CN101685172A - 光学元件和成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学元件和成像装置，所述光学元件包括：第一液体；第二液体，与第一液体不互溶且具有极性或导电性；第一基板部；第二基板部；侧壁部；第二电极，设置在第二基板部和侧壁部中的一个上；以及容纳部，由该第一基板部、第二基板部和侧壁部构成且将该第一液体和第二液体密封在其中。所述光学元件还包括设置在容纳部的第一基板部侧且与第一液体具有高亲和性的第一膜、设置在容纳部的第二基板部侧且与第二液体具有高亲和性的第二膜以及设置在第二膜的中心且与第一液体具有高亲和性的第三膜。通过本发明，第一液体和容纳部在第二基板部侧的膜之间的接触区域的偏心可以用较简单结构加以抑制。

Description

光学元件和成像装置

相关申请的参考

本发明包含于2008年9月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-249240的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及光学元件和成像装置。更具体地，本发明涉及利用电湿润现象的光学元件以及包括该光学元件的成像装置。

背景技术

在成像装置如照相机和摄像机中使用的成像光学系统中，这些成像光学系统需要具有调焦和调整光量的功能，以实现自然散焦，从而使图像表面上的光量分布均匀等。在这些要求中，通常，通过包括多个可动叶片的机械光圈机构(mechanical aperture mechanism)来满足调整光量的要求。

然而，这样的机械光圈机构具有以下问题：用于驱动可动叶片的机械驱动单元是必需的，因而装置的尺寸增加。另外，在其中光圈机构的开口小的小光圈状态下，发生光束的衍射，从而降低所获取图像的分辨率。此外，在该光圈机构的操作期间产生声音。

为了解决在这样的机械光圈机构中的上述问题，已经提出了利用电毛细现象(电湿润现象)的光学元件(例如，参见日本未审查专利申请公开第2000-356792号(文献′792))。图18是文献′792中所披露的光学元件的示意图。文献′792中所描述的光学元件100是被配置为控制通过该元件的光束30的量(透射光的量)的光学元件。

光学元件100被配置为使得透明基板102和透明盖板106通过粘合等分别液密闭地密封在圆筒形容器105的下开口和上开口上。透明电极103、绝缘层104和防水膜111以该次序设置在透明基板102的内表面上。在透明盖板106的内表面上设置亲水膜113。设置棒状电极125以穿过容器105，且棒状电极125的一端与第一液体121接触。第一液体121和第二液体122被密闭地密封在由亲水膜113、防水膜111和容器105的内壁构成的空间中。第一液体121是具有导电性或极性的液体，且第二液体122是与第一液体121不互溶的液体。第一液体121的折射率基本上与第二液体122的折射率相同，但是第一液体121的透射率与第二液体122的透射率不同。

根据文献′792中所描述的光学元件100，在透明电极103和棒状电极125之间施加电压，且因此两个液体之间界面的形状通过电湿润现象被改变。因此，第二液体122在亲水膜113侧的一部分表面与亲水膜113接触而在亲水膜113上形成光可以通过其透射的开口(以在光学元件100中形成光学路径)。在该光学元件100中，亲水膜113上所形成的开口的尺寸通过改变所施加的电压来改变，从而调整通过光学元件100的光束30的量。即，根据该光学元件100，可以用电方法控制光量，因此可以解决上述机械光圈机构的缺点。

发明内容

在利用电湿润现象的光学元件中，容易发生设置在光入射侧的开口的偏心，且偏心的量也大。在这样的情况下，出现降低分辨率的问题。为了解决该问题，在文献′792中，透明电极103被形成为使得当从液体侧观看时透明电极103的形状是凹形。然而，这种结构引起难以减小光学元件100的厚度的问题。此外，在文献′792中所描述的光学元件100中，由于从液体侧观看透明电极103形成为具有凹形，所以该光学元件100的结构变得复杂且难以制造该光学元件100并且难以减小该光学元件100的尺寸。

在利用电湿润现象的光学元件中，期望用较简单的结构来抑制开口的偏心。

根据本发明的一个实施方式的光学元件包括第一液体以及与该第一液体不互溶且具有极性或导电性的第二液体。根据本发明的一个实施方式的光学元件还包括第一基板部、第二基板部、侧壁部、设置在第二基板部和侧壁部中的一个上的第二电极以及由第一基板部、第二基板部和侧壁部构成且将第一液体和第二液体密封在其中的容纳部。第一基板部包括具有光学透明性的第一基板、设置在第一基板的表面上且具有光学透明性的第一电极、以及设置在第一电极上且具有光学透明性的绝缘膜。此外，第一基板部包括设置在绝缘膜上、且与第一液体的亲和性高于与第二液体的亲和性、并具有光学透明性的第一膜。第二基板部包括具有光学透明性的第二基板、设置在第二基板的表面上、且与第二液体的亲和性高于与第一液体的亲和性、并具有光学透明性的第二膜；以及设置在第二膜的中心、且与第一液体的亲和性高于与第二液体的亲和性、并具有光学透明性的第三膜。侧壁部将第一基板部连接到第二基板部，使得第一膜和第二膜彼此面对。

根据本发明的一个实施方式的成像装置包括根据本发明的一个实施方式的光学元件、被配置为在光学元件的第一电极和第二电极之间施加电压的电源单元、被配置为聚焦入射光的透镜单元、以及通过光学元件和透镜单元将光聚焦在其上的成像元件。

在本发明的该实施方式中，在第二基板部的第二膜的中心设置了与第一液体的亲和性高于与第二液体的亲和性的第三膜。因此，在其中不施加电压的情况下，第一液体被固定为不仅与第一基板部的第一膜而且与第二基板部的第三膜接触。因此，在第三膜上或者在第三膜上的中心区域中形成第一液体和容纳部在第二基板部侧的膜之间的接触区域。

在本发明的该实施方式中，在第二基板部的第二膜的中心设置了与第一液体的亲和性高于与第二液体的亲和性的第三膜。这种结构可以抑制第一液体和容纳部在第二基板部侧的膜之间的接触区域的中心从光学轴偏移。即，根据本发明的该实施方式，第一液体和容纳部在第二基板部侧的膜之间的接触区域的偏心可以用较简单结构加以抑制。

当将根据本发明的一个实施方式的光学元件应用于成像装置等的光圈机构(可变光阑)时，上述接触区域用作光通过其透射的开口。因此，在这样的情况下，可以用较简单结构抑制该开口的偏心。

附图说明

图1是根据第一实施方式的成像装置的示意图；

图2A是根据第一实施方式的液体可变光阑的示意截面图；

图2B是从光入射侧观看的图2A中所示的液体可变光阑的顶视图；

图3A是处于静态的液体可变光阑的示意性截面图；

图3B是从光入射侧观看处于静态的图3A所示的液体可变光阑的顶视图；

图4A是处于静态的比较例的液体可变光阑的示意性截面图；

图4B是从光入射侧观看处于静态的图4A所示的比较例的液体可变光阑的顶视图；

图5是用于制造第一实施方式的液体可变光阑的程序的流程图；

图6A是示出了在向极性液体施加电压之前该极性液体的状态示图；

图6B是示出了在向极性液体施加电压时该极性液体的状态示图；

图7A是当施加电压时液体可变光阑的示意性截面图；

图7B是当施加电压时从光入射侧观看的图7A所示的液体可变光阑的顶视图；

图8是示出了液体可变光阑的操作原理的示图；

图9A是当施加电压时液体可变光阑的示意性截面图；

图9B是当施加电压时从光入射侧观看的图9A所示的液体可变光阑的顶视图；

图10A是根据第二实施方式的液体可变光阑的示意性截面图；

图10B是从光入射侧观看的图10A所示的液体可变光阑的顶视图；

图11是示出了第二实施方式的第一电极的示图；

图12是示出了通过第一电极的偏心控制的原理的示图；

图13是示出了第一电极的实例的示图；

图14是示出了第一电极的实例的示图；

图15是示出了第一电极的实例的示图；

图16是示出了第一电极的实例的示图；

图17是示出了第一电极的实例的示图；以及

图18是现有技术中的光学元件的示意性截面图。

具体实施方式

现在将参考附图来描述本发明的实施方式。在以下实施方式中，将在成像装置中所用的光圈机构(可变光阑)用作实例来描述根据本发明的实施方式的光学元件。请注意，本发明的实施方式并不限于以下所描述的实例。

第一实施方式

[成像装置的结构]

图1示出了应用本实施方式的光圈机构(本文以下称为“液体可变光阑”)的成像装置的示意性结构的实例。图1示出了包括变焦机构(缩放机构，zoom mechanism)的成像装置的实例。图1主要示出了该成像装置的光学系统的结构，并且省略了被配置为处理所获取的图像的部分和被配置为执行光学系统的控制处理的部分。本发明的实施方式还可以应用到不包括变焦机构的成像装置。

成像装置20的光学系统包括第一透镜单元1、第二透镜单元2、液体可变光阑10、第三透镜单元3、第四透镜单元4、滤光器5和成像元件6。该第一透镜单元1、第二透镜单元2、液体可变光阑10、第三透镜单元3、第四透镜单元4、滤光器(滤镜，filter)5和成像元件6以该次序从光束30的入射侧进行配置。

在用于聚焦入射光的第一透镜单元1到第四透镜单元4中，第一透镜单元1和第三透镜单元3安装为被固定在透镜镜筒(未图示)中。第二透镜单元2是用于变焦的透镜单元且安装至透镜镜筒以沿光学轴7的方向移动。第四透镜单元4是用于聚焦的透镜单元且被安装为沿光学轴7的方向移动。第二透镜单元2(用于变焦)和第四透镜单元4(用于聚焦)沿光学轴7的方向的移动由成像装置20中的控制单元(未图示)来控制。

液体可变光阑10(光学元件)通过利用电湿润现象来调整液体可变光阑10在光入射侧处的开口直径(光圈直径)，由此调整通过液体可变光阑10的光束30的量。液体可变光阑10在光入射侧液体的开口直径(光圈直径)通过改变施加到液体可变光阑10的电压值来调整，且这种调整由成像装置20中的控制单元(未图示)来控制。以下将详细描述液体可变光阑10的具体结构和操作。

滤光器5由红外截止滤光器、低通滤光器等构成。成像元件6由例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)构成。

在该实施方式的成像装置20中，如图1中所示，从第一透镜单元1侧入射的光束30通过上述各种光学元件聚焦在成像元件6的成像表面6a上。成像元件6中所获取的图像数据通过成像装置20中的图像处理单元(未图示)而进行预定处理。

[液体可变光阑的结构]

图2A和图2B示出了该实施方式的液体可变光阑10的示意结构。图2A是在没有施加电压时(下文中，这种状态也称为“静态”)的液体可变光阑10的示意性截面图，而图2B是此时从光入射侧观看的液体可变光阑10的顶视图。

液体可变光阑10包括第一基板部11、第二基板部21和连接第一基板部11和第二基板部21的侧壁部31。第一液体41和第二液体42被密闭地密封在由第一基板部11、第二基板部21和侧壁部31构成的容纳室40(容纳部)中。

作为第一液体41，使用具有绝缘性能或非极性且具有光学透明性的液体。可以使用具有这样的性能的任何液体作为第一液体41。例如，使用硅油作为第一液体41。存在各种类型的具有不同比重和折射率的可商购的硅油。因此，当使用硅油作为第一液体41时，在各种可商购的硅油中，选择与以下所描述的第二液体42具有基本相同的比重和折射率的硅油并将其用作第一液体41。

另一方面，作为第二液体42，使用与第一液体41不互溶、具有与第一液体41基本上相同的比重和折射率且具有极性或导电性的液体。可以使用具有这样性能的任何液体作为第二液体42。例如，当使用硅油作为第一液体41时，可以使用水(比重：1，折射率：1.333)作为第二液体42。在这种情况下，还可以使用水和乙醇的混合液体，水、乙醇和乙二醇的混合液体，通过向水和乙醇的混合液体添加食盐而制备的混合液体等来替代水。在该实施方式中，为了使第二液体42的光学透明性比第一液体41的低(为了降低第二液体42的光学透明性)，通过混合炭黑等来使第二液体42(例如，水)着色。可以使用除炭黑以外的染料作为着色剂。

此外，为了使第二液体42的比重和折射率更接近第一液体41，例如，通过混合乙醇、乙二醇、食盐等和水而制备的液体用作第二液体42，且第二液体42的比重和折射率可以通过调整这些物质的混合比例来控制。通过将第二液体42的折射率调整为基本上与第一液体41的折射率相同，可以防止或充分减少在第一液体41和第二液体42之间的界面上的光折射(透镜效应)，从而更可靠地执行液体可变光阑10的光圈操作。此外，通过将第二液体42的比重调整为基本上与第一液体41的比重相同，当整个装置发生振动或倾斜时可以抑制第一液体41和第二液体42之间的界面形状的改变。应注意，第二液体42的比重和折射率的值与第一液体41的这些值接近到以下程度就足够了，即装置的光学性能、抗振性能等在该装置允许的容限范围内。

第一基板部11包括第一基板12、设置在第一基板12上的第一电极13、设置在第一电极13上的绝缘膜14以及设置在绝缘膜14上的第一防水膜15。

第一基板12是由诸如透明玻璃的透光材料构成且具有例如约0.2mm至0.3mm厚度的方形板状部件。可选地，透明合成树脂材料可以用作第一基板12的材料。第一电极13是由氧化铟锡(ITO)等构成的透明电极。第一电极13连接到成像装置20的电源8的一个端子。绝缘膜14是由聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯等构成的介电膜。

第一防水膜15(第一膜)是与第一液体41(非极性液体)的亲和性高于与第二液体42(极性液体)的亲和性的薄膜(疏水或亲脂薄膜)。即，第一液体41在第一防水膜15上的可湿润性比第二液体42在第一防水膜15上的可湿润性大。在该实施方式中，碳氟树脂等用作第一防水膜15的材料。具有亲脂性和光学透明性的任何薄膜都可以用作第一防水膜15。

第二基板部21包括第二基板22、设置在第二基板22上的第二电极23、设置在第二电极23上的亲水膜24和设置在亲水膜24的中心的第二防水膜25。

如同在第一基板12中，第二基板22是由诸如透明玻璃的透光材料构成且具有例如约0.2mm至0.3mm厚度的方形板状部件。如同在第一电极13中，第二电极23是由ITO等构成的透明电极。第二电极23连接到成像装置20的电源8的另一个端子。

亲水膜24(第二膜)是与第二液体42(极性液体)的亲和性高于与第一液体(非极性液体)的亲和性的薄膜。即，第二液体42在亲水膜24上的可湿润性比在第一液体41亲水膜24上的可湿润性大。在该实施方式中，聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂等用作亲水膜24的材料。具有亲水性和光学透明性的任何薄膜都可以用作亲水膜24。

如同在第一防水膜15中，第二防水膜25(第三膜)是与第一液体41(非极性液体)的亲和性高于与第二液体42(极性液体)的亲和性的薄膜(亲脂薄膜)。在该实施方式中，使用与第一防水膜15相同的材料作为第二防水膜25的材料。应注意，构成第二防水膜25的材料可以与构成第一防水膜15的材料相同或不同。

第二防水膜25在容纳室40侧的表面是圆形形状(参见图2B)。本发明的实施方式并不限于此，且第二防水膜25的表面可以具有不同于圆形形状的形状。然而，如以下所描述的，在这个实施方式中，透过光的开口50在第二防水膜25的中心扩张。在这种情况下，考虑到分辨率，开口50的平面形状优选为圆形形状。因此，为了将开口50的平面形状保持为圆形形状，第二防水膜25的表面优选为圆形形状。

在此实施方式中，如图2A中所示，由于在亲水膜24的中心设置与第一液体41的亲和性高于与第二液体42的亲和性的第二防水膜25，所以即使在静态下，第一液体41的一部分也接触第二防水膜25。因此，如图2B中所示，即使在静态下，在光入射侧也形成开口50。因此，为了增加开口50的直径的变化范围，在静态下的开口50的直径优选尽可能小。即，第二防水膜25的直径优选尽可能小。

此外，优选地，第二防水膜25的厚度基本上与亲水膜24的厚度相同。更具体地，优选第二防水膜25在容纳室40侧的表面与亲水膜24在容纳室40侧的表面齐平。其原因如下。如果第二防水膜25的厚度与亲水膜24的厚度不同，且在容纳室40侧的表面上产生水平差异，那么光学性能由包括该水平差异的部分改变，因此难以获得理想的光学性能。此外，从液体可变光阑10的光学性能的角度看，优选选择亲水膜24和第二防水膜25的材料以使得亲水膜24的折射率尽可能接近第二防水膜25的折射率。应注意，亲水膜24的厚度和折射率的值与第二防水膜25的这些值接近到以下程度就足够了，即装置的光学性能在该装置允许的容限范围内。

侧壁部31包括圆筒形侧壁部件32和设置在侧壁部件32的内壁表面上的亲水膜33。

侧壁部件32是由绝缘材料(如玻璃)构成的圆筒形部件。在该实施方式中，侧壁部件32具有约9mm的内径、约11mm的外径和约1mm的高度。侧壁部件32包括用于将第一液体41和第二液体42注入液体可变光阑10中的入口32a。入口32a利用粘合部件34从侧壁部件32的外部密封。

亲水膜33(第四膜)是与第二液体42(极性液体)的亲和性高于与第一液体(非极性液体)的亲和性的薄膜。在该实施方式中，如同在第二基板部21的亲水膜24中，聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂等用作亲水膜33的材料。具有亲水性和光学透明性的任何薄膜都可以用作亲水膜33。

使用交流电源作为第一电极13和第二电极23连接到其的成像装置20的电源8(电源单元)。也可以使用直流电源作为电源8。然而，在这样的情况下，当将电源从电压施加状态设置为断开状态时，在绝缘膜14上留下一些电荷。因此，使第一液体41返回到原始的静态的操作速度变得比使用交流电源的情况更慢。因此，更优选使用交流电源作为电源8。

[偏心抑制的原理]

将对该实施方式的液体可变光阑10中的开口50的偏心抑制的原理进行描述。在该实施方式的液体可变光阑10中，在第一电极13和第二电极23之间没有施加电压的情况(静态)下，在第一液体41和第二液体42之间的界面处于图2A中所示的状态。

更具体地，在容纳室40在第一基板部11侧的整个表面上设置第一防水膜15，因此在第一防水膜15上具有较高可湿润性的第一液体41遍布在第一防水膜15上且接触第一防水膜15。另外，在容纳室40在第二基板部21侧的整个表面上设置第二防水膜25。因此，第一液体41在第二基板部21侧的一部分表面接触第二防水膜25。具体地，在该实施方式中，在容纳室40中，第一液体41被固定到在第一基板部11侧的第一防水膜15和在第二基板部21侧的第二防水膜25。

另一方面，第二液体42被设置为接触设置在容纳室40的第二基板部21侧的亲水膜24和设置在其侧壁部31上的亲水膜33且围绕第一液体41。

在第一液体41和第二液体42之间的界面具有球形形状。该形状由第一液体41和第二液体42的表面张力与第一防水膜15上的界面张力的平衡决定。如图2A中所示，第一液体41在第一防水膜15上扩散而接近于侧壁部31。然而，由于在容纳室40的侧壁部31侧设置了亲水膜33，所以第一液体41不接触侧壁部31。

如上所述，第一液体41的一部分被固定到设置在第二基板部21侧的第二防水膜25。由于在亲水膜24中心设置第二防水膜25，所以第二防水膜25的中心位于基本上与光学轴相同的位置上。因此，第一液体41和第二防水膜25间的接触区域的中心位置，即，形成在液体可变光阑10的光入射侧(第二基板部21侧)的开口50的中心位置基本上设置在光学轴上，从而抑制偏心。

如上所述，在该实施方式中，通过不仅利用第一防水膜15和第一液体41之间的亲和性而且利用第二防水膜25和第一液体41之间的亲和性，抑制了第一液体41的偏心，即开口50的偏心。更具体地，在该实施方式中可以执行偏心抑制的三维控制。

图3A是处于静态的液体可变光阑10的示意性截面图，而图3B是从光入射侧观看处于静态的液体可变光阑10的顶视图。在图3A中，该实施方式的液体可变光阑10的偏心抑制的三维控制的概念通过黑点表示。

为了比较，图4A和图4B示出了不包括第二防水膜25的液体可变光阑90中的偏心抑制的概念(比较例)。图4A是处于静态的比较例的液体可变光阑90的示意性截面图，而图4B是从光入射侧观看处于静态的比较例的液体可变光阑90的顶视图。在比较例中，通过仅利用第一防水膜15和第一液体41之间的亲和性来抑制偏心，因此执行了偏心抑制的二维控制(参见图4A中的黑点)。因此，在比较例的液体可变光阑90中，偏心抑制的效果比本实施方式的效果弱。

如上所述，在本实施方式中，在液体可变光阑10的光入射侧的亲水膜24的中心设置与第一液体41的亲和性高于与第二液体42的亲和性的第二防水膜25。因此，可以三维地控制偏心抑制从而增加偏心抑制的效果。

此外，在该实施方式中，由于在亲水膜24的中心设置与第一液体41的亲和性高于与第二液体42的亲和性的第二防水膜25，所以第二液体42受到第二防水膜25排斥。因此，在开口50中消除了黑色残余物(污点)，从而增加透光率。

此外，在该实施方式中，偏心通过其中在亲水膜24中心设置第二防水膜25的简单结构而抑制。另外，该实施方式的液体可变光阑10中的电极是平坦的，这与文献′792中所披露的光学元件(参见图18)的凹形电极不同。因此，本实施方式的液体可变光阑10与文献′792中所披露的相比具有简单的结构，因此可以减小液体可变光阑10的厚度。

[液体可变光阑的制造方法]

接下来，现在将参考图5来描述该实施方式的液体可变光阑10的制造方法。图5是示出了制造液体可变光阑10的程序的流程图。

首先，制备由诸如透明玻璃的透光材料构成的第一基板12。接着，通过气相沉积方法等在第一基板12的表面上形成由透光导电材料(例如，ITO)构成的第一电极13，以具有约30nm的膜厚度(步骤S1)。接着，例如用粘合剂将由聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯等构成且具有例如在约1μm至5μm的范围中的厚度的介电膜结合到第一电极13上，从而形成绝缘膜14(步骤S2)。

接着，通过旋涂方法等将碳氟树脂等涂覆到绝缘膜14上，且在例如150℃下烘烤以形成具有在约10nm至30nm的范围中的厚度的第一防水膜15(步骤S3)。通过上述步骤S1至S3制备了第一基板部11。

另外，与步骤S1至S3并行地如下制备第二基板部21和侧壁部31。首先，制备由诸如透明玻璃的透光材料构成的第二基板22。接着，通过气相沉积方法等在第二基板22的表面上形成由透光导电材料(例如，ITO)构成的第二电极23，以具有约30nm的膜厚度(步骤S4)。

接着，利用例如可紫外线固化的粘合剂将侧壁部件31结合到第二电极23上(步骤S5)。接着，通过旋涂方法等将聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂等分别涂覆到第二电极23以及侧壁部件32的内壁上，从而形成亲水膜24和亲水膜33，其各自具有在约300nm至600nm的范围中的厚度(步骤S6)。

接着，在亲水膜24中心形成第二防水膜25(步骤S7)。在该步骤中，将第二防水膜25的厚度控制为基本上与亲水膜24的厚度相同。第二防水膜25可以通过以下方法来形成。首先，在第二电极23的整个表面上形成亲水膜24。接着，掩盖亲水膜24上除了将要形成第二防水膜25的部分之外的区域。接着，通过蚀刻方法等去除亲水膜24中将要形成第二防水膜25的部分。随后，将碳氟树脂等涂覆到已经去除了亲水膜24的部分上，从而形成第二防水膜25。可选地，可以利用以下方法。首先，掩盖第二电极23中将要形成第二防水膜25的部分，并且通过旋涂方法等在其上涂覆聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂等以形成亲水膜24。接着，掩盖亲水膜24，随后在其上涂覆碳氟树脂等以形成第二防水膜25。

通过上述步骤S4至S7制备了第二基板部21和侧壁部31，以及通过将第二基板部21连接到侧壁部31而制造的部件。

接着，利用例如可紫外线固化的粘合剂，将如上所述制备的第一基板部11和通过将第二基板部21连接到侧壁部31而制造的部件彼此结合(步骤S8)。在该步骤中，将第一基板部11结合到该部件以使得第一防水膜15面对亲水膜24(和第二防水膜25)。在该步骤中，在液体可变光阑10中形成用于密封第一液体41和第二液体42的容纳室40。

接着，通过气相沉积方法等在液体可变光阑10的所需表面(光入射侧或光出射侧的表面)上形成抗反射膜(未图示)(步骤S9)。例如，可以将低折射率层和高折射率层交替堆叠的多层抗反射膜用作抗反射膜。例如，抗反射膜由LaTiO₃/SiO₂膜等形成，且其厚度为(例如)约400nm。

接着，利用注射器等，从穿过侧壁部件32设置的入口32a将第一液体41和第二液体42注入容纳室40中(步骤S10)。在该步骤中，首先，将预定量的第二液体42注入容纳室40中，随后在容纳室40的剩余空间中填充第一液体41。在该步骤中，填充第一液体41和第二液体42以使得没有空气残留在容纳室40中。根据第二液体42在亲水膜24和33上的可湿润性程度、第一液体41在第一防水膜15和第二防水膜25上的可湿润性程度、第二防水膜25的直径等来适当地调整所注入的第一液体41的量与所注入的第二液体42的量的比例。

接着，将第一电极13和第二电极23连接到电源8(步骤S11)。最后，例如，将可紫外线固化的粘合剂(粘合剂部件34)涂覆到侧壁部件32上，随后用紫外线照射来固化该粘合剂以密封侧壁部件32的入口32a(步骤S12)。因此，密闭地密封容纳室40而将第一液体41和第二液体42密封在其中。如上所述，以该实施方式制得了液体可变光阑10。

[液体可变光阑的操作]

在描述向液体可变光阑10施加电压时该实施方式的液体可变光阑10的操作之前，将简要描述电湿润现象(电毛细现象)。

图6A和图6B是示出了电湿润现象的原理的示图。图6A是示出了当没有向极性液体80施加电压时该极性液体80的状态示图，而图6B是示出了当向极性液体80施加电压时该极性液体80的状态示图。

在图6A和图6B所示的实例中，部件包括基板81、设置在基板81上的电极82、设置在电极82上的绝缘膜83和设置在绝缘膜83上的防水膜84(疏水膜)。假定极性液体80(例如，水)滴落在防水膜84上。极性液体80通过开关86连接到电源85的一个端子，而电源85的另一个端子连接到电极82。在该实例中，如图6A中所示，在极性液体80中存在正离子分子80a和负离子分子80b。

当没有向极性液体80施加电压时(当开关86处于断开状态时)，极性液体80的表面由于表面张力而变成球形(图6A所示的状态)。在这种情况下，由防水膜84的表面和极性液体80的液体表面与防水膜84接触的部分所形成的角(即，接触角)由θ₀表示。

当闭合开关86并向极性液体80施加电压时，在绝缘膜83的一个表面上产生正电荷83a并在其另一个表面上产生负电荷83b。在图6A和图6B所示的实例中，在绝缘膜83的极性液体80侧产生正电荷83a，而在绝缘膜83的电极82侧产生负电荷83b。在这种情况下，静电力作用于极性液体80的负离子分子80b上，并且负离子分子80b被吸引到绝缘膜83上的防水膜84。因此，与其中不施加电压的情况(图6A所示的状态)相比，极性液体80以展开方式(图6B所示的状态)粘附到防水膜84。此时极性液体80的接触角θ变得比未施加电压时的接触角θ₀小。具体地，通过施加电压增加了极性液体80在防水膜84上的可湿润性(即，极性液体80和防水膜84之间的亲和性)。这种现象称为电湿润现象。

在该实施方式中，通过利用上述电湿润现象来改变密封在液体可变光阑10中的第一液体41和第二液体42之间的界面形状，以执行液体可变光阑10的光圈操作。

图7A和图7B示出了当在第一电极13和第二电极23之间施加电压V₁时液体可变光阑10的操作状态。图7A是当施加电压V₁时液体可变光阑10的截面图，而图7B是此时从光入射侧观看的液体可变光阑10的顶视图。当在第一电极13和第二电极23之间施加电压V₁时，第一液体41通过电湿润现象被进一步挤压到在第二基板部21侧的膜上。因此，第一液体41和在第二基板部21侧的膜之间的接触区域(即，液体可变光阑10的光入射侧上所形成的圆形开口50的直径)增大。例如，在图7A和图7B所示的实例中，当施加电压V₁时，开口50的直径变成T₁，这比处于静态(参见图2B)时的开口50的直径大。

参考图8，将描述当在第一电极13和第二电极23之间施加电压时在第一液体41和第二基板部21侧的膜之间的接触区域增大的原理。图8是示出了当向液体可变光阑10施加电压时的操作原理的示图。在图8中，将描述在绝缘膜14的液体侧产生正电荷14a且在绝缘膜14的第一电极13侧产生负电荷14b的实例。

当在第一电极13和第二电极23之间施加电压时，在绝缘膜14的液体侧产生正电荷14a。在这种情况下，静电力作用在第二液体(其为极性液体)中的负离子分子42b上，且该负离子分子42b被吸引到第一防水膜15侧(如图8中的白色箭头所示)。在这种情况下，通过电湿润现象使第二液体42在第一防水膜15上铺展。因此，推力(由图8中的黑色箭头所示)从第二液体42作用到第一液体41，并且该推力存在于第一液体41周围。因此，亲水膜24侧的第一液体41的表面形状被改变，从而被朝向亲水膜24侧推动(如图8中的阴影箭头所示)。因此，第一液体41在亲水膜24侧的表面的一部分被挤压到亲水膜24侧的膜上。因此，第一液体41和第二基板部21侧的膜之间的接触区域增大，从而增加了形成在液体可变光阑10的光入射侧(亲水膜24侧)上的开口50的直径。

此外，当增加在第一电极13和第二电极23之间施加的电压时，使得第二液体42通过电湿润现象进一步铺展在第一防水膜15上。因此，从第二液体42作用到第一液体41的推力(由图8中的黑色箭头所示)进一步增加，且第一液体41在亲水膜24侧的表面形状被改变，从而被进一步推向亲水膜24侧。具体地，在第一防水膜15和第一液体41与第二液体42的界面之间形成的倾斜的角度进一步增大。在这种情况下，在第一液体41和亲水膜24侧的膜之间的接触区域进一步增大，从而进一步增加了开口50的直径。图9A和图9B示出了这种状态。

图9A是当在第一电极13和第二电极23之间施加电压V₂(＞V₁)时液体可变光阑10的截面图，而图9B是此时从光入射侧观看的液体可变光阑10的顶视图。当在第一电极13和第二电极23之间施加的电压从V₁增加到V₂时，在液体可变光阑10的光入射侧形成的开口50的直径也从T₁增加到T₂。

如上所述，在该实施方式的液体可变光阑10中，在静态下第一液体41的一部分固定到设置在亲水膜24中心的第二防水膜25。因此，在施加电压期间形成的开口50在第二防水膜25的中心扩展。即，即使在施加电压期间，也不会发生在光入射侧形成的开口50的中心与光学轴的偏移(偏心)。因此，根据该实施方式，即使在施加电压期间也抑制了偏心，从而抑制了分辨率的降低。

第二实施方式

在第二实施方式中，将描述在第一实施方式的液体可变光阑10的结构中改变第一电极的结构的实例。

[成像装置的结构]

图10A和图10B是本实施方式的液体可变光阑的示意图。图10A是当没有施加电压时液体可变光阑60的截面图。图10B是此时从光束30入射侧观看的液体可变光阑60的顶视图。在图10A和图10B所示的液体可变光阑60中，对与第一实施方式的液体可变光阑10(图2A和图2B中所示)相同的元件分配相同参考数字。

液体可变光阑60包括第一基板部61、第二基板部21和连接第一基板部61和第二基板部21的侧壁部31。第一液体41和第二液体41被密闭地密封在由第一基板部61、第二基板部21和侧壁部31构成的容纳室40中。

该实施方式的液体可变光阑60的结构与第一实施方式的液体可变光阑10的结构相同，只是改变了第一基板部61的第一电极63的结构。因此，在此省略除第一电极63之外的结构的描述。

图11示出了该实施方式中所使用的第一电极63的示意结构。在第一电极63的电极部63a的中心设置电极开口63b。第一电极63的电极部63a由与第一实施方式的第一电极13相同的材料构成，且具有与其第一电极13相同的厚度。在电极开口63b处暴露其上设置了第一电极63的第一基板12。

电极开口63b是星形开口。本实施方式中的电极开口63b包括设置在第一电极63中心的圆形部分63c和四个突出部分63d。突出部分63d以90度间隔分开设置在圆形部分63c的圆周周围，且各自以倒转V字符形状从该圆周向外部突出。

电极开口63b可以如下形成(图案化)。首先，如第一实施方式中那样，在第一基板12的整个表面上形成第一电极63(图5中的步骤S1)。接着，通过湿式蚀刻方法等去除第一电极63与电极开口63b相对应的部分以形成电极开口63b。可选地，掩盖第一基板12与电极开口63b相对应的部分，随后在第一基板12上形成第一电极63。除了如上所述形成电极开口63b之外，可以如第一实施方式中那样来制备该实施方式的液体可变光阑60。

[偏心抑制的原理]

图12是示出了当在第一电极63中心形成星形电极开口63b时抑制该开口的偏心的原理示图。如图12所示，当第一液体41(绝缘透明液体)的位置从第一电极63上的第一电极63中心偏移(偏心)时，其中第一液体41与电极位置63a重叠的区域变得不均匀(即，丧失区域的对称性)。

当向处于这样的状态的液体可变光阑60施加电压时，由于电湿润现象所导致的从第二液体42作用到第一液体41的推力的平衡被破坏。在这种情况下，用于平衡该推力的力、即用于使第一液体41返回到第一电极63的中心的恢复力(由图12中的白色箭头所示)作用于第一液体41。因此，在该实施方式中，在施加电压期间恢复力起作用，使得第一液体41位于第一电极63的中心，因此可以抑制开口的偏心。因此，在该实施方式中，可以进一步增加第一电极63上(第一防水膜15上)的抑制偏心的效果。

[第一电极的其他实例]

第一电极63的电极开口63b的形状并不限于图11中所示的星形。对于该电极开口的星形，从中心向外部突出的多个突起以彼此基本上相同的距离(基本上相同间隔)沿围绕第一电极中心的方向配置。图13至图17示出了除图11所示形状之外的具有星形的电极开口的实例。

在图13所示的实例中，电极开口70b包括设置在第一电极70中心的圆形部分70c和六个突出部分70d。突出部分70d以60度间隔分开设置在圆形部分70c的圆周周围，且各自以倒转V字符形状从圆周向外部突出。

在图14所示的实例中，电极开口71b包括设置在第一电极71中心的圆形部分71c和八个突出部分71d。突出部分71d以45度间隔分开设置在圆形部分71c的圆周周围，且各自以倒转V字符形状从圆周向外部突出。

在图15所示的实例中，电极开口72b包括设置在第一电极72中心的圆形部分72c和六个突出部分72d。突出部分72d以60度间隔分开设置在圆形部分72c的圆周周围，且各自以倒转V字符形状从圆周向外部突出。在图15所示的该实例中，突出部分72d中的每一个的前端具有与圆形部分72c同心的圆弧形状。

在图16所示的实例中，电极开口73b包括设置在第一电极73中心的圆形部分73c和三个突出部分73d。突出部分73d以120度间隔分开设置在圆形部分73c的圆周周围，且各自以倒转V字符形状从圆周向外部突出。

在图17所示的实例中，电极开口74b包括设置在第一电极74中心的圆形部分74c和均具有均匀宽度的六个矩形突出部分74d。突出部分74d以60度间隔分开设置在圆形部分74c的圆周周围，且各自从圆周向外部突出。

第一电极的电极开口可以具有任何形状，只要在第一液体41位于第一电极中心时，其中第一液体41与电极部重叠的区域相对于第一电极的中心对称。

变形例

在上述实施方式中，已经描述了其中由透明电极膜构成的第二电极23设置在第二基板22上的实例，但是本发明并不限于此。例如，如在文献′792中，可以利用棒状电极作为第二电极。在这样的情况下，棒状电极从侧壁部插入，且棒状电极的一个端部直接接触第二液体42。在这样的情况下，亲水膜24和第二防水膜25直接形成在第二基板22上。

在上述实施方式中，已经描述了其中本发明应用于液体可变光阑的实例，但是本发明并不限于此。本发明还可以应用于诸如快门或镜头的光学元件。然而，当本发明应用于镜头时，第一液体41和第二液体42都由透明液体构成，且利用具有彼此不同的折射率的液体作为第一液体41和第二液体42。

本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种变形、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同替换的范围内。

Claims (8)

1.一种光学元件，包括：

第一液体；

第二液体，其与所述第一液体不互溶且具有极性或导电性；

第一基板部，包括：

第一基板，具有光学透明性，

第一电极，设置在所述第一基板的表面上且具有光学透明性，

绝缘膜，设置在所述第一电极上且具有光学透明性，和

第一膜，设置在所述绝缘膜上，且与所述第一液体的亲和性高于与所述第二液体的亲和性，并具有光学透明性；

第二基板部，包括：

第二基板，具有光学透明性，

第二膜，设置在所述第二基板的表面上，且与所述第二液体的亲和性比高于与所述第一液体的亲和性，并具有光学透明性，和

第三膜，设置在所述第二膜的中心，且与所述第一液体的亲和性高于与所述第二液体的亲和性，并具有光学透明性；

侧壁部，连接所述第一基板部和所述第二基板部以使得所述第一膜和所述第二膜彼此面对；

第二电极，设置在所述第二基板部和所述侧壁部中的一个上；以及

容纳部，由所述第一基板部、所述第二基板部和所述侧壁部构成且将所述第一液体和所述第二液体密封在其中。

2.根据权利要求1所述的光学元件，

其中，所述第一液体的透光率高于所述第二液体的透光率，以及

所述第一液体的折射率与所述第二液体的折射率相同。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述第三膜在所述容纳部侧的表面是圆形形状。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述第二膜的厚度与所述第三膜的厚度相同。

5.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述第一电极的中心设置有星形开口。

6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述第二电极具有光学透明性且设置在所述第二基板和所述第二膜之间。

7.根据权利要求1所述的光学元件，还包括：

第四膜，其设置在所述侧壁部的一个表面上，该表面与所述容纳部相邻且与所述第二液体的亲和性高于与所述第一液体的亲和性。

8.一种成像装置，包括：

光学元件，包括

第一液体；

第二液体，其与所述第一液体不互溶且具有极性或导电性；

第一基板部，包括：

第一基板，具有光学透明性，

第一电极，设置在所述第一基板的表面上且具有光学透明性，

绝缘膜，设置在所述第一电极上且具有光学透明性，和

第一膜，设置在所述绝缘膜上，且与所述第一液体的亲和性高于与所述第二液体的亲和性，并具有光学透明性；

第二基板部，包括：

第二基板，具有光学透明性，

第二膜，设置在所述第二基板的表面上，且与所述第二液体的亲和性高于与所述第一液体的亲和性，并具有光学透明性，和

第三膜，设置在所述第二膜的中心，且与所述第一液体的亲和性高于与所述第二液体的亲和性，并具有光学透明性；

侧壁部，连接所述第一基板部和所述第二基板部以使得所述第一膜和所述第二膜彼此面对；

第二电极，设置在所述第二基板部和所述侧壁部中的一个上；以及

容纳部，由所述第一基板部、所述第二基板部和所述侧壁部构成且将所述第一液体和所述第二液体密封在其中；

电源单元，被配置为在所述光学元件的所述第一电极和所述第二电极之间施加电压；

透镜单元，被配置为聚焦入射光；以及

成像元件，所述光通过所述光学元件和所述透镜单元聚焦在其上。

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