JPS6275401A - 光学素子 - Google Patents

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】 皮盃血１ 本発明は、結像位置゛を可変とすることができる光学素
子に関する。

１１弦３ このような光学素子、例えば可変頂角ブリズノ、　薗亦
百工錫工橢竺Ｉ斗　作古人拭卦域瞼ｊ口賽学系等に有用
であるが、従来、この種の素子として知られていたもの
は、２枚の平行平板ガラスの間に液体を封入したもの、
ゴム膜中に液体を封入し、それを２枚の平行平板ガラス
ではさんで加圧変形するもの等である。

このような従来例を第９図（ａ）、（ｂ）に示す。第９
図に示す従来の光学素子は、２枚の平行平板ガラス１を
箇条の弾性体（例えばゴム）２で連結し、平行平板ガラ
ス１と弾性体２で囲まれた領域に液体３が満たされた構
成になっている。こうして、２枚の平行平板ガラスｌの
相対的な位置関係を可変とすることによりプリズム作用
としての光の偏向を可変に実行する。第９図（ａ）、（
ｂ）においては、平行平板ガラスを相対的に移動させる
駆動源及び機構は省略しである。

しかし、このような従来の素子においては。

以下のような問題点があった。すなわち、■平行平板１
と弾性体２とを、接着や、融着により接合しなければな
らず、長時間の伸縮運動を与えると平行平板１と弾性体
２の接合部分Ａにはがれが生じ、耐久性に問題があった
。

■又、平行平板ガラスｌが形成するプリズム角を大きく
するためには、第９図（ｂ）に示す様に、圧縮側の弾性
体２が相当縮められ、又伸張側の弾性体２がかなりの変
位量伸ばされなければならず、従来の素子の構造におい
ては接合部分Ａの耐久性からして、プリズム角を大きく
とれず、平行平板ガラス１の相対変位量を小さい範囲に
とどめざるを得ないという問題があった。

■更に、一対の平行平板ｌを互いにねじるように動かし
たり、光軸りに垂直方向にずらしたりする必要がある場
合、余り大きくねじったり、ずらしたりし過ぎると平行
平板ｌと弾性体２との接合部分Ａがやはり破壊されたり
する。従って、平行平板ｌの相対的運動には量的にも、
自由度に於ても、かなり強い制約がともなう。

光」ＬＤ」Ｌの 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、簡易な構成で
、耐久性にすぐれた光学素子を提供することを目的とす
る。

ｌ且立ｌ尤 本発明の光学素子は、複数の挟持体と、前記複数の挟持
体間にはさまれた変形部材とで構成され、前記変形部材
の剛性率が前記変形部材の内部に向う方向に小さくなる
ことを特徴とするものである。

本発明の光学素子は、変形部材が複数の挟持体にはさま
れた状態で構成されているため、従来技術のような挟持
体と変形部材との接合部分が存在しない。このため、本
発明の光学素子は耐久性にすぐれ、挟持体の動きを大き
くとることができる。また、変形部材は内部に向う方向
に剛性率が小さくなる。このため、挟持体を動かすのに
必要な力が小さくて済む。

、　暦 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説
明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の光学素子の一例を示
す断面図である。４は挟持体で、透明な一対の平行平板
が用いられている。これら一対の平行平板４の間には形
状が自由にかわる変形部材５が挟持されている。変形部
材５は、各部の剛性率が均一ではなく、変形部材５の中
心部は表面近くよりも剛性率が低くなっている。変形部
材５をこのように構成することによって、平行平板４を
駆動する力が小さくてすむ。第１図に示す実施例では、
変形部材５は２つの部分から成っており、剛性率の低い
コア部５ｂが、剛性率め高い弾性体５ａで覆われている
。つまり、第１図に示される変形部材５は、従来技術の
ものと違い、ちょうど剛性率の高い弾性体の袋の中に剛
性率の低いコア部分５ｂが収納された構成になっている
。このため、平行平板４の動きにともなう変形部材の伸
縮に余裕があり、しかも従来技術のような変形部材と平
行平板の結合部分（第９図（ｂ）の接合部分Ａ）かない
ため、耐久性に優れ、平行平板の動きに自由渡が増す。

第１図に示すように、変形部材５が２つの部分で構成さ
れている場合、コア部５ｂとしては、液状物質あるいは
極めて低い剛性率の弾性体が使用できる。外側の弾性体
５ａの剛性率は５Ｘ１０５ｄｙｎｅ、／Ｃｍ’以上であ
ることが好ましく、１Ｘ１０８ｄｙｎｅ／ｃｍ”以下で
あることが好ましい、また内側のコア部５ｂの剛性い。

本発明でいう剛性率は円板−円板、円板−円錐型レオメ
ータ−を用い、素子として使用される温度で測定して得
られる剛性率である。例えば、そのようなレオメータ−
としてレオメトリックス社製、万能レオメータ−ＲＤＳ
７００がある。

尚、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、本発明の剛
性率の範囲は光学素子の使用温度におけるものである。

変形部材５と平行平板４とは、間に空気層が介在しない
ように、いわゆる光学的接触（Ｏｐｔ　ｉ　ｃａ　ｌ　
　Ｃｏｎｔ　ａｃｔ）が完全に行なわれていることが好
ましい。

一対の平行平板４は、小さな外力により位置をかえるこ
とができる。つまり、本発明の光学素子は平行平板４同
士の相対的位置を変えることで、結像位置を可変とする
ことができる。第１図（ｂ）は、平行平板４に外力を加
え、お互いの距離と平行状態を変えて光路長を変えた状
態を示す。尚、第１図（ｂ）に示す例では、コア部５ｂ
の体積がほぼ一定となる様に、一対の平行平板４の光軸
り上での間隔は不変となる場合について示しである。

平行平板４の位置の変動方向は任意に行ないうる。例え
ば光軸りと平行あるいは第２図（Ｃ）に示すように光軸
りに対して垂直、または平行と垂直の両方向成分をもつ
ように変動させることができる。また、光学軸りに平行
な軸を回動軸として平行平板を同軸させることもできる
。

第２図は、本発明の他の例を示す側面図で、一対の平行
平板４に挟持される変形部材８は単一の弾性体で構成さ
れている。つまり、変形部材８は連続可変弾性体で、弾
性率が内部に向うに従って徐々に小さくなっている。変
形部材８の中心付近は液体と同様かそれに近い低剛性率
を示す力学特性を示す。このため平行平板４を駆動する
のに必要な力は小さくて済む、変形部材８の剛性率は、
最大値が５ｘｔｏ５ｄｙｎｅ／　ｃ　ｍ’からｌＸ１０
８ｄｙｎｅ／Ｃｍ’の範囲にあることが好ましく、最小
値が５×１０５ｄｙｎ　ｅ　／　ｃ　ｍ”以下、更には
ｌＸ１０５ｄｙｎｅ／ｃｒｎ’以下であることが好まし
い。第３図（ａ）。

（ｂ）は本発明の更に他の例で第１図で示した平行平板
４の代わりに、曲率を持った透明材料から成るレンズ９
．１０を使用している。

本発明の光学素子は、例えば撮影光学系（Ｔ■カメラ、
スチルカメラ）の画像振動・ブレを補正するための補正
光学素子として有用であるが、このような場合には単に
第１図（ｂ）に示すようにプリズム角のみを動かすだけ
でなく、第１図（ｃ）に示すように平行平板４を光軸り
に垂直な方向へ併進させたり、あるいは光軸りに平行な
軸を回転軸とする回転運動等も要求される場合がある。

第４図（ａ）、（ｂ）は、本発明の光学素子を反射光学
系として用いた例である。第４図において、平行平板６
は片面にＡｎ、Ｃｒ等の金属反射膜６ａが施されている
。もう一方の平行平板４は透明でも不透明でもどちらで
もよい。

第４図に示す光学素子は、平行平板６を加圧変位させる
ことにより、例えば面間的に変化する反射光学系として
用いることができる。尚、平行平板６の代わりに曲率を
もったレンズ等の固体部材を用いてもよい。

本発明で使用する変形部材は、中心部分の剛性率が表面
近くよりも低くなっているが、低剛性率の弾性体として
はゴム状弾性を示すゲルを用いるとよい。このような弾
性ゲルは、必らずしもイオウ架硫、過酸化物によって生
成する化学結合で架橋されている必要は無く、水素結合
、配位結合、分子間の双極子−双極子相互作用に基づく
ような疑似架橋点であってもかまわない。

本発明で使用する変形部材では、弾性機能を変形部材外
側の高弾性部分に負っている。このため、本発明で使用
する変形部材は、表面近くの剛性率が中心部の剛性率よ
りも大きく、かつ表面近くの弾性体は応力−歪曲線で表
わされる性質がフック的弾性を示し且つ降伏強度が大き
いことが要求される。

変形部材が、第１図に示すように２つの部分で構成され
ている場合、外側の弾性体５ａは前述したように剛性率
が５Ｘ１０５ｄｙｎｅ／ｃ　ｍ’以上であることが好ま
しいが、弾性体５ａの厚みとの兼合いで適宜調整される
。

低剛性率の弾性体、例えばコア部５ｂの材料としては、
ゴムと称される天然ゴム及びポリブタジェン、ポリクロ
ロプレン、ポリイソプレン、シリコーンゴム等の天然ゴ
ムで低剛性率を４えるべく軽度に架橋された合成ゴムな
どの高分子が挙げられる。更に、アクリル酸、メタアク
リル醜及びこれらの誘導体を単独、又は複数の組み合せ
からなる架橋高分子を水及び有機溶媒で膨潤させた、い
わゆるアクリルゲルなどが挙げられる。又、炭化水素に
ジアルキルモノ水酸化アルミニウムを溶解させて得られ
る低分子弾性体ゲルであっても良い。

高剛性率の弾性体、例えば弾性体５ａとしては、上記天
然ゴム、合成ゴムのうち、高剛性用に調整されたものが
用いられ、また本発明に使用可能な範囲の剛性率を示す
熱可塑性エラストマー、又は単にエラストマーと称され
る高分子化合物も挙げられる。そのような高分子化合物
として、エチレン−″プロピレン共重合体及びエチレン
−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジェン
共重合体、スチレン−ブタジェン−スチレン共１１体、
スチレン−インブレン；スチレン−イソプレン−スチレ
ン共重合体等のオレフィン−ジエンからなる共重合体、
エチレンにアクリル酸及びその誘導体、酢酸ビニル等の
有機酸ビニルを共重合してエチレンの結晶を消失せしめ
た高分子、ポリエステルエラストマー、ポリウレタンエ
ラストマー等が挙げられる。

低剛性あるいは高剛性の弾性体は、可塑剤といわれる高
分子用添加剤を混合して剛性率を調節されたものであっ
ても差しつかえない。分子量、架橋点の数によって剛性
率を変化させうることは周知の事実であって、低剛性弾
性体と高剛性弾性体が基本的に同一化学構造であっても
、あるいは両者が異なる組合で構成されたものでも良い
、同一化学構造で剛性率を容易に変えうる例としてシリ
コーンゴムが挙げられる。ポリシロキサン主鎖構造に、
末端あるいは側鎖または末端及び側鎖にビニル基を有す
る化合物を、末端あるいは側鎖、または末端及び側鎖に
水素化シロキサンを有するポリシロキサンを、白金等の
触媒存在下に付加させる際、同一重合度では架橋サイト
であるビニル基の量を増せば高剛性になり、減少させれ
ば低剛性になる。又これに反応性の無いポリシロキサン
を添加して剛性を変える。又は疑似架橋点を与えるシリ
カゲルを光学的に問題の無い程度添加して剛性を高める
等、日常的に行われる技術であり２本発明にも適用され
る技術である。

第１図に示す変形部材５は１例えば次のようにして製造
する。所定の剛性率に調整された低剛性ゲルを高剛性弾
性体５ａを被覆を形成しうる高分子の溶液、乳化又は懸
濁溶液に浸漬又は吹きつけし乾燥させて被膜を形成させ
る。厚さは高分子の濃度、懸濁又は吹きつけ一乾燥の回
数によって調整される。架橋反応を伴う時は乾燥温度を
架橋反応開始温度以上にするか、又は充分な厚みの膜が
形成された後、架橋させてもよい、又光反応によって架
橋させることも可能である。又、用いる高分子の種類、
例えばジエン系ゴム、エチレン−プロピレン、スチレン
−ブタジェン共重合体の如きものでは溶融して浸漬、吹
きつけだけでも良い。

次に、本発明における光学素子の駆動方法について説明
する０本発明における光学素子は、例えばネジやカム等
により機械的に力を加えて駆動することができる。ある
いはピエゾ素子を用いたり、電磁石を、用いて駆動する
こともできる。

また、他の方法としてはステッピングモータや熱膨張・
温度やｐＨ変化によるゾル−ゲル転移の際の体積変化、
あるいは形状記憶合金なども利用できる。

本発明の光学素子を用いた応用光学系について例を示す
、第５図に示した例は、検出したトラッキング誤差に応
じて極めて容易にトラッキングを行なうことができる光
学系である。

第５図（ａ）、（ｂ）において、平行平板ガラス２１は
、対物レンズ２４に対ｔて固定されている。一方、平行
平板ガラス２０は固定平行平板２１と光軸り上の距離を
一定にした状態で、自由に回転可能となっており、対物
レンズ２４の近くに配置されている。２２は第１図に示
す変形部材５と同様のものである。こうして、平行平板
ガラス２０が回転すると、可変頂角プリズムの頂角が変
わり、入射光が偏光され、トラッキングがなされる。第
５図に示す光学系は、光磁気ディスク、光によるヒート
モード記録など、従来の各種の記録部材への記録用及び
読み出し用として利用できる。２５は１例えば光ディス
クの記録面である。

第６図は本発明の光学素子を防振光学系へ用いた例であ
る０本発明における光学素子３２は、レンズ２７．３０
と変形部材２８より成り、３３は鏡筒、３１は撮像管等
のセンサー面であり、レンズ３０とセンサー面３１は鏡
筒３３に固定されている。

第６図（ａ）のごとく物体がセンサー面３１上に結像し
ているとき、振動により鏡筒３３が第６図（ｂ）のごと
く傾いたとする。このとき、もしレンズ２７も同様に傾
くと、第６因に示した破線のようにセンサー面３１上の
像位置が第５図（ａ）と大きくずれ、見芳しい画像のゆ
れが生じる。しかし、本発明の光学素子３２を用いれば
急激な振動に対してレンズ２７はあまり位置を変えない
。これは光学素子３２を構成する材料がいわゆる粘弾性
を有するためであり、その粘弾性のために急激な変形が
さまたげられるのである。したがって、第６図（ｂ）に
示す実線の如くに、センサー面３１上の像位置の急激な
変動が緩和される。この様に光学系の急激な振動や移動
に対しても、センサーより得られる画像は常にゆっくり
と動くことになり、安定した画像が得られる。

以上、説明した本発明の例では、一対の平行平板ガラス
あるいは一対のレンズで構成されたものを示したが、３
枚以上の平行平板ガラスあるいはレンズを並べ、平行平
板ガラスあるいはレンズの間に変形部材を配置してもか
まわない。

〈実施例１〉 第７図及び第８図に示した本発明の光学素子を次のよう
にして作成した。

深さ５．０　ｍ、　ｍ、直径４５ｍｍのテフロン製容器
にＲＴＶ型シリコーン樹脂（商品名：ＫＥ１０４ＧｅＬ
、信越化学補装）を入れ、温度５０　’Ｑで３時間加熱
硬化させた後、これを容器から取り出しコア部３５とし
た。一方、高弾性シリコーン樹脂（商品名：ＫＥ１０６
、信越化学補装）を５０″Ｃにて１０分間加熱しておき
、これにコア部３５を浸漬した後、６０℃で高りｉ性シ
リコーン樹脂を硬化させ、０．５　ｍ　ｍ厚の外層３６
を有する変形部材３７を製造した。

次に、プライマー（商品名ニブライマーＡ、信越化学補
装）で処理したガラス板（６０φ×２ｍｍ）３４で変形
部材３７の上下で挟み、本発明の光学素子を作成した。

こうして作成した未発明の光学素子に光線を入射させる
一方、ガラス板３４に外力を加えて一対のガラス板３４
の相対位置を変化させたところ、光線の進路を自由に変
えることができた。

〈実施例２〉 スチレン−ブタジェン共重合体（商品名：タフブレン−
Ａ、旭化成工業株製）をクロロルム溶解して５％溶液と
したものの中に、実施例１と同様に作成したコア部３５
を浸漬し、浸漬、乾燥をくり返した。こうしてコア部３
５の表面に厚さ０．５　ｍ　ｍの外層３６を有する変形
部材３７を製造した。次に、ビニルトリメトキシシラン
処理したガラス板を、０．５％のし一ブチルパーオキサ
イドのメタノール溶液につけて引き上げた後乾燥させた
もので、予め作成した変形部材を挟み、本発明の光学素
子を作成した。

こうして作成した本発明の光学素子に光線を入射させる
一方、実施例１と同様にカラス板の相対位置を変化させ
たところ、光線の進路を自由に変えることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は本発明による光学素
子の一例を示す断面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は本発
明による光学素子の他本発明による光学素子の更に他の
例を示す断面図、１５４図（ａ）及び（ｂ）は本発明に
よる光学素子の更に他の例を示す断面図、第５図（ａ）
、（ｂ）及び第６図（ａ）　、　（ｂ）は本発明による
光学素子の応用例を示す側面図、第７図は外力の加わっ
ていない本発明の光学素子の一例を示す側面図、第８図
は第７図に示す本発明の光学素子の平面図、第９図（ａ
）及び（ｂ）は従来の光学素子の例を示す断面図である
。 ４　、６　、２０　、２１．３４−−−一平行平板５．
８．２２，２８．３７−−−−変形部材９　、　ｌ　Ｏ
、２７、３０−−−−−−−−レンズ（’Ｃ） 一−−−〆一−ノ ｚ −一−ｖ−−ノ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の挟持体と、前記複数の挟持体間にはさまれ
   た変形部材とで構成され、前記変形部材の剛性率が前記
   変形部材の内部に向う方向に小さくなることを特徴とす
   る光学素子。
2. （２）前記変形部材の剛性率の最大値が５×１０＾５ｄ
   ｙｎｅ／ｃｍ＾２から１×１０＾８ｄｙｎｅ／ｃｍ＾２
   の範囲にあり、最小値が５×１０＾５ｄｙｎｅ／ｃｍ＾
   ２以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光学素子。