エレクトロウェティング方式を用いた液体光学素子
【課題】エレクトロウェティング現象を用いて光学特性を変化させる液体光学素子において、光学素子として光学装置などに組み込むのに適した、比較的厚さが小さく、応答速度の速い光学素子を提供する。
【解決手段】液体光学素子１００は、不混和な導電性液体１０４と非導電性液体１０５が封入された容器１０１、１０２、１０３と、導電性液体に対して絶縁された電極１０８と、導電性液体に接する電極１０７を有する。容器内に筒状部材１１０が配され、筒状部材の外壁面１１０ｂ、或いはそれと対向する内壁面１０１ａの何れか一方に、２液のなす界面１１６の一端１１６ａを保持する界面保持手段１１０ｄが設けられる。界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面には、第１の電極が設けられ、この壁面に接する界面１１６の他端１１６ｂが、電極１０７、１０８間に印加される電圧に対応して筒状部材１１０の伸長方向と平行な方向に移動する。
【解決手段】液体光学素子１００は、不混和な導電性液体１０４と非導電性液体１０５が封入された容器１０１、１０２、１０３と、導電性液体に対して絶縁された電極１０８と、導電性液体に接する電極１０７を有する。容器内に筒状部材１１０が配され、筒状部材の外壁面１１０ｂ、或いはそれと対向する内壁面１０１ａの何れか一方に、２液のなす界面１１６の一端１１６ａを保持する界面保持手段１１０ｄが設けられる。界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面には、第１の電極が設けられ、この壁面に接する界面１１６の他端１１６ｂが、電極１０７、１０８間に印加される電圧に対応して筒状部材１１０の伸長方向と平行な方向に移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェティング現象を用いて光学特性を変化させることが可能な液体光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２種類の非混和な液体を円筒状容器等に封入し、それぞれの液体の接する界面の形状を、エレクトロウェッティング現象を用いて変化させる光学素子が知られている。こうした光学素子は、従来の固定光学素子のように機械的な移動機構を要することがなく、光学特性を変化させられるため、光学ユニットの小型化や応答速度の高速化に有効である。この液体光学素子は、互いに非混和な導電性の液体と非導電性の液体が密閉容器に封入されている。そして、容器に設けられた絶縁層を介して導電性液体と接する第１の電極と、導電性液体に直接接する第２の電極との間に電圧を印加することで、前記界面の形状を印加電圧に対応させて変化させるというものである。
【０００３】
しかしながら、従来のエレクトロウェティング現象を用いた光学素子は、光学特性を変化させる為の界面の駆動を、光学素子として機能させる界面の端部の接触角を印加電圧により変化させることで行っている。そのため、界面の変位は界面端部から始まり界面中心部へと変位して行くことになり中心部の応答が遅れる。したがって、界面変位が完全に終了する前に次の界面の変位動作を行うと、高次モードの界面振動が発生し易く、良好な光学特性が得られないということがある。また、界面を変化させるための駆動力は、液体端部における壁面と液体及び液体相互の界面張力により決まる。すなわち、使用する液体や壁面の物性に依存するため、界面の応答速度を速めるために大きな駆動力を得ようとした場合、問題となることがある。特に、口径の大きい光学素子の高速化において、より問題となりやすい。
【０００４】
特許文献１には、光学素子として機能する界面部分とそれを駆動するための駆動力を発生させる部分とを分離した構成のものが開示されている。この従来例は、界面を形成する非混和な液体の流量を、外部に設けたポンプにより変化させることにより、界面の曲面形状を変化させるというものである。また、特許文献２には、次の技術の方法が開示されている。ここでは、光学素子として機能する界面と、この界面を駆動するための駆動力を発生させる界面と、を同じ密閉容器内に形成し、エレクトロウェティング現象を用いて駆動用の界面を変位させる。そして、この駆動用の界面の変位により光学素子とし機能する界面の曲面形状を変化させる。これらの従来例によれば、光学素子として機能する界面の駆動力を別の駆動源から得るようにしているため、この駆動源の駆動速度を速くすることで光学素子としての応答速度を速くすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５００８７４号公報
【特許文献２】ヨーロッパ特許公開ＥＰ−Ａ１−１８７０７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、光学特性を変化させる界面の駆動力源として、エレクトロウェティング現象を用いたポンプの記載もあるが、外部に設けた構成を用いるため、構造的に大きくなりやすい。その為、カメラ等の光学装置に組み込んで使用するには実用的とは言い難い。
【０００７】
また、特許文献２によれば、図６に示すように、電極４０６、４１４間に電圧を印加して、容器内に封入された非混和な液体４０１、４０２によって形成される界面４３２をエレクトロウェティング現象により、破線４３６で示すように移動させる。これにより、光学素子として機能する界面４３０を破線４３４に示すように変位させるというものである。この方法によれば、駆動部分が液体光学素子４００と一体となった構成となるので、上記特許文献１のものに比べ構造的に小さくしやすい。しかし、この方法では、駆動力を得るための界面４３２が光軸Ｌに対しほぼ垂直方向に移動するようになっているため、光学素子４００が光軸方向に厚くなってしまいやすい。特に、光学特性の可変範囲を大きくするために界面４３０の可変量を大きくしようとすると、駆動用界面４３２による液体の移動量を大きくする必要があり、光軸方向にさらに厚くなりやすい。カメラのズームレンズ等では、不使用時のカメラの厚さを薄くする為、一般的に鏡筒を筺体内に収納させるようになっている。そうしたカメラ装置に組み込む場合、光学素子としては光軸方向の大きさが小さい方が好ましい。すなわち、特許文献２の方法では、そうした要求に対して答えるのが容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の液体光学素子は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体の２液が封入された容器と、導電性液体に対して絶縁された第１の電極と、導電性液体に接する第２の電極と、を有する。そして、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することにより２液の界面の状態を制御する。また、容器内に配された筒状部材を有し、筒状部材の外壁面、或いはそれと対向する内壁面の何れか一方に、２液のなす筒状部材の外側の界面の一端を保持する界面保持手段を備える。さらに、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面には、導電性液体に対し絶縁された第１の電極が設けられており、該壁面に接する前記界面の他端が、印加電圧に対応して筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体光学素子によれば、上記の如き筒状部材を用いるので、光学素子として光学装置などに組み込むのに適し、光軸方向の厚さを小さくしやすく、応答速度を速くすることが可能な光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例における概略構成を示す断面図。
【図２】界面保持に関する説明の為の一部断面図。
【図３】駆動用界面の形成方法に関する説明の為の光軸に垂直な断面図、及び界面保持の他の方法に関する説明の為の一部断面図。
【図４】本発明の第２の実施例における概略構成を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施例における概略構成を示す断面図、及び第３の実施例における駆動用界面の説明の為の一部断面図。
【図６】従来例に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の特徴は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体が封入された容器内に筒状部材を配し、筒状部材の外側の前記２液の界面を動かして筒状部材の内側の前記２液の界面の状態を制御することで液体光学素子の光学特性を変化させることである。この考え方に基づき、本発明の液体光学素子は、上記課題を解決するための手段のところで述べた様な基本的な構成を有する。この液体光学素子は、典型的には中心軸となる光軸を有する液体可変焦点レンズなどとして構成されるが、これに限られず、中心軸となる光軸のない光学特性を可変なプリズム、光アッテネータなどとして構成することもできる。
【００１２】
以下、図１〜図５を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１は第１の実施例における概略の構成を示したもので、（ａ）は液体光学素子としての液体可変焦点レンズ１００を、光軸Ｌを通る断面で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。
【００１３】
液体可変焦点レンズ１００は、円筒状部材１０１の両端面を、透明部１０２ａ、１０３ａをそれぞれ有する封止部材１０２、１０３により接着剤等で封止した構造の密閉容器を備える。この容器の中に導電性液体１０４と非導電性液体１０５の２液が封入されている。導電性液体１０４は、水に塩化ナトリウム或いは臭化ナトリウム等の電解物質を溶解させたものなどであり、非導電性液体１０５は、導電性液体１０４と非混和であるシリコーンオイル等からなる。本実施例では、導電性液体１０４と非導電性液体１０５は、液体の接する界面においてレンズ効果などを持たせるために互いの屈折率が異なり、さらに重力の影響を受け難くするために同じ密度（略同等の密度）になるように調整されている。
【００１４】
容器をなす円筒状部材１０１には、第１の電極として、金属等の導電性素材からなる第１の電極１０８が壁面に沿って設けられ、絶縁層１０６を介して導電性液体１０４と接触している。したがって、電極１０８と導電性液体１０４は電気的に絶縁された状態になっている。１０７は金属等の導電性素材からなる第２の電極で、導電性液体１０４に対し直接接し電気的に導通した状態になっている。ここで、第１の電極１０８は、導電性液体１０４と非導電性液体１０５の界面１１５・１１６の端部１１６ｂが、後述する印加電圧により移動する範囲を少なくともカバーしている。
【００１５】
円筒状部材１０１と封止部材１０２、１０３で密閉された容器内部には、筒状部材である円筒状部材１１０が配置されている。この円筒状部材１１０は、図１に示す様に、端部１１０ｅにおいて封止部材１０３の内壁面に設けられた支持部材１１１により、円筒状部材１０１の内壁面１０１ａ及び封止部材１０２、１０３の内壁面に対し一定の間隔を有して固定されている。つまり、円筒状部材１１０は、液体光学素子の光軸を中心軸として配されている。ここでは、円筒状部材１０１の内壁面１０１ａとの間隔は、図１（ｂ）に示す様に、光軸Ｌの周りで一定であり、封止部材１０２、１０３の内壁面との上下の間隔は、図１（ａ）に示す様に、ほぼ同じである。これにより、後述する界面駆動動作を与えた際、容器内部に封入された２種の液体の流れが光軸Ｌの周りで対称的になって、好ましい。また、上記支持部材１１１は、界面駆動動作を与えた際、容器内部に封入された２種の液体の流れを出来るだけ妨げないようにするため、図１（ｂ）の矢印Ｃで示すような流れの方向に対する断面積を小さくすることが望ましい。上記支持部材の形態は一例であって、支持部材を封止部材１０２の内壁面に設けたり、円筒状部材１０１の内壁面１０１ａに設けたりする形態なども可能である。
【００１６】
円筒部材１１０の内壁面１１０ａ及び外壁面１１０ｂには、界面の端面を保持するための後述する界面保持手段としての突起１１０ｃ、１１０ｄが周方向にそれぞれ設けられている。この円筒状部材１１０の内壁面１１０ａ側に、導電性液体１０４と非導電性液体１０５の別の界面１１５が、界面１１５の端部１１５ａが突起部１１０ｃの頂点ｐ１に位置するように形成される。さらに、容器をなす円筒状部材１０１の内壁面１０１ａと円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂの間に、電性液体１０４と非導電性液体１０５の界面１１６が、その端部１１６ａが突起１１０ｄの頂点ｐ２に位置するように形成される。１２０は、第１の電極である電極１０８と、第２の電極である電極１０７したがって導電性液体１０４と、の間に電圧を印加する為の電圧印加部である。
【００１７】
ここで、界面保持手段について説明する。図２（ａ）に示すように、例えば円筒１３０の内側に互いに非混和な液体１３２と液体１３３による界面１３１が形成された場合、界面１３１の曲面形状は壁面と液体及び液体相互の界面張力により決まる。この時、界面端部１３１ａでの界面１３１の接線Ｃと壁面１３０ａとのなす角である接触角θは一定値を取る。そして、液体１３２と液体１３３の液量が変化した場合、界面端部１３１ａは、接触角θは一定のまま、壁面１３０ａ上を液量比に応じて矢印Ａ又はＢ方向に移動する。しかし、壁面の形状が図２（ｂ）示すように突起形状をしており、界面１３１の界面端部１３１ａが、突起部１３０ｂの頂点ｐの位置にある場合、液体の液量比により接触角θ１が上述した界面張力によって決まる接触角θより大きい場合が生じる。この場合、接触角は上述した様な相互の界面張力により決まる一定値とならず、界面１３１の接触角θ１は図２（ｃ）のαで示す角度の範囲では液体１３２と液体１３３の液量比により決まる値となる。そして液体１３２と液体１３３の液量比が変わった時、界面端部１３１ａは移動することなく頂点ｐで保持され、界面の曲面形状のみ、例えば、実線１３１ｃから点線１３１ｄのように変化する。
【００１８】
但し、接触角θ１が接触角θとなる界面１３１ｃ又は１３１ｄに達した後さらに液量比が変わった場合、接触角はθのままで、界面端部１３１ａは突起１３０ｂの壁面１３０ｃ又は１３０ｄに沿って矢印Ｄ又はＥ方向に移動する可能性がある。したがって、図１に示す界面１１６は、界面端部１１６ａが突起１１０ｄの頂点ｐ２に保持された状態で、界面端部１１６ｂが、壁面１０１ａと液体及び液体相互の界面張力により決まる接触角となるように形成される。そして、界面端部１１６ｂは界面１１６の表面積が最小となる位置となる。したがって、初期状態で界面１１６が形成される位置とその曲面形状は、突起１１０ｄの位置と、壁面と液体及び液体相互の界面張力から決まる接触角により一意的に決まる。そして、界面１１６の位置と曲面形状が決まると、円筒状部材１１０の内壁面１１０ａの突起１１０ｃの頂点ｐ１に保持された界面１１５の曲面形状は、導電性液体１０４と非導電性液体１０５の流量比により決まる。
【００１９】
今、第２の電極１０７を介して第１の電極１０８（これは、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面に設けられている）と導電性液体１０４との間に電圧印加部１２０により直流又は交流電圧を印加する。この時、界面１１６の界面端部１１６ａは、界面保持手段である突起１１０ｄの頂点部ｐ２に保持された状態で、エレクトロウェティング現象による上述の接触角の変化に起因して界面端部１１６ｂ側が壁面１０１ａに沿って移動する。結果として界面１１５・１１６は、例えば、図１（ａ）の実線で示す位置から点線で示す位置に変位する。この界面１１５・１１６の移動により、非導電性液体１０５は図１（ａ）において上方に押し上げられる。一方、この非導電性液体１０５の移動により、界面１１５は図１（ａ）において下方に押し下げられる。この時、上述したように界面１１５の端部１１５ａは突起部１１０ｃの頂点ｐ１に保持された状態で移動しないので、界面１１５の曲面形状は、例えば、実線で示す位置から点線で示すように変化し焦点ないしパワーを変化させる。
【００２０】
ここで、上述した様に光軸Ｌの周りで対称的な構造であるので、界面１１６の変位により発生した液体の圧力は界面１１５に対し略均一に作用するので、高次の振動モードが界面１１５上に発生し難い。したがって、より大きい口径のレンズや、高速で界面を変化させるような液体レンズに対し有効である。また、界面１１５の変位量は界面１１６の移動による流量変化により決まり、界面１１６の変位量は、電圧印加部１２０による第１の電極１０８と第２の電極１０７を介する導電性液体１０４とに印加される電圧により決まる。すなわち、界面１１５の曲面形状の変位量は電圧印加部１２０による電圧により制御される。以上のように、界面１１６は、光学特性を変化させる為の界面１１５に対し、界面１１５の曲面形状を変化させるための駆動界面として機能する。したがって、光学素子としての応答速度は、駆動界面１１６の応答速度により決まる。
【００２１】
界面１１６を形成する円筒状部材１０１の内壁面１０１ａと円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂとの間において、壁面間隔が狭いほど、界面１１６に対する表面張力の作用が大きくなり応答速度は速くなる。したがって、内側の円筒状部材１１０の内径すなわち光学素子としての口径が大きくても、円筒状部材１１０と外側の円筒状部材１０１の壁面間隔を小さくすることで光学素子としての応答速度を速くすることができる。一方で、両円筒状部材１１０、１０１の壁面間隔を小さくすると、界面１１６の移動による液体流量の変化が小さくなり、光学素子の機能部としての界面１１５の可変量が小さくなる。しかし、サイズを半径方向に大きくし周方向に長くすることで同じ壁面間隔であっても、界面１１６の移動による流量の変化を大きくでき、上述の界面１１５の可変量が小さくなることを補償することができる。
【００２２】
また、駆動界面としての界面１１６は、光軸Ｌに垂直な断面図である図３（ａ）、（ｂ）に示すように、楕円形状や、波型形状などであっても良い。特に、駆動界面１１６を波型形状にすることにより、界面端部の長さを長く取ることができるので、駆動界面の移動による流量を大きくできる。しかも、駆動界面の移動方向が光軸Ｌの方向（すなわち円筒状部材の伸長方向）にほぼ平行なので、光軸方向の厚さを大きくすることなく流量の増大を達成できる。本発明の筒状部材とは、円筒状部材に加え、このような楕円形状部材や、波型形状部材などを含むものとして定義している。
【００２３】
上述した実施例では、界面保持手段として壁面を突起形状にすることを行ったが、図３（ｃ）に示すように、筒状部材１４０の壁面１４０ａに、２液体１４２、１４３に対する濡れ特性の異なる層１４４、１４５を設けるような方法によっても良い。図３（ｃ）において、層１４４は液体１４３に対し濡れ性の小さい特性を有する層、層１４５は液体１４２に対し濡れ性の小さい特性を有する層である。このような構成にすると、液体１４２と液体１４３の界面１４１の端部１４１ａは、１４４の層と１４５の層の境界ｐ３で保持され、上述した突起１１０ｃや突起１１０ｄと同じ効果が得られる。
【００２４】
尚、本実施例において、界面１１６の保持手段である突起を内側の円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂに設けたが、外側の円筒状部材１０１の内壁面側に設け、界面の移動の為の第１の電極を円筒状部材１１０側に設けるようにしても良い。すなわち、相互に対向する一対の壁面の何れかの側に界面保持手段を設けると共に、その対向面側に界面移動手段としての電極を設けるようにしても良い。また、駆動界面としての界面１１６のための界面保持手段は必須であるが、界面１１５のための突起部１１０ｃのような界面保持手段は省略できる場合もある。例えば、省略した形態でも、要求される界面１１５の動きが実現されて光学特性を所望の態様で可変にできれば、省略することができる。
【００２５】
（実施例２）
図４は第２の実施例における概略の構成を示したもので、液体光学素子としての液体可変焦点レンズ２００を、光軸Ｌを通る断面で切断した断面図である。液体可変焦点レンズ２００は、実施例１で示した円筒状部材１０１と封止部材１０２、１０３により密閉された容器において、別の円筒状部材２０１を円筒状部材１０１と円筒状部材１１０の間に一定の間隔を設けて配置したものである。
【００２６】
円筒状部材２０１の内壁面側には、金属等の導電性素材からなる電極２０８が壁面に沿って設けられ、絶縁層２０６を介して導電性液体１０４と接触している。したがって、電極２０８と導電性液体１０４は電気的に絶縁された状態になっている。円筒状部材２０１の外壁面２０１ｂには界面保持手段としての突起２０１ｃが設けられている。また、円筒状部材２０１は、実施例１で述べた円筒状部材１１０と同様、容器内の各壁面から一定の間隔となるべく、端部２０１ｅにおいて、絶縁性素材からなる支持部材２１１により支持されている。この支持部材２１１は、実施例１において述べたのと同様、液体の流れを妨げないように流れの方向に対する断面積を出来るだけ小さくすることが望ましい。支持部材２１１の内部には導電性を有する金属等の電極２０７が設けられ、電圧印加部１２０からの電圧を円筒状部材２０１の電極２０８にも印加できるようになっている。
【００２７】
最も内側の円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂに設けられた界面保持手段としての突起１１０ｄと円筒状部材２０１の内壁面２０１ａとの間には、実施例１で述べた駆動用の界面２１６が形成される。同様に、円筒状部材２０１の外壁面２０１ｂの界面保持手段としての突起２０１ｃと容器をなす円筒状部材１０１の内壁面１０１ａとの間には、駆動用の界面２１７が形成される。電圧印加部１２０で導電性液体１０４と円筒状部材２０１の電極２０８との間に電圧を印加すると、界面２１６は端部２１６ａが保持された状態で円筒状部材２０１の内壁面２０１ａ上を光軸Ｌの方向に、例えば、実線で示す位置から点線で示す位置に移動する。
【００２８】
同様に、導電性液体１０４と円筒状部材１０１の電極１０８との間に電圧を印加すると、界面２１７は、端部２１７ａが保持された状態で円筒部材１０１の内壁面１０１ａ上を光軸Ｌの方向に、例えば、実線で示す位置から点線で示す位置に移動する。これらの界面２１６、２１７の移動により、非導電性液体１０５は、実施例１で述べたように図４において上方に押し上げられる。そして、押し上げられた液量に対応して光学素子の機能面としての界面１１５は下方に押し下げられ、界面１１５の曲面形状は、例えば、実線で示す位置から点線で示す位置に変化する。
【００２９】
上述した様に、本実施例では、容器内に設けられた筒状部材の外側に、容器の内壁面及びこの筒状部材の外壁面に対して離間させて少なくとも１つ（上記構成では１つ）の別の筒状部材を略同心円状に設ける。そして、容器の内壁面及び最も内側の筒状部材の外壁面を含む相互に対向する各一対の壁面の何れか一方の壁面に、２液の界面の一端を保持する界面保持手段をそれぞれ備える。また、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面を有する筒状部材または容器に、導電性液体に対して絶縁された第１の電極を設ける。こうして、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面に接する界面の他端が、印加電圧に対応して筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされる。
【００３０】
以上のように、実施例２では、実施例１と比較して、光学素子の機能面としての界面１１５を駆動界面２１６、２１７の２つの界面で駆動することになる。したがって、駆動界面の移動による液量の変化量を、界面の形成される壁面間隔を変えずに大きくすることができる。筒状部材は任意に増やすことができるので、壁面間隔を小さくして応答速度を速めることによる、各駆動界面の移動で生じる液量の変位量の低下を補うことができる。つまり、本実施例によれば、液体や容器の物性によらず光学素子としての特性を変化させる為の界面の駆動力及び液体の変位量を任意に増やすことができ、応答速度の高速化と変位量の増加の両方を両立させることができる。
【００３１】
（実施例３）
図５（ａ）は第３の実施例における概略の構成を示したもので、液体光学素子としての液体可変焦点レンズ３００を、光軸Ｌを通る断面で切断した断面図である。実施例３は、円筒状部材３０１の内壁面３０１ａの側を凹面形状にしたものである。
【００３２】
図５（ｂ）に示すように、実施例１に示す円筒状部材１０１の内壁面１０１ａの場合、円筒状部材１１０の突起部１１０ｄの頂点ｐ２との間にできた駆動界面１１６は、初期状態（電圧が０Ｖの時）では界面端部１１６ｂが接触角θとなるＴ１の位置にある。それに対し、内壁面を凹面形状３０１ａにした場合に形成される駆動界面は、接触角θは等しいので３１６に示すようになり、界面端部３１６ｂの位置がＴ１より下方のＴ２に示す位置となる。そして、同じ印加電圧を加えた場合、内壁面の形状が１０１ａの場合、駆動界面は点線で示す１１７となり、その界面端部１１７ｂはＴ３で示す位置になる。一方、内壁面が凹面形状３０１ａである場合、同様に接触角は同じであるので、駆動界面は点線で示す３１７となり、その界面端部はＴ４で示す位置になる。そして、駆動界面１１６が１１７に変位したことによる液量の変化と、駆動界面３１６が３１７に変位したことによる液量の変化との差は、図５（ｂ）において斜線で示すＳ１とＳ２を足したものから網線で示すＳ３とＳ４を引いたものになる。すなわち、図から明らかなように、駆動界面が形成される壁面の間隔ｅが略同じで印加電圧も同じ場合、界面端部の壁面を凹面にした方が、円筒状部材の半径方向の大きさがほぼ同じでも液量の変化量を大きくできる。
【００３３】
以上の様に、本実施例では、容器の内壁面の形状、または最も内側の筒状部材の外側に略同心円状に設けた少なくとも１つの筒状部材の内壁面の形状と容器の内壁面の形状の少なくとも１つ、を凹面形状にすることができる。１つの円筒状部材１１０を備えた上記構成では、前者のように容器の内壁面の形状を凹面形状にしているが、複数の円筒状部材を備えた図４に示す構成などでは、後者のようにすることができる。こうした構成によれば、光学特性を変化させる為の界面を駆動させる界面の移動量を大きくとれ、光学素子の半径方向の形状を大きくして界面移動量を増やす必要がなく、小型化することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・液体光学素子、１０１、１１０・・筒状部材（円筒状部材、容器）、１０１ａ・・筒状部材の外壁面と対向する内壁面、１０２、１０３・・封止部材（容器）、１０４・・導電性液体、１０５・・非導電性液体、１０６・・絶縁層、１０７・・第２の電極、１０８・・第１の電極、１１０ｂ・・筒状部材の外壁面、１１０ｄ・・筒状部材の外側の界面の一端を保持する界面保持手段、１１５・・界面、１１６・・界面（駆動界面）、１２０・・電圧印加部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェティング現象を用いて光学特性を変化させることが可能な液体光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２種類の非混和な液体を円筒状容器等に封入し、それぞれの液体の接する界面の形状を、エレクトロウェッティング現象を用いて変化させる光学素子が知られている。こうした光学素子は、従来の固定光学素子のように機械的な移動機構を要することがなく、光学特性を変化させられるため、光学ユニットの小型化や応答速度の高速化に有効である。この液体光学素子は、互いに非混和な導電性の液体と非導電性の液体が密閉容器に封入されている。そして、容器に設けられた絶縁層を介して導電性液体と接する第１の電極と、導電性液体に直接接する第２の電極との間に電圧を印加することで、前記界面の形状を印加電圧に対応させて変化させるというものである。
【０００３】
しかしながら、従来のエレクトロウェティング現象を用いた光学素子は、光学特性を変化させる為の界面の駆動を、光学素子として機能させる界面の端部の接触角を印加電圧により変化させることで行っている。そのため、界面の変位は界面端部から始まり界面中心部へと変位して行くことになり中心部の応答が遅れる。したがって、界面変位が完全に終了する前に次の界面の変位動作を行うと、高次モードの界面振動が発生し易く、良好な光学特性が得られないということがある。また、界面を変化させるための駆動力は、液体端部における壁面と液体及び液体相互の界面張力により決まる。すなわち、使用する液体や壁面の物性に依存するため、界面の応答速度を速めるために大きな駆動力を得ようとした場合、問題となることがある。特に、口径の大きい光学素子の高速化において、より問題となりやすい。
【０００４】
特許文献１には、光学素子として機能する界面部分とそれを駆動するための駆動力を発生させる部分とを分離した構成のものが開示されている。この従来例は、界面を形成する非混和な液体の流量を、外部に設けたポンプにより変化させることにより、界面の曲面形状を変化させるというものである。また、特許文献２には、次の技術の方法が開示されている。ここでは、光学素子として機能する界面と、この界面を駆動するための駆動力を発生させる界面と、を同じ密閉容器内に形成し、エレクトロウェティング現象を用いて駆動用の界面を変位させる。そして、この駆動用の界面の変位により光学素子とし機能する界面の曲面形状を変化させる。これらの従来例によれば、光学素子として機能する界面の駆動力を別の駆動源から得るようにしているため、この駆動源の駆動速度を速くすることで光学素子としての応答速度を速くすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５００８７４号公報
【特許文献２】ヨーロッパ特許公開ＥＰ−Ａ１−１８７０７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、光学特性を変化させる界面の駆動力源として、エレクトロウェティング現象を用いたポンプの記載もあるが、外部に設けた構成を用いるため、構造的に大きくなりやすい。その為、カメラ等の光学装置に組み込んで使用するには実用的とは言い難い。
【０００７】
また、特許文献２によれば、図６に示すように、電極４０６、４１４間に電圧を印加して、容器内に封入された非混和な液体４０１、４０２によって形成される界面４３２をエレクトロウェティング現象により、破線４３６で示すように移動させる。これにより、光学素子として機能する界面４３０を破線４３４に示すように変位させるというものである。この方法によれば、駆動部分が液体光学素子４００と一体となった構成となるので、上記特許文献１のものに比べ構造的に小さくしやすい。しかし、この方法では、駆動力を得るための界面４３２が光軸Ｌに対しほぼ垂直方向に移動するようになっているため、光学素子４００が光軸方向に厚くなってしまいやすい。特に、光学特性の可変範囲を大きくするために界面４３０の可変量を大きくしようとすると、駆動用界面４３２による液体の移動量を大きくする必要があり、光軸方向にさらに厚くなりやすい。カメラのズームレンズ等では、不使用時のカメラの厚さを薄くする為、一般的に鏡筒を筺体内に収納させるようになっている。そうしたカメラ装置に組み込む場合、光学素子としては光軸方向の大きさが小さい方が好ましい。すなわち、特許文献２の方法では、そうした要求に対して答えるのが容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の液体光学素子は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体の２液が封入された容器と、導電性液体に対して絶縁された第１の電極と、導電性液体に接する第２の電極と、を有する。そして、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することにより２液の界面の状態を制御する。また、容器内に配された筒状部材を有し、筒状部材の外壁面、或いはそれと対向する内壁面の何れか一方に、２液のなす筒状部材の外側の界面の一端を保持する界面保持手段を備える。さらに、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面には、導電性液体に対し絶縁された第１の電極が設けられており、該壁面に接する前記界面の他端が、印加電圧に対応して筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体光学素子によれば、上記の如き筒状部材を用いるので、光学素子として光学装置などに組み込むのに適し、光軸方向の厚さを小さくしやすく、応答速度を速くすることが可能な光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例における概略構成を示す断面図。
【図２】界面保持に関する説明の為の一部断面図。
【図３】駆動用界面の形成方法に関する説明の為の光軸に垂直な断面図、及び界面保持の他の方法に関する説明の為の一部断面図。
【図４】本発明の第２の実施例における概略構成を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施例における概略構成を示す断面図、及び第３の実施例における駆動用界面の説明の為の一部断面図。
【図６】従来例に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の特徴は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体が封入された容器内に筒状部材を配し、筒状部材の外側の前記２液の界面を動かして筒状部材の内側の前記２液の界面の状態を制御することで液体光学素子の光学特性を変化させることである。この考え方に基づき、本発明の液体光学素子は、上記課題を解決するための手段のところで述べた様な基本的な構成を有する。この液体光学素子は、典型的には中心軸となる光軸を有する液体可変焦点レンズなどとして構成されるが、これに限られず、中心軸となる光軸のない光学特性を可変なプリズム、光アッテネータなどとして構成することもできる。
【００１２】
以下、図１〜図５を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１は第１の実施例における概略の構成を示したもので、（ａ）は液体光学素子としての液体可変焦点レンズ１００を、光軸Ｌを通る断面で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。
【００１３】
液体可変焦点レンズ１００は、円筒状部材１０１の両端面を、透明部１０２ａ、１０３ａをそれぞれ有する封止部材１０２、１０３により接着剤等で封止した構造の密閉容器を備える。この容器の中に導電性液体１０４と非導電性液体１０５の２液が封入されている。導電性液体１０４は、水に塩化ナトリウム或いは臭化ナトリウム等の電解物質を溶解させたものなどであり、非導電性液体１０５は、導電性液体１０４と非混和であるシリコーンオイル等からなる。本実施例では、導電性液体１０４と非導電性液体１０５は、液体の接する界面においてレンズ効果などを持たせるために互いの屈折率が異なり、さらに重力の影響を受け難くするために同じ密度（略同等の密度）になるように調整されている。
【００１４】
容器をなす円筒状部材１０１には、第１の電極として、金属等の導電性素材からなる第１の電極１０８が壁面に沿って設けられ、絶縁層１０６を介して導電性液体１０４と接触している。したがって、電極１０８と導電性液体１０４は電気的に絶縁された状態になっている。１０７は金属等の導電性素材からなる第２の電極で、導電性液体１０４に対し直接接し電気的に導通した状態になっている。ここで、第１の電極１０８は、導電性液体１０４と非導電性液体１０５の界面１１５・１１６の端部１１６ｂが、後述する印加電圧により移動する範囲を少なくともカバーしている。
【００１５】
円筒状部材１０１と封止部材１０２、１０３で密閉された容器内部には、筒状部材である円筒状部材１１０が配置されている。この円筒状部材１１０は、図１に示す様に、端部１１０ｅにおいて封止部材１０３の内壁面に設けられた支持部材１１１により、円筒状部材１０１の内壁面１０１ａ及び封止部材１０２、１０３の内壁面に対し一定の間隔を有して固定されている。つまり、円筒状部材１１０は、液体光学素子の光軸を中心軸として配されている。ここでは、円筒状部材１０１の内壁面１０１ａとの間隔は、図１（ｂ）に示す様に、光軸Ｌの周りで一定であり、封止部材１０２、１０３の内壁面との上下の間隔は、図１（ａ）に示す様に、ほぼ同じである。これにより、後述する界面駆動動作を与えた際、容器内部に封入された２種の液体の流れが光軸Ｌの周りで対称的になって、好ましい。また、上記支持部材１１１は、界面駆動動作を与えた際、容器内部に封入された２種の液体の流れを出来るだけ妨げないようにするため、図１（ｂ）の矢印Ｃで示すような流れの方向に対する断面積を小さくすることが望ましい。上記支持部材の形態は一例であって、支持部材を封止部材１０２の内壁面に設けたり、円筒状部材１０１の内壁面１０１ａに設けたりする形態なども可能である。
【００１６】
円筒部材１１０の内壁面１１０ａ及び外壁面１１０ｂには、界面の端面を保持するための後述する界面保持手段としての突起１１０ｃ、１１０ｄが周方向にそれぞれ設けられている。この円筒状部材１１０の内壁面１１０ａ側に、導電性液体１０４と非導電性液体１０５の別の界面１１５が、界面１１５の端部１１５ａが突起部１１０ｃの頂点ｐ１に位置するように形成される。さらに、容器をなす円筒状部材１０１の内壁面１０１ａと円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂの間に、電性液体１０４と非導電性液体１０５の界面１１６が、その端部１１６ａが突起１１０ｄの頂点ｐ２に位置するように形成される。１２０は、第１の電極である電極１０８と、第２の電極である電極１０７したがって導電性液体１０４と、の間に電圧を印加する為の電圧印加部である。
【００１７】
ここで、界面保持手段について説明する。図２（ａ）に示すように、例えば円筒１３０の内側に互いに非混和な液体１３２と液体１３３による界面１３１が形成された場合、界面１３１の曲面形状は壁面と液体及び液体相互の界面張力により決まる。この時、界面端部１３１ａでの界面１３１の接線Ｃと壁面１３０ａとのなす角である接触角θは一定値を取る。そして、液体１３２と液体１３３の液量が変化した場合、界面端部１３１ａは、接触角θは一定のまま、壁面１３０ａ上を液量比に応じて矢印Ａ又はＢ方向に移動する。しかし、壁面の形状が図２（ｂ）示すように突起形状をしており、界面１３１の界面端部１３１ａが、突起部１３０ｂの頂点ｐの位置にある場合、液体の液量比により接触角θ１が上述した界面張力によって決まる接触角θより大きい場合が生じる。この場合、接触角は上述した様な相互の界面張力により決まる一定値とならず、界面１３１の接触角θ１は図２（ｃ）のαで示す角度の範囲では液体１３２と液体１３３の液量比により決まる値となる。そして液体１３２と液体１３３の液量比が変わった時、界面端部１３１ａは移動することなく頂点ｐで保持され、界面の曲面形状のみ、例えば、実線１３１ｃから点線１３１ｄのように変化する。
【００１８】
但し、接触角θ１が接触角θとなる界面１３１ｃ又は１３１ｄに達した後さらに液量比が変わった場合、接触角はθのままで、界面端部１３１ａは突起１３０ｂの壁面１３０ｃ又は１３０ｄに沿って矢印Ｄ又はＥ方向に移動する可能性がある。したがって、図１に示す界面１１６は、界面端部１１６ａが突起１１０ｄの頂点ｐ２に保持された状態で、界面端部１１６ｂが、壁面１０１ａと液体及び液体相互の界面張力により決まる接触角となるように形成される。そして、界面端部１１６ｂは界面１１６の表面積が最小となる位置となる。したがって、初期状態で界面１１６が形成される位置とその曲面形状は、突起１１０ｄの位置と、壁面と液体及び液体相互の界面張力から決まる接触角により一意的に決まる。そして、界面１１６の位置と曲面形状が決まると、円筒状部材１１０の内壁面１１０ａの突起１１０ｃの頂点ｐ１に保持された界面１１５の曲面形状は、導電性液体１０４と非導電性液体１０５の流量比により決まる。
【００１９】
今、第２の電極１０７を介して第１の電極１０８（これは、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面に設けられている）と導電性液体１０４との間に電圧印加部１２０により直流又は交流電圧を印加する。この時、界面１１６の界面端部１１６ａは、界面保持手段である突起１１０ｄの頂点部ｐ２に保持された状態で、エレクトロウェティング現象による上述の接触角の変化に起因して界面端部１１６ｂ側が壁面１０１ａに沿って移動する。結果として界面１１５・１１６は、例えば、図１（ａ）の実線で示す位置から点線で示す位置に変位する。この界面１１５・１１６の移動により、非導電性液体１０５は図１（ａ）において上方に押し上げられる。一方、この非導電性液体１０５の移動により、界面１１５は図１（ａ）において下方に押し下げられる。この時、上述したように界面１１５の端部１１５ａは突起部１１０ｃの頂点ｐ１に保持された状態で移動しないので、界面１１５の曲面形状は、例えば、実線で示す位置から点線で示すように変化し焦点ないしパワーを変化させる。
【００２０】
ここで、上述した様に光軸Ｌの周りで対称的な構造であるので、界面１１６の変位により発生した液体の圧力は界面１１５に対し略均一に作用するので、高次の振動モードが界面１１５上に発生し難い。したがって、より大きい口径のレンズや、高速で界面を変化させるような液体レンズに対し有効である。また、界面１１５の変位量は界面１１６の移動による流量変化により決まり、界面１１６の変位量は、電圧印加部１２０による第１の電極１０８と第２の電極１０７を介する導電性液体１０４とに印加される電圧により決まる。すなわち、界面１１５の曲面形状の変位量は電圧印加部１２０による電圧により制御される。以上のように、界面１１６は、光学特性を変化させる為の界面１１５に対し、界面１１５の曲面形状を変化させるための駆動界面として機能する。したがって、光学素子としての応答速度は、駆動界面１１６の応答速度により決まる。
【００２１】
界面１１６を形成する円筒状部材１０１の内壁面１０１ａと円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂとの間において、壁面間隔が狭いほど、界面１１６に対する表面張力の作用が大きくなり応答速度は速くなる。したがって、内側の円筒状部材１１０の内径すなわち光学素子としての口径が大きくても、円筒状部材１１０と外側の円筒状部材１０１の壁面間隔を小さくすることで光学素子としての応答速度を速くすることができる。一方で、両円筒状部材１１０、１０１の壁面間隔を小さくすると、界面１１６の移動による液体流量の変化が小さくなり、光学素子の機能部としての界面１１５の可変量が小さくなる。しかし、サイズを半径方向に大きくし周方向に長くすることで同じ壁面間隔であっても、界面１１６の移動による流量の変化を大きくでき、上述の界面１１５の可変量が小さくなることを補償することができる。
【００２２】
また、駆動界面としての界面１１６は、光軸Ｌに垂直な断面図である図３（ａ）、（ｂ）に示すように、楕円形状や、波型形状などであっても良い。特に、駆動界面１１６を波型形状にすることにより、界面端部の長さを長く取ることができるので、駆動界面の移動による流量を大きくできる。しかも、駆動界面の移動方向が光軸Ｌの方向（すなわち円筒状部材の伸長方向）にほぼ平行なので、光軸方向の厚さを大きくすることなく流量の増大を達成できる。本発明の筒状部材とは、円筒状部材に加え、このような楕円形状部材や、波型形状部材などを含むものとして定義している。
【００２３】
上述した実施例では、界面保持手段として壁面を突起形状にすることを行ったが、図３（ｃ）に示すように、筒状部材１４０の壁面１４０ａに、２液体１４２、１４３に対する濡れ特性の異なる層１４４、１４５を設けるような方法によっても良い。図３（ｃ）において、層１４４は液体１４３に対し濡れ性の小さい特性を有する層、層１４５は液体１４２に対し濡れ性の小さい特性を有する層である。このような構成にすると、液体１４２と液体１４３の界面１４１の端部１４１ａは、１４４の層と１４５の層の境界ｐ３で保持され、上述した突起１１０ｃや突起１１０ｄと同じ効果が得られる。
【００２４】
尚、本実施例において、界面１１６の保持手段である突起を内側の円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂに設けたが、外側の円筒状部材１０１の内壁面側に設け、界面の移動の為の第１の電極を円筒状部材１１０側に設けるようにしても良い。すなわち、相互に対向する一対の壁面の何れかの側に界面保持手段を設けると共に、その対向面側に界面移動手段としての電極を設けるようにしても良い。また、駆動界面としての界面１１６のための界面保持手段は必須であるが、界面１１５のための突起部１１０ｃのような界面保持手段は省略できる場合もある。例えば、省略した形態でも、要求される界面１１５の動きが実現されて光学特性を所望の態様で可変にできれば、省略することができる。
【００２５】
（実施例２）
図４は第２の実施例における概略の構成を示したもので、液体光学素子としての液体可変焦点レンズ２００を、光軸Ｌを通る断面で切断した断面図である。液体可変焦点レンズ２００は、実施例１で示した円筒状部材１０１と封止部材１０２、１０３により密閉された容器において、別の円筒状部材２０１を円筒状部材１０１と円筒状部材１１０の間に一定の間隔を設けて配置したものである。
【００２６】
円筒状部材２０１の内壁面側には、金属等の導電性素材からなる電極２０８が壁面に沿って設けられ、絶縁層２０６を介して導電性液体１０４と接触している。したがって、電極２０８と導電性液体１０４は電気的に絶縁された状態になっている。円筒状部材２０１の外壁面２０１ｂには界面保持手段としての突起２０１ｃが設けられている。また、円筒状部材２０１は、実施例１で述べた円筒状部材１１０と同様、容器内の各壁面から一定の間隔となるべく、端部２０１ｅにおいて、絶縁性素材からなる支持部材２１１により支持されている。この支持部材２１１は、実施例１において述べたのと同様、液体の流れを妨げないように流れの方向に対する断面積を出来るだけ小さくすることが望ましい。支持部材２１１の内部には導電性を有する金属等の電極２０７が設けられ、電圧印加部１２０からの電圧を円筒状部材２０１の電極２０８にも印加できるようになっている。
【００２７】
最も内側の円筒状部材１１０の外壁面１１０ｂに設けられた界面保持手段としての突起１１０ｄと円筒状部材２０１の内壁面２０１ａとの間には、実施例１で述べた駆動用の界面２１６が形成される。同様に、円筒状部材２０１の外壁面２０１ｂの界面保持手段としての突起２０１ｃと容器をなす円筒状部材１０１の内壁面１０１ａとの間には、駆動用の界面２１７が形成される。電圧印加部１２０で導電性液体１０４と円筒状部材２０１の電極２０８との間に電圧を印加すると、界面２１６は端部２１６ａが保持された状態で円筒状部材２０１の内壁面２０１ａ上を光軸Ｌの方向に、例えば、実線で示す位置から点線で示す位置に移動する。
【００２８】
同様に、導電性液体１０４と円筒状部材１０１の電極１０８との間に電圧を印加すると、界面２１７は、端部２１７ａが保持された状態で円筒部材１０１の内壁面１０１ａ上を光軸Ｌの方向に、例えば、実線で示す位置から点線で示す位置に移動する。これらの界面２１６、２１７の移動により、非導電性液体１０５は、実施例１で述べたように図４において上方に押し上げられる。そして、押し上げられた液量に対応して光学素子の機能面としての界面１１５は下方に押し下げられ、界面１１５の曲面形状は、例えば、実線で示す位置から点線で示す位置に変化する。
【００２９】
上述した様に、本実施例では、容器内に設けられた筒状部材の外側に、容器の内壁面及びこの筒状部材の外壁面に対して離間させて少なくとも１つ（上記構成では１つ）の別の筒状部材を略同心円状に設ける。そして、容器の内壁面及び最も内側の筒状部材の外壁面を含む相互に対向する各一対の壁面の何れか一方の壁面に、２液の界面の一端を保持する界面保持手段をそれぞれ備える。また、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面を有する筒状部材または容器に、導電性液体に対して絶縁された第１の電極を設ける。こうして、界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面に接する界面の他端が、印加電圧に対応して筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされる。
【００３０】
以上のように、実施例２では、実施例１と比較して、光学素子の機能面としての界面１１５を駆動界面２１６、２１７の２つの界面で駆動することになる。したがって、駆動界面の移動による液量の変化量を、界面の形成される壁面間隔を変えずに大きくすることができる。筒状部材は任意に増やすことができるので、壁面間隔を小さくして応答速度を速めることによる、各駆動界面の移動で生じる液量の変位量の低下を補うことができる。つまり、本実施例によれば、液体や容器の物性によらず光学素子としての特性を変化させる為の界面の駆動力及び液体の変位量を任意に増やすことができ、応答速度の高速化と変位量の増加の両方を両立させることができる。
【００３１】
（実施例３）
図５（ａ）は第３の実施例における概略の構成を示したもので、液体光学素子としての液体可変焦点レンズ３００を、光軸Ｌを通る断面で切断した断面図である。実施例３は、円筒状部材３０１の内壁面３０１ａの側を凹面形状にしたものである。
【００３２】
図５（ｂ）に示すように、実施例１に示す円筒状部材１０１の内壁面１０１ａの場合、円筒状部材１１０の突起部１１０ｄの頂点ｐ２との間にできた駆動界面１１６は、初期状態（電圧が０Ｖの時）では界面端部１１６ｂが接触角θとなるＴ１の位置にある。それに対し、内壁面を凹面形状３０１ａにした場合に形成される駆動界面は、接触角θは等しいので３１６に示すようになり、界面端部３１６ｂの位置がＴ１より下方のＴ２に示す位置となる。そして、同じ印加電圧を加えた場合、内壁面の形状が１０１ａの場合、駆動界面は点線で示す１１７となり、その界面端部１１７ｂはＴ３で示す位置になる。一方、内壁面が凹面形状３０１ａである場合、同様に接触角は同じであるので、駆動界面は点線で示す３１７となり、その界面端部はＴ４で示す位置になる。そして、駆動界面１１６が１１７に変位したことによる液量の変化と、駆動界面３１６が３１７に変位したことによる液量の変化との差は、図５（ｂ）において斜線で示すＳ１とＳ２を足したものから網線で示すＳ３とＳ４を引いたものになる。すなわち、図から明らかなように、駆動界面が形成される壁面の間隔ｅが略同じで印加電圧も同じ場合、界面端部の壁面を凹面にした方が、円筒状部材の半径方向の大きさがほぼ同じでも液量の変化量を大きくできる。
【００３３】
以上の様に、本実施例では、容器の内壁面の形状、または最も内側の筒状部材の外側に略同心円状に設けた少なくとも１つの筒状部材の内壁面の形状と容器の内壁面の形状の少なくとも１つ、を凹面形状にすることができる。１つの円筒状部材１１０を備えた上記構成では、前者のように容器の内壁面の形状を凹面形状にしているが、複数の円筒状部材を備えた図４に示す構成などでは、後者のようにすることができる。こうした構成によれば、光学特性を変化させる為の界面を駆動させる界面の移動量を大きくとれ、光学素子の半径方向の形状を大きくして界面移動量を増やす必要がなく、小型化することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・液体光学素子、１０１、１１０・・筒状部材（円筒状部材、容器）、１０１ａ・・筒状部材の外壁面と対向する内壁面、１０２、１０３・・封止部材（容器）、１０４・・導電性液体、１０５・・非導電性液体、１０６・・絶縁層、１０７・・第２の電極、１０８・・第１の電極、１１０ｂ・・筒状部材の外壁面、１１０ｄ・・筒状部材の外側の界面の一端を保持する界面保持手段、１１５・・界面、１１６・・界面（駆動界面）、１２０・・電圧印加部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに不混和な導電性液体と非導電性液体の２液が封入された容器と、
前記導電性液体に対して絶縁された第１の電極と、
前記導電性液体に接する第２の電極と、
を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することにより前記２液の界面の状態を制御する液体光学素子であって、
前記容器内に配された筒状部材を有し、
前記筒状部材の外壁面、或いはそれと対向する内壁面の何れか一方に、前記２液のなす前記筒状部材の外側の界面の一端を保持する界面保持手段を備え、
前記界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面には、前記導電性液体に対し絶縁された前記第１の電極が設けられており、該壁面に接する前記界面の他端が、前記印加電圧に対応して前記筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされたことを特徴とする液体光学素子。
【請求項２】
前記筒状部材の内壁面に、前記２液のなす前記筒状部材の内側の界面の端部を保持する別の界面保持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体光学素子。
【請求項３】
前記筒状部材は、当該液体光学素子の光軸を中心軸として配された円筒状部材であり、
前記界面の他端が、前記印加電圧に対応して前記光軸と平行な方向に移動するようにされたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体光学素子。
【請求項４】
前記容器内に設けられた前記筒状部材の外側に、前記容器の内壁面及び前記筒状部材の外壁面に対して離間させて少なくとも１つの別の筒状部材を略同心円状に設け、
前記容器の内壁面及び前記最も内側の筒状部材の外壁面を含む相互に対向する各一対の壁面の何れか一方の壁面に、前記２液の界面の一端を保持する前記界面保持手段をそれぞれ備えると共に、前記界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面を有する前記筒状部材または容器に、前記導電性液体に対して絶縁された第１の電極を設けて、
前記界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面に接する前記界面の他端が、前記印加電圧に対応して前記筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体光学素子。
【請求項５】
前記容器の内壁面及び前記最も内側の筒状部材の外壁面を含む相互の対向する各一対の壁面の間にそれぞれ形成された前記界面の移動を制御する為の印加電圧を、前記界面毎にそれぞれ別々に印加し、制御するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の液体光学素子。
【請求項６】
前記容器の内壁面の形状、または前記最も内側の筒状部材の外側に略同心円状に設けた少なくとも１つの筒状部材の内壁面の形状と前記容器の内壁面の形状の少なくとも１つ、を凹面形状にしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体光学素子。
【請求項１】
互いに不混和な導電性液体と非導電性液体の２液が封入された容器と、
前記導電性液体に対して絶縁された第１の電極と、
前記導電性液体に接する第２の電極と、
を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することにより前記２液の界面の状態を制御する液体光学素子であって、
前記容器内に配された筒状部材を有し、
前記筒状部材の外壁面、或いはそれと対向する内壁面の何れか一方に、前記２液のなす前記筒状部材の外側の界面の一端を保持する界面保持手段を備え、
前記界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面には、前記導電性液体に対し絶縁された前記第１の電極が設けられており、該壁面に接する前記界面の他端が、前記印加電圧に対応して前記筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされたことを特徴とする液体光学素子。
【請求項２】
前記筒状部材の内壁面に、前記２液のなす前記筒状部材の内側の界面の端部を保持する別の界面保持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体光学素子。
【請求項３】
前記筒状部材は、当該液体光学素子の光軸を中心軸として配された円筒状部材であり、
前記界面の他端が、前記印加電圧に対応して前記光軸と平行な方向に移動するようにされたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体光学素子。
【請求項４】
前記容器内に設けられた前記筒状部材の外側に、前記容器の内壁面及び前記筒状部材の外壁面に対して離間させて少なくとも１つの別の筒状部材を略同心円状に設け、
前記容器の内壁面及び前記最も内側の筒状部材の外壁面を含む相互に対向する各一対の壁面の何れか一方の壁面に、前記２液の界面の一端を保持する前記界面保持手段をそれぞれ備えると共に、前記界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面を有する前記筒状部材または容器に、前記導電性液体に対して絶縁された第１の電極を設けて、
前記界面保持手段を備えた壁面と対向する側の壁面に接する前記界面の他端が、前記印加電圧に対応して前記筒状部材の伸長方向と平行な方向に移動するようにされたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体光学素子。
【請求項５】
前記容器の内壁面及び前記最も内側の筒状部材の外壁面を含む相互の対向する各一対の壁面の間にそれぞれ形成された前記界面の移動を制御する為の印加電圧を、前記界面毎にそれぞれ別々に印加し、制御するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の液体光学素子。
【請求項６】
前記容器の内壁面の形状、または前記最も内側の筒状部材の外側に略同心円状に設けた少なくとも１つの筒状部材の内壁面の形状と前記容器の内壁面の形状の少なくとも１つ、を凹面形状にしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３２１０（Ｐ２０１３−３２１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１４２７（Ｐ２０１１−１３１４２７）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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