JPS60120303A - Optical element - Google Patents

Optical element

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JPS60120303A
JPS60120303A JP22869583A JP22869583A JPS60120303A JP S60120303 A JPS60120303 A JP S60120303A JP 22869583 A JP22869583 A JP 22869583A JP 22869583 A JP22869583 A JP 22869583A JP S60120303 A JPS60120303 A JP S60120303A
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elastic body
optical element
optical
opening
rubber
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Hiroyuki Imataki
今滝 寛之
Takashi Serizawa
芹沢 高
Masayuki Usui
臼井 正幸
Takeshi Baba
健 馬場
Hiroyasu Nose
博康 能瀬
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the constitution and control of an optical element and to set the variation rate of optical characteristics large by forming a cured surface as the whole or part of a surface except a surface forming an optical surface which constitutes an optical element. CONSTITUTION:The optical element consists of the cured surface 1 of a cylindrical elastic body, a transparent elastic body 3, and an opening plate 4 with an opening part 2 serving as a movable part for applying pressure to the elastic body. When pressure is applied to the elastic body 3 through the opening plate 4, part of the elastic body 3 projects in a convex lens shape from the opening part 2 according to the applied pressure. When negative pressure is applied to the elastic body 3 through the opening plate 4, the elastic body 3 becomes concave at the opening part 2. The opening plate 4 having the opening part 2 is preferably opaque, but when it is transparent, this is utilized as a doublefocus optical element.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラ、ビデオ等の光学機器や光通信、レーザ
ーディスクを祉じめとするエレクトロオプテイクス機器
に用いられる光学素子に関し、特に光学表面形状を変化
させることにより、焦点距離を変化させうるような可変
焦点光学素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical element used in optical equipment such as cameras and videos, optical communications, and electro-optical equipment that uses laser discs, and in particular, by changing the optical surface shape. The present invention relates to a variable focus optical element whose focal length can be changed.

従来、可変焦点レンズとしては、特開昭55−3685
7に見られる様な弾性体の容器に液体をつめその液圧で
その形状を変化せしめるものや、特開昭56−1104
03、特開昭58−85415のように圧電体を使用し
たものが提案されている0 しかし、前者の所謂、液体レンズは、液溜めや加圧装置
などが必要で素子のコンパクト化に問題があり、後者は
、その可変量があまり大きくとれない欠点を有する。
Conventionally, as a variable focus lens, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-3685
7, in which a liquid is filled in an elastic container and its shape is changed by the pressure of the liquid, and JP-A-56-1104.
03, JP-A-58-85415 has proposed a lens using a piezoelectric material.0 However, the former so-called liquid lens requires a liquid reservoir, a pressurizing device, etc., and there are problems in making the element compact. However, the latter has the disadvantage that the amount of variation cannot be made very large.

本発明の目的は、上述の如き欠点を解決し、焦点距離の
変化量が大きく、構成が簡単な可変焦点レンズを提供す
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and provide a variable focus lens that has a large change in focal length and is simple in construction.

本発明による光学素子は、弾性体および該弾性体を突出
又は沈降させて光学表面を変形できる開口を有す本部材
からなり、該光学表面を形成する表面を除く、他の表面
の全部もしくは一部が硬化面となっていることを特徴と
するものである。即ち、本発明による光学素子は、塊状
の弾性体自体を部材の開口から凸状に突出又は凹状に沈
降させることによって、その開口部での弾性体が形成す
る光学表面を変形して、所望の光学特性、例えば焦点距
離を得ることができるものである。従って弾性体に対し
て外力を印加するだけで、あるいは、弾性体の体積変化
をさせるだけで光学表面を可逆的に変化させて、所望の
光学特性が得られるため、光学素子の構成や制御が極め
て容易で、且つ光学表面の形状変化に基く光学特性の変
化のだめ光学特性の変化率を極めて大きく設定すること
ができる。
The optical element according to the present invention consists of an elastic body and an opening capable of protruding or sinking the elastic body to deform the optical surface, and includes all or part of the other surfaces excluding the surface forming the optical surface. It is characterized by having a hardened surface. That is, the optical element according to the present invention deforms the optical surface formed by the elastic body at the opening by causing the bulk elastic body itself to protrude convexly or sink concavely from the opening of the member, thereby forming a desired shape. It is possible to obtain optical properties such as focal length. Therefore, by simply applying an external force to the elastic body or changing the volume of the elastic body, the optical surface can be reversibly changed and the desired optical properties can be obtained, making it easy to configure and control the optical element. This is extremely easy, and the rate of change in the optical characteristics can be set extremely large since the optical characteristics do not change due to changes in the shape of the optical surface.

本発明に用いる弾性体としては物体に力を加えると変形
を起し、加えた力があまり大きくない限り(弾性限界内
で)、力を取り去ると変形も元にもどる性質(弾性)を
有するものを用いることができる。
The elastic body used in the present invention is one that has the property (elasticity) that it deforms when force is applied to the object, and that the deformation returns to its original state when the force is removed, as long as the applied force is not too large (within the elastic limit). can be used.

通常の固体では、その弾性限界内での最大ひずみ(限界
ひずみ)はles程度である。また、加硫された弾性ゴ
ムでは、弾性限界が非常に大きくその限界ひずみは10
00%近くになる。
In a normal solid, the maximum strain (critical strain) within its elastic limit is about les. In addition, vulcanized elastic rubber has a very large elastic limit, with a limit strain of 10
It will be close to 00%.

本発明による光学素子においては、形成しようとする光
学素子の特性に応じた弾性率のものが適宜使用されるが
、一般に大きい弾性変形を容易に得るため、或いは変形
後の状態が光学的により均質になるようにするため弾性
率が小さいものが好ましい。
In the optical element according to the present invention, an elastic modulus depending on the characteristics of the optical element to be formed is used as appropriate, but in general, in order to easily obtain large elastic deformation, or to make the state after deformation optically more homogeneous. In order to achieve this, it is preferable to use a material with a small elastic modulus.

なお、弾性率(G)はG=ρ/γ(ρ=応力、γ=弾性
ひずみ)として表わされる。また、小さい応力で大変形
を生じるような弾性は高弾性またはゴム弾性と呼ばれ、
従って本発明では特にこの種の弾性体が好ましく利用で
きることになる。
Note that the elastic modulus (G) is expressed as G=ρ/γ (ρ=stress, γ=elastic strain). Elasticity that causes large deformation with small stress is called high elasticity or rubber elasticity.
Therefore, in the present invention, this type of elastic body can be particularly preferably used.

このようなゴム弾性体としては一般に6ゴム”と知られ
ている天然ゴムや、スチレンブタジェンゴム(SBR)
、ブタジェンゴム(BR)、インプレゴム(IR)、エ
チレンプロピレンゴム(EPM、EPDM)、ブチルゴ
ム(IIR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニ
トリル−ブタジェンゴム(NBR) 、ウレタンゴム(
U)、シリコーンゴム(Si)、ふっ素ゴム(F’PM
)、多硫化ゴム(T) 、ポリエーテルゴム(POR。
Such rubber elastic bodies include natural rubber, generally known as 6-rubber, and styrene-butadiene rubber (SBR).
, butadiene rubber (BR), inpre rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPM, EPDM), butyl rubber (IIR), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), urethane rubber (
U), silicone rubber (Si), fluororubber (F'PM)
), polysulfide rubber (T), polyether rubber (POR.), polysulfide rubber (T), polyether rubber (POR.

CHR,CHC)などの合成ゴムを挙げることがで色る
。これらはいずれも室温でゴム状態を示す。しかし、一
般に高分子物質は分子のブラウン運動の程度によって、
ガラス状態、ゴム状態又は溶融状態のいずれかをとる。
Examples include synthetic rubbers such as CHR and CHC. All of these exhibit a rubbery state at room temperature. However, in general, polymeric substances vary depending on the degree of Brownian motion of the molecules.
It can be either glassy, rubbery or molten.

従って、光学素子の使用温度においてゴム状態を示す高
分子物質は広く本発明の弾性体として利用できる。
Therefore, polymeric substances that exhibit a rubbery state at the operating temperature of optical elements can be widely used as the elastic body of the present invention.

ゴム状態における弾性率は、主にその弾性体を構成して
いる高分子鎖の架橋状態によって決定され、従って、例
えば、天然ゴムにおける加硫線弾性率を決める処理に他
ならない。
The elastic modulus in the rubber state is mainly determined by the crosslinking state of the polymer chains constituting the elastic body, and is therefore nothing but a process that determines the vulcanized linear elastic modulus of natural rubber, for example.

本発明では使用する弾性体としては、小さい応力で大き
な変形を得る事が望ましく、その為の架橋状態の調整は
重要である。
In the present invention, it is desirable that the elastic body used be capable of large deformation with small stress, and for this purpose, adjustment of the crosslinking state is important.

しかしながら、弾性率の減少(小さい応力で大きな変形
を示すようになる傾向)は、他方で強度の低下を招くた
め、形成しようとする光学素子の目的に応じた強度を保
てるように、使用する弾性体を適宜選択することが必要
である。
However, a decrease in the elastic modulus (a tendency for large deformations to occur with small stress) also leads to a decrease in strength. It is necessary to select the body appropriately.

又、その弾性率の測定も、光学菓子の使用形態による応
力の種類に応じて、例えば、引張り、曲げ、圧縮などの
方法から選んで行われる。
The elastic modulus is also measured by, for example, tensile, bending, or compression methods, depending on the type of stress depending on the usage of the optical confectionery.

本発明に用いる弾性体としては、通常の固体での弾性率
1011〜10udyne/c/よりも小さく、ゴム弾
性体の10” d7neΔノ以下が適当で、好ましくは
10’ dyne層以下、特に好ましくは5×10’ 
dyneΔi以下であり、下限は弾性体が光学素子を構
成する場合に、通常の液体とは異なり、こぼれない性状
の弾性体であれば小さい程好ましい。なお、光学素子は
、多くの場合室温で用いられるが、特に高温又は低温で
用いられる場合もあるので、上記の弾性率の範囲は光学
素子の使用温度におけるものである。
For the elastic body used in the present invention, the elastic modulus of a normal solid is smaller than 1011 to 10 udyne/c/, and the elastic modulus of a rubber elastic body is suitably 10" d7neΔ or less, preferably 10' d7neΔ or less, particularly preferably 10' d7neΔ or less. 5×10'
dyneΔi or less, and the smaller the lower limit is, the more preferable the lower limit is if the elastic body has a property that it will not spill, unlike a normal liquid, when the elastic body constitutes an optical element. Note that although optical elements are often used at room temperature, they may also be used at particularly high or low temperatures, so the above range of elastic modulus is at the operating temperature of the optical element.

弾性体の硬さ、軟さけある程度その弾性に依存する。J
 I SK 6301では試料表面にスプリングにより
微小なひずみを与え、その針入度によりゴムの硬質を評
価する方法が規定されてお9、簡便に知ることが出来る
The hardness and softening of an elastic body depend on its elasticity. J
ISK 6301 stipulates a method of applying a small strain to the surface of a sample using a spring and evaluating the hardness of rubber based on the degree of penetration9, which can be easily understood.

しかしながら、弾性率がI O’ dyne/i以下と
低い値になると上述の方法では、測定が出来ずその場合
にはJ I SK 2808による1/4インチミクロ
稠度計を用いてその針入度で評価する〇又、弾性率が小
さい場合、その測定方法として1引張9−伸び”では測
定が困難なので圧縮(5%変形)によりその値をめ、先
の針入度との対応をめることができる。
However, if the modulus of elasticity is as low as I O' dyne/i or less, it cannot be measured using the above method, and in that case, a 1/4-inch micro-consistency meter according to J I SK 2808 is used to measure the penetration. Evaluate〇Also, if the modulus of elasticity is small, it is difficult to measure it with 1 tension 9 - elongation, so find the value by compression (5% deformation) and compare it with the penetration of the tip. Can be done.

ゴム弾性体は従来知られている加硫(橋かけ)によるも
のの他にエチレン−酢酸ビゴル共重合体やA−B−A型
ブタジェン−スチレンブロック共重合体などのように加
硫を必要としないもの、又鎖状高分子などを適当(橋か
け点間の分子鎖長を制御)にゲル化する事によって得る
ことが出来る。
Rubber elastic materials do not require vulcanization, such as ethylene-acetate Bigol copolymer and A-B-A type butadiene-styrene block copolymer, in addition to the conventional vulcanization (crosslinking) method. It can be obtained by appropriately gelling a substance or a chain polymer by controlling the molecular chain length between the bridge points.

これらはいずれもその架橋状態、ブロック共重合体に於
る分子の組合せ、ゲル状態などを調節しながらその弾性
率の制御が行われるO又、弾性体自身の構造により、そ
の%性体を制御する場合、の他に希釈剤や充てん剤を加
える事によってもその特性を変化調節する事が可能であ
る。
In all of these, the elastic modulus is controlled by adjusting the crosslinking state, the combination of molecules in the block copolymer, the gel state, etc.In addition, the elastic modulus is controlled by the structure of the elastic body itself. In this case, it is also possible to change and adjust the properties by adding diluents and fillers.

例えばシリコーンゴム(M越化学工業製;KE104(
商品名))と触媒(商品名;AT−104゜信越化学工
業製)に希釈剤(商品名: RTVシンナー信越化学工
業製)を加えた場合、その添加量の増大とともに硬さ、
引張り強さは低下し、逆に伸びは増大する。
For example, silicone rubber (manufactured by M-Etsu Kagaku Kogyo; KE104 (
When a diluent (trade name: RTV thinner manufactured by Shin-Etsu Chemical) is added to a catalyst (trade name: AT-104゜ manufactured by Shin-Etsu Chemical), the hardness increases as the amount added increases.
Tensile strength decreases and elongation increases.

又、本発明による弾性体は、小さい応力で大きな変形を
得る様に高弾性体である事が好しいが、この様な弾性体
はやわらかくその自己保持性に問題がある。
Further, the elastic body according to the present invention is preferably a highly elastic body so as to obtain a large deformation with a small stress, but such an elastic body is soft and has a problem in its self-retention ability.

本発明では、この点を改良する拳とし、該弾性体の必要
な部分での弾性は推持し影響のない外部を硬化する事に
よりその問題点を解決するものである。
The present invention improves this point by maintaining elasticity in the necessary parts of the elastic body and hardening the external part that does not have any influence.

弾性体は上述した様に樵々のタイプが知られているが、
加硫等による”橋かけ”によってその弾性を示すものは
多く、この場合、その弾性の挙動杜6橋かけ”状態に依
存する。
As mentioned above, the woodcutter type of elastic body is known,
Many materials exhibit their elasticity through "cross-linking" such as vulcanization, and in this case, the behavior of the elasticity depends on the "cross-linking" state.

9橋かけ”が0チのときは溶液、もしくは粘稠な液体で
あり、100−三次元に架橋した場合には、熱硬化性樹
脂に見られるように剛体となる。
When 9-crosslinking is 0, it is a solution or a viscous liquid, and when it is 100-3-dimensionally crosslinked, it becomes a rigid body, as seen in thermosetting resins.

橋かけ剤としては、対象とする高分子の構造によって種
々のものが用いられ、不飽和高分子(天然ゴム、ブタジ
ェンゴムなど)にはイオウ、塩化イオウ、ジチオールな
どのイオウ化合物、過酸化ベンゾイル、アミノアゾベン
ゼンなど熱分解によってラジカルを生成する物質、キノ
ン、ポリニトロベンゼンなど共鳴構造をもつ酸化性物質
、芳香族アミン、フェノール、メルカプタンなど適当な
酸化剤と併用するときラジカルを生成する化合物などが
ある。
Various crosslinking agents are used depending on the structure of the target polymer; for unsaturated polymers (natural rubber, butadiene rubber, etc.), sulfur, sulfur compounds such as sulfur chloride and dithiol, benzoyl peroxide, amino These include substances that generate radicals through thermal decomposition such as azobenzene, oxidizing substances with resonance structures such as quinone and polynitrobenzene, and compounds that generate radicals when used in combination with an appropriate oxidizing agent such as aromatic amines, phenols, and mercaptans.

又、ヒニル化合物にはジビニルベンゼン、エチレンジメ
タクリレート、無水メタクリル酸、ジアリールフタレー
トなどのジビニルあるいはジアリル化合物、エポキシ樹
脂にはモノ−、ジー、およびポリアミンが、ジ及びポリ
イソシアナートはアル午ド樹脂、ポリアミド、ポリウレ
タンなどが優れ九橋かけ剤である。
In addition, divinyl or diallyl compounds such as divinylbenzene, ethylene dimethacrylate, methacrylic anhydride, and diaryl phthalate are used as vinyl compounds, mono-, di-, and polyamines are used as epoxy resins, and alkaline resins are used as di- and polyisocyanates. Polyamides, polyurethanes, etc. are excellent crosslinking agents.

又、この触媒として、可視部あるいは紫外部の光を吸収
して容易にラジカル分解し、生成したラジ書ルが架橋反
応を促進するかあるいは光により励起されそれがモノマ
ーと衝突するととによシ該七ツマ−を活性化し架橋反応
を行うものを用いる事もで色、これにはジアセチル、ベ
ンジル、ベンゾフェノン、ベンズアルデヒド、シクロヘ
キサンなどのカルボニル化合物やアゾビスイソブチロニ
トリル、アゾメタンなどのアゾ化合物、テトラメチルチ
ウラムジスルフィド、ベンゾチアゾリルジスルフィド、
四塩化炭素、有機過酸化物、硝酸ランニルおよびエオシ
ン、エリスロシン、ニュートラルレットナトノ棟々の色
素が使用される。
In addition, this catalyst absorbs light in the visible or ultraviolet region and easily decomposes into radicals, and the generated radicals promote the crosslinking reaction, or when excited by light and collide with monomers, the radicals are easily decomposed into radicals. It is also possible to use a substance that activates the 7-mer and performs a crosslinking reaction.These include carbonyl compounds such as diacetyl, benzyl, benzophenone, benzaldehyde, and cyclohexane, azo compounds such as azobisisobutyronitrile and azomethane, and tetracarbonyl compounds such as azobisisobutyronitrile and azomethane. Methylthiuram disulfide, benzothiazolyl disulfide,
The following dyes are used: carbon tetrachloride, organic peroxides, ranyl nitrate, and eosin, erythrosin, and neutral red nanotonos.

又、架橋反応としては、架橋剤によらず放射線の照射に
よっても可能である。放射線により架橋する高分子とし
ては天然ゴム、ポリブタジェンゴム、シリコーンゴム、
ネオプレンゴムなどのほかにポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどである。
Furthermore, the crosslinking reaction can be carried out by irradiation with radiation without using a crosslinking agent. Polymers that can be crosslinked by radiation include natural rubber, polybutadiene rubber, silicone rubber,
In addition to neoprene rubber, other materials include polyethylene, polypropylene, polystyrene, and polyvinyl chloride.

又、任意の架橋状態は熱硬化性樹脂のキュアする際の中
間状態として得る事も可能である。
Further, any crosslinked state can also be obtained as an intermediate state during curing of the thermosetting resin.

本発明は、その弾性体の一部、即ち光学表面を形成する
表面を除く他の表面の全部もしくは一部を上述の方法で
その架橋状態を制御し三次元に架橋し網目構造とする事
により、弾性体の周辺を硬化し容器化したものである。
The present invention is achieved by controlling the crosslinking state of a part of the elastic body, that is, all or a part of the surface other than the surface forming the optical surface, by the above-mentioned method and crosslinking three-dimensionally to form a network structure. , the periphery of an elastic body is hardened to form a container.

すなわち、弾性体としてその内部が開口部より突出又は
沈降してその光学効果を示す変形を可能にする様な弾性
を保ちながら、周辺部のみを硬化し容器化したものであ
る。
That is, it is made into a container by hardening only the peripheral portion while maintaining elasticity such that the inside of the elastic body protrudes or sinks from the opening and can be deformed to exhibit its optical effect.

この事は、弾性体と容器とを一体化する事を可能とし、
素子のコンパクト化に大きな貢献を示す。
This makes it possible to integrate the elastic body and the container,
This greatly contributes to the miniaturization of devices.

弾性体の光学表面を形成するための開口を有する部材は
平板に開口が設けられているものでも良いし、また、上
述のように開口部以外を架橋反応によって硬化しても良
い。
The member having openings for forming the optical surface of the elastic body may be a flat plate with openings, or the parts other than the openings may be cured by a crosslinking reaction as described above.

又、弾性体表面のみを硬化させる方法としては前述の架
橋剤をその表面のみに分散、吸着、拡散せしめ、加熱、
光照射によって表面のみに反応を行わせる。又、この表
面の硬い膜は必ずしもゴムではなく一般の硬化型の樹脂
であっても良い。また、この開口の形状は要求される光
学効果によって異なるが、一般的には円形に開口し焦点
距離可変な凸、凹レンズを形成するのが一般的である。
In addition, as a method for curing only the surface of the elastic body, the above-mentioned crosslinking agent is dispersed, adsorbed, and diffused only on the surface, heated,
A reaction occurs only on the surface by light irradiation. Further, this hard film on the surface is not necessarily made of rubber, but may be made of a general hardening type resin. Although the shape of this aperture varies depending on the required optical effect, it is generally a circular aperture to form a convex or concave lens with a variable focal length.

又、矩形のスリット状に開口を設ける事により、シリン
ドリカルレンズ及びトーリックレンズを形成することも
できる。
Further, by providing an opening in the shape of a rectangular slit, a cylindrical lens and a toric lens can also be formed.

これら開口によって形成される光学素子はその弾性体に
加える外力又は熱膨長・収縮やゾル−ゲル変化などによ
る弾性体の体積変化によって、その形状を任意に変化さ
せる事ができ、その程度はその効果を検出しながらフィ
ードバックしてコントロールする事が可能である。
The optical element formed by these openings can change its shape arbitrarily by external force applied to the elastic body or by volume change of the elastic body due to thermal expansion/contraction, sol-gel change, etc. It is possible to control by feedback while detecting the effect.

又、この開口を円筒型ピエゾの様に圧電素子で設ける事
も可能であり、これにより著しく素子のコンパクト化を
実現する事ができる。
Furthermore, it is also possible to provide this opening with a piezoelectric element such as a cylindrical piezo, which allows the element to be made significantly more compact.

弾性体に外力を与える手段は、従来知られている全べて
の方法で行う事が可能であるが、その弾性体の変形を、
光学効果を検出しなからフィードバック機構で行う事が
望しく、この為には電磁石やステッピングモーター、圧
電素子等の電気的な制御が可能な方法が好ましい。また
、加熱による体積変化は、弾性体の外部又は内部に設け
られたヒーターをもって行うことかで籾る。次に、本発
明による光学素子の代表的な構成を図面により説明する
All the conventionally known methods can be used to apply an external force to the elastic body, but the deformation of the elastic body can be
It is desirable to use a feedback mechanism without detecting the optical effect, and for this purpose, a method that allows electrical control of electromagnets, stepping motors, piezoelectric elements, etc. is preferable. Further, the volume change due to heating can be achieved by using a heater provided outside or inside the elastic body. Next, a typical configuration of the optical element according to the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図〜第3図は、本発明の光学素子の代懺的な基本構
成の断面を示すもので、1は円筒形の弾性体の硬化表面
、3は透明な弾性体、4は開口部を有する開口板で弾性
体を加圧するための可動部を兼ねている0第1図は、圧
力を加えていない状態である。第2図は開口板4を通じ
て弾性体3に圧力を加えた状態であり、この場合加えた
圧力の大きさにしたがって、弾性体の一部が開口部より
凸レンズ状に突出する。第3図は、開口板4を通じて弾
性体に負圧を加えた状態で、この場合弾性体は開口部に
おいて凹レンズ状になる。
1 to 3 show cross-sections of the basic configuration of the optical element of the present invention, in which 1 is a hardened surface of a cylindrical elastic body, 3 is a transparent elastic body, and 4 is an opening. Figure 1 shows a state in which no pressure is applied. FIG. 2 shows a state in which pressure is applied to the elastic body 3 through the aperture plate 4, and in this case, a portion of the elastic body protrudes from the aperture in the shape of a convex lens according to the magnitude of the applied pressure. FIG. 3 shows a state in which negative pressure is applied to the elastic body through the aperture plate 4, and in this case, the elastic body has a concave lens shape at the aperture.

このようにして、容器の可動部に印加する外力の大きさ
によって弾性体の一部によp開口部に所望の光学表面形
状を実現することができるものである。また、開口部2
を有する開口板4は光学的に不透明であることが望まし
いが、透明である場合には、二重焦点の光学素子として
の利用が可能になる。また、第1図のような構成の変わ
りに第4図のように弾性体自身を硬化して開口板とし、
弾性体3を可動部6で加圧するような構成にすることも
できる。5は硬化表面である。さらに第5図に示すよう
に、複数の開口部7および8を設け、加圧によりおのお
の曲率を与えることも可能である。また、複数の開口部
の大きさを変えることにより、それぞれ異った曲率を与
えることもできる。
In this way, a desired optical surface shape can be realized at the p-opening by a portion of the elastic body depending on the magnitude of the external force applied to the movable part of the container. In addition, opening 2
It is desirable that the aperture plate 4 is optically opaque, but if it is transparent, it can be used as a bifocal optical element. Also, instead of the configuration shown in Fig. 1, the elastic body itself can be hardened to form an aperture plate as shown in Fig. 4.
It is also possible to configure the elastic body 3 to be pressurized by the movable part 6. 5 is a hardened surface. Furthermore, as shown in FIG. 5, it is also possible to provide a plurality of openings 7 and 8 and give each one a curvature by applying pressure. Further, by changing the sizes of the plurality of openings, different curvatures can be given to each of the openings.

ここで開口板又は可動部を駆動して弾性体3に圧力を加
える方法は、いかようなものも可能であり、簡単な方法
としては、容器にネジを切っておき可動部をネジ込む方
法や、電磁石を用いて可動部を制御する方法などがある
が、それらの方法によって本発明が限定されるものでは
ない。また、本発明による他の光学素子の例としては、
第6図に示すように、円筒形のビエゾ素子9を用いて、
その径方向の伸縮により、ピエゾ素子の内部に充填した
弾性体3を円筒の開口部lOから突出・沈降させて光学
表面を形成することもできる。また本発明による光学素
子の開口部は円形に限られるものではなく、例えば第7
図に示したように、矩形状の開口部11を有する場合に
は、加圧により突出・沈降した弾性体の形状を7リンド
リカル又はトーリック状にすることが可能である。
Here, any method can be used to apply pressure to the elastic body 3 by driving the opening plate or the movable part, and a simple method is to cut a thread in the container and screw the movable part into it. , a method of controlling a movable part using an electromagnet, etc., but the present invention is not limited to these methods. Further, examples of other optical elements according to the present invention include:
As shown in FIG. 6, using a cylindrical Viezo element 9,
By expanding and contracting in the radial direction, the elastic body 3 filled inside the piezo element can be caused to protrude and sink from the cylindrical opening lO, thereby forming an optical surface. Furthermore, the aperture of the optical element according to the present invention is not limited to a circular shape;
As shown in the figure, when the opening 11 is rectangular, the elastic body that protrudes and settles under pressure can have a 7-lindrical or toric shape.

なお、第8図および第9図は弾性体に外力を加える具体
例の例であり、第8図は、円筒形の圧電体12の中に周
辺を硬化した弾性体3を収容し、電源13からスイッチ
17を経て電圧を印加することによって円板状の可動部
14と開口部15を有する駆動部16を接近させること
で開口部15の光学表面を変形させるものである。ま九
第9図は、電磁石18により強磁性材からなる可動部1
9を深さ方向に移動させることによって周辺を硬化した
弾性体3の開口部20における光学表面を変形させるこ
とができるものである。
8 and 9 are specific examples of applying an external force to an elastic body. In FIG. 8, an elastic body 3 whose periphery is hardened is housed in a cylindrical piezoelectric body 12, By applying a voltage through the switch 17, the disk-shaped movable portion 14 and the driving portion 16 having the opening 15 are brought closer together, thereby deforming the optical surface of the opening 15. FIG. 9 shows a movable part 1 made of ferromagnetic material by an electromagnet 18.
9 in the depth direction, the optical surface at the opening 20 of the elastic body 3 whose periphery is hardened can be deformed.

実施例1 弾性体(信越化学工業製、商品名; KE 104GE
L) を調製する際に先ず触媒(商品名;CAT−10
4,信越化学工業製)を14チ添加して外側の容器を形
成する。序で9%の触媒を添加した弾性体を収容し、外
側が硬< (JISK2808による1/4インチミク
ロ稠度計にて針入度30)内側は軟い(同じく針入度8
0)弾性体を調製した。第10図はこの状態を示したも
ので、周辺を硬化した弾性体3に強磁性材からなる円形
開口部を有する部材19と電磁石18を組合せる事によ
り非常にコンパクトな光学素子を作ることができた。4
11図は弾性体を電磁石で圧縮し、光学表面を凸状に突
出させた様子を示す。
Example 1 Elastic body (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: KE 104GE
L) When preparing the catalyst (trade name: CAT-10
4. Add 14 g of (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) to form an outer container. An elastic body containing 9% catalyst is housed in the inner part, and the outside is hard (penetration is 30 using a 1/4-inch micro-consistency meter according to JIS K2808) and the inside is soft (penetration is also 8).
0) An elastic body was prepared. FIG. 10 shows this state. By combining a member 19 made of a ferromagnetic material having a circular opening and an electromagnet 18 in an elastic body 3 whose periphery is hardened, a very compact optical element can be made. did it. 4
Figure 11 shows how an elastic body is compressed by an electromagnet to make the optical surface protrude in a convex shape.

実施例2 第6図で説明したピエゾ素子の例を試作した。Example 2 An example of the piezo element explained in FIG. 6 was manufactured as a prototype.

先ずピエゾ(10〜φX15WX、)の一端に表面を研
磨したテフロン板でふさぎ上から実施例1と同じKE1
04GELに触媒CAT−104を14チ添加したもの
を厚さ3%流し込んで硬化する。
First, one end of the piezo (10~φX15WX,) was covered with a Teflon plate with a polished surface, and the same KE1 as in Example 1 was placed on top.
04GEL to which 14 grams of catalyst CAT-104 was added was poured to a thickness of 3% and cured.

次いで、この上にCAT 104を9%含むKE104
 GELの弾性体を詰め硬化させた。
Then, on top of this, KE104 containing 9% CAT 104
Filled with GEL elastic material and hardened.

この結果、一端をガラス板等でふさぐ事なく他端をピエ
ゾの働きによって凸状のレンズを作る事が出来コンパク
トな素子を作る事が出来た。
As a result, it was possible to create a convex lens at the other end without blocking one end with a glass plate, etc., and to create a compact element.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図および第3図は本発明による光学素子の
断面図であり、第1図は外力を印加していない状態、1
%2図紘外力を上方に印加した状態および第3図は外力
を下方に印加し良状態を示す。 第4図、I@5図、および第6図は、それぞれ本発明の
光学素子の他の態様の断面図である。 第7図線、本発明によるさらに他の光学素子の斜視図で
ある。 第8図、第9図、第1O図および第11図はそれぞれ外
力を印加する手段を配置した本発明による光学素子の断
面図である。 lおよび5 ・・・硬化表面 2、7.8.10.11.15および20 ・・・開口
部3 ・・・弾性体 6.14および19 ・・・可動部 9 ・・・ピエゾ素子 12 ・・・圧電体 13 ・・・電源 16 ・・・駆動部 17 ・・・スイッチ 18 ・・・電磁石 出願人 キャノン株式会社
1, 2, and 3 are cross-sectional views of the optical element according to the present invention, in which FIG. 1 shows a state in which no external force is applied;
Figure 2 shows a state in which a Hirogai force is applied upward, and Figure 3 shows a good state in which an external force is applied downward. FIG. 4, FIG. I@5, and FIG. 6 are sectional views of other embodiments of the optical element of the present invention, respectively. FIG. 7 is a perspective view of yet another optical element according to the present invention. 8, 9, 10 and 11 are cross-sectional views of an optical element according to the invention in which means for applying an external force are arranged, respectively. l and 5 ... hardened surface 2, 7.8.10.11.15 and 20 ... opening 3 ... elastic body 6.14 and 19 ... movable part 9 ... piezo element 12 ...Piezoelectric body 13 ...Power supply 16 ...Driver 17 ...Switch 18 ...Electromagnet applicant Canon Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 弾性体および該弾性体を突出又は沈降させて光
学表面を変形できる開口を有する部材からなることを特
徴とする光学素子に於て、該光学表面を形成する表面を
除く他の表面の全部もしくは一部が硬化面になっている
事を特徴とする光学素子。
(1) In an optical element comprising an elastic body and a member having an opening capable of protruding or sinking the elastic body to deform the optical surface, the surface of the other surface other than the surface forming the optical surface is An optical element characterized by having a hardened surface in whole or in part.
JP22869583A 1983-10-17 1983-12-02 Optical element Granted JPS60120303A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22869583A JPS60120303A (en) 1983-12-02 1983-12-02 Optical element
US06/606,538 US4783155A (en) 1983-10-17 1984-05-03 Optical device with variably shaped optical surface and a method for varying the focal length
DE19843424068 DE3424068A1 (en) 1983-10-17 1984-06-29 OPTICAL COMPONENT

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