液体运动设备的制作方法

专利名称：液体运动设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体运动设备。
背景技术：
已经提出的光学元件根据经由电场施加到极化或传导液体上而造成的电毛细管 现象(湿润现象)通过改变液体的传导性或形式来改变液体的光学性能。已经提出的液体运动装置通过将电场施加到极化或传导液体上而在所需方向上 运动液体本身(参考JP-A-2004-336898 (专利文件1))。液体运动装置包括与液体(或液滴)接触的第一电极、经由绝缘层设置到液体上 并在预定方向上对准的多个第二电极以及用于控制施加在第一电极和每个第二电极之间 的每个电压的控制装置。在这种情况下，通过控制装置改变第二电极中施加电压的位置，绝 缘层上的液体在预定方向上运动。

发明内容
需要增加液体运动的速度以便改善包括位于成像设备的拍摄光学系统的光轴上 的液体运动装置的快门的响应性能，其中液体在垂直于光轴的方向上运动。但是，过去的技术限制了施加在液体上电场强度的增加，还限制了液体运动速度 的增加。因此，希望提出一种液体运动设备，该设备有利于增加液体运动的速度。按照本发明的实施例，提供一种液体运动设备，该设备包括具有通过相互面对的 第一和第二端壁以及连接第一和第二端壁的侧壁封闭的保持腔室的容器、在保持腔室内填 充的极化或传导第一液体、在保持腔室内填充并防止与第一液体混合的第二液体、用于将 电场施加在第一液体上的第一和第二电极以及用于在第一电极和第二电极之间施加电压 的电压施加装置，其中第一和第二电极沿着在第一和第二端壁相互面对并作为垂直于容器 的厚度方向的方向的方向上延伸的虚轴放置，将通过电压施加装置施加电压的位置改变到 第一和第二电极延伸方向上使得第一液体接触第一和第二端壁两者，并且沿着虚轴运动通 过第二液体包围的整个第一液体，并且第二电极设置在面向保持腔室的第一端壁的内表面 以及第二端壁的内表面上，并且包括位于虚轴延伸方向上的多个第二电极主体。在按照本发明实施例的液体运动设备中，第一液体面向第一和第二端壁上的两个 第二电极主体。因此，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压产生的电场可施加在第 一液体的较宽区域上。因此，较大的力施加在第一液体上，这有利于增加第一液体的运动速 度。


图IA是描述液体运动原理的截面图，并且图IB是由图IA的线A-A截取的截面 图；图2A是表示液体运动设备10的构造的纵向截面图，并且图2B是由图2A的线A-A 截取的截面图；图3A是根据箭头C的视图；并且图3B是由图2A的线D-D截取的截面图；图4A是液体运动设备10的截面图，并且图4B是由线D-D截取的截面图；图5是表示其中适用于成像设备的拍摄光学系统的液体运动设备10的实例的构 造图；图6A是按照第二实施例的液体运动设备10的构造的纵向截面图，并且图6B是由 图6A的线A-A截取的截面图；图7A是根据图6A箭头C的视图，并且图7B是由图6A的线D-D截取的截面图；图8是表示按照第三实施例的液体运动设备10的第一端壁24的内表面上的第二 电极20的形式的平面图；图9是表示第二端壁26的内表面上的第一和第二电极18和20的形式的平面图；图10是表示按照第四实施例的液体运动设备10的第一端壁24的内表面上的第 二电极20的形式的平面图；图11是表示第二端壁26的内表面上的第一和第二电极18和20的形式的平面 图；图12是说明液体运动设备10的操作的示意图；图13是说明液体运动设备10的操作的示意图；图14是说明液体运动设备10的操作的示意图；图15是表示按照第五实施例的液体运动设备10的构造的示意图；图16是表示按照第六实施例的液体运动设备10的构造的示意图；图17是表示按照第七实施例的液体运动设备10的第二端壁26的内表面上的第 一和第二电极18和20的形式的平面图；图18A是按照第七实施例在液体运动设备10用作光圈的情况下表示原理的视图， 并且图18B是图18A的截面图。
具体实施例方式将首先描述通过电场进行液体运动的操作原理。图IA是描述液体运动原理的截面图，并且图IB是由图IA的线A-A截取的截面图。如图IA和IB所示，保持腔室1通过相互面对并且其中具有空间g的第一和第二 端壁IA和IB以及连接第一和第二端壁IA和IB侧壁IC紧密封闭。第一电极2设置在第一端壁IA的整个内表面上，并且第一电极2面对保持腔室1 的表面通过排水薄膜3A覆盖。第二电极4设置在第二端壁IlB的内表面上，并且第二电极4包括沿着在垂直于 第一和第二端壁IA和IB相互面对的方向的方向上延伸的虚轴L对准的两个电极主体4A 和4B。
两个电极主体4A和4B的表面和第二端壁IB的内表面的整个区域通过绝缘薄膜 5覆盖，并且绝缘薄膜5面对保持腔室1的表面的整个区域通过排水薄膜3B覆盖。极化和传导第一液体6定位在绝缘薄膜5的表面上。第一电极2经由排水薄膜3A 面向第一液体6，并且第二电极4经由绝缘薄膜5和排水薄膜3B面向第一液体6。保持腔室1填充围绕第一液体6的第二液体7。第二液体7不与第一液体混合。第一电极2和第二电极4的两个电极主体4A和4B最初接地，并且在该状态下的 第一液体6横过一个电极主体4A的整个区域以及靠近另一电极主体4B靠近电极主体4A 的部分定位。在这种状态下，由于表面张力，第一液体6在平面状态下具有如图IA和IB实线所 示的圆形形式。这里在电压E施加的另一电极主体4B上时，绝缘薄膜5面向第一液体6的位置正 性充电。因此，电场(静电力)施加在第一液体6面向绝缘薄膜5的位置上，并且负电荷 (即第一液体6的分子)拉到第一液体6面向绝缘薄膜5的位置上。接着，第一液体6改变形式并且如图IA和IB虚线所示朝着电极主体4B拉动。在 结束时，通过第二液体7围绕的所有第一液体6在虚轴L的延伸方向上从所述一个电极主 体4A运动到所述另一电极主体4B。排水薄膜3A和3B用来在第一液体6在第一和第二电极2和4上运动时减小液体 6和第一和第二端壁IA和IB之间的造成的阻力，使得第一液体6可容易运动。以此方式，第一液体6经由第一和第二电极2和4通过将电场施加在极化或传导 第一液体6上来运动。(第一实施例)接着，将描述此实施例的液体运动设备10。按照此实施例，液体运动设备10用作快门。图2A是表示液体运动设备10的构造的纵向截面图，并且图2B是由线A-A截取的 截面图。图3A是根据图2A的箭头C的视图；并且图3B是由图2A的线D-D截取的截面图。如图2A和2B所示，液体运动设备10包括容器12、第一液体14、第二液体16、第一 电极18、第二电极20和电压施加区段22。容器12具有相互面对并平行延伸的第一和第二 端壁24和26、连接第一和第二端壁24和26的侧壁28以及通过第一和第二端壁24和26 以及侧壁28紧密封闭的保持腔室30。表达方式“容器12的厚度方向”指的是第一端壁24和第二端壁26相互面对的方 向。按照此实施例，第一和第二端壁24和26具有相同尺寸的相同的矩形板形式。侧 壁28具有沿着第一和第二端壁24和26的边缘的矩形框架形式。保持腔室30的区段具有 矩形扁平柱状形式。第一和第二端壁24和26以及侧壁28包括绝缘材料，并且第一和第二端壁24和 26包括使得光穿透的透明材料。第一和第二端壁24和26可包括透明和绝缘合成树脂材料或透明玻璃材料。第一液体14是极化或传导的，并且填充在保持腔室30内。第二液体16不与第一液体14混合，并且填充在保持腔室30内。第一液体14和第二液体16具有大致相同的比重，并且第一液体14的透射率小于 第二液体16的透射率。按照此实施例第一液体14通过混合含有不使得光穿过到含有纯水、乙醇和乙二 醇的液体内的材料的颗粒来形成。颗粒可以是碳黑。如果使用碳黑，在碳黑表面上进行亲水涂覆处理，使得碳黑可均 勻混合到第一液体14内。亲水涂覆处理可例如通过在碳黑表面上形成亲水组来进行。按照此实施例，第二液体16包括透明硅油。使用例如第二液体16中所含硅油的具有低粘度的液体可减小第一和第二液体14 和16之间粘性阻力，并缓解第一液体14和第一和第二端壁24和26之间的摩擦，这有利于 通过增加第一液体14的运动速度来改善响应性能。可用作第一液体14的液体不局限于第一实施例中所述的液体，而可以例如是硝 基甲烷、醋酸酐、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲醇、乙腈、丙酮、乙醇、丙腈、tetrohydrofurarun-己 烷、2-丙醇、2- 丁酮、η- 丁腈、1-丙醇、1- 丁醇、二甲亚砜、氯苯、乙烯乙二醇、甲酰胺、硝基 苯、碳酸丙烯、1，2_ 二氯乙烷、碳酸盐二硫化物、氯仿、溴苯、四氯化碳、三氯醋酸酐、甲苯、 苯、乙二胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、磷酸三丁酯、吡啶、苯基氰、苯胺、1， 4- 二氧己环或者六甲基磷酰胺。适用于第二液体16的液体可以例如是硅、癸烷基、辛烷基、壬烷基或庚烷基。每种第一液体14和第二液体16可以是单种液体或者多种液体的混合物。换言之， 第一液体14和第二液体16可以只需要具有大致相同的比重。第一和第二电极18和20用来将电场施加到第一液体14上。第一和第二电极18和20沿着在垂直于容器12的厚度方向的方向上(即第一和 第二端壁24和26相互面对的方向)延伸的虚轴L放置。按照此实施例，虚轴L延伸的方 向平行于容器12的长边的方向。如图2Β和3Β所示，按照此实施例，第一电极18在第二端壁26 (第二端壁26面对 保持腔室30的内表面)上沿着虚轴L线性(直线)延伸。第一电极18在垂直于第二端壁26的虚轴L的宽度方向上放置在中心线上。第二电极20设置在面对保持腔室30的第一端壁24的内表面和第二端壁26的内 表面两者上。如图2Α和图3Α和3Β所示，第二电极20在虚轴L延伸方向上包括多个第二 电极主体32。如图3Α所示，按照此实施例，第一端壁24的内表面上的第二电极主体32具有相 同尺寸的相同矩形形式，并且沿着虚轴L等距离隔开。如图3Β所示，第二端壁26的内表面上的第二电极主体32具有相同尺寸的相同矩 形形式，并且在穿过第一电极18的宽度方向上的两侧分开。如图2Α所示，相互面对的第一端壁24上的第二电极主体32以及第二端壁26上 的第二电极主体32定位成在容器12的厚度方向上观看时在边缘处相互配合。在图3Α和3Β中，参考标号3203表示从第二电极主体32延伸的配线区段。第一和第二电极18和20可包括使得光透过的例如ITO薄膜(氧化铟锡薄膜)的 传导材料。
如图2A和2B所示，电压施加区段22设置在容器12的外侧，并且包括经由配线区 段3202电连接到第一电极18上的接地端子2202以及电连接到第二电极主体32上的多个 电压输出端子2204。电压施加区段22构造成能够经由电压输出端子2204将电压E有选择地施加到每 个第二电极主体32，并且将施加电压的位置改变到第一和第二电极18和20的延伸方向上。如图2A和2B所示，绝缘薄膜34设置在面向保持腔室30的第一端壁24的内表面 以及该内表面上的第二电极主体32上。绝缘薄膜34只设置在面向保持腔室30的第二端壁26的内表面上的第二主体32 上。因此，电压施加在第一电极18和第二电极20的第二电极主体32之间，由此绝缘 薄膜34的表面可例如正性充电。因此，电场施加在第一液体14上，并且电场(静电力)作 用在第一液体14的分子上。因此，第一液体14运动。按照此实施例，使得光透过的透明排水薄膜36覆盖第一端壁24的内表面上的绝 缘薄膜34的整个区域。使得光透过的透明排水薄膜36覆盖第二端壁26的内表面上的绝缘薄膜34的整 个区域以及第一电极18的整个区域。排水薄膜36覆盖侧壁28的内表面。排水薄膜36构造成使得与第二液体16的湿润性能可以高于第一液体14的湿润 性能。换言之，第二液体16与排水薄膜36的接触角度构造成小于第一液体与排水薄膜36 的接触角度。在第一液体14在第一和第二电极18和20上运动时，排水薄膜36减小第一液体 14以及第一和第二端壁24和26之间造成的阻力，使得第一液体14可容易运动。排水薄膜36是亲水薄膜，并且可以通过燃烧主要含有硅的材料来形成，或者通过 形成含有无定形氟塑料的材料来形成。过去多种公知的材料可用于排水薄膜36。接着将描述液体运动设备的操作。图4A是液体运动设备10的截面图，并且图4B是由线D-D截取的截面图。为了方便描述，将参考标号32-1、32-2、32_3以及32_4在虚轴L的延伸方向上从 一侧到另一侧顺序给予第二电极主体32。假设第一液体14在延伸方向上靠近虚轴L的一侧最初定位在第一和第二端壁24 和26的两个第二电极主体32-1之间的位置上。在这种状态下，电压施加区段22将电压E施加在延伸方向上最靠近虚轴L的第二 电极主体32-1上，并且将接地电位施加在其它第二电极主体32-2到32-4上。那么，通过施加在第一电极18和第二电极主体32-1上的电压E产生的电场作用 在面向第二电极主体32-1的第一液体14上，由此第一液体14不运动，并且可保持原位。因 此，第一液体14的大部分面向第二电极主体32-1，并且第一液体的一部分面向相邻的电极 主体32-2。接着，在电压施加区段22将电压E施加在靠近第二电极主体32-1的第二电极主 体32-2上，并且将接地电位施加在其它第二电极主体32-1、32-3、32-4上，即在施加电压的 位置改变到第一和第二电极18和20延伸方向上时，通过施加在第一电极18和第二电极主
7体32-2上的电压E产生的电场作用在位于面向第二电极主体32-2的位置上的第一液体14 上。因此，通过第二液体16包围的整个第一液体14朝着延伸方向上的另一虚轴L运动。因 此，第一液体14的大部分面向第二电极主体32-2，并且第一液体的一部分面向相邻的第二 电极主体32-1、32-3。接着，在电压施加区段22将电压E施加在靠近第二电极主体32-2的第二电极主 体32-3上，并且将接地电位施加在其它第二电极主体32-1、32-2、32-4上，即在施加电压的 位置改变到第一和第二电极18和20延伸方向上时，通过施加在第一电极18和第二电极主 体32-3上的电压E产生的电场作用在位于面向第二电极主体32-3的位置上的第一液体14 上。因此，通过第二液体16包围的整个第一液体14朝着延伸方向上的另一虚轴L运动。因 此，第一液体14的大部分面向第二电极主体32-3，并且第一液体的一部分面向相邻的电极 主体 32-2、32-4。接着，在电压施加区段22将电压E施加在靠近第二电极主体32-3的第二电极主 体32-4上，并且将接地电位施加在其它第二电极主体32-1、32-2、32-3上，即在施加电压的 位置改变到第一和第二电极18和20延伸方向上时，通过施加在第一电极18和第二电极主 体32-3上的电压E产生的电场作用在位于面向第二电极主体32-4的位置上的第一液体14 上。因此，通过第二液体16包围的整个第一液体14朝着延伸方向上的另一虚轴L运动。因 此，第一液体14的大部分面向第二电极主体32-4，并且第一液体的一部分面向相邻的电极 主体32-4。如上所述，将通过电压施加区段22施加电压的位置改变到第一和第二电极电极 18和20延伸的方向上，使得与第一和第二端壁24和26接触并通过第二液体16包围的整 个第一液体14沿着虚轴L运动。为了颠倒第一液体14的运动方向，可以颠倒通过电压施加区段22施加电压的位 置改变的方向。液体运动设备10适用于例如数字静态照相机或摄像机的成像设备的拍摄光学系 统。图5是表示其中适用于成像设备的拍摄光学系统的液体运动设备10的实例的构 造图。如图5所示，成像设备100包括对物品图像成像的例如CXD的成像元件102以及 将物品图像传递到成像元件102上的拍摄光学系统104。拍摄光学系统104在光轴G上从物品到拍摄元件102顺序具有第一透镜组106、第 二透镜组108、第三透镜组110、第四透镜组112和过滤器组114。在此实例中，第一透镜组106和第三透镜组110不在光轴方向上运动，并且第二透 镜组108作为变焦透镜在光轴的方向上运动。第四透镜组112作为变焦透镜在光轴的方向 上运动。通过第一透镜组106传导的来自于物品的光通量通过第二透镜组108变成平行光 通量，通过第三透镜组Iio传导，并经由第四透镜组112和过滤器组114到达成像元件102 的成像平面102。液体运动设备10放置在过滤器组114和成像元件102之间，并且第一液体14运 动，其中虚轴L平行于垂直于拍摄光学系统104的光轴G的平面。因此，第一液体14可中断传导到成像元件102的光通量。因此，在液体运动设备10中，在光通量通过第一液体14的运动中断时，可以控制 辐射到成像平面102A的时间(即成像元件102的曝光时间)。孔径时间可通过在虚轴L的延伸方向上前后运动第一液体14来控制。如上所述，按照此实施例，第二电极20设置在第一端壁24的内表面和第二端壁26 的内表面两者上，并包括位于虚轴L的延伸方向上的多个第二电极主体32。第一液体14总 是面向第一和第二端壁24和26的两个第二电极主体32。因此，通过施加在第一电极18和 第二电极20之间的电压产生的电场作用在第一液体14的较宽区域上。因此，作用在第一 液体14上的力可以增加，这有利于增加第一液体14的运动速度。更详细来说，在电压施加在第二电极20上时将第一液体14抽吸到第二电极20上 的力通过电能梯度(电位)来产生。过去的液体运动设备只具有位于与第一液体14接触的表面之一上的绝缘薄膜。因此，由绝缘薄膜34内积累电能产生的力是本发明实施例其绝缘薄膜位于接触 第一液体14的两个表面上的情况的1/2。通过电能梯度对第一液体14产生的力如下表示Fw = ε 0 ε rV2ff 丄 /t (1)Fs = (1/2) ε 0 ε rV2ff 丄 /t = Fw/2 (2)其中等式(1)表示在此实施例中第二电极20设置在两个表面上是的力Fw，并且等 式(2)表示在现已技术中第二电极只设置在一个表面上的力Fs0在等式中，Fw和Fs是第一液体14接收的力(N)。V是施加电压(V)。ε 0是真空 下的介电常数8.85X10-12(F/m)。ε r是绝缘薄膜34的特定介电常数。W丄是第一液体 14在垂直于虚轴L的宽度方向上在Wj-第二电极主体32上所占据的电极宽度(m)(第二电 极20在垂直于第一液体14的运动方向的方向上的宽度)。T是绝缘薄膜34的厚度(m)。换言之，按照此实施例，作用在第一液体14上的力是过去液体运动设备的两倍， 这有利于增加第一液体14的运动速度。按照此实施例，线性形式的第一电极18可减小第一电极18 (接地电极)的区域尺 寸，并且增加第二电极20的区域尺寸。因此，通过第二电极20的较大电能可在绝缘薄膜34 中积累。换言之，通过施加在第一电极18和第二电极20之间的电压产生的电场可作用在 第一液体14的较大区域上。因此，力可作用在第一液体14上，这有利于增加第一液体14 的运动速度。已经描述的是按照此实施例四个第二电极主体32沿着虚轴L设置，在沿着虚轴L 的第二电极主体32的数量增加时，第一液体14的接近距离增加。由于第一液体14的运动 速度增加，第二电极主体32的数量增加有利于增加第一液体14的运动速度。在如现有技术所述设置一个第二电极时，作用在第一液体上的电场方向是一个。 因此，在电场起作用以便运动第一液体时，第一液体的形式沿着第二电极膨胀。因此，第一 液体的形式缺乏稳定性，这不利于通过快门内的第一液体可靠地中断光通量。另一方面，按照此实施例，第二电极20的第二电极主体32设置在第一端壁24的 内表面和第二端壁26的内表面两者上。因此，两个方向上的电场从两个第二电极主体32 作用到第一液体14上，并且第一液体14可以运动，其中保持第一液体14的形式的稳定性。因此，光通量可以在快门中可靠地中断，这有利于保持光学性能。(第二实施例)下面将描述第二实施例。第二实施例是第一实施例的变型实例，并且不同于第一实施例之处在于第一电极 18和第二电极20的形式。图6A是按照第二实施例的液体运动设备10的构造的纵向截面图，并且图6B是由 图6A的线A-A截取的截面图。图7A是根据图6A箭头C的视图，并且图7B是由图6A的线 D-D截取的截面图。在此实施例的描述中，相同的参考标号给予与第一实施例类似或相同的 部件。如图6A和6B所示，类似于第一实施例，第一电极18和第二电极20在第一和第二 端壁24和26相互面对的方向上沿着在垂直于容器12的厚度方向的方向上延伸的虚轴L 放置。虚轴L的延伸方向和容器12的长边方向平行。按照第二实施例，第一电极18沿着虚轴L线性延伸，并且可以是例如金线的线性 传导构件。按照此实施例，如图6A和6B所示，第一电极18在垂直于虚轴L的宽度方向上在 靠近第一端壁24 —侧的位置处沿着虚轴L延伸，如图7B所示，在作为第一和第二端壁24 和26相互面对的方向的厚度方向上在容器12的中部。第一电极18与第一和第二端壁24 和26的内表面隔开，并且与沿着虚轴L延伸的两个侧壁28的内表面隔开。注意到，如果第一电极18是例如金线的线性传导构件，光通过第一电极18中断。 因此，第一电极18放置在离开拍摄光学系统的光学路径的位置上。第二电极20设置在面向保持腔室30的第一端壁24的内表面和第二端壁26的内 表面两者上。如图6A以及7A和7B所示，第二电极20包括位于虚轴L延伸方向上的多个 第二电极主体32。按照第二实施例，如图7A所示，第一端壁的内表面上的第二电极主体32具有相同 尺寸的相同矩形形式，并且沿着虚轴L等距离隔开。如图7B所示，第二端壁26的内表面上的第二电极主体32具有相同尺寸的相同矩 形形式，并且沿着虚轴L等距离隔开。如图6A所示，相互面对的第一端壁24上的第二电极主体32以及第二端壁26上 的第二电极主体32定位成在容器12的厚度方向上观看时在边缘处相互配合。类似于第一实施例，第一和第二电极18和20包括传导材料，这使得光透过。第一电极18连接到电压施加区段22的接地端子2202上，第二电极20的第二电 极主体32经由配线区段3202连接到电压施加区段22的电压输出端子2204上。类似于第一实施例，电压施加区段22构造成能够经由电压输出端子2204将电压 E有选择地施加到每个第二电极主体32，并且将施加电压的位置改变到第一和第二电极18 和20的延伸方向上。类似于第一实施例，绝缘薄膜34设置在面向保持腔室30的第一端壁24的内表面 以及该内表面上的第二电极主体32上。绝缘薄膜34只设置在面向保持腔室30的第二端壁26的内表面上的第二主体32 上。
因此，电压施加在第一电极18和第二电极20的第二电极主体32之间，由此绝缘 薄膜34的表面可例如正性充电。因此，电场施加在第一液体14上，并且电场(静电力)作 用在第一液体14的分子上。因此，第一液体14运动。使得光透过的透明排水薄膜36覆盖第一端壁24的内表面上的绝缘薄膜34的整 个区域。使得光透过的透明排水薄膜36覆盖第二端壁26的内表面上的绝缘薄膜34的整 个区域。排水薄片36覆盖侧壁28的内表面。同样，按照第二实施例，类似于第一实施例，将通过电压施加区段22施加电压的 位置改变到第一和第二电极电极18和20延伸的方向上，使得与第一和第二端壁24和26 接触并通过第二液体16包围的整个第一液体14沿着虚轴L运动。因此，第二实施例还提供与第一实施例相同的效果。另外，按照第二实施例，第一电极18与第一和第二端壁24和26的内表面隔开，与 第一实施例相比，这有利于提供第二电极主体32的较大区域。因此，通过施加在第一电极 18和第二电极20之间的电压产生的电场作用在第一液体14上，这有利于增加第一液体14 的运动速度。(第三实施例)下面将描述第三实施例。第三实施例是第一实施例的变型实例，并且不同于第一实施例之处在于第一电极 18和第二电极20的形式。图8是表示按照第三实施例的液体运动设备10的第一端壁24的内表面上的第二 电极20的形式的平面图。图9是表示第二端壁26的内表面上的第一和第二电极18和20 的形式的平面图。如图8和9所示，第二电极20设置在第一端壁24的内表面和第二端壁26的内表 面两者上。第二电极20包括在虚轴L的延伸方向上的多个电极主体32。第二电极主体32具有相同尺寸的相同形式，并且沿着虚轴L等距离隔开。凹口和 突出部3210在第二电极主体32相互靠近的位置上并在垂直于虚轴L延伸方向的方向上延 伸，并且相邻的第二电极主体32设置相互相关的凹口和突出部3210。相互面对的第一端壁24上的第二电极主体32和第二端壁26上的第二电极主体 32定位成在容器12的厚度方向上观看时在边缘处相互配合。如图9所示，第一电极18包括在第二端壁26上在虚轴L的延伸方向上隔开的多 个第一电极主体38。按照第三实施例，第一电极主体38通过沿着虚轴L延伸的公共配线区段3810公 共连接。类似于第一实施例，第一和第二电极18和20包括使得光透过的传导材料。第一实施例18的第一电极主体38经由公共配线区段3810公共连接到电压施加 区段22的接地端子2202上，并且第二电极20的第二电极主体32经由配线区段3202连接 到电压施加区段22的电压输出端子2204上。类似于第一实施例，电压施加区段22构造成能够经由电压输出端子2204将电压 B有选择地施加到每个第二电极主体32，并且将施加电压的位置改变到第一和第二电极18和20的延伸方向上。类似于第一实施例，未示出的绝缘薄膜设置在面向保持腔室30的第一和第二端 壁24和26的内表面以及内表面上的第二电极主体32上。没有绝缘薄膜设置在第二端壁26的内表面上第一电极主体38上。因此，电压施加在第一电极18和第二电极20的第二电极主体32之间，由此绝缘 薄膜的表面可例如正性充电。因此，电场施加在第一液体14上，并且电场(静电力)作用 在第一液体14的分子上。因此，第一液体14运动。类似于第一实施例，使得光透过的未示出的透明排水薄膜覆盖第一端壁24的内 表面上的绝缘薄膜34的整个区域。使得光透过的透明排水薄膜覆盖第二端壁26的内表面上的绝缘薄膜的整个区域 和第一电极18的整个区域。同样按照第三实施例，类似于第一实施例，将通过电压施加区段22施加电压的位 置改变到第一和第二电极电极18和20延伸的方向上，使得与第一和第二端壁24和26接 触并通过第二液体16包围的整个第一液体14沿着虚轴L运动。因此，第三实施例还提供与第一实施例相同的效果。为了造成电场作用在第一液体14上，在第一液体14的较大部分位于第二电极主 体32之一处时，第一液体14在虚轴L方向上的部分需要面对相邻的电极主体32。按照第 一和第二实施例，由于每个第二电极主体32具有矩形形式，在虚轴L方向上的第二电极主 体32之间的空间需要小于第一液体14的直径。另一方面，按照第三实施例，由于相邻第二电极主体32的凹口和突出部3210相互 相关，在虚轴L方向上的第二电极主体32之间的空间可以等于或大于第一液体14的直径。 在这种情况下，由于大部分第一液体14位于第二电极主体32之一处，虚轴L方向上的第一 液体14的一部分可面对相邻的第二电极主体32，这有利于增加第二电极主体32之间的空 间。(第四实施例)下面将描述第四实施例。第四实施例是第一实施例的变型实例，并且不同于第一实施例之处在于第二电极 20的形式。图10是表示按照第四实施例的液体运动设备10的第一端壁24的内表面上的第 二电极20的形式的平面图。图11是表示第二端壁26的内表面上的第一和第二电极18和 20的形式的平面图。如图10和11所示，第二电极20设置在第一端壁24的内表面和第二端壁26的内 表面两者上。第二电极20包括在虚轴L延伸方向上的多个第二电极主体32。第二电极主体32具有相同尺寸的相同形式，并且沿着虚轴L等距离隔开。在垂直于虚轴L的宽度方向上第一液体14在第二电极主体32上占据的尺寸此后 称为电极宽度W丄。Wi.第二电极主体32包括在垂直于虚轴L的延伸方向上的宽度方向上具有至少三 个区段的多个电极主体。按照第四实施例，每个第二电极主体32包括三个电极主体区段 4002、4004 和 4006。
如图10和11所示，在多个电极主体区段4002、4004和4006中，垂直于虚轴L的 宽度方向上的第一端壁24的两侧上的电极主体区段4002、4004和4006以及垂直于虚轴L 的宽度方向上的第二端壁26的两侧上的电极主体区段4002和4006放置在可以接触第一 液体14的两侧的位置上。相互面对的第一端壁24上的第二电极主体32和第二端壁26上的第二电极主体 32定位成在容器12的厚度方向上观看时在边缘处相互配合。相互面对的第一端壁24上的电极主体区段4002、4004和4006和第二端壁26上 的电极主体区段4002、4004和4006定位成在容器12的厚度方向上观看时在边缘处相互配如图11所示，第一电极18在第二端壁26 (在第二端壁26面对保持腔室30的内 表面上)上沿着虚轴L线性(直线)延伸。在第二端壁26上，如图11所示，一个电极主体区段4002以及两个电极主体区段 4004和4006在穿过第一电极18的宽度方向上的一个和其它位置处隔开。在图10和11中，参考标号4010指的是从电极主体区段4002、4004和4006延伸 的配线区段。第一电极18连接到电压施加区段22的接地端子2202上，并且第二电极主体32 的电极区段4002、4004和4006经由配线区段4010连接到电压施加区段22上。按照此实施例，电压施加区段22构造成能够经由设置用于每个配线区段4010的 开关42将电压E有选择地施加到每个电极主体区段4002、4004和4006，并且通过有选择地 接通和断开开关42将施加电压的位置改变到第一和第二电极18和20的延伸方向上。类似于第一实施例，第一和第二电极18和20包括使得光透过的传导材料。类似于第一实施例，未示出的绝缘薄膜设置在面向保持腔室30的第一和第二端 壁24和26的内表面以及内表面上的第二电极主体32上。没有绝缘薄膜设置在第二端壁26的内表面上第一电极主体38上。因此，电压施加在第一电极18和第二电极20的第二电极主体32之间，由此绝缘 薄膜的表面可例如正性充电。因此，电场施加在第一液体14上，并且电场(静电力)作用 在第一液体14的分子上。因此，第一液体14运动。类似于第一实施例，使得光透过的未示出的透明排水薄膜覆盖第一端壁24的内 表面上的绝缘薄膜34的整个区域。使得光透过的透明排水薄膜覆盖第二端壁26的内表面上的绝缘薄膜的整个区域 和第一电极18的整个区域。接着，描述液体运动设备10的操作。图12、13和14是描述液体运动设备10的操作的说明视图。为了便于描述，在开关42中处于接通状态的开关42画上圆圈。下面将描述用于将电压E施加到第二端壁26上的电极主体区段4002、4004和 4006上的操作，而用于将电压E施加到第一端壁24上的电极主体区段4002、4004和4006 上的操作的描述将被省略，这是由于它们是相同的。最初，如图11所示，第一液体14在虚轴L的方向上定位在三个第二电极20的中 央第二电极20上。
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在这种情况下，与中央电极主体区段4004相对应的开关42只在定位有第一液体 14的第二电极20内接通，并且电压E施加在电极主体区段4004上。因此，电极主体区段 4004和第一电极18之间产生的电场作用在第一液体14上。因此，第一液体14具有圆形形 式，并在中央第二电极20上保持原位。接着，如图12所示，除了与电极主体区段4004相对应的开关42，与电极主体区段 4004两侧上的电极主体区段4002和4006相对应的两个开关42接通。因此，电压E施加到所有的三个电极主体4002、4004和4006上。因此，电极主体 区段4004和第一电极18之间产生的电场以及电极主体区段4002和4006以及第一电极18 之间产生的电场作用在第一液体14上。因此，力在垂直于虚轴L的方向上施加在第一液体 14上。因此，第一液体14的形式从圆形形式改变成在垂直于虚轴L的方向上延伸的椭圆形 形式。接着，如图13所示，在所有的开关42与中央第二电极20的三个电极主体区段 4002、4004和4006相对应时，与相邻第二电极20的电极主体区段4002、4004、4006相对应 的所有开关42接通。接着，电压E施加在相邻第二电极20的所有三个电极主体区段4002、4004、4006 上，由此三个电极主体区段4002、4004、4006和第一电极18之间电场作用其上。因此，力在 垂直于虚轴L的方向上施加在第一液体14上。因此，垂直于虚轴L的方向延伸的椭圆形形 式的第一液体14从中央第二电极20运动到相邻的第二电极20。接着，如图14所示，在与相邻第二电极20的电极主体4002、4004和4006相对应 的开关42中，只有与电极主体区段4004相对应的开关42接通，并且与其它两个电极主体 区段4002和4006相对应的开关42断开。因此，电压E施加在电极主体4004上，由此只有电极主体区段4004和第一电极18 之间产生的电场作用在第一液体14上。因此，第一液体14的形式从椭圆形形式改变成圆 形形式，并且第一液体14保持在相邻第二电极20上的一个位置上。除了第四实施例明显地提供与第一实施例相同的效果之外，其中在第一电极14 从一个第二电极20运动到相邻的第二电极20时，通过将电压E施加在第二电极20的所有 三个电极主体区段4002、4004和4006上，由于第一液体14的形式从圆形形式改变成在垂 直于虚轴L的方向上延伸的椭圆形形式，第一液体14在垂直于虚轴L的宽度方向上占据第 二电极32的电极宽度W丄增加。ψ丄这里，由于施加在第一液体14上的力Fw与通过等式(1)表示电极宽度W丄成正 比，作用在第一液体14上的力增加。因此，增加作用Wj"在第一液体14上的力有利于增加 第一液体14的运动速度。(第五实施例)下面将描述第五实施例。第五实施例是第一实施例的变型实例。第五实施例不同于第一实施例之处在于， 按照第一实施例，第一液体14的透射率低于第二液体16的透射率，而按照第五实施例，第 二液体16的透射率低于第一液体14的透射率。其它与第一实施例相同。图15是表示按照第五实施例的液体运动设备10的构造的示意图。如图15所示，第一液体14是透明、极化和传导的，并且填充在保持腔室30内。
第二液体16不与第一液体14混合并填充在保持腔室30内。第一液体14和第二液体16具有大致相同的比重，并且第二液体16的透射率低于 第一液体14的透射率。按照此实施例，第二液体16可包括透明硅油，并且通过将具有亲水处理表面的染 色剂分布在第二液体16中，第二液体16的透射率低于第一液体的透射率。根据等式(1)，用于运动第一液体14经过距离L(m)的时间T如下表示T = (1/V) (2LMt/ ε 0 ε rW 丄)1/2 [sec] (3)例如，在运动距离L = 1 (mm)时，第一液体14的质量M是0. 5 (mg)，绝缘薄膜的厚 度是1 ( μ m)，绝缘薄膜的特定介电常数ε r是3，并且第一液体14的直径是1 (mm)，其中第 一液体14的直径是作为第一液体14在垂直于虚轴L的宽度方向上占据第二电极32的电 极宽度W丄，根据等式(3)，T = 194/V (msec)。例如，在施加电压是IOO(V)时，第一液体14以大约1. 9(msec)运动。使用具有高介电常数的绝缘薄膜可减小电压。实际上，由于来自于第二液体16的粘滞曳力和第一液体14和与第一液体14接触 的排水薄膜之间的摩擦对于第一液体14的运动有影响，该速度可低于1. 9 (ms)。但是，使用 具有高排水性的排水薄膜和具有低粘度的第二液体16 (例如具有低粘度的硅油)可消除这 种影响。第五实施例也提供与第一实施例相同的效果。类似于第一实施例，第五实施例的液体运动设备10还可适用于图5所示的成像设 备100的快门。第五实施例的液体运动设备10放置在过滤器组114和成像元件102之间，并且第 一液体14运动，其中虚轴L平行于垂直于拍摄光学系统104的光轴G的平面。因此，光轴 G上的第一液体14可将光通量传导到成像元件102。由于第一液体14离开光轴G，第二液 体16可中断传导到成像元件102的光通量。因此，同样在第五实施例的液体运动设备10中，在光通量通过第一液体14中断 时，可以控制辐射到成像平面102A的时间(即成像元件102的曝光时间)。孔径时间可通过在虚轴L的延伸方向上前后运动第一液体14来控制。(第六实施例)下面将描述第六实施例。第六实施例是第一实施例的变型实例，并且使用具有不同透射率的多种第一液体 14进行ND过滤器的功能(中性过滤器)。图16是表示按照第六实施例的液体运动设备10的构造的示意图。如图16所示，四种第一液体1402、1404、1406、1408是极化和传导的，并填充在保
持腔室30内。第二液体16是透明的，不与四种第一液体1402、1404、1406、1408混合，并填充在
保持腔室30内。四种第一液体1402、1404、1406、1408和第二液体16具有大致相同的比重。在四种第一液体1402、1404、1406、1408的透射率是T1、T2、T 3、Τ4时，透射率Tl、 Τ2、Τ3、Τ4低于第二液体16的透射率，并且形成为Tl < Τ2 < Τ3 < Τ4。
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第二电极20包括位于第一和第二端壁24和26上的相同形式和相同尺寸的五个 第二电极主体 3202,3204,3206 和 3210。相互面对的第一端壁24的第二电极主体3202、3204、3206、3208和3210和第二端 壁26上的第二电极主体3202、3204、3206、3208和3210定位成在容器12的厚度方向上观 看时在边缘处相互配合。按照此实施例，四个第二电极主体3202、3204、3206和3208靠近一个第二电极主 体3210的四侧放置。第一电极18在第二端壁26上线性延伸，以便将中央第二电极主体 3210分成四个，每个剩余的第二电极主体3202、3204、3206和3208分成两个。第一液体1402、1404、1406 和 1408 放置在第二电极主体 3202、3204、3206 和 3208之上。通过未示出的电压施加区段将电压E有选择地施加在第二电极主体3202、3204、 3206,3208和3210上，使得第一液体1402、1404、1406和1408在第二电极主体3201上有选 择地运动。第六实施例明显提供与第一实施例相同的效果。另外，按照第六实施例，通过将具 有不同透射率的多种第一液体1402、1404、1406和1408输入/抽出光学路径，中央第二电 极主体3210在成像设备的拍摄光学系统的光学路径上的定位可进行ND过滤器的功能。(第七实施例)下面将描述第七实施例。第七实施例是第一实施例的变型实例，并且不同于第一实施例之处只在于第二电 极20分成比第一液体14的直径小的尺寸的电极。图17是表示按照第七实施例的液体运动设备10的第二端壁26的内表面上的第 一和第二电极18和20的形式的平面图。如图17所示，在此实施例中，电极宽度W”小于第一液体14的直径，并且等于或小 于第一液体14的直径的1/4，其中电极宽度W”是虚轴L的延伸方向上的第二电极20的多 个第二电极主体32的每个主体的尺寸。因此，按照第七实施例，第一液体14可有利地以比第一实施例小的步运动，明显 地提供与第一实施例相同的效果。通过以较小的步运动第一液体14，液体运动设备10可用作光圈，如下所述。图18A是在液体运动设备10按照第七实施例用作光圈的情况下表示原理的视图， 并且图18B是图18A的截面图。如图18A和18B所示，两个液体运动设备10在容器12的厚度方向上叠置固定，使 其虚轴L可以平行。类似于第五实施例，第一液体14和第二液体16具有大致相同的比重，并且第二液 体16的透射率低于第一液体14的透射率。由于这种构造，电压E施加到两个液体运动设备10的第二电极主体32上，并且第 一液体14在虚轴L延伸方向上以较小的步运动，使得第一液体14如图18B所示的重叠区 域的尺寸增加/减小。因此，入射光量可以较小的步调节。因此，液体运动设备10可用作 以步进方式增加/减小光量的光圈。本领域普通技术人员应该理解到根据设计需要和其它因素可以出现多种变型、组合、分组合和改型，它们都在所附权利要求或其等同概念的范围内。
权利要求
一种液体运动设备，包括具有相互面对的第一端壁和第二端壁的容器；包含在所述容器内并且具有极性或电导性的第一液体；被包含并防止与所述第一液体混合的第二液体；以及用于将电场施加在所述第一液体上的第一电极和第二电极；其中，所述第二电极包括多个电极主体；以所述第一端壁的厚度方向观看，在所述第一端壁的内表面和所述第二端壁的内表面上的所述多个电极主体是交叠的；所述第一液体通过向各个所述电极主体选择性地施加电压而运动。
全文摘要
披露一种液体运动设备。液体运动设备包括具有通过相互面对的第一和第二端壁以及连接第一和第二端壁的侧壁封闭的保持腔室的容器；在保持腔室内填充的极化或传导的第一液体；在保持腔室内填充并防止与第一液体混合的第二液体；用于将电场施加在第一液体上的第一和第二电极；以及用于在第一电极和第二电极之间施加电压的电压施加装置。
文档编号H02K44/02GK101944824SQ20101024862
公开日2011年1月12日 申请日期2007年1月31日 优先权日2006年2月1日
发明者大石忠宏, 安藤正树, 田中和洋, 田中敬太 申请人:索尼株式会社