JP4931019B2 - 可変焦点レンズ - Google Patents
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Description
・可動部品がないために壊れにくい
・焦点変化のためにモータやギヤが不要であり、このため、小型化に適する
・構造が単純なので、製造コストを低く抑えることができる
などの利点がある。
・外乱(振動や重力、および温度変化)の影響があっても、パリレン膜の曲率は変動しにくいので、外乱に強いレンズを提供できる、
・直径を大きく(例えば10mm以上に)した場合であっても、外乱に強いレンズを提供できる、
・液体を封入するケーシングの形状が液体の形状に影響を及ぼすことがないため、ケーシングを作製する上で高精度の3次元加工が不要である(これは小型化および製造コストの面においてきわめて有利である)、
という利点がある。
第1媒質と、第2媒質と、基板と、第1薄膜と、第2薄膜と、第1電極と、第2電極とを備えており、
前記第1媒質と前記第2媒質は、いずれも流動性を備えており、
かつ、前記第1媒質と前記第2媒質は、互いに異なる屈折率を有しており、
前記基板と前記第1薄膜との間には、第1空間が形成されており、
前記第1薄膜と前記第2薄膜との間には、第2空間が形成されており、
前記第1空間と前記第2空間とは重畳された状態となっており、
前記第1媒質は、前記第1空間の内部に充填されており、
前記第2媒質は、前記第2空間の内部に充填されており、
前記第1電極は、前記基板に取り付けられており、
前記第2電極は、前記第1薄膜に取り付けられており、
前記第1電極と前記第2電極との間には、電圧を印加できる構成となっており、
前記第1薄膜は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加された電圧に応じて変形できる柔軟性を有している
ことを特徴とする可変焦点レンズ。
前記第1媒質の屈折率n1と前記第2媒質の屈折率n2とは、n1<n2という関係にあることを特徴とする項目1に記載の可変焦点レンズ。
前記第1媒質の屈折率n1と前記第2媒質の屈折率n2とは、n1>n2という関係にあることを特徴とする項目1に記載の可変焦点レンズ。
さらに第3媒質と、第3薄膜とを備えており、
前記第3薄膜と前記第2薄膜との間には、前記第2空間に重畳された第3空間が形成されており、
前記第3媒質は、前記第3空間の内部に充填されている
ことを特徴とする、項目1〜3のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。
さらに第3電極と第4電極とスペーサとを備えており、
前記スペーサは、前記第1薄膜と前記第2薄膜との間に配置されており、
前記第3電極は、前記スペーサに取り付けられており、
前記第4電極は、前記第2薄膜に取り付けられており、
前記第3電極と前記第4電極との間には、電圧を印加できる構成となっており、
前記第2薄膜は、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧に応じて変形できる柔軟性を有している
ことを特徴とする項目1〜4のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。
さらに第2基板と第3媒質とを備えており、
前記第2薄膜と前記第2基板との間には、前記第2空間と重畳された第3空間が形成されており、
前記第3媒質は、前記第3空間に充填されている
ことを特徴とする項目1〜3のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。
前記基板には開口部が形成されており、
前記第1空間は、前記開口部により、外部の空間に開放されており、
前記第1媒質は空気である
ことを特徴とする項目1〜6のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。
以下、本発明の第1実施形態に係る可変焦点レンズを、図1〜図4に基づいて説明する。
つぎに、レンズの屈折力(レンズパワー)を調整する場合の原理を説明する。まず、符号を以下のように定義する。
n0:レンズ外部における空気の屈折率、
n1:第1媒質の屈折率、
n2:第2媒質の屈折率、
R1:第1薄膜の曲率半径、
R2:第2薄膜の曲率半径。
・n2−n0>0:第2媒質14の上面は凸レンズ、
・n1−n2>0:第1媒質12の上面(第1媒質12と第2媒質14の境界面)は凸レンズ、
・n1−n2<0:第1媒質12の上面は凹レンズ、
・(n2−n0)/R2+(n1−n2)/R1>0:レンズ全体として凸レンズ、
・(n2−n0)/R2+(n1−n2)/R1<0:レンズ全体として凹レンズ。
つぎに、図4を参照しながら、本実施形態に係る可変焦点レンズの作製方法の一例を説明する。
ついで、図4に示した可変焦点レンズを用いた実験例を、図5及び図6を用いて説明する。
撮像方法:本実施形態のレンズを介して、顕微鏡により、物体を観察、
本実施形態のレンズの直径:4mm、
撮像される物体:「MEMS2008」と書かれた紙、
顕微鏡:Keyence製VHX-500、
顕微鏡の倍率:50倍(一定)、
物体とレンズとの距離:29mm(一定)、
レンズと顕微鏡との距離:26mm(一定)。
つぎに、図7を参照して、本発明の第2実施形態に係る可変焦点レンズを説明する。本実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付すことにより、説明を簡易化する。
つぎに、図8を参照して、本発明の第3実施形態に係る可変焦点レンズを説明する。本実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付すことにより、説明を簡易化する。
つぎに、図9を参照して、本発明の第4実施形態に係る可変焦点レンズを説明する。本実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付すことにより、説明を簡易化する。
つぎに、図10を参照して、本発明の第5実施形態に係る可変焦点レンズを説明する。本実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付すことにより、説明を簡易化する。
つぎに、図12及び図13を参照して、本発明の第6実施形態に係る可変焦点レンズを説明する。本実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付すことにより、説明を簡易化する。
14 第2媒質
16 基板
161 開口部
18 第1薄膜
18a 薄膜
20 第2薄膜
20a 薄膜
22 第1電極
24 第2電極
26 スペーサ
28 第1空間
30 第2空間
32 電源回路
34・48 第3媒質
36 第3薄膜
36a 薄膜
38 第2スペーサ
40・52 第3空間
41・53 第3電極
42・54 第4電極
43 第5電極
44 第6電極
45・55 第2電源回路
46 第3電源回路
50 第2基板
56 第1ミラー
58 第2ミラー
Claims (6)
- 第1媒質と、第2媒質と、基板と、第1薄膜と、第2薄膜と、第1電極と、第2電極とを備えており、
前記第1媒質と前記第2媒質は、いずれも流動性を備えており、
かつ、前記第1媒質と前記第2媒質は、互いに異なる屈折率を有しており、
前記基板と前記第1薄膜との間には、前記基板と前記第1薄膜とにより密閉された第1空間が形成されており、
前記第1薄膜と前記第2薄膜との間には、前記第1薄膜と前記第2薄膜とにより密閉された第2空間が形成されており、
前記第1空間と前記第2空間とは重畳された状態となっており、
前記第1媒質は、前記密閉された第1空間の内部に充填されており、
前記第2媒質は、前記密閉された第2空間の内部に充填されており、
前記第1電極は、前記基板に取り付けられており、
前記第2電極は、前記第1薄膜に取り付けられており、
前記第1電極と前記第2電極との間には、電圧を印加することでクーロン力を発生させることができる構成となっており、
前記第1薄膜は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加された前記電圧に基づくクーロン力に応じて変形できる柔軟性を有しており、
さらに、前記第1媒質及び前記第2媒質は液体となっている
ことを特徴とする可変焦点レンズ。 - 前記第1媒質の屈折率n1と前記第2媒質の屈折率n2とは、n1<n2という関係にあることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
- 前記第1媒質の屈折率n1と前記第2媒質の屈折率n2とは、n1>n2という関係にあることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
- さらに第3媒質と、第3薄膜とを備えており、
前記第3薄膜と前記第2薄膜との間には、前記第2空間に重畳された第3空間が形成されており、
前記第3媒質は、前記第3空間の内部に充填されている
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。 - さらに第3電極と第4電極とスペーサとを備えており、
前記スペーサは、前記第1薄膜と前記第2薄膜との間に配置されており、
前記第3電極は、前記スペーサに取り付けられており、
前記第4電極は、前記第2薄膜に取り付けられており、
前記第3電極と前記第4電極との間には、電圧を印加できる構成となっており、
前記第2薄膜は、前記第3電極と前記第4電極との間の電圧に応じて変形できる柔軟性を有している
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。 - さらに第2基板と第3媒質とを備えており、
前記第2薄膜と前記第2基板との間には、前記第2空間と重畳された第3空間が形成されており、
前記第3媒質は、前記第3空間に充填されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の可変焦点レンズ。
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