JP2012068624A - 液体レンズ及びこれを用いた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで製造可能で、低電圧による駆動で、大きな屈折力変化が得られる（印加電圧に対する敏感度が高い）液体レンズを提供する。
【解決手段】 液体を収容するための容器と、該容器内に収容された電解液及び非電解液と、前記電解液に電圧を印加するための電圧印加手段と、を有し、前記電圧の印加により前記電解液と非電解液とがなす界面の形状を変化させる液体レンズであって、前記界面の端部が接する前記容器の内壁は、該内壁の位置に応じて前記非電解液に対する親和性に差異を有し、該親和性が前記電解液の位置する側よりも前記非電解液の位置する側で相対的に低い液体レンズ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を用いて屈折力を変化し得る液体レンズ及びこれを用いた機器に関する。

近年、屈折力を変化させることが可能なレンズの一形態として液体レンズの研究・開発が進められてきている。

液体レンズはいくつかに分類されるが、その一つに電解液と電極との間に電圧を印加することで、電解液と非電解液の２液体がなす界面と、２液体が接触する固体部と、の角度（以下、「接触角」ともいう。）を変化させるエレクトロウェッティング（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｗｅｔｔｉｎｇ：以下、単に「ＥＷ」ともいう。）現象を用いるものがある。

このＥＷ現象を用いる液体レンズは、動作が迅速なことに加え、界面の面精度が高いこと、レンズ自体の小型化と部品点数削減による低コスト化が図り得ることから最も有望視され、現在、盛んに研究されている。

ＥＷタイプのレンズでは、互いに異なる屈折率を有する電導性を有する電解液と非電導性の非電解液とが用いられ、両者は混和せずに界面を形成する。
２液は密閉されているため、電解液と、絶縁層を挟んで配置された電極層と、の間に電圧が印加されると、両液体の体積は変化せず維持されたまま、界面端部の接触角が変化する。

接触角に変化が生ずることで界面の球面曲率半径が接触角に対応して変化し、２液の屈折率差により光学的な屈折力（パワー）の変化を生む。ここで、２液に密度差があると、重力の影響により界面の球面形状が歪み、良好な光学性能が得られないことから、両液体の密度をそろえるのが一般的である。

こうしたなか、導電性液体への電圧印加により、絶縁性液体の液的が導電性液体中で変形してレンズの焦点距離を可変とする際、液滴が変形する間に液的の中心が本来の中心軸よりずれてしまうという不都合を抑制する発明が特許文献１に開示されている。

特許文献１は、導電性液体と、導電性液体中に配され絶縁性液体で構成された液滴と、が接する誘電体チャンバの内壁の「ぬれ性」を領域毎に変化させることを開示し、具体的には導電性液体に対する「ぬれ性」を中心軸Ｏに向かって半径方向に減少するようにチャンバ内壁面を処理した液体レンズを開示する。

一方、特許文献２は、液体が接触する接触面の形状を工夫することにより電圧印加に対する曲率の変化が鈍感あるいは敏感となる液体レンズを開示する。

具体的には、特許文献２では、電気伝導性材料からなるベース表面に絶縁膜をコーティングして構成される液体（導電性液体と非導電性液体）との接触面を凸面とすることでレンズの曲率変化を鈍感に、接触面を凹面とすることで敏感に、できるとしている。

特表２００１−５１９５３９号公報 特開２００７−２９３３４９号公報

特許文献１は、チャンバ内壁面の導電性液体に対する「ぬれ性」を中心軸Ｏに向かって半径方向に減少するようにすることで、絶縁性液体で構成される液滴の、中心軸Ｏに対する心合わせを図るものであるが、印加電圧を低くしても所定の屈折力を得るという観点の工夫はなされていない。

特許文献２は、液体との接触面の形状を工夫（一般的なリング電極の断面形状を直線的なテーパー型とするのではなく、曲面的な凹面とする）ことで、印加電圧に対するレンズの曲率変化を敏感にすることを開示する。

しかし実際に接触面が凹面の液体レンズを得ようとすると、円筒状の光軸を含み、光軸に平行な断面について、接触面をなすリング電極および絶縁膜が凹面化されていることが必要となり、加工自体が難しいことに加え、曲面の加工精度も高精度が要求される。これより製造コストは高いものなり、量産可能な液体レンズとしては採用し難いというのが実情である。

本発明は、低コストで製造可能で、低電圧による駆動で、大きな屈折力変化が得られる（印加電圧に対する敏感度が高い）液体レンズを提供することを目的とする。

本発明により提供される液体レンズは、液体を収容するための容器と、該容器内に収容された電解液及び非電解液と、前記電解液に電圧を印加するための電圧印加手段と、を有し、前記電圧の印加により前記電解液と非電解液とがなす界面の形状を変化させる液体レンズであって、前記界面の端部が接する前記容器の内壁は、該内壁の位置に応じて前記非電解液に対する親和性に差異を有し、該親和性が前記電解液の位置する側よりも前記非電解液の位置する側で相対的に低いことを特徴とする。

本発明の液体レンズでは、電解液と非電解液とを収容し、これらの液がなす界面の端部が接する容器の内壁に、内壁の位置に応じて非電解液に対する親和性（親油性）に差異をもたせ、該親和性を電解液側よりも非電解液側で低くしている。つまり、内壁のぬれ性を非電解質側でより疎油性としている。この構成により、印加電圧の少ない変化で接触角θを変化させることが可能となり、低電圧駆動、小電圧変化によりレンズの敏感な屈折力変化が得られる。

本発明の液体レンズの一例（円筒型電極）を示す模式図 本発明の液体レンズの一例（円筒型テーパー電極（平面形状））を示す模式図 本発明に適用可能な円筒電極（曲面形状）の模式図 （Ａ）は本発明の実施例１（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例２（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例３（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例４（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例５（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例６（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例７（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例８（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例９（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例１０（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例１１（円筒電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例１２（円筒テーパー電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例１３（円筒テーパー電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は本発明の実施例１４（円筒テーパー電極）の液体レンズの模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ 本発明の実施例におけるθ０変化膜特性と印加電圧減少との関係を示すグラフ 本発明の液体レンズと固体レンズ等をユニット化した光学部材を示す模式図 本発明の液体レンズを用いたカメラを示す模式図 本発明の液体レンズを用いたデジタルカメラの要部を示す模式図 本発明の液体レンズを用いた携帯電話の要部を示す模式図 （Ａ）は本発明の液体レンズを用いたネットワークカメラの模式図、（Ｂ）はネットワークカメラシステムのブロック図 （Ａ）は従来の液体レンズ（円筒電極）の模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ （Ａ）は従来の液体レンズ（円筒テーパー電極）の模式図、（Ｂ）はＶ−θグラフ

図１は、液体を収容する容器として円筒型の容器を用いた本発明の液体レンズの一例を示す模式図であり、円筒容器の中心軸（光軸）を含む平面で切断した断面図である。

図１においては、円筒形状の電極１０４の内側に絶縁膜（絶縁層）１０３を配置して液体を収容するための容器が構成され、容器内に互いに混和しない電解液１０１と非電解液１０２とが収容されている。１０５は電解液１０１と非電解液１０２とがなす界面を示し、界面の端部は容器の内壁に接している。絶縁膜１０３の内側には容器の内壁をなすと共に内壁の位置に応じて非電解液に対する親和性に差異を有する膜（以下、「変化膜」ともいう）１０６が設けられている。ここで、変化膜１０６は、非電解液１０２に対する親和性が電解液１０１の位置する側よりも非電解液側で相対的に低くなっている。電解液は一般的に、電離可能な水溶液が使用され、非電界液には油性液体が使用される点を考慮すると、非電解液に対する親和性が相対的に低いということは、親油性が小さいと言い換えることができる。

つまり、変化膜１０６の電解液側と非電解液側の親油性を比較すると電解液１０１側で親油性が相対的に大きく、非電解液１０２側で小さい（疎油性が大きい）ということになる。

１０７は電源であり、電極１０４と共に電解液１０１に電圧を印加するための電圧印加手段を構成している。１０８と１０９はそれぞれ前側保護板と後側保護板であり、光を透過させる透明部材で構成されている。

本発明の液体レンズにおいては、電解液と非電解液と界面の端部が、液体を収容する容器の内壁と接触して角度、接触角θと、電解液への印加電圧Ｖとの間にヤングの式と呼ばれる以下の式（１）が成り立つ。
ＣＯＳθ＝ＣＯＳθ０−（ε／ｄ／γｗｏ／２）＊Ｖ^２ 式（１）
ここで、
θ０：電圧が印加されていないＶ＝０での接触角（初期接触角）
ε：絶縁層の誘電率（図１における絶縁層１０３の誘電率）
ｄ：絶縁層の厚さ
γｗｏ：電解液（Ｗ）と非電解液（Ｏ）の２液の界面エネルギー
である。

ここで２液が絶縁層に直接接する場合、つまり界面の端部が絶縁層上を移動する場合、式（１）によると、２つの液体材料と絶縁層が定まると、θ０、ε、ｄ、γｗｏは定数となり、Ｖとθを変数とする関数となる。界面端部の接触角θが定まると液体レンズを収容する容器に依存するレンズ口径より、界面の球面曲率半径が定まる。そして曲率半径と２液の屈折率より焦点距離が定まることとなる（屈折力は焦点距離の逆数）。

本発明は、式（１）のＣＯＳθ０成分に着目してなされている。

θ０は初期接触角（印加電圧Ｖ＝０）であり、このθ０は、界面の端部が接触する絶縁層の表面の特性で決まり、一般的には一定の値となる。しかし界面端部の接触箇所が移動する絶縁層表面の位置に応じてこのθ０を変化させればＶ−θ特性を変化せしめることが可能となり、印加電圧に対する接触角の応答の敏感度を制御することが可能となる。

θ０を変化させる、つまり、絶縁層表面のぬれ特性を場所により変化させることが有用となる。本発明では絶縁層表面（容器内壁）ぬれ特性に位置に応じて差異を設け、具体的には、非電解液に対する親和性を電解液の位置する側よりも非電解液の位置する側で相対的に低くすることでＶ−θ特性の敏感度を向上させる。

本発明では、絶縁層表面のぬれ特性を直接変化させるだけでなく、均一な特性の絶縁層上にぬれ特性が変化する薄い変化膜を配置した構成をも包含する。

本発明において非電解液に対する親和性を電解液の位置する側よりも非電解液の位置する側で相対的に低くするとは、界面の端部が接触する絶縁層表面（容器内壁）に位置に応じて相対的な親水性に差を持たせること、疎水性に差を持たせること、親油性に差を持たせること、あるいは疎油性に差を持たせることを包含する。

図１に示した液体レンズでは、電解液１０１と電極１０４との間に電圧が印加されると、容器の内壁を構成する変化膜１０６と、液体の界面１０５の端部と、の接触角θ（非電解液側）が大きくなるように変化し、界面１０５の端部はＡからＣに移動する。

この電圧印加により、実線の曲率半径（界面１０５の端部Ａ）から、点線の曲率半径（界面１０５の端部Ｃ）に変化して、屈折力が変化する。

ここで、変化膜１０６のぬれ特性は、電解液１０１側（図１のＡポイント）から非電解液１０２側（図１のＣポイント）側に、非電解液２との親和性（親油性）が低くなるよう変化（疎油性増大）させている。

このように構成することで、図１における接触角θ７０度（Ａ）から１１０度（Ｃ）までの変化を、ぬれ性に変化のない均一膜に比べて低電圧駆動、小電圧変化で生じさせることが可能となる（具体的な説明は実施例及び比較例で後述する）。

尚、電解液のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率は１．４、非電解液のｄ線に対する屈折率は１．６としている。

以下の説明では異なる図であっても同一の部材には原則、同一の符号を付すことでなるべく重複した説明は行わないこととする。

図２に示した液体レンズは、図１の液体レンズが円筒電極タイプであるのに対し、テーパー付き円筒電極（断面がテーパー形状）を採用した例である。図２は、円筒容器の中心軸（光軸）を含む平面で切断した断面図を示し、液体の界面の端部が接する容器内壁（絶縁層）１０６が断面図において平面形状をなす例である。

図２の液体レンズは、テーパー付き円筒電極を採用した以外、図１の液体レンズと大差はない。唯、前側保護板１０８と後側保護板１０９とを不図示としている。本例の液体レンズにおいても、変化膜１０６のぬれ特性を、電解液１０１側（図Ａポイント）から非電解液１０２側（Ｃポイント）に、相対的に非電解液１０２との親和性が低くなるよう変化（疎油性増大）させている。

本発明の液体レンズでは、電解液１０１、非電解液１０２、及び変化膜１０６の３種の材料特性によって、界面エネルギーが影響を受け、液体レンズとして使用する接触角の範囲が異なる場合がある。

例えば、接触角の使用範囲を４０度から８０度としたほうが好ましい場合には、図２に示したテーパー付き円筒電極タイプの液体レンズが好適である。

図１の円筒電極タイプの液体レンズと同様の曲率半径の変化（同様の焦点距離変化）を得るために、図２の液体レンズでは、固体部（絶縁膜（絶縁層）１０３、電極１０４、変化膜１０６含む）に不図示の光軸に対して３０度傾けたテーパー角αを設けている。

このテーパー角３０度は、接触角４０度から８０度の使用範囲を３０度底上げして、実質上７０度から１１０度の接触角変化が得られることとなり、図１の液体レンズと同様の動作が可能となる。

図３に示した液体レンズは、凹面形状付きの円筒電極を採用した例である。図３の液体レンズは、凹面形状付きの円筒電極を採用した以外、図１の液体レンズと同様の構成である。図３の液体レンズでは、図１に示した液体レンズと同様の曲率半径Ｒの変化でも、低電圧の駆動により接触角θ変化をさらに減らすことができる（接触角θ：８０から１００度）。

以下、本発明の構成要素等の詳細について説明する。

＜液体を収容する容器＞
互いに混和しない電解液及び非電解液を収容する容器は、種々の容器が採用可能であるが、正から負への屈折力変化または負から正への屈折力変化が可能な円筒状の容器が好適である。

具体的な容器の例としては、円筒状の金属材料（アルミニウム、銅、鉄やこれらを含有する合金等）の内面に絶縁膜と、変化膜とをコーティングしたものや、円筒状のガラスやプラスチック材料の内面に導電性の膜と、絶縁膜、変化膜とをコーティングしたものを挙げることができる。

＜電解液及び非電解液＞
電解液としては塩を含有する水等を用いることができ、塩としては塩素化合物、臭素化合物等を挙げることができる。

非電解液としては、シリコーンオイル等の油性溶媒、各種有機溶媒を採用し得る。電解液と非電解液の組合せは、屈折率が互いに異なると共に、非混和なものから適宜選択し得るが、レンズとしての性能を考慮すると密度が等しいか同等の液体を選択することが望ましい。

＜非電解液に対する親和性に差異を有する容器の内壁表面＞
非電解液に対する親和性に差異を有する容器の内壁の表面は、例えば、以下の形態から選択し得る。（ｉ）容器内壁の表面に絶縁層をコーティングし、絶縁層表面に表面処理を施して位置に応じて親和性に差異を持たせたもの。（ｉｉ）容器内壁に絶縁層、更に薄膜をコーティングし、該薄膜に表面処理を施して親和性に差異を持たせたもの。（ｉｉｉ）容器自体を絶縁体で構成し、容器の内壁に表面処理を施し位置に応じて親和性に差異を持たせたもの（容器の外側には電極を構成する金属材料をコーティング）。

コーティングする薄膜の材料としては、親油性材料としてエポキシ系材料、シラン系カップリング材料、パリレン系材料等を挙げることができる。

これらの材料に対し、ＵＶ照射、電子線照射、コロナ放電、オゾン照射を施すと、材料表面にＯＨイオンが生じやすくなり、薄膜表面が親油性から親水性に変化する。

本発明でいう変化膜は、電解液から非電解液方向に、向かって相対的に疎油性（親水性）が高くしてある。従って、上記薄膜に電解液側から非電解液側に向かって、上記エネルギー線の照射量を多くすることで、疎油性（親水性）を高くすることができる。

尚、場所により親和性に差異を持たせることは、位置により初期接触角θ０に差異を持たせることを意味する。つまり、位置によるθ０変化は、位置に応じてエネルギー照射量を制御することで可変とすることができる。例えばθ０が急激に大きくなる所では、エネルギー照射量も急激に増やして疎油化の敏感度をあげることで対応できる。この他に、θ０変化膜として親水性材料を用いて、非電解液側から電解液側に向かって、疎油性（親水性）の特性を弱めてもよい。

円筒状の容器として金属材料を用いこの金属材料に電極としての機能を持たせ、金属材料の内面に絶縁膜と変化膜を配して容器の内壁を構成する場合には、以下の形態を取り得る。即ち、絶縁膜上に薄膜を成膜した上で、該薄膜の表面を遮蔽物で遮蔽し、エネルギー線の照射時間に応じて遮蔽物を移動させることで親和性に差異を有する変化膜の内壁を得ることができる。

円筒状の容器として非導電性のプラスチックやガラスを用いる場合には、電極材料（アルミニウム、ＩＴＯ、銀等）をコーティングした後、絶縁膜、変化膜を設ける。

膜のコーティング方法としては、蒸着やスパッタ等を挙げることができる。

＜その他の説明＞
本発明を構成する容器の内壁は、液体レンズの光軸方向に親和性の差異を有するように構成することができる。こうすることにより、円筒テーパー電極型、円筒電極型でも、低電圧駆動小電圧変化での屈折力変化の敏感度を高めることが可能となる。このとき円筒の中心軸と光軸とを一致させることが好適である。この軸がずれていると、界面が完全な球面形状にならず、良好な光学性能が得られない。

本発明の液体レンズと、一般的なガラスレンズやプラスチックレンズ等とを組み合わせてズームレンズを構成し、液体レンズの屈折力可変をフォーカスまたはズームに用いることも可能である。このような構成では、本発明は低電圧駆動なので、高電圧にするための昇圧回路も必要なく、カメラの中での電源を直接用いることができる。

また、ＥＷ液体レンズは、印加電圧のコンデンサー効果で界面を動かすため、電流がほとんど流れないため低消費電力である。この他にフォーカスのためのメカ機構が全く必要ないため、高速で音が全くしない（無音）オートフォーカスが実現できる。もちろん液体レンズの屈折力可変をズーム変倍として使ってもよい。この場合にも同様にズームメカ機構が不要か簡略化できるため、フォーカスと同様、高速で無音のズームが実現できる。

本発明の液体レンズによる低電圧駆動、小電圧変化での屈折力変化の敏感度増大は、液体レンズの応答速度増大にも貢献する。

本発明の液体レンズは、直流電圧駆動も可能であるが、交流電圧駆動が好適である。交流は駆動電圧が低い程、電磁波ノイズが少なく好ましい。特にデジタルカメラに搭載されている撮像素子は電磁波ノイズの影響を受けやすいので、本発明による低電圧化は、ノイズ低減効果にもつながる。

以下、具体的な実施例と比較例を挙げて本発明を詳細に説明する。

（実施例１及び比較例１）
図４に実施例１（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示した。表１には、Ｖ−θ特性表を示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は８７度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から８７度まで線形で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さはｄ＝１Ｅ−３ｍｍ、絶縁膜１０３の誘電率はε＝２．６Ｅ−１１Ｆ／ｍ、２液の界面エネルギーはγｗｏ＝８．７８ｅ−６ｋＮ／ｍである。

この特性のθ０変化膜１０６を使用して、印加電圧が０Ｖから１７Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１２．１度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。ここで、グラフ（Ｂ）におけるθ０の曲線に着目すると、ぬれ性を制御した変化膜１０６を設けることで、界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側に位置するところの接触角を予め１７度（８７−７０）底上げし、底上げした状態で電圧印加により接触角を更に変化させることで、印加電圧の低減が図られていることが理解される。

ここで比較のための比較例１を示す。

図２４は、θ０が一様で均一の膜（θ０均一膜）を用いた従来の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）である。この比較例１のＶ−θ特性表は、表２に示した。

駆動電圧を０Ｖから２２Ｖまでかけ、θが界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでのＶ＝０での接触角θ＝７０度（θ０も７０度）から、界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側に行ったθ＝１１２度まで変化する。

図２４のグラブ（Ｂ）には７０度から１１２までのθ曲線を示し、θ０曲線はθ０が変化していないことを示している。絶縁膜１０３の厚さ、誘電率、２液の界面エネルギーは実施例１と同じ値である。

上記データより、θ０変化膜１０６を設けることによって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒１７Ｖ）で達成されていること理解される。なお、表１の下には、Δθ０／Δθ＝０．４０４を示した。

ここで、
Δθ＝θｍａｘ−θ００
Δθ０＝θ０ｍａｘ−θ００
である。

界面１０５の可動範囲内で、接触角が一番大きな値をθｍａｘ（非電解液１０２側）、その場所での膜（θ０変化膜１０６）のぬれ特性を示す印加電圧なしでの初期接触角をθ０ｍａｘとしている。また電圧をかけていないＶ＝０で、界面１０５が最も電解液１０１側にある状態での初期接触角θ（非電解液１０２側）をθ００としている（θ＝θ００、初期接触角）。

（実施例２）
図５に実施例２（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）、を示した。Ｖ−θ特性表は表３に示した。
θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１０７．５度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１０７．５度まで線形で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから７．５Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１２．６（θ＝θｍａｘ）度まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、図２４の通りである。

実施例２においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒７．５Ｖ）で達成されていることが理解される。なお表３の下には、Δθ０／Δθ＝０．８８１を示した。

実施例１よりもθ０変化膜１０６でのΔθ０の変化（ぬれ性変化）が大きいため、電圧変化量も少なくなっており、従来のθ０均一膜を用いた場合の半分以下の７．５Ｖ電圧駆動を可能としている。

（実施例３）
図６に実施例３（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表は表４に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１１５度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１１５度まで線形で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから１．５Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１５．２度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、上述した図２４の通りである。

実施例３においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒１．５Ｖ以下）で達成されていることが理解される。なお表４の下には、Δθ０／Δθ＝０．９９５を示した。

θ０変化膜１０６でのΔθ０の変化（ぬれ性変化）が、実施例１及び２よりも大きいため、各位置におけるθ０と印加時の実際の接触角θが近い値であり、ほとんど電圧変化を必要としない。従って、１．５Ｖ電圧駆動と非常に小さな電圧でパワー可変（θ：７０度から１１５度）を達成できることが理解される。

（実施例４）
図７に実施例４（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表は表５に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は８８．５度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から８８．５度まで微分値単調増加で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから１７Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１３．７度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、上述した図２４の通りである。

実施例４においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒１７Ｖ以下）で達成されていることが理解される。なお表５の下には、Δθ０／Δθ＝０．４２３を示した。

ぬれ性線形変化タイプでΔθ０／Δθが近い実施例１と比較すると、θ０変化膜１０６の特性変化が高電圧側（非電解液側）で高くしたため、電圧の低いところでのＶ−θ敏感度は緩慢になっている。

（実施例５）
図８に実施例５（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表は表６を示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１０７度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１０７度まで微分値単調増加で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから８．５Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１３．５度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、上述した図２４の通りである。

実施例５においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒８．５Ｖ以下）で達成されていることが理解される。なお（Ｃ）の表６の下には、Δθ０／Δθ＝０．８５０を示した。

ぬれ特性が同じ単調増加タイプの実施例４よりもθ０変化膜６でのΔθ０の変化（ぬれ性変化）が大きいため、電圧変化量も少なくなっている。またぬれ性が線形変化タイプでΔθ０／Δθが近い実施例２にくらべると、全般的にややＶ−θ敏感度が緩慢になっている。

（実施例６）
図９に実施例６（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表を表７に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１１３．６度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１１３．６度まで微分値単調増加で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから２Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１４度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、上述の図２４の通りである。

実施例６においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒２Ｖ以下）で達成されていることが理解される。なおの表７の下には、Δθ０／Δθ＝０．９９２を示した。θ０変化膜１０６でのΔθ０の変化（ぬれ性変化）が、ぬれ特性が同じ単調増加タイプの実施例４、５よりも非常に大きいため、各位置におけるθ０と印加時の実際の接触角θが近い値であり、ほとんど電圧変化を必要としない。従って、２Ｖ電圧駆動と非常に小さな電圧でパワー可変（θ：７０度から１１４度）を達成できる。ただし同様にΔθ０／Δθが高く、ぬれ性が線形変化タイプの実施例３に比べると、全般的にややＶ−θ敏感度は緩慢である。

（実施例１乃至３と実施例４乃至６についての考察）
実施例４乃至６は、実施例１乃至３のθ０変化膜１０６のぬれ性変化特性を、線形変化から微分値単調増加に変更したものである。全般的に線形変化のほうが、駆動電圧範囲約８割内でＶ−θ敏感度が高くなり好適である。

（実施例７）
図１０に実施例７（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表を表８に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は８７．５度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から８７．５度まで微分値単調減少で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから１７Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１２．６度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、図２４に示した通りである。

実施例７においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒１７Ｖ）で達成されることが理解される。なお表８の下には、Δθ０／Δθ＝０．４１０を示した。ぬれ特性が線形変化タイプでΔθ０／Δθが近い実施例１に比べると、全般的にＶ−θ敏感度が高い。

（実施例８）
図１１に実施例８（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表を表９に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１０７．１度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１０７．１度まで微分値単調減少で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから６Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１０．３度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、上述した図２４の通りである。

実施例８においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒６Ｖ前後）で達成されることが理解される。表９の下には、Δθ０／Δθ＝０．９２０を示した。

ぬれ特性が同じ単調減少タイプの実施例７よりもθ０変化膜６でのΔθ０の変化（ぬれ性変化）が大きいため、電圧変化量も少なくなっている。またぬれ性が線形変化タイプでΔθ０／Δθが近い実施例２にくらべると、全般的にややＶ−θ敏感度が高い。

（実施例９）
図１２に本発明の実施例９（円筒電極タイプ）の構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表は表１０に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１１０．２度まで大きく（疎油性が強くなる）している。

なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１１０．３度まで微分値単調減少で変化させた。またθ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーγｗｏは実施例１と共通である。

この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから０．７５Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１０．３度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、上述した図２４の通りである。

実施例９においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１２度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２２Ｖ⇒０．７５Ｖ前後）で達成されていることがわかる。なお表１０の下には、Δθ０／Δθ＝０．９９９を示した。

θ０変化膜１０６でのΔθ０の変化（ぬれ性変化）が、ぬれ特性が同じ単調減少タイプの実施例７、８よりも非常に大きいため、各位置におけるθ０と印加時の実際の接触角θが近い値であり、ほとんど電圧変化を必要としない。従って、０．７５Ｖ電圧駆動と非常に小さな電圧でパワー可変（θ：７０度から１１０．３度）を達成できる。また同様にΔθ０／Δθが高く、ぬれ特性が線形変化タイプの実施例３に比べても、さらにＶ−θ敏感度が高い。

（実施例１乃至３と実施例４乃至６と実施例７乃至９についての考察）
実施例７乃至９は、実施例１乃至３のθ０変化膜６のぬれ性変化特性を、線形変化から微分値単調減少に変更したものである。線形変化タイプに比べ、３つともＶ−θ敏感度が高い。

線形変化、微分値単調増加、微分値単調減少の３つを、Ｖ−θ敏感度順に並べると、微分値単調減少、線形変化、微分値単調増加の順となり、微分値単調減少タイプが最も好適である。

（実施例１０）
図１３に実施例１０（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフを示す。Ｖ−θ特性表は表１１に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１０６．７度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように７０度から１０６．７度の範囲で、低電圧と高電圧領域ではθ０変化膜のぬれ性変化敏感度が緩やかで、中電圧領域では高くなるような曲線にした。

θ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さはｄ＝１．３００Ｅ−０３ｍｍ、絶縁膜１０３の誘電率はε＝３．９Ｅ−１１Ｆ／ｍ、２液の界面エネルギーはγｗｏ＝１．１４１ｅ−５ｋＮ／ｍである。この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから６．５Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１０．１度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、不図示であるが、電圧Ｖが０Ｖから２３Ｖまで変化して、接触角θが７０度から１１０．７度まで変化する（θ０は常に７０度）。従って、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１０度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝２３Ｖ⇒６．５Ｖ）で達成されることが理解される。なお表１１の下には、Δθ０／Δθ＝０．９１６を示した。

液体レンズと一般レンズ（固体レンズ）を組み合わせて複数枚のレンズ系ユニットを製作し、液体レンズをフォーカスまたはズームとして使う場合、液体レンズの状態が屈折力“０”付近では、誤差で多少Ｖ−θがずれたとしても、全体レンズ系ユニットの光学性能にはほとんど影響を与えない。

しかし液体レンズの屈折力が正または負の強い領域では、誤差でＶ−θ対応が少しでもずれれば、全体レンズ系ユニットの光学性能を大きく劣化させてしまう。

実施例１０では、接触角θ＝７０度で液体レンズの負パワーがもっとも強くなり（界面は実線）、接触角θ＝９０度のときは液体レンズの屈折力は“０”、接触角θ＝１１０度では液体レンズの正パワーがもっとも強くなる（界面は点線）。

そこで、接触角θ＝９０度のときの屈折力＝“０”となる近傍（接触角θ±７度以内）では前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最大値となり、Ｖ−θ敏感度を上げて大きく動かして高速化する。

屈折力が強くなる接触角θ＝７０度、１１０度近傍（接触角θ±７度以内）では前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最小となり、Ｖ−θ敏感度を下げて細かく動かし、Ｖ−θ対応を高精度に制御すればレンズ品質を上げることができる。

（実施例１１）
図１４に実施例１１（円筒電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表（Ｃ）は表１２に示した。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は７０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は１０７．４度まで大きく（疎油性が強くなる）している。

なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、７０度から１０７．４度の範囲で、グラフ（Ｂ）のθ０折れ線のように、低電圧領域と高電圧領域ではぬれ性変化敏感度が緩やかで、中電圧領域では高くなるような折れ線にした。

θ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さはｄ＝７．００Ｅ−０４ｍｍ、絶縁膜１０３の誘電率はε＝１．８２Ｅ−１１Ｆ／ｍ、２液の界面エネルギーはγｗｏ＝６．１４６１ｅ−６ｋＮ／ｍである。この特性のθ０変化膜６では、印加電圧が０Ｖから５．５Ｖの変化で、実際の接触角θは７０度（θ＝θ００）から１１１．３度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ折れ線参照）。

従来のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、不図示であるが、電圧Ｖが０Ｖから１８Ｖまで変化して、接触角θが７０度から１１０．１度まで変化する（θ０は常に７０度）。

従って、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：７０度から１１０度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝１８Ｖ⇒５．５Ｖ）で達成されていることがわかる。なお表１２の下には、Δθ０／Δθ＝０．９０６を示した。

実施例１１は実施例１０と同様に、接触角θ＝７０度で液体レンズの負パワーがもっとも強くなり（界面は実線）、接触角θ＝９０度のときは液体レンズの屈折力は“０”、接触角θ＝１１０度では液体レンズの正パワーがもっとも強くなる（界面は点線）。

接触角θ＝９０度のときの屈折力＝“０”近傍（接触角θ±７度以内）では、ぬれ性変化敏感度が線形変化で高い値になるよう（疎油性変化率が高い）θ０変化膜特性を持たせて、前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最大値となり、Ｖ−θ敏感度を上げて大きく動かして高速化する。

パワーが強くなる接触角θ＝７０度、１１０度近傍（接触角θ±７度以内）では、ぬれ性変化敏感度が線形変化で低い値になるよう（疎油性変化率が低い）θ０変化膜特性を持たせた。そして前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最小となり、Ｖ−θ敏感度を下げて細かく動かし、Ｖ−θを高精度に制御してレンズ品質を上げている。

（Ｂ）のθ０折れ線は、線形変化を３領域変化（傾きは３種で、屈折力“０”近傍で傾き大、その以外は傾き小）としたので、実際θ０変化膜の製作は、実施例１０のような連続曲線タイプよりも容易となる。

（実施例１２及び比較例２）
図１５に実施例１２（円筒テーパー電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表は、表１３に示した。テーパー角度はα＝３０度である。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。

θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は４０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は７２度まで大きく（疎油性が強くなる）している。

なおθ０変化膜１０６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように４０度から７２度まで線形で変化させた（グラフ（Ｂ）のθ０曲線参照）。θ０変化膜１０６の下の絶縁膜３の厚さはｄ＝１．２０Ｅ−０３ｍｍ、絶縁膜３の誘電率はε＝２．５Ｅ−１１Ｆ／ｍ、２液の界面エネルギーはγｗｏ＝１．７５６ｅ−５ｋＮ／ｍである。この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから１６Ｖの変化で、実際の接触角θは４０度（θ＝θ００）から８１．０度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ曲線参照）。

円筒テーパー電極型の比較として、θ０変化膜１０６でなく、従来のθ０が一様で均一のθ０均一膜を採用した比較例２の液体レンズを図２５に示す。図２５において、構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）である。比較例２のＶ−θ特性表を表１４に示した。

駆動電圧０Ｖから３２Ｖまでかけ、θが界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでのＶ＝０での接触角θ＝４０度（θ０も４０度）から、界面１０５の端部がもっとも非電解液２側に行ったθ＝８０．９度まで変化する。グラフ（Ｂ）には４０度から８０．９度までのθ曲線を示し、θ０曲線はθ０が変化していないことを示している。

またテーパー角、絶縁膜１０３の厚さ、誘電率、２液の界面エネルギーも本発明の実施例１２と同じ値である。

実施例１２においてはθ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：４０度から８１度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝３２Ｖ⇒１６Ｖ）で達成されていることがわかる。表１３の下には、Δθ０／Δθ＝０．７８１を示した。

（実施例１３）
図１６に実施例１３（円筒テーパー電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表（Ｃ）は表１５に示した。

テーパー角度は実施例１２と同じα＝３０度である。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は４０度である。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液１０２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は８１度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように４０度から８１度の範囲で、グラフ（Ｂ）のθ０折れ線のように、低電圧領域と高電圧領域ではぬれ性変化敏感度が緩やかで、中電圧では高くなるような折れ線にした。
θ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーは実施例１２と同じである。この特性のθ０変化膜１０６では、印加電圧が０Ｖから５．５Ｖの変化で、実際の接触角θは４０度（θ＝θ００）から８２度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ折れ線参照）。

従来の円筒テーパー電極型のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、図２５に示した通りである。

実施例１３においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：４０度から８１度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝３２Ｖ⇒５．５Ｖ以下）で達成されていることがわかる。なお表１５の下には、Δθ０／Δθ＝０．９７５を示した。

実施例１３は実施例１１と同様にぬれ性変化特性を折れ線（グラフ（Ｂ））としている。

接触角θ＝４０度で液体レンズの負パワーがもっとも強くなり（界面は実線）、接触角θ＝６０度のときは液体レンズの屈折力は“０”、接触角θ＝８２度では液体レンズの正パワーがもっとも強くなる（界面は点線）。

接触角θ＝６０度のときのパワー＝“０”近傍（接触角θ±７度以内）では、ぬれ性変化敏感度が線形変化で高い値になるよう（疎油性変化率が高い）θ０変化膜特性を持たせて、前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最大値となり、Ｖ−θ敏感度を上げて大きく動かして高速化する。

パワーが強くなる接触角θ＝４０度、８２度近傍（接触角θ±７度以内）ではぬれ性変化敏感度が線形変化で低い値になるよう（疎油性変化率が低い）θ０変化膜特性を持たせた。

そして前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最小となり、Ｖ−θ敏感度を下げて細かく動かし、Ｖ−θを高精度に制御してレンズ品質を上げている。また（Ｂ）のθ０折れ線は、線形変化を３領域変化（傾きは３種で、屈折力“０”近傍で傾き大、その以外は傾き小）としたので、実際θ０変化膜の製作が、実施例１０のような連続曲線タイプよりも容易となる。

（実施例１４）
図１７に本発明の実施例１４（円筒テーパー電極タイプ）の液体レンズの構成図（Ａ）、Ｖ−θ特性グラフ（Ｂ）を示す。Ｖ−θ特性表を表１６に示した。

テーパー角度は実施例１２と同じα＝３０度である。

θ０変化膜１０６の特性について説明する。
θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも電解液１０１側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ００）は４０度である。θ０変化膜１０６上での界面１０５の端部がもっとも非電解液２側にあるところでの、ぬれ特性（Ｖ＝０での初期接触角θ０＝θ０ｍａｘ）は８０度まで大きく（疎油性が強くなる）している。なおθ０変化膜６のぬれ性変化は、（Ｂ）のθ０曲線のように４０度から８０度の範囲で、グラフ（Ｂ）のθ０折れ線のようになっている。Ｖ＝０〜１．５Ｖまではθ０均一膜（θ０＝４０°）、Ｖ＝１．５〜３．５Ｖまではθ０変化膜（θ０＝４０°〜８０°の線形変化）、Ｖ＝３．５〜５Ｖまではθ０均一膜（θ０＝４０°）としている。

θ０変化膜１０６の下の絶縁膜１０３の厚さ、絶縁膜１０３の誘電率、２液の界面エネルギーは実施例１２、１３と同じである。この特性のθ０変化膜６では、印加電圧が０Ｖから５Ｖの変化で、実際の接触角θは４０度（θ＝θ００）から８０．９度（θ＝θｍａｘ）まで変化した（グラフ（Ｂ）のθ折れ線参照）。

従来の円筒テーパー電極型のθ０が一様で均一の場合（θ０均一膜）の例は、図２５に示した通りである。

実施例１４においては、θ０変化膜１０６によって、同じ接触角θ変化：４０度から８０．９度（同じ曲率半径Ｒ変化）でも小電圧変化（ΔＶ＝３２Ｖ⇒５Ｖ以下）で達成されていることがわかる。なお（Ｃ）の表の下には、Δθ０／Δθ＝０．９７９を示した。

実施例１４は実施例１１、１３と同様にぬれ性変化特性を折れ線（グラフ（Ｂ））としている。接触角θ＝４０度で液体レンズの負パワーがもっとも強くなり（界面は実線）、接触角θ＝６０度のときは液体レンズの屈折力は“０”、接触角θ＝８０．９度では液体レンズの正パワーがもっとも強くなる（界面は点線）。

接触角θ＝６０度のときのパワー＝“０”近傍領域近傍（接触角θ±７度以内）では、ぬれ性変化敏感度が線形変化で高い値になるよう（疎油性変化率が高い）θ０変化膜特性を持たせて、前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最大値となり、Ｖ−θ敏感度を上げて大きく動かして高速化する。

パワーが強くなる接触角θ＝４０度、８０．９度近傍（接触角θ±７度以内）ではぬれ性変化敏感度がない従来のθ０均一膜を採用し、前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、ｄθ０／ｄＶ（微分絶対値）が最小となり、Ｖ−θ敏感度を極端に下げた。この付近での詳細なθ制御が必要な時に有効である。また３領域折れ線特性で、両脇がθ０均一膜のため、製作もさらに容易である。

（実施例１乃至１４と比較例１及び２についての考察）
図１８と表１７に本発明の１４の実施例と２つの比較例におけるΔθ０／Δθと駆動電圧減少比：Ｖｈ／Ｖｋの関係を示した。
Δθ＝θｍａｘ−θ００
Δθ０＝θ０ｍａｘ−θ００

界面１０５の可動範囲内で、接触角（非電解液１０２側）が一番大きな値をθｍａｘ（接触角の最大値）、その場所での膜（θ０変化膜６）のぬれ特性を示す印加電圧なしでの接触角をθ０ｍａｘとしている。また電圧をかけていないＶ＝０で、界面１０５が最も電解液１０１側にいる状態での接触角θ（非電解液２側）をθ０としている（θ＝θ０、初期接触角）。

一般的に印加電圧を上げれば、接触角θは大きくなる。従ってθｍａｘは最高印加電圧での値であり、界面端部はもっとも非電解液側に移動している。

逆にθ００（θ＝θ０）は印加電圧値Ｖ＝０の値であり、界面端部はもっとも電解液側にいた時である。本発明では、θ０変化膜の特性を、電解液側から非電解液側方向に、疎油性が強くなるように、つまりぬれ特性（Ｖ＝０での接触角θ０）が大きくなるようにしている。
Ｖｈ：θ０変化膜を使用し、接触角θがθｍａｘの時の駆動電圧値。
Ｖｋ： 従来のθ０均一膜で、接触角θがθｍａｘになる駆動電圧値

図１８グラフから、下記の条件式の特性が理解される。
Δθ０／Δθ ＞ ０．３
Δθ０の特性がこの条件式を満足する範囲内のθ０変化膜なら、従来θ０均一膜での駆動電圧を８０％以下に減らすことができる。
Δθ０／Δθ ＞ ０．７
Δθ０の特性がこの範囲内のθ０変化膜なら、従来θ０均一膜での駆動電圧を５０％以下に減らすことができる。効果が大きい。このクラスになると１０前後以下の駆動が可能なので、カメラや小型機器への搭載が好適である。
Δθ０／Δθ ＞ ０．９
Δθ０の特性がこの範囲内のθ０変化膜なら、従来θ０均一膜での駆動電圧を３０％以下に低減でき、更に効果が大きい。このクラスだと５Ｖ前後以下の駆動が可能なので、モバイル機器への搭載が好適である。
Δθ０／Δθ ＞ ０．９７
Δθ０の特性がこの範囲内のθ０変化膜なら、従来θ０均一膜での駆動電圧を十数％以下に低減でき、電圧をあまり印加しなくても作動する。このクラスだと２Ｖ前後以下の駆動が可能にあるので、モバイル機器、低電圧駆動機器への搭載が好適である。

（実施例１５）
本発明の液体レンズを他の光学部材や半導体部材とユニット化して用いる例について説明する。

図１９は、本発明の液体レンズ１５０と、ガラス等からなる固体レンズ１６０と、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤ素子等の撮像素子１７０と、を保持部材１８１、１８２、及び１８３を用いてユニット化した例である。

ここで、固体レンズ１６０は複数枚を用いることも可能であるし、液体レンズ１５０との位置を逆にすることや、液体レンズを固体レンズで挟む位置とすること等、変形が可能である。また、図１９では液体レンズ１５０と、固体レンズ１６０、撮像素子１７０の３者を一体としてユニット化したが、液体レンズと固体レンズのみをユニットすることや、固体レンズを必要としない液体レンズと撮像素子とをユニット化することを可能である。また、液体レンズ１５０と保持部材１８１とでユニット化し、固体レンズと撮像素子からなるカメラユニットの前方に組み込むことも可能である。

また、液体レンズと複数の固体レンズとを組み合わせてズームレンズを構成することも可能である。

本発明の液体レンズは小型化が可能であり、他の機能を有する部材とユニット化することで複数の機能を有する部材をコンパクトに構成でき、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話、監視カメラをはじめとするネットワークカメラ、プロジェクター等の光学部材として適用することができる。

（実施例１６）
本発明の液体レンズをデジタルカメラに適用した例について説明する。

図２０は本発明の液体レンズを適用したデジタルカメラの外観を示す模式図であり、２０１は撮影レンズ、２０２はファインダ、２０３はフラッシュ発光部、２０４はシャッタースイッチである。

図２１は、図２０のデジタルカメラの主要部のブロック図である。図２１のデジタルカメラでは、本発明の液体レンズ１５０を固体レンズ１６０と組合せて用いており、固体レンズ１６０、液体レンズ１５０を経た光は、絞り１６３、シャッター１６２を経て撮像素子１７０に像を結ぶ。

液体レンズ１５０、絞り１６３、シャッター１６２はカメラ制御部２１０２からの制御信号により制御される。本例のデジタルカメラは、液体レンズを低い電圧で駆動できることに加え、撮像素子１７０に及ぼすノイズの影響を低減できるので、優れた画像を記録することができる。

図２１における他の部材はデジタルカメラにおける一般的なものであるが、以下簡単に説明する。

２１０４は信号処理部でアナログ信号処理を行い、Ａ／Ｄ変換器２１０５でアナログ信号をデジタルに変換する。画像メモリ２１０６はデジタル信号を格納するメモリであり、画像処理部２１０７は信号変換、信号補正等を行う。メインＣＰＵ２１０８はデジタルカメラの全動作を制御する。ＣＰＵ２１０８はＲＯＭ２１０９に格納された制御プログラムの実行により画像処理部２１０７、カメラ制御部２１０２等の制御を行う。２１１０はプルグラム実行の作業領域を提供するＲＡＭであり、２１１１は画素表示部２１１２に表示させる撮影画像を記憶する画像メモリである。圧縮／伸長処理部２１１７は画像メモリ２１０６内の画像情報を符号化し、符号化したデータはＩ／Ｆ２１１８を介してメモリカード２１１９に格納される。カメラ制御部２１０２は操作スイッチ２１１３からの操作信号に基づき各種動作を実行する。

シャッタースイッチ２０４が押下されることで、カメラ制御部２１０２は調光制御部２１１５に信号を送り、フラッシュ２０３を発光させる等の所定の動作がなされる。

（実施例１７）
本発明の液体レンズをカメラ付き携帯電話の撮影レンズに適用した例について説明する。

図２２は、本発明の液体レンズを用いた携帯電話の要部を示す模式図である。
図２２に示したカメラ付き携帯電話では、カメラ２２３４の撮影レンズ部２２１０に本発明の液体レンズ１５０を採用し、ＣＣＤ等の撮像素子１７０に像の焦点が合うように構成した点が特徴である。

本発明の液体レンズは、低電圧駆動が可能で且つコンパクトに形成できるので、小型軽量化を望まれる携帯電話の頻繁な充電の煩わしさを低減できるので都合が良い。

図２２における他の部材はカメラ付き携帯電話における一般的なものであるが、以下簡単に説明する。２２４０は携帯電話の制御部であり、ＣＰＵ２２４１とＲＯＭ２２４２を含んで構成される。２２３１はアンテナ、２２３２は無線部でありこれらは制御部２２４０に接続されている。２２３３はマイク、２２３５はレシーバ、２２３６は画像記憶部であり、カメラ２２３４で撮影された画像は画像記憶部２２３６に記憶される。２２３７は操作キーであり、２２３８はＬＣＤ等の表示部、２２３９はカメラ撮影のシャッターキーである。

（実施例１８）
本発明の液体レンズをネットワークカメラに適用した例について説明する。

図２３（Ａ）は、本発明の液体レンズを用いたネットワークカメラの外観を示す模式図であり、図２３（Ｂ）は、ネットワークカメラシステムのブロック回路図である。
図２３（Ａ）において２３０１はレンズユニット部、２３０２は雲台ユニット部、２３５０はレンズユニット部を覆うカバーである。
図２３（Ｂ）において、レンズユニット部２３０１を構成するレンズの一つとして本発明の液体レンズ１５０を組み込んだ点が本実施例の特徴である。図２３（Ｂ）おいては、固体レンズ群１６０、液体レンズ１５０、撮像素子１７０が光軸に沿って並べられており、撮像素子の出力は増幅器２３１４を介して映像処理回路２３１５、フォーカス処理回路２３１６にそれぞれ接続されている。

雲台ユニット２３０２にはレンズユニット２３０１の駆動のためのパン方向駆動モータ２３２１、チルト方向駆動モータ２３２２が設けられている。映像処理回路２３１５の出力は雲台ユニット部内のネットワーク処理回路２３２３に接続され、フォーカス処理回路の出力はＣＰＵ２３２４に接続されている。ＣＰＵ２３２４の出力はネットワーク処理回路２３２３を介して外部のＬＡＮ２３３１に接続され、ＬＡＮ２３３１にはパーソナルコンピュータ２３３２が接続されている。

また、ＣＰＵ２３２４の出力はパン駆動回路２３２５、チルト駆動回路２３２６を介して駆動モータ２３２１、２３２２に接続され駆動用の信号をこれらに供給する。さらに
ＣＰＵ２３２４は液体レンズ駆動回路２３１７に接続されている。液体レンズ１５０は液体レンズ駆動回路２３１７により駆動され、焦点の調整を行う。

本発明の液体レンズは小型化が可能であるので、本実施例のネットワークカメラでは小型化が図れる。本実施例のネットワークカメラは、カメラ自体を目立たせることなく、遠隔映像の撮影が可能となり、監視カメラ、行楽地におけるライブ映像撮影等に用いることができる。

１０１ 電解液
１０２ 非電解液（オイル）
１０３ 絶縁膜
１０４ 電極
１０５ 界面
１０６ θ０変化膜
１０７ 電源

Claims (13)

1. 液体を収容するための容器と、該容器内に収容された電解液及び非電解液と、前記電解液に電圧を印加するための電圧印加手段と、を有し、前記電圧の印加により前記電解液と非電解液とがなす界面の形状を変化させる液体レンズであって、前記界面の端部が接する前記容器の内壁は、該内壁の位置に応じて前記非電解液に対する親和性に差異を有し、該親和性が前記電解液の位置する側よりも前記非電解液の位置する側で相対的に低いことを特徴とする液体レンズ。
2. 前記内壁は、前記液体レンズの光軸方向に前記親和性の差異を有することを特徴とする請求項１に記載の液体レンズ。
3. 前記容器は円筒形状をなし、該円筒の中心軸と前記光軸とが一致することを特徴とする請求項２に記載の液体レンズ。
4. 前記円筒の中心軸を含む平面で切断した前記円筒状の容器の断面が、テーパー形状をなすことを特徴とする請求項３に記載の液体レンズ。
5. 前記界面が前記内壁と接触することで得られる前記非電解液側の接触角の最大値をθｍａｘ、該接触角の最大値が得られる位置における前記電圧を印加しない状態での前記接触角をθ０ｍａｘ、前記電圧を印加しない状態で且つ前記界面が最も前記電解液側に位置する状態における前記接触角θをθ００として、
   Δθ０／Δθ＝（θ０ｍａｘ−θ００）／（θｍａｘ−θ００）＞０．３
   を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかにに記載の液体レンズ。
6. 前記液体レンズは、該レンズの屈折力が０となる位置近傍における、前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、
   ｄθ０／ｄＶ
   が最大となることを特徴とする請求項５に記載の液体レンズ。
7. 前記液体レンズは、該レンズの正の屈折力が最大、または負の屈折力が最小、となる位置近傍で、前記電圧印加手段より印加される電圧Ｖの微小変化をｄＶ、前記電圧を印加しない状態で前記界面が前記内壁と接触することで得られる非電解液側の接触角をθ０としたときの該θ０の微小変化をｄθ０として、
   ｄθ０／ｄＶ
   が最小となることを特徴とする請求項５に記載の液体レンズ。
8. 前記内壁は、膜を形成してなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体レンズ。
9. 前記膜は、親油性材料からなる膜に照射するエネルギー線の照射量を位置に応じて変化させて構成されたことを特徴とする請求項８に記載の液体レンズ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の液体レンズと、固体レンズとをユニット化したレンズ。
11. 請求項１乃至９のいずれかに記載の液体レンズを備えたことを特徴とするカメラ。
12. 前記カメラはネットワークカメラである請求項１１に記載のカメラ。
13. 請求項１乃至９のいずれかに記載の液体レンズを備えたことを特徴とするカメラ付き携帯電話。