KR101426970B1 - 렌즈 어레이 - Google Patents

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KR101426970B1
KR101426970B1 KR1020097000455A KR20097000455A KR101426970B1 KR 101426970 B1 KR101426970 B1 KR 101426970B1 KR 1020097000455 A KR1020097000455 A KR 1020097000455A KR 20097000455 A KR20097000455 A KR 20097000455A KR 101426970 B1 KR101426970 B1 KR 101426970B1
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유이찌 다까이
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소니 주식회사
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Abstract

본 발명은 렌즈 소자의 특성의 균일화를 도모할 수 있는 렌즈 어레이를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 렌즈 어레이(10)는 도전성의 제1 액체(11)와, 제1 액체(11)와 굴절률이 상이한 절연성의 제2 액체(12)와, 제1, 제2 액체(11, 12)의 계면에서 렌즈면(13A)을 형성하는 복수의 렌즈 소자(13)를 구비하고, 인가 전압의 출력 제어에 의해 렌즈 소자(13)의 렌즈면(13A)이 가역적으로 변화하는 렌즈 어레이로서, 인접하는 복수의 렌즈 소자(13)간이 서로 액적으로 연통하는 구성으로 함으로써, 렌즈 소자간에서의 제1, 제2 액체(11, 12)의 액량의 변동을 회피하여, 렌즈 특성의 균일화를 도모한다.
렌즈 어레이, 제1 액체, 제2 액체, 렌즈 소자, 렌즈면

Description

렌즈 어레이{LENS ARRAY}
본 발명은, 일렉트로 웨팅 효과(전기 모관 현상)를 이용한 렌즈 어레이에 관한 것이다.
최근, 일렉트로 웨팅 효과를 이용한 광학 소자의 개발이 진행되고 있다. 일렉트로 웨팅 효과는, 도전성을 갖는 액체와 전극 사이에 전압을 인가하였을 때에 전극 표면과 액체와의 고액 계면의 에너지가 변화하여, 액체 표면의 형상이 변화하는 현상을 말한다.
도 14의 A, 도 14의 B는, 일렉트로 웨팅 효과를 설명하는 원리도이다. 도 14의 A에 도시한 바와 같이, 전극(1)의 표면에는 절연막(2)이 형성되어 있고, 이 절연막(2) 상에 전해액의 액적(3)이 놓여져 있다. 절연막(2)의 표면은 발수 처리가 실시되어 있고, 도 14의 A에 도시한 무전압 상태에서는 절연막(2)의 표면과 액적(3) 사이의 상호 작용 에너지는 낮고 접촉각 θ0은 크다. 여기서, 접촉각 θ0은 절연막(2) 표면과 액적(3)의 정접선 사이의 각도이며, 액적(3)의 표면 장력이나 절연막(2)의 표면 에너지 등의 성질에 의존한다.
한편, 도 14의 B에 도시한 바와 같이, 전극(1)과 액적(3) 사이에 소정 전압을 인가하면, 액적(3)측의 전해질 이온이 절연막(2) 표면에 집중함으로써 전하 이 중층의 대전량 변화가 생겨, 액적(3)의 표면 장력의 변화가 유발된다. 이 현상이 일렉트로 웨팅 효과이며, 인가 전압의 크기에 의해 액적(3)의 접촉각 θv가 변화한다. 즉, 도 14의 B에서, 접촉각 θv는 전압 V의 함수로서 이하의 수학식 1로 표현된다.
Figure 112009001325543-pct00001
гLG : 전해액의 표면 장력
e : 절연막의 막 두께
ε : 절연막의 비유전율
ε0 : 진공의 유전율
이상과 같이, 전극(1)과 액적(3) 사이에 인가하는 전압 V의 크기에 의해, 액적(3)의 표면 형상(곡률)이 변화한다. 따라서, 액적(3)을 렌즈 소자로서 이용한 경우에 초점 위치를 전기적으로 제어할 수 있는 광학 소자를 실현할 수 있게 된다.
우선, 이와 같은 광학 소자를 이용한 광학 장치의 개발이 진행되고 있다. 예를 들면 일본 특허 공개 제2000-356708호 공보에는, 스트로보 장치용의 렌즈 어레이가 제안되어 있다. 이것은, 기판 표면의 발수막 상에 어레이 형상으로 배치된 절연성 액체의 액적과 도전성 액체를 봉입하여 가변 초점 렌즈를 구성한 것이다. 이 구성에서는, 절연성 액체와 도전성 액체 사이의 계면 형상으로 개개의 렌즈가 형성되고, 일렉트로 웨팅 효과를 이용하여 개개의 렌즈 형상을 전기적으로 제어하 여 초점 거리를 변화시키고 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2004-252444호 공보에는, 일렉트로 웨팅 효과를 이용한 표시 장치의 구성이 개시되어 있다. 이 표시 장치는, 착색 액적을 수용한 셀을 어레이 형상으로 배열하고, 셀을 선택적으로 구동함으로써 원하는 컬러 화상을 표시한다. 상기 셀은, 화상의 표시부로서 뿐만 아니라, 가변 초점 렌즈 등의 렌즈 소자로서 구성하는 경우도 가능하다. 그 구성예를 도 15의 A, 도 15의 B에 도시한다. 도 15는, 해당 렌즈 소자를 어레이 형상으로 배열하여 구성한 렌즈 어레이(50)의 개략 구성을 도시하고 있고, 도 15의 A는 렌즈 어레이(50)를 구성하는 공통 기판(54)의 평면도, 도 15의 B는 렌즈 어레이(50)의 주요부 단면도이다.
이 렌즈 어레이(50)는, 도전성의 제1 액체(51)와 절연성의 제2 액체(52)의 계면에서 렌즈면을 형성하는 복수의 렌즈 소자(53)를 구비하고 있다. 제1, 제2 액체(51, 52)는 서로 다른 굴절률을 갖고 있고, 서로 혼화하지 않고 존재하고 있다. 각 렌즈 소자(53)는, 투명한 공통 기판(54)과 투명한 덮개체(55) 사이에 형성된 밀폐성의 액실 내에 2차원적으로 배열되어 있고, 인접하는 렌즈 소자(53) 사이는 구획벽(56)을 개재하여 구획되어 있다. 공통 기판(54)의 하면에는 투명 전극막(58)이 형성되고, 공통 기판(54) 상면의 제2 액체(52)가 접하는 영역에는 발수 처리가 실시되어 있다. 덮개체(55)의 하면의 제1 액체(51)가 접하는 영역에는 대향 전극으로서 투명 전극막(57)이 형성되어 있다.
이상과 같은 구성의 렌즈 어레이(50)는, 한 쌍의 투명 전극막(57, 58) 사이에 인가하는 전압을 제어함으로써, 각 렌즈 소자(53)의 제1, 제2 액체(51, 52) 사 이의 계면 형상이 변화한다. 이에 의해, 렌즈 어레이(50)를 투과하는 광의 초점 거리를 가역적으로 변화시키는 것이 가능해져, 카메라의 스트로보 장치용의 가변 초점 렌즈에 바람직하게 이용할 수 있다.
그러나, 전술한 종래의 렌즈 어레이(50)에서는, 개개의 렌즈 소자(53)의 주위가 구획벽(56)으로 둘러싸여져 있기 때문에, 렌즈 어레이(50)의 제조 공정에서, 렌즈 소자(51)를 구성하는 제1, 제2 액체(51, 52) 중, 특히 제2 액체(52)를 개개의 셀에 하나씩 공급하는 작업이 필요하여, 소자수의 증대에 의해 작업량이 증가하거나, 셀간에서 공급량의 변동이 생겨 렌즈 소자(53)의 특성의 불균일성이 발생하는 경우가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 렌즈 소자의 특성의 균일화를 도모할 수 있는 렌즈 어레이를 제공하는 것을 과제로 한다.
<발명의 개시>
이상의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 렌즈 어레이는 도전성의 제1 액체와, 제1 액체와 굴절률이 상이한 절연성의 제2 액체와, 제1, 제2 액체의 계면에서 렌즈면을 형성하는 복수의 렌즈 소자를 구비하고, 인가 전압의 출력 제어에 의해 렌즈 소자의 렌즈면이 가역적으로 변화하는 렌즈 어레이로서, 인접하는 복수의 렌즈 소자간이 서로 액적으로 연통하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 개개의 렌즈 소자의 주위를 완전하게 덮는 구성 대신에, 인접하는 복수의 렌즈 소자간이 서로 액적으로 연통하는 구성으로 함으로써, 렌즈 소자간에서의 제1, 제2 액량의 변동을 회피하여, 렌즈 특성의 균일화를 도모하도록 하고 있다.
구체적으로, 본 발명의 렌즈 어레이에서는, 복수의 렌즈 소자가, 공통 기판과 덮개체 사이에 형성된 액실 내에 배열되어 있고, 제1, 제2 액체 중 적어도 한쪽이, 인접하는 복수의 렌즈 소자간에서 서로 연통하고 있다.
이 경우, 복수의 렌즈 소자는, 상기 공통 기판 상에 세워 형성한 복수의 돌기로 구획할 수 있다. 상기 돌기는, 개개의 렌즈 소자의 네 구석 위치에 배치된 기둥 형상 돌기로 할 수 있다. 또한, 상기 돌기는, 인접하는 렌즈 소자의 사이에 배치되고, 그 인접하는 렌즈 소자간에서의 액 연통을 허용하는 통로가 형성된 선 형상 돌기로 구성할 수 있다.
한편, 복수의 렌즈 소자는, 액실 내에 배치한 다공판의 비개구부로 구획할 수 있다. 이 다공판은, 적어도 상기 공통 기판 사이에 액 연통을 허용하는 통로를 형성한다. 다공판의 개구부의 형상은 예를 들면 원형으로 되지만, 이에 한정되지 않고, 타원, 다각 형상 등이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 렌즈 어레이에 따르면, 복수의 렌즈 소자간이 서로 액적으로 연통하고 있으므로, 렌즈 소자간에서의 제1, 제2 액체의 구성량의 변동을 회피하여, 렌즈 특성의 균일화를 도모할 수 있다. 또한, 실린지나 디스펜서 노즐 등의 방법에서는 액체 충전할 수 없는 미소한 치수를 갖는 구조에도 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 렌즈 어레이의 개략 구성도로서, 도 1의 A는 공통 기판의 평면도, 도 1의 B는 렌즈 어레이의 주요부 단면도.
도 2는 도 1의 렌즈 어레이에서 각 렌즈 소자를 구획하는 돌기의 형성 간격을 설명하는 단면도.
도 3은 물과 공기, 물과 오일의 조합예에서의 계면 장력, 밀도차, 모관 길이의 크기를 비교하여 설명하는 도면.
도 4는 도 1의 렌즈 어레이에서 각 렌즈 소자를 구획하는 돌기의 형상의 상위에 의한 렌즈면의 초기 형상을 설명하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 렌즈 어레이의 구성을 설명하는 공통 기판의 평면도.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 렌즈 어레이의 개략 구성도로서, 도 6의 A는 렌즈 어레이의 내부 구조를 도시하는 평면도, 도 6의 B는 렌즈 어레이의 주요부 단면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 렌즈 어레이의 구성의 변형예를 나타내는 다공판의 평면도.
도 8은 도 7의 B에 도시한 구성의 다공판을 갖는 렌즈 어레이의 주요부 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 렌즈 어레이의 구성의 다른 변형예를 나타내는 다공판의 단면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태의 렌즈 어레이의 제조 방법을 설명하는 주요부의 공정 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태의 렌즈 어레이의 구성의 변형예를 나타내는 도면으로서, 도 11의 A는 렌즈 어레이의 주요부 단면도, 도 11의 B는 도 11의 A에서의 [B]-[B]선 방향 단면도.
도 12는 도 11에 도시한 렌즈 어레이의 제조 방법을 설명하는 주요부의 공정 단면도.
도 13은 도 11에 도시한 렌즈 어레이의 제조 방법을 설명하는 주요부의 공정 단면도.
도 14는 전기 모관 현상을 설명하는 원리도.
도 15는 종래의 렌즈 어레이의 개략 구성도로서, 도 15의 A는 공통 기판의 평면도, 도 15의 B는 렌즈 어레이의 주요부 단면도.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 각 실시 형태에 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 다양한 변형이 가능하다.
<제1 실시 형태>
도 1의 A, 도 1의 B는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 렌즈 어레이(10)의 개략 구성을 도시하고 있고, 도 1의 A는 렌즈 어레이(10)를 구성하는 공통 기판(14)의 평면도이며, 도 1의 B는 렌즈 어레이(10)의 주요부 단면도이다. 본 실시 형태의 렌즈 어레이(10)는, 도전성의 제1 액체(11)와 절연성의 제2 액체(12)의 계면(13A)에서 렌즈면을 형성하는 복수의 렌즈 소자(13)를 구비하고 있다. 렌즈 어 레이(10)는, 예를 들면 조명 광학계에 이용되고, 그 렌즈 어레이(10)를 투과하는 광의 초점 거리를 임의로 변화시키는 가변 초점 렌즈로서 구성되어 있다.
제1 액체(11)로서는, 도전성을 갖는 투명한 액체가 이용되고, 예를 들면 물, 전해액(염화 칼륨이나 염화 나트륨, 염화 리튬 등의 전해질의 수용액), 메틸 알코올, 에틸 알코올 등의 분자량이 작은 알코올류, 상온 용융염(이온성 액체) 등의 유극성 액체를 이용할 수 있다.
제2 액체(12)로서는, 절연성을 갖는 투명한 액체가 이용되고, 예를 들면 데칸, 도데칸, 헥사데칸 혹은 운데칸 등의 탄화 수소계의 재료, 실리콘 오일, 불소계의 재료 등의 무극성 용매를 이용할 수 있다.
제1, 제2 액체(11, 12)는, 서로 다른 굴절률을 가짐과 함께, 서로 혼화하지 않고 존재할 수 있는 재료가 선택된다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 제1 액체(11)로서 염화 리튬 수용액(농도 3.66wt％, 굴절률 1.34)이 이용되고, 제2 액체(12)로서 실리콘 오일(GE 도시바 실리콘사제 TSF437, 굴절률 1.49)이 이용된다. 또한, 제1, 제2 액체(11, 12)는 서로 동등한 비중을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 제1, 제2 액체(11, 12)는 착색되어 있어도 된다.
공통 기판(14)과 덮개체(15) 사이에 형성된 밀폐성의 액실 내에는, 제1, 제2 액체(11, 12)에 의해 충전되어 있음과 함께, 각 렌즈 소자(13)가 2차원적으로 배열되어 있다. 공통 기판(14)은 광학적으로 투명하며, 전기 절연성의 플라스틱 재료의 사출 성형체 혹은 절삭 가공체 등으로 구성할 수 있다. 덮개체(15)는 광학적으로 투명하며, 전기 절연성의 플라스틱 재료나 글래스 재료 등으로 구성할 수 있다.
덮개체(15)는 공통 기판(14)의 측벽(14a)의 상면에 밀봉 부재(20)를 통하여 고정되어 있다. 덮개체(15)의 액실측으로 되는 내면측에는, 단자부(21a)와 접속되는 투명 전극막(17)이 형성되어 있다. 또한, 투명 전극막(17)으로서는 금속, 도전성 산화물, 반도체 재료 등을 이용할 수 있다. 또한, 투명 전극 이외에도, 광의 투과면을 피하여 패터닝하도록 하면, 광학적으로 불투명한 전극 재료를 이용하는 것도 가능하다.
인접하는 렌즈 소자(13)의 사이는, 공통 기판(14)의 상면에 세워 형성된 복수의 돌기(16)로 구획되어 있다. 돌기(16)는 공통 기판(14)과 일체적으로 형성되어 있고, 개개의 렌즈 소자(13)의 네 구석 위치에 대응하여 배치된 기둥 형상을 갖고 있다. 돌기(16)는, 예를 들면 공통 기판(14)의 사출 성형 시에 동시에 형성된다. 또한, 성형한 공통 기판(14)에 대해 접착이나 압입 등의 후가공에 의해 돌기(16)를 형성하여도 된다.
여기서, 공통 기판(14)의 상면에는 투명 전극막(18)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 투명 전극막(18)은 공통 기판(14)의 측벽(14a)의 내주면과 돌기(16)의 외표면을 덮도록 패턴 형성되어 있지만, 공통 기판(14)의 상면 전역에 투명 전극막(18)을 형성하여도 된다. 투명 전극막(18)은 공통 기판(14)의 일측벽부를 통하여 단자부(21b)에 접속되어 있다. 또한, 투명 전극막(18)으로서는 금속, 도전성 산화물, 반도체 재료 등을 이용할 수 있다. 또한, 전극막이 패턴 형성되는 경우에는, 광의 투과를 크게 방해하지 않는 범위에서 비투명한 전극막을 이용하여 도 상관없다.
또한, 공통 기판(14)의 표면은 투명 전극막(18)을 피복하도록 절연막(19)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 절연막(19)은 공통 기판(14)의 외면 전역에 형성되어 있지만, 예를 들면 공통 기판(14)의 상면측에만 형성하는 것만으로도 상관없다.
절연막(19)은 전기 절연성의 물질이면 특별히 제한되지 않고, 바람직하게는 유전율이 비교적 높은 물질이 선택된다. 또한, 비교적 큰 정전 용량을 얻기 위해 절연막(19)의 막 두께는 얇은 쪽이 바람직하지만, 절연 강도를 확보할 수 있는 막 두께 이상인 것이 필요하다. 유전율이 비교적 높은 재료로서는, 예를 들면 산화 탄탈, 산화 티탄 등의 금속 산화물을 들 수 있지만, 물론 이에 한정되지 않는다. 절연막(19)의 형성 방법도 특별히 제한되지 않고, 스퍼터법, CVD법, 증착법 등의 진공 박막 형성 방법 외에, 도금법, 전착법, 코트법, 디프법 등의 각종 코팅 방법이 채용 가능하다.
또한, 절연막(19)은 제2 액체(12)가 접촉하는 영역에서 발수성을 갖는 것이 바람직하다. 발수막의 형성 방법으로서는, 예를 들면 폴리파라크실렌을 CVD법으로 성막하는 방법, 불소계의 폴리머인 PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 등의 재료를 공통 기판(14) 상에 코팅하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 고유전율 재료와 발수성 재료를 복수 조합한 적층 구조로 절연막(19)을 구성하여도 된다.
본 실시 형태의 렌즈 어레이(10)는 제1 액체(11)가 덮개체(15)측에, 제2 액 체(12)가 공통 기판(14)측에 각각 편재한 복수의 렌즈 소자(13)를 구비하고 있다. 각 렌즈 소자(13)는 공통 기판(14)의 측벽(14a) 내주부 및 돌기(16)에 의해, 각각의 배열 위치가 결정된다. 즉, 도 1의 A에 도시한 예에서는, 측벽(14a)의 내주부와 이에 인접하는 돌기(16) 사이 및 인접하는 복수의 돌기(16) 사이에서, 3행 4열의 합계 12개의 사각 형상의 렌즈 소자(13)가 면내에 어레이 형상으로 배열된다. 또한, 실제는, 돌기(16)는 도시한 예보다 더욱 많이 세워 형성되므로, 렌즈 소자(13)의 배열수는 더욱 많아진다.
도 1의 B에 도시한 상태에서, 각 렌즈 소자(13)의 렌즈면(13A)은, 제1 액체(11)가 공통 기판(14)의 측벽(14a) 내면 또는 돌기(16)의 주위에 대해 소정의 접촉각에서 접함으로써 소정의 곡면 형상을 형성하고 있다. 렌즈면(13A)은 측벽(14a) 내면과 돌기(16) 사이 및 돌기(16)간을 연결하는 선이 능선을 그리도록 한 곡면 형상을 갖고, 사각 형상의 소자 중앙부가 오목 형상으로 만곡하고 있다.
이 상태에서, 단자부(21a, 21b)간에 전압을 인가하면, 일렉트로 웨팅 효과(전기 모관 현상)에 의해, 제1 액체(11)가 측벽(14a) 내주 및 돌기(16)의 주위에 젖어 퍼진다. 이에 의해, 측벽(14a) 내주 및 돌기(16)의 주위에 대한 제1 액체(11)의 접촉각이 변화하여, 렌즈면(13A)의 형상 변화를 야기한다. 렌즈면(13A)의 형상 변화는 가역적이다. 따라서, 단자부(21a, 21b)에 인가하는 전압의 크기에 따라, 각 렌즈 소자(13)의 렌즈면(13A)이 임의로 변화한다. 구체적으로, 인가 전압을 크게 하면 렌즈면(13A)의 곡률 반경이 커지고, 그 결과 초점 거리도 커진다. 이에 의해, 렌즈 어레이(10)를 투과하는 광에 대해 그 렌즈 어레이(10)를 가변 초 점 렌즈로서 기능시킬 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에 따르면, 인접하는 복수의 렌즈 소자(13)간에서 제1, 제2 액체(11, 12)가 기둥 형상의 돌기(16)간을 통하여 서로 연통하고 있으므로, 종래와 같이 각 렌즈 소자의 주위를 구획벽으로 둘러싸는 구성에 비해, 렌즈 소자간의 구획 형성 영역을 훨씬 적게 할 수 있고, 이에 의해 렌즈의 유효 면적을 크게 할 수 있음과 함께, 투과율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 각 렌즈 소자(13)의 형상 정밀도를 돌기(16)의 가공 정밀도로 제어할 수 있도록 되기 때문에, 렌즈 소자(13)의 형상 정밀도를 얻기 위한 가공 영역을 종래보다도 적게 할 수 있어, 렌즈 어레이(10)의 제작 코스트의 대폭적인 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 인접하는 복수의 렌즈 소자(13)간에서 제1, 제2 액체(11, 12)가 서로 연통하는 구성이므로, 제1 액체(11)와 제2 액체(12) 사이의 계면은 하나로 이어진다. 그리고, 이 계면 에너지는 최소로 되도록 기능하므로, 개개의 렌즈 소자(13)의 변동은 균일화된다. 이에 의해, 렌즈 소자(13)마다의 제1, 제2 액체(11, 12)의 액량의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 소자 단위에 의해 액량을 고정밀도로 조정할 필요가 없게 된다. 이상에 의해, 렌즈 어레이(10)를 구성하는 각 렌즈 소자(13)의 렌즈 특성을 용이하면서 균일하게 행할 수 있음과 함께, 렌즈 어레이(10)의 조립도 용이하게 된다.
또한, 액실 내의 기포의 발생을 억제할 수 있어, 기포가 발생하였다고 하여도 액실 내의 액체가 소자간에서 연통하고 있기 때문에 외부로 빼내기 쉽게 된다. 또한, 액실 내에 혼입한 이물도 배출하기 쉽게 된다고 하는 효과도 갖는다.
여기서, 렌즈 소자(13)의 형상, 크기 등은 돌기(16)의 형성 간격, 단면 형상 등에 따라서 거의 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 돌기(16)를 도 1에서 상하 좌우 방향 모두 등간격으로 형성함으로써, 평면에서 보아 정방 형상의 렌즈 소자를 구성할 수 있음과 동시에, 마찬가지의 렌즈 특성을 구비한 렌즈 어레이를 구성할 수 있다. 반대로, 돌기(16)의 형성 간격을 영역마다 서로 다르게 함으로써, 서로 다른 렌즈 특성을 갖는 렌즈 어레이를 구성할 수 있다.
또한, 인접하는 복수의 돌기(16)간의 거리 혹은 공통 기판의 측벽(14a) 내면과 이에 인접하는 돌기(16)간의 거리는, 모관 길이 이하의 길이로 설정된다. 모관 길이란, 계면 장력에 대해 중력의 영향을 무시할 수 있는 최대의 길이를 말하며, 도전성 액체와 절연성 액체의 관계에서는 하기 수학식 2로 표현된다.
Figure 112009001325543-pct00002
г : 도전성 액체와 절연성 액체의 계면 장력
ρ : 도전성 액체와 절연성 액체의 비중차
g : 중력 가속도
도 2의 A는, 돌기(16)간의 거리가 모관 길이(κ-1) 이하일 때의 제1, 제2 액체(11, 12)의 계면 형상을 나타내고 있다. 돌기(16)간의 거리가 모관 길이 이하일 때, 제1, 제2 액체(11, 12)의 계면은 중력의 영향을 받지 않고 곡면 형상을 유지하 여, 전기 모관 현상에 의한 계면 형상의 제어가 가능하게 된다. 이에 대해, 돌기(16)간의 거리가 모관 길이보다 길어지면, 도 2의 B에 도시한 바와 같이, 중력에 의한 영향을 받아 제1, 제2 액체(11, 12)의 계면은 중앙부에서 평탄하게 되어, 전기 모관 현상을 이용한 계면 형상의 변화가 곤란하게 된다. 따라서, 인접하는 복수의 돌기(16)간의 거리 혹은 공통 기판 측벽(14a) 내면과 이에 인접하는 돌기(16)간의 거리는, 모관 길이 이하의 길이로 설정될 필요가 있다. 바꿔 말하면, 사각 형상의 렌즈 소자의 1변의 길이 및 대각선 길이가 모관 길이 이하로 설정되게 된다.
모관 길이는, 계면을 구성하는 2개의 매체의 종류에 의해 서로 다르다. 도 3은, 2매체가 물과 공기, 물과 기름인 경우의 각각의 계면 장력, 밀도차, 모관 길이를 비교하여 나타내고 있다. 물과 공기인 경우의 모관 길이는 2.7㎜인 것에 대해, 물과 기름인 경우의 모관 길이는 15.2㎜이다. 따라서, 전술한 제1, 제2 액체(11, 12)의 밀도차(비중차)를 0.0129까지 작게 함으로써, 15.2㎜까지 돌기(16)의 간격을 넓힐 수 있게 된다.
주상의 돌기(16)의 단면 형상은 도시한 예에서는 원형으로 되지만, 물론 이에 한정되지 않고, 타원체, 삼각계나 사각형 등의 다각 형상이어도 된다. 또한, 돌기(16)의 높이는, 도 1의 B에 도시한 바와 같이 공통 기판(14)의 측벽(14a)의 높이보다도 낮게 하는 경우에 한정되지 않고, 측벽(14a)의 높이와 일치시켜도 된다. 이 경우, 돌기(16)의 상단이 덮개체(15)에 접하기 때문에, 렌즈 어레이(10)의 면적을 크게 하여도 외력 등에 의해 기판(14)과 덮개체(15)와의 간격이 변화하는 것이 방지된다. 따라서, 렌즈 어레이(10)의 크기나 사용 조건에 따라, 돌기(16)의 상단과 덮개체(15) 사이에 간극을 형성하여도 되고, 돌기(16)의 몇 개만을 덮개체(15)와 접하는 높이로 형성하도록 하여도 된다.
또한, 돌기(16)의 측면은 기판(14)에 대해 수직인 경우에 한정되지 않고, 끝이 가는 형상 혹은 끝이 굵은 형상으로 하여도 된다. 도 4는 돌기 형상의 상위에 의한 제1, 제2 액체(11, 12)의 계면의 초기 형상을 비교하여 나타낸다. 도 4의 A는 직통 형상의 돌기(16)의 예를 나타내고, 도 4의 B는 끝이 가는 형상의 돌기(16A)의 예를 나타내고, 도 4의 C는 끝이 굵은 형상의 돌기(16B)의 예를 나타내고 있다.
돌기 측면에 대한 제1 액체(11)의 접촉각은 동일하지만, 돌기 측면의 형성 각도에 의해 2액체의 계면 형상이 크게 변화하는 모습을 알 수 있다. 끝이 가는 형상의 돌기(16A)의 경우에는 직통 형상의 돌기(16)와 비교하여 계면의 곡률이 작아지고, 끝이 굵은 형상의 돌기(16B)의 경우에는 직통 형상의 돌기(16)와 비교하여 계면의 곡률이 커진다. 돌기 형상을 최적화함으로써, 렌즈 어레이의 가변 초점 범위를 임의로 조정하는 것이 가능하게 된다.
<제2 실시 형태>
도 5의 A, 도 5의 B는 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 개개의 렌즈 소자의 형성 범위를 구획하는 돌기가 선 형상으로 형성되어 있는 점에서, 전술한 제1 실시 형태와 상이하다. 또한, 도면에서 전술한 제1 실시 형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
도 5의 A는, 렌즈 어레이를 구성하는 공통 기판(14)의 평면도이며, 선 형상의 돌기(26)를 2차원의 격자 형상으로 배열하여, 인접하는 복수의 돌기(26)간에서 3행×4열의 합계 12개의 사각 형상의 렌즈 소자 형성 영역을 구획한 예를 나타내고 있다. 돌기(26)에는, 인접하는 렌즈 소자간에서의 액 연통을 허용하기 위한 통로(27)가 형성되어 있다. 통로(27)는, 직선적으로 배열하는 복수의 돌기(26)간에 형성되어 있지만, 돌기(26)의 일부를 절결하여 형성하여도 된다.
도 5의 B는, 렌즈 어레이를 구성하는 공통 기판(14)의 평면도이며, 선 형상의 돌기(26)를 1차원의 격자 형상으로 배열하여, 인접하는 복수의 돌기(26)간에서 1행×4열의 합계 4개의 실린드리컬 렌즈(혹은 렌티큘러 렌즈)의 형성 영역을 구획한 예를 나타내고 있다. 이 예에서도, 인접하는 렌즈 소자간에서의 액 연통을 허용하기 위한 통로(27)가 형성되어 있다.
이들 예에서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지로, 렌즈의 유효 면적의 증대와 투과율의 향상을 도모할 수 있게 된다. 또한, 소자간에서의 액량의 변동을 억제하여 렌즈 특성의 균일화를 도모할 수 있게 된다.
<제3 실시 형태>
도 6의 A, 도 6의 B는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 렌즈 어레이(30)의 개략 구성을 나타내고 있고, 도 6의 A는 렌즈 어레이(30)의 내부 구조를 도시하는 평면도, 도 6의 B는 렌즈 어레이(30)의 주요부 단면도이다. 또한, 도면에서 전술한 제1 실시 형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
전술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 공통 기판(14)과 덮개체(15) 사이에 형성된 액실 내에는, 제1, 제2 액체(11, 12)로 이루어지는 복수의 렌즈 소자(13)가 2차원적으로 배열되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서, 공통 기판(14)은 덮개체(15)와 마찬가지로, 그 표면 및 이면이 평탄한 투명한 판재로 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 공통 기판(14)과 덮개체(15) 사이에 다공판(31)을 배치하고, 이 다공판(31)의 면내에 형성된 복수의 원형의 개구부(32) 내에 개개의 렌즈 소자(13)를 수용하고, 다공판(31)의 비개구부(33)에 의해 각각의 렌즈 소자(13)를 구획하도록 하고 있다. 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이에는, 인접하는 개구부(32)간의 액 연통을 허용하는 통로(35)가 형성되어 있고, 다공판(31)과 덮개체(15) 사이에는, 인접하는 개구부(32)간의 액 연통을 허용하는 통로(36)가 형성되어 있다. 한쪽의 통로(35)는, 다공판(31)의 공통 기판(34)과 대향하는 측의 면을 오목 형상으로 형성함으로써 형성되고, 다른 쪽의 통로(36)는 액실 구성 시에서의 밀봉 부재(20)의 형성 두께로 형성된다.
다공판(31)은, 그 주위의 틀부(31F)의 하면이 공통 기판(14) 상에 접합되어 있음과 함께, 이 틀부(31F)의 상면이 밀봉 부재(20)를 통하여 덮개체(15)에 밀착 고정되어 있다. 본 실시 형태에서, 다공판(31)은 실리콘 기판 등의 반도체 재료로 구성되어 있지만, 이 이외에도, 금속판이나, 글래스, 세라믹스, 수지 등의 절연성 기판으로 구성되어 있어도 상관없다. 절연성 수지의 경우에는, 도전성 재료에 의한 전극막을 형성한다. 다공판(31)은 단자부(21b)를 통하여 외부의 전압원(도시 생략)에 접속되어 있다. 다공판(31)의 표리면 및 개구부(32)의 주연은 절연막(34)으로 피복되어 있어, 도전성의 제1 액체(11)와 그 다공판(31) 사이의 전기적 절연이 도모되어 있다.
절연막(34)은 발수성, 투명성, 소정의 절연 내압, 균일한 막 두께ㆍ막질이면, 특별히 재료는 한정되지 않는다. 렌즈 소자(13)의 동작 전압은, 절연막(34)의 두께와 유전율에 의해 변화한다. 절연막(34)의 막 두께가 얇고, 유전율이 높아질수록 동작 전압은 낮아진다. 절연막(34)의 형성은 다공판(31)과 공통 기판(14)의 접합 전에 행하여도 되고, 접합 후에 행하여도 된다.
다공판(31)과 공통 기판(14) 사이의 접합은, 다공판(31) 및 공통 기판(14)의 재질 등에 의해 각종 접합법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이 다공판(31)이 실리콘 기판으로 구성되고, 공통 기판(14)이 글래스 재료로 구성되는 경우에는, 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이는 양극 접합법에 의해 접합할 수 있다. 또한, 다공판(31) 및 공통 기판(14)이 모두 합성 수지로 구성되는 경우에는, 확산 접합법이나 초음파 접합법 등이 채용 가능하다. 또한, 접착제를 이용한 접합법도 적용 가능하며, 다공판(31) 및 공통 기판(14)의 재질의 조합을 불문하고 사용할 수 있다.
전술한 구성의 본 실시 형태의 렌즈 어레이(30)에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 액체(11)가 덮개체(15)측에, 제2 액체(12)가 공통 기판(14)측에 각각 편재한 복수의 렌즈 소자(13)를 구비하고 있다. 각 렌즈 소자(13)는, 다공판(31)의 개구부(32)의 형성 위치에 의해 각각의 배열 위치가 결정되고, 도 6의 A 에 도시한 예에서는, 3행×3열의 합계 9개의 원 형상의 렌즈 소자(13)가 면내에 어레이 형상으로 배열된다. 또한, 렌즈 소자(13)의 배열수는 이에 한정되지 않고, 개구부(32)의 형성수에 맞추어 렌즈 소자(13)의 배열수를 임의로 조정할 수 있다.
도 6의 B에 도시한 상태에서, 각 렌즈 소자(13)의 렌즈면(13A)은, 제1 액체(11)가 다공판(31)의 개구부(32)의 주연에 대해 소정의 접촉각에서 접함으로써 소정의 곡면 형상을 형성하고 있다. 렌즈면(13A)은 소자 중앙부가 오목 형상으로 만곡한 곡면 형상을 갖고 있다.
이 상태에서, 단자부(21a, 21b)간에 전압을 인가하면, 일렉트로 웨팅 효과(전기 모관 현상)에 의해, 제1 액체(11)가 개구부(32)의 주연부에 젖어 퍼진다. 이에 의해, 개구부(32)의 주연부에 대한 제1 액체(11)의 접촉각이 변화하여, 렌즈면(13A)의 형상 변화를 야기한다. 렌즈면(13A)의 형상 변화는 가역적이다. 따라서, 단자부(21a, 21b)에 인가하는 전압의 크기에 따라, 각 렌즈 소자(13)의 렌즈면(13A)이 임의로 변화한다. 구체적으로, 인가 전압을 크게 하면 렌즈 어레이(30)를 투과하는 광에 대해 그 렌즈 어레이(30)를 가변 초점 렌즈로서 기능시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 공통 기판(14)과 덮개체(15) 사이에 다공판(31)을 배치하고, 그 다공판(31)의 비개구부(33)로 복수의 렌즈 소자(13)를 구획함과 함께, 통로(35, 36)를 통하여, 인접하는 복수의 렌즈 소자(13)간의 액적인 연통을 도모하도록 하고 있다. 이에 의해, 렌즈 소자(13)마다의 제1, 제2 액체(11, 12)의 액량의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 소자 단위에 의해 액량을 고정밀도로 조정 할 필요가 없게 된다. 이상에 의해, 렌즈 어레이(30)를 구성하는 각 렌즈 소자(13)의 렌즈 특성을 용이하면서 균일하게 행할 수 있음과 함께, 렌즈 어레이(30)의 조립도 용이하게 된다.
본 실시 형태에서, 개구부(32)를 구성하는 다공판(31)의 두께는, 인가 전압의 설정 범위에서 렌즈면(13A)의 형상 변화를 방해하지 않는 정도의 두께로 된다. 또한, 개구부(32)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 사각형 등의 다각형, 타원형 등의 다른 기하학적 형상이어도 상관없다. 또한, 개구부(32)를 원형으로 함으로써, 렌즈 소자(13)의 렌즈로서의 유효 면적을 크게 할 수 있으므로, 광학 특성이 우수한 렌즈 소자(13)를 구성할 수 있다. 또한, 개구부(32)를 다각 형상으로 함으로써, 개구부(32)의 개구 면적을 크게 할 수 있다. 개구부(32)의 크기는, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 모관 길이 이하의 길이로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 개구부(32)의 형성 위치는, 도 6의 A에 도시한 바와 같이 세로 방향 및 가로 방향으로 정렬 배치시키는 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 도 7의 A에 도시한 바와 같이, 행 방향으로 정렬하는 개구부(32)의 사이에 다음 행의 개구부(32)가 각각 위치하도록 하는 개구부(32)의 조밀 배치 구조를 채용하여도 된다.
한편, 다공판(32)을 글래스나 플라스틱, 세라믹 등의 절연성 재료로 구성하는 경우에는, 도 7의 B에 도시한 바와 같이, 각각의 개구부(32)의 주연부에, 전극(37)으로서 ITO 등의 투명 도전막을 패턴 형성하고, 도 8에 도시한 바와 같이 전극(37)을 발수성의 절연막(34)으로 피복하면 된다. 전극(37)은, 각 개구부(32)간에서 그물코 형상으로 주회되고, 다공판(31)의 틀부(31F)의 외면에 형성한 연락 부(37P)를 통하여, 공통 기판(14)의 표면의 일측부에 형성한 단자부(21b)에 공통으로 접속된다. 또한, 각 개구부(32)의 전극(37)을 각각 독립하여 형성하고, 각 개구부에 대응하여 형성한 단자부(21b)에 개별로 접속함으로써, 개개의 렌즈 소자(13)를 독립하여 구동시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 다공판(31)이 공통 기판(14) 및 덮개체(15)에 대해, 각각 액 연통용의 통로(35) 및 통로(36)를 통하여 대향하는 구성 대신에, 예를 들면 다공판(31)과 덮개체(15) 사이를 밀착시켜, 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이의 통로(35)만으로 액 연통을 확보하는 구성을 채용하여도 상관없다.
또한, 도 9의 A에 도시한 바와 같이, 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이에 지주(38)를 배치함으로써, 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이의 클리어런스를 일정하게 유지할 수 있어, 렌즈 소자(13)간의 액량의 변동을 방지할 수 있다. 또한, 외부 스트레스에 대한 내구성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 지주(38)는 다공판(31)의 비개구부(33)와 공통 기판(14) 사이에 형성된다. 지주(38)의 크기, 형상, 형성수는 특별히 제한되지 않는다. 지주(38)는 공통 기판(14)측에 형성하여도 되고, 다공판(31)측에 형성하여도 된다. 지주(38)는 공통 기판(14) 또는 다공판(31)과 일체 형성하는 경우에 한정되지 않고, 다른 부재로 구성되어 있어도 상관없다.
한편, 도 9의 B는, 다공판(31)의 하면에 통로(35)를 형성하여 인접하는 개구부(32)간을 액적으로 연통 가능하게 한 구성예를 주요부 단면도이다. 통로(35)의 형상, 크기, 형성수, 형성 위치는 특별히 제한되지 않지만, 개구부(32) 내에의 제 1, 제2 액체(11, 12)의 도입하기 쉬움을 확보할 수 있는 정도로 설계하는 것이 바람직하다.
계속해서, 본 실시 형태의 렌즈 어레이(30)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 10은, 렌즈 어레이(30)의 일 제조 방법을 설명하기 위한 주요부 공정 단면도이다. 도시한 예에서는, 다공판(31)으로서 실리콘 기판을 이용하고, 공통 기판(14)으로서 파이렉스 글래스(상품명) 등의 글래스 기판을 이용한 예를 나타내고 있다.
우선, 도 10의 A에 도시한 바와 같이, 다공판(31)을 구성하는 실리콘 기판(41)의 한쪽의 면에, 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정 형상으로 패터닝된 레지스트층(42)을 형성한다. 그리고, 도 10의 B에 도시한 바와 같이, 레지스트층(42)을 마스크로 하여 실리콘 기판(41)의 한쪽의 면을 소정량 에칭한다. 이에 의해, 실리콘 기판(41)의 한쪽의 면에 소정 깊이의 오목부(43)가 형성된다. 이 오목부(43)는 렌즈 어레이(30)에서, 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이에 형성되는 액 연통용의 통로(35)(도 6의 B)를 구성한다.
다음으로, 레지스트층(42)을 제거하고, 도 10의 C에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(41)의 다른 쪽의 면에, 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정 형상으로 패터닝된 레지스트층(44)을 형성한다. 그리고, 도 10의 D에 도시한 바와 같이, 레지스트층(44)을 마스크로 하여 실리콘 기판(41)의 다른 쪽의 면을 에칭하여, 실리콘 기판(41)을 관통하는 복수의 개구부(32)를 형성한다. 이상과 같이 하여, 공통 기판(14)과 덮개체(15) 사이에 배치되는 다공판(31)이 제작된다.
계속해서, 레지스트층(44)을 제거하고, 도 10의 E에 도시한 바와 같이, 다공판(31)의 한쪽의 면과 공통 기판(14)의 상면을 양극 접합하여 일체화한다. 그 후, 도 10의 F에 도시한 바와 같이, 다공판(31) 및 공통 기판(14)의 각각의 표면에 절연막(34)을 형성한다. 이에 의해, 다공판(31)의 비개구부(33)가 절연막(34)으로 피복된다.
다음으로, 도 10의 G에 도시한 바와 같이, 다공판(31)의 틀부 상면에 밀봉 부재(20)를 설치함으로써 액실을 형성함과 함께, 다공판(31)의 개구부(32) 내에 도전성의 제1 액체(11)와 절연성의 제2 액체(12)를 충전한다. 제1, 제2 액체(11, 12)의 충전 방법으로서는, 실린지 혹은 디스펜서 노즐 등의 액 적하 수단을 이용하여 각 개구부(32)에 소정량의 제2 액체(12)를 주입한 후, 액실을 제1 액체(11)로 충전하는 방법 외에, 최초로 제1 액체(11)로 액실을 충전한 후, 각 개구부(32)에 개개로 제2 액체(12)를 소정량 주입하는 방법이 있다.
마지막으로, 도 10의 H에 도시한 바와 같이, 밀봉 부재(20) 상에 덮개체(15)를 배치하고, 액실 내의 제1, 제2 액체(11, 12)를 밀봉한다. 이에 의해, 제1, 제2 액체(11, 12)로 이루어지는 렌즈 소자(13)가 복수 2차원적으로 배열된 렌즈 어레이(30)가 제작된다.
본 실시 형태에 따르면, 인접하는 복수의 렌즈 소자(13)간이 액적으로 연통된 구성이므로, 렌즈 소자(13)간의 액량의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 소자 단위에 의해 액량을 고정밀도로 조정할 필요를 없앨 수 있다. 이상에 의해, 렌즈 어레이(30)를 구성하는 각 렌즈 소자(13)의 렌즈 특성을 용이하면서 균일하게 행할 수 있음과 함께, 렌즈 어레이(30)의 조립도 용이하게 된다.
다음으로, 도 11∼도 13을 참조하여, 렌즈 어레이(30)의 다른 제조 방법을 설명한다. 여기서, 도 11의 A는 렌즈 어레이(30)의 구성을 도시하는 주요부 단면도, 도 11의 B는 도 11의 A에서의 [B]-[B]선 방향 단면도, 도 12 및 도 13은 렌즈 어레이(30)의 제조 방법을 설명하는 공정 단면도이다.
도 11에 도시한 렌즈 어레이(30)는 다공판(31)의 틀부(31F)의 소정 위치에, 액실 내에 제1, 제2 액체(11, 12)를 도입하기 위한 액 도입구(47A)와, 액실 내로부터 제1, 제2 액체(11, 12)를 배출하기 위한 액 배출구(47B)가 각각 형성되어 있음과 함께, 이들 액 도입구(47A) 및 액 배출구(47B)가 시일 부재(46A, 46B)에 의해 각각 밀봉된 구성을 갖고 있다. 액 도입구(47A) 및 액 배출구(47B)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않지만, 본예에서는 다공판(31)의 중심에 관하여 대칭인 위치에 각각 형성되어 있다.
또한, 도 11에 도시한 렌즈 어레이(30)는 다공판(31)의 비개구부(33)와 공통 기판(14) 사이에 지주(38)가 설치되어 있다. 지주(38)는 도 9의 A에 도시한 바와같은 구성을 갖고 있고, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본예에서 지주(38)는 다공판(31)과 일체 형성되어 있다.
전술한 구성의 렌즈 어레이(30)의 제조 방법에 대해 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다. 우선, 도 12의 A에 도시한 바와 같이, 다공판(31)을 구성하는 실리콘 기판(61)의 한쪽의 면에, 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정 형상으로 패터닝된 레지스트층(62)을 형성한다. 그리고, 도 12의 B에 도시한 바와 같이, 레지 스트층(62)을 마스크로 하여 실리콘 기판(61)의 한쪽의 면을 소정량 에칭한다. 이에 의해, 실리콘 기판(61)의 한쪽의 면에 소정 깊이의 오목부(63)가 형성됨과 함께, 지주(38), 액 도입구(47A) 및 액 배출구(47B)가 형성된다. 또한, 오목부(63)는 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이에 형성되는 액 연통용의 통로를 구성한다.
다음으로, 레지스트층(62)을 제거하고, 도 12의 C에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(61)의 다른 쪽의 면에, 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정 형상으로 패터닝된 레지스트층(64)을 형성한다. 그리고, 도 12의 D에 도시한 바와 같이, 레지스트층(64)을 마스크로 하여 실리콘 기판(61)의 다른 쪽의 면을 에칭하여, 실리콘 기판(61)을 관통하는 복수의 개구부(32)를 형성한다. 이상과 같이 하여, 공통 기판(14)과 덮개체(15) 사이에 배치되는 다공판(31)이 제작된다.
계속해서, 레지스트층(64)을 제거하고, 도 12의 E에 도시한 바와 같이, 다공판(31)의 틀부의 상기 한쪽의 면 및 지주(38)의 선단과 공통 기판(14)의 상면을 양극 접합하여 일체화한다. 그 후, 도 13의 F에 도시한 바와 같이, 다공판(31) 및 공통 기판(14)의 각각의 표면에 절연막(34)을 형성한다. 이에 의해, 다공판(31)의 지주(38)를 포함하는 비개구부(33)가 절연막(34)으로 피복된다.
다음으로, 도 13의 G에 도시한 바와 같이, 다공판(31)의 틀부 상면에 밀봉 부재(20)를 통하여 덮개체(15)를 배치함으로써 액실을 형성한다. 다음으로, 도 13의 H에 도시한 바와 같이, 액 도입구(47A)로부터 제1 액체(11)를 도입하고, 다공판(31)과 공통 기판(14) 및 덮개체(15) 사이에 형성된 액 연통용의 통로를 통하여 액실 내에 제1 액체(11)를 충전한다. 이 때, 액 배출구(47B)는 개방해 두고, 액실 내의 잔류 공기와 제1 액체(11)의 잉여분을 그 액 배출구(47B)로부터 배출한다. 또한, 도 13의 H 이후에서는, 액 도입구(47A) 및 액 배출구(47B)를 단면으로 나타낸다.
다음으로, 도 13의 I에 도시한 바와 같이, 액 배출구(47B)를 개방한 상태인 채로, 액 도입구(47A)로부터 제2 액체(12)를 도입한다. 제2 액체(12)는 다공판(31)과 공통 기판(14) 사이의 액 연통용의 통로를 통하여 액실의 전역에 널리 퍼지고, 발수성의 절연막(34)에 의해 다공판(31)의 개구부(32) 주연에 젖어 퍼진다. 제2 액체(12)의 도입 당초, 액 배출구(47B)로부터 제1 액체(11)가 배출되지만, 제2 액체(12)가 액 배출구(47B)에 도달하면, 제1 액체(11)는 배출되지 않게 된다. 마지막으로, 도 13의 J에 도시한 바와 같이, 액 도입구(47A)와 액 배출구(47B)를 시일 부재(46A , 46B)를 이용하여 각각 밀봉한다.
또한, 제2 액체(12)가 젖어 퍼지는 속도가 느린 경우에는, 액 배출구(47B)에 도달 후도 제2 액체(12)의 도입 작업을 속행하고, 액실 내에서의 제2 액체(12)의 액량을 늘려, 제1 액체(11)와 제2 액체의 계면의 상승을 재촉하도록 한다.
이상과 같이 하여, 액실 내에 제1, 제2 액체(11, 12)로 이루어지는 렌즈 소자(13)가 복수 2차원적으로 배열된 렌즈 어레이(30)를 제작할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 인접하는 복수의 렌즈 소자(13)간이 액적으로 연통된 구성이므로, 렌즈 소자(13)간의 액량의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 소자 단위에 의해 액량을 고정밀도로 조정할 필요를 없앨 수 있다. 이상에 의해, 렌즈 어레이(30)를 구성하는 각 렌즈 소자(13)의 렌즈 특성을 균일화할 수 있음과 함께, 렌즈 어레 이(30)의 조립도 용이하게 된다.
본 실시 형태에 따르면, 액실의 측방으로부터 제1, 제2 액체(11, 12)를 순서대로 도입함으로써 렌즈 어레이(30)를 제작하도록 하고 있으므로, 제2 액체(12)를 액량 조정하여 개개로 적하 주입하는 작업이 불필요하게 되어, 렌즈 어레이(30)의 조립 작업을 더욱 용이하게 행할 수 있다. 또한, 실린지나 디스펜서 노즐 등을 이용하는 방법으로는 액체 충전할 수 없는 미소한 렌즈 직경(예를 들면 수㎛∼수십㎛)을 갖는 구조에도 용이하게 대응할 수 있도록 된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 제1, 제2 액체(11, 12)의 도입압을 적절하게 조정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 액실 내를 대기압보다도 큰 압력 상태로 유지함으로써, 외부 환경(예를 들면 고산에서의 감압, 수중에서의 가압) 등의 영향을 받기 어려운 디바이스를 구성할 수 있다.
또한, 시일 부재(46A, 46B)로서는, 고무 마개와 같은 탄성체를 액 도입구(47A), 액 배출구(47B)에 압입한 후, 접착제로 외측을 접착 경화시키거나, 액 도입구(47A), 액 배출구(47B)에 직접 접착제를 주입하여 경화시키거나 하는 방법이 있다. 또한, 시일 부재(46A, 46B)를, 액 유동 방향을 규제한 체크 벨브(역지 벨브)로 구성하도록 하여도 된다.

Claims (11)

  1. 렌즈 어레이로서,
    도전성의 제1 액체와,
    상기 제1 액체와 굴절률이 상이한 절연성의 제2 액체와,
    상기 제1 액체와 상기 제2 액체 사이의 계면에서 렌즈면을 갖는 복수의 렌즈 소자를 포함하고,
    인가 전압의 출력 제어에 의해 상기 렌즈 소자의 렌즈면이 가역적으로 변화하고,
    수평으로 인접하는 렌즈 소자들은 장벽(barrier)에 의해 분리되고, 상기 인접하는 렌즈 소자간에 유체 통로(fluid channel)가 제공되어 상기 인접하는 렌즈 소자간의 상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 이송을 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 소자는, 공통 기판과, 상기 공통 기판에 대향하는 덮개체 사이에 형성된 액실 내에 2차원적으로 배열되어 있고,
    상기 제1, 제2 액체 중 적어도 한쪽이, 인접하는 복수의 상기 렌즈 소자간에서 서로 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 소자는, 상기 공통 기판 상에 세워 형성된 복수의 돌기로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌기는, 개개의 렌즈 소자의 네 구석 위치에 배치된 기둥 형상 돌기인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 돌기는, 인접하는 상기 렌즈 소자의 사이에 배치되고, 그 인접하는 렌즈 소자간에서 액 연통을 허용하는 통로가 형성된 선 형상 돌기인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  6. 제3항에 있어서,
    인접하는 상기 복수의 돌기간의 거리가, 모관 길이 이하의 길이로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 돌기의 표면은, 투명 전극막으로 피복되어 있음과 함께, 상기 투명 전극막의 표면은 발수막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 액실 내에는, 적어도 상기 공통 기판과의 사이에 액 연통을 허용하는 통로를 형성하는 다공판이 배치되어 있고,
    상기 복수의 렌즈 소자는, 상기 다공판의 비개구부로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다공판의 개구부는, 원형인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다공판의 적어도 개구부 주연은 도전체로 형성되어 있음과 함께, 상기 개구부 주연은 발수막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 공통 기판과 상기 덮개체 사이에는, 상기 액실의 외부로부터 내부에 상기 제1, 제2 액체를 도입하는 액 도입구와, 상기 액실의 내부로부터 외부에 상기 제1, 제2 액체를 배출하는 액 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
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