(57)【要約】【課題】応答速度が速い電気泳動光量調整素子撮像装置を提供すること。【解決手段】実質的に透明な第１基板と、該第１基板に間隙支持体を介して対向して配置された実質的に透明な第２基板と、前記両基板の少なくとも一方の対向面側に３以上の駆動電極で一駆動電極群を成す少なくとも１つの駆動電極群と、前記両基板間に充填された透明絶縁性液体と複数の不透明帯電泳動粒子から成る電気泳動液とを含む電気泳動光量調整素子において、前記第１基板と第２基板の少なくとも一方の対向面側に帯電制御層を備えることを特徴とする。前記第１基板と前記第２基板の対向面側の少なくとも一方に、駆動電極が配置される基板では、前記不透明帯電泳動粒子と逆極性に帯電する前記帯電制御層が配置され、駆動電極が配置されない基板では該不透明帯電泳動粒子と同極性に帯電する帯電制御層が配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に透明な第１基板と、該第１基板に間隙支持体を介して対向して配置された実質的に透明な第２基板と、前記両基板の少なくとも一方の対向面側に３以上の駆動電極で一駆動電極群を成す少なくとも１つの駆動電極群と、前記両基板間に充填された透明絶縁性液体と複数の不透明帯電泳動粒子から成る電気泳動液とを含む電気泳動光量調整素子において、
前記第１基板と第２基板の少なくとも一方の対向面側に帯電制御層を備えることを特徴とする電気泳動光量調整素子。
【請求項２】
前記第１基板と前記第２基板の対向面側の少なくとも一方に、駆動電極が配置される基板では、前記不透明帯電泳動粒子と逆極性に帯電する前記帯電制御層が配置され、駆動電極が配置されない基板では該不透明帯電泳動粒子と同極性に帯電する帯電制御層が配置されることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
【請求項３】
光路中にレンズと撮像素子及び請求項１記載の電気泳動光量調整素子を適宜配置し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、レンズの光軸上に備え、透過率が変化する光量調整素子とその駆動方法及びこれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の調光素子及び撮像装置には、電気泳動を利用して帯電泳動粒子を有効領域の外に移動して透過状態を、帯電泳動粒子を有効領域に分散させて減光状態を成す調光素子が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２１４６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
素子が大きく不透明帯電泳動粒子の移動距離が長い場合、素子の応答速度が遅くなる傾向がある。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、応答速度が速い電気泳動光量調整素子及びこれを用いた撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、実質的に透明な第１基板と、該第１基板に間隙支持体を介して対向して配置された実質的に透明な第２基板と、前記両基板の少なくとも一方の対向面側に３以上の駆動電極で一駆動電極群を成す少なくとも１つの駆動電極群と、前記両基板間に充填された透明絶縁性液体と複数の不透明帯電泳動粒子から成る電気泳動液とを含む電気泳動光量調整素子において、前記第１基板と第２基板の少なくとも一方の対向面側に帯電制御層を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１基板と前記第２基板の対向面側の少なくとも一方に、駆動電極が配置される基板では、前記不透明帯電泳動粒子と逆極性に帯電する前記帯電制御層が配置され、駆動電極が配置されない基板では該不透明帯電泳動粒子と同極性に帯電する帯電制御層が配置されることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、光路中にレンズと撮像素子及び請求項１記載の電気泳動光量調整素子を適宜配置して撮像装置を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気泳動光量調整素子の応答速度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施態様について順に説明する。
【００１０】
図１に本発明の代表的な断面構成図を、図３に本発明の代表的な平面構成図を示す。
【００１１】
第１基板１と第２基板２が対向にして配置され、それぞれの基板の対向面側に駆動電極が配置されている。１つの駆動電極群４は、４駆動電極（５〜８）から構成されている。駆動電極（５〜８）を覆うように駆動電極（５〜８）が配置された層の上に帯電制御層３が配置されている。本構成では両基板に駆動電極（５〜８）が配置されており、両基板の対向面側に配置された帯電制御層３は、不透明帯電泳動粒子１３と逆極性に帯電している。
【００１２】
第１基板１と第２基板２の間には、素子周辺部分に間隙支持体１０と、素子中央部分に粒子禁止部９が配置されている。第１基板１と第２基板２と間隙支持体１０と粒子禁止部９によって作られる空間には透明な絶縁性液体１２が充填され、その絶縁性液体１２中に不透明帯電泳動粒子１３が分散されている。遮光部１１は、粒子禁止部９とは異なる領域に配置される。本構成では素子周辺に配置される。
【００１３】
第１基板１と第２基板２は、所望の波長の光に対して実質的に透明であれば良く、その材質・形状は特に限定しない。例えば、材質は硝子の無機物、ＰＥＴ等の有機物で構成されたもので良い。
【００１４】
間隙支持体１０は、基板間隔を一定に保てるものであれば良く、その形状は特に限定しない。第１基板１と第２基板２を複数の点で支持しても良い。又、素子周囲に配置され絶縁性液体１２の漏洩を防ぐ封止の機能を有していても良い。
【００１５】
粒子禁止部９は、所望の波長の光に対して実質的に透明であれば良く、その材料は特に限定しない。例えば、材質は硝子の無機物、フォトレジスト等の有機物で構成されたもので良い。その形状は不透明帯電泳動粒子１３の移動を禁止する形状であれば良く、特に限定しない。断面形状は第１基板１と第２基板２間を繋ぐ柱状は良い構成の１つである。平面形状は特に限定しない。円形、多角形等であれば良い。
【００１６】
粒子禁止部９と異なる領域の一部に遮光部１１を設ける構成は好ましい構成の１つである。遮光部１１に不透明帯電泳動粒子１３を移動させ、電気泳動光量調整素子１４を透光状態とし、遮光部１１以外の領域に不透明帯電泳動粒子１３を移動させて電気泳動光量調整素子１４を遮光状態にすることができる。この構成により透光状態と遮光状態の透過光量の差がより安定する。粒子禁止部９は、遮光部１１と一定の間隔を空けて配置することは不透明帯電泳動粒子１３の移動距離を一定にし、電気泳動光量調整素子１４の応答速度を安定にする構成である。
【００１７】
絶縁性液体１２は、所望の波長の光に対して実質的に透明な液体であれば良い。シリコンオイル、イソパラフィン等が挙げられる。又、不透明帯電泳動粒子１３の帯電及び分散を維持するため、又は帯電制御層３の帯電を維持するための添加剤が溶解していても良い。
【００１８】
不透明帯電泳動粒子１３は、所望の波長の光に対して実質的に不透明で、絶縁性液体１２中で帯電し分散を維持するものであれば良い。形状も特に限定するものではなく、第１基板１と第２基板２間に充填される大きさであれば良い。
【００１９】
帯電制御層３は、第１基板１と第２基板２の少なくとも一方の対向面側に配置されれば良い。帯電制御層３の帯電極性は、駆動電極（５〜８）が配置される基板に配置される場合には、不透明帯電泳動粒子１３と逆極性に、駆動電極（５〜８）が配置さない基板に配置される場合には、不透明帯電泳動粒子１３と同極性に帯電するのが良い。帯電制御層３の電荷により不透明帯電泳動粒子１３が駆動電極面近傍に分布する傾向を強め不透明帯電泳動粒子１３の制御性が向上する。
【００２０】
更に、電気浸透流効果により不透明帯電泳動粒子１３の泳動速度が向上する。駆動電極（５〜８）が第１基板１と第２基板２の対抗面側に配置される場合、両基板の対向面側に帯電制御層３を設け、その帯電制御層３を不透明帯電粒子１３と逆極性に帯電させるのは良い構成の１つである。この場合、両基板近傍に不透明帯電泳動粒子１３と不透明帯電泳動粒子１３と同極性の帯電を持つイオンが分布し、基板間の中間付近に不透明帯電泳動粒子１３の帯電と逆極性のイオン場分布する。
【００２１】
一方、一方の基板の対向面側に駆動電極（５〜８）を配置する場合、駆動電極（５〜８）が配置される基板の対向面側に不透明帯電泳動粒子１３と逆極性に帯電する帯電制御層３を配置し、駆動電極（５〜８）が配置されない基板の対向面側に不透明帯電泳動粒子１３と同極性に帯電する帯電制御層３を配置する構成は良い構成の１つである。この場合、駆動電極（５〜８）が配置される基板の近傍に不透明帯電泳動粒子１３と同極性に帯電するイオンが分布し、駆動電極（５〜８）が配置されない基板の近傍に不透明帯電泳動粒子１３と逆極性に帯電するイオンが分布する。
【００２２】
以上説明した通り、絶縁性液体中１２の不透明帯電泳動粒子１３と同極性に帯電するイオンは駆動電極（５〜８）近傍に分布し、絶縁性液体中の不透明帯電泳動粒子１３と逆極性に帯電するイオンが駆動電極から離れて分布する。これに駆動電圧を印加すると電気浸透流効果により不透明帯電泳動粒子１３の泳動速度が向上する傾向がある。そのため、素子の応答速度を向上する効果を持つ。
【００２３】
帯電制御層３の帯電付与の方法は特に限定しない。帯電制御層３の帯電付与の方法として、帯電制御層３と絶縁性液体中に溶解させた添加剤との接触による帯電制御方法は良い方法の１つである。例えば、絶縁性液体にイソパラフィンを用い、帯電制御層をプラスに帯電させる場合、帯電制御層として長鎖アルキルメタクリレート系材料を用い、添加剤として−ＣＯＯＨ含有材料を用いれば良い。一方、絶縁性液体にイソパラフィンを用い、帯電制御層をマイナスに帯電させる場合、帯電制御層としてフッ素系材料を用い、添加剤として−ＮＨ２
含有材料を用いれば良い。
【００２４】
駆動電極（５〜８）は、第１基板１と第２基板２の両方（図１）若しくは一方（図２）の対向面側に、少なくとも３つ以上の駆動電極を１駆動電極群４とし、駆動電極群４に含まれる駆動電極（５〜８）を周期的に配置するのが良い。１駆動電極群４の駆動電極数は特に限定しない。少なくとも３個以上を有し駆動電圧により不透明帯電泳動粒子１３を搬送可能であれば良い。
【００２５】
図１では４駆動電極を１駆動電極群４とし、素子中央から素子周辺に向けて２駆動電極群４を、各駆動電極群４に含まれる駆動電極（５〜８）を周期的に配置した。駆動電極（５〜８）の平面形状は、不透明帯電泳動粒子１３を所望の領域に移動可能であれば特に限定しないが、例えば、粒子禁止部９が素子中央に配置され、その周囲に半径の異なる円形の駆動電極（５〜８）が同心に配置される構成は好ましい構成の１つである（図４）。粒子禁止部９が円形であり、この粒子禁止部の接線と略直交するように駆動電極を配置する構成（図３）も好ましい構成の１つである。図３の構成では第１駆動電極５、第２駆動電極６、第３駆動電極７、第４駆動電極８から成る駆動電極群４が素子開口部の円周方向に繰り返し周期的に配置される。
【００２６】
駆動波形は、駆動電極群４に含まれる駆動電極（５〜８）に位相を等間隔でずらした電圧波形を順次印加する方法は良い駆動方法の１つである。２π／Ｎラジアン（Ｎは１駆動電極群４に含まれる駆動電極数）ずつ位相が異なる駆動方法は好ましい駆動方法の１つである。
【００２７】
駆動電極群４に含まれる駆動電極数が４の場合、＋Ｖo ，０Ｖ，−Ｖo ，０Ｖを順次印加する方法は良い駆動方法である（但し、Ｖo は正の整数で駆動電圧を表す）。各駆動電極（５〜８）に印加する駆動電圧波形の位相を変えることで透過光量の変化が可能であり、例えば不透明帯電泳動粒子１３がプラスに帯電する場合、図６に示す駆動波形を図１に示す素子に印加した場合、不透明帯電泳動粒子１３は素子周辺の遮光部１１に相当する領域に移動して電気泳動光量調整素子１４の透過光量は増大し（図５左図）、図７に示す駆動波形を印加した場合、不透明帯電泳動粒子１３は、電気泳動光量調整素子１４の中央に移動して素子の透過光量は減少する（図５右図）。
【００２８】
図８は電気泳動光量調整素子の応用方法の１つである。電気泳動光量調整素子１４を光路に組み込んだ、撮像装置１８は本素子を組み込んだ好ましい応用方法の例である。撮像素子１６の出力信号を信号処理装置１７により処理し、電気泳動光量調整素子１４の駆動信号を発生し、電気泳動光量調整素子１４を駆動する構成は、好ましい構成の１つである。
【００２９】
以下、実施例に従って本発明を説明する。
【実施例１】
【００３０】
本実施例では、図１に示す断面構成で、図３に示す平面構成での素子を作製し駆動を行った。作製した素子の大きさは直径５ｍｍ、厚さ０．４３ｍｍ、遮光部１１の内側の直径は３ｍｍとし、粒子禁止部の直径は１ｍｍである。
【００３１】
先ず、第１基板１及び第２基板２として厚さ０．２ｍｍのガラスにＩＴＯを成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図に示す形状にパターニングして駆動電極（５〜８）を形成した。続いて、帯電制御層３としてフッ素系材料を塗布した。続いて第１基板１には間隙支持体１０と粒子禁止部９を形成した。間隙支持体１０と粒子禁止部９は、同じ材質で同様のプロセスにより同時に作製しても良い。
【００３２】
間隙支持体１０と粒子禁止部９は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、３０μｍの高さとした。形成された空間内に絶縁性液体１２及び不透明帯電泳動粒子１３を充填した。絶縁性液体１２としては、イソパラフィンを使用した。絶縁性液体１２中には添加剤として−ＮＨ２
含有材料を添加した。不透明帯電泳動粒子１３としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径３μｍ位のものを使用した。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子１３は正帯電極性を示した。
【００３３】
次に、第２基板２を位置合わせを行いながら第１基板１上に置き、素子周辺部を接着剤により張り合わせた。その後、第２基板２の素子周辺の領域に黒色インクを塗り、遮光部１１とした。
【００３４】
この電気泳動光量調整素子14に不図示の駆動信号発生装置を接続して駆動を行った。先ず、図６に示す駆動波形を素子に繰り返し印加し駆動させたところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子１３は素子周辺に高速に搬送され透光状態となった。
【００３５】
図６中ｃｈ１に示す駆動波形を第１駆動電極５に、ｃｈ２に示す駆動波形を第２駆動電極６に、ｃｈ３に示す駆動波形を第３駆動電極７に、ｃｈ４に示す駆動波形を第４駆動電極８に印加した。
【００３６】
図７に示す駆動波形を素子に繰り返し印加し駆動させたところ、素子周辺に分布していた不透明帯電泳動粒子１３は、素子中央部に高速に搬送され遮光状態となった。更に、駆動電圧を緩やかに小さくして全ての駆動電極を０Ｖにしたところ、より均一に分散した。
【００３７】
電気泳動光量調整素子１４を撮像装置１８に取り付けて駆動させたところ、明所から暗所まで良好な画像を得ることができた。
【実施例２】
【００３８】
本実施例では、図２に示す断面構成で、図５に示す平面構成の素子を作製し駆動を行った。作製した素子の大きさは直径５ｍｍ、厚さ０．４３ｍｍ、遮光部１１の内側の直径は３ｍｍとし、粒子禁止部９の直径は１ｍｍである。
【００３９】
先ず、第１基板１として厚さ０．２ｍｍのガラスにＩＴＯを成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより図に示す形状にパターニングして、駆動電極（５〜８）を形成した。続いて、帯電制御層３としてフッ素系材料を塗布した。第２基板２には厚さ０．２ｍｍのガラス基板を用い、帯電制御層３として長鎖アルキルメタクリレート系材料を塗布した。この上に、間隙支持体１０と粒子禁止部９を形成した。間隙支持体１０と粒子禁止部９は同じ材質で同様のプロセスにより同時に作製しても良い。
【００４０】
間隙支持体１０、粒子禁止部９は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、３０μｍの高さとした。形成された空間内に絶縁性液体１２及び不透明帯電泳動粒子１３を充填した。絶縁性液体１２としては、イソパラフィンを使用した。絶縁性液体１２中には添加剤として−ＮＨ2 含有材料と−ＣＯＯＨ含有材料を添加した。不透明帯電泳動粒子１３としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径４μｍ位のものを使用した。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子１３は正帯電極性を示した。次に、第２基板２を第１基板１上に置き、素子周辺部を接着剤により張り合わせた。その後、第２基板２の素子周辺の領域に黒色インクを塗り、遮光部１１とした。
【００４１】
この電気泳動光量調整素子１４に不図示の駆動信号発生装置を接続して駆動を行った。先ず、図６に示す駆動波形を素子に繰り返し印加し駆動させたところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子１３は、素子周辺に高速に搬送され透光状態となった。
【００４２】
図６中ｃｈ１に示す駆動波形を第１駆動電極５に、ｃｈ２に示す駆動波形を第２駆動電極６に、ｃｈ３に示す駆動波形を第３駆動電極７に、ｃｈ４に示す駆動波形を第４駆動電極８に印加した。
【００４３】
図７に示す駆動波形を素子に繰り返し印加し駆動させたところ、素子周辺に分布していた不透明帯電泳動粒子１３は、素子中央部に高速に搬送され遮光状態となった。更に、駆動電圧を緩やかに小さくして全ての駆動電極を０Ｖにしたところ、より均一に分散した。
【００４４】
電気泳動光量調整素子１４を撮像装置１８に取り付けて駆動させたところ、明所から暗所まで良好な画像を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な一例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な一例を示す平面図である。
【図５】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な駆動状態の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な駆動方法の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な駆動方法の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る電気泳動光量調整素子の代表的な適用方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      第１基板
２      第２基板
３      帯電制御層
４      駆動電極群
５      第１駆動電極
６      第２駆動電極
７      第３駆動電極
８      第４駆動電極
９      粒子禁止部
１０    間隙支持体
１１    遮光部
１２    絶縁性液体
１３    不透明帯電泳動粒子
１４    電気泳動光量調整素子
１５    レンズ
１６    撮像素子
１７    信号処理装置
１８    撮像装置
【図１】
2007041273.tif 000003
【図２】
2007041273.tif 000004
【図３】
2007041273.tif 000005
【図４】
2007041273.tif 000006
【図５】
2007041273.tif 000007
【図６】
2007041273.tif 000008
【図７】
2007041273.tif 000009
【図８】
2007041273.tif 000010