(57)【要約】【課題】入射する光の利用効率を高めることが可能な液体レンズ素子及び照明装置を提供する。【解決手段】本発明に係る液体レンズ素子１は、第１の基板４、第３の基板３、第２の基板５によって形成され、内部に液室６を有する本体と、液室６の内部に収容された屈折率の異なる第１の液体１２及び第２の液体１３の２液の界面で形成され、電気的に変形されることで光出射面から出射する光の配向性を変化させるレンズ面と、本体に設けられ、光入射面に入射した光の一部をレンズ面の光軸に向けて反射する反射面（導電層９）とを具備する。  この構成によれば、液体レンズ素子１の、液室６以外の領域に入射した光を、第１の反射面により反射させることが可能である。入射面の液室６以外の領域に入射した光が、本体に遮られることなく光軸方向に反射されることにより、入射する光を効率的に利用することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面と光出射面とを有し、内部に液室を形成する本体と、
前記液室の内部に収容された屈折率の異なる２液の界面で形成され、電気的に変形されることで前記光出射面から出射する光の配向性を変化させるレンズ面と、
前記本体に設けられ、前記光入射面に入射した光の一部を前記レンズ面の光軸に向けて反射する第１の反射面と
を具備する液体レンズ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の液体レンズ素子であって、
前記本体は、
前記光出射面を形成する第１の基板と、
前記光入射面を形成する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記液室の側周面を形成する貫通孔を有する第３の基板とを有する
液体レンズ素子。
【請求項３】
請求項２に記載の液体レンズ素子であって、
前記第１の反射面は、前記液室の側周面に設けられている
液体レンズ素子。
【請求項４】
請求項３に記載の液体レンズ素子であって、
前記第３の基板は絶縁性であり、
前記本体は、前記液室の側周面に設けられた導電層と、前記導電層を被覆する絶縁層とを有する
液体レンズ素子。
【請求項５】
請求項４に記載の液体レンズ素子であって、
前記第１の反射面は、前記導電層である
液体レンズ素子。
【請求項６】
請求項２に記載の液体レンズ素子であって、
前記第３の基板は光透過性であり、
前記第１の反射面は、前記本体の外周部に設けられている
液体レンズ素子。
【請求項７】
請求項６に記載の液体レンズ素子であって、
前記第３の基板は絶縁性であり、
前記本体は、前記液室の側周面に設けられた導電層と、前記導電層を被覆する絶縁層とを有する
液体レンズ素子。
【請求項８】
請求項２に記載の液体レンズ素子であって、
前記第３の基板は光透過性であり、
前記第１の反射面は、前記液室の側周面に設けられ、
前記液体レンズ素子は、前記本体の外周部に設けられている第２の反射面をさらに具備する
液体レンズ素子。
【請求項９】
請求項８に記載の液体レンズ素子であって、
前記第３の基板は絶縁性であり、
前記本体は、前記液室の側周面に設けられた導電層と、前記導電層を被覆する絶縁層とを有する
液体レンズ素子。
【請求項１０】
光入射面と光出射面とを有し、内部に液室を形成する本体と、
前記液室の内部に収容された屈折率の異なる２液の界面で形成され、電気的に変形されることで前記光出射面から出射する光の配向性を変化させるレンズ面と、
前記本体に設けられ、前記光入射面に入射した光の一部を前記レンズ面の光軸に向けて反射する内部反射面と
前記光入射面に入射する光を発生させる光源と、
前記光源からの光を前記液室に向けて収束させる集光面と
を具備する照明装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照明装置であって、
前記光入射面の前記液室の外側領域に配置され、前記光源からの光を前記集光面に反射する外部反射面をさらに具備する
照明装置。
【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効果を利用する液体レンズ素子及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロウェッティング（電気毛管現象）効果を利用した光学素子の開発が進められている。エレクトロウェッティング効果は、絶縁体を介して導電性を有する液体と電極との間に電圧を印加すると、液体が帯電することによってその界面自由エネルギーが減少し、気−液界面、あるいは液−液界面の形状（曲率）が変化する現象をいう。
【０００３】
この現象を利用して、液室に封入した屈折率の異なる２液に電圧を印加することにより、２液界面を変形させて焦点距離を変化させる液体レンズがある。
例えば下記特許文献１には、このような液体レンズである光学素子が開示されている。
【０００４】
この特許文献１に記載の光学素子は、貫通孔が形成されたシリコン基板と、その一方の面に接合され、貫通孔の一端を閉塞する第１の透明基板と、シリコン基板の他方の面に密閉層を介して対向配置される第２の透明基板によって、液体を収容するセルが形成されている。
【０００５】
貫通孔の内周面には撥水性の絶縁層が形成され、このセル内に、導電性の第１の液体と、屈折率を異にし、第１の液体と混和することのない絶縁性の第２の液体とが、上述の貫通孔の中に２液の界面が位置するように充填されている。この２液界面は、屈折率の異なる２液の界面であるため、通過する光はレンズ効果を受け屈折する。
【０００６】
第１の液体とシリコン基板間に電圧が印加されると２液界面の形状（曲率）が変化する。これにより、２液界面を通過する光は電圧非印加時に比べ拡散あるいは収束する。
【０００７】
この構成によれば、入射光は、第１及び第２の透明基板、第１及び第２の液体を通過して出射する。これらを光透過性の高い材料で構成する、あるいは貫通孔の開口を広くする等により、入射光のうち所望の光軸方向において利用することが可能な出射光を多くすることが可能となる。
【特許文献１】特開２００７−２１２９４３号公報（［００８７］、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の光学素子は、光透過性のない（または小さい）シリコン基板を有するため、入射光の一部を遮ってしまう。また、シリコン基板に相当する基板が、ガラス基板等の光透過性の高いものである場合でも、当該基板を通過する光はセル（２液界面）によるレンズ効果を受けず、所望の光軸方向の光量に対する寄与は小さい。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、入射する光の利用効率を高めることが可能な液体レンズ素子及び照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係る液体レンズ素子は、本体と、レンズ面と、第１の反射面とを具備する。
前記本体は、光入射面と光出射面とを有し、内部に液室を形成する。
前記レンズ面は、前記液室の内部に収容された屈折率の異なる２液の界面で形成され、電気的に変形されることで前記光出射面から出射する光の配向性を変化させる。
前記第１の反射面は、前記本体に設けられ、前記光入射面に入射した光の一部を前記レンズ面の光軸に向けて反射する。
【００１１】
この構成によれば、液体レンズ素子の、液室以外の領域に入射した光を、第１の反射面により反射させることが可能である。入射面の液室以外の領域に入射した光が、本体に遮られることなく光軸方向に反射されることにより、入射する光を効率的に利用することが可能である。
【００１２】
前記本体は、第1の基板と、第２の基板と、第３の基板を有していてもよい。
前記第１の基板は、光出射面を有する。
前記第２の基板は、光入射面を有する。
前記第３の基板は、前記第1の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記液室の側周面を形成する貫通孔とを有する。
【００１３】
この構成によれば、第３の基板に形成された貫通孔と第１の基板及び第２の基板により、液室が形成され、この液室に屈折率の異なる２液を充填することにより、液体レンズ素子が形成される。
【００１４】
前記第１の反射面は、前記液室の側周面に設けられていてもよい。
【００１５】
この構成によれば、液室の側周面に到達した光は光軸方向に反射されるため、この光を光軸方向の光量に寄与させることが可能である。
【００１６】
前記第３の基板は絶縁性であり、前記本体は、導電層と、絶縁層とを有していてもよい。
前記導電層は、前記液室の側周面に設けられる。
前記絶縁層は、前記導電層を被覆する。
【００１７】
この構成によれば、第３の基板が絶縁性であるため、第３の基板が導電性である場合に発生する、第３の基板と導電性液体との間の寄生容量を低減させることが可能である。この液体レンズ素子に第１の反射面を設けることにより、より入射光の利用効率の高い液体レンズ素子を形成することが可能である。
【００１８】
前記第１の反射面は、前記導電層であってもよい。
【００１９】
この構成によれば、導電層を反射面として用いることにより、別途第１の反射面を設ける必要がない。
【００２０】
前記第３の基板は光透過性であり、前記第１の反射面は、前記本体の外周部に設けられていてもよい。
【００２１】
この構成によれば、第３の基板が光透過性である場合に、第３の基板を透過して前記本体の外周部に到達した光を反射させて利用することが可能である。
【００２２】
前記第３の基板は絶縁性であり、前記本体は、導電層と、絶縁層とを有していてもよい。
前記導電層は、前記液室の側周面に設けられる。
前記絶縁層は、前記導電層を被覆する。
【００２３】
前記第３の基板は光透過性であり、前記第１の反射面は、前記液室の側周面に設けられ、前記液体レンズ素子は、第２の反射面をさらに具備していてもよい。
前記第２の反射面は、前記本体の外周部に設けられる。
【００２４】
この構成によれば、液室の側周面に到達した光を第１の反射面で、本体の外周部に到達した光を第２の反射面でそれぞれ反射させて利用することが可能である。
【００２５】
前記第３の基板は絶縁性であり、前記本体は、導電層と、絶縁層とを有していてもよい。
前記導電層は、前記液室の側周面に設けられる。
前記絶縁層は、前記導電層を被覆する。
【００２６】
本発明の一形態に係る照明装置は、本体と、レンズ面と、内部反射面と、光源と、集光面とを具備する。
前記本体は、光入射面と光出射面とを有し、内部に液室を形成する。
前記レンズ面は、前記液室の内部に収容された屈折率の異なる２液の界面で形成され、電気的に変形されることで前記光射出面から出射する光の配向性を変化させる。
前記内部反射面は、前記本体に設けられ、前記光入射面に入射した光の一部を前記レンズ面の光軸に向けて反射する。
前記光源は、前記光入射面に入射する光を発生させる。
前記集光面は、前記光源からの光を前記液室に向けて収束させる。
【００２７】
この構成によれば、光源から発生し、集光面で集光された光を、レンズ面において配向させる。本体において内部反射面に到達した光を光軸方向に反射することにより、利用効率を上昇させることが可能である。また、集光面による、液体レンズ素子の内部反射面への集光の程度により、照明装置の光学特性を変化させることが可能である。
【００２８】
前記照明装置は、外部反射面をさらに具備する。
前記外部反射面は、前記光入射面の前記液室の外側領域に配置され、前記光源からの光を前記集光面に反射する。
【００２９】
この構成によれば、本体から逸れた光を外部反射面によって再び集光面に反射することにより、さらに高い効率を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、入射する光の利用効率を高めることが可能な液体レンズ素子及び照明装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の各実施形態に係る光学素子について図面を参照して説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る液体レンズ素子１について説明する。
図１は本実施形態に係る液体レンズ素子１の断面図、図２は液体レンズ素子１の平面図である。図１は図２の［Ａ］−［Ａ］線方向断面図である。これらの図に示すように、液体レンズ素子１は貫通孔２を有する第３の基板３、第１の基板４及び第２の基板５を有する。
【００３３】
第１の基板４と第２の基板５に第３の基板３が挟まれ、貫通孔２と第１の基板４及び第２の基板５で形成される空間が、導電性の第１の液体１２と絶縁性の第２の液体１３を収容する液室６となる。
【００３４】
第１の基板４と第３の基板３は、接着、超音波溶着、拡散接合、かしめ、ボルト締め、陽極接合等により接合される。
第２の基板５と第３の基板３は、エラストマー等からなる封止部材１４を介して、図示しないクランプ機構等により係止される。
【００３５】
第３の基板は、光透過性が高い絶縁性の合成樹脂材料（例えば、アクリル、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）、ポリカーボネート等）やガラス、セラミックスなどから適宜選択することができる。このような光透過性が高い材料を用いることによって、液体レンズ素子1を通過する光の強度の損失を低減することができる。また第3の基板は光を透過しない材料で構成されてもよい。材料としては、樹脂、セラミックス、金属などから適宜選択することができる。
【００３６】
第３の基板３に形成されている貫通孔２は、液室６の側周面を構成する。本実施形態に係る貫通孔２は、長円形状の開口を有するが、これに限られず、円形、長方形等としてもよい。また、貫通孔２は、複数がアレイ状に形成されてもよい。貫通孔２の側壁の、第１の基板４及び第２の基板５に対する傾斜角度は、レンズ面である２液界面の形状（曲率）に影響を与えるため、所望の光学特性に合わせて決定される。なお、貫通孔２の側壁は、第１の基板４及び第２の基板５に対して垂直となるように形成されてもよく、また、曲面であってもよい。
【００３７】
貫通孔２の周面には、導電層９が設けられている。
導電層９は、導電性を有する薄膜である。アルミニウムや銀およびそれらの合金など反射率の高い材料とし、真空蒸着法、スパッタリング法等により形成される。導電層９の、液室６側の表面（絶縁層１０と接している面）は光を反射するように形成される。
導電層９の一部は、第３の基板３の、第１の基板４側の面に形成され、図示しない外部電源から導電層９に電圧を印加するための第１の電極９ａとなる。
【００３８】
導電層９の上層及び第１の基板４の液室内面には、絶縁層１０が形成される。絶縁層１０は、導電層９と後述する液室６に収容される液体とが接触しないように、導電層９を完全に覆う必要がある。絶縁層１０は、高誘電率、撥水性、光透過性を有する材料により形成される。絶縁層１０が光透過性を有することにより、液室６の側周面に到達した光を透過させ、導電層９に到達させることが可能となる。
【００３９】
これらの条件を充たす、絶縁層１０の材料として、パリレン（パラキシリレン系樹脂）、ＰＶＤＦ（PolyVinylidine DiFluoride）、シリコン酸化膜等を用いることができる。これらはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、コート法等によって形成される。
【００４０】
第１の基板４及び第２の基板５は、ガラス基板、セラミックス基板や非導電性プラスチック等で形成される。後述するが、これらの基板は、光透過性の高い材料により形成される。
本実施形態に係る液体レンズ素子１では、第２の基板５側から光が入射し、第１の基板４側から光が出射するため、第２の基板５の外面が光入射面であり、第１の基板４の外面が光出射面である。なお、光は、第１の基板４側から入射し、第２の基板５側から出射するものとしてもよい。
第２の基板５の液室６側表面には、図示しない外部電源から第１の液体１２に電圧を印加するための第２の電極１５が形成される。第２の電極１５はＩＴＯ（Indium Tin Oxide)
等の透明電極材料からなる。
【００４１】
液室６には第１の液体１２と第２の液体１３が収容される。この２液は、互いに混合せず、かつ絶対屈折率が異なるものである。２液が混合する場合、２液界面が生じず、屈折率が同じであれば、界面形状による光学特性が得られない。また、２液の比重を同等とすることによって、液体レンズ素子1の振動等に対して２液界面が大きく変化し、光学特性に影響を与えることを防止することができる。
【００４２】
第１の液体１２は、導電性あるいは有極性の液体である。光透過率が高いものが好適である。水、電解液（塩化ナトリウム水溶液、塩化リチウム水溶液等）、アルコール類（メタノール、エタノール等）、常温溶融塩等を用いることが可能である。本実施形態では、塩化リチウム水溶液（3.36wt%、絶対屈折率1.34）を第１の液体１２とした。
【００４３】
第２の液体１３は、絶縁性の液体である。光透過率が高いものを使用することができ、例えば、炭化水素（デカン、ドデカン、ヘキサデカン等）、疎水性シリコーンオイル等を用いることが可能である。本実施形態では、シリコーンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製TSF437、絶対屈折率1.49）を第２の液体１３とした。
【００４４】
図１に示すように、液室６に第１の液体１２、第２の液体１３を収容すると、２液は混合しないため２層に分離する。本実施形態では、第３の基板３の貫通孔２の周面及び第１の基板４の液収容部側の面（以下、撥水領域）に撥水性を有する絶縁層１０が形成されているので、表面エネルギーの高い第１の液体１２が弾かれて第２の基板５側に集合し、第２の液体１３が撥水領域に濡れ広がり第１の基板４側に集合する。
【００４５】
これにより、屈折率の異なる２液の界面（すなわちレンズ面）が生じる。２液界面は、２液間及びそれぞれの液体と絶縁層１０との表面自由エネルギーにより決まる曲率を持った曲面となる。
【００４６】
次に、このように構成された液体レンズ素子1の動作を説明する。
【００４７】
図３は、液体レンズ素子１に入射する光の経路を示す図である。
同図に示すように、２液界面に入射した光は、第１の液体１２と第２の液体１３の絶対屈折率が異なるため、入射角に応じて屈折する。
液体レンズ素子１の第１の電極９ａ及び第２の電極１５に電圧が印加されると、以下のようにエレクトロウェティング効果により２液界面が変形する。
【００４８】
電圧が印加されると、静電ポテンシャルが発生し、第１の液体１２及び導電層９中の電荷が移動する。その結果、第１の液体１２の表面と、導電層９に、絶縁層１０及び第２の液体１３を介して、異なる電荷が蓄積しキャパシタを構成する。この電荷が引きあうことによって、２液界面の接触角が変化し、２液界面の曲率も変化する（エレクトロウェッティング効果）。これはレンズ面の変形に相当するため、出射光は電圧非印加時と比べて収束あるいは拡散（本実施形態では収束）する。
【００４９】
ここで、液体レンズ素子１に入射する光は、上述のように２液界面に到達するもの以外にも、貫通孔２の周面に到達するものが存在する。この光は、光透過性を有する絶縁層１０を透過し、導電層９に到達する。本実施形態に係る導電層９は反射性を有するので、導電層９に到達した光は反射し、光軸方向へ進行する。これにより、導電層９が反射性を有しない場合に比べ、多くの光を光軸方向において利用することが可能となる。これは、特に液体レンズ素子１のサイズ（素子の大きさ、厚さ、開口径等）が小さい場合に有効である。また、導電層９は、貫通孔２の壁面に形成されるため、貫通孔２の壁面の傾斜角度により反射光の反射方向を調節することが可能である。
【００５０】
図４は各種液体レンズ素子の光学特性を示すグラフである。
図５は各種液体レンズ素子の光学特性を示す表である。
【００５１】
図４は、電圧非印加時の液体レンズ素子に、光源により入射させた光の、液体レンズ素子通過後の露光量分布についてシミュレーションを行った結果であり、配向角（度）に対する露光量（lx・s）のプロットである。角度０度は光軸（正面方向）である。
図５は、上記シミュレーションの、光軸中心のガイドナンバーと、上下方向配向角の結果である。
【００５２】
計測に用いた液体レンズ素子は、液室の幅４ｍｍ、長さ２２ｍｍ、高さ２ｍｍ、第１及び第２の基板の厚さ０．５ｍｍ、導電性液体の屈折率１．３３、絶縁性液体の屈折率１．５０のものである。光源はキセノン管（１６．５ｍｍ×Φ２．０ｍｍ）である。
【００５３】
液体レンズ素子の導電層は反射面（アルミニウム膜、反射率７５％）、吸収面（酸化アルミ、反射率０％）、透過面（アクリル）であるものとし、それぞれについて計測した。
【００５４】
図４に示すように、導電層が吸収面である場合、光量ロスが多く、露光量は最も小さい。導電層が反射面である場合と透過面である場合を比べると、±３０度付近で露光量が増加しており、導電層を反射面とすることによる効果が現れている。また、図５に示すように、光軸中心のガイドナンバーで比較しても、露光量が増加していることがわかる。
【００５５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る液体レンズ素子２０について説明する。
上述の実施形態に係る液体レンズ素子１の構成あるいは動作と同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。以下の各実施形態においても同様とする。
【００５６】
図６は本実施形態に係る液体レンズ素子２０の断面図である。
同図に示すように、液体レンズ素子２０は、反射膜２１を備える。反射膜２１は第３の基板３、第１の基板４及び第２の基板５の外周部（入射面及び出射面を除く外面）に設けられる。反射膜２１は、アルミニウム等の材料からなり、例えば真空蒸着法により形成される。液体レンズ素子２０の、第３の基板３、第１の基板４及び第２の基板５側の面が反射面である。液体レンズ素子２０の導電層９は、第１の実施形態の場合とは異なり、反射性を有する必要はない。第３の基板３は、ガラス、アクリル等の光透過性の高い材料から形成される。第１の実施形態の場合とは異なり、第３の基板３を光が透過するからである。
【００５７】
液体レンズ素子２０に入射した光の一部は、光透過性を有する導電層９、絶縁層１０及び第３の基板３を透過して、あるいは、導電層９及び絶縁層１０を経由せずに第３の基板３を透過して反射膜２１に到達する。
【００５８】
反射膜２１へ到達した光は、反射膜２１によって光軸方向へ反射される。これにより、反射膜２１が設けられていない場合に比べ、多くの光を光軸方向において利用することが可能となる。
【００５９】
第１の実施形態にかかる液体レンズ素子１においては、導電層９を反射面として利用するが、導電層９は貫通孔２の周面に形成されるため、その位置や配向角度は制限される。上述のエレクトロウェッティング効果による２液界面の変形には、２液界面と貫通孔２（その上層である導電層９及び絶縁層１０）との接触角が影響するためである。なお、絶縁層１０は、導電層９と第１の液体１２との間に誘電体として介在するため、任意の厚さとすることはできない。
【００６０】
すなわち、導電層９を反射面とした場合、その位置や配向角度は任意に形成することが困難である。第２の実施形態に係る反射膜２１は、第３の基板３の外周に設けられるため、その位置や配向角度を任意に決定することが可能である。
【００６１】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る液体レンズ素子３０について説明する。
図７は本実施形態に係る液体レンズ素子３０の断面図である。
【００６２】
同図に示すように、液体レンズ素子３０は、反射面である導電層９と、反射膜３１を備える。反射膜３１はアルミニウム膜等の反射性の高い材料からなる。第３の基板３は、ガラス、アクリル等の光透過性の高い材料から形成される。
【００６３】
入射光のうち、導電層９に到達した光は導電層９により光軸方向に反射される。また、第３の基板３を透過して反射膜３１に到達した光も反射膜３１により光軸方向に反射される。これにより、入射光の利用効率を高めることが可能である。また、導電層９及び反射膜３１の、光源に対する配向角度が異なることによって、入射角が相違する光を反射させることが可能である。
【００６４】
導電層９をハーフミラーとすることも可能である。この場合、導電層９は、到達した光の内、反射しやすい角度の光を反射し、反射しにくい角度の光を透過させる。透過された光は反射膜３１により反射される。
【００６５】
また、導電層９の裏面（第３の基板３側の面）にも反射性を持たせることにより、反射膜３１で反射した光を導電層９の裏面で反射させ、再び反射膜３１で反射することが可能となる。これは例えば、光源と液体レンズ素子３０の距離が近く、入射光のうち反射膜３１に到達する光の、光軸に対する角度が大きい場合に有効である。
【００６６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る照明装置４０について説明する。
図８は本実施形態に係る照明装置４０の断面図である。
【００６７】
同図に示すように、照明装置４０は、液体レンズ素子４１と、光源４２と、集光面４３とを備える。
光源４２は、液体レンズ素子４１の第２の基板５側に、所定の距離をおいて配置され、集光面４３は、例えば、光源４２の背面（液体レンズ素子４１と反対側）から、光源４２から第２の基板５に至る空間を覆うように配置される。
【００６８】
液体レンズ素子４１は、第１乃至第３の実施形態に係る液体レンズ素子のいずれかであり、上述したように液体レンズ素子４１の内部（第３の基板３の外周も含む）に設けられる反射面（内部反射面）を備える。
光源４２は、キセノン管、ＬＥＤ(light emitting diode)等の発光素子である。
集光面（リフレクタ）４３は、内部が鏡面加工された金属板等からなり、光源４２から発生する光を光軸方向に反射させて正面方向へ集光することが可能な形状（例えば放物曲面状）に形成される。また、集光面４３に代えて、透明体内部を空気層との界面で全反射を繰り返して光を伝搬させるライトガイドのような光学部材を用いることも可能である。
【００６９】
光源４２から発生した光の一部は直接、他の一部は集光面４３で反射されて液体レンズ素子４１に照射される。第２の基板５に入射した光は、２つの液体１２，１３の界面（レンズ面）を通過し、そのレンズ効果を受けて第１の基板４から出射する。２液界面は、上述のように電気的に変形されることで焦点距離が調整され得る。出射面４ではなく液室６の周面に向かう光は、反射面（導電層９）により反射されて光軸方向（正面方向）に配向される。その結果、光軸方向の光量を増加させることが可能となる。
【００７０】
本実施の形態によれば、光源４２から発した光は集光面４３によって正面方向への集光率が高められるため、上述の各実施の形態に比べて、光軸方向への光量を高めることができる。さらに、導電層９によって形成される反射面の位置、角度、大きさ等を最適化することで、所望の光学特性を得ることが可能となる。勿論、上記反射面の構成に応じて、集光面４３の最適化を図るようにしてもよい。
【００７１】
また、集光面４３は図８に示すように液体レンズ素子４１と離間して配置される例に限られず、液体レンズ素子４１と集光面４３とは一体化されてもよい。例えば、集光面４３の開口端部を第２の基板５と一体接合することができる。これにより、集光面４３と第２の基板５の間での光の漏れを防止でき、利用効率のさらなる向上を図ることができる。
【００７２】
さらに、液体レンズ素子４１の基板―液体界面及び２液界面は絶対屈折率が異なる界面であるため、入射した光の一部が全反射する。本実施の形態によれば、液体レンズ素子４１の光入射側に集光面４３が配置されているので、全反射して入射方向に戻った光も、再び集光面４３で反射することが可能である。これにより光利用効率の向上に大きく貢献することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る照明装置５０について説明する。
図９は本実施形態に係る照明装置５０の断面図である。
【００７４】
同図に示すように、照明装置５０は、液体レンズ素子５１と、光源５２と、集光面５３とを備える。これらの配置は第４の実施形態と同様である。
【００７５】
液体レンズ素子５１は、第１乃至第３の実施形態に係る液体レンズ素子のいずれかで構成することができる。図示する液体レンズ素子５１は、内部反射面（導電層９）と、第２の基板５に設けられる外部反射面５４を有する。
【００７６】
外部反射面５４は、第２の基板５の外側（光入射面）であって、集光面５３の開口縁部に対向して突出形成された凸部５ａに形成されている。凸部５ａは、第２の基板５上の周縁領域に設けられる。ここで、周縁領域は、第２の基板５の表面（光入射面）の内、レンズ面への入射経路となる領域（中央領域）以外の領域を意味する。外部反射面５４は、上記凸部５ａの中央領域側の表面に形成されたアルミニウム膜等の金属膜や白色樹脂膜からなり、放物曲面状等の形状に形成される。
光源５２及び集光面５３は、第４の実施形態のものと同様である。
【００７７】
光源５２から発生した光は、液体レンズ素子５１に照射される。第２の基板５に入射した光のうち、周縁領域（に形成された外部反射面５ａ）に到達した光は外部反射面５４により反射され、集光面５３で反射を繰り返して、第２の基板５の中央領域に入射する。
【００７８】
中央領域に到達した光は、上述のように、２液界面（レンズ面）を通過し、第１の基板４から出射する。内部反射面に到達した光は、反射面（導電層９）により光軸方向に反射され、光軸方向の光量を増加させる。
【００７９】
本実施の形態によれば、外部反射面５４を備えているので、第２の基板５の周縁領域に入射した光を光源５２側へ戻し、集光面５３での反射を繰り返すことで中央領域へ入射させることが可能となる。これにより、光の利用効率が高められ、光軸方向への出射光量を増加させることができる。
【００８０】
なお、以上の説明では、外部反射面５４は第２の基板５に一体形成した凸部５ａの上に形成された金属膜とした。これに代えて、凸部５ａを形成せずに、凸部５ａに相当する形状の金属構造体を第２の基板５の周縁領域に設置することで上記外部反射面を構成することも可能である。また、凸部５ａは、集光面５３の開口縁部に対向する第２の基板５上の領域に沿って連続的または間欠的に形成することができる。さらに、外部反射面５４は図示する曲面形状に限られず、平坦面であってもよい。そして、集光面５３と外部反射面５４は互いに連接されてもよい。
【００８１】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々の変更が適用され得る。
【００８２】
各実施形態では、液体レンズ素子の第２の基板側から光が入射する構成としたが、第１の基板側から入射する構成とすることも可能である。反射面（内部反射面及び外部反射面）の位置、傾斜角度は光源の位置に対応するように設けられる。
【００８３】
各実施形態に係る光学素子は、絶縁性である第３の基板３上に導電層９及び絶縁層１０が積層されているものとしたが、この構成に限られない。導電性である第３の基板上に絶縁層が形成されているものとすることも可能である。この場合、第３の基板を反射性の材料で形成し、あるいは第３の基板３の表面に反射性加工を施すことによって反射面とすることができる。
【００８４】
第４及び第５の実施形態に係る照明装置は、各々１つずつの液体レンズ素子、光源及び集光面を有していたがこれらは１つずつに限られない。例えば、光源が複数配列された照明装置あるいは液体レンズ素子が複数配列された照明装置とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１の実施形態に係る液体レンズ素子１を示す断面図である。
【図２】液体レンズ素子１を示す平面図である。
【図３】液体レンズ素子１に入射する光の経路を示す図である。
【図４】液体レンズ素子のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】液体レンズ素子のシミュレーション結果を示す表である。
【図６】第２の実施形態に係る液体レンズ素子２０を示す断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る液体レンズ素子３０を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る照明装置４０を示す断面図である。
【図９】第５の実施形態に係る照明装置５０を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    液体レンズ素子
２    貫通孔
３    第３の基板
４    第１の基板
５    第２の基板
６    液室
９    導電層
１０  絶縁層
１２  第１の液体
１３  第２の液体
２０  液体レンズ素子
２１  反射膜
３０  液体レンズ素子
３１  反射膜
４０  照明装置
４１  液体レンズ素子
４２  光源
４３  集光面
５０  照明装置
５１  液体レンズ素子
５２  光源
５３  集光面
【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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