JPH02140702A - 回転式可変焦点鏡 - 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】 〔概　要〕 回転式可変焦点鏡に関し、 明るい像が得られ、かつ、簡単な構成で焦点距離を連続
的に変化させることができるようにした回転式可変焦点
鏡を提供することを目的とし、回転容器と、該回転容器
内に収納され、前記回転容器を回転させることによって
放物鏡面を形成する液状鏡付と、前記回転容器を回転駆
動する駆動装置と、駆動装置による回転容器の回転速度
を自在に変化させる制御装置とより構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、回転式可変焦点鏡に関し、特に、液状鏡付を
用いた回転式可変焦点鏡に関するものである。

〔従来の技術〕

レンズを用いた光学系において、倍率を変更するために
は、使用レンズの組合わせ、あるいは、枚数を変更して
段階的に焦点距離を変える方法と、レンズの構成要素の
うちの一部分を光軸方向に移動させ、結像点を変えるこ
となく焦点距離を連続的に変化できるズームレンズを使
用する方法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

倍率を段階的に換える方法によれば、倍率を連続的に変
化させることができないので、任意の倍率を得るという
目的が十分には達せられない。また、ズームレンズを使
用する場合には、光学系の構成が複雑になり、レンズ口
径を大きくして明るい像を得ることが困難になる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、
その目的とするところは、明るい像を結ぶことができ、
かつ、簡単な構成で焦点距離を連続的に変化させること
ができる凹面鏡を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る回転式可変焦点鏡は、上記の目的を達成す
るために、例えば第１図に示すように、回転容器１と、
該回転容器１内に収納され、前記回転容器ｌを回転させ
ることによって放物鏡面５を形成する液状鏡付２と、前
記回転容器ｌを回転駆動する駆動装置３と、駆動装置３
による回転容器１の回転速度を自在に変化させる制御装
置４とより構成するものであり、上記液状鏡付としては
例えば水銀を用いる。

〔作　用〕

本発明の回転式可変焦点鏡においては、回転容器ｌを回
転させると、該回転容器１に収容された液状鏡付２がこ
れに連れて回転し、遠心力によってその周囲部が容器１
の周壁に沿って盛り上がり、重力と遠心力の関係から液
面が放物面を形成する。

この放物面で構成された鏡面５の焦点距離は後述するよ
うに回転数の関数となるので、この回転数を制御装置４
により自在に変化させることにより放物鏡面５の焦点距
離ｐを任意に変えることができる。

［実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る回転式焦点可変境の構
成図であり、同図に示す如く有底円筒形の回転容器１内
に、例えば水銀からなる液状鏡付２を収納し、駆動装置
３により上記回転容器１をその中心線２を中心に回転駆
動するようにしである。この駆動装置３の速度は速度設
定装置としての制御装置４によってＯから所定の最高速
度まで自在に設定できるようになっている。尚、回転容
器１の上面は液状鏡付２がこぼれること及びゴミ等の異
物が混入することを防止するために透光性のフィルタ６
によって覆われる。

上記の構成において、回転容器１を回転させると内部に
収容された液状鏡付２が回転容器１に連れて回転し、重
力と遠心力の関係からその液面が放物面を形成する。即
ち、この液面のある点Ａに作用する遠心力Ｆｒと重力Ｆ
ｇは、次の（１１（２１両式％式％ ここでｍは液状鏡付の質量、ｒは回転軸心からの距離、
ωは回転角速度、ｇは重力加速度である。

また、この点Ａでの液面の傾斜θは、 ｄｈ　　　　　　　ｍｒ　　ω ｄｒ　　　　　　ｍｇ となり、この（３）式より点への液面高さｈと回転中心
における液面高さり。との差は、 となり、液面の形状は放物線を回転させた放物面となる
ことが分かる。

ところで、Ｘ軸を回転軸心とし、これに直交する一軸心
方向をｙ軸とし、焦点距離をｐとする放物面鏡において
は ｙ２＝４ｐＸ　　　　　　　　　　　・・・・・・（５
）が成り立つ。

そこで、（４）、（５）の両式から上記液面で構成され
る放物面鏡５の焦点距離ｐは、 ２　ω’　　　　　　　　８　　π＆１　″（゛、°ω
＝２πｆ、ｆ：回転容器の回転数）となる。即ち、放物
鏡面５の焦点距離ｐは第２図に示す如くに回転数ｆの関
数となることが分かる。

従って、回転容器１の回転数を変化させることによって
放物鏡面５の焦点距離ｐを変化させることができる。

水銀は第３図に示すように光反射率が高く、また、第４
図゛に示すように常温での蒸発が非常に少ないところか
ら、上記液状鏡付として用いるのに最適である。

第５図は上記回転式可変焦点鏡を使用する光学系の構成
図である。第５図において第１図の各部分に対応する部
分には第１図と同じ符号と名称が付されている。ここで
は、物体９から出発した光がドーナツ状の平面鏡１０で
反射され、更に放物鏡面５で反射されて像検出手段７に
入射される。

上記制御装置４は、駆動装置３の回転数と位置とを制御
することにより、放物鏡面５の焦点距離ｐ及び放物鏡面
５と像検出手段７との距離すとを制御して上記物体９の
像１１を像検出手段７のスクリーン、撮影フィルム面等
に結ぶように構成される。そして、検出装置８によって
駆動装置３の回転速度及び位置を検出して制御装置４に
フィードバックし、駆動装置３の回転速度及び位置を所
要の設定値に一致させる制御が行われる。

上記の構成において、物体９から放物鏡面５までの距離
をａ、放物鏡面５から像１１までの距離をｂとすれば、 ａ　　　　　　ｂ　　　　　　ｐ の関係があり、物体９の大きさをｈＩ、像の大きさをｈ
２と置けば、 ｈ、：ｈ、＝ａ：ｂ となり、これから、 ｈ、＝　　　　　ｈ、　　　　　　　　　　　　　・・
・・・・（８）となる。（７）式から ｂ　　　　　　　　ｐ □　＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・（９）ａ−ｐ であるので、 ｈｚ　　＝　　　　　　　ｈ、　　　　　　　　　・・
・・・・α呻ａ　〜ｐ となり、像１１の大きさは距離ａが一定であれば焦点距
離ｐを変化させることにより任意に変化させることがで
きる。因に、ａ）ｂ、ｐであれば、ｂ＝ｐとなり、 となる。従って、像１１の大きさは焦点路Ｎｉｐに比例
し、焦点距離ｐを変化させることにより像検出手段７に
結ばれる像１１の大きさを任意に変化させることができ
る。

この実施例では、放物鏡面５と像検出手段７との距離す
とを制御する上で放物鏡面５の位置を光軸方向に可変に
構成したが、これに変えであるいはこれとともに像検出
手段７の位置を光軸方向に可変に構成することも可能で
ある。また、上記平面鏡１０に代えて凹面鏡、レンズ系
等を使用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の回転式可変焦点鏡によれ
ば、回転する液状鏡付の液面で放物面鏡を形成し、その
回転数を変化させることにより放物面鏡の焦点距離を連
続的に変化させることができるので、放物面鏡への入反
光や反射光が通過するレンズ系の焦点距離あるいは倍率
を変化させることなく放物面鏡を含む光学系の倍率を連
続的に変化させることができる。その結果、ズームレン
ズ等、構成の複雑なレンズ系を使用する必要がなく、光
学系の構成を簡単にできるとともに、口径を大きくして
明るい像を得ることができ、光学装置の特性向上に大き
く寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る回転式可変焦点鏡の構
成図、第２図はその焦点路ｕｐと回転数ｒとの関係を示
す焦点距離対回転数特性図、第３図は水銀の光反射特性
図、第４図は水銀の温度蒸圧特性図、第５図は上記回転
式可変焦点鏡を含む光学系の構成図である。 図中、 １・・・回転容器、　　　　２・・・液状鏡付、・３・
・・駆動装置、　　　４・・・制御装置１、舅Ｓ等；；
ヱ＝’ｉ！ｈ’ｓ　”Ｊ’ｈ　日乾−！）；２二辷１−
至）・ノ１゛１図第　　２　　図 オ；３いジ１１３月−％Ｍｂイク・」オ階−瘉之し４箋
　　１　　図 温　度〔Ｃ〕 水銀の蒸気Ｅ（＠度目盛は直捏的〕 フＩ（ａ　リ５１３度ににＦ気２玉寸−←＝）ｋ目第　
　４　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕回転容器（１）と、該回転容器（１）内に収納さ
   れ、前記回転容器（１）を回転させることによって放物
   鏡面（５）を形成する液状鏡付（２）と、前記回転容器
   （１）を回転駆動する駆動装置（３）と、駆動装置（３
   ）による回転容器（１）の回転速度を自在に変化させる
   制御装置（４）とからなることを特徴とする回転式可変
   焦点鏡。