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特許7118734振動部材の保持機構、焦点距離可変レンズおよび焦点距離可変レンズ装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-05
(45)【発行日】2022-08-16
(54)【発明の名称】振動部材の保持機構、焦点距離可変レンズおよび焦点距離可変レンズ装置
(51)【国際特許分類】
G02B 1/06 20060101AFI20220808BHJP
G02B 3/14 20060101ALI20220808BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20220808BHJP
【ＦＩ】
G02B1/06
G02B3/14
G02B26/08 H
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018096933
(22)【出願日】2018-05-21
(65)【公開番号】P2019203917
(43)【公開日】2019-11-28
【審査請求日】2021-04-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】日高 和彦
【審査官】渡邊 吉喜
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２４９２０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９５５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０６１５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２２３６５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１４１７８２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ １／０６
Ｇ０２Ｂ ３／１４
Ｇ０２Ｂ ２６／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動部材を挟んで互いに反対側に配置され、前記振動部材を貫く回転軸を中心として相対的に回動される第１部材および第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とに連結され、前記第１部材および前記第２部材の回転周方向に沿って複数配置される保持部材とを有し、
複数の前記保持部材は、円柱状の弾性部材であり、前記第１部材および前記第２部材が相対的に回動されると、傾倒して前記回転軸に近づくことで前記振動部材の外周面に当接することを特徴とする振動部材の保持機構。
【請求項2】
請求項１に記載した振動部材の保持機構と、前記振動部材を収容するケースと、前記ケースに充填されて前記振動部材が浸漬される液体とを有し、前記振動部材は入力される駆動信号により振動する筒状の部材であり、
前記複数の保持部材は、前記ケースの内周面と前記振動部材の外周面との間に配置されることを特徴とする焦点距離可変レンズ。
【請求項3】
請求項２に記載の焦点距離可変レンズにおいて、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方と前記ケースとを螺合させる螺合機構を有することを特徴とする焦点距離可変レンズ。
【請求項4】
請求項３に記載の焦点距離可変レンズにおいて、前記螺合機構により前記第１部材と前記第２部材とを相対的に回動させることで、前記第１部材と前記第２部材とが前記回転軸方向に相対移動することを特徴とする焦点距離可変レンズ。
【請求項5】
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の焦点距離可変レンズにおいて、前記第１部材および前記第２部材は、前記回転軸方向に貫通する貫通孔をそれぞれ有することを特徴とする焦点距離可変レンズ。
【請求項6】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載した焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズと同じ光軸上に配置された対物レンズと、前記焦点距離可変レンズおよび前記対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、入力される発光信号に基づいて前記測定対象物をパルス照明するパルス照明部とを有することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は振動部材の保持機構、焦点距離可変レンズおよび焦点距離可変レンズ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
圧電材料で形成された振動部材を利用した焦点距離可変レンズとして、例えば特許文献１に記載された原理の液体レンズシステム（以下単にレンズシステムと呼ぶ）が開発されている。
レンズシステムは、透明な液体が充填されたケースの中に、圧電材料で形成された円筒状の振動部材を収容することで形成される。レンズシステムにおいて、振動部材の内周面と外周面とに交流電圧を印加すると、振動部材が厚み方向に伸縮し、振動部材の内側の液体を振動させる。液体の固有振動数に応じて印加電圧の周波数を調整することで、液体には同心円状の定在波が形成され、振動部材の中心軸線を中心として屈折率が異なる同心円状の領域が形成される。このため、レンズシステムにおいて、振動部材の中心軸線に沿って光を通せば、この光は同心円状の領域ごとの屈折率に従って、拡大または縮小する経路を辿ることになる。
レンズシステムは、透明な液体が充填されたケースの中に、圧電材料で形成された円筒状の振動部材を収容することで形成される。レンズシステムにおいて、振動部材の内周面と外周面とに交流電圧を印加すると、振動部材が厚み方向に伸縮し、振動部材の内側の液体を振動させる。液体の固有振動数に応じて印加電圧の周波数を調整することで、液体には同心円状の定在波が形成され、振動部材の中心軸線を中心として屈折率が異なる同心円状の領域が形成される。このため、レンズシステムにおいて、振動部材の中心軸線に沿って光を通せば、この光は同心円状の領域ごとの屈折率に従って、拡大または縮小する経路を辿ることになる。
【0003】
焦点距離可変レンズ装置は、前述したレンズシステムと、例えば通常の凸レンズを用いた対物レンズとを、同じ光軸上に配置して構成される。
通常の凸レンズに平行光を入射させると、レンズを通過した光は所定の焦点距離にある焦点位置に焦点を結ぶ。これに対し、凸レンズと同軸に配置されたレンズシステムに平行光を入射させると、この光はレンズシステムで拡大または縮小され、凸レンズを通過した光は元の（レンズシステムがなかった状態の）焦点位置よりも遠くまたは近くにずれた位置に焦点を結ぶ。
従って、焦点距離可変レンズ装置においては、レンズシステムに入力される駆動信号（内部の液体に定在波を発生させる周波数の交流電圧）を印加し、この駆動信号の振幅を増減させることで、焦点距離可変レンズ装置としての焦点位置を一定の範囲内（対物レンズの焦点距離を基準としてレンズシステムにより増減できる所定の変化幅）で任意に制御することができる。
通常の凸レンズに平行光を入射させると、レンズを通過した光は所定の焦点距離にある焦点位置に焦点を結ぶ。これに対し、凸レンズと同軸に配置されたレンズシステムに平行光を入射させると、この光はレンズシステムで拡大または縮小され、凸レンズを通過した光は元の（レンズシステムがなかった状態の）焦点位置よりも遠くまたは近くにずれた位置に焦点を結ぶ。
従って、焦点距離可変レンズ装置においては、レンズシステムに入力される駆動信号（内部の液体に定在波を発生させる周波数の交流電圧）を印加し、この駆動信号の振幅を増減させることで、焦点距離可変レンズ装置としての焦点位置を一定の範囲内（対物レンズの焦点距離を基準としてレンズシステムにより増減できる所定の変化幅）で任意に制御することができる。
【0004】
焦点距離可変レンズ装置において、レンズシステムに入力される駆動信号としては、例えば正弦波状の交流信号が用いられる。このような駆動信号が入力されると、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離（焦点位置）は正弦波状に変化する。この際、駆動信号の振幅が０のとき、レンズシステムを通る光は屈折されず、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離となる。駆動信号の振幅が正負のピークにあるとき、レンズシステムを通る光は最も大きく屈折され、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離から最も変化した状態となる。
このような焦点距離可変レンズ装置を用いて画像を取得する際には、駆動信号の正弦波の位相に同期して発光信号を出力してパルス照明を行う。これにより、正弦波状に変化する焦点距離のうち、所定の焦点距離にある状態でパルス照明を行うことで、この焦点距離にある対象物の画像が検出される。一周期のうち複数の位相でパルス照明を行い、各位相に対応して画像検出を行えば、同時に複数の焦点距離の画像を得ることもできる。
このような焦点距離可変レンズ装置を用いて画像を取得する際には、駆動信号の正弦波の位相に同期して発光信号を出力してパルス照明を行う。これにより、正弦波状に変化する焦点距離のうち、所定の焦点距離にある状態でパルス照明を行うことで、この焦点距離にある対象物の画像が検出される。一周期のうち複数の位相でパルス照明を行い、各位相に対応して画像検出を行えば、同時に複数の焦点距離の画像を得ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１７７３７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したレンズシステムでは、ケースの内周面と振動部材の外周面との間にＯリング等のスペーサを介挿させて、ケースに振動部材を保持させている。
ここで、振動部材をケースに収容する際に、このスペーサの位置が変化したり、スペーサが捻れたりする場合がある。この場合、スペーサを介して振動部材がケースから受ける押圧力が変化して、振動部材の振動特性が変化してしまうといった問題がある。例えば、スペーサが捻れることによって振動部材が受ける押圧力が強くなると、振動部材は強く押さえつけられている状態となるので振動し難くなる。そうすると、印加電圧の周波数が同一の場合でも振動部材の振動が一定とならず、ケースの中に充填された液体に発生する定在波が変化してしまうので、焦点距離が描く波形も変化してしまう。その結果、パルス照明のタイミングが同一であっても、異なる焦点距離の画像が検出されてしまうという問題がある。
また、このようなスペーサによる振動部材の保持では、振動部材をケース内に収容した後に、振動部材がケースから受ける押圧力を調整できないので、振動部材の振動特性を調整できないという問題がある。
ここで、振動部材をケースに収容する際に、このスペーサの位置が変化したり、スペーサが捻れたりする場合がある。この場合、スペーサを介して振動部材がケースから受ける押圧力が変化して、振動部材の振動特性が変化してしまうといった問題がある。例えば、スペーサが捻れることによって振動部材が受ける押圧力が強くなると、振動部材は強く押さえつけられている状態となるので振動し難くなる。そうすると、印加電圧の周波数が同一の場合でも振動部材の振動が一定とならず、ケースの中に充填された液体に発生する定在波が変化してしまうので、焦点距離が描く波形も変化してしまう。その結果、パルス照明のタイミングが同一であっても、異なる焦点距離の画像が検出されてしまうという問題がある。
また、このようなスペーサによる振動部材の保持では、振動部材をケース内に収容した後に、振動部材がケースから受ける押圧力を調整できないので、振動部材の振動特性を調整できないという問題がある。
【0007】
本発明の目的は、所望の振動特性が得られる振動部材の保持機構、焦点距離可変レンズおよび焦点距離可変レンズ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の振動部材の保持機構は、振動部材を挟んで互いに反対側に配置され、前記振動部材を貫く回転軸を中心として相対的に回動される第１部材および第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とに連結され、前記第１部材および前記第２部材の回転周方向に沿って複数配置される保持部材とを有することを特徴とする。
【0009】
本発明では、第１部材と第２部材とを相対的に回動させると、これらに連結された複数の振動部材は回転軸に対して相対的に移動する。つまり、第１部材と第２部材との相対的な回動に伴い、複数の保持部材は回転軸に近づいたり、回転軸から離れたりする。そうすると、例えば、複数の保持部材が回転軸から離れている状態で、第１部材と第２部材との間に振動部材を配置し、その後、第１部材と第２部材とを相対的に回動させて、複数の保持部材が回動軸に近づけることで、複数の保持部材を振動部材に当接させることができる。これにより、振動部材を保持することができる。
【0010】
この際、第１部材と第２部材との相対的な回動角度を調整することにより、複数の保持部材と振動部材との相対距離を調整することができ、振動部材に作用する押圧力を調整することができる。そのため、振動部材が所望の振動特性を示すように調整することができる。
なお、振動部材は、複数の保持部材が当接して保持できるような形状であればよく、例えば、円筒状や角筒状の部材でよく、あるいは、球状や平板状の部材であってもよい。
なお、振動部材は、複数の保持部材が当接して保持できるような形状であればよく、例えば、円筒状や角筒状の部材でよく、あるいは、球状や平板状の部材であってもよい。
【0011】
本発明の焦点距離可変レンズは、上述した振動部材の保持機構と、前記振動部材を収容するケースと、前記ケースに充填されて前記振動部材が浸漬される液体とを有し、前記振動部材は入力される駆動信号により振動する筒状の部材であり、前記複数の保持部材は、前記ケースの内周面と前記振動部材の外周面との間に配置されることを特徴とする。
【0012】
本発明では、ケースの内周面と円筒状の振動部材の外周面との間に複数の保持部材が配置されるので、複数の保持部材は振動部材の外周面に当接する。そのため、保持部材が振動部材の内側の液体に形成される定在波に影響を与えることを防ぐことができ、振動部材の中心軸線に沿って通される光の経路が変化することを防ぐことができる。
【0013】
本発明の焦点距離可変レンズにおいて、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方と前記ケースとを螺合させる螺合機構を有することが好ましい。
【0014】
本発明では、第１部材および第２部材の少なくとも一方が振動部材を収容するケースに螺合される。この際、第１部材および第２部材の他方がケースに固定されていると、当該螺合機構により第１部材と第２部材とを相対的に回動させることができる。そのため、第１部材および第２部材の相対的な回転角度を当該螺合機構で調整できるので、振動部材に作用する押圧力を容易に調整することができ、振動部材が所望の振動特性を示すような調整を容易にすることができる。
【0015】
本発明の焦点距離可変レンズにおいて、前記螺合機構により前記第１部材と前記第２部材とを相対的に回動させることで、前記第１部材と前記第２部材とが前記回転軸方向に相対移動することが好ましい。
【0016】
本発明では、螺合機構により第１部材と第２部材とを相対的に回動させることで、第１部材と第２部材とが回転軸方向に相対的に移動する。その結果、第１部材と第２部材との間に配置された振動部材に対して、第１部材および第２部材を振動部材に当接させることができる。そのため、複数の保持部材だけでなく第１部材および第２部材によっても振動部材を挟持することができて、より確実に振動部材を保持することができる。
この際、第１部材および第２部材の振動部材が配置される側に緩衝部材をそれぞれ設ければ、第１部材および第２部材が振動部材の振動特性に与える影響を少なくすることができる。
この際、第１部材および第２部材の振動部材が配置される側に緩衝部材をそれぞれ設ければ、第１部材および第２部材が振動部材の振動特性に与える影響を少なくすることができる。
【0017】
本発明の焦点距離可変レンズにおいて、前記第１部材および前記第２部材は、前記回転軸方向に貫通する貫通孔をそれぞれ有することが好ましい。
本発明では、第１部材および第２部材が回転軸方向に貫通する貫通孔をそれぞれ有するので、振動部材の中心軸線に沿って通される光の経路を簡易な構造で確保することができる。
本発明では、第１部材および第２部材が回転軸方向に貫通する貫通孔をそれぞれ有するので、振動部材の中心軸線に沿って通される光の経路を簡易な構造で確保することができる。
【0018】
本発明の焦点距離可変レンズ装置は、上述した焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズと同じ光軸上に配置された対物レンズと、前記焦点距離可変レンズおよび前記対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、入力される発光信号に基づいて前記測定対象物をパルス照明するパルス照明部とを有することを特徴とする。
【0019】
本発明では、駆動信号として、例えば正弦波状の交流信号（焦点距離可変レンズに定在波を発生させる周波数）を制御部から焦点距離可変レンズに入力し、焦点距離可変レンズの屈折率を変動させることで、焦点距離可変レンズ装置としての焦点位置を測定対象物の表面で変動させる。そして、制御部により、駆動信号を基準とした特定の位相で発光信号を出力し、この発光信号に基づいてパルス照明部を発光させることで、発光時点の焦点距離での測定対象物の表面の画像が対物レンズおよび焦点距離可変レンズを通して画像検出部へと導入され、画像として検出することができる。
【0020】
ここで、本発明では、焦点距離可変レンズが上述した振動部材の保持機構を有するので、第１部材と第２部材との相対的な回動角度を調整することにより、振動部材が所望の振動特性を示すように調整することができる。そのため、印加電圧の周波数に対する振動部材の振動を一定とすることができるので、駆動信号を基準とした特定の位相での発光信号に基づいてパルス照明部を発光させることにより、所望の焦点距離の画像を検出することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、所望の振動特性が得られる振動部材の保持機構、焦点距離可変レンズおよび焦点距離可変レンズ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の焦点距離可変レンズ装置の第１実施形態を示す斜視図。
【図2】前記実施形態の焦点距離可変レンズ装置を示すブロック図。
【図3】前記実施形態の振動部材の保持機構を示す斜視図。
【図4】前記実施形態のレンズシステムの動作を示す模式図。
【図5】前記実施形態のレンズシステムの焦点距離を示す模式図。
【図6】前記実施形態の振動部材の保持機構の動作を示す斜視図。
【図7】前記第１実施形態の振動部材の保持機構の断面を示す模式図。
【図8】前記第１実施形態の振動部材の保持機構の断面を示す別の模式図。
【図9】前記第１実施形態の振動部材の保持機構の断面を示すさらに別の模式図。
【図10】本発明の振動部材の保持機構の第２実施形態の断面を示す模式図。
【図11】前記第２実施形態の振動部材の保持機構の断面を示す別の模式図。
【図12】本発明の振動部材の保持機構の第３実施形態の断面を示す模式図。
【図13】本発明の振動部材の保持機構の他の実施形態の断面を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
〔第１実施形態〕
図１から図９に、本発明の第１実施形態を示す。
図１、２において、焦点距離可変レンズ装置１は、焦点距離を可変しつつ測定対象物９の表面の画像を検出するために、当該表面に交差する同じ光軸Ａ上に配置された対物レンズ２、焦点距離可変レンズであるレンズシステム３および画像検出部４、測定対象物９の表面をパルス照明するパルス照明部５を備えている。
さらに、焦点距離可変レンズ装置１は、レンズシステム３、画像検出部４、パルス照明部５を制御する制御装置６と、制御装置６に対して情報信号を入出力可能な制御コンピュータ７とを備えている。
図１から図９に、本発明の第１実施形態を示す。
図１、２において、焦点距離可変レンズ装置１は、焦点距離を可変しつつ測定対象物９の表面の画像を検出するために、当該表面に交差する同じ光軸Ａ上に配置された対物レンズ２、焦点距離可変レンズであるレンズシステム３および画像検出部４、測定対象物９の表面をパルス照明するパルス照明部５を備えている。
さらに、焦点距離可変レンズ装置１は、レンズシステム３、画像検出部４、パルス照明部５を制御する制御装置６と、制御装置６に対して情報信号を入出力可能な制御コンピュータ７とを備えている。
【0024】
対物レンズ２は、既存の凸レンズで構成される。
レンズシステム３は、制御装置６から入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。駆動信号Ｃｆは、レンズシステム３に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。
焦点距離可変レンズ装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、レンズシステム３の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。
レンズシステム３は、制御装置６から入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。駆動信号Ｃｆは、レンズシステム３に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。
焦点距離可変レンズ装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、レンズシステム３の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。
【0025】
画像検出部４は、既存のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサあるいは他の形式のカメラ等で構成され、入射される画像Ｌｇを所定の信号形式の検出画像Ｉｍとして制御装置６へ出力することができる。
パルス照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子で構成され、制御装置６から発光信号Ｃｉが入力された際に、所定時間だけ照明光Ｌｉを発光させ、測定対象物９の表面に対するパルス照明を行うことができる。
パルス照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子で構成され、制御装置６から発光信号Ｃｉが入力された際に、所定時間だけ照明光Ｌｉを発光させ、測定対象物９の表面に対するパルス照明を行うことができる。
【0026】
図３において、レンズシステム３は、円筒形のケース３１を有し、ケース３１の内部には円筒状の振動部材３２が設置されている。また、ケース３１の底部の中央部には、液体３５を透過させる光を通すための窓部が設けられている。
振動部材３２は、その外周面３３をケース３１に設置された保持機構１０で保持されている。保持機構１０の詳細については後述する。振動部材３２は、圧電材料を円筒状に形成したものであり、外周面３３と内周面３４との間に駆動信号Ｃｆの交流電圧が印加されることで、厚み方向に振動する。
ケース３１の内部には、透過性の高い液体３５が充填されており、振動部材３２は全体を液体３５に浸漬され、円筒状の振動部材３２の内側は液体３５で満たされている。駆動信号Ｃｆの交流電圧は、振動部材３２の内側にある液体３５に定在波を発生させる周波数に調整されている。
また、ケース３１の上面側には、ケース３１を密閉するために開口部を覆うカバー３６が配置される。カバー３６の中央部には、液体３５を透過した光を通すための窓部が設けられている。
振動部材３２は、その外周面３３をケース３１に設置された保持機構１０で保持されている。保持機構１０の詳細については後述する。振動部材３２は、圧電材料を円筒状に形成したものであり、外周面３３と内周面３４との間に駆動信号Ｃｆの交流電圧が印加されることで、厚み方向に振動する。
ケース３１の内部には、透過性の高い液体３５が充填されており、振動部材３２は全体を液体３５に浸漬され、円筒状の振動部材３２の内側は液体３５で満たされている。駆動信号Ｃｆの交流電圧は、振動部材３２の内側にある液体３５に定在波を発生させる周波数に調整されている。
また、ケース３１の上面側には、ケース３１を密閉するために開口部を覆うカバー３６が配置される。カバー３６の中央部には、液体３５を透過した光を通すための窓部が設けられている。
【0027】
図４に示すように、レンズシステム３においては、振動部材３２を振動させると、内部の液体３５に定在波が生じ、屈折率が交替する同心円状の領域が生じる（図３（Ａ）部および図４（Ｂ）部参照）。
このとき、レンズシステム３の中心軸線からの距離（半径）と液体３５の屈折率との関係は、図４（Ｃ）部に示す屈折率分布Ｗのようになる。
このとき、レンズシステム３の中心軸線からの距離（半径）と液体３５の屈折率との関係は、図４（Ｃ）部に示す屈折率分布Ｗのようになる。
【0028】
図５において、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であるため、レンズシステム３における液体３５の屈折率分布Ｗの変動幅もこれに従って変化する。そして、液体３５に生じる同心円状の領域の屈折率が正弦波状に変化し、これにより焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆが正弦波状に変動する。
図５（Ａ）の状態では、屈折率分布Ｗの振れ幅が最大となり、レンズシステム３は通過する光を収束させ、焦点位置Ｐｆは近く、焦点距離Ｄｆは最短となっている。
図５（Ｂ）の状態では、屈折率分布Ｗが平坦となり、レンズシステム３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図５（Ｃ）の状態では、屈折率分布Ｗが図５（Ａ）と逆極性で振れ幅が最大となり、レンズシステム３は通過する光を拡散させ、焦点位置Ｐｆは遠く、焦点距離Ｄｆは最大となっている。
図５（Ｄ）の状態では、再び屈折率分布Ｗが平坦となり、レンズシステム３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図５（Ｅ）の状態では、再び図５（Ａ）の状態に戻っており、以下同様の変動を繰り返すことになる。
図５（Ａ）の状態では、屈折率分布Ｗの振れ幅が最大となり、レンズシステム３は通過する光を収束させ、焦点位置Ｐｆは近く、焦点距離Ｄｆは最短となっている。
図５（Ｂ）の状態では、屈折率分布Ｗが平坦となり、レンズシステム３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図５（Ｃ）の状態では、屈折率分布Ｗが図５（Ａ）と逆極性で振れ幅が最大となり、レンズシステム３は通過する光を拡散させ、焦点位置Ｐｆは遠く、焦点距離Ｄｆは最大となっている。
図５（Ｄ）の状態では、再び屈折率分布Ｗが平坦となり、レンズシステム３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図５（Ｅ）の状態では、再び図５（Ａ）の状態に戻っており、以下同様の変動を繰り返すことになる。
【0029】
このように、焦点距離可変レンズ装置１においては、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であり、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆも図５の焦点変動波形Ｍｆのように正弦波状に変動する。
この際、焦点変動波形Ｍｆの任意の時点で焦点位置Ｐｆにある測定対象物９をパルス照明すれば、照明時点での焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像が得られることになる。
すなわち、制御装置６から入力される発光信号Ｃｉに基づいて、パルス照明部５からの照明光Ｌｉで測定対象物９の表面を照明することで、測定対象物９からの反射光Ｌｒが対物レンズ２およびレンズシステム３を通して画像検出部４に送られ、画像として検出することができる。
この際、焦点変動波形Ｍｆの任意の時点で焦点位置Ｐｆにある測定対象物９をパルス照明すれば、照明時点での焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像が得られることになる。
すなわち、制御装置６から入力される発光信号Ｃｉに基づいて、パルス照明部５からの照明光Ｌｉで測定対象物９の表面を照明することで、測定対象物９からの反射光Ｌｒが対物レンズ２およびレンズシステム３を通して画像検出部４に送られ、画像として検出することができる。
【0030】
図３に戻って、レンズシステム３には、ケース３１の内部に振動部材３２を保持する保持機構１０が設置されている。
図３および図６に示すように、保持機構１０は、振動部材３２を挟んで互いに反対側に配置される第１部材１１および第２部材１２と、第１部材１１の下面と第２部材１２の上面とに連結される保持部材１３と、蓋体１４とを有する。
第１部材１１は円盤状の板部材であり、中央部に貫通孔１１１を有している。また、第１部材１１の下面には振動部材３２の上面と対向する位置にリング状の第１緩衝部材１５が設けられている（図７参照）。
第２部材１２は、第１部材１１と同様に円盤状の板部材であり、中央部に貫通孔１２１を有している。また、第２部材１２の上面には振動部材３２の下面と対向する位置にリング状の第２緩衝部材１６が設けられている。
保持部材１３は円柱状の弾性部材であり、容易に折り曲げることができる。また、保持部材１３は、内側に振動部材３２が設置できる程度の間隔で、第１部材１１および第２部材１２の周縁部に沿って８本設けられている。
蓋体１４は、第１部材１１の貫通孔１１１を覆うように形成されており、後述するように第２螺合機構１８により第１部材１１に螺合される。また、蓋体１４の中央部には、液体３５を透過した光を通すための窓部が設けられている。
図３および図６に示すように、保持機構１０は、振動部材３２を挟んで互いに反対側に配置される第１部材１１および第２部材１２と、第１部材１１の下面と第２部材１２の上面とに連結される保持部材１３と、蓋体１４とを有する。
第１部材１１は円盤状の板部材であり、中央部に貫通孔１１１を有している。また、第１部材１１の下面には振動部材３２の上面と対向する位置にリング状の第１緩衝部材１５が設けられている（図７参照）。
第２部材１２は、第１部材１１と同様に円盤状の板部材であり、中央部に貫通孔１２１を有している。また、第２部材１２の上面には振動部材３２の下面と対向する位置にリング状の第２緩衝部材１６が設けられている。
保持部材１３は円柱状の弾性部材であり、容易に折り曲げることができる。また、保持部材１３は、内側に振動部材３２が設置できる程度の間隔で、第１部材１１および第２部材１２の周縁部に沿って８本設けられている。
蓋体１４は、第１部材１１の貫通孔１１１を覆うように形成されており、後述するように第２螺合機構１８により第１部材１１に螺合される。また、蓋体１４の中央部には、液体３５を透過した光を通すための窓部が設けられている。
【0031】
図７にケース３１の断面を表す模式図を示す。
図７に示すように、第２部材１２はケース３１の底面に配置されて固定されている。そして、第２部材１２の第２緩衝部材１６の上面に振動部材３２が載置される。この時、保持部材１３はケース３１の内周面３７と振動部材３２の外周面３３との間に配置される。
第１部材１１の外周面１１２には雄ねじ部が設けられ、ケース３１の開口部側の内周面３７には雌ねじ部が設けられて、第１螺合機構１７が形成されている。そして、当該第１螺合機構１７により、第１部材１１はケース３１に螺合されている。
図７に示すように、第２部材１２はケース３１の底面に配置されて固定されている。そして、第２部材１２の第２緩衝部材１６の上面に振動部材３２が載置される。この時、保持部材１３はケース３１の内周面３７と振動部材３２の外周面３３との間に配置される。
第１部材１１の外周面１１２には雄ねじ部が設けられ、ケース３１の開口部側の内周面３７には雌ねじ部が設けられて、第１螺合機構１７が形成されている。そして、当該第１螺合機構１７により、第１部材１１はケース３１に螺合されている。
【0032】
また、第１部材１１の貫通孔１１１側の内周面１１３には雌ねじ部が設けられ、蓋体１４の外周面１４１には雄ねじ部が設けられて、第２螺合機構１８が形成されている。そして、当該第２螺合機構１８により、蓋体１４は第１部材１１の貫通孔１１１に螺合されている。
なお、ケース３１の内部には、図示しない圧力調整機構が設置されており、ケース３１内部の容積変化や温度変化によって内部圧力が変化することを防止している。
なお、ケース３１の内部には、図示しない圧力調整機構が設置されており、ケース３１内部の容積変化や温度変化によって内部圧力が変化することを防止している。
【0033】
次に、図６から図８に基づいて、保持機構１０による振動部材３２の保持方法について説明する。
図６（Ａ），（Ｂ）および図７に示すように、保持部材１３が垂直に立設した状態で、振動部材３２を第２部材１２の第２緩衝部材１６の上面に載置する。この時、保持部材１３は、第１部材１１および第２部材１２の回転軸Ｒから離れた状態になっている。
図６（Ａ），（Ｂ）および図７に示すように、保持部材１３が垂直に立設した状態で、振動部材３２を第２部材１２の第２緩衝部材１６の上面に載置する。この時、保持部材１３は、第１部材１１および第２部材１２の回転軸Ｒから離れた状態になっている。
【0034】
次に、図６（Ｃ）および図８に示すように、第１螺合機構１７により、第１部材１１と第２部材１２とを反時計回りに相対的に回動させる。そうすると、垂直に立設していた保持部材１３が傾倒して回転軸Ｒに近づく。その結果、保持部材１３は内部に配置された振動部材３２の外周面３３と接点Ｃで当接する。これにより、振動部材３２には、第１部材１１および第２部材１２からの押圧力が保持部材１３を介して作用するので振動部材３２を保持することができる。
【0035】
この際、保持部材１３を介して振動部材３２に作用する押圧力は、第１部材１１と第２部材１２との相対的な回動角度によって調整することができる。そのため、振動部材３２を任意の押圧力で保持することができ、振動部材３２が所望の振動特性を示すように調整することができる。
さらに、本実施形態では、第１部材１１と第２部材１２とを第１螺合機構１７により相対的に回動させるので、第１部材１１と第２部材１２との相対的な回動角度を容易に調整できる。そのため、振動部材３２に作用する押圧力を容易に調整できて、振動部材３２が所望の振動特性を示すような調整が容易となる。
さらに、本実施形態では、第１部材１１と第２部材１２とを第１螺合機構１７により相対的に回動させるので、第１部材１１と第２部材１２との相対的な回動角度を容易に調整できる。そのため、振動部材３２に作用する押圧力を容易に調整できて、振動部材３２が所望の振動特性を示すような調整が容易となる。
【0036】
ここで、図６（Ｃ）および図８に示すように、本実施形態では第１螺合機構１７により第１部材１１と第２部材１２とを回動させるので、第１部材１１と第２部材１２との相対距離が変化する。つまり、第２部材１２は固定された状態で、第１部材１１は図８中上下方向に移動する。そのため、第１部材１１の下面に設けられた第１緩衝部材１５を振動部材３２の上面に当接させることができる。その結果。振動部材３２の上下面を第１緩衝部材１５および第２緩衝部材１６で挟持することができるので、振動部材３２の側面だけでなく上下面も保持することができ、振動部材３２をより確実に保持することができる。
【0037】
ただし、この場合、第１部材１１と第２部材１２との相対距離が変化して、ケース３１の底面部から蓋体１４の下面までの距離が短くなる。そうすると、ケース３１に充填された液体３５を通過する光の光路長が短くなる。
液体３５を通過する光の光路長が変化すると、液体３５における光の屈折率も変化するので、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆも変化してしまう。その結果、所定の時点で測定対象物９にパルス照明しても、所望の焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像が得られなくなってしまうといった問題がある。
液体３５を通過する光の光路長が変化すると、液体３５における光の屈折率も変化するので、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆも変化してしまう。その結果、所定の時点で測定対象物９にパルス照明しても、所望の焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像が得られなくなってしまうといった問題がある。
【0038】
そこで、図９に示すように、本実施形態では、第１部材１１と第２部材１２との相対的な回動角度を調整した後に、第２螺合機構１８により蓋体１４を第１部材１１に対して時計回りに回動させることで、蓋体１４を図９中上方向に移動させることができる。これにより、液体３５を通過する光の光路長を調整することができるので、液体３５における所望の光学特性を得ることができる。そのため、所望の焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像を得ることができる。
【0039】
第１螺合機構１７により振動部材３２の振動特性を調整し、その後、第２螺合機構１８により光の光路長が調整できたら、ケース３１の上面にカバー３６を設置する。
カバー３６は、図示しない第１螺合機構１７および第２螺合機構１８の固定機構を有するため、所望の振動特性および光学特性が得られるように調整した第１螺合機構１７および第２螺合機構１８がずれることを防ぐことができる。
カバー３６は、図示しない第１螺合機構１７および第２螺合機構１８の固定機構を有するため、所望の振動特性および光学特性が得られるように調整した第１螺合機構１７および第２螺合機構１８がずれることを防ぐことができる。
【0040】
〔第２実施形態〕
図１０、図１１に、本発明の第２実施形態を示す。
この第２実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が共通であり、説明の簡略化のため共通部分については重複する説明を省略し、以下相違する部分について説明する。
図１０、図１１に、本発明の第２実施形態を示す。
この第２実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が共通であり、説明の簡略化のため共通部分については重複する説明を省略し、以下相違する部分について説明する。
【0041】
前述した第１実施形態では、第１螺合機構１７により第１部材１１および第２部材１２を相対的に回動させていた。
これに対して、図１０および図１１に示すように、第２実施形態では第１部材１１の外周面１１２に凸部が設けられ、ケース３１の開口部側の内周面３７に凹部が設けられ、第１部材１１の凸部がケース３１の凹部に嵌合されて摺動機構１９が形成されている。そして、当該摺動機構１９により第１部材１１および第２部材１２を相対的に回動させることができる。
また、保持部材１３Ａは、円柱状の弾性部材であり、さらに、伸縮可能な素材で形成されている。そのため、容易に折り曲げることができるうえ、伸縮させることもできる。そのため、第１部材１１と第２部材１２との回転軸方向の相対距離を変化させることなく、第１部材１１および第２部材１２を回動させることができる。
これに対して、図１０および図１１に示すように、第２実施形態では第１部材１１の外周面１１２に凸部が設けられ、ケース３１の開口部側の内周面３７に凹部が設けられ、第１部材１１の凸部がケース３１の凹部に嵌合されて摺動機構１９が形成されている。そして、当該摺動機構１９により第１部材１１および第２部材１２を相対的に回動させることができる。
また、保持部材１３Ａは、円柱状の弾性部材であり、さらに、伸縮可能な素材で形成されている。そのため、容易に折り曲げることができるうえ、伸縮させることもできる。そのため、第１部材１１と第２部材１２との回転軸方向の相対距離を変化させることなく、第１部材１１および第２部材１２を回動させることができる。
【0042】
このような本発明の第２実施形態では、図１０および図１１に示すように、摺動機構１９により第１部材１１および第２部材１２を相対的に回動させることで、第１部材１１および第２部材１２の回転軸方向の相対距離を変化させることなく、保持部材１３Ａを振動部材３２に当接させて保持することができる。その結果、液体３５を通過する光の光路長が変化することがないので、振動部材３２の振動特性だけを調整すればよく、レンズシステム３において所望の光学特性を容易に得ることができる。
【0043】
〔第３実施形態〕
図１２に本発明の第３実施形態を示す。
この第３実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が共通であり、説明の簡略化のため共通部分については重複する説明を省略し、以下相違する部分について説明する。
図１２に本発明の第３実施形態を示す。
この第３実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が共通であり、説明の簡略化のため共通部分については重複する説明を省略し、以下相違する部分について説明する。
【0044】
前述した第１実施形態では、第１部材１１は円盤状の板部材であり、保持部材１３は第１部材１１の下面と第２部材１２の上面とに連結されていた。
これに対して、図１２に示すように、第３実施形態では、第１部材１１Ａは有底円筒状であり、底部１１４Ａに貫通孔１１１Ａが設けられている。また、保持部材１３Ｂは底部１１４Ａの上面と蓋体１４の下面とに連結され、保持部材１３Ｃは底部１１４Ａの下面と第２部材１２の上面とに連結されている。つまり、保持部材１３Ｂ，Ｃが第１部材１１Ａの底部１１４Ａを挟んで上下に配置されている。
これに対して、図１２に示すように、第３実施形態では、第１部材１１Ａは有底円筒状であり、底部１１４Ａに貫通孔１１１Ａが設けられている。また、保持部材１３Ｂは底部１１４Ａの上面と蓋体１４の下面とに連結され、保持部材１３Ｃは底部１１４Ａの下面と第２部材１２の上面とに連結されている。つまり、保持部材１３Ｂ，Ｃが第１部材１１Ａの底部１１４Ａを挟んで上下に配置されている。
【0045】
このような本発明の第３実施形態では、先ず、第１螺合機構１７により第１部材１１Ａおよび第２部材１２を相対的に回動させて、保持部材１３Ｃを振動部材３２の下から略４分の１程度の高さ付近に当接させる。その後、第２螺合機構１８により第１部材１１Ａと蓋体１４とを相対的に回動させて、保持部材１３Ｂを振動部材３２の上から略４分の１程度の高さ付近に当接させる。
その結果、底部１１４Ａの上側に配置された保持部材１３Ｂと、下側に配置された保持部材１３Ｃとで振動部材３２を保持することができるので、振動部材３２をより確実に保持することができる。
その結果、底部１１４Ａの上側に配置された保持部材１３Ｂと、下側に配置された保持部材１３Ｃとで振動部材３２を保持することができるので、振動部材３２をより確実に保持することができる。
【0046】
〔他の実施形態〕
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した実施形態では、保持部材１３はケース３１の内周面３７と振動部材３２の外周面３３との間に配置されて、振動部材３２の外周面３３に当接して保持していた。
しかし、これに限らず、例えば、図１３に示すように、保持部材１３Ｄを振動部材３２の内側に配置してもよい。この場合、保持部材１３Ｄが第１部材１１および第２部材１２の回転軸Ｒに近づいた状態で、保持部材１３Ｄの外側に振動部材３２を配置する。そして、第１部材１１および第２部材１２を回動させて、保持部材１３Ｄを回動軸から離れる方向に移動させることにより、保持部材１３Ｄを振動部材３２の内側に当接させて保持することができる。
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した実施形態では、保持部材１３はケース３１の内周面３７と振動部材３２の外周面３３との間に配置されて、振動部材３２の外周面３３に当接して保持していた。
しかし、これに限らず、例えば、図１３に示すように、保持部材１３Ｄを振動部材３２の内側に配置してもよい。この場合、保持部材１３Ｄが第１部材１１および第２部材１２の回転軸Ｒに近づいた状態で、保持部材１３Ｄの外側に振動部材３２を配置する。そして、第１部材１１および第２部材１２を回動させて、保持部材１３Ｄを回動軸から離れる方向に移動させることにより、保持部材１３Ｄを振動部材３２の内側に当接させて保持することができる。
【0047】
前述した実施形態では、第１螺合機構１７をケース３１の開口部側に設けることにより、第１部材１１をケース３１の外側で回動できるようにしていた。
しかし、これに限らず、例えば、第１部材１１をケース３１の内側に完全に収容できる位置に第１螺合機構１７を設けてもよい。この場合、磁石等により第１部材１１を回動させるようにしてもよい。また、第１部材１１に限らず、第２部材１２をケース３１に螺合させるようにしてもよく、第１部材１１および第２部材１２の両方をケース３１に螺合させるようにしてもよい。
しかし、これに限らず、例えば、第１部材１１をケース３１の内側に完全に収容できる位置に第１螺合機構１７を設けてもよい。この場合、磁石等により第１部材１１を回動させるようにしてもよい。また、第１部材１１に限らず、第２部材１２をケース３１に螺合させるようにしてもよく、第１部材１１および第２部材１２の両方をケース３１に螺合させるようにしてもよい。
【0048】
また、前述した実施形態では、保持機構１０は、焦点距離可変レンズ装置１のレンズシステム３における振動部材３２を保持していたが、これに限らず、振動部材を用いる他の光学装置等に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明は振動部材の保持機構、焦点距離可変レンズおよび焦点距離可変レンズ装置に利用できる。
【符号の説明】
【0050】
１…焦点距離可変レンズ装置、２…対物レンズ、３…焦点距離可変レンズであるレンズシステム、３１…ケース、３２…振動部材、３３…外周面、３４…内周面、３５…液体、３６…カバー、３７…内周面、４…画像検出部、５…パルス照明部、６…制御装置、７…制御コンピュータ、９…測定対象物、１０…保持機構、１１，１１Ａ…第１部材、１１１，１１１Ａ…貫通孔、１１２…外周面、１１３…内周面、１１４Ａ…底部、１２…第２部材、１２１…貫通孔、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…保持部材、１４…蓋体、１４１…外周面、１５…第１緩衝部材、１６…第２緩衝部材、１７…第１螺合機構、１８…第２螺合機構、１９…摺動機構、Ｃ…接点、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｄｆ…焦点距離、Ｉｍ…検出画像、Ｌｇ…画像、Ｌｉ…照明光、Ｌｒ…反射光、Ｍｆ…焦点変動波形、Ｐｆ…焦点位置、Ｒ…回転軸、Ｗ…屈折率分布。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】