JP4614282B2

JP4614282B2 - Fluid prism

Info

Publication number: JP4614282B2
Application number: JP2006010160A
Authority: JP
Inventors: 寛久小野目; 下山　　勲; 松本　　潔; 一憲星野; 英治岩瀬; 亮仁中井; 淳武居
Original assignee: University of Tokyo NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: University of Tokyo NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: JP2007193020A

Description

本発明は、入射光を所定の角度および方向に偏向させる内部に流体が充填された流体プリズムに関する。 The present invention relates to a fluid prism in which a fluid is filled inside to deflect incident light in a predetermined angle and direction.

近年、カメラなどの撮像装置の小型化、軽量化および光学ズームの高倍率化等の高性能化が進められてきている。撮像装置においては、さらなる高性能化が求められている。この高性能化のひとつとして、撮像範囲を広範囲とするパンチルト機構を搭載する方法がある。 In recent years, higher performance such as downsizing and weight reduction of an imaging device such as a camera and higher magnification of an optical zoom has been promoted. There is a demand for higher performance in imaging devices. As one of the high performance, there is a method of mounting a pan / tilt mechanism that widens the imaging range.

パンチルト機構には、たとえば、レンズの前方にプリズムを配置して入射光を偏向させることで、撮像範囲（角度）を広くするチルト機構がある。そして、このプリズムに、可変プリズムを用いることが検討されている。可変プリズムは、頂角を任意の角度に変化可能なプリズムであり、例えば、特許文献１に開示された液体プリズムがある。 As the pan / tilt mechanism, for example, there is a tilt mechanism that widens an imaging range (angle) by arranging a prism in front of a lens to deflect incident light. The use of a variable prism as the prism has been studied. The variable prism is a prism whose apex angle can be changed to an arbitrary angle. For example, there is a liquid prism disclosed in Patent Document 1.

特許文献１には、対向する２枚の透明板間の外周を可とう性フィルムによって封止し、その密封された空間内に透明液体を満たした可変頂角プリズムが開示されている。この可変頂角プリズムは、モータよりなるプリズム駆動手段により２枚の透明板を駆動して、任意の頂角とし、光線を偏向させる。 Patent Document 1 discloses a variable apex prism in which the outer periphery between two transparent plates facing each other is sealed with a flexible film and the sealed space is filled with a transparent liquid. In this variable apex angle prism, two transparent plates are driven by a prism driving unit made of a motor to obtain an arbitrary apex angle and deflect the light beam.

しかしながら、特許文献１の可変頂角プリズムは、２枚の透明板をモータで駆動するため、可変プリズムの応答性および精度が低いという問題があった。また、２枚の透明板を駆動するためのモータの体格が大きいことにより、可変プリズム自体の体格が大きくなり、可変プリズムをもつ撮像装置全体の体格が大きくなるという問題もあった。
特開平７−２０３９０号公報 However, the variable apex angle prism of Patent Document 1 has a problem that the response and accuracy of the variable prism are low because two transparent plates are driven by a motor. Further, since the physique of the motor for driving the two transparent plates is large, there is a problem that the physique of the variable prism itself becomes large and the physique of the entire imaging apparatus having the variable prism becomes large.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-20390

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、小型でありかつ高精度で頂角を制御できる可変プリズムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a variable prism that is small in size and capable of controlling the apex angle with high accuracy.

上記課題を解決するために本発明者らは可変プリズムについて検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the variable prism, and as a result, have reached the present invention.

すなわち、本発明の流体プリズムは、光が透過可能な底板をもつ有底筒状のケースと、ケースの内部に充填された光が透過可能な流体と、ケースの内部で流体の表面上に揺動可能に配置された光が透過可能な透明板と、流体を流動させて流体の液面を部分的に変化させる流速付与手段と、を有することを特徴とする。 That is, the fluid prism of the present invention has a bottomed cylindrical case having a bottom plate that can transmit light, a fluid that can transmit light filled in the case, and a surface of the fluid that swings inside the case. It has the transparent plate which can permeate | transmit the light arrange | positioned so that a movement is possible, and the flow-velocity provision means which changes the liquid level of a fluid by making a fluid flow, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の流体プリズムは、流速付与手段がケース内に充填した流体を流動させ、流体の液面を変化させる。そして、流体の液面の変化にともなって、液面上に配置された透明板が傾斜する。これにより、底板、透明板および流体がプリズムを構成するようになる。そして、透明板が屈折面を形成し、流体および底板を透過する光を偏向させるようになる。 In the fluid prism of the present invention, the fluid filled in the case is caused to flow by the flow velocity applying means, and the liquid level of the fluid is changed. And the transparent plate arrange | positioned on a liquid level inclines with the change of the liquid level of a fluid. As a result, the bottom plate, the transparent plate and the fluid form a prism. The transparent plate forms a refracting surface and deflects the light transmitted through the fluid and the bottom plate.

本発明の流体プリズムは、流速付与手段を駆動して流体プリズムを偏向させることから、従来のモータによる駆動と比べて、高い応答性でありかつ高精度で屈折面の制御を行うことができる。さらに、従来の液体プリズムのようにモータを必要としないため、流体プリズム全体の体格を小さくすることができる。 Since the fluid prism of the present invention drives the flow velocity imparting means to deflect the fluid prism, the refracting surface can be controlled with higher responsiveness and higher accuracy than driving by a conventional motor. Further, since the motor is not required unlike the conventional liquid prism, the physique of the entire fluid prism can be reduced.

本発明の流体プリズムは、光が透過可能な底板をもつ有底筒状のケースと、ケースの内部に充填された光が透過可能な流体と、ケースの内部で流体の表面上に揺動可能に配置された光が透過可能な透明板と、流体を流動させて流体の液面を部分的に変化させる流速付与手段と、を有する。 The fluid prism of the present invention has a bottomed cylindrical case having a bottom plate that can transmit light, a fluid that can transmit light filled in the case, and can swing on the surface of the fluid inside the case. The transparent plate which can permeate | transmit the light arrange | positioned in this, and the flow-velocity provision means to change the liquid level of a fluid partially by flowing a fluid.

本発明の流体プリズムは、光を透過可能な透明板、流体および底板を光が透過する。そして、本発明の流体プリズムは、流速付与手段がケース内に充填した流体を流動させ、流体の液面を変化させる。流体の液面が変化すると、液面上に配置された透明板が傾斜する。これにより、底板、透明板および流体がプリズムを構成するようになる。そして、透明板が屈折面を形成し、流体および底板を透過する光を偏向させる。 In the fluid prism of the present invention, light is transmitted through a transparent plate, a fluid, and a bottom plate that can transmit light. And the fluid prism of this invention flows the fluid with which the flow velocity provision means filled the case, and changes the liquid level of a fluid. When the liquid level of the fluid changes, the transparent plate disposed on the liquid level is inclined. As a result, the bottom plate, the transparent plate and the fluid form a prism. The transparent plate forms a refracting surface and deflects the light transmitted through the fluid and the bottom plate.

本発明の流体プリズムにおいて、流速付与手段は、流体を流動させて液面を部分的に変化させることができれば、流体の流動する方向は限定されない。たとえば、ケースの筒状部の軸方向に流体を流動させても、径方向あるいは周方向に流体を流動させても、いずれでもあるいは両者を組み合わせてもよい。つまり、本発明の流体プリズムにおいて、流速付与手段が流体を透明板に向けて流動させてその圧力で透明板を傾斜させても、流体の流動により部分的に流体の量を増減して部分的な液面の変位を生じさせて透明板を傾斜させても、いずれでもよい。 In the fluid prism according to the present invention, the flow direction of the fluid is not limited as long as the flow velocity imparting unit can cause the fluid to flow and partially change the liquid level. For example, the fluid may flow in the axial direction of the cylindrical portion of the case, the fluid may flow in the radial direction or the circumferential direction, or either or a combination of both. That is, in the fluid prism of the present invention, even when the flow velocity applying means causes the fluid to flow toward the transparent plate and the transparent plate is inclined by the pressure, the amount of the fluid is partially increased or decreased by the fluid flow. It is possible to tilt the transparent plate by causing a slight displacement of the liquid level.

本発明の流体プリズムにおいて、流速付与手段は、流体に流速を付与して流体を移動することができる手段であればよい。たとえば、圧電素子を利用したマイクロポンプ、粘性の温度変化を利用したマイクロポンプを用いることができる。 In the fluid prism of the present invention, the flow velocity applying means may be any means that can move the fluid by applying a flow velocity to the fluid. For example, a micropump using a piezoelectric element or a micropump using viscosity temperature change can be used.

ケースは、その内部が有底筒状の該ケースの深さ方向にそって延びる複数のセルに区画され、流速付与手段により流体が各セル間を移動することが好ましい。セル間を流体が移動すると、セル内の流体の量が変化するようになり、セルごとに液面の高さが変化するようになる。そして、この液面に変化により、透明板が傾斜するようになる。これにより、透明板により形成される屈折面が傾斜し、流体プリズムが入射光を偏向するようになる。 Case is partitioned into a plurality of cells therein extending along the depth direction of the bottomed cylindrical the case, it is preferable that the fluid by the flow velocity applying means moves between the cells. When the fluid moves between the cells, the amount of fluid in the cell changes, and the height of the liquid level changes for each cell. And a transparent board comes to incline by change to this liquid level. As a result, the refractive surface formed by the transparent plate is inclined, and the fluid prism deflects the incident light.

流体とは屈折率の異なる第二の流体を流体の上部に配置したことが好ましい。流体の上部に第二の流体を配置すると、振動などの外乱に対するロパスト性（傾き角の安定性）が向上する。チャンバー内に二つの流体が保持されたときに、二つの流体の界面が屈折面となる。また、二つの流体の界面に透明板が配置されたときには、この透明板が屈折面となる。 It is preferable that a second fluid having a refractive index different from that of the fluid is disposed above the fluid. When the second fluid is disposed on the upper part of the fluid, the robustness (tilt angle stability) against disturbances such as vibration is improved. When two fluids are held in the chamber, the interface between the two fluids becomes a refractive surface. Further, when a transparent plate is disposed at the interface between the two fluids, this transparent plate becomes a refractive surface.

本発明の流体プリズムにおいて、流体は、流体（あるいは透明板）の表面側の雰囲気と異なる屈折率をもつ物質であればよく、気体であっても液体であってもよい。流体は、液体であることが好ましい。具体的には、流体として用いることができる液体としては、水、シリコーンオイル、マッチングオイル等をあげることができる。 In the fluid prism of the present invention, the fluid may be a substance having a refractive index different from the atmosphere on the surface side of the fluid (or the transparent plate), and may be a gas or a liquid. The fluid is preferably a liquid. Specifically, examples of the liquid that can be used as the fluid include water, silicone oil, and matching oil.

本発明の流体プリズムは、入射光を偏向することができるため、撮像装置に適用することが好ましい。特に、撮像装置のズーム機構と組み合わせることで、パンチルト機構を形成することができる。また、精度よく制御を行うことができるため、本発明の流体プリズムは、撮像装置の手ぶれ補正に適用できる。 Since the fluid prism of the present invention can deflect incident light, it is preferably applied to an imaging device. In particular, a pan / tilt mechanism can be formed by combining with a zoom mechanism of an imaging apparatus. In addition, since the control can be performed with high accuracy, the fluid prism of the present invention can be applied to camera shake correction of an imaging apparatus.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described using examples.

本発明の実施例として、流体プリズムを製造した。 As an example of the present invention, a fluid prism was manufactured.

（実施例１）
本実施例の流体プリズムは、ケース１と、液体２と、ポンプ３と、透明板４と、から構成される。本実施例の流体プリズムの構成を図１〜２に示した。 Example 1
The fluid prism according to the present embodiment includes a case 1, a liquid 2, a pump 3, and a transparent plate 4. The configuration of the fluid prism of this embodiment is shown in FIGS.

ケース１は、光を透過可能でありかつ電気絶縁性をもつ材料より形成される円板状の通光部１０と、通光部１０の外周形状と一致する円筒状を有しかつ通光部１０と一体に形成された電気絶縁性をもつ材質よりなるの筒状部１１と、からなる有底筒状の部材である。 The case 1 has a disc-shaped light-transmitting portion 10 made of a material that can transmit light and has an electrical insulating property, and a cylindrical shape that matches the outer peripheral shape of the light-transmitting portion 10. 10 is a bottomed cylindrical member made up of a cylindrical portion 11 made of a material having electrical insulation formed integrally with 10.

液体２は、絶縁部材１の内部に配置された水である。液体２は、絶縁部材１の通光部１０の表面１０ａおよび筒状部１１の内周面１１ａと接触している。 The liquid 2 is water disposed inside the insulating member 1. The liquid 2 is in contact with the surface 10 a of the light transmitting part 10 of the insulating member 1 and the inner peripheral surface 11 a of the cylindrical part 11.

ポンプ３は、ケース１の内部に、筒状部１１の内周面１１ａに当接した状態で配置されている。ポンプ３は、筒状部１１の周方向において等間隔となるように（９０°ごとに）４つ配置されている。 The pump 3 is disposed inside the case 1 in a state where the pump 3 is in contact with the inner peripheral surface 11 a of the cylindrical portion 11. Four pumps 3 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the cylindrical portion 11 (every 90 °).

そして、４つのポンプ３は、それぞれが独立して駆動する。なお、本実施例の流体ポンプは、それぞれのポンプを独立して駆動するための制御手段（図示せず）を備えている。また、４つのポンプ３は、それぞれ筒状部の軸方向にそって液体２を流動させる。 The four pumps 3 are driven independently. In addition, the fluid pump of a present Example is provided with the control means (not shown) for driving each pump independently. The four pumps 3 cause the liquid 2 to flow along the axial direction of the cylindrical portion.

透明板４は、光が透過可能な略円形を有する。そして、透明板４は、その裏面４ｂが液体２の上面と接触した状態で、絶縁部材１の内部に配置されている。そして、透明板４は、液体２の流動に沿って揺動可能となっている。つまり、透明板４は、絶縁部材１の内部で液体２に浮いた状態で配置されている。 The transparent plate 4 has a substantially circular shape capable of transmitting light. The transparent plate 4 is disposed inside the insulating member 1 with the back surface 4 b in contact with the upper surface of the liquid 2. The transparent plate 4 can swing along the flow of the liquid 2. That is, the transparent plate 4 is arranged in a state of floating in the liquid 2 inside the insulating member 1.

本実施例の流体プリズムの動作を、図１〜２を用いて説明する。 The operation of the fluid prism according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、ポンプ３を駆動していない状態では、図１に示したように、液体２の表面は、表面張力により水平を保持している。このとき、液体２の上面に接触した透明板４の透明部４０はケース１の通光部１０と平行な状態となっている。 First, in the state where the pump 3 is not driven, the surface of the liquid 2 is kept horizontal by the surface tension as shown in FIG. At this time, the transparent portion 40 of the transparent plate 4 in contact with the upper surface of the liquid 2 is in a state parallel to the light transmitting portion 10 of the case 1.

そして、制御手段を駆動して、ポンプ３ｃを駆動して液体２に通光部１０から離れる方向の流速を付与する。この流速の付与により、ポンプ３ｃが配置された部位の近傍の液体２の液量が増加して液面が上昇する。つまり、ケース１内において、液体２の液面が傾斜する。そして、液体２の液面に浮いている透明板４が、液面に沿った方向に傾斜する。また、本実施例においては、ポンプ３ｃにより流速を付与された液体２が透明板４にあたるため、この圧力にもより透明板４が揺動する。これにより、本実施例の流体プリズムは、透明板４が屈折面となり、液体２および通光部１０を光が透過するプリズムとなった。 And a control means is driven and the pump 3c is driven and the flow rate of the direction away from the light transmission part 10 is given to the liquid 2. As shown in FIG. By applying this flow velocity, the amount of the liquid 2 in the vicinity of the portion where the pump 3c is disposed increases and the liquid level rises. That is, in the case 1, the liquid level of the liquid 2 is inclined. Then, the transparent plate 4 floating on the liquid surface of the liquid 2 is inclined in a direction along the liquid surface. In the present embodiment, since the liquid 2 to which the flow rate is applied by the pump 3c hits the transparent plate 4, the transparent plate 4 also swings due to this pressure. As a result, the fluid prism of this example is a prism that allows the transparent plate 4 to be a refracting surface and allows light to pass through the liquid 2 and the light transmitting portion 10.

本実施例の流体プリズムは、上記したように、４つのポンプ３を駆動することで、透明板４の傾斜角を所望の角度とすることができる。そして、本実施例の流体プリズムは、ポンプの流量でプリズムの頂角を制御することで、高精度かつ応答性にすぐれたプリズムとなっている。さらに、本実施例の流体プリズムは、透明板４の駆動にモータを用いていないことから、体格が小型化されている。 As described above, the fluid prism of this embodiment can drive the four pumps 3 to set the inclination angle of the transparent plate 4 to a desired angle. The fluid prism according to the present embodiment is a highly accurate and responsive prism by controlling the apex angle of the prism with the flow rate of the pump. Furthermore, since the fluid prism of the present embodiment does not use a motor to drive the transparent plate 4, the physique is downsized.

さらに、本実施例の流体プリズムは、ポンプ３ｃに対称な位置にあるポンプ３ｄを駆動して液体２に通光部１０に近接する方向の流速をあわせて付与することで、ポンプ３ｄが配置された部位の近傍の液面を下降させることが好ましい。ポンプ３ｄを駆動することで、ポンプ３ｃが液体２に付与する流速を小さくすることができる。つまり、ポンプ３ｃおよび３ｄの体格を小さくすることができる。 Furthermore, in the fluid prism of this embodiment, the pump 3d is disposed by driving the pump 3d at a position symmetrical to the pump 3c and applying the flow velocity in the direction close to the light transmitting unit 10 to the liquid 2 together. It is preferable to lower the liquid level in the vicinity of the part. By driving the pump 3d, the flow rate applied to the liquid 2 by the pump 3c can be reduced. That is, the size of the pumps 3c and 3d can be reduced.

（実施例２）
本実施例の流体プリズムは、水平方向の流速を液体２に付与するポンプを用いた以外は実施例１と同様な構成をもつ。 (Example 2)
The fluid prism of this embodiment has the same configuration as that of Embodiment 1 except that a pump that applies a horizontal flow velocity to the liquid 2 is used.

本実施例の流体プリズムにおいて、流速を液体２に付与するポンプは、実施例１と同様のポンプを用い、流速を付与する方向が少なくとも筒状部の径方向に向いた状態でケース１の通光部１０の表面上に配置される。 In the fluid prism of the present embodiment, the pump that applies the flow velocity to the liquid 2 is the same pump as that of the first embodiment, and the passage of the case 1 is performed with the flow velocity applying direction at least in the radial direction of the cylindrical portion. It arrange | positions on the surface of the optical part 10. FIG.

本実施例の流体プリズムにおいては、実施例１の時と同様に、ポンプ３ｃを駆動してポンプ３ｄに向かう方向の流速を付与する。この流速の付与により、ポンプ３ｃが配置された部位の近傍の液体２の液量が減少して液面が下降する。そして、ポンプ３ｄが配置された部位の近傍の液体２の液量が増加して液面が上昇する。つまり、ケース１内において、液体２の液面が傾斜する。そして、液体２の液面に浮いている透明板４が、液面に沿った方向に傾斜する。これにより、本実施例の流体プリズムは、透明板４が屈折面となり、液体２および通光部１０を光が透過するプリズムとなった。 In the fluid prism of the present embodiment, the flow rate in the direction toward the pump 3d is applied by driving the pump 3c as in the first embodiment. By applying this flow velocity, the amount of the liquid 2 in the vicinity of the portion where the pump 3c is disposed is reduced and the liquid level is lowered. And the liquid quantity of the liquid 2 near the site | part in which the pump 3d is arrange | positioned increases, and a liquid level rises. That is, in the case 1, the liquid level of the liquid 2 is inclined. Then, the transparent plate 4 floating on the liquid surface of the liquid 2 is inclined in a direction along the liquid surface. As a result, the fluid prism of this example is a prism that allows the transparent plate 4 to be a refracting surface and allows light to pass through the liquid 2 and the light transmitting portion 10.

さらに、本実施例の流体プリズムは、ポンプ３ｅ，３ｆを駆動して液体２にポンプ３ｄに向かう方向の流速をあわせて付与することで、ポンプ３ｄが配置された部位の近傍の液面を上昇させることが好ましい。ポンプ３ｅ，３ｆを駆動することで、ポンプ３ｃが液体２に付与する流速を小さくすることができる。つまり、ポンプ３ｃ，３ｅおよび３ｆの体格を小さくすることができる。 Furthermore, the fluid prism according to the present embodiment drives the pumps 3e and 3f to increase the liquid level in the vicinity of the portion where the pump 3d is disposed by applying the liquid 2 with a flow velocity in the direction toward the pump 3d. It is preferable to make it. By driving the pumps 3e and 3f, the flow velocity applied to the liquid 2 by the pump 3c can be reduced. That is, the physique of the pumps 3c, 3e and 3f can be reduced.

このように、本実施例においても実施例１の時と同様な効果を発揮した。 Thus, the same effect as in Example 1 was also exhibited in this example.

（実施例３）
本実施例の流体プリズムは、ケース１と、液体２と、ポンプ３と、透明板４と、から構成される。本実施例の流体プリズムの構成を図３〜４に示した。 (Example 3)
The fluid prism according to the present embodiment includes a case 1, a liquid 2, a pump 3, and a transparent plate 4. The configuration of the fluid prism of this embodiment is shown in FIGS.

ケース１は、光を透過可能でありかつ電気絶縁性をもつ材料より形成される円板状の通光部１０と、通光部１０の外周形状と一致する円筒状を有しかつ通光部１０と一体に形成された電気絶縁性をもつ材質よりなるの筒状部１１と、通光部１０および筒状部１１に区画された空間を４つのセル１３に分割する隔壁１２と、からなる有底筒状の部材である。 The case 1 has a disc-shaped light-transmitting portion 10 made of a material that can transmit light and has an electrical insulating property, and a cylindrical shape that matches the outer peripheral shape of the light-transmitting portion 10. 10 is formed of a cylindrical portion 11 made of an electrically insulating material formed integrally with 10, and a light-transmitting portion 10 and a partition wall 12 that divides a space partitioned by the cylindrical portion 11 into four cells 13. It is a bottomed cylindrical member.

隔壁１２は、筒状部１１の周方向に、内部を４つに分割する。つまり、隔壁１２は、筒状部１１の軸心部から径方向にのびる４つの壁部１２０より形成されている。そして、４つの壁部は、筒状部１１の周方向において隣接する壁部１２０との間が９０°の角度をなすように配置されている。 The partition wall 12 is divided into four parts in the circumferential direction of the cylindrical part 11. That is, the partition wall 12 is formed by four wall portions 120 extending in the radial direction from the axial center portion of the cylindrical portion 11. The four wall portions are arranged so as to form an angle of 90 ° with the adjacent wall portions 120 in the circumferential direction of the cylindrical portion 11.

ポンプ３は、ケース１の内部に、筒状部１１の軸心部でありかつ隔壁１２の交差する位置に配置されている。ポンプ３は、隔壁１２に区画された４つのセル１３ｃ，ｄ，ｅ，ｆのうち対称なセル１３ｃと１３ｅ，１３ｄと１３ｆ間で液体２を流動させる。 The pump 3 is disposed inside the case 1 at a position that is an axial center portion of the cylindrical portion 11 and intersects with the partition wall 12. The pump 3 causes the liquid 2 to flow between the symmetrical cells 13c, 13e, 13d, and 13f among the four cells 13c, d, e, and f partitioned by the partition wall 12.

そして、ポンプ３は、セル１３ｃと１３ｅ間と１３ｄと１３ｆ間で、それぞれが独立して液体２を流動させる。なお、本実施例の流体ポンプは、それぞれのポンプを独立して駆動するための制御手段（図示せず）を備えている。また、４つのポンプ３は、それぞれ筒状部の軸方向にそって液体２を流動させる。 The pump 3 causes the liquid 2 to flow independently between the cells 13c and 13e and between the cells 13d and 13f. In addition, the fluid pump of a present Example is provided with the control means (not shown) for driving each pump independently. The four pumps 3 cause the liquid 2 to flow along the axial direction of the cylindrical portion.

本実施例の流体プリズムの動作を説明する。 The operation of the fluid prism of this embodiment will be described.

本実施例の流体プリズムにおいては、ポンプ３を駆動してセル１３ｃからセル１３ｅに向かう方向の流速を液体２に付与する。この流速の付与により、セル１３ｃの液体２の液量が減少して液面が下降する。そして、セル１３ｅの液体２の液量が増加して液面が上昇する。つまり、ケース１内において、液体２の液面が傾斜する。そして、液体２の液面に浮いている透明板４が、液面に沿った方向に傾斜する。これにより、本実施例の流体プリズムは、透明板４が屈折面となり、液体２および通光部１０を光が透過するプリズムとなった。 In the fluid prism of the present embodiment, the pump 3 is driven to give the liquid 2 a flow velocity in the direction from the cell 13c to the cell 13e. By applying this flow velocity, the amount of the liquid 2 in the cell 13c decreases and the liquid level falls. And the liquid quantity of the liquid 2 of the cell 13e increases and a liquid level rises. That is, in the case 1, the liquid level of the liquid 2 is inclined. Then, the transparent plate 4 floating on the liquid surface of the liquid 2 is inclined in a direction along the liquid surface. As a result, the fluid prism of this example is a prism that allows the transparent plate 4 to be a refracting surface and allows light to pass through the liquid 2 and the light transmitting portion 10.

本実施例の流体プリズムは、上記したように、ポンプ３を駆動することで、透明板４の傾斜角を所望の角度とすることができる。そして、本実施例の流体プリズムは、ポンプの流量でプリズムの頂角を制御することで、高精度かつ応答性にすぐれたプリズムとなっている。さらに、本実施例の流体プリズムは、透明板４の駆動にモータを用いていないことから、体格が小型化されている。 As described above, the fluid prism of this embodiment can drive the pump 3 to set the inclination angle of the transparent plate 4 to a desired angle. The fluid prism according to the present embodiment is a highly accurate and responsive prism by controlling the apex angle of the prism with the flow rate of the pump. Furthermore, since the fluid prism of the present embodiment does not use a motor to drive the transparent plate 4, the physique is downsized.

（実施例４）
本実施例は、隔壁１２のそれぞれの壁部１２０にポンプ３が設置された以外は、実施例２と同様な構成を備えた流体プリズムである。本実施例の流体プリズムのケース１およびポンプ３の構成を図５に示した。 Example 4
The present embodiment is a fluid prism having the same configuration as that of the second embodiment except that the pump 3 is installed on each wall portion 120 of the partition wall 12. The configuration of the fluid prism case 1 and the pump 3 of this embodiment is shown in FIG.

本実施例において、ポンプ３は、隔壁１２の壁部１２０により隔てられたセル１３間で液体２を流動させる。 In this embodiment, the pump 3 causes the liquid 2 to flow between the cells 13 separated by the wall 120 of the partition wall 12.

本実施例の流体プリズムにおいては、ポンプ３を駆動してセル１３ｃからセル１３ｄに向かう方向の流速を液体２に付与する。また、セル１３ｄからセル１３ｅに向かう方向の流速を液体２に付与する。この流速の付与により、セル１３ｃの液体２の液量が減少して液面が下降するとともにセル１３ｅの液体２の液量が増加して液面が上昇する。つまり、ケース１内において、液体２の液面が傾斜する。そして、液体２の液面に浮いている透明板４が、液面に沿った方向に傾斜する。これにより、本実施例の流体プリズムは、透明板４が屈折面となり、液体２および通光部１０を光が透過するプリズムとなった。 In the fluid prism of the present embodiment, the pump 3 is driven to give the liquid 2 a flow velocity in the direction from the cell 13c to the cell 13d. Further, the liquid 2 is given a flow velocity in the direction from the cell 13d toward the cell 13e. By applying this flow velocity, the liquid level of the liquid 2 in the cell 13c decreases and the liquid level falls, while the liquid level of the liquid 2 in the cell 13e increases and the liquid level rises. That is, in the case 1, the liquid level of the liquid 2 is inclined. Then, the transparent plate 4 floating on the liquid surface of the liquid 2 is inclined in a direction along the liquid surface. As a result, the fluid prism of this example is a prism that allows the transparent plate 4 to be a refracting surface and allows light to pass through the liquid 2 and the light transmitting portion 10.

本実施例においては、セル１３ｃからセル１３ｄへの移動とセル１３ｄからセル１３ｅへの移動時（二つの壁部１２０、１２０を通過するとき）に液体２の移動量を制御できる。つまり、より高精度で制御できるプリズムとなっている。 In the present embodiment, the movement amount of the liquid 2 can be controlled during the movement from the cell 13c to the cell 13d and the movement from the cell 13d to the cell 13e (when passing through the two wall portions 120 and 120). That is, the prism can be controlled with higher accuracy.

上記した動作においては、セル１３ｃ内の液体２をセル１３ｅに移動させるときに、セル１３ｄを介して移動させたが、あわせてセル１３ｆを介して移動させてもよい。 In the above operation, when the liquid 2 in the cell 13c is moved to the cell 13e, the liquid 2 is moved via the cell 13d. However, it may be moved via the cell 13f.

（第一変形形態）
各実施例の流体プリズムの透明板４の上方にさらに、第二の液体を配置してもよい。 (First variant)
A second liquid may be further disposed above the transparent plate 4 of the fluid prism of each embodiment.

この第２の液体は、液体２と異なる屈折率を備えた液体である。さらに、二つの液体２は、互いに溶解しない液体である。第２の液体としては、屈折率の大きなマッチングオイルをあげることができる。 This second liquid is a liquid having a refractive index different from that of the liquid 2. Further, the two liquids 2 are liquids that do not dissolve each other. An example of the second liquid is a matching oil having a large refractive index.

第２の液体を配置した流体プリズムは、各実施例と同様にして駆動し、各実施例と同様な効果を発揮する。 The fluid prism in which the second liquid is arranged is driven in the same manner as in each embodiment, and exhibits the same effects as in each embodiment.

さらに、第２の液体を配置した流体プリズムは、二つの液体の界面に透明板４が配置された構成を有している。これにより、透明板４の揺れが抑えられる。つまり、振動などの外乱に対するロパスト性（傾き角の安定性）が向上している。 Furthermore, the fluid prism in which the second liquid is disposed has a configuration in which the transparent plate 4 is disposed at the interface between the two liquids. Thereby, the shaking of the transparent plate 4 is suppressed. That is, the robustness (tilt angle stability) against disturbances such as vibration is improved.

（第二変形形態）
上記の変形形態の流体プリズムは、二つの液体の界面に薄膜を配置してもより。また、この薄膜を配置するときには、薄膜と透明板とが一体に形成されたことが好ましい。 (Second variant)
In the fluid prism of the above-described modified form, a thin film may be disposed at the interface between two liquids. Further, when the thin film is disposed, it is preferable that the thin film and the transparent plate are integrally formed.

（第三変形形態）
上記の各流体プリズムにおいて、透明板は、図６に示した構成としてもよい。 (Third variant)
In each of the fluid prisms described above, the transparent plate may have the configuration shown in FIG.

本変形形態の透明板４は、光が透過可能な略円形の透明部４０と、透明部を揺動可能な状態で支持する支持部４１と、を備えている。透明板４０は、支持環４２に内側支持軸４３，４３により揺動可能な状態で支持されている。支持環４２は、支持部４１に外側支持軸４４，４４により揺動可能な状態で支持されている。内側支持軸４３，４３と外側支持軸４４，４４とは直交している。つまり、内側支持軸４３，４３と外側支持軸４４，４４とを回転中心にして揺動することで、透明部４０は、あらゆる方向に回転することが可能となっている。 The transparent plate 4 of this modification includes a substantially circular transparent portion 40 that can transmit light, and a support portion 41 that supports the transparent portion in a swingable state. The transparent plate 40 is supported by the support ring 42 so as to be swingable by the inner support shafts 43 and 43. The support ring 42 is supported by the support portion 41 in a state in which it can swing by the outer support shafts 44, 44. The inner support shafts 43 and 43 and the outer support shafts 44 and 44 are orthogonal to each other. That is, the transparent portion 40 can rotate in all directions by swinging around the inner support shafts 43 and 43 and the outer support shafts 44 and 44 as the rotation center.

このような透明板４は、その内側支持軸４３および外側支持軸４４のそれぞれに歪みゲージ等の支持軸の回転角を検出する装置を組み付けておくと、その測定結果をフィードバックして透明部４０の傾斜が算出できるようになる。 In such a transparent plate 4, when a device for detecting the rotation angle of the support shaft such as a strain gauge is assembled to each of the inner support shaft 43 and the outer support shaft 44, the measurement result is fed back to the transparent portion 40. Can be calculated.

（パンチルト機構への適用）
さらに、上記各実施例の流体プリズムは、パンチルト機構に適用することができる。実施例１の流体プリズムをパンチルト機構に適用した例を用いて具体的に説明する。本実施例のパンチルト機構は、図７に示したように、多焦点レンズＰ１と、第１ミラーＰ２と、第２ミラーＰ３と、撮像素子Ｐ４と、第２ミラー移動手段（図示せず）と、流体プリズムＰ７と、から構成される。 (Application to pan / tilt mechanism)
Furthermore, the fluid prism of each of the above embodiments can be applied to a pan / tilt mechanism. A specific description will be given using an example in which the fluid prism of the first embodiment is applied to a pan / tilt mechanism. As shown in FIG. 7, the pan / tilt mechanism of the present embodiment includes a multifocal lens P1, a first mirror P2, a second mirror P3, an image sensor P4, and second mirror moving means (not shown). And a fluid prism P7.

多焦点レンズＰ１は、焦点距離が異なる２つのレンズ領域Ｐ１５およびＰ１６からなり、レンズ領域Ｐ１５のほうがレンズ領域Ｐ１６よりも焦点距離が短い。 The multifocal lens P1 includes two lens regions P15 and P16 having different focal lengths, and the lens region P15 has a shorter focal length than the lens region P16.

第１ミラーＰ２および第２ミラーＰ３は、不透明な通常のミラーである。第２ミラーＰ３は、多焦点レンズＰ１の光軸と平行であってレンズ領域Ｐ１５を通過した光線束を遮蔽しない位置（図７（ａ））と、多焦点レンズＰ１の光軸と垂直であってレンズ領域Ｐ１５を通過した光線束を遮蔽するように挿入された位置（図７（ｂ））との間で位置が切り替え可能である。そして、第２ミラー移動手段は、第２ミラーＰ２を両者の間で切り替える手段である。両者の間で切り替える方法としては第２ミラーＰ３を強磁性体や強誘電体にて形成した上で磁場や電場を印加する方向を変化させることで行う手段や、静電力やローレンツ力を利用した手段が例示できる。 The first mirror P2 and the second mirror P3 are ordinary opaque mirrors. The second mirror P3 is parallel to the optical axis of the multifocal lens P1 and does not block the light bundle that has passed through the lens region P15 (FIG. 7A), and is perpendicular to the optical axis of the multifocal lens P1. Thus, the position can be switched between the position (FIG. 7B) inserted so as to shield the light beam that has passed through the lens region P15. The second mirror moving means is means for switching the second mirror P2 between them. As a method for switching between them, the second mirror P3 is formed of a ferromagnetic material or a ferroelectric material, and a means for changing the direction of applying a magnetic field or an electric field, an electrostatic force or a Lorentz force is used. Means can be exemplified.

撮像素子Ｐ４は、結像面に相当する位置に配設されており、具体的には、第１ミラーＰ２の中央部に位置する。 The image sensor P4 is disposed at a position corresponding to the image plane, and specifically, is located at the center of the first mirror P2.

流体プリズムＰ７は、上記した流体プリズムであり、ケースＰ７１と、液体Ｐ７２と、ポンプＰ７３と、透明板Ｐ７４と、から構成される。また、ポンプＰ７３を駆動するための図示されない制御手段を備えている。 The fluid prism P7 is the fluid prism described above, and includes a case P71, a liquid P72, a pump P73, and a transparent plate P74. Further, a control means (not shown) for driving the pump P73 is provided.

パンチルト機構は、以下のように実現できる。透明板Ｐ７４の透明部Ｐ７４０が多焦点レンズＰ１の入射光側（図面上方）の面と平行である場合には入射光は特に曲がることなくそのまま多焦点レンズＰ１に入射する。 The pan / tilt mechanism can be realized as follows. When the transparent portion P740 of the transparent plate P74 is parallel to the incident light side (upper drawing) surface of the multifocal lens P1, the incident light enters the multifocal lens P1 as it is without bending.

そして、制御手段によりポンプＰ７３を駆動すると、透明板Ｐ７４が揺動する。透明板Ｐ７４が揺動すると、透明板Ｐ７４が屈折面となり入射光が屈折する。透明板Ｐ７４および液体Ｐ２の屈折率は空間Ｐ７６（大気等）の屈折率よりも大きいので図７（ｂ）に示すように、入射光は透明板Ｐ７４を揺動させた方向と反対の方向に屈折する。そして、透明板Ｐ７４の揺動の程度を制御することで入射光の屈折の度合いを制御することができる。つまり、パンチルト機構の画角を変化させたい方向と反対に、透明板Ｐ７４を揺動することで、望む方向に画角を変化できる。 When the pump P73 is driven by the control means, the transparent plate P74 swings. When the transparent plate P74 swings, the transparent plate P74 becomes a refracting surface and incident light is refracted. Since the refractive index of the transparent plate P74 and the liquid P2 is larger than the refractive index of the space P76 (atmosphere etc.), as shown in FIG. 7B, the incident light is in a direction opposite to the direction in which the transparent plate P74 is swung. Refract. The degree of refraction of incident light can be controlled by controlling the degree of swing of the transparent plate P74. That is, the angle of view can be changed in a desired direction by swinging the transparent plate P74 in the opposite direction to the direction of changing the angle of view of the pan / tilt mechanism.

また、以下に、焦点距離を切り替える方法を説明する。 A method for switching the focal length will be described below.

焦点距離を長くする場合には多焦点レンズＰ１のレンズ領域Ｐ１６を透過した光線束を利用するために、第２ミラー移動手段により第２ミラーＰ３を挿入した状態（図７（ｂ））にまで移動する。その結果、レンズ領域Ｐ１５を透過した光線束は第２ミラーＰ３により遮蔽されるので、レンズ領域Ｐ１６を透過した光線束だけが第１ミラーＰ２および第２ミラーＰ３を反射して結像面にある撮像素子Ｐ４に結像する。 When the focal length is made longer, the second mirror P3 is inserted by the second mirror moving means (FIG. 7B) in order to use the light bundle transmitted through the lens region P16 of the multifocal lens P1. Moving. As a result, the light beam transmitted through the lens region P15 is shielded by the second mirror P3, so that only the light beam transmitted through the lens region P16 is reflected by the first mirror P2 and the second mirror P3 and is on the image plane. The image is formed on the image sensor P4.

反対に焦点距離を短くする場合にはレンズ領域Ｐ１５を透過した光線束を利用するために、第２ミラー移動手段により第２ミラーＰ３を抜いた状態（図７（ａ））にまで移動する。その結果、レンズ領域Ｐ１５を透過した光線束は第２ミラーＰ３により遮蔽されることなくそのまま結像面にある撮像素子Ｐ４上に結蔵するのに対して、レンズ領域Ｐ１１を透過した光線束だけは第２ミラーＰ３がないので、レンズ領域Ｐ１６から第１ミラーＰ２を反射した後、そのまま多焦点レンズＰ１の物体側に向けてレンズ領域Ｐ１５を透過する。 On the contrary, when the focal length is shortened, the second mirror moving means moves to the state where the second mirror P3 is removed (FIG. 7A) in order to use the light bundle transmitted through the lens region P15. As a result, the light beam that has passed through the lens region P15 is not shielded by the second mirror P3, but is directly stored on the image sensor P4 on the imaging surface, whereas only the light beam that has passed through the lens region P11. Since there is no second mirror P3, after reflecting the first mirror P2 from the lens region P16, it passes through the lens region P15 as it is toward the object side of the multifocal lens P1.

従って、レンズ領域Ｐ１５を透過した光線束はそのまま、レンズ領域Ｐ１６を透過した光線束は第１ミラーＰ２および第２ミラーＰ３の間を焦点距離の相違を考慮した距離（１往復半）進ませることで、各レンズ領域Ｐ１５，１６からの結像面が一致する。 Accordingly, the light beam transmitted through the lens region P15 is moved as it is, and the light beam transmitted through the lens region P16 is advanced between the first mirror P2 and the second mirror P3 by a distance (one reciprocal half) considering the difference in focal length. Thus, the image planes from the lens regions P15 and P16 match.

実施例１の流体プリズムの構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a fluid prism according to the first embodiment. 実施例１の流体プリズムの構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a fluid prism according to the first embodiment. 実施例３の流体プリズムの構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a fluid prism according to a third embodiment. 実施例３の流体プリズムの構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a fluid prism according to a third embodiment. 実施例４の流体プリズムのケースの構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a fluid prism case according to a fourth embodiment. 透明板の変形形態を示した図である。It is the figure which showed the deformation | transformation form of the transparent plate. 実施例１の流体プリズムを備えたパンチルト機構の構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a pan / tilt mechanism including the fluid prism according to the first embodiment.

Explanation of symbols

１…ケース１０…通光部
１１…筒状部１２…隔壁
１２０…壁部
２…液体
３…ポンプ
４…透明板４０…透明部
４１…支持部４２…支持環
４３…内側支持軸４４…外側支持軸
Ｐ１…多焦点レンズ
Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５，Ｐ１６…レンズ領域
Ｐ２…第１ミラー
Ｐ３…第２ミラー
Ｐ４…結像素子
Ｐ７…液体プリズム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Case 10 ... Light transmission part 11 ... Cylindrical part 12 ... Partition 120 ... Wall part 2 ... Liquid 3 ... Pump 4 ... Transparent plate 40 ... Transparent part 41 ... Support part 42 ... Support ring 43 ... Inner support shaft 44 ... Outer side Support axis P1 ... Multifocal lens P10, P11, P12, P13, P14, P15, P16 ... Lens region P2 ... First mirror P3 ... Second mirror P4 ... Imaging element P7 ... Liquid prism

Claims

A bottomed cylindrical case with a bottom plate through which light can pass;
A fluid capable of transmitting light filled in the case;
A transparent plate capable of transmitting light disposed so as to be able to swing on the surface of the fluid inside the case;
A flow rate applying means for causing the fluid to flow and partially changing a liquid level of the fluid;
A fluid prism characterized by comprising:

The case is partitioned into a plurality of cells whose inside extends along the depth direction of the bottomed cylindrical shape ,
The fluid prism according to claim 1, wherein the fluid is moved between the cells by the flow velocity applying means.