JP4798013B2

JP4798013B2 - 液体レンズ用液体及び液体レンズ

Info

Publication number: JP4798013B2
Application number: JP2007024161A
Authority: JP
Inventors: 隆宮松; 欣司山田
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: TW201007214A; JP2008191313A

Description

本発明は自動焦点調節機能またはオートフォーカス機能等を有する液体レンズ及び液体レンズ用液体に関する。

近年のカメラ付携帯電話の普及により、より小型で高解像度等の高性能を有するカメラが望まれている。また、内蔵するカメラでオートフォーカス機能や光学ズーム機能を実現することが望まれている。しかしながら、従来の固体レンズを複数個使用する技術では、これらの機能を実現するためにはレンズの位置を光軸に沿って動かす必要があり、カメラモジュールが閉める実装空間が大きくなりすぎるという問題があった。これに対し、より小型でこれらの機能を実現する技術として液体レンズを用いた技術が注目されている（例えば、特許文献１〜２、非特許文献１〜２）。

本技術は２種類の液体の界面形状を電圧により制御することによりレンズを動かさずにオートフォーカス機能を実現する技術である。また、２つの液体レンズ（ズーム用液体レンズ、オートフォーカス用液体レンズ）および固体レンズを使用することにより光学ズームも可能となる。

特表２００５−５１８０５２号公報特開２００６−７２２９５号公報ＮＩＫＫＥＩＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ２００５．１０．２４ｐ．１２９ＥｕｒｏｐｅａｎＰｈｙｓｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌＥＶｏｌ３（２０００）ｐ．１５９−１６３

液体レンズでは電圧により液体の界面を制御する技術、２種類の液体の密度を同等に保つことおよび液滴の形状を安定に保つことが重要である。２種類の液体のうち第１の液体としては、電圧による液体の界面の制御を容易にするため導電性水溶液が用いられ、例えば具体的には硫酸ナトリウム水溶液を用いた例が知られている。一方、第２の液体の具体的特性としては、導電性水との分離性の観点から疎水性を有すること、界面を変形させるときの印加電圧を下げるために水より十分に高屈折率を有すること、重力の影響によるコマ収差を低減するために水と密度が極めて近いこと、可視光での透過率が高いこと、使用温度で低粘度の液体であること、絶縁性を有することなどが求められており、これらの性質を同時に満たす必要がある。第２の液体としては１−ブロモデカンおよびクロロナフタレン、ブロモナフタレン、シリコンオイルなどの液体が知られているが、これらの液体はこれらの性質を同時に満たすものではない。

本発明の課題は、第１の液体である導電性水溶液とともに用いられ、上記特性を備えた液体レンズ用液体の第２の液体を提供することにある。

発明者らは本課題に対して鋭意検討した結果ナフタレン誘導体を含有する組成物が上記特性を満たすことを見出し発明を完成するに至った。すなわち、本発明によれば、以下の液体レンズ用液体及び液体レンズが提供される。

［１］１−メチルナフタレン、１−エチルナフタレン、２−メチルナフタレン、及び２−エチルナフタレンのいずれかを含むアルキルナフタレン類を含有する液体レンズ用液体。

［２］導電性水溶液とともに用いられ、疎水性を有して前記導電性水溶液と分離して界面を形成する前記［１］に記載の液体レンズ用液体。

［３］２５℃における密度が１．０〜１．１ｇ／ｃｍ^３であり、５８９ｎｍの波長の光の２５℃の屈折率が１．６以上である前記［１］または［２］に記載の液体レンズ用液体。

［４］波長が４００〜７００ｎｍである光の２ｍｍあたりの透過率が９０％以上である前記［３］に記載の液体レンズ用液体。

［５］前記［１］〜［４］のいずれかに記載の液体レンズ用液体を第２液体、導電性水溶液を第１液体として内部に有し、第１透光性部材と第２透光性部材とが間隙を有して配置され、その間隙に内包された前記第１液体及び前記第２液体に電圧を印加する電圧印加部を有し、その電圧印加部によって電圧を印加することにより、前記第１液体及び前記第２液体によって形成される界面を変形させて、前記第１透過性部材から入射した光を屈折させて前記第２透過性部材から放出する液体レンズ。

アルキルナフタレン類を含有する液体は、絶縁性、疎水性を有し、可視光における透過率が高く、常温において低粘度であり、液体レンズ用液体として利用することができる。アルキルナフタレン類を含有する液体は、疎水性を有するため、導電性水溶液と界面を形成し、電圧を印加することによって界面を変形させて、入射した光を屈折させることができる。また透過率が高いため、入射した光を効率よく放出することができる。さらに、低粘度であるため、電圧の印加により容易に屈折率を変化させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

本発明の液体レンズ用液体は、第２の液体用レンズ用液体（以下、第２の液体ともいう）として、第１の導電性水溶液（以下、第１の液体ともいう）ともに用いられるものであり、アルキルナフタレン単独または複数のアルキルナフタレン類の混合物を含有する。

本発明の液体レンズ用液体は、図１に示すような液体レンズ１に用いられるものである。液体レンズ１は、第１透光性部材４と第２透光性部材７とが間隙を有して配置されている。そして、その間隙に内包された導電性水溶液である第１液体２と、本発明のアルキルナフタレン類を有する第２液体３が内包されている。

第１透光性部材４と第２透光性部材７間には、第１液体２と、第２液体３とに電圧を印加するための電圧印加部として、第１電極５、第２電極８が設けられている。第１電極５、第２電極８は、外部の電源１１に接続される。また、電極間５，８がショートすることを防止するために、第１電極５及び第２電極８は、それぞれ絶縁部６，９が設けられている。

本発明の第２液体３は、疎水性を有するため、第１液体と分離した状態で界面を形成している。電圧印加部によって電圧を印加することにより、第１液体が、電極に引き寄せられて変形し、そのため第１液体及び第２液体によって形成される界面も変形させることができる。このようにすると、第１透過性部材から入射した光を屈折させて第２透過性部材から放出することができる。印加する電圧を変化させることにより、屈折率を変化させることが可能である。

本発明の液体レンズ用液体の第２の液体として用いられるアルキルナフタレン類のアルキル基としては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましい。アルキル基の炭素数が５を超えると屈折率が低下し、また使用温度下で固体になる傾向がある。好ましいアルキル基としてはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ―プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基が挙げられる。

本発明における好ましいアルキルナフタレンとしては、１−メチルナフタレン、１−エチルナフタレン、１−ｎ−プロピルナフタレン、１−ｉ−プロピルナフタレン、１−ｎ−ブチルナフタレン、１−ｓｅｃ−ブチルナフタレン、１−ｔｅｒｔ−ブチルナフタレン、２−メチルナフタレン、２−エチルナフタレン、２−ｎ−プロピルナフタレン、２−ｉ−プロピルナフタレン、２−ｎ−ブチルナフタレン、２−ｓｅｃ−ブチルナフタレン、２−ｔｅｒｔ−ブチルナフタレン、が挙げられる。また、液体が複数のアルキルナフタレン類の混合物からなる場合、いずれか一つのアルキルナフタレンは液体である必要がある。また、本発明の液体は以下のような諸物性を有することが好ましい。

（融点、沸点）
本発明の液体はカメラ使用温度において液体である必要があるため融点は−２５℃以下、好ましくは−４０℃以下である。また、沸点は６０℃以上、好ましくは８５℃以上である。

（疎水性）
本発明のレンズは第１液体と第２液体の界面を用いて液体を屈折させる構造を有するため、第１液体と第２液体間に安定な界面を形成する必要がある。このため本発明の液体は疎水性を有することが好ましい。

（透過率）
本発明の液体はレンズの一部として使用するものであるから可視光で十分な透過率を有することが好ましい。具体的には、可視光（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における２ｍｍあたりの透過率は９０％以上、更に好ましくは９５％以上である。

（屈折率）
また、界面変形に要する印加電圧を下げるために可視光で高屈折率を有することが好ましい。具体的にはｄ線（５８９ｎｍ）における屈折率が１．６〜１．８であることが好ましく、特に好ましくは屈折率が１．６〜１．７である。

（密度）
また、第１液体である導電性水溶液の密度と第２液体の密度が異なる場合、重力の影響で両液体の界面の形状が変化してしまう。例えば第２液体の密度が第１液体の密度を上回った場合、界面形状はＳ字型になりこま収差が生じてしまう。したがって第２液体の密度は第１の導電性水に近い密度であることが好ましく、Δρ（２つの液体の密度差）／ρ（密度）の値が１０^−２以下になることが好ましい。第２の液体の好ましい密度の範囲は１．０〜１．２ｇ／ｃｍ³、更に好ましくは１．０〜１．１ｇ／ｃｍ³である。

（粘度）
また、本発明のレンズ界面が電圧の印加により迅速に形状変化する必要があることから、本発明の液体の粘度は低粘度であることが好ましく、具体的には１０ｃｐ以下であることが好ましい。

（精製）
本発明の液体はアルキルナフタレン類からなるので、可視光における本質的な透過率は高いが、微量不純物により着色する場合があり、適当な方法で精製することが好ましい。精製法としては、シリカゲル、アルミナ、ゼオライト、活性炭等の吸着剤に浸漬するかあるいはこれらの吸着剤の充填カラムを通過させる方法、精密蒸留等が挙げられる。

（その他の成分）
本発明の液体はアルキルナフタレンを主成分とするが、屈折率、密度、透過率、融点、沸点等の諸物性値を調節する目的でその他の成分と混合しても良い。その他の成分としてはナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、飽和炭化水素化合物類、有機ハロゲン化合物、有機硫黄化物、シリコンオイルなどが挙げられるがこれらに限るものではない。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

２５℃におけるｄ線（５８９ｎｍ）における屈折率、２５℃における密度、水との分離性（２５℃，４０℃）、４００〜７００ｎｍにおける２ｍｍあたりの透過率を評価した。本実施例においてｄ線（５８９ｎｍ）における屈折率はアッベの屈折率計を用いて測定した。２５℃における密度はピクノメーターを用いて測定した。水との分離性は水５ｇと液体５ｇをスクリュー管内で振り混ぜ混合させた後静置し、目視で水と液体の界面を観察することにより行い、明確な界面が観察された場合を良好、そうでない場合を不良とした。透過率は紫外可視分光光度計（ＪＡＳＣＯ製Ｖ７１００）により４００〜７００ｎｍにおけるＵＶスペクトルを２ｍｍセルを用いて測定し、本範囲において透過率が９０％を下回る波長がない場合を良好、９０％を下回る波長がある場合を不良とした。

（実施例１）
市販の１−メチルナフタレンをシリカゲルカラムにより精製し、屈折率、密度、水との分離性（２５℃，４０℃）、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの光の２ｍｍあたりの透過率、融点を上記の方法で評価した。

（実施例２）
市販の１−メチルナフタレン９０ｇ／２−エチルナフタレン１０ｇ混合物をシリカゲルカラムにより精製し、屈折率、密度、水との分離性（２５℃，４０℃）、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける２ｍｍあたりの透過率、融点を上記の方法で評価した。

（比較例１）
１−ブロモデカンについて同様の評価を行った。

（比較例２）
ブロモナフタレンについて同様の評価を行った。

比較例１〜２は、透過率が不良であったが、本発明の実施例１〜２は、透過率が良好であり、水との分離性も良好であった。

カメラ付携帯電話等に搭載される自動焦点調節機能またはオートフォーカス機能を有する小型液体レンズ及びその液体レンズ用液体として好適に利用することができる。

本発明の一実施形態である液体レンズである。

符号の説明

１：液体レンズ、２：第１液体、３：第２液体、４：第１透光性部材、５：第１電極、６：絶縁部、７：第２透光性部材、８：第２電極、９：絶縁部、１１：電源。

Claims

１−メチルナフタレン、１−エチルナフタレン、２−メチルナフタレン、及び２−エチルナフタレンのいずれかを含むアルキルナフタレン類を含有する液体レンズ用液体。
導電性水溶液とともに用いられ、疎水性を有して前記導電性水溶液と分離して界面を形成する請求項１に記載の液体レンズ用液体。
２５℃における密度が１．０〜１．１ｇ／ｃｍ^３であり、５８９ｎｍの波長の光の２５
℃の屈折率が１．６以上である請求項１または２に記載の液体レンズ用液体。
波長が４００〜７００ｎｍである光の２ｍｍあたりの透過率が９０％以上である請求項３に記載の液体レンズ用液体。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体レンズ用液体を第２液体、導電性水溶液を第１液体として内部に有し、
第１透光性部材と第２透光性部材とが間隙を有して配置され、その間隙に内包された前記第１液体及び前記第２液体に電圧を印加する電圧印加部を有し、
その電圧印加部によって電圧を印加することにより、前記第１液体及び前記第２液体によって形成される界面を変形させて、前記第１透過性部材から入射した光を屈折させて前記第２透過性部材から放出する液体レンズ。