JP2000077736A - 積層型圧電アクチュエータおよび可変焦点レンズ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】積層型圧電アクチュエータのアクチュエータ部
１０の変形量を検出してフィードバック制御等の安定化
手段を施すことを可能とする。 【解決手段】積層型圧電アクチュエータのアクチュエー
タ部１０の変形量を検出する機構（歪み検出部１４）を
設けて、アクチュエータ部１０の駆動状態を制御して安
定化を図り、また、アクチュエータ部１０を駆動源とす
る可変焦点レンズ３０に対する衝撃に対する反力を発生
させてその破壊を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに積層して接
合した複数枚の圧電変形素子に電圧を印加して駆動力を
発生させる形式の積層型圧電アクチュエータ、および、
該積層型圧電アクチュエータを駆動源として可変焦点レ
ンズの焦点を可変制御する可変焦点レンズ装置に関す
る。

【０００２】なお、当該可変焦点レンズ装置は、顕微
鏡、顕微鏡カメラ装置、その他医療用、工業用のカテー
テル、プルーブの先端に装備される光学レンズ等、広い
分野に応用される。

【０００３】

【従来の技術】互いに積層して接合した複数枚の圧電変
形素子に電圧を印加して駆動力を発生させる形式の積層
型圧電アクチュエータ、および、該積層型圧電アクチュ
エータと可変焦点レンズを組合わせてなる可変焦点レン
ズ装置は、特開昭６３−２２９４０１号公報、特願平８
−２９６７８０号出願等にて提案されている。

【０００４】特開昭６３−２２９４０１号公報にて提案
されている可変焦点レンズ装置は、可変焦点レンズが円
筒状の積層型圧電アクチュエータの両端面に設けた透明
膜の内部に透明な動作流体を封入して構成されている。
この積層型圧電アクチュエータを構成する圧電変形素子
自体の変位により発生する変位量は、装置の全長の約１
／１０００であるため、大きな変位を得るには装置の全
長を長くしなければならないとった問題がある。

【０００５】かかる問題を解決すべき積層型圧電アクチ
ュエータおよび可変焦点レンズ装置が、特願平８−２９
６７８０号出願にて提案されている。この可変焦点レン
ズ装置は、変位の大きいバイモルフ構造またはユニモル
フ構造の圧電変形素子を用いた中央部に貫通孔を有する
積層型圧電アクチュエータを採用している。そして、可
変焦点レンズは、リング状のスペーサの一方の面に張付
けた透明弾性膜と他方の面に張付けた透明弾性膜または
ガラス間の内部空間に透明な動作流体を封入して構成さ
れている。

【０００６】この可変焦点レンズ装置においては、積層
型圧電アクチュエータによって動作流体に付与される外
圧を変化させることにより透明弾性膜の歪みを制御し
て、可変焦点レンズとしての曲率半径を変化させてレン
ズの焦点距離を可変調節すべく機能する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭６３
−２２９４０１号公報にて提案されている積層型圧電ア
クチュエータおよび可変焦点レンズ装置は勿論のこと、
特願平８−２９６７８０号出願にて提案されている積層
型圧電アクチュエータおよび可変焦点レンズ装置におい
ても、積層型圧電アクチュエータの変位量を検出する手
段を備えていない。このため、積層型圧電アクチュエー
タにどのような負荷が作用しているかモニターすること
ができない。従って、積層型圧電アクチュエータや可変
焦点レンズに外乱となる力が作用した場合には、これを
検出してフィードバック制御等の安定化手段を施すこと
ができないという問題がある。

【０００８】また、積層型圧電アクチュエータまたは可
変焦点レンズ装置を誤って落下させた場合等、積層型圧
電アクチュエータまたは可変焦点レンズ装置に大きな衝
撃力が作用した場合に、この作用力を検出して、積層型
圧電アクチュエータまたは可変焦点レンズ装置の破壊を
回避するための反力を付与する等の手段を施すことがで
きず、積層型圧電アクチュエータまたは可変焦点レンズ
装置の耐久性を向上させることにも問題がある。

【０００９】従って、本発明の目的は、この種形式の積
層型圧電アクチュエータまたは可変焦点レンズ装置にお
いて、上記した各問題を解消することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は積層型圧電アク
チュエータに関するもので、当該積層型圧電アクチュエ
ータにおいては、中央部に貫通孔を有するリング状の複
数枚の圧電変形素子を積層して互いに接合してなるアク
ュエータ部と、該アクュエータ部が有する歪み検出部か
ら得られる歪み情報により該圧電変形素子の変形状態を
解析する検出装置と、該検出装置の出力に基づき該圧電
変形素子に印加する電圧を制御する電源装置を備えた構
成とし、かつ、該各圧電変形素子を、請求項１に記載の
弾性板、裏面電極、圧電板、表面電極、歪み検出部、第
１配線および第２配線を備える構成としている。

【００１１】また、本発明は当該積層型圧電アクチュエ
ータを構成する圧電変形素子の製造方法に関するもので
あり、当該製造方法は、請求項５に記載したごとき、弾
性板の母材であるＮ型シリコンウェハにエッチングを施
して弾性板を一体的に形成するエッチング工程、該弾性
板の酸化工程、イオン注入工程、配線工程、圧電板接合
工程、および配線工程を備えている。

【００１２】また、本発明は可変焦点レンズ装置に関す
るもので、当該可変焦点レンズ装置は上記した積層型圧
電アクチュエータと可変焦点レンズを備え、当該積層型
圧電アクチュエータの歪み検出部の出力に基づいて駆動
状態を制御される可変焦点レンズ装置であり、該可変焦
点レンズは、請求項６に記載の加圧用弾性膜、透明弾性
膜、スペーサ部材、および動作流体を備えた構成として
いる。

【００１３】

【発明の作用・効果】本発明に係る積層型圧電アクチュ
エータは、請求項１に記載されているごとく、中央部に
貫通孔を有する複数枚の圧電変形素子（バイモルフ型ま
たはユニモルフ型）が積層されて外周当接部および内周
当接部にて互いに接合されており、かつ、圧電変形素子
の歪みを検出する歪み検出部を備えていることから、ア
クチュエータ部の変位量を計測することができ、これに
より、アクチュエータ部の駆動状態を把握することがで
きる。

【００１４】また、この歪み検出部は加速度計としての
機能を有するため、アクチュエータ部に衝撃力等の大き
な外力が作用した場合には、その作用力を検出して駆動
電圧を制御して反力を発生させることにより、アクチュ
エータ部の破壊を防止することが可能である。当該積層
型圧電アクチュエータにおいて、請求項２に記載のごと
く、圧電変形素子を構成する弾性板として、絶縁材料ま
たは表面が絶縁被膜に覆われた導体材料もしくは半導体
材料を採用して、半導体加工技術を用いて圧電変形素子
に対する配線を形成すれば、当該積層型圧電アクチュエ
ータを小型で薄型に構成することができる。

【００１５】また、当該積層型圧電アクチュエータにお
いて、請求項３に記載のごとく、弾性板の外周当接部に
形成されているそれぞれ異なる貫通孔を貫通する各配線
を介して、第１端面配線および第２端面配線を一端側を
覆う部分と他端側を覆う部分とを導通するように構成す
れば、両配線は各圧電変形素子の外周面に露出すること
がなくて他の構成部材との間での短絡が防止され、当該
積層型圧電アクチュエータの信頼性が向上する。

【００１６】また、当該積層型圧電アクチュエータにお
いて、請求項４に記載のごとく、検出部配線を、弾性板
の外周当接部に形成されている一端側から他端側へ連通
する貫通孔を通して立体的に配線されるように構成すれ
ば、検出部配線は各圧電変形素子の外周面に露出するこ
とがなくて他の構成部材との間での短絡が防止され、当
該積層型圧電アクチュエータの信頼性が向上する。

【００１７】本発明に係る圧電変形素子の製造方法は、
請求項５に記載されているごとく、弾性板をその形成母
材としてＮ型シリコンウェハを用いて半導体加工技術に
より形成する手段を採用しているため、小型で薄型の圧
電変形素子を一度に大量に製造することができる。特
に、当該製造方法では、歪み検出部の抵抗体を、シリコ
ンウェハに対してボロンをイオン注入して形成される拡
散層にて構成する手段を採用しているため、微小な歪み
検出部を効率よく形成することができて、これにより、
小型で薄型の圧電変形素子を安価で大量に製造すること
ができる。

【００１８】本発明に係る可変焦点レンズ装置は、請求
項６に記載されているごとく、上記した積層型圧電アク
チュエータと可変焦点レンズを備え、積層型圧電アクチ
ュエータの歪み検出部の出力に基づいて駆動状態を制御
されるように構成している。かかる構成では、アクチュ
エータ部の変位量を計測する手段を備えているため、外
力による可変焦点レンズの変形状態の変化をフィードバ
ックしてアクチュエータ部の駆動状態を制御することに
より、可変焦点レンズの特性をより高い精度に制御する
ことができる。

【００１９】また、万一、当該可変焦点レンズ装置を落
下して大きな衝撃力が作用した場合でも、当該可変焦点
レンズ装置の破壊を防止すべくアクチュエータ部に反力
を発生させることができるため、当該可変焦点レンズ装
置の信頼性を一層向上させることができる。当該可変焦
点レンズ装置において、積層型圧電アクチュエータの中
央部をレンズ装置の光路として使用する構成を採る場
合、請求項７に記載のごとく、アクチュエータ部を構成
する少なくとも１つの圧電変形素子の弾性板を、ガラス
等の透明な材料で形成して加圧用弾性膜の透明窓部とし
て用いるように構成すれば、積層型圧電アクチュエータ
のアクチュエータ部と、可変焦点レンズを構成する加圧
弾性体および透明窓部とを一体に形成することができる
ため、当該可変焦点レンズ装置を安価に提供することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１には、本
発明に係る積層型圧電アクチュエータの第１の実施形態
が示されている。当該積層型圧電アクチュエータは、ア
クチュエータ部１０、検出装置２１および電源装置２２
からなり、アクチュエータ部１０は、中央部に貫通孔を
有するリング状の４枚の圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを
積層して互いに接合して形成されている。各圧電変形素
子１０ａ〜１０ｄは同一構造を有するもので、その詳細
については圧電変形素子１０ａを例示して説明し、他の
圧電変形素子１０ｂ〜１０ｄについては必要により説明
するに留める。

【００２１】圧電変形素子１０ａは、図１〜図４に示す
ように、弾性板１１、裏面電極１２ａ、表面電極１２
ｂ、圧電板１３、歪み検出部１４、第１端面電極１５、
および第２端面電極１６を備えている。弾性板１１は、
円盤部１１ａ、円盤部１１ａの外周から垂直方向へ突出
するリング状の外周当接部１１ｂ、および円盤部１１ａ
の貫通孔１１ｃの周囲から外周当接部１１ｂと同方向へ
突出するリング状の内周当接部１１ｄを一体的に備えた
もので、絶縁体であるガラス平板にエッチングを施すこ
とにより構成されている。

【００２２】ガラス平板のエッチングにはフッ酸の水溶
液が使用され、エッチングにより、リング状の凹部であ
る円盤部１１ａ、外周当接部１１ｂ、貫通孔１１ｃ、お
よび内周当接部１１ｄが一体的に形成される。これによ
り、ガラス平板は弾性板１１に形成され、かかる弾性板
１１上に裏面電極１２ａ、表面電極１２ｂ、圧電板１
３、歪み検出部１４、第１端面電極１５、および第２端
面電極１６が形成される。

【００２３】歪み検出部１４は、ニクロム線等の抵抗線
１４ａと、抵抗線１４ａに接続された取出配線１４ｂ，
１４ｃとからなるもので、弾性板１１の円盤部１１ａ上
に形成されている。裏面電極１２ａ、表面電極１２ｂ、
および圧電板１３は、圧電変形素子１０ａを湾曲させる
構造を形成するものであり、これらの部材は、歪み検出
部１４に不要な電圧が印加されないように、円盤部１１
ａ上にて歪み検出部１４の形成部位以外の部位に形成さ
れる。

【００２４】これらの部材を形成するに当たっては、先
ず、円盤部１１ａ上にアルミ等の金属蒸着や導電性ペー
ストを塗布することにより裏面電極１２ａが形成され、
次いで、裏面電極１２ａを外部に取出すために第１端面
電極１５が形成される。第１端面電極１５は、外周当接
部１１ｂ上の上部当接部電極１５ａ、側面電極１５ｂ、
および下部当接部電極１５ｃからなるもので、収束イオ
ンビーム成膜法等の手段により形成される。

【００２５】圧電板１３はリング状を呈するもので、裏
面電極１２ａ上に接合されており、この圧電板１３上に
表面電極１２ｂが裏面電極１２ａと同様の手段で形成さ
れるとともに、裏面電極１２ｂを外部に取出すために第
２端面電極１６が形成される。第２端面電極１６は、外
周当接部１１ｂ上の上部当接部電極１６ａ、側面電極１
６ｂ、および下部当接部電極１６ｃからなるもので、第
１端面電極１５と同様に収束イオンビーム成膜法等の手
段により形成される。

【００２６】これにより、圧電変形素子１０ａの製造工
程が終了する。他の圧電変形素子１０ｂ〜１０ｄもこれ
と同様の製造工程にて製造され、これらの圧電変形素子
１０ａ〜１０ｄは図１および図４に示すように、同軸的
に積層されて接合される。この積層時には、上下に位置
する各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄにおける第１端面電
極１５の下部当接部電極１５ｃと上部当接部電極１５ａ
が互いに接合され、かつ、第２端面電極１６の下部当接
部電極１６ｃと上部当接部電極１６ａが互いに接合され
て、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの電気的な接続が同
時になされ、アクチュエータ部１０が形成される。

【００２７】アクチュエータ部１０には、図１に示すよ
うに、検出装置２１と電源装置２２が接続されて積層型
圧電アクチュエータが構成される。当該積層型圧電アク
チュエータにおいては、電源装置２２から裏面電極１２
ａおよび表面電極１２ｂを通して圧電板１３に電圧を印
加すると、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄが湾曲して、
外部に変位と力を発生させる。この場合、歪み検出部１
４の抵抗線１４ａの抵抗値が変化するため、図５に示す
ブリッジ回路２１ａを有する検出装置２１にて、各圧電
変形素子１０ａ〜１０ｄの変位量を計測することがで
き、この変位量に基づいて電源装置２２から供給される
電圧を制御して、アクチュエータ部１０を最適な状態と
することができる。 （第２の実施形態）図６には、本発明に係る積層型圧電
アクチュエータの第２の実施形態が示されている。当該
積層型圧電アクチュエータは、アクチュエータ部１０、
検出装置２１および電源装置２２からなり、アクチュエ
ータ部１０は、中央部に貫通孔を有するリング状の４枚
の圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを積層して互いに接合し
て形成されている。

【００２８】当該積層型圧電アクチュエータにおいて
は、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを半導体プロセスを
用いて形成することにより、アクチュエータ部１０を小
型、薄型で、安価に大量生産することを意図しているも
ので、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄは同一構造を有す
るもので、その詳細については圧電変形素子１０ａを例
示して説明し、他の圧電変形素子１０ｂ〜１０ｄについ
ては必要により説明するに留める。

【００２９】圧電変形素子１０ａは、図６〜図８に示す
ように、弾性板１１、一対の裏面電極１２ａ、一対の表
面電極１２ｂ、一対の圧電板１３、歪み検出部１４、第
１端面電極１５、および第２端面電極１６を備えてい
る。弾性板１１は、円盤部１１ａ、円盤部１１ａの外周
から垂直の両方向へ突出するリング状の外周当接部１１
ｂ、および円盤部１１ａの貫通孔１１ｃの周囲から外周
当接部１１ｂと同方向へ突出するリング状の内周当接部
１１ｄを一体的に備え、弾性板１１の両面に圧電板１３
を接合したバイモルフ構造を採っている。圧電変形素子
１０ａは、絶縁体であるＮ型シリコン基板を母材とする
もので、以下の製造工程により製造されている。

【００３０】圧電変形素子１０ａを製造する第１の工程
は熱酸化工程であり、図９に示すように、シリコン基板
１７を熱酸化してその表面に酸化膜層１８が形成し、そ
の後、酸化膜層１８の表面にレジストを塗布してレジス
ト層１９を形成する（図１０を参照）。次いで、フォト
工程にて、リゾグラフィによってレジスト層１９に所定
のパターンを形成し（図１１を参照）、パターニング工
程にて、レジスト層１９をマスク材として酸化膜１７を
フッ酸水溶液を用いてパターニングする（図１２を参
照）。

【００３１】パターニング後、エッチング工程にて、酸
化膜１８をマスク材としてシリコン基板１７をエッチン
グして、円盤部１１ａ、円盤部１１ａの外周から垂直の
両方向へ突出する外周当接部１１ｂ、貫通孔１１ｃおよ
び貫通孔１１ｃの周囲から突出する内周当接部１１ｄを
一体的に形成するとともに、配線貫通孔１１ｅ，１１ｆ
および検出部配線貫通孔１１ｇを形成する。その後、再
度熱酸化工程により熱酸化して、酸化膜からなる絶縁層
１１ｈを形成する。これにより、弾性板１１が形成され
る（図１３を参照）。

【００３２】次いで、イオン注入工程にて、円盤部１１
ａの一部にボロンイオンを注入して、ピエゾ抵抗効果を
有するボロンイオンの拡散層１４ｄを形成する（図１４
を参照）。拡散層１４ｄは、円盤部１１ａの両面に一対
存在していて歪み検出部１４の抵抗部を構成するもの
で、各拡散層１４ｄは検出部配線１４ｅ〜１４ｇにて接
続される（図１５を参照）。図１６には、各拡散層１４
ｄの接続状態の詳細が示されており、本実施形態では、
検出部配線１４ｅ〜１４ｇが外部に露出しないように、
垂直状の各検出部配線１４ｇを検出部配線貫通孔１１ｇ
に貫通して配置している。

【００３３】最後に、電極形成工程にて、アルミ等の金
属膜蒸着や導電性ペーストの塗布等により、各裏面電極
１２ａを形成し、さらに、収束イオンビーム成膜によ
り、外周当接部電極１５ｄおよび垂直配線１５ｅを形成
する（図１７を参照）。その後、各裏面電極１２ａに圧
電板１３を接合し（図１８を参照）、上記と同様の手段
にて、各表面電極１２ｂを形成するとともに、外周当接
部電極１６ｄおよび垂直配線１６ｅを形成する。なお、
この場合、各拡散層１４ｄおよび検出部配線１４ｅ〜１
４ｇには、不要な電圧が印加されないように配慮する。

【００３４】これにより、圧電変形素子１０ａの製造工
程が終了する。他の圧電変形素子１０ｂ〜１０ｄもこれ
と同様の製造工程にて製造され、これらの圧電変形素子
１０ａ〜１０ｄは図６に示すように、同軸的に積層され
て接合される。この積層時には、上下に位置する各圧電
変形素子１０ａ〜１０ｄにおける外周当接部電極１５ｄ
同士、よび内周当接部電極１６ｄ同士が接合されて接続
され、裏面電極１２ａ同士、および表面電極１２ｂ同士
が互いに電気的に接続されてアクチュエータ部１０が形
成される。

【００３５】アクチュエータ部１０には、図６に示すよ
うに、検出装置２１と電源装置２２が接続されて積層型
圧電アクチュエータが構成される。当該積層型圧電アク
チュエータにおいては、電源装置２２から裏面電極１２
ａおよび表面電極１２ｂを通して圧電板１３に電圧を印
加すると、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄが図１９に示
すように湾曲して、外部に変位と力を発生させる。この
場合、歪み検出部１４の各拡散層１４ｄの抵抗値が変化
するため、図２０に示すブリッジ回路２１ｂを有する検
出装置２１にて、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの変位
量を計測することができ、この変位量に基づいて電源装
置２２から供給される電圧を制御して、アクチュエータ
部１０を最適な状態とすることができる。

【００３６】しかして、当該積層型圧電アクチュエータ
においては、歪み検出部１４を構成する一対の拡散層１
４ｄの抵抗値の変化を検出する構成のため、第１の実施
態様に係る積層型圧電アクチュエータに比較して、検出
感度が２倍であり、かつ、温度変化に対する十分な補償
機能を有する。 （第３の実施形態）本実施形態は可変焦点レンズ装置に
係るもので、当該可変焦点レンズ装置は、図２１および
図２２に示すように、第２の実施形態の積層型圧電アク
チュエータと可変焦点レンズからなるもので、積層型圧
電アクチュエータのアクチュエータ部１０と、可変焦点
レンズ３０とを一体化して構成されているものである。

【００３７】可変焦点レンズ３０は、ステンレス製の加
圧用弾性膜３１、ガラス製の透明窓３２、ガラス製の透
明弾性膜３３、一対のスペーサ３４，３５、およびシリ
コーンオイル等の動作流体３６にて構成されている。加
圧用弾性膜３１はリング状を呈していて、アクチュエー
タ部１０を構成する弾性板１１の外周当接部１１ｂと内
周当接部１１ｄに接合されており、加圧用弾性膜３１に
は透明窓３２が接合されている。透明窓３２は、弾性板
１１の貫通孔１１ｃに挿入されて同心的に接合されてい
て、加圧用弾性膜３１に接合された状態では、加圧用弾
性膜３１の貫通孔３１ａに対向している。

【００３８】透明弾性膜３３は、加圧用弾性膜３１の下
面側に接合されているリング状の第１スペーサ３４に接
合されており、透明弾性膜３３の下面にリング状の第２
スペーサ３５が接合されている。第２スペーサ３５の貫
通孔３５ａは、透明弾性膜３３の中央部に対向してい
る。この状態で、加圧用弾性膜３１と、第１スペーサ３
４と、透明弾性膜３３とが気密空間部Ｒを形成してい
て、気密空間部Ｒには動作流体３６が封入されている。

【００３９】これにより、可変焦点レンズ３０がアクチ
ュエータ部１０と一体に形成され、図２１に示すよう
に、アクチュエータ部１０に検出装置２１と電源装置２
２が接続されて積層型圧電アクチュエータが形成され
て、可変焦点レンズ装置が構成される。当該可変焦点レ
ンズ装置においては、電源装置２２からアクチュエータ
部１０の裏面電極１２ａおよび表面電極１２ｂを通して
圧電板１３に電圧を印加すると、各圧電変形素子１０ａ
〜１０ｄが図２２に示すように湾曲して、加圧用弾性膜
３１を介して動作流体３６の圧力が変化し、透明弾性膜
３３の湾曲形状が変化する。このため、可変焦点レンズ
３０の焦点距離は、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの湾
曲量に応じて調節することができる。

【００４０】しかして、可変焦点レンズ３０を構成する
透明弾性膜３３は厚さ５０μｍ程度の薄膜であるため、
透明弾性膜３３に衝撃力等の大きな外力が作用して過剰
な変形が生じた場合には、破壊するおそれがある。しか
しながら、当該可変焦点レンズ装置においては、アクチ
ュエータ部１０が歪み検出部１４を備えているため、透
明弾性膜３３に作用する衝撃力等の外力を検出してこれ
に対する反力を発生させて、透明弾性膜３３の破壊を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に係る積層型圧電アクチュエータ
の構成図である。

【図２】同積層型圧電アクチュエータのアクチュエータ
部を構成する圧電変形素子の縦断面図である。

【図３】同圧電変形素子の平面図である。

【図４】同アクチュエータ部の動作説明図である。

【図５】同積層型圧電アクチュエータにおける歪み検出
の原理を説明する説明図である。

【図６】本発明の他の一例に係る積層型圧電アクチュエ
ータの構成図である。

【図７】同積層型圧電アクチュエータのアクチュエータ
部を構成する圧電変形素子の縦断面図である。

【図８】同圧電変形素子の平面図である。

【図９】同圧電変形素子の母材であるシリコン基板に酸
化膜層を形成してなる中間部材の平面図（ａ）、および
縦断面図（ｂ）である。

【図１０】同中間部材にレジスト層を形成してなる中間
部材の平面図（ａ）、および縦断面図（ｂ）である。

【図１１】同中間部材のレジスト層に所定のパターンを
形成してなる中間部材の平面図（ａ）、および縦断面図
（ｂ）である。

【図１２】同中間部材の酸化膜層に所定のパターンを形
成してなる中間部材の平面図（ａ）、および縦断面図
（ｂ）である。

【図１３】同中間部材に絶縁層を形成した状態でエッチ
ングして形成してなる弾性板の平面図（ａ）、および矢
印ｂ−ｂ方向にみた縦断面図（ｂ）である。

【図１４】同弾性板の拡散層を形成した状態を示す平面
図（ａ）、および矢印ｂ−ｂ方向にみた縦断面図（ｂ）
である。

【図１５】同弾性板の拡散層を歪み検出部に構成するた
めに配線した状態を示す平面図（ａ）、および矢印ｂ−
ｂ方向にみた縦断面図（ｂ）である。

【図１６】同歪み検出部の配線状態を詳細に示す斜視図
である。

【図１７】同弾性板に裏面電極を形成した状態を示す平
面図（ａ）、および矢印ｂ−ｂ方向にみた縦断面図
（ｂ）である。

【図１８】同弾性板に圧電板を配設した状態を示す平面
図（ａ）、および矢印ｂ−ｂ方向にみた縦断面図（ｂ）
である。

【図１９】同積層型圧電アクチュエータのアクチュエー
タ部の動作説明図（ａ），（ｂ）である。

【図２０】同積層型圧電アクチュエータにおける歪み検
出の原理を説明する説明図である。

【図２１】本発明の一例に係る可変焦点レンズ装置の構
成図である。

【図２２】同可変焦点レンズ装置の動作説明図である。

【符号の説明】

１０…アクチュエータ部、１０ａ〜１０ｄ…圧電変形素
子、１１…弾性板、１１ａ…円盤部、１１ｂ…外周当接
部、１１ｃ…貫通孔、１１ｄ…内周当接部、１１ｅ，１
１ｆ…配線貫通孔、１１ｇ…検出部配線貫通孔、１１ｈ
…絶縁層、１２ａ…裏面電極、１２ｂ…表面電極、１３
…圧電板、１４…歪み検出部、１４ａ…抵抗線、１４
ｂ，１４ｃ…取出配線、１４ｄ…拡散層、１４ｅ，１４
ｆ，１４ｇ…検出部配線、１５…第１端面電極、１５ａ
…上部当接部電極、１５ｂ…側面電極、１５ｃ…下部当
接部電極、１５ｄ…外周当接部電極、１５ｅ…垂直配
線、１６…第２端面電極、１６ａ…上部当接部電極、１
６ｂ…側面電極、１６ｃ…下部当接部電極、１６ｄ…外
周当接部電極、１６ｅ…垂直配線、１７…シリコン基
板、１８…酸化膜層、１９…レジスト層、２１…検出装
置、２１ａ…ブリッジ回路、２２…電源装置、３０…可
変焦点レンズ、３１…加圧用弾性膜、３１ａ…貫通孔、
３２…透明窓、３３…透明弾性膜、３４，３５…スペー
サ、３５ａ…貫通孔、３６…動作流体、Ｒ…気密空間
部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に貫通孔を有するリング状の複数
   枚の圧電変形素子を積層して互いに接合してなるアクュ
   エータ部と、該アクュエータ部が有する歪み検出部から
   得られる歪み情報により該圧電変形素子の変形状態を解
   析する検出装置と、該検出装置の出力に基づき該圧電変
   形素子に印加する電圧を制御する電源装置を備えてな
   り、かつ、該各圧電変形素子は、 中央部に貫通孔を有する円盤部、該円盤部の外周から垂
   直方向へ突出するリング状の外周当接部、および該円盤
   部の貫通孔の周囲から該外周当接部と同方向へ突出する
   リング状の内周当接部を一体的に備えた弾性板と、 該弾性板の円盤部の表面に形成された裏面電極と、 該裏面電極に接合された圧電板と、 該圧電板の裏面電極とは背向する表面を覆う表面電極
   と、 該弾性板の円盤部に形成されて該弾性板の歪みを検出す
   る歪み検出部と、 該各裏面電極を互いに接続する第１配線および該各表面
   電極を互いに接続する第２配線と、を備えていることを
   特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記圧電変形素子を構成する弾性板は絶
   縁材料または表面が絶縁被膜に覆われた導体材料もしく
   は半導体材料からなり、かつ、 該圧電変形素子は、前記外周当接部の一部の表面を覆っ
   て一体に形成されて前記裏面電極に接続する第１端面配
   線と、 前記外周当接部の一部の表面を覆って一体に形成されて
   前記表面電極に接続する第２端面配線と、 前記外周当接部の一部の表面を覆って一体に形成されて
   前記歪み検出部に接続する少なくとも２本の線路を有す
   る検出部配線と、を備えている請求項１に記載の積層型
   圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記圧電変形素子を構成する弾性板の外
   周当接部には、一端側から他端側へ連通する少なくも２
   つの配線貫通孔が形成されており、 前記第１端面配線および前記第２端面配線は、該各配線
   貫通孔の異なる配線貫通孔を通して一端側を覆う部分と
   他端側を覆う部分とが導通している請求項２に記載の積
   層型圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記圧電変形素子を構成する弾性板の外
   周当接部には、一端側から他端側へ連通する配線貫通孔
   が形成されており、 前記検出部配線は、該配線貫通孔を通して立体的に配線
   されている請求項２または３に記載の積層型圧電アクチ
   ュエータ。
5. 【請求項５】 積層型圧電アクチュエータを構成する圧
   電変形素子を製造する製造方法であり、 Ｎ型シリコンウェハにエッチングを施して薄板状の円盤
   部、該円盤部の外周から突出する外周当接部、該円盤部
   の中央部から突出する内周当接部、および該円盤部の内
   周当接部の内側に開口する中央貫通孔を備えた弾性板を
   一体的に形成するエッチング工程と、 該弾性板の表面に酸化膜を形成する酸化工程と、 該円盤部の一部にイオンを注入して歪み検出部の抵抗体
   を形成するイオン注入工程と、 該抵抗体の両端に配線を接続する配線工程と、 該円盤部の表面に導電性の裏面電極および表面電極に挟
   持されたリング状の圧電板を接合する圧電板接合工程
   と、 該裏面電極および該表面電極にそれぞれ配線を接続する
   配線工程と、を備えていることを特徴とする圧電変形素
   子の製造方法。
6. 【請求項６】 積層型圧電アクチュエータと可変焦点レ
   ンズを備え、該積層型圧電アクチュエータの歪み検出部
   の出力に基づいて駆動状態を制御される可変焦点レンズ
   装置であり、該可変焦点レンズは、 中央部に気密性の透明窓部を有して該積層型圧電アクチ
   ュエータのアクチュエータ部の中央貫通孔と同軸的に配
   置され、該アクチュエータ部の弾性板の外周当接部およ
   び内周当接部に直接または間接的に接合されている加圧
   用弾性膜と、 該アクチュエータ部の中央貫通孔に同軸的に配置されて
   該加圧用弾性膜に対向している透明弾性膜と、 該加圧用弾性膜および該透明弾性膜間に介在してこれら
   両弾性膜間に所定幅の気密空間部を形成するスペーサ部
   材と、 該気密空間部に封入されている透明な動作流体と、を備
   えていることを特徴とする可変焦点レンズ装置。
7. 【請求項７】 前記積層型圧電アクチュエータを構成す
   る少なくとも１つの圧電変形素子の弾性板は透明な弾性
   体であって、前記加圧用弾性膜の透明窓部と一体に形成
   されている請求項６に記載の可変焦点レンズ装置。