JP2001013306A

JP2001013306A - 可変焦点レンズ装置

Info

Publication number: JP2001013306A
Application number: JP11181747A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kitayama; 宏之北山; Tomonari Horikiri; 智成堀切
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】液体レンズに作用する外力の変化に対するレ
ンズ表面形状の変化を抑制してレンズ表面形状を安定に
維持できる可変焦点レンズ装置の提供。【解決手段】ゲル化剤を含む導電性液体１３と絶縁性
液体小滴１１とがセル１９内に収容され、セルの内面に
は小滴１１と接触する円形状の小滴接触領域１５が形成
される。小滴接触領域１５は、絶縁層１２上に小滴１１
に対する親和力が絶縁層より低い表面層１４を形成し、
その一部に形成した開口１４Ｅを介して絶縁層１４の一
部を露出させて得られる露出絶縁層部分から形成されて
いる。絶縁層１２の導電性液体１３及び小滴１１とは反
対の側に配置された電極１６と導電性液体１３に接触す
る電極１７との間の電圧印加手段Ｖによる印加電圧を変
化させることで、導電性液体１３と小滴１１との界面の
形状を変化させる。この界面に対する入出射光の通過経
路の部分ではセル１９は透光性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の技術分
野に属するものであり、特に電圧印加により液体レンズ
の表面形状を変化させて焦点位置を変化させる可変焦点
レンズ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】Ｂ．Ｂ
ｅｒｇｅらの文献“Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｐｉｌｌａｒｉ
ｔｙａｎｄｗｅｔｔｉｎｇｏｆｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒｆｉｌｍｓｂｙｗａｔｅｒ，Ｃ．Ｒ．Ａｃａ
ｄ．Ｓｃｉ．Ｐａｒｉｓ，ｔ．１３７ｐ．１５７（１
９９３）”には、平板電極の上に配置された誘電体フィ
ルム上に置かれた導電性液体小滴を含むデバイスが示さ
れている。この文献によれば、導電性液体小滴と電極と
の間に電圧を印加すると、誘電体フィルム上での導電性
液体小滴の接触角が変化することが記述されており、こ
の現象はｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇと呼ばれてい
る。しかし、光学素子として有用な十分な接触角変化量
を実現するためには、６００Ｖ程度の高電圧印加が必要
であることが示されている。

【０００３】Ｖａｌｌｅｔ，Ｂｅｒｇｅ，Ｖｏｖｅｌｌ
ｅらの文献“Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇｏｆｗ
ａｔｅｒａｎｄａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ
ｓｏｎｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔ
ｈａｌａｔｅ），Ｐｏｌｙｍｅｒ，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ
１２ｐ．２４６５（１９９６）”には、導電性液体小
滴に印加する電圧が高すぎると、該小滴の表面が不安定
になり、小滴が一つの形状を保てなくなってしまうこと
が示されている。

【０００４】このように、これらの技術では可変焦点レ
ンズの十分に安定的な形成を行うことができず、さら
に、これら従来技術を用いたシステムでは透明電極と導
電性液体小滴との接合電極が必要であるため、製造技術
上の困難があり、製造効率が低い。

【０００５】一方、フランス国出願されたＮｏ．９７
１２７８１，ＩＮＰＩＧｒｅｎｏｂｌｅ，Ｏｃｔ．
８，１９９７は、ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ現象を
用いて、電界制御（電圧制御）によって焦点を連続的に
変化させることのできる可変焦点レンズ装置に関する技
術に関するものである。

【０００６】しかしながら、以上の従来技術によって
は、レンズ液滴に対し作用する外力が変化するとレンズ
液滴の表面の形状が容易に変化し、レンズ液滴の表面形
状を安定に維持することが困難である。たとえば、従来
技術の可変焦点レンズ装置を水平（レンズ光軸は垂直）
の姿勢から少し傾けると、レンズ液滴を構成する液体は
容易に斜め下側に移動するのでレンズ液滴の表面形状が
変化する。また、従来技術の可変焦点レンズ装置に急激
な反復振動を加えたり、レンズ装置全体を光軸のまわり
に急激に回転させたりすると、レンズ液滴を構成する液
体の一部が不可逆的に分離して、元のレンズ形状を保て
なくなることもある。従って、所要の光学特性を安定に
実現することができない。

【０００７】そこで、本発明の目的は、液体レンズを用
いた可変焦点レンズ装置において液体レンズに作用する
外力の変化に対するレンズ表面形状の変化を抑制して該
レンズ表面形状を安定に維持することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するものとして、互いに混合することなく且つ
互いに屈折率の異なる第１の液体と第２の液体とにより
形成される界面の形状を変化させることで焦点位置を変
化させる可変焦点レンズ装置であって、前記第１の液体
及び前記第２の液体はセル内に収容されており、前記第
２の液体は小滴を形成しており、前記第１の液体はゲル
化剤を含む導電性液体であり、前記第２の液体は絶縁性
液体であり、前記セルの内面には前記小滴と接触する小
滴接触領域が形成されており、前記第１の液体及び前記
第２の液体とは少なくとも絶縁層を介して反対側に配置
された電極と前記第１の液体との間に電圧を印加する電
圧印加手段を有しており、該電圧印加手段による印加電
圧を変化させることで前記界面の形状を変化させるよう
にされており、前記セルの少なくとも前記界面に対する
入出射光の通過経路の部分は透光性を有していることを
特徴とする可変焦点レンズ装置、が提供される。

【０００９】本発明の一態様においては、前記小滴接触
領域は前記第２の液体に対する親和力が周囲より高い表
面領域である。本発明の一態様においては、前記小滴接
触領域は円形状をなす。

【００１０】本発明の一態様においては、前記小滴接触
領域は、前記絶縁層上に前記第２の液体に対する親和力
が前記絶縁層より低い表面層を形成し、該表面層の一部
に表面層開口を形成して、該表面層開口を介して前記絶
縁層の一部を露出させることで得られる露出絶縁層部分
から形成されている。

【００１１】本発明の一態様においては、前記小滴接触
領域は、前記絶縁層上に表面層を形成し、該表面層の一
部領域を他部領域より前記第２の液体に対する親和力が
低くなるようにすることで得られる前記一部領域から形
成されている。

【００１２】本発明の一態様においては、前記ゲル化剤
が高分子物質または超構造物質からなる。本発明の一態
様においては、前記第１の液体は親水性液体であり、前
記第２の液体は疎水性液体である。本発明の一態様にお
いては、前記絶縁層の厚さは１μｍ以下である。

【００１３】本発明の一態様においては、前記セルは互
いに平行に配置された下側部材と上側部材とを有してお
り、前記絶縁層は前記下側部材の上面上に形成されてい
る。本発明の一態様においては、前記電極は前記小滴接
触領域に対応する位置に電極開口を有する。本発明の一
態様においては、前記電極開口は前記小滴接触領域より
小さい。

【００１４】本発明の一態様においては、前記セルは円
筒状側面部材と底面部材とを有しており、前記絶縁層は
前記側面部材の内面上に形成されており、前記表面層は
前記側面部材の下側部分において前記絶縁層を露出させ
るように前記側面部材の上側部分に形成されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の可変焦点レンズ装置の具体的な実施の形態を説明す
る。

【００１６】図１は、本発明による可変焦点レンズ装置
の第１の実施形態の構成を示す模式的断面図である。

【００１７】図１において、セル部材としての透光性平
板状下側部材１８と透光性平板状上側部材１８’とが互
いに平行になるように配置されて、セル１９が構成され
ている。セル１９内には、第１の液体としての導電性液
体１３と第２の液体としての絶縁性液体からなる小滴１
１とが収容されている。下側部材１８の上面（セル内側
の面）上には絶縁層１２が形成されており、小滴１１は
絶縁層１２と接している。絶縁層１２上には導電性液体
１３に対する親和性（親和力）が絶縁性液体に対する親
和性より大なる表面層１４が形成されている。該表面層
１４は、絶縁性液体に対する親和力が絶縁層１２より低
い。表面層１４には円形の表面層開口１４Ｅが形成され
ており、該表面層開口１４Ｅ内に小滴１１が位置してい
る。この表面層開口１４Ｅを介して露出せる絶縁層１２
の一部が小滴接触領域１５を構成している。

【００１８】下側部材１８の上面には、絶縁層１５の下
側に位置する電極１６が形成されている。該電極１６に
は円形の電極開口１６Ｅが形成されている。該電極開口
１６Ｅは、表面層開口１４Ｅに対応する位置に同心状に
配置されており、表面層開口１４Ｅより小さい直径を有
する。この電極１６と、導電性液体１３と接触するよう
に配置された電極１７との間に、電圧を印加する電圧印
加手段Ｖが配置されている。電極１７としては、上側部
材１８’の内壁面上に形成した導電性膜を用いることが
できる。尚、電圧印加手段Ｖにより印加される電圧は直
流電圧でもよいが、絶縁層１２への電荷注入を抑制する
ために数１０Ｈｚ〜数１０ＫＨｚの交流電圧を用いるの
が好ましい。

【００１９】導電性液体１３と絶縁性液体の小滴１１と
は、互いに混合することなく且つ互いに屈折率が異な
り、電圧印加手段Ｖの印加電圧を変化させることで、導
電性液体１３と絶縁性液体小滴１１とにより形成される
界面（レンズ面）の形状を変化させることができる。導
電性液体１３として親水性液体を用い、小滴１１を構成
する絶縁性液体としては疎水性液体を用いることができ
る。

【００２０】導電性液体１３は、導電性成分とゲル化剤
とを含む。導電性液体１３の導電性成分としては、無機
塩の水溶液や、有機液体など、それ自身が導電性を有す
るもの、あるいはイオン性成分を付加することによって
導電性とされた液体を用いることができる。

【００２１】導電性液体１３に含まれるゲル化剤として
は、まず、高分子物質からなるものをあげることができ
る。本発明で用いる高分子材料は、その化学構造におい
て側鎖や主鎖に水酸基、カルボキシル基、スルホキシル
基、エーテル基、アミド基などの基をもつことが好まし
い。

【００２２】このような高分子材料として、合成高分子
材料としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレング
リコール、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ
アクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリメチルビニ
ルエーテル、ポリアクリルアミドやその低級アルキル置
換ポリマーなどが例示される。

【００２３】また、天然高分子材料としては、デンプ
ン、アルギン酸、寒天などの多糖類や、天然ガム状材
料、ゼラチン、ポリペプチド、コラーゲン、カゼインな
どのタンパク質などが例示される。

【００２４】これらの高分子系ゲル化剤は、導電性成分
と組み合わせることによってポリマーマトリックス中に
液体電解質を包含するようになるゲル電解質である。ゲ
ル電解質において、ポリマーマトリックスは基本的には
液体電解質を包含する機能を有するだけでイオン伝導に
は寄与しない。ポリマーマトリックス中では、イオンは
比較的自由に移動できるため、ゲル電解質のイオン伝導
度は液体電解質に準じる高い値を示す。

【００２５】導電性液体１３に含まれるゲル化剤として
は、次に、超構造物質からなるものをあげることができ
る。超構造物質とは、超分子構造を取るタイプの化合
物、すなわち、分子間に働く弱い力の相互作用により幾
何学的な秩序を有する構造を持った集合体を形成（自己
組織化、自己集積化）する物質である。分子間に働く弱
い力の相互作用とは、電子を共有することにより互いに
堅く結びつく共有結合と異なり、非共有結合と呼ばれて
いる水素結合、イオン結合、疎水結合、静電力、ｖａｎ
ｄｅｒＷａａｌｓ力、電荷移動相互作用などがあげ
られる。これらの結合力は、共有結合の結合力に比べ数
十分の一であるが、多数の結合点が存在するとかなり強
固な集合体が形成される。

【００２６】超分子に関して更に述べれば、生物分野で
は、超分子が生物の構造形成（細胞形成など）をはじ
め、さまざまな代謝過程（酵素反応など）や情報伝達
（ＤＮＡの会合）などで、選択的に会合して非常に厳密
に組織化された分子複合体や膜を形成することが知られ
ており、その結果、構成要素単独の場合には見られない
ような機能や、高度に位置選択的で立体選択的な反応が
実現されている。また、必要に応じて構造を変化させ
て、自己修復・化学反応等を極めて効率的に行なうこと
ができる。このように、超構造をとることにより、共有
結合からなる従来の高分子物質では得られない厳密な秩
序構造や新しい機能が得られる。

【００２７】本発明で用いる超構造物質としては、ステ
ロイド構造をもつものが好ましく、その一例としてデオ
キシコール酸ナトリウムが挙げられる。超構造物質には
必要に応じて、ｐＨ調整剤を添加してもよい。上記の材
料は水溶液中で適当なｐＨの時に螺旋状の繊維を形成
し、螺旋鎖の構築によってゲルを形成することが知られ
ている（蛋白質核酸酵素Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．
４，ｐ．７３１，１９９３）。

【００２８】以上のようなゲル化剤を導電性液体１３中
に含ませることによって、導電性を殆ど変化させずに、
液体１３をゲル化させることができる。ここで重要なこ
とは、小滴１１の電圧による形状変化に応答して、ゲル
化された導電性液体１３が小滴１１との界面の形状を変
化させるという、ゲルの刺激応答性を利用するというこ
とである。そのためには、導電性液体１３中のゲル化剤
の含有量、例えば０．１〜５０重量％とすることが好ま
しく、このような範囲内であればゲルの刺激応答性を発
揮することができる。

【００２９】導電性液体１３中のゲル化剤の含有量が少
なすぎると、十分な機械的強度の向上（外力の変化に対
するレンズ面形状変化の抑制機能の向上）が得られなく
なる。また、ゲル化剤の含有量が多すぎると、導電性液
体１３の導電性や光学的透明性が低下したり、駆動電圧
を印加した際に絶縁性液体小滴１１と導電性液体１３と
の界面の形状変化の応答時間が極端に長くなったり接触
角θの増大が困難になったりする。

【００３０】小滴１１を構成する絶縁性液体としては、
たとえば、シリコーンオイル、パラフィンオイルなどの
ような、導電性液体１３と混合しない、絶縁性の液体を
用いることができる。好ましくは、小滴１１は導電性液
体１３よりも屈折率が大きい。

【００３１】絶縁層１２としては、欠陥の極めて少ない
均一な膜を形成できる材料を用いることができる。必要
に応じて、絶縁層１２の表面を疎水性にするための処理
を施してもよい。絶縁層１２の厚さは、電圧印加手段Ｖ
の駆動電圧の低減のためには１μｍ以下であることが好
ましい。

【００３２】このような絶縁層１２の例としては、Ｌａ
ｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ（ＬＢ）法で形成され
る膜（ＬＢ膜）があげられる。ＬＢ法によれば、常温、
常圧で、均一な無欠陥の薄膜を得ることができる。

【００３３】次に、絶縁層１２の他の例としては、キャ
ストコート膜があげられる。この膜は、有機や無機の化
合物（好ましくはフッ素系やシリコン系の樹脂）を溶媒
とともにディピングやスピンコートなどの手法を用いて
基板上に塗布することにより形成することができる。さ
らに、金属酸化物やシリコンなどのスパッタリングによ
り作製した膜を用いることができる。

【００３４】表面層１４は親水性材料からなり、この親
水性材料としては一般に公知の親水性材料を用いること
ができる。

【００３５】かくして、小滴１１は表面層１４に対する
よりも絶縁層１２に対する親和性が大きく、導電性液体
１３は絶縁層１２に対するよりも表面層１４に対する親
和力が大きいので、小滴１１は下面部が表面層開口１４
Ｅ内に露出せる絶縁層１２の表面領域１５と接触し且つ
上面部が導電性液体１３と接触してレンズ面を形成する
ようにして位置し、更に導電性液体１３は表面層１４に
接して位置する。このように、表面層１４は、小滴１１
の水平方向の移動を制限して該小滴を所定位置に保持す
る機能を有する。

【００３６】電圧印加手段Ｖによる印加電圧が零の場合
には、小滴１１は“Ａ”で示される状態にある。“Ｃ”
で示されている軸は、小滴接触領域１５に垂直であり、
この領域の中心を通っている。小滴１１は軸Ｃを中心と
して位置しており、この軸Ｃはレンズ面の光軸となる。
光軸Ｃに隣接する装置の各部分（例えば電極開口１６Ｅ
に対応する部分）は透明である。

【００３７】電極１６は、その開口１６Ｅに隣接する部
分が表面層開口１４Ｅの内側（即ち光軸Ｃに近い側）に
位置するので、光軸Ｃの方向に見て小滴１１の外周部は
電極１６の内端と重なるように位置している。

【００３８】電圧印加手段Ｖにより電極１６と１７の間
に電圧が印加されると、上述したｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔ
ｔｉｎｇの原理に従って、導電性液体１３と絶縁層１２
との接触が開始される。この接触は、電界の集中する電
極開口端近傍の部分（即ち小滴１１の周囲の部分）から
始まり、これにより絶縁性液体小滴１１と導電性液体１
３との界面が動かされ、小滴１１は“Ｂ”の破線で示さ
れる状態へと変形する。この変形の程度は電圧印加手段
Ｖによる印加電圧の大きさにより制御することができ
る。

【００３９】このようにして小滴１１のレンズの焦点を
変化させることができる。本実施形態においては、絶縁
層１２の厚さを１μｍ以下とすることによって、電圧印
加手段Ｖの駆動電圧１０Ｖ以下でも光学素子として十分
なレンズ界面の変形（即ち焦点位置の変化）を実現する
ことができる。

【００４０】図１において、電極１６，１７間に電圧ｖ
を印加したときの接触角が“θ”で示されており、θを
電圧ｖの関数として表現したθ（ｖ）は、絶縁層１２の
膜厚をｄ、絶縁層１２の比誘電率をε、小滴１１の界面
張力をγ、真空の誘電率をε ₀とすると、以下の式
（１）ｃｏｓθ（ｖ）−ｃｏｓθ（０）＝ε₀・ε・ｖ²／（２ｄ・γ）・・・・・（１）で与えられることが、上述のＶａｌｌｅｔ，Ｂｅｒｇ
ｅ，Ｖｏｖｅｌｌｅらの文献に示されている。式（１）
から、電圧印加により、θが変化し、小滴１１の形状を
制御できることがわかる。

【００４１】尚、印加電圧ｖが変化しても、電界の対称
性に基づき、小滴１１のレンズ面の光軸Ｃはほぼ当初の
位置に維持される。

【００４２】本実施形態では、セル１９の下側部材１８
及び上側部材１８’をいずれも透光性とし、光軸Ｃに沿
って光を上向きまたは下向きに入出射させることができ
る。但し、下側部材１８及び上側部材１８’のうちの一
方に光反射層を付与することで、光を上（下）向きに入
射させ且つ下（上）向きに出射させるようにしてもよ
い。何れの場合にも、セル１９の入出射光の通過経路の
部分は透光性を有する。

【００４３】図２は、本発明による可変焦点レンズ装置
の第２の実施形態の構成を示す模式的断面図である。本
図において、上記図１におけると同様の機能を有する部
材には同一の符号が付されている。

【００４４】本実施形態では、図１の実施形態の電極１
６の代わりに、光軸Ｃの周りに同軸状に配置された３つ
のリング状電極３５，３６，３７が用いられている。そ
して、これに対応して、図１の実施形態の電圧印加手段
Ｖの代わりに、リング状電極３５，３６，３７と電極１
７との間にそれぞれ電圧を印加するための電圧印加手段
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が用いられている。

【００４５】本実施形態では、リング状電極３５，３
６，３７により、Ｖ１電圧＜Ｖ２電圧＜Ｖ３電圧という
条件で電圧を印加し、各電圧印加手段の印加電圧値を連
続的に変化させることにより、小滴１１をＡの状態から
Ｂの状態へと連続的に変形させることができる。

【００４６】図３は、本発明による可変焦点レンズ装置
の第３の実施形態の構成を示す模式的断面図である。本
図において、上記図１〜２におけると同様の機能を有す
る部材には同一の符号が付されている。

【００４７】本実施形態では、図１の実施形態での表面
層開口１４Ｅを形成する代わりに、表面層１４の内側に
て光軸Ｃの周りに同軸状に配置された３つの表面層領域
６５，６６，６７を用いている。これらの表面層１４及
び表面層領域６５，６６，６７は、この順番で導電性液
体１３に対する親和性の程度が徐々に弱くなっている
（小滴１１に対する親和性の程度が徐々に強くなってい
る）。小滴接触領域１５は、表面層領域６５，６６，６
７から形成されている。

【００４８】本実施形態では、表面層領域６５，６６，
６７を形成することで、小滴１１がＡの状態とＢの状態
との間で変形する際の光軸Ｃの維持を良好に行うことが
できる。

【００４９】図４は、本発明による可変焦点レンズ装置
の第４の実施形態の構成を示す模式的断面図である。本
図において、上記図１〜３におけると同様の機能を有す
る部材には同一の符号が付されている。

【００５０】本実施形態では、セル部材として、円筒状
側面部材１８ａと透光性底面部材１８ｂと透光性頂面部
材１８ｃとを用いている。絶縁層１２は側面部材１８ａ
の内面上に形成されており、表面層１４は側面部材１８
ａの上側において絶縁層１２上に形成されている。小滴
１１は、側面部材１８ａの下側において絶縁層１２と接
して位置している。

【００５１】本実施形態では、絶縁層１２の外側におい
て異なる高さ位置に、光軸Ｃを中心とする軸対称のリン
グ状電極７５，７６，７７，７８，７９が配置されてい
る。図４では電圧印加手段Ｖが電極７５にのみ接続され
ているが、他の電極７６，７７，７８，７９にも適宜接
続され、所望のリング状電極に電圧を印加することがで
きる。印加電圧値は、リング状電極７５，７６，７７，
７８，７９の順に小さくなるようにし、各リング状電極
の印加電圧値を連続的に変化させることにより、小滴１
１をＡの状態からＢの状態へと連続的に変形させること
ができる。

【００５２】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明の可変焦点レン
ズ装置について説明するが、本発明は以下の例にのみ限
定されるものではない。尚、以下の実施例では、図１の
実施形態の可変焦点レンズ装置を作製した。

【００５３】［実施例１］真空蒸着によって金電極１６
を形成したガラス基板（下側部材）１８を用いて、ＬＢ
膜からなる絶縁層１２の形成を行った。即ち、フッ素系
材料であるＦＣ７２２（３Ｍ社製）を同じくフッ素系溶
剤ＦＣ７７（３Ｍ社製）にて２０倍に希釈し、ＬＢ膜成
膜用の希釈溶液を得た。次に、該希釈溶液を水温２０℃
の純水から成るＬＢ膜作製装置の水面上に展開し、表面
圧を１０ｍＮ／ｍまで高めた。前記金電極付きガラス基
板１８はここで既にＬＢ膜作製装置の基板上下駆動機構
へ装着されており、該基板を水面に対して垂直に下降さ
せ、該基板先端が水面下１インチに位置したところで停
止させた。引き続き、該基板を上昇させ該基板先端が水
面とほぼ同位置に位置したところで停止させた。この往
復操作を繰り返して、転写率０．９５にて前記基板上に
ＦＣ７２２の薄膜を形成した。この時の基板上昇下降速
度は１０ｍｍ／分であった。これにより、膜厚２８ｎｍ
のＬＢ膜からなる絶縁層１２を形成した。

【００５４】続いて、絶縁層１２の小滴接触領域１５の
部分をマスキングして、親水性材料である酸化ケイ素を
エタノール中に分散した溶液を浸漬塗布し、乾燥するこ
とによって、表面層１４の形成を行った。

【００５５】小滴１１を構成する絶縁性液体として、屈
折率１．５１で密度１．１のシリコーンオイル（信越化
学社製：ＫＦ５４）を用いた。

【００５６】導電性液体１３として、次のようにして調
整したものを用いた。即ち、水中に、ゲル化剤としての
デオキシコール酸ナトリウム（０．０１ｍｏｌ／ｌ）、
導電性成分としての室温溶融塩たる１−エチル−３−メ
チル−イミダゾリウムテトラフルオロボレート（０．０
１ｍｏｌ／ｌ）、ｐＨ調整剤としてのテトラフルオロり
ん酸リチウム（０．０１ｍｏｌ／ｌ）を含むゲル化透明
溶液を調整した。

【００５７】以上のような小滴１１及び導電性液体１３
を下側部材１８及び上側部材１８’を含むセル１９に収
め、図１に示されるような可変焦点レンズ装置を得た。

【００５８】また、比較のために、導電性液体１３とし
てゲル化剤とｐＨ調整剤とを加えないものを用いたこと
以外は、実施例と同様にして可変焦点レンズ装置（比較
例）を得た。

【００５９】以上のようにして得られた可変焦点レンズ
装置に駆動電圧を印加して、レンズの焦点距離が可逆的
に変化するかどうかを確認したところ、実施例、比較例
ともに、１０Ｖ前後の電界のＯＮ，ＯＦＦで可逆的な焦
点の変化を示した。次に、これらの装置を水平状態から
約３０°、６０°、９０°傾けた時のレンズ形状を観察
した。その結果、実施例ではレンズ小滴１１はどの角度
に傾けても移動することはなかったが、比較例では、傾
き角が３０°あたりからレンズ小滴１１が動き始め、６
０°では完全に低い側へ移動してしまい、その後装置を
水平に戻しても小滴１１は元の位置には戻らなかった
り、戻っても２個や３個の部分に分裂してしまい、もと
の１個の液滴になることはなかった。

【００６０】以上の結果より、導電性液体１３としてゲ
ル化剤を含むものを用いることによって、機械的強度向
上の実現が可能であることがわかった。また、絶縁層１
２として厚さ１μｍ以下の薄膜を用いることによって、
低駆動電圧化も実現できることがわかった。

【００６１】［実施例２］導電性液体１３として、水中
に、ゲル化剤としてのデオキシコール酸ナトリウム
（０．０１ｍｏｌ／ｌ）、導電性成分としての塩化ナト
リウム（０．０４ｍｏｌ／ｌ）、ｐＨ調整剤としてのグ
リシルグリシン（０．０１ｍｏｌ／ｌ）を含むゲル化透
明溶液を用いること以外は、実施例１と同様にして可変
焦点レンズ装置を得た。

【００６２】また、比較のために、導電性液体１３とし
てゲル化剤とｐＨ調整剤とを加えないものを用いたこと
以外は、実施例と同様にして可変焦点レンズ装置（比較
例）を得た。

【００６３】以上のようにして得られた可変焦点レンズ
装置に駆動電圧を印加して、レンズの焦点距離が可逆的
に変化するかどうかを確認したところ、実施例、比較例
ともに、１０Ｖ前後の電界のＯＮ，ＯＦＦで可逆的な焦
点の変化を示した。次に、これらの装置を水平状態から
約３０°、６０°、９０°傾けた時のレンズ形状を観察
した。その結果、実施例ではレンズ小滴１１はどの角度
に傾けても移動することはなかったが、比較例では、傾
き角が２０°あたりからレンズ小滴１１が動き始め、４
０°では完全に低い側へ移動してしまい、その後装置を
水平に戻しても小滴１１は元の位置には戻らなかった
り、戻っても２個や３個の部分に分裂してしまい、もと
の１個の液滴になることはなかった。

【００６４】以上の結果より、導電性液体１３としてゲ
ル化剤を含むものを用いることによって、機械的強度向
上の実現が可能であることがわかった。また、絶縁層１
２として厚さ１μｍ以下の薄膜を用いることによって、
低駆動電圧化も実現できることがわかった。

【００６５】［実施例３］導電性液体１３として、水中
に、ゲル化剤としてのポリビニルアルコール（部分ケン
化型ＰＶＡ−２１７；ケン化度８８％；クラレ社製）
（４ｗｔ％）、導電性成分としての塩化ナトリウム（１
０ｗｔ％）を含むゲル化透明溶液を用いること以外は、
実施例１と同様にして可変焦点レンズ装置を得た。

【００６６】また、比較のために、導電性液体１３とし
てゲル化剤を加えないものを用いたこと以外は、実施例
と同様にして可変焦点レンズ装置（比較例）を得た。

【００６７】以上のようにして得られた可変焦点レンズ
装置に駆動電圧を印加して、レンズの焦点距離が可逆的
に変化するかどうかを確認したところ、実施例、比較例
ともに、１０Ｖ前後の電界のＯＮ，ＯＦＦで可逆的な焦
点の変化を示した。次に、これらの装置を水平状態から
約３０°、６０°、９０°傾けた時のレンズ形状を観察
した。その結果、実施例ではレンズ小滴１１はどの角度
に傾けても移動することはなかったが、比較例では、傾
き角が１５°あたりからレンズ小滴１１が動き始め、２
５°では完全に低い側へ移動してしまい、その後装置を
水平に戻しても小滴１１は元の位置には戻らなかった
り、戻っても２個や３個の部分に分裂してしまい、もと
の１個の液滴になることはなかった。

【００６８】以上の結果より、導電性液体１３としてゲ
ル化剤を含むものを用いることによって、機械的強度向
上の実現が可能であることがわかった。また、絶縁層１
２として厚さ１μｍ以下の薄膜を用いることによって、
低駆動電圧化も実現できることがわかった。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変焦点
レンズ装置によれば、ゲル化剤を含む導電性液体を用い
ることで、機械的強度が向上し、液体レンズに作用する
外力の変化に対するレンズ表面形状の変化を抑制して該
レンズ表面形状を安定に維持することができる。

【００７０】また、絶縁層として厚さ１μｍ以下のもの
を用いることで、非常に低い駆動電圧で容易に焦点位置
の変化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による可変焦点レンズ装置の第１の実施
形態の構成を示す模式的断面図である。

【図２】本発明による可変焦点レンズ装置の第２の実施
形態の構成を示す模式的断面図である。

【図３】本発明による可変焦点レンズ装置の第３の実施
形態の構成を示す模式的断面図である。

【図４】本発明による可変焦点レンズ装置の第４の実施
形態の構成を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１１絶縁性液体の小滴１２絶縁層１３ゲル化剤を含む導電性液体１４表面層１４Ｅ表面層開口１５小滴接触領域１６電極１６Ｅ電極開口１７電極１８下側部材１８’ 上側部材１８ａ円筒状側面部材１８ｂ底面部材１８ｃ頂面部材１９セル３５，３６，３７リング状電極６５，６６，６７表面層領域７５，７６，７７，７８，７９リング状電極Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３電圧印加手段Ａ電圧非印加時の小滴の形状Ｂ電界印加時の小滴の形状Ｃ光軸 θ 接触角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに混合することなく且つ互いに屈折
率の異なる第１の液体と第２の液体とにより形成される
界面の形状を変化させることで焦点位置を変化させる可
変焦点レンズ装置であって、前記第１の液体及び前記第２の液体はセル内に収容され
ており、前記第２の液体は小滴を形成しており、前記第１の液体はゲル化剤を含む導電性液体であり、前
記第２の液体は絶縁性液体であり、前記セルの内面には前記小滴と接触する小滴接触領域が
形成されており、前記第１の液体及び前記第２の液体とは少なくとも絶縁
層を介して反対側に配置された電極と前記第１の液体と
の間に電圧を印加する電圧印加手段を有しており、該電
圧印加手段による印加電圧を変化させることで前記界面
の形状を変化させるようにされており、前記セルの少なくとも前記界面に対する入出射光の通過
経路の部分は透光性を有していることを特徴とする可変
焦点レンズ装置。
【請求項２】前記小滴接触領域は前記第２の液体に対
する親和力が周囲より高い表面領域であることを特徴と
する、請求項１に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項３】前記小滴接触領域は円形状をなすことを
特徴とする、請求項２に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項４】前記小滴接触領域は、前記絶縁層上に前
記第２の液体に対する親和力が前記絶縁層より低い表面
層を形成し、該表面層の一部に表面層開口を形成して、
該表面層開口を介して前記絶縁層の一部を露出させるこ
とで得られる露出絶縁層部分から形成されていることを
特徴とする、請求項２〜３のいずれかに記載の可変焦点
レンズ装置。
【請求項５】前記小滴接触領域は、前記絶縁層上に表
面層を形成し、該表面層の一部領域を他部領域より前記
第２の液体に対する親和力が低くなるようにすることで
得られる前記一部領域から形成されていることを特徴と
する、請求項２〜３のいずれかに記載の可変焦点レンズ
装置。
【請求項６】前記ゲル化剤が高分子物質からなるもの
であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記
載の可変焦点レンズ装置。
【請求項７】前記ゲル化剤が超構造物質からなるもの
であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記
載の可変焦点レンズ装置。
【請求項８】前記第１の液体は親水性液体であり、前
記第２の液体は疎水性液体であることを特徴とする、請
求項１〜７のいずれかに記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項９】前記絶縁層の厚さは１μｍ以下であるこ
とを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の可変
焦点レンズ装置。
【請求項１０】前記セルは互いに平行に配置された下
側部材と上側部材とを有しており、前記絶縁層は前記下
側部材の上面上に形成されていることを特徴とする、請
求項１〜９のいずれかに記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項１１】前記電極は前記小滴接触領域に対応す
る位置に電極開口を有することを特徴とする、請求項１
〜１０のいずれかに記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項１２】前記電極開口は前記小滴接触領域より
小さいことを特徴とする、請求項１１に記載の可変焦点
レンズ装置。
【請求項１３】前記セルは円筒状側面部材と底面部材
とを有しており、前記絶縁層は前記側面部材の内面上に
形成されており、前記表面層は前記側面部材の下側部分
において前記絶縁層を露出させるように前記側面部材の
上側部分に形成されていることを特徴とする、請求項４
〜９のいずれかに記載の可変焦点レンズ装置。