JPS60111201A - 光学素子 - Google Patents

光学素子

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JPS60111201A
JPS60111201A JP21911383A JP21911383A JPS60111201A JP S60111201 A JPS60111201 A JP S60111201A JP 21911383 A JP21911383 A JP 21911383A JP 21911383 A JP21911383 A JP 21911383A JP S60111201 A JPS60111201 A JP S60111201A
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rubber
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今滝 寛之
Takashi Serizawa
芹沢 高
Masayuki Usui
臼井 正幸
Takeshi Baba
健 馬場
Hiroyasu Nose
博康 能瀬
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    • 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
    • G02B26/0875—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 refracting elements
    • G—PHYSICS
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    • 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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    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
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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】 本発明はカメラ、ビデオ等の光学機器や光通信、レーザ
ーディスクをはじめとするエレクトロオプテイクス薇器
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5るよ5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55−3685
7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56−1104
03、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。
しかし、前者の所領、液体L・ンズは、液溜感や情にt
#昼もし脅シF 、+’lル慴専ヱ小雪17J?力L7
し1f曲に6があシ、後者は、その可変量があまり太き
(とれない欠点を有する。
本発明の目的は、上述の如き欠点を解決し、焦点距離の
変化蓋が太き(、構成が簡単な可変焦点レンズを提供す
るものである。
本発明による光学素子は、弾性体および該弾性体を突出
又は沈降させて光学表面を変形できる開口を有する部材
からなることを特徴とするものである。即ち、本発明に
よる光学素子は、塊状の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って、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1例えば焦点距離を得ることができるものである
。
従って弾性体に対して外力を印加するだけで、あるいは
、弾性体の体積変化を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、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
太き(設定することができる〇 本発明に用いる弾性体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7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ひずみ(限界
ひずみ)は1チ程度である。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1oo
o %近くになる。
本発明による光学素子に−おいては、形成しようとする
光学撫子の特性に応じた弾性率のものが適宜使用される
が、一般に大きい弾性変形を容易に得るため、或いは変
形後の状態が光学的により均質になるようにするため弾
性率が小さいものが好ましい。
一弾性ひずみ)として表わされる。また、小さい応力で
大変形を生じるような弾性は高弾性またはゴム弾性と呼
ばれ、従って本発明では特にこの種の弾性体が好ましく
利用できることになる0このようなゴム弾性体としては
一般に6ゴム”と知られている天然ゴム、例えばスチレ
ンブタジェンゴム(、S B R)、ブタ・レニンゴム
CB R)、イソン プレ、ゴム(IR)、エチレンプロピレンゴム(El)
M。
E P D M )、ブチルゴム(11几)1、クロロ
プレンゴム(CR)、7クリロニトリルーブタジエンゴ
ム(NBR)、ウレタンゴム(U)、シリコーンゴム(
Si)、ふっ素ゴム(、F P M ) 、多硫化ゴム
(夫−ポリエーテルゴム(PO几、CHR、CHC)な
ど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
ン運動の程度によって、ガラス状態、ゴム状態又は溶融
状茜のいずれかをとる。従って、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(本発明の弾性体
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って決定され、従って、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。
本発明では使用する弾性体としては、小さい応力で大き
な変形を得る事が望ましく、その為の架橋状態の調整は
重要である0 しかしながら、弾性率の減少(小さい応力で大きな変形
を示すようになる傾向)は、他方で強度の低下を招くた
め、形成しようとする光学素子の目的に応じた強度を保
てるように、使用する弾性体を適宜選択することが必要
である。又、その弾性率の測定も、光学素子の使用形態
による応力の種類に応じて、例えば、引張り、曲げ、圧
縮などの方法から選んで行われる0 本発明に用いる弾性体としては、通常の固体での弾性率
1011〜1018dyne/cJよりも小さく、ゴム
弾性体の108dyne/Cml以下が適当で、好まし
くは10’dyne/cJ以下、特に好マL< ti 
5 X 10SdyneArA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!ヂれない性状の弾性体であれば小さい程好ましく
・。なお、光学素子は、多くの場合室温で用いられるが
、特に高温又は低温で用いられる場合もあるので、ト記
の弾性高の範囲は光学素子の使用温度におけるものであ
る。
弾性体の硬さ、軟さはある程度その弾性に依存する。J
 l 、S K6301では試料光面にスズリングによ
り微小なひずみを与え、その針入度によりゴムの硬質を
評価する方法が規定されており、簡便に知ることが出来
る。
しかしながら、弾性率が10 dyn/cffl 以下
と低い値になると上述の方法では、測定が出来ずその場
合にはJ I S K 2808による1/4インチミ
クロL平 稠度計を用いてその針入度で坪価する0又、弾性率が小
さい場合、その測定方法として“引張シー伸び”では測
定が困難なので圧&i(5チ変形)によりその値をめ、
先の針入度との対応をめることができる。
ゴム弾性体は従来知られている加硫(橋かけ)によるも
のの他にエチレン−酢酸ビニル共重合体や人−B−Ag
ブタジエンースチVンブロック共重合体などのように加
硫を必要としないもの、又鎖状高分子などを適当(橋か
け点間の分子鎖長を制御)にゲル化する事によって得る
ことが出来る。
これらはいずれもその架橋状態、ブロック共重合体に於
る分子の組合せ、ゲル状態などを調節しながらその弾性
率の制御が行われる。
又、弾性体0牙の構造によシ、その弾性体を制御する場
合の他に希釈剤や充てん剤を加える事によってもその特
性を変化調節する事が可能である0例えばシリコーンゴ
ム(信越化学工業製;KE犬とともに硬さ、引張り強さ
は低下し、逆に伸びは増大する。
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。
弾性体の光学表面を形成するための開口を有する部材は
平板に開口が設けられているものでもよいし、また、弾
性体を容器に収容して使用する場合には、収容する容器
の少な(とも1つの壁に開口が設けられているものでも
よい。また、この開口は要求される光学効果によって異
なるが、一般的には円形に開口し焦点距離可変な凸、凹
レンズを形成するのが一般的である。
又1矩形のスリッ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ックレンズを形成することも
できる。
これら開口によって形成される光学菓子はその弾性体に
加える外力又は弾性体の体積変化によって1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
しながらフィードバックしてコントロールする事が可能
である。
(。
又、この開口を円筒型化エゾの様に圧電素子で設ける事
も可能であり、これにょシ著しく素子のコンハクト化を
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ィードバック機構で行う事が
望しく、この為には電磁石やステッピングモーター、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
、加熱にょる体積変化は、弾性体の外部又は内部に設け
られたヒーターをもって行5ことができる。次に、本発
明による光学素子の代表的な構成を図面により説明する
。
第1図〜第6図は、本発明の光学素子の代表的な基本構
成の断面を示すもので、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
を通じて弾性体乙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って、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
によって弾性体の一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。許たヨ噸(功喘
田1− − − シびt今豫5七作で1目1tり4i制本モ41しる壬−
二←f−また、開口部2を有する開口板2′は光学的に
不透明であることが望ましいが、透明である場合には、
二重焦点の光学素子としての利用が可能になる。
また、可動部と弾性体は必要に応じて接着剤などにより
接着される。また、必要なら弾性体と容器の内壁面とが
全体的に接着される。また、第1図のよ5な構成の変わ
りに第4図のよ5に光学的に透明な平行平板を底にもつ
容器5に入れた弾性体6を円形開口部7を有する可動部
6で加圧するような構成にすることもできる。さらに第
5図に示すように、複数の開口部7および9を設け、加
圧によりおのおの曲率を与えることも可能である。
また、複数の開口部の大きさを変えることにより、それ
ぞれ異った曲率を与えることもで きる0また、第6図に示すように、弾性体6は開口部1
3が容器の内部に形成されているような容器10に収容
されていてもよい。この開口部16は1容器の光学的に
透明な上台11に固定された円@12によって形成され
ておシ、可動部4に外圧を加えることによって弾性体に
よる光学表面が開口部16に形成される。
ここで可動部4又は6を駆動して弾性体5に圧力を加え
る方法は、いかようなものも可能であり、簡単な方法と
しては、容器にネジを切っておき可動部をネジ込む方法
や、電磁石を用いて可動部を制御する方法などかあるが
、それらの方法によって本発明が限定されるものではな
い。また、本発明による他の光学素子の例としては、第
7図に示すように、円筒形のピエゾ素子14を用いて、
その径方向の伸縮により、ピエゾ素子の内部に充填した
弾性体6を゛円筒の開口部15から突出・沈ml″させ
て光学表面を形成することもできる。また本発明による
光学素子のIjF1口部は円形に限られるものではなく
、例えば第8図に示したよ5に、矩形状の開口部17を
有する容器16を用いれば、加圧により突出−沈降した
弾性体の形状をシリンドリカルレンズ又はトーリック状
にすることが可能である。
なお、第9図および第10図は弾性体に外力を加える具
体例専調であり、第9図は、円筒形の圧電体21の中に
弾性体6を収容し、電源22からスイッチ23を経て電
圧を印加することによって円板状の可動部20と開口部
18を有する駆動部19を接近させることで開口部18
の光学表面を変形させるものである。また第10図は、
電磁石26により強磁性材からなる可動部25を容器2
7の深さ方向に移動させることによって弾性体6の開口
部24における光学表面を変形させることができるもの
である。
実施例1 第11図は本実施例で製造した光学素子の断面図である
。まず、透明なガラス板28を底にもつ真ちゅう製の円
vJg器29(内径50mm、深さ20mm )にシリ
コーンゴム(商品名” E104 Gel。
信越化学工業製)゛に対して、触a(商品名:Ca−t
31yst 104 +信越化学工業製)を社12重量
%添加した混合液を収容し、50℃で48時間放置し、
透明な弾性体30とする。この透明弾性体の弾性率は約
2 X 10 dYn/c−である。次にこの透明外の 柱体60上に直径約15mmの開口部32を有する^ アルミ板61を載置し、それをおさえ環66でおさえる
0ここでおさえ環66は円筒容器29に対してねじ込め
るようになっており、おさえ環33せる0このときの突
出沈降部の形状は、光軸付近の曲率半径が大きく、周辺
部の曲¥半径が小さいような回転対称非球面となってお
り、おさえ環の回転により加える圧力をO〜200 g
/cl+の範囲で変化させると光軸付近の曲率半径はc
o〜60叩の範囲で変化させることができた。
実施例2 実施例1においてアルミ板61の開口部62の直径を1
0mmにしたところ、圧力0〜200 gAnにた。
実施例6 (O 実施例1において、触媒の添加量を1=fL%とし^ たところ1得られた透明弾性体の弾性率社約1×10 
dyn/ctAであった。このときの圧力0〜100g
/Caに対して、光軸付近の曲率半径はCK)〜62m
111焦点距離はω〜l菩−の範囲で変化させることが
できた。
実施例4 実施例1において開口部を有するアルミ板31の透明弾
性体30と接触する面に予めプライマー処理(閤品名ニ
プライマー人、信越化学製)を行ない、アルミ板61と
透明弾性体60を接着させた。おさえ環66の回転によ
りアルミ板31を引き上げ、透明弾性体30に負圧をか
けるとアルミ板の開口部62において透明弾性体30が
凹面状に沈降した。加える負圧0〜100 gArAに
対し光軸この事により、アルミ板を押し下げたり、引き
上げたりする事により、凸−凹状のレンズを連続子とし
て作用することが認められた。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第6図は本発明による光学素子の
断面図であり、第1図は外力を印加していない状態、第
2図は外力を上方に印加した状態および第6図は外力を
下方に印加した状態を示す。 第4図、第5図、第6図および第7図は、それぞれ本発
明の光学素子の他の態様の断面図である。 第80は、本発明によるさらに他の光学素子の光学素子
に外力を印加する手段を配置した断面図である。 6および30・・−・弾性体 2.7,9,13,15.17および62・・・開口部
4および6・#−H動部 14φリビエゾ素子 28・・・ガラス板 61・0アルミ板 66・1111おさえ環 出願人 キャノン株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)弾性体および該弾性体を突出又は沈降させて光学
    表面を変形できる開口を有する部材からなることを特徴
    とする光学素子。
JP21911383A 1983-10-17 1983-11-21 光学素子 Granted JPS60111201A (ja)

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JP21911383A JPS60111201A (ja) 1983-11-21 1983-11-21 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

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