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JP2000081504A - 可変焦点レンズ - Google Patents

可変焦点レンズ

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JP2000081504A
JP2000081504A JP10251626A JP25162698A JP2000081504A JP 2000081504 A JP2000081504 A JP 2000081504A JP 10251626 A JP10251626 A JP 10251626A JP 25162698 A JP25162698 A JP 25162698A JP 2000081504 A JP2000081504 A JP 2000081504A
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lens
section
actuator
ring
diaphragms
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JP10251626A
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Nobuaki Kawahara
伸章 川原
Taku Kaneko
金子　　卓
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • 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

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、小型で、かつ廉価な可変焦点レ
ンズを提供する。 【解決手段】可変焦点レンズを、外力による形状変化に
より焦点距離が変化するレンズ部１０と、レンズ部１０
の一面側に沿って位置してレンズ部１０に形状変化させ
るための外力を付与するリング状で平板状のアクチュエ
ータ部２０を備えた構成とすることにより、可変焦点レ
ンズを厚み方向に小型で、構成簡単で、廉価に提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズの焦点距離
を可変制御できる可変焦点レンズに関するもので、当該
可変焦点レンズは、顕微鏡、顕微鏡カメラ装置、その他
医療用、工業用のカテーテル、プルーブの先端に装備さ
れる光学レンズ等、広い分野に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、微小な物体を観察するために、光
学式顕微鏡や、拡大光学機構を備えた顕微鏡カメラが多
く使用されている。これらの光学式顕微鏡や顕微鏡カメ
ラは、倍率が大きくなるほど被写体深度が浅くなるた
め、近年研究が盛んになってきているマイクロマシンに
おける微小で、かつ、立体的な部品の組立や観察は困難
である。特開平９−２３０２５２号公報には、これに対
処すべきカメラ装置が提案されている。
【０００３】当該カメラ装置は、対物レンズの物体側の
焦点面の高速振動により生ずる残像現象を利用して被写
体深度を大幅に拡大すべく機能するもので、この対物レ
ンズは、外力により変形するレンズ部と、その回りに配
置された複数のアクチュエータ部とからなる可変焦点レ
ンズとして構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した可
変焦点レンズにおいては、アクチュエータ部の構成が複
雑であり、また、レンズ部に付与する外力を大きくする
ため、レンズ部に対してアクチュエータ部を複数配設す
る手段が採られている。このため、アクチュエータ部自
体を小型化することが困難であるとともに、可変焦点レ
ンズを小型化することが困難である。また、可変焦点レ
ンズのレンズ部を構成する弾性膜に圧電素子を接合して
なる単純な構造も提案されているが、レンズ部を高速で
振動させるための大きい作用力を発生させ得ないおそれ
がある。さらにまた、レンズ部を構成する弾性膜として
は、付与される外力に対する変形の応答性を鋭敏にすべ
く、極めて薄いガラスダイヤフラム等の強度の低い弾性
薄膜が採用されるため、衝撃等の外力に対する破損の問
題がある。従って、本発明の目的は、これらの問題に対
処することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る可変焦点レ
ンズにおいては、外力による形状変化により焦点距離が
変化するレンズ部と、該レンズ部の一面側に沿って位置
して該レンズ部に形状変化させるための外力を付与する
リング状で平板状のアクチュエータ部を備えた構成とし
ており、可変焦点レンズの厚みを大幅に縮小している。
【０００６】また、本発明に係る可変焦点レンズにおい
ては、前記アクチュエータ部における内孔を前記レンズ
部に対する光路として能動光学デバイスを構成してお
り、能動光学デバイスの光路を容易に確保して簡単で、
かつ、小型化している。
【０００７】
【発明の作用・効果】このように、本発明に係る可変焦
点レンズによれば、その厚みを大幅に縮小して小型化を
図るとともに、レンズ部に対する光路を容易に確保し得
て構造簡単で小型化を図ることができるが、アクチュエ
ータ部をレンズ部の表裏両面側にそれぞれ配置するよう
に構成すれば、レンズ部の曲率半径の変化を増大するこ
とができて、焦点距離の可変できる範囲を拡大すること
ができる。
【０００８】本発明に係る可変焦点レンズにおいて、前
記アクチュエータ部を、リング状の弾性板と、電極を有
するリング状の圧電薄板からなる圧電ユニモルフまたは
圧電バイモルフとすれば、アクチュエータ部の制御に対
する応答性を高めることができる。この場合、レンズ部
とその表裏両面側に位置する各アクチュエータ部とを、
筒状の外側連結部材により外周部にて一体的に連結する
構成を採れば、各アクチュエータ部で発生する作動力を
レンズ部へ効率よく伝達することができるとともに、構
成上部品点数を削減することができ、かつ、部品点数の
削減に起因してプロセスの簡便化を図ることができる。
【０００９】また、本発明に係る可変焦点レンズにおい
ては、前記レンズ部を、２枚の透明なダイヤフラムと、
これら各ダイヤフラムが表裏各面側に接合されてこれら
各ダイヤフラムグとともに空間部を形成するリングと、
該空間部に封入された透明な動作流体とにより構成する
ことができる。この場合、各アクチュエータ部をレンズ
部の各ダイヤフラムの表面に密接させるように構成すれ
ば、各アクチュエータ部で発生する作動力をレンズ部へ
効率よく伝達することができ、かつ、各アクチュエータ
部がレンズ部を保護して外部からの衝撃等に対する強度
を高めることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明すると、
図１および図２には、本発明の一例に係る可変焦点レン
ズを使用した能動光学デバイスが示されている。当該能
動光学デバイスは、レンズ部１０と、一対のアクチュエ
ータ部２０とにより構成されている。
【００１１】レンズ部１０は、図３（模式図）に示すよ
うに、ガラス製の円形リング１１、円形リング１１の表
裏各面に接合されたガラス製のダイヤフラム１２，１
３、およびシリコーンオイル等の透明な動作流体１４か
らなるもので、動作流体１４は、円形リング１１と両ダ
イヤフラム１２，１３にて形成されている空間部に封入
されている。
【００１２】本実施例においては、円形リング１１は外
径１５ｍｍ、内径１３ｍｍ、厚み２ｍｍのほう珪酸ガラ
スからなるリングで、内外に貫通する２個の貫通穴を備
えている。一方の貫通穴は、動作流体を空間部に注入す
る注入穴として使用され、かつ、他方の貫通穴は、動作
流体を空間部に注入する際の空間部内の空気を排出する
排出穴として使用されるもので、両貫通穴は動作流体の
空間部への注入後密閉される。また、各ダイヤフラム１
２，１３は、直径１５ｍｍ、厚み５０μｍの珪酸ガラス
からなる弾性膜である。なお、各ダイヤフラム１２，１
３の一方または両方を、中央部に透明窓を有するステン
レス等の弾性膜にて形成することもできる。
【００１３】アクチュエータ部２０はリング状の圧電バ
イモルフであり、図４に示すように、リング状の弾性金
属板２１と、弾性金属板２１の表裏両面に接合されたリ
ング状で平板状の一対の圧電素子２２，２３からなるも
ので、各圧電素子２２，２３はペロブスカイト型構造の
ジルコン酸鉛とチタン酸鉛の固溶体Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3にて形成されている。各圧電素子２２，２３は、表
裏両面に銀電極が印刷されていて、導電性接着剤を介し
て弾性金属板２１にそれぞれ接合されている。
【００１４】アクチュエータ部２０において、両圧電素
子２２，２３は弾性金属板２１を介して積層状態にある
が、積層方向に対して同一の分極方向になるように積層
されている。このため、両圧電素子２２，２３は、電圧
印加時、両圧電素子２２，２３には逆向きの電圧が印加
されて、両圧電素子２２，２３の一方が径方向に収縮す
るとともに他方が径方向に膨張して変形する。
【００１５】各アクチュエータ部２０は、レンズ部１０
の表裏各面側にそれぞれ配置されていて、レンズ部１０
を挟持した状態で、パイプ状の外側連結部材２４にて互
いに連結されており、各アクチュエータ部２０の内周縁
に設けたリング状の内側連結部材２５がレンズ部１０を
構成する各ダイヤフラム１２，１３当接して接合してい
る。これにより、各アクチュエータ部２０に設けた内側
連結部材２５は、レンズ部１０に対する光路を形成して
いる。
【００１６】図２は、当該能動光学デバイスの動作状態
を模式的に示すもので、各アクチュエータ部２０に対す
る電圧印加により、各アクチュエータ部２０は印加され
る電圧の大小に応じて変形し、レンズ部１０を構成する
各ダイヤフラム１２，１３を押圧および引張して、動作
流体１４を加減圧する。これにより、各ダイヤフラム１
２，１３の曲率が同図の（ａ），（ｂ），（ｃ）のごと
く変化して、レンズ部１０における曲率半径を変化させ
て、レンズの焦点距離を可変とする。
【００１７】このように、当該能動光学デバイスにおい
ては、レンズ部１０の表裏両面側に配置した両アクチュ
エータ部２０によりレンズ部１０の両ダイヤフラム１
２，１３の曲率を変化させるものであるから、アクチュ
エータ部２０をレンズ部１０の片側に配置する場合に比
較して焦点距離の最大変化量を倍にすることができて、
焦点距離の可変範囲を拡大することができる。また、ダ
イヤフラム１２，１３に膜圧分布を形成することによ
り、ダイヤフラム１２，１３の変形形状を制御すること
が可能であり、当該能動光学デバイスの光学特性を向上
させることができる。
【００１８】ところで、当該能動光学デバイスにおいて
は、外力による形状変化により焦点距離が変化するレン
ズ部１０と、レンズ部１０の一面側に沿って位置してレ
ンズ部１０に形状変化させるための外力を付与するリン
グ状で平板状のアクチュエータ部２０を備えた構成とし
ているため、能動光学デバイス全体の厚みを大幅に縮小
することができ、また、アクチュエータ部２０における
内孔をレンズ部１０に対する光路として使用するため、
能動光学デバイスの光路を容易に確保し得て、能動光学
デバイス簡単な構成で小型化することができる。
【００１９】また、当該能動光学デバイスにおいて、ア
クチュエータ部２０を、リング状の弾性金属板２１と、
電極を有するリング状の圧電素子２２，２３からなる圧
電バイモルフに構成しているため、アクチュエータ部２
０の制御に対する応答性を高めることができる。この場
合、レンズ部１０とその表裏両面側に位置する各アクチ
ュエータ部２０を、パイプ状の外側連結部材２４により
外周部にて一体的に連結しているため、各アクチュエー
タ部２０で発生する作動力（変形により発生）をレンズ
部１０へ効率よく伝達することができるとともに、構成
上部品点数を削減することができ、かつ、部品点数の削
減に起因してプロセスの簡便化を図ることができる。
【００２０】また、当該能動光学デバイスにおいては、
レンズ部１０を、２枚の透明なダイヤフラム１２，１３
と、各ダイヤフラム１２，１３が表裏各面側に接合され
てこれら各ダイヤフラムグ１１２，１３とともに空間部
を形成するリング１１と、該空間部に封入された透明な
動作流体１４とにより構成して、各アクチュエータ部２
０をレンズ部１０の各ダイヤフラム１２，１３の表面に
密接させているため、各アクチュエータ部２０で発生す
る作動力をレンズ部１０へ効率よく伝達することがで
き、かつ、各アクチュエータ部２０がレンズ部１０を保
護して外部からの衝撃等に対する強度を高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る可変焦点レンズを使用した
能動光学デバイスを縦断した斜視図である。
【図２】同能動光学デバイスの動作説明図（ａ），
（ｂ），（ｃ）である。
【図３】同能動光学デバイスを構成するレンズ部を縦断
し分解した斜視図である。
【図４】同能動光学デバイスを構成するアクチュエータ
部を縦断した斜視図である。
【符号の説明】
１０…レンズ部、１１…円形リング、１２，１３…ダイ
ヤフラム、１４…動作流体、２０…アクチュエータ部、
２１…弾性金属板、２２，２３…圧電素子、２４…外側
連結部材、２５…内側連結部材。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外力による形状変化により焦点距離が変
    化するレンズ部と、該レンズ部の一面側に沿って位置し
    て該レンズ部に形状変化させるための外力を付与するリ
    ング状で平板状のアクチュエータ部を備えていることを
    特徴とする可変焦点レンズ。
  2. 【請求項２】 前記アクチュエータ部は、前記レンズ部
    の表裏両面側にそれぞれ配置されている請求項１に記載
    の可変焦点レンズ。
  3. 【請求項３】 前記アクチュエータ部における内孔が前
    記レンズ部に対する光路に形成されて能動光学デバイス
    を構成している請求項１または２に記載の可変焦点レン
    ズ。
  4. 【請求項４】 前記アクチュエータ部は、リング状の弾
    性板と、電極を有するリング状の圧電薄板からなる圧電
    ユニモルフまたは圧電バイモルフである請求項１，２ま
    たは３に記載の可変焦点レンズ。
  5. 【請求項５】 前記レンズ部は、２枚の透明なダイヤフ
    ラムと、これら各ダイヤフラムが表裏各面側に接合され
    てこれら各ダイヤフラムグとともに空間部を形成するリ
    ングと、該空間部に封入された透明な動作流体とにより
    構成されている請求項１，２または３に記載の可変焦点
    レンズ。
  6. 【請求項６】 前記レンズ部と、該レンズ部の表裏両面
    側に位置する各アクチュエータ部とが、筒状の外側連結
    部材により外周部にて一体的に連結されている請求項２
    に記載の可変焦点レンズ。
  7. 【請求項７】 前記各アクチュエータ部が前記レンズ部
    を構成する各ダイヤフラムの表面に密接している請求項
    ２または６に記載の可変焦点レンズ。
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