(57)【要約】【課題】エレクトロウエッティング現象を利用するに際し、陽極酸化による金属酸化物を誘電体膜として用いて低駆動電圧化を図ると共に、交流駆動を可能とする。【解決手段】導電性又は有極性を有する液体材料部4a,4bと液体材料部4a,4bに誘電体層を介在して電圧を印加する電極1を備える。誘電体層は電極を陽極酸化して形成した陽極酸化部2とされ、電極1と電圧印加部5との間にコンデンサ6を配置する。誘電体膜を薄く且つ比誘電率を高くして低駆動電圧化を図り、且つ交流駆動が可能となる。【選択図】図１
2008107826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性又は有極性を有する液体材料部と、前記液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する電極とを備え、
前記誘電体層が、前記電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記電極と前記液体材料部との間に、前記電極及び前記液体材料部の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とするエレクトロウエッティング装置。
【請求項２】
前記誘電体層と前記液体材料部との間に撥水性材料部とが設けられたことを特徴とする請求項１記載のエレクトロウエッティング装置。
【請求項３】
一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性の第２の液体材料部とが収容され、
前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有し、
前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記一対の光透過性材料部のうち、少なくとも１つの光透過性材料部が、曲面を有する形状とされたことを特徴とする請求項３記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記可変焦点レンズが複数設けられてアレイレンズとされたことを特徴とする請求項３記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
光源部と、受光部と、光記録媒体と対向する対物レンズと、前記対物レンズに前記光源部からの出射光を導く機能と前記対物レンズからの光を集光レンズにより前記受光部に集光する機能をもつ光学系とを備え、
前記光学系に、可変焦点レンズが設けられ、
前記可変焦点レンズは、一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性の第２の液体材料部とが収容され、前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する構造とされ、
前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
光源部と、受光部と、光記録媒体と対向する対物レンズと、前記対物レンズに前記光源部からの出射光を導く機能と前記対物レンズからの光を集光レンズにより前記受光部に集光する機能をもつ光学系とを備え、
前記光学系に、可変焦点レンズが設けられ、
前記可変焦点レンズは、一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性を有する第２の液体材料部とが収容され、前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する構造とされ、
前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする光記録再生装置。
【請求項８】
基板上に、電極アレイが形成され、前記電極アレイはそれぞれ誘電体層により覆われて成り、
前記誘電体層上に導電性又は有極性を有する液滴が被着され、
前記液滴に導通する共通電極が、前記電極アレイに対向して設けられ、
前記共通電極と前記電極アレイとの間に印加する電圧を制御して、前記液滴を前記電極アレイの配列方向に移動させる電圧制御部とを備えて成り、
前記電極アレイを覆う前記誘電体層は、前記アレイ電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記電極アレイと前記共通電極との間に、前記電極アレイ及び前記共通電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする液滴操作装置。
【請求項９】
一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性を有する第２の液体材料部とが収容され、
前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とが設けられ、
前記第１及び第２の液体材料部のいずれか一方が他方に比して光透過性が低い材料より成り、
前記第１及び第２の液体材料部の界面の形状を、前記第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、前記第１及び第２の液体材料部を透過する光の光量が制御され、
前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性の第２の液体材料部とが収容され、前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する可変焦点レンズを1以上備え、
前記1以上の可変焦点レンズに、前記第１及び第２の液体材料部の界面が少なくとも２つ設けられ、
前記第１及び第２の液体材料部の界面の形状を前記第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、前記１以上の可変焦点レンズの焦点距離を変化させて倍率が制御され、
前記可変焦点レンズの前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とするズームレンズ。
【請求項１１】
ズームレンズと、可変焦点レンズと、絞り又はシャッター機能を有する光学素子と、固体撮像素子とを備え、
前記ズームレンズ、可変焦点レンズ及び光学素子のうち少なくとも1つは、一対の光透過性材料部の間に導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と絶縁性を有する第２の液体材料部とが収容され、前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する構成とされ、
前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
一対の光透過性材料部の間に導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性を有する第２の液体材料部とが収容され、
前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とがそれぞれ設けられ、
前記第１及び第２の液体材料部のいずれか一方が他方に比して光透過性が低い材料より成り、
前記第１及び第２の液体材料部の界面の形状を前記第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、入力される情報信号に対応して前記第１及び第２の液体材料部を透過する光の光量が制御される光変調素子として構成され、
前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成る
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項１３】
光変調装置と、前記光変調装置に光を入力する光源装置とを備え、
前記光変調装置は、
一対の光透過性材料部の間に導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性を有する第２の液体材料部とが収容され、
前記第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、前記第１の液体材料部に導通する第２の電極とがそれぞれ設けられ、
前記第１及び第２の液体材料部のいずれか一方が他方に比して光透過性が低い材料より成り、
前記第１及び第２の液体材料部の界面の形状を前記第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、入力される情報信号に対応して前記第１及び第２の液体材料部を透過する光の光量が制御される光変調素子として構成され、
前記光変調装置に設けられる前記誘電体層が、前記第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とされ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとが配置されて成り、
前記光変調素子が画素に対応して設けられた
ことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウエッティング（電気毛管）現象を利用したエレクトロウエッティング装置とこれを用いた可変焦点レンズ、光ピックアップ装置、光記録再生装置、液滴操作装置、光学素子、ズームレンズ、撮像装置、光変調装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロウエッティング現象を利用したエレクトロウエッティング装置として、例えば可変焦点レンズデバイスが、フランスのバリオプティック社やオランダのフィリップス社によって発表されている（例えば特許文献１、非特許文献１参照。）。
【０００３】
上記各文献に記載された可変焦点レンズを図１８Ａ及びＢの概略断面構成図を参照して説明する。
この可変焦点レンズは、基本的に、円筒形等の容器３１０の中に導電性液体材料部３０１と、これと混合しない材料より成る絶縁性液体材料部３０２が充填されて構成される。導電性液体材料部３０１及び絶縁性液体材料部３０２は共に光透過性を有し、異なる屈折率をもち、且つ同じ密度（比重）を有する材料とされる。この例では、容器の内壁から一方の端部を覆って外側にかけて第１の電極３０５が形成され、その内側に、誘電体膜３０４が形成される。容器３１０の第１の電極３０５が覆う側の端部は、ガラス又は光透過性の樹脂等より成る光透過性材料部３０９が液密に封止され、この光透過性材料部３０９より成るいわば底面と、容器３１０の内壁の誘電体膜３０４を覆って撥水性材料部３０３、いわゆる撥水コートが被着される。
そして、導電性液体材料部３０１と接する容器３１０の一方の端部であるいわば蓋側の端部には、リング状等の第２の電極３０７が配置され、親水性材料部３０６、いわゆる親水コートを介してガラス又は光透過性樹脂等より成る光透過性材料部３０８が液密に封止される。この場合、上述のリング状の第２の電極３０７の縁部が、この光透過性材料部３０８の外周面を覆うように延在して形成される。
なお、第１の電極３０５は、第２の電極３０７とは離間するように、容器３１０の内面側の端部が形成される。図示の例では、誘電体膜３０４も同様に形成した場合を示す。
【０００４】
このような構成とする場合、第１の電極３０５と第２の電極３０７との間に電圧印加部３１１により適切な電圧を印加することによって、導電性液体材料部３０１と絶縁性液体材料部３０２との界面の曲率が変化する。これにより、光透過性材料部３０９の外側からの矢印Ｌｉで示す入射光に対するレンズ作用を変化させ、焦点距離を変化させることができる。
【０００５】
これについて説明すると、先ず、第１及び第２の電極３０５及び３０７に電圧を印加しない場合、充填されている導電性液体材料部３０１及び絶縁性液体材料部３０２と、容器３１０の内壁面の表面張力の釣り合いによって、これらの液体材料部３０１及び３０２の界面は、図１８Ａに示すように、ある半径の球面の一部になる。例えば、導電性液体材料部３０１に塩を加えた水を用い、絶縁性液体材料部３０２にシリコーンオイルを用いた場合、図１８Ａの例のように塩水すなわち導電性液体材料部３０１が凸になるような界面になる。このときの導電性液体材料部３０１の接触角をθ（０）とする。
【０００６】
そして、第１及び第２の電極３０５及び３０７の間に電圧印加部３１１によって電圧を印加すると、容器３１０の内壁面において、導電性液体材料部３０１の「ぬれ性」が向上したかのようになり（この現象をエレクトロウエッティングという）、各液体材料部３０１及び３０２の界面は、図１８Ｂに示すように、例えば界面の曲率半径が大となるように変化し、接触角θ（Ｖ）が小さくなる。
光透過性材料部３０９から矢印Ｌｉで示すように光を入射させ、もう一方の光透過性材料部３０８から出射させると、液体材料部３０１及び３０２の間の屈折率差と界面曲率によりレンズ効果があり、且つ電圧を印加すると、エレクトロウエッティングにより液体界面曲率が変化するため、その焦点距離が変化する。
このようなエレクトロウエッティング現象を利用した可変焦点レンズは、本質的に放電するとき以外は電流が流れず、消費電力がきわめて小さいこと、また機械的可動部がないので、モータ等によりレンズを移動させている従来の可変焦点レンズと比較して寿命が長いという利点を有する。更に、モータが不要となるため省スペース化を図り、簡単な構成でオートフォーカス機構を提供することが可能である。
【特許文献１】特表２００１−５１９５３９号公報
【非特許文献１】S. Kuiperet al., “Variable-focus liquid lens for miniature cameras”, Applied Physics Letters, Vol.85, No.7, 16 August 2004, pp.1128-1130
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記各文献に開示の可変焦点レンズでは、駆動電圧がいまだ１００Ｖ程度以上であり、実用上利用しにくいものである。これは、可変焦点レンズを構成する液体を収容する容器に成膜する誘電体膜を一様に薄く成膜することが難しいことによる。以下これについて説明する。
導電性又は有極性を有する液体と絶縁性液体の界面変化は、下記の式（１）により示される（上記非特許文献１参照。）。
ｃｏｓθ＝（γＳＯ−γＳＬ）／γ＋ε×ε０×Ｖ２／（２ｌγ）  ・・・（１）
ただし、
θ：導電性液体材料と容器内壁の接触角
γＳＯ：絶縁性液体材料と容器内壁面の界面張力
γＳＬ：導電性液体材料と容器内壁面の界面張力
γ：導電性液体材料と絶縁性液体材料の界面張力
ε：容器内壁に構成される誘電体膜の比誘電率
ε０：真空中の誘電率
ｌ：誘電体膜の膜厚
Ｖ：印加電圧
である。
【０００８】
上記式（１）を図１９の模式図を参照して説明すると、電極４０１上に誘電体膜４０２及び撥水性材料部４０３が成膜され、その上に導電性又は有極性を有する液体材料部４０４の液滴が載置され、その接触角をθ０とする。電極４０１と液体材料部４０４との間に電圧印加部４０５によって電圧Ｖを印加すると、液体材料部４０４の接触角はθ（Ｖ）＜θ０となるθ（Ｖ）に変化する。
図２０に、上記式（１）で表される電圧印加時の界面張力及び表面張力を模式的に示す。
【０００９】
すなわち、上記式（１）から、エレクトロウエッティング現象により生じる液体材料と容器内壁の接触角θの変化は、誘電体膜の誘電率εと駆動電圧Ｖの２乗に比例し、誘電体膜の膜厚ｌに反比例して生じる。したがって、誘電体膜の誘電率εを高く、膜厚ｌを薄くできれば、同じ焦点距離の変化を起こす駆動電圧を低減できることがわかる。
しかしながら、実際に誘電体膜を成膜するにあたっては、絶縁破壊強度が高く、均一なサブミクロン（１μｍ未満）の厚さの高誘電体薄膜を、ピンホールを生じることなく円筒形等の容器の内壁に形成するのは困難である。
従来の可変焦点レンズにおいて焦点変化させる駆動電圧が高い原因は、誘電体膜の誘電率εが３程度と低く、誘電体膜の膜厚lが数μｍ程度と比較的厚いことが挙げられるが、これらは上述したような理由により誘電体薄膜の形成に苦心している結果でもある。
【００１０】
このため、可変焦点レンズをはじめこのようなエレクトロウエッティング現象を利用する各種のエレクトロウエッティング装置、例えば可変焦点レンズを利用したズームレンズや光スイッチ素子等において、駆動電圧が高いことが問題となっている。実用の際には昇圧回路が必要であり、駆動電圧の低減化が強く望まれている。
【００１１】
これに対し、本出願人は特願２００５−１０６５２４号出願（出願日平成１７年４月１日）において、誘電体膜として電極を陽極酸化した陽極酸化膜を用いる可変焦点レンズ及びこれを用いた光学装置を提案した。この可変焦点レンズ及び光学装置によれば、誘電体膜としてタンタル、ニオブなどの金属を陽極酸化した陽極酸化膜を用いることにより、誘電体膜の膜厚を極めて薄く形成することができ、またその比誘電率が極めて高いので、駆動電圧を低減化することができ、また膜厚のばらつきを抑えて成膜することができるため、高精度に界面の接触角の変化を制御することができるという利点を有する。
このような陽極酸化膜を誘電体膜として用いる各種のエレクトロウエッティング装置において、より実用的な駆動制御を行うために、交流駆動を可能とすることが望まれている。
【００１２】
以上の問題に鑑みて、本発明は、エレクトロウエッティング現象を利用するに際し、陽極酸化による金属酸化物を誘電体膜として用いて低駆動電圧化を図ると共に、交流駆動を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明によるエレクトロウエッティング装置は、導電性又は有極性を有する液体材料部と、この液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する電極とを備え、誘電体層を、電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。更に、電極と液体材料部との間に、この電極と液体材料部との間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとを配置して構成する。
【００１４】
また、本発明による可変焦点レンズは、一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性の第２の液体材料部とが収容され、第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する。そして、誘電体層は、第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。更に、第１の電極と第２の電極との間に、これら第１及び第２の電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、コンデンサとを配置して構成する。
【００１５】
本発明による光ピックアップ装置は、光源部と、受光部と、光記録媒体と対向する対物レンズと、対物レンズに光源部からの出射光を導く機能と対物レンズからの光を集光レンズにより受光部に集光する機能をもつ光学系とを備える。そして光学系には可変焦点レンズが設けられ、この可変焦点レンズとして、上述の本発明構成の可変焦点レンズを用いる構成とする。
更に、本発明による光記録再生装置は、上述の本発明構成の光ピックアップ装置を備えるものである。
【００１６】
また、本発明による液滴操作装置は、基板上に、電極アレイが形成され、この電極アレイはそれぞれ誘電体層により覆われて成る。誘電体層上に液滴が被着され、液滴に導通する共通電極が電極アレイに対向して設けられる。共通電極と電極アレイとの間に印加する電圧を制御して、液滴を電極アレイの配列方向に移動させる電圧制御部を備える。そして電極アレイを覆う誘電体層は、アレイ電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。更に、電極アレイと共通電極との間に、電圧印加部とコンデンサとを配置して構成する。
【００１７】
本発明による光学素子は、一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性の第１の液体材料部と絶縁性の第２の液体材料部が収容され、第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、第１の液体材料部に導通する第２の電極とが設けられる。そして、第１及び第２の液体材料部のいずれか一方が他方に比して光透過性を低い材料より構成する。第１及び第２の液体材料部の界面の形状を第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、第１及び第２の液体材料部を透過する光の光量が制御される。誘電体層を、第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。更に、第１の電極と第２の電極との間に、電圧印加部とコンデンサとを配置して構成する。
【００１８】
本発明によるズームレンズは、一対の光透過性材料部の間に、導電性又は有極性の第１の液体材料部及び絶縁性の第２の液体材料部が収容され、第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する可変焦点レンズを1以上備える。この1以上の可変焦点レンズに、第１及び第２の液体材料部の界面を少なくとも２つ設ける。第１及び第２の液体材料部の界面の形状を第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、焦点距離を変化させて倍率が制御される。可変焦点レンズの誘電体層を、第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。更に、第１の電極と第２の電極との間に、電圧印加部とコンデンサとを配置して構成する。
【００１９】
本発明による撮像装置は、ズームレンズと、可変焦点レンズと、絞り又はシャッター機能を有する光学素子と、固体撮像素子とを備える。ズームレンズ、可変焦点レンズ及び光学素子のうち少なくとも1つは、一対の光透過性材料部の間に導電性又は有極性の第１の液体材料部と絶縁性の第２の液体材料部とを収容し、第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する構成とする。そしてその誘電体層を、第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。更に、第１の電極と第２の電極との間に、電圧印加部とコンデンサとを配置して構成する。
【００２０】
本発明による光変調装置は、一対の光透過性材料部の間に導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と、絶縁性を有する第２の液体材料部とを収容し、第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、第１の液体材料部に導通する第２の電極とをそれぞれ設ける。第１及び第２の液体材料部のいずれか一方を他方に比して光透過性が低い材料より構成し、第１及び第２の液体材料部の界面の形状を第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して変化することにより、入力される情報信号に対応して第１及び第２の液体材料部を透過する光の光量が制御される光変調素子として構成する。そして誘電体層を、第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部とする。更に、第１の電極と第２の電極との間に、電圧印加部とコンデンサとを配置して構成する。
【００２１】
本発明による表示装置は、上述の本発明構成による光変調装置と、光変調装置に光を入力する光源装置とを備える構成とし、光変調素子を画素に対応して設ける構成とする。
【００２２】
上述したように、本発明のエレクトロウエッティング装置及びこれを用いた可変焦点レンズ、光ピックアップ装置、光記録再生装置、液滴操作装置、光学素子、ズームレンズ、光変調装置及び表示装置においては、導電性又は有極性を有する液体材料部と電極との間に設ける誘電体膜として、電極を陽極酸化して形成した金属酸化物を用いるものである。この金属酸化物より成る陽極酸化部は、陽極酸化時に印加する電圧を調整することによって、その膜厚を容易に精度良く調整することができる。
具体的には、例えばアルミニウム、タンタル等のバルブ金属を陽極酸化し生成するアルミナ、５酸化タンタル皮膜等など、陽極酸化により比較的高い誘電率の酸化物が得られる各種の材料を用いることができる。このように、高絶縁、高誘電率を有し、また膜厚の低減化が容易な陽極酸化部を誘電体膜として用いることにより、液体材料部の接触角を変化させる駆動電圧の低減化を図ることができる。
【００２３】
そして本発明においては、特に電極と電圧印加部との間に、電圧印加部に加えてコンデンサを配置する構成とするものであり、これにより交流駆動を行うことが可能となる。
エレクトロウエッティング装置はそれ自体を一つのコンデンサとみなすことができる。またエレクトロウエッティング装置を直流電圧で駆動すると誘電体層内に電荷が徐々に注入され、エレクトロウエッティング現象による接触角の変化が減じられてしまう。これを防ぐためには交流電源で駆動すればよいことが知られている。しかし、陽極酸化部より成る誘電体膜は弁効果をもつため、これを用いたエレクトロウエッティング装置は有極性コンデンサとして機能することとなり、このままでは交流駆動はできない。
これに対し、本発明構成とする場合は、電極と液体材料部との間に電圧印加部に加えてコンデンサを挿入して配置することから、装置全体として無極性化することができるので、交流駆動を行うことが可能となる。交流駆動することによって、直流駆動ではエレクトロウエッティング現象が徐々に減じられてしまう現象を回避できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のエレクトロウエッティング装置によれば、陽極酸化による金属酸化物を誘電体膜として用いて低駆動電圧化を図ると共に、交流駆動を行うことが可能となる。
本発明の可変焦点レンズとこれを用いる光ピックアップ装置及び光記録再生装置においては、可変焦点レンズの駆動電圧を低減化すると共に、交流駆動を行うことができる。
本発明の液滴操作装置によれば、液滴を操作する駆動電圧の低減化を図ると共に、交流駆動を行うことができる。
また、本発明の光学素子及びズームレンズによれば、光学素子及びズームレンズの駆動電圧を低減化すると共に、交流駆動を行うことができる。
同様に、本発明の光変調装置及び表示装置においても、その駆動電圧の低減化を図ると共に、交流駆動を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は、本発明のエレクトロウエッティング装置の駆動原理の説明図である。電極１上に、この電極１を陽極酸化して形成された金属酸化物より成る陽極酸化部２が誘電体膜として形成される。この陽極酸化部２の上に、撥水性材料部３を介して導電性又は有極性を有する液体材料部４ａ、４ｂが被着される。電圧印加部５による電圧を印加しない状態での導電性材料部４ａの接触角をθ０とする。電圧印加部５により電圧を印加すると、液体材料部４ｂの接触角はθ（Ｖ）＜θ０なるθ（Ｖ）に変化する。
この場合、誘電体膜として陽極酸化部２を設けることによって、後述するようにその膜厚を容易に極めて薄くすることが可能であり、また比較的高い誘電率とすることができるので、駆動電圧を格段に低減化することができる。また、膜厚の均一化を図ることができるので、制御精度のばらつきを抑えることが可能となる。
【００２６】
従来のエレクトロウエッティング装置においては、直流電圧で駆動すると電極と液体との間に配置する誘電体膜内に電荷が徐々に注入され、エレクトロウエッティング現象が減じられてしまう。これを防ぐためには交流電源で駆動すればよいことが知られている（例えば特開２００１−２４９２６１号公報参照）。
金属酸化物より成る陽極酸化部は上述したように弁効果があり、絶縁性を示す方向と導電性を示す方向がある。一般にアルミニウムやタンタルコンデンサに極性があるのはこのためである。よって、陽極酸化部を誘電体膜として用いる場合、誘電体膜内すなわち陽極酸化部内に電荷が徐々に注入されるのを防ぐための交流駆動を行うことはできない。
陽極酸化部を誘電体膜として用いたエレクトロウエッティング装置は、電極１が陽極、液体材料部４ａ、４ｂ側が陰極の有極性コンデンサとみなせる。有極性コンデンサを無極性化する手段としては、有極性コンデンサの陰極に別の無極性コンデンサを直列につなぐ、又は有極性コンデンサの陰極に別の有極性コンデンサの陰極を直列につなぐことが有効である。そこで有極性コンデンサとみなせるこのエレクトロウエッティング装置に、駆動電源である電圧印加部に加えて無極性コンデンサ又は有極性コンデンサを挿入することで無極性化し、交流駆動が可能となる。交流駆動を行うことによって、結果として陽極酸化部内に電荷が徐々に注入されてエレクトロウエッティング効果が低減されることを防ぐことができる。
【００２７】
ここで、挿入するコンデンサの静電容量をＣadd、エレクトロウエッティング装置の静電容量をＣewとし、駆動電圧をＶ、エレクトロウエッティング装置に印加する電圧をＶewとすると、
Ｖew＝Ｃadd／（Ｃadd＋Ｃew）×Ｖ
となる。
すなわち、コンデンサ６を挿入することにより、電圧印加部５によって印加する駆動電圧Ｖより低い電圧がエレクトロウエッティング装置に印加される。しかしながら、コンデンサの静電容量のエレクトロウエッティング装置の静電容量に対する比Ｃadd／Ｃewが十分大きければ、この損失分は無視できる。
このように、陽極酸化部２を誘電体膜として設けると共に、コンデンサ６を例えば電極１と電圧印加部５との間に配置することによって、従来のエレクトロウエッティング装置において課題であった低駆動電圧化が可能となる。なお、コンデンサ６として有極性コンデンサを用いる場合は、図１において（＋）として示すように、陽極側を電圧印加部５側に接続すればよい。また、交流駆動により、誘電体膜として設ける陽極酸化部内に電荷が徐々に注入されてエレクトロウエッティング現象の効果が低減されることを回避できるので、制御精度のばらつきを抑え、高精度の制御が可能となる。
また、このような陽極酸化部及びコンデンサを設ける構成は、エレクトロウエッティング現象を用いた装置全般に容易に適用することができ、低駆動電圧化、制御の高精度化を図ることができる。
次に、このエレクトロウエッティング装置を適用した可変焦点レンズ等の実施形態例について説明する。
【００２８】
〔１〕第１の実施形態例
先ず、本発明のエレクトロウエッティング装置を可変焦点レンズに適用した可変焦点レンズの一実施形態例を図２Ａ及びＢの概略断面構成図を参照して説明する。
この可変焦点レンズ１０は、円筒形等の絶縁性材料より成る容器９の内部に導電性又は有極性を有する第１の液体材料部１１と、絶縁性の第２の液体材料部１２とを収容する構成とする。容器９の形状は円筒形に限定されるものではなく、その他後述する直方体、または円錐形の先端（頂点を）切除した形状等とすることもできる。この第１及び第２の液体材料部１１及び１２としては、共に光透過性で異なる屈折率を有し、互いに混合しない材料が選定される。なお、可変焦点レンズを構成する場合は第１及び第２の液体材料部１１及び１２の比重差が小さいことが望ましい。比重差が小さい場合は、振動や重力による界面形状の変化を抑制できる。なお、容器９のサイズが１ｍｍ未満程度と極めて小さい場合や、その他の理由により振動や重力による影響を無視できる場合はこの限りではない。
【００２９】
容器９の開口端である端部９Ａ及び９Ｂには例えば円形のガラス又は光透過性樹脂より成る光透過性材料部１８及び１９が液密にエポキシ樹脂等によって封止される。すなわち第１及び第２の液体材料部１１はこれらの光透過性材料部１８及び１９の間に収容され、例えば第１の液体材料部１１が容器９の一方の端部９Ａ側の光透過性材料部１８側に、第２の液体材料部１２が容器９の他方の端部９Ｂ側の光透過性材料部１９側に配置するように収められる。この例においては光透過性材料部１８の外側の面を、屈折力を有する曲面形状とした例を示すが、平面形状としてもよい。光透過性材料部１９の外側の面に同様に屈折力を有する曲面を設けてもよく、また光透過性材料部１８及び／又は１９の内面に曲面を設けてもよい。また必要に応じて回折作用や偏光作用等を有する構造又は薄膜を例えば外側の面に設けてもよい。
入射光の通過する方向は第１の液体材料部１１側からでも、第２の液体材料部１２側からでもよく、用途に応じて適宜選定することができる。
【００３０】
そして、容器９の内壁から第２の液体材料部１２を収容する側の一方の端部９Ｂを覆って外周面にかけて、第１の電極１５が形成される。本発明においては、その表面に陽極酸化により形成した金属酸化物より成る陽極酸化部１４が、所定の誘電率を有する誘電体膜として設けられる。図示の例では、容器９の内壁側の表面のみが陽極酸化部１４とされる例を示す。
第１の電極１５及び陽極酸化部１４の容器９の内面の端部は、容器９の他方の端部９Ａから距離ｄをもって離間する形状として形成される。そしてこれら第１の電極１５及び陽極酸化部１４を含む容器９の内面及び光透過性材料部１９の内面を覆って撥水性材料部１３、いわゆる撥水コートが被着される。
【００３１】
容器９の端部９Ａ側に配置した光透過性材料部１８の内面には、例えばリング状の第２の電極１７が容器９の端部９Ａとの間に介在して配置される。第２の電極１７は、光透過性材料部１８の外周面にわたって延在する形状として形成される。第２の電極１７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく例えば円形状としてもよい。また、この第２の電極１７及び光透過性材料部１８の内面を覆って導電性材料より成る親水性材料部１６、いわゆる親水コートが被着される。光透過性材料部１８をガラスより構成し、その内側表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水性材料部１６を介在させなくてもよい。
そして容器９の端部９Ｂ側の外周面に延在する第１の電極１５と、光透過性材料部１８の外周面に延在する第２の電極１７との間に、これらに電圧を印加する電圧印加部８が接続される。更に、第１と第２の電極１５及び１７の間、この場合第２の電極１７と電圧印加部８との間にコンデンサ６が配置される。なお、コンデンサ６として有極性コンデンサを用いる場合は、図２Ａ及びＢにおいて（＋）として示すように、陽極側を電圧印加部８側に接続する。
【００３２】
このような構成とすると、例えば第１の液体材料部１１の表面張力が第２の液体材料部１２の表面張力より大きい場合、電圧印加部８により印加する電圧を比較的低い電圧Ｖａから比較的高い電圧Ｖｂ（すなわちＶａ＜Ｖｂ、例えばＶａ＝０）とすることにより、図２Ａに示す状態から図２Ｂに示す状態に変化させることができる。図２Ａに示す状態では、第１の液体材料部１１の接触角θ（Ｖａ）が比較的大きく、図２Ｂに示す状態では、第１の液体材料部１１の接触角θ（Ｖｂ）が比較的小さくなり、第１及び第２の液体材料部１１及び１２の界面の曲率を制御することができ、これにより、焦点距離を変化させることが可能となる。例えば第１の液体材料部１１の屈折率を第２の液体材料部１２と比較して大きい材料に選定すると、第１の液体材料部１１の接触角を図２Ａから図２Ｂに示すように小さくすることによって、焦点距離を大とすることができる。
【００３３】
本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズ１０において、第１の電極１５としては、例えばアルミニウム、タンタルなどの陽極酸化による金属酸化物の形成が可能ないわゆるバルブ金属を用いる。そしてこの第１の電極１５を陽極酸化してアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、５酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜等の陽極酸化部１４を形成し、これを従来の可変焦点レンズにおける誘電体膜として構成する。これにより、高誘電率で、且つきわめて薄い皮膜で高絶縁性を実現することができる。
第1の電極１５の材料としては、その他ニオブ、ハフニウム、チタンなど、陽極酸化によって高い誘電率の金属酸化物を形成することが可能な種々のバルブ金属を用いることができる。
【００３４】
一例として、電極材料としてタンタルを用いて、陽極酸化により５酸化タンタルより成る陽極酸化部１４を作製する場合の本発明の可変焦点レンズの製造方法の一例について説明する。
まず、円筒状等の容器９の内壁から一方の端部９Ｂを覆って電極取り出し領域となる容器９の外周面の一部分にかけて、スパッタリング等によって例えばタンタル薄膜を、ピンホールの発生を回避できる程度の充分な厚さをもって成膜する。または、容器９をタンタルより作製してもよい。
次に、容器９の内壁のみを、りん酸などの電解液が浸るようにして陽極酸化を行う。
そしてこの後、例えば一方の光透過性材料部１９を第１の電極１５が被着されている側の容器９の端部９Ｂに例えばエポキシ樹脂等の接着剤を用いて液密に封止して、内面に撥水性材料部１３を被着し、その内部に絶縁性の第２の液体材料部１２、導電性又は有極性の第１の液体材料部１１をこの順に注入する。導電性又は有極性を有する第１の液体材料部１１としては例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、又はイオン性液体などを用いることができる。絶縁性の第２の液体材料部１２としては、例えばシリコーンオイル等を用いることができる。この後、光透過性材料部１８上に第２の電極１７を上述の図２において説明した形状としてスパッタリング等により被着し、更に表面に親水性材料部１６を被膜した後、容器９の他方の端部９Ａに接着剤等により液密に封止して、本発明構成の可変焦点レンズを得ることができる。
【００３５】
従来の可変焦点レンズを始めとするエレクトロウエッティング装置においては、真空成膜法、すなわちスパッタリングや化学的気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、またはスピンコートなどで誘電体膜を形成している。この場合、下地に電極を用意する必要がある。そのため、ピンホールなどの欠損があると絶縁破壊を起こすという問題がある。更に、容器の内壁に均一な膜厚で成膜する必要がある。しかしながら、下地すなわち電極の表面状態によってはピンホールが生じ易く、これを防ぐためには誘電体膜の厚さを大とする必要があり、上記式（１）より駆動電圧を低下することが難しい。
また、これらの方法により平面でない面、例えば円筒内壁等に成膜すると、膜厚ムラが生じ易くなるため、同様に上記式（１）から、導電性又は有極性の第１の液体材料部１１と絶縁性の第２の液体材料部１２との界面が球面状とならずに、レンズとしての良好な曲率が得られなくなり、光学的品質が低下する恐れがある。
【００３６】
これに対し、本発明のエレクトロウエッティング装置によれば、タンタル等の金属薄膜の全てを陽極酸化せず、一部を金属として保存するものであり、残った金属タンタル層はそのまま電極として利用することができる。つまり、電極になる金属の表面のみを陽極酸化して誘電体膜とすることから、理論的にピンホールの発生は生じず、絶縁破壊に強いという利点を有する。
陽極酸化部は、金属酸化物に変化する過程で体積が増えることから、陽極酸化部においては緻密な膜となり、ピンホールの発生を抑制することが可能である。
更に、タンタル等の金属材料を容器の内壁に成膜する際に、下地である容器の材料が絶縁性物質であれば、タンタル等の金属膜に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また、陽極酸化により形成した金属酸化物は化成電圧までは絶縁破壊しないので、得られる陽極酸化部は絶縁破壊強度も高いという効果がある。
【００３７】
なお、陽極酸化により形成する膜厚は、化成電圧に依存する。例えばタンタルを用いる場合は、理論値で化成電圧１Ｖあたり１．８ｎｍ程度である。また、液浸の陽極酸化であるので膜厚は均一となる。すなわち、最初に成膜したタンタル等の金属膜に膜厚ムラがあっても、できあがる陽極酸化部の膜厚は均一であるので、レンズの曲率を良好に球面状に保つことができ、収差の発生を抑制して高精度な操作が可能となり、良好な光学的特性をもって可変焦点レンズ等の光学装置を構成することができる。光学装置としては、後述する絞り又はシャッター機能を有する光学素子、ズームレンズ、光変調装置、表示装置などが挙げられ、その他液体材料部に光を通過させる種々のエレクトロウエッティング装置においても同様の効果が得られる。
【００３８】
また、このような陽極酸化による製造方法は、タンタルコンデンサ等で広く使われており、製造装置の装置構成も比較的簡易であり、製造技術も確立されているため、製造は極めて容易である。
したがって、本発明の可変焦点レンズをはじめとするエレクトロウエッティング装置は、従来の真空成膜法やスピンコートなどで誘電体膜を形成する場合と比較して、製造装置や製造方法が簡便で、且つ多量に製造することができる。
【００３９】
前述の非特許文献１に記載の可変焦点レンズにおいては、誘電体膜の比誘電率は３程度、膜厚は３μｍ程度である。
これに対し、本発明構成の可変焦点レンズにおいて、例えば金属タンタルを１００Ｖで陽極酸化した場合、比誘電率はおよそ２７、膜厚は約０．１８μｍとなる。上記式（１）における右辺第２項の成分ε／ｌは、約１５０倍になる。駆動電圧はこの平方根分の一になるから、前記特許文献１及び非特許文献１に記載の可変焦点レンズに比べ、本発明による場合は、駆動電圧がおよそ１／１２になる。
例えば前記非特許文献１に記載の可変焦点レンズでは、導電性材料部として塩水を用い、絶縁性材料部としてシリコーンオイルを用いた場合、球面度数を−１００Ｄ（ジオプトリ）から＋５０Ｄまでの変化を１２０Ｖ程度の駆動電圧で行っている。
これに対し、本発明によれば、導電性材料部及び絶縁性材料部を同様の材料を用いた場合に、同程度の球面度数の変化を１０Ｖ程度の駆動電圧で達成できる。
【００４０】
すなわち、図２に示す本発明の可変焦点レンズにおいて、電圧印加部８によって、第１及び第２の電極１５及び１７の間に１０Ｖの電圧を印加することによって、電圧を印加しない状態と比べて球面度数を１５０Ｄ程度変化させることができる。
更にこの場合、化成電圧が１００Ｖなので絶縁破壊強度にも充分余裕がある。
なお、陽極酸化時の印加電圧を調整して陽極酸化部の膜厚を小さくすれば、更に駆動電圧を低減化して、５Ｖ、３Ｖ程度の駆動電圧で同程度の球面度数の変化を発生させることも可能である。
【００４１】
そしてこの可変焦点レンズ１０においては、第２の電極１７と電圧印加部８との間にコンデンサ６を配置する。コンデンサ６として有極性コンデンサを用いる場合は、上述したように陽極側を電圧印加部８側として配置する。このようにコンデンサ６を電極１７と電圧印加部８との間に配置することによって、上述したようにエレクトロウエッティング装置すなわち可変焦点レンズ１０を無極性化し、交流駆動が可能となる。これにより、誘電体膜として設ける陽極酸化部１４内に電荷が徐々に注入されてエレクトロウエッティング減少が低減されることを回避できて、高精度に焦点を制御することが可能となる。
【００４２】
図３は、図２に示す可変焦点レンズにおいて、容器を第１の電極１５の材料により構成し、第１の電極１５と容器とを兼用する構成とするもので、容器と兼用する第１の電極１５の全表面を陽極酸化して陽極酸化部１４を設けた場合を示す。図３において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。なお、電圧印加部８と接続する部分においては、第１の電極１５の一部の陽極酸化部１４を除去してある。または、容器すなわち第１の電極１５の一部に突起を設けて、この部分を陽極酸化液に浸漬しない状態で陽極酸化を行い、その後突起を除去した部分を電圧印加部８との接続領域としてもよい。
このような構成とする場合は、第１の電極１５を円筒形状等の容器の表面に部分的にスパッタリング等による成膜を行う必要がなく、製造上有利となる。
【００４３】
図４は、上述の図３に示す例と同様に、第１の電極１５と容器とを兼用する例で、第１の電極１５の内面のみに陽極酸化部１４を形成し、第１及び第２の電極１５及び１７の絶縁性を確実に確保するために、絶縁性材料より成る例えばリング状の絶縁性部材７を第1の電極１５の端部１５Ａと第２の電極１７との間に介在させる構成とするものである。図４において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。このような構成とすることによって、製造工程の簡易化を図り、また良好な特性をもって可変焦点レンズ１０を構成することができる。
図３及び図４に示す構成とする場合においても、上述の図２に示す例と同様に、従来に比して駆動電圧の低減化を図ることができ、また絶縁破壊強度も充分得られるという効果がある。更に、コンデンサ６を設けることによって、交流駆動が可能となり、高精度の制御が可能となる。
【００４４】
また、このような可変焦点レンズを図５に示すように２次元状に併置配列して、レンズアレイ１６０として構成することも可能である。図５に示す例においては、一方向にｎ個の可変焦点レンズ（例えば可変焦点レンズ１０ａ１，１０ｂ１，・・・１０ｎ１）を配列し、これとは例えば略直交する方向にｍ個（例えば可変焦点レンズ１０ａ１，１０ａ２，・・１０ａｍ）の可変焦点レンズを配列して、全体としてｎ×ｍ個の可変焦点レンズによるレンズアレイ１６０を構成した場合を示す。図５においては、可変焦点レンズ内の第１及び第２の液体材料部のみを示し、第１の液体材料部に電圧を印加する電極や陽極酸化部については図示を省略しているが、個々の可変焦点レンズは例えば図２、図３又は図４に示す構成とすることが可能である。
この場合においても、図示を省略するが、陽極酸化部を設けることによってレンズアレイ１６０全体の低駆動電圧化を図ることができ、また、コンデンサを配置することによって交流駆動が可能となり、高精度の制御が可能となる。
【００４５】
上述の単一又は複数の可変焦点レンズにおいて、容器又は容器を兼ねる電極の形状としては、円筒形状に限定されるものではない。例えば、図６に示すように直方体状とすることも可能である。図６においては、例えば直方体状とされる容器内に、円筒形の一部を構成するいわゆるかまぼこ型形状の界面を構成するように、第１及び第２の液体材料部１５１及び１５２を配置する例を示す。直方体状の容器の側面１５４、１５５、１５６、１５７のうち、例えば対向する側面１５４及び１５５に第1の液体材料部１５１に対する吸着性を図６のように円弧状にもたせ、他の側面１５６及び１５７の内面に図示しないが第１の電極、陽極酸化部及び撥水性材料部を被着し、底面１５８に必要であれば親水性材料部を介して、第１の電極と接触しない形状として第２の電極を形成することによって、第１の液体材料部の側面１５６及び１５７に接触する接触角のみを変化させるシリンドリカルタイプの可変焦点レンズ１０を構成することが可能である。そして底面１５８側に設ける電極（図示せず）と側面１５６及び１５７側に設ける電極（図示せず）との間に電圧印加部１６１を設けると共に、底面１５８側に設ける電極（図示せず）とこの電圧印加部１６１との間にコンデンサ１６２を配置する。コンデンサ１６２として有極性コンデンサを用いる場合は、図６において（＋）で示すように、陽極側を電圧印加部１６１側として接続して配置される。
更に、このようなシリンドリカルタイプの可変焦点レンズ１０を図５に示すように併置配列することによって、レンチキュラーレンズタイプのレンズアレイとして構成することも可能である。
レンチキュラーレンズタイプの可変焦点レンズを構成することができれば、３次元画像を電圧制御により表示することが可能な表示装置に適用することが可能であり、小型で且つ実用的な駆動電圧とされた３次元表示装置を提供することができる。
この場合においても、図示を省略するが、陽極酸化部を設けることによって低駆動電圧化を図ることができ、また、コンデンサ１６２を電極（図示せず）と電圧印加部１６１との間に配置することによって、同様に交流駆動が可能となり、高精度の制御が可能となる。
また、可変焦点レンズの容器又は容器を兼ねる電極の形状としては、例えば上述したように円錐形状の頂部を切除した形状等とすることも可能であり、その他陽極酸化が可能であれば、種々の形状の容器が利用可能である。
【００４６】
以上説明したように、本発明の可変焦点レンズによれば、陽極酸化により形成する陽極酸化部を誘電体膜として用いることにより、製造方法の簡易化を図るとともに、膜厚を従来の真空薄膜形成方法による場合と比較して薄くすることができる。このため、誘電体膜の厚さを低減化することができ、またより高い誘電率の材料を容易に利用できることから、所望の焦点距離の変化（球面度数の変化）を得るための駆動電圧を、従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して簡易な製造方法をもって、精度良く均一な膜厚をもって成膜することができることから、膜厚のばらつきに起因する光学的特性の低下を回避し、更にピンホールの発生を抑制するか、または容器を絶縁性材料とする場合はピンホールによる影響を回避することができる。
更に、上述したようにコンデンサを配置することにより交流駆動を可能とし、高精度の制御が可能となる。
これによって、良好な光学的特性をもって駆動電圧の低減化を図り、かつ制御性に優れた可変焦点レンズを提供することができる。
【００４７】
ところで、上述したバルブ金属の陽極酸化膜の特徴は、サブミクロン程度と比較的薄い膜厚と、１０〜５０程度の高誘電率が得られることである。ただし、表面エネルギーは比較的低くなく、高い撥水効果を得ることは難しい。このためエレクトロウエッティング装置に用いる場合は、陽極酸化部の表面を撥水処理する必要がある。しかしながら、陽極酸化部の膜厚が比較的薄く且つ高誘電率であるため、この撥水コート層に駆動電圧の大部分がかかってしまい、撥水コート層の絶縁破壊が起きやすくなる可能性がある。したがって、撥水コート層の絶縁破壊が起きない工夫をすることが望ましい。
【００４８】
上記式（１）より、エレクトロウエッティング現象は、誘電体膜の誘電率ｅと駆動電圧Ｖの２乗に比例し、膜厚lに反比例しておこる。これより誘電率ｅを高く、膜厚lを薄くできれば駆動電圧を低減できる。また、膜厚lが不均一だと場所によりエレクトロウエッティング現象が不均一になりこの現象による高精度の操作ができなくなる。つまり、膜厚のばらつきは精度に大きな影響を与える。
また、直流電圧で駆動すると誘電体膜内に電荷が徐々に注入され、エレクトロウエッティング現象が減じられてしまう。これを防ぐためには上述したように交流電源で駆動すればよい。タンタルを１００Ｖで陽極酸化した誘電体膜の場合、膜厚は約１８０ｎｍ、比誘電率は約２７である。撥水コートに用いられる材料は総じて誘電率が低い。特にフッ化化合物が撥水には好適であるが、誘電率は２程度である。誘電体膜上に撥水コート層がある状態は、誘電体と撥水層それぞれで構成されるコンデンサの直列接続とみなせる。
【００４９】
例えば誘電体膜としてパリレン（パラキシリレン系樹脂）を膜厚３μｍ、撥水コート層としてＡＦ１６００（デュポン（株）製、商品名）を膜厚１０ｎｍとして形成すると、撥水コート層にかかる電圧は全体の約０．５％になる。タンタルを１００Ｖで陽極酸化した陽極酸化部の場合は、膜厚は約１８０ｎｍ、比誘電率は約２７である。撥水性材料部として上記材料（ＡＦ１６００、デュポン株式会社製、商品名）を用いると、撥水性材料部にかかる電圧は全体の約５０％になる。しかも陽極酸化部と撥水性材料部を併せた見かけ上の比誘電率は約１５になってしまい、高誘電率の材料である陽極酸化膜を用いる利点が損なわれてしまう。更に、高い電圧がかかる撥水性材料部が絶縁破壊を起こしてしまう恐れもある。
【００５０】
そこで、撥水性材料部としては、ナノレベルまで膜厚を薄く形成することが可能な材料を用いることが望ましい。撥水性材料部の膜厚を薄くすることにより、漏れ電流を増やし、いわば絶縁性を無視できる程度にすることが可能となる。
このように膜厚をナノレベル（１μｍ未満）にするためには、反応性の撥水コート材であるフッ素系シランカップリング剤が好適で、例えばオプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製、商品名）を用いることができる。オプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製、商品名）などの反応性撥水コート材は加工方法によって１０ｎｍ未満、例えば５ｎｍ程度以下の膜厚とすることができ、すなわち単分子膜に近い膜厚とすることが可能である。
このように撥水性材料部の膜厚を極めて薄くすると、漏れ電流により撥水性材料部の発熱が小さくなり絶縁破壊を回避できるとともに、撥水性材料部はコンデンサとして殆ど機能しない。したがって、陽極酸化部と撥水性材料部とはコンデンサの直列接合とみなされず、陽極酸化部のみのコンデンサとみなすことができる。このため、陽極酸化部及び撥水性材料部のトータルの誘電率は陽極酸化部のみの値となり、上述した低駆動電圧化の効果を損なうことを回避できる。
【００５１】
〔２〕第２の実施形態例
以上説明した本発明構成の可変焦点レンズは、駆動電圧を従来に比して格段に低減化することができるため、従来は不可能であった小型の可変焦点レンズを用いる種々の光学装置に適用することが可能となる。
例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）等に代表される各種の光ディスクの記録及び／又は再生を行う光記録再生装置及びその光ピックアップ装置において、収差補正素子や可変倍率とするコリメータレンズ等として用いることができる。
特に、これらの各種の光ディスクを互換とする多波長の光源を用いる光記録再生装置においては、コリメータレンズの焦点距離を可変とする必要があり、本発明による可変焦点レンズを用いる場合は、上述したように、駆動電圧を格段に低減化することができるので、これらの光記録再生装置や光ピックアップ装置への実用化が可能となる。
【００５２】
図７は、本発明の実施形態例による可変焦点レンズを用いた光ピックアップ装置を含む光記録再生装置の一例の要部の概略構成図を示す。
この光記録再生装置２００は、２波長のレーザ光を出射する２波長レーザ型の半導体レーザより成る光源１８１と、光源１８１から出射される光を光記録媒体１９５、例えば光ディスクに入射させる光学系とを有する。この光学系は、この場合偏光ビームスプリッタ１８３、可変焦点レンズ１０、４分の１波長板１８４、ミラー１８５、対物レンズ１８６より構成される。また、光記録媒体１９５から反射された光を受光部１８８に導く光学系を有し、この場合対物レンズ１８６、ミラー１８５、４分の１波長板１８４、可変焦点レンズ１０、偏光ビームスプリッタ１８３より構成する。図示の例では、可変焦点レンズ内の第１及び第２の液体材料部のみを示し、第１の液体材料部に電圧を印加する電極や陽極酸化部については図示を省略しているが、可変焦点レンズ１０の構成としては例えば上述の図２、図３又は図４に示す構成とすることが可能である。可変焦点レンズ１０の第２の電極（図示せず）と電圧印加部８との間には、コンデンサ６が配置される。コンデンサ６として有極性コンデンサを用いる場合は、図７において（＋）で示すように、陽極側を電圧印加部８側に接続して配置される。
対物レンズ１８６には、２軸アクチュエータ等のアクチュエータ１８７を有する対物レンズ駆動部１９０が接続される。また、光記録媒体１９５は、スピンドルモータ等の回転駆動部１９２上に載置固定されて、記録再生時には所定の速度で回転される。
受光部１８８において検出される信号は演算回路１８９に出力される。図７において、本発明の光ピックアップ装置１８０には破線を付して示す。
【００５３】
このような構成において、光源１８１から出射された例えばレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１８３に入射され、その偏光面を通過して、可変焦点レンズ１０によってコリメートされると共に焦点距離を調整され、４分の１波長板１８４を通過してミラー１８５で反射され、対物レンズ１８６を介して光記録媒体１９５の記録トラック上に入射される。
光記録媒体１９５から反射された光は、対物レンズ１８６、ミラー１８５を介して４分の１波長板１８４及び可変焦点レンズ１０を通過する。４分の１波長板を２回通過した光は偏光方向が変換されて偏光ビームスプリッタ１８３において偏光面で反射され、受光部１８８の受光面上に入射される。
【００５４】
受光部１８８において検出された光出力は、演算回路１８９に出力され、演算回路１８９においてＲＦ（高周波）信号、ＴＥ（トラッキングエラー）信号、ＦＥ（フォーカスエラー）信号がそれぞれ演算される。ＲＦ信号は例えば演算回路１８９においてアナログ／デジタル変換、エラー訂正などの処理がなされて記録再生信号として出力され、ＴＥ信号は光ヘッド駆動部１９１及び／又は対物レンズ駆動部１９０に、またＦＥ信号は対物レンズ駆動部１９０に出力されて、フォーカスサーボ、トラッキングサーボがなされる。
【００５５】
上述したようにエレクトロウエッティング現象を利用した可変焦点レンズは、本質的に放電するとき以外は電流が流れず、消費電力はきわめて小さいこと、また機械的可動部がないので、モータ等によりレンズを移動させている従来の可変焦点レンズと比較して寿命が長く、モータが不要となるため省スペース化を図り、簡単な構成で例えばオートフォーカス機構をこのような光ピックアップ装置等の各種の光学装置に設けることができるという利点を有する。従来は駆動電圧が高いために実用的には昇圧回路を必要としていたが、本発明構成の可変焦点レンズを用いることにより、所望の球面度数の変化を得るための駆動電圧を低減化し、１０Ｖ以下程度とすることができたので、昇圧回路を設けることなく各種の装置への適用が可能となり、比較的簡易な回路構成をもって上述の各種の利点を有する可変焦点レンズ等のエレクトロウエッティング装置を用いることが可能となる。
【００５６】
例えば２種類の光記録媒体１９５に対して記録及び／又は再生が可能な互換性を有する光記録再生装置や、または多層記録媒体などの記録及び／又は再生を行う光記録再生装置においては、２群レンズ等を用いて機械的にこのレンズの相対位置を変化させて焦点距離を制御しているが、このような２群レンズ等に換えて本発明構成の可変焦点レンズ１０を用いることにより、昇圧回路を設けることなく、長寿命、省スペース化が可能で機械的駆動部が不要であり、小型化が可能な光ピックアップ装置１８０、光記録再生装置２００を提供することができる。また、コンデンサ６を設けることによって、可変焦点レンズ１０の交流駆動が可能となり、高精度の制御が可能となるので、光記録再生特性の劣化を抑制ないしは回避することができる。
【００５７】
〔３〕第３の実施形態例
本発明のエレクトロウエッティング装置は、上述した可変焦点レンズのように光を通過させる機能をもつ光学装置に限定されるものではなく、その他液体材料部の変形を利用した各種の装置に適用することが可能である。この一例として、次に液滴操作装置の一例について説明する。
現在、マイクロサイズの連続した液体フローに対して所定の処理を行うマイクロ流体システムが開発されつつある。特に、「ケミストリ・オン・チップ（chemistry-on-a-chip）」と呼ばれるセンサやアナライザを実現するマイクロ流体デバイスの開発が要請され、これらはラボ・オン・チップ（Labs-On-a-Chip：ＬｏＣ）及びマイクロトータル分析システム（μ−ＴＡＳ）としても知られている。マイクロ流体システムを利用して自動化されたチップ形式のデバイスとして構成することにより、高速動作及び携帯が可能であり、安価で信頼性の高い化学（又は生化学）実験機器を提供することができる。その適用範囲は、医療診断用、環境モニタ用、基礎科学研究用などが挙げられる。また例えばマイクロミキサー装置として、圧電素子等による振動や電気泳動を利用したものも提案されているが、エレクトロウエッティング現象を利用することにより、微小な液滴の移動の高精度な制御が可能となる。
【００５８】
図８は、このようなマイクロ流体デバイスを実現する本発明の実施形態例に係る液滴操作装置の一例の要部の概略断面構成図である。この液滴操作装置３０は、絶縁性の材料より成る基板２１上に、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタンなど、陽極酸化が可能なバルブ金属より成る電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・、２３ｉ・・が配列形成されて電極アレイ２３が構成される。そしてこの電極アレイ２３の表面に、それぞれ各電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・、２３ｉ・・を陽極酸化して形成した金属酸化物より成り、誘電体膜として機能する陽極酸化部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、・・・、２４ｉ・・が形成される。陽極酸化部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、・・・、２４ｉ・・の上を覆って全面的に撥水性材料部２５が被着される。もう一方の基板２２には、共通電極２９と、この上に導電性の撥水性材料部２８が全面的に被着される。
そして、これらの基体２１及び２２が、電極アレイ２３及び共通電極２９が形成されている側の面を内面側として対向配置され、その間に、導電性又は有極性の材料より成る液滴２６が基板２１上の撥水性材料部２５及び２８に接するように配置される。液滴２６としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、又はイオン性液体を用いることができる。液滴２６の周囲はシリコーンオイル等の液体より成る絶縁性材料部２７が充填されていてもよい。また、空気などの気体を充填してもよい。
電極アレイ２３の各電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・、２３ｉ・・と基板２２上の共通電極２９との間に、コンデンサ３３、電圧印加部３１及び電圧制御部３２が接続され、また電圧制御部３２と各電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・、２３ｉ・・との間には、スイッチ部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、・・・Ｓｉ、・・が配置される。この場合コンデンサ３３は共通電極２９と電圧印加部３１との間に配置される。なお、コンデンサ３３として有極性コンデンサを用いる場合は、図８において（＋）で示すように、陽極側を電圧印加部３１側に接続して配置される。スイッチ部Ｓａ、・・Ｓｉ、・・は電圧制御部３２により制御されるか、または電圧制御部３２内に組み込まれていてもよい。
【００５９】
このような構成において、電圧制御部３２により、電極アレイ２３の各電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・、２３ｉ、・・に印加する電圧を順次変化させる制御を行うことによって、液滴２６を矢印ａで示すように移動させることができる。この様子を、図９Ａ〜Ｃを参照して説明する。
先ず、図９Ａに示すように、例えば電極２３ｂに所定の電圧を印加する。共通電極２９は例えば接地電位としてもよい。次に、図９Ｂに示すように隣接する他の電極２３ｃにも同様に所定の電圧を印加すると、液滴２６はエレクトロウエッティング現象によって電圧が印加された電極（この場合２３ｂ及び２３ｃ）との接触面積が広がり、図示のように電極２４ｃ上に底面が広がるような変形を起こす。その後図９Ｃに示すように、電極２３ｂの電圧を低く、例えば０とすると、液滴２６は電極２３ｃ上に移動する。このような電圧制御を行うことによって、液滴２６を順次移動させる操作が可能となる。なお、このように連続的に隣接する電極に電圧を印加してスムーズに液滴２６を移動させるためには、液滴２６が安定な状態で、常に隣接する電極に底面が接触するように、液滴２６の体積、基板２１及び２２の間の間隔、電極アレイ２３の各電極の移動方向の長さを適切に選定することが必要である。
【００６０】
そして本発明においては、上述したように電極アレイ２３の各電極上に形成する誘電体膜に変えて陽極酸化部を設けることによって、上述の可変焦点レンズと同様に、製造方法の簡易化を図るとともに、膜厚を従来の真空薄膜形成方法による場合と比較して薄くすることができる。このため、誘電体膜の厚さを低減化することができ、またより高い誘電率の材料を容易に利用できることから、所望の形状の変化を得るため、すなわち液滴の移動のための駆動電圧を、従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して簡易な製造方法をもって、精度良く均一な膜厚をもって成膜することができることから、膜厚のばらつきに起因する液滴の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度に液滴の移動を制御することが可能となる。更に、下地すなわち基板２１が絶縁物質であればバルブ金属膜に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また化成電圧までは絶縁破壊しないので陽極酸化部の絶縁破壊強度は十分高いという利点を有する。
また本発明によれば、電極アレイ２３と共通電極２９との間、この場合共通電極２９と電圧印加部３１との間にコンデンサ３３を配置することから、装置を無極性化して交流駆動を可能とし、これにより高精度の制御が可能となる。
なお、このような液滴操作装置においても、上述の可変焦点レンズと同様に、撥水性材料部の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
また上述の実施形態例においては、共通電極２９の上に導電性の撥水性材料部２８を被着した場合を示すが、この撥水性材料部２８についても同様に、膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることによって、導通可能としてもよい。薄く成膜するためには同様に、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００６１】
〔４〕第４の実施形態例
更に、本発明のエレクトロウエッティング装置は、上述した光ピックアップ装置や光記録再生装置の他、各種の光学装置、例えばカメラ機能付き携帯電話、小型カメラなど、或いは撮像装置における小型の絞り又はシャッター機能を有する光学素子としても利用可能である。
図１０Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態例に係る光学素子の一例の概略断面構成図である。この光学素子５０は、例えば円筒形状で絶縁性の材料よりなる容器４０の両方の開口端である端部４０Ａ及び４０Ｂに一対の光透過性材料部４８及び４９が液密に封止され、これらの光透過性材料部４８及び４９の間に、導電性又は有極性を有する第１の液体材料部４１と、絶縁性を有する第２の液体材料部４２とが収容される。第１の液体材料部４１としては例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、又はイオン性液体、第２の液体材料部４２としては例えばシリコーンオイルを用いることができる。そして、容器４０の内周面及び光透過性材料部４９の内面には撥水性材料部４３が被着される。容器４０の内周面から光透過性材料部４９側の一方の端部４０Ｂにかけて第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極が形成される。第１の電極としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。そしてその表面の一部、図示の例では容器４０の内周面には、陽極酸化により金属酸化物より成る陽極酸化部４４が形成されて誘電体膜として機能する。第１の電極４５の内周面側の端部は容器４０の他方の端部４０Ａから離間して配置され、その表面に陽極酸化部４４及び撥水性材料部４３が覆うように形成される。
【００６２】
容器４０の端部４０Ａ側に配置した光透過性材料部４８の内面には、例えばリング状の第２の電極４７が容器４０の端部４０Ａとの間に介在して配置される。第２の電極４７は、光透過性材料部４８の外周面にわたって延在する形状として形成される。第２の電極４７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく例えば円形状としてもよい。また、この第２の電極４７及び光透過性材料部４８の内面を覆って親水性材料部４６、いわゆる親水コートが被着される。光透過性材料部４８をガラスより構成し、その内側表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水性材料部４６を介在させなくてもよい。
そして容器４０の端部４０Ｂ側の外周面に延在する第１の電極４５と、光透過性材料部４８の外周面に延在する第２の電極４７との間に、これらに電圧を印加する電圧印加部５１が接続される。更に、第１の電極４５と第２の電極４７との間、この場合第２の電極４７と電圧印加部５１との間にコンデンサ５３が配置される。この場合も、コンデンサ５３として有極性コンデンサを用いる場合は、図１０において（＋）で示すように陽極側を電圧印加部５１側に接続して配置される。
【００６３】
ここで、第１及び第２の液体材料部４１及び４２のいずれか一方が、他方に比して光透過性の低い材料より構成する。例えば、第２の液体材料部４２の光透過率が第１の液体材料部４１に比して低く、すなわち入射光Ｌｉの波長帯域において光吸収率又は光反射率が第１の液体材料部４１に比して高い材料より構成する。例えば電圧が低い状態（例えばＶ＝０）のとき、第１の液体材料部４１の接触角θ０が大きく、図１０Ａに示す状態であるとする。このとき、光透過率の低い第２の液体材料部４２が、図示のように、第１の液体材料部４１に比して体積が小さく、光透過性材料部４９側で容器４０の内周面側に分離した状態となり、いわば開口窓５２が形成されているとする。入射光Ｌｉのうちかなりの光量の出射光Ｌ０１がこの光学素子５０を通過できる。
【００６４】
この光学素子５０に対し、所定の電圧を電圧印加部５１から印加することにより、図１０Ｂに示すように、第１の液体材料部４１の接触角θ（ｖ１）がθ０より小さくなり、第１の液体材料部４１によって容器４０の内周面側に押し付けられていた第２の液体材料部４２の内径が縮小し、開口窓５３も縮小する。入射光Ｌｉのうち通過する光量は減少し、出射光Ｌ０２は光量が絞られた状態となる。更に電圧印加部５１により高い電圧を印加すると、図１０Ｃに示す状態となる。第１の液体材料部４１の接触角θ（ｖ２）は更に小さくなり、第１及び第２の液体材料部４１及び４２の界面が容器４０の内部で球面の一部を構成する状態となり、開口窓が塞がれて入射光Ｌｉの通過を妨げ、いわばシャッターを閉めた状態となる。
このような構成とすることによって、第１の液体材料部４１の本質的に回転対称となる変形を利用して、略真円に近い開口形状をもつ絞り又はシャッター機能を備える光学素子５０を提供することができる。通常の絞りやシャッターのように、複数の羽状部材の移動により開口径を変化させる場合はこのように真円の開口形状とすることができず、六角形などの多角形となる。例えば意図的に焦点をずらしたいわゆるソフトフォーカス状態とする場合にはこの開口形状が反映されてしまうが、本発明構成の光学素子を用いることによって、極めて真円に近いソフトフォーカス状態を実現できることとなる。
【００６５】
そしてこの場合においても、上述の可変焦点レンズ、液滴操作装置と同様に、第１の電極４５と第１の液体材料部４１との間に介在させる誘電体膜として第１の電極４５を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部４４を設けることから、次の効果が得られる。すなわち、陽極酸化することによって、製造方法の簡易化を図るとともに、膜厚を従来の真空薄膜形成方法による場合と比較して薄くすることができる。このため、誘電体膜の厚さを低減化することができ、またより高い誘電率の材料を容易に利用できることから、所望の液体材料部の界面形状の変化を得るための駆動電圧を従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して簡易な製造方法をもって、精度良く均一な膜厚をもって成膜することができることから、膜厚のばらつきに起因する界面形状の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度に絞り又はシャッター機能を制御することが可能となる。更に、下地すなわち容器４０が絶縁物質であればバルブ金属膜より成る第１の電極４５に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また化成電圧までは絶縁破壊しないので陽極酸化部４４の絶縁破壊強度は十分高いという利点を有する。
そして更に本発明によれば、第１の電極４５と第２の電極４７との間に、電圧印加部５１に加えてコンデンサ５３を設ける構成とすることから、光学素子５０全体を無極性化し、交流駆動を可能とする。これにより、高精度の制御が可能となる。
なお、この光学素子においても、上述の可変焦点レンズ及び液滴操作装置と同様に、撥水性材料部の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００６６】
〔５〕第５の実施形態例
次に、上述の可変焦点レンズと同様の構成のレンズを利用して、ズームレンズを構成する例について説明する。
図１１は、本発明の実施形態例に係るズームレンズの一例の概略断面構成図である。図１１に示すように、このズームレンズ１０２は、例えば上述の図２〜図４において示す可変焦点レンズと同様の構成の２つの可変焦点レンズ７０及び９０を１組設ける構成とするものである。一方の可変焦点レンズ７０は、例えば円筒形状の容器８０の両側の開口端にガラス等の光透過性材料部７８及び７９が液密に封止されて、その内部に導電性又は有極性の第１の液体材料部７１と、絶縁性の第２の液体材料部７２とが収容される。そして、容器８０の内周面及び光透過性材料部７９の内面には撥水性材料部７３が被着される。容器８０の内周面から光透過性材料部７９側の一方の端部８０Ｂにかけて第１の液体材料部７１に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極７５が形成される。そしてその表面の一部、図示の例では容器８０の内周面には、陽極酸化により金属酸化物より成る陽極酸化部７４が形成されて誘電体膜として機能する。第１の電極７５の内周面側の端部は容器８０の他方の端部８０Ａから離間して配置され、その表面に陽極酸化部７４及び撥水性材料部７３が覆うように形成される。
【００６７】
容器８０の端部８０Ａ側に配置した光透過性材料部７８の内面には、例えばリング状の第２の電極７７が容器８０の端部８０Ａとの間に介在して配置される。第２の電極７７は、光透過性材料部７８の外周面にわたって延在する形状として形成される。第２の電極７７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく例えば円形状としてもよい。また、この第２の電極７７及び光透過性材料部７８の内側面を覆って親水性材料部７６、いわゆる親水コートが被着される。光透過性材料部７８をガラスより構成し、その内側表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水性材料部７６を介在させなくてもよい。
そして容器８０の端部８０Ｂ側の外周面に延在する第１の電極７５と、光透過性材料部７８の外周面に延在する第２の電極７７との間に、これらに電圧を印加する電圧印加部８１が接続されて、可変焦点レンズ７０が構成される。また、第１の電極７５と第２の電極７７との間、この場合、第２の電極７７と電圧印加部８１との間にコンデンサ８２が配置される。コンデンサ８２として有極性コンデンサを用いる場合は、図１１において（＋）で示すように、陽極側を電圧印加部８１側に接続して配置される。
【００６８】
他方の可変焦点レンズ９０は、例えば円筒形状の容器１００の両側の開口端にガラス等の光透過性材料部９８及び９９が液密に封止されて、その内部に導電性又は有極性の第１の液体材料部９１と、絶縁性の第２の液体材料部９２とが収容される。そして、容器１００の内周面及び光透過性材料部９９の内面には撥水性材料部９３が被着される。容器９０の内周面から光透過性材料部９９側の一方の端部１００Ｂにかけて第１の液体材料部９１に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極９５が形成される。そしてその表面の一部、図示の例では容器１００の内周面には、陽極酸化により金属酸化物より成る陽極酸化部９４が形成されて誘電体膜として機能する。第１の電極９５の内周面側の端部は容器１００の他方の端部１００Ａから離間して配置され、その表面に陽極酸化部９４及び撥水性材料部９３が覆うように形成される。
【００６９】
容器１００の端部１００Ａ側に配置した光透過性材料部９８の内面には、例えばリング状の第２の電極９７が容器１００の端部１００Ａとの間に介在して配置される。第２の電極９７は、光透過性材料部９８の外周面にわたって延在する形状として形成される。第２の電極９７を光透過性の導電性材料より構成する場合は、リング状でなく例えば円形状としてもよい。また、この第２の電極９７及び光透過性材料部９８の内面を覆って親水性材料部９６、いわゆる親水コートが被着される。光透過性材料部９８をガラスより構成し、その内側表面を清浄にして親水性を保持する場合は、親水性材料部９６を介在させなくてもよい。
そして容器１００の端部１００Ｂ側の外周面に延在する第１の電極９５と、光透過性材料部９８の外周面に延在する第２の電極９７との間に、これらに電圧を印加する電圧印加部１０１が接続されて、可変焦点レンズ９０が構成される。更に、第１の電極９５と第２の電極９７との間、この場合第２の電極９７と電圧印加部１０１との間にコンデンサ１０３が配置される。このコンデンサ１０３として有極性コンデンサを用いる場合も、図１１において（＋）で示すように陽極側を電圧印加部１０１側に接続して配置される。
【００７０】
これらの２つの可変焦点レンズ７０及び９０の第１の液体材料部７１及び９１としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、又はイオン性液体を用いることができ、第２の液体材料部７２及び９２としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。また、陽極酸化を行う第１の電極７５及び９５としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。
このように、２つの可変焦点レンズ７０及び９０を設けることにより、それぞれのレンズ７０及び９０内に、第１及び第２の液体材料部７１及び７２、９１及び９２の界面を１つずつ備え、全体として第１及び第２の液体材料部の界面を２つ備えた構成となっている。
【００７１】
この例では各可変焦点レンズ７０及び９０において、第１の液体材料部の屈折率は第２の液体材料部の屈折率に比して小さい材料に選定すると共に、各可変焦点レンズ７０及び９０の対向する内側にそれぞれ配置した場合を示す。ここで、図１１においては、可変焦点レンズ７０の第１の液体材料部７１が凸レンズ状、可変焦点レンズ９０の第１の液体材料部９１が凹レンズ状となっている状態を示す。
これに対し、それぞれの可変焦点レンズ７０及び９０に印加する電圧を変化させた状態を図１２に示す。図１２において、図１１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図１２は、可変焦点レンズ７０の第１の液体材料部７１は凹レンズ状に、可変焦点レンズ９０の第１の液体材料部９１は凸レンズ状となっている状態を示す。すなわちこの場合、図１１に示す状態においては、可変焦点レンズ７０では電圧印加部８１から印加する電圧Ｖ１１を比較的低く（例えばＶ＝０）、可変焦点レンズ９０では電圧印加部１０１から印加する電圧Ｖ２１を比較的高く設定する。そして、図１２に示す状態においては、可変焦点レンズ７０では電圧印加部８１から印加する電圧Ｖ１２を比較的高く、可変焦点レンズ９０では電圧印加部１０１から印加する電圧Ｖ２１を比較的低く（例えばＶ＝０）設定する。これにより、図１１に示す状態では、可変焦点レンズ７０の第１の液体材料部７１の接触角θ（ｖ１１）が比較的大きく、図１２に示す状態では、接触角θ（ｖ１２）は比較的小さくなる。一方、可変焦点レンズ９０の第１の液体材料部９１は、図１１に示す状態では接触角θ（ｖ２１）が比較的大きく、図１２に示す状態では、接触角θ（ｖ２２）が比較的小さくなる。
【００７２】
このような構成において、可変焦点レンズ７０の光透過性材料部７９側から入射光Ｌｉを入射すると、図１１に示す状態では、可変焦点レンズ７０は凹レンズであり光束を広げて出射され、可変焦点レンズ９０は凸レンズで例えば幅広の平行光とされ、出射される。可変焦点レンズ９０を出射した光はその出射側に設けられる光学レンズ１０５により撮像面１０６に結像される。一方、図１２に示す状態では、可変焦点レンズ７０は凸レンズであり、入射光Ｌｉが通過すると光束が収束され、凹レンズである可変焦点レンズ９０を通過すると例えば幅狭の平行光とされて出射される。この場合も可変焦点レンズ９０の出射側に設けられる光学レンズ１０５によって、撮像面１０６に結像される。
このようにして、それぞれの可変焦点レンズ７０及び９０の第１及び第２の電極に印加する電圧を制御して各レンズの焦点距離を制御することによって、例えば図１１に示す状態では広角レンズを、図１２に示す状態では望遠レンズを構成することができ、すなわち倍率を精度よく制御することができる。
【００７３】
そしてこの場合においても、上述の可変焦点レンズ、液滴操作装置及び光学素子と同様に、第１の電極と第１の液体材料部との間に介在させる誘電体膜として第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部を設けることから、次の効果が得られる。すなわち、陽極酸化することによって、製造方法の簡易化を図るとともに、膜厚を従来の真空薄膜形成方法による場合と比較して薄くすることができる。このため、誘電体膜の厚さを低減化することができ、またより高い誘電率の材料を容易に利用できることから、所望の液体材料部の界面形状の変化を得るための駆動電圧を従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して簡易な製造方法をもって、精度良く均一な膜厚をもって成膜することができることから、膜厚のばらつきに起因する界面形状の変形のばらつきを抑制することができ、より高精度に各可変焦点レンズの焦点距離を制御することが可能となる。更に、下地すなわち容器が絶縁物質であればバルブ金属膜より成る第１の電極に多少のピンホール欠損があっても絶縁破壊は起こらず、欠損は実用上問題にならない。また化成電圧までは絶縁破壊しないので陽極酸化部の絶縁破壊強度は十分高いという利点を有する。
また、本発明によれば、それぞれの可変焦点レンズ７０及び９０にコンデンサ８２及び１０３を配置することから、可変焦点レンズ７０及び９０を無極性化して交流駆動を可能とし、これにより高精度の制御が可能となる。
【００７４】
なお、この光学素子においても、上述の可変焦点レンズ及び液滴操作装置と同様に、撥水性材料部の膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００７５】
また、上述の例においては、ズームレンズとして本発明構成の可変焦点レンズを２つ組み合わせた例を示すが、３つ以上組み合わせることによって、第１及び第２の液体材料部の界面を２以上設ける構成としてもよい。また、後述するように、１つの容器内に、２つの界面を構成することも可能である。この場合は例えば円筒形状や、又は例えば上述した円錐形状の頂部を切除した形状等の容器の両方の開口端に、それぞれ導電性又は有極性の液体材料部を配置し、その間に絶縁性の液体材料部を介在させる構成とする。そして両端の導電性又は有極性の液体材料部に印加する電極を分離させ、それぞれ独別に電圧を制御可能な構成とすればよい。この場合においても、この導電性又は有極性を有する液体材料部と電極との間に介在させる誘電体膜として、電極の表面を陽極酸化して陽極酸化部を設けることによって、同様に低駆動電圧化、製造の簡易化、膜厚の均一化、欠損の発生の回避、絶縁破壊強度を高めるなどの効果を得ることが可能である。更に、コンデンサを設けることによって全体を無極性化し、交流駆動を可能として高精度の制御が可能となる。
【００７６】
〔６〕第６の実施形態例
次に、本発明の実施形態例に係る撮像装置の一例を図１３の概略構成図を参照して説明する。この撮像装置１７０は、ズームレンズ１７１と、絞り１７２と、フォーカスレンズ１７３と、シャッター１７４と、固体撮像素子１７５を備える構成とする例を示す。固体撮像素子１７５としては、照射された光エネルギーを電荷に変換する複数の光電変換部、この電荷を蓄積する電荷蓄積部、電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなるＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）デバイス等を用いることが可能である。
ここで、ズームレンズ１７１、絞り１７２、フォーカスレンズ１７３、シャッター１７４のうち少なくとも１つを、上述の第１の実施形態例において説明した本発明構成の可変焦点レンズ、第３の実施形態例において説明した絞り又はシャッター機能を有する本発明構成の光学素子、第４の実施形態例において説明した本発明構成のズームレンズを用いて構成する。
すなわち、ズームレンズ１７１、絞り１７２、フォーカスレンズ１７３、シャッター１７４のうち少なくとも１つは、一対の光透過性材料部の間に導電性又は有極性を有する第１の液体材料部と絶縁性を有する第２の液体材料部とを収容して、第１の液体材料部に誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極と、第１の液体材料部に導通する第２の電極とを有する構成とする。そして、誘電体層を、第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部として構成する。
【００７７】
このように、第１の電極と第１の液体材料部との間に介在させる誘電体膜として第１の電極を陽極酸化して形成した金属酸化物より成る陽極酸化部を設けることから、各部の製造方法の簡易化を図るとともに、駆動電圧を従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して高精度にズームレンズ、絞り、フォーカスレンズ、シャッターを制御することが可能となる。更に、第1の電極を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避し、また十分高い絶縁破壊強度をもって構成できる。
そして本発明においてはコンデンサを設けることによって、これらズームレンズ、絞り、フォーカスレンズ、シャッターを無極性化して交流駆動を可能とし、確実に、高精度の制御が可能となる。
【００７８】
なお、この場合においても、ズームレンズ、絞り、フォーカスレンズ、シャッターにおいて陽極酸化部の上に被着される撥水性材料部は、その膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００７９】
〔７〕第７の実施形態例
次に、本発明のエレクトロウエッティング装置を適用して光変調装置を構成する実施形態例について説明する。図１４は、本発明の実施形態例に係る光変調装置の一例の要部の概略断面構成図である。この光変調装置１３０は、上述したシャッター機能を有する本発明構成の光学素子と同様の構成の光変調素子１２０ａ、１２０ｂ、・・・を例えば２次元状に並置配列して構成する例を示す。図１４に示すように、この光変調装置１３０は、一対の平板状の光透過性材料部１１８及び１１９の間に、例えば円筒形状の容器を兼ね、１つ１つが光変調素子１２０a、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、・・を構成する第１の電極１１５が複数配置される。図１４においては、第１の電極１１５が一方向に配列された断面を示しているが、例えば図１４の紙面に垂直な方向にも同様に配置され、２次元状に並置配列されていてもよい。この第１の電極１１５としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、チタン等の陽極酸化が可能なバルブ金属を用いることができる。なお、例えば円筒形状の絶縁性部材等よりなる容器を用いて、その一部に第１の電極１１５を被着形成してもよい。そしてその内部にそれぞれ導電性又は有極性を有する第1の液体材料部１１１と、絶縁性の第２の液体材料部１１２が収容される場合を示す。第１及び第２の液体材料部１１１及び１１２のうちいずれか一方、図示の例では第２の液体材料部１１２の光透過性が、第１の液体材料部１１１の光透過性に比して低い材料より構成し、第２の液体材料部１１２が光透過性材料部１１９側に配置されるように注入される。第１の液体材料部１１１としては、例えば塩水、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）水溶液等の電解質溶液、又はイオン性液体を用いることができ、第２の液体材料部１１２としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。
第１の電極１１５の表面はこの場合全面的に陽極酸化により形成した金属酸化物より成る陽極酸化部１１４とされる。
【００８０】
そして例えば円筒形状とされる第１の電極１１５の一方の開口端に、光透過性材料部１１９がエポキシ樹脂等により封止され、第１の電極１１５の内面及び光透過性材料部１１９の内側の面に撥水性材料部１１３が被着される。第1の電極１１５の他方の開口端は、親水性材料部１１６及び例えばリング状の第２の電極１１７を介して光透過性材料部１１８が封止されて、内部が液密に保持される。すなわち、第１の液体材料部１１１に陽極酸化部１１４より成る誘電体層を介在して電圧を印加する第１の電極１１５が配置され、また第１の液体材料部１１１に導通する第２の電極１１７がそれぞれ設けられる。
そして、第1及び第２の電極に電圧を印加する電圧印加部１２１が例えば光透過性材料部１１８及び１１９の間、もしくは各電極１１５及び１１７から導通部材が引き出されて、光透過性材料部１１８及び１１９の外部に配置される。図示の例においては、光透過性材料部１１８及び１１９の間に電圧印加部１２１を設ける例を示す。第１の電極１１５と第２の電極１１７の間、この場合、第２の電極１１７とこれらの電圧印加部１２１との間には、コンデンサ１２３が配置される。コンデンサ１２３として有極性コンデンサを用いる場合は、図１４において（＋）で示すように、陽極側を電圧印加部１２１側に接続してそれぞれ配置される。
また、図示しないが各電圧印加部１２１には、例えば画像、文字などの情報信号に対応して、各光変調素子１２０ａ、１２０ｂ、・・に印加する電圧を変調する制御部が接続されて、印加する電圧の制御がなされる。例えば従来の液晶表示装置で用いられているＴＦＴ（Thin Film Transistor）のようなスイッチング用アクティブ素子とこれに接続される画素電極、走査線及び信号線がマトリクス状に配設されたアクティブ素子アレイ基板を光透過性材料部１１８として用いることができる。走査線及び信号線の選択によって、画像や文字情報等に対応して各電極に適切な電圧を印加することが可能である。
【００８１】
このような構成とすることにより、第１及び第２の液体材料部１１１及び１１２の界面の形状を、第１及び第２の電極１１５及び１１７に印加する電圧を制御して変化することにより、入力される情報信号に対応して第１及び第２の液体材料部１１１及び１１２を透過する光の光量が制御される光変調装置１３０を構成することができる。
これについて説明すると、第１及び第２の電極１１５及び１１７に比較的高い電圧を印加した状態では、第１の液体材料部１１１の接触角が比較的小さく、第１及び第２の液体材料部１１１及び１１２の界面が球面の一部形状を保持し、光透過性の低い第２の液体材料部１１２が光透過性材料部１１９側でいわば一枚の膜状となり、ここを通過する光は遮光される。この状態を光変調素子１２０ａ及び１２０ｄとして示す。
第１及び第２の電極１１５及び１１７に印加する電圧を比較的低くすると、第１の液体材料部１１１の接触角が大きくなるので、第１の液体材料部１１１の押圧によって第２の液体材料部１１２が縁部に押し付けられいわばリング状に変形し、中央に開口が生じて光の一部を通過させる。この状態を光変調素子１２０ｂ及び１２０ｃとして示す。
このように、第１及び第２の電極１１５及び１１７に印加する電圧を調整することによって、第２の液体材料部１１２が側面すなわち第１の電極１１５の内面に押し付けられる度合い、すなわち開口の大きさを制御することができる。したがって、各光変調素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、・・に印加する電圧を情報に対応して制御することによって、これらの光変調素子を通過させる光の光量を制御することができる。各光変調素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、・・をそれぞれ一画素として構成することで、表示装置に適用可能な光変調装置１３０を構成することが可能である。
【００８２】
本発明の光変調装置においても、上述の各実施形態例において説明した可変焦点レンズ等のエレクトロウエッティング装置と同様に、第１の電極１１５上に被着する誘電体膜として陽極酸化部１１４を設けることによって、以下の効果が得られる。すなわち、誘電体膜の製造の簡易化を図るとともに、駆動電圧を従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して高精度に光変調素子を制御することが可能となる。更に、上述したように第１の電極として容器を兼用して構成するか、または第1の電極を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避し、また十分高い絶縁破壊強度をもって構成できる。
そして特に第１の電極１１５と第２の電極１１７との間に、電圧印加部１２１に加えてコンデンサ１２３を配置することによって、各光変調素子１２０ａ、１２０ｂ、・・を無極性化することができ、これにより交流駆動を可能とし、高精度の制御が可能となる。
【００８３】
なお、この場合においても陽極酸化部１１４の上に被着される撥水性材料部は、その膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００８４】
〔８〕第８の実施形態例
次に、本発明の実施形態例に係る表示装置の一例について図１５の概略分解斜視構成図を参照して説明する。図１５に示すように、この場合、上述の第５の実施形態例において説明した構成の光変調装置１３０を用いて表示装置１４０を構成するもので、画素に対応して光変調素子１２２が配列された光変調装置１３０を用いる。そして例えば光変調装置１３０の背面側に光源装置１３２を配置し、また前面側にカラーフィルタ部１３１が配置される。カラーフィルタ１３１は、各画素すなわち各光変調素子１２２に対応した複数のセグメントに分割されている。例えば、３原色である赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）の３つのセグメントに分割されている。光変調素子１２２に対応するカラーフィルタ１３１の配列パターンは、図１５に示すような正方格子状の配列の他、図示しないがストライプ配列やデルタ配列などとしてもよい。また、光源装置１３２の光出射側の表面には図示しないが光波の位相差を補償して広視野角化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えた光学シート群等を配置してもよい。
なお、カラーフィルタ１３１を設けることなく、白黒表示を行う表示装置１４０として構成してもよい。
【００８５】
このような構成とする本発明の表示装置によれば、光変調装置にエレクトロウエッティング装置を用い、且つその第１の液体材料部と第１の電極との間に設ける誘電体膜を陽極酸化部により構成することから、上述の各実施形態例と同様に、光変調装置の製造の簡易化、駆動電圧の大幅な低減化を図ることが可能である。そして、従来に比して高精度に光変調素子を制御することが可能となり、より諧調制御が精度良く行われ、表示特性の良好な表示装置を提供することが可能となる。更に、第１の電極として容器を兼用して構成するか、又は第1の電極を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避し、また十分高い絶縁破壊強度をもって構成できる。
そして更に、上述したように光変調素子にコンデンサを配置することによって、これらの交流駆動を可能とし、高精度の制御が可能となって、より諧調制御に優れた表示装置を提供することが可能となる。
【００８６】
なお、この場合においても陽極酸化部１１４の上に被着される撥水性材料部１１３は、その膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００８７】
以上、本発明によるエレクトロウエッティング装置を適用した可変焦点レンズ、液滴装置、絞り又はシャッターの機能を備える光学素子、ズームレンズ、光変調装置、表示装置について説明したが、本発明によるエレクトロウエッティング装置は上述の各実施形態例において説明した例に限定されるものではなく、その他エレクトロウエッティング現象を利用する各種の装置に適用することが可能である。
例えば、可変焦点レンズを用いる種々の光学装置、例えば光学測定装置、光学読み取り装置などに適用可能である。また、第１又は第２の液体材料部のどちらか一方を光透過性材料とし、他方を反射率の高い材料を用いて構成することによって、光の偏向方向を制御する光スイッチ素子を構成する場合においても適用可能である。
【００８８】
また、液体材料部の表面形状の変化を利用して液体を噴出させる流体ジェット装置やこれを利用したインクジェット方式のプリンタ装置にも適用可能である。
更に、マイクロウエッティング現象を利用した微小な液滴のミキサー装置、またこれを利用した種々の化学測定装置や生化学測定装置にも本発明を適用することが可能である。
また、液滴の表面形状の変化による高さ（厚さ）の変化を利用して、この液滴の上面に載置する例えば板状部材の位置制御を行い、これにより例えばゴニオメーター（角度計）の機能を備える制御装置を実現することもできる。
【００８９】
これらのいずれのエレクトロウエッティング現象を利用した装置においても、本発明を適用することによって、上述の各実施形態例におけると同様の効果を得ることができる。すなわち、誘電体膜として陽極酸化により形成した陽極酸化部を用いることによって、製造の簡易化、駆動電圧の低減化を図ることができる。また、従来に比して高精度に液体材料部の界面形状を制御することが可能となる。更に、第1の電極として容器を兼用する構成とするか、または第１の電極を形成する容器を絶縁性物質より構成することにより、ピンホール欠損の影響を回避し、また十分高い絶縁破壊強度をもって構成できる。
【００９０】
そして特に電極と液体材料部との間に、電圧印加部に加えてコンデンサを配置することによって、交流駆動を可能とし、直流駆動する場合にエレクトロウエッティング現象が徐々に減じられてしまう現象を回避できるため、確実に高精度の制御が可能となるという利点を有する。
いずれの場合においても、陽極酸化部の上に被着される撥水性材料部は、その膜厚を十分薄く、例えば１０ｎｍ以下の５ｎｍ程度とすることが望ましい。薄く成膜するために、反応性の撥水コート材である例えばフッ素系シランカップリング剤を用いることが望ましい。
【００９１】
また、本発明の可変焦点レンズは、上述の各例に限定されるものではなく、図１６に示すように、容器の形状を円錐形状とするとか、また、図１７に示すように、１つの容器内に２つの界面を設ける構成とすることも可能である。
【００９２】
図１６に示す可変焦点レンズ２１０は、円錐形の頂部を切除した形状の内側面を有する容器２０９内に導電性又は有極性の第１の液体材料部２１１と、絶縁性の第２の液体材料部２１２とを収容する構成とする例である。
容器２１５の開口端には例えば円形のガラス又は光透過性樹脂より成る光透過性材料部２１８及び２１９が液密にエポキシ樹脂等によって封止される。この例においては光透過性材料部２１８及び２１９を平面状としているが、その一部又は全ての面が屈折力を有する曲面形状としてもよい。また必要に応じて回折作用や偏光作用等を有する構造又は薄膜を例えば外側の面に設けてもよい。
【００９３】
そして、容器２１５の内壁から第２の液体材料部２１１を収容する側の一方の端部を覆って外周面にかけて、第１の電極２１５が形成される。そしてその表面に陽極酸化により形成した金属酸化物より成る陽極酸化部２１４が、所定の誘電率を有する誘電体膜として設けられる。陽極酸化部２１４上に撥水性材料部２１３、いわゆる撥水コートが被着される。
【００９４】
容器２１５の一端に配置した光透過性材料部２１８の内面には、例えばリング状の第２の電極２１７が第１の電極２１５と絶縁性材料部２１６を介して配置される。この例においては光透過性材料部２１８の内側表面を清浄にして親水性を保持させて、親水性材料部を介在させない例を示すが、光透過性材料部２１８と第１の液体材料部２１１との間に親水性材料部を介在させてもよい。
そして容器２１５の外周面に露出する第１の電極２１５と第２の電極２１７との間に、これらに電圧を印加する電圧印加部２０８が接続される。更に、第１と第２の電極２１５及び２１７の間、この場合第２の電極２１７と電圧印加部２０８との間にコンデンサ２０６が配置される。コンデンサ２０６として有極性コンデンサを用いる場合は、図１６において（＋）として示すように、陽極側を電圧印加部２０８側に接続する。
【００９５】
また、図１７に示す可変焦点レンズ２３０では、例えば円筒形の容器２４０内に導電性又は有極性の第１及び第３の液体材料部２３１及び２３３と、これらの間に絶縁性の第２の液体材料部２３２を収容する構成とする。容器２４０の一端は第１の電極２４１が容器２４０の内側から端部を経て外側面に形成される。第１の電極２４１の内側面側、すなわち容器２４０の内側面上には陽極酸化により形成した金属酸化物より成る陽極酸化部２４２が形成され、所定の誘電率を有する誘電体膜として設けられる。陽極酸化部２４２上には撥水性材料部２４３が被着される。第１の電極２４１とは絶縁性材料部２４４を介してリング状等の第２の電極２４５が光透過性材料部２４６の内側に配置される。第１及び第２の電極２４１及び２４５には電圧印加部２６１が接続され、第２の電極２４５と電圧印加部２６１との間にコンデンサ２６２が配置される。コンデンサ２６２として有極性コンデンサを用いる場合は、図１７において（＋）として示すように、陽極側を電圧印加部２６１側に接続する。
【００９６】
一方、容器２４０の他方の端部側には、第３の電極２５１が容器２４０の内側から端部を経て外側面に形成される。またその容器２４０の内側面上には陽極酸化により形成した金属酸化物より成る陽極酸化部２５２が形成され、所定の誘電率を有する誘電体膜として設けられる。陽極酸化部２５２上には撥水性材料部２５３が被着される。第３の電極２５１とは絶縁性材料部２５４を介してリング状等の第４の電極２５５が光透過性材料部２５６の内側に配置される。第３及び第４の電極２５１及び２５５には電圧印加部２６３が接続され、第４の電極２５５と電圧印加部２６３との間にコンデンサ２６４が配置される。コンデンサ２６４として有極性コンデンサを用いる場合は、図１７において（＋）として示すように、陽極側を電圧印加部２６３側に接続する。
この場合、電圧印加部２６１により第１及び第２の電極２４１及び２４５の間に所定の電圧を印加することによって、第１の液体材料部２３１と第２の液体材料部２３２との界面の曲率を自由に制御することができる。一方、電圧印加部２６３により第３及び第４の電極２５１及び２５５の間に所定の電圧を印加することによって、第２の液体材料部２３２と第３の液体材料部２３３との間の界面の曲率を自由に制御することができる。したがって、１つの可変焦点レンズ２３０において、２つの変形可能な界面を有する構成となり、いわば１つの可変焦点レンズでズームレンズを構成することが可能となる。
【００９７】
このような構成とする可変焦点レンズ２１０、２３０においても、上述の例と同様の効果が得られる。すなわち、陽極酸化により形成する陽極酸化部を誘電体膜として用いることにより、製造方法の簡易化を図るとともに、膜厚を従来の真空薄膜形成方法による場合と比較して薄くすることができる。このため、誘電体膜の厚さを低減化することができ、またより高い誘電率の材料を容易に利用できることから、所望の焦点距離の変化（球面度数の変化）を得るための駆動電圧を、従来に比して格段に低減化することができる。また、従来に比して簡易な製造方法をもって、精度良く均一な膜厚をもって成膜することができることから、膜厚のばらつきに起因する光学的特性の低下を回避し、更にピンホールの発生を抑制するか、または容器を絶縁性材料とする場合はピンホールによる影響を回避することができる。
更に、上述したようにコンデンサを配置することにより交流駆動を可能とし、高精度の制御が可能となる。
これによって、良好な光学的特性をもって駆動電圧の低減化を図り、かつ制御性に優れた可変焦点レンズを提供することができる。
【００９８】
なお、本発明による可変焦点レンズは上述したような形状や構成以外の例えば各部の材料等においても、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態例に係るエレクトロウエッティング装置の駆動原理の説明図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズの一例の概略断面構成図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズの一例の概略断面構成図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズの一例の概略断面構成図である。
【図５】本発明の実施形態例に係るレンズアレイ型の可変焦点レンズの一例の概略斜視構成図である。
【図６】本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズの一例の概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態例に係る光ピックアップ装置を含む光記録再生装置の一例の概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態例に係る液滴操作装置の一例の概略断面構成図である。
【図９】Ａ〜Ｃは本発明の実施形態例に係る液滴操作装置の一例の液滴操作を説明する概略断面構成図である。
【図１０】Ａ〜Ｃは本発明の実施形態例に係る光学素子の一例の概略断面構成図である。
【図１１】本発明の実施形態例に係るズームレンズの一例の概略断面構成図である。
【図１２】本発明の実施形態例に係るズームレンズの一例の概略断面構成図である。
【図１３】本発明の実施形態例に係る撮像装置の一例の概略構成図である。
【図１４】本発明の実施形態例に係る光変調装置の一例の要部の概略断面構成図である。
【図１５】本発明の実施形態例に係る表示装置の一例の概略分解斜視構成図である。
【図１６】本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズの一例の概略断面構成図である。
【図１７】本発明の実施形態例に係る可変焦点レンズの一例の概略断面構成図である。
【図１８】Ａ及びＢは従来の可変焦点レンズの一例の概略断面構成図である。
【図１９】エレクトロウエッティング現象の接触角の変化の説明図である。
【図２０】エレクトロウエッティング現象の原理の説明図である。
【符号の説明】
【０１００】
１．電極、２．陽極酸化部、３．撥水性材料部、４．液体材料部、５．電圧印加部、６．コンデンサ、７．絶縁性部材、８．電圧印加部、９．容器、１０．可変焦点レンズ、１１．第１の液体材料部、１２．第２の液体材料部、１３．撥水性材料部、１４．陽極酸化部、１５．第１の電極、１６．親水性材料部、１７．第２の電極、１８．光透過性材料部、１９．光透過性材料部、２１.基板、２２．基板、２３．電極アレイ、２４ａ〜２４ｉ．陽極酸化部、２５．撥水性材料部、２６．液滴、２７．絶縁性材料部、２８．撥水性材料部、２９．共通電極、３０．液滴操作装置、３３．コンデンサ、４１．第１の液体材料部、４２．第２の液体材料部、４３．撥水性材料部、４４．陽極酸化部、４５．第１の電極、４６．親水性材料部、４７．第２の電極、４８．光透過性材料部、４９．光透過性材料部、５０．光学素子、５３．コンデンサ、７０．可変焦点レンズ、８２．コンデンサ、９０．可変焦点レンズ、１０２．ズームレンズ、１０３．コンデンサ、１１１．第１の液体材料部、１１２．第２の液体材料部、１１３．撥水性材料部、１１４．陽極酸化部、１１５．第１の電極、１１６．親水性材料部、１１７．第２の電極、１１８．光透過性材料部、１１９．光透過性材料部、１２０ａ〜１２０ｄ．光変調素子、１２１．電圧印加部、１２２ａ〜１２２ｄ．画素、１２３．コンデンサ、１３０．光変調装置、１３１．カラーフィルタ、１３２．光源装置、１４０．表示装置、１８０．光ピックアップ装置、１８１．光源、１８３．偏光ビームスプリッタ、１８４．４分の１波長板、１８５．ミラー、１８６．対物レンズ、１８７．アクチュエータ、１８８．受光部、１８９．演算回路、１９０．対物レンズ駆動部、１９１．光ヘッド駆動部、１９２．回転駆動部、２００．光記録再生装置
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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