JPH11133210A - 可変焦点レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本体が小型化されているとともに、価格も低
廉化されている可変焦点レンズを提供すること。 【解決手段】 本発明の可変焦点レンズは、透明弾性板
１と、中央部の貫通孔に透明板２が接合されている導電
性弾性板３と、導電性弾性板３の両側に配設されている
第１電極５１および第２電極５２とを有する。透明板２
および導電性弾性板３と透明弾性板１との間の密閉空間
には、透明液体６が充填されており、透明弾性板１と透
明液体６と透明板２とでレンズが形成されている。第１
電極５１と導電性弾性板３との間に電位差が与えられる
と、透明弾性板１が第１電極５１に静電的に吸引されて
透明板２が下がり、透明弾性板１が突出して凸レンズが
形成される。導電性弾性板３と第１電極５１と第２電極
５２とから静電アクチュエータが本体内に形成されてい
るので、可変焦点レンズは小型かつ廉価である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広くはマイクロマ
シンの技術分野に属し、狭くは顕微鏡等に使用されるレ
ンズのパワー（度または度数）が連続的に可変である可
変焦点レンズの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、特開昭６０−５７３
０８号公報に開示されているように、透明弾性膜をもつ
容器に透明液体を封入し、その透明液体の圧力を圧電素
子等のアクチュエータを用いて変化させることにより、
レンズの形状を変えて焦点を可変とする可変焦点レンズ
が公知である。また、特開平６−３０８３０３号公報に
は、前述の従来技術の可変焦点レンズに適正な膜厚分布
をもって形成されている透明弾性板を用い、より大きな
有効口径が得られる可変焦点レンズが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の可変焦点レンズでは、透明液体の圧力を変えて
可変焦点レンズを駆動するためのアクチュエータが可変
焦点レンズの本体に付設されている。それゆえ、可変焦
点レンズの本体の体格が大きくなるとともに、アクチュ
エータおよびアクチュエータからの油路などを要するの
で、可変焦点レンズの価格も高くなりがちである。

【０００４】そればかりではなく、上記アクチュエータ
がピエゾ圧電素子を利用するピエゾアクチュエータであ
る可変焦点レンズにあっては、同圧電素子がもつヒステ
リシスやクリーピングなどの現象により、印加電圧と発
生圧力との関係が必ずしも一意ではなくなるという問題
を生じた。また、ピエゾアクチュエータの超小型化が困
難であり、かつ超小型化されたピエゾアクチュエータに
は十分に透明液体の圧力を変えるだけの能力が望めない
という二律背反の不都合をも、上記従来技術は抱えてい
た。

【０００５】そこで本発明は、本体の体格が小型化され
ているとともに価格が低廉化されている可変焦点レンズ
を提供することを、解決すべき課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明し
た。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載の可変
焦点レンズである。本手段では、第１電極と導電性弾性
板との間に電位差を与えることにより、クーロン力によ
る吸引力を発生させて両者の間隔を狭めることができ
る。その結果、両者の間隔から排斥された透明液体の体
積をもって、透明弾性板の中央部分を透明液体に背向し
て凸に突出して変形させることが可能である。すると、
凸状に変形した透明弾性板と透明板と両者の間を満たし
ている透明液体とで凸レンズが形成される。この凸レン
ズのパワーは、上記電位差を調整することにより、所定
の範囲で調節が可能である。

【０００７】本手段では逆に、第１電極と導電性弾性板
とに同電位で高電圧を印加することにより、クーロン力
による排斥力を発生させて、両者の間隔を拡げることが
できる。その結果、両者の間隔に吸い込まれた透明液体
の陰圧作用により、透明弾性板の中央部分を透明液体に
背向して凹状にへこませて変形させることが可能であ
る。すると、凹状に変形した透明弾性板と透明板と両者
の間を満たしている透明液体とで凹レンズが形成され
る。この凹レンズのパワーは、上記電圧を調整すること
により、所定の範囲で調節が可能である。

【０００８】ここで、第１電極および導電性弾性板は静
電アクチュエータを構成しており、前述の凸レンズおよ
び凹レンズのパワーは、同静電アクチュエータに印加す
る電圧の大小によって決まる。すなわち、本手段の可変
焦点レンズでは、本体に静電アクチュエータが組み込ま
れている構成を取っており、本体に別途付設されたピエ
ゾアクチュエータ等のアクチュエータを必要としない。
それゆえ、可変焦点レンズの小型化が可能であるばかり
ではなく、構成の簡素化による可変焦点レンズの価格の
低廉化が可能である。

【０００９】したがって本手段によれば、本体の体格が
小型化されているとともに価格が低廉化されている可変
焦点レンズを提供することができるという効果がある。
また、本手段の可変焦点レンズに組み込まれている静電
アクチュエータは、ピエゾアクチュエータと異なり、ヒ
ステリシスやクリーピング等の不都合な現象が生じない
ので、印加電圧とレンズのパワーとは一意に対応すると
いう効果もある。同様に、ピエゾアクチュエータを使用
せず、本体と一体型の静電アクチュエータを使用してい
るので、小型化に伴う制約が少なく、小型化が従来技術
よりもずっと容易であるという効果がある。

【００１０】（第２手段）本発明の第２手段は、請求項
２記載の可変焦点レンズである。本手段では、第１電極
と第２電極との間に、両者とそれぞれ所定の間隔を空け
て導電性弾性板が介在している。それゆえ、導電性弾性
板と第２電極との間にも、前述の導電性弾性板と第１電
極との間に形成されている静電アクチュエータと同様の
静電アクチュエータが構成される。したがって、本手段
の可変焦点レンズにおいては、二重に静電アクチュエー
タが形成されているので、導電性弾性板を駆動して透明
弾性板を変形させる駆動力が、前述の第１手段に比べて
倍加している。

【００１１】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、透明弾性板の変形が大きくなるので
前述の凸レンズおよび凹レンズのパワーの調整可能な範
囲が拡大するという効果がある。 （第３手段）本発明の第３手段は、請求項３記載の可変
焦点レンズである。

【００１２】本手段では、導電性弾性板は、中間貫通孔
を有する絶縁性の変形可能な薄板である絶縁性弾性板
と、この絶縁性弾性板の表面に形成された導電性の膜で
あって周方向に少なくとも二つに分割されている分割導
電膜とから形成されている。それゆえ、各分割導電膜に
それぞれ異なる電圧を印加することにより、導電性弾性
板の中間貫通孔の周囲に接合している円盤状の透明板
は、同透明板と透明弾性板と両者の間の透明液体とから
なるレンズの中心軸に対して傾く。

【００１３】その結果、レンズの中心軸に（普通は）平
行な光軸に対して透明板の法線が傾き、レンズの中央部
を通る光線も屈折して偏向する（向きが変わる）。透明
板の傾く方向と傾く角度の大きさとは、各導電性弾性板
と第１電極およびまたは第２電極とに印加される各電圧
を加減することにより、調整が可能である。したがって
本手段によれば、前述の各手段の効果に加えて、所定の
範囲で所望の角度だけ光線を偏向させる機能をも発揮で
きるという効果がある。

【００１４】ここで、分割導電膜が周方向に等角度で三
つに分割されていれば、透明板を傾ける方向は全方位か
ら任意に選ぶことができるようになる。また、第１電極
や第２電極も、分割導電膜と対応する位置で周方向に分
割されており、それぞれに独立して電圧を印加すること
ができるようになっていれば、透明板を傾けることがで
きる角度はより深くなる。

【００１５】（第４手段）本発明の第４手段は、請求項
４記載の可変焦点レンズである。本手段では、透明液体
を挟持している一方が透明弾性板であるばかりではな
く、他方も光学的に透明であり弾性をもって変形可能な
第２の透明弾性板である。それゆえ、双方の透明弾性板
が互いに背向して凸に変形すればよりパワーの高い凸レ
ンズが形成されるし、双方の透明弾性板が互いに背向し
て凹に変形すればよりパワーの高い凹レンズが形成され
る。

【００１６】したがって本手段によれば、前述の各手段
の効果に加えて、可変焦点レンズのパワーを偏向できる
範囲が拡大するという効果がある。なお、前述の第３手
段のように分割導電膜を有する場合には、分割導電膜の
内周縁に沿ってリング状の補強部材が導電性弾性板に接
合されていれば、レンズのゆがみが抑制されて光学特性
の劣化が防止される。

【００１７】（第５手段）本発明の第５手段は、請求項
５記載の可変焦点レンズである。本手段では、互いに接
合されている導電性弾性板および第２の透明弾性板は、
第２スペーサの第１スペーサに背向する面に接合されて
いる絶縁性の透明弾性板と、この透明弾性板の表面にリ
ング状に形成された導電性の電極膜とから、一体に形成
されている。それゆえ、導電性弾性板と第２の透明弾性
板との接合は、上記透明弾性板の表面にＰＶＤ法などで
リング状に導電性の電極膜を形成する過程で自然になさ
れ、導電性弾性板と第２の透明弾性板とを別途製作して
接合する工数がかからない。

【００１８】したがって本手段によれば、前述の第４手
段の効果に加えて、製造コストが安価になるうえに、導
電性弾性板と第２の透明弾性板との接合が剥がれにくい
という効果がある。 （第６手段）本発明の第６手段は、請求項６記載の可変
焦点レンズである。

【００１９】本手段では、第１スペーサは導電性であ
り、第１電極はこの第１スペーサにより兼用されている
ので、別途製作した第１電極を第１スペーサに接合した
り、第１スペーサの表面に第１電極を形成したりする必
要がない。それゆえ、コストダウンが可能になる。した
がって本手段によれば、前述の各手段の効果に加えて、
さらなるコストダウンが可能であるという効果がある。

【００２０】（第７手段）本発明の第７手段は、請求項
７記載の可変焦点レンズである。本手段では、第１スペ
ーサの第１貫通孔の周縁部は、前記透明弾性板と所定の
間隔を空けて形成されている。そして本手段の可変焦点
レンズは、この周縁部の透明弾性板と対向する表面に形
成されている第１容量検出電極と、この第１容量検出電
極と対向または背向してこの透明弾性板に形成されてい
る第２容量検出電極とを有する。

【００２１】第１容量検出電極と第２容量検出電極との
間隔は、透明弾性板の変形の度合いすなわちレンズのパ
ワーによって変動し、両電極の間の静電容量は、両電極
の間隔に反比例して変化する。それゆえ本手段では、第
１容量検出電極と第２容量検出電極との間の静電容量を
検出することにより、可変焦点レンズのパワーを計測す
ることが可能になる。

【００２２】したがって本手段によれば、前述の各手段
の効果に加えて、可変焦点レンズのパワーを計測するこ
とが可能になるという効果がある。なお、本手段におい
てさらに、このようにして計測されたレンズのパワーを
フィードバックして印加電圧を制御する手段を有すれ
ば、可変焦点レンズを所望のパワーに精密に調整するこ
とが可能になる。

【００２３】（第８手段）本発明の第８手段は、請求項
８記載の可変焦点レンズである。本手段では、第１電極
と導電性弾性板との間、導電性弾性板と第２電極との
間、および第１容量検出電極と第２容量検出電極との間
のうちいずれかの静電容量を検出する静電容量検出手段
が備わっている。それゆえ、上記いずれかの静電容量を
検出することにより、可変焦点レンズの凸レンズないし
凹レンズのパワーを検出することが可能である。

【００２４】本手段にはさらに、この静電容量検出手段
により計測されたこの静電容量に基づいて、可変焦点レ
ンズを駆動する印加電圧を調整する制御手段も備わって
いる。それゆえ、前述のようにして計測されたレンズの
パワーをフィードバックして印加電圧を制御することが
できるので、可変焦点レンズを所望のパワーに精密に調
整することが可能になる。

【００２５】したがって本手段によれば、前述の各手段
の効果に加えて、可変焦点レンズを所望のパワーに精密
に調整することが可能になるという効果がある。わけて
も、静電容量検出手段が、第１電極と導電性弾性板との
間、または導電性弾性板と第２電極との間の静電容量を
検出する場合には、コスト面で有利である。なぜなら
ば、前述の第７手段のように第１容量検出電極および第
２容量検出電極を別途設けることは、必要なくなるから
である。

【００２６】

【発明の実施の形態および実施例】本発明の可変焦点レ
ンズの実施の形態については、当業者に実施可能な理解
が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明す
る。 ［実施例１］ （実施例１の構成）本発明の実施例１としての可変焦点
レンズは、図１および図２に示すように、図中下方から
順に、透明弾性板１と、第１スペーサ４１および第１電
極５１と、第２スペーサ４２と、導電性弾性板３および
透明板２と、第３スペーサ４３と、第２電極５２とを有
する。透明弾性板１、第１スペーサ４１、第１電極５
１、第２スペーサ４２、導電性弾性板３および透明板２
により液密に封止されている内部空間には、光学的に透
明なシリコーン油である透明液体６が充填されて封入さ
れている。以上の構成の可変焦点レンズの本体は、回転
対称形状をしており、各部品も、円盤状であったりリン
グ状であったりして回転対称形状をもっており、互いに
同軸に配設されている。

【００２７】また、導電性弾性板３、第１電極５１およ
び第２電極５２には、二つの可変直流電圧源７１，７２
およびスイッチを含む電圧制御装置７が、電気的に接続
されている。透明弾性板１は、光学的に透明であり弾性
をもって変形可能なホウケイ酸ガラス製の薄板からなる
円盤であり、その厚みは一様であってμｍオーダーであ
る。

【００２８】第１スペーサ４１は、透明弾性板１の図中
上側の表面に図中下方の面で接合され、光路として円形
の第１貫通孔を有し、所定の一様な厚さをもった絶縁性
の合成樹脂（ガラス等でも良い）からなるリング状部材
である。透明弾性板１と第１スペーサ４１とは、紫外線
硬化樹脂によってリング状の接触面全体で液密に接合さ
れている。

【００２９】第１電極５１は、第１スペーサ４１の図中
上側の面に、真空蒸着などのＰＶＤ法（物理的蒸気凝縮
法）によって形成されているアルミニウム製（金やニッ
ケル等でも良い）の膜状電極である。第２スペーサ４２
は、第１スペーサ４１の図中上側の面に接合され、第１
スペーサ４１の第１貫通孔と同軸でより直径が大きい第
２貫通孔を有しており、所定の一様な厚さをもった絶縁
性の合成樹脂（ガラスでも良い）製のリング状スペーサ
である。第１電極５１が形成されている第１スペーサ４
１の図中上面と、第２スペーサ４２の図中下面とは、エ
ポキシ系接着剤によってリング状の接触面全体で液密に
接合されている。

【００３０】導電性弾性板３は、第２スペーサ４２の図
中上面に接合され、光路として円形の中間貫通孔を有す
る導電性の変形可能なステンレス鋼（ベリリウム銅でも
良い）製の薄板である。導電性弾性板３と第２スペーサ
４２とは、エポキシ系接着剤によってリング状の接触面
全体で液密に接合されている。透明板２は、光学的に透
明な円盤状のホウケイ酸ガラス板であって、導電性弾性
板３の中央に開口している中間貫通孔の周囲の内周縁付
近に外周部で接合されている。透明板２の外周部と導電
性弾性板３の内周部とは、エポキシ系接着剤によってリ
ング状の接触面全体で液密に接合されている。

【００３１】第３スペーサ４３は、第１スペーサ４１の
第１貫通孔より直径が大きい第３貫通孔を有し、所定の
一様な厚さをもった絶縁性の樹脂からなるリング状の部
材である。第３スペーサ４３の図中下面と導電性弾性板
３の図中上面とは、エポキシ系接着剤によってリング状
の接触面全体で接合されている。第２電極５２は、光路
として透明板２よりも直径が少し大きい第３貫通孔を有
するステンレス鋼製のリング状部材である。第２電極５
２の図中下面と第３スペーサ４３の図中上面とは、エポ
キシ系接着剤によってリング状の接触面全体で接合され
ている。

【００３２】（実施例１の作用効果）本実施例の可変焦
点レンズは、以上のように構成されているので、以下の
ような作用効果を発揮する。先ず、印加電圧が全く与え
られていない状態では、再び図２に示すように、透明板
２は上下方向に変位しないので透明液体６に圧力の変化
は生ぜず、透明弾性板１は変形せずその表面（図中下
面）は、平面状に保たれている。この状態では、透明弾
性板１の表面と透明板２の表面（図中上面）とが平行に
保たれているので、透明弾性板１と透明板２と両者の間
に介在する透明液体６とから形成されるレンズはパワー
をもたない。その結果、図中上方から回転対称軸に平行
に入射した平行光線は、上記レンズを透過した後も平行
なままに保たれる。

【００３３】次に、図３に示すように、第１電極５１と
導電性弾性板３とに所定の電位差が印加されている状態
では、第１電極５１と導電性弾性板３との間にクーロン
力（静電気力）が生じ、第１電極５１と導電性弾性板３
との間には吸引力が作用する。この際、透明弾性板１の
剛性は、第１スペーサ４１に裏打ちされている第１電極
５１の剛性に比べて極めて低いから、透明弾性板１は変
形して透明板２と一緒に図中下方へ吸引され、透明液体
６に圧縮力を及ぼす。その結果、透明液体６の圧力が上
昇して、導電性弾性板３は図中下方へ凸に突出し、透明
弾性板１と透明板２と両者の間に介在する透明液体６と
から形成されるレンズは凸レンズとなる。この凸レンズ
のパワーは、透明弾性板１の変形の度合いで異なるの
で、可変直流電圧源７１の印加電圧を調整することによ
り、調整可能である。

【００３４】逆に、図４に示すように、第２電極５２と
導電性弾性板３とに所定の電位差が印加されている状態
では、第２電極５２と導電性弾性板３との間にクーロン
力が生じ、第１電極５１と導電性弾性板３との間には静
電的な吸引力が作用する。この際、導電性弾性板３の剛
性は、所定の厚さの部材である第２電極５２の剛性に比
べて極めて低いから、導電性弾性板３は変形して透明板
２と一緒に図中上方へ吸引され、透明液体６に負圧力を
及ぼす。その結果、透明液体６の圧力が低下して、透明
弾性板１は大気圧に押されて図中下方から凹状にへこ
み、透明弾性板１と透明板２と両者の間に介在する透明
液体６とから形成されるレンズは凹レンズとなる。この
凹レンズのパワーは、透明弾性板１の変形の度合いで異
なるので、可変直流電圧源７２の印加電圧を調整するこ
とにより、調整可能である。

【００３５】ここで、導電性弾性板３と第１電極５１お
よび第２電極５２とは静電アクチュエータを構成してお
り、前述の凸レンズおよび凹レンズのパワーは、同静電
アクチュエータに印加する電圧の大小によって決まる。
すなわち、本実施例の可変焦点レンズでは、可変焦点レ
ンズ本体に静電アクチュエータが組み込まれている構成
を取っており、ピエゾアクチュエータ等の別途付設され
たアクチュエータを必要としない。それゆえ、可変焦点
レンズの小型化が可能であるばかりではなく、構成の簡
素化による可変焦点レンズの価格の低廉化が可能であ
る。

【００３６】したがって、本実施例の可変焦点レンズに
よれば、可変焦点レンズ本体の体格が小型化されている
とともに、価格が低廉化されているという効果がある。
また、本実施例の可変焦点レンズに組み込まれている静
電アクチュエータは、ピエゾアクチュエータと異なり、
ヒステリシスやクリーピング等の不都合な現象が生じな
いので、印加電圧とレンズのパワーとは一意に対応する
という効果もある。同様に、ピエゾアクチュエータを使
用せず、本体と一体型の静電アクチュエータを使用して
いるので、小型化に伴う制約が少なく、小型化が従来技
術よりもずっと容易であるという効果がある。

【００３７】なお、第１電極５１と導電性弾性板３とが
接触して短絡する恐れがある場合には、第１電極５１の
表面に絶縁塗料を塗っておくなどの対策が有効である。
同様に、第２電極５２と導電性弾性板３とが接触ないし
近接して短絡する恐れがある場合には、第２電極５２の
表面に絶縁塗料を塗っておくなどの対策が有効である。
また、透明板２および導電性弾性板３と第２電極５２と
の間の空間にシリコーン油等の絶縁性が高い透明液体を
充填しておくと、第２電極５２と導電性弾性板３とが近
接しても、アーク等が飛んで短絡する恐れがなくなるの
で、好都合である。

【００３８】（実施例１の変形態様１）本実施例の変形
態様１として、図５（ａ）に示すように、第１電極５１
が表面に形成されている第１スペーサ４１の上面と、第
２電極５２の導電性弾性板３に対向する下面とが、半頂
角の大きい円錐面で形成されている可変焦点レンズの実
施が可能である。ただし、第１スペーサ４１および第２
電極５２の導電性弾性板３に対向する面のうち、第２ス
ペーサ４２や第３スペーサ４３と接合する外縁部は、平
面を保って第２スペーサ４２や第３スペーサ４３と接合
されている。

【００３９】本変形態様では、第２スペーサ４２および
第３スペーサ４３には、実施例１のものよりも薄いもの
が使用されているので、第１電極５１および第２電極５
２と導電性弾性板３とは、特に外周部の方で、実施例１
よりも接近している。それでいながら、実施例１と同程
度に導電性弾性板３が変形して透明板２が変位するま
で、第１電極５１および第２電極５２と導電性弾性板３
とは、互いに所定間隔以下に近接することがない。

【００４０】したがって、本変形態様の可変焦点レンズ
によれば、図５（ｂ）に示すように、可変直流電圧源７
１，７２の印加電圧が実施例１よりも小さくても、実施
例１と同様のレンズパワーの調整作用が得られるという
効果がある。なお、本変形態様によっても、実施例１と
同様の小型軽量化および低廉化の効果が得られることは
言うまでもない。

【００４１】（実施例１の変形態様２）本実施例の変形
態様２として、前述の本実施例またはその変形態様１に
おいて、第３スペーサ４３と第２電極５２と第２可変直
流電圧源７２とが省略されている可変焦点レンズ（図
略）の実施が可能である。本変形態様では、第１電極５
１と導電性弾性板３との間に実施例１と同様の電位差で
電圧が印加されれば、実施例１と同程度のパワーの凸レ
ンズを形成する作用がある。逆に、第１電極５１および
導電性弾性板３に同符号の高電圧が電位差なしに印加さ
れれば、第１電極５１と導電性弾性板３との間には静電
的な反発力が生じ、導電性弾性板３は透明板２と一緒に
第１電極５１から遠ざかる。その結果、透明弾性板１と
透明板２と透明液体６とにより、凹レンズが形成され
る。

【００４２】したがって、本変形態様の可変焦点レンズ
によっても、実施例１と同様の小型軽量化および低廉化
の効果が得られるうえ、実施例１に準ずるレンズパワー
の調整作用が得られる。 （実施例１の変形態様２）本実施例の変形態様２とし
て、前述の本実施例、その変形態様１または２におい
て、第１電極５１がない替わりに、第１スペーサ４１が
導電性であって第１電極の役割を兼ねる可変焦点レンズ
（図略）の実施が可能である。

【００４３】本変形態様の可変焦点レンズでは、実施例
１のように第１スペーサの表面に第１電極を形成する必
要性がないので、コストダウンが可能になる。すなわ
ち、本変形態様の可変焦点レンズによれば、前述の本実
施例、その変形態様１または２と同様の効果が得られる
ばかりではなく、さらなるコストダウンが可能であると
いう効果がある。

【００４４】［実施例２］ （実施例２の構成）本発明の実施例２としての可変焦点
レンズは、図６に要部の構成を示すように、導電性弾性
板３’、第１電極５１’および第２電極５２’が、互い
に対応する位置で周方向に等間隔に三分割されている。
すなわち、第１電極５１’は、三分割された第１電極５
１ａ〜５１ｃから構成されており、同様に第２電極５
２’も、三分割された第２電極５２ａ〜５２ｃから構成
されている。さらに特徴的であるのは、三分割されてい
る導電性弾性板３’の構成である。

【００４５】すなわち、導電性弾性板３’は、中間貫通
孔を有する絶縁性の変形可能な薄板である絶縁性弾性板
３０と、絶縁性弾性板３０の一方の表面に形成された導
電性の膜であって周方向に三分割されている分割導電膜
３ａ〜３ｃとから構成されている。それゆえ、導電性弾
性板３の三分割されている分割導電膜３ａ〜３ｃは、そ
れぞれ第１電極５１ａ〜５１ｃと第２電極５２ａ〜５２
ｃとに対し、静電気力により吸引力を受けることができ
る。各吸引力は、図６に示すように接続されている可変
直流電圧源７１ａ〜７１ｃ，７２ａ〜７２ｃにより、所
定の範囲で任意に調整ができるようになっている。

【００４６】（実施例２の作用効果）本実施例の可変焦
点レンズでは、可変直流電圧源７１ａ〜７１ｃ，７２ａ
〜７２ｃとの印加電圧が周方向に等しくかけられれば、
前述の実施例１と同様にパワーの調整が可能な凸レンズ
作用と凹レンズ作用とを発揮しうる。そればかりではな
く、本実施例の可変焦点レンズでは、分割導電膜３ａ〜
３ｃと第１電極５１ａ〜５１ｃと第２電極５２ａ〜５２
ｃとが周方向に三分割されているので、次に説明する偏
向作用を発揮して光軸を屈折させることができる。

【００４７】先ず、図７に示すように、導電性弾性板
３’の分割導電膜３ａと第２電極５２ａとに所定の電位
差を与え、分割導電膜３ｂと第１電極５１ｂとに同程度
の電位差を与える場合を想定する。この場合には、図中
左方の分割導電膜３ａは第２電極５２ａに吸引されて持
ち上がり、逆に図中右方の分割導電膜３ｂは第１電極５
１に吸引されて引き下げられる。その結果、各分割導電
膜３ａ〜３ｃをもつ導電性弾性板３’の内縁部に接合さ
れている透明板２は図中時計方向に傾き、透明板２と透
明弾性板１と透明液体６とから形成されているレンズ
は、パワーをもたず単に入射光を屈折させるだけの作用
をもつ。

【００４８】次に、図８に示すように、導電性弾性板
３’の分割導電膜３ｂと第１電極５１ｂとにだけ所定の
電位差を与える場合には、図中右方の分割導電膜３ｂは
第１電極５１ｂに吸引されて引き下げられる。その結
果、各分割導電膜３ａ〜３ｃをもつ導電性弾性板３’の
内縁部に接合されている透明板２は、図中時計方向に傾
くとともに図中下方へ吸引され、透明液体６の圧力を高
める。その結果、透明板２と透明弾性板１と透明液体６
とから形成されているレンズは、凸レンズとしてパワー
をもつとともに、入射光を屈折させる作用をももつ。

【００４９】次に、図９に示すように、導電性弾性板
３’の分割導電膜３ａと第２電極５２ａとにだけ所定の
電位差を与える場合には、図中左方の分割導電膜３ａは
第２電極５２ａに吸引されて引き下げられる。その結
果、各分割導電膜３ａ〜３ｃをもつ導電性弾性板３’の
内縁部に接合されている透明板２は、図中時計方向に傾
くとともに図中上方へ吸引され、透明液体６の圧力を低
める。その結果、透明板２と透明弾性板１と透明液体６
とから形成されているレンズは、凹レンズとしてパワー
をもつとともに、入射光を屈折させる作用をももつ。

【００５０】以上のように、本実施例の可変焦点レンズ
は、実施例１と同様の作用効果をもつばかりではなく、
任意の方向へ所定の範囲で光軸を偏向させる作用を発揮
することができるという効果がある。 ［実施例３］ （実施例３の構成）本発明の実施例３としての可変焦点
レンズにおいては、図１０に一部の構成を示すように、
透明弾性板１’の中央部に、回転対称形に適正な厚さの
分布が形成されている。すなわち透明弾性板１’は、光
学レンズとしての特性に優れた直径６ｍｍの有効部を中
央部に有している。

【００５１】また、本実施例の導電性弾性板は、図１
（ａ）に示すように、実施例１の導電性弾性板３に替わ
って、第２透明弾性板２’と、第２透明弾性板２’の一
方の表面に形成された導電性の膜である導電膜３”とか
ら構成されている。第２透明弾性板２’も、光学的に透
明であり弾性をもって変形可能な透明弾性板であって、
前述の透明弾性板１’と同様に、光学レンズとしての特
性に優れた直径６ｍｍの有効部を有している。すなわ
ち、第２透明弾性板２’は、第２スペーサ４２上面に接
合されている絶縁性の透明弾性板であり、透明弾性板
２’の表面にリング状に形成された導電性の電極膜３”
と一体に形成されている。

【００５２】本実施例のその他の部分（第１スペーサ４
１、第１電極５１、第２スペーサ４２、第３スペーサ４
３および第２電極５２）は、実施例１と同様であるので
説明を省略する。また、電極膜３”、第１電極５１およ
び第２電極５２が実施例２と異なって周方向に分割され
ていないので、可変直流電圧源７１，７２を含む電圧制
御装置７とその接続も、実施例１と同様である。

【００５３】（実施例３の作用効果）本実施例の可変焦
点レンズでは、図１１（ｂ）に示すように、第１電極５
１と電極膜３”とに所定の電位差が印加されている状態
では、第１電極５１と電極膜３”との間に静電気による
吸引力が生じる。すなわち、第２透明板２’の電極膜
３”が形成されている部分は、図中下方へ吸引され、透
明液体６に圧縮力を及ぼす。その結果、透明液体６の圧
力が上昇して、透明弾性板１’は図中下方へ凸に突出す
るとともに、第２透明弾性板２’の中央部も図中上方へ
凸に突出する。すると、透明弾性板１’と第２透明弾性
板２’と両者の間に介在する透明液体６とから形成され
るレンズは、パワーの強い凸レンズとなる。この凸レン
ズのパワーは、透明弾性板１’および第２透明弾性板
２’の変形の度合いで異なるので、可変直流電圧源７１
の印加電圧を調整することにより、調整可能である。

【００５４】逆に、第２電極５２と電極膜３”とに所定
の電位差が印加されている状態（図略）では、第２電極
５２と電極膜３”との間に静電的な吸引力が作用する。
すると、第２透明弾性板２’の電極膜３”が形成されて
いる部分は、図中上方へ吸引され、透明液体６に負圧力
を及ぼす。その結果、透明液体６の圧力が低下して、透
明弾性板１’は大気圧に押されて図中下方から凹状にへ
こみ、同様に第２透明弾性板２’も大気圧に押されて図
中上方から凹状にへこむ。すなわち、透明弾性板１’と
第２透明弾性板２’と両者の間に介在する透明液体６と
から形成されるレンズは、パワーの強い凹レンズとな
る。この凹レンズのパワーは、透明弾性板１’および第
２透明弾性板２’の変形の度合いで異なるので、可変直
流電圧源７２の印加電圧を調整することにより、調整可
能である。

【００５５】以上の凸レンズ作用および凹レンズ作用に
おいては、透明弾性板１’ばかりではなく第２透明弾性
板２’も曲面を形成して光線の屈折に寄与するので、実
施例１のそれよりもレンズのパワーが強くなる。したが
って、本実施例の可変焦点レンズによれば、実施例１と
同様の効果が得られるばかりではなく、実施例１よりも
いっそうレンズパワーの調整範囲が広いという効果があ
る。さらに、透明弾性板１’および第２透明弾性板２’
の中央部に光学的に優れた形状が形成されているので、
本実施例によればより大きな口径の光学的に優れた可変
焦点レンズを提供することができるという効果もある。

【００５６】［実施例４］ （実施例４の第１構成および作用効果）本発明の実施例
４の第１構成としての可変焦点レンズにおいては、図１
２に示すように、第１スペーサ４１’の第１貫通孔の周
縁部の下面は、透明弾性板１と所定の間隔を空けて形成
されている。そして、この周縁部の下面に形成されてい
る第１容量検出電極８１と、第１容量検出電極８１と背
向して透明弾性板１に形成されている第２容量検出電極
８２とを、本実施例の可変焦点レンズは有する。その他
の部分は、実施例１の可変焦点レンズの構成と同様であ
る。

【００５７】ここで、第２容量検出電極８２には、外付
けの低電圧電源９により、一定の電圧が印加されてい
る。さらに本実施例の可変焦点レンズは、第１容量検出
電極８１と第２容量検出電極８２との間の静電容量を検
出する静電容量検出手段としての容量検出回路１０を、
外付けで備えている。容量検出回路１０（図１２参照）
は、オペアンプＡと抵抗器Ｒとを回路要素として構成さ
れており、オペアンプＡの出力端において出力電圧が得
られる。図１２に示すように、可変焦点レンズがパワー
をもたない場合の出力電圧をＥ１とすると、図１３に示
すように、可変焦点レンズが凸レンズとしてパワーをも
つ場合の出力電圧はＥ２である。

【００５８】第１容量検出電極８１と第２容量検出電極
８２との間の静電容量が図１２の場合と図１３の場合と
で変わっているので、出力電圧Ｅ１とＥ２とは異なる電
位にある。すなわち、同出力電圧を検出することによ
り、可変焦点レンズのパワーを計測することが可能であ
る。したがって、本実施例の可変焦点レンズでは、レン
ズのパワーを計測することができるという効果がある。

【００５９】（実施例４の第２構成および作用効果）本
実施例の第２構成としての可変焦点レンズは、図１４に
示すように、前述の容量検出回路１０と、制御回路１１
と、可変焦点レンズの本体に駆動電圧を与える電圧制御
装置７とからなる制御装置１２を、外付けでさらに装備
している。すなわち、本構成の可変焦点レンズは、静電
容量検出手段としての容量検出回路１０により計測され
た静電容量に基づいて、可変焦点レンズを駆動する印加
電圧を調整する制御手段としての制御回路１１および電
圧制御装置７を外付けで備えている。

【００６０】本構成では、容量検出回路１０で計測され
たレンズパワーを制御回路１１によりフィードバックし
て、電圧制御装置７により適正に調整された駆動電圧が
可変焦点レンズに印加される。それゆえ、本構成の可変
焦点レンズによれば、レンズのパワーを精密に制御する
ことが可能になるという効果がある。 （実施例４の各種変形態様）前述の制御装置１２を有す
れば、特別に両容量検出電極８１，８２を設けることな
く、たとえば実施例１のままの可変焦点レンズ本体の構
成で、フィードバック制御回路を構成することが可能で
ある。すなわち、本実施例の各種変形態様として、たと
えば導電性弾性板３と第１電極５１との間の静電容量を
検出するようにしても良いし、同様に導電性弾性板３と
第２電極５２との間の静電容量を検出するようにしても
良い。このような制御装置１２を有する構成は、実施例
１の変形態様や、前述の実施例２および実施例３に対し
ても適用可能である。

【００６１】これらの変形態様によっても、前述の実施
例４と同様の作用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての可変焦点レンズの構成を示
す斜視断面図

【図２】 実施例１としての可変焦点レンズの構成を示
す断面図

【図３】 実施例１としての可変焦点レンズの凸レンズ
作用を示す断面図

【図４】 実施例１としての可変焦点レンズの凹レンズ
作用を示す断面図

【図５】 実施例１の変形態様１としての可変焦点レン
ズを示す組図 （ａ）変形態様１の可変焦点レンズの構成を示す断面図 （ｂ）変形態様１の可変焦点レンズの凸レンズ作用を示
す断面図

【図６】 実施例２としての可変焦点レンズの要部構成
を示す分解斜視図

【図７】 実施例２の可変焦点レンズの光軸偏向作用を
示す断面図

【図８】 実施例２の可変焦点レンズの偏向凸レンズ作
用を示す断面図

【図９】 実施例２の可変焦点レンズの偏向凹レンズ作
用を示す断面図

【図１０】実施例３の可変焦点レンズの透明弾性板の形
状を示す断面図

【図１１】実施例３の可変焦点レンズの構成および作用
を示す組図 （ａ）電圧を印加していない状態での作用を示す断面図 （ｂ）凸レンズ作用を示す断面図

【図１２】実施例４としての可変焦点レンズの構成を示
す断面図

【図１３】実施例４としての可変焦点レンズの作用を示
す断面図

【図１４】実施例４の可変焦点レンズの制御装置の構成
を示す模式図

【符号の説明】

１，１’：透明弾性板（ホウケイ酸ガラス等の光学ガラ
スからなる薄板） ２：透明板（円盤状の光学ガラス板） ２’：第２透明弾性板（ホウケイ酸ガラス等の光学ガラ
スからなる薄板） ３：導電性弾性板（ステンレス鋼からなる薄板） ３’：導電性弾性板 ３０：絶縁性弾性板 ３ａ〜３ｃ：分割導電膜 ３”：導電膜 ４１，４１’：第１スペーサ ４２：第２スペーサ
４３：第３スペーサ ５１，５１’，５１ａ〜５１ｃ：第１電極（アルミニウ
ムの蒸着膜） ５２，５２’，５２ａ〜５２ｃ：第２電極（ステンレス
鋼板） ６：透明液体（シリコーン油） ７：電圧制御装置 ７１，７２，７１ａ〜７１ｃ，７２ａ〜７２ｃ：可変直
流電圧源 ８１：第１容量検出電極 ８２：第２容量検出電極 ９：定電圧電源 １０：容量検出回路 １１：制御
回路 １２：制御装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学的に透明であり弾性をもって変形可能
   な透明弾性板と、 この透明弾性板の表面に一方の面で接合され、光路とし
   て円形の第１貫通孔を有し所定の厚さをもった第１スペ
   ーサと、 この第１スペーサの少なくとも他方の面に形成されてい
   る第１電極と、 この第１スペーサの他方の面に接合され、この第１貫通
   孔と同軸でより直径が大きい第２貫通孔を有し所定の厚
   さをもった絶縁性の第２スペーサと、 この第２スペーサのこの第１スペーサに背向する面に接
   合され、光路として円形の中間貫通孔を有する導電性の
   変形可能な薄板である導電性弾性板と、 この導電性弾性板のこの中間貫通孔の周囲の内周縁に接
   合され、光学的に透明な円盤状の透明板と、 この透明弾性板、この第１スペーサ、この第１電極、こ
   の第２スペーサ、この導電性弾性板およびこの透明板に
   より液密に封止されている内部空間に充填された光学的
   に透明な透明液体と、を有することを特徴とする、可変
   焦点レンズ。
2. 【請求項２】前記導電性弾性板の前記第２スペーサに背
   向する面に接合され、前記第１貫通孔より直径が大きい
   第３貫通孔を有し所定の厚さをもった絶縁性の第３スペ
   ーサと、 この第３スペーサのこの導電性弾性板と背向する面に接
   合され、光路として第３貫通孔を有する第２電極と、を
   さらに有する、請求項１記載の可変焦点レンズ。
3. 【請求項３】前記導電性弾性板は、 前記中間貫通孔を有する絶縁性の変形可能な薄板である
   絶縁性弾性板と、 この絶縁性弾性板の表面に形成された導電性の膜であ
   り、周方向に少なくとも二つに分割されている分割導電
   膜とからなる、 請求項１〜２のうちいずれかに記載の可変焦点レンズ。
4. 【請求項４】前記透明板は、光学的に透明であり弾性を
   もって変形可能な第２の透明弾性板である、 請求項１〜３のうちいずれかに記載の可変焦点レンズ。
5. 【請求項５】前記導電性弾性板および前記第２の透明弾
   性板は、前記第２スペーサの前記第１スペーサに背向す
   る面に接合されている絶縁性の透明弾性板と、この透明
   弾性板の表面にリング状に形成された導電性の電極膜と
   から、一体に形成されている、 請求項４記載の可変焦
   点レンズ。
6. 【請求項６】前記第１スペーサは導電性であり、前記第
   １電極はこの第１スペーサにより兼用されている、 請求項１〜５のうちいずれかに記載の可変焦点レンズ。
7. 【請求項７】前記第１スペーサの前記第１貫通孔の周縁
   部は、前記透明弾性板と所定の間隔を空けて形成されて
   おり、 この周縁部の前記透明弾性板と対向する表面に形成され
   ている第１容量検出電極と、この第１容量検出電極と対
   向または背向してこの透明弾性板に形成されている第２
   容量検出電極とを有する、 請求項１〜６のうちいずれかに記載の可変焦点レンズ。
8. 【請求項８】前記第１電極と前記導電性弾性板との間、
   この導電性弾性板と前記第２電極との間、および前記第
   １容量検出電極と前記第２容量検出電極との間のうちい
   ずれかの静電容量を検出する静電容量検出手段と、 この静電容量検出手段により計測されたこの静電容量に
   基づいて可変焦点レンズを駆動する印加電圧を調整する
   制御手段とを備えている、 請求項１〜７のうちいずれかに記載の可変焦点レンズ。