(57)【要約】【課題】  構造的に簡単でありながら焦点距離を可変に制御できるレンズ装置を提供すること。【解決手段】  この可変焦点レンズ装置１は、円孔２３が形成された円板部材２と、円板部材２の一方の面２１に取り付けられた上ケース３と、円板部材２の他方の面２２に取り付けられた下ケース４と、円板部材２と上ケース３とによって形成された中空７に配置された上ヒータ５と、円板部材２と下ケース４とによって形成された中空８に配置された下ヒータ６と、円孔２３を閉塞するよう且つ下ケース４の底と円板部材２との間に挟持されるよう中空８に配置された透明弾性材９と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面から他方の面に貫通した孔が形成された板材と、
前記板材に対向した透明底板と、
前記孔を閉塞するよう前記透明底板と前記板材との間に挟持された透明弾性材と、
前記板材と前記透明底板との間において前記透明弾性材を囲繞し、前記板材と前記透明底板との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えることを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記鏡筒と前記透明底板が一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
【請求項３】
一方の面から他方の面に貫通した孔が形成された板材と、
前記板材に対向した透明底板と、
前記孔を閉塞するよう前記透明底板と前記板材との間に挟持された透明弾性材と、
前記板材に関して前記透明底板とは反対側で前記板材に対向した透明天板と、
前記板材と前記透明天板との間において前記孔を囲繞し、前記板材と前記透明天板との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えることを特徴とするレンズ装置。
【請求項４】
前記透明天板と前記鏡筒が一体成形されていることを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
【請求項５】
前記透明天板であって前記孔に相対する部分にメニスカス凹レンズが形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のレンズ装置。
【請求項６】
前記孔が円孔であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のレンズ装置。
【請求項７】
前記透明底板の両面のうち前記板材側の面であって前記孔に相対する部分に凹面が形成され、前記透明弾性材が前記凹面に沿って変形した状態で挟持されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のレンズ装置。
【請求項８】
前記凹面が非球面であることを特徴とする請求項７に記載のレンズ装置。
【請求項９】
一方の面から他方の面に貫通した第１の孔が形成された第１の板材と、
一方の面から他方の面に貫通した第２の孔が形成され、前記第２の孔が前記第１の孔に相対するよう前記第１の板材に対向した第２の板材と、
前記第１の孔及び前記第２の孔を閉塞するよう前記第１の板材と前記第２の板材との間に挟持された透明弾性材と、
前記第１の板材に関して前記第２の板材の反対側において前記第１の板材に対向した透明板と、
前記第１の板材と前記透明板との間において前記第１の孔を囲繞し、前記第１の板材と前記透明板との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えることを特徴とするレンズ装置。
【請求項１０】
一方の面から他方の面に貫通した第１の孔が形成された第１の板材と、
一方の面から他方の面に貫通した第２の孔が形成され、前記第２の孔が前記第１の孔に相対するよう前記第１の板材に対向した第２の板材と、
前記第１の孔及び前記第２の孔を閉塞するよう前記第１の板材と前記第２の板材との間に挟持された透明弾性材と、
前記第１の板材と前記第２の板材との間において前記第１の孔及び前記第２の孔を囲繞し、前記第１の板材と前記第２の板材との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えることを特徴とするレンズ装置。
【請求項１１】
前記第１の孔が円孔であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のレンズ装置。
【請求項１２】
前記第２の孔が円孔であることを特徴とする請求項９から１１の何れか一項に記載のレンズ装置。
【請求項１３】
前記密閉空間の圧力を変化させる変圧手段を更に備えることを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載のレンズ装置。
【請求項１４】
前記変圧手段が前記密閉空間内に配置されたヒータであることを特徴とする請求項１３に記載のレンズ装置。
【請求項１５】
前記密閉空間内においてフィンが前記板材に立設されていることを特徴とする請求項１４に記載のレンズ装置。
【請求項１６】
前記密閉空間外においてフィンが前記板材に立設されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のレンズ装置。
【請求項１７】
前記変圧手段が前記密閉空間に対して給排気する給排気機構であることを特徴とする請求項１３に記載のレンズ装置。
【請求項１８】
一方の面から他方の面に貫通した孔が形成された板材と、
前記板材に対向した透明板と、
前記孔を閉塞するよう前記透明板と前記板材との間に挟持された透明弾性材と、を備え、
前記透明板と前記板材の間隔が変更可能に設けられていることを特徴とするレンズ装置。
【請求項１９】
前記孔が円孔であることを特徴とする請求項１８に記載のレンズ装置。
【請求項２０】
前記透明板と前記板材の間隔を調整する間隔調整機構を更に備えることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のレンズ装置。
【請求項２１】
一方の面から他方の面に貫通した第１の孔が形成された第１の板材と、
一方の面から他方の面に貫通した第２の孔が形成され、前記第２の孔が前記第１の孔に相対するよう前記第１の板材に対向した第２の板材と、
前記第１の孔及び前記第２の孔を閉塞するよう前記第１の板材と前記第２の板材との間に挟持された透明弾性材と、を備え、
前記第１の板材と前記第２の板材の間隔が変更可能に設けられていることを特徴とするレンズ装置。
【請求項２２】
前記第１の孔が円孔であることを特徴とする請求項２１に記載のレンズ装置。
【請求項２３】
前記第２の孔が円孔であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載のレンズ装置。
【請求項２４】
前記第１の板材と前記第２の板材の間隔を調整する間隔調整機構を更に備えることを特徴とする請求項２１から２３の何れか一項に記載のレンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を変化することができるレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点距離を変化することができるレンズ装置として、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されているように、円環状のスペーサと、このスペーサの一側に接合された透明膜と、このスペーサの他側に接合された透明膜又は透明基板とによって包囲された密閉空間に液体を封入したものがある。このようなレンズ装置においては、密閉空間に封入された液体に作用する圧力変化によって透明膜を変形させて、透明膜の曲率を変化するように構成されている。
【特許文献１】特開平７−４９４０４号公報
【特許文献２】特開平１０−２６９５９９号公報
【特許文献３】特開２００３−１１４３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来のレンズ装置においては、透明膜は、液体の圧力変化によって応答性よく変形する必要があることから、極めて薄い膜に形成されている。このため、透明膜は、強度的には非常に弱いため、液体の過大な圧力変化によって破裂してしまうおそれがある。従って、従来のレンズ装置においては、透明膜が破裂しないように、構造上の対応が必要であった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、構造的に簡単でありながら焦点距離を可変に制御できるレンズ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、一方の面から他方の面に貫通した孔が形成された板材と、前記板材に対向した透明底板と、前記孔を閉塞するよう前記透明底板と前記板材との間に挟持された透明弾性材と、前記板材と前記透明底板との間において前記透明弾性材を囲繞し、前記板材と前記透明底板との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えるレンズ装置である。
【０００６】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のレンズ装置であって、前記鏡筒と前記透明底板が一体成形されていることを特徴とするレンズ装置である。
【０００７】
以上の発明においては、密閉空間の圧力が変化すると、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。つまり、密閉空間が加圧されると、透明弾性材が密閉空間内において圧縮されるとともに孔において膨出し、孔における曲率が大きくなる。一方、密閉空間が減圧されると、透明弾性材が密閉空間内において膨張するとともに孔において膨らみを小さくし、孔における曲率が小さくなる。
【０００８】
また、以上の発明においては、透明膜の変形で焦点距離が変化するのではなく、透明弾性材の変形で焦点距離が変化するようになっているが、透明膜に比較しても透明弾性材のほうが強度的につよいため、透明弾性材を大きく変形させることができる。そのため、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【０００９】
請求項３にかかる発明は、一方の面から他方の面に貫通した孔が形成された板材と、前記板材に対向した透明底板と、前記孔を閉塞するよう前記透明底板と前記板材との間に挟持された透明弾性材と、前記板材に関して前記透明底板とは反対側で前記板材に対向した透明天板と、前記板材と前記透明天板との間において前記孔を囲繞し、前記板材と前記透明天板との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えるレンズ装置である。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のレンズ装置であって、前記透明天板と前記鏡筒が一体成形されていることを特徴とするレンズ装置である。
【００１１】
請求項５にかかる発明は、請求項３又は４に記載のレンズ装置であって、前記透明天板であって前記孔に相対する部分にメニスカス凹レンズが形成されていることを特徴とするレンズ装置である。
【００１２】
以上の発明においては、密閉空間の圧力が変化すると、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。つまり、密閉空間が加圧されると、透明弾性材が孔において圧縮され、孔における曲率が小さくなる。一方、密閉空間が減圧されると、透明弾性材が孔において膨張するので、孔における曲率が大きくなる。
【００１３】
また、以上の発明においては、透明膜の変形で焦点距離が変化するのではなく、透明弾性材の変形で焦点距離が変化するようになっているが、透明膜に比較しても透明弾性材のほうが強度的につよいため、透明弾性材を大きく変形させることができる。そのため、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【００１４】
請求項６にかかる発明は、請求項１から５の何れか一項に記載のレンズ装置であって、前記孔が円孔であることを特徴とするレンズ装置である。
【００１５】
以上の発明においては、孔が円孔であるため、透明弾性材は円孔内においてほぼ球面状に膨出する。
【００１６】
請求項７にかかる発明は、請求項１から６の何れか一項に記載のレンズ装置であって、前記透明底板の両面のうち前記板材側の面であって前記孔に相対する部分に凹面が形成され、前記透明弾性材が前記凹面に沿って変形した状態で挟持されていることを特徴とする記載のレンズ装置である。
【００１７】
請求項８にかかる発明は、請求項７に記載のレンズ装置であって、前記凹面が非球面であることを特徴とする記載のレンズ装置である。
【００１８】
以上の発明においては、透明弾性材が孔の反対側において凹面に沿って変形するので、収差を抑えることができる。
【００１９】
請求項９にかかる発明は、一方の面から他方の面に貫通した第１の孔が形成された第１の板材と、一方の面から他方の面に貫通した第２の孔が形成され、前記第２の孔が前記第１の孔に相対するよう前記第１の板材に対向した第２の板材と、前記第１の孔及び前記第２の孔を閉塞するよう前記第１の板材と前記第２の板材との間に挟持された透明弾性材と、前記第１の板材に関して前記第２の板材の反対側において前記第１の板材に対向した透明板と、前記第１の板材と前記透明板との間において前記第１の孔を囲繞し、前記第１の板材と前記透明板との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えるレンズ装置である。
【００２０】
以上の発明においては、密閉空間の圧力が変化すると、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。つまり、密閉空間が加圧されると、透明弾性材が第１の孔において圧縮され、第１の孔における曲率が小さくなる。一方、密閉空間が減圧されると、透明弾性材が第１の孔において膨張するので、孔における曲率が大きくなる。
【００２１】
また、以上の発明においては、透明膜の変形で焦点距離が変化するのではなく、透明弾性材の変形で焦点距離が変化するようになっているが、透明膜に比較しても透明弾性材のほうが強度的につよいため、透明弾性材を大きく変形させることができる。そのため、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【００２２】
請求項１０にかかる発明は、一方の面から他方の面に貫通した第１の孔が形成された第１の板材と、一方の面から他方の面に貫通した第２の孔が形成され、前記第２の孔が前記第１の孔に相対するよう前記第１の板材に対向した第２の板材と、前記第１の孔及び前記第２の孔を閉塞するよう前記第１の板材と前記第２の板材との間に挟持された透明弾性材と、前記第１の板材と前記第２の板材との間において前記第１の孔及び前記第２の孔を囲繞し、前記第１の板材と前記第２の板材との間に密閉空間を形成した鏡筒と、を備えるレンズ装置である。
【００２３】
以上の発明においては、密閉空間の圧力が変化すると、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。つまり、密閉空間が加圧されると、透明弾性材が密閉空間内において圧縮されるとともに第１の孔及び第２の孔において膨出し、第１の孔及び第２の孔における曲率が大きくなる。一方、密閉空間が減圧されると、透明弾性材が密閉空間内において膨張するとともに第１の孔及び第２の孔において膨らみを小さくし、孔における曲率が小さくなる。
【００２４】
また、以上の発明においては、透明膜の変形で焦点距離が変化するのではなく、透明弾性材の変形で焦点距離が変化するようになっているが、透明膜に比較しても透明弾性材のほうが強度的につよいため、透明弾性材を大きく変形させることができる。そのため、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【００２５】
請求項１１にかかる発明は、請求項９又は１０に記載のレンズ装置であって、前記第１の孔が円孔であることを特徴とするレンズ装置である。
【００２６】
請求項１２にかかる発明は、請求項９から１１の何れか一項に記載のレンズ装置であって、前記第２の孔が円孔であることを特徴とするレンズ装置である。
【００２７】
以上の発明においては、第１の孔や第２の孔が円孔であるため、透明弾性材は第１の孔及び第２の孔内においてほぼ球面状に膨出する。
【００２８】
請求項１３にかかる発明は、請求項１から１２の何れか一項に記載のレンズ装置であって、前記密閉空間の圧力を変化させる変圧手段を更に備えることを特徴とするレンズ装置である。
【００２９】
以上の発明においては、変圧手段の作用によって密閉空間の圧力が変化し、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。
【００３０】
請求項１４にかかる発明は、請求項１３に記載のレンズ装置であって、前記変圧手段が前記密閉空間内に配置されたヒータであることを特徴とするレンズ装置である。
【００３１】
以上の発明においては、ヒータが発熱して、密閉空間が加熱されると、密閉空間内の流体が膨張し、密閉空間が加圧される。一方、ヒータの発熱が止まると、密閉空間から熱が放出され、密閉空間が減圧される。これにより、透明弾性材が弾性変形する。
【００３２】
請求項１５にかかる発明は、請求項１４に記載のレンズ装置であって、前記密閉空間内においてフィンが前記板材に立設されていることを特徴とするレンズ装置である。
【００３３】
以上の発明においては、密閉空間内においてフィンが板材に立設されているから、密閉空間の熱が板材に吸収されやすくなる。そのため、密閉空間からの熱放出が速くなる。
【００３４】
請求項１６にかかる発明は、請求項１４又は１５に記載のレンズ装置であって、前記密閉空間外においてフィンが前記板材に立設されていることを特徴とするレンズ装置である。
【００３５】
以上の発明においては、密閉空間外においてフィンが板材に立設されているから、板材の熱が外部に放出されやすくなる。そのため、密閉空間の熱が板材を介して外部に速く放出される。
【００３６】
請求項１７にかかる発明は、請求項１３に記載のレンズ装置であって、前記変圧手段が前記密閉空間に対して給排気する給排気機構であることを特徴とするレンズ装置である。
【００３７】
以上の発明においては、給排気機構によって密閉空間に給気されると、密閉空間が加圧される。一方、給排気機構によって密閉空間から排気されると、密閉空間が減圧される。これにより、透明弾性材が弾性変形する。
【００３８】
請求項１８にかかる発明は、一方の面から他方の面に貫通した孔が形成された板材と、前記板材に対向した透明板と、前記孔を閉塞するよう前記透明板と前記板材との間に挟持された透明弾性材と、を備え、前記透明板と前記板材の間隔が変更可能に設けられていることを特徴とするレンズ装置である。
【００３９】
請求項１９にかかる発明は、請求項１８に記載のレンズ装置であって、前記孔が円孔であることを特徴とするレンズ装置である。
【００４０】
請求項２０にかかる発明は、請求項１８又は１９に記載のレンズ装置であって、前記透明板と前記板材の間隔を調整する間隔調整機構を更に備えることを特徴とするレンズ装置である。
【００４１】
以上の発明においては、透明板と板材の間隔が変わると、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。つまり、透明板と板材の間隔が狭まると、透明弾性材が透明板と板材によって圧縮されるとともに孔において膨出し、孔における透明弾性材の曲率が大きくなる。一方、透明板と板材の間隔が広がると、孔における透明弾性材の膨らみが小さくなり、孔における透明弾性材の曲率が小さくなる。
【００４２】
また、以上の発明において、透明膜の変形で焦点距離が変化するのではなく、透明弾性材の変形で焦点距離が変化するようになっているが、透明膜に比較しても透明弾性材のほうが強度的につよいため、透明弾性材を大きく変形させることができる。そのため、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【００４３】
請求項２１にかかる発明は、一方の面から他方の面に貫通した第１の孔が形成された第１の板材と、一方の面から他方の面に貫通した第２の孔が形成され、前記第２の孔が前記第１の孔に相対するよう前記第１の板材に対向した第２の板材と、前記第１の孔及び前記第２の孔を閉塞するよう前記第１の板材と前記第２の板材との間に挟持された透明弾性材と、を備え、前記第１の板材と前記第２の板材の間隔が変更可能に設けられていることを特徴とするレンズ装置である。
【００４４】
請求項２２にかかる発明は、請求項２１に記載のレンズ装置であって、前記第１の孔が円孔であることを特徴とするレンズ装置である。
【００４５】
請求項２３にかかる発明は、請求項２１又は２２に記載のレンズ装置であって、前記第２の孔が円孔であることを特徴とするレンズ装置である。
【００４６】
請求項２４にかかる発明は、請求項２１から２３の何れか一項に記載のレンズ装置であって、前記第１の板材と前記第２の板材の間隔を調整する間隔調整機構を更に備えることを特徴とするレンズ装置である。
【００４７】
以上の発明においては、第１の板材と第２の板材の間隔が変わると、透明弾性材が弾性変形し、焦点距離が変化する。つまり、第１の板材と第２の板材の間隔が狭まると、透明弾性材が第１及び第２の孔において膨出し、第１及び第２の孔における透明弾性材の曲率が大きくなる。一方、第１の板材と第２の板材の間隔が広がると、第１及び第２の孔における透明弾性材の膨らみが小さくなり、第１及び第２の孔における透明弾性材の曲率が小さくなる。
【００４８】
また、以上の発明において、透明膜の変形で焦点距離が変化するのではなく、透明弾性材の変形で焦点距離が変化するようになっているが、透明膜に比較しても透明弾性材のほうが強度的につよいため、透明弾性材を大きく変形させることができる。そのため、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、板材の孔を透明弾性材によって閉塞するよう透明弾性材を挟持するだけで、孔において透明弾性材の表面がレンズ面となるので、レンズ装置の構造がシンプルである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００５１】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明のレンズ装置を適用した可変焦点レンズ装置１を光軸に沿った面で破断して示した斜視図であり、図２は、可変焦点レンズ装置１の断面図であり、図３は、可変焦点レンズ装置１の上面図であり、図４は、可変焦点レンズ装置１の下面図である。
【００５２】
この可変焦点レンズ装置１は、円板部材２と、円板部材２の一方の面２１に取り付けられた桶形の上ケース３と、円板部材２の他方の面２２に取り付けられた桶形の下ケース４と、円板部材２と上ケース３とによって形成された中空７内に配置され、熱により中空７の圧力を変化させる変圧手段としての上ヒータ５と、円板部材２と下ケース４とによって形成された中空８内に配置され、熱により中空８の圧力を変化させる変圧手段である下ヒータ６と、中空８に配置された透明弾性材９と、を備える。
【００５３】
円板部材２はその両面２１，２２が実質的に平行に設けられた円環状の板材であり、円板部材２の外形輪郭の円と同心となる円孔２３が円板部材２の中央部において一方の面２１から他方の面２２へ貫通するよう形成されている。また、円板部材２は、金属材料のように熱伝導率の高いものが好ましい。
【００５４】
上ケース３は、両面が互いに平行となった円形平板状に設けられた天板３１と、天板３１の外周に沿って円環状に設けられた鏡筒３２と、を有する。上ケース３は、天板３１と鏡筒３２とを透明なアクリルで一体成形したものであるが、ポリカーボネイト、その他の樹脂、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラスといった透明な材料で形成されても良い。
【００５５】
この上ケース３は、その開口を円板部材２の一方の面２１を向けた状態で、且つ、天板３１の反対側における鏡筒３２の端面を円板部材２の一方の面２１に密着した状態で円板部材２の一方の面２１に取り付けられている。これにより、上ケース３と円板部材２とによって囲まれた円柱状の中空７が密閉状態になっている。中空７には空気が充填されているが、空気の代わりにその他の透明な気体又は水等の透明な液体が充填されていても良い。
【００５６】
円板部材２の円孔２３が鏡筒３２の内側に配されて上ケース３によって覆われた状態となっており、上から平面視した場合に上ケース３の中心線が円孔２３の中心に対して同心となっている。また、上ケース３の径が円板部材２の径よりも小さく、円板部材２の外周部分が中空７よりも外側に延出した状態となっている。
【００５７】
なお、上ケース３は、少なくとも円板部材２の円孔２３に対向する部分が透明に設けられていれば、全体が透明でなくても良い。つまり、上ケース３は、天板３１が透明に設けられていれば、鏡筒３２が透明でなくとも良い。また、上ケース３は天板３１と鏡筒３２とを一体に成形したものでなくても良い。例えば、天板３１と鏡筒３２の継ぎ目が封止されているのであれば、天板３１と鏡筒３２とを一体成形せずに別体で成形し、これらを組み付けても良い。また、天板３１の両面が互いに平行に設けられていなくとも良く、例えば天板３１の中央部（円孔２３に相対する部分）をメニスカス凹レンズ状に設けても良い。
【００５８】
中空７に面した天板３１の内面には、鏡筒３２に沿って円環状に形成された上ヒータ５が設けられている。この上ヒータ５は、ニクロム等の高抵抗な電熱材からなり、電力を与えられると発熱するものである。また、上ヒータ５にはリード線１０が接続されており、そのリード線１０が天板３１の中央部以外で上ケース３を貫通し、上ケース３から外へ延出している。なお、リード線１０が上ケース３を貫通している箇所は封止されており、中空７が密閉され、中空７に空気が漏入したり、中空７から空気が漏出したりすることが防止されている。
【００５９】
下ケース４は、円板状に設けられた底板４１と、底板４１の外周に沿って円環状に設けられた鏡筒４２と、を有する。下ケース４も、上ケース３と同様に、少なくとも底板４１が透明なアクリルで形成されているが、ポリカーボネイト、その他の樹脂、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラスといった透明な材料で形成されても良い。また、下ケース４も、上ケース３と同様に、底板４１と鏡筒４２を一体に形成したものでも良いし、底板４１と鏡筒４２を別体に形成してこれらを組み付けたものでも良い。
【００６０】
下ケース４は、その開口を円板部材２の他方の面２２を向けた状態で、且つ、底板４１の反対側における鏡筒４２の端面を円板部材２の他方の面２２に密着した状態で円板部材２の他方の面２２に取り付けられている。これにより、下ケース４と円板部材２とによって囲まれた円柱状の中空８が密閉状態になっている。中空８には、中空７と同様に空気が充填されているが、空気の代わりにその他の透明な気体又は水等の透明な液体が充填されていても良い。
【００６１】
また、円板部材２の円孔２３が鏡筒４２の内側に配されて下ケース４によって覆われた状態となっており、下から平面視した場合に下ケース４の中心線が円孔２３の中心に対して同心となっている。
【００６２】
円板部材２の径は下ケース４の径よりも大きく、円板部材２の外周部分が中空８よりも外側に延出した状態となっている。
【００６３】
中空８に面する底板４１の内面の中央部には、非球面である凹面４３が形成されている。平面視した場合に、この凹面４３の中心が円孔２３の中心に対して同心となっている。なお、底板４１に凹面４３を形成せずに、底板４１の両面が平坦であり且つ互いに平行であっても良いし、凹面４３の代わりに凸面が設けられていても良い
【００６４】
中空８に面する底板４１の内面には、鏡筒４２に沿って円環状に形成された下ヒータ６が設けられている。この下ヒータ６は上ヒータ５と同じように電熱材からなり、下ヒータ６には電力供給のためのリード線１１が接続されている。
【００６５】
透明弾性材９は、弾性変形する透明なものであり、例えばポリウレタンジェル組成物からなるもの、その他のエラストマー性の透明な樹脂で構成するのが適している。又は、透明弾性材９は、塩化ビフェニール製等の透明な密閉袋体に透明な液体を充填したものとすることも可能である。透明な液体としては、水でも良いが、揮発性の低いシリコンオイルがより好ましい。また、密閉袋体の屈折率と透明な液体の屈折率が等しいことがより好ましい。
【００６６】
透明弾性材９は、円板部材２と下ケース４の底板４１との間において下ケース４の鏡筒４２によって囲繞され、円板部材２と底板４１との間に挟持された状態で中空８に収納されている。上から平面視した場合、凹面４３に透明弾性材９が重なっており、透明弾性材９が凹面４３に沿って下に膨出した状態に変形している。透明弾性材９が凹面４３に沿って変形した状態で挟持されているので、透明弾性材９が固定され、透明弾性材９が底板４１に沿って動かなくなる。
【００６７】
また、上から平面視して円孔２３全体が透明弾性材９の少なくとも一部に重なり、円孔２３が透明弾性材９によって閉塞されている。透明弾性材９が円孔２３から上にほぼ球面状に膨出した状態に変形し、透明弾性材９が円孔２３において膨出した部分の表面がレンズ面９１となる。また、透明弾性材９は、レンズ面９１の反対側においても凸状に設けられているので、両凸レンズとして機能し、焦点距離が短く設定されている。凹面４３が非球面に設けられているので、この透明弾性材９によるレンズの収差を抑えられている。なお、底板４１に凹面４３が形成されずに底板４１が平坦となっていれば、透明弾性材９が平凸レンズとして機能し、底板４１に凹面４３が形成されずに凹面４３に対応する部分が凸面として形成されていれば、透明弾性材９がメニスカス凹レンズとして機能する。
【００６８】
次に、この可変焦点レンズ装置１の焦点距離が変化する作用について説明する。
リード線１０を通じて上ヒータ５に通電されると、上ヒータ５が発熱して、中空７の気体が加熱されて膨張する。これにより、中空７が加圧され、レンズ面９１が押し下げられ、レンズ面９１の曲率が小さくなる。従って、可変焦点レンズ装置１の焦点距離が長くなる。
【００６９】
中空７が上ヒータ５によって加熱された状態から、上ヒータ５の通電がオフされると、円板部材２等を通じて中空７の熱が外部に放出されることにより、中空７の気体が冷却されて収縮する。これにより、中空７が減圧され、レンズ面９１が吸い上げられ、レンズ面９１の曲率が大きくなる。従って、可変焦点レンズ装置１の焦点距離が短くなる。
【００７０】
一方、リード線１１を通じて下ヒータ６に通電されると、下ヒータ６が発熱して、中空８の気体が加熱されて膨張する。これにより、中空８が加圧され、透明弾性材９が中空８の加圧によって圧縮されると、レンズ面９１が押し上げられる。従って、レンズ面９１の曲率が大きくなり、可変焦点レンズ装置１の焦点距離が短くなる。
【００７１】
中空８が下ヒータ６によって加熱された状態から、下ヒータ６の通電がオフされると、円板部材２等を通じて中空８の熱が外部に放出されることにより、中空８の気体が冷却されて収縮する。これにより、中空８が減圧され、透明弾性材９が中空８の減圧によって膨張すると、レンズ面９１が吸い下げられる。従って、レンズ面９１の曲率が小さくなり、可変焦点レンズ装置１の焦点距離が長くなる。
【００７２】
なお、上ヒータ５の代わりにペルチェ素子によって中空７と外気との間の熱交換を行って、中空７の加圧・減圧を行っても良い。更に、下ヒータ６の代わりにペルチェ素子によって中空８と外気との間の熱交換を行って、中空８の加圧・減圧を行っても良い。また、上ヒータ５と下ヒータ６の代わりにそれぞれの間を接続するペルチェ素子を用いて、中空７と中空８の間で熱交換を行うことにより、中空７を加圧すると同時に中空８を減圧し、あるいは中空８を加圧すると同時に中空７を減圧するようにしても良い。
【００７３】
従来の可変焦点レンズ装置では、封入された液体の圧力変化によって透明膜を変形させているのに対し、この可変焦点レンズ装置１では、レンズとなる透明弾性材９の周囲の圧力変化によって透明弾性材９を変化させている。従って、透明膜よりも強度的に強い透明弾性材９の変形によって焦点距離が変化するようになっているので、透明膜の場合よりも透明弾性材９を大きく変形させることができ、焦点距離の変動の許容範囲が広くなる。
【００７４】
また、円板部材２の円孔２３を透明弾性材９によって閉塞するよう透明弾性材９を挟持するだけで、円孔２３において透明弾性材９の表面がレンズ面９１となるので、本実施形態における可変焦点レンズ装置１は従来のように液体を封入する構造を有した可変焦点レンズ装置よりもシンプルな構造である。
【００７５】
なお、上ケース３が桶形に設けられているのではなく、上に膨出するよう湾曲した状態の椀形に設けられても良い。上ケース３が椀形に設けられている場合、上ケース３はその凹んだ内面を円板部材２の一方の面２１に向けて円孔２３を覆うように円板部材２の一方の面２１に取り付けられ、上ケース３の中央部が円孔２３に相対し、上ケース３は少なくともその中央部において透明に設けられている。この場合、上ケース３の中央部が透明天板として円板部材２に対向するとともに、その中央部の周囲の外縁部が鏡筒として中央部と円板部材２との間において円孔２３を囲繞し、中央部と円板部材２との間に密閉空間を形成している。
【００７６】
また、下ケース４が桶形に設けられているのではなく、下に膨出するよう湾曲した状態の椀形に設けられても良い。下ケース４が椀形に設けられている場合、下ケース４はその凹んだ内面を円板部材２の他方の面２２に向けて円孔２３を覆うように円板部材２の他方の面２２に取り付けられ、下ケース４の中央部が円孔２３に相対し、下ケース４は少なくともその中央部において透明に設けられている。この場合、下ケース４の中央部が透明底板として円板部材２に対向するとともに、その中央部の周囲の外縁部が鏡筒として中央部と円板部材２との間において円孔２３を囲繞し、中央部と円板部材２との間に密閉空間を形成している。
【００７７】
〔第２の実施の形態〕
図５は、第２の実施形態における可変焦点レンズ装置１ａの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ａにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ａ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ａの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【００７８】
この可変焦点レンズ装置１ａにおいては、中空７ａ内であっても中空７ａ外であっても複数のフィン２４ａが円板部材２ａの一方の面２１ａに立設されており、中空８ａ内であっても中空８ａ外であっても複数のフィン２５ａが円板部材２ａの他方の面２２ａに立設されている。
【００７９】
複数のフィン２４ａが設けられることで表面積が大きくなり、円板部材２ａを通じて中空７ａ内と中空７ａ外との間で熱交換が起こりやすくなり、上ヒータ５ａがオフ状態となった場合に中空７ａが速く冷却される。そのため、上ヒータ５ａの通電のオン・オフに対して透明弾性材９ａのレンズ面９１ａの沈下・隆起の応答性が速くなる。同様に、複数のフィン２５ａが設けられることで、円板部材２ａを通じて中空８ａ内と中空８ａ外との間で熱交換が起こりやすくなり、透明弾性材９ａのレンズ面９１ａの沈下・隆起の応答性が速くなる。
【００８０】
図６の断面図に示される可変焦点レンズ装置２００ａは、図５に示される可変焦点レンズ装置１ａの変形例である。この可変焦点レンズ装置２００ａは、可変焦点レンズ装置１ａの上ヒータ５ａに対して複数のフィン５１ａを立設するとともに下ヒータ６ａに対して複数のフィン６１ａを立設したものである。特に中空７ａにおいては、フィン５１のそれぞれの間にフィン２４ａが配置され、中空８ａにおいては、フィン６１ａのそれぞれの間にフィン２５ａが配置されている。このように、上ヒータ５ａにフィン５１ａが設けられることで、上ヒータ５ａと中空７ａとの間の熱交換の効率が良くなり、下ヒータ６ａにフィン６１ａが設けられることで、下ヒータ６ａと中空８ａとの間の熱交換の効率が良くなる。なお、図６の可変焦点レンズ装置２００ａについては、図５の可変焦点レンズ装置１ａと同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
〔第３の実施の形態〕
図７は、第３の実施形態における可変焦点レンズ装置１ｂの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｂにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｂ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｂの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【００８２】
この可変焦点レンズ装置１ｂにおいては、底板４１ｂに凹面が形成されておらず、底板４１ｂの両面が平坦であり且つ互いに平行である。中空８ｂに面する底板４１ｂの内面には、底板４１ｂと同心となって円孔２３ｂよりも径の大きい円環状の枠１０１ｂが設けられている。透明弾性材９ｂは枠１０１ｂの内側において、円板部材２ｂと下ケース４ｂの底板４１ｂとの間に挟持されている。このような枠１０１ｂが設けられているので、透明弾性材９ｂが固定され、透明弾性材９ｂが底板４１ｂに沿って動かなくなる。
【００８３】
〔第４の実施の形態〕
図８は、第４の実施形態における可変焦点レンズ装置１ｃの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｃにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｃ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｃの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【００８４】
この可変焦点レンズ装置１ｃにおいては、底板４１ｃに凹面が形成されておらず、底板４１ｃの両面が平坦であり且つ互いに平行である。中空８ｃに面する底板４１ｃの内面には、接着剤１０２ｃが底板４１ｃと同心となって円孔２３ｃよりも径の大きい円環状に塗布されており、透明弾性材９ｃが接着剤１０２ｃによって底板４１ｃに接着されている。このような接着剤１０２ｃが設けられているので、透明弾性材９ｃが底板４１ｃに固定され、透明弾性材９ｃが底板４１ｃに沿って動かなくなる。
【００８５】
〔第５の実施の形態〕
図９は、第５の実施形態における可変焦点レンズ装置１ｄの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｄにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｄ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｄの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【００８６】
この可変焦点レンズ装置１ｄにおいては、中空８ｄに面する底板４１ｄの内面には、凹面が形成されていないが、溝４４ｄが底板４１ｄと同心となって円孔２３ｄよりも径の大きい円環状に形成されている。溝４４ｄには、接着剤１０２ｄが充填されており、透明弾性材９ｄが接着剤１０２ｄによって底板４１ｄに接着されている。このような溝４４ｄ及び接着剤１０２ｄが設けられているので、透明弾性材９ｄが４１ｄに固定され、透明弾性材９ｄが底板４１ｄに沿って動かなくなる。また、溝４４ｄが形成され、その溝４４ｄに接着剤１０２ｄが充填されているので、接着剤１０２ｄの厚みによる変形が透明弾性材９ｄに起こらない。
【００８７】
〔第６の実施の形態〕
図１０は、第６の実施形態における可変焦点レンズ装置１ｅの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｅにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｅ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｅの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【００８８】
この可変焦点レンズ装置１ｅにおいては、円板部材２ｅの一方の面２１ｅ側において中空が形成されてない。つまり、この可変焦点レンズ装置１ｅには、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１の上ケース３に対応するものが設けられていないので、レンズ面９１ｅの周囲が密閉されおらず、レンズ面９１ｅが外気に露出している。
【００８９】
この可変焦点レンズ装置１ｅにおいても、下ヒータ６ｅのオン・オフによって、レンズ面９１ｅの沈下・隆起が起こる。つまり、下ヒータ６ｅに通電されると、中空８ｅが膨張することによりレンズ面９１ｅが円孔２３ｅから上に押し出され、レンズ面９１ｅの曲率が大きくなって、焦点距離が短くなる。一方、下ヒータ６ｅがオフになると、中空８ｅが収縮することによりレンズ面９１ｅが吸い下げられ、レンズ面９１ｅの曲率が小さくなって、焦点距離が長くなる。なお、大気圧を測定して、大気圧の測定値に基づいて、下ヒータ６ｅに付与する電力を制御しても良い。
【００９０】
〔第７の実施の形態〕
図１１は、第７の実施形態における可変焦点レンズ装置１ｆの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｆにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｆ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｆの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【００９１】
この可変焦点レンズ装置１ｆにおいては、円板部材２ｆの他方の面２２ｆ側において中空が形成されてない。つまり、この可変焦点レンズ装置１ｆには、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１の下ケース４に対応するものが設けられていない。その代わりに、円板部材２ｆの他方の面２２ｆから離れた位置には、この面２２ｆに対向した底板４１ｆが配設されており、面２２ｆと底板４１ｆとの間は密閉空間となっていない。また、円板部材２ｆの他方の面２２ｆに立設された複数のスペーサ１０３ｆが、円孔２３ｆの周囲に沿って配列されており、これらスペーサ１０３ｆが底板４１ｆと円板部材２ｆとの間に挟まれている。スペーサ１０３ｆは底板４１ｆにも円板部材２ｆにも密着している。これらスペーサ１０３ｆの面２２ｆからの高さは何れも等しく、底板４１ｆと円板部材２ｆとの間隔がスペーサ１０３ｆによって所定の間隔に保たれ、底板４１ｆと円板２ｆが互いに平行になっている。
【００９２】
底板４１ｆは、透明なアクリルで形成されたものであるが、ポリカーボネイト、その他の樹脂、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラスといった透明な材料で形成されても良い。底板４１ｆの円板部材２ｆに向いた面には、非球面である凹面４３ｆが形成されているが、平面視した場合にこの凹面４３ｆの中心が円孔２３ｆの中心に対して同心となっている。なお、底板４１ｆに凹面４３ｆを形成せずに、底板４１ｆの両面が平坦であり且つ互いに平行であっても良いし、凹面４３ｆの代わりに凸面を形成しても良い。
【００９３】
透明弾性材９ｆは、円板部材２ｆと底板４１ｆとの間に挟持されおり、上から平面視した場合凹面４３ｆに重なっており、凹面４３ｆに沿って下に膨出した状態に変形している。また、上から平面視した場合、円孔２３ｆ全体が透明弾性材９ｆの少なくとも一部に重なり、円孔２３ｆが透明弾性材９ｆによって閉塞されている。この透明弾性材９ｆが円孔２３ｆから上にほぼ球面状に膨出した状態のレンズ面９１ｆを形成している。
【００９４】
この可変焦点レンズ装置１ｆにおいても、上ヒータ５ｆのオン・オフによって、レンズ面９１ｆの沈下・隆起が起こる。つまり、上ヒータ５ｆに通電されると、中空７ｆが膨張することによりレンズ面９１ｆが押し下げられ、レンズ面９１ｆの曲率が小さくなって、焦点距離が長くなる。一方、上ヒータ５ｆがオフになると、中空７ｆが収縮することによりレンズ面９１ｆが吸い上げられ、レンズ面９１ｆの曲率が大きくなって、焦点距離が短くなる。なお、スペーサ１０３ｆの高さが高ければ、底板４１ｆと円板部材２ｆとの間隔が長いので、透明弾性材９ｆが円孔２３ｆにおいて余り膨出しない。そのため、焦点距離が長い。一方、スペーサ１０３ｆの高さが低ければ、底板４１ｆと円板部材２ｆとの間隔が短いので、透明弾性材９ｆが円孔２３ｆにおいて大きく膨出する。そのため、焦点距離が短い。
【００９５】
図１２の断面図に示される可変焦点レンズ装置２００ｆは、図１１に示される可変焦点レンズ装置１ｆの変形例である。この可変焦点レンズ装置２００ｆは、可変焦点レンズ装置１ｆの上ケース３ｆの天板３１ｆに対してメニスカス凹レンズ３３ｆを形成したものである。このメニスカス凹レンズ３３ｆが円孔２３ｆに相対する位置に形成され、メニスカス凹レンズ３３ｆの光軸が円孔２３ｆに透明弾性材９ｆによるレンズの光軸に一致している。なお、図１２の可変焦点レンズ装置２００ｆについては、図１１の可変焦点レンズ装置１ｆと同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
図１３の断面図に示される可変焦点レンズ装置２０１ｆは、図１２に示される可変焦点レンズ装置２００ｆの変形例である。この可変焦点レンズ装置２０１ｆでは、スペーサ１０３ｆの代わりに、複数のボルトナット結合１０８ｆによって底板４１ｆが間隔をあけて円板部材２ｆに対向配置されている。つまり、複数のボルトナット結合１０８ｆは、円板部材２ｆが底板４１ｆに当接する状態まで円板部材２ｆと底板４１ｆを締結しているのではなく、円板部材２ｆと底板４１ｆとの間に透明弾性材９ｆを挟んだ状態で締結されている。ここでは、ボルトナット結合１０８ｆのナットが底板４１ｆに固定され、ボルトナット結合１０８ｆのボルトが円板部材２ｆを貫通してナットに螺合している。
【００９７】
この可変焦点レンズ装置２０１ｆにおいては、焦点距離の変化をヒータ５ｆによって電動的に行うことのみならず、手動的にも焦点距離を変化することができる。すなわち、ボルトナット結合１０８ｆによって円板部材２ｆと底板４１ｆの間隔を調整することができ、ボルトナット結合１０８ｆを締めたり緩めたりすることによって、円板部材２ｆと底板４１ｆとのうちの一方を他方に対して接離すると、これにより焦点距離を変化することができる。具体的には、ボルトナット結合１０８ｆを締めると円板部材２ｆと底板４１ｆとの間隔が短くなり、透明弾性材９ｆが円孔２３ｆにおいてより膨出し、レンズ面９１ｆの曲率が大きくなる。一方、ボルトナット結合１０８ｆを緩めると円板部材２ｆと底板４１ｆとの間隔が長くなり、円孔２３ｆにおける透明弾性材９ｆの膨らみが小さくなり、焦点距離が小さくなる。これにより、焦点距離の調節を行うことができる。また、ボルトナット結合１０８ｆのボルト又はナットをモータ等に連結させ、モータによってボルト又はナットを回転させることで、電動的に焦点距離を調節しても良い。また、間隔調整機構としてボルトナット結合１０８ｆを設ける代わりに、間隔調整機構としてのピエゾ素子を円板部材２ｆと底板４１ｆとの間に挟持させ、ピエゾ素子の変形により円板部材２ｆと底板４１ｆの間隔を調整し、これにより焦点距離を変化させても良い。なお、図１３の可変焦点レンズ装置２０１ｆについては、図１２の可変焦点レンズ装置２００ｆと同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【００９８】
図１４の断面図に示される可変焦点レンズ装置２０２ｆは、図１３に示される可変焦点レンズ装置２０１ｆの変形例である。この可変焦点レンズ装置２０２ｆでは、円板部材２ｆと底板４１ｆとの間において巻きバネ１０９ｆが各ボルトナット結合１０８ｆのボルトに巻装されている。この巻きバネ１０９ｆの自然長が円板部材２ｆから底板４１ｆまでの間隔よりも長く、巻きバネ１０９ｆが円板部材２ｆと底板４１ｆとの間に挟まれて圧縮した状態となっている。巻きバネ１０９ｆによってボルトナット結合１０８ｆが自然に緩まったり、ボルトナット結合１０８ｆが自然に締まったりすることを防止することができる。もちろん、この可変レンズ装置２０２ｆにおいても、手動により又はモータ等を用いて電動によりボルトナット結合１０８ｆを締めたり緩めたりすることによって円板部材２ｆと底板４１ｆとの間隔が調整され、焦点距離を変化させることができる。
【００９９】
〔第８の実施の形態〕
図１５は、第８の実施形態における可変焦点レンズ装置１ｇの断面図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｇにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｇ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｇの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【０１００】
この可変焦点レンズ装置１ｇにおいては、円板部材２ｇの他方の面２２ｇ側において中空が形成されてない。つまり、この可変焦点レンズ装置１ｇには、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１の下ケース４に対応するものが設けられていない。その代わりに、円板部材２ｇの他方の面２２ｇから離れた位置には、この面２２ｇに対向した第２の円板部材１０４ｇが円板部材２ｇと平行となるように配設されており、面２２ｇと第２の円板部材１０４ｇとの間は密閉空間となっていない。また、円板部材２ｇの他方の面２２ｇに立設された複数のスペーサ１０３ｇが、円孔２３ｇの周囲に沿って配列されており、これらスペーサ１０３ｇが第２の円板部材１０４ｇと円板部材２ｇとの間に挟まれている。スペーサ１０３ｇは第２の円板部材１０４ｇにも円板部材２ｇにも密着している。これらスペーサ１０３ｇの面２２ｇからの高さは何れも等しく、第２の円板部材１０４ｇと円板部材２ｇとの間隔がスペーサ１０３ｇによって所定の間隔に保たれており、円板部材２ｇと第２の円板部材１０４ｇが互いに平行になっている。
【０１０１】
第２の円板部材１０４ｇはその両面１０５ｇ，１０６ｇが実質的に平行に設けられた円環状の板材であり、第２の円板部材１０４ｇの外形輪郭の円と同心となる円孔１０７ｇが第２の円板部材１０４ｇの中央部において一方の面１０５ｇから他方の面１０６ｇへ貫通するよう形成されている。上から平面視した場合、円孔１０７ｇの中心が円板部材２ｇの円孔２３ｇの中心と同心となっており、円孔１０７ｇと円孔２３ｇが相対している。
【０１０２】
透明弾性材９ｇは、円板部材２ｇと底板４１ｇとの間に挟持されており、上から平面視した場合円孔２３ｇ全体及び円孔１０７ｇ全体が透明弾性材９の少なくとも一部に重なり、円孔２３ｇ及び円孔１０７ｇが透明弾性材９ｇによって閉塞されている。透明弾性材９ｇが、円孔２３ｇから上にほぼ球面状に膨出した状態のレンズ面９１ｇを形成するとともに、円孔１０７ｇから下にほぼ球面状に膨出した状態のレンズ面９２ｇを形成している。
【０１０３】
この可変焦点レンズ装置１ｇにおいても、上ヒータ５ｇに通電されると、中空７ｇが膨張することによりレンズ面９１ｇが押し下げられ、レンズ面９１ｇの曲率が小さくなって、焦点距離が長くなる。一方、上ヒータ５ｇがオフになると、中空７ｇが収縮することによりレンズ面９１ｇが吸い上げられ、レンズ面９１ｇの曲率が大きくなって、焦点距離が短くなる。なお、この可変焦点レンズ装置１ｇにおいても、図５に示された円板部材２ａと同様に、円板部材２ｇに複数のフィンが立設されていても良い。この場合、複数のフィンのうち少なくとも１つは中空７内において立設され、他のフィンが中空７外において立設している。
【０１０４】
図１６の断面図に示される可変焦点レンズ装置２００ｇは、図１５に示される可変焦点レンズ装置１ｇの変形例である。この可変焦点レンズ装置２００ｇは、可変焦点レンズ装置１ｆの第２の円板部材１０４ｇに対して桶形の下ケース４ｇを取り付けたものである。下ケース４ｇは、円板状に設けられた底板４１ｇと、底板４１ｇの外周に沿って円環状に設けられた鏡筒４２ｇと、を有し、少なくとも底板４１がアクリル、ポリカーボネイト、その他の樹脂、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラスといった透明な材料で形成されている。下ケース４ｇは、その開口を第２の円板部材１０４ｇの他方の面１０６ｇに向けた状態で、且つ、底板４１ｇの反対側における鏡筒４２ｇの端面を第２の円板部材１０４ｇの他方の面１０６ｇに密着した状態で第２の円板部材１０４ｇの他方の面１０６ｇに取り付けられている。これにより、下ケース４ｇと第２の円板部材１０４ｇとによって囲まれた円柱状の中空８ｇが密閉状態になっている。また、第２の円板部材１０４ｇの円孔１０７ｇが鏡筒４２ｇの内側に配されて下ケース４ｇによって覆われた状態となっており、下から平面視した場合に下ケース４ｇの中心線が円孔１０７ｇの中心に対して同心となっている。中空８ｇに面する底板４１ｇの内面には、鏡筒４２ｇに沿って円環状に形成された下ヒータ６ｇが設けられており、下ヒータ６ｇが発熱して中空８ｇ内が加圧されると、レンズ面９２ｇの曲率が小さくなり、下ヒータ６ｇがオフして中空８ｇ内が減圧されると、レンズ面９２ｇの曲率が大きくなる。また、中空７ｇ内であっても中空７ｇ外であっても円板部材２ｇに複数のフィンが立設され、中空８ｇ内であっても中空８ｇ外であっても円板部材１０４ｇに複数のフィンが立設されても良い。なお、図１６の可変焦点レンズ装置２００ｇについては、図１５の可変焦点レンズ装置１ｇと同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【０１０５】
可変焦点レンズ装置１ｇ又は可変焦点レンズ２００ｇにおいても、可変焦点レンズ装置２０１ｆ，２０２ｆの場合と同様に、複数のスペーサ１０３ｇの代わりに複数のボルトナット結合によって第２の円板部材１０４ｇが円板部材２ｇに対して間隔をあけて対向配置されても良い。すなわち、ボルトナット結合のナットが第２の円板部材１０４ｇに固定され、ボルトナット結合のボルトが円板部材２ｇを貫通してそのナットに螺合している。このようにすると、円板部材２ｇと第２の円板部材１０４ｇとの間隔がボルトナット結合により調整される。つまり、手動又はモータ等を用いて電動によりボルトナット結合を締めると円板部材２ｇと第２の円板部材１０４ｇとの間隔が短くなり、透明弾性材９ｇが円孔２３ｇ，１０７ｇにおいてより膨出し、レンズ面９１ｇ，９２の曲率が大きくなる。逆に、ボルトナット結合を緩めると円板部材２ｇと第２の円板部材１０４ｇとの間隔が長くなり、透明弾性材９ｇが円孔２３ｇ，１０７ｇ内の透明弾性材９ｇの盛り上がりが小さくなり、レンズ面９１ｇ，９２の曲率が小さくなる。
【０１０６】
図１７の断面図に示される可変焦点レンズ装置２０１ｇは、図１５に示される可変焦点レンズ装置１ｇの変形例である。この可変焦点レンズ装置２０１ｇは、可変焦点レンズ装置１ｆの上ケース３ｇ、上ヒータ５ｇ及びリード線１０ｇが設けられていないものであってスペーサ１０３ｇの代わりに円環状に設けられた鏡筒１１０ｇを設けたものである。つまり、鏡筒１１０ｇの一方の開口が円板部材２ｇによって塞がれ、鏡筒１１０ｇの他方の開口が第２の円板部材１０４ｇによって塞がれており、鏡筒１１０ｇが円板部材２ｇと第２の円板部材１０４ｇとの間に挟まれている。これにより鏡筒１１０ｇの中空１１１ｇが密閉空間とされている。また、鏡筒１１０ｇは円孔２３ｇ及び円孔１０７ｇを囲繞し、鏡筒１１０ｇの中空１１１ｇに透明弾性材９ｇが配置されている。また、中空１１１ｇ内には、ヒータ１１２ｇが配置されている。このヒータ１１２ｇは、鏡筒１１０ｇの内壁面に沿って円環状に設けられている。また、ヒータ１１２ｇにはリード線１１８ｇが接続されており、そのリード線１１８ｇが円板部材２ｇを貫通し、鏡筒１１０ｇから外へ延出している。リード線１１８ｇを通じてヒータ１１２ｇに通電されると、中空１１１ｇが膨張することによりレンズ面９１ｇ及びレンズ面９２ｇが押し出され、レンズ面９１ｇ及びレンズ面９２ｇの曲率が大きくなって、焦点距離が長くなる。一方、ヒータ１１２ｇがオフになると、中空１１１ｇが収縮することによりレンズ面９１ｇ及びレンズ面９２ｇが引き込み、レンズ面９１ｇ及びレンズ面９２ｇの曲率が小さくなって、焦点距離が短くなる。また、中空１１１ｇ内であっても中空１１１ｇ外であっても円板部材２ｇ及び円板部材１０４ｇに複数のフィンが立設されても良い。また、可変焦点レンズ装置２０２ｇにおいても、可変焦点レンズ装置２０１ｆ，２０２ｆの場合と同様に、鏡筒１１０ｇの代わりに複数のボルトナット結合によって第２の円板部材１０４ｇが円板部材２ｇに対して間隔をあけて対向配置され、ボルトナット結合によって円板部材２ｇと第２の円板部材１０４ｇとの間隔が調整されても良い。なお、図１７の可変焦点レンズ装置２０１ｇについては、図１５の可変焦点レンズ装置１ｇと同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【０１０７】
〔第９の実施の形態〕
図１８は、本発明のレンズ装置を適用した可変焦点レンズ装置１ｈを光軸に沿った面で破断して示した斜視図である。なお、可変焦点レンズ装置１ｈにおいて、第１の実施形態における可変焦点レンズ装置１のいずれかの部分に対応する部分に対しては共通数字に”ｈ”を付し、可変焦点レンズ装置１と可変焦点レンズ装置１ｈの間で互いに対応する部分が同一に設けられている場合には、同一に設けられた部分の説明を省略する。
【０１０８】
この可変焦点レンズ装置１ｈにおいては、中空７ｈにはヒータが設けられていない。その代わりに、ホース１１３ｈが天板３１ｈの中央部以外で上ケース３ｈに接続されており、ホース１１３ｈの反対側に給排気機構が接続され、給排気機構によってホース１１３ｈを通じて中空７ｈから排気したり、中空７ｈに給気したりするようになっている。給排気機構は、ホース１１３ｈの開閉を行う弁と、ホース１１３ｈを通じて中空７ｈに給気するポンプなどとから構成される。弁とポンプは手動式でも良いし、電動式でも良い。その他の給排気機構としては、ホース１１３に接続されたシリンダと、シリンダ内でシリンダに沿って往復可能なピストンなどから構成される注射器を用いることができる。ピストンは手動により往復移動するものでも良いし、電動により往復移動するものでも良い。
【０１０９】
ホース１１３ｈに接続された給排気機構がホース１１３ｈを通じて中空７ｈに給気すると、中空７ｈが加圧される。これにより、レンズ面９１ｈが押し下げられ、レンズ面９１ｈの曲率が小さくなる。従って、焦点距離が長くなる。一方、ホース１１３ｈに接続された給排気機構がホース１１３ｈを通じて中空７ｈから排気すると、中空７ｈが減圧される。これにより、レンズ面９１が引き上げられ、レンズ面９１ｈの曲率が大きくなる。従って、焦点距離が短くなる。
【０１１０】
また、中空８ｈにヒータが設けられていない代わりに、ホース１１４ｈが底板４１ｈの中央部以外で下ケース４ｈに接続されており、ホース１１４ｈの反対側に給排気機構が接続され、給排気機構によってホース１１４ｈを通じて中空８ｈから排気したり、中空８ｈに給気したりするようになっている。
【０１１１】
ホース１１４ｈに接続された給排気機構がホース１１４ｈを通じて中空８ｈに給気すると、中空８ｈが加圧される。これにより、レンズ面９１ｈが押し上げられ、レンズ面９１ｈの曲率が大きくなる。従って、焦点距離が短くなる。一方、ホース１１４ｈに接続された給排気機構がホース１１４ｈを通じて中空８ｈから排気すると、中空８ｈが減圧される。これにより、レンズ面９１が引き下げられ、レンズ面９１ｈの曲率が小さくなる。従って、焦点距離が長くなる。
【０１１２】
なお、図７〜図１７の可変焦点レンズ装置の何れに対しても、ヒータの設けられた中空にホースを介して給排気機構を接続し、給排気機構によって中空に給気することにより中空を加圧したり、中空から排気することにより中空を減圧したりしても良い。何れの場合でも、ヒータは設けなくても良い。例えば、図１９には、図１３に示された可変焦点レンズ装置２０１ｆの変形例である可変焦点レンズ装置２０３ｆの断面図が示されているが、中空７ｆにヒータが設けられていない代わりに、ホース１１３ｆが天板３１ｆの中央部以外で上ケース３ｆに接続されており、ホース１１３ｆの反対側に給排気機構１１５ｆが接続され、給排気機構１１５ｆによってホース１１３ｆを通じて中空８ｆから排気したり、中空８ｆに給気したりするようになっている。この給排気機構１１５ｆは、先端がホース１１３ｆに接続されたシリンダ１１６ｆと、シリンダ１１６ｆ内でシリンダ１１６ｆに沿って往復可能なピストン１１７ｆとから構成されおり、手動でピストン１１７ｆを往復移動させるものとなっている。この可変焦点レンズ装置２０３ｆにおいては、天板３１ｆであって円孔２３ｆに相対する部分にメニスカス凹レンズが形成されていないが、この部分にメニスカス凹レンズが形成されていても良い。なお、図１９の可変焦点レンズ装置２０３ｆについては、図１３の可変焦点レンズ装置２０１ｆと同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】可変焦点レンズ装置１を光軸に沿った面で破断して示した斜視図である。
【図２】可変焦点レンズ装置１の断面図である。
【図３】可変焦点レンズ装置１の上面図である。
【図４】可変焦点レンズ装置１の下面図である。
【図５】可変焦点レンズ装置１ａの断面図である。
【図６】可変焦点レンズ装置２００ａの断面図である。
【図７】可変焦点レンズ装置１ｂの断面図である。
【図８】可変焦点レンズ装置１ｃの断面図である。
【図９】可変焦点レンズ装置１ｄの断面図である。
【図１０】可変焦点レンズ装置１ｅの断面図である。
【図１１】可変焦点レンズ装置１ｆの断面図である。
【図１２】可変焦点レンズ装置２００ｆの断面図である。
【図１３】可変焦点レンズ装置２０１ｆの断面図である。
【図１４】可変焦点レンズ装置２０２ｆの断面図である。
【図１５】可変焦点レンズ装置１ｇの断面図である。
【図１６】可変焦点レンズ装置２００ｇの断面図である。
【図１７】可変焦点レンズ装置２０１ｇの断面図である。
【図１８】可変焦点レンズ装置１ｈの斜視図である。
【図１９】可変焦点レンズ装置２０３ｆの断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、２００ａ、２００ｆ、２０１ｆ、２０２ｆ、２００ｇ、２０１ｇ、２０３ｆ  可変焦点レンズ装置（レンズ装置）
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｈ  円板部材（板材）
２ｇ  円孔（第１の板材）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｆ  上ヒータ（ヒータ、変圧手段）
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｇ  下ヒータ（ヒータ、変圧手段）
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｆ、７ｇ、７ｈ  中空（密閉空間）
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｇ、８ｈ、１１１ｇ  中空（密閉空間）
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ  透明弾性材
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｈ  円孔（孔）
２３ｇ  円孔（第１の孔）
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆ、３１ｈ  天板（透明天板）
３１ｇ  天板（透明板）
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈ、１１０ｇ  鏡筒
３３ｆ  メニスカス凹レンズ
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｈ  底板（透明底板）
４１ｆ  底板（透明底板、透明板）
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ  鏡筒
４３、４３ａ、４３ｅ、４３ｆ、４３ｈ  凹面
１０４ｇ  円板部材（第２の板材）
１０７ｇ  円孔（第２の孔）
１０８ｆ  ボルトナット結合（間隔調整機構）
１１２ｇ  ヒータ（変圧手段）
１１５ｆ  給排気機構（変圧手段）
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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