(57)【要約】  放射ビームを変更するための光学装置であって、その装置は、第一の流体（Ａ）及び第二の流体（Ｂ）を含む可変焦点レンズ（１）並びに焦点制御系を含み、ここで流体は、不混和性であり、且つ、入力の放射ビーム（１５；３２；３３）の所定の発散収束度を変更するように配置される構成へと変更可能である流体のメニスカス（６；１０６；２０６；３０６）によって相互に分離される。光学装置は、その装置が、流体のメニスカスを一度通過してきた後に、放射ビームを流体のメニスカスへ向かって逆戻りに再度方向付けるように配置された第一のリダイレクタ及びメニスカスを二回通過してきた後に、放射ビームを流体のメニスカスに向かって逆戻りにさらに再度方向付けるように配置された第二のリダイレクタを含むことを特徴とし、ここでその構成は、再度の方向付けの各々の後に続く放射ビームの収束発散をさらに変更するように配置され、さらなる変更は、可変焦点レンズに、増幅された焦点屈折力を提供するように配置される。
2008538617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射ビームを変更するための光学装置であって、
該装置は、
ａ）第一の屈折率を有する第一の流体及び第二の異なる屈折率を有する第二の流体を含む可変焦点レンズを含み、該流体は、不混和性であり、且つ、入力の放射ビームの所定の収束発散を変更するように配置される構成へと変更可能である流体のメニスカスによって相互に分離され、それによって該構成が、該レンズの焦点屈折力を決定し、
該装置は、
ｂ）該流体のメニスカスの構成の変動によって該焦点屈折力を制御するように配置された焦点制御系
：を含む、光学装置において、
該光学装置は、該流体のメニスカスを一度通過してきた後に、該放射ビームを、該流体のメニスカスへ向かって逆戻りに再度方向付けるように配置された第一のリダイレクタ及び該メニスカスを二回通過してきた後に、該放射ビームを、該流体のメニスカスへ向かって逆戻りにさらに再度方向付けるように配置された第二のリダイレクタを含み、該構成は、該リダイレクタの各々の後に続く該放射ビームの収束発散をさらに変更するように配置され、該さらなる変更は、該可変焦点レンズに、増幅された焦点屈折力を提供するように配置されることを特徴とする、光学装置。
【請求項２】
前記流体のメニスカスの構成は、前記流体のメニスカスを通過する放射ビームを収束させるように配置される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記流体のメニスカスの構成は、前記流体のメニスカスを通過する放射ビームを発散させるように配置される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記装置は、前記光学装置を通過する放射ビームの偏光を変更して、前記第一のリダイレクタ及び前記第二のリダイレクタの少なくとも一つの動作を改善するように配置される、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記第一のリダイレクタは、前記放射ビームを前記流体のメニスカスに向かって反射させるように配置された第一のミラーである、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】
前記第一のミラーは、前記さらに再度方向付けられた放射ビームの少なくとも一部が、前記第一のミラーを照射しないように配置される形状を有する、請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第一のミラーは、前記さらに再度方向付けられたビームの少なくとも一部が前記第一のミラーを通過することを可能にするように配置され、且つ、前記第一のミラーは、前記第一のミラーを通じた前記さらに再度方向付けられたビームの通過を制御するように配置される、請求項５に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第二のリダイレクタは、前記放射ビームを前記流体のメニスカスに向かって反射させるように配置された第二のミラーである、請求項１乃至７のいずれかに記載の光学装置。
【請求項９】
前記第二のミラーは、前記入力の放射ビームの少なくとも一部が、前記第二のミラーを照射しないように配置される形状を有する、請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第二のミラーは、環状である、請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記第二のミラーは、前記入力の放射ビームの少なくとも一部が前記第二のミラーを通過することを可能にするように配置され、且つ、前記第二のミラーは、前記第二のミラーを通じた前記入力の放射ビームの通過を制御するために配置される、請求項８に記載の光学装置。
【請求項１２】
物体の像を取得するための像取得デバイスであって、
該デバイスは、物体の像を検出するための像検出系及び該物体の像を該像検出系へと集束させるように配置された光学系を含み、該光学系は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学装置を含む、像取得デバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学装置を含む光学ズームレンズ系。
【請求項１４】
光学記録担体を走査するための光学走査デバイスであって、
該デバイスは、
ａ）放射ビームを放出するための放射源系；
ｂ）光学記録担体から引き出された情報を担持する放射ビームを検出するための検出系；及び
ｃ）光学記録担体に該放出された放射ビームを集束させるための且つ該記録担体に集束せられてしまった後に該放出された放射ビームを該検出系へと集束させるための光学系
：を含み、
該光学系は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学装置を含む、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射ビームを変更するための光学装置に、特に、可変焦点レンズに、増幅された焦点屈折力を提供するための光学装置に、関する。
【背景技術】
【０００２】
可変焦点レンズは、先行技術において知られたものである。例えば、国際公開第０３／０６９３８０号パンフレット（特許文献１）は、流体のメニスカスによって相互に分離された二つの不混和性の流体を含む可変焦点レンズを開示する。各々の流体は、異なる屈折率を有し、且つ、メニスカスは、メニスカスを通過する放射ビームについてのレンズとして作用する。レンズの焦点屈折力を変動させるためには、エレクトロウェッティング力が、メニスカスの曲率を変動させるために、使用される。レンズは、最大の焦点屈折力と最小の屈折力との間における、ある範囲の異なる焦点屈折力を提供する。
【０００３】
上述したもののような、可変焦点レンズは、数多くの用途、例えば、カメラ及びコンパクト・ディスク（ＣＤ）若しくは従来のディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）のような光学記録担体を走査するためのデバイスに使用されることがある。いくつかのこのような用途において、利用可能な屈折力の範囲は、狭すぎるものであり、且つ、その用途の全体的な性能を制限する傾向がある。
【０００４】
メニスカスの曲率を変動させるためのエレクトロウェッティング力を利用する可変焦点レンズは、電圧がレンズの流体へ印加されることを要求する。印加された電圧は、相対的に大きいものであることがあり、異なる焦点屈折力の間における切り替えを相対的に遅いものにする。これは、特定の用途についての可変焦点レンズの性能を妨げることがある。
【特許文献１】国際公開第０３／０６９３８０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】
【０００５】
本発明の目的は、増幅された焦点屈折力を有する可変焦点レンズを含む光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様に従って、提供されるものは、放射ビームを変更するための光学装置であり、前記の装置は、
ａ）第一の屈折率を有する第一の流体（Ａ）及び第二の、異なる、屈折率を有する第二の流体（Ｂ）を含む可変焦点レンズを含み、ここで、前記の流体は、不混和性であり、且つ、入力の放射ビームの所定の収束発散を変更するように配置される構成へと変更可能である流体のメニスカスによって相互に分離され、それによって、前記の構成が、前記のレンズの焦点屈折力を決定し、且つ、
前記の装置は、
ｂ）前記の流体のメニスカスの構成の変動によって前記の焦点屈折力を制御するように配置された焦点制御系
：を含む、装置において、
光学装置は、前記の流体のメニスカスを一度通過してきた後に、前記の放射ビームを、前記の流体のメニスカスへ向かって逆戻りに再度方向付けるように配置された第一のリダイレクタ及び前記のメニスカスを二回通過してきた後に、前記の放射ビームを、前記の流体のメニスカスへ向かって逆戻りにさらに再度方向付けるように配置された第二のリダイレクタを含み、ここで、前記の構成は、前記のリダイレクタの各々の後に続く前記の放射ビームの収束発散をさらに変更するように配置され、前記のさらなる変更は、前記の可変焦点レンズに、増幅された焦点屈折力を提供するように配置されるという点で特徴付けられる、装置である。
【０００７】
流体のメニスカスの構成は、メニスカスを通じた第一の通過をなすとき、どのように放射ビームの収束発散が変更されるかを決定する。第一の及び第二のリダイレクタによるこの変更されたビームの再度の方向付けは、ビームが、流体のメニスカスを通じた第二の及び第三の通過をなすことを引き起こし、ビームの収束発散のさらなる変更に帰着する。その構成は、どのようにビームの収束発散がさらに変更されるかをもまた決定する。
【０００８】
レンズの焦点屈折力は、収束発散の変更の程度によって決定される。本発明に従って、ビームを、少なくとも第二の及び第三の時間に、メニスカスを通過させることによって、受けたさらなる変更は、レンズによって提供された焦点屈折力の増幅を提供する。
【０００９】
流体のメニスカスの構成の変動は、増幅された焦点屈折力を含む、可変焦点レンズの焦点屈折力を変動させる。レンズの焦点屈折力における相対的に大きい変化は、先行技術の系との比較において、メニスカスの構成における相対的に小さい変化をなすことによって、得られることがある。
【００１０】
国際公開第２００４／１０２２５１号パンフレットは、流体のメニスカスの構成が、エレクトロウェッティング力を使用することで、変動させられる、調節可能なミラーを開示する。調節可能なミラーの機能は、メニスカスのレンズの機能との組み合わせで、反射性の表面によって提供される。
【００１１】
本発明に従って、メニスカスの構成は、レンズの流体にわたる電圧の印加を伴う、エレクトロウェッティング力によって制御されることがある。レンズの焦点屈折力が、増幅された焦点屈折力であると、先行技術の系についてのものよりも小さい印加電圧が、所望の焦点屈折力を得るために、要求される。さらに、異なるメニスカスの構成の間で切り替えるとき、所望の焦点屈折力の変化を得るために要求された電圧の変化は、先行技術との比較において、相対的に小さいものである。これは、レンズの焦点屈折力の急速な切り替えを提供する。
【００１２】
流体のメニスカスを通じた一度のみの放射ビームの通過は、ビームへの色収差の導入に至ることがある。ビームを、それが、メニスカスを通じたさらなる通過をなすように再度方向付けることによって、導入された色収差の量が、低減される。これは、最小限の色収差を有するビームを要求する用途に有益なことである。
【００１３】
好ましくは、光学装置は、前記の光学装置を通過する放射ビームの偏光を変更して、前記の第一の及び前記の第二のリダイレクタの少なくとも一つの動作を改善するように配置される。
【００１４】
第一の及び第二のリダイレクタ、並びにリダイレクタと協働する光学素子は、放射ビームの偏光を変更するように構築されることがある。これは、所望の様式で制御されるものである光学装置を通じた放射ビームの通過を可能にする。
【００１５】
好ましくは、第一のリダイレクタは、前記の流体のメニスカスへ向かって前記の放射ビームを反射させるように配置された第一のミラーである。
【００１６】
第一のリダイレクタが、第一のミラーであるとき、メニスカスを一度通過してきた、入力の放射ビームは、流体のメニスカスに向かって及びその流体のメニスカスを通じて逆戻りに反射させられる。メニスカスを通じて再度通過することによって、収束発散は、さらに変更させられ、且つ、焦点屈折力は、増幅される。
【００１７】
第二のリダイレクタが、前記流体のメニスカスを通じて前記の放射ビームを反射させるように配置された第二のミラーであることは、好適なことである。
【００１８】
第二のリダイレクタが、第二のミラーであるとき、放射ビームは、第一のミラーによって反射させられてしまった後で、さらに反射させられて、流体のメニスカスを通じた、その上さらなる通過をなすことがある。
【００１９】
このその上さらなる通過の間に、メニスカスは、その上さらに収束発散を変更し、それは、その上さらに、レンズの焦点屈折力を増幅する。増幅された焦点屈折力は、より効率的な焦点屈折力の切り替えが提供されることを可能にする。流体のメニスカスの構成が、エレクトロウェッティング力によって決定される場合には、特定の焦点屈折力について要求された印加電圧が、さらに低減される。
【００２０】
本発明の光学装置は、可変焦点レンズが、大きい範囲の焦点屈折力及び焦点屈折力の効率的な且つ急速な切り替えを提供することを要求される用途内に、都合良く組み込まれることがある。
【００２１】
本発明の第二の態様に従って、提供されるものは、物体の像を取得するための像取得デバイスであり、前記のデバイスは、物体の像を検出するための像検出系及び前記の像検出系へと物体の像を集束させるように配置された光学系を含み、ここで、前記の光学系は、本発明に従った光学装置を含む。
【００２２】
本発明の第三の態様において、提供されるものは、本発明に従った光学装置を含む光学ズームレンズ系である。
【００２３】
本発明の第四の態様は、光学記録担体を走査するための光学走査デバイスを提供し、前記デバイスは、
ａ）放射ビームを放出するための放射原系；
ｂ）光学記録担体から引き出された情報を担持する放射ビームを検出するための検出系；及び
ｃ）光学記録担体に前記の放出された放射ビームを集束させるための且つ前記の記録担体に集束させられてしまった後に、前記の放出された放射ビームを、前記の検出系へと集束させるための光学系
：を含み、ここで、前記の光学系は、本発明に従った光学装置を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明のさらなる特徴及び利点は、付随する図面を参照してなされる、ほんの一例として与えられた、後に続く本発明の好適な実施形態の記載から明らかなものになると思われる。
【００２５】
図１及び２は、先行技術に従った可変焦点レンズ１を、すなわち、国際公開第０３／０６９３８０号パンフレットに開示されたものを、概略的に示す。
【００２６】
可変焦点レンズ１は、流体チャンバー５を形成するための透明な前方の素子３及び透明な後方の素子４によって密閉される円筒形の第一の電極２を含む。
【００２７】
流体チャンバー５は、シリコーン油又はアルカンのような、電気絶縁性の第一の液体Ａ、及び、塩の溶液を含有する水のような、電気伝導性の第二の液体Ｂである二つの非混和性の流体を含有する。二つの液体は、示すようにレンズ１の光軸ＯＡのまわりに回転対称である非球面の曲率を有する構成を有する流体のメニスカス６によって相互に分離される。二つの液体は、好ましくは、メニスカス６の構成が可変レンズ１の位置づけと独立に制御されることがあるように等しい密度を有するように配置される。第一の液体Ａは、第一の屈折率を有し、且つ、第二の液体Ｂは、第二の異なる、屈折率を有する。
【００２８】
第二の電極７は、環状であり、且つ、液体チャンバー５の一方の端に、この事例では後方の素子４に隣接して、配置される。第二の電極７は、電極が第二の流体Ｂに作用するように、液体チャンバー５における少なくとも一つの部分に配置される。
【００２９】
メニスカス６の構成は、レンズ１によって提供された焦点屈折力を決定する。焦点制御系８は、この構成の変動によって焦点屈折力を制御するように配置される。制御系８は、第一の及び第二の電極２，７へ電気的に接続され、且つ、第一の及び第二の電極２，７にわたって印加された電圧Ｖを変動させることによって構成を変動させる。メニスカスのエレクトロウェッティング力のおかげで、第二の流体Ｂによる、第一の電極２の流体接触層９の濡れ性は、制御系８によって電圧Ｖの印加の下で、変動する。これは、三つの相線（流体接触層９と二つの液体Ａ及びＢとの間における接触の線）でメニスカス６の接触角αを変化させる。
【００３０】
図１は、前方の素子３から眺めたとき、凸の曲率を有する構成を備えたメニスカス６を示し、その曲率は、印加電圧Ｖによって得られる。レンズ１は、入力の経路ＩＰ及び出力の経路ＯＰを有し、それら経路は、相互に分離され、且つ、それら経路は、光軸ＯＡと一致したものである。放射ビーム１０は、入力の経路ＩＰに沿ってレンズ１へと進み、且つ、所定の収束発散を有する。ビームは、光軸ＯＡに沿って進み、メニスカス６が、制御系８によって構成されてしまうと共に、メニスカス６は、放射ビームの収束発散を変更する。変更されたビームは、出力の経路ＯＰに沿ってレンズ１の外に進む。
【００３１】
図２は、異なる構成を有するメニスカス６を示し、その構成は、凸の曲率であり、且つ、その構成は、低減された接触角αに対応する。制御系８は、この構成を得るためには、異なる電圧Ｖを印加し、且つ、レンズ１を通過する放射ビームの収束発散は、異なって変更される。
【００３２】
可変焦点レンズのさらなる特徴及び要素を、国際公開第０３／０６９３８０号パンフレットに従って記載するが、それらの内容は、ここでは参照によって組み込まれる。
【００３３】
図３及び５は、記載した先行技術の光学装置の動作との比較において、所定の収束発散を有する放射ビーム１５についての本発明の光学装置の動作の原理を図示する。
【００３４】
図３は、図１及び２を使用して、記載した先行技術に従った可変焦点レンズの動作を示す。メニスカス６は、前方の素子３から眺めたとき、凸の曲率を備えた構成を有し、且つ、第一の及び第二の流体Ａ，Ｂは、メニスカス６を通過する放射ビームの収束発散が、メニスカス６によって収束させられて正の焦点屈折力を提供するように屈折率を有する。
【００３５】
焦点屈折力は、レンズの焦点距離によって測定されることがある。図３は、先行技術の可変焦点レンズの焦点距離Ｆ１を概略的に図示する。放射ビーム１５は、周辺の放射線によって図示するように、光軸ＯＡに沿って、及び、焦点１６にビームを集束させる、メニスカス６を通じて、通過する。焦点距離Ｆ１は、メニスカス６から焦点１６まで光軸ＯＡに沿って取られる。
【００３６】
図４は、相対的に厚いレンズによって提供された焦点距離ＦＴがどのように定義されるかを概略的に示す。
【００３７】
入力の放射ビームの周辺の光線Ｒｍは、光軸ＯＡにおける焦点１９まで相対的に厚いレンズＬＴによって屈折させられる。交点Ｐから焦点１９までの光軸ＯＡに沿った距離は、厚いレンズＬＴの焦点距離ＦＴである。交点Ｐは、レンズＬＴによって屈折させられることなく延長させられたとすれば、周辺の光線Ｒｍの入力の経路と、レンズＬＴによって屈折されることなくレンズＬＴへ逆戻りに延長されたとすれば、周辺の光線Ｒｍの出力の経路と、の間の交差にある。
【００３８】
図５は、図１、２及び３を使用して記載した先行技術の可変焦点レンズに従った可変焦点レンズを含む本発明に従った光学装置を概略的に示す。
【００３９】
この実施形態のレンズの特徴及び要素は、先に記載した特徴に類似したものであり、且つ、１００だけ増加した、同じ符号を使用して、参照される；対応する記載は、ここでもまた当てはまると解釈されるべきである。
【００４０】
本発明に従って、光学装置は、メニスカス１０６を一度通過してきた後に、放射ビームを、メニスカス１０６に向かって逆戻りに、再度方向付けるように配置される第一のリダイレクタを含む。その装置は、メニスカス１０６を二回通過してきた後に、放射ビームを、メニスカス１０６に向かって逆戻りに、さらに再度方向付けるように配置される第二のリダイレクタをさらに含む。メニスカスの構成は、再度の方向付けの各々を後に続く放射ビームの収束発散をさらに変更するように配置され、且つ、さらなる変更は、可変焦点レンズに、増幅された焦点屈折力を提供するように配置される。
【００４１】
以下に記載するものである本発明の実施形態において、第一のリダイレクタは、放射ビームを流体のメニスカス１０６に向かって反射させるように配置された第一のミラーであり、且つ、第二のリダイレクタは、流体のメニスカス１０６に向かって放射ビームを反射させるように配置された第二のミラーである。第一の及び第二のミラーは、光軸ＯＡに位置させられ、且つ、各々は、反射性の表面１４，１７を有する。
【００４２】
図５は、概略的であり、且つ、図示の明瞭さのために、第一の及び第二のミラーの反射性の表面１４，１７のみを示す。第一の及び第二の反射性の表面１４，１７は、平面の且つ光軸ＯＡに垂直なものであり、それら表面は、各々、メニスカス１０６に向かって面する。
【００４３】
図５は、光学装置の動作の原理を概略的に示す。本発明の光学装置の三つは、個々の光軸が相互に一致したものであるように、相互に隣接して示される。左手の光学装置として示された、第一の光学装置の第一の反射性の表面１４は、中央の光学装置として示される、第二の光学装置の第一の反射性の表面１４と一致したものであるように示される。第二の装置の第二の反射性の表面１７は、右手の光学装置として示される、第三の光学装置の第二の反射性の表面１７と一致したものであるように示される。
【００４４】
メニスカス１０６は、前方の素子１０３から眺めたとき、凸の曲率を備えた構成を有し、且つ、第一の及び第二の流体Ａ，Ｂは、メニスカス１０６を通過する放射ビームの収束発散が、メニスカス１０６によって収束させられて正の焦点屈折力を提供するように、屈折率を有する。異なる実施形態においては、メニスカスは、放射ビームを発散させて、負の焦点屈折力を提供する。
【００４５】
図に示された第二の及び第三の光学装置が、仮想的な装置であることは、理解されることであり、それら装置は、装置を通じたビームの通過を示すために、それが、反射性の表面のまわりに実質的に折り曲げられてないものであったとした場合の光学装置を示すように図示される。
【００４６】
動作中に、放射ビームは、入力の経路ＩＰに沿って及び流体のメニスカス１０６を通じて通過してきた後に、第一のミラーによって反射させられて、メニスカス１０６を通じたさらなる通過をなす。メニスカスの構成は、放射ビームの収束発散をさらに変更するように、配置される。第二のミラーは、ビームの収束発散をその上さらに変更するメニスカス１０６を通じたその上さらなる通過をなすために、放射ビームをさらに反射させる。この例においては、メニスカス１０６は、放射ビームを焦点１８に収束する。
【００４７】
図５は、本発明に従った光学装置の焦点距離Ｆ２を概略的に図示する。焦点距離Ｆ２は、図４を使用して図示された、相対的に厚いレンズによって提供された焦点距離の定義に従ったものである。焦点距離Ｆ２は、交点２０から焦点１８まで光軸ＯＡに平行な方向に取られる。交点２０は、メニスカス１０６によって屈折させられることなく延長された場合のビーム１５の入力の経路とメニスカス１０６による屈折無しで装置へと逆戻りに延長された場合のビーム１５の出力の経路との間の交差にある。メニスカス１０６による放射ビームのさらなる変更は、可変焦点レンズに、増幅された焦点屈折力を提供し、且つ、これは、本発明によって提供された焦点距離Ｆ２が先行技術によって提供された焦点距離Ｆ１未満であること引き起こす。
【００４８】
図３及び５を使用して記載した光学装置については、第一の流体Ａは、ｎＡ＝１．３５の屈折率を有し、且つ、第二の流体Ｂは、ｎＢ＝１．５の屈折率を有する。流体チャンバー１０５における二つの流体Ａ及びＢの間に形成されたメニスカスの半径ｒは、２ｍｍである。先行技術に従った焦点距離Ｆ１は、１３．３３ｍｍであり、且つ、本発明に従った、焦点距離Ｆ２は、４．９７ｍｍである。
【００４９】
光軸ＯＡに沿った、第一の流体Ａの及び第二の流体Ｂの厚さは、焦点可変レンズの焦点距離を変更する。この例においては、流体Ａの厚さは、１ｍｍであり、且つ、第二の流体Ｂの厚さは、０．５ｍｍである。二つの流体Ａ，Ｂの厚さが、光学装置の焦点距離Ｆとの比較において、小さいものであるとき、先行技術に従った、レンズの焦点距離Ｆ１は、おおよそ、関係式１：
【００５０】
【数１】
2008538617.tif 000003
に従ったものである。
【００５１】
本発明に従って提供された、レンズの焦点距離Ｆ２は、おおよそ、関係式２：
【００５２】
【数２】
2008538617.tif 000004
に従ったものである。
【００５３】
関係式１及び２を使用することで、先行技術及び本発明に従った焦点距離Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ、おおよそ１３．３３ｍｍ及び４．４４ｍｍであることが、計算される。
【００５４】
第二の流体Ｂの厚さが、先に記載したものを超えるものである、さらなる実施形態において、その厚さは、光学装置によって提供された焦点距離をさらに変更する。
【００５５】
流体のメニスカス１０６が、メニスカス１０６を通過する放射ビームを収束させる凸の曲率を有することを、記載してきた。あるいは、流体のメニスカス１０６は、メニスカス１０６を通過する放射ビームを発散させるように構成されることがある。このような実施形態においては、可変焦点レンズの焦点屈折力は、また、先行技術との比較において、増幅される。収束発散の変更は、第一の及び第二の流体Ａ，Ｂの屈折率によって、並びに、印加電圧Ｖによって、決定される。メニスカス１０６は、凹の曲率又は平面の構成を有するように、制御系によって変更可能であることがある。流体の屈折率及び／又は流体の材料は、記載したものと異なるものであることがある。
【００５６】
図６は、水平な軸Ｘ１にプロットされた、焦点屈折力のある一定の量の変化を得るために取られた時間（ｔ）に対する、垂直な軸Ｙ１にプロットされた、焦点屈折力の変化の量（ΔＦＰ）の間の関係式を概略的に示す。第一の関係式Ｒ１は、先行技術の可変焦点レンズに対応し、且つ、第二の関係式Ｒ２は、本発明に従った光学装置に対応する。軸Ｙ１，Ｘ１における単位は、任意である。
【００５７】
第二の関係式Ｒ２は、第一の関係式Ｒ１と比較したとき、焦点屈折力のある一定の変化を提供するために本発明の装置について取られた時間の量が、一般に、焦点屈折力の同じ変化を提供するために先行技術の可変焦点レンズについて取られた時間の量よりも少ないものであることを示す。
【００５８】
図７は、水平な軸Ｘ２にプロットされた、焦点屈折力のある一定の量の変化を達成するために要求された電圧（Ｖ）に対して、垂直な軸Ｙ２にプロットされた、焦点屈折力の変化の量（ΔＦＰ）の関係を概略的に示す。第三の関係Ｒ３は、先行技術の可変焦点レンズに対応し、且つ、第四の関係Ｒ４は、本発明に従った光学装置に対応する。軸Ｙ２，Ｘ２における単位は、任意である。
【００５９】
第四の関係Ｒ４は、第三の関係Ｒ３と比較されたとき、焦点屈折力のある一定の変化を提供するために本発明の装置について要求された電圧の量が、一般に、焦点屈折力の同じ変化を提供するために先行技術の可変焦点レンズについて要求された電圧の量よりも少ないものであることを示す。
【００６０】
図８は、本発明の実施形態に従った光学装置を概略的に示す。この実施形態の特徴及び要素は、先に記載した特徴に類似したものであり、且つ、２００だけ増加した、類似の符号を、使用することにする。対応する記載は、ここでもまた当てはまると解釈されるべきである。
【００６１】
この実施形態において、流体のメニスカス２０６の構成は、放射ビームを収束させる。光学装置は、第一の四分の一波長板２２、偏光依存性のミラー２４である、第一のミラー、第二の四分の一波長板２６、及び、部分的に透過性のミラー２８である、第二のミラーを含む。第二の四分の一波長板２６は、後方の素子２０４と偏光依存性のミラー２４との間にある。偏光依存性のミラー２４の反射性の表面２１７は、例えば、３ＭＴＭによって生産されたもののような二重輝度向上フィルム（Dual  Brightness  Enhancement  Film）（ＤＢＥＦ）の反射性のコーティングを含む。
【００６２】
光軸ＯＡに沿って通過する、且つ、入力の経路ＩＰを通過してきた直後の、放射ビーム３２は、第一の四分の一波長板２２によって、円偏光、例えば、右回りの円偏光へ変更させられる第一の方向を備えた直線偏光を有する。部分的に透過性のミラー２８は、放射ビーム３２の少なくとも一部が部分的に透過性のミラー２８を通過することを、可能にするように配置される。放射ビーム３２は、流体のメニスカス２０６を通過し、且つ、第二の四分の一波長板２６は、右回りの円偏光を、偏光の第一の方向に対して垂直である、第二の方向における直線偏光へ変更する。放射ビーム３２は、第一の反射性の表面２１４によって反射させられ、且つ、第二の方向における偏光を右回りの円偏光へ変更する第二の四分の一波長板２６を通過する。次に、放射ビーム３２は、流体のメニスカス２０６を通じた第二の通過をなし、且つ、メニスカス２０６に向かって部分的に透過性のミラー２８によって逆戻りに反射させられて、メニスカス２０６を通じた第三の通過をなす。部分的に透過性のミラー２８によるビームの反射は、右回りの円偏光を、左回りの円偏光へ変更し、その円偏光を、次に第二の四分の一波長板２６が、第一の方向における偏光へ変更する。偏光依存性のミラー２４の表面２１４は、さらに反射させられた放射ビームの少なくとも一部が、偏光依存性のミラー２４を通じて且つ出力の経路ＯＰに沿って通過することを可能にするように、配置される。
【００６３】
さらなる実施形態において、第一の及び第二の流体Ａ、Ｂは、流体のメニスカス２０６が部分的に透過性のミラーとして作用することを引き起こす材料を含むことがある。このような実施形態においては、第一のミラーは、要求されない。
【００６４】
上に記載した実施形態において、偏光依存性のミラー２４は、ある一定の偏光を備えた放射を選択することによって、偏光依存性のミラーを通じたさらに反射させられたビームの通過を制御するように、配置され、且つ、部分的に透過性のミラー２８は、放射のある一定の部分が、部分的に透過性のミラーを通過することを可能にすることによって、部分的に透過性のミラー２８を通じた入力の放射ビームの通過を制御するように配置される。さらなる実施形態においては、偏光依存性のミラー及び部分的に透過性のミラーは、記載したものと異なるものであることがある。
【００６５】
図９は、本発明の異なる実施形態に従った光学装置を概略的に示し、ここで、その装置は、反射屈折の系の形態にある。実施形態の特徴及び要素は、先に記載した特徴と類似するものであり、且つ、３００だけ増加した、類似の符号を、使用することにする。対応する記載は、ここでもまた当てはまると解釈されるべきである。
【００６６】
この実施形態においては、流体のメニスカス３０６の構成は、前方の素子３０３から眺めたとき、凸の曲率であり、且つ、放射ビームを発散させる。第二のミラーは、入力の放射ビームの少なくとも一部が、入力の経路ＩＰに沿って通過してきた直後に、第二のミラーを照射しないように配置される形状を有し、その第二のミラーは、この実施形態においては、メニスカス３０６に面する平面の反射性の表面３１７を有する環状のミラー３４である。環状のミラー３４は、透明であり且つチャンバー５の光軸ＯＡに垂直な半径未満である光軸ＯＡに垂直な半径を有する、内側の開口３６を有する。第一のミラー３７は、放射ビームの少なくとも一部が、第二のミラー３４によって反射させられてしまった後に、第一のミラー３７を照射しないように配置される形状を有する。第一のミラー３７は、円筒形の流体チャンバー５の光軸ＯＡに垂直な半径未満である光軸ＯＡに垂直な半径を有する。この例において、第一のミラー３７は、前方の素子３０３に隣接して光軸ＯＡに位置させられ、且つ、第二のミラー３４は、後方の素子３０４に隣接して光軸ＯＡに位置させられる。
【００６７】
光軸ＯＡに沿って通過する、且つ、入力の経路ＩＰに沿って通過してきて直ちに、放射ビーム３３は、内側の開口３６を通じて、且つ、流体のメニスカス３０６を通じて、通過する。この実施形態において、可変焦点レンズは、放射ビームが、内側の開口３６を通過してきた後に、メニスカス３０６に到達する前に、後方の素子３０４及び第二の流体Ｂを通過するように、先の実施形態について記載したものと異なる位置づけを有する。放射ビーム３３は、前方の素子３０３を通過し、且つ、第一の反射性の表面３１４によって流体のメニスカス３０６を通じて逆戻りに反射させられる。ビームの一部は、第二の反射性の表面３１７によってメニスカス３０６を通じて逆戻りにさらに反射させられ、且つ、第一のミラー３７の周辺の縁３８の側へ進む。出力のビームは、出力の経路ＯＰまわりに芯出しされる環状の強度の断面を有する。
【００６８】
さらなる実施形態においては、放射ビームは、入力の放射ビームの一部が、周辺の縁３８を通過するように、先の実施形態について記載したものと反対の方向で装置を通過することがあり、且つ、後に続く反射及びさらなる反射は、内側の開口３６を通じて装置から出力される。
【００６９】
その上さらなる実施形態において、図９を使用して記載した装置の第一のミラーは、代わりに、環状のミラー３４の半径未満である光軸ＯＡから垂直な半径を有する外側の周辺部を備えたさらなる環状のミラーであることがある。メニスカスは、さらなる環状のミラーが、さらなる反射のために環状のミラー３４へと放射ビームを反射させるように、開口３６を通過してきた、入力の放射ビームを発散させて、さらなる環状のミラーの外側の周辺部を過ぎたビームを出力する。
【００７０】
さらなる実施形態において、装置は、先の実施形態について記載したものと類似するものであることがあるが、しかし、放射ビームは、入力の放射ビームの少なくとも一部が、代わりに、さらなる環状のミラーの外側の周辺部を通過し且つ環状のミラーによって反射させられ、さらなる環状のミラーによってさらに反射させられ且つ内側の開口３６を通じて出力することよりも先にメニスカスによって収束させられるように、反対の方向に進む。
【００７１】
第一の及び第二のミラーの両方が環状のものである、その上さらなる実施形態において、放射ビームは、第二のミラーの開口を通過し、且つ、メニスカスによって発散させられてきたものは、第一のミラーの反射性の表面によって反射させられて、メニスカスを通じたさらなる通過をなす。次に、第二のミラーの反射性の表面は、放射ビームを、ビームが第一のミラーの中央の開口を通じて且つ装置の外へ通過するように再度方向付けられるように、さらに反射させる。この方式で装置を通じたビームの通過を制御するためには、第一の及び／又は第二のミラーの反射性の表面は、平面のものでないことがあり、湾曲したものであることがある。
【００７２】
図１０は、像取得デバイス、例えばカメラ、を概略的に示す。デバイスは、通過する物体の像を担持する放射ビームについての光軸ＯＡを有する。デバイスは、図８を使用して先に記載したものに従った光学装置４８、５０の二つを含むズームレンズ系を有する光学系を有する。各々の流体のメニスカスは、相互の組み合わせで、放射ビームによって担持された像へズーム因子を導入する構成を有する。光学系は、また、物体の像を検出するための像検出系４６へ、ズームされた像を集束させるための対物系４４を有する。光学系は、放射ビームを変更するレンズ５１を、ビームが検出系４６に正しく集束させられることを保証するために、さらに含む。代わりの像取得デバイスにおいて、二つの光学装置の各々が、図９を使用して先に記載した装置に従ったものである。
【００７３】
光学装置は、図１０を参照して記載したものと異なるものであるズームレンズ系内に含まれることがある。一つの例は、ズームレンズ系を通過する放射ビームに作用するように配置される一部を有する波面変更子を含む少なくとも一つの切り替え可能な光学素子を含むズームレンズ系である。切り替え可能な素子は、また、第一の流体及び第二の流体を含む。第一の及び第二の流体は、相互に異なる屈折率を有し、且つ、相互に不混和性である。切り替え可能な素子は、第一のモード及び第二のモードを有する。第一のモードにおいて、切り替え可能な素子は、第一の流体が波面変更子の部分を覆う、流体の構成を有し、且つ、第二のモードにおいて、切り替え可能な素子は、第二の流体が代わりに波面変更子の部分を覆う、異なる流体の構成を有する。切り替え可能な素子を、例えば第一の及び第二の流体の少なくとも一つに電圧を印加することがある、切り替え系を使用することで、第一の及び第二のモードの間で切り替えることができる。切り替え可能な素子は、ズームレンズ系を通過する放射ビームへとズーム因子を導入する。素子が第一のモードにあるとき導入されるズーム因子は、その素子が第二のモードにあるとき導入されるズーム因子と異なるものである。
【００７４】
図１１は、情報層５４を有する光学記録担体５２を走査するための光学走査デバイスを概略的に示す。デバイスは、光軸ＯＡに沿って所定の波長の放射ビームを放出するための放射源系５６を有する。放射ビームは、光学系によって情報層５４に集束させられ、その光学系は、図８を使用して先に記載した装置に従った光学装置５８及び第一の対物系５３を含む。集束させられた放射ビームは、情報層５４によって反射させられ、且つ、ビームスプリッター６２は、情報層５４から引き出された情報を担持する放射ビームを、放射ビームを検出するように配置される検出系６４へ放射ビームを集束させる光学系の第二の対物系６３へ、方向付ける。
【００７５】
代わりの光学走査デバイスにおいて、光学装置は、代わりに、図９を使用して先に記載した装置に従ったものである。
【００７６】
上の実施形態は、本発明の実例となる例として理解されるものである。本発明のさらなる実施形態が、予見される。例えば、記載した光学素子の仕様は、異なるものであることがある。第一の又は第二のミラーの反射性の表面は、平面のものでないことがあり、凹の、凸の、又はこれらの組み合わせであることがあり、且つ、また、光軸に関して異なって位置づけされることがある。さらには、第一のミラー又は第二のミラーは、記載したものと異なる形状を有することがあり、又は、反射性の表面を形成するために使用された材料は、異なるものであることがある。
【００７７】
メニスカスが放射ビームを収束させる、実施形態を記載してきた。このような実施形態においては、メニスカスは、代わりに、放射ビームを発散させるように構成されることがある。メニスカスが放射ビームを発散させる、記載した実施形態においては、メニスカスは、代わりに、放射ビームを収束させるように構成されることがある。回転対称な構成を備えたメニスカスを記載してきた。メニスカスは、光軸のまわりに回転非対称である構成に構成されることがある。
【００７８】
記載した実施形態の各々について、入力の経路に沿って通過する放射ビームは、コリメートされた収束発散である所定の収束発散を有する。入力のビームは、代わりに、収束性のもの又は発散性のものであることがある。
【００７９】
装置を通じたビームの通過の制御を提供する、偏光を備えたビームの使用がなされる、実施形態を記載してきた。これは、リダイレクタの動作を改善する。装置は、記載したものに対して異なる偏光を有する放射ビームで動作することがあり、且つ、ビームの偏光を異なって変更するように配置されることがある。
【００８０】
先に記載した実施形態においては、入力及び出力の経路は、光軸と一致したものである。入力及び出力の経路は、代わりに、経路が光軸と不一致であるように、記載した光軸に関して異なる位置決めを有することがある。
【００８１】
放射ビームが、メニスカスを通じた三つの経路をなすように、装置が、二つのリダイレクタを含む、実施形態を記載してきた。リダイレクタは、記載したような、ミラーでないことがあり、ビームを再度方向付けるための代わりの光学素子であることがある。さらには、装置は、ビームが、メニスカスを通じた三つを超える経路をなすことがあるように、さらなるリダイレクタを含むことがある。
【００８２】
先に記載した実施形態について、放射ビームの光線は、光軸に関して異なる径方向の位置で、及び／又は、メニスカスに関して異なる入射角で、メニスカスを各々の時間で通過する。これらの入射角の及び／又はこれらの径方向の位置の変動は、収束発散の変更が変化することを引き起こす。装置が、記載したものと異なる入射角及び／又は異なる径方向の位置でメニスカスを通じて放射ビームの光線を通過させるように配置されることがあることが、予見される。代わりに、メニスカスが、ビームの収束発散を変更しないように構成されることがある。
【００８３】
焦点距離によって示唆された、本発明によって提供された増幅された焦点屈折力の量は、先に記載したものと異なるものであることがある。これを達成するためには、流体Ａ、Ｂの屈折率、光軸ＯＡに沿った流体の厚さ、及び、チャンバーの半径が、先に記載したものと異なるものであることがある。
【００８４】
エレクトロウェッティング力を使用する可変焦点レンズに関して、本発明を記載してきた。装置は、代わりに、エレクトロウェッティング力を使用しない異なるタイプの可変焦点レンズを含むことがある。
【００８５】
光学装置を含むデバイスを記載してきた。このようなデバイスは、記載したものと異なるものであることもあり、且つ、本発明の異なる実施形態に従った光学装置を含むことがある。
【００８６】
光学装置のさらなる用途が予見される。例えば、装置は、照明されるエリアのサイズを変動させることが望まれる、トーチのような、照明デバイスに含まれることがある。装置は、携帯電話、写真及びビデオカメラ、医療機器、データ記録及び読み取り機器、識別機器、並びに自動車用の機器のような、カメラを含むデバイスに組み込まれることがある。装置は、また、望遠鏡内に含まれることがある。
【００８７】
装置の実施形態、例えば、図９を使用して記載した反射屈折系は、偏光した放射ビームの使用無しで動作する。このような装置は、都合良くは、偏光と無関係である動作を要求する用途において、例えばカメラにおいて、使用されることがある。装置は、一般に、装置を通過する放射ビームについて低い色収差を導入する。メニスカスを通じて一度よりも多く放射ビームを通過させることは、ビームへ導入された色収差の全体的な量を最小にする。
【００８８】
いずれか一つの実施形態に関して記載したいずれの特徴も、単独で、又は、記載した他の特徴との組み合わせで、使用されることがあり、且つ、また、他のいずれの実施形態の一つ以上の特徴との組み合わせでも又は他のいずれの実施形態のいずれの組み合わせでも、使用されることがあることは、理解されることである。さらには、上に記載しない均等物及び変更物もまた、添付する特許請求の範囲において明確に定められる本発明の範囲を逸脱することなく、用いられることがある。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、先行技術に従った可変焦点レンズを示す。
【図２】図２は、先行技術に従った可変焦点レンズを示す。
【図３】図３は、先行技術に従った光学装置による焦点屈折力を示す。
【図４】図４は、本発明に従ったレンズによって提供された焦点屈折力を概略的に示す。
【図５】図５は、本発明に従った光学装置によって提供された増幅された焦点屈折力を示す。
【図６】図６は、先行技術との比較において、本発明の実施形態によって提供された焦点屈折力の関係を概略的に示す。
【図７】図７は、先行技術との比較において、本発明の実施形態によって提供された焦点屈折力の関係を概略的に示す。
【図８】図８は、本発明の異なる実施形態に従った光学装置を示す。
【図９】図９は、本発明の異なる実施形態に従った光学装置を示す。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に従った光学装置を含む像取得デバイスを概略的に示す。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に従った光学装置を含む光学走査デバイスを概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008538617.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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