JP2006064949A - レンズユニット、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手ブレを防止する小型のレンズユニット、および撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光透過性を有する液体収容器内に、相互に屈折率が異なり、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する絶縁性液体と導電性液体とを収容する。さらに、導電性液体に接触した第１の電極と、導電性液体に対して絶縁された１つ以上の第２の電極と、所定方向における液体収容器の移動を検知するセンサと、第１の電極と複数の第２の電極それぞれとの間に、センサによる検出結果に応じた電圧を印加して絶縁性液体と導電性液体との境界面の形状を変化させることによって、液体収容器の移動に伴う、液体収容器を透過する光の進路変化を抑制する制御部とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光を透過するレンズユニット、および被写体光を結像して画像データを取得する撮像装置に関する。

Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）などといった固体撮像素子上に被写体の像を結像させて、その被写体を表す画像データを信号として取り込む電子スチールカメラや、写真フィルム上に写真撮影を行うフィルムカメラなどの中には、撮影画角を自在に設定するズーム機能を備えたものがあり、このようなカメラにはズームスイッチの操作に応じて焦点距離が変化する撮影レンズが備えられている。この撮影レンズは、一般に、複数のレンズエレメントの組み合わせからなる複合レンズであって、ズームスイッチによって設定された焦点距離に応じて複数のレンズエレメントの相対位置が調整される。このようなカメラにはカム機構が備えられており、ズームスイッチの操作に応じてそのカム機構がモータの回転を伝達することによって複数のレンズエレメントそれぞれが光軸方向に前後して相対位置が調整され、焦点距離が変化する。

また、複数のレンズエレメントの中にはピント調整用のフォーカスレンズもあり、このフォーカスレンズを移動させるレンズ駆動機構が上記カム機構とは別に配備されている場合もある。

近年、上述した、駆動機構を有する撮影レンズに替えて、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な２種類の液体が内部に収容された焦点距離可変の液体レンズが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この非特許文献１に提案された液体レンズには、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な２種類の液体が内部に収容されており、これら２種類の液体のうちの一方の液体は導電性水溶液であり、もう一方の液体は絶縁性オイルである。これら２種類の液体は、短いガラス製のチューブの両端が、光透過性を有する透明なエンドキャップで塞がれた液体収容器の中に収容されている。また、このチューブの内壁と一方のエンドキャップの内壁とが撥水性膜で被覆されている。このように構成された液体レンズによれば、２種類の液体のうちの導電性水溶液が、撥水性膜で被覆されたチューブの内壁、および一方のエンドキャップの内壁と反撥することとなり、この導電性水溶液が、他方のエンドキャップに接触する状態で半球形状を有して滞留するため、導電性水溶液と絶縁性オイルとの界面部分が凹レンズとして機能する。また、この液体レンズには、導電性水溶液に対して電圧を印加するための２つの電極も備えられていて、これら２つの電極のうちの一方の電極は導電性水溶液に接するように配設され、他方の電極は撥水性膜の裏側に配設されている。このような電極に対して電圧が印加されると、導電性水溶液に接するように配設された電極からこの導電性水溶液中に電荷が放出され、放出された電荷が導電性水溶液中の、絶縁性オイルとの界面部分に溜まる現象が生じる。この界面部分に溜まった電荷と、この電荷とは逆極性の、撥水性膜の裏側に配設された電極に集まった電荷とがクーロン力によって引き合って、導電性水溶液中の電荷が撥水性膜付近に引き付けられる。その結果、導電性水溶液がチューブの内壁に被覆された撥水性膜を濡らし始めて、２種類の液体の界面形状が変化する。即ち、導電性水溶液に対して電圧が強くかけられるに従って、最初に凹レンズとして機能していた導電性水溶液の、絶縁性オイルとの界面部分の曲率半径が変化し、例えば、その界面部分が完全に平らになったり、その導電性水溶液が凸レンズとして機能するようになったりして、焦点距離が変化することとなる。

このような液体レンズによると、レンズを移動させずに焦点距離を変化させることができるため、上述したカム機構やレンズ駆動機構などを設けなくても、ズーム機能やフォーカス機能を実現することができる。したがって、装置を大幅に小型化することができ、携帯電話などといった小型機器にも適用することができる。

ところで、小型のカメラなどを使って撮影を行う場合、レリーズスイッチを押すときにカメラが動いてしまって、撮影画像に像ずれなどが生じる手ブレという不具合が生じやすい。また、近年では、片手だけでカメラを持ち、さらにその手を伸ばして自分自身を撮影することなどが広範に行われており、手ブレが起こりやすくなっている。

この手ブレを防止する技術としては、レンズの一部を光軸と垂直な方向に傾けることなどでカメラの動きに応じた分だけ偏心させ、像ずれを防ぐ技術（例えば、特許文献１参照）や、光路上にプリズムを設けて、その頂角を、カメラの動きに応じた分だけ変化させる技術（例えば、特許文献２、特許文献３、および特許文献４参照）などが提案されている。
"Ｐｈｉｌｉｐｓ´Ｆｌｕｉｄ Ｌｅｎｓｅｓ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１６年３月３日、Ｒｏｙａｌ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、［平成１６年３月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｐｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／０４０３／０４０３０３０２ｐｈｉｌｉｐｓｆｌｕｉｄｌｅｎｓ．ａｓｐ＞ 特開平７−３０１８３６号公報 特開平５−１３４２８５号公報 特開平５−１８１０９４号公報 特開平８−６０８７号公報

しかし、上述した手ブレ防止技術は大掛かりな駆動機構等を必要とするため、非特許文献１に記載された液体レンズに適用すると、装置が大型化してしまって、携帯電話などといった小型機器に搭載することができなくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、手ブレを防止する小型のレンズユニット、および撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のレンズユニットは、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体および導電性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された複数の第２の電極と、
所定方向における液体収容器の移動を検知するセンサと、
第１の電極と、複数の第２の電極それぞれとの間に、センサによる検出結果に応じた電圧を印加して絶縁性液体と導電性液体との境界面の形状を変化させることによって、液体収容器の移動に伴う、液体収容器を透過する光の進路変化を抑制する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明のレンズユニットによると、第１の電極と、複数の第２の電極それぞれとの相互間に液体収容器の移動に応じた電圧が印加され、第１の電極から導電性液体中に電荷が放出されるとともに、複数の第２の電極にはその電荷とは逆極性の電荷が集まり、それら相互に逆の極性を有する電荷同士がクーロン力によって引き合う。その結果、導電性液体と絶縁性液体との境界面の形状が印加電圧に応じた形状に変化し、液体収容器の移動に伴う、液体収容器を透過する光の進路変化が抑制される。例えば、本発明のレンズユニットがカメラに適用されると、撮影者がカメラのレリーズスイッチを押すときにカメラが動いてしまっても、そのカメラの移動に応じて光の進路が修正されて、撮像素子上の正しい位置に光が結像されるため、手ブレなどといった不具合が回避される。また、本発明のレンズユニットによると、液体の境界面の形状変化によって、高速かつ静音に光の進路が修正されるという利点があり、さらに、モータなどといった大掛かりな駆動機構を必要としないため、携帯電話などといった小型機器にも搭載することができる。

また、本発明のレンズユニットにおいて、上記導電性液体は水であるとともに、上記絶縁性液体は有機溶媒であることが好ましい。

水と有機溶媒とでは導電性の差が大きいため、これらの液体が組み合わされることによって、液体間の境界面の形状が高精度に効率よく変化することとなる。

また、本発明のレンズユニットにおいて、上記絶縁性液体は、炭化水素系の有機溶媒であることが好ましい。

炭化水素系の有機溶媒が適用されることによって、レンズユニットの経時安定性が向上する。

また、本発明のレンズユニットにおいて、上記複数の第２の電極として、液体収容器を透過する光の光路を取り囲む３つ以上の電極を備えたことが好ましい。

光の光路を取り囲む３つ以上の電極が備えられることによって、絶縁性液体と導電性液体との境界面の形状が多方向から制御されるため、液体収容器を透過する光の進路変化が精度良く補正される。

また、本発明のレンズユニットは、上記光軸方向に並んだ、それぞれが、液体収容器、第１の電極、および第２の電極を有する、第２の電極の配置が互いに異なる複数のレンズ要素を備え、
上記センサが、複数のレンズ要素全体の移動を検知するものであり、
制御部が、複数のレンズ要素それぞれに、センサによる検知結果に応じた各電圧を印加することによって、複数のレンズ要素の移動に伴う、複数のレンズ要素を透過する光の進路変化を抑制するものであってもよい。

複数のレンズ要素それぞれにおいて、導電性液体と絶縁性液体との境界面が相互に異なる方向に変化されることによって、レンズユニットを透過する光が、各レンズ要素を通過するときにそれぞれに進路調節される。

また、上記目的を達成する本発明の撮像装置は、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体および導電性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器、液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極、および液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された複数の第２の電極を有する撮影光学系と、
撮影光学系を通ってきた被写体光が表面に結像されて、被写体光を表わす画像信号を生成する撮像素子と、
所定方向における液体収容器の移動を検知するセンサと、
第１の電極と、複数の第２の電極それぞれとの間に、センサによる検出結果に応じた電圧を印加して絶縁性液体と導電性液体との境界面の形状を変化させることによって、撮影光学系の移動に伴う、撮影光学系を通ってきた被写体光の撮像素子上での結像位置のずれを抑制する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の撮像装置によると、本発明のレンズユニットと同様に、装置の大型化が抑えられるとともに、高速かつ静音に手ブレが軽減される。

なお、本発明にいう撮像装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう撮像装置には、上記の基本形態のみではなく、前述したレンズユニットの各形態に対応する各種の形態が含まれる。

本発明によれば、手ブレを防止する小型のレンズユニット、および撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明するのに先立って、上述した非特許文献１に記載された液体レンズの問題点について詳しく分析する。

図１は、比較例である液体レンズの概略構成図である。以下では、矢印Ｏの方向に光が透過するものとし、光の入射側（図１の上側）を上側、光の出射側（図１の下側）を下側と称する。

図１に示すように、液体レンズ１は、ガラス製のチューブ１１ａの両端がガラス製のキャップ１１ｂ，１１ｃで塞がれたガラス製の容器１１の内部に、絶縁性液体である透明な油２１と、支持電解質が加えられた透明な水２２とが互いに混じり合わずに収容されている。油２１の方が水２２よりも光の屈折率が大きいため、液体レンズ１では、油２１が光を屈折させるレンズの役割を担う。

容器１１の、チューブ１１ａの内面と、チューブ１１ａの上端を塞ぐキャップ１１ｂの内面は、撥水性を有する撥水性膜１５で覆われており、チューブ１１ａの下端を塞ぐキャップ１１ｃの内面は、親水性を有する親水性膜１６で覆われている。

また、チューブ１１ａと撥水性膜１５との間には、絶縁膜１４が設けられており、液体レンズ１には、水２２と接する第１電極１２と、絶縁膜１４によって水２２と絶縁された第２電極１３も備えられている。

第１電極１２と第２電極１３との相互間に電圧が印加されていない状態では、図１のパート（Ａ）に示すように、水２２は撥水性膜１５と反撥して親水性膜１６と接触するため、水２２と撥水性膜１５との接触部分Ｐ₁が小さくなる。このため、水２２は半球形状に滞留し、水２２に押された油２１は円筒形状から半球を刳り貫いた形状に滞留する。油２１からみたときの、油２１と水２２との境界面の形状は凹状であるため、パート（Ａ）では、液体レンズ１は凹レンズとして機能する。

また、例えば、第１電極１２にプラスの電圧を印加し、第２電極１３にマイナスの電圧を印加すると、第１電極１２から水２２にプラス電荷３１ａが放出され、第２電極１３にはマイナス電荷３１ｂが溜まる。このとき、水２２に放出されたプラス電荷３１ａが、クーロン力によって第２電極１３のマイナス電荷３１ｂに引き付けられ、水２２と撥水性膜１５との接触部分Ｐ₂が印加電圧に応じて大きくなる。パート（Ｂ）では、油２１からみたときの、油２１と水２２との境界面の形状は凸状となっており、液体レンズ１は凸レンズとして機能する。また、第１電極１２および第２電極１３に印加される電圧を調整することによって、油２１と水２２との境界面の形状を少しずつ変化させることができる。

このように、液体レンズ１によると、レンズを移動させる機構を設けなくても、油２１と水２２との境界面の形状を変化させることによって、ズーム機能やフォーカス機能を実現することができる。

ここで、この液体レンズ１をカメラなどに搭載する場合、撮影者がレリーズスイッチを押すときなどに手ブレが生じてしまう恐れがある。この手ブレの影響を回避するためには、液体レンズ１に、プリズムと、プリズムの頂角を手ブレに応じて変化させる機構などを設けて、液体レンズ１を透過してきた光の進路を調節することなどが考えられる。しかし、この方法を実現するには大掛かりな駆動機構が必要となり、装置全体が大型化してしまって、液体レンズ１を携帯電話などといった小型機器に搭載することができなくなってしまう。

本発明は、上記のような詳しい分析に基づいたものである。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図２は、本発明の一実施形態が適用されたデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。

図２に示すように、このデジタルカメラ１００の前面中央部には、撮影レンズ１０１が備えられている。また、このデジタルカメラ１００の前面上部には、光学式ファインダ対物窓１０２および補助光発光部１０３が備えられている。さらに、このデジタルカメラ１００の上面には、スライド式の電源スイッチ１０４およびレリーズスイッチ１５０が備えられている。

図３は、図１に示すデジタルカメラ１００の概略構成図である。

図３に示すように、デジタルカメラ１００の内訳は、大きく分けて撮影光学系１１０と信号処理部１２０とに分かれる。デジタルカメラ１００には、それらのほかにも、撮影した画像を表示させるための画像表示部１３０、撮影した画像信号を記録しておくための外部記録媒体１４０、撮影のための各種処理をデジタルカメラ１００に行なわせる、ズームスイッチ１７０、撮影モードスイッチ１６０、およびレリーズスイッチ１５０、デジタルカメラ１００の移動を検知する移動センサ１８０が設けられている。この移動センサ１８０は、本発明にいうセンサの一例に相当する。

まず撮影光学系１１０の構成を、図３を参照して説明する。

デジタルカメラ１００では、図３の左方から被写体光が入射し、ズームレンズ１１６、フォーカスレンズ１１５、および手ブレ補正レンズ１１４を経て、被写体光の光量を調整するアイリス１１３を通過した後、シャッタ１１２が開いている場合は固体撮像素子１１１に結像する。この固体撮像素子１１１は、本発明にいう撮像素子の一例に相当する。本来、撮影光学系には複数のレンズが配備され、それら複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズがピント調節に大きく関与し、各レンズの相対位置が焦点距離に関与するが、この図３では、焦点距離の変化に係わるレンズをズームレンズ１１６として模式的に示しており、ピントの調節に係わるレンズをフォーカスレンズ１１５として模式的に示している。

ズームレンズ１１６、フォーカスレンズ１１５、アイリス１１３、およびシャッタ１１２は、ズームモータ１１６ａ、フォーカスモータ１１５ａ、アイリスモータ１１３ａ、およびシャッタモータ１１２ａによりそれぞれ駆動され移動する。また、手ブレ補正レンズ１１４には、モータの替わりに、手ブレ補正レンズ１１４のレンズ形状を変化させる手ブレコントローラ１１４ａが設けられている。これらズームモータ１１６ａ、フォーカスモータ１１５ａ、アイリスモータ１１３ａ、およびシャッタモータ１１２ａを作動させる指示は、信号処理部１２０中のデジタル信号処理部１２０ｂからモータドライバ１２０ｃを通じて伝達されるとともに、手ブレコントローラ１１４ａを作動させる指示は、デジタル信号処理部１２０ｂから直接伝達される。また、手ブレコントローラ１１４ａには、移動センサ１８０で検知された検知結果が伝えられる。本実施形態では、移動センサ１８０は、デジタルカメラ１００の仰角方向（上下方向）の角速度が測定される仰角速度センサ１８１と、デジタルカメラ１００の方位角方向（左右方向）の角速度が測定される方位角速度センサ１８２とで構成されており、仰角速度センサ１８１、および方位角速度センサ１８２それぞれにおける測定結果が手ブレコントローラ１１４ａに伝えられる。手ブレコントローラ１１４ａは、デジタル信号処理部１２０ｂから作動指示を受けると、移動センサ１８０から伝えられた検知結果に応じて作動する。

ズームレンズ１１６は、ズームモータ１１６ａによって光軸に沿う方向に移動される。ズームレンズ１１６が、信号処理部１２０からの信号に応じた位置に移動されることによって、焦点距離が変化して撮影倍率が決定される。

フォーカスレンズ１１５は、ＴＴＬＡＦ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能を実現するためのレンズである。このＴＴＬＡＦ機能とは、光軸に沿う方向にフォーカスレンズを移動させながら、固体撮像素子１１１で得られた画像信号のコントラストを信号処理部１２０のＡＦ／ＡＥ演算部１２６で検出し、そのコントラストのピークが得られるレンズ位置をピント位置として、フォーカスレンズ１１５をピント位置に調節するものである。このＴＴＬＡＦ機能によって、コントラストがピークになる被写体（つまり、最も近くにある最近被写体）に自動的に焦点を合わせて撮影を行うことができる。

手ブレ補正レンズ１１４は、デジタルカメラ１００が動いてしまったときでも、固体撮像素子１１１上の正しい位置に被写体光が結像されるように、被写体光の進路を修正する手ブレ補正機能を実現するためのレンズである。本実施形態においては、手ブレコントローラ１１４ａが手ブレ補正レンズ１１４のレンズ形状を変化させることによって、被写体光の進路を修正する。この手ブレ補正レンズ１１４の構成と、レンズ形状を変化させる方法については、後で詳しく説明する。

アイリス１１３は、デジタル信号処理部１２０ｂのＡＦ／ＡＥ演算部１２６から与えられた指示に基づいて駆動されることによって、被写体光の光量を調整する。

以上が撮影光学系１１０の構成である。

続いて信号処理部１２０の構成を説明する。撮影光学系で固体撮像素子１１１に結像させた被写体像が画像信号としてアナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａに読み出され、このアナログ処理部（Ａ／Ｄ）１２０ａでアナログ信号がデジタル信号に変換されデジタル信号処理部１２０ｂへと供給される。デジタル信号処理部１２０ｂにはシステムコントローラ１２１が配備されており、そのシステムコントローラ１２１内の動作の手順を示したプログラムにしたがってデジタル信号処理部１２０ｂ内の信号処理が行なわれる。このシステムコントローラ１２１と、画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７、バッファメモリ１２８、内部メモリ１２９との間のデータの受け渡しはバス１２００を介して行なわれ、そのバス１２００を介してデータの受け渡しが行なわれるときのバッファとして内部メモリ１２９が働いている。この内部メモリ１２９に各部の処理プロセスの進行状況に応じて変数となるデータが随時書き込まれて、システムコントローラ１２１、および画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７の各部では、そのデータを参照することにより適切な処理が行なわれる。つまり、システムコントローラ１２１からの指示がバス１２００を介して上記の各部に伝えられ、各部の処理プロセスが立ち上げられる。そして、その内部メモリ１２９のデータがプロセスの進行状況に応じて書き換えられ、さらにシステムコントローラ１２１側で参照されて上記の各部の動作が管理される。言い換えれば、電源が投入され、システムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって各部のプロセスが立ち上げられる。たとえば、レリーズスイッチ１５０、ズームスイッチ、撮影モードスイッチのスイッチが操作されると、その操作されたという情報がキーコントローラ１２７を経由してシステムコントローラ１２１に伝えられ、その操作に応じた処理がシステムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって行われる。

レリーズ操作が行われると、固体撮像素子から読み出された画像データは、アナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａでアナログ信号からデジタル信号に変換され、このデジタル化された画像データがデジタル信号処理部１２０ｂ内のバッファメモリ１２８にいったん蓄えられる。このデジタル化された画像データのＲＧＢ信号が画像信号処理部１２２でＹＣ信号に変換され、さらに画像圧縮部１２４でＪＰＥＧ圧縮と呼ばれる圧縮が行なわれて画像信号が画像ファイルとなってメディアコントローラ１２５を介して外部記録媒体１４０に記録される。この画像ファイルとして記録された画像データは、画像表示制御部１２３を通じて画像表示部１３０において再生される。この処理の際、ＲＧＢ信号に基づいてピント調節および露出調節の演算を行なっているのがＡＦ／ＡＥ演算部である。このＡＦ／ＡＥ演算部１２６ではピント調節のためにＲＧＢ信号から被写体距離ごとにコントラストを検出することが行なわれる。この検出結果に基づいて、フォーカスレンズ１１５によってピント調整が行われる。またＡＦ／ＡＥ演算部ではＲＧＢ信号から輝度信号が抽出され、そこから被写界輝度が検出される。この結果に基づき、固体撮像素子に与えられる被写体光の光量が適切になるように、アイリス１１３によって露出調節が行なわれる。

デジタルカメラ１００は、基本的には以上のように構成されている。

ここで、デジタルカメラ１００における本発明の特徴は、手ブレ補正レンズ１１４にある。以下では、この手ブレ補正レンズ１１４について詳しく説明する。

図４は、手ブレ補正レンズの概略構成図である。なお、図４パート（Ａ）の左側から矢印Ｏの方向に被写体光が入射し、光が入射する側（図４パート（Ａ）の左側）を前側、光が出射する側（図４パート（Ａ）の右側）を後側と称し、さらに、図４パート（Ａ）の手ブレ補正レンズ１１４を前側（図４パート（Ａ）の左側）から見たときに、手ブレ補正レンズ１１４の上側（図４パート（Ａ）の上側）を上側、手ブレ補正レンズ１１４の下側（図４パート（Ａ）の下側）を下側、手ブレ補正レンズ１１４の左右側（図４パート（Ａ）の奥／手前側）を左右側と称して説明を行う。

手ブレ補正レンズ１１４は、中空の箱２０１ａの両端がキャップ２０１ｂ，２０１ｃで塞がれた液体収容器２０１内に、導電性液体３０２と、導電性液体３０２と不混和な絶縁性液体３０１とが収容されて形成されている。この液体収容器２０１は、透明なガラスで構成されており、本発明にいう液体収容器の一例に相当する。

箱２０１ａの後端を塞ぐキャップ２０１ｃの、液体と接触する面（内面）は、親水性を有する親水性膜２０６で覆われている。また、液体収容器２０１の、親水性膜２０６で覆われた部分以外の内面は、疎水性を有する疎水性膜２０５で覆われている。

また、液体収容器２０１には、親水性膜２０６を挟むように配置された、液体と接触する第１電極２０２と、箱２０１ａと疎水性膜２０５に挟まれた絶縁膜２０４と、絶縁膜２０４によって液体と絶縁された２つの第２電極２０３ａ，２０３ｂも備えられている。

図４のパート（Ｂ）は、パート（Ａ）の手ブレ補正レンズ１１４を前側（パート（Ａ）の左側）からみた図である。２つの第２電極２０３ａ，２０３ｂは、箱２０１ａの上面と下面に設けられている。

第１電極２０２、および第２電極２０３ａ，２０３ｂは、図３に示す手ブレコントローラ１１４ａと接続されており、手ブレコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２と、第２電極２０３ａ，２０３ｂそれぞれとの相互間に電圧が印加される。この第１電極２０２は、本発明にいう第１の電極の一例に相当し、第２電極２０３ａ，２０３ｂは、本発明にいう複数の第２の電極の一例に相当する。また、手ブレコントローラ１１４ａは、本発明にいう制御部の一例に相当する。

上記のような液体収容器２０１に、相互に光屈折率が異なる絶縁性液体３０１と、導電性液体３０２とが収容される。本実施形態では、絶縁性液体３０１として、有機溶媒（アイソパー：エクソン社製）が適用され、導電性液体３０２として、水に支持電解質（テトラブチルアンモニウムパークロレイト０．１ｍｏｌ／Ｌ）が加えられたものが適用される。この絶縁性液体３０１は、本発明にいう絶縁性液体の一例にあたり、導電性液体３０２は、本発明にいう導電性液体の一例に相当する。

第１電極２０２と、第２電極２０３ａ，２０３ｂそれぞれとの間に電圧が印加されていない状態では、導電性液体３０２が撥水性膜２０５と反撥することによって、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面は、図４のパート（Ａ）に実線で示すような形状になる。このとき、第１電極２０２と導電性液体３０２とが接触する。

図５は、手ブレコントローラ１１４ａによって手ブレ補正レンズ１１４に電圧が印加されたときの、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面を示す図である。

手ブレコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２と、上側の第２電極２０３ａとの間に電圧が印加されると、第１電極２０２から導電性液体３０２に電荷が放出され、第２電極２０３ａには、導電性液体３０２に放出された電荷とは逆極性の電荷が集まる。この導電性液体３０２に放出された電荷と、第２電極２０３ａの電荷とがクーロン力によって引き合い、導電性液体３０２中の電荷が、第２電極２０３ａに近い上側の撥水性膜２０５付近に引き付けられる。その結果、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面が、図５の実線で示すように、絶縁性液体３０１が下方に偏り、導電性液体３０２が上方に偏った形状に変化する。

手ブレコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２と、下側の第２電極２０３ｂとの間に電圧が印加されたときには、第１電極２０２から導電性液体３０２に放出された電荷と、下側の第２電極２０３ｂの電荷とがクーロン力によって引き合って、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面が、図５の点線で示すように、絶縁性液体３０１が上方に偏り、導電性液体３０２が下方に偏った形状に変化する。

また、手ブレコントローラ１１４ａは、第１電極２０２と、上下の第２電極２０３ａ，２０３ｂのうち一方との間にのみ電圧を印加することができるだけでなく、第１電極２０２と、第２電極２０３ａ，２０３ｂそれぞれとの間に相互に異なる電圧を同時に印加することもできる。

図６は、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面の形状と、手ブレ補正レンズ１１４を通過する被写体光の光路との関係を示す模式図である。

ここでは、屈折率ｎ１の絶縁性液体３０１と、屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）の導電性液体３０２とで構成される手ブレ補正レンズ１１４が適用され、手ブレ補正レンズ１１４から後方向に距離Ｄだけ離れた位置に固体撮像素子１１１が配備されるものとして説明する。

絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面の角度がθのとき、光軸Ｏを通ってきた被写体光は、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２とを通過すると、光軸Ｏと固体撮像素子１１１との交点Ｐから距離Δだけ下方向にずれた点Ｐ´で固体撮像素子１１１上に結像される。このとき、以下のような式が成り立つ。

絶縁性液体３０１の屈折率をｎ１、導電性液体３０２の屈折率をｎ２とするとき、
Δ＝Ｄ×ｔａｎ（θｏｕｔ） …（１）
ｎ２×ｓｉｎ（θ２−θ１）＝ｓｉｎ（θｏｕｔ） …（２）
ｎ１×ｓｉｎ（θ１）＝ｎ２×ｓｉｎ（θ２） …（３）
θ１＝θ …（４）
手ブレコントローラ１１４ａで印加電圧が制御されると、図６に示すように、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面の角度θが上下方向に変化され、その結果、被写体光の進路が変更される。

ここで、撮影者が図１に示すレリーズスイッチ１５０を押すときなどに、デジタルカメラ１００が動いてしまうことがある。このとき、デジタルカメラ１００の移動に伴って、図３に示すズームレンズ１１６、およびフォーカスレンズ１１５を通ってくる被写体光の進路が変わってしまうため、手ブレ補正レンズ１１４を介さずに被写体光が通過すると、固体撮像素子１１１上の結像位置がずれてしまって、撮影画像に像ずれなどが生じてしまう恐れがある。

本実施形態のデジタルカメラ１００では、手ブレ補正レンズ１１４の導電性液体３０２と絶縁性液体３０１との境界面の形状が変化されることによって、デジタルカメラの移動による被写体光の進路が修正される。

撮影者によって図１に示すレリーズスイッチ１５０が押されると、手ブレコントローラ１１４ａは、移動センサ１８０から、デジタルカメラ１００の移動における角速度を取得する。

続いて、手ブレコントローラ１１４ａは、移動センサ１８０から取得した角速度に基づいて、デジタルカメラ１００の移動に伴ってずれてしまう固体撮像素子１１１上の被写体光の結像位置（図６の点Ｐ´）を、正しい結像位置（図６の点Ｐ）に補正するための、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面の角度（図６の角度θ）を算出し、さらに、その境界面の角度を実現するための印加電圧を算出する。

さらに、手ブレコントローラ１１４ａは、算出した電圧を、第１電極２０２と、第２電極２０３ａ，２０３ｂそれぞれとの相互間に印加する。

第１電極２０２と、第２電極２０３ａ，２０３ｂそれぞれとの相互間に電圧が印加されると、クーロン力によって、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面の角度が算出された角度に合わせられる。

デジタルカメラ１００の移動に伴って光路がずれてしまった被写体光は、手ブレ補正レンズ１１４の絶縁性液体３０１と導電性液体３０２を通過することによって、固体撮像素子１１１上の正しい結像位置に向かう方向に修正される。

例えば、絶縁性液体３０１の屈折率ｎ１＞導電性液体３０２の屈折率ｎ２であり、手ブレなどによって被写体光の進路が下方向にずれてしまう場合には、手ブレコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２と、上側の第２電極２０３ａとの間に電圧が印加される。この結果、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面は、図５に点線で示すように、屈折率の大きい絶縁性液体３０１が上方向に偏った形状に合わせられ、被写体光の進路が上方向に修正される。

ここで、通常、手ブレによる移動は上下方向が多いため、この上下方向の被写体光の進路ずれを補正するために、図４のパート（Ｂ）に示すように、液体収容器２０１の箱２０１ａの上面および下面に第２電極２０３ａ，２０３ｂを設ける例について説明したが、第２電極を箱２０１ａを取り囲むように３つ以上配置することによって、上下・左右方向における被写体光の進路ずれを補正することができる。

図７は、第２電極の配置パターンの例を示す図である。

図７は、手ブレ補正レンズ１１４を、前側（図４のパート（Ａ）における左側）からみたときの図である。

図７のパート（Ａ−１）に示すように、図４に示す箱２０１ａの替わりに、中空の三角柱を有する箱を用いて、その箱を３つの第２電極４１１で取り囲むことによって、デジタルカメラ１００の、上下・左右方向における移動に伴う被写体光の進路ずれを補正することができる。このパート（Ａ−１）に示す手ブレ補正レンズ４１０と同様の働きは、パート（Ａ−２）に示すように、中空の円筒形状の箱を、３つの第２電極４２１で取り囲んだ手ブレ補正レンズ４２０でも実現される。このパート（Ａ−１）、パート（Ａ−２）に示す電極配置は、上下・左右方向における被写体光の進路ずれに対応することができるが、印加電圧の算出が煩雑になる。

また、パート（Ｂ−１）に示す、４つの第２電極４３１で四方を囲んだ手ブレ補正レンズ４３０、およびパート（Ｂ−２）に示す、４つの第２電極４４１で円筒形状を取り囲んだ手ブレ補正レンズ４４０では、印加電圧の算出が容易になり、高速に手ブレを補正することができる。

また、パート（Ｃ−１）、およびパート（Ｃ−２）に示すように、８つの第２電極４５１，４６１が用いられた手ブレ補正レンズ４５０，４６０では、さらに精度良く手ブレを補正することができる。

以上で、本発明の第１実施形態の説明を終了し、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と第２実施形態とでは、手ブレ補正レンズ１１４以外は同じ装置構成を有するため、第１実施形態との相違点に注目し、同じ要素については同じ符号を付して説明を省略する。

図８は、本発明の第２実施形態が適用された手ブレ補正レンズの簡略構成図である。

本実施形態の手ブレ補正レンズ５００は、図４に示す第１実施形態の手ブレ補正レンズ１１４とほぼ同様の構成を有する、相互に異なる位置に第２電極が配備された２つのレンズ要素５１０，５２０で構成されている。このレンズ要素５１０，５２０は、本発明にいうレンズ要素の一例に相当する。

図８の左側に示すレンズ要素５１０は、図４に示す第１実施形態の手ブレ補正レンズ１１４と同じ構成を有するものであり、第２電極２０３ａが、液体収容器２０１の箱２０１ａの上下に配備されている。このレンズ要素５１０に電圧が印加されることによって、レンズ要素５１０の絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面は上下方向に変形される。

また、図８の右側に示すレンズ要素５２０は、第２電極２０３ａが、液体収容器２０１の箱２０１ａの左右に配備されている。このレンズ要素５２０に電圧が印加されることによって、レンズ要素５２０の絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面は左右方向に変形される。

この手ブレ補正レンズ５００によると、レンズ要素５１０およびレンズ要素５２０に印加される電圧がそれぞれ制御されることによって、手ブレ補正レンズ５００を通過する被写体光は、レンズ要素５１０を通過するときに、上下方向に進路が調節され、レンズ要素５２０を通過するときに、左右方向に進路が調節される。このため、手ブレ補正レンズ５００によると、図７のパート（Ｂ−１），パート（Ｂ−２）に示す、４つの第２電極４３１，４４１が設けられた手ブレ補正レンズ４３０，４４０とほぼ同様の作用が、簡易な構成で実現される。

ここで、上記では、液体収容器中に、導電性液体と絶縁性液体の２種類の液体が収容された例について説明したが、本発明にいう液体収容器には、３種類以上の液体が収容されていてもよい。

また、上記では、本発明のレンズユニットが手ブレ防止に適用される例について説明したが、本発明のレンズユニットは、フォーカスレンズやズームレンズなどに適用されてもよい。例えば、本発明のレンズユニットがフォーカスレンズに適用される場合、第１の電極と第２の電極との間に、ＴＴＬＡＦ機能を実現するための電圧と、手ブレ補正機能を実現するための電圧とが印加されることによって、それらの機能を１つのレンズで実現することができる。

また、上記では、方位角速度と仰角速度とを検知する移動センサの例について説明したが、本発明にいうセンサは、例えば、所定時間内の移動量を各方向ごとに検知するものなどであってもよい。

続いて、本発明を構成する各構成部分において採用可能な種々の形態について付記する。

本発明にいう導電性液体、および絶縁性液体は、屈折率が互いに異なり、互いに混合しない２種類以上の液体であればよい。また、これらの液体の比重の差は、０．１以下であることが好ましい。

これらの液体の組み合わせとしては、いかなるものであってもよいが、好ましくは、水と有機溶媒の組み合わせである。有機溶媒としては、好ましくは、炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、アイソパー（エクソン社製）など）、炭化水素系芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレンなど）、ハロゲン系炭化水素（ジフルオロプロパン、ジクロロエタン、クロロエタン、ブロモエタンなど）、ハロゲン系炭化水素系芳香族化合物（クロロベンゼンなど）、エーテル系化合物（ジフェニルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテルなど）が好ましい。さらに好ましくは、テトラリン、デイフノンである。

また、水には、電気伝導度を高める目的で、支持電解質を添加することが好ましい。支持電解質としては、ＴＭＡＰ：Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ、あるいは、ＴＢＡＦ：Ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ等が用いられる。

ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用するレンズユニットを実用化するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着してレンズ性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。

例えば、液体が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止され、レンズユニットの高い光透過性を維持することができる。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコーン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。

また、レンズユニットを構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコーン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。

また、レンズユニットを構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。

また、レンズユニットを構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止し、レンズユニットの光透過性を維持することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオミックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。

また、レンズユニットを構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。

比較例である液体レンズの概略構成図である。 本発明の一実施形態が適用されたデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。 図１に示すデジタルカメラの概略構成図である。 手ブレ補正レンズの概略構成図である。 手ブレコントローラ１１４ａによって手ブレ補正レンズ１１４に電圧が印加されたときの、絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面を示す図である。 絶縁性液体３０１と導電性液体３０２との境界面の角度と、手ブレ補正レンズ１１４を通過する被写体光の光路との関係を示す模式図である。 第２電極の配置パターンの例を示す図である。 本発明の第２実施形態が適用された手ブレ補正レンズの簡略構成図である。

符号の説明

１ 液体レンズ
１１ 容器
１１ａ チューブ
１１ｂ，１１ｃ キャップ
１２ 第１電極
１３ 第２電極
１４ 絶縁膜
１５ 撥水性膜
１６ 親水性膜
２１ 油
２２ 水
１００ デジタルカメラ
１０１ 撮影レンズ
１０２ 光学式ファインダ対物窓
１０３ 補助光発光部
１０４ 電源スイッチ
１１０ 撮影光学系
１１１ 固体撮像素子
１１２ シャッタ
１１２ａ シャッタモータ
１１３ アイリス
１１３ａ アイリスモータ
１１４ 手ブレ補正レンズ
１１４ａ 手ブレコントローラ
１１５ フォーカスレンズ
１１５ａ フォーカスモータ
１１６ ズームレンズ
１１６ａ ズームモータ
１２０ 信号処理部
１２０ａ アナログ処理（Ａ／Ｄ）部
１２０ｂ デジタル信号処理部
１２０ｃ モ−タドライバ
１２１ システムコントローラ
１２２ 画像信号処理部
１２３ 画像表示制御部
１２４ 画像圧縮部
１２５ メディアコントローラ
１２６ ＡＦ／ＡＥ演算部
１２７ キーコントローラ
１２８ バッファメモリ
１２９ 内部メモリ
１２００ バス
１３０ 画像表示部
１４０ 外部記録媒体
１５０ レリーズスイッチ
１６０ 撮影モードスイッチ
１７０ ズームスイッチ
１８０ 移動センサ
２０１ 液体収容器
２０１ａ チューブ
２０１ｂ，２０１ｃ キャップ
２０２ 第１電極
２０３ 第２電極
２０４ 絶縁膜
２０５ 撥水性膜
２０６ 親水性膜
３０１ 絶縁性液体
３０２ 導電性液体

Claims (6)

1. 相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体および導電性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
   前記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された複数の第２の電極と、
   所定方向における前記液体収容器の移動を検知するセンサと、
   前記第１の電極と、前記複数の第２の電極それぞれとの間に、前記センサによる検出結果に応じた電圧を印加して前記絶縁性液体と前記導電性液体との境界面の形状を変化させることによって、前記液体収容器の移動に伴う、該液体収容器を透過する光の進路変化を抑制する制御部とを備えたことを特徴とするレンズユニット。
2. 前記導電性液体は水であるとともに、前記絶縁性液体は有機溶媒であることを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
3. 前記絶縁性液体は、炭化水素系の有機溶媒であることを特徴とする請求項２記載のレンズユニット。
4. 前記複数の第２の電極として、前記液体収容器を透過する光の光路を取り囲む３つ以上の電極を備えたことを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
5. 前記光軸方向に並んだ、それぞれが、前記液体収容器、前記第１の電極、および前記第２の電極を有する、該第２の電極の配置が互いに異なる複数のレンズ要素を備え、
   前記センサが、前記複数のレンズ要素全体の移動を検知するものであり、
   前記制御部が、前記複数のレンズ要素それぞれに、前記センサによる検知結果に応じた各電圧を印加することによって、該複数のレンズ要素の移動に伴う、該複数のレンズ要素を透過する光の進路変化を抑制するものであることを特徴とするレンズユニット。
6. 相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体および導電性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器、前記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極、および前記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された複数の第２の電極を有する撮影光学系と、
   前記撮影光学系を通ってきた被写体光が表面に結像されて、該被写体光を表わす画像信号を生成する撮像素子と、
   所定方向における前記液体収容器の移動を検知するセンサと、
   前記第１の電極と、前記複数の第２の電極それぞれとの間に、前記センサによる検出結果に応じた電圧を印加して前記絶縁性液体と前記導電性液体との境界面の形状を変化させることによって、前記撮影光学系の移動に伴う、該撮影光学系を通ってきた被写体光の撮像素子上での結像位置のずれを抑制する制御部とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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