JP2008546031A

JP2008546031A - Variable fluid lens with two meniscuses

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Publication number: JP2008546031A
Application number: JP2008515359A
Authority: JP
Inventors: ハーウェーヘンドリクス，ベルナルデュス; カイペル，ステイン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2008-12-18
Also published as: WO2006131882A1; CN101194188A; TW200706916A; KR20080022186A; EP1894041A1; MY146797A

Abstract

可変レンズ及び可変レンズの動作の方法が記載される。可変レンズは、光軸（１９）を有する。レンズは、第一の及び第二のレンズ素子を含む。第一のレンズ素子は、光軸を横切って延在する第一のメニスカス（１３２）で接触した二つの流体を含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有する。第二のレンズ素子は、光軸を横切って延在する第二のメニスカス（１３４）で接触した二つの流体を含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有する。メニスカス制御器は、各々のメニスカスを制御するように配置される。メニスカス制御器（１１０）は、少なくとも所定の波長の放射について、第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスによって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、メニスカスの形状を制御するように配置される。このような可変レンズを、光学走査デバイス、カメラ、顕微鏡又は望遠鏡を含む、多種多様な装置に組み込むことができる。
A variable lens and a method of operation of the variable lens are described. The variable lens has an optical axis (19). The lens includes first and second lens elements. The first lens element includes two fluids in contact with a first meniscus (132) extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices. The second lens element includes two fluids in contact with a second meniscus (134) extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices. The meniscus controller is arranged to control each meniscus. The meniscus controller (110) is such that at least for a given wavelength of radiation, the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially compensated by the amount of spherical aberration caused by the second meniscus. Arranged to control the shape of the meniscus. Such variable lenses can be incorporated into a wide variety of devices, including optical scanning devices, cameras, microscopes or telescopes.

Description

本発明は、可変レンズに、このような可変レンズを動作させる方法に、カメラ、光学走査デバイス、顕微鏡及び望遠鏡を含む、このような可変レンズを含む装置に、並びに、このような可変レンズ及びこのような装置の製造の方法に、関係する。 The invention relates to a method for operating such a variable lens in a variable lens, to an apparatus comprising such a variable lens, including a camera, an optical scanning device, a microscope and a telescope, and to such a variable lens and this Related to the method of manufacturing such a device.

可変レンズは、可変の焦点を有するレンズである。可変レンズは、カメラ、顕微鏡法若しくは天文学における像の焦点調節を可能にするもの、又は、代わりに、光学走査デバイスのような装置における対物レンズの共役な距離を変化させるもののような、多種多様な用途に使用される。 The variable lens is a lens having a variable focus. Variable lenses can be of a wide variety, such as those that allow image focusing in cameras, microscopy or astronomy, or, alternatively, those that change the conjugate distance of an objective lens in an apparatus such as an optical scanning device. Used for applications.

可変レンズは、幅広い種類の構成に存在する。可変レンズを、少なくとも一つのレンズ又はレンズ群を機械的に変位させることによって形成することができる。このような機械的なレンズは、相対的に高価な、疲労を被りがちな、且つ、振動に影響されやすいものである。あるいは、切り替え可能なレンズは、知られたものであるが、そのレンズにおいては、焦点距離における変化は、レンズの構成を切り替えることによって達成される。いくつかの切り替え可能なレンズは、液晶で形成されたものであると共に、液晶の主軸が、少なくとも二つの方向の間で切り替え可能である。このように、液晶分子の配向を切り替えることは、入射する偏光した光によって経験されるレンズの屈折率を、及び、よって焦点距離を、変化させる。 Variable lenses exist in a wide variety of configurations. The variable lens can be formed by mechanically displacing at least one lens or lens group. Such mechanical lenses are relatively expensive, prone to fatigue, and are susceptible to vibration. Alternatively, switchable lenses are known, in which the change in focal length is achieved by switching the lens configuration. Some switchable lenses are made of liquid crystal and the main axis of the liquid crystal is switchable between at least two directions. Thus, switching the orientation of the liquid crystal molecules changes the refractive index of the lens and thus the focal length experienced by the incident polarized light.

メニスカスで接触した不混和性の流体で形成される他の切り替え可能なレンズは、知られたものである。流体は異なる屈折率を有する。メニスカスの形状を変化させることは、レンズによって提供された焦点距離における変化を提供する。（国際公開第０３／０６９３８０Ａ１号パンフレット（特許文献１）として公開された）国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ０３／００２２２号は、このような可変焦点レンズを記載し、そのレンズにおいては、メニスカスの形状が、エレクトロウェッティング効果を介して変えられる。 Other switchable lenses formed of immiscible fluid in contact with the meniscus are known. The fluids have different refractive indices. Changing the shape of the meniscus provides a change in the focal length provided by the lens. International Patent Application No. PCT / IB03 / 00222 (published as WO 03 / 069380A1 pamphlet (Patent Document 1)) describes such a variable focus lens, in which the meniscus shape is Can be changed via electrowetting effect.

このような切り替え可能なレンズは、一般には、より安価な且つ機械的な効果に対してあまり脆弱ではないものである一方で、液晶又はエレクトロウェッティングレンズの合焦を変化させることは、典型的には、望まれない球面収差の発生に帰着する。
国際公開第０３／０６９３８０Ａ１号パンフレット While such switchable lenses are generally less expensive and less vulnerable to mechanical effects, it is typical to change the focus of a liquid crystal or electrowetting lens Results in the occurrence of unwanted spherical aberration.
International Publication No. 03 / 069380A1 Pamphlet

本発明の実施形態の目標は、ここに又は別な具合に記載されたものであろうとなかろうと、先行技術の一つ以上の問題を扱う可変レンズを提供することである。本発明の特定の実施形態の目標は、まさに、相対的に安価な可変レンズを提供することであり、そのレンズは、実質的に球面収差の無いままである。 The goal of embodiments of the present invention is to provide a variable lens that addresses one or more of the problems of the prior art, whether described herein or otherwise. The goal of certain embodiments of the present invention is just to provide a relatively cheap variable lens, which remains substantially free of spherical aberration.

本発明の第一の態様に従って、提供されるものは、光軸を有する可変レンズであって、レンズは、光軸を横切って延在する第一のメニスカスで接触した二つの流体を含む第一のレンズ素子を含み、流体は、不混和性であり且つ異なる屈折率を有し；レンズは、光軸を横切って延在する第二のメニスカスで接触した二つの流体を含む第二のレンズ素子を含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；且つ、レンズは、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されたメニスカス制御器：を含み、ここで、メニスカス制御器は、少なくとも所定の波長の放射について、第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスによって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、メニスカスの形状を制御するように配置される。 In accordance with a first aspect of the present invention, there is provided a variable lens having an optical axis, the lens comprising two fluids in contact with a first meniscus extending across the optical axis. A second lens element comprising two fluids in contact with a second meniscus extending across the optical axis, wherein the fluid is immiscible and has a different refractive index Wherein the fluid is immiscible and has a different refractive index; and the lens comprises a meniscus controller arranged to control the shape of each meniscus, wherein the meniscus controller Controls the shape of the meniscus so that at least for a given wavelength of radiation, the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially compensated by the amount of spherical aberration caused by the second meniscus. It is arranged like.

このような可変レンズは、第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスのものによって実質的に補償されるように、メニスカスの形状の設定を利用する。このような構成は、実質的な球面収差無しで、連続的な範囲の焦点の距離を提供する可変レンズが形成されることを可能にする。 Such a variable lens utilizes a meniscus shape setting so that the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially compensated by that of the second meniscus. Such a configuration allows a variable lens to be formed that provides a continuous range of focal lengths without substantial spherical aberration.

メニスカス制御器は、メニスカスによって提供された球面収差の正味の量が、２００ｍλのＯＰＤｒｍｓよりも少ないものであることを保証するように、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されることがある。 The meniscus controller may be arranged to control the shape of each meniscus to ensure that the net amount of spherical aberration provided by the meniscus is less than 200 mλ OPDrms. .

メニスカス制御器は、メニスカスによって提供された球面収差の正味の量が、１００ｍλのＯＰＤｒｍｓよりも少ないものであることを保証するように、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されることがある。 The meniscus controller may be arranged to control the shape of each meniscus to ensure that the net amount of spherical aberration provided by the meniscus is less than 100 mλ OPDrms. .

メニスカス制御器は、メニスカスによって提供された球面収差の正味の量が、回折限界よりも少ないものであるように、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されることがある。 The meniscus controller may be arranged to control the shape of each meniscus so that the net amount of spherical aberration provided by the meniscus is less than the diffraction limit.

第一のレンズ素子及び第二のレンズ素子は、流体の第一の、第二の及び第三の本体を含有する単一の共通の流体チャンバーによって定義されることがあり、流体の第一の及び第二の本体は、前記の第一のレンズ素子の二つの流体であり、且つ、流体の第二の及び第三の本体は、前記の第二のレンズ素子の二つの流体である。 The first lens element and the second lens element may be defined by a single common fluid chamber containing a first, second and third body of fluid, And the second body is the two fluids of the first lens element, and the second and third bodies of fluid are the two fluids of the second lens element.

メニスカス制御器は、各々のメニスカスの曲率半径を変えるように配置されることがある。 The meniscus controller may be arranged to change the radius of curvature of each meniscus.

レンズは、前記のメニスカスの少なくとも一つの位置を検出し且つメニスカス制御器に対する測定された位置を示す信号を提供するように配置されることがあるメニスカス検出器をさらに含むことがある。 The lens may further include a meniscus detector that may be arranged to detect at least one position of the meniscus and provide a signal indicative of the measured position relative to the meniscus controller.

本発明の第二の態様に従って、提供されるものは、上に記載されたような可変レンズを含む装置である。 In accordance with a second aspect of the present invention, what is provided is an apparatus comprising a variable lens as described above.

装置は、可変レンズを透過した放射ビームの球面収差を決定するための、且つ、検出された球面収差を示すメニスカス制御器へ信号を提供するように配置された、球面収差検出器をさらに含むことがある。 The apparatus further includes a spherical aberration detector arranged to determine the spherical aberration of the radiation beam transmitted through the variable lens and to provide a signal to the meniscus controller indicating the detected spherical aberration. There is.

装置は、光学走査デバイス、カメラ、携帯電話、顕微鏡、及び望遠鏡：の少なくとも一つを含むことがある。 The apparatus may include at least one of an optical scanning device, a camera, a mobile phone, a microscope, and a telescope.

本発明の第三の態様に従って、提供されるものは、光軸を有する可変レンズを製造する方法であって、方法は、光軸を横切って延在する第一のメニスカスで接触した二つの流体を含む第一のレンズ素子を提供することを含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；方法は、光軸を横切って延在する第二のメニスカスで接触した二つの流体を含む第二のレンズ素子を提供することを含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；且つ方法は、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されたメニスカス制御器を提供すること：を含み、ここで、メニスカス制御器は、少なくとも所定の波長の放射について、第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスによって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、メニスカスの形状を制御するように配置される。 In accordance with a third aspect of the present invention, provided is a method of manufacturing a variable lens having an optical axis, the method comprising two fluids in contact with a first meniscus extending across the optical axis. Providing a first lens element comprising: the fluid is immiscible and has a different refractive index; the method comprises two contacts in contact with a second meniscus extending across the optical axis. Providing a second lens element comprising a fluid, wherein the fluid is immiscible and has a different refractive index; and the method is arranged to control the shape of each meniscus A meniscus controller, wherein at least for a given wavelength of radiation, the amount of spherical aberration caused by the first meniscus depends on the amount of spherical aberration caused by the second meniscus. Fruit As compensated, it is arranged to control the shape of the meniscus.

本発明の第四の態様に従って、提供されるものは、光軸を有する可変レンズを動作させる方法であって、レンズは、光軸を横切って延在する第一のメニスカスで接触した二つの流体を含む第一のレンズ素子を含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；レンズは、光軸を横切って延在する第二のメニスカスで接触した二つの流体を含む第二のレンズ素子を含み、流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；方法は、少なくとも所定の波長の放射について、第一のメニスカスの球面収差が、第二のメニスカスの球面収差を実質的に補償するように、各々のメニスカスの形状を制御すること：を含む。 In accordance with a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of operating a variable lens having an optical axis, wherein the lens is in contact with two fluids in contact with a first meniscus extending across the optical axis. Wherein the fluid is immiscible and has a different index of refraction; the lens includes two fluids in contact with a second meniscus extending across the optical axis. The fluid is immiscible and has a different index of refraction; the method includes a spherical aberration of the first meniscus and a spherical aberration of the second meniscus for radiation of at least a predetermined wavelength. Controlling the shape of each meniscus so as to substantially compensate for

方法は、レンズの所望の焦点距離を示す信号を受信すること；及び所望の焦点距離を提供するために各々のメニスカスの所望の形状を示すデータを読み取ること：をさらに含むことがある。 The method may further include receiving a signal indicative of the desired focal length of the lens; and reading data indicative of the desired shape of each meniscus to provide the desired focal length.

方法は、前記のメニスカスの少なくとも一つの形状を、他のメニスカスの所望の形状を決定するために、決定すること：をさらに含むことがある。 The method may further include: determining at least one shape of the meniscus to determine a desired shape of another meniscus.

方法は、可変レンズを透過した放射ビームの球面収差を測定することを示す信号を決定すること；及び放射ビームへ提供された正味の球面収差を減少させるように各々のメニスカスの形状を制御すること：をさらに含むことがある。 The method determines a signal indicative of measuring the spherical aberration of the radiation beam transmitted through the variable lens; and controls the shape of each meniscus to reduce the net spherical aberration provided to the radiation beam. May further be included.

メニスカス制御器は、エレクトロウェッティング効果によって前記のメニスカスの少なくとも一つの形状を制御するように配置されることがある。 The meniscus controller may be arranged to control at least one shape of the meniscus by an electrowetting effect.

前記のレンズ素子の少なくとも一つは、二つのそれぞれの流体を含有する流体チャンバーを含むことがあり：そして、方法は、前記のチャンバー内に含有された各々の流体の体積を調節することによって、チャンバーを含む前記のレンズ素子のメニスカスの形状を制御すること：をさらに含む。 At least one of the lens elements may include a fluid chamber containing two respective fluids: and the method includes adjusting the volume of each fluid contained within the chamber, Controlling the shape of the meniscus of the lens element including the chamber.

本発明の実施形態を、添付する図面を参照して、ほんの一例として、ここより後に記載することにする。 Embodiments of the present invention will be described hereinafter by way of example only with reference to the accompanying drawings.

本発明は、二つのメニスカスを含む流体に基づいたレンズを提供することによって、最小限の球面収差を提供する可変の流体に基づいたレンズを形成することができるということを実現してきたものである。レンズの全体的な焦点距離は、両方のメニスカスの形状によって決定される。一つのメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスのものによって実質的に補償されるように、メニスカスの形状を制御することによって、相対的に球面収差の無いレンズを形成することができる。 The present invention has realized that by providing a fluid-based lens that includes two meniscuses, a variable fluid-based lens that provides minimal spherical aberration can be formed. . The overall focal length of the lens is determined by the shape of both meniscuses. By controlling the shape of the meniscus so that the amount of spherical aberration caused by one meniscus is substantially compensated by that of the second meniscus, a lens having relatively no spherical aberration can be formed. it can.

各々のメニスカスは、二つのそれぞれの不混和性の（非混和性の）流体の間における界面であると共に、二つの流体の各々は、異なる屈折率を有する。 Each meniscus is an interface between two respective immiscible (immiscible) fluids, and each of the two fluids has a different refractive index.

各々のメニスカスは、そのメニスカスの形状に依存性の、それぞれの焦点の距離を定義することになる。可変レンズの正味の焦点の距離又は焦点距離は、メニスカスの組み合わせられた焦点の距離によるものである。各々のメニスカスについて、曲率半径は、焦点の距離を定義する。このように、可変レンズのいずれの与えられた焦点の距離についても、その焦点の距離を達成するためのメニスカスの二つの半径の無限の数の組み合わせが存在することになる。各々のメニスカスの各々の設定は、所定の量の球面収差を生じさせることになる。このように、全体的な可変レンズを実質的に球面収差の無いものとするために、メニスカスの設定は、第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスのものによって実質的に補償されるように、選ばれる。これを、連続的な範囲のレンズ焦点距離について行うことができる。 Each meniscus will define the distance of the respective focal point, depending on the shape of the meniscus. The net focal length or focal length of the variable lens is due to the combined focal length of the meniscus. For each meniscus, the radius of curvature defines the focal distance. Thus, for any given focal length of the variable lens, there will be an infinite number of combinations of the two meniscus radii to achieve that focal length. Each setting of each meniscus will produce a predetermined amount of spherical aberration. Thus, in order to make the overall variable lens substantially free of spherical aberration, the meniscus setting is such that the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially due to that of the second meniscus. To be compensated for. This can be done for a continuous range of lens focal lengths.

各々のメニスカスの形状の決定を、ルックアップテーブルを利用することによって、行うことができる。言い換えれば、可変レンズに各々の所望の焦点距離を提供するために、各々のメニスカスについての所望の形状（例．曲率半径）を示すデータを組み込む、データベースが、形成されると共に、可変レンズは、全ての焦点距離で実質的に収差の無いものである。 The determination of the shape of each meniscus can be made by using a look-up table. In other words, a database is formed that incorporates data indicating the desired shape (eg, radius of curvature) for each meniscus to provide each variable focal length with each variable lens, and the variable lens is There is substantially no aberration at all focal lengths.

あるいは、各々のメニスカスの形状を、動的に制御することができる。例えば、可変レンズを透過した放射ビームの球面収差を示す質の信号を決定することができる。そして、各々のメニスカスの形状は、質の信号を最適化するがしかし所望の焦点距離を維持するように、制御される。例えば、各々のメニスカスの形状は、変えられるかもしれず、且つ、次に、メニスカスの最適な形状／設定を決定するために、質の信号が、多くの繰り返しにわたって、再度測定される。この最適化を、例．最も急勾配の降下の方法に基づいた、最適化のアルゴリズムを使用することで、行うことができるであろう。 Alternatively, the shape of each meniscus can be controlled dynamically. For example, a quality signal indicative of the spherical aberration of the radiation beam transmitted through the variable lens can be determined. Each meniscus shape is then controlled to optimize the quality signal but maintain the desired focal length. For example, the shape of each meniscus may be changed, and then the quality signal is measured again over many iterations to determine the optimal shape / setting of the meniscus. This optimization is This could be done by using an optimization algorithm based on the steepest descent method.

図１は、装置１００内に組み込まれた可変レンズ１３０の概略図である。 FIG. 1 is a schematic view of a variable lens 130 incorporated in the apparatus 100.

可変レンズ１３０を、二つのレンズ素子で形成されるものとみなすことができる。第一のレンズ素子は、第一のメニスカス１３２で接触した二つの流体を含む、即ち、第一のメニスカスは、二つの流体の間の界面である。二つの流体は、非混和性であり、且つ、異なる屈折率を有する。第一の流体は、屈折率ｎ_１を有すると共に、他方の流体は、異なる屈折率ｎ_２を有する。 The variable lens 130 can be regarded as being formed by two lens elements. The first lens element includes two fluids in contact at the first meniscus 132, i.e., the first meniscus is the interface between the two fluids. The two fluids are immiscible and have different refractive indices. The first fluid has a refractive index n ₁ and the other fluid has a different refractive index n ₂ .

第二のレンズ素子は、また、第二のメニスカス１３４で接触した二つの流体を含む。重ねて、流体は、非混和性であり、且つ異なる屈折率を有する。図１において、第二のレンズ素子の流体は、それぞれ、ｎ_２及びｎ_３の屈折率を有する。この特定の実施形態において、両方のレンズ素子が流体の三つの本体によって定義されることは、予見されることである。このように、屈折率ｎ_２の流体の単一の共通の本体は、メニスカス１３２、１３４を分離する。 The second lens element also includes two fluids in contact at the second meniscus 134. Again, the fluid is immiscible and has a different refractive index. In FIG. 1, the fluid of the second lens element has a refractive index of n ₂ and n ₃ , respectively. In this particular embodiment, it is foreseen that both lens elements are defined by three bodies of fluid. Thus, a single common body of fluid with refractive index n ₂ separates meniscus 132, 134.

可変レンズ１３０は、光軸１９を有すると共に、両方のメニスカスは、光軸を横切って（にわたって）延在する。図１は、また、各々のメニスカス１３２、１３４の形状を制御可能に変動させるために利用されるメニスカス制御器１１０を示す。 The variable lens 130 has an optical axis 19 and both meniscuses extend across (over) the optical axis. FIG. 1 also shows a meniscus controller 110 that is utilized to controllably vary the shape of each meniscus 132, 134.

計算の容易さのために、この特定の実施形態において、二つのメニスカス１３２、１３４の間における分離度ｄは、無視できるものであることが、仮定される。入射の放射ビーム１２０は、入射瞳の半径ｈ（即ち、入射する放射ビーム１２０のビームウェストが半径ｈのものである）を備えた平行なビームである。第一の及び第二のメニスカスの光学パワーとしてそれぞれＫ_１及びＫ_２を取ること及びの可変レンズ１３０の合計のパワーとしてＫを定義することは、 For ease of calculation, in this particular embodiment, it is assumed that the degree of separation d between the two meniscus 132, 134 is negligible. The incident radiation beam 120 is a parallel beam with an entrance pupil radius h (ie, the beam waist of the incident radiation beam 120 is of radius h). Taking K ₁ and K ₂ as the optical power of the first and second meniscus, respectively, and defining K as the total power of the variable lens 130 is

：を与えるが、ここで、ｒ_１は、第一のメニスカス１３２の曲率半径であり、且つ、ｒ_２は、第二のメニスカス１３４の曲率半径である。ｒ_１及びｒ_２の両方は、それらが表すメニスカスが、屈折率ｎ_２の流体の第二の本体から理解されるように凸のものであるとき、正のものとして定義される。

Where r ₁ is the radius of curvature of the first meniscus 132 and r ₂ is the radius of curvature of the second meniscus 134. Both r ₁ and r ₂ are defined as positive when the meniscus they represent is convex as understood from the second body of fluid of refractive index n ₂ .

パラメータβは、第二のメニスカスの倍率として定義され、且つ、 The parameter β is defined as the magnification of the second meniscus, and

：によって与えられるが、ここで、ｌ’が、両方のメニスカス１３２、１３４の組み合わせられた焦点距離から結果として生じる、可変レンズ１３０の焦点距離である一方で、ｌは、（焦点Ｆ１までの）第一のメニスカスの焦点距離である。言い換えれば、入射する平行な放射ビーム１２０は、（無視できる分離度を有する）メニスカス１３２、１３４からの距離ｌ’で焦点Ｆ１２へ集束させられることになる。

Where l ′ is the focal length of the variable lens 130 resulting from the combined focal length of both

meniscus

132, 134, while l is (up to the focal point F1) The focal length of the first meniscus. In other words, the incident parallel radiation beam 120 will be focused to the focal point F12 at a distance l ′ from the meniscus 132, 134 (having negligible separation).

近軸計算から、三次の波面収差の解析（ザイデル（Ｓｅｉｄｅｌ）の収差）との組み合わせで、系の三次の球面波の波面収差ΔＷは、 From the paraxial calculation, in combination with the analysis of the third-order wavefront aberration (Seidel aberration), the wavefront aberration ΔW of the third-order spherical wave of the system is

：である（例．Ｗ．Ｔ．Ｗｅｌｄｆｏｒｄによる“Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ”，出版社ＡｄａｍＨｉｌｇｅｒ，ＩＳＢＮ０−８５２７４−５６４−８を参照のこと）。

(See, eg, “Aberrations of optical systems” by WT Weldford, publisher Adam Hillger, ISBN 0-85274-564-8).

このように、可変レンズが、実質的に球面収差の無いものであるために、方程式［５］によって与えられた三次の近似を、ΔＷ＝０で解かなければならない。可変レンズを作り上げる流体の適切な選抜（特に、屈折率ｎ_１、ｎ_２、及びｎ_３）によって、レンズを形成することができ、そのレンズについて、焦点の距離の連続的な範囲にわたって、可変レンズを実質的に収差の無いものとする半径ｒ_１及びｒ_２の設定が存在する。 Thus, since the variable lens is substantially free of spherical aberration, the third-order approximation given by equation [5] must be solved with ΔW = 0. By appropriate selection of the fluids that make up the variable lens (especially the refractive indices n ₁ , n ₂ , and n ₃ ), the lens can be formed over the continuous range of focal lengths for that lens. There are settings for radii r ₁ and r ₂ that are substantially free of aberrations.

表Ｉは、この方程式５の様々な解を図解し、様々な球面収差の無いレンズをどのように形成することができるかを示す。表Ｉは、解ΔＷ＝０について、ｎ_１＝１．５、ｎ_２＝１．３５、及びｎ_３＝１．３８であるとき、Ｋ_１及びＫ_２についての値を示す。
表Ｉ

上記の実施形態において、可変レンズの正味の球面収差が、少なくとも三次の収差の解析まで収差の無いものであることは、仮定されてきたことである。しかしながら、これは、系を球面収差の無いものであるように形成することができる程度の単なる一つの尺度であることが、認められることになる。球面収差が装置に影響を及ぼす精確な程度は、その装置内で可変レンズから球面収差を取り除くことが望ましい程度を決定することになる。たとえば、いくつかの用途において、球面収差の程度が、球面収差の効果が回折限界よりも少ないものであるようなものであることが、望ましいことがある。 Table I illustrates the various solutions of this equation 5 and shows how lenses without various spherical aberrations can be formed. Table I shows the values for K ₁ and K ₂ when n ₁ = 1.5, n ₂ = 1.35, and n ₃ = 1.38 for the solution ΔW = 0.
Table I

In the above embodiments, it has been assumed that the net spherical aberration of the variable lens is free of aberrations until at least the third-order aberration analysis. However, it will be appreciated that this is just a measure of the extent to which the system can be formed without spherical aberration. The exact degree to which spherical aberration affects the device will determine the degree to which it is desirable to remove spherical aberration from the variable lens within the device. For example, in some applications, it may be desirable that the degree of spherical aberration is such that the effect of spherical aberration is less than the diffraction limit.

好ましくは、ＯＰＤｒｍｓ＜２００ｍλとすれば、装置は、実質的に球面収差の無いものとみなされるが、ここで、ＯＰＤｒｍｓは、放射ビームの波面にわたる二乗平均平方根の光路長差である。より好ましくは、ＯＰＤｒｍｓ＜１００ｍλ及びいっそうより好ましくはＯＰＤｒｍｓ＜７０ｍλである。ＯＰＤｒｍｓが、７０ｍλ以下であるとすれば、そのとき、放射ビームの球面収差の程度は、回折限界より少ないとみなされる。 Preferably, if OPDrms <200 mλ, the device is considered substantially free of spherical aberration, where OPDrms is the root mean square optical path length difference across the wavefront of the radiation beam. More preferably, OPDrms <100 mλ and even more preferably OPDrms <70 mλ. If OPDrms is 70 mλ or less, then the degree of spherical aberration of the radiation beam is considered to be less than the diffraction limit.

今、図１に示されたものと概して類似の構造を有する、可変レンズの例を記載することにする。レンズは、１．５ｍｍの入射瞳の直径を有する。レンズは、波長４０５ｎｍの入射する放射について実質的に収差の無いものである。三つの流体の屈折率は、ｎ_１＝１．６０、ｎ_２＝１．３４、及びｎ_３＝１．６１である。二つのメニスカスは、最後のメニスカスから焦点までの距離であるＤの距離（例．図１においては、Ｄは、メニスカス１３４からＦ１２までの距離に対応するであろう）だけ分離される。計算の単純さのみのために、メニスカスが形状を変化させる際のメニスカスの間の分離におけるシフトは、考慮に入れられてこなかったものである。 An example of a variable lens will now be described having a structure generally similar to that shown in FIG. The lens has an entrance pupil diameter of 1.5 mm. The lens is substantially free of aberrations with respect to incident radiation having a wavelength of 405 nm. The refractive indices of the three fluids are n ₁ = 1.60, n ₂ = 1.34, and n ₃ = 1.61. The two meniscuses are separated by a distance D that is the distance from the last meniscus to the focal point (eg, in FIG. 1, D would correspond to the distance from meniscus 134 to F12). For simplicity of computation only, the shift in separation between meniscuses as the meniscus changes shape has not been taken into account.

表ＩＩは、実質的にゼロの球面収差を生じさせる、このような可変レンズの適当な設定のリストを提供する。Ｄのより小さい値についての収差における増加は、開口数における増加によるものである。球面収差は、ｍλの単位における二乗平均平方根の光路長差として表現される（ここでλは、入射する放射の波長である）。光路長差の二乗平均平方根が、７０ｍλよりも少ないものであるとすれば、そのとき、可変レンズは、球面収差の無いものであると考慮されることになる。
表ＩＩ

図１に示された装置１００は、可変レンズを組み込むことが望ましいいずれの装置でもあり得る、例．装置は、カメラ、顕微鏡、望遠鏡、又は光学走査デバイスであり得るであろう。あるいは、装置は、前述した装置のいずれかを組み込むいずれのデバイスであり得るであろう、例．装置は、携帯電話、携帯情報端末（personal digital assistant）（ＰＤＡ）、コンピュータ、又はカメラを組み込む電子玩具であり得るであろう。用語カメラは、静止画像（写真）カメラ又はビデオカメラの両方を包含するように考慮される。カメラは、フィルム又はディジタルカメラであることがある。 Table II provides a list of suitable settings for such variable lenses that produce substantially zero spherical aberration. The increase in aberration for smaller values of D is due to the increase in numerical aperture. Spherical aberration is expressed as the root mean square optical path length difference in units of mλ (where λ is the wavelength of incident radiation). If the root mean square of the optical path length difference is less than 70 mλ, then the variable lens is considered to have no spherical aberration.
Table II

The device 100 shown in FIG. 1 can be any device in which it is desirable to incorporate a variable lens, e.g. The apparatus could be a camera, a microscope, a telescope, or an optical scanning device. Alternatively, the device could be any device that incorporates any of the devices described above, e.g. The device could be a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a computer, or an electronic toy that incorporates a camera. The term camera is considered to encompass both still image (photo) cameras or video cameras. The camera may be a film or a digital camera.

例えば、図２は、第一の放射ビーム４の手段によって第一の光学記録担体３の第一の情報層２を走査するためのデバイス１を示すが、デバイスは、対物レンズ系８を含む。 For example, FIG. 2 shows a device 1 for scanning the first information layer 2 of the first optical record carrier 3 by means of a first radiation beam 4, which comprises an objective lens system 8.

光学記録担体３は、透明層５を含み、その透明層の一方の側に情報層２が配置される。透明層５から離れて面する、情報層２の側面は、保護層６によって環境的な影響から保護される。デバイスに面する透明層の側面は、入口面と呼ばれる。透明層５は、情報層２に機械的な支持を提供することによって、光学記録担体３についての基板として作用する。あるいは、機械的な支持が、情報層２の他方の側面における層によって、たとえば、保護層６によって又は最上の情報層へ接続された追加の情報層及び透明層によって、提供される一方で、透明層５は、情報層を保護するという単独の機能を有することがある。情報層が、この実施形態においては図１に示されるように透明層５の厚さに対応する、第一の情報層の深さ２７を有することは、留意されることである。情報層２は、担体３の表面である。 The optical record carrier 3 includes a transparent layer 5, and the information layer 2 is arranged on one side of the transparent layer. The side surface of the information layer 2 facing away from the transparent layer 5 is protected from environmental influences by the protective layer 6. The side of the transparent layer facing the device is called the entrance surface. The transparent layer 5 acts as a substrate for the optical record carrier 3 by providing mechanical support for the information layer 2. Alternatively, mechanical support is provided by a layer on the other side of the information layer 2, for example by a protective layer 6 or by an additional information layer and a transparent layer connected to the top information layer, while transparent Layer 5 may have a single function of protecting the information layer. It is noted that the information layer has a first information layer depth 27, which in this embodiment corresponds to the thickness of the transparent layer 5 as shown in FIG. The information layer 2 is the surface of the carrier 3.

情報は、図に示唆されない、実質的に平行な、同心の、又は螺旋のトラックに配置された光学的に検出可能なマークの形態における記録担体の情報層２に記憶される。トラックは、集束した放射ビームのスポットによって追跡されることがある経路である。マークは、いずれの光学的に読み取り可能な形態に、例、ピット、若しくは反射係数を備えたエリア、若しくは周囲と異なる磁化の方向の形態、又はこれらの形態の組み合わせに、あることもある。光学記録担体３がディスクの形状を有する場合には。 Information is stored in the information layer 2 of the record carrier in the form of optically detectable marks arranged in substantially parallel, concentric or spiral tracks, not suggested in the figure. A track is a path that may be tracked by a spot of a focused radiation beam. The mark may be in any optically readable form, for example, in a pit or area with a reflection coefficient, or in a different direction of magnetization from the surrounding, or a combination of these forms. If the optical record carrier 3 has the shape of a disc.

図２に示されるように、光学走査デバイス１は、放射源７、コリメーターレンズ１８、ビームスプリッター９、並びに、光軸１９ａを有する対物レンズ系８、可変レンズ３０、及び検出系１０を含む。さらには、光学走査デバイス１は、サーボ回路１１、フォーカスアクチュエータ１２、ラジアルアクチュエータ１３、及び、誤り訂正用の情報処理ユニット１４を含む。 As shown in FIG. 2, the optical scanning device 1 includes a radiation source 7, a collimator lens 18, a beam splitter 9, an objective lens system 8 having an optical axis 19a, a variable lens 30, and a detection system 10. Furthermore, the optical scanning device 1 includes a servo circuit 11, a focus actuator 12, a radial actuator 13, and an information processing unit 14 for error correction.

この特定の実施形態において、放射源７は、第一の放射ビーム４、第二の放射ビーム４’、及び第三の放射ビーム４’’を連続的に又は別個に供給するために配置される。例えば、放射源７は、放射ビーム４、４’及び４’’の二つを連続的に供給するための調整可能な半導体レーザを、第三のビームを供給する別個のレーザと共に、又は、これらの放射ビームを別個に供給するための三つの半導体レーザを、含むことがある。 In this particular embodiment, the radiation source 7 is arranged to supply the first radiation beam 4, the second radiation beam 4 ′, and the third radiation beam 4 ″ continuously or separately. . For example, the radiation source 7 may include a tunable semiconductor laser for continuously supplying two of the radiation beams 4, 4 ′ and 4 ″ with a separate laser for supplying a third beam, or these May include three semiconductor lasers for providing separate beams of radiation.

放射ビーム４は、波長λ_１及び偏光ｐ_１を有し、放射ビーム４’は、波長λ_２及び偏光ｐ_２を有し、且つ、放射ビーム４’’は、波長λ_３及び偏光ｐ_３を有する。波長λ_１、λ_２、及びλ_３は、全て異なるものである。好ましくは、いずれの二つの波長の間における差異も、２０ｎｍ以上、且つより好ましくは、５０ｎｍ以上である。偏光ｐ_１、ｐ_２、及びｐ_３の二つ以上は、相互に異なることがある。 Radiation beam 4 has wavelength λ ₁ and polarization p ₁ , radiation beam 4 ′ has wavelength λ ₂ and polarization p ₂ , and radiation beam 4 ″ has wavelength λ ₃ and polarization p ₃ . Have. The wavelengths λ ₁ , λ ₂ , and λ ₃ are all different. Preferably, the difference between any two wavelengths is 20 nm or more, and more preferably 50 nm or more. Two or more of the polarizations p ₁ , p ₂ , and p ₃ may be different from each other.

コリメーターレンズ１８は、発散性の放射ビーム４を実質的にコリメートされたビーム２０へと変換するために光軸１９ａに配置される。同様に、それは、放射ビーム４’及び４’’を二つのそれぞれの実質的にコリメートされたビーム２０’及び２０’’へと変換する（図２に示されない）。 A collimator lens 18 is arranged on the optical axis 19a to convert the divergent radiation beam 4 into a substantially collimated beam 20. Similarly, it converts the radiation beams 4 'and 4 "into two respective substantially collimated beams 20' and 20" (not shown in Fig. 2).

ビームスプリッタ９は、対物レンズ系８に向かって光路に沿って放射ビームを透過させるために配置される。示された例において、放射ビームは、ビームスプリッタ９を通じた透過によって、対物レンズ系８に向かって透過させられる。好ましくは、ビームスプリッタ９は、光軸に関して角度αで傾斜させられる平行平面板で形成され、且つより好ましくはα＝４５°である。この特定の実施形態においては、対物レンズ系８の光軸１９ａは、放射源７の光軸と共通である。 The beam splitter 9 is arranged to transmit the radiation beam along the optical path toward the objective lens system 8. In the example shown, the radiation beam is transmitted towards the objective lens system 8 by transmission through the beam splitter 9. Preferably, the beam splitter 9 is formed of a plane parallel plate inclined at an angle α with respect to the optical axis, and more preferably α = 45 °. In this particular embodiment, the optical axis 19 a of the objective lens system 8 is common with the optical axis of the radiation source 7.

対物レンズ系８は、コリメートされた放射ビーム２０を第一の集束した放射ビーム１５へ変換して情報層２の位置に第一の走査スポット１６を形成するために配置される。 The objective lens system 8 is arranged to convert the collimated radiation beam 20 into a first focused radiation beam 15 to form a first scanning spot 16 at the position of the information layer 2.

走査の間に、記録担体３は、（図２に示されない）主軸上で回転し、且つ、情報層２は、次に、透明層５を通じて走査される。集束した放射ビーム１５は、情報層２に反映し、それによって、反射されたビーム２１を形成し、そのビームは、前方に収束するビーム１５の光路に戻る。対物レンズ系８は、反射された放射ビーム２１を、反射されたコリメートされた放射ビーム２２へ変換する。 During scanning, the record carrier 3 rotates on the main axis (not shown in FIG. 2) and the information layer 2 is then scanned through the transparent layer 5. The focused radiation beam 15 is reflected in the information layer 2, thereby forming a reflected beam 21, which returns to the optical path of the beam 15 that converges forward. The objective lens system 8 converts the reflected radiation beam 21 into a reflected collimated radiation beam 22.

ビームスプリッタ９は、検出系１０に向かった光路に沿って、反射された放射２２の少なくとも一部を透過させることによって、反射された放射ビーム２２から前方の放射ビーム２０を分離する。図解した例においては、反射された放射ビーム２２は、ビームスプリッタ９内の板からの反射によって、検出系１０へ向かって透過させられる。示された特定の実施形態においては、ビームスプリッタ９は、偏光ビームスプリッタである。四分の一波長板９’は、ビームスプリッタ９と対物レンズ系８との間における光軸１９ａに沿って位置決めされる。四分の一波長板９’及び偏光ビームスプリッタ９の組み合わせは、反射された放射ビーム２２の大部分が、検出系の光軸１９ｂに沿って検出系１０に向かって透過させられることを保証する。検出系の光軸１９ｂは、検出系１０に向かって、反射された放射２２の少なくとも一部を透過させるビームスプリッタ９により、光軸１９ａの継続である。このように、対物レンズ系の光軸は、符号１９ａ及び１９ｂによって示された軸を含む。 The beam splitter 9 separates the forward radiation beam 20 from the reflected radiation beam 22 by transmitting at least a portion of the reflected radiation 22 along the optical path toward the detection system 10. In the illustrated example, the reflected radiation beam 22 is transmitted toward the detection system 10 by reflection from a plate in the beam splitter 9. In the particular embodiment shown, the beam splitter 9 is a polarizing beam splitter. The quarter-wave plate 9 ′ is positioned along the optical axis 19 a between the beam splitter 9 and the objective lens system 8. The combination of the quarter wave plate 9 ′ and the polarizing beam splitter 9 ensures that most of the reflected radiation beam 22 is transmitted towards the detection system 10 along the optical axis 19b of the detection system. . The optical axis 19b of the detection system is a continuation of the optical axis 19a by the beam splitter 9 that transmits at least part of the reflected radiation 22 towards the detection system 10. Thus, the optical axis of the objective lens system includes the axes indicated by reference numerals 19a and 19b.

検出系１０は、収束性のレンズ２５及び検出器２３を含み、それらレンズ及び検出器は、反射された放射ビーム２２の前記の部分を獲得するために配置される。 The detection system 10 includes a converging lens 25 and a detector 23, which are arranged to acquire said portion of the reflected radiation beam 22.

本発明の実施形態に従った可変レンズ３０は、ビームスプリッタ９と検出器２３との間における光路に位置させられる。好ましくは、可変レンズ３０は、ビームスプリッタ９と収束性のレンズ２５との間に位置させられる。可変レンズ３０は、反射された放射ビーム２２の前記の部分の合焦を制御するために利用される。 The variable lens 30 according to the embodiment of the present invention is positioned in the optical path between the beam splitter 9 and the detector 23. Preferably, the variable lens 30 is positioned between the beam splitter 9 and the convergent lens 25. The variable lens 30 is used to control the focusing of said part of the reflected radiation beam 22.

多数の先行技術の光学走査デバイスにおいて、異なる放射ビームによって形成された像は、異なる軸上の位置にあることになる。これを、異なる軸上の位置にある異なる放射ビーム及び／又は放射源について異なる共役の設定の使用によるものであり得る。像の異なる軸上の位置を補償するためには、多数の例において、先行技術の光学走査デバイスは、異なる放射ビームに異なる検出器を含有することになる。これは、このような光学走査デバイスの費用及び大きさの両方を増加させる。 In many prior art optical scanning devices, the images formed by the different radiation beams will be in different axial positions. This may be due to the use of different conjugate settings for different radiation beams and / or radiation sources at different on-axis positions. To compensate for different on-axis positions of the image, in many instances, prior art optical scanning devices will contain different detectors in different radiation beams. This increases both the cost and size of such an optical scanning device.

ここに記載された実施形態においては、像の異なる軸上の位置のこの問題を解決するために、可変レンズ３０の焦点距離は、異なる放射ビームからのスポットが、同じ像平面（即ち、情報検出器のもの）に集束されることを保証するために、調節される。このように、単一の情報検出器を利用することができる。先行技術の可変レンズにおいて、焦点距離を調節することは、異なる量の望まれない球面収差を生じさせるであろう。この問題は、可変レンズ３０によって回避される。 In the described embodiment, in order to solve this problem of different on-axis positions of the image, the focal length of the variable lens 30 is such that the spots from different radiation beams are the same image plane (ie, information detection Adjusted to ensure that it is focused on. Thus, a single information detector can be utilized. In prior art variable lenses, adjusting the focal length will produce different amounts of unwanted spherical aberration. This problem is avoided by the variable lens 30.

可変レンズ３０のメニスカスは、所望の焦点の距離を提供するために、しかし、二つのメニスカスの組み合わせによって生じた球面収差の正味の量が無視できるものであることを保証するために、即ち、可変レンズによって生じた球面収差が、それが光学走査デバイスの性能に有害な影響を与えない程度に十分に低いものであるように、制御される。 The meniscus of the variable lens 30 is used to provide the desired focal distance, but to ensure that the net amount of spherical aberration caused by the combination of the two meniscuses is negligible, i.e. variable. The spherical aberration produced by the lens is controlled so that it is sufficiently low that it does not deleteriously affect the performance of the optical scanning device.

検出器２３は、反射されたビームの前記の部分を一つ以上の電気信号へ転換するために配置される。 The detector 23 is arranged to convert said part of the reflected beam into one or more electrical signals.

信号の一つは、情報信号であり、その情報信号の値は、情報層２に走査された情報を表す。情報信号は、誤り訂正用の情報処理ユニット１４によって処理される。 One of the signals is an information signal, and the value of the information signal represents information scanned on the information layer 2. The information signal is processed by the information processing unit 14 for error correction.

検出系１０からの他の信号は、フォーカスエラー信号及びラジアルトラッキングエラー信号である。フォーカスエラー信号は、走査スポット１６と情報層２の位置との間におけるＺ軸に沿った高さにおける軸上の差異を表す。好ましくは、この信号は、とりわけ、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ，Ｊ．Ｂｒａａｔ，Ａ．Ｈｕｉｊｉｓｅｒｅｔａｌ，“ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔｉｃａｌＤｉｓｃＳｙｓｔｅｍｓ”，ｐｐ．７５−８０（ＡｄａｍＨｉｌｇｅｒ１９８５，ＩＳＢＮ０−８５２７４−７８５−３）による本から知られたものである“非点収差法”によって形成される。ラジアルトラッキングエラー信号は、走査スポット１６と走査スポット１６によって追跡されるものである情報層２におけるトラックの中心との間における情報層２のＸＹ平面内の距離を表す。この信号を、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ，ｐｐ．７０−７３による前述の本からまた知られたものである“ラジアルプッシュ−プル法”から形成することができる。 Other signals from the detection system 10 are a focus error signal and a radial tracking error signal. The focus error signal represents an axial difference in height along the Z axis between the scanning spot 16 and the position of the information layer 2. Preferably, this signal is notably G.P. Bouwhuis, J. et al. Braat, A .; Huijser et al, "Principles of Optical Disc Systems", pp. 75-80 (Adam Hilger 1985, ISBN0-85274-785-3). The radial tracking error signal represents the distance in the XY plane of the information layer 2 between the scanning spot 16 and the center of the track in the information layer 2 that is tracked by the scanning spot 16. This signal is referred to as G. Bouwhuis, pp. It can be formed from the “radial push-pull method” which is also known from the aforementioned book according to 70-73.

サーボ回路１１は、フォーカスエラー信号及びラジアルトラッキングエラー信号に応じて、それぞれフォーカスアクチェータ１２及びラジアルアクチュエータ１３を制御するためのサーボ回路信号を提供するために、配置される。フォーカスアクチュエータ１２は、Ｚ軸に沿った対物レンズ８の位置を制御し、それによって、走査スポット１６の位置を、それが、情報層２の平面と実質的に一致するように、制御する。ラジアルアクチュエータ１３は、走査スポット１６の径方向の位置を、それが対物レンズ８の位置を変えることによって情報層２において追跡されるトラックの中心線と実質的に一致するように、制御する。 The servo circuit 11 is arranged to provide servo circuit signals for controlling the focus actuator 12 and the radial actuator 13 in response to the focus error signal and the radial tracking error signal, respectively. The focus actuator 12 controls the position of the objective lens 8 along the Z axis, thereby controlling the position of the scanning spot 16 so that it substantially coincides with the plane of the information layer 2. The radial actuator 13 controls the radial position of the scanning spot 16 so that it substantially coincides with the track centerline tracked in the information layer 2 by changing the position of the objective lens 8.

対物レンズ８は、走査スポット１６を形成するために、コリメートされた放射ビーム２０を、第一の開口数ＮＡ_１を有する、集束された放射ビーム１５へ変換するために配置される。言い換えれば、光学走査デバイス１は、波長λ_１、偏光ｐ_１、及び開口数ＮＡ_１を有する放射ビーム１５の手段によって、第一の情報層２を走査することが可能なものである。 The objective lens 8 is arranged to convert the collimated radiation beam 20 into a focused radiation beam 15 having a _first numerical aperture NA ₁ in order to form a scanning spot 16. In other words, the optical scanning device 1 is capable of scanning the first information layer 2 by means of a radiation beam 15 having a wavelength λ ₁ , a polarization p ₁ and a numerical aperture NA ₁ .

さらには、この実施形態における光学走査デバイスは、また、放射ビーム４’の手段によって第二の光学記録担体３’の第二の情報層２’を、及び、放射ビーム４’’の手段によって第三の光学記録担体３’’の第三の情報層２’’を、走査することが可能なものである。このように、対物レンズ系８は、情報層２’の位置に第二の走査スポット１６’を形成するために、コリメートされた放射ビーム２０’を、第二の開口数ＮＡ_２を有する、第二の集束された放射ビーム１５’へ変換する。対物レンズ系８は、また、情報層２’’の位置に第三の走査スポット１６’’を形成するために、コリメートされた放射ビーム２０’’を、第三の開口数ＮＡ_３を有する、第三の集束された放射ビーム１５’’へ変換する。 Furthermore, the optical scanning device in this embodiment also includes the second information layer 2 ′ of the second optical record carrier 3 ′ by means of the radiation beam 4 ′ and the first by means of the radiation beam 4 ″. The third information layer 2 '' of the three optical record carriers 3 '' can be scanned. Thus, the objective lens system 8 has a second numerical aperture NA ₂ for collimating the radiation beam 20 ′ in order to form a second scanning spot 16 ′ at the position of the information layer 2 ′. Conversion into two focused radiation beams 15 '. The objective lens system 8 also has a collimated radiation beam 20 ″ with a third numerical aperture NA ₃ in order to form a third scanning spot 16 ″ at the position of the information layer 2 ″. Convert to a third focused radiation beam 15 ″.

走査スポット１６、１６’、１６’’のいずれか一つ以上が、エラー信号を提供することにおける使用のための二つの追加のスポットで形成されることがある。これらの関連した追加のスポットを、光学ビーム２０の経路に適当な回折素子を提供することによって、形成することができる。 Any one or more of the scanning spots 16, 16 ', 16 "may be formed with two additional spots for use in providing an error signal. These associated additional spots can be formed by providing a suitable diffractive element in the path of the optical beam 20.

光学記録担体３と同様に、光学記録担体３’は、第二の透明層５’を含み、その透明層の一方の側には、情報層２’が、第二の情報層の深さ２７’で配置され、且つ、光学記録担体３’’は、第三の透明層５’’を含み、その透明層の一方の側には、情報層２’’が、第三の情報層の深さ２７’’で配置される。 Similar to the optical record carrier 3, the optical record carrier 3 ′ includes a second transparent layer 5 ′, on one side of which the information layer 2 ′ has a second information layer depth 27. And the optical record carrier 3 '' includes a third transparent layer 5 '', on one side of the transparent layer the information layer 2 '' has a depth of the third information layer. 27 ″.

可変レンズ３０内のメニスカスは、走査される光学記録担体のタイプを示す信号（例．信号は、可変レンズの所望の焦点距離を示すものである）を受信するメニスカス制御器を使用することで、制御されることがあると共に、制御器は、次に、実質的に球面収差の無い動作と共に、可変レンズの所望の焦点距離を提供するために必要とされた各々のメニスカスの所望の形状を示す（例．メモリストア又はルックアップテーブルからの）データを読み取る。 The meniscus in the variable lens 30 uses a meniscus controller that receives a signal indicating the type of optical record carrier being scanned (eg, the signal is indicative of the desired focal length of the variable lens), As may be controlled, the controller then indicates the desired shape of each meniscus required to provide the desired focal length of the variable lens, along with substantially spherical aberration-free operation. Read data (eg, from memory store or lookup table).

あるいは、検出系１０は、また、球面収差及び／又はスポットの焦点を検出し且つ可変レンズ３０の動作を制御するための、レンズ制御信号をサーボ回路１１へ提供することがある。球面収差の信号は、このように、質の信号として、最適な動作を達成するために、即ち、与えられた所望の焦点距離についての可変レンズによって提供される実質的に正味の球面収差と共に、メニスカスの各々の形状（曲率半径）の最適の設定を決定するための入力として、使用される。与えられた所望の焦点距離は、検出系１０によって決定されたフォーカスエラー信号が、最小限であるときのものである。 Alternatively, the detection system 10 may also provide lens control signals to the servo circuit 11 to detect spherical aberration and / or spot focus and control the operation of the variable lens 30. The spherical aberration signal is thus, as a quality signal, to achieve optimal operation, i.e., with a substantially net spherical aberration provided by the variable lens for a given desired focal length. Used as input to determine the optimal setting for each shape (curvature radius) of the meniscus. The desired focal length given is that when the focus error signal determined by the detection system 10 is minimal.

この実施形態においては、光学記録担体３、３’、及び３’’は、ほんの一例として、それぞれ、“ブルー・レイ・ディスク”形式のディスク、ＤＶＤ形式のディスク、及びＣＤ形式のディスクである。このように、波長λ_１は、３６５ｎｍと４４５ｎｍとの間の範囲に含まれ、且つ好ましくは４０５ｎｍである。開口数ＮＡ_１は、読み取りモード及び書き込みモードの両方において、約０．８５に等しい。波長λ_２は、６２０ｎｍと７００ｎｍとの間の範囲に含まれ、且つ好ましくは、６５０ｎｍである。開口数ＮＡ_２は、読み取りモードにおいては約０．６に等しく、且つ、書き込みモードにおいては０．６より上、好ましくは０．６５である。波長λ_３は、７４０ｎｍと８２０ｎｍとの間の範囲に含まれ、且つ好ましくは約７８５ｎｍである。開口数ＮＡ_３は、ＣＤ形式のディスクからの情報の読み取りについては０．５より下であり、且つ好ましくは０．４５であり、且つ、ＣＤ形式のディスクへ情報を書き込むためには好ましくは０．５と０．５５との間にある。 In this embodiment, the optical record carriers 3, 3 ′ and 3 ″ are, by way of example only, “Blue Ray Disc” format discs, DVD format discs, and CD format discs, respectively. Thus, the wavelength λ ₁ falls within the range between 365 nm and 445 nm and is preferably 405 nm. The numerical aperture NA ₁ is equal to about 0.85 in both the read mode and the write mode. The wavelength λ ₂ is included in the range between 620 nm and 700 nm, and is preferably 650 nm. The numerical aperture NA ₂ is equal to about 0.6 in the reading mode and is above 0.6, preferably 0.65 in the writing mode. The wavelength λ ₃ is in the range between 740 nm and 820 nm and is preferably about 785 nm. The numerical aperture NA ₃ is below 0.5 for reading information from a CD format disc, and preferably 0.45, and preferably 0 for writing information to a CD format disc. .5 and between 0.55.

本発明の代わりの実施形態において、ここに記載されたような可変レンズ３０は、顕微鏡の一部を形成する。顕微鏡の対物レンズは、試験体によって放出された光を平行なビームへと変換する。先行技術のデバイスにおいて、これは、典型的には、対物系を機械的に変位させることによって、対物系の焦点を試験体と一致させることによって、成し遂げられる。通常の先行技術の液体レンズが、（液体レンズの焦点距離を変化させることによって）この焦点調節の動作を行うために利用されたとすれば、これは、一般には、異なる量の収差をビームへ導入して、このようにビームの光学的な質を劣化させるであろう。ここに記載されたような可変レンズを使用することによって、可変レンズの焦点距離を、球面収差がビームへ導入されることなく、変えることができる。 In an alternative embodiment of the present invention, the variable lens 30 as described herein forms part of a microscope. The microscope objective lens converts the light emitted by the specimen into a parallel beam. In prior art devices, this is typically accomplished by mechanically displacing the objective to bring the focal point of the objective into alignment with the specimen. If a normal prior art liquid lens was used to perform this focusing operation (by changing the focal length of the liquid lens), this generally introduces a different amount of aberration into the beam. Thus, it will degrade the optical quality of the beam. By using a variable lens as described herein, the focal length of the variable lens can be changed without introducing spherical aberration into the beam.

二つの流体の間におけるメニスカスの形状を変える動作を、多種多様な技術を使用することで行うことができる。エレクトロウェッティング効果を、メニスカスの形状（例．曲率半径）を変えるために利用することができる。例えば、国際公開第９９／１８４５６号パンフレット及び国際公開第００／５８７６３号パンフレットは、可変焦点レンズを記載する。 The action of changing the shape of the meniscus between the two fluids can be performed using a variety of techniques. The electrowetting effect can be used to change the shape of the meniscus (eg, radius of curvature). For example, WO 99/18456 and WO 00/58763 describe variable focus lenses.

本発明の実施形態に従った第一の及び第二のレンズ素子は、各々、各々のレンズ素子における流体に印加された電圧が、各々のレンズ素子内のメニスカスの形状が適当であることを保証することを、保証するための適当な電圧の制御の追加と共に、このような知られた可変焦点レンズのそれぞれ一つから形成されることがある。言い換えれば、各々のメニスカスは、別個の流体チャンバー又はセル内に形成される。本発明の実施形態に従った可変レンズは、このようなレンズ素子の二つ（以上）を直列に置くことによって、このように形成されると共に、共通の光軸が各々のレンズ素子を通じて延在する。各々のレンズ素子は、このように、光軸を横切って延在するメニスカスで接触した二つの流体を含むと共に、各々のレンズ素子の二つの流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有する。第二のレンズ素子は、第一のレンズ素子と同じ流体を利用することがあるか、又は、一つ以上の異なる流体を利用することがある。 The first and second lens elements according to embodiments of the present invention each ensure that the voltage applied to the fluid in each lens element ensures the proper shape of the meniscus in each lens element. It may be formed from each one of such known variable focus lenses, with the addition of appropriate voltage control to ensure that. In other words, each meniscus is formed in a separate fluid chamber or cell. A variable lens according to an embodiment of the present invention is formed in this way by placing two (or more) of such lens elements in series, and a common optical axis extends through each lens element. To do. Each lens element thus includes two fluids in contact with a meniscus extending across the optical axis, and the two fluids of each lens element are immiscible and have different refractive indices. . The second lens element may utilize the same fluid as the first lens element, or may utilize one or more different fluids.

あるいは、及びより好ましくは、二つのメニスカスは、単一の共通のチャンバー内に形成されると共に、流体の単一の本体が、両方のメニスカスを分離する（例．図１に示されるようなもの）。図３は、本発明の実施形態に従ったエレクトロウェッティングレンズ３３０の一つの例を示す。可変レンズ３３０は、一般に、（国際公開第２００４／０３８４８０号パンフレットとして公開された）国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２００３／００４５９５号に記載されたズームレンズに類似のものである。 Alternatively and more preferably, two meniscuses are formed in a single common chamber, and a single body of fluid separates both menisci (eg as shown in FIG. 1). ). FIG. 3 shows one example of an electrowetting lens 330 according to an embodiment of the present invention. The variable lens 330 is generally similar to the zoom lens described in International Patent Application No. PCT / IB2003 / 004595 (published as WO 2004/038480).

可変レンズ３３０は、チャンバー３００を含む。三つの流体Ａ、Ｂ、Ｂ’は、チャンバー３００内に位置させられる。チャンバー３００は、この実施形態においては、側壁３０６及び端壁３０２、３０４によって定義された円筒形のチャンバーである。光軸１９は、チャンバーを通じて延在する。二つのメニスカス３３２、３３４は、チャンバー内の三つの流体Ａ、Ｂ、Ｂ’によって定義される。各々のメニスカス３３２、３３４は、光軸１９を横切って延在する。チャンバー３００内の流体Ａ、Ｂ、Ｂ’の少なくとも一つは、流体の少なくとも一つが電気的に影響されやすいものではない一方で、電気的に影響されやすいものである（即ち、流体は、電場の印加によって影響を及ぼされる）。 The variable lens 330 includes a chamber 300. Three fluids A, B, B ′ are positioned in the chamber 300. The chamber 300 is a cylindrical chamber defined by the side wall 306 and the end walls 302, 304 in this embodiment. The optical axis 19 extends through the chamber. Two meniscuses 332, 334 are defined by three fluids A, B, B 'in the chamber. Each meniscus 332, 334 extends across the optical axis 19. At least one of the fluids A, B, B ′ in the chamber 300 is electrically sensitive while at least one of the fluids is not electrically sensitive (ie, the fluid is an electric field). Is affected by the application of.

この特定の実施形態において、流体Ａは、電気的に影響されやすいものではない、例．それは、油又はアルカンのような絶縁体である。流体Ｂ、Ｂ’は、電気的に影響されやすい流体である、例．流体Ｂ、Ｂ’は、水性の塩の溶液のような、電気伝導性の流体である。第一のメニスカス３３２は、流体Ａ、Ｂ間の界面によって定義される。流体Ａ及びＢは、異なる屈折率を有する。第二のメニスカス３３４は、流体Ａ及びＢ’の間の界面によって定義される。流体Ａ及びＢ’は、異なる屈折率を有する。流体Ｂ及びＢ’は、同一の屈折率を有することがある（と共に同じ流体であることがある）が、しかし、この特定の実施形態においては、それらは、異なる屈折率を備えた異なる流体である。 In this particular embodiment, fluid A is not electrically sensitive, e.g. It is an insulator such as oil or alkane. The fluids B and B 'are electrically susceptible fluids, for example The fluids B and B 'are electrically conductive fluids such as aqueous salt solutions. The first meniscus 332 is defined by the interface between fluids A and B. Fluids A and B have different refractive indices. A second meniscus 334 is defined by the interface between fluids A and B '. Fluids A and B 'have different refractive indices. Fluids B and B ′ may have the same refractive index (and may be the same fluid), but in this particular embodiment they are different fluids with different refractive indices. is there.

チャンバーの末端３０２、３０４は、光学的に透明な材料、例．ガラスによって定義される。この特定の実施形態においては、末端３０２、３０４は、また、それぞれの隣接した流体Ｂ、Ｂ’へ電圧を印加するための電極として作用する。これを、透明な電気伝導体、例．酸化スズインジウムの層、で末端をコートすることによって、得ることができる。円筒形のチャンバー３００の側面３１６は、絶縁層３０６、例えばパリレンでコートされる。好ましくは、薄い疎水性のコーティング（例．ＡＦ−１６００）は、パリレン層の内部の表面に提供される。円筒形の電極３１６は、絶縁性の円筒形のチャンバーの側壁３０６の外側の表面のまわりに、このように延在する。電極３１６を金属の管で構築することができる。 The ends 302, 304 of the chamber are optically transparent materials, e.g. Defined by glass. In this particular embodiment, the ends 302, 304 also act as electrodes for applying a voltage to each adjacent fluid B, B '. This is a transparent electrical conductor, eg It can be obtained by coating the ends with a layer of indium tin oxide. The side surface 316 of the cylindrical chamber 300 is coated with an insulating layer 306, such as parylene. Preferably, a thin hydrophobic coating (eg AF-1600) is provided on the inner surface of the parylene layer. The cylindrical electrode 316 thus extends around the outer surface of the insulating cylindrical chamber sidewall 306. The electrode 316 can be constructed of a metal tube.

第一の電圧源３１２は、メニスカス３３２の形状を変化させるために、第一の末端の電極３０２及び円筒形の側面の電極３１６にわたって電圧を適用するために配置される。第二の電圧源３１４は、第二の末端の電極３０４及び円筒形の側面の電極３１６にわたって電圧を印加して、メニスカス３３４の形状を変化させるために配置される。 The first voltage source 312 is arranged to apply a voltage across the first end electrode 302 and the cylindrical side electrode 316 to change the shape of the meniscus 332. The second voltage source 314 is arranged to apply a voltage across the second end electrode 304 and the cylindrical side electrode 316 to change the shape of the meniscus 334.

エレクトロウェッティングは、流体による表面の濡れ性が、電圧の印加の下で変動する現象である。これは、三相の線でのメニスカスの接触角の変化に帰着し、且つ、よってメニスカスの形状を変化させる。三相の線は、表面と二つの隣接した流体との間の接触の線である。例えば、メニスカス３３２についての三相の線は、メニスカスの境界線が円筒形の側壁３０６に接触する点である。このように、電極３０２及び３１６の間における電圧源３１２からの電圧の印加によって、表面３０６の濡れ性を、変えることができ、三相の接触線における変化、及びよって、メニスカスの曲率半径におけるその結果としての変化に至る。同様に、メニスカス３３４の形状を、電極３０４及び３１６の間における電圧の印加によって制御することができる。 Electrowetting is a phenomenon in which the wettability of a surface by a fluid fluctuates under application of a voltage. This results in a change in the contact angle of the meniscus at the three-phase line and thus changes the shape of the meniscus. A three-phase line is a line of contact between a surface and two adjacent fluids. For example, the three-phase line for the meniscus 332 is the point where the meniscus boundary line contacts the cylindrical sidewall 306. Thus, by applying a voltage from voltage source 312 between electrodes 302 and 316, the wettability of surface 306 can be changed, the change in the three-phase contact line, and thus that in the radius of curvature of the meniscus. It leads to change as a result. Similarly, the shape of the meniscus 334 can be controlled by applying a voltage between the electrodes 304 and 316.

このように、メニスカス制御器３１０は、電圧源３１２、３１４並びに電極３０２、３０４及び３１６によって提供されるが、その制御器は、両方の材料の形状の制御を可能にする。メニスカス制御器３１０は、第一のメニスカス３３２によって生じた球面収差の量が、第二のメニスカス３３４によって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、メニスカスの形状を制御するように配置される。メニスカス制御器は、ある範囲の可変な焦点距離が可変レンズ３３０によって提供されることを可能にするために、メニスカスの形状を制御するように、さらに配置される。 Thus, meniscus controller 310 is provided by voltage sources 312, 314 and electrodes 302, 304, and 316, which allows control of the shape of both materials. The meniscus controller 310 controls the shape of the meniscus so that the amount of spherical aberration caused by the first meniscus 332 is substantially compensated by the amount of spherical aberration caused by the second meniscus 334. Be placed. The meniscus controller is further arranged to control the shape of the meniscus to allow a range of variable focal lengths to be provided by the variable lens 330.

しかしながら、エレクトロウェッティングを除いて他の技術が、各々のメニスカスの形状を変えるために、適用されることがあることは、認識されることになる。 However, it will be appreciated that other techniques, except electrowetting, may be applied to change the shape of each meniscus.

たとえば、図４は、本発明の実施形態に従った可変レンズにおける使用に適切なレンズ素子４３０を示す。レンズ素子４３０は、チャンバー４００内に位置させられた流体Ａ、Ｂの体積を変化させるための、ポンピングシステムを利用する。光軸１９は、チャンバー４００を通じて延在する。チャンバー４００は、均一な濡れ性のものである側壁４１０を有する。チャンバー４００は、円錐台として整形されると共に、側壁４１０は、（線形なものに対立するものとして）曲面のものである。このように、流体Ａ、Ｂの間に定義されたメニスカス４３２が、光軸に沿って移動させられると、メニスカス４３２の形状は、変化する。これは、メニスカス４３２が、表面の濡れ性が均一であると、一定の三相の接触角を維持することを試みるためである。この一定の三相の接触角を維持するためには、光軸１９に相対的な側壁の角度が、光軸１９に沿った距離の関数として変化すると、メニスカスの形状は、それが光軸１９に沿って移動すると、変化する。 For example, FIG. 4 shows a lens element 430 suitable for use in a variable lens according to an embodiment of the present invention. Lens element 430 utilizes a pumping system to change the volume of fluids A and B positioned within chamber 400. The optical axis 19 extends through the chamber 400. The chamber 400 has a side wall 410 that is of uniform wettability. The chamber 400 is shaped as a truncated cone and the side walls 410 are curved (as opposed to linear). As described above, when the meniscus 432 defined between the fluids A and B is moved along the optical axis, the shape of the meniscus 432 changes. This is because the meniscus 432 attempts to maintain a constant three-phase contact angle when the surface wettability is uniform. In order to maintain this constant three-phase contact angle, when the side wall angle relative to the optical axis 19 changes as a function of distance along the optical axis 19, the shape of the meniscus is such that the optical axis 19 As you move along, it changes.

入口４０２、４０４は、チャンバー４００のそれぞれの末端で、ポンプ４０６へ接続される。ポンプ４０６は、チャンバー内の不混和性の流体Ａ、Ｂのそれぞれの体積を変えて、光軸に沿ってメニスカスの位置を変えるために、利用される。このように、ポンプ４０６は、光軸に沿ったメニスカス４３２の並進によってメニスカス４３２の形状を変化させるために、メニスカスの制御器として作用する。類似のレンズ素子は、二つのレンズ素子によって形成された可変レンズが、所定の波長又はある範囲の波長の入射する放射に対して無視できない球面収差を提供することを保証するために、適当な制御器と共に、図の４３０に示されたものと直列に提供されるであろう。 Inlets 402, 404 are connected to pump 406 at each end of chamber 400. Pump 406 is utilized to change the respective volume of immiscible fluids A and B in the chamber and to change the position of the meniscus along the optical axis. Thus, the pump 406 acts as a meniscus controller to change the shape of the meniscus 432 by translation of the meniscus 432 along the optical axis. Similar lens elements are suitable controls to ensure that the variable lens formed by the two lens elements provides a non-negligible spherical aberration for incident radiation of a given wavelength or range of wavelengths. Along with the instrument, it will be provided in series with that shown in FIG.

代わりの実施形態において、図４の構成が、壁へのメニスカスのピン留めとの組み合わせで使用される。メニスカスの境界線を、壁の幾何学的配置又は濡れ性における突然の変化によって、壁における特定の位置へピン留めすることができる。ポンピングによって体積を変化させることは、次に、メニスカスの形状における変化を提供すると共に、位置における変化を提供しない。 In an alternative embodiment, the configuration of FIG. 4 is used in combination with meniscus pinning to the wall. Meniscus borders can be pinned to specific locations on the wall by sudden changes in wall geometry or wettability. Changing the volume by pumping in turn provides a change in meniscus shape and no change in position.

ここに記載されたように、可変レンズは、二つのメニスカスを含む。メニスカスの制御器は、第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、第二のメニスカスによって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、メニスカスの形状を制御するように配置される。これは、無視できる球面収差を提供する適切な可変レンズを提供するために、可変レンズが、ある範囲の焦点の距離（及び／又は入射する放射のある範囲の波長）にわたって調整されることを可能にする。このように、球面収差の無いものであり且つ振動によって影響を及ぼされがちなものではない、相対的に安価な可変レンズを、提供することができる。 As described herein, the variable lens includes two meniscuses. The meniscus controller is arranged to control the shape of the meniscus so that the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially compensated by the amount of spherical aberration caused by the second meniscus. The This allows the variable lens to be tuned over a range of focal lengths (and / or a range of wavelengths of incident radiation) to provide a suitable variable lens that provides negligible spherical aberration To. In this way, it is possible to provide a relatively inexpensive variable lens that has no spherical aberration and is not likely to be affected by vibration.

図１は、本発明の実施形態に従ったデバイスにおける可変レンズのレイアウトを図解する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the layout of a variable lens in a device according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施形態に従った可変レンズを組み込む光学走査デバイスの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an optical scanning device incorporating a variable lens according to an embodiment of the present invention. 図３は、本発明の実施形態に従った、エレクトロウェッティング効果を使用することで制御された可変レンズの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a variable lens controlled using the electrowetting effect, according to an embodiment of the present invention. 図４は、本発明のさらなる実施形態に従った可変レンズにおける使用のための、ポンピングを使用することで制御されたレンズ素子の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a lens element controlled using pumping, for use in a variable lens according to a further embodiment of the invention.

Claims

光軸を有する可変レンズであって、
当該レンズは、該光軸を横切って延在する第一のメニスカスで接触した二つの流体を含む第一のレンズ素子を含み、該流体は、不混和性であり且つ異なる屈折率を有し；
当該レンズは、該光軸を横切って延在する第二のメニスカスで接触した二つの流体を含む第二のレンズ素子を含み、該流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；且つ、
当該レンズは、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されたメニスカス制御器：を含み、
該メニスカス制御器は、少なくとも所定の波長の放射について、該第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、該第二のメニスカスによって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、該メニスカスの形状を制御するように配置される、レンズ。 A variable lens having an optical axis,
The lens includes a first lens element that includes two fluids in contact with a first meniscus extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices;
The lens includes a second lens element comprising two fluids in contact with a second meniscus extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices; and,
The lens includes a meniscus controller arranged to control the shape of each meniscus;
The meniscus controller is such that at least for a given wavelength of radiation, the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially compensated by the amount of spherical aberration caused by the second meniscus. A lens arranged to control the shape of the meniscus.

前記メニスカス制御器は、前記メニスカスによって提供された球面収差の正味の量が、２００ｍλのＯＰＤｒｍｓよりも少ないことを保証するように、各々のメニスカスの形状を制御するように配置される、請求項１に記載のレンズ。 The meniscus controller is arranged to control the shape of each meniscus to ensure that the net amount of spherical aberration provided by the meniscus is less than 200 mλ OPDrms. The lens described in 1.

前記メニスカス制御器は、前記メニスカスによって提供された球面収差の正味の量が、１００ｍλのＯＰＤｒｍｓよりも少ないことを保証するように、各々のメニスカスの形状を制御するように配置される、請求項１に記載のレンズ。 The meniscus controller is arranged to control the shape of each meniscus to ensure that the net amount of spherical aberration provided by the meniscus is less than 100 mλ OPDrms. The lens described in 1.

前記メニスカス制御器は、前記メニスカスによって提供された球面収差の正味の量が、回折限界よりも少ないように、各々のメニスカスの形状を制御するように配置される、請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ。 4. The meniscus controller according to claim 1, wherein the meniscus controller is arranged to control the shape of each meniscus such that the net amount of spherical aberration provided by the meniscus is less than the diffraction limit. The lens described in 1.

前記第一のレンズ素子及び前記第二のレンズ素子は、流体の第一の、第二の及び第三の本体を含有する単一の共通の流体チャンバーによって定義され、
該流体の第一の及び第二の本体は、前記第一のレンズ素子の前記二つの流体であり、且つ、該流体の第二の及び第三の本体は、前記第二のレンズ素子の前記二つの流体である、請求項１乃至４のいずれかに記載のレンズ。 The first lens element and the second lens element are defined by a single common fluid chamber containing a first, second and third body of fluid;
The fluid first and second bodies are the two fluids of the first lens element, and the fluid second and third bodies are the fluid of the second lens element. The lens according to claim 1, wherein the lens is two fluids.

前記メニスカス制御器は、各々のメニスカスの曲率半径を変えるように配置される、請求項１乃至５のいずれかに記載のレンズ。 The lens according to claim 1, wherein the meniscus controller is arranged to change a radius of curvature of each meniscus.

前記メニスカスの少なくとも一つの位置を検出し且つ前記メニスカス制御器に対する測定された位置を示す信号を提供するように配置されたメニスカス検出器をさらに含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のレンズ。 7. A lens according to any preceding claim, further comprising a meniscus detector positioned to detect at least one position of the meniscus and provide a signal indicative of the measured position relative to the meniscus controller. .

請求項１乃至７のいずれかに記載の可変レンズを含む装置。 An apparatus comprising the variable lens according to claim 1.

前記可変レンズを透過した放射ビームの球面収差を決定するための、且つ、検出された球面収差を示すメニスカス制御器へ信号を提供するように配置された、球面収差検出器をさらに含む、請求項８に記載の装置。 The apparatus further comprises a spherical aberration detector arranged to determine a spherical aberration of the radiation beam transmitted through the variable lens and to provide a signal to a meniscus controller indicating the detected spherical aberration. 9. The apparatus according to 8.

当該装置は、光学走査デバイス、カメラ、携帯電話、顕微鏡、及び望遠鏡：の少なくとも一つを含む、請求項８又は９に記載の装置。 The apparatus according to claim 8 or 9, wherein the apparatus includes at least one of an optical scanning device, a camera, a mobile phone, a microscope, and a telescope.

光軸を有する可変レンズを製造する方法であって、
当該方法は、該光軸を横切って延在する第一のメニスカスで接触した二つの流体を含む第一のレンズ素子を提供することを含み、該流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；
当該方法は、該光軸を横切って延在する第二のメニスカスで接触した二つの流体を含む第二のレンズ素子を提供することを含み、該流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；且つ
当該方法は、各々のメニスカスの形状を制御するように配置されたメニスカス制御器を提供すること：を含み、
該メニスカス制御器は、少なくとも所定の波長の放射について、該第一のメニスカスによって生じた球面収差の量が、該第二のメニスカスによって生じた球面収差の量によって実質的に補償されるように、該メニスカスの形状を制御するように配置される、方法。 A method of manufacturing a variable lens having an optical axis,
The method includes providing a first lens element that includes two fluids in contact with a first meniscus extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices. Having
The method includes providing a second lens element that includes two fluids in contact with a second meniscus that extends across the optical axis, the fluid being immiscible and having a different refractive index. And the method includes: providing a meniscus controller arranged to control the shape of each meniscus;
The meniscus controller is such that at least for a given wavelength of radiation, the amount of spherical aberration caused by the first meniscus is substantially compensated by the amount of spherical aberration caused by the second meniscus. A method arranged to control the shape of the meniscus.

光軸を有する可変レンズを動作させる方法であって、
該レンズは、該光軸を横切って延在する第一のメニスカスで接触した二つの流体を含む第一のレンズ素子を含み、該流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；
該レンズは、該光軸を横切って延在する第二のメニスカスで接触した二つの流体を含む第二のレンズ素子を含み、該流体は、非混和性であり且つ異なる屈折率を有し；
当該方法は、少なくとも所定の波長の放射について、該第一のメニスカスの球面収差が、該第二のメニスカスの球面収差を実質的に補償するように、各々のメニスカスの形状を制御すること：を含む、方法。 A method of operating a variable lens having an optical axis,
The lens includes a first lens element comprising two fluids in contact with a first meniscus extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices;
The lens includes a second lens element comprising two fluids in contact with a second meniscus extending across the optical axis, the fluids being immiscible and having different refractive indices;
The method controls the shape of each meniscus so that the spherical aberration of the first meniscus substantially compensates for the spherical aberration of the second meniscus for radiation of at least a predetermined wavelength: Including.

前記レンズの所望の焦点距離を示す信号を受信すること；及び
該所望の焦点距離を提供するために各々のメニスカスの所望の形状を示すデータを読み取ること
：をさらに含む、請求項１２に記載の方法。 13. The method of claim 12, further comprising: receiving a signal indicative of a desired focal length of the lens; and reading data indicative of a desired shape of each meniscus to provide the desired focal length. Method.

前記メニスカスの少なくとも一つの形状を、他のメニスカスの所望の形状を決定するために、決定すること：をさらに含む、請求項１２又は１３に記載の方法。 14. The method of claim 12 or 13, further comprising: determining at least one shape of the meniscus to determine a desired shape of another meniscus.

該可変レンズを透過した放射ビームの球面収差を測定することを示す信号を決定すること；及び
該放射ビームへ提供された正味の球面収差を減少させるように各々のメニスカスの形状を制御すること
：をさらに含む、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。 Determining a signal indicative of measuring the spherical aberration of the radiation beam transmitted through the variable lens; and controlling the shape of each meniscus to reduce the net spherical aberration provided to the radiation beam: The method according to claim 12, further comprising:

前記メニスカス制御器は、エレクトロウェッティング効果によって前記メニスカスの少なくとも一つの形状を制御するように配置される、請求項１２乃至１５のいずれかに記載の方法。 16. A method according to any of claims 12 to 15, wherein the meniscus controller is arranged to control at least one shape of the meniscus by an electrowetting effect.

前記レンズ素子の少なくとも一つは、二つのそれぞれの流体を含有する流体チャンバーを含み：
当該方法は、前記チャンバー内に含有された各々の流体の体積を調節することによって、チャンバーを含む前記レンズ素子の前記メニスカスの形状を制御すること：をさらに含む、請求項１２乃至１６のいずれかに記載の方法。
At least one of the lens elements includes a fluid chamber containing two respective fluids:
17. The method of any of claims 12-16, further comprising: controlling the shape of the meniscus of the lens element including the chamber by adjusting the volume of each fluid contained within the chamber. The method described in 1.