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JP2000347005A - Variable focus lens device - Google Patents

Variable focus lens device

Info

Publication number
JP2000347005A
JP2000347005A JP15534199A JP15534199A JP2000347005A JP 2000347005 A JP2000347005 A JP 2000347005A JP 15534199 A JP15534199 A JP 15534199A JP 15534199 A JP15534199 A JP 15534199A JP 2000347005 A JP2000347005 A JP 2000347005A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
droplet
insulating layer
voltage
insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP15534199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kitayama
宏之 北山
Kyoji Yano
亨治 矢野
Junji Oyama
淳史 大山
Tomonari Horikiri
智成 堀切
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP15534199A priority Critical patent/JP2000347005A/en
Publication of JP2000347005A publication Critical patent/JP2000347005A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変焦点レンズ装置の駆動電圧の低減を目的
とする。 【解決手段】 可変焦点レンズ装置において、導電性で
ある第1の液体と、セル中の絶縁層の内部の表面の領域
に静止状態で配置された絶縁性の第2の液体の小滴と、
を満たされた前記セルを備え、前記第1と前記第2の液
体は互いに混合することなく、異なった屈折率をもち、
密度がほぼ等しく、前記第2の液体は絶縁性であり、前
記絶縁層は1μm以下の薄膜であり、前記セル中の前記
第1の液体と前記第2の液体の表面上に配置された電極
との間に電圧印加手段を含み、前記電圧印加手段の電圧
印加時の前記第2の液体の小滴の形状を制御するため
に、前記第2の液体の小滴の中心位置を保持するための
手段を含むことを特徴とする。可変焦点レンズ装置にお
いて絶縁層に1ミクロン以下の薄膜を含む構成をとる。
(57) [Problem] To reduce the driving voltage of a varifocal lens device. In a variable focus lens device, a first liquid that is conductive, and a droplet of an insulating second liquid that is statically disposed in a region of a surface inside an insulating layer in a cell;
Wherein the first and second liquids have different refractive indices without mixing with each other,
The second liquid is insulating; the insulating layer is a thin film having a thickness of 1 μm or less; and the electrodes are disposed on the surfaces of the first liquid and the second liquid in the cell. To control the shape of the second liquid droplet when the voltage is applied by the voltage applying unit, and to maintain the center position of the second liquid droplet. It is characterized by including means of (1). In the variable focus lens device, the insulating layer includes a thin film of 1 micron or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、可変焦点レンズ装
置に関するものであり、主に、低電界により焦点変化を
連続的に制御できる液体レンズを有する可変焦点レンズ
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a varifocal lens device, and more particularly to a varifocal lens device having a liquid lens capable of continuously controlling a focus change by a low electric field.

【0002】[0002]

【従来の技術】B.Bergeらの文献“Electrocapillarity
and wetting of insulator films bywater,C.R.Acad.Sc
i.Paris,t.137p.157(1993)”には、平板電極の上に配置
された誘電体フィルム上に置かれた導電性液体小滴を含
むデバイスが示されている。
2. Description of the Related Art B. Berge et al., "Electrocapillarity"
and wetting of insulator films bywater, CRAcad.Sc
i. Paris, t. 137 p. 157 (1993) ", shows a device comprising a conductive liquid droplet placed on a dielectric film placed on a plate electrode.

【0003】この文献によれば、導電性液体小滴と電極
との間に電圧を印加すると、小滴の接触角が変化するこ
とが記述されており、この現象はelectro-wettingと呼
ばれている。
This document describes that when a voltage is applied between a conductive liquid droplet and an electrode, the contact angle of the droplet changes, and this phenomenon is called electro-wetting. I have.

【0004】しかし、十分な接触角の変化を実現するた
めには、600V程度の高電圧が必要であることが示さ
れている。
However, it has been shown that a high voltage of about 600 V is required to realize a sufficient change in the contact angle.

【0005】このelectro-wetting現象を用いた、ディ
スプレイデバイスがUSP5,659,330に開示さ
れているが、光学レンズに用いるという示唆はない。
A display device using the electro-wetting phenomenon is disclosed in US Pat. No. 5,659,330, but there is no suggestion that the display device is used for an optical lens.

【0006】また、Vallet,Berge,Vovelleらの文献“El
ectrowetting of water and aqueous solutions on pol
y(ethylene terephthalate),Polymer,Vol.37,No12p.246
5(1996)”には、導電性液体に印加する電圧が高すぎる
と、小滴の表面が不安定になり、小滴が一つの形状を保
てなくなってしまうことが示されている。
[0006] Also, the article by Ellet, Vallet, Berge, Vovelle et al.
ectrowetting of water and aqueous solutions on pol
y (ethylene terephthalate), Polymer, Vol.37, No12p.246
5 (1996) "shows that if the voltage applied to the conductive liquid is too high, the surface of the droplet becomes unstable, and the droplet cannot maintain one shape.

【0007】これらの従来技術では、可変焦点レンズを
安定的に形成させるには不十分であり、さらに、これら
のシステムでは、透明電極と、小滴液体との接合電極が
必要であり、製造上、効率的でなく困難が伴う。
[0007] These conventional techniques are not enough to stably form a variable focus lens, and furthermore, in these systems, a transparent electrode and a bonding electrode of a droplet liquid are required, and the production is difficult. , Inefficient and difficult.

【0008】フランス国内出願された、No97 12781,INP
I Grenoble,oct.8,1997には、electro-wetting現象を用
いて、電界制御によって、レンズの焦点が連続的に変化
させることのできるレンズが開示されている。この特許
に開示されている可変焦点レンズでは、典型例として印
加される電圧は、250V、50Hz〜10kHzとい
う、かなり高電圧のAC電界である。
No 97 12781, INP filed in France
I Grenoble, Oct. 8, 1997 discloses a lens in which the focal point of the lens can be continuously changed by electric field control using the electro-wetting phenomenon. In the variable focus lens disclosed in this patent, the applied voltage is typically a fairly high voltage AC electric field of 250 V, 50 Hz to 10 kHz.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した高電圧で焦点距離を可変できる可変焦点レンズ装置
の駆動電圧の低減である。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce the driving voltage of a varifocal lens device capable of varying the focal length at a high voltage.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に関する可変焦点
レンズ装置は、(1)第1の液体と、第2の液体の小滴
で満たされたセルを備え、(2)前記第2の液体の小滴
は、セル中の絶縁層の内部の表面の領域に静止状態で配
置されており、(3)前記第1と第2の液体は互いに混
合することなく、異なった屈折率をもち、密度がほぼ等
しく、第1の液体は導電性であり、第2の液体は絶縁性
であり、絶縁層は1μm以下の薄膜であり、(4)セル
中の導電性液体と、絶縁層の第2の表面上に配置された
電極との間に電圧印加手段を含み、(5)電圧印加時の
小滴の形状を制御するために、小滴の中心位置を保持す
るための手段、を含むことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A variable focus lens device according to the present invention includes (1) a cell filled with a first liquid and a droplet of a second liquid, and (2) the second liquid. (3) the first and second liquids have different indices of refraction without mixing with each other, The first liquid is conductive, the second liquid is insulating, the insulating layer is a thin film having a thickness of 1 μm or less, and (4) the conductive liquid in the cell and the second liquid of the insulating layer have substantially the same density. And (5) means for maintaining the center position of the droplet in order to control the shape of the droplet when a voltage is applied. It is characterized by:

【0011】また、本発明は、可変焦点レンズ装置にお
いて、導電性である第1の液体と、セル中の絶縁層の内
部の表面の領域に静止状態で配置された絶縁性の第2の
液体の小滴と、を満たされた前記セルを備え、前記第1
と前記第2の液体は互いに混合することなく、異なった
屈折率をもち、密度がほぼ等しく、前記第2の液体は絶
縁性であり、前記絶縁層は1μm以下の薄膜であり、前
記セル中の前記第1の液体と前記第2の液体の表面上に
配置された電極との間に電圧印加手段を含み、前記電圧
印加手段の電圧印加時の前記第2の液体の小滴の形状を
制御するために、前記第2の液体の小滴の中心位置を保
持するための手段を含むことを特徴とする。
According to the present invention, in a variable focus lens device, a first liquid which is conductive and a second liquid which is insulated and located in a surface region inside an insulating layer in a cell are provided. And the cell filled with
And the second liquid do not mix with each other, have different refractive indices, have substantially equal densities, the second liquid is insulative, the insulating layer is a thin film of 1 μm or less, Further comprising a voltage applying means between the first liquid and an electrode arranged on the surface of the second liquid, wherein the shape of the droplet of the second liquid when the voltage is applied by the voltage applying means is changed. In order to control, a means for maintaining a center position of the droplet of the second liquid is included.

【0012】また、本発明は、電圧を印加することによ
りレンズ焦点距離を変化する可変焦点レンズ装置におい
て、レンズ形状を形成する透明な絶縁性液体の小滴と、
前記絶縁性液体の小滴と接触する基板上の薄膜絶縁層
と、前記絶縁性液体の小滴を覆う透明な導電性液体と、
前記薄膜絶縁層と前記絶縁性液体の小滴とが接触する接
触領域と、前記薄膜絶縁層に接触する電圧を印加する電
極と、他方の電圧を印加する前記導電性液体と導通する
電極と、前記薄膜絶縁層を支持する透明基材とからセル
を構成し、複数のセルを備えたことを特徴とする。
Further, the present invention provides a variable focal length lens apparatus which changes a lens focal length by applying a voltage, wherein a transparent insulating liquid droplet forming a lens shape is provided.
A thin film insulating layer on the substrate that contacts the droplets of the insulating liquid, a transparent conductive liquid covering the droplets of the insulating liquid,
A contact area where the thin film insulating layer and the droplet of the insulating liquid are in contact, an electrode that applies a voltage that contacts the thin film insulating layer, and an electrode that conducts with the conductive liquid that applies the other voltage. A cell is formed from the transparent base material supporting the thin film insulating layer, and a plurality of cells are provided.

【0013】上述した本発明の目的を達成するために、
上記の絶縁性液体の小滴を支える絶縁層を1μm以下の
薄膜とすることで、レンズの焦点変化を非常に低い駆動
電圧で実現することができる。
In order to achieve the above-mentioned object of the present invention,
By making the insulating layer supporting the droplets of the insulating liquid a thin film having a thickness of 1 μm or less, a change in the focal point of the lens can be realized with a very low driving voltage.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0015】図1に本発明の可変焦点レンズ装置の断面
図を示す。図1において、11はレンズ形状を形成する
透明な第2の液体である絶縁性液体の小滴、12は薄膜
絶縁層、13は透明な第1の液体である導電性液体、1
4は表面処理部、15は薄膜絶縁層12と絶縁性液体の
小滴11の接触領域、16は電圧を印加する電極、17
は他方の電圧を印加する電極、18は透明なガラス等の
透明基材、19は本可変焦点レンズ装置の一つを形成す
るセルである。
FIG. 1 is a sectional view of a variable focus lens device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a droplet of an insulating liquid, which is a transparent second liquid forming a lens shape; 12, a thin film insulating layer; 13, a conductive liquid, which is a transparent first liquid;
4 is a surface treatment part, 15 is a contact area between the thin film insulating layer 12 and the droplet 11 of the insulating liquid, 16 is an electrode for applying a voltage, 17
Is an electrode to which the other voltage is applied, 18 is a transparent substrate such as transparent glass, and 19 is a cell forming one of the variable focus lens devices.

【0016】図1において、絶縁性液体の小滴11が導
電性液体13で満たされたセル19の内部表面15の上
に配置されている。絶縁性液体11と導電性液体13は
共に透明であり、互いに混合することなく、異なった屈
折率をもち、ほぼ等しい密度の値をもっている。
In FIG. 1, a droplet 11 of an insulating liquid is placed on the inner surface 15 of a cell 19 filled with a conductive liquid 13. Both the insulating liquid 11 and the conductive liquid 13 are transparent, do not mix with each other, have different refractive indices, and have substantially equal density values.

【0017】薄膜の絶縁層12は、導電性液体13に関
しては疎水性の性質をもっており、表面処理14を施す
ことによって、導電性液体13に関して親水性の性質を
もつようになる。したがって、導電性液体13は、絶縁
性液体11および表面処理14のまわりに存在すること
になる。
The thin insulating layer 12 has a hydrophobic property with respect to the conductive liquid 13, and becomes hydrophilic with respect to the conductive liquid 13 by performing the surface treatment 14. Therefore, the conductive liquid 13 exists around the insulating liquid 11 and the surface treatment 14.

【0018】このようにして、表面処理14は、小滴1
1の位置を保持することになり、この小滴が望ましい接
触表面を超えて、広がっていくことを防ぐ役割を果たし
ている。
Thus, the surface treatment 14 is applied to the droplet 1
1 to prevent this droplet from spreading beyond the desired contact surface.

【0019】装置のシステムが静止位置にある時は、小
滴11は“A”で示される自然な型をとっている。
When the system of the device is in the rest position, the droplet 11 assumes the natural form indicated by "A".

【0020】図1に示す“C”で示されている軸は、接
触領域15に垂直であり、この領域の中心を通ってい
る。静止位置では、小滴11は、装置の光軸となる軸
“C”を中心として位置している。軸“C”に隣接する
装置の各部分は透明であり、18は透明基材で構成され
ている。電極16は、絶縁層12の外部の表面上に配置
され、この電極16の上に、小滴11の領域が重なるよ
うに小滴が置かれている。電極17は、導電性液体13
と電気的に接続されており、導電性液体13に浸されて
いてもよいし、セル19の内壁に導電性膜を配置しても
よい。
The axis indicated by "C" in FIG. 1 is perpendicular to the contact area 15 and runs through the center of this area. In the rest position, the droplet 11 is centered on the axis "C" which is the optical axis of the device. Each part of the device adjacent to axis "C" is transparent, and 18 is comprised of a transparent substrate. The electrode 16 is arranged on the surface outside the insulating layer 12, and the droplet is placed on the electrode 16 so that the area of the droplet 11 overlaps. The electrode 17 is a conductive liquid 13
And may be immersed in the conductive liquid 13, or a conductive film may be disposed on the inner wall of the cell 19.

【0021】電極16と17の間に電圧Vが印加される
と、上述したelectro-wettingの原理に従って、導電性
液体13の接触領域15が広がり、このことによって、
絶縁性液体小滴11が動かされて、小滴11は“B”で
示された破線のように変形する。
When a voltage V is applied between the electrodes 16 and 17, the contact area 15 of the conductive liquid 13 is expanded according to the above-described principle of electro-wetting, whereby
When the insulating liquid droplet 11 is moved, the droplet 11 deforms as indicated by a broken line indicated by "B".

【0022】このようにして小滴11のレンズの焦点を
可変にできる。本発明では、薄膜の絶縁層12を用いる
ことによって、この駆動電圧Vを、10V以下にするこ
とができる。このことは本発明の効果であり、以下に定
量的に詳述する。
In this way, the focal point of the lens of the droplet 11 can be changed. In the present invention, the drive voltage V can be reduced to 10 V or less by using the thin insulating layer 12. This is an effect of the present invention, and will be quantitatively described in detail below.

【0023】図1において、電圧Vを印加したときの接
触角は“θ”で示されており、θを電圧Vの関数として
表現したθ(V)は、絶縁層12の膜厚をd、この絶縁
層12の比誘電率をε、小滴11の界面張力をγ、真空
の誘電率をεO とすると、 cosθ(V)−cosθ(0)=εO・ε・V2/2d・γ …(式1) で与えられることが、上述のVallet,Berge,Vovelleらの
文献で示されている。但し、文献では小滴11は導電性
液体小滴であり、図1の導電性液体13は空気となって
いるが、以下の定量的な考察ではこの違いは本質的なも
のではない。
In FIG. 1, the contact angle when a voltage V is applied is indicated by “θ”, and θ (V) in which θ is expressed as a function of the voltage V is expressed as follows: the dielectric constant of the insulating layer 12 epsilon, the interfacial tension of the droplet 11 gamma, when the dielectric constant of a vacuum and ε O, cosθ (V) -cosθ (0) = ε O · ε · V 2 / 2d · γ (Equation 1) is shown in the above-mentioned document by Vallet, Berge, Vovelle et al. However, in the literature, the droplet 11 is a conductive liquid droplet, and the conductive liquid 13 in FIG. 1 is air, but this difference is not essential in the following quantitative consideration.

【0024】(式1)によって、電圧印加により、θが
変化し、小滴11の形状を制御できることが定量的に示
されている。ところが従来技術では、絶縁層12の膜厚
dが、ミクロンオーダーであったために、接触角を数度
変化させるための駆動電圧は100V以上を要してい
た。
(Equation 1) quantitatively shows that θ can be changed by applying a voltage and the shape of the droplet 11 can be controlled. However, in the prior art, since the thickness d of the insulating layer 12 was on the order of microns, the drive voltage for changing the contact angle by several degrees required 100 V or more.

【0025】そこで本発明は、絶縁層12として、d=
1μm以下の薄膜を用いれば、(式1)によって、小さ
な電圧Vによって大きな接触角θの変化を起こすことが
できるという着眼のもとになされたものである。実際に
(式1)に、以下の典型的な値、 θ(0)=60℃ θ(V)=0℃ γ=70mN/m を用いて、電圧Vの値を定量的に求めてみると、θをほ
ぼ60°変化させるのに必要な電圧Vは、dを10nm
から100nm(0.1μm)としたとき、それぞれ5
〜17V程度となり、従来技術と比べて駆動電圧Vを、
1〜2ケタ、低減できることがわかる。
Therefore, according to the present invention, as the insulating layer 12, d =
When a thin film having a thickness of 1 μm or less is used, the following equation (1) is used with a view that a large change in the contact angle θ can be caused by a small voltage V. Actually, the value of the voltage V is quantitatively obtained by using the following typical value (Equation 1), θ (0) = 60 ° C. θ (V) = 0 ° C. γ = 70 mN / m , Θ are changed by approximately 60 °, d is 10 nm.
To 100 nm (0.1 μm), 5
~ 17V, and the driving voltage V is
It can be seen that the number can be reduced by one to two digits.

【0026】しかし、小滴11の中心は、電界印加のO
N,OFFによる小滴の変形によって軸Cから動いてし
まうことがありうる。さらに、接触表面15の輪郭も、
小滴11の変形の間に、小滴の円の型が失われることも
ありうる。これらの問題を避けるための、小滴11の中
心位置を保持するための手段が、上述のフランス国内出
願された引用特許に記載されており、その中のいくつか
は本発明でも適用できる。
However, the center of the droplet 11 is O
The droplet may be moved from the axis C by the deformation of the droplet due to N and OFF. Furthermore, the contour of the contact surface 15 also
During the deformation of the droplet 11, the circle shape of the droplet may be lost. Means for maintaining the center position of the droplet 11 in order to avoid these problems are described in the above-cited patents filed in France, some of which are also applicable to the present invention.

【0027】たとえば、上記引用特許の図3に示されて
いるように、電極16の代わりに3つの同心円状電極3
5,36,37を配置することである。この3つの電極
を3種類の電極V1,V2,V3を、連続的に変化させ
て印加することにより、小滴11を、Aの位置からBの
位置へと連続的に変形させることができる。
For example, as shown in FIG. 3 of the above cited patent, three concentric electrodes 3 are used instead of the electrodes 16.
5, 36, 37. By applying these three electrodes while continuously changing the three types of electrodes V1, V2, and V3, the droplet 11 can be continuously deformed from the position A to the position B.

【0028】もう一つの手段は、上記引用特許の図5に
示されているように、表面処理14において、異なった
表面処理領域14,65,66,67を配置することで
ある。そして、この順番で、導電性液体13に関する親
水性の程度を徐々に弱めるようにしておく。このように
すれば、上述したのと同じ結果を得ることができる。
Another means is to arrange different surface treatment areas 14, 65, 66, 67 in the surface treatment 14, as shown in FIG. 5 of the above cited patent. In this order, the degree of hydrophilicity of the conductive liquid 13 is gradually reduced. In this way, the same result as described above can be obtained.

【0029】また本発明の別の具体例では、上記引用特
許の図6に示されているように、セルではなく、円筒状
の形状にすることもできる。このようにすれば円筒状の
可変焦点レンズとなる。
In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6 of the above cited patent, a cylindrical shape may be used instead of a cell. In this way, a cylindrical variable focus lens is obtained.

【0030】本発明で用いる、薄膜絶縁層12として
は、1μm以下で、欠陥のない均一な膜を形成できる材
料を用いることができる。必要に応じて表面を疎水性に
するための処理が施されてもよい。
As the thin film insulating layer 12 used in the present invention, a material having a thickness of 1 μm or less and capable of forming a uniform film without defects can be used. If necessary, a treatment for making the surface hydrophobic may be performed.

【0031】まず、薄膜絶縁層12としては、Langmuir
-Blodgett(LB)法で形成される膜があげられる。L
B膜は常温、常圧で、均一な無欠陥の薄膜を得ることが
できる。
First, as the thin film insulating layer 12, Langmuir
-Blodgett (LB) method. L
The B film can obtain a uniform defect-free thin film at normal temperature and normal pressure.

【0032】次に、キャストコート膜があげられる。本
発明で用いることのできる材料としては、有機、無機の
化合物を溶媒とともに、基板にディピング、スピンコー
トなどの手法により形成することができる。好ましく
は、フッ素系、シリコン系の樹脂などをあげることがで
きる。さらに、スパッタリングによって作製した膜に用
いることのできる材料は、金属酸化物、シリコンなどで
ある。
Next, there is a cast coat film. As a material that can be used in the present invention, an organic or inorganic compound can be formed on a substrate by a technique such as dipping or spin coating together with a solvent. Preferably, a fluorine-based or silicon-based resin can be used. Further, a material that can be used for a film formed by sputtering is metal oxide, silicon, or the like.

【0033】表面処理14は、導電性液体13に関して
親水性の材料を、付与することによって得られる。親水
性の材料は一般に公知の材料であれば、特に限定されな
い。
The surface treatment 14 is obtained by applying a material that is hydrophilic with respect to the conductive liquid 13. The hydrophilic material is not particularly limited as long as it is a generally known material.

【0034】導電性液体13としては、無機塩の水溶液
や、有機の液体など、それ自身が導電性か、イオン性成
分を付加することによって導電性となる液体を用いるこ
とができる。
As the conductive liquid 13, a liquid that is itself conductive or becomes conductive by adding an ionic component, such as an aqueous solution of an inorganic salt or an organic liquid, can be used.

【0035】絶縁性液体小滴11としては、たとえば、
シリコンオイル、パラフィンオイルなどのような、導電
性液体13と混合しない、絶縁性の液体を用いることが
できる。小滴11は、導電性液体13と同程度の密度の
ものを選ぶ必要がある。また好ましくは、小滴11は、
導電性液体13よりも屈折率がより大きなものがよい。
As the insulating liquid droplet 11, for example,
An insulating liquid that does not mix with the conductive liquid 13, such as silicon oil or paraffin oil, can be used. It is necessary to select the droplet 11 having the same density as the conductive liquid 13. Also preferably, the droplet 11 is
A liquid having a larger refractive index than the conductive liquid 13 is preferable.

【0036】電圧Vは直流でもさしつかえないが、絶縁
層12への電荷注入を抑制するために、数10Hz〜数
10kHzのAC電圧印加がより好ましい。
Although the voltage V may be a direct current, it is more preferable to apply an AC voltage of several tens Hz to several tens kHz in order to suppress charge injection into the insulating layer 12.

【0037】本発明による可変焦点レンズは、微小電圧
の印加によって焦点距離を可変すると共に制御すること
ができるので、1次元状又は2次元状に配置された半導
体装置による光電変化装置の各画素毎に形成することに
より、例えばオートフォーカスをガラスレンズによって
調節するように、印加電圧を調節することにより、対象
画像に応じて適切な測距によって、最適な焦点ポイント
を検出してオートフォーカスとすることができる。
The varifocal lens according to the present invention can vary and control the focal length by applying a minute voltage, so that each pixel of the photoelectric conversion device using a semiconductor device arranged one-dimensionally or two-dimensionally can be used. By adjusting the applied voltage, for example, by adjusting the applied voltage such that the autofocus is adjusted by a glass lens, the optimum focus point is detected by the appropriate distance measurement according to the target image, and the autofocus is performed. Can be.

【0038】また、発光素子や液晶素子上に、本発明に
よる可変焦点レンズを各素子毎に配置して、投射型プロ
ジェクターとして、スクリーンの位置に応じて焦点が一
致するように、各画像に応じて発光し又は液晶セルの透
過角度を変化させて画像を形成する表示パネル上で、可
変焦点レンズに印加電圧を可変して、適切な焦点をスク
リーンに結ぶことができる。
Further, the variable focus lens according to the present invention is arranged for each element on a light emitting element or a liquid crystal element, and as a projection type projector, each image is adjusted according to the position of the screen so as to match the focus. On a display panel that forms an image by emitting light or changing the transmission angle of a liquid crystal cell, an appropriate focus can be focused on a screen by varying the voltage applied to a variable focus lens.

【0039】[0039]

【実施例】以下、実施例をあげて本発明の可変焦点レン
ズ装置の詳細を説明するが、本発明は以下の例にのみ限
定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the details of the variable focus lens device of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

【0040】[実施例1〜3]ガラス基板18上に金電
極16を真空蒸着によって形成した。この電極付き基板
を用いて、次にLB膜の形成を行った。
[Examples 1 to 3] Gold electrodes 16 were formed on a glass substrate 18 by vacuum evaporation. Using this substrate with electrodes, an LB film was formed next.

【0041】フッ素系材料であるFC722(3M製)
を同じくフッ素系溶剤FC77(3M)にて20倍希釈
し、LB膜成膜用の希釈溶液を得た。
FC722 (3M) which is a fluorine-based material
Was diluted 20-fold with a fluorine-based solvent FC77 (3M) to obtain a diluted solution for forming an LB film.

【0042】次に、該希釈溶液を水温20℃の純水から
成るLB膜作製装置の水面上に展開し、表面圧を10m
N/mまで高めた。前記金/ガラス基板はここで既にL
B膜作製装置の基板上下駆動機構へ装着されており、該
基板を水面に対して垂直に下降させ、該基板先端が水面
下1インチに位置したところで停止させた。引き続き、
該基板を上昇させ該基板先端が水面とほぼ同位置で停止
させた。この往復操作を何回か繰り返して転写率0.9
5にて前記基板上にFC722の薄膜を形成した。この
時の基板上昇下降速度は10mm/分であった。
Next, the diluted solution was spread on the water surface of an LB film forming apparatus composed of pure water at a water temperature of 20 ° C., and the surface pressure was reduced to 10 m.
N / m. The gold / glass substrate is now L
The substrate was attached to the substrate up-down drive mechanism of the B film production apparatus, and the substrate was lowered vertically to the water surface, and stopped when the front end of the substrate was located 1 inch below the water surface. Continued
The substrate was raised and stopped at a position where the front end of the substrate was almost at the same position as the water surface. By repeating this reciprocating operation several times, a transfer rate of 0.9
In step 5, a thin film of FC722 was formed on the substrate. At this time, the substrate elevating / lowering speed was 10 mm / min.

【0043】このような方法によって、膜厚が28n
m、49nm、1μm,(以上、実施例)および、2μ
m(比較例)のLB膜を形成した。
According to such a method, the film thickness is 28 n
m, 49 nm, 1 μm, (the above examples) and 2 μm
An m (comparative example) LB film was formed.

【0044】次に続いて、小滴の接触領域15の部分を
マスキングして、14の表面処理として親水性材料の酸
化ケイ素をエタノール中に分散した溶液を浸漬塗布し、
乾燥することによって、表面処理14を行った。
Subsequently, a portion of the contact area 15 of the droplet is masked, and as a surface treatment of 14, a solution in which silicon oxide as a hydrophilic material is dispersed in ethanol is dip-coated.
The surface treatment 14 was performed by drying.

【0045】小滴11にはシリコンオイル(信越化学社
製KF54)で、屈折率1.51、密度1.1のものを
用い、導電性液体13としては、食塩水(屈折率1.3
5)を用いた。シリコンオイルと密度がほぼ同一となる
よう、食塩水の濃度を調整して用いた。これらを透明な
セルに改めてレンズ装置を形成した。
The droplet 11 is made of silicone oil (KF54 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) with a refractive index of 1.51 and a density of 1.1. As the conductive liquid 13, a saline solution (refractive index of 1.3) is used.
5) was used. The concentration of the saline solution was adjusted so that the density was almost the same as that of the silicon oil, and used. These were formed into transparent cells to form a lens device.

【0046】可変焦点レンズの特性評価は、直接、駆動
電圧Vの印加によるレンズの焦点距離f(V)(m単
位)を測定し、次式 1/f(V)−1/f(0)=60 …(式2) が成り立つ電圧Vを求めることによって行なった。ここ
で1/f(m)は、ディオプトル(diopter)としてレ
ンズの焦点距離(単位メートル)の逆数として定義され
ている。したがって(式2)は、ディオプトルの変化が
60となるのに必要な電圧がVであることを示してい
る。
The characteristic evaluation of the varifocal lens is performed by directly measuring the focal length f (V) (m unit) of the lens by applying the driving voltage V, and using the following formula: 1 / f (V) -1 / f (0) = 60 (Expression 2) Here, 1 / f (m) is defined as the reciprocal of the focal length (unit meter) of the lens as diopter. Therefore, (Equation 2) indicates that the voltage required for the change in diopter to be 60 is V.

【0047】たとえば、f(V)=0.01(1c
m)、f(0)=0.025(2.5cm)のように、
駆動電圧Vの印加によって焦点が2.5cmから1cm
に変化した時、(式2)=60となる。
For example, f (V) = 0.01 (1c
m), f (0) = 0.025 (2.5 cm)
Focus is 2.5 cm to 1 cm by applying drive voltage V
(Equation 2) = 60.

【0048】このようにして得られた結果を表−1に示
した。
The results thus obtained are shown in Table 1.

【0049】[0049]

【表1】 以上の結果より、絶縁層が1μm以下であれば、ほぼ5
0ボルト以下での低駆動電圧化が実現できることがわか
る。
[Table 1] From the above results, if the insulating layer is 1 μm or less, almost 5
It can be seen that a low driving voltage can be realized at 0 volt or less.

【0050】[実施例4〜5]絶縁層として実施例1〜
3のLB膜の代わりに以下のようにして、キャストコー
ト膜を作製して用いた以外は、全く実施例1〜3と同様
の方法で、レンズ装置を形成した。
Embodiments 4 and 5 Embodiments 1 and 2 were used as insulating layers.
A lens device was formed in the same manner as in Examples 1 to 3, except that a cast coat film was prepared and used as described below instead of the LB film of No. 3.

【0051】絶縁層としてDu Pont社製Teflon42(P
TFE:ポリテトラフルオロエチレン 32〜35%の
水ディスパージョン)を用いて、キャスト法により成膜
した。
As an insulating layer, DuPont Teflon 42 (P
TFE: Polytetrafluoroethylene 32 to 35% water dispersion) was used to form a film by a casting method.

【0052】まず、実施例1〜3で作製したのと同様な
金/ガラス基板の面上に上記の液を滴下し、約130℃
にして、水分をとばし、続いて380〜430℃でPT
FE粒子が互いに融着するまで加熱することによって成
膜した。膜厚は液の液下量によって制御し、膜厚が0.
3μm、0.6μm(以上、実施例)および、2μm
(比較例)のキャストコート膜を得た。
First, the above liquid was dropped on the same gold / glass substrate as that prepared in Examples 1 to 3,
To remove the water, then PT at 380-430 ° C
The film was formed by heating until the FE particles were fused together. The film thickness is controlled by the submerged amount of the liquid.
3 μm, 0.6 μm (the above examples) and 2 μm
A cast coat film of Comparative Example was obtained.

【0053】次に実施例1〜3と同様にして、レンズ装
置を形成し、同様な特性評価を行ない、表−2の結果を
得た。
Next, a lens device was formed in the same manner as in Examples 1 to 3, and similar characteristics were evaluated. The results shown in Table 2 were obtained.

【0054】[0054]

【表2】 以上の結果より、絶縁層が1μm以下であれば、ほぼ9
0ボルト以下での低駆動電圧化が実現できることがわか
る。
[Table 2] From the above results, if the insulating layer is 1 μm or less, almost 9
It can be seen that a low driving voltage can be realized at 0 volt or less.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の可変焦点
レンズ装置は、その中に含まれている絶縁層を1μm以
下の薄膜とすることで、レンズの焦点変化を非常に低い
駆動電圧、例えば50V以下で実現できる。
As described above in detail, the variable focus lens device of the present invention has a very low driving voltage by changing the focal point of the lens by making the insulating layer contained therein a thin film of 1 μm or less. , For example, 50 V or less.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の可変焦点レンズ装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable focus lens device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 絶縁性液体の小滴 12 薄膜絶縁層 13 導電性液体 14 表面処理 15 小滴の接触領域 16 電極 17 電極 18 透明基材 19 セル A 小滴の静止位置での形状 B 小滴の電界印加時の形状 C 光軸 θ 接触角 Reference Signs List 11 Droplet of insulating liquid 12 Thin film insulating layer 13 Conductive liquid 14 Surface treatment 15 Contact area of droplet 16 Electrode 17 Electrode 18 Transparent base material 19 Cell A Shape of droplet at stationary position B When electric field of droplet is applied Shape C Optical axis θ Contact angle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大山 淳史 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 堀切 智成 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Atsushi Oyama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Tomonari Horikiri 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inside the corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可変焦点レンズ装置において、 (1)第1の液体と、第2の液体の小滴で満たされたセ
ルを備え、 (2)前記第2の液体の小滴は、前記セル中の絶縁層の
内部の表面の領域に静止状態で配置されており、 (3)前記第1と前記第2の液体は互いに混合すること
なく、異なった屈折率をもち、密度がほぼ等しく、前記
第1の液体は導電性であり、前記第2の液体は絶縁性で
あり、前記絶縁層は1μm以下の薄膜であり、 (4)前記セル中の導電性液体と、前記絶縁層の第2の
表面上に配置された電極との間に電圧印加手段を含み、 (5)前記電圧印加手段による電圧印加時の前記第2の
液体の小滴の形状を制御するために、前記第2の液体の
小滴の中心位置を保持するための手段、を含むことを特
徴とする可変焦点レンズ装置。
1. A varifocal lens device, comprising: (1) a cell filled with a first liquid and a droplet of a second liquid; and (2) a droplet of the second liquid, the cell being filled with a droplet of the second liquid. (3) the first and second liquids have different indices of refraction and have substantially equal densities without mixing with each other; The first liquid is conductive, the second liquid is insulating, and the insulating layer is a thin film having a thickness of 1 μm or less. (4) The conductive liquid in the cell and the second liquid of the insulating layer And (5) the second liquid to control the shape of the second liquid droplet when the voltage is applied by the voltage applying means. Means for maintaining the center position of the liquid droplet of the variable focus lens device.
【請求項2】 前記絶縁層がLangmuir-Blodgett(L
B)法で形成される膜であることを特徴とする請求項1
に記載の可変焦点レンズ装置。
2. The method according to claim 1, wherein the insulating layer is a Langmuir-Blodgett (L
2. A film formed by the method (B).
7. The variable focus lens device according to 1.
【請求項3】 前記絶縁層がキャストコート膜あるいは
スパッタリングによって作製した膜であることを特徴と
する請求項1に記載の可変焦点レンズ装置。
3. The varifocal lens device according to claim 1, wherein the insulating layer is a cast coat film or a film formed by sputtering.
【請求項4】 可変焦点レンズ装置において、導電性で
ある第1の液体と、セル中の絶縁層の内部の表面の領域
に静止状態で配置された絶縁性の第2の液体の小滴と、
を満たされた前記セルを備え、前記第1と前記第2の液
体は互いに混合することなく、異なった屈折率をもち、
密度がほぼ等しく、前記第2の液体は絶縁性であり、前
記絶縁層は1μm以下の薄膜であり、前記セル中の前記
第1の液体と前記第2の液体の表面上に配置された電極
との間に電圧印加手段を含み、前記電圧印加手段の電圧
印加時の前記第2の液体の小滴の形状を制御するため
に、前記第2の液体の小滴の中心位置を保持するための
手段を含むことを特徴とする可変焦点レンズ装置。
4. A varifocal lens device comprising: a first liquid that is conductive; and a droplet of an insulating second liquid that is statically disposed in a region of a surface inside the insulating layer in the cell. ,
Wherein the first and second liquids have different refractive indices without mixing with each other,
The second liquid is insulating; the insulating layer is a thin film having a thickness of 1 μm or less; and the electrodes are disposed on the surfaces of the first liquid and the second liquid in the cell. To control the shape of the second liquid droplet when the voltage is applied by the voltage applying unit, and to maintain the center position of the second liquid droplet. A varifocal lens device comprising:
【請求項5】 電圧を印加することによりレンズ焦点距
離を変化する可変焦点レンズ装置において、 レンズ形状を形成する透明な絶縁性液体の小滴と、前記
絶縁性液体の小滴と接触する基板上の薄膜絶縁層と、前
記絶縁性液体の小滴を覆う透明な導電性液体と、前記薄
膜絶縁層と前記絶縁性液体の小滴とが接触する接触領域
と、前記薄膜絶縁層に接触する電圧を印加する電極と、
他方の電圧を印加する前記導電性液体と導通する電極
と、前記薄膜絶縁層を支持する透明基材とからセルを構
成し、当該セルを複数備えたことを特徴とする可変焦点
レンズ装置。
5. A variable-focus lens device that changes a lens focal length by applying a voltage, wherein: a transparent insulating liquid droplet forming a lens shape; and a substrate in contact with the insulating liquid droplet. A transparent conductive liquid covering the insulating liquid droplets, a contact area where the thin film insulating layer and the insulating liquid droplet contact each other, and a voltage contacting the thin film insulating layer. An electrode for applying
A varifocal lens device comprising: a cell formed from an electrode that conducts with the conductive liquid to which the other voltage is applied, and a transparent substrate that supports the thin film insulating layer, and a plurality of the cells.
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