JP2009168971A - 可変焦点レンズおよび可変焦点眼鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で安定した焦点距離を得る可変焦点レンズを得る。
【解決手段】透明で剛性を有する透明基体１０１と、透明で弾性を有する透明剛弾性体１０２と、前記透明基体１０１と透明剛弾性体１０２との間に封入した透明流動体１０３と、前記透明剛弾性体１０２の形態の変化を誘引させる制御機構１２０とを備えている。前記透明基体１０１と透明剛弾性体１０２の間にある透明流動体１０３の量或いは分布を変化させて焦点距離を変化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、焦点距離を可変可能な可変焦点レンズ及びそれを備えた可変焦点眼鏡に係り、より具体的には、視覚における焦点調整能力の低下をまねいている老齢者用の近視眼用眼鏡や、細かな作業を手元で行うときに用いる拡大眼鏡に関する。

従来、視覚における焦点調整能力が低下した場合、図１７に示すような眼鏡１０を用い、通常の生活をするときのためのレンズ１１と、本を読むためや、裁縫をするなど手元を見るためのレンズ１２とを一体化し、一枚のレンズとして構成し、目の視線の角度でどちらか一方のレンズを用いるようにして、対象物がはっきり見られるようにしている。

言い換えると、数メートル以上の事物や景色などを見る場合は上側に光軸があるレンズを通して見るようにし、数十センチメートルぐらいの事物を見る場合は下側に光軸のあるレンズを通して見るように利用者が上側と下側とを意識して眼球を動かして利用する。

しかしながら、利用者は常に上側下側どちらを用いているかを意識しながら利用せざるを得ない。更に、例えば、下側レンズを用いて手元の作業をしている際、中心部の対象物を見ながら周辺の対象物の状態に気配りする場合は、視野角が狭いので、首を振りながら対象物を追う必要があった。そのため、利用者はすぐに疲労してしまうなどの欠点があった。

この欠点を克服するための方法として、従来、対象となる物体までの距離に応じて焦点距離を調整できる可変焦点レンズが提案されている。それは、２枚の透明軟弾性体の間に透明な液体またはゲル状の物体で充填させてあり、その液体またはゲル状物質の体積変化をさせて焦点距離を変化させるもの（例えば、特許文献１、２参照）や、透明なゲル状物質を片側を固体レンズとし、片側を透明軟弾性幕で封入して軟弾性幕の変形で焦点距離を変化させるもの（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。

しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２のような構成だと、透明軟弾性体に圧力をかけてレンズ化しようとするもので、設計したとおりのレンズ特性（正確なレンズ特性）が得難い。また、両面とも軟弾性体なので、眼鏡として用いようとした場合、指で触れた場合や物体が飛んできた場合に変形してしまったり、破損したりする可能性が多くなるので、少なくとも外界と接する方の面はガラスやプラスチックなどによる保護用のフードで覆うことが必要となる。その後者の課題を解決したのが、特許文献３であるが、軟弾性体のレンズ形状の制御が難しく所望のレンズ特性が得難いのは同じである。
特開２００１−２４９２０２号公報 特開２００３−１４９０９号公報 特開２００６−１０６４８８号公報

一つには外部からの飛来物が当っても簡単に傷が付かない構造とすることであり、二つには構造が簡単で安定した焦点距離を得る可変焦点レンズを得ることである。

請求項１に記載の発明は、透明で剛性を有する透明基体と、透明で弾性を有する透明剛弾性体と、前記透明基体と透明剛弾性体との間に封入した透明流動体と、透明剛弾性体の形態の変化を誘引させる制御機構とを備えている可変焦点レンズを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、透明基体と透明剛弾性体の間にある透明流動体の量を変化させて焦点距離を変化させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、透明基体と透明剛弾性体の間にある透明流動体の分布を変えて焦点距離を変化させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変焦点レンズを備える可変焦点眼鏡を特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、透明剛弾性体の形態の変化を誘引させて、透明基体と透明剛弾性体との間に封入した透明流動体で構成するレンズの形状を所定の形状に形成しようとするもので、形態の変化前、変化後のいずれの形態においても、所望の特性（正確な光学特性）を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、透明基体と透明剛弾性体の間にある流動体の量を変化させるだけで済み、簡単な構造にもかかわらず、透明剛弾性体の形態の変化をスムースに誘引させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、透明基体と透明剛弾性体の間にある流動体の移動量が少なくて済み、透明剛弾性体の形態の変化をスムースに誘引させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、透明剛弾性体の形態の変化を誘引させて、透明基体と透明剛弾性体との間に封入した透明な流動体で構成するレンズの形状を所定の形状に形成しようとするもので、形態の変化前、変化後のいずれの形態においても、視野角の広い正確なレンズ特性によるレンズを用いているため、利用者は複数の対象物を追いかけて凝視するような場合でも、利用者が疲労することなく、利用できる可変焦点眼鏡とすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ），（ｂ）は本発明の一つの構成要件である透明剛弾性体の動作原理を説明するための図である。これは半径Ｒ（ここで示す記号の意味は後述する。）で中空の球状体の一部分を切り出した直径Ｄ、肉厚ｔの皿状の円板である。この剛弾性体とは剛性がありながら弾力性を持っているもので、透明ではないが鋼材は一般的であり、板バネに用いられているのは良く知られている。また、透明な弾性体としては一般的なガラスも弾性限界を超えないように用いればこの剛弾性体に入る。ただ、ここで用いるためには一般的に言うプラスチック類が使いやすい。その中でもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やユーポリマー（ユニチカの商標）等が適している。まず、（ａ）に示すように、下に凸状に置き、縁を固定しておいて、皿の中央部を矢印のように力Ｆで下から押し上げると皿状の円板は徐々に撓みながら上昇し、ある一定量上昇すると（ｂ）に示すように上に凸の状態に反転する。一度反転すると力Ｆを取り除いてもそのままの形を維持する。また、この状態から力Ｆを反対方向（上の方から）に力を加えていくとある一定量下降すると元の（ａ）の状態に戻る。

次に、図２（ａ），（ｂ）を用いて、上記の様子をもう少し詳しく説明する。図２（ａ）は図１で示した皿状円板の中心部の断面を真横から示した図である。実線で表示した皿の形状は半径Ｒで中空の球状体の一部分を切り出した形状をしており、直径Ｄ、周辺部に対する中央部の膨らみ量Ｔ，肉厚ｔの皿状の円板としてある。その実線で示した皿状の円板を下に凸の状態で置き、周縁部分を上から押え、皿の中央部分を下から押し上げる場合を示している（その両方から加える力をＦとする：但し、皿状円板の質量は無視する）。二点鎖線で示した皿の形状は、図１（ｂ）に示した皿状円板の状態を中心部の断面を真横から示した図である。図２（ｂ）はこの力を加えていった場合の力Ｆと中央部の上下方向の変移量ｙとの関係を概念として示したものである。すなわち、座標の横軸に印加する力Ｆをとり、縦軸に皿状円板の中央部の変移量ｙをとる。

ここで、皿状円板の最初は自由で力Ｆが一切加わっていない状態（Ｆ＝０）で、中央部の位置はａ点であり、ｙ軸上の−Ｔの位置（ｙ＝−Ｔ）であるとする。そこに図２（ａ）に示すように力Ｆを加えていくと中央部は図２（ｂ）中の（１）に示すように推移する。即ち、縁と同じ位置までは力Ｆに比例的に上昇していき、その縁の位置を僅かに越えた（円板の厚み程度）ｂ点に達すると（２）の軌跡を取りながら一気にｃ点まで上昇して、安定する。この（２）の軌跡の範囲では外部からの力は与えることはなく、皿状円板の内部応力のみで遷移する。この遷移後の安定状態は図２（ａ）に示す初期状態の上向き皿状とは逆の二点鎖線で示す下向き皿状態となっている（図１（ｂ）の形状）。

ここで、皿状円板は最初の状態と同様に自由で力Ｆが一切加わっていない状態（Ｆ＝０）である。この状態の中央部はｃ点にあるが、この中央部に負方向の力Ｆを加えていくと（３）の軌跡をとり縁と同じ位置までは力Ｆに比例的に下降していき、その縁の位置を僅かに越えた（円板の厚み程度）ｄ点で（４）の軌跡を取りながら一気にａ点まで下降して、元の状態に戻り安定する。この（４）の軌跡の範囲では外部からの力は与えることはなく、皿状円板の内部応力のみで遷移するのは（２）の軌跡の範囲の動作と同様である。
このように、この皿状円板の弾性体は二つの安定形状（上に凹の皿状、下に凹の皿状で、どちらもＲの曲率）を持つ。

図３は上記の動作原理で示した剛弾性体（以後、これを単に弾性体と呼称する）のうちで透明な弾性体を用いて構成した可変焦点レンズの基本的な考え方（第一の型）を説明する図である。
大きくは透過する光線に対してレンズ効果を与えたり、無くしたりするレンズ部１００と、レンズ部の透明基体に力Ｆを与えるポンプ部１２０に分かれており、更に、ポンプ部１２０はプランジャポンプ１３０と電磁プランジャ１４０とに分かれている。

レンズ部１００は透明で剛性を有する皿状の円板透明基体１０１と、透明で弾性を有する皿状の円板透明弾性体１０２を用意し、その凹面部を互いに向い合わせて縁を隙間なく一致させた形として、その間に透明な液体１０３を充填させ封入することによりレンズの機能を生じさせてある。また、透明基体１０１と透明弾性体１０２の縁は、ゴムのような弾性を有していて自動車や自転車のタイヤのように断面が英字のＣ字状で全体が環状に形成してある弾性体１０４でシールしてある。

プランジャポンプ１３０は円筒形のシリンダ１３１の内部にピストン１３２がスライドするようにしてあるプランジャ型ポンプである。このシリンダの頭部１３４にはレンズ部１００の開口部１０５と剛性のある材料で作られたパイプ１１０で連結してあり、図示してある状態でピストン１３２が左右にスライドすることによりレンズ部１００内の液体を注入したり吸い出したり出来るようにしてある。

電磁プランジャ１４０は円筒形の電磁コイル１４１の内側に永久磁石のロット１４２が挿入してある。その永久磁石のロット１４２はポンプ部１３０のピストン１３３と連結棒１３３で連結してある。電磁コイル１４１に直流電流を流し、発生する磁界の向きが永久磁石の磁界の向きと一致すると引き込まれ（図中では右に）移動する（このときの電流の向きを正とする）。電流の向きを反対にすると磁界の向きも反対となり、永久磁石は電磁コイルから排出され（図中では左に）移動する（このときの電流の向きを負とする）。

レンズ部１００の透明基体１０１は、透明樹脂（アクリルやポリカーボネートなど）あるいは透明ガラスで作ってある（但し、サングラスのような使い方では着色して用いてもよい）。厚みは１ｍｍ程度かそれ以上と比較的厚く（液体１０３に正圧力乃至は負圧力をかけたとき変形しなければどのような厚みでも良い）剛性を保たせる。これ自体レンズとしてもよいが、以後、本発明の本質を説明しやすくするために、厚みを一定とした状態で説明する。図３の実施例では、主要部（レンズとして光を透過させる部分）を均一な厚みで内側がＲの曲率を持つ皿状の円板としてある。その縁に近い位置に穴１０５を開けてプランジャポンプ１３０とパイプ１１０で連結してある。縁は円筒形の突起部１０６を設けて、透明弾性体１０２との間から液体１０３が漏れないようにしてある。具体的な材料としてポリカーボネート（ＰＣ）を用いた場合は、光屈折率は１.５８５となり、光学ガラスのＢＫ７を用いれば、光屈折率は１.５１８となる。

レンズ部１００の透明弾性体１０２は、やはり、透明樹脂で作ってあるが、透明基体１０１より極めて薄くしてある（アクリルやポリカーボネートなどでは０.１ｍｍ程度とするのがよいが、ＰＥＴや透明な塩化ビニールに軟化材を混入させたような材料を用いる場合は０.２ｍｍあるいはそれ以上にしてもよい。この厚さは絶対的なものではなく、直径Ｄとの関係で決まるものであり、図１乃至は図２で説明した特性が得られる厚さならここで示した値より小さくても大きくても、どのような厚さでもよい）。均一な厚みで透明基体１０１と同じＲの曲率を持つ皿状の円板としてある。ポリカーボネート（ＰＣ）を用いた場合、光屈折率は１.５８５、アクリルの場合は１.４９となり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の光屈折率は１.５７５程度である。

前記透明基体１０１と透明弾性体１０２の間に封入される液体１０３は、透明液体（水、アルコール、セダ油など流動性が高い物でも、オイル状の粘性が高い物でも物体が圧力により移動するものなら何でもよい）で、無色でも着色しても光線をある程度透過させるならばかまわない。水を用いた場合の光屈折率は１.３３３となり、エチルアルコールを用いると１.３６２、セダ油を用いると１.５１６となる。

前記透明基体１０１と透明弾性体１０２の縁をシールする弾性体１０４は、ゴムのような軟らかな弾性体で、自動車や自転車のタイヤのように断面を英字のＣ形にし、全体をリング状に形成してある。Ｃ形の先端で透明基体１０１と透明弾性体１０２を一定の力で挟み、透明弾性体１０２が凸状態（図４で実線表示）でも凹状態（図３で二点鎖線表示）でも透明基体１０１と透明弾性体１０２の位置関係を固定する。

ここで、図３に示すように、透明弾性体１０２が実線で示す１０２−ａのように下に凸であるときの状態（状態１とする）では、透明基体１０１と透明弾性体１０２、及び、その両者の間に満たされている透明な液体１０３の三者でＲの曲率を持つ両方凸のレンズとなっている。そして、この凸レンズの焦点距離ｆは液体１０２の屈折率をｎとするとｆ＝Ｒ／（２×（ｎ−１））である。

次に、透明弾性体１０２が二点鎖線で示す１０２−ｃのように上に凸である状態（状態２とする）では、透明基体１０１と透明弾性体１０２の間隙は全面のどの部分でも一定となり、液体１０３と透明弾性体１０２の厚さを無視すると、透明基体１０１の液面と液体１０３、透明弾性体１０２の３層全体が一体で曲率Ｒの透明体となるのでレンズの効果はない（すなわち、このときの焦点距離ｆは無限大∞である）。言い換えると、図中、ＬＬの方向から入った平行光は透明基体１０１、透明弾性体１０２、液体１０３を透過した後も平行光のままである。

なお、透明な液体１０３にセダ油を用い、透明基体１０１に光学ガラスＢＫ７を用いれば、それぞれの光屈折率は１.５程度でほとんど変わらないので、その境界面での反射はほとんど無くなる。また、透明基体１０１にポリカーボネート（ＰＣ）やアクリルを用いてもその反射は非常に小さい。透明弾性体１０２にはポリカーボネート（ＰＣ）あるいは弾性率がより高いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いればよいが、この光屈折率も１.５を少し超える程度なので界面での反射は非常に小さい。さらに、透明液体１０３に水やエチルアルコールなど透明基体１０１や透明弾性体１０２の光屈折率と大きな違いのある光屈折率の部材を用いても界面に光反射防止膜を形成することにより、光透過率のよいレンズを構成することが可能である。

また、レンズ部１００とポンプ部１２０はパイプ１１０で連結してあるので、液体１０３はレンズ部１００内だけではなく基体１０１の開口１０５からパイプ１１０を通じてポンプの頭部１３４を経て、ピストン１３２の先端までを満たしており、この範囲で密封されている。

次に、このように構成した可変焦点レンズの動作（状態１から状態２へと遷移させる、あるいは状態２から状態１へと遷移させる方法）を図３で説明する。

レンズ部１００が状態１のときには、プランジャポンプ１３０のピストン１３２は左端に位置している。その状態で、プランジャ１２０の電磁コイル１４１に正の電流が流されると、永久磁石のロット１４２が電磁コイル１４１内に引き込まれるのでピストン１３２が右に移動し、プランジャポンプ１３０のシリンダ１３１内に液体１０３が吸い込まれる。このとき、レンズ部内にある液体１０３が減少していき、その容量がほぼ半分に減少するまでは透明弾性体１０２の内部応力により液体が減少しないようにする力（反力）が生じているが、半分を僅かに過ぎたところで透明弾性体１０２は逆に液体を押し出す方向に力が反転し、先のプランジャ１４０の引き込み力とあいまって、一気に状態２（１０２−ｃ）になる。そのとき、ピストンの位置はシリンダ内の右端の位置（二点鎖線で表示）に移動し、永久磁石ロット１４２も電磁コイル１４１内の右端の位置に移動している（このように、プランジャ１４０側の電磁コイル１４１は永久磁石のロット１４２が移動する全ストロークの半分までを引き込む力を最大パワーとして持っていて、それを過ぎると弱くなってもよい）。
このときのレンズ部１００の状態は前述のようにレンズ効果はなくなっている。

このレンズ部１００が状態２で、プランジャ１４０の電磁コイル１４１に逆の電流（負の電流）を流すと永久磁石のロット１４２は電磁コイル１４１から排斥されるように図の左方向に力が働き、連結棒１３３を介してピストン１３２を左に移動させる。これにより、プランジャポンプ１３０のシリンダ１３１内の液体は押し出されて、レンズ１００内にその液体１０３を注入していく。このとき、透明弾性体１０２の中央部が縁とほぼ同じぐらいのところまで下がるまでは透明弾性体１０２の内部応力で液体１０３の量を増加させまいとする力が生じているが、その状態を僅かに過ぎたところで透明弾性体１０２は逆にレンズ内の液体を増加させる方向に力が反転し、電磁プランジャ１４０の引き込み力とあいまって、一気に状態１（１０２−ａ）になる。そのとき、ピストン１３２の位置はシリンダ１３１内の左端の位置（実線で表示）に移動し、永久磁石のロット１４２も電磁コイル１４１内の左端の位置に移動している（このように、プランジャ側の電磁コイル１４１は永久磁石のロット１４２が移動する全ストロークの半分までを引き込む力を最大パワーとして持っていて、それを過ぎると弱くなってもよい）。
このとき、レンズ部１００の状態は初期状態と同じであり、透明基体１０１と透明弾性体１０２、及び、その両者の間に満たされている透明な液体１０３の三者でＲの曲率を持つ両方凸のレンズとなっている。

次に、図４を参照して、透明な剛弾性体を用いた可変焦点レンズのもう一つの形態（第二の型）について説明する。構成は図３に示したレンズ部とほぼ同様であるが、ポンプ部を持たないのでポンプ部と透明液体が行き来する開口を持たない。透明基体２０１は開口１０５が無い以外は透明基体１０１と同じである。透明弾性体２０２は透明弾性体１０２と全く同じである。透明液体２０３も透明液体１０３と同じものだが、その量はポンプ部を持たないのでレンズ部２００内を満たす量のみでよい。また、断面がＣ状の弾性体２０４は弾性体１０４と同じである。
透明基体２０１は透明樹脂（アクリルやポリカーボネートなど）あるいは透明ガラスで作ってある（但し、サングラスのような使い方では着色して用いてもよい）。厚みは数ｍｍと比較的厚く（液体２０３がレンズ２００内で移動したとき変形しなければどのような厚みでも良い）剛性を保たせる。これ自体レンズとしてもよいが、以後、本発明の本質を説明しやすくするために、厚みを一定とした状態で説明する。図４の実施例では主要部を均一な厚みで内側がＲの曲率を持つ皿状の円板としてある。その縁は円筒形の突起部２０６を設けて、透明弾性体２０２との間から液体２０３が漏れないようにしてある。具体的な材料としてポリカーボネート（ＰＣ）を用いた場合、光屈折率は１.２８５となる。光学ガラスのＢＫ７を用いれば、光屈折率は１.５１８３となる。

透明弾性体２０２は、やはり、透明樹脂で作ってあるが、透明基体２０１より極めて薄くしてある（アクリルやポリカーボネートなどでは０.１ｍｍ程度とするのがよいが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や透明な塩化ビニールに軟化材を混入させたような材料を用いる場合は０.２ｍｍあるいはそれ以上にしてもよい。この厚さは絶対的なものではなく、直径Ｄとの関係で決まるものであり、図１乃至は図２で説明した特性が得られる厚さならここで示した値より小さくても大きくても、どのような厚さでもよい）。均一な厚みで透明基体２０１と同じＲの曲率を持つ皿状の円板としてある。

液体２０３は透明液体（水、アルコール、セダ油など流動性が高い物でも、オイル状の粘性が高い物でも物体が圧力により移動するものなら何でもよい）で、無色でも着色しても光線をある程度透過させるならばかまわない。水を用いた場合の光屈折率は１.３３３となり、エチルアルコールを用いると１.３６２、セダ油を用いると１.５１６となる。

弾性体２０４はゴムのような弾性体で、自動車や自転車のタイヤのように断面を英字のＣ形にし、全体をリング状に形成してある。Ｃ形の先端で透明基体２０１と透明弾性体２０２を一定の力で挟み、透明弾性体２０２が凸状態（図４で実線表示）では透明弾性体２０２の縁が透明基体２０１のＲの曲面部と接するようにし、凹状態（図４で二点鎖線表示）では透明基体２０１のＲの曲面には液体２０３を間に介して全面で一定距離となるように透明弾性体２０２の位置関係を固定する。この場合でも、弾性体２０４は透明弾性体２０２が凹状態を保つように過剰な力で押えないようにしてある。

次に、このように構成した可変焦点レンズの動作（状態１から状態２へと遷移させる、あるいは状態２から状態１へと遷移させる方法）を図４で説明する。

ここで、図４に示すように、透明弾性体２０２が実線で示す２０２−ａのように下に凸であるときの状態（状態１とする）では、透明基体２０１と透明弾性体２０２、及び、その両者の間に満たされている透明な液体２０３の三者でＲの曲率を持つ両方凸のレンズとなっている。そして、この凸レンズの焦点距離ｆは液体２０２の屈折率をｎとするとｆ＝Ｒ／（２×（ｎ−１））である。

次に、透明弾性体２０２が二点鎖線で示す２０２−ｃのように上に凸である状態（状態２とする）では、透明基体２０１と透明弾性体２０２の間隙は全面のどの部分でも一定となり、透明基体２０１と透明な液体２０３、透明弾性体２０２の３層全体が一体となって一定の厚みで曲率Ｒの透明体のとなるのでレンズの効果はない（すなわち、このときの焦点距離ｆは無限大∞である）。言い換えると、図中、ＬＬの方向から入った平行光は透明基体２０１、透明弾性体２０２、液体２０３を透過した後も平行光のままである。

次に、このように構成した可変焦点レンズの動作（状態１から状態２へと遷移させる、あるいは状態２から状態１へと遷移させる方法）を同じく図４で説明する。
ここで、この状態１から状態２あるいは状態２から状態１への二つの変化状態を起こさせるには、図４において、透明弾性体２０２の中央部あるいは周辺部に力を加えるが、弾性体２０４の透明基体２０１と透明弾性体２０２に与える力は無視して説明する。

まず、透明弾性体２０２の最初の状態２０２−ａは自由で力Ｆが一切加わっていない状態（Ｆ＝０およびＦ’＝０）である（状態１）。この状態から透明基体２０１を固定して、透明弾性体２０２の中央部ａに図示の下側から力Ｆを加えていくと破線で示したほぼ中央の位置２０２−ｂまで変化し（このときの透明弾性体２０２はほぼ平板状態）、それを僅かに越えると、一気に２０２−ｃの状態に変化する。即ち、中央部が縁と同じ位置までは力Ｆに比例的に上昇していき、その縁の位置を僅か（円板の厚み程度）に越えると外部からの力を与えなくても、皿状円板の内部応力のみで２０２−ｃの状態（初期状態の上向き皿状とは逆の二点鎖線で示す下向き皿状態）となる（状態２）。

次に、皿状円板は最初の状態と同様に自由で力Ｆが一切加わっていない状態（Ｆ＝０およびＦ’＝０）である。この状態で透明弾性体２０２の周縁ｂ（リング状）に力Ｆ’を加えていくと破線で示した位置２０２−ｂまで変化し（このときの透明弾性体２０２はほぼ平板状態）、それを僅かに越えると、一気に２０２−ａの状態に変化する。即ち、周縁部が中央部と同じ位置までは力Ｆ’に比例的に上昇していき、その中央部の位置を僅か（円板の厚み程度）に越えると外部からの力を与えなくても、皿状円板の内部応力のみで２０２−ａの状態（初期状態の上向きの皿状態（状態１））に戻る。

この図４で説明した内容は透明弾性体２０２の透明基体２０１との相対位置は多少異なるが、透明弾性体２０２自体の動作は図３で説明した透明弾性体１０２の動作の概念と全く同じである。
このように、状態１では透明基体２０１と透明弾性体２０２、及び、その両者の間に満たされている透明な液体２０３の三者でＲの曲率を持つ両方凸のレンズとなっており、状態２では透明基体２０１と透明弾性体２０２の間隙はどの部分でも一定となり、透明基体２０１と透明な液体２０３、透明弾性体２０２の３層全体が一体となって一定の厚みで曲率Ｒの透明体のとなるのでレンズの効果はない。なお、この第二の型として示した形態の説明で状態１から状態２へ変化させるために、中央部に与える力Ｆで説明したが、周縁部に力Ｆ’の逆の力−Ｆ’を与えても同じように変化させることができ、逆に状態２から状態１へ変化させるために、周縁部に与える力Ｆ’で説明したが、中央部に力Ｆの逆の力−Ｆを与えても同じように変化させることができる。また、それぞれを単独ではなく、それらを組み合わせることにより、より効果的に状態を変化させられる。

以上の実施例は基本的な考え方をそのまま実現する形であったが、透明液体の漏れは生じないように透明基体と透明弾性体との周縁部での接点において精度よく加工して組み立てる必要がある。また、透明弾性体を何回も凹凸形態の変移を繰り返すうち、磨耗の結果、透明液体が漏れ出す恐れがある。そこで、その周縁部を密閉し、長時間使用しても液体漏れの生じない実施例を示す。

図５は周縁部での液漏れの対処をする透明弾性体の図であり、これはその透明弾性体の中央での断面図である。図５（ａ）は下に凸の状態を示す図であり、Ａの範囲が図１乃至は図２に示したもの、或いは図３（ｂ）中の１０２、図４中の２０２に相当する。Ｂの範囲は皿状のＡの範囲が凸状から凹状へ、凹状から凸状へと変化する途中で中央部から周縁部へ膨張力が働く際の逃げを与えるクッション部である。Ｃの範囲の詳細説明は後述するが、透明基体乃至はスペーサリングとの固着する（接着したり、融接したり、押さえ込んだりする）部分である。図５（ｂ）は図５（ａ）と同じ物を上に凸状態にした場合の形態を示す。このＡ・Ｂ・Ｃ各範囲（以後、個別の範囲をＡ部、Ｂ部、Ｃ部とも呼称する。）は同一材料で一体で作成するが、Ａ部よりＢ部を若干薄めにすることにより剛性を変化させれば、より目的を容易に達成できる。

図６は、図５で示した透明弾性体を透明基体と一体化して可変焦点レンズを構成した内容を示す図であり、図６には図３（ｂ）中のレンズ部１００に対応する部分のみを示している（但し、開口１０５に対応する部分は省略してある）。ここで３０１は透明基体で、図３（ｂ）の１０１に対応し、３０３は透明液体で図３（ｂ）の１０３に対応させてあり、３０２は透明弾性体で図３（ｂ）の１０２に対応し、３０２−ａ、３０２−ｂもそれぞれ１０２−ａ、１０２−ｂに対応させて示している。また、３０４では透明基体３０１と透明弾性体３０２のＣ部周縁で固着させている。レンズ部１００では弾性体１０１で透明基体１０１と透明弾性体１０２を一定の力で押えた構造としているのを、このレンズ３００では完全に固着させて密封する構造としてある。
この可変焦点レンズ３００を図３のレンズ部１００と置き換えれば図３で説明した動作と同様の動作をするので、透明弾性体３０２が３０２−ａの状態の時には凸レンズとして動作し、３０２−ｂの状態の時には全くレンズ効果が無く、平行光は平行光のまま透過させる。

図７（ａ）は、図５で示した透明弾性体を透明基体と一体化して可変焦点レンズを構成する別の形態を示す図であり、図４のレンズに対応するものである。
ここで４０１は、透明基体で図４の２０１に対応し、４０３は透明液体で図４の２０３に対応させてあり、４０２は透明弾性体で図４の２０２に対応し、４０２−ａ、４０２−ｂもそれぞれ２０２−ａ、２０２−ｂに対応させて示している。また、４０６はスペーサリングで４０２が４０２−ｃの位置を取るときに透明基体４０１と透明弾性体４０２との間が一定の距離となるような厚みを持たせてある。そのスペーサリング４０６の一方は４０４で透明基体４０２のＣ部周縁で固着させており、他方は４０５で透明基体４０１と固着させている。図４で示したレンズ部２００では弾性体２０４で透明基体２０１と透明２０２を一定の力で押えた構造としているのを、このレンズ４００では完全に固着させて密封する構造としてある。なお、この可変焦点レンズ４００に用いる透明弾性体４０２のＢ部は図６で示したレンズ３００に用いている透明弾性体３０２のＢ部より剛性をより小さくしてＡ部の変移をしやすくしてある。レンズ３００は３０２のＡ部のＢ部に近い周縁部の動作変位がほとんど無いのに比べ、可変焦点レンズ４００は４０２のＡ部のＢ部に近い周縁部が大きな動作変位となるからである。また、この可変焦点レンズ４００の透明液体４０３の量は透明弾性体４０２の変位状態が４０２−ａであっても、４０２−ｃであっても、また、その通過状態の４０２−ｂの状態のときでも変わらない。言い換えれば、どのような状態でも透明基体４０１と透明弾性体４０２それにスペーサリング４０６に密閉されており、その内部からの出入りはない。
この可変焦点レンズ４００は、図４で説明した動作と同様の動作をし、図４の可変焦点レンズ２００と置き換えることができる。その結果、透明弾性体４０２が４０２−ａの状態の時には凸レンズとして動作し、４０２−ｃの状態の時には全くレンズ効果が無く、平行光は平行光のまま透過する。

図４及び図６、図７（ａ）で示した可変焦点レンズの二つの状態（状態１、状態２）を変化させるための力を与えるＦとＦ’は単体のレンズとして用いる場合は手で与えることもできるが、眼鏡のように何かの装置の一部分に取り付ける場合はいちいち手で力を加えるのは大変である。そこで、電気的な制御で力を与える方法を説明する。

図７（ｂ）（ｃ）は図７（ａ）と同じ構造のレンズに透明基体と透明弾性体に電極を付加して、その電極に電荷を与え、クーロン力で力Ｆ乃至Ｆ’を与えるようにしたものである。透明弾性体４０２の透明基体４０１に面した側に透明電極４０７を全面に形成してある。透明基体４０１の透明弾性体４０２に面した側に透明電極４０８及び４０９が形成してある。透明電極４０８は周縁部に透明電極４０９は中央部に円形に形成し、それぞれは絶縁されている。このような構成で、まず、透明電極４０７にはマイナス、透明電極４０８にプラス、透明電極４０９にマイナスの電位を与えると中央部はマイナスとマイナスの電荷同士なので斥力（−Ｆ）が働き、周縁部はマイナスとプラスの電荷なので引力が働くので、力Ｆ’を与えるのと同じ効果の力を与えることができる。逆に、透明電極４０７にはマイナスの電位のままとし、透明電極４０８にマイナス、透明電極４０９にプラスの電位を与えると中央部はマイナスとプラスの電荷なので引力（Ｆ）が働き、周縁部はマイナスとマイナスの電荷同士なので斥力が働くので、力−Ｆ’を与えるのと同じ効果の力を与えることができる。

ここで、可変焦点レンズ４００の動作を図７（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
透明弾性体４０２の最初の状態４０２−ａは自由で力Ｆが一切加わっていない状態（Ｆ＝０およびＦ’＝０）である（状態１）。この状態から透明弾性体４０２上の電極４０７に（図示してない端子から）マイナスの電荷を与え、透明基体４０１にある透明電極４０８には端子Ｔ１からマイナスの電荷を透明電極４０９には端子Ｔ２からプラスの電荷を与えると透明弾性体４０９の中央部に力Ｆが加わり、周縁部には力−Ｆ’が加わる。破線で示したほぼ中央の位置４０２−ｂまで変化し（このときの透明弾性体４０２はほぼ平板状態）、それを僅かに越えると、一気に４０２−ｃの状態に変化する（状態２）。この状態で、各透明電極の電荷を無くすとそのままの状態を保つ。

即ち、透明基体４０１と透明弾性体４０２は最初の状態と同様に自由で力Ｆが一切加わっていない状態（Ｆ＝０およびＦ’＝０）である。この状態２の状態から透明弾性体４０２に（図示してない端子から）マイナスの電荷を与え、透明基体４０１にある透明電極４０８には端子Ｔ１からプラスを透明電極４０９には端子Ｔ２からマイナスの電荷を与えると透明弾性体４０９の中央部に力−Ｆが加わり、周縁部には力Ｆ’が加わる。破線で示したほぼ中央の位置４０２−ｂまで変化し（このときの透明弾性体４０２はほぼ平板状態）、それを僅かに越えると、一気に４０２−ａの状態に変化する。即ち、元の状態（初期状態の上向きの皿状態（状態１））に戻り、この状態で、各透明電極の電荷を無くすとそのままの状態を保つ。

もう一つの電気制御による駆動方法として、誘電磁界を与えて吸引力或いは排斥力を発生させる方法がある。図８は、透明基体４０１の透明弾性体４０２に面する側に透明導体でコイル４１５を形成した状態を示している。４１６はコイル４１５の最内部の端から外側に引き出す透明導体形成してある引き出し線である。４１７はその引き出し線４１６とコイル４１５の交差部分を電気的に絶縁する透明膜である。このように構成し、電極Ｕ１から電極Ｕ２に電流を流すと中心部で最大となる磁界が紙面に鉛直方向に発生させられる。同様に、透明弾性体４０２の透明基体４０１に面した側にコイル４１５と同形のコイル４２５を形成しておく。引き出し線４２６及び絶縁膜４２７もそれぞれ、４１６、４１７に対応している。これを図７（ａ）に示すような構成とし、透明基体４０１上のコイル４１５と透明弾性体４０２上のコイル４２５に同相の磁界を発生させるよう電流を流せば、中心部が最大となる吸引力Ｆが発生し、逆相の磁界が発生するように電流を流せば、中心部が最大となる排斥力−Ｆが発生する。

更には、この二つの方法を同時に動作させることができるようにすることにより、より一層の力を発生させることができる。即ち、図７（ｃ）の透明弾性体４０２上の電極４０７の形状をコイル４２５の形状とし、透明基体４０１上に形成する電極４０８はそのままとして、電極４０９をコイル４１５形状にする（コイル状にする範囲は電極４０９で示した範囲内にコイル４１５のような形状を形成する）。それぞれに電位を与え、その電位がプラスとマイナスならば吸引力となり、プラス同士、マイナス同士の同じなら排斥力が生ずる。そのプラスとマイナスの電位を与えると同時に同相の磁界が発生するようにそれぞれのコイルに電流を流せば吸引力が加算されるように発生し、吸引力Ｆが増強される。プラス同士、マイナス同士の電位を与えると同時に互いに逆相の磁界が発生するようにそれぞれのコイルに流せば排斥力が加算されるように発生し排斥力−Ｆが増強される。

次に、電動で力Ｆ、Ｆ’を与えるもう一つの実施例を示す。
図９は、図５で示した透明弾性体の周縁部Ｃ部に外力を与える方法である。その透明弾性体の周縁部Ｃ部を透明基体側に固着せず新たに設けたスライダに固着させ、スライダに力Ｆ’を与える方法である。
ここで５０１は透明基体で図４の２０１に対応し、５０３は透明液体で同図２０３に対応させてあり、５０２は透明弾性体で図４の２０２に対応し、５０２−ａ、５０２−ｂもそれぞれ２０２−ａ、２０２−ｂに対応させて示している。また、５０６は突起部で図４の２０６と対応する。５３３はスライダで透明弾性体５０２の周辺Ｃ部で固着してある。５３２は電気的に駆動する駆動コイルでスライダ５３３に対して５３４で固着してある。５３１は永久磁石であり、断面がコの字型で全体がリング状にしてある。コの字の各先端がＮ極、Ｓ極になるように励磁してあり、このコの字状の内側にスライダ５３３と駆動コイル５３２が入り込むように装着してある。また、コの字の外縁は透明基体５０１の突起部５０６と相対するように構成し、その対応面５３５とは固着して一体化してある。更に、その一体化した内縁はスライダ５３３と摺動するようにしてある。

図９（ａ）には透明弾性体５０２が状態１の状態を図で示しており、駆動コイル５３２が永久磁石５３１のコの字部の先端部に少し食み出している。図９（ｂ）には透明弾性体５０２が状態２の状態を図で示しており、駆動コイルが永久磁石５３１のコの字部の奥に入っている。透明液体５０３の体積は図９（ａ）と変化無いことは言うまでも無い。
図９（ｃ）には永久磁石５３１と駆動コイル５３２、スライダ５３３の関係のみを斜視図で示した。

図１０にもう一つの駆動方法５１０を示す。
可変焦点レンズ４００中にある透明弾性体４０２のＢ部のＡ部との境界付近にリング状のリブ５３６を突起させたもの５０２を備えており、そのリブ５３６の先端には５００で示した駆動コイル５３２と同じ駆動コイル５３２を固着させてある。レンズ部のその他の構成は４００と同構造で、５０６は、スペーサリングを示し、５０４で透明弾性体５０２に、５０５で透明基体５０１に固着してある。また、図１０では先の図９（ａ），（ｂ）で別々に示してある状態を一つの図で示している。即ち状態１が断面をハッチンで示している５０２−ａの状態であり、状態２は二点鎖線で示している５０２−ｃの状態である。

駆動方法と動作は、図９と図１０は同じなので一緒に説明する。
透明弾性体５０２の最初の状態は駆動コイル５３２には電流が流れておらず、永久磁石５３１のコの字状の先端部から少し食み出している５０２−ａの状態でとまっている状態（Ｆ’＝０）である（状態１）。この状態から駆動コイル５３２に正の電流を与えると、永久磁石５３１に引き込まれ、コの字状の底部に移動が始まる。このとき、透明弾性体５０２の周辺部には力−Ｆ’として力が加わる。透明弾性体５０２が破線で示したほぼ中央の位置５０２−ｂまで変化し（このときの透明弾性体５０２はほぼ平板状態）、それを僅かに越えると、一気に５０２−ｃの状態に変化する（状態２）。この状態で、駆動コイルの電流を無くしてもそのままの状態を保つ。この状態は図９（ｂ）のようであり、図１０での駆動コイル５３１は二点鎖線で示したようにコの字の底に位置ある。

この状態２の状態から駆動コイル５３２に負の電流を与えると、永久磁石５３１から排斥され、コの字状の先端部方向に移動が始まる。このとき、透明弾性体５０２の周辺部には力Ｆ’として力が加わる。透明弾性体５０２が破線で示したほぼ中央の位置５０２−ｂまで変化し（このときの透明弾性体５０２はほぼ平板状態）、それを僅かに越えると、一気に５０２−ａの状態に変化する（状態１）。この状態で、駆動コイル５３２の電流を無くしてもそのままの状態を保つ。この状態は図９（ａ）のようであり、図１０での駆動コイル５３１は実線で示したようにコの字の先端の位置にある。
即ち、元の状態（初期状態の上向きの皿状態（状態１））に戻り、この状態で、駆動コイルの電流を無くしてもそのままの状態を保つ。

一般的に、人が細かな作業を行うときは手元（眼から数十センチメートル離れた位置）に対象物を置き、俯き加減で頭を下に向けており、その途中で比較的遠く（数メートル以上）の事物を見る必要があるときは顔を上げて、真っ直ぐに正面を向く姿勢に近い姿勢を取る。この様なとき、手元の対象物が細かすぎて見難い場合はしばしば眼鏡状のルーペを用いる。そのルーペを装着して手元の対象物を拡大して見ているときに、何かの都合で比較的遠くの事物を見ようとすると、そのままでは眼の焦点が合わず、見ようとする対象物がボケてしまうので、ルーペを外さなければならず、非常に煩わしい。

このような煩わしさを解消するルーペ（眼鏡）を、以上述べた単体の可変焦点レンズを用いて提供する実施例を次に示す。最初は第一の型の可変焦点レンズを用いた場合である。
図１１（ａ）は図３に示す可変焦点レンズ１００と連結パイプ１１０、ポンプ１２０を２セット用いて、ヘッドマウントタイプのルーペ１０００として構成した例である。この型は通常の眼鏡を装着したままの状態で利用可能であり、その通常の眼鏡の前面に本発明の可変焦点レンズ１００が来るようにしてある。左右両方の眼用の可変焦点レンズ１００を支持軸１９１で連結してポンプ収納部１５０を介してボディ１９０と一体化してある。ボディ１９０は頭を挟んで眼鏡全体を保持するためのバンド１８０を固定している。また、可変焦点レンズ１００とポンプ収納部１５０内に収納されているポンプ１２０（図示せず）は連結パイプ１１０で連結してある。支持軸１９１はそれ自体が軸として回転する構造で可変焦点レンズ１００をルーペ１０００の装着者の眼との距離を微調整できる。筐体１９５には頭の動きを検知する姿勢検知スイッチ１６０と電磁プランジャ１２０を駆動する回路装置（回路図は図１２参照）が収納されている。バンド１８０の内側にはルーペが頭に装着されたのを検知するスイッチ１７０が取り付けてある。

ここで姿勢検知スイッチの構造を図１１（ｂ）で説明する。
金属製の湾曲したパイプ１６１内に金属球１６４がパイプ内を自由に転がるように入れてある。パイプの両端にはやはり金属製の端子１６２と１６３が絶縁カバー１６５と１６６で支えられている。図のように左側が上がり金属球１６４が右端にあるとき、この状態を水平状態とよび、金属製の端子１６２に金属球１６４が接触するので金属パイプ１６１と端子１６２とを短絡させている。次に全体を角度θあるいはそれ以上傾けると、相対的に左端が下がり、金属球１６４はパイプ１６１内を転がって左端に移り、端子１６３と接触するので、金属パイプ１６１と端子１６３とを短絡させる。
言い換えると水平状態になったとき端子１６２とパイプ１６１がオンする電気的スイッチとなり、スイッチ装置全体が角度θ以上傾くと端子１６３とパイプ１６１がオンする電気的スイッチとなる。

図１２は電磁プランジャ１４０を駆動する装置の回路図である。
ここでＳ１は装置装着スイッチで眼鏡を頭に装着すると電源Ｅの電力を電磁プランジャ駆動装置に電力を供給し、動作可能状態にする。Ｓ２は姿勢検出スイッチ１６０の端子１６２とパイプ１６１で構成されるスイッチであり、Ｓ３は姿勢検出スイッチ１６０の端子１６３とパイプ１６１で構成されるスイッチである。
スイッチＳ２から抵抗Ｒ１〜Ｒ４、コンデンサＣ１、トランジスタＱ１、Ｑ２までと、スイッチＳ３から抵抗Ｒ５〜Ｒ８、コンデンサＣ２、トランジスタＱ３、Ｑ４までは対称に構成してあり、右目用電磁コイルＣＬ１、左目用電磁コイルＣＬ２のそれぞれ半分を駆動するようにしてある。

ここで、装置装着スイッチＳ１が入っているときに、スイッチＳ２がオフからオンになると抵抗Ｒ１からスイッチＳ２を経て電流が流れると同時に、抵抗Ｒ２からの電流と抵抗Ｒ３からトランジスタＱ１のエミッタ・ベースからの電流がコンデンサＣ１を充電するように流れる。このとき、トランジスタＱ１のエミッタ・コレクタ間がオン（以後、単純に「トランジスタＱがオン」と略記する）になるので、同時に抵抗Ｒ３から、トランジスタＱ１のエミッタ・コレクタ、トランジスタＱ２のベース・エミッタに流れ、トランジスタＱ２をオンにさせ、点Ｐ１から電磁コイルＣＬ１とＣＬ２の左半分を通して点Ｐ２へと電流を流す。ここでコンデンサＣ１にはトランジスタＱ１のエミッタ・ベースを介して抵抗Ｒ３から充電されている間はトランジスタＱ１、Ｑ２がオン状態となるが、ｔ＝Ｃ・Ｒの特性で一定時間後は電流が流れなくなるのでその時、トランジスタＱ１、Ｑ２はオフになる。

スイッチＳ３がオフからオンになると抵抗Ｒ５からスイッチＳ３を経て、抵抗Ｒ６からＣ２、Ｓ３を経て電流が流れると同時に、抵抗Ｒ７からトランジスタＱ３のエミッタ・ベースを経て、コンデンサＣ２を充電させながら、スイッチＳ３を経て電流が流れる。このとき、トランジスタＱ３がオンになるので、同時にＲ７から、トランジスタＱ３のエミッタ・コレクタ、Ｑ４のベース・エミッタに流れ、トランジスタＱ４がオンになり、点Ｐ１から電磁コイルＣＬ１とＣＬ２の右半分を通して点Ｐ３へと電流を流す。ここでコンデンサＣ２にはトランジスタＱ３のエミッタ・ベースを介して抵抗Ｒ７から充電されている間はオン状態となるが、ｔ＝Ｃ・Ｒの特性で一定時間後は電流が流れなくなるのでその時にトランジスタＱ３、Ｑ４はオフになる。

スイッチＳ２とＳ３は両方同時にはオンの状態を取ることがなく、どちらか一方がオンの時は必ず他方がオフである。上述のＳ２がオンとなりコンデンサＣ１に抵抗Ｒ２、Ｒ３から流れ込んで充電された電荷はＳ２がオフになると抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して放電され、次のスイッチＳ２がオンになるのに備える。コンデンサＣ２の場合も同様で、スイッチＳ３がオンして抵抗Ｒ６、Ｒ７から流れ込んで充電された電荷はＳ３がオフとなると抵抗Ｒ５、Ｒ６を介して放電され、次のスイッチＳ３がオンになるのに備える。

次に、使用者が本発明のルーペ１０００を頭に装着して用いたときの動作を説明する。
利用者がルーペ１０００を装着するとスイッチ部１７０にあるスイッチＳ１が入り、電磁プランジャ駆動回路が能動状態になる。利用者が手元を見ようとして顔を下げる（角度がθ以上となる）と、スイッチＳ２がオンになり、電磁コイルＣＬ１とＣＬ２の左半分にＰ１からＰ２へと電流が流れ、永久磁石１４２がソレノイドの左側方向へ押し出される。そこでプランジャポンプ１３０のピストン１３２は左に移動し、レンズ部１００に透明液体１０３がプランジャポンプ１３０のシリンダ１３１から吐出されるのでレンズ部の透明液体が増加していき、透明弾性体１０２はａの位置（状態１）となり、レンズ部１００としてはレンズ効果が発生する。即ち、ルーペを用いる状態となり手元の対象物をはっきり見ることができる。

次に、装着者が遠くを見ようとして顔を上げると、スイッチＳ３がオンになり、電磁コイルＣＬ１とＣＬ２の右半分にＰ１からＰ３へと電流が流れる。このときソレノイドには先とは逆の方向の電流が流れるので、永久磁石１４２がソレノイドの右側方向へ引き込まれる。そこでプランジャポンプ１２０のピストン１３２は右に移動し、レンズ部１００中にある透明液体１０３はプランジャのシリンダに吸い込まれるのでレンズ部の透明液体が減少していき、透明弾性体１０２はｃの位置（状態２）となり、レンズ部１００としてはレンズ効果が無くなる。即ち、ルーペを用いないときと同じ状態で対象物を見ることができる。

以上、図３で示した第一の型の可変焦点レンズを用いて説明したが、レンズ部は図４で示した第二の型の可変焦点レンズを用いても同様のルーペを構成できることは詳細な説明をするまでもなく明らかである。即ち、図１１で示した構成のうち、可変焦点レンズ１００の代わりに可変焦点レンズ５００乃至は５１０を用いるので、連結筐体１５０中のポンプ部１２０とパイプ１１０は外れる。また、頭の動きを検知する姿勢検知スイッチ１６０やルーペが頭に装着されたのを検知するスイッチ１７０はそのまま同じ形態でよいが、図１０（ｃ）中に示してある電磁コイルＣＬ１，ＣＬ２としては、図９に示す駆動コイル５３２を繋げばよい。

この様に、頭の姿勢を検知し、遠方を見るための焦点距離と手元を見るための焦点距離を自動的に切り替える装置を説明したが、この切り替えを手動で行ってもよく、その実施例を図１３に示す。
図１３（ａ）は、それをゴーグルタイプのルーペとして構成した例である。
図１３（ｂ）は、そのルーペ１１００の可変焦点レンズの構成であり、基本は図３と同じ内容であるが手動としたところを変更してある。図３と同じのものは同じ番号で示している。異なる部分はポンプ部の電磁プランジャ１４０が外され二つの連結棒１３３−１、１３３−２の先に連結板１３４とスライダ１３５、スライダノブ１３６が取り付けられている点である。

この例ではポンプ収納部１５０を装着者の左側にまとめて配置してあり、スライダノブ１３６も左側に配置し、左手で操作できるようにしてある。可変焦点レンズ１００からポンプまで液を送るパイプ１１０のゴーグルの内側に入り込んだ部分は省略して示してある。
この様な構成での動作を説明すると、スライダノブをＡに移動させるとプランジャポンプ１３０のピストン１３２は透明液体１０３をピストン内から吐出し、透明弾性体１０２を１０２−ａの状態にするので、可変焦点レンズ１００は凸レンズ状となり、手元を見るために用いることがでる。スライダノブをＢに移動させるとポンプ１３０のピストン１３２は透明液体１０３をポンプ内に吸引し、透明弾性体２０２を２０２−ｃの状態にするので、可変焦点レンズ１００はレンズ状態でなくなり、遠くを見るときに用いることができる。

更にもう一つの実施例を示す。図１４は、第二の型（図４）の可変焦点レンズを用いて錘により機械的に焦点距離を変更できるように構成した眼鏡２０００である。図１４（ａ）は眼鏡の使用者側からみた図であり、左右対称に構成してある。図１４（ｂ）は眼鏡使用者の装着時右側からみた図、図１４（ｃ）は眼鏡使用者の装着時頭上から見たレンズの中心部分での断面を拡大して示した図で、説明のために見やすいようにレンズの厚み方向を口径方向に比べて拡張してある。なお、やはり、説明しやすくするために図１４（ａ），（ｂ）では眼鏡の鼻当てや蔓部分を省略しており、図１４（ａ）ではレンズ部の透明基体６０１を、図１４（ｂ）では透明基体６０１とフレーム６６０を連結して固定している部分も省略してある。

ここでは図９で示した可変焦点レンズの電磁誘導で駆動する部分（永久磁石と駆動コイル）を取り外し眼鏡使用者の眼鏡装着時に頭の姿勢を検知する錘の重力を直接駆動力にしたものである。
まず、図１４（ｃ）では、透明基体６０１と透明弾性体６０２の固着は図１０の形状のままでも問題ないが、ここでは更に確実な固着方法を示している。即ち、図１０に示したスペーサ５０６を外して直接透明基体６０１と透明弾性体６０２を接着剤６０４で固着し、透明弾性体６０２の外側から押えリング６０７により透明基体６０１に勘合させて押えている。更に、重要な違いは、図１０に示した永久磁石５３１と駆動コイル５３２を取り払い、リング状のリブ５３６の形状を変形させ６３７のように断面がＬ字状となるツバを設けて、後述の錘６５４の力を駆動手６３８から受けるようにしてある点である。

錘による駆動部は図１４（ａ）に示すように左右両側に対称に配置してある６５０Ｒ、６５０Ｌと、中央６５０Ｃに配置してある部分とで構成されており、それらは連結軸６４４で連結されている。左右に配置してある部分は、図１４（ｂ）に示すように、錘６５４が錘支持棒６５３を介してスリーブ６５２に固着されている。また、駆動手６３８に力を与える駆動腕６５１はスリーブ６５２に固着されている。更にスリーブ６５２は連結軸６５４とも固着されており、中央６５０Ｃには錘Ｍ６５４と錘支持棒６５３はなく、駆動腕６５１と連結軸６５４がスリーブを介して一体化されている。また、中央６５０Ｃでは駆動腕６５１一つで左右の駆動手６３８を駆動している。

フレーム６６０に固着されている軸受け６４５は連結軸６５４を受けており、この軸のスラスト方向はスリーブでずれないようにしてあるが、ラジアル方向は自由に動くようにしてある。このような構成であるので左右の錘６５４が図中矢印のＡＢ間をラジアル方向に動くと上述の駆動部６５０Ｒ、６５０Ｌ、６５０Ｃは連動して動き、それぞれにある駆動手６５１も同方向に連動して動く。即ち、錘６５４のラジアル方向（Ａ、Ｂで示している）の動きは左右二つの透明弾性体６０２を動かすように、同時に４箇所の駆動手６３８をＡ’、Ｂ’の間を移動させる。

この駆動部の駆動腕６５１は留め金６３９で駆動手６３８に連結してあるので錘Ｍが動くと駆動手６３８が動き、リブ６３７が動かされるので、透明弾性体６０２が動かされる。即ち、左右にある錘６５４は矢印が示すＡ、Ｂ間を自由に動くがその動きは錘支持棒６５３、スリーブ６５２、駆動腕６５１、止金具６３９、駆動手６３８を介して透明基体６０２のリブ６３７を動かすようになっている。なお、図示しないが、錘Ｍの動きが必要以上に大きくなると、透明弾性体６０２に余分な負荷がかかり、破損してしまうので、錘Ｍの動く範囲を規制するストッパーを設けてある。

ここで、使用者が可変焦点レンズを装備した眼鏡を使用したときの動作を図１５と、図１４によって説明する。
最初は、図１５（ａ）に示すように使用者ｕｓｅｒが手元にある（眼から数十センチメートル離れている）本ｂｏｏｋなどを見ようとすると少し俯き加減になるので錘６５４は重力によりＡの位置にある。このとき、駆動手６３８もＡ’の位置にあるので透明弾性体６０２は６０２−ａの状態になっており、透明基体６０１と透明液体６０３とで凸レンズ状態であるので使用者ｕｓｅｒは本ｂｏｏｋの内容を拡大して読める。

次に数メートル以上離れた何かを見ようとして頭を上げると、錘６５４は重力によりＢの位置に移り、図１５（ｂ）の状態になる。このとき、駆動手６３８もＢ’の位置に移るので透明弾性体６０２は６０２−ｃの状態に変化し、透明基体６０１と透明液体６０３とは相対的にどこも同じ厚さの透明体となるのでレンズ作用は消滅し、ユーザーは裸眼と同じ状態で対象を見ることができる。
このように第二の型を用いれば電気的な構成要素を入れずに機械的な構成要素のみを用いて自動的に焦点距離を変更できる可変焦点眼鏡が容易に構成できる。

ここで透明液に水、エチルアルコール、セダ油、αブロナフタレン、ジヨードメタンを用いた場合のレンズの主要サイズを表１に示す。
表中：
ｎ＝：屈折率
ｆ＝：狙いの焦点距離（単位：ｍｍ）
Ｒ＝：両面凸とした場合のレンズの曲率半径（単位：ｍｍ）
Ｄ１＝：レンズ有効直径−例１（単位：ｍｍ）
Ｔ１＝：レンズ有効直径をＤ１としたときのレンズの厚み（片側）（単位：ｍｍ）
Ｖ１＝：レンズ有効直径をＤ１としたときの液体の容量（単位：ｃｃ）
Ｄ２＝：レンズ有効直径−例２（単位：ｍｍ）
Ｔ２＝：レンズ有効直径をＤ２としたときのレンズの厚み（片側）（単位：ｍｍ）
Ｖ２＝：レンズ有効直径をＤ２としたときの液体の容量（単位：ｃｃ）

これから分るように割合と扱いやすいセダ油の場合、焦点距離２００ｍｍ、レンズの直径４２ｍｍとした時、正味のレンズの厚みは２.１４ｍｍ程度で、レンズ部の液体容量は１.５ｃｃ未満であり、第二型の場合、力を与えて変移させる量は１.０７ｍｍ程度に止まるので制御は容易である。

以上は状態１が凸レンズ状態、状態２はレンズ機能が無くなる（焦点距離が無限大）状態の二つの状態が切り替わる可変焦点レンズとそれを用いたルーペや眼鏡の実施例を示したが、図１６にそのほかの変形実施例を示す。
図１６（ａ）に示す可変焦点レンズ３１０は、図６の可変焦点レンズ３００の透明基体以外の形状を同じとし透明基体３１１を凹レンズとした例である。こうすると状態１で正の焦点距離を持ち（即ち、凸レンズとなる）、状態２では負の焦点距離を持つ（即ち、凹レンズとなる）可変焦点レンズが得られる。
図１６（ｂ）での可変焦点レンズ３２０は同様に、図６の可変焦点レンズ３００の透明基体を凸レンズ３２１とした例である。こうすると状態１で正の焦点距離を持ち（即ち、凸レンズとなる）、状態２でも正の焦点距離を持つ（即ち、焦点距離の異なる凸レンズとなる）可変焦点レンズが得られる。

図１６（ｃ），（ｄ）に示す可変焦点レンズ４１０，４２０では、図７（ａ）の可変焦点レンズ４００と同様に透明基体の厚みは一定とするが透明基体の球状の半径Ｒ１と透明弾性体の同Ｒ２を不一致とした例である。
図１６（ｃ）での可変焦点レンズ４１０はＲ１＞Ｒ２とした例であり、状態１で正の焦点距離を持ち（即ち、凸レンズとなる）、状態２では負の焦点距離を持つ（即ち、凹レンズとなる）可変焦点レンズが得られる。
図１６（ｄ）での可変焦点レンズ４２０はＲ１＜Ｒ２とした例であり、状態１で正の焦点距離を持ち（即ち、凸レンズとなる）、状態２でも正の焦点距離を持つ（即ち、焦点距離の異なる凸レンズとなる）可変焦点レンズが得られる。

この透明基体のレンズ化と透明基体の半径Ｒ１と透明弾性体Ｒ２を不一致にさせる手段の組み合せはここに示した４例以外でも取りうる。即ち、図１６（ａ），（ｂ）で透明基体の半径Ｒ１と透明弾性体Ｒ２を不一致にさせることにより、状態１と状態２の焦点距離を異ならせることができる。また、図１６（ｃ），（ｄ）で透明基体を凸レンズや凹レンズとすることにより、状態１と状態２の焦点距離を異ならせることができる。

この様な可変焦点レンズを用いてルーペや眼鏡を作ることにより、若い時期に近視であった人が老いて老眼となった使用者や、若い時期に遠視であった人が老眼になった使用者が手元を見る場合と比較的遠くを見る場合でも一つのルーペあるいは眼鏡で対応可能となる。また、乱視の人のためには透明基体に乱視対応の光学的処置（既に公知となっている技術で、乱視の特性の逆関数となるようにする）をすることによりその人が老眼になった場合でも、使用者が手元を見る場合と比較的遠くを見る場合でも一つのルーペあるいは眼鏡で対応可能となる。

本発明の実施に使用する透明剛弾性体の一例を示す概略図である。 図１に示した透明弾性体の皿状円板の動作原理を説明するための図である。 本発明による可変焦点レンズの基本的な考え方（第一の型）を説明するための図である。 本発明による可変焦点レンズのもう一つの形態（第二の型）を説明するための図である。 周縁部での液漏れの対処をする透明弾性体の例を説明するための図である。 透明弾性体を透明基体と一体化して可変焦点レンズを構成した内容を示す図である。 透明弾性体を透明基体と一体化して可変焦点レンズを構成した別の形態を示す図である。 透明基体に透明導体でコイルを形成した状態を示す図である。 透明弾性体の周縁部に外力を与える方法を示す図である。 透明弾性体の周縁部に外力を与える他の方法を示す図である。 本発明による可変焦点レンズを用いて、ヘッドマウントルーペタイプのルーペを構成した例を示す図である。 電磁プランジャを駆動する回路例を示す図である。 焦点距離を切り替えを手動で行う場合の例をゴーグルタイプのルーペとして構成した例を示す図である。 錘により機械的に焦点距離を変更できるように構成した眼鏡の例を示す図である。 使用者が本発明による可変焦点レンズを装備した眼鏡を使用したときの動作を説明するための図である。 本発明の変形実施例を示す図である。 従来の可変焦点レンズを用いた眼鏡の例を示す図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００…レンズ部、１０１，２０１，３０１，４０１，５０１…透明基体、１０２，２０２，３０２，４０２，５０２…透明弾性体、１０３，２０３，３０３，４０３，５０３…透明な液体、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４…弾性体シール、１２０…ポンプ部、１３０…プランジャポンプ、１４０…プランジャ、１０００…ヘッドマウントタイプのルーペ、１１００…ゴーグルタイプのルーペ。

Claims (4)

1. 透明で剛性を有する透明基体と、
   透明で弾性を有する透明剛弾性体と、
   前記透明基体と透明剛弾性体との間に封入した透明流動体と、
   前記透明剛弾性体の形態の変化を誘引させる制御機構とを備えていることを特徴とする可変焦点レンズ。
2. 請求項１において、
   前記透明基体と透明剛弾性体の間にある透明流動体の量を変化させて焦点距離を変化させることを特徴とする可変焦点レンズ。
3. 請求項１において、
   前記透明基体と透明剛弾性体の間にある透明流動体の分布を変えて焦点距離を変化させることを特徴とする可変焦点レンズ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変焦点レンズを備えることを特徴とする可変焦点眼鏡。

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