JP2008180884A - 液体レンズ装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】被写界側の曲率と撮像側の曲率とが異なる液体レンズを形成する。
【解決手段】液体レンズ装置において、流体加圧口２４１が形成された円筒２３０と、円筒２３０の両端面２３１，２３２をそれぞれ塞ぎ、内部にレンズ室ＬＣを形成する第１および第２の弾性膜２１０および２２０と、レンズ室ＬＣを加圧する加圧手段２５０とを備え、加圧手段２５０により加圧されたレンズ室ＬＣ内の圧力により第１および第２の弾性膜２１０および２２０が変形する量を異なるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体レンズ装置およびカメラに関する。

従来から、レンズ内部に液体を充填して、光学面の形状を変化させる液体レンズが知られている（たとえば、特許文献１）。
特開２００２−１４７６２０号公報

しかしながら、従来の液体レンズは、被写界側の曲率と撮像側との曲率が同一であり、所望の光学特性を得ることが難しい場合がある。

請求項１の発明による液体レンズ装置は、流体加圧口が形成された円筒と、円筒の両端面をそれぞれ塞ぎ、内部にレンズ室を形成する第１および第２の弾性膜と、レンズ室を加圧する加圧手段とを備え、加圧手段により加圧されたレンズ室内の圧力により第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるように構成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１の液体レンズ装置において、第１および第２の弾性膜がレンズ室の圧力を受ける受圧面積を異なるように構成し、レンズ室内の圧力により第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１の液体レンズ装置において、第１および第２の弾性膜は、所定の異なった張力をそれぞれ与えて円筒の両端面に設けられ、レンズ室内の圧力により第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるようにしたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１の液体レンズ装置において、第１および第２の弾性膜がレンズ室の圧力を受ける受圧面積を等しく、かつ、第１および第２の弾性膜の厚みおよびヤング率の少なくともいずれか一方を異なるように構成して、レンズ室内の圧力により第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるようにしたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項の液体レンズ装置において、第１および第２の弾性膜は円筒の端面にそれぞれ接合され、円筒の端面は、液体レンズ装置の使用状態における第１および第２の弾性膜の曲率と等しい曲率に形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明によるカメラは、請求項１乃至５のいずれか一項の液体レンズ装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被写界側の曲率と撮像側の曲率とを異ならせることができるので、所望の光学特性を得ることができる。

−第１の実施の形態−
図面を参照しながら、本発明の第１の実施の形態による液体レンズ装置を有するデジタルカメラについて説明する。
図１はデジタルカメラの正面斜視図である。カメラ本体１には、液体レンズ装置２０を有するレンズ鏡筒２、電源スイッチ３、レリーズボタン４、および撮影モードの設定操作を行うモードダイヤル５が設けられている。レンズ鏡筒２は、電源スイッチ３のオン操作に応じて光軸方向へカメラ本体１から繰り出され、電源スイッチ３のオフ操作に応じてカメラ本体１内に格納される沈胴式レンズ鏡筒である。

図２を用いて、液体レンズ装置２０について説明する。図２は液体レンズ装置２０の光軸を含む面内の断面を示す。図２において、実線の矢印Ｃで示す方向が被写体側、破線の矢印Ｄで示す方向が撮像面側である。なお、図２の一点鎖線は光軸を示す。
液体レンズ装置２０は、第１の透明部材２１０、第２の透明部材２２０、円筒状の筒部材２３０、管路２４０、液体供給量調節部２５０、および制御部２６０を有する。第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０は、弾性変形可能な透明な薄膜材である。これら第１の透明部材２１０と第２の透明部材２２０とが液体レンズ装置２０の光学面を形成する。なお、この実施の形態では、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０は、同一の厚みを有する同一材質で構成されている。

筒部材２３０は、テーパー形状の円筒体であり、一方の端部２３１の径ｄ１と他方の端部２３２の径ｄ２とが異なる。なお、本実施の形態においては、径ｄ１は径ｄ２よりも大きいものとして説明する。筒部材２３０の端部２３１には、第１の透明部材２１０が接合される。端部２３１の第１の透明部材２１０との接合面２３１ａは、光軸に沿って被写体側に凸面として所定の曲率に形成されたリング形状の面である。この接合面２３１ａの曲率は、後述する液体レンズ装置２０が加圧されて、使用状態になったときの第１の透明部材２１０の曲率とほぼ等しくなるように形成される。また、筒部材２３０の端部２３２には、第２の透明部材２２０が接合される。端部２３２の第２の透明部材との接合面２３２ａは、端部２３１の接合面２３１ａと同様に、光軸に沿って撮像面側に凸面として所定の曲率に形成されたリング形状の面である。この接合面２３２ａの曲率についても、接合面２３１ａの曲率と同様に、液体レンズ装置２０が加圧されて、使用状態になったときの第２の透明部材２２０の曲率とほぼ等しくなるように形成される。本実施の形態においては、接合面２３１ａと２３２ａには、それぞれ異なる曲率が形成されている。筒部材２３０と第１の透明部材２１０、および筒部材２３０と第２の透明部材２２０は、たとえばシール材などを用いて接合され、内部にレンズ室ＬＣが形成される。

第１の透明部材２１０、第２の透明部材２２０、および筒部材２３０により形成されたレンズ室ＬＣに、所望の屈折率を有する所定量の液体２００、たとえば水、油、アルコールなどが充填される。空間内に充填された液体２００の圧力に応じて、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が変形する。レンズ室ＬＣが加圧されると、第１の透明部材２１０は、筒部材２３０の端部２３１の径ｄ１の範囲内で、光軸に沿う被写体側に凸に変形する。第２の透明部材２２０は、筒部材２３０の端部２３２の径ｄ２の範囲内で、光軸に沿う撮像面側に凸に変形する。すなわち、第１の透明部材２１０は、接合面２３１ａに形成された曲率とほぼ等しい曲率に変形する。同様に、第２の透明部材２２０についても、光軸方向に対して、接合面２３２ａに形成された曲率とほぼ等しい曲率に変形する。

レンズ室ＬＣが加圧された使用状態では、液体２００の圧力が第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０のそれぞれの単位面積に対して均一に加わる。径ｄ２よりも径ｄ１のほうが大きいので、第１の透明部材２１０の変形可能な範囲に加わる圧力は、第２の透明部材２２０の変形可能な範囲に加わる圧力よりも大きい。したがって、第１の透明部材２１０の光軸に沿う被写体側への変形量は第２の透明部材２２０の光軸に沿う撮像面側への変形量よりも大きくなる。すなわち、第１の透明部材２１０は第２の透明部材２２０よりも大きな曲率で変形する。この結果、被写体側と撮像面側において曲率の異なる両凸の光学レンズが形成される。

筒部材２３０の周面には、注入口２４１が設けられ、この注入口２４１には可撓性の管路２４０の一端が接続されている。管路２４０の他端は、液体供給量調節部２５０に接続されている。

液体供給量調節部２５０は、シリンダ２５１およびピストン２５２を備え、液体レンズ装置２０のレンズ室ＬＣを加圧する加圧装置として機能する。ピストン２５２は、シリンダ２５１の内部に、図２における左右方向に往復可能に設けられる。ピストン２５２が図２の左方向へ駆動すると、ピストン２５２の駆動量に応じてレンズ室ＬＣが加圧される。また、ピストン２５２が図２の右方向へ駆動すると、ピストン２５２の駆動量に応じてレンズ室ＬＣが減圧される。

制御部２６０は、液体供給量調節部２５０によりピストン２５２の駆動量を制御して、レンズ室ＬＣ内の圧力を制御する。

電源スイッチ３から電源オン信号を入力すると、まず、制御部２６０はレンズモータ２８０を駆動してレンズ鏡筒２を沈胴位置から撮影位置へ繰り出す。その後、制御部２６０は液体供給量調節部２５０を駆動制御する。すなわち、液体供給量調節部２５０は、ピストン２５２を予め定めた量だけ伸長させてレンズ室ＬＣ内を加圧する。レンズ室ＬＣの加圧により、第１の透明部材２１０と第２の透明部材２２０とが、光軸方向（図２の矢印Ａの方向）に変形して、所定の曲率の凸面となる。この状態で、液体レンズ装置２０は、上述したような両凸の光学レンズを形成して使用状態となる。

電源スイッチ３から電源オフ信号を入力すると、制御部２６０は液体供給量調節部２５０を駆動制御する。すなわち、液体供給量調節部２５０は、伸長していたピストン２５２を収縮させてレンズ室ＬＣ内を減圧する。レンズ室ＬＣの減圧により、第１の透明部材２１０と第２の透明部材２２０とが、光軸方向（図２の矢印Ｂの方向）に変形して、略フラットな平面になる。その後、制御部２６０は、レンズモータ２８０を駆動してレンズ鏡筒２を撮影位置から沈胴位置へ駆動する。

以上で説明した第１の実施の形態による液体レンズ装置２０によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）液体レンズ装置２０の筒部材２３０において、第１の透明部材２１０が固定される端部２３１の径ｄ１と、第２の透明部材２２０が固定される端部２３２の径ｄ２とを異なる大きさとした。レンズ室ＬＣが加圧されると、径ｄ１と径ｄ２の大きさの違いにより、第１の透明部材２１０と第２の透明部材２２０とは曲率がそれぞれ異なった状態で凸に変形する。その結果、液体レンズ装置２０は被写体側の曲率と撮像面側の曲率とが異なる両凸面形光学レンズを形成することができる。したがって、液体レンズ装置２０で構成する光学系において、像面湾曲、歪曲収差（ディストーション）などを打ち消したり、主点の位置に関する設計をする際の自由度が向上した液体レンズを得ることができる。

（２）筒部材の端部２３１におけるリング状接合面２３１ａの曲率を、レンズ室ＬＣが加圧されて使用状態になった時の第１の透明部材２１０の曲率と略等しい形状とした。さらに、端部２３２におけるリング状接合面２３２ａの曲率を、レンズ室ＬＣが加圧されて使用状態になった時の第２の透明部材２２０の曲率と略等しい形状とした。図３（ａ）は接合面の曲率と透明部材の曲率とが異なる場合、図３（ｂ）は接合面２３１ａの曲率と第１の透明部材２１０の曲率とがほぼ等しい場合における接合面２３１ａ付近の拡大図である。図３（ａ）に示すように、接合面の曲率と透明部材の曲率とが異なると、透明部材の範囲Ｘと範囲Ｙとにおいてそれぞれ曲率が異なる。すなわち、透明部材の範囲Ｘ付近をレンズの光学面として使用することができなくなる。しかし、図３（ｂ）に示すように、接合面２３１ａの曲率と第１の透明部材２１０の曲率とが略等しい場合は、第１の透明部材２１０が全体として略同一の曲率を持つようになる。したがって、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０は外周まで曲率を保つことができ、レンズの小型化に寄与する。

−第２の実施の形態−
図４を参照しながら、第２の実施の形態における液体レンズ装置３０について、第１の実施の形態における液体レンズ装置２０との相違点を主に説明する。

液体レンズ装置３０は、第１の透明部材３１０、第２の透明部材３２０、筒部材３３０、管路３４０、液体供給量調節部３５０、および制御部３６０を有する。筒部材３３０は、一方の端部３３１の径ｄ３の大きさと他方の端部３３２の径ｄ４の大きさとが等しい円筒形の部材である。筒部材３３０の端部３３１には、第１の透明部材３１０が接合される。第１の透明部材３１０には、光軸中心から端部３３１により形成される円の外周の方向、すなわち図４に示す矢印Ｅの方向に向かって、所定の張力が付与される。

筒部材３３０の端部３３２には、第２の透明部材３２０が接合される。第２の透明部材３２０についても、第１の透明部材３１０と同様に、光軸中心から端部３３２により形成される円の外周の方向、すなわち図４に示す矢印Ｆの方向に向かって、所定の張力が付与される。なお、本実施の形態の液体レンズ装置３０においては、第１の透明部材３１０に付与した張力よりも、第２の透明部材に付与した張力の方が大きいものとする。また、この実施の形態においても、第１の透明部材３１０および第２の透明部材３２０は、同一の厚みを有する同一材質で構成されている。

第１の透明部材３１０および第２の透明部材３２０のリング状接合面３３１ａ、３３２ａは、第１の実施の形態と同様に、光軸方向に対して所定の曲率を持って形成される。接合面３３１ａにおける曲率は、液体レンズ装置３０の使用時における第１の透明部材３１０の曲率とほぼ等しい曲率となるように形成される。接合面３３２ａにおける曲率についても同様に、液体レンズ装置３０の使用時における第２の透明部材３２０の曲率とほぼ等しい曲率となるように形成される。

上述した構成を有する液体レンズ装置３０のレンズ室ＬＣに、管路３４０および注入口３４１を介して液体供給量調節部３５０から液体３００により加圧すると、第１の透明部材３１０は光軸に沿う被写体側へ変形し、第２の透明部材３２０は光軸に沿う撮像面側へ変形する。第１の透明部材３１０および第２の透明部材３２０の受圧面積は等しいので、それぞれの部材に加わる圧力は等しくなる。このとき、第１の透明部材３１０に付与された張力は、第２の透明部材３２０に付与された張力よりも小さいので、第１の透明部材３１０は第２の透明部材３２０よりも光軸方向の変形量が大きくなる。したがって、第１の透明部材３１０の曲率は、第２の透明部材３２０の曲率よりも大きくなる。その結果、液体レンズ装置３０は被写体側と撮像面側において曲率の異なる両凸の光学レンズを形成する。

以上で説明した第２の実施の形態における液体レンズ装置３０によれば、第１の実施の形態により得られる作用効果の（２）で説明したものに加えて、以下の作用効果が得られる。
第１の透明部材３１０を筒部材３３０に接合する際に付与する張力と、第２の透明部材３２０を筒部材３３０に接合する際に付与する張力とを異ならせた。その結果、レンズ室ＬＣが加圧されて液体レンズ装置３０が使用状態になったときに、第１の透明部材３１０と第２の透明部材３２０とに加わる圧力は等しいが、それぞれに付与された張力が異なるため、第１の透明部材３１０と第２の透明部材３２０とは光軸方向への曲率がそれぞれ異なって変形する。すなわち、液体レンズ装置３０は被写体側の曲率と撮像面側の曲率とが異なる両凸の光学レンズを形成することができる。したがって、液体レンズ装置３０で構成する光学系において、像面湾曲、歪曲収差（ディストーション）などを打ち消したり、主点の位置に関する設計をする際の自由度を向上することができる。

−第３の実施の形態−
図５を参照しながら、第３の実施の形態における液体レンズ装置４０について、第２の実施の形態における液体レンズ装置３０との相違点を主に説明する。第３の実施の形態の液体レンズ装置４０においては、厚みの異なる同一材質からなる第１の透明部材４１０と第２の透明部材４２０を円筒部材４３０の両端面に接合している。これにより、レンズ室ＬＣが加圧されたとき、第１の透明部材４１０と第２の透明部材４２０は、異なる曲率にて変形する。

−第４の実施の形態−
図６を参照しながら、第４の実施の形態における液体レンズ装置５０について、第１の実施の形態における液体レンズ装置２０との相違点を主に説明する。第４の実施の形態の液体レンズ装置５０においては、円筒部材５３０の両端の外径は等しいが、被写体側の開口の内径ｄ７を撮像面側の開口の内径ｄ８より大きくしている。これにより、第１の透明部材５１０の受圧面積Ａ１は、第２の透明部材５２０の受圧面積Ａ２より大きくなり、レンズ室ＬＣが加圧されたとき、第１および第２の透明部材５１０および５２０は異なる曲率にて変形する。
なお、図７に示すような円筒部材６３０を使用して、第１の透明部材５１０の受圧面積Ａ１を第２の透明部材５２０の受圧面積Ａ２より大きくしてもよい。

以上では、液体レンズ装置で両凸レンズを構成するようにしたが、図８〜図１１に示すような両凹レンズとしてもよい。
図８は、第１の実施の形態における液体レンズ装置２０と同様な構成を採用して両凹面形光学レンズとして構成した液体レンズ装置を示す。第１の透明部材６１０の受圧面積Ａ１は第２の透明部材６２０の受圧面積Ａ２より大きい。制御部２６０によりピストン２５２を収縮してレンズ室ＬＣを減圧すると、第１および第２の透明部材６１０および６２０がそれぞれ異なった曲率の凹形状に変形する。受圧面積Ａ１の第１の透明部材６１０の曲率は、受圧面積Ａ２の第２の透明部材６２０の曲率よりも大きくなる。

図９は、第２の実施の形態における液体レンズ装置３０と同様な構成を採用して両凹面形光学レンズとして構成した液体レンズ装置を示す。この場合、制御部３６０によりピストン３５２を収縮してレンズ室ＬＣを減圧すると、第１および第２の透明部材７１０および７２０がそれぞれ異なった曲率の凹形状に変形する。張力の小さい第１の透明部材７１０の曲率は、張力が大きな第２の透明部材７２０の曲率よりも大きくなる。

図１０は、第３の実施の形態における液体レンズ装置４０と同様な構成を採用して両凹面形光学レンズとして構成した液体レンズ装置を示す。この場合、制御部４６０によりピストン４５２を収縮してレンズ室ＬＣを減圧して、第１および第２の透明部材８１０および８２０がそれぞれ異なった曲率の凹形状に変形する。厚みの薄い第１の透明部材８１０の曲率は、厚みが厚い第２の透明部材８２０の曲率よりも大きくなる。

図１１は、第４の実施の形態における液体レンズ装置５０と同様な構成を採用して両凹面形光学レンズとして構成した液体レンズ装置を示す。第１の透明部材９１０の受圧面積Ａ１は２の透明部材９２０の受圧面積Ａ２より大きい。制御部５６０によりピストン５５２を収縮してレンズ室ＬＣを減圧すると、第１および第２の透明部材９１０および９２０がそれぞれ異なった曲率の凹形状に変形する。受圧面積Ａ１の第１の透明部材９１０の曲率は、受圧面積Ａ２の第２の透明部材９２０の曲率よりも大きくなる。
なお、図１２に示すような円筒部材６３０を使用して、第１の透明部材９１０の受圧面積Ａ１を第２の透明部材９２０の受圧面積Ａ２より大きくしてもよい。

液体供給量調節部２５０はシリンダ２５１およびピストン２５２により構成されるものに限定されず、レンズ室ＬＣを所定の圧力に加圧および減圧できるものであればどのようなものでもよい。たとえば、ポンプと液体を溜めておくタンクなどにより構成されるものでもよい。

液体レンズ装置４０において、厚みの異なる同一材質からなる第１の透明部材４１０と第２の透明部材４２０を円筒部材４３０の両端面に接合するものに代えて、材質の異なる第１の透明部材４１０ａと第２の透明部材４２０ａを用いてもよい。この場合、材質の違いにより、第１の透明部材４１０ａと第２の透明部材４２０ａの有するヤング率はそれぞれ異なる。したがって、第１の透明部材４１０ａと第２の透明部材４２０ａは同一圧力が加わったときの弾性変形による変形量が異なるので、レンズ室ＬＣが加圧されると、第１の透明部材４１０ａと第２の透明部材４２０ａは、異なる曲率にて変形する。

また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

実施の形態によるカメラの外観を示す図である。 第１の実施の形態における液体レンズ装置の構成を説明する図である。 透明部材と筒部材の接合面付近の拡大図である。 第２の実施の形態における液体レンズ装置の構成を説明する図である。 第３の実施の形態における液体レンズ装置の構成を説明する図である。 第４の実施の形態における液体レンズ装置の構造を変形した例を示す図である。 第４の実施の形態の液体レンズ装置において筒部材の構造を変形した例を示す図である。 第１の実施の形態の液体レンズ装置を両凹面形光学レンズとして構成する場合を示す図である。 第２の実施の形態の液体レンズ装置を両凹面形光学レンズとして構成する場合を示す図である。 第３の実施の形態の液体レンズ装置を両凹面形光学レンズとして構成する場合を示す図である。 第４の実施の形態の液体レンズ装置を両凹面形光学レンズとして構成する場合を示す図である。 図１１に示す液体レンズ装置において筒部材の構造を変形した例を示す図である。

符号の説明

２０、３０、４０、５０ 液体レンズ装置
２００、３００、４００、５００ 液体
２１０、３１０、４１０、５１０ 第１の透明部材
２２０、３２０、４２０、５２０ 第２の透明部材
２３０、３３０、４３０、５３０ 筒部材
２３１、３３１、４３１，５４０ 端部
２３１ａ、３３１ａ、４３１ａ、５３１ａ 接合面
２３２、３３２、４３２、５３２ 端部
２３２ａ、３３２ａ、４３２ａ、５３２ａ 接合面
２４１、３４１、４４１、５４１ 注入口
２５０、３５０、４５０、５５０ 液体供給量調節部
ＬＣ レンズ室

Claims (6)

1. 流体加圧口が形成された円筒と、
   前記円筒の両端面をそれぞれ塞ぎ、内部にレンズ室を形成する第１および第２の弾性膜と、
   前記レンズ室を加圧する加圧手段とを備え、
   前記加圧手段により加圧された前記レンズ室内の圧力により前記第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるように構成したことを特徴とする液体レンズ装置。
2. 請求項１に記載の液体レンズ装置において、
   前記第１および第２の弾性膜が前記レンズ室の圧力を受ける受圧面積を異なるように構成し、前記レンズ室内の圧力により前記第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるようにしたことを特徴とする液体レンズ装置。
3. 請求項１に記載の液体レンズ装置において、
   前記第１および第２の弾性膜は、所定の異なった張力をそれぞれ与えて前記円筒の両端面に設けられ、前記レンズ室内の圧力により前記第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるようにしたことを特徴とする液体レンズ装置。
4. 請求項１に記載の液体レンズ装置において、
   前記第１および第２の弾性膜が前記レンズ室の圧力を受ける受圧面積を等しく、かつ、前記第１および第２の弾性膜の厚みおよびヤング率の少なくともいずれか一方を異なるように構成して、前記レンズ室内の圧力により前記第１および第２の弾性膜が変形する量を異なるようにしたことを特徴とする液体レンズ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体レンズ装置において、
   前記第１および第２の弾性膜は前記円筒の端面にそれぞれ接合され、前記円筒の端面は、液体レンズ装置の使用状態における前記第１および第２の弾性膜の曲率と等しい曲率に形成されていることを特徴とする液体レンズ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液体レンズ装置を備えることを特徴とするカメラ。

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