KR101196804B1 - 광학 소자 - Google Patents

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Abstract

광학소자는 두께 방향에 대해 서로 대향하는 단면벽과, 양 단면벽을 접속하는 측면벽을 가지는 밀폐된 용기와, 용기에 봉입된 유극성 또는 전기도전성을 가지는 제 1액체와, 용기내에 봉입되어 제 1액체와 혼합하지 않는 제 2액체와, 제 1액체에 전압을 인가하는 전압 인가부를 갖추고, 제 1액체와 상기 제 2액체는 동일한 비중을 가지고, 상기 제 1액체의 투과율은 제 2액체의 투과율보다 낮다.
전압 인가부에 의해 인가된 전압에 의해 제 1액체와 제 2액체의 계면(界面)이 변형한다. 단면벽을 통해 용기의 두께 방향으로 연장하는 빛의 투과로가 형성된다.

Description

광학 소자{Optical device}
도 1은 실시예 1에 있어서의 광학 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 전기모관현상의 원리 설명도이며, 도 2(a)는 전압 인가 전 상태를 나타내고, 도 2(b)는 전압 인가 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 광학 소자에 전압이 인가되어 있지 않은 상태를 나타내는 설명도이다.
도 4는 광학 소자에 제 1전압(E1)이 인가된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5는 광학 소자에 제 1전압보다 큰 값의 제 2전압(E2)가 인가된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 광학 소자에 제 2전압보다 큰 값의 제 3전압(E3)가 인가된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7은 순수한 물과 에탄올의 혼합비와 비중 및 굴절률의 특성을 나타내는 선도(diagram)이다.
도 8은 순수한 물과 에틸렌글리콜의 혼합비 및 비중과 굴절률의 특성을 나타내는 선도이다.
도 9는 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜의 비중 및 굴절률을 나타내는 도면이다.
도 10은 여러 가지 종류의 액체의 비중 및 굴절률을 나타내는 도면이다.
도 11은 이용되는 각종 액체의 비중 및 굴절률의 수치를 나타내는 도면이다.
도 12(a), 12(b), 12(c)는 종래의 광학 소자의 구성을 나타내는 도면이며, 도 12(a)는 용기의 두께 방향의 치수가 충분히 확보된 구성을 나타내는 도면이고, 도 12(b)는 용기의 두께 방향의 치수를 축소한 경우에 대해 빛의 투과로를 차단한 상태를 나타내고, 도 12(c)는 용기의 두께 방향의 치수를 축소한 경우에 대해 빛의 투과로를 형성할 수 없는 상태를 나타내는 도면이다.
* 도면의 부호에 대한 설명
40. 광학 소자 42. 용기
44. 제 1액체 46. 제 2액체
58. 친수막 60. 발수막
62. 계면 66. 빛의 투과로
4202. 단면벽 4204. 측면벽
본 발명은 광학 소자에 관한 것이다.
전기모관현상(electrocapillarity)(electrowetting 현상)을 이용해 투과되는 광량의 조정을 실시하는 광학 소자가 제안되어 있다(예를 들면, 일본출원공보 NO. 2001-228307 참조).
이 광학 소자(10)에서는, 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 두께 방향에 대해 서로 대향하는 단면벽(12)과 양 단면벽(12)을 접속하는 측면벽(14)을 가지는 밀폐된 용기(16)와 용기(16)에 봉입된 유극성 또는 도전성을 가지는 제 1액체(20)와 용기 (16)에 봉입되어 제 1액체(20)보다 투과율이 높은 제 2액체(22)를 갖추고 있다.
제 1액체(20) 및 제 2액체(22)로서 서로 혼합하지 않는 특성의 것을 이용하고, 한편, 제 1액체(20) 및 제 2액체(22)로서 서로 비중의 동일한 것을 이용하고, 용기(16)내에 공기 등을 혼입하지 않고, 제 1액체(20)와 제 2액체(22)만을 봉입하면, 용기(16)를 회전시키거나 흔들어도 제 1액체(20)와 제 2액체만이 용기(16)에 봉입한 초기의 상태가 유지되어 계면(24)이 단면벽(12)에 거의 평행한 상태가 유지된다.
도면에서 참조번호 28은 제 1액체(20)에 전압을 인가하기 위한 전극이고, 참조번호 30은 전극(28)을 커버하는 절연막이다.
상기 전극(28)과 함께 제 1액체(20)에 전압을 인가하는 것으로써 전기모관현상에 의해서 제 1액체(20)및 제 2액체(22)의 계면(24)을 도 12(a)에 실선과 파선으로 나타낸 갭(gap)사이에서 변형됨으로서, 이것에 의해 단면벽(12)을 통해 용기(16)의 두께 방향으로 연장하는 빛의 투과로(18)가 형성되도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 인가 전압이 영 상태에서는 빛의 투과 방향과 직교하는 방향의 전역에 도 12(a)에 실선으로 나타낸 바와 같이, 제 1액체(20)이 연장하는 것으로 빛의 투과를 저지, 혹은 감소시켜, 인가 전압을 상승시키고, 도 12(a)에 파선으로 나타낸 바와 같이,제 2액체(22)를 양쪽 단면벽(12)에 접촉하는 것으로 투과로(18)가 형성되어, 인가 전압을 조정하는 것으로 제 2액체(22)와 한쪽의 단면벽(12)와의 접촉면적을 증감시켜 투과로(18)의 크기를 조정하도록 하고 있다.
이러한 종래의 광학 소자(10)에서는, 측면벽(14)의 내면에 제 1 및 제 2액체 (20, 22)의 움직임을 원활히하기 위한 발수막(26)이 형성되어 있다. 제 1액체 (20)이 발수막(26)에 대해서 이루는 접촉각(θ)은 양자의 특성에 의해서 결정되고 접촉각(θ)은 90도보다 작은 값이다.
도 12(b)에 나타낸 바와 같이, 광학 소자(10)의 치수를 빛의 투과 방향에 따라(두께 방향에 있어서의 치수)축소해 나가면, 전압을 인가하지 않는 상태로 제 1액체(20)의 빛의 투과 방향과 직교하는 방향의 전역에 걸쳐서 연장하는 것으로써 빛의 투과로(18)를 차단할 수 있어도, 도 12(c)에 나타낸 바와 같이, 전압을 인가한 상태로 제 2액체(22)가 한쪽의 단면벽(12)으로 밖에 접촉하지 못하고, 빛의 투과로(18)를 형성할 수 없는 경우가 생긴다.
이러한 현상은, 제 1액체(20)가 발수막(26)에 대해서 이루는 접촉각(θ)은 90도 보다 작은 값이며, 계면(24)이 제 1액체(20)로부터 제 2액체(22)에 대해서 두께 방향으로 볼록한 모양을 나타낸 곡면(구면을 포함한다)을 형성하는 것에 기인하고 있다.
이와 같이, 종래는, 전기모관현상(electrowetting 현상)을 이용해 투과하는 광량의 조정을 실시하는 광학 소자(10)의 빛의 투과 방향에 있어서의 치수(두께 방향에 있어서의 치수)의 소형화를 도모하는데 있어서 한계가 있었다.
한편, 이러한 광학 소자(10)가 탑재되는 촬상 장치는 소형화가 요구되고 있어 광학 소자(10)의 빛의 투과 방향에 있어서의 치수(두께 방향에 있어서의 치수)의 소형화를 어떻게 달성하는지 큰 문제가 되고 있다.
본 발명은 이러한 상황을 감안한 것으로, 그 목적은, 소형화를 도모하는데 있어서 유리한 광학 소자를 제공하는 것에 있다.
상술의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 두께 방향에 대해 서로 대향하는 단면벽과, 상기 양 단면벽을 접속하는 측면벽을 가지는 밀폐된 용기와, 상기 용기에 봉입된 유극성(有極性, polarity) 또는 도전성(導電性, electrical conductivity)을 가지는 제 1액체와, 상기 용기에 봉입되어 상기 제 1액체와 서로 혼합하지 않는 제 2액체와, 상기 제 1액체에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 갖추고, 상기 제 1액체와 상기 제 2액체는 동일한 비중을 가지고, 상기 제 1액체의 투과율은 제 2액체의 투과율보다 낮게 형성되어 있다.
또한, 상기 전압 인가 수단에 의한 전압 인가에 의해 상기 제 1액체와 제 2액체의 계면(界面, interface)이 변형하고, 상기 단면벽을 통해 상기 용기의 두께 방향으로 연장하는 빛의 투과로가 형성되는 광학소자에 있어서, 상기 측면벽의 내면에서 상기 제 1액체가 위치하는 부분에, 상기 제 1액체에 대한 젖음성(wettability)이 상기 제 2액체에 대한 젖음성보다 높게 형성된 친수막(hydrophilic film)이 형성된다.
또한, 상기 측면벽의 내면에서 상기 제 2액체가 위치하는 부분에 상기 제 2액체에 대한 젖음성이 상기 제 1액체에 대한 젖음성보다 높게 형성된 발수막(water-repellant film)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기의 기술한 내용은 제 1액체에 대응하는 측면벽의 용기의 측면벽의 내부면의 일부에 친수막이 형성되고, 제 2액체에 대응하는 용기의 측면벽의 내면의 일부에 발수막이 형성되는 것을 기술하였다.
다음에 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 본 발명의 광학 소자가 이용하는 전기모관현상(electrowetting 현상)의 원리에 대해 설명한다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 전기모관현상의 원리 설명도이며, 도 2(a)는 전압 인가전 상태를 나타내고, 도 2(b)는 전압 인가 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 기판(1)의 표면상에 제 1전극(2)이 형성되고, 이 전극(2)의 표면에 절연막(3)이 형성되어 있다.
이 절연막(3)의 표면에 유극성 또는 도전성을 가지는 제 1액체(4)가 위치하고 있고, 제 1액체(4)에는 제 2전극(5)이 전기적으로 접속되어 있다.
도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1전극(2) 및 제 2전극(5)과의 사이에 전압(E)이 인가되어 있지 않은 상태에서는, 제 1액체(4)는 표면장력에 의해서 그 표면이 윗쪽으로 볼록한 모양의 구면을 이루고 있다. 이때, 절연막(3)의 표면과 제 1액체(4)가 절연막(3)에 접촉하고 있는 액체표면 사이에 형성된 각도θ는 즉, 접촉각(θ)이 θ0이 되는 것으로 한다.
그런데 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 제 1전극(2)과 제 2전극(5)과의 사이에 전압(E)이 인가된 상태에서는, 절연막(3)의 표면에 예를 들면, 플러스 전하가 대전하는 것으로 제 1액체(4)를 구성하는 분자에 전계(정전기력)가 작용한다.
이것에 의해, 제 1액체(4)를 구성하는 분자가 끌어 들여지는 것으로, 제 1액체(4)의 절연막(3)에 대한 젖음성(wettability)이 개선되고, 접촉각(θ)은 θ0보다 작은 θ1이 된다.또한, 접촉각(θ)은 전압(E)의 값이 증가함에 따라 작아지게 된다.
이러한 현상을 전기모관현상이라고 한다.
다음에, 본 발명의 실시예의 광학소자(40)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 있어서의 광학소자(40)의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 광학소자(40)는, 용기(42)와 제 1액체(44)와 제 2액체(46) 및 전압 인가 수단을 포함하여 구성되어 있다.
용기(42)는, 두께 방향에 대해 서로 대향하는 단면벽(4202)과 양 단면벽(4202)을 접속하는 측면벽(4204)을 포함하고, 양 단면벽(4202) 및 측면벽(4204)에 의해 밀폐된 수용실(42A)를 가지고 있다.
본 실시예에서는, 단면벽(4202)은 원판형을 나타내고, 측면벽(4204)은 단면벽(4202)의 외경과 같은 치수의 외경을 가지는 원통형을 나타내고, 수용실(42A)은 평평한 원주형을 나타내고 있다.
부가하여, 단면벽(4202) 및 측면벽(4204)는, 절연성을 가지는 재료(절연재료)로 형성되고, 단면벽(4202)은 빛을 투과하는 투명한 재료로 형성되어 있다.
단면벽(4202)을 구성하는 재료로서 예를 들면, 투명하고 절연성을 가지는 합성수지재료 혹은 투명한 유리 재료를 이용할 수 있다.
측면벽(4204)의 안쪽(내부)에는 측면벽(4204)의 전체 원주(entire circumference)에 따라서 제 1전극(48)(음극 전극)이 원통형에 연장하여 형성되고, 제 1전극(48)의 안쪽에는 제 1전극(48)의 전역(entire area)을 커버하도록 제 1전극(48)의 전체 원주에 따라서 절연막(50)이 원통형으로 형성되어 있다.
2개의 단면벽(4204) 중 한쪽의 단면벽(4204)의 내면의 외주(outter circumference) 부분에는, 상기 한쪽의 단면벽(4204)과 동심원형으로 환형의 제 2전극(52)(양극 전극)이 연장하여 형성된다. 제 2전극(52)은 그 내주 부분이 수용실(42A)내에 노출되고, 제 2전극(52)은 절연막(50)에 의해 제 1전극(48)과 절연되어 있다.
2개의 단면벽(4204) 중 한쪽의 단면벽(4204)의 내면 중 제 2전극(50)의 안쪽 전역에 빛을 투과하는 투명한 친수막(hydrophilic film)(54)이 형성되어 있다. 친수막(54)은 제 1액체(44)에 대한 젖음성이 제 2액체(46)에 대한 젖음성보다 높아지도록 형성되어 있다.
용기(42)의 외부에는 출력전압이 가변인 전원(56)이 설치되고, 전원(56)의 부전압 출력 단자가 제 1전극(48)에 전기적으로 접속되어 전원(56)의 정전압 출력 단자가 제 2전극(52)에 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시예에서는, 제 1전극(48), 제 2전극(52), 전원(56)에 의해서 상기 전압 인가 수단이 구성되어 있다.
제 1액체(44)는, 유극성 또는 도전성을 가지며 용기(42)에 봉입되어 있다.
제 2액체(46)는, 제 1액체(44)와 서로 혼합하지 않고, 용기(42)에 봉입되어 있다.
또, 제 1액체(44)와 제 2액체(46)는 동일한 비중을 가지고, 제 1액체(44)의 투과율은 제 2액체(46)의 투과율보다 낮아지도록 형성되어 있다.
제 1액체(44) 및 제 2액체(46)에 대해서는 다음에 상세하게 설명한다.
측면벽(4204)의 내면에 제 1액체(44)가 위치하는 부분에 친수막(58)이 형성되고, 측면벽(4204)의 내면에 제 2액체(46)가 위치하는 부분에 발수막(60)이 형성되어 있다.
친수막(58)은 제 1액체(44)에 대한 젖음성이 제 2액체(46)에 대한 젖음성보다 높아지도록 구성되어있다. 바꾸어 말하면, 친수막(58)에 대한 제 1액체(44)의 접촉각은, 친수막(58)에 대한 제 2액체(46)의 접촉각보다 작은 값이 되도록 구성되어 있다.
친수막(58)은, 예를 들면, 친수성 폴리머나 계면활성제를 측면벽(4204)의 내면에 도포하는 것으로 형성할 수 있어 종래 공지의 여러가지 재료가 채용 가능하다.
발수막(60)은 제 2액체(46)에 대한 젖음성이 제 1액체(44)에 대한 젖음성보다 높아지도록 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 발수막(60)에 대한 제 2액체(46)의 접촉각은, 발수막(60)에 대한 제 1액체(44)의 접촉각보다 작은 값이 되도록 구성되어 있다.
발수막(60)은, 예를 들면, 불화(fluoride)화합물 등에서 되는 발수 처리제를 측면벽(4204)의 내면에 도포하는 것으로 형성할 수 있어 종래 공지의 여러 가지 재료를 채용 가능하다.
용기(42)의 수용실(42A)에는, 우선, 발수막(60)이 설치된 측의 단면벽(4202)상에 제 2액체(46)가 그 액면(액체수면)이 발수막(60) 상단에 위치하도록 주입되고 그 위에 제 1액체(44)가 주입되고, 수용실(42A)에서 공기를 뽑아 제 2액체(46) 및 제 1액체(44)가 용기(42)내에 봉입된다.
이것에 의해, 제 1액체(44)가 위치하는 단면벽(4202)의 내면의 전체 외주(entire outter circumference)에 위치하는 제 1액체(44) 부분의 전역은, 제 2전극(52)에 접촉하는 것으로 제 2전극(52)에 전기적으로 접속된 상태가 된다. 또한, 수용실(42A)의 전체 외주에 위치하는 제 1액체(44)의 부분의 전역은, 절연막(50), 친수막(58), 발수막(60)을 거쳐 제 1전극 (48)에 임한(마주보는) 상태가 된다.
따라서, 전원(56)으로부터 제 1전극(48), 제 2전극(52)에 전압이 인가되면, 제 1액체(44)에 전압이 인가되게 된다.
다음에, 광학소자(40)의 동작에 대해 설명한다.
도 3은 광학소자(40)에 전압이 인가되어 있지 않은 상태를 나타내는 설명도이고, 도 4는 광학소자(40)에 제 1전압(E1)이 인가된 상태를 나타내는 설명도이고, 도 5는 광학소자(40)에 제 1전압보다 큰 값의 제 2전압(E2)이 인가된 상태를 나타내는 설명도이고, 도 6은 광학소자(40)에 제 2전압보다 큰 값의 제 3전압(E3)이 인가된 상태를 나타내는 설명도이다.
전원(56)으로부터 제 1전극(48), 제 2전극(52)에 전압이 인가되지 않는 상태(E=0V)에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수용실(42A)의 전체 외주에 위치하는 제 1액체(44)의 부분의 전역은 친수막(58)의 표면에 접촉하고, 접촉각은 90도가 되고, 수용실(42A)의 전체 외주에 위치하는 제 2액체(46)의 전역은 발수막(60)의 표면에 접촉하고 그 접촉각은 90도이다.
따라서, 제 1액체(44)와 제 2액체(46)의 사이에 형성되는 계면(62)은 평탄면을 나타내고 있다.
이때, 제 1액체(44)가 빛의 투과 방향과 직교하는 방향의 전역에 걸쳐서 연장하는 것으로써, 용기(42)의 두께 방향으로 진행하는 빛은 차단된 상태가 된다.
전원(56)으로부터 제 1전극(48), 제 2전극(52)에 전압(E1)이 인가되면(E1＞0V ), 도 4에 나타내는 바와 같이, 전기모관현상에 의해, 계면(62)이 제 2액체(46)로부터 제 1액체(44)를 향해 볼록한 모양의 곡면(구면)이 되도록 모양이 변형하고, 계면(62)의 중앙이 한쪽의 단면벽(4202)에 가까워진 형상이 된다. 바꾸어 말하면, 제 1액체(44)의 두께의 치수는 중앙이 가장 작고(얇고), 중앙으로부터 수용실(42A)의 외주로 멀어질수록 두께의 치수가 커(두꺼워)진다.
이때, 제 1액체(44)의 발수막(60)에 대한 접촉각은 90도보다 작은 것이 되고, 측면벽(4204)(발수막(60))의 부분에서 제 1액체(44)가 측면벽(4204)을 따라서 제 2액체(46)에 진입하고 있다.
제 1전압보다 큰 값의 제 2전압(E2)가 전원(56)으로부터 제 1전극(48), 제 2전극(52)에 인가되면(E2＞E1), 도 5에 나타내는 바와 같이, 계면(62)의 볼록한 모양의 곡면(구면)의 만곡의 경사가 커져, 계면(62)의 중앙이 한쪽의 단면벽(4202)(친수막(54))에 접촉한다.
이것에 의해, 단면벽(4202)(친수막(54)) 상에서 계면(62)이 접촉하고 있는 영역에는, 제 1액체(44)가 존재하지 않게 되어, 수용실(42A)의 중앙에(양단면벽(4202)의 중앙에) 제 2액체(46)만이 존재하는 영역(64)이 형성되어 이 영역(64)에 의해 단면벽(4202)를 통해 용기(42)의 두께 방향으로 연장하는 빛의 투과로(66)가 형성된다.
제 2전압보다 큰 값의 제 3전압(E3)이 전원(56)으로부터 제 1전극(48), 제 2전극(52)에 인가되면(E3＞E2), 도 6에 나타내는 바와 같이, 계면(62)의 볼록한 모양의 곡면(구면)의 만곡의 경사가 한층 더 커진다.
수용실(42A)의 중앙에(양단면벽(4202)의 중앙에) 형성된 제 2액체(46)만이 존재하는 영역(64)의 직경이 확대되어 빛의 투과로(66)의 직경이 확장된다.
따라서, 전원(56)으로부터 제 1전극(48) 및 제 2전극(52)에 인가되는 전압을 조정하는 것으로, 제 2액체(46)만이 존재하는 영역(64)의 직경을 확대 및 축소시킬 수 있어 빛의 투과로(66)의 직경을 확장 및 축소하는 조임 동작을 실시할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 전압 인가가 없을 때에, 제 1액체(44)가 친수막(58) 및 발수막(60)에 대해서 이루는 접촉각(θ)이 90도이며, 제 2액체(46)가 친수막(58) 및 발수막(60)에 대해서 이루는 접촉각이 90도이며, 계면(62)이 평탄면을 나타내고 있으므로, 광학소자(40)의 빛의 투과 방향에 있어서의 치수(두께 방향에 있어서의 치수)를 축소해도, 종래의 광학소자와 달리, 전압을 인가한 상태로 제 2액체 (22)를 2개의 단면벽(4202)의 쌍방에 확실히 접촉시킬 수 있다.
따라서, 전압을 인가한 상태로 빛의 투과로(66)가 확실히 형성될 수 있고, 박형화를 도모하는데 있어서 유리하게 된다.
또, 종래와 같이, 전압 인가가 없는 상태로, 제 1 및 제 2액체(44, 46)의 계면(62)이 제 1액체(44)가 제 2액체(46)에 대해서 볼록한 모양의 곡면을 나타내고 있는 경우에는(도 12(a) 참조), 제 2액체(46)가 제 1액체(44) 및 제 1전극(48)의 사이에 존재하는 현상이 생기고, 따라서, 제 1전극(48)으로부터 인가되는 전압이 제 2액체(46)에 의해서 방해받기 때문에 제 1액체(44)에 전압이 인가되기 어렵고, 제 1액체(44)에 있어서의 전기모관현상을 확실히 생기게 하지 못하고, 조임 동작의 안정화를 도모하는데 있어서 불리함이 발생한다.
반대로, 본 실시예에서는, 제 1 및 제 2액체(44,46)의 계면(62)이 평탄면을 나타내고 있으므로, 제 2액체(46)가 제 1액체(44) 및 제 1전극(48)의 사이에 존재하는 현상이 없고, 따라서, 제 1전극(48)으로부터 인가되는 전압이 제 2액체(46)에 의해서 방해받지 않고 제 1액체(44)에 인가되기 때문에, 그 결과, 제 1액체(44)에 있어서의 전기모관현상을 확실히 생기게 할 수 있어 조리개 동작의 안정화를 도모하는데 있어서 유리하게 된다.
또, 제 2액체(46)에 위치하는 측면벽(4204)의 부분에 발수막(60)을 형성했기 때문에, 제 1액체(44)가 발수막(60)의 부분까지 위치했을 경우에는, 발수막(60)상에서 제 1액체(44)의 표면이 원활히 움직이기 쉽기 때문에, 조임의 동작 속도의 고속화를 도모하는데 있어서 유리하게 된다.
또, 제 1액체(44)측의 단면벽(4202)상에 친수막(54)을 형성했으므로, 제 1액 체(44)가 친수막(54)에 대해서 잘 젖는다. 따라서, 제 2액체(46)가 제 1액체(44)측의 단면벽(4202)에 접촉한 다음에 그 단면벽(4202)로부터 멀어질 때에, 친수막(54)으로부터 제 2액체(46)가 이격하기 쉬워져, 조임동작 속도의 고속화를 도모하는데 있어서 유리하게된다.
다음에, 본 발명의 실시예로 이용한 제 1액체(44) 및 제 2액체(46)에 대해 설명한다.
비중과 굴절률이 서로 다른 3종류의 액체를 혼합하는 것으로 제 1액체(44)를 취득하고, 본 발명자는, 이들 3종류의 액체의 혼합비를 바꾸는 것으로 제 1액체(44)의 비중 및 굴절률을 각각 큰 범위에서 바꿀 수 있는 것을 찾아냈다.
예를 들면, 2종류의 액체를 이용해 제 1액체(44)를 얻는 경우로부터 설명한다.
2종류의 액체로서 순수한 물과 에탄올을 이용하여 제 1액체(44)를 취득하고, 그들의 혼합비를 바꾼다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 이들 액체의 혼합비를 바꾸어 가면, 제 1액체(44)의 비중과 굴절률은 직선적으로 혹은 곡선적으로 변화해 나간다.
또, 2종류의 액체로서 순수한 물과 에틸렌글리콜을 이용하여 제 1액체(44)를 취득하고, 그들의 혼합비를 바꾼다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 이들 액체의 혼합비를 바꾸어 가면, 제 1액체(44)의 비중과 굴절률은 직선적으로 혹은 곡선적으로 변화해 나간다.
덧붙여 순수한 물의 비중은 1.0, 굴절률은 1.333이며, 에탄올의 비중은 0.78 9, 굴절률은 1.361이며, 에틸렌글리콜의 비중은 1.113, 굴절률은 1.430이다.
상기 예와 대조적으로, 3종류의 액체를 이용하여 제 1액체(44)를 취득하고, 이들의 혼합비를 바꾼다.
예를 들면, 3종류의 액체로서 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜을 이용하여 제 1액체(44)를 취득하고, 이들의 혼합비를 바꾼다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜의 혼합비를 바꾸는 것으로, 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜의 3개의 좌표를 묶은 삼각형의 큰 영역(R)내에서 제 1액체(44)의 비중과 굴절률을 바꾸는 것이 가능하다.
한편, 도 9에는, 시판된 각종의 실리콘 오일의 비중 및 굴절률의 좌표가 표시되어 있다.
따라서, 삼각형의 영역(R)내에 분포하는 시판의 실리콘 오일을 제 2액체 (46)로서 사용하고, 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜을 혼합하여 비중 및 굴절률을 상기의 실리콘 오일과 동일하게 만든 제 1액체(44)를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 제 1액체(44)는 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜을 혼합하여 액체에 카본 블랙이 용해함으로써 형성되고, 흑색을 나타내고 있어 0.1 mm정도의 두께로 빛을 차광할 수 있도록 형성되어 광학 소자의 박형화에 유리하게 되어있다.
제 1액체(44)의 굴절률과 제 2액체(46)의 굴절률을 동일하게 형성하면, 계면 (62)에 있어서의 렌즈 효과의 발생을 방지할 수 있어 조임 동작을 확실히 실시하게 하는데 있어서 유리하게 된다.
또, 에탄올을 물에 혼합하여 제 1액체(44)를 형성하면, 응고점(융점)을 내릴 수 있어 한랭지에서 응고하는 것을 방지할 수 있으므로, 광학소자(40)의 한랭지에서의 사용이 가능해진다.
본 발명의 실시예에서는, 에탄올의 응고점은 -114도이며, 에틸렌글리콜의 응고점은 -13도이며, 제 1액체(44)의 응고점을 -40도 이하로 하는 것이 가능하다.
또, 실시예에서는, 제 1액체(44)를, 기존의 비중이 다른 3종류의 액체를 혼합하여 이용했으므로, 제 1액체의 비중을, 도 9에 영역(R)로 나타낸 바와 같이, 큰 범위에서 변경할 수 있다.
즉, 서로 비중이 다른 2종류의 액체를 혼합했을 경우, 2종류의 액체의 혼합비를 바꾸는 것으로 얻을 수 있는 제 1액체의 비중은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 그들 액체의 좌표를 묶은 직선의 범위내에서 밖에 바꿀 수 없다.
반면, 3 종류의 액체를 혼합했을 경우, 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜의 3개의 좌표를 합친 삼각형의 큰 영역(R)내에서 제 1액체(44)의 비중을 바꾸는 것이 가능해진다.
따라서, 제 1액체(44)의 비중과 제 2액체(46)의 비중을 간단하게 동일하게 할 수 있어, 소망한 특성을 가지는 광학소자(40)를 간단하게 제조할 수 있다.
게다가 도 9에 나타내는 바와 같이, 비중과 함께 굴절률이 다른 적어도 3종류의 액체, 예를 들면, 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜을 혼합하여 제 1액체(44)를 취득하였기 때문에, 제 1액체(44)의 비중과 제 2액체(46)의 비중을 간단하게 동일하게 할 수 있는 것과 동시에, 제 1액체(44)의 굴절률과 제 2액체(46) 의 굴절률을 간단하게 동일하게 할 수 있어 렌즈 효과의 발생을 방지하는데 있어서 유리하게 된다.
또, 실시예에서는, 복수 종류의 액체로서 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜을 이용하여 제 1액체(44)를 얻는 경우에 대해 설명했지만, 사용하는 복수 종류의 액체는 순수한 물과 에탄올과 에틸렌글리콜로 한정되지 않고, 기존의 각종의 액체를 선택하는 것이 가능하다.
도 10 및 도 11을 참조해 설명한다.
도 10은 여러가지 종류의 액체의 비중 및 굴절률을 나타내는 도면이고, 도 11은 이용되는 각종 액체의 비중 및 굴절률의 수치를 나타내는 도면이다.
예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 이용되는 액체로서 A군, B군, C군, D군의 것을 들 수 있어 각 A내지 D군에 이용하는 액체의 구체적인 명칭을 도 11에 나타낸다.
도 10에 삼각형의 영역(R1)에 나타낸 바와 같이, 3종류의 액체로서 A군으로부터 선택한 1개의 액체의 좌표와 B군으로부터 선택한 1개의 액체의 좌표와 C군으로부터 선택한 1개의 액체의 좌표를 합친 삼각형의 큰 영역(R1)내에서, 이들의 혼합비를 바꾸는 것으로 비중과 굴절률을 바꾸는 것이 가능하다.
또, 도 10에 삼각형의 영역(R2)에 나타낸 바와 같이, 3종류의 액체로서 B군으로부터 선택한 1개의 액체의 좌표와 C군으로부터 선택한 1개의 액체의 좌표와 D군으로부터 선택한 1개의 액체의 좌표를 합친 삼각형의 큰 영역(R2)내에서, 이들의 혼합비를 바꾸는 것으로 비중과 굴절률을 바꾸는 것이 가능하다.
즉, 종래 공지의 여러가지 액체를 선택하고, 이들의 혼합비를 바꾸는 것으로 비중과 굴절률을 간단하게 바꾸는 것이 가능하다.
덧붙여 제 1액체에 사용되는 액체의 종류는 3종류로 한정되지 않고, 4 종류 이상이어도 괜찮다.
또, 실시예에서는, 제 1액체(44)를, 비중 및 굴절률이 다른 복수 종류의 액체를 혼합하는 것으로, 제 2액체(46)의 비중이 동일해지도록 형성하는 경우에 대해 설명했지만, 제 2액체(46)를, 비중 및 굴절률이 다른 복수 종류의 액체를 혼합하는 것으로, 제 1액체(44)와 비중이 동일해지도록 형성해도 좋다.
게다가 실시예에서는, 단일의 실리콘 오일을 제 2액체(46)으로서 사용했을 경우에 대해 설명했지만, 실리콘 오일 자체도 굴절률이나 비중 등의 특성이 다른 것이 복수 존재하고 있어, 소망한 특성의 한 종류의 실리콘 오일을 선택하고 제 2액체(46)로서 사용하도록 해도 좋고, 혹은 특성이 다른 복수 종류의 실리콘 오일을 선택하고, 이들의 혼합비를 바꾸어 소망한 굴절률 및 비중으로 한 후 제 2액체(46)로서 사용하도록 해도 좋다.
또, 실시예에서는, 제 1액체(44)에 직류 전압을 인가하는 것으로 전기모관현상을 발생시키는 경우에 대해 설명했지만, 제 1액체(44)에 인가하는 전압은 직류 전압으로 한정되는 것이 아니고, 교류 전압이나 펄스 전압, 혹은 스텝상에 증감하는 전압 등, 어떠한 전압을 이용해도 좋고, 요컨대 제 1액체(44)에 전기모관현상을 발생시킬 수 있으면 좋다.
본 발명에 의하면, 전압 인가가 없을 때에, 제 1 및 제 2액체의 계면이 평탄면을 나타내고 있으므로, 광학 소자의 빛의 투과 방향에 있어서의 치수를 축소해도, 종래와 달리, 전압을 인가한 상태로 제 2액체를 2개의 단면벽의 쌍방으로 확실히 접촉시킬 수 있다.
따라서, 전압을 인가한 상태로 빛의 투과로를 확실히 형성하는 것이 가능하고, 광학 소자의 소형화, 박형화를 도모하는데 있어서 유리하게 된다.

Claims (4)

  1. 두께 방향에 있어서 서로 대향하는 단면벽과, 상기 대향하는 단면벽을 접속하는 측면벽을 가지는 밀폐된 용기와,
    상기 용기에 봉입된 유극성(polarity) 또는 도전성(electrical conductivity)을 가지는 제 1액체와,
    상기 용기에 봉입되며 상기 제 1액체와 서로 혼합하지 않는 제 2액체와,
    상기 제 1액체에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 갖추며,
    상기 제 1액체와 제 2액체는 동일한 비중을 가지고, 동시에 상기 제 1액체의 투과율은 제 2액체의 투과율보다 낮게 형성되고,
    상기 전압 인가 수단에 의한 전압 인가에 의해 상기 제 1액체와 제 2액체의 계면(interface)이 변형되고, 상기 단면벽을 통해 상기 용기의 두께 방향으로 연장하는 빛의 투과로가 형성되며,
    상기 측면벽의 내면에서 상기 제 1액체가 위치하는 부분에 상기 제 1액체에 대한 젖음성(wettability)이 상기 제 2액체에 대한 젖음성보다 높게 형성된 친수막(hydrophilic film)이 형성되고,
    상기 측면벽의 내면에서 상기 제 2액체가 위치하는 부분에 상기 제 2액체에 대한 젖음성이 상기 제 1액체에 대한 젖음성보다 높게 형성된 발수막(water-repellant film)이 형성되고,
    상기 전압 인가 수단은, 상기 측면벽의 내면의 전체 원주(entire circumference)에 설치된 제 1전극과, 상기 제 1액체가 위치하는 측의 상기 단면벽의 내면의 외주(outer circumference)에 설치된 제 2전극을 포함하여 구성되며,
    상기 친수막 및 발수막은 상기 제 1전극의 표면을 커버하도록 설치되고,
    상기 제 1액체가 위치하는 측의 상기 단면벽의 내면에서 상기 제 2전극의 내측 부분에 상기 제 1액체에 대한 젖음성이 상기 제 2액체에 대한 젖음성보다 높게 형성된 상기 친수막과는 다른 친수막이 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 계면은, 상기 두께 방향과 교차하는 면 위에 형성되고,
    상기 친수막은, 상기 제 1액체가 위치하는 상기 측면벽 부분의 내면의 전체 원주(entire circumference)에 설치되고,
    상기 발수막은, 상기 제 2액체가 위치하는 상기 측면벽 부분의 내면의 전체 원주에 설치되고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 인가 수단에 의해 상기 제 1전극와 제 2전극에 전압이 인가되지 않는 상태에서는,
    상기 제 1액체의 부분의 전역(entire area)은 상기 친수막의 표면에 접촉하고, 그 접촉각은 90도가 되고,
    상기 제 2액체의 부분의 전역은 상기 발수막의 표면에 접촉하고, 그 접촉각은 90도가 되고,
    상기 제 1액체와 제 2액체의 사이에 형성되는 계면이 평탄면을 나타내는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 삭제
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