WO2003102636A1

WO2003102636A1 - Lentille a focale variable et organe de commande de lentille

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Description

明細書

可変焦点レンズぉよびレンズ制御装置発明の属する技術分野

本発明は、高速に焦点を変更可能な可変焦点レンズおよびその制御装置に関す ο

背景技術

近年、 1 k H zのフレームレートで高速に画像を取得 ·処理することができる高速視覚として、 S ³ P Eに代表される超並列。超高速ビジョンチップが注目されている。このような高速視覚においては、結像に写真レンズや望遠鏡などのレンズで構成される光学系を用いることが多い。もし光学系をレンズの焦点距離を制御できる可変焦点レンズと組み合わせて構成すれば、合焦機構やズーム機構などが実現でき、このような動的な光学系を積極的に利用することで、高速視覚システムの新たな応用用途を開拓できることが予想される。

このような高速視覚システムのフレーム毎に異なる光学特性で対象を撮像するためには、可変焦点レンズも 1 k H z以上の応答を持つことが必要である。

ところが、従来の可変焦点レンズは高速視覚のフレームレ一トである 1 k H z に比べて、非常に遅く、高速視覚の高速性を損なうものである。たとえば、 "A new, compact and quick -response dynamic iocu sing lens (Takashi Kaneko et. Alリ TRANSDUCERS ' 97, Vol. 1, p. 63 -66, 1997) " には、応答速度が最高で、約 1 5 0 H zであるような可変焦点レンズが提案されている。しかしながら、このような可変焦点レンズの応答は、高速視覚のフレームレートと比べて一桁小さく、光学系を利用した応用には速度の点で大きな制限が存在している。

本発明は、高速視覚システムのフレームレートで応答する可変焦点レンズ、および、その制御装置を提供することを目的とする。

発明の開示

本発明者らは、以下に述べるような、 1 k H zのレートで焦点距離を制御できる可変焦点レンズの構造を考案した。概略的にいうと、この可変焦点レンズは十分に堅い容器の内部に、透明な液体を密封する構造をとり、容器の表面に弾性をもつ円形の薄く透明な板を取り付けて、これをレンズ表面とする。また、レンズ表面とは別に内部の液体に圧力を加えるための弾性をもつ隔壁を取り付ける。本明細書において、この部分をシリンダ部ないし圧力伝達部と称する。

焦点距離は、外部からシリンダ部を通して内部の液体に圧力を加え、レンズ表面を変形させることで制御する。内部の液体は光を屈折させる媒質と、力の伝達の 2つの役割をもつ。この可変焦点レンズが焦点距離を変化させる原理を図 1に示す。図 1に示すように、ァクチユエ一夕 1 4を、液体を押圧する方向（矢印 A 方向）に駆動することにより、弾性変形可能な薄く透明な板（レンズ表面部分） 1 2、 1 2が凸状となり、これにより凸レンズが形成される。その一方、ァクチユエ一夕 1 4を、液体を引き込む方向（矢印 B方向）に駆動することにより、薄く透明な板 1 2、 1 2が凹状となり、これにより、凹レンズが形成される。現時点で、本発明にかかる可変焦点レンズの特徴である高速性を満たすァクチユエ一夕として利用可能なものに、数十 k H z程度の共振周波数をもち、 n (ナノ） mオーダの位置決めが可能な積層型ピエゾァクチユエ一夕がある。この種類のァクチユエ一夕で数 + k H z程度の共振周波数を持つものは、可動範囲が 1 0 / m程度しかない。そこで、本発明においては、ァクチユエ一夕が液体に圧力を加える部分の面積を、レンズ表面の面積より十分に大きく（たとえば数十倍程度に）設計する。このような構造を採用することにより、ァクチユエ一夕の変位を増幅してレンズ表面を変形させることができる。

また、シリンダ部とレンズ表面は高速に振動する必要があるので、目的とする応答速度に比べて十分高い固有振動数を持つように設計した。

より詳細には、本発明の目的は、内部に液体が充填された収容体であって、ァクチユエ一夕と接触して、当該ァクチユエ一夕の振動を伝達する圧力伝達部と、光の入射面および射出面に、二つの光透過部とを備えた収容体を備え、前記入射面および射出面の少なくとも一方に、前記圧力伝達部から液体を介して与えられる変位に応答して、光軸方向に凹凸に変位可能な一以上の表面部分であって、その面積 sと、前記圧力伝達部の面積 Sとの比 ( s / S ) が、所定の値以下であるような表面部分を設け、前記ァクチユエ一夕の変位に応答して、前記表面部分が変位することにより、焦点距離を変化させることを特徴とする可変焦点レンズより達成される。

本発明によれば、圧力伝達部に与えられるァクチユエ一夕からの変位を、 S / s倍したものが、表面部分の変位としてあらわれる。したがって、ピエゾ積層型ァクチユエ一夕（P Z T ) のように、高速な応答性を有するが、その可動範囲が小さいものを利用しても、十分に表面部分が光軸方向に、変位することができ、 1 k H zのオーダにて焦点距離を変化させることが可能となる。可橈性ないし弾性を有する表面部分を、入射面および射出面の双方に形成しても良いし、一方にだけ形成し、他方を剛性面としても良い。

好ましい実施態様においては、前記収容体において、一方の端に向けて、その径が拡張し、拡張した端部に圧力伝達部が配置されるとともに、他方の端部付近が単一の径を有し、対向する入射面および射出面が形成される。このような構成により、十分な応答性能を有するコンパクトな可変焦点レンズを形成することができる。

より好ましい実施態様においては、圧力伝達部において、ァクチユエ一夕と接触する側の面に、突起が形成されている。当該突起は、十字状である。圧力伝達部をこのように構成することにより、共振周波数が高くなり、かつ、ァクチユエ —夕の変位に対して効率よく、収容体中の液体を押し出し、或いは、引き戻すことが可能となる。

別の好ましい実施態様においては、収容体が、第 1のァクチユエ一夕と接触する第 1の圧力伝達部および前記入射面を含む第 1の部分と、第 2のァクチユエ一夕と接触する第 2の圧力伝達部および前記射出面を含む第 2の部分と、少なくとも入射面および射出面に対向する位置で第 1の部分と第 2の部分が密着した連結面とを有し、前記第 1の部分の入射面および連結面、第 1の部分の入射面および第 2の部分の射出面、並びに、連結面および第 2の部分の射出面の何れかの組み合わせで、変位可能な表面部分が形成される。このような 2層構造をとることにより、自由度は「2」となり、各ァクチユエ一夕の駆動により、焦点距離だけでなく、収差を補正することも可能となる。

たとえば、前記連結面と射出面とが、それそれ、異なる屈折率の材料で形成されても良いし、また、前記連結面と液体とが、それそれ、異なる屈折率の材料で形成されても良い。

さらに、前記第 1の部分および第 2の部分に、それそれ、屈折率の異なる液体が充填されても良い。これにより、たとえば、色収差を補正することもできる。さらに別の好ましい実施態様においては、前記収容体が、第 1のァクチユエ一夕と接触する第 1の圧力伝達部および前記入射面を含む第 1の部分と、第 nのァクチユエ一夕と接触する第 nの圧力伝達部および前記射出面を含む第 nの部分と、前記第 1の部分と第 nの部分との間に介在する、（n— 2 ) 個の中間部分であつて、第 i ( i = 2 ₃ 3 , · · · , ( n—2 ) ) ) のァクチユエ一夕と接触する第 iの圧力伝達部を含む中間部分とを有し、隣接する中間部分において、前記入射面および射出面に対向する部分に密着する連結面が形成され、かつ、それそれの部分において、入射面、連結面および Zまたは射出面において、変位可能な表面部分が形成される。このような多層構造をとることにより、場合によって、その自由度をさらに増大させることができ、よりいつそう、レンズの撮像能力を向上させることが可能となる。上述した例において、前記第 1の部分、（n—2 ) 個の中間部分および第 nの部分に、それぞれ、屈折率の異なる液体が充填されても良い。また、先の実施態様と同様に、連結面と射出面とが、それぞれ、異なる屈折率の材料で形成されても良いし、連結面と液体とが、それそれ、異なる屈折率の材料で形成されていても良い。

なお、 2層以上の多層構造においても、ァクチユエ一夕が接触する圧力伝達部に向かって、収容体を構成するそれそれの部分（第 1の部分、中間部分など）が、その径が拡大する構造を採用していても良い。これにより、レンズのサイズをそれほど大きくすることなく、種々の制御が可能なレンズを提供することが可能となる。

別の好ましい実施態様においては、前記入射面および少なくとも一方に、複数の表面部分が、所定の幾何学的配置にて並べられている。前記表面部分は、それそれ、数十/ ないし数百/ mの径を有し、入射面および射出面の一方に形成された表面部分、或いは、双方に形成された対向する対の表面部分によりマイクロレンズが形成されていても良い。或いは、前記表面部分は、それそれ、数十 m ないし数百 mの幅を有する長手方向に細長い長方形状であり、入射面および射出面の一方に形成された表面部分、或いは、双方に形成された対向する対の表面部分によりマイクロレンズが形成されていても良い。長方形状のマイクロレンズの例では、表面部分が、長手方向の辺がほぼ接するように並べられているのが望ましい。

また、本発明の目的は、上記可変焦点レンズと、各ァクチユエ一夕を駆動するための信号を与える制御部と、前記各信号を増幅する増幅器とを備えたことを特徴とするレンズ制御装置によっても達成される。

前記制御部は、ァクチユエ一夕の変位をフィードバックとして受理しても良い。このフィ一ドバヅクを利用して、ァクチユエ一夕の駆動信号のレベルが制御され得る。また、さらに、前記表面部分における変位を測定するレンズ変位測定部を備え、当該表面部分の変位が、前記制御部にフィードパックされても良い。レンズ変位は、上記ァクチユエ一夕の駆動信号のレベルを制御するために利用しても良い。また、これらフィ一ドバック信号によりレンズの歪みをフィ一ドバックし、より適切な制御を実現することもできる。レンズ表面の歪みは、ァクチユエ一夕の変位を用いて推定することで間接的に計測。フィ一ドバックすることもができ、また、表面部分の変位から直接計測することによつても実現できる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明にかかる可変焦点レンズの原理を説明する図である。

図 2は、本発明の実施の形態にかかる可変焦点レンズを概略的に示す斜視図でめる。

図 3は、本実施の形態にかかる圧力伝達部の構造をより詳細に示す図である。図 4は、本実施の形態にかかる可変焦点レンズにて用いる材料の特性を示すグラフである。

図 5は、本実施の形態にかかる可変焦点レンズおよびその制御装置の概略を示すプロックダイヤグラムである。

図 6 A、 Bは、本実施の形態にかかる可変焦点レンズの試作品の構造を示す図である。

図 7は、試作品にて計測した周波数応答のボード線図である。

図 8 A〜Dは、それそれ、本実施の形態において、多層化された可変焦点レンズの例を示す図である。

図 9 A、 Bは、それそれ、本実施の形態において、多層化された可変焦点レンズの例を示す図である。

図 1 0は、本発明にかかる圧力伝達体と表面部分との関係を説明するための図である。

図 1 1は、本発明にかかる可変焦点レンズを用いた顕微鏡の例を概略的に示す図である。

図 1 2は、本発明の他の実施例にかかる可変焦点レンズの斜視図である。

図 1 3は、本発明の他の実施例にかかる可変焦点レンズのレンズ表面部分を説明するための図である。

図 1 4 Aおよび図 1 4 Bは、このようなマイクロ可変焦点レンズアレイの適用例を示す図である。

図 1 5は、本発明のさらに他の実施例にかかる可変焦点レンズを示す図であり、非点対称形状のレンズを採用した例を示す。

図 1 6は、それそれが細長い長方形の形状をもつレンズ表面部分を、一方向に整列配置したマイクロ可変焦点レンズアレイの例を示す図である。

発明を実施するための望ましい形態

[レンズの概略]

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明を加える。図 2は、本発明の実施の形態にかかる可変焦点レンズを概略的に示す斜視図である。図 1 および図 2に示すように、本実施の形態にかかる可変焦点レンズ 1 0は、剛性の収容体 1 1を備えている。収容体 1 1は、たとえば、一方の端に向かって径が拡張し、その端部にァクチユエ一夕 1 4と密着する密着面を有している。密着面は、その面積を大きく確保するように開口しており、薄い材料からなる膜 1 5が形成され、ァクチユエ一夕の振動を収容体内部に伝達できるようになつている。この部分を、シリンダ部とも称する。また、ァクチユエ一夕 1 4の他端には、少なくとも 1つ（本実施の形態においては 2つ）のレンズ表面部分のための開口が形成されている。この開口はたとえば円形であり、そこに、弾性変形可能な薄く透明な板からなるレンズ表面部分 1 2が配置される。密着面 1 3の面積は、レンズ表面部分 1 2の面積より十分大きく、密着面に伝えられるァクチユエ一夕の変位を、十分に増幅してレンズ表面部分を変形させることができるのが望ましい。つまり、密着面は、レンズの焦点を変えるための変位を与える圧力伝達部として機能し、その一方、レンズ表面部分は、圧力伝達部からの変位を受ける受容部として機能する。以下、上記密着面に形成された膜を、圧力伝達部と称する。

また、収容体 1 1の内部には、ァクチユエ一夕の変位を伝達するための液体が充填される。この液体の屈折率は、レンズ表面部分 1 2の屈折率と同様であるのが望ましい。たとえば、充填される液体として、ェマルジヨンオイルを利用することができる。

本実施の形態において、ァクチユエ一夕 1 4として、積層型ピエゾァクチユエ —夕を利用している。積層型ピエゾァクチユエ一夕は、 1 k H z以上の周波数で精度良く駆動することができるが、その一方、可動範囲が数/ z mと小さい。そこで、上述したように、圧力伝達部の面積を、受容部の面積より十分大きくし、積層型ピアゾァクチユエ一夕の変位を、面積比に対応する増幅率で増幅して、受容部に伝達している。

図 3は、密着面に形成される圧力伝達部の構造をより詳細に示す図である。図 3に示すように、本実施の形態にかかる圧力伝達部（膜） 1 5は、金属材料（たとえば、 S U S 3 0 4 ) で作られ、半径 2 0 mm、厚み 0 . 5 mmのサイズとなつている。また、膜 1 5のァクチユエ一夕の対向面の中央部には、十字状の突起 1 6が形成され、レンズの変位の拡大率をより大きくするように構成している。この突起は、長さ 2 0 mm、幅 2 mm、高さ 0 。 8 mmのサイズである。この突起にァクチユエ一夕が接触することで、効率よく、収容体 1 1の液体を押し出し、或いは、引き込むことができる。また、このような構造を採用することにより共振周波数を高くするという効果をも奏する。

以下、本発明にかかる可変焦点レンズの原理につき説明を加える。

[本発明の原理。レンズ表面部分]

レンズの表面には、高速な応答を可能とする高い固有振動数と、ピエゾァクチユエ一夕が発生する圧力で十分に変形する可撓性、さらにレンズとしての光学的性能が要求される。以下ではこれらについて述べる。固有振動数と可撓性を説明するにあたり、レンズ表面部分の形状は円盤状とし、その周囲が固定されているとする。

以下、円盤の半径を a [m]、厚みを d [m]、円盤の材質の密度を p [kg/ m³]、ヤング率を E [GP a]_s ポアソン比をレとする。

これを元にして、円盤の固有振動数と、可撓性の関係を明らかにする。まず、周囲を固定された円盤の固有振動について述べる。

ここまで、「固有振動数」と記述してきたが、厳密には 1次の固有振動数についてである。これは、円盤がレンズとして機能するためには、点対象な形状で振動する必要があることと、さらに一つの振動モードだけが励起されることが必要だからである。以下、単に固有振動数は 1次の固有振動数のことを指す。

この円盤周囲を完全に固定した場合の 1次の固有振動数は、

m， _n = k² _m， _NV~ (D/ μ) (m, n= 0 , 1 , 2 °

。 · ·（ 1 ) である。（なお、本明細書において、 (a) は、（a) ^1/2であることを示す。 (「a」は、数値ないし数式を意味する。））ただし、

j = ρά D = E d³/ ( 1 2 ( 1—ソ ²) とする。

k_m, n ヽ

I_m (ka) J_m→ (ka) - J_m (ka) l_m→ (ka) = 0 · · · (2)

(ただし、 I_m : m次の変形された第 1種べヅセル関数 J_m : m次の第一種ぺッセル関数）

の解を小さい順に、 n= 0₃ 1₃ 2， · · · と番号を振ったものに対応する。本発明においては、 1次の固有振動数のみに注目しているので、 m= 0, n = 0の時のみを考えることとし、以後簡単に、 k ( = k_0> o) と記述する。

次にこの円盤の一方から圧力 P [P a] が加わった場合に、円盤中心がなす曲率と、その曲率に対応する焦点距離について述べる。

圧力！³ [P a] がー様に加わった場合の中央の曲率半径 r_cは、

r _c= ( 1 6D) / (a²P) 。。。（3)

で表される。

この時、レンズ内部の屈折率を n、外部を空気（屈折率 1) とすると、中心部分の焦点距離 fは、以下の関係を満たす。

l/f = ((a² (n- 1)) / ( 1 6D)) · P · · · (4)

レンズ表面が平坦な場合は、焦点距離が∞になるので、 1/f は 0 (ゼロ）である。レンズ表面が少し歪むと焦点距離は有限の大きな値になり、 1/f は微小な数となる。つまり、 1/f は大きい程レンズ表面が変形していることを表す。単位圧力に対する変形しやすさの指標 Sを、

S= ( l/f ) - ( l/P) = (a² (n- 1)) / ( 1 6D)

…（5)

と定義する。 Sは大きいほど圧力に対して簡単に変形することになり、可撓性を表すと考えられる。

この固有振動数 ωと可撓性の指標 Sの二つから、円盤のパラメ一夕がそれそれどの程度 1次の固有振動数 ωと可撓性の指標 Sに寄与しているのかがわかる。これらから、どのように設計すると 1次の固有振動数を高く、かつ可撓性を大きくできるかにつき説明する。

円盤のパラメ一夕のうち設計で選べるのは、半径（a)、厚み（d) および材料 (E₃ p, v) の 3つであると考えられる。まず、半径（a) について考える。半径（a) は式（2) により決定されるので、以下の関係を満たす。

k∞ l/a · · · ( 6)

そこで、ここでは 1次の固有振動数 ωは半径の 2乗に反比例し、可撓性の指標 Sは半径の 2乗に比例するとして説明を進める。 ωοο ΐ/a² ' ' 。（7)

S∞a² · , ' ( 8)

同様に、厚み dに関して考えると、 1次の固有振動数 ωは厚みに比例し、可撓性の指標 Sは厚みの 3乗に反比例する。

ωοοά · · ■ ( 9 )

Soc l/d ³ · · - ( 1 0 )

最後に、材料について考える。まず、これからの説明のために、 1次の固有振動数 ωを材料に関するパラメ一夕で記述すると、

w = k² d (( 1/ ( 1 2 ( 1 - ν²))) · (Ε/ )) 。。。（ 1 1 ) となる。材料に関係するパラメ一夕のみを抜き出すと、

ωοο " (Ε/ (ρ ( 1 - ν²))) ' · - ( 1 2)

である。

効率がよい、つまり固有振動数の高くしたときに可撓性を失う度合いの少ないパラメ一夕は半径であり、半径を 1/2にすると、固有振動数は 4倍、可撓性の指標は 1/4倍になる。

材料は、そのパラメ一夕 Ε、 ρおよびレを自由に選べないという意味で特殊な設計要素である。

一般にポアソン比は材料による値のばらつきが比較的小さいので、定数とみなせると仮定をすれば、感度（指標） Sはヤング率 Εの逆数で減っていき、固有振動数 ωは ΕΖρの平方根で増えてゆく。したがって、 ΕΖ/Οが大きな物質を選択することが重要である。

効率が悪いパラメ一夕は厚みであり、厚みを 2倍にすると、固有振動数は 2倍、可撓性の指標は 1 / 8倍も小さくなつてしまう。

まとめると、半径、材料、厚みの順に最適化をしていけば、可撓性を保ちつつ固有振動数を高くしゃすいということになる。

これらの結果をもとに、実際に設計をする場合のことについて述べる。半径はレンズ径を決定してしまうので、光学系の要請でその下限が決まる。ゆえに実際の応用が決まらないと議論が難しい。材料も光学系の要請でいろいろ制限が加わるが、ここでは制限のないものと仮定して考察をする。以前の説明から、 EZ ( p (1 - V²)) が大きく、かつ、ャング率 Eが小さいほど固有振動数を上げやすいことがわかっている。この固有振動数の係数 EZ Cp (1—ソ ²)) を横軸に、可撓性の係数 1ZEを縦軸にとって様々物質をプロットしたものを、図 4に示す。但し、数値は定数を乗じてプロットした。図 4に示すように、グラフ中で右や上のほうに分布している材料が、レンズ面を構成した場合に、固有振動数をあげやすく可撓性もあるので、適した材料であると考えられる。図 4において、「Gr a s s # 1 (符号 401参照）」、「G r a s s # 2 (符号 402参照）」、「Gr a s s # 3 (符号 403参照）」、「Gr a s s #4 (符号 404参照）」、「Gr a s s # 5 (符号 405参照）」、および、「Gras s#6 (符号 406参照）」は、それそれ、アルカリ亜鉛硼珪酸、鉛力リソ一ダ、アルミノ珪酸、硼珪酸、高鉛および石英ガラスを示している。これらは、ほぼ同じような可撓性の係数をもっている。これらのうち、硼珪酸（符号 4 04)、アル力リ亜鉛硼珪酸（符号 401)、石英ガラス（符号 406) およびァルミノ珪酸（符号 403 ) が、比較的高い固有振動数の係数を持つ。

ガラスは固有振動数が高く、かつ比較的大きな可撓性を持ち、高分子化合物のポリエチレン ·ポリスチレンは大きな可撓性をもつが、固有振動数は低くなる。これらの材料がレンズ面の材料として有力な候補であるだろう。これら材料の選択は、レンズ表面部分 12を変位の幅（範囲）と、求められる応答速度とを考慮して定めるのが望ましい。

厚みは、ここで議論している範囲内では厚ければ厚いほどよいが、厚くなるほど可撓性がなくなるので、ァクチユエ一夕で発生できる圧力の範囲内で厚くすればよい。提案している可変焦点レンズで使用する積層型ピエゾァクチユエ一夕は非常に大きな力を発生できる（10〜1000 [N]) ので、自由度は大きい。

[本発明の原理。シリンダ部（圧力伝達部） ]

シリンダ部はレンズ表面部分と同じ構造を持つので、基本的にはレンズ表面部分と同じ考察が成り立つ。この部分も 1 kHzで振動する必要があるので、固有振動数を高く設計することが必要である。シリンダ部の半径は、ァクチユエ一夕の可動範囲と、レンズ表面を十分変形させるのに必要な増幅率とに依存して決まる。厚み、材質に関しては、基本的にはレンズ表面と同様に考察できる。

ただし、レンズとして機能する必要がないので、その形状に突起や複雑な構造をもたせることでより堅く軽くすることが可能であり、種々の構造を採用することができる。たとえば、航空機などに用いられるハニカム構造をもたせれば、高い固有振動数かつ大きな弾性をもつ圧力伝達部を作ることも可能である。

ァクチユエ一夕の変位を大きく増幅してレンズ表面に伝えることが必要な場合は、圧力伝達部 (シリンダ部) は大きな半径をもつことが必要になるため、それだけ材質や厚みを大きくする必要がでてくる。この場合、堅く軽い構造を設計することがより重要になる。

[本発明の原理：圧力伝達油]

ァクチユエ一夕によって発生した圧力をレンズ表面に伝達する機構には、 k H zオーダで変化する圧力を伝えるための高速な応答性と、レンズ表面の歪みを正確に計測できることが必要である。レンズ表面の歪みを知ることができないと、焦点距離などの光学的特性がわからないので可変焦点レンズとして用いることができないからである。

提案するレンズでは、レンズ内部を満たしている屈折率の高い油に圧力をかけることでレンズ表面を歪める機構を用いている。この構造が高速な応答をもち、かつレンズ表面の歪みを正確に計測できることを以下に説明する。

一般に液体は圧縮率が低いため、油圧機構に代表されるように圧力を効率的に伝える媒体として適している。とくに油は温度などに対して安定で扱いがよく、圧縮率も低いので圧力伝達に適している。可変焦点レンズを歪めるのに必要な圧力は 3 0 [ NZm² ] 程度と見積もられており、この圧力で油の圧縮は無視できる程小さい。そのため、ァクチユエ一夕の変位によってシリンダ部が変形して押し出した体積とレンズが歪んで膨らんだ体積は等しいと仮定できる。ァクチユエ —夕の変位は正確に測定できるので、レンズの歪みの程度もァクチユエ一夕の変位から見積もることができ、レンズの光学的特性を知ることができる。 >構成および動作]

図 5は、本実施の形態にかかる可変焦点レンズおよびその制御装置の概略を示すブロックダイヤグラムである。図 5に示すように、制御コンピュータ 2 0と、制御コンピュータから出力された駆動電圧を受理して、これを増幅してピエゾァクチユエ一夕 1 4に与える増幅器 2 2と、可変焦点レンズ 1 0とを備えている。なお、試作品においては、レンズ表面部分 1 2の変位を検出するセンサへヅド 2 4およびセンサ制御部 2 6とを有している。センサ制御部 2 6から制御コンビュ —夕 2 0に対して、レンズ表面部分の変位信号が返される。また、増幅器 2 2からピエゾァクチユエ一夕 1 4の変位が制御コンピュータ 2 0に返される。なお、図 5において、破線で示す信号線および破線にて囲んだ構成部分は、試験結果のデ一夕を得るためのものである。したがって、実際にレンズとして使用する場合には、これら構成部分は省略され得る。

このように構成されたシステムにおいて、制御コンピュータ 2 0において、所定の周波数で、所定の変位をさせるためのデータが、 D /A変換されて、アナ口グ信号として増幅器に与えられる。増幅器 2 2は、与えられたアナログ信号を、ピエゾァクチユエ一夕. 1 4を駆動するだけのレベルに増幅する。これによりピエゾァクチユエ一夕 1 4が変位し、これがレンズ 1 0の圧力伝達部 1 5に加えられる。この変位は、レンズ収容体 1 1中に充填された液体を介してレンズ表面部分 1 2に伝えられ、これによりレンズ表面部分 1 2が凸状或いは凹状に変位して、レンズの焦点が変化する。

[実施例]

以下、図 5に示すシステムにおいて使用した可変焦点レンズの試作品につき説明を加える。図 6 A、 Bに示すように、本実施の形態にかかる可変焦点レンズの試作品 1 0 0においては、高さ 5 0 mm、内径 2 7 mm、外径 3 5 mmの二重のガラス管をもって、内径を構成するガラス管と外径を構成するガラス管との間にオイルを充填するように構成し、これを収容体 1 1 1とした。収容体 1 1 1の外径を構成するガラス管 1 2 0において、そのほぼ中央側面に、正対する 2つの穴 ( 7。 5 mm径）を形成し、そこに、厚さ 2 0 / mのガラス薄膜を配置し、これを変形するレンズ表面部分 1 1 2とした。さらに、その上から、厚さ l mmで、 5 mm径の穴を有するガラス板 1 2 2を配置し、これにより、レンズ表面部分 1 1 2を固定した (図 6 B参照) o なお、ァクチユエ一夕の変位 (図 5の符号 5 0 1参照）やレンズ表面部分の変位（符号 5 0 2参照）をフィードバックすることにより、レンズ表面部分の歪みを検出し、これに基づくより適切な制御を実現することも可能である。

たとえば、レンズ表面の歪みは、ァクチユエ一夕 1 4の変位を用いて推定することで、間接的に計測 · フィードバックすることも可能であり、また、レンズ表面を直接計測することによつても実現することができる。内部の液体の圧力が無視できるほど小さく、レンズ表面およびシリンダ部分の固有振動数が十分に高ければ、ァクチユエ一夕の入力とレンズ表面の歪みとの間には、 1対 1の対応関係が仮定できる。このため、ァクチユエ一夕 1 4の変位を計測するだけで、レンズの歪みを推定することができる。つまり、図 5のシステムにおいて、ァクチユエ —夕 1 4の変位からレンズ表面の歪みを推定してフィードバックすることもできる。

収容体 1 1 1の下部には、たとえば、 S U S 3 0 4から作られた圧力伝達体 1 1 5を配置し、その下部に密着されたピエゾァクチユエ一夕（図 6 A、 Bにおいては図示せず）の振動を伝達するようにした。圧力伝達部 1 1 5は、図 3に示すように、共振周波数が高くなり、かつ、ァクチユエ一夕の変位に対して効率よく、収容体 1 1 1中の液体を押し出すことができるように中央部を補強した設計となつている。また、収容体 1 1 1の上部には、厚み 5 mmの収容体カバ一を配置し、二つのガラス管の間に収容された液体を密封している。

試作においては、 1次の共振周波数が、 8 . 0 k H z程度になることを目標として設計した。設計した構造の 1次の共振周波数を有限要素法によって見積もると、レンズ表面は 8 。 2 k H z , シリンダ部は 7 . 7 k H zであった。

[レンズの応答]

上記試作された可変焦点レンズが、 k H zオーダの応答性能をもつことを確認するために、図 5に示すピエゾァクチユエ一夕の変位（符号 5 0 1参照）を入力とし、レンズ表面部分 1 2の中心の変位（符号 5 0 2参照）を出力として周波数応答を計測した。

レンズ表面部分の中心の変位を測定するため、センサへッド 2 4およびコントローラ 2 6として、レーザ測距計 L C— 2 4 3 0 (キーエンス製、応答周波数 2 0 k H z ) を用いて測定した。ピエゾァクチユエ一夕 1 4として、 P— 8 4 1 . 1 0 ( P I— P o l y t e c製、 1次の共振周波数 1 8 k H z、可動範囲 1 5 μ m、歪みセンサ内臓）を利用した。制御コンピュータ 2 0においては、制御周期 0。 1 m sにて計測を行った。

図 7は、計測した周波数応答のボード線図である。図 7から、 1 k H zまで応答特性がほぼ変化しないことがわかり、試作された可変焦点レンズの構造が、 k H zオーダで応答可能であることが確認できた。

[応用例]

次に、本発明にかかる可変焦点レンズの他の構成例につき説明を加える。第 1 の実施の形態においては、収容体内に単一の液体を充填しているが、収容体を複数の部分に区切ることにより、異なる屈折率を有する複数の液体を、収容体の部分に、それそれ充填することも可能である。

レンズの焦点距離を変化させると, それに伴い光学的なパラメ一夕が変化し、収差補正のための条件などが変化してしまう。従来このような場合は複数のレンズを動かすことで複数のパラメ一夕の変化を吸収させていたが、 1 k H zのォーダに達する高速さをもってレンズを動かすことによって、パラメ一夕変化を吸収するのは難しい。そこで本発明においては、この問題を解決するために，可変焦点機構を多層化した構造を発明した。多層化により光学的なパラメ一夕の自由度はその層の数だけ増える.

図 8 A~ Dは、それそれ、多層化された可変焦点レンズの例を示す断面図である。たとえば、図 8 Aに示す可変焦点レンズにおいては、収容体 2 1 1が、第 1 の部分 2 2 1と第 2の部分 2 2 2とに分割され、第 1の部分および第 2の部分のそれそれの端部に、ピエゾァクチユエ一夕 2 1 4、 2 1 5が配置されている。また、第 1の部分 2 2 1と第 2の部分 2 2 2とは、剛性をもって、たとえば、ガラス 2 2 3により連結されている。また、第 1の部分 2 2 1および第 2の部分 2 2 2の外面には、可撓性ないし弾性をもつ表面部分 2 1 2、 2 1 3が形成されている o

このような構成により、ピエゾァクチユエ一夕 2 1 4を駆動することにより、表面部分 2 1 2を変位させ、その一方、ピエゾァクチユエ一夕 2 1 5を駆動することにより、表面部分 2 1 3を変位させることができる。これにより、自由度が「2」となり、 2つの光学パラメ一夕、たとえば、焦点距離および球面収差を調整することができる。

図 8 Bに示す可変焦点レンズにおいては、第 1の部分 3 2 1と第 2の部分 3 2 2との間も、可撓性ないし弹性をもつ連結部（連結面） 3 1 3が形成され、その一方、第 2の部分 3 2 2の外面に配置された表面部分 3 1 6は剛性をもっている。この例でも、 2つの光学パラメ一夕が調整され得る。なお、光学パラメ一夕には、焦点距離、球面収差のほか、コマ収差などが含まれる。

さらに、図 8 Cに示すように、収容体 4 1 1を、第 1の部分 4 2 1、第 2の部分 4 2.2および第 3の部分 4 2 3に分割し、第 1の部分 4 2 1の外面に設けられた表面部分 4 1 2、第 1の部分 4 2 1と第 3の部分 4 2 3との連結部 4 2 4、および、第 2の部分 4 2 2の外面に設けられた表面部分 4 1 3が可撓性ないし弾性をもち、対応するァクチユエ一夕の駆動により、変位することができる。また、第 2の部分と第 3の部分との連結部 4 2 5は剛性を持っている。この例では、自由度が「3」とすることもでき、この場合には、 3つの光学パラメ一夕、たとえば、焦点距離、球面収差およびコマ収差を調整することが可能となる。図 8 Dは、自由度「3」となる可変焦点レンズのさらに他の例を示している。ここでは、第 2の部分 5 2 2の外面は剛性を持ち（符号 5 1 6参照）、その一方、第 2の部分 5 2 2と第 3の部分 5 3 3との間の連結部（符号 5 1 3参照）が可撓性ないし弾性を有している。第 1の部分 5 2 1の外面の表面部分 5 1 2 s および、第 1の部分 5 2 1と第 3の部分 5 2 3との間の連結部 5 2 4が可撓性ないし弾性を有することは、図 8 Cの例と同様である。

また、収容体を構成する各部分に、それそれ、屈折率の異なる液体を充填しても良い。これにより、光学パラメ一夕の自由度を増やすことができ、また、色収差を調整可能とすることができる。図 9 Aおよび図 9 Bにこのような例を示す。図 9 Aに示す可変焦点レンズの構造は、図 8 Bのものと同様である。この可変焦点レンズ 3 1 1の第 1の部分 3 2 1には、屈折率 (≠空気の屈折率 η。）の液体が充填され、第 2の部分 4 3 3には、屈折率 n ₂ (≠n iかつ≠η。）の液体が充填される。

図 9 Βに示す可変焦点レンズの構造は、図 8 Dのものと同様である。ここでも、第 1の部分 5 2 1には、屈折率 ii i (≠n。）の液体、第 2の部分には、屈折率 n ₂ かつ≠n ₀ ) の液体、第 3の部分には、屈折率 n ₃ (≠n _{1 5} ≠n ₂かつ ≠n。）の液体が、それそれ充填される。

このように、可変焦点レンズを多層化し、また、各層を構成する部分に異なる屈折率の液体を充填することで、高い応答速度を維持しつつ、高い撮像精度を実現することが可能となる。

[上記実施例および応用例の適用]

次に、上記実施例や応用例にかかる可変焦点レンズを、顕微鏡に適用した例について説明する。図 1 1は、可変焦点レンズを用いた顕微鏡の例を概略的に示す図である。この例においては、対物レンズ 1 1 0 0と撮像素子 1 1 0 2との間に、可変焦点レンズ 1 1 1 0を配置している。この可変焦点レンズは、図 1、図 2に示すような構成であっても良いし、図 8 A〜D或いは図 9 A、 Bに示すような構成であっても良い。この顕微鏡は、撮像素子 1 1 0 2と接続された画像形成部 1 1 0 4およびレンズ制御部 1 1 0 6を備えている。この画像形成部 1 1 0 4およびレンズ制御部 1 1 0 6により演算部 1 1 0 8が構成される。画像形成部 1 1 0 4は、撮像素子 1 1 0 2からの信号を受理して、顕微鏡にて撮影された画像デー夕を作成する。また、レンズ制御部 1 1 0 6は、たとえばラプラシアンフィル夕を含み、信号中の空間周波数が比較的高い成分を取り出して、レンズ焦点が合つているかどうかを判定している。

レンズ制御部 1 1 0 6からは、可変焦点レンズ 1 1 1 0のァクチユエ一夕（図示せず）を制御する制御電圧が出力される。また、可変焦点レンズ 1 1 1 0からその変位を示す信号がレンズ制御部 1 1 0 6に返されてもよい。このように構成された顕微鏡においては、対象物が移動することにより焦点面 1 1 1 2が、顕微鏡の光軸方向に変化すると（一点鎖線および二点鎖線参照）、レンズ制御部 1 1 0 6が、焦点が合っていないことを判定し、焦点面を光軸方向に前後に動かすようにァクチユエ一夕を制御する。この前後の移動の際に撮像素子 1 1 0 2により撮影された画像に基づいて、レンズ制御部 1 1 0 6は焦点が合っている位置を判定する。本実施の形態においては、焦点距離の制御を 1 k H zのレートで実現できるため、焦点面の移動を、対象物の移動と比較して十分速くすることができ。適切な焦点合わせをすることが可能となる。

[他の実施例]

次に、本発明にかかる可変焦点レンズの他の実施例について説明する。図 1 2 および図 1 3に示すように、この実施例にかかる可変焦点レンズ 1 2 1 0において、収容体 1 1、ァクチユエ一夕 1 4、膜 1 5などの構成は、図 1ないし図 3に示すものとほぼ同様である。また、収容体 1 1の内部には、ァクチユエ一夕の変位を伝達するための液体、たとえばェマルジヨンオイルが充填される。

可変焦点レンズ 1 2 1 0のァクチユエ一夕 1 4が配置されていない側は、ほぼ平行な二つの面が形成され、それそれの面に、複数の円形の開口が、対向するように形成され、かつ、その開口には、弾性変形可能な薄く透明な板からなるレンズ表面部分 1 2が配置される。この複数のレンズ表面部分 1 2は、一定の幾何学的配置にしたがって並べられる。たとえば、図 1 3に示すように、一つおきの行および列が整列されるような配置であっても良いし、隣接する行および列が整列されるような配置であっても良い。また、レンズ表面部分 1 2の屈折率と、収容体 1 1の内部に充填される液体の屈折率とは同一であるのが望ましい。

レンズ表面部分 1 2の径は微小（たとえば、数十〃 mないし数百// m)であり、可変焦点レンズ 1 2 1 0は、対向するレンズ表面部分 1 2がマイクロレンズとして機能するため、マイクロ可変焦点レンズアレイとして機能する。この例では、それそれのレンズ表面部分 1 2は、同じ液体に接し、ァクチユエ一夕 1 4が駆動されることにより同じ圧力が印加される。したがって、焦点距離が一様に制御される。無論、収容体の一方の面にのみ、レンズ表面部分 1 2を形成しても良い。図 1 4 Aおよび図 1 4 Bは、このようなマイクロ可変焦点レンズアレイの適用例を示す図である。図 1 4 Aの例では、マイクロ可変焦点レンズアレイのレンズ表面部分 1 2 (単一のレンズ表面部分、または、対向するレンズ表面部分の組）と撮像素子 1 4 0 1とが一対一に対応している。これに対して、図 1 4 Bの例では、複数（9個）のレンズ表面部分（または 9組のレンズ表面部分） 1 4 2 0— 1、 1 4 2 0— 2と、撮像素子 1 4 1 1— 1、 1 4 1 1一 2とが対応している。また、マイクロ可変焦点レンズアレイの収容体に、対向するレンズ表面部分のそれそれに別の液体（屈折率が同一でも良いし、異なっても良い）が接するように、剛性のある透明な仕切りを配置しても良い。このような配置は、対抗するレンズ表面部分のみに着目すると、図 8 Aに示す構造に対応する。さらに、図 8 B に示すように、仕切りにおいて、収容体の一方の表面および仕切りに対向するレンズ表面部分を形成しても良い。さらに、図 8 C或いは図 8 Dに示すような三層構造を採用しても良い。

図 1 5は、非点対称形状のレンズを採用した例を示す。この例では、レンズ表面部分 1 5 1 2が長方形になっている。レンズ形状を非点対称形状とした場合にも、図 1 2および図 1 3に示した例と同様に、それそれの辺の長さが微小（たとえば、数十〃 mないし数百〃メートル）のレンズ表面部分を、一定の幾何学的配置にしたがって並べたようなマイクロ可変焦点レンズアレイを形成しても良い。さらに、このようなマイクロ可変焦点レンズにおいて、対向するレンズ表面部分のそれぞれに別の液体が接するように、透明な仕切りを配置しても良い（図 8 A〜図 D参照）。この例でも、収容体の一方の面のみにレンズ表面部分 1 5 1 2 を形成しても良いし、双方の面に対向するようにレンズ表面部分を形成しても良い。

図 1 6は、それそれが細長い長方形の形状をもつレンズ表面部分を、一方向に整列配置したマイクロ可変焦点レンズアレイの例を示す図である。レンズ表面部分 1 6 1 2は、剛性のある境界部 1 6 1 3を介して、隣接して並べられる。それそれのレンズ表面部分 1 2においては、長手方向中央部（符号 1 6 1 0 ) が、収容体の内部の圧力変化によっても、それそれの位置における段面形状が同一となる。したがって、中央部 1 6 1 0をレンズとして利用することができる。この例でも、収容体 1 6 1 1の一方の面のみにレンズ表面部分 1 6 1 2を形成しても良いし、双方の面に、対向するようにレンズ表面部分 1 6 1 2を形成しても良い。図 1 6に示すマイクロ可変焦点レンズアレイを、たとえば、 L C D (液晶表示装置）の前面側に配置し、レンズ焦点を変えることにより、いわゆる三次元画像の表示を可能にするために利用することができる o

さらに、このマイクロ可変焦点レンズアレイにおいて、対向するレンズ表面部分のそれそれについて、図 8 A〜図 8 Dに示すような多層構造を採用しても良い。また、各層において、同一の液体を充填しても良いし、屈折率の異なる液体を充填しても良い。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

たとえば、本実施の形態において、可変焦点レンズの構造について、漏斗状の拡張した一方の側に圧力伝達部を配置し、細く延びる側に対向するように、可撓性ないし弾性のある表面部分を配置し、表面部分の面積と比較して十分に大きな面積を有する圧力伝達体の駆動により、ピエゾァクチユエ一夕の微小な動きを、表面部分の十分な変位に増幅できるように構成している。

しかしながら、上記形状や、試作品の形状に限定されるものではない。本発明においては、図 1 0に示すように、ァクチユエ一夕 1 4が取り付けられた側 (圧力伝達部 1 5 ) の面積 Sが、レンズとして機能する可撓性ないし弾性のある表面部分の面積 sに比較して十分大きく（S > > s ) 、かつ、圧力伝達部と表面部分とがオイルなどの液体で連結され、圧力伝達部 1 5の振動が表面部分 1 2に伝えられるような構造であれば良い。このような構造をとることにより、表面部分の変位は、圧力伝達部の変位の S Z s倍とすることができる。圧力伝達部の面積 S と表面部分の面積 sとの比を調整することにより、表面部分の変位を所望の範囲に調整することも可能である。また、前記実施の形態において、圧力伝達部のァクチユエ一夕と接触する側に、十字形状の突起を形成したが、突起の形状は、これに限定されるものではなく、たとえば、 1 2 0度の角度間隔をもって配置された三叉状であっても良い。さらに、前記実施の形態において、収容体を 2層構造、 3層構造とした例を示したが、 4層以上の層構造を採用しても良いことは言うまでもない。ここでも、各層に圧力伝達部を配置し、ァクチユエ一夕の変位を連結部やレンズ表面部分に伝達できるような構成を採用すれば良い。

さらに、自由度が犠牲されるが、多層構造において、すべての層にァクチユエ一夕を配置せず、一部の層の表面部分や連結面を変位可能に構成しても良い。また、マイクロレンズアレイの例において、収容体の面に平行に透明な仕切りを配置する変わりに、或いは、これに加えて、収容体の面にほぼ垂直な仕切りを配置し、仕切られた領域のそれそれに異なる液体を充填しても良い。

本発明によれば、高速視覚システムのフレームレートで応答する可変焦点レンズ、および、その制御装置を提供することが可能となる。

産業上の利用分野

本発明は、特に、 1 k H z以上の高速な応答を有するレンズと協働するのが望ましい、ビジョンチップを利用した高速視覚システムに適用することができる。この高速視覚システムでは、高速度で移動する物体の画像を、焦点があった状態で追従することができ、当該物体の画像を生成し、或いは、高速度で移動する物体を捕捉する他の機器（アーム）などを制御することも可能となる。

さらに、本発明において、微小なレンズを幾何学的配置で並べたマイクロ可変焦点レンズァレィを構成し、単一のマイクロレンズ或いは所定数のマイクロレンズと撮像素子とを対応させて、複数の画像を生成し、それらに基づいて新たな画像を生成することにより、より精密な画像を取得することも可能となる。また、 L C Dなどと組み合わせることにより、三次元画像を生成することもできる。

Claims

請求の範囲

1 . 内部に液体が充填された収容体であって、

ァクチユエ一夕と接触して、当該ァクチユエ一夕の振動を伝達する圧力伝達部と、光の入射面および射出面に、二つの光透過部とを備えた収容体を備え、前記入射面および射出面の少なくとも一方に、前記圧力伝達部から液体を介して与えられる変位に応答して、光軸方向に凹凸に変位可能な一以上の表面部分であって、その面積 sと、前記圧力伝達部の面積 Sとの比（s / S ) が、所定の値以下であるような表面部分を設け、前記ァクチユエ一夕の変位に応答して、前記表面部分が変位することにより、焦点距離を変化させることを特徴とする可変焦点レンズ。

2 . 前記収容体において、一方の端に向けて、その径が拡張し、拡張した端部に圧力伝達部が配置されるとともに、他方の端部付近が単一の径を有し、対向する入射面および射出面が形成されることを特徴とする請求項 1に記載の可変焦点レンズ。

3 . 前記圧力伝達部において、ァクチユエ一夕と接触する側の面に、突起が形成されたことを特徴とする請求項 1または 2に記載の可変焦点レンズ。

4 . 前記突起が、十字状であることを特徴とする請求項 3に記載の可変焦点レンズ。

5 . 前記収容体が、第 1のァクチユエ一夕と接触する第 1の圧力伝達部および前記入射面を含む第 1の部分と、第 2のァクチユエ一夕と接触する第 2の圧力伝達部および前記射出面を含む第 2の部分と、少なくとも入射面および射出面に対向する位置で第 1の部分と第 2の部分が密着した連結面とを有し、

前記第 1の部分の入射面および連結面、第 1の部分の入射面および第 2の部分の射出面、並びに、連結面および第 2の部分の射出面の何れかの組み合わせで、変位可能な表面部分が形成されることを特徴とする請求項 1ないし 4の何れか一項に記載の可変焦点レンズ。

6 . 前記連結面と射出面とが、それそれ、異なる屈折率の材料で形成されることを特徴とする請求項 5に記載の可変焦点レンズ。

7。前記連結面と液体とが、それぞれ、異なる屈折率の材料で形成されることを特徴とする請求項 5または 6に記載の可変焦点レンズ。

8。前記第 1の部分および第 2の部分に、それそれ、屈折率の異なる液体が充填されたことを特徴とする請求項 5ないし 7の何れか一項に記載の可変焦点レンズ。

9。前記収容体が、第 1のァクチユエ一夕と接触する第 1の圧力伝達部および前記入射面を含む第 1の部分と、第 nのァクチユエ一夕と接触する第 nの圧力伝達部および前記射出面を含む第 nの部分と、前記第 1の部分と第 nの部分との間に介在する、（n— 2 )個の中間部分であって、第 i ( i = 2 , 3， ' ' '， ( n— 2 ) ) ) のァクチユエ一夕と接触する第 iの圧力伝達部を含む中間部分とを有し、

隣接する中間部分において、前記入射面および射出面に対向する部分に密着する連結面が形成され、かつ、それそれの部分において、入射面、連結面および Zまたは射出面において、変位可能な表面部分が形成されたことを特徴とする請求項 1ないし 4の何れか一項に記載の可変焦点レンズ。

10。前記連結面と射出面とが、それそれ、異なる屈折率の材料で形成されることを特徴とする請求項 9に記載の可変焦点レンズ。

11。前記連結面と液体とが、それそれ、異なる屈折率の材料で形成されることを特徴とする請求項 9または 1 0に記載の可変焦点レンズ。

12。前記第 1の部分、（η— 2 ) 個の中間部分および第 ηの部分に、それそれ、屈折率の異なる液体が充填されたことを特徴とする請求項 9ないし 1 1の何れか一項に記載の可変焦点レンズ。

13. 前記入射面および少なくとも一方に、複数の表面部分が、所定の幾何学的配置にて並べられたことを特徴とする請求項 1ないし 1 2の何れか一項に記載の可変焦点レンズ。

14. 前記表面部分が、それぞれ、数十〃 mないし数百// mの径を有し、入射面および射出面の一方に形成された表面部分、或いは、双方に形成された対向する対の表面部分によりマイクロレンズが形成されることを特徴とする請求項 1 3に記載の可変焦点レンズ。

15. 前記表面部分が、それそれ、数十 mないし数百 mの幅を有する長手方向に細長い長方形状であり、入射面および射出面の一方に形成された表面部分、或いは、双方に形成された対向する対の表面部分によりマイクロレンズが形成されることを特徴とする請求項 1 3に記載の可変焦点レンズ。

16. 前記表面部分が、長手方向の辺がほぼ接するように並べられたことを特徴とする請求項 1 5に記載の可変焦点レンズ。

17. 請求項 1ないし 1 6の何れか一項に記載の可変焦点レンズと、各ァクチユエ一夕を駆動するための信号を与える制御部と、前記各信号を増幅する増幅器とを備えたことを特徴とするレンズ制御装置。

18. 前記制御部が、ァクチユエ一夕の変位をフィードバックとして受理することを特徴とする請求項 1 7に記載のレンズ制御装置。

19. さらに、前記表面部分における変位を測定するレンズ変位測定部を備え、当該表面部分の変位が、前記制御部にフィードバックされることを特徴とする請求項 1 7または 1 8に記載のレンズ制御装置。