CN102301258A - 光学元件、光学元件阵列、以及光学元件的制造方法 - Google Patents

光学元件、光学元件阵列、以及光学元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够形成所希望的界面形状的光学元件、光学元件阵列、以及光学元件的制造方法。在本发明的显微透镜(1)以及显微透镜阵列(30)中，成为液相的透明液(16)和成为气相的微气泡(17)中的至少一方，通过曲率控制部(6)而被实施温度调节。而且，通过被实施温度调节的透明液(16)、微气泡(17)进行热膨胀或者热收缩，从而形成于透明液(16)和微气泡(17)之间的曲面状的截面(B)的形状发生变化。由此，能够实现界面形状的控制，且能够形成所希望的界面形状。此外，由于为实施温度调节而利用了由施加电流所产生的焦耳热，所以与对容器(10)内的透明液(16)和微气泡(17)直接施加电压而使透明液(16)和微气泡(17)的表面张力发生变化的情况相比，能够降低施加电压。

Description

光学元件、光学元件阵列、以及光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学元件、光学元件阵列、以及光学元件的制造方法。
背景技术
一直以来，作为光学元件，如日本特开2008-298821号公报所示，已知一种如下的衍射光栅，其用于使光透过从而对光的衍射角进行控制，并具有以等间隔的形式排列配置且平行地延伸的隔壁，并在邻接的隔壁之间充满绝缘性的液体以及导电性的液体，且通过向导电性的液体施加电压而使形成于这些液体间的界面的位置发生变化，从而使光栅常数可变。
在该衍射光栅中利用了电湿润现象(电毛细管现象)。电湿润现象是指，当在导电性的液体和电极之间施加了电压时，液体的表面张力变化，且与此同时液体表面的形状发生变化的现象。利用这种现象，从而在该衍射光栅中，通过增大施加的电压而使液体的表面张力降低，且使界面的位置升高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-298821号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
但是，由于在上述的衍射光栅中，通过向液体施加电压而使界面的形状和位置发生了变化，因而未能使界面变化为所希望的形状和位置。
因此，本发明是为了解决这样的技术课题而实施的发明，其目的在于，提供一种能够形成所希望的界面形状的光学元件、光学元件阵列、以及光学元件的制造方法。
用于解决课题的方法
即，本发明所涉及的光学元件被构成为，具有：容器，其使光透过；第1透明物质，其被收纳在容器内并成为第1相；第2透明物质，其被收纳在容器内并成为和第1相不同的第2相，且在第2透明物质和第1透明物质之间形成朝向第1透明物质鼓起的曲面状的界面；界面形状控制单元，其通过进行第1透明物质以及第2透明物质中至少一方的温度调节，从而对界面的形状进行控制。
在本发明中，成为第1相的第1透明物质和成为第2相的第2透明物质中的至少一方，通过界面形状控制单元而被实施温度调节。而且，通过使被实施温度调节的透明物质进行热膨胀或者热收缩，从而形成于第1透明物质和第2透明物质之间的曲面状的界面的形状将发生变化。因此，能够进行界面形状的控制，从而能够形成所希望的界面形状。在此，在为了进行温度调节而施加电流的情况下，与向容器内的物质施加直接电压而使该物质的表面张力发生变化的情况相比，能够降低施加电压。因此，如果采取利用由电流而产生的焦耳热的方法，则能够在降低施加电压的同时，形成所希望的界面形状。
在此，优选为，第1相为液相，第2相为气相。
根据本发明，由于成为气相的第2透明物质每单位容积的重量较小(密度较低)，因而不易受到重力的影响。因此，能够高精度地对界面的形状进行控制。此外，和液-液体系相比较，能够防止由于混合而产生的品质的降低。
此外，优选为，界面形状控制单元通过使第1透明物质以及第2透明物质中至少一方热膨胀或者热收缩，从而对界面的形状进行控制。
根据本发明，由于第1透明物质以及第2透明物质中至少一方通过界面形状控制单元而进行热膨胀或者热收缩，因而界面的形状容易发生变化。因此，能够实现界面形状的控制。
此外，优选为，界面形状控制单元对界面的曲率进行控制。
根据本发明，由于界面的曲率通过界面形状控制单元而被控制，因而能够对使光透过容器时的折射力(透镜光学能力)进行控制。
此外，优选为，界面形状控制单元具有板状的发热部，所述板状的发热部被形成在容器的壁部上，且通过通电而发热，并且发热部在其中央处具有窄宽度部。
根据本发明，由于在位于发热部的中央的窄宽度部处电阻变大，因而该窄宽度部的温度在发热部中变得最高。因此，能够以较小的电流对位于发热部的中央附近处的透明物质进行充分加热。由此，能够容易地使透明物质热膨胀以及相变化，从而对透明物质的形状的控制变得容易。
此外，优选为，容器具有相互对置的第1壁部和第2壁部，并且第2透明物质被分开配置在第1壁部的周边和第2壁部的周边。
根据本发明，第1透明物质在第1壁部和第2壁部之间，以被第2透明物质从两侧夹持的方式而配置。在此，形成于第1透明物质和第2透明物质之间的界面的形状成为，从第2透明物质朝向第1透明物质鼓起的曲面状。因此，形成有分别从第1壁部和第2壁部起朝向容器的内侧鼓起的形状的两个界面。由此，能够通过这样的两个界面，在第1壁部和第2壁部之间形成凹透镜。
此外，优选为，具有两个容器，并且各个容器分别具有相互对置的第1壁部和第2壁部，在各个容器中，第2透明物质被配置在第1壁部的周边，两个容器的第1壁部被彼此接合。
根据本发明，分别在两个容器上，形成有从第1壁部朝向第2壁部鼓起的形状的界面，并且两个容器的第1壁部被彼此接合。通过这种方式，能够形成如剖面中包括彼此相接合的第1壁部那样的、横跨两个容器的凸透镜。
此外，根据由多个上述光学元件排列而成的光学元件阵列，从而能够在各个光学元件中，对在容器内形成的界面的形状进行控制。由此，能够使各个光学元件的折射力变化自如。例如，如果以排列配置多个光源且以分别与各个光源对应的方式排列配置光学元件，则能够使从多个光源出射的光自如地聚光或者漫射。
此外，本发明所涉及的光学元件的制造方法中，所述光学元件为，在使光透过的容器内填充有导电性的液体的光学元件，所述光学元件的制造方法的特征在于，包括：电极形成步骤，使用一个面开放的容器，在一个面的位置上形成第1电极，并在与一个面对置的另一个面的位置上形成第2电极；液体流入步骤，使液体带电，并在第1电极上施加和液体相反电荷的电压，且使液体从一个面流入容器内；液体填充步骤，在第1电极上施加和液体相同电荷的电压，并在第2电极上施加和液体相反电荷的电压，且将液体填充至容器内。
在本发明所涉及的光学元件的制造方法中，在液体流入步骤中，当使带电的液体从一个面流入容器内时，在形成于一个面的位置上的第1电极上施加有和液体相反电荷的电压。因此，与第1电极的表面相接触的液体的湿润性得到提高。因此，能够流畅地进行液体从一个面流入。此外，在液体填充步骤中，在第1电极上施加有和液体相同电荷的电压，在第2电极上施加有和液体相反电荷的电压。因此，与第2电极的表面相接触的液体的湿润性得到提高，由此，在另一个面的周边上，能够将液体填充到各个角落。
根据这种光学元件的制造方法，即使在容器较小时，也能够使液体遍布至容器的各个角落。因此，能够恰当地制造出将透明物质收纳在容器内的上述光学元件以及光学元件阵列。
发明效果
根据本发明，能够在降低施加电压的同时，形成所希望的界面形状。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施方式所涉及的光学元件的概要图。
图2为沿着图1中的容器部分的Ⅱ-Ⅱ线的剖视图。
图3为表示图1的光学元件中的气泡的成长状态的概念图。
图4为沿着图3中的容器部分的Ⅳ-Ⅳ线的剖视图。
图5为表示透镜的曲率和折射力的关系的侧剖视图。
图6为表示由多个图1的光学元件排列配置而成的光学元件阵列的概要图。
图7为图6中的容器部分的侧视图。
图8为表示使用了图6的光学元件阵列的光学系统的示例的图。
图9为表示图6的光学元件阵列的制造工序的剖视图以及俯视图。
图10为表示后续于图9的制造工序的剖视图以及俯视图。
图11为表示后续于图10的制造工序的剖视图以及俯视图。
图12为表示后续于图11的制造工序的剖视图以及俯视图。
图13为表示后续于图12的制造工序的剖视图以及俯视图。
图14为第2实施方式所涉及的光学元件的容器部分的侧剖视图。
图15为第3实施方式所涉及的光学元件的容器部分的侧剖视图。
图16为第4实施方式所涉及的光学元件的容器部分的侧剖视图。
图17为表示将图16的光学元件应用在仰视显示器时的视频显示示例的图。
图18为第5实施方式所涉及的光学元件的容器部分的侧剖视图。
图19为由多个图18的光学元件排列配置而成的光学元件阵列的侧视图。
符号说明
1、1A、1B、1C、1D…显微透镜(光学元件)；
6、36…曲率控制部(界面形状控制单元)；
10…容器；
11a…第1侧壁(第1壁部)；
11b…第2侧壁(第2壁部)；
12…加热器(发热部)；
12e…窄宽度部；
16…透明液(第1透明物质)；
17、17a、17b…微气泡(第2透明物质)；
30…显微透镜阵列(光学元件阵列)；
B…界面；
K、K1、K2…曲率。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的光学元件进行说明。另外，在附图的说明中，对相同的要素标记相同的符号，且省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1为表示第1实施方式所涉及的光学元件的概要图；图2为沿着图1中的容器部分的Ⅱ-Ⅱ线的剖视图。本实施方式所涉及的显微透镜(光学元件)1被配置在例如激光光源的出射侧，且用于使从该激光光源出射的激光发生折射。
显微透镜1具有使光透过的呈大致立方体形状的空心容器10。该容器10由透明绝缘膜形成，且由具有预定厚度的六个壁部11构成。六个壁部11形成了密封的呈大致立方体形状的内部空间S，并且能够向容器10的内部空间S内充入液体或者气体。作为形成容器10的透明绝缘膜，例如可以使用钛酸锶、铌酸锂等。虽然容器10的大小未被特别限定，但是，在典型情况下，一边的长度为50～100μm左右。
构成容器10的六个壁部11中相互对置的壁部、即第1侧壁(壁部)11a以及第2侧壁(壁部)11b(参照图2)，作为容器10的透光面而发挥功能。另外，在图1中，虽然为了易于理解容器10内的结构而未图示第1侧壁11a，但是第1侧壁11a位于图示近前侧的面上。以下，将第1侧壁11a以及第2侧壁11b简单地称为“侧壁11a、11b”。
除了这种结构容器10之外，显微透镜1还具有：板状的加热器(发热部)12、12，其分别形成在侧壁11a、11b上且通过通电而发热；控制部3，其通过配线4而与加热器12、12相连接，并在对加热器12、12施加电流的同时对其发热量进行控制；板状的绝缘膜13、13，其以从容器10的内部空间S一侧覆盖加热器12、12的表面(内部空间S一侧的面)12a的方式形成。另外，在图2中，关于控制部3省略了图示(以下，在图4、图5、图7、以及图8中也相同)。
而且，显微透镜1具有：透明液(第1透明物质)16，其被收纳在容器10内并成为液相(第1相)；作为气泡的微气泡(第2透明物质)17，其被收纳在容器10内并成为气相(第2相)，且在所述微气泡17和透明液16之间形成朝向透明液16鼓起的曲面上的界面B(参照图2)。即，透明液16和微气泡17成为相互不同的相。
加热器12为，用于通过发热而向微气泡17以及透明液16传递热量，从而使微气泡17以及透明液16进行热膨胀或者热收缩的构件。该加热器12为，由氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)等形成的透明电极。加热器12形成于侧壁11a、11b的内壁表面上的局部上。而且，加热器12以跨接上部壁11c以及下部壁11d(以下，仅称为“壁11c、11d”)的方式而延伸，其中，所述上部壁11c以及所述下部壁11d连接侧壁11a、11b的端边且相互对置。即，加热器12被设定为，其长度方向(图1的上下方向)的长度稍微长于内部空间S的一边的长度，并且该长度方向的端部12c、12d分别与壁11c、11d相接触。
在以下的说明中，将垂直于侧壁11a、11b的壁面的方向(垂直于加热器12的方向)称为“厚度方向”，将垂直于壁11c、11d的壁面的方向(与加热器12的长度方向平行的方向)称为“长度方向”，将与侧壁11a、11b以及壁11c、11d均平行的方向(与加热器12的宽度方向平行的方向)称为“宽度方向”。
如图1所示，加热器12的端部12c、12d的宽度方向的长度被设定为宽度L1。此外，加热器12在其中央处具有窄宽度部12e。这里所说的“中央”是指，一个端部12c和另一个端部12d之间的中间位置，并包括“大致中央”。窄宽度部12e的宽度方向的长度被设定为，短于宽度L1的宽度L2。而且，加热器12的形状为，宽度方向的长度随着从端部12c、12d趋于窄宽度部12e而逐渐减少。以此方式，加热器12被设定为，相对于窄宽度部12e而对称的形状。
控制部3为，用于通过对加热器12的发热量进行控制，从而使微气泡17以及透明液16进行热膨胀或者热收缩，进而对界面B的曲率进行控制的构件。换言之，控制部3通过实施微气泡17以及透明液16的温度调节，从而对界面B的形状进行控制。控制部3具有对加热器12的发热量、以及微气泡17以及透明液16的温度进行检测的单元。而且，控制部3实施向容器10内供给透明液16的控制、以及从容器10内排出透明液16的控制。在该透明液16的供给控制以及排出控制中，只要是能够经由容器10而供给、排出透明液16的方法，则使用任何方法均可。控制部3为了进行关于界面B的形状控制的运算，而具有包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、ROM(Reading Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)在内的计算机。
覆盖加热器12的绝缘膜13为，用于防止加热器12与微气泡17以及透明液16之间的接触，并向微气泡17以及透明液16传递来自加热器12的热量的构件。绝缘膜13由钛酸锶、铌酸锂等的透明绝缘膜形成，并且覆盖加热器12的整个表面12a。更加具体而言，绝缘膜13形成为比加热器12的外形形状大一圈的外形形状。即，绝缘膜13的长度方向的端部13c、13d成为，其宽度方向的长度稍长于加热器12的端部12c、12d的宽度L1。而且，绝缘膜13在加热器12的宽度方向的端部12f(参照图1)处，也覆盖在厚度方向上延伸的端面(未图示)。另外，配线4分别与端部12c、12d相连接。
这里，优选为，在第1侧壁11a、第2侧壁11b、以及各个绝缘膜13的、面对内部空间S的表面上，为了进行后文叙述的微气泡17的形状控制，而实施了使湿润性提高的加工。
容器10、加热器12、控制部3、配线4、以及绝缘膜13，能够通过现有的半导体制造技术而进行制造。该制造方法与后文叙述的显微透镜阵列的制造工序相同。
透明液16以及微气泡17为，只有相不同，而具有相同组成的物质。作为透明液16以及微气泡17，例如能够使用全氟化碳(Florinat(注册商标))和硅等。透明液16接受来自加热器12的热量而局部性地沸腾且成为蒸汽气泡，从而成为微气泡17。此时，通过控制部3而进行透明液16的排出，以使透明液16和微气泡17的总计的体积与内部空间S的容积一致。此外，微气泡17通过从容器10向外部释放热量等而被冷却并凝结，从而成为透明液16。此时，通过控制部3而进行透明液16的供给，以使透明液16和微气泡17的总计的体积与内部空间S的容积一致。通过这种控制，从而透明液16的体积和微气泡17的体积的总计体积，与内部空间S的容积一致。透明液16以及微气泡17通过控制部3而被控制为预定的体积以及形状。
微气泡17对称地分开配置在第1侧壁11a的周边和第2侧壁11b的周边这两个地方(参照图2)。微气泡17呈向相互接近的方向鼓起的大致圆顶状的形状，且其底面18与侧壁11a、11b以及绝缘膜13抵接，并且从厚度方向观察时与内部空间S的壁面内切(参照图1)。此外，微气泡17在其圆顶部分19(参照图2)成为朝向内部空间S的内侧鼓起的球面状(曲面状)的同时，在与透明液16之间形成有界面B。圆顶部分19的隆起部(靠近底面18的部分)和侧壁11a、11b所形成的接触角，根据表面处理的状态而被决定为预定的角度θ。
在以下的说明中，将形成于第1侧壁11a的周边的微气泡17又称为入射侧微气泡17a，将形成于第2侧壁11b的周边的微气泡17又称为出射侧微气泡17b(参照图2)。
入射侧微气泡17a和出射侧微气泡17b在厚度方向上分开距离d。而且，透明液16以被入射侧微气泡17a和出射侧微气泡17b从两侧夹持的方式而配置。而且，通过形成于入射侧微气泡17a和透明液16之间以及出射侧微气泡17b和透明液16之间的两个界面B，从而在第1侧壁11a和第2侧壁11b之间形成了凹透镜。
另外，入射侧微气泡17a和出射侧微气泡17b并不限定于对称配置的情况，也可以成为各自不同的形状。关于微气泡17的形状控制，将在下文中进行说明。
图3为表示显微透镜1中的气泡的成长状态的概念图，图4为沿着图3中的容器10部分的Ⅳ-Ⅳ线的剖视图。首先，在容器10内充满预定温度的透明液16。当通过控制部3对加热器12施加电压而在加热器12中流通电流时，按照下面的数学式(1)，加热器12的窄宽度部12e进行发热。
(数学式1)
Q＝RI2＝mct…(1)
在上述数学式(1)中，各符号表示如下含义，
Q：发热量
R：窄宽度部12e的电阻
I：在加热器12中流通的电流
m：透明液16的重量
c：透明液16的比热
t：通电时间。
当在加热器12的窄宽度部12e处产生发热量Q的发热时，该热量将经由绝缘膜13而被传递至透明液16，且透明液16在与窄宽度部12e相对应的位置处局部性地蒸发。而且，在窄宽度部12e的周边产生初始的微气泡17(参照图3、图4的虚拟线)。而且，该微气泡17随着通电时间t的经过而变大。
这里，当设定如下参数，即，
r：微气泡17的圆顶部分19的半径
K：界面B的曲率
时，下面的数学式(2)的关系成立。
(数学式2)
r＝1/K…(2)
此外，显微透镜1的容器10，由于不断地进行和外部之间的热量交换，因此会失去一定的热量Qout。因此，当在初始的微气泡17产生之后停止通电时，则微气泡17的半径r将减小至如下程度，即，其内部的压力P和透明液16的表面张力达到相同大小。另外，从容器10释放出的热量Qout也会被容器10的壁部11的导热系数所影响。
而且，失去了热量的透明液16的温度降低，且微气泡17也通过界面B而失去热量，其结果为，温度仅下降温度变化ΔT。在此，在热量Qout和温度变化ΔT之间，下面的数学式(3)的比例关系成立。
(数学式3)
ΔQout∞ΔT…(3)
由于通过气体的状态方程式，下面的数学式(4)成立，因此当温度下降温度变化ΔT时，微气泡17的内压PB和体积变化ΔV之间的乘积将降低。
(数学式4)
PBΔV＝nRΔT…(4)
这里，符号表示如下含义，
PB：微气泡17的内压
ΔV：微气泡17的体积变化
n：微气泡17的摩尔数
R：气体常数
ΔT：微气泡17的温度变化。
当内压PB和体积变化ΔV之间的乘积PBΔV降低时，内压PB和从透明液16压向微气泡17的外部压力相等。因此，在内压PB和该外部压力相等之前，微气泡17的体积减少。
为了保持微气泡17的半径r，需要由加热器12持续供给预定的热量Qe。通过由加热器12的开启或关闭而供给或者不供给预定的热量Qe，从而能够使微气泡17的半径r扩大或者缩小。加热器12的发热量Q和微气泡17的半径r之间关系为，如下面的数学式(5)所示。
(数学式5)
Figure BPA00001378436100101
因此，通过加热器12的开启和关闭，从而能够对微气泡17(界面B)的形状和半径r(即曲率K)进行控制，且能够对前文所述的凹透镜的折射力进行控制。
以此方式，在本实施方式的显微透镜1中，具有加热器12、控制部3、配线4、以及绝缘膜13，并且构成了对界面B的形状进行控制的曲率控制部(界面形状控制单元)6。也就是说，曲率控制部6具有如下功能，即，通过进行透明液16以及微气泡17的温度调节，从而使透明液16以及微气泡17进行热膨胀或者热收缩，进而通过该热膨胀或者热收缩而对界面B的曲率K进行控制。
图5为表示透镜的曲率和折射力的关系的侧剖视图。如图5(a)所示，当入射侧微气泡17a和出射侧微气泡17b分开距离d时，折射力(透镜光学能力)φ为，如下面的数学式(6)所示。
(数学式6)
φ＝(na-1)[K1-K2+(na-1)K1K2d/na]…(6)
这里，符号表示如下含义，
φ：显微透镜1的折射力(透镜光学能力)
na：透明液16的折射率
K1：通过入射侧微气泡17a而形成的界面B的曲率
K2：通过出射侧微气泡17b而形成的界面B的曲率
d：入射侧微气泡17a和出射侧微气泡17b之间的分开距离。
如上述数学式(2)所示，当入射侧微气泡17a以及出射侧微气泡17b的半径确定时，曲率K1、K2确定。而且，如数学式(6)所示，对于预定的曲率K1、K2而获得了预定的折射力φ。
例如，如图5(b)所示，当曲率K1、K2大于图5(a)所示的情况时，折射力φ将变大，从而显微透镜1对光的折射作用将变强。此外，如图5(c)所示，当曲率K1、K2小于图5(a)所示的情况时，折射力φ将变小，从而显微透镜1对光的折射作用将变弱。
接下来，对排列设置多个显微透镜1而构成的本实施方式的显微透镜阵列进行说明。图6为表示排列配置有多个图1的显微透镜1的显微透镜阵列的概要图，图7为图6中的容器部分的侧视图。如图6以及图7所示，显微透镜阵列(光学元件阵列)30为，在长度方向以及宽度方向排列配置了多个显微透镜1的构件。在该显微透镜阵列30中，显微透镜1被排列配置为M行N列(M、N为自然数)的矩阵状。显微透镜阵列30具有：容器10，其被排列配置为M行N列的矩阵状；控制部33，其通过配线4而与各个容器10相连接，并对各个容器10上的加热器12的发热量进行控制。
在该显微透镜阵列30中，具有控制部33、配线4、各个显微透镜1的加热器12以及绝缘膜13(参照图1)，由此构成了对界面B的形状进行控制的曲率控制部(界面形状控制单元)36。另外，控制部33可采用具有和显微透镜1的个数为相同数量的各个显微透镜1的控制部3(参照图1)的结构，也可采用作为统一的一台装置而被构成，并能够对各个容器10内的界面B的形状进行控制的结构。
由于在这种显微透镜阵列30中，也能够对形成于各个容器10内的界面B的曲率K进行控制，因此能够自由地改变各个显微透镜1的折射力φ。例如，在显微透镜阵列30中，j列的折射力φj为折射力φ1，j～φM，j，其中i行j列的显微透镜1的折射力为折射力φi，j(参照图7)。
此外，也可以以图8所示的方式而构成使用了显微透镜阵列的光学系统100。该光学系统100具有：排列配置的多个光源(例如激光光源等)35；显微透镜阵列30A，其以与各个光源35相对应的方式而排列配置了显微透镜1。此外，光学系统100具有被配置在显微透镜阵列30A和投影面36之间的光学转像透镜37。在这种光学系统100中，能够进行投影面36上的映像的放大或者缩小、波动校正(fluctuation correction)等。
接下来，对显微透镜阵列30的制造方法进行说明。图9～图13为，表示图6的显微透镜阵列30的制造工序的剖视图以及俯视图。在各个附图中，在左侧图示了从长度方向观察时的剖视图，在右侧图示了从厚度方向观察时的俯视图。在剖视图中，对配列数为四列的示例进行了图示。此外，在俯视图中，仅图示了其中的一个显微透镜1。另外，在以下的说明中，对容器10中使用铌酸锂，加热器12中使用ITO电极的情况进行说明。
首先，如图9(a)所示，准备预定厚度的铌酸锂基板50(S1)。接下来，如图9(b)所示，通过蚀刻而形成厚度方向的一个面被开放的呈大致立方体形状的空隙51(S2)。在此，该空隙51相当于容器10的内部空间S。此外，将空隙51的开放的面称为上面(一个面)51a，将与一个面对置的面称为底面(另一个面)51b。
接下来，如图10(a)所示，在空隙51的底面51b的位置上形成下部ITO电极52(S3)。该下部ITO电极52相当于加热器12。接下来，如图10(b)所示，在空隙51内使氧化膜53堆积预定高度，直至上面51a的位置的正下方(S4)。
接下来，如图11(a)所示，在上面51a的位置上形成上部ITO电极54(S5)。该上部ITO电极54相当于加热器12。接下来，如图11(b)所示，通过蚀刻而去除氧化膜53(S6)。即，这些步骤S3～步骤S6相当于电极形成步骤，所述电极形成步骤中，使用上面51a被开放的铌酸锂基板(容器)50，在上面51a的位置上形成上部ITO电极(第1电极)54，并在底面51b的位置上形成下部ITO电极(第2电极)52。另外，连接加热器12和控制部33的配线4也通过与加热器12同样的方式而形成。
接下来，如图12(a)所示，以覆盖下部ITO电极52以及上部ITO电极54的方式而形成栅极氧化膜56(S7)。该栅极氧化膜56相当于绝缘膜13。另外，栅极氧化膜56能够通过现有已知的CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉淀)法而形成。
接下来，如图12(b)所示，准备全氟化碳等的导电性的液体填充材料57，并且向该填充材料57施加正电压(带正电荷)。此外，将上部ITO电极54的空隙51一侧(图示中的下侧)施加在GND上(接地)。而且，使填充材料57从上面51a流入空隙51内(S8)。该填充材料57相当于透明液16。即，该步骤S8相当于液体流入步骤，在所述液体流入步骤中，使填充材料57带电，并在上部ITO电极54上施加和填充材料57相反电荷的电压，且使填充材料57从上面51a流入容器内。根据这种液体流入方法，通过所谓的电湿润现象，从而提高了相对于上部ITO电极54的填充材料57的湿润性，进而促进了填充材料57的流入。
接下来，如图13(a)所示，在下部ITO电极52上施加正电压。此外，将上部ITO电极54施加在GND上(接地)。而且，将填充材料57填充至空隙51内(S9)。即，该步骤S9相当于液体填充步骤，在所述液体填充步骤中，在上部ITO电极54上施加和填充材料57相同电荷的电压，并在下部ITO电极52上施加和填充材料57相反电荷的电压，且将填充材料57填充至容器内。根据这种液体填充方法，通过所谓的电湿润现象，从而提高了相对于下部ITO电极52的填充材料57的湿润性，使得填充材料57被无间隙地填充在下部ITO电极52周边。
而且，如图13(b)所示，以在宽度方向以及长度方向上覆盖多个空隙51的上面51a的方式而形成有UV硬化树脂58，从而空隙51被密封(S10)。即，通过该步骤S10，使填充材料57被封入空隙51内。而且，虽然省略了图示，但是控制部33经由配线4而分别连接于下部ITO电极52以及上部ITO电极54(参照图6)。
通过这一系列的工序，从而制造出图6所示的显微透镜阵列30。
根据以上所说明的本实施方式的显微透镜1以及显微透镜阵列30，从而成为液相的透明液16以及成为气相的微气泡17通过曲率控制部6而被实施温度调节。而且，通过被实施温度调节的透明液16、微气泡17进行热膨胀或者热收缩，从而形成于透明液16和微气泡17之间的、曲面状的界面B的形状发生变化。由此，能够实现界面形状的控制，且能够形成所希望的界面形状。此外，由于为了实施温度调节而利用了由施加电流而产生的焦耳热，所以与对容器10内的透明液16和微气泡17直接施加电压而改变透明液16和微气泡17的表面张力的情况相比，能够降低施加电压。因此，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，能够在降低施加电压的同时形成所希望的界面形状。
例如，在直接施加电压的现有的电湿润方式中需要100V左右的电压，而相对与此，在本实施方式中，能够以5V左右的非常低的电压对界面B的形状进行控制。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，成为气相的微气泡17由于每单位容积的重量较小(密度较低)，因此不易受到重力的影响。所以，能够高精度地对界面B的形状进行控制。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，由于透明液16以及微气泡17通过曲率控制部6而进行热膨胀或者热收缩，因而界面B的形状易于变化。因此，能够实现界面形状的控制。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，由于界面B的曲率通过曲率控制部6而被控制，因此能够控制使光透过容器10时的折射力φ。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，由于在位于加热器12的中央的窄宽度部12e处电阻增大，因此该窄宽度部12e的温度在加热器12中变得最高。因此，能够以较小的电流对位于加热器12的中央附近处的透明液16以及微气泡17充分地进行加热。由此，能够容易地使透明液16和微气泡17进行热膨胀以及相变化，从而容易地进行透明液16和微气泡17的形状的控制。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，透明液16在第1侧壁11a和第2侧壁11b之间，以被入射侧微气泡17a以及出射侧微气泡17b从两侧夹持的方式而配置。因此，形成有分别从第1侧壁11a和第2侧壁11b朝向容器10的内侧鼓起的形状的两个界面B。由此，能够通过这样的两个界面B，而在第1侧壁11a和第2侧壁11b之间形成凹透镜。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，由于能够通过加热器12的通电时间t及施加电流I的大小而容易地对微气泡17的半径r进行控制，因此能够较大程度地改变透镜的折射力φ。此外，因为折射力φ仅依存于微气泡17的圆顶部分19的半径r，所以即使在透明液16的液质变化了的情况下，也能够仅通过改变施加电流I而容易地修正折射力φ。
此外，根据显微透镜1以及显微透镜阵列30，由于通过液相和气相而形成界面B，因此不会像彼此均为液相时那样相互混合，从而能够容易地形成界面B，并且物质的变质也较少。此外，由于如上所述气相不易受到重力的影响，因此越缩小容器10，则相对于重力而言越坚固。而且此外，由于通过容器10向外部的热量释放和加热器12的加热之间的平衡而确定微气泡17的大小和形状，因而能够容易地对界面B的形状进行控制。
此外，根据显微透镜阵列30，能够在各个显微透镜1中对形成于容器10内的界面B的形状进行控制。因此，能够自由改变各个显微透镜1的折射力。例如，如果排列配置多个光源35且以与各个光源35相对应的方式而排列配置显微透镜1，则能够使从多个光源35出射的光自如地聚光或者漫射。
而且此外，根据本实施方式的显微透镜阵列30的制造方法，当在液体流入步骤S8中，使带电的填充材料57从上面51a流入空隙51内时，在形成于上面51a上的上部ITO电极54上，施加有和填充材料57相反电荷的电压。因此，与上部ITO电极54的表面相接触的填充材料57的湿润性提高。由此，能够流畅地进行填充材料57从上面51a的流入。此外，在液体填充步骤S9中，在上部ITO电极54上施加有和填充材料57相同电荷的电压，在下部ITO电极52上施加有和填充材料57相反电荷的电压。因此，与下部ITO电极52的表面相接触的填充材料57的湿润性提高。因此，在底面51b的周边，能够将填充材料57填充到各个角落。
根据这种光学元件的制造方法，即使在容器10较小的情况下，也能够使填充材料57遍布到容器10的各个角落。因此，能够恰当地制造出显微透镜1以及显微透镜阵列30。
(第2实施方式)
图14为，第2实施方式所涉及的显微透镜的容器部分的侧剖视图。如图14所示，本实施方式的显微透镜1A与图1以及图2所示的第1实施方式的显微透镜1的不同点在于，其在上部壁11c以及下部壁11d上也具有作为发热部的加热器12A。加热器12A形成在上部壁11c以及下部壁11d的内壁面上，并且在厚度方向上从第2侧壁11b的附近起延伸至壁11c、11d的中央附近。此外，以覆盖加热器12A的方式而形成有绝缘膜13A。另外，在图14中，关于控制部13省略了图示(以下，在图15、图16、图18、以及图19中也相同)。
根据这种结构的显微透镜1A，能够使入射侧微气泡17a和出射侧微气泡17b成为非对称的形状。具体而言，能够使出射侧微气泡17b不仅配置在第2侧壁11b的周边，还配置在壁11c、11d的周边，从而能够使半径r增大。根据这种方式，能够实现如下控制，即，一方面使入射侧微气泡17a的曲率增大，另一方面使出射侧微气泡17b的曲率变小。
(第3实施方式)
图15为，第3实施方式所涉及的显微透镜的容器部分的侧剖视图。如图15所示，本实施方式的显微透镜1B与图1以及图2所示的第1实施方式的显微透镜1的不同点在于，其在上部壁11c以及下部壁11d上埋设了作为冷却部的珀耳贴元件20。该珀耳贴元件20既可以被埋设在上部壁11c以及下部壁11d的大致整个面上，也可以被埋设在局部上。
根据这种结构的显微透镜1B，能够通过珀耳贴元件20而有效地对容器10内的微气泡17进行冷却，从而能够提高吸热过程的响应速度。因此，发热和吸热之间的切换时的响应性能提高，从而能够迅速地控制微气泡17的大小。并且，在本实施方式中，产生吸热的路径依次为：微气泡17、透明液16、壁11c、11d、珀耳贴元件20。
(第4实施方式)
图16为，第4实施方式所涉及的显微透镜的容器部分的侧剖视图。如图16所示，本实施方式的显微透镜1C与图15所示的第3实施方式的显微透镜1B的不同点在于，其分别在上部壁11c以及下部壁11d上具有，以在厚度方向上相互分开的方式而并列设置的多个微小的发热部、即加热器22a～22i以及加热器23a～23i。该加热器22a～22i以及加热器23a～23i可以形成在上部壁11c以及下部壁11d的大致整个面上，也可以形成在局部上。此外，以覆盖加热器22a～22i以及加热器23a～23i的方式而形成有绝缘膜13。
根据这种结构的显微透镜1C，能够通过加热器22a～22i以及加热器23a～23i，对上部壁11c以及下部壁11d上的、由透明液16而实现的湿润状态(或者微气泡17的产生状态)局部性且精细地进行控制。在图16所示的示例中，能够通过将上部壁11c一侧的一部分加热器22f～22i、和下部壁11d一侧的全部的加热器23a～22i设定为开启，从而在设定为开启的加热器的附近提高绝缘膜13C壁面的湿润性，并且推进微气泡17C的产生，从而形成如图16所示的这种界面B。因此，能够对光的出射角度进行控制。
由于在显微透镜1C中，如上所述能够对光的出射角度进行控制，因此在排列配置多个显微透镜1C，以构成与图8所示的光学系统100相同的系统时，能够使焦点距离可变。而且，当将这种系统应用在车辆用的仰视显示器(HUD)中时，能够在HUD显示中，分别使用较远的显示图像和较近的显示图像。
例如，在图17(a)所示的通常的显示状态中，表示车速的“75km/h”被显示在驾驶员的前方的预定位置处。另一方面，在显示警报(报警信息)等的紧急状况的显示状态下，如图17(b)所示，以看起来接近于驾驶员的方式而显示紧急状况下的信息“发动机异常”。以此方式，在紧急情况下使报警信息作为较近的显示图像而显示，从而能够使驾驶员更早地注意到该信息。
(第5实施方式)
图18为，第5实施方式所涉及的显微透镜的容器部分的侧剖视图。如图18所示，本实施方式的显微透镜1D与图1以及图2所示的第1实施方式的显微透镜1的不同点在于，其具有两个容器10，且该两个容器10的第1侧壁11a被彼此接合这一点；以及仅在第1侧壁11a的周边配置有微气泡17D，而在第2侧壁11b的周边未配置微气泡这一点。
更加详细而言，在显微透镜1D中，将形成于第1侧壁11a一侧的加热器12设定为开启，将形成于第2侧壁11b一侧的加热器12设定为关闭。根据此种方式，能够仅在第1侧壁11a的周边产生微气泡17D。
根据这种结构的显微透镜1D，能够形成剖面中包括相接合的第1侧壁11a这样的、横跨两个容器10的凸透镜。而且，能够通过在长度方向上排列配置显微透镜1D，从而构成如图19所示的这种凸透镜80。
以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，虽然对容器10的六个壁部全部是由透明绝缘膜形成的情况进行了说明，但是也可以采用如下结构，即，只有侧壁11a、11b由透明绝缘膜形成。即，侧壁11a、11b以外的4个面，也可以由不透明的绝缘膜形成。
此外，虽然在上述的实施方式中，对透明液16以及微气泡17通过曲率控制部6而被实施温度调节的情况进行了说明，但是也可以采用如下结构，即，透明液16以及微气泡17中的某一方通过曲率控制部6而被实施温度调节。
产业上的可利用性
根据本发明，能够在降低施加电压的同时，形成所希望的界面形状。

Claims (9)

1.一种光学元件，具有：
容器，其使光透过；
第1透明物质，其被收纳在所述容器内并成为第1相；
第2透明物质，其被收纳在所述容器内并成为和所述第1相不同的第2相，且在所述第2透明物质和所述第1透明物质之间形成朝向所述第1透明物质鼓起的曲面状的界面；
界面形状控制单元，其通过进行所述第1透明物质以及所述第2透明物质中的至少一方的温度调节，从而对所述界面的形状进行控制。
2.如权利要求1所述的光学元件，其中，
所述第1相为液相，所述第2相为气相。
3.如权利要求1或2所述的光学元件，其中，
所述界面形状控制单元通过使所述第1透明物质以及所述第2透明物质中的至少一方进行热膨胀或者热收缩，从而对所述界面的形状进行控制。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述界面形状控制单元对所述界面的曲率进行控制。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述界面形状控制单元具有板状的发热部，所述板状的发热部被形成在所述容器的壁部上，且通过通电而发热，
所述发热部在其中央处具有窄宽度部。
6.如权利要求1至5中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述容器具有相互对置的第1壁部和第2壁部，
所述第2透明物质被分开配置在所述第1壁部的周边和所述第2壁部的周边。
7.如权利要求1至6中的任意一项所述的光学元件，其中，
具有两个所述容器，
各个所述容器分别具有相互对置的第1壁部和第2壁部，
在各个所述容器中，所述第2透明物质被配置在所述第1壁部的周边，
两个所述容器的所述第1壁部被彼此接合。
8.一种光学元件阵列，
其由多个权利要求1至7中的任意一项所述的光学元件排列而成。
9.一种光学元件的制造方法，所述光学元件为，在使光透过的容器内填充有导电性的液体的光学元件，所述光学元件的制造方法的特征在于，包括：
电极形成步骤，使用一个面被开放的容器，在所述一个面的位置上形成第1电极，并在与所述一个面对置的另一个面的位置上形成第2电极；
液体流入步骤，使所述液体带电，并在所述第1电极上施加和所述液体相反电荷的电压，且使所述液体从所述一个面流入所述容器内；
液体填充步骤，在所述第1电极上施加和所述液体相同电荷的电压，并在所述第2电极上施加和所述液体相反电荷的电压，且将所述液体填充至所述容器内。
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