(57)【要約】【課題】可変焦点レンズ部に必要とされる特性と液圧ポンプ部に必要とされる特性を最適化することが容易な液圧式の可変焦点レンズ装置を提供する。【解決手段】支持体１に支持された透明で弾性変形可能なメンブレン２と、前記メンブレンに接して封入された流動性透明充填液３を少なくとも備え、液圧ポンプ４により前記流動性透明充填液３の圧力及びその封入量を変化させることにより前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変とする可変焦点レンズ装置において、液圧ポンプ用の動作液体６と前記可変焦点レンズ用流動性透明充填液３の伝達を行う液圧力流量伝達装置７を設ける。【選択図】図２
2009251420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体の開口縁部に支持された透明で弾性変形可能なメンブレンと、
前記開口縁部の少なくとも一方のメンブレンに接した流動性透明充填液とを有し、
前記流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させることにより前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変とする液圧ポンプと、
前記液圧ポンプ用の動作液体と前記可変焦点レンズ用流動性透明充填液との間で圧力及び流量の伝達を行う液圧力流量伝達装置とを備えることを特徴とする可変焦点レンズ装置。
【請求項２】
前記液圧力流量伝達装置が、弾性変形可能な前記メンブレンにより前記流動性透明充填液と前記液圧ポンプ用の動作液体とを仕切って、圧力及び流量のみ互いに伝達可能と構成していることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項３】
前記液圧力流量伝達装置の吐出吸入口が、前記液圧ポンプの吐出吸入口と連結されかつ前記液圧力流量伝達装置のケーシングが前記液圧ポンプの外壁に固定されて前記液圧力流量伝達装置と前記液圧ポンプとが一体化されてなる請求項１に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項４】
前記メンブレンを介して前記支持体の凹部と対向して接触して配置され、かつ、前記凹部に対向する第２の凹部を有する第２の支持体と、
前記流動性透明充填液とは屈折率が異なり、かつ、前記メンブレンに接して前記第２の支持体の前記第２の凹部に封入された第２の流動性透明充填液と、
前記液圧ポンプ用の動作液体と前記第２の流動性透明充填液との間で圧力及び流量の伝達を行う第２の液圧力流量伝達装置とをさらに備えるとともに、
前記液圧ポンプにより、前記支持体の前記凹部内の前記流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させるとともに、前記第２の支持体の前記第２の凹部内の前記第２の流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させることにより、前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変と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装置。
【請求項５】
前記液圧ポンプが、吐出と吸入の両機能を持つ拮抗型の液圧ポンプであることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項６】
前記液圧ポンプが、セル内に配置されたエレクトロアクティブポリマー部材と、前記セル内で前記エレクトロアクティブポリマー部材と隣接する電解液とを少なくとも備え、
電界印加により、前記セル内で前記エレクトロアクティブポリマー部材に前記電解液中のイオンを出し入れさせることにより前記エレクトロアクティブポリマー部材を伸縮させて、前記電解液を前記セル内から吐出又は前記セル内に吸入する液圧ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項７】
前記エレクトロアクティブポリマー部材が、有機導電性ポリマー及びその誘導体を含む部材、又は導電性微粒子分散ポリマー及びその誘導体を含む部材であることを特徴とする請求項６に記載の可変焦点レンズ装置。
【請求項８】
前記電解液が、イオン液体であることを特徴とする請求項６に記載の可変焦点レンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変焦点レンズ装置に関するものであり、より具体的には液圧ポンプにより駆動され、透明なメンブレンの形状を変化させることにより焦点を可変とする可変焦点レンズ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の可変焦点レンズ装置の代表的なものとして、複数個組み合わせした固体レンズの一部又は全部を光軸方向に可動とするものがある。しかし、この方式では、複数のレンズを要したり、光軸方向への移動距離が必要であったり、また、アクチュエータ機構をレンズの近くに設ける必要から、小型化、薄型化、及び、軽量化に限りがある。
【０００３】
これに対して、透明で弾性変形可能なメンブレンを液体で変形させる可変焦点レンズは、例えば、特許文献１に示されたものなどが知られており、可変焦点レンズ部と駆動部を分離することが出来るから、可変焦点レンズ部に限れば、小型化、薄型化、及び、軽量化が可能である。
【０００４】
透明で弾性変形可能なメンブレンの両側に、屈折率の異なる液体を配置した別構成の可変焦点レンズが、特許文献２に提案されている。この特許文献は、重力による透明メンブレンの変形の歪を軽減することを目的としている。また、透明メンブレンの曲率可変手段あるいは液量可変手段の１例として、ピストンをレバーにて移動させるポンプの例が記載されている。レバーの移動は、電磁モータ機構など既知の手段で電動化することができるが、駆動部が、重くかつ大きくなる課題がある。
【０００５】
可変焦点レンズ装置を、例えば可変焦点メガネあるいはヘッドマウントディスプレーの合焦点装置や可変焦点カメラなどのウエアラブル機器に適用する場合、液圧ポンプ部も小型化、軽量化、及び、静音化することが必要となる。
【０００６】
小型で軽量であり、かつ、動作音無しで駆動できるアクチュエータとして、電気的刺激により伸縮する、各種のエレクトロアクティブポリマー型アクチュエータが提案されている。
【０００７】
このエレクトロアクティブポリマー型アクチュエータを用いた液圧ポンプとして、電界印加により、隣接する電解液から導電性ポリマーゲルにイオンを出し入れさせることにより、アクチュエータを伸縮させるポンプが，特許文献３に開示されている。
【０００８】
エレクトロアクティブポリマー型アクチュエータを用いた液圧ポンプの別の例として、電界印加により導電性ポリマーを伸縮させ、電界液自体を吐出吸入する例が特許文献４、図７、図８に開示されている。
【０００９】
このようなエレクトロアクティブポリマー型アクチュエータを用いた液圧ポンプを可変焦点レンズ用のアクチュエータに適用することにより、液圧ポンプ部を小型で軽量であり、かつ、動作音の無いものにすることができる。
【００１０】
しかし、これらのエレクトロアクティブポリマー型アクチュエータを用いた液圧ポンプを、可変焦点レンズ用のアクチュエータに適用する場合、可変焦点レンズ部に使用するのに適した液体と、液圧ポンプ部に使用するのに適した液体とでは、求められる特性が異なり、両者の液体を共通で用いるためには、材料選択の余地が小さい課題があった。
【００１１】
具体的には、可変焦点レンズ部に適した液体としては、高い透明度であることは勿論、小さな曲率変化で大きい度数の変化を得るために、高い屈折率の液体が好ましい。また、重力の影響による光学歪を少なくするためには、低い比重の液体が望ましい。液圧型の可変焦点レンズ部の形状変化を高速で行わせるためには、粘度の低い液体を使い、配管内の液体移動に抵抗の少ない液体が好ましい。
【００１２】
一方、液圧ポンプ部に適した液体としては、例えば摺動部を有するピストンとシリンダよりなる液圧ポンプを使用する場合、この摺動部で使用するためには、摩擦の少ない潤滑性の良い液体が望ましい。さらに、エレクトロアクティブポリマー部材に電界印加により電解液中のイオンを出し入れさせるため、エレクトロアクティブポリマー部材を伸縮させる駆動源を用いた液圧ポンプでは、伸縮率の大きいイオン種を含む電解液が好ましい。
【００１３】
【特許文献１】特開昭５５−３６８５７号公報
【特許文献２】特開平１−２２５９０１号公報
【特許文献３】ＵＳＰ６，６８５，４４２号公報
【特許文献４】特開平２００５−２０７４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記背景技術で述べた可変焦点レンズ装置では、可変焦点レンズ部に使用するのに適した液体と、液圧ポンプ部に使用するのに適した液体とでは、求められる特性が異なり、両者の液体を共通で用いるためには材料選択の余地が小さい課題があった。
【００１５】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決し、可変焦点レンズ部に必要とされる特性と液圧ポンプ部に必要とされる特性を最適化することが容易な可変焦点レンズ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１７】
本発明の第１態様によれば、支持体の開口縁部に支持された透明で弾性変形可能なメンブレンと、
前記開口縁部の少なくとも一方のメンブレンに接した流動性透明充填液とを有し、
前記流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させることにより前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変とする液圧ポンプと、
前記液圧ポンプ用の動作液体と前記可変焦点レンズ用流動性透明充填液との間で圧力及び流量の伝達を行う液圧力流量伝達装置とを備えることを特徴とする可変焦点レンズ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
以下説明するように、本発明によれば、支持体に支持された透明で弾性変形可能なメンブレンと、前記メンブレンに接して封入された流動性透明充填液を少なくとも備え、液圧ポンプにより前記流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させることにより前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変とする可変焦点レンズ装置において、液圧ポンプ用の動作液体と前記可変焦点レンズ用流動性透明充填液の圧力及び流量の伝達を行う液圧力流量伝達装置を設ける構成とすることにより、可変焦点レンズ部に使用するのに適した液体と、液圧ポンプ部に使用するのに適した液体とでは求められる特性が異なり、両者の液体を共通で用いる必要がなく、それぞれの材料を最適化することができるから、材料選択の幅を大きくすることができ、特性の最適化が容易な可変焦点レンズ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、まず本発明の種々の態様について説明する。
【００２１】
本発明の第１態様によれば、支持体の開口縁部に支持された透明で弾性変形可能なメンブレンと、
前記開口縁部の少なくとも一方のメンブレンに接して流動性透明充填液とを有し、
前記流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させることにより前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変とする液圧ポンプと、
前記液圧ポンプ用の動作液体と前記可変焦点レンズ用流動性透明充填液との間で圧力及び流量の伝達を行う液圧力流量伝達装置とを備えることを特徴とする可変焦点レンズ装置を提供する。
【００２２】
このような構成によれば、可変焦点レンズ部に使用するのに適した液体と、液圧ポンプ部に使用するのに適した液体とでは求められる特性が異なり、両者の液体を共通で用いる必要がなく、それぞれの材料を最適化することができるから、材料選択の幅を大きくすることができ、特性の最適化が容易な可変焦点レンズ装置を提供することができる。
【００２３】
可変焦点レンズ部に適した液体としては高い透明度であることは勿論、小さな曲率変化で大きい度数の変化を得るために、高い屈折率の液体が好ましい。また、重力の影響による光学歪を少なくするために低い比重の液体が望ましい。液圧型の可変焦点レンズ部の形状変化を高速で行わせるためには粘度の低い液体を使い、配管内の液体移動に抵抗の少ない液体が好ましい。
【００２４】
一方、液圧ポンプ部に適した液体としては、例えば摺動部を有するピストンとシリンダよりなる液圧ポンプを使用する場合、この摺動部で摩擦の少ない潤滑性のよい液体が望ましい。さらにエレクトロアクティブポリマー部材に電界印加により電解液中のイオンを出し入れさせるのによりエレクトロアクティブポリマー部材を伸縮させる駆動源を用いた液圧ポンプでは、伸縮率の大きいイオン種を含む電解液が好ましい。
【００２５】
本発明の第２態様によれば、前記液圧力流量伝達装置が、弾性変形可能な前記メンブレンにより前記流動性透明充填液と前記液圧ポンプ用の動作液体とを仕切って、圧力及び流量のみ互いに伝達可能と構成していることを特徴とする第１態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する
このような構成によれば、簡便な構造で液圧ロス及び液量ロスの少ない液種の変換機能（液圧力及び流量伝達機能）を実現することができる。
【００２６】
本発明の第３態様によれば、前記液圧力流量伝達装置の吐出吸入口が、前記液圧ポンプの吐出吸入口と連結されかつ前記液圧力流量伝達装置のケーシングが前記液圧ポンプの外壁に固定されて前記液圧力流量伝達装置と前記液圧ポンプとが一体化されてなる第１態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する。
【００２７】
このような構成によれば、液圧ポンプと液圧力流量伝達装置の間の配管が必要なく、小型軽量の液変換機能（液圧力及び流量伝達機能）を持った液圧ポンプ装置を実現することができる。
【００２８】
本発明の第４態様によれば、前記メンブレンを介して前記支持体の凹部と対向して接触して配置され、かつ、前記凹部に対向する第２の凹部を有する第２の支持体と、
前記流動性透明充填液とは屈折率が異なり、かつ、前記メンブレンに接して前記第２の支持体の前記第２の凹部に封入された第２の流動性透明充填液と、
前記液圧ポンプ用の動作液体と前記第２の流動性透明充填液との間で圧力及び流量の伝達を行う第２の液圧力流量伝達装置とをさらに備えるとともに、
前記液圧ポンプにより、前記支持体の前記凹部内の前記流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させるとともに、前記第２の支持体の前記第２の凹部内の前記第２の流動性透明充填液の圧力及びその封入量を変化させることにより、前記メンブレンの形状を変化させて焦点を可変とすることを特徴とする第１態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する。
【００２９】
このような構成によれば、２つの流動性透明充填液の比重をほぼ等しくすることが容易で、従って重力の影響による光学歪を少なくすることのできる液圧型の可変焦点レンズ部を実現することができる。
【００３０】
本発明の第５態様によれば、前記液圧ポンプが、吐出と吸入の両機能を持つ拮抗型の液圧ポンプであることを特徴とする第４態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する。
【００３１】
このような構成によれば、液圧型可変焦点レンズ部の２つの流動性透明充填液の吐出と吸入の収支バランスを取ることができて好ましい。
【００３２】
本発明の第６態様によれば、前記液圧ポンプが、セル内に配置されたエレクトロアクティブポリマー部材と、前記セル内で前記エレクトロアクティブポリマー部材と隣接する電解液とを少なくとも備え、
電界印加により、前記セル内で前記エレクトロアクティブポリマー部材に前記電解液中のイオンを出し入れさせることにより前記エレクトロアクティブポリマー部材を伸縮させて、前記電解液を前記セル内から吐出又は前記セル内に吸入する液圧ポンプであることを特徴とする第１態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する。
【００３３】
このような構成によれば、軽量なエレクトロアクティブ部材を駆動源としているから液圧ポンプ部も小型軽量化でき、従って全体として小型軽量の可変焦点レンズ装置を実現できる。さらに、動作音の無い液圧ポンプの駆動源とすることが出来る。軽量であることが必要であり、静音であることが必要とされるウエアラブル用として優れた可変焦点レンズ装置を備えた機器を実現することが出来る。
【００３４】
本発明の第７態様によれば、前記エレクトロアクティブポリマー部材が、有機導電性ポリマー及びその誘導体を含む部材、又は導電性微粒子分散ポリマー及びその誘導体を含む部材であることを特徴とする第６態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する。
【００３５】
このような構成によれば、低い電圧で動作し、かつ駆動に必要な電流も小さいから低い消費電力で駆動できる小型軽量なバッテリ駆動の液圧ポンプを実現でき、従って、全体として小型軽量な可変焦点レンズ装置を実現できる。
【００３６】
本発明の第８態様によれば、前記電解液が、イオン液体であることを特徴とする第６態様に記載の可変焦点レンズ装置を提供する。
【００３７】
このような構成によれば、水溶性電解液や有機溶媒系電解液に比べて同じ範囲の電圧印加で電気分解が起こりにくく、繰り返し動作寿命に優れた液圧ポンプを実現でき、従って、繰り返し寿命に優れた可変焦点レンズ装置を実現できる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態における可変焦点レンズ装置の断面図を示している。図１Ｃは、本発明の第１実施形態における可変焦点レンズ装置の図１Ａの部分拡大断面図である。図２及び図３は、同様に、本発明の第１実施形態の変形例における可変焦点レンズ装置の断面図を示しているが、図１Ａとは異なる焦点変化の動作の様子を示している。この可変焦点レンズ装置は、可変焦点レンズ部１００と、可変焦点レンズ部１００に連結された液圧ポンプ４とを備えて構成されている。
【００４０】
図１Ａにおいて、可変焦点レンズ部１００は、表面側（図１Ａの左側）が平面でかつ裏面側（図１Ａの右側）が厚み方向にへこんだ円形凹部１ａを有する透明な板状の支持体１と、支持体１の凹部１ａの開口縁部に支持されかつ透明で弾性変形可能な膜であるメンブレン２と、このメンブレン２に接して支持体１の凹部１ａに封入された流動性透明充填液３と、支持体１に設けられかつ支持体１の凹部１ａに支持体１の厚み方向と直交する方向沿いに連結された吐出吸入口２０とを備えるように構成されている。支持体１の凹部１ａにとメンブレン２とにより、液体レンズ部用空間１ｓを形成している。
【００４１】
液圧ポンプ４は、円形又は四角形のディスク状の支持部材１２と円形又は四角形のディスク状の可動部材１３との間をバネ性の円筒状のベローズ１４で連結して密閉されたセル構造にしており、支持部材１２と可動部材１３との間の中央部に架設したエレクトロアクティブポリマー部材１０を駆動源として用い、液圧ポンプ用の動作液体６として電解液を、このエレクトロアクティブポリマー部材１０に接して前記液圧ポンプ４の密閉セル４ａ内に封入している。さらに、液圧ポンプ用の動作液体６である電解液中の支持部材１２と可動部材１３との間に架設されかつエレクトロアクティブポリマー部材１０に対向するように対向電極１１を設けて、液圧ポンプ部１０１を構成している。液圧ポンプ４としては、さらに、液圧ポンプ部１０１に加えて、駆動電源制御装置（駆動電源と駆動電源用制御装置とを一体化して構成された装置）３０及びスイッチ３１を備える。駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１を用いてエレクトロアクティブポリマー部材１０と対向電極１１との間に電圧を印加し、電解液６中のイオンをエレクトロアクティブポリマー部材１０に出入りさせることにより、エレクトロアクティブポリマー部材１０を長手方向に対して伸縮させて支持部材１２に対して可動部材１３を移動させ、支持部材１２に設けた吐出吸入口２３より電解液６をセル４ａ内から吐出又はセル４ａ内に吸入させる。
【００４２】
可変焦点レンズ部１００と液圧ポンプ部１０１の間には、液圧力流量伝達装置７を、液圧ポンプ４と一体化して設けている。すなわち、液圧力流量伝達装置７のケーシング９ａを液圧ポンプ４の外壁である支持部材１２に固定して、前記液圧力流量伝達装置７と前記液圧ポンプ４とが一体化されている。この液圧力流量伝達装置７は、その内部の液圧力流量伝達装置セル９の中に弾性変形可能なメンブレン８が設けられ、２種の液体をメンブレン８により仕切る構造としている。メンブレン８により仕切られた液圧力流量伝達装置セル９の液圧ポンプ４側には、液圧力流量伝達装置セル９を構成するケーシング９ａに吐出吸入口２２を設けて、吐出吸入口２２を支持部材１２の吐出吸入口２３と連通させるとともに、メンブレン８により仕切られた液圧力流量伝達装置セル９の可変焦点レンズ１００側には、ケーシング９ａに吐出吸入口２１を設けて、メンブレン８で仕切られた２つの液体（液圧ポンプ用の動作液体６と可変焦点レンズ用の流動性透明充填液３）をそれぞれの側で、吐出吸入口２２と吐出吸入口２１とを介して、吐出吸入させる。液圧力流量伝達装置セル９の液圧ポンプ側の液圧ポンプ用空間９ｂ内には、液圧ポンプ用の動作液体６が満たされているとともに、液圧力流量伝達装置セル９の可変焦点レンズ部側の可変焦点レンズ部用空間９ｃ内には、可変焦点レンズ用の流動性透明充填液３が満たされている。液圧力流量伝達装置７の吐出吸入口２１と可変焦点レンズ部１００の吐出吸入口２０とは、連結管２４により連結されている。
【００４３】
可変焦点レンズ部１００の流動性透明充填液３は、支持体１の液注入口２６から凹部１ａ内に充填されて凹部１ａ内が満たされ、栓２８により液注入口２６が封止される。同様に、液圧力流量伝達装置７の可変焦点レンズ部用空間９ｃの流動性透明充填液３は、ケーシング９ａに設けられた液注入口２７Ａから可変焦点レンズ部用空間９ｃ内に満たされ、栓２８Ａにより封止される。さらに液圧力流量伝達装置７の液圧ポンプ用空間９ｂの流動性透明充填液６は、ケーシング９ａに設けられた液注入口２７Ｂから液圧ポンプ用空間９ｂ内に満たされ、栓２８Ｂにより封止される。
【００４４】
次に、本発明の前記第１実施形態にかかる可変焦点レンズ装置の動作を詳細に述べる。
【００４５】
液圧ポンプ用の動作液体６である電解液中には対向電極１１が設けられ、駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１を用いて、エレクトロアクティブポリマー部材１０と対向電極１１との間に電圧が印加される。ここで、図１Ａにおいて、スイッチ３１をオンして、対向電極１１に負の電圧（―Ｖ）を印加するとともに、エレクトロアクティブポリマー部材１０に正の電圧（＋Ｖ）を印加すると、電解液６中のカチオン（陽イオン）１６は、エレクトロアクティブポリマー部材１０側から対向電極１１側に移動し、エレクトロアクティブポリマー部材１０中に存在していたカチオン（陽イオン）１６が、エレクトロアクティブポリマー部材１０から引き抜かれ、この結果、エレクトロアクティブポリマー部材１０は電圧印加前の初期の長さから、その長手方向沿いの「縮む方向」４０Ｂ（図２参照）に、縮むように動作する。
【００４６】
この結果、液圧ポンプ部１０１の可動部材１３は、図１Ａの１３ａの点線の位置まで図１Ａにおいて左方向に移動し、液圧ポンプ用の動作液体６である電解液が、液圧ポンプ４の吐出吸入口２３より吐出され、吐出吸入口２３と連結された液圧力流量伝達装置７の吐出吸入口２２を介して液圧ポンプ用空間９ｂ内に供給される。この結果、液圧力流量伝達装置７を構成する液圧力流量伝達装置セル９の中の弾性変形可能なメンブレン８が、図１Ａに８ａのように点線で示すように左向きに大きく湾曲して突出するように変形し、液圧力流量伝達装置セル９の可変焦点レンズ部用空間９ｃ内の流動性透明充填液３が、メンブレン８の押圧により吐出吸入口２１から連結管２４内に吐出される。吐出された流動性透明充填液３は、連結管２４を通して可変焦点レンズ部１００の吐出吸入口２０より支持体１の凹部１ａ内に流入し、透明な支持体１の凹部１ａの開口縁部に支持された透明で弾性変形可能なメンブレン２が、図１Ａ中に点線２ａで示すように右向きに大きく湾曲して突出するように（すなわち、右向きに突出した凸レンズ状態となるように）変形する。
【００４７】
図１Ａの例では、透明で弾性変形可能なメンブレン２の電圧印加前の初期状態Ｉは、平面状態（実線の参照符号２を参照）である場合を示している。したがって、メンブレン２及び凹部１ａの中心軸である光軸５の方向と平行に支持体１に入射する入射光５Ａは、支持体１及び凹部１ａ内の流動性透明充填液３及び平面状態のメンブレン２を透過し、そのまま、光軸５に平行な出射光５Ｂとなってメンブレン２から出射される。このように光軸５に平行な出射光５Ｂとなって出射される状態は、出射光５Ｂが、無限遠に焦点を結んだ状態である。一方、電圧が印加されて液圧ポンプ部１０１が駆動されて流動性透明充填液３が吐出されると、透明で弾性変形可能なメンブレン２が、前記点線２ａで示すように右向きに大きく湾曲して突出するように変形すると、光軸５の方向と平行に支持体１に入射する入射光５Ａは、支持体１及び凹部１ａ内の流動性透明充填液３及び湾曲した状態（点線の参照符号２ａを参照）のメンブレン２を透過し、図１Ａの点線に示すように光軸５に平行でない出射光５Ｂａとなってメンブレン２から出射し、点５Ｃに焦点を結ぶように動作する。
【００４８】
（第１実施形態の変形例）
また、図２及び図３は、それぞれ、この第１実施形態の変形例における可変焦点レンズ装置の図１Ａとは別の動作の様子を示す断面図を示している。
【００４９】
図２は、図１Ａのメンブレン２に対応しかつ電圧が印加されていないメンブレン２Ａの初期状態ＩＩが、図１Ａのように平面状態ではなく、若干湾曲して突出した凸レンズ状態となっている点が、図１Ａと異なるものである。図２においては、電圧印加時に液圧ポンプ４がその動作液体６を吐出し、液圧力流量伝達装置７を介して圧力と流量が伝達された可変焦点レンズ用の動作液である流動性透明充填液３を、支持体１の凹部１ａ内の液体レンズ部用空間１ｓに注入している様子を示している。透明で弾性変形可能なメンブレン２Ａには、液圧ポンプ４からの正の圧力が液圧力流量伝達装置７を介して伝達されるとともに、流動性透明充填液３の液体レンズ部用空間１ｓへの封入量を増加させるように働き、その結果、メンブレン２Ａが若干湾曲して突出した凸レンズ状態（実線の参照符号２Ａを参照）から、大きく湾曲して突出した凸レンズ状態（点線の参照符号２Ａａを参照）にその形状を変化させる。
【００５０】
その結果、可変焦点レンズの光軸５と平行に支持体１に入射する入射光５Ａは、電圧印加前の初期状態では、支持体１及び凹部１ａ内の流動性透明充填液３及び若干湾曲して突出した凸レンズ状態のメンブレン２Ａを透過し、図２の実線で示すように光軸５に平行でなく、光軸５に対してやや屈曲した出射光５Ｂｂとなってメンブレン２Ａから出射し、点５Ｃｂに焦点を結ぶように動作する。一方、電圧が印加されて液圧ポンプ部１０１が駆動されて流動性透明充填液３が吐出されると、透明で弾性変形可能なメンブレン２Ａが、若干湾曲して突出した凸レンズ状態（実線の参照符号２Ａを参照）から、大きく湾曲して突出した凸レンズ状態（点線の参照符号２Ａａを参照）にその形状を変化させると、光軸５の方向と平行に支持体１に入射する入射光５Ａは、支持体１及び凹部１ａ内の流動性透明充填液３及び大きく湾曲した状態（点線の参照符号２Ａａを参照）のメンブレン２Ａで屈折する。すなわち、入射光５Ａは、図２の点線に示すように光軸５Ｂに平行でなく、かつ、初期状態ＩＩよりも、より大きく屈折されて、出射光５Ｂが出射光５Ｂｃとなってメンブレン２Ａから出射し、焦点５Ｃｂよりもより近い焦点５Ｃｃに焦点を結ぶように動作する。
【００５１】
この図２においても、液圧ポンプ４及び液圧力流量伝達装置７の動作原理は、図１Ａについて述べた動作原理とそれぞれ同様である。
【００５２】
また、図３は、図２とは別であって、第１実施形態の別の変形例における可変焦点レンズ装置の図１Ａとは別の動作の様子を示す断面図を示している。
【００５３】
図３は、図１Ａのメンブレン２に対応しかつ電圧が印加されていないメンブレン２Ｂの初期状態ＩＩＩは図１Ａと同様に平面状態ではあるが、電圧印加状態では凹レンズ状態となる点が、図１Ａと異なるものである。図３においては、電圧印加時に液圧ポンプ４がその動作液体６を吸入するとき、液圧力流量伝達装置７を介して圧力と流量が伝達された可変焦点レンズ用の動作液である流動性透明充填液３を、液圧レンズ部１００から吸入している様子を示している。透明で弾性変形可能なメンブレン２Ｂには、液圧ポンプ４からの負の圧力が液圧力流量伝達装置７を介して伝達されるとともに、流動性透明充填液３の液体レンズ部用空間１ｓへの封入量を減少させるように働き、その結果、メンブレン２Ｂが平面状態ＩＩＩ（実線の参照符号２Ｂを参照）から凹レンズ状態（点線の参照符号２Ｂａを参照）にその形状を変化させる。
【００５４】
その結果、可変焦点レンズの光軸５と平行に支持体１に入射する入射光５Ａは、電圧印加前の初期状態では、支持体１及び凹部１ａ内の流動性透明充填液３及び平面状態のメンブレン２Ｂを透過し、そのまま、光軸５に平行な出射光５Ｂとなってメンブレン２Ｂから出射される。このように光軸５に平行な出射光５Ｂとなって出射される状態は、出射光５Ｂが、無限遠に焦点を結んだ状態である。一方、電圧が印加されて液圧ポンプ部１０１が駆動されて流動性透明充填液３が液圧ポンプ部１０１に吸入されると、透明で弾性変形可能なメンブレン２Ｂが、前記点線２Ｂａで示すように左向きに大きく湾曲してへこむように変形すると、光軸５の方向と平行に支持体１に入射する入射光５Ａは、支持体１及び凹部１ａ内の流動性透明充填液３及びへこんだ状態（点線の参照符号２Ｂａを参照）のメンブレン２Ｂａで屈折する。すなわち、入射光５Ａは、図３の点線に示すように、光軸５に平行でなく、かつ、平行な出射光５Ｂよりも広がった出射光５Ｂｄとなってメンブレン２Ｂａから出射し、凹レンズの作用をする。
【００５５】
この図３においても、液圧ポンプ４及び液圧力流量伝達装置７の動作原理は、図１Ａについて述べた動作原理とそれぞれ同様であるが、この場合の液圧ポンプ４の動作は、吐出と吸入が逆である。ここで、図３において、スイッチ３１をオンして、対向電極１１に正の電圧（＋Ｖ）を印加するとともに、エレクトロアクティブポリマー部材１０に負の電圧（―Ｖ）を印加すると、電解液６中のカチオン（陽イオン）１６は、対向電極１１側からエレクトロアクティブポリマー部材１０側に移動し、電界液６中に存在していたカチオン（陽イオン）１６が、エレクトロアクティブポリマー部材１０中に注入され、この結果、エレクトロアクティブポリマー部材１０は電圧印加前の初期の長さから、その長手方向沿いの「伸びる方向」４０Ａ（図２参照）に、伸びるように動作する。液圧力流量伝達装置７の動作も、同様に、吐出と吸入が逆となる。
【００５６】
ここで、可変焦点レンズ部１００に適した液体（流動性透明充填液３）としては、高い透明度で高い屈折率の液体が好ましい。また、重力の影響による光学歪を少なくするために、低い比重の液体が望ましい。液体レンズ部用空間（液圧型レンズ部）１ｓの形状変化を高速で行わせるためには、粘度の低い液体を使い、連結管２４内の液体移動に抵抗の少ない液体が好ましい。
【００５７】
一方、液圧ポンプ部１０１に適した液体（液圧ポンプ用の動作液体６）としては、例えば摺動部を有するピストンとシリンダより構成される液圧ポンプを使用する場合、この摺動部で摩擦の少ない潤滑性の良い液体が望ましい。さらに、エレクトロアクティブポリマー部材１０に電圧印加により電解液６中のイオン１６を出し入れさせることによりエレクトロアクティブポリマー部材１０を伸縮させて駆動源として用いる液圧ポンプ４では、伸縮率の大きいイオン種を含む電解液が好ましい。
【００５８】
また、図１Ｃは、本発明の第１実施形態における可変焦点レンズ装置の図１Ａの部分拡大断面図である。図１Ａにおいて、液圧力流量伝達装置７の吐出吸入口２１と連結管２４との連結部分に配管継手２９を設けているが、この連結部分付近の拡大断面図を示している。配管継手２９は、連結管２４に取付けられたオスハーフ（ニップル）２９Ａと液圧力流量伝達装置７の吐出吸入口２１に取付けられたメスハーフ（カプラ）２９Ｂとより構成されるクイックジョイントとなっており、オスハーフ（ニップル）２９Ａをメスハーフ（カプラ）２９Ｂ内に嵌合することにより、連結管２４を吐出吸入口２１に容易に接続することができる一方、オスハーフ（ニップル）２９Ａをメスハーフ（カプラ）２９Ｂ内から取り外すことにより、連結管２４を吐出吸入口２１から容易に分離して連結管２４と吐出吸入口２１とをそれぞれ密閉閉鎖することができるように構成している。配管継手２９として、例えば、封止弁付きの既存の構造のクイックジョイントを用いることにより、液が漏洩することなく、連結管２４と吐出吸入口２１との間の配管を接続及び分離することができる。
【００５９】
万一、可変焦点レンズ部１００の透明で弾性変形可能なメンブレン２が破損し、このメンブレン２を補修もしくは可変焦点レンズ部１００の全体を交換する必要ができた場合に、この配管継手２９で連結管２４を液圧力流量伝達装置７の吐出吸入口２１から分離することにより、容易にメンテナンスすることができる。同様に、液圧ポンプ４が故障した時の補修又は交換の場合も、この配管継手２９の部分で、連結管２４を液圧力流量伝達装置７の吐出吸入口２１から分離することにより、容易にメンテナンスすることができる。このように、第１の流動性透明液（流動性透明充填液３）と第２の流動性透明液（液圧ポンプ用の動作液体６）は、液圧力流量伝達装置７により分離されているから、このようなメンテナンスの際に、互いに影響することなく、取り扱いが容易である。
【００６０】
前記第１実施形態の構成によれば、両者の液体（流動性透明充填液３と液圧ポンプ用の動作液体６）を共通で用いる必要がなく（言い換えれば、同一の液体を用いる必要がなく）、それぞれの液体の材料をそれぞれの機能に応じて最適化することができるため、それぞれの液体の材料選択の幅を大きくすることができる。よって、可変焦点レンズ部１００に必要とされる特性と液圧ポンプ部１０１に必要とされる特性を容易に最適化することができる。
【００６１】
（比較例１）
本発明の前記第１実施形態に関連して、液圧式の可変焦点レンズ部１００に用いる流動性透明充填液３について、比較実験した結果について、以下に述べる。可変焦点レンズ部１００の１つの具体例として、透明の支持体１としてアクリル板を用い、透明で弾性変形可能なメンブレン２としてポリエチレンフィルムを用いた。透明な支持体１のレンズ開口領域１ｂは直径３０ｍｍの円形とし、ポリエチレン製の厚み１０μｍのフィルムをアクリル板の円形の開口領域１ｂに貼り付け固定し、流動性透明充填液３として、屈折率ｎ＝１．３３の純水を用いた。
【００６２】
図１Ｂのように、液圧ポンプ４の１つの具体例として、実験の簡便を測るため、シリンジ筒１７Ａ及びピストン１７Ｂよりなる手動のシリンジ１７を用い、液注入量と圧力と可変焦点範囲との関係を求めたところ、液注入量と度数（Ｄｉｏｐｔｅｒ、焦点距離をメートル単位で表した数値の逆数）との関係、及び、圧力と度数（Ｄｉｏｐｔｅｒ）との関係は、いずれも、ほぼ線形の関係にあった。＋４度の可変焦点を得るための液注入量は０．５４ｍｌ、所要圧力は約１ｋＰａ（１／１００気圧）であった。より少ない液注入量で、かつ、より少ない所要圧力で動作させるには、高い屈折率の流動性透明充填液３を使用することが好ましい。円形のレンズ開口領域１ｂの直径２５ｍｍ、ポリエチレンフイルムの厚み１０μｍ、流動性透明充填液として屈折率ｎ＝１．５６のシリコーンオイルを流動性透明充填液３として用いたところ、所要液注入量は０．２ｍｌ、所要圧力は約０．５ｋＰａであった。
【００６３】
次に、液圧ポンプ４の別の具体例としてガラス製のシリンジ１７を用い、液圧ポンプ用の動作液体６の種類を変えて比較実験した結果について述べる。液圧ポンプ用の動作液体６として純水を用いたところ、ピストン１７Ｂとシリンジ筒１７Ａの間の摺動はスムーズであったが、液圧ポンプ用の動作液体６としてシリコーンオイルを用いたところ、ピストン１７Ｂとシリンジ筒１７Ａの間に摺動抵抗が動き、ピストン１７Ｂの動きを阻害する現象が認められた。このシリコーンオイルのように、可変焦点レンズ部１００に使用するのに優れた動作液体でも、液圧ポンプ４に使用するのに、必ずしも好都合であるとは限らないことが分かった。
【００６４】
尚、本比較例では透明で弾性変形可能なメンブレン２が、可変焦点レンズ部１００の片側のみにある片凸レンズあるいは片凹レンズの作用をするものについて述べたが、メンブレン２を両側に配置した（例えば、支持体の開口縁部の両側にメンブレンを配置するようにした）両凸レンズあるいは両凹レンズ（図示せず）の作用をするように構成した可変焦点レンズ装置とすることもできる。
【００６５】
（第１実施例）
次に、本発明の前記第１実施形態の１つの具体例としての第１実施例について説明する。この第１実施例では、可変焦点レンズ部１００に適した液体（流動性透明充填液３）と、液圧ポンプ部１０１に適した液体（液圧ポンプ用の動作液体６）との間で圧力と流量とを伝達する液圧力流量伝達装置７の具体例について説明する。液圧力流量伝達装置７の１つの具体例を構成するアクリル製ケーシング９ａで形成される液圧力流量伝達装置セル９の中の弾性変形可能なメンブレン８の隔壁（仕切壁）として、軟質のシリコンゴム製の厚み５０μｍ、直径２５ｍｍの円形シートを用い、可変焦点レンズ部１００の液体（流動性透明充填液３）としてシリコーンオイルを使用し、液圧ポンプ部１０１の液体（液圧ポンプ用の動作液体６）として純水を使用した。液圧ポンプ４としてガラス製のシリンジ１７を用いた場合、前述したように液圧ポンプ部１０１の液体は純水であるので、ピストン１７Ｂとシリンジ筒１７Ａの間の摺動はスムーズであった。可変焦点レンズ部１００として比較例１に述べたような構成の可変焦点レンズを用い、可変焦点レンズ部１００の液体としてシリコーンオイルを用いる場合には、＋４度の可変焦点を得るための液注入量は０．２ｍｌであったが、この所要液注入量を得るための所要圧力は約０．５ｋＰａであった。この所要圧力は、比較例１に述べた可変焦点レンズ部１００を駆動するのに要する所要圧力とほとんど変わらず、すなわち、この第１実施例の液圧力流量伝達装置７が可変焦点レンズ部１００と液圧ポンプ部１０１の間に介在した場合の圧力伝達ロスは、ほとんどないことが分かった。
【００６６】
このように、液圧力流量伝達装置７として、簡便な構造により、液圧ロス及び液量ロスの少ない液種の変換機能（液圧力及び流量伝達機能）を実現することができる。
【００６７】
この第１実施例の構成によれば、両者の液体（流動性透明充填液３と液圧ポンプ用の動作液体６）を共通で用いる必要がなく、それぞれの液体の材料をそれぞれの機能に応じて最適化することができるため、それぞれの液体の材料選択の幅を大きくすることができる。
【００６８】
（第２実施例）
次に、本発明の前記第１実施形態の別の具体例としての第２実施例について説明する。この第２実施例の液圧ポンプ４に使用するエレクトロアクティブポリマー部材１０として導電性ポリマーを用いる例について述べる。ピロールのモノマーを支持電解質層となるプロピレンカーボネート中に溶解した有機溶媒中で、カーボン電極を析出電極としてガルバノスタットモード（定電流制御モード）にてポリピロールを電解重合により合成した膜を用い、電解液（液圧ポンプ用の動作液体）６としてイオン性液体であるエチルメチルイミダゾリウム・トリフロロメタンスルフォニルイミド（ＥＭＩ・ＴＦＳＩ）を用いた。この電解液６は、ＥＭＩ（エチルメチルイミダゾリウム）有機カチオンとＴＦＳＩ（トリフロロメタンスルフォニルイミド）アニオンよりなるイオン結合性の常温で液体である常温溶融塩である。
【００６９】
このような材料を使う液圧ポンプ４では、±１Ｖ〜２Ｖの低駆動電圧で駆動可能である。このエレクトロアクティブポリマー部材１０は、主に、ＥＭＩカチオンがポリピロール膜に出入りすることにより、屈曲駆動される。イオン半径が比較的大きい有機カチオンであるＥＭＩカチオンの出入りに伴う、ポリマーの伸縮を利用することができるので、発生変位の大きな液圧ポンプ４とすることができる。さらに、発生圧力については、所要圧力の〜１ｋＰａを上回る圧力を得ることができる。
【００７０】
次に、この第２実施例における液圧力流量伝達装置７について述べる。液圧力流量伝達装置７の１つの具体例を構成する液圧力流量伝達装置セル９のケーシング９ａとして、第１実施例と同様のアクリル樹脂を用いたところ、電解液（液圧ポンプ用の動作液体）６であるイオン性液体のエチルメチルイミダゾリウム・トリフロロメタンスルフォニルイミド（ＥＭＩ・ＴＦＳＩ）が、アクリル樹脂を溶融する不都合が認められた。このため、ポリカーボネート製のケーシング９ａで形成される液圧力流量伝達装置セル９を用いた。
【００７１】
液圧ポンプ用の動作液体である前記の電解液６中には、導電性ポリマーであるポリピロール製の対向電極１１が設けられ、同じく導電性ポリマーであるポリピロール製のエレクトロアクティブポリマー部材１０が設けられている。駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１を用いて、エレクトロアクティブポリマー部材１０と対向電極１１との間に電圧が印加される。ここで、図１Ａに示すように対向電極１１側に負の電圧（―Ｖ）を印加するとともに、エレクトロアクティブポリマー部材１０に負の電圧（＋Ｖ）を印加すると、電解液６中のＥＭＩカチオンは、エレクトロアクティブポリマー部材１０側から対向電極１１側に移動し、エレクトロアクティブポリマー部材１０であるポリピロール中に存在していたＥＭＩカチオンが、エレクトロアクティブポリマー部材１０から引き抜かれ、この結果、エレクトロアクティブポリマー部材１０は電圧印加前の初期の長さから縮むように動作する。
【００７２】
ＥＭＩ・ＴＦＳＩの屈折率を、アッベ屈折率計を用いて測定したところ、屈折率は１．４３であり、このＥＭＩ・ＴＦＳＩを可変焦点レンズ装置に用いることは可能であるが、ＥＭＩ・ＴＦＳＩの密度を振動式密度計で計測したところ、１．５２ｇ／ｃｍ２であり、密度が比較的大きく、可変焦点レンズ部１００を上下方向沿いに配置して使用する場合（例えば、図１Ａの上下方向を大略鉛直方向沿いに配置して使用する場合）、重力の影響によりメンブレン２が歪み、光学歪が相対的に大きくなる欠点が考えられる。
【００７３】
そこで、可変焦点レンズ部１００の液体（流動性透明充填液３）として、密度が１．０７ｇ／ｃｍ２と小さいシリコーンオイルを用いる組み合わせが、重力の影響による光学歪が小さく、優れていると考えた。よって、弾性変形可能なメンブレン２として、軟質のシリコンゴム製の厚み５０μｍ、直径２５ｍｍの円形シートを用い、可変焦点レンズ部１００の液体（流動性透明充填液３）としてシリコーンオイルを使用するとともに、液圧ポンプ部１０１の液体（液圧ポンプ用の動作液体６）として上述のようにイオン性液体であるエチルメチルイミダゾリウム・トリフロロメタンスルフォニルイミド（ＥＭＩ・ＴＦＳＩ）を使用する組み合わせを選んだ。可変焦点レンズ部１００として比較例１に述べた可変焦点レンズ部１００を用い、可変焦点レンズ部１００の液体（流動性透明充填液３）としてシリコーンオイルを用いる場合には、＋４度の可変焦点を得るための液注入量は０．２ｍｌであったが、この所要液注入量を得るための所要圧力は約０．５ｋＰａであった。この所要圧力は、上述した液圧ポンプ４で発生可能であった。
【００７４】
この第２実施例の構成によれば、液圧ポンプ４の液圧ポンプ部１０１に使用する動作液体と、可変焦点レンズ部１００に使用する動作液体を、それぞれの目的に応じて個別に最適化でき、材料選択の幅を大きくすることができる。
【００７５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態における可変焦点レンズ装置の断面図を示している。図５及び図６は、同様に、本発明の第２実施形態における可変焦点レンズ装置の断面図を示しているが、図１Ａとは異なる焦点変化の動作の様子を示している。第１実施形態と異なる点は、図１Ａの支持体１を２個組み合わせてメンブレン２を共有するとともに、液圧力流量伝達装置７を２個設け、液圧ポンプ４の両側にそれぞれ連結されたことである。
【００７６】
可変焦点レンズ部１００Ａは、透明な第１及び第２支持体１Ａ，１Ｂに支持された透明で弾性変形可能なメンブレン２Ｃと、このメンブレン２Ｃの両面に接して封入された屈折率の異なる２つの第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂ、さらに、第１及び第２吐出吸入口２０Ａ及び２０Ｂより構成されている。第１及び第２支持体１Ａ，１Ｂのそれぞれは、表面側（図４の外側）が平面でかつ裏面側（図４の互いに接触した内側）が厚み方向にへこんだ円形凹部１ａを有する透明な板状の支持体で構成されている。
【００７７】
このような構成の可変焦点レンズ装置の度数Ｄ（Ｄｅｏｐｔｏｒ）は、次の式で近似することができる。ここで、度数Ｄ（Ｄｅｏｐｔｏｒ）はメートル単位で表した焦点距離ｆの逆数である。
【００７８】
（数１）
Ｄ＝１／ｆ＝（ｎ１−ｎ２）／ｒ
ここで、ｎ１とｎ２はそれぞれ第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂの屈折率、ｒはメンブレン２の曲率半径を表す。一例として、焦点距離が無限遠から２５ｃｍの明視の距離まで可変とする可変焦点レンズ装置を得るには、屈折率ｎ１＝１．５６のシリコーンオイルと屈折率ｎ２＝１．３３の水を用いた場合、メンブレン２の曲率半径ｒを無限大（平面状）から５７．５ｍｍまで変化させることで、実現することができる。所要の度数Ｄを得るために必要なメンブレンの曲率半径ｒの変化は、屈折率差（ｎ１−ｎ２）が大きいほど小さく、従って、伝達に要する圧力と流量も小さくて済むので好ましい。
【００７９】
液圧ポンプとしては拮抗型液圧ポンプ４Ａで構成されている。この拮抗型液圧ポンプ４Ａは、円形又は四角形のディスク状の第１及び第２支持部材１２Ａ及び１２Ｂと可動部材１３との間をバネ性の円筒状の第１及び第２ベローズ１５Ａ及び１５Ｂで連結して密閉されたセル構造にしており、第１及び第２支持部材１２Ａ及び１２Ｂは、同じく筒状支持部材１２Ｃにより連結固定されている。第１支持部材１２Ａと第１ベローズ１５Ａと可動部材１３とで形成される第１密閉セル４Ａａの第１動作液室の中の駆動源として第１エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａを用いるとともに、第２支持部材１２Ｂと第２ベローズ１５Ｂと可動部材１３とで形成される第２密閉セル４Ａｂの第２動作液室の中の駆動源として第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ｂを用い、液圧ポンプ用の動作液体として第１及び第２電解液６Ａ及び６Ｂをこれらの第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ及び１０Ｂに接して前記液圧ポンプ４Ａの第１及び第２密閉セル４Ａａ，４Ａｂ内に封入している。さらに、液圧ポンプ用の動作液体である第１及び第２電解液６Ａ及び６Ｂ中の第１及び第２支持部材１２Ａ及び１２Ｂと可動部材１３との間にそれぞれ架設されかつ第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ及び１０Ｂにそれぞれ対向するように対向電極１１をそれぞれ設けて、液圧ポンプ部１０１Ａを構成している。液圧ポンプ４Ａとしては、さらに、液圧ポンプ部１０１Ａに加えて、駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１を備える。駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１を用いて第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ及び１０Ｂとそれぞれの対向電極１１との間に電圧をそれぞれ独立して印加し、第１及び第２電解液６Ａ及び６Ｂ中のイオンを第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ及び１０Ｂにそれぞれ出入りさせることにより、第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ及び１０Ｂをそれぞれ長手方向に対して伸縮させて第１及び第２支持部材１２Ａ及び１２Ｂに対して可動部材１３を移動させ、第１及び第２支持部材１２Ａ及び１２Ｂに設けた第１及び第２吐出吸入口２３Ａ及び２３Ｂより、第１及び第２電解液６Ａ及び６Ｂを、第１密閉セル４Ａａ又は第２密閉セル４Ａｂ内から吐出するとともに第２密閉セル４Ａｂ又は第１密閉セル４Ａａ内に吸入させる。
【００８０】
第１密閉セル４Ａａ及び第２密閉セル４Ａｂの２つの動作液室内の第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａと１０Ｂには、対向電極１１に対して逆極性の電圧を印加するように、駆動電源制御装置３０がエレクトロアクティブポリマー部材１０Ａと１０Ｂとそれぞれの対向電極１１にそれぞれ接続される構成としており、この結果、第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ及び１０Ｂの伸縮は、逆になるように動作させる。すなわち、一方のエレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ又は１０Ｂが伸びる場合、もう一方のエレクトロアクティブポリマー部材１０Ｂ又は１０Ａは縮むように動作させることができる。
【００８１】
なお、図４には図示していないが、第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａと１０Ｂに、別々の駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１を設け、第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａと１０Ｂとそれぞれの対向電極１１との間に別々の電圧を印加することにより、第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａと１０Ｂに正の電圧を印加した時と負の電圧を印加した時の伸縮の非対称性や、ヒステリシスを補償することができ、より効率的に拮抗型液圧ポンプ４Ａを駆動することができる。
【００８２】
図４に示す可変焦点レンズ装置における屈折率の異なる２つの第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂはほぼ非圧縮性の液体であるため、第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂの吐出量と吸入量は略等しくする必要があり、また、液圧ポンプ用の動作液体である第１及び第２電解液６Ａ及び６Ｂもほぼ非圧縮性の液体であるため、これら第１及び第２電解液６Ａ及び６Ｂの吐出量と吸入量も略等しくする必要がある。このため、第１及び第２エレクトロアクティブポリマー部材１０Ａと１０Ｂとそれぞれの対向電極１１との間に別々の電圧を印加する場合も、ほぼ逆極性の電圧を印加する必要がある。
【００８３】
また、図４において、可変焦点レンズ部１００Ａと液圧ポンプ部１０１Ａの間には２つの第１及び第２液圧力流量伝達装置７Ａ及び７Ｂを設けている。すなわち、可変焦点レンズ部１００Ａの第１支持体１Ａと液圧ポンプ部１０１Ａの第１セル４Ａａとの間に第１液圧力流量伝達装置７Ａを設けるとともに、可変焦点レンズ部１００Ａの第２支持体１Ｂと液圧ポンプ部１０１Ａの第２セル４Ａｂとの間に第２液圧力流量伝達装置７Ｂを設けている。これらの第１及び第２液圧力流量伝達装置７Ａ及び７Ｂは、それぞれの内部の第１及び第２液圧力流量伝達装置セル９Ａ及び９Ｂの中に弾性変形可能な第１及び第２メンブレン８Ａ及び８Ｂが設けられ、２種の液体を第１及び第２メンブレン８Ａ及び８Ｂにより仕切る構造としている点は、第１実施形態で述べた液圧力流量伝達装置７の構造と同様である。第１メンブレン８Ａにより仕切られた第１液圧力流量伝達装置セル９Ａの液圧ポンプ４Ａ側には、第１液圧力流量伝達装置セル９Ａを構成する第１ケーシング９Ａａに第１吐出吸入口２２Ａを設けて、第１吐出吸入口２２Ａを第１支持部材１２Ａの第１吐出吸入口２３Ａと連通させる。第１メンブレン８Ａにより仕切られた第１液圧力流量伝達装置セル９Ａの可変焦点レンズ１００Ａ側には、第１ケーシング９Ａａに第１吐出吸入口２１Ａを設けて、第１メンブレン８Ａで仕切られた２つの液体（液圧ポンプ用の動作液体６Ａと可変焦点レンズ用の流動性透明充填液３Ａ）をそれぞれの側で、第１吐出吸入口２２Ａと第１吐出吸入口２１Ａとを介して、吐出吸入させる。同様に、第２メンブレン８Ｂにより仕切られた第２液圧力流量伝達装置セル９Ｂの液圧ポンプ４Ａ側には、第２液圧力流量伝達装置セル９Ｂを構成する第２ケーシング９Ｂａに第２吐出吸入口２２Ｂを設けて、第２吐出吸入口２２Ｂを第２支持部材１２Ｂの第２吐出吸入口２３Ｂと連通させる。第２メンブレン８Ｂにより仕切られた第２液圧力流量伝達装置セル９Ｂの可変焦点レンズ１００Ａ側には、第２ケーシング９Ｂａに第２吐出吸入口２１Ｂを設けて、第２メンブレン８Ｂで仕切られた２つの液体（液圧ポンプ用の動作液体６Ａと可変焦点レンズ用の流動性透明充填液３Ａ）をそれぞれの側で、第２吐出吸入口２２Ｂと第２吐出吸入口２１Ｂとを介して、吐出吸入させる。第１及び第２液圧力流量伝達装置セル９Ａ，９Ｂの液圧ポンプ側の第１及び第２液圧ポンプ用空間９Ａｂ，９Ｂｂ内には、液圧ポンプ用の第１及び第２動作液体６Ａ及び６Ｂが満たされているとともに、第１及び第２液圧力流量伝達装置セル９Ａ，９Ｂの可変焦点レンズ部側の第１及び第２可変焦点レンズ部用空間９Ａｃ，９Ｂｃ内には可変焦点レンズ用の第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂが満たされている。可変焦点レンズ部１００Ａの第１支持体１Ａの第１吐出吸入口２０Ａと第１液圧力流量伝達装置７Ａの第１吐出吸入口２１Ａとは第１連結管２４Ａにより連結されている。第１液圧力流量伝達装置７Ａの第１吐出吸入口２１Ａと第１液圧ポンプ４Ａの第１吐出吸入口２３Ａとは第１連結管２５Ａにより連結されている。可変焦点レンズ部１００Ａの第２支持体１Ｂの第２吐出吸入口２０Ｂと第２液圧力流量伝達装置７Ｂの第２吐出吸入口２１Ｂとは第２連結管２４Ｂにより連結されている。第２液圧力流量伝達装置７Ｂの第２吐出吸入口２１Ｂと第２液圧ポンプ４Ｂの第２吐出吸入口２３Ｂとは第２連結管２５Ｂにより連結されている。
【００８４】
図５及び図６は、本第２実施形態における可変焦点レンズ装置の電圧印加による動作状態での断面図を示している。図５は、液圧ポンプ４Ａがその第１動作液体６Ａを吐出し第２動作液体６Ｂを吸引し、第１及び第２液圧力流量伝達装置７Ａ及び７Ｂを介して圧力及び流量が伝達された可変焦点レンズ用の動作液である２つの屈折率の異なる第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂのうちの第１流動性透明充填液３Ａを液体レンズ部１００Ａに注入するとともに第２流動性透明充填液３Ｂを液体レンズ部１００Ａから吐出している様子を示している。透明で弾性変形可能なメンブレン２には、液圧ポンプ４Ａからの圧力が第１及び第２液圧力流量伝達装置７Ａ及び７Ｂを介して伝達されるとともに、第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂの第１及び第２液体レンズ部用空間１Ａｓ及び１Ｂｓへの封入量を増加及び減少させるように働き、その結果、メンブレン２の形状を変化させる。
【００８５】
その結果、流動性透明充填液３Ａとして、流動性透明充填液３Ｂの屈折率より大きな屈折率を有する流動性透明充填液を選んで使用して電圧を印加する場合、図５に示すように、メンブレン２が若干湾曲して、第１液体レンズ部用空間１Ａｓ側から第２液体レンズ部用空間１Ｂｓ側に突出した凸レンズ状態（実線の参照符号２を参照）にメンブレン２の形状が変化する。この状態で、可変焦点レンズ部１００Ａの光軸５と平行に第１支持体１Ａに入射光５Ａが入射すると、入射光５Ａはメンブレン２で屈折されて出射光５Ｂとなり、焦点５Ｃに焦点を結ぶ凸レンズの作用をメンブレン２が行う。
【００８６】
一方、図６は、拮抗型液圧ポンプ４Ａが図５の場合と逆の動作をする場合を示している。すなわち、図６は、液圧ポンプ４Ａがその第２動作液体６Ｂを吐出し第１動作液体６Ａを吸引し、第１及び第２液圧力流量伝達装置７Ａ及び７Ｂを介して圧力及び流量が伝達された可変焦点レンズ用の動作液である２つの屈折率の異なる第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂのうちの第２流動性透明充填液３Ｂを液体レンズ部１００Ａに注入するとともに第１流動性透明充填液３Ａを液体レンズ部１００Ａから吐出している様子を示している。透明で弾性変形可能なメンブレン２には、液圧ポンプ４Ａからの圧力が第１及び第２液圧力流量伝達装置７Ａ及び７Ｂを介して伝達されるとともに、第１及び第２流動性透明充填液３Ａ及び３Ｂの第１及び第２液体レンズ部用空間１Ａｓ及び１Ｂｓへの封入量を増加及び減少させるように働き、その結果、メンブレン２の形状を変化させる。
【００８７】
その結果、流動性透明充填液３Ａとして、流動性透明充填液３Ｂの屈折率より大きな屈折率を有する流動性透明充填液を選んで使用して電圧を図５とは逆に印加する場合、図６に示すように、メンブレン２が若干湾曲して、第２液体レンズ部用空間１Ｂｓ側から第１液体レンズ部用空間１Ａｓ側に突出した凸レンズ状態（実線の参照符号２を参照）にメンブレン２の形状が変化する。この状態で、可変焦点レンズ部１００Ａの光軸５と平行に第１支持体１Ａに入射光５Ａが入射すると、入射光５Ａはメンブレン２で屈折されて、図６の実線に示すように、光軸５に平行でなく、かつ、平行な出射光よりも広がった出射光５Ｂｄとなってメンブレン２から出射し、凹レンズの作用をなす。
【００８８】
このような構成によれば、２つの流動性透明充填液３Ａ，３Ｂの比重をほぼ等しくすることが可能で、従って、重力の影響による光学歪を少なくすることのできるので、好都合である。また、このような構成によれば、液圧型可変焦点レンズ部１００Ａの２つの流動性透明充填液３Ａ，３Ｂの吐出と吸入のバランスを取ることができて、好ましい。
【００８９】
拮抗型液圧ポンプ４Ａは、一例として、前述した第１実施形態の第２実施例に述べた材料により構成することができる。このような構成によれば、軽量なエレクトロアクティブ部材１０Ａ，１０Ｂを駆動源とすることができるため、液圧ポンプ部１０１Ａも小型軽量化でき、従って、全体として小型軽量の可変焦点レンズ装置を実現できる。さらに、動作音のない液圧ポンプ４Ａの駆動源とすることが出来る。軽量であることが必要であり、静音であることが必要とされるウエアラブル用として優れた可変焦点レンズ装置を備えた機器を実現することが出来る。
【００９０】
（第３実施例）
本第２実施形態の液圧ポンプ４に使用するエレクトロアクティブポリマー部材１０Ａ，１０Ｂとして導電性微粒子分散ポリマーを用いる例について述べる。導電性微粒子として単層カーボンナノチューブを用い、これに、イオン性液体であるエチルメチルイミダゾリウム・トリフロロメタンスルフォニルイミド（ＥＭＩ・ＴＦＳＩ）及びフッ化ビニリデン系ポリマーを加えて加熱し、導電性微粒子分散ポリマーを得た。電解液（液圧ポンプ用の動作液体）６Ａ，６Ｂとして第２実施例と同様のイオン性液体であるエチルメチルイミダゾリウム・トリフロロメタンスルフォニルイミド（ＥＭＩ・ＴＦＳＩ）を用いた。この電解液６Ａ，６Ｂは、ＥＭＩ有機カチオンとＴＦＳＩアニオンよりなるイオン結合性の常温で液体である常温溶融塩である。このようなイオン液体は、水溶性電解液や有機溶媒系電解液に比べて同じ範囲の電圧印加で電気分解が起こりにくく、繰り返し動作寿命に優れた液圧ポンプ４Ａを実現でき、従って、繰り返し寿命に優れた可変焦点レンズ装置を実現できる。
【００９１】
尚、導電性のポリマーとしては、ポリマーそれ自体で電子導電性を有する、例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェインなどの有機導電性ポリマー及びその誘導体や、炭素系微粒子を分散した導電性のポリマー及びその誘導体を用いることができる。
このような材料を使う液圧ポンプでは、±１Ｖ〜２Ｖの低駆動電圧で駆動可能である。かつ駆動に必要な電流も小さいため、低い消費電力で駆動できる小型軽量なバッテリ駆動の液圧ポンプを実現でき、従って、全体として小型軽量な可変焦点レンズ装置を実現できる。
【００９２】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態として、本発明の前記第１又は第２実施形態にかかる可変焦点レンズ装置を適用した電動式遠近両用メガネを示す斜視図を示す。なお、以下の説明では、簡略化するため、第１実施形態の図１Ａに基づいて説明する。また、図７では、図示を簡略化するため、片方のレンズについてのみ図示しているが、他方のレンズについても、同様な構成を備えることにより、両方のレンズについて、それぞれ独立して、遠方や近くが見やすい焦点にそれぞれ切り替えることができる。
【００９３】
本発明の前記第１実施形態にかかる液圧式の可変焦点レンズ装置をメガネフレーム（テンプル）５１に取り付け、電動式遠近両用メガネとしたものである。メガネフレームの一部をなすリムの部分に支持体１に取り付けられた透明メンブレン２を少なくとも含む液圧式の可変焦点レンズ部１００の焦点を駆動電源制御装置３０及びスイッチ３１などを使用して電動で可変とした遠近両用メガネである。フレーム（テンプル）５１の側面には、液圧ポンプ部１０１と駆動電源制御装置３０とスイッチ３１などより構成される液圧ポンプ４、及び、液圧力流量伝達装置７が組み込まれており、スイッチ３１の操作により、駆動電源制御装置３０を介して液圧ポンプ４を駆動して、液圧力流量伝達装置７を介して、可変焦点レンズ部１００に流動性透明充填液３を出入りさせて、メンブレン２を適宜湾曲させ、遠方や近くが見やすい焦点にそれぞれ切り替えて、電動式遠近両用メガネとして使用することができる。液圧力流量伝達装置７によって可変焦点レンズ部１００と液圧ポンプ部１０１が分離されているため、液圧ポンプ４に使用する動作液体６と、可変焦点レンズ部１００に使用する流動性透明充填液３を、それぞれの目的に応じて個別に最適化できると共に、液圧力流量伝達装置７によって２種類の動作液体３，６を分離しているため、配管継手２９の部分で分離及び接続することにより、２種類の動作液体３，６が混り合うことなく、可変焦点レンズ部１００と液圧ポンプ部１０１を個別にメンテナンスすることができ好都合である。
【００９４】
このように、本発明を適用した電動式遠近両用メガネは、以上の実施形態で述べたように、可変焦点レンズ部１００が薄型軽量で、液圧ポンプ部１０１も小型軽量で耳元に装着しても無音で動作可能であり、かつ低消費電力の小型軽量のバッテリ駆動ができる電動式遠近両用メガネを提供できる。
【００９５】
なお、図７には、本発明の可変焦点レンズ装置を適用した電動式遠近両用メガネについて述べたが、可変焦点機能を備えたカメラ装置、投影ディスプレイ等のその他の光学機器に適用することが可能なことは勿論である。
【００９６】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の可変焦点レンズ装置は、可変焦点レンズ部に必要とされる特性と液圧ポンプ部に必要とされる特性をそれぞれ容易に最適化することができて、各種光学装置の可変焦点機能を付与する装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態における可変焦点レンズ装置の断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態における別の可変焦点レンズ装置の断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態における可変焦点レンズ装置の図１Ａの部分拡大断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例における可変焦点レンズ装置の動作の様子を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の別の変形例における可変焦点レンズ装置の動作の様子を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における可変焦点レンズ装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における可変焦点レンズ装置の動作原理を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態における可変焦点レンズ装置の動作原理を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態として、前記第１又は第２実施形態の可変焦点レンズ装置を適用した電動メガネを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９９】
１，１Ａ，１Ｂ  支持体
１ａ  凹部
１ｂ  支持体の開口領域
１ｓ，１Ａｓ，１Ｂｓ  液体レンズ部用空間
２，２ａ  透明で弾性変形可能なメンブレン
３  流動性透明充填液
３Ａ  第１の流動性透明充填液
３Ｂ  第２の流動性透明充填液
４  液圧ポンプ
４Ａ  拮抗型の液圧ポンプ
４ａ  密閉セル
４Ａａ  第１密閉セル
４Ａｂ  第２密閉セル
５  光軸
５Ａ  入射光
５Ｂ，５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃ，５Ｂｄ  出射光
５Ｃ，５Ｃｂ，５Ｃｃ  焦点
６，６Ａ，６Ｂ  液圧ポンプ用の動作液体
７，７Ａ，７Ｂ  液圧力流量伝達装置
８，８ａ，８Ａ，８Ｂ  弾性変形可能なメンブレン
９，９Ａ，９Ｂ  液圧力流量伝達装置セル
９ａ，９Ａａ，９Ｂａ  ケーシング
９ｂ，９Ａｂ，９Ｂｂ  液圧ポンプ用空間
９ｃ，９Ａｃ，９Ｂｃ  可変焦点レンズ部用空間
１０，１０Ａ，１０Ｂ  エレクトロアクティブポリマー部材
１１  対向電極
１２，１２Ａ，１２Ｂ  支持部材
１３，１３ａ  可動部材
１４  バネ性のベローズ
１５Ａ，１５Ｂ  ベローズ
１６  カチオン
１７  シリンジ
１７Ａ  シリンジ筒
１７Ｂ  ピストン
２０，２０Ａ，２０Ｂ  可変焦点レンズ部の吐出吸入口
２１，２１Ａ，２１Ｂ  液圧力流量伝達装置セルの吐出吸入口
２２，２２Ａ，２２Ｂ  液圧力流量伝達装置セルの吐出吸入口
２３，２３Ａ，２３Ｂ  液圧ポンプの吐出吸入口
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ  連結管
２６，２６Ａ，２６Ｂ  可変焦点レンズ部の液注入口
２７Ａ，２７Ｂ  液圧力流量伝達装置セルの液注入口
２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ  液注入口の栓
２９  配管継手
２９Ａ  配管継手のオスハーフ（ニップル）
２９Ｂ  配管継手のメスハーフ（カプラ）
３０  駆動電源制御装置
３１  スイッチ
４０Ａ  伸びる方向
４０Ｂ  縮む方向
５０  可変焦点レンズ装置（電動式遠近両用メガネ）
１００，１００Ａ  可変焦点レンズ部
１０１，１０１Ａ  液圧ポンプ部
【図１Ａ】
2009251420.tif 000003
【図１Ｂ】
2009251420.tif 000004
【図１Ｃ】
2009251420.tif 000005
【図２】
2009251420.tif 000006
【図３】
2009251420.tif 000007
【図４】
2009251420.tif 000008
【図５】
2009251420.tif 000009
【図６】
2009251420.tif 000010
【図７】
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