光学元件及光学元件的制作方法与流程

本发明涉及光学元件及光学元件的制作方法。

背景技术：

先前，熟知有藉由使用可在电压的施加下进行变形的高分子材料，从而使透镜沿光轴方向移动的焦点调节机构(例如，参照专利文献1)、透镜驱动机构(例如，参照专利文献2)等。高分子材料应用于对透镜进行保持的透镜架，利用电压的施加所引起的高分子材料的伸缩，可使透镜的位置沿光轴进行移动。

此外，还提出了藉由一对电极对沿电场的施加方向而伸缩的有机材料进行夹持，并在有机材料层的与电场施加方向垂直的面内使单位电场的电致伸缩应变量具有分布(distribution)，以使有机材料层和电极变形，由此形成凸透镜、凹透镜等的方法(例如，参照专利文献3)。

作为应用于人工筋肉致动器的高分子柔软致动器，熟知有相对于1～50重量份的聚氯乙烯而含有1～30重量份的离子液体的凝胶(gel)材料(例如，参照专利文献4)。

[先前技术文献]

[专利文献]

[专利文献1](日本)专利第4530163号

[专利文献2](日本)专利第5180117号

[专利文献3](日本)专利第5029140号

[专利文献4](日本)专利第5392660号

技术实现要素：

[发明要解决的课题]

使透镜沿光轴移动的结构藉由让透镜架上所配置的高分子材料进行伸缩，可使单一透镜的位置发生变化。该结构首先使透镜架变形，再藉由透镜架的变形来改变透镜位置，故难以充分提高透镜驱动的响应性和精度。

沿有机材料层的面内方向具有电致伸缩应变量的分布的结构藉由喷墨、微接触印刷等，将特性不同的材料一点一点地涂敷在期望的位置，故透镜的制作步骤复杂且花费时间。

此外，上述先前的结构都是以单一透镜的调整为目的，但在成像和/或视频相关产品中，对使用大量微小透镜的微透镜阵列的需求日益增高。如果能对微透镜阵列赋予焦点调整功能，则可提高附加价值。

鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供藉由简单的结构即可对光学特性进行调整的光学元件及其制作方法。

[用于解决课题的手段]

本发明中，提供一种利用电压的施加所引起的高分子材料的伸缩或变形，对光的聚光·扩散进行控制的光学元件。

第1形态中，光学元件具有：

第1电极层；

第2电极层；

在所述第1电极层和所述第2电极层之间配置的高分子材料层；及

配置于所述高分子材料层和所述第2电极层之间且在所述高分子材料层和所述第2电极层之间形成预定空间的绝缘性隔离层，

其中，所述高分子材料层藉由在电压的施加下进行变形从而在所述预定空间内形成一个以上的光散射体。

第2形态中，光学元件的制作方法包括：

在第1电极层之上形成高分子材料层的步骤；

在所述高分子材料层之上配置绝缘性隔离层和第2电极层，从而在所述高分子材料层和所述第2电极层之间形成预定空间的步骤；及

向所述第1电极层和所述第2电极层之间施加电压，以使所述高分子材料层变形，从而在所述空间内形成一个以上的光散射体的步骤。

[本发明的效果]

根据上述结构和方法，能够实现藉由简单的结构即可对光学特性进行调整的光学元件及其制作方法。

附图说明

[图1]表示实施方式的光学元件的基本结构的概略模式图。

[图2]实施方式的光学元件的动作原理的说明图。

[图3]藉由在实施方式的光学元件上形成多个光散射体而获得的微透镜阵列的概略图。

[图4]图3的x－x’剖面图。

[图5a]具有多个光散射体的光学元件的制作步骤图。

[图5b]具有多个光散射体的光学元件的制作步骤图。

[图5c]具有多个光散射体的光学元件的制作步骤图。

[图6]表示实施方式的光学元件的变形过程的3d图像。

[图7]将图6的光学元件(微透镜阵列)的剖面轮廓(cross-sectionalprofile)表示为电压的函数的图。

[图8]表示光学元件的变形例和动作的图。

[图9]使用了实施方式的光学元件的摄像装置的模式图。

[图10]使用了实施方式的光学元件的照明装置的模式图。

[图11]用于对添加了离子液体的高分子材料的特性进行测定的样本的模式图。

[图12]表示在图11的样本中向高分子材料添加各种离子液体时的高分子材料层的响应特性的图。

[图13]表示离子液体的物性和聚合物凝胶的位移状态的图。

[图14]表示离子液体的添加量和聚合物凝胶的位移的关系的图。

[图15]按照离子液体的添加量对藉由电压的施加而形成的光散射体的评价结果进行表示的图。

[图16]表示离子液体对电极劣化的影响的图。

具体实施方式

图1中，作为实施方式的光学元件10的一构成例，示出了光学元件10a的基本结构。光学元件10a具有第1电极层12、第2电极层14a、在第1电极层12和第2电极层14a之间配置的高分子材料层11、及在高分子材料层11和第2电极层14a之间配置的隔离层13a。隔离层13a具有预定图案的开口16，在开口16的位置处，于高分子材料层11和第2电极层14a之间形成了空间17。

高分子材料层11在电压的施加下可进行弹性变形，从而可在空间17中形成光散射体15。光散射体15如后所述具有凸形形状。

隔离层13a只要具有电气绝缘性，对材料的种类并无特别限定。可为无机绝缘膜和有机绝缘膜中的任意一种。图1的例子中，隔离层13a为具有预定的开口16的图案的绝缘性树脂膜。就开口16的平面形状和尺寸而言，可根据空间17的体积和要在空间17中形成的光散射体15的形状对其进行适当设计，作为一例，可为圆、椭圆、多边形等。

隔离层13a的开口16的直径例如可被设定为小于1mm，优选为300μm以下。如果开口16的直径为1mm以上，则电压的施加难以在开口16内使高分子材料层11突出(隆起)。在开口16的直径为300μm以下的情况下，可提高相对于电压的施加的高分子材料层11的变形效率，并可形成凸形形状。

高分子材料层11和光散射体15可由凝胶(gel)状聚合物材料(以下称为“聚合物凝胶”)形成。光散射体15可利用由电压的施加所引起的聚合物凝胶的伸缩或变形而形成。

聚合物凝胶为聚氯乙烯(pvc：polyvinylchloride)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、硅橡胶等，可适当地选择相对于所使用的波长为透明的高分子(或树脂)材料。

实施方式中，使用了电场的作用所引起的变形较大且处理较容易的pvc。可向pvc添加适当的可塑剂，并可使pvc溶解于溶剂(溶媒)。在使用可塑剂的情况下，可使用己二酸二丁酯(dba：dibutyladipate)、己二酸二乙酯(dea：diethyladipate)、癸二酸二乙酯(des：diethylsebacate)、邻苯二甲酸二辛酯(dop：dioctylphthalate)、邻苯二甲酸二乙酯(dep：diethylphthalate)等。作为溶剂，可使用四氢呋喃(thf)等。

可塑剂的混合比率为50wt％以上，优选为75wt％以上。如果混合比率小于50wt％，则即使施加了电压也难以使高分子材料层11发生变形。当混合比率为50wt％以上且小于75wt％时，尽管电压的施加可使高分子材料层11进行变形，但存在所施加的电压等级(level)会变高的可能性。藉由使混合比率为75wt％以上，能够以适当的电压等级使高分子材料层11发生变形。

第1电极层12只要是具有导电性的材料，对其并无特别限制。在由金属形成第1电极层12的情况下，可使用白金(铂)、金、银、镍、铬、铜、钛、钽、铟、钯、锂、铌、这些金属的合金等。可由ito(indiumtinoxide：氧化铟锡)等透明氧化物半导体材料形成第1电极层12，也可使用导电性聚合物、导电性碳等。

第2电极层14a优选为透明电极层。藉由使第2电极层14a为透明电极层，可使被光散射体15进行了聚光或扩散的光透过。

第1电极层12和第2电极层14a的极性可根据使高分子材料层11的形状变化的方向进行设定。图1的例子中，高分子材料层11使用了容易负带电的材料，第1电极层12为阴极，第2电极层14a为阳极。

高分子材料层11的阳极侧的表面的一部分与隔离层13a进行了面接触。高分子材料层11藉由电压的施加在没有与隔离层13a进行面接触的区域(即，开口16内露出了的区域)内发生变形，并朝向第2电极层14a被拉引(即，向上被拉引)。

光学元件10a例如可藉由如下步骤制作。即，在被形成为预定尺寸的第1电极层12之上，采用抛掷(cast)法等，涂敷添加了可塑剂的pvc的溶液，由此形成高分子材料层11。然后在高分子材料层11之上，配置预先形成了开口16的图案的隔离层13a和第2电极层14a。隔离层13a的配置和第2电极层14a的配置可同时进行，也可依次进行。

藉由向第1电极层12和第2电极层14a之间施加预定电压，可在由开口16形成的空间17内形成光散射体15。

高分子材料层11的厚度可根据开口16的直径和深度、要形成的光散射体15的高度、第1电极层12和第2电极层14a的厚度等进行适当设定。作为一例，高分子材料层11的厚度为1mm以下，优选为0.1mm～0.5mm。当高分子材料层11的厚度为0.1mm以下时，尽管多少有些难以处理，但最后是要与开口16的大小保持均衡地进行设计。故，在制作具有很多微小透镜的微透镜阵列片的情况下，也可存在高分子材料层11的厚度为0.1mm以下的情况。隔离层13a的厚度为1mm以下，优选为0.1mm以下。

图2是实施方式的光学元件10a的动作原理的说明图。图2的(a)表示没有施加电压的状态。图2的(b)表示施加了电压时的状态。

图2的(a)的状态下，高分子材料层11在表面为平坦的状态下位于第1电极层12和第2电极层14a之间。在高分子材料层11和第2电极层14a之间设置有隔离层13a，故高分子材料层11的一部分与隔离层13a进行了面接触。在隔离层13a上所形成的开口16的位置处，于高分子材料层11和第2电极层14a之间形成了空间17。

如图2的(b)所示，第1电极层12和第2电极层14a之间被施加电压后，电子会从阴极即第1电极层12注入凝胶状高分子材料层11内。包含电子的聚合物凝胶可朝向阳极即第2电极层14a的表面被拉起。另一方面，隔离层13a为绝缘性，聚合物凝胶的与开口16的侧面相比位于中心的中心部分优先朝向第2电极层14a被拉引，由此可形成光散射体15。

高分子材料层11藉由聚合物凝胶本身所带有的弹性和电压响应性可进行变形，由此可围绕开口16的中心轴形成凸形形状的光散射体15。如果高分子材料层11的组成(成分)和开口16的形状均匀，则藉由施加相同等级(值)的电压，可在开口16内形成偏差较小的凸形形状的光散射体15。

聚合物凝胶的整体的体积相同，故高分子材料层11的厚度会减小一些，减小量相当于开口16内被拉起的聚合物凝胶的那部分的量。一旦高分子材料层11的厚度减小，与高分子材料层11进行面接触的隔离层13a以及由隔离层13a支撑的第2电极层14a的位置也会向下方降低一些。

高分子材料层11的变形是可逆的，停止电压的施加，会返回图2(b)的初期状态。此外，如后所述，还可根据所施加的电压的等级，对光散射体15的高度进行调整。

隔离层13a内形成的开口16的数量并不限定于一个。藉由在隔离层13a上形成多个开口16，并藉由电压的施加使高分子材料层11变形，可形成多个光散射体15。此情况下，如果高分子材料层11的组成和多个开口16的形状均匀，则藉由电压的施加，也可同时形成均匀形状的多个光散射体15。

图3是藉由在光学元件10a上形成多个光散射体15而获得的微透镜阵列100的概略图。微透镜阵列100具有第1电极层12a、第2电极层14a、在第1电极层12a和第2电极层14a之间配置的高分子材料层11、及在高分子材料层11和第2电极层14a之间插入的隔离层13a。图3的例子中，第1电极层12a和第2电极层14a都为透明电极。

隔离层13a上形成了多个开口16。第1电极层12a和第2电极层14a之间被施加电压后，高分子材料层11发生变形，由此可在各开口16内形成光散射体15。

第1电极层12a为阴极层，第2电极层14a为阳极层，在高分子材料层11的阳极侧的表面上形成了光散射体15的排列(配列)。作为一例，高分子材料层11的厚度为500μm，光散射体15的底面的直径为150μm，高度为50μm，中心间的间距为200μm。

高分子材料层11如参照图1所说明的那样为pc、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、硅橡胶等的聚合物凝胶。聚合物凝胶中可添加dba、dea、des、dop、dep等的可塑剂。可塑剂的混合比为50wt％以上，较佳为75wt％以上。

微透镜阵列100的光散射体15可在多个开口16的内部空间中藉由如下方式形成，即，高分子材料层11被第2电极层14a进行电气拉引从而发生变形，由此可形成光散射体15。另外，在高分子材料层11的表面上，均匀的凸形形状的光散射体15进行了排列。

如参照图2所说明的那样，根据施加至1电极层12a和第2电极层14a之间的电压的等级，可使光散射体15的排列出现(呈现)、和/或、改变光散射体15的高度。

图4是没有施加电压时的图3的x－x’剖面图。在第1电极层12a和第2电极层14a之间，高分子材料层11的表面为平坦面。高分子材料层11的表面的一部分与隔离层13a进行了面接触，其他部分在隔离层13a上所形成的开口16中的空间17内进行了露出。开口16的直径φ为150μm，隔离层13a的厚度为30μm。

图5a～图5c是具有多个光散射体15的光学元件的一例的微透镜阵列100的制作步骤图。图5a中，在基材21之上形成第1电极层12a，并在第1电极层12a之上形成高分子材料层11。第1电极层12a例如是厚度为100μm的ito膜。高分子材料层11可藉由如下方式获得，即，以混合比率变为80wt％的方式向pvc添加己二酸二丁酯(dba)，在完全使其溶解于thf的溶剂以成为凝胶溶液后，将凝胶溶液在第1电极层12a之上抛掷(cast)成厚度为500μm的层。可塑剂的dba容易携带负离子，藉由电压的施加，聚合物凝胶可被阳极拉引。

图5b中，在高分子材料层11之上配置形成了多个开口16的隔离层13a和第2电极层14a。作为隔离层13a，例如可使用厚度为30μm的聚酰亚胺(polyimide)膜。第2电极层14a是厚度为100μm的ito膜。该例中，藉由预先对隔离层13a和第2电极层14a进行贴合，可形成电极组件19a。电极组件19a可被支撑在未图示的基材之上。

隔离层13a中，直径为150μm的开口16被配置为30×30的矩阵。开口16的间距p为200μm，相邻的开口16和开口16的间隔为50μm。

图5c中，藉由对基材21进行剥离，即可制得微透镜阵列100的薄膜。之后，藉由向第1电极层12a和第2电极层14a之间施加期望的等级的电压，可在开口16内形成光散射体15。

图6是一边对施加至具有多个光散射体15的光学元件10的电压的等级进行改变，一边进行观察而获得的3d图像。3d观测可使用keyence公司制的数位显微镜(digitalmicroscope)vhx1000进行。

图6的(a)是施加的电压为600v时的图像，图6的(b)是施加的电压为700v时的图像，图6的(c)是施加的电压为800v时的图像。藉由电压的施加可知，聚合物凝胶从中心部分向上方被进行了拉起。

图7是基于图6的3d图像将3个连续光散射体15的高度作为电压的施加的函数而绘制的图。纵轴为自初始状态(没有施加电压的状态)下的高分子材料层11的表面位置开始的高度，横轴为隔离层13a的开口16的面内位置，1格(grid)为150μm。

不存在电压的施加时(0v)，开口16的内部的高分子材料层11的高度位置位于－20μm附近(近傍)。其为光学测定时光难以进入的深度方向的误差(±20μm左右)的影响，开口16内的高分子材料层11的轮廓(profile)为平坦面。

电压的施加为500v时，聚合物凝胶会发生较大的变形，由此能以开口16的中心为中心轴形成突起。电压等级为600v和700v时，峰高位置进一步增大，可获得纵长的凸形形状的剖面。此时的光散射体15的高度可达50μm。电压的施加为800v时，峰高位置尽管稍微有些降低，但宽度也变小，陡峭度变得更大。峰附近的曲率半径变得更小。

从图7的轮廓可知，藉由对施加至光学元件10(或微透镜阵列100)的电压等级进行控制，可获得期望的透镜形状的光学元件10(或微透镜阵列100)。

需要说明的是，即使施加了800v，聚合物凝胶中流动的电流也为10μa以下，非常低，故可抑制发热量，并可长期间使用。

图8是变形例的光学元件10b的概略图。所述实施方式中使用的是，在平坦的第2电极层14a上贴合了具有开口16的绝缘性隔离层13a的结构。变形例中，在第2电极层14b的与高分子材料层11相对的主表面141上设置开口143，并由绝缘性隔离层13b对主表面141和开口143内的侧壁进行覆盖。开口143的底面145不被隔离层13b覆盖，呈露出状态。

具有开口143的第2电极层14b和隔离层13b可一体形成为电极组件19b。开口143可藉由湿蚀刻或干蚀刻形成为期望的形状。例如，开口143的平面形状可为具有预定直径的圆、椭圆、多边形等。

在形成了开口143的第2电极层14b的主表面141的整个面上形成绝缘性隔离层13b，藉由光刻和蚀刻除去开口143的底面145的隔离层13b，即可在开口143内使第2电极层14b露出。藉由覆盖开口143的侧壁的隔离层13，可在第2电极层14b和高分子材料层11之间形成预定空间17。

如图8的(a)所示，在没有施加电压的状态下，空间17的内部的高分子材料层11的表面为平坦面。在开口143之外的区域，高分子材料层11与隔离层13b进行了面接触。

如图8的(b)所示，第1电极层12b和第2电极层14b之间被施加电压后，高分子材料层11会发生变形，在开口143的内部从中心部分开始优先朝向第2电极层14b被拉起。据此，可在空间17中形成凸形形状的光散射体15。

图8的光学元件10b也可藉由形成多个光散射体15而作为微透镜阵列来使用。此情况下，在第2电极层14b上形成多个开口143，并在整个面上形成隔离层13b之后，只要使开口143的底面露出即可。藉由施加电压，可在多个开口143的内部形成均匀形状的光散射体15。

图9是使用实施方式的微透镜阵列100的摄像装置150的模式图。作为微透镜阵列100，可使用实施方式的光学元件10a和变形例的光学元件10b中的任意一个。图9的例子中，将第1电极层12、高分子材料层11、隔离层13、及第2电极层14依次被层叠(积层)了的光学元件10a使用为微透镜阵列100。

摄像装置150包含具备多个光散射体15的排列的微透镜阵列100和多个摄像元件被进行了排列的摄像元件阵列130。摄像元件可由ccd(chargecoupleddevice)、cmos(complementarymetaloxidesemiconductor)传感器等形成。与摄像元件的排列相对应地，也可配置三种颜色的彩色滤光片131。该例中，交互配置了红(r)、绿(g)、蓝(b)三种彩色滤光片131r、131g、131b。

图10是使用实施方式的微透镜阵列100的照明装置250的模式图。照明装置250例如具有led灯等的光源230和在光源230的输出侧的前面所配置的微透镜阵列100。作为微透镜阵列100，可使用实施方式的光学元件10a和变形例的光学元件10b中的任意一个。图10的例子中，将第1电极层12、高分子材料层11、隔离层13、及第2电极层14依次被积层了的光学元件10a使用为微透镜阵列100。

藉由电压的施加，可在由隔离层13形成的空间内形成期望的形状的光散射体15，由此可对光扩散进行控制，并可在保持较高的辉度的状态下将扩散光变换为平行光。

除了图9和图10的应用例之外，光学元件10a、10b还可应用于光学显微镜、产业用等的照明装置等。

微透镜阵列100可被形成为1mm以下的薄型，并可与阳极和阴极一起被进行透明化，故，除了可应用于超薄型相机、头戴式显示器(hmd)、微透镜阵列(mla)片等之外，也可有效地应用于内窥镜系统等的医疗领域。另外，即使是光散射体15的数量为单一(一个)的光学元件10，在医疗、图像形成的领域，也可应用于光扩散片、透镜片等。

＜高分子材料的构成＞

如上所述，实施方式的光学元件10和微透镜阵列100不使用复杂的机构即可进行电压的on/off控制或电压等级的调整，由此可形成具有各种配向分布的光散射体15。这里，所施加的电压优选为较低。为此，藉由对光学元件和微透镜阵列中使用的高分子材料的组成进行精心设计，可降低施加电压。

具体而言，藉由向高分子材料层11中使用的凝胶状高分子材料(聚合物凝胶)中添加满足预定条件的离子液体，可降低光学元件10或微透镜阵列100的驱动电压。离子液体的添加可提高高分子材料的变形效率。

离子液体为由阳离子(带正电荷的离子)和阴离子(带负电荷的离子)构成的盐，25℃下为液体。作为预定条件的其中之一，离子液体具有25℃下为一定值以上的阴离子(负离子)迁移数(transportnumber)。关于该条件，将在后面进行详述。

高分子材料如上所述为聚氯乙烯(pvc：polyvinylchloride)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、硅橡胶等。优选的构成例中，可采用相对于所使用的波长为透明的高分子或树脂材料。

相对于这样的高分子材料的离子液体的重量比例为0.2wt％以上且1.5wt％以下，较佳为0.3wt％以上且1.0wt％以下。当高分子材料的重量为1(或100％)时，藉由混合该重量比例的离子液体，可降低光学元件或微透镜阵列的驱动电压。关于其根据(evidence)，也将在后面进行详述。

可向聚合物凝胶添加适当的可塑剂，并可使其溶解于溶剂。在使用可塑剂的情况下，可使用己二酸二丁酯(dba：dibutyladipate)、己二酸二乙酯(dea：diethyladipate)、癸二酸二乙酯(des：diethylsebacate)、邻苯二甲酸二辛酯(dop：dioctylphthalate)、邻苯二甲酸二乙酯(dep：diethylphthalate)等。作为溶剂，可使用四氢呋喃(thf)等的醚系溶剂。

添加了离子液体的高分子材料可应用于图1和图2的光学元件10a、图8的光学元件10b、及图3的微透镜阵列100中的任意一个。如以下所详细叙述的那样，藉由向高分子材料添加预定条件的离子液体，可将高分子材料层11的驱动电压降低至200v以下，较佳可降低至150v以下。

图11是用于对添加了离子液体的高分子材料的特性进行测定的样本110的模式图。图11的(a)是没有电压的施加的状态，图11的(b)是施加了电压的状态。

为了调查高分子材料的各种特性，制作了在电极112和电极113之间夹持有高分子材料层111的样本。准备使重量平均分子量为230000的pvc溶解于四氢呋喃(thf)的溶剂的聚合物凝胶，并添加各种离子液体，由此可制作多个种类的样本。作为比较例，对使用没有添加离子液体的聚合物凝胶时的特性也进行了测定。

在作为下部电极的电极112之上涂敷厚度为300μm的样本和比较例的聚合物凝胶。在聚合物凝胶之上，作为上部电极113，配置了形成有直径为100μm的孔的、厚度为20μm的金属薄膜。使施加至电极112和电极113之间的电压在0v至400v之间进行变化，藉此对自电极113突出的光散射体115的顶点(峰)的高度h进行了测定。高度h为自电极113的表面113s的高度。电极112为阴极，电极113为阳极。

就实施方式的光学元件10而言，利用电压的施加所引起的聚合物凝胶的弹性变形，将聚合物凝胶向电极进行拉引，从而可在空间内形成光散射体15。图11的样本110在利用电压的施加所引起的弹性变形来形成光散射体115这点上也相同。从图11的样本所获得的聚合物凝胶的特性测定的结果可适用于图1～图3和图8的构成。

图12表示添加了各种离子液体时的聚合物凝胶的电压响应特性。藉由改变施加至高分子材料层111的电压值，对峰高h的电压依存性进行了测定。作为比较例，还使用没有添加离子液体的聚合物凝胶，对相同高度的峰的电压依存性进行了测定。

线a表示作为离子液体添加了1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(emi-bf4)的样本a的峰高的电压依存性。相对于pvc的emi－bf4的重量比例为0.5wt％。emi为阳离子，bf4为阴离子。

线b表示作为离子液体添加了1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(omi-bf4)的样本b的峰高的电压依存性。相对于pvc的omi－bf4的重量比例为0.5wt％。omi为阳离子，bf4为阴离子。

线c表示作为离子液体添加了1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺(emi-dca)的样本c的峰高的电压依存性。相对于pvc的emi－dca的重量比例为0.5wt％。emi为阳离子，dca(c2n3)为阴离子。

线d表示作为离子液体添加了四丁基四氟硼酸鏻(tbp－bf4)的样本d的峰高的电压依存性。相对于pvc的tbp－bf4的重量比例为0.1wt％。tbp为阳离子，bf4为阴离子。

线e表示作为离子液体添加了四丁基四氟硼酸鏻(tbp－bf4)的样本e的峰高的电压依存性。离子液体的种类与样本d相同，但相对于pvc的tbp－bf4的重量比例为0.5wt％。tbp为阳离子，bf4为阴离子。

线f表示作为离子液体添加了1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酰亚胺(emi－tfsi)的样本f的峰高的电压依存性。相对于pvc的emi－tfsi的重量比例为0.5wt％。emi为阳离子，tfsi为阴离子。

线g表示作为离子液体添加了四丁基鏻甲磺酸(tbp－mes)的样本g的峰高的电压依存性。相对于pvc的tbp－mes的重量比例为0.5wt％。tbp为阳离子，mes为阴离子。

线w表示作为比较例的没有添加离子液体的样本w的pvc聚合物凝胶的峰高的电压依存性。

从图12的测定结果可知，即使在不添加离子液体的情况下，藉由使用发生电介质极化(dielectricpolarization)的聚合物凝胶，电压的施加也可导致聚合物凝胶发生变形。在没有添加离子液体的比较例的聚合物凝胶w中，相对于施加的电压，光散射体115的高度基本上呈线性增大。然而，为了使样本w从电极113的表面13s开始突出至20μm的高度，需要400v的电压。

相对于此，就作为离子液体添加了0.5wt％的emi－bf4的样本a和添加了0.5wt％的omi－bf4的样本b而言，藉由100v以下的电压的施加，就可将高分子材料层11驱动至20μm以上的高度。特别地，样本a藉由50v的电压的施加可移动至20μm的高度，藉由200v的电压的施加可移动至差不多40μm的高度。样本b也一样，藉由100v的电压的施加可移动至25μm的高度，藉由200v的电压的施加可移动至30μm的高度。

就添加了0.5wt％的emi－dca的样本c而言，与没有添加离子液体的样本w相比，藉由大约一半的电压(210～220v)的施加就可获得相同的20μm的峰高，极大地提高了变形效率。

就添加了0.1wt％的tbp－bf4的样本d而言，藉由50v的电压的施加，可使光散射体115从电极113的表面113s突出，但即使提高了电压，峰高也还是小于10μm，在50v至400v的范围内，峰高的变化较小。样本d中，难以藉由电压控制来高精度地调整光散射体115的高度。

就添加了0.5wt％的tbp－bf4的样本e、添加了0.5wt％的emi－tfsi的样本f、及添加了0.5wt％的tbp－mes的样本g而言，即使施加了400v的电压，也无法使光散射体115从电极113的表面113s突出。

根据图12的测定结果可认为，离子液体的种类(即，物性)和添加量中的至少一者起到了使高分子材料层111的驱动电压的降低的作用。

＜聚合物凝胶的位移和离子液体的物性的关系＞

图13是聚合物凝胶的位移和离子液体的物性的关系的示意图。作为离子液体，除了图12的样本a～g，还对添加了1-乙基-3-甲基咪唑氟磺酰亚胺(emi－fsi)的样本h的物性也一起进行了测定。

添加了各种离子液体的样本a～h中，位移为正者示出了，藉由电压的施加，聚合物凝胶从电极113的表面113s突出，从而可形成光散射体115。就位移为负者而言，即使施加了电压，聚合物凝胶也没有从电极113的表面113s突出。

作为各离子液体的物性，对导电率、电位窗的大小、25℃下的负离子的扩散系数和迁移数进行了测定。所使用的离子液体中，存在25℃下为固体的离子液体，故针对加热至80℃并溶融了的离子液体，测定了80℃下的负离子的扩散系数和迁移数。

首先对上述参数中的导电率进行探讨。样本c与样本a、b相比，导电率小了2位，但添加了样本c的聚合物凝胶进行了正位移。与此相对地，样本h的导电率远大于样本c，但聚合物凝胶并没有发生正位移。故可认为，离子液体的导电率与聚合物凝胶的变形效率没有直接关系。

电位窗是指，图11的系统中可保持电气化学稳定性的电位区域。电位窗的面积越大(数值越大)，系统电气化学稳定的范围越大。尽管样本a和样本f的电位窗具有相同的面积，但样本a的聚合物凝胶进行了正位移，而样本f的聚合物凝胶却没有获得正位移。故可认为，离子液体的电位窗的面积也与聚合物凝胶的变形效率没有直接关系。

接下来，对25℃下的阴离子(负离子)的扩散系数和迁移数进行探讨。就离子液体中所含的正负离子的扩散系数而言，使用作为测定机器的固体nmr(varian公司制的vnmrsystem)进行了测定。测定步骤为，向毛细管注入离子液体，并安放在装置上。在预定温度(此情况下为25℃和80℃)下对相对于磁场的变化的信号强度进行了计测，并使用stokes-einstein公式计算了正负离子的扩散系数。

负离子的迁移数表示当使电流在离子液体中流动时，阴离子相对于全电流所担负的电流的比例。负离子的迁移数被计算为，负离子的相对于所述求得的负离子的扩散系数和正离子的扩散系数的总和的扩散系数的比(danion/(dcation+danion))。

样本a、b、c、f、h中使用的离子液体在25℃下为液体，根据液体层析(chromatography)的测定结果，对各离子液体的负离子的扩散系数和迁移数进行了计算。就获得了正位移的样本a、b、c而言，25℃下的离子液体的负离子的迁移数都为0.4以上。相对于此，没有获得正位移的样本f和h中所使用的离子液体的25℃下的负离子的迁移数小于0.4。由此可认为，室温下的负离子的迁移数对聚合物凝胶的变形效率产生了影响。

需要说明的是，获得了正位移的样本d中添加的离子液体tbp－bf4在所使用的液体层析的加热可能温度(80℃)下没有发生溶融，故无法对扩散系数进行测定。

没有获得正位移的样本g中添加的离子液体tbp－mes在25℃下也为固体，故也不能对扩散系数进行测定。将该离子液体加热至80℃后发生了溶融后，藉由对负离子的扩散系数和迁移数进行计算可知，迁移数为0.6。

由图13的结果可知，作为高分子材料层11中所添加的离子液体的特性，25℃下的负离子的迁移数优选为0.4以上。

从图12和图13可推定，离子液体的阴离子的大小(分子量)较小者有助于提高聚合物凝胶的变形效率。另一方面，可认为离子液体的阳离子的大小对变形效率的帮助并不大。然而，样本d的变形效率不足，故也存在某些种类的阳离子会对阴极的劣化产生影响的可能性。对此，将参照图16在后面进行详述。

需要说明的是，样本g中使用的离子液体的阴离子大小和阳离子大小都为中等程度，但离子液体在25℃下为固体，故可认为，即使藉由搅拌而使其分散在了聚合物凝胶中，对凝胶的变形效率的帮助也不大。

由上述可知，除了bf4^―和dca之外，作为阴离子，还可使用离子大小较小的cl^－和br^―。此外，作为阳离子，藉由选择不会对阴极的劣化产生影响的阳离子，可使用各种离子液体。例如，可将li－bf4^―使用为离子液体。

＜离子液体的添加量和聚合物凝胶的位移的关系＞

图14是表示离子液体的添加量和聚合物凝胶的位移的关系的图。横轴是相对于聚合物凝胶的高分子材料的离子液体的含有量(wt％)，纵轴是位移的峰高。

作为高分子材料，使用了分子量为230000的pvc，作为离子液体使用了样本a的emi－bf4。使emi－bf4的添加量在0wt％至5.0wt％的范围内进行了变化。此外，使施加的电压按照0v、50v、100v、200v、400v进行了变化。

与所施加的电压等级无关，在离子液体的添加量为0.2wt％～1.5wt％的范围内，获得了正位移。此外，在0.3wt％～1.0wt％的范围内，位移最大。藉由该范围的离子液体的添加，在100v以下的电压的施加下，电极113的表面113s上可形成光散射体115。当离子液体的添加量为5.0wt％时，会发生即使停止施加电压，变形也不会返回原状的记忆现象。

由图14可知，相对于高分子的离子液体的重量比率优选为0.2wt％～1.5wt％，较佳为0.3wt％～1.0wt％。这也与图12的结果一致。

图15是按照离子液体的添加量对藉由向高分子材料层111施加电压而形成的光散射体115的光扩散分布的评价结果进行表示的图。作为离子液体使用了emi－bf4，并藉由改变了emi－bf4的添加量的高分子材料层111制作了图11的样本110。高分子材料层111中，作为聚合物凝胶包含pvc，作为可塑剂包含己二酸二丁酯(dba)。相对于pvc和dba的总量的dba的含有比例为83wt％。

由厚度为150μm的ito形成作为阴极的电极112，并向夹持在电极112和电极113之间的高分子材料层111施加电压，由此形成了光散射体115。在由ito形成的电极112的一侧配置激光器(laser)，在形成了光散射体115的一侧配置屏幕。从电极112的背面侧使红色平行光的激光入射至样本110，并对屏幕上的光扩散状态进行了观察。

屏幕在光散射体115的光射出侧被配置在比光散射体115的焦点还远的位置。在屏幕上，对在光散射体115的焦点处被进行了一次聚光后的光扩散进行了观察。其原因在于，样本110的光散射体115的直径为100μm，高度为0～40μm左右，很小，焦点位置极其接近光散射体115，肉眼难以进行观察。藉由对超过了光散射体115的焦点的位置处的光扩散进行观察，可对聚光状态进行评价。

没有添加离子液体的样本(记为“w/oil”)中，即使施加了200v的电压，也不会形成从电极113的表面突出的光散射体115。从样本110的背面入射的红色平行光不发生聚光，仍以平行光的方式穿过样本110。在0v～400v的范围内，与施加的电压的等级无关，屏幕上形成了相同大小的斑点(spot)。

在添加了0.05wt％的emi－bf4的样本中，藉由施加100v的电压，电极113的表面的聚合物凝胶仅膨胀了一点，聚光功能不足，屏幕位置处基本上维持了平行光的斑点。藉由施加200v的电压，可形成峰高为10μm左右的(曲率较缓的)光散射体115。在光散射体115的焦点位置处进行了聚光的光发生了扩散，并进行了蔓延，屏幕上没有出现斑点。

在添加了0.5wt％的emi－bf4的样本中，藉由施加50v的电压，在电极113的表面上可形成光散射体115，聚光后开始进行扩散的光在屏幕位置处被进行了观察。当施加100v的电压和200v的电压时，与施加50v时相比，峰高较大，即，在电极113的表面上形成了曲率较陡的光散射体115。从样本110的背侧入射的光被聚光后进行了较大的扩散，在屏幕位置处观察不到斑点。这些评价结果与图14的测定结果一致。

由图15的光扩散分布可确认到，藉由对施加的电压进行调整，可改变光散射体115的焦点距离。将该测定结果应用于实施方式的光学元件10a、10b和微透镜阵列100后，即可藉由更低的电压形成光散射体115，故可作为变形效率良好的焦点可变透镜或形状可变透镜来使用。

＜离子液体(阳离子)对阴极劣化的影响＞

图16是表示离子液体的对阴极劣化的影响的图。作为试验用的样本，在金属基板上涂敷了添加有各种离子液体的pvc凝胶，并在pvc凝胶之上作为相对的电极而配置了ito电极。

涂敷的pvc凝胶的种类为样本a(包含0.5wt％的emi－bf4)、样本b(包含0.5wt％的omi－bf4)、样本c(包含0.5wt％的emi－dca)、样本d(包含0.1wt％的tbp－bf4)、样本h(包含0.5wt％的emi－fsi)、及样本g(包含0.5wt％的tbp－mes)的6个种类。其中，图13中获得了正位移的样本为样本a～d。就样本d而言，在使离子液体的重量比例与其他样本相同，即为0.5wt％的情况下，并没有获得位移，故为使添加量减少至0.1wt％的样本。

将金属基板作为正极，将ito作为负极，一边对施加至pvc凝胶的电压的等级进行改变，一边从ito侧对电极的表面状态进行了观察。

就没有位移效果的样本g而言，在50v这样低的电压的施加下观察到了ito(阴极)的劣化。此外，即使是样本d，也观察到了电压的施加所引起的ito电极的劣化。其原因可被认为是，阳离子对ito电极的劣化产生了影响。相对于此，在位移效果较高的样本a～c中，即使提高了施加的电压，也没有观察到ito电极的劣化。

基于图11～图16的考察，藉由添加25℃下的负离子的迁移数为0.4以上的离子液体，与没有添加离子液体的聚合物凝胶相比，施加较低的电压即可获得较大的变形。特别地，如样本a和样本b那样，如果使用阴离子大小较小的离子液体，则在100v以下的电压范围内可较大地改变峰高，故在实施方式的光学元件10中可容易地进行光散射体15的控制。即，根据施加的电压的等级，可使光散射体15出现在空间17内，并可对其高度进行调整。在使用这些样本的情况下，光学元件10a、10b的驱动时，对阴极的不良影响也较少。

添加了离子液体的高分子材料如上所述可应用于图3的微透镜阵列100。此情况下，藉由向电极12a和电极14a之间施加200v以下的电压，可在空间17内形成光散射体15的排列。取决于所添加的离子液体的种类，藉由100v以下的电压的施加，还可形成20μm以上的高度的光散射体15的排列。

以上，根据特定的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述构成例。在光学元件10上形成多个光散射体15的情况下，光散射体15的排列并不限定于矩阵状排列，也可交替地进行排列。或者，还可将隔离层13a的开口16(或143)的形状设计为六边形，从而进行更致密的配置。

本申请主张基于2017年12月28日向日本国专利厅申请的专利申请第2017－254352号和2018年12月26日向日本国专利厅申请的专利申请第2018－243599号的优先权，并包含其全部内容。

[符号说明]

10a、10b光学元件

11、111高分子材料层

12、12a、12b第1电极层

13、13a、13b隔离层

14、14a、14b第2电极层

141主表面

143开口

145底面

15、115光散射体

16开口

17空间

19a、19b电极组件

21基材

100微透镜阵列

110样本

112、113电极

130摄像元件阵列

131r、131g、131b彩色滤光片

150摄像装置

250照明装置