(57)【要約】【課題】従来の可変焦点液体レンズは、光の入射領域両面に、電極となる薄膜化された金属膜を形成しているため、波長領域によっては透過率が低くなっている。【解決手段】透明部材よりなる基材上に形成された開口を有する電極上で、撥油性薄膜により口径が規定された液体と、その液体を封止するように気相中の堆積によって形成された透明な封止膜と、封止膜上で液体外縁に掛かるように形成された金属膜とによる積層構造に構成され、電極と金属膜とに働く静電気力により、液体の外周縁の間隔を窄めることにより、開口の中央に向かい液体を押し出すように変形させて焦点距離を変更し、且つ直接的に封止膜に光が入射する可変焦点液体レンズである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過領域を有する基材と、
前記光透過領域の表面に形成され、第１の開口を有する第１の電極と、
前記第１の開口上方を含み前記第１の電極上に配置され、前記第１の開口と同心で、より大きな領域に凸形状に配置された透明な液体と、
前記液体上面を覆い、前記液体を、前記基材及び前記第１の電極と共に封止する弾性変形可能な透明薄膜と、
前記透明薄膜上に形成され、前記第１の開口と同心で前記透明な液体が配置された領域よりも小さい第２の開口を有する第２の電極と、
を具備し、
前記透明薄膜が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加された電圧により生じる静電気力によって、該第１の電極と該第２の電極が対向する部分の間隔を狭窄し、この対向部分に配置された前記液体を前記第２の開口の中心方向に押し出し、レンズ口径を規定し、前記基材及び前記液体及び前記透明薄膜からなる領域であって、前記第２の開口の中央部が、より厚くなる凸レンズ形状となるように変形することを特徴とする可変焦点液体レンズ。
【請求項２】
前記第１の電極が前記基材の側面まで延在するように形成され、前記第１の電極に電圧を印加するための配線が前記基材の側面部分において接続されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点液体レンズ。
【請求項３】
前記第２の電極は、環状又は枠状に形成され、さらに該環状又は枠状の電極領域から延出するコンタクト電極を有することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点液体レンズ。
【請求項４】
前記基材上に、
前記第１の電極と、前記液体と、前記透明薄膜と、第２の電極とで積層構成される液体レンズが、複数配置されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点液体レンズ。
【請求項５】
貫通する第１の開口を有する基材と、
前記第１の開口の一方を覆い、該第１の開口の周囲で支持された加撓性を有する第１の透明薄膜と、
前記第１の開口よりも小さく、光透過領域を形成するための第２の開口を有する第１の電極と、
前記第２の開口上方を含み前記第１の電極上に配置され、前記第２の開口と同心で、より大きな領域に凸形状に配置された透明な液体と、
前記液体上面を覆い、前記液体を、前記第１の透明薄膜と共に封止する弾性変形可能な第２の透明薄膜と、
前記第２の透明薄膜上に形成され、前記第１の開口と同心で前記透明な液体が配置された領域よりも小さく、光透過領域を形成するための第３の開口を有する第２の電極と、
を具備し、
前記第１の透明薄膜及び前記第２の透明薄膜が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加された電圧により生じる静電気力によって、前記第１の電極及び前記第２の電極が対向する部分の間隔を狭窄し、この対向部分に配置された前記液体を、前記第２の開口の中心方向に押し出し、前記第１の透明薄膜及び前記液体及び前記第２の透明薄膜からなる領域であって、前記第２の開口の中央部が、より厚くなる両凸レンズ形状となるように変形することを特徴とする可変焦点液体レンズ。
【請求項６】
光透過領域を有する基材の表面と側面に第１の電極を形成し、前記光透過領域を露出させるために前記第１の電極に第１の開口を形成する工程と、
前記第１の開口上方を含む前記第１の電極上に、前記第１の開口と同心で、より大きな領域に凸形状に透明な液体を滴下する工程と、
前記液体上面を覆い、前記液体を封止する弾性変形可能な透明薄膜を気相中で堆積形成する工程と、
前記透明薄膜上に第２の電極を形成し、前記第２の電極の前記光透過領域の直上に、前記第１の開口よりも小さい第２の開口を形成する工程と、
により形成することを特徴とする可変焦点液体レンズの製造方法。
【請求項７】
導電性基材の表裏面上に絶縁膜を形成し、表面側の前記絶縁膜上に、弾性変形可能な透明な第１の透明薄膜を形成する工程と、
前記第１の透明薄膜上に第１の電極を形成し、該第１の電極の一部を除去して、前記第１の透明薄膜上に光透過領域となる第２の開口を形成する工程と、
前記第２の開口上方を含む前記第１の電極上に、前記第１の開口と同心で、より大きな領域に凸形状に透明な液体を滴下する工程と、
前記液体上面を覆い、前記液体を封止する弾性変形可能な第２の透明薄膜を気相中で堆積形成する工程と、
前記第２の透明薄膜上に第２の電極を形成し、前記第２の電極の前記光透過領域の直上に、前記第２の開口よりも小さい第３の開口を形成する工程と、
前記基材の裏面側から前記第１の透明薄膜が露出するように、前記第２の開口と同心で、前記第２の開口よりも大きい第１の開口を形成する工程と、
により形成することを特徴とする可変焦点液体レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の光学機器に用いられる可変焦点レンズとして、液体形状の変化により焦点距離を変化させる可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスにより形成されるレンズは、製造時に定められた固定焦点であり、焦点距離を変えるためには、コンバージョンレンズを組み入れたり、レンズを光軸方向に移動するズーミング動作させたりして、焦点を可変している。例えば、透明な液体を透明部材によりレンズ形状に封止し、液体の界面形状や外形の形状を変化させて焦点距離を変える可変焦点液体レンズが注目を集めている。この可変焦点液体レンズは、例えば、屈折率の異なる２種の液体の界面形状を変化させる方式と、透明弾性膜で封止された液体の外形形状を変化させる方式が提案されている。これらのうち、空気層との境界の形状が変化する後者のほうが焦点距離を変化させる範囲を広く取ることができる。
【０００３】
このような弾性膜で液体を封止する方式の可変形状レンズとしては、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。この技術において、レンズは液体で満たされたチャンバで構成され、そのチャンバ内外に液体を出し入れする機構が必要であり、外部には液体を一時収納するスペースを確保する等、複雑な機構が必要となり、小型化には適していない。
【０００４】
これに対して、非特許文献１では、液体上に気相中の堆積によって弾性膜（パリレン）を形成することで、シンプルな構成で微細化が容易な可変焦点液体レンズが提案されている。図１０を参照して、この非特許文献１による可変焦点液体レンズについて説明する。  
透明で平坦なガラス基板３１上にＩＴＯ膜よりなる透明電極３２が形成され、その上層にシリコンオイルよりなる略半球形状の液滴（以下、液体と称する）３３が形成される。この液体３３の半球形状は表面張力によって維持されている。更に、液体３３を含む透明電極３２上にパリレン膜３４が堆積され、液体３３を半球形状で封止する。つまり、液体３３は平凸型のレンズ形状となっている。そのパリレン膜３４の上層に透明性が得られる程度まで薄い金属電極３５が形成されている。
【０００５】
このように形成された可変形状レンズでは、透明電極３２と金属電極３５の間に電圧を印加すると、特に両者の距離が短い液体外周部において、強い静電気力が作用して、パリレン膜３４の外周部がガラス基板３１に引き寄せられる。このとき、シリコンオイルの体積はほとんど変化しないため、液体３３はパリレン膜３４の中心部に寄せ集められ、さらに盛り上がった形状となる。つまり、凸部の曲率半径が小さくなり、可変焦点レンズの焦点距離は短くなるように変化する。この技術によれば、液体に気相中で薄膜を堆積して封止し、かつ両面に電極を形成するだけで、可変焦点レンズが形成される。この構成では複雑な駆動機構が不要であるため、小型化に適している。
【特許文献１】特開２００２−１３１５１３号公報
【非特許文献１】Binh-Khiem, Eiji Iwase, Kiyoshi Matsumoto, and Isao Shimoyama, “Electrically drive varifocal micro lens fabricated by depositing parylene directly on liquid”, Proc. of MEMS 2007, p305
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した非特許文献１による可変焦点液体レンズは、小型化を実現することができるが、実質的にレンズとして機能するパリレン膜の光入射領域の全域に薄い金属電極３５が形成されている。非特許文献１では金属電極３５の膜厚を薄くして光を透過させているが、電極として作用させるために、導電性を確保する必要があり、薄膜化には限界がある。このため、金属電極３５の吸収や反射により、全ての波長領域で光の透過率を高くすることには限界があった。また下部電極である透明電極３２に関しても、波長域によっては多少の吸収や反射が見られ（例えばITO膜の可視光の波長範囲の透過率は、膜厚、組成比、製法にもよるが、大よそ８０％前後）、レンズの透過率を下げる要因となっている。従って、上記可変焦点液体レンズを、例えば、小型カメラ等に用いた場合、透明電極３２や金属電極３５により吸収又は反射される波長域の透過率が低くなり、被写体によっては、ガラスレンズに比べて十分に色再現された撮影画像が得難いという可能性がある。
【０００７】
そこで本発明は、液体上に低温度で堆積できる薄膜材料であって、電圧印加により変形する堆積膜を用いて形成され、且つ少なくとも可視光の波長範囲で高透過率を得ることができる可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、光透過領域を有する基材と、前記光透過領域の表面に形成され、第１の開口を有する第１の電極と、前記第１の開口上方を含み前記第１の電極上に配置され、前記第１の開口と同心で、より大きな領域に凸形状に配置された透明な液体と、  前記液体上面を覆い、前記液体を、前記基材及び前記第１の電極と共に封止する弾性変形可能な透明薄膜と、前記透明薄膜上に形成され、前記第１の開口と同心で前記透明な液体が配置された領域よりも小さい第２の開口を有する第２の電極と、を具備し、前記透明薄膜が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加された電圧により生じる静電気力によって、該第１の電極と該第２の電極が対向する部分の間隔を狭窄し、この対向部分に配置された前記液体を前記第２の開口の中心方向に押し出し、レンズ口径を規定し、前記基材及び前記液体及び前記透明薄膜からなる領域であって、前記第２の開口の中央部が、より厚くなる凸レンズ形状となるように変形する可変焦点液体レンズを提供する。
【０００９】
さらに、光透過領域を有する基材の表面と側面に第１の電極を形成し、前記表面に光透過領域を露出するように第１の開口を形成する工程と、前記第１の開口よりも外側の縁領域を含み填装するように透明な液体を滴下する工程と、前記液体表面を含む前記基材の表面を覆い該液体を封止し、弾性変形可能な透明薄膜を気相中で堆積形成する工程と、前記透明薄膜上に第２の電極を形成し、前記光透過領域の直上を光入射するために、前記第２の電極に前記第１の開口よりも小さい第２の開口を形成する工程と、により形成する可変焦点液体レンズの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液体上に低温度で堆積できる薄膜材料であって、電圧印加により変形する堆積膜を用いて形成され、且つ少なくとも可視光の波長範囲で高透過率を得ることができる可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明の可変焦点液体レンズに係る第１の実施形態の構成を示す断面図である。この可変焦点液体レンズ１は、透明部材（ガラス、石英又は透明樹脂等）よりなる基材２と、基材２上にアルミニウムや銅等の金属材料により形成され開口２ａを有する電極３と、電極３上に形成され開口２ａの外周縁よりも大きい開口４ａを有する撥油性薄膜４と、その開口４ａ内に盛り上がるように設けられたシリコンオイルよりなる液滴（以下、液体と称する）５と、液体５の表面を含み基材２上面全体を気密に覆うように気相中の堆積によって形成された弾性変形可能なパリレン膜６と、パリレン膜６上に開口２ａよりも僅かに小径な開口７ａを有する例えば、金を用いた金属膜７と、による積層構造で構成される。
【００１２】
この電極３は、基材２の表面及び側面を覆うように形成され、側面は引き出し電極として利用され、電極３と金属膜７との間に電圧を印加するための駆動電源８が接続されている。また、開口７ａの径は、実質的にレンズ口径を規定する。液体５は、シリコンオイルに限定されるものではなく、透明で且つ気化し難い液体であれば適用することができる。
【００１３】
パリレン膜６は、既知な製造方法によるものであり、大気下(大気圧下)において、パリレン材を例えば、抵抗加熱や電子ビーム加熱等を用いて１７５℃程度に加熱して気化（昇華）させる。さらに、６９０℃程度に加熱することでモノマーに熱分解し、それを雰囲気温度６０℃の成膜室に送り込み、成膜室内に装填された基板上で重合させることで堆積される。尚、この成膜温度（プロセス条件）は、一例であって限定されたものではなく、設計や仕様等の変更により適宜変更される。
【００１４】
このパリレン膜６は、液体５上を含み撥油性薄膜４上に掛かるように形成され、液体５を封止している。このとき、パリレン膜６の形成に当たっては、基材２の裏面及び側面をマスク（ポリイミド等）で覆い、膜形成後にマスクを除去することにより、回り込みによるパリレンの付着を防止する。
【００１５】
このように構成された可変焦点液体レンズ１は、電極３の側面に引き出された電極部分と金属膜７の間に電圧を印加すると、電極３と金属膜７の対向する領域に静電気力が発生して互いに吸引する作用が働き、液体５にかかる金属膜７部分が電極３に近づくように移動し、可変焦点液体レンズの外周縁の間隔が縮まる。一方、液体５はほとんど体積変化しないため、この外周縁の間隔の縮小によって、金属膜７がなくパリレン膜６のみが露呈している液体レンズ中央部がより凸型に突出するように大きく変形される。上記の液体レンズ中央部は、上部は開口７ａで規定されており、下部は開口２ａで規定されている。開口７ａは、実質的にレンズ口径規定している。このような変形により、焦点距離を十分に変化させることができる。また、印加電圧を適正に制御することによって、液体レンズ外周部の間隔が縮まる度合いを制御し、液体レンズの焦点距離を連続的に変化させることが可能となる。
【００１６】
次に、図２（ａ）乃至（ｄ）及び図３（ａ）乃至（ｃ）を参照して、本実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明する。  
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、ガラスからなる基材２の表面及び側面に蒸着法やスパッタ法等の半導体成膜技術を用いて、アルミニウム等の金属膜３を成膜する。その後、フォトリソ技術を用いてマスク（図示せず）を開口２ａとなる部分を除き形成し、エッチングによって、少なくとも１つの開口２ａを形成し、基材２の表面を露呈する。この工程により、基材２上に電極３が形成される。また、開口２ａの口径の大きさは変更可能であり、さらに開口２ａの形状、即ち、レンズの形状は、円形だけではなく、矩形、多角形、楕円又は三角等の種々の形状であってもよい。これらは、用途によって適宜選択される。尚、本実施形態では、レンズ形状は円形を例として説明している。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、まず、基材２の表面の電極３上に撥油性薄膜４を形成した後、電極３に設けた開口２ａと同心で外周縁がそれよりも大きくなるように撥油性薄膜４の一部をエッチング処理により除去する。この除去により、開口２ａの外周縁よりも外側即ち、開口２ａよりも大きい径の開口４ａを有する撥油性薄膜４が形成される。この開口４ａから開口２ａまでの電極３が液体５に露呈する部分３ａは、後述する静電気力を発生させて、レンズを変形させるための領域となる。
【００１８】
次に図２（ｃ）に示すように、撥油性薄膜４の開口４ａ上に、透明な液体例えば、シリコンオイルからなる液体５を凸形状になるように滴下する。さらに、 図２（ｄ）に示すように、前述した製造プロセスにより液体５の表面を含む基材２の表面全面に相当する領域に気相中で堆積してパリレン膜６を形成し、液体５を開口４ａ内の領域に封止する。
【００１９】
さらに、図３（ａ）に示すように、蒸着法やスパッタ法を用いて、電極となる金属膜７を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、レンズ口径を規定する領域即ち、光入射部となる領域（開口７ａ）を開口するように金属膜７を例えば、エキシマレーザアブレーションによって選択的に除去する。
【００２０】
本実施形態では、光が透過する領域（開口７ａ及び開口２ａ）の金属膜７と電極３を除去しているため、この領域において、少なくとも可視光に対して十分な透過率をえることができる。特に開口７ａは画像を形成するのに必要となるレンズ口径を規定しており、従って、少なくとも可視光に対して可変焦点液体レンズ１は十分な透過率をえることができる。また、非特許文献１のように金属電極が光を透過する膜厚である必要はないため、後述する静電気力を発生させて、レンズを変形させるための領域(領域３ａ)に形成される金属膜７の膜厚は、光が透過しない膜厚でもよい。勿論、この金属膜７は、パリレン膜６の変形による剥離やひび等を不具合が発生しないことも考慮される。また、金属膜７は、金に限定されるものではなく、不具合を発生しない種々の金属や合金等を用いることができる。
【００２１】
この可変焦点液体レンズ１において、図３（ｃ）に示すように、駆動電源８から電極３の側面部分と金属膜７の間に電圧が印加されると、これらが液体５を挟み対向する領域５ａ(電極３の領域３ａ)に互いを引き寄せるように静電気力が作用する。このとき、金属膜7の変形によって、図示するように、パリレン膜６が基材２側に近づくように変位して、領域５ａの間隔が狭まり、液体５はほとんど体積変化しないため、液体５が領域５ａから中心方向に押し出される。この液体５の周囲から中心への押し出しにより、開口２ａの中央部分をさらに突出するようにパリレン膜６を変形させて、平凸レンズ形状の曲率がさらに変化し、焦点距離が変化する。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、液体５の外縁部（レンズ口径外の領域５ａ）を挟んで電極３と金属膜７が近接するように対向させ、これらの電極間へ電圧を印加することにより、静電気力を発生させ、電極３と金属膜７を近づけることにより、液体５を外縁部からレンズ中央部に寄せ集めてレンズの曲率を変化させることができる。
【００２３】
また、光入射部であるレンズ口径を規定する領域（開口７ａ）及び光出射部である開口２ａは、金属膜７及び(金属)電極３を除去してあるため、少なくとも可視光領域で波長透過率を確保できる。例えば、光入射部上に金属膜が形成されていた場合の波長透過率は、金属の材質や膜厚に依存する。一方、安定した導電性を確保するためには十分な膜厚が必要となる。この導電性を安定に確保した場合、可視光領域の波長の平均透過率を８５％以上にすることはかなり困難である。本実施形態のように光入射部に金属膜が存在しない構成では、光入射部表面に無反射コートしなくとも、容易に透過率を９０％以上にすることができる。
【００２４】
加えて、本実施形態の製造方法によれば、電極３が基材２上の積層下部を通り側面まで延在しているので、側面部分にコンタクト電極を形成することが可能であり、基材２の上層のパリレン膜６を除去して開口し、コンタクト電極を形成する必要がなく、フォトリソ工程とエッチング工程の少なくとも２工程を省略することができ、製造工程によるデバイスへのダメージ軽減と製造コストの低減が付加される。
【００２５】
なお、金属膜７に対して開口７aを形成する方法としては、液体５上に形成された薄いパリレン膜６に対してレジストコートやレジスト現像工程を適用することは非常に困難であることから一般的なフォトリソグラフィー工程を適用することは難しい。また、金属膜７の成膜工程に遮蔽用マスクを適用することも位置制度などの問題がある。これに対して本実施形態で適用したレーザアブレーションはマスクを必要とせず、薄いパリレン膜６へのダメージも非常小さいことから特に好適である。
【００２６】
尚、枠形状又は環形状に形成された金属膜７に対して配線を容易に接続させるため又は、所望する数に切り離して用いる場合には、側面に電極を形成する上述の構成よりも、図４に示すように、金属膜７は、液体５の外周縁に沿って斜線で示す環（又は枠）形状領域に形成し、さらに電圧印加のためのコンタクト電極７ｂを環（又は枠）形状の電極領域から外側まで引き出して形成することが好ましい。このようなコンタクト電極７ｂを設けることにより、複数の層に形成された積層配線やボンディングなどの上方（上層）からの電気的接続が容易になる。
【００２７】
次に、第１の実施形態の第１、第２の変形例について説明する。  
図５（ａ）には、第１の変形例として、１つの基材上に複数の可変焦点液体レンズを例えばアレイ状に形成した断面構成例を示す。  
この第１の変形例は、基材２上の電極３に複数の開口２ａをマトリックス状に展開して形成し、さらに撥油性薄膜４に複数の開口２ａと同心の複数の開口４ａを形成したのち、それぞれに液体５を滴下して、それらの液体５を含む基材２の表面全面上に気相中で堆積してパリレン膜６を形成し、各液体５を開口４ａ上に封止する。さらに、前述した製造方法を用いて、開口７ａを有する金属膜７を形成する。
【００２８】
本第１の変形例においても、第１の実施形態と同様に、光入射部となる開口７ａ上に金属膜７が形成されておらず、また、光出射部となる開口２ａ上にも(金属)電極３が形成されていないため、基材２上にマトリックス状に配置された個々の可変焦点液体レンズの透過率を高めることができる。また、同時に複数の可変焦点液体レンズが形成できるため、これらを適宜、所望する数に切り離して光学機器に用いることもできる。尚、第１の変形例において、レンズは、マトリックス状の配置に限定されるものではなく、列状に配置されてもよい。
【００２９】
また、図５（ｂ）には、第２の変形例を示す。
【００３０】
この第２の変形例においても、レンズがマトリックス状に展開して形成される。  
前述した１の変形例では、一体的に形成した上部電極となる金属膜７により一体的に全レンズを変形させる構成であったが、第２の変形例では、レンズ毎に電気的に分離した金属膜７を形成し、それらの電極となる金属膜７に個別に配線(図示せず)を設けるように形成する。このように配線を独立させたことで、レンズを個々に変形する制御ができる。
【００３１】
この第２の変形例によれば、レンズが個々に変形駆動でき、ユーザからの指示又は図示しない制御部における制御プログラムの指示により、種々の駆動形態を実現することも可能である。
【００３２】
また、第１，２の変形例においては、形成されるレンズの口径は同一である必要はなく、１つの基材２上に異なる口径のレンズを混載して形成することもできる。さらに、口径の大きさだけではなく、レンズの形状においても異なる形状を混載して形成することもできる。これらの変形制御は、図５（ａ），（ｂ）に示したレンズアレイにおいて、金属膜７の配線の接続箇所の引き廻し形態を変更することにより、レンズ全体を一括に、又はレンズ個々に、又は複数に分割したブロック毎に、など種々の駆動形態を実現できる。さらに、外部に配置した他の光学素子(例えば反射ミラー)との組み合わせで、他の光学素子により外部で光路を折り返して基材２に形成した複数の液体レンズを通すことで光学系の小型化、低コスト化を図ることもできる。この場合、必ずしも全ての液体レンズが焦点距離可変でなくても良い。
【００３３】
次に、第２の実施形態について説明する。  
図６は、第２の実施形態に係る可変焦点液体レンズの構成を示す断面図である。図７（ａ）乃至（ｄ）及び図８（ａ）乃至（ｃ）及び図９（ａ）乃至（ｄ）を参照して、本実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程を示す図である。  
前述した第１の実施形態では、可変焦点液体レンズが平凸レンズ形状であったが、本実施形態では、両凸レンズ形状にすることにより、より焦点距離の変化量を大きくする。
【００３４】
この可変焦点液体レンズ１０は、円形の開口１１ａを有する導電体であるシリコン基材１１と、シリコン基材１１の表裏面に形成されたシリコン窒化膜１２，１３と、開口１１ａを塞ぐように形成される弾性を有する透明なシリコーン樹脂薄膜１４と、シリコーン樹脂薄膜１４上に形成され、開口１１ａと同等以下の径で開口１５ａを有する電極として例えばアルミニウムからなる金属膜１５と、開口１１ａと同等な径の開口を有する撥油性薄膜１６と、その径内に盛り上がるように設けられたシリコンオイルよりなる液滴（以下、液体と称する）１７と、液体１７の表面を含み基材１１上面全体を気密に覆うように気相中で堆積形成されたパリレン膜１８と、パリレン膜１８上に開口１５ａよりも僅かに小径でレンズの口径となる開口１９ａを有する例えば、金等からなる金属膜１９と、により構成される。さらに、金属膜１５に接続するコンタクト電極２１が形成され、このコンタクト電極２１と、金属膜１９との間に電圧を印加するための駆動電源２２が設けられている。
【００３５】
次に、本実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明する。  
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基材１１の表裏面にシリコン窒化膜１２，１３を形成する。この裏面側のシリコン窒化膜１２には、フォトリソグラフィー技術を用いて開口１２ａが形成される。次に、スピンコート法を用いてシリコン窒化膜１３上にシリコーン樹脂薄膜１４を形成する。
【００３６】
次に図７（ｂ）に示すように、シリコーン樹脂薄膜１４上に蒸着法又はスパッタ法等を用いて、例えばアルミニウムからなる金属膜１５を形成し、レジストマスクを用いたエッチングにより、中心が開口１２ａの中心と重なり、開口１２ａよりも小径で開口１５ａが形成される。金属膜１５は、静電力を発生させるための下部電極として機能する。
【００３７】
次に、図７（ｃ）に示すように、表裏で開口１２ａと一致するように形成された開口１６ａを有する撥油性薄膜１６を形成し、さらに図７（ｄ）に示すように、開口１６ａに透明な液体例えば、シリコンオイルからなる液体１７を凸形状になるように滴下する。 引き続き、図８（ａ）に示すように、前述した第１の実施形態と同様な手法により、液体１７の表面上に堆積されたパリレン膜１８を形成する。さらに、図８（ｂ）に示すように、パリレン膜１８及び撥油性薄膜１６の一部領域を除去し、開口１８ａから下層の金属薄膜１５を露出する。
【００３８】
図８（ｃ）に示すように、基材２の全面上に蒸着やスパッタ法を用いて、電極となる金属膜１９を形成する。次に、図９（ａ）に示すように、レンズの口径を規定する開口１９ａ及びコンタクト電極２１をアイランド状にするための輪帯状の開口１９ｂを形成するために、金属膜１９をエキシマレーザアブレーションによって選択的に除去する。
【００３９】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１２をマスクとして、裏面の開口１２ａよりシリコン窒化膜１３の表面が露出するまで基材１１を異方性エッチングによって除去し、基材１１に開口１１ａを形成する。このときレンズが形成された表面側は保護した状態にしておく。さらに、図９（ｃ）に示すように、開口１１ａ内のシリコン窒化膜１３を裏面側からのエッチングにより除去し、シリコーン樹脂薄膜１４を露出させる。さらに図９（ｄ）に示すように、コンタクト電極２１と、金属膜１９との間に電圧を印加するための駆動電源２２が設けられている。
【００４０】
この可変焦点液体レンズ１０において、駆動電源２２から金属膜１９とコンタクト電極２１との間に電圧が印加されると、液体１７を挟んで金属膜１５と金属膜１９とが対向する領域１７ａで、金属膜１５と金属膜１９との間に互いが引き寄せられる静電気力が発生する。この静電気力により、金属薄膜１５と金属膜１９は離間した状態から、図９（ｄ）に示すように、領域１７ａの間隔が狭まるように変形する。そのため、シリコーン樹脂薄膜１４とパリレン膜１８も変形し、両者の間の領域１７ａの液体１７をレンズの中央側に押し出す。液体１７のシリコンオイルはほとんど体積変化がないため、この外周縁である領域１７ａの間隔の縮小によって、金属膜１５と金属膜１９がなく、シリコーン樹脂薄膜１４とパリレン膜６が露呈している液体レンズ中央部に、液体１７が寄せ集められ、より両凸形状に突出するように大きく変形される。実際には開口１１aが形成された時点で、開口１１aの領域のシリコーン樹脂膜１４が変形して両凸形状となるが、電圧の印加によってさらに開口１１aの領域のシリコーン樹脂膜１４とパリレン膜１８の曲率が増大するように変形し、可変焦点液体レンズとして機能する。
【００４１】
このとき、パリレン膜１８の弾性率よりも、シリコーン樹脂膜１４の方の弾性率が小さいので、レンズの基材１１側の方がより大きく変形する。
【００４２】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、液体１７の外縁部（レンズ口径外の領域１７ａ）で静電気力を発生させ、液体５を外縁部からレンズ中央部に寄せ集めてレンズの曲率を変化させることができる。また、第1実施形態の場合と同様にパリレン膜１８上の光入射部となる領域の金属膜１９と、光出射部となるシリコーン樹脂薄膜１４上の金属膜１５が除去され、且つ基材１１にも開口部を設けているため、少なくとも可視光領域でレンズの波長透過率を確保できる。
【００４３】
加えて本実施形態によれば、基材１１側に開口部を設け、両凸形状に変形可能としたことにより、開口部を設けていない構成に比較して、より低い駆動電圧で所望する焦点距離の変化を実現することができる。さらに、気相中の堆積によって形成された封止膜（パリレン膜）よりも柔らかい弾性、即ち、弾性率（伸び率）の小さな弾性薄膜材料(例えばシリコーン樹脂膜)を対向する封止膜に対向配置することで、より小さな静電気力で弾性薄膜が凸形状に変形して、レンズの焦点距離を変化させることが可能となる。この結果として、さらに、より低い駆動電圧で所望する焦点距離の変化を実現することができる。
【００４４】
さらに、この第２の実施形態においても、前述した第１，２の変形例の構成を容易に適用でき、レンズ口径、レンズ形状、及び変形制御の種々の駆動形態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の可変焦点液体レンズに係る第１の実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）乃至（ｄ）は、第１の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。
【図３】図３（ａ）乃至（ｃ）は、図２（ｄ）に続き、第１の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。
【図４】図４は、可変焦点液体レンズを上から見た外観構成を示す図であり、枠形状又は環形状に形成された電極に対して配線を容易に接続させる構成である。
【図５】図５（ａ）は、第１の実施形態の可変焦点液体レンズの第１の変形例の構成を示す断面図、図５（ｂ）は、その第２の変形例の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の可変焦点液体レンズに係る第２の実施形態の構成を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）乃至（ｄ）は、第２の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。
【図８】図８（ａ）乃至（ｃ）は、図７（ｄ）に続き、第２の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。
【図９】図９（ａ）乃至（ｄ）は、図８（ｃ）に続き、第２の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。
【図１０】図１０は、従来の可変焦点液体レンズの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…可変焦点液体レンズ、２…基材、２ａ，４ａ，７ａ…開口、３…電極、４…撥油性薄膜、５…液体、６…パリレン膜、７…金属膜、８…駆動電源。
【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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