JP4471220B2 - Fluid prism - Google Patents
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本発明は、入射光を所定の角度および方向に偏向させる内部に流体が充填された流体プリズムに関する。 The present invention relates to a fluid prism in which a fluid is filled inside to deflect incident light in a predetermined angle and direction.
近年、カメラなどの撮像装置の小型化、軽量化および光学ズームの高倍率化等の高性能化が進められてきている。撮像装置においては、さらなる高性能化が求められている。この高性能化のひとつとして、撮像範囲を広範囲とするパンチルト機構を搭載する方法がある。 In recent years, higher performance such as downsizing and weight reduction of an imaging device such as a camera and higher magnification of an optical zoom has been promoted. There is a demand for higher performance in imaging devices. As one of the high performance, there is a method of mounting a pan / tilt mechanism that widens the imaging range.
パンチルト機構には、たとえば、レンズの前方にプリズムを配置して入射光を偏向させることで、撮像範囲(角度)を広くするチルト機構がある。そして、このプリズムに、可変プリズムを用いることが検討されている。可変プリズムは、頂角を任意の角度に変化可能なプリズムであり、例えば、特許文献1に開示された液体プリズムがある。
As the pan / tilt mechanism, for example, there is a tilt mechanism that widens an imaging range (angle) by arranging a prism in front of a lens to deflect incident light. The use of a variable prism as the prism has been studied. The variable prism is a prism whose apex angle can be changed to an arbitrary angle. For example, there is a liquid prism disclosed in
特許文献1には、対向する2枚の透明板間の外周を可とう性フィルムによって封止し、その密封された空間内に透明液体を満たした可変頂角プリズムが開示されている。この可変頂角プリズムは、モータよりなるプリズム駆動手段により2枚の透明板を駆動して、任意の頂角とし、光線を偏向させる。
しかしながら、特許文献1の可変頂角プリズムは、2枚の透明板をモータで駆動するため、可変プリズムの応答性および精度が低いという問題があった。また、2枚の透明板を駆動するためのモータの体格が大きいことにより、可変プリズム自体の体格が大きくなり、可変プリズムをもつ撮像装置全体の体格が大きくなるという問題もあった。
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、小型でありかつ高精度で頂角を制御できる可変プリズムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a variable prism that is small in size and capable of controlling the apex angle with high accuracy.
上記課題を解決するために本発明者らは可変プリズムについて検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the variable prism, and as a result, have reached the present invention.
すなわち、本発明の流体プリズムは、電気絶縁性をもつとともに光が透過可能な底板をもつ絶縁部材と、絶縁部材の底板の表面上に配置された導電性をもつとともに光が透過可能な流体と、絶縁部材の流体と背向した表面に配置された電極部材と、流体と電極部材とに電圧を印加する電源手段と、流体の表面上に流体の流動に合わせて揺動可能な状態で配置された、光が透過可能な透明板と、を有することを特徴とする。 That is, the fluid prism of the present invention includes an insulating member having a bottom plate that is electrically insulating and capable of transmitting light, and a fluid that is disposed on the surface of the bottom plate of the insulating member and that can transmit light. An electrode member disposed on the surface opposite to the fluid of the insulating member, a power supply means for applying a voltage to the fluid and the electrode member, and a swingable state on the surface of the fluid in accordance with the flow of the fluid And a transparent plate capable of transmitting light .
本発明の流体プリズムは、エレクトロウェッティングの作用により流体の表面よりなる屈折面を所望の角度に傾斜させる。つまり、本発明の流体プリズムは、流体と電極部材とに電圧を印加して流体プリズムを偏向させることから、従来のモータによる駆動と比べて、高い応答性でありかつ高精度で屈折面の制御を行うことができる。さらに、従来の液体プリズムのようにモータを必要としないため、流体プリズム全体の体格を小さくすることができる。 The fluid prism of the present invention inclines the refractive surface made of the fluid surface to a desired angle by the action of electrowetting. In other words, since the fluid prism of the present invention deflects the fluid prism by applying a voltage to the fluid and the electrode member, the refracting surface can be controlled with high responsiveness and high accuracy compared to driving by a conventional motor. It can be performed. Further, since the motor is not required unlike the conventional liquid prism, the physique of the entire fluid prism can be reduced.
本発明の流体プリズムは、電気絶縁性をもつとともに光が透過可能な底板をもつ絶縁部材と、絶縁部材の底板の表面上に配置された導電性をもつとともに光が透過可能な流体と、絶縁部材の流体と背向した表面に配置された電極部材と、流体と電極部材とに電圧を印加する電源手段と、流体の表面上に流体の流動に合わせて揺動可能な状態で配置された、光が透過可能な透明板と、を有する。 The fluid prism of the present invention includes an insulating member having a bottom plate that is electrically insulating and capable of transmitting light, and an electrically conductive fluid that is disposed on the surface of the bottom plate of the insulating member and that can transmit light. An electrode member disposed on a surface opposite to the fluid of the member, a power supply means for applying a voltage to the fluid and the electrode member, and disposed on the surface of the fluid so as to be able to swing according to the flow of the fluid. And a transparent plate capable of transmitting light .
本発明の流体プリズムは、光を透過可能な流体および底板を光が透過する。そして、本発明の流体プリズムは、電源手段が流体と電極部材とに電圧を印加すると、いわゆるエレクトロウェッティング現象により、電圧が印加された電極部材の近傍における流体の表面張力が変化し、見かけ上の「濡れ性」が変化する。そして、この「濡れ性」の変化により底板上の流体が流動し、流体の厚みが部分的に変化し、結果として、流体の底板と背向した表面が底板表面に対して傾斜し、屈折面となる。これにより、流体がプリズムを形成する。 In the fluid prism of the present invention, light is transmitted through a fluid and a bottom plate that can transmit light. In the fluid prism of the present invention, when the power supply means applies a voltage to the fluid and the electrode member, the surface tension of the fluid in the vicinity of the electrode member to which the voltage is applied changes due to a so-called electrowetting phenomenon, and apparently "Wettability" changes. Then, the fluid on the bottom plate flows due to the change in the “wetting property”, and the thickness of the fluid partially changes. As a result, the surface opposite to the bottom plate surface of the fluid is inclined with respect to the bottom plate surface, and the refractive surface. It becomes. Thereby, the fluid forms a prism.
また、本発明の流体プリズムは、流体と電極部材とに電圧を印加して流体プリズムを偏向させることから、従来のモータによる駆動と比べて、高精度で屈折面の制御を行うことができる。さらに、従来の液体プリズムのようにモータを必要としないため、流体プリズム全体の体格を小さくすることができる。 In addition, since the fluid prism of the present invention deflects the fluid prism by applying a voltage to the fluid and the electrode member, the refractive surface can be controlled with higher accuracy than driving by a conventional motor. Further, since the motor is not required unlike the conventional liquid prism, the physique of the entire fluid prism can be reduced.
電極部材は、底板の裏面に配置されたことが好ましい。電極部材が底板の裏面に配置されることで、流体がプリズムを形成するための部材数が多くならなくなり、流体プリズムを簡単に構成できるようになる。電極部材は、流体の周縁部に対応した位置に配置されることが好ましい。 The electrode member is preferably disposed on the back surface of the bottom plate. By disposing the electrode member on the back surface of the bottom plate, the number of members for forming the prism by the fluid does not increase, and the fluid prism can be configured easily. The electrode member is preferably disposed at a position corresponding to the peripheral edge of the fluid.
電極部材は、複数配置されたことが好ましい。電極部材を複数配置することで、流体の表面張力が変化する部位の数が増加し、より流体を制御できる。電極部材の数は、特に限定されるものではないが、配置される数が多いほど好ましく、4つ以上であることがより好ましい。 It is preferable that a plurality of electrode members are arranged. By arranging a plurality of electrode members, the number of portions where the surface tension of the fluid changes increases, and the fluid can be controlled more. The number of electrode members is not particularly limited, but is preferably as the number of electrode members is increased, and more preferably four or more.
複数の電極部材は、流体の周縁部に配置されることが好ましく、流体の外周において周方向で均一な間隔で配置されることが好ましい。 The plurality of electrode members are preferably arranged at the periphery of the fluid, and are preferably arranged at uniform intervals in the circumferential direction on the outer periphery of the fluid.
流体の表面上に流体の流動に合わせて揺動可能な状態で配置された、光が透過可能な透明板が配置される。流体の表面上に透明板を配置することで、複雑な制御を必要とせずに、簡単に光が入射する流体の表面(屈折面)が平面となる。これにより、流体プリズムが入射光を均一に偏向できるようになる。
透明板は、回転可能な支持軸により支持されていることが好ましい。
On the surface of the fluid, a transparent plate capable of transmitting light and disposed so as to be able to swing according to the flow of the fluid is disposed. By disposing a transparent plate on the surface of the fluid, the surface (refractive surface) of the fluid on which light is easily incident becomes a flat surface without requiring complicated control. As a result, the fluid prism can uniformly deflect the incident light.
The transparent plate is preferably supported by a rotatable support shaft.
本発明の流体プリズムにおいて、流体は、流体(あるいは透明板)の表面側の雰囲気と異なる屈折率をもつ物質であればよく、液体であることが好ましい。具体的には、水、シリコーンオイル、マッチングオイル等をあげることができる。 In the fluid prism of the present invention, the fluid may be a substance having a refractive index different from the atmosphere on the surface side of the fluid (or the transparent plate), and is preferably a liquid. Specifically, water, silicone oil, matching oil, etc. can be mentioned.
絶縁部材は、底板の表面に立設した筒状部を有し、絶縁部材の内部に流体が配置され、電極部材が筒状部の外周面に配置されたことが好ましい。つまり、絶縁部材が底板と筒状部とでチャンバーを形成し、このチャンバーの内部に流体を配置した構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、流体の保持を簡単に行うことができる。そして、筒状部の外周面に電極部材を配置することで、チャンバー内部に保持された流体の流動をより簡単に制御できる。さらに、筒状部の外周面に電極部材を配置することで、絶縁部材が光の経路中に存在しなくなり、流体プリズムを透過する光を電極部材が遮蔽しなくなり、絶縁部材の底板の全面で光を透過させることができる。 It is preferable that the insulating member has a cylindrical portion standing on the surface of the bottom plate, the fluid is disposed inside the insulating member, and the electrode member is disposed on the outer peripheral surface of the cylindrical portion. That is, it is preferable that the insulating member forms a chamber with the bottom plate and the cylindrical portion, and the fluid is disposed inside the chamber. With such a configuration, fluid can be easily held. And by arrange | positioning an electrode member to the outer peripheral surface of a cylindrical part, the flow of the fluid hold | maintained inside the chamber can be controlled more easily. Furthermore, by disposing the electrode member on the outer peripheral surface of the cylindrical portion, the insulating member does not exist in the light path, the electrode member does not shield the light transmitted through the fluid prism, and the entire surface of the bottom plate of the insulating member. Light can be transmitted.
電極部材は、複数配置されたことが好ましい。電極部材を複数配置することで、流体の表面張力が変化する部位の数が増加し、より流体を制御できる。電極部材の数は、特に限定されるものではないが、配置される数が多いほど好ましく、4つ以上であることがより好ましい。複数の電極部材は、筒状部の外周面において周方向にそって配置されることが好ましく、周方向で均一な間隔で配置されることがより好ましい。また、複数の電極部材が、筒状部の周方向に沿って配置されたときに、軸方向の位置は同じであっても、異なっていてもどちらでもよい。さらに、複数の電極部材が、筒状部の周方向に沿って配置されたときに、周方向に並んで配置された電極部材が軸方向に並んだ複数の電極部材で形成してもよい。 It is preferable that a plurality of electrode members are arranged. By arranging a plurality of electrode members, the number of portions where the surface tension of the fluid changes increases, and the fluid can be controlled more. The number of electrode members is not particularly limited, but is preferably as the number of electrode members is increased, and more preferably four or more. The plurality of electrode members are preferably arranged along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the cylindrical portion, and more preferably arranged at uniform intervals in the circumferential direction. Further, when the plurality of electrode members are arranged along the circumferential direction of the cylindrical portion, the positions in the axial direction may be the same or different. Further, when the plurality of electrode members are arranged along the circumferential direction of the cylindrical portion, the electrode members arranged side by side in the circumferential direction may be formed by a plurality of electrode members arranged in the axial direction.
透明板は、絶縁部材の内部で浮いた状態で配置されていることが好ましい。透明板を配置することで、複雑な制御を必要とせずに、簡単に光が入射する流体の表面が平面となる。これにより、流体プリズムが入射光を均一に偏向できるようになる。 The transparent plate is preferably arranged in a state of floating inside the insulating member. By disposing the transparent plate, the surface of the fluid on which light is easily incident becomes a flat surface without requiring complicated control. As a result, the fluid prism can uniformly deflect the incident light.
流体とは屈折率の異なる第二の流体を流体の上部に配置したことが好ましい。流体の上部に第二の流体を配置すると、振動などの外乱に対するロパスト性(傾き角の安定性)が向上する。チャンバー内に二つの流体が保持されたときに、二つの流体の界面が屈折面となる。また、二つの流体の界面に透明板が配置されたときには、この透明板が屈折面となる。 It is preferable that a second fluid having a refractive index different from that of the fluid is disposed above the fluid. When the second fluid is disposed on the upper part of the fluid, the robustness (tilt angle stability) against disturbances such as vibration is improved. When two fluids are held in the chamber, the interface between the two fluids becomes a refractive surface. Further, when a transparent plate is disposed at the interface between the two fluids, this transparent plate becomes a refractive surface.
本発明の流体プリズムにおいて、流体は、流体(あるいは透明板)の表面側の雰囲気と異なる屈折率をもつ物質であればよく、気体であっても液体であってもよい。流体は、液体であることが好ましい。具体的には、流体として用いることができる液体としては、水、シリコーンオイル、マッチングオイル等をあげることができる。 In the fluid prism of the present invention, the fluid may be a substance having a refractive index different from the atmosphere on the surface side of the fluid (or the transparent plate), and may be a gas or a liquid. The fluid is preferably a liquid. Specifically, examples of the liquid that can be used as the fluid include water, silicone oil, and matching oil.
本発明の流体プリズムは、入射光を偏向することができるため、撮像装置に適用することが好ましい。特に、撮像装置のズーム機構と組み合わせることで、パンチルト機構を形成することができる。また、精度よく制御を行うことができるため、本発明の流体プリズムは、撮像装置の手ぶれ補正に適用できる。 Since the fluid prism of the present invention can deflect incident light, it is preferably applied to an imaging device. In particular, a pan / tilt mechanism can be formed by combining with a zoom mechanism of an imaging apparatus. In addition, since the control can be performed with high accuracy, the fluid prism of the present invention can be applied to camera shake correction of an imaging apparatus.
以下、実施例を用いて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described using examples.
本発明の実施例として、流体プリズムを製造した。 As an example of the present invention, a fluid prism was manufactured.
(実施例1)
本実施例の流体プリズムは、絶縁部材1と、液体2と、電極板3と、透明板4と、電源5と、から構成される。本実施例の流体プリズムの構成を図1〜3に示した。なお、図1〜2は側面図であり、図3は底面図である。
Example 1
The fluid prism according to this embodiment includes an insulating
絶縁部材1は、光を透過可能であり、かつ電気絶縁性をもつ材料より形成される板状の部材である。絶縁部材1は、その中心部に光が通過する通光部10が形成されている。
The insulating
液体2は、絶縁部材1の通光部10の表面10a上に配置された水である。液体2は、絶縁部材1の表面10a上において、表面張力によりフローティングしている。
The
電極板3は、絶縁部材1の通光部10の裏面10bに、絶縁部材1に当接した状態で配置されている。電極板3は、略扇状の4つの電極部30,30,30,30を有し、それぞれの電極部30は、通光部10の周縁部に周方向で等間隔となるように4つ配置されている。
The electrode plate 3 is disposed on the back surface 10 b of the
透明板4は、光が透過可能な略円形の透明部40と、透明部を揺動可能な状態で支持する支持部41と、を備えている。透明板40は、支持環42に内側支持軸43,43により揺動可能な状態で支持されている。支持環42は、支持部41に外側支持軸44,44により揺動可能な状態で支持されている。内側支持軸43,43と外側支持軸44,44とは直交している。つまり、内側支持軸43,43と外側支持軸44,44とを回転中心にして揺動することで、透明部40は、あらゆる方向に回転することが可能となっている。透明板4を具体的に図4に示した。
The
そして、透明板4は、透明部40の裏面40bが液体2の上面と接触した状態で配置されている。そして、透明部40は、液体2の流動に沿って揺動可能となっている。つまり、液体2は、液体2は、絶縁部材1の通光部10の表面10aと透明板4の透明部40の裏面40bとのみ接触している。
The
電源5は、電極板3の4つの電極部30と液体2との間に印加される電圧を発する。ここで、電源5は、4つの電極部30のそれぞれに異なる電圧を印加することができる。
The
本実施例の流体プリズムの動作を、図1〜2を用いて説明する。 The operation of the fluid prism according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、電源5が電圧を印加していない状態では、図1に示したように、液体2は、表面張力によりフローティングしている。このとき、液体2の上面に接触した透明板4の透明部40は絶縁部材1と平行な状態となっている。
First, in a state where the
そして、電源5を駆動して、電極部30cと流体2との間に電圧を印加する。電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング現象が生じ、絶縁部材1の電極部30cに対応した位置における液体2の表面張力が変化する。この表面張力の変化により、液体2と絶縁部材1の接触角がθ0からθ1に変化(減少)する。液体2の透明板1との接触角が変化すると、透明板4の透明部40が液体2から受ける力が変化する。図2においては、透明部40の端部であって電極部30cの上方に位置する部分40cに加わる下向きの力が増加するとともに、透明部40の端部であって電極部30dの上方に位置する部分40dに加わる下向きの力が相対的に減少する。これにより、透明部40に回転モーメントがはたらき、透明部40が二つの支持軸43,44を中心に回転する。そして、透明部40が絶縁部材1に対して傾斜した状態となる。これにより、本実施例の流体プリズムは、透明板4の透明部40が屈折面となり、液体2および通光部10を光が透過するプリズムとなった。
Then, the
本実施例の流体プリズムは、上記したように、電源5から4つの電極部30と液体2とに電圧を印加することで、透明部40の傾斜角を所望の角度とすることができる。そして、本実施例の流体プリズムは、電源5から印加される電圧によりプリズムの頂角を制御することで、高精度かつ応答性にすぐれたプリズムとなっている。さらに、本実施例の流体プリズムは、透明部40の駆動にモータを用いていないことから、体格が小型化されている。
As described above, in the fluid prism of this embodiment, the inclination angle of the
さらに、本実施例の流体プリズムは、透明板4の内側支持軸43および外側支持軸44のそれぞれに歪みゲージ等の支持軸の回転角を検出する装置を組み付けておくと、その測定結果をフィードバックして透明部40の傾斜が算出できるようになる。
Further, in the fluid prism of this embodiment, when a device for detecting the rotation angle of the support shaft such as a strain gauge is assembled to each of the
(実施例2)
本実施例の流体プリズムは、絶縁部材1と、液体2と、電極板3と、透明板4と、電源5と、から構成される。本実施例の流体プリズムの構成を図5〜6に示した。
(Example 2)
The fluid prism according to this embodiment includes an insulating
絶縁部材1は、光を透過可能でありかつ電気絶縁性をもつ材料より形成される円板状の通光部10と、通光部10の外周形状と一致する円筒状を有しかつ通光部10と一体に形成された電気絶縁性をもつ材質よりなるの筒状部11と、からなる有底筒状の部材である。
The insulating
液体2は、絶縁部材1の内部に配置された水である。液体2は、絶縁部材1の通光部10の表面10aおよび筒状部11の内周面11aと接触している。
The
電極板3は、絶縁部材1の筒状部11の外周面11bに、絶縁部材1に当接した状態で配置されている。電極板3は、4つの電極部30,30,30,30を有し、それぞれの電極部30は、筒状部11の周方向で等間隔となるように配置されている。
The electrode plate 3 is disposed on the outer peripheral surface 11 b of the
透明板4は、光が透過可能な略円形を有する。そして、透明板4は、その裏面4bが液体2の上面と接触した状態で、絶縁部材1の内部に配置されている。そして、透明板4は、液体2の流動に沿って揺動可能となっている。つまり、透明板4は、絶縁部材1の内部で液体2に浮いた状態で配置されている。本実施例の透明板4は、実施例1の透明板の透明部のみの構成である。
The
電源5は、電極板3の4つの電極部30と液体2との間に印加される電圧を発する。ここで、電源5は、4つの電極部30のそれぞれに異なる電圧を印加することができる。
The
本実施例の流体プリズムの動作を、図5〜6を用いて説明する。 The operation of the fluid prism of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、電源5が電圧を印加していない状態では、図5に示したように、透明板4は液体2にフローティングしている。このとき、透明板4は、水平方向に広がる状態であり、絶縁部材1の通光部10と平行な状態となっている。
First, in a state where the
そして、電源5を駆動して、電極部30cと流体2との間に電圧を印加する。電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング現象が生じ、筒状部11の電極部30cに対応した位置における液体2の表面張力が変化する。この表面張力の変化により、液体2と絶縁部材1の筒状部11との接触角がθ0からθ1に変化(減少)する。液体2の筒状部11との接触角が変化すると、液体2に浮いている透明板4が液体2から受ける力が変化する。図5においては、透明板4の端部であって電極部30cに近接する部分4cに加わる下向きの力が増加するとともに、透明板4の端部であって電極部30dに近接する部分4dに加わる下向きの力が相対的に減少する。これにより、透明板4に回転モーメントがはたらき、透明板4が回転する。そして、透明板4が通光部10に対して傾斜した状態となる。これにより、本実施例の流体プリズムは、透明板4が屈折面となり、液体2および通光部10を光が透過するプリズムとなった。
Then, the
本実施例の流体プリズムは、上記したように、電源5から4つの電極部30と液体2とに電圧を印加することで、透明板4の傾斜角を所望の角度とすることができる。そして、本実施例の流体プリズムは、電源5から印加される電圧によりプリズムの頂角を制御することで、高精度かつ応答性にすぐれたプリズムとなっている。さらに、本実施例の流体プリズムは、透明板4の駆動にモータを用いていないことから、体格が小型化されている。
As described above, in the fluid prism of this embodiment, the inclination angle of the
(実施例3)
本実施例は、実施例2の流体プリズムの透明板4の上方にさらに、第二の液体を配置した以外は、実施例2の流体プリズムと同様な構成である。
(Example 3)
The present embodiment has the same configuration as the fluid prism of the second embodiment except that a second liquid is further disposed above the
本実施例の流体プリズムにおいて、絶縁部材1、液体2、電極板3、透明板4および電源5は、実施例2と同様の構成を備えている。
In the fluid prism of the present embodiment, the insulating
第2の液体は、液体2と異なる屈折率を備えた液体である。さらに、二つの液体は、互いに溶解しない。本実施例においては、第2の液体は、屈折率の大きなマッチングオイルよりなる。また、第2の液体は、電気絶縁性をもつことが好ましい。
The second liquid is a liquid having a refractive index different from that of the
本実施例の流体プリズムは、実施例2と同様にして駆動する。また、実施例2の流体プリズムと同様な効果を発揮する。 The fluid prism of this embodiment is driven in the same manner as in the second embodiment. In addition, the same effect as the fluid prism of the second embodiment is exhibited.
本実施例の流体プリズムは、二つの液体の界面に透明板4が配置された構成を有している。これにより、透明板4の揺れが抑えられる。つまり、振動などの外乱に対するロパスト性(傾き角の安定性)が向上している。
The fluid prism of the present embodiment has a configuration in which a
(変形形態)
実施例3の流体プリズムの変形形態として、二つの液体の界面に薄膜を配置してもより。また、この薄膜を配置するときには、薄膜と透明板とが一体に形成されたことが好ましい。
(Deformation)
As a modification of the fluid prism of the third embodiment, a thin film may be disposed at the interface between two liquids. Further, when the thin film is disposed, it is preferable that the thin film and the transparent plate are integrally formed.
(パンチルト機構への適用)
さらに、上記各実施例の流体プリズムは、パンチルト機構に適用することができる。実施例2の流体プリズムをパンチルト機構に適用した例を用いて具体的に説明する。本実施例のパンチルト機構は、図7に示したように、多焦点レンズP1と、第1ミラーP2と、第2ミラーP3と、撮像素子P4と、第2ミラー移動手段(図示せず)と、流体プリズムP7と、から構成される。
(Application to pan / tilt mechanism)
Furthermore, the fluid prism of each of the above embodiments can be applied to a pan / tilt mechanism. A specific description will be given using an example in which the fluid prism of the second embodiment is applied to a pan / tilt mechanism. As shown in FIG. 7, the pan / tilt mechanism of the present embodiment includes a multifocal lens P1, a first mirror P2, a second mirror P3, an image sensor P4, and second mirror moving means (not shown). And a fluid prism P7.
多焦点レンズP1は、焦点距離が異なる2つのレンズ領域P15およびP16からなり、レンズ領域P15のほうがレンズ領域P16よりも焦点距離が短い。 The multifocal lens P1 includes two lens regions P15 and P16 having different focal lengths, and the lens region P15 has a shorter focal length than the lens region P16.
第1ミラーP2および第2ミラーP3は、不透明な通常のミラーである。第2ミラーP3は、多焦点レンズP1の光軸と平行であってレンズ領域P15を通過した光線束を遮蔽しない位置(図7(a))と、多焦点レンズP1の光軸と垂直であってレンズ領域P15を通過した光線束を遮蔽するように挿入された位置(図7(b))との間で位置が切り替え可能である。そして、第2ミラー移動手段は、第2ミラーP2を両者の間で切り替える手段である。両者の間で切り替える方法としては第2ミラーP3を強磁性体や強誘電体にて形成した上で磁場や電場を印加する方向を変化させることで行う手段や、静電力やローレンツ力を利用した手段が例示できる。 The first mirror P2 and the second mirror P3 are ordinary opaque mirrors. The second mirror P3 is parallel to the optical axis of the multifocal lens P1 and does not block the light bundle that has passed through the lens region P15 (FIG. 7A), and is perpendicular to the optical axis of the multifocal lens P1. Thus, the position can be switched between the position (FIG. 7B) inserted so as to shield the light beam that has passed through the lens region P15. The second mirror moving means is means for switching the second mirror P2 between them. As a method for switching between them, the second mirror P3 is formed of a ferromagnetic material or a ferroelectric material, and a method for changing the direction of applying a magnetic field or an electric field, an electrostatic force or a Lorentz force is used. Means can be exemplified.
撮像素子P4は、結像面に相当する位置に配設されており、具体的には、第1ミラーP2の中央部に位置する。 The image sensor P4 is disposed at a position corresponding to the image plane, and specifically, is located at the center of the first mirror P2.
流体プリズムP7は、実施例2の流体プリズムであり、絶縁部材P71と、液体P72と、電極板P73と、透明板P74と、電源(図示せず)と、から構成される。 The fluid prism P7 is a fluid prism according to the second embodiment, and includes an insulating member P71, a liquid P72, an electrode plate P73, a transparent plate P74, and a power source (not shown).
パンチルト機構は、以下のように実現できる。透明板P74が多焦点レンズP1の入射光側(図面上方)の面と平行である場合には入射光は特に曲がることなくそのまま多焦点レンズP1に入射する。 The pan / tilt mechanism can be realized as follows. When the transparent plate P74 is parallel to the incident light side (upper drawing) surface of the multifocal lens P1, the incident light is directly incident on the multifocal lens P1 without bending.
そして、電源を駆動して電極部P730cと液体P72とに電圧を印加すると、透明板P74が揺動する。透明板P74が揺動すると、透明板P74が屈折面となり入射光が屈折する。透明板P74および液体P2の屈折率は空間P76(大気等)の屈折率よりも大きいので図3(b)に示すように、入射光は透明板P74を揺動させた方向と反対の方向に屈折する。そして、透明板P74の揺動の程度を制御することで入射光の屈折の度合いを制御することができる。つまり、パンチルト機構の画角を変化させたい方向と反対に、透明板P74を揺動することで、望む方向に画角を変化できる。 And if a power supply is driven and a voltage is applied to the electrode part P730c and the liquid P72, the transparent plate P74 will rock | fluctuate. When the transparent plate P74 swings, the transparent plate P74 becomes a refracting surface and incident light is refracted. Since the refractive index of the transparent plate P74 and the liquid P2 is larger than the refractive index of the space P76 (atmosphere, etc.), as shown in FIG. 3B, the incident light is in a direction opposite to the direction in which the transparent plate P74 is swung. Refract. The degree of refraction of incident light can be controlled by controlling the degree of swing of the transparent plate P74. That is, the angle of view can be changed in a desired direction by swinging the transparent plate P74 in the opposite direction to the direction of changing the angle of view of the pan / tilt mechanism.
また、以下に、焦点距離を切り替える方法を説明する。 A method for switching the focal length will be described below.
焦点距離を長くする場合には多焦点レンズP1のレンズ領域P16を透過した光線束を利用するために、第2ミラー移動手段により第2ミラーP3を挿入した状態(図7(b))にまで移動する。その結果、レンズ領域P15を透過した光線束は第2ミラーP3により遮蔽されるので、レンズ領域P16を透過した光線束だけが第1ミラーP2および第2ミラーP3を反射して結像面にある撮像素子P4に結像する。 When the focal length is made longer, the second mirror P3 is inserted by the second mirror moving means (FIG. 7B) in order to use the light bundle transmitted through the lens region P16 of the multifocal lens P1. Moving. As a result, the light beam transmitted through the lens region P15 is shielded by the second mirror P3, so that only the light beam transmitted through the lens region P16 is reflected by the first mirror P2 and the second mirror P3 and is on the image plane. The image is formed on the image sensor P4.
反対に焦点距離を短くする場合にはレンズ領域P15を透過した光線束を利用するために、第2ミラー移動手段により第2ミラーP3を抜いた状態(図7(a))にまで移動する。その結果、レンズ領域P15を透過した光線束は第2ミラーP3により遮蔽されることなくそのまま結像面にある撮像素子P4上に結蔵するのに対して、レンズ領域P11を透過した光線束だけは第2ミラーP3がないので、レンズ領域P16から第1ミラーP2を反射した後、そのまま多焦点レンズP1の物体側に向けてレンズ領域P15を透過する。 On the contrary, when the focal length is shortened, the second mirror moving means moves to the state where the second mirror P3 is removed (FIG. 7A) in order to use the light bundle transmitted through the lens region P15. As a result, the light beam transmitted through the lens region P15 is not shielded by the second mirror P3 and is stored on the image pickup device P4 on the imaging surface as it is, whereas only the light beam transmitted through the lens region P11. Since there is no second mirror P3, after reflecting the first mirror P2 from the lens region P16, it passes through the lens region P15 as it is toward the object side of the multifocal lens P1.
従って、レンズ領域P15を透過した光線束はそのまま、レンズ領域P16を透過した光線束は第1ミラーP2および第2ミラーP3の間を焦点距離の相違を考慮した距離(1往復半)進ませることで、各レンズ領域P15,16からの結像面が一致する。 Therefore, the light beam that has passed through the lens region P15 is moved as it is, and the light beam that has passed through the lens region P16 advances between the first mirror P2 and the second mirror P3 by a distance (one reciprocal half) considering the difference in focal length. Thus, the image planes from the lens regions P15 and P16 match.
1…絶縁部材 10…通光部
11…筒状部
2…液体
3…電極板 30…電極部
4…透明板 40…透明部
41…支持部 42…支持環
43…内側支持軸 44…外側支持軸
5…電源
P1…多焦点レンズ
P10、P11、P12、P13、P14、P15,P16…レンズ領域
P2…第1ミラー
P3…第2ミラー
P4…結像素子
P7…液体プリズム
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該絶縁部材の該底板の表面上に配置された導電性をもつとともに光が透過可能な流体と、
該絶縁部材の該流体と背向した表面に配置された電極部材と、
該流体と該電極部材とに電圧を印加する電源手段と、
該流体の表面上に流体の流動に合わせて揺動可能な状態で配置された、光が透過可能な透明板と、
を有することを特徴とする流体プリズム。 An insulating member having a bottom plate that is electrically insulating and capable of transmitting light;
A conductive fluid disposed on the surface of the bottom plate of the insulating member and capable of transmitting light;
An electrode member disposed on a surface facing the fluid of the insulating member;
Power supply means for applying a voltage to the fluid and the electrode member;
A transparent plate which is arranged on the surface of the fluid so as to be able to swing according to the flow of the fluid and which can transmit light;
A fluid prism characterized by comprising:
該絶縁部材の内部に前記流体が配置され、
前記電極部材が該筒状部の外周面に配置された請求項1記載の流体プリズム。 The insulating member has a cylindrical portion erected on the surface of the bottom plate,
The fluid is disposed inside the insulating member;
The fluid prism according to claim 1, wherein the electrode member is disposed on an outer peripheral surface of the cylindrical portion.
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