(57)【要約】  可変焦点レンズ（10）は、光軸（20）を有する流体チャンバ（12）を有する。前記流体チャンバの一部内の、前記光軸の周囲には、1または2以上の圧電素子（22）が設置される。前記流体チャンバの別の部分には、第1および第2の流体（24、26）が設置され、これらは、前記光軸を横断して延在するメニスカス（28、36）にわたって相互に接触し、前記第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有する。前記メニスカスの周囲は、前記1または2以上の圧電素子に関連する表面に固定設置され、前記1または2以上の圧電素子への1または2以上の電位（32）の印加に応答して、前記1または2以上の圧電素子は、（i）前記メニスカスの形状、および（ii）前記メニスカスの移動のうちの1または2以上を制御可能に変化させる。
2009519498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を有する流体チャンバと、
前記流体チャンバの一部内の、前記光軸の周囲に設置された1または2以上の圧電素子と、
前記流体チャンバの別の部分に設置された第1および第2の流体であって、前記光軸を横断して延在するメニスカスにわたって相互に接触する、第1および第2の流体と、
を有する可変焦点レンズであって、
前記メニスカスの周囲は、前記1または2以上の圧電素子に関連する表面に固定設置され、
前記第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有し、
前記1または2以上の圧電素子への1または2以上の電位の印加に応答して、前記1または2以上の圧電素子は、（i）前記メニスカスの形状、および（ii）前記メニスカスの移動のうちの1または2以上を制御可能に変化させることを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記表面は、（i）前記1または2以上の圧電素子の表面、および（ii）1または2以上の中間素子の表面、の1または2以上を有し、
前記1または2以上の中間素子は、前記1または2以上の圧電素子と前記メニスカスの間に、物理的に配置されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記第1の流体は、絶縁流体を有し、
前記第2の流体は、導電性流体を有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記第1の流体は、蒸気を有し、
前記第2の流体は、導電性流体を有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記流体チャンバは、実質的に円筒状のチャンバを有し、該チャンバは、円筒壁と、前方素子と、後方素子とを有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
前記前方素子は、透明部分を有し、前記後方素子は、透明部分を有することを特徴とする請求項5に記載の可変焦点レンズ。
【請求項７】
さらに前記圧電素子は、前方表面と後方表面とを有し、
前記メニスカスの周囲は、前記前方表面に固定配置され、
前記圧電表面の前記後方表面は、前記後方素子に固定して取り付けられることを特徴とする請求項6に記載の可変焦点レンズ。
【請求項８】
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記光軸に平行な方向において、前記圧電素子の長さに変化が生じることを特徴とする請求項7に記載の可変焦点レンズ。
【請求項９】
さらに前記圧電素子は、内側リングを有し、
前記メニスカスの周囲は、前記内側リングに固定配置され、
前記圧電素子は、前記チャンバの内表面に固定接続されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１０】
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記前記圧電素子の寸法に変化が生じ、前記内側リングは、前記光軸と実質的に平行な方向に移動することを含むことを特徴とする請求項9に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１１】
さらに前記圧電素子は、内周表面と、外周表面とを有し、
前記メニスカスの周囲は、前記内周表面に固定配置され、
前記圧電素子の前記外周表面は、前記チャンバの内表面に固定接続されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１２】
さらに前記内周表面は、前記圧電素子の前方、中央および後方の表面を有し、
前記メニスカスの周囲は、前記圧電素子の前記前方、中央および後方の表面の一つに、固定配置されることを特徴とする請求項11に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１３】
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記光軸を横断する半径方向において、前記圧電素子の寸法に変化が生じることを特徴とする請求項11に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１４】
さらに前記圧電素子は、内表面と外表面とを有し、
前記内表面は、前方、中央および後方の表面を有し、
前記メニスカスの周囲は、前記内表面の前記前方、中央および後方の表面一つに、固定配置され、
前記圧電表面の前記外表面は、前記チャンバの内表面に固定接続されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１５】
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記光軸を横断する半径方向に、前記圧電素子の寸法に変化が生じることを特徴とする請求項14に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１６】
前記圧電素子への第1の電位の印加に応じて、前記メニスカスは、第1の形状に特徴化され、
前記圧電素子への、前記第1の電位とは異なる第2の電位の印加により、前記メニスカスは、前記第1の形状とは異なる第2の形状に特徴化されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１７】
前記第1の形状は、前記第2の流体から見たとき、凹状形状を有し、
前記第2の形状は、前記第1の形状よりも度合いの弱い凹状形状を有することを特徴とする請求項16に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１８】
前記第1の流体は、前記第2の流体よりも大きな屈折率を有し、
当該可変レンズは、合成レンズであり、さらに
正のレンズパワーを提供する、少なくとも一つの固定レンズ素子を有し、
前記合成レンズは、前記メニスカスが前記第1の流体に対して凸状のとき、正のレンズパワーを有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１９】
請求項1に記載の可変焦点レンズを有する光学装置であって、さらに
前記可変焦点レンズに対する焦点面を定める手段を有し、
平行光線からなる放射線の入力、および前記圧電素子へのゼロではない電圧の印加に応答して、前記放射線は、前記焦点面に焦点化されることを特徴とする光学装置。
【請求項２０】
請求項1に記載の可変焦点レンズを有する画像捕獲装置。
【請求項２１】
請求項1に記載の可変焦点レンズを有する、光記録担体を走査する光走査装置。
【請求項２２】
光軸を有する流体チャンバと、
前記流体チャンバの一部内の、前記光軸の周囲に設置された1または2以上の圧電素子と、
前記流体チャンバの別の部分の内部に設置された第1および第2の流体であって、前記光軸を横断して延在するメニスカスにわたって相互に接触する、第1および第2の流体と、
を有する可変焦点レンズを作動させる方法であって、
前記メニスカスの周囲は、前記1または2以上の圧電素子に関連する表面に固定設置され、
前記第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有し、
当該方法は、
前記1または2以上の圧電素子に印加される電位を制御するステップであって、（i）前記メニスカスの形状、および（ii）前記メニスカスの移動のうちの1または2以上を変化させるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記表面は、（i）前記1または2以上の圧電素子の表面、および（ii）1または2以上の中間素子の表面、の1または2以上を有し、
前記1または2以上の中間素子は、前記1または2以上の圧電素子と前記メニスカスの間に、物理的に設置されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記電位を制御するステップは、前記電位を変化させ、前記第2の流体から見たとき、凹状のメニスカス形状を形成するステップを有することを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項２５】
前記電位を制御するステップは、前記電位を変化させ、前記第2の流体から見たとき、凸状のメニスカス形状を形成するステップを有することを特徴とする請求項22に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般に、可変焦点レンズに関し、特に、圧電可変焦点レンズおよびそれを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体焦点の技術的実施に関しては、例えば、本発明の譲受人に譲渡された国際公開WO03／069380号およびWO2004／102253号に示すように、多数の例がある。流体焦点レンズの原理は、導電性と非導電性の2つの液体を、透明ガラス板の間に挟み込み、接触させ、エレクトロウェッティングの原理を用いて、電圧により、2液体の界面の形状を制御することに基づいている。しかしながら、エレクトロウェッティングの原理は、十分には理解されておらず、利用することは難しい。従って、従来の流体焦点レンズには、多数の難題があり、例えば材料の選定、特に使用流体の選定、および各種温度条件下での適当な機能の発現等に関して、問題がある。
【０００３】
他の従来技術では、エレクトロウェッティングの原理を使用せず、ポンプを用いて各流体の相対体積を変化させることにより、2流体間のメニスカスの形状を変化させるものがある。しかしながら、ポンプシステムは、技術的に複雑であり、制御することが難しい。
【特許文献１】国際公開WO03／069380号パンフレット
【特許文献２】国際公開WO2004／102253号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、従来技術の問題を解決するため、改良された流体焦点レンズおよびそれを製作する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
図において、同様の素子には、同様の参照符号が付されている。また、図面には、スケールは示されていないことに留意する必要がある。
【０００６】
本発明の一実施例では、流体焦点レンズは、チャンバを有し、これは、該チャンバを通って延伸する光軸を備える。チャンバの内側の一部には、圧電材料で構成された円筒状素子が提供され、これは、チャンバの端部の一つの側に設置される。チャンバは、さらに、第1の流体および第2の流体を有し、これらは、光軸を横断するように延伸するメニスカスにわたって接触している。メニスカスの周囲は、例えば、第1の流体を引き寄せ、第2の流体と反発する、あるいはその逆の、適当なコーティングを用いて、円筒状素子の内表面の一つの側に、固定設置される。また、圧電材料は、電源または電位に接続される。電源または電位の変化により、圧電材料の長さに変化が生じ、メニスカスの周囲が移動し、さらにはメニスカスの形状に変化が生じる。また、追加の構成が開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ここで、図1を参照すると、本発明の一実施例による圧電流体焦点レンズ10は、流体チャンバ12を有し、この流体チャンバは、側壁14と、透明端部板16および18とを有する。流体チャンバ12は、さらに光軸20を有し、この光軸は、おおよそ側壁の長手方向に沿って配置され、チャンバ内を通って延伸する。チャンバ12の内側には、圧電材料で構成された円筒状素子22が設けられ、この素子は、部分的にチャンバ12内に延在している。また、圧電材料は、片側がチャンバ12の端部板18に設置されている。
【０００８】
チャンバ12は、さらに第1の流体24と、第2の、非混和性の流体26とを有し、両者は、メニスカス28で接している。メニスカス28は、光軸20を横断して延伸する。メニスカス28の周囲は、円筒状圧電素子22の片側に固定配置される。また、圧電素子22は、参照符号32で示された適当な接続を介して、電源と接合される。図1に示すように、電源または電位は、V1である。この電源32が変化し、例えば電圧がV1からV2になると、圧電素子22の長さ34に変化が生じ、メニスカスの周囲が移動し、さらには図1の破線36で示すように、メニスカスの形状の変化が生じる。
【０００９】
換言すれば、可変焦点レンズ10は、光軸20を備える流体チャンバ12を有し、流体チャンバ12の一部の内側に、圧電素子22は、光軸20を取り囲むように設置される。参照符号24および26で示されている第1および第2の流体は、それぞれ、流体チャンバ12の別の部分に設置され、光軸20を横断して延伸するメニスカス28にわたって、相互に接触している。メニスカス28の周囲30は、圧電素子22の表面に固定設置される。また、第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有する。別の実施例では、第1の流体は、絶縁流体を有し、第2の流体は、導電性流体を有する。さらに別の実施例では、第1の流体は、蒸気を有し、第2の流体は、導電性流体を有する。
【００１０】
また、圧電素子22への電位32の印加、例えばV1からV2の印加により、メニスカスの形状は、制御可能に変化し、すなわち参照符号28で示した形状から、参照符号36で示した形状に変化する。図2には、図1の流体焦点レンズの断面図を示すが、この図には、本発明の実施例による第2の形状を有するメニスカスが示されている。特に、図2には、電圧V2の電位32を印加した際の応答による、メニスカス36の形状が示されている。
【００１１】
別の実施例では、流体チャンバ12は、実質的に円筒状のチャンバを有し、このチャンバは、円筒壁14と、前方素子16と、後方素子18とを有する。前方素子16は、透明部分を有し、後方素子18は、透明部分を有する。ある実施例では、透明部分は、全前方素子または全後方素子を有しても良い。また、圧電素子22は、さらに、前方表面および後方表面を有しても良い。そのような実施例では、メニスカス30の周囲は、圧電素子22の前方表面に、固定設置される。また、圧電素子22の後方表面は、流体チャンバ12の後方素子18に固定設置される。また、圧電素子への電位の印加により、光軸20に平行な方向において、圧電素子22の長さが変化する。
【００１２】
図3には、本発明の別の実施例による圧電流体焦点レンズ40の断面を概略的に示す。流体焦点レンズ40は、流体チャンバ42を有し、このチャンバは、側壁44と、透明端部板46および48とを有する。流体チャンバ42は、さらに、側壁の略長手方向に沿って設置され、チャンバを通って延伸する光軸50を有する。チャンバ12の内側には、圧電材料で構成された円筒状素子52が設置される。この実施例では、圧電素子52は、さらに内側リング54を有する。参照符号56および58で示されている、第1および第2の流体は、それぞれ、流体チャンバ42の内部に設置され、光軸50を横断して延伸するメニスカス60にわたって、相互に接触している。
【００１３】
図3の実施例では、メニスカス60の周囲は、内側リング54に固定設置され、これは、例えば、参照符号62で示されている。また、圧電素子52は、流体チャンバ42の内表面45に固定接合される。また、圧電素子52への電位32の印加により、圧電素子の寸法に変化が生じ、内側リング54が、光軸と実質的に平行な方向に移動する。図3に示すように、電源は、第1の電圧V1である。電源32が第1の電圧V1から、第2の電圧V2に変化すると、圧電素子52の寸法に変化が生じ、メニスカスの周囲が移動し、さらには図3において破線64で示すように、メニスカスの形状が変化する。
【００１４】
換言すれば、圧電素子52への電位32の印加、例えばV1からV2の電位の印加により、メニスカスの形状が変化するように制御され、すなわち、参照符号60で示す形状から、参照符号64で示す形状に、変化する。図4には、図3の流体焦点レンズの断面を示すが、この図には、本発明の実施例による第2の形状を有するメニスカスが示されている。特に、図4には、電圧V2で電位32が印加された際の応答として、メニスカス64の形状が示されている。
【００１５】
また、図3、4の実施例では、圧電素子52は、メニスカス60の変化が高められるように動く。これは、通常の圧電素子の変化は、極めて小さいためである。例えば、あるそのような圧電素子は、31mmの長さの場合、12μｍのオーダーのストロークを示す。図3および4には、ある想定されるそのような構成が示されている。圧電素子52は、クランプ締めされ、側壁44に固定される。形状変化の発生により、第1の状態60から第2の状態64に、てこの利用による膨脹が生じる。圧電素子の中央に切除形成された、環状穴またはリング54は、メニスカスを維持する。またメニスカスは、第1の状態60から第2の状態64に変化する。メニスカスを保持するリングの位置の圧電誘起的な物理変化を助長させる、てこの機構を用いた他の同様の方法も、可能である。
【００１６】
さらに別の実施例では、圧電素子52は、さらに内周表面と、外表面とを有する。そのよう実施例では、メニスカス60の周囲62は、内周表面に固定設置される。また、圧電素子52の外周表面は、チャンバ42の内表面45に結合される。また、内周表面は、圧電素子52の前方、中央および後方の表面を有する。メニスカス62の周囲は、例えば、第1の流体を引き寄せ、第2の流体と反発する、またはその逆の、適当なコーティングを用いて、圧電素子52の前方、中央または後方の表面の一つに固定配置される。圧電素子52への電位32の印加により、光軸50を通る半径方向に、圧電素子52の寸法の変化が生じる。また、圧電素子の外表面は、周囲外表面を有しても良い。
【００１７】
本発明の実施例の作動原理は、メニスカスの各側で流体の量が同等に維持され、一方のまたは他方の流体に向かうメニスカスの周囲の動きを、流体がメニスカスの形状を変化させることにより、補償することである。図5を参照すると、本発明の別の実施例による圧電流体焦点レンズ70の断面図が概略的に示されている。流体焦点レンズ70は、流体チャンバ72を有し、このチャンバは、側壁74と、透明端部板76および78とを有する。流体チャンバ72は、さらに光軸80を有し、この光軸は、側壁のほぼ長手方向に沿って配置され、チャンバを通って延伸する。チャンバ72の内側には、圧電材料で構成された円筒状素子82が設置される。参照符号84および86で示される第1および第2の流体は、それぞれ、流体チャンバ72内に設置され、光軸80を横断して延伸するメニスカス88にわたって、相互に接触している。
【００１８】
図5の実施例では、メニスカスは、例えば、コーティング90により、流体レンズ70の圧電素子82の壁区画に設置され、このコーティングは、第1の流体44を引き寄せ、第2の流体86と反発する。そのようなコーティングは、例えば、親水性のコーティングを含む。圧電素子82の壁区画は、その直径が、流体レンズ70の光軸80に対して、直交して変化するように設計される。換言すれば、壁区画は、圧電材料で構成される。第1の位置から第2の位置への壁区画の変化の結果、第1の形状88から第2の形状92に、メニスカスの形状が変化する。また、圧電素子82への電位32の印加により、実質的に光軸80を横断する方向に、または光軸80と直交する方向に、圧電素子の寸法に変化が生じる。図5に示すように、電源は、第1の電圧V1である。電源32における第1の電圧V1から第2の電圧V2の変化により、圧電素子80の寸法に変化が生じ、メニスカスの周囲が移動し、さらには図5の破線92に示すように、メニスカスの形状の変化が生じる。
【００１９】
図6には、図5の流体焦点レンズの断面図を示すが、この図には、本発明の実施例による第2の形状のメニスカスが示されている。特に、図6には、電圧V2の電位32の印加に応じた、メニスカス92の形状が示されている。示された図には、必ずしもスケールは示されておらず、これらは、本発明の実施例の原理を示す一例であることに留意する必要がある。図5および6の図は、メニスカスの各側での流体体積が、基本的に等しいことを示すことを意図している。
【００２０】
別の実施例では、流体焦点レンズは、さらに圧電素子により生じた、少量の体積変化に適応するように構成された、適当な手段を有する。（例えば、図5および6の破線、および参照符号85に示すような）例えば少量のガス体積が導入され、流体チャンバ、および光路（または末端）から離れた位置に導入連通され、小体積のガスが提供され、圧電素子により生じる体積変化が補償される。そのような実施例では、ガスは、流体に対して不混和性であり、ガスの接触により、所望の補償が提供される。さらに別の実施例では、弾性材料の流体チャンバ壁の1または2以上の部分が提供され（弾性部分を形成する）、弾性部分により、圧電素子により生じた微小体積の変化が補償される。
【００２１】
前述の実施例では、側壁は、略円筒状であるが、完全な円筒からのいくつかの変更が可能であり、例えば、僅かに円錐状であっても良い。しかしながら、円筒は、実質的に円筒形状を維持しており、すなわち流体接触層は、直線断面を有し、すなわち層は、円筒の断面に、直線を構成する。円筒の軸は、断面にある。直線断面は、少なくとも10度以内で、電極軸に対して平行であり、これは、少なくとも1度以内であることがより好ましい。円筒状側壁は、適当な管を用いて構成しても良く、この管は、例えば0.1度以内の、軸に平行な断面を有し、各種層が取り付けられた平坦内壁を有する。そのような管を使用することにより、コスト的に有意な、本発明の実施例による流体焦点レンズが得られる。
【００２２】
さらに別の実施例では、側壁は、円筒以外の形状に形成される。例えば、側壁は、図7および8に示すように、長方形状に形成される。また、圧電素子は、1または2以上の圧電素子を有しても良い。さらに、図1〜6の実施例に関して示した各種実施例の特徴は、所与の流体焦点レンズへの適用のため、図7および8に示す実施例に、適正に適用することもできる。
【００２３】
図7では、流体焦点レンズ200は、流体チャンバ202を有し、このチャンバは、側壁204と、透明端部板206および208とを有する。流体チャンバ202は、さらに、光軸210を有し、この光軸は、側壁のほぼ長手方向に沿って設置され、チャンバを通って延伸する。圧電材料で構成された2以上の素子212-1、212-2は、チャンバ202の内側に設置される。参照符号214および216で示されている第1および第2の流体は、それぞれ、流体チャンバ202内に設置され、光軸210を横断して延伸するメニスカス218にわたって、相互に接触している。圧電素子212-1、212-2に所与の活性が与えられると、素子は、第1の寸法から第2の寸法に変化し、メニスカス218の形状は、参照符号220で示すように、別の形状に変化する。
【００２４】
図8では、流体焦点レンズ300は、流体チャンバ302を有し、このチャンバは、側壁304と、透明端部板306および308とを有する。流体チャンバ302は、さらに光軸310を有し、この光軸は、ほぼ側壁の長手方向に沿って設置され、チャンバを通って延伸する。圧電材料で構成された第1および第2の素子312-1、312-2は、チャンバ302の内側に設置される。この実施例では、第1および第2の素子312-1、312-2は、適当な活性化手段を用いて、独立に操作される。参照符号314および316で示された、第1および第2の流体は、それぞれ、流体チャンバ302内に配置され、光軸310を横断して延伸するメニスカス318にわたり、相互に接触している。圧電素子312-1、312-2に、独立して活性が与えられると、素子は、それぞれ、第1の寸法から第2の寸法に変化し、メニスカス318の形状は、実質的に維持されるが、メニスカス318は、素子312-1、312-2の寸法の変化によって定まる、所与の量だけ移動する（移動軸311に示されている）。図に示すように、素子312-1は、寸法が大きくなり、素子312-2は、寸法が小さくなる（例えば、素子312-1の寸法増加と実質的に等しい量だけ）。例えば、円筒状レンズの場合、その後レンズは、異なる方法で、形状が変化し、または同じ焦点強度等を維持したまま、横にずれる。
【００２５】
図9は、本発明の実施例による圧電流体焦点レンズ10を有する、画像捕獲装置100の概略断面ブロック図である。図1乃至8に関して示したものと同様の素子には、同様の参照符号が付されており、ここでは、これらの同様の素子の前の説明を利用することができる。装置は、合成可変焦点レンズ10を有し、このレンズは、円筒状側壁14と、剛性前方レンズ102と、剛性後方レンズ104とを有する。2つのレンズと円筒状側壁14によって取り囲まれた空間は、円筒状流体チャンバ12を形成する。流体チャンバ12は、第1および第2の流体24、26を保持する。2つの流体は、メニスカス36に沿って接している。前述のように、メニスカスは、圧電素子22への印加電圧に応じて、可変パワーのメニスカスレンズを形成する。別の実施例では、2つの流体24、26は、位置が交換される。
【００２６】
ある実施例では、前方レンズ102は、ポリカーボネートまたは環状オレフィンコポリマーのような、高屈折プラスチックの凸−凸レンズであり、正のパワーを有する。前方レンズの表面は、所望の初期要点特性を提供するように構成される。後方レンズ素子104は、COC（環状オレフィンコポリマー）のような、低分散プラスチックで構成され、一つの表面がフィールドフラットナーとして機能するように構成されたレンズ表面を有し、後方レンズ素子の他の表面は、平坦、球、または非球面であっても良い。レンズの前方には、眩光ストップ106および開口ストップ108が付与される。CMOSセンサ配列のようなピクセル化画像センサ110が、レンズの後方のセンサ面に設置される。
【００２７】
電子制御回路112は、画像信号の焦点制御処理により得られる焦点制御信号により、メニスカスレンズを駆動し、無限大と数cmの間の対象範囲が提供される。制御回路は、無限焦点が得られる低電圧レベルと、接近対象に焦点化する際の他の高電圧レベルの間で、印加電圧を制御する。レンズは、ゼロ以外の低い電圧が印加され、レンズが無限大で、対象上で焦点化されるように構成され（平行入射線）、許容可能な製造誤差内で、無限焦点化が可能となる。一方、ゼロ電圧が印加された際に、無限大で焦点化が生じるように、レンズが構成される場合、より厳しい製造誤差を適用する必要がある。
【００２８】
前方レンズ素子102は、管14を有する単一の本体部として形成されることが好ましく、この管は、内表面で圧電素子22を保持し、密閉ユニットを構成するため、後方レンズ104で密閉される。第2のレンズ素子104は、図9に示すように、拡張されても良く、レンズ素子104の平坦後方表面は、傾斜ミラー表面により置換され、傾斜角は、45゜であることが好ましく、これにより、画像センサ110を、レンズの下側に配置することが可能となり、レンズの寸法が減少する。また、流体チャンバ12には、拡張チャンバが備えられても良く、これにより、流体の熱膨張による体積変化を収容することができる。拡張チャンバは、流体チャンバの壁の一つの可撓性膜であっても良い。また、前方レンズ102および後方レンズ104の内表面は、保護層でコーティングされ、これにより、流体24および26とともにレンズを構成する材料の不適合性が回避される。また保護層は、抗反射特性を有しても良い。
【００２９】
図10は、本発明の別の実施例による圧電流体焦点レンズを有する、光走査装置の断面概略ブロック図である。図10には、本発明の実施例によるレンズを有する光走査装置からの素子を示す。装置は、光ディスク126からの記録および／または再生用のものであり、例えば、ジュアル層デジタルビデオ記録（DVR）ディスクである（例えば、K.  Schep，B.  Stek，R.  van  Woudenberg，M.  Blum，S.  Kobayashi，T.  Narahara，T.  Yamagami，H.  Ogawa，“22.5GBのDVRディスクのフォーマット記載および評価”，テクニカルダイジェスト、ISOM2000，千歳、日本、9月5-8日、2000年）。装置は、例えば、開口数が0.85の合成対物レンズと、剛性前方レンズ122と剛性後方レンズ124とを有し、これらは、例えば、国際公開第WO01／73775号に示されている。この装置では、現在走査されている情報層の面内のスポット128に、例えば、実質的に平行な光線からなり、所望の波長を有する、入射平行ビームが焦点化される。
【００３０】
ジュアル層DVRディスクでは、2つの情報層は、0.1mmと0.08ｍmの深さにある。従って、これらは、通常の場合、0.02mmだけ分離されている。一つの層から他の層への再焦点化の際、情報層の深さの差異のため、いくつかの好ましくない球面収差が生じ、これを補正する必要が生じる。この一つの方法は、機械的アクチュエータを用いて、例えば、比較的高価な平行化レンズを装置内で移動させることにより、入射ビームの広がり（vergence）を変化させることである。別の手法は、切り替え式の液晶セルを使用することであるが、これもまた高価である。
【００３１】
この実施例では、前述の図1乃至8に関して示したものと同様の、切り替え式の可変焦点レンズ10が使用される。装置は、電子制御回路130を有し、現在走査されている情報層に応じて、レンズ10の電極に、2つの選択された電圧の一つを印加する。ある構成では、0.08mmの深さの情報層の走査の間、比較的低い選定電圧が印加され、第1のメニスカス曲率半径が形成される。他の構成では、0.1mmの深さの情報層の走査の間、比較的高い選定電圧が印加され、平坦なメニスカス曲率が形成される。その結果、波面収差の二乗平均平方根値が低下する。レンズパワーの変化のみが必要であるため、メニスカス曲率の異なる組み合わせを用いても、同様の効果が得られることに留意する必要がある。また、2液体の屈折率をより近づけることにより、メニスカスの大きな移動を利用しで、レンズパワーの差異を得ることもできる。
【００３２】
前述の実施例は、一例として理解される必要がある。さらなる実施例も可能である。例えば、第1の流体は、絶縁液体ではなく、蒸気で構成されても良い。第2の流体は、第1の流体よりも低い表面張力を有する流体であっても良い。この場合、低電圧印加時のメニスカスの形状は、凸状になる。ある実施例に関して示されたいかなる特徴を、他の実施例に使用しても良いことを理解する必要がある。
【００３３】
従って、ある実施例では、圧電素子への第1の電位の印加に応答して、メニスカスは、第1の形状に特徴化されても良い。また、圧電素子への、第1の電位とは異なる、第2の電位の印加に応答して、メニスカスは、第1の形状とは異なる、第2の形状にに特徴化されても良い。ある実施例では、第1の形状は、第2の流体から見たとき、凹状形状を有し、第2の形状は、あまり凹状ではない形状を有する。
【００３４】
別の実施例では、第1の流体は、第2の流体に比べて、大きな屈折率を有する。また、可変焦点レンズは、合成レンズであり、さらに、正のレンズパワーを提供する、少なくとも一つの固定レンズ素子を有し、合成レンズは、メニスカスが第1の流体に対して凸状の際に、正のレンズパワーを有する。
【００３５】
本願に示した実施例による、可変焦点レンズを有する光学装置も考えられる。光学装置は、さらに、可変焦点レンズに対する焦点面を定める手段を有し、平行光線からなる放射線の入力、および圧電素子に印加されるゼロではない電位に応じて、放射線は、焦点面に焦点化される。さらに、本願に示した可変焦点レンズを有する、画像捕獲装置の実施例が考えられる。さらにまた別の、本願に示した各種実施例による可変焦点レンズを有する光記録担体を走査する、光走査装置の実施例が考えられる。
【００３６】
図11を参照すると、本発明の別の実施例による圧電流体焦点レンズ150は、図1の実施例に関して説明したものと同様に、流体チャンバ12と、側壁14と、透明端部板16および18と、光軸20とを有する。チャンバ12の内側には、圧電材料で構成された1または2以上の素子22が設置され、これはチャンバ12を通って、チャンバの一部に延在している。また、この実施例では、圧電材料は、片側、すなわちチャンバ12の端部板18に取り付けられる。
【００３７】
さらに、チャンバ12は、第1の流体24と、不混和性の第2の流体26とを有し、両者は、メニスカス28にわたって接触している。メニスカス28は、光軸20を横断して延伸する。メニスカス28の周囲30は、1または2以上の圧電素子22に関連する表面に固定設置される。この実施例では、表面は、1または2以上の中間素子152の表面を有する。1または2以上の中間素子152は、1または2以上の圧電素子22とメニスカス28の間に、物理的に設置される。
【００３８】
前述の実施例で示したように、圧電素子22は、適当な接続を介して、電源（図示されていない）に接続される。電源の変化、例えば電圧V1から電圧V2への変化により、圧電素子22の長さ34が変化する。これにより、1または2以上の中間素子152に力が加わり、メニスカスの周囲30が移動し、さらには、図11の28-1に示したように、メニスカスの形状が変化する。図を簡略化するため、図11の上側半分は、電圧V1でのメニスカス28の一部の形状を示し、図11の下側半分は、電圧V2でのメニスカス28-1の一部の形状を示していることに留意する必要がある。図11には、一つの中間素子のみが示されているが、複数の中間素子を用いた追加の配置も可能である。さらに、図11に示すような、1または2以上の中間素子を、図1乃至10の実施例に適用しても良い。これは、所与の光学的な適用に適する。
【００３９】
また、
光軸を有する流体チャンバと、
前記流体チャンバの一部内の、前記光軸の周囲に設置された1または2以上の圧電素子と、
前記流体チャンバの別の部分の内部に設置された第1および第2の流体であって、前記光軸を横断して延在するメニスカスにわたって相互に接触する、第1および第2の流体と、
を有する可変焦点レンズを作動させる方法であって、
前記メニスカスの周囲は、前記1または2以上の圧電素子に関連する表面に固定設置され、
前記第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有し、
当該方法は、
前記1または2以上の圧電素子に印加される電位を制御するステップであって、（i）前記メニスカスの形状、および（ii）前記メニスカスの移動のうちの1または2以上を変化させるステップを有することを特徴とする方法が提供される。電位を制御するステップは、電位を変化させて、第2の流体から見たとき、凹状のメニスカス形状を形成するステップを有しても良い。また電位を制御するステップは、電位を変化させて、第2の流体から見たとき、凸状のメニスカスを形成するステップを有しても良い。
【００４０】
以上のように、いくつかの一例としての実施例について詳しく示したが、一例としての実施例において、本発明の実施例の新たな技術および利点から実質的に逸脱しないで、多くの変更が可能であることは、当業者には容易に認識できる。例えば、本発明の実施例は、カメラ付き携帯電話、写真およびビデオカメラ、光学式ピックアップ装置、医療用機器、認証用途、自動車用途、ならびにLED照明のような照明用途など、流体レンズ用に適用することができる。さらにレンズは、円筒状以外の、所与の光学用途の要求仕様に適したいかなる光学素子の形状であっても良い。また、本発明の実施例では、光学素子を移動させる必要性が抑制されるため、例えば、耐久性、簡易性、速度およびコストのうちの1または2以上のような、多数の利点が提供される。また、本発明の実施例は、さらに、光学および機械の実績のある原理を使用しており、ロバスト性を有する。従って、全てのそのような変更は、特許請求の範囲に記載の本発明の実施例の範囲に含まれることを意図するものである。請求項において、ミーンズプラスファンクションの記載は、本願に記載の、示された機能を実施する構造を網羅することを意味し、構造等価物のみならず、等価構造を含む。
【００４１】
また、1または2以上の請求項において、括弧内に記されたいかなる参照符号も、請求項を限定するものと解してはならない。「有する」という用語は、請求項および明細書に総じて記載されたもの以外の素子またはステップの存在を排斥するものではない。素子の単数形の記載は、そのような素子の複数の存在を排斥するものではなく、逆もまた同様である。1または2以上の実施例は、いくつかの個別の素子を有するハードウェア手段で実施されても良く、および／または適当なプログラム化コンピュータにより実施されても良い。いくつかの手段を列挙した装置の請求項では、これらのいくつかの手段は、同一のハードウェアにより、具現化されても良い。単にある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているというだけで、これらの手段の組み合わせの利用が有意ではないと解してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例による圧電流体焦点レンズの概略断面図である。
【図２】本発明の実施例による第2の形状のメニスカスを示す、図1の流体焦点レンズの断面図である。
【図３】本発明の別の実施例による圧電流体焦点レンズの概略断面図である。
【図４】本発明の別の実施例による第2の形状のメニスカスを示す、図3の流体焦点レンズの断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例による圧電流体焦点レンズの概略断面図である。
【図６】本発明の別の実施例による第2の形状のメニスカスを示す、図5の流体焦点レンズの断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例による圧電流体焦点レンズの断面平面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例による圧電流体焦点レンズの断面平面図である。
【図９】本発明の実施例による圧電流体焦点レンズを有する画像捕獲装置の概略断面ブロック図である。
【図１０】本発明の別の実施例による圧電流体焦点レンズを有する光走査装置の概略断面ブロック図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施例による圧電流体焦点レンズの概略断面図である。
【図１】
2009519498.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009519498.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009519498.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を有する流体チャンバと、
前記流体チャンバの一部内の、前記光軸の周囲に設置された1または2以上の圧電素子と、
前記流体チャンバの別の部分に設置された第1および第2の流体であって、前記光軸を横断して延在するメニスカスにわたって相互に接触する、第1および第2の流体と、
を有する可変焦点レンズであって、
前記メニスカスの周囲は、前記1または2以上の圧電素子に関連する表面に固定設置され、
前記第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有し、
前記1または2以上の圧電素子への1または2以上の電位の印加に応答して、前記1または2以上の圧電素子は、（i）前記メニスカスの形状、および（ii）前記メニスカスの移動のうちの1または2以上を制御可能に変化させることを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記表面は、（i）前記1または2以上の圧電素子の表面、および（ii）1または2以上の中間素子の表面、の1または2以上を有し、
前記1または2以上の中間素子は、前記1または2以上の圧電素子と前記メニスカスの間に、物理的に配置されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記第1の流体は、絶縁流体を有し、
前記第2の流体は、導電性流体を有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記第1の流体は、蒸気を有し、
前記第2の流体は、導電性流体を有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
さらに前記圧電素子は、内側リングを有し、
前記メニスカスの周囲は、前記内側リングに固定配置され、
前記圧電素子は、前記チャンバの内表面に固定接続されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記前記圧電素子の寸法に変化が生じ、前記内側リングは、前記光軸と実質的に平行な方向に移動することを含むことを特徴とする請求項5に記載の可変焦点レンズ。
【請求項７】
さらに前記圧電素子は、内周表面と、外周表面とを有し、
前記メニスカスの周囲は、前記内周表面に固定配置され、
前記圧電素子の前記外周表面は、前記チャンバの内表面に固定接続されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項８】
さらに前記内周表面は、前記圧電素子の前方、中央および後方の表面を有し、
前記メニスカスの周囲は、前記圧電素子の前記前方、中央および後方の表面の一つに、固定配置されることを特徴とする請求項7に記載の可変焦点レンズ。
【請求項９】
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記光軸を横断する半径方向において、前記圧電素子の寸法に変化が生じることを特徴とする請求項7に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１０】
さらに前記圧電素子は、内表面と外表面とを有し、
前記内表面は、前方、中央および後方の表面を有し、
前記メニスカスの周囲は、前記内表面の前記前方、中央および後方の表面一つに、固定配置され、
前記圧電表面の前記外表面は、前記チャンバの内表面に固定接続され、
前記圧電素子への前記電位の印加により、前記光軸を横断する半径方向に、前記圧電素子の寸法に変化が生じることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１１】
前記第1の流体は、前記第2の流体よりも大きな屈折率を有し、
当該可変レンズは、合成レンズであり、さらに
正のレンズパワーを提供する、少なくとも一つの固定レンズ素子を有し、
前記合成レンズは、前記メニスカスが前記第1の流体に対して凸状のとき、正のレンズパワーを有することを特徴とする請求項1に記載の可変焦点レンズ。
【請求項１２】
請求項1に記載の可変焦点レンズを有する光学装置であって、さらに
前記可変焦点レンズに対する焦点面を定める手段を有し、
平行光線からなる放射線の入力、および前記圧電素子へのゼロではない電圧の印加に応答して、前記放射線は、前記焦点面に焦点化されることを特徴とする光学装置。
【請求項１３】
請求項1に記載の可変焦点レンズを有する画像捕獲装置。
【請求項１４】
請求項1に記載の可変焦点レンズを有する、光記録担体を走査する光走査装置。
【請求項１５】
光軸を有する流体チャンバと、
前記流体チャンバの一部内の、前記光軸の周囲に設置された1または2以上の圧電素子と、
前記流体チャンバの別の部分の内部に設置された第1および第2の流体であって、前記光軸を横断して延在するメニスカスにわたって相互に接触する、第1および第2の流体と、
を有する可変焦点レンズを作動させる方法であって、
前記メニスカスの周囲は、前記1または2以上の圧電素子に関連する表面に固定設置され、
前記第1および第2の流体は、実質的に不混和性であり、異なる屈折率を有し、
当該方法は、
前記1または2以上の圧電素子に印加される電位を制御するステップであって、（i）前記メニスカスの形状、および（ii）前記メニスカスの移動のうちの1または2以上を変化させるステップを有することを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2009519498.tif 000014
2009519498.tif 000015