(57)【要約】液体鏡を備える装置。液体鏡は、液体に隣接する流体との界面を形成する液体を含む。液体鏡はまた、界面に位置し、反射面を形成する反射粒子の層も含む。
2010501906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に隣接する流体との界面を形成する液体と、
前記界面に位置し、反射面を形成する反射粒子の層とを含む液体鏡を備える装置。
【請求項２】
前記反射面が、連続反射面である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記液体が、前記流体に混合せず、前記液体が、極性または非極性のうち一方の液体であり、前記流体が前記極性または非極性のうち他方の液体もしくはガスである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記反射粒子が、親水性または疎水性のうち一方の表面を有する第１の側面と、前記親水性または前記疎水性のうち他方の表面を有する第２の側面とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記液体鏡が、調節可能な液体鏡として構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
基板上の絶縁層と、
前記絶縁層によって前記液体から絶縁された複数の電極とをさらに含み、
前記基板が、前記液体と接触するバイアス電極を備え、
前記液体が、導電性であり、前記絶縁層の表面上に配設され、
前記複数の電極が、前記バイアス電極と前記電極のうち１つまたは複数との間に電圧がかけられたとき、前記表面に対する前記液体の横位置または接触角度を調整するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
光電子デバイスとして構成され、
光信号を与える送信機と、
前記光信号を受信する受信機とを含み、前記液体鏡が、前記光信号を前記送信機から前記受信機に向けるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
液体鏡を用いて光信号を送信するステップを含む方法であって、前記送信するステップが、
前記液体鏡の反射面に前記光信号を反射するステップを含み、前記反射面が、前記液体鏡の液体と前記液体に隣接する流体の間の界面に位置する反射粒子を含む、方法。
【請求項９】
液体鏡を製造するステップを含む方法であって、前記製造するステップが、
液体と流体の間の界面に反射粒子の層を形成するステップを含み、前記反射粒子の一方の側面が、親水性表面を有し、前記反射粒子の反対の側面が、疎水性表面を有する、方法。
【請求項１０】
反射粒子の前記層を形成するステップが、前記反射粒子を前記液体に付加してコロイド懸濁液を生成するステップと、前記流体を前記液体上に配置するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、鏡を対象とし、より詳細には液体鏡ならびに液体鏡の使用方法および製造方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
この項では、本発明のより良好な理解を促すのに有用になり得る態様について紹介する。したがって、この項の記述は、この観点において読み取られるものである。この項の記述は、従来技術に存在するもの、または従来技術に存在しないものについての承認として理解されるものではない。
【０００３】
反射光学素子（たとえば鏡）の使用が、屈折光学素子（たとえばレンズ）の使用よりも好まれる光学素子用途が多く存在する。たとえば、望遠鏡から微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に及ぶ光学デバイスでは、可能な限り小型のデバイスを製造することがしばしば重要になる。反射光学素子を使用する光学構成要素は、屈折光学素子を使用する光学構成要素よりも小さい焦点距離および少ない信号損失を実現することができ、それによって光学デバイスの小型化が可能になる。別の利点は、鏡の反射率を波長に対して非感受性にすることができ、色収差が低減されることである。さらに、鏡は、回折光学素子が存在できないスペクトル領域、たとえば紫外線および赤外線において機能することができる。
【０００４】
しかし、反射光学素子を使用する現在利用可能な光学構成要素の中には、能力が限定されているものもある。これは、さらにそれらの用途の範囲を限定し、あるいはデバイスの小型化の範囲を限定する。たとえば、特定のＭＥＭＳは、固体材料から作り出された鏡を有する。こうした固体の鏡は、それらの曲率を変更する能力を全くまたはわずかしか有さない。さらに、ＭＥＭＳの鏡は、その回転範囲が限定されるため、限定された範囲で入射光線を屈折し得る。
【０００５】
また、反射光学素子および屈折光学素子の両方を相補的なやり方で使用することが望ましい状況も存在する。そのような場合、反射光学素子および屈折光学素子を使用する光学構成要素の両方を、類似の製造プロセスを用いて作製することができる場合が有利である。しかし、従来のＭＥＭＳの鏡は、レンズの製造用の類似のプロセスを有さないやり方で作製されることが多い。したがって、鏡およびレンズを作製するために２つの異なる作製プロセスが使用されなければならず、それによってＭＥＭＳを構築するコストおよび複雑性が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，５３８，８２３号
【特許文献２】米国特許第６，８９１，６８２号
【特許文献３】米国特許第６，９３６，１９６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、液体鏡を使用する装置、ならびにその製造方法および使用方法を提供することによってこうした欠点を克服する。
【０００８】
上記で論じた欠点の１つまたは複数に対処するには、１つの実施形態は装置となる。装置は、液体鏡を備える。液体鏡は、液体に隣接する流体との界面を形成する液体を含む。液体鏡はまた、界面に位置する反射粒子の層も含み、この層は反射面を形成する。
【０００９】
別の実施形態は、液体鏡を用いて光信号を送信するステップを含む方法である。光信号を送信するステップは、液体鏡の反射面に光信号を反射するステップを含む。反射面は、液体鏡の液体と液体に隣接する流体の間の界面に位置する反射粒子を含む。
【００１０】
別の実施形態は、液体鏡を製造するステップを含む方法である。液体鏡の製造方法は、液体と流体の間の界面に反射粒子の層を形成するステップを含む。反射粒子の一方の側面は、親水性表面を有し、反射粒子の反対の側面は、疎水性表面を有する。
【００１１】
本発明は、添付の図面と併せて読み取ることにより、以下の詳細な説明から良好に理解される。明確に論じるために、様々な特徴は、縮尺通りに図示せず、サイズを適宜拡大または縮小することがある。ここで、以下の添付の図と併せ以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の液体鏡を備える例示的な装置の断面図である。
【図２】本発明の液体鏡を備える第２の例示的な装置の断面図である。
【図３】図１に示す液体鏡の平面図である。
【図４】本発明の液体鏡を備える第３の例示的な装置の平面図である。
【図５】異なる段階の使用における図２に示す液体鏡の平面図である。
【図６】異なる段階の使用における図２に示す液体鏡の平面図である。
【図７】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図８】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図９】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図１０】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図１１】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図１２】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図１３】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図１４】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【図１５】液体鏡の例示的な製造方法における選択されたステップの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、特定のタイプの液体鏡が従来の固体の鏡よりも利点を有するという認識から利益を享受する。たとえば、本発明の液体鏡は、調節可能なやり方でそれらの曲率を変更するように構成することができ、それによって入射光線が反射され得る大きなダイナミック・レンジを提供する。さらに、本発明の特定の液体鏡は、特定の液体レンズの構築に使用されるプロセスに類似するプロセスを使用して構築することができ、それによって液体のレンズおよび鏡の両方を含む光学装置の作製のコストおよび複雑性が低減する。
【００１４】
さらに、液体と流体（ガスまたは第２の液体）の間の界面に位置する反射粒子の層を含む液体鏡を使用することによっていくつかの利益が得られることが認識される。反射粒子中には多種多様なタイプの反射材料を組み込むことができる。その結果、反射粒子は、室温で液体状態にある反射金属（たとえば、水銀）に比べ、より高い反射率およびより低い毒性を有することができる。さらに、粒子の組成を慎重に選択することにより、連続反射面を形成するように反射粒子の層を構成することができる。さらに、液体の形状を変更することにより、反射層の形状を変化させることができ、こうした変更は、所望であれば動的に行うことができる。
【００１５】
本発明の１つの実施形態は、装置である。一部の場合、装置は、調節可能なライト・プロセシング・デバイス（ｌｉｇｈｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）でよい。調節可能なデバイスでは、液体に電圧をかけて鏡の反射面の形状を変更することによって、液体鏡から反射された光の方向を調整することができる。例示的なデバイスは、画像投射器、テレビ、コンピュータまたは携帯電話のディスプレイに組み込まれるＭＥＭＳデバイスを含む。しかし、他の場合、装置は、受動型のライト・プロセシング・デバイスでよい。そのようなデバイスでは、液体鏡から反射する光の方向は、電圧をかけて反射面の形状を変更することによって変化しない。例示的なデバイスは、振動センサまたは装飾用鏡を含む。
【００１６】
図１は、例示的な装置１００の断面図を示す。（図１に使用するのと同様の参照番号を使用する）図２は、第２の例示的な装置２００の断面図を示す。装置１００は、液体鏡１０５を備える。液体鏡１０５は、液体１１０に隣接する流体１１５との界面１１２を形成する液体１１０を含む。液体鏡１０５はまた、液体１１０と流体１１５の間の界面１１２に位置する反射粒子１２５の層１２０も含む。層１２０は、反射面１３０を形成する。
【００１７】
より好ましくは、層１２０は、連続反射面１３０を形成する。本明細書で使用する連続反射面という用語は、表面１３０から反射された光１３２の大部分が、反射粒子１２５間のギャップ１３３から伝播されることなく反射されることを意味する。さらに、反射面１３０は、局所的に平坦であることが好ましい。すなわち、任意の粒子１２５によって角度１３４で反射される光１３２は、粒子位置にある表面１３０に向けられた入射光１３８の角度１３６と実質的に同じである（たとえば約１０パーセント以内）。
【００１８】
界面１１２を形成するには、液体１１０が流体１１５と混合しないことが望ましい。流体１１５は、ガスまたは第２の液体を含む。たとえば、液体１１０が、水またはエタノールなどの極性液体を含むとき、流体１１５は、アルカンまたは別の炭化水素ベースの油などの非極性の液体またはガスを含むことができる。本明細書で使用する極性液体という用語は、約２０以上の比誘電率を有する液体を示す（たとえば、水およびアセトンの比誘電率は、それぞれ約８０および２１である）。本明細書で使用する非極性液体という用語は、約５を超えない比誘電率を有する液体を示す（たとえば、ヘキサンおよび様々な炭化水素ベースの油の比誘電率は、それぞれ約２および約２〜５である）。
【００１９】
一部の例では、流体１１５は、液体１１０を蒸発から保護することができるという理由から、ガスよりも第２の液体を含むことが好ましい。流体１１５に第２の液体を含ませることにより、たとえば装置１００の移動または振動による液体１１０の望ましくない移動を防止することもできる。そのような実施形態では、流体１１５が液体１１０のすべてまたは一部分を封入することが有利である。
【００２０】
また、液体１１０が、極性または非極性のうち一方の液体であり、流体１１５が、極性または非極性のうち他方の液体もしくはガスであることが望ましい。たとえば、液体１１０が水などの極性液体を含むとき、流体１１５はアルカンまたは空気などの非極性の液体またはガスを含む。液体１１０および流体１１５を互いに異なる極性を有するように構成することは、界面１１２の反射粒子１２５の望ましい配向を促進するのに有利である。
【００２１】
液体１１０が極性または非極性のうち一方の液体を含み、流体１１５が極性のまたは非極性のうち他方の液体もしくはガスを含むことが好ましいが、一部の場合、液体１１０および流体１１５は、混合することなく、本明細書で説明したように粒子１２５の適切な配置および配向を促進するのに十分な特性の相違を提供する限り、より一般的な化学組成のものであってよい。
【００２２】
一部の場合、液体１１０または流体１１５の一方または両方が、反射面１３０に反射される光１３２に対して透過性であることが望ましい。これは、光１３２、１３８が、反射面１３０に反射される前またはその後に液体１１０もしくは流体１１５、またはその両方を通り抜けるように装置１００が構成される場合に望ましい。
【００２３】
一部の場合、液体１１０が導電性であることが有利である。たとえば、液体１１０は、そのすべての全体を参照によって本明細書に組み込む米国特許第６，５３８，８２３号、同第６，８９１，６８２号、および同第６，９３６，１９６号に記載されているような、融解塩、または塩の水溶液もしくは有機溶液を含むことができる。導電性の液体１１０の使用は、液体鏡１０５が、液体１１０に電圧をかけて反射面１３０の形状を変更することによって調節可能になるように構成される実施形態において望ましい。
【００２４】
図１に示すような一部の例では、反射面１３０は、平面であることができる。たとえば、液体１１０は、平面基板などの基板１４０に配設された液体の平坦な層を含むことができる。図２に示すような他の例では、反射面１３０は、凹面または凸面でよい。たとえば、液体１１０は、基板１４０上に配設された液滴を含むことができる。図２に示すように、反射面１３０が液滴１１０に面するとき、反射面１３０は凹面である。他の場合、反射面が流体に面するとき、反射面は凸面である。
【００２５】
しかし、液体１１０は、凹面または凸面の反射面１３０を有するために液滴を含む必要はない。たとえば、基板１４０は、液体を含むための側壁１４５を含むことができる。側壁１４５は、液体１１０を側壁１４５から離れるようにまたはそれに向うように引き離すまたは引き付けるために、疎水性または親水性の材料でコーティングすることができ、それによって表面がそれぞれ凸面または凹面にされる。
【００２６】
図１に示すように、反射粒子１２５は、第１および第２の側面１５０、１５２を含むことができる。反射面１３０は、液体と流体１１５の相対極性、ならびに反射粒子１２５の側面１５０、１５２がどのように構成されているかに応じて、液体１１０または流体１１５のいずれかに面することができる。反射粒子１２５は、親水性表面１５５または疎水性表面１５７のうち一方を有する第１の側面１５０を含むことができ、第２の側面１５２は、疎水性表面１５５または親水性表面１５７のうち他方を有することができる。疎水性または親水性の表面１５５、１５７は、第１および第２の側面１５０、１５２のそれぞれのすべてまたは一部（たとえば１０〜９０パーセント）を占有することができる。
【００２７】
側面１５０、１５２のうち一方が疎水性表面１５５を有し、他方の側面１５０、１５２が親水性表面１５７を有するように構成することにより、界面１１２において連続反射面１３０を形成するように反射粒子１２５の自然で一様な組織化を促進することができる。すなわち、疎水性表面１５５を有する側面１５０、１５２は、非極性である液体１１０または流体１１５に面する。親水性表面１５７を有する側面１５０、１５２は、極性である液体１１０または流体１１５に面する。
【００２８】
図２に示すように、第１の側面１５０が親水性表面１５５を有するように構成される場合、第１の側面１５０は極性液体を含む液体１１０に面するはずである。疎水性表面１５７を有する第２の側面１５２は、非極性の第２の液体またはガスを含む流体１１５に面する。当然ながら、第１の側面１５０が疎水性表面１５５を有するように構成された場合は、第１の側面１５０は非極性の流体１１５に面するはずである。あるいは、液体１１０および流体１１５がそれぞれ非極性および極性の液体である場合、親水性表面１５７を有する第１の側面１５０は、流体１１５に面するはずである。当業者は、極性および非極性の液体１１０および流体１１５、ならびに疎水性および親水性表面の１５５、１５７の様々な組合せを、所望に応じて粒子１２５の側面１５０、１５２を配向するためにどのようにして構成することができるかを理解するであろう。
【００２９】
反射粒子１２５の一部の実施形態は、反射コーティング１６０を含む。反射コーティング１６０は、各々の粒子１２５の一方または両方の側面１５０、１５２に存在してよい。一部の場合、反射コーティング１６０は、金または銀などの固体材料、アルミニウムまたはその合金を含む。たとえば、反射コーティングは、金とシリコンの結合を容易にするためにクロムなどの接着材料を使用してシリコン粒子１２５と結合させた反射コーティングの金を含むことができる。他の場合、反射コーティング１６０は、積層誘電体を含む。たとえば、反射コーティング１６０は、実質的に異なる屈折率を有する少なくとも２つの材料から構成された複数の層（たとえば酸化ケイ素の層および窒化ケイ素の層）を含むことができる。しかし、さらに他の場合では、反射粒子１２５自体が、金または銀などの固体材料、アルミニウム、またはその合金を含み、それによって反射コーティングの必要性が解消される。
【００３０】
反射コーティング１６０は、その上に疎水性または親水性の表面１５５、１５７を形成することにより、所望に応じて液体１１０または流体１１５に向けて配向することができる。一部の好ましい実施形態では、各々の粒子１２５の第１の側面１５０は、疎水性または親水性の分子１６５の一方に結合された金属または積層誘電体の反射コーティング１６０によって被覆される。本明細書で使用する疎水性分子という用語は、非極性液体には溶性であるが、極性液体にはそうではないと考えられる分子を示す。親水性分子という用語は、極性液体には溶性であるが、非極性液体にはそうではない分子を示す。
【００３１】
疎水性または親水性の分子１６５を、それらが自己集合単分子層（ＳＡＭ）を形成するように選択することが有利である。というのは、これにより、反射コーティング１６０上における疎水性または親水性の表面１５５、１５７の一様な形成を促進することができるからである。たとえば疎水性の分子１６５は、約６〜２０個の炭素原子を有する非置換の炭化水素鎖（たとえばアルカン鎖）を含むことができる。親水性分子１６５は、類似の炭化水素鎖であるが、末端がヒドロキシル（−ＯＨ）基などの極性基で置換されているものを含むことができる。当業者は、ＳＡＭを形成する能力に合わせて他の様々なタイプの親水性または疎水性の分子１６５を選択することができることを理解するであろう。
【００３２】
反射コーティング１６０との結合を促進するために、疎水性または親水性の分子１６５の一方の末端を、反射コーティングの材料との共有結合を形成することができる官能基で終端させることができる。たとえば、反射コーティング１６０が金属を含む場合、非置換または置換の炭化水素鎖は、チオール基（−ＳＨ）で終端させることができる。たとえば、疎水性または親水性の分子１６５の炭化水素鎖のｎ位の炭素にたとえば１個〜３個のチオール基が存在することができる。反射コーティング１６０が積層誘電体（たとえば酸化ケイ素および窒化ケイ素の層）を含む場合、非置換または置換の炭化水素鎖は、クロロ基（−Ｃｌ）で終端させることができる。たとえば疎水性または親水性の分子１６５の炭化水素鎖のｎ位の炭素に１個〜３個のクロロ基が存在することができる。結合を促進するために他の様々なタイプの官能基を使用することは、当業者には容易に明白になるであろう。
【００３３】
図１に示すように、反射コーティングで被覆されていない第２の側面１５２は、酸化ケイ素を含むことができ（たとえば粒子１２５がケイ素を含む場合など）、親水性表面１５７（たとえば図１）であり得る。あるいは、図２に示すように、反射コーティングで被覆されていない側面１５２はまた、それに結合された疎水性または親水性の分子１６７を含むこともできる。たとえば親水性分子１６５は、極性液体１１０に面する被覆された側面１５０に結合することができ、疎水性分子１６７は、非極性流体１１５に面する被覆されていない側面１５２に結合することができる。
【００３４】
本発明の一部として、反射粒子１２５のサイズおよび形状が、連続反射面１３０の特性の重要な、一部の場合では極めて重大な決定要因であることが初めて認識された。
【００３５】
（同様の参照番号を使用する）図３は、反射面１３０の一部の、図１の線３−３の部分に対応する平面図を示す。一部の好ましい実施形態では、反射粒子１２５は、液体１１０または流体１１５中のコロイド粒子である。コロイド反射粒子１２５は、液体１１０中にある場合そのような粒子１２５にかかる重力の影響が無視できるほど小さく、それによって粒子１２５が界面１１２に集結するのが可能になるため（図１）、好ましいものである。一部の場合、粒子１２５は、約１００ナノメートル〜１００ミクロンの範囲の直径３０５および約１０ナノメートルから１ミクロンの範囲の厚さ１７０（図１）を有する。一部の好ましい実施形態では、粒子１２５は、約２００ナノメートル〜３００ナノメートルの範囲の直径３０５および約２０ナノメートル〜３０ナノメートルの範囲の厚さ１７０を有する。
【００３６】
一部の実施形態では、反射粒子１２５を反射面１３０に向けられた光の波長と比べて小さくし、その結果、表面１３０に反射される光が個々の粒子１２５によって（たとえば光散乱のために）影響されないようになることが有利である。たとえば、一部の場合、粒子１２５は、反射面１３０に向けられる光の波長の約１０〜５０パーセントの範囲の直径３０５を有する。たとえば、可視光線が使用される場合では、直径３０５は、約４０ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲であることが好ましい。たとえば、赤外線が使用される場合では、直径３０５は、約１００ナノメートル〜約５０ミクロンの範囲であることが好ましい。
【００３７】
また、各々の反射粒子１２５が、個々の粒子間にわずかしかまたは全くギャップ１３３を有さない連続表面１３０を形成する助けとなる形状を有することも重要である。図３に示すように、一部の好ましい実施形態では、反射粒子１２５の各々は、平坦な六角形を有する。なぜなら、この形状は粒子１２５間の幾何学的フラストレーションを最小限に抑え、それによって粒子１２５間のギャップ１３３のサイズが低減されるためである。
【００３８】
図２は、液体鏡１０５が調節可能な液体鏡として構成される場合の装置２００の好ましい実施形態の追加の態様を示している。そのような実施形態では、液体１１０は導電性である。装置２００はさらに、基板１４０上の絶縁層２０５および絶縁層２０５によって液体１１０から絶縁された複数の電極２１０を含む。一部の場合、絶縁層２０５は、液体１１０と接触しているバイアス電極２２０に液体１１０が接触することを可能にするために開口部２１５を含むことができる。
【００３９】
さらに図２に示すように、基板１４０は、バイアス電極２２０を含むことができる。一部の場合、連続反射面１３０の形成を妨げることがあるため、バイアス電極２２０を反射粒子１２５に接触させないことが望ましい。別の好ましい実施形態では、基板１４０自体が、導電性であり、そのためバイアス電極として働くことができる。有利には、これにより、基板１４０内において別個のバイアス電極を構築する必要が回避される。
【００４０】
図２に示すように、液体１１０が、絶縁層２０５の表面２２５上に配設されている。図示するように、基板１４０および絶縁層２０５は共にほぼ平面でよい。複数の電極２１０は、電圧（Ｖ）が（たとえばバイアス電極２２０を介して）液体１１０と電極２１０のうち１つまたは複数との間にかけられたとき、液体の形状（たとえば表面２２５に対する液体１１０の横位置２３０または接触角度２３５）を調整するように構成される。
【００４１】
一部の実施形態では、液体１１０、絶縁層２０５、基板１４０および電極２１０が、液体鏡１０５に反射される光１３８に対して透過性であることが望ましい。これは、図２に示すような状況において、液体１１０がそれに面する反射コーティング１６０を有する凹面の反射面１３０を形成する液滴である場合に望ましくあり得る。たとえば、透過性液体１１０は、水を含むことができ、透過性の絶縁層２０５は、ポリイミドを含むことができ、透過性の導電基板１４０は、ガラス、二酸化ケイ素、石英、サファイア、ダイアモンドまたは他の透過性の固体材料を含むことができ、透過性の電極２１０は、インジウムスズ酸化物を含むことができる。
【００４２】
一部の場合、絶縁層の表面２２５は、低表面エネルギー材料２４０のコーティングで被覆される。コーティング２４０は、液体１１０の接触角度２３５を所定の値（たとえば、一部の実施形態では約８０〜１００°）に調整する働きをする。有利には、接触角度２３５を調整することにより、液体鏡の反射特性（たとえば、反射の焦点距離または角度）を変更することができる。本明細書で使用する低表面エネルギー材料という用語は、約２２ダイン／ｃｍ（約２２×１０−５Ｎ／ｃｍ）以下の表面エネルギーを有する材料を示す。当業者であれば、材料の表面エネルギーを測定するための方法に精通しているであろう。一部の例では、コーティング２４０は、ポリテトラフルオロエチレンもしくは他の高度にフッ素化された炭化水素のようなフッ素化ポリマー、またはポリジメチルシランのようなアルキルシランを含む。一部の例では、絶縁層２０５および低表面エネルギー・コーティング２４０は、電気絶縁体でも低表面エネルギー材料でもあるフッ素重合体である、Ｃｙｔｏｐ（登録商標）（旭硝子株式会社、東京、日本国）などの単一の材料を含む。
【００４３】
図４は、１つまたは複数の液体鏡４０５を備える光電子デバイスとして構成された装置４００の別の好ましい実施形態の平面図を示す。液体鏡４０５は、図１〜３の文脈において上記で論じた液体鏡のいずれの実施形態も含むことができる。図４に示すように、装置４００は、送信機４１０（たとえばレーザまたはランプ）および受信機４１５（たとえば光検知器またはカメラ）を含む。送信機は、受信機４１５によって受信された光信号４２０を与える。液体鏡４０５は、光信号４２０を送信機４１０から受信機４１５に反射するように構成される。鏡４０５、送信機４１０、および受信機４１５は、基板４２５（たとえば印刷回路板）上に取り付けることができる。
【００４４】
液体鏡４０５は、当業者が精通しているあらゆる方法で光信号４２０を変化させるように構成することができる。たとえば、液体鏡４０５は、信号４２０を反射させることによって光信号４２０の方向を変えることができ、あるいは任意選択で光信号４２０を集束させることができる。液体鏡４０５が調節可能な液体鏡として構成される場合、装置４００の構成要素間の光結合を向上させるように液体の形状または位置を調整することができる。
【００４５】
図４に示すように、装置４００は、さらに、米国特許第６，５３８，８２３号に記載されているような液体レンズ４３０を含むことができる。たとえば、液体鏡４０５から反射された光信号４２０を液体レンズ４３０に向けることができ、次いでこの液体レンズ４３０は、光信号４２０が受信機４１５に到達する前にそれを集束させる。当業者は、液体鏡４０５および液体レンズ４３０を光電子デバイス内に配置することができる様々な方法を理解するであろう。有利には、調節可能な液体鏡４０５および液体レンズ４３０の両方を同一の装置４００に有することはまた、光信号４２０が距離および焦点距離のより大きな範囲にわたって調整され最適化されることを可能にする。
【００４６】
本発明の別の態様は、液体鏡を用いて光信号を送信するステップを含む使用方法である。図１〜４の文脈で説明した液体鏡はいずれも本方法に使用することができる。たとえば、図４に示すように、光信号４２０を送信するステップは、光信号４２０を液体鏡４０５の反射面４３５に反射するステップを含む。
【００４７】
図２に示すものなどの一部の場合、液体１１０、流体１１５またはその両方は、透過性であり、光信号（たとえば、光１３８）は、液体１１０を通り抜けて反射面１３０に進む。さらに図２に示すように、液体１１０は、液滴として構成することができ、それによって反射面１３０が液滴１１０の凹面の内面として構成される。そのような例では、反射面１３０に入射光１３２の光信号を反射するステップは、光線を集束させるステップを含む。図２では例示のために、光１３８は、液体１１０を通り抜け凹面の反射面１３０に反射するように示している。しかし、鏡１０５は、粒子１２５の凹面もしくは凸面のいずれかの表面、またはその両方の表面から一度に反射された光１３２を使用することができる。図１に示すようにさらに他の場合、液体１１０を平面基板１４０上に配設することができ、それによって反射面１３０が平面の反射面として構成される。そのような例では、反射面１３０に入射光１３２の平行光線の光信号を反射するステップは、入射光１３８を光の平行光線として保持するステップを含む。
【００４８】
一部の好ましい実施形態、すなわち光信号を送信するステップは、さらに、液体の形状を変更することによって液体鏡を調節するステップを含む。たとえば、図２に示すように、鏡１０５を調節するステップは、導電性の液体１１０と液体１１０から絶縁された複数の電極２１０のうち１つまたは複数との間に電圧（Ｖ）をかけ、それによって液体の横位置または液体１１０の接触角度のうち一方またはその両方を調整することを含む。電圧（Ｖ）は、液体１１０と接触するバイアス電極２２０（または導電性基板１４０）に対して電極２１０を選択的にバイアスすることによって生じさせることができる。
【００４９】
しかし、液体１０５を調節するステップは、液滴を調節するステップに限定されない。たとえば、反射面１３０は、図１に示すような平面の反射面として構成することができる。装置１００は、液体１１０の下方に配置された二次元電極アレイ２１０、流体１１５、および図２に示すものに類似する反射面１３０を含むことができる。選択された電極２１０を適切に作動させることにより、平面１３０の形状を、局所的に非平面にすることができる。すなわち、液体１１０の形状に局所的な変更が存在し、この変更は、図２に示す液滴の文脈で論じたものに類似する、液体１００の横方向の位置または接触角度における局所的な変更を特徴とすることができる。この非平面１３０によって引き起こされた歪曲は、入射光１３８の収差を補償するように調節することができる。これは、たとえば固体ＭＥＭＳ鏡に基づいたマスクレス・リソグラフィまたは他の適応光学波面の補償方法の簡単な代替策を提供することができる。
【００５０】
様々な使用段階における例示的な調節可能な液体鏡５００を、図５および図６に示しており、これらの図では、線５−５に沿った、図２に示した装置２００の部分の半透明の平面図を示している。明確にするために、疎水性分子１６７およびその上を覆っている流体１１５などの特定の特徴は、示していない。（図２に示す電極２１０に類似する）各々の電極５０５、５１０、５１５、５２０にかけられた電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４がすべて互いに等しいとき（たとえば、Ｖ１＝０、Ｖ２＝０、Ｖ３＝０、Ｖ４＝０）、反射粒子１２０の層は、電極５０５、５１０、５１５、５２０の間の中央に位置する。図６に示すように、反射粒子１２０の層は、ゼロボルトを超え、対角線上に配置された電極５２０を超えるバイアス電圧を有する電極５１０に向って移動し（たとえば、Ｖ２＞Ｖ４＞０）、残りの２つの電極５０５、５１５は、ゼロ電圧を有する（Ｖ１＝Ｖ３＝０）。
【００５１】
しかし、他の実施形態では、液体鏡１０５を調節する必要なく使用することができる。たとえば、装置２００を振動検知器として構成することができる。液体鏡１０５の反射面１３０が、（たとえば装置２００の移動または装置２００近傍の動きによる）振動によって妨げられたとき、鏡１０５に反射された光１３２の強度または方向は変化する。光１３２の変化が検知され得、それによって振動を検知する手段が提供される。
【００５２】
本発明のさらに別の態様は、液体鏡を製造するステップを含む方法である。液体鏡を製造するための方法は、図１〜６の文脈で説明した例示的な装置のすべてを製造するプロセスの一部になり得る。図７〜１５は、液体鏡７００を製造する例示的な方法における選択されたステップの横断面図を示す。
【００５３】
図７〜１２は、液体鏡７００の反射粒子７０５を形成するための方法における選択されたステップを示す。本方法は、酸化ケイ素層７３０上にケイ素層７２０を有する基板７１０（たとえばシリコン・オン・インシュレータ基板７１０）を提供するステップを含む（図７）。図８は、ケイ素層７２０をパターン成形して絶縁領域を形成した後の基盤７１０を示している。たとえば、従来のフォトリソグラフィ手順を使用してケイ素層７２０内に溝８２０を形成することができ、このとき酸化ケイ素層７３０はエッチング停止層として働く。一部の好ましい実施形態では、ケイ素の絶縁領域８１０は、図３に示すような六角形を有するようにパターン成形される。しかし、他の形状タイプ（たとえば円または四角形）を代替的にまたは付加的にパターン成形することもできる。
【００５４】
図９は、絶縁領域８１０の間に位置する酸化ケイ素層７３０の部分９１０を部分的に取り除いた後の基板７１０を示している。図９に示すように、取り除かれた部分９１０は、ケイ素の絶縁領域８１０の下方に延びることができる。たとえば、基板７１０は、所定の期間フッ化水素酸浴中に浸漬することができる。フッ化水素酸は、エッチングの間、溝８２０によって暴露された酸化ケイ素層７３０の部分をエッチングし、さらに、絶縁領域が各々の絶縁領域８１０に対してアンダーカット領域９２０を形成するように、絶縁領域８１０の下方に位置する酸化ケイ素７３０をエッチングする。基板７１０がフッ化水素酸浴から取り出され、水で濯がれた後、酸化ケイ素層７３０は完全に取り除かれる。
【００５５】
図１０は、絶縁領域８１０の一方の側面１０２０、一部の場合側壁１０２５に反射コーティング１０１０を形成した後の基板７１０を示している。好ましくは、被着プロセスは、アンダーカット領域９２０によって暴露された絶縁領域８１０の反対の側面１０３０が反射コーティング１０１０によって被覆されないように、したがって非コーティングの側面１０３０になるように選択される。たとえば、物理的気相成長（ＰＶＤ）プロセス（たとえば、スパッタリング）を使用して反射材料１０３５（たとえば金属または積層誘電体）を絶縁領域８１０の一方の側面１０２０に被着させることができる。一部の場合、反射コーティング１０１０（たとえば金またはアルミニウム）とケイ素の絶縁領域８１０の接着を促すために最初に接着コーティング（たとえばＰＶＤ蒸着クロム）を側面１０２０に被着させることが望ましい。
【００５６】
図１１は、基板７１０から絶縁領域８１０を外して反射粒子７０５を形成した後の基板７１０を示している。たとえば基板７１０は、完全に酸化ケイ素層７３０（図１０）を取り除くことによって絶縁領域８１０のアンダーカット形成を完了するのに十分な期間フッ化水素酸浴中に浸漬することができ、それによって基板７１０から絶縁領域８１０を外すことができる。
【００５７】
図１２は、疎水性または親水性のうち一方の分子１２１０を反射コーティング１０１０を有する側面１０２０に付着させ、それによってそれぞれ疎水性または親水性のうち一方の表面１２２０を提供した後の反射粒子７０５を示している。非コーティングの側面１０３０は、疎水性または親水性のうち他方の表面１２３０を有することが好ましい。すなわち、疎水性または親水性のうち他方の分子を非コーティングの側面１０３０に付着させることができる。たとえば、親水性分子が反射コーティング１０１０を有する側面１０２０に付着される場合、疎水性分子を非コーティングの側面１０３０に付着させることができる。あるいは、図１２に示すように、非コーティングの側面１０３０を、疎水性または親水性の分子が無い状態にすることもできる。たとえば、チオ末端アルカン鎖（ｔｈｉｏ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ  ａｌｋａｎｅ  ｃｈａｉｎ）の自己集合分子を含む疎水性分子１２１０を側面１０２０に付着させることができ、それと同時にケイ素の非コーティングの側面１０３０は親水性表面１２３０をもたらす。
【００５８】
図１３は、第２の基板１３２０に含有された液体１３１０に反射粒子７０５を加えてコロイド懸濁液を生成した後の液体鏡７０５を示している。図１の文脈で論じたように、反射粒子７０５は、液体１３１０中に粒子７０５のコロイド懸濁液を生成するのを助けるサイズを有するように構築される。
【００５９】
図１４は、流体１４１０を液体１３１０上に配置した後の液体鏡７０５を示している。液体１３１０は流体１４１０と混合しないため、液体１３１０と流体１４１０の間に界面１４２０が生じる。また、図１の文脈でも論じたように、液体１３１０および流体１４１０は、液体が極性または非極性のうち一方の液体であり、流体が極性または非極性のうち他方の液体もしくはガスであるように選択される。代替の実施形態では、反射粒子７０５を流体１４１０に加えて流体１４１０中に粒子７０５のコロイド懸濁液を生成することができ、その後、流体１４１０は、液体１３１０上に配置される。図１の文脈で上記に論じたように、液体１３１０および流体１４１０の選択、ならびに反射粒子７０５の両側１０２０、１０３０の疎水性および親水性の表面１２２０、１２３０の形成はすべて、鏡７０５の連続反射面の形成に対する重要な要因となる。
【００６０】
図１５は、反射粒子７０５が液体１３１０と流体１４１０の間の界面１４２０に集結して界面１４２０のところに反射粒子７０５の層１５１０を形成した後の液体鏡７０５を示している。好ましくは、反射粒子７０５は、疎水性表面１２２０が非極性である液体１３１０または流体１４１０に面するように、一方で親水性表面１２３０が極性である液体１３１０または流体１４１０に面するようにそれ自体が自然に配置される。その結果、反射粒子７０５の層１５１０が集結して反射面１５２０、より好ましくは連続反射面を形成する。
【００６１】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更、代用、および改変を加えることができることを理解されたい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月8日(2009.5.8)
【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】
液体に隣接する流体との界面を形成する液体と、
前記界面に位置し、反射面を形成する反射粒子の層とを含む液体鏡を備え、前記反射粒子の各々が、親水性または疎水性のうち一方の表面を有する第１の側面と、前記親水性または前記疎水性のうち他方の表面を有する第２の側面とを含む、装置。
【請求項２】
前記反射面が、連続反射面である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記液体が、前記流体に混合せず、前記液体が、極性または非極性のうち一方の液体であり、前記流体が前記極性または非極性のうち他方の液体もしくはガスである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の側面が、親水性または疎水性のうち一方の表面を有する反射側面であり、第２の側面が、前記親水性または前記疎水性のうち他方の表面を有する非反射側面である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記液体鏡が、調節可能な液体鏡として構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
基板上の絶縁層と、
前記絶縁層によって前記液体から絶縁された複数の電極とをさらに含み、
前記基板が、前記液体と接触するバイアス電極を備え、
前記液体が、導電性であり、前記絶縁層の表面上に配設され、
前記複数の電極が、前記バイアス電極と前記電極のうち１つまたは複数との間に電圧がかけられたとき、前記表面に対する前記液体の横位置または接触角度を調整するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
光電子デバイスとして構成され、
光信号を与える送信機と、
前記光信号を受信する受信機とを含み、前記液体鏡が、前記光信号を前記送信機から前記受信機に向けるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
液体鏡を用いて光信号を送信するステップを含む方法であって、前記送信するステップが、
前記液体鏡の反射面に前記光信号を反射するステップを含み、前記反射面が、前記液体鏡の液体と前記液体に隣接する流体との間の界面に位置する反射粒子を含み、前記液体が、液滴として構成され、それによって前記反射面が前記液滴の凹面の内側反射面として構成される、方法。
【請求項９】
液体鏡を製造するステップを含む方法であって、前記製造するステップが、
液体と流体の間の界面に反射粒子の層を形成するステップを含み、前記反射粒子の一方の側面が、親水性表面を有し、前記反射粒子の反対の側面が、疎水性表面を有する、方法。
【請求項１０】
反射粒子の前記層を形成するステップが、前記反射粒子を前記液体に付加してコロイド懸濁液を生成するステップと、前記流体を前記液体上に配置するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
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