(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で光学特性を調整することのできる光学素子とその作製方法を提供する。【解決手段】光学素子１０Ａは、第１の電極層１２Ａと、第２の電極層１４Ａと、第１の電極層１０Ａと第２の電極層１４Ａの間に配置される高分子材料層１１と、高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間に配置され、高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間に所定の空間を形成する絶縁性のスペーサ層１３Ａと、を有し、高分子材料層１１は、電圧印加の下で変形して、所定の空間に１以上の光散乱体を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極層と、
第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の間に配置される高分子材料層と、
前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に配置され、前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に所定の空間を形成する絶縁性のスペーサ層と、
を有し、前記高分子材料層は、電圧印加の下で変形して、前記所定の空間に１以上の光散乱体を形成することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記スペーサ層は、１以上の開口を有する絶縁膜であり、
前記電圧印加の下で、前記１以上の光散乱体の各々は、対応する前記１以上の開口の中に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第２の電極層は、前記高分子材料層と対向する主面に１以上の開口を有し、
前記スペーサ層は、前記主面において、前記１以上の開口の底面を除く領域を覆って設けられ、
前記電圧印加の下で、前記１以上の光散乱体の各々は、対応する前記１以上の開口の中に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光散乱体は、凸形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２の電極層は陽極層であり、前記第１の電極層は陰極層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２の電極層は、透明電極層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記高分子材料層は、ゲル状の高分子材料に２５℃での負イオンの輸率が０．４以上であるイオン液体が添加されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記高分子材料に対する前記イオン液体の重量比率は０．２wt%以上、１．５ wt%以下であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
第１の電極層と、
第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の間に配置される高分子材料層と、
前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に配置され、前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に所定の空間を形成する絶縁性のスペーサ層と、
を有し、電圧印加の下で前記第２の電極層の表面に複数の光散乱体の配列を有することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項１０】
前記高分子材料層は、ゲル状の高分子材料に、２５℃での負イオンの輸率が０．４以上であるイオン液体が添加されていることを特徴とする請求項９に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイに対向して配置される撮像素子アレイと、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項９または１０に記載のマイクロレンズアレイと、
光源と、
を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
第１の電極層の上に高分子材料層を形成し、
前記高分子材料層の上に、絶縁性のスペーサ層と第２の電極層とを配置して、前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に所定の空間を形成し、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の間に電圧を印加して前記高分子材料層を変形させて、前記空間に１以上の光散乱体を形成する、
工程を含む光学素子の作製方法。
【請求項１４】
１以上の開口を有する前記スペーサ層を前記第２の電極層に貼り合わせた電極アセンブリを形成し、
前記高分子材料層の上に、前記電極アセンブリを配置する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の作製方法。
【請求項１５】
前記第２の電極層の主面に１以上の開口を形成し、
前記主面において、前記開口の底面を除く領域を覆う前記スペーサ層を形成して電極アセンブリを形成し、
前記高分子材料層と前記主面が対向するように、前記高分子材料層の上に前記電極アセンブリを配置する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の作製方法。
【請求項１６】
前記高分子材料層は、ゲル状の高分子材料に２５℃での負イオンの輸率が０．４以上であるイオン液体が添加されていることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の光学素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、及び光学素子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電圧の印加によって変形する高分子材料を用いて、レンズを光軸方向に移動させる焦点調節機構（たとえば、特許文献１参照）、レンズ駆動機構（たとえば、特許文献２参照）等が知られている。高分子材料はレンズを保持するレンズホルダに用いられており、電圧印加による高分子材料の伸縮を利用して、レンズの位置を光軸に沿って動かしている。
【０００３】
また、電界の印加方向に伸縮する有機材料を一対の電極で挟み、有機材料層の電界印加方向と垂直な面内で単位電場当たりの電歪性歪量に分布を持たせることで、有機材料層と電極を変形させて凸レンズ、凹レンズ等を形成する方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００４】
人工筋肉アクチュエータに適用される高分子柔軟アクチュエータとして、ポリ塩化ビニル１〜５０重量部に対してイオン液体を１〜３０重量部含むゲル材料が知られている（たとえば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５３０１６３号
【特許文献２】特許第５１８０１１７号
【特許文献３】特許第５０２９１４０号
【特許文献４】特許第５３９２６６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レンズを光軸に沿って移動させる構成は、レンズホルダに配置された高分子材料を伸縮させることで、単一のレンズの位置を変化させている。この構成は、まずホルダを変形させ、ホルダの変形によってレンズ位置を変えるので、レンズ駆動の応答性と精度を十分に高めることが難しい。
【０００７】
有機材料層の面内方向に電歪性歪量の分布を持たせる構成は、インクジェットやマイクロコンタクトプリンティングなどで、特性の異なる材料を微小量ずつ所望の位置に塗布するため、レンズ作製の工程が複雑であり時間がかかる。
【０００８】
また、上述した従来構成はいずれも単一のレンズの調整を目的としているが、イメージングや映像関連製品では、多数の微細なレンズを用いたマイクロレンズアレイに対する需要が高まっている。マイクロレンズアレイに焦点調整機能を付与することができれば、付加価値を高めることができる。
【０００９】
上記の課題に鑑みて、本発明は、簡単な構成で光学特性を調整することのできる光学素子とその作製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】
【００１０】
本発明では、電圧印加による高分子材料の伸縮または変形を利用して、光の集光・拡散を制御することのできる光学素子を提供する。
【００１１】
第１の態様では、光学素子は、
第１の電極層と、
第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の間に配置される高分子材料層と、
前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に配置され、前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に所定の空間を形成する絶縁性のスペーサ層と、
を有し、前記高分子材料層は、電圧印加の下で変形して、前記所定の空間に１以上の光散乱体を形成する。
【００１２】
第２の態様では、光学素子の作製方法は、
第１の電極層の上に高分子材料層を形成し、
前記高分子材料層の上に、絶縁性のスペーサ層と第２の電極層とを配置して、前記高分子材料層と前記第２の電極層の間に所定の空間を形成し、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の間に電圧を印加して前記高分子材料層を変形させて、前記空間に１以上の光散乱体を形成する、
工程を含む。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成と手法により、簡単な構成で光学特性を調整することのできる光学素子とその作製方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の光学素子の基本構成を示す概略模式図である。
【図２】実施形態の光学素子の動作原理を説明する図である。
【図３】実施形態の光学素子に複数の光散乱体を形成して得られるマイクロレンズアレイの概略図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ'断面図である。
【図５】複数の光散乱体を有する光学素子の作製工程図である。
【図６】実施形態の光学素子の変形過程を示す３Ｄ画像である。
【図７】図６の光学素子（マイクロレンズアレイ）の断面プロファイルを電圧の関数として示す図である。
【図８】光学素子の変形例と動作を示す図である。
【図９】実施形態の光学素子を用いた撮像装置の模式図である。
【図１０】実施形態の光学素子を用いた照明装置の模式図である。
【図１１】イオン液体を添加した高分子材料の特性を測定するためのサンプルの模式図である。
【図１２】図１１のサンプルで高分子材料に種々のイオン液体を添加したときの高分子材料層の応答特性を示す図である。
【図１３】イオン液体の物性とポリマーゲルの変位状態を示す図である。
【図１４】イオン液体の添加量とポリマーゲルの変位の関係を示す図である。
【図１５】電圧印加により形成された光散乱体の評価結果をイオン液体の添加量ごとに示す図である。
【図１６】イオン液体の電極劣化への影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、実施形態の光学素子１０の一つの構成例として、光学素子１０Ａの基本構成を示す。光学素子１０Ａは、第１の電極層１２と、第２の電極層１４Ａと、第１の電極層１２と第２の電極層１４Ａの間に配置される高分子材料層１１と、高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間に配置されるスペーサ層１３Ａを有する。スペーサ層１３Ａは、所定のパターンの開口１６を有し、開口１６の位置で、高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間に、空間１７が形成されている。
【００１６】
高分子材料層１１は、電圧印加の下で弾性変形して、空間１７の中に光散乱体１５を形成する。光散乱体１５は、後述するように凸形状を有している。
【００１７】
スペーサ層１３Ａは、電気的に絶縁性であれば、材料の種類を問わない。無機絶縁膜、有機絶縁膜のいずれであってもよい。図１の例では、スペーサ層１３Ａは、所定の開口１６のパターンを有する絶縁性の樹脂膜である。開口１６の平面形状と寸法は、空間１７の体積と、空間１７の中に発生させる光散乱体１５の形状によって適宜設計され、一例として、円、楕円、多角形等である。
【００１８】
スペーサ層１３Ａの開口１６の径は、たとえば１ｍｍ未満、好ましくは３００μｍ以下に設定される。開口１６の径が１ｍｍ以上になると、電圧の印加によって、開口１６内に高分子材料層１１を突出させることが困難になる。開口１６の径を３００μｍ以下にする場合は、電圧印加に対する高分子材料層１１の変形効率が向上し、凸形状を形成することができる。
【００１９】
高分子材料層１１と光散乱体１５は、ゲル状のポリマー材料（以下、適宜「ポリマーゲル」と呼ぶ）で形成されている。光散乱体１５は、電圧の印加によるポリマーゲルの伸縮または変形を利用して形成されている。
【００２０】
ポリマーゲルは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等であり、使用波長に対して透明な高分子（または樹脂）材料を適宜選択することができる。
【００２１】
実施形態では、電場の作用による変形例が大きく、取扱いが容易なＰＶＣを用いる。ＰＶＣに適切な可塑剤を添加してもよいし、ＰＶＣを溶媒に溶解させてもよい。可塑剤を用いる場合は、アジピン酸ジブチル（ＤＢＡ：dibutyl adipate）、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ：diethyl adipate）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳ：diethyl sebacate）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ：dioctyl phthalate）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ：diethyl phthalate）等を用いることができる。溶媒として、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等を用いることができる。
【００２２】
可塑剤の混合比率は５０ｗｔ％以上、好ましくは７５ｗｔ％以上である。混合比率が５０ｗｔ％未満だと、電圧を印加しても高分子材料層１１を変形させることが困難になる。混合比率が５０ｗｔ％以上７５ｗｔ％未満のときは、電圧印加により高分子材料層１１を変形させることができるが、印加する電圧レベルが高くなるおそれがある。混合比率を７５ｗｔ％以上とすることで、適切な電圧レベルで高分子材料層１１を変形させることができる。
【００２３】
第１の電極層１２は、導電性を有する材料であれば、特に制限はない。第１の電極層１２を金属で形成する場合は、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、チタン、タンタル、インジウム、パラジウム、リチウム、ニオブ、これらの合金などを用いることができる。第１の電極層１２をＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）等の透明な酸化物半導体材料で形成してもよいし、導電性ポリマー、導電性カーボン等を用いてもよい。
【００２４】
第２の電極層１４Ａは、透明電極層であるのが望ましい。第２の電極層１４Ａを透明電極層とすることで、光散乱体１５で集光または拡散される光を透過させることができる。
【００２５】
第１の電極層１２と第２の電極層１４Ａの極性は、高分子材料層１１の形状を変化させる方向に応じて設定することができる。図１の例では、高分子材料層１１は、マイナスに帯電しやすい材料を用い、第１の電極層１２を陰極、第２の電極層１４Ａを陽極としている。
【００２６】
高分子材料層１１の陽極側の表面の一部は、スペーサ層１３Ａと面接触している。高分子材料層１１は、電圧印加により、スペーサ層１３Ａと面接触していない領域（すなわち開口１６内に露出している領域）で変形し、第２の電極層１４Ａに向かって引き上げられる。
【００２７】
光学素子１０Ａは、たとえば以下の手順で作製することができる。所定の寸法に形成された第１の電極層１２の上に、可塑剤が添加されたＰＶＣの溶液をキャスト法等で塗布して、高分子材料層１１を形成する。高分子材料層１１の上に、あらかじめ開口１６のパターンを形成したスペーサ層１３Ａと、第２の電極層１４Ａを配置する。スペーサ層１３Ａの配置と、第２の電極層１４Ａの配置は、同時でも、順次でもよい。
【００２８】
第１の電極層１２と第２の電極層１４Ａの間に所定の電圧を印加して、開口１６によって形成される空間１７内に光散乱体１５を形成する。
【００２９】
高分子材料層１１の厚さは、開口１６の径と深さ、形成したい光散乱体１５の高さ、第１の電極層１２及び第２の電極層１４Ａの厚さ等に応じて適宜決定される。一例として、高分子材料層１１の厚さは１ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。高分子材料層１１の厚さが０．１ｍｍ以下のときは、多少、ハンドリングしにくくなるが、あくまでも開口１６のサイズとの兼ね合いで設計される。したがって、微細な多数のレンズを有するマイクロレンズアレイシートを作製する場合は、高分子材料層１１の厚さが０．１ｍｍ以下になる場合もあり得る。スペーサ層１３Ａの厚さは１ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下である。
【００３０】
図２は、実施形態の光学素子１０Ａの動作原理を説明する図である。図２の（Ａ）は電圧が印加されていない状態を示す。図２の（Ｂ）は電圧が印加されたときの状態を示す。
【００３１】
図２（Ａ）の状態では、高分子材料層１１は表面が平坦な状態で第１の電極層１２と第２の電極層１４Ａの間に位置する。高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間にスペーサ層１３Ａが設けられているので、高分子材料層１１の一部は、スペーサ層１３Ａと面接触している。スペーサ層１３Ａに形成された開口１６の位置では、高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間に空間１７が形成されている。
【００３２】
図２（Ｂ）のように、第１の電極層１２と第２の電極層１４Ａの間に電圧が印加されると、陰極である第１の電極層１２から、ゲル状の高分子材料層１１に電子が注入される。電子を含むポリマーゲルは、陽極である第２の電極層１４Ａの表面に向かって引き上げられる。一方、スペーサ層１３Ａは絶縁性であり、ポリマーゲルは、開口１６の側面よりも中心部で優先的に、第２の電極層１４Ａに向かって引っ張られ、光散乱体１５が形成される。
【００３３】
高分子材料層１１は、ポリマーゲル自体が持つ弾性と電圧応答性によって変形し、開口１６の中心軸のまわりに、凸形状の光散乱体１５が形成される。高分子材料層１１の組成と開口１６の形状が均一であれば、同じレベルの電圧を印加することで、開口１６内に、ばらつきの少ない凸形状の光散乱体１５を形成することができる。
【００３４】
トータルのポリマーゲルの体積は同じであるから、開口１６内でポリマーゲルが引き上げられた分だけ、高分子材料層１１の厚さが若干、低減する。高分子材料層１１の厚さが低減すると、高分子材料層１１と面接触しているスペーサ層１３Ａと、スペーサ層１３Ａに支持されている第２の電極層１４Ａの位置も若干、下方に下がる。
【００３５】
高分子材料層１１の変形は可逆的であり、電圧の印加を停止することで、図２（Ｂ）の初期状態に戻すことができる。また、後述するように、印加する電圧のレベルに応じて、光散乱体１５の高さを調整することができる。
【００３６】
スペーサ層１３Ａに形成される開口１６の数は１つに限定されない。スペーサ層１３Ａに複数の開口１６を形成することで、電圧印加により高分子材料層１１を変形させて、複数の光散乱体１５を形成することができる。この場合も、高分子材料層１１の組成と複数の開口１６の形状が均一であれば、電圧印加により、均一な形状の複数の光散乱体１５を同時に形成することができる。
【００３７】
図３は、光学素子１０Ａに複数の光散乱体１５を形成して得られるマイクロレンズアレイ１００の概略図である。マイクロレンズアレイ１００は、第１の電極層１２Ａと、第２の電極層１４Ａと、第１の電極層１２Ａと第２の電極層１４Ａの間に配置される高分子材料層１１と、高分子材料層１１と第２の電極層１４Ａの間に挿入されるスペーサ層１３Ａを有する。図３の例では、第１の電極層１２Ａと、第２の電極層１４Ａは、ともに透明電極である。
【００３８】
スペーサ層１３Ａには、複数の開口１６が形成されている。第１の電極層１２Ａと第２の電極層１４Ａの間に電圧が印加されると、高分子材料層１１が変形し、各開口１６内に光散乱体１５が形成される。
【００３９】
第１の電極層１２Ａは陰極層、第２の電極層１４Ａは陽極層であり、高分子材料層１１の陽極側の表面に、光散乱体１５の配列が形成されている。一例として、高分子材料層１１の厚さは５００μｍ、光散乱体１５の底面の径は１５０μｍ、高さは５０μｍ、中心心間のピッチは２００μｍである。
【００４０】
高分子材料層１１は、図１を参照して説明したように、ＰＣ、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等のポリマーゲルである。ポリマーゲルに、ＤＢＡ、ＤＥＡ、ＤＥＳ、ＤＯＰ、ＤＥＰ等の可塑剤を添加してもよい。可塑剤の混合比は、５０ｗｔ％以上、より好ましくは７５ｗｔ％以上である。
【００４１】
マイクロレンズアレイ１００の光散乱体１５は、複数の開口１６の内部空間で、高分子材料層１１が第２の電極層１４Ａに電気的に引きつけられて変形することで形成されており、高分子材料層１１の表面に、均一な凸形状の光散乱体１５が並んでいる。
【００４２】
図２を参照して説明したように、第１の電極層１２Ａと第２の電極層１４Ａの間に印加する電圧のレベルに応じて、光散乱体１５の配列を出現させ、及び／または光散乱体１５の高さを変更することができる。
【００４３】
図４は、電圧が印加されていないときの図３のＸ−Ｘ'断面図である。第１の電極層１２Ａと第２の電極層１４Ａの間で、高分子材料層１１の表面は平坦である。高分子材料層１１の表面の一部はスペーサ層１３Ａと面接触し、その他の部分は、スペーサ層１３Ａに形成された開口１６内の空間１７に露出している。開口１６の径φは１５０μｍ、スペーサ層１３Ａの厚さは３０μｍである。
【００４４】
図５は、複数の光散乱体１５を有する光学素子の一例であるマイクロレンズアレイ１００の作製工程図である。工程（ａ）で、基材２１の上に第１の電極層１２Ａを形成し、第１の電極層１２Ａの上に高分子材料層１１を形成する。第１の電極層１２Ａは、たとえば厚さ１００μｍＩＴＯフィルムである。高分子材料層１１は、ＰＶＣにアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を混合比率が８０ｗｔ％となるように添加し、ＴＨＦの溶媒に完全に溶解させてゲル溶液とした後、ゲル溶液を第１の電極層１２Ａの上に厚さ５００μｍでキャストしたものである。可塑剤であるＤＢＡはマイナスイオンを帯びやすく、電圧の印加によりポリマーゲルが陽極に引き付けられる。
【００４５】
工程（ｂ）で、高分子材料層１１の上に、複数の開口１６が形成されたスペーサ層１３Ａと、第２の電極層１４Ａを配置する。スペーサ層１３Ａとして、たとえば厚さ３０μｍのポリイミドフィルムを用いる。第２の電極層１４Ａは、厚さ１００μｍのＩＴＯフィルムである。この例では、スペーサ層１３Ａと第２の電極層１４Ａはあらかじめ貼り合わせられて、電極アセンブリ１９Ａが形成されている。電極アセンブリ１９Ａは、図示しない基材の上に支持されていてもよい。
【００４６】
スペーサ層１３Ａでは、直径が１５０μｍの開口１６が、３０×３０のマトリクスに配置されている。開口１６のピッチＰは２００μｍ、隣接する開口１６と開口１６の間隔は５０μｍである。
【００４７】
工程（ｃ）で、基材２１を剥離して、マイクロレンズアレイ１００の薄膜が完成する。その後、第１の電極層１２Ａと第２の電極層１４Ａの間に所望のレベルの電圧を印加することで、開口１６内に光散乱体１５を発生させる。
【００４８】
図６は、複数の光散乱体１５を有する光学素子１０に印加する電圧のレベルを変えながら観察した３Ｄ画像である。３Ｄ観測は、キーエンス社製のデジタルマイクロスコープＶＨＸ１０００を用いて行う。
【００４９】
図６（Ａ）は印加電圧が６００Ｖのときの画像、図６（Ｂ）は印加電圧が７００Ｖのときの画像、図６（Ｃ）は印加電圧が８００Ｖのときの画像である。電圧の印加により、ポリマーゲルが中心部から引き上げられる様子がわかる。
【００５０】
図７は、図６の３Ｄ画像から、３つの連続する光散乱体１５の高さを電圧印加の関数としてプロットしたものである。縦軸が初期状態（電圧の印加なしの状態）での高分子材料層１１の表面位置からの高さ、横軸がスペーサ層１３Ａの開口１６の面内位置であり、１グリッドを１５０μｍとしている。
【００５１】
電圧の印加がないとき（０Ｖ）、開口１６の内部での高分子材料層１１の高さ位置は、−２０μｍの近傍にある。これは、光学的な測定で光が入りづらい深さ方向での誤差（±２０μｍ程度）の影響であり、開口１６内での高分子材料層１１のプロファイルは平坦になっている。
【００５２】
電圧の印加が５００Ｖのとき、ポリマーゲルが大きく変形して、開口１６の中心を中心軸として突起が形成される。電圧レベルが６００Ｖと７００Ｖでは、ピークの高さ位置がさらに増大し、縦に長い凸形状のプロファイルが得られる。このときの光散乱体１５の高さは５０μｍに達する。電圧の印加が８００Ｖのときはピークの高さ位置はやや低減するが、幅も小さくなり、急峻度はより大きくなる。ピーク近傍での曲率半径は、より小さくなる。
【００５３】
図７のプロファイルから分かるように、光学素子１０（またはマイクロレンズアレイ１００）に印加される電圧レベルを制御することで、所望のレンズ形状の光学素子１０（またはマイクロレンズアレイ１００）が得られる。
【００５４】
なお８００Ｖを印加してもポリマーゲルに流れる電流は１０μＡ以下と非常に低く、発熱量が抑制され、長期間の使用に耐えられる。
【００５５】
図８は、変形例の光学素子１０Ｂの概略図である。上述した実施形態では、平坦な第２の電極層１４Ａに、開口１６を有する絶縁性のスペーサ層１３Ａを張り合わせて用いていた。変形例では、第２の電極層１４Ｂの高分子材料層１１と対向する主面１４１に開口１４３を設け、主面１４１と開口１４３内の側壁を、絶縁性のスペーサ層１３Ｂで覆う。開口１４３の底面１４５はスペーサ層１３Ｂで覆われずに、露出している。
【００５６】
開口１４３を有する第２の電極層１４Ｂとスペーサ層１３Ｂは、電極アセンブリ１９Ｂとして一体的に形成されていてもよい。開口１４３は、ウェットエッチングまたはドライエッチングで所望の形状に形成することができる。たとえば、開口１４３の平面形状は、所定の径を有する円、楕円、多角形等である。
【００５７】
開口１４３が形成された第２の電極層１４Ｂの主面１４１の全面に絶縁性のスペーサ層１３Ｂを形成し、フォトリソグラフィとエッチングにより、開口１４３の底面１４５のスペーサ層１３Ｂを除去して、開口１４３内に第２の電極層１４Ｂを露出する。開口１４３の側壁を覆うスペーサ層１３によって、第２の電極層１４Ｂと高分子材料層１１の間に、所定の空間１７が形成される。
【００５８】
図８（Ａ）に示すように、電圧を印加しない状態では、空間１７の内部で、高分子材料層１１の表面は平坦になっている。開口１４３以外の領域で、高分子材料層１１はスペーサ層１３Ｂと面接触している。
【００５９】
図８（Ｂ）に示すように、第１の電極層１２Ｂと第２の電極層１４Ｂの間に電圧が印加されると、高分子材料層１１が変形し、開口１４３の内部で中心部から優先的に第２の電極層１４Ｂに向かって引っ張られる。これにより、空間１７の中に凸形状の光散乱体１５が形成される。
【００６０】
図８の光学素子１０Ｂも、複数の光散乱体１５を形成することで、マイクロレンズアレイとして用いることができる。この場合は、第２の電極層１４Ｂに複数の開口１４３を形成し、全面にスペーサ層１３Ｂを形成した後に、開口１４３の底面を露出すればよい。電圧を印加することで、複数の開口１４３の内部に、均一な形状の光散乱体１５を形成することができる。
【００６１】
図９は、実施形態のマイクロレンズアレイ１００を用いた撮像装置１５０の模式図である。マイクロレンズアレイ１００として、実施形態の光学素子１０Ａと、変形例の光学素子１０Ｂのいずれを用いてもよい。図９の例では、第１の電極層１２、高分子材料層１１、スペーサ層１３、及び第２の電極層１４がこの順で積層された光学素子１０Ａをマイクロレンズアレイ１００として用いている。
【００６２】
撮像装置１５０は、複数の光散乱体１５の配列を有するマイクロレンズアレイ１００と、複数の撮像素子が配列された撮像素子アレイ１３０を有する。撮像素子は、ＣＣＤ（charge coupled device）、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）センサなどで形成されている。撮像素子の配列に対応して、三色のカラーフィルタ１３１が配置されていてもよい。この例では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂが交互に配置されている。
【００６３】
図１０は、実施形態のマイクロレンズアレイ１００を用いた照明装置２５０の模式図である。照明装置２５０は、たとえばＬＥＤランプ等の光源２３０と、光源２３０の出力側の前面に配置されたマイクロレンズアレイ１００を有する。マイクロレンズアレイ１００として、実施形態の光学素子１０Ａと変形例の光学素子１０Ｂのいずれを用いてもよい。図１０の例では、第１の電極層１２、高分子材料層１１、スペーサ層１３、及び第２の電極層１４がこの順で積層された光学素子１０Ａをマイクロレンズアレイ１００として用いる。
【００６４】
電圧を印加することで、スペーサ層１３によって形成される空間内に、所望の形状の光散乱体１５を形成して、光拡散を制御し、輝度を高く保った状態で拡散光を平行光に変換することができる。
【００６５】
図９及び図１０の適用例以外にも、光学素子１０Ａ、１０Ｂは光学顕微鏡、産業用等の照明装置等に適用することができる。
【００６６】
マイクロレンズアレイ１００は、１ｍｍ以下の薄型に形成され、陽極、陰極ともに透明化することができるので、超薄型カメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）シート、等への適用のほか、内視鏡システム等の医療の分野にも有効に適用できる。光散乱体１５の数が単一の光学素子１０も、医療、画像形成の分野で光拡散シート、レンズシート等に適用することができる。
【００６７】
＜高分子材料の構成＞
上述のように、実施形態の光学素子１０とマイクロレンズアレイ１００は、複雑な機構を用いずに電圧をオン／オフ制御、あるいは電圧レベルを調整することで、様々な配向分布をもつ光散乱体１５を発生させることができる。ここで、印加される電圧は低い方が望ましい。そこで、光学素子及びマイクロレンズアレイに用いられる高分子材料の組成を工夫して、印加電圧を低減する。
【００６８】
具体的には、高分子材料層１１で用いられるゲル状の高分子材料（ポリマーゲル）に、所定の条件を満たすイオン液体を添加することで、光学素子１０またはマイクロレンズアレイ１００の駆動電圧を低減する。イオン液体の添加により、高分子材料の変形効率を高めることができる。
【００６９】
イオン液体は、カチオン（正の電荷を帯びたイオン）とアニオン（負の電荷を帯びたイオン）で構成される塩であり、２５℃で液体のものをいう。所定の条件のひとつは、イオン液体が、２５℃で一定値以上のアニオン（負イオン）輸率をもつことである。この条件の詳細については、後述する。
【００７０】
高分子材料は、上述したように、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等である。好ましい構成例では、使用波長に対して透明な高分子または樹脂材料が用いられる。
【００７１】
このような高分子材料に対するイオン液体の重量割合は、０．２ wt%以上、１．５ wt%以下であり、より好ましくは、０．３ wt%以上、１．０ wt%以下である。高分子材料の重量を１（または１００％）としたときに、この重量割合のイオン液体を混合することで、光学素子またはマイクロレンズアレイの駆動電圧を低減することができる。この根拠についても後述する。
【００７２】
ポリマーゲルに適切な可塑剤を添加してもよいし、溶媒に溶解させてもよい。可塑剤を用いる場合は、アジピン酸ジブチル（ＤＢＡ：dibutyl adipate）、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ：diethyl adipate）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳ：diethyl sebacate）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ：dioctyl phthalate）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ：diethyl phthalate）等を用いることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル系の溶媒を用いることができる。
【００７３】
イオン液体が添加された高分子材料は、図１及び図２の光学素子１０Ａ、図８の光学素子１０Ｂ、及び図３のマイクロレンズアレイ１００のいずれにも適用可能である。以下で詳細に述べるように、高分子材料に所定の条件のイオン液体を添加することで、高分子材料層１１の駆動電圧を２００Ｖ以下、より好ましくは、１５０Ｖ以下に低減することができる。
【００７４】
図１１は、イオン液体を添加した高分子材料の特性を測定するためのサンプル１１０の模式図である。高分子材料の様々な特性を調べるために、電極１１２と電極１１３の間に高分子材料層１１１を挟んだサンプルを作製する。重量平均分子量が２３００００のＰＶＣをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の溶媒に溶解させたポリマーゲルを準備し、種々のイオン液体を添加して複数種類のサンプルを作製する。比較例として、イオン液体が添加されていないポリマーゲルを用いたときの特性も測定する。
【００７５】
下部電極となる電極１１２の上に、サンプルと比較例のポリマーゲルを厚さ３００μｍに塗布する。ポリマーゲルの上に、上部の電極１１３として、直径１００μｍのホールが形成された厚さ２０μｍの金属薄膜を配置する。電極１１２と電極１１３の間に印加する電圧を０Ｖから４００Ｖの間で変化させて、電極１１３から突出する光散乱体１１５の頂点（ピーク）の高さｈを測定する。高さｈは電極１１３の表面１１３ｓからの高さである。電極１１２は陰極、電極１１３を陽極とする。
【００７６】
実施形態の光学素子１０は、電圧印加によるポリマーゲルの弾性変形を利用して、ポリマーゲルを電極に引き付けて空間内に光散乱体１５を形成しているが、図１１のサンプル１１０も、電圧印加による弾性変形を利用して光散乱体１１５を形成する点では同じである。図１１のサンプルで得られたポリマーゲルの特性測定の結果は、図１〜図３、及び図８の構成に当てはめることができる。
【００７７】
図１２は、種々のイオン液体を添加したときのポリマーゲルの電圧応答特性を示す。高分子材料層１１１に印加される電圧値を変えて、ピーク高さｈの電圧依存性を測定する。比較例として、イオン液体が添加されていないポリマーゲルを用いて、同じくピーク高さの電圧依存性を測定する。
【００７８】
ラインＡは、イオン液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウム＝テトラフルオロボラート（ＥＭＩ-ＢＦ4）を添加したサンプルＡのピーク高さの電圧依存性を示す。ＰＶＣに対するＥＭＩ−ＢＦ4の重量割合は０．５ wt%である。ＥＭＩはカチオン、ＢＦ4はアニオンである。
【００７９】
ラインＢは、イオン液体として１−オクチル−３−メチルイミダゾリウム＝テトラフルオロボラート（ＯＭＩ-ＢＦ4）を添加したサンプルＢのピーク高さの電圧依存性を示す。ＰＶＣに対するＯＭＩ−ＢＦ4の重量割合は０．５ wt%である。ＯＭＩはカチオン、ＢＦ4はアニオンである。
【００８０】
ラインＣは、イオン液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウム＝ジシアナミド（ＥＭＩ-ＤＣＡ）を添加したサンプルＣのピーク高さの電圧依存性を示す。ＰＶＣに対するＥＭＩ−ＤＣＡの重量割合は、０．５ wt%である。ＥＭＩはカチオン、ＤＣＡ（Ｃ2Ｎ3）はアニオンである。
【００８１】
ラインＤは、イオン液体としてテトラブチルホスホニウム=テトラフルオロボラート（ＴＢＰ−ＢＦ4）を添加したサンプルＤのピーク高さの電圧依存性を示す。ＰＶＣに対するＴＢＰ−ＢＦ4の重量割合は、０．１ wt%である。ＴＢＰはカチオン、ＢＦ4はアニオンである。
【００８２】
ラインＥは、イオン液体としてテトラブチルホスホニウム=テトラフルオロボラート（ＴＢＰ−ＢＦ4）を添加したサンプルＥのピーク高さの電圧依存性を示す。イオン液体の種類はサンプルＤと同じであるが、ＰＶＣに対するＴＢＰ−ＢＦ4の重量割合は０．５ wt%である。ＴＢＰはカチオン、ＢＦ4はアニオンである。
【００８３】
ラインＦは、イオン液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウム＝トリフルオロメタンスルフォンイミド（ＥＭＩ−ＴＦＳＩ）を添加したサンプルＦのピーク高さの電圧依存性を示す。ＰＶＣに対するＥＭＩ−ＴＦＳＩの重量割合は０．５ wt%である。ＥＭＩはカチオン、ＴＦＳＩはアニオンである。
【００８４】
ラインＧは、イオン液体としてテトラブチルホスホニウム＝メタンスルホン酸（ＴＢＰ−ＭＥＳ）を添加したサンプルＧのピーク高さの電圧依存性を示す。ＰＶＣに対するＴＢＰ−ＭＥＳの重量割合は、０．５ wt%である。ＴＢＰはカチオン、ＭＥＳはアニオンである。
【００８５】
ラインＷは、比較例としてイオン液体が添加されていないサンプルＷのＰＶＣポリマーゲルのピーク高さの電圧依存性を示す。
【００８６】
図１２の測定結果から、イオン液体を添加しない場合でも、誘電分極が生じるポリマーゲルを用いることで、電圧印加によりポリマーゲルが変形する。イオン液体を添加していない比較例のポリマーゲルＷでは、印加電圧に対してほぼリニアに光散乱体１１５の高さが増大している。しかし、サンプルＷを電極１１３の表面１３ｓから２０μｍの高さに突出させるには、４００Ｖの電圧が必要である。
【００８７】
これに対し、イオン液体としてＥＭＩ−ＢＦ4を０．５ wt%添加したサンプルＡと、ＯＭＩ−ＢＦ4を０．５ wt%添加したサンプルＢは、１００Ｖ以下の電圧印加で、高分子材料層１１を２０μｍ以上の高さに駆動することができる。特に、サンプルＡは、５０Ｖの電圧印加で２０μｍの高さ、２００Ｖの電圧印加で、４０μｍ弱の高さに変位する。サンプルＢも、１００Ｖの電圧印加で２５μｍの高さ、２００Ｖの電圧印加で３０μｍの高さに変位する。
【００８８】
ＥＭＩ−ＤＣＡを０．５ wt%添加したサンプルＣは、イオン液体を添加しないサンプルＷと比較して、約半分の印加電圧（２１０〜２２０Ｖ）で同じ２０μｍのピーク高さを得ることができ、変形効率を大きく向上している。
【００８９】
ＴＢＰ−ＢＦ4を０．１ wt%添加したサンプルＤは、５０Ｖの電圧印加で電極１１３の表面１１３ｓから光散乱体１１５を突出させることができるが、電圧を高くしても、ピーク高さは１０μｍ未満のままであり、５０Ｖから４００Ｖの範囲でピーク高さの変化が小さい。サンプルＤでは、電圧制御により光散乱体１１５の高さを精度良く調整することが難しい。
【００９０】
ＴＢＰ−ＢＦ4を０．５ wt%添加したサンプルＥ、ＥＭＩ−ＴＦＳＩを０．５ wt%添加したサンプルＦ、及びＴＢＰ−ＭＥＳを０．５ wt%添加したサンプルＧは、４００Ｖの電圧を印加しても、電極１１３の表面１１３ｓから光散乱体１１５を突出させることができない。
【００９１】
図１２の測定結果から、イオン液体の種類（すなわち物性）と添加量の少なくとも一方が高分子材料層１１１の駆動電圧の低減に関与していると考えられる。
【００９２】
＜ポリマーゲルの変位とイオン液体の物性の関係＞
図１３は、ポリマーゲルの変位とイオン液体の物性の関係を示す図である。イオン液体として、図１２のサンプルＡ〜Ｇに加えて、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム＝フルオロスルホニルイミド（ＥＭＩ−ＦＳＩ）を添加したサンプルＨの物性も併せて測定する。
【００９３】
各種のイオン液体を添加したサンプルＡ〜Ｈで、変位がプラスのものは、電圧の印加によりポリマーゲルが電極１１３の表面１１３ｓから突出して光散乱体１１５が形成されたものを示す。変位がマイナスのものは、電圧を印加しても電極１１３の表面１１３ｓからポリマーゲルが突出しないものである。
【００９４】
各イオン液体の物性として、導電率、電位窓のサイズ、２５℃での負イオンの拡散係数と輸率を測定する。用いたイオン液体の中には、２５℃で固体のものもあるため、８０℃に加熱して溶融したものについては、８０℃での負イオンの拡散係数と輸率を測定する。
【００９５】
上述のパラメータのうち、まず導電率について検討する。サンプルＣは、サンプルＡ，Ｂと比較して導電率が２桁小さいが、サンプルＣを添加したポリマーゲルはプラスに変位している。これに対し、サンプルＨは、サンプルＣよりもはるかに導電率が大きいが、ポリマーゲルはプラスに変位していない。イオン液体の導電率は、ポリマーゲルの変形効率に直接関係しないと考えられる。
【００９６】
電位窓は、図１１の系で電気化学的に安定性が保たれる電位領域のことである。電位窓が広いほど（数値が大きいほど）、系が電気化学的に安定する範囲が広い。サンプルＡとサンプルＦの電位窓は同じ広さであるにもかかわらず、サンプルＡのポリマーゲルはプラスに変位し、サンプルＦのポリマーゲルは、プラスの変位が得られていない。イオン液体の電位窓の広さも、ポリマーゲルの変形効率に直接関係しないと考えられる。
【００９７】
次に、２５℃でのアニオン（負イオン）の拡散係数と輸率について検討する。イオン液体に含まれる正負イオンの拡散係数は、測定機器として、固体ＮＭＲ（Varian社製のVNMR System）を用いて測定する。測定手順は、キャピラリーにイオン液体を注入し、装置にセットする。所定温度（この場合は２５℃と８０℃）で磁場の変化に対するシグナル強度を計測し、Stokes-Einsteinの式から正負イオンの拡散係数を算出する。
【００９８】
負イオンの輸率は、イオン液体に電流を流した際に、全電流に対するアニオンが担う電流の割合を表わす。負イオンの輸率は、上記で求めた負イオンの拡散係数と正イオンの拡散係数の総和に対する負イオンの拡散係数の比（Ｄanion／（Ｄcation＋Ｄanion））として計算される。
【００９９】
サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｈに用いられたイオン液体は、２５℃で液体であり、液体クロマトグラフィーによる測定結果から、各イオン液体の負イオンの拡散係数と輸率を算出した。プラスの変位が得られたサンプルＡ、Ｂ，Ｃで、２５℃でのイオン液体の負イオンの輸率は、いずれも０．４以上である。これに対し、プラスの変位が得られないサンプルＦとＨで用いられたイオン液体の２５℃での負イオンの輸率は０．４よりも小さい。ここから、室温での負イオンの輸率がポリマーゲルの変形効率に影響していると考えられる。
【０１００】
なお、プラスの変位が得られたサンプルＤに添加されたイオン液体ＴＢＰ−ＢＦ4は、用いた液体クロマトグラフの加熱可能温度（８０℃）では溶融しないため、拡散係数を測定することができなかった。
【０１０１】
プラスの変位が得られないサンプルＧに添加されたイオン液体ＴＢＰ−ＭＥＳも２５℃で固体であるため、拡散係数を測定することができない。このイオン液体を８０℃に加熱したところ、溶融したので負イオンの拡散係数と輸率を計算したところ、輸率は０．６であった。
【０１０２】
図１３の結果から、高分子材料層１１に添加されるイオン液体の特性として、２５℃での負イオンの輸率が０．４以上のものが望ましいとわかる。
【０１０３】
図１２及び図１３から、イオン液体のアニオンのサイズ（分子量）が小さいほうが、ポリマーゲルの変形効率に寄与することが推定される。一方、イオン液体のカチオンのサイズは、変形効率にはそれほど寄与していないと考えられる。しかし、サンプルＤの変形効率が十分でないことから、カチオンの種類によって、陰極の劣化に影響している可能性がある。これについては、図１６を参照して後述する。
【０１０４】
なお、サンプルＧで用いられたイオン液体のアニオンサイズもカチオンサイズも中程度であるが、イオン液体が２５℃で固体であるため、攪拌によってポリマーゲル中に分散されても、ゲルの変形効率にはそれほど寄与していないものと考えられる。
【０１０５】
以上から、ＢＦ4―及びＤＣＡ以外にも、アニオンとしてイオンサイズが比較的小さいＣｌ−やＢｒ―を用いることができる。また、カチオンとして、陰極の劣化に影響しないものを選択することで、種々のイオン液体を用いることができる。たとえば、Ｌｉ−ＢＦ4―をイオン液体として用い得る。
【０１０６】
＜イオン液体の添加量とポリマーゲルの変位の関係＞
図１４は、イオン液体の添加量とポリマーゲルの変位の関係を示す図である。横軸は、ポリマーゲルの高分子材料に対するイオン液体の含有量（wt%）、縦軸が変位のピーク高さである。
【０１０７】
高分子材料として、分子量が２３００００のＰＶＣを用い、イオン液体としてサンプルＡのＥＭＩ−ＢＦ4を用いる。ＥＭＩ−ＢＦ4の添加量を０ wt%から５．０ wt%の範囲で変化させる。また、印加電圧を０Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖと変える。
【０１０８】
印加する電圧のレベルに拠らず、イオン液体の添加量が、０．２ wt%〜１．５ wt%の範囲でプラスの変位が得られる。また、０．３ wt%〜１．０ wt%の範囲で、変位が最大になる。この範囲のイオン液体の添加により、１００Ｖ以下の電圧印加で、電極１１３の表面１１３ｓに光散乱体１１５を形成することができる。イオン液体の添加量が５．０ wt%のときは、電圧をオフにしても変形が戻らないメモリー現象が発生する。
【０１０９】
図１４から、高分子に対するイオン液体の重量比率は、０．２ wt%〜１．５ wt%が望ましく、より好ましくは、０．３ wt%〜１．０ wt%であることがわかる。これは、図１２の結果とも一致する。
【０１１０】
図１５は、高分子材料層１１１への電圧印加により形成される光散乱体１１５の光拡散分布の評価結果を、イオン液体の添加量ごとに示す図である。イオン液体としてＥＭＩ−ＢＦ4を用い、ＥＭＩ−ＢＦ4の添加量を変えた高分子材料層１１１で、図１１のサンプル１１０を作製する。高分子材料層１１１は、ポリマーゲルとしてＰＶＣを含み、可塑剤としてアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を含む。ＰＶＣとＤＢＡの総量に対するＤＢＡの含有割合は８３ wt%である。
【０１１１】
陰極となる電極１１２を、厚さ１５０μｍのＩＴＯで形成し、電極１１２と電極１１３の間に挟んだ高分子材料層１１１に電圧を印加して光散乱体１１５を形成する。ＩＴＯで形成される電極１１２の側にレーザを配置し、光散乱体１１５が形成される側にスクリーンを配置する。電極１１２の裏面側から、赤色平行光のレーザ光をサンプル１１０に入射して、スクリーンでの光拡散状態を観察する。
【０１１２】
スクリーンは、光散乱体１１５の光出射側で、光散乱体１１５の焦点よりも遠い位置に配置されている。光散乱体１１５の焦点で一度集光された後の光拡散を、スクリーン上で観察する。サンプル１１０の光散乱体１１５の径は１００μｍ、高さは０〜４０μｍ程度と小さく、その焦点位置は光散乱体１１５のきわめて近傍にあり、肉眼での観察が困難だからである。光散乱体１１５の焦点を超えた位置での光拡散を観察することで、集光状態を評価することができる。
【０１１３】
イオン液体が添加されていないサンプル（「w/o IL」と表記）では、２００Ｖの電圧を印加しても電極１１３の表面から突出する光散乱体１１５が形成されない。サンプル１１０の裏面から入射された赤色平行光は、集光されずに平行光のままサンプル１１０を透過する。０Ｖ〜４００Ｖの範囲では、印加電圧のレベルにかかわらず、スクリーン上に同じサイズのスポットが形成されている。
【０１１４】
ＥＭＩ−ＢＦ4が０．０５ wt%添加されたサンプルでは、１００Ｖの電圧印加により、電極１１３の表面でポリマーゲルがわずかに膨らむが、集光機能が不十分であり、スクリーン位置でほぼ平行光のスポットが維持されている。２００Ｖの電圧印加で、ピーク高さが１０μｍ程度の（曲率の緩やかな）光散乱体１１５が形成される。いったん光散乱体１１５の焦点位置で集光された光は、拡散して広がり、スクリーン上にスポットは現れない。
【０１１５】
ＥＭＩ−ＢＦ4が０．５ wt%添加されたサンプルでは、５０Ｖの電圧印加により、電極１１３の表面に光散乱体１１５が形成され、集光後に拡散し始めた光がスクリーン位置で観察される。１００Ｖの電圧と２００Ｖの電圧印加では、５０Ｖ印加時よりもピーク高さが大きい、すなわち曲率が急な光散乱体１１５が電極１１３の表面に形成される。サンプル１１０の裏側から入射した光は、集光された後に大きく拡散し、スクリーン位置でスポットは観察されない。これらの評価結果は、図１４の測定結果と一致する。
【０１１６】
図１５の光拡散分布から、印加電圧を調整することにより、光散乱体１１５の焦点距離を可変にできることが確認される。この測定結果を実施形態の光学素子１０Ａ，１０Ｂ及びマイクロレンズアレイ１００に適用すると、より低い電圧で光散乱体１１５を形成することができ、変形効率が良好な可変焦点レンズ、または可変形状レンズとして用いることができる。
【０１１７】
＜イオン液体（カチオン）の陰極劣化への影響＞
図１６は、イオン液体の陰極劣化への影響を示す図である。試験用のサンプルとして、金属基板上に、種々のイオン液体を添加したＰＶＣゲルを塗布し、ＰＶＣゲルの上に対向電極としてＩＴＯ電極を配置する。
【０１１８】
塗布するＰＶＣゲルの種類は、サンプルＡ（０．５ wt%のＥＭＩ−ＢＦ4を含む）、サンプルＢ（０．５ wt%のＯＭＩ−ＢＦ4を含む）、サンプルＣ（０．５ wt%のＥＭＩ−ＤＣＡを含む）、サンプルＤ（０．１ wt%のＴＢＰ−ＢＦ4を含む）、サンプルＨ（０．５ wt%のＥＭＩ−ＦＳＩを含む）、及びサンプルＧ（０．５ wt%のＴＢＰ−ＭＥＳを含む）の６種類である。このうち、図１３でプラスの変位が得られたのは、サンプルＡ〜Ｄである。サンプルＤは、イオン液体の重量割合を他のサンプルと同じ０．５wt%にした場合、変位が得られないので、添加量を０．１ wt%に減らしたサンプルである。
【０１１９】
金属基板を正極、ＩＴＯを負極として、ＰＶＣゲルに印加する電圧レベルを変えながらＩＴＯ側から電極の表面状態を観察する。
【０１２０】
変位効果がなかったサンプルＧは、５０Ｖという低い印加電圧でＩＴＯ（陰極）の劣化が観察される。また、サンプルＤでも電圧印加によるＩＴＯ電極の劣化が観察される。これは、カチオンがＩＴＯ電極の劣化に影響しているためと考えられる。これに対し、変位効果の高いサンプルＡ〜Ｃでは、印加電圧を上げてもＩＴＯ電極の劣化は観察されていない。
【０１２１】
図１１〜図１６の考察から、２５℃で負イオンの輸率が０．４以上のイオン液体を添加することで、イオン液体を添加しないポリマーゲルと比較して、低い印加電圧で大きな変形を得ることができる。特に、サンプルＡとサンプルＢのように、アニオンサイズが小さいイオン液体を用いると、１００Ｖ以下の電圧範囲で、ピーク高さを大きく変えることができ、実施形態の光学素子１０において光散乱体１５の制御が容易である。すなわち、印加電圧のレベルに応じて、空間１７内に光散乱体１５を出現させ、その高さを調整することができる。これらのサンプルを用いる場合は、光学素子１０Ａ，１０Ｂの駆動時に、陰極に対する悪影響も少ない。
【０１２２】
イオン液体を添加した高分子材料は、上述のように、図３のマイクロレンズアレイ１００に適用可能である。この場合、電極１２Ａと電極１４Ａの間に２００Ｖ以下の電圧を印加することで、空間１７内に光散乱体１５の配列を形成することができる。添加するイオン液体の種類によっては、１００Ｖ以下の電圧印加で２０μｍ以上の高さの光散乱体１５の配列を形成することができる。
【０１２３】
以上、特定の実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した構成例に限定されない。光学素子１０に複数の光散乱体１５を形成する場合に、光散乱体１５の配列はマトリクス状の配列に限定されず、互い違いに配列してもよい。あるいは、スペーサ層１３Ａの開口１６（または１４３）の形状を六角形にして細密配置にしてもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１０Ａ、１０Ｂ  光学素子
１１、１１１  高分子材料層
１２、１２Ａ、１２Ｂ  第１の電極層
１３、１３Ａ、１３Ｂ  スペーサ層
１４、１４Ａ、１４Ｂ  第２の電極層
１４１  主面
１４３  開口
１４５  底面
１５、１１５  光散乱体
１６  開口
１７  空間
１９Ａ，１９Ｂ  電極アセンブリ
２１  基材
１００  マイクロレンズアレイ
１１０  サンプル
１１２、１１３  電極
１３０  撮像素子アレイ
１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂ  カラーフィルタ
１５０  撮像装置
２５０  照明装置
【図１】
2019120948.tif 000003
【図２】
2019120948.tif 000004
【図３】
2019120948.tif 000005
【図４】
2019120948.tif 000006
【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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