CN101427160A

CN101427160A - 可变焦点透镜装置

Info

Publication number: CN101427160A
Application number: CNA2007800145916A
Authority: CN
Inventors: 横山和夫; 小野敦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-05-06
Also published as: JP4209936B2; US7643217B2; US20090002838A1; WO2008018387A1; JPWO2008018387A1

Abstract

将第1液体(1)和第2液体(2)密封于单元(14)中，所述第1液体和所述第2液体不混合、且具有不同的折射率，所述第2液界面(3)由抵接于所述2个液体的界面的可动开口部件(4)的边缘部(5A)固定，通过由连结于所述可动开口部件的致动器(7)驱动所述可动开口部件来控制所述2液界面的形状。

Description

可变焦点透镜装置

技术领域

本发明涉及一种可变焦点透镜装置，更具体地说，涉及通过用致动器驱动液体界面的形状、使焦点可变的透镜装置。

背景技术

作为现有的可变焦点透镜装置的代表例，具有使多个组合的固体透镜的一部分沿光轴方向可动的装置。可是，在该方式下因受到向光轴方向的移动距离的制约而难以薄型化，对此提出使用了可薄型化的液体透镜的可变焦点透镜。

作为现有的使用了液体透镜的可变焦点透镜装置，以由折射率不同的2液界面形成的液滴为透镜，且一方液体为离子导电性，另一方液体为绝缘性，通过对设置在该2液界面上的电极、和设置在离子导电性液体中的相向电极之间施加电压，使液滴的形状变化。例如专利文献1中公开这种结构的液体透镜。通过施加电压、该2液界面形状可变化是以由2液界面和电极构成的、液体-液体-固体(电极)界面的表面张力均衡因电压施加而变化为主要的驱动原理，这种现象被称为电润湿(electrowetting)现象。在专利文献1的典型实施方式中，施加的电压为250V，需要较高的电压施加。

并且，在专利文献2中公开利用了电润湿现象的另一可变焦点透镜装置。在通过电压施加来实现透镜形状良好的调整性能的目的下，公开为了减轻2液界面的接触角的磁滞或粘滞滑动(stick slip)，在电极表面形成绝缘层、且在其上形成与液界面接触的润滑层的结构。作为专利文献2中的实施方式之一实例，在聚酰亚胺电介质层上形成高氟化聚合物的薄膜。由于在2液界面的接触角变化中同时伴随液体-液体-固体界面点的位置移动，所以其控制必需在充分控制浸润性的表面上进行，因由非常小的表面张力的均衡来控制，所以具有对外力产生的干扰弱的难点。

专利文献1：日本特表2001-519539号公报

专利文献2：日本特开2003-177219号公报

在所述背景技术所述的利用了电润湿现象的可变焦点透镜装置中，因由非常小的表面张力的均衡来控制，所以具有对外力产生的干扰弱的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种对于外力产生的干扰可稳定地保持液体透镜的形状的可变焦点透镜装置。

为了实现所述目的，本发明如下构成。

根据本发明，提供一种可变焦点透镜装置，具备：

第1液体；

第2液体，不与所述第1液体混合，在与所述第1液体之间可形成界面，且具有与所述第1液体不同的折射率；

密封所述第1液体和所述第2液体的单元(cell)；

开口部件，在所述单元内由边缘部固定所述第1液体和所述第2液体的2个液体界面，且在与所述2个液体界面抵接的状态下可移动；和

致动器，连结于所述开口部件，通过使所述开口部件移动，控制形成在所述开口部件的开口部内的液体透镜的所述2个液体界面的形状，使所述液体透镜的焦点位置可变。

发明效果

如下所述，根据本发明，利用所述2个液体界面由抵接于所述2个液体界面的所述开口部件的所述边缘部固定，通过由连结于所述开口部件的所述致动器驱动所述开口部件，控制所述2个液体的界面的形状，使所述液体透镜的焦点位置为可变的结构，所述2个液体界面由所述开口部件的所述边缘部固定，所以具有对于外力产生的干扰可稳定地保持液体透镜的形状的效果。

并且，在所述背景技术所述的利用了电润湿现象的可变焦点透镜中，具有需要相对较大的电压施加的缺点，但在本发明中，由于不使用驱动时需要高电压的电润湿现象，所以可由低电压驱动型的致动器驱动，因此，可省略升压电路，提供省电的可变焦点透镜装置。

附图说明

本发明的这些与其它目的和特征从对附图的涉及最佳实施方式的下面记述可知。在该附图中，

图1A是本发明实施方式1中的可变焦点透镜装置的截面图。

图1B是本发明实施方式1中的可变焦点透镜装置的截面图。

图1C是本发明实施方式1中的可变焦点透镜装置的平面图。

图1D是用于说明形成本发明所述实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置之液体透镜的物理构造的原理说明图，是表示开口部件在第2液体中、将2个液体的界面压入第1液体前的状态图。

图1E是用于说明形成本发明所述实施方式1的可变焦点透镜装置之液体透镜的物理构造的原理说明图，是表示将开口部件压入第1液体侧之后的状态图。

图2是表示本发明实施方式1中的可变焦点透镜装置的致动器的动作原理的截面图。

图3是本发明实施方式2中的可变焦点透镜装置的截面图。

图4是表示本发明实施方式2中的可变焦点透镜装置的致动器的动作原理的截面图。

图5是本发明实施方式3中的可变焦点透镜装置的截面图。

图6是表示本发明实施方式3中的可变焦点透镜装置的致动器的动作原理的截面图。

图7A是本发明所述实施方式1～3所涉及的可变焦点透镜装置的开口部件的平面图。

图7B是本发明所述实施方式的变形例所涉及的可变焦点透镜装置的椭圆形状开口部件的平面图。

图7C是本发明所述实施方式的另一变形例所涉及的可变焦点透镜装置的矩形状的开口部件的平面图。

图8A是本发明所述实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置的开口部件的截面图。

图8B是本发明所述实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置的开口部件之一实例的边缘部的放大截面图。

图8C是本发明所述实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置的开口部件之另一实例的边缘部的放大截面图。

图9A是本发明的实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置的开口部件的、具有某曲率半径的边缘部的放大截面图。

图9B是本发明所述实施方式1的可变焦点透镜装置的开口部件的、具有另一曲率半径的边缘部的放大截面图。

图10是表示本发明所述实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置的开口部件之边缘部构成的另一实例的截面图。

图11是本发明的实施方式4，是适用本发明所述实施方式1～3任意之一的可变焦点透镜装置的摄像装置的框图。

具体实施方式

在继续本发明的记述之前，在附图中对相同部件附以相同的参照符号。

下面，在根据附图详细地说明本发明的实施方式之前，首先说明本发明的各种形式。

根据本发明的第1形式，提供一种可变焦点透镜装置，其特征在于，具备：

第1液体；

密封所述第1液体和所述第2液体的单元；

致动器，通过连结于所述开口部件，使所述开口部件移动，来控制形成在所述开口部件的开口部内的液体透镜的所述2个液体界面的形状，使所述液体透镜的焦点位置可变。

根据该结构，由于所述2个液体界面由抵接于所述2个液体界面的所述可动的开口部件的边缘部所固定，所以对外力产生的干扰可稳定地保持所述液体透镜的形状。并且，由于不使用驱动时需要高电压的电润湿现象，所以可由低电压驱动型的致动器驱动。

根据本发明的第2形式，提供一种第1形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：所述第1液体是非水溶性，所述致动器是电刺激型的聚合物致动器，且所述电刺激型的聚合物致动器被内包在所述非水溶性的所述第1液体中。

根据该结构，由于致动器是电刺激型的聚合物致动器，被内包在所述非水溶性的第1液体中，所以可在阻断水分的环境下使聚合物致动器动作，可防止水分存在下的恶化，使周期寿命、可靠性良好。

根据本发明的第3形式，提供一种第2形式所述的可变焦点透镜装置，所述非水溶性的第1液体是离子性液体，所述电刺激型的聚合物致动器是伴随所述离子性液体的阴离子或阳离子的出入的离子驱动型的聚合物致动器。

根据该结构，在低电压下可驱动的同时，由于驱动所需的阴离子或阳离子可由作为第1液体的离子性液体供给，所以可兼备致动器所需的电解质层，方便。

根据本发明的第4形式，提供一种第3形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述非水溶性的第1液体是乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)。

根据该结构，由于可利用伴随离子半径相对较大的有机阳离子或阴离子的出入的聚合物的伸缩，所以可成为产生位移大的致动器。

根据本发明的第5形式，提供一种第2形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述第2液体是水溶性，所述水溶性的第2液体是比重大于水的物质的水溶液。

根据该结构，通过改变水溶液浓度，可精密地调整水溶液的密度。

根据本发明的第6形式，提供一种第5形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述水溶性的第2液体是聚钨酸钠水溶液。

根据该结构，对于相对密度较大的离子性液体，可得到宽范围的密度的水溶液。

根据本发明的第7形式，可提供一种第1形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述致动器是薄板状的进行弯曲动作的电刺激型聚合物致动器。

根据该结构，充分利用由于2个液体界面的形状变化所需的开口部件的移动距离小，所以可薄型的液体透镜的特征，并提供一种薄型的可变焦点透镜装置。

根据本发明的第8形式，提供一种第1形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述第1液体和所述第2液体及所述开口部件具有几乎相同的密度。

根据该结构，可提供对于外力产生的干扰可进一步稳定地保持液体透镜的形状的可变焦点透镜装置。

根据本发明的第9形式，提供一种第8形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述开口部件是由密度不同的多个部件构成的复合材料。

根据该结构，可通过使密度不同的多个部件的含有比率变化，来精密地调整开口部件的密度。

根据本发明的第10形式，提供一种第1方式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，对所述开口部件实施疏水性或亲水性的表面处理。

根据该结构，具有更稳定地固定由开口部件的边缘部固定的2个液体界面的效果，同时，可选择宽范围的开口部件的材质。

根据本发明的第11形式，提供一种第1形式所述的可变焦点透镜装置，其特征在于，所述开口部件是圆形，所述致动器为多个，沿所述圆形开口部件的切线方向、且绕所述液体透镜的光轴点对称地配置，并且同步驱动控制全部所述致动器。

根据该结构，利用所述多个致动器，可沿光轴方向准确地平行移动开口部件，可高精度控制形成在所述开口部件的开口部内的液体透镜的所述2个液体界面的形状，可高精度可变调节所述液体透镜的焦点位置。

下面，根据附图详细地说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1A及图1B表示本发明实施方式1中的可变焦点透镜装置的截面图，图1C表示本发明实施方式1中的可变焦点透镜装置的平面图(从下向上看图1A及图1B的截面图的、致动器的截面的平面图)。图1A和图1B的不同在于液体透镜6的曲率不同，这样，在图1A和图1B中示出因液体透镜6的曲率不同，在光轴9上的不同位置分别形成焦点11的情况。这里，图1A的焦点11的位置为比图1B的焦点11的位置接近液体透镜6的位置。

绝缘性的第1液体1和位于第1液体1上的绝缘性的第2液体2形成不混合的界面3。这样，为了形成不混合的界面3，只要第1液体1和第2液体2的密度大致相等即可。即，为了对防止重力影响导致的液体透镜6的变形、或落下、冲突等外力产生的干扰较强，更期望第1液体1和第2液体2的2个液体的密度大致相等。

绝缘性的环状开口部件4的边缘部5A抵接于第1液体1和第2液体2的界面3，形成2个液体1，2的界面(2液界面)3A、3B。这里，开口部件4内侧的2液界面3A是形成液体透镜6的2液界面，开口部件4外侧的2液界面3B是不用作液体透镜6的2液界面。开口部件4为环状，具有圆形的开口部4a，因2液界面3A的表面张力，圆形开口部4a的2液界面3A形成液体透镜6。2液界面不越过边缘部5A、5B浸入地由这些边缘部固定。

这里，设置形成液体透镜6的2液界面3A、和不用作液体透镜6的另一液界面3B的理由是因为由于第1液体1和第2液体2均密封于单元14，所以各自的体积恒定，可由另一液界面3B吸收在形成于开口部件4的开口部4a的液体透镜6的部位的容积变化。与开口部件4的边缘部5A相同，由设置在密封部件13的边缘5B固定该液界面，在抗外力产生的干扰强的方面具有良好的效果。

在开口部件4下表面的圆形凸部4d上，将多个致动器7的各自的一端绕光轴9点对称地连结(作为一例，在图1C中，将绕光轴9间隔90度、且沿圆形开口部件4的切线方向配置的4个致动器7的各自的一端连结于开口部件4、且各自的另一端连结于后述的密封部件13)，全部的致动器7由1个致动器驱动控制部54同步驱动控制。因此，在致动器驱动控制部54的驱动控制下，通过全部的致动器7的向弯曲方向8的同步弯曲动作，使开口部件4沿光轴9的方向平行移动地进退驱动。从无限远射入液体透镜6的光线10聚光于焦点11，对应于开口部件4的光轴9的方向位置，液体透镜6的曲率变化，焦点11的位置如图1A和图1B那样移动。

将第1液体1和第2液体2、可动开口部件4及致动器7被收容于圆环状地配置于绝缘且圆板状的透明板12A、12B和透明板12A、12B的外周部来密封第1液体1和第2液体2的绝缘性密封部件13所形成的绝缘性单元14的内部。

这样，所述可变焦点透镜装置在由圆环状地配置于圆板状透明板12A、12B和透明板12A、12B外周部的密封部件13构成的单元14的内部空间，收纳第1液体1和位于第1液体1之上的第2液体2，且将开口部件4抵接于第1液体1和第2液体2的界面3，通过基于致动器驱动控制部54的控制来驱动多个致动器7，在开口部件4沿光轴6的方向进退且平行移动的同时，由开口部件4的圆形开口部4a内的2液界面3A构成液体透镜6。

根据该结构，因液界面3由抵接于所述2液界面3、且沿光轴9的方向可动的开口部件4的边缘部5A所固定，所以对外力产生的干扰可稳定地保持液体透镜6的形状。并且，由于不使用驱动时需要高电压的电润湿现象，所以如下所述，可由低电压驱动型的致动器7驱动。

另外，利用图1D及图1E示出的原理说明图(端面图)说明形成液体透镜6的物理构造。图1D及图1E的结构要素与图1A、图1B及图1C相同，但为了方便说明，致动器7的驱动部分的结构要素在图1D及图1E中省略。图1D表示开口部件4在第2液体中、将2液(2个液体1、2)界面3A、3B压入第1液体1之前的状态。图1E表示将开口部件4压入第1液体1侧之后的状态。图1D中的2液界面3A及3B为了方便说明，设为平面，图1E中的2液界面3A及3B因开口部件4的压入，故向上凸起弯曲。这时，因第1液体1及第2液体2的容积各自不变，且第1液体1及第2液体2密闭于单元14内并密封，所以由图1E的阴影线示出的容积部分A1、A2、A3、B1、B2的容积存在如下关系。

A1+A2+A3＝B1+B2

这里，容积部分A1是将开口部件4压入第1液体1内的部分的容积。容积部分A2是将开口部件4压入第1液体1内时，开口部件4的开口部4a内侧附近的第2液体2与开口部件4均被压入第1液体1内的部分的容积。容积部分A3是将开口部件4压入第1液体1内时，开口部件4的开口部4a外侧附近的第2液体2与开口部件4均被压入第1液体1内的部分的容积。容积部分B1是将开口部件4压入第1液体1内时，位于开口部件4的开口部4a内侧的第1液体1在开口部4a内向上凸起弯曲而隆起的部分的容积。容积部分B2是将开口部件4压入第1液体1内时，位于开口部件4的开口部4a外侧的第1液体1在开口部4a外向上凸起弯曲而隆起的部分的容积。

已知因2液的界面3A、3B中的表面张力，开口部件4的开口部4a的内侧的液界面3A在无重力下为球面，但就本发明的所述实施方式1的液体透镜6而言，在开口部件4的边缘部5的形状为圆的情况下，液体透镜6成为大致球面透镜。尤其是，在通过使2液的密度和开口部件4的密度一致而构成的最佳实施例的情况下，2液的界面变为与无重力等效的状态，可使2液界面更接近于正球形。

图2是表示实施方式1的致动器7的动作原理的截面图。作为致动器7的一例，导电性的聚合物层20A、20B通过夹持固体电解质21来构成短带状的电刺激型的聚合物致动器7，由作为致动器7的固定端的绝缘性的固定部件32固定。另外，在图1A、图1B及图1C中，密封部件13兼该固定部件32的功能。在导电性的聚合物层20A、20B上连接有分别在致动器驱动控制部54的控制下被动作控制的电源30及开关31，通过由电源30向导电性聚合物层20A、20B施加电压，通过固体电解质21的离子出入于导电性聚合物20A和导电性聚合物20B来弯曲驱动。另外，在图1A中，乍一看，看见存在2个致动器驱动控制部54，但为了易于理解只分别图示，实际上，如图1C所示，最好由1个致动器驱动控制部54控制全部的电源30及开关31。在图1B等其他图中，为了易于说明，适当省略致动器驱动控制54与电源30和开关31的一部分或全部的图示。

离子沿对应于施加电压的极性的方向移动，在图2示出的情况下，阳离子(正离子)从导电性聚合物层20A跑到固体电解质21一方，导电性聚合物层20A缩小，在导电性聚合物层20B中，相反，阳离子从固体电解质21进入，通过离子的数量增加，导致导电性聚合物层20B伸展，由此将该致动器7向下凸起地弯曲驱动。在与图2相反的情况下，阳离子(正离子)从导电性聚合物层20B跑到固体电解质21一方，导电性聚合物层20B缩小，在导电性聚合物层20A中，相反，阳离子从固体电解质21进入，通过离子的数量增加，导致导电性聚合物层20A伸展，由此将该致动器7向上凸起地弯曲驱动。在所述说明中，利用阳离子的出入说明致动器7的弯曲动作原理，但也可通过阴离子(负离子)的出入、或两者的出入，同样地进行弯曲动作。

另外，由于各弯曲型的致动器7是平板的薄板状，所以适于构成薄型的可变焦点透镜装置。这里，作为一例，构成致动器7的导电性聚合物层20A及20B的厚度分别为10μm～25μm左右，固体电解质21的厚度可为10μm～100μm，致动器7的总厚度可为30μm～150μm左右的厚度。并且，作为一例，由于开口部件4的厚度可为1mm左右的厚度，所以致动器7的厚度不会制约单元14的厚度变薄，可构成单元厚度为几mm的薄型可变焦点透镜装置。

该电刺激型致动器7内包于第1液体1中地配置，通过使该第1液体1为非水溶性的液体，由此在遮断水分的环境下，可使聚合物致动器动作，可防止水分存在下的恶化，使周期寿命、可靠性良好。

作为构成致动器7的导电性的聚合物层20A、20B的导电性聚合物，可使聚合物自身具有电子导电性的，例如，聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等有机导电性聚合物、或分散碳系微粒子的导电性聚合物等在所述动作原理下作用。

下面，说明该实施方式1的几个实施例

(实施例1)

作为导电性聚合物，在将吡咯单体溶解于成为支持电解质层的碳酸丙烯中的有机溶剂中，以碳电极作为析出电极，使用在恒流器模式(恒电流控制模式)中通过电解聚合来合成聚吡咯的膜，作为固体电解质，使用将作为离子性液体的乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)凝胶化的膜，得到图2示出的结构的致动器。

作为第1液体，使用甲苯基系的硅油。该油为非水溶性。作为第2水溶性的液体，使用氯化钠水溶液。如图2所示，所述致动器配置于非水溶性的第1液体即硅油中。该结构的致动器可在±1V～2V的低驱动电压下驱动。

在该聚合物致动器中，主要是通过EMI阳离子出入于聚吡咯膜来弯曲驱动。由于可伴随作为离子半径相对较大的有机阳离子即EMI阳离子的出入来伸缩聚合物，所以可作为产生位移大的致动器。

在本发明的实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置中，为了针对重力影响导致的透镜变形、或落下、冲突等外力产生的干扰较强，更期望第1液体和第2液体的2个液体的密度大致相等。

在利用振动式密度计测量本第1实施例中使用的硅油的密度时，密度为1.07g/cm²。作为第2水溶性液体使用氯化钠水溶液。通过利用振动式密度计来调整氯化钠和水的混合比，可精密地调整得到密度为1.07g/cm²的水溶液。可以形成两者均为透明的液体且不混合的液体透镜。在使用阿贝折射率计测定折射率时，硅油的折射率为1.51，所述氯化钠水溶液的折射率为1.35，可知能够形成具有不同折射率的液体透镜。为了通过小的曲率变化得到大的焦点位置变化，期望折射率差较大。为了得到具有同等密度及不同折射率的材料的组合，作为第1非水溶性液体，除所述硅油系以外，还可适用各种有机物和其混合物。并且，所述第1非水溶性液体由于抗外力产生的干扰较强，所以在抑制其流动性的目的下，也可是添加增粘剂的液体，或具有高分子交联(crosslink)结构的被凝胶化的流动体。

另外，作为本实施例的第2水溶性液体，叙述了氯化钠水溶液的实例，但由于可在低温下使用，所以优选使用乙二醇水溶液等防冻性液体。

(实施例2)

与实施例1相同，作为导电性的聚合物，使用在将吡咯单体溶解于成为支持电解质层的碳酸丙烯中的有机溶剂中，以碳电极作为析出电极，在恒流器模式(恒电流控制模式)中，利用电解聚合来合成聚吡咯的膜，作为固体电解质，使用将离子性液体即乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)凝胶化的膜，得到图2示出的结构的致动器。

作为第1液体，使用作为用作该固体电解质凝胶的电解质材料的离子性液体的乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)。该电解液是在由EMI有机阳离子和TFSI阴离子构成的离子结合性的常温下为液体即常温熔融盐，是非水溶性。

该结构的致动器在±1V～2V的低驱动电压下可驱动，同时，由于驱动所需的阴离子或阳离子可由第1液体即离子性液体供给，所以可兼备致动器所需的电解质层，方便。

在该聚合物致动器中，主要通过EMI阳离子出入于聚吡咯膜来弯曲驱动。由于可利用伴随离子半径相对较大的有机阳离子即EMI阳离子的出入的聚合物的伸缩，所以可作为产生位移大的致动器。

在利用振动式密度计测量离子性液体即乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)的密度时，密度为1.52g/cm²。作为第2水溶性液体，使用聚钨酸钠水溶液。聚钨酸钠水溶液是比重比水大的水溶性物质，可得到具有宽范围密度的水溶液。将聚钨酸钠按质量比制作40％～42％的水溶液，通过振动式密度计调整与水的混合比，可精密调整得到密度1.52g/cm²的水溶液。以两者都透明的液体且不混合地形成液体透镜。

在使用阿贝折射率计来测量折射率时乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)的折射率为1.43，所述聚钨酸钠水溶液的折射率为1.40，可知能够形成具有不同折射率的液体透镜。

下面，作为环状的开口部件的材质，分别地，作为由密度不同的多个部件构成的复合材料，使用含有玻璃纤维的聚酰胺(密度1.65g/cm²)；作为由密度不同的多个部件构成的复合材料，使用含有玻璃纤维的对聚苯硫(密度1.66g/cm²)、聚醚酮醚(密度1.30g/cm²)、PTFE(密度2.14g/cm²)的3种，在使该环状的开口部件抵接于所述2液界面的状态下，以1G的重力加速度实施振动试验时，在含有玻璃纤维的聚酰胺的环状开口部件时、和含有玻璃纤维的对聚苯硫的环状开口部件时，几乎未识别出液体透镜界面的扰乱，但在PTFE的环状开口部件时，识别出明显的液体透镜界面的扰乱。结果，可知本发明的实施方式1所涉及的可变焦点透镜装置为了抗因落下或冲突等外力产生的干扰较强，最好同第1液体1和第2液化2的2个液体的密度一致，开口部件4的密度也大致相同(具体地，例如差为±0.3g/cm²以内)。

实验用的含有玻璃纤维的塑胶是玻璃纤维的含有比为50％的塑胶，但通过调整该含有比，可使开口部件4的密度与第1液体1和第2液体2的密度精密地一致。

实验所用的环状开口部件均存在难以与离子性液体浸润的倾向，但通过对开口部件4实施疏水性或亲水性的表面处理，具有由开口部件4的边缘部5A固定的2液界面3更稳定地被固定的效果，同时，可大范围地选择开口部件4的材质。尤其是可通过利用表面处理调整开口部件4的与第1液体1和第2液体2接触的部位的浸润性，进一步巩固边缘部15的固定。

(实施例3)

下面，叙述针对环状开口部件的边缘部的形状进行实验的结果。

图8B及图8C表示在图8A示出的环状开口部件4的截面图中，将边缘部5A扩大的截面图。图8B表示将边缘部5A的角度θ形成为锐角的情况，图8C表示将该角度θ形成为钝角的情况。使用含有玻璃纤维的对聚苯硫制的内径4.5mm、外径9mm、厚度0.8mm的环状开口部件4，制作其内径的边缘部5A具有各种角度的环状开口部件4。使用乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)作为第1液体1，为了方便实验，使用密度不一致的纯水来作为第2液体2，在它们的2液界面3上，观察将环状的开口部件4从第2液体2压入，由边缘部5A固定2液界面的情况。

下面表1归纳了该实验的结果，如图8B所示，在边缘部5A的角度θ为锐角时(30°、45°、70°、)及直角(90°)时，由边缘部5A进行2液界面3的固定均良好。可是，如图8C所示，在边缘部5A的角度θ为钝角时，在110°下，观测到进行若环状开口部件4压入，液面曲率变小，则2液界面3浸润进环状开口部件4的内侧的侧面4A侧的现象。并且，在边缘部5A的角度θ为135°及150°时，观测2液界面3不是由边缘部5A、而是由边缘部的相反侧的边缘部5A—1固定。从上述的观察结果可知，优选边缘部5A的角度θ为锐角或直角，虽然存在钝角可适用的范围，但不优选。

【表1】

θ	30°	45°	70°	90°	110°	135°	150°
θ	30°	45°	70°	90°	110°	135°	150°	2液界面由边缘部固定的固定性	○	○	○	○	△	X	X
备注	OK	OK	OK	OK	若液面曲率变小，则2液界面浸润进至侧面4A	2液界面由其他的边缘部5A’固定	同左	2液界面由边缘部固定的固定性	○	○	○	○	△	X	X

以上实验中使用的环状开口部件4的边缘部5A的曲率为R0.1mm以下，但制作该曲率半径为0.5mm的部件，并使用，观测边缘部5A固定的情况。图9A及图9B表示边缘部5A的截面图。图9A表示在开始将环状部件4压入2液界面3A的阶段的2液界面3A的情况。观测到2液界面3A浸润进作为边缘部5A的曲率半径0.5mm的倒角部5A。图9B进一步表示了压入环状开口部件4的状态，观测到2液界面3A浸润至作为边缘部5A的倒角部5A和侧面4A的交界部以后，在该部位固定2液界面3A的情况。根据上述的观察，可适用在边缘部5A具有曲率的情况，但从巩固固定的观点出发，期望为尖锐的边缘部5A。

环状开口部件4的开口部4a的内径认为可适用从1mm以下的微透镜区域至几10mm左右，但在对外力产生的干扰强的观点下，优选小直径。环状开口部件4的厚度同样在抗外力产生的干扰较强的观点下，在强度上可保持其形状的范围内，例如薄至0.2mm～0.5mm左右，优选其自身的质量小。

开口部件4的边缘部5A不限定于开口部件4的开口部4a的上下任一端缘，也可形成于开口部件4的开口部4a的内壁面的中间部。例如，图10是表示开口部件4的边缘部5A的结构的另一例的截面图。是将对第2液体2具有亲水性的表面处理膜15A形成于开口部件4的开口部4a的内壁面的第2液体侧(在图10中例如上半侧)，将对第2液体2疏水性的表面处理膜15B形成于开口部件4的开口部4a的内壁面的第1液体侧(在图10中例如下半侧)，在该表面处理膜15A和表面处理膜15B的边界上构成边缘部5A的实例。具体地，第2液体2为水溶液时，通过作为亲水性处理形成硅烷耦合(silane coupling)剂膜，作为疏水性处理形成特氟纶(登录商标)系膜，由此可构成该边缘部5A。该边缘部5A不限定于形成在开口部件4的开口部4a的内壁面之中央部分，通过适当调整并形成表面处理膜15A和表面处理膜15B的区域，可形成于内壁面的任意场所。

以上，叙述了关于由开口部件4的边缘部5A固定2液界面3A的方法，但为了2液界面3A不越过该边缘部5A后浸润，为了2液界面3A更确实地不被破坏，更期望通过限制开口部件4的可动范围，来对2液界面3A在边缘部5A的变化角度施加限制。作为限制开口部件4的可动范围的具体实例，如图1E所示，也可在透明板12B的内面配置用作制动器的突起4p，利用开口部件4接触于突起4P，限制开口部件4的下限位置。

(实施方式2)

下面，说明本发明实施方式2中的可变焦点透镜装置。

图3是本发明实施方式2中的可变焦点透镜装置的截面图。由于致动器7A的配置与图1B的平面图中的致动器7配置相同，所以省略平面图。图4是表示本发明实施方式2中的可变焦点透镜装置的致动器7A的动作原理的截面图。在该实施方式2中，充分利用使电刺激型致动器7A内包于第1液体1即电解液中的特长，在该第1液体1中，通过另外设置其他电极(相向电极22A、22B)，使致动器7A的驱动性能提高。致动器7A也与实施方式1的致动器7相同，在致动器驱动控制部54的控制下驱动控制。

与实施方式1相同，作为构成导电性聚合物层20A、20B的导电性聚合物，使用在将吡咯单体溶解于作为支持电解质层的碳酸丙烯中的有机溶剂中，以碳电极作为析出电极，在恒流器模式(恒电流控制模式)中，使用由电解聚合来合成聚吡咯的膜，作为固体电解质，使用将离子性液体即乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)凝胶化的膜，同样得到图4中示出的结构致动器7A。作为第1液体，使用是用作该固体电解质凝胶的电解质材料的离子性液体的乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)。

该结构的致动器7A通过以图4中示出的极性(换言之，导电性聚合物层20A、20B与相向电极22A及相向电极22B经第1液体1后，相互相向的电极彼此的极性不同)从电源30向对向电极22A及相向电极22B施加电压，由此由于离子可从伸缩的导电性聚合物层20A及20B的两面(从固体电解质21侧及作为第1液体1的电解液侧的两方的界面)出入，所以在得到大的驱动位移的同时，因离子可快速地出入，所以可使致动器7进行高速地驱动动作。另外，在图4中，作为一例，阳离子(正离子)从导电性聚合物层20A跑到导电性聚合物层20A和相向电极22A之间的第1液体1的一方及固体电解质21的一方，导电性聚合物层20A如箭头40B那样收缩，在导电性聚合物层20B上，相反，阳离子分别从固体电解质21及从导电性聚合物层20B和相向电极22B之间的第1液体1进入，通过利用离子的容积增加、导电性聚合物层20B如箭头40A那样伸展，由此使该致动器7A向下凸起地变曲驱动。如果逆向施加电压，则分别进行相反的动作。

另外，在本发明中，除所述实施例1及实施例2叙述的2个液体材料以外，还可使用各种离子和有机溶剂的组合，例如，硅油和乙醇类的组合、或各种离子液体和有机溶剂的组合等、不混和的折射率不同的2个液体的组合。

(实施方式3)

下面，说明本发明实施方式3中的可变焦点透镜装置。

图5是本发明实施方式3中的可变焦点透镜装置的截面图。由于致动器7B的配置与图1B平面图的致动器7的配置相同，所以省略平面图。图6是表示本发明实施方式3中的可变焦点透镜装置的致动器7B的动作原理的截面图。该实施方式3与之前叙述的实施方式1及实施方式2不同，是未使用固体电解质21的形式的致动器7B的情况，充分利用使电刺激型致动器7B内包于作为第1液体1即电解液中的特长，通过在电解液1中另外设置其他电极22，可将致动器7A的结构简化，因此，为容易制造的结构。致动器7B也与实施方式1的致动器7相同，在致动器驱动控制部54的控制下驱动控制。

如图6所示，在该结构的致动器7A中，通过从电源30向导电性聚合物层20和相向电极22之间施加电压，来进行弯曲动作。构成为伸缩的导电性聚合物层20与非伸缩性部件23粘合，与导电性聚合层20因离子的出入而伸缩相对，非伸缩性部件23不伸缩，结果，使导电性聚合物层20和非伸缩性部件23粘合而构成的致动器7A弯曲驱动。

该结构的致动器7A可通过如下简便的加工制作。由于为了以电解聚合法来形成聚吡咯，需要用于析出的电极，所以可通过在作为非伸缩性部件23发挥作用的聚酰亚胺膜的表面，首先蒸镀金属薄膜，在该电极(未图示)上直接电解聚合形成用作伸缩部件的聚吡咯膜，由此得到这种作为致动器7A的粘合的结构。并且，相向电极22也可为形成于透明板12B单元内面上的透明电极。

作为导电性聚合物，使用聚吡咯膜，作为第1液体，使用离子性液体即乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)。

(实施方式4)

下面，本发明实施方式4是将本发明的所述实施方式1～3的可变焦点透镜装置适用于摄像装置的实例。图11示出所述摄像装置的框图的一例。

摄像装置由包含致动器驱动控制部54的所述可变焦点透镜装置50、摄像聚焦判定部55、摄像板51、和像记录再现部56构成。

在该摄像装置中，为了将位于具有由致动器7、7A或7B驱动的液体透镜6的可变焦点透镜装置50的光轴9附近的被摄体52的像在摄像板51上成像为被摄体的像53，通过从摄像板51输出的摄像信号，由判定部55判断聚焦点。将来自判断聚焦点的判定部55的信号输入至致动器驱动控制部54，根据输入的信号，由致动器驱动控制部54同步驱动控制全部的致动器7、7A、或7B。具体地，在由判定部55判断为未聚成焦点时，将致动器驱动信号从判定部55输入致动器驱动控制部54，根据输入的信号，由致动器驱动控制部54同步驱动全部的致动器7、7A、或7B，开口部件4沿光轴9的方向进退地平行移动，使液体透镜6的曲率变化，调节焦点11的位置。在由判定部55判断为聚焦点时，停止由致动器驱动控制部54执行的全部致动器7、7A或7B的驱动，并且，将被作为聚焦点的像信号从判定部55输送至像记录再现部56，由像记录再现部56记录或再现。

另外，所述实施方式1～3的开口部件4如图7A所示，为环状，具有圆形开口部4a，但该液体透镜6例如是用作搭载于便携电话等薄型便携终端的照相机用可变焦点透镜装置。并且，如图7B所示，可通过将椭圆形的开口部件4B的开口部4b作成椭圆来补正横长图像周边部的变形。

并且，在开口部件4C如图7C所示为矩形、具有矩形开口部4c时，液体透镜6形成圆柱形透镜。该透镜例如用作打印机光学系统用的可变焦点透镜装置。

另外，可通过使所述各种实施方式中的任意实施方式适当组合，取得各自具有的效果。

产业上的可利用性

本发明的可变焦点透镜装置可用作赋予装载于便携设备、便携终端机、电子报纸等的各种光学装置的焦点位置的可变功能(光学调制功能)的装置。

本发明边参照附图边关联于最佳的实施方式，充分记载，但对熟练该技术的人来说，明白种种的变形或修正。该变形或修正只要未超出基于附加的权利要求的本发明的范围，则应理解为包含于其中。

Claims

1、一种可变焦点透镜装置，具备：

第1液体；

密封所述第1液体和所述第2液体的单元；

开口部件，在所述单元内由边缘部固定所述第1液体和所述第2液体的2个液体的所述界面，且在与所述2个液体的界面抵接的状态下可移动；和

致动器，连结于所述开口部件，通过使所述开口部件移动，控制在所述开口部件的开口部内形成的液体透镜的所述2个液体的界面的形状，使所述液体透镜的焦点位置可变。

2、根据权利要求1所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述第1液体是非水溶性，所述致动器是电刺激型的聚合物致动器，且将所述电刺激型聚合物致动器内包于所述非水溶性的所述第1液体中。

3、根据权利要求2所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述非水溶性的第1液体是离子性液体，所述电刺激型聚合物致动器是伴随所述离子性液体的阴离子或阳离子出入的离子驱动型聚合物致动器。

4、根据权利要求3所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述非水溶性的第1液体是乙基甲基咪唑鎓—三氟甲烷磺酰亚胺(EMI—TFSI)。

5、根据权利要求2所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述第2液体是水溶性，所述水溶性第2液体是比重比水大的物质的水溶液。

6、根据权利要求5所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述水溶性的第2液体是聚钨酸钠水溶液。

7、根据权利要求1所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述致动器是薄板状的、进行弯曲动作的电刺激型聚合物致动器。

8、根据权利要求1所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述第1液体和所述第2液体及所述开口部件具有几乎相同的密度。

9、根据权利要求8所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述开口部件是由密度不同的多个部件构成的复合材料。

10、根据权利要求1所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

对所述开口部件实施疏水性或亲水性的表面处理。

11、根据权利要求1所述的可变焦点透镜装置，其特征在于：

所述开口部件为圆形，所述致动器为多个，沿所述圆形开口部件的切线方向且绕所述液体透镜的光轴点对称地配置，并且所述致动器的全部被同步驱动控制。