JPH01246503A - 可変焦点積層型光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光学用素子に関する。

特に、複数個の弾性体が層状に重積されて構成され、弾
性体がそれ自体の形状を変化させられることにより焦点
距離が可変とされる光学用素子に関する。

［従来の技術］ 従来から知られている可変焦点レンズとしては特開昭５
５−３６８７５に見られるように弾性体製の容器に液体
が充填されてレンズ本体とされ、その液体圧力が変化さ
せられて容器の形状が変化させられることにより可変焦
点レンズとされたもの、あるいは特開昭５６−１１０４
０３　、同５８−８５４１５に開示されるように圧電体
が、レンズ本体として、使用されるものがある。

前者、所謂、液体レンズには、液体貯溜器と加圧装置が
必要であるため小型化が困難であり、また、重力変化・
振動による光学表面の変形量が大きい欠点があり、後者
においては焦点距離の変化量が小さい欠点がある。

発明者は、これらの欠点を克服するものとして弾性体の
光学表面が形状と広さが一定の開口部において突出、ま
たは、陥入させられて任意に変形させられ、所望焦点距
離にするものを、特開昭６０−８４５０２として提供し
た。

特開昭６０−８４５０２の発明の弾性体単一層からなる
レンズの小型化のためには、第３図に示されるように、
レンズ径ａに開口径すを接近させたものとされた場合、
光学表面の変化時に、その周縁部分の曲率が著しく大き
くなり、周縁部分以外の中央部分は曲率が大きくならず
、光学表面全体が非球面化する傾向がある。

発明者は、この非球面化を防止するため、各層が光軸方
向に対面して積層されている複数層の弾性体、弾性体の
周側面部を光学的に遮断し物理的に密閉する筒状体、お
よび、筒状体の光学的に開放されている両端の少なくと
も一端に設けられ弾性体の表面の一部が突出と陥入のた
め出入する開口部を有する周縁構造部材がある可変焦点
積層型光学素子を特願昭６１−８８４８３として提供し
た。

この積層型光学素子は、第４図と第５図に例示される通
り、ガラス板２、側壁３、開口板４などを以て構成され
た光学系用の容器内に、弾性体１が、収容されており、
弾性体ｌは光軸方向に対面して積層されている弾性率Ｅ
ｌの弾性体１−１と、弾性率Ｅ２の弾性体１−２からな
り、Ｅｌ＞Ｅ２とされる。

弾性体ｌの上方には、弾性体ｌを圧迫し、変形させるた
めの部材として開口板４が側壁３に内装されている。

開口板４には開口部４ａがあり、開口板４が上下に移動
させられることにより、開口部４ａに面している弾性体
１表面が突出または陥入させられる。

この突出・陥入時に弾性体ｌの変形が、Ｅ１対Ｅ２の比
率と、弾性体１−１と弾性体１−２の厚さの比率、弾性
体１−１と弾性体１−２の境界面形状などが適当に選択
されることにより、開口部４ａに面している弾性体１表
面の形状は、常時、球面状態とされ得るのであり、また
逆に、非球面状態にもされ得る。

［発明が解決しようとする課題］ 弾性体１が複数層からなる場合、弾性体の変形の程度が
大きくなるに伴い積層されている弾性体相互の間に剥離
、あるいは「ずれ」が生じる。

境界間に空間が生じた場合、この空間には気体が侵入し
、この気体が偏在し気泡化することにより各弾性体の境
界の表面形状を局部的、微視的に変化させ、弾性体ｌの
光学的性能は著しく低下させられる。

このため、弾性体相互が接触する境界に面する弾性体の
各弾性体の表面（以下、境界面と略称）相互が、接着剤
を介して結合されることが必要である。

しかし、この防止方法が利用されるに当っては接着剤に
は、優れた接着能力に加え、優れた光学性能と接着後の
弾性能が要求される。

また、弾性体間の剥離、あるいは「ずれ」を防止する他
の方法として、弾性体相互の間の境界部分に両弾性体を
構成している両物質が混和している状態する方法がある
。

この方法による場合には、各弾性体の層が形成される製
作過程において複雑な手順と微妙な処理が必要であり、
何らかの簡便な境界表面の良好な接合方法の開発が必要
である。

［課題を解決するための手段］ この発明は、光軸方向に対面して積層されている複数の
弾性体と、弾性体の表面の一部が突出と陥入のために出
入する開口部がある周縁構造部材とを有する可変焦点積
層型光学素子において、弾性体間の対面する一対の境界
面を、相互に重ね合せたときに密着状態となる粗面とし
て、複数の弾性体が密着させられている可変焦点積層型
光学素子それ自体であり、また、光軸方向に対面して積
層されている複数の弾性体と、弾性体の表面の一部が突
出と陥入のために、出入する開口部がある周縁構造部材
とを有する可変焦点積層型光学素子の製造方法において
、先に成形した弾性体の境界面を粗面化し、その後、該
境界面に、反応完了前の弾性体を接触させて反応を完結
させる可変焦点積層型光学素子の製造方法である。

即ち、各層が光軸方向に対面して積層されている複数層
の弾性体、弾性体の周側面部を光学的に遮断し物理的に
密閉する筒状体、および、筒状体の光学的に開放されて
いる両端の、少なくとも一端に設けられ、弾性体の表面
の一部が、突出と陥入のために出入する開口部を有する
周縁構造部材がある可変焦点積層型光学素子において、
複数層の弾性体の境界面表面が粗面状に形成される。

これらの境界面相互が密着・係合させられることにより
両面間の摩擦抵抗が大きくされ、両面間の滑動が除かれ
、密着状態が強固にされる。

この発明の光学素子においては、その弾性体の各層の材
料に屈折率において殆ど差異がない材料が採用され、密
着のための粗面からなる弾性体境界面は光学性能の低下
を招かぬ形状にされる。

境界面の全体形状は境界面が密着し相互の弾性体の表面
間に空隙が生じないように立体的に合同のものとするこ
とが望ましい。

再び、第４図を利用し、この発明を説明すれば弾性体１
−１と、ｌ−２との間に屈折率の差異がない場合、両者
の境界面１ｂには光学的性能上、両者の表面の粗さに制
限はなく、両面の形状変化時の歪などの影響が現れない
程度まで、境界面１ｂは粗面とされることが可能であり
、第１図（ａ）（ｂ）が例示するように、不規則的・規
則的な任意の形状が選択される。

例えば、第１図（ａ）に示すように境界面１ｂを断面が
三角形の連続する粗面、矩形の連続する粗面、曲面が凹
凸状に連続する粗面、第１図（ａ）に示すように全く不
定形の粗面、あるいはこれらが組合せられて連続する粗
面なとで構成される。

弾性体ｌ−１と、１−２との間に屈折率の差異が生じて
いる場合には、この光学素子の入射光が境界面１ｂにお
いて散乱しない程度、または光学的設計において、無視
され得る程度の表面粗さにされることが可能である。

例えば、屈折率差がＩＸ　１０−’以下である場合には
、第１図の（ａ）において、粗面の凹凸量が１０ミクロ
ン以下とされるならば、凹凸による光路波長はｌ　　ｘ
　　１０−’ｘ　　ｌ　　ｘ　　１０−２ｍｍ＝　１０
−’ｍｍ＝　０．０１ミクロンとなり光学的性能には影
響が及ばない。

境界面１ｂが粗面となることにより境界面１ｂが光軸に
対して垂直の方向に、その面積が拡大され、光軸方向に
移動させられる変形において、両表面の結合状態は極め
て強固となる。

この発明の光学素子用弾性体の材料物質として周知の多
種類のものが利用可能であるが、ポリシロキサン、ジエ
ン系ゴムなどが好ましいものとして挙げられる。

これらは与えられた応力により歪が生じて容易に形状変
化することは、勿論、応力が除去されたときに歪が回復
し形状は原型に復帰する可逆性があり、弾性率が異なる
ものが、容易に選択入手できるのであり、透過率、屈折
率など光学的特性にも優れ、更には熱、光などによって
硬化性状を発揮する点において、特に好ましい。

これらの材料を使用し、境界面が粗面とされた積層品を
製造する方法としては、この発明の複数相からなる光学
素子において、先に成形する層を型成形する際に、境界
面を成形する型表面を粗面化して、型転写法により粗面
を形成し、その後、その層に接触させて、次の層を反応
完結前の液状の状態を以て注入して積層し、反応を完結
させる後述の実施例１の方法、あるいは先に成形した層
の境界面を溶剤により部分的に溶解、または分解させる
ことにより粗面化し、その後、その層に接触させて、次
の層を反応完結前の液状状態を以て注入し積層して反応
を完結する後述の実施例２の方法などがある。

弾性体の溶解に使用される溶剤は、弾性体層の材質によ
り選択され、処理の強度により任意に選定されるが、ポ
リシロキサンの場合、強酸、強アルカリの溶液などが挙
げられる。

これらの方法により、複数の弾性体層が重積され弾性体
層の間の境界が、相互の粗表面の密接な結合からなると
きは、層間の機械的結合が増強されるため、層間に接着
剤が使用される方法における屈折率・接着剤弾性能の問
題、各弾性体の形成反応の完結前の積Ｍにより混合成分
層を介在させる方法における混合成分層の形状の不均一
性などの問題とは完全に無縁であり、弾性体積層品は、
力学的・光学的緒特性に優れた光学素子の主機能部とな
る。

［実施例］ 実施例　１ 第２図の（ａ）〜（ｄ）の順序によって、この発明の光
学素子を製作した。

まず、曲率が付いている部分の直径Ｃカ月２ｍｍ、全体
の直径が１７ｍｍのガラスＢＫ７が粒度Ｉ２００の微粉
研摩材含有水により中仕上研摩され、凸部の曲率半径が
４３ｍｍの球面形状とされて、第２図の（ａ）中の上型
１３が作製された。

上型１３の成型球面が、弾性体１１と１−２の境界面１
ｂの転写用の原型とされる。

原型表面粗さは十点平均粗さ５ミクロンであった。

この上型１３が、第２図（ａ）に示されるように予め設
置された下型１４と側型１５中に装入された。

なお、下型１４と側型１５は従来品のステンレス製金型
が使用された。

下型１４の凹部は鏡面加工し、その曲率半径は上型１３
と同様に４３ｍｍとされた。

筒状の側型１５は内径１５ｍｍのものとされた。

次いで、弾性体ｌ−１の形成のために、これらの型が形
成する内側空間中へ、２液型ＲＴＶシリコンゴムな混合
・脱泡後、［主剤にＥ１０６　（商品名：信越化学工業
製）と硬化剤Ｃａｔａｌｙｓｔ　ＲＧ　　（商品名：信
越化学工業製）の重量比１０：ｌの混合品］が、注入さ
れ、６５℃で４時間静置されて硬化させられ、光軸り上
の厚さＩ　ｍｍの弾性体１１が形成された。

次に、第２図（ｂ）に示されるように、上型１３が取り
除かれ、主剤ＫＥ１０６、硬化剤Ｃａｔａｌｙｓｔ　Ｒ
Ｇ、主剤にＥ１０４　（商品名：信越化学工業製）およ
び硬化剤Ｃａｔａｌｙｓｔ　１０４　（商品名：信越化
学工業製）が重量比１０：１：１００：１０を以て混合
され脱泡された溶液が、第２図（ｃ）に示されるように
ガラス板２、弾性体１−１と側型１５が、構成する内部
空間に注入され、４０℃にて、７２時間静置されて硬化
して弾性体１−２が形成された。

弾性体１−２の光軸り上厚さは４　ｍｍとされた。

次いで、下型１４と側型１５が取り除かれ、第２図（ｄ
）に示されるように積層硬化弾性体は、側壁１６内に収
容された。

ガラス板２が、光軸上を移動させられ、弾性体ｋｌの形
状変化が測定されたところ、ガラス板２が弾性体１を圧
迫する方向に移動量０．３ｍｍの範囲内において弾性体
トＩの表面１ａは、はぼ球面形状を維持して変形し、そ
の曲率半径は４３〜３０ｍｍの間で変化した。

この形状変化が繰り返された後も、弾性体の眉間の境界
面に剥離などが生じた痕跡は、全く認められず、光学的
特性にも同様に変化がなかった。

実施例　２ 前記の主剤にＥ１０６に硬化剤Ｃａｔａｌｙｓｔ　ＲＧ
が１０重量％添加され、攪拌され、真空脱泡されて得ら
れた混合液が第２図（ａ）に示される上型１３、下型１
４、および側型１５が構成する内部空間に収容され６５
℃にて４時間静置され硬化して弾性体１−１とされた。

側型１５の内径は、１７ｍｍ、上型１３と下型Ｉ４のそ
れぞれの曲率が付けられた部分の直径Ｃは、ともに１２
ｍｍ、曲率半径４３ｍｍの球面であった。

なお、上型１３と下型１４には、ともにガラスＢＫ　７
が使用され、鏡面加工が施されている。

弾性体１−１の光軸上の厚さは１　ｍｍであり、上型１
３の型面には、テフロンコーティングが施され、離型性
が良好とされている。

次に、第２図（ｂ）に示されるように、上型１３が取り
除かれ、弾性体１−１と１−２の境界に面する弾性体１
−１の表面１ｂへ、水酸化ナトリウム２０％水溶液が常
温にて３時間接触させられて、表面１ｂが粗面化された
。　粗面化された弾性体１−１が蒸溜水による洗浄と、
それに続く乾燥、次いで、アセトン・エーテル混合液に
よる洗浄と、それに続く乾燥を受けた。　次いで、第２
図（ｂ）、（ｃ）によった実施例１同様の手順により第
２図（ｄ）に示されるような構成の素子が形成させられ
た。

ガラス板２が、光軸りに沿って弾性体１が圧迫される方
向に移動ｆｉ（］、３ｍｍの範囲内にて移動させられた
が、弾性体１−１の表面１ａは、はぼ球面形状を維持し
、その曲率半径は、４３〜３０闘の範囲内で変化した。

　この形状変化が５０回繰り返されたが弾性体層の界面
には剥離などが生じている痕跡は認められず光学性能に
何ら問題が生じなかった。

［発明の効果］ この発明の効果は、弾性体積層が容易化されること、お
よび積層型弾性体による球面形状の維持の良好性が確保
されつつ、積層の境界面が機械的にも光学的にも安定化
することの二点である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）は、この発明の光学素子の一例を
示す断面図、第２図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）は
、この発明の光学素子の製作過程を示す断面図、第３図
は透明弾性体の単一層からなる光学素子の一例を示す断
面図、第４図と第５図は積層型の光学素子の動作を説明
する断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光軸方向に対面して積層されている複数の弾性体と
   、該弾性体の表面の一部が突出と陥入のために、出入す
   る開口部がある周縁構造部材とを有する可変焦点積層型
   光学素子において、 該弾性体間の対面する一対の境界面を、相互に重ね合せ
   たときに密着状態となる粗面として複数の該弾性体が密
   着していることを特徴とする可変焦点積層型光学素子。 ２　光軸方向に対面して積層されている複数の弾性体と
   、該弾性体の表面の一部が突出と陥入のため出入する開
   口部がある周縁構造部材とを有する可変焦点積層型光学
   素子の製造方法において先に成形した弾性体の境界面を
   粗面化し、その後、該境界面に、反応完了前の第二の弾
   性体を接触させて反応を完結させることを特徴とする可
   変焦点積層型光学素子の製造方法。