(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の第１の液体が充填されたチャンバと、
該チャンバの絶縁壁の第１の表面の接触域上に配置されており、前記第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率及び実質的に同じ密度を有している絶縁性の第２の液体の液滴と、
前記第１の液体と前記絶縁壁の第２の表面上に配置された電極との間に電圧を印加するように構成された電圧源と
を備えたことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
電圧が印加される間に前記レンズの軸０に関して前記液滴の縁部の心合わせを維持しかつその形状を制御する心合わせ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記心合わせ手段は、前記電圧源によって変動電圧が印加される間に、前記液滴の心合わせの連続的維持と、該液滴の縁部の形状の連続的制御とを可能とするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記第１の表面が実質的に平坦であり、前記接触域が円形状であって、かつ前記第１の表面に垂直な軸を中心として心合わせされていることを特徴とする請求項３に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記心合わせ手段は、前記チャンバの前記絶縁壁の前記第２の表面が前記軸に向かって漸進的に厚くなることに対応しており、前記電極が前記第２の表面に当接せしめられていることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
前記心合わせ手段は、前記第２の液体との前記接触域の中心に向かって、前記第１の液体に関するぬれが半径方向に減少することに対応していることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点レンズ。
【請求項７】
前記心合わせ手段は、前記第２の液体との前記接触域の高さで前記チャンバの前記絶縁壁の誘電率が半径方向に勾配を有することに対応していることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点レンズ。
【請求項８】
前記第１の表面が実質的に平坦であり、前記接触域が円形状であって、かつ前記第１の表面に垂直な軸を中心として心合わせされており、前記心合わせ手段は、互いに絶縁され、かつ前記軸を中心として心合わせされた１つ又は複数の同心の環状ストリップから形成された電極を備えており、前記軸に向かって減少する値を有する異なる電圧源によって前記環状ストリップに給電がなされることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項９】
前記チャンバが円筒形であり、前記第１の表面が該チャンバの内側表面であり、前記第２の液体との前記接触域が前記チャンバの円筒形区域に対応しており、前記心合わせ手段は、互いに絶縁され、かつ前記接触域の境界の高さで前記チャンバの外側表面に対して並列に配置された、同じ直径をもつ１つ又は複数の円筒形電極を備えており、前記接触域の中心に向かって減少する値を有する異なる電圧によって前記円筒形電極に給電がなされることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１０】
前記第１の表面が実質的に平坦であり、前記接触域が長方形であって、かつ前記第１の表面に垂直な軸に関して対称であり、前記心合わせ手段は、互いに絶縁され、かつ前記軸に関して対称である１つ又は複数の同心の長方形ストリップから形成された電極を備えており、前記軸に向かって減少する値を有する異なる電圧源によって長方形ストリップに給電がなされることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１１】
前記絶縁壁が平行でない２つの面を含んでおり、前記接触域が前記２つの面を橋渡ししていることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１２】
前記第２の表面の前記漸進的に厚くなる部分が、前記軸に関して心合わせされた誘電体液滴を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１３】
前記第１の表面が実質的に平坦であり、前記接触域が円形状であって、かつ前記第１の表面に垂直な軸を中心として心合わせされており、前記心合わせ手段は、互いに絶縁され、かつ前記軸を中心として心合わせされた１つ又は複数の同心の環状ストリップから形成された電極を備えており、前記環状ストリップは、前記液滴の形状を変化させるべく電圧が印加される環状ストリップの数を変化させるように構成されたスイッチを介して互いに接続されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１４】
前記第１の表面は、凹形状及び凸形状の一方を有していることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１５】
前記接触域は、前記液滴に対して高いぬれを有していることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１６】
前記接触域は、前記第１の液体に対して低いぬれを有しており、前記第１の表面の該接触域を囲む領域は、前記第１の液体に対して高いぬれを有していることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１７】
前記電極は、前記絶縁壁の前記第２の表面に接触している導電性の第２の液体からなることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１８】
可変焦点レンズのアレイを形成すべく他の同様の可変焦点レンズと組み合わされたことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１９】
前記可変焦点レンズは、３つのグループで構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の可変焦点レンズアレイ。
【請求項２０】
前記３つのグループは、赤、緑及び青に着色された可変焦点レンズを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の可変焦点レンズアレイ。
【請求項２１】
前記可変焦点レンズは、カラースクリーンの一部を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の可変焦点レンズアレイ。
【請求項２２】
前記第１の液体は、塩を加えた水を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項２３】
前記第２の液体は、油、アルカン、及びアルカンの混合物の少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項２４】
前記絶縁壁は、シランで処理されたガラス板を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項２５】
前記絶縁壁は、フッ素化重合体を含むコーティングで覆われたガラス板を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項２６】
前記絶縁壁は、フッ素化重合体とエポキシ樹脂とポリエチレンとのサンドイッチを含むコーティングで覆われたガラス板を含んでいることを特徴とする請求項２５に記載の可変焦点レンズ。
【請求項２７】
前記液滴は、約６ｍｍの静止直径を有していることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項２８】
絶縁材料で形成された壁を有する液体格納構造と、
前記液体格納構造内に収容されており前記壁に接触している導電性の第１の液体と、
前記液体格納構造の前記壁の第１の表面の接触域上に配置されており、前記第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率を有している絶縁性の第２の液体の液滴と、
前記第１の液体から絶縁されており、該第１の液体が接触している前記壁の面とは反対側の面上に位置している電極と、
前記第１の液体と前記電極との間に電界を発生するように構成された電圧源と
を備えたことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２９】
前記液体格納構造の前記壁は、平坦な壁部材を備えていることを特徴とする請求項２８に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３０】
前記液体格納構造の前記壁は、円筒形壁区域を備えていることを特徴とする請求項２８に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３１】
前記電極は、前記円筒形壁区域を囲む少なくとも１つの円筒形電極を備えていることを特徴とする請求項３０に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３２】
電圧が印加される間に前記レンズの軸０に関して前記液滴のその光軸に対する心合わせを維持しかつその形状を制御する心合わせ手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２８に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３３】
前記心合わせ手段は、前記液滴を収容する円筒形壁区域を備えていることを特徴とする請求項３２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３４】
絶縁材料で形成された壁を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置されており該チャンバの前記壁に接触している導電性の第１の液体と、
前記壁上の接触域において該壁と接触するように前記チャンバの内に配置されており、前記第１の液体との接触面を有し、前記第１の液体と混和しない絶縁性の第２の液体と、
前記第１の液体に対して前記壁の反対側に位置している電極と、
前記第１の液体と前記壁との間のぬれを変化させ前記第１の液体及び前記第２の液体間の前記接触面の形状を変化させるべく、前記第１の液体と前記電極との間に電圧を印加するように構成された電圧源と
を備えたことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項３５】
前記チャンバの前記壁は、円筒形壁区域を備えていることを特徴とする請求項３４に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３６】
導電性であり当該チャンバの絶縁性の壁に接触している第１の液体と、絶縁性であり、該第１の液体との接触面を有すると共に前記壁上の接触域において該壁と接触しており該第１の液体と混和しない第２の液体とを収容したチャンバを提供し、
前記第１の液体と前記壁との間に電界を発生させて該第１の液体と該壁との間のぬれを高めこれにより前記第１の液体及び前記第２の液体間の前記接触面の形状を変化させるべく、前記第１の液体と該第１の液体に対して前記壁の第２の面上に位置している電極との間に電圧を印加する電圧源を提供する
ことを特徴とする可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項３７】
導電性であり当該チャンバの壁に接触している第１の液体と、絶縁性であり該第１の液体との接触面を有すると共に前記壁上の接触域において該壁と接触しており該第１の液体と混和しない第２の液体とを収容したチャンバを提供し、
前記第１の液体及び前記第２の液体間の前記接触面の形状を変化させるべく、前記第１の液体と該第１の液体に対して前記壁の反対側に位置している電極との間に複数の異なる電圧を印加する複数の異なる電圧源を提供する
ことを特徴とする可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項３８】
前記複数の電圧源の少なくとも１つは、交流電圧源を備えていることを特徴とする請求項３７に記載の可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項３９】
前記複数の電圧源の少なくとも１つは、周波数が５０〜１０，０００Ｈｚの範囲に含まれる交流電圧源を備えていることを特徴とする請求項３７に記載の可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項４０】
導電性である第１の液体と、絶縁性であり該第１の液体との接触面を有すると共にチャンバの壁上の接触域において該壁と接触しており該第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率を有している第２の液体の液滴とを収容した前記チャンバを提供し、
前記液滴の心合わせを維持しかつ該液滴の縁部の形状を連続的に制御するべく、前記第１の液体と該第１の液体に対して前記壁の反対側に位置している電極との間に印加される電圧を変化させる電圧源を提供する
ことを特徴とする可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項４１】
導電性である第１の液体と、絶縁性であり該第１の液体との接触面を有すると共にチャンバの壁上の接触域において該壁と接触しており該第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率を有している第２の液体の液滴とを収容した前記チャンバを提供し、
前記液滴が配置された接触域の中心に向かって半径方向に電界が減少するように前記第１の液体と該第１の液体に対して前記壁の反対側に位置している電極との間に電圧を印加可能な電圧源を提供する
ことを特徴とする可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項４２】
導電性である第１の液体と、絶縁性であり該第１の液体との接触面を有すると共にチャンバの壁上の接触域において該壁と接触しており該第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率を有している第２の液体の液滴とを収容した前記チャンバを提供し、
前記第１の液体と該第１の液体に対して前記壁の反対側に位置している電極との間に電圧を印加可能であると共に前記電極の数を変化させることにより、前記液滴の縁部の形状を制御可能な電圧源を提供する
ことを特徴とする可変焦点レンズのレンズを形成する方法。
【請求項４３】
絶縁材料で形成された壁を有する液体格納構造と、前記壁に接触している導電性の第１の液体と、該第１の液体との接触面を形成すべく該第１の液体に接触していると共に前記壁上の接触域において該壁と接触しており、該第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率を有している絶縁性の第２の液体の液滴と、電圧源とを備えたタイプの可変焦点レンズの焦点を変化させる方法であって、
前記第１の液体の形状を変化させるべく、前記壁に対する前記第１の液体のぬれを変化させるに充分な電圧差を前記第１の液体と該第１の液体に対して前記壁の反対側に位置している電極との間に選択的に印加し、
前記第１の液体と前記第２の液体との接触面の形状を変化させるために前記第１の液体の形状の変化を用いる
ことを特徴とする可変焦点レンズの焦点を変化させる方法。
【請求項４４】
前記液体格納構造は、円筒形壁区域を備えていることを特徴とする請求項４３に記載の可変焦点レンズの焦点を変化させる方法。
【請求項４５】
導電性の第１の液体の形状を変化させるに充分な電圧を該第１の液体と該第１の液体に対して液体格納構造の壁の反対側に位置している電極との間に選択的に印加し、
前記第１の液体と該第１の液体との接触面を形成すべく該第１の液体に接触していると共に前記壁上の接触域において該壁と接触しており、該第１の液体と混和せず、かつ該第１の液体と異なる屈折率を有している絶縁性の第２の液体の液滴との前記接触面の形状を変化させるために前記第１の液体の形状の変化を用いる
ことを特徴とする可変焦点レンズの焦点を変化させる方法。
【請求項４６】
前記第１の液体及び前記第２の液体は、実質的に同じ密度を有していることを特徴とする請求項３７、４３又は４５に記載の可変焦点レンズの焦点を変化させる方法。
【請求項４７】
前記第１の液体及び前記第２の液体は、実質的に同じ密度を有していることを特徴とする請求項２７又は３４に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４８】
電圧が印加される間に前記接触域において軸０に向かって半径方向にぬれを変化させることによって前記液滴の縁部の心合わせを維持しかつその形状を制御する心合わせ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４９】
電圧が印加される間に前記接触域において軸０に向かって半径方向にぬれを変化させることによって前記液滴の縁部の心合わせを維持しかつその形状を制御する心合わせ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２８に記載の可変焦点レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変焦点レンズの分野に関するものであり、より具体的には電気的に制御される可変焦点を有する液体レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１９９３年にＣ．Ｒ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｐａｒｉｓ、ｔ．３１７、ｓｅｒｉａｌＩＩ、１５７〜１６３ページで出版された「Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｐｉｌｌａｒｉｔｅ  ｅｔ  ｍｏｕｉｌｌａｇｅ  ｄｅ  ｆｉｌｍｓ  ｉｓｏｌａｎｔｓ  ｐａｒ  ｌ’ｅａｕ」と称するＢ．Ｂｅｒｇｅの論文には、平坦な電極を覆っている誘電体薄膜上に配置された導体液体の液滴を備えたデバイスが開示されている。電圧を液体導体の液滴と電極の間に印加することができる。この論文には、導体液体に対する誘電性材料のぬれ変化の理論的研究が記載されており、導体液体と電極の間に存在する電圧によって引き起こされる電界がある状態でぬれがかなり増加するということが示されている。この現象は著者によってエレクトロウェッティングと称されている。
【０００３】
米国特許第５，６５９，３３０号には、エレクトロウェッティング現象を用いて誘電体上に配置された不透明な導体液体の液滴の形状を変える表示デバイスが開示されている。この文献には光学レンズとしての用途は提案されていない。
【０００４】
１９９６年に出版された、Ｐｏｌｙｍｅｒ、Ｖｏｌ．３７、Ｎｏ１２、２４６５〜２４７０ページ、Ｖａｌｌｅｔ、Ｂｅｒｇｅ、Ｖｏｖｅｌｌｅの論文「Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  ａｑｕｅｏｕｓ  ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）  ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｆｉｌｍｓ」には、電圧が印加される液体導体の液滴の変形が開示されている。印加された電圧が高くなりすぎると、液滴の表面が不安定になり、液滴の周縁で微小な液滴が放出され得ることが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このために従来技術のシステムを可変レンズの形成に不適当なものにする。さらに、これらのシステムは透明なバイアス電極と電極用の接続を必要とし、これによってシステムを製造困難または非効率にする。
【０００６】
本発明の目的は、エレクトロウェッティング現象を用いることによって電気的制御の関数として焦点を連続的に変化させることができるレンズを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、製造することが簡単なレンズを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、使用することが簡単なレンズを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するために、本発明は、第１の液体が充填されたチャンバと、チャンバの絶縁壁の第１の表面の領域に静止状態で配置された第２の液体の液滴とを含む、可変焦点レンズを提供する。前記第１の液体と第２の液体は混和せず、かつ異なる屈折率およびほぼ同じ密度をもっている。第１の液体は電導性であり、第２の液体は絶縁性である。レンズには、導体液体と前記壁の第２の表面に配置された電極との間に電圧を印加するための手段と、電圧が印加されている間に液滴の縁部の心合わせを維持し、かつその形状を制御するための心合わせ手段とがさらに含まれている。
【００１０】
本発明の一態様によれば、電圧を印加するための前記手段によって変動電圧が印加される間に、心合わせ手段は液滴の心合わせの連続的維持と液滴の縁部の形状の連続的制御を可能にする。
【００１１】
本発明の一態様によれば、第１の表面はほぼ平坦であり、接触域は環状であって第１の表面に垂直な軸を中心として心合わせされている。
【００１２】
本発明の一態様によれば、前記軸に向かってチャンバの壁の第２の表面が漸進的に厚くなることに心合わせ手段が対応しており、前記電極は前記第２の表面に接触させられている。
【００１３】
本発明の一態様によれば、第２の液体との前記接触域の中心に向かい、第１の液体に対してぬれが半径方向に減少することに心合わせ手段は対応している。
【００１４】
本発明の一態様によれば、心合わせ手段は、第２の液体との前記接触域の高さでチャンバの前記壁の誘電率の半径方向の勾配に対応している。
【００１５】
本発明の一態様によれば、第１の表面はほぼ平坦であり、接触域１５は環状であって第１の表面に垂直な軸を中心として心合わせされ、心合わせ手段には、互いに絶縁され、かつ前記軸を中心として心合わせされる１つまたは複数の同心の環状ストリップから形成された電極が備えられ、環状ストリップは前記軸に向かって減少する値をもつ別個の電圧源によって給電される。
【００１６】
本発明の一態様によれば、チャンバは円筒形であり、第１の表面はチャンバの内側表面であり、第２の液体との接触域はチャンバの円筒形区域に対応し、心合わせ手段は、互いに絶縁され、かつ前記接触域の境界の高さでチャンバの外側表面に対して並列に配置された同じ直径をもつ１つまたは複数の円筒形電極から構成され、電極は前記接触域の中心に向かって減少する値をもつ異なる電圧によって給電される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、第１の表面はほぼ平坦であり、接触域は長方形であって第１の表面に垂直な軸に関して対称であり、心合わせ手段は、互いに絶縁され、かつ前記軸に関して対称な１つまたは複数の同心の長方形のストリップから形成された電極から構成され、長方形のストリップは前記軸に向かって減少する値をもつ別個の電圧源によって給電される。
【００１８】
本発明の一態様によれば、前記壁は平行でない２つの面から構成され、前記領域が前記２つの面をまたいでいる。
【００１９】
本発明の前記目的、他の目的、特徴、態様、利点は、添付図面に関連して限定としてではなく例示として与えられた以下の実施形態の詳細な説明から明らかとなろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態による可変焦点液体レンズの略横断面図を示す。絶縁液体の液滴１１は、導体液体１３が充填された誘電体のチャンバ１２の壁の内側表面に位置している。絶縁液体の液滴１１と導体液体１３は両方とも透明であって、混和せず、かつ異なる屈折率およびほぼ同じ密度をもっている。誘電体のチャンバ１２はもともと導体液体１３に対して低いぬれを有している。導体液体１３に対して誘電体のチャンバの壁のぬれが高いことを確実なものにする表面処理１４は、絶縁液体の液滴１１とチャンバ１２の壁との間の接触域１５を取り囲んでいる。表面処理１４は液滴１１の位置決めを維持し、絶縁液体が所望の接触面を超えて広がるのを防止する。システムが停止している時、絶縁液体の液滴１１は自然に参照符号Ａで表される形になる。「０」は、接触域１５に垂直かつ、接触域１５の中心を貫通する軸を表す。停止中、絶縁液体の液滴１１は、デバイスの光軸を構成する軸０を中心として心合わせされる。軸０に隣接するデバイスの要素は透明である。軸０の付近の光を通す電極１６は、誘電体のチャンバ１２の壁の外側表面に配置され、前記誘電体のチャンバ１２上に絶縁液体の液滴１１が位置している。電極１７は導体液体１３と接触している。電極１７を、絶縁液体１３に浸漬するか、またはチャンバ１２の内側壁上に堆積された導体とすることができる。
【００２１】
電極１６と電極１７の間に電圧Ｖが確立した時、電界が生じ、この電界は上述のエレクトロウェッティングの原理によって導体液体１３に対する領域１５のぬれを高める。その結果、導体液体１３が移動し、絶縁液体の液滴１１を変形させる。したがって、レンズの焦点の変化が得られる。
【００２２】
しかしながら、変形する間に液滴の中心は軸０に対して移動しがちである。さらに、液滴が変形する間に、接触面の輪郭は円形状という特性を失いがちである。本発明の態様は、領域１５の中心に向かって半径方向に減少する電界を発生させることによって液滴の形が変化する間に、液滴の真円度と軸０に対する液滴の同心度を維持することである。
【００２３】
これを回避するため、本発明の態様によって、液滴１１用の心合わせ手段が追加的に設けられている。かかる心合わせ手段の例は、あとで記載される本発明の第２から第６の実施形態に出てくる。
【００２４】
図２は、本発明の第２の実施形態による可変焦点液体レンズの略横断面図を示す。絶縁液体の液滴１１、軸０、チャンバ１２、導体液体１３、表面処理１４、接触域１５、電極１７などの要素は、図１に例示した実施形態のものと同じである。位置Ａと位置Ｂもまたそれぞれ、液滴１１の静止位置と液滴１１の限界位置に対応している。この第２の実施形態では、領域１５の中心に向かって半径方向に減少する電界の発生が心合わせ手段に含まれている。この目的のため、軸０に近づきながら領域１５の表面から次第に離れる表面を有する電極２６が設けられている。例えば軸０を中心として心合わせされ、かつ液滴１１が配置されたチャンバ１２の壁の外側表面に形成されるテーパ状の側壁上に金属薄膜を堆積することによってかかる電極２６を得ることができる。別の実施形態は、軸０を中心として心合わせされ、かつ液滴１１が配置されたチャンバ１２の壁の外側表面に取り付けられる透明な誘電性樹脂の液滴の表面に金属薄膜を堆積することにある。樹脂の液滴の頂点は軸０の付近に計画され、光を通す。
【００２５】
電圧Ｖを０ボルトから、使われている材料に依存する最大電圧へ高めることができる。最大電圧に達した時、絶縁液体の液滴１１は限界位置（参照符号Ｂで表す）に達する。電圧Ｖが０ボルトとその最大値の間を連続的に変化する時、絶縁液体の液滴１１は連続的に位置Ａから位置Ｂへ変形する。液滴が導体液体でできている場合に起こることとは異なり（上述のＶａｌｌｅｔ、Ｂｅｒｇｅ、Ｖｏｖｅｌｌｅの論文を参照）、液滴１１は絶縁液体でできており、電圧が高い時、その周縁には微小な液滴が生じないことに留意されたい。
【００２６】
図３は、本発明の第３の実施形態による可変焦点液体レンズの略横断面図を示す。絶縁液体の液滴１１、軸０、チャンバ１２、導体液体１３、表面処理１４、接触域１５、電極１７などの要素は、図１に記載した実施形態のものと同じである。位置Ａと位置Ｂもまたそれぞれ、液滴１１の静止位置と液滴１１の限界位置に対応している。
【００２７】
この第３の実施形態では、チャンバ１２の壁の外側表面上に３つの同心の環状電極３５、３６、３７の１組が配置されており、前記環状電極は互いに絶縁され、軸０を有している。電圧を電極３５、３６、３７の各々と電極１７との間に印加することができる。模範的電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を示すが、前記電圧の各々は異なっている。これらの電圧は、電極３５、３６、３７に電圧を印加することによって生じる電界が領域１５の中心に向かって半径方向に減少するように、任意の時刻に軸０に向かって値が減少するように選択される。電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が０ボルトとそれらの最大値の間を連続的に変化する時、絶縁液体の液滴１１は連続的にその静止位置Ａと限界位置Ｂの間に変形する。
【００２８】
この第３の実施形態の代替形態によれば、各々の電極３５、３６、３７をスイッチによって同じ電圧源Ｖとアースのうちのどちらか一方に接続することができる。一定電圧Ｖ用に、電圧が印加される電極の数を変えることによって次に液滴１１の形は変化する。この場合、焦点の変化は不連続であり連続的ではない。したがって、液滴１１から構成されるレンズ向けに唯一のある所定の焦点だけを得ることができるが、利益は電圧制御の実施が比較的簡単であるということである。
【００２９】
図４は、本発明の第４の実施形態による可変焦点液体レンズの略横断面図を示す。絶縁液体の液滴１１、軸０、導体液体１３、表面処理１４、接触域１５、電極１６、電極１７などの要素は、図１に記載した実施形態のものと同じである。位置Ａと位置Ｂもまたそれぞれ、液滴１１の静止位置と液滴１１の限界位置に対応している。
【００３０】
この第４の実施形態では、絶縁液体の液滴１１が配置されている誘電体チャンバ５２の壁には、軸０を中心として光を通す円形状誘電体域５３が備えられている。表面処理１４がないと領域５３は導体液体１３に対して低いぬれを有する。領域５３の誘電率が軸０に向かって半径方向に連続的に変化し、接触域１５上を軸０に向かって半径方向に減少する勾配を電圧Ｖによって生じる電界が有するように、領域５３は処理される。電圧Ｖが０ボルトとその最大値の間を連続的に変化する時、絶縁液体の液滴１１は連続的にその静止位置Ａと限界位置Ｂの間に変形する。
【００３１】
図５は、本発明の第５の実施形態による可変焦点液体レンズの略横断面図を示す。絶縁液体の液滴１１、軸０、誘電体チャンバ１２、導体液体１３、接触域１５、電極１６、電極１７などの要素は、図１に記載した実施形態のものと同じである。位置Ａと位置Ｂもまたそれぞれ、液滴１１の静止位置と液滴１１の限界位置に対応している。
【００３２】
この第５の実施形態では、導体液体１３に対して領域１４、６５、６６、６７のぬれが軸０に向かって半径方向に減少するように、絶縁液体の液滴１１が配置されている誘電体チャンバ１２の壁の表面は異なる領域１４、６５、６６、６７を処理されている。電圧Ｖを電極１６と電極１７の間に印加することができる。電圧Ｖによって生じる電界は領域１４、６５、６６、６７のぬれを高めるが、初期のぬれの勾配を維持している。電圧Ｖが０ボルトとその最大値の間を変化する時、絶縁液体の液滴１１の形は連続的にその静止位置Ａと限界位置Ｂの間に変化する。
【００３３】
図６は、絶縁液体１１が円筒形誘電体チャンバの底部を占有し、導体液体１３によって覆われている、本発明の他の実施形態の略横断面図を示す。チャンバは参照符号１２で表されている。要素１１、１２、１３を構成する材料は先行の実施形態のものと同じである。
【００３４】
導体液体１３に対してチャンバ１２の内側壁のぬれが高いことを確実なものにする表面処理１４は、絶縁液体１１とチャンバ１２の内側表面との間の接触域１５の上方で達成される。表面処理１４によって、絶縁液体１１が接触面を超えて広がることを回避するために絶縁液体１１の位置を維持することが可能となる。説明を簡単にするために絶縁液体１１の頭部だけを考慮に入れ、先行の実施形態のように「液滴１１」と称することとする。システムが停止している時、絶縁液体の液滴１１は自然に参照符号Ａで表される形になる。軸０はチャンバ１２の軸である。停止中、絶縁液体の液滴１１は、デバイスの光軸を構成する軸０を中心として心合わせされる。いくつかの電極７５、７６、７７、７８、７９が接触域１５の付近で誘電体チャンバ１２の外側壁を中心として配置されている。電極７５、７６、７７、７８、７９は互いに絶縁され、電極７５と、導体液体１３と接触している電極１７の間に電圧Ｖが定立されている。電圧Ｖが定立した時、電極７６、７７、７８、７９には静電性の影響によってバイアスがかかっている。壁１２では、電圧Ｖによって生じた電界は電極７５から電極７９に向かって縦方向の勾配に従って減少する。電圧Ｖが増加した時、導体液体１３が移動し、絶縁液体の液滴１１を変形させる。したがってレンズの焦点の変化が得られる。液滴が永久に軸０に関して半径方向の対称性を有することを、上述の電界の勾配が確実なものにする。電圧Ｖが０ボルトとその最大値の間を変化する時、絶縁液体の液滴１１は連続的にその静止位置Ａと限界位置Ｂの間に変化する。
【００３５】
当業者は上に記載した本発明のさまざまな実施形態に出ている特徴を組み合わせることができるであろう。
【００３６】
さらに、本発明を、当業者に明らかとなるさまざまな代替形態に供することができる。
【００３７】
静止しているデバイスの特定のジオプトリ値を得るため、図１の誘電体チャンバ１２の表面を凹形または凸形にすることができる。
【００３８】
絶縁液体の液滴の位置決めを簡単にするために、絶縁液体に対して高いぬれを有するように絶縁液体の液滴と誘電体チャンバの間の接触域を処理することができる。
【００３９】
導体液体に対して誘電体チャンバがもともと高いぬれを有している場合、導体液体に対して低いぬれを接触域に与えるようになされた表面処理によって接触域を達成することができる。
【００４０】
表面処理１４は、導体液体１３に対して高いぬれを有する材料の薄膜の堆積または固着からなることができる。
【００４１】
図１の電極１６をチャンバ１２の外側表面と接触している導体液体と取り替えることができ、次いでこの導体液体と液体１３の間に電圧Ｖを確立させる。
【００４２】
別個に制御され、赤と緑と青に着色された３つの可変焦点レンズのグループから形成されたアレイを含むデバイスであって、例えばバイナリ・モードで動作し、唯一の白色光源から発生した光を停止または通過させ、それにより大きなサイズおよび適度なコストの発光カラー・スクリーンを形成するデバイスを実現することが可能となろう。
【００４３】
対照的に、例えば表面処理１４の形状によって決定される静止位置から、例えば電極１６の輪郭によって決定される動作形状へ液滴を変化させるため以外は、液滴１１をその変形を通して環状に維持するためには上述の心合わせ手段がもはや使用されないデバイスを実現することが可能となろう。したがって、長方形の形状の表面処理１４を使用することと、長方形の輪郭の電極１６を心合わせすることとによって可変焦点円筒形レンズを創造することが可能となる。
【００４４】
チャンバ１２の複数の壁をまたぐデバイスに本発明を適用することが可能となり、例えばある角度でまたはチャンバ１２の角に液滴１１が配置されている。この代替形態によれば、もちろん接触域の高さで液滴１１と接触している各々の壁の裏面に電極は配置されている。かかる代替形態により可変偏光プリズムを達成することができる。
【００４５】
導体液体１３の例として、塩を加えた水（ミネラルまたは他のもの）、または有機体であろうがなかろうが、導電性であるかもしくはイオン成分の添加によって導電性にされた、他のいかなる液体をも使用することができる。絶縁液体１１として、油、ａｌｋａｎｅまたはａｌｋａｎｅの混合物、最終的にはハロゲン化物、または導体液体１３と混和しない他のいかなる絶縁液体をも使用することができる。シランで処理されるか、またはフッ素化重合体の薄いコーティングもしくはフッ素化重合体とエポキシ樹脂とポリエチレンをサンドイッチした薄いコーティングで覆われたガラス板からチャンバ１２を構成することができる。
【００４６】
液滴１１が配置された表面からチャンバ１２全体にわたって電荷が蓄積されるのを回避するために、電圧Ｖは交流であることが好ましい。
【００４７】
図１の模範的な実施形態では、液滴１１は約６ｍｍの静止直径を有している。導体液体１３と液滴１１の絶縁液体はほぼ同じ密度であり、液滴１１は半球の形状を有している。液滴１１が静止している時（位置Ａ）、液滴１１の縁部はチャンバ１２の表面に対して約４５度の角度をなしている。その限界位置（位置Ｂ）では、液滴１１の縁部はチャンバ１２の表面に対して約９０度の角度をなしている。導体液体１３として屈折率１．３５の塩水を、液滴１１の絶縁液体用に屈折率１．４５を有する油を使用する記載のデバイスは、２５０ボルトの印加電圧と数ｍＷの電力に対して約４０ジオプトリの焦点変化を達成する。この場合、交流電圧の周波数は５０〜１０、０００Ｈｚの間に含まれ、その周期は百分の数秒というシステムの応答時間よりもかなり小さい。
【００４８】
本発明による可変焦点レンズは、数十μｍから数十ｍｍの間に含まれるサイズを有することができ、特に光電子システムの分野または内視鏡検査に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による可変焦点レンズの第１の実施形態を示す図である。
【図２】  本発明による可変焦点レンズの第２の実施形態を示す図である。
【図３】  本発明による可変焦点レンズの第３の実施形態を示す図である。
【図４】  本発明による可変焦点レンズの第４の実施形態を示す図である。
【図５】  本発明による可変焦点レンズの第５の実施形態を示す図である。
【図６】  本発明による可変焦点レンズの他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１１  絶縁液体の液滴
１２、５２  チャンバ
１３  導体液体
１４  表面処理
１５  接触域
１６、１７、２６、３５、３６、３７、７５、７６、７７、７８、７９  電極
５３、６５、６６、６７  領域
【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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