(57)【要約】【課題】低電圧で且つより広い電圧可変範囲で動作するエレクトロウェッティング装置、それを備えた各種装置及び駆動方法を提供する。【解決手段】本発明のエレクトロウェッティング装置は、導電性または有極性を有する液体と、液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、液体と第１電極との間に設けられた誘電体層と、電圧印加部とを備える構成とした。そして、本発明では、電圧印加部が０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号、すなわち、正極性の電圧範囲で変動する交流電圧を、第１及び第２電極間に印加するようにした。【選択図】図１
2010107908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性または有極性を有する液体と、
前記液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、
前記液体と前記第１電極との間に設けられた誘電体層と、
０Ｖ以上の第１電圧と、該第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部と
を備えるエレクトロウェッティング装置。
【請求項２】
前記誘電体層が、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された金属酸化物であり、前記第２電極が前記液体に接して設けられている
請求項１に記載のエレクトロウェッティング装置。
【請求項３】
さらに、前記誘電体層と前記液体との間に設けられ、前記液体に対して撥液性を有する撥液膜を備える
請求項１に記載のエレクトロウェッティング装置。
【請求項４】
一対の光透過性部材と、
前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、
前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、
前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、
前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、
０Ｖ以上の第１電圧と、該第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部と
を備える可変焦点レンズ。
【請求項５】
少なくとも一方の前記光透過性部材の一方の表面が曲面である
請求項４に記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
前記可変焦点レンズを複数有し、前記複数の前記可変焦点レンズが並列配置されている
請求項４記載の可変焦点レンズ。
【請求項７】
光源部と、
受光部と、
光記録媒体と対向する対物レンズと、
一対の光透過性部材と、前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と該第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを有する可変焦点レンズを含み、前記対物レンズに前記光源部からの出射光を導く機能及び前記光記録媒体からの反射光を前記受光部に集光する機能を有する光学系と
を備える光ピックアップ装置。
【請求項８】
光源部と、
受光部と、
光記録媒体と対向する対物レンズと、
一対の光透過性部材と、前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と該第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを有する可変焦点レンズを含み、前記対物レンズに前記光源部からの出射光を導く機能及び前記光記録媒体からの反射光を前記受光部に集光する機能を有する光学系と、
前記可変焦点レンズを駆動する駆動部と、
前記光記録媒体を回転駆動する回転駆動部と
を備える光記録再生装置。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に、所定間隔で並列配置された複数の第１電極と、
前記複数の第１電極の表面を酸化処理して形成された複数の誘電体層と、
前記複数の誘電体層上に配置された導電性または有極性を有する液滴と、
前記液滴を挟んで前記複数の第１電極と対向して設けられた前記液滴に導通する第２電極と、
０Ｖ以上の第１電圧と、該第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部と
を備える液滴操作装置。
【請求項１０】
一対の光透過性部材と、
前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、
前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、前記第１の液体より低い光透過性を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、
前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、
前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、
０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部と
を備える光学素子。
【請求項１１】
第１及び第２光透過性部材と、前記第１及び第２光透過性部材の間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記第１及び第２光透過性部材の間に収容され、前記第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記第１及び第２光透過性部材の間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された第１誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する第１電圧印加部とを有する第１可変焦点レンズ部と、
第３及び第４光透過性部材と、前記第３及び第４光透過性部材の間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第３の液体と、前記第３及び第４光透過性部材の間に収容され、前記第３の液体と混合せず、光透過性を有し、第３の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第４の液体と、前記第３及び第４光透過性部材の間に収容され、前記第３の液体に電圧を印加する第３及び第４電極と、前記第３電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された第２誘電体層と、０Ｖ以上の第３電圧と第１電圧より大きい第４電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第３及び第４電極間に印加する第２電圧印加部とを有する第２可変焦点レンズ部と
を備えるズームレンズ。
【請求項１２】
前記第１可変焦点レンズ部と前記第２可変焦点レンズ部とが一体的に形成されている
請求項１０に記載のズームレンズ。
【請求項１３】
ズームレンズ、可変焦点レンズ及び絞りまたはシャッター機能を有する光学素子を含み、前記ズームレンズ、前記可変焦点レンズ及び前記光学素子の少なくとも一つが、一対の光透過性部材と、前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合しない絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを有する光学系と、
前記光学系を介して入射された光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記光学系を制御する制御部と
を備える撮像装置。
【請求項１４】
一対の光透過性部材と、前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、前記第１の液体より低い光透過性を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と該第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを有する複数の光変調素子と、
前記光変調素子を駆動する駆動部と
を備える光変調装置。
【請求項１５】
一対の光透過性部材と、前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、前記第１の液体より低い光透過性を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを有する光変調素子を複数含む光変調装置部と、
前記光変調装置部に光を入射する光源と
を備える表示装置。
【請求項１６】
一対の光透過性部材と、前記一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体と、前記一対の光透過性部材間に収容され、前記第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層と、０Ｖ以上の第１電圧と第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、前記第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを有する光学素子を複数含む光拡散素子と、
前記光拡散素子に光を入射する光源と、
前記光拡散素子と前記光源との間の光路の途中に設けられた光学プリズムと、
前記光源を発光させるストロボ回路部と、
前記光拡散素子及び前記ストロボ回路部の駆動を制御する制御部と
を備えるストロボ装置。
【請求項１７】
導電性または有極性を有する液体と、前記液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記液体と前記第１電極との間に設けられ、前記第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層とを備えるエレクトロウェッティング装置内の前記第１及び第２電極間に、０Ｖ以上の第１電圧を所定時間印加するステップと、
前記第１電圧を前記所定時間が印加した後、前記第１電圧より大きい第２電圧を前記第１及び第２電極間に前記所定時間印加するステップと、
前記第２電圧を前記所定時間が印加した後、前記第１電圧を前記所定時間印加するステップと前記第２電圧を前記所定時間印加するステップとを繰り返すステップと
を含むエレクトロウェッティング装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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装置に関する。また、本発明は、エレクトロウェッティング装置を用いた可変焦点レンズ、光ピックアップ装置、光記録再生装置、液滴操作装置、光学素子、ズームレンズ、撮像装置、光変調装置、表示装置及びストロボ装置に関する。さらに、本発明は、エレクトロウェッティング装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スチルカメラ、ビデオカメラなど光学装置の光学系では、フォーカス操作及びズーム操作を実現するために、レンズを光軸方向に繰り出す機構が採用されている。しかしながら、光学装置の小型化の要求に対応するためには、このような機構部を省略することが有効な手段として考えられる。
【０００３】
上述のような要求に応えるため、従来、エレクトロウェッティング現象（電気毛管現象）を利用した可変焦点レンズが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、従来、この可変焦点レンズを利用した光学装置及び駆動方法等も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
特許文献１で提案されている可変焦点レンズでは、その内部に、導電性の第１液体と、第１液体と比重が同じであり、第１液体と混ざらない絶縁性の第２液体が封入されている。そして、可変焦点レンズに印加する交流電圧の振幅を調整することにより、第１及び第２液体間の界面形状の変形量を調整して、焦点距離を制御する。それゆえ、従来の光学レンズのように、フォーカス操作時及びズーム操作時のレンズの繰り出し動作を行う必要がない。すなわち、特許文献１で提案されている可変焦点レンズを用いることにより、レンズの繰り出し動作を行う機構を用いずに、フォーカス操作及びズーム操作を行うことができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２で提案されている可変焦点レンズは、±１００Ｖ程度の振幅を有する交流電圧を印加して駆動されるので、これらの技術を、電池動作が前提となる小型光学装置にそのまま適用すること難しい。それゆえ、エレクトロウェッティング現象を利用した可変焦点レンズでは、印加電圧を低くすることが望まれている。
【０００６】
上記要望に応えるため、従来、電極と導電性液体とを絶縁する絶縁膜として、金属の陽極酸化膜（誘電体膜）を使う技術が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３には、電極と導電性液体とを絶縁する絶縁膜として、例えば、金属タンタルを陽極酸化して生成した五酸化タンタル膜を用いている。そして、このような絶縁膜を用いることにより、±１０Ｖ程度の交流電圧で十分な範囲で焦点距離を調整することができることが示されている。
【０００７】
【特許文献１】特表２００１−５１９５３９号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９２６１号公報
【特許文献３】特開２００６−２８５０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、エレクトロウェッティング現象を利用した装置では、陽極−陰極間に直流電圧を印加すると、陽極−陰極間に配置されている誘電体（絶縁体）に電荷が蓄積され、陽極と導電性液体との間に作用するエレクトロウェッティング効果が打ち消されてしまう。そのため、エレクトロウェッティング現象を利用した装置の陽極−陰極間に直流電圧を印加した場合には、エレクトロウェッティング現象による液体界面の変形を保持し続けることができない。この問題を解決するために、上述した特許文献１〜３では、エレクトロウェッティング現象による液体界面の変形を保持し続けるために、可変焦点レンズに印加する電圧として交流電圧を用いている。
【０００９】
ただし、特許文献３で提案されているように、絶縁膜として陽極酸化した金属酸化膜を用いると、可変焦点レンズの電気絶縁特性は、図２７のようになる。図２７の横軸は印加電圧値であり、縦軸は可変焦点レンズ（絶縁膜）に流れる電流値である。この電気絶縁特性は、一般のタンタルコンデンサ、アルミ電解コンデンサと同様になる。それゆえ、陽極の電位が陰極の電位より高くなる場合、すなわち正極性の電圧を印加した場合には、絶縁膜の正極性における耐電圧ＶＥＷ＋が十分大きいので、可変焦点レンズの絶縁膜はコンデンサとして動作する。
【００１０】
しかしながら、絶縁膜の負極性における耐電圧ＶＥＷ−は正極性における耐電圧ＶＥＷ＋（例えば、数十Ｖ〜百数十Ｖ程度）に比べて非常に小さい（例えば、数Ｖ程度）。それゆえ、絶縁膜に負極性（逆極性）の電圧を印加すると、比較的小さな電圧値を印加しただけで絶縁膜が絶縁破壊し、通電してしまう。この場合、可変焦点レンズがエレクトロウェッティング現象を利用した素子として機能しなくなる。したがって、このような可変焦点レンズでは、電圧の可変範囲が負極性における耐電圧ＶＥＷ−により制限されてしまうため、電圧可変範囲が狭くなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は低電圧で且つより広い電圧可変範囲で動作するエレクトロウェッティング装置及びそれを備えた各種装置、並びに、駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明のエレクトロウェッティング装置は、導電性または有極性を有する液体と、液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、液体と第１電極との間に設けられた誘電体層とを備える構成とした。そして、本発明では、さらに、電極と液体との間に印加する電圧印加部を備え、電圧印加部が０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加するようにした。
【００１３】
また、本発明の可変焦点レンズは、一対の光透過性部材と、一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体とを備える。また、可変焦点レンズは、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体を備える。さらに、可変焦点レンズは、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、第１電極の液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層とを備える。そして、可変焦点レンズは、０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加する電圧印加部を備える。
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置は、光源部と、受光部と、光記録媒体と対向する対物レンズと、対物レンズに光源部からの出射光を導く機能及び光記録媒体からの反射光を受光部に集光する機能を有する光学系とを備える。そして、光学系は、上述の本発明の可変焦点レンズを備える。
【００１５】
本発明の光記録再生装置は、上述の本発明の光ピックアップ装置と、光ピックアップ装置内の可変焦点レンズを駆動する駆動部と、光記録媒体を回転駆動する回転駆動部とを備える。
【００１６】
本発明の液滴操作装置は、基板と、基板上に、所定間隔で並列配置された複数の第１電極と、複数の第１電極の表面を酸化処理して形成された複数の誘電体層と、複数の誘電体層上に配置された導電性または有極性を有する液滴とを備える。また、液滴操作装置は、液滴を挟んで前記複数の第１電極と対向して設けられた液滴に導通する第２電極と、０Ｖ以上の第１電圧と第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加する電圧印加部とを備える。
【００１７】
本発明の光学素子は、一対の光透過性部材と、一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体とを備える。また、光学素子は、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体と混合せず、第１の液体より低い光透過性を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体を備える。さらに、光学素子は、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、第１電極の液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層とを備える。そして、光学素子は、０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加する電圧印加部を備える。
【００１８】
本発明のズームレンズは、第１可変焦点レンズ部と、第２可変焦点レンズ部とを備える。第１可変焦点レンズ部は、第１及び第２光透過性部材と、第１及び第２光透過性部材の間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体とを有する。また、第１可変焦点レンズ部は、第１及び第２光透過性部材の間に収容され、第１の液体と混合せず、光透過性を有し、第１の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体を備える。さらに、第１可変焦点レンズ部は、第１及び第２光透過性部材の間に収容され、第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、第１電極の液体側の表面を酸化処理して形成された第１誘電体層とを有する。そして、第１可変焦点レンズ部は、０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加する第１電圧印加部を有する。一方、第２可変焦点レンズ部は、第３及び第４光透過性部材と、第３及び第４光透過性部材の間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第３の液体とを有する。また、第２可変焦点レンズ部は、第３及び第４光透過性部材の間に収容され、第３の液体と混合せず、光透過性を有し、第３の液体と異なる屈折率を有し且つ絶縁性または無極性を有する第４の液体を有する。さらに、第２可変焦点レンズ部は、第３及び第４光透過性部材の間に収容され、第３の液体に電圧を印加する第３及び第４電極と、第３電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された第２誘電体層とを有する。そして、第２可変焦点レンズ部は、０Ｖ以上の第３電圧と、第３電圧より大きい第４電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第３及び第４電極間に印加する第２電圧印加部を有する。
【００１９】
本発明の撮像装置は、ズームレンズ、可変焦点レンズ及び絞りまたはシャッター機能を有する光学素子を含む光学系と、光学系を介して入射された光を電気信号に変換する撮像素子と、光学系を制御する制御部とを備える。ズームレンズ、可変焦点レンズ及び光学素子の少なくとも一つは、一対の光透過性部材と、一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体とを有する。また、ズームレンズ、可変焦点レンズ及び光学素子の少なくとも一つは、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体と混合しない絶縁性または無極性を有する第２の液体を有する。さらに、ズームレンズ、可変焦点レンズ及び光学素子の少なくとも一つは、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、第１電極の液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層とを有する。そして、ズームレンズ、可変焦点レンズ及び光学素子の少なくとも一つは、０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加する電圧印加部を有する。
【００２０】
本発明の光変調装置は、複数の光変調素子と、各光変調素子を駆動する駆動部とを備える。各光変調素子は、一対の光透過性部材と、一対の光透過性部材間に収容され、光透過性を有し且つ導電性または有極性を有する第１の液体とを有する。また、各光変調素子は、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体と混合せず、第１の液体より低い光透過性を有し且つ絶縁性または無極性を有する第２の液体を有する。さらに、各光変調素子は、一対の光透過性部材間に収容され、第１の液体に電圧を印加する第１及び第２電極と、第１電極の前記液体側の表面を酸化処理して形成された誘電体層とを有する。そして、各光変調素子は、０Ｖ以上の第１電圧と、第１電圧より大きい第２電圧との間で周期的に変化する電圧信号を、第１及び第２電極間に印加する電圧印加部を有する。
【００２１】
本発明の表示装置は、複数の光変調素子を含む光変調装置部と、光変調装置部に光を入射する光源とを備える。そして、光変調装置部には、上述の本発明の光変調装置を用いる。
【００２２】
本発明のストロボ装置は、複数の光学素子を含む光拡散素子と、光拡散素子に光を入射する光源と、光拡散素子と光源との間の光路の途中に設けられた光学プリズムとを備える。また、ストロボ装置は、光源を発光させるストロボ回路部と、光拡散素子及びストロボ回路部の駆動を制御する制御部とを備える。そして、光拡散素子内の各光学素子には、上述の本発明の光学素子を用いる。
【００２３】
また、上記問題を解決するために、本発明のエレクトロウェッティング装置の駆動方法は、次のような手順とした。まず、上述の本発明のエレクトロウェッティング装置内の第１及び第２電極間に、０Ｖ以上の第１電圧を所定時間印加する。次いで、第１電圧を前記所定時間が印加した後、第１電圧より大きい第２電圧を第１及び第２電極間に所定時間印加する。そして、第２電圧を所定時間が印加した後、第１電圧を所定時間印加するステップと第２電圧を所定時間印加するステップとを繰り返す。
【００２４】
上述のように、本発明のエレクトロウェッティング装置及びそれを用いた各種装置、並びに、エレクトロウェッティング装置の駆動方法では、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧により駆動する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、正極性の電圧範囲で変動する交流電圧を印加して、エレクトロウェッティング装置及びそれを用いた各種装置を駆動する。誘電体層の正極性の耐電圧は、負極性（逆極性）の耐電圧より十分大きい。それゆえ、本発明では、低電圧で且つより広い電圧可変範囲で動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の種々の実施形態を、添付図面を参照しながら下記の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．エレクトロウェッティング装置の構成例
２．第１の実施形態：可変焦点レンズの構成例
３．第２の実施形態：光ピックアップ装置の構成例
４．第３の実施形態：液滴操作装置の構成例
５．第４の実施形態：絞り機能またはシャッター機能を備える光学素子の構成例
６．第５の実施形態：ズームレンズの構成例
７．第６の実施形態：撮像装置の構成例
８．第７の実施形態：光変調装置の構成例
９．第８の実施形態：表示装置の構成例
１０．第９の実施形態：ストロボ装置の構成例
【００２７】
＜１．エレクトロウェッティング装置の構成例＞
［エレクトロウェッティング装置の構成］
図１に、本発明の実施の形態にかかるエレクトロウェッティング装置の概略構成及び動作原理を示す。エレクトロウェッティング装置１は、第１及び第２電極２ａ及び２ｂと、第１電極２ａの一方の表面に形成された誘電体層３と、誘電体層３上に形成された撥水膜４（撥液膜）と、撥水膜４上に滴下された導電性液体５とを備える。また、エレクトロウェッティング装置１は、第１及び第２電極２ａ，２ｂ間に電圧印加する電圧印加部６を備える。電圧印加部６の一方の端部は第１電極２ａに接続され、他方の端子は第２電極２ｂに接続される。第２電極２ｂは導電性液体５に接するように設けられる。なお、電圧印加部６他方の端子を第２電極２ｂとして直接導電性液体５に接するようにしてもよい。なお、図１中の導電性液体５ａは、電圧を印加しない場合の撥水膜４に対する導電性液体５の付着状態を示したものであり、導電性液体５ｂは、電圧を印加した場合の撥水膜４に対する導電性液体５の付着状態を示したものである。
【００２８】
第１電極２ａは、例えば、タンタルやアルミニウムなどの板状金属製部材である。誘電体層３は、第１電極２ａの導電性液体５側の表面を酸化処理（例えば、陽極酸化）して形成される。それゆえ、例えば、第１電極２ａとしてタンタルを用いた場合には、誘電体層３は五酸化タンタル膜で形成されることになる。このように、金属酸化膜で誘電体層３を形成した場合には、その膜厚を容易に且つ極めて薄くすることが可能であり、また比較的高い誘電率とすることができるので、駆動電圧を格段に低減することができる。また、誘電体層３の膜厚も容易に均一にすることができるので、制御精度のばらつきを抑えることができる。
【００２９】
撥水膜４は、導電性液体５との親和性の低い（撥水性の高い）材料で形成する。例えば、導電性液体５として水を用いた場合には、撥水膜４はフッ素系樹脂等で形成する。なお、撥水膜４の形成材料としては、導電性液体５との親和性の低い材料であれば任意の材料を用いることができる。
【００３０】
導電性液体５（有極性液体）としては、導電性または有極性を有する液体であり、そのような性質を有する液体であれば、任意の液体を用いることができる。導電性液体５としては、例えば、水、水とエタノールとの混合液体、水とエタノールとエチレングリコールとの混合溶液、水及びエタノールの混合液体に食塩を加えた混合液体等を用いることができる。
【００３１】
また、電圧印加部６は、後述するように電圧値が正極性の電圧範囲（０［Ｖ］以上の電圧範囲）で変化する交流電圧を第１電極２ａ及び第２電極２ｂ間に印加する。電圧印加部６内の構成は後で詳述する。
【００３２】
ここで、エレクトロウェッティング現象（電気毛管現象）について簡単に説明する。まず、電圧印加部６により電圧を印加しない状態での導電性液体５ａの接触角をθ０とする。次いで、電圧印加部６により、第１電極２ａ及び第２電極２ｂ間に電圧を印加すると、誘電体層３の一方の表面にプラス電荷が帯電し、他方の表面にマイナス電荷が帯電する。これにより、導電性液体５内のプラスイオンの分子またはマイナスイオンの分子に静電気力が作用し、導電性液体５が撥水膜４側に引き付けられる。この結果、電圧を印加しない場合（導電性液体５ａの状態）に比べて、導電性液体５は、撥水膜４上により広がった状態で付着する（導電性液体５ｂの状態）。このときの導電性液体５の接触角θは、電圧を印加しない場合の接触角θ０より小さくなる。すなわち、電圧を印加することにより、導電性液体５の撥水膜４に対する濡れ性が大きくなり、電性液体５の表面形状が変形する。このような現象がエレクトロウェッティング現象とよばれるものである。
【００３３】
［電圧印加部の構成］
図２に、本実施の形態にかかるエレクトロウェッティング装置における電圧印加部６の内部構成を示す。また、図３に、電圧印加部６から出力される駆動電圧の信号波形の一例を示す。電圧印加部６は、主に、電源６ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂと、駆動部６ｃと、制御部６ｄとで構成される。なお、本発明は、これに限定されず、後述するように、本発明のエレクトロウェッティング装置１を各種用途の装置に適用する場合には、適用する装置内の電源及び制御部により、本発明のエレクトロウェッティング装置１を駆動してもよい。この場合には、電圧印加部６中の電源６ａ及び制御部６ｄは、エレクトロウェッティング装置１の外部に設けられる。
【００３４】
電源６ａは、乾電池、充電池等の直流電源であり、そのプラス端子がＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、マイナス端子が駆動部６ｃに接続される。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂは、制御部６ｄの制御信号に基づいて、電源６ｂから入力された電圧値を所定の電圧値に昇圧する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂは、駆動部６ｃに接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂで昇圧された電圧信号は駆動部６ｃに出力される。
【００３６】
駆動部６ｃは、制御部６ｄの制御信号に基づいて、所定周期で出力信号をオンオフ制御する。その結果、駆動部６ｃからは、図３に示すように、０［Ｖ］（第１電圧）と所定の正電圧Ｖ［Ｖ］（第２電圧）との間で、矩形状に電圧が変動する所定周期（２Ｔ）の交流電圧信号が出力される。
【００３７】
また、制御部６ｄは、主にＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、上記各部の動作を制御する。
【００３８】
なお、図３の例では、電圧印加部６から出力される駆動電圧が、０［Ｖ］と所定の正電圧Ｖ［Ｖ］との間で所定周期で変動する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。図４に、別の駆動電圧信号の例を示す。本実施形態では、図４に示すように、電圧印加部６から出力される駆動電圧が、所定の正電圧Ｖ１［Ｖ］（＞０［Ｖ］：第１電圧）と、それより高い電圧Ｖ２［Ｖ］（＞Ｖ１：第２電圧）との間で所定周期で変動する交流電圧信号であってもよい。
【００３９】
また、図５に、上述した本実施の形態にかかるエレクトロウェッティング装置１を図３または図４に示すような交流電圧で駆動制御する際のフローチャートを示す。本発明では、まず、比較的低い正電圧（第１電圧：例えば、図３中のＶ＝０［Ｖ］または図４中のＶ１）を所定期間Ｔ印加する（ステップＳ１）。次いで、第１電圧より高い電圧（第２電圧：例えば、図３中のＶまたは図４中のＶ２）を所定期間Ｔ印加する（ステップＳ２）。その後は、ステップＳ１及びＳ２を繰り返す。なお、ここでは、第１電圧を印加するステップＳ１から駆動を開始する例を説明したが、ステップＳ２から駆動を開始してもよい。
【００４０】
本発明のエレクトロウェッティング装置１は、図３または図４に示すように正極性の電圧範囲内で電圧が変動する所定周期の交流電圧で駆動される。それゆえ、エレクトロウェッティング現象による導電性液体５の界面の変形を保持し続けることができる。
【００４１】
また、本発明では、駆動電圧を０［Ｖ］以上の電圧範囲で変化させるので、特許文献３の技術で見られた電圧の可変範囲が誘電体層の負極性（逆極性）における耐電圧ＶＥＷ−により制限されてしまうという問題を解消することができる。さらに、本実施形態のように誘電体層３として金属酸化膜（陽極酸化膜）を用いた場合には、正極性における耐電圧ＶＥＷ＋は、例えば、数十Ｖ〜百数十Ｖとなる。それゆえ、本発明では、低電圧で且つより広い電圧可変範囲でエレクトロウェッティング装置１を駆動することができる。
【００４２】
［比較例１］
ここで、従来の一般的な電圧印加部（比較例）と本発明との構成の違いをより具体的に説明する。図６（ａ）及び（ｂ）に、比較例１の電圧印加部の構成及び動作を示す。図６（ａ）は、比較例１の電圧印加部２００の概略構成図であり、図６（ｂ）は、比較例１の電圧印加部２００から出力される駆動電圧の信号波形である。
【００４３】
比較例１の電圧印加部２００は、主に、電源２０１と、正極側のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２と、負極側のＤＣ／ＤＣコンバータ２０３（反転用コンバータ）と、駆動部２０４と、制御部２０５とで構成される。電源２０２は、乾電池、充電池等の直流電源であり、そのプラス端子がＤＣ／ＤＣコンバータ２０２及び２０３に接続され、マイナス端子は駆動部２０４に接続される。
【００４４】
正極側のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、制御部２０５の制御信号に基づいて、電源２０１から入力された電圧値を所定の電圧値に昇圧する。また、負極側のＤＣ／ＤＣコンバータ２０３は、制御部２０５の制御信号に基づいて、電源２０１から入力された電圧値の極性を反転させ、所定の電圧値に昇圧する。
【００４５】
そして、駆動部２０４は、正極側のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２からの出力電圧信号と、負極側のＤＣ／ＤＣコンバータ２０３からの出力電圧信号とを位相調整及び和算する。その結果、図６（ｂ）に示すように、駆動部２０４からは、−Ｖ［Ｖ］〜Ｖ［Ｖ］との間で、矩形状に電圧が変動する所定周期の交流電圧信号が出力される。
【００４６】
図２の構成と図６（ａ）の構成（比較例１）との比較から明らかなように、本発明では、電圧印加部の構成部品の点数を減らすことができ、低コストで製造することができる。
【００４７】
［比較例２］
次に、比較例２として、上述した特許文献３の可変焦点レンズにおける問題、すなわち、電圧の可変範囲が誘電体層の負極性における耐電圧ＶＥＷ−により制限されてしまうため、電圧可変範囲が狭くなるという問題を解決する構成例について説明する。この問題を解決するには、可変焦点レンズとコンデンサとを直列接続し、その直列接続した構成の両端に、交流電圧を印加する駆動回路を接続する構成（比較例２）が考えられる。なお、比較例２のような構成では、可変焦点レンズに電圧を印加する駆動回路の電源回路部は、正負両電源が必要となる。
【００４８】
ところで、可搬性が重視される、例えばカメラ、携帯電話等の小型撮像機器においては、充電池等による動作が前提となるので、可変焦点レンズを駆動する電気回路は、単電源で所望の動作を行えることが望ましい。それゆえ、このような観点で、本発明と比較例２を比較すると、本発明のエレクトロウェッティング装置においては、上述のように単電源で構成できるので、部品点数の削減が可能であるとともに、電圧変換効率の点でも有利な構成となる。
【００４９】
また、可変焦点レンズ内の導電性溶液、陽極酸化膜及び陽極（電極）の構成部分を等価回路で表すと、コンデンサで表される。ここで、比較例２の構成において、導電性溶液、陽極酸化膜及び陽極（電極）からなる構成部分の容量をＣＥＷとし、可変焦点レンズに直列接続するコンデンサの容量をＣＥＸＴとする。そして、可変焦点レンズ全体に印加する電圧をＶとすると、比較例２の構成において、導電性溶液、陽極酸化膜及び陽極（電極）からなる構成部分に掛かる電圧ＶＥＷは、下記数１で表される。
【００５０】
【数１】
2010107908.tif 000003
【００５１】
ここで、ＣＥＸＴ≫ＣＥＷとなるように、すなわち、十分大きな容量ＣＥＸＴを有するコンデンサを用いると、導電性溶液、陽極酸化膜及び陽極（電極）からなる構成部分に掛かる電圧ＶＥＷ≒Ｖとなる。この場合、この可変焦点レンズの電圧の可変範囲が陽極酸化膜の負極性における耐電圧ＶＥＷ−により制限されてしまうため、電圧可変範囲が狭くなる。つまり、比較例２では、可変焦点レンズに直列接続するコンデンサの容量ＣＥＸＴの選択が狭くなるという不利な点がある。それに対して、本発明では、正極性の電圧範囲内で電圧が変動する交流電圧を駆動電圧として用いるので、このような不利な点を解消することが可能である。
【００５２】
＜２．第１の実施形態＞
次に、上述したエレクトロウェッティング装置を可変焦点レンズに適用した例を図面を参照しながら説明する。図７（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態の可変焦点レンズの一実施形態の概略断面構成を示す。
【００５３】
図７（ａ）及び（ｂ）は、電圧印加部２０により、例えば、図３や図４に示すような正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧を可変焦点レンズ１０に印加した際の可変焦点レンズ１０内部の状態を示した図である。図７（ａ）は、可変焦点レンズ１０に印加される電圧が０［Ｖ］、または、比較的小さな電圧（例えば、図４中のＶ１）を印加した際の状態を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の場合より高い電圧（例えば、図３中のＶまたは図４中のＶ２）を印加した際の状態を示す図である。
【００５４】
［可変焦点レンズの構成］
本実施形態の可変焦点レンズ１０は、電圧印加部２０と、レンズ本体部２２とで構成される。電圧印加部２０は、レンズ本体部２２の後述する第１電極１５及び第２電極１７に接続され、両電極間に正極性の電圧範囲で電圧が所定周期で変動する交流電圧を出力する。また、電圧印加部２０は、可変焦点レンズ１０が装着されている、例えば、撮像装置等の本体駆動部２１に接続されている。本体駆動部２１は、電圧印加部２０への電源供給及び電圧印加部２０の動作制御を行う。なお、本体駆動部２１は、可変焦点レンズ１０内に含まれていてもよい。
【００５５】
図８に、電圧印加部２０及び本体駆動部２１の概略構成を示す。電圧印加部２０は、主に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０ａと、駆動部２０ｂとで構成される。また、本体駆動部２１は、主に、電源２１ａと、制御部２１ｂとで構成される。図８に示す電圧印加部２０及び本体駆動部２１の全体構成と、上記エレクトロウェッティング装置１で説明した図２に示す電圧印加部６の構成との比較から明らかなように、両者の構成は同じでる。本実施形態では、電源２１ａ及び制御部２１ｂを可変焦点レンズ１０が装着されている撮像装置等のものを用いる。
【００５６】
また、レンズ本体部２２は、円筒形等の絶縁性材料からなる容器９の内部に導電性または有極性を有する第１液体１１（第１の液体）と、絶縁性の第２液体１２（第２の液体）とを収容する構成とする。なお、容器９の形状は円筒形に限定されるものではなく、その他後述する直方体、または円錐形の先端（頂点を）切除した形状（いわゆる、すり鉢状）等とすることもできる。以下、レンズ本体部２２を構成する各部について説明する。
【００５７】
第１液体１１及び第２液体１２としては、共に光透過性であり、互いに異なる屈折率を有し、そして互いに混合しない材料が選定される。第１液体１１としては、導電性または有極性を有する任意の液体を用いることができる。例えば、第１液体１１として、塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液またはイオン性液体などを用いることができる。また、第２液体１２としては、絶縁性または無極性を有する任意の液体を用いることができる。例えば、第２液体１２として、シリコーンオイル等を用いることができる。
【００５８】
なお、第１液体１１及び第２液体１２間の界面で可変焦点レンズを構成する場合、第１液体１１及び第２液体１２の比重差ができる限り小さいことが望ましい。比重差が小さい場合は、振動や重力による第１液体１１及び第２液体１２間の界面形状の変化を抑制できる。なお、容器９のサイズが１ｍｍ未満程度と極めて小さい場合や、その他の理由により振動や重力による影響を無視できる場合はこの限りではない。
【００５９】
容器９の開口端部９Ａ及び９Ｂ上には、例えば、ガラスまたは光透過性樹脂で形成された円板状の第１光透過性部材１９及び第２光透過性部材１８がそれぞれ液密にエポキシ樹脂等によって接着される。そして、これにより、容器９内部が封止される。すなわち、第１液体１１及び第２液体１２は、第１光透過性部材１９及び第２光透過性部材１８の間に収容される。
【００６０】
なお、本実施形態では、第２光透過性部材１８の外側（液体側とは反対側）の面を、入射光を屈折させるために曲面形状とした例を示すが、本発明はこれに限定されず、第２光透過性部材１８の外側の面を平面形状としてもよい。一方、本実施形態では、第１光透過性部材１９の外側の面を平面形状とした例を示すが、第１光透過性部材１９の外側の面を、第２光透過性部材１８と同様に、曲面形状にしてもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、第１光透過性部材１９及び第２光透過性部材１８の内側（液体側）の面を平面形状としたが、第１光透過性部材１９及び／または第２光透過性部材１８の内側の面を曲面形状としてもよい。さらに、必要に応じて、例えば、第１光透過性部材１９及び／または第２光透過性部材１８の外側の面に、例えば、入射光に対して回折作用や偏光作用等を生じさせる構造または薄膜を設けてもよい。なお、入射光の入射側は、第２光透過性部材１８（第１液体１１）側及び第１光透過性部材１９（第２液体１２）側のいずれでもよく、用途に応じて適宜選定することができる。
【００６２】
本実施形態の可変焦点レンズ１０では、容器９の内壁面、他方の開口端部９Ｂ及び外壁面の一部に渡った領域に第１電極１５を設ける。容器９の外壁面上の一部に形成された第１電極１５の電極領域は、電極取り出し領域となる。なお、第１電極１５としては、例えばアルミニウム、タンタルなどの陽極酸化により金属酸化物の形成が可能な金属、いわゆるバルブ金属を用いる。また、第１電極１５の材料としては、その他、ニオブ、ハフニウム、チタンなど、陽極酸化によって高い誘電率の金属酸化物を形成することができる種々のバルブ金属を用いることができる。
【００６３】
そして、本実施形態では、例えば容器９の内壁面上に形成された第１電極１５の電極領域上に、金属酸化物からなり、所定の誘電率を有する誘電体層１４（陽極酸化膜）を設ける。誘電体層１４は、容器９の内壁面上の第１電極１５の領域を陽極酸化することにより形成される。例えば、第１電極１５として、アルミニウム、タンタル等を用いた場合には、誘電体層１４はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜等で形成される。これにより、高誘電率の誘電体層１４を形成できるとともに、極めて薄い皮膜で高絶縁性を有する誘電体層１４を形成することができる。なお、第１電極１５及び誘電体層１４は、その第２電極１４側の端部が、容器９の一方の開口端部９Ａから距離ｄで離間するように形成される（図７（ａ）参照）。
【００６４】
また、本実施形態では、誘電体層１４、第１電極１５及び第１光透過性部材１９の液体側の面を覆うように、第１液体１１より第２液体１２との親和性の高い撥水膜１３（撥液膜）、いわゆる撥水コートを設ける。
【００６５】
一方、本実施形態では、第２光透過性部材１８の液体側の面の外周近傍及び側壁面に渡って、例えばリング状の第２電極１７を設ける。すなわち、第２電極１７は、第２光透過性部材１８と容器９の一方の開口端部９Ａとの間に配置される。なお、第２電極１７を光透過性の導電性材料で形成する場合には、リング状でなく、例えば円板状とし、第２光透過性部材１８の液体側の面全体に渡って第２電極１７を形成しもよい。
【００６６】
また、本実施形態では、第２透過性部材１８及び第２電極１７の液体側の面を覆うように、第２液体１２より第１液体１１との親和性の高い親水膜１６、いわゆる親水コートが形成される。なお、第２光透過性部材１８をガラスで形成し、その液体側の表面を清浄にして親水性を保持する場合には、親水膜１６を設けなくてもよい。
【００６７】
上述のように、本実施形態では、第２透過性部材１８の液体側には親水膜１６を形成し、第１透過性部材１９及び容器９の液体側には撥水膜１３を形成する。また、第１液体１１と第２液体とは互いに混合しない。それゆえ、本実施形態では、例えば、図７（ａ）に示すように、第１液体１１が容器９内で第２光透過性部材１８側に配置され、第２液体１２が容器９内の第１光透過性部材１９側に配置するように収容される。
【００６８】
［可変焦点レンズの作製方法］
ここで、第１電極１５の形成材料としてタンタルを用いた場合の可変焦点レンズ１０の作製方法の一例を説明する。
【００６９】
まず、円筒状等の容器９を用意する。次いで、容器９の内壁面、容器９の他方の開口端部９Ｂ、及び、容器９の外壁面の一部分に渡ってスパッタリング等によりタンタル薄膜を成膜して、第１電極１５を形成する。この際、膜内にピンホールが発生しない程度の充分な厚さで成膜する。なお、容器９をタンタルで形成してもよい。
【００７０】
次に、容器９の内壁面のみを、りん酸などの電解液が浸るようにして第１電極１５を陽極酸化する。次いで、例えばエポキシ樹脂等の接着剤を用いて、第１光透過性部材１９を第１電極１５が形成されている容器９の他方の開口端部９Ｂに液密に封止する。次いで、容器９の誘電体層１４及び第１電極１５、並びに、第１光透過性部材１９の液体側の面を覆うように、撥水膜１３を形成する。
【００７１】
次に、撥水膜１３により画成された収容空間に絶縁性の第２液体１２、及び、導電性の第１液体材１１をこの順に注入する。
【００７２】
また、上記作製工程の後または並行して、第２光透過性部材１８上に、リング状の第２電極１７をスパッタリング等により形成する。次いで、第２光透過性部材１８及び第２電極１７上に、親水膜１６を形成する。
【００７３】
そして、親水膜１６と撥水膜１３とが対向するように、第２光透過性部材１８を容器９の一方の開口端部９Ａに接着剤等を用いて液密に封止する。本実施形態では、上述のようにして可変焦点レンズ１０を作製する。
【００７４】
［可変焦点レンズの動作］
次に、本実施形態の可変焦点レンズ１０の動作を説明する。ここでは、例えば、第１液体材１１の表面張力が第２液体１２の表面張力より大きい場合を考える。また、電圧印加部２０により、第１電極１５及び第２電極１７間に印加される電圧が０［Ｖ］、または、比較的小さな電圧（例えば、図４中のＶ１）を印加した際の状態（図７（ａ）の状態）における、第１液体１１の撥水膜１３に対する接触角をθ０とする。
【００７５】
そこで、第１電極１５及び第２電極１７間に印加される電圧が図７（ａ）の場合より高く（例えば、図３中のＶまたは図４中のＶ２）になると、エレクトロウェッティング現象により第１液体１１の撥水膜１３に対する濡れ性が向上する。この結果、第１液体１１と撥水膜１３との接触面積が大きくなるように、すなわち、第１液体１１の撥水膜１３に対する接触角θが大きくなるように、第１液体１１及び第２液体１２間の界面が変形する（図７（ｂ）の状態）。なお、第１液体１１の撥水膜１３に対する接触角θは、印加する電圧の大きさにより調整することができる。
【００７６】
すなわち、本実施形態では、第１液体１１及び第２液体１２間の界面の曲率を、印加する電圧により制御することができ、これにより、焦点距離を変化させることが可能になる。例えば、第１液体１１の屈折率が第２液体１２の屈折率より大きくなるように、第１液体１１及び第２液体１２の材料を選定すると、印加する電圧を高くすることにより、第１液体１１の接触角は図７（ａ）から図７（ｂ）に示すように小さくなる。この結果、焦点距離を大きくすることができる。
【００７７】
本実施形態の可変焦点レンズ１０は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧により駆動するので、エレクトロウェッティング現象による第１液体１１及び第２液体１２の界面の変形を保持し続けることができる。
【００７８】
また、本実施形態では、駆動電圧を正極性の電圧範囲で変化させるので、その電圧可変範囲が誘電体層１４は負極性における耐電圧ＶＥＷ−により制限されるという問題を解消することができる。
【００７９】
さらに、本実施形態のように誘電体膜１４として金属酸化膜を用いた場合には、正極性における耐電圧ＶＥＷ＋は、例えば、数十Ｖ〜百数十Ｖとなる。それゆえ、本実施形態では、低電圧で且つより広い電圧可変範囲で可変焦点レンズを駆動することができる。すなわち、低電圧で、より広い範囲で焦点距離の調整が可能になる。
【００８０】
また、本実施形態では、上述した比較例２のように、装置と電圧印加部との間に直列接続するコンデンサを用いる必要がないので、比較例２における上述した不利な点も克服することができる。具体的には、電圧の可変範囲が誘電体層１４の負極性における耐電圧ＶＥＷ−により制限されないだけでなく、装置の部品点数を減らすことができ、電圧変換効率の向上も図ることができる。
【００８１】
［陽極酸化により得られる効果］
ここで、上述したように、誘電体層１４（陽極酸化膜）を陽極酸化により形成した場合の利点（効果）を以下に詳細に説明する。
【００８２】
従来、可変焦点レンズ等のエレクトロウェッティング現象を利用した装置では、真空成膜法、すなわちスパッタリングや化学的気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、またはスピンコートなどで誘電体層１４を電極上に形成する。この場合、誘電体層１４にピンホールなどの欠損があると絶縁破壊を起こすので、そのような欠損が発生しないように誘電体層１４を形成する必要がある。しかしながら、電極の表面状態によってはピンホールが生じ易く、これを防ぐためには誘電体層１４の厚さを厚くする必要がある。この場合、例えば約１００Ｖ以上の駆動電圧が必要となる。
【００８３】
さらに、誘電体層１４は、容器９の内壁に均一な膜厚で成膜する必要がある。しかしながら、上記従来の手法により平面でない面、例えば円筒内壁等に誘電体層１４を成膜すると、膜厚ムラが生じ易くなる。この場合には、第１液体１１及び第２液体１２間の界面が球面状とならずに、レンズとしての良好な曲率が得られなくなり、光学的品質が低下する恐れがある。
【００８４】
本実施形態では、電極となる金属薄膜の表面のみを陽極酸化して電極表面に金属酸化膜を形成し、その金属酸化膜を誘電体層とする。それゆえ、本実施形態の誘電体層１４では、原理上、ピンホールは発生せず、絶縁破壊に強いという利点を有する。また、本実施形態では、電極となる金属薄膜の全てを陽極酸化せず、一部を金属として保存するので、残った金属領域はそのまま電極として利用することができる。
【００８５】
また、上述のように陽極酸化により誘電体層１４を形成する場合、電極の金属が金属酸化物に変化する過程で体積が増えるので、誘電体層１４は緻密な膜となり、ピンホールの発生を抑制することが可能である。更に、タンタル等の金属材料を容器の内壁に成膜する際に、下地である容器の材料が絶縁性物質であれば、タンタル等の金属膜に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また、陽極酸化により生成した金属酸化物は化成電圧までは絶縁破壊しないので、得られる誘電体層１４の絶縁破壊強度も十分高くなる。
【００８６】
なお、陽極酸化により形成される誘電体層１４の膜厚は、化成電圧に依存する。例えば、電極材料としてタンタルを用いる場合は、誘電体層１４の増加率は、理論値で化成電圧１Ｖあたり１．８ｎｍ程度である。また、上述のように液浸の陽極酸化で誘電体層１４を形成した場合には、誘電体層１４の膜厚は均一となる。すなわち、最初に成膜したタンタル等の金属膜に膜厚ムラがあっても、その表面に形成される誘電体層１４（陽極酸化膜）の膜厚は均一である。それゆえ、第１液体１１及び第２液体１２間の界面、すなわちレンズの曲率を良好に球面状に保つことができる。その結果、収差の発生を抑制して高精度な操作が可能となり、良好な光学的特性を有する可変焦点レンズ等の光学装置を得ることができる。なお、光学装置としては、後述する絞り機能またはシャッター機能を有する光学素子、ズームレンズ、光変調装置、表示装置などが挙げられ、その他、エレクトロウェッティング現象を利用する種々の光学装置においても同様の効果が得られる。
【００８７】
また、このような陽極酸化による製造方法は、タンタルコンデンサ等で広く使われており、製造装置の構成も比較的簡易であり、製造技術も確立されているため、製造は極めて容易である。したがって、本実施形態では、従来の真空成膜法やスピンコートなどで誘電体層を形成する場合と比較して、製造装置や製造方法が簡便で、且つ多量に製造することができる。
【００８８】
［誘電体層と撥水膜との関係］
ところで、上述したバルブ金属を陽極酸化して得られた誘電体層１４の特徴は、サブミクロン程度と比較的薄い膜厚で形成できることと、１０〜５０程度の高誘電率が得られることである。ただし、誘電体層１４の表面エネルギーは比較的高く、誘電体層１４のみで高い撥水効果を得ることは難しい。このため、バルブ金属を陽極酸化して得られた誘電体層１４をエレクトロウェッティング装置に用いる場合は、誘電体層１４の表面を撥水処理する必要がある。すなわち、本実施形態のように誘電体層１４上に撥水膜１３を形成する必要がある。しかしながら、誘電体層１４の膜厚が比較的薄く且つ高誘電率であるため、電圧印加時には撥水膜１３に駆動電圧の大部分が印加され、撥水膜１３の絶縁破壊が起きやすくなる可能性がある。それゆえ、撥水膜１３の絶縁破壊が起きない工夫をすることが望ましい。この問題を以下により具体的に説明する。
【００８９】
誘電体層１４上に撥水膜１３を設けた場合には、その等価回路は、誘電体層１４及び撥水膜１３のそれぞれで構成されるコンデンサの直列接続とみなせる。なお、撥水膜１３に用いられる材料は総じて誘電率が低い。特にフッ化化合物が撥水膜１３として好適であるが、誘電率は２程度である。それゆえ、例えば、誘電体層１４としてパリレン（パラキシリレン系樹脂）を膜厚３μｍ、撥水膜１３としてＡＦ１６００（デュポン（株）製、商品名）を膜厚１０ｎｍとして形成すると、撥水膜１３にかかる電圧は全体の約０．５％になる。
【００９０】
それに対して、本実施形態のように、例えばタンタルで形成された電極を１００Ｖで陽極酸化して誘電体層１４を形成した場合、その膜厚は例えば約１８０ｎｍとなり、比誘電率は約２７となる。そして、その上に、撥水膜１３として上記材料（ＡＦ１６００、デュポン株式会社製、商品名）を用いると、撥水膜１３にかかる電圧は印加電圧全体の約５０％になる。したがって、この場合、高い電圧がかかる撥水膜１３が絶縁破壊を起こしてしまう恐れもある。さらに、この場合、誘電体層１４及び撥水膜１３を併せた見かけ上の比誘電率は約１５になってしまい、高誘電率の材料である誘電体層１４を用いる利点が損なわれてしまう。
【００９１】
上述した問題を解消するために、撥水膜１３の形成材料としては、膜厚をナノレベルまで薄くして形成することができる材料を用いることが望ましい。撥水膜１３の膜厚をナノレベル（１μｍ未満）にするためには、反応性の撥水コート材であるフッ素系シランカップリング剤が好適である。例えば、オプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製、商品名）を用いることができる。オプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製、商品名）などの反応性撥水コート材は、加工方法によって１０ｎｍ未満、例えば５ｎｍ程度以下の膜厚、すなわち単分子膜に近い膜厚にすることができる。
【００９２】
このように撥水膜１３の膜厚を極めて薄くすると、漏れ電流が増え、撥水膜１３の絶縁性を無視できる程度にすることができる。すなわち、撥水膜１３の発熱が小さくなり絶縁破壊を回避できるとともに、撥水膜１３はコンデンサとして殆ど機能しない。したがって、誘電体層１４と撥水膜１３とはコンデンサの直列接合とみなされず、誘電体層１４のみのコンデンサとみなすことができる。これにより、誘電体層１４及び撥水膜１３のトータルの誘電率は誘電体層１４のみの値となり、上述した低駆動電圧化の効果を損なうことを回避することができる。
【００９３】
［変形例１］
本発明のエレクトロウェッティング装置を可変焦点レンズに適用する場合、その可変焦点レンズの構成は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す第１の実施形態の構成に限定されない。図９に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した可変焦点レンズの別の構成例（変形例１）を示す。なお、図９の可変焦点レンズにおいて、図７の可変焦点レンズと対応する部分には同一符号を付して示す。
【００９４】
変形例１の可変焦点レンズ３０は、第１光透過性部材１９及び第２光透過性部材３３を接続する容器３２を金属材料で形成し、この容器３２を第１電極として用いる（以下、容器３２は第１電極３２ともいう）。すなわち、変形例１の第１電極３２は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す可変焦点レンズ１０の容器９と第１電極１５とを兼用した構成となる。
【００９５】
また、この例では、第１電極３２の全表面を陽極酸化して誘電体層１４を形成する。ただし、第１電極３２の電圧印加部２０と接続する部分（接続領域）は、金属面が露出するようにする。この接続領域は、例えば、第１電極３２の全表面に誘電体層１４を形成した後、電圧印加部２０と接続する部分の誘電体層１４を除去することにより形成してもよい。また、別の方法としては、第１電極３２の一部に突起を設けて、この部分を陽極酸化液に浸漬しない状態で陽極酸化を行い、その後突起を除去して、電圧印加部２０との接続領域を形成してもよい。
【００９６】
また、変形例１では、第２光透過性部材３３の液体側とは反対側の面形状は平面とする。上記以外のレンズ本体部３１の構成は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す可変焦点レンズ１０のレンズ本体部２２と同様である。
【００９７】
また、電圧印加部２０は、レンズ本体部３１の第１電極３２及び第２電極１７に接続され、両電極間に、例えば、図３または図４に示すような正極性の電圧範囲で電圧が所定周期で変動する交流電圧を出力する。また、電圧印加部２０は、可変焦点レンズ３０が装着される、例えば、撮像装置等の本体駆動部２１に接続される。なお、電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、図８で説明した構成である。また、本体駆動部２１は、可変焦点レンズ３０内に含まれていてもよい。
【００９８】
変形例１では、第１の実施形態と同様に、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧により可変焦点レンズ３０を駆動するので、低電圧で且つより広い電圧可変範囲で可変焦点レンズ３０を駆動することができる。すなわち、変形例１においても、低電圧で、より広い範囲で焦点距離の調整が可能になる。また、変形例１のような構成では、円筒形状等の容器の表面に部分的にスパッタリング等により第２電極を成膜する必要がなくなるので、製造の点で、第１の実施形態に比べて有利となる。
【００９９】
［変形例２］
図１０に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した可変焦点レンズの別の構成例（変形例２）を示す。なお、図１０の可変焦点レンズ３５において、図９の可変焦点レンズ３０と対応する部分には同一符号を付して示す。
【０１００】
変形例２の可変焦点レンズ３５では、変形例１と同様に、容器を金属材料で形成し、この容器を第１電極３２として用いる。また、変形例２では、第１電極３２の内壁面のみを陽極酸化して誘電体層１４を形成する。さらに、変形例２では、第１電極３２と、第２電極１７との絶縁性を確保するため、絶縁性材料からなる例えばリング状の絶縁性部材３４を第１電極３２と第２電極１７との間に設ける。これら以外のレンズ本体部３６の構成は、変形例１の可変焦点レンズ３０（図９参照）のレンズ本体部３１と同様である。
【０１０１】
また、電圧印加部２０は、レンズ本体部３６の第１電極３２及び第２電極１７に接続され、両電極間に、例えば、図３または図４に示すような正極性の電圧範囲で電圧が所定周期で変動する交流電圧を出力する。また、電圧印加部２０は、可変焦点レンズ３５が装着される、例えば、撮像装置等の本体駆動部２１に接続される。なお、電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、図８で説明した構成である。また、本体駆動部２１は、可変焦点レンズ３５内に含まれていてもよい。
【０１０２】
変形例２では、第１の実施形態と同様に、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧により可変焦点レンズ３５を駆動するので、低電圧で且つより広い電圧可変範囲で可変焦点レンズ３５を駆動することができる。すなわち、変形例２においても、低電圧で、より広い範囲で焦点距離の調整が可能になる。また、変形例２のような構成では、変形例１同様に、円筒形状等の容器の表面に部分的にスパッタリング等により第２電極を成膜する必要がなくなるので、製造の点で、第１の実施形態に比べて有利となる。
【０１０３】
［変形例３］
図１１に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した可変焦点レンズの別の構成例（変形例３）を示す。変形例３の可変焦点レンズ４０は、すり鉢状（円錐形の頂部を切除した形状）の内壁面を有する容器４３内に導電性の第１液体１１と、絶縁性の第２液体１２とを収容する構成例である。容器４３の開口面積が大きい方の開口部の端面（以下、上端面ともいう）には第２光透過性部材４９が配置され、開口面積が小さい方の開口部の端面（以下、下端面ともいう）には第１光透過性部材４２が配置される。そして、容器４３の開口部は、第１光透過性部材４２及び第２光透過性部材４９を接着剤等を用いて液密に封止される。
【０１０４】
第１電極４４は、容器４３の開口部の上端面から開口部の内壁面にかけて形成されており、その表面には陽極酸化により誘電体層４５が形成される。また、誘電体層１４の開口部の内壁面上に形成された領域上には、撥水膜４７が形成される。
【０１０５】
一方、第２電極４８は、第２光透過性部材４９の液体側の表面に形成され、その形状は例えばリング状とする。そして、容器４３の上端面には、第１電極４４と第２電極４８との間の絶縁性を確保するために、誘電体層４５と第２電極４８との間に絶縁性部材４６を設ける。なお、変形例３では、第２光透過性材料部４９の液体側の表面を清浄にすることにより、親水性を保持する。また、変形例３では、第２光透過性部材４９の液体側とは反対側の面形状は平面とする。
【０１０６】
また、電圧印加部２０は、レンズ本体部４１の第１電極４４及び第２電極４８に接続され、両電極間に、例えば、図３または図４に示すような正極性の電圧範囲で電圧が所定周期で変動する交流電圧を出力する。また、電圧印加部２０は、可変焦点レンズ４０が装着される、例えば、撮像装置等の本体駆動部２１に接続される。なお、電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、図８で説明した構成である。また、本体駆動部２１は、可変焦点レンズ３５内に含まれていてもよい。
【０１０７】
変形例３では、第１の実施形態と同様に、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧により可変焦点レンズ４０を駆動するので、低電圧で且つより広い電圧可変範囲で可変焦点レンズ４０を駆動することができる。すなわち、変形例３においても、低電圧で、より広い範囲で焦点距離の調整が可能になる。
【０１０８】
［変形例４］
上述した本発明の可変焦点レンズを２次元状に並列配置（並置配列）して、レンズアレイを構成してもよい。図１２に、その一構成例（変形例４）を示す。なお、図１２の例では、可変焦点レンズ内の第１及び第２液体の部分（容器内部）のみを示し、その他の構成部分並びに電圧印加部及び本体駆動部は省略している。
【０１０９】
レンズアレイ５０は、第１の方向（図１２中のｘ方向）に配列されたｎ個の可変焦点レンズ（例えば可変焦点レンズ５０ａ１〜５０ｎ１）を備える。また、レンズアレイ５０は、第１の方向と例えば略直交する方向（図１２中のｙ方向）に配列されたｍ個の可変焦点レンズ（例えば可変焦点レンズ５０ａ１〜５０ａｍ）を備える。すなわち、この例のレンズアレイ５０は、全体としてｎ×ｍ個の可変焦点レンズにより構成される。なお、個々の可変焦点レンズとしては、例えば図７〜１１（第１の実施形態及び変形例１〜３）に示す構成の可変焦点レンズを用いることができる。それゆえ、変形例４のレンズアレイ５０に本発明の可変焦点レンズを適用した場合には、低電圧で且つより広い電圧可変範囲でレンズアレイ５０を駆動することができる。なお、可変焦点レンズの個数ｎ及びｍに関しては、ｎ≠ｍでも、ｎ＝ｍでもよい。
【０１１０】
［変形例５］
上述した第１の実施形態、変形例１〜４で説明した単一または複数の可変焦点レンズでは、容器または容器を兼ねる電極の形状として円筒形状の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。可変焦点レンズの容器または容器を兼ねる電極の形状としては、第１電極の陽極酸化が可能であれば、種々の形状の容器が利用可能である。例えば、容器の形状を直方体状にしてもよい。
【０１１１】
図１３に、その一例（変形例５）を示す。なお、図１３では、レンズ本体部６３の構成として導電性の第１液体６１と絶縁性の第２液体６２と、それらを収容する直方体状の収容空間を画成する壁面を示し、各壁面の詳細な構成は省略する。また、この例では、直方体状とされる容器内で、第１液体６１及び第２液体６２間の界面の形状がかまぼこ型形状である例を説明する。
【０１１２】
図１３の例では、直方体状の収容空間を画成する側壁面６４、６５、６６及び６７のうち、例えば対向する側壁面６４及び６５において、第１液体６１に対する吸着性の高い領域を略半円状で形成する。
【０１１３】
また、他の側壁面６６及び６７の液体側の面には図示しないが液体側から撥水膜、誘電体層（陽極酸化膜）及び第１電極をこの順で配置する。そして、底面６８には第２電極を設ける。なお、この際、第１電極と第２電極が接触しないように形成する。また、必要に応じて第２電極と第１液体６１との間に親水膜を設けてもよい。このように構成にすることにより、第１液体６１の側壁面６６及び６７に対する接触角のみを変化させるシリンドリカルタイプの可変焦点レンズ６０を構成することができる。
【０１１４】
そして、電圧印加部２０は、レンズ本体部６３の底面６８に設けられた第２電極と、側壁面６６及び６７に設けられた第１電極とに接続され、両電極間に、例えば、図３または図４に示すような正極性の電圧範囲で電圧が所定周期で変動する交流電圧を出力する。また、電圧印加部２０は、可変焦点レンズ６０が装着される、例えば、撮像装置等の本体駆動部２１に接続される。なお、電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、図８で説明した構成である。また、本体駆動部２１は、可変焦点レンズ３５内に含まれていてもよい。
【０１１５】
変形例５では、第１の実施形態と同様に、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧により可変焦点レンズ６０を駆動するので、低電圧で且つより広い電圧可変範囲で可変焦点レンズ６０を駆動することができる。すなわち、変形例６においても、低電圧で、より広い範囲で焦点距離の調整が可能になる。
【０１１６】
なお、変形例５のシリンドリカルタイプの可変焦点レンズ６０を並置配列して、レンチキュラーレンズタイプのレンズアレイを構成してもよい。レンチキュラーレンズタイプのレンズアレイを構成した場合には、３次元画像を電圧制御により表示することが可能な表示装置に適用することが可能であり、小型で且つ実用的な駆動電圧とされた３次元表示装置を提供することができる。
【０１１７】
＜３．第２の実施形態＞
上述のように、本発明の可変焦点レンズは低電圧で駆動できるので、従来は不可能であった小型の可変焦点レンズを用いる種々の光学装置に、本発明の可変焦点レンズを適用することができる。例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc：登録商標）等に代表される各種の光ディスクの記録及び／または再生を行う光記録再生装置及びその光ピックアップ装置に本発明の可変焦点レンズを適用することができる。
【０１１８】
上述のような光記録再生装置及びその光ピックアップ装置では、本発明の可変焦点レンズを収差補正素子や可変倍率とするコリメータレンズ等として用いることができる。特に、各種の光ディスクを互換可能とする多波長の光源を用いる光記録再生装置では、コリメータレンズの焦点距離を可変とする必要があるので、本発明の可変焦点レンズはコリメータレンズとして好適である。
【０１１９】
［光ピックアップ装置の構成］
図１４に、本発明の可変焦点レンズを適用した光ピックアップ装置を含む光記録再生装置の構成の一例を示す。光記録再生装置７０は、例えば、光記録媒体９５（光ディスク等）を回転駆動するスピンドルモータ等からなる回転駆動部９２と、光ピックアップ装置８０（図１４中の波線で囲まれた領域）と、光ピックアップ装置８０を駆動する光ヘッド駆動部９１とを有する。光記録媒体９５は、回転駆動部９２上に載置固定されて、記録再生時には所定の速度で回転される。
【０１２０】
光ピックアップ装置８０は、主に、光源８１（光源部）と、光学系８２（図１４中の一点鎖線で囲まれた領域）と、受光部８８と、演算回路８９と、対物レンズ８６と、対物レンズ８６を駆動するアクチュエータ８７と、対物レンズ駆動部９０とを備える。光源８１は、例えば、２波長のレーザ光を出射する２波長レーザ型の半導体レーザで構成される。また、アクチュエータ８７は、例えば２軸アクチュエータ等で構成され、対物レンズ駆動部９０により制御される。
【０１２１】
光ピックアップ装置８０では、光源８１から出射される光は、光学系８２及び対物レンズ８６を介して光記録媒体９５に入射される。また、光記録媒体９５から反射された光は、対物レンズ８６及び光学系８２を介して受光部８８に導かれる。
【０１２２】
光学系８２は、主に、偏光ビームスプリッタ８３と、可変焦点レンズ７１と、４分の１波長板８４と、ミラー８５とで構成される。光学系８２を構成する光学素子のうち、可変焦点レンズ７１以外の素子は、従来の光ピックアップ装置で用いられている光学素子を用いることができる。
【０１２３】
光学系８２を構成する光学素子のうち、可変焦点レンズ７１以外の素子は、従来の光ピックアップ装置で用いられている光学素子を用いることができる。
【０１２４】
可変焦点レンズ７１は、例えば、上述した第１の実施形態並びに変形例１〜３及び５で説明したエレクトロウェッティング現象を利用した可変焦点レンズを用いることができる。可変焦点レンズ７１は、レンズ本体部７２と、レンズ本体部７２に電圧を印加する電圧印加部２０とを備える。なお、図１４では、レンズ本体部７２の構成部材として、第１及び第２光透過性部材と、容器と、レンズ本体部７２内部に収容された第１及び第２液体とを示し、電極、誘電体膜、撥水膜等は省略している。
【０１２５】
レンズ本体部７２は、例えば、図７、９、１０、１１及び１３に示すような構成にすることができる。また、電圧印加部２０は、第１の実施形態（図８参照）と同様の構成にすることができる。すなわち、本実施形態においても、可変焦点レンズ７１は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の電圧信号）で駆動する。そして、これにより、レンズ本体部７２に収容された第１及び第２液体間の界面形状（曲率）を変化させて入射光の焦点距離を調整する。
【０１２６】
なお、図１４では、本実施形態の可変焦点レンズ７１の構成をより明確にするために、電圧印加部２０を駆動する本体駆動部２１を光ピックアップ装置１８０内に記載している。しかしながら、本実施形態では、本体駆動部２１は光記録再生装置７０内の構成部分であり、例えば、図１４中の光ヘッド駆動部９１等に含まれるものとする。ただし、本発明はこれに限定されず、本体駆動部２１が、可変焦点レンズ７１内に含まれていてもよい。
【０１２７】
［光ピックアップ装置の動作］
次に、本実施形態の光ピックアップ装置８０の動作例を説明する。光源８１から出射された例えばレーザ光は、偏光ビームスプリッタ８３に入射され、その偏光面を通過して、可変焦点レンズ７１に入射される。可変焦点レンズ７１では、電圧印加部２０により正極性の電圧範囲内で変動する所定周期の交流電圧で駆動されており、これにより、入射光はコリメートされると共に焦点距離が調整される。
【０１２８】
次いで、可変焦点レンズ７１を通過した光は、４分の１波長板８４を通過し、ミラー８５で反射され、そして、対物レンズ８６を介して光記録媒体９５の記録トラック上に入射される。
【０１２９】
一方、光記録媒体９５から反射された光は、対物レンズ８６、ミラー８５、４分の１波長板８４及び可変焦点レンズ７１を通過し、偏光ビームスプリッタ８３に入射される。この際、この反射光は、４分の１波長板を２回通過しているので、光の偏光方向が変換されている。それゆえ、偏光ビームスプリッタ８３に入射された反射光は、その偏光面で反射され、受光部８８の受光面上に入射される。そして、受光部８８で検出された光出力は、演算回路８９に出力される。
【０１３０】
次いで、演算回路１８９は、受光部８８から入力された信号に基づいて、ＲＦ（高周波）信号、ＴＥ（トラッキングエラー）信号、ＦＥ（フォーカスエラー）信号をそれぞれ演算する。ＲＦ信号は、例えばアナログ／デジタル変換、エラー訂正などの処理が施され、記録再生信号として演算回路８９から出力される。ＴＥ信号は、光ヘッド駆動部９１及び／または対物レンズ駆動部９０に出力される。また、ＦＥ信号は対物レンズ駆動部９０に出力される。そして、対物レンズ駆動部９０は、入力信号に基づいてフォーカスサーボ、トラッキングサーボを行う。
【０１３１】
上述のように、エレクトロウェッティング現象を利用した本発明の可変焦点レンズ７１を光ピックアップ装置８０等の各種の光学装置に適用することにより、次のような効果が得られる。
【０１３２】
本実施形態では、可変焦点レンズ７１を正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧で駆動するので、広い電圧可変範囲で駆動することができる。それゆえ、本実施形態の光ピックアップ装置８０及び光記録再生装置７０では、高精度の記録再生制御が可能となり、光記録再生特性の劣化を抑制ないしは回避することができる。
【０１３３】
また、可変焦点レンズ７１はエレクトロウェッティング現象を利用しているので、本質的に放電するとき以外は電流が流れず、消費電力はきわめて小さい。また、本実施形態の光ピックアップ装置８０及び光記録再生装置７０では、レンズの機械的可動部を設ける必要がないので、モータ等により駆動する従来の可変焦点レンズを備えるこれらの装置と比較して寿命が長くなる。さらに、本実施形態では、機械的可動部（モータ等）を設ける必要がないので、装置を小型にすることができるとともに、より簡易な構成で例えばオートフォーカス機構を構成することができる。
【０１３４】
また、従来は駆動電圧が高いため、実用的には昇圧回路を必要としていたが、本実施形態では、本発明の可変焦点レンズ７１を用いるので、所望の焦点距離の変化を得るための駆動電圧を低減することができる。例えば、駆動電圧を１０Ｖ以下程度とすることができる。
【０１３５】
さらに、従来、例えば２種類の光記録媒体９５に対して記録再生が可能な（互換性を有する）光記録再生装置や多層記録媒体などの記録再生を行う光記録再生装置等では、２群レンズ等を用いて機械的にこのレンズの相対位置を変化させて焦点距離を制御する。しかしながら、本実施形態では、このような２群レンズ等に換えて本発明の可変焦点レンズを用いることができる。それゆえ、本実施形態では、昇圧回路を設けることなく、機械的駆動部も不要となるので、長寿命で小型（省スペース）の光ピックアップ装置８０及び光記録再生装置７０を提供することができる。
【０１３６】
＜４．第３の実施形態＞
本発明のエレクトロウェッティング装置は、上述した可変焦点レンズのように光を通過させる機能を有する光学装置に限定されるものではなく、導電性液体の変形を利用した各種の装置に適用することができる。本実施形態では、その一例として、本発明のエレクトロウェッティング装置を液滴操作装置に適用した例について説明する。
【０１３７】
現在、マイクロサイズの連続した液体フローに対して所定の処理を行うマイクロ流体システムの開発が進んでいる。特に、「ケミストリ・オン・チップ（chemistry-on-a-chip）」と呼ばれるセンサやアナライザを実現するマイクロ流体デバイスの開発が要請されている。これらは、ラボ・オン・チップ（Labs-On-a-Chip：ＬｏＣ）及びマイクロトータル分析システム（μ−ＴＡＳ）としても知られている。マイクロ流体システムを利用して自動化されたチップ形式のデバイスを構成することにより、高速動作及び携帯が可能であり、安価で信頼性の高い化学（または生化学）実験機器を提供することができる。その適用範囲は、医療診断用、環境モニタ用、基礎科学研究用などが挙げられる。また、例えばマイクロミキサー装置として、圧電素子等による振動や電気泳動を利用したものも提案されているが、エレクトロウェッティング現象を利用することにより、微小な液滴の移動の高精度な制御が可能となる。
【０１３８】
［液滴操作装置の構成］
図１５に、上述したマイクロ流体デバイスを実現する本実施形態の液滴操作装置の構成の一例を示す。なお、図１５には、液滴操作装置の要部の概略断面構成のみを示す。
【０１３９】
液滴操作装置１００は、絶縁性材料で形成された一方の基板１０１と、基板１０１上に配列して形成された電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、…、１０３ｉ…（第１電極）からなる電極アレイ１０３とを有する。なお、各電極は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタンなど陽極酸化が可能なバルブ金属で形成される。また、液滴操作装置１００は、電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、…、１０３ｉ…をそれぞれ陽極酸化して形成された金属酸化物からなる誘電体層（陽極酸化膜）１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、…、１０４ｉ…を有する。さらに、液滴操作装置１００は、誘電体層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、…、１０４ｉ…上を覆うように被着された撥水膜１０５（撥液膜）を有する。
【０１４０】
また、液滴操作装置１００は、絶縁性材料で形成された他方の基板１０２と、基板１０２上に形成された共通電極１０９（第２電極）と、共通電極１０９上に形成された導電性の撥水膜１０８とを有する。
【０１４１】
なお、本実施形態においても、上述の可変焦点レンズと同様に、電極アレイ１０３側の撥水膜１０５の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。また、共通電極１０９の上に形成する導電性の撥水膜１０８もまた、撥水膜１０５と同様に、膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とし、導通可能としてもよい。なお、撥水膜１０５及び１０８を薄く成膜するために、撥水膜１０５及び１０８の形成材料としては、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【０１４２】
液滴操作装置１００では、基板１０１の電極アレイ１０３側の面と基板１０２の共通電極１０９側の面が対向するように基板１０１及び１０２が配置される。そして、基板１０１及び１０２の間に、導電性または有極性を有する液滴１０６が基板１０１上の撥水膜１０５及び基板１０２上の撥水膜１０８に接するように配置される。
【０１４３】
液滴１０６としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、またはイオン性液体を用いることができる。液滴１０６の周囲はシリコーンオイル等の絶縁性液体１０７が充填されていてもよい。また、液滴１０６の周囲に、空気などの気体を充填してもよい。
【０１４４】
また、電極アレイ１０３の各電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、…、１０３ｉ…と基板１０２上の共通電極１０９との間に、電圧印加部２０及び電圧制御部１１０が接続される。なお、電圧印加部２０は、液滴操作装置１００内の本体駆動部２１に接続される。
【０１４５】
電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、第１の実施形態（図８参照）と同様の構成にすることができる。すなわち、本実施形態では、液滴操作装置１００を、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の信号）により駆動する。
【０１４６】
また、本実施形態では、電圧制御部１１０と各電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、…、１０３ｉ…との間には、それぞれスイッチ部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、…Ｓｉ、…を配置する。なお、スイッチ部Ｓａ、…Ｓｉ、…は、電圧制御部１１０により制御されてもよいし、また、電圧制御部１１０内に組み込まれていてもよい。また、図１５中の矢印ａは液滴１０６の移動方向を示している。
【０１４７】
なお、本実施形態の液滴操作装置１００では、電極アレイ１０３を一方向に配列した例を考える。それゆえ、本実施形態の液滴操作装置１００は、後述の図１６（ｂ）（液滴操作装置１００の上面図）に示すように、各電極（及び誘電体層）で構成されるセル（図１６（ｂ）中のＣａ、Ｃｂ…）が一方向に配列された構成となる。ただし、本発明はこれに限定されず、電極アレイ１０３（セル）を２次元に配列してもよい。
【０１４８】
［液滴操作装置の動作］
次に、本実施形態の液滴操作装置１００の動作例を図１６〜１８を参照しながら説明する。なお、下記動作説明では、液滴１０６の一つが、例えば、図１６に示すように電極１０３ｂ上付近に存在するような状態から説明する。
【０１４９】
まず、例えば、スイッチＳｂを閉じて、電極１０３ｂ及び共通電極１０９間に所定の電圧を印加する。なお、共通電極１０９は例えば接地電位としてもよい。図１６（ａ）及び（ｂ）に、この際の液滴１０６の状態を示す。なお、図１６（ａ）は、スイッチＳｂを閉じた際の液滴操作装置１００の概略断面図であり、図１６（ｂ）は、その際の液滴操作装置１００の概略上面図である。図１６（ｂ）中の液滴１０６を示す実線で囲まれた領域は、液滴１０６と撥水膜１０５との接触領域を示す。
【０１５０】
スイッチＳｂを閉じると、エレクトロウェッティング現象により、液滴１０６は誘電体層１０４ｂ（電極１０３ｂ）上に引き付けられる。それゆえ、この場合には、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、液滴１０６は、誘電体層１０４ｂ（電極１０３ｂ）上、すなわち、セルＣｂ上に配置される。なお、本実施形態ではセルＣａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄ…の形状を正方形状としているが、本発明はこれに限定されず、任意の形状にすることができる。また、各セルの一辺は、例えば数ｍｍ以下のサイズで形成される。
【０１５１】
次いで、スイッチＳｂだけでなくスイッチＳｃを閉じて、電極１０３ｂに隣接する電極１０３ｃにも同様に所定電圧を印加する。図１７（ａ）及び（ｂ）に、この際の液滴１０６の状態を示す。なお、図１７（ａ）は、スイッチＳｂ及びＳｃを閉じた際の液滴操作装置１００の概略断面図であり、図１７（ｂ）は、その際の液滴操作装置１００の概略上面図である。図１７（ｂ）中の液滴１０６を示す実線で囲まれた領域は、この動作段階における液滴１０６と撥水膜１０５との接触領域であり、実線で囲まれた領域は図１６の動作段階における液滴１０６と撥水膜１０５との接触領域である。
【０１５２】
スイッチＳｂ及びＳｃを閉じると、液滴１０６は、エレクトロウェッティング現象によって電圧が印加された電極（この場合１０３ｂ及び１０３ｃ）に引き付けられるので、電極アレイ１０３側の撥水膜１０５と液滴１０６との接触領域が広がる。この結果、液滴１０６と撥水膜１０５との接触領域が、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極１０３ｂだけでなく電極１０３ｃ上、すなわち、セルＣｂだけでなくセルＣｃにも広がるように、液滴１０６が変形する。
【０１５３】
次いで、電極１０３ｂの電圧を低くする、例えば、スイッチＳｂを開けて０にする。図１８（ａ）及び（ｂ）に、この際の液滴１０６の状態を示す。なお、図１８（ａ）は、スイッチＳｂを開けた際の液滴操作装置１００の概略断面図であり、図１８（ｂ）は、その際の液滴操作装置１００の概略上面図である。図１８（ｂ）中の液滴１０６を示す実線で囲まれた領域は、この動作段階における液滴１０６と撥水膜１０５との接触領域であり、実線で囲まれた領域は図１６の動作段階における液滴１０６と撥水膜１０５との接触領域である。
【０１５４】
スイッチＳｂを開けると、電極１０３ｂ（セルＣｂ）上における液滴１０６に対するエレクトロウェッティング現象が弱くなる。その結果、液滴１０６は、図１８（ａ）及び（ｂ）の実線に示すように、液滴１０６は電圧が印加されている電極１０３ｃ（セルＣｃ）上に移動する。
【０１５５】
本実施形態では、上述のようにして電圧制御部１１０により、電極アレイ１０３の各電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、…、１０３ｉ、…に印加する電圧を順次変化させることによって、液滴１０６を移動させることができる。なお、このように隣接する電極に順次電圧を印加してスムーズに液滴１０６を移動させるためには、液滴１０６が安定な状態で、常に隣接する電極に液滴１０６の底面の一部が接触するようにする必要がある。すなわち、液滴１０６の移動方向（図１５では矢印ａの方向）における液滴１０６の底面の幅が、電極アレイ１０３の各電極の移動方向の長さより大きくなるようにする必要がある。それゆえ、液滴操作装置１００では、このようなことを考慮して、液滴１０６の体積、基板１０１及び１０２の間の間隔、電極アレイ１０３の各電極の移動方向の長さを適切に選定することが必要である。
【０１５６】
上述のように、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した本実施形態の液滴操作装置１００では、次のような効果が得られる。
【０１５７】
本実施形態の液滴操作装置１００は、電圧印加部２０により、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧で駆動される。それゆえ、液滴操作装置１００に印加する電圧の可変範囲が、電極上に形成する誘電体層の負極性（逆極性）における耐電圧により制限されず、より広い電圧可変範囲で液滴操作装置１００を駆動することができる。
【０１５８】
また、本実施形態では、電極上に設けられた誘電体層は、電極を陽極酸化することにより形成される。それゆえ、上述した本発明の可変焦点レンズと同様に、製造方法の簡易にすることができるとともに、その膜厚を従来の真空薄膜形成方法による場合と比較して薄くすることができる。また、誘電体層の厚さをより薄くすることができるとともに、より高い誘電率の材料を容易に利用することができる。それゆえ、液滴（導電性液体）の所望の形状変化を得るための駆動電圧、すなわち、本実施形態では液滴を移動させるための駆動電圧を、従来に比べて格段に低くすることができる。
【０１５９】
さらに、本実施形態では、従来に比べて精度良く均一な膜厚で誘電体層を形成することができるので、膜厚のばらつきに起因する液滴の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度に液滴の移動を制御することが可能となる。また、本実施形態では、下地すなわち基板１０１が絶縁物質であれば電極に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、ピンホール欠損は実用上問題にならない。また、本実施形態のように、陽極酸化により誘電体層を形成した場合には、誘電体層は化成電圧までは絶縁破壊しないので、誘電体層の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０１６０】
＜５．第４の実施形態＞
本発明のエレクトロウェッティング装置は、上述した光ピックアップ装置や光記録再生装置の他、各種の光学装置、例えばカメラ機能付き携帯電話、小型カメラなどにも適用できる。また、本発明のエレクトロウェッティング装置を撮像装置に適用する場合、上述した可変焦点レンズ以外では、例えば、絞りまたはシャッター機能を有する光学素子に本発明は適用可能である。本実施形態では、このような用途に本発明を適用した例を説明する。
【０１６１】
［光学素子の構成］
図１９（ａ）〜（ｃ）に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した絞り機能またはシャッター機能を有する光学素子の構成及び動作の一例を示す。
【０１６２】
光学素子１３０は、例えば絶縁性材料で形成された円筒形状の容器１２０と、その両方の開口端部１２０Ａ及び１２０Ｂにそれぞれ設けられた第２光透過性部材１２８及び第１光透過性部材１２９とを備える。なお、容器１２０の開口端部１２０Ａ及び１２０Ｂは、それぞれ第２光透過性部材１２８及び第１光透過性部材１２９により液密に封止される。
【０１６３】
また、主に容器１２０、第２光透過性部材１２８及び第１光透過性部材１２９により画成された内部空間には、導電性または有極性を有する第１液体１２１と、絶縁性を有する第２液体１２２とが収容される。第１液体１２１としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、またはイオン性液体を用いることができる。一方、第２液体１２２としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。
【０１６４】
ただし、第１液体１２１及び第２液体１２２のいずれか一方が、他方に比べて光透過性の低い液体で構成する。本実施形態では、例えば、第２液体１２２の光透過率が第１液体１２１に比べて低く、すなわち、入射光Ｌｉの波長帯域において光吸収率または光反射率が第２液体１２２の方が第１液体１２１より高い液体を用いる場合を説明する。これは、例えば、第２液体１２２に所定の着色材を混合させることにより実現することができる。
【０１６５】
また、本実施形態では、容器１２０の内壁面、一方の開口端部１２０Ｂ及び外壁面に渡って第１電極１２５が形成される。なお、第１電極１２５としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。また、この際、第１電極１２５の容器１２０の他方の開口端部１２０Ａ側の端部が、該開口端部１２０Ａから離間して配置されように第１電極１２５を形成する。
【０１６６】
そして、容器１２０の内壁面上に形成された第１電極１２５の電極部分の表面には、陽極酸化により、金属酸化物からなる誘電体層１２４（陽極酸化膜）が設けられる。さらに、容器１２０の内壁面上に形成された誘電体層１２４及び第１光透過性部材１２９の液体側の面には撥水膜１２３（撥液膜）が被着される。なお、本実施形態においても、上述の可変焦点レンズと同様に、撥水膜１２３の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。そのためには、撥水膜１２３の形成材料として、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【０１６７】
一方、容器１２０の他方の開口端部４０Ａ側に配置した第２光透過性部材１２８の液体側の面の外周部には、例えばリング状の第２電極１２７を設ける。すなわち、第２光透過性部材１２８と容器１２０の他方の開口端部１２０Ａとの間に第２電極１２７が配置される。第２電極１２７は、例えば、第２光透過性部材１２８の液体側の外周近傍領域の面及び外周側面にわたって形成される。ただし、第２電極１２７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく、例えば円形状とし、第２光透過性部材１２８の液体側の面全体に渡って形成してもよい。
【０１６８】
また、本実施形態では、第２電極１２７及び第２光透過性部材１２８の液体側の面を覆って親水膜１２６、いわゆる親水コートが被着される。ただし、第２光透過性部材１２８をガラスで形成し、その液体側の表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水膜１２６を形成しなくてもよい。
【０１６９】
そして、容器１２０の外壁面に露出する第１電極１２５と、第２光透過性部材１２８の外周付近に形成された第２電極１２７とが電圧印加部２０に接続される。また、電圧印加部２０は、光学素子１３０を備える撮像装置等の光学装置に含まれる本体駆動部２１に接続されている。電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、第１の実施形態（図８参照）と同様の構成にすることができ、光学素子１３０は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の電圧信号）により駆動される。なお、本体駆動部２１は、光学素子１３０内に含まれていてもよい。
【０１７０】
［光学素子の動作］
まず、例えば、印加電圧が低い場合（例えばＶ＝０）に、容器１２０の内壁面の撥水膜１２３に対する第１液体１２１の接触角θ（Ｖ０）が大きく、第１液体１２１と第２液体１２２との界面が、例えば図１９（ａ）に示すような状態であるとする。また、図１９（ａ）の例では、光透過率の低い第２液体１２２が、第１液体１２１に比べて体積が小さく、光入射側の第１光透過性部材１２９の液体側の面と第１液体１２１が接触した状態を考える。この場合には、その接触領域が光を通過させる開口窓１３１となる。また、図１９（ａ）の状態では、入射光Ｌｉのうち多くの光量が光学素子１３０を通過する場合を考える。すなわち、入射光Ｌｉの光量と出射光Ｌ０１の光量の差が小さい場合を考える。
【０１７１】
このような状態の光学素子１３０に所定の電圧Ｖ１を電圧印加部２０から印加すると、エレクトロウェッティング現象により、第１液体１２１が容器１２０の内壁面の撥水膜１２３上に広がろうとする。そして、これにより、第２液体１２１が第１光透過性部材１２９側（光入射側）に押し出される。その結果、図１９（ｂ）に示すように、第１液体１２１の接触角θ（Ｖ１）はθ（Ｖ０）より小さくなり、第１液体１２１と第１光透過性部材１２９の液体側の面との接触領域、すなわち開口窓１３１の内径が小さくなる。この場合、入射光Ｌｉのうち光学素子１３０を通過する光量は減少し、光量が絞られた状態となる。すなわち、図１９（ｂ）の状態における光学素子１３０の出射光Ｌ０２の光量は、図１９（ａ）の状態における出射光Ｌ０１の光量より小さくなる。
【０１７２】
さらに、印加する電圧を高くすると、第１液体１２１により第２液体１２１がさらに第１光透過性部材１２９側（光入射側）に押し出され、第１液体１２１の接触角θ（Ｖ２）がさらに小さくなる。その結果、図１９（ｃ）に示すように、第２液体１２２が第１液体１２１と第１光透過性部材１２９との間に位置するようになり、第１液体１２１及び第２液体１２２間の界面形状が容器１２０内部で球面の一部を構成するような形状となる。このような状態では、開口窓１３１が塞がり、入射光Ｌｉは光学素子１３０を通過できない。すなわち、この状態はシャッターを閉めた状態となる。
【０１７３】
光学素子１３０をシャッター機能を有する光学素子として用いる場合には、上述のようにして、印加電圧を制御して開口窓１３１の開閉を制御する。また、上述のように、本実施形態では、印加電圧を調整することにより、開口窓１３１の内径（開口径）を調整することができるので、図１９に示す構成の光学素子１３０は、絞り機能を有する光学素子としても利用することができる。
【０１７４】
上述のように、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した本実施形態の光学素子１３０では、次のような効果が得られる。
【０１７５】
本実施形態の光学素子１３０は、電圧印加部２０により、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧で駆動される。それゆえ、光学素子１３０に印加する電圧の可変範囲が、電極上に形成する誘電体層１２４の負極性における耐電圧により制限されず、より広い電圧可変範囲で光学素子１３０を駆動することができる。
【０１７６】
また、本実施形態では、第１液体１２１は本質的に回転対称となる形状で変形するので、略真円に近い開口形状をもつ絞りまたはシャッター機能を備える光学素子１３０を提供することができる。通常の絞りやシャッターのように、複数の羽状部材の移動により開口径を変化させる場合は、このように真円の開口形状とすることができず、六角形などの多角形となる。例えば、意図的に焦点をずらしたいわゆるソフトフォーカス状態で撮影等を行った場合には、この開口形状が映像に反映されてしまうが、本実施形態の光学素子を用いることによって、極めて真円に近いソフトフォーカス状態を実現することができる。
【０１７７】
また、本実施形態においても、上述の可変焦点レンズと同様に、第１電極１２５と第１液体１２１との間に介在させる誘電体層１２４として第１電極１２５を陽極酸化して形成した金属酸化物を用いるので、次の効果が得られる。誘電体層１２４の膜厚を従来の真空薄膜形成方法で作成した場合よりも薄くすることができる。これにより、より高い誘電率の材料を容易に利用できるので、第１液体１２１及び第２液体１２２間の界面形状を所望の形状に変化させるための駆動電圧を従来にくらべて格段に低減することができる。
【０１７８】
さらに、本実施形態では、従来に比べて簡易な製造方法で誘電体層１２４を形成することができ、精度良く均一な膜厚で成膜することができる。これにより、誘電体層１２４の膜厚のばらつきに起因する界面形状の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度に絞りまたはシャッター機能を制御することが可能となる。また、下地すなわち容器１２０を絶縁性材料で形成した場合には第１電極１２５に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また、陽極酸化により形成された誘電体層１２４は、化成電圧までは絶縁破壊しないので、誘電体層１２４の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０１７９】
＜６．第５の実施形態＞
次に、第１の実施形態で説明した本発明の可変焦点レンズと同様の構成のレンズを利用して、ズームレンズを構成する例について説明する。
【０１８０】
［ズームレンズの構成］
図２０は、本実施形態のズームレンズの一例の概略断面構成図である。ズームレンズ１３５は、２つの可変焦点レンズ１４０及び１６０により構成される。可変焦点レンズ１４０及び１６０はともに、第１の実施形態で説明した構成、例えば、図７、９〜１１及び１３に示す構成の可変焦点レンズである。
【０１８１】
可変焦点レンズ１４０（第１可変焦点レンズ部）は、レンズ本体部１４０ａと、電圧印加部２０とで構成される。レンズ本体部１４０ａは、例えば円筒形状の容器１５０の両側の開口端部１５０Ａ及び１５０Ｂをそれぞれガラス等の第２光透過性部材１４８及び第１光透過性部材１４９を液密に封止することにより構成される。そして、その内部には導電性または有極性の第１液体１４１と、絶縁性の第２液体１４２とが収容される。
【０１８２】
第１液体１４１としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、またはイオン性液体を用いることができる。一方、第２液体１４２としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。また、本実施形態では、第１液体１４１の屈折率は第２液体１４２の屈折率よりに小さくなるように、各液体の材料を選定する。
【０１８３】
また、容器１５０の内壁面、開口端部１５０Ｂ及び外壁面に渡って第１電極１４５が形成される。なお、第１電極１４５としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。この際、第１電極１４５の容器１５０の他方の開口端部１５０Ａ側の端部は、該開口端部１５０Ａから離間して配置される。そして、容器１５０の内壁面上に形成された第１電極１４５の電極部分の表面は、陽極酸化され、金属酸化物からなる誘電体層１４４（第１誘電体層）が形成される。
【０１８４】
また、容器１５０の内壁面上に形成された誘電体層１４４及び第１光透過性部材１４９の液体側の面には撥水膜１４３（第１撥液膜）が被着される。なお、本実施形態においても、第１の実施形態の可変焦点レンズと同様に、撥水膜１４３の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。このためには、撥水膜１４３の形成材料として、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【０１８５】
一方、容器１５０の開口端部１５０Ａ側に配置した第２光透過性部材１４８の内面には、例えばリング状の第２電極１４７を形成する。すなわち、第２光透過性部材１４８と容器１５０の開口端部１５０Ａとの間に第２電極１４７を配置する。第２電極１４７は、例えば、第２光透過性部材１４８の液体側の外周近傍領域の面及び外周側面にわたって形成される。ただし、第２電極１４７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく、例えば円形状とし、第２光透過性部材１４８の液体側の面全体に渡って形成してもよい。
【０１８６】
また、本実施形態では、第２電極１４７及び第２光透過性部材１４８の液体側の面を覆って親水膜１４６、いわゆる親水コートを被着する。ただし、第２光透過性部材１４８をガラスで形成し、その液体側の表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水膜１４６を形成しなくてもよい。
【０１８７】
そして、電圧印加部２０（第１電圧印加部）は、容器１５０の外壁面に形成された第１電極１４５と、第２光透過性部材１４８の外周付近に形成された第２電極１４７とに接続される。なお、電圧印加部２０は、本実施形態のズームレンズ１３５を備える撮像装置等の光学装置に含まれる本体駆動部２１に接続されている。電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、第１の実施形態（図８参照）と同様の構成にすることができる。すなわち、可変焦点レンズ１４０は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の電圧信号）により駆動される。なお、本体駆動部２１は、可変焦点レンズ１４０内に含まれていてもよい。
【０１８８】
他方の可変焦点レンズ１６０（第２可変焦点レンズ部）は、レンズ本体部１６０ａと、電圧印加部２０とで構成される。レンズ本体部１６０ａは、例えば円筒形状の容器１７０の両側の開口端部にガラス等の第４光透過性部材１６８及び第３光透過性部材１６９を液密に封止することにより構成される。そして、その内部には導電性または有極性の第３液体１６１と、絶縁性の第４液体１６２とが収容される。
【０１８９】
第３液体１６１としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、またはイオン性液体を用いることができる。一方、第４液体１６２としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。また、本実施形態では、第３液体１６１の屈折率は第４液体１６２の屈折率よりに小さくなるように、各液体の材料を選定する。
【０１９０】
また、容器１７０の内壁面、開口端部１７０Ｂ及び外壁面に渡って第３電極１６５が形成される。なお、第３電極１６５としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。この際、第３電極１６５の容器１７０の他方の開口端部１７０Ａ側の端部は、該開口端部１７０Ａから離間して配置される。そして、容器１７０の内壁面上に形成された第３電極１６５の電極部分の表面は、陽極酸化され、金属酸化物からなる誘電体層１６４（第２誘電体層）が形成される。
【０１９１】
また、容器１７０の内壁面上に形成された誘電体層１６４及び第３光透過性部材１６９の液体側の面には撥水膜１６３（第２撥液膜）が被着される。なお、本実施形態においても、第１の実施形態の可変焦点レンズと同様に、撥水膜１６３の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。このためには、撥水膜１６３の形成材料として、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【０１９２】
一方、容器１７０の開口端部１７０Ａ側に配置した第４光透過性部材１６８の内面には、例えばリング状の第４電極１６７を形成する。すなわち、第４光透過性部材１６８と容器１７０の開口端部１７０Ａとの間に第４電極１６７を配置する。第４電極１６７は、例えば、第４光透過性部材１６８の液体側の外周近傍領域の面及び外周側面にわたって形成される。ただし、第４電極１６７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく、例えば円形状とし、第４光透過性部材１６８の液体側の面全体に渡って形成してもよい。
【０１９３】
また、本実施形態では、第４電極１６７及び第４光透過性部材１６８の液体側の面を覆って親水膜１６６、いわゆる親水コートを被着する。ただし、第４光透過性部材１６８をガラスで形成し、その液体側の表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水膜１６６を形成しなくてもよい。なお、本実施形態では、可変焦点レンズ１４０の第２光透過性部材１４８と、可変焦点レンズ１６０の第４光透過性部材１６８とが対向するように、両可変焦点レンズを配置する例を示す。
【０１９４】
そして、電圧印加部２３（第２電圧印加部）は、容器１７０の外壁面に形成された第３電極１６５と、第４光透過性部材１６８の外周付近に形成された第４電極１６７とに接続される。なお、電圧印加部２３は、本実施形態のズームレンズ１３５を備える撮像装置等の光学装置に含まれる本体駆動部２４に接続されている。電圧印加部２３及び本体駆動部２４は、第１の実施形態（図８参照）と同様の構成にすることができる。すなわち、可変焦点レンズ１６０は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の電圧信号）により駆動される。なお、本体駆動部２４は、可変焦点レンズ１６０内に含まれていてもよい。
【０１９５】
上述のように、本実施形態のズームレンズ１３５は、２つの可変焦点レンズ１４０及び１６０で構成しているので、全体として、導電性液体（第１及び第３液体）と絶縁性液体（第２及び第４液体）との界面を２つ備えた構成となる。
【０１９６】
［ズームレンズの動作］
まず、最初に、図２０に示すように、可変焦点レンズ１４０の第１液体１４１が凸状になっており、可変焦点レンズ１６０の第３液体１６１が凹状となっている状態を考える。この状態は、例えば、可変焦点レンズ１４０に印加する電圧Ｖ１１を比較的低い値（例えばＶ１１＝０）に設定し、可変焦点レンズ１６０に印加する電圧Ｖ２１を比較的高い値に設定する（Ｖ２１＞Ｖ１１）ことにより作りだすことができる。
【０１９７】
この状態では、可変焦点レンズ１４０の容器１５０の撥水膜１４３上で発生するエレクトロウェッティング現象は比較的弱いので、可変焦点レンズ１４０内の第１液体１４１の撥水膜１４３に対する接触角θ（Ｖ１１）は比較的大きくなる。一方、可変焦点レンズ１６０では、容器１７０の撥水膜１６３上で発生するエレクトロウェッティング現象は比較的強くなる。これにより、第３液体１６１の撥水膜１６３に対する濡れ性が大きくなるので、第３液体１６１の撥水膜１６３に対する接触角θ（Ｖ２１）が比較的小さくなる。
【０１９８】
このような状態において、可変焦点レンズ１４０の第１光透過性部材１４９側から光Ｌｉを入射すると、可変焦点レンズ１４０は凹レンズであるので、入射光の光束を広げて出射する。可変焦点レンズ１４０を通過した光は、光束を広げながら可変焦点レンズ１６０に入射される。そして、可変焦点レンズ１６０は凸レンズであるので、入射された光を例えば幅広の平行光にして出射する。次いで、可変焦点レンズ１６０から出射された光はその出射側に設けられる光学レンズ１３６により集光され、撮像面１３７に結像される。
【０１９９】
次に、それぞれの可変焦点レンズ１４０及び１６０に印加する電圧を変化させて、各可変焦点レンズ内の導電性液体及び絶縁性液体間の界面形状を変化させる。具体的には、例えば、可変焦点レンズ１４０に印加する電圧Ｖ１２を比較的高く設定し、可変焦点レンズ１６０では印加する電圧Ｖ２２を比較的低く（例えばＶ２２＝０）設定する。この際の各可変焦点レンズ内における導電性液体及び絶縁性液体間の界面形状の状態を図２１に示す。なお、図２１のズームレンズの構成において、図２０と対応する部分には同一符号を付して示す。
【０２００】
この場合、可変焦点レンズ１４０では、容器１５０の撥水膜１４３上で発生するエレクトロウェッティング現象は比較的強くなる。これにより、第１液体１４１の撥水膜１４３に対する濡れ性が大きくなるので、第１液体１４１の撥水膜１４３に対する接触角θ（Ｖ１２）が比較的小さくなる。一方、可変焦点レンズ１６０では、容器１７０の撥水膜１６３上で発生するエレクトロウェッティング現象は比較的弱くなるので、第３液体１６１の撥水膜１６３に対する接触角θ（Ｖ２２）が比較的大きくなる。その結果、図２１の状態では、可変焦点レンズ１４０の第１液体１４１が凹状になり、可変焦点レンズ１６０の第３液体１６１は凸状となる。
【０２０１】
このような状態において、可変焦点レンズ１４０の第１光透過性部材１４９側から光Ｌｉを入射すると、可変焦点レンズ１４０は凸レンズであるので、入射光の光束が収束して出射する。可変焦点レンズ１４０を通過した光は光束を狭くしながら可変焦点レンズ１６０に入射される。可変焦点レンズ１６０は凹レンズであるので、入射された光を例えば幅狭の平行光にして出射する。次いで、可変焦点レンズ１６０から出射された光はその出射側に設けられる光学レンズ１３６により集光され、撮像面１３７に結像される。
【０２０２】
本実施形態では、上述のようにして、可変焦点レンズ１４０及び１６０に印加する電圧を制御して各レンズの焦点距離を制御する。これにより、例えば図２０に示す状態では広角レンズを、図２１に示す状態では望遠レンズを構成することができる。すなわち、電圧制御によりズームレンズ１３５の倍率を精度よく制御することができる。
【０２０３】
上述のように、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した本実施形態のズームレンズ１３５では、次のような効果が得られる。
【０２０４】
本実施形態のズームレンズ１３５内の２つの可変焦点レンズ１４０及び１６０は、それぞれ電圧印加部２０および２３により、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧で駆動される。それゆえ、可変焦点レンズ１４０及び１６０に印加する電圧の可変範囲が、電極上に形成する誘電体層の負極性における耐電圧により制限されず、より広い電圧可変範囲でズームレンズ１３５を駆動することができる。
【０２０５】
また、本実施形態においても、上述した第１〜４の実施形態と同様に、各可変焦点レンズの電極と導電性液体との間に介在させる誘電体層として電極を陽極酸化して形成した金属酸化物を用いるので、次の効果が得られる。誘電体層の膜厚を従来の真空薄膜形成方法で作成した場合よりも薄くすることができる。これにより、誘電体層の厚さを低減することができ、より高い誘電率の材料を容易に利用できるので、導電性液体及び絶縁性液体間の界面形状を所望の形状に変化させるための駆動電圧を従来に比べて格段に低減することができる。
【０２０６】
さらに、本実施形態では、従来に比べて簡易な製造方法で誘電体層を形成することができ、精度良く均一な膜厚で成膜することができる。これにより、誘電体層の膜厚のばらつきに起因する界面形状の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度にズーム機能を制御することができる。また、下地すなわち容器を絶縁性材料で形成した場合にはその上に形成される電極に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また、陽極酸化により形成された誘電体層は、化成電圧までは絶縁破壊しないので、誘電体層の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０２０７】
［変形例６］
図２０及び２１に示す例では、ズームレンズ１３５として本発明の可変焦点レンズを２つ組み合わせた例を示すが、３つ以上組み合わせることによって、導電性液体及び絶縁性液体間の界面を３つ以上設ける構成にしてもよい。また、２つの可変焦点レンズを一体化して、１つの容器内に２つの界面を構成することも可能である。変形例６では、１つの容器内に、２つの界面を形成してズームレンズを構成する例を説明する。
【０２０８】
１つの容器内に、導電性液体及び絶縁性液体間の界面を２つ設ける場合は、例えば円筒状やすり鉢状等の容器の両方の開口端側に、それぞれ導電性または有極性の液体を配置し、その間に絶縁性の液体を介在させる構成とする。そして、両端の導電性または有極性の液体に印加する電極を分離して、それぞれ個別に電圧制御を行う構成にすればよい。
【０２０９】
図２２に、変形例６のズームレンズの概略構成を示す。この例のズームレンズ１８０は、レンズ本体部１８０ａと、２つの電圧印加部２０及び２３とで構成される。
【０２１０】
レンズ本体部１８０ａは、例えば円筒形状の容器１５１の両側の開口端部にガラス等の第１光透過性部材１５６及び第２光透過性部材１７７を液密に封止することにより構成される。また、この例では、レンズ本体部１８０ａの内部には導電性または有極性の第１液体１８１及び第３液体１８３と、絶縁性の第２液体１８２とが収容される。そして、レンズ本体部１８０ａの内部では、第２液体１８２が第１液体１８１及び第３液体１８３の間に配置される。
【０２１１】
変形例６のズームレンズ１８０では、容器１５１の第１光透過性部材１５７側の内壁面の一部、開口端部及び外壁面の一部に渡って第１電極１５２が形成される。また、第１電極１５２の液体側の面、すなわち容器１５１の内壁面上の電極部分を陽極酸化して所定の誘電率を有する誘電体層１５３（第１誘電体層）を形成する。そして、誘電体層１５３上には撥水膜１５４（第１撥液膜）が被着される。
【０２１２】
また、第１光透過性部材１５７の液体側の表面には、リング状等の第２電極１５６が形成されており、第１電極１５２と第２電極１５６との間には絶縁性部材１５５が設けられる。そして、第１電極１５２と第２電極１５６とが電圧印加部２０（第１電圧印加部）に接続され、電圧印加部２０は変形例６のズームレンズ１８０が装着された撮像装置等の光学装置の本体駆動部２１に接続される。なお、本体駆動部２１は、ズームレンズ１８０内に含まれていてもよい。
【０２１３】
また、変形例６のズームレンズ１８０では、容器１５１の第２光透過性部材１７７側の内壁面の一部、開口端部及び外壁面の一部に渡って第３電極１７２が形成される。また、第３電極１７２の液体側の面、すなわち容器１５１の内壁面上の電極部分を陽極酸化して所定の誘電率を有する誘電体層１７３（第２誘電体層）を形成する。そして、誘電体層１７３上には撥水膜１７４（第２撥液膜）が被着される。
【０２１４】
また、第２光透過性部材１７７の液体側の表面には、リング状等の第４電極１７６が形成されており、第３電極１７２と第４電極１７７との間には絶縁性部材１７５が設けられる。そして、第３電極１７２と第４電極１７７とが電圧印加部２３（第２電圧印加部）に接続され、電圧印加部２３は変形例６のズームレンズ１８０が装着された撮像装置等の光学装置の本体駆動部２４に接続される。なお、本体駆動部２１は、ズームレンズ１８０内に含まれていてもよい。また、変形例６の電圧印加部２０，２３及び本体駆動部２１，２４はそれぞれ、図８で説明した電圧印加部２０及び本体駆動部２１と同様の構成である。
【０２１５】
変形例６のズームレンズ１８０では、電圧印加部２０により第１電極１５２と第２電極１５６との間に印加する電圧を制御することにより、第１液体１８１及び第２液体１８２間の界面の曲率を自由に制御することができる。一方、電圧印加部２３により第３電極１７２と第４電極１７６との間に印加する電圧を制御することにより、第２液体１８２及び第３液体１８３間の界面の曲率を自由に制御することができる。この場合、１つのズームレンズ１８０において、２つの変形可能な界面を有する構成となり、いわば１つの可変焦点レンズでズームレンズを構成することが可能となる。
【０２１６】
変形例６においても、電圧印加部２０，２３を備えているので、低電圧で且つより広い電圧可変範囲でズームレンズ１８０を駆動することができる。また、変形例６においても、この導電性または有極性を有する液体と電極との間に介在させる誘電体層を、電極の表面を陽極酸化して形成した金属酸化膜を用いる。それゆえ、上述した第５の実施形態と同様の効果が得られる。
【０２１７】
＜７．第６の実施形態＞
次に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した撮像装置の一例を説明する。図２３に、本実施形態の撮像装置の概略構成例を示す。
【０２１８】
撮像装置１９０は、主に、光学系１９１と、光学系１９１を介して入射された光を電気信号に変換して画像データを取得する固体撮像素子１９６と、取得した画像データに所定の処理を施す画像処理部１９８と、各部の動作を制御する制御部１９７とを備える。なお、固体撮像素子１９６は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）デバイス等で構成することができる。これらのデバイスは、照射された光エネルギーを電荷に変換する複数の光電変換部、この電荷を蓄積する電荷蓄積部、電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部を有する。
【０２１９】
また、本実施形態では、光学系１７１は、主に、ズームレンズ１９２と、絞り機構１９３と、フォーカスレンズ１９４と、シャッター１９５とを備え、光Ｌｉの入射側からこの順で配置される。本実施形態では、ズームレンズ１９２、絞り機構１９３、フォーカスレンズ１９４、シャッター１９５のうち少なくとも１つを、上述したエレクトロウェッティング現象を利用とした光学素子を用いる。
【０２２０】
すなわち、ズームレンズ１９２、絞り機構１９３、フォーカスレンズ１９４、シャッター１９５のうち少なくとも１つ（光学素子）は、次のような構成にする。一対の光透過性部材の間に導電性または有極性を有する第１液体と絶縁性を有する第２液体とを収容する構成とする。また、第１液体に誘電体層を介在して電圧を印加する第１電極と、第１液体に導通する第２電極とを有する構成とする。そして、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧で光学素子を駆動する電圧印加部を備える構成とする。なお、誘電体層は、第１電極を陽極酸化して形成した金属酸化物で構成する。
【０２２１】
より具体的には、ズームレンズ１９２としては、例えば、第５の実施形態（図２０）及び変形例６（図２２）で説明したズームレンズを用いることができる。絞り機構１９３及びシャッター１９５として、例えば、第４の実施形態（図１９）で説明した光学素子を用いることができる。そして、フォーカスレンズ１９４としては、例えば、第１の実施形態（図７）、変形例１〜３（図９〜１１）及び変形例５（図１３）で説明した可変焦点レンズを用いることができる。
【０２２２】
上述のように構成した本実施形態の撮像装置では、次のような効果が得られる。
【０２２３】
本実施形態では、電圧印加部により、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧を、ズームレンズ１９２、絞り機構１９３、フォーカスレンズ１９４、シャッター１９５のうち少なくとも１つに印加して駆動する。それゆえ、これらの光学素子に印加する電圧の可変範囲が誘電体層の負極性における耐電圧により制限されず、より広い電圧可変範囲で駆動することができる。また、従来に比べて高精度にズームレンズ１９２、絞り機構１９３、フォーカスレンズ１９４、シャッター１９５のうち少なくとも１つを制御することができる。
【０２２４】
また、ズームレンズ１９２、絞り機構１９３、フォーカスレンズ１９４、シャッター１９５のうち少なくとも１つでは、第１電極と第１液体との間に介在させる誘電体層として第１電極を陽極酸化して形成した金属酸化膜を用いる。それゆえ、より簡易に製造することができるとともに、駆動電圧を従来に比べて格段に低減することができる。さらに、第１電極を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避することができ、また、誘電体層の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０２２５】
＜８．第７の実施形態＞
次に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した光変調装置の一例を説明する。
【０２２６】
［光変調装置の構成］
図２４に、本実施形態の光変調装置の要部の概略断面構成を示す。光変調装置２１０は、例えば第４の実施形態で説明したシャッター機能を有する光学素子（図１９）と同様の構成を有する光変調素子を複数備える。なお、図２４の例では、光変調素子２２０a、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、…を一方向に配列した場合の断面を示しているが、例えば、図２４の紙面に垂直な方向にも同様に複数の光変調素子を配置し、２次元状に光変調素子を並置配列してもよい。
【０２２７】
光変調装置２１０は、主に、平板状の第１光透過性部材２１９と、平板状の第２光透過性部材２１８と、これらの光透過性部材間に配置された複数の光変調素子２２０a、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、…とを備える。
【０２２８】
各光変調素子の容器２１５は、例えば、円筒形状の金属製部材で形成される。そして、本実施形態では、容器２１５を、第１電極として用いる。第１電極２１５（容器）の形成材料としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。なお、本発明はこれに限定されず、例えば円筒形状の絶縁性部材等よりなる容器を用いて、その一部の表面に第１電極２１５を形成してもよい。
【０２２９】
各光変調素子２２０ａ、２２０ｂ、…の内部には、導電性または有極性を有する第１液体２１１と、絶縁性の第２液体２１２が収容される。第１液体２１１及び第２液体２１２のうちいずれか一方の光透過性が他方の光透過性より低くなるように材料を選択する。図２４の例では第２液体２１２の光透過性が、第１液体２１１の光透過性により低くなるように、第１液体２１１及び第２液体２１２の材料を選択する。また、図２４の例では、第２液体２１２が第１光透過性部材２１９側に配置されるように注入される。
【０２３０】
第１液体２１１としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、またはイオン性液体を用いることができ、第２液体２１２としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。
【０２３１】
また、本実施形態では、各第１電極２１５の表面には、その全面に渡って陽極酸化により形成された金属酸化物からなる誘電体層２１４（陽極酸化膜）が設けられる。そして、第１電極２１５の一方の開口端部に、第１光透過性部材２１９がエポキシ樹脂等により封止される。
【０２３２】
また、第１電極２１５の内壁面及び第１光透過性部材２１９の液体側の面に撥水膜２１３（撥液膜）が被着される。なお、撥水膜２１３の膜厚は、上述した実施形態と同様に十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。このためには、撥水膜２１３の形成材料として、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【０２３３】
一方、第２光透過性部材２１８の表面の所定位置には、例えばリング状の第２電極２１７及び親水膜２１６が複数設けられる。そして、第１電極２１５の他方の開口端部は、親水膜１１６及び例えばリング状の第２電極１１７を介して第２光透過性部材２１８により封止されて、各光変調素子の内部が液密に保持される。上述のようにして、第１液体２１１に誘電体層２１４を介して電圧を印加する第１電極２１５、及び、第１液体２１１に導通する第２電極２１７が各光変調素子に設けられる。
【０２３４】
そして、各光変調素子の第１電極２１５及び第２電極２１７が電圧印加部２０に接続される。なお、電圧印加部２０は、例えば第１光透過性部材２１９及び第２光透過性部材２１８の間、またはこれらの光透過性部材の外部に配置される。電圧印加部２０を光透過性部材の外部に配置する場合、第１電極２１５及び第２電極２１７から導通部材を引き出して、その導通部材と電圧印加部２０とを接続する。図２４では、第１光透過性部材２１９及び第２光透過性部材２１８の間に電圧印加部２０を設ける例を示す。
【０２３５】
また、電圧印加部２０は、本体駆動部２１（駆動部）に接続されており、図２４の例では、第１光透過性部材２１９及び第２光透過性部材２１８の外部に本体駆動部２１を設ける。なお、電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、第１の実施形態（図８）と同様の構成にすることができる。すなわち、光変調装置２１０内の各光変調素子は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の電圧信号）により駆動される。なお、各光変調素子の電圧制御は、それぞれ個別に行う。
【０２３６】
なお、本体駆動部２１は、例えば画像、文字などの情報信号に対応して、各光変調素子２２０ａ、２２０ｂ、…に印加する電圧を変調することもできる。例えば、第２光透過性部材２１８としては、従来の液晶表示装置で用いられているアクティブ素子アレイ基板を用いた場合、走査線及び信号線を選択することによって、画像や文字情報等に対応して各電極に適切な電圧を印加することが可能である。なお、アクティブ素子アレイ基板は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）のようなスイッチング用アクティブ素子とこれに接続される画素電極、走査線及び信号線とをマトリクス状に配設した基板である。
【０２３７】
［光変調装置の動作］
本実施形態の光変調装置２１０では、入力される情報信号に対応して、各光変調素子の第１電極２１５及び第２電極２１７に印加する電圧を変化させ、各光変調素子内部の第１液体２１１及び第２液体２１２の界面形状を変形する。これにより、入力される情報信号に対応して、光変調素子毎に第１液体２１１及び第２液体２１２を透過する光の光量が制御される。
【０２３８】
より具体的に説明すると、第１電極２１５及び第２電極２１７間に比較的高い電圧を印加した状態では、第１電極２１５の内壁面上に形成された撥水膜２１３に対する第１液体２１１の接触角が比較的小さくなる。この結果、第１液体２１１と第１光透過性部材２１９側表面の撥水膜２１３との間に光透過性の低い第２液体２１２が配置された状態となる。すなわち、第１液体２１１及び第２液体２１２の界面が球面の一部形状を保持し、光透過性の低い第２液体２１２が第１光透過性部材２１９側でいわば一枚の光遮蔽膜となる。この場合、この光変調素子を通過する光は遮光される。図２４の例では、光変調素子２２０ａ及び２２０ｄがこの状態になっている。
【０２３９】
逆に、第１液体２１５及び第２電極２１７間に印加する電圧を比較的低くすると、第１電極２１５の内壁面上形成された撥水膜２１３に対する第１液体２１１の接触角が大きくなる。これにより、第１液体２１１から第２液体２１２に押圧力が働き、第２液体２１２が第１電極２１５側の内壁面に押し付けられる。この結果、第１液体２１１が第１光透過性部材２１９側表面の撥水膜２１３に接触し、光変調素子の中央に開口部が生成され、光の一部を通過させる。図２４の例では、光変調素子２２０ｂ及び２２０ｃがこの状態になっている。
【０２４０】
このように、第１電圧２１５及び第２電極２１７間に印加する電圧を調整することにより、第２液体２１２が第１光透過性部材２１９の液体側の面に押し付けられる度合いが変化する。すなわち、第１電圧２１５及び第２電極２１７間に印加する電圧を制御することにより、光変調素子の第１光透過性部材２１９側に形成される開口部の大きさを制御することができる。したがって、本実施形態では、入力される情報信号に基づいて、各光変調素子２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、…に印加する電圧を制御することにより、各光変調素子を通過する光の光量を制御することができる。それゆえ、各光変調素子２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、…をそれぞれ一画素として構成することで、表示装置に適用可能な光変調装置２１０を構成することが可能である。
【０２４１】
上述のように構成した本実施形態の光変調装置では、次のような効果が得られる。
【０２４２】
本実施形態では、電圧印加部２０により、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧を、光変調装置２１０内の各光変調素子に印加して駆動する。それゆえ、光変調装置２１０内の各光変調素子に印加する電圧の可変範囲が、誘電体層の負極性における耐電圧により制限されず、より広い電圧可変範囲で光変調装置２１０を駆動することができる。
【０２４３】
また、光変調装置２１０内の各光変調素子では、第１電極２１５と第１液体２１１との間に介在させる誘電体層２１４として第１電極２１５を陽極酸化して形成した金属酸化膜を用いる。それゆえ、本実施形態では、製造方法をより簡易にすることができるとともに、誘電体層２１４の膜厚を従来の真空薄膜形成方法で作成した場合よりも薄くすることができる。これにより、誘電体層２１４としてより高い誘電率の材料を容易に利用できるので、第１液体２１１及び第２液体２１２間の界面形状を所望の形状に変化させるための駆動電圧を従来にくらべて格段に低減することができる。
【０２４４】
さらに、本実施形態では、従来に比べて精度良く均一な膜厚で誘電体層２１４を成膜することができるので、膜厚のばらつきに起因する界面形状の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度に各光変調素子を制御することができる。また、容器を絶縁性材料で形成し、その表面にバルブ金属膜より成る第１電極を形成した場合には、第１電極に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また、陽極酸化により形成された誘電体層２１４は、化成電圧までは絶縁破壊しないので、誘電体層２１４の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０２４５】
＜９．第８の実施形態＞
次に、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した表示装置の一例を説明する。なお、本実施形態では、上述した第７の実施形態例で説明した光変調装置２１０を用いて表示装置を構成する例を説明する。
【０２４６】
図２５に、本実施形態の表示装置の概略構成を示す。表示装置２２５は、主に、光変調装置２１０（光変調装置部）と、その一方の側（背面側）に配置された光源装置２２７（光源）と、他方の側（前面側）に配置されたカラーフィルタ２２６とで構成される。
【０２４７】
光変調装置２１０は、複数の光変調素子２２０を有し、それらは、画素に対応して２次元状に配列される。カラーフィルタ２２６は、各画素すなわち各光変調素子２２０に対応した複数のセグメントで構成される。各セグメントは、例えば、３原色である赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）のいずれかのセグメントに分類される。また、光変調素子２２０に対応するカラーフィルタ２２６のセグメントの配列パターンは、図２５に示すような正方格子状の配列以外では、ストライプ配列やデルタ配列などとしてもよい。
【０２４８】
なお、光源装置２２７の光出射側（光変調装置２１０側）の表面には光波の位相差を補償して広視野角化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えた光学シート群等を配置してもよい。また、白黒表示を行う表示装置２２５の場合には、カラーフィルタ２２６を設けなくてもよい。
【０２４９】
上述のように構成した本実施形態の表示装置２２５では、次のような利点が得られる。
【０２５０】
本実施形態の表示装置２２５では、エレクトロウェッティング現象を利用した光変調装置２１０を用いているので、広い電圧可変範囲で駆動することができる。さらに、従来に比べて高精度に光変調素子を制御することが可能となり、より諧調制御が精度良く行われ、表示特性の良好な表示装置２２５を提供することができる。
【０２５１】
本実施形態の表示装置２２５の光変調装置２１０では、一方の電極と導電性液体との間に介在させる誘電体層として該電極を陽極酸化して形成した金属酸化膜を用いる。それゆえ、本実施形態では、各部の製造方法をより簡易にすることができるとともに、駆動電圧を従来に比べて格段に低減することができる。また、一方の電極を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避することができ、また、誘電体層の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０２５２】
＜１０．第９の実施形態＞
次に、本発明のエレクトロウェッティング装置をストロボ装置に適用した例について説明する。
【０２５３】
［ストロボ装置の構成］
図２６に、本実施形態のストロボ装置の概略構成例を示す。ストロボ装置２３０（ストロボ回路部）は、主に、閃光放電管２３１（光源）と、反射傘２３２と、光学プリズム２３３と、光拡散素子２３４と、ストロボ回路２３５と、本体駆動部２１とを備える。
【０２５４】
光学プリズム２３３は閃光放電管２３１から発光された光の配光を制御する。ストロボ回路２３５は、閃光放電管２３１の発光を制御する。なお、ストロボ回路２３５の動作は、本体駆動部２１の制御部（図８中の制御部２１ｂに対応）により制御される。
【０２５５】
光拡散素子２３４は、エレクトロウェッティング現象を利用した光学素子であり、光学プリズム２３３を介して入射された光Ｌｉを拡散して所定の照射角で光を出射する（図２６中の出射光Ｌｏ）。光拡散素子２３４は、素子本体部２３４ａと、電圧印加部２０とで構成される。素子本体部２３４ａは、アレイ状に配列された複数の光学素子１４０から構成される。なお、図２６の例では、説明を簡略化するために光学素子１４０を３つのみ記載する。
【０２５６】
なお、本実施形態では、光学素子１４０は、第５の実施形態で説明した可変焦点レンズ１４０（図２０参照）と同じ構成の素子を用いる。それゆえ、ここでは、光学素子１４０の構成の説明は省略する。なお、本実施形態では、各光学素子１４０の第１電極１４５及び第２電極１４７（ともに図２６では不図示）は、電圧印加部２０に接続されている。
【０２５７】
電圧印加部２０及び本体駆動部２１は、第１の実施形態（図８）と同様の構成にすることができる。すなわち、各光学素子１４０は、正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧（例えば、図３または図４の電圧信号）により駆動される。
【０２５８】
［ストロボ装置の動作］
次に、本実施形態のストロボ装置２３０の動作を説明する。なお、以下の動作説明では、示す光学素子１４０の構成部の符号には、第５の実施形態の可変焦点レンズ１４０の構成部と同じ符号を付して説明する（図２０参照）。
【０２５９】
光拡散素子２３４内の各光学素子１４０内には、導電性または有極性の第１液体１４１と、絶縁性の第２液体１４２とが収容されている。そして、その収容室の第２光透過性部材１４８側の内壁には親水膜１４６（図２６では不図示）が形成され、第１光透過性部材１４９及び容器１５０側の内壁には撥水膜１４３（図２６では不図示）が形成されている。それゆえ、第１液体１４１及び第２液体１４２間の界面は、光入射側から見て凸状になる。
【０２６０】
このような状態において、光拡散素子２３４に光Ｌｉを入射すると、第１液体１４１の屈折率は第２液体１４２の屈折率より小さいので、界面を通過した光はその光束を広げて出射される。本実施形態では、各光学素子１４０を同じ構造にしているので、各光学素子１４０から出射される光束の広がり度も同じとなる。
【０２６１】
ここで、光拡散素子２３４に電圧印加部２０から印加する電圧を変化させると、エレクトロウェッティング現象により、第１液体１４１の撥水膜１４３に対する接触角θが変化し、第１液体１４１及び第２液体１４２間の界面形状が変化する。そして、第１液体１４１及び第２液体１４２間の界面形状が変化すると、各光学素子７０から出射される光束の広がり度が変化する。すなわち、光拡散素子２３４に印加する電圧を変化させることにより、ストロボ装置２３０から発光される光の照射角を変化させることができる。それゆえ、本実施形態のストロボ装置２３０では、電圧制御によりストロボ装置２３０から発光される光の照射角を精度よく制御することができる。
【０２６２】
上述のように構成した本実施形態のストロボ装置２３０では、次のような効果が得られる。
【０２６３】
本実施形態では、電圧印加部２０により光拡散素子２３４に電圧を印加する際、図３または図４に示すような正極性の電圧範囲内で所定周期で変動する交流電圧を各光学素子１４０に印加する。それゆえ、本実施形態では、ストロボ装置２３０に印加する電圧の可変範囲が誘電体層の負極性における耐電圧により制限されず、より広い電圧可変範囲でストロボ装置２３０を駆動することができる。
【０２６４】
また、本実施形態のストロボ装置２３０内の各光学素子１４０では、第１電極１４５と第１液体１４１との間に介在させる誘電体層１４４として第１電極１４５を陽極酸化して形成した金属酸化膜を用いる。それゆえ、光学素子１４０の製造方法をより簡易にすることができるとともに、駆動電圧を従来に比べて格段に低減することができる。また、第１電極１４５を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避することができ、また、誘電体層１４４の絶縁破壊強度を十分高くすることができる。
【０２６５】
以上、上記実施形態では、本発明のエレクトロウェッティング装置を適用した可変焦点レンズ、液滴装置、絞り機能またはシャッターの機能を備える光学素子、ズームレンズ、光変調装置、表示装置及びストロボ装置について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。その他、エレクトロウェッティング現象を利用する各種の装置に適用することが可能である。
【０２６６】
例えば、可変焦点レンズを用いる種々の光学装置、例えば光学測定装置、光学読み取り装置などにも適用可能である。また、第１液体または第２液体のどちらか一方を光透過性材料とし、他方を反射率の高い材料を用いて構成することによって、光の偏向方向を制御する光スイッチ素子を構成することも可能である。
【０２６７】
また、本発明のエレクトロウェッティング装置は、液体の表面形状の変化を利用して液体を噴出させる流体ジェット装置やこれを利用したインクジェット方式のプリンタ装置にも適用可能である。
【０２６８】
さらに、マイクロウエッティング現象を利用した微小な液滴のミキサー装置、またこれを利用した種々の化学測定装置や生化学測定装置にも本発明を適用することができる。
【０２６９】
また、液滴の表面形状の変化による高さ（厚さ）の変化を利用して、この液滴の上面に載置する例えば板状部材の位置制御を行い、これにより例えばゴニオメーター（角度計）の機能を備える制御装置を実現することもできる。
【０２７０】
このようないずれのエレクトロウェッティング現象を利用した装置においても、本発明を適用することによって、上述の各実施形態例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２７１】
【図１】本発明のエレクトロウェッティング装置の概略構成図である。
【図２】エレクトロウェッティング装置の電圧印加部の内部構成を示す図である。
【図３】本発明のエレクトロウェッティング装置における駆動電圧の信号波形例である。
【図４】本発明のエレクトロウェッティング装置における駆動電圧の信号波形の別の例である。
【図５】本発明のエレクトロウェッティング装置の駆動制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、従来の電圧印加部の内部構成を示す図であり、図６（ｂ）は、従来の電圧印加部から出力される駆動電圧の信号波形例である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の可変焦点レンズの構成及び動作を説明するための図である。
【図８】第１の実施形態の可変焦点レンズの電圧印加部及びそれを駆動する本体駆動部の内部構成を示す図である。
【図９】変形例１の可変焦点レンズの概略構成断面図である。
【図１０】変形例２の可変焦点レンズの概略構成断面図である。
【図１１】変形例３の可変焦点レンズの概略構成断面図である。
【図１２】変形例４のレンズアレイの概略構成図である。
【図１３】変形例５の可変焦点レンズの概略構成図である。
【図１４】第２の実施形態の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図１５】第３の実施形態の液滴操作装置の概略構成図である。
【図１６】図１６（ａ）は、液滴操作装置の動作を説明するための断面図であり、図１６（ｂ）は、液滴操作装置の動作を説明するための上面図である。
【図１７】図１７（ａ）は、液滴操作装置の動作を説明するための断面図であり、図１７（ｂ）は、液滴操作装置の動作を説明するための上面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、液滴操作装置の動作を説明するための断面図であり、図１８（ｂ）は、液滴操作装置の動作を説明するための上面図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｃ）は、第４の実施形態の絞り機能またはシャッター機能を備える光学素子の構成及び動作を説明するための図である。
【図２０】第５の実施形態のズームレンズの構成及び動作を説明するための図である。
【図２１】第５の実施形態のズームレンズの構成及び動作を説明するための図である。
【図２２】変形例６のズームレンズの概略構成図である。
【図２３】第６の実施形態の撮像装置の概略構成図である。
【図２４】第７の実施形態の光変調装置の構成及び動作を説明するための図である。
【図２５】第８の実施形態の表示装置の概略構成図である。
【図２６】第９の実施形態のストロボ装置の概略構成図である。
【図２７】陽極酸化により形成された誘電体層の電気絶縁特性である。
【符号の説明】
【０２７２】
１…エレクトロウェッティング装置、２ａ…第１電極、２ｂ…第２電極、３…誘電体層、４…撥水膜（撥液膜）、５…導電性液体、６…電圧印加部、６ａ，２１ａ…電源、６ｂ，２０ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、６ｃ，２０ｂ…駆動部、６ｄ，２１ｂ…制御部、９，４３，１２０…容器、１０，３０，３５，４０，６０，１４０，１６０…可変焦点レンズ、１１，１２１，１４１，２１１…第１液体、１２，１２２，１４２，２１２…第２液体、１３，４７，１２３，１４３，１６３，２１３…撥水膜、１４，４５，１２４，１４４，１６４，２１４…誘電体層、１５，３２，４４，１２５，１４５，２１５…第１電極、１６，１２６，１４６，１６６，２１６…親水膜、１７，４８，１２７，１４７，２１７…第２電極、１８，３３，４９，１２８，１４８，２１８…第２光透過性部材、１９，４２，１２９，１４９，２１９…第１光透過性部材、２０，２３…電圧印加部、２１，２４…本体駆動部、３４，４６…絶縁性部材、５０…レンズアレイ、７０…光記録再生装置、７１…可変焦点レンズ、８０…光ピックアップ装置、８１…光源（光源部）、８２…光学系、８６…対物レンズ、８８…受光部、９０…対物レンズ駆動部、９１…光ヘッド駆動部、９２…回転駆動部、９５…光記録媒体、１００…液滴操作装置、１０１，１０２…基板、１０３…電極アレイ、１０３ａ〜１０３ｉ…電極（第１電極）、１０４ａ〜１０４ｉ…誘電体層、１０５，１０８…撥水膜（撥液膜）、１０６…液滴、１０７…絶縁性液体、１０９…共通電極（第２電極）、１３０…光学素子、１３５…ズームレンズ、１６１…第３液体、１６４…第４液体、１６８…第４光透過性部材、１６９…第３光透過性部材、１９０…撮像装置、１９１…光学系、１９２…ズームレンズ、１９３…絞り機構、１９４…フォーカスレンズ（可変焦点レンズ）、１９５…シャッター、１９６…撮像素子、１９７…制御部、１９８…画像処理部、２１０…光変調装置、２２０，２２０ａ〜２２０ｄ…光変調素子、２２５…表示装置、２２６…カラーフィルタ、２２７…光源装置（光源）、２３０…ストロボ装置、２３１…閃光放電管（光源）、２３２…反射傘、２３３…光学プリズム、２３４…光拡散素子、２３５…ストロボ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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