(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに混ざり合わない第１流体と第２流体との界面を光の屈折面として利用する可変焦点レンズであって、
前記第１流体が満たされる第１室と前記第２流体が満たされる第２室とが開口部を介して連通した構造を有する密閉容器と、
前記密閉容器内の前記第１室と前記第２室とを区画する仕切壁の一部に、弾性変形可能に設けられ、前記第１室内に充填された前記第１流体及び前記第２室内に充填された前記第２流体の両方の流体に接して変形する弾性変形部と、を備え、
前記開口部に前記界面を有するレンズ部が形成され、
前記弾性変形部の変形によって前記第１室及び前記第２室の体積を互いに逆方向に変化させることにより、前記界面を変形させて前記レンズ部の焦点距離を変化させるものであり、
前記弾性変形部は、前記仕切壁の一部に設けられた振動板に、当該振動板を変形させる力を発生させる圧電素子が設けられ、
前記振動板は、前記圧電素子の電極間に挟まれた圧電体のｄ31方向の歪みによって変形し、当該振動板の可動部分の周囲が支持体によって支持されており、
前記可動部分となる前記振動板の平面視のサイズを規定する前記支持体の開口幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１流体及び前記第２流体のうち、前記圧電素子が接する流体が油系の液体である
ことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記振動板は、シリコン（Ｓｉ）、又は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とシリコン（Ｓｉ）の組合せで構成されることを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記密閉容器は、
前記第１室の空間を形成する第１凹部を有する第１室構造体と、
前記第２室の空間を形成する第２凹部を有する第２室構造体と、
前記第１室構造体の前記第１凹部側及び前記第２室構造体の前記第２凹部側を覆うように、前記第１室構造体と前記第２室構造体の間に接合され、前記仕切壁として機能するとともに前記開口部を有する仕切板と、
から構成されることを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項５】
請求項４において、
仕切板の一部にダイアフラム構造の前記弾性変形部が設けられていることを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記密閉容器には、当該密閉容器内に前記第１流体及び前記第２流体を導入するための流入口と、
当該密閉容器から前記第１流体及び前記第２流体を流出させるための流出口と、
前記流入口を開閉する第１バルブと、
前記流出口を開閉する第２バルブと、が設けられていることを特徴とする可変焦点レン
ズ。
【請求項７】
請求項６に記載の可変焦点レンズを製作する際の液体充填方法であって、
前記流入口から前記第１流体に相当する第１液を前記密閉容器内に導入して前記第１室及び第２室の両室ともに前記第１液を充填し、
その後、流入口から前記第２流体に相当する第２液を前記密閉容器内に導入しながら前記流出口より前記第１液を排出し、前記第１室又は前記第２室のいずれか一方の室内の前記第１液を前記第２液に置換することを特徴とする液体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を可変制御できる可変焦点レンズに係り、特に、液体界面を屈折面とする高速応答に適した小型可変焦点レンズの構造及びその可変焦点レンズを製作する際の液体充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な可変焦点レンズは、光学系を構成するレンズの位置を移動させるものであり、焦点距離の可変量に応じたストロークが必要で、レンズの移動に時間がかかり、応答速度に限界がある。ビジョンセンサなど外部の情報を計測するためには、レンズ自体を動かす可変焦点レンズでは応答速度が遅すぎる。この光学系の応答速度は撮像素子の撮像に要する時間や、画像処理の時間に比較して非常に遅いため、システム全体のボトルネックになっており、可変焦点レンズの高速応答性が求められている。
【０００３】
特許文献１及び非特許文献１では、互いに混ざらない液体同士の界面（球面を形成する液界面）を光の屈折面として用いて、その液体同士の界面を液体の圧力で制御する「ダイナモルフレンズ」を開発している。これは、積層型ＰＺＴアクチュエータが変位させる面積をレンズ面積の数十〜数百倍に設計し、ＰＺＴのわずかな変位でレンズの変形を行うものである。さらに、レンズの役割をする液体界面をフォトリソグラフィで高精度に作製することで、高い解像力が得られている。この方法により、２ｍｓの高速応答(５００Ｈｚ)と４９cycles／ｍｍの高い解像力が得られている。
【０００４】
特許文献２は、液体（流体）を利用した可変焦点流体レンズにおいて、大きな焦点距離変化を得るためにマイクロポンプを利用する構成が開示されている。同文献２では、その一実施例として圧電横効果を用いたダイアフラム構造のピエゾアクチュエータが用いられており、小型かつ焦点移動距離が大きいレンズを開発している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１７２４９号公報
【特許文献２】特開２００８−１５２０９０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】奥寛雅、他２名、「ミリセカンド高速液体可変焦点レンズとそのロボットビジョン応用への可能性」、第２６回日本ロボット学会学術講演会（2008年9月9日〜11日）RSJ2008AC311-03
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１等で提案されている可変焦点レンズを構成する液体は非圧縮性であるため、屈折面（界面）を変化させる際のレンズの変形体積分だけ液体が移動できる空間が必要である。このため、特許文献１では、第２媒質を収容する第２空間の上部（特許文献１の図２において左上の部分）に貫通孔が形成されている。このような構成は、液（第２媒質）が密閉されていないため、装置を動かしたときに液が漏れてしまう問題や、孔を通じて液が揮発してしまうといった問題がある。
【０００８】
特許文献２に示された可変焦点流体レンズ装置は、第１流体に接する第１のマイクロポンプと、第２流体に接する第２のマイクロポンプとを有し（特許文献２の図６参照）、第１流体と第２流体の体積変化量をそれぞれのマイクロポンプが吸収することができる。このため、筒体内で流体が密閉された状態にすることができる。
【０００９】
しかし、特許文献２の構成は、マイクロポンプを２つ必要とするため、レンズ装置全体のサイズが大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
また、第１のマイクロポンプの体積変化に対して、第２のマイクロポンプは、ダンパ、或いは、バネとしての役割を持つため、レンズを構成する液体界面に残留振動が発生し得る。レンズを構成する液体界面の残留振動を無くすためには、能動的に、第１のマイクロポンプの体積変化分を吸収するように、第２のマイクロポンプの変化量を制御しなければならず、制御が複雑である。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、レンズを動かしたときでもレンズ内の液体が外部に漏れてしまうことを防止すること、レンズ内の液体が空気に触れることで揮発してしまうことを防止すること、さらに、液体レンズ（界面）の残留振動を抑制することを可能にする可変焦点レンズを提供することを目的とし、併せて、その可変焦点レンズを作製する際の液体の充填方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は前記目的を達成するために、互いに混ざり合わない第１流体と第２流体との界面を光の屈折面として利用する可変焦点レンズであって、前記第１流体が満たされる第１室と前記第２流体が満たされる第２室とが開口部を介して連通した構造を有する密閉容器と、前記密閉容器内の前記第１室と前記第２室とを区画する仕切壁の一部に、弾性変形可能に設けられ、前記第１室内に充填された前記第１流体及び前記第２室内に充填された前記第２流体の両方の流体に接して変形する弾性変形部と、を備え、前記開口部に前記界面を有するレンズ部が形成され、前記弾性変形部の変形によって前記第１室及び前記第２室の体積を互いに逆方向に変化させることにより、前記界面を変形させて前記レンズ部の焦点距離を変化させるものであり、前記弾性変形部は、前記仕切壁の一部に設けられた振動板に、当該振動板を変形させる力を発生させる圧電素子が設けられ、前記振動板は、前記圧電素子の電極間に挟まれた圧電体のｄ31方向の歪みによって変形し、当該振動板の可動部分の周囲が支持体によって支持されており、前記可動部分となる前記振動板の平面視のサイズを規定する前記支持体の開口幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする可変焦点レンズを提供する。
また、前記目的を達成するために以下の発明態様を提供する。
【００１３】
（発明１）：発明１に係る可変焦点レンズは、互いに混ざり合わない第１流体と第２流体との界面を光の屈折面として利用する可変焦点レンズであって、前記第１流体が満たされる第１室と前記第２流体が満たされる第２室とが開口部を介して連通した構造を有する密閉容器と、前記密閉容器内の前記第１室と前記第２室とを区画する仕切壁の一部に、弾性変形可能に設けられ、前記第１室内に充填された前記第１流体及び前記第２室内に充填された前記第２流体の両方の流体に接して変形する弾性変形部と、を備え、前記開口部に前記界面を有するレンズ部が形成され、前記弾性変形部の変形によって前記第１室及び前記第２室の体積を互いに逆方向に変化させることにより、前記界面を変形させて前記レンズ部の焦点距離を変化させることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、第１流体及び第２流体は密閉容器内に封入されているため、当該可変焦点レンズを動かした場合でも、レンズ内の流体が外部に漏れ出てしまうことがない。また、この発明によれば、流体が外部の空気に触れることにより揮発してしまうことを防ぐことができる。さらに、本発明の弾性変形部は、第１室の第１流体、第２室の第２流体の両方に接しているため、当該弾性変形部の変形は、第１室及び第２室の体積変化について相補的な関係となる。すなわち、弾性変形部の変形によって第１室の体積が減少する場合には第２室の体積が増加し、逆に第１室の体積が増加する場合には第２室の体積が減少する。この両室の互いに逆方向の体積変化によって、密閉容器の開口部を介して接する第１流体と第２流体の界面の形状を変化させることができるとともに、流体レンズの残留振動を抑制することができる。
【００１５】
本発明の可変焦点レンズに用いる流体は、一般的な単相の液体の他に、互いに混和しない液体の２相混合物である乳濁液、液体中に不溶性の固体微粒子を分散させた懸濁液、あるいはスラリー状のもの、ゲル状、ゾル状のもの、微小粉状体など、液体同様の流動性を有する組成物も含まれる。
【００１６】
屈折率の異なる２種類の媒質が２層に分離した状態で互いに接触しているときの当該２媒質の液−液界面をレンズの屈折面として利用する構成は、気体と液体とが接する気−液界面を利用する場合と比較して、界面形状の安定性が高い。
【００１７】
（発明２）：発明２に係る可変焦点レンズは、発明１において、前記弾性変形部は、前記仕切壁の一部に設けられた振動板に、当該振動板を変形させる力を発生させる駆動部を設けた構成であることを特徴とする。
【００１８】
弾性変形部にダイアフラム構造のアクチュエータを用いることが好ましい。
【００１９】
（発明３）：発明３に係る可変焦点レンズは、発明２において、前記駆動部は、圧電素子であることを特徴とする。
【００２０】
圧電素子は、電極間に圧電体が挟まれた構成を有する。弾性変形部として、振動板上に圧電素子が積層されたダイアフラム型の圧電アクチュエータが好適である。また、圧電アクチュエータの他、例えば、静電アクチュエータを用いることも可能である。
【００２１】
（発明４）：発明４に係る可変焦点レンズは、発明３において、前記第１流体及び前記第２流体のうち、前記圧電素子が接する流体が油系の液体であることを特徴とする。
【００２２】
圧電体は水に触れると劣化する性質があるため、圧電体が接する流体を油系にすることで、圧電素子の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
（発明５）：発明５に係る可変焦点レンズは、発明３又は４において、前記振動板は、前記圧電素子の電極間に挟まれた圧電体のｄ31方向の歪みによって変形することを特徴とする。
【００２４】
圧電素子は、振動板の第１室側、第２室側のいずれか一方の面に取り付けることができる。なお、振動板を挟んで両側に圧電素子を取り付ける態様も可能である。
【００２５】
（発明６）：発明６に係る可変焦点レンズは、発明２乃至４のいずれか１項において、前記振動板は、シリコン（Ｓｉ）、又は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とシリコン（Ｓｉ）の組合せで構成されることを特徴とする。
【００２６】
かかる態様によれば、ＳｉウエハやＳＯＩウエハを用い、半導体製造技術を利用することにより、微細なアクチュエータデバイスを製造することができる。
【００２７】
（発明７）：発明７に係る可変焦点レンズは、発明１乃至６のいずれか１項において、前記密閉容器は、前記第１室の空間を形成する第１凹部を有する第１室構造体と、前記第２室の空間を形成する第２凹部を有する第２室構造体と、前記第１室構造体の前記第１凹部側及び前記第２室構造体の前記第２凹部側を覆うように、前記第１室構造体と前記第２室構造体の間に接合され、前記仕切壁として機能するとともに前記開口部を有する仕切板と、から構成されることを特徴とする。
【００２８】
仕切板を挟んで第１凹部と第２凹部を向かい合わせるように第１室構造体と第２室構造体とを接合することにより、密閉容器を得ることができる。
【００２９】
（発明８）：発明８に係る可変焦点レンズは、発明７において、前記仕切板の一部にダイアフラム構造の前記弾性変形部が設けられていることを特徴とする。
【００３０】
（発明９）：発明９に係る可変焦点レンズは、発明１乃至８のいずれか１項において、前記密閉容器には、当該密閉容器内に前記第１流体及び前記第２流体を導入するための流入口と、当該密閉容器から前記第１流体及び前記第２流体を流出させるための流出口と、前記流入口を開閉する第１バルブと、前記流出口を開閉する第２バルブと、が設けられていることを特徴とする。
【００３１】
かかる態様によれば、密閉容器内への第１流体、第２流体の導入、容器からの流体の排出が可能であり、第１室に第１流体、第２室に第２流体を満たした後に第１バルブ、第２バルブを閉めることで、容器内に流体を密閉封入することができる。
【００３２】
（発明１０）：発明１０に係る液体充填方法は、発明９に記載の可変焦点レンズを製作する際の液体充填方法であって、前記流入口から前記第１流体に相当する第１液を前記密閉容器内に導入して前記第１室及び第２室の両室ともに前記第１液を充填し、その後、流入口から前記第２流体に相当する第２液を前記密閉容器内に導入しながら前記流出口より前記第１液を排出し、前記第１室又は前記第２室のいずれか一方の室内の前記第１液を前記第２液に置換することを特徴とする。
【００３３】
この液体充填方法によれば、密閉容器内に空気を残すことなく、第１室を第１液で満たし、第２室を第２液で満たすことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、密閉構造により、外部への液漏れや揮発等を防止することができる。これにより、レンズの姿勢や外部からの衝撃に影響されにくいレンズを得ることができる。
【００３５】
また、従来の構成で課題となっている残留振動を抑制することができ、高速応答が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る可変焦点レンズの構造を示す断面図
【図２】圧電アクチュエータの構成例を示す断面図
【図３】ＳＯＩ基板を利用して作製した圧電アクチュエータの構成例を示す断面図
【図４】本実施形態に係る可変焦点レンズの液体充填方法の手順を示す説明図
【図５】本実施形態に係る可変焦点レンズの透視平面図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の実施形態に係る可変焦点レンズの構造を示す断面図である。この可変焦点レンズ１０は、第１液１２（「第１流体」に相当）を収容する第１液室１４と、第２液２２（「第２流体」に相当）を収容する第２液室２４とを有する。第１液室１４と第２液室２４とを隔てる（区画する）仕切板１６には円形の開口部１８が形成されており、当該開口部１８を介して第１液室１４と第２液室２４とが互いに連通した密閉容器２６の構造となっている。
【００３９】
第１液室１４に満たされる第１液１２と、第２液室２４に満たされる第２液２２とは、互いに屈折率が異なり、互いに混ざり合わない液体である。これら二種類の液体（１２，２２）は、仕切板１６の開口部１８のところで接触しており、当該開口部１８に二液の界面３０が形成される。この界面３０が光線を屈折させる屈折面となり、レンズ部としての役割（機能）を果たす。すなわち、開口部１８に、第１液１２と第２液２２の界面３０が形成され、この界面３０を屈折面とするレンズ部３１が形成される。なお、凸レンズとして使用する場合には下（第１液）の方が屈折率が大きくなる。
【００４０】
図１において、第１液室１４の底面及び側面を画成する第１室構造体３２は、第１液室１４の底面を封止する底板部材３３と、第１液室１４の側面を覆う側壁部材３４と、を備える。同様に、第２液室２４の天面及び側面を画成する第２室構造体４２は、第２液室２４の天面を封止する天板部材４３と、第２液室２４の側面を覆う側壁部材４４と、を備える。底板部材３３及び天板部材４３はともに、液体を封入する密閉性を確保しつつ、レンズ部３１への光の入射と、レンズ部３１を通過した光の外部への出射とを可能にする光透過性を有する部材である。
【００４１】
側壁部材３４、４４は、光透過性の有る部材（透明部材）であってもよいし、光透過性を有しない部材（非透明の部材）であってもよい。本例の場合、側壁部材３４は、底板部材３３と一体の透明なガラス材で構成される。また、側壁部材４４は、天板部材４３と一体の透明なガラス材で構成される。例えば、ガラス基板の片面を削って第１液室１４の空間部となる凹部（「第１凹部」に相当）を形成することにより第１室構造体３２を得ることができる。同様に、ガラス基板の片面を削って第２液室２４の空間部となる凹部（「第２凹部」に相当）を形成することにより第２室構造体４２を得ることができる。
【００４２】
仕切板１６を挟んで第１室構造体３２と第２室構造体４２とを連結させることにより、第１液室１４及び第２液室２４を有する密閉容器２６が構成される。
【００４３】
この密閉容器２６内に配置される仕切板１６の一部には、レンズ部３１の形状（すなわち、界面３０の形状）を変化させるための手段として、ダイアフラム構造の圧電アクチュエータ５０が設けられている。この圧電アクチュエータ５０の部分が「弾性変形部」に相当している。圧電アクチュエータ５０は、振動板５２上に圧電素子５３（「駆動部」に相当）が形成された構造を有する。すなわち、振動板５２上に、下部電極５４、圧電体膜５６、上部電極５８、がこの順で積層された構造を有する。下部電極５４と上部電極５８の間に圧電体膜５６を介在させた層構造により圧電素子５３が構成される。圧電素子５３は、バルクセラミックスの貼り付け、スパッタ法、ゾルゲル法などの薄膜成膜技術により、作製可能である。振動板上に圧電体膜を形成する方法としては、様々な方法を利用し得るが、スパッタ法又はゾルゲル法は、応力低減のための低温成膜可能で、かつ駆動トルクが大きい数μｍ厚以上の厚膜形成が可能である点で望ましい。
【００４４】
なお、図１では、説明の便宜上、各層を視覚的に強調するために、実際の膜厚比率とは異なる比率で描いてある。実施寸法の一例として、圧電体膜５６の膜厚は２〜３μｍ、各電極（５４、５８）の膜厚は０．２μｍである。したがって、振動板５２上に圧電素子５３を形成した積層構造による表面凹凸は極めて小さい。
【００４５】
振動板５２の第１液室１４側は第１液１２に接している。一方、振動板５２の圧電素子５３が形成された側（図１において上面側）は第２液室２４の第２液２２に接している。第１液１２と第２液２２は完全にレンズ内部（密閉容器２６内部）に密閉されているため、液体が外部に漏れることは無く、液が空気に触れることによる揮発を防ぐことができる。さらに、本実施形態の構造によれば、振動板５２の部分に注目すると、振動板５２が図１の下方に撓んで変形することによる排除体積の分だけ第１液室１４の体積が減少し、この第１液室１４の体積減少分だけ、振動板５２上側の第２液室２４の体積が増加する。つまり、振動板５２の変位に伴う第１液室１４の体積変化量をΔＶ１、第２液室２４の体積変化量をΔＶ２として、体積増加を「＋（プラス）」、体積減少を「−（マイナス）」の符号で表すものとすると、ΔＶ１＝−ΔＶ２の関係にある。
【００４６】
そして、このとき、レンズ部３１では、第１液室１４の体積減少分だけ第１液１２が界面３０を押し上げ、第２液２２はその分後退することになる。こうして、振動板５２を変形させることで界面３０の形状（曲率）を変化させることができ、レンズ部３１の焦点距離を変化させることが可能である。また、上記のとおり、焦点距離を変更する際に、無抵抗状態でレンズ部３１の界面３０を駆動することができ、レンズ部３１での残留振動を抑制することができる。これにより、レンズの高速応答が可能になる。さらに、界面３０は、表面張力によって理想的な球面に近い形状となり、解像力の高いレンズが得られる。
【００４７】
＜圧電アクチュエータの構成例＞
図２に、圧電アクチュエータ５０の構成例を示す。振動板５２を弾性変形させる手段としては、図２に示すような圧電素子を利用したアクチュエータが採用される。図２に示したように、この圧電アクチュエータ５０は、振動板５２の上に、下部電極５４、圧電体膜５６、上部電極５８が積層されて成るダイアフラム構造のアクチュエータである。振動板５２は、その可動部分の周囲が支持体６０によって支持（固定）されており、圧電体膜５６のｄ３１方向の変位によって振動板５２が撓む、いわゆるユニモルフ型のアクチュエータとなっている。なお、支持体６０は、図１で説明した仕切板１６の肉厚部が兼ねることができる。
【００４８】
また、図２において、電圧が印加されない圧電体膜の部分（つまり、上部電極５８のない部分）はエッチングにより除去することで、より効率良く振動板５２を駆動することができる。なお、本例では、弾性変形可能な可動部となる振動板５２の形状は、平面視で正方形とし、支持体６０の開口幅を図２中のＤ：正方形ダイアフラムの一辺の長さ）で表した。
【００４９】
＜可変焦点レンズの製造方法の実施例＞
次に、本実施形態に係る可変焦点レンズ１０の製造方法の一例を説明する。本発明の一実施例による可変焦点レンズを次の手順で作製した。
【００５０】
（手順１）まず、活性層が１０μｍ厚、酸化膜が１μｍ厚、支持体層が５００μｍ厚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用意し、支持体層をエッチングすることで、活性層と酸化膜で構成される振動板（図１の符号５２）を作製した。さらに、支持体層と酸化膜と活性層をすべてエッチングし、貫通孔を形成することで、レンズ部（図１の符号３１）に対応した開口部（図１の符号１８）を作製した。
【００５１】
このとき作製した振動板のサイズ（平面視）は、１ｍｍ角の正方形（一辺の長さＤ＝１ｍｍの正方形）であり、レンズ部の開口部はφ３ｍｍの円形とした。
【００５２】
（手順２）次に、振動板上に、スパッタ法により、下部電極、圧電体膜、上部電極を成膜して圧電素子を形成し、１ｍｍ角の振動板の中心に８００μｍ角となるようにパターニングした。図３に圧電アクチュエータの部分拡大図を示す。図３中、図２と同一又は類似の要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５３】
図３において、符号６１は支持体層、符号５１は酸化膜（ＳｉＯ２膜）、符号６２は活性層（Ｓｉ層）である。この場合、支持体層６１がエッチングで除去された領域（弾性変形可能な領域）に対応した酸化膜５１と活性層６２との積層体によって「振動板」が構成される。上記手順１，２によって、図１で説明した仕切板１６に相当する部材が得られる。
【００５４】
なお、酸化膜５１をさらに除去して活性層６２のみで振動板を構成してもよく、また、ＳＯＩ基板に代えて、シリコン基板を用いる態様も可能である。
【００５５】
（手順３）次に、第１液１２、第２液２２を収容する容器として、溝（凹部）を掘ったガラス基板（図１で説明した第1室構造体３２、第２室構造体４２）を用意した。このとき、第２液２２を収容するガラス容器（第２室構造体４２）に、液体を充填するための流入口と流出口として、貫通孔を二つ形成した（図４（ａ）参照、符号７２は流入口を示し、符号７４は流出口を示す）。
【００５６】
（手順４）そして、手順２で得た仕切板１６（ＳＯＩ基板）と、手順３で用意したガラス容器（第１室構造体３２，第２室構造体４２）をエポキシ系の接着剤で接合した。すなわち、ＳＯＩ基板とガラス容器との接合面に接着剤を２μｍ程度の厚みに塗布して、ＳＯＩ基板とガラス容器とを接合した。このとき、下部電極５４及び上部電極５８の配線は、ガラスで封止される密閉容器２６の外まで延在するように配線した（図４参照）。
【００５７】
（手順５）次に、第２室構造体４２の流入口７２及び流出口７４の部分に、液体を流すためのチューブ７６、７８を接続したバルブ８２、８４を、エポキシ系の接着剤で接着固定した（図４参照）。こうして、図４（ａ）に示すような容器構造が得られた。なお、流入口７２に設けたバルブ８２が「第１バルブ」に相当し、流出口７４に設けたバルブ８４が「第２バルブ」に相当する。
【００５８】
参考のために、図５に平面透視図を示した。図５において、符号５５は、下部電極５４とつながった配線用電極であり、符号５９は上部電極５８とつながった配線用電極である。
【００５９】
流入口７２と流出口７４は、図５のように平面視で略矩形の第２液室２４における対角の隅部分に形成されることが好ましい。このような配置により、液体導入時に容器内の空気を外部に排出しやすい。
【００６０】
＜液体充填方法について＞
次に、液体の充填方法について説明する。
【００６１】
（手順６）はじめに、両方のバルブ８２，８４を開けた状態でチューブ７６を用いて流入口７２から純水（比重１，屈折率１．３３）（「第１液」に相当）を導入し、第１液室１４及び第２液室に純水を満たした（図４（ｂ）参照）。このとき、脱気を十分に行い、純水を容器内に充填した。
【００６２】
（手順７）次に、油系であるトルエンとクロロベンゼンの混合液（比重１、屈折率１．５）を、内部の液が乱れないようにゆっくりと流入させる（図４（ｃ））。トルエンとクロロベンゼンを比重１となるように混合したトルエン４４．４重量％の液体（「第２液」に相当）は、純水とは不混和であるため、この液体（「以下、油系液体」という。）を第２液室２４に流入させると、第２液室２４に充填されていた純水は、この油系液体によって置換される。すなわち、第２液室２４に充填されていた純水は、油系液体の導入に伴い、流出口７４から外部に出され、油系液体に置き換わる。このとき、開口部１８（貫通孔）の上部で二液の界面３０が形成された。
【００６３】
（手順８）図４（ｄ）に示したように、第２液室２４の純水が油系液体によって完全に置換されたところで、流入口７２、流出口７４の順で、バルブ８２、８４を閉めることで容器を密閉した。
【００６４】
（手順９）その後、チューブ７６，７８を取り外した。
【００６５】
上述の手順により、作製した可変焦点レンズについて、次のような動作確認を行った。
【００６６】
＜動作確認実験＞
容器外に引き出された配線用電極（図５の符号５５，５９参照）に駆動回路を接続し、圧電アクチュエータに５０Ｖの直流電圧を印加したところ、振動板は図４（ｄ）の下方向に凸に変形し、レンズ部３１の界面３０は上に凸に変形した。
【００６７】
振動板の体積変化量（排除体積量）をレーザードップラー振動計で測定したところ、約２ｐｌ（ピコリットル）変化しており、直径３ｍｍのレンズ部３１にとって、十分な変位量が得られていることが確認できた。
【００６８】
さらに、５０Ｖ、１ｍｓのパルス波を印加したときの振動板の変位をレーザードップラー振動計で計測したところ、上述の直流電圧印加時と同様の変位量が得られ、残留振動は無かった。このことから、１ｍｓ以内に振動板が変形していることがわかり、高速応答が可能であることが確認された。
【００６９】
＜他の作用効果について＞
上述の手順により、作製した可変焦点レンズは、油系液体に圧電素子５３が接しているため、圧電素子の耐久性が向上する。鉛（Ｐｂ）を含有する圧電体の場合、水分中にＰｂが溶解して劣化する。本実施形態によれば、圧電素子５３を油系液体に接触させることで、水分中へのＰｂの溶解を防ぐことができ、圧電素子５３の寿命を延ばすことができる。
【００７０】
＜変形例１＞
本例では、底板部材３３、天板部材４３の全体を光透過性の部材で構成したが、底板部材３３，天板部材４３の一部に、光透過性の窓部を形成してもよい。例えば、底板部材３３，天板部材４３の一部に貫通孔を形成し、この貫通孔の部分に透明なガラス、又は透明な樹脂を嵌め込む構成でもよい。
【００７１】
＜変形例２＞
上述した実施形態では、密閉容器２６内に圧電アクチュエータ５０を１つだけ設けたが、圧電アクチュエータを複数具備する態様も可能である。例えば、仕切板の一部に複数のダイアフラム型圧電アクチュエータを設け、これらを一斉に駆動することによって、より大きな体積変化量を得ることができ、焦点距離の可変範囲を広げることが可能である。
【００７２】
＜本発明による可変焦点レンズの応用例について＞
本発明による可変焦点レンズは、高速応答が可能であり、空間解像力も高いため、高速三次元スキャナーや全焦点顕微鏡システムなどに好適であり、動的な対象への高速追従が可能になる。また、小型化により携帯電話機等の電子機器に搭載することも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…可変焦点レンズ、１２…第１液、１４…第１液室、１６…仕切板、１８…開口部、２２…第２液、２４…第２液室、３０…界面、３１…レンズ部、３２…第１室構造体、４２…第２室構造体、５０…圧電アクチュエータ、５２…振動板、５４…下部電極、５６…圧電体膜、５８…上部電極、７２…流入口、７４…流出口、８２…バルブ、８４…バルブ
【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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