特開2017-227760(P2017-227760A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2017-227760液体レンズおよびその駆動方法、撮像装置、並びに表示装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-227760(P2017-227760A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】液体レンズおよびその駆動方法、撮像装置、並びに表示装置
(51)【国際特許分類】
   G02B 3/14 20060101AFI20171201BHJP
   G02B 7/04 20060101ALI20171201BHJP
   G02B 7/09 20060101ALI20171201BHJP
   G03B 15/00 20060101ALI20171201BHJP
   G02B 3/00 20060101ALI20171201BHJP
   G02B 26/00 20060101ALI20171201BHJP
   G02B 27/22 20060101ALI20171201BHJP
   G02F 1/19 20060101ALI20171201BHJP
   G02F 1/1335 20060101ALI20171201BHJP
   G09F 9/30 20060101ALI20171201BHJP
   H04N 5/369 20110101ALI20171201BHJP
【FI】
   G02B3/14
   G02B7/04 E
   G02B7/09
   G03B15/00 B
   G02B3/00 A
   G02B26/00
   G02B27/22
   G02F1/19
   G02F1/1335
   G09F9/30 349Z
   H04N5/335 690
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2016-123595(P2016-123595)
(22)【出願日】2016年6月22日
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121131
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082131
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 義雄
(72)【発明者】
【氏名】岩崎 正則
【テーマコード(参考)】
2H044
2H141
2H199
2H291
2K101
5C024
5C094
【Fターム(参考)】
2H044BE01
2H044BE09
2H141MB37
2H141MB43
2H141MB63
2H141ME29
2H141MF26
2H141MG03
2H141MZ28
2H199BA07
2H199BA45
2H199BB03
2H199BB05
2H199BB45
2H199BB52
2H291FA02Y
2H291FA09Y
2H291FA56X
2H291FA60X
2H291FA62X
2H291FD04
2H291MA01
2K101AA11
2K101CA01
2K101CB02
2K101CB16
2K101CC13
2K101EC12
2K101EC26
2K101EC73
2K101EK13
5C024EX11
5C024EX43
5C024EX56
5C024GX02
5C094AA43
5C094BA27
5C094ED01
(57)【要約】
【課題】製造がより容易な液体レンズを提供する。
【解決手段】液体レンズは、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備える。第2の電極は、第1の電極の平面方向外側に配置されており、第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている。本技術は、例えば、撮像装置等に組み込まれるレンズに適用できる。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、
前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている
液体レンズ。
【請求項2】
前記第1の電極と第2の電極は、同一平面上に配置されている
請求項1に記載の液体レンズ。
【請求項3】
一方が導電性で他方が絶縁性である第1及び第2の液体をさらに備え、
前記第1の液体は、前記第1の電極に接し、
前記第2の液体は、前記第2の電極上の前記絶縁膜と前記第1の液体と接している
請求項1に記載の液体レンズ。
【請求項4】
前記第1の液体が絶縁性の液体であり、前記第2の液体が導電性の液体である
請求項3に記載の液体レンズ。
【請求項5】
前記絶縁膜が形成されていない支持基板の上面及び前記第1の電極の上面に、親油膜が成膜されている
請求項4に記載の液体レンズ。
【請求項6】
前記第1の液体が導電性の液体であり、前記第2の液体が絶縁性の液体である
請求項3に記載の液体レンズ。
【請求項7】
前記絶縁膜が形成されていない支持基板の上面及び前記第1の電極の上面に、親水膜が成膜されている
請求項6に記載の液体レンズ。
【請求項8】
前記絶縁膜から前記第1の電極までの平面方向の距離は、前記第2の電極から前記第1の電極までの平面方向の距離よりも短い
請求項6に記載の液体レンズ。
【請求項9】
前記第1の電極と第2の電極は、略同心円状または略同心四角状に配置されている
請求項1に記載の液体レンズ。
【請求項10】
前記第2の電極は、周方向に複数に分割されている
請求項1に記載の液体レンズ。
【請求項11】
周方向に分割された2つの前記第2の電極には、異なる電圧が印加される
請求項10に記載の液体レンズ。
【請求項12】
前記第1の電極も、周方向に複数に分割されている
請求項10に記載の液体レンズ。
【請求項13】
前記第2の電極のさらに外側に、第3及び第4の電極をさらに備える
請求項1に記載の液体レンズ。
【請求項14】
第1の電極の平面方向外側に第2の電極が配置され、前記第2の電極の上面に撥水性を有する絶縁膜が形成されている液体レンズを駆動する駆動制御部が、前記第1の電極と前記第2の電極に所定の電圧を印加する
液体レンズの駆動方法。
【請求項15】
前記液体レンズの前記第2の電極の平面方向外側には第3及び第4の電極が配置されており、
前記駆動制御部は、前記第1乃至第4の電極の隣り合う2つの電極に対して所定の電圧を選択的に印加する
請求項14に記載の液体レンズの駆動方法。
【請求項16】
所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、
前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている
液体レンズ
を備える撮像装置。
【請求項17】
前記液体レンズは、複数のレンズが積層された積層レンズの少なくとも1つのレンズである
請求項16に記載の撮像装置。
【請求項18】
前記液体レンズは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズである
請求項16に記載の撮像装置。
【請求項19】
前記液体レンズは、ライトフィールドカメラのマイクロレンズである
請求項16に記載の撮像装置。
【請求項20】
所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、
前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている
液体レンズ
を備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、液体レンズおよびその駆動方法、撮像装置、並びに表示装置に関し、特に、製造がより容易な液体レンズおよびその駆動方法、撮像装置、並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトロウェッティング現象を利用したエレクトロウェッティングデバイスが知られている。エレクトロウェッティング現象は、導電性を有する液体と電極との間に電圧を印加したときに電極表面と液体との固液界面のエネルギーが変化し、液体表面の形状が変化する現象をいう。
【0003】
例えば、特許文献1には、電解液と絶縁膜間の接触角制御により油のレンズ曲率を制御する液体レンズが開示されている。この液体レンズでは、接触角を印加電圧だけで制御しているため、所望のレンズ形状を平面上の電極で実現するためには高電圧が必要となる。
【0004】
そこで例えば、側壁面の傾きを利用して、固有の接触角におけるレンズの曲率を制御して印加電圧を低くできるようにしたものもある(例えば、特許文献2,3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−150329号公報
【特許文献2】特開2013−3210号公報
【特許文献3】特表2010−532010号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献2,3で開示された素子構造は立体的な構造となるため、製造が難しい。
【0007】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、製造がより容易な液体レンズを提供することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本技術の第1の側面の液体レンズは、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている。
【0009】
本技術の第1の側面においては、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極が設けられ、前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている。
【0010】
本技術の第2の側面の液体レンズの駆動方法は、第1の電極の平面方向外側に第2の電極が配置され、前記第2の電極の上面に撥水性を有する絶縁膜が形成されている液体レンズの前記第1の電極と前記第2の電極に所定の電圧を印加する。
【0011】
本技術の第2の側面においては、第1の電極の平面方向外側に第2の電極が配置され、前記第2の電極の上面に撥水性を有する絶縁膜が形成されている液体レンズの前記第1の電極と前記第2の電極に所定の電圧が印加される。
【0012】
本技術の第3の側面の撮像装置は、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている液体レンズを備える。
【0013】
本技術の第3の側面においては、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備える液体レンズが設けられ、前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている。
【0014】
本技術の第4の側面の表示装置は、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている液体レンズを備える。
【0015】
本技術の第4の側面においては、所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備える液体レンズが設けられ、前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている。
【0016】
液体レンズ、撮像装置、及び、表示装置は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【発明の効果】
【0017】
本技術の第1乃至第4の側面によれば、液体レンズの製造をより容易にすることができる。
【0018】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】エレクトロウェッティング現象の原理を説明する模式図である。
図2】本開示の液体レンズの第1の実施の形態の断面図である。
図3図2の液体レンズの電極と絶縁膜の平面図である。
図4】電圧印加によるオイルの接触角を説明する図である。
図5図2の液体レンズのオイルの平面図である。
図6】液体レンズの製造方法について説明する図である。
図7】レンズアレイを説明する図である。
図8】電極の変形例を説明する図である。
図9図8のAの電極におけるオイルの位置及び形状の制御例を示す図である。
図10】電極の変形例を説明する図である。
図11】本開示の液体レンズの第2の実施の形態の断面図である。
図12図11の液体レンズの電極の平面図である。
図13】第2の実施の形態の液体レンズの駆動例を示す図である。
図14】電極の変形例を説明する図である。
図15図14のAの電極におけるオイルの位置及び形状の制御例を示す図である。
図16】本開示の液体レンズの第3の実施の形態の断面図である。
図17】電圧印加によるオイルの接触角を説明する図である。
図18】第3の実施の形態の変形例を説明する図である。
図19】本開示の液体レンズの第4の実施の形態の断面図である。
図20】第4の実施の形態の液体レンズの駆動例を示す図である。
図21】積層レンズへの適用例を示す図である。
図22】マイクロレンズアレイへの適用例を示す図である。
図23】ライトフィールドカメラへの適用例を示す図である。
図24】本開示の液体レンズを用いた表示装置の構成例を示すブロック図である。
図25】表示装置の表示部の構成例を示す図である。
図26】表示装置の表示部の構成例を示す図である。
図27】表示部の表示面よりも遠い位置に虚像を提示する例を説明する図である。
図28】液体レンズの平面形状の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.エレクトロウェッティング現象の説明
2.液体レンズの第1の実施の形態
3.第1の実施の形態の変形例
4.液体レンズの第2の実施の形態
5.第2の実施の形態の変形例
6.液体レンズの第3の実施の形態
7.第3の実施の形態の変形例
8.液体レンズの第4の実施の形態
9.液体レンズのまとめ
10.撮像装置への適用例
11.表示装置への適用例
【0021】
<1.エレクトロウェッティング現象の説明>
初めに、エレクトロウェッティング現象について簡単に説明する。
【0022】
図1は、エレクトロウェッティング現象の原理を説明する模式図である。
【0023】
図1に示されるように、例えば、電極1の表面に絶縁膜2が形成されており、この絶縁膜2の上に電解液から成る導電性の液滴3が置かれている。絶縁膜2の表面には撥水処理が施されている。図1のAに示されるように、電圧を印加していない無電圧状態では、絶縁膜2の表面と液滴3との間の相互作用エネルギーは低く、接触角θ0は大きい。接触角θ0は、絶縁膜2の表面と液滴3の正接線との成す角度であり、液滴3の表面張力や絶縁膜2の表面エネルギー等の物性に依存する。
【0024】
一方、図1のBに示されるように、電極1と液滴3との間に所定の電圧を印加すると、液滴3側の電解質イオンが絶縁膜2の表面に集中することによって電荷二重層の帯電量変化が生じ、液滴3の表面張力の変化が誘発される。この現象がエレクトロウェッティング現象であり、印加電圧の大きさによって液滴3の接触角θVが変化する。即ち、図1のBにおいて、接触角θVは、印加電圧Vの関数として、以下の式(1)の Lippman-Young の式で表される。
【0025】
cos(θV)=cos(θO)+(ε0・ε)/(2・γLG・t)×V2 (1)
【0026】
ここで、
ε0 :真空の誘電率
ε :絶縁膜の比誘電率
γLG:電解液の表面張力
t :絶縁膜の膜厚
である。
【0027】
以上のように、電極1と液滴3との間に印加する電圧Vの大きさによって、液滴3の表面形状(曲率)が変化する。例えば、液滴3をレンズ素子として用いた場合、焦点位置(焦点距離)を電気的に制御できる光学素子を実現することができる。
【0028】
<2.液体レンズの第1の実施の形態>
次に、本開示の液体レンズの第1の実施の形態について説明する。
【0029】
図2は、エレクトロウェッティング現象を利用して、印加電圧を制御することでレンズの曲率を変えることができる液体レンズ11の断面図である。
【0030】
図2のAとBは、印加電圧の違いによる液体レンズ11の異なる状態を示している。
【0031】
支持基板21の上面に、第1の電極22Aと第2の電極22Bが形成されている。図2の断面図において第2の電極22Bは、第1の電極22Aの両側に配置されている。なお、図2の例では、第1の電極22Aと第2の電極22Bの最上面と支持基板21の最上面が同一となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bが支持基板21に埋め込まれているが、支持基板21の平面の上に、第1の電極22Aと第2の電極22Bを形成してもよい。
【0032】
図3のAは、第1の電極22Aと第2の電極22Bの平面形状を示しており、第1の電極22Aは、液体レンズ11の平面方向の中心位置に円状に形成されている。第2の電極22Bは、円状の第1の電極22Aを囲むように、第1の電極22Aの平面方向外側に形成されている。
【0033】
図2の支持基板21は、例えば、ガラス基板などの入射光を通過させる部材で構成される。支持基板21は、その他、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)などで構成してもよい。
【0034】
第1の電極22Aと第2の電極22Bは、ITO系材料、銀添加ITO、IZO系材料、SnO2系材料、In2O3系材料、SB2O5系材料、ZnO系材料、In2O3−ZnO系材料、GA添加ZnO、In4Sn3O12、InGAZnO等の導電性金属酸化物や、金属、合金、半導体材料等から構成された透明電極とすることができる。また、入射光を通過させる必要がない場合には、第1の電極22Aと第2の電極22Bの材料には、不透明な金属や合金を用いることもできる。不透明な金属や合金としては、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、ニオブ(NB)、タンタル(TA)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、鉄(Fe)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)等の金属、これらの金属元素を含む合金(例えばMoW)あるいは化合物(例えばTiN等の窒化物や、WSi2、MoSi2、TiSi2、TASi2等のシリサイド)、シリコン(Si)等の半導体、ダイヤモンド等の炭素薄膜などを用いることができる。
【0035】
第2の電極22Bの上面には、絶縁膜23が形成されている。絶縁膜23の表面には撥水処理が施されており、絶縁膜23は撥水性を有する。図3のBに示されるように、絶縁膜23の平面形状は、第2の電極22Bと同じである。
【0036】
絶縁膜23の材料は、電気絶縁性の物質であれば特に制限されず、好適には、比誘電率が比較的高い物質が選択される。また、比較的大きな静電容量を得るために絶縁膜23の膜厚は薄い方が好ましいが、絶縁強度を確保できる膜厚以上であることが必要である。絶縁膜23を構成する材料として、例えば、SiOX材料やSiN、SiON、酸化フッ化シリコン、ポリイミド樹脂、SOG(スピンオングラス)、低融点ガラス、ガラスペーストといったSiO2系材料、酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(TA2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化クロム(CrOx)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ニオブ(NB2O5)、酸化スズ(SnO2)、又は、酸化バナジウム(VOx)を挙げることができる。また例えば、絶縁膜23は、パリレンC、パリレンN、パリレンD、パリレンAF−4、パリレンF(パリレンHTまたはパリレンDixFとして市販されている)、パリレンVT−4、または他の種類のフッ素化パリレンなどで形成されてもよい。
【0037】
図2において、第1の電極22Aの上面と、第1の電極22A及び第2の電極22Bが形成されていない支持基板21の上面には、第1の液体24が配置されている。また、第2の電極22B上の絶縁膜23の少なくとも一部の上面と第1の液体24の上面に、第2の液体25が配置されている。これにより、第1の液体24は、第1の電極22Aに接し、第2の液体25は、第2の電極22B上の絶縁膜23と第1の液体24と接している。
【0038】
第1の液体24としては、絶縁性を有する透明な液体が用いられ、例えば、デカン、ドデカン、ヘキサデカンもしくはウンデカン等の炭化水素系の材料、シリコーンオイル、ジフェニルスルフィド、メチルナフタレン、ジフェニルエチレン(DPE)、ブロモナフタレン、HIVAC、フッ素系の材料などの無極性溶媒を用いることができる。
【0039】
第2の液体25としては、導電性を有する透明な液体が用いられ、例えば、水、電解液(塩化カリウムや塩化ナトリウム、塩化リチウム等の電解質の水溶液)、分子量の小さなメチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、プロプレングリコール等のアルコール類、常温溶融塩(イオン性液体)などの有極性液体を用いることができる。
【0040】
第1の液体24と第2の液体25は、互いに異なる屈折率を有するとともに、互いに混和することなく存在できる材料が選ばれる。第1の液体24及び第2の液体25は、互いに同等の比重をもつことが好ましい。また、第1の液体24及び第2の液体25は、必要に応じて着色されていてもよい。
【0041】
本実施の形態では、第1の液体24としてシリコーンオイルが用いられ、第2の液体25として電解液が用いられることとし、以下の説明では、第1の液体24をオイル24、第2の液体25を電解液25と称して説明する。
【0042】
例えば、図4に示されるように、仮に第1の電極22Aと第2の電極22Bを対向配置させたとして、印加電圧有りのときのオイル24の接触角θonと、印加電圧無しのときのオイル24の接触角θoffは、接触角θonが接触角θoffより大きい(θon>θoff)という関係にある。
【0043】
そのため、図2に示した液体レンズ11において、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間に所定の電圧を印加しない状態では、オイル24の接触角θが小さくなり(接触角θoffとなり)、また絶縁膜23の撥水性が利用されることにより、図2のAの断面図及び図5のAの平面図で示されるように、オイル24の表面形状が、平坦または平坦に近い凸形状となる。
【0044】
一方、第1の電極22Aが正極、第2の電極22Bが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間に所定の電圧を印加した状態では、図2のBにおいて矢印で示される電界の影響を受け、オイル24の接触角θが大きくなる(接触角θonとなる)ので、図2のBの断面図及び図5のBの平面図で示されるように、オイル24の表面形状が、図2のAの電圧印加なしの形状よりも球面に近い凸形状または球面形状となる。
【0045】
オイル24と電解液25の屈折率の関係が、オイル24が電解液25よりも大きい関係(オイル24>電解液25)にある場合には、オイル24が凸レンズとして機能し、電解液25がオイル24よりも大きい関係(オイル24<電解液25)にある場合には、電解液25が凹レンズとして機能する。
【0046】
<製造方法>
次に、図6を参照して、液体レンズ11の製造方法について説明する。
【0047】
初めに、図6のAに示されるように、支持基板21の上面に、第1の電極22Aと第2の電極22Bが、リソグラフィ技術を用いてパターン形成された後、図6のBに示されるように、第2の電極22Bの上面に絶縁膜23が成膜される。絶縁膜23の撥水性処理も施される。
【0048】
そして、図6のCに示されるように、第1の電極22Aを中心とする中央部にオイル24が注入され、その後、図6のDに示されるように、電解液25が注入される。
【0049】
液体レンズ11は、図7に示されるように行列状に複数配列され、レンズアレイ30を構成することができる。レンズアレイ30を構成する各液体レンズ11の第1の電極22A及び第2の電極22B間の電圧は、駆動制御部31によって制御される。
【0050】
以上のように構成される液体レンズ11は、第1の電極22Aと第2の電極22Bが、対向する位置ではなく、同一平面上に形成されるので、リソグラフィ技術のみで形成でき、製造が容易である。製造が容易であるので、設計の自由度が上がり、量産性が向上し、コストを大幅に削減することができる。また、光が通過する電極層を1層とすることができるので、第1の電極22Aと第2の電極22Bを対向する配置とした場合と比べて光量の透過率を向上させることができる。
【0051】
<3.第1の実施の形態の変形例>
次に、第1の実施の形態の変形例について説明する。
【0052】
上述した第1の実施の形態では、第2の電極22Bが1枚の電極で構成されていたが、図8のA及びBに示されるように、第2の電極22Bは、周方向に複数に分割された構成としてもよい。図8のAでは、第2の電極22Bが周方向に4個に分割されている。図8のBでは、第2の電極22Bが周方向に8個に分割されている。
【0053】
また、図8のCに示されるように、第2の電極22Bに加えて、第1の電極22Aについても、周方向に複数に分割された構成としてもよい。
【0054】
周方向に複数に分割された第2の電極22Bにおいて、分割された各領域に異なる電圧を印加することで、レンズとしてのオイル24の位置や形状を変えることができる。
【0055】
図9は、第2の電極22Bが図8のAのように4つの領域に分割されており、その4つの領域を第1乃至第4の領域として、第1乃至第4の領域に異なる電圧を印加した場合のオイル24の位置及び形状の例を示している。
【0056】
図9では、第1乃至第4の領域に等しい電圧を印加した場合のオイル24の位置及び形状が一番左に示されており、右側の4つは、第1乃至第4の領域の少なくとも1つに異なる電圧を印加した場合のオイル24の位置及び形状を示している。図9においては、第1乃至第4の領域に印加される電圧の大小関係が、不等号及び等号で示されている。
【0057】
また、上述した第1の実施の形態では、中心に配置される第1の電極22Aの平面形状が円状に形成されていたが、第1の電極22Aの平面形状は、図10に示されるような四角形状や、その他の多角形形状でもよい。第1の電極22Aがどのような形状であっても、第2の電極22Bは、第1の電極22Aの周囲を囲むように第1の電極22Aの平面方向外側に形成される。
【0058】
<4.液体レンズの第2の実施の形態>
次に、本開示の液体レンズの第2の実施の形態について説明する。なお、第2の実施の形態以降の図面及び説明では、上述した第1の実施の形態の対応する部分については同一の符号を付すことにより説明を省略し、第1の実施の形態と異なる部分について注目して説明する。
【0059】
図11は、第2の実施の形態に係る液体レンズの断面図である。
【0060】
図11のAは、電圧印加無しの液体レンズ11の断面図を示し、図11のBは、電圧印加有りの液体レンズ11の断面図を示している。
【0061】
上述した第1の実施の形態では、電圧を印加するための電極として第1の電極22Aと第2の電極22Bの2枚の電極22が支持基板21上面に形成されていた。第2の実施の形態では、第1の電極22A及び第2の電極22Bに、第3の電極22C及び第4の電極22Dを加えた4枚の電極22が支持基板21上面に形成されている。
【0062】
図12は、第1の電極22Aないし第4の電極22Dを上から見た平面図である。
【0063】
図12に示されるように、第1の電極22Aは、第1の実施の形態と同様に、液体レンズ11の平面方向の中心位置に円状に形成され、第2の電極22Bないし第4の電極22Dが、円状の第1の電極22Aを囲むように、平面方向外側に同心円状に形成されている。
【0064】
換言すれば、第2の実施の形態では、第1の実施の形態における第2の電極22Bが、径方向に3つに分割され、第2の電極22Bないし第4の電極22Dとされている。
【0065】
なお、図12の例は、第1の電極22Aないし第4の電極22Dの平面形状が真円の例であるが、必ずしも真円である必要はなく、略同心円状であればよい。
【0066】
以上のように構成される第2の実施の形態に係る液体レンズ11において、図11のAに示されるように、第1の電極22Aないし第4の電極22Dに電圧が印加されない場合には、オイル24の接触角θが小さくなり(接触角θoffとなり)、また絶縁膜23の撥水性が利用されることにより、オイル24の表面形状が、平坦または平坦に近い凸形状となる。
【0067】
一方、例えば、図11のBに示されるように、第1の電極22A及び第4の電極22Dが正極、第2の電極22B及び第3の電極22Cが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間、及び、第3の電極22Cと第4の電極22Dとの間に所定の電圧を印加した場合には、図11のBにおいて矢印で示される電界の影響を受け、オイル24の接触角θが大きくなる(接触角θonとなる)ので、オイル24の表面形状が、図11のAの電圧印加なしの形状よりも球面に近い凸形状または球面形状となる。
【0068】
第2の実施の形態の液体レンズ11においても、第1の電極22Aと第2の電極22Bが同一平面上に配置された構成を有するので、製造が容易であり、設計の自由度や量産性が向上し、コストの大幅な削減が可能である。また、光が通過する電極層を1層とすることができるので光量の透過率を向上させることができる。
【0069】
<駆動方法>
第2の実施の形態においては、径方向に分割して配置された第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの2つの電極22を1組として、任意の1組または2組の電極22を選択して所定の電圧を印加する駆動が可能である。
【0070】
図13は、駆動制御部31による第2の実施の形態の液体レンズ11の駆動例を示す図である。
【0071】
図13のAは、印加電圧無しの液体レンズ11の状態を示している。
【0072】
図13のBは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの第1の電極22Aと第2の電極22Bを選択し、第1の電極22Aが正極、第2の電極22Bが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0073】
図13のCは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの第3の電極22Cと第4の電極22Dを選択し、第4の電極22Dが正極、第3の電極22Cが負極となるように、第3の電極22Cと第4の電極22Dとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0074】
図13のDは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの第2の電極22Bと第3の電極22Cを選択し、第3の電極22Cが正極、第2の電極22Bが負極となるように、第2の電極22Bと第3の電極22Cとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0075】
図13のEは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dの全てを選択し、第1の電極22A及び第4の電極22Dが正極、第2の電極22B及び第3の電極22Cが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間、及び、第3の電極22Cと第4の電極22Dとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0076】
電解液25は電界の影響を受け、オイル24は絶縁体であるので電界の影響を受けない。そのため、例えば、図13のAの電圧印加無しのレンズ状態から、図13のBのレンズ状態に直接変形させる場合には強い電界が必要となる。
【0077】
そこで、駆動制御部31は、電圧を印加する2つの電極22を段階的に選択し、例えば、図13のAのレンズ状態から、第1段階として図13のCのレンズ状態、第2の段階として図13のBのレンズ状態とすることで、低い電圧による電界でレンズ形状を変形させることができる。
【0078】
あるいはまた、例えば、図13のAのレンズ状態から、第1段階として図13のCのレンズ状態、第2の段階として図13のDのレンズ状態と、段階的にレンズ形状を変形させ、凸レンズとしてのオイル24の曲率を変えることができる。
【0079】
また、例えば、図13のAのレンズ状態から、第1段階として図13のCのレンズ状態、第2の段階として図13のEのレンズ状態と、段階的にレンズ形状を変形させ、凸レンズとしてのオイル24の曲率を変えてもよい。
【0080】
以上のように、駆動制御部31は、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかから、少なくとも2つの電極22に対して所定の電圧を選択的に印加する駆動制御を行うことができる。これにより、液体レンズ11のレンズ形状を、より低い電圧で制御することができる。
【0081】
<5.第2の実施の形態の変形例>
次に、第2の実施の形態の変形例について説明する。
【0082】
第1の電極22Aないし第4の電極22Dは、図8を参照して説明した第1の実施の形態の変形例と同様に、周方向に複数に分割された構成とすることができる。
【0083】
図14のAは、第2の電極22Bないし第4の電極22Dが周方向に4個に分割された構成を示している。
【0084】
図14のBは、第2の電極22Bないし第4の電極22Dが周方向に8個に分割された構成を示している。
【0085】
図14のCは、第1の電極22Aないし第4の電極22Dが周方向に8個に分割された構成を示している。
【0086】
図15は、第1の電極22Aないし第4の電極22Dとして図14のAに示した構成が採用された場合に制御可能なオイル24の位置及び形状の例を示している。
【0087】
図15の上段のオイル24の位置及び形状は、図9に示した第1の実施の形態の変形例におけるオイル24の位置及び形状と同じである。
【0088】
第2の実施の形態の変形例では、第1の実施の形態の変形例で制御可能な上段のオイル24の位置及び形状に加えて、図15の下段に示されるような、より細かいオイル24の位置及び形状が可能である。
【0089】
<6.液体レンズの第3の実施の形態>
次に、本開示の液体レンズの第3の実施の形態について説明する。
【0090】
図16は、第3の実施の形態に係る液体レンズの断面図である。
【0091】
図16のAは、電圧印加無しの液体レンズ11の断面図を示し、図16のBは、電圧印加有りの液体レンズ11の断面図を示している。
【0092】
第3の実施の形態の液体レンズ11は、図2に示した第1の実施の形態の液体レンズ11と比較すると、オイル24と電解液25の配置が反対になっている。
【0093】
また、第3の実施の形態においては、図17に示されるように、絶縁膜23から第1の電極22Aまでの平面方向の距離d1が、第2の電極22Bから第1の電極22Aまでの平面方向の距離d2よりも短くなっている。これは、電解液25を介した第1の電極22Aと第2の電極22Bとの短絡を防止するためである。
【0094】
図17に示されるように、印加電圧有りのときのオイル24の接触角θonと、印加電圧無しのときのオイル24の接触角θoffは、接触角θonが接触角θoffより大きい(θon>θoff)という関係にある。
【0095】
そのため、図16の液体レンズ11において、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間に所定の電圧を印加しない状態では、オイル24の接触角θが小さくなる(接触角θoffとなる)とともに、絶縁膜23の撥水性が利用されることにより、図16のAの断面図で示されるように、電解液25の表面形状が、球面に近い凸形状または球面形状となる。
【0096】
一方、第1の電極22Aが正極、第2の電極22Bが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間に所定の電圧を印加した状態では、図16のBにおいて矢印で示される電界の影響を受け、オイル24の接触角θが大きくなる(接触角θonとなる)ので、図16のBの断面図で示されるように、電解液25の表面形状が、図16のAの電圧印加なしの形状よりも平坦に近い凸形状または平坦となる。
【0097】
オイル24と電解液25の屈折率の関係が、オイル24が電解液25よりも大きい関係(オイル24>電解液25)にある場合には、オイル24が凹レンズとして機能し、電解液25がオイル24よりも大きい関係(オイル24<電解液25)にある場合には、電解液25が凸レンズとして機能する。第3の実施の形態のその他の構成は、上述した第1の実施の形態と同様である。
【0098】
第3の実施の形態の液体レンズ11においても、第1の電極22Aと第2の電極22Bが同一平面上に配置された構成を有するので、製造が容易であり、設計の自由度や量産性が向上し、コストの大幅な削減が可能である。また、光が通過する電極層を1層とすることができるので光量の透過率を向上させることができる。
【0099】
<7.第3の実施の形態の変形例>
図18は、第3の実施の形態の変形例を説明する図である。
【0100】
図16に示した第3の実施の形態の液体レンズ11は、図18のAに示されるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bが同一平面上に形成された構成とされていた。
【0101】
しかしながら、第1の電極22Aと第2の電極22Bは、図18のBないしDに示されるように、第1の電極22Aの平面と第2の電極22Bの平面が同一平面上でなく、多少の段差を設けてもよい。この場合、中心部に形成される第1の電極22Aが、第2の電極22Bよりもわずかに低い位置に形成される。
【0102】
図18のBの液体レンズ11は、第1の電極22Aが、第2の電極22Bよりもわずかに低い位置に形成され、第1の電極22Aの端部の支持基板21の壁面が垂直となっている。
【0103】
図18のCの液体レンズ11は、第1の電極22Aが、第2の電極22Bよりもわずかに低い位置に形成され、第1の電極22Aの端部の支持基板21の壁面が斜面(テーパ状)となっている。
【0104】
図18のDの液体レンズ11は、第1の電極22Aが、第2の電極22Bよりもわずかに低い位置に形成され、第1の電極22Aの端部の支持基板21の壁面が斜面(テーパ状)となり、その斜面と第1の電極22Aの膜面に親水膜41が成膜されている。この親水膜41は、図18のAやBの構成においても、絶縁膜23が形成されていない支持基板21の上面及び第1の電極22Aの上面に形成してよい。
【0105】
このように第1の電極22Aの平面と第2の電極22Bの平面に多少の段差を設けた場合であっても、2枚の電極を対向配置させた場合よりも製造が容易であり、設計の自由度や量産性が向上し、コストの大幅な削減が可能である。また、光が通過する電極層を1層とすることができるので光量の透過率を向上させることができる。
【0106】
なお、上述した第1及び第2の実施の形態、及び、後述する第4の実施の形態においても、図18のBないしDに示したように第1の電極22Aの平面と、その周辺の第2の電極22Bないし第4の電極22Dの平面に段差を設けた構成とすることができる。第1及び第2の実施の形態において、図18のDの親水膜41に相当する膜は、親油膜となる。
【0107】
また、第3の実施の形態においても、第1の電極22Aと第2の電極22Bは、図8に示した周方向に複数に分割した構成や、図10に示した略同心四角形状の構成を採用することができる。
【0108】
<8.液体レンズの第4の実施の形態>
次に、本開示の液体レンズの第4の実施の形態について説明する。
【0109】
図19は、第4の実施の形態に係る液体レンズの断面図である。
【0110】
図19のAは、電圧印加無しの液体レンズ11の断面図を示し、図19のBは、電圧印加有りの液体レンズ11の断面図を示している。
【0111】
第4の実施の形態の液体レンズ11は、図11に示した第2の実施の形態の液体レンズ11と比較すると、オイル24と電解液25の配置が反対になっている。第4の実施の形態のその他の構成は、第2の実施の形態と同様である。即ち、第1の電極22Aないし第4の電極22Dは、円状の第1の電極22Aを中心に同心円状に形成されている。
【0112】
第1の電極22Aないし第4の電極22Dに電圧が印加されない場合には、オイル24の接触角θが小さくなる(接触角θoffとなる)とともに、絶縁膜23の撥水性が利用されることにより、図19のAに示されるように、電解液25の表面形状が、球面に近い凸形状または球面形状となる。
【0113】
一方、例えば、図19のBに示されるように、第1の電極22A及び第4の電極22Dが正極、第2の電極22B及び第3の電極22Cが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間、及び、第3の電極22Cと第4の電極22Dとの間に所定の電圧を印加した場合には、図19のBにおいて矢印で示される電界の影響を受け、オイル24の接触角θが大きくなる(接触角θonとなる)ので、電解液25の表面形状が、図19のAの電圧印加なしの形状よりも平坦に近い凸形状または平坦となる。
【0114】
第4の実施の形態の液体レンズ11においても、第1の電極22Aと第2の電極22Bが同一平面上に配置された構成を有するので、製造が容易であり、設計の自由度や量産性が向上し、コストの大幅な削減が可能である。また、光が通過する電極層を1層とすることができるので光量の透過率を向上させることができる。
【0115】
<駆動方法>
第4の実施の形態においても、径方向に分割して配置された第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの2つの電極22を1組として、任意の1組または2組の電極22を選択して所定の電圧を印加する駆動が可能である。
【0116】
図20は、駆動制御部31による第4の実施の形態の液体レンズ11の駆動例を示す図である。
【0117】
図20のAは、印加電圧無しの液体レンズ11の状態を示している。
【0118】
図20のBは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの第1の電極22Aと第2の電極22Bを選択し、第1の電極22Aが正極、第2の電極22Bが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0119】
図20のCは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの第2の電極22Bと第3の電極22Cを選択し、第2の電極22Bが正極、第3の電極22Cが負極となるように、第2の電極22Bと第3の電極22Cとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0120】
図20のDは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dの全てを選択し、第1の電極22A及び第4の電極22Dが正極、第2の電極22B及び第3の電極22Cが負極となるように、第1の電極22Aと第2の電極22Bとの間、及び、第3の電極22Cと第4の電極22Dとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0121】
図20のEは、駆動制御部31が、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかの第3の電極22Cと第4の電極22Dを選択し、第4の電極22Dが正極、第3の電極22Cが負極となるように、第3の電極22Cと第4の電極22Dとの間に所定の電圧を印加したときの液体レンズ11の状態を示している。
【0122】
電解液25の表面形状が球面に近い図20のAのレンズ形状から、電解液25の表面形状が平坦に近いレンズ形状にレンズ形状を変形させる場合、駆動制御部31は、例えば、図20のB、図20のC、図20のDの順に、印加電圧を段階的に制御する。あるいはまた、駆動制御部31は、例えば、図20のB、図20のC、図20のEの順に、印加電圧を段階的に制御する。これにより、低い電圧による電界でレンズ形状を変形させることができる。
【0123】
以上のように、駆動制御部31は、第1の電極22Aないし第4の電極22Dのなかから、少なくとも2つの電極22に対して所定の電圧を選択的に印加する駆動制御を行うことができる。これにより、液体レンズ11のレンズ形状を、より低い電圧で制御することができる。
【0124】
<9.液体レンズのまとめ>
以上説明したように、液体レンズ11は、所定の電圧が印加される複数の電極22(第1の電極22Aと第2の電極22B、第1の電極22Aないし第4の電極22D)を略同一平面上に径方向に隣接して配置した構成とされる。これにより、液体レンズ11の製造が容易となり、設計の自由度や量産性が向上し、コストの大幅な削減が可能である。また、光が通過する電極層を1層とすることができるので光量の透過率を向上させることができる。
【0125】
そして、径方向の複数の電極22に対する印加電圧を制御(オンオフ)することで、液体レンズ11のレンズ形状の曲率を変えることができ、レンズ屈折力を変えることができる。
【0126】
また、中心に配置された第1の電極22Aの平面方向外側(径方向)に複数の電極22(第2の電極22Bないし第4の電極22D)を配置し、隣り合う2つの電極22に対して所定の電圧を選択的に印加することで、液体レンズ11のレンズ形状を、より低い電圧で制御することができる。
【0127】
なお、上述した実施の形態では、中心に配置された第1の電極22Aの平面方向外側(径方向)に3つの電極22(第2の電極22Bないし第4の電極22D)を配置した例について説明したが、第1の電極22Aの外側に配置する電極22の個数は2つ以上であればよい。
【0128】
また、略同一平面上に径方向に隣接して配置した複数の電極22の少なくとも1つを、周方向に複数に分割し、異なる電圧を印加することにより、レンズとしてのオイル24または電解液25の位置や形状を変えることができる。
【0129】
<10.撮像装置への適用例>
上述した液体レンズ11は、例えば、撮像装置を構成する部品として組み込むことができる。以下では、液体レンズ11を用いた撮像装置の例について説明する。
【0130】
<積層レンズへの適用例>
図21は、液体レンズ11を積層レンズへ適用した例を示す図である。
【0131】
図21の撮像装置100は、複数のレンズ付き基板111が積層された積層レンズ構造体112と、受光素子113を含んで構成される。
【0132】
撮像装置100において、上方から積層レンズ構造体112へと入射した光は、積層レンズ構造体112を透過し、積層レンズ構造体112の下側に配置された受光素子113で受光される。受光素子113は、例えば、表面照射型または裏面照射型のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサで構成される。積層レンズ構造体112の上には、絞り板114が配置されている。絞り板114は、例えば、光吸収性もしくは遮光性を有する材料で形成された層を備える。
【0133】
図21の例では、積層レンズ構造体112は、5枚のレンズ付き基板111a乃至111eで構成されており、5枚のレンズ付き基板111a乃至111eそれぞれは、レンズ121を有する。そして、レンズ付き基板111a乃至111eの少なくとも1つのレンズ121が、上述した液体レンズ11で構成されている。図21の例では、レンズ付き基板111aのレンズ121が液体レンズ11となっている。
【0134】
図21の例のように、複数のレンズ付き基板111のうち、1枚のレンズ付き基板111のレンズ121を液体レンズ11とした場合、液体レンズ11は焦点可変レンズとして機能し、積層レンズ構造体112は、オートフォーカス機能を有する。
【0135】
また例えば、複数のレンズ付き基板111のうち、複数枚のレンズ付き基板111のレンズ121を液体レンズ11とした場合には、液体レンズ11は焦点可変レンズとして機能し、積層レンズ構造体112は、ズーム機能を有する。
【0136】
<マイクロレンズアレイへの適用例>
図22は、液体レンズ11をマイクロレンズアレイへ適用した例を示す図である。
【0137】
図22の撮像装置140は、マイクロレンズアレイ基板151と、積層型受光素子152を含んで構成される。
【0138】
マイクロレンズアレイ基板151は、シリコン基板等で構成される担体基板161に対して複数の導光路162と、各導光路162の上面(光入射側)に形成されたマイクロレンズ163とを備える。
【0139】
積層型受光素子152は、上側基板171と下側基板172とを積層して構成される。上側基板171には、フォトダイオード(PD)173、カラーフィルタ174、及びオンチップレンズ175がアレイ状に形成され、最表面がシール樹脂176で覆われている。下側基板172には、フォトダイオード173で生成された画素信号を処理する信号処理回路と、はんだボール等で構成される外部端子177が形成されている。
【0140】
マイクロレンズアレイ基板151では、担体基板161に対して複数配置されたマイクロレンズ163単位で入射光が集光され、上側基板171のフォトダイオード173で結像されるようになっている。このマイクロレンズアレイ基板151のマイクロレンズ163が、上述した液体レンズ11で構成されている。
【0141】
撮像装置140は、液体レンズ11が採用された複数のマイクロレンズ163それぞれを、異なる焦点位置となるようにレンズ形状を制御した場合、導光路162単位で焦点位置が異なる複数枚の画像を生成することができる。
【0142】
一方、撮像装置140は、液体レンズ11が採用された複数のマイクロレンズ163それぞれを、同一の焦点位置となるようにレンズ形状を制御した場合には、視差を有する複数枚の画像を生成することができる。
【0143】
<ライトフィールドカメラへの適用例>
図23は、液体レンズ11をライトフィールドカメラ(撮像装置)へ適用した例を示す図である。
【0144】
図23の撮像装置190は、メインレンズ201と、マイクロレンズアレイ202と、被写体211からの光を受光して光電変換するイメージセンサ203を有する。マイクロレンズアレイ202は、メインレンズ201の焦点位置に設けられ、イメージセンサ203は、マイクロレンズアレイ202の焦点位置に設けられる。マイクロレンズアレイ202の各マイクロレンズは、イメージセンサ203の複数画素に対して1つずつ設けられる。
【0145】
以上のように構成される撮像装置190において、マイクロレンズアレイ202を構成するマイクロレンズそれぞれが液体レンズ11で構成されている。
【0146】
マイクロレンズアレイ202のマイクロレンズとしての液体レンズ11のレンズ形状を凸形状に制御した場合、撮像装置190はライトフィールドカメラとして利用することができる。
【0147】
一方、マイクロレンズアレイ202のマイクロレンズとしての液体レンズ11のレンズ形状をフラット形状に制御した場合、被写体211からの光をイメージセンサ203に結像させる通常カメラとして撮像装置190を利用することができる。
【0148】
以上のように液体レンズ11は、様々な撮像装置の構成部品として利用することができる。
【0149】
<11.表示装置への適用例>
上述した液体レンズ11は、表示装置を構成する部品として組み込むことができる。以下では、液体レンズ11を用いた表示装置の例について説明する。
【0150】
図24は、本開示の表示装置の構成例を示すブロック図である。
【0151】
表示装置300は、表示部311、撮像部312、測距部313、信号処理部314、表示制御部315、及び、入力部316を備えている。信号処理部314及び表示制御部315は、例えば、マイクロコンピュータを用いて構成することができる。
【0152】
表示装置300は、表示部311の表示面と異なる提示位置に虚像を提示することができる虚像表示装置であり、また、表示部311の表示面上に実像(二次元的な画像)を表示することもできる表示装置である。例えば、表示装置300は、表示部311の表示面のアスペクト比と異なるアスペクト比にて虚像を提示する。
【0153】
図25は、表示部311の構成例を示している。
【0154】
表示部311は、発光部として例えば有機EL(Electro Luminescence:エレクトロルミネッセンス)素子を用いた有機EL表示装置から構成される。但し、表示部311としては、有機EL表示装置に限られるものではなく、液晶表示装置やFED(Field Emission Display)表示装置などの他の平面型(フラットパネル型)表示装置を用いることも可能である。
【0155】
表示部311において、カラー画像を形成する際の単位となる1つの画素(ピクセル)321は、例えば3つの副画素(サブピクセル)から構成されている。例えば、1つの画素321は、赤色(Red:R)光を発光する有機EL素子を含む副画素321R、緑色(Green:G)光を発光する有機EL素子を含む副画素321G、及び、青色(Blue:B)光を発光する有機EL素子を含む副画素321Bの3原色の副画素から構成されている。
【0156】
但し、1つの画素321としては、RGBの3原色の副画素の組み合わせに限られるものではなく、3原色の副画素に更に1色あるいは複数色の副画素を加えて1つの画素を構成することも可能である。より具体的には、例えば、輝度向上のために白色(White;W)光を発光する副画素を加えて1つの画素を構成したり、色再現範囲を拡大するために補色光を発光する少なくとも1つの副画素を加えて1つの画素を構成したりすることも可能である。
【0157】
表示部311は、図25に示すように、複数の画素321、好ましくは偶数画素を単位として、例えばマイクロレンズ322がアレイ状に配置された構成となっている。
【0158】
図25には、例えば2×3のマイクロレンズアレイの正面図、当該正面図のA-A線に沿った矢視断面図(A-A線断面図)、及び、B-B線に沿った矢視断面図(B-B線断面図)を示している。
【0159】
図25では、2×2の4個の画素321に対して1個のマイクロレンズ322が、副画素321R,321G,321Bの上の拡散層324を介して配置されている。
【0160】
1個のマイクロレンズ322が配置される単位となる4個の画素321は、例えば、図26に示されるように、上下を組とする左側の2つの右眼用画素323Rと、上下を組とする右側の2つの左眼用画素323Lとで構成される。
【0161】
マイクロレンズ322は、本開示の液体レンズ11で構成されており、第1の液体331と第2の液体332とを含む。第1の液体331と第2の液体332の一方が、オイル等の、絶縁性を有する透明な液体であり、他方が、電解液等の導電性を有する透明な液体とされている。
【0162】
かかる構成により、マイクロレンズ322は、焦点距離が可変な可変焦点レンズとして機能し、表示制御部315による駆動制御の下に、焦点距離を変えることによって虚像の提示位置を調整可能となる。また、マイクロレンズ322にレンズ機能を持たせないことにより、表示部311の表示面上に実像(二次元的な画像)を表示することもできる。
【0163】
マイクロレンズ322は、観察者の眼の水晶体がピントを合わせる位置、即ち、虚像の提示位置が表示部311の表示面上と異なる位置(即ち、表示面よりも遠い位置又は近い位置)となるように、焦点距離によって虚像の提示位置を調整する作用を持っている。換言すれば、マイクロレンズ322は、対応する複数の画素からの画像の光を、観察者の眼の網膜上に結像して観察者に虚像として視認させる作用を持っている。
【0164】
撮像部312及び測距部313は、表示部311に対して一体的に取り付けられており、表示部311の表示面に対する観察者の眼の位置情報及び方位情報を検出する検出部の一部を構成している。撮像部312は、表示部311の表示画像を観察する観察者の顔を撮影可能なカメラから成り、撮像した画像情報を信号処理部314に供給する。
【0165】
測距部313は、表示部311の表示面と観察者の眼との間の距離を測定し、表示部311の表示面から観察者の眼までの距離情報として出力する。測距部313としては、例えば、赤外光等によるTOF(Time Of Flight)方式により、表示部311の表示面と観察者の眼との間の距離を測定する構成のものを用いることができる。あるいは、撮像部312を構成するカメラに加えてもう1つカメラを設け、2つのカメラの撮像画像による三角測量法によって、表示部311の表示面と観察者の眼との間の距離を測定する構成のものを用いることができる。
【0166】
信号処理部314は、撮像部312が撮像した画像情報及び測距部313が測定した距離情報を入力とする。そして、信号処理部314は、撮像部312が撮像した画像情報及び測距部313が測定した距離情報を基に、表示部311の表示面に対する観察者の眼の位置情報及び方位情報を検出する。観察者の眼の位置情報は、表示部311の表示面と観察者の眼との間の距離や、左眼と右眼との間(眼間)の間隔等の情報である。観察者の眼の方位情報は、表示部311に対する眼の傾き、即ち、左眼と右眼とを結ぶ線の表示部311に対する傾き等の情報である。
【0167】
信号処理部314は、撮像部312から供給される画像情報に基づいて、観察者の顔検出を行い、更に、顔検出をもとに左眼及び右眼(以下、「左右両眼」と記述する場合もある)の位置を特定し、画像内での左右両眼の座標情報を得る(左眼位置(XL,YL)、右眼位置(XR,YR))。左右両眼の座標情報を得たら、信号処理部314は、左右両眼の座標情報と測距部313から供給される距離情報とを用いて、表示部311に対する観察者の左右両眼の位置関係を決定する。
【0168】
上述した観察者の顔の検出、左右両眼の検出、左右両眼の位置関係の決定等の信号処理部314の機能は、撮像部312及び測距部313と共に、表示部311の表示面に対する観察者の眼の位置情報及び方位情報を検出する検出部を構成している。尚、測距部313を用いなくても撮像部312の画像情報から得られる左右両眼の間隔等を基に、表示部311の表示面と観察者の眼との間の距離を検出することができる。従って、測距部313は必須の構成要素ではない。但し、左右両眼の間隔は観察者によって異なり、左右両眼の間隔を基に距離を精度よく検出するのは難しいため、測距部313を用いた方が、距離の検出精度を上げることができる。
【0169】
信号処理部314は、表示部311の表示面に対する観察者の眼の位置情報及び方位情報を検出する演算処理の他に、観察者の眼の位置から虚像を提示する(表示する)虚像の提示位置までの距離(以下、「虚像距離」と記述する)を演算する処理も行う。マイクロレンズ322の焦点距離は、入力部316からの観察者による指定によって決まる。このとき、信号処理部314は、入力部316から観察者によって指定されるマイクロレンズ322の焦点距離から虚像距離を演算する。また、表示制御部315は、観察者が指定した焦点距離になるようにマイクロレンズ322の焦点距離の調整を行う。
【0170】
信号処理部314は更に、観察者の眼の位置情報及び方位情報、虚像距離情報、ならびに、表示すべき画像情報を基に、表示部311の表示面のアスペクト比と異なるアスペクト比で、虚像距離の位置に虚像を提示するように、左眼用画素323L及び右眼用画素323Rそれぞれに対する虚像情報(画像情報)を演算し、表示制御部315に供給する。表示制御部315は、信号処理部314から供給される虚像情報に基づいて、左眼用画素323L及び右眼用画素323Rを駆動する。表示制御部315は、入力部316からのユーザによる指定に応じて、マイクロレンズ322の焦点距離を制御する。
【0171】
表示制御部315による駆動制御により、虚像距離の位置、即ち、虚像の提示位置に虚像の提示(表示)が行われる。すなわち、左眼用画素323L及び右眼用画素323Rからの画像の光が、マイクロレンズ322によって観察者の網膜上に結像されることにより、観察者は、マイクロレンズ322の焦点距離によって決まる提示位置(虚像距離の位置)に表示された虚像として認識することができる。
【0172】
図27は、表示装置300が表示部311の表示面よりも遠い位置(遠方)に虚像を提示する例を示している。
【0173】
図27においては、観察者の左眼351Lに関連する光線を一点鎖線で示し、右眼351Rに関連する光線を破線で示している。また、観察者の左眼351Lと右眼351Rとの間(眼間)の間隔を例えば65[mm]とする。
【0174】
表示装置300において、虚像の提示は、信号処理部314による信号処理及び表示制御部315による表示制御の下に実行される。すなわち、表示制御部315は、信号処理部314で生成された画像情報に基づいて、表示部311の左眼用画素323L及び右眼用画素323Rを駆動することにより、マイクロレンズ322の焦点距離や視距離によって表示部311の表示面よりも遠い位置に設定される提示位置に虚像352を提示する。
【0175】
より具体的には、信号処理部314は、左眼用画像の左側と右眼用画像の右側とが隣接するような画像情報を生成する。表示制御部315は、信号処理部314で生成された画像情報に基づいて、左眼用画素323L及び右眼用画素323Rを駆動することにより、表示部311の表示面よりも遠い位置に設定された提示位置に虚像352を提示する。すなわち、表示装置300では、左眼用画面353L及び右眼用画面353Rが左右方向において隣接する2画面として虚像352の表示が行われる。
【0176】
左眼用画面353L及び右眼用画面353Rの2画面には同一のコンテンツの画像を表示することもできるし、別々のコンテンツ、例えば図27に示すように、右眼用画面353RにコンテンツAの画像を表示し、左眼用画面353LにコンテンツBの画像を表示することもできる。後者の表示例としては、左眼用画面353Lには、指定地点を強調して当該指定地点を含む地図情報等の画像情報を表示する一方、右眼用画面353Rには、指定地点の時間帯毎の天気予報等の画像情報や、指定地点のグルメ情報等の画像情報を表示する例が挙げられる。
【0177】
以上のように、表示装置300は、表示部311の表示面よりも遠い位置に虚像を提示することができ、また、表示部311の表示面よりも近い位置に虚像を提示することもできる。さらに、マイクロレンズ322にレンズ機能を持たせないことにより、表示部311の表示面上に実像(二次元的な画像)を表示することもできる。
【0178】
<その他>
上述した各実施の形態では、液体レンズ11の平面形状が四角形状であるとして説明したが、液体レンズ11の平面形状は、四角形状に限られず、例えば、図28に示されるように正六角形状として、複数の液体レンズ11をハニカム配置としてもよい。
【0179】
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【0180】
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
【0181】
本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【0182】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、
前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている
液体レンズ。
(2)
前記第1の電極と第2の電極は、同一平面上に配置されている
前記(1)に記載の液体レンズ。
(3)
一方が導電性で他方が絶縁性である第1及び第2の液体をさらに備え、
前記第1の液体は、前記第1の電極に接し、
前記第2の液体は、前記第2の電極上の前記絶縁膜と前記第1の液体と接している
前記(1)または(2)に記載の液体レンズ。
(4)
前記第1の液体が絶縁性の液体であり、前記第2の液体が導電性の液体である
前記(3)に記載の液体レンズ。
(5)
前記絶縁膜が形成されていない支持基板の上面及び前記第1の電極の上面に、親油膜が成膜されている
前記(4)に記載の液体レンズ。
(6)
前記第1の液体が導電性の液体であり、前記第2の液体が絶縁性の液体である
前記(3)に記載の液体レンズ。
(7)
前記絶縁膜が形成されていない支持基板の上面及び前記第1の電極の上面に、親水膜が成膜されている
前記(6)に記載の液体レンズ。
(8)
前記絶縁膜から前記第1の電極までの平面方向の距離は、前記第2の電極から前記第1の電極までの平面方向の距離よりも短い
前記(6)または(7)に記載の液体レンズ。
(9)
前記第1の電極と第2の電極は、略同心円状または略同心四角状に配置されている
前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の液体レンズ。
(10)
前記第2の電極は、周方向に複数に分割されている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の液体レンズ。
(11)
周方向に分割された2つの前記第2の電極には、異なる電圧が印加される
前記(10)に記載の液体レンズ。
(12)
前記第1の電極も、周方向に複数に分割されている
前記(10)または(11)に記載の液体レンズ。
(13)
前記第2の電極のさらに外側に、1つ以上の電極をさらに備える
前記(1)乃至(12)のいずれかに記載の液体レンズ。
(14)
前記第2の電極のさらに外側に、第3及び第4の電極をさらに備える
前記(13)に記載の液体レンズ。
(15)
第1の電極の平面方向外側に第2の電極が配置され、前記第2の電極の上面に撥水性を有する絶縁膜が形成されている液体レンズの
前記第1の電極と前記第2の電極に所定の電圧を印加する
液体レンズの駆動方法。
(16)
前記液体レンズの前記第2の電極の平面方向外側には第3及び第4の電極が配置されており、
前記駆動制御部は、前記第1乃至第4の電極の隣り合う2つの電極に対して所定の電圧を選択的に印加する
前記(15)に記載の液体レンズの駆動方法。
(17)
所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、
前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている
液体レンズ
を備える撮像装置。
(18)
前記液体レンズは、複数のレンズが積層された積層レンズの少なくとも1つのレンズである
前記(17)に記載の撮像装置。
(19)
前記液体レンズは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズである
前記(17)に記載の撮像装置。
(20)
前記液体レンズは、ライトフィールドカメラのマイクロレンズである
前記(17)に記載の撮像装置。
(21)
所定の電圧が印加される第1の電極と第2の電極を備え、
前記第2の電極は、前記第1の電極の平面方向外側に配置されており、
前記第2の電極の上面には、撥水性を有する絶縁膜が形成されている
液体レンズ
を備える表示装置。
【符号の説明】
【0183】
11 液体レンズ, 22A 第1の電極, 22B 第2の電極, 22C 第3の電極, 22D 第4の電極, 23 絶縁膜, 24 第1の液体(オイル), 25 第2の液体(電解液), 31 駆動制御部, 41 親水膜, 100 撮像装置, 113 積層レンズ構造体, 121 レンズ, 140 撮像装置, 151 マイクロレンズアレイ基板, 163 マイクロレンズ, 190 撮像装置, 202 マイクロレンズアレイ, 300 表示装置, 311 表示部, 322 マイクロレンズ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
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図15
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図17
図18
図19
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