JP2009175536A - 可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可変形状液体レンズに用いられるパリレンは、比較的弾性率が大きく、焦点距離を大きく変化させる場合には、大きな駆動電圧が必要となっている。
【解決手段】基材の開口部でパリレン膜等の透明な封止薄膜と透明な樹脂薄膜とで液体を密封し、開口部またはその外周部で封止薄膜と樹脂薄膜を挟むように形成した電極への駆動電圧の印加により静電気力を発生させて、封止薄膜と樹脂薄膜を変形させて液体を開口の中央部に寄せ集めて、両凸レンズ形状に変形させることで焦点距離を大きく変化させる可変焦点液体レンズである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型の光学機器に用いられる可変焦点レンズとして、液体形状の変化により焦点距離を変化させる可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法に関する。

従来、ガラスにより形成されるレンズは、製造時に定められた固定焦点であり、焦点距離を変えるためには、コンバージョンレンズを組み入れたり、レンズを光軸方向に移動するズーミング動作させたりして、焦点を可変している。

近年、透明な液体を透明部材によりレンズ形状に封止し、液体の界面形状や外形の形状を変化させて焦点距離を変える可変焦点液体レンズが注目を集めている。この可変形状液体レンズは、例えば、屈折率の異なる２種の液体の界面形状を変化させる方式と、透明弾性膜で封止された液体の外形形状を変化させる方式が提案されている。これらのうち、空気層との境界の形状が変化する後者のほうが焦点距離を変化させる範囲を広く取ることができる。

このような弾性膜で液体を封止する方式の可変形状レンズとしては、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。この技術において、レンズは液体で満たされたチャンバで構成され、そのチャンバ内外に液体を出し入れする機構が必要であり、外部には液体を一時収納するスペースを確保する等、複雑な機構が必要となり、小型化には適していない。

これに対して、非特許文献１では、液体上に気相中の堆積によって弾性膜（パリレン）を形成することで、シンプルな構成で微細化が容易な可変形状液体レンズが提案されている。図１０を参照して、この非特許文献１による変形状液体レンズについて説明する。
透明で平坦なガラス基板３１上にＩＴＯ膜よりなる透明電極３２が形成され、その上層にシリコンオイルよりなる略半球形状の液滴（以下、液体と称する）３３が形成される。この液体３３の半球形状は表面張力によって維持されている。さらに、液体３３を含む透明電極３２上にパリレン膜３４が堆積され、液体３３を半球形状で封止する。つまり、液体３３は平凸型のレンズ形状となっている。そのパリレン膜３４の上層に透明性が得られる程度まで薄い金属電極３５が形成されている。

このように形成された可変形状レンズでは、透明電極３２と金属電極３５の間に電圧を印加すると、特に両者の距離が短い液体外周部において、強い静電気力が作用して、パリレン膜３４の外周部がガラス基板３１に引き寄せられる。このとき、シリコンオイルの体積はほとんど変化しないため、液体３３はパリレン膜３４の中心部に寄せ集められ、さらに盛り上がった形状となる。つまり、凸部の曲率半径が小さくなり、可変形状レンズの焦点距離は短くなるように変化する。この技術によれば、液体に気相中で薄膜を堆積して封止し、かつ両面に電極を形成するだけで、可変焦点レンズが形成される。この構成では複雑な駆動機構が不要であるため、小型化に適している。
特開２００２−１３１５１３号公報 Binh-Khiem, Eiji Iwase, Kiyoshi Matsumoto, and Isao Shimoyama, "Electrically drive varifocal micro lens fabricated by depositing parylene directly on liquid", Proc. of MEMS 2007, p305○○○○

前述した非特許文献１による変形状液体レンズに用いられるパリレンは、薄膜材料としては比較的弾性率が大きいため、十分に変形させるには、大きな駆動用電圧が必要となる。従って、駆動電圧の低電圧化を実現するには、パリレンよりも弾性率の低い材料を用いることが効果的である。

しかし、現状において、液体上に低温度で堆積できる薄膜材料は限られており、一般的に知られている弾性率が小さな材料を安易に適用することは困難である。

本発明は、液体上に低温度で堆積できる薄膜材料によって形成され、電圧印加により変形する堆積膜を用いて、低駆動電圧により焦点距離を十分に変化させる構造を有する可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、貫通する開口を有する少なくとも表層の一部が第１の電極となる導電性領域を有する基材と、前記開口の一方を覆い、該開口の周囲で支持された可撓性を有する透明な第１の薄膜と、前記開口上方を含む前記第１の薄膜上に配置される透明な液体と、前記液体の上面を覆い、該液体を前記第１の薄膜とで封止するように堆積形成された可撓性を有する透明な第２の薄膜と、前記第２の薄膜上で、前記開口の外周縁に沿って開口内側に掛かるように形成された第２の電極と、を具備し、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加された電圧により作用する静電気力によって、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜の前記開口の外周縁側から前記液体を狭窄して、前記開口の中央部で厚くなる両凸レンズ形状に変形する可変焦点液体レンズを提供する。

また、本発明の他の観点では、貫通する開口を有する基材と、前記開口の一方を覆い、該開口の周囲で支持された可撓性を有する透明な第１の薄膜と、前記第１の薄膜上で前記開口の外周縁に沿って開口内側に掛かるように形成された第３の電極と、前記第３の電極の外周部分を含む前記第１の薄膜上に配置された透明な液体と、前記液体の上面を覆い、該液体を前記第１の薄膜とで封止するように堆積形成された可撓性を有する透明な第２の薄膜と、前記第２の薄膜上で前記開口の外周縁に沿って開口内側に掛かるように形成された第４の電極と、を具備し、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、前記第３の電極と前記第４の電極の間に印加された電圧により作用する静電気力によって、前記開口上の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜の外周縁側から前記液体を狭窄して、前記開口の中央部で厚くなる両凸レンズ形状となるように変形することを特徴とする可変焦点液体レンズを提供する。

さらに、少なくとも表層の一部が第１の電極となる導電性領域を有し、レンズを形成する領域に開口を有する基材の表面上に可撓性を有する透明な第１の薄膜を形成する製造工程と、前記第１の薄膜上の、少なくとも前記基材の開口領域を含む所定の領域に透明な液体を凸形に滴下する製造工程と、前記液体を封止する第２の薄膜を堆積形成する製造工程と、前記第２の薄膜上の少なくとも前記液滴外周部を含む領域に第２の電極を形成する製造工程と、により形成されることを特徴とする可変焦点液体レンズの製造方法を提供する。

また、基材の表面上に可撓性を有する透明な第１の薄膜を形成した後に、該基材の裏面側から前記第１の薄膜が露出する開口を形成する工程と、前記第1の薄膜の、少なくとも前記開口の近傍領域に第１の電極となる導電性薄膜を形成する工程と、前記第1の薄膜上の、前記基材の開口領域を含む所定の領域に透明な液体を凸形に滴下する工程と、前記液体を封止する第２の薄膜を堆積形成する工程と、前記第２の薄膜上の少なくとも前記液体外周部を含む領域に第２の電極を形成する工程と、により形成されることを特徴とする可変焦点液体レンズの製造方法を提供する。

本発明によれば、液体上に低温度で堆積できる薄膜材料によって形成され、電圧印加により変形する堆積膜と、別の可撓性薄膜とで液体を挟持し、さらに基材上に開口部を設けて、これらの液体を挟持する薄膜への電圧の印加によって、液体を両凸形状に変形可能としたことで、低駆動電圧により焦点距離を十分に変化させる構造を有する可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の可変焦点液体レンズに係る第１の実施形態の構成を示す断面図である。

この可変焦点液体レンズ１は、円形の開口２ａを有する導電体よりなる基材２と、開口２ａを塞ぐように形成される弾性（又は、可撓性）を有する透明な樹脂薄膜３と、開口２ａの外周縁よりも大きい口径を有する撥油性薄膜４と、その口径内に盛り上がるように設けられたシリコンオイルよりなる液滴（以下、液体と称する）５と、液体５の表面を気密に覆うように堆積形成されたパリレン膜６と、パリレン膜６上に開口２ａよりも僅かに小径な開口７ａを有する金属薄膜、例えば金薄膜７により構成される。また、基材２と金薄膜７との間に直流電圧を印加するための駆動電源８が設けられている。

本実施形態における基材２は、通常は金属などの導電性材料を用いる。ただし、基材自体は絶縁性であっても、表面に導電性薄膜を被着するなどした構造で表面の電位を制御できる構成であればそれでも構わない。例えば、基材をシリコン半導体とし、その表面に導電性薄膜を成膜してもよい。樹脂薄膜３は、弾性を有する透明な膜であればよく、例えばシリコーン樹脂を用いる。また、開口２ａの径は、液体５の直径すなわち、レンズの口径を規定する。

パリレン膜６は、既知な製造方法により形成されるものである。まず、大気下（大気圧下）において、パリレン材を例えば、抵抗加熱や電子ビーム加熱等を用いて１７５℃程度に加熱して気化（昇華）させる。さらに、６９０℃程度に加熱することでモノマーに熱分解し、それを雰囲気温度６０℃の成膜室に送り込み、室内に装填された基板上で重合させることで堆積される。このパリレン膜６は、液体５上を含み撥油性薄膜４上に形成される。

このように構成された可変焦点液体レンズ１は、金属膜７と基材２との間に電圧を印加して静電気力を発生させると、パリレン膜６と樹脂薄膜３とが互いに吸引する作用が働き、可変焦点液体レンズの外周縁の間隔が縮まる。一方、液体５はほとんど体積変化しないため、この外周縁の間隔の縮小によってレンズ中央部が両側に凸型に突出するように大きく変形される。つまり、両側に凸型の変形を可能としたことにより、焦点距離を十分に変化させることができる。

次に、図２（ａ）乃至（ｄ）及び図３（ａ）乃至（ｃ）を参照して、本実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、円形の開口２ａを有する基材２の表面上にシリコーン樹脂の透明な樹脂薄膜３を形成する。この形成には各種の方法が考えられるが、例えば基材２を樹脂薄膜３に押し付けて所定の温度で熱融着させる方法等が用いられる。この開口２ａの径が、作成するレンズの、光が透過する口径を規定する。また、開口２ａの形状、即ち、レンズの形状は、円形だけではなく、矩形、多角形、楕円又は三角等の種々の形状であってもよい。これらは、用途によって適宜選択される。尚、本実施形態では、レンズ形状は円形を例として説明している。

次に、図２（ｂ）に示すように、まず樹脂薄膜３の表面における、開口２ａと同心で、より大きい円形部以外の領域に選択的に撥油性薄膜４を形成する。この選択的な形成方法としては各種の方式が考えられるが、例えば基材２の表面全域に撥油性のSAM（self assembly monolayer）を形成した後で、撥油性薄膜を形成しない領域に紫外線を照射してその領域のSAMを除去する方法などが考えられる。本実施形態では、円形の開口２ａの外周縁よりも外側即ち、開口２ａよりも大きい径の開口４ａを有するように撥油性薄膜４が形成されている。この開口４ａから開口２ａまでの樹脂薄膜３が露出する部分は、後述するパリレン膜６により静電気力によって、互いに吸引され、レンズを変形させるための領域５ａとなる。

次に図２（ｃ）に示すように、撥油性薄膜４の開口４ａでシリコーン樹脂３が露出する領域上に、透明な液体例えば、シリコンオイルからなる液体５を凸形状になるように滴下する。 図２（ｄ）に示すように、前述した製造工程により液体５の表面上に堆積されたパリレン膜６を形成する。

さらに、図３（ａ）に示すように、蒸着法やＣＤＶ法を用いて、電極となる金薄膜７を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、レンズとなる領域（開口７ａ）を開口するように金薄膜７をエキシマレーザアブレーションによって選択的に除去する。

本実施形態では、金薄膜７の膜厚は、光が透過する５ｎｍ厚程度としている。従って、金薄膜７は、必要な光量を透過できる膜厚となっているため、必ずしも領域７ａを開口する必要はない。勿論、この電極となる金薄膜は、パリレン膜６の変形による剥離やひび等の不具合が発生しないことも考慮され、膜厚や開口径が決定される。また、光が透過することができる導電材料であれば、金に限定されるものではなく、種々の金属や合金等を用いることができる。

この可変焦点液体レンズ１において、駆動電源８から金薄膜７と基材２の間に電圧が印加されると、これらが対向する領域５ａに互いが引き寄せられる静電気力が作用する。このため、図３（ｃ）に示すように、その領域５ａにおける金属膜７と基材２の間隔が狭まり、パリレン膜６が基材２側に近付くように変形するため、液体５が開口２ａの周囲から中心方向に押し出される。

液体５は非圧縮性で体積変化がないため、この押し出しにより、基材の無い開口２ａの部分に液体５が寄せ集められ、開口２ａの部分で対向するパリレン膜６とシリコーン樹脂膜３が離れるように変形し、互いの中央部分が突出して両凸レンズ形状となり、印加された電圧に応じて焦点距離が変化する。この時、パリレンの割線弾性係数は、２．４ＧＰａから２．８ＧＰａ程度であるのに対して、シリコーン樹脂の割線弾性係数は、６Ｍｐａ程度であるため、弾性率はパリレン膜６よりもシリコーン樹脂膜３の方が小さいので、シリコーン樹脂膜３の方がより大きく凸形に変形する。

従って、この可変焦点液体レンズ１は、基材２側の方がより大きく凸形状に変形することになる。

本実施形態の可変焦点液体レンズ１は、両凸レンズに変形するため、基材に開口２ａを設けずにパリレン膜のみを変形させた平凸レンズとしての構成と比較して、駆動電圧を３０％以上低減できることが見込まれている。尚、駆動電圧の低減は、パリレン膜及びシリコーン樹脂膜の厚さや可変焦点液体レンズのサイズによって異なり、設計時に決定される。

以上説明したように、本実施形態によれば、可変焦点液体レンズ１の一方の面にパリレン膜等の封止膜を形成し、他方の面に透明な樹脂膜を形成し、また、基材のレンズ形成領域に開口部を設けた構成により、液体レンズが、両凸形状の変形が可能となる。

従って、比較的低電圧で小さな静電気力を発生させた場合であっても、全体として、より大きく変形することが可能となり、十分にレンズの焦点距離を変化させることが可能となる。また、封止膜よりも弾性率の小さな樹脂膜を使用すれば、さらに大きな変形が可能となる。従って、小さな駆動電圧で所望の焦点距離の変化を実現することができる。

さらに、本実施形態によれば、金属により形成された基材２は、駆動電圧を印加するために封止膜上に形成された電極の対向電極として機能するため、電極を別途形成する必要はなく、より少ない製造工程で製作することができる。

また本実施形態は、液体５にシリコンオイルを用いているが、各種イオン流体などのように、減圧の気相中でのパリレン膜の成膜工程に対応できる蒸気圧の低い液体であり且つ、加圧による体積の変化が少ない材料であれば、適用することも可能である。

本実施形態では、パリレン膜に対向して配置される樹脂膜としてシリコーン樹脂を用いて説明したが、他にも、エポキシ、ポリウレタン等のパリレンよりも弾性率が低い材料を組み合わせた構成であっても同様の効果が得られる。実際の製造工程を考えると、液体上に形成できる封止膜としての可撓性薄膜の材料は限定される。例えばシリコーン樹脂のような低弾性率の薄膜を液体上に形成することは非常に困難である。従って、本実施形態のように、液体形成に先立って基材の開口部上に形成される樹脂膜に低弾性率の材料を適用することは駆動電圧の低減を図る上で特に好ましい。

本実施形態の可変焦点液体レンズ１は、構造が比較的簡易であるため、その外形はレンズの有効径に対してあまり大きくなることはない。従って、焦点調節機構等を組み込む際に、撮像装置の光学系を別体のアクチュエータによって駆動する方式と比較すると、特に光軸に鉛直な面方向におけるサイズを著しく縮小することができる。この特徴は、内視鏡のように径方向のサイズ縮小が望まれる用途に対して特に好適である。

次に、本発明に係る第２実施形態の可変焦点液体レンズについて説明する。
図４は、第２の実施形態の可変焦点液体レンズの構成を示す断面図である。
この可変焦点液体レンズ１０は、円形の開口１１ａを有する半導体基材１１と、半導体基材１１の表裏面に形成されたシリコン窒化膜１２，１３と、開口１１ａを塞ぐように形成される弾性を有する透明な樹脂薄膜１４と、樹脂薄膜１４上に形成され、開口１１ａと同等以下の径でレンズの口径となる開口１５ａを有する金属薄膜例えばアルミ薄膜１５と、開口１１ａと同等な径の開口を有する撥油性薄膜１６と、その径内に盛り上がるように設けられたシリコンオイルよりなる液体１７と、液体１７の表面を気密に覆うように堆積形成されたパリレン膜１８と、パリレン膜１８上に開口１５ａよりも僅かに小径な開口１９ａを有する接地電位の金属薄膜、例えば金薄膜１９と、により構成される。さらに、金属薄膜１５に電気的に接続するコンタクト電極２１が形成され、このコンタクト電極２１と、金薄膜１９との間に電圧を印加するための駆動電源２２が設けられている。

次に、図５（ａ）乃至（ｄ）及び図６（ａ）乃至（ｃ）及び図７（ａ）乃至（ｄ）を参照して、本実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、シリコン基材１１の表裏面にシリコン窒化膜１２，１３を形成する。この裏面側のシリコン窒化膜１２には、一般的な半導体製造工程に用いられるフォトリソグラフィー技術によって開口１２ａが形成される。次に、スピンコート法を用いてシリコン窒化膜１３上にシリコーン樹脂薄膜１４を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、シリコーン樹脂薄膜１４上に蒸着法又はスパッタ法等を用いて、例えばアルミニウムからなる金属薄膜１５を形成し、レジストマスクを用いたエッチングにより、中心が開口１２ａの中心と重なり、開口１２ａよりも小径でレンズの径を規定する領域の、アルミニウム薄膜を除去することで開口１５ａが形成される。ここで金属薄膜１５は、静電力を発生させるための下部電極として機能する。

次に、図５（ｃ）に示すように、表裏で開口１２ａと一致する開口１６ａ以外の領域に撥油性薄膜１６を形成し、さらに図５（ｄ）に示すように、開口１６ａに透明な液体例えば、シリコンオイルからなる液体１７を凸形状になるように滴下する。 引き続き、図６（ａ）に示すように、前述した第１の実施形態と同様な手法により、液体１７の表面上に堆積されたパリレン膜１８形成する。

さらに、図６（ｂ）に示すように、パリレン膜１８及び撥油性薄膜１６の一部領域を除去し、開口１８ａから下層の金属薄膜１５を露出する。
図６（ｃ）に示すように、基材２の全面上に蒸着やスパッタ法を用いて、電極となる金薄膜１９を形成する。次に、図７（ａ）に示すように、レンズとなる開口１９ａを形成するために金薄膜１９をエキシマレーザアブレーションによって選択的に除去する。また、コンタクト電極２１をアイランド状にするために、電極２１の周囲に輪帯状の開口１９ｂを設けるため、同様にエキシマレーザアブレーションによって金薄膜１９を選択的に除去する。

尚、本実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、金薄膜７の膜厚は、光が透過する５ｎｍ厚程度としている。従って、金薄膜１９は、必要な光量を透過できる膜厚となっているため、必ずしも開口１９ａを開口する必要はない。勿論、この金薄膜１９に限定されるものではなく、必要量の光が透過することができ、パリレン膜１８の変形による剥離やひび等の不具合が発生しない導電材料であれば、金に限定されるものではなく、種々の金属や合金等を用いることができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１２をマスクとして、シリコン窒化膜１３の表面が露出するまでシリコン基材１１を異方性エッチングによって除去し、開口１１ａを形成する。さらに、図７（ｃ）に示すように、開口１１ａ内のシリコン窒化膜１３をエッチングにより除去し、開口１１ａの領域でシリコーン樹脂１４を露出させる。さらに図７（ｄ）に示すように、コンタクト電極２１と、金薄膜１９との間に電圧を印加するための配線と駆動電源２２が設けられている。

次に、図８には、図４に示した断面構造の可変焦点液体レンズ１０を上方から見た外観構成を示し、図９には、複数の可変焦点液体レンズが配列された外観構成を示す図である。
可変焦点液体レンズ１０は、レンズの入光窓となる領域を開口１９ａと、コンタクト電極２１を周囲から電気的に独立させるための開口１９ｂとが設けられている。これらの開口１９ａ，１９ｂの領域は、金薄膜１９が除去されている。また、破線は、シリコーン樹脂１４とパリレン膜１８とに封止されている液体１７の外周縁を示している。尚、コンタクト電極２１の形状は、矩形に限定されるものではなく、円形や楕円等適宜設計に従って形成すればよい。

この可変焦点液体レンズ１において、駆動電源２２から金薄膜１９とコンタクト電極２１との間に電圧が印加されると、液体１７を挟んで対向する金属薄膜１５と金薄膜１９との薄膜間に互いが引き寄せられる静電気力が発生する。この静電気力により、金属薄膜１５と金薄膜１９は離間した状態から近づき、これらの間にある液体１７をレンズの中央側に押し出すように狭窄する。液体１７は非圧縮性で体積変化がないため、この押し出しにより、開口１１ａの金属薄膜１５と金薄膜１９のない部分に液体１７が寄せ集められ、対向するパリレン膜１８とシリコーン樹脂膜１４が離れるように変形し、互いの中央部分が突出して両凸レンズ形状となる。この変形により、図７（ｃ）に示す平凸レンズの形状から図７（ｄ）に示すような、より焦点距離の小さな両凸レンズ形状に変形するため、レンズとしての焦点距離をさらに短くできる。

以上説明したように、第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、共に弾性を有するパリレン膜等の封止膜と樹脂膜とで、レンズとして機能する液体を挟み込むように密閉し、かつ基材のレンズ形成領域に開口部を設けた構造を成している。そのため、液体レンズが、両凸形状の変形が可能となる。このため、比較的小さな電圧で静電気力を発生させた場合であっても、樹脂膜が大きく変形してレンズの焦点距離を所望の値に大きく変化させることができる。また、樹脂膜として、封止膜に比べて弾性率が小さく、封止膜よりも大きく変形する材料を用いれば、さらに小さな駆動電圧で静電気力を発生させた場合にも、大きな変形が可能となる。

本実施形態では、シリコン基板を基材として用いており、半導体製造技術による成膜やエッチングを用いての製作可能であり、加工精度の高さや微小化に好適している。さらに、３００ｍｍウエハ等の大きいサイズのシリコン基板を基材に用いて、一括して多数の可変焦点レンズを形成することができる。

また、本実施形態では、基材として、裏面にシリコン窒化膜を形成したシリコン基板を用いたが、これに限定されるものではなく、絶縁体又は誘電体等を用いたとしても、半導体製造技術を用いて、前述した第１の実施形態と同等な可変焦点液体レンズを形成することができる。例えば、基材には、セラミックス基材やガラス基材等を用いることができる。

図９に示すように、多数の可変焦点液体レンズ１をマトリックスに配置した可変焦点レンズアレイ２３においても、それぞれの可変焦点液体レンズ１を均一な性能で形成することができる。尚、図９には、各可変焦点液体レンズに接続される駆動用の配線は図示が省略されている。

本実施形態は、半導体技術を利用しているため、形成時のマスクの設計を変更するだけでレンズの口径だけでなく、前述したマトリックス配置の他にも、（１）後列の配置が徐々にずれた配置、（２）列毎に互い違いにずれた配置、（３）粗密な配置又は、（４）ある領域には集合して形成し、ある領域には形成されていない等、用途に応じて自由な配置を設計し製造することができる。

以上説明したように、本発明は、封止膜と、透明樹脂薄膜を対向させて液体を密封し、かつレンズ形成領域に開口部を設けた構成であり、両凸形状に変形可能としたことにより、比較的低電圧比較的小さな電圧で静電気力を発生させた場合であっても、樹脂膜側も変形することにより、全体として大きく変形してレンズの焦点距離を所望の値に変化させることができる。

また、樹脂膜として、封止膜に比べて弾性率が小さく、封止膜よりも大きく変形する材料を用いれば、さらに小さな駆動電圧で静電気力を発生させた場合にも、大きな変形が可能となる。例えば、周囲に形成した電極に封止膜であるパリレンを十分に変形させるのに至らない駆動用電圧が印加されたとしても、パリレンよりも弾性率が小さい樹脂（例えばシリコーン樹脂など）が、パリレンによる変形以上に変形した両凸レンズ形状となり、低駆動電圧により焦点距離を十分な変化させる構造を有する可変焦点液体レンズを提供することができる。

図１は、本発明の可変焦点液体レンズに係る第１の実施形態の構成を示す断面図である。 図２（ａ）乃至（ｄ）は、第１の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。 図３（ａ）乃至（ｃ）は、図２（ｄ）に続き、第１の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。 図４は、本発明の可変焦点液体レンズに係る第２の実施形態の構成を示す断面図である。 図５（ａ）乃至（ｄ）は、第２の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。 図６（ａ）乃至（ｃ）は、図５（ｄ）に続き、第２の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。 図７（ａ）乃至（ｄ）は、図６（ｃ）に続き、第２の実施形態における可変焦点液体レンズの製造工程について説明するための図である。 図８は、第２の実施形態における可変焦点液体レンズを上方から見た外観構成を示す図である。 図９は、第２の実施形態における可変焦点液体レンズをマトリックスに配置した可変焦点レンズアレイの外観構成を示す図である。 図１０は、従来の可変焦点液体レンズの構成を示す断面図である。

符号の説明

１…可変焦点液体レンズ、２…基材、２ａ，７ａ…開口、３…樹脂薄膜、４…撥油性薄膜、５…液体、５ａ…開口、６…パリレン膜、７…金薄膜、８…駆動電源。

Claims (6)

1. 貫通する開口を有する少なくとも表層の一部が第１の電極となる導電性領域を有する基材と、
   前記開口の一方を覆い、該開口の周囲で支持された可撓性を有する透明な第１の薄膜と、
   前記開口上方を含む前記第１の薄膜上に配置される透明な液体と、
   前記液体の上面を覆い、該液体を前記第１の薄膜とで封止するように堆積形成された可撓性を有する透明な第２の薄膜と、
   前記第２の薄膜上で前記開口の外周縁に沿って開口内側に掛かるように形成された第２の電極と、を具備し、
   前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加された電圧により作用する静電気力によって、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜の前記開口の外周縁側から前記液体を狭窄して、前記開口の中央部で厚くなる両凸レンズ形状となるように変形することを特徴とする可変焦点液体レンズ。
2. 貫通する開口を有する基材と、
   前記開口の一方を覆い、該開口の周囲で支持された可撓性を有する透明な第１の薄膜と、
   前記第１の薄膜上で前記開口の外周縁に沿って開口内側に掛かるように形成された第１の電極と、
   前記第１の電極の外周部分を含む前記第１の薄膜上に配置された透明な液体と、
   前記液体の上面を覆い、該液体を前記第１の薄膜とで封止するように堆積形成された可撓性を有する透明な第２の薄膜と、
   前記第２の薄膜上で前記開口の外周縁に沿って開口内側に掛かるように形成された第２の電極と、を具備し、
   前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加された電圧により作用する静電気力によって、前記開口上の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜の外周縁側から前記液体を狭窄して、前記開口の中央部で厚くなる両凸レンズ形状となるように変形することを特徴とする可変焦点液体レンズ。
3. 前記可変焦点液体レンズにおいて、
   前記第１の薄膜の弾性率が、前記第２の薄膜の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の可変焦点液体レンズ。
4. 前記基材には、複数の前記可変焦点液体レンズが配列されて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変焦点液体レンズ。
5. 少なくとも表層の一部が第１の電極となる導電性領域を有し、レンズを形成する領域に開口を有する基材の表面上に可撓性を有する透明な第１の薄膜を形成する製造工程と、
   前記第１の薄膜上の、少なくとも前記基材の開口領域を含む所定の領域に透明な液体を凸形に滴下する製造工程と、
   前記液体を封止する第２の薄膜を堆積形成する製造工程と、
   前記第２の薄膜上の少なくとも前記液滴外周部を含む領域に第２の電極を形成する製造工程と、
   により形成されることを特徴とする可変焦点液体レンズの製造方法。
6. 基材の表面上に可撓性を有する透明な第１の薄膜を形成した後に、該基材の裏面側から 前記第１の薄膜が露出する開口を形成する工程と、
   前記第1の薄膜の、少なくとも前記開口の近傍領域に第１の電極となる導電性薄膜を形成する工程と、
   前記第1の薄膜上の、前記基材の開口領域を含む所定の領域に透明な液体を凸形に滴下する工程と、
   前記液体を封止する第２の薄膜を堆積形成する工程と、
   前記第２の薄膜上の少なくとも前記液体外周部を含む領域に第２の電極を形成する工程と、
   により形成されることを特徴とする可変焦点液体レンズの製造方法。

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