JPH0327089B2 - - Google Patents
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- JPH0327089B2 JPH0327089B2 JP22260783A JP22260783A JPH0327089B2 JP H0327089 B2 JPH0327089 B2 JP H0327089B2 JP 22260783 A JP22260783 A JP 22260783A JP 22260783 A JP22260783 A JP 22260783A JP H0327089 B2 JPH0327089 B2 JP H0327089B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
-
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はカメラ、ビデオ等の光学機器や光通
信、レーザーデイスクをはじめとするエレクトロ
オプデイスク機器に用いられる光学素子に関し、
特に光学表面形状を変化させることにより、焦点
距離を変化させうるような可変焦点光学素子に関
する。
信、レーザーデイスクをはじめとするエレクトロ
オプデイスク機器に用いられる光学素子に関し、
特に光学表面形状を変化させることにより、焦点
距離を変化させうるような可変焦点光学素子に関
する。
従来、可変焦点レンズとしては、特開昭55−
36857に見られる様な弾性体の容器に液体をつめ
その液圧でその形状を変化せしめるものや、特開
昭56−110403、特開昭58−85415のように圧電体
を使用したものが提案されている。
36857に見られる様な弾性体の容器に液体をつめ
その液圧でその形状を変化せしめるものや、特開
昭56−110403、特開昭58−85415のように圧電体
を使用したものが提案されている。
又、これ等の方法とは別に、本件出願人は、弾
性体自体を部材の開口から凸状に突出又は凹状に
沈降させることによつて、その開口部での弾性体
が形成する光学表面を変形して、所望の光学特
性、例えば焦点距離を得る事が出来る光学素子で
ある弾性体レンズを提案した。この光学素子は、
弾性体に対して外力を印加するだけで、或いは、
弾性体の体積を変化させるだけで光学表面を可逆
的に変化させて所望の光学特性が得られるための
光学素子の構成や制御が極めて容易で、且つ光学
表面の形状変化に基く光学特性の変化のため光学
特性の変化率を極めて大きく設定することができ
る。
性体自体を部材の開口から凸状に突出又は凹状に
沈降させることによつて、その開口部での弾性体
が形成する光学表面を変形して、所望の光学特
性、例えば焦点距離を得る事が出来る光学素子で
ある弾性体レンズを提案した。この光学素子は、
弾性体に対して外力を印加するだけで、或いは、
弾性体の体積を変化させるだけで光学表面を可逆
的に変化させて所望の光学特性が得られるための
光学素子の構成や制御が極めて容易で、且つ光学
表面の形状変化に基く光学特性の変化のため光学
特性の変化率を極めて大きく設定することができ
る。
上述した光学素子を反射鏡として利用する場
合、形成された光学表面に蒸着等の手段によりア
ルミニウム、銅等の金属反射面を設ける必要があ
る。しかしながら、液体を入れた弾性体、或いは
開口から突出又は沈降する弾性体の表面に斯様な
蒸着を施こした場合、前記弾性体の表面は形状の
変化により大きく伸縮する為に、従来の金属薄膜
では弾性体との弾性率が合わず、従つて金属薄膜
が剥離したり、弾性体の形状変化を阻害する欠点
があつた。
合、形成された光学表面に蒸着等の手段によりア
ルミニウム、銅等の金属反射面を設ける必要があ
る。しかしながら、液体を入れた弾性体、或いは
開口から突出又は沈降する弾性体の表面に斯様な
蒸着を施こした場合、前記弾性体の表面は形状の
変化により大きく伸縮する為に、従来の金属薄膜
では弾性体との弾性率が合わず、従つて金属薄膜
が剥離したり、弾性体の形状変化を阻害する欠点
があつた。
本発明は、上記従来の欠点を解消したもので、
簡易な構成で可変のパワーを有する光学素子を提
供することを目的とする。
簡易な構成で可変のパワーを有する光学素子を提
供することを目的とする。
本発明の光学素子は、開口を有し、かつ実質的
に変形しない材料で作られた容積可変の容器と、
前記容器に保持される光透過性及び弾性を有する
第１の媒体と、前記第１の媒体と前記開口で接す
る光反射性の第２の媒体とを有し、前記開口内の
前記第２媒体の表面を反射面とし、前記容器の容
積を変化させて、前記第１の媒体に体積変化を与
え、前記開口で前記第１の媒体の体積変化を解放
することにより前記第１の媒体を前記開口から突
出又は沈降させる構成にして前記反射面の焦点を
可変としたことを特徴とするものである。
に変形しない材料で作られた容積可変の容器と、
前記容器に保持される光透過性及び弾性を有する
第１の媒体と、前記第１の媒体と前記開口で接す
る光反射性の第２の媒体とを有し、前記開口内の
前記第２媒体の表面を反射面とし、前記容器の容
積を変化させて、前記第１の媒体に体積変化を与
え、前記開口で前記第１の媒体の体積変化を解放
することにより前記第１の媒体を前記開口から突
出又は沈降させる構成にして前記反射面の焦点を
可変としたことを特徴とするものである。
前記第１の媒体とは、液体或いは気体を内包し
ており、液体或いは気体によりその形状が変化す
る弾性体、或いは、開口から、突出又は沈降され
る弾性体の様なものであり、第２の媒体とは水銀
等の液体の様なものである。
ており、液体或いは気体によりその形状が変化す
る弾性体、或いは、開口から、突出又は沈降され
る弾性体の様なものであり、第２の媒体とは水銀
等の液体の様なものである。
以下に述べる本発明に係る実施例に於いては、
光透過性の第１の媒体として弾性体レンズを第２
の媒体として水銀を例示して述べるが、本発明
は、これ等の実施例に限定されるものでないこと
は、上述した記載より明白である。
光透過性の第１の媒体として弾性体レンズを第２
の媒体として水銀を例示して述べるが、本発明
は、これ等の実施例に限定されるものでないこと
は、上述した記載より明白である。
第１図〜第３図は、本件特許出願人の既提案の
弾性レンズと呼ばれる光学素子の代表的な基本構
成の断面を示すものである。１は円形開口部２を
有する円筒形の容器、３は透明な弾性体、４は弾
性体を加圧するための可動部で光学的に透明な平
行平板からなる。第１図は、圧力を加えていない
状態である。第２図は可動部４を通じて弾性体３
に圧力を加えた状態であり、この場合加えた圧力
の大きさにしたがつて、弾性体の一部が開口部よ
り凸レンズ状に突出する。第３図は、可動部４を
通じて弾性体に負圧を加えた状態で、この場合弾
性体は開口部において凹レンズ状になる。
弾性レンズと呼ばれる光学素子の代表的な基本構
成の断面を示すものである。１は円形開口部２を
有する円筒形の容器、３は透明な弾性体、４は弾
性体を加圧するための可動部で光学的に透明な平
行平板からなる。第１図は、圧力を加えていない
状態である。第２図は可動部４を通じて弾性体３
に圧力を加えた状態であり、この場合加えた圧力
の大きさにしたがつて、弾性体の一部が開口部よ
り凸レンズ状に突出する。第３図は、可動部４を
通じて弾性体に負圧を加えた状態で、この場合弾
性体は開口部において凹レンズ状になる。
このようにして、容器の可動部に印加する外力
の大きさによつて弾性体の１部により開口部に所
望の光学表面形状を実現することができるもので
ある。
の大きさによつて弾性体の１部により開口部に所
望の光学表面形状を実現することができるもので
ある。
ここで用いる弾性体３としては物体に力を加え
ると変形を起し、加えた力があまり大きくない限
り（弾性限界内で）、力を取り去ると変形も元に
もどる性質（弾性）を有するものを用いることが
できる。
ると変形を起し、加えた力があまり大きくない限
り（弾性限界内で）、力を取り去ると変形も元に
もどる性質（弾性）を有するものを用いることが
できる。
通常の固体では、その弾性限界内での最大のひ
ずみ（限界ひずみ）は１％程度である。また、加
硫された弾性ゴムでは、弾性限界が非常に大きく
その限界ひずみは1000％近くになる。
ずみ（限界ひずみ）は１％程度である。また、加
硫された弾性ゴムでは、弾性限界が非常に大きく
その限界ひずみは1000％近くになる。
このような弾性体としては一般に“ゴム”と知
られている天然ゴムや、例えばスチレンブタジエ
ンゴム（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、イソプ
レゴム（IR）、エチレンプロピレンゴム（EPM，
EPDM）、ブチルゴム（IIR）、クロロプレンゴム
（CR）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム
（NBR）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム
（Si）、ふつ素ゴム（EPM）、多硫化ゴム（Ｔ）、
ポリエーテルゴム（POR，CHR，CHC）などの
合成ゴムを挙げることができる。これらはいずれ
も室温でゴム状態を示す。しかし、一般に高分子
物質は分子のブラウン運動の程度によつて、ガラ
ス状態、ゴム状態又は熔融状態のいずれかをと
る。従つて、光学素子の使用温度においてゴム状
態を示す高分子物質は広く弾性体として利用でき
る。ゴム状態における弾性率は、主にその弾性体
を構成している高分子鎖の架橋状態によつて決定
され、従つて、例えば、天然ゴムにおける加硫は
弾性率を決める処理に他ならない。
られている天然ゴムや、例えばスチレンブタジエ
ンゴム（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、イソプ
レゴム（IR）、エチレンプロピレンゴム（EPM，
EPDM）、ブチルゴム（IIR）、クロロプレンゴム
（CR）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム
（NBR）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム
（Si）、ふつ素ゴム（EPM）、多硫化ゴム（Ｔ）、
ポリエーテルゴム（POR，CHR，CHC）などの
合成ゴムを挙げることができる。これらはいずれ
も室温でゴム状態を示す。しかし、一般に高分子
物質は分子のブラウン運動の程度によつて、ガラ
ス状態、ゴム状態又は熔融状態のいずれかをと
る。従つて、光学素子の使用温度においてゴム状
態を示す高分子物質は広く弾性体として利用でき
る。ゴム状態における弾性率は、主にその弾性体
を構成している高分子鎖の架橋状態によつて決定
され、従つて、例えば、天然ゴムにおける加硫は
弾性率を決める処理に他ならない。
ここで用いる弾性体としては、通常の固体での
弾性率1011〜1013dyne／cm2よりも小さく、ゴム弾
性体の108dyne／cm2以下が適当で、好ましくは
106dyne／cm2以下、特に好ましくは５×
105dyne／cm2以下であり、下限は弾性体が光学素
子を構成する場合に、通常の液体とは異なり、こ
ぼれない性状の弾性体であれば小さい程好まし
い。
弾性率1011〜1013dyne／cm2よりも小さく、ゴム弾
性体の108dyne／cm2以下が適当で、好ましくは
106dyne／cm2以下、特に好ましくは５×
105dyne／cm2以下であり、下限は弾性体が光学素
子を構成する場合に、通常の液体とは異なり、こ
ぼれない性状の弾性体であれば小さい程好まし
い。
弾性体の開口部での光学表面を変形させる方法
は、外力の他、上記材料を用いて熱膨張・収縮や
ゾル−ゲル変化などによる体積変化を利用するこ
ともできる。
は、外力の他、上記材料を用いて熱膨張・収縮や
ゾル−ゲル変化などによる体積変化を利用するこ
ともできる。
又、矩形のスリツト状に開口を設ける事によ
り、シリンドリカルレンズ及びトーリツクレンズ
を形成することもできる。
り、シリンドリカルレンズ及びトーリツクレンズ
を形成することもできる。
これら開口によつて形成される光学素子はその
弾性体に加える外力又は弾性体の体積変化によつ
て、その形状を任意に変化させる事ができ、その
程度はその効果を検出しながらフイードバツクし
てコントロールする事が可能である。
弾性体に加える外力又は弾性体の体積変化によつ
て、その形状を任意に変化させる事ができ、その
程度はその効果を検出しながらフイードバツクし
てコントロールする事が可能である。
又、この開口を円筒型ピエゾの様に圧電素子で
設ける事も可能であり、これにより著しく素子の
コンパクト化を実現する事ができる。
設ける事も可能であり、これにより著しく素子の
コンパクト化を実現する事ができる。
弾性体に外力を与える手段は、従来知られてい
る全べての方法で行う事が可能であるが、その弾
性体の変形を、光学効果を検出しながらフイード
バツク機構で行う事が望しく、この為には電磁石
やステツピングモーター、圧電素子等の電気的な
制御が可能な方法が好ましい。また、加熱による
体積変化は、弾性体の外部又は内部に設けられた
ヒーターをもつて行なうことが出来る。
る全べての方法で行う事が可能であるが、その弾
性体の変形を、光学効果を検出しながらフイード
バツク機構で行う事が望しく、この為には電磁石
やステツピングモーター、圧電素子等の電気的な
制御が可能な方法が好ましい。また、加熱による
体積変化は、弾性体の外部又は内部に設けられた
ヒーターをもつて行なうことが出来る。
第４図及び第５図は各々、本発明の光学素子の
一実施例を示す図である。
一実施例を示す図である。
図中、１１は円形開口部１２を有する円筒形の
容器、１３は上述した透明な弾性体、１４は弾性
体１３を加圧するための可動部で光学的に透明な
平行平板、１５は反射媒体である水銀、１６はゴ
ム等の弾性部材、１７は水銀を貯めておく容器で
ある。第４図は平行平板可動部１４を通じて弾性
体１３に圧力を加えた状態で、この場合加えた圧
力の大きさにより弾性体１３の一部１３ａが開口
部１２より凸レンズ状に突出する。この時、凸レ
ンズ状に突出した部分１３ａは水銀１５に接し、
弾性体１３と水銀１５の間で接面１８を形成す
る。この面１８は弾性体１３側より入射する光束
１９に対しては反射面となる。弾性体１３は加圧
されるにつれて、その突出部分１３ａは、接面１
８の形状を変化させながら、水銀１５を押しのけ
てゆく。押しのけられた水銀１５は、容易に変形
する弾性部材１６を変形させて逃げるので、水銀
１５は凸レンズ状に突出する弾性部材１３を阻げ
ない。
容器、１３は上述した透明な弾性体、１４は弾性
体１３を加圧するための可動部で光学的に透明な
平行平板、１５は反射媒体である水銀、１６はゴ
ム等の弾性部材、１７は水銀を貯めておく容器で
ある。第４図は平行平板可動部１４を通じて弾性
体１３に圧力を加えた状態で、この場合加えた圧
力の大きさにより弾性体１３の一部１３ａが開口
部１２より凸レンズ状に突出する。この時、凸レ
ンズ状に突出した部分１３ａは水銀１５に接し、
弾性体１３と水銀１５の間で接面１８を形成す
る。この面１８は弾性体１３側より入射する光束
１９に対しては反射面となる。弾性体１３は加圧
されるにつれて、その突出部分１３ａは、接面１
８の形状を変化させながら、水銀１５を押しのけ
てゆく。押しのけられた水銀１５は、容易に変形
する弾性部材１６を変形させて逃げるので、水銀
１５は凸レンズ状に突出する弾性部材１３を阻げ
ない。
この反射面１８は凹面鏡として利用出来、平行
平板１４を加圧する大きさを変化すれば、凸レン
ズ状に突出する量が変化して反射面１８の曲率が
変化するので、可変焦点の凹面鏡となる。
平板１４を加圧する大きさを変化すれば、凸レン
ズ状に突出する量が変化して反射面１８の曲率が
変化するので、可変焦点の凹面鏡となる。
第５図は、平行平板１４による弾性体１３に負
圧、即ち弾性体１３を平行平板１４により引つ張
つた場合で、弾性体１３は開口部１２において凹
レンズ状になる。この時も、水銀１５は、変形し
た弾性体１３と接する面１８を形成しており、該
面１８は凸面鏡となつている。平行平板１４にか
える負圧の大きさを変化させることにより、凸面
鏡１８の曲率を連続的に変化させることが可能で
ある。
圧、即ち弾性体１３を平行平板１４により引つ張
つた場合で、弾性体１３は開口部１２において凹
レンズ状になる。この時も、水銀１５は、変形し
た弾性体１３と接する面１８を形成しており、該
面１８は凸面鏡となつている。平行平板１４にか
える負圧の大きさを変化させることにより、凸面
鏡１８の曲率を連続的に変化させることが可能で
ある。
上述した反射面を形成する水銀の代りに、反射
面を形成可能な他の液状物質、例えばキシロール
等の溶媒にアルミニウム微粉末を懸濁した液体を
利用しても良い。更に水銀の代りに、反射面を形
成することが出来、容易に変形可能な弾性体、例
えばアルミ微粉末を混入したシリコーンゴムを配
しても良い。
面を形成可能な他の液状物質、例えばキシロール
等の溶媒にアルミニウム微粉末を懸濁した液体を
利用しても良い。更に水銀の代りに、反射面を形
成することが出来、容易に変形可能な弾性体、例
えばアルミ微粉末を混入したシリコーンゴムを配
しても良い。
以上、本発明に係る反射型可変焦点の光学素子
に於いては、透明な媒体と反射媒体とを接した面
で反射面を形成し、透明媒体に物理的な作用を加
えることにより、反射面の形状を変化させその焦
点距離を変化させることを可能とするもので、簡
易な構成で、可変のパワーを有する反射面が得ら
れたものである。
に於いては、透明な媒体と反射媒体とを接した面
で反射面を形成し、透明媒体に物理的な作用を加
えることにより、反射面の形状を変化させその焦
点距離を変化させることを可能とするもので、簡
易な構成で、可変のパワーを有する反射面が得ら
れたものである。
第１図、第２図及び第３図は、本発明に係る光
学素子に適用する弾性体レンズを示す図、第４図
及び第５図は各々、本発明に係る光学素子の一実
施例を示す図。 １１……容器、１２……円形開口部、１３……
弾性体、１４……平行平板、１５……水銀、１６
……弾性部材、１７……容器、１８……反射面、
１９……光束。
学素子に適用する弾性体レンズを示す図、第４図
及び第５図は各々、本発明に係る光学素子の一実
施例を示す図。 １１……容器、１２……円形開口部、１３……
弾性体、１４……平行平板、１５……水銀、１６
……弾性部材、１７……容器、１８……反射面、
１９……光束。
Claims (1)
- １ 開口を有し、かつ実質的に変形しない材料で
作られた容積可変の容器と、前記容器に保持され
る光透過性及び弾性を有する第１の媒体と、前記
第１の媒体と前記開口で接する光反射性の第２の
媒体とを有し、前記開口内の前記第２媒体の表面
を反射面とし、前記容器の容積を変化させて、前
記第１の媒体に体積変化を与え、前記開口で前記
第１の媒体の体積変化を解放することにより前記
第１の媒体を前記開口から突出又は沈降させる構
成にして前記反射面の焦点を可変としたことを特
徴とする光学素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22260783A JPS60114803A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 光学素子 |
| US06/606,538 US4783155A (en) | 1983-10-17 | 1984-05-03 | Optical device with variably shaped optical surface and a method for varying the focal length |
| DE19843424068 DE3424068A1 (de) | 1983-10-17 | 1984-06-29 | Optisches bauelement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22260783A JPS60114803A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60114803A JPS60114803A (ja) | 1985-06-21 |
| JPH0327089B2 true JPH0327089B2 (ja) | 1991-04-12 |
Family
ID=16785105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22260783A Granted JPS60114803A (ja) | 1983-10-17 | 1983-11-25 | 光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60114803A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5210654A (en) * | 1991-10-31 | 1993-05-11 | Lajet, S.A. | Rapid defocusing system for electromagnetic radiation reflective concentrator |
| JPH06258502A (ja) * | 1992-04-13 | 1994-09-16 | Nakamura Yoshihiko | 曲率を変更できるレンズ及び反射鏡 |
-
1983
- 1983-11-25 JP JP22260783A patent/JPS60114803A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60114803A (ja) | 1985-06-21 |
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