(57)【要約】【課題】重力や慣性力を受けた場合であっても、光学性能を維持することができる光学素子、レンズユニット、および撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極とを備えたことを特徴とする。ゲル材料は、形状保持力が強いため、光学素子に重力などが加えられたときでも、絶縁性媒体と導電性媒体との境界面の形状が保持され、光学性能が維持される。【選択図】        図４
2006064951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、
前記媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、
前記媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記媒体収容器は、内面の少なくとも一部が、前記導電性媒体に対する濡れ性が前記絶縁性媒体に対する濡れ性よりも低い被覆膜で覆われたものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、
前記媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、
前記媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極とを備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される電圧に応じて、前記絶縁性媒体と前記導電性媒体との境界面の形状が変化することを特徴とするレンズユニット。
【請求項４】
相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、
前記媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、
前記媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することによって、前記絶縁性媒体と前記導電性媒体との境界面の形状を変化させる制御部と、
前記絶縁性媒体、および前記導電性媒体を通ってきた被写体光が表面に結像されて、該被写体光を表わす画像信号を生成する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過する光学素子、レンズユニット、および被写体光を結像して画像データを取得する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）などといった固体撮像素子上に被写体の像を結像させて、その被写体を表す画像データを信号として取り込む電子スチールカメラや、写真フィルム上に写真撮影を行うフィルムカメラなどの中には、撮影画角を自在に設定するズーム機能を備えたものがあり、このようなカメラにはズームスイッチの操作に応じて焦点距離が変化する撮影レンズが備えられている。この撮影レンズは、一般に、複数のレンズエレメントの組み合わせからなる複合レンズであって、ズームスイッチによって設定された焦点距離に応じて複数のレンズエレメントの相対位置が調整される。このようなカメラにはカム機構が備えられており、ズームスイッチの操作に応じてそのカム機構がモータの回転を伝達することによって複数のレンズエレメントそれぞれが光軸方向に前後して相対位置が調整され、焦点距離が変化する。
【０００３】
また、複数のレンズエレメントの中にはピント調整用のフォーカスレンズもあり、このフォーカスレンズを移動させるレンズ駆動機構が上記カム機構とは別に配備されている場合もある。
【０００４】
ところで、近年、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などといった小型機器に、被写体を撮影してデジタルの撮影画像を取得する撮像装置を内蔵することが広範に行われている。上述したズーム機能やフォーカス機能は、従来、通常サイズの電子スチールカメラやフィルムカメラ等に搭載されていたが、小型機器に内蔵された小型の撮像装置にも、これらの機能が搭載されることが望まれている。しかし、カム機構やレンズ駆動機構が配備された撮影レンズは、小型の撮像装置に適用するには大きすぎるという問題がある。
【０００５】
この問題に関し、カム機構やレンズ駆動機構を用いずに、液体やゲルなどの性質を用いて焦点距離などを変化させるレンズが提案されている。
【０００６】
特許文献１には、ゲルに吸水／脱水させることによってゲルの形状を変化させ、光の屈折を調整するゲルレンズについて記載されている。しかし、この特許文献１に記載されたゲルレンズでは、ゲル材料の体積が変化するのに時間がかかってしまうため、フォーカス機能やズーム機能を実現するには応答速度が遅すぎるという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献１には、特許文献１に記載されたゲルレンズの問題点が解決された液体レンズについて記載されている。
【０００８】
この非特許文献１に提案された液体レンズには、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な２種類の液体が内部に収容されており、これら２種類の液体のうちの一方の液体は導電性水溶液であり、もう一方の液体は絶縁性オイルである。これら２種類の液体は、短いガラス製のチューブの両端が、光透過性を有する透明なエンドキャップで塞がれた液体収容器の中に収容されている。また、このチューブの内壁と一方のエンドキャップの内壁とが撥水性膜で被覆されている。このように構成された液体レンズによれば、２種類の液体のうちの導電性水溶液が、撥水性膜で被覆されたチューブの内壁、および一方のエンドキャップの内壁と反撥することとなり、この導電性水溶液が、他方のエンドキャップに接触する状態で半球形状を有して滞留するため、導電性水溶液と絶縁性オイルとの界面部分が凹レンズとして機能する。また、この液体レンズには、導電性水溶液に対して電圧を印加するための２つの電極も備えられていて、これら２つの電極のうちの一方の電極は導電性水溶液に接するように配設され、他方の電極は撥水性膜の裏側に配設されている。このような電極に対して電圧が印加されると、導電性水溶液に接するように配設された電極からこの導電性水溶液中に電荷が放出され、放出された電荷が導電性水溶液中の、絶縁性オイルとの界面部分に溜まる現象が生じる。この界面部分に溜まった電荷と、この電荷とは逆極性の、撥水性膜の裏側に配設された電極に集まった電荷とがクーロン力によって引き合って、導電性水溶液中の電荷が撥水性膜付近に引き付けられる。その結果、導電性水溶液がチューブの内壁に被覆された撥水性膜を濡らし始めて、２種類の液体の界面形状が変化する。即ち、導電性水溶液に対して電圧が強くかけられるに従って、最初に凹レンズとして機能していた導電性水溶液の、絶縁性オイルとの界面部分の曲率半径が変化し、例えば、その界面部分が完全に平らになったり、その導電性水溶液が凸レンズとして機能するようになったりして、焦点距離が変化されることとなる。
【０００９】
この非特許文献１に記載された液体レンズによると、焦点距離の変化に液体の体積変化が伴わないため、応答速度が向上し、撥水性膜等によって導電性水溶液と絶縁性オイルとの境界面の形状が大きく変化されるため、焦点距離も大きく変化される。したがって、非特許文献１に記載された液体レンズによると、上述したカム機構やレンズ駆動機構などを設けなくても、ズーム機能やフォーカス機能を実現することができ、携帯電話などといった小型機器にも適用することができる。
【特許文献１】特開平６−２７３０５号公報
【非特許文献１】"Ｐｈｉｌｉｐｓ´Ｆｌｕｉｄ  Ｌｅｎｓｅｓ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１６年３月３日、Ｒｏｙａｌ  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、［平成１６年３月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｐｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／０４０３／０４０３０３０２ｐｈｉｌｉｐｓｆｌｕｉｄｌｅｎｓ．ａｓｐ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、非特許文献１に記載された液体レンズでは、電圧が印加されて液体間の界面部分の形状が目的の形状に合わせられても、液体レンズが加速されたときにかかる慣性力や、重力などによって、その境界部分の形状が歪んでしまう。この結果、液体レンズの焦点位置のずれなどが生じ、撮影画像に像ずれなどが生じてしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、重力や慣性力を受けた場合であっても光学性能を維持することができる光学素子、レンズユニット、および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の光学素子は、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、
媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、
媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の光学素子によると、第１の電極と第２の電極との相互間に電圧が印加されると、第１の電極から導電性媒体中に電荷が放出されるとともに、第２の電極にはその電荷とは逆極性の電荷が集まる。この結果、導電性媒体中の電荷と、第２電極に集まった電荷とがクーロン力によって引き合い、導電性媒体と絶縁性媒体との境界面の形状が変化する。このとき、光学素子に重力などが加えられても、導電性媒体と絶縁性媒体のうち少なくとも一方は非流動体のゲル材料で構成されているため、導電性媒体と絶縁性媒体との境界面の形状が保持され、光学素子の光学性能が維持される。また、本発明の光学素子は、形状保持力が強く、使用環境による形状保持力の変化が小さいゲル材料が用いられているため、携帯電話などといった小型機器のみではなく、通常サイズのカメラなどにも適用することができ、高温下での使用などといった使用環境による光学性能の劣化も抑えられる。
【００１４】
また、本発明の光学素子において、上記媒体収容器は、内面の少なくとも一部が、導電性媒体に対する濡れ性が絶縁性媒体に対する濡れ性よりも低い被覆膜で覆われたものであることが好ましい。
【００１５】
このような被覆膜が設けられることによって、導電性媒体と絶縁性媒体との境界面の形状が効率よく変化することとなる。
【００１６】
また、上記目的を達成する本発明のレンズユニットは、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、
媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、
媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極とを備え、
第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧に応じて、絶縁性媒体と導電性媒体との境界面の形状が変化することを特徴とする。
【００１７】
本発明のレンズユニットによると、本発明の光学素子と同様に、重力や慣性力を受けた場合であっても、光学性能を維持することができる。
【００１８】
なお、本発明にいうレンズユニットについては、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいうレンズユニットには、上記の基本形態のみではなく、前述した光学素子の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【００１９】
また、上記目的を達成する本発明の撮像装置は、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、少なくとも一方がゲル材料で構成された絶縁性媒体および導電性媒体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる媒体収容器と、
媒体収容器内の導電性媒体に接触した第１の電極と、
媒体収容器内の導電性媒体に対して絶縁された第２の電極と、
第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することによって、絶縁性媒体と導電性媒体との境界面の形状を変化させる制御部と、
絶縁性媒体、および導電性媒体を通ってきた被写体光が表面に結像されて、被写体光を表わす画像信号を生成する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の撮像装置によると、本発明の光学素子と同様に、重力や慣性力を受けた場合であっても、光学性能を維持することができる。
【００２１】
なお、本発明にいう撮像装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう撮像装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した光学素子の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、重力や慣性力を受けた場合であっても光学性能を維持することができる光学素子、レンズユニット、および撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を説明するのに先立って、上述した非特許文献１に記載された液体レンズの問題点について詳しく分析する。
【００２４】
図１は、比較例である液体レンズの概略構成図である。以下では、矢印Ｏの方向に光が透過するものとし、光の入射側（図１の左側）を左側、光の出射側（図１の右側）を右側と称する。
【００２５】
図１に示すように、液体レンズ１は、チューブ１１ａの両端がキャップ１１ｂ，１１ｃで塞がれたガラス製の容器１１の内部に、支持電解質が加えられた透明な水２１と、絶縁性液体である透明な油２２とが互いに混じり合わずに収容されている。水２１よりも油２２の方が光の屈折率が大きいため、液体レンズ１では、油２２が光を屈折させるレンズの役割を担う。
【００２６】
容器１１の、チューブ１１ａの内面と、チューブ１１ａの左端を塞ぐキャップ１１ｂの内面は、撥水性を有する撥水性膜１５で覆われており、チューブ１１ａの右端を塞ぐキャップ１１ｃの内面は、親水性を有する親水性膜１６で覆われている。
【００２７】
また、チューブ１１ａと撥水性膜１５との間には、絶縁膜１４が設けられており、液体レンズ１には、水２１と接する第１電極１２と、絶縁膜１４によって水２１と絶縁された第２電極１３も備えられている。
【００２８】
第１電極１２と第２電極１３との相互間に電圧が印加されていない状態では、図１のパート（Ａ）に示すように、水２１は撥水性膜１５と反撥して親水性膜１６と接触するため、水２１と撥水性膜１５との接触部分Ｐ1が小さくなる。このため、水２１は半球形状に滞留し、水２１に押された油２２は円筒形状から半球を刳り貫いた形状に滞留する。油２２からみたときの、水２１と油２２との境界面の形状は凹状であるため、パート（Ａ）では、液体レンズ１は凹レンズとして機能する。
【００２９】
また、例えば、第１電極１２にプラスの電圧を印加し、第２電極１３にマイナスの電圧を印加すると、第１電極１２から水２１にプラス電荷３１ａが放出され、第２電極１３にはマイナス電荷３１ｂが溜まる。このとき、水２１に放出されたプラス電荷３１ａが、クーロン力によって第２電極１３のマイナス電荷３１ｂに引き付けられ、水２１と撥水性膜１５との接触部分Ｐ2が印加電圧に応じて大きくなる。パート（Ｂ）では、油２２からみたときの、水２１と油２２との境界面の形状は凸状となっており、液体レンズ１は凸レンズとして機能する。また、第１電極１２および第２電極１３に印加される電圧を調整することによって、水２１と油２２との境界面の形状を少しずつ変化させることができる。
【００３０】
このように、液体レンズ１によると、レンズを移動させる機構を設けなくても、水２１と油２２との境界面の形状を変化させることによって、ズーム機能やフォーカス機能を実現することができる。
【００３１】
ここで、第１電極１２および第２電極１３に電圧が印加されることによって、水２１と油２２との境界面の形状が図１の実線で示すような形状に合わせられることが理想的であるが、液体レンズ１には、重力などが加えられているため、実際には、境界面の形状は図１の一点破線で示すように歪んでしまう。この結果、液体レンズ１の光軸がずれてしまい、液体レンズ１の光学性能が劣化してしまうという問題がある。また、水２１と油２２はともに粘度が低い流動体であるため、液体レンズ１を通常サイズのカメラなどに適用しようとすると、水２１と油２２が流れてしまって境界面の形状が維持されず、液体レンズ１をレンズとして使用することができなくなってしまうという問題もある。
【００３２】
本発明は、上記のような詳しい分析に基づいたものである。
【００３３】
以下図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態が適用されたデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。
【００３５】
図２に示すように、このデジタルカメラ１００の前面中央部には、撮影レンズ１０１が備えられている。また、このデジタルカメラ１００の前面上部には、光学式ファインダ対物窓１０２および補助光発光部１０３が備えられている。さらに、このデジタルカメラ１００の上面には、スライド式の電源スイッチ１０４およびレリーズスイッチ１５０が備えられている。
【００３６】
図３は、図１に示すデジタルカメラ１００の概略構成図である。
【００３７】
図３に示すように、デジタルカメラ１００の内訳は、大きく分けて撮影光学系１１０と信号処理部１２０とに分かれる。デジタルカメラ１００には、それらのほかにも、撮影した画像を表示させるための画像表示部１３０、撮影した画像信号を記録しておくための外部記録媒体１４０、撮影のための各種処理をデジタルカメラ１００に行なわせる、ズームスイッチ１７０、撮影モードスイッチ１６０、およびレリーズスイッチ１５０が設けられている。
【００３８】
まず撮影光学系１１０の構成を、図３を参照して説明する。
【００３９】
デジタルカメラ１００では、図３の左方から被写体光が入射し、ズームレンズ１１５およびフォーカスレンズ１１４を経て、被写体光の光量を調整するアイリス１１３を通過した後、シャッタ１１２が開いている場合は固体撮像素子１１１に結像する。この固体撮像素子１１１は、本発明にいう撮像素子の一例に相当する。本来、撮影光学系には複数のレンズが配備され、それら複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズがピント調節に大きく関与し、各レンズの相対位置が焦点距離に関与するが、この図３では、焦点距離の変化に係わるレンズをズームレンズ１１５として模式的に示しており、同じくピントの調節に係わるレンズをフォーカスレンズ１１４として模式的に示している。
【００４０】
ズームレンズ１１５、アイリス１１３、およびシャッタ１１２は、ズームモータ１１５ａ、アイリスモータ１１３ａ、およびシャッタモータ１１２ａによりそれぞれ駆動され移動する。また、フォーカスレンズ１１４には、モータの替わりに、フォーカスレンズ１１４のレンズ形状を変化させるフォーカスコントローラ１１４ａが設けられている。これらズームモータ１１５ａ、アイリスモータ１１３ａ、およびシャッタモータ１１２ａを作動させる指示は、信号処理部１２０中のデジタル信号処理部１２０ｂからモータドライバ１２０ｃを通じて伝達されるとともに、フォーカスコントローラ１１４ａを作動させる指示は、デジタル信号処理部１２０ｂから直接伝達される。
【００４１】
ズームレンズ１１５は、ズームモータ１１５ａによって光軸に沿う方向に移動される。ズームレンズ１１５が、信号処理部１２０からの信号に応じた位置に移動されることによって、焦点距離が変化して撮影倍率が決定される。
【００４２】
フォーカスレンズ１１４は、ＴＴＬＡＦ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ  Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）機能を実現するためのレンズである。このＴＴＬＡＦ機能とは、一般的には、光軸に沿う方向にフォーカスレンズを移動させながら、固体撮像素子１１１で得られた画像信号のコントラストを信号処理部１２０のＡＦ／ＡＥ演算部１２６で検出し、そのコントラストのピークが得られるレンズ位置をピント位置として、フォーカスレンズ１１４をピント位置に調節するものである。このＴＴＬＡＦ機能によって、コントラストがピークになる被写体（つまり、最も近くにある最近被写体）に自動的に焦点を合わせて撮影を行うことができる。本実施形態においては、フォーカスレンズ１１４を移動させる替わりに、フォーカスコントローラ１１４ａでフォーカスレンズ１１４のレンズ形状を変化させることによって、最近被写体に焦点を合わせる。このフォーカスレンズ１１４の構成と、レンズ形状を変化させる方法については、後で詳しく説明する。
【００４３】
アイリス１１３は、デジタル信号処理部１２０ｂのＡＦ／ＡＥ演算部１２６から与えられた指示に基づいて駆動されることによって、被写体光の光量を調整する。
【００４４】
以上が撮影光学系１１０の構成である。
【００４５】
続いて信号処理部１２０の構成を説明する。撮影光学系で固体撮像素子１１１に結像させた被写体像が画像信号としてアナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａに読み出され、このアナログ処理部（Ａ／Ｄ）１２０ａでアナログ信号がデジタル信号に変換されデジタル信号処理部１２０ｂへと供給される。デジタル信号処理部１２０ｂにはシステムコントローラ１２１が配備されており、そのシステムコントローラ１２１内の動作の手順を示したプログラムにしたがってデジタル信号処理部１２０ｂ内の信号処理が行なわれる。このシステムコントローラ１２１と、画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７、バッファメモリ１２８、内部メモリ１２９との間のデータの受け渡しはバス１２００を介して行なわれ、そのバス１２００を介してデータの受け渡しが行なわれるときのバッファとして内部メモリ１２９が働いている。この内部メモリ１２９に各部の処理プロセスの進行状況に応じて変数となるデータが随時書き込まれて、システムコントローラ１２１、および画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７の各部では、そのデータを参照することにより適切な処理が行なわれる。つまり、システムコントローラ１２１からの指示がバス１２００を介して上記の各部に伝えられ、各部の処理プロセスが立ち上げられる。そして、その内部メモリ１２９のデータがプロセスの進行状況に応じて書き換えられ、さらにシステムコントローラ１２１側で参照されて上記の各部の動作が管理される。言い換えれば、電源が投入され、システムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって各部のプロセスが立ち上げられる。たとえば、レリーズスイッチ１５０、ズームスイッチ、撮影モードスイッチのスイッチが操作されると、その操作されたという情報がキーコントローラ１２７を経由してシステムコントローラ１２１に伝えられ、その操作に応じた処理がシステムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって行われる。
【００４６】
レリーズ操作が行われると、固体撮像素子から読み出された画像データは、アナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａでアナログ信号からデジタル信号に変換され、このデジタル化された画像データがデジタル信号処理部１２０ｂ内のバッファメモリ１２８にいったん蓄えられる。このデジタル化された画像データのＲＧＢ信号が画像信号処理部１２２でＹＣ信号に変換され、さらに画像圧縮部１２４でＪＰＥＧ圧縮と呼ばれる圧縮が行なわれて画像信号が画像ファイルとなってメディアコントローラ１２５を介して外部記録媒体１４０に記録される。この画像ファイルとして記録された画像データは、画像表示制御部１２３を通じて画像表示部１３０において再生される。この処理の際、ＲＧＢ信号に基づいてピント調節および露出調節の演算を行なっているのがＡＦ／ＡＥ演算部である。このＡＦ／ＡＥ演算部１２６ではピント調節のためにＲＧＢ信号から被写体距離ごとにコントラストを検出することが行なわれる。この検出結果に基づいて、フォーカスレンズ１１４によってピント調整が行われる。またＡＦ／ＡＥ演算部ではＲＧＢ信号から輝度信号が抽出され、そこから被写界輝度が検出される。この結果に基づき、固体撮像素子に与えられる被写体光の光量が適切になるように、アイリス１１３によって露出調節が行なわれる。
【００４７】
デジタルカメラ１００は、基本的には以上のように構成されている。
【００４８】
ここで、デジタルカメラ１００における本発明の特徴は、フォーカスレンズ１１４にある。以下では、このフォーカスレンズ１１４について詳しく説明する。
【００４９】
図４は、フォーカスレンズの概略構成図である。なお、図４の左側から矢印Ｏの方向に被写体光が入射し、光が入射する側（図４の左側）を前側、光が出射する側（図４の右側）を後側と称して説明を行う。
【００５０】
フォーカスレンズ１１４は、チューブ２０１ａの両端がキャップ２０１ｂ，２０１ｃで塞がれたゲル収容器２０１内に、導電性ゲル３０１と、導電性ゲル３０１と不混和な絶縁性ゲル３０２とが収容されて形成されている。このゲル収容器２０１は、透明なガラスで構成されており、本発明にいう媒体収容器の一例に相当する。尚、本実施形態では、ゲル収容器２０１はガラス製であるが、本発明にいう媒体収容器は、光透過率が８８％以上の物質であれば、プラスチックなどで構成されていてもよい。
【００５１】
チューブ２０１ａの後端を塞ぐキャップ２０１ｃの、ゲルと接触する面（内面）は、親水性を有する親水性膜２０６で覆われている。また、ゲル収容器２０１の、親水性膜２０６で覆われた部分以外の内面は、疎水性を有する疎水性膜２０５で覆われている。この疎水性膜２０５は、本発明にいう被腹膜の一例に相当する。
【００５２】
また、ゲル収容器２０１には、親水性膜２０６を挟むように配置された、ゲルと接触する第１電極２０２と、チューブ２０１ａと疎水性膜２０５に挟まれた絶縁膜２０４と、絶縁膜２０４によってゲルと絶縁された第２電極２０３も備えられている。これら第１電極２０２、および第２電極２０３は、図３に示すフォーカスコントローラ１１４ａと接続されており、フォーカスコントローラ１１４ａによって、これらの電極間に電圧が印加される。この第１電極２０２は、本発明にいう第１の電極の一例に相当し、第２電極２０３は、本発明にいう第２の電極の一例に相当する。また、フォーカスコントローラ１１４ａは、本発明にいう制御部の一例に相当する。
【００５３】
上記のようなゲル収容器２０１に、相互に光屈折率が異なる導電性ゲル３０１と、絶縁性ゲル３０２とが収容される。本実施形態では、導電性ゲル３０１としては、支持電解質（本実施形態においては、テトラブチルアンモニウムパークロレイト）が加えられた水がヒドロゲル化剤（本実施形態においては、ポリエチレングリコール）によってゲル化されたものが用いられ、絶縁性ゲル３０２としては、油がオイルゲル化剤（本実施形態においては、ジベンジリデンソルビトール誘導体）によってゲル化されたものが用いられる。この導電性ゲル３０１は、本発明にいう導電性媒体の一例にあたり、絶縁性ゲル３０２は、本発明にいう絶縁性媒体の一例に相当する。
【００５４】
導電性ゲル３０１および絶縁性ゲル３０２は、境界面が図４の実線で示すような形状になるように、ゲル収容器２０１に収容される。この図４の実線で示す状態は、水を多く含んだ導電性ゲル３０１が疎水性膜２０５と接触しておらず、安定な状態である。
【００５５】
図３に示す信号処理部１２０からの指示に従って、フォーカスコントローラ１１４ａが第１電極２０２と第２電極２０３との相互間に電圧を印加すると、第１電極２０２から導電性ゲル３０１に電荷が放出され、第２電極２０３には、導電性ゲル３０１に放出された電荷とは逆極性の電荷が集まる。この導電性ゲル３０１に放出された電荷と、第２電極２０３の電荷とがクーロン力によって引き合い、導電性ゲル３０１中の電荷が疎水性膜２０５付近に引き付けられる。その結果、導電性ゲル３０１と絶縁性ゲル３０２との境界面が、例えば、図４の点線で示すような形状に変化する。
【００５６】
また、フォーカスコントローラ１１４ａでの電圧印加が停止されると、導電性ゲル３０１中の電荷を疎水性膜２０５に引き付けるクーロン力がなくなり、水を含む導電性ゲル３０１が疎水性膜２０５と反撥する。この反撥力と、導電性ゲル３０１および絶縁性ゲル３０２の応力によって、図４の実線で示す安定な状態に戻る。
【００５７】
このフォーカスレンズ１１４を用いて、以下のような手順でＴＴＬＡＦ機能が実現される。
【００５８】
まず、フォーカスコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２、および第２電極２０３に印加される電圧が少しずつ変えられることによって、導電性ゲル３０１と絶縁性ゲル３０２との境界面の形状が変えられながら、図３に示す固体撮像素子１１１で画像信号が取得される。続いて、撮像信号のコントラストがＡＦ／ＡＥ演算部１２６で検出され、コントラストのピークが得られるときの電圧が第１電極２０２、および第２電極２０３に印加される。このようにして、レンズ形状が確定された状態で撮影が行われることによって、最も近い位置にある被写体に焦点を合わせることができる。
【００５９】
尚、フォーカスレンズ１１４には常に重力がかかっているうえ、デジタルカメラ１００が勢い良く動かされたときなどには、フォーカスレンズ１１４には加速度に応じた慣性力もかかる。フォーカスレンズ１１４にこのような力が加えられると、導電性ゲル３０１と絶縁性ゲル３０２との境界面も力を受けるが、導電性ゲル３０１および絶縁性ゲル３０２はともに非流動体であるため、ゲルの境界面の形状が保持される。このため、本実施形態のデジタルカメラ１によると、力が加えられたときであっても、フォーカスレンズ１１４の光学性能が維持される。
【００６０】
また、導電性ゲル３０１および絶縁性ゲル３０２は形状保持力が強いため、フォーカスレンズ１１４を、携帯電話などといった小型機器用のレンズだけでなく、大型のカメラ用のレンズなどにも適用することができる。
【００６１】
以上で、本発明の第１実施形態の説明を終了する。
【００６２】
ここで、本発明の光学素子は、使用環境による光学性能の劣化が小さいという利点があり、以下では、この利点を活かした第２実施形態および第３実施形態について説明する。
【００６３】
まず、本発明の光学素子を、温度変化による光学性能の劣化を補う温度補償レンズに適用する第２実施形態について説明する。第２実施形態の温度補償レンズは、第１実施形態のフォーカスレンズ１１４（図４参照）とほぼ同じ構成を有し、また、この温度補償レンズは、図３に示すデジタルカメラに追加されるものであるため、図３および図４を第２実施形態でも使って、第１実施形態との相違点のみ説明する。
【００６４】
図３に示すズームレンズ１１５やフォーカスレンズ１１４などといったレンズ群を通ってきた被写体は、アイリス１１３およびシャッタ１１２を通過して固体撮像素子上に結像される。このとき、デジタルカメラ１００が高温下で使用されると、レンズ群の屈折率が変わってしまい、被写体光が固体撮像素子１１１の正しい位置に結像されなくなってしまう恐れがある。本実施形態の温度補償レンズは、温度によってずれてしまった被写体光の位置を、正しい位置に補正するためのものである。
【００６５】
図５は、本発明の第２実施形態が適用された温度補償部の簡略構成図である。
【００６６】
図５に示す温度補償部４００には、温度補償レンズ４１０と、温度センサ４２０と、温度補償コントローラ４３０とが備えられている。温度補償レンズ４１０と温度センサ４２０は、図３に示すデジタルカメラ１００のフォーカスレンズ１１４とアイリス１１３の間に配備され、温度補償コントローラ４３０は、フォーカスコントローラ１１４ａとアイリスモータ１１３ａの間に配備される。
【００６７】
温度補償部４００の温度補償レンズ４１０は、温度補償コントローラ４３０によって、第１電極２０２との第２電極２０３相互間に電圧が印加されると、その電圧に応じて導電性ゲル３０１と絶縁性ゲル３０２との境界面の形状が変化する。すなわち、温度補償レンズ４１０は、電圧が印加されることによって、光の屈折率が調節される。この温度補償レンズ４１０を構成している導電性ゲル３０１および絶縁性ゲル３０２は、温度によって形状保持力が変化しにくく、高温環境下でも精度良く境界面の形状が保持される。
【００６８】
温度センサ４２０は、レンズ群付近の温度を検知して、その検知結果を温度補償コントローラ４３０に伝える。
【００６９】
温度補償コントローラ４３０は、温度・電圧演算部４３１と、電圧制御部４３２とで構成されている。温度・電圧演算部４３１には、温度と、その温度における被写体光の位置ずれ量との対応関係が記憶されている。温度・電圧演算部４３１は、温度センサ４２０から検知結果（温度）が伝えられると、その温度と対応付けられた位置ずれ量を取得する。さらに、温度・電圧演算部４３１は、温度補償レンズ４１０で被写体光を屈折させて位置ずれを補正するときの、温度補償レンズ４１０への印加電圧を算出する。電圧制御部４３２は、温度・電圧演算部４３１で算出された電圧を、温度補償レンズ４１０の第１電極２０２との第２電極２０３相互間に印加する。この温度補償コントローラ４３０は、本発明にいう制御部の一例に相当する。
【００７０】
高温下などでは、レンズ群の光学性能が劣化してしまい、レンズ群を通ってきた被写体光の位置が正しい位置からずれてしまうが、温度に応じて光屈折率が調整された温度補償レンズ４１０によって、その被写体光の結像位置のずれが補正され、被写体光が固体撮像素子１１１の正しい位置に結像される。温度補償レンズ４１０は、温度による光学性能の劣化が少ないため、温度補償部４００を備えたデジタルカメラによると、温度に関わらず高画質な撮影画像を取得することができる。
【００７１】
以上で第２実施形態の説明を終了し、本発明の光学素子を、レーザ光によって用紙上に画像を形成するプリンタに適用する第３実施形態について説明する。尚、第１実施形態のフォーカスレンズ１１４（図４参照）と、第３実施形態に適用されるレンズとは、ほぼ同じ構成を有するため、図４を第３実施形態の説明でも用いて、第１実施形態との相違点のみ説明する。
【００７２】
図６は、本発明の第３実施形態が適用されたプリンタの簡略構成図である。
【００７３】
プリンタ５００には、プリンタ５００の各種要素を制御する制御部５１０、出力画像を表わす画像データを生成する画像処理部５２０、画像データに基づいたレーザ光を発射するレーザ発光部５３０、レーザ光を屈折させるプリズム５４０、およびレーザ光を用紙６００上に集光するレンズ５５０が備えられている。
【００７４】
例えば、原稿画像が読み取られるなどして得られた画像データは、画像処理部５２０で取得され、画像処理部５２０で所定の画像処理が施される。画像処理後の画像データは、レーザ発光部５３０に送られる。
【００７５】
レーザ発光部５３０では、画像処理部５２０から送られてきた画像データに基づいたレーザ光が発射される。発射されたレーザ光は、プリズム５４０で屈折されて、レンズ５５０に入射される。
【００７６】
レンズ５５０は、図４に示す第１実施形態のフォーカスレンズ１１４と同様の構成を有している。制御部５１０は、レンズ５５０の第１電極２０２および第２電極２０３に印加される電圧を制御し、レンズ５５０の、導電性ゲル３０１と絶縁性ゲル３０２との境界面の形状を調整することによって、レーザ光を用紙６００上に集光させる。この制御部５１０は、本発明にいう制御部の一例に相当する。
【００７７】
用紙６００の表面には感光材料が塗布してあり、レンズ５５０によってレーザ光が照射されると、そのレーザ光に応じた画像が用紙６００上に形成される。
【００７８】
ここで、画像を形成する際には、レーザ光によってレンズ５５０内の温度が上昇することがあるが、レンズ５５０には、使用環境による性質の変化が少ない導電性ゲル３０１および絶縁性ゲル３０２が適用されており、高温環境下でも光学性能が維持される。このため、プリンタ５００によると、高画質な画像を形成することができる。
【００７９】
このように、導電性媒体や絶縁性媒体としてゲルが用いられたレンズは、レーザ光などのように高い熱が発生する装置にも適用することができる。
【００８０】
ここで、上記では、媒体収容器中に、導電性媒体と絶縁性媒体の２種類の媒体が収容された例について説明したが、本発明にいう媒体収容器には、３種類以上の媒体が収容されていてもよい。
【００８１】
また、上記では、導電性媒体と絶縁性媒体の両方がゲル材料で構成された例について説明したが、本発明にいう導電性媒体および絶縁性媒体は、それらのうちいずれか一方がゲル材料で構成されたものであればよい。
【００８２】
また、上記では、本発明の光学素子がフォーカスレンズに適用される例について説明したが、本発明の光学素子は、ズームレンズなどに適用されてもよい。
【００８３】
続いて、本発明を構成する各構成部分において採用可能な種々の好適な形態について付記する。
【００８４】
本発明に用いられるゲル材料としては、いかなるものであってもよく、導電性媒体および絶縁性媒体のいずれか、あるいは両方がゲル材料で構成されていることが好ましい。
＜ゲル化材＞
導電性媒体がゲル材料で構成される場合、ヒドロゲル化剤が好適に使用される。ここで、ヒドロゲル化剤としては、高分子ゲル化剤、低分子ゲル化剤いずれのヒドロゲル化剤であっても良い。これら、ヒドロゲル化剤の好ましい例としては、合成高分子材料として、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリメチルビニルエーテル、ポリアクリルアミドやその低級アルキル置換ポリマー、ポリ−４−ビニルピリジン、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウム／ポリメタクリル酸ナトリウムブレンドポリマーなどが挙げられる。さらに天然高分子材料としては、デンプン、アルギン酸、カラギーナン、アガロース、寒天などの多糖類や、天然ガム状材料、ゼラチン、ポリペプチド、コラーゲン、カゼイン、卵白アルブミン、血清アルブミンなどのタンパク質などが挙げられる。
【００８５】
導電性媒体をゲル化する低分子ゲル化剤の報告例は少ないが、両親媒性カスケード分子などが好ましい例として挙げられる（参考文献：第３３回構造有機化学討論会予稿集。２００３年１０月）。
【００８６】
一方、絶縁性媒体がゲル材料で構成される場合、オイルゲル化剤が好適に使用される。ここで、オイルゲル化剤としては、ジベンジリデンソルビトール誘導体、12−ヒドロキシステアリン酸、Ｎ−ラウロイル−Ｌ−グルタミン酸−α，γ−ビス−ｎ−ブチルアミド、スピンラベル化ステロイド、コレステロール誘導体、ジアルキルリン酸アルミニウム、フェノール系環状オリゴマー、２，３−ビス−ｎ−ヘキサデシロキシアントラセン、環状デプシペプチド、ジアシルシクロヘキサンジアミン、アミノ酸部含有ポリシロキサン、ポリウレタン、アミノ酸誘導体、オリゴペプチド誘導体、環状ジペプチドなどが挙げられる。
【００８７】
本発明の可変焦点ゲルレンズにおいて、ゲル材料は２種類以上を混合させてもよい。
【００８８】
本発明の可変焦点ゲルレンズには必要に応じて、添加物を添加してもよい。添加物は、導電性媒体および／または絶縁性媒体の屈折率、粘度、表面張力を所望の範囲に調整する目的で用いられることが好ましい。添加物としては、いかなるものであってもよいが、低分子有機化合物、高分子、無機化合物、金属塩化合物などが挙げられる。
＜導電性媒体＞
本発明の光学素子において使用される導電性媒体としては無機塩などのイオン成分を添加した水溶液が好ましく利用される。ここで、導電性媒体がゲル材料で構成される場合、前記水溶液とヒドロゲル化剤を混合することによって導電性媒体が得られる。また、イオン性液体のゲル材料なども好ましく使用できる。
＜絶縁性媒体＞
本発明の光学素子において使用される絶縁性媒体としては有機溶媒が好ましく利用される。有機溶媒としては、好ましくは、炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、アイソパーなど）、炭化水素系芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレンなど）、ハロゲン系炭化水素（ジフルオロプロパン、ジクロロエタン、クロロエタン、ブロモエタン、四塩化炭素など）、ハロゲン系炭化水素系芳香族化合物（クロロベンゼンなど）、エーテル系化合物（ジブチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテル、ジオキサンなど）、アルコール系化合物（メタノール、エタノール、2−プロパノールなど）、ケトン系化合物（アセトン、２−ブタノン、シクロヘキサノンなど）、エステル系化合物（酢酸エチルなど）、アミド系化合物（Ｎ，Ｎ,−ジメチルホルムアミドなど）、ジメチルスルホキシド、動植物油などが挙げられる。また、鉱物油、シリコンオイルなども好ましい例として挙げられる。
【００８９】
このように、ゲル化剤を媒体中に添加することにより導電性や、不導電性、および親疎水性などの物性を大きく変えることなくゲルが得られる。ここで、ゲル化剤の添加量はゲル化剤、媒体の組み合わせよって異なるが０．１重量％〜５０重量％であることが好ましい。
【００９０】
本発明の可変焦点ゲルレンズにおいて、導電性媒体と絶縁性媒体との組合せは、お互いの屈折率差が大きくなるものが好ましい。好ましい屈折率差は、０．０５〜０．５の範囲であり、より好ましくは、０．１〜０．２の範囲である。
【００９１】
ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用する光学素子を実用化するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着してレンズ性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。
【００９２】
例えば、媒体が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止され、光学素子の高い光透過性を維持することができる。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコーン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。
【００９３】
また、光学素子を構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコーン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。
【００９４】
また、光学素子を構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。
【００９５】
また、光学素子を構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止し、光学素子の光透過性を維持することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオミックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。
【００９６】
また、光学素子を構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】比較例である液体レンズの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用されたデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。
【図３】図１に示すデジタルカメラの概略構成図である。
【図４】フォーカスレンズの概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態が適用された温度補償部の簡略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態が適用されたプリンタの簡略構成図である。
【符号の説明】
【００９８】
１    液体レンズ
１１    容器
１１ａ    チューブ
１１ｂ，１１ｃ    キャップ
１２    第１電極
１３    第２電極
１４    絶縁膜
１５    撥水性膜
１６    親水性膜
２１    水
２２    油
１００    デジタルカメラ
１０１    撮影レンズ
１０２    光学式ファインダ対物窓
１０３    補助光発光部
１０４    電源スイッチ
１１０    撮影光学系
１１１    固体撮像素子
１１２    シャッタ
１１２ａ    シャッタモータ
１１３    アイリス
１１３ａ    アイリスモータ
１１４    フォーカスレンズ
１１４ａ    フォーカスコントローラ
１１５    ズームレンズ
１１５ａ    ズームモータ
１２０    信号処理部
１２０ａ    アナログ処理（Ａ／Ｄ）部
１２０ｂ    デジタル信号処理部
１２０ｃ    モ−タドライバ
１２１    システムコントローラ
１２２    画像信号処理部
１２３    画像表示制御部
１２４    画像圧縮部
１２５    メディアコントローラ
１２６    ＡＦ／ＡＥ演算部
１２７    キーコントローラ
１２８    バッファメモリ
１２９    内部メモリ
１２００    バス
１３０    画像表示部
１４０    外部記録媒体
１５０    レリーズスイッチ
１６０    撮影モードスイッチ
１７０    ズームスイッチ
２０１    媒体収容器
２０１ａ    チューブ
２０１ｂ，２０１ｃ    キャップ
２０２    第１電極
２０３    第２電極
２０４    絶縁膜
２０５    撥水性膜
２０６    親水性膜
３０１    導電性ゲル
３０２    絶縁性ゲル
４００    温度補償部
４１０    温度補償レンズ
４２０    温度センサ
４３０    温度補償コントローラ
４４０    温度・電圧演算部
４５０    電圧制御部
５００    プリンタ
５１０    制御部
５２０    画像処理部
５３０    レーザ発光部
５４０    プリズム
５５０    レンズ
６００    用紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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