JPH01302301A - 液体封入光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、透明弾性膜によって仕切られた液室に異な
る光学特性を有する液体を充填すると共に、これらの液
体の液量比を可変とした液体封入光学素子、例えば可変
焦点レンズや可変透過率フィルター等に関するものであ
る。

［従来の技術］ この種の液体封入光学素子としては、例えば特開昭６０
−５１８０１号公報に開示された可変焦点レンズがある
。

この公報に示されるレンズは、透明体の球面状の殻を２
つ合わせて外観を凸レンズ状とし、その殻の間に透明弾
性膜を張ったもので、この透明弾性膜によって仕切られ
る２つの空間に屈折率が異なる透明な液体を充填すると
共に、これらの液量を調節することによってレンズのパ
ワーを可変とし、焦点を調節するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の液体封入光学素子にあっ
ては、充填する液体同士の重量密度の差を考慮していな
いため、重力の影響によって弾性膜が非回転対称に撓み
変形したり、また振動や外部から加わる加速度の変化に
よって弾性膜が不安定となり、光学的な性能に悪影響を
写えるという問題点があった。

［発明の目的コ この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり
、重力の影響による透明弾性膜の撓みがなく、振動や加
速度変化がある場合にも透明弾性膜の安定性、ひいては
光学特性の安定性を確保することができる液体封入光学
素子の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る液体封入光学素子は、上記の目的を達成
させるため、対向する２枚の硬質透明板間に形成される
閉空間を弾性透明膜で仕切ることにより２つの液室を形
成し、各々の液室内に重ｌｖ！！度が互いにほぼ等しい
２種類の透明な液体を充填し、各液室内の液量比を変化
させるＷｌ！ｌｌ調整手段を設けたことを特徴とする。

［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第１図はこ
の発明に係る液体封入光学素子の一実施例として可変焦
点レンズを示したものである。

図示した可変焦点レンズ１０は、円筒状の枠体１１と、
この枠体１１内に組み込まれた硬質透明板１２゜１３と
、これらの間に周縁を枠体１１に固定して設けられた透
明弾性１ｆ！Ｊ１４とを備えている。

この例では、硬Ｍ透明板１２を凸平レンズ、１３を平ガ
ラス板としている。硬質透明板１２．１３の間に形成さ
れた閉空間は、透明弾性膜１４で仕切られて２つの液室
１５４８を構成している。これらの液室内には重を密度
が互いに等しい液体Ａ、Ｂが充填されている。なお、こ
の例では液体Ａ、Ｅの境界となる透明弾性膜１４部分で
パワーを生じさせるために液体Ａ、Ｂは互いに屈折率の
異なるものとされている。

具体的には、この例では透明弾性膜１４の材質をシリコ
ンゴムとし、液体Ａを純水、液体Ｂをシリコンオイルと
している。シリコンゴム、純水、及びシリコンオイルの
重量密度は共に１．０ｇ／ｃａ＋”であり、ｄ線におけ
る屈折率は純水が１．３３、シリコンオイルが１．５０
である。

枠体１１の図中上下部分には、それぞれ液室１５゜１６
に連通するバイブ１７　、１８が接続されており、これ
らのバイブはそれぞれ液量調整手段としてのポンプ１９
．２０に接続されている。ポンプ１９．２０はそれぞれ
シリンダーとピストンとによって構成されており、液室
１５，１６内の液量比を変化させる場合には、いずれか
一方の操作によって他方を連動させてもよいし、両者の
ピストンを互いに逆方向に操作してもよい。

例えば図示したように一方のポンプ２０のピストンを押
圧した状態では他方のポンプ１９のシリンダ内には液体
Ａが流入し、液室１６内の液体Ｂの量が増えて透明弾性
膜１４は硬質透明板１２側に凸となる。

液体Ａ、Ｂは互いに屈折率が異なるため、光線はその境
界部分を透過する際に屈折する。そこで、ポンプ１９．
２０の操作によって透明弾性膜１４の形状を連続的に変
化させることにより、レンズ全体としてのパワーを連続
的に変化させることができる。

この際、液体Ａ、Ｂの重量密度が同一であるため、硬質
透明板１２．１３によって囲まれた閉空間内の重量密度
は全体的に均一となり、従来のように重力によって透明
弾性膜１４が撓んだり、振動や外部から与えられる加速
度の変化によって不安定となることもない、更にこの例
では透明弾性膜１４の重量密度を液体Ａ、Ｈの重量密度
と一致させたため、上記の安定性をより高く維持するこ
とができる。

第２図は、上記実施例の変形例を示したものであり、こ
こでは硬質透明板１３として上記の平ガラス板に代えて
平凹レンズを用い、また上記の倒では２つ設けていたポ
ンプを１つのポンプ２１とし、シリンダー内をピストン
で仕切ることによって２つの空間を形成し、各々の空間
を液室と連通させている。

この例では、ピストンを操作することによって自動的に
両液室の液量比が変化することとなる。他の構成、作用
については前述の実施例と同一であるので同一部位に同
一符号を付して重複説明を省略する。

次に、上記実施例の可変焦点レンズを眼鏡レンズに適用
した例を基に光学的な作用を説明する。

焦点調節の必要な眼鏡レンズとしては、老視用レンズが
挙げられる。但し、正視から老視となつた場合、近視か
ら老視となった場合、遠視から老視となった場合の各々
の場合によりパワーの調整範囲が異なるため、これらの
３例に分けて説明する。

（第１適用例） 第３図及び第４図は、パワーの調節範囲が０．００〜＋
３．０ＯＤｉｏｐｔｅｒの正視、老視用のレンズを示し
ている。各図の状態での具体的な数値構成はそれぞれ第
１２頁の第１表、第２表に示した通りとなる。なお、表
中の符号ｒは図中左側から番号を付した各面の曲率半径
（単位ｍｍ）、ｄは中心軸りに沿った面間の距Ｍ（単位
ｍｍ）、ｎは各面間の媒質の屈折率、ｅｔはエッヂ部分
の厚さ（単位ａｕ＋＋）、ｖｏｌは各面間の体積（単位
ｃｒａ”　）を表わしている。

このレンズは、入射側と出射側の端面に硬質透明板１２
．１３として互いに平行な平ガラス板が設けられており
、中間の透明弾性膜１４を境に図中左側に低屈折率（ｎ
：１．３３）の液体Ａ、右側に高屈折率（ｎ＝１゜５０
０）の液体Ｂが充填されている。

第３図、第１表の状態では第１面から第５面まで全ての
面が互いに平行な平面となり、パワーは０．００Ｄｉｏ
ｐｔｅｒとなる。

液体Ａを５．９２ｃｍ’排出して液体Ｂを同量分注入す
ると、第４図、第２表に示したように透明弾性膜１４が
図中左側に凸となる。ここでは第３面の形状が曲率半径
３８．７６５ｍｍの球面と等価となり、液体境界面での
屈折により全体として＋３．００　Ｄｉｏｐｅｒのパワ
ーが生じる。

（第２適用例） 第５図及び第６図は、パワーの調節範囲が−３，００〜
０．００　Ｄｉｏｐｔｅｒの近視、老視用のレンズを示
している。各々の状態での具体的な数値構成は第１２．
１３頁の第３表、第４表に示した通りとなる１表中の符
号は上記の例と同様である。

このレンズは、図中左側の端面に硬質透明板１２として
平ガラス板が設けられており、右側の端面には硬質透明
板１３として平凹レンズが設けられている。中間の透明
弾性膜１４を境に図中左側に低屈折Ｉ！（ｎ＝１．３３
）の液体Ａ、右側に高屈折率（ｎ＝１．５００）の液体
Ｂが充填されている。

第５図、第３表の状態では、透明弾性膜１４が図中右側
に向けて凸となり、レンズ全体として−３，００Ｄｉｏ
ｐｔｅｒのパワーが生じる。液体Ａを５．４６ｃｍ”排
出して同量の液体Ｂを注入すると、第６図、第４表に示
したように透明弾性膜４２は図中左側に凸となる。

これによって平凹レンズ４１のパワーが相殺され、全体
としてのパワーはＱ、ＱＱ　［１ｉｏｐｔｅｒとなる。

（第３適用例） 第７図及び第８図は、パワーの調節範囲が÷３．００〜
＋６．ＯＯＤｉｏｐｔｅｒの遠視、老視用のレンズを示
している。各々の状態での具体的な数値構成は第１３頁
の第５表、第６表に示した通りとなる６表中の符号は上
記の例と同様である。

このレンズは、図中左側の端面に硬質透明板１２として
凸平レンズが設けられており、右側の端面には硬質透明
板１２として平ガラス板が設けられている。中間の透明
弾性膜１４を境に図中左側に高屈折率（ｎ＝１．５００
）の液体Ｂ、右側に低屈折率（ｎ＝１．３３）の液体Ａ
が充填されている。

第７図、第５表の状態では、透明弾性膜１４が図中左側
に向けて凸となっており、レンズ全体とじて＋３．ＯＯ
Ｄｉｏｐｔｅｒのパワーが生じる。液体Ａを５．２９ｃ
ｍ”注入して同量の液体Ｂを排出すると、第８図、第６
表に示したように透明弾性膜１４は図中右側に向けて凸
となる。これによってレンズ全体として＋６．ＯＯＤｉ
ｏｐｔｅｒのパワーが生じる。

以上の適用例に示されるように、各液体Ａ、Ｈの重量密
度を互いに等しく設定しておけば、液室の前後の部材は
平面板でもレンズでもよく、液体の屈折率は前側が高く
とも伐倒が高くとも構わない。

硬質透明板をレンズとすれば予めバイアスパワーを設定
しておくことができ、液室の境界となる透明弾性膜の変
形によるパワーと合成して所望の調整範囲を設定するこ
とができる。

なお、上記の実施例では液体Ａ、Ｂと透明弾性膜１４と
の重量密度をすべて等しく設定した例についてのみ述べ
たが、少なくとも液体Ａ、Ｈの重量密度を互いに等しく
設定してあれば、透明弾性膜１４の重量密度がこれと異
なってもほぼ同等の効果が得られる。

また、上記の実施例ではこの発明の液体封入光字素子を
可変焦点レンズに適用した例についてのみ述べたが、こ
の発明はこれに限定されず、例えば封入する液体を互い
に屈折率が等しく光透過特性の異なるものとして可変透
過率分布フィルターを構成することもできるし、屈折率
が等しく分散の異なる液体を封入して可変色収差光学素
子を構成することもできる。

（以下余白〕 第】表 ｉ　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　　　　　ｅｔ　　　ｖ
ｏｌｌ　　　ｅｆ＋　　　　１．００　１．５００　１
．００　１．５９２　　　ｃｏ　　　　７．７０　１．
３３０　７．７０　１２．２４３　　　ｃｏ　　　　Ｏ
，５Ｑ　　１．５００　０．５０　０．８０４　　■　
　　１．００　１．５００　１．００　１．５９５　　
ω 第２表 ｉ　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　ｎ　　　　ｅｔ　　
　　ｖｏｌｌ　　（１）　　　１．００　　１．５００
　　１．００　　　＋、５９２　　■　　　０．５０　
　１．３３０　　７．７０　　６．３２３　３Ｂ、７６
５　　７．７０　　１．５００　　０．５０　　６．７
１４　　　ｏｏ　　　　１．００　　１．５００　　１
．００　　１．５９５　　　ｃ。

第３表 ｉ　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　ｎ　　　　ｅｔ　　
　　ｖｏｌＩ　　　Ｇ）　　　　１．００　　１．５０
０　　１．００　　１．５９２　　■　　　７．３２　
　１．３３０　　３．９１　　８．９５３−７５．９４
９　０．５０　　１．５００　　３．９１　　３．４９
４　　　ｃｏ　　　　Ｏ，５０１，６００６，６６５，
５７５４４，１５５ 第４表 ｉ　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎ　　　　ｅｔ　　　
　ｖｏｌｌ　　　ｃｏ　　　　１．００　１．５００　
　１．００　　１．５９２　　（１）　　　０．５０　
　１．３３０　　３．９１　　３．４９３　７５．９４
９　７．３２　　１．５００　　３．９１　８．９５４
　　　Ｑ：ｌ　　　　０．５０　　１．６００　　６．
６６　５．５７５　４４．１５５ 第５表 ｉ　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎ　　　　ｅｔ　　　
　ｖｏｌｌ　　９３．００３　３．２６　　１．６００
　　０．５０　　３．００２　　　Ｃｏ　　　　Ｏ，５
０１，５００３，８０３，４０３７８，３４１？、１０
　　１．３３０　　３．８０　８．６９４　　ω　　　
１．００　　１．５００　　１．００　　１．５９５　
　　ｏｏ。

第６表 ｉ　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　ｎ　　　　ｅｔ　　
　　ｖｏｌｌ　　９３．００３　　３．２６　　１．６
００　　０．５０　　３．００２　　■　　　７．１０
　　１．５００　　３．８０　　８．６９３−７８．３
４１　　０．５０　　１．３３０　　３．８０　　３．
４０４　　　Ｃｏ　　　　１．００　　１．５００　　
１．００　　１．５９［効果］ 以上、説明してきたようにこの発明によれば、２種類の
液体のｆｌｉ！密度を互いに等しく設定したため、重力
の影響によって弾性膜が不規則な形状にたわみ変形する
こともなく、また振動等の影響によって弾性膜が不安定
となることもない。

従って、安定した光学的な特性を維持することができ、
信頼性の高い光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施倒を示す可変焦点レンズの説
明図、第２図は第１図の変形例を示す説明図である。 第３図から第８図は可変焦点レンズを眼鏡レンズに適用
した例を示したものであり、第３図及び第４図は正視、
老視用のレンズ、第５図及び第６図は近視、老視用のレ
ンズ、第７図及び第８図は遠視、老視用のレンズの説明
図である。 １２．１３・・・硬質透明板 １４・・・透明弾性膜 Ａ、Ｂ・・・液体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する２枚の硬質透明板間に形成される閉空間
   を弾性透明膜で仕切ることにより２つの液室を形成し、
   各々の液室内に重量密度が互いにほぼ等しい２種類の透
   明な液体を充填し、前記各液室内の液量比を可変とする
   液量調整手段を設けたことを特徴とする液体封入光学素
   子。
2. （２）前記弾性透明膜の重量密度を前記２種類の液体と
   ほぼ等しく設定したことを特徴とする請求項１記載の液
   体封入光学素子。
3. （３）前記２種類の液体を互いに屈折率の異なるものと
   したことを特徴とする請求項１記載の液体封入光学素子
   。