(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた光学特性を有する凹型フレネルレンズを提供する。【解決手段】複数の単位レンズ構造２０１〜２０７およびドライバーを備え、各単位レンズ構造は、第１側面１０３ａ、第２側面１０３ｂ、および底面とによって規定されるセルと、第１側面１０３ａ側に、撥水層および誘電体層を含む第１電極構造と、第２側面１０３ｂ側に、撥水層および誘電体層を含む第２電極構造と、セルの内部に配置され、非極性液体である第１液体と、第１液体と混和せず、第１液体との間で凹型フレネルレンズの光軸方向と交差する方向に界面１２６を形成可能であり、第１液体より小さい屈折率の極性液体である第２液体と、底面に設けられた基準電極構造とを備え、ドライバーは、各単位レンズ構造に、第１液体と第２液体との界面１２６が、第２側面１０３ｂ側で低く、第１側面１０３ａ側で高い傾斜を形成するように、第１電極および第２電極に電圧を印加するよう構成されている。【選択図】図１Ｂ
2016050951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位レンズ構造およびドライバーを備え、正の屈折力を有する凹型フレネルレンズであって、
各単位レンズ構造は、
第１側面、前記第１側面に対向して位置する第２側面、前記第１側面と前記第２側面とを接続する底面、および、前記第１側面と前記第２側面と前記底面とによって規定される内部空間を有するセルと、
第１電極、撥水層、および、前記第１電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第１電極が前記第１側面側に位置するように前記第１側面に設けられた第１電極構造と、
第２電極、撥水層、および、前記第２電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第２電極が前記第２側面側に位置するように前記第２側面に設けられた第２電極構造と、
前記セルの内部空間に配置され、第１屈折率を有する非極性液体である第１液体と、
前記セルの内部空間に配置され、前記第１液体と混和せず、前記第１液体との間で前記凹型フレネルレンズの光軸方向と交差する方向に界面を形成可能であり、前記第１屈折率より小さい第２屈折率を有し、極性液体である第２液体と、
基準電極および誘電体層を含み、前記基準電極が前記底面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造と、
を備え、
前記複数の単位レンズ構造のそれぞれは、前記第２側面が前記第１側面より前記凹型フレネルレンズの光軸側に位置し、かつ、前記第１側面が隣接する単位レンズ構造の第２側面と隣接するように配置され、
前記複数の単位レンズ構造は、前記光軸上に位置しておらず、
前記ドライバーは、各単位レンズ構造に、前記第１液体と前記第２液体との界面が、前記第２側面側で低く、前記第１側面側で高い傾斜を形成するように、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加するよう構成されている、
凹型フレネルレンズ。
【請求項２】
前記ドライバーは、
前記光軸上に位置する単位レンズ構造を除く単位レンズ構造のうち、前記光軸から外側に位置する単位レンズ構造における前記第１液体と前記第２液体との界面ほど、前記光軸に垂直な方向に対して大きく傾斜するように、各単位レンズ構造の前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加するように構成されている、請求項１に記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項３】
前記複数の単位レンズ構造と同じ構造を備え、前記光軸上に位置する中央単位レンズ構造をさらに含み、
前記ドライバーは、前記中央単位レンズ構造の前記第１電極および前記第２電極に、前記第１液体と前記第２液体との界面が前記光軸に対して垂直となるように電圧を印加するよう構成されている、
請求項１に記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項４】
各単位レンズ構造の前記底面は環形状を備え、かつ、互いに異なる大きさを有し、
前記複数の単位レンズ構造は、前記底面の中心が前記凹型フレネルレンズの光軸と一致するように同心状に配置されている
請求項１に記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項５】
底面、前記底面の外周に位置する筒状側面、および前記筒状側面及び前記底面によって規定される内部空間を有するセルと、
筒状電極、撥水層、および、前記筒状電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記筒状電極が前記筒状側面側に位置するように前記筒状側面に設けられた筒状電極構造と、
前記セルの内部空間に配置された前記第１液体と、
前記セルの内部空間に配置された前記第２液体と、
基準電極、および誘電体層を含み、前記基準電極が前記底面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造と、
を有する中央単位レンズ構造をさらに含み、
前記中央単位レンズ構造は前記凹型フレネルレンズの前記光軸状に位置しており、
前記ドライバーは、前記中央単位レンズ構造の前記筒状電極に、前記第１液体と前記第２液体との界面が前記光軸に対して垂直となるように電圧を印加するよう構成されている、
請求項１に記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項６】
前記環状底面は、円形状、四角形状または六角形状を有する請求項１から４のいずれかに記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項７】
前記第１液体は、前記第２液体より小さい密度を有する請求項１に記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項８】
前記第１液体はＫＦ−５６であり、前記第２液体は純水である請求項１から３のいずれかに記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項９】
前記第１側面と前記第２側面との間隔は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載の凹型フレネルレンズ。
【請求項１０】
複数の単位レンズ構造を備え、正の屈折率を有する凹型フレネルレンズの制御方法であって、
各単位レンズ構造は、
第１側面、前記第１側面に対向して位置する第２側面、前記第１側面と前記第２側面とを接続する底面、および、前記第１側面と前記第２側面と前記底面とによって規定される内部空間を有するセルと、
第１電極、撥水層、および、前記第１電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第１電極が前記第１側面側に位置するように前記第１側面に設けられた第１電極構造と、
第２電極、撥水層、および、前記第２電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記第２側面側に位置するように前記第２側面に設けられた第２電極構造と、
前記セルの内部空間に配置され、第１屈折率を有する非極性液体である第１液体と、
前記セルの内部空間に配置され、前記第１液体と混和せず、前記第１液体との間で前記凹型フレネルレンズの光軸方向と交差する方向に界面を形成可能であり、前記第１屈折率より小さい第２屈折率を有し、極性液体である第２液体と、
基準電極および誘電体層を含み、前記電極が前記面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造と、
を備え、
前記複数の単位レンズ構造のそれぞれは、前記第２側面が前記第１側面より前記凹型フレネルレンズの光軸に位置し、かつ、前記第１側面が隣接する単位レンズ構造の第２側面と隣接するように配置され、
前記複数の単位レンズ構造は、前記光軸上に位置しておらず、
各単位レンズ構造に、前記第１液体と前記第２液体との界面が、前記第２側面側で低く、前記第１側面側で高い傾斜を形成するように、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する、凹型フレネルレンズの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、エレクトロウェッティングを用い、焦点距離を変化させることができる凹型フレネルレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロウェッティング（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）は、疎水性の誘電体膜が設けられた電極と、誘電体膜上に配置される液滴との間に電位差を与えることにより、液滴の接触角が減少する現象である。エレクトロウェッティングによる液滴制御により、焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズの開発が進められている。
【０００３】
特許文献１、非特許文献１、２は、エレクトロウェッティングを用いた可変焦点レンズを開示している。セル内に極性溶媒と、極性溶媒とは混和しない非極性溶媒とを封入すると、セル内には極性溶媒と非極性溶媒との界面が生じる。この界面はレンズの屈折面として利用できるため、エレクトロウェッティングによって、界面の制御を行えば、レンズとしての集光位置を制御できる。よって、可変焦点レンズが実現できる。特許文献１は、このようなセルを複数並列的に並べることにより構成された凸型フレネルレンズを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１９０２５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jiangtao Cheng and Chung-Lung Chen, "Adaptive beam tracking and steering via electrowetting-controlled liquid prism", Applied Physics Letters, 2011, Vol. 99, 191108
【非特許文献２】Jiangtao Cheng, Sungyong Park, Chung-Lung Chen, "Optofluidic solar concentrators using electrowetting tracking: Concept, desing, and characterization", Solar Energy, 2013, Vol. 89, 152-161
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エレクトロウェッティングを用いた可変焦点レンズでは、光学特性のさらなる向上が求められていた。本願に開示された例示的なある実施形態は、優れた光学特性を有する凹型フレネルレンズを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る凹型フレネルレンズは、複数の単位レンズ構造およびドライバーを備え、正の屈折力を有する凹型フレネルレンズであって、各単位レンズ構造は、第１側面、前記第１側面に対向して位置する第２側面、前記第１側面と前記第２側面とを接続する底面、および、前記第１側面と前記第２側面と前記底面とによって規定される内部空間を有するセルと、第１電極、撥水層、および、前記第１電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第１電極が前記第１側面側に位置するように前記第１側面に設けられた第１電極構造と、第２電極、撥水層、および、前記第２電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第２電極が前記第２側面側に位置するように前記第２側面に設けられた第２電極構造と、前記セルの内部空間に配置され、第１屈折率を有する非極性液体である第１液体と、前記セルの内部空間に配置され、前記第１液体と混和せず、前記第１液体との間で前記凹型フレネルレンズの光軸方向と交差する方向に界面を形成可能であり、前記第１屈折率より小さい第２屈折率を有し、極性液体である第２液体と、基準電極および誘電体層を含み、前記基準電極が前記底面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造とを備え、前記複数の単位レンズ構造のそれぞれは、前記第２側面が前記第１側面より前記凹型フレネルレンズの光軸側に位置し、かつ、前記第１側面が隣接する単位レンズ構造の第２側面と隣接するように配置され、前記複数の単位レンズ構造は、前記光軸上に位置しておらず、前記ドライバーは、各単位レンズ構造に、前記第１液体と前記第２液体との界面が、前記第２側面側で低く、前記第１側面側で高い傾斜を形成するように、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加するよう構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の凹型フレネルレンズによれば、光学特性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本実施形態の凹型フレネルレンズの模式的な上面図である。
【図１Ｂ】本実施形態の凹型フレネルレンズの模式的な断面図である。
【図１Ｃ】本実施形態の凹型フレネルレンズのドライバーの構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本実施形態の凹型フレネルレンズの各単位レンズ構造における、電圧を印加しない場合の２つの液体の界面を示す図である。
【図２Ｂ】本実施形態の凹型フレネルレンズの各単位レンズ構造における、電圧を印加した場合の２つの液体の界面を示す図である。
【図２Ｃ】本実施形態の凹型フレネルレンズの各単位レンズ構造における、電圧を印加した場合の２つの液体の界面を示す図である。
【図２Ｄ】本実施形態の凹型フレネルレンズの各単位レンズ構造における、電圧を印加した場合の２つの液体の界面を示す図である。
【図３Ａ】本実施形態の他の例による凹型フレネルレンズの模式的な上面図である。
【図３Ｂ】本実施形態の他の例による凹型フレネルレンズの模式的な上面図である。
【図３Ｃ】本実施形態の他の例による凹型フレネルレンズの模式的な上面図である。
【図３Ｄ】本実施形態の他の例による凹型フレネルレンズの模式的な上面図である。
【図４Ａ】実施例１に係るレンズセルの構成図を示す模式図である。
【図４Ｂ】実施例１に係るレンズセルの断面を示す図である。
【図５Ａ】実施例２に係る凹型フレネルレンズの構成を示す模式図である。
【図５Ｂ】実施例２に係る凹型フレネルレンズの断面を示す図である。
【図５Ｃ】比較例に係る凸型フレネルレンズの断面を示す図である。
【図６Ａ】実施例３に係るセル幅検証用のレンズセルの構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】実施例３に係るセル幅検証用のレンズセルにおける２つの液体の界面の状態を示す図である。
【図６Ｃ】実施例３に係るセル幅検証用のレンズセルにおける２つの液体の界面の状態を示す図である。
【図６Ｄ】実施例３に係るセル幅検証用のレンズセルにおける２つの液体の界面の状態を示す図である。
【図６Ｅ】実施例３に係るセル幅検証用のレンズセルにおける２つの液体の界面の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明に至った知見）
特許文献１は、エレクトロウェッティングによる複数のレンズセルを環状に形成し、同心円状に配置した可変焦点レンズを開示している。この可変焦点レンズでは、非極性溶媒が上部に位置し、極性溶媒が下部位置する。また、各レンズセルにおける極性溶媒の液面形状は凸型フレネルレンズと同様の構造をとっている。この可変焦点レンズで、太陽光に代表される平行光を上部から入射させ、非極性溶媒と極性溶媒との界面で入射光を屈折させ一点に集光させるためには、（１）非極性溶媒の屈折率より極性溶媒の屈折率が大きく、（２）非極性溶媒の密度より極性溶媒の密度が大きく、かつ（３）極性溶媒と非極性溶媒が混ざらないような材料選択をする必要がある。
【００１１】
以下の表１に代表的な非極性溶媒の屈折率および密度を示す。表２にエレクトロウェッティングによる濡れ制御が可能な極性溶媒の屈折率および密度を示す。
【００１２】
【表１】
2016050951.tif 000003
【００１３】
【表２】
2016050951.tif 000004
【００１４】
一般的に極性溶媒に比べて非極性溶媒の屈折率は大きいため、上述の（１）から（３）の関係を満たす非極性溶媒および極性溶媒は、Ｘ−２４−９２４６（シリコーンオイル）とホルムアミドといった組み合わせに限られており、材料の選択肢が少ないという課題がある。
【００１５】
また、（１）から（３）の関係を満たす非極性溶媒および極性溶媒における屈折率の差は小さく、得られる屈折角も非常に小さい。このため、焦点距離が非常に長くなり、可変させる範囲も狭くなり、可変焦点レンズとしての光学特性が低いという課題がある。
【００１６】
また、それぞれのレンズセルにおいて、レンズセルの幅が大きすぎると、電極付近の液面のみにエレクトロウェッティングによる濡れ性変化の効果が発現し、電極から離れたレンズセル中心部の液面形状を制御できない。また、レンズセルの幅が狭すぎると、メニスカス力の効果が強くなり、液面形状を制御が困難となる。特許文献１は、これらの点についてなんら示唆をしていない。
【００１７】
本願発明者はこのような課題に鑑み新規な構造を有する凹型フレネルレンズを想到した。本願に開示された凹型フレネルレンズおよびその制御方法の概要は以下の通りである。
【００１８】
本開示の一実施形態に係る凹型フレネルレンズは、複数の単位レンズ構造およびドライバーを備え、正の屈折力を有する凹型フレネルレンズであって、各単位レンズ構造は、第１側面、前記第１側面に対向して位置する第２側面、前記第１側面と前記第２側面とを接続する底面、および、前記第１側面と前記第２側面と前記底面とによって規定される内部空間を有するセルと、第１電極、撥水層、および、前記第１電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第１電極が前記第１側面側に位置するように前記第１側面に設けられた第１電極構造と、第２電極、撥水層、および、前記第２電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第２電極が前記第２側面側に位置するように前記第２側面に設けられた第２電極構造と、前記セルの内部空間に配置され、第１屈折率を有する非極性液体である第１液体と、前記セルの内部空間に配置され、前記第１液体と混和せず、前記第１液体との間で前記凹型フレネルレンズの光軸方向と交差する方向に界面を形成可能であり、前記第１屈折率より小さい第２屈折率を有し、極性液体である第２液体と、基準電極および誘電体層を含み、前記基準電極が前記底面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造とを備え、前記複数の単位レンズ構造のそれぞれは、前記第２側面が前記第１側面より前記凹型フレネルレンズの光軸側に位置し、かつ、前記第１側面が隣接する単位レンズ構造の第２側面と隣接するように配置され、前記複数の単位レンズ構造は、前記光軸上に位置しておらず、前記ドライバーは、各単位レンズ構造に、前記第１液体と前記第２液体との界面が、前記第２側面側で低く、前記第１側面側で高い傾斜を形成するように、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加するよう構成されている。
【００１９】
前記ドライバーは、前記光軸上に位置する単位レンズ構造を除く単位レンズ構造のうち、前記光軸から外側に位置する単位レンズ構造における前記第１液体と前記第２液体との界面ほど、前記光軸に垂直な方向に対して大きく傾斜するように、各単位レンズ構造の前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加するように構成されていてもよい。
【００２０】
前記凹型フレネルレンズは、前記複数の単位レンズ構造と同じ構造を備え、前記光軸上に位置する中央単位レンズ構造をさらに含み、前記ドライバーは、前記中央単位レンズ構造の前記第１電極および前記第２電極に、前記第１液体と前記第２液体との界面が前記光軸に対して垂直となるように電圧を印加するよう構成されていてもよい。
【００２１】
各単位レンズ構造の前記底面は環形状を備え、かつ、互いに異なる大きさを有し、前記複数の単位レンズ構造は、前記底面の中心が前記凹型フレネルレンズの光軸と一致するように同心状に配置されていてもよい。
【００２２】
前記凹型フレネルレンズは、底面、前記底面の外周に位置する筒状側面、および前記筒状側面及び前記底面によって規定される内部空間を有するセルと、筒状電極、撥水層、および、前記筒状電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記筒状電極が前記筒状側面側に位置するように前記筒状側面に設けられた筒状電極構造と、前記セルの内部空間に配置された前記第１液体と、前記セルの内部空間に配置された前記第２液体と、基準電極、および誘電体層を含み、前記基準電極が前記底面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造とを有する中央単位レンズ構造をさらに含み、前記中央単位レンズ構造は前記凹型フレネルレンズの前記光軸状に位置しており、前記ドライバーは、前記中央単位レンズ構造の前記筒状電極に、前記第１液体と前記第２液体との界面が前記光軸に対して垂直となるように電圧を印加するよう構成されていてもよい。
【００２３】
前記環状底面は、円形状、四角形状または六角形状を有していてもよい。
【００２４】
前記第１液体は、前記第２液体より小さい密度を有していてもよい。
【００２５】
前記第１液体はＫＦ−５６であり、前記第２液体は純水であってもよい。
【００２６】
前記第１側面と前記第２側面との間隔は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。
【００２７】
本開示の一実施形態に係る凹型フレネルレンズの制御方法は、複数の単位レンズ構造を備え、正の屈折率を有する凹型フレネルレンズの制御方法であって、各単位レンズ構造は、第１側面、前記第１側面に対向して位置する第２側面、前記第１側面と前記第２側面とを接続する底面、および、前記第１側面と前記第２側面と前記底面とによって規定される内部空間を有するセルと、第１電極、撥水層、および、前記第１電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記第１電極が前記第１側面側に位置するように前記第１側面に設けられた第１電極構造と、第２電極、撥水層、および、前記第２電極と前記撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記第２側面側に位置するように前記第２側面に設けられた第２電極構造と、前記セルの内部空間に配置され、第１屈折率を有する非極性液体である第１液体と、前記セルの内部空間に配置され、前記第１液体と混和せず、前記第１液体との間で前記凹型フレネルレンズの光軸方向と交差する方向に界面を形成可能であり、前記第１屈折率より小さい第２屈折率を有し、極性液体である第２液体と、基準電極および誘電体層を含み、前記電極が前記面側に位置するように前記底面に設けられた基準電極構造とを備え、前記複数の単位レンズ構造のそれぞれは、前記第２側面が前記第１側面より前記凹型フレネルレンズの光軸に位置し、かつ、前記第１側面が隣接する単位レンズ構造の第２側面と隣接するように配置され、前記複数の単位レンズ構造は、前記光軸上に位置しておらず、各単位レンズ構造に、前記第１液体と前記第２液体との界面が、前記第２側面側で低く、前記第１側面側で高い傾斜を形成するように、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本実施形態の凹型フレネルレンズの実施形態を詳細に説明する。
【００２９】
本実施形態の凹型フレネルレンズは、エレクトロウェッティングによって焦点を変化させることのできるレンズ部と、レンズ部を駆動するドライバーとを備える。図１Ａは、本実施形態の凹型フレネルレンズ１１のレンズ部の模式的な上面図であり、図１Ｂは図１Ａに示す破線部分における模式的な断面である。図１Ｃはレンズ部を駆動するドライバー５０のブロック図である。
【００３０】
図１Ａに示すように、凹型フレネルレンズ１１のレンズ部は、単位レンズ構造２０１−２０７を備える。本実施形態では、単位レンズ構造２０２−２０７のそれぞれは、円環形状を有している。また、凹型フレネルレンズ１１の光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造（中央単位レンズ構造）２０１は柱形状を有している。単位レンズ構造２０２−２０７の底面の大きさは互いに異なっている。また、単位レンズ構造２０２−２０７は、底面の中心が凹型フレネルレンズの光軸ＯＡと一致するように同心状に配置されている。
【００３１】
本実施形態では、凹型フレネルレンズ１１は７つの単位レンズ構造を備えているが、単位レンズ構造の数は７に限られない。単位レンズ構造の数が多いほど、より細かく屈折面の制御が可能になり、より高いエネルギー密度を得ることができる。また、本実施形態では、凹型フレネルレンズ１１は、光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造２０１を備えているが、単位レンズ構造２０１はなくてもよい。
【００３２】
図２Ａは、各単位レンズ構造の断面構造を示している。単位レンズ構造２０２−２０７は、環状底面１０２ｃ、第１側面１０３ａ、第２側面１０３ｂを有するセル１２０を有する。第１側面１０３ａと第２側面１０３ｂとは対向して位置し、環状底面１０２ｃは、
第１側面１０３ａと第２側面１０３ｂとを接続している。セル１２０の各面を構成する部材は、ガラス基板によって構成されていることが好ましい。特に基板表面が平滑であり、透過性の高いものが適している。
【００３３】
本実施形態では、環状底面１０２ｃ、第１側面１０３ａ、第２側面１０３ｂは、それぞれ、下部ガラス基板１０２および２つの側面ガラス基板１０３によって構成される。環状底面１０２ｃは、円環形状を有しており、第１側面１０３ａは、円環形状の外側に位置している。また、第２側面１０３ｂは円環形状の内側に位置している。このため、単位レンズ構造２０２−２０７のそれぞれは、第２側面１０３ｂが第１側面１０３ａより光軸ＯＡ側に位置し、かつ、第１側面１０３ａが隣接する単位レンズ構造の第２側面１０３ｂと隣接するように配置される。
【００３４】
第１側面１０３ａ、第２側面１０３ｂおよび環状底面１０２ｃによって内部空間１２４が規定される。内部空間１２４に配置される極性溶媒および非極性溶媒の蒸発を抑制するために、単位レンズ構造の開口をふさぐ上部ガラス基板１０１がさらに設けられている。上部ガラス基板１０１および下部ガラス基板１０２は凹型フレネルレンズ１１における光路となる。このため、所望の光の波長（たとえば可視光、紫外線領域等）に対して透過性を有している。
【００３５】
各単位レンズ構造は、第１側面１０３ａ、第２側面１０３ｂおよび環状底面１０２ｃにそれぞれ位置する第１電極構造１２２ａ、第２電極構造１２２ｂおよび基準電極構造１２２ｃを含む。
【００３６】
第１電極構造１２２ａは、第１電極１０５、撥水層１０８、および、第１電極１０５と撥水層１０８との間に位置する誘電体層１０７を含み、第１電極１０５が第１側面１０３ａ側に位置している。同様に、第２電極構造１２２ｂは、第２電極１０６、撥水層１０８、および、第２電極１０６と撥水層１０８との間に位置する誘電体層１０７を含み、第２電極１０６が第２側面１０３ｂ側に位置している。基準電極構造１２２ｃは、基準電極１０４および誘電体層１０７を含み、基準電極１０４が環状底面１０２ｃ側に位置している。
【００３７】
以下において説明するように、第１電極構造１２２ａが設けられる第１側面１０３ａと第２電極構造１２２ｂが設けられる第２側面１０３ｂとの間隔は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。この間隔に設定することにより、内部空間１２４に配置する２つの液体の界面全体を第１電極１０５および第２電極１０６に印加した電圧によって制御することが可能である。
【００３８】
基準電極１０４、第１電極１０５および第２電極１０６として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなど、各種金属材料を用いて形成することができる。また透過性が必要な場合には、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電材料を用いることができる。ガラス基板や、誘電体層との高い密着性が必要な場合には、ＣｒやＴｉなどの金属材料からなる層と、上述の材料からなる層とを積層することによって電極を構成してもよい。各電極は蒸着法、スパッタ法などの形成方法を用いることができる。電極の厚さが大きい場合、基板との段差が生じ、誘電体層および撥水層の形成に悪影響が生じ得る。電極の厚さが小さい場合、十分な導電性が得られず、抵抗が高くなる。このため、電極に電圧を印加した場合、配線抵抗により電圧をロスし、電極構造に接触する電極に所望の電圧が印加できなくなる。したがって、電極の厚さは、０．１μｍ以上、１μｍ以下が好ましい。
【００３９】
誘電体層１０７は絶縁体によって形成される。パリレンに代表される種々の高分子化合物や、ＳｉＯ2に代表される無機化合物の各種酸化物、複合酸化物、窒化物、などの絶縁材料を誘電体層１０７に用いることができる。エレクトロウェッティングによる駆動に必要な電圧を下げるためには誘電体層１０７の静電容量が大きいことが好ましい。このため、薄膜に形成が可能な誘電体材料や、高い比誘電率を有する材料が好ましく用いることができる。高分子化合物を誘電体層１０７に用いる場合、ディッピング法、スプレーコート法、スピンコート法などの方法を用い、塗布によって形成することができる。無機化合物を誘電体層１０７に用いる場合、スパッタ法、スプレーコート法、スピンコート法などの方法を用いることができる。
【００４０】
撥水層１０８は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＡＦ１６００（デュポン社製）など、フルオロアルキル鎖を有し、一般に高い撥水性能を有する化合物を用いることができる。フルオロアルキル鎖を有する化合物のうち、シランカップリング剤を置換基として有する化合物は、カップリング反応により、誘電体層１０７と共有結合を形成するため、剥離が抑制され得る。シランカップリングが可能なフルオロアルキル鎖を有する化合物として、例えば、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリメトキシシラン、パーフルオロデシルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリクロロシラン、パーフルオロデシルトリクロロシラン、ＣＹＴＯＰ（旭硝子（株）製）、オプツール（ダイキン工業製）を用いことができる。撥水層１０８は、第２液体１０９に対する固液界面の摩擦力が弱いほうが好ましく、具体的には第２液体１０９に対して滑落角（膜上で１０μｌの純水が滑り出す角度）が３０°以下である撥水材料を用いることが好ましい。また、エレクトロウェッティングによる駆動に必要な電圧を下げるためには、撥水層１０８の厚さは小さいことが好ましいが、小さすぎると厚さムラ、絶縁破壊等の問題が生じ得る。このため、撥水層１０８の厚さは、０．１μｍ以上、２μｍ以下が好ましい。
【００４１】
セル１２０の内部空間１２４には、第１液体１１０および第２液体１０９が配置されている。第１液体は非極性液体であり、第１屈折率を有する。第２液体１０９は、極性液体であり、第２屈折率を有する。第１屈折率は第２屈折率より大きい。また、凹型フレネルレンズ１１の光軸ＯＡと交差する方向に界面を形成し得る。つまり、第１液体１１０および第２液体１０９は互いに混和せず、第１液体１１０および第２液体１０９の密度は互いに異なっている。本実施形態では、第１液体１１０の密度は、第２液体１０９の密度よりも小さい。
【００４２】
第１液体１１０には、四塩化炭素や炭化水素系の非極性溶媒を用いることができる。化学構造上、極性が小さく、かつ多くの極性溶媒に対して混ざらないシリコーンオイル等を好適に用いることができる。本実施形態では、このような非極性溶媒のうち、第２液体１０９よりも大きな屈折率および小さい密度を有する非極性溶媒を用いる。
【００４３】
第２液体１０９には、水、アミド、グリコール、グリセリン、アミノアルコール、ヒドロキシアミンおよび多価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む溶媒を用いる。これにより、エレクトロウェッティングによる液滴動作が可能になる。特に純水のように、極性の高い溶媒を用いることによって、エレクトロウェッティングの液滴動作が安定する。また、ホルムアミドは極性力成分が大きく、沸点が高いため、エレクトロウェッティングによる液滴動作が安定しており、好適に用いることができる。
【００４４】
光軸ＯＡ上に位置している単位レンズ構造２０１は、円柱形状を有している。底面１０２Ｃは円形状を有する。第１側面および第２側面の区別はなく、単位レンズ構造２０１は、底面の外周に位置する筒状側面１０３ａ’を有する。筒状側面１０３ａ’には、筒状電極１０５’が設けられる。これは、光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造２０１の界面は光軸ＯＡに垂直な方向に対して傾斜させる必要がなく、第１液体１１０と第２液体１０９の界面の外周から、同じ電圧を印加すればよいからである。しかし、筒状側面１０３ａ’に第１電極および第２電極を設け、常に同じ電圧を印加してもよい。
【００４５】
図１Ｃは、単位レンズ構造２０２−２０７の第１電極１０５および第２電極１０６に印加するドライバー５０のブロック図である。ドライバー５０は、第１電圧発生器５２Ａ−５７Ａ、第２電圧発生器５２Ｂ−５７Ｂ、制御器５８および入力装置５９を含む。第１電圧発生器５２Ａおよび第２電圧発生器５２Ｂの高電位側の出力端子Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂは単位レンズ構造２０２の第１電極１０５、第２電極１０６にそれぞれ接続されている。また、低電位側の基準電位端子ＴＣは、単位レンズ構造２０１の基準電極１０４に接続されている。単位レンズ構造２０３−２０７の電極にも同様に第１電圧発生器５３Ａ−５７Ａ、第２電圧発生器５３Ｂ−５７Ｂの端子が接続されている。
【００４６】
第１電圧発生器５２Ａ−５７Ａおよび第２電圧発生器５２Ｂ−５７Ｂは直流出力電圧を変化させることが可能であり、制御器５８からの制御信号に基づき、各単位レンズ構造の第１電極１０５、第２電極１０６に印加する電圧を発生させる。制御器５８は、入力装置５９から入力される指令に基づき制御信号を生成する。制御器５８は、入力装置５９から各単位レンズ構造の第１電極１０５、第２電極１０６に印加する電圧の値を受け取り、制御信号を生成してもよい。あるいは、凹型フレネルレンズ１１の焦点距離を受け取り、焦点距離に基づき、各単位レンズ構造２０１の第１電極１０５、第２電極１０６に印加する電圧を決定し、制御信号を生成してもよい。
【００４７】
凹型フレネルレンズ１１が、光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造２０１を備える場合、筒状電極１０５’に電圧を印加するための電圧発生器５１Ａ’をさらに備える。電圧発生器５１Ａ’が生成する電圧は制御器５８によって制御可能である。電圧発生器５１Ａ’の端子Ｔ１Ａ’が筒状電極１０５’に電気的に接続されている。
【００４８】
次に、図２Ａから図２Ｄを参照して、単位レンズ構造の第１電極１０５および第２電極１０６に印加する電圧と、第１溶媒と第２溶媒との界面状態との関係を説明する。
【００４９】
図２Ａに示すように、第１電極１０５および第２電極１０６に印加する電圧によって、撥水層１０８と、第２液体１０９と第１液体１１０との三相界面１２５ａ、１２５ｂにおいて、第２液体１０９に対する撥水層１０８の濡れが変化する。
【００５０】
図２Ａに示すように、第１電極１０５および第２電極１０６に電圧を印加しない場合、撥水層１０８の撥水性により、第２液体１０９の撥水層１０８に対する接触角θａ、θｂは大きくなる。このため、図２Ａに示すように、第１液体１１０と第２液体１０９の界面１２６は、上に凸の形状をとる。
【００５１】
基準電極１０４を基準端子Ｔｃに接続し、第１電極１０５および第２電極１０６に同じ電圧を印加すると、第１側面１０３ａの撥水層１０８と第２側面１０３ｂの撥水層１０８は第２液体１０９に対して同じ程度で濡れ性が大きくなる。その結果、図２Ｂに示すように、第１側面１０３ａおよび第２側面１０３ｂにおける接触角θａ、θｂはそれぞれ９０°になり、界面１２６は光軸ＯＡに対して垂直になる。
【００５２】
図２Ｃに示すように、第１電極１０５に第２電極１０６より高い電圧を印加すると、第１側面１０３ａの撥水層１０８の濡れ性が、第２側面１０３ｂの撥水層１０８の濡れ性よりもよくなる。このため、θａがθｂより小さくなる。つまり、第１側面１０３ａ側で界面が高く第２側面１０３ｂ側で界面が低くなるように光軸ＯＡに対して界面１２６が傾斜する。
【００５３】
図２Ｄに示すように、第２電極１０６に第１電極１０５より高い電圧を印加すると、第２側面１０３ｂの撥水層１０８の濡れ性が、第１側面１０３ａの撥水層１０８の濡れ性よりもよくなる。このため、θｂがθａより小さくなる。つまり、第２側面１０３ｂ側で界面が高く第１側面１０３ａ側で界面が低くなるように光軸ＯＡに対して界面１２６が傾斜する。
【００５４】
このように、単位レンズ構造２０２−２０７の第１電極１０５および第２電極１０６に印加する電圧を異ならせることによって、第１液体１１０と第２液体２０９の界面１２６の光軸ＯＡと垂直な方向に対する傾きを変化させることができる。界面の傾きは、高電圧側の印加電圧を大きくすることにより、調整することが可能である。ただし、エレクトロウェッティングによる接触角の変化は一定電圧を超えると飽和する。例えば、２００Ｖより大きい電圧を第１電極１０５および第２電極１０６に印加しても、接触角はほとんど変化しなくなる。
【００５５】
図１Ｂに本実施形態の凹型フレネルレンズ１１において、各単位レンズ構造の第１電極１０５、第２電極１０６にドライバー５０から所定の電圧を印加し、第１液体１１０と第２液体１０９との界面１２６を傾斜させた状態示す。
【００５６】
ドライバー５０は、光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造２０１の筒状電極１０５’に、第１液体と第２液体との界面が光軸ＯＡに対して垂直となるように電圧を印加する。また、単位レンズ構造２０２−２０７のそれぞれの第１電極１０５および第２電極１０６に、第１液体１１０と第２液体１０９との界面１２６が、第２側面１０３ｂ側（光軸ＯＡ側）で低く、第１側面１０３ａ側（外側）で高い傾斜となるように電圧を印加する。つまり、中心の単位レンズ構造２０１を除き、単位レンズ構造２０２−２０７の第１電極１０５に印加される電圧は第２電極１０６印加される電圧よりも高くなるように、ドライバー５０は電圧を発生させる。
【００５７】
図２Ｃに示すように、上部ガラス基板１０１から単位レンズ構造に光１２７が光軸ＯＡに平行に入射した場合、第１液体１１０の屈折率の方が第２液体１０９の屈折率が大きいため、界面１２６の垂線（破線）から遠ざかる方向に光は屈折し、光１２８が出射する。第２側面１０３ｂは円環形状の内側の側面であるから、屈折により光は集光される。よって、凹型フレネルレンズであっても、入射光を集光することができる。つまり、本実施形態の凹型フレネルレンズは、正の屈折力を有する。ここで、本明細書において屈折力とは、レンズの屈折度合いを意味し、焦点距離の逆数に等しい値である。つまり、一般的な空気中におけるガラス製の凹型フレネルレンズは、焦点距離が負となるため、屈折力も負となる。
【００５８】
好ましくは、ドライバー５０は、単位レンズ構造２０２−２０７のうち、光軸ＯＡから外側に位置する単位レンズ構造における界面１２６ほど、光軸ＯＡに垂直な方向に対して大きく傾斜するように、第１電極１０５および第２電極１０６に印加する電圧を発生させる。この構成によって、外側に位置する単位レンズ構造を透過する光ほど、大きく光軸ＯＡ側に屈折させられるため、より効率的に光を集光することができる。通常の凹型フレネルレンズ（例えば、ガラスで構成される凹型フレネルレンズ）は、入射した光を発散させる。これは、空気の屈折率がガラスの屈折率よりも小さいからである。
【００５９】
また、第１電極１０５および第２電極１０６に印加する電圧を変化させることによって、界面の傾きを調整できるため、凹型フレネルレンズの焦点の位置を変化させることができる。具体的には、ドライバー５０で発生させる電圧を高くすることによって、界面１２６の傾斜が大きくなるため、透過光の屈折角が大きくなり、焦点距離が短くなる。逆に電圧を低くすることにより、焦点距離を長くすることができる。
【００６０】
このように、従来技術によれば、屈折率の小さい非極性溶媒と屈折率の大きい極性溶媒とを用いていたのに対し、本実施形態によれば、凹型フレネルレンズとなるよう、第１液体と第２液体との界面を制御することにより、屈折率の大きい非極性溶媒と屈折率の小さい極性溶媒との組み合わせを用いることができる。この組み合わせは、逆の組み合わせよりも多い。このため、非極性溶媒および極性溶媒の選択肢が大幅に増加する。また材料の選択肢が増えることにより、より大きな屈折率差を有する極性溶媒と非極性溶媒との組み合わせを利用することができる。よって、従来よりも短焦点の可変焦点レンズあるいは、従来よりも焦点距離の可変範囲が広い、実用的な可変焦点レンズが実現可能となる。
【００６１】
例えば、従来技術で用いる屈折率の小さい非極性溶媒と屈折率の大きい極性溶媒として表１、２から選択できる組み合わせのうち、最も屈折率差が大きくなるのは、Ｘ−２４−９２４６とホルムアミドとの組み合わせであり、屈折率差は０．０４である。これに対し、本実施形態による組み合わせとして、水およびＫＦ−５６を選択すると、屈折率差は０．１７である。したがって、従来に比べて４／１７（０．２３倍）の焦点距離を有する可変焦点レンズを実現することができる。
【００６２】
本実施形態の凹型フレネルレンズは、上述したように、焦点を変化させることができる。「焦点を変化させる」とは、異なる２以上の焦点距離を有するように各単位レンズ構造の第１電極および第２電極に電圧を印加し、２つの液体の界面を変化させることを意味する。焦点距離は無限大であってもよい。つまり、本実施形態の凹型フレネルレンズは、ある所定の焦点位置に光を集光させる第１の状態と、光を集光させない第２の状態とをとり得る可変焦点レンズであってもよい。
【００６３】
本実施形態では、凹型フレネルレンズの各単位レンズ構造は円環柱形状を有していた。つまり、単位レンズ構造の底面は円環形状を有していた。このほか、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、各単位レンズ構造の底面は、四角環形状を有していてもよいし、六角環形状を有していてもよい。
【００６４】
また、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、各単位レンズ構造の底面が矩形であり、１次元に配列された凹型フレネルレンズであってもよい。この場合、凹型フレネルレンズの光軸ＯＡに対する単位レンズ構造の配置には２通りが考えられる。
【００６５】
図３Ｃに示す凹型フレネルレンズは、光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造２０１と、光軸ＯＡ以外の位置に配置される単位レンズ構造２０２−２０５および単位レンズ構造２０２’−２０５’と含む。単位レンズ構造２０１は光軸上に配置されるため、図１Ａに示す凹型フレネルレンズ１１の単位レンズ構造２０１と同様に制御される。光軸ＯＡ上に位置する単位レンズ構造２０１を除く単位レンズ構造２０２−２０５および単位レンズ構造２０２’−２０５’のそれぞれは、第１側面１０３ａが隣接する単位レンズ構造の第２側面１０３ｂと隣接し、第２側面１０３ｂが第１側面１０３ａより光軸ＯＡ側に位置するように配置される。
【００６６】
図３Ｄに示す凹型フレネルレンズは、いずれもが光軸ＯＡ上に位置しない単位レンズ構造２０２−２０６および単位レンズ構造２０２’−２０６’を含む。単位レンズ構造２０２−２０６および単位レンズ構造２０２’−２０６’のそれぞれは、第１側面１０３ａが隣接する単位レンズ構造の第２側面１０３ｂと隣接し、第２側面１０３ｂが第１側面１０３ａより光軸ＯＡ側に位置するように配置される。この場合、単位レンズ構造２０２、２０２’の界面１２６は、図２Ｂに示すように、光軸ＯＡに垂直なるように第１電極１０５、第２電極１０６に同じ電圧を制御してもよいし、光軸側に界面１２６が傾斜するように第１電極１０５に印加する電圧を第２電極１０６に印加する電圧より高くしてもよい。
【００６７】
以下、本実施形態の凹型フレネルレンズを実現するために実験した結果を詳細に説明する。
【００６８】
（実施例１）
試作したレンズセルの構成を図４Ａに示す。また、図４Ｂに断面構造を示す。底面基板４０１、側面基板４０２、前後基板４０３にはガラス基板（ＥＡＧＬＥ  ＸＧ、コーニング製）を用いた。
【００６９】
底面基板４０１に、基準電極４０４として１００ｎｍの厚さのＩＴＯ膜をスパッタ法により蒸着した。電極取り出し部分を残し、誘電層４０７として５００ｎｍの厚さのＳｉＯ2膜をスパッタ法により蒸着した。その後、撥水層４０８として２μｍの厚さのＣＹＴＯＰ（旭硝子（株）製）をスピンコートにより塗布し、２００℃で１時間硬化させた。
【００７０】
側面基板４０２に第１電極４０５および第２電極４０６として１００ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を蒸着し、前後基板４０３と紫外線線硬化樹脂により貼り合わせ、レンズセルを形成した。撥水層４０８として１μｍの厚さのＣＹＴＯＰ（旭硝子（株）製）を、ディップコートにより塗布し、２００℃で時間硬化させた。側面基板４０２の上部５ｍｍには、電極の取り出し部分として使用するため、ＣＹＴＯＰは塗布しなかった。セルのサイズは、幅５ｍｍ×奥行２０ｍｍ×高さ２０ｍｍである。
【００７１】
レンズセルを底面基板４０１の電極面側に乗せ、極性溶媒４０９として純水を注入し、非極性溶媒４１０としてＫＦ−５６を注入した。図４Ａに示すように、直流ドライバー接続し、第２電極４０６に１０Ｖステップで１５０Ｖまで印加した。第２電極２４０６側の界面の接触角θｂと印加電圧とを表３に示す。接触角は滑落角計ＤＭ−５０１（協和界面科学（株）製）を用い、画像処理により測定した。
【００７２】
【表３】
2016050951.tif 000005
【００７３】
表３より、純水の接触角を６２．６°まで変化させることが可能であり、この時の界面の傾斜角度φは２７．４°となる。界面の傾斜角度を２７．４°にした状態で上からレーザを照射し、光の屈折方向を確認した。
【００７４】
（比較例１）
実施例１で作成したレンズセル内に、極性溶媒４０９としてホルムアミドを用い、非極性溶媒４１０としてシリコーンオイル（Ｘ−２４−９２４６）を用いた。界面が最も傾斜するように電圧を印加した状態で上部からレーザを照射し、光の屈折方向を確認した。
【００７５】
図４Ｂに実施例１および比較例１におけるレーザ光の屈折の様子を示す。９０°から接触角θｂを差し引いた値が、界面の傾斜角度φである。実施例１の場合、レーザ光は、矢印４１４で示す方向出射し、比較例１の場合、矢印４１５で示す方向に出射した。
【００７６】
この結果から、実施例１のように、非極性溶媒４１０の屈折率の方が極性溶媒４０９の屈折率より大きい場合、凸型フレネルレンズの形状では集光させることはできないことが分かった。また、凹型フレネルレンズ構造を有するように界面を制御すれば集光が可能であり、可変焦点レンズとして機能することが分かった。
【００７７】
（実施例２）
実施形態の凹型フレネルレンズの検証のため、実施例１に示した幅５ｍｍのレンズセルを複数結合し、図３Ｃと同様の構造を備える可変焦点レンズを作成した。図５Ａに示すように、側面基板５１４にはガラス基板ＥＡＧＬＥ  ＸＧ（コーニング製）を用い、電極として両面に１００ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を蒸着した。前後基板５１５としてのガラス基板と貼り合わせ、５ｍｍ幅の区画を１３個有するレンズセルを作成した。撥水膜は実施例１同様にディップコートにより成膜した。底面基板４０１は実施例１と同様のものを用意し、レンズセルを上に載せて使用した。
【００７８】
実施例２の各セル内に極性溶媒５１６として純水を用い、非極性溶媒５１７としてＫＦ−５６を用いた。実施例１の実験より、一番外側のレンズセル５０７、５１３にける界面の傾斜角度が２７．４°の時、この構造における焦点距離は最も短くなる。
【００７９】
レンズセル５０２（５０２’）、５０３（５０３’）、５０４（５０４’）、５０５（５０５’）、５０６（５０６’）の傾斜角度が、それぞれ５°、１０°、１５°、１９°、２３°となるよう、各側面基板５１４の電極に電圧を印加し界面を制御することで、焦距離を最も短くすることができる。図５Ｂに示すように、極性溶媒５１６の液面が凹型フレネルレンズ構造をとるよう、レンズセル５０２〜５０７、５０２’〜５０７’の第１電極（光軸ＯＡに対して外側の電極）に第２電極（光軸ＯＡ側の電極）よりも高い電圧を印加し、傾斜角度を調節した。上部から平行光を入射し、セル下部に設置したフォトダイオードをセルに対して上下させ、電流が最大値を示した点を焦点距離として測定した。
【００８０】
（比較例２）
実施例２のセル内に極性溶媒５１６としてホルムアミドを用い、非極性溶媒５１７としてシリコーンオイルを用いた。図５Ｃに示すように、極性溶媒５１６の液面が凸型フレネルレンズ構造をとるよう、第２電極に第１電極よりも高い電圧を印加し、傾斜角度を調節して焦点を合わせた。上部から平行光を入射し、セル下部に設置したフォトダイオードをセルに対して上下させ、電流が最大値を示した点を焦点距離として測定した。
【００８１】
実験から、実施例２にける焦点距離は０．３ｍであり、比較例２における焦点距離は１．４ｍであった。凹型フレネルレンズ構造を採用することにより、焦点距離を従来よりも短くできることが分かった。
【００８２】
（実施例３）
セル幅の影響をみるために、図６に示す構造のセルを作製した。側面基板５１４として、２０ｍｍ四方のガラス基板を用い、基板両面に電極として１００ｎｍの厚さのＩＴＯ膜
を蒸着した。基板間隔をそれぞれ２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍとなるよう側面基板５１４を６枚配置し、前後基板５１５として幅５２ｍｍ、縦２０ｍｍのガラス基板を配置した。撥水膜は実施例１同様にディップコートにより成膜した。底面基板４０１は実施例１と同様のものを用意し、作成したセルを上にのせ、使用区画のセル内部に極性溶媒４０９として純水を１０ｍｍの高さまで注いだ。２つの直流ドライバーの−電極と底面基板４０１を配線し、使用区画の両側面基板５１４にそれぞれの＋電極を配線し、電圧を印加することによって液面の変化を観察した。
【００８３】
実験結果を表４に示す。また、１５０Ｖの電圧を印加した場合の界面の位置を図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、図６Ｅに示す。図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、図６Ｅは、それぞれ基板間隔が、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍの区画における界面を示している。
【００８４】
【表４】
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【００８５】
図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、図６Ｅから分かるように、基板間隔が５ｍｍ及び１０ｍｍの区画では、基板間隔が２ｍｍ及び１５ｍｍの区画の場合と比較して、液面がより直線上に傾斜していることが分かる。ここで、表４において、二重丸（◎）は極めて良いことを意味し、一重丸（○）は良いことを意味する。
【００８６】
このことから、基板間隔は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本願に開示された凹型フレネルレンズは、太陽光の集光や、各種光学系へ好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１１            凹型フレネルレンズ
５０            ドライバー
５１Ａ’        電圧発生器
５２Ａ−５７Ａ  第１電圧発生器
５２Ｂ−５７Ｂ  第２電圧発生器
５８            制御器
５９            入力装置
１０１          上部ガラス基板
１０２          下部ガラス基板
１０２Ｃ        底面
１０３          側面ガラス基板
１０３ａ        第１側面
１０３ａ’      筒状側面
１０３ｂ        第２側面
１０４          基準電極
１０５          第１電極
１０５’        筒状電極
１０６          第２電極
１０７          誘電体層
１０８          撥水層
１０９          第２液体
１１０          第１液体
１２０          セル
１２２ａ        第１電極構造
１２２ｂ        第２電極構造
１２２ｃ        基準電極構造
１２４          内部空間
１２５ａ        三相界面
１２５ｂ        三相界面
１２６          界面
１２７          光
１２８          光
２０１−２０７  単位レンズ構造
【図１Ａ】
2016050951.tif 000007
【図１Ｂ】
2016050951.tif 000008
【図１Ｃ】
2016050951.tif 000009
【図２Ａ】
2016050951.tif 000010
【図２Ｂ】
2016050951.tif 000011
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2016050951.tif 000013
【図３Ａ】
2016050951.tif 000014
【図３Ｂ】
2016050951.tif 000015
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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