JP2003302502A - 光学素子 - Google Patents
光学素子Info
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- JP2003302502A JP2003302502A JP2002106730A JP2002106730A JP2003302502A JP 2003302502 A JP2003302502 A JP 2003302502A JP 2002106730 A JP2002106730 A JP 2002106730A JP 2002106730 A JP2002106730 A JP 2002106730A JP 2003302502 A JP2003302502 A JP 2003302502A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エレクトロウェッティング効果を利用した光学
素子の偏心を防止する。 【解決手段】導電性を有する第１の液体221と、第１の
液体221と互いに混合することのない第２の液体222を光
学素子本体として容器205内に密封し、第１の液体221と
導通する第１の電極225と、容器205の一端側の端面に沿
って絶縁部材204を介して配置された第２の電極203間へ
の印加電圧の変化に応じて第１の液体221と第２の液体2
22との界面形状が変化することで光学特性が変化するエ
レクトロウェッティング効果を利用した光学素子におい
て、絶縁部材204の第２の電極203の当接面には、光軸中
心部が最も厚く、径方向外方に向かうに従って厚みを段
階的に薄くした同心円状の複数の段部を形成した。
素子の偏心を防止する。 【解決手段】導電性を有する第１の液体221と、第１の
液体221と互いに混合することのない第２の液体222を光
学素子本体として容器205内に密封し、第１の液体221と
導通する第１の電極225と、容器205の一端側の端面に沿
って絶縁部材204を介して配置された第２の電極203間へ
の印加電圧の変化に応じて第１の液体221と第２の液体2
22との界面形状が変化することで光学特性が変化するエ
レクトロウェッティング効果を利用した光学素子におい
て、絶縁部材204の第２の電極203の当接面には、光軸中
心部が最も厚く、径方向外方に向かうに従って厚みを段
階的に薄くした同心円状の複数の段部を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロウェッ
ティング効果(電気毛管現象)を利用した光学素子に関す
るものである。
ティング効果(電気毛管現象)を利用した光学素子に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、エレクトロウェッティング効果
(電気毛管現象)を用いた可変焦点レンズが、ＷＯ９９／
１８４５６号公報にて開示されている。当技術を用いる
と、電気エネルギーを直接、密閉容器に封止された第１
の透明液体と第２の透明液体との界面が形成するレンズ
の形状変化に用いることができるため、レンズを機械的
に移動させること無く可変焦点にする事が可能となる。
その動作原理について図３および図４を用いて以下に説
明する。図３はＷＯ９９／１８４５６号公報に開示され
た技術をもとに構成した光学素子の構成を示す断面図で
ある。
(電気毛管現象)を用いた可変焦点レンズが、ＷＯ９９／
１８４５６号公報にて開示されている。当技術を用いる
と、電気エネルギーを直接、密閉容器に封止された第１
の透明液体と第２の透明液体との界面が形成するレンズ
の形状変化に用いることができるため、レンズを機械的
に移動させること無く可変焦点にする事が可能となる。
その動作原理について図３および図４を用いて以下に説
明する。図３はＷＯ９９／１８４５６号公報に開示され
た技術をもとに構成した光学素子の構成を示す断面図で
ある。
【０００３】101は光学素子全体を示し、102は中央に凹
部を設けた透明基板である。透明基板102の上面には、
酸化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）103が形成
され、その上面には絶縁層104が密着して設けられてい
る。105は遮光性を有した容器で、その上面にはカバー
板106が固定され、更にその上面には中央部に直径Ｄ7の
開口を有した絞り板107が配置される。以上の構成にお
いて、絶縁層104、容器105及び上カバー106で囲まれた
所定体積の密閉空間、すなわち液室を有した筐体が形成
される。そして液室の壁面には、以下に示す表面処理が
施される。
部を設けた透明基板である。透明基板102の上面には、
酸化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）103が形成
され、その上面には絶縁層104が密着して設けられてい
る。105は遮光性を有した容器で、その上面にはカバー
板106が固定され、更にその上面には中央部に直径Ｄ7の
開口を有した絞り板107が配置される。以上の構成にお
いて、絶縁層104、容器105及び上カバー106で囲まれた
所定体積の密閉空間、すなわち液室を有した筐体が形成
される。そして液室の壁面には、以下に示す表面処理が
施される。
【０００４】まず絶縁層104の中央上面には、直径Ｄ5の
範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜111が形成され
る。また、絶縁層104上の撥水膜111の直径Ｄ5より外側
の範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜112が形成
される。
範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜111が形成され
る。また、絶縁層104上の撥水膜111の直径Ｄ5より外側
の範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜112が形成
される。
【０００５】一方、カバー板106の下面には、直径Ｄ6の
範囲内に親水処理が施され、前記親水膜112と同様の性
質を有した親水膜113が形成される。そしてこれまでに
説明したすべての構成部材は、光軸123に対して回転対
称形状をしている。更に、容器105の一部には孔があけ
られ、ここに棒状電極125が挿入され、例えば接着剤で
封止されて前記液室の密閉性を維持している。そして透
明電極103と棒状電極125には給電手段126が接続され、
スイッチ127の操作で両電極間に所定の電圧が印加可能
になっている。
範囲内に親水処理が施され、前記親水膜112と同様の性
質を有した親水膜113が形成される。そしてこれまでに
説明したすべての構成部材は、光軸123に対して回転対
称形状をしている。更に、容器105の一部には孔があけ
られ、ここに棒状電極125が挿入され、例えば接着剤で
封止されて前記液室の密閉性を維持している。そして透
明電極103と棒状電極125には給電手段126が接続され、
スイッチ127の操作で両電極間に所定の電圧が印加可能
になっている。
【０００６】以上の構成の液室には、以下に示す２種類
の液体が充填される。まず絶縁層104上の撥水膜111の上
には、第２の液体122が所定量だけ滴下される。第２の
液体122はシリコーンオイルが用いられる。一方、液室
内の残りの空間には、第１の液体121が充填される。第
１の液体121は、電解液である。第１及び第２の液体
は、比重が等しく、かつ互いに不溶の液体が選定され
る。そこで両液体は界面124を形成し、混じりあわずに
各々が独立して存在する。
の液体が充填される。まず絶縁層104上の撥水膜111の上
には、第２の液体122が所定量だけ滴下される。第２の
液体122はシリコーンオイルが用いられる。一方、液室
内の残りの空間には、第１の液体121が充填される。第
１の液体121は、電解液である。第１及び第２の液体
は、比重が等しく、かつ互いに不溶の液体が選定され
る。そこで両液体は界面124を形成し、混じりあわずに
各々が独立して存在する。
【０００７】次に、前記界面の形状について説明する。
まず、第１の液体121に電圧が印加されていない場合、
界面124の形状は、両液体間の界面張力、第１の液体121
と絶縁層104上の撥水膜111あるいは親水膜112との界面
張力、第２の液体122と絶縁層104上の撥水膜111あるい
は親水膜112との界面張力、及び第２の液体122の体積で
決まる。
まず、第１の液体121に電圧が印加されていない場合、
界面124の形状は、両液体間の界面張力、第１の液体121
と絶縁層104上の撥水膜111あるいは親水膜112との界面
張力、第２の液体122と絶縁層104上の撥水膜111あるい
は親水膜112との界面張力、及び第２の液体122の体積で
決まる。
【０００８】上記した従来例においては、第２の液体12
2の材料であるシリコーンオイルと、撥水膜111との界面
張力が相対的に小さくなるように材料選定されている。
すなわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体122
が形成するレンズ状液滴の外縁は広がるという方向性を
持った性質（性向）を有し、外縁が撥水膜111の塗布領
域に一致したところで安定する。すなわち第２の液体12
2が形成するレンズ底面の直径Ａ5は、撥水膜111の直径
Ｄ5に等しい。
2の材料であるシリコーンオイルと、撥水膜111との界面
張力が相対的に小さくなるように材料選定されている。
すなわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体122
が形成するレンズ状液滴の外縁は広がるという方向性を
持った性質（性向）を有し、外縁が撥水膜111の塗布領
域に一致したところで安定する。すなわち第２の液体12
2が形成するレンズ底面の直径Ａ5は、撥水膜111の直径
Ｄ5に等しい。
【０００９】一方、両液体の比重は前述のごとく等しい
ため、重力による対流作用は発生しない。そこで界面12
4は球面になり、その曲率半径及び高さｈ１は第２の液
体122の体積により決まる。また、第１の液体121の光軸
上の厚さはｔ１になる。
ため、重力による対流作用は発生しない。そこで界面12
4は球面になり、その曲率半径及び高さｈ１は第２の液
体122の体積により決まる。また、第１の液体121の光軸
上の厚さはｔ１になる。
【００１０】他方、スイッチ127が閉操作され、第１の
液体121に電圧が印加されると、電気毛管現象によって
両液体間の界面張力の釣り合いが変化して界面の形状が
変化し、第１の液体121と親水膜112との界面張力が減少
し、第１の液体121が親水膜112と撥水膜111の境界を乗
り越えて撥水膜111内に侵入する。その結果、図４
（ａ）に示すごとく、第２の液体122が作るレンズの底
面の直径はＡ5からＡ6に減少し、高さはｈ１からｈ２に
増加する。また、第１の液体121の光軸上の厚さはｔ２
になる。このように第１の液体121への電圧印加によっ
て、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液
体間の界面の形状が変わる。よって、給電手段126の電
圧制御により界面124の形状を自在に変えられる光学素
子が実現できる。
液体121に電圧が印加されると、電気毛管現象によって
両液体間の界面張力の釣り合いが変化して界面の形状が
変化し、第１の液体121と親水膜112との界面張力が減少
し、第１の液体121が親水膜112と撥水膜111の境界を乗
り越えて撥水膜111内に侵入する。その結果、図４
（ａ）に示すごとく、第２の液体122が作るレンズの底
面の直径はＡ5からＡ6に減少し、高さはｈ１からｈ２に
増加する。また、第１の液体121の光軸上の厚さはｔ２
になる。このように第１の液体121への電圧印加によっ
て、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液
体間の界面の形状が変わる。よって、給電手段126の電
圧制御により界面124の形状を自在に変えられる光学素
子が実現できる。
【００１１】そして、界面124の形状変形に必要なエネ
ルギーは、絶縁層104の厚さdに比例する。
ルギーは、絶縁層104の厚さdに比例する。
【００１２】それは、光学素子101が第1の液体121が一
方の電極、透明電極103がもう一方の電極となったコン
デンサ構造となっており、ここで撥水膜111と親水膜112
は厚さがきわめて薄いためその存在を無視し、第1の液
体121が絶縁層104と接する部分の面積をS1とし、絶縁層
104の厚さをdとすると、光学素子101は極板面積S1、電
極間ギャップdのコンデンサと等価となるためである。
方の電極、透明電極103がもう一方の電極となったコン
デンサ構造となっており、ここで撥水膜111と親水膜112
は厚さがきわめて薄いためその存在を無視し、第1の液
体121が絶縁層104と接する部分の面積をS1とし、絶縁層
104の厚さをdとすると、光学素子101は極板面積S1、電
極間ギャップdのコンデンサと等価となるためである。
【００１３】そのため、光学素子における位置xと変形
に必要なエネルギーEの関係は、図4(b)であらわされ
る。
に必要なエネルギーEの関係は、図4(b)であらわされ
る。
【００１４】また、第１及び第２の液体が異なった屈折
率を有しているため、光学レンズとしてのパワーが付与
される事になるから、光学素子101は界面124の形状変化
によって可変焦点レンズとなる。
率を有しているため、光学レンズとしてのパワーが付与
される事になるから、光学素子101は界面124の形状変化
によって可変焦点レンズとなる。
【００１５】さらには、図３に比べて図４の界面124の
方が曲率半径が小さくなるので、図４の状態の光学素子
101の方が図３の状態に比べて光学素子101の焦点距離は
短くなる。
方が曲率半径が小さくなるので、図４の状態の光学素子
101の方が図３の状態に比べて光学素子101の焦点距離は
短くなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の技術は以下に示す欠点を有する。
の技術は以下に示す欠点を有する。
【００１７】ＷＯ９９／１８４５６号公報では、図4に
示すとおり、絶縁層104の厚さが光軸中心から径方向外
方に向かって薄くなるように変化させることで、絶縁層
内の電界強度に連続的に分布をもたせ、電気的に偏心を
軽減している。
示すとおり、絶縁層104の厚さが光軸中心から径方向外
方に向かって薄くなるように変化させることで、絶縁層
内の電界強度に連続的に分布をもたせ、電気的に偏心を
軽減している。
【００１８】しかし絶縁層の厚みを光軸対称に精度よく
変化させるのは困難であり、製造上厚みにわずかなばら
つきがでてしまう場合がある。
変化させるのは困難であり、製造上厚みにわずかなばら
つきがでてしまう場合がある。
【００１９】界面形状は、電界強度が等しい、つまり絶
縁層の厚さが等しいところまでしか変形しないため、光
学素子に電圧を印加した際に、絶縁層のわずかな厚みの
ばらつきが大きな光軸のずれ（偏心）になり、結果的に
電圧を印加していない場合と印加した場合に偏心が発生
し、光学素子としての性能が低下する。
縁層の厚さが等しいところまでしか変形しないため、光
学素子に電圧を印加した際に、絶縁層のわずかな厚みの
ばらつきが大きな光軸のずれ（偏心）になり、結果的に
電圧を印加していない場合と印加した場合に偏心が発生
し、光学素子としての性能が低下する。
【００２０】そこで本発明は、上記従来の課題を解決す
るもので、ＷＯ９９／１８４５６号公報に開示されてい
るようなエレクトロウェッティング効果を利用した光学
素子に関して、その偏心を簡単な構成で防止できるよう
にする事を目的としている。
るもので、ＷＯ９９／１８４５６号公報に開示されてい
るようなエレクトロウェッティング効果を利用した光学
素子に関して、その偏心を簡単な構成で防止できるよう
にする事を目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、導電性又
は有極性を有する第１の液体、及び該第１の液体と互い
に混合することのない第２の液体を光学素子本体として
密封収容する容器と、前記第１の液体と導通する第１の
電極と、前記容器の一端側で、光軸と直交する平面に沿
って絶縁層を介して配置された第２の電極とを有し、前
記第１の電極と前記第２の電極間への印加電圧の変化に
応じて前記第１の液体と前記第２の液体との界面形状が
変化することで光学特性が変化する光学素子において、
前記容器の該一端側内面と前記第２の電極間のギャップ
を不連続に変化させたことを特徴とする。
は有極性を有する第１の液体、及び該第１の液体と互い
に混合することのない第２の液体を光学素子本体として
密封収容する容器と、前記第１の液体と導通する第１の
電極と、前記容器の一端側で、光軸と直交する平面に沿
って絶縁層を介して配置された第２の電極とを有し、前
記第１の電極と前記第２の電極間への印加電圧の変化に
応じて前記第１の液体と前記第２の液体との界面形状が
変化することで光学特性が変化する光学素子において、
前記容器の該一端側内面と前記第２の電極間のギャップ
を不連続に変化させたことを特徴とする。
【００２２】第２の発明は、導電性又は有極性を有する
第１の液体、及び該第１の液体と互いに混合することの
ない第２の液体を光学素子本体として密封収容する容器
と、前記第１の液体と導通する第１の電極と、前記容器
の一端側で、光軸と直交する平面に沿って絶縁部材を介
して配置された第２の電極とを有し、前記第１の電極と
前記第２の電極間への印加電圧の変化に応じて前記第１
の液体と前記第２の液体との界面形状が変化することで
光学特性が変化する光学素子において、前記絶縁部材に
おける前記第２の電極の当接面は、光軸方向における厚
さが不連続に変化する同心円状の複数の段部を有するこ
とを特徴とする。
第１の液体、及び該第１の液体と互いに混合することの
ない第２の液体を光学素子本体として密封収容する容器
と、前記第１の液体と導通する第１の電極と、前記容器
の一端側で、光軸と直交する平面に沿って絶縁部材を介
して配置された第２の電極とを有し、前記第１の電極と
前記第２の電極間への印加電圧の変化に応じて前記第１
の液体と前記第２の液体との界面形状が変化することで
光学特性が変化する光学素子において、前記絶縁部材に
おける前記第２の電極の当接面は、光軸方向における厚
さが不連続に変化する同心円状の複数の段部を有するこ
とを特徴とする。
【００２３】第３の発明は、上記第２の発明で、前記絶
縁部材は、前記容器の一端側との対向面が前記界面の頂
点を通る光軸に直交する平面に沿って平坦面に形成され
ていることを特徴とする。
縁部材は、前記容器の一端側との対向面が前記界面の頂
点を通る光軸に直交する平面に沿って平坦面に形成され
ていることを特徴とする。
【００２４】第４の発明は、上記第２または第３の発明
で、前記絶縁部材は、前記界面の頂点を通る光軸と同軸
の円盤形状に形成されていることを特徴とする。
で、前記絶縁部材は、前記界面の頂点を通る光軸と同軸
の円盤形状に形成されていることを特徴とする。
【００２５】第５の発明は、上記第２から第４のいずれ
かの発明で、前記絶縁部材は、光軸中心から径方向外方
に向かうに従って厚みを段階的に薄くしたことを特徴と
する。
かの発明で、前記絶縁部材は、光軸中心から径方向外方
に向かうに従って厚みを段階的に薄くしたことを特徴と
する。
【００２６】上記の各発明では、第２の液体の稜線で形
成される（で描かれる）円周の中心は必ず、光学素子の
中心軸と一致しているため、光軸は常に一定に保たれ、
電圧を印加した時の光軸と印加していない時の光軸が一
致し偏心防止となる。
成される（で描かれる）円周の中心は必ず、光学素子の
中心軸と一致しているため、光軸は常に一定に保たれ、
電圧を印加した時の光軸と印加していない時の光軸が一
致し偏心防止となる。
【００２７】したがって、本発明によれば、簡単な構成
で電圧印加時の偏心を容易に防止する事ができるため、
光学素子の性能も向上し、簡単な構成のためコストダウ
ンも可能となる。
で電圧印加時の偏心を容易に防止する事ができるため、
光学素子の性能も向上し、簡単な構成のためコストダウ
ンも可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施の形態に基
づき具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。
づき具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。
【００２９】(第1の実施の形態)図１に本発明に係る第1
の実施の形態における光学素子の構成および光学作用に
ついて説明する。なお、本実施の形態では、光学素子の
中心軸223が上下方向に延びているものとして説明す
る。
の実施の形態における光学素子の構成および光学作用に
ついて説明する。なお、本実施の形態では、光学素子の
中心軸223が上下方向に延びているものとして説明す
る。
【００３０】この図において、201は本実施の形態の光
学素子全体を示している。202は透明アクリル製の透明
基板であり、透明基板202の内面側は、中心軸223から径
方向に同心的に複数の段部が段階的に形成された不連続
面に形成され、各段部の厚みは径方向外方ほど厚くなっ
ている。そして、この透明基板202の内面側（上面）に
は、酸化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）203が
等しい厚みを有してスパッタリングで形成され、その上
面には、透明アクリル製の絶縁層204が密着して設けら
れている。
学素子全体を示している。202は透明アクリル製の透明
基板であり、透明基板202の内面側は、中心軸223から径
方向に同心的に複数の段部が段階的に形成された不連続
面に形成され、各段部の厚みは径方向外方ほど厚くなっ
ている。そして、この透明基板202の内面側（上面）に
は、酸化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）203が
等しい厚みを有してスパッタリングで形成され、その上
面には、透明アクリル製の絶縁層204が密着して設けら
れている。
【００３１】絶縁層204は、透明基板202の前記不連続面
上に形成された透明電極203に合致した不連続面絶縁層2
04aを有し、この不連続面絶縁層204aは、前記透明電極2
03の不連続面をなす部分の中央にレプリカ樹脂を滴下
し、ガラス板で押しつけて表面を平滑にした後、UV照射
を行ない硬化させて形成されている。その後、この不連
続面絶縁層204aの表面に対し、さらにポリパラキシリレ
ン樹脂を化学蒸着により付着させて平板の平板絶縁層20
4bを形成する。
上に形成された透明電極203に合致した不連続面絶縁層2
04aを有し、この不連続面絶縁層204aは、前記透明電極2
03の不連続面をなす部分の中央にレプリカ樹脂を滴下
し、ガラス板で押しつけて表面を平滑にした後、UV照射
を行ない硬化させて形成されている。その後、この不連
続面絶縁層204aの表面に対し、さらにポリパラキシリレ
ン樹脂を化学蒸着により付着させて平板の平板絶縁層20
4bを形成する。
【００３２】以上のように作製する事で、絶縁層204の
厚さが中心軸123から径方向に不連続に厚みが薄くなる
構成となる。
厚さが中心軸123から径方向に不連続に厚みが薄くなる
構成となる。
【００３３】この絶縁層204の上面には、遮光性を有し
た円筒型の容器205が接着固定され、その上面には透明
アクリル製の上カバー板206が接着固定されている。更
に上カバー板206の上面には、中央部に直径D1の開口を
有した絞り板207が配置される。
た円筒型の容器205が接着固定され、その上面には透明
アクリル製の上カバー板206が接着固定されている。更
に上カバー板206の上面には、中央部に直径D1の開口を
有した絞り板207が配置される。
【００３４】以上の構成において、絶縁層204、容器205
及び上カバー板206で囲まれた所定体積の空間、すなわ
ち液室を有した容器が形成される。そして、この液室の
壁面には、以下に示す表面処理が施される。
及び上カバー板206で囲まれた所定体積の空間、すなわ
ち液室を有した容器が形成される。そして、この液室の
壁面には、以下に示す表面処理が施される。
【００３５】まず、絶縁層204の中央上面には、直径Ｄ3
の範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜211が形成さ
れる。また、絶縁層204上の撥水膜211の直径Ｄ3より外
側の範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜212が形
成される。
の範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜211が形成さ
れる。また、絶縁層204上の撥水膜211の直径Ｄ3より外
側の範囲には、親水処理剤が塗布され、親水膜212が形
成される。
【００３６】一方、カバー板206の下面には、直径Ｄ2
（D2＞D1）の範囲内に親水処理が施され、前記親水膜21
2と同様の性質を有した親水膜213が形成される。
（D2＞D1）の範囲内に親水処理が施され、前記親水膜21
2と同様の性質を有した親水膜213が形成される。
【００３７】そしてこれまでに説明したすべての構成部
材は、中心軸223に対して回転対称形状をしている。更
に、容器205の一部には孔があけられ、ここに棒状電極2
25が挿入され、接着剤で封止されて前記液室の密閉性を
維持している。そして透明電極203と棒状電極225には給
電手段231が接続され、両電極間に所定の電圧が印加可
能になっている。
材は、中心軸223に対して回転対称形状をしている。更
に、容器205の一部には孔があけられ、ここに棒状電極2
25が挿入され、接着剤で封止されて前記液室の密閉性を
維持している。そして透明電極203と棒状電極225には給
電手段231が接続され、両電極間に所定の電圧が印加可
能になっている。
【００３８】以上の構成の液室には、以下に示す２種類
の液体が充填される。まず絶縁層204上の撥水膜211の上
には、第2の液体222が所定量だけ滴下される。第２の液
体222はシリコーンオイルが用いられる。
の液体が充填される。まず絶縁層204上の撥水膜211の上
には、第2の液体222が所定量だけ滴下される。第２の液
体222はシリコーンオイルが用いられる。
【００３９】一方、前記液室内の残りの空間には、第１
の液体221が充填される。第１の液体221は電解液等の導
電性または有極性の液体である。第1及び第2の液体は、
比重が等しく、かつ互いに不溶の液体が選定される。そ
こで両液体は界面224を形成し、混じりあわずに各々が
独立して存在する。
の液体221が充填される。第１の液体221は電解液等の導
電性または有極性の液体である。第1及び第2の液体は、
比重が等しく、かつ互いに不溶の液体が選定される。そ
こで両液体は界面224を形成し、混じりあわずに各々が
独立して存在する。
【００４０】ここで前記界面の形状について説明する。
まず、第１の液体221に電圧が印加されていない場合、
界面224aの形状は、両液体間の界面張力、第１の液体22
1と絶縁層204との界面張力、及び第２の液体222の体積
で決まる。本実施の形態においては、第２の液体222の
材料であるシリコーンオイルと、絶縁層204との界面張
力が相対的に小さくなるように材料選定されている。す
なわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体222が
形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持つ。すな
わち第２の液体222が形成するレンズ底面の直径Ａ１
は、撥水膜211の直径Ｄ3に等しい。つまり第2の液体222
が形成するレンズの光軸は、光学素子の中心軸223と一
致する。
まず、第１の液体221に電圧が印加されていない場合、
界面224aの形状は、両液体間の界面張力、第１の液体22
1と絶縁層204との界面張力、及び第２の液体222の体積
で決まる。本実施の形態においては、第２の液体222の
材料であるシリコーンオイルと、絶縁層204との界面張
力が相対的に小さくなるように材料選定されている。す
なわち両材料間の濡れ性が高いため、第２の液体222が
形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持つ。すな
わち第２の液体222が形成するレンズ底面の直径Ａ１
は、撥水膜211の直径Ｄ3に等しい。つまり第2の液体222
が形成するレンズの光軸は、光学素子の中心軸223と一
致する。
【００４１】次に、給電手段231により第1の液体221に
電圧を印加するとエレクトロウェッティングの効果によ
り、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液
体間の界面の形状が変わり、界面224bのようになる。よ
って、給電手段231の電圧制御によって界面224の形状を
自在に変えられる光学素子が実現できる。
電圧を印加するとエレクトロウェッティングの効果によ
り、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液
体間の界面の形状が変わり、界面224bのようになる。よ
って、給電手段231の電圧制御によって界面224の形状を
自在に変えられる光学素子が実現できる。
【００４２】また、第１及び第２の液体が異なった屈折
率を有しているため、光学レンズとしてのパワーが付与
される事になるから、光学素子201は界面224の形状変化
によって可変焦点レンズとなる。
率を有しているため、光学レンズとしてのパワーが付与
される事になるから、光学素子201は界面224の形状変化
によって可変焦点レンズとなる。
【００４３】図2は、光学素子および光学素子の位置xと
その位置xにおける変形に必要なエネルギーEの関係を示
した図である。光学素子201はコンデンサと等価である
ので、界面形状224の変形に必要なエネルギーEは、絶縁
層204の厚さが厚くなるほど高くなる。
その位置xにおける変形に必要なエネルギーEの関係を示
した図である。光学素子201はコンデンサと等価である
ので、界面形状224の変形に必要なエネルギーEは、絶縁
層204の厚さが厚くなるほど高くなる。
【００４４】図2(b)のごとく、変形に必要なエネルギー
は不連続に変化しているので、例えば第2の液体222の稜
線がA点（不連続点）を含む円周に一致する場合からさ
らに変形するには、ΔE以上のエネルギーが必要とな
る。またその時のエネルギーΔEに相当する絶縁層の厚
さをd1であり、光軸を対称とした絶縁層の左右の厚み誤
差がd1以下であれば、第2の液体222の稜線は必ずA点を
含む円周で固定され、その円周の中心は、光学素子201
の中心軸と一致しているため、光軸は常に一定に保たれ
る。
は不連続に変化しているので、例えば第2の液体222の稜
線がA点（不連続点）を含む円周に一致する場合からさ
らに変形するには、ΔE以上のエネルギーが必要とな
る。またその時のエネルギーΔEに相当する絶縁層の厚
さをd1であり、光軸を対称とした絶縁層の左右の厚み誤
差がd1以下であれば、第2の液体222の稜線は必ずA点を
含む円周で固定され、その円周の中心は、光学素子201
の中心軸と一致しているため、光軸は常に一定に保たれ
る。
【００４５】すなわち、電圧を印加した時の光軸と印加
していない時の光軸が一致し、偏心防止となる。
していない時の光軸が一致し、偏心防止となる。
【００４６】また、WO99/18456号公報に開示された光学
素子に本発明の技術を応用し、同等の効果を得ることも
可能である。この場合、円筒状に形成された絶縁層の厚
さを光軸方向に沿って不連続にすればよい。
素子に本発明の技術を応用し、同等の効果を得ることも
可能である。この場合、円筒状に形成された絶縁層の厚
さを光軸方向に沿って不連続にすればよい。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
２の液体の稜線で形成される（で描かれる）円周の中心
は必ず、光学素子の中心軸と一致しているため、光軸は
常に一定に保たれ、電圧を印加した時の光軸と印加して
いない時の光軸が一致し偏心防止となる。
２の液体の稜線で形成される（で描かれる）円周の中心
は必ず、光学素子の中心軸と一致しているため、光軸は
常に一定に保たれ、電圧を印加した時の光軸と印加して
いない時の光軸が一致し偏心防止となる。
【００４８】また、本発明によれば、簡単な構成で電圧
印加時の偏心を容易に防止する事ができるため、光学素
子の性能も向上し、簡単な構成のためコストダウンも可
能となる。
印加時の偏心を容易に防止する事ができるため、光学素
子の性能も向上し、簡単な構成のためコストダウンも可
能となる。
【図１】本発明の実施の形態に係る光学素子の断面図
で、電圧を印加していない状態を示す。
で、電圧を印加していない状態を示す。
【図２】（a）は図１の光学素子に電圧を印加した状態
の断面図、（b）は変形に必要なエネルギーと位置との
関係を示す図。
の断面図、（b）は変形に必要なエネルギーと位置との
関係を示す図。
【図３】従来の光学素子の断面図で、電圧を印加してい
ない状態を示す。
ない状態を示す。
【図４】（a）は図3の光学素子に電圧を印加した状態の
断面図、（b）は変形に必要なエネルギーと位置との関
係を示す図。
断面図、（b）は変形に必要なエネルギーと位置との関
係を示す図。
101、 201・・・光学素子
102、 202・・・透明基板 103、 203・・・透明電極
104、 204・・・絶縁層 105、 205・・・容器 106、 206・・・上カバー 10
7、 207・・・絞り板 113、213・・・親水膜 121、 221・・・第1の液体 122、 222・・・第2の液体 123・・・光軸 124、 224・・・界面 125、 225・・・
棒状電極 223・・・中心軸 126、231・・・給電手段 127、227・・・スイッチ
104、 204・・・絶縁層 105、 205・・・容器 106、 206・・・上カバー 10
7、 207・・・絞り板 113、213・・・親水膜 121、 221・・・第1の液体 122、 222・・・第2の液体 123・・・光軸 124、 224・・・界面 125、 225・・・
棒状電極 223・・・中心軸 126、231・・・給電手段 127、227・・・スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 能登 悟郎
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ
ノン株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 導電性又は有極性を有する第１の液体、
及び該第１の液体と互いに混合することのない第２の液
体を光学素子本体として密封収容する容器と、前記第１
の液体と導通する第１の電極と、前記容器の一端側で、
光軸と直交する平面に沿って絶縁部材を介して配置され
た第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電
極間への印加電圧の変化に応じて前記第１の液体と前記
第２の液体との界面形状が変化することで光学特性が変
化する光学素子において、 前記容器の該一端側内面と前記第２の電極間のギャップ
を不連続に変化させたことを特徴とする光学素子。 - 【請求項２】 導電性又は有極性を有する第１の液体、
及び該第１の液体と互いに混合することのない第２の液
体を光学素子本体として密封収容する容器と、前記第１
の液体と導通する第１の電極と、前記容器の一端側で、
光軸と直交する平面に沿って絶縁部材を介して配置され
た第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電
極間への印加電圧の変化に応じて前記第１の液体と前記
第２の液体との界面形状が変化することで光学特性が変
化する光学素子において、 前記絶縁部材における前記第２の電極の当接面は、光軸
方向における厚さが不連続に変化する同心円状の複数の
段部を有することを特徴とする光学素子。 - 【請求項３】 前記絶縁部材は、前記容器の一端側との
対向面が前記界面の頂点を通る光軸に直交する平面に沿
って平坦面に形成されていることを特徴とする請求項１
または２に記載の光学素子。 - 【請求項４】 前記絶縁部材は、前記界面の頂点を通る
光軸と同軸の円盤形状に形成されていることを特徴とす
る請求項１または２または３に記載の光学素子。 - 【請求項５】 前記絶縁部材は、光軸中心から径方向外
方に向かうに従って厚みを段階的に薄くしたことを特徴
とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106730A JP2003302502A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106730A JP2003302502A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003302502A true JP2003302502A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29390964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002106730A Pending JP2003302502A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003302502A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006003610A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Measuring device |
| KR100646815B1 (ko) | 2005-11-30 | 2006-11-23 | 이미지랩(주) | 전기습윤 디스플레이 장치 |
| JP2007513387A (ja) * | 2003-12-08 | 2007-05-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 倍率補正を有するホログラフィック装置 |
| CN100362386C (zh) * | 2004-11-01 | 2008-01-16 | 富士能株式会社 | 具有聚焦功能的摄影光学系统 |
| JP2008524643A (ja) * | 2004-12-16 | 2008-07-10 | エコール ダンジュニュール アルク | プラスチック膜デバイスの製造方法及びこの方法によって得られるデバイス |
| WO2008099702A1 (ja) | 2007-02-13 | 2008-08-21 | Sony Corporation | エレクトロウェッティングデバイス及びその製造方法 |
| JP2009141733A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 画像読み取り装置 |
| WO2020162463A1 (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-13 | 日本板硝子株式会社 | 光学素子及び光学素子の製造方法 |
-
2002
- 2002-04-09 JP JP2002106730A patent/JP2003302502A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007513387A (ja) * | 2003-12-08 | 2007-05-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 倍率補正を有するホログラフィック装置 |
| CN100437187C (zh) * | 2004-06-30 | 2008-11-26 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 测量设备 |
| WO2006003610A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Measuring device |
| CN100362386C (zh) * | 2004-11-01 | 2008-01-16 | 富士能株式会社 | 具有聚焦功能的摄影光学系统 |
| JP2008524643A (ja) * | 2004-12-16 | 2008-07-10 | エコール ダンジュニュール アルク | プラスチック膜デバイスの製造方法及びこの方法によって得られるデバイス |
| JP4903156B2 (ja) * | 2004-12-16 | 2012-03-28 | エコール ダンジュニュール アルク | プラスチック膜デバイスの製造方法及びこの方法によって得られるデバイス |
| KR100646815B1 (ko) | 2005-11-30 | 2006-11-23 | 이미지랩(주) | 전기습윤 디스플레이 장치 |
| WO2007064142A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Image Lab Co., Ltd. | Apparatus for electrowetting display |
| WO2008099702A1 (ja) | 2007-02-13 | 2008-08-21 | Sony Corporation | エレクトロウェッティングデバイス及びその製造方法 |
| US8081389B2 (en) | 2007-02-13 | 2011-12-20 | Sony Corporation | Electro-wetting device and a method of manufacturing the same |
| JP2008197296A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Sony Corp | エレクトロウェッティングデバイス及びその製造方法 |
| JP2009141733A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 画像読み取り装置 |
| WO2020162463A1 (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-13 | 日本板硝子株式会社 | 光学素子及び光学素子の製造方法 |
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