JPS60114802A - 光学素子 - Google Patents

光学素子

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JPS60114802A
JPS60114802A JP58222608A JP22260883A JPS60114802A JP S60114802 A JPS60114802 A JP S60114802A JP 58222608 A JP58222608 A JP 58222608A JP 22260883 A JP22260883 A JP 22260883A JP S60114802 A JPS60114802 A JP S60114802A
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芹沢 高
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臼井 正幸
Takeshi Baba
健 馬場
Hiroyasu Nose
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラ、ビデオ等の光学機器や光通信、レーザ
ーディスクをはじめとするエレクトロオブテイスク機器
に用いられる光学素子に関し、特に光学表面形状を変化
させることによシ、焦点距離を変化させるような可変焦
点光学素子に関する。
従来、可変焦点光学素子としては、特開昭55−368
57に見られる様な弾性体の容器に液体をつめその液圧
でその形状を変化せしめるものや、特開昭56〜110
405、%開昭58−85415のように圧電体を使用
したものが提案されている。
しかし、前者の所謂、液体レンズは、液溜めや加圧装置
などが必要で素子のコンパクト化に問題があシ、後者は
、その可変量があまシ大きくとれない欠点を有する。
本発明の目的は、上述の如き欠点を解決し、焦点距離の
変化量が大きく、構成が簡単な可変焦点光学素子を提供
するものである。
本発明による光学素子は、弾性体および該弾性体を突出
又は沈降させて光学反射表面を変形できる開口を有する
部材からなることを特徴とするものである。即ち、本発
明による光学素子は、塊状の弾性体自体を部材の開口か
ら凸状に突出又は凹状に沈降させることによって、その
開口部での弾性体が形成する光学反射表面を変形して、
所望の光学特性、例えば焦点距離を得ることができるも
のである。従って弾性体に対して外力を印加するだけで
、あるいは、弾性体の体積変化をさせるだけで光学反射
表面を可逆的に変化させて、所望の光学特性が得られる
ため、光学素子の構成や制御が極めて容易で、且光学表
面の形状変化に基づく光学特性の変化のため光学特性の
変化率を極めて大きく設定することができる。
本発明に用いる弾性体としては物体にカを加えると変形
を起し、加えた方があまシ大きくな^限シ(弾性限界内
で)、カを取シ去ると変形も元にもどる性質(弾性)を
有するものを用いることができる。
通常の固体では、その弾性限界日での最大ひずみ(限界
ひずみ)Fi1%程度である。また、加何1された弾性
ゴムでは、外性限界が非常に大きぐその限界ひずみl′
1lDOD%近くになる。
本発明による光学素子においては、形成しようとする光
学素子の特性に応じた弾性率のものが適宜使用されるが
、一般に太き^弾性変形全容品に得るため、或いit笈
形後の状態が光学的ICよシ均質になるようにするため
弾性率が小さbものが好ましい。
々お、弾性率(())はG=σ/γ(σ;応カ、γミ弾
性ひずみ)として表わされる。また、小さめ応力で大変
形を生じるような弾性は高弾性またはゴム弾性と呼ばれ
、従って本発明では特にこの種の弾性体が好ましく利用
できることになる。
このようなゴム弾性体としては一般に1ゴム“と知られ
ている天然ゴムやスチレンブタジェンゴム(SDR) 
、ブタジェンゴム(BR) 、イソプレンゴム(工R)
、エチレンプロピレンゴム(EPM 、 E?DM )
、ブチルゴム(エエR)、クロロプレンゴム(CAR)
アクリロニトリルーズタジエンゴム(NI3R) 、ウ
レタンゴム(U)、ノリコーンゴム(Si) 、ふっ素
コム(FPM) s 多c< 化−1”ム(T) 、ポ
リエーテルゴム(FOR、CHR、CHO)などの合成
ゴムを挙げることができる。こ扛らはいずれも室温でゴ
ム状態を示す。しかし、一般に高分子物質は分子のブラ
ウン運動の程度によって、ガラス状態、ゴム状態又は溶
融状態のいずれかをとる。従って、うを学岩子の使用温
度においてゴム状態を示す高分子物質は広く本発明の弾
性体として利用できる。
ゴム状態における弾性率1−t、主にその弾性体を構成
している高分子鎖の架橋状態によって決定され、従って
、例えば、天然ゴムにおける加硫は弾性率を決める処理
に他ならない。
本発明では使用する弾性体としては、小さい応力で大き
な変形を得る事が望ましく、その為の架橋状態の調整は
重要である。
しかしながら、弾性率の減少(小さい応力で大きな変形
を示すようになる傾向)は、他方で強度の低下を招くた
め、形成しようとする光学素子の目的に応じた強度を保
てるように、使用する弾性体を適宜選択することが必要
である。
又、その弾性率の測定も、光学素子の使用形態による応
力の種類に応じて、例えば、引張り、曲げ、圧縮などの
方法から選んで行われる。
本発明に用いる弾性体としては、通常の固体での弾性率
1011〜10” dyne/m2よυも小さく、ゴム
弾性体の10’ dyne/cm2以下が適当で、好ま
しくは10’ dyne/c−IIL2以下、特に好ま
しく ff、 5 x105dyneAIn2以下であ
り、下限は弾性体が光学素子を構成する場合に、通常の
液体とは異なり、こぼれない性状の弾性体であれば小さ
い程好ましい。なお、光学素子は、多くの場合室温で用
いられるが、特に高温又は低温で用いられる場合もある
ので、上記の弾性率の範囲は光学素子の使用温度におけ
るものである。
弾性体の硬さ、軟さけある程度その弾性に依存する。J
ISK 6501では試料表面にスプリングによシ微小
なひずみを与え、その針入度によルゴムの硬質を評価す
る方法が規定されてお9、簡便に知ることが出来る。
しかしながら、弾性ホが106dynθ1cm2以下と
低い値になると上述の方法では、掲11定が出来ずその
場合にはJISK 2808によるにインチミクロ調度
計を用いてその針入度で評価する。
父、弾性率が小さい場合、その測定方法として°引張り
−伸び″では測定が困難なので圧縮(5%変形)により
その値をめ、先の針入度との対応をめることができる。
ゴム弾性体は従来知られている加硫(橋かけ)によるも
のの他にエチレン−酢酸ビニル共重合体やA−B−A型
ブタジエンースチレングロツり共重合体などのように加
硫を必要としないも、の、又鎖状高分子などを適当(w
Jかけ点間の分子鎖長を制御)にゲル化する事によって
得ることが出来る。
これらはいずれもその架橋状態、ブロック共重合体に於
ける分子の組合わせ、ゲル状態などを調節しながらその
弾性率の制御が行われる。
又、弾性体自身の構造によシ、その弾性体を制御する場
合の他に希釈剤や充填剤を加えることによってもその特
性を変化調節することが可能である。
例えばシリコーンゴム(信越化学工業製;KE104G
jlljL (商品名))と触媒(商品名; Cata
lyst−104信越化学工業#)に希釈剤(商品名i
 RTVシンナー、佃越化学工業製)を加えた場合、そ
の添加量の増大とともに硬さ、引張シ強さは低下し、逆
に伸びは増大する。
弾性体の開口部での光学反射表面を変形させる方法は、
外力の他、上記材料を用いて熱膨張・収縮やゾル−ゲル
変形などによる体積変化を利用することもできる。光学
反射表面を得るに弾性体表面を反射面にすることが必要
である。
反射面にする方法としては、例えば、弾性体の表面にア
ルミや銀などの全組を蒸着したり、金属粉末を分散した
シ、あるいは屈折率の著しく異なる層を蒸着、スピンコ
ード、プラズマ重合する方法などが採用できる。
弾性体の光学反射表面を形成するための開口を有する部
材は平板に開口が設けられているものでもよいし、また
、弾性体を容器に収容して使用する場合には、収容する
容器の少なくとも1つの壁に開口が設けられているもの
でもよい。
また、この開口は要求される光学効果によって異なるが
、一般的には円形に開口し焦点距踊可変な凸、凹光学反
射面を形成するのが一般的でちる。
又、矩形のスリット状に開口を設けることによシ光学反
射面がシリンドリカル及びトーリック状の光学素子を形
成することもできる。
これら開口によして形成される光学素子はその弾性体に
加える外力又は弾性体の体積変化によって、その形状を
任意(C変化させることができ、その程度はその効果を
検出しながらフィードバックしてコントロールすること
が可能である。
又、この開口を円筒型ピエゾの様に圧電素子で設けるこ
とも可能でちゃ、これによシ著しく素子のコンパクト化
を実現することができる。
弾性体に外力を与える手段は、従来知られている全ての
方法で行うことが可能であるが、その弾性体の変形を、
光学効果を検出しながらフィードバック機構で行うこと
が望ましく、この為には電磁石やステッピングモーター
、圧電素子等の電気的な制御が可能な方法が好ましい。
また、加熱による体積変化は、弾性体の外部又は内部に
設けられたヒーターをもって行うことができる。次に、
本発明による光学素子の代表的な構成を図面によシ説明
する。
第1図〜第3図は、本発明の光学素子の代表的な基本構
成の断面を示すもので、1は円形開口部2を有する円筒
形の容器、3は開口部側が反射面となっている弾性体、
4は弾性体を加圧するための可動部で光学的に透明な平
行平板からなる。第1図は、圧力を加えていない状態で
ある。第2図は可動部4を通じて弾性体5に圧力を加え
た状態であり、この場合加えた圧力の大きさに従って、
弾性体の一部が開口部より凸ミラー状に突出する。第3
図は、可動部4を通じて弾性体に負圧を加えた状態で、
この場合弾性体は開口部において凹ミラー状になる。
このようにして、容器の可動部に印加する外力の大きさ
によって弾性体の一部により開口部に所望の光学反射表
面形状を実現することができるものである。また、可動
部と弾性体は必要に応じて接着剤などによシ接着される
。また、必要なら弾性体と容器の内壁面とが全体的に接
着される。また、第1図のような構成の代わシに第4図
のように平行平板を底にもつ容器5に入れた開口部側が
反射面となっている弾性体5を円形の開口部7を有する
可動部6で加圧するような構成にすることもできる。さ
らに第5図に示すように、複数の開口部7および9を設
けると共に両開口部面を反射面とした弾性体6に加圧に
よシおのおの曲率を与えることも可能である。また、複
数の開口部の大きさを変えることによシ、それぞれ異な
った曲率を与えることもできる。また、第6図に示すよ
うに、弾性体3は開口部13が容器の内部に形成されて
いるような容器10に収容されていてもよい。この開口
部13は、容器の光学的に透明な上蓋11に固定された
円筒12によって形成されておシ、可動部4に外圧を加
えることによって弾性体による光学反射表面が開口部1
3に形成される。
ここで可動部4又は6を駆動して弾性体3に圧力を加え
る方法は、いかようなものも可能であシ、簡単な方法と
しては、容器にネジを切っておき可動部をネジ込む方法
や、電磁石を用いて可動部を制御する方法などがあるが
、それらの方法によって本発明が限定されるものではな
い。また、本発明による他の光学素子の例としては、第
7図に示すように、円筒形のピエゾ素子14を用いて、
その径方向の伸縮により、ピエゾ素子の内部に充填した
弾性体6を円筒の開口部15から突出・沈降させて光学
反射表面を形成することもで−きる。また本発明による
光学素子の開口部は円形に限られるものではなく、例え
ば第8図に示したように、矩形状の開口部17を有する
容器16を用いれば、加圧により突出・沈降した弾性体
の形状をシリンドリカル又はトーリック状にすることが
可能である。
なお、第9図および第10図は弾性体に外力を加える具
体例の例でめシ、第9図は、円筒形の圧電体21の中に
弾性体3を収容し、電源22からスイッチ23を経て電
圧を印加することによって円板状の可動部20と開口部
18を有する駆動部19を接近させることで一口部18
の光学反射表面を変形させるものである。また第10図
は、電磁石26によシ強磁性材からなる可動部25を容
器27の深さ方向に移動させることによって弾性体3の
開口部24における光学反射表面を変形させることがで
きるものである。
実施例1 第11図は本実施例で製造した光学素子の断面図である
。まず、透明なガラス板28を底にもつ真ちゅう製の円
筒容器29(内径50關、fiさ20關)にシリコーン
ゴム(商品名: K E104 Gam信越化学工業製
)に対して、触媒(商品名: 0a−alyst 10
4 信越化学工業域)を12重量%添加した混合液を収
容し、50むで48時間放置し、弾性体60とする。こ
の弾性体の弾性率は2 x 105 dy≠L2である
。次にこの弾性体30上に直径約15闘の開口部32を
有するアルミ板61を載置し、それをおさえ環33でお
さえる。ここでおさえ環33は円筒容器29に対してね
じ込めるようになっておシ、おさえ環36の回転でアル
ミ板31を上下させ、アルミ板31の開口部32によシ
弾性体を突出又は沈降させる。このときの突出沈降部の
形状は、光軸付近の曲率半径が大きく、周辺部の曲率半
径が小さいような回転対称非球面となっており、おさえ
環の回転によシ加える圧力を0〜200η−2の範囲で
変化させると光軸付近の曲率半径は00〜30止の範囲
で連続的に変化させることができた。
またこの時のミラーの焦点距離は一閃〜−15πmの範
囲で変化させることができた。
実施例2 実施例1においてアルミ板31の開口432の直径を1
0朋にしたところ、圧力0〜200に−2に対して、光
軸付近の曲率半径はoo〜25朋、焦点距離は一■〜−
12朋の範囲で変化させることができた。
実施例3 実施例1において、触媒の添加量を10%としたところ
、得られた弾性体の弾性率は約1×105dyn、Am
2であった。このときの圧力0〜100g/crIL2
に対して、光軸付近の曲率半径はoo〜32關、焦点距
離は−■〜−16闘の範囲で変化させることができた。
実施例4 実施例1において開口部を有するアルミ板310弾性体
30と接触する面に予めプライマー処理(商品名ニプラ
イマーA1信越化学工業製)を行ない、アルミ板31と
弾性体6ot−接着させた。おさえ環33の回転にょシ
アルミ板31を引き上げ、弾性体30に負圧をかけると
アルミ板の開口部32において弾性体3oが凹面状に沈
降した。加える負圧0〜100 flfi71L2に対
し光軸付近の曲率半径は、oo〜63請、焦点距離はo
o〜3211+I+まで連続的に変化させることができ
た。
このことによシ、アルミ板を押し下げたシ、引き上げた
シすることにょシ、凸−門状のミラーを連続的(C形成
することが可能となシ、焦点距離がoo〜32龍→−閃
〜−12龍の範囲で変化する光学素子として作用するこ
とが認められた。
【図面の簡単な説明】
i41図、第2図および第3図は本発明にょる光学素子
の断面図であシ、第1図は外力を印加していない状態、
第2図は外力を上方に印加した状態および第3図は外力
を下方に印加した状態を示す。 第4図、第5図%′ig6図および第7図は、それぞれ
本発明の光学素子の他の態様゛の断面図である。 第8図は、本発明によるさらに他の光学素子の斜視図で
ある。 第9図、第10図および第11図はそれぞれ本発明によ
る光学素子に外力を印加する手段を配置した断面図であ
る。 1.5,8,10.16および29 ・・・容器3およ
び30・・・弾性体 2.7,9.15,15.17および32 ・・・開口
部4および6・・・可動部 14 ・・・ピエゾ原子 28・・・ガラス板 31 ・・・アルミ板 33・・・おさえ環

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)弾性体および該弾性体を突出又は沈降させて光学
    反射表面を変形できる開口を有する部材からなることを
    %徴とする光学素子。
JP58222608A 1983-10-17 1983-11-25 光学素子 Granted JPS60114802A (ja)

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DE19843424068 DE3424068A1 (de) 1983-10-17 1984-06-29 Optisches bauelement

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