JPS6138904A - 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】 ［技術分野］ 本発明は、カメラ、ビデオ等の光学機器や光通信、レー
ザーディスクをはじめとするエレクトロオプティクス機
器に用いられる光学素子に関し、特に光学表面形状を変
化させることによってその焦点距離を変化させ得るよう
な可変焦点光学素子に関する。

［従来技術］ 従来、可変焦点レンズとしては、特開昭５５−３６８５
７号に見られるような弾性体の容器に液体を詰め、その
液圧を変化ぎせて形状を変化させるものや、特開昭５８
−１１０４０３号、特開昭５８−８５４１５号に開示さ
れているような圧電体を使用したものが提案されている
。

しかしながら、前者のいわゆる「液体レンズ」は、液溜
めや加圧装置等が必要であり、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ず、駆
動電圧も高いという欠点がある。

［発明の目的〕 本発明の目的は、上述の欠点を解決し、焦点距離の変化
量が大きく、構造が簡単である可変焦点レンズを提供す
ることにある。

［発明の要旨］ 本発明によれば、上記の目的は、レンズとして作用する
弾性体と、この弾性体の周方向に巻付けた帯状部材から
なり、この帯状部材を緊締または弛緩させることによっ
て前記弾性体の光学表面を変形させる光学素子により達
成される。

［発明の実施例］ 以下、添付図面を参照しながら本発明の詳細な説明する
。

まず、第１．２図を参照して、ここに示す光学素子は、
後述するような透明弾性材料で作った円筒形のレンズ１
を有し、本明細書ではこのレンズをしばしば弾性体と呼
ぶ。

レンズ、すなわち、弾性体ｌの外周面にはベルト２が巻
付けである。このベルト２は、幅の広い部分２Ａと幅の
狭い部分２Ｂとを有し、幅の広い部分２Ａにはその長手
方向に延びるスロット３が設けである。このスロット３
には、第１図に示すように、幅の狭いベルト部分２Ｂを
通すようになっている。幅の広いベルト部分２Ａの自由
端には孔３Ａが穿ってあり、幅に狭いベルト部分２Ｂの
拡大自由端２Ｃにも孔３Ｂが穿っである。

このベルト２は、第１図に示すように、ベルト部分２Ｂ
をベルト部分２Ａのスロット３に通して弾性体ｌの外周
面に巻付け、それぞれの端にある孔３Ａ、３Ｂを図示し
ない駆動装置に取付ける。

この駆動装置を付勢して、ベルト２の端をそれぞれ矢印
Ａ、Ｂで示す方向に引くと、弾性体ｌが変形する。弾性
体ｌは、力を加えられていないときには、第３図の（ａ
）に示すように単なる円形断面の平板であるが、ベルト
２を回して周面に力を加えられると、第３図の（ｂ）に
示すように、その両面が凸状に突出する。ベルト２を緩
めると、弾性体１は元の形状にもどる（第３図（ａ））
。

このようにして、弾性体ｌを締付ける力の大きさに応じ
て、弾性体の表面に所望の光学形状を与えることができ
る。

なお、ベルト２は弾性体１を締付ける力に酎える得るも
のであれば、材質はなんでもよく、たとえば、ステンレ
ス鋼で作ることができる。また、形状も第１．２図に示
すものに限らず、任意の形状とし得る。さらに、弾性体
ｌの最初の形状も、第３図の（ａ）に示すように平板状
である必要はなく、片面あるいは両面が凹、凸いずれか
の形状であってもよい。ベルトの締付けによって、凹か
ら平面に、そして、凸へ、あるいは凸から凸へと種々の
形状変化を行なえる。

第４図は、本発明の別の実施例を示しており、この実施
例では、第２図に示すようなベルトを２本使用している
。それぞれのベルト４．５の一端４Ａ、５Ｂをそれぞれ
の係止部材６に固定し、反対端４Ｂ、５Ｂをそれぞれ引
張り、弾性体ｌの周面に力を加えることにより弾性体１
の光学表面の形状を変化させることができる。

本発明に用いる弾性体としては、力を加えたときに変形
し、加えた力があまり大きくない限り（弾性限界内で）
、力を取去ると元にもどる性質、すなわち、弾性を有す
るものを用いる。

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１％程度である。また、加硫弾性ゴムでは、
弾性限界が非常に大きく、その限界ひずみは１０００’
％近くになる。

本発明による光学素子においては、形成しょうとする光
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、あるいは変
形後の状態が光学的に一層均質になるようにするため、
弾性率が小さい方が好ましい。

なお、弾性率（Ｇ）はＧ＝σ／γ（σは応力、γは弾性
ひずみ）として表わされる。また、小さい応力で大きな
変形を生じるような弾性は高弾性あるいはゴム弾性と呼
ばれる。したがって、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。

このようなゴム弾性体としては、一般に「ゴム」として
知られている天然ゴムや、たとえば、スチレンブタジェ
ンゴム（ＳＢＲ）、ブタジェン：ｒム（ＢＲ）、インプ
レンゴム（Ｉ　Ｒ）　、：ｘチレンプロピレンゴム（Ｅ
ＰＭ、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（ｊｉ
）、ふっ素ゴム（ＦＰＭ）、多硫化ゴム（Ｔ）、ボリエ
ーテルゴム（ＦＯＲ，ＣＨＲ，ＣＨＣ）等の合成ゴムを
挙げることができる。これらの材料はいずれも室温でゴ
ム状態を示す。しかしながら、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
または溶融状態のいずれかをとる。したがって、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。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、したがって、たとえば、天然ゴ
ムにおける加硫は弾性率を決める処理にほかならない。

本発明では、使用する弾性体としては、小さな応力で大
きな変形を得ることが望ましく、そのため、架橋状態の
調整は重要である。

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。また、その弾性率の測定も、光学素子の使用形
態による応力の種類に応じて、たとえば、引張り、曲げ
、圧縮等の方法から選んで行なわれる。

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〜ＩＱ１８ｄｙｎｅ／ｃｒｎ”よりも小さく、
ゴム弾性体の１０８ｄｙｎｅ／ｃｒｎ’以下が適当であ
り、好ましくは１０６ｄｙｎｅ／ｃｒｎ”以下、特に好
ましくは５Ｘ１０５　ｄｙｎｅ／ｃｍ’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ざい程好
ましい。なお、光学素子は、多くの場合室温で用いられ
るが、特に高温また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。

弾性体の硬さ、軟かさはある程度その弾性に依存する。

ＪＩＳＫ６３０１では、試料表面にスプリングによって
微小なひずみを与え、その針入度によりゴムの硬質を評
価する方法を規定しており、簡便に知ることができる。

しかしながら、弾性率が１０６ｄｙｎｅ／ｃｒｎ’以下
の低い値になると、上述の方法では、測定ができない。

その場合、ＪＩＳＫ２８０８にょるｌ／４インチミクロ
稠度計を用いてその針入度で評価する。

また、弾性率が小さい場合、その測定方法として、「引
張り一伸び」では測定が困難なので、圧縮（５％変形）
によりその値を求め、先の針入度との対応を求めること
ができる。

ゴム弾性体は従来知られている加硫（架橋）によるもの
の他にエチレン−酢酸ビニル共重合体やＡ−Ｂ−Ａ型ブ
タジェン−スチレンブロック共重合体等のように加硫を
必要としないもの、また、鎖状高分子等を適当（架橋点
間の分子鎖長を制御）にゲル化することによって得るこ
とができる。

これらはいずれもその架橋状態、ブロック共重合体にお
ける分子の組合わせ、ゲル状態等を調節しながらその弾
性率の制御が行なわれる。

また、弾性体自身の構造により、その弾性体を制御する
場合に他に稀釈剤や充填剤を加えることによってその特
性を変化調節することができる。

たとえば、シリコーンゴム（信越化学工業部の商品名：
ＫＥ１０４）と触媒（信越化学工業部の商品名：　ＣＡ
Ｔ−１０４）に稀釈剤（信越化学工業部の商品名：　Ｒ
ＴＶシンナー）を加えた場合、その添加量の増大と共に
硬さ、引張り強さは低下し、逆に伸びは増大する。

［発明の効果］ 本発明によれば、弾性体をベルト等によって周囲から締
め付けたり、緩めたりすることによって、弾性体の光学
表面を変形させて所望の光学特性、たとえば、焦点距離
を得ることができ、コンパクトで焦点距離の変化量の大
きな可変焦点レンズを提供することができる。したがっ
て、弾性体に対して外力を加えるだけで、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、構造
簡単で部品点数が少なく、光学素子の製造や制御が極め
て容易となり、また、光学表面の形状変化に基〈光学特
性の変化のた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。またさらに、小さな力で弾性体表面に
大きな光学形状変化を与えることでき、さらに、弾性体
にベルトを接着する必要がないので交換が容易である。

　さらに、弾性体の直径をほとんどアパーチャーとして
使用できるので、ケラレがほとんどない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学素子の斜視図である。 第２図は第１図に示すベルトの平面図である。 第３図は弾性体の形状変化を示す図である。 第４図は本発明の光学素子の別の実施例を示す平面図で
ある。 １０００弾性体、２０．・ベルト、３゜・・スロット、
４．５・・・ベルト、６・・φ係止部材。 第１図 第２図 ヨ 第３図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図 ４Ａ　　　　　　二　５８

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レンズとして作用する弾性体と、この弾性体の周
   方向に巻付けた帯状部材からなり、この帯状部材を緊締
   または弛緩させることによって前記弾性体の光学表面を
   変形させることを特徴とする、光学素子。
2. （２）前記弾性体が円筒形であり、前記帯状部材がこの
   円筒形の外周面にその周方向に巻き付けた少なくとも１
   本のベルトである、特許請求の範囲第１項記載の光学素
   子。