JP2016048389A - 圧電作動変形可能メンブレンを有する光学デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体を閉じ込めるのに寄与する基板1上の固定区域2.3と、静止位置から可逆的に変形する中央区域2.1と、固定区域2.3と中央区域2.1との間の中間区域のメンブレン2を動かして流体を移動させるための圧電作動手段とを含む変形可能ダイアフラム2を有する光学デバイス。
【選択図】図5A
Description
1.1 透明プレート
1.5 フレーム
2 メンブレン
2.1 中央領域
2.2 中間領域
2.3 固定領域
2a 上にある層
2b 主層、下にある層、連続層
2c 強化層
3 皿部、空洞
3.1 底部
4 第1の流体、流体
4’ 第2の流体
5 主作動手段、主圧電作動手段、作動手段
5.1 圧電アクチュエータ、基本圧電アクチュエータ
5’ 補足作動手段、補足圧電作動手段
5.1’ 圧電アクチュエータ、基本圧電アクチュエータ
6 空洞
20a 半径方向切込み
40 変曲点
50 圧電材料のブロック
51、52 電極
70 受動圧電アクチュエータ
80 対物レンズ
81 画像センサ
82 基板
83 光学ブロック
83.1、83.2 固定焦点距離レンズ
95 補償手段
95.1 熱バイモルフ素子
96 膨張接続部
100 基板
101 犠牲材料、犠牲層
107 孔
200 第2のメンブレン
201 キャップ
202 開口
B ロッド
C リング
Cint 内側リング
Cext 外側リング
J 接着剤封着部
L、L’ 液体レンズ
SC リングセクタ
Claims (25)
- ある量の液体または気体の流体を、実質的に一定量で閉じ込めるのに寄与する支持体(1)上の固定領域(2.3)と、静止位置から可逆的に変形することができる中央領域(2.1)と、前記固定領域(2.3)と前記中央領域(2.1)との間の中間領域でメンブレン(2)に作用する流体(4)を変位させるための作動手段とを含む変形可能メンブレン(2)をもつ光学デバイスであって、前記作動手段が、前記中央領域(2.1)のまわりに取り付けられた少なくとも1つのリング(C)に配置された主圧電作動手段(5)であり、各リング(C)が1つまたは複数の圧電アクチュエータ(5.1)を含む、主圧電作動手段(5)と、前記中央領域(2.1)のまわりに取り付けられた少なくとも1つのリング(C)に配置されかつ前記主圧電作動手段(5)を囲む補足圧電作動手段(5’)であり、各リング(C)が1つまたは複数の圧電アクチュエータ(5.1’)を含む、補足圧電作動手段(5’)とを含み、前記主圧電作動手段が前記メンブレン(2)の前記中間領域(2.2)にのみ固定され、前記補足圧電作動手段が前記中間領域(2.2)に固定され、前記主圧電作動手段及び前記補足圧電作動手段(5’)は電極を有し前記メンブレン(2)に取り付けられた圧電層を少なくとも備え、前記主圧電作動手段および前記補足圧電作動手段が、前記メンブレンの静止位置に対して前記中央領域(2.1)を変形させることを目指して前記メンブレン(2)の前記中間領域(2.2)から前記中央領域(2.1)への、または逆への前記流体(4)の変位を生成するように、作動中、半径方向に収縮または拡張し、前記中央領域(2.1)には前記メンブレンに取り付けられた圧電層が存在しないことで前記中央領域(2.1)には主圧電作動手段及び補足圧電作動手段が存在しないことを特徴とする光学デバイス。
- 前記主圧電作動手段および前記補足圧電作動手段が、独立に、同時に、または連続的に作動されうる、請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記主圧電作動手段および/または前記補足圧電作動手段(5、5’)のためのいくつかのリングがあり、それらが互いに同心となるように取り付けられる、請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記主圧電作動手段および/または前記補足圧電作動手段(5、5’)の圧電アクチュエータ(5.1、5.1’)が連続リングの形態である、請求項1から3の一項に記載の光学デバイス。
- 単一リングの前記圧電アクチュエータ(5.1、5.1’)の前記電極が、前記半径方向に向けられ、互いの間に間隔を有するリングセクタ(SC)またはロッド(B)の形態であり、前記リングが切れ切れまたは連続的の圧電材料の層を少なくとも備える、請求項1から3の一項に記載の光学デバイス。
- 単一リングまたは隣接するリングにおけるいくつかの圧電アクチュエータ(5.1’、5.1)が圧電材料の同じブロック(50)を共有する、請求項5に記載の光学デバイス。
- 前記補足作動手段(5’)が前記支持体(1)に直接にまたは間接に固定される、請求項2から6の一項に記載の光学デバイス。
- 前記作動手段(5、5’)が、前記流体(4)に接触する前記メンブレン(2)の面に、または前記流体(4)に接触しない前記メンブレンの面に固定され、または前記メンブレン(2)内に配置される、請求項1から7の一項に記載の光学デバイス。
- 強化層(2c)にある前記中間領域(2.2)が前記中央領域(2.1)よりも堅くなるように、前記メンブレン(2)が前記中間領域(2.2)において前記強化層(2c)を少なくとも局所的に含む、請求項1から8の一項に記載の光学デバイス。
- 前記メンブレン(2)が、前記中間領域(2.2)および前記固定領域(2.3)を占める連続層(2b)を前記中央領域(2.1)に含む、請求項1から9の一項に記載の光学デバイス。
- 温度に応じて前記光学デバイスの焦点距離の変化を補償する手段(95)を含む、請求項1から10の一項に記載の光学デバイス。
- 前記補償手段(95)がリングの前記圧電アクチュエータと一致する、請求項11に記載の光学デバイス。
- 前記補償手段(95)が、前記中間領域(2.2)に突き出るように前記固定領域(2.3)で前記メンブレン(2)に固定され、または前記メンブレン(2)の前記流体(4)の反対を向く側で前記支持体(1)に取り付けられたリングに配置された1つまたは複数の熱バイモルフ素子(95.1)を含み、
前記熱バイモルフ素子(95.1)は異なる熱膨張係数をもつ材料から製作された2つの重畳された層から形成されている、請求項11に記載の光学デバイス。 - 前記作動手段がいくつかの圧電アクチュエータを含む場合、それらは、互いに別々にもしくはすべて一緒に同時に作動させる、またはグループで同時に作動させることができる、請求項1から13の一項に記載の光学デバイス。
- 前記作動手段が、内側外縁および外側外縁をもつリングに配置された1つまたは複数の圧電アクチュエータ(5.1、5.1’)を含み、前記リングが、前記半径方向に向けられたロッドの形態の圧電アクチュエータ(5.1、5.1’)によって前記リングの外縁の一方にわたって延びる、請求項1から14の一項に記載の光学デバイス。
- リングに配置され、前記中間領域で前記メンブレンに固定され、正圧電効果によって受動的に動作することができ、前記メンブレンの変形をモニタリングするために専用に設けられる1つまたは複数の圧電アクチュエータ(70)を含む、請求項1から15の一項に記載の光学デバイス。
- 前記支持体(1)に取り付けられた保護キャップ(201)をさらに含む、請求項1から16の一項に記載の光学デバイス。
- 前記キャップ(201)が、前記中央領域(2.1)で開口(202)を備えるか、または封着され、別の流体(4’)を閉じ込める、請求項17に記載の光学デバイス。
- 前記メンブレン(2)が、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂、感光性ポリマー、シリコーンの中から選択された有機材料に基づいて製作されるか、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、スズインジウム酸化物、アルミニウム、銅、ニッケルの中から選択された無機質材料に基づいて製作される、請求項1から18の一項に記載の光学デバイス。
- 前記流体(4、4’)の各々が、炭酸プロピレン、水、指標液体、光学オイル、もしくはイオン液体の中から選択された液体、または空気、窒素、ヘリウムの中から選択された気体である、請求項1から19の一項に記載の光学デバイス。
- 前記圧電アクチュエータ(5.1、5.1’、70)が、PZT、窒化アルミニウム、ポリフッ化ビニリデンもしくはそのコポリマーのうちの1つ、トリフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸鉛、シレナイト、またはチタン酸ビスマスに基づいて製作される、請求項1から20の一項に記載の光学デバイス。
- レンズまたはミラーであることを特徴とする、請求項1から21の一項に記載の光学デバイス。
- 請求項1から22の一項に記載の少なくとも1つの光学デバイス(L、L’)を含むことを特徴とするカメラ。
- 前記補足圧電作動手段(5’)が前記支持体(1)に固定される、請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記メンブレンの変形をモニタリングするための前記圧電アクチュエータ(70)が前記固定領域で前記メンブレンに固定される、請求項16に記載の光学デバイス。
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