JP2010091589A - 液体レンズ装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】液体レンズ全体に均一に液体を注入するには、液体の持つ粘性抵抗により時間を要するという問題を解決する。
【解決手段】液体レンズ装置は、周面に複数の注入口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の弾性部材２１０および２２０と、複数の注入口２４１を介してレンズ室ＬＣ内へ複数の経路２４０で液体を注入する注入手段２６０とを備える。
【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）。
特開平６−２６５７０３号公報

しかしながら、液体レンズ全体に均一に液体を注入するには、液体の持つ粘性抵抗により時間を要するという問題がある。

請求項１の発明による液体レンズ装置は、周面に複数の注入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の弾性部材と、複数の注入口を介してレンズ室内へ複数の経路で液体を注入する注入手段とを備えることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１の液体レンズ装置において、注入手段は、ポンプと、ポンプから吐出される液体の圧力を均一化する圧力室と、圧力室から複数の注入口へ液体を供給する複数の管路とを備えて構成されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２の液体レンズ装置において、複数の注入口を、円筒の円周方向に等間隔に設置したことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項の液体レンズ装置において、レンズ室内の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段の検出結果に基づいて、レンズ室内の圧力を制御して第１および第２の弾性部材の曲率を調節する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
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、注入手段は、レンズ室内に液体を注入する加圧機能と、レンズ室内の液体を排出する排出機能を備えて構成され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、レンズ室内に短時間で均一に液体を注入できる。

図面を参照しながら、本発明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および図３を用いて、液体レンズ２０について説明する。図２は液体レンズ２０の光軸を含む面内の断面を示す。図３は液体レンズ２０の光軸に直交する面内の断面を示す。また、図２の実線の矢印Ｃで示す方向が被写体側、破線の矢印で示す方向Ｄ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、圧力室２５０、圧力センサ２５１、ポンプ２６０、制御部２７０、モータ２８０およびタンク２９０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、一方の端部２３１の径と他方の端部２３２の径とが等しい円筒形状を呈している。筒部材２３０の一方の端部２３１には、第１の透明部材２１０が接合され、筒部材２３０の他方の端部２３２には、第２の透明部材２２０が接合される。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、筒部材２３０の内部にレンズ室ＬＣが形成される。

このようにして第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には、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。このとき、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。すなわち、レンズ室内ＬＣに液体２００が流入すると、第１の透明部材２１０は、被写体側に向かって凸に変形し、第２の透明部材２２０は、撮像面側に向かって凸に変形する。この結果、液体レンズ２０は両凸の光学レンズとして機能する。

図３に示すように、筒部材２３０の周面には、円筒の周方向に等間隔で注入口２４１ａ〜２１４ｆが設けられ、各注入口には、可撓性の複数の管路２４０ａ〜２４０ｆの一端が接続されている。管路２４０ａ〜２４０ｆの他端は、圧力室２５０に接続されている。圧力室２５０はポンプ２６０と接続されている。なお、圧力室２５０は、各管路２４０ａ〜２４０ｆからそれぞれ供給する液体２００の流量の合計値に対して、十分に大きな容量を持つものとする。

ポンプ２６０は、モータ２８０の正方向駆動により駆動されて、タンク２９０内の液体２００をレンズ室ＬＣへ供給する。その結果、レンズ室ＬＣの内圧が上昇して第１および第２の透明部材２１０および２２０が凸に変形し、液体レンズ２０が両凸レンズとして機能する状態となる。なお、ポンプ２６０から吐出された液体２００はいったん圧力室２５０に流入する。流入した液体２００の圧力は、十分に大きな容量を持つ圧力室２５０で均一化される。そして、均一化された圧力の液体が圧力室２５０から管路２４０ａ〜２４０ｆを介してレンズ室ＬＣに注入される。これにより、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０には均等に圧力が加わり、均等に変形する。

ポンプ２６０は、モータ２８０の逆方向駆動により駆動されて、レンズ室ＬＣ内の液体２００をタンク２９０へ排出する。その結果、レンズ室ＬＣ内の圧力が低下し、凸に変形している第１および第２の透明部材２２０は加圧前のほぼフラットな平面形状に変形する。

圧力室２５０内の圧力は、圧力センサ２５１により検出される。検出された圧力室２５０の圧力、すなわちレンズ室ＬＣに加わる圧力は、レンズ内圧力値として制御部２７０に出力される。制御部２７０は、液体注入時も液体排出時も、入力したレンズ内圧力値に基づいてレンズ室ＬＣ内の圧力が所定の圧力に到達したか否かを判定する。そして、レンズ内圧力値が所定の値になると、制御部２７０はモータ２８０に対する駆動電圧の印加を停止する。このようにレンズ室ＬＣの圧力を制御することにより、液体注入時は、第１および第２の透明部材２１０および２２０は所定の曲率を有する凸表面になり、所定の正の屈折力を有するレンズとして機能することができる。また、液体排出時は凸面として変形していた第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が加圧前のほぼフラットな平面形状に変形するので、凸状態のままレンズ鏡筒２が沈胴位置に繰り込まれることが防止される。なお、圧力室２５０、ポンプ２６０、モータ２８０およびタンク２９０などの液体レンズ２０の本体部以外は、カメラ本体１側に固定されている。そのため、レンズ鏡筒２の移動に伴い圧力室２５０とレンズ室ＬＣの相対位置が変化した場合でも、液体２００の注入および排出が可能となるように、管路２４０ａ〜２４０ｆは可撓性にしている。

液体レンズ２０を両凸レンズとして機能させる場合について説明する。
電源スイッチ３から電源オン信号を入力すると、制御部２７０によりレンズモータ３００が駆動されてレンズ鏡筒が沈胴位置から撮影位置まで繰り出される。その後、制御部２７０はモータ２８０に正方向駆動電圧を印加する。正方向駆動電圧が印加されると、モータ２８０は回転駆動を開始する。モータ２８０の回転駆動により、ポンプ２６０は駆動を開始して、タンク２９０内に貯留された液体２００が圧力室２５０を経由してレンズ室ＬＣへ供給される。

圧力室２５０で圧力が均一化された液体２００は、６本の管路２４０ａ〜２４０ｆを通ってレンズ室ＬＣ内に流入する。上述したように、６本の管路２４０ａ〜２４０ｆは、筒部材２３０の周面の円周方向に等間隔で設置されている。したがって、液体２００はレンズ室ＬＣ内に均一に注入される。その結果、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０には均等に圧力が加わり、均等に変形する。

上述したように、ポンプ２６０が駆動している間は、タンク２９０内に貯留されている液体２００がレンズ室ＬＣ内に流入する。液体２００の流入により液体レンズ２０が加圧されると、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）に凸に変形を開始する。

液体２００の流入により加圧されたレンズ室ＬＣ内の圧力は、圧力室２５０に設けられた圧力センサ２５１により検出され、制御部２７０に出力される。制御部２７０では、入力したレンズ内圧力値が所定値、たとえば２ｋｇｆ／ｃｍ^２に達したか否かを判定する。２ｋｇｆ／ｃｍ^２に達していない場合は、制御部２７０は引き続きモータ２８０に正方向駆動電圧の印加を継続する。２ｋｇｆ／ｃｍ^２に達した場合は、制御部２７０はモータ２８０に対して正方向駆動電圧の印加を停止する。その結果、モータ２８０およびポンプ２６０の駆動が停止するので、液体２００の圧力室２５０への流入も停止する。この状態で、液体レンズ２０は、上述したような両凸の光学レンズを形成する。

次に、両凸状態となっている液体レンズ２０の第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０を収縮させる場合について説明する。
電源スイッチ３から電源オフ信号を入力すると、レンズ鏡筒２の沈胴位置への繰り込み動作に先立って、制御部２７０はモータ２８０に逆方向駆動電圧を印加する。逆方向駆動電圧が印加されると、モータ２８０は逆方向への回転駆動を開始する。モータ２８０が逆方向の回転駆動により、ポンプ２６０は駆動を開始して、レンズ室ＬＣ内の液体２００を６本の管路２４０ａ〜２４０ｆ、圧力室２５０を経由して、タンク２９０へ排出して回収する。レンズ室ＬＣの液体２００が排出されると、レンズ室ＬＣ内の内圧が下がり、第１の透明部材２１０と第２の透明部材２２０とが、光軸方向において加圧時とは逆方向（図２の矢印Ｂの方向）に変形を開始する。

液体２００の流出により減圧されたレンズ室ＬＣ内の圧力は、加圧時と同様に圧力室２５０に設けられた圧力センサ２５１により検出され、制御部２７０に出力される。制御部２７０では、入力したレンズ内圧力値が所定値以下になったか否かを判定する。所定値以下になっていない場合は、制御部２７０は引き続きモータ２８０に逆方向駆動電圧の印加を継続する。所定値以下になった場合は、制御部２７０はモータ２８０に対して逆方向駆動電圧の印加を停止する。その結果、モータ２８０およびポンプ２６０の駆動が停止するので、レンズ室ＬＣからの液体２００の排出が停止する。その結果、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０は加圧前のフラットな平面状態に戻る。このようにして、液体レンズ２０が非使用状態となった後、レンズモータ３００を駆動してレンズ鏡筒２が沈胴位置まで繰り込まれる。

以上で説明した実施の形態の液体レンズによれば、以下の作用効果が得られる。
（１）液体レンズ２０の第１の透明部材２１０と第２の透明部材２２０と筒部材２３０とで形成されるレンズ室ＬＣ内に、筒部材２３０に設けられた複数の管路２４０ａ〜２４０ｆを介してポンプ２６０により液体２００を注入するようにした。したがって、複数の管路２４０ａ〜２４０ｆを有するので、液体２００の持つ粘性抵抗にかかわらず、レンズ室ＬＣ内に短時間で液体２００を注入することができる。その結果、電源オンしてから撮影可能な状態までに要する時間を短縮することができる。

（２）筒部材２３０の周面に円周方向に等間隔で注入口２４１ａ〜２４１ｆを設け、そこに管路２４０ａ〜２４０ｆを接続した。その結果、レンズ室ＬＣの加圧または減圧時には、液体２００が均一に注入もしくは排出される。したがって、レンズ室ＬＣの内圧は均一となるので、第１の透明部材２１０または第２の透明部材２２０の一部に異常圧力が加わり材質が劣化するというような事態を防ぐことができる。

（３）ポンプ２６０から吐出された液体をいったん圧力室２５０へ導くようにした。そして圧力室２５０は、各管路２４０ａ〜２４０ｆからそれぞれ供給する流量の合計値に対して十分に大きな容量とした。したがって、レンズ室ＬＣの周辺に等間隔で設けた注入口２４１ａ〜２４１ｆを介して均一な圧力を供給することができる。その結果、第１および第２の透明部材２１０および２２０を均一に変形することができる。

（４）カメラの電源オンによりポンプ２６０を駆動してレンズ室ＬＣへ液体２００を注入しつつ、レンズ室ＬＣの圧力を圧力センサ２５１により検出する。そして、検出された圧力が所定値となると、制御部２７０はモータ２８０およびポンプ２６０の駆動を停止して、レンズ室ＬＣ内にそれ以上液体２００が注入されないようにした。圧力の所定値は、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が所望の曲率を有する凸形状となる場合のレンズ室ＬＣの内圧として予め決定しておく。したがって、圧力センサ２５１で検出された圧力が所定値に達したときにレンズ室ＬＣへの液体２００の注入を停止すれば、圧力制御により所望のレンズ特性を得ることができる。また、レンズ室ＬＣが必要以上に加圧されて、液体レンズ２０が破損するという事態を防ぐことができる。

（５）カメラの電源オン時は、レンズ鏡筒２を沈胴位置から撮影位置へ繰り出してからレンズ室ＬＣへ液体注入を行って加圧するようにした。レンズ鏡筒２の沈胴時に第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が凸形状にならないので、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が周囲の部品と衝突して損傷することもない。

（６）カメラ電源オフ時は、レンズ鏡筒２を撮影位置から沈胴位置へ繰り込む前にレンズ室ＬＣ内から液体を排出して、レンズ室ＬＣが所定の圧力になるまで減圧するようにした。すなわち、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０がほぼフラットな平面形状になってからレンズ鏡筒２が沈胴位置まで繰り込まれる。したがって、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が凸形状のままレンズ鏡筒２が沈胴位置まで繰り込まれることがないので、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０が周囲の部品と衝突して損傷することを防ぐことができる。

（７）レンズ鏡筒２が沈胴位置に繰り込まれている場合は、レンズ室ＬＣは加圧されず、第１の透明部材２１０および第２の透明部材２２０はほぼフラットな平面形状となるようにした。したがって、非使用状態における液体レンズ２０の光軸方向の厚みが使用状態の液体レンズ２０の厚みよりも薄くなるので、非使用状態におけるカメラ本体１の光軸方向の薄型化に寄与できる。

以上で説明した実施の形態の液体レンズを以下のように変形できる。
（１）液体注入口２４１を筒部材２３０の長手方向のほぼ中央に配置するようにしたが、液体２００が液体レンズ２０内に均一に注入されるものであれば、筒部材２３０の長手方向に複数箇所注入口を設けるようにしてもよい。なお、この場合も筒部材２３０の円筒の円周方向については、注入口が等間隔で設けられているものとする。

（２）沈胴式のレンズ鏡筒以外のレンズ鏡筒に液体レンズ２０を設けてもよい。一眼レフカメラの交換式レンズ鏡筒に本発明による液体レンズを設けてもよい。

（３）図４に示すように、筒部材２３０の内部に弾性を有する透明部材３１０を設けて、透明部材３１０を境界面として、第１のレンズ室ＬＣ１と第２のレンズ室ＬＣ２とを有するようにしてもよい。この場合、第１のレンズ室ＬＣ１は、第１のポンプ３６０により、圧力室３５０および第１の管路３４０を介して液体の注入および排出が行なわれる。第２のレンズ室ＬＣ２は、第２のポンプ４６０により、圧力室４５０および第２の管路４４０を介して液体の注入および排出が行なわれる。第１のレンズ室ＬＣ１の加圧減圧機構と第２のレンズ室ＬＣ２の加圧減圧機構をそれぞれ独立させることにより、第１のレンズ室ＬＣ１の内圧と第２のレンズ室ＬＣ２の内圧とを異ならせる。それぞれの内圧は、制御回路２７０により制御される。その結果、たとえば第１レンズ室ＬＣ１の内圧の方が高い場合は、図４に示すように、透明部材３１０は破線の矢印Ｄの方向へ凸形状に変形する。したがって、境界面である透明部材３１０を所望の曲率に変化させて光学レンズとして機能させることができる。

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。 実施の形態における液体レンズの構成を説明する図である。 実施の形態における液体レンズの構成を説明する図である。 変形例における液体レンズの構成を説明する図である。

符号の説明

２０ 液体レンズ ２００ 液体 ２１０ 第１の透明部材
２２０ 第２の透明部材 ２３０ 筒部材 ２３１、２３２ 端部
２４０ 管路 ２４１ 注入口 ２６０ ポンプ
２７０ 制御部 ＬＣ レンズ室

Claims (6)

1. 周面に複数の注入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の弾性部材と、
   前記複数の注入口を介して前記レンズ室内へ複数の経路で液体を注入する注入手段とを備える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、
   前記注入手段は、ポンプと、前記ポンプから吐出される液体の圧力を均一化する圧力室と、前記圧力室から前記複数の注入口へ液体を供給する複数の管路とを備えて構成されることを特徴とする液体レンズ装置。
3. 請求項１または２に記載の液体レンズ装置において、
   前記複数の注入口を、前記円筒の円周方向に等間隔に設置したことを特徴とする液体レンズ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体レンズ装置において、
   前記レンズ室内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記レンズ室内の圧力を制御して前記第１および第２の弾性部材の曲率を調節する制御手段をさらに備える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、
   前記注入手段は、前記レンズ室内に前記液体を注入する加圧機能と、前記レンズ室内の液体を排出する排出機能を備えて構成され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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