JP2000075109A - 可変焦点レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】可変焦点レンズに強い衝撃力が付加された場合
における透明弾性膜の破壊を防止し、また、透明弾性膜
の透明保護膜に膜厚分布を容易に付与する。 【解決手段】可変焦点レンズを構成する透明弾性膜１２
に透明保護膜１２ｂ，１２ｃを設けて透明弾性膜１２で
の局部的な集中荷重を阻止して、透明弾性膜１２の破壊
を防止し、さらには、透明弾性膜の透明保護膜２１に膜
厚分布を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズの焦点距離
を可変制御する可変焦点レンズに関するもので、当該可
変焦点レンズは、顕微鏡、顕微鏡カメラ装置、その他医
療用、工業用のカテーテル、プローブの先端に装備され
る光学レンズ等、広い分野に応用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】可変焦点レンズの一形式として、特開平
９−２３０２５２号公報に示されているように、円環状
のスペーサの一側に接合された透明弾性膜と、スペーサ
の他側に接合された中央部に光を透過する透過部を有す
る加圧用基板とが形成する密閉空間部に、動作流体を封
入して形成された可変焦点レンズがある。当該可変焦点
レンズにおいては、動作流体に付与される外圧にて透明
弾性膜の歪みを可変制御して、レンズの曲率半径を変化
させることにより焦点距離が可変制御される。

【０００３】また、この種形式の他の可変焦点レンズと
して、上記した可変焦点レンズを構成する透明弾性膜に
膜厚分布を付与してなる可変焦点レンズが特開平８−１
１４７０３号公報に示されている。当該可変焦点レンズ
は、透明弾性膜におけるレンズ光学収差を低減すべく意
図している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種形式
の可変焦点レンズにおいては、透明弾性膜が動作流体を
介して伝達される外圧に応答性よく変形する必要がある
ことから、極めて薄い膜に形成されている。このため、
透明弾性膜は強度的には非常に弱く、透明弾性膜に強い
衝撃力が付加された場合は勿論のこと、強い衝撃力が透
明弾性膜に直接には付加されない場合でも、動作流体の
過大な圧力変化によって透明弾性膜におけるスペーサの
接合境界部に荷重が集中して、透明弾性膜を破壊するお
それがある。従って、本発明の第１の目的は、可変焦点
レンズに強い衝撃力が付加された場合における透明弾性
膜の破壊を防止することにある。

【０００５】また、この種形式の後者の可変焦点レンズ
においては、レンズ光学収差を低減すべく透明弾性膜に
膜圧分布を付与する手段として、透明弾性膜の表面をエ
ッチングや研磨加工を施す手段が採られている。しかし
ながら、透明弾性膜は非常に薄いガラス等により形成さ
れていることから、これらの加工は極めて困難である。
従って、本発明の第２の目的は、透明弾性膜の膜面に加
工容易な透明保護膜を形成して、この透明保護膜に膜圧
分布を付与することより、加工の困難性を解消すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、可変焦点レン
ズを構成する透明弾性膜の少なくとも一面に透明保護膜
を設けて透明弾性膜に付加される圧力を分散させるもの
であり、透明弾性膜に付加される圧力の局部的な集中を
防止して、透明弾性膜の破壊を防止するものである。

【０００７】また、本発明は当該可変焦点レンズを構成
する透明弾性膜に形成した透明保護膜に膜圧分布を付与
するものであり、光学収差の低減を意図する膜圧分布を
容易に形成するものである。

【０００８】

【発明の作用・効果】本発明に係る可変焦点レンズにお
いては、可変焦点レンズを構成する透明弾性膜の少なく
とも一面に透明保護膜を設けて透明弾性膜に付加される
圧力を分散させることにより、透明弾性膜に付加される
圧力の局部的な集中を防止して透明弾性膜の破壊を防止
するものであり、これにより、本発明の第１の目的を達
成することができる。

【０００９】また、本発明に係る可変焦点レンズにおい
ては、可変焦点レンズを構成する透明弾性膜に形成し
た、透明弾性膜に比較して加工容易な透明保護膜に光学
収差の低減を意図する膜圧分布を形成するものであり、
これにより、本発明の第２の目的を達成することができ
る。本発明に係る可変焦点レンズにおいては、透明保護
膜を光硬化性樹脂にて構成して、該樹脂に照射する光に
強度分布を持たせる加工手段を採ることにより、透明保
護膜に膜厚分布を付与することができる。かかる加工手
段を採用すれば、光学収差の低減を意図する膜圧分布を
容易に形成することができる。

【００１０】また、本発明に係る可変焦点レンズにおい
ては、透明保護膜を紫外線硬化性樹脂にて構成して、該
樹脂に照射する紫外線に強度分布を持たせる加工手段を
採ることにより、透明保護膜に膜厚分布を付与すること
ができる。かかる加工手段を採用すれば、光学収差の低
減を意図する膜圧分布を容易に形成することができる。
この加工手段においては、紫外線透過率に分布を有する
フォトマスクを透過して紫外線を照射し、または多重露
光法を用いて紫外線を照射することにより、透明保護膜
に膜厚分布を付与することが好ましい。

【００１１】

【実施例】（第１実施例）図１および図２には、本発明
の第１実施例に係る可変焦点レンズをレンズ部１０ａと
し、レンズ部１０ａとアクチュエータ部１０ｂとを一体
に形成してなる可変焦点レンズ装置が示されている。

【００１２】レンズ部１０ａは、第１ダイヤフラム１
１、第２ダイヤフラム１２、中央部に貫通孔を有するガ
ラス製の第１スペーサ１３、第２スペーサ１４、第３ス
ペーサ１５、およびシリコーンオイル製の動作流体１６
にて構成されている。第１ダイヤフラム１１は、ホウケ
イ酸ガラス等のガラス薄板にて形成された単層構造のも
ので、第１スペーサ１３の一方の端面に接合されて加圧
用弾性膜を構成している。また、第１スペーサ１３の他
方の端面には第２スペーサ１４が接合されており、第２
スペーサ１４の他方の端面に第２ダイヤフラム１２が接
合され、かつ、第２ダイヤフラム１２の他方の端面に第
３スペーサ１５が接合されている。すなわち、第２ダイ
ヤフラム１２は、第１スペーサ１３の他方の端面に、第
２スペーサ１４を介して接合されている。

【００１３】第２ダイヤフラム１２は、ホウケイ酸ガラ
ス等のガラス薄板の両表面にアクリル系の透明な合成樹
脂を塗布したもので、ガラス層からなる透明弾性膜層１
２ａと、透明弾性膜層１２ａを挟む両透明保護膜層１２
ｂ，１２ｃにて構成された複層構造を呈している。両透
明保護膜層１２ｂ，１２ｃは、透明弾性膜層１２ａに比
較して薄く、かつ、透明弾性膜層１２ａの変形を阻害し
ないものである。

【００１４】両ダイヤフラム１１，１２は、第１，第２
スペーサ１３，１４とともに密封空間を形成しており、
この密封空間に透明な動作流体１６が封入されている。
動作流体１６としては、両ダイヤフラム１１，１２の界
面での光の反射を抑えるためにシリコーンオイルが採用
されている。動作流体１６は、第１スペーサ１３に設け
た注入孔から注入し、この注入孔を閉塞することにより
密封空間に封入されている。

【００１５】アクチュエータ部１０ｂには、本特許出願
人の出願に係る特願平８−２９６７８０号出願にて提案
している積層型圧電アクチュエータが採用されている。
アクチュエータ部１０ｂは、複数枚の板状の圧電変形素
子１７、各圧電変形素子１７を外周縁側にて連結する複
数本の棒状の外周連結部材１８ａ、パイプ状の内周連結
部材１８ｂ、および各圧電変形素子１７の内周縁側にそ
れぞれ接合されて各圧電変形素子１７を内周連結部材１
８ｂに連結する複数の内周接合部材１８ｃにて構成され
ている。各圧電変形素子１７は、中央部に貫通孔を有す
る弾性板１７ａの両表面に圧電板１７ｂ，１７ｃを接合
してなるバイモルフ型の圧電変形素子である。

【００１６】アクチュエータ部１０ｂは、各外周連結部
材１８ａの一端が固定された固定用リング１８ｄを可変
焦点レンズ部１０ａの第１ダイヤフラム１１の表面に接
合した状態でレンズ部１０ａに連結されていて、内周連
結部材１８ｂの一端が第１ダイヤフラム１１の表面の中
央部に当接して接合されている。この状態で、内周連結
部材１８ｂの貫通孔は、レンズ部１０ａに対する光路を
形成している。なお、アクチュエータ部１０ｂは駆動手
段１９を備えており、駆動手段１９は外周連結部材１８
ａと内周連結部材１８ｂ間に電圧を印加すべく機能す
る。

【００１７】アクチュエータ部１０ｂは、駆動手段１９
により電圧が印加されると、図１および図２に示すよう
に、各圧電変形素子１７が変形して内周連結部材１８ｂ
をレンズ部１０ａに対して前進または後退させる。これ
により、可変焦点レンズ部１０ａにおいては、第１ダイ
ヤフラム１１、動作流体１６および第２ダイヤフラム１
２が変形してレンズ特性を変化させ、焦点距離を可変と
する。

【００１８】かかる構成の可変焦点レンズ装置において
は、レンズ部１０ａを構成する第２ダイヤフラム１２が
透明弾性膜層１２ａの両面に透明保護膜層１２ｂ，１２
ｃを設けた複層構造に構成されている。このため、第２
ダイヤフラム１２に付加される圧力は両透明保護膜層１
２ｂ，１２ｃにて分散されて、透明弾性膜層１２ａに対
しては局部的に集中して付加されることはなく、これに
より、透明弾性膜層１２ａおよびこれと一体の両透明保
護膜層１２ｂ、１２ｃからなる第２ダイヤフラム１２の
破壊が防止される。 （第２実施例）図３には、本発明の第２実施例に係る可
変焦点レンズを構成する第２ダイヤフラム２１が示され
ている。第２ダイヤフラム２１は、第１実施例のレンズ
部１０ａの第２ダイヤフラム１２と同様に使用されてレ
ンズ部を構成し、アクチュエータ部１０ｂと一体とされ
て可変焦点レンズ装置を構成するものである。第２ダイ
ヤフラム２１は、上記した第２ダイヤフラム１２と同様
に、ホウケイ酸ガラス等のガラス薄板の両表面に透明な
合成樹脂を塗布してなるもので、ガラス層からなる透明
弾性膜層２１ａと、透明弾性膜層２１ａを挟む両透明保
護膜層２１ｂ，２１ｃにて構成された複層構造を呈して
いる。

【００１９】しかして、第２ダイヤフラム２１を構成す
る両透明保護膜層２１ｂ，２１ｃは、外周縁から中心部
に向かって膜厚が漸次薄くなる膜厚分布を備えていて、
この膜厚分布が第２ダイヤフラム２１の膜厚分布を形成
している。第２ダイヤフラム２１の膜厚分布は、可変焦
点レンズの光学収差、特に、可変焦点レンズの焦点距離
が短い場合の光学収差を低減すべく機能するものであ
り、膜厚分布の形成には、光造形装置で硬化させる手
段、金型による射出成形による手段、ダイヤモンドバイ
ト等による精密切削手段等が採用される。

【００２０】この第２ダイヤフラム２１において、各透
明保護膜層２１ｂ，２１ｃを紫外線硬化樹脂にて構成す
る場合には、各透明保護膜層２１ｂ，２１ｃに膜厚分布
を形成する手段として図４または図５に示す手段が好適
に採用される。これらの両手段は、紫外線硬化樹脂を用
いた分布露光法による保護膜の形成方法である。図４に
示す保護膜の形成方法では、容器に収容している未硬化
の紫外線硬化樹脂の表面に、透明弾性膜層２１ａを構成
するガラス板の下面を接触させて、紫外線をガラス板２
１ａの上面から強度分布を持たせて照射する。これによ
り、樹脂はガラス板２１ａに接触した部分から硬化に必
要なエネルギーが到達する深さまでの部分が硬化する。
従って、紫外線をガラス板２１ａ上に円盤状に照射する
場合、同図に示すように、紫外線の強度を外周縁から中
心部に漸次弱くすれば、図３に示す膜厚分布を有する透
明保護膜層２１ｂ，２１ｃが形成される。

【００２１】図５に示す保護膜の形成方法は、ディザパ
ターン等により紫外線透過率に分布を持ったフォトマス
ク２２を通して紫外線を照射する方法であり、同一強度
の紫外線をフォトマスク２２を通してガラス板２１ａ上
に照射することにより、ガラス板２１ａを通して樹脂に
照射される紫外線に強度分布を持たせて、膜厚分布を有
する透明保護膜層２１ｂ，２１ｃが形成される。（第３
実施例）図６には、本発明の第３実施例に係る可変焦点
レンズを構成する第２ダイヤフラム２３が示されてい
る。第２ダイヤフラム２３は、ホウケイ酸ガラス等のガ
ラス薄板の表面に透明な合成樹脂からなる透明保護膜層
を形成してなるもので、ガラス層からなる透明弾性膜層
２３ａと、透明弾性膜層２３ａの一面に形成された透明
保護膜層２３ｂにて構成された複層構造を呈している。

【００２２】しかして、第２ダイヤフラム２３を構成す
る透明保護膜層２３ｂは、外周縁から中心部に沿って膜
厚が階段状に薄くなる膜厚分布を備えていて、この膜厚
分布が第２ダイヤフラム２３の膜厚分布を形成してい
る。第２ダイヤフラム２３の膜厚分布は、可変焦点レン
ズの光学収差、特に、可変焦点レンズの焦点距離が短い
場合の光学収差を低減すべく機能するものであり、膜厚
分布を形成する手段としては、図７に示す多重露光法に
よる保護膜の形成方法が採用される。

【００２３】図７に示す保護膜の形成方法では、容器に
収容している未硬化の紫外線硬化樹脂中に所定深さ浸漬
した透明弾性膜層２３ａを構成するガラス板上に樹脂層
を階段状に順次形成するもので、先ず図７（ａ）に示す
ように、ガラス板２３ａを樹脂層の１層分の厚みに相当
する深さまで浸漬して、フォトマスクを介在させること
なく均一な強度の紫外線を照射する。これにより、ガラ
ス板２３ａ上の一面上の樹脂が硬化されて、ガラス板２
３ａ上に第１樹脂層２３ｂ1が形成される。

【００２４】次いで、同図（ｂ）に示すように、第１樹
脂層２３ｂ1を形成されたガラス板２３ａを樹脂層のさ
らに１層分の厚みに相当する深さまで浸漬して、小径の
フォトマスク２４ａを介在させて均一な強度の紫外線を
照射する。これにより、フォトマスク２４ａで遮蔽され
た部分以外の第１樹脂層２３ｂ1上の樹脂が硬化され
て、第１樹脂層２３ｂ1上に第２樹脂層２３ｂ2が形成さ
れる。

【００２５】さらに、同図（ｃ）に示すように、第２樹
脂層２３ｂ2を形成されたガラス板２３ａを樹脂層のさ
らに１層分の厚みに相当する深さまで浸漬して、中径の
フォトマスク２４ｂを介在させて均一な強度の紫外線を
照射する。これにより、フォトマスク２４ｂで遮蔽され
た部分以外の第２樹脂層２３ｂ2上の樹脂が硬化され
て、第２樹脂層２３ｂ2上に第３樹脂層２ｂａ3が形成さ
れる。

【００２６】その後、以上の樹脂層の形成手段を順次繰
り返し行うことにより、図６に示す任意段の階段状の透
明保護膜層２３ｂが形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に係る可変焦点レンズをレンズ部
とする可変焦点レンズ装置の作動状態を示す縦断面図で
ある。

【図２】同可変焦点レンズ装置の他の作動状態を示す縦
断面図である。

【図３】本発明の他の一例に係る可変焦点レンズを構成
する第２ダイヤフラムの部分斜視図である。

【図４】同第２ダイヤフラムの保護膜を形成する一例を
示す説明図である。

【図５】同第２ダイヤフラムの保護膜を形成する他の一
例を示す説明図である。

【図６】本発明のさらに他の一例に係る可変焦点レンズ
を構成する第２ダイヤフラムの縦断面図である。

【図７】同第２ダイヤフラムの保護膜を形成する一例を
示す説明図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。

【符号の説明】

１０ａ…レンズ部、１０ｂ…アクチュエータ部、１１…
第１ダイヤフラム、１２…第２ダイヤフラム、１２ａ…
透明弾性膜層、１２ｂ，１２ｃ…透明保護膜層、１３…
第１スペーサ、１４…第２スペーサ、１５…第３スペー
サ、１６…動作流体、１７…圧電変形素子、１７ａ…弾
性板、１７ｂ，１７ｃ…圧電板、１８ａ…外周連結部
材、１８ｂ…内周連結部材、１８ｃ…内周接合部材、１
８ｄ…固定用リング、１９…駆動手段、２１…第２ダイ
ヤフラム、２１ａ…透明弾性膜層、２１ｂ，２１ｃ…透
明保護膜層、２２…フォトマスク、２３…第２ダイヤフ
ラム、２３ａ…透明弾性膜層、２３ｂ…透明保護膜層、
２３ｂ1〜２３ｂ3…樹脂層、２４ａ，２４ｂ…フォトマ
スク。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状のスペーサの一側に接合された透
   明弾性膜と該スペーサの他側に接合された中央部に光を
   透過する透過部を有する加圧用基板が形成する密閉空間
   部に動作流体を封入して形成され、該動作流体に付与さ
   れる外圧にて該透明弾性膜の歪みを可変制御することに
   より焦点距離が可変制御される可変焦点レンズにおい
   て、 該透明弾性膜の少なくとも一方の面に透明保護膜を設け
   たことを特徴とする可変焦点レンズ。
2. 【請求項２】 前記透明保護膜は膜厚分布を備えている
   請求項１に記載の可変焦点レンズ。
3. 【請求項３】 前記透明保護膜は光硬化性樹脂からな
   り、該樹脂に照射する光に強度分布を持たせることによ
   り、該透明保護膜に膜厚分布が付与されている請求項２
   に記載の可変焦点レンズ。
4. 【請求項４】 前記透明保護膜は紫外線硬化性樹脂から
   なり、該樹脂に照射する紫外線に強度分布を持たせるこ
   とにより、該透明保護膜に膜厚分布が付与されている請
   求項２に記載の可変焦点レンズ。
5. 【請求項５】 前記樹脂に対する紫外線を紫外線透過率
   に分布を有するフォトマスクを透過して照射することに
   より、前記透明保護膜に膜厚分布が付与されている請求
   項４に記載の可変焦点レンズ。
6. 【請求項６】 前記樹脂に対する紫外線を多重露光手段
   を用いて照射することにより、前記透明保護膜に膜厚分
   布が付与されている請求項４に記載の可変焦点レンズ。