JP5360530B2 - Liquid film optics - Google Patents
Liquid film optics Download PDFInfo
- Publication number
- JP5360530B2 JP5360530B2 JP2008172553A JP2008172553A JP5360530B2 JP 5360530 B2 JP5360530 B2 JP 5360530B2 JP 2008172553 A JP2008172553 A JP 2008172553A JP 2008172553 A JP2008172553 A JP 2008172553A JP 5360530 B2 JP5360530 B2 JP 5360530B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid film
- temperature
- optical
- liquid
- optical device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
Description
本発明は液膜光学装置に関し、詳細には雰囲気内又は密閉空間内の光学材料を凝集させて液膜を形成する領域の温度を制御することで領域に形成された液膜の光学特性を可変可能な液膜光学装置に関する。 The present invention relates to a liquid film optical equipment, in particular formed in the region by controlling the temperature of the realm that form a liquid film by condensing coagulation optical material or enclosed space atmosphere liquid film The present invention relates to a liquid film optical device capable of changing the optical characteristics of the liquid film.
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膜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。 Conventionally, there are variable optical mechanisms for liquids that cause diaphragms, shutters, filters, transmission, reflection, refraction, diffraction, and interference. In a liquid optical device such as a variable focus liquid film lens aiming at realization of a human eyeball function or a three-dimensional image, means for controlling a droplet shape by liquid transportation by a piezo actuator pump or electro wetting is used. With current variable focus droplet lenses, it is possible to obtain an image comparable to the image quality of a digital camera in combination with a high resolution imaging sensor. In addition, the variable focus droplet lens employs a mechanism that changes the interface between two types of liquids by electricity to adjust the focus of the lens. It is superior to conventional lenses in various aspects such as cost and durability. This liquid lens is a lens whose shape can be changed without mechanical operation, and plays the role of a lens by changing the shape of the boundary surface between two types of liquids having different refractive indexes. Moreover, electric power is used only for the focusing operation. In addition to mobile phones, such liquid lenses are expected to be used for various purposes such as personal computers, medical sites, security, and digital cameras. It can be applied to an optical device whose shape is variable and a micro integrated optical system. For example, variable focus lens, compound lens, prism, micro lens, micro lens array, reflective optical device, interference optical device, diffractive optical device, confocal optical device, scanning optical device, optical switch, optical shutter, liquid crystal optical device, imaging It can be applied to a device, a light source device, a three-dimensional imaging optical device, a condensing optical device for an infrared sensor, an integrated optical device in which a driving circuit is integrated on a substrate, and the like.
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膜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、更には液滴を迅速かつ精密に制御することができ、また微小なマイクロサイズであるだけではなく巨大な開口面積の光学系もできれば、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。 However, these droplet formation techniques are in terms of shape and do not control all the optical properties of the droplet material. In particular, since the droplet material has not only the surface tension and viscosity (fluidity), but also the refractive index, it has a temperature dependency, so that temperature compensation for image formation or temperature control for the liquid film is required. As a droplet optical device, a droplet of an optical material is precisely formed in a predetermined amount and a predetermined shape to a predetermined location, and is held at a predetermined location to adjust the amount, change the shape, and move the holding location, It is possible to control the temperature of the droplet and control these functions efficiently as many types of droplet materials as possible. Furthermore, the droplets can be controlled quickly and precisely, and the microscopic If an optical system having not only a size but also a large aperture area can be formed, it can be used for more variable optical devices.
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。
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26に示すように、対向する基板301の表面には疎水性領域部302と親水性領域部303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26の(b)に示す基板の間隔Aや図27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。
However, according to
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。更には、液滴を極質量の小さい液膜にして、形状などを迅速かつ精密に制御する上では、上記特許文献1は液膜を形成させる機構ではない。
As described above, the distance adjustment error, the coefficient of thermal expansion of the member, the temperature dependency of the distance adjustment mechanism, and the like are added, and a new adjustment of the control portion not related to the optical member is required. Since the entire substrate is cooled and heated, the heat capacity is large, and the temperature cannot be changed quickly. Therefore, it is slow to obtain a predetermined water droplet size. In addition, energy is wasted because temperature control is performed to unnecessary portions. Furthermore, since the entire substrate is brought to the same temperature, it is difficult to control the individual water droplets to different water droplet amounts. For this reason, in order to form a droplet having a predetermined shape at a predetermined location, it is necessary to cool and heat only a very specific location. In order to change the temperature quickly, it is necessary to minimize the number of places to be cooled and heated. Furthermore, the above-mentioned
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)を用いて気体との界面を有する液膜を形成する温度可変手段又は温度可変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、温度可変手段又は温度可変パターン層を微小に制御して液膜の形状などを迅速かつ精密に制御することができる液膜光学装置、液膜光学デバイス、液膜撮像デバイス及び液膜光源デバイスを提供することを目的とする。 The present invention is for solving these problems, and temperature variable means or temperature variable for forming a liquid film having an interface with a gas using MEMs (Micro Electro Mechanical System) for controlling the temperature of a minute region. Liquid film optical device, liquid that can quickly and precisely control the shape of the liquid film by finely controlling the temperature variable means or the temperature variable pattern layer by integrating the pattern layer at a predetermined minute position An object is to provide a film optical device, a liquid film imaging device, and a liquid film light source device.
前記問題点を解決するために、本発明の液膜光学装置は、雰囲気中又は密閉空間中の光学材料を凝集させて、気体との界面を有し、かつ膜厚分布が略均一になっている光学部材としての液膜が形成される空洞部を有する液膜形成エリアの温度を変化させる温度変化手段と、該温度変化手段の温度を制御する温度制御手段と、光学材料を液膜形成エリアの空洞部に供給し、又は液膜形成エリアの空洞部から光学材料を排出する液膜材料供給排出路とを備え、該温度制御手段によって温度変化手段の温度を制御して、液膜形成エリアの空洞部に光学材料を凝集させて液膜を形成するとともに、当該液膜の形状を変化させて光学部材としての液膜の光学特性を変えることに特徴がある。よって、液膜の形状を迅速にかつ精密に制御することができる。 In order to solve the above problems, the liquid film optical device of the present invention, the optical material during or enclosed space atmosphere is agglutination, has an interface with the gas, and film thickness distribution becomes substantially uniform temperature changing means for changing the temperature of the liquid film forming area with air sinus portion liquid film Ru is formed as an optical member is a temperature control means for controlling the temperature of the temperature changing means, the optical material liquid film A liquid film material supply / discharge passage that supplies the liquid material to the cavity of the formation area or discharges the optical material from the cavity of the liquid film formation area, and controls the temperature of the temperature changing means by the temperature control means. It is characterized in that the optical material is aggregated in the cavity of the formation area to form a liquid film, and the shape of the liquid film is changed to change the optical characteristics of the liquid film as an optical member. Therefore, the shape of the liquid film can be controlled quickly and precisely.
また、本発明の液膜光学装置は、雰囲気中又は密閉空間中の光学材料を凝集させて、気体との界面を有し、かつ膜厚分布が略均一になっている光学部材としての液膜が形成される空洞部を有する液膜形成エリアの温度を変化させる温度変化手段と、該温度変化手段の温度を制御する温度制御手段とを多段に備え、光学材料を液膜形成エリアの空洞部に供給し、又は液膜形成エリアの空洞部から光学材料を排出する液膜材料供給排出路を有し、各段の温度制御手段によって各段の温度変化手段の温度をそれぞれ制御して、液膜形成エリアの空洞部に光学材料を凝集させて液膜を形成するともに、当該液膜の位置を変化させて光学部材としての液膜の光学特性を変えることに特徴がある。よって、液膜の位置を迅速にかつ精密に制御することができる。 The liquid film optical device of the present invention, the optical material during or enclosed space atmosphere by agglutination, has an interface with a gas and a liquid as an optical member which film thickness distribution is made substantially uniform comprising a temperature varying means for varying the temperature of the liquid film forming area with air sinus portion film Ru is formed, and a temperature control means for controlling the temperature of the temperature changing means in multiple stages, the optical material of the liquid film forming area It has a liquid film material supply / discharge path for supplying to the cavity or discharging the optical material from the cavity in the liquid film formation area, and controlling the temperature of the temperature change means at each stage by the temperature control means at each stage. The liquid film is formed by aggregating the optical material in the cavity of the liquid film formation area, and the optical characteristics of the liquid film as an optical member are changed by changing the position of the liquid film. Therefore, the position of the liquid film can be controlled quickly and precisely.
更に、光学材料がイオン液体材料であることにより、微細な液膜を高精度に形成させることができる。温度制御手段によって温度変化手段の温度を制御して液膜形成エリアの空洞部に形成された液膜を保持することにより、雰囲気の温度変換の影響を受けることなく、所定の液膜を保持できる。 Further, since the optical material is an ionic liquid material, a fine liquid film can be formed with high accuracy. By controlling the temperature of the temperature changing means by the temperature control means and holding the liquid film formed in the cavity of the liquid film forming area , it is possible to hold a predetermined liquid film without being affected by the temperature conversion of the atmosphere. .
更に、温度変化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。 Furthermore, the temperature changing means is preferably a thermoelectric converter or a heat pipe.
また、温度変化手段を液膜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、液膜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。 Further, by arranging the temperature changing means in the liquid film forming area, the temperature can be quickly controlled, the shape of the liquid film can be quickly changed to a predetermined shape, and the fine shape control can be performed.
更に、液膜を形成する箇所に温度変化手段を個別に配置することにより、形成される液膜を個々に制御可能となり、自由度が高い。 Furthermore, by arranging the temperature changing means individually at the position where the liquid film is formed, the liquid film to be formed can be individually controlled, and the degree of freedom is high.
また、温度変化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、かつ液膜面に広い平面を形成できる。 Further, by arranging the temperature changing means in a flat shape, the meniscus can be made flat and a wide plane can be formed on the liquid film surface.
更に、温度変化手段を、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、液膜の形状やサイズなど目的に応じて液膜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。 Furthermore, by arranging temperature changing means on a prismatic surface, a pyramid surface, a cylindrical surface, a conical surface, a bobbin-type surface, a medium-drawing surface, or a free-form surface, depending on the purpose such as the shape and size of the liquid film. Thus, a liquid film can be formed, and in the case of an optical system, the aperture ratio can be increased with respect to the optical optical path.
更に、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、温度制御手段は温度変化手段の温度を制御することが好ましく、液膜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、より多くの液膜光学装置に用いることができる。 Furthermore, a measuring device for measuring the temperature and density of the gas in the atmosphere or in the enclosed space is provided, and the temperature control means changes the temperature based on the temperature and density of the gas in the atmosphere or in the enclosed space measured by the measuring device. It is preferable to control the temperature of the means, and the shape of the liquid film can be controlled minutely and with higher accuracy, and can be used for more liquid film optical devices.
また、イオン液体材料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イオン液体材料の気体の温度及び密度に基づいて、温度制御手段は温度変化手段の温度を制御することにより、液膜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、より多くの液膜光学装置に用いることができる。 Further, a measuring device for measuring the temperature and density of the ionic liquid material is provided, and the temperature control means controls the temperature of the temperature changing means based on the temperature and density of the gas of the ionic liquid material measured by the measuring device. The shape of the liquid film can be finely controlled with higher accuracy, and can be used for more liquid film optical devices.
雰囲気気体を液膜に凝集する場合、液膜のメニスカス外周、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膜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、液膜は光学特性に関する温度依存性があるため、液膜の温度制御も必要になる。また、液膜支持基材を含めた液膜の温度制御により、液膜光学系の制御ができ、液膜の温度依存性とは異なる、液膜支持基材の収縮、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、液膜形成技術及び液膜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膜形成技術を、液膜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。光学材料液膜を形成し、保持しつつ、かつ液膜の温度制御も行えるようにするため、液膜箇所の局所に冷却器を集合し、集合配置した内側に、液膜を形成及び、または液膜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を用いて液膜を形成する温度可変手段又は温度可変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、温度可変手段又は温度可変パターン層を微小に制御して液膜の形状などを制御することができる液膜光学装置、液膜光学デバイス、液膜撮像デバイス及び液膜光源デバイスを提供可能となる。
When the atmospheric gas is aggregated into a liquid film, it must be controlled to a predetermined size as a shape necessary for an optical device such as the outer periphery of the meniscus of the liquid film and the liquid surface outer shape forming a curved surface or a flat surface. In this case, it is necessary to efficiently form a liquid film with energy saving. This is shown in
図1は本発明の第1の実施の形態に係る液膜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膜光学装置1によれば、ガラス基板101上に、液膜形成エリア102を取り囲むように液膜形成管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、液膜形成管103の周囲には、温度可変手段として、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。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical apparatus according to the first embodiment of the present invention. 1A is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 1B, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. According to the liquid film
次に、図1に示すような構成を有する本実施の形態の液膜光学装置において、液膜を形成する様子を示す図2に従って以下に説明する。ここで、液膜とは気体との界面を有すると共に、膜厚分布がほぼ均一となっている液体であると定義する。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膜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膜形成管103の管壁を算出した露点以下に冷却する。すると、付近の気体が液膜形成管103の管壁に凝集し始め、そして液膜120になり始める。同図の(c)に示すように、更に液膜120は液膜形成管103内の液膜形成エリア102全体に成長し、液膜光学デバイスが形成される。必要に応じて冷却器107を運転して液膜温度を制御することで液膜を制御する。このように、液膜光学デバイスとして、光学材料の液膜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、液膜材料の種類をできるだけ多く、さらに液膜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。
Next, in the liquid film optical device of the present embodiment having the configuration as shown in FIG. 1, a description will be given below with reference to FIG. Here, the liquid film is defined as a liquid having an interface with a gas and having a substantially uniform film thickness distribution. First, the type, temperature, and density of the surrounding gas to be aggregated are measured, and the operation time of the cooler 107 is calculated in advance according to the dew point, the liquid amount of the liquid film, and the growth time. ), The cooler 107 is operated for the calculated operation time to cool the tube wall of the liquid
また、所定の光学的な透過特性や反射特性を持つ液膜材料および液膜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、液膜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。液膜支持基材は、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。このようにして、液膜を形成させる箇所のみに気体を凝集させるために、液膜を形成させる箇所を選択的に温度制御する。また、液膜支持基材表面に液膜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膜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ためのパターニング工程の必要がなく、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膜を形成させることができるし、液膜の形成効率を上げることができる。 In addition, a liquid film material and a liquid film supporting substrate having predetermined optical transmission characteristics and reflection characteristics are applied. Furthermore, although the Peltier device which consists of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor is shown as a thermoelectric converter, it can also be temperature-controlled by a heat pipe. Moreover, although the cooling means has shown the state isolate | separated in the final stage, when adjusting the shape of a liquid film after forming, it uses for the shape control in the connected state. Since the in-plane temperature distribution quickly becomes uniform when the thermal conductivity is large, the liquid film support substrate needs to have a low thermal conductivity so that the temperature distribution is not uniform. High-quality materials and porous structural materials containing a large amount of gas (space) are suitable. Thus, in order to agglomerate gas only in the location where the liquid film is formed, the temperature of the location where the liquid film is formed is selectively controlled. In addition, when a liquid film is formed at a predetermined position on the surface by imparting affinity or hydrophilicity to the liquid film on the surface of the liquid film support substrate, the surface is predetermined as in the SAMs technique by micro stamping. There is no need for a patterning process for limiting the area to the above, and a liquid film is formed on the entire surface of the base material at a predetermined position on the surface even if hydrophilicity is imparted by applying a surfactant or plasma modification. In addition, the formation efficiency of the liquid film can be increased.
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、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。 Here, a thermoelectric conversion material, for example, one using BiTe as a main component (substitution / addition of Bi, Sb, In, Ga, Se, Te, etc.) is typical if the Peltier effect is used. N-type Si and P-type Si can also be used, and in order to find a high-performance material, a material having a high required performance index such as low thermal conductivity and good conductivity is preferable. And is selected according to the appropriateness of stability.
図3は本発明の第2の実施の形態に係る液膜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膜光学装置2において、第1の実施の形態の液膜光学装置1と異なる構成として、液膜形成管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、液膜形成エリア102を円錐形状に形成している。同図に示すように、開口率を上げ、かつ液膜形成管103の管壁同士の一部の間隔が狭くなることで、より早く液膜120を形成することができる。なお、冷却器107が接する液膜形成管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。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid film optical device according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In the liquid film
図4は本発明の第3の実施の形態に係る液膜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膜光学装置3によれば、液膜形成エリア102の底面に電気絶縁層110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、液膜の形成効率が向上する。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical device according to the third embodiment of the present invention. 4A is a cross-sectional view taken along the line D-D ′ in FIG. 4B, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ in FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. According to the liquid film optical device 3 of the present embodiment shown in the figure, the cooler 107 is provided on the bottom surface of the liquid
図5は本発明の第4の実施の形態に係る液膜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膜光学装置4は、例えば上述の第1の実施の形態の液膜光学装置を多段(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段目の液膜光学装置111−2の冷却器によって冷却を開始すると液膜120が形成し始め、同図の(b)に示すように所望のサイズや形状の液膜120が形成される。そして、同図の(c)に示すように、2段目の液膜光学装置111−2の冷却器よりも3段目の液膜光学装置111−3の冷却器の温度を降下させて、形成された液膜120が液膜光学装置111−3の位置まで移動する。このように、多段構造の各液膜光学装置の冷却器を温度制御することにより、液膜の形状制御や位置の移動を行うことができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film optical apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The liquid film
図6は本発明の第5の実施の形態に係る液膜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膜光学装置5は、例えば上述の第1の実施の形態の液膜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)は液膜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の実施の形態の液膜光学装置112−1〜112−6を設けた例であり、同図の(c)は液膜形成エリアの円錐面に沿って多段(ここでは3段)に第1の実施の形態の液膜光学装置112−1〜112−3を設けた例である。同図の(b)、(c)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温度制御することによって、形成された液膜120の光軸を傾けることができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film optical device according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In the liquid film optical device 5 of the present embodiment shown in FIG. 6A, for example, the
図7は本発明の第6の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す図である。同図の(a),(c)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4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膜光学装置6において、液膜形成エリア102が透明基材114によって閉塞されており、更に液膜形成エリア102に連通する液膜部材供給排出路113が設けられている。この液膜部材供給排出路113は、液膜形成エリア102に外部から液膜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6の実施の形態の液膜光学装置6によれば、液膜部材供給排出路113を介して液膜を形成するため液体又は気体が液膜形成エリア102に供給され、液膜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、所望の液膜120が形成できる。他の液膜を形成するため液体又は気体を交換するときは、液膜部材供給排出路113を介して液膜形成エリア102内から液膜を外部に排出し、他の液体又は気体を供給する。また、形成されている液膜120の形状又はサイズを変えるときは、液膜部材供給排出路113を介して液膜形成エリア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、一旦形成した液膜を再利用して任意の液膜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。また、同図の(a)に示すように、気密状態の液膜形成エリア102内に、液膜部材供給排出路113を介して気体Aを供給して気体Aの液膜120を形成する。そして、この気体Aの液膜120を隔てて気体Bを液膜部材供給排出路113を介して供給する。更に、同図の(c)に示すように、気密状態の液膜形成エリア102内に、液膜部材供給排出路113を介して気体Aを供給して気体Aの液膜120−Aを形成する。その後、液膜部材供給排出路113を介して気体Bを供給して気体Bの液膜120−Bを形成する。そして、気体Cを供給する。つまり、この気体Aの液膜120−Aを隔てて気体Bを、気体Bの液膜120−Bを隔てて気体Cを、液膜部材供給排出路113を介してそれぞれ供給する。よって、液膜の形状によって、かつそれぞれの気体の屈折率が異なることによって、入出射光の経路を屈折させることができる。また、図8に示すように、曲面をなす液膜120の表面に光を照射して反射させ、かつ液膜120の形状や液膜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。なお、液膜120の液面位置を変える方法として、気体の供給圧力を変化させて液膜を隔てた気体の差圧による方法がある。また、液膜は質量が小さいので液滴より表面張力に支持される巨大開口面積の膜が形成できる。しかし、液膜により隔てられたそれぞれの気体の体積が大きくなって、均一な温度分布になりづらいことにより気体に密度ムラが生じ屈折率の分布や気体の対流圧力による液膜の変形を生じる。このように、迅速に均一な温度分布にし、密度分布が均一になるように制御する必要がある場合には、水素やヘリウムを少なくともどちらか一方の側の気体に混合する。水素やヘリウムは分子サイズが小さく液膜を透過し易く、かつ熱伝導率が他の気体よりはるかに大きいので、少なくともどちらかの一方の側の気体に水素やヘリウムを混合しておくことにより、液膜によって隔てられた各気体を迅速に均一な温度分布にすることができる。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. (A), (c) of the same figure is the F-F 'sectional view taken on the line of (b) of the same figure, (b) of the figure is the E-E' sectional view taken on the line (a) of the same figure. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same components. In the liquid film
また、気相に接する液膜材料であるため、蒸発しない性質の液膜材料が有用であり、イオン液体が利用できるが、一方気体を凝集できないことになるので、その場合でも液膜形成エリアに液体が供給でき、かつ温度制御できる。イオン液体としては、陽イオンの、イミダゾリウム系、ピリジウム系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、脂肪族ホスホニウム系と、陰イオンの、BF4 −、PF6 −等の無機イオン系、CF3SO2 −、(CF3SO2)2N−、CF3CO2 −等のフッ素系陰イオンとの組合せ他様々な構造からなっている常温溶融塩である。 In addition, since it is a liquid film material in contact with the gas phase, a liquid film material that does not evaporate is useful, and ionic liquid can be used, but on the other hand, gas cannot be aggregated, so even in that case, in the liquid film formation area Liquid can be supplied and temperature can be controlled. Examples of the ionic liquid include cationic imidazolium-based, pyridium-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, aliphatic phosphonium-based, anion-based inorganic ion-based BF 4 − , PF 6 −, and the like. It is a room temperature molten salt composed of various structures such as combinations with fluorine-based anions such as CF 3 SO 2 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and CF 3 CO 2 — .
図9は本発明の第7の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。同図において、図6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膜光学装置7によれば、逆角錐(逆台形)の斜面に配置した冷却器107の内側の液膜形成エリア102に、気体を凝集、液膜120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115での反射によりプリズム像を生成させる。そして、入射光が平面の液膜120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、液膜プリズム形状制御と液膜温度制御ができる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the liquid film optical apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 6 denote the same components. According to the liquid film
図10は本発明の第8の実施の形態に係る液膜光学装置の構成を示す断面図である。同図に示す本実施の形態の液膜光学装置8は、液体容器116内の気体をポンプ117によって供給路118を介してノズル119の先端に供給する。そして、ノズル119に設けられた冷却器121によって供給された気体は露点温度以下に冷却され、ノズル119の先端に液膜120が凝集・形成されて支持される。更に、気体が所定量供給されて図中実線で示す所望のサイズの液膜120に変化する。このように、気体の供給量を増減させたり、ノズル先端の冷却温度を変えたりして、気体の膨張収縮、そして凝集量を変化させ、液膜の形状を制御することができる。更には、図11に示すように、液膜形成エリア102内に設けられた静電電極122に電圧を印加して液膜120に静電気を付与して、その静電気を変化させることによって液膜120の形状を制御することができる。詳細には、図11中の破線は傾斜形であり、点線は扁平形である。液膜120を扁平形に制御するためには、静電電極122−1,122−2に同一電圧を印加して液膜120を下方向に引き付ける。また、液膜120を傾斜形に制御するためには、静電電極122−4に電圧を印加して液膜120を静電電極122−4の方向に引き付ける。このように液膜120の形状を制御することによって液膜120を通る光の光路を制御することができる。なお、液膜120は膜として極限の小さな質量であって重力の影響は極限まで小さくなっているため、液膜を形成し高速で形状を制御したり移動させることができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the liquid film optical apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In the liquid film
図12は別の発明の第1の実施の形態に係る液膜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膜光学デバイスの平面図、同図の(b)は液膜形成後の本実施の形態の液膜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膜光学デバイス100は、比熱の大きい基板201の空洞部202上に液膜支持層203を設け、液膜支持層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膜光学デバイス100によれば、冷却膜207で囲まれた液膜形成管壁210を冷却膜207によって冷却し、付近の気体が液膜形成管壁に凝集し所定の液膜が形成できる。また、迅速に温度制御ができるため、液膜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。また、空洞部202のパターンから液膜支持層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。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical device according to the first embodiment of another invention. (A) of the same figure is a top view of the liquid film optical device of this Embodiment, (b) of the same figure is a top view of the liquid film optical device of this Embodiment after liquid film formation, (c) of the figure ) Is a cross-sectional view taken along the line GG ′ of FIG. In the liquid film
図13は別の発明の第2の実施の形態に係る液膜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膜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12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膜光学デバイス200は、図12に示す第1の実施の形態の液膜光学デバイス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。液膜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120の熱容量、温度、熱伝導率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120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、赤外線集光用液膜レンズを集積した赤外線センサや、液晶材料からなる液膜120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。また、電極パターンにLEDやフォトダイオードを形成すれば発光素子や受光素子に応用できる。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、より高精度の液膜制御ができる。なお、図14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、液膜付近の気体の種類、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、液膜付近の気体の状態変化に応じた液膜120を増量させるための冷却温度の維持や、液膜120からの蒸発程度を観測し液膜の保持に必要な冷却温度が設定できる。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical device according to the second embodiment of another invention. (A) of the same figure is a top view of the liquid film optical device of this Embodiment, (b) of the same figure is the H-H 'sectional view taken on the line (b) of the same figure. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. The liquid film
図15は別の発明の第3の実施の形態に係る液膜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12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膜光学デバイス300は、冷却膜207を平行に対向させて配置し、対向間隙の液膜形成エリアに液膜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、液膜の形状を効率良く、迅速に、正確に形成できる。
FIG. 15 is a plan view showing a configuration of a liquid film optical device according to a third embodiment of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. In the liquid film
図16は別の発明の第4の実施の形態に係る液膜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膜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12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膜光学デバイス400は、冷却膜207で囲まれた液膜形成管壁210に連通する液膜部材供給排出路215が設けられている。この液膜部材供給排出路215は、液膜形成管壁210に外部から液膜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の実施の形態の液膜光学デバイスによれば、液膜部材供給排出路215を介して液膜120を形成するため液体又は気体が液膜形成管壁210に供給され、液膜120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、所望の液膜120が形成できる。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical device according to a fourth embodiment of another invention. (A) of the same figure is a top view of the liquid film optical device of this Embodiment, (b) of the figure is a J-J 'sectional view taken on the line (b) of the same figure. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. The liquid film
また、気相に接する液膜材料であるため、蒸発しない性質の液膜材料が有用であり、イオン液体が利用できるが、一方気体を凝集できないことになるので、その場合でも液膜形成エリアに液体が供給でき、かつ温度制御できる。イオン液体としては、陽イオンの、イミダゾリウム系、ピリジウム系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、脂肪族ホスホニウム系と、陰イオンの、BF4 −、PF6 −等の無機イオン系、CF3SO2 −、(CF3SO2)2N−、CF3CO2 −等のフッ素系陰イオンとの組合せ他様々な構造からなっている常温溶融塩である。 In addition, since it is a liquid film material in contact with the gas phase, a liquid film material that does not evaporate is useful, and ionic liquid can be used, but on the other hand, gas cannot be aggregated, so even in that case, in the liquid film formation area Liquid can be supplied and temperature can be controlled. Examples of the ionic liquid include cationic imidazolium-based, pyridium-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, aliphatic phosphonium-based, anion-based inorganic ion-based BF 4 − , PF 6 −, and the like. It is a room temperature molten salt composed of various structures such as combinations with fluorine-based anions such as CF 3 SO 2 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and CF 3 CO 2 — .
図17は別の発明の第5の実施の形態に係る液膜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12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膜光学デバイス500は、基板201と液膜支持層203の間に、液膜支持層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、液膜光学デバイス500によって形成された液膜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、液膜光学デバイス500によって形成された液膜120のレンズの光軸を傾けることができる。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film optical device according to a fifth embodiment of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. The liquid film
図18は別の発明の第6の実施の形態に係る液膜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12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膜光学デバイス600は、基板201及び液膜支持層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、静電電極膜217の間に働くクーロン力により液膜支持層203が湾曲することによって、形成された液膜120の曲率が湾曲して、液膜120のレンズの焦点位置を変えることができる。なお、液膜支持層203を湾曲させる他の機構として、図19に示すような液膜光学デバイス700のように、透明基材219で気密とした空洞部202と連通する通気流路220を通し、当該通気流路220を形成する基材に設けられた圧電膜ポンプ221によって通気流路220の気圧を上下させることによって、空洞部202内の圧力を変化させることで、形成された液膜120の曲率を湾曲させて液膜120のレンズの焦点位置を変えることができる。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film optical device according to a sixth embodiment of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. In the liquid film
図20は別の発明の第7の実施の形態に係る液膜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膜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膜光学デバイス800は、第2の実施の形態の液膜光学デバイス200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、本実施の形態の液膜光学デバイスを、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、個々の液膜を温度制御する機構を配置し、集積した液膜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、液膜形成、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。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical device according to a seventh embodiment of another invention. (A) of the same figure is a top view of the example of application of the liquid film optical device of this Embodiment, (b) of the same figure is a K-K 'sectional view taken on the line (b) of the same figure. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 14 denote the same components. In the liquid film
図21は別の発明の第8の実施の形態に係る液膜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16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膜光学デバイス900では、異なる種類(本実施の形態では2種類)の第1の液膜120−1,第2の液膜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、異なる種類の液膜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、本実施の形態の液膜光学デバイスは多成分複層液膜を示すもので、第1の液膜の気体を凝集し第1の液膜を形成した後、第2の液膜の気体を凝集し第1の液膜の上に第2の液膜を形成する。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、多種類の液膜を積層させることができる液膜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。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film optical device according to an eighth embodiment of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 16 denote the same components. As shown in the figure, in the liquid film
図22は別の発明の第9の実施の形態に係る液膜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12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膜光学デバイス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、多種多様な液膜光学系が高精度に実現できる。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the configuration of the liquid film optical device according to the ninth embodiment of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. As shown in the figure, the liquid film
図23は別の発明の第10の実施の形態に係る液膜光学デバイスの構成を示す図である。同図の(a)は斜視図、同図の(b)は平面図、同図の(c)は同図の(b)のL−L’線断面図である。同図に示す本実施の形態の液膜光学デバイス1100は、支持基材や支持層の表面を起立させる姿勢で冷却膜211を形成している。このように、上述したような支持基材や支持層に液膜形成箇所を組み合わせるのではなく、基板を製造する過程の中で表面に起立する姿勢を形成することにより、光学系に必要な高精度の形状、寸法を得ることができる。また、本実施の形態では、レーザダイオード222などの放射光源を搭載しており、集光系や拡散系を含む作像装置や光走査装置を構成することができる。なお、イメージセンサを搭載すれば結像系を含む撮像装置となる。
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a liquid film optical device according to the tenth embodiment of another invention. (A) of the figure is a perspective view, (b) of the figure is a plan view, and (c) of the figure is a sectional view taken along line L-L 'of (b) of the figure. In the liquid film
図24は別の発明の液膜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12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膜撮像デバイス1200は、第1の実施の形態の液膜光学デバイス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の受光経路に液膜光学デバイス100の液膜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、液膜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。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film imaging device of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. The liquid
図25は別の発明の液膜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12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膜光源デバイス1300は、第1の実施の形態の液膜光学デバイス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、同図に示すように、発光ダイオード224の発光経路に液膜光学デバイス100の液膜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、液膜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。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid film light source device of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. The liquid film
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。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation and substitution are possible if it is description in a claim.
1〜8;液膜光学装置、
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100;液膜光学デバイス、
101;ガラス基板、102,202;液膜形成エリア、
103;液膜形成管、104;P型半導体、105;N型半導体、
106;放熱器、107;冷却器、108,208;熱電交換器、
109,209;電力供給線、120;液膜、201;基板、
202;空洞部、203;液膜支持層、204;P型半導体膜、
205;N型半導体膜、206;放熱膜、207;冷却膜、
210;液膜形成管壁、211;検出用電極、
212,214;検出信号線、213;検出器、
215;液膜部材供給排出路、216;伸縮層、217;静電電極膜、
219;透明基材、220;通気流路、221;圧電膜ポンプ、
222;レーザダイオード、223;イメージセンサ、
224;発光ダイオード、1200;液膜撮像デバイス、
1300;液膜光源デバイス。
1-8; liquid film optical device,
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100; liquid film optical device,
101; glass substrate, 102, 202; liquid film formation area,
103; liquid film forming tube; 104; P-type semiconductor; 105; N-type semiconductor;
106; radiator, 107; cooler, 108, 208; thermoelectric exchanger,
109, 209; power supply line, 120; liquid film, 201; substrate,
202; cavity, 203; liquid film support layer, 204; P-type semiconductor film,
205; N-type semiconductor film; 206; Heat dissipation film; 207; Cooling film;
210; liquid film forming tube wall; 211; detection electrode;
212, 214; detection signal line, 213; detector,
215; liquid film member supply / discharge path, 216; elastic layer, 217; electrostatic electrode film,
219; transparent substrate; 220; vent flow path; 221; piezoelectric membrane pump;
222; laser diode, 223; image sensor,
224; light emitting diode, 1200; liquid film imaging device,
1300: Liquid film light source device.
Claims (11)
該温度変化手段の温度を制御する温度制御手段と、
光学材料を前記液膜形成エリアの空洞部に供給し、又は前記液膜形成エリアの空洞部から光学材料を排出する液膜材料供給排出路と
を備え、
該温度制御手段によって前記温度変化手段の温度を制御して、前記液膜形成エリアの空洞部に前記光学材料を凝集させて液膜を形成するとともに、当該液膜の形状を変化させて光学部材としての液膜の光学特性を変えることを特徴とする液膜光学装置。 The optical material during or enclosed space atmosphere by agglutination, has an interface with a gas and a liquid having an air sinus portion liquid film Ru is formed as an optical member having the film thickness distribution becomes substantially uniform Temperature changing means for changing the temperature of the film forming area;
Temperature control means for controlling the temperature of the temperature change means;
An optical material is supplied to the cavity of the liquid film formation area, or a liquid film material supply / discharge path for discharging the optical material from the cavity of the liquid film formation area, and
The temperature of the temperature changing means is controlled by the temperature control means to form the liquid film by aggregating the optical material in the cavity of the liquid film forming area, and the shape of the liquid film is changed to change the optical member. A liquid film optical device characterized in that the optical characteristics of the liquid film are changed.
光学材料を前記液膜形成エリアの空洞部に供給し、又は前記液膜形成エリアの空洞部から光学材料を排出する液膜材料供給排出路を有し、
各段の前記温度制御手段によって各段の前記温度変化手段の温度をそれぞれ制御して、前記液膜形成エリアの空洞部に光学材料を凝集させて液膜を形成するともに、当該液膜の位置を変化させて光学部材としての液膜の光学特性を変えることを特徴とする液膜光学装置。 The optical material during or enclosed space atmosphere by agglutination, has an interface with a gas and a liquid having an air sinus portion liquid film Ru is formed as an optical member having the film thickness distribution becomes substantially uniform A temperature changing means for changing the temperature of the film forming area and a temperature control means for controlling the temperature of the temperature changing means are provided in multiple stages,
Supplying the optical material to the cavity of the liquid film formation area, or having a liquid film material supply discharge path for discharging the optical material from the cavity of the liquid film formation area,
The temperature control means at each stage controls the temperature of the temperature changing means at each stage to form a liquid film by agglomerating optical materials in the cavity of the liquid film formation area, and the position of the liquid film A liquid film optical device characterized by changing the optical characteristics of the liquid film as an optical member by changing the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008172553A JP5360530B2 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Liquid film optics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008172553A JP5360530B2 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Liquid film optics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010014808A JP2010014808A (en) | 2010-01-21 |
JP5360530B2 true JP5360530B2 (en) | 2013-12-04 |
Family
ID=41701002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008172553A Expired - Fee Related JP5360530B2 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Liquid film optics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5360530B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011128995A1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | トヨタ自動車株式会社 | Optical element, optical element array, and method for manufacturing optical element |
CN102687055B (en) | 2010-04-28 | 2016-04-06 | 奥林巴斯株式会社 | Microscope immersion liquid |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005351971A (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Casio Comput Co Ltd | Lens device |
JP4403254B2 (en) * | 2004-06-14 | 2010-01-27 | 本多電子株式会社 | Liquid recovery apparatus and liquid fractionation apparatus |
US7782440B2 (en) * | 2004-11-18 | 2010-08-24 | Carl Zeiss Smt Ag | Projection lens system of a microlithographic projection exposure installation |
JP2008089752A (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sony Corp | Electro wetting device and variable focus lens using the same, optical pickup device, optical recording and reproducing device, droplet operating device, optical element, zoom lens, imaging apparatus, optical modulator and display device |
JP5305128B2 (en) * | 2008-05-14 | 2013-10-02 | 株式会社リコー | Droplet optical device |
-
2008
- 2008-07-01 JP JP2008172553A patent/JP5360530B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010014808A (en) | 2010-01-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11009673B2 (en) | Optical structure with ridges arranged at the same and method for producing the same | |
CN111965742B (en) | Automatic zooming thin-film liquid lens based on temperature control and preparation method thereof | |
TWI451202B (en) | Controllable optical element and method for operating an optical element with thermal actuators and projection exposure apparatus for semiconductor lithography | |
TWI595672B (en) | Array of optical components, imaging system of the same, and method of controlling curvature of an array of optical components | |
JP5541156B2 (en) | Actuator array sheet | |
US7561340B2 (en) | Tunable micro-aspherical lens and manufacturing method thereof | |
JP5883600B2 (en) | Membrane devices that can deform membranes with fast response times | |
US11209607B2 (en) | Optical structure with ridges arranged at the same and method for producing the same | |
CN106324728B (en) | Method and apparatus for reducing the fuel factor in compact adjustable optical lens | |
US9134568B2 (en) | Varifocal lens | |
US20040147056A1 (en) | Micro-fabricated device and method of making | |
US10571646B2 (en) | Optical structure with ridges arranged at the same and method for producing the same | |
US20100261120A1 (en) | Mirror for guiding a radiation bundle | |
JP5305128B2 (en) | Droplet optical device | |
Zhu et al. | Focus-tunable microlens arrays fabricated on spherical surfaces | |
JP5360530B2 (en) | Liquid film optics | |
JP5201458B2 (en) | Droplet optical device, droplet imaging device, and droplet light source device | |
Wang et al. | Capillary number encouraged the construction of smart biomimetic eyes | |
US10359596B2 (en) | Optical structure with ridges arranged at the same and method for producing the same | |
US9939559B2 (en) | Optical device with deformable membrane | |
CN109143425B (en) | Micro-lens array structure for collecting light field image | |
Werber et al. | A thermo-pneumatically actuated tip-tilt-piston mirror | |
Jain et al. | Half-millimeter-range vertically scanning microlenses for microscopic focusing applications | |
Pätz et al. | Imaging systems with aspherically tunable micro-optical elements | |
EP3648179A1 (en) | Fresnel condenser device and condenser-type solar energy system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20091207 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100115 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110324 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20130208 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130408 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130531 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130724 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130822 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5360530 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |