JP2003177219A - 潤滑補助されたエレクトロウェッティングによる調整可能な液体マイクロレンズ - Google Patents
潤滑補助されたエレクトロウェッティングによる調整可能な液体マイクロレンズInfo
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 材料選択の自由度を高め、かつ優れた調整性
能を提供すると共に、接触角ヒステリシスおよびスティ
ックスリップ効果を軽減または排除する調節可能な液体
マイクロレンズを提供する。 【解決手段】 調整可能な液体マイクロレンズが、絶縁
層２４、透明な導電性液体の小滴２２および、絶縁層の
第１表面上配置され、かつ小滴と絶縁層の間に配置され
る潤滑層を含む。このマイクロレンズはまた、絶縁層お
よび潤滑層によって小滴から絶縁されている複数の電極
２６を含み、これらの複数の電極が、小滴と複数の電極
のそれぞれとの間でそれぞれの電圧を発生するために、
それらの電極に選択的にバイアスを掛けることができる
ように配置され、それによって小滴と絶縁層の第１表面
に平行な平面との間の角度θを変化させ、かつ絶縁層に
対して小滴の位置を変化させることができる。
能を提供すると共に、接触角ヒステリシスおよびスティ
ックスリップ効果を軽減または排除する調節可能な液体
マイクロレンズを提供する。 【解決手段】 調整可能な液体マイクロレンズが、絶縁
層２４、透明な導電性液体の小滴２２および、絶縁層の
第１表面上配置され、かつ小滴と絶縁層の間に配置され
る潤滑層を含む。このマイクロレンズはまた、絶縁層お
よび潤滑層によって小滴から絶縁されている複数の電極
２６を含み、これらの複数の電極が、小滴と複数の電極
のそれぞれとの間でそれぞれの電圧を発生するために、
それらの電極に選択的にバイアスを掛けることができる
ように配置され、それによって小滴と絶縁層の第１表面
に平行な平面との間の角度θを変化させ、かつ絶縁層に
対して小滴の位置を変化させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズに
関し、さらに詳細には液体マイクロレンズに関する。
関し、さらに詳細には液体マイクロレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】本出願は、２００１年６月１９日出願の
「調整可能な液体マイクロレンズ」と題された、Ｔｉｍ
ｏｆｅｉ Ｎ．ＫｒｏｕｐｅｎｋｉｎｅおよびＳｈｕ
Ｙａｎｇに対する米国特許出願第０９／８８４，６０５
号に関連する。
「調整可能な液体マイクロレンズ」と題された、Ｔｉｍ
ｏｆｅｉ Ｎ．ＫｒｏｕｐｅｎｋｉｎｅおよびＳｈｕ
Ｙａｎｇに対する米国特許出願第０９／８８４，６０５
号に関連する。
【０００３】大抵の調整可能なマイクロレンズは、屈折
率を静電制御する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズまた
は形状を機械的に制御する可撓性高分子レンズである。
両技術には、既存の調節可能なマイクロレンズの性能を
厳しく制限する固有の限界がある。
率を静電制御する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズまた
は形状を機械的に制御する可撓性高分子レンズである。
両技術には、既存の調節可能なマイクロレンズの性能を
厳しく制限する固有の限界がある。
【０００４】調整可能な屈折率分布型レンズには、大半
の電気光学材料に見られる相対的に小さい電気光学係数
に関連する固有の限界がある。そのために光路長変調が
小さく、したがって厚いレンズまたは非常に高い電圧を
必要とする。さらに、多くの電気光学材料は、マイクロ
レンズ特性の偏光依存を引起こす強い複屈折を示す。
の電気光学材料に見られる相対的に小さい電気光学係数
に関連する固有の限界がある。そのために光路長変調が
小さく、したがって厚いレンズまたは非常に高い電圧を
必要とする。さらに、多くの電気光学材料は、マイクロ
レンズ特性の偏光依存を引起こす強い複屈折を示す。
【０００５】機械的に調整可能な可撓性レンズは通常、
屈折率分布型レンズよりも実質的に広い調整範囲を有す
る。しかし、それを動作させるには、マイクロポンプな
どの外部作動デバイスが必要である。このようなデバイ
スの微小集積は、実質的な問題を含むが、調整可能なマ
イクロレンズの二次元アレイが必要な場合は、特に深刻
である。
屈折率分布型レンズよりも実質的に広い調整範囲を有す
る。しかし、それを動作させるには、マイクロポンプな
どの外部作動デバイスが必要である。このようなデバイ
スの微小集積は、実質的な問題を含むが、調整可能なマ
イクロレンズの二次元アレイが必要な場合は、特に深刻
である。
【０００６】自己集合単分子膜（ＳＡＭ）を介して制御
する液体マイクロレンズなど、他の技術を使用して調整
可能なマイクロレンズを作製することも試みられてき
た。これらの試みのいくつかが、２０００年１月１１日
付けでＷｏｈｌｓｔａｄｔｅｒに発行された米国特許第
６，０１４，２５９号に説明されており、参照によって
その全体を本明細書に組み込む。しかし、自己集合単分
子膜を利用するマイクロレンズも、材料の選択に対する
厳しい制限、および調整電圧の遮断後に、マイクロレン
ズの形状復帰不良を招く強いヒステリシスを含む、いく
つかの問題を抱えている。さらに、上述のマイクロレン
ズはいずれも、レンズ位置の調節および焦点距離の調整
ができない。
する液体マイクロレンズなど、他の技術を使用して調整
可能なマイクロレンズを作製することも試みられてき
た。これらの試みのいくつかが、２０００年１月１１日
付けでＷｏｈｌｓｔａｄｔｅｒに発行された米国特許第
６，０１４，２５９号に説明されており、参照によって
その全体を本明細書に組み込む。しかし、自己集合単分
子膜を利用するマイクロレンズも、材料の選択に対する
厳しい制限、および調整電圧の遮断後に、マイクロレン
ズの形状復帰不良を招く強いヒステリシスを含む、いく
つかの問題を抱えている。さらに、上述のマイクロレン
ズはいずれも、レンズ位置の調節および焦点距離の調整
ができない。
【０００７】調整可能な液体レンズは、本出願人の同時
係属の、２００１年６月１９日出願の「調整可能な液体
マイクロレンズ」という名称の、Ｔｉｍｏｆｅｉ Ｎ．
ＫｒｏｕｐｅｎｋｉｎｅおよびＳｈｕ Ｙａｎｇに対す
る米国特許出願第０９／８８４，６０５号において提案
されている。この特許出願第０９／８８４，６０５号の
調整可能な液体マイクロレンズは、レンズ位置の調節お
よび焦点距離の調整が可能である。この特許出願第０９
／８８４，６０５号に説明されている典型的な調整可能
な液体マイクロレンズの一実施形態では、透明な導電性
液体の小滴が、高フッ素化炭化水素のようなフッ素化ポ
リマーなどの支持基板の上に配置されている。このよう
な構成によって、高度に調整可能で、かつエレクトロウ
ェッティングの間に生じる恐れのある、よく知られたヒ
ステリシスおよびスティックスリップ効果の影響を受け
ない液体マイクロレンズが提供される。
係属の、２００１年６月１９日出願の「調整可能な液体
マイクロレンズ」という名称の、Ｔｉｍｏｆｅｉ Ｎ．
ＫｒｏｕｐｅｎｋｉｎｅおよびＳｈｕ Ｙａｎｇに対す
る米国特許出願第０９／８８４，６０５号において提案
されている。この特許出願第０９／８８４，６０５号の
調整可能な液体マイクロレンズは、レンズ位置の調節お
よび焦点距離の調整が可能である。この特許出願第０９
／８８４，６０５号に説明されている典型的な調整可能
な液体マイクロレンズの一実施形態では、透明な導電性
液体の小滴が、高フッ素化炭化水素のようなフッ素化ポ
リマーなどの支持基板の上に配置されている。このよう
な構成によって、高度に調整可能で、かつエレクトロウ
ェッティングの間に生じる恐れのある、よく知られたヒ
ステリシスおよびスティックスリップ効果の影響を受け
ない液体マイクロレンズが提供される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】米国特許出願第０９／
８８４，６０５号は、例示的な調整可能の液体マイクロ
レンズを提供するが、材料選択時の自由度をさらに高
め、優れた調整能力を提供する一方、接触角ヒステリシ
スおよびスティックスリップ効果を軽減または解消する
調節可能な液体マイクロレンズが依然として必要とされ
ている。
８８４，６０５号は、例示的な調整可能の液体マイクロ
レンズを提供するが、材料選択時の自由度をさらに高
め、優れた調整能力を提供する一方、接触角ヒステリシ
スおよびスティックスリップ効果を軽減または解消する
調節可能な液体マイクロレンズが依然として必要とされ
ている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】これは、絶縁層、透明な
導電性液体の小滴および、本発明の原理に従って、絶縁
層の第１表面に配置され、かつ小滴と絶縁層の間に配置
される潤滑層を具備する、改良された調整可能な液体マ
イクロレンズによって実現される。このマイクロレンズ
はまた、絶縁層および潤滑層によって小滴から絶縁され
ている複数の電極を具備し、これらの複数の電極が、小
滴と複数の電極のそれぞれとの間でそれぞれの電圧を発
生するために、それらの電極に選択的にバイアスを掛け
ることができるように配置され、それによって小滴と絶
縁層の第１表面に平行な平面との間の角度を変化させ、
かつ絶縁層に対して小滴の位置を変化させることができ
る。
導電性液体の小滴および、本発明の原理に従って、絶縁
層の第１表面に配置され、かつ小滴と絶縁層の間に配置
される潤滑層を具備する、改良された調整可能な液体マ
イクロレンズによって実現される。このマイクロレンズ
はまた、絶縁層および潤滑層によって小滴から絶縁され
ている複数の電極を具備し、これらの複数の電極が、小
滴と複数の電極のそれぞれとの間でそれぞれの電圧を発
生するために、それらの電極に選択的にバイアスを掛け
ることができるように配置され、それによって小滴と絶
縁層の第１表面に平行な平面との間の角度を変化させ、
かつ絶縁層に対して小滴の位置を変化させることができ
る。
【００１０】潤滑補助されたエレクトロウェッティング
による調整可能な液体マイクロレンズは、レンズ位置の
調節および焦点距離の調整が可能である。さらに、この
調整可能な液体マイクロレンズによって、材料の選択の
自由度がさらに高まり、接触角ヒステリシスおよびステ
ィックスリップ効果が排除されると共に優れた調整制御
が可能になる。
による調整可能な液体マイクロレンズは、レンズ位置の
調節および焦点距離の調整が可能である。さらに、この
調整可能な液体マイクロレンズによって、材料の選択の
自由度がさらに高まり、接触角ヒステリシスおよびステ
ィックスリップ効果が排除されると共に優れた調整制御
が可能になる。
【００１１】添付の図面は本発明の好ましい実施の形態
およびその開示に関する他の情報を例示する。
およびその開示に関する他の情報を例示する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図は例示目的のために含まれてお
り、原寸に比例して示されないことを理解されたい。
り、原寸に比例して示されないことを理解されたい。
【００１３】本発明の調整可能な液体マイクロレンズを
詳細に説明する前に、最初に液体マイクロレンズを一般
的に説明し、さらにエレクトロウェッティング現象を説
明する。
詳細に説明する前に、最初に液体マイクロレンズを一般
的に説明し、さらにエレクトロウェッティング現象を説
明する。
【００１４】図１Ａを参照すると、液体マイクロレンズ
１０が示されている。このマイクロレンズ１０は、典型
的には（しかし必ずしもそうでなくてもよいが）数マイ
クロメートルから数ミリメートルの直径を有する、水な
どの透明な液体の小さな小滴１２を具備する。小滴１２
が、透明な基板１４上に配置されている。この基板は典
型的には、疎水性であるか、または疎水性被覆を含む。
これらの液体および基板は、選択された範囲内の波長を
有する光波に対してのみ透明であることを要する。光波
が、参照数字１６によって例示されている。光波は、液
体マイクロレンズ１０を通過して、小滴１２と基板１４
の間の接触面から焦点距離「ｆ」にある焦点面内の焦点
またはフォーカルスポット（参照数字１８によって示さ
れている）において集束する。
１０が示されている。このマイクロレンズ１０は、典型
的には（しかし必ずしもそうでなくてもよいが）数マイ
クロメートルから数ミリメートルの直径を有する、水な
どの透明な液体の小さな小滴１２を具備する。小滴１２
が、透明な基板１４上に配置されている。この基板は典
型的には、疎水性であるか、または疎水性被覆を含む。
これらの液体および基板は、選択された範囲内の波長を
有する光波に対してのみ透明であることを要する。光波
が、参照数字１６によって例示されている。光波は、液
体マイクロレンズ１０を通過して、小滴１２と基板１４
の間の接触面から焦点距離「ｆ」にある焦点面内の焦点
またはフォーカルスポット（参照数字１８によって示さ
れている）において集束する。
【００１５】小滴１２と基板１４の間の接触角「θ」
は、界面張力（界面エネルギーとも呼ぶ）「γ」によっ
て決定され、一般に１メートル当たりのミリニュートン
（ｍＮ／ｍ）の単位で測定する。ここで用いているよう
に、γＳ−Ｖは、基板とその基板１４を取囲む空気、気
体または他の液体との間の界面張力であり、γ
Ｌ−Ｖは、小滴１２とその小滴１２を取囲む空気、気体
または他の液体との間の界面張力であり、さらにγ
Ｓ−Ｌは、基板１４と小滴１２の間の界面張力である。
接触角θは、数式（１）から求めることができる。
は、界面張力（界面エネルギーとも呼ぶ）「γ」によっ
て決定され、一般に１メートル当たりのミリニュートン
（ｍＮ／ｍ）の単位で測定する。ここで用いているよう
に、γＳ−Ｖは、基板とその基板１４を取囲む空気、気
体または他の液体との間の界面張力であり、γ
Ｌ−Ｖは、小滴１２とその小滴１２を取囲む空気、気体
または他の液体との間の界面張力であり、さらにγ
Ｓ−Ｌは、基板１４と小滴１２の間の界面張力である。
接触角θは、数式（１）から求めることができる。
【数１】数（１）
【００１６】小滴１２の表面曲率のメートル単位で表さ
れる半径「Ｒ」は、次のように数式（２）にしたがっ
て、接触角θと立方メートル（ｍ３）の単位で表される
小滴体積とによって決定される。
れる半径「Ｒ」は、次のように数式（２）にしたがっ
て、接触角θと立方メートル（ｍ３）の単位で表される
小滴体積とによって決定される。
【数２】数（２）
【００１７】メートル単位で表される焦点距離は、半径
Ｒと屈折率「ｎ」の関数であるが、ここでｎ
Ｌｉｑｕｉｄが小滴１２の屈折率であり、ｎＶａｐｏｒ
がこの小滴１２を取囲む空気、気体または他の液体の屈
折率である。焦点距離ｆは、数式（３）から求めること
ができる。
Ｒと屈折率「ｎ」の関数であるが、ここでｎ
Ｌｉｑｕｉｄが小滴１２の屈折率であり、ｎＶａｐｏｒ
がこの小滴１２を取囲む空気、気体または他の液体の屈
折率である。焦点距離ｆは、数式（３）から求めること
ができる。
【数３】数（３）
【００１８】基板の屈折率は、光波の入口平面と出口平
面が平行なので重要ではない。したがって、マイクロレ
ンズ１０の焦点距離は、接触角θの関数である。
面が平行なので重要ではない。したがって、マイクロレ
ンズ１０の焦点距離は、接触角θの関数である。
【００１９】図１Ｂは、エレクトロウェッティング現象
を利用して、導電性液体（透明であってもまたは不透明
であってもよい）の小滴２２と、「ｄ」として示されて
いる厚さおよび比誘電率εｒを有する誘電体絶縁層２４
との間の接触角θを可逆的に変化させることができる。
金属電極２６などの電極が、誘電体絶縁層２４の下に位
置し、かつこの層２４によって小滴２２から絶縁されて
いる。小滴２２は、例えば、水の小滴でよく、基板２４
は、例えば、テフロン（登録商標）Ｐａｒｙｌｅｎｅ面
でよい。
を利用して、導電性液体（透明であってもまたは不透明
であってもよい）の小滴２２と、「ｄ」として示されて
いる厚さおよび比誘電率εｒを有する誘電体絶縁層２４
との間の接触角θを可逆的に変化させることができる。
金属電極２６などの電極が、誘電体絶縁層２４の下に位
置し、かつこの層２４によって小滴２２から絶縁されて
いる。小滴２２は、例えば、水の小滴でよく、基板２４
は、例えば、テフロン（登録商標）Ｐａｒｙｌｅｎｅ面
でよい。
【００２０】小滴２２と電極２６の間に電圧の差が存在
しない場合、小滴２２は、その体積と接触角θ１によっ
て画定される形状を維持するが、ここでθ１は、上で説
明したように界面エネルギーγによって決定される。破
線２８は、電圧が電極２６と小滴２２の間に印加される
と、小滴２２が、電極２６に対してその中央位置から層
２４の横方向に均等に広がることを例示する。電圧は、
数ボルトから数百ボルトの範囲の値を取り得る。特に、
電極２６と小滴２２の間に、極性に関わらず電圧を印加
すると、接触角θがθ１からθ２へ小さくなる。広がり
量、すなわち、θ１とθ２の間の差によって決定される
ような量は、印加される電圧Ｖの関数である。この接触
角θ２は、数式（４）から求めることができる。
しない場合、小滴２２は、その体積と接触角θ１によっ
て画定される形状を維持するが、ここでθ１は、上で説
明したように界面エネルギーγによって決定される。破
線２８は、電圧が電極２６と小滴２２の間に印加される
と、小滴２２が、電極２６に対してその中央位置から層
２４の横方向に均等に広がることを例示する。電圧は、
数ボルトから数百ボルトの範囲の値を取り得る。特に、
電極２６と小滴２２の間に、極性に関わらず電圧を印加
すると、接触角θがθ１からθ２へ小さくなる。広がり
量、すなわち、θ１とθ２の間の差によって決定される
ような量は、印加される電圧Ｖの関数である。この接触
角θ２は、数式（４）から求めることができる。
【数４】数（４）
【００２１】上式で、ｃｏｓθ（Ｖ＝０）は、電圧が小
滴２２と電極２６の間に印加されていないときの、絶縁
層２４と小滴２２の間の接触角であり、γＬ−Ｖは、上
で説明した小滴の界面張力であり、εｒは、絶縁層の比
誘電率であり、さらにε０は、８．８５ｘ１０−１２Ｆ
／ｍ、すなわち、真空の誘電率である。
滴２２と電極２６の間に印加されていないときの、絶縁
層２４と小滴２２の間の接触角であり、γＬ−Ｖは、上
で説明した小滴の界面張力であり、εｒは、絶縁層の比
誘電率であり、さらにε０は、８．８５ｘ１０−１２Ｆ
／ｍ、すなわち、真空の誘電率である。
【００２２】図２Ａおよび２Ｂは、以下に説明するよう
に位置および焦点距離を変更することができる調整可能
な液体マイクロレンズを例示する。特に図２Ａを参照す
ると、調整可能な液体マイクロレンズ１００が、透明の
誘電体絶縁層１０４の第１表面上に位置する透明の導電
性液体の小滴１０２を具備する。この絶縁層１０４は、
例えば、高フッ素化炭化水素などのフッ素化ポリマーを
被覆したポリイミドでよい。いずれの場合においても、
絶縁層１０４は、接触角および接触角ヒステリシスの所
定の値を与え、かつ印加電圧に関して適正な高い絶縁破
壊の強度を有していなければならない。マイクロレンズ
１００は、絶縁層１０４によって小滴１０２から絶縁さ
れている複数の電極１０６ａ〜１０６ｄを具備する。こ
のマイクロレンズ１００はまた、電極１０６および絶縁
層１０４を支持する透明な支持基板１１０を具備する。
電極１０６および支持基板１１０は、例えば、それぞれ
金およびガラスでよい。
に位置および焦点距離を変更することができる調整可能
な液体マイクロレンズを例示する。特に図２Ａを参照す
ると、調整可能な液体マイクロレンズ１００が、透明の
誘電体絶縁層１０４の第１表面上に位置する透明の導電
性液体の小滴１０２を具備する。この絶縁層１０４は、
例えば、高フッ素化炭化水素などのフッ素化ポリマーを
被覆したポリイミドでよい。いずれの場合においても、
絶縁層１０４は、接触角および接触角ヒステリシスの所
定の値を与え、かつ印加電圧に関して適正な高い絶縁破
壊の強度を有していなければならない。マイクロレンズ
１００は、絶縁層１０４によって小滴１０２から絶縁さ
れている複数の電極１０６ａ〜１０６ｄを具備する。こ
のマイクロレンズ１００はまた、電極１０６および絶縁
層１０４を支持する透明な支持基板１１０を具備する。
電極１０６および支持基板１１０は、例えば、それぞれ
金およびガラスでよい。
【００２３】図２Ｂは、電極１０６ａ〜１０６ｄに関す
る典型的な構成の上面図である。４個の電極１０６ａ〜
１０６ｄの一構成が示されているが、マイクロレンズ１
００の調整に対する所望の制御レベルに応じて、電極１
０６のその他の、数、組合せおよびパターンを用いるこ
とができる。各電極１０６ａ〜１０６ｄが、それぞれの
電圧Ｖ１〜Ｖ４に結合され、かつ電極１０６に対して最
初は中心に位置する小滴１０２が、電圧Ｖ０に結合する
小滴電極１０８に結合される。
る典型的な構成の上面図である。４個の電極１０６ａ〜
１０６ｄの一構成が示されているが、マイクロレンズ１
００の調整に対する所望の制御レベルに応じて、電極１
０６のその他の、数、組合せおよびパターンを用いるこ
とができる。各電極１０６ａ〜１０６ｄが、それぞれの
電圧Ｖ１〜Ｖ４に結合され、かつ電極１０６に対して最
初は中心に位置する小滴１０２が、電圧Ｖ０に結合する
小滴電極１０８に結合される。
【００２４】小滴１０２と、電極１０６のいずれの電極
との間にも電圧の差が存在せず（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２
＝Ｖ３＝Ｖ４＝Ｖ０）、かつ小滴が、電極１０６および
象限ＩからＩＶに対して中心に位置するとき、この小滴
１０２は、上で説明した数式（１）〜（３）により、接
触角θおよび小滴１０２の体積によって決定されるよう
な形状を取る。図２Ｃに、小滴１０２のこのような最初
の位置が破線で例示されている。小滴１０２の位置およ
びマイクロレンズ１００の焦点距離は、小滴１０２と電
極１０６の間に電圧電位を選択的に印加することによっ
て調節可能である。４個の電極すべてに均等な電圧を印
加すると（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４≠
Ｖ０）、小滴１０２は、図２Ｄの破線で示されているよ
うに、象限Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶ内で均等に（す
なわち、横軸ＸおよびＹに沿って均等に）広がる。要す
るに、小滴１０２と絶縁層１０４の間の接触角θが小さ
くなる。そのようにすると、マイクロレンズ１００の焦
点距離は、最初の接触角θにおける（すなわち、Ｖ１＝
Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝Ｖ０のときの）マイクロレンズの焦
点距離から増加する。
との間にも電圧の差が存在せず（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２
＝Ｖ３＝Ｖ４＝Ｖ０）、かつ小滴が、電極１０６および
象限ＩからＩＶに対して中心に位置するとき、この小滴
１０２は、上で説明した数式（１）〜（３）により、接
触角θおよび小滴１０２の体積によって決定されるよう
な形状を取る。図２Ｃに、小滴１０２のこのような最初
の位置が破線で例示されている。小滴１０２の位置およ
びマイクロレンズ１００の焦点距離は、小滴１０２と電
極１０６の間に電圧電位を選択的に印加することによっ
て調節可能である。４個の電極すべてに均等な電圧を印
加すると（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４≠
Ｖ０）、小滴１０２は、図２Ｄの破線で示されているよ
うに、象限Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶ内で均等に（す
なわち、横軸ＸおよびＹに沿って均等に）広がる。要す
るに、小滴１０２と絶縁層１０４の間の接触角θが小さ
くなる。そのようにすると、マイクロレンズ１００の焦
点距離は、最初の接触角θにおける（すなわち、Ｖ１＝
Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝Ｖ０のときの）マイクロレンズの焦
点距離から増加する。
【００２５】図２Ｅは、小滴１０２に対して、電極１０
６に選択的にバイアスをかけることによって、絶縁層１
０４の第１表面上の最初の位置に対して、ＸおよびＹ軸
沿いの小滴１０２の横方向の配置を変化させることも可
能なことを例示する。例えば、Ｖ１＝Ｖ３＝Ｖ０とし、
かつＶ２をＶ４よりも大きくすることによって、小滴１
０２が電極１０６ｂの高い電圧に向かって引寄せられ
て、象限ＩＩに向かって移動する。小滴１０２の横方向
の位置を調節することによって、焦点面内のマイクロレ
ンズの焦点の横方向の位置も調節される。
６に選択的にバイアスをかけることによって、絶縁層１
０４の第１表面上の最初の位置に対して、ＸおよびＹ軸
沿いの小滴１０２の横方向の配置を変化させることも可
能なことを例示する。例えば、Ｖ１＝Ｖ３＝Ｖ０とし、
かつＶ２をＶ４よりも大きくすることによって、小滴１
０２が電極１０６ｂの高い電圧に向かって引寄せられ
て、象限ＩＩに向かって移動する。小滴１０２の横方向
の位置を調節することによって、焦点面内のマイクロレ
ンズの焦点の横方向の位置も調節される。
【００２６】接触角θを調節し、それによってマイクロ
レンズ１００の焦点距離を変更するために、小滴電極
（したがって小滴１０２）に対して、任意の数の組合せ
の電極１０６に選択的にバイアスをかけることが可能な
ことは、上の例から明白なはずである。同様に、絶縁層
１０４上の最初の位置に対して小滴１０２の位置を変更
し、それによってマイクロレンズの焦点の横方向の位置
を調節するように、任意の数の組合せの電極１０６に選
択的にバイアスをかけることができる。したがって、マ
イクロレンズは、三次元での焦点、すなわち、焦点距離
と、マイクロレンズの第１表面に平行で、かつマイクロ
レンズから焦点距離だけ離れている焦点面内の焦点の横
方向の位置とによって決定される、焦点の位置を調節す
ることができる。
レンズ１００の焦点距離を変更するために、小滴電極
（したがって小滴１０２）に対して、任意の数の組合せ
の電極１０６に選択的にバイアスをかけることが可能な
ことは、上の例から明白なはずである。同様に、絶縁層
１０４上の最初の位置に対して小滴１０２の位置を変更
し、それによってマイクロレンズの焦点の横方向の位置
を調節するように、任意の数の組合せの電極１０６に選
択的にバイアスをかけることができる。したがって、マ
イクロレンズは、三次元での焦点、すなわち、焦点距離
と、マイクロレンズの第１表面に平行で、かつマイクロ
レンズから焦点距離だけ離れている焦点面内の焦点の横
方向の位置とによって決定される、焦点の位置を調節す
ることができる。
【００２７】図３Ａは、接地または他の一定の電圧水準
などの電圧Ｖ０に小滴１０２を接続する一態様を例示す
る。マイクロレンズ１００ａは、酸化スズインジウムガ
ラスなど導電ガラスを含む支持基板１１０ａを含むこと
ができる。この導電ガラスが電圧Ｖ０に結合され、電極
１１６が、基板１１０ａを小滴１０２に結合する。電極
１１６および支持基板１１０ａを一括して小滴電極と見
なすことができる。図３Ａはまた、絶縁誘導体層１０４
が、誘導体層１１４および疎水性被覆層１１２を含むこ
とができることを例示する。この被覆層１１２は、相対
的に大きい接触角θを与えなければならない。一例とし
て、テフロン（登録商標）またはテフロン（登録商標）
に類似の化学的構造を有する他の材料などの高フッ素化
ポリマーがある。ケイ素含有ポリマーまたは分子などの
低い表面エネルギー材料も適切である。一実施形態で
は、絶縁層１０４ａが、ポリイミド誘電体層１１４上に
配置されたテフロン（登録商標）の薄膜である被覆層１
１２を含む。
などの電圧Ｖ０に小滴１０２を接続する一態様を例示す
る。マイクロレンズ１００ａは、酸化スズインジウムガ
ラスなど導電ガラスを含む支持基板１１０ａを含むこと
ができる。この導電ガラスが電圧Ｖ０に結合され、電極
１１６が、基板１１０ａを小滴１０２に結合する。電極
１１６および支持基板１１０ａを一括して小滴電極と見
なすことができる。図３Ａはまた、絶縁誘導体層１０４
が、誘導体層１１４および疎水性被覆層１１２を含むこ
とができることを例示する。この被覆層１１２は、相対
的に大きい接触角θを与えなければならない。一例とし
て、テフロン（登録商標）またはテフロン（登録商標）
に類似の化学的構造を有する他の材料などの高フッ素化
ポリマーがある。ケイ素含有ポリマーまたは分子などの
低い表面エネルギー材料も適切である。一実施形態で
は、絶縁層１０４ａが、ポリイミド誘電体層１１４上に
配置されたテフロン（登録商標）の薄膜である被覆層１
１２を含む。
【００２８】図３Ｂの等角図に示すマイクロレンズ１０
０Ｂの一代替実施形態では、小滴電極１１６は、例え
ば、１つの区域または複数の区域内の絶縁層１０４（図
示せず）の第１表面上に蒸着または別の方法で付着され
た金の電極でもよいが、それは、小滴１０２が絶縁層１
０４の第１表面に沿って位置を変えるとき、小滴電極１
１６が小滴１０２との接触を確実に維持する。小滴１０
２が位置を変えるとき、この電極１１６は、小滴１０２
との接触を維持するように配置されているが、小滴１０
２は、絶縁層１０４の第１表面上に実質的に位置する。
マイクロレンズ１００Ｂは、支持基板１１０ａを具備す
ることができるが、その基板は導電性である必要はな
く、例えば、絶縁層１０４および電極１０６を機械的に
支持する役割を果たす非導電性のガラスであってもよ
い。その場合、小滴電極１１６を電圧Ｖ ０に直接に結合
することができる。代替的には、この支持層１１０ａ
は、電圧Ｖ ０に結合される導電性ガラス基板でもよい。
その実施形態では、小滴電極１１６を支持層１１０ａに
結合することができる。図３Ｂにはまた、電極１０６ａ
〜１０６ｄおよびそれらの各入力リード線１１８ａ〜１
１８ｄが示されているが、それらの入力リード線は、電
圧Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ結合している。絶縁層１０４は
図３Ｂに示されていないが、これは例示のためだけであ
り、絶縁層１０４は、小滴１０２および小滴電極１１６
を電極１０６ａ〜１０６ｄから絶縁する。
０Ｂの一代替実施形態では、小滴電極１１６は、例え
ば、１つの区域または複数の区域内の絶縁層１０４（図
示せず）の第１表面上に蒸着または別の方法で付着され
た金の電極でもよいが、それは、小滴１０２が絶縁層１
０４の第１表面に沿って位置を変えるとき、小滴電極１
１６が小滴１０２との接触を確実に維持する。小滴１０
２が位置を変えるとき、この電極１１６は、小滴１０２
との接触を維持するように配置されているが、小滴１０
２は、絶縁層１０４の第１表面上に実質的に位置する。
マイクロレンズ１００Ｂは、支持基板１１０ａを具備す
ることができるが、その基板は導電性である必要はな
く、例えば、絶縁層１０４および電極１０６を機械的に
支持する役割を果たす非導電性のガラスであってもよ
い。その場合、小滴電極１１６を電圧Ｖ ０に直接に結合
することができる。代替的には、この支持層１１０ａ
は、電圧Ｖ ０に結合される導電性ガラス基板でもよい。
その実施形態では、小滴電極１１６を支持層１１０ａに
結合することができる。図３Ｂにはまた、電極１０６ａ
〜１０６ｄおよびそれらの各入力リード線１１８ａ〜１
１８ｄが示されているが、それらの入力リード線は、電
圧Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ結合している。絶縁層１０４は
図３Ｂに示されていないが、これは例示のためだけであ
り、絶縁層１０４は、小滴１０２および小滴電極１１６
を電極１０６ａ〜１０６ｄから絶縁する。
【００２９】図３Ｃは、電極１１６が不要であり、それ
によって電極１１６からの電位によるマイクロレンズに
対する干渉がいずれも軽減される調整可能な液体マイク
ロレンズ１００Ｃの典型的な実施形態を例示する。マイ
クロレンズ１００Ｃは、絶縁層１０４ｂの第１表面上に
配置されている小滴１０２を含む。マイクロレンズ１０
０Ｃはまた、絶縁層１０４ｂの第１表面に対向する絶縁
層１０４ｂの第２表面に沿って配置されている、小滴電
極としての役割を果たす透明の導電性支持層１１０ａを
含む。絶縁層１０４ｂが、その絶縁層１０４ｂよって画
成されている開口１１８を含み、かつそれを介して連続
していることを例示するために、マイクロレンズ１００
Ｃが断面図で示されている。小滴１０２は、少なくとも
この開口１１８の一部を占有しており、それによって小
滴１０２を、小滴電極、すなわち、支持基板１１０ａに
電気的に連通させる。次いで、この支持基板１１０ａ
が、電圧Ｖ０に結合される。この典型的な実施形態で
は、開口が十分広くて、その開口を貫通する光が特定の
応用例に関して十分である限り、絶縁層１０４ｂも透明
である必要はない。
によって電極１１６からの電位によるマイクロレンズに
対する干渉がいずれも軽減される調整可能な液体マイク
ロレンズ１００Ｃの典型的な実施形態を例示する。マイ
クロレンズ１００Ｃは、絶縁層１０４ｂの第１表面上に
配置されている小滴１０２を含む。マイクロレンズ１０
０Ｃはまた、絶縁層１０４ｂの第１表面に対向する絶縁
層１０４ｂの第２表面に沿って配置されている、小滴電
極としての役割を果たす透明の導電性支持層１１０ａを
含む。絶縁層１０４ｂが、その絶縁層１０４ｂよって画
成されている開口１１８を含み、かつそれを介して連続
していることを例示するために、マイクロレンズ１００
Ｃが断面図で示されている。小滴１０２は、少なくとも
この開口１１８の一部を占有しており、それによって小
滴１０２を、小滴電極、すなわち、支持基板１１０ａに
電気的に連通させる。次いで、この支持基板１１０ａ
が、電圧Ｖ０に結合される。この典型的な実施形態で
は、開口が十分広くて、その開口を貫通する光が特定の
応用例に関して十分である限り、絶縁層１０４ｂも透明
である必要はない。
【００３０】液体の小滴も、所望の波長に対して透明で
あり、かつ本質的に導電性であるか、または様々な添加
剤を使用することによって導電性にすることができる任
意の液体でよい。典型的な例には、様々な塩の水溶液が
ある。電極は、金、アルミニウムまたは酸化スズインジ
ウムガラスなどの、任意の透明あるいは不透明な中実の
導電材でよい。絶縁層は、十分に高い誘電体強度と、接
触角および接触角ヒステリシスの既定値を与える任意の
中実の誘電体または１組の中実な誘電体でよい。この絶
縁層は、透明でもあるいは不透明でもよい。例として
は、ポリイミドおよびパリレンなどの中実のポリマーが
ある。支持基板は、ガラスまたは中実のポリマーなどの
所与の波長に対して透明な任意の基板でよい。印加電圧
は、数式（１）〜（４）によって示したように、選択し
た材料、マイクロレンズの構成および接触角の所望の変
更次第である。典型的な電圧は、０ボルトと約２００ボ
ルトの間の値を取り得るが、許容電圧はこの範囲に限定
されない。
あり、かつ本質的に導電性であるか、または様々な添加
剤を使用することによって導電性にすることができる任
意の液体でよい。典型的な例には、様々な塩の水溶液が
ある。電極は、金、アルミニウムまたは酸化スズインジ
ウムガラスなどの、任意の透明あるいは不透明な中実の
導電材でよい。絶縁層は、十分に高い誘電体強度と、接
触角および接触角ヒステリシスの既定値を与える任意の
中実の誘電体または１組の中実な誘電体でよい。この絶
縁層は、透明でもあるいは不透明でもよい。例として
は、ポリイミドおよびパリレンなどの中実のポリマーが
ある。支持基板は、ガラスまたは中実のポリマーなどの
所与の波長に対して透明な任意の基板でよい。印加電圧
は、数式（１）〜（４）によって示したように、選択し
た材料、マイクロレンズの構成および接触角の所望の変
更次第である。典型的な電圧は、０ボルトと約２００ボ
ルトの間の値を取り得るが、許容電圧はこの範囲に限定
されない。
【００３１】一実施形態では、マイクロレンズの液体小
滴を、その小滴と混和しない液体によって実質的に取囲
むことができる。この周囲液は、マイクロレンズの小滴
の蒸発防止に役立つ。小滴が水性の場合、様々な油また
は高分子量のアルコール（例えば、ペンタノール、オク
タノールなど）を使用することができる。
滴を、その小滴と混和しない液体によって実質的に取囲
むことができる。この周囲液は、マイクロレンズの小滴
の蒸発防止に役立つ。小滴が水性の場合、様々な油また
は高分子量のアルコール（例えば、ペンタノール、オク
タノールなど）を使用することができる。
【００３２】図３Ｃのマイクロレンズ１００Ｃをテスト
した。このマイクロレンズには、１％のＫＮＯ３水溶液
２０μｌを含む小滴１０２を備えた。絶縁層１０４ｂに
は、約１０９°の初期接触角を与える高フッ素化ポリマ
ーの非常に薄い（≒０．０２〜２μｍ）層が被覆された
厚さ３μｍのポリイミド層を備えた。図２Ｂおよび３Ｃ
に示されているように、１組の４個の金の電極１０６を
配置した。マイクロレンズには、図３Ｃに示した導電性
の透明な支持基板１１０ａとしてＩＴＯ（酸化スズイン
ジウム）を備えた。０ボルトと約１５０ボルトの間の動
作電圧を印加した。
した。このマイクロレンズには、１％のＫＮＯ３水溶液
２０μｌを含む小滴１０２を備えた。絶縁層１０４ｂに
は、約１０９°の初期接触角を与える高フッ素化ポリマ
ーの非常に薄い（≒０．０２〜２μｍ）層が被覆された
厚さ３μｍのポリイミド層を備えた。図２Ｂおよび３Ｃ
に示されているように、１組の４個の金の電極１０６を
配置した。マイクロレンズには、図３Ｃに示した導電性
の透明な支持基板１１０ａとしてＩＴＯ（酸化スズイン
ジウム）を備えた。０ボルトと約１５０ボルトの間の動
作電圧を印加した。
【００３３】６ｍｍと８ｍｍの間の範囲内で、マイクロ
レンズの焦点距離の可逆的な調節が示された。また、絶
縁層の表面に沿って任意の横方向に約３ｍｍの範囲内
で、マイクロレンズ位置の調節が示された。得られた結
果は、マイクロレンズの限界を示すものではなく、焦点
距離と焦点位置を変更することができる調整可能な液体
マイクロレンズが作製可能なことを示すのに役に立つも
のと理解されたい。
レンズの焦点距離の可逆的な調節が示された。また、絶
縁層の表面に沿って任意の横方向に約３ｍｍの範囲内
で、マイクロレンズ位置の調節が示された。得られた結
果は、マイクロレンズの限界を示すものではなく、焦点
距離と焦点位置を変更することができる調整可能な液体
マイクロレンズが作製可能なことを示すのに役に立つも
のと理解されたい。
【００３４】以上のことから、説明のマイクロレンズ
は、小滴と電極１０６の間に電圧の差が存在しないとき
の所望の接触角θと、所望の接触角ヒステリシスとを有
するように設計できることが明白なはずである。それ
は、上に掲げた数式に示されたように、適切な材料、寸
法および体積を選択することによって実現することがで
きる。したがって、このマイクロレンズは、小滴の曲面
率および位置制御が実質的に自由になり、それによって
マイクロレンズ、焦点距離、焦点位置および開口数にお
ける広範囲な調整能力が実現する。
は、小滴と電極１０６の間に電圧の差が存在しないとき
の所望の接触角θと、所望の接触角ヒステリシスとを有
するように設計できることが明白なはずである。それ
は、上に掲げた数式に示されたように、適切な材料、寸
法および体積を選択することによって実現することがで
きる。したがって、このマイクロレンズは、小滴の曲面
率および位置制御が実質的に自由になり、それによって
マイクロレンズ、焦点距離、焦点位置および開口数にお
ける広範囲な調整能力が実現する。
【００３５】本発明のマイクロレンズは、いくつかの光
学電気的応用例に使用することが可能であることを当業
者なら理解するはずである。例えば、これらのマイクロ
レンズを使用して、レーザなどの光信号送信器２０４と
光検出器などの光信号受信器２０２との間の最適な結合
を実現することができる。それが、図４に例示されてい
る。送信器２０４からの光信号が発散しており、焦点面
２０６の背後で集束されることが図４から理解されるは
ずである。このような最適な結合を実現するように、マ
イクロレンズ１００のレンズ焦点距離と焦点面２０６内
の焦点２０８の横方向の位置決めとが、上で説明したよ
うに、複数の電極１０６に選択的にバイアスをかけるこ
とによって調整可能である。受信器２０２で最高出力が
検出されるまで（送信器２０４と受信器２０２の間の最
適な結合を表す）、これらのバイアス電極に選択的にバ
イアスをかけることができる。現在では、光学電気パッ
ケージ、すなわち、レーザおよび／または光検出器など
の光学電気構成要素を組込んだ物理的装置が、最適な結
合を実現するために構成要素部品を物理的に移動させる
ことによって較正されている。このような方法は時間が
掛かり、かつ極めてコストが高くなる恐れがある。本発
明の少なくとも１個のマイクロレンズを装置に含むこと
によって、最適な結合を実現するために構成要素部品を
物理的に位置合わせする必要がなくなる。さらに適切に
言えば、本発明のマイクロレンズの焦点距離および焦点
の横方向の位置を調節して、送信器から固定受信器へ光
信号を転送することができる。
学電気的応用例に使用することが可能であることを当業
者なら理解するはずである。例えば、これらのマイクロ
レンズを使用して、レーザなどの光信号送信器２０４と
光検出器などの光信号受信器２０２との間の最適な結合
を実現することができる。それが、図４に例示されてい
る。送信器２０４からの光信号が発散しており、焦点面
２０６の背後で集束されることが図４から理解されるは
ずである。このような最適な結合を実現するように、マ
イクロレンズ１００のレンズ焦点距離と焦点面２０６内
の焦点２０８の横方向の位置決めとが、上で説明したよ
うに、複数の電極１０６に選択的にバイアスをかけるこ
とによって調整可能である。受信器２０２で最高出力が
検出されるまで（送信器２０４と受信器２０２の間の最
適な結合を表す）、これらのバイアス電極に選択的にバ
イアスをかけることができる。現在では、光学電気パッ
ケージ、すなわち、レーザおよび／または光検出器など
の光学電気構成要素を組込んだ物理的装置が、最適な結
合を実現するために構成要素部品を物理的に移動させる
ことによって較正されている。このような方法は時間が
掛かり、かつ極めてコストが高くなる恐れがある。本発
明の少なくとも１個のマイクロレンズを装置に含むこと
によって、最適な結合を実現するために構成要素部品を
物理的に位置合わせする必要がなくなる。さらに適切に
言えば、本発明のマイクロレンズの焦点距離および焦点
の横方向の位置を調節して、送信器から固定受信器へ光
信号を転送することができる。
【００３６】図５に例示されている別の典型的な実施形
態では、本発明のマイクロレンズ１００または複数のマ
イクロレンズを利用して、プリント回路基板５００上の
ボール格子アレイ５１２を介して表面取付けされている
光検出器５０６などの光学電気構成要素を埋込み平面導
波管５０４に結合する。方向を示す矢印によって示され
ているように、光は、平面導波管５０４のコア５０２を
介して伝搬する。その光は、ミラー端５０８によって、
プリント回路基板５００の上面５１０に向かって反射さ
れる。調整可能な液体マイクロレンズ１００が、このプ
リント回路基板５００の上面５１０上に配置され、示さ
れている方向に光検出器５０６に向けて、光５０２を導
く。平面導波管５０４から光検出器５０６への光送信を
最適化するようにマイクロレンズ１００を調整するため
に、調整可能な液体マイクロレンズ１００の電極に選択
的にバイアスをかけて、マイクロレンズ１００の焦点距
離および横方向の焦点位置を調節することができる。マ
イクロレンズの形状は、適正な電圧を印加することによ
って維持される。
態では、本発明のマイクロレンズ１００または複数のマ
イクロレンズを利用して、プリント回路基板５００上の
ボール格子アレイ５１２を介して表面取付けされている
光検出器５０６などの光学電気構成要素を埋込み平面導
波管５０４に結合する。方向を示す矢印によって示され
ているように、光は、平面導波管５０４のコア５０２を
介して伝搬する。その光は、ミラー端５０８によって、
プリント回路基板５００の上面５１０に向かって反射さ
れる。調整可能な液体マイクロレンズ１００が、このプ
リント回路基板５００の上面５１０上に配置され、示さ
れている方向に光検出器５０６に向けて、光５０２を導
く。平面導波管５０４から光検出器５０６への光送信を
最適化するようにマイクロレンズ１００を調整するため
に、調整可能な液体マイクロレンズ１００の電極に選択
的にバイアスをかけて、マイクロレンズ１００の焦点距
離および横方向の焦点位置を調節することができる。マ
イクロレンズの形状は、適正な電圧を印加することによ
って維持される。
【００３７】図６および７は、焦点位置および焦点距離
を変更すると共に、調整可能な液体マイクロレンズに利
用可能な材料の範囲を広げることができる、調整可能な
液体マイクロレンズの別の典型的な実施形態を例示す
る。最初に「スティックスリップ」現象の概略を簡単に
述べる。図１Ｂに関連して上に挙げたエレクトロウェッ
ティングの概略で述べたように、層２４と小滴２２の間
の接触角θは、電極２６と小滴２２の間に電圧を印加す
ることによって変更可能である。スティックスリップ現
象よって、この接触角θは、印加電圧下で、初期接触角
から最終接触角へ滑らかに移行せず、段階的に変化する
場合がある。電圧が印加されていると、小滴が基板２４
の表面に「膠着」し、最初の接触角θＸを一定の時間維
持する場合がある。最終的には、印加電圧下で、この小
滴が「滑り」、新たな接触角θＹが画定される。このよ
うな段階的な急変が、最初の接触角と最終的な接触角の
間を移行する際に数回生じる場合があるが、それは印加
電圧に応じて起こる。小滴が最初はくっつき、次いで滑
るので、接触角θが段階的に変化し、さらに、例えば、
θＸとθＹの間にある接触角を容易に実現することがで
きない。
を変更すると共に、調整可能な液体マイクロレンズに利
用可能な材料の範囲を広げることができる、調整可能な
液体マイクロレンズの別の典型的な実施形態を例示す
る。最初に「スティックスリップ」現象の概略を簡単に
述べる。図１Ｂに関連して上に挙げたエレクトロウェッ
ティングの概略で述べたように、層２４と小滴２２の間
の接触角θは、電極２６と小滴２２の間に電圧を印加す
ることによって変更可能である。スティックスリップ現
象よって、この接触角θは、印加電圧下で、初期接触角
から最終接触角へ滑らかに移行せず、段階的に変化する
場合がある。電圧が印加されていると、小滴が基板２４
の表面に「膠着」し、最初の接触角θＸを一定の時間維
持する場合がある。最終的には、印加電圧下で、この小
滴が「滑り」、新たな接触角θＹが画定される。このよ
うな段階的な急変が、最初の接触角と最終的な接触角の
間を移行する際に数回生じる場合があるが、それは印加
電圧に応じて起こる。小滴が最初はくっつき、次いで滑
るので、接触角θが段階的に変化し、さらに、例えば、
θＸとθＹの間にある接触角を容易に実現することがで
きない。
【００３８】このスティックスリップ現象は主に、基板
２４中の異質物、不純物および汚染物質によって引起こ
されるが、小滴２２と基板２４の間の界面張力に局部的
な不整合を招くと考えられている。このスティックスリ
ップ現象によって、エレクトロウェッティングを利用す
るマイクロレンズを正確に調整する能力が制限される恐
れがある。
２４中の異質物、不純物および汚染物質によって引起こ
されるが、小滴２２と基板２４の間の界面張力に局部的
な不整合を招くと考えられている。このスティックスリ
ップ現象によって、エレクトロウェッティングを利用す
るマイクロレンズを正確に調整する能力が制限される恐
れがある。
【００３９】スティックスリップ現象に密接に関連する
その他の現象が、接触角ヒステリシス現象である。接触
角ヒステリシスは、進行中の小滴接触角（例えば、電圧
が０ボルトからＶ０ボルトへ上昇する間の所与の電圧で
得られる角度など）と後退中の小滴の接触角（同じ電圧
であるが、例えば、電圧がＶ０ボルトから０ボルトへ低
下する間に得られる接触角など）の間の差異を指す。接
触角ヒステリシスは、小滴の履歴（すなわち、電圧が増
大中であるのかまたは減少中であるのか）上で接触角へ
の依存を招き、さらにエレクトロウェッティングによる
小滴の制御を複雑にする。また、このヒステリシスが十
分高いと、電圧が取除かれたときに、小滴がその元の形
状に復帰するのを妨げる恐れがある。しかし、スティッ
クスリップ現象と接触角ヒステリシスは、密接に関連す
る現象であるが、それらは同一の現象ではないことに留
意されたい。特に、一定の状況では、認め得るほどのど
んなスティックスリップ挙動にも関連しない接触角ヒス
テリシス挙動を得ることが可能である。
その他の現象が、接触角ヒステリシス現象である。接触
角ヒステリシスは、進行中の小滴接触角（例えば、電圧
が０ボルトからＶ０ボルトへ上昇する間の所与の電圧で
得られる角度など）と後退中の小滴の接触角（同じ電圧
であるが、例えば、電圧がＶ０ボルトから０ボルトへ低
下する間に得られる接触角など）の間の差異を指す。接
触角ヒステリシスは、小滴の履歴（すなわち、電圧が増
大中であるのかまたは減少中であるのか）上で接触角へ
の依存を招き、さらにエレクトロウェッティングによる
小滴の制御を複雑にする。また、このヒステリシスが十
分高いと、電圧が取除かれたときに、小滴がその元の形
状に復帰するのを妨げる恐れがある。しかし、スティッ
クスリップ現象と接触角ヒステリシスは、密接に関連す
る現象であるが、それらは同一の現象ではないことに留
意されたい。特に、一定の状況では、認め得るほどのど
んなスティックスリップ挙動にも関連しない接触角ヒス
テリシス挙動を得ることが可能である。
【００４０】図２Ａから３Ｃに関連して説明した典型的
な調整可能な液体マイクロレンズに関して、例えば、高
フッ素化炭化水素などのフッ素化ポリマーを含む適切な
絶縁層を選択することによって、認め得るどんな接触角
ヒステリシスおよびスティックスリップも回避すること
ができる。これは、ヒステリシスおよびスティックスリ
ップ問題を回避する許容可能な１つの解決策であるが、
本発明の調整可能な液体マイクロレンズの絶縁層として
利用可能な材料の選択範囲を活用することも望ましい。
な調整可能な液体マイクロレンズに関して、例えば、高
フッ素化炭化水素などのフッ素化ポリマーを含む適切な
絶縁層を選択することによって、認め得るどんな接触角
ヒステリシスおよびスティックスリップも回避すること
ができる。これは、ヒステリシスおよびスティックスリ
ップ問題を回避する許容可能な１つの解決策であるが、
本発明の調整可能な液体マイクロレンズの絶縁層として
利用可能な材料の選択範囲を活用することも望ましい。
【００４１】図６を参照すると、調整可能な液体マイク
ロレンズ６００が例示されている。この調整可能な液体
マイクロレンズ６００は、図２Ａのマイクロレンズ１０
０と同じ基本的な構造を有するが、同じ構成要素が同じ
参照数字を共有する。しかし、調整可能な液体マイクロ
レンズ６００は、絶縁層１０４の第１表面上に配置され
ている相対的に薄い潤滑層８００（斜めの平行線模様で
例示されている）を具備する。この潤滑層８００は、絶
縁層１０４の第１表面全体に塗布されており、小滴１０
２は、潤滑層８００が絶縁層１０４と小滴１０２の間に
あるように、潤滑層８００上に配置されている。
ロレンズ６００が例示されている。この調整可能な液体
マイクロレンズ６００は、図２Ａのマイクロレンズ１０
０と同じ基本的な構造を有するが、同じ構成要素が同じ
参照数字を共有する。しかし、調整可能な液体マイクロ
レンズ６００は、絶縁層１０４の第１表面上に配置され
ている相対的に薄い潤滑層８００（斜めの平行線模様で
例示されている）を具備する。この潤滑層８００は、絶
縁層１０４の第１表面全体に塗布されており、小滴１０
２は、潤滑層８００が絶縁層１０４と小滴１０２の間に
あるように、潤滑層８００上に配置されている。
【００４２】角θａは一般に、小滴１０２と、絶縁層１
０４の第１表面に平行な平面６０２との間で画定され
る。図２Ａ〜３Ｃに関連して説明した接触角θと同様
に、電極１０６と小滴１０２の間に電圧を選択的に印加
することによって、角θａを変化させることができる。
このようにして、マイクロレンズ６００の焦点距離が調
整可能となる。この潤滑層は、小滴１０２を絶縁層１０
４から分離し、小滴１０２と潤滑層８００の間に、空間
的に均一な界面張力を与える。小滴１０２は、別の方法
であれば小滴１０２と絶縁層１０４の間に接触角ヒステ
リシスおよびスティックスリップ効果を招くことにな
る、どんな局在的な異質物または汚染物質にも接触する
ことがないので、絶縁層１０４用に広い範囲から材料を
選択することができる。
０４の第１表面に平行な平面６０２との間で画定され
る。図２Ａ〜３Ｃに関連して説明した接触角θと同様
に、電極１０６と小滴１０２の間に電圧を選択的に印加
することによって、角θａを変化させることができる。
このようにして、マイクロレンズ６００の焦点距離が調
整可能となる。この潤滑層は、小滴１０２を絶縁層１０
４から分離し、小滴１０２と潤滑層８００の間に、空間
的に均一な界面張力を与える。小滴１０２は、別の方法
であれば小滴１０２と絶縁層１０４の間に接触角ヒステ
リシスおよびスティックスリップ効果を招くことにな
る、どんな局在的な異質物または汚染物質にも接触する
ことがないので、絶縁層１０４用に広い範囲から材料を
選択することができる。
【００４３】図２Ａ〜３Ｃのマイクロレンズと同様に、
このマイクロレンズは、電極１０６に選択的にバイアス
をかけることによって、絶縁層１０４に対して、すなわ
ち、平面６０２に沿ってその位置を変更することも可能
である。このようにして、この調整可能な液体マイクロ
レンズ６００の焦点位置を変更することができる。
このマイクロレンズは、電極１０６に選択的にバイアス
をかけることによって、絶縁層１０４に対して、すなわ
ち、平面６０２に沿ってその位置を変更することも可能
である。このようにして、この調整可能な液体マイクロ
レンズ６００の焦点位置を変更することができる。
【００４４】図６は、小滴１０２が潤滑層８００上に配
置されているとき、潤滑層８００が、液体の小滴１０２
を絶縁層１０４から分離する液層として実施することが
できることを示す。図７に例示されている別の典型的な
調整可能な液体マイクロレンズ７００では、マイクロレ
ンズ７００が、潤滑層８００を含む周囲液８０２（斜め
の平行線模様で示されている）を具備しており、その液
体は、小滴１０２と混和せず、かつ小滴１０２の表面を
実質的に取囲む。
置されているとき、潤滑層８００が、液体の小滴１０２
を絶縁層１０４から分離する液層として実施することが
できることを示す。図７に例示されている別の典型的な
調整可能な液体マイクロレンズ７００では、マイクロレ
ンズ７００が、潤滑層８００を含む周囲液８０２（斜め
の平行線模様で示されている）を具備しており、その液
体は、小滴１０２と混和せず、かつ小滴１０２の表面を
実質的に取囲む。
【００４５】角θｂが、マイクロレンズ７００の小滴１
０２と、絶縁層１０４の第１表面に平行な平面６０４と
の間で画定されている。マイクロレンズ６００と同様
に、マイクロレンズ７００の焦点距離を変更するため
に、小滴１０２に対して、電極１０６に選択的にバイア
スをかけることによって、角θｂを変更することが可能
である。また、マイクロレンズ７００の焦点位置を変更
するために、絶縁層１０４に対して、すなわち、平面６
０４に沿って小滴１０２の位置を変化させることができ
る。
０２と、絶縁層１０４の第１表面に平行な平面６０４と
の間で画定されている。マイクロレンズ６００と同様
に、マイクロレンズ７００の焦点距離を変更するため
に、小滴１０２に対して、電極１０６に選択的にバイア
スをかけることによって、角θｂを変更することが可能
である。また、マイクロレンズ７００の焦点位置を変更
するために、絶縁層１０４に対して、すなわち、平面６
０４に沿って小滴１０２の位置を変化させることができ
る。
【００４６】図６および７に示したように、潤滑層８０
０を絶縁基板１０４の第１表面に沿って塗布することも
できるし、あるいは潤滑層８００を含む液体８０２中
に、マイクロレンズの小滴１０２を完全に埋没させるこ
ともできる。この潤滑層８００は、光の所望の波長に対
して透明でなければならないが、図３Ｃに示した開口１
１８を有する構造を利用すれば、それは問題にする必要
はない。この場合、支持導電層に選択された材料の表面
エネルギーが一定の閾値を超えていれば、潤滑層が開口
１１８を塞ぐことはない。そのようなことが生じるの
は、潤滑剤が、以下にさらに説明するように、一定の閾
値より低い表面エネルギーを有する表面のみをぬらす
（すなわち、ゼロの接触角を与える）ことができるから
である。潤滑層は誘電性でなければならないし、かつそ
れはマイクロレンズの小滴１０２の下にある誘電性基板
１０４をぬらすように選択されなければならない。典型
的な潤滑層８００は、小滴１０２と混和しない低表面エ
ネルギー液を含む。いくつかのフッ素化有機液も同様に
使用することができるが、例えば、ペンシルベニア州タ
リータウンのＧｅｌｅｓｔ社から入手可能な、ＦＭＳ−
１３１、ＦＭＳ−２２１（ポリ（３，３，３−トリフル
オロプロピルメチルシロキサン））およびＳＩＢ１８１
６．０（［ビス（トリデカフルオロオクチル）テトラメ
チルシロキサン］）などのフルオロシリコーンがある。
潤滑層による基板のぬれは、完全である場合もあるが、
あるいはこの潤滑層と絶縁層１０４の間に、限定的な、
しかし小さい接触角を有する場合もある。いずれの場合
も、潤滑層８００が、マイクロレンズの小滴１０２の下
に薄い層を自然に形成し、接触角ヒステリシスおよび
「スティックスリップ」挙動を実質的に阻止する。
０を絶縁基板１０４の第１表面に沿って塗布することも
できるし、あるいは潤滑層８００を含む液体８０２中
に、マイクロレンズの小滴１０２を完全に埋没させるこ
ともできる。この潤滑層８００は、光の所望の波長に対
して透明でなければならないが、図３Ｃに示した開口１
１８を有する構造を利用すれば、それは問題にする必要
はない。この場合、支持導電層に選択された材料の表面
エネルギーが一定の閾値を超えていれば、潤滑層が開口
１１８を塞ぐことはない。そのようなことが生じるの
は、潤滑剤が、以下にさらに説明するように、一定の閾
値より低い表面エネルギーを有する表面のみをぬらす
（すなわち、ゼロの接触角を与える）ことができるから
である。潤滑層は誘電性でなければならないし、かつそ
れはマイクロレンズの小滴１０２の下にある誘電性基板
１０４をぬらすように選択されなければならない。典型
的な潤滑層８００は、小滴１０２と混和しない低表面エ
ネルギー液を含む。いくつかのフッ素化有機液も同様に
使用することができるが、例えば、ペンシルベニア州タ
リータウンのＧｅｌｅｓｔ社から入手可能な、ＦＭＳ−
１３１、ＦＭＳ−２２１（ポリ（３，３，３−トリフル
オロプロピルメチルシロキサン））およびＳＩＢ１８１
６．０（［ビス（トリデカフルオロオクチル）テトラメ
チルシロキサン］）などのフルオロシリコーンがある。
潤滑層による基板のぬれは、完全である場合もあるが、
あるいはこの潤滑層と絶縁層１０４の間に、限定的な、
しかし小さい接触角を有する場合もある。いずれの場合
も、潤滑層８００が、マイクロレンズの小滴１０２の下
に薄い層を自然に形成し、接触角ヒステリシスおよび
「スティックスリップ」挙動を実質的に阻止する。
【００４７】図６のマイクロレンズ６００および図７の
マイクロレンズ７００は、潤滑層８００が、小滴１０２
を絶縁層１０４から分離しているのを示す。潤滑層８０
０が、小滴１０２と絶縁層１０４の間に確実に分離層を
形成するために、適正な表面エネルギーγを有する材料
を選択しなければならない。当然のことであるが、ある
程度は試行錯誤によってこれらの材料を選択することは
可能であるが、次の原理を利用することもできる。
マイクロレンズ７００は、潤滑層８００が、小滴１０２
を絶縁層１０４から分離しているのを示す。潤滑層８０
０が、小滴１０２と絶縁層１０４の間に確実に分離層を
形成するために、適正な表面エネルギーγを有する材料
を選択しなければならない。当然のことであるが、ある
程度は試行錯誤によってこれらの材料を選択することは
可能であるが、次の原理を利用することもできる。
【００４８】例えば、最も単純な理論的シナリオを想定
すると、小滴１０２と電極１０６の間に電圧が印加され
ていないとき、図７に示されているように、小滴１０２
は球形である。すなわち、小滴１０２が液体８０２によ
って完全に取囲まれており、この小滴１０２は、絶縁層
１０４の第１表面に平行な平面６０４と１８０°の角度
を成す。電圧が印加されていないときの角θｂは、基板
１０４と小滴１０２の間の界面張力（γＳ−Ｌ）、基板
１０４と潤滑液８００の間の界面張力（γＳ− Ｆ）およ
び小滴１０２と潤滑液８０２の間の界面張力
（γＬ−Ｆ）によって最初に決定される。角θｂは、次
のように数式（５）によって求めることができる。
すると、小滴１０２と電極１０６の間に電圧が印加され
ていないとき、図７に示されているように、小滴１０２
は球形である。すなわち、小滴１０２が液体８０２によ
って完全に取囲まれており、この小滴１０２は、絶縁層
１０４の第１表面に平行な平面６０４と１８０°の角度
を成す。電圧が印加されていないときの角θｂは、基板
１０４と小滴１０２の間の界面張力（γＳ−Ｌ）、基板
１０４と潤滑液８００の間の界面張力（γＳ− Ｆ）およ
び小滴１０２と潤滑液８０２の間の界面張力
（γＬ−Ｆ）によって最初に決定される。角θｂは、次
のように数式（５）によって求めることができる。
【数５】数（５）
【００４９】上式で、γｉｊ（ｉ、ｊ＝Ｓ、Ｌまたは
Ｆ）は、上で説明した界面エネルギーである。γｉｊの
値は、数式（６）にしたがって求めることができる。
Ｆ）は、上で説明した界面エネルギーである。γｉｊの
値は、数式（６）にしたがって求めることができる。
【数６】数（６）
【００５０】上式で、Φｉｊは、関与する材料の分子特
性から算出することができる無次元の相互作用助変数で
あり、有機系に関する単位元に近い。
性から算出することができる無次元の相互作用助変数で
あり、有機系に関する単位元に近い。
【００５１】述べたように、例えば、γＳ−Ｌは、基板
１０４と小滴１０２の間の界面張力または界面エネルギ
ーを表す。基板１０４の表面エネルギーは、γＳとして
表されている。この記号は、当該材料（この場合は基板
１０４など）とその飽和蒸気の間の界面エネルギーを指
す。
１０４と小滴１０２の間の界面張力または界面エネルギ
ーを表す。基板１０４の表面エネルギーは、γＳとして
表されている。この記号は、当該材料（この場合は基板
１０４など）とその飽和蒸気の間の界面エネルギーを指
す。
【００５２】さらに、θｂが１８０°ならば（この条件
によって、上記シナリオの下では、潤滑層８００が絶縁
層１０４を小滴１０２から分離することが保証され
る）、ｃｏｓθｂは負の１（−１）に等しい。次に、１
８０°の接触角になるように設計するために、数式
（７）が数式（５）から導かれる。
によって、上記シナリオの下では、潤滑層８００が絶縁
層１０４を小滴１０２から分離することが保証され
る）、ｃｏｓθｂは負の１（−１）に等しい。次に、１
８０°の接触角になるように設計するために、数式
（７）が数式（５）から導かれる。
【数７】数（７）
【００５３】この概念が図８にもっとも適正に例示され
ているが、それは、ペンシルベニア州タリータウンのＧ
ｅｌｅｓｔ社製ＤＭＳ−Ｔ１１シリコーン油およびＤＭ
Ｓ−Ｔ００シリコーン油を含む潤滑液にそれぞれ対応す
る２つの異なるγＦ（２０ｍＮ／ｍおよび１６ｍＮ／
ｍ）に関する、絶縁層のγＳに対する角θｂのグラフで
ある。数式（５）および（６）を用いて図８のグラフを
作成することができる。小滴１０２は、７２ｍＮ／ｍの
γＬを有する水であると想定する。図８のグラフから、
水の小滴１０２と１６ｍＮ／ｍのγＦによって特徴付け
られる潤滑液８０２を想定すると、絶縁層１０４が約２
６ｍＮ／ｍ（破線９０２によって例示されている）より
小さいかまたは等しいγＳによって特徴付けられる材料
なら、１８０°の角θｂが実現され、かつ数式（７）が
満足される。同様に、水の小滴１０２と２０ｍＮ／ｍの
γＦによって特徴付けられる潤滑液を想定すると、絶縁
層１０４が約３６ｍＮ／ｍ（破線９０４によって例示さ
れている）より小さいかまたは等しいγＳによって特徴
付けられる材料なら、１８０°の角θｂが実現される。
ているが、それは、ペンシルベニア州タリータウンのＧ
ｅｌｅｓｔ社製ＤＭＳ−Ｔ１１シリコーン油およびＤＭ
Ｓ−Ｔ００シリコーン油を含む潤滑液にそれぞれ対応す
る２つの異なるγＦ（２０ｍＮ／ｍおよび１６ｍＮ／
ｍ）に関する、絶縁層のγＳに対する角θｂのグラフで
ある。数式（５）および（６）を用いて図８のグラフを
作成することができる。小滴１０２は、７２ｍＮ／ｍの
γＬを有する水であると想定する。図８のグラフから、
水の小滴１０２と１６ｍＮ／ｍのγＦによって特徴付け
られる潤滑液８０２を想定すると、絶縁層１０４が約２
６ｍＮ／ｍ（破線９０２によって例示されている）より
小さいかまたは等しいγＳによって特徴付けられる材料
なら、１８０°の角θｂが実現され、かつ数式（７）が
満足される。同様に、水の小滴１０２と２０ｍＮ／ｍの
γＦによって特徴付けられる潤滑液を想定すると、絶縁
層１０４が約３６ｍＮ／ｍ（破線９０４によって例示さ
れている）より小さいかまたは等しいγＳによって特徴
付けられる材料なら、１８０°の角θｂが実現される。
【００５４】上の例によって、潤滑液によって補助され
たエレクトロウェッティングを用いると、広範囲の材料
およびそれらのそれぞれの付着技術を使用できることが
証明されている。実際に、潤滑剤を使用しないで、ステ
ィックスリップを伴わない、低ヒステリシス挙動を提供
するために、高度に均一、超清浄、低エネルギーの表面
を使用しなければならない。それによって、利用可能な
材料が、高フッ素化炭化水素などの材料およびそれに類
似の材料に大部分限定される。しかも、純度および表面
の均一性の要求度を保証するために、選択された材料を
慎重に付着しなければならない。これらの問題を克服す
ることは可能であるが、問題解決には、複雑でかつコス
トの掛かる作業および設備を必要とする恐れがある。他
方、潤滑層８００を使用することによって、高度に均
一、超清浄、低エネルギーの表面が不要なので、材料の
選択範囲を大きく広げることができる。例えば、２０ｍ
Ｎ／ｍのγＦを有する潤滑剤を使用するならば、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンなどの普通のポ
リマーを始めとして広範囲の材料が、約３６ｍＮ／ｍよ
りも小さい表面エネルギーγＳという条件を満たすこと
になろう。また、材料の付着作業中に、表面汚染および
不均一性を避けるために払わねばならない配慮も軽減さ
れ、簡単でコストの掛からない付着技術が提供されるこ
とになる。
たエレクトロウェッティングを用いると、広範囲の材料
およびそれらのそれぞれの付着技術を使用できることが
証明されている。実際に、潤滑剤を使用しないで、ステ
ィックスリップを伴わない、低ヒステリシス挙動を提供
するために、高度に均一、超清浄、低エネルギーの表面
を使用しなければならない。それによって、利用可能な
材料が、高フッ素化炭化水素などの材料およびそれに類
似の材料に大部分限定される。しかも、純度および表面
の均一性の要求度を保証するために、選択された材料を
慎重に付着しなければならない。これらの問題を克服す
ることは可能であるが、問題解決には、複雑でかつコス
トの掛かる作業および設備を必要とする恐れがある。他
方、潤滑層８００を使用することによって、高度に均
一、超清浄、低エネルギーの表面が不要なので、材料の
選択範囲を大きく広げることができる。例えば、２０ｍ
Ｎ／ｍのγＦを有する潤滑剤を使用するならば、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンなどの普通のポ
リマーを始めとして広範囲の材料が、約３６ｍＮ／ｍよ
りも小さい表面エネルギーγＳという条件を満たすこと
になろう。また、材料の付着作業中に、表面汚染および
不均一性を避けるために払わねばならない配慮も軽減さ
れ、簡単でコストの掛からない付着技術が提供されるこ
とになる。
【００５５】調整可能な液体マイクロレンズ６００、７
００は、図２Ａで示した基本構造を有するように示され
ているが、図３Ａ〜３Ｃに関連して示し、かつ説明した
ような構造の他のマイクロレンズ構造も等しく適切であ
る。同様に、これらの調整可能な液体マイクロレンズ６
００、７００は、図４および図５に関連して説明した例
などの様々な光学電気的な応用例にも使用可能である。
００は、図２Ａで示した基本構造を有するように示され
ているが、図３Ａ〜３Ｃに関連して示し、かつ説明した
ような構造の他のマイクロレンズ構造も等しく適切であ
る。同様に、これらの調整可能な液体マイクロレンズ６
００、７００は、図４および図５に関連して説明した例
などの様々な光学電気的な応用例にも使用可能である。
【００５６】調整可能な液体マイクロレンズ６００、７
００は、レンズ位置調節および焦点調整が可能である。
さらに、これらの調整可能な液体マイクロレンズ６０
０、７００は、材料の選択の自由度を一段と高めると共
に、接触角およびスティックスリップ現象を回避するこ
とによって、優れた調整性能を提供する。
００は、レンズ位置調節および焦点調整が可能である。
さらに、これらの調整可能な液体マイクロレンズ６０
０、７００は、材料の選択の自由度を一段と高めると共
に、接触角およびスティックスリップ現象を回避するこ
とによって、優れた調整性能を提供する。
【００５７】以上本発明について典型的な実施形態を用
いて説明してきたが、それらに限定されない。さらに言
えば、添付の特許請求の範囲は、当業者が本発明の均等
物の範囲および領域から逸脱することなく実施すること
ができる本発明の他の変形および実施形態を包含するも
のと広く解釈されるべきである。
いて説明してきたが、それらに限定されない。さらに言
えば、添付の特許請求の範囲は、当業者が本発明の均等
物の範囲および領域から逸脱することなく実施すること
ができる本発明の他の変形および実施形態を包含するも
のと広く解釈されるべきである。
【図１Ａ】液体マイクロレンズを通過する光波を表す図
である。
である。
【図１Ｂ】エレクトロウェッティング現象を表す図であ
る。
る。
【図２Ａ】本発明の調整可能な液体マイクロレンズを表
す図である。
す図である。
【図２Ｂ】本発明の調整可能な液体マイクロレンズに関
する一典型的な電極パターンを例示する図である。
する一典型的な電極パターンを例示する図である。
【図２Ｃ】図２Ｂの電極への選択的なバイアス印加に対
する本発明の調整可能な液体マイクロレンズの反応を例
示する図である。
する本発明の調整可能な液体マイクロレンズの反応を例
示する図である。
【図２Ｄ】図２Ｂの電極への選択的なバイアス印加に対
する本発明の調整可能な液体マイクロレンズの反応を例
示する図である。
する本発明の調整可能な液体マイクロレンズの反応を例
示する図である。
【図２Ｅ】図２Ｂの電極への選択的なバイアス印加に対
する本発明の調整可能な液体マイクロレンズの反応を例
示する図である。
する本発明の調整可能な液体マイクロレンズの反応を例
示する図である。
【図３Ａ】本発明による調整可能な液体マイクロレンズ
の典型的な実施形態を表す図である。
の典型的な実施形態を表す図である。
【図３Ｂ】本発明による調整可能な液体マイクロレンズ
の典型的な実施形態を表す図である
の典型的な実施形態を表す図である
【図３Ｃ】本発明による調整可能な液体マイクロレンズ
の典型的な実施形態を表す図である
の典型的な実施形態を表す図である
【図４】本発明の調整可能な液体マイクロレンズを具備
する光学系を例示する図である。
する光学系を例示する図である。
【図５】本発明の平面導波管および調整可能な液体マイ
クロレンズを具備する装置図である。
クロレンズを具備する装置図である。
【図６】潤滑層を利用する本発明の調整可能な液体マイ
クロレンズの典型的な実施形態を表す図である。
クロレンズの典型的な実施形態を表す図である。
【図７】潤滑層を利用する本発明の調整可能な液体マイ
クロレンズの別の典型的な実施形態を表す図である。
クロレンズの別の典型的な実施形態を表す図である。
【図８】図６および図７のマイクロレンズに及ぼす材料
選択の効果を例示するグラフである。
選択の効果を例示するグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 シュー ヤン
アメリカ合衆国 07060 ニュージャーシ
ィ，ノース プレーンフィールド，ウエス
ト エンド アヴェニュー 475，アパー
トメント エックスー８
Ｆターム(参考） 5C024 EX06 EX43 EX56
Claims (10)
- 【請求項１】 絶縁層と透明な導電性液体の小滴と、 前記絶縁層の第１表面上に配置され、かつ前記小滴と前
記絶縁層の間に配置された潤滑層と、 前記絶縁層および前記潤滑層によって前記小滴から絶縁
された複数の電極とを備え、 前記複数の電極が、前記小滴と前記複数の電極のそれぞ
れの間でそれぞれの電位を発生するために、それらの電
極に選択的にバイアスを掛けることができるように配置
され、 それによって、前記小滴と、前記絶縁層の前記第１表面
に平行な平面との間の角度を変化させることができ、か
つ前記絶縁層に対して前記小滴の位置を変化させること
ができる、調整可能な液体マイクロレンズ。 - 【請求項２】 前記複数の電極に関して、前記小滴にバ
イアスを掛けるための小滴電極をさらに備える、請求項
１に記載の調整可能な液体マイクロレンズ。 - 【請求項３】 前記小滴電極が、前記第１表面に対向す
る前記絶縁層の第２表面に沿って配置された導電性の透
明な基板を含み、前記絶縁層が、前記絶縁層を貫通して
開口を画定し、それによって前記小滴が、前記開口を少
なくとも部分的に占有し、かつ前記小滴電極と電気的に
連通している、請求項２に記載の調整可能な液体マイク
ロレンズ。 - 【請求項４】 前記小滴電極が、 前記第１表面に対向する前記絶縁層の第２表面に沿って
配置された導電性の透明な基板と、 前記導電性の透明な基板に前記小滴を結合する導電リー
ド線とを含む、請求項２に記載の調整可能な液体マイク
ロレンズ。 - 【請求項５】 前記小滴が、それと混和しない潤滑液に
よって実質的に取囲まれ、前記潤滑液が前記潤滑層を含
む、請求項１に記載の調整可能な液体マイクロレンズ。 - 【請求項６】 前記潤滑層がシリコーン油を含む、請求
項１に記載の調整可能な液体マイクロレンズ。 - 【請求項７】 透明な導電性液体の小滴と、絶縁層と、
前記絶縁層の第１表面上に配置され、かつ前記小滴と前
記絶縁層の間に配置される潤滑層とを含む液体マイクロ
レンズを調整する方法であって、 前記絶縁層および前記潤滑層によって前記小滴から絶縁
された複数の電極に選択的にバイアスを掛けて、前記小
滴と前記複数の電極のそれぞれの間でそれぞれの電位を
発生するステップを含む方法。 - 【請求項８】 選択的にバイアスを掛ける前記ステップ
が、前記複数の電極に選択的にバイアスを掛けて、前記
小滴と、前記絶縁層の前記第１表面に平行な平面との間
の角度を変化させ、かつ、前記絶縁層に対して前記小滴
の位置を変化させるステップを含む、請求項７に記載の
方法。 - 【請求項９】 光信号を提供する送信器と、 前記光信号を受信する受信器と、 前記送信器から前記受信器へ前記光信号を導くように配
置されている調整可能な液体マイクロレンズとを具備す
る装置であって、前記調整可能な液体マイクロレンズ
が、 絶縁層と、 透明な導電性液体の小滴と、 前記絶縁層の第１表面上に配置され、かつ前記小滴と前
記絶縁層の間に配置された潤滑層と、 前記絶縁層および前記潤滑層によって前記小滴から絶縁
された複数の電極とを備え、 前記複数の電極が、前記小滴と前記複数の電極のそれぞ
れの間でそれぞれの電位を発生するために、それらの電
極に選択的にバイアスを掛けることができるように配置
され、 それによって、前記小滴と、前記絶縁層の前記第１表面
に平行な平面との間の角度を変化させ、かつ前記絶縁層
に対して前記小滴の位置を変化させることができ、 それによって、前記マイクロレンズの焦点距離と、前記
マイクロレンズの焦点の横方向の位置とを調節して、前
記送信器から前記受信器へ前記光信号を導く装置。 - 【請求項１０】 光信号を送信する方法であって、 透明な導電性液体の小滴と、絶縁層と、前記絶縁層の第
１表面上に配置され、かつ前記小滴と前記絶縁層の間に
配置された潤滑層とを具備する液体マイクロレンズに向
けて、第１の位置から前記光信号を送信するステップ
と、 前記絶縁層によって前記小滴から絶縁されている複数の
電極に選択的にバイアスを掛けて、前記小滴と前記複数
の電極のそれぞれの間でそれぞれの電位を発生するステ
ップを含む、前記光信号を転送するために前記液体マイ
クロレンズを調整するステップとを含む方法。
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