(57)【要約】【課題】焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動との双方が電気的に実現される簡素な構造の液体レンズ、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】液体収容器内に、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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液体とを収容する。さらに、導電性液体に接触した第１の電極と、導電性液体に対して絶縁された第２の電極とを備え、それら第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、導電性液体と絶縁性液体との境界面の形状を変化させるとともに、境界面の位置を移動させる。これにより、焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動が電気的に実現される。【選択図】        図３
2006078843.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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液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液体収容器と、
前記複数層の相互間を繋ぐためのバイパス管路と、
前記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
前記液体収容器内の導電性液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液体レンズ。
【請求項２】
前記液体収容器は、複数層に分かれた導電性液体と、その複数層の導電性液体に挟まれた絶縁性液体とが収容されたものであり、
前記第１の電極が、複数層に分かれた導電性液体それぞれに接触して複数備えられたことを特徴とする請求項１記載の液体レンズ。
【請求項３】
前記第２の電極が、前記複数層が並ぶ方向に沿って並んで複数備えられたことを特徴とする請求項１記載の液体レンズ。
【請求項４】
前記バイパス管路を通して液体を送る液送ポンプを備えたことを特徴とする請求項１記載の液体レンズ。
【請求項５】
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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液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液体収容器と、
前記液体収容器内に収容された絶縁性液体および導電性液体のうち複数層に分かれている一方について、該複数層に挟まれた他方を迂回して層の相互間を繋ぐためのバイパス管路と、
前記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
前記液体収容器内の導電性液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、前記絶縁性液体と前記導電性液体との境界面の形状変化と、前記バイパス管路を介した前記複数層間の液体移動を伴った該複数層に挟まれた液体の位置変化が生じることを特徴とするレンズユニット。
【請求項６】
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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液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液体収容器と、
前記液体収容器内に収容された絶縁性液体および導電性液体のうち複数層に分かれている一方について、該複数層に挟まれた他方を迂回して層の相互間を繋ぐためのバイパス管路と、
前記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
前記液体収容器内の導電性液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、前記絶縁性液体と前記導電性液体との境界面の形状変化と、前記バイパス管路を介した前記複数層間の液体移動を伴った該複数層に挟まれた液体の位置変化とを生じさせる制御部と、
前記絶縁性液体および前記導電性液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、焦点距離を変えることができる液体レンズ、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の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】
近年、上述した、駆動機構を有する撮影レンズに替えて、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た焦点距離可変の液体レンズが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
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、焦点距離が変化することとなる。
【０００６】
このような液体レンズによると、レンズを移動させずに焦点距離を変化させることができるため、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る。したがって、装置を大幅に小型化することができ、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。
【０００７】
また、このような液体レンズの改良技術として、撥水性膜と電極との間に設けられる絶縁を１μｍ以下の薄膜に形成することによって焦点変化に要する電圧の低下を図った技術（特許文献１参照）や、液体収容器内の液体にゲル剤を含ませて、重力や慣性力による界面の歪みを抑制する技術（特許文献２参照）も知られている。
【０００８】
また、焦点距離が可変なレンズとしては、液晶の電気光学効果を利用して焦点距離を変化させる液晶レンズも知られている。例えば、特許文献３には、平板状の第１，第２の光透過性基板と、両面が凹状に形成されて第１，第２の光透過性基板間に配備された第３の光透過性基板とを備えるとともに、第１の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間および第２の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間に封入された液晶を有する液晶レンズが提案されている。この液晶レンズでは、印加される電圧の大きさに応じて液晶分子の配向が変化し、これにより液晶レンズの屈折率が変化してレンズとしての焦点距離が変化する。
【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＞
【特許文献１】特開２０００−３４７００５号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３４１３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで近年では、小型のカメラにおけるズーム機能の需要が高まっており、そのような需要に応えるために、小型のカメラにもズームレンズとフォーカスレンズの双方が組み込まれてきている。上述した各文献に記載されている液体レンズや液晶レンズがそのような小型カメラに応用されることでカメラの機構簡略化が図られると期待されている。
【００１０】
しかし、これらの文献に記載されている構造の液体レンズや液晶レンズでは、レンズ中心を光軸方向に移動させることができない。このため、ズーム機能とフォーカス機能との双方を実現するためには、レンズエレメントを移動させるときと同様な駆動機構や、あるいは複数の液体レンズが組み合わせられた複雑な光学系などが必要となり、カメラの機構簡略化が図れないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動との双方が電気的に実現される簡素な構造の液体レンズ、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液体レンズは、
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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液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液体収容器と、
上記複数層の相互間を繋ぐためのバイパス管路と、
液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内の導電性液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】
ここで、「複数層の相互間を繋ぐため」のバイパス管路には、複数層の相互間を実際に繋いでいるもののみならず、途中が途切れていても将来ポンプなどで繋がれて複数層の相互間を繋ぐこととなるものなども含まれる。
【００１４】
本発明の液体レンズによると、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の電極から導電性液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、導電性液体中の電荷と、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、導電性液体と絶縁性液体との境界面の形状が変化してレンズの焦点距離が変化する。さらに、電圧の印加状態が変わることによって境界面の位置も変わり、光学的な意味でのレンズ中心が光軸方向に移動する。このように、本発明の液体レンズによると、簡素な構造で焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動との双方が電気的に実現される。
【００１５】
本発明の液体レンズにおいて、
「  上記液体収容器は、複数層に分かれた導電性液体と、その複数層の導電性液体に挟まれた絶縁性液体とが収容されたものであり、
上記第１の電極が、複数層に分かれた導電性液体それぞれに接触して複数備えられた」という形態は好ましい。
【００１６】
この好ましい形態の液体レンズによれば、導電性液体に挟まれた絶縁性液体の形状や位置の制御が容易である。
【００１７】
また、本発明の液体レンズは、上記第２の電極が、前記複数層が並ぶ方向に沿って並んで複数備えられたことも好適である。
【００１８】
この好適な液体レンズによれば、複数備えられた第２の電極の相互間に電位差が与えられることで上記境界面の位置が自在に変更される。
【００１９】
さらに、本発明の液体レンズは、バイパス管を通して液体を送る液送ポンプを備えることも望ましい。
【００２０】
この望ましい形態の液体レンズによれば、液送ポンプによって液体が送られることによって上記境界面の位置が素早く移動する。
【００２１】
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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液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液体収容器と、
液体収容器内に収容された絶縁性液体および導電性液体のうち複数層に分かれている一方について、それら複数層に挟まれた他方を迂回して層の相互間を繋ぐためのバイパス管路と、
液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内の導電性液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、絶縁性液体と導電性液体との境界面の形状変化と、上記バイパス管路を介した前記複数層間の液体移動を伴ったそれら複数層に挟まれた液体の位置変化が生じることを特徴とする。
【００２２】
本発明のレンズユニットによると、本発明の液体レンズと同様に、簡素な構造で焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動との双方が電気的に実現される。
【００２３】
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、少なくとも一方が複数層に分かれて他方を挟んでいる絶縁性液体および導電性液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液体収容器と、
液体収容器内に収容された絶縁性液体および導電性液体のうち複数層に分かれている一方について、それら複数層に挟まれた他方を迂回して層の相互間を繋ぐためのバイパス管路と、
液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内の導電性液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、絶縁性液体と導電性液体との境界面の形状変化と、上記バイパス管路を介した前記複数層間の液体移動を伴ったそれら複数層に挟まれた液体の位置変化とを生じさせる制御部と、
絶縁性液体および導電性液体を通ってきた被写体光が表面に結像されて、その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。
【００２４】
本発明の撮像装置によれば、本発明の液体レンズと同様に、簡素な構造で焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動との双方が電気的に実現され、小型で安価な撮像装置が得られる。
【００２５】
なお、本発明にいう撮像装置および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、本発明にいう撮像装置およびレンズユニットには、上記の基本形態のみではなく、前述した液体レンズの各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、焦点距離変化とレンズ中心の光軸方向への移動との双方が電気的に実現される簡素な構造の液体レンズ、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】
【００２７】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に相当する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。
【００２９】
図１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。
【００３０】
図２は、図１に示すデジタルカメラ１００の概略構成図である。
【００３１】
図２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。
【００３２】
まず撮影光学系１１０の構成を、図２を参照して説明する。
【００３３】
デジタルカメラ１００では、図２の左方から被写体光が入射し、ズーム＆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。ここでズーム＆フォーカスレンズ１１４は本発明の液体レンズの一実施形態に相当し、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。通常は、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２に示す撮影光学系１１０では、ズーム＆フォーカスレンズ１１４がピント調節と焦点距離変化の双方を担っている。また、この撮影光学系１１０には、ズーム＆フォーカスレンズ１１４以外にもレンズが配備されているが、ここでは図示が省略されている。
【００３４】
アイリス１１３およびシャッタ１１２は、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、ズーム＆フォーカスレンズ１１４には、モータの替わりに、ズーム＆フォーカスレンズ１１４のレンズ形状やレンズ位置を変化させるズーム＆フォーカスコントローラ１１４ａが設けられている。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、ズーム＆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。
【００３５】
後で詳述するように、ズーム＆フォーカスレンズ１１４では、光学的なレンズ中心の移動と焦点距離変化との双方が実現される。ズーム＆フォーカスレンズ１１４によってレンズ中心が移動することによってズーム機能が実現される。即ち、光軸に沿う方向に、信号処理部１２０からの信号に応じた位置までレンズ中心が移動されることによって撮影倍率が所望の倍率に決定される。また、ズーム＆フォーカスレンズ１１４は、ＴＴＬＡＦ機能も実現するレンズである。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、ズーム＆フォーカスレンズ１１４を移動させる替わりに、ズーム＆フォーカスコントローラ１１４ａでズーム＆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、被写体に焦点を合わせる。このズーム＆フォーカスレンズ１１４の構成などについては、後で詳しく説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
以上が撮影光学系１１０の構成である。
【００３８】
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１７０、撮影モードスイッチ１６０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。
【００３９】
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、ズーム＆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。
【００４０】
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。
【００４１】
ここで、デジタルカメラ１００における本発明の特徴は、ズーム＆フォーカスレンズ１１４にある。以下では、このズーム＆フォーカスレンズ１１４について詳しく説明する。
【００４２】
図３は、ズーム＆フォーカスレンズの概略構成図である。なお、以下の各図では、図の左側から被写体光が入射するものとし、光が入射する側（図の左側）を前側、光が出射する側（図の右側）を後側と称して説明を行う。
【００４３】
ズーム＆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で塞がれた液体収容器２０１内に、導電性液体３０２と、導電性液体３０２とは不混和な絶縁性液体３０１とが収容されて形成されている。この液体収容器２０１は、透明なガラスで構成されており、本発明にいう液体収容器の一例に相当する。
【００４４】
チューブ２０１ａの両端を塞ぐキャップ２０１ｂ，２０１ｃの、液体と接触する面（内面）は、親水性を有する親水性膜２０６で覆われている。また、チューブ２０１ａの内面は、撥水性を有する撥水性膜２０５で覆われている。
【００４５】
また、液体収容器２０１には、チューブ２０１ａの両端それぞれにおいて親水性膜２０６を挟むように配置された、液体と接触する第１電極２０２と、チューブ２０１ａと撥水性膜２０５に挟まれた絶縁膜２０４と、絶縁膜２０４によって液体と絶縁された複数（ここでは６つ）の第２電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’も備えられている。これら第１電極２０２、および第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’は、図２に示すズーム＆フォーカスコントローラ１１４ａと接続されており、ズーム＆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２０３ａ，…，２０３ｃ’は、本発明にいう第２の電極の一例に相当する。また、ズーム＆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。
【００４６】
ズーム＆フォーカスレンズ１１４には、液体収容器２０１の前方と後方とを繋ぐバイパス管２０７と、バイパス管２０７内の液体を送り出すポンプ２０８も備えられている。
【００４７】
上記のような液体収容器２０１に、相互に光屈折率が異なる導電性液体３０２と、絶縁性液体３０１とが収容される。本実施形態では、導電性液体３０２として、水に支持電解質（テトラブチルアンモニウムパークロレイト０．１ｍｏｌ／Ｌ）が加えられたものが適用され、絶縁性液体３０１として、有機溶媒（アイソパー：エクソン社製）が適用される。この導電性液体３０２は、本発明にいう導電性液体の一例にあたり、絶縁性液体３０１は、本発明にいう絶縁性液体の一例に相当する。
【００４８】
第１電極２０２と第２電極２０３との間に電圧が印加されていない状態では、導電性液体３０２が撥水性膜２０５と反撥することによって、導電性液体３０２と絶縁性液体３０１との境界面は図３に示すような形状になり、絶縁性液体３０１は前側と後側の２層に分かれ、その２層の絶縁性液体３０１によって導電性液体３０２が挟まれた状態となる。このとき、第１電極２０２と導電性液体３０２とが接触する。絶縁性液体３０１（アイソパー）の屈折率（ｎ＝１．４３）は、導電性液体３０２（水溶液）の屈折率（ｎ＝１．３３）よりも大きいので、この図３に示す状態では、ズーム＆フォーカスレンズ１１４は凹レンズとして作用する。
【００４９】
ここで、図２に示す信号処理部１２０からの指示に従って、ズーム＆フォーカスコントローラ１１４ａが第１電極２０２と第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’との相互間に電圧を印加すると、第１電極２０２から導電性液体３０２に電荷が放出され、第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’には、導電性液体３０２に放出された電荷とは逆極性の電荷が集まる。この導電性液体３０２に放出された電荷と、第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’の電荷とがクーロン力によって引き合い、導電性液体３０２中の電荷が撥水性膜２０５付近に引き付けられる。その結果、導電性液体３０２と絶縁性液体３０１との境界面が変化する。
【００５０】
図４は、ズーム＆フォーカスレンズに電圧が印加された状態を示す図である。
【００５１】
第１電極２０２と第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’との相互間には次の手順で電圧が印加される。即ち、まず、第１電極２０２と、その第１電極２０２に最も近い第２電極２０３ａ，２０３ａ’との間に電圧が印加される。次に第１電極２０２と、第１電極２０２に次に近い第２電極２０３ｂ，２０３ｂ’との間に電圧が印加される。最後に、第１電極２０２と、第１電極２０２から最も遠い第２電極２０３ｃ，２０３ｃ’との間に電圧が印加される。このような印加手順によって導電性液体３０２と絶縁性液体３０１との境界面は順次に変形し、最終的にはこの図４に示すような形状になって、ズーム＆フォーカスレンズ１１４は凸レンズとして作用する。このような境界面の曲率は、第１電極２０２と第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’との相互間に印加される電圧の大きさに依存しており、ズーム＆フォーカスコントローラによって電圧値が変更されることによってズーム＆フォーカスレンズ１１４の焦点距離が変化する。
【００５２】
このようなズーム＆フォーカスレンズ１１４が用いられて、以下のような手順でＴＴＬＡＦ機能が実現される。
【００５３】
まず、ズーム＆フォーカスコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２と第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’との相互間に印加される電圧が少しずつ変えられることによって、導電性液体３０１と絶縁性液体３０２との境界面の形状が変えられながら、図２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と第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’との相互間に印加される。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、被写体に焦点を合わせることができる。
【００５４】
ここで、図２に示すズームスイッチ１７０の操作に応じた信号処理部１２０からの指示に従ってズーム＆フォーカスコントローラ１１４ａが、以下説明するように電極相互間の電圧を変更すると、絶縁性液体３０１の位置が移動して、光学的な意味におけるレンズ中心が移動する。
【００５５】
図５は、レンズ中心が移動した状態を示す図である。
【００５６】
第１電極２０２と第２電極２０３ａ，…，２０３ｃ’との相互間の電圧は次の手順で変更される。なお、以下では説明の便宜上、第１電極と第２電極との相互間に電圧が印加されることやその電圧のことを単に「第２電極に電圧が印加される」「第２電極の電圧」と称する。
【００５７】
図４に示す状態では、ズーム＆フォーカスレンズ１１４の中央の２つの第２電極２０３ｃ，２０３ｃ’それぞれには同一の電圧が印加されており、レンズ中心の移動時には、移動方向前方（ここではズーム＆フォーカスレンズ１１４の後側）の第２電極２０３ｃ’の電圧が上昇し、移動方向後方（ここではズーム＆フォーカスレンズ１１４の前側）の第２電極２０３ｃの電圧が下降して、絶縁性液体３０１および境界面の位置がズーム＆フォーカスレンズ１１４の後側へと移動する。このとき、ポンプ２０８は導電性液体３０１をズーム＆フォーカスレンズ１１４の前側に送り出し、導電性液体３０１は、バイパス管を通ってズーム＆フォーカスレンズ１１４の後側から前側へと移動する。これにより絶縁性液体３０１は速やかに移動する。絶縁性液体３０１および境界面の形状は移動の前後で維持されており、この結果、光学的に意味におけるレンズ中心が移動することとなる。
【００５８】
絶縁性液体３０１の移動に伴い、移動方向後方の第２電極２０３ｃの電圧は０となり、移動方向の更に前方の第２電極２０３ｂ’に電圧が印加され、上昇する。このような電圧の変更が更に繰り返されると、最終的にはこの図５に示す位置まで絶縁性液体３０１が移動し、このときには、ズーム＆フォーカスレンズ１１４の最後方の２つの電極２０３ｂ’，２０３ａ’に電圧が印加されている。
【００５９】
上述した手順とは逆の手順による電圧変更が行われると、絶縁性液体３０１および境界面はズーム＆フォーカスレンズ１１４の前側へと移動することとなる。
【００６０】
このように、ズーム＆フォーカスレンズ１１４では、光学的に意味におけるレンズ中心が電気的に移動可能であり、このようなレンズ中心の移動によってズーム機能が実現される。
【００６１】
以上で本発明の実施形態についての説明を終了する。
【００６２】
なお、上記では、液体収容器中に、導電性液体と絶縁性液体の２種類の液体が収容された例について説明したが、本発明にいう液体収容器には、３種類以上の液体が収容されていてもよい。
【００６３】
また、上記では、２層に分かれた導電性液体に絶縁性液体が挟まれた例について説明したが、本発明にいう液体収容器に収容される導電性液体および絶縁性液体は、２層に分かれた絶縁性液体に導電性液体が挟まれていてもよく、あるいは、導電性液体や絶縁性液体が３層以上に分かれていても良い。
【００６４】
また、レンズ中心の素早い移動のためにはポンプがある方が望ましく、上記では、バイパス管の途中にポンプが備えられている好適な例について説明したが、本発明では、例えばレンズ中心の移動速度が遅くてもよい用途の場合などには、ポンプの無いバイパス管だけが備えられていても良い。このようにポンプがない場合には、中央部の液体を移動させる力に押されてバイパス管内を液体が流れることとなる。
【００６５】
また、上記では、液体収容器の外側にバイパス管が設けられている例について説明したが、本発明にいうバイパス管は、液体収容器の内部に設けられたものであっても良い。
【００６６】
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形態について付記する。
＜液体＞
本発明にいう導電性液体、および絶縁性液体は、屈折率が互いに異なり、互いに混合しない２種類以上の液体であればよい。
【００６７】
これらの液体の組み合わせとしては、いかなるものであってもよいが、好ましくは、水と有機溶媒の組み合わせである。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（エクソン社製）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（ジフルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテルなど）が好ましい。
【００６８】
また、水には、電気伝導度を高める目的で、支持電解質を添加することが好ましい。支持電解質としては、ＴＭＡＰ：Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ、あるいは、ＴＢＡＦ：Ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ等が用いられる。
＜液体収容器器＞
上述した液体収容器の材料としては、ガラス基板、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、シリコーン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、セルロース誘導体、ポリオレフィンなどの高分子のフイルムや板状基板、金属基板、セラミック基板等の無機基板などが好適に用いられる。少なくとも５０％以上の光透過率を有する容器が好ましく、さらに好ましくは８０％以上の光透過率を有するものである。
＜電極＞
陰極や陽極の電極部材としては、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、プラチナ、カーボン、導電性高分子、酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層が形成されたものが好適に用いられる。また、電極を光の透過する部位に設置する場合には、いわゆる透明電極を用いることが好ましい。酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物が好ましい。
【００６９】
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。
【００７０】
例えば、液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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に相当する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２】図１に示すデジタルカメラの概略構成図である。
【図３】ズーム＆フォーカスレンズの概略構成図である。
【図４】ズーム＆フォーカスレンズに電圧が印加された状態を示す図である。
【図５】レンズ中心が移動した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
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    ズーム＆フォーカスレンズ
１１４ａ    ズーム＆フォーカスコントローラ
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    液体収容器
２０１ａ    チューブ
２０１ｂ，２０１ｃ    キャップ
２０２    第１電極
２０３ａ，…，２０３ｃ’    第２電極
２０４    絶縁膜
２０５    撥水性膜
２０６    親水性膜
２０７    バイパス管
２０８    液送ポンプ
３０１    絶縁性液体
３０２    導電性液体
【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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