(57)【要約】  本発明は第1液体(A)及び電気感受性を有する第2液体(B)を密閉する容器を有する光学素子について開示する。当該液体(A)及び液体(B)は非混和性で、かつ界面(14)を介して相互に接している。液体(A)及び液体(B)のうちの少なくとも1種類の少なくとも一部は容器を介した光路中に設けられている。当該液体は平均化された動粘度(m2/s)及び平均化された密度(kg/m3)を有する。当該液体は表面張力S(N/m)を受ける。光学素子は、前記界面の接触線と容器内壁とが接する位置で直径d(m)を有する。光学素子は、0.5≦98V(D/Sd)0.5≦5の関係に従う。そのような光学素子は、十分制御されている又は、ほぼ十分に振動が減衰されている界面を有するので、高い切り換え周波数に追随することができる。
2008508551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1液体及び電気感受性の第2液体を密閉する容器を有する光学素子であって、
前記液体が非混和性で、かつ界面を介して相互に接し、
前記液体のうちの少なくとも1種類の少なくとも一部は前記容器を通り抜ける光路中に設けられ、
前記液体は平均化された動粘度V(m2/s)及び平均化された密度D(kg/m3)を有し、
前記液体は表面張力S(N/m)を受ける、
ことを特徴とし、
前記界面の接触線と前記容器内壁とが接する位置で直径d(m)を有し、
関係式、
0.5≦98V(D/Sd)0.5≦5
に従うことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学素子が関係式、
0.75≦98V(D/Sd)0.5≦2
に従うことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
【請求項３】
-30℃から60℃までの温度範囲で前記関係式に従うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の光学素子。
【請求項４】
請求項1、2又は3に記載の光学素子を有する電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は第1液体及び電気感受性を有する第2液体を密閉する容器を有する光学素子に関し、第1液体及び第2液体は非混和性で、かつ界面を介して相互に接していて、液体(A)及び液体(B)のうちの少なくとも1種類の少なくとも一部は容器を通り抜ける光路中に設けられている。
【０００２】
本発明はさらに、光学素子を有する電子装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
液体の操作に基づく光学素子は急速に商業的関心を増大させている。その理由は機械的可動部分が少ないことでも、素子が比較的単純なことでもなく、液体の操作に基づくことで安価で耐久性を有するためである。
【０００４】
たとえば特許文献1では、屈折率は等しいが透過率の異なる2種類の非混和性流体を内蔵する光学素子について開示している。これら2種類の流体の界面を変化させることによって、素子を介した光路中の各液体の量が変化し、その結果絞りが得られる。
【０００５】
特許文献2は、屈折率がそれぞれ異なる2種類の流体を有し、一方の流体が導電性で他方の流体が絶縁性であることを特徴とする円柱状可変焦点レンズについて開示している。これらの流体は、液体の向きによる引力の影響がレンズの向きに依存しないように同程度の密度を有する。2種類の流体間の界面形状は、レンズに電圧を印加することによって操作される。界面形状の変化は、レンズ焦点に変化を導入するのに用いることが可能である。シリンダの壁及び、シリンダの透明なふたの1つには疎水性コーティングが施されることで、少なくともスイッチオフの状態では、両流体間で明確な界面を保持するため、電気感受性を有する流体は前記壁で濡れない。電気感受性を有する流体は、典型的には極性液体又は分極可能な液体である。
【特許文献１】米国特許出願公開第2001/0017985号明細書
【特許文献２】国際公開第03/06980号パンフレット
【非特許文献１】ブルノ・ベルグ(Bruno  Berge)他、”European  Physical  Journal  E”、2000年、第3巻、pp.159-163
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのような液体ベースの光学素子の問題は、界面位置の変化が界面上で振動を引き起こしてしまうことである。その振動によって界面の光学的状態の同一性が失われる。これを回避するのは難しく、振動が、光学素子又は、その光学素子の機能を利用する、たとえば液体ベースの可変焦点レンズを利用する携帯電話のような電子装置における所望の動作周波数よりも長い寿命を有するときには意図しない効果となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、界面振動の持続時間及び発生が減少する光学素子の提供を目指す。
【０００８】
本発明はさらに、そのような光学素子を有する電子装置の提供を目指す。
【０００９】
本発明の態様に従うと、第1液体及び電気感受性の第2液体を密閉する容器を有する光学素子が供される。前記液体は非混和性で、かつ界面を介して相互に接している。両液体のうちの少なくとも1種類の少なくとも一部は容器を通り抜ける光路中に設けられている。前記液体は平均化された動粘度V(m2/s)及び平均化された密度D(kg/m3)を有する。前記液体は表面張力S(N/m)を受ける。光学素子は、前記界面の接触線と容器内壁とが接する位置で直径d(m)を有する。光学素子は、以下の式に従う。
【００１０】
0.5≦98V(D/Sd)0.5≦5  (1)
この式に従う光学素子では、光学素子界面上での振動の固有減衰時間は、容器内壁と一緒になっている界面の接触線における直径、つまり界面が容器内壁に触れている場所での容器の直径が少なくとも5[mm]までである光学素子については30[ms]未満に保持することが可能である。
【００１１】
有利になるように、光学素子は以下の式に従う。
【００１２】
0.75≦98V(D/Sd)0.5≦2  (2)
この範囲では、界面振動は非常に迅速に減衰し、実効的に（ほぼ）十分に振動の減衰された光学素子が実現される。
【００１３】
上述の範囲は温度範囲にして-30℃から60℃に従う。この範囲はたとえば、液体ベースの可変焦点レンズに要求される温度範囲を網羅している。
【００１４】
本発明の別な態様に従うと、本発明の光学素子を有する電子装置が供される。そのような電子装置は、本発明の光学素子の界面が従来の液体ベースの光学素子よりも迅速な状態の切り換えを行うため、たとえば高速オートフォーカス又は高速像取得のような高い光学素子利用周波数の実現が可能であるという利点を有する。
【実施例】
【００１５】
添付の図を参照しながら、非限定的な例示をすることによって本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図は概略的なものに過ぎず、正しいスケールで描かれていないことを理解すべきである。同一参照番号がすべての図を通じて同一又は同様の部分を指していることもまた理解すべきである。
【００１７】
図1では、特許文献2で開示されている可変焦点レンズが図示されている。可変焦点レンズは、円柱状チャンバ内に格納されている第1流体A及び第2流体Bを有する。流体は非混和性で、各々が異なる屈折率を有し、及び、界面14を有する流体の向きへの、配向依存する引力の影響を回避するために同一密度を有するのが好ましい。円柱チャンバはさらに、第1端部4及び第2端部6を有する。その際、第1端部4及び円柱状チャンバの内壁は、デュポン社から販売されているAF1600（商標）のような疎水性コーティングで覆われる。疎水性コーティングは、パリレンの積層体と組み合わせることで、電圧を印加することなく絶縁性流体Aによって導電性流体Bを閉じこめることが可能である。界面14の形状は、チャンバ壁に埋め込まれている円柱状電極2及び、第2流体Bと導電接触する第2のふた6上にある、透明であることが好ましい環状電極12に印加されている電圧をV1からV2へ変化させることによって、図(a)で図示されているような凸面形状から図(b)で図示されているような凹面形状へ連続的に切り換えることが可能である。その結果、シリンダを介した光路Lの焦点が変化する。
【００１８】
透明な端部4は、ガラス若しくはポリマーの蓋、又はレンズ形状をとることの可能な他の適切な透明材料であって良い。
【００１９】
デジタルスチルカメラ又は可変焦点レンズを有する携帯電話のような速い応答時間が要求される用途に適する、特許文献1で開示されているようなレンズ又は絞りのためには、光学素子の切り替えによって、界面がその位置及び/又は形状を変化させるときに界面上で生じる恐れのある振動は十分に減衰されることが重要である。減衰されていない素子は依然として界面上での振動を示し、光学素子の光学機能を利用するときに、たとえば液体ベースの可変焦点レンズを利用する電子装置のイメージセンサによって取得される像の歪みのような、意図した光学機能からのずれが生じる。もう一方で、減衰されすぎた光学素子は、これらの振動に悩まされることはないが、応答時間が遅くなる。応答時間が遅くなることは、オートフォーカス機構を利用する電子装置では望ましくない、なぜなら、たとえば可変焦点レンズのような光学素子が焦点を合わせるのに長い時間を要するからである。
【００２０】
十分に減衰された可変焦点レンズの必要性については、非特許文献1ですでに認識されていたことを強調しておくべきである。しかし今まで、これら3つの減衰する振る舞いのどれを光学素子が示すのかを予測することはできず、実際本発明の出願人の知る限りでは、式(1)に従ったシステムは未だに公然とは知られていない。
【００２１】
本発明は、液体ベース光学素子の臨界減衰時間tが以下の式で近似可能であるという理解に基づいている。
【００２２】
t=0.3(d3D/S)0.5  (3)
この式は、様々な直径d並びに、様々な液体A及びBを有する多数の液体ベースのレンズに関する一連の測定を実行することによって確認された。図2では、0.1MのKCl水溶液を電気感受性液体として、及びある範囲で各異なる動粘度を有するシリコーンオイルをもう一方の液体として使用する多数の測定結果の例が与えられている。y軸では、減衰時間がオイルの動粘度の関数として与えられている。この特定範囲において、シリコーンオイルの動粘度が7センチストークス(cSt)、つまり7*10-6[m2/s]付近のときに、可変焦点レンズの応答時間は最も速くなる。この測定結果及び他の測定結果（図示していない）から、経験的に式1及び式2が得られた。
【００２３】
式2に従う二液体系の例は、電気感受性第2液体Bとして0.01MのKCl水溶液及び、もう一方の液体Aとして7*10-6[m2/s]の動粘度を有するポリジメチルシロキサンオイルである。直径dが0.004[m]つまり4[mm]の光学素子中のこれらの2種類の流体では、25[ms]よりも十分小さな減衰時間が得られた。この値により、この二流体系は、界面の高速設定速度が要求されるカメラレンズに特に適するものとなる。他の液体の組み合わせについてもその多くが式1及び式2に従うことを発見できた。
【００２４】
たとえこれらの望ましくない効果が主として、特許文献1の従来技術の可変焦点レンズを例に用いて説明しているとしても、特許文献2で開示されているような絞りのような他の液体ベースの光学素子もまたこれらの問題の少なくとも一部に悩まされるだろうということを強調しておく。
【００２５】
本発明において、光学素子という語は、本発明の素子の応用領域を可視電磁スペクトルに限定することを意図していない。本発明はまた本発明の技術的範囲から逸脱することなく、たとえば音響素子のような可視以外の電磁スペクトル部分に使用することも可能であることを強調しておく。
【００２６】
電気感受性を有する液体という語は、電流又は電場の印加によって生じる力によって振る舞いの操作が可能な全ての液体を含むことを意図していることもまた強調しておく。
【００２７】
上述の実施例は本発明を限定するというよりは、むしろ本発明を図示するもので、当業者は、特許請求の範囲における請求項で定義される本発明の技術的範囲から離れることなく、本発明に関する多くの代替的実施例を設計することが可能であることに留意すべきである。本発明は、複数の明確に異なる素子を有するハードウエアの手段及び、適切にプログラミングされたコンピュータの手段によって実装することが可能である。複数の手段が列挙されている装置に関する請求項では、これらの手段のうちの複数が、ハードウエアにおける一及び同一の項目によって実施することが可能である。ある方法が、相互に異なる従属請求項において再掲されているという事実だけでは、これらの方法の組み合わせが利点を有しないということを示唆しない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術の可変焦点レンズを概略的に図示している。
【図２】光学素子の減衰時間を動粘度の関数として図示している。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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