(57)【要約】【課題】  微細加工を必要とせず、機械的可動部を有することなく焦点距離を可変できる超音波式可変焦点レンズアレイ及びその制御方法を提供する。【解決手段】  透明たわみ振動板１上において超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板１の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させて凸レンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動強度を制御することにより、上記凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明たわみ振動板と、
上記透明たわみ振動板上の少なくとも一箇所に設けられた超音波振動子と、
上記透明たわみ振動板の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜と、
上記超音波振動子を駆動する駆動手段と
を備え、
上記駆動手段は、上記超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することを特徴とする超音波式可変焦点レンズアレイ。
【請求項２】
上記透明たわみ振動板は矩形状のガラス基板からなり、
上記駆動手段は、上記透明たわみ振動板の四隅位置に設けられた四個の超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させて格子状の凸レンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波式可変焦点レンズアレイ。
【請求項３】
上記透明たわみ振動板は矩形状のガラス基板からなり、
上記透明たわみ振動板の対向する二辺に沿って設けられた二個の超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数条の位置において、上記粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてシリンドリカルレンズアレイ面として機能させ、上記シリンドリカルレンズアレイ面によるシリンドリカルレンズアレイの焦点距離を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波式可変焦点レンズアレイ。
【請求項４】
上記駆動手段は、上記超音波振動子の振動周波数を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズピッチを制御可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の超音波式可変焦点レンズアレイ。
【請求項５】
上記駆動手段は、上記超音波振動子の振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の超音波式可変焦点レンズアレイ。
【請求項６】
透明たわみ振動板上の少なくとも一箇所に設けされた超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させる超音波式可変焦点レンズアレイの制御方法であって、
上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することを特徴とする超音波式可変焦点レンズアレイの制御方法。
【請求項７】
さらに、上記超音波振動子の振動周波数を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズピッチを制御することを特徴とする請求項６に記載の超音波式可変焦点レンズアレイの制御方法。
【請求項８】
さらに、上記超音波振動子の振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御することを特徴とする請求項６又は請求項７の何れか１項に記載の超音波式可変焦点レンズアレイの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的可動部を有することなく焦点距離を可変できる超音波式可変焦点レンズアレイ及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のレンズが隣り合うように配列されたレンズアレイは、光を集光、拡散、反射、回折などで制御する分野、例えば、液晶ディスプレイ、光結合光学素子、画像入力装置などの各種分野において用いられている。
【０００３】
外径が概ね１０〜３００μｍ程のほぼ円形状、深さが０．６〜５０μｍの凹レンズまたは凸レンズなどの微小単位レンズを面状に配列したマイクロレンズアレイは、シリコンプロセス等の微細加工技術により製造されるものがほとんどであり、高度な技術と高価な設備を必要とする。また、従来のレンズアレイは、石英やポリマーなどで作製されるソリッドなものがほとんどある。
【０００４】
また、従来、焦点距離調整機能を有する顕微鏡や撮像装置、情報記録再生装置等の各種光学装置のレンズ系においては、多くの場合、ネジ等の直動機構を手動や電動（モータ等）により、複数のレンズ間の距離を変化させて焦点距離を変化させて、焦点距離調整を行うようにしていた。
【０００５】
例えば、携帯型電子機器等における撮像部の光学系は、プラスチックレンズと、それを光軸方向に移動させ焦点位置を変化させるためのアクチュエータとギア機構を組み合わせたものが主流となっている。
【０００６】
これに対し、レンズの位置関係を動かすことなく、例えば電気的な制御信号のみによって焦点距離を変化させることができる可変焦点液体レンズとして、例えば、透明部材の間に２種の液体が挿入され、電圧印加によりエレクトロウェッティング現象を利用して液体界面を変形させるようにしたもの可変焦点液体レンズ（例えば、特許文献１、２参照）や、透明部材と薄板や弾性膜等より成る変形部との間に液体が挿入され、液体に圧力を加えることによって薄膜や弾性膜を変形させるようにした可変焦点液体レンズ（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
【０００７】
また、アクチュエータにより機械的にシリコーンゲルを変形させるようにした可変焦点レンズ（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
【０００８】
本件発明者等は、簡単な構造で高速応答を可能にした薄型の可変焦点レンズとして、第１の屈折率を持つ第１の液体と、上記第１の液体とは異なる第２の屈折率を持ち、上記第１の液体と混和しない第２の液体２０を収容した液室内に、上記第１の液体と上記第２の液体の間でレンズ面として機能する界面を形成し、超音波振動子により上記液室内に超音波を放射して、上記液室内で上記第１の液体と上記第２の液体の２液中を超音波を伝搬させることにより、上記第１の液体と上記第２の液体間で形成される界面の形状を変形させて上記レンズ面の焦点を変化させ、上記液室内に放射する超音波の放射圧により上記レンズ面の焦点距離を可変するようにした可変焦点液体レンズを先に提案している（例えば、特許文献５や非特許文献１参照）。
【０００９】
また、近年微細加工により作製されたＭＥＭＳ型可変焦点マイクロレンズアレイについていくつかの研究グループによる報告があり、また、レンズ形状を何らかの方法（例えばエレクトロウェッティング）によって変形することにより、その焦点距離を変化する可変焦点レンズアレイが実現可能であるが、研究室レベルであり実用化には至ってないのが現状である。また、これらのマイクロレンズアレイのほとんどは焦点距離が変化可能であるものの、レンズピッチは変化することができない（例えば、非特許文献２〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４１５４８５８号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５８０７号公報
【特許文献３】特開２００９−２１７２４９号公報
【特許文献４】特開２００９−２７１０９５号公報
【特許文献５】特開２０１１−２３２５０６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】D. Koyama, R. Isago and K. Nakamura, Compact, high-speed variable-focus liquid lens using acoustic radiation force, Opt. Express, Vol. 18, No. 24, pp. 25158-25169 (2010)
【非特許文献２】B. Berge and J. Peseux, “Variable focal lens controlled by an external voltage: An application of electrowetting,”Eur. Phys. J. E., 3, 159-163 (2000).
【非特許文献３】H. Oku and M. Ishikawa, “High-speed liquid lens with 2 ms response and 80.3 nm root-mean-square wavefront error,”Appl. Phys. Lett., 94, 221108 (2009).
【非特許文献４】F. Krogmann, W. Monch, and H. Zappe, “A MEMS-based variable micro-lens system,” J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8, S330 (2006).
【非特許文献５】F. Schneider, C. Muller, and U. Wallrabe, “A low cost adaptive silicone membranelens,” J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 10, 044002 (2008).
【非特許文献６】http://www.eamex.co.jp/product.html#af
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の如く、従来の技術では、レンズ形状を何らかの方法（例えばエレクトロウェッティング）によって変形することにより、その焦点距離を変化する可変焦点レンズアレイが実現可能であるが、研究室レベルであり実用化には至ってないのが現状である。また、これらのマイクロレンズアレイのほとんどは焦点距離が変化可能であるものの、レンズピッチは変化することができない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、微細加工を必要とせず、機械的可動部を有することなく焦点距離を可変できる超音波式可変焦点レンズアレイ及びその制御方法を提供することにある。また、機械的可動部を有することなくレンズアレイのレンズピッチやレンズ位置を可変できる超音波式可変焦点レンズアレイ及びその制御方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、透明たわみ振動板上の少なくとも一箇所に設けられた超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御する。
【００１６】
すなわち、本発明は、超音波式レンズアレイであって、透明たわみ振動板と、上記透明たわみ振動板上の少なくとも一箇所に設けられた超音波振動子と、上記透明たわみ振動板の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜と、上記透明たわみ振動板上の複数箇所に設けられた超音波振動子を駆動する駆動手段とを備え、上記駆動手段は、上記超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る超音波式レンズアレイは、例えば、上記透明たわみ振動板は矩形状のガラス基板からなり、上記駆動手段は、上記透明たわみ振動板の四隅位置に設けられた四個の超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させて格子状の凸レンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離を制御するものとすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る超音波式レンズアレイは、例えば、上記透明たわみ振動板は矩形状のガラス基板からなり、上記透明たわみ振動板の対向する二辺に沿って設けられた二個の超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数条の位置において、上記粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてシリンドリカルレンズアレイ面として機能させ、上記シリンドリカルレンズアレイ面によるシリンドリカルレンズアレイの焦点距離を制御するものとすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る超音波式レンズアレイにおいて、上記駆動手段は、例えば、上記超音波振動子の振動周波数を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズピッチを制御可能とすることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る超音波式レンズアレイにおいて、上記駆動手段は、例えば、上記超音波振動子の振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御可能とすることができる。
【００２１】
本発明は、透明たわみ振動板上の少なくとも一箇所に設けられた超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させる超音波式レンズアレイの制御方法であって、上記た超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る超音波式レンズアレイの制御方法では、さらに、上記超音波振動子の振動周波数を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズピッチを制御するものとすることができる。
【００２３】
また、本発明に係る超音波式レンズアレイの制御方法では、さらに、上記超音波振動子の振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、透明たわみ振動板上の少なくとも一箇所に設けられた超音波振動子を駆動することにより、上記透明たわみ振動板のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜と該粘弾性透明膜の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させ、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することができ、微細加工を必要とせず、機械的可動部を有することなく焦点距離を可変できる超音波式可変焦点レンズアレイ及びその制御方法を提供することができる。さらに、上記超音波振動子の振動周波数や振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズピッチやレンズ位置を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した超音波式可変焦点レンズアレイの構造を模式的に示す図であり、（Ａ）は超音波式可変焦点レンズアレイの斜視図であり、（Ｂ）はその断面図である。
【図２】上記超音波式可変焦点レンズアレイの駆動部の構成を示すブロック図である。
【図３】上記超音波式可変焦点レンズアレイの透明ガラス基板に発生する格子状振動の様子を模式的に示す図であり、有限要素分析（ＦＥＭ）による計算結果を示している。
【図４】上記透明ガラス基板を格子状振動させた場合の上記超音波式可変焦点レンズアレイの断面形状の実測値を示す図であり、（Ａ）は図３における超音波式可変焦点レンズアレイのＸ−Ｘ断面を示し、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面を示している。
【図５】上記超音波式可変焦点レンズアレイの透過光の変化の様子を模式的に示す図であり、（Ａ）は格子状振動をオフした状態を示し、（Ｂ）は格子状振動をオンした状態を示している。
【図６】本発明を適用した超音波式可変焦点レンズアレイの他の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００２７】
本発明は、例えば図１に示すような構成の超音波式可変焦点レンズアレイ１０に適用される。
【００２８】
図１は、本発明を適用した超音波式可変焦点レンズアレイ１０の構造を模式的に示す図であり、超音波式可変焦点レンズアレイ１０の斜視図を（Ａ）に示し、その断面図を（Ｂ）に示している。
【００２９】
この超音波式可変焦点レンズアレイ１０は、透明たわみ振動板１と、上記透明たわみ振動板１上の複数箇所に設けられた超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと、上記透明たわみ振動板１の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜３を備える。
【００３０】
この超音波式可変焦点レンズアレイ１０において、上記透明たわみ振動板１は、一辺の長さが５０ｍｍで厚さ１ｍｍの正方形の透明ガラス基板からなる。また、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、それぞれ厚さ方向に分極される圧電体（例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３  ））からなる一辺の長さが１０ｍｍで厚さ１ｍｍの正方形の圧電超音波振動子であって、上記透明たわみ振動板１の四隅位置に接着されている。さらに、上記透明たわみ振動板１の表面の片面を覆う粘弾性透明膜３は、シリコーンゲル膜（信越化学工業株式会社製のＫＥ−１０５２（Ａ／Ｂ）、屈折率１．４、信越シリコーン）からなり、上記透明たわみ振動板１の表面の片面を覆うように、上記透明たわみ振動板１の四隅位置に配設された四個の超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの配設領域以外の領域に３００μｍの厚さで形成されている。
【００３１】
ここで、上記信越化学工業株式会社製のＫＥ−１０５２、信越シリコーンは、−４０°Ｃ〜２００°Ｃに亘る広い温度範囲で安定した弾性を呈する無色透明で光透過性が良好なシリコーンゲルとして供給されており、主剤（KE-1052-A）と硬化剤（KE-1052-B）を所定の配合比で配合した無色透明の原材料液体を１００〜１５０°Ｃで１５分から６０分加熱することにより硬化しゲル状になる透明粘弾性材料である。
【００３２】
なお、上記粘弾性透明膜３０を形成する透明粘弾性材料としては、アクリル系粘弾性材料、シリコーン系粘弾性材料、ウレタン系粘弾性材料など各種の透明粘弾性材料を挙げることができ、流動性がなく、複素弾性率が小さい材料が適している。
【００３３】
そして、この超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記透明たわみ振動板１の四隅位置に配設された四個の超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを図２のブロック図に示すような構成の駆動部２０で駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置（振動の腹）において、上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させて格子状の凸レンズアレイ面として機能させる。
【００３４】
上記駆動部２０は、周波数が１８１ｋＨｚの高周波信号を発生する信号発生器２１と、この信号発生器２１により発生された高周波信号を増幅して駆動用の電気信号として、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに供給する四個の電力増幅器２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと、上記信号発生器２１により発生される高周波信号の振幅を制御する振幅制御部２３と、上記信号発生器２１により発生される高周波信号の周波数を制御する周波数制御部２４を備える。
【００３５】
ここで、上記透明たわみ振動板１は、四隅位置に配設された四個の超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを電気的に駆動すると当該透明たわみ振動板１に格子状のたわみ振動が発生する。一辺の長さが５０ｍｍで厚さ１ｍｍの正方形の透明ガラス基板からなる透明たわみ振動板１では、有限要素分析（ＦＥＭ）による計算結果を図３（参考図としてカラー図面を提出する。）に示すように、周波数１８１ｋＨｚで波長約７．１ｍｍの格子状たわみ振動が励振される（カラー図面に示す赤・青部分が大きく振動する箇所を表す）。
【００３６】
そして、上記透明たわみ振動板１の格子状振動により、当該透明たわみ振動板１上の粘弾性透明膜３に超音波放射力が働き、上記粘弾性透明膜３の表面は同じ格子パターンで凸状に変形し、レンズアレイとして作用する。すなわち、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置において、上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質（空気）とで形成される界面を変形させて格子状の凸レンズアレイ面として機能させることができる。
【００３７】
上記透明たわみ振動板１を格子状のたわみ振動させた場合の上記超音波式可変焦点レンズアレイ１０の断面形状の実測値を図４に示すように、上記粘弾性透明膜３表面が変形して等間隔の凸レンズアレイが形成される。図４の（Ａ）は図３における超音波式可変焦点レンズアレイ１０のＸ−Ｘ断面を示し、図４の（Ｂ）はＹ−Ｙ断面を示している。
【００３８】
この超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記透明たわみ振動板１の格子状のたわみ振動をオフした状態における透過光の様子を図５の（Ａ）に模式的に示し、上記透明たわみ振動板１の格子状のたわみ振動をオンした状態における透過光の様子を図５の（Ｂ）に模式的に示すように、上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質（空気）とで形成される界面による格子状の凸レンズアレイ面として機能を上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの駆動のオン・オフにより切り替えることができる。
【００３９】
また、上記透明たわみ振動板１の格子状のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置における上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面の変形量は、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動強度に応じて変化し、駆動用の電気信号の電圧振幅値を増加すれば、変形量が増加して、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離は短くなる。
【００４０】
すなわち、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動強度を制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離を制御することができる。この超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記駆動部２０の信号発生器２１により発生される高周波信号の振幅を振幅制御部３３で制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離を制御することができる。
【００４１】
また、上記透明たわみ振動板１上の複数の位置における上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面の変形状態は、上記透明たわみ振動板１の格子状のたわみ振動により励振される格子状振動モードに依存するので、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動周波数に応じて格子状のたわみ振動の波長が変化し、上記振動周波数を高くすると格子状のたわみ振動の波長が短くなり、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイのレンズピッチは短くなる。
【００４２】
すなわち、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動周波数を制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイのレンズピッチを制御することができる。この超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記駆動部４の信号発生器４１により発生される高周波信号の周波数を周波数制御部２４で制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイのレンズピッチを制御することができる。
【００４３】
ただし、上記駆動部４０は、上記透明たわみ振動板１０の共振周波数で駆動する必要があるため、レンズピッチは連続的ではなくステップ的に変化する。
【００４４】
なお、上記超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記駆動部２０の信号発生器２１により発生される高周波信号の振幅を振幅制御部２３で制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイの焦点距離を制御し、また、上記駆動部２０の信号発生器２１により発生される高周波信号の周波数を周波数制御部２４で制御することにより、上記格子状の凸レンズアレイ面による凸レンズアレイのレンズピッチを制御するようにしたが、さらに、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御することができる。
【００４５】
すなわち、上記透明たわみ振動板１上の複数の位置における上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面の変形状態は、上記透明たわみ振動板１の格子状のたわみ振動により励振される格子状振動モードに依存するので、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動位相に応じて格子状のたわみ振動における格子位置が変化し、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御することができる。
【００４６】
上述の如く、透明たわみ振動板１上の複数箇所において上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板１の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させる超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記透明たわみ振動板１上の複数箇所に設けられた超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することができる。さらに、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動周波数を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズピッチを制御することができる。さらに、上記超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの振動位相を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイのレンズ位置を制御することができる。
【００４７】
なお、粘弾性透明膜を紫外線硬化樹脂に置き換えても、同様の格子状変形が起こることから、変形時に紫外線を照射して樹脂を硬化させることによりレンズアレイを作製することができ、複雑な製造プロセスなく樹脂製マイクロレンズアレイを作製することができる。
【００４８】
また、上記超音波式可変焦点レンズアレイ１０では、上記透明たわみ振動板１０の四隅位置に設けられた四個の超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを上記駆動部２で駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される格子状振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置において、上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させて格子状の凸レンズアレイ面として機能させが、例えば図６に示す超音波式可変焦点レンズアレイ１１０のように、矩形状の透明たわみ振動板１の対向する二辺に沿って設けられた二個の超音波振動子１２Ａ，１２Ｂを駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数条の位置において、上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させてシリンドリカルレンズアレイ面として機能させることができる。
【００４９】
この超音波式可変焦点レンズアレイ１１０は、矩形状の透明ガラス基板からなる透明たわみ振動板１と、上記透明たわみ振動板１上に対向する二辺に沿って設けられた二個の超音波振動子１２Ａ，１２Ｂと、上記透明たわみ振動板１の表面の片面を覆う粘弾性透明膜３と、上記超音波振動子１２Ａ，１２Ｂを駆動する駆動部２０Ａを備える。
【００５０】
なお、この超音波式可変焦点レンズアレイ１１０において、上記超音波式可変焦点レンズアレイ１０と同一の構成要素には、図中に符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
この超音波式可変焦点レンズアレイ１１０では、上記透明たわみ振動板１上に配設された二個の超音波振動子１２Ａ，１２Ｂを駆動部２０Ａで駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数条の位置（振動の腹）において、上記粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させてシリンドリカルレンズアレイ面として機能させる。
【００５２】
上記駆動部２０Ａは、駆動用の電気信号として、周波数が例えば１８１ｋＨｚの高周波信号を発生する信号発生器２１と、この信号発生器２１により発生された高周波信号を増幅して駆動用の電気信号として、上記透明たわみ振動板１に配設されている二個の超音波振動子１２Ａ，１２Ｂに供給する二個の電力増幅器２２Ａ，２２Ｂと、上記信号発生器２１により発生される高周波信号の振幅を制御する振幅制御部２３と、上記信号発生器２１により発生される高周波信号の周波数と位相を制御する周波数制御部２４と位相制御部２５を備える。
【００５３】
そして、この超音波式可変焦点レンズアレイ１１０では、上記駆動部２０Ａの信号発生器２１により発生される高周波信号の振幅を振幅制御部２３で制御することにより、上記シリンドリカルレンズアレイ面によるシリンドリカルレンズアレイの焦点距離を制御することができる。
【００５４】
また、上記駆動部２０Ａの信号発生器２１により発生される高周波信号の周波数を周波数制御部２４で制御することにより、上記シリンドリカルレンズアレイ面によるシリンドリカルレンズアレイのレンズピッチを制御することができる。ただし、上記駆動部４０は、上記透明たわみ振動板１０の共振周波数で駆動する必要があるため、レンズピッチは連続的ではなくステップ的に変化する。
【００５５】
さらに、上記駆動部２０Ａの信号発生器２１により発生される高周波信号の位相を位相制御部２４で制御して、上記超音波振動子１２Ａ，１２Ｂの振動位相を制御することにより、上記シリンドリカルレンズアレイ面によるシリンドリカルレンズアレイのレンズ位置を制御することができる。
【００５６】
なお、上記超音波式可変焦点レンズアレイ１０，１１０では、透明たわみ振動板１上の複数箇所に設けた超音波振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，１２Ａ，１２Ｂを駆動することにより、上記透明たわみ振動板１のたわみ振動により励振される振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板１の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させて凸レンズアレイ面やシリンドリカルレンズアレイとして機能させたが、上記透明たわみ振動板１では、一箇所に設けた超音波振動子を駆動することよって分割振動モードが励振されるので、その振動モードに応じた上記透明たわみ振動板１上の複数の位置において、上記透明たわみ振動板１の表面の少なくとも片面を覆う粘弾性透明膜３と該粘弾性透明膜３の表面の媒質とで形成される界面を変形させてレンズアレイ面として機能させることができ、大きな駆動電力を必要とすることになるが、上記超音波振動子の振動強度を制御することにより、上記レンズアレイ面によるレンズアレイの焦点距離を制御することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０，１１０  超音波式可変焦点レンズアレイ、１  透明たわみ振動板、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，１２Ａ，１２Ｂ  超音波振動子、３  粘弾性透明膜、２０，２０Ａ  駆動部、２１  信号発生器、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  電力増幅器、２３  振幅制御部、２４  周波数制御部、２５  位相制御部
【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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