可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置
【課題】２種の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズにおいて、両液体の界面の位置を精度良く規定する。
【解決手段】可変焦点レンズ１４が、第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ収容する第１および第２の液室３１，３２と、両液室間を仕切るように配置され、それら液室を連通すると共に光が通過する貫通孔を有する界面保持プレート２２と、第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータ３５とを備え、界面保持プレートは、貫通孔内またはその周囲に界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から第１の液室側には、第１の液体に対して親液性であり且つ第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、界面保持部から第２の液室側には、第２の液体に対して親液性であり且つ第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有する構成とした。
【解決手段】可変焦点レンズ１４が、第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ収容する第１および第２の液室３１，３２と、両液室間を仕切るように配置され、それら液室を連通すると共に光が通過する貫通孔を有する界面保持プレート２２と、第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータ３５とを備え、界面保持プレートは、貫通孔内またはその周囲に界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から第１の液室側には、第１の液体に対して親液性であり且つ第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、界面保持部から第２の液室側には、第２の液体に対して親液性であり且つ第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を変更可能な可変焦点レンズおよびその製造方法ならびに可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、媒質（液体等）の界面形状を変化させることにより焦点距離を変更する可変焦点レンズが開発されている。この種の可変焦点レンズでは、界面の曲率を安定的に制御するために、液体−液体境界や液体−気体境界等における境界面の周縁の位置（以下、界面の位置という。）を精度良く固定する必要がある。そこで、例えば、水などの液体が充填される管状収納器の内周面に、互いに隣接する親水性および疎水性の領域をそれぞれ形成し、これらの領域の境界によって液体のメニスカスの位置を拘束することにより、メニスカスが両領域の境界における静的接触角によって部分的に画定される曲率を有するようにした可変焦点レンズが存在する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５２７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の従来技術は、管状収納器の内周面における親水性および疎水性の領域の境界位置を精度良く規定することにより、界面の曲率を安定的に制御することを意図している。しかしながら、特許文献１には管状収納器内に親水性および疎水性の領域を形成する具体的な方法については開示されておらず、実際にそのような領域を高精度に形成することは極めて困難である。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、２種の液体の界面を適切に拘束することにより、当該２種の液体の界面の位置を精度良く規定することを可能とした可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の可変焦点レンズは、互いに屈折率が異なる第１および第２の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズであって、前記第１および第２の液体をそれぞれ収容する第１および第２の液室と、前記第１および第２の液室の間を仕切るように配置され、前記第１および第２の液体を接触させるように前記第１および第２の液室を連通する貫通孔を有する界面保持プレートと、前記第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータとを備え、前記界面保持プレートは、前記貫通孔に前記光を通過させると共に、当該貫通孔内またはその周囲に前記界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から前記第１の液室側には、前記第１の液体に対して親液性であり且つ前記第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、前記界面保持部から前記第２の液室側には、前記第２の液体に対して親液性であり且つ前記第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このように本発明によれば、互いに屈折率が異なる２種の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズにおいて、２種の液体の界面を適切に拘束することにより、当該２種の液体の界面の位置を精度良く規定することが可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４を内蔵した撮像装置１の斜視図
【図２】図１中のカメラ部３の内部構成を示す断面図
【図３】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の分解斜視図
【図４】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の断面図
【図５】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の動作を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）
【図６】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図７】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図８】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図９】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１０】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図１１】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図１２】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１３】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１４】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１５】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１６】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１７】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１８】図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２を下面側から視た下面図
【図１９】図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXIX−XIX線断面図
【図２０】図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXX−XX線断面図
【図２１】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２２】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２３】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）Ｏ２プラズマ照射時および（Ｂ）Ｏ２プラズマ照射後）
【図２４】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２５】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２６】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２７】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の配線構造を示す要部平面図
【図２８】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の配線構造を示す要部断面図
【図２９】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の界面保持プレート２２における界面ＩＦの変形を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）
【図３０】第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図
【図３１】第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図
【図３２】第３実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに屈折率が異なる第１および第２の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズであって、前記第１および第２の液体をそれぞれ収容する第１および第２の液室と、前記第１および第２の液室の間を仕切るように配置され、前記第１および第２の液体を接触させるように前記第１および第２の液室を連通する貫通孔を有する界面保持プレートと、前記第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータとを備え、前記界面保持プレートは、前記貫通孔に前記光を通過させると共に、当該貫通孔内またはその周囲に前記界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から前記第１の液室側には、前記第１の液体に対して親液性であり且つ前記第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、前記界面保持部から前記第２の液室側には、前記第２の液体に対して親液性であり且つ前記第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有する構成とする。
【００１０】
これによると、表面特性が互いに異なる第１および第２の表面領域を、両液室を仕切る界面保持プレートに形成することにより、２種の液体の界面を界面保持部に対して適切に拘束する構成としたため、当該２種の液体の界面の位置を精度良く規定することが可能となる。その結果、焦点距離を変更する際の界面形状を安定させて収差等の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、第２の発明は、前記界面保持部は、前記界面保持プレートにおける前記貫通孔の内周縁部である構成とする。
【００１２】
これによると、界面保持プレートの貫通孔の内周縁部によって２種の液体の界面を拘束する（例えば、界面保持プレートにおける少なくとも貫通孔周辺の厚みを無視できる程度に小さくする）構成により、第１および第２の表面領域の境界（すなわち、２種の液体の界面の位置）を容易かつ高精度に規定することが可能となる。
【００１３】
また、第３の発明は、前記界面保持プレートにおける前記貫通孔は、前記第１の液室から前記第２の液室に向けて縮径または拡径するテーパ面を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界が前記テーパ面に形成された構成とする。
【００１４】
これによると、第１の表面領域と第２の表面領域との境界をテーパ面上に形成することにより、界面保持プレートの貫通孔の内周面において２種の液体の界面の位置を精度良く設定することができる。
【００１５】
また、第４の発明は、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界は、前記界面保持プレートにおける第１または第２の液室の一方側の表面に形成され、前記貫通孔と同心の円形を呈する構成とする。
【００１６】
これによると、界面保持プレートの貫通孔の形状や加工精度に拘わらず、貫通孔の周囲において２種の液体の界面の位置を精度良く規定することができる。
【００１７】
また、第５の発明は、前記アクチュエータは、膜状を呈し、前記界面保持プレートと一体に設けられた構成とする。
【００１８】
これによると、アクチュエータを界面保持プレートと一体に設けた構成により、２種の液体の界面の位置を精度良く規定しつつ、２種の媒質の界面形状（すなわち、焦点距離）を安定的に変化させることが可能となる。
【００１９】
また、第６の発明は、上記第１から第５の発明のいずれかに係る可変焦点レンズを、被写体を撮像するカメラ部に備えた撮像装置である。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４を内蔵した撮像装置１の斜視図であり、図２は、図１中のカメラ部３の内部構成を示す断面図である。
【００２２】
この撮像装置１は、焦点距離を変更しながら被写体（ここでは、略六角錐形の立体物）２を撮像するものである。撮像により取得した複数の画像データは、図示しないＰＣ(Personal Computer)等の画像処理装置によって合成処理することにより、画像領域全体においてピントの合った撮像画像を得ることができる。撮像装置１は、例えば、書画カメラとしての使用に好適である。
【００２３】
図１に示すように、撮像装置１は、被写体２を撮像するカメラ部３と、このカメラ部３を保持するアーム４を有するスタンド部５とを備える。スタンド部５は、ユーザが撮像の操作指示等を行うための複数の操作ボタン６を有している。また、撮像装置１は、図示しない通信制御部および外部インターフェースによって画像処理装置との間で画像データや各種制御信号を送受信可能である。
【００２４】
図２に示すように、カメラ部３の内部には、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やＣＣＤ(Charge Coupled Device Image Sensor)等からなるイメージセンサ１１が設けられている。イメージセンサ１１の下方には、上下の固定焦点レンズ１２，１３と、これら固定焦点レンズ１２，１３の間に配置された可変焦点レンズ１４とからなる光学系１５が設けられている。光学系１５では、光軸Ｃが上下方向に沿って配置されており、被写体２からの光は、固定焦点レンズ１３、可変焦点レンズ１４および固定焦点レンズ１２を順次通過してイメージセンサ１１の受光面に結像される。なお、光学系１５の構成（例えば、固定焦点レンズの形状、数量および配置等）は、ここに示したものに限らず、撮像装置１に必要とされる光学特性に応じて種々の変更が可能である。
【００２５】
図３は、可変焦点レンズ１４の分解斜視図であり、図４は、可変焦点レンズ１４の断面図である。なお、図４では、図示の都合上、必要に応じて各構成要素間の相対的なサイズ（厚み、幅等）を変更しており、各構成要素の実用上のサイズとは必ずしも一致しない（以後の図についても同様。）。
【００２６】
図３に示すように、可変焦点レンズ１４は、光学材料からなるガラス基板２１と、シリコンウエハ上に半導体集積回路作製技術を用いて微細加工を施すことにより形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造体である界面保持プレート２２と、金属製の封止体２３と、平凸レンズからなる封止ガラス２４とが下側から順に積層された構成を有している。界面保持プレート２２および封止体２３は略円板状または円筒状をなし、それぞれの中央部には、被写体からの光が通る光路孔２８を画成する貫通孔２２ａ，２３ａが設けられている。
【００２７】
図４に示すように、可変焦点レンズ１４では、封止体２３の貫通孔２３ａの上側が封止ガラス２４によって閉鎖される一方、貫通孔２３ａの下側（即ち封止体２３の底部）がガラス基板２１によって閉鎖される。なお、封止体２３の貫通孔２３ａの上側部分と封止ガラス２４の底面、ないし封止体２３の底部とガラス基板２１は接着剤で接着されているが、金属製の封止体２３の外周を折り曲げ加工して、封止ガラス２４とガラス基板２１を挟み込んで固定する、いわゆるキャン封止の構成としてもよい。これにより、組み立てられた封止体２３、封止ガラス２４およびガラス基板２１は、内部の密閉空間に液体等の媒質を収容可能な容器を形成する。この密閉空間は、ガラス基板２１の上面に固着された界面保持プレート２２によって仕切られ、ガラス基板２１と界面保持プレート２２との間に下部液室（第１の液室）３１が画成される一方、界面保持プレート２２と封止体２３との間に上部液室（第２の液室）３２が画成される。これら下部液室３１と上部液室３２とは、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａにより連通状態にある。
【００２８】
界面保持プレート２２は、ガラス基板２１の上面に設けられた支持部３４と、この支持部３４に支持された平板状の圧電アクチュエータ３５とを有している。各圧電アクチュエータ３５は、電圧の印加により屈曲振動可能な膜状の圧電素子からなり、ニッケル材料からなる下部電極（第２電極）４１と、白金（Ｐｔ）からなる上部電極（第１電極）４２との間にＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）からなる圧電体４３が挟み込まれた積層構造を有している。下部電極４１は圧電アクチュエータ３５の駆動時に振動板として機能する。
【００２９】
支持部３４は、後述する図９に示すように、下部電極４１の内周側の下面を支持する内壁１１５と、下部電極４１の外周側の下面を支持する外壁１１６とこれら内壁１１５と外壁１１６との間のスペース（後述する下部圧力室５２）を仕切るように周方向に所定の間隔で複数形成された仕切り壁１１７とから構成されている。なお、図９では、平面視において外壁１１６が矩形を呈するように示されているが、実際には、内壁１１５および外壁１１６はともに環状をなす。
【００３０】
また、界面保持プレート２２において、円板状をなす下部電極４１の中央には開口４１ａ（界面保持部）が形成されている。開口４１ａは、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａにおいて最小径部を画成し、これにより、開口４１ａの内周縁部はピン止め部として機能する。つまり、可変焦点レンズ１４では、開口４１ａの内周縁部において、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２との界面ＩＦの面積を最小に留めようとする（すなわち、凸形または凹形に変形可能な界面ＩＦの位置を固定しようとする）ピン止め効果が生じる。
【００３１】
この場合、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ周辺の厚さ（ここでは、下部電極４１における開口４１ａの内周縁部の厚さ）を無視できる程度に小さくする（例えば、1〜2μｍとする）ことにより、開口４１ａの内周縁部の上下幅を実質的に無視する（すなわち、線として見なす）ことが可能となり、ピン止め部の位置を精度良く規定することができると共に、高いピン止め効果が得られる。なお、下部電極４１の厚みが0.5μｍ未満では、ピンホール等の発生の問題が生じる一方、厚みが10μｍ以上となると開口４１ａの内周縁部の厚さを無視できなくなる。
【００３２】
圧電体４３は、下部電極４１上において、周方向に互いに等しい間隔で複数配置されている。また、上部電極４２は、各圧電体４３に対応するように周方向に互いに等しい間隔で複数配置されており、当該上部電極４２と下部電極４１とに挟まれた圧電体４３部分がアクチュエータとして実質的に機能する領域となる。なお、圧電アクチュエータ３５の構成は、周知の圧電素子の構成を適用することにより種々の変更が可能である。
【００３３】
また、可変焦点レンズ１４において、下部液室３１は、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの下側に位置する下部界面形成室５１と、下部電極４１の下側に位置する複数の下部圧力室５２とを有している。ここで、下部電極４１の下側には、貫通孔２２ａ側から半径方向に延びる仕切り壁（図９中の仕切り壁１１７参照）が周方向に所定の間隔で複数設けられており、これにより、ガラス基板２１と界面保持プレート２２との間の下部圧力室５２は複数の圧電体４３に対応する位置にそれぞれ形成される。下部界面形成室５１と複数の下部圧力室５２とは、各下部圧力室５２に対応して設けられた各下部通路５３（図３および図９を併せて参照）を介して連通状態にある。この下部液室３１には、第１の液体Ｌ１が収容される。
【００３４】
また、上部液室３２は、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの上側に位置する上部界面形成室５５と、下部電極４１等の上側に位置する複数の上部圧力室５６とを有している。ここで、封止体２３の内部に形成された環状段部５４には、下部液室３１の仕切り壁１１７と同様に、貫通孔２３ａ側から半径方向に延びる図示しない仕切り壁が周方向に所定の間隔で複数設けられており、これにより、封止体２３と界面保持プレート２２との間の上部圧力室５６は下部圧力室５２に対応する位置にそれぞれ形成される。上部界面形成室５５と複数の上部圧力室５６とは、各上部圧力室５６に対応して設けられた各上部通路５７（図３を併せて参照）を介して連通状態にある。この上部液室３２には、第２の液体Ｌ２が収容される。
【００３５】
なお、下部電極４１の下側に設けられた仕切り壁は後述のようにＮｉで構成され、実質的に圧電アクチュエータ３５を支持して界面保持プレート２２全体の剛性を高めるとともに、ガラス基板２１との接着面積を増大させ、レンズユニット全体としての剛性をも確保するもので、必須の構造物である。一方、封止体２３の内部に形成された環状段部５４に設けられた仕切り壁は、圧電アクチュエータ３５の各圧力室で発生する圧力を効率よく伝達するものであり、個々の圧電アクチュエータ３５を独立して駆動する際の物理的なクロストーク（隣接する圧電体間のクロストーク）を軽減させる。このように上下の仕切り壁では、その機能を異ならせている。
【００３６】
なお、可変焦点レンズ１４の内部に形成される液室３１，３２の構成については、少なくとも第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２の界面を光の屈折面とすることが可能な限りにおいて、ここに示すものに限定されず種々の変更が可能である。
【００３７】
第１の液体Ｌ１は、フッ素系溶液（ここでは、ペルフルオロオクタン，CF3(CF2)6CF3）からなり、第２の液体Ｌ２は、油系溶液（ここでは、ヘキサデカン，CH3(CH2)14CH3）からなる。第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とは、互いに屈折率が異なり、かつ互いに混和しないように各成分が選択される。ここでは、上側に位置する第２の液体Ｌ２の比重は、第１の液体Ｌ１の比重よりも小さくなるように設定されている。書画カメラのように、カメラと被写体の位置関係が実質的に一定の場合は、２つの液体に比重差があっても構わないが、可変焦点レンズ１４の姿勢が大きく変化するアプリケーションにおいては、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２の比重差は極力小さくすべきである。第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とは、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内で互いに接触した状態にあり、下部電極４１の開口４１ａに周縁が固定された界面ＩＦを形成する。つまり、下部液室３１と上部液室３２とは、下部電極４１の開口４１ａに固定される界面ＩＦの位置で仕切られる。
【００３８】
図５は、可変焦点レンズ１４の動作を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）である。図５では、説明の便宜上、図４に示した圧電アクチュエータ３５における各構成要素を省略して示している。
【００３９】
可変焦点レンズ１４において、圧電アクチュエータ３５の下部電極４１および上部電極４２にそれぞれ正および負またはその逆向きの電圧を印加すると、圧電体４３が収縮または伸長し、これにより、図５（Ａ）または図５（Ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ３５は凹状または凸状に変形する。
【００４０】
図５（Ａ）に示すように、圧電アクチュエータ３５が凹状（下方に凸状）に変形すると、この変形した圧電アクチュエータ３５によって下部圧力室５２内の第１の液体Ｌ１が押圧される。これにより、下部液室３１の容積が小さくなって第１の液体Ｌ１の圧力が高まり、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内では、第１の液体Ｌ１を上部液室３２側（上方）に押し込む力が生じる。一方、圧電アクチュエータ３５の変形により、上部圧力室５６の容積は拡大するため、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内では、第２の液体Ｌ２を上部液室３２側に引き込む力が生じる。その結果、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内において（図４に示す界面保持部４１ａに２液の界面ＩＦの周縁がピン止めされた状態で）、第１の液体Ｌ１の一部が上部液室３２に移動して、界面ＩＦを高速で凸形に変形させることができる。
【００４１】
逆に、図５（Ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ３５が凸状に変形すると、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内では、第２の液体Ｌ２を下部液室３１側（下方）に押し込む力が生じる一方、第１の液体Ｌ１を下部液室３１側に引き込む力が生じる。その結果、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内において、第２の液体Ｌ２の一部が下部液室３１に移動して、界面ＩＦを高速で凹形に変形させることができる。
【００４２】
このように、圧電アクチュエータ３５の下部電極４１および上部電極４２に対して正負が逆転する所定の電圧を印加することにより、上記図５（Ａ），（Ｂ）に示した動作を周期的に行わせることができる。また、上述した圧電アクチュエータ３５の構成はインクジェットプリンタ等で採用されるベンドモードと呼称されものの応用であって、液体を高速に移動させることができる。つまり、撮像装置１では、界面ＩＦを所望の曲率に高速で変化させながら（すなわち、焦点距離を所望の大きさに高速で変化させながら）、この変化と同期して撮像素子を制御して複数画像を連続して撮像することができる。なお、本実施形態では、界面ＩＦを凹形および凸形の双方に変形させる構成としたが、界面ＩＦを凹形または凸形の一方のみに変形させる構成としてもよい。
【００４３】
なお、圧電アクチュエータ３５を駆動するドライバが単一電源型である場合は、例えば振動板兼共通電極としての下部電極３１をＧＮＤ電位とし、上部電極４２を正極或いは負極として駆動してもよい（図４参照）。この場合、電圧印加時の圧電アクチュエータ３５の変位は一方向のみとなるが、メニスカス形状の初期状態が凸又は凹となるように液量を調整すれば、印加する正負電圧の値によって凹凸のいずれにも変位させることができる。この場合、可変焦点レンズ１４が光学パワーを有さない状態（界面がフラットな状態）とする際に圧電アクチュエータ３５を駆動する必要があるが、圧電体には殆ど電流が流れないため、消費電力は極めて小さい。
【００４４】
上記構成の可変焦点レンズ１４では、圧電アクチュエータ３５は、光路孔２８を介して連通する下部液室３１（下部圧力室５２）および上部液室３２（上部圧力室５６）を、光路孔２８とは異なる位置において仕切るように設けられ、第１の液体Ｌ１または第２の液体Ｌ２側に変位可能な構成としている。即ち、圧電アクチュエータ３５は、第１の液体Ｌ１に対して押す（引く）動作をするとき、第２の液体Ｌ２に対しては引く（押す）動作を行う。これにより、可変焦点レンズ１４では、環境温度等の変化により可変焦点レンズ１４の内部圧力が変化した場合でも、圧電アクチュエータ３５の両面（上側および下側）の圧力を常に等しく保持できるため、両面の圧力のバランスが崩れて圧電アクチュエータ３５の動作（振動時の振幅等）に悪影響が及ぶことを防止できる。したがって、可変焦点レンズ１４では、焦点距離制御を安定的に実施することが可能となる。
【００４５】
なお、可変焦点レンズ１４に設けられるアクチュエータは、上記圧電アクチュエータ３５に限らず、第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方の圧力または体積を変動させる（すなわち、第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方を押し引きまたは注入・排出等する）ことが可能であればよい。したがって、アクチュエータは必ずしも上述のように界面保持プレートと一体に設ける必要はなく、例えば、下部液室３１または上部液室３２に連通する通路を設け、当該通路内の第１または第２の液体を押圧可能なようにアクチュエータを設ける構成も可能である。
【００４６】
次に、第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の製造工程について説明する。図６から図２６は、それぞれ図４に示した可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図である。なお、図３に示したように、可変焦点レンズ１４の各構成要素の外形は平面視において円形となるが、ここでは、簡単のため平面視における各構成要素の外形を正方形とし、これに対応させるように各構成要素の他の部位も図示している。
【００４７】
まず、図６に示すように、シリコンウエハからなる基材１０１上に白金（Ｐｔ）からなる第１電極層１０２（上部電極４２に相当）、ＰＺＴからなる圧電体層１０３（圧電体４３に相当）およびニッケルからなる第２電極層１０４（下部電極４１に相当）を順次積層する。各層１０２〜１０４の厚みは適宜設定可能であるが、好ましくは、第１電極層１０２の厚みは0.1〜1μｍ、圧電体層１０３の厚みは2〜10μｍ、第２電極層１０４の厚みは1〜2μｍの範囲内でそれぞれ設定するとよい。この第２電極１０４に設けられた開口が先に説明した界面保持部４１ａを構成するため、第２電極層１０４の厚みは本発明にとって重要な意味を持つ。
【００４８】
なお、基材１０１にアライメントマークを形成しておくことにより、各層１０２〜１０４について高い位置精度を実現することができる。また、可変焦点レンズにおいて圧電体の変形を必要としない領域には、圧電体層１０３と第２電極層１０４との間に絶縁体層（例えば、感光性ポリイミド層）を形成しておくとよい。これにより、圧電アクチュエータの駆動の信頼性が高まる。
【００４９】
次に、図７（（Ａ）平面図、（Ｂ）B−B線断面図）に示すように、第２電極層１０４上にドライフィルムレジストからなるレジスト層を全面に形成した後、所望のパターンにて露光および現像する。これによって、レジスト層１１１では、後の光路孔およびその周囲の下部圧力室を画成する側壁を形成する部分が除去され、当該除去部分において第２電極層１０４が露出する。
【００５０】
次に、図８に示すように、第２電極層１０４の露出部位をシード層としてニッケル電鋳を実施し、当該露出部位にニッケル電鋳層１１２を形成する。このとき、レジスト層１１１と共にニッケル電鋳層１１２に対して研削加工を行うことにより、ニッケル電鋳層１１２を適切な厚み（例えば、140〜150μｍ）に調整する。なお、下部電極としてニッケル以外の金属材料を用いることもできるが、その場合には、ニッケル電鋳を実施する第２電極層１０４の部位にシード層としてニッケル層を形成しておくとよい。
【００５１】
次に、図９に示すように、全てのレジスト層１１１を剥離・除去する。これにより、４つの下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄの周壁（図４中の支持部３４に相当）が完成する。各下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄの周壁は、後に光路孔２８が形成される中央部を囲むように内側に形成された内壁１１５と、外側に形成された外壁１１６と、これら内壁１１５と外壁１１６との間のスペースを仕切るように周方向に所定の間隔で複数形成された仕切り壁１１７とから構成されている。内壁１１５には、各下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄと中央部（光路孔）とを連通するための下部通路５３が設けられている。なお、上述のように、外壁１１６の形状は円形（円弧状）とすることができる。また、下部圧力室の数（すなわち、仕切り壁１１７の数）は、ここに示したものに限らず適宜変更することができる。
【００５２】
次に、図１０に示すように、図９に示した構造体を上下反転させて、ニッケル電鋳層１１２をガラス基板２１に対して固定する。このとき、ニッケル電鋳層１１２の下端は、熱剥離シート層１１９を介してガラス基板２１に接着される。熱剥離シート層１１９は、ポリエステルフィルム基材の両面にそれぞれ熱剥離粘着材を付着させたものであり、その粘着力は高温環境下において略ゼロとなる。
【００５３】
続いて、図１１に示すように、基材１０１を所定の厚みまで研削し、その後、エッチングガスを用いたドライエッチングを実施して基材１０１を全て除去する。このとき、使用するエッチングガスは、第１電極層１０２がエッチングストッパとなるように選択する。
【００５４】
次に、図１２に示すように、第１電極層１０２上にレジスト層１２１を形成した後、所望の形状にて露光および現像する。このとき、レジスト層１２１は、第１電極層１０２における変位領域（すなわち、圧電アクチュエータの各圧電体が変位する領域に対応する領域）と、後に上部電極を外部と電気的に接続するための電極リード１２３Ａ〜１２３Ｄ（図２７参照）の領域とを覆うようにパターン形成される。また、このとき、圧電体層１０３の下側に形成されたニッケル電鋳層１１２とのアライメントを行うため、図示しないアライメントマークを基準にマスクパターンを形成してレジスト層１２１を露光するとよい。
【００５５】
次に、図１３に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングを実施して第１電極層１０２の露出部位を除去し、その後、レジスト層１２１を剥離・除去する。これにより、第１電極層１０２のパターニングが終了（前述した上部電極４２が完成）する。
【００５６】
次に、図１４に示すように、第１電極層１０２および圧電体層１０３上にレジスト層１２５を形成した後、所望の形状にて露光および現像する。このとき、レジスト層１２５は、圧電体層１０３において後に各圧電体が形成される領域を覆うようにパターン形成される。その後、圧電体層１０３に対してエッチング（例えば、フッ硝酸を用いたウェットエッチング）を行った後、レジスト層１２５を除去する。これにより、図１５に示すように、圧電体層１０３において光路孔を形成する領域（図４中の下部電極４１の開口４１ａよりも若干大きな円形領域）を除去すると共に、下方の下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄにそれぞれ対応する後の各圧電体に相当する領域を分離する。
【００５７】
次に、図１６に示すように、第１電極層１０２、圧電体層１０３および第２電極層１０４上にレジスト層１２６を形成した後、所望の形状にて露光および現像する。このとき、レジスト層１２６は、第２電極層１０４における後の下部電極４１の開口４１ａ（図４参照）以外の領域を覆うようにパターン形成される。その後、第２電極層１０４に対してエッチングを行い、下部電極４１の開口４１ａに相当する貫通孔を形成する。以上の工程によって図１７に示すように界面保持プレート２２が完成する。但し、この界面保持プレート２２はガラス基板２１に暫定的に固定されている。
【００５８】
この完成した界面保持プレート２２の詳細な構成を図１８〜図２０に示す。ここで、図１８は、図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２を下面側から視た下面図、図１９は、図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXIX−XIX線断面図、２０は、図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXX−XX線断面図をそれぞれ表す。なお、図２０においてＣは、可変焦点レンズとして機能する場合の光軸を示す。
【００５９】
また、図６〜図１６における、第２電極層１０４、第１電極層１０２、圧電体層１０３、ニッケル電鋳層１１２は、図１７以降において、それぞれ下部電極４１、上部電極４２、圧電体４３、支持部３４と示している。
【００６０】
次に、上記のように形成した界面保持プレート２２の表面に特性の異なる２つの領域を形成する。
【００６１】
まず、図２０に示す状態で、ガラス基板２１に固定された界面保持プレート２２を高温環境下におくことにより熱剥離シート層１１９の粘着力を低下させ、図２１に示すように、界面保持プレート２２をガラス基板２１から分離した状態とする。
【００６２】
以降、図４を併用して説明を続ける。この界面保持プレート２２に対し、下部電極４１の下面側（開口４１ａから下部液室３１側）には、第１の液体Ｌ１（フッ素系溶液）に対して親液性の膜（以下、親フッ素系溶液膜という。）を形成する一方、下部電極４１の上面側（開口４１ａから上部液室３２側）には、第１の液体Ｌ１に対して疎液性の膜（以下、撥フッ素系溶液膜という。）を形成する。ここでは、親フッ素系溶液膜として、フルオロアルキルトリクロロシラン（CF3(CF2)5C2H4SiCl3，アヅマックス社製；以下、ＦＡＳという。）を用い、また、撥フッ素系溶液膜として、オクタデシルトリクロロシラン（CH3(CH2)17SiCl3，信越化学社製；以下、ＯＴＳという。）を用いる。ＦＡＳ膜は、第２の液体Ｌ２（油系溶液）に対しては疎液性であり、また、ＯＴＳ膜は、第２の液体Ｌ２に対しては親液性である。
【００６３】
ここで、第１の液体Ｌ１（第２の液体Ｌ２も同様）に対して親液性の膜とは、第１の液体Ｌ１が親液性の膜に接しているときに、例えば、JISR3257の接触角測定法により測定した接触角θ１が10〜40の範囲となる性質を有し、第１の液体Ｌ１に対して疎液性の膜とは、例えば、同じ測定法により測定した接触角θ２が40〜90の範囲となる性質を有する。
【００６４】
ＦＡＳ膜の形成は、まず、CF3(CF2)6CF3（３Ｍ社製）溶媒にＦＡＳを１vol%添加したものを第１のプールに準備し、この第１のプールの溶液中に界面保持プレート２２（図２１参照）を２時間ほど浸漬させる。その後、第１のプールから取り出した界面保持プレート２２を、CF3(CF2)6CF3のみからなる第２のプール中に浸漬し、その状態で界面保持プレート２２を１００回程度揺動させる。これにより、界面保持プレート２２から余分なＦＡＳが除去される。第２のプールから取り出した界面保持プレート２２を水洗することにより、図２２に示すように、全面にＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２が完成する。なお、このＦＡＳ膜１２８の形成工程は、Ｎ２ガスを充填した乾燥雰囲気のグローブボックス内で行われる。
【００６５】
次に、図２３に示すように、界面保持プレート２２について、下部電極４１の上面側のＦＡＳ膜１２８を除去する工程を実施する。なお、図２３中では、図示の便宜上、界面保持プレート２２の左側部分のみを示しているが、右側部分についても同様である。
【００６６】
このＦＡＳ膜の除去工程では、図２３（Ａ）に示すように、全面にＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２の上面側からＯ２プラズマを照射する処理を実施する。このＯ２プラズマ処理では、界面保持プレート２２の表面におけるＦＡＳと酸素原子との反応により、図２３（Ｂ）に示すように、界面保持プレート２２の上面側のＦＡＳ膜１２８が除去される。なお、このＯ２プラズマ処理に際して、ＦＡＳ膜１２８を除去しない領域にＯ２プラズマ耐性の高いマスク層を形成してもよい。
【００６７】
次に、上記ＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２に対してＯＴＳ膜の形成を行う。ＯＴＳ膜の形成は、まず、ｎ−ヘキサデカンとクロロホルムとを４：１の割合で配合した溶液にＯＴＳを１vol%添加したものを第３のプールに準備し、この第３のプールの溶液中に界面保持プレート２２を２時間ほど浸漬させる。その後、第３のプールから取り出した界面保持プレート２２を、ｎ−ヘキサデカンおよびクロロホルムのみ（第３のプールの溶液からＯＴＳを除いたもの）からなる第４のプールに浸漬し、その状態で界面保持プレート２２を１００回程度揺動させる。これにより、界面保持プレート２２から余分なＯＴＳが除去される。第４のプールから取り出した界面保持プレート２２を水洗することにより、全面にＯＴＳ膜が形成された界面保持プレート２２が得られる。更に、この界面保持プレート２２をエタノールで洗浄して、先に形成されたＦＡＳ膜１２８上に積層された不要なＯＴＳ膜を除去する。これにより、図２４に示すように、下部電極４１の下面側（第１の表面領域）にＦＡＳ膜１２８が形成される一方、下部電極４１の上面側（第２の表面領域）にＯＴＳ膜１２９が形成された界面保持プレート２２が完成する。
【００６８】
なお、上記ｎ−ヘキサデカンの代わりに、トルエン、ヘキサン、オクタンまたはデカン等を用いることもできる。
【００６９】
次に、図２５に示すように、上記ＦＡＳ膜１２８およびＯＴＳ膜１２９が形成された界面保持プレート２２を再びガラス基板２１に固定する。ここでは、ニッケル電鋳層１１２の下端である支持部３４は、ガラス基板２１に直接接着される。最終的な接着は封止を目的としており長期にわたる信頼性が要求されるが、ガラス基板２１に直接的に対向する支持部３４に残存するＦＡＳ膜１２８が支障になる場合、上述したＯ２プラズマ処理により当該部分のＦＡＳ膜１２８を除去するのが望ましい。
【００７０】
その後、界面保持プレート２２が固定されたガラス基板２１に対して封止体２３を接着することにより、図４および図２６に示す可変焦点レンズ１４が完成する。このとき、封止体２３の貫通孔２３ａから下部液室３１に対して第１の液体Ｌ１を注入し、続いて上部液室３２に対して第２の液体Ｌ２を注入する。第１の液体Ｌ１の注入量は、メニスカスレベルが下部電極４１の開口４１ａと一致するように設定する。また、液体Ｌ１，Ｌ２を注入した後には、封止体２３の貫通孔２３ａ上部を封止ガラス２４により閉鎖して内部空間を密閉する。
【００７１】
図２７および図２８は、それぞれ第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の配線構造を示す模式的な要部平面図および要部断面図である。
【００７２】
上記製造工程では説明を省略したが、可変焦点レンズ１４では、界面保持プレート２２を形成した後（封止体２３の接着前）に下部電極４１および上部電極４２を外部と電気的に接続するための配線が行われる。図２７に示すように、制御線１３１Ａ，１３１Ｂおよび制御線１３１Ｃ，１３１Ｄは、それぞれＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)１３２上に一纏めにパターン形成され、図示しないＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film)を介して上部電極４２に形成された電極リード１２３Ａ〜１２３Ｄに接続される。また、コモン線１３３は、図示しないＡＣＦを介して下部電極４１の外周部に接続される。なお、コモン線１３３は、制御線１３１Ａ，１３１Ｂと共にＦＰＣ１３２に形成してもよい。
【００７３】
ＦＰＣ１３２（コモン線１３３も同様）は、図２８に示すように、界面保持プレート２２の側面に沿ってガラス基板２１側に導かれ、このガラス基板２１と封止体２３の間を通して外部に引き出される。この場合、ＦＰＣ１３２は多少の厚みを有するため、ガラス基板２１または封止体２３の少なくとも一方にＦＰＣ１３２を外部に導くための切欠き部や貫通孔を設けるとよい。最終的に、ガラス基板２１と封止体２３とはＦＰＣ１３２を引き出した状態で接着され、内部空間は密閉される。
【００７４】
このような構成において、コモン線１３３に図示しない電源のＧＮＤを接続すると共に、制御線１３１Ａ〜１３１Ｄに所定の電位を印加することで、界面保持プレート２２（圧電アクチュエータ３５）を駆動することができる。
【００７５】
図２９は、可変焦点レンズ１４の界面保持プレート２２における界面ＩＦの変形を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）である。
【００７６】
図２９（Ａ）に示すように、可変焦点レンズ１４において界面ＩＦが凸形に変形する際（図５（Ａ）を併せて参照）には、撥フッ素系溶液膜であるＯＴＳ膜１２９が界面保持プレート２２の上面側に存在するため、上側に押し込まれる第１の液体Ｌ１（フッ素系溶液）は、下部電極４１の開口４１ａを超えて圧電体４３および上部電極４２側に広がることはない。つまり、第１の液体Ｌ１については、上面側のＯＴＳ膜１２９との接触角が、親フッ素系溶液膜である下面側のＦＡＳ膜１２８との接触角よりも相対的に大きいため、凸形の界面ＩＦの位置は下部電極４１の開口４１ａの内周縁部（すなわち、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界）で固定される。
【００７７】
一方、図２９（Ｂ）に示すように、界面ＩＦが凹形に変形する際（図５（Ｂ）を併せて参照）には、第２の液体（油系溶液）Ｌ２に対して疎液性であるＦＡＳ膜１２８が界面保持プレート２２の下面側に存在するため、下側に押し込まれる第２の液体Ｌ２は、部電極４１の開口４１ａを超えて下部電極４１の下面側に広がることはない。つまり、第２の液体Ｌ２については、下面側のＦＡＳ膜１２８との接触角が、上面側の親液性のＯＴＳ膜１２９１との接触角よりも相対的に大きいため、凹形の界面ＩＦの位置は、上記凸形の場合と同様に、下部電極４１の開口４１ａの内周縁部で固定される。
【００７８】
このように、可変焦点レンズ１４では、ＦＡＳ膜１２８およびＯＴＳ膜１２９からなる表面特性が互いに異なる２つの表面領域を第１および第２の液室３１，３２を仕切る界面保持プレート２２に形成する構成としたため、２種の液体Ｌ１，Ｌ２の境界を界面保持部（下部電極４１の開口４１ａ）に対して適切に拘束する構成としたため、当該２種の液体Ｌ１，Ｌ２の界面ＩＦの位置を精度良く規定することが可能となる。その結果、焦点距離を変更する際の界面形状を安定させて収差等の発生を抑制することができる。
【００７９】
この場合、下部電極４１の厚さは、1〜2μｍと非常に薄いため、ＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２の下面と、ＯＴＳ膜１２９が形成された界面保持プレート２２の上面は、実質的に隣接して境界を形成している。つまり、下部電極４１の開口４１ａの内周縁部は線としてみなせるため、２種の液体Ｌ１，Ｌ２の界面ＩＦの位置を容易かつ高精度に規定することが可能となる。また、開口４１ａとしては、上述のようにフォトエッチングにより高精度に形成可能であるため、理想的な形状（真円）を実現でき、界面ＩＦの形状を高精度に制御できる。
【００８０】
特に、ＦＡＳ膜１２８は、第１の液体Ｌ１に対して親液性であり且つ第２の液体Ｌ２に対して疎液性であり、ＯＴＳ膜１２９は、第２の液体Ｌ２に対して親液性であり且つ第１の液体Ｌ１に対して疎液性であるため、界面ＩＦが凸形または凹形のいずれに変形した場合でも界面ＩＦの位置を精度良く規定することができる。
【００８１】
以上、第１実施形態においては、圧電アクチュエータの変位によって液体を移動させてメニスカス形状を変化させる構成について説明したが、本発明において直接的に液体を移動させること自体は必須ではない。例えば、圧電アクチュエータをユニモフルあるいはバイモルフ構成とし、２液界面に対してこれをピン止めした界面保持部４１ａを駆動、変位させる構成を採用してもよい。即ち、本発明は、２液界面とこれをピン止めした界面保持部４１ａを光軸方向に相対的に変位可能な構成であれば、広く応用することができる。
【００８２】
＜第２実施形態＞
図３０および図３１は、それぞれ第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図である。両図では、上述の第１実施形態と同様の構成要素について同一の符号が付されている。また、第２実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様とする。
【００８３】
第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４では、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面１４１が、上側（第２の液室側）から下側（第１の液室側）に向けて縮径するテーパ面として形成されている。そして、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界が内周面１４１に形成されている。このような内周面１４１は、例えば、ニッケル電鋳により界面保持プレート２２（少なくとも貫通孔２２ａ周辺）を形成した後、ピコ秒レーザによりテーパ状に加工することにより形成できる。また、このようなＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界の形成は、上述の第１実施形態におけるＦＡＳ膜の除去工程において、内周面１４１の一部をＯ２プラズマ耐性の高いマスク層で覆ってＦＡＳ膜１２８を残存させることにより実現可能である。ここでは、界面保持プレート２２の厚みは300〜400μｍであり、テーパの角度は、光軸方向に対して45°である。
【００８４】
このような可変焦点レンズ１４では、図３０（Ａ）に示すように、第２の液体Ｌ２が下側に押し込まれることにより、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面１４１（ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界）をピン止め部として凹形の界面ＩＦが形成される。そして、更に第２の液体Ｌ２が下側に押し込まれると、図３０（Ｂ）に示すように、界面ＩＦの曲率はより小さくなる。一方、図３１（Ａ）に示すように、第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれることにより、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面１４１をピン止め部として凸形の界面ＩＦが形成される。そして、更に第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれると、図３１（Ｂ）に示すように、界面ＩＦの曲率がより小さくなる。
【００８５】
このように、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界（第１の表面領域と第２の表面領域との境界）をテーパ面上に形成することにより、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面において２種の液体Ｌ１，Ｌ２の界面ＩＦの位置を精度良く設定することができる。なお、テーパ面の形状は上述のものに限らず、内周面１４１が、上側（第２の液室側）から下側（第１の液室）に向けて拡径する構成であってもよい。
【００８６】
＜第３実施形態＞
図３２は、第３実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図である。図３２では、上述の第１および第２実施形態と同様の構成要素について同一の符号が付されている。また、第３実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１または第２実施形態の場合と同様とする。
【００８７】
第３実施形態に係る可変焦点レンズ１４では、下部電極４１の上面側にＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界（第１の表面領域と第２の表面領域との境界）が形成されている。つまり、ＦＡＳ膜１２８は、下部電極４１の下面側のみならず、上面側の一部（開口４１ａの周囲の環状領域）においても形成されている。このようなＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界の形成は、上述の第１実施形態におけるＦＡＳ膜の除去工程において、上面側における開口４１ａの周囲をＯ２プラズマ耐性の高いマスク層で覆ってＦＡＳ膜１２８を残存させ、その後にＯＴＳ膜１２９を形成することにより実現可能である。
【００８８】
このような可変焦点レンズ１４では、図３２（Ａ）に示すように、第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれることにより、下部電極４１の上面側における開口４１ａの周囲（ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界）をピン止め部として凸形の界面ＩＦが形成される。そして、更に第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれると、図３２（Ｂ）に示すように、界面ＩＦの曲率はより小さくなる。このような構成では、界面ＩＦの周縁部の位置は、開口４１ａとは無関係であるため、開口４１ａ（すなわち、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ）の形状や加工精度に拘わらず、界面ＩＦの位置を精度良く規定することができるという利点がある。なお、開口４１ａの中心位置と、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界をなす円との中心は一致させる（同心とする）ことが光路確保（蹴られの防止）の観点で好ましい。
【００８９】
本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。各実施形態では、各構成要素およびその説明に関して方向を示す用語を用いたが、各構成要素の配置は必ずしもそれらの方向に限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本発明に係る可変焦点レンズおよび撮像装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る可変焦点レンズおよびその製造方法ならびに可変焦点レンズを備えた撮像装置は、２種の液体の界面を適切に拘束することにより、当該２種の液体の界面位置を精度良く規定することを可能とし、焦点距離を変更可能な可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 撮像装置
３ カメラ部
１１ イメージセンサ
１４ 可変焦点レンズ
２１ ガラス基板
２２ 界面保持プレート
２２ａ 貫通孔
２８ 光路孔
３１ 第１の液室（下部液室）
３２ 第２の液室（上部液室）
３４ 支持部
３５ 圧電アクチュエータ
４１ 下部電極
４１ａ 開口（界面保持部）
４２ 上部電極
４３ 圧電体
５１ 下部界面形成室
５２ 下部圧力室
５５ 上部界面形成室
５６ 上部圧力室
１０１ 基材
１０２ 第１電極層
１０３ 圧電体層
１０４ 第２電極層
１１２ ニッケル電鋳層
１１９ 熱剥離シート層
１２８ ＦＡＳ膜（親フッ素系溶液膜）
１２９ ＯＴＳ膜（撥フッ素系溶液膜）
１４１ 内周面（テーパ面）
Ｃ 光軸
ＩＦ 界面
Ｌ１ 第１の液体）
Ｌ２ 第２の液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を変更可能な可変焦点レンズおよびその製造方法ならびに可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、媒質（液体等）の界面形状を変化させることにより焦点距離を変更する可変焦点レンズが開発されている。この種の可変焦点レンズでは、界面の曲率を安定的に制御するために、液体−液体境界や液体−気体境界等における境界面の周縁の位置（以下、界面の位置という。）を精度良く固定する必要がある。そこで、例えば、水などの液体が充填される管状収納器の内周面に、互いに隣接する親水性および疎水性の領域をそれぞれ形成し、これらの領域の境界によって液体のメニスカスの位置を拘束することにより、メニスカスが両領域の境界における静的接触角によって部分的に画定される曲率を有するようにした可変焦点レンズが存在する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５２７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の従来技術は、管状収納器の内周面における親水性および疎水性の領域の境界位置を精度良く規定することにより、界面の曲率を安定的に制御することを意図している。しかしながら、特許文献１には管状収納器内に親水性および疎水性の領域を形成する具体的な方法については開示されておらず、実際にそのような領域を高精度に形成することは極めて困難である。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、２種の液体の界面を適切に拘束することにより、当該２種の液体の界面の位置を精度良く規定することを可能とした可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の可変焦点レンズは、互いに屈折率が異なる第１および第２の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズであって、前記第１および第２の液体をそれぞれ収容する第１および第２の液室と、前記第１および第２の液室の間を仕切るように配置され、前記第１および第２の液体を接触させるように前記第１および第２の液室を連通する貫通孔を有する界面保持プレートと、前記第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータとを備え、前記界面保持プレートは、前記貫通孔に前記光を通過させると共に、当該貫通孔内またはその周囲に前記界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から前記第１の液室側には、前記第１の液体に対して親液性であり且つ前記第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、前記界面保持部から前記第２の液室側には、前記第２の液体に対して親液性であり且つ前記第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このように本発明によれば、互いに屈折率が異なる２種の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズにおいて、２種の液体の界面を適切に拘束することにより、当該２種の液体の界面の位置を精度良く規定することが可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４を内蔵した撮像装置１の斜視図
【図２】図１中のカメラ部３の内部構成を示す断面図
【図３】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の分解斜視図
【図４】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の断面図
【図５】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の動作を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）
【図６】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図７】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図８】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図９】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１０】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図１１】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図１２】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１３】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１４】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１５】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１６】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１７】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）平面図および（Ｂ）B−B線断面図）
【図１８】図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２を下面側から視た下面図
【図１９】図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXIX−XIX線断面図
【図２０】図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXX−XX線断面図
【図２１】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２２】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２３】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図（（Ａ）Ｏ２プラズマ照射時および（Ｂ）Ｏ２プラズマ照射後）
【図２４】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２５】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２６】図４の可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図
【図２７】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の配線構造を示す要部平面図
【図２８】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の配線構造を示す要部断面図
【図２９】第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の界面保持プレート２２における界面ＩＦの変形を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）
【図３０】第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図
【図３１】第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図
【図３２】第３実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに屈折率が異なる第１および第２の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズであって、前記第１および第２の液体をそれぞれ収容する第１および第２の液室と、前記第１および第２の液室の間を仕切るように配置され、前記第１および第２の液体を接触させるように前記第１および第２の液室を連通する貫通孔を有する界面保持プレートと、前記第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータとを備え、前記界面保持プレートは、前記貫通孔に前記光を通過させると共に、当該貫通孔内またはその周囲に前記界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から前記第１の液室側には、前記第１の液体に対して親液性であり且つ前記第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、前記界面保持部から前記第２の液室側には、前記第２の液体に対して親液性であり且つ前記第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有する構成とする。
【００１０】
これによると、表面特性が互いに異なる第１および第２の表面領域を、両液室を仕切る界面保持プレートに形成することにより、２種の液体の界面を界面保持部に対して適切に拘束する構成としたため、当該２種の液体の界面の位置を精度良く規定することが可能となる。その結果、焦点距離を変更する際の界面形状を安定させて収差等の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、第２の発明は、前記界面保持部は、前記界面保持プレートにおける前記貫通孔の内周縁部である構成とする。
【００１２】
これによると、界面保持プレートの貫通孔の内周縁部によって２種の液体の界面を拘束する（例えば、界面保持プレートにおける少なくとも貫通孔周辺の厚みを無視できる程度に小さくする）構成により、第１および第２の表面領域の境界（すなわち、２種の液体の界面の位置）を容易かつ高精度に規定することが可能となる。
【００１３】
また、第３の発明は、前記界面保持プレートにおける前記貫通孔は、前記第１の液室から前記第２の液室に向けて縮径または拡径するテーパ面を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界が前記テーパ面に形成された構成とする。
【００１４】
これによると、第１の表面領域と第２の表面領域との境界をテーパ面上に形成することにより、界面保持プレートの貫通孔の内周面において２種の液体の界面の位置を精度良く設定することができる。
【００１５】
また、第４の発明は、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界は、前記界面保持プレートにおける第１または第２の液室の一方側の表面に形成され、前記貫通孔と同心の円形を呈する構成とする。
【００１６】
これによると、界面保持プレートの貫通孔の形状や加工精度に拘わらず、貫通孔の周囲において２種の液体の界面の位置を精度良く規定することができる。
【００１７】
また、第５の発明は、前記アクチュエータは、膜状を呈し、前記界面保持プレートと一体に設けられた構成とする。
【００１８】
これによると、アクチュエータを界面保持プレートと一体に設けた構成により、２種の液体の界面の位置を精度良く規定しつつ、２種の媒質の界面形状（すなわち、焦点距離）を安定的に変化させることが可能となる。
【００１９】
また、第６の発明は、上記第１から第５の発明のいずれかに係る可変焦点レンズを、被写体を撮像するカメラ部に備えた撮像装置である。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４を内蔵した撮像装置１の斜視図であり、図２は、図１中のカメラ部３の内部構成を示す断面図である。
【００２２】
この撮像装置１は、焦点距離を変更しながら被写体（ここでは、略六角錐形の立体物）２を撮像するものである。撮像により取得した複数の画像データは、図示しないＰＣ(Personal Computer)等の画像処理装置によって合成処理することにより、画像領域全体においてピントの合った撮像画像を得ることができる。撮像装置１は、例えば、書画カメラとしての使用に好適である。
【００２３】
図１に示すように、撮像装置１は、被写体２を撮像するカメラ部３と、このカメラ部３を保持するアーム４を有するスタンド部５とを備える。スタンド部５は、ユーザが撮像の操作指示等を行うための複数の操作ボタン６を有している。また、撮像装置１は、図示しない通信制御部および外部インターフェースによって画像処理装置との間で画像データや各種制御信号を送受信可能である。
【００２４】
図２に示すように、カメラ部３の内部には、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やＣＣＤ(Charge Coupled Device Image Sensor)等からなるイメージセンサ１１が設けられている。イメージセンサ１１の下方には、上下の固定焦点レンズ１２，１３と、これら固定焦点レンズ１２，１３の間に配置された可変焦点レンズ１４とからなる光学系１５が設けられている。光学系１５では、光軸Ｃが上下方向に沿って配置されており、被写体２からの光は、固定焦点レンズ１３、可変焦点レンズ１４および固定焦点レンズ１２を順次通過してイメージセンサ１１の受光面に結像される。なお、光学系１５の構成（例えば、固定焦点レンズの形状、数量および配置等）は、ここに示したものに限らず、撮像装置１に必要とされる光学特性に応じて種々の変更が可能である。
【００２５】
図３は、可変焦点レンズ１４の分解斜視図であり、図４は、可変焦点レンズ１４の断面図である。なお、図４では、図示の都合上、必要に応じて各構成要素間の相対的なサイズ（厚み、幅等）を変更しており、各構成要素の実用上のサイズとは必ずしも一致しない（以後の図についても同様。）。
【００２６】
図３に示すように、可変焦点レンズ１４は、光学材料からなるガラス基板２１と、シリコンウエハ上に半導体集積回路作製技術を用いて微細加工を施すことにより形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造体である界面保持プレート２２と、金属製の封止体２３と、平凸レンズからなる封止ガラス２４とが下側から順に積層された構成を有している。界面保持プレート２２および封止体２３は略円板状または円筒状をなし、それぞれの中央部には、被写体からの光が通る光路孔２８を画成する貫通孔２２ａ，２３ａが設けられている。
【００２７】
図４に示すように、可変焦点レンズ１４では、封止体２３の貫通孔２３ａの上側が封止ガラス２４によって閉鎖される一方、貫通孔２３ａの下側（即ち封止体２３の底部）がガラス基板２１によって閉鎖される。なお、封止体２３の貫通孔２３ａの上側部分と封止ガラス２４の底面、ないし封止体２３の底部とガラス基板２１は接着剤で接着されているが、金属製の封止体２３の外周を折り曲げ加工して、封止ガラス２４とガラス基板２１を挟み込んで固定する、いわゆるキャン封止の構成としてもよい。これにより、組み立てられた封止体２３、封止ガラス２４およびガラス基板２１は、内部の密閉空間に液体等の媒質を収容可能な容器を形成する。この密閉空間は、ガラス基板２１の上面に固着された界面保持プレート２２によって仕切られ、ガラス基板２１と界面保持プレート２２との間に下部液室（第１の液室）３１が画成される一方、界面保持プレート２２と封止体２３との間に上部液室（第２の液室）３２が画成される。これら下部液室３１と上部液室３２とは、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａにより連通状態にある。
【００２８】
界面保持プレート２２は、ガラス基板２１の上面に設けられた支持部３４と、この支持部３４に支持された平板状の圧電アクチュエータ３５とを有している。各圧電アクチュエータ３５は、電圧の印加により屈曲振動可能な膜状の圧電素子からなり、ニッケル材料からなる下部電極（第２電極）４１と、白金（Ｐｔ）からなる上部電極（第１電極）４２との間にＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）からなる圧電体４３が挟み込まれた積層構造を有している。下部電極４１は圧電アクチュエータ３５の駆動時に振動板として機能する。
【００２９】
支持部３４は、後述する図９に示すように、下部電極４１の内周側の下面を支持する内壁１１５と、下部電極４１の外周側の下面を支持する外壁１１６とこれら内壁１１５と外壁１１６との間のスペース（後述する下部圧力室５２）を仕切るように周方向に所定の間隔で複数形成された仕切り壁１１７とから構成されている。なお、図９では、平面視において外壁１１６が矩形を呈するように示されているが、実際には、内壁１１５および外壁１１６はともに環状をなす。
【００３０】
また、界面保持プレート２２において、円板状をなす下部電極４１の中央には開口４１ａ（界面保持部）が形成されている。開口４１ａは、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａにおいて最小径部を画成し、これにより、開口４１ａの内周縁部はピン止め部として機能する。つまり、可変焦点レンズ１４では、開口４１ａの内周縁部において、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２との界面ＩＦの面積を最小に留めようとする（すなわち、凸形または凹形に変形可能な界面ＩＦの位置を固定しようとする）ピン止め効果が生じる。
【００３１】
この場合、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ周辺の厚さ（ここでは、下部電極４１における開口４１ａの内周縁部の厚さ）を無視できる程度に小さくする（例えば、1〜2μｍとする）ことにより、開口４１ａの内周縁部の上下幅を実質的に無視する（すなわち、線として見なす）ことが可能となり、ピン止め部の位置を精度良く規定することができると共に、高いピン止め効果が得られる。なお、下部電極４１の厚みが0.5μｍ未満では、ピンホール等の発生の問題が生じる一方、厚みが10μｍ以上となると開口４１ａの内周縁部の厚さを無視できなくなる。
【００３２】
圧電体４３は、下部電極４１上において、周方向に互いに等しい間隔で複数配置されている。また、上部電極４２は、各圧電体４３に対応するように周方向に互いに等しい間隔で複数配置されており、当該上部電極４２と下部電極４１とに挟まれた圧電体４３部分がアクチュエータとして実質的に機能する領域となる。なお、圧電アクチュエータ３５の構成は、周知の圧電素子の構成を適用することにより種々の変更が可能である。
【００３３】
また、可変焦点レンズ１４において、下部液室３１は、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの下側に位置する下部界面形成室５１と、下部電極４１の下側に位置する複数の下部圧力室５２とを有している。ここで、下部電極４１の下側には、貫通孔２２ａ側から半径方向に延びる仕切り壁（図９中の仕切り壁１１７参照）が周方向に所定の間隔で複数設けられており、これにより、ガラス基板２１と界面保持プレート２２との間の下部圧力室５２は複数の圧電体４３に対応する位置にそれぞれ形成される。下部界面形成室５１と複数の下部圧力室５２とは、各下部圧力室５２に対応して設けられた各下部通路５３（図３および図９を併せて参照）を介して連通状態にある。この下部液室３１には、第１の液体Ｌ１が収容される。
【００３４】
また、上部液室３２は、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの上側に位置する上部界面形成室５５と、下部電極４１等の上側に位置する複数の上部圧力室５６とを有している。ここで、封止体２３の内部に形成された環状段部５４には、下部液室３１の仕切り壁１１７と同様に、貫通孔２３ａ側から半径方向に延びる図示しない仕切り壁が周方向に所定の間隔で複数設けられており、これにより、封止体２３と界面保持プレート２２との間の上部圧力室５６は下部圧力室５２に対応する位置にそれぞれ形成される。上部界面形成室５５と複数の上部圧力室５６とは、各上部圧力室５６に対応して設けられた各上部通路５７（図３を併せて参照）を介して連通状態にある。この上部液室３２には、第２の液体Ｌ２が収容される。
【００３５】
なお、下部電極４１の下側に設けられた仕切り壁は後述のようにＮｉで構成され、実質的に圧電アクチュエータ３５を支持して界面保持プレート２２全体の剛性を高めるとともに、ガラス基板２１との接着面積を増大させ、レンズユニット全体としての剛性をも確保するもので、必須の構造物である。一方、封止体２３の内部に形成された環状段部５４に設けられた仕切り壁は、圧電アクチュエータ３５の各圧力室で発生する圧力を効率よく伝達するものであり、個々の圧電アクチュエータ３５を独立して駆動する際の物理的なクロストーク（隣接する圧電体間のクロストーク）を軽減させる。このように上下の仕切り壁では、その機能を異ならせている。
【００３６】
なお、可変焦点レンズ１４の内部に形成される液室３１，３２の構成については、少なくとも第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２の界面を光の屈折面とすることが可能な限りにおいて、ここに示すものに限定されず種々の変更が可能である。
【００３７】
第１の液体Ｌ１は、フッ素系溶液（ここでは、ペルフルオロオクタン，CF3(CF2)6CF3）からなり、第２の液体Ｌ２は、油系溶液（ここでは、ヘキサデカン，CH3(CH2)14CH3）からなる。第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とは、互いに屈折率が異なり、かつ互いに混和しないように各成分が選択される。ここでは、上側に位置する第２の液体Ｌ２の比重は、第１の液体Ｌ１の比重よりも小さくなるように設定されている。書画カメラのように、カメラと被写体の位置関係が実質的に一定の場合は、２つの液体に比重差があっても構わないが、可変焦点レンズ１４の姿勢が大きく変化するアプリケーションにおいては、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２の比重差は極力小さくすべきである。第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とは、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内で互いに接触した状態にあり、下部電極４１の開口４１ａに周縁が固定された界面ＩＦを形成する。つまり、下部液室３１と上部液室３２とは、下部電極４１の開口４１ａに固定される界面ＩＦの位置で仕切られる。
【００３８】
図５は、可変焦点レンズ１４の動作を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）である。図５では、説明の便宜上、図４に示した圧電アクチュエータ３５における各構成要素を省略して示している。
【００３９】
可変焦点レンズ１４において、圧電アクチュエータ３５の下部電極４１および上部電極４２にそれぞれ正および負またはその逆向きの電圧を印加すると、圧電体４３が収縮または伸長し、これにより、図５（Ａ）または図５（Ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ３５は凹状または凸状に変形する。
【００４０】
図５（Ａ）に示すように、圧電アクチュエータ３５が凹状（下方に凸状）に変形すると、この変形した圧電アクチュエータ３５によって下部圧力室５２内の第１の液体Ｌ１が押圧される。これにより、下部液室３１の容積が小さくなって第１の液体Ｌ１の圧力が高まり、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内では、第１の液体Ｌ１を上部液室３２側（上方）に押し込む力が生じる。一方、圧電アクチュエータ３５の変形により、上部圧力室５６の容積は拡大するため、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内では、第２の液体Ｌ２を上部液室３２側に引き込む力が生じる。その結果、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内において（図４に示す界面保持部４１ａに２液の界面ＩＦの周縁がピン止めされた状態で）、第１の液体Ｌ１の一部が上部液室３２に移動して、界面ＩＦを高速で凸形に変形させることができる。
【００４１】
逆に、図５（Ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ３５が凸状に変形すると、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内では、第２の液体Ｌ２を下部液室３１側（下方）に押し込む力が生じる一方、第１の液体Ｌ１を下部液室３１側に引き込む力が生じる。その結果、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ内において、第２の液体Ｌ２の一部が下部液室３１に移動して、界面ＩＦを高速で凹形に変形させることができる。
【００４２】
このように、圧電アクチュエータ３５の下部電極４１および上部電極４２に対して正負が逆転する所定の電圧を印加することにより、上記図５（Ａ），（Ｂ）に示した動作を周期的に行わせることができる。また、上述した圧電アクチュエータ３５の構成はインクジェットプリンタ等で採用されるベンドモードと呼称されものの応用であって、液体を高速に移動させることができる。つまり、撮像装置１では、界面ＩＦを所望の曲率に高速で変化させながら（すなわち、焦点距離を所望の大きさに高速で変化させながら）、この変化と同期して撮像素子を制御して複数画像を連続して撮像することができる。なお、本実施形態では、界面ＩＦを凹形および凸形の双方に変形させる構成としたが、界面ＩＦを凹形または凸形の一方のみに変形させる構成としてもよい。
【００４３】
なお、圧電アクチュエータ３５を駆動するドライバが単一電源型である場合は、例えば振動板兼共通電極としての下部電極３１をＧＮＤ電位とし、上部電極４２を正極或いは負極として駆動してもよい（図４参照）。この場合、電圧印加時の圧電アクチュエータ３５の変位は一方向のみとなるが、メニスカス形状の初期状態が凸又は凹となるように液量を調整すれば、印加する正負電圧の値によって凹凸のいずれにも変位させることができる。この場合、可変焦点レンズ１４が光学パワーを有さない状態（界面がフラットな状態）とする際に圧電アクチュエータ３５を駆動する必要があるが、圧電体には殆ど電流が流れないため、消費電力は極めて小さい。
【００４４】
上記構成の可変焦点レンズ１４では、圧電アクチュエータ３５は、光路孔２８を介して連通する下部液室３１（下部圧力室５２）および上部液室３２（上部圧力室５６）を、光路孔２８とは異なる位置において仕切るように設けられ、第１の液体Ｌ１または第２の液体Ｌ２側に変位可能な構成としている。即ち、圧電アクチュエータ３５は、第１の液体Ｌ１に対して押す（引く）動作をするとき、第２の液体Ｌ２に対しては引く（押す）動作を行う。これにより、可変焦点レンズ１４では、環境温度等の変化により可変焦点レンズ１４の内部圧力が変化した場合でも、圧電アクチュエータ３５の両面（上側および下側）の圧力を常に等しく保持できるため、両面の圧力のバランスが崩れて圧電アクチュエータ３５の動作（振動時の振幅等）に悪影響が及ぶことを防止できる。したがって、可変焦点レンズ１４では、焦点距離制御を安定的に実施することが可能となる。
【００４５】
なお、可変焦点レンズ１４に設けられるアクチュエータは、上記圧電アクチュエータ３５に限らず、第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方の圧力または体積を変動させる（すなわち、第１および第２の液体Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方を押し引きまたは注入・排出等する）ことが可能であればよい。したがって、アクチュエータは必ずしも上述のように界面保持プレートと一体に設ける必要はなく、例えば、下部液室３１または上部液室３２に連通する通路を設け、当該通路内の第１または第２の液体を押圧可能なようにアクチュエータを設ける構成も可能である。
【００４６】
次に、第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の製造工程について説明する。図６から図２６は、それぞれ図４に示した可変焦点レンズ１４の一製造工程を示す模式図である。なお、図３に示したように、可変焦点レンズ１４の各構成要素の外形は平面視において円形となるが、ここでは、簡単のため平面視における各構成要素の外形を正方形とし、これに対応させるように各構成要素の他の部位も図示している。
【００４７】
まず、図６に示すように、シリコンウエハからなる基材１０１上に白金（Ｐｔ）からなる第１電極層１０２（上部電極４２に相当）、ＰＺＴからなる圧電体層１０３（圧電体４３に相当）およびニッケルからなる第２電極層１０４（下部電極４１に相当）を順次積層する。各層１０２〜１０４の厚みは適宜設定可能であるが、好ましくは、第１電極層１０２の厚みは0.1〜1μｍ、圧電体層１０３の厚みは2〜10μｍ、第２電極層１０４の厚みは1〜2μｍの範囲内でそれぞれ設定するとよい。この第２電極１０４に設けられた開口が先に説明した界面保持部４１ａを構成するため、第２電極層１０４の厚みは本発明にとって重要な意味を持つ。
【００４８】
なお、基材１０１にアライメントマークを形成しておくことにより、各層１０２〜１０４について高い位置精度を実現することができる。また、可変焦点レンズにおいて圧電体の変形を必要としない領域には、圧電体層１０３と第２電極層１０４との間に絶縁体層（例えば、感光性ポリイミド層）を形成しておくとよい。これにより、圧電アクチュエータの駆動の信頼性が高まる。
【００４９】
次に、図７（（Ａ）平面図、（Ｂ）B−B線断面図）に示すように、第２電極層１０４上にドライフィルムレジストからなるレジスト層を全面に形成した後、所望のパターンにて露光および現像する。これによって、レジスト層１１１では、後の光路孔およびその周囲の下部圧力室を画成する側壁を形成する部分が除去され、当該除去部分において第２電極層１０４が露出する。
【００５０】
次に、図８に示すように、第２電極層１０４の露出部位をシード層としてニッケル電鋳を実施し、当該露出部位にニッケル電鋳層１１２を形成する。このとき、レジスト層１１１と共にニッケル電鋳層１１２に対して研削加工を行うことにより、ニッケル電鋳層１１２を適切な厚み（例えば、140〜150μｍ）に調整する。なお、下部電極としてニッケル以外の金属材料を用いることもできるが、その場合には、ニッケル電鋳を実施する第２電極層１０４の部位にシード層としてニッケル層を形成しておくとよい。
【００５１】
次に、図９に示すように、全てのレジスト層１１１を剥離・除去する。これにより、４つの下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄの周壁（図４中の支持部３４に相当）が完成する。各下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄの周壁は、後に光路孔２８が形成される中央部を囲むように内側に形成された内壁１１５と、外側に形成された外壁１１６と、これら内壁１１５と外壁１１６との間のスペースを仕切るように周方向に所定の間隔で複数形成された仕切り壁１１７とから構成されている。内壁１１５には、各下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄと中央部（光路孔）とを連通するための下部通路５３が設けられている。なお、上述のように、外壁１１６の形状は円形（円弧状）とすることができる。また、下部圧力室の数（すなわち、仕切り壁１１７の数）は、ここに示したものに限らず適宜変更することができる。
【００５２】
次に、図１０に示すように、図９に示した構造体を上下反転させて、ニッケル電鋳層１１２をガラス基板２１に対して固定する。このとき、ニッケル電鋳層１１２の下端は、熱剥離シート層１１９を介してガラス基板２１に接着される。熱剥離シート層１１９は、ポリエステルフィルム基材の両面にそれぞれ熱剥離粘着材を付着させたものであり、その粘着力は高温環境下において略ゼロとなる。
【００５３】
続いて、図１１に示すように、基材１０１を所定の厚みまで研削し、その後、エッチングガスを用いたドライエッチングを実施して基材１０１を全て除去する。このとき、使用するエッチングガスは、第１電極層１０２がエッチングストッパとなるように選択する。
【００５４】
次に、図１２に示すように、第１電極層１０２上にレジスト層１２１を形成した後、所望の形状にて露光および現像する。このとき、レジスト層１２１は、第１電極層１０２における変位領域（すなわち、圧電アクチュエータの各圧電体が変位する領域に対応する領域）と、後に上部電極を外部と電気的に接続するための電極リード１２３Ａ〜１２３Ｄ（図２７参照）の領域とを覆うようにパターン形成される。また、このとき、圧電体層１０３の下側に形成されたニッケル電鋳層１１２とのアライメントを行うため、図示しないアライメントマークを基準にマスクパターンを形成してレジスト層１２１を露光するとよい。
【００５５】
次に、図１３に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングを実施して第１電極層１０２の露出部位を除去し、その後、レジスト層１２１を剥離・除去する。これにより、第１電極層１０２のパターニングが終了（前述した上部電極４２が完成）する。
【００５６】
次に、図１４に示すように、第１電極層１０２および圧電体層１０３上にレジスト層１２５を形成した後、所望の形状にて露光および現像する。このとき、レジスト層１２５は、圧電体層１０３において後に各圧電体が形成される領域を覆うようにパターン形成される。その後、圧電体層１０３に対してエッチング（例えば、フッ硝酸を用いたウェットエッチング）を行った後、レジスト層１２５を除去する。これにより、図１５に示すように、圧電体層１０３において光路孔を形成する領域（図４中の下部電極４１の開口４１ａよりも若干大きな円形領域）を除去すると共に、下方の下部圧力室５２Ａ〜５２Ｄにそれぞれ対応する後の各圧電体に相当する領域を分離する。
【００５７】
次に、図１６に示すように、第１電極層１０２、圧電体層１０３および第２電極層１０４上にレジスト層１２６を形成した後、所望の形状にて露光および現像する。このとき、レジスト層１２６は、第２電極層１０４における後の下部電極４１の開口４１ａ（図４参照）以外の領域を覆うようにパターン形成される。その後、第２電極層１０４に対してエッチングを行い、下部電極４１の開口４１ａに相当する貫通孔を形成する。以上の工程によって図１７に示すように界面保持プレート２２が完成する。但し、この界面保持プレート２２はガラス基板２１に暫定的に固定されている。
【００５８】
この完成した界面保持プレート２２の詳細な構成を図１８〜図２０に示す。ここで、図１８は、図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２を下面側から視た下面図、図１９は、図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXIX−XIX線断面図、２０は、図１７（Ａ）に示す界面保持プレート２２のXX−XX線断面図をそれぞれ表す。なお、図２０においてＣは、可変焦点レンズとして機能する場合の光軸を示す。
【００５９】
また、図６〜図１６における、第２電極層１０４、第１電極層１０２、圧電体層１０３、ニッケル電鋳層１１２は、図１７以降において、それぞれ下部電極４１、上部電極４２、圧電体４３、支持部３４と示している。
【００６０】
次に、上記のように形成した界面保持プレート２２の表面に特性の異なる２つの領域を形成する。
【００６１】
まず、図２０に示す状態で、ガラス基板２１に固定された界面保持プレート２２を高温環境下におくことにより熱剥離シート層１１９の粘着力を低下させ、図２１に示すように、界面保持プレート２２をガラス基板２１から分離した状態とする。
【００６２】
以降、図４を併用して説明を続ける。この界面保持プレート２２に対し、下部電極４１の下面側（開口４１ａから下部液室３１側）には、第１の液体Ｌ１（フッ素系溶液）に対して親液性の膜（以下、親フッ素系溶液膜という。）を形成する一方、下部電極４１の上面側（開口４１ａから上部液室３２側）には、第１の液体Ｌ１に対して疎液性の膜（以下、撥フッ素系溶液膜という。）を形成する。ここでは、親フッ素系溶液膜として、フルオロアルキルトリクロロシラン（CF3(CF2)5C2H4SiCl3，アヅマックス社製；以下、ＦＡＳという。）を用い、また、撥フッ素系溶液膜として、オクタデシルトリクロロシラン（CH3(CH2)17SiCl3，信越化学社製；以下、ＯＴＳという。）を用いる。ＦＡＳ膜は、第２の液体Ｌ２（油系溶液）に対しては疎液性であり、また、ＯＴＳ膜は、第２の液体Ｌ２に対しては親液性である。
【００６３】
ここで、第１の液体Ｌ１（第２の液体Ｌ２も同様）に対して親液性の膜とは、第１の液体Ｌ１が親液性の膜に接しているときに、例えば、JISR3257の接触角測定法により測定した接触角θ１が10〜40の範囲となる性質を有し、第１の液体Ｌ１に対して疎液性の膜とは、例えば、同じ測定法により測定した接触角θ２が40〜90の範囲となる性質を有する。
【００６４】
ＦＡＳ膜の形成は、まず、CF3(CF2)6CF3（３Ｍ社製）溶媒にＦＡＳを１vol%添加したものを第１のプールに準備し、この第１のプールの溶液中に界面保持プレート２２（図２１参照）を２時間ほど浸漬させる。その後、第１のプールから取り出した界面保持プレート２２を、CF3(CF2)6CF3のみからなる第２のプール中に浸漬し、その状態で界面保持プレート２２を１００回程度揺動させる。これにより、界面保持プレート２２から余分なＦＡＳが除去される。第２のプールから取り出した界面保持プレート２２を水洗することにより、図２２に示すように、全面にＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２が完成する。なお、このＦＡＳ膜１２８の形成工程は、Ｎ２ガスを充填した乾燥雰囲気のグローブボックス内で行われる。
【００６５】
次に、図２３に示すように、界面保持プレート２２について、下部電極４１の上面側のＦＡＳ膜１２８を除去する工程を実施する。なお、図２３中では、図示の便宜上、界面保持プレート２２の左側部分のみを示しているが、右側部分についても同様である。
【００６６】
このＦＡＳ膜の除去工程では、図２３（Ａ）に示すように、全面にＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２の上面側からＯ２プラズマを照射する処理を実施する。このＯ２プラズマ処理では、界面保持プレート２２の表面におけるＦＡＳと酸素原子との反応により、図２３（Ｂ）に示すように、界面保持プレート２２の上面側のＦＡＳ膜１２８が除去される。なお、このＯ２プラズマ処理に際して、ＦＡＳ膜１２８を除去しない領域にＯ２プラズマ耐性の高いマスク層を形成してもよい。
【００６７】
次に、上記ＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２に対してＯＴＳ膜の形成を行う。ＯＴＳ膜の形成は、まず、ｎ−ヘキサデカンとクロロホルムとを４：１の割合で配合した溶液にＯＴＳを１vol%添加したものを第３のプールに準備し、この第３のプールの溶液中に界面保持プレート２２を２時間ほど浸漬させる。その後、第３のプールから取り出した界面保持プレート２２を、ｎ−ヘキサデカンおよびクロロホルムのみ（第３のプールの溶液からＯＴＳを除いたもの）からなる第４のプールに浸漬し、その状態で界面保持プレート２２を１００回程度揺動させる。これにより、界面保持プレート２２から余分なＯＴＳが除去される。第４のプールから取り出した界面保持プレート２２を水洗することにより、全面にＯＴＳ膜が形成された界面保持プレート２２が得られる。更に、この界面保持プレート２２をエタノールで洗浄して、先に形成されたＦＡＳ膜１２８上に積層された不要なＯＴＳ膜を除去する。これにより、図２４に示すように、下部電極４１の下面側（第１の表面領域）にＦＡＳ膜１２８が形成される一方、下部電極４１の上面側（第２の表面領域）にＯＴＳ膜１２９が形成された界面保持プレート２２が完成する。
【００６８】
なお、上記ｎ−ヘキサデカンの代わりに、トルエン、ヘキサン、オクタンまたはデカン等を用いることもできる。
【００６９】
次に、図２５に示すように、上記ＦＡＳ膜１２８およびＯＴＳ膜１２９が形成された界面保持プレート２２を再びガラス基板２１に固定する。ここでは、ニッケル電鋳層１１２の下端である支持部３４は、ガラス基板２１に直接接着される。最終的な接着は封止を目的としており長期にわたる信頼性が要求されるが、ガラス基板２１に直接的に対向する支持部３４に残存するＦＡＳ膜１２８が支障になる場合、上述したＯ２プラズマ処理により当該部分のＦＡＳ膜１２８を除去するのが望ましい。
【００７０】
その後、界面保持プレート２２が固定されたガラス基板２１に対して封止体２３を接着することにより、図４および図２６に示す可変焦点レンズ１４が完成する。このとき、封止体２３の貫通孔２３ａから下部液室３１に対して第１の液体Ｌ１を注入し、続いて上部液室３２に対して第２の液体Ｌ２を注入する。第１の液体Ｌ１の注入量は、メニスカスレベルが下部電極４１の開口４１ａと一致するように設定する。また、液体Ｌ１，Ｌ２を注入した後には、封止体２３の貫通孔２３ａ上部を封止ガラス２４により閉鎖して内部空間を密閉する。
【００７１】
図２７および図２８は、それぞれ第１実施形態に係る可変焦点レンズ１４の配線構造を示す模式的な要部平面図および要部断面図である。
【００７２】
上記製造工程では説明を省略したが、可変焦点レンズ１４では、界面保持プレート２２を形成した後（封止体２３の接着前）に下部電極４１および上部電極４２を外部と電気的に接続するための配線が行われる。図２７に示すように、制御線１３１Ａ，１３１Ｂおよび制御線１３１Ｃ，１３１Ｄは、それぞれＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)１３２上に一纏めにパターン形成され、図示しないＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film)を介して上部電極４２に形成された電極リード１２３Ａ〜１２３Ｄに接続される。また、コモン線１３３は、図示しないＡＣＦを介して下部電極４１の外周部に接続される。なお、コモン線１３３は、制御線１３１Ａ，１３１Ｂと共にＦＰＣ１３２に形成してもよい。
【００７３】
ＦＰＣ１３２（コモン線１３３も同様）は、図２８に示すように、界面保持プレート２２の側面に沿ってガラス基板２１側に導かれ、このガラス基板２１と封止体２３の間を通して外部に引き出される。この場合、ＦＰＣ１３２は多少の厚みを有するため、ガラス基板２１または封止体２３の少なくとも一方にＦＰＣ１３２を外部に導くための切欠き部や貫通孔を設けるとよい。最終的に、ガラス基板２１と封止体２３とはＦＰＣ１３２を引き出した状態で接着され、内部空間は密閉される。
【００７４】
このような構成において、コモン線１３３に図示しない電源のＧＮＤを接続すると共に、制御線１３１Ａ〜１３１Ｄに所定の電位を印加することで、界面保持プレート２２（圧電アクチュエータ３５）を駆動することができる。
【００７５】
図２９は、可変焦点レンズ１４の界面保持プレート２２における界面ＩＦの変形を示す説明図（（Ａ）界面ＩＦが凸形、（Ｂ）界面ＩＦが凹形）である。
【００７６】
図２９（Ａ）に示すように、可変焦点レンズ１４において界面ＩＦが凸形に変形する際（図５（Ａ）を併せて参照）には、撥フッ素系溶液膜であるＯＴＳ膜１２９が界面保持プレート２２の上面側に存在するため、上側に押し込まれる第１の液体Ｌ１（フッ素系溶液）は、下部電極４１の開口４１ａを超えて圧電体４３および上部電極４２側に広がることはない。つまり、第１の液体Ｌ１については、上面側のＯＴＳ膜１２９との接触角が、親フッ素系溶液膜である下面側のＦＡＳ膜１２８との接触角よりも相対的に大きいため、凸形の界面ＩＦの位置は下部電極４１の開口４１ａの内周縁部（すなわち、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界）で固定される。
【００７７】
一方、図２９（Ｂ）に示すように、界面ＩＦが凹形に変形する際（図５（Ｂ）を併せて参照）には、第２の液体（油系溶液）Ｌ２に対して疎液性であるＦＡＳ膜１２８が界面保持プレート２２の下面側に存在するため、下側に押し込まれる第２の液体Ｌ２は、部電極４１の開口４１ａを超えて下部電極４１の下面側に広がることはない。つまり、第２の液体Ｌ２については、下面側のＦＡＳ膜１２８との接触角が、上面側の親液性のＯＴＳ膜１２９１との接触角よりも相対的に大きいため、凹形の界面ＩＦの位置は、上記凸形の場合と同様に、下部電極４１の開口４１ａの内周縁部で固定される。
【００７８】
このように、可変焦点レンズ１４では、ＦＡＳ膜１２８およびＯＴＳ膜１２９からなる表面特性が互いに異なる２つの表面領域を第１および第２の液室３１，３２を仕切る界面保持プレート２２に形成する構成としたため、２種の液体Ｌ１，Ｌ２の境界を界面保持部（下部電極４１の開口４１ａ）に対して適切に拘束する構成としたため、当該２種の液体Ｌ１，Ｌ２の界面ＩＦの位置を精度良く規定することが可能となる。その結果、焦点距離を変更する際の界面形状を安定させて収差等の発生を抑制することができる。
【００７９】
この場合、下部電極４１の厚さは、1〜2μｍと非常に薄いため、ＦＡＳ膜１２８が形成された界面保持プレート２２の下面と、ＯＴＳ膜１２９が形成された界面保持プレート２２の上面は、実質的に隣接して境界を形成している。つまり、下部電極４１の開口４１ａの内周縁部は線としてみなせるため、２種の液体Ｌ１，Ｌ２の界面ＩＦの位置を容易かつ高精度に規定することが可能となる。また、開口４１ａとしては、上述のようにフォトエッチングにより高精度に形成可能であるため、理想的な形状（真円）を実現でき、界面ＩＦの形状を高精度に制御できる。
【００８０】
特に、ＦＡＳ膜１２８は、第１の液体Ｌ１に対して親液性であり且つ第２の液体Ｌ２に対して疎液性であり、ＯＴＳ膜１２９は、第２の液体Ｌ２に対して親液性であり且つ第１の液体Ｌ１に対して疎液性であるため、界面ＩＦが凸形または凹形のいずれに変形した場合でも界面ＩＦの位置を精度良く規定することができる。
【００８１】
以上、第１実施形態においては、圧電アクチュエータの変位によって液体を移動させてメニスカス形状を変化させる構成について説明したが、本発明において直接的に液体を移動させること自体は必須ではない。例えば、圧電アクチュエータをユニモフルあるいはバイモルフ構成とし、２液界面に対してこれをピン止めした界面保持部４１ａを駆動、変位させる構成を採用してもよい。即ち、本発明は、２液界面とこれをピン止めした界面保持部４１ａを光軸方向に相対的に変位可能な構成であれば、広く応用することができる。
【００８２】
＜第２実施形態＞
図３０および図３１は、それぞれ第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図である。両図では、上述の第１実施形態と同様の構成要素について同一の符号が付されている。また、第２実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様とする。
【００８３】
第２実施形態に係る可変焦点レンズ１４では、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面１４１が、上側（第２の液室側）から下側（第１の液室側）に向けて縮径するテーパ面として形成されている。そして、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界が内周面１４１に形成されている。このような内周面１４１は、例えば、ニッケル電鋳により界面保持プレート２２（少なくとも貫通孔２２ａ周辺）を形成した後、ピコ秒レーザによりテーパ状に加工することにより形成できる。また、このようなＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界の形成は、上述の第１実施形態におけるＦＡＳ膜の除去工程において、内周面１４１の一部をＯ２プラズマ耐性の高いマスク層で覆ってＦＡＳ膜１２８を残存させることにより実現可能である。ここでは、界面保持プレート２２の厚みは300〜400μｍであり、テーパの角度は、光軸方向に対して45°である。
【００８４】
このような可変焦点レンズ１４では、図３０（Ａ）に示すように、第２の液体Ｌ２が下側に押し込まれることにより、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面１４１（ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界）をピン止め部として凹形の界面ＩＦが形成される。そして、更に第２の液体Ｌ２が下側に押し込まれると、図３０（Ｂ）に示すように、界面ＩＦの曲率はより小さくなる。一方、図３１（Ａ）に示すように、第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれることにより、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面１４１をピン止め部として凸形の界面ＩＦが形成される。そして、更に第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれると、図３１（Ｂ）に示すように、界面ＩＦの曲率がより小さくなる。
【００８５】
このように、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界（第１の表面領域と第２の表面領域との境界）をテーパ面上に形成することにより、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａの内周面において２種の液体Ｌ１，Ｌ２の界面ＩＦの位置を精度良く設定することができる。なお、テーパ面の形状は上述のものに限らず、内周面１４１が、上側（第２の液室側）から下側（第１の液室）に向けて拡径する構成であってもよい。
【００８６】
＜第３実施形態＞
図３２は、第３実施形態に係る可変焦点レンズ１４の要部を示す説明図である。図３２では、上述の第１および第２実施形態と同様の構成要素について同一の符号が付されている。また、第３実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１または第２実施形態の場合と同様とする。
【００８７】
第３実施形態に係る可変焦点レンズ１４では、下部電極４１の上面側にＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界（第１の表面領域と第２の表面領域との境界）が形成されている。つまり、ＦＡＳ膜１２８は、下部電極４１の下面側のみならず、上面側の一部（開口４１ａの周囲の環状領域）においても形成されている。このようなＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界の形成は、上述の第１実施形態におけるＦＡＳ膜の除去工程において、上面側における開口４１ａの周囲をＯ２プラズマ耐性の高いマスク層で覆ってＦＡＳ膜１２８を残存させ、その後にＯＴＳ膜１２９を形成することにより実現可能である。
【００８８】
このような可変焦点レンズ１４では、図３２（Ａ）に示すように、第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれることにより、下部電極４１の上面側における開口４１ａの周囲（ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界）をピン止め部として凸形の界面ＩＦが形成される。そして、更に第１の液体Ｌ１が上側に押し込まれると、図３２（Ｂ）に示すように、界面ＩＦの曲率はより小さくなる。このような構成では、界面ＩＦの周縁部の位置は、開口４１ａとは無関係であるため、開口４１ａ（すなわち、界面保持プレート２２の貫通孔２２ａ）の形状や加工精度に拘わらず、界面ＩＦの位置を精度良く規定することができるという利点がある。なお、開口４１ａの中心位置と、ＦＡＳ膜１２８とＯＴＳ膜１２９との境界をなす円との中心は一致させる（同心とする）ことが光路確保（蹴られの防止）の観点で好ましい。
【００８９】
本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。各実施形態では、各構成要素およびその説明に関して方向を示す用語を用いたが、各構成要素の配置は必ずしもそれらの方向に限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本発明に係る可変焦点レンズおよび撮像装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る可変焦点レンズおよびその製造方法ならびに可変焦点レンズを備えた撮像装置は、２種の液体の界面を適切に拘束することにより、当該２種の液体の界面位置を精度良く規定することを可能とし、焦点距離を変更可能な可変焦点レンズおよびこれを備えた撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 撮像装置
３ カメラ部
１１ イメージセンサ
１４ 可変焦点レンズ
２１ ガラス基板
２２ 界面保持プレート
２２ａ 貫通孔
２８ 光路孔
３１ 第１の液室（下部液室）
３２ 第２の液室（上部液室）
３４ 支持部
３５ 圧電アクチュエータ
４１ 下部電極
４１ａ 開口（界面保持部）
４２ 上部電極
４３ 圧電体
５１ 下部界面形成室
５２ 下部圧力室
５５ 上部界面形成室
５６ 上部圧力室
１０１ 基材
１０２ 第１電極層
１０３ 圧電体層
１０４ 第２電極層
１１２ ニッケル電鋳層
１１９ 熱剥離シート層
１２８ ＦＡＳ膜（親フッ素系溶液膜）
１２９ ＯＴＳ膜（撥フッ素系溶液膜）
１４１ 内周面（テーパ面）
Ｃ 光軸
ＩＦ 界面
Ｌ１ 第１の液体）
Ｌ２ 第２の液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに屈折率が異なる第１および第２の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズであって、
前記第１および第２の液体をそれぞれ収容する第１および第２の液室と、
前記第１および第２の液室の間を仕切るように配置され、前記第１および第２の液体を接触させるように前記第１および第２の液室を連通する貫通孔を有する界面保持プレートと、
前記第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータとを備え、
前記界面保持プレートは、前記貫通孔に前記光を通過させると共に、当該貫通孔内またはその周囲に前記界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から前記第１の液室側には、前記第１の液体に対して親液性であり且つ前記第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、前記界面保持部から前記第２の液室側には、前記第２の液体に対して親液性であり且つ前記第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有することを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記界面保持部は、前記界面保持プレートにおける前記貫通孔の内周縁部であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記界面保持プレートにおける前記貫通孔は、前記第１の液室から前記第２の液室に向けて縮径または拡径するテーパ面を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界が前記テーパ面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界は、前記界面保持プレートにおける第１または第２の液室の一方側の表面に形成され、前記貫通孔と同心の円形を呈することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記アクチュエータは、膜状を呈し、前記界面保持プレートと一体に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の可変焦点レンズを、被写体を撮像するカメラ部に備えた撮像装置。
【請求項１】
互いに屈折率が異なる第１および第２の液体の界面を光の屈折面とする可変焦点レンズであって、
前記第１および第２の液体をそれぞれ収容する第１および第２の液室と、
前記第１および第２の液室の間を仕切るように配置され、前記第１および第２の液体を接触させるように前記第１および第２の液室を連通する貫通孔を有する界面保持プレートと、
前記第１および第２の液体の少なくとも一方の圧力または体積を変動させるアクチュエータとを備え、
前記界面保持プレートは、前記貫通孔に前記光を通過させると共に、当該貫通孔内またはその周囲に前記界面を保持する界面保持部を有し、当該界面保持部から前記第１の液室側には、前記第１の液体に対して親液性であり且つ前記第２の液体に対して疎液性である第１の表面領域を有する一方、前記界面保持部から前記第２の液室側には、前記第２の液体に対して親液性であり且つ前記第１の液体に対して疎液性である第２の表面領域を有することを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記界面保持部は、前記界面保持プレートにおける前記貫通孔の内周縁部であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記界面保持プレートにおける前記貫通孔は、前記第１の液室から前記第２の液室に向けて縮径または拡径するテーパ面を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界が前記テーパ面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界は、前記界面保持プレートにおける第１または第２の液室の一方側の表面に形成され、前記貫通孔と同心の円形を呈することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記アクチュエータは、膜状を呈し、前記界面保持プレートと一体に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の可変焦点レンズを、被写体を撮像するカメラ部に備えた撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１３−８００４７（Ｐ２０１３−８００４７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９０５７（Ｐ２０１１−２１９０５７）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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