JP4770510B2 - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

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及びその製造方法に関する。

近年、エレクトロウェッティング効果を利用した光学素子の開発が進められている。エレクトロウェッティング効果は、導電性を有する液体と電極との間に電圧を印加したときに電極表面と液体との固液界面のエネルギーが変化し、液体表面の形状が変化する現象をいう。

図１０Ａ，Ｂは、エレクトロウェッティング効果を説明する原理図である。
図１０Ａに示すように、電極１の表面には絶縁膜２が形成されており、この絶縁膜２の上に電解液の液滴３が置かれている。絶縁膜２の表面は撥水処理が施されており、図１０Ａに示す無電圧状態では絶縁膜２の表面と液滴３との間の相互作用エネルギーは低く接触角θ０は大きい。ここで、接触角θ０は絶縁膜２表面と液滴３の正接線の間の角度であり、液滴３の表面張力や絶縁膜２の表面エネルギーなどの性質に依存する。

一方、図１０Ｂに示すように、電極１と液滴３との間に所定電圧を印加すると、界面に電極１側の自由電子と液滴３側の電解質イオンとによる電荷二重層が形成され、液滴３の表面張力の変化が誘発される。この現象がエレクトロウェッティング効果であり、印加電圧の大きさによって液滴３の接触角θｒが変化する。以上のように、電極１と液滴３との間に印加する電圧Ｖの大きさによって、液滴３の表面形状（曲率）が変化する。従って、液滴３をレンズ素子として用いた場合に焦点位置を電気的に制御できる光学素子を実現できることになる。

例えば下記特許文献１には、密閉性の液室内に互いに屈折率が異なる第１，第２の液体を収容し、これら第１，第２の液体の界面の形状を電気的に変化させることで液室を通過する光の焦点位置を変化させる可変焦点レンズ装置が開示されている。

図１１は、上述した従来の光学素子の概略構成を示す要部断面図である。図１１において、下部透明基板５に電極層６を介して絶縁膜７が形成されており、この絶縁膜７の平坦な表面に密封部材１４を介して上部透明基板８が対向配置されている。上部透明基板８の上面には、光軸１３を通る光の出射角を制限する開口１７ａが形成された絞り板１７が配置されている。また、上部透明基板８の下面には、親水膜１６が形成されている。

絶縁膜７と上部透明基板８との間には、導電性を有する透明な第１の液体９と、絶縁性を有する透明な第２の液体１０とがそれぞれ封入された液室１５が形成されている。第１，第２の液体は９，１０は互いに異なる屈折率を有するとともに、互いに同等の比重をもち、かつ互いに混和することなく独立して液室１５内に存在している。

絶縁膜７の表面は、第１，第２の液体９，１０を支持する支持面として形成され、液室１５の一方の面に形成されている。絶縁膜７の表面の中央部には撥水膜１１が形成されており、第２の液体１０は液滴の状態でこの撥水膜１１の表面に濡れ広がって光軸１３上に頂点をもつ凸形状のレンズ素子を構成している。一方、絶縁膜７の表面の撥水膜１１を囲む領域は親水面とされており、第１の液体９と接している。

密閉部材１４には棒状電極１８が液密に挿入されている。この棒状電極１８の一端は、液室１５内の第１の液体９と接触しており、棒状電極１８の他端はスイッチ２０を介して電圧供給源１９に接続されている。これにより、電極層６と第１の液体９との間に電圧を印加できるように構成されている。

このような構成の光学素子において、電極層６と第１の液体９との間に電圧が印加されていない状態では、第１の液体９と第２の液体１０との間の界面形状は図１１に実線で示したとおりであり、第２の液体１０は絶縁膜７表面の撥水膜１１上に濡れ広がっている。この状態で、電極層６と第１の液体９との間に電圧が印加されると、エレクトロウェッティング効果により第１の液体９が撥水膜１１の周囲から撥水膜１１内に侵入する。これにより、第１の液体９と第２の液体１０との間の界面形状が例えば図１１に破線で示すように変化する。電圧印加状態では電圧無印加状態に比べて第１，第２の液体９，１０間の界面の曲率が大きくなるので、電圧無印加状態よりも電圧印加状態の方が焦点距離が短くなる。このように、印加電圧を変化させることで液室１５を透過する光の焦点位置を変化させることが可能となる。

ところで、この種の光学素子においては、電圧の印加前後にわたってレンズ素子の光軸を一定に保つことが必要とされる。すなわち、図１２に示すように第１，第２の液体９，１０の界面形状の変化の際における光軸１３の位置ズレ（偏心）Ｓを防止してレンズ面のセンタリング性を高めることが、素子の光学特性を安定化させるために重要な課題となっている。

このため、従来の光学素子においては、絶縁膜７の厚みが光軸１３から径方向に不連続に薄くなるように電極６を階段状に形成している。従って、撥水膜１１の中央部よりも撥水膜１１の周縁部の方が、電圧印加時に電極層６と第１の液体９との間に発生する静電力が大となる。これにより、第１，第２の液体９，１０間の界面の形状変化の前後における光軸１３の偏心が抑えられるとしている。

特開２００３−３０２５０２号公報

しかしながら、絶縁膜７の厚さを光軸１３を中心として径方向に変化させることは光学素子の製造プロセスが非常に複雑となりコスト高になるという問題がある。また、電極層６を精度良く形成することが困難であり、素子の光学特性のバラツキの一因となり得る。

また、従来の光学素子においては、撥水膜１１の形成面積が第２の液体１０の最大径に相当する面積で形成されているため、撥水膜１１上での第２の液滴１０の移動位置のバラツキが発生するおそれがある。すなわち、電圧印加時のレンズ面（液滴１０）の光軸位置が常に同一の位置にくるとは限らない。従って、従来の光学素子においては、レンズ面のセンタリング性が十分でないという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、レンズ面のセンタリング性を高めて光軸の安定化を図ることができるとともに、製造も容易な光学素子及びその製造方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の光学素子は、導電性の第１の液体と、第１の液体と屈折率が異なる絶縁性の第２の液体と、第１，第２の液体を互いに混和させることなく収容する密閉性の液室と、液室の一方の面に形成され第１，第２の液体を支持する絶縁性の支持面と、支持面を挟んで液室と対向する電極層とを備え、第１の液体と電極層間に印加する電圧の変化に応じて第１，第２の液体の界面の形状を変化させることで液室を透過する光の焦点位置を変化させる光学素子において、支持面には、第１の液体に対して親和性を有する第１領域と、第２の液体に対して親和性を有する第２領域とが、光軸と同心的に複数交互に形成されていることを特徴とする。

本発明においては、液室の一方の面を形成する支持面に、第１の液体に対して親和性を有する第１領域と、第２の液体に対して親和性を有する第２領域とが、光軸と同心的に複数交互に形成されているので、第１，第２液体間の界面の周縁位置を高い精度で規定できるようになり、その結果、レンズ面の光軸の偏心を抑制しセンタリング性を高めることが可能となる。

例えば、支持面の光軸位置に第２領域が形成される場合、この第２領域の外周側には、光軸と同心的に第１領域、第２領域が順に交互に複数形成されることになる。この場合、第２領域の表面を第１領域の表面よりも液室側に突出させることで両領域間に段差が形成され、第２領域上に支持される第２の液体の占有位置をより高精度に規制できるようになる。また、上記第２領域が光軸位置に位置する場合、当該第２領域は、光軸を中心とする円形の領域と、この円形の領域と同心的に形成された単数または複数の環状の領域とにより構成することができる。

また、本発明において、支持面を介して液室と対向する電極層は、第１の液体との間に発生する静電力が光軸の径方向に沿って変化する平面形状を有している。例えば、上記第２領域が光軸位置に形成されている場合、中心部から周縁部に向かって放射状に突出する複数の先細り形状の電極片で電極層を構成する。各電極片を先細り形状とすることで、電極層の周縁部がその中心領域よりも電荷分布密度が高まるため、電極層の周縁部に強い電界を形成することができる。

電極層を以上のように構成することにより、レンズ面のセンタリング性が高められ、光学特性の安定化を図ることができる。特に本発明によれば、電極層の平面形状をパターン形成するのみで第１の液体との間に所望の電界分布を容易かつ高精度に実現することができる。

一方、本発明の光学素子の製造方法は、透明基板上に電極層を形成する工程と、電極層を絶縁膜で被覆する工程と、絶縁膜の表面に、第１の液体に対して親和性を有する第１領域を形成する工程と、第１領域の表面に、第２の液体に対して親和性を有する第２領域を光軸と同心的に間隔をあけて複数形成する工程と、第１，第２の液体を封入し前記液室を形成する工程とを有する。絶縁膜の表面は、第１，第２の液体の何れかに対して親和性を有する材料で形成されていてもよい。これにより、上述した構成の光学素子を高精度かつ容易に製造することができる。

以上述べたように、本発明によれば、第１，第２液体間の界面の周縁位置を高い精度で規定できるので、レンズ面の光軸の偏心を抑制しセンタリング性を高めることが可能となる。また、このような光学特性に優れた光学素子を容易に製造することができる。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による光学素子２１の概略構成を示す側断面図である。本実施形態の光学素子２１は、密閉性の液室３４に第１の液体３１と第２の液体３２とが収容されてなり、これら第１の液体３１と第２の液体３２の界面３３によってレンズ面が形成される液体レンズ素子を構成している。

第１の液体３１としては、導電性を有する透明な液体が用いられ、例えば、水、電解液（塩化カリウムや塩化ナトリウム、塩化リチウム等の電解質の水溶液）、分子量の小さなメチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、常温溶融塩（イオン性液体）などの有極性液体を用いることができる。

第２の液体３２としては、絶縁性を有する透明な液体が用いられ、例えば、デカン、ドデカン、ヘキサデカンもしくはウンデカン等の炭化水素系の材料、シリコーンオイル、フッ素系の材料などの無極性溶媒を用いることができる。

第１，第２の液体３１，３２は互いに異なる屈折率を有するとともに、液室３４において互いに混和することなく独立して存在できる材料が選ばれる。また、第１，第２の液体３１，３２は互いに同等の比重をもつことが好ましい。本実施形態では、第２の液体３２が第１の液体３１中に液滴状に存在している。

光学素子２１は、ガラスまたはプラスチック製の透明基材２２を有している。透明基材２２の内面（上面）側には、透明な絶縁膜２３で被覆された電極層２４が形成されている。絶縁膜２３の表面は液室３４の一方の面を形成しており、第１の液体３１および第２の液体３２を支持する支持面として構成されている。また、絶縁膜２３の表面は、親水面で形成されているが、後述する撥水膜２５よりも低い撥水性をもつ撥水面で形成されてもよい。

図２Ａ〜Ｃは、絶縁膜２３の表面側および裏面側の概略構成を示す図であり、Ａは平面図、Ｂは側断面図、Ｃは底面図である。
絶縁膜２３の表面には、撥水膜２５がパターン形成されている。撥水膜２５は、光軸２６を中心とする円形の領域（以下「円形領域」という）２５ａと、この円形領域２５ａの外周側に光軸２６と同心的に形成された環状の領域（以下「環状領域」という）２５ｂとで構成されている。円形領域２５ａと環状領域２５ｂとの間には一定のギャップＧ（図４Ｆ参照）が形成されている。

撥水膜２５は、第２の液体３２と親和性を有する第２領域Ａ２を構成している。また、撥水膜２５で被覆されていない絶縁膜２３の表面領域は、第１の液体３１と親和性を有する第１領域Ａ１を構成している。以上のようにして、第１，第２領域Ａ１，Ａ２は絶縁膜２３の表面において、光軸２６と同心的に複数交互に形成されている。特に本実施形態では、撥水膜２５が絶縁膜２３の表面に形成されることで、第１領域Ａ１よりも第２領域Ａ２が液室３４側に突出すると同時に、第１，第２領域Ａ１，Ａ２間に撥水膜２５の膜厚に相当する段部が設けられている。

液室３４は、絶縁膜２３の表面に密封部材２７を介して対向する透明な容器２８の内部に形成されている。容器２８は、ガラスまたはプラスチックの射出成形体で構成されている。液室３４の内部には第１，第２の液体３１，３２が充填されており、図１に示す無電場状態では、第２の液体３２が撥水膜２５（２５ａ，２５ｂ）上に支持されている。

本実施形態の光学素子２１は、第１の液体３１と電極層２４との間に所定電圧を印加する電圧制御装置３０を有している。電圧制御装置３０の一方の端子は、容器２８に密封具を介して挿入された棒状電極２９に接続されており、電圧制御装置３０の他方の端子は、電極層２４に接続されている。電圧制御装置３０の電圧電源は直流電源でもよいし交流電源でもよい。棒状電極２９の先端は、液室３４内の第１の液体３１に接触している。これにより、電極層２４と第１の液体３１との間に電圧を印加して、電極層２４と第１の液体３１との間に所定の静電力を発生させることが可能となる。

次に、電極層２４の構成について説明する。
図２Ｃに示すように、電極層２４は、光軸２６上に位置する中心部から周縁部に向かって放射状に突出する複数の先細り形状の電極片２４ａで構成されたスパイク状の平面形状を有している。電極片２４ａの形成本数は特に制限されないが、その数は多いほどよい。電極層２４は、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)等の透明な導電性金属酸化物で構成されている。

電極層２４を以上のように構成することで、第１の液体３１との間に発生する静電力を光軸２６の径方向に沿って変化させることが可能となる。特に本例では、電極層２４の周縁部が各電極片２４ａの先鋭な先端部で形成されているので、電極層２４の周縁部は中央部よりも電荷分布密度が高く、従って電極層２４の周縁部の方が中央部よりも大きな静電力を発生させることが可能である。

次に、以上のように構成される本実施形態の光学素子２１の動作について説明する。
図３Ａ，Ｂは光学素子２１の一作用を示す要部の概略側断面図であり、Ａは電圧無印加状態を示し、Ｂは電圧印加状態を示している。

本実施形態の光学素子２１において、液室３４には第１，第２の液体３１，３２が充填されており、このうち第２の液体３２が液滴状態で第２領域Ａ２を形成する撥水膜２５上に支持されている。このとき、図３Ａに示す電圧無印加状態において、第２の液体３２は最大径となり、第１の液体３１との界面３３の周縁が環状の撥水膜領域２５ｂの外周縁に位置している。

第１，第２の液体３１，３２の界面３３は、球面あるいは非球面の凸形状を有し、その曲率は電圧制御装置３０から供給される電圧の大きさに応じて変化する。すなわち、電圧制御装置３０によって第１の液体３１と電極層２４との間に所定電圧が印加されると、これらの間に生じる静電力によって第１の液体３１が撥水膜２５の周囲から撥水膜２５上に濡れ広がる（エレクトロウェッティング効果）。このため、第２の液体３２は、周囲から第１の液体３１によって押し狭められることにより、撥水膜２５表面に対する占有面積が低減される。第１，第２の液体３１，３２の容積は一定であるので、第２の液体３２は液室３４の高さ方向に変形するとともに、界面３３の曲率が電圧無印加状態に比べて大きくなる。

以上のように、第１，第２の液体３１，３２の界面３３は、第１の液体３１と電極層２４との間に印加される電圧の大きさによって変化する。界面３３は、第１，第２の液体３１，３２の屈折率差に応じたレンズパワーをもつレンズ面を構成するので、光軸２６に沿って液室３４を透過する光の焦点位置あるいは焦点距離は、界面３３の形状変化によって変化される。これにより、本実施形態の光学素子２１は、可変焦点レンズ素子として用いることができる。

本実施形態によれば、撥水膜２５を光軸２６上に位置する円形領域２５ａと、これと同心的に形成された環状領域２５ｂとにより分割形成されている。従って、電圧無印加状態においては第１，第２の液体３１，３２の界面３３の周縁部は環状領域２５ｂの外周縁に一致する位置で安定して保持される（図３Ａ）。また、電圧印加状態においては円形領域２５ａと環状領域２５ｂ間の第１領域Ａ１に第１の液体３１が位置し、界面３３の周縁部は円形領域２５ｂの外周縁に一致する位置で安定に保持されるようになる（図３Ｂ）。その結果、電圧印加および電圧無印加状態間における界面３３の形状変化に際して、界面（レンズ面）３３の光軸２６のバラツキ（偏心）が抑制され、第２の液体３２あるいはレンズ面のセンタリング性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、第１の液体３１に対して親和性を有する第１領域Ａ１と第２の液体３２に対して親和性を有する第２領域Ａ２との間に段部を設けているので、第１，第２の液体３１，３２の位置ずれ防止効果が高まり、第１，第２の液体３１，３２の界面の形状制御を容易かつ高精度に行うことができる。これにより、レンズ面のセンタリング性を更に高めることができる。

更に、本実施形態によれば、電極層２４が図２Ｃに示したようなスパイク状の平面形状を有しているので、光軸２６が位置する第２の液体３２の中心領域よりもその周縁領域により大きな静電力を付与できる。これにより、電圧印加時において光軸２６の径方向に容量的な傾斜を付加でき、光軸２６を中心とした界面３３の形状変化を行わせることができる。

以上のように、本実施形態の光学素子２１によれば、電圧変化に応じた界面３３の形状変化に伴う光軸２６の偏心を効果的に抑えることができ、光学特性に優れた光学素子を提供することができる。
また、この光学素子２１を面内にマトリックス状に複数配列させることで、光軸の偏心が抑えられた可変焦点レンズアレイを構成することができる。

次に、本実施形態の光学素子２１の一製造方法について説明する。
図４は光学素子２１の一製造方法を説明する工程フロー図である。

まず、透明基板２２を準備する（図４Ａ）。次に、この透明基板２２の一方の主面に電極層２４を形成する（図４Ｂ）。電極層２４は、フォトリソグラフィ技術を用いて、光軸２６を中心として径方向に電荷分布密度が増加する平面形状、例えば図２Ｃに示したようなスパイク状にパターン加工される。このとき、電圧制御装置３０に接続される引出し配線部２４ｂを同時に形成してもよい（図４Ｃ）。

次に、電極層２４を被覆するように絶縁膜２３が形成される（図４Ｄ）。絶縁膜２３は親水性の膜で構成してもよいし、絶縁層２３の成膜後に表面に親水加工を施しても良い。また、絶縁層２３は撥水膜２５よりも撥水性の低い撥水面で形成されてもよい。続いて、絶縁膜２３の表面に撥水膜２５を形成する（図４Ｅ）。撥水膜２５としては、例えば、フッ素表面処理剤（テフロンＡＦ（商品名））をスピンコーティングで形成したり、ポリパラキシリレンを蒸着膜で形成することができる。成膜された撥水膜２５は、フォトリソグラフィ技術を用いて、円形領域２５ａと環状領域２５ｂとが同心的かつ所定の間隙Ｇを介してパターン加工される（図４Ｆ）。なお、撥水膜２５の膜厚および間隙Ｇの大きさは特に制限されず、要求される光学特性に応じて適宜選択される。

最後に、絶縁膜２３の表面に密封部材２７を介して容器２８を接合し液室３４を形成するとともに、液室３４内に第１，第２の液体３１，３２を充填することで、上述した構成の光学素子２１を製造することができる。

本実施形態の光学素子２１の製造方法によれば、撥水膜２５ａ，２５ｂの形成をフォトリソグラフィ工程にて高精度に形成することができるので、第２の液体３２の形状位置制御を容易かつ高精度に行うことができる。

また、本実施形態によれば、電極層２４の平面的なパターン形成によって容易に静電容量の分布勾配をもたせることができるので、製造プロセスを複雑化することなく容易かつ低コストに光軸のセンタリング性に優れた光学素子を製造することができ、生産性の向上をも図ることができる。

（第２の実施形態）
続いて、図５〜図７を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
ここで、図５Ａは本実施形態の光学素子４１における絶縁膜２３上の撥水膜２５の構成を示す平面図、図５Ｂはその要部断面図、図６は電極層２４Ｍの平面図、図７Ａ，Ｂは光学素子４１の一動作例を示す要部の側断面図である。
なお、各図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の光学素子４１は、絶縁層２３の表面に形成される撥水膜２５が、光軸２６を中心とする円形領域２５ｂと、光軸２６と同心的に円形領域２５ｂの外周側に形成された複数の環状領域２５ｂ，２５ｃとを有している。

また、電極層２４Ｍは、金属膜で形成されている。電極層２４Ｍの平面形状は、上述の第１の実施形態と同様にスパイク状であるが、その光軸位置には光の透過窓となる開口２４ｃが形成されている。金属層２４Ｍの構成金属は特に制限されず、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）等を用いることができる。

以上のように構成される本実施形態の光学素子４１においては、光軸２６を中心としてその径方向に、第２の液体３２に対して親和性を有する第２領域Ａ２と、第１の液体３１に対して親和性を有する第１領域Ａ１とが複数交互に配置形成されることで、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

特に本実施の形態によれば、撥水膜２５の分割数を第１の実施形態に比べて多くしているので、各分割領域単位での界面３３の形状位置制御をより細かく行うことができ、電圧変化が小さい場合においてもより高精度に光軸２６のセンタリング性を高めることができる。また、環状の撥水領域の形成数および形成ピッチを制御することで、より高精度に液体の界面形状を制御できる。特に、撥水膜２５の形成面積が大きな場合に顕著な効果を発揮する。

また、本実施形態によれば、電極層２４Ｍを金属膜で構成しているので、電極層２４Ｍの成膜性が高められるとともに、低廉な金属材料を用いることで素子の低コスト化を図ることができる。また、電極層２４Ｍに透明性が必要とされないので、材料の選択性に幅を持たせることができる。

なお、電極層を金属電極と透明電極の組み合わせで構成することも勿論可能である。例えば、電極層２４Ｍの開口２４ｃの形成領域にＩＴＯ等の透明電極層を形成してもよい。また、電極層２４ＭをＩＴＯ等の透明電極層で形成することも勿論可能である。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の各実施形態では、第１，第２の液体３１，３２のうち絶縁性の第２の液体３２を液滴状にして液室３４内に収容した構成例について説明したが、これに限らず、導電性の第１の液体３１を液滴状にして液室３４内に収容してもよい。この場合、光軸上に親水性の第１領域を形成し、その外周側に撥水性の第２領域を形成する。そして、光軸の径方向に沿って、第１，第２領域を複数交互に形成すればよい。

また、上記の例の場合、図８に示すように、電極層２４Ｒの構成としては、電極層２４Ｒの周縁部から光軸２６上の中心に向かって突出する複数の先細り形状の電極片２４ｄで構成する。これにより、電極層２４Ｒの周縁部から中心部に向かって電荷分布密度が増大し、電極層２４Ｒの周縁部から中心部に向かって第１の液体との間の静電力が強くなる電界分布を形成することができ、液体界面のセンタリング性を容量的に高めることが可能となる。

また、以上の各実施形態では、電極層２４を構成する各電極片２４ａの縁部をそれぞれ直線的に形成したが、これに代えて、例えば図９Ａに示す電極層２４Ｓのように、各々の電極片２４ｅの縁部をそれぞれ同一円周方向に流線状に形成するようにしてもよい。これにより、電圧印加時に撥水膜２５の周囲から中心側に向かって濡れ広がる第１の液体に対して、図９において矢印で示すような渦状の流れを形成することができ、これにより第２の液体のセンタリング性を高める機能をもたせることができる。

また、図９Ｂに示す電極層２４Ｗは、面内の電極層形成領域を等分に４分割した電極群２４Ｗ１，２４Ｗ２，２４Ｗ３，２４Ｗ４で形成し、その各々に電極引出し用の引出し配線部２４ｃを形成した例を示している。電極群の形成数は勿論この例に限られない。このような構成の電極層２４Ｗにおいては、各電極群２４Ｗ１〜Ｗ４にそれぞれ異なる電圧を印加することで、液体界面の形状を調整することができる。

また、以上の各実施形態では、絶縁膜２３の上に撥水膜２５を形成することで、親水性の第１領域Ａ１と撥水性の第２領域Ａ２との間に段部を設けるようにしたが、これに加えて、内外周が第２領域で挟まれた第１領域を凹状に加工することで、撥水膜２５の形成厚を大きくすることなく上記段部の高さを大きくすることが可能である。

更に、絶縁膜２３の表面に撥水膜２５をパターン形成した例について説明したが、これに代えて、同一層内で光軸を中心として親水性の第１領域と撥水性の第２領域とを交互に複数形成するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態による光学素子の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態による光学素子の要部の構成図であり、Ａは平面図、Ｂは側断面図、Ｃは底面図である。 本発明の第１の実施形態による光学素子の一作用を示す要部の概略断面図であり、Ａは電圧無印加状態を示し、Ｂは電圧印加状態を示している。 本発明の第１の実施形態による光学素子の一製造方法を説明する工程フロー図である。 本発明の第２の実施形態による光学素子の要部の構成図であり、Ａは平面図、Ｂは側断面図である。 本発明の第２の実施形態による光学素子の電極層の概略平面図である。 本発明の第２の実施形態による光学素子の一作用を示す要部の概略断面図であり、Ａは電圧無印加状態を示し、Ｂは電圧印加状態を示している。 電極層の構成の変形例を示す概略平面図である。 電極層の構成の他の変形例を示す概略平面図である。 エレクトロウェッティング効果（電気毛管現象）の説明図である。 従来の光学素子の概略構成を示す要部断面図である。 従来技術の問題点である光軸の偏心の態様を示す要部側断面図である。

符号の説明

２１，４１…光学素子、２２…透明基材、２３…絶縁膜、２４，２４Ｍ、２４Ｒ，２４Ｓ、２４Ｗ…電極層、２４ａ，２４ｄ，２４ｅ…電極片、２５…撥水膜、２５ａ…円形領域、２５ｂ，２５ｃ…環状領域、２６…光軸、２７…密封部材、２８…容器、２９…棒状電極、３０…電圧制御装置、３１…第１の液体、３２…第２の液体、３３…界面、３４…液室、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域

Claims (10)

1. 導電性の第１の液体と、
   前記第１の液体と屈折率が異なる絶縁性の第２の液体と、
   前記第１，第２の液体を互いに混和させることなく収容する密閉性の液室と、
   前記液室の一方の面に形成され前記第１，第２の液体を支持する、前記第１の液体に対して親和性を有する第１領域と前記第２の液体に対して親和性を有する第２領域とが光軸と同心的に複数交互に形成された絶縁性の支持面と、
   前記支持面を挟んで前記液室と対向する電極層とを備え、
   前記第１の液体と前記電極層間に印加する電圧の変化に応じて前記第１，第２の液体の界面の形状を変化させることで前記液室を透過する光の焦点位置を変化させる光学素子。
2. 前記第１，第２領域のうち前記支持面の光軸位置に位置する一方の領域が他方の領域よりも前記液室側に突出して形成されている
   請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１領域は親水性を有する領域であり、
   前記第２領域は撥水性を有する領域である
   請求項１に記載の光学素子。
4. 前記第２の領域は、
   光軸を中心とする円形の領域と、
   前記円形の領域と同心的に形成された単数または複数の環状の領域とからなる
   請求項３に記載の光学素子。
5. 前記電極層は、前記第１の液体との間に発生する静電力が光軸の径方向に沿って変化する平面形状を有している
   請求項１に記載の光学素子。
6. 前記電極層は、中心部から周縁部に向かって放射状に突出する複数の先細り形状の電極片からなる
   請求項５に記載の光学素子。
7. 前記各電極片の縁部は、それぞれ同一円周方向に流線状に形成されている
   請求項６に記載の光学素子。
8. 前記電極層は、周縁部から中心部に向かって突出する複数の先細り形状の電極片からなる
   請求項５に記載の光学素子。
9. 密閉性の液室内に、屈折率の異なる導電性の第１の液体と絶縁性の第２の液体とが互いに混和することなく収容されてなり、
   前記第１，第２の液体の界面の形状を電気的に変化させることで前記液室を透過する光の焦点位置を変化させる光学素子の製造方法であって、
   透明基板上に電極層を形成する工程と、
   前記電極層を絶縁膜で被覆する工程と、
   前記絶縁膜の表面に、前記第１の液体に対して親和性を有する第１領域を形成する工程と、
   前記第１領域の表面に、前記第２の液体に対して親和性を有する第２領域を光軸と同心的に間隔をあけて複数形成する工程と、
   前記第１，第２の液体を封入し前記液室を形成する工程とを有する
   光学素子の製造方法。
10. 前記電極層を形成する工程では、光軸を中心として径方向に電荷分布密度が増加する平面形状に前記電極層を形成する
    請求項９に記載の光学素子の製造方法。

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