(57)【要約】      （修正有）【課題】液体の界面における周縁位置を安定して保持することが可能となる液体レンズを提供する。【解決手段】非混和性と異なる屈折率を備えた絶縁性を有する第１の液体１０２及び導電性を有する第２の液体１０３を、収容し、容器に設けられた電極１０７への電圧印加で第１と第２の液体同士のなす界面の形状の変化により、光学特性を変化させる液体レンズ１００であって、第１の液体と第２の液体との界面の端部が接触する面には、電極上に位置する絶縁層１０４上に形成された、第１の液体に対して親和性を有する第１の領域１０５と、第１の液体に対する親和性と異なる親和性を有する第２の領域１０６を備え、界面の形状の変化の際、界面の端部近傍の第１の液体を第１の領域に留めようとする親和力と、第１の領域から第２の領域へエレクトロウェッティングにより界面の端部を移動させようとする力と、を利用して、界面の端部を第１の領域の端部で保持する。【選択図】図１
2011150329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する容器に、非混和性と異なる屈折率を備えた絶縁性を有する第１の液体及び導電性を有する第２の液体を、収容し、
前記容器に設けられた電極への電圧の印加により前記第１と第２の液体同士のなす界面の形状の変化によって、光学特性を変化させる液体レンズであって、
前記第１の液体と前記第２の液体との界面の端部が接触する面には、前記電極上に位置する絶縁層上に形成された、前記第１の液体に対して親和性を有する第１の領域と、該第１の液体に対する親和性と異なる親和性を有する第２の領域を備え、
前記界面の形状の変化の際、前記界面の端部近傍の前記第１の液体を前記第１の領域に留めようとする親和力と、前記第１の領域から前記第２の領域へエレクトロウェッティングにより前記界面の端部を移動させようとする力と、を利用して、前記界面の端部を、前記第１の領域の端部で保持することを特徴とする液体レンズ。
【請求項２】
前記端部が接触する面は、前記絶縁層上に形成された薄膜により構成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体レンズ。
【請求項３】
前記絶縁層は、外部からの光が入射する光軸方向と垂直な方向に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体レンズ。
【請求項４】
前記絶縁層は、外部からの光が入射する光軸方向に平行に前記容器の内壁側に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体レンズ。
【請求項５】
前記第１の領域における前記第１の液体に対する親和性が、前記第２の領域における前記第１の液体に対する親和性よりも高く、且つ、
前記第１の領域における前記第１の液体に対する親和性が、前記第２の液体に対する親和性よりも高く構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体レンズ。
【請求項６】
前記第２の領域における前記第２の液体に対する親和性が、前記第１の領域における前記第２の液体に対する親和性よりも高く、且つ、
前記第２の領域における前記第２の液体に対する親和性が、前記第１の液体に対する親和性よりも高く構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体レンズ。
【請求項７】
前記容器は円筒容器で構成され、前記第１の領域と前記第２の領域が、前記円筒容器の横断面の中心を通る前記液体レンズの光軸を中心とする円状のパターンで形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体レンズに関し、特にアクティブにパワーを得るための光学素子を構成する液体レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、屈折力を変化させることが可能なレンズの１つとして液体レンズの開発が進められている。
特許文献１には、エレクトロウェッティング現象を利用して屈折力を変化させる液体レンズの原理に関する説明に加え、液体レンズを構成する液体のセンタリング性を高めて光軸の安定化を図る光学素子についての技術が開示されている。
この特許文献１に記載の光学素子によると、液体レンズを構成する２つの液体夫々に対して親和性を有する２つの領域を、該液体レンズの光軸と同心的に複数交互に形成することにより、液体同士の界面の周縁位置を高い精度で規定することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２５７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された技術を利用した液体レンズに対して振動などによる外力が作用した場合、界面の周縁位置が前記２つの領域のいずれかの領域上で移動してしまうこととなり、光学性能が低下することが課題として懸念される。
また、特許文献１に開示された技術を利用していない液体レンズにおいても、界面の周縁位置を安定して保持することは、光学性能を安定に保つ上での重要な課題である。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、液体の界面における周縁位置を安定して保持することが可能となる液体レンズ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】
【０００６】
本発明により提供される液体レンズは、液体を収容する容器に、非混和性と異なる屈折率を備えた絶縁性を有する第１の液体及び導電性を有する第２の液体を、収容し、
前記容器に設けられた電極への電圧の印加により前記第１と第２の液体同士のなす界面の形状の変化によって、光学特性を変化させる液体レンズであって、
前記第１の液体と前記第２の液体との界面の端部が接触する面には、前記電極上に位置する絶縁層上に形成された、前記第１の液体に対して親和性を有する第１の領域と、該第１の液体に対する親和性と異なる親和性を有する第２の領域を備え、
前記界面の形状の変化の際、前記界面の端部近傍の前記第１の液体を前記第１の領域に留めようとする親和力と、
前記第１の領域から前記第２の領域へエレクトロウェッティングにより前記界面の端部を移動させようとする力と、を利用して、前記界面の端部を、前記第１の領域の端部で保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体の界面における周縁位置を安定して保持することが可能となる液体レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における液体レンズの構成例について説明する図である。図１（ａ）は液体レンズの断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の液体レンズの矢視図である。
【図２】本発明の実施例１における図１（ａ）の液体レンズとは異なる形態の液体レンズの断面図である。
【図３】液体レンズの界面端部の動作について説明する模式図である。図３（ａ）は実施例１における図１（ａ）の液体レンズに関して説明する図。図３（ｂ）は本発明とは異なる液体レンズに関して説明する図。図３（ｃ）は実施例１における図１（ａ）の液体レンズとは異なる形態の液体レンズに関して説明する図。
【図４】電圧と界面端部の距離との関係について説明する模式図である。図４（ａ）は実施例１における電圧と界面端部の距離との関係を示す図である。図４（ｂ）は本発明とは異なる液体レンズにおける図３（ｂ）の液体レンズの電圧と界面端部の距離との関係を示す図である。図４（ｃ）は実施例１における図３（ｃ）の液体レンズの電圧と界面端部の距離との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例２における液体レンズの構成例について説明する図である。図５（ａ）は実施例２における液体レンズの断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した液体レンズの矢視図である。
【図６】図６（ａ）は図５（ａ）の液体レンズとは異なる形態の液体レンズの断面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）の液体レンズの矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施する形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１０】
［実施例１］
実施例１として、図１を用いて本発明を適用した、容器に設けられた電極への電圧の印加による容器に収容された液体同士の界面形状の変化によって、光学特性を変化させる構造を備えた液体レンズの構成例について説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施例の液体レンズ１００は、円筒部材１０１ａの外部からの光が入射する面側に光透過性を有する蓋部材１０１ｂ、１０１ｃが接合された円筒容器を備える。
そして、この円筒容器に絶縁性及び光透過性を有する第１の液体１０２と、導電性及び光透過性を有する第２の液体１０３を、これらの液体同士の界面において該第１の液体１０２によって形成される球面形状の上部を該第２の液体１０３によって覆うようにして収容されている。
第１の液体１０２及び第２の液体１０３は互いに非混和性を有し、互いに屈折率が異なる液体からなる。
また、第１の液体１０２と第２の液体１０３の密度が互いに異なる場合、重力の影響により液体同士の界面が球面状にならないため、第１の液体１０２と第２の液体１０３の密度は互いに近い値にすることが望ましい。
第１の液体１０２及び第２の液体１０３は平面状に形成された絶縁層１０４と薄膜を介して接触しており、この薄膜は絶縁層１０４上に第１の液体１０２に対する親和性が互いに異なる第１の領域１０５と第２の領域１０６とにより形成されている。
第１の領域１０５における第１の液体１０２に対する親和性は、第２の領域１０６における第１の液体１０２に対する親和性よりも高い。
また、第１の領域１０５における第１の液体１０２に対する親和性は、第２の液体１０３に対する親和性よりも高い。
【００１１】
図１（ｂ）は図１（ａ）の液体レンズ１００における第１の領域１０５及び第２の領域１０６を矢印１５０の方向から見た矢視図である。図１（ｂ）に示すように、第１の領域１０５と第２の領域１０６は同心円状のパターンで形成されている。
絶縁層１０４を挟んで第１の液体１０２及び第２の液体１０３と反対側である対向する位置には電極１０７が平面状に形成されている。
電圧印加装置１０８により、第２の液体１０３と電極１０７との間に電圧を印加することで、第１の液体１０２と第２の液体１０３との界面を、界面１０９から界面１１０へと変化させることが可能とされている。
電圧を印加した際に、円筒部材１０１ａを介して電圧がショートすることを防ぐため、円筒部材１０１ａには電気的に絶縁性を有する部材が用いられる。
勿論、導電性を有する円筒部材１０１ａの内壁面に電気的に絶縁性を有する部材を設ける構造でも良い。
【００１２】
図１（ａ）に示した液体レンズ１００は、光軸１１１の方向に外部から光が入射する構造とされている。
また、蓋部材１０１ｂ、１０１ｃは光透過性を有する必要があるため、蓋部材１０１ｂ、１０１ｃにはガラスやアクリルなどの光透過性を有する部材が用いられている。
蓋部材１０１ｂ、１０１ｃと同様に、図１（ａ）に示した電極上に位置する絶縁層１０４及び電極１０７は、光路上に光軸１１１の方向と垂直な方向に形成されて存在し、光透過性を有する必要があるため、ポリパラキシレンを成分とする絶縁層やＩＴＯ電極などの光透過性を有する部材が用いられている。尚、本実施例の液体レンズに要求される光透過性は該液体レンズの用途によって異なるため、広い範囲の透過波長幅や高い光透過率が必要とは限らない。
故に、上述した光透過性は、定性的又は定量的に表された特定の基準によって規定されるものではない。
【００１３】
また、円筒部材１０１ａは上述した以外の機能や性能を有していても良い。例えば、液体レンズ１００に光学的なゴーストが発生することを防止するため、円筒部材１０１ａの表面に黒色の塗装を施しても良い。
図２は、図１（ａ）の液体レンズとは異なる形態の液体レンズの断面図である。図２において、２００は液体レンズ、２０１ａ、２０１ｄは円筒部材、２０１ｂ、２０１ｃは蓋部材、２０２は第１の液体、２０３は第２の液体、２０７は電極である。
図２に示す液体レンズは、図１（ａ）に示した液体レンズ１００の円筒部材１０１ａを電気的に絶縁性を有する円筒部材２０１ａと、電気的に導電性を有する円筒部材２０１ｄとで構成される。
そして、電極２０７が円筒部材２０１ａと蓋部材２０１ｃの間に接合されている。
外部に露出した円筒部材２０１ｄの壁面と同様に外部に露出した電極２０７の端部との間に電圧を直接印加することで、第１の液体２０２と第２の液体２０３との界面を変化させることが可能である。
【００１４】
ここで、第１の液体１０２にはシリコンオイルなどが用いられ、第２の液体１０３には塩化ナトリウム水溶液などが用いられる。
第１の液体１０２にシリコンオイルを用い、第２の液体１０３に塩化ナトリウム水溶液を用いた場合、絶縁層１０４上にポリイソブチレン、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して形成した薄膜が夫々、第１の領域１０５、第２の領域１０６とされる。
ポリイソブチレンは親油性を有し、ポリテトラフルオロエチレンは疎油性を有するため、第１の液体１０２であるシリコンオイルに対する親和性はポリイソブチレンの方が高い。また、ポリイソブチレンは疎水性を有するため、第１の液体１０２であるシリコンオイルに対する親和性は、第２の液体１０３である塩化ナトリウム水溶液に対する親和性よりも高い。
このように、第１の領域１０５及び第２の領域１０６は、第１の液体１０２や第２の液体１０３に対する親和性の大きさの関係が前述した関係を満たしていれば良い。
勿論、前述した関係を満たす親和性は、絶縁層１０４への表面処理によって付与しても良く、絶縁層１０４自体が有する親和性をそのまま利用しても良い。
【００１５】
つぎに、図３を用いて、液体レンズの界面端部の動作について説明する。
図３（ａ）は、図１（ａ）に示した液体レンズ１００に異なる電圧を印加した時の、液体同士の界面の端部付近における動作を説明するための模式図である。尚、以降の説明では、特に断りの無い限り、電圧は実効値の絶対値を表すものとする。
液体レンズ１００に後述する特定の電圧Ｖ１を印加した時の界面が界面３２１で表される時、印加する電圧を後述する特定の電圧Ｖ２まで下げていくと界面３２１は、界面の端部が第１の領域１０５の端部に位置する時の界面である界面３２２へと移動していく。
更に印加する電圧を下げていくと、ある範囲の電圧の間は界面の端部が第１の領域１０５の端部に位置する状態が続き、界面は界面３２３で表されるような状態となる。
界面が界面３２３で表される状態では、第１の液体１０２と第１の領域１０５との親和性により前記界面の端部近傍の第１の液体１０２を第１の領域１０５に留めようとする力（親和力）と、エレクトロウェッティングにより前記界面の端部を第１の領域１０５上から第２の領域１０６上へ移動させようとする力と、が作用している。ここで、前記エレクトロウェッティングによる力は、第１の液体１０２が接触する面の界面エネルギ、第２の液体１０３が接触する面の界面エネルギ、前記界面の界面エネルギ、第２の液体と電極との間に蓄えられる静電エネルギ、の総和が最小となる位置へ、前記界面を移動させようとする力である。また、前記エレクトロウェッティングによる力は、図３（ａ）について言えば、第１の領域１０５と第２の領域１０６とのなす表面に沿って生ずる力のことを指す。これに対して、前記親和力は、第１の領域１０５と第２の領域１０６とのなす表面に沿って生じる力であるものの、前記エレクトロウェッティングによる力とは逆方向の力を指す。
前記界面の端部の位置を第２の領域１０６上へ移動させる力よりも、第１の領域に留めようとする親和力の方が大きい状態では、界面３２３のように界面の端部が第１の領域１０５の端部と重なった状態で保持される。
この時、界面の端部付近における第１の液体１０２には、互いに方向が異なる上述した２つの力が作用しているため、界面の端部を移動させようとする外乱が生じた場合でも、界面の端部は第１の領域１０５の端部に安定して保持される。
【００１６】
ここで、第２の領域１０６における第２の液体１０３に対する親和性が、第１の領域１０５における第２の液体１０３に対する親和性よりも高い場合、第２の液体１０３を第２の領域１０６上に留めようとする親和力が、第２の液体１０３に対して作用する。
すると、界面の端部は第１の領域１０５上を移動し難くなり、第１の領域１０５の端部に一層安定に保持される。
尚、図３（ａ）に示した液体レンズ１００における界面３２２、３２３から分かるように、界面の端部が保持される第１の領域１０５の端部とは、第１の領域１０５における２つの端部の内、印加する電圧を下げていった時に界面の端部が到達する側の端部である。
また、界面の端部が保持される第１の領域の端部が、第１の領域における２つの端部のいずれかであるかは、第１の領域と第２の領域の夫々が有する第１の液体及び第２の液体に対する親和性の大きさの関係で決まる。
後述する液体レンズ４００を用いた場合は液体レンズ１００を用いた場合とは逆に、界面の端部が保持される第１の領域の端部が、第１の領域における２つの端部の内、印加する電圧を上げていった時に界面の端部が到達する側の端部である。
【００１７】
図４（ａ）は、図３（ａ）に示した液体レンズ１００における、印加電圧と液体同士の界面の端部の光軸からの距離との関係を説明するための模式図である。図４（ａ）に示したように、印加電圧が電圧Ｖ３から電圧Ｖ２の間である時、界面の端部は第１の領域１０５の端部で保持された状態となる。
界面の端部がより安定に保持されるためには、印加電圧をＶ３及びとＶ２の相加平均や相乗平均にするなど、Ｖ３及びＶ２から離れた印加電圧にすると効果的である。
また、第１の領域１０５が有する親和性と第２の領域１０６が有する親和性との差を大きくすると、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３との差が大きくなり、界面の端部をより安定に保持することに効果的である。
そのため、第２の領域１０６は第１の領域１０５が有する親和性を有さない領域にすることも効果的である。
例えば、第１の領域１０５が親油性を有している場合、第２の領域１０６が撥油性を有するようにしても良い。
電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３の値を求めるには、電圧Ｖ１から除々に印加電圧を下げていきつつ界面の端部の位置を観察し、界面の端部が第１の領域１０５の端部に位置する電圧をＶ２、第１の領域１０５の端部から離れる時の電圧をＶ３とすれば良い。
【００１８】
ここで、本実施例の液体レンズと相違する絶縁層上に第１の領域及び第２の領域を形成しなかった場合について述べる。
図３（ｂ）は、実施例１の液体レンズと相違する、絶縁層１０４上に第１の領域１０５及び第２の領域１０６を形成しなかった液体レンズ３００の、液体同士の界面の端部付近における動作を説明するための模式図である。
液体レンズ３００に後述する特定の電圧Ｖ４を印加した時の液体同士の界面が界面３３１で表される時、印加する電圧を後述する特定の電圧Ｖ５、Ｖ６まで下げていくと界面３３１は、界面３３２、界面３３３へと連続的に移動していく。
例えば、電圧Ｖ６で決まる界面が界面３３３で表される状態は、界面３３３の端部の位置が界面エネルギと静電エネルギの総和が最小となる位置に存在する状態であり、界面３３３の端部の位置を移動させようとする外乱が生じた場合、界面３３３の端部の位置は移動してしまう恐れがある。
【００１９】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示した液体レンズ３００における、印加電圧と液体同士の界面の端部の光軸からの距離との関係を説明するための模式図である。図４（ｂ）に示したように、第１の領域及び第２の領域が存在しない液体レンズ３００では、印加電圧に対して液体同士の界面の端部の位置が一義的に決まってしまう。
そのため、外乱などで印加電圧の値が微小変動した場合には、界面の端部の位置が連動して変動してしまう恐れがある。
このような、外乱などによる界面の端部の位置の変動を抑える液体レンズとして、本実施例のように図４（ａ）に示した特性を有する液体レンズ１００が提供される。
【００２０】
上記の液体レンズ１００では、第１の領域１０５における第１の液体１０２に対する親和性が第２の液体１０３に対する親和性よりも高くした構成例について説明したが、以下ではこれと異なる形態の構成例について説明する。
すなわち、第１の領域における第２の液体に対する親和性が第１の液体に対する親和性よりも高くした構成例について述べる。
図３（ｃ）は、このような液体レンズ１００に対し、第１の領域における第２の液体に対する親和性が第１の液体に対する親和性よりも高い液体レンズ４００に異なる電圧を印加した時の、液体同士の界面の端部付近における動作を説明するための模式図である。
液体レンズ４００において、第１の領域４０５における第２の液体４０３に対する親和性は、第２の領域４０６における第２の液体４０３に対する親和性よりも高い。
液体レンズ４００に後述する特定の電圧Ｖ７を印加した時の界面が界面４２１で表される時、印加する電圧を後述する特定の電圧Ｖ８まで上げていくと界面４２１は、界面の端部が第１の領域４０５の端部に位置する時の界面である界面４２２へと移動していく。
更に、印加する電圧を上げていくと、ある範囲の電圧の間は界面の端部が第１の領域４０５の端部に位置する状態が続き、界面は界面４２３で表されるような状態となる。
界面が界面４２３で表される状態では、前記界面の端部の位置を第２の領域４０６上の位置である界面エネルギと静電エネルギの総和が最小となる位置へ移動させようとする力と、前記界面の端部近傍の第１の液体４０２を第１の領域４０５に留めようとする親和力が作用している。
第２の領域４０６上へ移動させようとする力よりも親和力の方が大きい状態では、界面４２３のように界面の端部が第１の領域４０５の端部と重なった状態で保持される。
この時、界面の端部付近における第２の液体４０３には、互いに方向が異なる上述した２つの力が作用しているため、界面の端部を移動させようとする外乱が生じた場合でも、界面の端部は第１の領域４０５の端部に安定して保持される。
【００２１】
ここで、第２の領域４０６における第１の液体４０２に対する親和性が、第１の領域４０５における第１の液体４０２に対する親和性よりも高い場合、第１の液体４０２を第２の領域４０６上に留めようとする親和力が、第１の液体４０２に対して作用する。
すると、界面の端部は第１の領域４０５上を移動し難くなり、第１の領域４０５の端部に一層安定に保持される。
尚、図３（ｃ）に示した液体レンズ４００における界面４２２、４２３から分かるように、界面の端部が保持される第１の領域４０５の端部とは、第１の領域４０５における２つの端部の内、印加する電圧を上げていった時に界面の端部が到達する側の端部である。
【００２２】
図４（ｃ）は、図３（ｃ）に示した液体レンズ４００における、印加電圧と液体同士の界面の端部の光軸からの距離との関係を説明するための模式図である。図４（ｃ）に示したように、印加電圧が電圧Ｖ８から電圧Ｖ９の間である時、界面の端部は第１の領域４０５の端部で保持された状態となる。
界面の端部をより安定に保持されるためには、印加電圧をＶ８及びＶ９との相加平均や相乗平均にするなど、Ｖ８及びＶ９から離れた印加電圧にすると効果的である。
また、第１の領域４０５が有する親和性と第２の領域４０６が有する親和性との差を大きくすると、電圧Ｖ８と電圧Ｖ９との差が大きくなり、界面の端部をより安定に保持することに効果的である。
そのため、第２の領域４０６は第１の領域４０５が有する親和性を有さない領域にすることも効果的である。
例えば、第１の領域４０５が親水性を有している場合、第２の領域４０６が撥水性を有するようにしても良い。
電圧Ｖ８及び電圧Ｖ９の値を求めるには、電圧Ｖ７から除々に印加電圧を上げていきつつ界面の端部の位置を観察し、界面の端部が第１の領域４０５の端部に位置する電圧をＶ８、第１の領域４０５の端部から離れる時の電圧をＶ９とすれば良い。
【００２３】
以下の説明においては図１（ａ）に示した液体レンズ１００を取り上げるが、図３（ｃ）で示した液体レンズ４００についても同様に説明される。
上述したように、図１（ａ）に示した液体レンズ１００は界面の端部が第１の領域１０５の端部で保持された状態で使用されるため、第１の領域１０５と第２の領域１０６のパターンのピッチによって界面の曲率のピッチが決まる。
よって、液体レンズ１００に要求される光学性能の１つである屈折力の制御幅の仕様から界面の曲率のピッチを決め、それに見合うピッチで第１の領域１０５と第２の領域１０６のパターンを形成しても良い。
第１の領域１０５及び第２の領域１０６のパターンを液体レンズ１００の光軸１１１を中心軸とした軸対称形状で形成すると、第１の領域１０５の端部も軸対称形状となるため、液体同士の界面の端部も軸対称形状に保持される。
すなわち、界面の中心軸を液体レンズ１００の光軸１１１に一致させることができる。
尚、界面の中心軸を液体レンズの光軸に一致させる他の方法として、第１と第２の液体同士の界面の端部が絶縁層と接触する部分を円筒の内壁部や後述する実施例２における内テーパ部にすることも効果的である。
【００２４】
本願発明の液体レンズは、外部からの光が入射する面側が光透過性の部材で構成された液体を収容する容器に、
光透過性を有し、互いに非混和性と屈折率が異なる、絶縁性を有する第１の液体及び導電性を有する第２の液体を、これらの液体同士の界面において該第１の液体によって形成される球面形状の上部を該第２の液体によって覆うように収容し、
前記容器に設けられた電極への電圧の印加による前記第１と第２の液体同士の界面形状の変化によって、光学特性を変化させる構造を備えた液体レンズであって、
前記第１の液体と前記第２の液体との界面の端部が薄膜を介して接触する面に、絶縁層が形成され、
前記絶縁層を挟んで前記第１の液体及び前記第２の液体と反対側の位置に、前記電極が形成された構成を有し、
前記薄膜が、前記第１の液体に対して親和性を有する第１の領域と、該第１の液体に対する親和性と異なる親和性を有する第２の領域を備え、
前記第１の液体と前記第２の液体との界面形状を変化させるため、前記電極に電圧を印加した際、前記界面の端部近傍の前記第１の液体を前記第１の領域に留めようとする親和力と、エレクトロウェッティングにより前記界面の端部を移動させようとする力と、による互いに方向が異なる二つの力を、前記第１の液体の界面の端部に作用させ、
前記界面の端部を、前記親和性を有する第１の領域の端部で保持することが可能に構成されている液体レンズをも包含する。
【００２５】
［実施例２］
実施例２として、図５を用いて実施例１とは異なる形態を有する液体レンズの構成例について説明する。
図５において、５００は液体レンズ、５０１ｂ、５０１ｃは蓋部材、５０２は第１の液体、５０３は第２の液体、５０４は絶縁層、５０５は第１の領域、５０６は第２の領域、５０７は電極である。
図５（ａ）に示すように、本実施例の液体レンズ５００は、円筒電極５０７の両端部に光透過性を有する蓋部材５０１ｂ、５０１ｃが接合された円筒容器を備える。
そして、円筒容器に絶縁性及び光透過性を有する第１の液体５０２と、導電性及び光透過性を有する第２の液体５０３が収容されている。
【００２６】
第１の液体５０２及び第２の液体５０３は互いに非混和性を有し、互いに屈折率が異なる液体である。
また、第１の液体５０２と第２の液体５０３の密度が互いに異なる場合、重力の影響により液体同士の界面が球面状にならないため、第１の液体５０２と第２の液体５０３の密度は互いに近い値にすることが望ましい。
円筒電極５０７は、絶縁層５０４を挟んで第１の液体５０２及び第２の液体５０３と反対側の円筒容器における、光が入射する方向と同方向に構成されている側壁の内壁側に形成されている。
そして、これらの第１の液体５０２及び第２の液体５０３は、円筒電極５０７の内壁上に、前記円筒容器の横断面の中心を通る液体レンズ５００の光軸５１１の方向と平行に形成されて存在する絶縁層５０４と薄膜を介して接触している。
この薄膜は、絶縁層５０４上に第１の液体５０２に対する親和性が互いに異なる第１の領域５０５と第２の領域５０６とにより形成されている。
第１の領域５０５における第１の液体５０２に対する親和性は、第２の領域５０６における第１の液体５０２に対する親和性よりも高い。
また、第１の領域５０５における第１の液体５０２に対する親和性は、第２の液体５０３に対する親和性よりも高い。
【００２７】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の液体レンズ５００における第１の領域５０５及び第２の領域５０６を矢印５５０の方向から見た矢視図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１の領域５０５と第２の領域５０６は、光軸５１１を中心とする円状のパターンで形成されている。
電圧印加装置５０８により、第２の液体５０３と電極５０７との間に電圧を印加することで、第１の液体５０２と第２の液体５０３との界面を、界面５０９から界面５１０へと変化させることが可能である。
【００２８】
図５（ａ）に示した液体レンズ５００は光軸５１１の方向に外部から光が入射する構造とされており、蓋部材５０１ｂ、５０１ｃは光透過性を有する必要があるため、蓋部材５０１ｂ、５０１ｃにはガラスやアクリルなどの光透過性を有する部材が用いられている。実施例１とは異なり、図５（ａ）に示した液体レンズ５００における絶縁層５０４及び電極５０７は光路上に存在しないため、光透過性を有する必要は無い。
尚、本実施例の液体レンズに要求される光透過性は該液体レンズの用途によって異なるため、広い範囲の透過波長幅や高い光透過率が必要とは限らない。
故に、上述した光透過性は、定性的又は定量的に表された特定の基準によって規定されるものではない。
【００２９】
ここで、第１の液体５０２にはシリコンオイルなどが用いられ、第２の液体５０３には塩化ナトリウム水溶液などが用いられる。
第１の液体５０２にシリコンオイルを用い、第２の液体５０３に塩化ナトリウム水溶液を用いた場合における、第１の領域５０５及び第２の領域５０６の形成例は、実施例１により説明した通りである。
図５（ａ）に示した液体レンズ５００において液体同士の界面を安定して保持するために、実施例１で説明したように、界面の端部が第１の領域５０５の端部に保持される範囲の電圧を印加する。
尚、図５（ａ）に示した液体レンズ５００における第１の領域５０５と第２の領域５０６の夫々が有する第１の液体５０２及び第２の液体５０３に対する親和性の大きさの関係は、図３（ａ）に示した液体レンズ１００におけるその関係と同じである。
そのため、界面の端部が保持される第１の領域５０５の端部とは、第１の領域５０５における２つの端部の内、印加する電圧を下げていった時に界面の端部が到達する側の端部である。
【００３０】
ここで、図５（ａ）に示した液体レンズ５００における第１の領域５０５及び第２の領域５０６が有する親和性を、図３（ｃ）に示した液体レンズ４００における第１の領域４０５及び第２の領域４０６が有する親和性と同じにしても良い。その場合も、液体同士の界面を安定して保持するために、実施例１で説明したように、界面の端部が第１の領域の端部に保持される範囲の電圧を印加する。
尚、その場合の界面の端部は、液体レンズ４００を用いた場合と同様に、第１の領域における２つの端部の内、印加する電圧を上げていった時に界面の端部が到達する側の端部である。
【００３１】
図５（ａ）に示した液体レンズ５００のように、液体同士の界面の端部が接触する絶縁層５０４を光軸５１１に対して軸対称形状にし、かつ、界面の端部が光軸５１１の方向へ移動する構造にすることにより、界面の中心軸を光軸５１１に一致させることができる。よって、本実施例の液体レンズ５００では、液体レンズ５００の構造によって液体同士の界面の中心軸を液体レンズの光軸に一致させ、第１の領域５０５及び第２の領域５０６のパターンによって界面の端部を安定に保持している。
図５（ａ）に示した液体レンズ５００では、液体同士の界面の端部が光軸５１１の方向へ移動するため、界面の曲率を負から正まで変化させることができ、更に、曲率に関わらず常に一定の大きさの光学有効面積を有することができる。
【００３２】
実施例１で説明したように、図５（ａ）に示した液体レンズ５００における第１の領域５０５と第２の領域５０６のパターンのピッチは、液体レンズ５００に要求される光学性能の１つである屈折力の制御幅の仕様から決めても良い。
尚、以下で説明するように、上述した液体レンズ５００の円筒電極５０７を内側にテーパ形状を有する円筒電極に変えても良い。
図６（ａ）は図５（ａ）に示した液体レンズ５００における円筒電極５０７の代わりに、内側にテーパ形状を有する円筒電極６０７を用いた液体レンズ６００の断面図である。
図６（ｂ）は図６（ａ）の液体レンズ６００における第１の領域６０５及び第２の領域６０６を矢印６５０の方向から見た矢視図である。
図６（ｂ）に示したように、第１の領域６０５と第２の領域６０６は、円筒容器５０７の横断面の中心を通る液体レンズ６００の光軸６１１を中心とする同心円状のパターンで形成されている。
【００３３】
図５（ａ）に示した液体レンズ５００と同様に、図６（ａ）に示した液体レンズ６００は、液体同士の界面の中心軸を光軸６１１に一致させることができる。図６（ａ）に示した液体レンズ６００では、界面の曲率を負から正まで変化させることができ、更に、電圧を印加していな状態における界面の曲率を電極６０７のテーパ角度によって決めることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１００：液体レンズ
１０１ａ：円筒部材
１０１ｂ、１０１ｃ：蓋部材
１０２：第１の液体
１０３：第２の液体
１０４：絶縁層
１０５：第１の領域
１０６：第２の領域
１０７：電極
【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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