音響放射力を用いた小型液体レンズによる高速フォーカシング

摘要

A compact, high-speed variable-focus liquid lens using acoustic radiation force is proposed. The lens consists of an annular piezoelectric ultrasound transducer and an aluminum cell (height: 3 mm; diameter: 6 mm) filled with degassed water and silicone oil. The profile of the oil-water interface can be rapidly varied by applying acoustic radiation force from the transducer, allowing the liquid lens to be operated as a variable-focus lens. A theoretical model based on a spring-mass-dashpot model is proposed for the vibration of the lens. The sound pressure distribution in the lens was calculated by finite element analysis and it suggests that an acoustic standing wave is generated in the lens. The fastest response time of 6.7 ms was obtained with silicone oil with a kinematic viscosity of 100 cSt.%音響放射力を用いた小型高速可変焦点レンズについて検討した．提案するレンズはアニュラ型超音波振動子と脱気した水とシリコーンオイルで満たされた厚み3mm，直径6mmのアルミニウム製円筒型セルで構成される．レンズ表面となるオイルー水境界面は振動子からの音響放射力により高速に変形し，液体レンズは可変焦点レンズとして動作する．レンズの振動モデルとしてばね-質量-ダンパで構成される理論モデルを提案した．有限要素解析によりレンズ内の音場を計算した結果，中心軸上の音圧強度が大きい定在波が発生した．動粘度100cStのシリコーンオイルを用いた場合，レンズの最速応答時間6.7msを得た．