DE112010005483T5

DE112010005483T5 - Optisches Element, Array optischer Elemente und Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements

Info

Publication number: DE112010005483T5
Application number: DE112010005483T
Authority: DE
Inventors: Ko Koga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: KR20120127695A; JP5257510B2; KR101351157B1; CN102301258B; DE112010005483B4; US20120057243A1; JPWO2011128995A1; WO2011128995A1; CN102301258A; US8649104B2

Abstract

Offenbart sind ein optisches Element, ein Array optischer Elemente und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements, das dazu fähig ist, eine gewünschte Grenzflächenform zu bilden. In einer Mikrolinse (1) und einem Mikrolinsenarray (30) werden mindestens entweder eine transparente Flüssigkeit (16), die eine flüssige Phase bildet, oder Mikroblasen (17), die eine Gasphase bilden, einer Temperaturanpassung durch ein Krümmungssteuerteil (6) unterzogen. Die transparente Flüssigkeit (16) und die Mikroblasen (17), welche der Temperaturanpassung unterzogen werden, expandieren thermisch so oder ziehen sich so zusammen, dass sich die Form einer gekrümmten Oberfläche (B) ändert, die zwischen der transparenten Flüssigkeit (16) und den Mikroblasen (17) gebildet wird. Daher wird es möglich, die Grenzflächenform zu steuern, wodurch eine gewünschte Grenzflächenform gebildet wird. Weil Joule'sche Wärme auf der Grundlage des Anlegens von Strom zur Temperaturanpassung verwendet wird, ist es möglich, eine anzulegende Spannung im Vergleich mit einem Fall zu verringern, in dem eine Spannung direkt auf die transparente Flüssigkeit (16) oder die Mikroblasen (17) in dem Behälter (10) wirkt, um die Oberflächenspannung der transparenten Flüssigkeit (16) oder der Mikroblasen (17) zu ändern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Element, eine Anordnung (im Folgenden: ein Array) optischer Elemente und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements.
Stand der Technik
Im Stand der Technik wie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-2008-298821 A beschrieben ist ein Beugungsgitter als ein optisches Element bekannt, durch welches Licht geht, um den Beugungswinkel des Lichts zu steuern. Das Beugungsgitter weist Trennwände auf, die in regulären Intervallen parallel angeordnet sind. Eine Isolierflüssigkeit und eine leitende Flüssigkeit sind zwischen benachbarten Trennwänden eingefüllt. Eine Spannung wird an die leitende Flüssigkeit angelegt, um die Position der Grenzfläche, die zwischen den Flüssigkeiten gebildet wird, so zu ändern, dass die Beugungskonstante variabel wird.
Das Beugungsgitter verwendet ein Elektrobenetzungsphänomen (elektrokapillares Phänomen). Das Elektrobenetzungsphänomen ist das Phänomen, dass sich die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ändert, wenn eine Spannung zwischen der leitfähigen Flüssigkeit und der Elektrode anliegt, und sich dadurch die Form der Flüssigkeitsoberfläche ändert. Unter Verwendung dieses Phänomens steigt die anzulegende Spannung in dem Beugungsgitter, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zu verringern und die Position der Grenzfläche anzuheben.
Zitierte Druckschriften
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Japanische unveröffentlichte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-2008-298821 A

Kurze Erläuterung der Erfindung
Technisches Problem
In dem vorstehend erläuterten Beugungsgitter wird jedoch die Spannung an die Flüssigkeit angelegt, um die Form oder Position der Grenzfläche zu ändern, was es schwierig macht, die Grenzfläche in eine gewünschte Form oder an eine gewünschte Position zu bringen.
Daher wurde die Erfindung fertig gestellt, um das technische Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element, ein Array optischer Elemente und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements zu schaffen, das dazu fähig ist, eine gewünschte Grenzflächenform zu bilden.
Lösung der Aufgabe
Somit schafft die Erfindung ein optisches Element. Das optische Element umfasst einen lichtdurchlässigen Behälter, ein erstes transparentes Material, das in dem Behälter untergebracht ist, um eine erste Phase zu bilden, ein zweites transparentes Material, das in dem Behälter untergebracht ist, um eine zweite Phase zu bilden, die sich von der ersten Phase unterscheidet, wobei sich eine gekrümmte Grenzfläche ausformt, die hin zu dem ersten transparenten Material gekrümmt ist und zwischen dem ersten transparenten Material und dem zweiten transparenten Material gebildet ist, und eine Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche, um eine Temperaturanpassung mindestens entweder des ersten transparenten Materials oder des zweiten transparenten Materials durchzuführen, um die Form der Grenzfläche zu steuern.
Erfindungsgemäß führt die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche eine Temperaturanpassung mindestens entweder des ersten transparenten Materials, das die erste Phase bildet, oder des zweiten transparenten Materials durch, das die zweite Phase bildet. Das transparente Material, das einer Temperaturanpassung unterzogen wird, dehnt sich thermisch so aus oder zieht sich zusammen, dass sich die Form der gekrümmten Grenzfläche ändert, die sich zwischen dem ersten transparenten Material und dem zweiten transparenten Material bildet. So wird es möglich, die Grenzflächenform zu steuern, wodurch eine gewünschte Grenzflächenform gebildet wird. Wenn hier ein Strom zu Temperaturanpassung angelegt wird, ist es möglich, eine anzulegende Spannung im Vergleich zu einem Fall zu verringern, in welchem eine Spannung direkt an das Material in dem Behälter angelegt wird, um die Oberflächenspannung des Materials zu ändern. Daher ist es möglich, eine anzulegende Spannung zu reduzieren, und trotzdem eine gewünschte Grenzflächenform zu bilden, wenn ein Verfahren verwendet wird, das Joule'sche Wärme auf der Grundlage von Strom verwendet.
Es ist zu bevorzugen, dass die erste Phase eine flüssige Phase und die zweite Phase eine Gasphase ist.
Erfindungsgemäß wird das zweite durchsichtige Material, welches die Gasphase bildet, aufgrund einer geringen Masse pro Volumen (einer geringen Dichte) kaum durch die Schwerkraft beeinflusst. Daher ist es möglich, die Form der Grenzfläche genau zu steuern. Es ist außerdem möglich, eine Verschlechterung der Qualität aufgrund einer Vermischung im Vergleich zu einem Flüssig-Flüssig-System zu verhindern.
Es ist zu bevorzugen, dass die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche mindestens entweder das erste transparente Material oder das zweite transparente Material thermisch ausdehnt oder zusammenzieht, um die Form der Grenzfläche zu steuern.
Erfindungsgemäß veranlasst die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche mindestens entweder das erste transparente Material oder das zweite transparente Material dazu, sich thermisch auszudehnen oder zusammenzuziehen, was es einfach macht, die Form der Grenzfläche zu ändern. Daher wird es möglich, die Form der Grenzfläche zu steuern.
Es ist zu bevorzugen, dass die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche die Krümmung der Grenzfläche steuert.
Weil die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche erfindungsgemäß die Krümmung der Grenzfläche steuert, ist es möglich, die Brechkraft (Linsenstärke) zu steuern, wenn Licht durch den Behälter fällt.
Es ist zu bevorzugen, dass die Einrichtung zur Steuerung der Grenzflächenform einen am Boden des Behälters gebildeten plattenförmigen Wärme erzeugenden Abschnitt aufweist, um Wärme durch elektrischen Strom zur erzeugen, und dass der wärmeerzeugende Abschnitt einen Abschnitt kleiner Breite bzw. verengten Abschnitt in seiner Mitte aufweist.
Erfindungsgemäß ist die Temperatur des verengten Abschnitts in dem wärmeerzeugenden Abschnitt am höchsten, weil der elektrische Widerstand in dem verengten Abschnitt in der Mitte des wärmeerzeugenden Abschnitts ansteigt. Daher ist es möglich, das transparente Material in der Nähe der Mitte des wärmeerzeugenden Abschnitts mit einem kleinen Strom ausreichend aufzuwärmen. Daher ist es möglich, das transparente Material einfach thermisch auszudehnen, und die Phase des transparenten Materials einfach zu ändern, was es einfach macht, die Form des transparenten Materials zu steuern.
Es ist zu bevorzugen, dass der Behälter einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und dass das zweite transparente Material getrennt um den ersten Wandabschnitt und den zweiten Wandabschnitt angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist das erste transparente Material so angeordnet, dass es auf beiden Seiten vom zweiten transparenten Material zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt umgeben und dazwischen eingeschlossen ist. Hier wird die Form der Grenzfläche, die zwischen dem ersten transparenten Material und dem zweiten transparenten Material gebildet wird, eine gekrümmte Form, die vom zweiten transparenten Material hin zum ersten transparenten Material gekrümmt ist. Aus diesem Grund wird eine Grenzfläche gebildet, die zwei Oberflächen aufweist, die jeweils gegenüber dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt innerhalb des Behälters gekrümmt sind. Daher kann eine konkave Linse zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt durch die Grenzfläche zwischen den zwei Flächen gebildet werden.
Es ist zu bevorzugen, dass zwei Behälter vorgesehen sind, wobei jeder Behälter einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, in jedem Behälter das zweite transparente Material um den ersten Wandabschnitt angeordnet ist und die ersten Wandabschnitte der zwei Behälter miteinander verbunden bzw. verklebt sind.
Erfindungsgemäß wird die Schnittstelle in jedem der beiden Behälter in einer Form gebildet, die von dem ersten Wandabschnitt hin zum zweiten Wandabschnitt gekrümmt ist, und die ersten Wandabschnitte der beiden Behälter sind miteinander verklebt. Mit diesem Aufbau kann eine konvexe Linse über die zwei Behälter so gebildet werden, dass die verklebten ersten Wandabschnitte im Querschnitt eingeschlossen sind.
In einem optischen Element-Array, in dem mehrere optische Elemente angeordnet sind, ist es in jedem optischen Element möglich, die Form der Grenzfläche zu steuern, die in dem Behälter gebildet wird. Daher ist es möglich, die Brechkraft jedes optischen Elements frei zu ändern. Wenn beispielsweise eine Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sind und die optischen Elemente passend zu den Lichtquellen angeordnet sind, ist es möglich, Licht, das von einer Vielzahl von Lichtquellen ausgesendet wird, frei zu sammeln oder zu streuen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements, in welchem eine leitende Flüssigkeit in einen Behälter gefüllt wird, der Licht durchlässt. Das Verfahren umfasst einen Elektrodenbildungsschritt des Verwendens eines Behälters mit einer offenen Oberfläche, des Bildens einer ersten Elektrode an einer Position der einen Oberfläche, und des Bildens einer zweiten Elektrode an einer Position einer anderen Oberfläche, welche der einen Oberfläche gegenüberliegt, einen Flüssigkeitsfüllstartschritt des Aufladens einer Flüssigkeit, des Anlegens einer Spannung mit einer gegenüber der Flüssigkeit umgekehrten Polung an die erste Elektrode, und des Zulassens, dass die Flüssigkeit von der einen Oberfläche in den Behälter fließt, und einen Flüssigkeitsauffüllschritt des Anlegens einer Spannung mit derselben Polung wie die Flüssigkeit an die erste Elektrode, des Anlegens einer Spannung mit im Vergleich zu der Flüssigkeit umgekehrter Polung an die zweite Elektrode, und des Füllens der Flüssigkeit in den Behälter.
Beim Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements nach der Erfindung fließt die geladene Flüssigkeit im Flüssigkeitseinfüllschritt von der einen Oberfläche in den Behälter, und eine Spannung mit einer gegenüber der Flüssigkeit umgekehrten Polung wird an die erste Elektrode angelegt, die an der Position der einen Oberfläche ausgebildet ist. Aus diesem Grund wird die Benetzung durch die Flüssigkeit verbessert, die mit der Oberfläche der ersten Elektrode in Kontakt steht. Daher ist es möglich, es der Flüssigkeit zu erlauben, von der einen Oberfläche sanft abzufließen. In dem Flüssigkeitsfüllschritt wird eine Spannung mit derselben Polung wie die Flüssigkeit an die erste Elektrode angelegt, und eine Spannung mit der umgekehrten Polung gegenüber der Flüssigkeit wird an die zweite Elektrode angelegt. Aus diesem Grund wird die Nassheit bzw. Benetzungsfähigkeit der Flüssigkeit verbessert, die mit der Oberfläche der zweiten Elektrode in Kontakt ist. Daher ist es möglich, die Flüssigkeit an den Ecken in der Nähe einer anderen Oberfläche einzufüllen.
Die Flüssigkeit kann gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements selbst dann an den Ecken des Behälters eingefüllt werden, wenn der Behälter nur eine kleine Größe aufweist. Daher ist es möglich, das optische Element und das Array optischer Elemente geeignet herzustellen, in welchem das transparente Material in dem Behälter untergebracht ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine anzulegende Spannung zu verringern und außerdem eine gewünschte Grenzflächenform zu bilden.
Kurze Erläuterung der Figuren
1 ist ein skizziertes Schaubild, das ein optisches Element nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht eines Behälterteils entlang der Linie II-II der 1.
3 ist ein Konzeptschaubild, das den Zustand des Wachsens von Blasen in dem optischen Element der 1 zeigt.
4 ist eine Schnittansicht eines Behälterteils entlang der Linie IV-IV der 3.
5 ist eine geschnittene Seitenansicht, die eine Beziehung zwischen einer Krümmung und einer Brechkraft einer Linse zeigt.
6 ist ein skizzenhaftes Schaubild, das ein Array optischer Elemente zeigt, in welchem eine Vielzahl von optischen Elementen der 1 angeordnet ist.
7 ist eine Seitenansicht eines Behälterteils in 6.
8 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines optischen Systems unter Verwendung des Arrays optischer Elemente der 6 zeigt.
9 ist eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die einen Herstellvorgang des Arrays optischer Elemente der 6 zeigt.
10 ist eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die einen Herstellvorgang zeigen, der auf 9 folgt.
11 ist eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die einen Herstellvorgang zeigen, der auf 10 folgt.
12 ist eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die einen Herstellvorgang zeigen, der auf 11 folgt.
13 ist eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die einen Herstellvorgang zeigen, der auf 12 folgt.
14 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einem optischen Element nach einer zweiten Ausführungsform.
15 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einem optischen Element nach einer dritten Ausführungsform.
16 ist eine Schnittansicht eines Behälterteils in einem optischen Element nach einer vierten Ausführungsform.
17 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Videoanzeige bzw. Bildschirmanzeige zeigt, wenn das optische Element der 16 in einem Head-up-Display bzw. einer Blickfelddarstellung verwendet wird.
18 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einem optischen Element nach einer fünften Ausführungsform.
19 ist eine Seitenansicht eines Arrays optischer Elemente, in dem eine Vielzahl von in 18 gezeigten optischen Elementen angeordnet ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird ein optisches Element nach einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In der Beschreibung der Figuren werden dieselben Elemente durch dieselben Bezugszeichen wiedergegeben, und eine überlappende Beschreibung wird ausgelassen.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein skizziertes Schaubild, das ein optisches Element nach einer ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Schnittansicht eines Behälterteils, die entlang der Linie II-II der 1 aufgenommen wurde. Eine Mikrolinse (ein optisches Element) 1 dieser Ausführungsform ist auf der Emissions- bzw. Austrittsseite beispielsweise einer Laserlichtquelle angeordnet und bricht Laserlicht, das von der Laserlichtquelle ausgesendet wird.
Die Mikrolinse 1 weist einen hohlen Behälter 10 auf, der im Wesentlichen eine kubische Form hat und Licht durchlässt. Der Behälter 10 wird aus einem transparenten Isolierfilm gebildet und besteht aus einem sechsflächigen Wandabschnitt 11, der eine vorab festgelegte Dicke aufweist. Der sechsflächige Wandabschnitt 11 bildet einen Innenraum S, der im Wesentlichen eine geschlossene Würfelform hat, und der Behälter 10 ist so aufgebaut, dass eine Flüssigkeit oder ein Gas in den Innenraum S gefüllt werden kann. Beispiele des transparenten Isolierfilms, der den Behälter 10 bildet, umfassen Strontiumtitanat, Lithiumniobat und ähnliche. Die Größe des Behälters 10 ist nicht speziell begrenzt, und die Länge einer Seite liegt typischerweise bei ungefähr 50 bis 100 μm.
In dem sechsflächigen Wandabschnitt 11, der den Behälter 10 bildet, wirken eine erste Seitenwand (ein erster Wandabschnitt) 11a und eine zweite Seitenwand (zweiter Wandabschnitt) 11b (siehe 2), die einander gegenüberliegend angeordnete Wandabschnitte sind, als die lichtdurchlässige Oberfläche des Behälters 10. Obwohl in 1 zur Erleichterung des Verständnisses des Aufbaus des Behälters 10 die erste Seitenwand 11a nicht gezeigt ist, ist die erste Seitenwand 11a gewissermaßen vor der Zeichnung angeordnet. Nachstehend werden die erste Seitenwand 11a und die zweite Seitenwand 11b auch einfach als ”Seitenwände 11a und 11b” bezeichnet.
Zusätzlich zum Behälter 10 umfasst die Mikrolinse 1 plattenförmige Heizelemente (wärmeerzeugende Abschnitte) 12 und 12, die jeweils in den Seitenwänden 11a und 11b gebildet werden, um durch elektrische Verbindung bzw. elektrischen Strom Wärme zu erzeugen, ein Steuerteil 3, das mit den Heizelementen 12 und 12 durch Drähte 4 verbunden ist, um an den Heizelementen 12 und 12 einen Strom anzulegen und die Menge der erzeugten Wärme zu steuern, und plattenförmige Isolierfilme 13 und 13, die so gebildet sind, dass sie die Oberflächen (die Oberflächen auf der Seite des Innenraums S) 12a der Heizelemente 12 und 12 gegenüber der Seite des Innenraums S des Behälters 10 abdecken. In 2 wird des Steuerteil 3 nicht gezeigt (dasselbe gilt nachstehend für die 4, 5, 7 und 8).
Die Mikrolinse 1 enthält eine transparente Flüssigkeit (erstes transparente Material) 16, die in dem Behälter 10 untergebracht ist und eine flüssige Phase (erste Phase) bildet, und Mikroblasen (zweites transparentes Material) 17, die Blasen sind, die in dem Behälter 10 vorhanden sind, um eine Gasphase (zweite Phase) zu bilden, sowie eine gekrümmte Grenzfläche B (siehe 2), die zu der transparenten Flüssigkeit 16 hin gekrümmt ist und die sich zwischen der transparenten Flüssigkeit 16 und den Mikroblasen 17 bildet. Das bedeutet, dass die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17 unterschiedliche Phasen bilden.
Die Heizelemente 12 erzeugen Wärme und übertragen die Wärme so an die Mikroblasen 17 und die transparente Flüssigkeit 16, dass sich die Mikroblasen 17 und die transparente Flüssigkeit 16 thermisch ausdehnen oder zusammenziehen. Das Heizelement 12 ist eine transparente Elektrode, die aus Zinkoxid (ZnO), Indiumzinnoxid (indium tin oxide, ITO) oder etwas Ähnlichem gebildet ist. Die Heizelemente 12 werden in einem Teil in den inneren Wandoberflächen der Seitenwände 11a und 11b gebildet. Die Heizelemente 12 erstrecken sich über eine obere Wand 11c und eine untere Wand 11d (die nachstehend auch einfach als ”Wände 11c und 11d” bezeichnet werden), die die Endseiten der Seitenwände 11a und 11b verbinden und einander gegenüberliegen. Das bedeutet, die Heizelemente 12 sind so aufgebaut, dass ihre Länge in der Längsrichtung (der Richtung von oben nach unten in 1) etwas länger als die Länge einer Seite des Innenraums S ist und die Endabschnitte 12c und 12d in der Längsrichtung jeweils mit den Wänden 11c und 11d in Kontakt sind.
In der nachstehenden Beschreibung wird die Richtung senkrecht zu den Wandoberflächen der Seitenwände 11a und 11b (die Richtung senkrecht zu den Heizelementen 12) als die ”Dickenrichtung” bezeichnet, die Richtung senkrecht zu den Wänden 11c und 11d (die Richtung parallel zu der Längsrichtung der Heizelemente 12) wird als die ”Längenrichtung” bezeichnet, und die Richtung parallel zu den Seitenwänden 11a und 11b und den Wänden 11c und 11d (die Richtung parallel zur Querrichtung der Heizelemente 12) wird als die ”Breitenrichtung” bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt weisen die Endabschnitte 12c und 12d der Heizelemente 12 eine Länge in der Breitenrichtung auf, die einer Breite L1 entspricht. Jedes Heizelement 12 weist in seiner Mitte einen Abschnitt 12e kleiner Breite bzw. einen verengten Abschnitt 12e auf. Hier bezieht sich der Terminus ”Mitte” auf die mittlere Position zwischen einem Endabschnitt 12c und einem anderen Endabschnitt 12d und umfasst ”im Wesentlichen mittig”. Der verengte Abschnitt 12e weist eine Länge in der Breitenrichtung auf, die einer Breite L2 entspricht, die kleiner als die Breite L1 ist. Das Heizelement 12 weist eine Form auf, deren Länge in der Breitenrichtung von dem Endabschnitt 12c und 12d hin zum verengten Abschnitt 12e allmählich abnimmt. Auf diese Weise weist das Heizelement 12 eine Form auf, die mit Bezug auf den verengten Abschnitt 12e symmetrisch ist.
Das Steuerteil 3 steuert die Menge der von den Heizelementen 12 erzeugten Wärme, um die Mikroblasen 17 und die transparente Flüssigkeit 16 thermisch auszudehnen oder zusammenzuziehen, und steuert die Krümmung der Grenzfläche B. In anderen Worten führt das Steuerteil 3 eine Temperaturanpassung der Mikroblasen 17 und der transparenten Flüssigkeit 16 durch, um die Form der Grenzfläche B zu steuern. Das Steuerteil 3 weist eine Einrichtung auf, welche die Menge an durch die Heizelemente 12 erzeugter Wärme oder die Temperatur der Mikroblasen 17 und der transparenten Flüssigkeit 16 erfasst. Das Steuerteil 3 führt eine Steuerung bzw. Regelung durch, um die transparente Flüssigkeit 16 in den Behälter 10 zuzuführen und eine Steuerung bzw. Regelung, um die transparente Flüssigkeit 16 aus dem Behälter 10 abzuführen. Bei der Steuerung zum Zuführen und Abführen der transparenten Flüssigkeit 16 kann jedes Verfahren verwendet werden, soweit die transparente Flüssigkeit 16 in den Behälter 10 zugeführt und daraus abgeführt werden kann. Das Steuerteil 3 weist einen Computer auf, der eine CPU (Central Processing Unit, Zentralprozessoreinheit), ein ROM (Read Only Memory, Nur-Lese-Speicher) und ein RAM (Random Access Memory, Speicher mit wahlfreiem Zugriff) für einen arithmetischen Rechenvorgang bezüglich einer Formsteuerung der Grenzfläche B umfasst.
Die Isolierfilme 13, welche die Heizelemente 12 abdecken, verhindern, dass die Heizelemente 12 mit den Mikroblasen 17 und der transparenten Flüssigkeit 16 in Kontakt kommen, und übertragen Wärme von den Heizelementen 12 an die Mikroblasen 17 und die transparente Flüssigkeit 16, Die Isolierfilme 13 werden aus einem transparenten Isolierfilm wie Strontiumtitanat oder Lithiumniobat gebildet und decken die gesamten Oberflächen 12a der Heizelemente 12 ab. Genauer gesagt weist jeder Isolierfilm 13 eine Außenform auf, die etwas größer als die Außenform des Heizelements 12 ist. Das bedeutet, dass die Endabschnitte 13c und 13d des Isolierfilms 13 in der Längenrichtung eine Länge aufweisen, die etwas größer als die Breite L1 der Endabschnitte 12c und 12d des Heizelements 12 ist. Der Isolierfilm 13 deckt die (nicht gezeigte) sich in der Dickenrichtung in den Endabschnitt 12f (siehe 1) des Heizelements 12 erstreckende Endoberfläche in der Breitenrichtung ab. Die Drähte bzw. Stromzuführungen 4 sind jeweils mit den Endabschnitten 12c und 12d verbunden.
Hier ist es für die erste Seitenwand 11a, die zweite Seitenwand 11b und den Isolierfilm 13 jeweils zu bevorzugen, dass die dem Innenraum S gegenüberliegende Oberfläche so bearbeitet ist, dass die Benetzbarkeit für die Durchführung einer Formsteuerung der Mikroblasen 17 wie nachstehend beschrieben verbessert wird.
Der Behälter 10, die Heizelemente 12, das Steuerteil 3, die Drähte 4 und die Isolierfilme 13 können durch eine herkömmliche Halbleiterherstelltechnik hergestellt werden. Das Herstellverfahren ist dasselbe wie ein Herstellprozess für ein Array von Mikrolinsen wie nachstehend beschrieben.
Die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17 weisen unterschiedliche Phasen auf und sind Materialien mit derselben Zusammensetzung. Als transparente Flüssigkeit 16 und Mikroblasen 17 können beispielsweise Perfluorkarbon (Handelsmarke Florinert), Silikon oder etwas Ähnliches verwendet werden. Die transparente Flüssigkeit 16 kocht lokal, wenn sie Wärme vom Heizelement 12 aufnimmt, und wird zu Dampfblasen, welche zu den Mikroblasen 17 werden. Zu dieser Zeit wird die transparente Flüssigkeit 16 vom Steuerteil 3 so abgeführt, dass das Gesamtvolumen der transparenten Flüssigkeit 16 und der Mikroblasen 17 zu dem Volumen des Innenraums S passt. Die Mikroblasen 17 werden durch Wärmeabgabe vom Behälter 10 zur Außenseite gekühlt und kondensieren, um zur transparenten Flüssigkeit 16 zu werden. Zu dieser Zeit wird die transparente Flüssigkeit 16 durch das Steuerteil 3 so zugeführt, dass das Gesamtvolumen der transparenten Flüssigkeit 16 und der Mikroblasen 17 zum Volumen des Innenraums S passt. Mit dieser Steuerung fällt das Gesamtvolumen der transparenten Flüssigkeit 16 und der Mikroblasen 17 mit dem Volumen des Innenraums S zusammen. Die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17 werden von dem Steuerteil 3 so gesteuert bzw. geregelt, dass sie ein vorab bestimmtes Volumen und eine vorab festgelegte Form aufweisen.
Die Mikroblasen 17 sind symmetrisch getrennt an zwei Plätzen um die erste Seitenwand 11a und die zweite Seitenwand 11b angeordnet (siehe 2). Die Mikroblasen 17 weisen im Wesentlichen eine Kuppelform auf, die so gekrümmt ist, dass sie sich einander annähern, und die Bodenflächen 18 derselben sind in Kontakt mit den Seitenwänden 11a und 11b und dem Isolierfilm 13 und sind in der Dickenrichtung gesehen im Innenraum S enthalten (siehe 1). Die Mikroblasen 17 weisen eine sphärische Form (gekrümmte Form) auf, in welcher die Kuppelabschnitte 19 (siehe 2) derselben innerhalb des Innenraums S gekrümmt sind, und die Grenzfläche B wird zwischen der transparenten Flüssigkeit 16 und den Mikroblasen 17 gebildet. Ein Kontaktwinkel zwischen den ansteigenden Abschnitten der Kuppelabschnitte 19 (der Abschnitte in der Nähe der Bodenfläche 18) und den Seitenwänden 11a und 11b wird abhängig vom Zustand der Oberflächenbehandlung mit einem vorab festgelegten Winkel θ festgelegt.
In der nachstehenden Beschreibung wird die Mikroblase 17, die um die erste Seitenwand 11a gebildet wird, als eine einfallsseitige Mikroblase 17a bezeichnet, und die Mikroblase 17, die um die zweite Seitenwand 11b gebildet wird, wird als eine ausfallsseitige Mikroblase 17b bezeichnet (siehe 2).
Die einfallsseitige Mikroblase 17a und die ausfallsseitige Mikroblase 17b sind voneinander mit einem Abstand d in der Dickenrichtung getrennt. Die transparente Flüssigkeit 16 ist so angeordnet, dass sie von beiden Seiten durch die einfallsseitige Mikroblase 17a und die ausfallsseitige Mikroblase 17b eingeschlossen ist. Die Grenzfläche B wird gebildet, die zwei Flächen zwischen der einfallsseitigen Mikroblase 17a und der transparenten Flüssigkeit 16 und zwischen der ausfallsseitigen Mikroblase 17b und der transparenten Flüssigkeit 16 so aufweist, dass eine konkave Linse zwischen der ersten Seitenwand 11a und der zweiten Seitenwand 11b gebildet wird.
Die einfallsseitige Mikroblase 17a und die ausfallsseitige Mikroblase 17b müssen nicht symmetrisch angeordnet sein, und können unterschiedliche Formen aufweisen. Die Formsteuerung der Mikroblase 17 wird nachstehend beschrieben.
3 ist ein Konzeptschaubild, das den Wachstumszustand einer Blase in der Mikrolinse 1 zeigt. 4 ist eine Schnittansicht eines Behälters 10, von dem ein Teil entlang der Linie IV-IV der 3 weggenommen ist. Als Erstes wird die transparente Flüssigkeit 16 mit einer vorab festgelegten Temperatur in den Behälter 10 gefüllt. Wenn durch das Steuerteil 3 eine Spannung an die Heizelemente 12 angelegt wird und ein Strom in den Heizelementen 12 fließt, erzeugen die verengten Abschnitte 12e der Heizelemente 12 in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (1) Wärme.
[Gleichung 1]

Q = RI² = mct (1)

In der Gleichung (1) werden die folgenden Definitionen verwendet.

Q:: Menge der erzeugten Wärme
R:: Widerstand des verengten Abschnitts 12e
I:: Strom, der in dem Heizelement 12 fließt
m:: Gewicht bzw. Masse der transparenten Flüssigkeit 16
c:: spezifische Wärme der transparenten Flüssigkeit 16
t:: elektrische Verbindungszeit

Wenn in dem verengten Abschnitt 12e jedes Heizelements 12 Wärme mit der Wärmeerzeugungsmenge Q erzeugt wird, wird durch den Isolierfilm 13 Wärme an die transparente Flüssigkeit 16 übertragen, und die transparente Flüssigkeit 16 wird lokal an der Position verdampft, welche zu dem verengten Abschnitt 12e gehört. Eine ursprüngliche Mikroblase 17 wird um den verengten Abschnitt 12e erzeugt (siehe eine Strich-Punkt-Linie in den 3 und 4). Die Mikroblase 17 vergrößert sich mit dem Verstreichen der elektrischen Verbindungszeit t.
Dabei wird die Beziehung der nachstehenden Gleichung (2) etabliert, wenn die folgenden Definitionen verwendet werden:

r:: der Radius des Kuppelabschnitts 19 der Mikroblase 17
K:: Krümmung der Grenzfläche B

[Gleichung 2]

r = 1 / K (2)

Der Behälter 10 der Mikrolinse 1 tauscht ständig Wärme mit der Außenseite aus und verliert eine vorab festgelegte Wärmemenge Q_out. Wenn daher die elektrische Verbindung gestoppt wird, nachdem die ursprüngliche Mikroblase 17 erzeugt wird, verringert sich daher der Radius r der Mikroblase 17 so, dass ein Innendruck P gleich der Oberflächenspannung der transparenten Flüssigkeit 16 wird. Die vom Behälter 10 ausgesendete Wärmemenge Q_out wird durch den Koeffizienten der Wärmeleitung des Wandabschnitts 11 des Behälters 10 beeinflusst.
Wenn die transparente Flüssigkeit 16 die Wärme abgibt, sinkt ihre Temperatur, und die Mikroblase 17 gibt durch die Grenzfläche B ebenfalls Wärme ab. Als ein Ergebnis sinkt die Temperatur um eine Temperaturänderung ΔT. Zwischen der Wärmemenge Q_out und der Temperaturänderung ΔT wird die proportionale Beziehung der nachstehenden Gleichung (3) etabliert.
[Gleichung 3]

ΔQout ∝ ΔT (3)

Die nachstehende Gleichung (4) wird durch die Gaszustandsgleichung etabliert. Wenn die Temperatur durch eine Temperaturänderung ΔT sinkt, verringert sich daher das Produkt des Innendrucks PB und einer Volumenänderung ΔV der Mikroblase 17.
[Gleichung 4]

P_BΔV = nRΔT (4)

Hier werden die folgenden Definitionen verwendet:

P_B:: Innendruck der Mikroblase 17
ΔV:: Volumenänderung der Mikroblase 17
n:: Anzahl von Molen in der Mikroblase 17
R:: eine Gaskonstante
ΔT:: Temperaturänderung der Mikroblase 17

Wenn das Produkt P_BΔV des Innendrucks P_B und der Volumenänderung ΔV absinkt, wird der Innendruck P_B gleich einem Außendruck, wenn die Mikroblase 17 von der transparenten Flüssigkeit 16 unter Druck gesetzt wird. Daher verringert sich das Volumen der Mikroblase 17, bis der Innendruck P_B gleich dem Außendruck wird.
Um den Radius r der Mikroblase 17 beizubehalten, ist es notwendig, durch das Heizelement 12 kontinuierlich eine vorab festgelegte Wärmemenge Qe abzugeben. Der Radius r der Mikroblase 17 kann sich durch Ein- oder Ausschalten des Heizelements 12 zusammenziehen oder ausdehnen, um selektiv eine vorab festgelegte Wärmemenge Qe abzugeben. Die Beziehung zwischen der Menge Q der von dem Heizelement 12 erzeugten Wärme und dem Radius r der Mikroblase 17 wird durch die nachstehende Gleichung (5) ausgedrückt.
[Gleichung 5]
Daher ist es möglich, die Form und den Radius r (also die Krümmung K) der Mikroblase 17 (der Grenzfläche B) durch Ein- oder Ausschalten des Heizelements 12 zu steuern, wodurch die Brechkraft der vorstehend erörterten konkaven Linse gesteuert wird.
Wie vorstehend beschrieben werden in der Mikrolinse 1 dieser Ausführungsform die Heizelemente 12, das Steuerteil 3, die Verdrahtungen 4 und die Isolierfilme 13 vorgesehen, um ein Krümmungssteuerteil (eine Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche) 6 zu bilden, das die Form der Grenzfläche B steuert. Das bedeutet, dass das Krümmungssteuerteil 6 eine Funktion zur Durchführung einer Temperaturanpassung der transparenten Flüssigkeit 16 und der Mikroblasen 17 hat, um die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17 thermisch auszudehnen oder zusammenzuziehen und um die Krümmung K der Grenzfläche B durch thermische Ausdehnung oder Zusammenziehen zu steuern.
5 ist eine geschnittene Seitenansicht, die eine Beziehung zwischen der Krümmung und der Brechkraft einer Linse zeigt. Wie in 5(a) gezeigt wird die Brechkraft (Linsenkraft) ϕ durch die nachstehende Gleichung (6) ausgedrückt, wenn die einfallsseitige Mikroblase 17a und die ausfallsseitige Mikroblase 17b durch den Abstand d getrennt sind.
[Gleichung 6]
Dabei werden die folgenden Definitionen verwendet:

ϕ:: Brechkraft (Linsenkraft) der Mikrolinse 1
n_a:: ein Brechungsindex der transparenten Flüssigkeit 16
K₁:: Krümmung der von der einfallsseitigen Mikroblase 17a gebildeten Grenzfläche B
K₂:: Krümmung der von der ausfallsseitigen Mikroblase 17b gebildeten Grenzfläche B
d:: Abstand zwischen der einfallsseitigen Mikroblase 17a und der ausfallsseitigen Mikroblase 17b

Wie durch die vorstehend erörterte Gleichung (2) ausgedrückt werden die Krümmungen K₁ und K₂ bestimmt, wenn die Radien der einfallsseitigen Mikroblase 17a und der ausfallsseitigen Mikroblase 17b bestimmt werden. Wie durch Gleichung (6) ausgedrückt, erhält man für vorab festgelegte Krümmungen K₁ und K₂ eine vorab festgelegte Brechkraft ϕ.
Beispielsweise steigt die Brechkraft ϕ wie in 5(b) gezeigt, wenn die Krümmungen K₁ und K₂ größer als jene werden, die in 5(a) gezeigt werden, und der Brechungseffekt für Licht, das durch die Mikrolinse 1 fällt, wird verstärkt. Wie in 5(c) gezeigt verringert sich die Brechkraft ϕ, wenn die Krümmungen K₁ und K₂ kleiner als jene werden, die in 5(a) gezeigt werden, und der Brechungseffekt für durch die Mikrolinse 1 fallendes Licht wird abgeschwächt.
Als Nächstes wird ein Array von Mikrolinsen dieser Ausführungsform beschrieben, in dem eine Vielzahl von Mikrolinsen 1 angeordnet sind. 6 ist ein skizziertes Schaubild, das ein Array von Mikrolinsen zeigt, in welchem viele Mikrolinsen 1 der 1 angeordnet sind. 7 ist eine Seitenansicht eines Behälterteils aus 6. Wie in 6 und 7 gezeigt ist ein Array 30 von Mikrolinsen (Array optischer Elemente) so aufgebaut, dass eine Vielzahl von Mikrolinsen 1 in der Längenrichtung und der Breitenrichtung angeordnet sind. In dem Array 30 von Mikrolinsen sind die Mikrolinsen 1 in einer Matrix von M Zeilen und N Spalten angeordnet (wobei M und N natürliche Zahlen sind). Das Array 30 von Mikrolinsen umfasst Behälter 10, die in einer Matrix von M Zeilen und N Spalten angeordnet sind, und ein Steuerteil 33, das mit den Behältern 10 über Drähte 4 verbunden ist und die Menge der durch die Heizelemente 12 in jedem Behälter 10 erzeugten Wärme steuert.
In dem Array 30 von Mikrolinsen sind das Steuerteil 3, die Verdrahtungen 4, die Wärmeelemente 12 jeder Mikrolinse 1 und die Isolierfilme 13 (siehe 1) so vorgesehen, dass sie ein Krümmungssteuerteil (Steuerteil für die Grenzfläche) 36 bilden, das die Form der Grenzfläche B steuert. Das Steuerteil 33 kann das Steuerteil 3 (siehe 1) der Mikrolinse 1 für jede Mikrolinse 1 aufweisen oder kann kollektiv als eine einzelne Vorrichtung aufgebaut sein, um die Form der Grenzfläche B in jedem Behälter 10 zu steuern.
Im Array 30 von Mikrolinsen wird die Krümmung K der Grenzfläche B gesteuert, die in jedem Behälter 10 gebildet wird, was es ermöglicht, die Brechkraft ϕ jeder Mikrolinse 1 frei zu ändern. Beispielsweise wird die Brechkraft ϕ_j in einer j-ten Spalte die Brechkraft ϕ_1,j bis ϕ_M,j, und die Brechkraft in der Mikrolinse 1 der i-ten Spalte und der j-ten Zeile wird die Brechkraft ϕ_i,j (siehe 7).
Wie in 8 gezeigt kann ein optisches System 100 unter Verwendung eines Mikrolinsen-Arrays gebildet werden. Das optische System 100 weist eine Vielzahl von Lichtquellen (beispielsweise Laserlichtquellen oder Ähnliches) 35 und ein Array von Mikrolinsen 30A auf, in dem Mikrolinsen 1 so angeordnet sind, dass sie zu den Lichtquellen 35 passen. Das optische System 100 weist auch eine optische Relaislinse 37 auf, die zwischen dem Array von Mikrolinsen 30A und einer Projektionsoberfläche 36 angeordnet ist. In dem optischen System 100 wird es möglich, eine Vergrößerung oder Verkleinerung eines projizierten Bildes auf der Projektionsoberfläche 36, eine Fluktuationskorrektur oder etwas Ähnliches durchzuführen.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des Arrays 30 von Mikrolinsen bzw. des Mikrolinsenfelds 30 beschrieben. 9 bis 13 sind Schnittansichten und Draufsichten eines Herstellvorgangs des Arrays 30 von Mikrolinsen der 6. In den jeweiligen Figuren ist die linke Seite eine in Längsrichtung gesehene Schnittansicht und die rechte Seite eine in der Dickenrichtung gesehene Draufsicht. In der Schnittansicht wird ein Beispiel mit vier Mikrolinsen gezeigt. in der Draufsicht wird nur eine Mikrolinse 1 gezeigt. In der nachstehenden Beschreibung wird ein Fall beschrieben, in dem Lithiumniobat für den Behälter 10 und eine ITO-Elektrode als Heizelement 12 verwendet wird.
Zunächst wird wie in 9(a) gezeigt ein Lithiumniobatsubstrat 50 mit einer vorab festgelegten Dicke vorbereitet (S1). Als Nächstes werden wie in 9(b) gezeigt im Wesentlichen würfelförmige Leerräume 51 so gebildet, dass eine Oberfläche in der Dickenrichtung durch Ätzen geöffnet wird (S2). Hier entspricht jeder Leerraum 51 dem Innenraum S des Behälters 10. Die geöffnete Oberfläche jedes Leerraums 51 wird als eine obere Oberfläche (eine Oberfläche) 51a bezeichnet, und eine Oberfläche, die der einen Oberfläche gegenüberliegt, wird als Bodenfläche (andere Oberfläche) 51b bezeichnet.
Dann wird wie in 10(a) gezeigt eine untere ITO-Elektrode 52 an der Position der Bodenfläche 51b jedes Leerraums 51 gebildet (S3). Die untere ITO-Elektrode 52 entspricht dem Heizelement 12. Dann wird wie in 10(b) gezeigt eine Oxidschicht 53 in einer vorab festgelegten Höhe in jedem Leerraum 53 direkt unter der Position der oberen Oberfläche 51a abgeschieden (S4).
Dann wird wie in 11(a) gezeigt eine obere ITO-Elektrode 54 an der Position auf der oberen Oberfläche 51a gebildet (S5). Die obere ITO-Elektrode 54 entspricht dem Heizelement 12. Als Nächstes wird die Oxidschicht 53 durch Ätzen entfernt (S6), wie in 11(b) gezeigt. Das bedeutet, dass die Schritte S3 bis S6 einem Elektrodenbildungsschritt des Verwendens eines Lithiumniobatsubstrats (eines Behälters) 50 mit der geöffneten oberen Oberfläche 51a, des Bildens der oberen ITO-Elektrode (ersten Elektrode) 54 an der Position der oberen Fläche 51a und des Bildens der unteren ITO-Elektrode (zweiten Elektrode) 52 an der Position der unteren Fläche 51b entsprechen. Die Verdrahtung 4, welche das Heizelement 12 und das Steuerteil 33 verbindet, wird in derselben Weise wie das Heizelement 12 gebildet.
Als Nächstes wird wie in 12(a) gezeigt eine Gitteroxidschicht 56 so gebildet, dass sie die untere ITO-Elektrode 52 und die obere ITO-Elektrode 54 abdeckt (S7). Die Gitteroxidschicht 56 entspricht dem Isolierfilm 13. Die Gitteroxidschicht 56 kann durch ein bekanntes CVD-(Chemical Vapor Deposition, chemisches Dampfabscheidungs-)Verfahren aus dem Stand der Technik gebildet werden.
Als Nächstes wird wie in 12(b) gezeigt eine Füllung mit einer leitenden Flüssigkeit 57 wie Perfluorkarbon vorbereitet, und eine positive Spannung wird an die Füllung 57 angelegt (die Füllung 57 wird positiv aufgeladen). Die Seite (die Unterseite in der Figur) der oberen ITO-Elektrode 54, die dem Leerraum 51 gegenüberliegt, wird mit GND verbunden (geerdet). Die Füllung 57 fließt von der oberen Oberfläche 51a in den Leerraum 51 (S8). Die Füllung 57 entspricht der transparenten Flüssigkeit 16. Das bedeutet, dass Schritt S8 einem Flüssigkeitsfüllstartschritt des Aufladens der Füllung 57, des Anlegens einer Spannung mit umgekehrter Ladung gegenüber der Füllung 57 an die obere ITO-Elektrode 54, und des Zulassens entspricht, dass die Füllung 57 von der oberen Oberfläche 51a in den Behälter fließt. Nach dem Verfahren zum Flüssigkeitseinlass tritt ein sogenanntes Elektrobenetzungsphänomen auf, um die Benetzung der oberen ITO-Elektrode 54 mit der Füllung zu verbessern und das Einfließen der Füllung 57 zu fördern.
Als Nächstes wird wie in 13(a) gezeigt eine positive Spannung an die untere ITO-Elektrode 52 angelegt. Die obere ITO-Elektrode 54 wird mit GND verbunden (geerdet). Die Füllung 57 wird in den Leerraum 51 eingefüllt (S9). Das bedeutet, dass Schritt S9 einem Flüssigkeitsauffüllschritt des Anlegens einer Spannung mit derselben Polung wie die Füllung 57 an die obere ITO-Elektrode 54, des Anlegens einer Spannung mit einer umgekehrten Polung gegenüber der Füllung 57 an die untere ITO-Elektrode 52 und des Einfüllens der Füllung 57 in den Behälter entspricht. Nach dem Verfahren zum Einfüllen der Flüssigkeit tritt ein sogenanntes Elektrobenetzungsphänomen auf, um die Benetzung der Füllung 57 mit Bezug auf die untere ITO-Elektrode 52 so zu verbessern, dass die Füllung 57 um die untere ITO-Elektrode 52 ohne Spalt bzw. Luftblasen eingefüllt wird.
Wie in 13(b) gezeigt wird ein UV-aushärtender Kunststoff 58 so gebildet, dass er die obere Oberfläche 51a einer Vielzahl von Leerräumen 51 in der Breitenrichtung und der Längenrichtung abdeckt, und die Leerräume 51 werden versiegelt (S10). Das bedeutet, dass durch Schritt S10 die Füllung 57 in die Leerräume 51 eingefüllt wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist das Steuerteil 33 (siehe 6) mit der unteren ITO-Elektrode 52 und der oberen ITO-Elektrode 54 durch die Drähte 4 verbunden.
Durch die Abfolge von Schritten wird das in 6 gezeigte Array 30 von Mikrolinsen hergestellt.
In der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen dieser Ausführungsform werden die transparente Flüssigkeit 16, die eine flüssige Phase bildet, und die Mikroblasen 17, die eine Gasphase bilden, einer Temperaturanpassung durch das Krümmungssteuerteil 6 unterzogen. Die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17, die einer Temperaturanpassung unterzogen werden, dehnen sich thermisch so aus oder ziehen sich zusammen, dass sich die gekrümmte Grenzfläche B ändert, die zwischen der transparenten Flüssigkeit 16 und den Mikroblasen 17 gebildet ist. Somit wird es möglich, die Grenzflächenform zu steuern, wodurch eine gewünschte Grenzflächenform gebildet wird. Weil Joule'sche Wärme auf der Grundlage der Anwendung von Strom zur Temperaturanpassung verwendet wird, ist es möglich, eine anzulegende Spannung im Vergleich zu einem Fall zu verringern, in dem eine Spannung direkt auf die transparente Flüssigkeit 16 oder die Mikroblasen 17 in dem Behälter 10 wirkt, um die Oberflächenspannung der transparenten Flüssigkeit 16 oder der Mikroblasen 17 zu ändern. Daher ist es mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen möglich, eine anzulegende Spannung zu reduzieren und auch eine gewünschte Grenzflächenform zu bilden.
Beispielsweise ist es bei einem Elektrobenetzungsverfahren nach dem Stand der Technik, bei dem eine Spannung direkt angelegt wird, notwendig, eine Spannung von ungefähr 100 V anzulegen. In dieser Ausführungsform ist es im Gegensatz dazu möglich, die Form der Grenzfläche B mit einer sehr kleinen Spannung von ungefähr 5 V zu regeln.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen werden die Mikroblasen 17, die eine Gasphase bilden, aufgrund ihrer kleinen Masse pro Volumen (kleinen Dichte) kaum durch die Schwerkraft beeinflusst. Daher ist es möglich, die Form der Grenzfläche B genau zu steuern.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen expandieren die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17 aufgrund des Krümmungskontrollteils 6 thermisch oder ziehen sich zusammen, was es einfach macht, die Form der Grenzfläche B zu ändern. Daher wird es möglich, die Form der Grenzfläche zu steuern.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen ist es möglich, die Brechkraft ϕ zu steuern, wenn Licht durch den Behälter 10 geht, weil die Krümmung der Grenzfläche B durch das Krümmungssteuerteil 6 gesteuert wird.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen ist die Temperatur des verengten Abschnitts 12e in dem Wärmeelement 12 am höchsten. Daher ist es möglich, die transparente Flüssigkeit 16 oder die Mikroblasen 17 in der Nähe der Mitte des Wärmeelements 12 mit einem kleinen Strom ausreichend aufzuwärmen. Daher ist es möglich, die transparente Flüssigkeit 16 oder die Mikroblasen 17 einfach thermisch auszudehnen und die Phase der transparenten Flüssigkeit 16 oder der Mikroblasen 17 einfach zu ändern, was es einfach macht, die Form der transparenten Flüssigkeit 16 oder der Mikroblasen 17 zu steuern.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen wird die transparente Flüssigkeit 16 so angeordnet, dass sie von ihren beiden Seiten durch die einfallsseitige Mikroblase 17a und die ausfallsseitige Mikroblase 17b zwischen der ersten Seitenwand 11a und der zweiten Seitenwand 11b eingeschlossen ist. Aus diesem Grund wird die Grenzfläche B gebildet, die zwei Flächen aufweist, die jeweils innerhalb des Behälters 10 von der ersten Seitenwand 11a und der zweiten Seitenwand 11b weg gekrümmt sind. Daher kann durch die beidseitige Grenzfläche B eine konkave Linse zwischen der ersten Seitenwand 11a und der zweiten Seitenwand 11b gebildet werden.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen ist es möglich, den Radius r der Mikroblasen 17 abhängig von der elektrischen Verbindungszeit t mit den Wärmeelementen 12 oder der Größe eines anzulegenden Stroms I einfach zu steuern, wodurch die Brechkraft ϕ der Linse geändert wird. Weil die Brechkraft ϕ nur vom Radius r der Kuppelabschnitte 19 der Mikroblasen 17 abhängt, ist es möglich, die Brechkraft ϕ nur durch Ändern des anzulegenden Stroms I selbst dann einfach zu korrigieren, wenn sich die Flüssigkeitsqualität der transparenten Flüssigkeit 16 ändert.
Mit der Mikrolinse 1 und dem Array 30 von Mikrolinsen gibt es keinen Fall, in dem sich die Phasen vermischen, weil die Grenzfläche B durch eine flüssige Phase und eine Gasphase gebildet wird, im Gegensatz zu flüssigen Phasen. Daher ist es möglich, die Grenzfläche B leicht zu bilden, und es gibt wenig Änderung der Qualität des Materials. Wie vorstehend beschrieben, ist der Behälter 10 gegenüber der Schwerkraft robust, weil die Gasphase kaum durch die Schwerkraft beeinflusst wird, wenn der Behälter 10 kleiner wird. Die Größe oder Form der Mikroblasen 17 wird durch ein Gleichgewicht der Wärmeabgabe außerhalb des Behälters 10 und des Aufwärmens durch die Heizelemente 12 bestimmt, wodurch die Form der Grenzfläche B einfach gesteuert wird.
Mit dem Array 30 von Mikrolinsen ist es in jeder Mikrolinse 1 möglich, die Form der Grenzfläche B zu steuern, die in dem Behälter 10 gebildet wird. Daher ist es möglich, die Brechkraft jeder Mikrolinse 1 frei zu ändern. Wenn beispielsweise eine Vielzahl von Lichtquellen 35 angeordnet sind und die Mikrolinsen 1 so angeordnet sind, dass sie zu den Lichtquellen 35 passen, ist es möglich, Licht, das von einer Vielzahl von Lichtquellen 35 ausgesendet wird, frei zu sammeln oder zu streuen.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Arrays 30 von Mikrolinsen dieser Ausführungsform wird im Flüssigkeitsfüllstartschritt S8, in dem die geladene Füllung 57 von der oberen Fläche 51a in den Freiraum 51 fließt, eine Spannung mit umgekehrter Polung gegenüber der Füllung 57 an der oberen ITO-Elektrode 54 angelegt, die in der oberen Fläche 51a gebildet wird. Aus diesem Grund wird die Nassheit bzw. Benetzungsfähigkeit der Füllung 57 in Kontakt mit der Oberfläche der oberen ITO-Elektrode 54 verbessert. Daher ist es möglich, ein sanftes Einfließen der Füllung 57 von der oberen Oberfläche 51a zu erreichen. In dem Flüssigkeitsauffüllschritt S9 wird eine Spannung mit derselben Polung wie die Füllung 57 an der oberen ITO-Elektrode 54 angelegt, und eine Spannung mit umgekehrter Polung gegenüber der Füllung 57 wird an der unteren ITO-Elektrode 52 angelegt. Aus diesem Grund wird die Benetzungsfähigkeit der Füllung 57 in Kontakt mit der Oberfläche der unteren ITO-Elektrode 52 verbessert. Daher ist es möglich, die Füllung 57 an den Ecken in der Umgebung der unteren Oberfläche 51b einzufüllen.
Nach dem Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements ist es selbst dann, wenn der Behälter 10 klein ist, möglich, die Füllung 57 bis zu den Ecken des Behälters 10 einzufüllen. Daher ist es möglich, die Mikrolinse 1 und das Array 30 von Mikrolinsen geeignet herzustellen.
(Zweite Ausführungsform)
14 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einer Mikrolinse nach einer zweiten Ausführungsform. Wie in 14 gezeigt unterscheidet sich eine Mikrolinse 1A dieser Ausführungsform von der in den 1 und 2 gezeigten Mikrolinse 1 der ersten Ausführungsform dadurch, dass Heizelemente 12A, die als ein Wärmeerzeugungsabschnitt vorgesehen sind, in einer oberen Wand 11c und einer unteren Wand 11d vorgesehen sind. Die Heizelemente 12A werden an den inneren Wandoberflächen der oberen Wand 11c und der unteren Wand 11d gebildet, und erstrecken sich in der Dickenrichtung von ungefähr der zweiten Seitenwand 11b in die Nähe der Mitte der Wände 11c und 11d. Isolierfilme 13A werden so gebildet, dass sie die Heizelemente 12A abdecken. In 14 wird das Steuerteil 3 nicht gezeigt (dasselbe gilt nachstehend auch für die 15, 16, 18 und 19).
Bei der Mikrolinse 1A können die einfallsseitige Mikroblase 17a und die ausfallsseitige Mikroblase 17b asymmetrisch geformt sein. Genauer gesagt kann die ausfallsseitige Mikroblase 17b in der Peripherie der zweiten Seitenwand 11b sowie in der Peripherie der Wände 11c und 11d vorgesehen sein, und der Radius r kann erhöht werden. In diesem Aufbau ist es möglich, die Krümmung der einfallsseitigen Mikroblase 17a zu erhöhen, und auch die Krümmung der ausfallsseitigen Mikroblase 17b zu steuern.
(Dritte Ausführungsform)
15 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einer Mikrolinse nach einer dritten Ausführungsform. Wie in 15 gezeigt, unterscheidet sich eine Mikrolinse 1B dieser Ausführungsform von der Mikrolinse 1 der ersten Ausführungsform, die in 1 und 2 gezeigt ist, dadurch, dass Peltier-Elemente 20, die als ein Kühlabschnitt dienen, in einer oberen Wand 11c und einer unteren Wand 11d vergraben bzw. vorgesehen sind. Die Peltier-Elemente 20 können im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche der oberen Wand 11c und der unteren Wand 11d vergraben sein oder können in einem Teil der oberen Wand 11c oder der unteren Wand 11d vergraben sein.
Mit der Mikrolinse 1B ist es möglich, die Mikroblasen 17 in dem Behälter 10 effizient durch die Peltier-Elemente 20 zu kühlen und eine Antwortgeschwindigkeit der Wärmeabsorption zu erhöhen. Daher ist es möglich, die Antwortfähigkeit zur Zeit des Umschaltens zwischen der Wärmeerzeugung und der Wärmeaufnahme zu verbessern und die Größe der Mikroblasen 17 schnell zu steuern. In dieser Ausführungsform tritt die Wärmeabsorption auf in der folgenden Reihenfolge auf: Mikroblasen 17, transparente Flüssigkeit 16, Wände 11c und 11d und Peltier-Elemente 20.
(Vierte Ausführungsform)
16 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einer Mikrolinse nach einer vierten Ausführungsform. Wie in 16 gezeigt unterscheidet sich eine Mikrolinse 1C dieser Ausführungsform von der Mikrolinse 1B der dritten Ausführungsform, die in 15 gezeigt ist, dadurch, dass in einer oberen Wand 11c und einer unteren Wand 11d als eine Vielzahl von kleinen Wärme erzeugenden Abschnitten dienende Heizelemente 22a bis 22i und Heizelemente 23a bis 23i vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie voneinander in der Dickenrichtung getrennt sind. Die Heizelemente 22a bis 22i und die Heizelemente 23a bis 23i können im Wesentlichen über die gesamten Oberflächen der oberen Wand 11c und der unteren Wand 11d gebildet werden oder können in einem Teil der oberen Wand 11c und der unteren Wand 11d gebildet werden. Isolierfilme 13C werden so gebildet, dass sie die Heizelemente 22a bis 22i und die Heizelemente 23a bis 23i abdecken.
Durch die Mikrolinse 1C ist es möglich, den Zustand der Benetzung durch die transparente Flüssigkeit 16 (oder den Erzeugungszustand der Mikroblasen 17) in der oberen Wand 11c und der unteren Wand 11d durch die Heizelemente 22a bis 22i und die Heizelemente 23a bis 23i fein zu steuern. In dem in 16 gezeigten Beispiel sind einige Heizelemente 22f bis 22i auf der Seite der oberen Wand 11c und alle Heizelemente 23a bis 23i auf der Seite der unteren Wand 11d eingeschaltet, sodass die Benetzung der Wandoberflächen der Isolierfilme 13C in der Nähe der Heizungen verbessert und das Auftreten von Mikroblasen 17 beschleunigt wird, was zur Bildung der in 16 gezeigten Grenzfläche B führt. Daher wird es möglich, den Ausfallwinkel des Lichts zu steuern.
In der Mikrolinse 1C kann der Ausfallswinkel des Lichts in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Brennweite variabel zu gestalten, wenn eine Vielzahl von Mikrolinsen 1C so angeordnet sind, dass sie dasselbe System wie das optische System 100 bilden, das in 8 gezeigt ist. Wenn das System in einem Head-up-Display (HUD) für ein Fahrzeug eingesetzt wird, ist es möglich, in der HUD-Anzeige sowohl ein entferntes Anzeigebild als auch ein nahes Anzeigebild zu verwenden.
Beispielsweise wird in einem normalen Anzeigezustand, der in 17(a) gezeigt ist, ”75 km/h”, was eine Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt, in einer vorab festgelegten Position vor einem Fahrer angezeigt. In einem Anzeigezustand in einem Notfall, wie einer Anzeige einer Warnung (Warninformation), wird dagegen wie in 17(b) gezeigt, eine Nachricht ”Motorproblem” in einem Notfall so angezeigt, dass sie nahe beim Fahrer gesehen wird. Auf diese Weise wird in einem Notfall Warninformation als ein nahes Anzeigebild angezeigt, sodass der Fahrer sofort die Warninformation bemerken kann.
(Fünfte Ausführungsform)
18 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Behälterteils in einer Mikrolinse nach einer fünften Ausführungsform. Wie in 18 gezeigt, unterscheidet sich eine Mikrolinse 1D nach dieser Ausführungsform von der Mikrolinse 1 der ersten Ausführungsform, die in 1 und 2 gezeigt ist, dadurch, dass zwei Behälter 10 vorgesehen sind, die ersten Seitenwände 11a des Behälters 10 miteinander verklebt sind, Mikroblasen 17D nur um die ersten Seitenwände 11a angeordnet sind, und keine Mikroblasen um die zweiten Seitenwände 11b angeordnet sind.
Genauer gesagt werden in der Mikrolinse 1D die Heizelemente 12 eingeschaltet, die auf der Seite der ersten Seitenwand 11a gebildet werden, und die Heizelemente 12, die auf der Seite der zweiten Seitenwand 11b gebildet sind, werden ausgeschaltet. Wenn dies geschieht, können die Mikroblasen 17 nur um die ersten Seitenwände 11a erzeugt werden.
Mit der Mikrolinse 1D kann eine konvexe Linse über die zwei Behälter 10 so gebildet werden, dass die zusammengeklebten ersten Seitenwände 11a im Querschnitt eingeschlossen sind. Die Mikrolinsen 1D können in der Längenrichtung angeordnet sein, um ein in 19 gezeigtes konvexes Array 80 von Linsen zu bilden.
Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die vorstehend erörterten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können auch nur die Seitenwände 11a und 11b aus einem transparenten isolierenden Film gebildet werden, obwohl in den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ein Fall beschrieben wurde, in welchem alle Wandabschnitte der sechs Flächen des Behälters 10 aus einem transparenten isolierenden Film gebildet sind. Das bedeutet, dass die vier Flächen außer den Seitenwänden 11a und 11b aus einem nichttransparenten isolierenden Film gebildet werden können.
Obwohl in den vorstehend erörterten Ausführungsformen ein Fall beschrieben wurde, in welchem die transparente Flüssigkeit 16 und die Mikroblasen 17 einer Temperaturanpassung durch das Krümmungssteuerteil 6 unterzogen werden, können entweder die transparente Flüssigkeit 16 oder die Mikroblasen 17 einer Temperaturanpassung durch das Krümmungssteuerteil unterzogen werden.
Industrielle Anwendbarkeit

Erfindungsgemäß ist es möglich, eine anzulegende Spannung zu verringern und auch eine gewünschte Grenzflächenform zu bilden. Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C und 1D:	Mikrolinse (optisches Element)
6:	Krümmungssteuerteil (Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche)
10:	Behälter
11a:	erste Seitenwand (erster Wandabschnitt)
11b:	zweite Seitenwand (zweiter Wandabschnitt)
12:	Heizelement (Wärme erzeugender Abschnitt)
12e:	verengter Abschnitt
16:	transparente Flüssigkeit (erstes transparentes Material)
17, 17a, 17b:	Mikroblase (zweites transparentes Material)
30:	Array von Mikrolinsen (Array optischer Elemente)
36:	Krümmungssteuerteil (Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche)
B:	Grenzfläche
K, K₁, K₂:	Krümmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-298821 A [0002]

Claims

Optisches Element mit: einem lichtdurchlässigen Behälter; einem ersten transparenten Material, das in dem Behälter untergebracht ist, um eine erste Phase zu bilden; einem zweiten transparenten Material, das in dem Behälter untergebracht ist, um eine zweite Phase zu bilden, die sich von der ersten Phase unterscheidet, wobei sich eine gekrümmte Grenzfläche ausformt, die hin zu dem ersten transparenten Material gekrümmt ist und zwischen dem ersten transparenten Material und dem zweiten transparenten Material gebildet ist; und eine Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche, um eine Temperaturanpassung mindestens entweder des ersten transparenten Materials oder des zweiten transparenten Materials durchzuführen, um die Form der Grenzfläche zu steuern.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die erste Phase eine flüssige Phase ist und die zweite Phase eine Gasphase ist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche mindestens entweder das erste transparente Material oder das zweite transparente Material thermisch ausdehnt oder zusammenzieht, um die Form der Grenzfläche zu steuern.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche die Krümmung der Grenzfläche steuert.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung zur Steuerung der Form der Grenzfläche einen am Boden des Behälters gebildeten plattenförmigen Wärme erzeugenden Abschnitt aufweist, um Wärme durch eine elektrische Verbindung zu erzeugen, und wobei der Wärme erzeugende Abschnitt einen verengten Abschnitt in seiner Mitte aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Behälter einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei das zweite transparente Material getrennt um den ersten Wandabschnitt und den zweiten Wandabschnitt angeordnet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwei Behälter vorgesehen sind, wobei jeder Behälter einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, wobei in jedem Behälter das zweite transparente Material um den ersten Wandabschnitt angeordnet ist, und die ersten Wandabschnitte der zwei Behälter miteinander verbunden sind.
Array optischer Elemente, in dem mehrere optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements, in welchem eine leitende Flüssigkeit in einen lichtdurchlässigen Behälter gefüllt wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Elektrodenbildungsschritt des Verwendens eines Behälters mit einer offenen Oberfläche, des Bildens einer ersten Elektrode an einer Position der einen Oberfläche, und des Bildens einer zweiten Elektrode an einer Position einer anderen Oberfläche, welche der einen Oberfläche gegenüberliegt; einen Flüssigkeitsfüllstartschritt des Aufladens einer Flüssigkeit, des Anlegens einer Spannung mit einer gegenüber der Flüssigkeit umgekehrten Polung an die erste Elektrode, und des Zulassens, dass die Flüssigkeit von der einen Oberfläche in den Behälter fließt; und einen Flüssigkeitsauffüllschritt des Anlegens einer Spannung mit derselben Polung wie die Flüssigkeit an die erste Elektrode, des Anlegens einer Spannung mit im Vergleich zu der Flüssigkeit umgekehrter Polung an die zweite Elektrode, und des Füllens der Flüssigkeit in den Behälter.