(57)【要約】【課題】  本発明は、微小な領域を温度制御するＭＥＭｓ（Micro Electro Mechanical System）を用いて気体との界面を有する液膜を形成する温度可変手段又は温度可変パターン層を所定の微小な箇所に集積化することにより、温度可変手段又は温度可変パターン層を微小に制御して液膜の形状などを迅速かつ精密に制御することができる液膜光学装置、液膜光学デバイス、液膜撮像デバイス及び液膜光源デバイスを提供する。【解決手段】  本発明の液膜光学装置は、雰囲気中又は密閉空間中の液膜材料を凝集するために、気体との界面を有する液膜を形成する液膜形成エリアの温度を可変する温度可変手段と、該温度可変手段の温度を制御する温度制御手段とを有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気中又は密閉空間中の液膜材料を凝集するために、気体との界面を有する液膜を形成する液膜形成エリアの温度を可変する温度可変手段と、該温度可変手段の温度を制御する温度制御手段とを有することを特徴とする液膜光学装置。
【請求項２】
気体との界面を有し、かつイオン液体材料からなる液膜を形成した液膜形成エリアの温度を可変する温度可変手段と、該温度可変手段の温度を制御する温度制御手段とを有することを特徴とする液膜光学装置。
【請求項３】
前記温度制御手段によって前記温度可変手段の温度を制御して前記液膜形成エリアに形成された液膜を保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の液膜光学装置。
【請求項４】
前記温度制御手段によって前記温度可変手段の温度を制御して前記液膜形成エリアに形成された液膜の形状を可変することを特徴とする請求項１又は２に記載の液膜光学装置。
【請求項５】
所定の液膜材料を雰囲気中若しくは密閉空間中に供給、又は雰囲気中若しくは密閉空間中の液膜材料を排出、の少なくともいずれかを行う液膜材料供給排出路を設けることを特徴とする請求項１記載の液膜光学装置。
【請求項６】
前記イオン液体材料を前記液膜形成エリアに供給し、又は前記液膜形成エリアから前記イオン液体材料を排出する液膜材料供給排出路を設けることを特徴とする請求項２記載の液膜光学装置。
【請求項７】
前記温度可変手段は熱電変換器又はヒートパイプであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項８】
前記温度可変手段を前記液膜形成エリアに集合配置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項９】
液膜を形成する箇所に前記温度可変手段を個別に配置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項１０】
前記温度可変手段を平坦状に配置することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項１１】
前記温度可変手段を、角柱面、角錐面、円柱面、円錐面、ボビン型面、中絞り型面又は自由曲面の面上に集合配置することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項１２】
前記温度可変手段及び前記温度制御手段を多段に設け、各段毎の前記各温度制御手段によって前記温度可変手段のそれぞれの温度を制御して、形成された液膜の形状及び位置を制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項１３】
雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度を測定する測定器を設け、該測定器によって測定した雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度に基づいて、前記温度制御手段は前記温度可変手段の温度を制御することを特徴とする請求項１、３〜５、７〜１２のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項１４】
前記イオン液体材料の温度及び密度を測定する測定器を設け、該測定器によって測定した前記イオン液体材料の気体の温度及び密度に基づいて、前記温度制御手段は前記温度可変手段の温度を制御することを特徴とする請求項２〜４、６〜１２のいずれか１項に記載の液膜光学装置。
【請求項１５】
基板の空洞部の上に配置した液膜支持層と、雰囲気中又は密閉空間中の液膜材料を凝集するために、前記液膜支持層上であって気体との界面を有する液膜を形成する液膜形成エリアの温度を可変する温度可変パターンを有する温度可変パターン層とを少なくとも積層することを特徴とする液膜光学デバイス。
【請求項１６】
基板の空洞部の上に配置した液膜支持層と、イオン液体材料である液膜を形成する液膜形成エリアの温度を調整する温度可変パターンを有する温度可変パターン層とを少なくとも積層することを特徴とする液膜光学デバイス。
【請求項１７】
前記温度可変パターンを円環に配置させ、あるいは対向させて配置させ、円環の内側又は対向間に前記液膜形成エリアを設けることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の液膜光学デバイス。
【請求項１８】
同一基板上に複数個の前記空洞部を設け、前記各空洞部の上に設けられた前記各液膜支持層に前記各温度可変パターン層をそれぞれ積層したことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項１９】
複合基板に複数個の前記空洞部を設け、前記各空洞部の上に設けられた前記各液膜支持層に前記各温度可変パターン層をそれぞれ積層したことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項２０】
前記液膜形成エリアを構成する壁面に反射膜を設け、前記液膜形成エリアに形成された液膜に入射した光が液膜の液面で屈折し、屈折した光が液膜内を通過し、通過した光が前記反射膜によって反射されながら液膜の液面から屈折して出射することを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項２１】
前記液膜支持層を変位させる変位手段を設け、該変位手段によって前記液膜支持層を変位させて液膜の形状を変化させることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の液膜光学デバイス。
【請求項２２】
基板と前記液膜支持層の間に、伸縮部材としての前記変位手段を設け、当該変位手段によって前記液膜支持層を変位させて液膜の形状を変化させることを特徴とする請求項２１記載の液膜光学デバイス。
【請求項２３】
前記変位手段は、前記液膜支持層に設けられた第１の静電電極膜と、前記空洞部を挟んで前記液膜支持層に対向する基板側に設けられた第２の静電電極膜との間に働くクーロン力によって前記液膜支持層を変位させて液膜の形状を変化させることを特徴とする請求項２１記載の液膜光学デバイス。
【請求項２４】
前記変位手段は、密閉化された前記空洞部の気圧を変化させて液膜の形状を変化させることを特徴とする請求項２１記載の液膜光学デバイス。
【請求項２５】
前記液膜形成エリアに液膜材料で液膜を形成し、形成した液膜上に更に当該液膜と異なる液膜材料で別の液膜を形成することを特徴とする請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項２６】
液膜を境界として存在する気体の差圧によって液膜の形状や位置を制御することを特徴とする請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項２７】
液膜を境界として存在する気体に水素又はヘリウムを混合することを特徴とする請求項２６記載の液膜光学デバイス。
【請求項２８】
透明の前記液膜支持層と前記温度可変パターン層とを積層した液膜光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項２９】
前記液膜形成エリアが同一方向に設けられるように複数の液膜光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項３０】
互いの前記液膜支持層が対向するように複数の液膜光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項３１】
互いの前記液膜形成エリアが対向するように複数の液膜光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項３２】
前記液膜支持層及び前記温度可変パターン層は、基板面に対して平行に光路を形成するために基板上に起立させて設けられていることを特徴とする請求項１５〜３１のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項３３】
液膜に入射する入射光の特性値又は液膜の物性値を測定する検出器となる電極を前記液膜形成エリアに形成することを特徴とする請求項１５〜３２のいずれか１項に記載の液膜光学デバイス。
【請求項３４】
請求項１５〜３３のいずれか１項に記載の液膜光学デバイスと、イメージセンサデバイスとを複合させて構成することを特徴とする液膜撮像デバイス。
【請求項３５】
請求項１５〜３３のいずれか１項に記載の液膜光学デバイスと、発光デバイスとを複合させて構成することを特徴とする液膜光源デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液膜光学装置、液膜光学デバイス、液膜撮像デバイス及び液膜光源デバイスに関し、詳細には雰囲気内又は密閉空間内の液膜材料を凝集して形成した液膜の形状を温度制御することで可変可能な液膜光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絞り、シャッター、フィルタ、透過、反射、屈折、回折や干渉作用をさせる液体の可変光学機構がある。人の眼球機能や３次元映像の実現などを目指す可変焦点液膜レンズなどの液体光学デバイスでは、ピエゾアクチェータ・ポンプによる液体輸送やElectro Wettingなどで液滴形状を制御する手段を用いている。現在の可変焦点液滴レンズでは、高解像度の撮像センサとの組み合わせで、デジタルカメラの画像品質に匹敵する画像を得ることが可能である。また、可変焦点液滴レンズは、電気により２種類の液体間の境界面を変化させてレンズの焦点を合わせる仕組みを採用しているため、オートフォーカス機能付きでメカ部分が不要となり、レンズサイズやコスト、耐久性など様々な面で従来のレンズより優れている。この液体レンズは、機械的な動作なしで形状を変えられるレンズであり、屈折率の異なる２種類の液体間の境界面の形状を変化させて、レンズの役割を果たしている。また、合焦の動作のみに電力を使用するものである。このような液体レンズは、携帯電話以外にも、パソコンや医療現場、保安用、デジタルカメラ向けなど様々な用途が想定されている。形状を可変させる光学デバイスや、微小集積光学システムに応用できる。例えば、可変焦点レンズ、複合レンズ、プリズム、マイクロレンズ、マイクロレンズアレー、反射光学デバイス、干渉光学デバイス、回折光学デバイス、共焦点光学デバイス、走査光学デバイス、光学スイッチ、光学シャッター、液晶光学デバイス、撮像デバイス、光源デバイス、３次元結像光学デバイス、赤外線センサの集光光学デバイス、駆動回路を基板に一体化した集積光学デバイスなどに応用できる。
【０００３】
しかし、これらの液滴形成技術は形状に関する範囲であり、液滴材料の全ての光学特性を制御するわけではない。特に、液滴材料は表面張力や粘性（流動性）だけでなく、ひいては屈折率までもが温度依存性を有するので、結像に対する温度補償又は液膜に対する温度制御が必要になっている。液滴光学デバイスとして、光学材料の液滴を所定箇所へ所定量、所定形状に正確に形成すると共に、所定箇所に保持させて量を調節し、形状を変化させ、そして保持箇所を移動させ、液滴材料の種類をできるだけ多く、更に液滴の温度制御をさせること及びこれらの機能を効率良く制御することができ、更には液滴を迅速かつ精密に制御することができ、また微小なマイクロサイズであるだけではなく巨大な開口面積の光学系もできれば、より多くの可変光学デバイスに用いることができるようになる。
【０００４】
そこで、従来よりいくつかの提案がなされている。その一つとして、特許文献１によれば、親水性と疎水性の交互の領域を微小規模で表面に容易に製作でき、適当な条件下でそのような表面を水蒸気のある所で冷却すると水滴が疎水性表面の領域に選択的に凝結する。そのような水滴は、収束マイクロレンズまたは発散マイクロレンズとして作用することができる。また、ＳＡＭ表面間の距離を変えることによって、液体レンズの形状、従って光学的特性を変えることができる。これ以外に液体レンズの形状及び光学的特性を変えるための幾つかの他の方法もある。例えば、レンズと表面の間の電気ポテンシャルを変えて、レンズの形状を変えさせることができる。また、レンズの屈折率を異なる液体材料を使うことによって変えることができる。液体レンズの凝集性及び付着性を、この液体材料の化学的性質を変えることによって、あるいは表面の化学的性質を変えることによって調節することができる。表面の３次元特性を変えることができる。
【特許文献１】特表平１１−５１３１２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１によれば、例えばＳＡＭ表面間の距離を制御するので光軸が移動し制御が必要になり、入出光側から見ると液滴が光軸対象の球面形状にはならない。以下に図を用いて詳細に説明すると、図２６に示すように、対向する基板３０１の表面には疎水性領域部３０２と親水性領域部３０３が交互に設けられ、それぞれの対向する基板５０１の間に液滴５０４を凝集させて、そして図２６の（ｂ）に示す基板の間隔Ａや図２７の（ｂ）に示す基板の間隔Ｂを可変して液体レンズを可変させている。
【０００６】
このように、距離調整誤差や部材の熱膨張率や距離調整機構の温度依存性などが加わり、光学部材とはかかわりのない制御箇所の新たな調整が必要となる。基板全体を冷却、加熱することによるので熱容量が大きく、温度を迅速に変えられないので所定の水滴のサイズを得るには、緩慢である。また、不要な箇所まで温度制御するため、エネルギーが無駄になる。更に、基板全体を同一の温度にすることになるので、個々の水滴を異なる水滴量に制御することが難しくなる。このことから、所定の箇所に所定の形状の液滴を形成するためには、極特定の箇所のみ冷却、加熱することが必要になってくる。また、温度を迅速に変えるためにはできるだけ、冷却、加熱する箇所を最小限にする必要がある。更には、液滴を極質量の小さい液膜にして、形状などを迅速かつ精密に制御する上では、上記特許文献１は液膜を形成させる機構ではない。
【０００７】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、微小な領域を温度制御するＭＥＭｓ（Micro Electro Mechanical System）を用いて気体との界面を有する液膜を形成する温度可変手段又は温度可変パターン層を所定の微小な箇所に集積化することにより、温度可変手段又は温度可変パターン層を微小に制御して液膜の形状などを迅速かつ精密に制御することができる液膜光学装置、液膜光学デバイス、液膜撮像デバイス及び液膜光源デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点を解決するために、本発明の液膜光学装置は、雰囲気中又は密閉空間中の液膜材料を凝集するために、気体との界面を有する液膜を形成する液膜形成エリアの温度を可変する温度可変手段と、該温度可変手段の温度を制御する温度制御手段とを有することに特徴がある。よって、液膜の温度制御を効率良く行うことにより液膜の形状などを微小に制御可能となり、より多くの液膜光学装置に用いることができる。
【０００９】
また、本発明の液膜光学装置は、気体との界面を有し、かつイオン液体材料からなる液膜を形成した液膜形成エリアの温度を可変する温度可変手段と、該温度可変手段の温度を制御する温度制御手段とを有することに特徴がある。よって、微細な液膜を高精度に形成させることでき、多彩な形状、微細な形状の多種多様な液膜光学装置を提供することができる。
【００１０】
更に、温度制御手段によって温度可変手段の温度を制御して液膜形成エリアに形成された液膜を保持することにより、雰囲気の温度変化の影響を受けることなく、所定の液膜を保持できる。
【００１１】
また、温度制御手段によって温度可変手段の温度を制御して液膜形成エリアに形成された液膜の形状を可変することにより、液膜を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。
【００１２】
更に、所定の液膜材料を雰囲気中若しくは密閉空間中に供給、又は雰囲気中若しくは密閉空間中の液膜材料を排出、の少なくともいずれかを行う液膜材料供給排出路を設けることにより、液膜の再生、別の液膜材料との交換が可能となり、再利用率の向上及び汎用性の向上が可能となる。
【００１３】
また、イオン液体材料を液膜形成エリアに供給し、又は液膜形成エリアからイオン液体材料を排出する液膜材料供給排出路を設けることにより、液膜の再生が可能となり、再利用率の向上及び汎用性の向上が可能となる。
【００１４】
更に、温度可変手段は熱電変換器又はヒートパイプであることが好ましい。
【００１５】
また、温度可変手段を液膜形成エリアに集合配置することにより、迅速に温度制御ができ、液膜の形状を素早く所定の形状にできると共に、精細な形状制御も可能となる。
【００１６】
更に、液膜を形成する箇所に温度可変手段を個別に配置することにより、形成される液膜を個々に制御可能となり、自由度が高い。
【００１７】
また、温度可変手段を平坦状に配置することにより、メニスカスを平坦にでき、かつ液膜面に広い平面を形成できる。
【００１８】
更に、温度可変手段を、角柱面、角錐面、円柱面、円錐面、ボビン型面、中絞り型面又は自由曲面の面上に集合配置することにより、液膜の形状やサイズなど目的に応じて液膜が形成できると共に、光学系の場合光学光路に対し開口率を上げることができる。
【００１９】
また、温度可変手段及び温度制御手段を多段に設け、各段毎の各温度制御手段によって温度可変手段のそれぞれの温度を制御して、形成された液膜の形状及び位置を制御することにより、複数の冷却手段を個々に独立に温度設定でき、液膜の形状や保持、更には液膜の移動が正確に可能となる。
【００２０】
更に、雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度を測定する測定器を設け、該測定器によって測定した雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度に基づいて、温度制御手段は温度可変手段の温度を制御することが好ましく、液膜の形状などを微小に、かつより一層精度良く制御可能となり、より多くの液膜光学装置に用いることができる。
【００２１】
また、イオン液体材料の温度及び密度を測定する測定器を設け、該測定器によって測定したイオン液体材料の気体の温度及び密度に基づいて、温度制御手段は温度可変手段の温度を制御することにより、液膜の形状などを微小に、かつより一層精度良く制御可能となり、より多くの液膜光学装置に用いることができる。
【００２２】
更に、別の発明としての液膜光学デバイスは、基板の空洞部の上に配置した液膜支持層と、雰囲気中又は密閉空間中の液膜材料を凝集するために、液膜支持層上であって気体との界面を有する液膜を形成する液膜形成エリアの温度を可変する温度可変パターンを有する温度可変パターン層とを少なくとも積層することに特徴がある。よって、微細な液膜を高精度に形成させることでき、多彩な形状、微細な形状の多種多様な液膜光学デバイスを提供することができる。
【００２３】
また、別の発明としての液膜光学デバイスは、基板の空洞部の上に配置した液膜支持層と、イオン液体材料である液膜を形成する液膜形成エリアの温度を調整する温度可変パターンを有する温度可変パターン層とを少なくとも積層することに特徴がある。上述したように、液膜は気体に接していて極薄いため、少しの蒸発でも液膜を維持できないので、液膜に接する気体の蒸気圧を検出し、液膜表面で蒸気圧が飽和するように該温度可変パターン層を温度制御するか、蒸気圧の小さい性質の液膜材料を適宜選択し、特に液膜がイオン液体材料であれば液膜を長期間形成維持できる。
【００２４】
更に、温度可変パターンを円環に配置させ、あるいは対向させて配置させ、円環の内側又は対向間に液膜形成エリアを設けることにより、液膜の形成を効率良く、高速に、かつ正確に形成できる。
【００２５】
また、同一基板上に複数個の空洞部を設け、各空洞部の上に設けられた各液膜支持層に各温度可変パターン層をそれぞれ積層したことにより、多種多様な液膜光学系が高精度に実現できる。
【００２６】
更に、複合基板に複数個の空洞部を設け、各空洞部の上に設けられた各液膜支持層に各温度可変パターン層をそれぞれ積層したことにより、多種多様な液膜光学系が高精度に実現できる。
【００２７】
また、液膜形成エリアを構成する壁面に反射膜を設け、液膜形成エリアに形成された液膜に入射した光が液膜の液面で屈折し、屈折した光が液膜内を通過し、通過した光が反射膜によって反射されながら液膜の液面から屈折して出射する。よって、液膜プリズム形状制御と液膜温度制御ができる。
【００２８】
更に、液膜支持層を変位させる変位手段を設け、該変位手段によって液膜支持層を変位させて液膜の形状を変化させることにより、液膜を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。
【００２９】
また、基板と液膜支持層の間に、伸縮部材としての変位手段を設け、当該変位手段によって液膜支持層を変位させて液膜の形状を変化させることにより、液膜を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。
【００３０】
更に、変位手段は、液膜支持層に設けられた第１の静電電極膜と、空洞部を挟んで液膜支持層に対向する基板側に設けられた第２の静電電極膜との間に働くクーロン力によって液膜支持層を変位させて液膜の形状を変化させる。よって、液膜を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。
【００３１】
また、変位手段は、密閉化された空洞部の気圧を変化させて液膜の形状を変化させることにより、液膜を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。
【００３２】
更に、液膜形成エリアに液膜材料で液膜を形成し、形成した液膜上に更に当該液膜と異なる液膜材料で別の液膜を形成する。よって、複合レンズなど多種多様の液膜光学デバイスを提供することができる。
【００３３】
また、液膜を境界として存在する気体の差圧によって液膜の形状や位置を制御することにより、液膜を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。
【００３４】
更に、液膜を境界として存在する気体に水素又はヘリウムを混合することにより、気体を迅速に均一な温度分布にさせることができる。
【００３５】
また、透明の液膜支持層と温度可変パターン層とを積層した液膜光学デバイスを重ねたり、または液膜形成エリアが同一方向に設けられるように複数の液膜光学デバイスを重ね、あるいは互いの液膜支持層が対向するように複数の液膜光学デバイスを重ねて構成する。よって、短い間隔から長距離まで製作できる自由度がある２枚合せレンズなど多種多様の液膜光学デバイスを提供することができる。
【００３６】
更に、液膜支持層及び温度可変パターン層は、基板面に対して平行に光路を形成するために基板上に起立させて設けられていることにより、基材や基板の配置にとらわれず、自由な姿勢に液膜が形成できる。
【００３７】
また、液膜に入射する入射光の特性値又は液膜の物性値を測定する検出器となる電極を液膜形成エリアに形成することにより、より高精度の液膜制御を行うことができる。
【００３８】
更に、別の発明としての液膜撮像デバイスは、上記液膜光学デバイスとイメージセンサデバイスとを複合させて構成することにより、熱影響のばらつきを小さくでき、温度制御をばらつき少なく正確に行うことができ、信頼性の高い液膜撮像デバイスを提供できる。
【００３９】
また、別の発明としての液膜光源デバイスは、上記液膜光学デバイスと発光デバイスとを複合させて構成することにより、熱影響のばらつきを小さくでき、温度制御をばらつき少なく正確に行うことができ、信頼性の高い液膜光源デバイスを提供できる。
【発明の効果】
【００４０】
雰囲気気体を液膜に凝集する場合、液膜のメニスカス外周、および曲面や平面をなす液面外形などの光学デバイスとして必要な形状として、所定のサイズに制御しなければならない。この場合、省エネルギーで効率良く液膜を形成することが必要である。このことは、上記特許文献２に示されている。しかし、液膜は光学特性に関する温度依存性があるため、液膜の温度制御も必要になる。また、液膜支持基材を含めた液膜の温度制御により、液膜光学系の制御ができ、液膜の温度依存性とは異なる、液膜支持基材の収縮、膨張による影響もあわせて温度制御し、効率が高く正確な形状制御が求められる。そこで、液膜形成技術及び液膜温度制御を兼ね備えた、気体から液体に相転移する機構を温度制御によって行う液膜形成技術を、液膜材料の温度依存性に対する温度制御も含めて、直接液体光学デバイスに適用する。光学材料液膜を形成し、保持しつつ、かつ液膜の温度制御も行えるようにするため、液膜箇所の局所に冷却器を集合し、集合配置した内側に、液膜を形成及び、または液膜を保持する構造とする。このように、微小な領域を温度制御するＭＥＭｓを用いて液膜を形成する温度可変手段又は温度可変パターン層を所定の微小な箇所に集積化することにより、温度可変手段又は温度可変パターン層を微小に制御して液膜の形状などを制御することができる液膜光学装置、液膜光学デバイス、液膜撮像デバイス及び液膜光源デバイスを提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。図１の（ａ）は同図の（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置１によれば、ガラス基板１０１上に、液膜形成エリア１０２を取り囲むように液膜形成管１０３が設けられ、更にはＰ型半導体１０４とＮ型半導体１０５を円周方向に沿って交互に配置されている。また、各Ｐ型半導体１０４の一端と各Ｎ型半導体１０５の一端の間には、放熱器１０６がそれぞれ設けられると共に、各Ｐ型半導体１０４の他端と各Ｎ型半導体１０５の他端の間には、冷却器１０７がそれぞれ設けられている。これらのＰ型半導体１０４、Ｎ型半導体１０５、放熱器１０６及び冷却器１０７を含んで熱電交換器１０８を構成している。また、始端となるＰ型半導体１０４と末端となるＮ型半導体１０５の間には、電圧を印加するための電力供給線１０９が設けられている。このように、液膜形成管１０３の周囲には、温度可変手段として、熱電変換器１０８の冷却器１０７を集合させ、外側に放熱器１０６を分散配置している。なお、Ｐ型半導体１０４及びＮ型半導体１０５はＢｉ-Ｔｅ等の熱電変換材料、放熱器１０６及び冷却器１０７は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の電極材料からなる。
【００４２】
次に、図１に示すような構成を有する本実施の形態の液膜光学装置において、液膜を形成する様子を示す図２に従って以下に説明する。ここで、液膜とは気体との界面を有すると共に、膜厚分布がほぼ均一となっている液体であると定義する。先ず、凝集させる周辺の気体の種類、温度、密度を測定して予め露点及び液膜の液量や成長時間に応じた冷却器１０７の運転時間を算出し、同図の（ａ），（ｂ）に示すように、算出した運転時間だけ冷却器１０７を運転することによって液膜形成管１０３の管壁を算出した露点以下に冷却する。すると、付近の気体が液膜形成管１０３の管壁に凝集し始め、そして液膜１２０になり始める。同図の（ｃ）に示すように、更に液膜１２０は液膜形成管１０３内の液膜形成エリア１０２全体に成長し、液膜光学デバイスが形成される。必要に応じて冷却器１０７を運転して液膜温度を制御することで液膜を制御する。このように、液膜光学デバイスとして、光学材料の液膜を所定箇所へ所定量、所定形状に正確に形成することができる。また、所定箇所に保持させ、量を調節し、形状を変化させ、保持箇所を移動させ、液膜材料の種類をできるだけ多く、さらに液膜の温度制御をさせること、及びこれらの機能を効率良く制御することによって、より多様な可変光学デバイスに用いることができる。
【００４３】
また、所定の光学的な透過特性や反射特性を持つ液膜材料および液膜支持基材を適用する。更に、熱電変換器としてＰ型半導体及びＮ型半導体からなるペルチェ素子を示しているが、ヒートパイプにより温度制御することでもできる。また、冷却手段は最終段階で分離した状態を示しているが、液膜の形状を形成後さらに調節する場合は接続した状態で形状制御に用いる。液膜支持基材は、熱伝導率が大きいと迅速に面内温度分布が均一化するので、温度分布が均一にならないように、熱伝導率が小さいことが必要であり、例えば電気絶縁性が高い材料や気体（空間）を多く含む多孔質構造材料が適している。このようにして、液膜を形成させる箇所のみに気体を凝集させるために、液膜を形成させる箇所を選択的に温度制御する。また、液膜支持基材表面に液膜との親和性や親水性を付与することによって、表面の所定の箇所に液膜を形成する場合には、マイクロスタンピングによるＳＡＭｓ技術のように表面の所定の箇所に限定させるためのパターニング工程の必要がなく、基材表面全面に、界面活性剤の塗布やプラズマ改質などにより、親水性付与しても表面の所定の箇所に液膜を形成させることができるし、液膜の形成効率を上げることができる。
【００４４】
ここで、熱電変換材料、例えばペルチェ効果を利用するものであればＢｉＴｅを主成分（Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｔｅ等を置換・添加）とするものが代表的である。Ｎ型ＳｉおよびＰ型Ｓｉを使うこともでき、高性能の材料を見出すには、熱伝導率が小さいこと、また導電性が良いことなどの必要性能指数の高い材料が好ましいが、プロセス適合性や安定性能との適正により選択される。
【００４５】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す概略断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置２において、第１の実施の形態の液膜光学装置１と異なる構成として、液膜形成管１０３と、Ｐ型半導体１０４、Ｎ型半導体１０５、放熱器１０６及び冷却器１０７を有する熱電交換器１０８とをテーパー形状とし、かつ開口部を広くすることで、液膜形成エリア１０２を円錐形状に形成している。同図に示すように、開口率を上げ、かつ液膜形成管１０３の管壁同士の一部の間隔が狭くなることで、より早く液膜１２０を形成することができる。なお、冷却器１０７が接する液膜形成管１０３の表面を、光路を含む角柱面、角錐面、円柱面、円錐面、ボビン（バレル）型面、中絞り（逆バレル）型面、または自由曲面にすることでもよい。
【００４６】
図４は本発明の第３の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。同図の（ａ）は同図の（ｂ）のＤ−Ｄ’線断面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置３によれば、液膜形成エリア１０２の底面に電気絶縁層１１０を介して冷却器１０７が設けられ、かつその冷却器１０７の外周側に放熱膜２０６が設けられている。よって、それぞれの冷却器１０７の間隔が狭くなって冷却密度が高くなり、かつそれぞれの放熱器１０６が外部に拡がるように分散して放熱効率が高くなるため、液膜の形成効率が向上する。
【００４７】
図５は本発明の第４の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置４は、例えば上述の第１の実施の形態の液膜光学装置を多段（本実施の形態では３段）に設けたものである。同図の（ａ）において、２段目の液膜光学装置１１１−２の冷却器によって冷却を開始すると液膜１２０が形成し始め、同図の（ｂ）に示すように所望のサイズや形状の液膜１２０が形成される。そして、同図の（ｃ）に示すように、２段目の液膜光学装置１１１−２の冷却器よりも３段目の液膜光学装置１１１−３の冷却器の温度を降下させて、形成された液膜１２０が液膜光学装置１１１−３の位置まで移動する。このように、多段構造の各液膜光学装置の冷却器を温度制御することにより、液膜の形状制御や位置の移動を行うことができる。
【００４８】
図６は本発明の第５の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の（ａ）に示す本実施の形態の液膜光学装置５は、例えば上述の第１の実施の形態の液膜光学装置における電力供給線１０９を熱電交換器１０８のＰ型半導体１０４とＮ型半導体１０５にそれぞれ設けている。そして、同図の（ｂ）は液膜形成エリアのボビン（バレル）型面に沿って多段（ここでは６段）に第６の実施の形態の液膜光学装置１１２−１〜１１２−６を設けた例であり、同図の（ｃ）は液膜形成エリアの円錐面に沿って多段（ここでは３段）に第１の実施の形態の液膜光学装置１１２−１〜１１２−３を設けた例である。同図の（ｂ）、（ｃ）に示すいずれの例の場合でも、熱電交換器の冷却器を個々に温度制御することによって、形成された液膜１２０の光軸を傾けることができる。
【００４９】
図７は本発明の第６の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。同図の（ａ），（ｃ）は同図の（ｂ）のＦ−Ｆ’線断面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＥ−Ｅ’線断面図である。同図において、図４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置６において、液膜形成エリア１０２が透明基材１１４によって閉塞されており、更に液膜形成エリア１０２に連通する液膜部材供給排出路１１３が設けられている。この液膜部材供給排出路１１３は、液膜形成エリア１０２に外部から液膜を形成するための液体や気体を導入したり排出したりする供給排出路である。このような構成を有する第６の実施の形態の液膜光学装置６によれば、液膜部材供給排出路１１３を介して液膜を形成するため液体又は気体が液膜形成エリア１０２に供給され、液膜を形成するため液体又は気体が熱電交換器１０８の冷却器１０７によって凝集され、所望の液膜１２０が形成できる。他の液膜を形成するため液体又は気体を交換するときは、液膜部材供給排出路１１３を介して液膜形成エリア１０２内から液膜を外部に排出し、他の液体又は気体を供給する。また、形成されている液膜１２０の形状又はサイズを変えるときは、液膜部材供給排出路１１３を介して液膜形成エリア１０２へ気体又は液体を更に供給したり排出したりする。このように、一旦形成した液膜を再利用して任意の液膜を形成することができ、利用効率を向上することができる。また、同図の（ａ）に示すように、気密状態の液膜形成エリア１０２内に、液膜部材供給排出路１１３を介して気体Ａを供給して気体Ａの液膜１２０を形成する。そして、この気体Ａの液膜１２０を隔てて気体Ｂを液膜部材供給排出路１１３を介して供給する。更に、同図の（ｃ）に示すように、気密状態の液膜形成エリア１０２内に、液膜部材供給排出路１１３を介して気体Ａを供給して気体Ａの液膜１２０−Ａを形成する。その後、液膜部材供給排出路１１３を介して気体Ｂを供給して気体Ｂの液膜１２０−Ｂを形成する。そして、気体Ｃを供給する。つまり、この気体Ａの液膜１２０−Ａを隔てて気体Ｂを、気体Ｂの液膜１２０−Ｂを隔てて気体Ｃを、液膜部材供給排出路１１３を介してそれぞれ供給する。よって、液膜の形状によって、かつそれぞれの気体の屈折率が異なることによって、入出射光の経路を屈折させることができる。また、図８に示すように、曲面をなす液膜１２０の表面に光を照射して反射させ、かつ液膜１２０の形状や液膜１２０の液面位置を制御することによって反射光路を変えることができる。なお、液膜１２０の液面位置を変える方法として、気体の供給圧力を変化させて液膜を隔てた気体の差圧による方法がある。また、液膜は質量が小さいので液滴より表面張力に支持される巨大開口面積の膜が形成できる。しかし、液膜により隔てられたそれぞれの気体の体積が大きくなって、均一な温度分布になりづらいことにより気体に密度ムラが生じ屈折率の分布や気体の対流圧力による液膜の変形を生じる。このように、迅速に均一な温度分布にし、密度分布が均一になるように制御する必要がある場合には、水素やヘリウムを少なくともどちらか一方の側の気体に混合する。水素やヘリウムは分子サイズが小さく液膜を透過し易く、かつ熱伝導率が他の気体よりはるかに大きいので、少なくともどちらかの一方の側の気体に水素やヘリウムを混合しておくことにより、液膜によって隔てられた各気体を迅速に均一な温度分布にすることができる。
【００５０】
また、気相に接する液膜材料であるため、蒸発しない性質の液膜材料が有用であり、イオン液体が利用できるが、一方気体を凝集できないことになるので、その場合でも液膜形成エリアに液体が供給でき、かつ温度制御できる。イオン液体としては、陽イオンの、イミダゾリウム系、ピリジウム系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、脂肪族ホスホニウム系と、陰イオンの、ＢＦ４−、ＰＦ６−等の無機イオン系、ＣＦ３ＳＯ２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＯ２−等のフッ素系陰イオンとの組合せ他様々な構造からなっている常温溶融塩である。
【００５１】
図９は本発明の第７の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置７によれば、逆角錐（逆台形）の斜面に配置した冷却器１０７の内側の液膜形成エリア１０２に、気体を凝集、液膜１２０を形成させる。また、液体と冷却器面における全反射もしくは冷却面に設けられた反射膜１１５での反射によりプリズム像を生成させる。そして、入射光が平面の液膜１２０に入射するように、平面形状のメニスカスは、表面張力が小さい液体の、平面領域を用いる。よって、液膜プリズム形状制御と液膜温度制御ができる。
【００５２】
図１０は本発明の第８の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置８は、液体容器１１６内の気体をポンプ１１７によって供給路１１８を介してノズル１１９の先端に供給する。そして、ノズル１１９に設けられた冷却器１２１によって供給された気体は露点温度以下に冷却され、ノズル１１９の先端に液膜１２０が凝集・形成されて支持される。更に、気体が所定量供給されて図中実線で示す所望のサイズの液膜１２０に変化する。このように、気体の供給量を増減させたり、ノズル先端の冷却温度を変えたりして、気体の膨張収縮、そして凝集量を変化させ、液膜の形状を制御することができる。更には、図１１に示すように、液膜形成エリア１０２内に設けられた静電電極１２２に電圧を印加して液膜１２０に静電気を付与して、その静電気を変化させることによって液膜１２０の形状を制御することができる。詳細には、図１１中の破線は傾斜形であり、点線は扁平形である。液膜１２０を扁平形に制御するためには、静電電極１２２−１，１２２−２に同一電圧を印加して液膜１２０を下方向に引き付ける。また、液膜１２０を傾斜形に制御するためには、静電電極１２２−４に電圧を印加して液膜１２０を静電電極１２２−４の方向に引き付ける。このように液膜１２０の形状を制御することによって液膜１２０を通る光の光路を制御することができる。なお、液膜１２０は膜として極限の小さな質量であって重力の影響は極限まで小さくなっているため、液膜を形成し高速で形状を制御したり移動させることができる。
【００５３】
図１２は別の発明の第１の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液膜光学デバイスの平面図、同図の（ｂ）は液膜形成後の本実施の形態の液膜光学デバイスの平面図、同図の（ｃ）は同図の（ｂ）のＧ−Ｇ’線断面図である。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス１００は、比熱の大きい基板２０１の空洞部２０２上に液膜支持層２０３を設け、液膜支持層２０３上に、Ｐ型半導体膜２０４、Ｎ型半導体膜２０５、放熱膜２０６及び冷却膜２０７を含んで集積化して構成される熱電交換器２０８を円環状に配置し、薄膜構造を成している。また、始端となるＰ型半導体膜２０４と末端となるＮ型半導体膜２０５の間に電圧を印加するための電力供給線２０９を設けている。このように、円環状の内円に沿って熱電変換器２０８の冷却膜２０７が集合配置しているので冷却密度が高くなっている。更に、熱電交換器２０８の冷却膜２０７と放熱膜１０６をつなぐＰＮ部材の間隔を空洞部２０２によって削除し、冷却膜２０７周辺の熱容量を低減でき、かつ放熱膜２０６からの熱伝導を低減できる。一方、放熱膜２０６は円環状の外円に沿って分散配置し、更には比熱の大きい基板２０１に接しているので、放熱膜２０６の放熱効果がより一層高くなっている。このような構成を有する本実施の形態の液膜光学デバイス１００によれば、冷却膜２０７で囲まれた液膜形成管壁２１０を冷却膜２０７によって冷却し、付近の気体が液膜形成管壁に凝集し所定の液膜が形成できる。また、迅速に温度制御ができるため、液膜１２０を早く所定の形状に形成することができ、かつ精細な形状制御も可能となる。また、空洞部２０２のパターンから液膜支持層２０３に到る箇所まで基板２０１をエッチングして空洞部２０２を形成する。
【００５４】
図１３は別の発明の第２の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液膜光学デバイスの平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＨ−Ｈ’線断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス２００は、図１２に示す第１の実施の形態の液膜光学デバイス１００の構成に、更に液特性を検出するため、あるいは液を制御するための検出用電極２１１及び検出用電極２１１からの検出信号を取り出す検出信号線２１２を追加配置し集積したものである。液膜１２０を冷却膜２０７により形状制御するだけでなく、検出用電極２１１によって液膜１２０の熱容量、温度、熱伝導率や粘性などを検出すると共に、例えばElectro Wetting材料からなる液膜を用い、この液膜１２０に電荷を与えて液膜を制御することができる。なお、検出用電極２１１に赤外線を検知する機能を付与し、赤外線集光用液膜レンズを集積した赤外線センサや、液晶材料からなる液膜１２０を用い、検出用電極２１１によって制御される液晶光学素子にもできる。また、電極パターンにＬＥＤやフォトダイオードを形成すれば発光素子や受光素子に応用できる。よって、本実施の形態によれば、電極層または電極を併設することにより、温度制御と同時に、より高精度の液膜制御ができる。なお、図１４に示すように、周囲雰囲気の気体の種類、温度、密度及び蒸気圧をモニタする検出器２１３及び検出器２１３からの検出信号を取り出す検出信号線２１４を集積することにより、液膜付近の気体の種類、温度、密度及び蒸気圧を測定し、気体を凝集させる冷却器の温度（露点以下）を設定でき、液膜付近の気体の状態変化に応じた液膜１２０を増量させるための冷却温度の維持や、液膜１２０からの蒸発程度を観測し液膜の保持に必要な冷却温度が設定できる。
【００５５】
図１５は別の発明の第３の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す平面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス３００は、冷却膜２０７を平行に対向させて配置し、対向間隙の液膜形成エリアに液膜１２０を形成するものである。このようなパターン配置により、液膜の形状を効率良く、迅速に、正確に形成できる。
【００５６】
図１６は別の発明の第４の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液膜光学デバイスの平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＪ−Ｊ’線断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス４００は、冷却膜２０７で囲まれた液膜形成管壁２１０に連通する液膜部材供給排出路２１５が設けられている。この液膜部材供給排出路２１５は、液膜形成管壁２１０に外部から液膜を形成するための液体や気体を導入したり排出したりする供給排出路である。このような構成を有する第４の実施の形態の液膜光学デバイスによれば、液膜部材供給排出路２１５を介して液膜１２０を形成するため液体又は気体が液膜形成管壁２１０に供給され、液膜１２０を形成するため液体又は気体が熱電交換器２０８の冷却膜２０７によって凝集され、所望の液膜１２０が形成できる。
【００５７】
また、気相に接する液膜材料であるため、蒸発しない性質の液膜材料が有用であり、イオン液体が利用できるが、一方気体を凝集できないことになるので、その場合でも液膜形成エリアに液体が供給でき、かつ温度制御できる。イオン液体としては、陽イオンの、イミダゾリウム系、ピリジウム系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、脂肪族ホスホニウム系と、陰イオンの、ＢＦ４−、ＰＦ６−等の無機イオン系、ＣＦ３ＳＯ２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＯ２−等のフッ素系陰イオンとの組合せ他様々な構造からなっている常温溶融塩である。
【００５８】
図１７は別の発明の第５の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス５００は、基板２０１と液膜支持層２０３の間に、液膜支持層２０３を上下させるための熱膨張伸縮部材又は圧電振動部材を用いた伸縮層２１６を設けている。この伸縮層２１６を均一に上下することにより、液膜光学デバイス５００によって形成された液膜１２０のレンズの焦点位置を変えることができる。また、この伸縮層２１６の伸縮幅を不均等に変化して傾けることにより、液膜光学デバイス５００によって形成された液膜１２０のレンズの光軸を傾けることができる。
【００５９】
図１８は別の発明の第６の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス６００は、基板２０１及び液膜支持層２０３を挟むように、静電電極膜２１７を設けている。この各静電電極膜２１７の間に印加する電圧の電圧値を可変することにより、静電電極膜２１７の間に働くクーロン力により液膜支持層２０３が湾曲することによって、形成された液膜１２０の曲率が湾曲して、液膜１２０のレンズの焦点位置を変えることができる。なお、液膜支持層２０３を湾曲させる他の機構として、図１９に示すような液膜光学デバイス７００のように、透明基材２１９で気密とした空洞部２０２と連通する通気流路２２０を通し、当該通気流路２２０を形成する基材に設けられた圧電膜ポンプ２２１によって通気流路２２０の気圧を上下させることによって、空洞部２０２内の圧力を変化させることで、形成された液膜１２０の曲率を湾曲させて液膜１２０のレンズの焦点位置を変えることができる。
【００６０】
図２０は別の発明の第７の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液膜光学デバイスの適用例の平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＫ−Ｋ’線断面図である。同図において、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス８００は、第２の実施の形態の液膜光学デバイス２００を同一基板に複数個（ここでは３個）集積しアレー状に配列している。よって、本実施の形態の液膜光学デバイスを、複数個を配置すれば、マイクロレンズアレー及び３次元映像装置を実現できる。ただ、複数個を異なる形状制御する上では個々の液体レンズに対してそれぞれ異なる温度制御も必要になる。そこで、複数個を配置するにあたり、個々の液膜を温度制御する機構を配置し、集積した液膜光学デバイスとしている。なお、複数個集積するに当たり、ＭＥＭＳ構造が適している。また、液膜形成、保持や温度制御させるための条件設定するにあたり、周囲気体などの状態検出機構も集積することができる。
【００６１】
図２１は別の発明の第８の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図１６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス９００では、異なる種類（本実施の形態では２種類）の第１の液膜１２０−１，第２の液膜１２０−２を積層させ、複合レンズのような光学系を形成させている。詳細には、個々の種類の気体の性質に対応させ、気体を凝集させる工程を冷却膜２０７の温度制御によって行う。つまり、異なる種類の液膜を凝集温度の高い材料から順に、冷却膜２０７の温度を降下させて積層凝集させる。このように、本実施の形態の液膜光学デバイスは多成分複層液膜を示すもので、第１の液膜の気体を凝集し第１の液膜を形成した後、第２の液膜の気体を凝集し第１の液膜の上に第２の液膜を形成する。同図のようなＭＥＭＳによる構造以外の構造でも可能である。よって、多種類の液膜を積層させることができる液膜光学デバイスにより、光学デバイスとして応用範囲が広くなる。
【００６２】
図２２は別の発明の第９の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス１０００は、２枚の合わせレンズであって、１枚ごとに異なる基板に集積し、基板を接合したものである。同図の（ａ）に示す例はスタック、同図の（ｂ）は裏面どうしを接合したものであり、同図の（ｃ）は対面を接合したもので、空洞内の気体成分を外部と異なるように設定することができる。特に、同図の（ｃ）に示す対面接合タイプのものは、基板の厚みに関係なく、２枚のレンズを短い間隔から長距離まで製作できる自由度がある。このように、複数個を基板に集積することによって、多種多様な液膜光学系が高精度に実現できる。
【００６３】
図２３は別の発明の第１０の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は斜視図、同図の（ｂ）は平面図、同図の（ｃ）は同図の（ｂ）のＬ−Ｌ’線断面図である。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス１１００は、支持基材や支持層の表面を起立させる姿勢で冷却膜２１１を形成している。このように、上述したような支持基材や支持層に液膜形成箇所を組み合わせるのではなく、基板を製造する過程の中で表面に起立する姿勢を形成することにより、光学系に必要な高精度の形状、寸法を得ることができる。また、本実施の形態では、レーザダイオード２２２などの放射光源を搭載しており、集光系や拡散系を含む作像装置や光走査装置を構成することができる。なお、イメージセンサを搭載すれば結像系を含む撮像装置となる。
【００６４】
図２４は別の発明の液膜撮像デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本発明の液膜撮像デバイス１２００は、第１の実施の形態の液膜光学デバイス１００と、撮像デバイス２３０とを一体化して構成する。詳細には、同図に示すように、イメージセンサ２２３の受光経路に液膜光学デバイス１００の液膜１２０が形成できるように、基板どうしのパターンを配置し、基板を接合する。なお、図示していないが制御回路も同一基板上に集積できる。このように、高精度に一体化することにより、イメージセンサからの熱影響のばらつきが小さくできるので、液膜の温度制御がばらつき少なく正確にできる。また、一体化すると全体のシステムが簡略化されるだけでなく、制御回路も集積できるので、なお簡便であり信頼性が向上する。
【００６５】
図２５は別の発明の液膜光源デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本発明の液膜光源デバイス１３００は、第１の実施の形態の液膜光学デバイス１００と、放射光源デバイス２４０とを一体化して構成する。詳細には、同図に示すように、発光ダイオード２２４の発光経路に液膜光学デバイス１００の液膜１２０が形成できるように、基板どうしのパターンを配置し、基板を接合する。なお、図示していないが制御回路も同一基板上に集積できる。このように、高精度に一体化することにより、放射光源からの熱影響のばらつきが小さくできるので、液膜の温度制御がばらつき少なく正確にできる。また、一体化すると全体のシステムが簡略化されるだけでなく、制御回路も集積できるので、なお簡便であり信頼性が向上する。
【００６６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る液膜光学装置における液膜を形成する様子を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。
【図８】第６の実施の形態に係る液膜光学装置における液膜の液面位置を変える様子を示す断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。
【図１１】第８の実施の形態に係る液膜光学装置における液膜形状の変化例を示す断面図である。
【図１２】別の発明の第１の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。
【図１３】別の発明の第２の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る液膜光学デバイスの別の構成を示す図である。
【図１５】別の発明の第３の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す平面図である。
【図１６】別の発明の第４の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。
【図１７】別の発明の第５の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。
【図１８】別の発明の第６の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。
【図１９】第６の実施の形態に係る液膜光学デバイスの別の構成を示す断面図である。
【図２０】別の発明の第７の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。
【図２１】別の発明の第８の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。
【図２２】別の発明の第９の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す断面図である。
【図２３】別の発明の第１０の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。
【図２４】別の発明の液膜撮像デバイスの構成を示す断面図である。
【図２５】別の発明の液膜光源デバイスの構成を示す断面図である。
【図２６】従来の液滴光学装置の構成を示す断面図である。
【図２７】従来の液滴光学装置の別の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１〜８；液膜光学装置、
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００；液膜光学デバイス、
１０１；ガラス基板、１０２，２０２；液膜形成エリア、
１０３；液膜形成管、１０４；Ｐ型半導体、１０５；Ｎ型半導体、
１０６；放熱器、１０７；冷却器、１０８，２０８；熱電交換器、
１０９，２０９；電力供給線、１２０；液膜、２０１；基板、
２０２；空洞部、２０３；液膜支持層、２０４；Ｐ型半導体膜、
２０５；Ｎ型半導体膜、２０６；放熱膜、２０７；冷却膜、
２１０；液膜形成管壁、２１１；検出用電極、
２１２，２１４；検出信号線、２１３；検出器、
２１５；液膜部材供給排出路、２１６；伸縮層、２１７；静電電極膜、
２１９；透明基材、２２０；通気流路、２２１；圧電膜ポンプ、
２２２；レーザダイオード、２２３；イメージセンサ、
２２４；発光ダイオード、１２００；液膜撮像デバイス、
１３００；液膜光源デバイス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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