JP5590901B2 - 屈折力可変素子 - Google Patents
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Description
|ρ2−ρ1|>|ρ3−ρ2|のとき、|R 12 |>|R 23 |
|ρ2−ρ1|<|ρ3−ρ2|のとき、|R 12 |<|R 23 |
の条件を満たし、分散の差をそれぞれΔL 12 =ρ2−ρ1、ΔL 23 =ρ3−ρ2とするとき、
(−ΔL 12 /ΔL 23 )×0.8<R 12 /R 23 <(−ΔL 12 /ΔL 23 )×1.2、
の条件を満たすことを特徴としている。
まず、本発明の第1実施形態に係る、液体を用いた屈折力可変素子(以下、単に「液体レンズ」と表記する)の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る液体レンズの概略断面図である。本発明の液体レンズ100は、3種類の液体を使用し、該3種類の液体で形成される2つの界面をエレクトロウェッティング方式にて制御するものである。図1に示すように、液体レンズ100は、略円筒形の筐体100aを有し、該筐体100aの内部に、光の入射する側から順に、第1液体101、第2液体102、および第3液体103の3種類の液体を光軸方向に3層配置する。第1液体101、第2液体102、および第3液体103の3種類の液体としては、第1液体101と第2液体102、および第2液体102と第3液体103とで形成される2箇所の界面において、互いに混ざり合わずに、異なる屈折力を有する物質を採用する。例えば、第1液体101として、水や電解水溶液を採用し、第2液体102として、油等を採用する。以下、第1液体101と第2液体102とで形成される界面を第1界面107と表記し、一方、第2液体102と第3液体103とで形成される界面を第2界面108と表記する。更に、液体レンズ100は、2箇所の電極104a、104bと、該各電極104a、104bに電圧を印加して、第1界面107および第2界面108を制御する不図示の制御部と、電極分離部105と、カバーガラス106とを備える。電極104a、104bは、制御部からの電圧供給に基づいて、第1界面107および第2界面108をそれぞれ独立に制御するための電極であり、平板で形成された円環形状を有する。なお、本実施形態では、電極104a、104bの形状は、各界面107、108の曲率半径を好適に制御するために、電極104aと電極104bとが相対する位置に向けて傾斜を有する、即ち、前記位置と外周部との径が異なるように構成している。但し、電極104a、104bの形状は、上記のような傾斜を有することなく、前記位置と外周部の径を同一とする構成でも良い。本発明の液体レンズ100では、エレクトロウェッティング現象を用いるため、電極104a、104bは、印加された電圧により各界面と電極との接触角を制御することで、各界面の面形状を変化させる。また、電極分離部105は、電極104aと電極104bとの相対する位置に配置されており、各電極104a、104bを独立に電圧制御可能とする絶縁部材で構成されている。なお、電極分離部105として、図2に示すように、第2液体102を2つに分離する透明な平板109(例えば、ガラス板)を設置する構造でも構わない。カバーガラス106は、液体レンズ100の光入射側と光射出側の両端に配置され、各液体101〜103を液体レンズ100内に封止するガラス板である。
|ρ2―ρ1|>|ρ3―ρ2|のとき、|R12|>|R23|
|ρ2―ρ1|<|ρ3―ρ2|のとき、|R12|<|R23|
この色消し条件に対し、後述の(表1)の数値を適用する。例えば、R12=6.494mm、R23=5.410mmのとき、C線に対する焦点距離fC、d線に対する焦点距離fd、およびF線に対する焦点距離fFは、それぞれ、fC=199mm、fd=200mmおよびfF=199mmとなり、色消し条件を満たす。このとき、d線に対する光学的パワーφ1と光学的パワーφ2とは、それぞれ、φ1=0.0222(1/mm)、φ2=−0.0172(1/mm)となり、異なる符号の光学的パワーを有する。
次に、本発明の第2実施形態に係る液体レンズの構成について説明する。図3は、第2実施形態に係る液体レンズの概略断面図である。なお、図3において、図1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の液体レンズ200は、第1実施形態と同様に、3種類の液体で形成される2つの界面をエレクトロウェッティング方式にて制御するものである。更に、本実施形態では、液体レンズ200は、第1〜3液体201〜203で形成される各界面を電気的に制御するのではなく、弾性体で形成された第1薄膜204および第2薄膜205を各界面に配置し、機械的に各界面の面形状を制御する。
次に、本発明の第3実施形態に係る液体レンズの構成について説明する。図5は、第3実施形態に係る液体レンズの概略断面図である。なお、図5おいて、図3と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の液体レンズ300は、第2実施形態の液体レンズ200の構成に対して、採用する第1〜3液体301〜303における中間層の第2液体302に最も屈折率の低い液体を採用することを特徴とする。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
101 第1液体
102 第2液体
103 第3液体
107 第1界面
108 第2界面
Claims (1)
- 互いに異なる屈折率を有する第1液体と第2液体とにより形成される第1界面と、互いに異なる屈折率を有する前記第2液体と第3液体とにより形成される第2界面との各形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、
前記第1液体、前記第2液体、および前記第3液体のそれぞれの屈折率のうち、前記第2液体の屈折率が最も低く、
前記第1界面の屈折力の符号と前記第2界面の屈折力の符号とが互いに異なるように、前記第1界面および前記第2界面の形状をそれぞれ変化させ、
前記第1液体、前記第2液体、および前記第3液体について、C線に対する屈折率をそれぞれn C1 、n C2 、n C3 とし、F線に対する屈折率をそれぞれn F1 、n F2 、n F3 とし、分散をそれぞれρ1=n F1 −n C1 、ρ2=n F2 −n C2 、ρ3=n F3 −n C3 とし、更に、前記第1界面の曲率半径をR 12 、前記第2界面の曲率半径をR 23 とするとき、
|ρ2−ρ1|>|ρ3−ρ2|のとき、|R 12 |>|R 23 |
|ρ2−ρ1|<|ρ3−ρ2|のとき、|R 12 |<|R 23 |
の条件を満たし、
前記分散の差をそれぞれΔL 12 =ρ2−ρ1、ΔL 23 =ρ3−ρ2とするとき、
(−ΔL 12 /ΔL 23 )×0.8<R 12 /R 23 <(−ΔL 12 /ΔL 23 )×1.2、
の条件を満たすことを特徴とする屈折力可変素子。
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