JPS63180901A - 可変焦点レンズ - Google Patents
可変焦点レンズInfo
- Publication number
- JPS63180901A JPS63180901A JP1356087A JP1356087A JPS63180901A JP S63180901 A JPS63180901 A JP S63180901A JP 1356087 A JP1356087 A JP 1356087A JP 1356087 A JP1356087 A JP 1356087A JP S63180901 A JPS63180901 A JP S63180901A
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- JP
- Japan
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- case
- liquid
- lens
- container
- piezo
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
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。
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〕
この発明は圧電性材料を用いて、高速に焦点距離を変化
させる可変焦点レンズに関するものである。
させる可変焦点レンズに関するものである。
可変焦点レンズは、すでにズームレンズとして実用化さ
れているが、このような機械的にレンズを移動させる可
変焦点レンズを例えば、光デイスクヘッドの対物レンズ
に用いる場合には応答速度が遅すぎる。一方、レンズの
位置や形状を変化させずに、レンズ内部の物質の屈折率
を変化させて、焦点距離を変える方法が提案されている
。例えば、液晶の配向を変化させる方法やニオブ酸リチ
ウムなどの強誘電性結晶への印加電圧を変化させる方法
が研究されている。
れているが、このような機械的にレンズを移動させる可
変焦点レンズを例えば、光デイスクヘッドの対物レンズ
に用いる場合には応答速度が遅すぎる。一方、レンズの
位置や形状を変化させずに、レンズ内部の物質の屈折率
を変化させて、焦点距離を変える方法が提案されている
。例えば、液晶の配向を変化させる方法やニオブ酸リチ
ウムなどの強誘電性結晶への印加電圧を変化させる方法
が研究されている。
しかしながら、現状ではこれらの方法で変化できる屈折
率の値は小さく、焦点距離の変化量も小さい、このよう
に従来は高速でしかも焦点距離を大きく変化できるレン
ズは存在しなかった。
率の値は小さく、焦点距離の変化量も小さい、このよう
に従来は高速でしかも焦点距離を大きく変化できるレン
ズは存在しなかった。
この発明の目的は圧電性材料を用いて高速にしかも焦点
距離を大きく変化できる可変焦点レンズを提供すること
にある。
距離を大きく変化できる可変焦点レンズを提供すること
にある。
第１の本発明の可変焦点レンズは軸方向に貫通した圧電
性材料の筒体で構成され、該筒体の両開口を伸縮性透明
膜で平行に覆った容器と、該容器内に充填した光透過性
液体と、前記圧電性材料に電圧を印加する圧電性材料制
御手段を備えることを特徴としている。
性材料の筒体で構成され、該筒体の両開口を伸縮性透明
膜で平行に覆った容器と、該容器内に充填した光透過性
液体と、前記圧電性材料に電圧を印加する圧電性材料制
御手段を備えることを特徴としている。
第２の本発明の可変焦点レンズは軸方向に貫通した筒体
の両端開口を伸縮性透明膜で平行に覆い、内部に光透過
性液体を充填した第１の容器と、圧電性材料で構成され
、内部に光透過性液を充填した第２の容器と、両容器内
に連通して両容器間に前記液を移送させるパイプと、前
記第２の容器に電圧を印加する圧電性材料制御手段とを
備えることを特徴としている。
の両端開口を伸縮性透明膜で平行に覆い、内部に光透過
性液体を充填した第１の容器と、圧電性材料で構成され
、内部に光透過性液を充填した第２の容器と、両容器内
に連通して両容器間に前記液を移送させるパイプと、前
記第２の容器に電圧を印加する圧電性材料制御手段とを
備えることを特徴としている。
圧電材料は、外力による応力に対応して電気分極を生じ
るもので、この性質を逆に利用すると、材料に対する印
加電圧を変化させることによって材料を変形させること
ができる。従って、圧電材料を用いて中空の容器を作る
と内部の体積を変化させることができる。圧電気による
電気分極と応力との関係は圧電率Ｄｉｋで表わされ、応
力テンソルの成分をＸｋ（ｋ ＝１．２．・・・６）、
電気分極ベクトルの成分をＰｉ（ｉ ＝１．２．３）と
して次式の関係が成り立つ。
るもので、この性質を逆に利用すると、材料に対する印
加電圧を変化させることによって材料を変形させること
ができる。従って、圧電材料を用いて中空の容器を作る
と内部の体積を変化させることができる。圧電気による
電気分極と応力との関係は圧電率Ｄｉｋで表わされ、応
力テンソルの成分をＸｋ（ｋ ＝１．２．・・・６）、
電気分極ベクトルの成分をＰｉ（ｉ ＝１．２．３）と
して次式の関係が成り立つ。
Ｐｉ＝ＤｉｋＸｋ ・・・（１）一
方、例えば第３図のような円筒容器２１の平行な両開口
面に伸縮性のある透明膜２２を貼り付け、内部に透明な
液体２３を充填すると、液体が密閉されていれば容器２
１の体積変化によって膜２２の形状が変化する。透明な
膜に光ｚ４を入射させれば、液体２３と膜２２とがレン
ズの作用をし、膜２２の変化に伴って焦点距離が変化す
る。この時の透明な膜２２の座標ｒにおける変形は次式
で表わされる。
方、例えば第３図のような円筒容器２１の平行な両開口
面に伸縮性のある透明膜２２を貼り付け、内部に透明な
液体２３を充填すると、液体が密閉されていれば容器２
１の体積変化によって膜２２の形状が変化する。透明な
膜に光ｚ４を入射させれば、液体２３と膜２２とがレン
ズの作用をし、膜２２の変化に伴って焦点距離が変化す
る。この時の透明な膜２２の座標ｒにおける変形は次式
で表わされる。
ここで、Ｐは圧力、Ｄ、Ｃ，、Ｃ４は次式で示される。
Ｐａ”
ここで、Ｅは膜のヤング率、υは膜のポアソン比、ｈは
膜厚、ａは膜の半径を表わす。
膜厚、ａは膜の半径を表わす。
（２）〜（５）式を整理すると次式が得られる。
今、中心部のみを考えると（６）式は
となる。また、この時の最大応力は
で表わされる。最大応力σが膜の材料の疲労限を越えな
い範囲の圧力を膜に加え、（７）式より、その時の中心
部の変形量を求めることができる。
い範囲の圧力を膜に加え、（７）式より、その時の中心
部の変形量を求めることができる。
この時に必要な体積変化承ΔＶは次式から求められる。
以下にこの発明の詳細な説明する。
（実施例１）
第１図はこの可変焦点レンズの第１の実施例を示す斜視
図である０例えば、セラミック圧電素子などから構成さ
れる上下に貫通したドーナツ状の圧電円筒容器１の平行
な上下面に例えば、ポリエステルなどから構成される透
明膜２ Ｎ−、張って内部を密閉し、その中に例えばト
ルエンなどの高屈折率液体３を充填する。電源４を用い
て圧電円筒容器１の電極５に電圧を印加すると容器１内
の体積が減少し、透明膜２が凸状に変化する。この容器
１に光を入射させると、容器１内部の液体が作用して容
器１がレンズの働きを持つ。セラミック圧電素子の場合
、印加電圧１００ｖに対して、はぼ素子長の１／１００
０変化させることができる。円筒容器１の外径を１５ｍ
＋ｓ、内径を５１１ｆｉ、高さを５＋ｍとすれば、電圧
１００ｖ印加した時に、内部の体積を０．７９ｍｍ”変
化させることができる。この時、屈折率１．５０（７）
トルエンによって焦点距離が無限大から７９＋ｗ＋ま
で１／１００秒以下の応答速度で連続的に変化する可変
焦点レンズを実現できた。さらに、高屈折率の液体を用
いれば、短焦点のレンズを実現できる。
図である０例えば、セラミック圧電素子などから構成さ
れる上下に貫通したドーナツ状の圧電円筒容器１の平行
な上下面に例えば、ポリエステルなどから構成される透
明膜２ Ｎ−、張って内部を密閉し、その中に例えばト
ルエンなどの高屈折率液体３を充填する。電源４を用い
て圧電円筒容器１の電極５に電圧を印加すると容器１内
の体積が減少し、透明膜２が凸状に変化する。この容器
１に光を入射させると、容器１内部の液体が作用して容
器１がレンズの働きを持つ。セラミック圧電素子の場合
、印加電圧１００ｖに対して、はぼ素子長の１／１００
０変化させることができる。円筒容器１の外径を１５ｍ
＋ｓ、内径を５１１ｆｉ、高さを５＋ｍとすれば、電圧
１００ｖ印加した時に、内部の体積を０．７９ｍｍ”変
化させることができる。この時、屈折率１．５０（７）
トルエンによって焦点距離が無限大から７９＋ｗ＋ま
で１／１００秒以下の応答速度で連続的に変化する可変
焦点レンズを実現できた。さらに、高屈折率の液体を用
いれば、短焦点のレンズを実現できる。
（実施例２）
第２図はこの可変焦点レンズの第２の実施例を示す斜視
図である。例えば金属などから構成される上下に貫通し
た円筒容器１１の上下平行面に、例えばポリエステルな
どから構成される透明膜１２を張り付ける。一方、例え
ばセラミック圧電素子などから構成される圧電中空容器
１３と円筒容器１１とを例えば金属パイプ１４でつなぎ
、内部に例えばトルエンなどの高屈折率液体１５を充填
する。電源１６を用いて中空圧電容器１３の電極１７に
電圧を印加すると円筒容器１１内の体積が減少し、透明
膜１２が凸状に変化する。この円筒容器１１に光を入射
させると内部の液体１５が作用して円筒容器１１がレン
ズの働きを持つ。
図である。例えば金属などから構成される上下に貫通し
た円筒容器１１の上下平行面に、例えばポリエステルな
どから構成される透明膜１２を張り付ける。一方、例え
ばセラミック圧電素子などから構成される圧電中空容器
１３と円筒容器１１とを例えば金属パイプ１４でつなぎ
、内部に例えばトルエンなどの高屈折率液体１５を充填
する。電源１６を用いて中空圧電容器１３の電極１７に
電圧を印加すると円筒容器１１内の体積が減少し、透明
膜１２が凸状に変化する。この円筒容器１１に光を入射
させると内部の液体１５が作用して円筒容器１１がレン
ズの働きを持つ。
圧電中空容器１３として外径３０ｎｍ、高さ１５−１内
径１０ｍｏ＋、高さ５ｍの円筒体を用いたとき、その体
積を６．２９ａｍ”変化させることができる。この時、
トルエンによって焦点距離が無限大から５ 、８ ｎｗ
ｎ まで１／１００秒以下の応答速度で連続的に変化す
る可変焦点レンズを実現できた。
径１０ｍｏ＋、高さ５ｍの円筒体を用いたとき、その体
積を６．２９ａｍ”変化させることができる。この時、
トルエンによって焦点距離が無限大から５ 、８ ｎｗ
ｎ まで１／１００秒以下の応答速度で連続的に変化す
る可変焦点レンズを実現できた。
以上、詳述したように、この発明の可変焦点レンズによ
れば、高速でしかも焦点距離変化量の大きいレンズを実
現できる効果を有するものである。
れば、高速でしかも焦点距離変化量の大きいレンズを実
現できる効果を有するものである。
第１図はこの発明の可変焦点レンズの第１の実施例を示
す斜視図、第２図は第２の実施例を示す斜視図、第３図
は可変焦点レンズの原理を示す図である。 １・・・圧電円筒容器 ２．１２．２２・・・透明
膜３．１５・・・高屈折率液体 ４，１６・・・電源
５．１７・・・電極 １１，２１・・・円筒
容器１３・・・圧電中空容器 １４・・・パイプ２
３・・・透明な液体 ２４・・・光第１図 第２図
す斜視図、第２図は第２の実施例を示す斜視図、第３図
は可変焦点レンズの原理を示す図である。 １・・・圧電円筒容器 ２．１２．２２・・・透明
膜３．１５・・・高屈折率液体 ４，１６・・・電源
５．１７・・・電極 １１，２１・・・円筒
容器１３・・・圧電中空容器 １４・・・パイプ２
３・・・透明な液体 ２４・・・光第１図 第２図
Claims (2)
- （１）軸方向に貫通した圧電性材料の筒体で構成され、
該筒体の両開口を伸縮性透明膜で平行に覆った容器と、
該容器内に充填した光透過性液体と、前記圧電性材料に
電圧を印加する圧電性材料制御手段を備えることを特徴
とする可変焦点レンズ。 - （２）軸方向に貫通した筒体の両端開口を伸縮性透明膜
で平行に覆い、内部に光透過性液体を充填した第１の容
器と、圧電性材料で構成され、内部に光透過性液を充填
した第２の容器と、両容器内に連通して両容器間に前記
液を移送させるパイプと、前記第２の容器に電圧を印加
する圧電性材料制御手段とを備えることを特徴とする可
変焦点レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1356087A JPS63180901A (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 可変焦点レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1356087A JPS63180901A (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 可変焦点レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63180901A true JPS63180901A (ja) | 1988-07-26 |
Family
ID=11836559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1356087A Pending JPS63180901A (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 可変焦点レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63180901A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02103745A (ja) * | 1988-10-12 | 1990-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 光学ヘッド装置 |
| US5917657A (en) * | 1996-02-22 | 1999-06-29 | Denso Corp | Imaging device having flexible liquid-filled film lens |
| JP2013541050A (ja) * | 2010-10-11 | 2013-11-07 | アドレンズ ビーコン インコーポレイテッド | レンズにおける周囲圧電リザーバ |
| JP2020115205A (ja) * | 2018-12-20 | 2020-07-30 | 株式会社ミツトヨ | 軸方向追従部を備える可変音響式屈折率分布型レンズ |
-
1987
- 1987-01-22 JP JP1356087A patent/JPS63180901A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02103745A (ja) * | 1988-10-12 | 1990-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 光学ヘッド装置 |
| US5917657A (en) * | 1996-02-22 | 1999-06-29 | Denso Corp | Imaging device having flexible liquid-filled film lens |
| JP2013541050A (ja) * | 2010-10-11 | 2013-11-07 | アドレンズ ビーコン インコーポレイテッド | レンズにおける周囲圧電リザーバ |
| JP2020115205A (ja) * | 2018-12-20 | 2020-07-30 | 株式会社ミツトヨ | 軸方向追従部を備える可変音響式屈折率分布型レンズ |
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