WO2008007797A1 - Agencement de lentilles - Google Patents

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WO2008007797A1
WO2008007797A1 PCT/JP2007/064049 JP2007064049W WO2008007797A1 WO 2008007797 A1 WO2008007797 A1 WO 2008007797A1 JP 2007064049 W JP2007064049 W JP 2007064049W WO 2008007797 A1 WO2008007797 A1 WO 2008007797A1
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WO
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lens
liquid
lens array
common substrate
array according
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Application number
PCT/JP2007/064049
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yuichi Takai
Original Assignee
Sony Corporation
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G02B26/005—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Definitions

  • the present invention relates to a lens array using an electrowetting effect (electrocapillarity).
  • the electrowetting effect is a phenomenon in which when a voltage is applied between a conductive liquid and an electrode, the energy of the solid-liquid interface between the electrode surface and the liquid changes and the shape of the liquid surface changes.
  • FIG. 14A and FIG. 14B are principle diagrams for explaining the electrowetting effect.
  • an insulating film 2 is formed on the surface of the electrode 1, and an electrolytic solution droplet 3 is placed on the insulating film 2.
  • the surface of the insulating film 2 has been subjected to water repellent treatment.
  • the interaction energy between the surface of the insulating film 2 and the droplet 3 is low and the contact angle ⁇ 0 is large. Les.
  • the contact angle ⁇ 0 is an angle between the surface of the insulating film 2 and the tangent line of the droplet 3 and depends on properties such as the surface tension of the droplet 3 and the surface energy of the insulating film 2.
  • the surface shape (curvature) of the droplet 3 changes depending on the magnitude of the voltage V applied between the electrode 1 and the droplet 3. Therefore, when the droplet 3 is used as a lens element, an optical element that can electrically control the focal position can be realized.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-356708 proposes a lens array for a strobe device.
  • This is a variable focus lens configured by enclosing insulating liquid droplets and a conductive liquid arranged in an array on a water repellent film on a substrate surface.
  • individual lenses are formed in the shape of the interface between the insulating liquid and the conductive liquid, and each lens shape is electrically controlled using the electrowetting effect to change the focal length. ing.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-252444 discloses a configuration of a display device using an electrowetting effect.
  • cells containing colored droplets are arranged in an array and a desired color image is displayed by selectively driving the cells.
  • the cell may be configured as a lens element such as a variable focus lens that is used only as an image display unit.
  • An example of such a configuration is shown in Fig. 15 ⁇ and Fig. 15 ⁇ .
  • FIG. 15 shows a schematic configuration of a lens array 50 configured by arranging the lens elements in an array
  • FIG. 15 is a plan view of a common substrate 54 constituting the lens array 50
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a lens array 50.
  • the lens array 50 includes a plurality of lens elements 53 that form a lens surface at the interface between the conductive first liquid 51 and the insulating second liquid 52.
  • the first and second liquids 51 and 52 have different refractive indexes and exist without being mixed with each other.
  • Each lens element 53 is two-dimensionally arranged in an airtight liquid chamber formed between a transparent common substrate 54 and a transparent lid 55, and a partition wall is provided between adjacent lens elements 53. It is partitioned through 56.
  • a transparent electrode film 58 is formed on the lower surface of the common substrate 54, and a region where the second liquid 52 is in contact with the upper surface of the common substrate 54 is subjected to water repellent treatment.
  • a transparent electrode film 57 is formed as a counter electrode in a region where the first liquid 51 is in contact with the lower surface of the lid 55.
  • the lens array 50 configured as described above is configured such that the voltage applied between the pair of transparent electrode films 57 and 58 is controlled so that the first and second liquids 51 and 52 of each lens element 53 are connected.
  • the shape of the interface changes. This makes it possible to reversibly change the focal length of the light transmitted through the lens array 50, and it can be suitably used for a variable focus lens for a strobe device of a camera.
  • each lens element 53 is surrounded by the partition wall 56, so that the lens elements 53 constituting the lens array 53 are formed in the manufacturing process of the lens array 50.
  • the first and second liquids 51 and 52 it is necessary to supply the second liquid 52 to each cell one by one. Variations in the amount may cause non-uniformity in the characteristics of the lens element 53.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a lens array that can achieve uniform characteristics of lens elements.
  • the lens array of the present invention includes a first conductive liquid, an insulating second liquid having a refractive index different from that of the first liquid, and first and second liquids.
  • the space is in fluid communication with each other.
  • a plurality of adjacent lens elements are arranged.
  • the lens elements are configured to be in fluid communication with each other, so that variations in the first and second liquid amounts between the lens elements are avoided and the lens characteristics are made uniform.
  • a plurality of lens elements are arranged in a liquid chamber formed between the common substrate and the lid, and the first and second liquids At least one of the plurality of adjacent lens elements communicates with each other.
  • the plurality of lens elements can be divided by a plurality of protrusions erected on the common substrate.
  • the protrusions can be columnar protrusions arranged at the four corner positions of each lens element.
  • the protrusion may be a linear protrusion that is disposed between adjacent lens elements and has a passage that allows liquid communication between the adjacent lens elements.
  • the plurality of lens elements can be partitioned by a non-opening portion of a perforated plate disposed in the liquid chamber.
  • the perforated plate forms a passage allowing liquid communication with at least the common substrate.
  • the shape of the opening of the perforated plate is not limited to, for example, a circular force, and may be an ellipse or a polygon.
  • the plurality of lens elements are in fluid communication with each other, so that the constituent amounts of the first and second liquids between the lens elements vary.
  • the lens characteristics can be made uniform and the lens characteristics can be made uniform.
  • it can be used for structures with minute dimensions that cannot be filled with liquid using syringes or other methods.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a lens array according to a first embodiment of the present invention.
  • a in FIG. 1 is a plan view of a common substrate, and B in FIG. 1 is a main part of the lens array. It is sectional drawing.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the formation interval of protrusions partitioning each lens element in the lens array of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for comparing and explaining the interfacial tension, density difference, and capillary length in water and air and water and oil combinations.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the initial shape of the lens surface due to the difference in the shape of the protrusions that partition each lens element in the lens array of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of a common substrate for explaining the configuration of a lens array according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a lens array according to a third embodiment of the present invention, in which A is a plan view showing the internal structure of the lens array, and B is a cross-sectional view of the main part of the lens array.
  • FIG. 7 is a plan view of a multi-hole plate showing a modification of the configuration of the lens array according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of an essential part of a lens array having a porous plate having the configuration shown in FIG. 7B.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a perforated plate showing another modification of the configuration of the lens array according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a process cross-sectional view of the main part for explaining the lens array manufacturing method of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a modification of the configuration of the lens array according to the third embodiment of the present invention.
  • a in FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part of the lens array, and B in FIG. 11 is FIG. [B] — [B] line direction sectional view in A of FIG.
  • FIG. 12 is a process cross-sectional view of the main part for explaining the method of manufacturing the lens array shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a process cross-sectional view of the main part for explaining the method of manufacturing the lens array shown in FIG.
  • FIG. 14 is a principle diagram for explaining the electrocapillary phenomenon.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a conventional lens array.
  • FIG. 15A is a plan view of a common substrate, and
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of an essential part of the lens array.
  • FIGS. 1A and 1B show schematic configurations of the lens array 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • 1A is a plan view of the common substrate 14 constituting the lens array 10
  • B in FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the lens array 10.
  • the lens array 10 of this embodiment includes a plurality of lens elements 13 that form a lens surface 13A at the interface between the conductive first liquid 11 and the insulating second liquid 12.
  • the lens array 10 is used as an illumination optical system, for example, and is configured as a variable focus lens that arbitrarily changes the focal length of light transmitted through the lens array 10.
  • a transparent liquid having conductivity is used.
  • an electrolytic solution aqueous solution of an electrolyte such as potassium chloride, sodium chloride, or lithium chloride
  • methyl alcohol ethyl Alcohols having a low molecular weight
  • polar polar liquids such as room temperature molten salts (ionic liquids)
  • a transparent liquid having an insulating property is used.
  • nonpolar materials such as hydrocarbon-based materials such as decane, dodecane, hexadecane, and undecane, silicone oil, and fluorine-based materials.
  • An organic solvent can be used.
  • the first and second liquids 11 and 12 are selected from materials having different refractive indexes and capable of existing without being mixed with each other. Specifically, in the present embodiment, an aqueous lithium chloride solution (concentration 3.66 wt%, refractive index 1.34) is used as the first liquid 11, and silicone oil (GE Toshiba Silicone) is used as the second liquid 12. Company TSF437, refractive index 1.49) is used. In addition, the first and second liquids 11 and 12 preferably have the same specific gravity. Further, the first and second liquids 11 and 12 may be colored as necessary.
  • the hermetic liquid chamber formed between the common substrate 14 and the lid 15 is filled with the first and second liquids 11 and 12, and each lens element 13 is two-dimensional. Are arranged.
  • the common substrate 14 can be made of an optically transparent, electrically-insulating plastic material injection-molded body or a machined body.
  • the lid 15 can be made of optically transparent, electrically insulating plastic material, glass material, or the like.
  • the lid 15 is fixed to the upper surface of the side wall 14 a of the common substrate 14 via a sealing member 20.
  • a transparent electrode film 17 connected to the terminal portion 21a is formed on the inner surface side that is the liquid chamber side of the lid 15.
  • a metal, a conductive oxide, a semiconductor material, or the like can be used as the transparent electrode film 17, a metal, a conductive oxide, a semiconductor material, or the like. In addition to transparent electrodes, patterning is performed avoiding light transmission surfaces. By doing so, it is possible to use an optically opaque electrode material.
  • the adjacent lens elements 13 are partitioned by a plurality of protrusions 16 erected on the upper surface of the common substrate 14.
  • the protrusions 16 are formed integrally with the common substrate 14 and have columnar shapes arranged corresponding to the four corner positions of the individual lens elements 13.
  • the protrusion 16 is formed at the same time as injection molding of the common substrate 14, for example. Note that the protrusion 16 may be formed on the formed common substrate 14 by post-processing such as adhesion or press-fitting.
  • a transparent electrode film 18 is formed on the upper surface of the common substrate 14.
  • the transparent electrode film 18 is patterned so as to cover the inner peripheral surface of the side wall 14 a of the common substrate 14 and the outer surface of the protrusion 16. 18 may be formed.
  • the transparent electrode film 18 is connected to the terminal portion 21 b through one side wall portion of the common substrate 14.
  • a metal, a conductive oxide, a semiconductor material, or the like can be used as the transparent electrode film 18, a non-transparent electrode film may be used as long as light transmission is not greatly hindered.
  • an insulating film 19 is formed on the surface of the common substrate 14 so as to cover the transparent electrode film 18.
  • the insulating film 19 may be formed only on the upper surface side of the common substrate 14, for example, the force formed on the entire outer surface of the common substrate 14.
  • the insulating film 19 is not particularly limited as long as it is an electrically insulating material, and a material having a relatively high dielectric constant is preferably selected. In order to obtain a relatively large capacitance, it is preferable that the insulating film 19 is thin, but it is necessary that the insulating film 19 has a film thickness that can ensure the insulation strength.
  • the material having a relatively high dielectric constant include metal oxides such as tantalum oxide and titanium oxide, but the material is not limited to this.
  • the formation method of the insulating film 19 is not particularly limited, and various coating methods such as a plating method, an electrodeposition method, a coating method, and a dip method can be adopted in addition to a vacuum thin film forming method such as a sputtering method, a CVD method, and an evaporation method. is there.
  • the insulating film 19 preferably has water repellency in a region where the second liquid 12 contacts.
  • the method for forming the water-repellent film include a method of forming polyparaxylylene by CVD, a material such as PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), which is a fluorine-based polymer, and the like. And a method of coating the common substrate 14 on the common substrate 14. In addition, it has a laminated structure that combines multiple high-permittivity materials and water-repellent materials.
  • the edge film 19 may be configured.
  • the lens array 10 of the present embodiment includes a plurality of lens elements 13 in which the first liquid 11 is unevenly distributed on the lid 15 side and the second liquid 12 is unevenly distributed on the common substrate 14 side.
  • Each lens element 13 has its arrangement position determined by the inner peripheral portion of the side wall 14 a of the common substrate 14 and the protrusion 16. That is, in the example shown in FIG. 1A, a total of 12 quadrangular shapes of 3 rows and 4 columns between the inner peripheral portion of the side wall 14a and the adjacent protrusions 16 and between the adjacent protrusions 16 are provided.
  • the lens elements 13 are arranged in an array in the plane. Actually, since the protrusions 16 are more erected than in the illustrated example, the number of arrangement of the lens elements 13 is further increased.
  • the lens surface 13A of each lens element 13 has the first liquid 11 in contact with the inner surface of the side wall 14a of the common substrate 14 or the periphery of the protrusion 16 at a predetermined contact angle.
  • a predetermined curved surface shape is formed.
  • the lens surface 13A has a curved surface shape such that a line connecting the inner surface of the side wall 14a and the protrusion 16 and a line connecting the protrusions 16 draws a ridge line, and the center of the rectangular element is curved in a concave shape.
  • the partition formation area between the lens elements can be made much smaller, which can increase the effective area of the lens and improve the transmittance. Can be achieved.
  • each lens element 13 can be controlled by the processing accuracy of the protrusion 16. Therefore, the processing area for obtaining the shape accuracy of the lens element 13 can be reduced as compared with the conventional case, and the manufacturing cost of the lens array 10 can be greatly reduced.
  • the first and second liquids 11 and 12 communicate with each other between the plurality of adjacent lens elements 13, the first liquid 11 and the second liquid The interface with 12 is connected to one. Since the interface energy works to be minimized, the variation of the individual lens elements 13 is made uniform. As a result, variations in the liquid amounts of the first and second liquids 11 and 12 for each lens element 13 can be suppressed. In addition, it is not necessary to adjust the amount of liquid with high accuracy for each element. As described above, the lens characteristics of the lens elements 13 constituting the lens array 10 can be easily and uniformly performed, and the lens array 10 can be easily assembled.
  • the shape, size, and the like of the lens element 13 can be set almost arbitrarily according to the formation interval, the cross-sectional shape, and the like of the protrusions 16.
  • the protrusions 16 are formed at regular intervals in the top, bottom, left, and right directions in FIG. 1, it is possible to form a square-shaped lens element in plan view, and at the same time, configure a lens array having similar lens characteristics. can do .
  • a lens array having different lens characteristics can be configured.
  • the distance between the plurality of adjacent protrusions 16 or the distance between the inner surface of the side wall 14a of the common substrate and the protrusion 16 adjacent thereto is set to a length equal to or shorter than the capillary length.
  • Capillary length is the maximum length that can ignore the influence of gravity on the interfacial tension, and the relationship between the conductive liquid and the insulating liquid is expressed by the following formula (2). Is done.
  • a in Fig. 2 shows the interface shape of the first and second liquids 11 and 12 when the distance between the protrusions 16 is equal to or shorter than the capillary length ( ⁇ - 1 ).
  • the interface between the first and second liquids 1 1 and 12 maintains the curved shape without being affected by gravity, and the interface shape can be controlled by electrocapillarity.
  • the interface between the first and second liquids 11 and 12 is flat in the middle due to the influence of gravity, as shown in Fig. 2B. Therefore, it becomes difficult to change the interface shape using the electrocapillary phenomenon.
  • the distance between the plurality of adjacent protrusions 16 or the distance between the inner surface of the side wall 14a of the common substrate and the protrusion 16 adjacent thereto needs to be set to a length equal to or shorter than the capillary length.
  • the length and diagonal length of one side of the rectangular lens element are set to be equal to or shorter than the capillary length.
  • the capillary length differs depending on the type of two media constituting the interface.
  • Figure 3 shows a comparison of the interfacial tension, density difference, and capillary length when the two media are water and air and water and oil.
  • the capillary length for water and air is 2.7 mm, whereas the capillary length for water and oil is 15.2 mm. Therefore, by reducing the density difference (specific gravity difference) between the first and second liquids 11 and 12 to 0.0129, the distance between the protrusions 16 can be increased to 15.2 mm.
  • the cross-sectional shape of the columnar protrusion 16 is, of course, not limited to this force that is circular in the illustrated example, and may be a high shape such as an ellipsoid, a triangular system, or a quadrangle.
  • the height of the protrusion 16 is not limited to the height of the side wall 14a of the common substrate 14 as shown in FIG. 1B, but may be the same as the height of the side wall 14a. In this case, since the upper end of the protrusion 16 is in contact with the lid 15, even if the area of the lens array 10 is increased, the distance between the substrate 14 and the lid 15 is prevented from being changed by an external force or the like.
  • a gap may be provided between the upper end of the protrusion 16 and the lid 15 depending on the size of the lens array 10 and the usage conditions, or only some of the protrusions 16 are formed at a height that makes contact with the lid 15. You may do it.
  • the side surfaces of the protrusions 16 are not limited to being perpendicular to the substrate 14, but may be tapered or tapered.
  • Figure 4 shows a comparison of the initial shapes of the interfaces of the first and second liquids 11 and 12 due to the difference in protrusion shape.
  • 4A shows an example of a straight cylindrical protrusion
  • B of FIG. 4 shows an example of a tapered protrusion 16A
  • C of FIG. 4 shows an example of a tapered protrusion 16B.
  • the contact angle of the first liquid 11 with respect to the side surface of the protrusion is the same.
  • the curvature of the interface is smaller than that of the straight cylindrical protrusion 16
  • the curvature of the interface is larger than that of the straight cylindrical protrusion 16.
  • FIG. 5A and FIG. 5B show a second embodiment of the present invention.
  • This embodiment is different from the first embodiment described above in that the projections that define the formation ranges of the individual lens elements are formed in a linear shape.
  • portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a in FIG. 5 is a plan view of the common substrate 14 constituting the lens array, in which linear protrusions 26 are arranged in a two-dimensional lattice pattern, and three rows X are arranged between a plurality of adjacent protrusions 26.
  • An example is shown in which a total of 12 square lens element formation regions in four rows are partitioned.
  • the protrusion 26 is formed with a passage 27 for allowing liquid communication between adjacent lens elements. Through The path 27 may be formed by notching a part of the force protrusion 26 formed between the plurality of linearly aligned protrusions 26.
  • FIG. 5B is a plan view of the common substrate 14 constituting the lens array, in which linear protrusions 26 are arranged in a one-dimensional lattice pattern, and one row X is formed between a plurality of adjacent protrusions 26.
  • An example is shown in which the formation area of a total of four cylindrical lenses (or lenticular lenses) in four rows is partitioned. Also in this example, a passage 27 is formed to allow liquid communication between adjacent lens elements.
  • FIG. 6A and 6B show the schematic configuration of the lens array 30 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a plan view showing the internal structure of the lens array 30, and
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the lens array 30.
  • parts corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a plurality of lens elements 13 including the first and second liquids 11 and 12 are disposed in the liquid chamber formed between the common substrate 14 and the lid 15. Are two-dimensionally arranged.
  • the common substrate 14 is formed of a transparent plate material having a flat front surface and back surface, similarly to the lid body 15.
  • a porous plate 31 is disposed between the common substrate 14 and the lid 15, and individual lenses are provided in a plurality of circular openings 32 formed in the surface of the porous plate 31.
  • the element 13 is accommodated, and each lens element 13 is partitioned by the non-opening 33 of the perforated plate 31.
  • a passage 36 that allows liquid communication between the openings 32 is formed.
  • One passage 35 is formed by forming the surface of the perforated plate 31 on the side facing the common substrate 14 in a concave shape, and the other passage 36 is formed by the formation thickness of the sealing member 20 in the liquid chamber configuration. .
  • the perforated plate 31 has a lower surface of the surrounding frame portion 31F joined to the common substrate 14. Further, the upper surface of the frame portion 31F is tightly fixed to the lid body 15 via the sealing member 20.
  • the perforated plate 31 is made of a semiconductor material such as a silicon substrate.
  • the porous plate 31 is made of an insulating substrate such as a metal plate, glass, ceramics, or resin. I do not care. In the case of an insulating resin, an electrode film made of a conductive material is formed.
  • the perforated plate 31 is connected to an external voltage source (not shown) through the terminal portion 21b.
  • the front and back surfaces of the perforated plate 31 and the periphery of the opening 32 are covered with an insulating film 34, and electrical insulation between the conductive first liquid 11 and the perforated plate 31 is achieved.
  • the material of the insulating film 34 is not particularly limited as long as it is water-repellent, transparent, predetermined withstand voltage, uniform film thickness / film quality.
  • the operating voltage of the lens element 13 varies depending on the thickness of the insulating film 34 and the dielectric constant. The operating voltage decreases as the dielectric film 34 becomes thinner and the dielectric constant increases.
  • the insulating film 34 may be formed before the perforated plate 31 and the common substrate 14 are joined, or after the joining.
  • the porous plate 31 and the common substrate 14 are bonded by an anodic bonding method. Can do.
  • a diffusion bonding method, an ultrasonic bonding method, or the like can be employed.
  • a bonding method using an adhesive can also be applied, and any combination of materials of the perforated plate 31 and the common substrate 14 can be used.
  • the first liquid 11 is on the lid 15 side and the second liquid 12 is on the common substrate 14 side, as in the first embodiment.
  • a plurality of unevenly distributed lens elements 13 are provided.
  • Each lens element 13 has its arrangement position determined by the formation position of the opening 32 of the perforated plate 31, and in the example shown in FIG. 6A, a total of nine circular lenses of 3 rows ⁇ 3 columns
  • the elements 13 are arranged in an array in the plane.
  • the number of lens elements 13 arranged is not limited to this, and the number of lens elements 13 arranged can be arbitrarily adjusted according to the number of openings 32 formed.
  • the lens surface 13A of each lens element 13 has a predetermined contact angle between the first liquid 11 and the peripheral edge of the opening 32 of the perforated plate 31.
  • curved surface Form a shape.
  • the lens surface 13A has a curved surface shape in which the central portion of the element is concavely curved.
  • the lens surface 13A of each lens element 13 is arbitrarily changed depending on the magnitude of the voltage applied to the terminal portions 21a and 21b. Specifically, when the applied voltage is increased, the lens array 30 can function as a variable focus lens for light transmitted through the lens array 30.
  • the porous plate 31 is disposed between the common substrate 14 and the lid 15, the plurality of lens elements 13 are partitioned by the non-opening portions 33 of the multi-porous plate 31, and the passage Through 35 and 36, droplet communication between a plurality of adjacent lens elements 13 is achieved.
  • variations in the liquid amounts of the first and second liquids 11 and 12 for each lens element 13 can be suppressed.
  • the lens characteristics of the lens elements 13 constituting the lens array 30 can be easily and uniformly performed, and the lens array 30 can be easily assembled.
  • the thickness of the porous plate 31 constituting the opening 32 is set to a thickness that does not hinder the shape change of the lens surface 13A in the set range of the applied voltage.
  • the shape of the opening 32 is not limited to a circle, but may be another geometric shape such as a polygon such as a quadrangle or an ellipse. Since the effective area of the lens element 13 as a lens can be increased by making the opening 32 circular, it is possible to configure the lens element 13 having excellent optical characteristics. In addition, by making the opening 32 polygonal, it is possible to increase the opening area of the opening 32.
  • the size of the opening 32 is preferably set to a length equal to or shorter than the capillary length.
  • the formation positions of the openings 32 are not limited to the arrangement in the vertical direction and the horizontal direction as shown in FIG. 6A.
  • a dense arrangement structure of the openings 32 may be employed in which the openings 32 in the next row are positioned between the aligned openings 32.
  • the perforated plate 31 is made of an insulating material such as glass, plastic, or ceramic, as shown in FIG.
  • a transparent conductive film such as ITO may be formed in a pattern, and the electrode 37 may be covered with a water-repellent insulating film 34 as shown in FIG.
  • the electrode 37 is routed on the mesh between the openings 32 and is formed on one side of the surface of the common substrate 14 via a connecting portion 37P formed on the outer surface of the frame portion 31F of the porous plate 31. Commonly connected to 21b.
  • each lens element 13 is driven independently by forming the electrodes 37 of each opening 32 independently and individually connecting to the terminal portions 21b provided corresponding to each opening. Is possible.
  • the porous plate 31 and the lid body 15 it is also possible to adopt a configuration in which liquid communication is ensured only by the passage 35 between the perforated plate 31 and the common substrate 14 in close contact with each other.
  • the clearance between the porous plate 31 and the common substrate 14 can be kept constant by arranging the support post 38 between the porous plate 31 and the common substrate 14.
  • the variation in the liquid amount between the lens elements 13 can be prevented.
  • durability against external stress can be improved.
  • the support column 38 is formed between the non-opening 33 of the perforated plate 31 and the common substrate 14.
  • the size, shape and number of struts 38 are not particularly limited.
  • the support column 38 may be formed on the common substrate 14 side or may be formed on the perforated plate 31 side.
  • the support 38 is not limited to being integrally formed with the common substrate 14 or the perforated plate 31, and may be formed of a separate member.
  • B in FIG. 9 is a cross-sectional view of the principal part of a configuration example in which a passage 35 is formed on the lower surface of the perforated plate 31 so that the adjacent openings 32 can communicate with the liquid droplets.
  • the shape, size, number of formation, and formation position of the passage 35 are not particularly limited, but are designed to ensure ease of introduction of the first and second liquids 11 and 12 into the opening 32. It is preferable to do this.
  • FIG. 10 is a fragmentary process cross-sectional view for explaining one method of manufacturing the lens array 30.
  • a silicon substrate is used as the perforated plate 31, and a glass substrate such as Pyrex glass (trade name) is used as the common substrate 14.
  • a resist layer 42 patterned in a predetermined shape is formed on one surface of a silicon substrate 41 constituting the porous plate 31 by using a photolithography technique.
  • a predetermined amount of one surface of the silicon substrate 41 is etched using the resist layer 42 as a mask.
  • a recess 43 having a predetermined depth is formed on one surface of the silicon substrate 41.
  • the recess 43 constitutes a liquid communication passage 35 (B in FIG. 6) formed between the perforated plate 31 and the common substrate 14 in the lens array 30.
  • the resist layer 42 is removed, and as shown in FIG. 10C, a resist layer 44 patterned into a predetermined shape is formed on the other surface of the silicon substrate 41 using a photolithography technique. . Then, as shown in D of FIG. 10, the other surface of the silicon substrate 41 is etched using the resist layer 44 as a mask to form a plurality of openings 32 penetrating the silicon substrate 41. As described above, the porous plate 31 disposed between the common substrate 14 and the lid 15 is manufactured.
  • the resist layer 44 is removed, and as shown in E of FIG. 10, one surface of the porous plate 31 and the upper surface of the common substrate 14 are anodically bonded and integrated. Thereafter, as shown in FIG. 10F, an insulating film 34 is formed on the surfaces of the multi-hole plate 31 and the common substrate 14. As a result, the non-opening 33 of the porous plate 31 is covered with the insulating film 34.
  • a liquid chamber is formed by providing a sealing member 20 on the upper surface of the frame portion of the porous plate 31, and a conductive second electrode is formed in the opening 32 of the porous plate 31.
  • a predetermined amount of the second liquid 12 is injected into each opening 32 using a liquid dropping means such as a syringe or a dispenser nozzle, and then the liquid chamber is filled.
  • a liquid dropping means such as a syringe or a dispenser nozzle
  • a lid 15 is disposed on the sealing member 20 to seal the first and second liquids 11 and 12 in the liquid chamber.
  • a lens array 30 in which a plurality of lens elements 13 made of the first and second liquids 11 and 12 are two-dimensionally arranged is manufactured.
  • the present embodiment since a plurality of adjacent lens elements 13 are in fluid communication with each other, variations in the liquid amount between the lens elements 13 can be suppressed. In addition, element unit Thus, it is possible to eliminate the need to adjust the liquid amount with high accuracy. As described above, the lens characteristics of the lens elements 13 constituting the lens array 30 can be easily and uniformly performed, and the lens array 30 can be easily assembled.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the lens array 30,
  • B in FIG. 11 is a cross-sectional view in the direction [B]-[B] in A of FIG.
  • FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the lens array 30.
  • a lens array 30 shown in FIG. 11 includes a liquid inlet 47A for introducing the first and second liquids 11 and 12 into the liquid chamber at a predetermined position of the frame portion 31F of the perforated plate 31, and a liquid chamber
  • a liquid outlet 47B for discharging the first and second liquids 11 and 12 is formed, and the liquid inlet 47A and the liquid outlet 47B are sealed by seal members 46A and 46B, respectively. It has the structure made.
  • the formation positions of the liquid inlet 47A and the liquid outlet 47B are not particularly limited, but in this example, the liquid inlet 47A and the liquid outlet 47B are formed at symmetrical positions with respect to the center of the porous plate 31, respectively.
  • a support column 38 is provided between the non-opening 33 of the perforated plate 31 and the common substrate 14.
  • the support 38 has a configuration as shown in FIG. 9A, and a detailed description thereof is omitted here.
  • the support column 38 is formed integrally with the perforated plate 31.
  • FIG. 12A a resist layer 62 patterned in a predetermined shape is formed on one surface of a silicon substrate 61 constituting the porous plate 31 by using a photolithography technique. Then, as shown in FIG. 12B, a predetermined amount of one surface of the silicon substrate 61 is etched using the resist layer 62 as a mask. As a result, a recess 63 having a predetermined depth is formed on one surface of the silicon substrate 61, and a support 38, a liquid inlet 47A, and a liquid outlet 47B are formed. The recess 63 constitutes a liquid communication passage formed between the perforated plate 31 and the common substrate 14.
  • the resist layer 62 is removed, and as shown in FIG. 12C, a resist layer 64 patterned into a predetermined shape using a photolithography technique is formed on the other surface of the silicon substrate 61. To do. Then, as shown in FIG. 12D, the other surface of the silicon substrate 61 is etched using the resist layer 64 as a mask to form a plurality of openings 32 penetrating the silicon substrate 61. As described above, the porous plate 31 disposed between the common substrate 14 and the lid 15 is manufactured.
  • the resist layer 64 is removed, and as shown in E of FIG. 12, the one surface of the frame portion of the porous plate 31 and the tip of the support 38 and the upper surface of the common substrate 14 are anodically bonded. And integrate. Thereafter, as shown in F of FIG. 13, an insulating layer 34 is formed on the surface of each of the perforated plate 31 and the common substrate 14. As a result, the non-opening 33 including the support post 38 of the porous plate 31 is covered with the insulating film 34.
  • a liquid chamber is formed by disposing a lid 15 on the upper surface of the frame portion of the perforated plate 31 via a sealing member 20.
  • the first liquid 11 is introduced from the liquid inlet 47A), and a liquid communication passage formed between the perforated plate 31, the common substrate 14, and the lid 15 is formed.
  • the first liquid 11 is filled into the liquid chamber via At this time, the liquid discharge port 47B is kept open, and the remaining air in the liquid chamber and the excess of the first liquid 11 are discharged from the liquid discharge port 47B force.
  • the liquid inlet 47A and the liquid outlet 47B are shown in cross section.
  • the liquid introduction port 47A also introduces the second liquid 12 while the liquid discharge port 47B is opened.
  • the second liquid 12 spreads throughout the liquid chamber through a liquid communication path between the porous plate 31 and the common substrate 14, and is formed at the periphery of the opening 32 of the porous plate 31 by the water-repellent insulating film 34. Spread wet.
  • the first liquid 11 is discharged from the liquid outlet 47B when the second liquid 12 is introduced.
  • the second liquid 12 reaches the liquid outlet 47B, the first liquid 11 is not discharged.
  • the liquid introduction port 47A and the liquid discharge port 47B are sealed with seal members 46A and 46B, respectively.
  • a lens array 30 in which a plurality of lens elements 13 made of the first and second liquids 11 and 12 are two-dimensionally arranged in the liquid chamber can be produced.
  • the plurality of adjacent lens elements 13 are in fluid communication with each other, variations in the liquid amount between the lens elements 13 can be suppressed.
  • the lens characteristics of the lens elements 13 constituting the lens array 30 can be made uniform, and the lens array 30 can be easily assembled.
  • the lens array 30 is produced by sequentially introducing the first and second liquids 11 and 12 from the side of the liquid chamber.
  • the work of adjusting the amount of liquid and individually dropping and injecting it becomes unnecessary, and the assembly work of the lens array 30 can be further facilitated.
  • the introduction pressures of the first and second liquids 11 and 12 can be appropriately adjusted.
  • the liquid chamber at a pressure greater than atmospheric pressure, it is possible to configure a device that is not easily affected by the external environment (eg, depressurization in high mountains, pressurization in water).
  • sealing members 46A and 46B after an elastic body such as a rubber plug is press-fitted into the liquid introduction port 47A and the liquid discharge port 47B, the outside is bonded and cured with an adhesive, or the liquid introduction port 47A, There is a method in which an adhesive is directly injected into the liquid outlet 47B and cured. Further, the sealing members 46A and 46B may be configured by check valves (check valves) that regulate the liquid flow direction.

Description

明 細 書
レンズ了レイ 技術分野
[0001] 本発明は、エレクトロウヱッティング効果（電気毛管現象）を利用したレンズアレイに 関する。
背景技術
[0002] 近年、エレクトロウエツ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。
エレクトロウエツティング効果は、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。
[0003] 図 14の A,図 14の Bは、エレクトロウエツティング効果を説明する原理図である。図 1 4の A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 1 4の A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 Θ 0は大きレ、。ここで、接触角 Θ 0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。
[0004] 一方、図 14の B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、液滴 3側の電解質イオンが絶縁膜 2表面へ集中することによって電荷二重層の帯電量変 化が生じ、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エツティン 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 0 vが変化する。すなわち、 図 14の Bにおいて、接触角 0 Vは、電圧 Vの関数として以下の（1)式で表される。 cos 0v =cos 50+ V2 · ' · (1 )
TLG :電解液の表面張力
e :絶縁膜の膜厚
絶縁膜の比誘電率
ε0 :真空の誘電率
[0005] 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。
[0006] さて、このような光学素子を用レ、た光学装置の開発が進められている。例えば特開 2000— 356708号公報には、ストロボ装置向けのレンズアレイが提案されている。こ れは、基板表面の撥水膜上にアレイ状に配置された絶縁性液体の液滴と導電性液 体を封入して可変焦点レンズを構成したものである。この構成では、絶縁性液体と導 電性液体との間の界面形状で個々のレンズが形成され、エレクトロウエッティング効 果を利用して個々のレンズ形状を電気的に制御し焦点距離を変化させている。
[0007] また、特開 2004— 252444号公報には、エレクトロウエツティング効果を利用した表 示装置の構成が開示されている。この表示装置は、着色液滴を収容したセルをァレ ィ状に配列し、セルを選択的に駆動することで所望のカラー画像を表示する。上記セ ルは、画像の表示部としてだけでなぐ可変焦点レンズ等のレンズ素子として構成す ることも可能である。その構成例を図 15の Α,図 15の Βに示す。図 15は、当該レンズ 素子をアレイ状に配列して構成したレンズアレイ 50の概略構成を示しており、図 15 の Αはレンズアレイ 50を構成する共通基板 54の平面図、図 15の Bはレンズアレイ 50 の要部断面図である。 [0008] このレンズアレイ 50は、導電性の第 1の液体 51と絶縁性の第 2の液体 52との界面 でレンズ面を形成する複数のレンズ素子 53を備えている。第 1,第 2の液体 51, 52 は互いに異なる屈折率を有しており、互いに混和することなく存在している。各レンズ 素子 53は、透明な共通基板 54と透明な蓋体 55との間に形成された密閉性の液室 内に二次元的に配列されており、隣接するレンズ素子 53の間は仕切壁 56を介して 仕切られている。共通基板 54の下面には透明電極膜 58が形成され、共通基板 54 上面の第 2の液体 52が接する領域には撥水処理が施されてレ、る。蓋体 55の下面の 第 1の液体 51が接する領域には対向電極として透明電極膜 57が形成されている。
[0009] 以上のような構成のレンズアレイ 50は、一対の透明電極膜 57， 58間に印加する電 圧を制御することによって、各レンズ素子 53の第 1,第 2の液体 51, 52間の界面形 状が変化する。これにより、レンズアレイ 50を透過する光の焦点距離を可逆的に変化 させることが可能となり、カメラのストロボ装置用の可変焦点レンズに好適に用いること ができる。
[0010] しかしながら、上述した従来のレンズアレイ 50においては、個々のレンズ素子 53の 周囲が仕切壁 56で囲まれてレ、るため、レンズアレイ 50の製造工程において、レンズ 素子 53を構成する第 1,第 2の液体 51, 52のうち、特に第 2の液体 52を個々のセル に一つずつ供給する作業が必要であり、素子数の増大により作業量が増加したり、 セル間で供給量のバラツキが生じてレンズ素子 53の特性の不均一性が発生する場 合がある。
[0011] 本発明は上述の問題に鑑みてなされ、レンズ素子の特性の均一化を図ることがで きるレンズアレイを提供することを課題とする。
発明の開示
[0012] 以上の課題を解決するに当たり、本発明のレンズアレイは、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の液体の界面でレン ズ面を形成する複数のレンズ素子とを備え、印加電圧の出力制御によってレンズ素 子のレンズ面が可逆的に変化するレンズアレイであって、 P粦接する複数のレンズ素子 間が互いに液的に連通していることを特徴とする。
[0013] 本発明では、個々のレンズ素子の周囲を完全に覆う構成に代えて、隣接する複数 のレンズ素子間が互いに液的に連通する構成とすることにより、レンズ素子間におけ る第 1,第 2の液量のバラツキを回避し、レンズ特性の均一化を図るようにしている。
[0014] 具体的に、本発明のレンズアレイにおいては、複数のレンズ素子が、共通基板と蓋 体との間に形成された液室内に配列されており、第 1,第 2の液体のうち少なくとも一 方が、隣接する複数のレンズ素子間において互いに連通している。
[0015] この場合、複数のレンズ素子は、上記共通基板上に立設した複数の突起で区画す ること力 Sできる。上記突起は、個々のレンズ素子の四隅位置に配置された柱状突起と することができる。また、上記突起は、隣接するレンズ素子の間に配置され、当該隣 接するレンズ素子間における液連通を許容する通路が形成された線状突起で構成 することができる。
[0016] 一方、複数のレンズ素子は、液室内に配置した多孔板の非開口部で区画すること ができる。この多孔板は、少なくとも上記共通基板との間に液連通を許容する通路を 形成する。多孔板の開口部の形状は例えば円形とされる力 これに限定されず、楕 円、多角形状などでもよい。
[0017] 以上述べたように、本発明のレンズアレイによれば、複数のレンズ素子間が互いに 液的に連通しているので、レンズ素子間における第 1,第 2の液体の構成量のバラッ キを回避し、レンズ特性の均一化を図ることができる。また、シリンジゃデイスペンサノ ズルなどの方法では液体充填できないような微小な寸法をもつ構造にも対応すること ができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施形態によるレンズアレイの概略構成図であり、図 1 の Aは共通基板の平面図、図 1の Bはレンズアレイの要部断面図である。
[図 2]図 2は、図 1のレンズアレイにおいて各レンズ素子を区画する突起の形成間隔を 説明する断面図である。
[図 3]図 3は、水と空気、水と油の組合せ例における界面張力、密度差、毛管長の大 きさを比較して説明する図である。
[図 4]図 4は、図 1のレンズアレイにおいて各レンズ素子を区画する突起の形状の相 違によるレンズ面の初期形状を説明する断面図である。 [図 5]図 5は、本発明の第 2の実施形態によるレンズアレイの構成を説明する共通基 板の平面図である。
[図 6]図 6は、本発明の第 3の実施形態によるレンズアレイの概略構成図であり、 Aは レンズアレイの内部構造を示す平面図、 Bはレンズアレイの要部断面図である。
[図 7]図 7は、本発明の第 3の実施形態によるレンズアレイの構成の変形例を示す多 孔板の平面図である。
[図 8]図 8は、図 7の Bに示した構成の多孔板を有するレンズアレイの要部断面図であ る。
[図 9]図 9は、本発明の第 3の実施形態によるレンズアレイの構成の他の変形例を示 す多孔板の断面図である。
[図 10]図 10は、本発明の第 3の実施形態のレンズアレイの製造方法を説明する要部 の工程断面図である。
[図 11]図 11は、本発明の第 3の実施形態のレンズアレイの構成の変形例を示す図で あり、図 11の Aはレンズアレイの要部断面図、図 11の Bは図 11の Aにおける [B]— [ B]線方向断面図である。
[図 12]図 12は、図 11に示したレンズアレイの製造方法を説明する要部の工程断面 図である。
[図 13]図 13は、図 11に示したレンズアレイの製造方法を説明する要部の工程断面 図である。
[図 14]図 14は、電気毛管現象を説明する原理図である。
[図 15]図 15は、従来のレンズアレイの概略構成図であり、図 15の Aは共通基板の平 面図、図 15の Bはレンズアレイの要部断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 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。なお、本発明は以 下の各実施形態に限定されることはなぐ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。
[0020] (第 1の実施形態）
図 1の A,図 1の Bは本発明の第 1の実施形態によるレンズアレイ 10の概略構成を 示しており、図 1の Aはレンズアレイ 10を構成する共通基板 14の平面図であり、図 1 の Bはレンズアレイ 10の要部断面図である。本実施形態のレンズアレイ 10は、導電 性の第 1の液体 11と絶縁性の第 2の液体 12との界面でレンズ面 13Aを形成する複 数のレンズ素子 13を備えている。レンズアレイ 10は、例えば照明光学系に用いられ 、当該レンズアレイ 10を透過する光の焦点距離を任意に変化させる可変焦点レンズ として構成されている。
[0021] 第 1の液体 11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）、メチルアルコ ール、エチルアルコール等の分子量の小さなアルコール類、常温溶融塩 (イオン性 液体)などの有極十生液体を用いることができる。
[0022] 第 2の液体 12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、へキサデカンもしくはゥ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。
[0023] 第 1,第 2の液体 11, 12は、互いに異なる屈折率を有するとともに、互いに混和す ることなく存在できる材料が選ばれる。具体的に、本実施形態では、第 1の液体 11と して塩化リチウム水溶液 (濃度 3. 66wt%、屈折率 1. 34)が用いられ、第 2の液体 1 2としてシリコーンオイル（GE東芝シリコーン社製 TSF437、屈折率 1. 49)が用いら れる。また、第 1，第 2の液体 11, 12は互いに同等の比重をもつことが好ましレ、。また 、必要に応じて、第 1,第 2の液体 11， 12は着色されていてもよい。
[0024] 共通基板 14と蓋体 15との間に形成された密閉性の液室内には、第 1,第 2の液体 11, 12によって充填されているとともに、各レンズ素子 13が二次元的に配列されて いる。共通基板 14は、光学的に透明で、電気絶縁性のプラスチック材料の射出成形 体あるいは切削加工体等で構成することができる。蓋体 15は、光学的に透明で、電 気絶縁性のプラスチック材料やガラス材料等で構成することができる。
[0025] 蓋体 15は、共通基板 14の側壁 14aの上面に密封部材 20を介して固定されている 。蓋体 15の液室側となる内面側には、端子部 21aと接続される透明電極膜 17が形 成されている。なお、透明電極膜 17としては、金属、導電性酸化物、半導体材料等 を用レ、ることができる。また、透明電極以外にも、光の透過面を避けてパターニング するようにすれば、光学的に不透明な電極材料を用レ、ることも可能である。
[0026] 隣接するレンズ素子 13の間は、共通基板 14の上面に立設された複数の突起 16で 区画されている。突起 16は、共通基板 14と一体的に形成されており、個々のレンズ 素子 13の四隅位置に対応して配置された柱状を有している。突起 16は、例えば、共 通基板 14の射出成形時に同時に形成される。なお、成形した共通基板 14に対して 接着や圧入などの後加工によって突起 16を形成してもよい。
[0027] ここで、共通基板 14の上面には透明電極膜 18が形成されている。本実施形態に おいては、透明電極膜 18は、共通基板 14の側壁 14aの内周面と突起 16の外表面 を覆うようにパターン形成されている力 共通基板 14の上面全域に透明電極膜 18を 形成してもよい。透明電極膜 18は、共通基板 14の一側壁部を介して端子部 21bに 接続されている。なお、透明電極膜 18としては、金属、導電性酸化物、半導体材料 等を用いることができる。また、電極膜がパターン形成される場合には、光の透過を 大きく妨げない範囲で非透明な電極膜を用いても構わない。
[0028] また、共通基板 14の表面は、透明電極膜 18を被覆するように絶縁膜 19が形成さ れている。本実施形態では、絶縁膜 19は、共通基板 14の外面全域に形成されてい る力 例えば、共通基板 14の上面側にのみ形成するだけでも構わない。
[0029] 絶縁膜 19は、電気絶縁性の物質であれば特に制限されず、好適には、誘電率が 比較的高い物質が選択される。また、比較的大きな静電容量を得るために絶縁膜 19 の膜厚は薄い方が好ましいが、絶縁強度を確保できる膜厚以上であることが必要で ある。誘電率の比較的高い材料としては、例えば、酸化タンタル、酸化チタンなどの 金属酸化物が挙げられるが、勿論これに限定されない。絶縁膜 19の形成方法も特に 制限されず、スパッタ法、 CVD法、蒸着法等の真空薄膜形成方法のほか、めっき法 、電着法、コート法、ディップ法等の各種コーティング方法が採用可能である。
[0030] また、絶縁膜 19は、第 2の液体 12が接触する領域において撥水性を有することが 好ましレ、。撥水膜の形成方法としては、例えばポリパラキシリレンを CVD法で成膜す る方法、フッ素系のポリマーである PVDF (ポリビニリデンフルオライド）、 PTFE (ポリ テトラフルォロエチレン)などの材料を共通基板 14上にコーティングする方法などが 挙げられる。また、高誘電率材料と撥水性材料とを複数組み合わせた積層構造で絶 縁膜 19を構成してもよい。
[0031] 本実施形態のレンズアレイ 10は、第 1の液体 11が蓋体 15側に、第 2の液体 12が共 通基板 14側にそれぞれ偏在した複数のレンズ素子 13を備えている。各レンズ素子 1 3は、共通基板 14の側壁 14a内周部及び突起 16によって、それぞれの配列位置が 決定される。即ち、図 1の Aに示した例では、側壁 14aの内周部とこれに隣接する突 起 16の間、及び隣接する複数の突起 16間において、 3行 4列の合計 12個の四角形 状のレンズ素子 13が面内にアレイ状に配列される。なお、実際は、突起 16は図示の 例より更に多く立設されるため、レンズ素子 13の配列数は更に多くなる。
[0032] 図 1の Bに示す状態において、各レンズ素子 13のレンズ面 13Aは、第 1の液体 11 が共通基板 14の側壁 14a内面又は突起 16の周囲に対して所定の接触角で接する ことで所定の曲面形状を形成している。レンズ面 13Aは側壁 14a内面と突起 16の間 、及び突起 16間をつなぐ線が稜線を描くような曲面形状を有し、四角形状の素子中 央部が凹状に湾曲している。
[0033] この状態で、端子部 21a, 21b間に電圧を印加すると、エレクトロウエツティング効果
(電気毛管現象）によって、第 1の液体 11が側壁 14a内周及び突起 16の周囲に濡れ 広がる。これにより、側壁 14a内周及び突起 16の周囲に対する第 1の液体 11の接触 角が変化し、レンズ面 13Aの形状変化を引き起こす。レンズ面 13Aの形状変化は可 逆的である。従って、端子部 21a, 21bに印加する電圧の大きさにより、各レンズ素子 13のレンズ面 13Aが任意に変化する。具体的に、印加電圧を大きくするとレンズ面 1 3Aの曲率半径が大きくなり、その結果、焦点距離も大きくなる。これにより、レンズァ レイ 10を透過する光について当該レンズアレイ 10を可変焦点レンズとして機能させ ることがでさる。
[0034] そこで、本実施形態によれば、隣接する複数のレンズ素子 13間において第 1,第 2 の液体 11， 12が柱状の突起 16間を介して互いに連通しているので、従来のように各 レンズ素子の周囲を仕切壁で囲む構成に比べて、レンズ素子間の仕切形成領域を はるかに少なくすることができ、これによりレンズの有効面積を大きくすることができる とともに、透過率の向上を図ることができる。
[0035] また、各レンズ素子 13の形状精度を突起 16の加工精度で制御することができるよう になるため、レンズ素子 13の形状精度を出すための加工領域を従来よりも少なくでき 、レンズアレイ 10の作製コストの大幅な低減を図ることができる。
[0036] 更に、本実施形態によれば、隣接する複数のレンズ素子 13間において第 1,第 2の 液体 11, 12が互いに連通する構成であるので、第 1の液体 11と第 2の液体 12との間 の界面はひとつにつながっている。そして、この界面エネルギーは最小になるように 働くので、個々のレンズ素子 13のバラツキは均一化される。これにより、レンズ素子 1 3ごとの第 1,第 2の液体 11， 12の液量のバラツキを抑えることができる。また、素子 単位で液量を高精度に調整する必要がなくなる。以上により、レンズアレイ 10を構成 する各レンズ素子 13のレンズ特性を容易かつ均一に行うことができるとともに、レンズ アレイ 10の組立ても容易となる。
[0037] 更に、液室内の気泡の発生が抑えられ、気泡が発生したとしても液室内の液体が 素子間で連通しているため外部へ抜き易くなる。また、液室内に混入した異物も排出 し易くなるという効果も有する。
[0038] ここで、レンズ素子 13の形状、大きさ等は、突起 16の形成間隔、断面形状等に応 じてほぼ任意に設定することができる。例えば、突起 16を図 1において上下左右方 向いずれも等間隔で形成することにより、平面視正方形状のレンズ素子を構成するこ とができると同時に、同様なレンズ特性を備えたレンズアレイを構成することができる 。逆に、突起 16の形成間隔を領域毎に異ならせることで、異なるレンズ特性を有する レンズアレイを構成することができる。
[0039] また、隣接する複数の突起 16間の距離あるいは共通基板の側壁 14a内面とこれに 隣接する突起 16間の距離は、毛管長以下の長さに設定される。毛管長とは、界面張 力に対して重力の影響を無視できる最大の長さをレ、レ、、導電性液体と絶縁性液体と の関係にぉレ、ては下記（2)式で表される。
[数 2] " )
r：導電性液体と絶縁性液体の界面張力 P：導電性液体と絶縁性液体の比重差
g:重力加速度
[0040] 図 2の Aは、突起 16間の距離が毛管長（κ—1)以下のときの第 1，第 2の液体 11, 12 の界面形状を示している。突起 16間の距離が毛管長以下のとき、第 1,第 2の液体 1 1, 12の界面は重力の影響を受けずに曲面形状を維持し、電気毛管現象による界面 形状の制御が可能となる。これに対して、突起 16間の距離が毛管長より長くなると、 図 2の Bに示すように、重力による影響を受けて第 1，第 2の液体 11, 12の界面は中 央部において平坦となり、電気毛管現象を利用した界面形状の変化が困難になる。 従って、隣接する複数の突起 16間の距離あるいは共通基板の側壁 14a内面とこれ に隣接する突起 16間の距離は、毛管長以下の長さに設定される必要がある。換言 すると、四角形状のレンズ素子の一辺の長さ及び対角線長が毛管長以下に設定さ れることになる。
[0041] 毛管長は、界面を構成する 2つの媒体の種類によって異なる。図 3は、 2媒体が水と 空気、水と油の場合のそれぞれの界面張力、密度差、毛管長を比較して示している 。水と空気の場合の毛管長は 2. 7mmであるのに対して、水と油の場合の毛管長は 1 5. 2mmである。従って、上述の第 1,第 2の液体 11, 12の密度差 (比重差)を 0. 01 29まで小さくすることで、 15. 2mmまで突起 16の間隔を広げられることになる。 [0042] 柱状の突起 16の断面形状は図示の例では円形とされる力 勿論これに限られず、 楕円体、三角系や四角形等の高く形状であってもよい。また、突起 16の高さは、図 1 の Bに示したように共通基板 14の側壁 14aの高さよりも低くする場合に限らず、側壁 1 4aの高さと一致させてもよレ、。この場合、突起 16の上端が蓋体 15に接するため、レ ンズアレイ 10の面積を大きくしても外力等によって基板 14と蓋体 15との間隔が変化 することが防止される。従って、レンズアレイ 10の大きさや使用条件によって、突起 1 6の上端と蓋体 15との間に隙間を設けてもよいし、突起 16の幾つかだけを蓋体 15と 接する高さに形成するようにしてもよい。
[0043] 更に、突起 16の側面は基板 14に対して垂直である場合に限らず、先細り形状ある いは先太り形状としてもよレ、。図 4は突起形状の相違による第 1,第 2の液体 11, 12 の界面の初期形状を比較して示す。図 4の Aは直筒形状の突起 16の例を示し、図 4 の Bは先細り形状の突起 16Aの例を示し、図 4の Cは先太り形状の突起 16Bの例を 示している。
[0044] 突起側面に対する第 1の液体 11の接触角は同一である力 突起側面の形成角度 によって 2液体の界面形状が大きく変化する様子がわかる。先細り形状の突起 16A の場合は直筒形状の突起 16と比較して界面の曲率が小さくなり、先太り形状の突起 16Bの場合は直筒形状の突起 16と比較して界面の曲率が大きくなる。突起形状を 最適化することにより、レンズアレイの可変焦点範囲を任意に調整することが可能とな る。
[0045] (第 2の実施形態）
図 5の A,図 5の Bは本発明の第 2の実施形態を示している。本実施形態では、個 々のレンズ素子の形成範囲を区画する突起が線状に形成されている点で、上述の 第 1の実施形態と異なっている。なお、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。
[0046] 図 5の Aは、レンズアレイを構成する共通基板 14の平面図であり、線状の突起 26を 2次元の格子状に配列して、隣接する複数の突起 26間において 3行 X 4列の合計 1 2個の四角形状のレンズ素子形成領域を区画した例を示している。突起 26には、隣 接するレンズ素子間における液連通を許容するための通路 27が形成されている。通 路 27は、直線的に並ぶ複数の突起 26間に形成されている力 突起 26の一部を切り 欠いて形成してもよい。
[0047] 図 5の Bは、レンズアレイを構成する共通基板 14の平面図であり、線状の突起 26を 1次元の格子状に配列して、隣接する複数の突起 26間において 1行 X 4列の合計 4 本のシリンドリカルレンズ（あるいはレンチキュラーレンズ）の形成領域を区画した例を 示している。この例においても、隣接するレンズ素子間における液連通を許容するた めの通路 27が形成されてレ、る。
[0048] これらの例においても、上述の実施形態と同様に、レンズの有効面積の増大と透過 率の向上を図れるようになる。また、素子間における液量のバラツキを抑制してレンズ 特性の均一化を図れるようになる。
[0049] (第 3の実施形態）
図 6の A,図 6の Bは本発明の第 3の実施形態によるレンズアレイ 30の概略構成を 示しており、図 6の Aはレンズアレイ 30の内部構造を示す平面図、図 6の Bはレンズァ レイ 30の要部断面図である。なお、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。
[0050] 上述の第 1の実施形態と同様に、共通基板 14と蓋体 15との間に形成された液室内 には、第 1,第 2の液体 11， 12からなる複数のレンズ素子 13が二次元的に配列され ている。なお、本実施形態において、共通基板 14は、蓋体 15と同様に、その表面及 び裏面が平坦な透明な板材で構成されてレ、る。
[0051] 本実施形態では、共通基板 14と蓋体 15との間に多孔板 31を配置し、この多孔板 3 1の面内に形成された複数の円形の開口部 32内に個々のレンズ素子 13を収容し、 多孔板 31の非開口部 33によって各々のレンズ素子 13を区画するようにしている。多 孔板 31と共通基板 14との間には、隣接する開口部 32間の液連通を許容する通路 3 5が形成されており、多孔板 31と蓋体 15との間には、隣接する開口部 32間の液連通 を許容する通路 36が形成されている。一方の通路 35は、多孔板 31の共通基板 14と 対向する側の面を凹状に形成することで形成され、他方の通路 36は、液室構成時に おける密封部材 20の形成厚で形成される。
[0052] 多孔板 31は、その周囲の枠部 31Fの下面が共通基板 14上に接合されているととも に、この枠部 31Fの上面が密封部材 20を介して蓋体 15に密着固定されている。本 実施形態において、多孔板 31は、シリコン基板等の半導体材料で構成されているが 、これ以外にも、金属板や、ガラス、セラミックス、樹脂等の絶縁性基板で構成されて レ、ても構わない。絶縁性樹脂の場合は、導電性材料による電極膜を形成する。多孔 板 31は端子部 21bを介して外部の電圧源（図示略）に接続されている。多孔板 31の 表裏面および開口部 32の周縁は、絶縁膜 34で被覆されており、導電性の第 1の液 体 11と当該多孔板 31との間の電気的絶縁が図られてレ、る。
[0053] 絶縁膜 34は、撥水性、透明性、所定の絶縁耐圧、均一な膜厚 ·膜質であれば、特 に材料は限られない。レンズ素子 13の動作電圧は、絶縁膜 34の厚さと誘電率によつ て変化する。絶縁膜 34の膜厚が薄ぐ誘電率が高くなるほど動作電圧は低くなる。絶 縁膜 34の形成は、多孔板 31と共通基板 14の接合前に行ってもよいし、接合後に行 つてもよい。
[0054] 多孔板 31と共通基板 14との間の接合は、多孔板 31及び共通基板 14の材質等に よって各種接合法を採用することができる。例えば、上述のように多孔板 31がシリコ ン基板で構成され、共通基板 14がガラス材料で構成される場合には、多孔板 31と共 通基板 14との間は陽極接合法により接合することができる。また、多孔板 31及び共 通基板 14がともに合成樹脂で構成される場合には、拡散接合法や超音波接合法等 が採用可能である。更に、接着剤を用レ、た接合法も適用可能であり、多孔板 31及び 共通基板 14の材質の組合せを問わず使用することができる。
[0055] 上述した構成の本実施形態のレンズアレイ 30においては、第 1の実施形態と同様 に、第 1の液体 11が蓋体 15側に、第 2の液体 12が共通基板 14側にそれぞれ偏在し た複数のレンズ素子 13を備えている。各レンズ素子 13は、多孔板 31の開口部 32の 形成位置によってそれぞれの配列位置が決定され、図 6の Aに示した例においては 、 3行 X 3列の合計 9個の円形状のレンズ素子 13が面内にアレイ状に配列される。な お、レンズ素子 13の配列数はこれに限定されず、開口部 32の形成数に合わせてレ ンズ素子 13の配列数を任意に調整することができる。
[0056] 図 6の Bに示す状態において、各レンズ素子 13のレンズ面 13Aは、第 1の液体 11 が多孔板 31の開口部 32の周縁に対して所定の接触角で接することで所定の曲面 形状を形成している。レンズ面 13Aは、素子中央部が凹状に湾曲した曲面形状を有 している。
[0057] この状態で、端子部 21a, 21b間に電圧を印加すると、エレクトロウエツティング効果
(電気毛管現象）によって、第 1の液体 11が開口部 32の周縁部に濡れ広がる。これ により、開口部 32の周縁部に対する第 1の液体 11の接触角が変化し、レンズ面 13A の形状変化を引き起こす。レンズ面 13Aの形状変化は可逆的である。従って、端子 部 21a, 21bに印加する電圧の大きさにより、各レンズ素子 13のレンズ面 13Aが任意 に変化する。具体的に、印加電圧を大きくするとレンズアレイ 30を透過する光につい て当該レンズアレイ 30を可変焦点レンズとして機能させることができる。
[0058] 本実施形態によれば、共通基板 14と蓋体 15との間に多孔板 31を配置し、当該多 孔板 31の非開口部 33で複数のレンズ素子 13を区画するとともに、通路 35， 36を介 して、隣接する複数のレンズ素子 13間の液滴な連通を図るようにしている。これによ り、レンズ素子 13ごとの第 1，第 2の液体 11, 12の液量のバラツキを抑えることができ る。また、素子単位で液量を高精度に調整する必要がなくなる。以上により、レンズァ レイ 30を構成する各レンズ素子 13のレンズ特性を容易かつ均一に行うことができると ともに、レンズアレイ 30の組立ても容易となる。
[0059] 本実施形態において、開口部 32を構成する多孔板 31の厚さは、印加電圧の設定 範囲においてレンズ面 13Aの形状変化を妨げない程度の厚さとされる。また、開口 部 32の形状は円形に限らず、四角形等の多角形、楕円形などの他の幾何学的形状 でも構わない。なお、開口部 32を円形とすることで、レンズ素子 13のレンズとしての 有効面積を大きくすることができるので、光学特性に優れたレンズ素子 13を構成する こと力;できる。また、開口部 32を多角形状とすることにより、開口部 32の開口面積を 大きくすること力 Sできる。開口部 32の大きさは、第 1の実施形態において説明したよう に、毛管長以下の長さに設定されることが好ましい。
[0060] また、開口部 32の形成位置は、図 6の Aに示したように縦方向および横方向に整 列配置させる場合に限らず、例えば図 7の Aに示すように、行方向に整列する開口部 32の間に次の行の開口部 32がそれぞれ位置するような開口部 32の稠密配置構造 を採用してもよい。 [0061] —方、多孔板 31をガラスやプラスチック、セラミック等の絶縁性材料で構成する場 合には、図 7の Bに示すように、各々の開口部 32の周縁部に、電極 37として ITO等 の透明導電膜をパターン形成し、図 8に示すように電極 37を撥水性の絶縁膜 34で 被覆すればよい。電極 37は、各開口部 32間で網目上に引き回され、多孔板 31の枠 部 31Fの外面に形成した連絡部 37Pを介して、共通基板 14の表面の一側部に形成 した端子部 21bに共通に接続される。なお、各開口部 32の電極 37を各々独立して 形成し、各開口部に対応して設けた端子部 21bに個別に接続することで、個々のレ ンズ素子 13を独立して駆動させることが可能となる。
[0062] また、多孔板 31が共通基板 14及び蓋体 15に対し、それぞれ液連通用の通路 35 及び通路 36を介して対向する構成に代えて、例えば、多孔板 31と蓋体 15との間を 密着させ、多孔板 31と共通基板 14との間の通路 35のみで液連通を確保する構成を 採用しても構わない。
[0063] 更に、図 9の Aに示すように、多孔板 31と共通基板 14との間に支柱 38を配置する ことで、多孔板 31と共通基板 14との間のクリアランスを一定に保持でき、レンズ素子 13間の液量のバラツキを防止できる。また、外部ストレスに対する耐久性の向上を図 ることが可能となる。ここで、支柱 38は、多孔板 31の非開口部 33と共通基板 14との 間に形成される。支柱 38の大きさ、形状、形成数は特に制限されなレ、。支柱 38は、 共通基板 14側に形成してもよいし、多孔板 31側に形成してもよい。支柱 38は、共通 基板 14または多孔板 31と一体形成する場合に限らず、別部材で構成されていても 構わない。
[0064] —方、図 9の Bは、多孔板 31の下面に通路 35を形成して隣接する開口部 32間を 液滴に連通可能とした構成例を要部断面図である。通路 35の形状、大きさ、形成数 、形成位置は特に制限されなレ、が、開口部 32内への第 1，第 2の液体 11, 12の導入 のし易さを確保できる程度に設計するのが好ましい。
[0065] 続いて、本実施形態のレンズアレイ 30の製造方法について説明する。
[0066] 図 10は、レンズアレイ 30の一製造方法を説明するための要部工程断面図である。
図示の例では、多孔板 31としてシリコン基板を用レ、、共通基板 14としてパイレックス ガラス（商品名）等のガラス基板を用レ、た例を示してレ、る。 [0067] まず、図 10の Aに示すように、多孔板 31を構成するシリコン基板 41の一方の面に、 フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターニングされたレジスト層 42を形成す る。そして、図 10の Bに示すように、レジスト層 42をマスクとしてシリコン基板 41の一 方の面を所定量エッチングする。これにより、シリコン基板 41の一方の面に所定深さ の凹部 43が形成される。この凹部 43は、レンズアレイ 30において、多孔板 31と共通 基板 14との間に形成される液連通用の通路 35 (図 6の B)を構成する。
[0068] 次に、レジスト層 42を除去し、図 10の Cに示すように、シリコン基板 41の他方の面 に、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターニングされたレジスト層 44を形 成する。そして、図 10の Dに示すように、レジスト層 44をマスクとしてシリコン基板 41 の他方の面をエッチングし、シリコン基板 41を貫通する複数の開口部 32を形成する 。以上のようにして、共通基板 14と蓋体 15との間に配置される多孔板 31が作製され る。
[0069] 続いて、レジスト層 44を除去し、図 10の Eに示すように、多孔板 31の一方の面と共 通基板 14の上面とを陽極接合して一体化する。その後、図 10の Fに示すように、多 孔板 31及び共通基板 14の各々の表面に絶縁膜 34を形成する。これにより、多孔板 31の非開口部 33が絶縁膜 34で被覆される。
[0070] 次に、図 10の Gに示すように、多孔板 31の枠部上面に密封部材 20を設けることで 液室を形成するとともに、多孔板 31の開口部 32内に導電性の第 1の液体 11と絶縁 性の第 2の液体 12を充填する。第 1,第 2の液体 11, 12の充填方法としては、シリン ジあるいはデイスペンザノズル等の液滴下手段を用いて各開口部 32に所定量の第 2 の液体 12を注入した後、液室を第 1の液体 11で充填する方法のほか、最初に第 1の 液体 11で液室を充填した後、各開口部 32に個々に第 2の液体 12を所定量注入す る方法がある。
[0071] 最後に、図 10の Hに示すように、密封部材 20の上に蓋体 15を配置し、液室内の第 1,第 2の液体 11, 12を封止する。これにより、第 1，第 2の液体 11, 12からなるレン ズ素子 13が複数二次元的に配列されたレンズアレイ 30が作製される。
[0072] 本実施形態によれば、隣接する複数のレンズ素子 13間が液的に連通された構成 であるので、レンズ素子 13間の液量のバラツキを抑えることができる。また、素子単位 で液量を高精度に調整する必要をなくすことができる。以上により、レンズアレイ 30を 構成する各レンズ素子 13のレンズ特性を容易かつ均一に行うことができるとともに、 レンズアレイ 30の組立ても容易となる。
[0073] 次に、図 11〜図 13を参照して、レンズアレイ 30の他の製造方法を説明する。ここで 、図 11の Aは、レンズアレイ 30の構成を示す要部断面図、図 11の Bは図 11の Aにお ける [B]— [B]線方向断面図、図 12及び図 13はレンズアレイ 30の製造方法を説明 する工程断面図である。
[0074] 図 11に示すレンズアレイ 30は、多孔板 31の枠部 31Fの所定位置に、液室内へ第 1,第 2の液体 11， 12を導入するための液導入口 47Aと、液室内力 第 1,第 2の液 体 11, 12を排出するための液排出口 47Bがそれぞれ形成されているとともに、これ ら液導入口 47A及び液排出口 47Bがシール部材 46A, 46Bによってそれぞれ封止 された構成を有してレ、る。液導入口 47A及び液排出口 47Bの形成位置は特に限定 されないが、本例では、多孔板 31の中心に関して対称な位置にそれぞれ形成されて いる。
[0075] また、図 11に示すレンズアレイ 30は、多孔板 31の非開口部 33と共通基板 14との 間に支柱 38が設けられている。支柱 38は図 9の Aに示したような構成を有しており、 ここではその詳しい説明は省略する。なお、本例において支柱 38は、多孔板 31と一 体形成されている。
[0076] 上述した構成のレンズアレイ 30の製造方法にっレ、て図 12及び図 13を参照して説 明する。まず、図 12の Aに示すように、多孔板 31を構成するシリコン基板 61の一方 の面に、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターユングされたレジスト層 62 を形成する。そして、図 12の Bに示すように、レジスト層 62をマスクとしてシリコン基板 61の一方の面を所定量エッチングする。これにより、シリコン基板 61の一方の面に所 定深さの凹部 63が形成されるとともに、支柱 38、液導入口 47A及び液排出口 47B が形成される。なお、凹部 63は、多孔板 31と共通基板 14との間に形成される液連通 用の通路を構成する。
[0077] 次に、レジスト層 62を除去し、図 12の Cに示すように、シリコン基板 61の他方の面 に、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターニングされたレジスト層 64を形 成する。そして、図 12の Dに示すように、レジスト層 64をマスクとしてシリコン基板 61 の他方の面をエッチングし、シリコン基板 61を貫通する複数の開口部 32を形成する 。以上のようにして、共通基板 14と蓋体 15との間に配置される多孔板 31が作製され る。
[0078] 続いて、レジスト層 64を除去し、図 12の Eに示すように、多孔板 31の枠部の上記一 方の面及び支柱 38の先端と共通基板 14の上面とを陽極接合して一体化する。その 後、図 13の Fに示すように、多孔板 31及び共通基板 14の各々の表面に絶縁 H莫 34を 形成する。これにより、多孔板 31の支柱 38を含む非開口部 33が絶縁膜 34で被覆さ れる。
[0079] 次に、図 13の Gに示すように、多孔板 31の枠部上面に密封部材 20を介して蓋体 1 5を配置することで液室を形成する。次に、図 13の Hに示すように、液導入口 47A ) ら第 1の液体 11を導入し、多孔板 31と共通基板 14および蓋体 15との間に形成され た液連通用の通路を介して液室内に第 1の液体 11を充填する。このとき、液排出口 4 7Bは開放しておき、液室内の残留空気と第 1の液体 11の余剰分を当該液排出口 47 B力ら排出する。なお、図 13の H以降においては、液導入口 47A及び液排出口 47B を断面で示す。
[0080] 次に、図 13の Iに示すように、液排出口 47Bを開放した状態のまま、液導入口 47A 力も第 2の液体 12を導入する。第 2の液体 12は、多孔板 31と共通基板 14との間の 液連通用の通路を介して液室の全域に行き渡り、.撥水性の絶縁膜 34によって多孔 板 31の開口部 32周縁に濡れ広がる。第 2の液体 12の導入当初、液排出口 47Bから 第 1の液体 11が排出される力 第 2の液体 12が液排出口 47Bに達すると、第 1の液 体 11は排出されなくなる。最後に、図 13の Jに示すように、液導入口 47Aと液排出口 47Bをシール部材 46A， 46Bを用いてそれぞれ封止する。
[0081] なお、第 2の液体 12の濡れ広がり速度が遅い場合には、液排出口 47Bに到達後も 第 2の液体 12の導入作業を続行し、液室内における第 2の液体 12の液量を増やし て、第 1の液体 11と第 2の液体 12の界面の上昇を促すようにする。
[0082] 以上のようにして、液室内に第 1、第 2の液体 11, 12からなるレンズ素子 13が複数 二次元的に配列されたレンズアレイ 30を作製することができる。本実施形態によれば 、隣接する複数のレンズ素子 13間が液的に連通された構成であるので、レンズ素子 13間の液量のバラツキを抑えることができる。また、素子単位で液量を高精度に調整 する必要をなくすことができる。以上により、レンズアレイ 30を構成する各レンズ素子 13のレンズ特性を均一化することができるとともに、レンズアレイ 30の組立ても容易と なる。
[0083] 本実施形態によれば、液室の側方から第 1，第 2の液体 11， 12を順に導入すること でレンズアレイ 30を作製するようにしているので、第 2の液体 12を液量調整して個々 に滴下注入する作業が不要となり、レンズアレイ 30の組立て作業を更に容易に行うこ と力できる。更に、シリンジゃデイスペンサノズル等を用いる方法では液体充填できな レ、ような微小なレンズ径 (例えば数 μ m〜数十 m)をもつ構造にも容易に対応する ことができるようになる。
[0084] また、本実施形態によれば、第 1 ,第 2の液体 11, 12の導入圧を適宜調整すること が可能である。例えば、液室内を大気圧よりも大きな圧力状態に保つことで、外部環 境 (例えば高山での減圧、水中での加圧）などの影響を受けにくいデバイスを構成す ることができる。
[0085] また、シール部材 46A, 46Bとしては、ゴム栓のような弾性体を液導入口 47A,液 排出口 47Bに圧入した後、接着剤で外側を接着硬化させたり、液導入口 47A,液排 出口 47Bに直接接着剤を注入して硬化させたりする方法がある。また、シール部材 4 6A, 46Bを、液流れ方向を規制したチェック弁（逆止弁）で構成するようにしてもよい

Claims

請求の範囲
[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の液体の界面でレンズ面を形成する複数のレンズ素子とを備え、 印加電圧の出力制御によって前記レンズ素子のレンズ面が可逆的に変化するレン ズアレイであって、
隣接する複数の前記レンズ素子間が互いに液的に連通している
ことを特徴とするレンズアレイ。
[2] 前記複数のレンズ素子は、共通基板と、前記共通基板に対向する蓋体との間に形 成された液室内に二次元的に配列されており、
前記第 1,第 2の液体のうち少なくとも一方が、隣接する複数の前記レンズ素子間に ぉレ、て互いに連通してレ、る
ことを特徴とする請求項 1に記載のレンズアレイ。
[3] 前記複数のレンズ素子は、前記共通基板上に立設された複数の突起で区画され ている
ことを特徴とする請求項 1に記載のレンズアレイ。
[4] 前記突起は、個々のレンズ素子の四隅位置に配置された柱状突起である
ことを特徴とする請求項 3に記載のレンズアレイ。
[5] 前記突起は、隣接する前記レンズ素子の間に配置され、当該隣接するレンズ素子 間において液連通を許容する通路が形成された線状突起である
ことを特徴とする請求項 3に記載のレンズアレイ。
[6] 隣接する前記複数の突起間の距離が、毛管長以下の長さに設定されている
ことを特徴とする請求項 3に記載のレンズアレイ。
[7] 前記突起の表面は、透明電極膜で被覆されているとともに、前記透明電極膜の表 面は撥水膜で被覆されてレ、る
ことを特徴とする請求項 3に記載のレンズアレイ。
[8] 前記液室内には、少なくとも前記共通基板との間に液連通を許容する通路を形成 する多孔板が配置されており、 前記複数のレンズ素子は、前記多孔板の非開口部で区画されている
ことを特徴とする請求項 2に記載のレンズアレイ。
[9] 前記多孔板の開口部は、円形である
ことを特徴とする請求項 8に記載のレンズアレイ。
[10] 前記多孔板の少なくとも開口部周縁は導電体で形成されているとともに、前記開口 部周縁は撥水膜で被覆されてレ、る
ことを特徴とする請求項 8に記載のレンズアレイ。
[11] 前記共通基板と前記蓋体との間には、前記液室の外部から内部へ前記第 1,第 2 の液体を導入する液導入口と、前記液室の内部から外部へ前記第 1,第 2の液体を 排出する液排出口が設けられている
ことを特徴とする請求項 2に記載のレンズアレイ。
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