JP2003029005A - 光学素子および光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体を用いた光学素子において、液体の熱膨
張による液体漏れを防止する。 【解決手段】 容器内の液体収容領域を、容器本体と、
この容器本体に対して可動で剛体からなる封止手段と、
この封止手段に吸着し封止手段と容器本体間を密封する
磁性流体とによって構成し、液体の膨張又は収縮に応じ
て、封止手段が磁性流体による密封状態を維持しながら
容器本体に対して移動することにより液体収容領域の容
積が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を利用した光
学素子に関し、さらに詳しくは光学素子を構成する液体
の熱膨張対策に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズを機械的に移動させることなく可
変焦点化にするために種々の提案がなされている。

【０００３】例えば、特開平１１−１３３２１０号公報
では、透明液体を密閉容器に充填し、容器に備え付けら
れている第１電極と導電性弾性板との間に電位差を与え
るようにした光学素子が提案されている。

【０００４】この光学素子では、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、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状に変形させ、この凸状
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を形成させる。そして、上述し
た電位差を変化させることによって凸レンズのパワーを
変化させることで、可変焦点の光学素子を構成してい
る。

【０００５】一方、エレクトロウェッティング効果（電
気毛管現象）を用いた可変焦点レンズが、国際特許９９
／１８４５６号にて開示されている。この可変焦点レン
ズでは、電気エネルギを直接、密閉容器に充填された第
１の透明液体と第２の透明液体との界面が形成するレン
ズの形状変化に用いることができるため、レンズを機械
的に移動させること無く焦点を変化させることができ
る。

【０００６】また、特開２０００−８１５０３号公報の
可変焦点レンズ装置では、アクチュエータでレンズ容器
を弾性変形させて可変焦点レンズを得ると共に、以下に
説明する温度補償手段を備えている。

【０００７】すなわち、レンズ容器の外周部に、容器内
の透明液体が充填されている内部空間に連通するタンク
を備えた温度補償部を設け、この温度補償部によって熱
膨張および熱収縮によって増減する透明液体の体積の変
動分を吸収するようにしている。また、温度補償部のタ
ンク壁面のうち少なくとも一部は変形容易な弾性壁とな
っている。

【０００８】これにより、周囲の温度環境の変化や長時
間動作に伴う温度上昇などによって容器中の透明液体が
熱膨張や熱収縮を起こした場合でも、温度補償部によっ
て透明液体の体積のうち温度変動分が吸収または供給さ
れ、温度変化等による光学パワーの変動を抑制してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平２０００−８１
５０３号公報に示された課題でもわかるとおり、一般に
液体は熱膨張係数（単位温度変化に対する体積変化率）
が大きいため、液体の周囲温度が変化すると液体が膨張
あるいは収縮し、液体を収容する容器に過大の負荷がか
かることにより液体が漏れるおそれがある。従って液体
を用いた光学素子では、液体の体積変化を吸収する構造
を備える必要がある。

【００１０】このような課題に対し、特開平１１−１３
３２１０号公報に提案された光学素子及び国際特許９９
／１８４５６号に開示された光学素子は、液体の体積変
化を吸収する機構を備えておらず、温度変化が大きな環
境下では使用することができない。

【００１１】また、特開２０００−８１５０３号公報に
て提案の構成では、レンズ容器の一部に弾性膜を備えた
温度補償部を設けているが、弾性膜の体積変化吸収能力
と液体の封止信頼性は相反する。すなわち、光学素子が
使用される環境の温度範囲が広く、液体の体積変化量が
大きい場合には、弾性膜が大きく変形するために薄型化
する必要がある。しかし、弾性膜の薄型化に伴い、弾性
膜を介して液体の漏れや気体の透過のおそれが増す。ま
た、弾性膜を薄くすると、落下等の衝撃で膜が破れる可
能性も増加する。

【００１２】そこで本発明は、液体を利用した光学素子
に関し、液体の封止信頼性を低下させることなく、温度
変化に伴う液体の体積変化を吸収する光学素子を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器の内部に
収容された液体の形状を変化させることにより光学特性
を変化させる光学素子において、前記容器内の液体収容
領域が、容器本体と、この容器本体に対して可動で剛体
からなる封止手段と、この封止手段に吸着し前記封止手
段と前記容器本体間を密封する磁性流体とによって構成
されており、前記液体の膨張又は収縮に応じて、前記封
止手段が前記磁性流体による密封状態を維持しながら前
記容器本体に対して移動することにより前記液体収容領
域の容積が変化することを特徴とする。

【００１４】これにより、光学素子の周囲の温度変化に
より液体が膨張あるいは収縮した場合にも、封止手段と
容器本体間に密封能力に優れた磁性流体を配置するとと
もに、封止手段を液体の体積変化に応じて移動させて液
体収容領域の容積を変えることにより、容器に過大の負
荷がかかるのを防いで液体の漏れを防止することができ
る。また、封止手段が剛体により構成されており、弾性
膜のような薄型の部材を用いていないため、外部からの
衝撃により膜が破れたり気体が透過したりするといった
おそれがなくなる。

【００１５】ここで、液体の体積膨張に応じた封止手段
の移動方向と相反する方向に封止手段を付勢する付勢部
材を備え付けても良い。また、封止手段を永久磁石とヨ
ークとで構成することができる。さらに、本発明の光学
素子は、顕微鏡等の光学機器に用いることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１及び図２を
用いて本発明の第１実施形態である光学素子について説
明する。ここで、図１は本実施形態の光学素子の構成を
示す断面図であり、図１を用いて本実施形態の光学素子
の構成と作成方法を説明する。

【００１７】１０１は本実施形態の光学素子全体を示し
ている。１０２は、中央に凹部を設けた透明アクリル製
の透明基板である。この透明基板１０２の上面には、酸
化インジウムスズ製の透明電極（ＩＴＯ）１０３がスパ
ッタリングで形成されている。透明電極１０３の上面に
は透明アクリル製の絶縁層１０４が密着して設けられて
いる。絶縁層１０４は、透明電極１０３の中央に形成さ
れた凹部にレプリカ樹脂を滴下し、ガラス板で押しつけ
て表面を平滑にした後、ＵＶ照射を行ない硬化させるこ
とにより形成される。絶縁層１０４の中央上面には、直
径Ｄ１の範囲内に撥水処理剤が塗布されて撥水幕１１１
が形成されている。なお、撥水処理剤には、フッ素化合
物等を好適に用いることができる。

【００１８】絶縁層１０４の外周部上面には、遮光性を
有した円筒型の容器１０５が接着固定されており、この
容器１０５の上には透明アクリル製のカバー板１０６が
接着固定されている。カバー板１０６には、後述する液
体を注入するための注入孔１０６ａが形成されている。

【００１９】１０７は、中央部に所定寸法の開口を有し
た絞り板で、注入孔１０６ａをふさぐ蓋の役目も兼ねて
いる。ここで、絞り板１０７の中央に形成された開口部
は、被写体光束が通過する部分であり、点線１２３は光
軸を示している。

【００２０】容器１０５の側面（図１中右側面）には孔
があけられており、この孔には棒状電極１２５が挿入さ
れて接着剤で封止されている。透明電極１０３と棒状電
極１２５には給電回路１２６が接続され、スイッチ１２
７がＯＮになることで両電極（透明電極１０３及び棒状
電極１２５）間に所定の電圧が印加されるようになって
いる。

【００２１】一方、容器１０５の側面（図１中左側面）
には、容器１０５の径方向に延びる円柱状の開口部１０
５ａが形成されており、この開口部１０５ａには容器１
０５内に注入された液体が漏れるのを防止するために以
下に説明する封止部材１１５が挿入される。

【００２２】封止部材１１５は、永久磁石１１２、ヨー
ク１１３および磁性流体１１４で構成されている。永久
磁石１１２は円柱状に形成されており、一端側（図１中
左側）がＳ極、他端側（図１中右側）がＮ極に着磁され
ている。この永久磁石１１２の両端には、円盤状に形成
された鉄製のヨーク１１３が接着されている。また、ヨ
ーク１１３の外周端面には、磁性流体１１４が塗布され
ている。

【００２３】上述した封止部材１１５の構成では、ヨー
ク１１３の外周端面に磁界が発生し、この磁界の影響に
よりヨーク１１３の外周端面に塗布された磁性流体１１
４が、ヨーク１１３の径方向外側にリング状に広がる。
このときの磁性流体１１４の最外周直径寸法は、容器１
０５の開口部１０５ａの内径寸法より若干大きな構成に
なっている。

【００２４】以上の構成により、絶縁層１０４、容器１
０５、カバー板１０６、封止部材１１５および磁性流体
１１４で囲まれた所定体積の空間、すなわち後述する液
体を満たすための液室を有した筐体が形成される。

【００２５】封止部材１１５を容器１０５の開口部１０
５ａに挿入すると、磁性流体１１４が開口部１０５ａの
内壁に密着するので、開口部１０５ａは液体の出入りが
防止された密封構造となる。

【００２６】磁性流体１１４の変形抵抗は非常に小さい
ため、封止部材１１５は開口部１０５ａの表面上を自由
に移動可能であり、容器１０５内に注入された液体が熱
膨張や熱収縮しても封止部材１１５が移動することによ
り液体の体積変化に好適に対応することができる。

【００２７】ここで、開口部１０５ａの表面物性におい
て、磁性流体１１４に対する濡れ性と液体（第１の液体
１２１）に対する濡れ性はほぼ等しい状態となることが
好ましい。これは、磁性流体１１４に対する濡れ性のほ
うが悪いと磁性流体１１４は開口部１０５ａに付着する
ことができず、また、磁性流体１１４に対する濡れ性の
ほうが良すぎると封止部材１１５が移動する際に磁性流
体１１４が開口部１０５ａに付着したまま取り残される
おそれがあるためである。なお、後者の場合には、永久
磁石１１２の磁力を強めることで磁性流体１１４が開口
部１０５ａに取り残されるのを防ぐことができる。

【００２８】一方、封止部材１１５が開口部１０５ａ内
を自由に移動可能であると、後述する液体の充填過程に
おいて、封止部材１１５が容器１０５の径方向外側（図
１中左側）に押し出されて封止の機能を発揮し得ないお
それがある。そこで、封止部材１１５を容器１０５の外
周側（図１中左側）から板バネ等の付勢部材１１６で容
器１０５の内側方向に付勢することにより、液体に付勢
部材１１６による付勢力を与えることにより、液体充填
時に封止部材１１５が容器１０５の外側に押し出されて
しまうのを防止する。

【００２９】ここで、付勢部材１１６の基端部は、透明
基板１０２の切り込み部１０２ａに接着固定されてい
る。これにより、液体への圧力付加を簡単な構造で実現
することができる。

【００３０】図2は、上述した封止部材１１６の構造を
わかり易く示すための斜視図である。同図では、容器１
０５に対して封止部材１１５及び付勢部材１１６が拡大
して描かれている。また、カバー板１０６と絞り板１０
７が省略され、後述する２液の界面を１２４にて示して
いる。

【００３１】なお、本実施形態では、封止部材１１５が
円柱状に形成されているが、この形状は適宜定めること
ができ、例えば、封止部材を直方体形状の永久磁石と矩
形形状のヨークで構成するようにしてもよい。この場合
には、開口部１０５ａの形状を封止部材が挿入可能な形
状とする。

【００３２】次に、上述した液室への液体充填方法を図
１を用いて説明する。

【００３３】まずカバー板１０６の注入孔１０６ａを通
して、絶縁層１０４上の撥水膜１１１の上に、第２の液
体１２２を所定量だけ滴下する。第２の液体１２２に
は、無色透明で、比重１．０６、室温での屈折率１．４
９のシリコンオイルを用いる。そして、液室内の残りの
空間には、第１の液体１２１を充填する。

【００３４】この第１の液体１２１は、水とエチルアル
コールを所定比率で混合し、この混合液に所定量の食塩
を加えた、比重１．０６、室温での屈折率１．３８の電
解液である。すなわち、第１の液体１２１及び第２の液
体１２２には、比重が等しく、かつ互いに不溶の液体を
選定する。

【００３５】第１の液体１２１を充填する際には、第１
の液体１２１が容器１０５の液室空間を満たした後、圧
力を印加して更に所定量余分に注入する。すると、磁性
流体１１４を有する封止部材１１５は、付勢部材１１６
の付勢力に抗して容器１０５の径方向外側（図１中左
側）に変位する。そして、この変位量が所定量に達した
ところで第１の液体１２１の注入を停止し、カバー板１
０６の上に絞り板１０７を接着することにより本実施形
態の光学素子の組み立てが完了する。

【００３６】この光学素子の組み立てが完了した状態で
は、第１の液体１２１及び第２の液体１２２により界面
１２４が形成され、両液体が混じりあわずに各々が独立
して存在する。そして、両液体には、光学素子１０１が
置かれた雰囲気の圧力、一般には大気圧と、付勢部材１
１５により付与された付勢力による圧力とを合計した圧
力が加わることになる。

【００３７】ここで、光学素子１０１の周囲温度が上昇
すると、第１の液体１２１及び第2の液体１２２が熱膨
張するが、この場合には封止部材１１５が液体（第１の
液体１２１及び第２の液体１２２）に押し込まれること
により容器１０５の径方向外側（図１中左方向）に変位
する。また、光学素子１０１の周囲温度が下降すると、
第１の液体１２１及び第２の液体１２２が熱収縮する
が、この場合には封止部材１１５が光学素子１０１の外
部圧力及び付勢部材１１６の付勢力を受けることにより
容器１０５の径方向内側（図１中右方向）に変位する。

【００３８】そして、温度上昇及び温度下降のいずれの
場合にも、液体（第１の液体１２１及び第２の液体１２
２）には大気圧と、付勢部材１１６の付勢力に相当する
圧力との合計値である圧力が付与されるため、液体に溶
解した気体が泡となって析出するのを防止できる。

【００３９】次に、光学素子１０１内の液体界面の形状
について説明する。

【００４０】まず、第１の液体１２１に電圧が印加され
ていない場合、界面１２４の形状は、両液体間の界面張
力、第１の液体１２１と絶縁層１０４との界面張力、第
２の液体１２２と絶縁層１０４上の撥水膜１１１との界
面張力、及び第２の液体１２２の体積で決まる。このと
き、界面１２４は、実線１２４ａに示す形状となってい
る。

【００４１】本実施形態においては、第２の液体１２２
の材料であるシリコンオイルと撥水膜１１１との界面張
力が相対的に小さくなるように材料選定されている。す
なわち両材料間の濡れ性が高いため、レンズ状液滴に形
成された第２の液体１２２は広がる特性を有し、この第
２の液体１２２の外縁が撥水膜１１１の塗布領域に一致
したところで安定する。このため、第２の液体１２２で
形成されたレンズ状液滴の底面の直径は、撥水膜１１１
の直径Ｄ１に等しくなる。

【００４２】また、第１の液体１２１及び第２の液体１
２２の比重は前述の如く等しいため、重力は作用しな
い。従って、界面１２４ａは球面状になり、この曲率半
径及び高さｈ１は第２の液体１２２の体積により決ま
る。

【００４３】一方、スイッチ１２７がＯＮになり第１の
液体１２１に電圧が印加されると、電気毛管現象によっ
て第１の液体１２１と絶縁層１０４との界面張力が減少
し、第１の液体１２１が撥水膜１１１の外縁を乗り越え
て撥水膜１１１内に侵入する。その結果、第２の液体１
２２により形成されるレンズ状液滴の底面の直径はD１
からD２に減少し、球状の界面１２４は、実線１２４ａ
に示す位置から点線１２４ｂに示す位置まで盛り上が
り、レンズ状液滴の高さがｈ１からｈ２に増加する。

【００４４】このように第１の液体１２１への電圧印加
によって、２種類の液体の界面１２４が絶縁層１０４と
交わる点において、界面張力の釣り合いが変化して両液
体間の界面１２４の形状が変わる。よって、給電回路１
２６の電圧制御によって界面１２４の形状を自在に変え
られる光学素子１０１が実現できる。

【００４５】また、第１の液体１２１及び第２の液体１
２２が異なる屈折率を有することにより光学素子１０１
に光学レンズとしての機能が付与され、光学素子１０１
は界面１２４の形状を変化させることで可変焦点レンズ
としての役割を果たす。

【００４６】本実施形態では、第2の液体１２２の体積
よりも第１の液体１２１の体積の方が大きいため、温度
変化に伴う体積変化量の大半は、第１の液体１２１の量
に支配される。そこで、体積変化を吸収する封止部材１
１５は、第１の液体１２１に接する位置に設けられてい
る。この結果、２種類の液体の体積変化が生じても、こ
の体積変化に応じて封止部材１１５が移動することによ
り、界面１２４の形状変化を少なくすることができると
ともに、光学素子１０１の焦点距離変動を少なくするこ
とができる。

【００４７】なお、本実施形態における光学素子は、円
筒状に形成されているが、これに限らず箱状に形成され
ているものであってもよい。

【００４８】（第２実施形態）第１実施形態では、容器
１０５の側面に円柱状の開口部１０５ａを設け、この開
口部１０５ａに磁性流体を有した封止部材１１５を挿入
しているが、以下に説明する本発明の第２実施形態で
は、容器の側面全体にリング状の封止部材を配した構成
となっている。以下、図３を用いて第２実施形態の光学
素子の構成と作成方法を説明する。

【００４９】２０１は本実施形態の光学素子全体を示し
ている。２０２は、中央に凹部を設けた透明アクリル製
の透明基板である。第１実施形態と同様に、この透明基
板２０２の上面には、酸化インジウムスズ製の透明電極
（ＩＴＯ）２０３が形成され、この透明電極２０３の上
面には透明アクリル製の絶縁層２０４が密着して設けら
れている。そして、絶縁層２０４の中央上面には、直径
Ｄ１の範囲内に撥水処理剤が塗布されて撥水膜２１１が
形成されている。

【００５０】絶縁層２０４の外周部上面には、遮光性を
有した円筒型の容器２０５が接着固定されており、この
容器２０５の上には透明アクリル製のカバー板２０６が
接着固定されている。カバー板２０６には、第１実施形
態と同様に注入孔２０６ａが形成されている。

【００５１】２０７は、中央部に所定寸法の開口を有し
た絞り板で、注入孔２０６ａをふさぐ蓋の役目も兼ねて
いる。ここで、絞り板２０７の中央に形成された開口部
は、被写体光束が通過する部分であり、点線２２３は光
軸を示している。２２５は棒状電極で、カバー板２０６
と絞り板２０７を貫通した状態で接着剤で固着されてい
る。

【００５２】透明電極２０３と棒状電極２２５には給電
回路２２６が接続され、スイッチ２２７がＯＮになるこ
とで両電極（透明電極２０３及び棒状電極２２５）間に
所定の電圧が印加されるようになっている。

【００５３】容器２０５の断面はＬ字状に形成されてお
り、このＬ字状の部分には以下に説明する封止部材２１
５が配置されている。また、容器２０５の側面（図３中
左側面）には空気流通用の開口部２０５ａが形成されて
いる。

【００５４】封止部材２１５は、永久磁石２１２、ヨー
ク２１３および磁性流体２１４で構成されている。永久
磁石２１２はリング状に形成されており、外周側がＳ
極、内周側がＮ極に着磁されている。この永久磁石２１
２の外周側には鉄製リングのヨーク２１３ａが基端部に
おいて接着され、内周側には鉄製リングのヨーク２１３
ｂが基端部において接着されている。また、ヨーク２１
３ａ、２１３ｂのそれぞれの先端には、磁性流体２１４
が塗布されている。

【００５５】上述した封止部材２１５の構成では、ヨー
ク２１３ａ、２１３ｂの外周端面に磁界が発生し、この
磁界の影響により磁性流体２１４が、ヨーク２１３ａ、
２１３ｂの外周面に沿ってリング状に広がる。

【００５６】封止部材２１５を容器２０５の底部とカバ
ー板２０６に挟まれた空間に配置すると、磁性流体２１
４が容器２０５の底部内壁とカバー板２０６の下面に密
着する。

【００５７】以上の構成により、絶縁層２０４、容器２
０５、カバー板２０６及び封止部材２１５で囲まれた所
定体積の空間、すなわち後述する液体を満たすための液
室を有した筐体が形成される。

【００５８】ここで、容器２０５及びカバー板２０６の
表面物性において、液室に充填する液体（後述する第１
の液体２２１）に対する濡れ性よりも磁性流体２１４に
対する濡れ性のほうが高くなっていることが望ましい。
これにより、磁性流体２１４は、容器２０５およびカバ
ー板２０６にしっかりと密着する。

【００５９】光学素子２０１の周囲の温度が変化するこ
とにより液体（第１の液体２２１及び第２の液体２２
２）の体積が変化すると、磁性流体２１４が容器２０５
およびカバー板２０６に密着した状態で伸縮することに
より、封止部材２１５が図３中上下方向に変位する。こ
のように磁性流体２１４が容器２０５およびカバー板２
０６に密着した状態で伸縮することにより、液室内に充
填された液体が漏れることはない。

【００６０】しかし、封止部材２１５の上下方向の変位
に対する抵抗が小さいため、後述する液体の充填過程に
おいて、封止部材２１５が図３中下方向に変位しすぎて
封止の機能を発揮し得ないおそれがある。そこで、封止
部材２１５を図３中下方向から皿バネ等の付勢部材２１
６で上方向に付勢することにより、液体が充填される空
間の体積を所定値に維持する役目をなしている。

【００６１】皿バネとは、中央に穴のある円盤を円錐状
に形成したものであり、中心軸方向の単位変形量に対す
る負荷変動量が小さい、いわゆるバネ定数の小さなバネ
である。ここで、封止部材２１５はリング状に構成され
ており、液体の体積変化が大きくても封止部材２１５の
上下方向への移動量は小さなものとなるため、付勢部材
２１６にはバネ定数の小さな皿バネ等を用いることがで
きる。

【００６２】次に、上述した液室への液体充填方法を図
３を用いて説明する。

【００６３】まずカバー板２０６の注入孔２０６ａを通
して、絶縁層２０４上の撥水膜２１１の上に、第２の液
体２２２を所定量だけ滴下する。第２の液体２２２に
は、第1実施形態と同様のシリコンオイルを用いる。そ
して、液室内の残りの空間には、第１の液体２２１を充
填する。

【００６４】この第１の液体２２１も第1実施形態と同
様の、水とエチルアルコールを所定比率で混合して所定
の量の食塩を加えた電解液である。

【００６５】第1の液体２２１を充填する際には、第1の
液体２２１が容器２０５の液室空間を満たした後、圧力
を印加して更に所定量余分に注入する。すると、磁性流
体２１４を有する封止部材２１５は、付勢部材２１６の
付勢力に抗して容器２０５の下方向（図３中下方向）に
変位する。そして、この変位量が所定量に達したところ
で第１の液体２２１の注入を停止し、カバー板２０６の
上に絞り板２０７を接着することにより本実施形態の光
学素子の組み立てが完了する。

【００６６】この光学素子の組み立てが完了した状態で
は、第１の液体２２１及び第２の液体２２２により界面
２２４が形成され、両液体が混じりあわずに各々が独立
して存在する。そして、両液体には、光学素子２０１が
置かれた雰囲気の圧力、一般には大気圧と、付勢部材２
１６により付与された付勢力による圧力とを合計した圧
力が加わることになる。

【００６７】ここで、光学素子２０１の周囲温度が上昇
すると、第１の液体２２１及び第2の液体２２２が熱膨
張するが、この場合には封止部材２１５が液体（第１の
液体２２１及び第２の液体２２２）に押し込まれること
により容器２０５の下方向に変位する。また、光学素子
２０１の周囲温度が下降すると、第１の液体２２１及び
第2の液体２２２は熱収縮するが、この場合には封止部
材２１５が光学素子２０１の外部圧力及び付勢部材２１
６の付勢力を受けることにより容器２０５の上方向に変
位する。

【００６８】そして、温度上昇及び温度下降のいずれの
場合にも、液体（第１の液体２２１及び第２の液体２２
２）には大気圧と、付勢部材２１６の付勢力に相当する
圧力との合計値である圧力が付与されるため、液体に溶
解した気体が泡となって析出するのを防止できる。

【００６９】容器２０５の側面には空気孔２０５ａが形
成されており、付勢部材２１５の上下方向の変位に伴っ
て、付勢部材２１５と容器２０５に挟まれた空間内に存
在する空気が自由に出入り可能になっている。このよう
に空気が自由に出入りすることにより、付勢部材２１５
の上下方向の変位を妨げることがなくなる。

【００７０】また、光学素子２０１内の２液体の界面２
２４は、第１実施形態と同様に給電回路２２６の電圧制
御によって界面２２４の形状を自在に変えることがで
き、この界面２２４の形状を自在に変化させることで焦
点を変化させることができる。

【００７１】さらに、本実施形態においても第１実施形
態と同様に、第2の液体２２２の体積よりも第１の液体
２２１の体積が大きいため、温度変化に伴う体積変化量
の大半は、第１の液体２２１の量に支配される。そこ
で、体積変化を吸収する封止部材２１５は、第１の液体
２２１に接する位置に設けられている。この結果、２種
類の液体の体積変化が生じても、この体積変化に応じて
封止部材２１５が移動することにより、界面２２４の形
状変化を少なくすることができるとともに、光学素子の
焦点距離変動を少なくすることができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、光学素子の周囲の温度
変化により液体が膨張あるいは収縮した場合にも、封止
手段と容器本体間に密封能力に優れた磁性流体を配置す
るとともに、封止手段を液体の体積変化に応じて移動さ
せて液体収容領域の容積を変えることにより、容器に過
大の負荷がかかるのを防いで液体の漏れを防止すること
ができる。

【００７３】また、封止手段が剛体により構成されてお
り、弾性膜のような薄型の部材を用いていないため、外
部からの衝撃により膜が破れたり気体が透過したりする
といったおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である光学素子の断面
図。

【図２】第１実施形態である光学素子の要部の分解斜視
図。

【図３】本発明の第２実施形態である光学素子の断面
図。

【符号の説明】

１０１、２０１ 光学素子 １０２、２０２ 透明基板 １０３、２０３ 透明電極 １０４、２０４ 絶縁層 １０５、２０５ 容器 １０５ａ、２０５ａ 開口部 １０６、２０６ カバー板 １１２、２１２ 永久磁石 １１３、２１３ａ、２１３ｂ ヨーク １１４、２１４ 磁性流体 １１５、２１５ 封止部材 １１６、２１６ 付勢部材 １２１、２２１ 第１の液体 １２２、２２２ 第２の液体 １２３、２２３ 光軸 １２４、２２４ 界面 １２５、２２５ 棒状電極 １２６、２２６ 給電回路

フロントページの続き (72)発明者 川浪 英利子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器の内部に収容された液体の形状を変
   化させることにより光学特性を変化させる光学素子にお
   いて、 前記容器内の液体収容領域が、容器本体と、この容器本
   体に対して可動で剛体からなる封止手段と、この封止手
   段に吸着し前記封止手段と前記容器本体間を密封する磁
   性流体とによって構成されており、 前記液体の膨張又は収縮に応じて、前記封止手段が前記
   磁性流体による密封状態を維持しながら前記容器本体に
   対して移動することにより前記液体収容領域の容積が変
   化することを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】 前記液体の膨張に応じた前記封止手段の
   移動方向と相反する方向に前記封止手段を付勢する付勢
   部材を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素
   子。
3. 【請求項３】 前記封止手段が光軸方向に延びる面を有
   しており、前記磁性流体の前記容器本体に対する摺動に
   より光軸直交方向に移動することを特徴とする請求項１
   又は２に記載の光学素子。
4. 【請求項４】 前記容器本体の前記磁性流体に対する濡
   れ性と前記容器本体の前記液体に対する濡れ性が略等し
   いことを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
5. 【請求項５】 前記封止手段が光軸直交方向に延びる面
   を有しており、前記磁性流体の変形により光軸方向に移
   動することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素
   子。
6. 【請求項６】 前記封止手段が、永久磁石と、この永久
   磁石に吸着し前記液体収容領域を仕切るヨークとから構
   成され、前記ヨークの端面に磁性流体が吸着しているこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学
   素子。
7. 【請求項７】 前記付勢部材がバネであることを特徴と
   する請求項２に記載の光学素子。
8. 【請求項８】 前記液体が、導電性又は極性を有する第
   １の液体と、この第１の液体と混合することのない第２
   の液体とで構成されていることを特徴とする請求項１か
   ら７のいずれかに記載の光学素子。
9. 【請求項９】 前記封止部材が、前記第１の液体及び前
   記第２の液体のうち体積の大きい液体に接していること
   を特徴とする請求項８に記載の光学素子。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の光
    学素子を有することを特徴とする光学機器。