(57)【要約】  本発明は、所望の界面形状を形成することができる光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。本発明のマイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０では、液相を成す透明液１６と気相を成すマイクロバブル１７との少なくとも一方が、曲率制御部６によって温度調節される。そして、温度調節された透明液１６、マイクロバブル１７が熱膨張又は熱収縮することにより、透明液１６とマイクロバブル１７との間に形成される曲面状の界面Ｂの形状が変化する。よって、界面形状の制御が可能となり、所望の界面形状を形成することができる。また、温度調節のため電流印加によるジュール熱を利用するので、容器１０内の透明液１６やマイクロバブル１７に直接電圧を印加しこれらの表面張力を変化させる場合に比して、印加電圧を低減できる。
2011128995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる容器と、
前記容器内に収容されて第１の相を成す第１の透明物質と、
前記容器内に収容されて前記第１の相とは異なる第２の相を成し、前記第１の透明物質との間において前記第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、
前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより前記界面の形状を制御する界面形状制御手段と、
を備えた光学素子。
【請求項２】
前記第１の相は液相であり、前記第２の相は気相である請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記界面形状制御手段は、前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方を熱膨張又は熱収縮させることにより前記界面の形状を制御する請求項１又は２記載の光学素子。
【請求項４】
前記界面形状制御手段は、前記界面の曲率を制御する請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項５】
前記界面形状制御手段は、前記容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、
前記発熱部は、その中央に幅狭部を有する、
請求項１〜４のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項６】
前記容器は、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺と前記第２の壁部の周辺とに分かれて配置されている、
請求項１〜５のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項７】
前記容器を２つ備え、
前記容器のそれぞれは、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
前記容器のそれぞれにおいて、前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺に配置されており、
２つの前記容器の前記第１の壁部同士が接合されている、
請求項１〜６のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子を複数配列させた光学素子アレイ。
【請求項９】
光を透過させる容器内に導電性の液体が充填された光学素子の製造方法であって、
一方の面が開放された容器を用い、前記一方の面の位置に第１の電極を形成し、前記一方の面に対向する他方の面の位置に第２の電極を形成する電極形成ステップと、
前記液体を帯電させ、前記第１の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記一方の面から前記容器内に流入させる液体流入ステップと、
前記第１の電極に前記液体と同電荷の電圧を印加し、前記第２の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記容器内に充填する液体充填ステップと、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子として、特開２００８−２９８８２１号公報に示されるように、光を透過させて光の回折角を制御するための回折格子であって、等間隔に配列されて平行に延びる隔壁を備え、隣接する隔壁の間を絶縁性の液体及び導電性の液体により満たし、導電性の液体に電圧を印加することでこれらの液体間に形成された界面の位置を変化させ、格子定数を可変とするものが知られている。【０００３】
この回折格子では、エレクトロウェッティング現象（電気毛管現象）を利用している。エレクトロウェッティング現象とは、導電性の液体と電極との間に電圧を印加した際に、液体の表面張力が変化し、これに伴い液体表面の形状が変化する現象である。このような現象を用いて、この回折格子では、印加する電圧を大きくすることにより液体の表面張力を低下させ、界面の位置を高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の回折格子では、液体に電圧を印加することにより界面の形状や位置を変化させているため、界面を所望の形状や位置に変化させることはできなかった。【０００６】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、所望の界面形状を形成することができる光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法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】
【０００７】
すなわち本発明に係る光学素子は、光を透過させる容器と、容器内に収容されて第１の相を成す第１の透明物質と、容器内に収容されて第１の相とは異なる第２の相を成し、第１の透明物質との間において第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、第１の透明物質及び第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより界面の形状を制御する界面形状制御手段と、を備えて構成される。【０００８】
この発明では、第１の相を成す第１の透明物質と第２の相を成す第２の透明物質との少なくとも一方が、界面形状制御手段によって温度調節される。そして、温度調節された透明物質が熱膨張又は熱収縮することにより、第１の透明物質と第２の透明物質との間に形成される曲面状の界面の形状が変化する。よって、界面形状の制御が可能となり、所望の界面形状を形成することができる。ここで、温度調節のために電流を印加する場合、容器内の物質に直接電圧を印加し当該物質の表面張力を変化させる場合に比して、印加電圧を低減できる。従って、電流によるジュール熱を利用する方法を取ることとすれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。【０００９】
ここで、第１の相は液相であり、第２の相は気相であることが好ましい。【００１０】
この発明によれば、気相を成す第２の透明物質は、容積あたりの質量が小さい（密度が低い）ため重力の影響を受けにくい。よって、界面の形状を精度良く制御することができる。また、液−液系と比較して、混合による品質低下を防ぐことができる。【００１１】
また、界面形状制御手段は、第１の透明物質及び第２の透明物質のうち少なくとも一方を熱膨張又は熱収縮させることにより界面の形状を制御することが好ましい。【００１２】
この発明によれば、第１の透明物質及び第２の透明物質のうち少なくとも一方が、界面形状制御手段によって熱膨張又は熱収縮するため、界面の形状が変化し易くなる。よって、界面形状の制御が可能になる。【００１３】
また、界面形状制御手段は、界面の曲率を制御することが好ましい。【００１４】
この発明によれば、界面形状制御手段によって界面の曲率が制御されるため、容器に光を透過させる場合の屈折力（レンズパワー）を制御することができる。【００１５】
また、界面形状制御手段は、容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、発熱部は、その中央に幅狭部を有することが好ましい。【００１６】
この発明によれば、発熱部の中央にある幅狭部では電気抵抗が大きくなるため、この幅狭部の温度は、発熱部の中で最も高くなる。よって、発熱部の中央付近にある透明物質を、小さい電流で十分に加熱することができる。これにより、透明物質を容易に熱膨張及び相変化させることができ、透明物質の形状の制御が容易になる。【００１７】
また、容器は、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、第２の透明物質は、第１の壁部の周辺と第２の壁部の周辺とに分かれて配置されていることが好ましい。【００１８】
この発明によれば、第１の透明物質は、第１の壁部と第２の壁部との間において、第２の透明物質により両側から挟まれるように配置される。ここで、第１の透明物質と第２の透明物質との間に形成される界面の形状は、第２の透明物質から第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状となっている。そのため、第１の壁部と第２の壁部とのそれぞれから容器の内方に向けて膨らんだ形状の２面の界面が形成される。よって、このような２面の界面により、第１の壁部と第２の壁部との間に凹レンズを形成することができる。【００１９】
また、容器を２つ備え、容器のそれぞれは、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、容器のそれぞれにおいて、第２の透明物質は、第１の壁部の周辺に配置されており、２つの容器の第１の壁部同士が接合されていることが好ましい。【００２０】
この発明によれば、２つの容器のそれぞれにおいて、第１の壁部から第２の壁部に向けて膨らんだ形状の界面が形成され、２つの容器の第１の壁部同士が接合される。このようにすれば、接合された第１の壁部同士を断面に含むような、２つの容器にわたる凸レンズを形成することができる。【００２１】
また、上記の光学素子を複数配列させた光学素子アレイによれば、各光学素子において、容器内に形成される界面の形状を制御することができる。よって、各光学素子の屈折力を自在に変化させることができる。例えば、複数の光源を配列し光源のそれぞれに対応させて光学素子を配列すれば、複数の光源から出射される光を自在に集光又は拡散させることができる。【００２２】
また、本発明に係る光学素子の製造方法は、光を透過させる容器内に導電性の液体が充填された光学素子の製造方法であって、一方の面が開放された容器を用い、一方の面の位置に第１の電極を形成し、一方の面に対向する他方の面の位置に第２の電極を形成する電極形成ステップと、液体を帯電させ、第１の電極に液体とは逆電荷の電圧を印加し、液体を一方の面から容器内に流入させる液体流入ステップと、第１の電極に液体と同電荷の電圧を印加し、第２の電極に液体とは逆電荷の電圧を印加し、液体を容器内に充填する液体充填ステップと、を含むことを特徴とする。【００２３】
本発明に係る光学素子の製造方法では、液体流入ステップで、帯電させた液体を一方の面から容器内に流入させるにあたり、一方の面の位置に形成された第１の電極には、液体とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、第１の電極の表面に接する液体の濡れ性が向上する。よって、一方の面からの液体の流入をスムーズに行うことができる。また、液体充填ステップでは、第１の電極に液体と同電荷の電圧が印加され、第２の電極に液体とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、第２の電極の表面に接する液体の濡れ性が向上する。よって、他方の面の周辺において、隅々まで液体を充填することができる。【００２４】
このような光学素子の製造方法によれば、容器が小さい場合であっても、容器の隅々まで液体を行き渡らせることができる。したがって、容器内に透明物質を収容する上記の光学素子及び光学素子アレイを、好適に製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学素子を示す概要図である。
【図２】図１中の容器部分のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１の光学素子における気泡の成長状態を示す概念図である。
【図４】図３中の容器部分のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】レンズの曲率と屈折力の関係を示す側断面図である。
【図６】図１の光学素子を複数配列した光学素子アレイを示す概要図である。
【図７】図６中の容器部分の側面図である。
【図８】図６の光学素子アレイを用いた光学系システムの例を示す図である。
【図９】図６の光学素子アレイの製造工程を示す断面図及び上面図である。
【図１０】図９に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。
【図１１】図１０に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。
【図１２】図１１に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。
【図１３】図１２に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。
【図１４】第２実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。
【図１５】第３実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。
【図１６】第４実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。
【図１７】図１６の光学素子をヘッドアップディスプレイに適用した場合の映像表示例を示す図である。
【図１８】第５実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。
【図１９】図１８の光学素子を複数配列した光学素子アレイの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態に係る光学素子について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学素子を示す概要図、図２は、図１中の容器部分のII−II線に沿う断面図である。本実施形態に係るマイクロレンズ（光学素子）１は、例えばレーザ光源の出射側に配置され、当該レーザ光源から出射されたレーザ光を屈折させるためのものである。
【００２９】
マイクロレンズ１は、光を透過させる略立方体形状の中空容器１０を備えている。この容器１０は、透明絶縁膜により形成されており、所定の厚みを有する６面の壁部１１から構成されている。６面の壁部１１は、密閉された略立方体形状の内部空間Ｓを形成しており、容器１０は、その内部空間Ｓ内に液体又は気体を封入可能となっている。容器１０を形成する透明絶縁膜として、例えば、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸リチウム等を用いることができる。容器１０の大きさは特に限定されないが、典型的には、一辺の長さが５０〜１００μｍ程度となっている。
【００３０】
容器１０を構成する６面の壁部１１のうち、互いに対向する壁部である第１の側壁（壁部）１１ａ及び第２の側壁（壁部）１１ｂ（図２参照）は、容器１０の光透過面として機能する。なお、図１では、容器１０内の構成の理解を容易にするために第１の側壁１１ａは示していないが、第１の側壁１１ａは、図示手前側の面に位置している。以下、第１の側壁１１ａ及び第２の側壁１１ｂを単に「側壁１１ａ，１１ｂ」ともいう。
【００３１】
このような容器１０に加え、マイクロレンズ１は、側壁１１ａ，１１ｂのそれぞれに形成されて通電により発熱する板状のヒータ（発熱部）１２，１２と、配線４によりヒータ１２，１２に接続され、ヒータ１２，１２に電流を印加すると共にその発熱量を制御する制御部３と、容器１０の内部空間Ｓ側からヒータ１２，１２の表面（内部空間Ｓ側の面）１２ａを覆うように形成された板状の絶縁膜１３，１３とを備えている。なお、図２では、制御部３については図示を省略している（以下、図４、図５、図７、及び図８においても同様とする）。
【００３２】
更に、マイクロレンズ１は、容器１０内に収容されて液相（第１の相）を成す透明液（第１の透明物質）１６と、容器１０内に収容されて気相（第２の相）を成し、透明液１６との間において透明液１６に向けて膨らんだ曲面上の界面Ｂ（図２参照）を形成する気泡であるマイクロバブル（第２の透明物質）１７と、を備えている。すなわち、透明液１６とマイクロバブル１７とは、互いに異なる相を成している。
【００３３】
ヒータ１２は、発熱することによりマイクロバブル１７及び透明液１６に熱を伝達し、マイクロバブル１７及び透明液１６を熱膨張又は熱収縮させるためのものである。このヒータ１２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）等により形成された透明電極である。ヒータ１２は、側壁１１ａ，１１ｂの内壁面上の一部に形成されている。そして、ヒータ１２は、側壁１１ａ，１１ｂの端辺同士を連結し互いに対向する上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄ（以下、単に「壁１１ｃ，１１ｄ」ともいう）に掛け渡されるように延在している。すなわち、ヒータ１２は、その長手方向（図１の上下方向）の長さが内部空間Ｓの一辺の長さよりも若干長くされており、当該長手方向の端部１２ｃ，１２ｄが、壁１１ｃ，１１ｄにそれぞれ接触している。
【００３４】
以下の説明において、側壁１１ａ，１１ｂの壁面に垂直な方向（ヒータ１２に垂直な方向）を「厚さ方向」、壁１１ｃ，１１ｄの壁面に垂直な方向（ヒータ１２の長手方向に平行な方向）を「長さ方向」、側壁１１ａ，１１ｂ及び壁１１ｃ，１１ｄのいずれとも平行な方向（ヒータ１２の短手方向に平行な方向）を「幅方向」という。
【００３５】
図１に示すように、ヒータ１２の端部１２ｃ，１２ｄは、幅方向の長さが幅Ｌ１とされている。また、ヒータ１２は、その中央に狭幅部１２ｅを有している。ここでいう「中央」とは、一方の端部１２ｃと他方の端部１２ｄとの中間位置であり、「略中央」を含む。狭幅部１２ｅは、幅方向の長さが幅Ｌ１よりも短い幅Ｌ２とされている。そして、ヒータ１２の形状は、端部１２ｃ，１２ｄから狭幅部１２ｅに向かうにつれて幅方向の長さが漸減している。このようにして、ヒータ１２は、狭幅部１２ｅに対して対称な形状とされている。
【００３６】
制御部３は、ヒータ１２の発熱量を制御することにより、マイクロバブル１７及び透明液１６を熱膨張又は熱収縮させ、界面Ｂの曲率を制御するためのものである。言い換えれば、制御部３は、マイクロバブル１７及び透明液１６の温度調節を行うことにより界面Ｂの形状を制御する。制御部３は、ヒータ１２の発熱量や、マイクロバブル１７及び透明液１６の温度を検出する手段を有している。更に、制御部３は、容器１０内に透明液１６を供給する制御及び容器１０内から透明液１６を排出する制御を行う。この透明液１６の供給制御及び排出制御では、容器１０を介して透明液１６を供給・排出できる手法であればいずれの手法が用いられてもよい。制御部３は、界面Ｂの形状制御に係る演算のため、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)を含むコンピュータを有している。
【００３７】
ヒータ１２を覆う絶縁膜１３は、ヒータ１２とマイクロバブル１７及び透明液１６との接触を防ぎつつ、ヒータ１２からの熱をマイクロバブル１７及び透明液１６に伝達するためのものである。絶縁膜１３は、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸リチウム等の透明絶縁膜により形成されており、ヒータ１２の表面１２ａ全面を覆っている。より詳しくは、絶縁膜１３は、ヒータ１２の外形形状よりも一回り大きい外形形状を成している。すなわち、絶縁膜１３の長さ方向の端部１３ｃ，１３ｄは、幅方向の長さがヒータ１２の端部１２ｃ，１２ｄの幅Ｌ１よりも多少長くなっている。更に、絶縁膜１３は、ヒータ１２の幅方向の端部１２ｆ（図１参照）において厚さ方向に延びる端面（図示せず）をも覆っている。なお、配線４は、端部１２ｃ，１２ｄにそれぞれ接続されている。
【００３８】
ここで、第１の側壁１１ａ、第２の側壁１１ｂ、及び絶縁膜１３のそれぞれにおいて、内部空間Ｓに面する表面は、後述するマイクロバブル１７の形状制御のため、濡れ性を向上させる加工を施されていることが望ましい。
【００３９】
容器１０、ヒータ１２、制御部３、配線４、及び絶縁膜１３は、既存の半導体製造技術により製造することができる。その製造方法は、後述するマイクロレンズアレイの製造工程と同様である。
【００４０】
透明液１６及びマイクロバブル１７は、相のみが異なっており、同一の組成を有する物質である。透明液１６及びマイクロバブル１７として、例えば、パーフルオロカーボン（フロリナート（登録商標））やシリコーン等を用いることができる。透明液１６は、ヒータ１２からの熱を受けて局所的に沸騰し、蒸気気泡となってマイクロバブル１７となる。このとき、透明液１６とマイクロバブル１７との合計の体積を内部空間Ｓの容積に一致させるように、制御部３により透明液１６の排出を行う。また、マイクロバブル１７は、容器１０から外部への放熱等により冷却されて凝縮し、透明液１６となる。このとき、透明液１６とマイクロバブル１７との合計の体積を内部空間Ｓの容積に一致させるように、制御部３により透明液１６の供給を行う。このような制御により、透明液１６の体積とマイクロバブル１７の体積との合計は、内部空間Ｓの容積に一致する。透明液１６及びマイクロバブル１７は、制御部３によって所定の体積及び形状に制御される。
【００４１】
マイクロバブル１７は、第１の側壁１１ａの周辺と第２の側壁１１ｂの周辺との２箇所に分かれて対称的に配置されている（図２参照）。マイクロバブル１７は、互いに近接する方向に膨らんだ略ドーム状の形状を呈しており、その底面１８が側壁１１ａ，１１ｂ及び絶縁膜１３に当接すると共に、厚さ方向から見て内部空間Ｓの壁面に内接している（図１参照）。また、マイクロバブル１７は、そのドーム部分１９（図２参照）が内部空間Ｓの内方に向けて膨らんだ球面状（曲面状）とされると共に、透明液１６との間に界面Ｂを形成している。ドーム部分１９の立ち上がり部（底面１８寄りの部分）が側壁１１ａ，１１ｂに対して成す接触角は、表面処理の状態によって所定の角度θに決まる。
【００４２】
以下の説明において、第１の側壁１１ａの周辺に形成されたマイクロバブル１７を入射側マイクロバブル１７ａともいい、第２の側壁１１ｂの周辺に形成されたマイクロバブル１７を出射側マイクロバブル１７ｂともいう（図２参照）。
【００４３】
入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとは、厚さ方向に距離ｄ離間している。そして、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとによって両側から挟まれるようにして、透明液１６が配置されている。そして、入射側マイクロバブル１７ａと透明液１６との間及び出射側マイクロバブル１７ｂと透明液１６との間に形成された２面の界面Ｂにより、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとの間に凹レンズが形成されている。
【００４４】
なお、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとは、対称的に配置される場合に限られず、それぞれ異なった形状を成すことも可能である。マイクロバブル１７の形状制御について、以下に説明する。
【００４５】
図３は、マイクロレンズ１における気泡の成長状態を示す概念図であり、図４は、図３中の容器１０部分のIV−IV線に沿う断面図である。まず、容器１０内には、所定温度の透明液１６が満たされている。制御部３によりヒータ１２に電圧が印加されヒータ１２に電流が流れると、次の式（１）に従って、ヒータ１２の狭幅部１２ｅが発熱する。
【００４６】
【数１】
2011128995.tif 000003
【００４７】
上記式（１）において、
Ｑ：発熱量
Ｒ：狭幅部１２ｅの抵抗
Ｉ：ヒータ１２を流れる電流
ｍ：透明液１６の重量
ｃ：透明液１６の比熱
ｔ：通電時間
である。
【００４８】
発熱量Ｑの発熱がヒータ１２の狭幅部１２ｅで生じると、その熱が絶縁膜１３を介して透明液１６に伝達され、透明液１６が狭幅部１２ｅに対応する位置で局所的に蒸発する。そして、狭幅部１２ｅの周辺に初期のマイクロバブル１７が生じる（図３、図４の仮想線参照）。更に、このマイクロバブル１７は、通電時間ｔの経過と共に大きくなる。
【００４９】
ここで、
ｒ：マイクロバブル１７のドーム部分１９の半径
Κ：界面Ｂの曲率
とすると、次の式（２）の関係が成り立つ。
【００５０】
【数２】
2011128995.tif 000004
【００５１】
また、マイクロレンズ１の容器１０は、外部との熱のやり取りを常に行っているため、一定の熱量Ｑｏｕｔを奪われている。よって、初期のマイクロバブル１７発生後に通電を止めたとすると、マイクロバブル１７の半径ｒはその内部の圧力Ｐと透明液１６の表面張力が等しい大きさにまで小さくなる。なお、容器１０から放出される熱量Ｑｏｕｔは、容器１０の壁部１１の熱伝導係数にも影響される。
【００５２】
そして、熱を奪われた透明液１６は温度が低下し、マイクロバブル１７も界面Ｂを通じて熱を奪われ、結果として温度変化ΔＴだけ温度が低下する。ここでは、熱量Ｑｏｕｔと温度変化ΔＴとの間において次の式（３）の比例関係が成り立つ。
【００５３】
【数３】
2011128995.tif 000005
【００５４】
気体の状態方程式により、次の式（４）が成り立つため、温度が温度変化ΔＴ低下すると、マイクロバブル１７の内圧ＰＢと体積変化ΔＶとの積が低下する。
【００５５】
【数４】
2011128995.tif 000006
【００５６】
ここで、
ＰＢ：マイクロバブル１７の内圧
ΔＶ：マイクロバブル１７の体積変化
ｎ：マイクロバブル１７のモル数
Ｒ：気体定数
ΔＴ：マイクロバブル１７の温度変化
である。
【００５７】
内圧ＰＢと体積変化ΔＶとの積ＰＢΔＶが低下するにあたり、内圧ＰＢはマイクロバブル１７が透明液１６から押される外圧とも等しくなる。そのため、内圧ＰＢが当該外圧と等しくなるまで、マイクロバブル１７の体積が減少する。
【００５８】
マイクロバブル１７の半径ｒを保持するためには、所定の熱量Ｑｅをヒータ１２により与え続ける必要がある。マイクロバブル１７の半径ｒは、ヒータ１２のオンオフによって所定の熱量Ｑｅを与えたり与えなかったりすることで、拡大又は縮小させることが可能となる。ヒータ１２の発熱量Ｑと、マイクロバブル１７の半径ｒとの関係は、次の式（５）の通りとなる。
【００５９】
【数５】
2011128995.tif 000007
【００６０】
よって、ヒータ１２のオンオフにより、マイクロバブル１７（界面Ｂ）の形状と共に半径ｒ（すなわち曲率Κ）を制御し、前述の凹レンズの屈折力を制御することができる。
【００６１】
このように、本実施形態のマイクロレンズ１においては、ヒータ１２、制御部３、配線４、及び絶縁膜１３を備えて、界面Ｂの形状を制御する曲率制御部（界面形状制御手段）６が構成されている。すなわち、曲率制御部６は、透明液１６及びマイクロバブル１７の温度調節を行うことにより、透明液１６及びマイクロバブル１７を熱膨張又は熱収縮させ、この熱膨張又は熱収縮により界面Ｂの曲率Κを制御する機能を有している。
【００６２】
図５は、レンズの曲率と屈折力の関係を示す側断面図である。図５（ａ）に示すように、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとが距離ｄ離間している場合、屈折力（レンズパワー）φは、次の式（６）で表される。
【００６３】
【数６】
2011128995.tif 000008
【００６４】
ここで、
φ：マイクロレンズ１の屈折力（レンズパワー）
ｎａ：透明液１６の屈折率
Κ１：入射側マイクロバブル１７ａにより形成される界面Ｂの曲率
Κ２：出射側マイクロバブル１７ｂにより形成される界面Ｂの曲率
ｄ：入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとの離間距離
である。
【００６５】
上記式（２）に示したように、入射側マイクロバブル１７ａ及び出射側マイクロバブル１７ｂの半径が決まると、曲率Κ１，Κ２が決まる。そして、式（６）に示すように、所定の曲率Κ１，Κ２に対し所定の屈折力φが得られる。
【００６６】
例えば、図５（ｂ）に示すように、曲率Κ１，Κ２が図５（ａ）に示した場合よりも大きくなると、屈折力φは大きくなり、マイクロレンズ１による光の屈折作用は強くなる。また、図５（ｃ）に示すように、曲率Κ１，Κ２が図５（ａ）に示した場合よりも小さくなると、屈折力φは小さくなり、マイクロレンズ１による光の屈折作用は弱くなる。
【００６７】
次に、マイクロレンズ１を複数配列させて成る本実施形態のマイクロレンズアレイについて説明する。図６は、図１のマイクロレンズ１を複数配列したマイクロレンズアレイを示す概要図、図７は、図６中の容器部分の側面図である。図６及び図７に示すように、マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）３０は、マイクロレンズ１を長さ方向及び幅方向に複数配列させたものである。このマイクロレンズアレイ３０では、マイクロレンズ１がＭ行Ｎ列（Ｍ，Ｎは自然数）のマトリックス状に配列されている。マイクロレンズアレイ３０は、Ｍ行Ｎ列のマトリックス状に配列された容器１０と、配線４により各容器１０に接続され、各容器１０におけるヒータ１２の発熱量を制御する制御部３３と、を備えている。
【００６８】
このマイクロレンズアレイ３０においては、制御部３３、配線４、各マイクロレンズ１のヒータ１２及び絶縁膜１３（図１参照）を備えて、界面Ｂの形状を制御する曲率制御部（界面形状制御手段）３６が構成されている。なお、制御部３３は、各マイクロレンズ１の制御部３（図１参照）をマイクロレンズ１の個数と同数備えるものであってもよいし、まとまった一台の装置として構成され、各容器１０内の界面Ｂの形状を制御可能なものであってもよい。
【００６９】
このようなマイクロレンズアレイ３０においても、各容器１０内に形成される界面Ｂの曲率Κが制御されるため、各マイクロレンズ１の屈折力φを自在に変化させることができる。例えば、マイクロレンズアレイ３０では、ｊ列における屈折力φｊは屈折力φ１，ｊ〜φＭ，ｊとなり、このうちｉ行ｊ列のマイクロレンズ１における屈折力は、屈折力φｉ，ｊとなる（図７参照）。
【００７０】
また、図８に示すように、マイクロレンズアレイを用いた光学系システム１００を構成することも可能である。この光学系システム１００は、複数配列した光源（例えばレーザ光源等）３５と、各光源３５に対応させてマイクロレンズ１を配列したマイクロレンズアレイ３０Ａとを有している。また、光学系システム１００は、マイクロレンズアレイ３０Ａと投影面３６との間に配置された光学リレーレンズ３７を有している。このような光学系システム１００では、投影面３６における映写像の拡大や縮小、ゆらぎ補正等が可能となる。
【００７１】
続いて、マイクロレンズアレイ３０の製造方法について説明する。図９〜図１３は、図６のマイクロレンズアレイ３０の製造工程を示す断面図及び上面図である。各図において、左側に長さ方向から見た断面図を、右側に厚さ方向から見た上面図を示している。断面図では、配列数が４列の例について示している。また、上面図では、そのうち一のマイクロレンズ１のみを示している。なお、以下の説明では、容器１０にニオブ酸リチウムを用い、ヒータ１２にＩＴＯ電極を用いる場合について説明する。
【００７２】
まず、図９（ａ）に示すように、所定厚さのニオブ酸リチウム基板５０を用意する（Ｓ１）。次に、図９（ｂ）に示すように、エッチングにより、厚さ方向の１面が開放された略立方体形状の空隙５１を形成する（Ｓ２）。ここで、この空隙５１は、容器１０の内部空間Ｓに相当するものである。また、空隙５１の開放された面を上面（一方の面）５１ａといい、一方の面に対向する面を底面（他方の面）５１ｂという。
【００７３】
次に、図１０（ａ）に示すように、空隙５１の底面５１ｂの位置に下部ＩＴＯ電極５２を形成する（Ｓ３）。この下部ＩＴＯ電極５２は、ヒータ１２に相当するものである。次に、図１０（ｂ）に示すように、上面５１ａの位置の直下まで、空隙５１内に酸化膜５３を所定高さ堆積させる（Ｓ４）。
【００７４】
次に、図１１（ａ）に示すように、上面５１ａの位置に上部ＩＴＯ電極５４を形成する（Ｓ５）。この上部ＩＴＯ電極５４は、ヒータ１２に相当するものである。次に、図１１（ｂ）に示すように、酸化膜５３をエッチングにより除去する（Ｓ６）。すなわち、これらのステップＳ３〜ステップＳ６は、上面５１ａが開放されたニオブ酸リチウム基板（容器）５０を用い、上面５１ａの位置に上部ＩＴＯ電極（第１の電極）５４を形成し、底面５１ｂの位置に下部ＩＴＯ電極（第２の電極）５２を形成する電極形成ステップに相当する。なお、ヒータ１２と制御部３３とを接続する配線４も、ヒータ１２と同様にして形成される。
【００７５】
次に、図１２（ａ）に示すように、下部ＩＴＯ電極５２及び上部ＩＴＯ電極５４を覆うようにしてゲート酸化膜５６を形成する（Ｓ７）。このゲート酸化膜５６は、絶縁膜１３に相当するものである。なお、ゲート酸化膜５６は、従来知られているＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。
【００７６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、パーフルオロカーボン等の導電性の液体充填材５７を用意すると共に、この充填材５７にプラスの電圧を印加する（プラスに帯電させる）。また、上部ＩＴＯ電極５４の空隙５１側（図示下側）をＧＮＤに印加する（接地する）。そして、充填材５７を上面５１ａから空隙５１に流入させる（Ｓ８）。この充填材５７は、透明液１６に相当するものである。すなわち、このステップＳ８は、充填材５７を帯電させ、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７とは逆電荷の電圧を印加し、充填材５７を上面５１ａから容器内に流入させる液体流入ステップに相当する。このような液体流入方法によれば、いわゆるエレクロトウェッティング現象により、上部ＩＴＯ電極５４に対する充填材５７の濡れ性が向上し、充填材５７の流入が促進される。
【００７７】
次に、図１３（ａ）に示すように、下部ＩＴＯ電極５２にプラスの電圧を印加する。また、上部ＩＴＯ電極５４をＧＮＤに印加する（接地する）。そして、充填材５７を空隙５１内に充填する（Ｓ９）。すなわち、このステップＳ９は、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７と同電荷の電圧を印加し、下部ＩＴＯ電極５２に充填材５７とは逆電荷の電圧を印加し、充填材５７を容器内に充填する液体充填ステップに相当する。このような液体充填方法によれば、いわゆるエレクロトウェッティング現象により、下部ＩＴＯ電極５２に対する充填材５７の濡れ性が向上し、充填材５７が下部ＩＴＯ電極５２周辺に隙間無く充填される。
【００７８】
そして、図１３（ｂ）に示すように、複数の空隙５１の上面５１ａを幅方向及び長さ方向に覆うようにしてＵＶ硬化樹脂５８が形成され、空隙５１が封止される（Ｓ１０）。すなわち、このステップＳ１０により、空隙５１内に充填材５７が封入される。更に、図示は省略するが、下部ＩＴＯ電極５２及び上部ＩＴＯ電極５４のそれぞれに対し、配線４を介して制御部３３（図６参照）が接続される。
【００７９】
このような一連の工程により、図６に示したマイクロレンズアレイ３０が製造される。
【００８０】
以上説明した本実施形態のマイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、液相を成す透明液１６及び気相を成すマイクロバブル１７が曲率制御部６によって温度調節される。そして、温度調節された透明液１６、マイクロバブル１７が熱膨張又は熱収縮することにより、透明液１６とマイクロバブル１７との間に形成される曲面状の界面Ｂの形状が変化する。よって、界面形状の制御が可能となり、所望の界面形状を形成することができる。また、温度調節のため電流印加によるジュール熱を利用するので、容器１０内の透明液１６やマイクロバブル１７に直接電圧を印加しこれらの表面張力を変化させる場合に比して、印加電圧を低減できる。従って、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
【００８１】
例えば、直接電圧を印加する従来のエレクトロウェッティング方式では１００Ｖ程度の電圧が必要であったのに対し、本実施形態では、５Ｖ程度と格段に低い電圧で界面Ｂの形状を制御可能である。
【００８２】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、気相を成すマイクロバブル１７は、容積あたりの質量が小さい（密度が低い）ため重力の影響を受けにくい。よって、界面Ｂの形状を精度良く制御することができる。
【００８３】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、透明液１６及びマイクロバブル１７が曲率制御部６によって熱膨張又は熱収縮するため、界面Ｂの形状が変化し易くなる。よって、界面形状の制御が可能になる。
【００８４】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、曲率制御部６によって界面Ｂの曲率が制御されるため、容器１０に光を透過させる場合の屈折力φを制御することができる。
【００８５】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、ヒータ１２の中央にある狭幅部１２ｅでは電気抵抗が大きくなるため、この狭幅部１２ｅの温度は、ヒータ１２の中で最も高くなる。よって、ヒータ１２の中央付近にある透明液１６やマイクロバブル１７を、小さい電流で十分に加熱することができる。これにより、透明液１６やマイクロバブル１７を容易に熱膨張及び相変化させることができ、透明液１６やマイクロバブル１７の形状の制御が容易になる。
【００８６】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、透明液１６は、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとの間において、入射側マイクロバブル１７ａ及び出射側マイクロバブル１７ｂにより両側から挟まれるように配置される。そのため、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとのそれぞれから容器１０の内方に向けて膨らんだ形状の２面の界面Ｂが形成される。よって、このような２面の界面Ｂにより、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとの間に凹レンズを形成することができる。
【００８７】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、ヒータ１２への通電時間ｔや印加電流Ｉの大きさによりマイクロバブル１７の半径ｒを容易にコントロールできるため、レンズの屈折力φを大きく変化させることができる。また、屈折力φはマイクロバブル１７のドーム部分１９の半径ｒのみに依存するので、透明液１６の液質が変化した場合であっても、印加電流Ｉを変更するだけで屈折力φを容易に修正できる。
【００８８】
また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、液相と気相とにより界面Ｂが形成されるため、液相同士の場合のように互いに混ざり合うことがなく、界面Ｂを容易に形成できると共に、物質の変質も少ない。また、上記のように気相は重力の影響を受けにくいため、容器１０を小さくすればするほど、重力に対してロバストになる。更にまた、容器１０の外部への熱放出とヒータ１２による加熱とのバランスによりマイクロバブル１７の大きさや形状が決まるため、界面Ｂの形状を容易に制御できる。
【００８９】
また、マイクロレンズアレイ３０によれば、各マイクロレンズ１において、容器１０内に形成される界面Ｂの形状を制御することができる。よって、各マイクロレンズ１の屈折力を自在に変化させることができる。例えば、複数の光源３５を配列し各光源３５に対応させてマイクロレンズ１を配列すれば、複数の光源３５から出射される光を自在に集光又は拡散させることができる。
【００９０】
更にまた、本実施形態のマイクロレンズアレイ３０の製造方法によれば、液体流入ステップＳ８で、帯電させた充填材５７を上面５１ａから空隙５１に流入させるにあたり、上面５１ａに形成された上部ＩＴＯ電極５４には、充填材５７とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、上部ＩＴＯ電極５４の表面に接する充填材５７の濡れ性が向上する。よって、上面５１ａからの充填材５７の流入をスムーズに行うことができる。また、液体充填ステップＳ９では、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７と同電荷の電圧が印加され、下部ＩＴＯ電極５２に充填材５７とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、下部ＩＴＯ電極５２の表面に接する充填材５７の濡れ性が向上する。よって、底面５１ｂの周辺において、隅々まで充填材５７を充填することができる。
【００９１】
このような光学素子の製造方法によれば、容器１０が小さい場合であっても、容器１０の隅々まで充填材５７を行き渡らせることができる。したがって、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０を、好適に製造することができる。
【００９２】
（第２実施形態）
図１４は、第２実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１４に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ａが図１及び図２に示した第１実施形態のマイクロレンズ１と違う点は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄにも発熱部としてのヒータ１２Ａを備えた点である。ヒータ１２Ａは、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄの内壁面上に形成されており、第２の側壁１１ｂの近傍から壁１１ｃ，１１ｄの中央付近まで厚さ方向に延在している。また、ヒータ１２Ａを覆うようにして、絶縁膜１３Ａが形成されている。なお、図１４では、制御部３については図示を省略している（以下、図１５、図１６、図１８、及び図１９においても同様とする）。
【００９３】
このようなマイクロレンズ１Ａによれば、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとを非対称な形状とすることができる。具体的には、出射側マイクロバブル１７ｂを、第２の側壁１１ｂの周辺だけでなく、壁１１ｃ，１１ｄの周辺にまで配置することができ、半径ｒを大きくすることができる。このようにすれば、入射側マイクロバブル１７ａの曲率を大きくする一方で、出射側マイクロバブル１７ｂの曲率を小さくするような制御が可能となる。
【００９４】
（第３実施形態）
図１５は、第３実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１５に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ｂが図１及び図２に示した第１実施形態のマイクロレンズ１と違う点は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄに冷却部としてのペルチェ素子２０を埋設した点である。このペルチェ素子２０は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄの略全面に亘って埋設されていてもよいし、一部に埋設されていてもよい。
【００９５】
このようなマイクロレンズ１Ｂによれば、ペルチェ素子２０により容器１０内のマイクロバブル１７を効率的に冷却することができ、吸熱過程の応答速度を高めることができる。よって、発熱と吸熱との切り替え時の応答性能が向上し、マイクロバブル１７の大きさを迅速に制御することができる。なお、本実施形態では、吸熱が起こる経路は、マイクロバブル１７、透明液１６、壁１１ｃ，１１ｄ、ペルチェ素子２０の順となる。
【００９６】
（第４実施形態）
図１６は、第４実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１６に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ｃが図１５に示した第３実施形態のマイクロレンズ１Ｂと違う点は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄのそれぞれにおいて、厚さ方向に互いに離間して並設された複数の微小な発熱部であるヒータ２２ａ〜２２ｉ及びヒータ２３ａ〜２３ｉを備えた点である。このヒータ２２ａ〜２２ｉ及びヒータ２３ａ〜２３ｉは、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄの略全面に亘って形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。また、ヒータ２２ａ〜２２ｉ及びヒータ２３ａ〜２３ｉを覆うようにして、絶縁膜１３Ｃが形成されている。
【００９７】
このようなマイクロレンズ１Ｃによれば、ヒータ２２ａ〜２２ｉ及びヒータ２３ａ〜２３ｉによって上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄにおける透明液１６による濡れ状態（又はマイクロバブル１７の発生状態）を部分的に細かく制御することができる。図１６に示す例では、上部壁１１ｃ側の一部のヒータ２２ｆ〜２２ｉと、下部壁１１ｄ側のすべてのヒータ２３ａ〜２３ｉをオンにすることで、オンにしたヒータの近傍において絶縁膜１３Ｃ壁面の濡れ性が向上すると共にマイクロバブル１７Ｃの発生が進み、図１６に示すような界面Ｂを形成することができる。従って、光の出射角度を制御可能となる。
【００９８】
マイクロレンズ１Ｃでは、上記のように光の出射角度を制御可能であるため、マイクロレンズ１Ｃを複数配列させて、図８に示した光学系システム１００と同様のシステムを構成した場合には、焦点距離を可変とすることができる。そして、このようなシステムを車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に適用した場合、ＨＵＤ表示の中で遠い表示像と近い表示像とを使い分けることができる。
【００９９】
例えば、図１７（ａ）に示す通常の表示状態では、車速を示す「７５ｋｍ／ｈ」が運転者の前方の所定位置に表示される。一方、警報（ウォーニング情報）を表示する等の非常時の表示状態では、図１７（ｂ）に示すように、運転者から近くに見えるように、非常時のメッセージ「エンジン異常」が表示される。このようにして、非常時にはウォーニング情報を近い表示像として表示させ、当該情報を運転者にいち早く気づかせるようにすることができる。
【０１００】
（第５実施形態）
図１８は、第５実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１８に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ｄが図１及び図２に示した第１実施形態のマイクロレンズ１と違う点は、容器１０を２つ備え、その２つの容器１０の第１の側壁１１ａ同士を接合した点と、第１の側壁１１ａの周辺のみにマイクロバブル１７Ｄが配置されており、第２の側壁１１ｂの周辺にはマイクロバブルが配置されていない点である。
【０１０１】
より詳しくは、マイクロレンズ１Ｄでは、第１の側壁１１ａ側に形成されたヒータ１２をオンにし、第２の側壁１１ｂ側に形成されたヒータ１２をオフにしている。このようにすれば、第１の側壁１１ａの周辺にのみマイクロバブル１７Ｄを発生させることができる。
【０１０２】
このようなマイクロレンズ１Ｄによれば、接合された第１の側壁１１ａを断面に含むような、２つの容器１０にわたる凸レンズを形成することができる。更には、マイクロレンズ１Ｄを長さ方向に配列することにより、図１９に示すような凸レンズアレイ８０を構成することもできる。
【０１０３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、容器１０の６面の壁部すべてが透明絶縁膜により形成される場合について説明したが、側壁１１ａ，１１ｂのみが透明絶縁膜により形成されていてもよい。すなわち、側壁１１ａ，１１ｂ以外の４面は、不透明な絶縁膜により形成されていてもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、透明液１６及びマイクロバブル１７が曲率制御部６によって温度調節される場合について説明したが、透明液１６及びマイクロバブル１７のいずれか一方が曲率制御部６によって温度調節されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明によれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…マイクロレンズ（光学素子）、６…曲率制御部（界面形状制御手段）、１０…容器、１１ａ…第１の側壁（第１の壁部）、１１ｂ…第２の側壁（第２の壁部）、１２…ヒータ（発熱部）、１２ｅ…狭幅部、１６…透明液（第１の透明物質）、１７，１７ａ，１７ｂ…マイクロバブル（第２の透明物質）、３０…マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）、３６…曲率制御部（界面形状制御手段）、Ｂ…界面、Κ，Κ１，Κ２…曲率。
【図１】
2011128995.tif 000009
【図２】
2011128995.tif 000010
【図３】
2011128995.tif 000011
【図４】
2011128995.tif 000012
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011128995.tif 000016
【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】
2011128995.tif 000022
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2011128995.tif 000026
【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月13日(2010.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる容器と、
前記容器内に収容されて液相を成す第１の透明物質と、
前記容器内に収容されると共に、前記第１の透明物質の沸騰により生成されて気相を成し、前記第１の透明物質との間において前記第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、
前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより前記界面の形状を制御する界面形状制御手段と、を備えた光学素子。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記界面形状制御手段は、前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方を熱膨張又は熱収縮させることにより前記界面の形状を制御する請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
前記界面形状制御手段は、前記界面の曲率を制御する請求項１又は３記載の光学素子。
【請求項５】
前記界面形状制御手段は、前記容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、
前記発熱部は、その中央に幅狭部を有する、
請求項１及び３〜４のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項６】
前記容器は、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺と前記第２の壁部の周辺とに分かれて配置されている、
請求項１及び３〜５のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項７】
前記容器を２つ備え、
前記容器のそれぞれは、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
前記容器のそれぞれにおいて、前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺に配置されており、
２つの前記容器の前記第１の壁部同士が接合されている、
請求項１及び３〜６のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項８】
請求項１及び３〜７のいずれか一項に記載の光学素子を複数配列させた光学素子アレイ。
【請求項９】
光を透過させる容器内に導電性の液体が充填された光学素子の製造方法であって、
一方の面が開放された容器を用い、前記一方の面の位置に第１の電極を形成し、前記一方の面に対向する他方の面の位置に第２の電極を形成する電極形成ステップと、
前記液体を帯電させ、前記第１の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記一方の面から前記容器内に流入させる液体流入ステップと、
前記第１の電極に前記液体と同電荷の電圧を印加し、前記第２の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記容器内に充填する液体充填ステップと、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる容器と、
前記容器内に収容されて液相を成す第１の透明物質と、
前記容器内に収容されると共に、前記第１の透明物質の沸騰により生成されて気相を成し、前記第１の透明物質との間において前記第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、
前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより前記界面の形状を制御する界面形状制御手段と、を備えた光学素子。
【請求項２】
前記界面形状制御手段は、前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方を熱膨張又は熱収縮させることにより前記界面の形状を制御する請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記界面形状制御手段は、前記界面の曲率を制御する請求項１又は２記載の光学素子。
【請求項４】
前記界面形状制御手段は、前記容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、
前記発熱部は、その中央に幅狭部を有する、
請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項５】
前記容器は、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺と前記第２の壁部の周辺とに分かれて配置されている、
請求項１〜４のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項６】
前記容器を２つ備え、
前記容器のそれぞれは、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部と
を有し、
前記容器のそれぞれにおいて、前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺に配置されており、
２つの前記容器の前記第１の壁部同士が接合されている、
請求項１〜５のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子を複数配列させた光学素子アレイ。
【請求項８】
光を透過させる容器と、前記容器内に収容されて液相を成す第１の透明物質と、前記容器内に収容されると共に、前記第１の透明物質の沸騰により生成されて気相を成し、前記第１の透明物質との間において前記第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより前記界面の形状を制御する界面形状制御手段と、を備えた光学素子の製造方法であって、
一方の面が開放された容器を用い、前記一方の面の位置に第１の電極を形成し、前記一方の面に対向する他方の面の位置に第２の電極を形成する電極形成ステップと、
前記液体を帯電させ、前記第１の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記一方の面から前記容器内に流入させる液体流入ステップと、
前記第１の電極に前記液体と同電荷の電圧を印加し、前記第２の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記容器内に充填する液体充填ステップと、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、界面形状制御手段は、容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、発熱部は、その中央に狭幅部を有することが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この発明によれば、発熱部の中央にある狭幅部では電気抵抗が大きくなるため、この狭幅部の温度は、発熱部の中で最も高くなる。よって、発熱部の中央付近にある透明物質を、小さい電流で十分に加熱することができる。これにより、透明物質を容易に熱膨張及び相変化させることができ、透明物質の形状の制御が容易になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
更に、マイクロレンズ１は、容器１０内に収容されて液相（第１の相）を成す透明液（第１の透明物質）１６と、容器１０内に収容されて気相（第２の相）を成し、透明液１６との間において透明液１６に向けて膨らんだ曲面状の界面Ｂ（図２参照）を形成する気泡であるマイクロバブル（第２の透明物質）１７と、を備えている。すなわち、透明液１６とマイクロバブル１７とは、互いに異なる相を成している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、パーフルオロカーボン等の導電性の液体充填材５７を用意すると共に、この充填材５７にプラスの電圧を印加する（プラスに帯電させる）。また、上部ＩＴＯ電極５４の空隙５１側（図示下側）をＧＮＤに印加する（接地する）。そして、充填材５７を上面５１ａから空隙５１に流入させる（Ｓ８）。この充填材５７は、透明液１６に相当するものである。すなわち、このステップＳ８は、充填材５７を帯電させ、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７とは逆電荷の電圧を印加し、充填材５７を上面５１ａから容器内に流入させる液体流入ステップに相当する。このような液体流入方法によれば、いわゆるエレクトロウェッティング現象により、上部ＩＴＯ電極５４に対する充填材５７の濡れ性が向上し、充填材５７の流入が促進される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
次に、図１３（ａ）に示すように、下部ＩＴＯ電極５２にプラスの電圧を印加する。また、上部ＩＴＯ電極５４をＧＮＤに印加する（接地する）。そして、充填材５７を空隙５１内に充填する（Ｓ９）。すなわち、このステップＳ９は、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７と同電荷の電圧を印加し、下部ＩＴＯ電極５２に充填材５７とは逆電荷の電圧を印加し、充填材５７を容器内に充填する液体充填ステップに相当する。このような液体充填方法によれば、いわゆるエレクトロウェッティング現象により、下部ＩＴＯ電極５２に対する充填材５７の濡れ性が向上し、充填材５７が下部ＩＴＯ電極５２周辺に隙間無く充填される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
このようなマイクロレンズ１Ｃによれば、ヒータ２２ａ〜２２ｉ及びヒータ２３ａ〜２３ｉによって上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄにおける透明液１６による濡れ状態（又はマイクロバブル１７の発生状態）を部分的に細かく制御することができる。図１６に示す例では、上部壁１１ｃ側の一部のヒータ２２ｆ〜２２ｉと、下部壁１１ｄ側のすべてのヒータ２３ａ〜２３ｉをオンにすることで、オンにしたヒータの近傍において絶縁膜１３Ｃ壁面の濡れ性が向上すると共にマイクロバブル１７の発生が進み、図１６に示すような界面Ｂを形成することができる。従って、光の出射角度を制御可能となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…マイクロレンズ（光学素子）、６…曲率制御部（界面形状制御手段）、１０…容器、１１ａ…第１の側壁（第１の壁部）、１１ｂ…第２の側壁（第２の壁部）、１２…ヒータ（発熱部）、１２ｅ…狭幅部、１６…透明液（第１の透明物質）、１７，１７ａ，１７ｂ…マイクロバブル（第２の透明物質）、３０…マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）、３６…曲率制御部（界面形状制御手段）、Ｂ…界面、Κ，Κ１，Κ２…曲率。
【国際調査報告】
2011128995.tif 000028
2011128995.tif 000029
2011128995.tif 000030
2011128995.tif 000031
2011128995.tif 000032
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