JP4754498B2 - エレクトロウェッティング装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロウェッティング装置、エレクトロウェッティング装置のための制御システム、およびエレクトロウェッティング装置の制御方法に関するものである。

エレクトロウェッティング装置は、典型的には、絶縁層の一方の側に配された第１の電極と、上記の絶縁層の他方の側に配された第２の電極と接触状態にある、メニスカスを有する導電性流体とからなり、これらの電極間への電圧の印加は、絶縁体に対するメニスカスの接触角度の変化による、導電性流体の形状変化を生じさせる。この形状変化は、たとえば、流体を通過する光線の焦点変更に利用することができる。

エレクトロウェッティング装置は、本願出願人の同時係属中の出願の国際公開ＷＯ０３／０６９３８０号に、より詳しく記載されている。この国際公開の開示内容の一節を、以下に付録１として、本明細書の開示の一部として組み込む。

エレクトロウェッティング装置の性能、たとえば可変焦点レンズの性能は、第１の電極と導電性液体との間の絶縁層の帯電により制限されることが多い。この層の帯電は、特定の閾値電圧より高い電圧で生じ得るものであり、電圧の増大および電圧印加の持続時間の増大に伴って増大する。絶縁体の帯電は、レンズの性能を制限し、しばしば生じる不均一な帯電の場合には、レンズの光学的品質が悪化する。さらに、帯電は、絶縁層の寿命を短くし得る。

エレクトロウェッティングは、直流電流（ＤＣ）を用いても、交流電流（ＡＣ）を用いても、実現することができる。ＡＣ動作の利点は、常時なされる極性の反転により、帯電が生じる時間が短くなることである。さらに、極性の反転により、絶縁層内に蓄積してきた電荷を除去することもできる。ＡＣ電圧の利用を可能とするためには、その周波数は、導電性液体のメニスカスの力学的な共鳴振動数よりも十分高くされるべきである。そのような場合のみ、メニスカスは静止状態に留まる。

ＤＣ動作もＡＣ動作も、現在、エレクトロウェッティングに用いられている。

エレクトロウェッティング装置に伴う第１の問題は、ＡＣ動作は、常時変化する極性のために絶縁層の帯電を減少させ得るが、正弦波状のＡＣ動作は、レンズを駆動するのに必要な実効電圧のために、より高いピーク電圧を与える点である。実効電圧は、一般的に、電圧自乗値の時間平均の平方根として定義され、ＲＭＳ電圧とも呼ばれる。エレクトロウェッティング装置中のメニスカスの接触角度の余弦は、理論上、電極に印加される電圧の自乗値に比例するので、印加される電圧のＲＭＳ値は、エレクトロウェッティング装置の動作を記述するのに適切なパラメータである。正弦波状の交流電源の実効電圧は、ピーク電圧よりも低いので、実効電圧が特に高いわけではない場合でも、結果として生じるピーク電圧が問題を生じさせることがある。結果として、高いピーク電圧は、絶縁層の帯電を増大させるか、絶縁体の絶縁破壊を生じさせることすらある。

米国特許出願公開ＵＳ２００１／００１７９８５号は、エレクトロウェッティング装置に、矩形波状の電圧源を適用する形態を開示している。

本発明の１つの目的は、上記の欠点を軽減することである。

本発明の別の１つの目的は、絶縁層の帯電が低減させられたエレクトロウェッティング装置を提供することである。

本発明の第１の側面によるエレクトロウェッティング装置は、可変要素と、その可変要素のための制御システムとを含むものとされ、上記の制御システムが、非対称な電圧波形を可変要素に供給するものとされる。

好ましくは、上記の電圧波形は、実効電圧に対するピーク電圧の比が、２^１／２未満である波形とされる。

供給される電圧波形は、実質的に直線からなることが好ましい。直線からなるとは、好ましくは、実質的に正方形状および／または長方形状の波形であることを示す。

上記の制御システムは、可変のパルス幅および／または波形高さを与えるものとされてもよい。このパルス幅または波形高さは、電圧波形の正の部分と負の部分との間で異なるものとされてもよい。

ある好ましい形態では、上記の可変要素は可変焦点レンズである。

本発明の発明者が認識している第２の問題は、絶縁層は、たとえば正の電圧において負の電圧よりもずっと速いレートで帯電しうるという問題である。この特性は、通常、絶縁層の種類および液体の種類に依存する。また、特定の極性（たとえば正の極性）について、逆の極性（たとえば負の極性）よりも、絶縁体の表面または内部に蓄積された電荷を除去するのが困難でありうる。

非対称な波形の有利な使用は、上記で述べた驚くべき効果を利用するものである。

ある有利な形態では、実質的に直線からなる電圧波形が、ピーク電圧に実質的に等しい実効電圧を有する。そのような特徴は、ピーク電圧が実効電圧の２^１／２倍である正弦波と比較して、より有利な特徴である。直線からなる電圧波形は、可変レンズの絶縁層のより少ない帯電を、結果としてもたらす。

制御システムは、好ましくは、電圧波形の正の部分と負の部分とが異なる高さを有するような、非対称な電圧波形を与えるように構成される。制御システムはまた、異なるパルス幅を有する波形の正の部分と負の部分とを与えるように構成されてもよい。

非対称な波形高さおよび／または非対称なパルス幅を有利に付与することは、エレクトロウェッティング装置が、電圧が所与の極性であるときに絶縁層がより強くまたはより速く帯電するような状態を補償することを可能にする。

好ましくは、電圧波形は、可変要素の導電性液体のメニスカスの力学的な共鳴振動数よりもずっと高いが、絶縁体を通じて形成されたコンデンサが充電されるのに十分な時間を与える程度に低い、周波数を有するものとされる。

また、電圧波形は、その周波数を超えると装置により形成されるコンデンサが実質的には充電されなくなるような周波数未満の、周波数を有することが好ましい。実質的に充電されるとは、少なくとも半分充電されることを意味するが、好ましくは少なくとも９０％充電されることを意味する。好ましくは、電圧波形は、その周波数未満において装置により形成されるコンデンサが実質的に完全に充電されるような周波数以下の、周波数を有するものとされる。

本発明の第２の側面によれば、エレクトロウェッティング装置用の制御システムが、エレクトロウェッティング装置の可変要素に対して、非対称な電圧波形を供給するように構成される。

本発明の第３の側面によれば、エレクトロウェッティング装置の制御方法が、エレクトロウェッティング装置の可変要素に対して、非対称な電圧波形を供給する工程を含むものとされる。

好ましくは、上記の電圧波形は、実効電圧に対するピーク電圧の比が、２^１／２未満である波形とされる。

また、上記の波形は、実質的に直線からなるものであってもよい。

上記の電圧波形は、可変のパルス幅および／または高さを有するものであってもよい。

上記の方法は、非対称な電圧波形を供給する工程を含んでいることが好ましく、さらに好ましくは、その非対称な電圧波形は、波形の正の部分および負の部分について、非対称なパルス幅および／または高さを有するものとされる。

上記の方法は、好ましくは、可変要素の絶縁層の帯電を減少させるため、パルス幅および／またはパルス高さを変化させる工程を含むものとされる。この変化は、与えられた可変要素の特定の特徴に基づいて実行される。好ましくは、上記の方法は、有利に低減された絶縁層帯電作用を有する、特定の波形を特定する工程と、その特定の波形を、可変焦点レンズに供給する工程とを含むものとされる。

本発明は、上記の第１の側面に係るエレクトロウェッティング装置を包含する、可変レンズ、可変フィルタ、および／または可変絞りもカバーする。本発明はまた、上記の第１の側面に係るエレクトロウェッティング装置を包含する、画像取込装置もカバーする。本発明はさらに、上記の第１の側面に係るエレクトロウェッティング装置を包含した画像取込装置を、包含する電話もカバーする。

本明細書で述べるあらゆる特徴は、上記の本発明の側面のいずれとも、任意の組合せ方によって組合せ可能である。

本発明のよりよい理解のため、および本発明の実施形態がどのように実現されるかを示すため、以下、例として、添付の図面を参照する。

ここで説明するエレクトロウェッティング装置は、可変焦点レンズを形成するものであり、第１の電極、および第２の電極と接触状態にある導電性流体からなり、第１の電極と導電性流体との間に絶縁層が存在するものである。導電性流体を変形させ、そのレンズ集光特性を変化させるため、電極間に電圧信号が加えられる。より一般化していえば、エレクトロウェッティング装置は、可変要素（この例では可変焦点レンズ）を含んでいる。

通常の正弦波状電圧では、実効電圧に対するピーク電圧の比は２^１／２である。これより低い比を有する各波形は、導電性流体のメニスカスの特定の位置に対してより低いピーク値を与えるので、絶縁層内の帯電および絶縁破壊の危険性を少なくする。したがって、上記で述べた第１の問題を解決するためには、２^１／２よりも低い比を有する波形を適用するべきである。最適な波形は、比が１である波形であり、この比は直線からなるまたは矩形状の波について得ることができる。

図６は、実効電圧が等しい正弦波状電圧と矩形波状電圧との違いを示した図である。

上記で述べた第２の問題は、電圧波形を、パルス幅および／または高さの点において非対称にすることによって解決され得る。たとえば、絶縁体が、正の電圧において速く帯電し、負の電圧においてより遅く帯電するものである場合には、正のパルスが負のパルスよりも短いかつ／または高さが低いパルスとされた交流電圧を印加することが、有用でありうる。

図７は、そのような非対称な電圧の例を示している。この例でも、２つの波形（矩形波および正弦波）の実効電圧は等しい。

図８は、図７に示した矩形波を与えるように動作可能な、制御システム１１のブロック図の一例を示している。ＤＣ／ＡＣ変換器３１０は、可変要素（この図示された実施形態では、流体焦点系３２８として示されている）に制御電圧を供給する、制御トランジスタ３２４および３２６への高圧電源を提供している。電圧源３１２は、可変抵抗器３１４および３１６に、３．３Ｖの直流電圧を供給する。ここで、可変抵抗器３１４は正パルス幅調整部３１４であり、可変抵抗器３１６は負パルス幅調整部３１６である。双方の抵抗器は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）３１８に接続されている。可変抵抗器３２０は、トランジスタ３２４を介して正の電圧レベル調整を提供しており、可変抵抗器３２２は、トランジスタ３２６を介して負の電圧レベル調整を提供している。トランジスタ３２４および３２６は、流体焦点系３２８に接続される、電圧スイッチを形成する。

図８の形態で実現される正のパルスおよび負のパルスの幅は、可変抵抗器３１４および３１６により決定され、それぞれのレベルは、可変抵抗器３２０および３２２により設定される。したがって、可変のパルス幅および高さを有する矩形波が、レンズ３２８および流体焦点系に与えられる。

上記で述べた装置および方法は、可変要素、とりわけ可変レンズ、絞り、フィルタおよびポンプを含むエレクトロウェッティング装置内に、実装することができる。

応用分野は、可変焦点レンズのみならず、可変絞り、可変フィルタ、ディスプレイのセル、エレクトロウェッティングポンプ、エレクトロウェッティングモーター等も包含する。

付録１
以下は、国際公開ＷＯ０３／０６９３８０号の記載内容の一節である。図１から５を参照しているが、これは本明細書に添付の図面の図１から５の参照と同一である。
図１から３は、調節可能レンズの概略的な断面図を示している。
図４は、画像取込装置の概略的な断面図を示している。
図５は、光学走査装置の概略的な断面図を示している。

図１から図３は、可変焦点レンズを示している。この可変焦点レンズは、毛細管を形成する円筒形の第１電極２を有しており、二つの流体を含有する流体チャンバー５を形成するように、透過性前面要素４および透過性後面要素６にてシールされている。第１電極２は、管の内部壁上に適用された導電性コーティングであってもよい。

この実施例において、この２つの流体は、混和性を有さない二つの液体で、シリコーンオイルやアルカンなどの絶縁性第１液体Ａ（以下、オイルと略す）、および塩（えん）溶液を含む水などの導電性第２液体Ｂで構成されている。この２つの液体は、レンズの機能が向きに依存しないように、つまり、この２つの液体間の重力効果に依存しないように、同一の密度を有するように調整されることが好ましい。これは、上記の塩溶液に適合するようこれらの密度を増加すべく、分子成分を追加することにより改質されてもよい、たとえばアルカンやシリコーンオイルなどの第１液体成分の適切な選択により達成されてもよい。

使用されるオイルの選択に依存して、オイルの屈折率は、１．２５〜１．６０で変化してもよい。同様に、添加する塩の量に依存して、上記の塩溶液は、１．３３〜１．４８でその屈折率が変化してもよい。この実施例におけるこれらの流体は、第１流体Ａの屈折率が第２流体Ｂの屈折率よりも高くなるように選択されている。

第１電極２は、典型的には１〜２０ｍｍの内半径を有する円筒である。第１電極２は、金属材料で形成され、たとえば、パリレンなどで形成される絶縁層８によりコートされている。絶縁層は、５０ｎｍ〜１００μｍの厚みを有し、典型的には、１μｍ〜１０μｍである。絶縁層は、流体接触層１０でコートされ、これは、流体チャンバーの円筒形壁にて、メニスカスの接触角度のヒステリシス（ｈｙｓｔｅｒｉｓｉｓ）を減少させている。流体接触層は、好ましくは、ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）により製造されたテフロン（登録商標）ＡＦ１６００などのアモルファス性フッ化炭素から形成される。流体接触層１０は、５ｎｍ〜５０μｍの厚みを有している。ＡＦ１６００コーティングは、第１電極２の連続的なディップコーティングにより製造されてもよく、これは、電極の円筒形側面が円筒形電極に実質的に平行であるので、実質的に均一な厚みの均一な材料層を形成する。ディップコーティングは、その軸方向に電極をディッピング溶液に出し入れしつつ、電極を浸漬することにより実行される。パリレンコーティングは、化学蒸着を用いて適用されてもよい。第２流体による流体接触層の濡れ性は、第１電極と第２電極との間に電圧を印加しない場合、メニスカス１４と流体接触層１０との交点の両側において実質的に同一である。

環状の第２電極１２は、流体チャンバーの一端に配置されており、この例では、後面要素に近接している。第２電極１２は、電極が第２流体Ｂに作用するように、少なくとも一部が流体チャンバー内に配置されている。

２つの流体ＡおよびＢは、非混和性であり、メニスカス１４により分離された２つの流体の塊に分離する傾向を有する。第１電極と第２電極との間に電圧が印加されない場合、流体接触層は、第２流体Ｂに対するよりも第１流体Ａに対してより高い濡れ性を有する。エレクトロウェッティングに起因して、第２流体Ｂによる濡れ性は、第１電極と第２電極との間の電圧の印加により変化し、三相ライン（流体接触層１０と、第１流体Ａと、第２流体Ｂとの間の接触ライン）におけるメニスカスの接触角度を変化させる傾向にある。こうして、メニスカスの形状は、印加電圧に応じて可変とされる。

ここで、図１を参照する。たとえば、０〜２０Ｖの低い電圧Ｖ_１を電極間に印加すると、メニスカスは、第１の凹面メニスカス形状をとる。この構造において、メニスカスと流体接触層１０との間の初期的な接触角度θ_１は、第２流体Ｂにおいて測定すると、たとえば、約１４０°である。第２流体Ｂの屈折率よりも高い第１流体Ａの屈折率に起因して、メニスカスにより形成されたレンズ（ここではメニスカスレンズと呼ぶ）は、この構成において比較的高い負のパワーを有する。

メニスカス形状の凹面の度合いを減少すべく、第１電極と第２電極との間により高い電圧を印加する。ここで図２を参照すると、絶縁層の厚みに依存して、たとえば２０〜１５０Ｖの中間電圧Ｖ_２を電極間に印加すると、メニスカスは、図１のメニスカスと比較して増大した曲率半径を有する第２の凹面メニスカスの形状をとる。この構成において、第１流体Ａと流体接触層１０との間の中間的な接触角度θ_２は、たとえば、約１００°である。第２流体Ｂの屈折率よりも高い第１流体Ａの屈折率に起因して、この構成におけるメニスカスレンズは、比較的低い負のパワーを有する。

凸状のメニスカス形状を生成するため、さらに高い電圧を、第１電極と第２電極との間に印加する。ここで図３を参照すると、相対的に高いたとえば１５０〜２００Ｖの電圧Ｖ_３を電極間に印加すると、メニスカスは、凸状のメニスカス形状をとる。この構成において、第１流体Ａと流体接触層１０との間の最大の接触角度θ_３は、たとえば、約６０°である。第２流体Ｂの屈折率よりも高い第１流体Ａの屈折率に起因して、この構成におけるメニスカスレンズは、正のパワーを有する。

図３の構成を達成することは、比較的高いパワーを用いて可能であるが、実用的な実施例においては、上述のレンズを含む装置は、上述の範囲の低いパワーおよび中間パワーのみを使用するように適用されることが好ましい。つまり、印加される電圧は、絶縁層における電界強度が２０Ｖ／μｍ未満となるように制限されることが好ましく、過剰な電圧は、流体接触層の帯電を引き起こし、したがって、流体接触層の劣化を引き起こすので使用されない。

さらに記すると、初期的に低い電圧の構成は、それら表面張力に依存した液体ＡおよびＢの選択に応じて変化する。より高い表面張力を有するオイルを選択することにより、および／または表面張力を減少させるエチレングリコールなどの成分を上記の塩溶液に添加することにより、初期的な接触角度は、減少させられる。この場合、レンズは、図２に示したレンズに対応した低い光学パワーの構成をとってもよく、図３に示したレンズに対応した中間パワーの構成をとってもよい。いずれにしても、上述の低いパワーの構成は、メニスカスが凹面であるように残存しており、過剰な電圧を用いることなく、比較的広いレンズパワーの範囲を生成することができる。

上述の例において、第１流体Ａは、第２流体Ｂよりも高い屈折率を有しているが、第１流体Ａは、第２流体Ｂよりも低い屈折率を有していてもよい。たとえば、第１流体Ａは、（過）フッ化オイルであってもよく、これは、水よりも低い屈折率を有している。この場合、アモルファス状のフッ化ポリマーは、好ましくは使用されない。なぜなら、フッ化オイルに溶解する可能性があるからである。代替的な流体接触層は、たとえば、パラフィンコーティングである。

図４は、可変焦点画像取込装置を示しており、本発明の実施例に従ったレンズを有している。図１から３に関連して述べたのと類似の要素が、１００ずつ増加した同様の参照番号により設けられており、これら類似の要素の上記の記述は、ここでも当てはまるように捉えられるべきである。

この装置は、複合可変焦点レンズを有しており、このレンズは、円筒形第１電極１０２、剛性フロントレンズ１０４および剛性リアレンズ１０６を有している。２つのレンズおよび第１電極により包囲された空間は、円柱形の流体チャンバー１０５を形成している。この流体チャンバーは、第１流体Ａおよび第２流体Ｂを保持している。この２つの流体は、メニスカス１１４に沿って接している。このメニスカスは、第１電極１０２と第２電極１１２との間に印加される電圧に依存する、上述の可変パワーのメニスカスレンズを形成している。１つの代替的な実施例では、この２つの流体ＡおよびＢの位置が変更される。

フロントレンズ１０４は、ポリカーボネートや環状オレフィン共重合体などの高屈折プラスティック製の両凸レンズであって、正のパワーを有している。フロントレンズの表面の少なくとも一つは、所望の初期的な焦点特性を提供するように、非球面である。リアレンズ１０６は、ＣＯＣ（環状オレフィン共重合体）などの低分散性のプラスティックで形成されており、フィールド・フラットナーとして作用する非球面レンズ表面を含んでいる。リアレンズ要素の他方の表面は、平面、球面または非球面であってもよい。第２電極１１２は、リアレンズ要素１０６の屈折表面の周縁に配された環状の電極である。

グレアストップ１１６およびアパーチャストップ１１８は、このレンズの前面に加えられる。ＣＭＯＳセンサアレイなどのピクセル化画像センサ１２０は、レンズの背面のセンサ平面に配置されている。

電子制御回路１２２は、無限遠から１０ｃｍの物体範囲を提供するように、画像信号の焦点制御処理により得られた焦点制御信号に従って、メニスカスレンズを駆動する。この制御回路は、無限遠への合焦が達成される低い電圧レベルと、より近接した物体に合焦される際のより高い電圧レベルとの間で、印加電圧を制御する。無限遠に合焦する際には、約１４０°の接触角度を有する凹面メニスカスが生成され、一方、１０ｃｍに合焦する際には、約１００°の接触角度を有する凹面メニスカスが生成される。

導電性の第２流体、絶縁層および第２電極は、電気コンデンサを形成し、この静電容量は、メニスカスの位置に依存する。静電容量は、常套的な静電容量計を用いて測定され得る。メニスカスレンズの光学的強さは、測定された静電容量値から同定することができる。

このレンズは、低く、ゼロではない電圧が、無限遠の物体にレンズを合焦させる（平行な入射光線）べく印加されるように、妥当な製造許容性の範囲内において、無限遠に合焦する能力を有するように構成される。他方、ゼロの電圧が印加されると無限遠への合焦が生じるようにレンズが構成されている場合、より限定的な製造許容範囲が適用されるべきである。

フロントレンズ要素１０４は、シールされたユニットを形成するように、内部表面上に第１電極１０２を保持し、リアレンズ１０６により閉鎖された管を伴った、単一の構造物として形成されることが好ましい。この第２レンズ要素１０６は、図４に示したレンズとの関係で拡張されてもよく、レンズ要素１０６のフラットな後部表面は、レンズの寸法を減少させるためにピクセル化画像センサ１２０がレンズの下方に配置されるよう、角度付け（好ましくは４５°）されたミラー表面により置換されてもよい。

流体チャンバー１０５は、流体の熱膨張に起因した容量変化を収納すべく膨張チャンバーを設けられてもよい。この膨張チャンバーは、流体チャンバーの壁の一つに配された弾性膜であってもよい。

フロントレンズ１０４およびリアレンズ１０６の内部表面は、レンズ材料と第１流体Ａおよび第２流体Ｂとの非適合性を阻止すべく、防護層でコートされてもよい。この防護層は、反射防止特性を有していてもよい。

図５は、光学走査装置に由来する要素を示しており、本発明の１つの実施形態に係るレンズを有している。この装置は、たとえば、二層デジタルビデオレコーディング（ＤＶＲ）ディスク（たとえば、Ｋ．Ｓｃｈｅｐ、Ｂ．Ｓｔｅｋ、Ｒ．ｖａｎ Ｗｏｕｄｅｎｂｅｒｇ、Ｍ．Ｂｌｕｍ、Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ、Ｔ．Ｎａｒａｈａｒａ、Ｔ．Ｙａｍａｇａｍｉ、Ｈ．Ｏｇａｗａ“Ｆｏｒｍａｔ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ２２．５ＧＢ ＤＶＲ ｄｉｓｃ”、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ、ＩＳＯＭ２０００、千歳、日本、２０００年９月５〜８日開催、を参照）などの、光学ディスク２０６の記録および／または再生用である。この装置は、たとえば、開口数０．８５の複合対物レンズを有しており、この対物レンズは、たとえば上述の国際特許出願番号ＷＯ０１／７３７７５号パンフレットで述べたようなものであって、たとえば４０５ｎｍの波長で、実質的に平行な光線で構成される入射コリメートビームを、走査されている情報層の平面におけるスポット２０８に合焦させる、剛性フロントレンズ２０２および剛性リアレンズ２０４を含んでいる。

二層ＤＶＲディスクにおいて、２つの情報層は、０．１ｍｍおよび０．０８ｍｍの深さにあり、したがって、典型的に０．０２ｍｍにて分離されている。一つの層から他の層へと合焦しなおす場合、情報層の深さの違いに起因して、補償される必要のある、約２００ｍλの望ましくない球面波面収差が発生する。この補償を達成する一つの方法は、たとえば装置内でコリメータレンズを移動させることにより、比較的高価な機械的なアクチュエーターを使用して、入射ビームのバージェンス（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）を変更することである。他の手法は、これも比較的高コストの方法であるが、切換可能な液晶セルを使用することである。

この実施例においては、図１から図３を参照して述べたのと同様の切換可能可変焦点レンズ２００が使用される。この実施例においては、ポリジメチル（８〜１２％）−フェニルメチルシロキサン共重合体を上述のオイルとして選択し、上述の導電性液体として、塩水溶液を使用する。これらそれぞれの液体は、レンズ２００が平面のメニスカスをもって配置されている際において、約１ｍｍの厚みを有している。

この装置は、現在走査されている情報層に依存して、レンズ２００の電極に２つの選択された電圧のうちの一つを印加するための、電子制御回路２２２を有している。一つの配置構成において、０．０８ｍｍの深さの情報層の走査中、Ｒ＝−２１．２６ｍｍのメニスカスの曲率半径を生成すべく、比較的低い選択された電圧が印加される。他方の配置構成では、０．１ｍｍの深さの情報層の走査中、平面のメニスカス曲率を生成すべく比較的高い選択された電圧が印加される。結果として、波面収差の自乗平均の平方根値は、２００ｍλから１８ｍλへと軽減され得る。ここに記するが、同様の効果は、メニスカス曲率の異なる組合せを用いても達成可能である。なぜなら、レンズパワーの変化のみが必要であるからである。さらに、レンズパワーの差異は、２つの液体の屈折率をより近いものとすることにより、メニスカスのより大きな移動にて達成されてもよい。

記するが、上述の実施例と関連して、上述の電極は、それ自体、好ましく円筒形であるが、その他、たとえば若干円錐形であるような、完全な円筒形から異なる変形した形状も可能である。しかしながら、この円筒形は、実質的に円筒形のままであることが好ましく、具体的には、流体接触層が直線からなる切断面を有する状態のままであることが好ましい。すなわち、この層は、円筒形の軸を含むその円筒形の断面内において、直線のラインを形成することが好ましい。この直線からなる断面は、電極の軸に対して平行であるべきであり、少なくとも１０°以内、より好ましくは少なくとも１°以内とされるべきである。円筒形電極は、軸に対して０．１°以内の平行な断面を有する、常套的で安価な管を用いて製造されてもよく、滑らかな内部表面には、種々の層が堆積されてもよい。そのような管を使えることは、本発明に係るレンズに、費用面での利点を与える。流体接触層は、それ自体、完全に線形でなくてもよい。しかしながら、種々の非線形の形状は、半径方向の広がりの差が、電極の軸方向の広がりの１／１０未満、より好ましくは１／２０未満となるように、制限されることが好ましい。

上述の実施例は、本発明の例示的な例として理解されるべきである。本発明については、さらなる実施例が考えられる。たとえば、第１流体は、絶縁性液体ではなく蒸気で構成されていてもよい。第２流体は、第１流体より小さな表面張力を有する流体であってもよい。その場合、低い印加電圧におけるメニスカスの形状は、凸状となるであろう。

背景技術として含まれている先行技術文献から転載した、調節可能レンズの概略断面図 背景技術として含まれている先行技術文献から転載した、調節可能レンズの概略断面図 背景技術として含まれている先行技術文献から転載した、調節可能レンズの概略断面図 背景技術文献から転載した、画像取込みの概略断面図 背景技術文献から転載した、光学走査の概略断面図 正弦波状および矩形波状の電圧について、ピーク電圧と実効電圧とを示した概略グラフ 正弦波状および非対称な矩形波状の電圧について、ピーク電圧と実効電圧とを示した概略グラフ 本発明に従うエレクトロウェッティング装置の制御システムの概略図

Claims (16)

1. 可変焦点レンズと、
   該可変焦点レンズのための制御システムとを含み、
   前記可変焦点レンズが、
   第１の電極と、
   第２の電極と、
   メニスカスを有し、前記第２の電極と接触する導電性液体と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間の絶縁層と、を有するエレクトロウェッティング装置であって、
   前記制御システムは、前記導電性液体の前記メニスカスの形状を変化させるために、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を供給するように構成され、
   前記絶縁層は、正電圧と負電圧とで異なる帯電の速さを有し、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に供給される前記電圧が、正負非対称な波形をもつ、
   ことを特徴とするエレクトロウェッティング装置。
2. 実効電圧に対するピーク電圧の比が、２^１／２未満であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロウェッティング装置。
3. 供給される前記電圧波形が、実質的に矩形であることを特徴とする請求項１または２記載のエレクトロウェッティング装置。
4. 前記制御システムが、可変のパルス幅および／または波形高さを与えるものとされていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置。
5. 前記電圧波形の正の部分と負の部分とが、異なる高さを有していることを特徴とする請求項４記載のエレクトロウェッティング装置。
6. 前記制御システムが、前記電圧波形の、異なるパルス幅を有する正の部分と負の部分とを与えるようにされていることを特徴とする請求項４または５記載のエレクトロウェッティング装置。
7. 前記電圧波形が、前記可変焦点レンズの前記導電性液体の前記メニスカスの力学的な共鳴振動数よりも高い周波数を有するものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置。
8. 前記電圧波形は、当該装置により形成されるコンデンサが充電されるのに十分な時間を与える程度に低い周波数を有することを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置。
9. 請求項１から８いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置を包含する、可変レンズ、可変フィルタ、および／または可変絞り。
10. 請求項１から８いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置を包含する、画像取込装置。
11. 請求項１から８いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置を包含した画像取込装置を、包含する電話。
12. 第１の電極と、
    第２の電極と、
    メニスカスを有し、前記第２の電極と接触する導電性液体と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間の絶縁層と、
    を有する可変焦点レンズを備えるエレクトロウェッティング装置の制御方法であって、
    前記導電性液体の前記メニスカスの形状を変化させるために、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を供給するステップを含み、
    前記絶縁層が、正電圧と負電圧とで異なる帯電の速さを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に供給される前記電圧が、正負非対称な波形をもつ、該エレクトロウェッティング装置の制御方法。
13. 前記電圧波形が有する実効電圧に対するピーク電圧の比が、２^１／２未満であることを特徴とする請求項１２記載のエレクトロウェッティング装置の制御方法。
14. 前記電圧波形が、実質的に矩形の電圧波形であることを特徴とする請求項１２または１３記載のエレクトロウェッティング装置の制御方法。
15. 前記電圧波形が、可変のパルス幅および／または高さを有していることを特徴とする請求項１２から１４いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置の制御方法。
16. 前記可変焦点レンズの前記絶縁層の帯電を減少させるため、パルス幅および／またはパルス高さを変化させる工程を含んでいることを特徴とする請求項１２から１５いずれか１項記載のエレクトロウェッティング装置の制御方法。

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