JP2009276530A - 液滴光学装置、液滴光学デバイス、液滴撮像デバイス及び液滴光源デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、微小な領域を温度制御するＭＥＭｓ（Micro Electro Mechanical System）を用いて液滴を形成する冷却手段又は冷却パターン層を所定の微小な箇所に集積化することにより、冷却手段又は冷却パターン層を微小に制御して液滴の形状などを制御することができる。
【解決手段】 本発明の液滴光学装置は、雰囲気中又は密閉空間中の液滴材料を凝集するために液滴を形成する液滴形成エリアを冷却する冷却手段と、該冷却手段の温度を制御する温度制御手段とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は液滴光学装置、液滴光学デバイス、液滴撮像デバイス及び液滴光源デバイスに関し、詳細には雰囲気内又は密閉空間内の液滴材料を凝集して形成した液滴の形状を温度制御することで可変可能な液滴光学デバイスに関する。

従来、絞り、シャッター、フィルタ、透過、反射、屈折、回折や干渉作用をさせる液体の可変光学機構がある。人の眼球機能や３次元映像の実現などを目指す可変焦点液滴レンズなどの液体光学デバイスでは、ピエゾアクチェータ・ポンプによる液体輸送やElectro Wettingなどで液滴形状を制御する手段を用いている。現在の可変焦点液滴レンズでは、高解像度の撮像センサとの組み合わせで、デジタルカメラの画像品質に匹敵する画像を得ることが可能である。また、可変焦点液滴レンズは、電気により２種類の液体間の境界面を変化させてレンズの焦点を合わせる仕組みを採用しているため、オートフォーカス機能付きでメカ部分が不要となり、レンズサイズやコスト、耐久性など様々な面で従来のレンズより優れている。この液体レンズは、機械的な動作なしで形状を変えられるレンズであり、屈折率の異なる２種類の液体間の境界面の形状を変化させて、レンズの役割を果たしている。また、合焦の動作のみに電力を使用するものである。このような液体レンズは、携帯電話以外にも、パソコンや医療現場、保安用、デジタルカメラ向けなど様々な用途が想定されている。形状を可変させる光学デバイスや、微小集積光学システムに応用できる。例えば、可変焦点レンズ、複合レンズ、プリズム、マイクロレンズ、マイクロレンズアレー、反射光学デバイス、干渉光学デバイス、回折光学デバイス、共焦点光学デバイス、走査光学デバイス、光学スイッチ、光学シャッター、液晶光学デバイス、撮像デバイス、光源デバイス、３次元結像光学デバイス、赤外線センサの集光光学デバイス、駆動回路を基板に一体化した集積光学デバイスなどに応用できる。

しかし、これらの液滴形成技術は形状に関する範囲であり、液滴材料の全ての光学特性を制御するわけではない。特に、液滴材料は表面張力や粘性（流動性）だけでなく、ひいては屈折率までもが温度依存性を有するので、結像に対する温度補償又は液滴に対する温度制御が必要になっている。液滴光学デバイスとして、光学材料の液滴を所定箇所へ所定量、所定形状に正確に形成すると共に、所定箇所に保持させて量を調節し、形状を変化させ、そして保持箇所を移動させ、液滴材料の種類をできるだけ多く、更に液滴の温度制御をさせること及びこれらの機能を効率良く制御することができれば、より多くの可変光学デバイスに用いることができるようになる。

そこで、従来よりいくつかの提案がなされている。その一つとして、特許文献１によれば、親水性と疎水性の交互の領域を微小規模で表面に容易に製作でき、適当な条件下でそのような表面を水蒸気のある所で冷却すると水滴が疎水性表面の領域に選択的に凝結する。そのような水滴は、収束マイクロレンズまたは発散マイクロレンズとして作用することができる。また、ＳＡＭ表面間の距離を変えることによって、液体レンズの形状、従って光学的特性を変えることができる。これ以外に液体レンズの形状及び光学的特性を変えるための幾つかの他の方法もある。例えば、レンズと表面の間の電気ポテンシャルを変えて、レンズの形状を変えさせることができる。また、レンズの屈折率を異なる液体材料を使うことによって変えることができる。液体レンズの凝集性及び付着性を、この液体材料の化学的性質を変えることによって、あるいは表面の化学的性質を変えることによって調節することができる。表面の３次元特性を変えることができる。
特表平１１−５１３１２９号公報 特開２００６−１４５８０７号公報

しかしながら、特許文献１によれば、例えばＳＡＭ表面間の距離を制御するので光軸が移動し制御が必要になり、入出光側から見ると液滴が光軸対象の球面形状にはならない。以下に図を用いて詳細に説明すると、図３９に示すように、対向する基板５０１の表面には疎水性領域部５０２と親水性領域部５０３が交互に設けられ、それぞれの対向する基板５０１の間に液滴５０４を凝集させて、そして図３９の（ｂ）に示す基板の間隔Ａや図４０の（ｂ）に示す基板の間隔Ｂを可変して液体レンズを可変させている。

このように、距離調整誤差や部材の熱膨張率や距離調整機構の温度依存性などが加わり、光学部材とはかかわりのない制御箇所の新たな調整が必要となる。基板全体を冷却、加熱することによるので熱容量が大きく、温度を迅速に変えられないので所定の水滴のサイズを得るには、緩慢である。また、不要な箇所まで温度制御するため、エネルギーが無駄になる。更に、基板全体を同一の温度にすることになるので、個々の水滴を異なる水滴量に制御することが難しくなる。このことから、所定の箇所に所定の形状の液滴を形成するためには、極特定の箇所のみ冷却、加熱することが必要になってくる。また、温度を迅速に変えるためにはできるだけ、冷却、加熱する箇所を最小限にする必要がある。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、微小な領域を温度制御するＭＥＭｓ（Micro Electro Mechanical System）を用いて液滴を形成する冷却手段又は冷却パターン層を所定の微小な箇所に集積化することにより、冷却手段又は冷却パターン層を微小に制御して液滴の形状などを制御することができる液滴光学装置、液滴光学デバイス、液滴撮像デバイス及び液滴光源デバイスを提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の液滴光学装置は、雰囲気中又は密閉空間中の液滴材料を凝集するために液滴を形成する液滴形成エリアを冷却する冷却手段と、該冷却手段の温度を制御する温度制御手段とを有することに特徴がある。よって、液滴の温度制御を効率良く行うことにより液滴の形状などを微小に制御可能となり、より多くの液滴光学装置に用いることができる。

また、温度制御手段によって冷却手段の温度を制御して液滴形成エリアに形成された液滴を保持する。よって、雰囲気の温度変化の影響を受けることなく、所定の液滴を保持できる。

更に、温度制御手段によって冷却手段の温度を制御して液滴形成エリアに形成された液滴の形状を可変することにより、液滴を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。

また、所定の液滴材料を雰囲気中若しくは密閉空間中に供給、又は雰囲気中若しくは密閉空間中の液滴材料を排出、の少なくともいずれかを行う液滴材料供給排出路を設けることにより、液滴の再生、別の液滴材料との交換が可能となり、再利用率の向上及び汎用性の向上が可能となる。

更に、冷却手段は熱電変換器又はヒートパイプであることが好ましい。

また、液滴形成エリアの所定の箇所のみに熱線を照射する熱線照射手段を有し、冷却手段によって液滴形成エリアの全体を冷却し、熱線照射手段によって所定の箇所を照射して温度差を生じさせて液滴の形状を制御する。よって、光学材料の液滴を所定箇所に所定量、所定形状に正確に形成すると共に、所定箇所に保持させ、量を調整でき、形状を変化でき、これらの機能を効率良く制御することができる。

更に、液滴形成エリアの所定の箇所に熱容量部材を設け、液滴形成エリアの所定の箇所とそれ以外の熱容量が異なるようにして温度差を生じさせて液滴の形状を制御する。よって、光学材料の液滴を所定箇所に所定量、所定形状に正確に形成すると共に、所定箇所に保持させ、量を調整でき、形状を変化でき、これらの機能を効率良く制御することができる。

また、熱容量部材の厚み又は設定面積を可変して液滴形成エリアの所定の箇所に形成される液滴の形状を制御することにより、形成される液滴を個々に制御可能となり、自由度が高い。

更に、冷却手段を液滴形成エリアに集合配置することにより、迅速に温度制御ができ、液滴の形状を素早く所定の形状にできると共に、精細な形状制御も可能となる。

また、液滴を形成する箇所に冷却手段を個別に配置することにより、形成される液滴を個々に制御可能となり、自由度が高い。

更に、冷却手段を平坦状に配置することにより、メニスカスを平坦にでき、かつ液滴面に広い平面を形成できる。

また、冷却手段を、角柱面、角錐面、円柱面、円錐面、ボビン型面、中絞り型面又は自由曲面の面上に集合配置することにより、液滴の形状やサイズなど目的に応じて液滴が形成できると共に、光学系の場合光学光路に対し開口率を上げることができる。

更に、冷却手段及び温度制御手段を多段に設け、各段毎の各温度制御手段によって冷却手段のそれぞれの温度を制御して形成された液滴の形状及び位置を制御することにより、複数の冷却手段を個々に独立に温度設定でき、液滴の形状や保持、更には液滴の移動が正確に可能となる。

また、雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度を測定する測定器を設け、該測定器によって測定した雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度に基づいて、温度制御手段は冷却手段の冷却温度を制御することが好ましく、液滴の形状などを微小に、かつより一層精度良く制御可能となり、より多くの液滴光学装置に用いることができる。

更に、別の発明としての液滴光学デバイスは、基板の空洞部の上に配置した液滴支持層と、雰囲気中又は密閉空間中の液滴材料を凝集するために、液滴支持層上であって液滴を形成する液滴形成エリアを冷却する冷却パターンを有する冷却器パターン層とを少なくとも積層することに特徴がある。よって、微細な液滴を高精度に形成させることでき、多彩な形状、微細な形状の多種多様な液滴光学デバイスを提供することができる。

また、冷却パターンを円環に配置させ、あるいは対向させて配置させ、円環の内側又は対向間に液滴形成エリアを設けることにより、液滴の形成を効率良く、高速に、かつ正確に形成できる。

更に、同一基板上に複数個の空洞部を設け、各空洞部の上に設けられた各液滴支持層に各冷却器パターン層をそれぞれ積層したことにより、多種多様な液滴光学系が高精度に実現できる。

また、複合基板に複数個の空洞部を設け、各空洞部の上に設けられた各液滴支持層に各冷却器パターン層をそれぞれ積層したことにより、多種多様な液滴光学系が高精度に実現できる。

更に、冷却パターンを対向させ、対向間の液滴形成エリアに形成された液滴を通る光路中に光導波路を設けたことにより、光導波路中の液滴光学デバイスの温度変化の影響が制御できるので、安定して光導波路として使用することができる。

また、液滴形成エリアに形成された液滴を通過する光による熱エネルギーによって温度上昇領域を形成し、該温度上昇領域の屈折率を変化させることにより、熱レンズ効果が得られ、熱レンズの応用としての熱レンズ顕微鏡に利用可能となる。

更に、液滴形成エリアを構成する壁面に反射膜を設け、液滴形成エリアに形成された液滴に入射した光が液滴の液面で屈折し、屈折した光が液滴内を通過し、通過した光が反射膜によって反射されながら液滴の液面から屈折して出射する。よって、液滴プリズム形状制御と液滴温度制御ができる。

また、液滴支持層を変位させる変位手段を設け、該変位手段によって液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させることにより、液滴を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。

更に、基板と液滴支持層の間に、伸縮部材としての変位手段を設け、当該変位手段によって液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させることにより、液滴を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。

また、変位手段は、液滴支持層に設けられた第１の静電電極膜と、空洞部を挟んで液滴支持層に対向する基板側に設けられた第２の静電電極膜との間に働くクーロン力によって液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させる。よって、液滴を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。

更に、変位手段は、密閉化された空洞部の気圧を変化させて液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させる。液滴を光学液体レンズに適用したとき光軸、焦点距離や焦点位置の可変が可能となる。

また、液滴形成エリアに液滴材料で液滴を形成し、形成した液滴上に更に当該液滴と異なる液滴材料で別の液滴を形成することにより、複合レンズなど多種多様の液滴光学デバイスを提供することができる。

更に、透明の液滴支持層と冷却器パターン層とを積層した液滴光学デバイスを重ねたり、または液滴形成エリアが同一方向に設けられるように複数の液滴光学デバイスを重ね、あるいは互いの液滴支持層が対向するように複数の液滴光学デバイスを重ねて構成する。よって、短い間隔から長距離まで製作できる自由度がある２枚合せレンズなど多種多様の液滴光学デバイスを提供することができる。

また、液滴材料に不透明な材料を用いて液滴を形成することにより、絞り、回折レンズ、シャッターなど多種多様の液滴光学デバイスを提供することができる。

更に、液滴支持層と冷却パターン層の間に圧電材料層を積層し、該圧電材料層によって液滴表面に定在波を形成することにより、安定かつ広範囲の可変幅で所定の光回折パターンを得ることができる。

また、別の発明としての液滴撮像デバイスは、上記液滴光学デバイスとイメージセンサデバイスとを複合させて構成することにより、熱影響のばらつきを小さくでき、温度制御をばらつき少なく正確に行うことができ、信頼性の高い液滴撮像デバイスを提供できる。

更に、別の発明としての液滴光源デバイスは、上記液滴光学デバイスと発光デバイスとを複合させて構成することにより、熱影響のばらつきを小さくでき、温度制御をばらつき少なく正確に行うことができ、信頼性の高い液滴光源デバイスを提供できる。

雰囲気気体を液滴に凝集する場合、液滴のメニスカス外周、および曲面や平面をなす液面外形などの光学デバイスとして必要な形状として、所定のサイズに制御しなければならない。この場合、省エネルギーで効率良く液滴を形成することが必要である。このことは、上記特許文献２に示されている。しかし、液滴は光学特性に関する温度依存性があるため、液滴の温度制御も必要になる。また、液滴支持基材を含めた液滴の温度制御により、液滴光学系の制御ができ、液滴の温度依存性とは異なる、液滴支持基材の収縮、膨張による影響もあわせて温度制御し、効率が高く正確な形状制御が求められる。そこで、液滴形成技術及び液滴温度制御を兼ね備えた、気体から液体に相転移する機構を温度制御によって行う液滴形成技術を、液滴材料の温度依存性に対する温度制御も含めて、直接液体光学デバイスに適用する。光学材料液滴を形成し、保持しつつ、かつ液滴の温度制御も行えるようにするため、液滴箇所の局所に冷却器を集合し、集合配置した内側に、液滴を形成及び、または液滴を保持する構造とする。このように、微小な領域を温度制御するＭＥＭｓを用いて液滴を形成する冷却手段又は冷却パターン層を所定の微小な箇所に集積化することにより、冷却手段又は冷却パターン層を微小に制御して液滴の形状などを制御することができる液滴光学装置、液滴光学デバイス、液滴撮像デバイス及び液滴光源デバイスを提供可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す図である。図１の（ａ）は同図の（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置１によれば、ガラス基板１０１上に、液滴形成エリア１０２を取り囲むように液滴形成管１０３が設けられ、更にはＰ型半導体１０４とＮ型半導体１０５を円周方向に沿って交互に配置されている。また、各Ｐ型半導体１０４の一端と各Ｎ型半導体１０５の一端の間には、放熱器１０６がそれぞれ設けられると共に、各Ｐ型半導体１０４の他端と各Ｎ型半導体１０５の他端の間には、冷却器１０７がそれぞれ設けられている。これらのＰ型半導体１０４、Ｎ型半導体１０５、放熱器１０６及び冷却器１０７を含んで熱電交換器１０８を構成している。また、始端となるＰ型半導体１０４と末端となるＮ型半導体１０５の間には、電圧を印加するための電力供給線１０９が設けられている。このように、液滴形成管１０３の周囲には、熱電変換器１０８の冷却器１０７を集合させ、外側に放熱器１０６を分散配置している。なお、Ｐ型半導体１０４及びＮ型半導体１０５はＢｉ-Ｔｅ等の熱電変換材料、放熱器１０６及び冷却器１０７は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の電極材料からなる。

次に、図１に示すような構成を有する本実施の形態の液滴光学装置において液滴を形成する様子を図２に従って以下に説明する。先ず、凝集させる周辺の気体の種類、温度、密度を測定して予め露点及び液滴の液量や成長時間に応じた冷却器１０７の運転時間を算出し、同図の（ａ），（ｂ）に示すように、算出した運転時間だけ冷却器１０７を運転することによって液滴形成管１０３の管壁を算出した露点以下に冷却する。すると、付近の気体が液滴形成管１０３の管壁に凝集し始め、そして液滴１２０になり始める。同図の（ｃ），（ｄ）に示すように、更に液滴１２０は液滴形成管１０３内の液滴形成エリア１０２全体に成長し、液滴光学デバイスが形成される。必要に応じて冷却器１０７を運転して液滴温度を制御することで液滴を制御する。このように、液滴光学デバイスとして、光学材料の液滴を所定箇所へ所定量、所定形状に正確に形成することができる。また、所定箇所に保持させ、量を調節し、形状を変化させ、保持箇所を移動させ、液滴材料の種類をできるだけ多く、さらに液滴の温度制御をさせること、及びこれらの機能を効率良く制御することによって、より多様な可変光学デバイスに用いることができる。

ここで、雰囲気気体の液滴を形成する機構として、雰囲気気体を液滴に凝集する相変化の仕組みを用いるにあたり、液滴を形成、保持する液滴支持基材の、液体が形成される熱的特性を、制御する必要がある。そこで、本実施の形態における液滴光学装置によれば、液滴を形成、保持する液滴支持基材の、液体が形成される局所の熱的特性を、温度制御や熱容量を制御する。以下、図面を用いて詳細に説明する。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置２は、液滴支持基材１２１に放熱器１０６及び冷却器１０７を含んで構成される熱電変換器１０８がアレー状に配列されている。始端となるＰ型半導体１０４と末端となるＮ型半導体１０５の間には、電圧を印加するための電力供給線１０９が設けられている。

次に、図３に示すような構成を有する本実施の形態の液滴光学装置２において液滴を形成する様子を図４に従って以下に説明する。同図の（ａ），（ｂ）に示すように、液滴支持基材１２１と本実施の形態の液滴光学装置２が接続される。そして、同図の（ｃ）に示すように、液滴支持基材１２１における、任意の液滴形成箇所以外の領域に、熱線が所定の照射量に従って照射される。よって、照射された領域は所定の温度に昇温する。同図の（ｄ）に示すように、その後液滴光学装置２の冷却器１０７によって液滴支持基材１２１全体を冷却すると、昇温された領域における温度との温度差が生じ、より低温の領域で優先して液滴の凝集が進行して所定の形状やサイズの液滴１２０が形成される。次に、同図の（ｅ），（ｆ）に示すように、液滴支持基材１２１から本実施の形態の液滴光学装置２を分離して、液滴支持基材１２１上への液滴形成が可能となる。

なお、図４では液滴支持基材全体を冷却し、液滴を形成しない箇所に熱線を照射して所定の低温箇所をつくるものであったが、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、液滴を形成する箇所のみに熱電変換器１０８を設け、当該箇所のみを低温にすることで、所定の形状やサイズの液滴１２０を所定の箇所に形成することもできる。また、図６の（ａ）〜（ｃ）に示すように、予め液滴を形成する箇所と対向する液滴支持基材１２１の裏面の箇所に熱容量差を有する部材１２２を設けて、液滴支持基材１２１に比熱の異なる箇所を作ることで、所定の形状やサイズの液滴１２０を所定の箇所に形成することもできる。更に、図７のように、熱容量差を有する部材１２２の厚みを可変することで、液滴１２０のサイズを変えることができる。また、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、熱容量差を有する部材１２２−１，１２２−２の面積を小さくし、更に液滴１２０を形成する箇所に熱容量差を有する部材１２２−２よりも大きい熱容量差を有する部材１２２−１を設けることで、液滴１２０のサイズを小さくすると共に所定の箇所に液滴１２０を形成することができる。よって、熱容量差を有する部材が設けられている面積や厚みを変えることで、液滴１２０の横方向のサイズや縦方向のサイズを調整することができる。

また、所定の光学的な透過特性や反射特性を持つ液滴材料および液滴支持基材を適用する。更に、熱電変換器としてＰ型半導体及びＮ型半導体からなるペルチェ素子を示しているが、ヒートパイプにより温度制御することでもできる。また、冷却手段は最終段階で分離した状態を示しているが、液滴の形状を形成後さらに調節する場合は接続した状態で形状制御に用いる。液滴支持基材は、熱伝導率が大きいと迅速に面内温度分布が均一化するので、温度分布が均一にならないように、熱伝導率が小さいことが必要であり、例えば電気絶縁性が高い材料や気体（空間）を多く含む多孔質構造材料が適している。液滴支持基材表面に液滴との親和性や親水性を付与することによって、表面の所定の箇所に液滴を形成する場合には、マイクロスタンピングによるＳＡＭｓ技術のように表面の所定の箇所に限定させる必要がなく、基材表面全面に、界面活性剤の塗布やプラズマ改質などにより、親水性付与しても表面の所定の箇所に液滴を形成させることができるし、液滴の形成効率を上げることができる。

ここで、熱電変換材料、例えばペルチェ効果を利用するものであればＢｉＴｅを主成分（Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｔｅ等を置換・添加）とするものが代表的である。Ｎ型ＳｉおよびＰ型Ｓｉを使うこともでき、ＳＯＩ基板を用いＳＯＩ層を、熱電変換材料ＢＯＸ層を液滴支持層とすることができる。高性能の材料を見出すには、熱伝導率が小さいこと、また導電性が良いことなどの必要性能指数の高い材料が好ましいが、プロセス適合性や安定性能との適正により選択される。次に、熱電変換器の電極と冷却器、放熱器の役割をなすＡｌ、Ａｕなどの金属材料をパターン形成する。そして、外部引出し配線電極（ボンディングパッド：図示省略）領域を除き、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３等のパッシベーション材料で被覆する。

図９は本発明の第３の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す概略断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置３において、第１の実施の形態の液滴光学装置１と異なる構成として、液滴形成管１０３と、Ｐ型半導体１０４、Ｎ型半導体１０５、放熱器１０６及び冷却器１０７を有する熱電交換器１０８とをテーパー形状とし、かつ開口部を広くすることで、液滴形成エリア１０２を円錐形状に形成している。同図の（ｂ）に示すように、開口率を上げ、かつ液滴形成管１０３の管壁同士の一部の間隔が狭くなることで、より早く液滴１２０を形成することができる。なお、冷却器１０７が接する液滴形成管１０３の表面を、光路を含む角柱面、角錐面、円柱面、円錐面、ボビン（バレル）型面、中絞り（逆バレル）型面、または自由曲面にすることでもよい。

図１０は本発明の第４の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す図である。同図の（ａ）は同図の（ｂ）のＤ−Ｄ’線断面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置４によれば、液滴形成エリア１０２の底面に電気絶縁層１２３を介して冷却器１０７が設けられ、かつその冷却器１０７の外周側に放熱膜２０６が設けられている。よって、それぞれの冷却器１０７の間隔が狭くなって冷却密度が高くなり、かつそれぞれの放熱器１０６が外部に拡がるように分散して放熱効率が高くなるため、液滴の形成効率が向上する。

図１１は本発明の第５の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置５は、例えば上述の第１の実施の形態の液滴光学装置を多段（本実施の形態では３段）に設けたものである。同図の（ａ）において、２段目の液滴光学装置１２４−２の冷却器によって冷却を開始すると液滴１２０が形成し始め、同図の（ｂ），（ｃ）に示すように所望のサイズや形状の液滴１２０が形成される。そして、同図の（ｄ）に示すように、液滴光学装置１２４−３の冷却器のみで冷却すると、形成された液滴１２０が液滴光学装置１２４−３の位置まで移動する。このように、多段構造の各液滴光学装置を制御することにより、液滴の形状制御や位置の移動を行うことができる。

図１２は本発明の第６の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の（ａ）に示す本実施の形態の液滴光学装置６は、例えば上述の第１の実施の形態の液滴光学装置における電力供給線１０９を熱電交換器１０８のＰ型半導体１０４とＮ型半導体１０５にそれぞれ設けている。そして、同図の（ｂ）に示す本実施の形態の液滴光学装置は、第６の実施の形態の液滴光学装置を多段（本実施の形態では３段）に設けたものである。このように各熱電交換器１０８にそれぞれ電力供給線１０９を設けたこと、そして多段構造を成すことにより、円環状に配置された熱電交換器の冷却器を個々に制御できる。よって、形成された液滴１２０の光軸を傾けたり中心の軸位置を移動させたりすることができる。なお、同図の（ｃ）は液滴形成エリアのボビン（バレル）型面に沿って多段（ここでは６段）に第６の実施の形態の液滴光学装置１２５−１〜１２５−６を設けた例であり、同図の（ｄ）は液滴形成エリアの円錐面に沿って多段（ここでは３段）に第６の実施の形態の液滴光学装置１２５−１〜１２５−３を設けた例である。同図の（ｃ）、（ｄ）に示すいずれの例の場合でも、熱電交換器の冷却器を個々に制御することによって、形成された液滴１２０の光軸を傾けることができる。

図１３は本発明の第７の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す図である。同図の（ａ）は同図の（ｂ）のＦ−Ｆ’線断面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＥ−Ｅ’線断面図である。同図において、図１０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置７において、液滴形成エリア１０２が透明基材１２７によって閉塞されており、更に液滴形成エリア１２に連通する液滴部材供給排出路１２６が設けられている。この液滴部材供給排出路１２６は、液滴形成エリア１０２に外部から液滴を形成するための液体や気体を導入したり排出したりする供給排出路である。このような構成を有する第７の実施の形態の液滴光学装置７によれば、液滴部材供給排出路１２６を介して液滴を形成するため液体又は気体が液滴形成エリア１０２に供給され、液滴を形成するため液体又は気体が熱電交換器１０８の冷却器１０７によって凝集され、所望の液滴１２０が形成できる。他の液滴を形成するため液体又は気体を交換するときは、液滴部材供給排出路１２６を介して液滴形成エリア１０２内から液滴を外部に排出し、他の液体又は気体を供給する。また、形成されている液滴１２０の形状又はサイズを変えるときは、液滴部材供給排出路１２６を介して液滴形成エリア１０２へ気体又は液体を更に供給したり排出したりする。このように、一旦形成した液滴を再利用して任意の液滴を形成することができ、利用効率を向上することができる。

図１４は本発明の第８の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態の液滴光学装置８において、同図の（ａ）に示すように、曲面をなす液滴１２０の表面に光を照射して反射させ、かつ液滴１２０の形状や液滴１２０の液面位置を制御することによって反射光路を変えることができる。また、同図の（ｂ）に示すように、液滴形成エリアの底部表面に反射膜１２８を設けることによって、曲面をなす液滴１２０の内部に照射した光が進入にし、進入した光が液滴形成エリアの底部表面に設けられた反射膜１２８によって反射され、かつ液滴１２０の形状や液滴１２０の液面位置を制御することによって反射光路を変えることができる。更に、同図の（ｃ）に示すように、表面張力が小さい部材によって形成された液滴１２０において、メニスカスが平坦面をなす液滴表面に、光を照射して反射させ、かつ液滴１２０の液面位置を制御することによって反射光路を変えることができる。

図１５は本発明の第９の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置９において、液滴形成エリア１０２を構成する壁面の一部に圧電膜１２９を設けている。同図の（ａ）に示す例では、圧電膜１２９を液滴形成エリア１０２の底部面に設け、この圧電膜１２９によってこの液滴１２０の平坦な表面に定在波形を形成している。また、同図の（ｂ）に示す例では、圧電膜１２９を液滴形成エリア１０２の側部面に設け、圧電膜１２９によってこの液滴１２０の表面の曲面に定在波形を形成している。この圧電膜１２９によって発生する圧縮波によって作られる液滴光学装置の液滴１２０の液面の形状は主に液滴の表面張力や粘性等によるものであるがこれらは温度に依存性があり、本発明の液滴光学装置における熱電変換器の冷却器によってこの液滴１２０を温度制御できる。同図に示すように、液滴１２０は液滴１２０に接した圧電膜１２９から発生した圧縮波により、液面の形状が共振して定在波を形成する。圧電膜１２９の発振周波数に共振した液滴表面の定在波形状を、液滴１２０の表面の光を反射させて光の回折、干渉作用を起こさせる所定のパターンとして得ることができる。また、液滴１２０の温度変化により、液滴表面張力や粘性等が異なり、定在波形状が変化する。更に、周囲温度が変化して液滴温度が変化する影響だけではなく、共振した液滴の運動による発熱もあるので、液滴１２０は液滴を形成、保持する冷却器により液滴の温度制御をしつつ、液滴１２０に接した圧電膜１２９から発生した圧縮波により、液面の形状が共振して所定の定在波を形成することができる。

図１６は本発明の第１０の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置１０は、Electro Wettingによる液滴形状制御光学デバイスであるが、制御電極１３０を配置した温度制御機構を備えている。また、このような電極パターンによって、形成した液滴の物性を測定し、温度制御することもできる。このように、Electro Wetting材料からなる液滴を用い、電極パターンにより液滴を形状制御できる。このように液滴の電気容量に対して電極パターンにより静電的に形状制御する。なお、電極パターンに赤外線を検知する機能を付与し、赤外線集光用液滴レンズを集積した赤外線センサや、図１７に示すように液晶材料からなる液滴１３１を用い、配向膜１３２、偏光膜１３３、駆動電極１３４又は透明電極パターン１３５を設け、かつ駆動電極１３４又は透明電極パターン１３５によって制御される液晶光学素子にもできる。

図１８は本発明の第１１の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置１１によれば、逆角錐（逆台形）の斜面に配置した冷却器１０７の内側の液滴形成エリアに、気体を凝集、液滴を形成させる。また、液体と冷却器面における全反射もしくは冷却面に設けられた反射膜１２８での反射によりプリズム像を生成させる。そして、入射光が平面の液滴に入射するように、平面形状のメニスカスは、表面張力が小さい液体の、平面領域を用いる。よって、液滴プリズム形状制御と液滴温度制御ができる。

図１９は本発明の第１２の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学装置１２は、液滴１２０の内部の温度分布による熱レンズ効果を示す例である。つまり、冷却器１０７を温度制御することによって、熱レンズ効果が大きく得られるのである。なお、液滴１２０を通過する光による熱エネルギーにより温度上昇しやすい液滴材料、熱が急速に拡散しないような熱伝導率の小さい液滴材料が好ましい。熱レンズの応用としては熱レンズ顕微鏡等に利用される。

図２０は別の発明の第１の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液滴光学デバイスの平面図、同図の（ｂ）は液滴形成後の本実施の形態の液滴光学デバイスの平面図、同図の（ｃ）は同図の（ｂ）のＧ−Ｇ’線断面図である。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１００は、比熱の大きい基板２０１の空洞部２０２上に液滴支持層２０３を設け、液滴支持層２０３上に、Ｐ型半導体膜２０４、Ｎ型半導体膜２０５、放熱膜２０６及び冷却膜２０７を含んで集積化して構成される熱電交換器２０８を円環状に配置し、薄膜構造を成している。また、始端となるＰ型半導体膜２０４と末端となるＮ型半導体膜２０５の間に電圧を印加するための電力供給線２０９を設けている。このように、円環状の内円に沿って熱電変換器２０８の冷却膜２０７が集合配置しているので冷却密度が高くなっている。更に、熱電交換器２０８の冷却膜２０７と放熱膜１０６をつなぐＰＮ部材の間隔を空洞部２０２によって削除し、冷却膜２０７周辺の熱容量を低減でき、かつ放熱膜２０６からの熱伝導を低減できる。一方、放熱膜２０６は円環状の外円に沿って分散配置し、更には比熱の大きい基板２０１に接しているので、放熱膜２０６の放熱効果がより一層高くなっている。このような構成を有する本実施の形態の液滴光学デバイス１００によれば、冷却膜２０７で囲まれた液滴形成管壁２１０を冷却膜２０７によって冷却し、付近の気体が液滴形成管壁に凝集し所定の液滴が形成できる。また、迅速に温度制御ができるため、液滴１２０を早く所定の形状に形成することができ、かつ精細な形状制御も可能となる。なお、透明支持層２０３は所定の特性の光に対する透過性に応じ、あるいは厚さが波長に対しても、薄くも厚くも設定することができる。また、空洞部２０２のパターンから液滴支持層２０３に到る箇所まで基板２０１をエッチングして空洞部２０２を形成する。

図２１は別の発明の第２の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液滴光学デバイスの平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＨ−Ｈ’線断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス２００は、図２０に示す第１の実施の形態の液滴光学デバイス１００の構成に、更に液特性を検出するため、あるいは液を制御するための検出用電極２１１及び検出用電極２１１からの検出信号を取り出す検出信号線２１２を追加配置し集積したものである。液滴１２０を冷却膜２０７により形状制御するだけでなく、検出用電極２１１によって液膜の温度や粘性などを検出すると共に、例えばElectro Wetting材料からなる液膜を用い、この液膜に電荷を与えて液膜を制御することができる。なお、検出用電極２１１に赤外線を検知する機能を付与し、赤外線集光用液滴レンズを集積した赤外線センサや、液晶材料からなる液滴を用い、検出用電極２１１によって制御される液晶光学素子にもできる。よって、本実施の形態によれば、電極層または電極を併設することにより、温度制御と同時に、より高精度の液滴制御ができる。なお、図２２に示すように、周囲雰囲気の気体の種類、温度、密度及び蒸気圧をモニタする検出器２１３及び検出器２１３からの検出信号を取り出す検出信号線２１４を集積することにより、液滴付近の気体の種類、温度、密度及び蒸気圧を測定し、気体を凝集させる冷却器の温度（露点以下）を設定でき、液滴付近の気体の状態変化に応じた液滴を増量させるための冷却温度の維持や、液滴からの蒸発程度を観測し液滴の保持に必要な冷却温度が設定できる。

図２３は別の発明の第３の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す平面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス３００は、冷却膜２０７を平行に対向させて配置し、対向間隙の液滴形成エリアに液滴１２０を形成するものである。このようなパターン配置により、液滴の形状を効率良く、迅速に、正確に形成できる。

図２４は別の発明の第４の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液滴光学デバイスの平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＪ−Ｊ’線断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス４００は、冷却膜２０７で囲まれた液滴形成管壁２１０に連通する液滴部材供給排出路２１５が設けられている。この液滴部材供給排出路２１５は、液滴形成管壁２１０に外部から液滴を形成するための液体や気体を導入したり排出したりする供給排出路である。このような構成を有する第４の実施の形態の液滴光学デバイスによれば、液滴部材供給排出路２１５を介して液滴を形成するため液体又は気体が液滴形成管壁２１０に供給され、液滴を形成するため液体又は気体が熱電交換器２０８の冷却膜２０７によって凝集され、所望の液滴１２０が形成できる。

図２５は別の発明の第５の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス５００は、基板２０１と透明支持層２０３の間に、透明支持層２０３を上下させるための熱膨張伸縮部材又は圧電振動部材を用いた伸縮層２１６を設けている。この伸縮層２１６を均一に上下することにより、液滴光学デバイス５００によって形成された液滴１２０のレンズの焦点位置を変えることができる。また、この伸縮層２１６の伸縮幅を不均等に変化して傾けることにより、液滴光学デバイス５００によって形成された液滴１２０のレンズの光軸を傾けることができる。

図２６は別の発明の第６の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス６００は、基板２０１及び透明支持層２０３を挟むように、静電電極膜２１７を設けている。この各静電電極膜２１７の間に印加する電圧の電圧値を可変することにより、同図の（ａ）における点線で囲んだ部分の拡大図である同図の（ｂ）、（ｃ）に示すように、静電電極膜２１７の間に働くクーロン力により透明支持層２０３が湾曲することによって、形成された液滴１２０の曲率が湾曲して、液滴１２０のレンズの焦点位置を変えることができる。なお、透明支持層２０３を湾曲させる他の機構として、図２７に示すように、透明基材２１８で気密とした空洞部２０２と連通する通気流路２１９を通して空洞部２０２内の圧力を変化させることでも、形成された液滴１２０の曲率を湾曲させて液滴１２０のレンズの焦点位置を変えることができる。

図２８は別の発明の第７の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液滴光学デバイスの適用例の平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＫ−Ｋ’線断面図である。同図において、図２３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス７００は、液滴を形成する冷却膜２０７の対向間隙に、光路２２０を液滴１２０と同一面上に設定し、光導波路を集積したものである。よって、光導波路中の液滴光学デバイスの温度変化の影響が制御できるので、安定して使うことができ、かつ同一の基板内で対処できる。

図２９は別の発明の第８の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態の液滴光学デバイスの適用例の平面図、同図の（ｂ）は同図の（ｂ）のＬ−Ｌ’線断面図である。同図において、図２２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス８００は、第１の実施の形態の液滴光学デバイス１００を同一基板に複数個（ここでは３個）集積しアレー状に配列している。よって、本実施の形態の液滴光学デバイスを、複数個を配置すれば、マイクロレンズアレー及び３次元映像装置を実現できる。ただ、複数個を異なる形状制御する上では個々の液体レンズに対してそれぞれ異なる温度制御も必要になる。そこで、複数個を配置するにあたり、個々の液滴を温度制御する機構を配置し、集積した液滴光学デバイスとしている。なお、複数個集積するに当たり、ＭＥＭＳ構造が適している。また、液滴形成、保持や温度制御させるための条件設定するにあたり、周囲気体などの状態検出機構も集積することができる。

図３０は別の発明の第９の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス９００では、異なる種類（本実施の形態では２種類）の第１の液滴１２０−１，第２の液滴１２０−２を積層させ、複合レンズのような光学系を形成させている。詳細には、個々の種類の気体の性質に対応させ、気体を凝集させる工程を冷却膜２０７の温度制御によって行う。つまり、異なる種類の液滴を凝集温度の高い材料から順に、冷却膜２０７の温度を降下させて積層凝集させる。このように、本実施の形態の液滴光学デバイスは多成分複層液滴を示すもので、第１の液滴の気体を凝集し第１の液滴を形成した後、第２の液滴の気体を凝集し第１の液滴の上に第２の液滴を形成する。同図のようなＭＥＭＳによる構造以外の構造でも可能である。よって、多種類の液滴を積層させることができる液滴光学デバイスにより、光学デバイスとして応用範囲が広くなる。

図３１は別の発明の第１０の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１０００は、２枚の合わせレンズであって、１枚ごとに異なる基板に集積し、基板を接合したものである。同図の（ａ）に示す例はスタック、同図の（ｂ）は裏面どうしを接合したものであり、同図の（ｃ）は対面を接合したもので、空洞内の気体成分を外部と異なるように設定することができる。特に、同図の（ｃ）に示す対面接合タイプのものは、基板の厚みに関係なく、２枚のレンズを短い間隔から長距離まで製作できる自由度がある。このように、複数個を基板に集積することによって、多種多様な液滴光学系が高精度に実現できる。

図３２は別の発明の第１１の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１１００は、可変形状の不透明な液滴１２０により、光路を可変形状に制限する絞り機構に応用するにあたり、液滴１２０を冷却膜２０７により温度制御するものである。冷却膜２０７に不透明な液滴１２０を形成し、形状やサイズを冷却膜２０７の温度制御により可変にするとともに、周囲温度変動や光から与えられる熱により、液滴の膨張、粘性低下や表面張力低下が生じるので、冷却器で温度制御し、所定の形状を得る。このように、不透明な液滴を形成することによる可変形状絞りに適用することができる。

図３３は別の発明の第１２の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１２００は、不透明な液滴１２０を形成することによる回折レンズ、可変形状絞り、シャッターなどに適用できる。

図３４は別の発明の第１３の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図３１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１３００は、裏面どうしを接合したものとスタックタイプのもので、不透明な液滴１２０を形成することによる回折レンズ、可変形状絞り、シャッターなどに適用できる。

図３５は別の発明の第１４の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１４００は、液滴１２０の表面で反射、液滴の形状を制御することによって、液滴１２０に入射する光の光角度を変化させて反射角度を変化させることに適用できる。詳細には、液滴支持層２０３に反射膜層２２１を被覆してあるので、液滴１２０の形状を変化させ、反射光路を変える走査装置などに適用できる。

図３６は別の発明の第１５の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の液滴光学デバイス１５００は、圧電材料層２２２を組み合わせたＭＥＭＳである。なお、可変発振周波数による可変回折干渉パターンを得る手段としてだけではなく、所定の温度に変化させて、定在波形状を変化させることもできる。

図３７は別の発明の液滴撮像デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本発明の液滴撮像デバイス１６００は、第１の実施の形態の液滴光学デバイス１００と、撮像デバイス２３０とを一体化して構成する。詳細には、同図に示すように、イメージセンサ２２３の受光経路に液滴光学デバイス１００の液滴１２０が形成できるように、基板どうしのパターンを配置し、基板を接合する。なお、図示していないが制御回路も同一基板上に集積できる。このように、高精度に一体化することにより、イメージセンサからの熱影響のばらつきが小さくできるので、液滴の温度制御がばらつき少なく正確にできる。また、一体化すると全体のシステムが簡略化されるだけでなく、制御回路も集積できるので、なお簡便であり信頼性が向上する。

図３８は別の発明の液滴光源デバイスの構成を示す断面図である。同図において、図２０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本発明の液滴光源デバイス１７００は、第１の実施の形態の液滴光学デバイス１００と、放射光源デバイス２４０とを一体化して構成する。詳細には、同図の（ａ）に示すように、発光ダイオード２２４の発光経路に液滴光学デバイス１００の液滴１２０が形成できるように、基板どうしのパターンを配置し、基板を接合する。なお、図示していないが制御回路も同一基板上に集積できる。このように、高精度に一体化することにより、放射光源からの熱影響のばらつきが小さくできるので、液滴の温度制御がばらつき少なく正確にできる。また、一体化すると全体のシステムが簡略化されるだけでなく、制御回路も集積できるので、なお簡便であり信頼性が向上する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す図である。 第１の実施の形態の液滴光学装置において液滴を形成する様子を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 第２の実施の形態の液滴光学装置において液滴を形成する様子を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴光学装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴光学装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴光学装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴光学装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 本発明の第９の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る液滴光学装置の別の適応例を示す断面図である。 本発明の第１１の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１２の実施の形態に係る液滴光学装置の構成を示す断面図である。 別の発明の第１の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。 別の発明の第２の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。 別の発明の第２の実施の形態に係る液滴光学デバイスの別の構成を示す図である。 別の発明の第３の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す平面図である。 別の発明の第４の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。 別の発明の第５の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第６の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第６の実施の形態に係る液滴光学デバイスの別の構成を示す断面図である。 別の発明の第７の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。 別の発明の第８の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す図である。 別の発明の第９の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第１０の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第１１の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第１２の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第１３の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第１４の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の第１５の実施の形態に係る液滴光学デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の液滴撮像デバイスの構成を示す断面図である。 別の発明の液滴光源デバイスの構成を示す断面図である。 従来の液滴光学装置の構成を示す断面図である。 従来の液滴光学装置の別の構成を示す断面図である。

符号の説明

１〜１２；液滴光学装置、
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，１５００；液滴光学デバイス、１０１，２０１；ガラス基板、
１０２，２０２；液滴形成エリア、１０３，２０３；液滴形成管、
１０４，２０４；Ｐ型半導体、１０５，２０５；Ｎ型半導体、
１０６，２０６；放熱器、１０７，２０７；冷却器、
１０８，２０８；熱電交換器、１０９，２０９；電力供給線、
１２０；液滴、２１０；液滴形成管壁、２１１；検出用電極、
２１２，２１４；検出信号線、２１３；検出器、
２１５；液滴部材供給排出路、２１６；伸縮層、２１７；静電電極膜、
２１８；透明基材、２１９；通気流路、２２０；光路、
２２１；反射膜層、２２２；圧電材料層、２２３；イメージセンサ、
２２４；発光ダイオード、１６００；液滴撮像デバイス、
１７００；液滴光源デバイス。

Claims (34)

1. 雰囲気中又は密閉空間中の液滴材料を凝集するために液滴を形成する液滴形成エリアを冷却する冷却手段と、該冷却手段の温度を制御する温度制御手段とを有することを特徴とする液滴光学装置。
2. 前記温度制御手段によって前記冷却手段の温度を制御して前記液滴形成エリアに形成された液滴を保持することを特徴とする請求項１記載の液滴光学装置。
3. 前記温度制御手段によって前記冷却手段の温度を制御して前記液滴形成エリアに形成された液滴の形状を可変することを特徴とする請求項１記載の液滴光学装置。
4. 所定の液滴材料を雰囲気中若しくは密閉空間中に供給、又は雰囲気中若しくは密閉空間中の液滴材料を排出、の少なくともいずれかを行う液滴材料供給排出路を設けることを特徴とする請求項１記載の液滴光学装置。
5. 前記冷却手段は熱電変換器又はヒートパイプであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
6. 前記液滴形成エリアの所定の箇所のみに熱線を照射する熱線照射手段を有し、前記冷却手段によって前記液滴形成エリアの全体を冷却し、前記熱線照射手段によって所定の箇所を照射して温度差を生じさせて液滴の形状を制御することを特徴とする請求項１記載の液滴光学装置。
7. 前記液滴形成エリアの所定の箇所に熱容量部材を設け、前記液滴形成エリアの所定の箇所とそれ以外の熱容量が異なるようにして温度差を生じさせて液滴の形状を制御することを特徴とする請求項１記載の液滴光学装置。
8. 前記熱容量部材の厚み又は設定面積を可変して前記液滴形成エリアの所定の箇所に形成される液滴の形状を制御することを特徴とする請求項７記載の液滴光学装置。
9. 前記冷却手段を前記液滴形成エリアに集合配置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
10. 液滴を形成する箇所に前記冷却手段を個別に配置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
11. 前記冷却手段を平坦状に配置することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
12. 前記冷却手段を、角柱面、角錐面、円柱面、円錐面、ボビン型面、中絞り型面又は自由曲面の面上に集合配置することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
13. 前記冷却手段及び前記温度制御手段を多段に設け、各段毎の前記各温度制御手段によって前記冷却手段のそれぞれの温度を制御して、形成された液滴の形状及び位置を制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
14. 雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度を測定する測定器を設け、該測定器によって測定した雰囲気中又は密閉空間中の気体の温度及び密度に基づいて、前記温度制御手段は前記冷却手段の冷却温度を制御することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の液滴光学装置。
15. 基板の空洞部の上に配置した液滴支持層と、雰囲気中又は密閉空間中の液滴材料を凝集するために、前記液滴支持層上であって液滴を形成する液滴形成エリアを冷却する冷却パターンを有する冷却器パターン層とを少なくとも積層することを特徴とする液滴光学デバイス。
16. 前記冷却パターンを円環に配置させ、あるいは対向させて配置させ、円環の内側又は対向間に前記液滴形成エリアを設けることを特徴とする請求項１５記載の液滴光学デバイス。
17. 同一基板上に複数個の前記空洞部を設け、前記各空洞部の上に設けられた前記各液滴支持層に前記各冷却器パターン層をそれぞれ積層したことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の液滴光学デバイス。
18. 複合基板に複数個の前記空洞部を設け、前記各空洞部の上に設けられた前記各液滴支持層に前記各冷却器パターン層をそれぞれ積層したことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の液滴光学デバイス。
19. 前記冷却パターンを対向させ、対向間の前記液滴形成エリアに形成された液滴を通る光路中に光導波路を設けたことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の液滴光学デバイス。
20. 前記液滴形成エリアに形成された液滴を通過する光による熱エネルギーによって温度上昇領域を形成し、該温度上昇領域の屈折率を変化させることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
21. 前記液滴形成エリアを構成する壁面に反射膜を設け、前記液滴形成エリアに形成された液滴に入射した光が液滴の液面で屈折し、屈折した光が液滴内を通過し、通過した光が前記反射膜によって反射されながら液滴の液面から屈折して出射することを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
22. 前記液滴支持層を変位させる変位手段を設け、該変位手段によって前記液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させることを特徴とする請求項１５記載の液滴光学デバイス。
23. 基板と前記液滴支持層の間に、伸縮部材としての前記変位手段を設け、当該変位手段によって前記液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させることを特徴とする請求項２２記載の液滴光学デバイス。
24. 前記変位手段は、前記液滴支持層に設けられた第１の静電電極膜と、前記空洞部を挟んで前記液滴支持層に対向する基板側に設けられた第２の静電電極膜との間に働くクーロン力によって前記液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させることを特徴とする請求項２２記載の液滴光学デバイス。
25. 前記変位手段は、密閉化された前記空洞部の気圧を変化させて前記液滴支持層を変位させて液滴の形状を変化させることを特徴とする請求項２２記載の液滴光学デバイス。
26. 前記液滴形成エリアに液滴材料で液滴を形成し、形成した液滴上に更に当該液滴と異なる液滴材料で別の液滴を形成することを特徴とする請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
27. 透明の前記液滴支持層と前記冷却器パターン層とを積層した液滴光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
28. 前記液滴形成エリアが同一方向に設けられるように複数の液滴光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
29. 互いの前記液滴支持層が対向するように複数の液滴光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
30. 互いの前記液滴形成エリアが対向するように複数の液滴光学デバイスを重ねて構成することを特徴とする請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
31. 液滴材料に不透明な材料を用いて液滴を形成することを特徴とする請求項１５〜３０のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
32. 前記液滴支持層と前記冷却パターン層の間に圧電材料層を積層し、該圧電材料層によって液滴表面に定在波を形成することを特徴とする請求項１５〜３１のいずれか１項に記載の液滴光学デバイス。
33. 請求項１５〜３２のいずれか１項に記載の液滴光学デバイスと、イメージセンサデバイスとを複合させて構成することを特徴とする液滴撮像デバイス。
34. 請求項１５〜３２のいずれか１項に記載の液滴光学デバイスと、発光デバイスとを複合させて構成することを特徴とする液滴光源デバイス。

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