WO2011128995A1 - 光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法 - Google Patents

光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法 Download PDF

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liquid
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transparent material
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光 古賀
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トヨタ自動車株式会社
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Definitions

  • the present invention relates to an optical element, an optical element array, and an optical element manufacturing method.
  • a diffraction grating for transmitting light and controlling the diffraction angle of light which is arranged at equal intervals and extends in parallel
  • the gap between adjacent partitions is filled with an insulating liquid and a conductive liquid, and by applying a voltage to the conductive liquid, the position of the interface formed between these liquids can be changed to change the lattice constant.
  • This diffraction grating uses an electrowetting phenomenon (electrocapillary phenomenon).
  • the electrowetting phenomenon is a phenomenon in which when a voltage is applied between a conductive liquid and an electrode, the surface tension of the liquid changes, and the shape of the liquid surface changes accordingly. Using this phenomenon, in this diffraction grating, the applied voltage is increased to lower the surface tension of the liquid and raise the position of the interface.
  • the present invention has been made to solve such a technical problem, and provides an optical element, an optical element array, and an optical element manufacturing method capable of forming a desired interface shape. Objective.
  • an optical element includes a container that transmits light, a first transparent substance that is housed in the container and forms a first phase, and a second material that is housed in the container and is different from the first phase.
  • a second transparent material that forms a curved interface swelled toward the first transparent material with the first transparent material, the first transparent material, and the second transparent material
  • Interface shape control means for controlling the shape of the interface by adjusting the temperature of at least one of them.
  • the temperature of at least one of the first transparent material forming the first phase and the second transparent material forming the second phase is adjusted by the interface shape control means.
  • the shape of the curved interface formed between the 1st transparent substance and the 2nd transparent substance changes by thermal expansion or thermal contraction of the transparent substance adjusted in temperature. Therefore, the interface shape can be controlled, and a desired interface shape can be formed.
  • the applied voltage can be reduced as compared with a case where a voltage is directly applied to the substance in the container to change the surface tension of the substance. Therefore, if a method using Joule heat due to current is taken, a desired interface shape can be formed while reducing the applied voltage.
  • the first phase is a liquid phase and the second phase is a gas phase.
  • the second transparent substance forming the gas phase has a small mass per volume (low density), and thus is not easily affected by gravity. Therefore, the shape of the interface can be controlled with high accuracy. In addition, compared with a liquid-liquid system, it is possible to prevent quality deterioration due to mixing.
  • the interface shape control means preferably controls the shape of the interface by thermally expanding or contracting at least one of the first transparent material and the second transparent material.
  • At least one of the first transparent substance and the second transparent substance is thermally expanded or contracted by the interface shape control means, so that the interface shape is easily changed. Therefore, the interface shape can be controlled.
  • the interface shape control means preferably controls the curvature of the interface.
  • the curvature of the interface is controlled by the interface shape control means, it is possible to control the refractive power (lens power) when light is transmitted through the container.
  • the interface shape control means preferably has a plate-like heat generating portion that is formed on the wall portion of the container and generates heat when energized, and the heat generating portion preferably has a narrow portion at the center thereof.
  • the present invention since the electric resistance is increased in the narrow portion at the center of the heat generating portion, the temperature of the narrow portion is the highest among the heat generating portions. Therefore, the transparent material near the center of the heat generating part can be sufficiently heated with a small current. Thereby, a transparent substance can be easily thermally expanded and phase-changed, and control of the shape of a transparent substance becomes easy.
  • the container also has a first wall portion and a second wall portion facing each other, and the second transparent material is divided into a periphery of the first wall portion and a periphery of the second wall portion. It is preferable that they are arranged.
  • the first transparent material is disposed between the first wall portion and the second wall portion so as to be sandwiched from both sides by the second transparent material.
  • the shape of the interface formed between the first transparent material and the second transparent material is a curved surface that swells from the second transparent material toward the first transparent material. Therefore, a two-surface interface having a shape bulging from the first wall portion and the second wall portion toward the inside of the container is formed. Therefore, a concave lens can be formed between the first wall portion and the second wall portion by such an interface between the two surfaces.
  • each of the containers has a first wall portion and a second wall portion facing each other, and in each of the containers, the second transparent substance is formed on the first wall portion. It is preferable that the first walls of the two containers are joined to each other.
  • an interface having a shape swelled from the first wall portion toward the second wall portion is formed, and the first wall portions of the two containers are joined to each other. . If it does in this way, the convex lens over two containers which includes the joined 1st wall parts in a cross section can be formed.
  • the shape of the interface formed in the container can be controlled in each optical element. Therefore, the refractive power of each optical element can be freely changed. For example, if a plurality of light sources are arranged and an optical element is arranged corresponding to each of the light sources, the light emitted from the plurality of light sources can be freely condensed or diffused.
  • the method for manufacturing an optical element according to the present invention is a method for manufacturing an optical element in which a conductive liquid is filled in a container that transmits light, and a container having one surface opened is used.
  • a liquid inflow step in which a voltage of electric charge is applied and the liquid flows into the container from one surface, a voltage having the same electric charge as the liquid is applied to the first electrode, and a voltage opposite to the liquid is applied to the second electrode
  • a liquid filling step of filling the container with the liquid is a method for manufacturing an optical element in which a conductive liquid is filled in a container that transmits light, and a container having one surface opened is used.
  • the first electrode formed at the position of the one surface includes the liquid and Is applied with a reverse charge voltage. Therefore, the wettability of the liquid in contact with the surface of the first electrode is improved. Therefore, the liquid can be smoothly introduced from one surface.
  • a voltage having the same charge as the liquid is applied to the first electrode, and a voltage having a charge opposite to that of the liquid is applied to the second electrode. Therefore, the wettability of the liquid in contact with the surface of the second electrode is improved. Therefore, the liquid can be filled to every corner around the other surface.
  • the liquid can be distributed to every corner of the container. Therefore, the optical element and the optical element array that contain the transparent substance in the container can be preferably manufactured.
  • a desired interface shape can be formed while reducing the applied voltage.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the container portion in FIG. It is a conceptual diagram which shows the growth state of the bubble in the optical element of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of the container portion in FIG. 3. It is a sectional side view which shows the relationship between the curvature of a lens, and refractive power.
  • It is a schematic diagram which shows the optical element array which arranged the optical element of FIG. 1 in multiple numbers.
  • It is a side view of the container part in FIG. It is a figure which shows the example of the optical system system using the optical element array of FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view and a top view showing manufacturing steps of the optical element array in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view and a top view illustrating a manufacturing process subsequent to FIG. 9. It is sectional drawing and the top view which show the manufacturing process following FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view and a top view illustrating a manufacturing process subsequent to FIG. 11.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view and a top view illustrating a manufacturing process subsequent to FIG. 12. It is a sectional side view of the container part of the optical element which concerns on 2nd Embodiment. It is a sectional side view of the container part of the optical element which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 19 is a side view of an optical element array in which a plurality of optical elements in FIG. 18 are arranged.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the optical element according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the container portion in FIG.
  • the microlens (optical element) 1 according to the present embodiment is disposed, for example, on the emission side of a laser light source, and is for refracting the laser light emitted from the laser light source.
  • the microlens 1 includes a substantially cubic hollow container 10 that transmits light.
  • the container 10 is formed of a transparent insulating film, and is composed of six wall portions 11 having a predetermined thickness.
  • the six wall portions 11 form a sealed substantially cubic internal space S, and the container 10 can enclose a liquid or gas in the internal space S.
  • the transparent insulating film forming the container 10 for example, strontium titanate, lithium niobate, or the like can be used.
  • the size of the container 10 is not particularly limited, but typically the length of one side is about 50 to 100 ⁇ m.
  • the first side wall (wall portion) 11 a and the second side wall (wall portion) 11 b which are the wall portions facing each other, of the six wall surfaces 11 constituting the container 10 are It functions as a light transmission surface.
  • the first side wall 11 a is not shown in order to facilitate understanding of the configuration inside the container 10, but the first side wall 11 a is located on the front side of the drawing.
  • the first side wall 11a and the second side wall 11b are also simply referred to as “side walls 11a and 11b”.
  • the microlens 1 is connected to the heaters 12, 12 by plate-like heaters (heat generating portions) 12, 12 that are formed on the side walls 11 a, 11 b and generate heat when energized.
  • the control unit 3 that applies current to the heaters 12 and 12 and controls the amount of generated heat thereof, and the surface of the heaters 12 and 12 (surface on the internal space S side) 12a from the inner space S side of the container 10 are covered. Plate-like insulating films 13 and 13 are provided. In FIG. 2, the control unit 3 is not shown (hereinafter, the same applies to FIGS. 4, 5, 7, and 8).
  • the microlens 1 is accommodated in the container 10 to form a liquid phase (first phase) 16 (transparent liquid (first transparent substance)), and the container 10 is accommodated in the gas phase (second phase).
  • a microbubble (second transparent substance) 17 that is a bubble that forms an interface B (see FIG. 2) on the curved surface that swells toward the transparent liquid 16 with the transparent liquid 16. ing. That is, the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 have different phases.
  • the heater 12 transmits heat to the microbubbles 17 and the transparent liquid 16 by generating heat, and causes the microbubbles 17 and the transparent liquid 16 to thermally expand or contract.
  • the heater 12 is a transparent electrode made of zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), or the like.
  • the heater 12 is formed in a part on the inner wall surface of the side walls 11a and 11b.
  • the heater 12 extends so as to be stretched over an upper wall 11c and a lower wall 11d (hereinafter also simply referred to as “walls 11c, 11d”) that connect the ends of the side walls 11a, 11b and face each other.
  • the length of the heater 12 in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 1) is slightly longer than the length of one side of the internal space S, and the end portions 12c and 12d in the longitudinal direction correspond to the walls 11c and 11d. Are in contact with each other.
  • the direction perpendicular to the wall surfaces of the side walls 11a and 11b is the “thickness direction”, and the direction perpendicular to the wall surfaces of the walls 11c and 11d (the direction parallel to the longitudinal direction of the heater 12).
  • a direction parallel to both the side walls 11a and 11b and the walls 11c and 11d is referred to as a “width direction”.
  • the end portions 12c and 12d of the heater 12 have a width L1 in the width direction.
  • the heater 12 has a narrow width portion 12e at the center thereof.
  • the “center” here is an intermediate position between the one end 12c and the other end 12d, and includes “substantially the center”.
  • the narrow width portion 12e has a width L2 that is shorter in the width direction than the width L1.
  • the length of the width direction is gradually decreasing as it goes to the narrow part 12e from the edge parts 12c and 12d. In this way, the heater 12 has a symmetrical shape with respect to the narrow width portion 12e.
  • the control unit 3 controls the curvature of the interface B by causing the microbubbles 17 and the transparent liquid 16 to thermally expand or contract by controlling the amount of heat generated by the heater 12. In other words, the control unit 3 controls the shape of the interface B by adjusting the temperature of the microbubbles 17 and the transparent liquid 16.
  • the controller 3 has means for detecting the amount of heat generated by the heater 12 and the temperature of the microbubbles 17 and the transparent liquid 16. Further, the control unit 3 performs control for supplying the transparent liquid 16 into the container 10 and control for discharging the transparent liquid 16 from the container 10. In the supply control and discharge control of the transparent liquid 16, any technique may be used as long as the transparent liquid 16 can be supplied / discharged via the container 10.
  • the control unit 3 includes a computer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory) for calculation related to the shape control of the interface B.
  • the insulating film 13 covering the heater 12 is for transferring heat from the heater 12 to the microbubbles 17 and the transparent liquid 16 while preventing the heater 12 from contacting the microbubbles 17 and the transparent liquid 16.
  • the insulating film 13 is formed of a transparent insulating film such as strontium titanate or lithium niobate, and covers the entire surface 12 a of the heater 12. More specifically, the insulating film 13 has an outer shape that is slightly larger than the outer shape of the heater 12. That is, the lengthwise ends 13c and 13d of the insulating film 13 are slightly longer in the widthwise direction than the width L1 of the ends 12c and 12d of the heater 12. Furthermore, the insulating film 13 also covers an end surface (not shown) extending in the thickness direction at the end portion 12f (see FIG. 1) in the width direction of the heater 12.
  • the wiring 4 is connected to the end portions 12c and 12d, respectively.
  • the surface facing the internal space S is processed to improve wettability for shape control of the microbubble 17 described later. It is desirable that it has been applied.
  • the container 10, the heater 12, the control unit 3, the wiring 4, and the insulating film 13 can be manufactured by an existing semiconductor manufacturing technique.
  • the manufacturing method is the same as the manufacturing process of the microlens array described later.
  • the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 are substances having different compositions and the same composition.
  • the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 for example, perfluorocarbon (Fluorinert (registered trademark)), silicone, or the like can be used.
  • the transparent liquid 16 receives heat from the heater 12 and boils locally to become vapor bubbles to become microbubbles 17. At this time, the transparent liquid 16 is discharged by the control unit 3 so that the total volume of the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 matches the volume of the internal space S. Further, the microbubbles 17 are cooled and condensed by heat radiation from the container 10 to the outside, and become a transparent liquid 16.
  • the transparent liquid 16 is supplied by the control unit 3 so that the total volume of the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 matches the volume of the internal space S.
  • the sum of the volume of the transparent liquid 16 and the volume of the microbubbles 17 matches the volume of the internal space S.
  • the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 are controlled to a predetermined volume and shape by the control unit 3.
  • the microbubbles 17 are arranged symmetrically in two places, around the first side wall 11a and around the second side wall 11b (see FIG. 2).
  • the microbubble 17 has a substantially dome-like shape that swells in a direction close to each other, and its bottom surface 18 abuts against the side walls 11a and 11b and the insulating film 13, and the wall surface of the internal space S as viewed from the thickness direction. (See FIG. 1).
  • the microbubble 17 has a spherical shape (curved surface) in which a dome portion 19 (see FIG. 2) swells inward of the internal space S, and forms an interface B with the transparent liquid 16. is doing.
  • the contact angle formed by the rising portion (the portion near the bottom surface 18) of the dome portion 19 with respect to the side walls 11a and 11b is determined to be a predetermined angle ⁇ depending on the state of the surface treatment.
  • the microbubbles 17 formed around the first side wall 11a are also referred to as incident-side microbubbles 17a, and the microbubbles 17 formed around the second side wall 11b are also referred to as emission-side microbubbles 17b. (See FIG. 2).
  • the incident side microbubble 17a and the emission side microbubble 17b are separated by a distance d in the thickness direction.
  • the transparent liquid 16 is arrange
  • the first side wall 11a and the second side wall 11b are formed by the interface B between the two surfaces formed between the incident side microbubbles 17a and the transparent liquid 16 and between the output side microbubbles 17b and the transparent liquid 16.
  • a concave lens is formed between the two.
  • the incident-side microbubbles 17a and the emission-side microbubbles 17b are not limited to being arranged symmetrically, and can have different shapes.
  • the shape control of the microbubble 17 will be described below.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the growth state of bubbles in the microlens 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the container 10 portion in FIG.
  • the container 10 is filled with a transparent liquid 16 having a predetermined temperature.
  • the narrow portion 12e of the heater 12 generates heat according to the following equation (1).
  • the heat generation amount Q is generated in the narrow portion 12e of the heater 12, the heat is transmitted to the transparent liquid 16 through the insulating film 13, and the transparent liquid 16 is locally evaporated at a position corresponding to the narrow portion 12e. To do. And the initial microbubble 17 arises around the narrow part 12e (refer the virtual line of FIG. 3, FIG. 4). Further, the microbubbles 17 become larger as the energization time t elapses.
  • the container 10 of the microlens 1 constantly exchanges heat with the outside, a certain amount of heat Qout is taken away. Therefore, if the energization is stopped after the initial generation of the microbubbles 17, the radius r of the microbubbles 17 is reduced to the same level as the internal pressure P and the surface tension of the transparent liquid 16. The amount of heat Q out released from the container 10 is also affected by the thermal conductivity coefficient of the wall portion 11 of the container 10.
  • the temperature of the transparent liquid 16 that has been deprived of heat decreases, and the microbubbles 17 are also deprived of heat through the interface B, resulting in a decrease in temperature by a temperature change ⁇ T.
  • the proportional relationship of the following formula (3) is established between the amount of heat Q out and the temperature change ⁇ T.
  • the internal pressure P B becomes equal to the external pressure at which the microbubbles 17 are pushed from the transparent liquid 16. Therefore, the volume of the microbubble 17 decreases until the internal pressure P B becomes equal to the external pressure.
  • the radius r of the microbubble 17 can be enlarged or reduced by giving or not giving a predetermined amount of heat Qe by turning the heater 12 on and off.
  • the relationship between the calorific value Q of the heater 12 and the radius r of the microbubble 17 is expressed by the following equation (5).
  • the radius r that is, curvature ⁇
  • the shape of the microbubble 17 interface B
  • the refractive power of the concave lens can be controlled.
  • the curvature control unit (interface shape control means) 6 that includes the heater 12, the control unit 3, the wiring 4, and the insulating film 13 and controls the shape of the interface B is provided. It is configured. That is, the curvature control unit 6 adjusts the temperature of the transparent liquid 16 and the microbubble 17 to thermally expand or contract the transparent liquid 16 and the microbubble 17, and the curvature of the interface B is increased by the thermal expansion or thermal contraction. It has a function to control.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing the relationship between the curvature of the lens and the refractive power.
  • the refractive power (lens power) ⁇ is expressed by the following equation (6). .
  • ⁇ Refraction power of micro lens 1 (lens power)
  • n a refractive index of the transparent liquid 16
  • ⁇ 1 curvature of the interface B formed by the incident-side microbubbles 17 a
  • a 2 curvature of the interface B formed by the emission-side microbubbles 17 b
  • d incident-side microbubbles 17 a and the emission This is the distance from the side microbubble 17b.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a microlens array in which a plurality of microlenses 1 of FIG. 1 are arranged
  • FIG. 7 is a side view of a container portion in FIG.
  • the microlens array (optical element array) 30 has a plurality of microlenses 1 arranged in the length direction and the width direction.
  • the microlenses 1 are arranged in a matrix of M rows and N columns (M and N are natural numbers).
  • the microlens array 30 includes containers 10 arranged in a matrix of M rows and N columns, and a control unit 33 that is connected to each container 10 by wiring 4 and controls the amount of heat generated by the heater 12 in each container 10. ing.
  • the microlens array 30 includes a control unit 33, wiring 4, a heater 12 for each microlens 1, and an insulating film 13 (see FIG. 1), and a curvature control unit (interface shape control means) that controls the shape of the interface B. ) 36 is configured.
  • the control unit 33 may include the same number of control units 3 (see FIG. 1) of each microlens 1 as the number of microlenses 1, or may be configured as a single device, and each container 10
  • the shape of the inner interface B may be controllable.
  • the refractive power ⁇ of each microlens 1 can be freely changed.
  • the refractive power ⁇ j in the j column is the refractive powers ⁇ 1, j to ⁇ M, j
  • the refractive power in the micro lens 1 in the i row and j column is the refractive power ⁇ i, j. (See FIG. 7).
  • an optical system 100 using a microlens array can be configured.
  • the optical system 100 includes a plurality of light sources (for example, laser light sources) 35 and a micro lens array 30 ⁇ / b> A in which the micro lenses 1 are arranged corresponding to the light sources 35.
  • the optical system 100 includes an optical relay lens 37 disposed between the microlens array 30A and the projection surface 36. In such an optical system 100, it is possible to enlarge or reduce the projection image on the projection surface 36, to correct the fluctuation, and the like.
  • 9 to 13 are a cross-sectional view and a top view showing a manufacturing process of the microlens array 30 of FIG.
  • a cross-sectional view seen from the length direction is shown on the left side
  • a top view seen from the thickness direction is shown on the right side.
  • the cross-sectional view an example in which the number of arrays is four is shown.
  • the top view only one microlens 1 is shown.
  • a case where lithium niobate is used for the container 10 and an ITO electrode is used for the heater 12 will be described.
  • a lithium niobate substrate 50 having a predetermined thickness is prepared (S1).
  • a substantially cubic void 51 having one surface in the thickness direction opened is formed by etching (S2).
  • the gap 51 corresponds to the internal space S of the container 10.
  • the surface where the gap 51 is opened is referred to as an upper surface (one surface) 51a, and the surface facing one surface is referred to as a bottom surface (the other surface) 51b.
  • the lower ITO electrode 52 is formed at the position of the bottom surface 51b of the gap 51 (S3).
  • the lower ITO electrode 52 corresponds to the heater 12.
  • an oxide film 53 is deposited at a predetermined height in the gap 51 until just below the position of the upper surface 51a (S4).
  • the upper ITO electrode 54 is formed at the position of the upper surface 51a (S5).
  • the upper ITO electrode 54 corresponds to the heater 12.
  • the oxide film 53 is removed by etching (S6).
  • the upper ITO electrode (first electrode) 54 is formed at the position of the upper surface 51a using the lithium niobate substrate (container) 50 having the upper surface 51a open, and the bottom surface 51b. This corresponds to an electrode forming step of forming the lower ITO electrode (second electrode) 52 at the position.
  • the wiring 4 that connects the heater 12 and the control unit 33 is also formed in the same manner as the heater 12.
  • a gate oxide film 56 is formed so as to cover the lower ITO electrode 52 and the upper ITO electrode 54 (S7).
  • This gate oxide film 56 corresponds to the insulating film 13.
  • the gate oxide film 56 can be formed by a conventionally known CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • a conductive liquid filler 57 such as perfluorocarbon is prepared, and a positive voltage is applied to the filler 57 (positively charged). Further, the gap 51 side (the lower side in the drawing) of the upper ITO electrode 54 is applied to GND (grounded). Then, the filler 57 is caused to flow from the upper surface 51a into the gap 51 (S8).
  • This filler 57 corresponds to the transparent liquid 16. That is, this step S8 corresponds to a liquid inflow step in which the filler 57 is charged, a voltage having a charge opposite to that of the filler 57 is applied to the upper ITO electrode 54, and the filler 57 flows into the container from the upper surface 51a. .
  • the wettability of the filler 57 with respect to the upper ITO electrode 54 is improved by the so-called electrowetting phenomenon, and the inflow of the filler 57 is promoted.
  • a positive voltage is applied to the lower ITO electrode 52. Further, the upper ITO electrode 54 is applied to GND (grounded). Then, the filler 57 is filled into the gap 51 (S9). That is, in this step S9, a voltage having the same charge as that of the filling material 57 is applied to the upper ITO electrode 54, a voltage having a charge opposite to that of the filling material 57 is applied to the lower ITO electrode 52, and the filling material 57 is filled in the container. This corresponds to the liquid filling step.
  • the wettability of the filling material 57 with respect to the lower ITO electrode 52 is improved by a so-called electrowetting phenomenon, and the filling material 57 is filled around the lower ITO electrode 52 without a gap.
  • the UV curable resin 58 is formed so as to cover the upper surfaces 51a of the plurality of gaps 51 in the width direction and the length direction, and the gaps 51 are sealed (S10). That is, the filler 57 is enclosed in the gap 51 by this step S10. Further, although not shown, the control unit 33 (see FIG. 6) is connected to each of the lower ITO electrode 52 and the upper ITO electrode 54 via the wiring 4.
  • the microlens array 30 shown in FIG. 6 is manufactured through such a series of steps.
  • the temperature of the transparent liquid 16 forming the liquid phase and the microbubble 17 forming the gas phase is adjusted by the curvature controller 6. Then, when the temperature-controlled transparent liquid 16 and microbubbles 17 are thermally expanded or contracted, the shape of the curved interface B formed between the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 is changed. Therefore, the interface shape can be controlled, and a desired interface shape can be formed.
  • the applied voltage is reduced as compared with the case where voltage is directly applied to the transparent liquid 16 or microbubble 17 in the container 10 to change the surface tension. it can. Therefore, the microlens 1 and the microlens array 30 can form a desired interface shape while reducing the applied voltage.
  • the shape of the interface B can be controlled with a remarkably low voltage of about 5 V.
  • the microbubbles 17 forming the gas phase have a small mass per volume (low density) and thus are not easily affected by gravity. Therefore, the shape of the interface B can be controlled with high accuracy.
  • the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 are thermally expanded or contracted by the curvature controller 6, so that the shape of the interface B is easily changed. Therefore, the interface shape can be controlled.
  • the curvature control unit 6 controls the curvature of the interface B, so that the refractive power ⁇ when light is transmitted through the container 10 can be controlled.
  • the electrical resistance is increased in the narrow portion 12e at the center of the heater 12, so that the temperature of the narrow portion 12e is the highest in the heater 12. Therefore, the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 near the center of the heater 12 can be sufficiently heated with a small current. Accordingly, the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 can be easily thermally expanded and phase-changed, and the shape of the transparent liquid 16 and the microbubbles 17 can be easily controlled.
  • the transparent liquid 16 is sandwiched from both sides by the incident side microbubbles 17a and the emission side microbubbles 17b between the first side wall 11a and the second side wall 11b. Arranged to be. Therefore, a two-surface interface B having a shape bulging from the first side wall 11a and the second side wall 11b toward the inside of the container 10 is formed. Therefore, a concave lens can be formed between the first side wall 11a and the second side wall 11b by the interface B between the two surfaces.
  • the refractive power ⁇ of the lens changes greatly. Can be made. Further, since the refractive power ⁇ depends only on the radius r of the dome portion 19 of the microbubble 17, even if the liquid quality of the transparent liquid 16 changes, the refractive power ⁇ can be easily changed only by changing the applied current I. Can be corrected.
  • the interface B is formed by the liquid phase and the gas phase, so that the interface B is easily formed without being mixed with each other as in the case of the liquid phases. It can be done and there is little alteration of the material.
  • the gas phase is not easily affected by gravity as described above, the smaller the container 10, the more robust it is against gravity.
  • the size and shape of the microbubbles 17 are determined by the balance between the heat release to the outside of the container 10 and the heating by the heater 12, the shape of the interface B can be easily controlled.
  • the shape of the interface B formed in the container 10 can be controlled in each microlens 1. Therefore, the refractive power of each microlens 1 can be freely changed. For example, if a plurality of light sources 35 are arranged and the microlenses 1 are arranged corresponding to the respective light sources 35, the light emitted from the plurality of light sources 35 can be freely condensed or diffused.
  • the upper ITO electrode formed on the upper surface 51a is used when the charged filler 57 flows from the upper surface 51a into the gap 51 in the liquid inflow step S8.
  • a voltage having a charge opposite to that of the filler 57 is applied to 54. Therefore, the wettability of the filler 57 in contact with the surface of the upper ITO electrode 54 is improved. Therefore, the inflow of the filler 57 from the upper surface 51a can be performed smoothly.
  • a voltage having the same charge as that of the filler 57 is applied to the upper ITO electrode 54, and a voltage having a charge opposite to that of the filler 57 is applied to the lower ITO electrode 52. Therefore, the wettability of the filler 57 in contact with the surface of the lower ITO electrode 52 is improved. Therefore, the filler 57 can be filled to every corner around the bottom surface 51b.
  • the filler 57 can be distributed to every corner of the container 10. Therefore, the microlens 1 and the microlens array 30 can be preferably manufactured.
  • FIG. 14 is a side cross-sectional view of the container portion of the microlens according to the second embodiment.
  • the microlens 1A of the present embodiment is different from the microlens 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the upper wall 11c and the lower wall 11d are also heaters as heat generating portions. 12A.
  • the heater 12A is formed on the inner wall surfaces of the upper wall 11c and the lower wall 11d, and extends in the thickness direction from the vicinity of the second side wall 11b to the vicinity of the center of the walls 11c and 11d.
  • An insulating film 13A is formed so as to cover the heater 12A.
  • the control unit 3 is not shown (hereinafter, the same applies to FIGS. 15, 16, 18, and 19).
  • the incident-side microbubble 17a and the emission-side microbubble 17b can be asymmetrical.
  • the emission-side microbubbles 17b can be arranged not only around the second side wall 11b but also around the walls 11c and 11d, and the radius r can be increased. In this way, it is possible to control to increase the curvature of the incident side microbubble 17a while decreasing the curvature of the emission side microbubble 17b.
  • FIG. 15 is a side cross-sectional view of the container portion of the microlens according to the third embodiment.
  • the microlens 1B of the present embodiment is different from the microlens 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the upper wall 11c and the lower wall 11d have Peltier elements as cooling parts. 20 is embedded.
  • the Peltier element 20 may be embedded over substantially the entire upper wall 11c and lower wall 11d, or may be embedded in a part thereof.
  • the microbubbles 17 in the container 10 can be efficiently cooled by the Peltier element 20, and the response speed of the endothermic process can be increased. Therefore, the response performance at the time of switching between heat generation and heat absorption is improved, and the size of the microbubbles 17 can be quickly controlled.
  • the path where heat absorption occurs is in the order of the microbubble 17, the transparent liquid 16, the walls 11 c and 11 d, and the Peltier element 20.
  • FIG. 16 is a side cross-sectional view of the container portion of the microlens according to the fourth embodiment.
  • the microlens 1C of the present embodiment is different from the microlens 1B of the third embodiment shown in FIG. 15 in that the upper wall 11c and the lower wall 11d are separated from each other in the thickness direction.
  • the heaters 22a to 22i and the heaters 23a to 23i which are a plurality of minute heat generating portions arranged side by side, are provided.
  • the heaters 22a to 22i and the heaters 23a to 23i may be formed over substantially the entire surface of the upper wall 11c and the lower wall 11d, or may be formed in part.
  • An insulating film 13C is formed so as to cover the heaters 22a to 22i and the heaters 23a to 23i.
  • the heaters 22a to 22i and the heaters 23a to 23i partially finely control the wet state of the upper wall 11c and the lower wall 11d by the transparent liquid 16 (or the generation state of the microbubbles 17). be able to.
  • the wall surface of the insulating film 13C in the vicinity of the heaters turned on.
  • the generation of microbubbles 17C advances, and an interface B as shown in FIG. 16 can be formed. Therefore, the light emission angle can be controlled.
  • the light emission angle can be controlled as described above. Therefore, when a system similar to the optical system 100 shown in FIG.
  • the distance can be variable.
  • HUD vehicle head-up display
  • a distant display image and a close display image can be selectively used in the HUD display.
  • FIG. 17A For example, in the normal display state shown in FIG. 17A, “75 km / h” indicating the vehicle speed is displayed at a predetermined position in front of the driver.
  • an emergency display state such as displaying an alarm (warning information)
  • FIG. 17B an emergency message “engine abnormality” is displayed so that it can be seen close to the driver. .
  • the warning information can be displayed as a close display image in an emergency, and the driver can quickly notice the information.
  • FIG. 18 is a side sectional view of the container portion of the microlens according to the fifth embodiment.
  • the microlens 1 ⁇ / b> D of this embodiment is different from the microlens 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that two containers 10 are provided.
  • the micro-bubbles 17D are disposed only around the first sidewall 11a and the first sidewall 11a are joined together, and the micro-bubbles are not disposed around the second sidewall 11b.
  • the heater 12 formed on the first side wall 11a side is turned on, and the heater 12 formed on the second side wall 11b side is turned off. In this way, the microbubbles 17D can be generated only around the first side wall 11a.
  • a convex lens extending over the two containers 10 so as to include the bonded first side wall 11a in the cross section.
  • a convex lens array 80 as shown in FIG. 19 can be formed by arranging the microlenses 1D in the length direction.
  • this invention is not limited to the said embodiment.
  • the case where all the six wall portions of the container 10 are formed of the transparent insulating film has been described, but only the side walls 11a and 11b may be formed of the transparent insulating film. That is, the four surfaces other than the side walls 11a and 11b may be formed of an opaque insulating film.
  • a desired interface shape can be formed while reducing the applied voltage.

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Abstract

　本発明は、所望の界面形状を形成することができる光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。本発明のマイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０では、液相を成す透明液１６と気相を成すマイクロバブル１７との少なくとも一方が、曲率制御部６によって温度調節される。そして、温度調節された透明液１６、マイクロバブル１７が熱膨張又は熱収縮することにより、透明液１６とマイクロバブル１７との間に形成される曲面状の界面Ｂの形状が変化する。よって、界面形状の制御が可能となり、所望の界面形状を形成することができる。また、温度調節のため電流印加によるジュール熱を利用するので、容器１０内の透明液１６やマイクロバブル１７に直接電圧を印加しこれらの表面張力を変化させる場合に比して、印加電圧を低減できる。

Description

光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法
　本発明は、光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法に関する。
　従来、光学素子として、特開２００８－２９８８２１号公報に示されるように、光を透過させて光の回折角を制御するための回折格子であって、等間隔に配列されて平行に延びる隔壁を備え、隣接する隔壁の間を絶縁性の液体及び導電性の液体により満たし、導電性の液体に電圧を印加することでこれらの液体間に形成された界面の位置を変化させ、格子定数を可変とするものが知られている。
　この回折格子では、エレクトロウェッティング現象（電気毛管現象）を利用している。エレクトロウェッティング現象とは、導電性の液体と電極との間に電圧を印加した際に、液体の表面張力が変化し、これに伴い液体表面の形状が変化する現象である。このような現象を用いて、この回折格子では、印加する電圧を大きくすることにより液体の表面張力を低下させ、界面の位置を高くしている。
特開２００８－２９８８２１号公報
　しかしながら、上記の回折格子では、液体に電圧を印加することにより界面の形状や位置を変化させているため、界面を所望の形状や位置に変化させることはできなかった。
　そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、所望の界面形状を形成することができる光学素子、光学素子アレイ、及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
　すなわち本発明に係る光学素子は、光を透過させる容器と、容器内に収容されて第１の相を成す第１の透明物質と、容器内に収容されて第１の相とは異なる第２の相を成し、第１の透明物質との間において第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、第１の透明物質及び第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより界面の形状を制御する界面形状制御手段と、を備えて構成される。
　この発明では、第１の相を成す第１の透明物質と第２の相を成す第２の透明物質との少なくとも一方が、界面形状制御手段によって温度調節される。そして、温度調節された透明物質が熱膨張又は熱収縮することにより、第１の透明物質と第２の透明物質との間に形成される曲面状の界面の形状が変化する。よって、界面形状の制御が可能となり、所望の界面形状を形成することができる。ここで、温度調節のために電流を印加する場合、容器内の物質に直接電圧を印加し当該物質の表面張力を変化させる場合に比して、印加電圧を低減できる。従って、電流によるジュール熱を利用する方法を取ることとすれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
　ここで、第１の相は液相であり、第２の相は気相であることが好ましい。
　この発明によれば、気相を成す第２の透明物質は、容積あたりの質量が小さい（密度が低い）ため重力の影響を受けにくい。よって、界面の形状を精度良く制御することができる。また、液－液系と比較して、混合による品質低下を防ぐことができる。
　また、界面形状制御手段は、第１の透明物質及び第２の透明物質のうち少なくとも一方を熱膨張又は熱収縮させることにより界面の形状を制御することが好ましい。
　この発明によれば、第１の透明物質及び第２の透明物質のうち少なくとも一方が、界面形状制御手段によって熱膨張又は熱収縮するため、界面の形状が変化し易くなる。よって、界面形状の制御が可能になる。
　また、界面形状制御手段は、界面の曲率を制御することが好ましい。
　この発明によれば、界面形状制御手段によって界面の曲率が制御されるため、容器に光を透過させる場合の屈折力（レンズパワー）を制御することができる。
　また、界面形状制御手段は、容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、発熱部は、その中央に幅狭部を有することが好ましい。
　この発明によれば、発熱部の中央にある幅狭部では電気抵抗が大きくなるため、この幅狭部の温度は、発熱部の中で最も高くなる。よって、発熱部の中央付近にある透明物質を、小さい電流で十分に加熱することができる。これにより、透明物質を容易に熱膨張及び相変化させることができ、透明物質の形状の制御が容易になる。
　また、容器は、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、第２の透明物質は、第１の壁部の周辺と第２の壁部の周辺とに分かれて配置されていることが好ましい。
　この発明によれば、第１の透明物質は、第１の壁部と第２の壁部との間において、第２の透明物質により両側から挟まれるように配置される。ここで、第１の透明物質と第２の透明物質との間に形成される界面の形状は、第２の透明物質から第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状となっている。そのため、第１の壁部と第２の壁部とのそれぞれから容器の内方に向けて膨らんだ形状の２面の界面が形成される。よって、このような２面の界面により、第１の壁部と第２の壁部との間に凹レンズを形成することができる。
　また、容器を２つ備え、容器のそれぞれは、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、容器のそれぞれにおいて、第２の透明物質は、第１の壁部の周辺に配置されており、２つの容器の第１の壁部同士が接合されていることが好ましい。
　この発明によれば、２つの容器のそれぞれにおいて、第１の壁部から第２の壁部に向けて膨らんだ形状の界面が形成され、２つの容器の第１の壁部同士が接合される。このようにすれば、接合された第１の壁部同士を断面に含むような、２つの容器にわたる凸レンズを形成することができる。
　また、上記の光学素子を複数配列させた光学素子アレイによれば、各光学素子において、容器内に形成される界面の形状を制御することができる。よって、各光学素子の屈折力を自在に変化させることができる。例えば、複数の光源を配列し光源のそれぞれに対応させて光学素子を配列すれば、複数の光源から出射される光を自在に集光又は拡散させることができる。
　また、本発明に係る光学素子の製造方法は、光を透過させる容器内に導電性の液体が充填された光学素子の製造方法であって、一方の面が開放された容器を用い、一方の面の位置に第１の電極を形成し、一方の面に対向する他方の面の位置に第２の電極を形成する電極形成ステップと、液体を帯電させ、第１の電極に液体とは逆電荷の電圧を印加し、液体を一方の面から容器内に流入させる液体流入ステップと、第１の電極に液体と同電荷の電圧を印加し、第２の電極に液体とは逆電荷の電圧を印加し、液体を容器内に充填する液体充填ステップと、を含むことを特徴とする。
　本発明に係る光学素子の製造方法では、液体流入ステップで、帯電させた液体を一方の面から容器内に流入させるにあたり、一方の面の位置に形成された第１の電極には、液体とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、第１の電極の表面に接する液体の濡れ性が向上する。よって、一方の面からの液体の流入をスムーズに行うことができる。また、液体充填ステップでは、第１の電極に液体と同電荷の電圧が印加され、第２の電極に液体とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、第２の電極の表面に接する液体の濡れ性が向上する。よって、他方の面の周辺において、隅々まで液体を充填することができる。
　このような光学素子の製造方法によれば、容器が小さい場合であっても、容器の隅々まで液体を行き渡らせることができる。したがって、容器内に透明物質を収容する上記の光学素子及び光学素子アレイを、好適に製造することができる。
　本発明によれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
本発明の第１実施形態に係る光学素子を示す概要図である。 図１中の容器部分のII－II線に沿う断面図である。 図１の光学素子における気泡の成長状態を示す概念図である。 図３中の容器部分のIV－IV線に沿う断面図である。 レンズの曲率と屈折力の関係を示す側断面図である。 図１の光学素子を複数配列した光学素子アレイを示す概要図である。 図６中の容器部分の側面図である。 図６の光学素子アレイを用いた光学系システムの例を示す図である。 図６の光学素子アレイの製造工程を示す断面図及び上面図である。 図９に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。 図１０に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。 図１１に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。 図１２に続く製造工程を示す断面図及び上面図である。 第２実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。 第３実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。 第４実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。 図１６の光学素子をヘッドアップディスプレイに適用した場合の映像表示例を示す図である。 第５実施形態に係る光学素子の容器部分の側断面図である。 図１８の光学素子を複数配列した光学素子アレイの側面図である。
　以下、本発明の実施形態に係る光学素子について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る光学素子を示す概要図、図２は、図１中の容器部分のII－II線に沿う断面図である。本実施形態に係るマイクロレンズ（光学素子）１は、例えばレーザ光源の出射側に配置され、当該レーザ光源から出射されたレーザ光を屈折させるためのものである。
　マイクロレンズ１は、光を透過させる略立方体形状の中空容器１０を備えている。この容器１０は、透明絶縁膜により形成されており、所定の厚みを有する６面の壁部１１から構成されている。６面の壁部１１は、密閉された略立方体形状の内部空間Ｓを形成しており、容器１０は、その内部空間Ｓ内に液体又は気体を封入可能となっている。容器１０を形成する透明絶縁膜として、例えば、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸リチウム等を用いることができる。容器１０の大きさは特に限定されないが、典型的には、一辺の長さが５０～１００μｍ程度となっている。
　容器１０を構成する６面の壁部１１のうち、互いに対向する壁部である第１の側壁（壁部）１１ａ及び第２の側壁（壁部）１１ｂ（図２参照）は、容器１０の光透過面として機能する。なお、図１では、容器１０内の構成の理解を容易にするために第１の側壁１１ａは示していないが、第１の側壁１１ａは、図示手前側の面に位置している。以下、第１の側壁１１ａ及び第２の側壁１１ｂを単に「側壁１１ａ，１１ｂ」ともいう。
　このような容器１０に加え、マイクロレンズ１は、側壁１１ａ，１１ｂのそれぞれに形成されて通電により発熱する板状のヒータ（発熱部）１２，１２と、配線４によりヒータ１２，１２に接続され、ヒータ１２，１２に電流を印加すると共にその発熱量を制御する制御部３と、容器１０の内部空間Ｓ側からヒータ１２，１２の表面（内部空間Ｓ側の面）１２ａを覆うように形成された板状の絶縁膜１３，１３とを備えている。なお、図２では、制御部３については図示を省略している（以下、図４、図５、図７、及び図８においても同様とする）。
　更に、マイクロレンズ１は、容器１０内に収容されて液相（第１の相）を成す透明液（第１の透明物質）１６と、容器１０内に収容されて気相（第２の相）を成し、透明液１６との間において透明液１６に向けて膨らんだ曲面上の界面Ｂ（図２参照）を形成する気泡であるマイクロバブル（第２の透明物質）１７と、を備えている。すなわち、透明液１６とマイクロバブル１７とは、互いに異なる相を成している。
　ヒータ１２は、発熱することによりマイクロバブル１７及び透明液１６に熱を伝達し、マイクロバブル１７及び透明液１６を熱膨張又は熱収縮させるためのものである。このヒータ１２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）等により形成された透明電極である。ヒータ１２は、側壁１１ａ，１１ｂの内壁面上の一部に形成されている。そして、ヒータ１２は、側壁１１ａ，１１ｂの端辺同士を連結し互いに対向する上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄ（以下、単に「壁１１ｃ，１１ｄ」ともいう）に掛け渡されるように延在している。すなわち、ヒータ１２は、その長手方向（図１の上下方向）の長さが内部空間Ｓの一辺の長さよりも若干長くされており、当該長手方向の端部１２ｃ，１２ｄが、壁１１ｃ，１１ｄにそれぞれ接触している。
　以下の説明において、側壁１１ａ，１１ｂの壁面に垂直な方向（ヒータ１２に垂直な方向）を「厚さ方向」、壁１１ｃ，１１ｄの壁面に垂直な方向（ヒータ１２の長手方向に平行な方向）を「長さ方向」、側壁１１ａ，１１ｂ及び壁１１ｃ，１１ｄのいずれとも平行な方向（ヒータ１２の短手方向に平行な方向）を「幅方向」という。
　図１に示すように、ヒータ１２の端部１２ｃ，１２ｄは、幅方向の長さが幅Ｌ１とされている。また、ヒータ１２は、その中央に狭幅部１２ｅを有している。ここでいう「中央」とは、一方の端部１２ｃと他方の端部１２ｄとの中間位置であり、「略中央」を含む。狭幅部１２ｅは、幅方向の長さが幅Ｌ１よりも短い幅Ｌ２とされている。そして、ヒータ１２の形状は、端部１２ｃ，１２ｄから狭幅部１２ｅに向かうにつれて幅方向の長さが漸減している。このようにして、ヒータ１２は、狭幅部１２ｅに対して対称な形状とされている。
　制御部３は、ヒータ１２の発熱量を制御することにより、マイクロバブル１７及び透明液１６を熱膨張又は熱収縮させ、界面Ｂの曲率を制御するためのものである。言い換えれば、制御部３は、マイクロバブル１７及び透明液１６の温度調節を行うことにより界面Ｂの形状を制御する。制御部３は、ヒータ１２の発熱量や、マイクロバブル１７及び透明液１６の温度を検出する手段を有している。更に、制御部３は、容器１０内に透明液１６を供給する制御及び容器１０内から透明液１６を排出する制御を行う。この透明液１６の供給制御及び排出制御では、容器１０を介して透明液１６を供給・排出できる手法であればいずれの手法が用いられてもよい。制御部３は、界面Ｂの形状制御に係る演算のため、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)を含むコンピュータを有している。
　ヒータ１２を覆う絶縁膜１３は、ヒータ１２とマイクロバブル１７及び透明液１６との接触を防ぎつつ、ヒータ１２からの熱をマイクロバブル１７及び透明液１６に伝達するためのものである。絶縁膜１３は、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸リチウム等の透明絶縁膜により形成されており、ヒータ１２の表面１２ａ全面を覆っている。より詳しくは、絶縁膜１３は、ヒータ１２の外形形状よりも一回り大きい外形形状を成している。すなわち、絶縁膜１３の長さ方向の端部１３ｃ，１３ｄは、幅方向の長さがヒータ１２の端部１２ｃ，１２ｄの幅Ｌ１よりも多少長くなっている。更に、絶縁膜１３は、ヒータ１２の幅方向の端部１２ｆ（図１参照）において厚さ方向に延びる端面（図示せず）をも覆っている。なお、配線４は、端部１２ｃ，１２ｄにそれぞれ接続されている。
　ここで、第１の側壁１１ａ、第２の側壁１１ｂ、及び絶縁膜１３のそれぞれにおいて、内部空間Ｓに面する表面は、後述するマイクロバブル１７の形状制御のため、濡れ性を向上させる加工を施されていることが望ましい。
　容器１０、ヒータ１２、制御部３、配線４、及び絶縁膜１３は、既存の半導体製造技術により製造することができる。その製造方法は、後述するマイクロレンズアレイの製造工程と同様である。
　透明液１６及びマイクロバブル１７は、相のみが異なっており、同一の組成を有する物質である。透明液１６及びマイクロバブル１７として、例えば、パーフルオロカーボン（フロリナート（登録商標））やシリコーン等を用いることができる。透明液１６は、ヒータ１２からの熱を受けて局所的に沸騰し、蒸気気泡となってマイクロバブル１７となる。このとき、透明液１６とマイクロバブル１７との合計の体積を内部空間Ｓの容積に一致させるように、制御部３により透明液１６の排出を行う。また、マイクロバブル１７は、容器１０から外部への放熱等により冷却されて凝縮し、透明液１６となる。このとき、透明液１６とマイクロバブル１７との合計の体積を内部空間Ｓの容積に一致させるように、制御部３により透明液１６の供給を行う。このような制御により、透明液１６の体積とマイクロバブル１７の体積との合計は、内部空間Ｓの容積に一致する。透明液１６及びマイクロバブル１７は、制御部３によって所定の体積及び形状に制御される。
　マイクロバブル１７は、第１の側壁１１ａの周辺と第２の側壁１１ｂの周辺との２箇所に分かれて対称的に配置されている（図２参照）。マイクロバブル１７は、互いに近接する方向に膨らんだ略ドーム状の形状を呈しており、その底面１８が側壁１１ａ，１１ｂ及び絶縁膜１３に当接すると共に、厚さ方向から見て内部空間Ｓの壁面に内接している（図１参照）。また、マイクロバブル１７は、そのドーム部分１９（図２参照）が内部空間Ｓの内方に向けて膨らんだ球面状（曲面状）とされると共に、透明液１６との間に界面Ｂを形成している。ドーム部分１９の立ち上がり部（底面１８寄りの部分）が側壁１１ａ，１１ｂに対して成す接触角は、表面処理の状態によって所定の角度θに決まる。
　以下の説明において、第１の側壁１１ａの周辺に形成されたマイクロバブル１７を入射側マイクロバブル１７ａともいい、第２の側壁１１ｂの周辺に形成されたマイクロバブル１７を出射側マイクロバブル１７ｂともいう（図２参照）。
　入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとは、厚さ方向に距離ｄ離間している。そして、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとによって両側から挟まれるようにして、透明液１６が配置されている。そして、入射側マイクロバブル１７ａと透明液１６との間及び出射側マイクロバブル１７ｂと透明液１６との間に形成された２面の界面Ｂにより、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとの間に凹レンズが形成されている。
　なお、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとは、対称的に配置される場合に限られず、それぞれ異なった形状を成すことも可能である。マイクロバブル１７の形状制御について、以下に説明する。
　図３は、マイクロレンズ１における気泡の成長状態を示す概念図であり、図４は、図３中の容器１０部分のIV－IV線に沿う断面図である。まず、容器１０内には、所定温度の透明液１６が満たされている。制御部３によりヒータ１２に電圧が印加されヒータ１２に電流が流れると、次の式（１）に従って、ヒータ１２の狭幅部１２ｅが発熱する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記式（１）において、
　　Ｑ：発熱量
　　Ｒ：狭幅部１２ｅの抵抗
　　Ｉ：ヒータ１２を流れる電流
　　ｍ：透明液１６の重量
　　ｃ：透明液１６の比熱
　　ｔ：通電時間
　である。
　発熱量Ｑの発熱がヒータ１２の狭幅部１２ｅで生じると、その熱が絶縁膜１３を介して透明液１６に伝達され、透明液１６が狭幅部１２ｅに対応する位置で局所的に蒸発する。そして、狭幅部１２ｅの周辺に初期のマイクロバブル１７が生じる（図３、図４の仮想線参照）。更に、このマイクロバブル１７は、通電時間ｔの経過と共に大きくなる。
　ここで、
　ｒ：マイクロバブル１７のドーム部分１９の半径
　Κ：界面Ｂの曲率
　とすると、次の式（２）の関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、マイクロレンズ１の容器１０は、外部との熱のやり取りを常に行っているため、一定の熱量Ｑｏｕｔを奪われている。よって、初期のマイクロバブル１７発生後に通電を止めたとすると、マイクロバブル１７の半径ｒはその内部の圧力Ｐと透明液１６の表面張力が等しい大きさにまで小さくなる。なお、容器１０から放出される熱量Ｑｏｕｔは、容器１０の壁部１１の熱伝導係数にも影響される。
　そして、熱を奪われた透明液１６は温度が低下し、マイクロバブル１７も界面Ｂを通じて熱を奪われ、結果として温度変化ΔＴだけ温度が低下する。ここでは、熱量Ｑｏｕｔと温度変化ΔＴとの間において次の式（３）の比例関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　気体の状態方程式により、次の式（４）が成り立つため、温度が温度変化ΔＴ低下すると、マイクロバブル１７の内圧ＰＢと体積変化ΔＶとの積が低下する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、
　ＰＢ：マイクロバブル１７の内圧
　ΔＶ：マイクロバブル１７の体積変化
　ｎ：マイクロバブル１７のモル数
　Ｒ：気体定数
　ΔＴ：マイクロバブル１７の温度変化
　である。
　内圧ＰＢと体積変化ΔＶとの積ＰＢΔＶが低下するにあたり、内圧ＰＢはマイクロバブル１７が透明液１６から押される外圧とも等しくなる。そのため、内圧ＰＢが当該外圧と等しくなるまで、マイクロバブル１７の体積が減少する。
　マイクロバブル１７の半径ｒを保持するためには、所定の熱量Ｑｅをヒータ１２により与え続ける必要がある。マイクロバブル１７の半径ｒは、ヒータ１２のオンオフによって所定の熱量Ｑｅを与えたり与えなかったりすることで、拡大又は縮小させることが可能となる。ヒータ１２の発熱量Ｑと、マイクロバブル１７の半径ｒとの関係は、次の式（５）の通りとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　よって、ヒータ１２のオンオフにより、マイクロバブル１７（界面Ｂ）の形状と共に半径ｒ（すなわち曲率Κ）を制御し、前述の凹レンズの屈折力を制御することができる。
　このように、本実施形態のマイクロレンズ１においては、ヒータ１２、制御部３、配線４、及び絶縁膜１３を備えて、界面Ｂの形状を制御する曲率制御部（界面形状制御手段）６が構成されている。すなわち、曲率制御部６は、透明液１６及びマイクロバブル１７の温度調節を行うことにより、透明液１６及びマイクロバブル１７を熱膨張又は熱収縮させ、この熱膨張又は熱収縮により界面Ｂの曲率Κを制御する機能を有している。
　図５は、レンズの曲率と屈折力の関係を示す側断面図である。図５（ａ）に示すように、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとが距離ｄ離間している場合、屈折力（レンズパワー）φは、次の式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、
　φ：マイクロレンズ１の屈折力（レンズパワー）
　ｎａ：透明液１６の屈折率
　Κ１：入射側マイクロバブル１７ａにより形成される界面Ｂの曲率
　Κ２：出射側マイクロバブル１７ｂにより形成される界面Ｂの曲率
　ｄ：入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとの離間距離
　である。
　上記式（２）に示したように、入射側マイクロバブル１７ａ及び出射側マイクロバブル１７ｂの半径が決まると、曲率Κ１，Κ２が決まる。そして、式（６）に示すように、所定の曲率Κ１，Κ２に対し所定の屈折力φが得られる。
　例えば、図５（ｂ）に示すように、曲率Κ１，Κ２が図５（ａ）に示した場合よりも大きくなると、屈折力φは大きくなり、マイクロレンズ１による光の屈折作用は強くなる。また、図５（ｃ）に示すように、曲率Κ１，Κ２が図５（ａ）に示した場合よりも小さくなると、屈折力φは小さくなり、マイクロレンズ１による光の屈折作用は弱くなる。
　次に、マイクロレンズ１を複数配列させて成る本実施形態のマイクロレンズアレイについて説明する。図６は、図１のマイクロレンズ１を複数配列したマイクロレンズアレイを示す概要図、図７は、図６中の容器部分の側面図である。図６及び図７に示すように、マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）３０は、マイクロレンズ１を長さ方向及び幅方向に複数配列させたものである。このマイクロレンズアレイ３０では、マイクロレンズ１がＭ行Ｎ列（Ｍ，Ｎは自然数）のマトリックス状に配列されている。マイクロレンズアレイ３０は、Ｍ行Ｎ列のマトリックス状に配列された容器１０と、配線４により各容器１０に接続され、各容器１０におけるヒータ１２の発熱量を制御する制御部３３と、を備えている。
　このマイクロレンズアレイ３０においては、制御部３３、配線４、各マイクロレンズ１のヒータ１２及び絶縁膜１３（図１参照）を備えて、界面Ｂの形状を制御する曲率制御部（界面形状制御手段）３６が構成されている。なお、制御部３３は、各マイクロレンズ１の制御部３（図１参照）をマイクロレンズ１の個数と同数備えるものであってもよいし、まとまった一台の装置として構成され、各容器１０内の界面Ｂの形状を制御可能なものであってもよい。
　このようなマイクロレンズアレイ３０においても、各容器１０内に形成される界面Ｂの曲率Κが制御されるため、各マイクロレンズ１の屈折力φを自在に変化させることができる。例えば、マイクロレンズアレイ３０では、ｊ列における屈折力φｊは屈折力φ１，ｊ～φＭ，ｊとなり、このうちｉ行ｊ列のマイクロレンズ１における屈折力は、屈折力φｉ，ｊとなる（図７参照）。
　また、図８に示すように、マイクロレンズアレイを用いた光学系システム１００を構成することも可能である。この光学系システム１００は、複数配列した光源（例えばレーザ光源等）３５と、各光源３５に対応させてマイクロレンズ１を配列したマイクロレンズアレイ３０Ａとを有している。また、光学系システム１００は、マイクロレンズアレイ３０Ａと投影面３６との間に配置された光学リレーレンズ３７を有している。このような光学系システム１００では、投影面３６における映写像の拡大や縮小、ゆらぎ補正等が可能となる。
　続いて、マイクロレンズアレイ３０の製造方法について説明する。図９～図１３は、図６のマイクロレンズアレイ３０の製造工程を示す断面図及び上面図である。各図において、左側に長さ方向から見た断面図を、右側に厚さ方向から見た上面図を示している。断面図では、配列数が４列の例について示している。また、上面図では、そのうち一のマイクロレンズ１のみを示している。なお、以下の説明では、容器１０にニオブ酸リチウムを用い、ヒータ１２にＩＴＯ電極を用いる場合について説明する。
　まず、図９（ａ）に示すように、所定厚さのニオブ酸リチウム基板５０を用意する（Ｓ１）。次に、図９（ｂ）に示すように、エッチングにより、厚さ方向の１面が開放された略立方体形状の空隙５１を形成する（Ｓ２）。ここで、この空隙５１は、容器１０の内部空間Ｓに相当するものである。また、空隙５１の開放された面を上面（一方の面）５１ａといい、一方の面に対向する面を底面（他方の面）５１ｂという。
　次に、図１０（ａ）に示すように、空隙５１の底面５１ｂの位置に下部ＩＴＯ電極５２を形成する（Ｓ３）。この下部ＩＴＯ電極５２は、ヒータ１２に相当するものである。次に、図１０（ｂ）に示すように、上面５１ａの位置の直下まで、空隙５１内に酸化膜５３を所定高さ堆積させる（Ｓ４）。
　次に、図１１（ａ）に示すように、上面５１ａの位置に上部ＩＴＯ電極５４を形成する（Ｓ５）。この上部ＩＴＯ電極５４は、ヒータ１２に相当するものである。次に、図１１（ｂ）に示すように、酸化膜５３をエッチングにより除去する（Ｓ６）。すなわち、これらのステップＳ３～ステップＳ６は、上面５１ａが開放されたニオブ酸リチウム基板（容器）５０を用い、上面５１ａの位置に上部ＩＴＯ電極（第１の電極）５４を形成し、底面５１ｂの位置に下部ＩＴＯ電極（第２の電極）５２を形成する電極形成ステップに相当する。なお、ヒータ１２と制御部３３とを接続する配線４も、ヒータ１２と同様にして形成される。
　次に、図１２（ａ）に示すように、下部ＩＴＯ電極５２及び上部ＩＴＯ電極５４を覆うようにしてゲート酸化膜５６を形成する（Ｓ７）。このゲート酸化膜５６は、絶縁膜１３に相当するものである。なお、ゲート酸化膜５６は、従来知られているＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。
　次に、図１２（ｂ）に示すように、パーフルオロカーボン等の導電性の液体充填材５７を用意すると共に、この充填材５７にプラスの電圧を印加する（プラスに帯電させる）。また、上部ＩＴＯ電極５４の空隙５１側（図示下側）をＧＮＤに印加する（接地する）。そして、充填材５７を上面５１ａから空隙５１に流入させる（Ｓ８）。この充填材５７は、透明液１６に相当するものである。すなわち、このステップＳ８は、充填材５７を帯電させ、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７とは逆電荷の電圧を印加し、充填材５７を上面５１ａから容器内に流入させる液体流入ステップに相当する。このような液体流入方法によれば、いわゆるエレクロトウェッティング現象により、上部ＩＴＯ電極５４に対する充填材５７の濡れ性が向上し、充填材５７の流入が促進される。
　次に、図１３（ａ）に示すように、下部ＩＴＯ電極５２にプラスの電圧を印加する。また、上部ＩＴＯ電極５４をＧＮＤに印加する（接地する）。そして、充填材５７を空隙５１内に充填する（Ｓ９）。すなわち、このステップＳ９は、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７と同電荷の電圧を印加し、下部ＩＴＯ電極５２に充填材５７とは逆電荷の電圧を印加し、充填材５７を容器内に充填する液体充填ステップに相当する。このような液体充填方法によれば、いわゆるエレクロトウェッティング現象により、下部ＩＴＯ電極５２に対する充填材５７の濡れ性が向上し、充填材５７が下部ＩＴＯ電極５２周辺に隙間無く充填される。
　そして、図１３（ｂ）に示すように、複数の空隙５１の上面５１ａを幅方向及び長さ方向に覆うようにしてＵＶ硬化樹脂５８が形成され、空隙５１が封止される（Ｓ１０）。すなわち、このステップＳ１０により、空隙５１内に充填材５７が封入される。更に、図示は省略するが、下部ＩＴＯ電極５２及び上部ＩＴＯ電極５４のそれぞれに対し、配線４を介して制御部３３（図６参照）が接続される。
　このような一連の工程により、図６に示したマイクロレンズアレイ３０が製造される。
　以上説明した本実施形態のマイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、液相を成す透明液１６及び気相を成すマイクロバブル１７が曲率制御部６によって温度調節される。そして、温度調節された透明液１６、マイクロバブル１７が熱膨張又は熱収縮することにより、透明液１６とマイクロバブル１７との間に形成される曲面状の界面Ｂの形状が変化する。よって、界面形状の制御が可能となり、所望の界面形状を形成することができる。また、温度調節のため電流印加によるジュール熱を利用するので、容器１０内の透明液１６やマイクロバブル１７に直接電圧を印加しこれらの表面張力を変化させる場合に比して、印加電圧を低減できる。従って、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
　例えば、直接電圧を印加する従来のエレクトロウェッティング方式では１００Ｖ程度の電圧が必要であったのに対し、本実施形態では、５Ｖ程度と格段に低い電圧で界面Ｂの形状を制御可能である。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、気相を成すマイクロバブル１７は、容積あたりの質量が小さい（密度が低い）ため重力の影響を受けにくい。よって、界面Ｂの形状を精度良く制御することができる。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、透明液１６及びマイクロバブル１７が曲率制御部６によって熱膨張又は熱収縮するため、界面Ｂの形状が変化し易くなる。よって、界面形状の制御が可能になる。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、曲率制御部６によって界面Ｂの曲率が制御されるため、容器１０に光を透過させる場合の屈折力φを制御することができる。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、ヒータ１２の中央にある狭幅部１２ｅでは電気抵抗が大きくなるため、この狭幅部１２ｅの温度は、ヒータ１２の中で最も高くなる。よって、ヒータ１２の中央付近にある透明液１６やマイクロバブル１７を、小さい電流で十分に加熱することができる。これにより、透明液１６やマイクロバブル１７を容易に熱膨張及び相変化させることができ、透明液１６やマイクロバブル１７の形状の制御が容易になる。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、透明液１６は、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとの間において、入射側マイクロバブル１７ａ及び出射側マイクロバブル１７ｂにより両側から挟まれるように配置される。そのため、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとのそれぞれから容器１０の内方に向けて膨らんだ形状の２面の界面Ｂが形成される。よって、このような２面の界面Ｂにより、第１の側壁１１ａと第２の側壁１１ｂとの間に凹レンズを形成することができる。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、ヒータ１２への通電時間ｔや印加電流Ｉの大きさによりマイクロバブル１７の半径ｒを容易にコントロールできるため、レンズの屈折力φを大きく変化させることができる。また、屈折力φはマイクロバブル１７のドーム部分１９の半径ｒのみに依存するので、透明液１６の液質が変化した場合であっても、印加電流Ｉを変更するだけで屈折力φを容易に修正できる。
　また、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０によれば、液相と気相とにより界面Ｂが形成されるため、液相同士の場合のように互いに混ざり合うことがなく、界面Ｂを容易に形成できると共に、物質の変質も少ない。また、上記のように気相は重力の影響を受けにくいため、容器１０を小さくすればするほど、重力に対してロバストになる。更にまた、容器１０の外部への熱放出とヒータ１２による加熱とのバランスによりマイクロバブル１７の大きさや形状が決まるため、界面Ｂの形状を容易に制御できる。
　また、マイクロレンズアレイ３０によれば、各マイクロレンズ１において、容器１０内に形成される界面Ｂの形状を制御することができる。よって、各マイクロレンズ１の屈折力を自在に変化させることができる。例えば、複数の光源３５を配列し各光源３５に対応させてマイクロレンズ１を配列すれば、複数の光源３５から出射される光を自在に集光又は拡散させることができる。
　更にまた、本実施形態のマイクロレンズアレイ３０の製造方法によれば、液体流入ステップＳ８で、帯電させた充填材５７を上面５１ａから空隙５１に流入させるにあたり、上面５１ａに形成された上部ＩＴＯ電極５４には、充填材５７とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、上部ＩＴＯ電極５４の表面に接する充填材５７の濡れ性が向上する。よって、上面５１ａからの充填材５７の流入をスムーズに行うことができる。また、液体充填ステップＳ９では、上部ＩＴＯ電極５４に充填材５７と同電荷の電圧が印加され、下部ＩＴＯ電極５２に充填材５７とは逆電荷の電圧が印加される。そのため、下部ＩＴＯ電極５２の表面に接する充填材５７の濡れ性が向上する。よって、底面５１ｂの周辺において、隅々まで充填材５７を充填することができる。
　このような光学素子の製造方法によれば、容器１０が小さい場合であっても、容器１０の隅々まで充填材５７を行き渡らせることができる。したがって、マイクロレンズ１及びマイクロレンズアレイ３０を、好適に製造することができる。
　（第２実施形態）
　図１４は、第２実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１４に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ａが図１及び図２に示した第１実施形態のマイクロレンズ１と違う点は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄにも発熱部としてのヒータ１２Ａを備えた点である。ヒータ１２Ａは、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄの内壁面上に形成されており、第２の側壁１１ｂの近傍から壁１１ｃ，１１ｄの中央付近まで厚さ方向に延在している。また、ヒータ１２Ａを覆うようにして、絶縁膜１３Ａが形成されている。なお、図１４では、制御部３については図示を省略している（以下、図１５、図１６、図１８、及び図１９においても同様とする）。
　このようなマイクロレンズ１Ａによれば、入射側マイクロバブル１７ａと出射側マイクロバブル１７ｂとを非対称な形状とすることができる。具体的には、出射側マイクロバブル１７ｂを、第２の側壁１１ｂの周辺だけでなく、壁１１ｃ，１１ｄの周辺にまで配置することができ、半径ｒを大きくすることができる。このようにすれば、入射側マイクロバブル１７ａの曲率を大きくする一方で、出射側マイクロバブル１７ｂの曲率を小さくするような制御が可能となる。
　（第３実施形態）
　図１５は、第３実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１５に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ｂが図１及び図２に示した第１実施形態のマイクロレンズ１と違う点は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄに冷却部としてのペルチェ素子２０を埋設した点である。このペルチェ素子２０は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄの略全面に亘って埋設されていてもよいし、一部に埋設されていてもよい。
　このようなマイクロレンズ１Ｂによれば、ペルチェ素子２０により容器１０内のマイクロバブル１７を効率的に冷却することができ、吸熱過程の応答速度を高めることができる。よって、発熱と吸熱との切り替え時の応答性能が向上し、マイクロバブル１７の大きさを迅速に制御することができる。なお、本実施形態では、吸熱が起こる経路は、マイクロバブル１７、透明液１６、壁１１ｃ，１１ｄ、ペルチェ素子２０の順となる。
　（第４実施形態）
　図１６は、第４実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１６に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ｃが図１５に示した第３実施形態のマイクロレンズ１Ｂと違う点は、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄのそれぞれにおいて、厚さ方向に互いに離間して並設された複数の微小な発熱部であるヒータ２２ａ～２２ｉ及びヒータ２３ａ～２３ｉを備えた点である。このヒータ２２ａ～２２ｉ及びヒータ２３ａ～２３ｉは、上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄの略全面に亘って形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。また、ヒータ２２ａ～２２ｉ及びヒータ２３ａ～２３ｉを覆うようにして、絶縁膜１３Ｃが形成されている。
　このようなマイクロレンズ１Ｃによれば、ヒータ２２ａ～２２ｉ及びヒータ２３ａ～２３ｉによって上部壁１１ｃ及び下部壁１１ｄにおける透明液１６による濡れ状態（又はマイクロバブル１７の発生状態）を部分的に細かく制御することができる。図１６に示す例では、上部壁１１ｃ側の一部のヒータ２２ｆ～２２ｉと、下部壁１１ｄ側のすべてのヒータ２３ａ～２３ｉをオンにすることで、オンにしたヒータの近傍において絶縁膜１３Ｃ壁面の濡れ性が向上すると共にマイクロバブル１７Ｃの発生が進み、図１６に示すような界面Ｂを形成することができる。従って、光の出射角度を制御可能となる。
　マイクロレンズ１Ｃでは、上記のように光の出射角度を制御可能であるため、マイクロレンズ１Ｃを複数配列させて、図８に示した光学系システム１００と同様のシステムを構成した場合には、焦点距離を可変とすることができる。そして、このようなシステムを車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に適用した場合、ＨＵＤ表示の中で遠い表示像と近い表示像とを使い分けることができる。
　例えば、図１７（ａ）に示す通常の表示状態では、車速を示す「７５ｋｍ／ｈ」が運転者の前方の所定位置に表示される。一方、警報（ウォーニング情報）を表示する等の非常時の表示状態では、図１７（ｂ）に示すように、運転者から近くに見えるように、非常時のメッセージ「エンジン異常」が表示される。このようにして、非常時にはウォーニング情報を近い表示像として表示させ、当該情報を運転者にいち早く気づかせるようにすることができる。
　（第５実施形態）
　図１８は、第５実施形態に係るマイクロレンズの容器部分の側断面図である。図１８に示すように、本実施形態のマイクロレンズ１Ｄが図１及び図２に示した第１実施形態のマイクロレンズ１と違う点は、容器１０を２つ備え、その２つの容器１０の第１の側壁１１ａ同士を接合した点と、第１の側壁１１ａの周辺のみにマイクロバブル１７Ｄが配置されており、第２の側壁１１ｂの周辺にはマイクロバブルが配置されていない点である。
　より詳しくは、マイクロレンズ１Ｄでは、第１の側壁１１ａ側に形成されたヒータ１２をオンにし、第２の側壁１１ｂ側に形成されたヒータ１２をオフにしている。このようにすれば、第１の側壁１１ａの周辺にのみマイクロバブル１７Ｄを発生させることができる。
　このようなマイクロレンズ１Ｄによれば、接合された第１の側壁１１ａを断面に含むような、２つの容器１０にわたる凸レンズを形成することができる。更には、マイクロレンズ１Ｄを長さ方向に配列することにより、図１９に示すような凸レンズアレイ８０を構成することもできる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、容器１０の６面の壁部すべてが透明絶縁膜により形成される場合について説明したが、側壁１１ａ，１１ｂのみが透明絶縁膜により形成されていてもよい。すなわち、側壁１１ａ，１１ｂ以外の４面は、不透明な絶縁膜により形成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、透明液１６及びマイクロバブル１７が曲率制御部６によって温度調節される場合について説明したが、透明液１６及びマイクロバブル１７のいずれか一方が曲率制御部６によって温度調節されてもよい。
　本発明によれば、印加電圧を低減しつつ所望の界面形状を形成することができる。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…マイクロレンズ（光学素子）、６…曲率制御部（界面形状制御手段）、１０…容器、１１ａ…第１の側壁（第１の壁部）、１１ｂ…第２の側壁（第２の壁部）、１２…ヒータ（発熱部）、１２ｅ…狭幅部、１６…透明液（第１の透明物質）、１７，１７ａ，１７ｂ…マイクロバブル（第２の透明物質）、３０…マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）、３６…曲率制御部（界面形状制御手段）、Ｂ…界面、Κ，Κ１，Κ２…曲率。

Claims (9)

  1. 　光を透過させる容器と、
    　前記容器内に収容されて第１の相を成す第１の透明物質と、
    　前記容器内に収容されて前記第１の相とは異なる第２の相を成し、前記第１の透明物質との間において前記第１の透明物質に向けて膨らんだ曲面状の界面を形成する第２の透明物質と、
    　前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方の温度調節を行うことにより前記界面の形状を制御する界面形状制御手段と、
    を備えた光学素子。
  2. 　前記第１の相は液相であり、前記第２の相は気相である請求項１記載の光学素子。
  3. 　前記界面形状制御手段は、前記第１の透明物質及び前記第２の透明物質のうち少なくとも一方を熱膨張又は熱収縮させることにより前記界面の形状を制御する請求項１又は２記載の光学素子。
  4. 　前記界面形状制御手段は、前記界面の曲率を制御する請求項１～３のいずれか一項記載の光学素子。
  5. 　前記界面形状制御手段は、前記容器の壁部に形成されて通電により発熱する板状の発熱部を有し、
    　前記発熱部は、その中央に幅狭部を有する、
    請求項１～４のいずれか一項記載の光学素子。
  6. 　前記容器は、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
    　前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺と前記第２の壁部の周辺とに分かれて配置されている、
    請求項１～５のいずれか一項記載の光学素子。
  7. 　前記容器を２つ備え、
    　前記容器のそれぞれは、互いに対向する第１の壁部と第２の壁部とを有し、
    　前記容器のそれぞれにおいて、前記第２の透明物質は、前記第１の壁部の周辺に配置されており、
    　２つの前記容器の前記第１の壁部同士が接合されている、
    請求項１～６のいずれか一項記載の光学素子。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の光学素子を複数配列させた光学素子アレイ。
  9. 　光を透過させる容器内に導電性の液体が充填された光学素子の製造方法であって、
    　一方の面が開放された容器を用い、前記一方の面の位置に第１の電極を形成し、前記一方の面に対向する他方の面の位置に第２の電極を形成する電極形成ステップと、
    　前記液体を帯電させ、前記第１の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記一方の面から前記容器内に流入させる液体流入ステップと、
    　前記第１の電極に前記液体と同電荷の電圧を印加し、前記第２の電極に前記液体とは逆電荷の電圧を印加し、前記液体を前記容器内に充填する液体充填ステップと、
    を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
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