(57)【要約】【課題】屈折度数及び透過率を自由に設定できる光学素子、及びこれを用いた眼鏡を提供すること。【構成】ガラス基板１、２に透明電極３、４と絶縁膜５、６と撥水性油膜７とをこの順に形成した組立体を、撥水性油膜が互いに向き合うようにして対向させかつ組立体の対向間にガラスリング部材９を介在させて包囲空間を形成し、この包囲空間に有極性液体１０と液体光学材料１１とを封入し、有極性液体１０に駆動電圧を印加することにより液体光学材料１１に対する有極性液体１０の接触角を変化させて前記無極性液体の形状を変更する光学素子である。有極性液体１０及び液体光学材料１１の少なくとも一方の液体に光の透過量を減衰させる減衰材料を混入して屈折度数及び透過率の少なくとも一方を変化させるまた、この光学素子をレンズとして眼鏡を構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板に透明電極と絶縁膜と撥水性油膜とをこの順に形成した組立体を、前記撥水性油膜が互いに向き合うようにして対向させかつ該組立体の対向間にスペーサ部材を介在させて包囲空間を形成し、この包囲空間に有極性液体と無極性液体とを封入し、前記有極性液体に駆動電圧を印加することにより前記無極性液体に対する前記有極性液体の接触角を変化させて前記無極性液体の形状を変更する光学素子であって、前記有極性液体及び前記有極性液体の少なくとも一方の液体に光の透過量を減衰させる減衰材料を混入し、
前記駆動電圧を制御して屈折度数及び透過率の少なくとも一方を変化させることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記無極性液体に前記無極性液体の屈折率より高い屈折率を有し、透過させる光の波長の１／１０以下の粒径であるセラミックス微粒子を分散させたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学素子をレンズとしたことを特徴とする眼鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光量を調整することができる光学素子及びこれを用いた眼鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロウエッティング（Electrowetting）は、電界を用いて、疎水性誘電体フィルムの表面の濡れ性（wettability）を疎水性（撥水性）から親水性の間で変化させる技術である。このエレクトロウエッティングを利用して、疎水性誘電膜の表面に誘電性液滴で形成した液体レンズ等の光学素子を作成して駆動することができる。液体レンズを駆動すると、レンズのパワーを変更することができる。このような液体レンズは、水中に配置されることがあり、このような液体レンズを形成する誘電性液体としては、シリコーンオイルを用いることがある（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この光学素子としての液体レンズを眼鏡に利用することができ、このような目眼ではレンズの度数を自由に変更できる。このような眼鏡では、天候に合わせ、且つ自分の好みにあわせたレンズの透過光量を調整できる実現できることが要望される。例えば雨が降って運転しているような場合、路面からの反射光がまぶしく自動車用のサンバイザーを車に装着するが、運転席の高さなどを調整しなければならない。しかし、路面からの反射光をうまく遮り、かつ対向車の高輝度なヘッドライトのまぶしさもうまく避けることは難しく、このような状態に対応できる自動調光機能を備えた眼鏡が望まれる。
【０００４】
上述した自動調光機能を備える眼鏡としては、紫外線の量に応じて濃度を変化させる調光レンズを使用するものがある。この調光レンズとしては、酸化銀とハロゲン化合物を使用するものや、有機系の感光物質を使用するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８１５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし上述した調光機能を備えた眼鏡のレンズは、光量に対応して透過度が変化するだけである他、光量に対する応答速度が遅かったり、経時変化により調光性能が劣化したりするという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、屈折度数及び透過率を自由かつ迅速に調整することができる光学素子、及びこれを用いた眼鏡を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、透明基板に透明電極と絶縁膜と撥水性油膜とをこの順に形成した組立体を、前記撥水性油膜が互いに向き合うようにして対向させかつ該組立体の対向間にスペーサ部材を介在させて包囲空間を形成し、この包囲空間に有極性液体と無極性液体とを封入し、前記有極性液体に駆動電圧を印加することにより前記無極性液体に対する前記有極性液体の接触角を変化させて前記無極性液体の形状を変更する光学素子であって、前記有極性液体及び前記有極性液体の少なくとも一方の液体に光の透過量を減衰させる減衰材料を混入し、前記駆動電圧を制御して屈折度数及び透過率の少なくとも一方を変化させることを特徴とする。
【０００９】
同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子において、前記無極性液体に前記無極性液体の屈折率より高い屈折率を有し、透過させる光の波長の１／１０以下の粒径であるセラミックス微粒子を分散させたことを特徴とする。
【００１０】
同じく請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学素子をレンズとしたことを特徴とする眼鏡である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる光学素子、及びこれを用いた眼鏡によれば、屈折度数及び透過率を自由にかつ迅速に調整することができる。
【００１２】
即ち、請求項１に記載の光学素子によれば、有極性液体に駆動電圧を印加することにより無極性液体に対する有極性液体の接触角を変化させて全体として光学素子の屈折度数及び透過率の少なくとも一方を変化させることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の光学素子によれば、無極性液体に前記無極性液体の屈折率より高い屈折率を有し、透過させる光の波長の１／１０以下の粒径であるセラミックス微粒子を分散させているので、全体として高い屈折率とすることができ、光学素子の設計の自由度を上げることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明によれば、レンズとして屈折度数及び透過率の少なくとも一方を変化させる光学素子を使用しているので、使用状況や使用者の好みにより眼鏡の光学特性を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る光学素子である液体レンズの構成を示す断面図である。
【図２】同液体レンズの変形状態の測定を説明するための模式図である。
【図３】同液体レンズを眼鏡に用いた場合を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態に係る光学素子、及びこれを用いた眼鏡について説明する。
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る光学素子として液体レンズについて説明する。図１は本発明の実施形態に係る液体光学材料を用いた液体レンズの構成を示す断面図である。本実施形態に係る液体レンズは、ガラス基板１、２と、透明電極３、４と、絶縁膜５、６と、撥水性油膜７、８とガラスリング部材９と、有極性液体１０と、無極性液体である液体光学材料１１とからなる。
【００１８】
ガラス基板１、２の上面には、透明電極３、４がパターンニングにより形成されている。また、透明電極３、４の表面には、絶縁膜５、６が形成されている。この絶縁膜５、６の表面には撥水性油膜７、８が形成されている。ガラス基板１、２は、スペーサ部材としてのガラスリング部材９を介して互いに対向して配設されている。このガラスリング部材９の外周面には耐久性接着剤９ａが設けられている。
【００１９】
ここで、透明電極３、４は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を蒸着して構成されている。絶縁膜５、６は、熱可塑性フッ素重合体としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の溶液に、セラミックスのナノ粒子を分散させて形成されている。撥水性油膜７、８にはＡＦコートを用いる。即ち、撥水性油膜７、８の材料には、ポリパラキシリレン、ポリテトラフルオロエタン、フッ素系のポリマー、シリコーン樹脂等が用いられる。
【００２０】
有極性液体１０と、液体光学材料１１とは、ガラス基板１、２とガラスリング部材９とにより形成された包囲空間に封入されている。包囲空間の注入口は封止剤１２としてのＵＶ硬化樹脂（紫外線硬化型接着剤）によって封止されている。
【００２１】
この液体レンズを製造するには、透明基板としてのガラス基板１、２に透明電極３、４と絶縁膜５、６と撥水性油膜７、８とがこの順に形成された一対の組立体の撥水性油膜７、８が互いに向き合うようにして組立体を対向させ、かつ組立体の対向間にスペーサ部材としてのガラスリング部材９を介在させて包囲空間を形成する。ついで、この包囲空間に有極性液体１０と液体光学材料１１とを封入する。
【００２２】
上述した液体レンズにあっては、シリコーンオイルは屈折率が低いため、光学素子として設計の自由度が低いという問題があった。このため、この液体レンズを用いてサングラスを作成するのは難しいという問題がある。
【００２３】
ここで、液体レンズを前提とすると液体レンズを形成する誘電性液体としての液体光学材料として下記の特性が求められる。
・水の屈折率との差が大きい
・水の相溶性がない（−30℃〜80℃）
・凝固点が低い（＜−30℃）
・粘度係数（粘度の温度依存性）が小さい
【００２４】
このような観点から各種シリコーンオイルの特性を検討すると以下のようになる。
【００２５】
【表１】
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ここで「○」は優、「△」は可、「×」は不可を示す。
【００２６】
また、屈折率が高いジフェニルシリコーンに硫黄（Ｓ）を入れて各種特性を向上させることもできるが、経時的に硫黄が分離し変質してしまい、実用に耐えない。
【００２７】
本実施形態に液体レンズによれば、透明電極３、４に所定の駆動電圧（電位差）を与えると、有極性液体１０に対する液体光学材料１１の接触角が変化し、液体光学材料１１が破線で示すように変形する。このため、有極性液体１０と液体光学材料１１との界面１０ｃの曲率と厚みとが変化し、液体レンズ全体の焦点距離が変化する。よって、駆動電圧を制御することにより液体レンズの焦点距離を制御できる。
【００２８】
有極性液体１０は、例えば、水を主成分として、不凍液が添加されている。液体光学材料１１は、この例では、透明な無極性液体であるジメチルシリコーンにこのジメチルシリコーンの屈折率より高い屈折率を有し、透過させる光の波長の１／１０以下の粒径であるセラミックス微粒子１３を分散させている。即ち、液体光学材料１１内にチタン酸バリウムのナノ粒子が混入されている。
【００２９】
混入するセラミックスは、チタン酸バリウムの他、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化セリウム、アルミン酸イットリウム、酸化イットリウム等から選択できる。各セラミックスの屈折率は、下表の通りである。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
分散するチタン酸バリウム微粒子の粒径は、数ｎｍ〜１００ｎｍ、分散するセラミックス微粒子の量は、ジメチルシリコーン重量の２０％以下とする。セラミックス微粒子が２０％を超えると、粘性が増してしまい液体光学材料１１が変形しにくくなる。
【００３２】
ここで、ジフェニルシリコーンにチタン酸バリウムなどの微粒子を均一かつ安定的に分散するには、その粒子の表面をシリコーン化合物で修飾すればよい。
粒径１０〜２０ｎｍのチタン酸バリウム微粒子を屈折率１．４０のジメチルシリコーンに２０％分散したとき、屈折率は  １．５６であった。
更に、他のセラミックス微粒子として、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化セリウム、アルミン酸イットリウム、酸化イットリウム、等を使用できる。
また、他のシリコーンオイルとして、メチルフェニル、ジフェニルなどや変性シリコーンオイル等を使用できる。
【００３３】
シリコーンオイル中に高屈折率のセラミックス微粒子を分散させると入射した光は、セラミックスにより屈折され、全体として屈折率がシリコーンオイルの屈折率より増加する。また、セラミックス微粒子を入射する光の波長の１／１０以下とすると、微粒子による透明性に影響を与えない。
【００３４】
本実施形態に係る液体光学材料１１は、ジメチルシリコーン中にチタン酸バリウム微粒子を散乱させている。このため、液体光学材料１１の屈折率はジメチルシリコーンの屈折率より大きくなる。この屈折率の増加は、チタン酸バリウム微粒子の量を増加するほど大きくなる。
【００３５】
このように本実施形態では流体レンズの屈折率を、チタン酸バリウム微粒子を分散しないジメチルシリコーンを使用した場合より大きくすることができる。また、液体レンズに必要とされる各種特性を満たすことができる。これにより、流体レンズの設計の自由度が向上する。
【００３６】
なお、無極性液体としては、上述したジメチルシリコーンの他、メチルフェニルシリコーン、ジフェニルシリコーン等のシリコーンオイルの他、室温において液体状である人工油、鉱物油等を使用できる。このような人工油、鉱物油は、水系の極性液体ではなく、無極性液体であり、上述した本発明の液体光学材料に使用する条件、即ち、水の屈折率との差が大きい、水の相溶性がない、凝固点が低い、粘度係数を満たしている。
【００３７】
次に実施形態に係る液体レンズの変形について説明する。図２は液体レンズの変形状態の測定を説明するための模式図である。図２では図１に示す符号と同一符号は同一構成要素を示している。
ここでは、有極性液体１０を撥水性油膜７としてのＡＦコートの表面に滴化し、この有極性液体１０の液滴１０’に電極１０ａを差し込み、ＩＴＯ膜としての透明電極３、４との間に駆動電圧（電位差）Ｖを与えて接触角θの変化を測定することで変形状態を測定する。その結果、良好な接触角θの値を得た。
【００３８】
以上のように、図１に示す液体レンズによれば、透明電極３、４に所定の駆動電圧（電位差）Ｖを与えると、図１に示す有極性液体１０の液体光学材料１１に対する接触角θが変化する。このため、液体光学材料１１が破線で示すように変形し、有極性液体１０と液体光学材料１１の界面１０ｃの曲率と厚みとが変化する。その結果、ガラス製レンズの曲率、厚さが変化したと同等の結果となり、液体レンズに入射する光束の屈折角が変化し、液体レンズの光学特性を変化させることができる。また、この実施形態によれば、誘電率ではなくて、高速応答性に直接関係する接触角θの変化により液体光学材料の評価を行っているので、作成した液体レンズの評価を的確に行うことができる。
【００３９】
また、有極性液体１０又は液体光学材料１１に可視光を減衰させる光減衰材料、例えば色素を混入して透過光を減衰させることができる。よって、有極性液体１０の厚さを変更して液体レンズにおける可視光の透過量を任意に変更できる。
【００４０】
次に上述した液体レンズを使用した眼鏡について説明する。この実施形態では、図３は同液体レンズを眼鏡に用いた場合を説明するための模式図である。この例では有極性液体１０に光減衰材量を混入してある。図３に示すように、例えば透明電極３、４に所定のプラスの電圧を印加することで、液体レンズの厚み寸法が大きくなり、内包する有極性液体１０を排除する。これにより、全体として光の透過率が変化し、また屈折度数が変化する。図３に示した例では、光の透過率が高くなる。このように、本発明に係る液体レンズを眼鏡のレンズとすることで眼鏡を調光サングラスとすることができる。
【００４１】
このようなサングラスを作成するに際しては、印加電圧、液体レンズの変形度（厚み、形状等）、屈折度等の相関関係を予め数値化して記録しておく。そして、眼鏡装用者の視力、屈折度数、乱視軸などのデータを視力計やレフラクトメータなどの検眼器で計測し、視力、屈折度数、乱視軸などのデータに合わせ、透明電極３、４への印加電圧を変化させ、液体レンズの厚みを変化させる。また、眼鏡装用者の好みに合わせ、液体レンズの透過率を変えることができる。
眼鏡レンズにこの光学素子を使用する場合、度数と透過率が同時に変化する。サングラスの場合、透過率のみが変化することが望ましい。なお、可変度数の眼鏡レンズの場合は光吸収剤を混入することが望ましい。
【００４２】
以上のように本実施形態に係る眼鏡によれば、使用環境に合わせ、また眼鏡装用者が好む特性のサングラスを提供することができる。
【００４３】
なお、上記例では、液体光学材料１１にセラミックスのナノ粒子を混入した場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されず、セミラックスのナノ粒子を混入しなくても、屈折度数等の変化、透過率の変化を発生させることができる。
【００４４】
また、本発明に係る光学素子は、眼鏡のレンズとして使用する他、視力計、レフラクトメータ、ハンディタイプＯＣＴ（眼底断層像観察装置）の光学レンズ、カメラ等のズーム光学系、ＮＤフィルタ、検眼用メガネの交換レンズなどに用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１、２：ガラス基板
３、４：透明電極
５、６：絶縁膜
７：撥水性油膜
７、８：撥水性油膜
９：ガラスリング部材
９ａ：耐久性接着剤
１０：有極性液体
１１：液体光学材料
１２：封止剤
１３：セラミックス微粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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