WO2006005657A1 - Vorrichtung und verfahren zum einstellen einer orientierung eines detektorelements einer elektromagnetischen strahlung und kamera mit der vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum einstellen einer orientierung eines detektorelements einer elektromagnetischen strahlung und kamera mit der vorrichtung Download PDF

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WO2006005657A1
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orientation
segments
electromagnetic radiation
piezoelectric element
detector element
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Markus Hermsen
Carsten Schuh
Thorsten Steinkopff
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for adjusting an orientation of a detector element of an electromagnetic radiation to the source of the electromagnetic radiation.
  • a camera is specified with the device.
  • the camera consists essentially of a lens, a detector element for detecting electromagnetic radiation and a piezoelectric element.
  • the lens can be considered as a source of electromagnetic radiation. With the aid of the detector element, the electromagnetic radiation that passes through the lens is converted into the image.
  • the detector element has an image plane.
  • the electromagnetic radiation is projected onto the image plane of the detector element.
  • the distance between the lens and the image plane of the detector element is changed.
  • the detector element and the piezoelectric element are arranged in such a way that an electrical control of the piezoelectric element leads to a relative movement of the image plane of the detector element to the lens.
  • the image quality also depends on the orientation of the image plane to the source of the electromagnetic radiation Object of the present invention is therefore to show a possibility with which not only a focus of an image plane of a detector element, but also an alignment of the image plane of the sensor element and the source of electromagnetic radiation to each other can be achieved in a simple and cost-effective manner.
  • a device for setting an orientation of a detector element of an electromagnetic radiation to the source of electromagnetic radiation comprising at least one piezoelectric element with at least two juxtaposed, electrically controllable segments, wherein the detector element and the piezoelectric element are arranged in such a way that a electrical control of the
  • Segments of the piezoelectric element causes the adjustment of the orientation of the detector element to the source of radiation.
  • a method for adjusting an orientation of a detector element for detecting electromagnetic radiation to the source of electromagnetic radiation using the device wherein the segments of the piezoelectric element are electrically driven, so that the segments are deflected differently, thereby adjusting the Orientation of the detector element is effected.
  • the detector element is a means by which the electromagnetic radiation is detected and converted into an image.
  • This agent can be a film or a photo plate.
  • the detector element has a CCD (Charge Coupled Device) chip for recording digital images.
  • the electromagnetic radiation is, for example, visible light. It is also conceivable non-visible light, such as infrared light.
  • the piezoelectric element consists of an electrode layer, a further electrode layer and a piezoelectric layer arranged between the electrode layers. In the electrical control of the piezoelectric element or in the electrical control of the electrode layers of the
  • Piezoelement it comes to the deflection of the piezoelectric layer and thus to the deflection of the piezoelectric element. Due to the deflection of the piezoelectric element, a movement of the detector element is caused.
  • the piezoelectric element is segmented in such a way that different deflections are caused in the segments by the electrical control of the electrodes.
  • the orientation of the detector element to the source of the electromagnetic radiation is changed.
  • the segments of the piezoelectric element are formed differently. For example, this affects the size and shape of a footprint of the segments.
  • the segments are electrically independently controllable to achieve different deflections.
  • the electrode layers of the segments are electrically isolated from each other. This means that the electrode layers of the individual segments are subjected to different drive voltages.
  • the piezoelectric layers of the segments may be made of the same piezoelectric material.
  • segments may have the same shape.
  • the piezoelectric element is a piezoelectric bending transducer.
  • the bending transducer is for example a two-layer bending transducer, in which a piezoelectrically active and a piezoelectrically inactive layer are firmly connected to each other. Also conceivable is a bending transducer in which a plurality of piezoelectrically active layers having different deflection characteristics are connected to one another.
  • the advantage of bending transducers is that relatively large deflections in the ⁇ m range (1 ⁇ m to 100 ⁇ m) can be achieved.
  • the bending transducer may have any shape.
  • the bending transducer has a triangular, quadrangular, square and circular base. It is decided that the bending transducer is segmented.
  • the shape of the segments is, as in the bending transducer itself, arbitrary.
  • the segments can also be triangular, square or round.
  • the piezoelectric element has at least one piezoelectrically active layer with piezoceramic material.
  • the piezoceramic material is, for example, a lead zirconate titanate (PZT).
  • the individual layers can be glued together.
  • the piezoelectric element is monolithic.
  • the piezoelectric element is in one piece.
  • the piezoceramic layer, the electrode layers and the piezoelectrically inactive layer (or further piezoelectrically active layers) are sintered together to form a monolithic body.
  • the piezoceramic layer of the segments is advantageously formed by a single, common piezoceramic layer.
  • Segmentation is done by structuring at least one of the electrode layers. However, all existing electrode layers can also be structured.
  • the detector element and the piezoelectric element are connected to one another, for example via a point-shaped connecting means.
  • punctiform means that a degree (lateral extent) of the connecting means is small in comparison to the extent of the detector element and / or of the piezoelement.
  • the result is a small, point-like connection surface between the piezoelectric element and the detector element. It is also conceivable a circular connection surface with a small circle diameter (in comparison to the dimensions of the detector element and the sensor element).
  • Connecting means is for example a drop of an organic adhesive.
  • a piezoceramic bending transducer in particular glass as a connecting means is conceivable.
  • a camera is provided with the described device.
  • the camera is in particular a miniaturized camera, as used for example in mobile terminals.
  • the mobile terminal is, for example, a mobile phone.
  • miniaturized cameras are also used in medical technology or in automotive engineering. For example, miniaturized cameras are used for the realization of parking aids.
  • the adjustment of the orientation can be done after installation of the imaging elements (lens) and the detector element with the piezoelectric element. This can be a one-time process after the installation of the elements in the camera body. It is also conceivable that the adjustment of the orientation (in addition to the focus) is performed several times. This may be necessary in particular when the orientation of the detector element to the source of the radiation changes. The change in orientation is caused, for example, by a vibration of the camera. In order to maintain the quality of the images that can be generated with the camera, therefore, in a particular embodiment, the adjustment of the orientation is repeatedly performed.
  • the orientation of the detector element to the source of electromagnetic radiation can be changed by one-time events.
  • the orientation generally depends on external influences or on a state of the camera or on a state of the components of the camera.
  • a value of a state variable of the device and / or an environment of the device is detected and selected in dependence on the value of the state variable, a drive voltage with which the segments of the piezoelectric element are driven.
  • the state variable is, for example, the temperature of the camera.
  • different materials are used, which are usually characterized by different thermal expansion coefficients.
  • the deflection of the segments varies depending on the temperature.
  • Detector element is achieved regardless of the temperature of the camera.
  • the invention provides the following essential advantages:
  • the device according to the invention can be realized in a simple manner.
  • the device is suitable for adjusting the orientation of the
  • Detector element especially for use in miniaturized cameras.
  • FIG. 1 shows a device for setting an orientation of a detector element of an electromagnetic radiation to the source of the electromagnetic radiation in a lateral cross section.
  • FIG. 2 shows a segmented piezoelectric element from above.
  • FIG. 3 shows a further segmented piezoelectric element from above.
  • FIG. 4 shows a segmented piezoelectric element in a lateral cross section.
  • FIG. 5 shows a further segmented piezoelectric element in a lateral cross section.
  • FIG. 6 shows a camera in a lateral cross-section.
  • the detector element 2 has a CCD chip which forms the image plane 21 of the detector element.
  • the piezoelectric element 3 is a segmented, two-layered
  • the bending transducer is a monolithic, piezoceramic bending transducer. Between the electrode layers 33 of the bending transducer there is a piezoelectrically active layer 31 of lead zirconate titanate (FIGS. 4 and 5). In addition, the lead zirconate titanate (FIGS. 4 and 5).
  • the piezoelectrically inactive layer is firmly connected to the other layers of the bending transducer and consists of a piezoelectrically inactive ceramic.
  • the electrical activation of the electrode layers 33 of the bending transducer leads to the deflection of the piezoelectric element. Due to the fixed connection between the piezoelectrically inactive layer with the other layers of the bending transducer, bending of the bending transducer occurs.
  • the bending transducer has a plurality of segments 30. According to a first embodiment, the base of the bending transducer is square ( Figure 2). The segments of the bending transducer are also square.
  • the base of the bending transducer is triangular ( Figure 3).
  • the segments of the bending transducer are also square.
  • the segments of the bending transducer are electrically controlled independently. This means that different electrical fields can be coupled into the regions of the piezoelectrically active layer of the segments. Due to the different electric fields, different deflections of the segments occur.
  • the segments have a common bottom electrode layer (FIG. 4).
  • the upper electrode layers are insulated from one another and can be exposed to different electrical potentials.
  • the lower electrode layers are electrically isolated from each other ( Figure 5).
  • the detector element and the piezoelectric element are connected point-like with each other. This is achieved by a solidified glass gob as connecting means 23 ( Figures 1 and 6).
  • the device 1 is used in a camera 6 (FIG. 6).
  • the camera is a miniaturized, high-resolution autofocus camera of a mobile phone.
  • the camera has a housing 6. With the housing via a frame 62, a lens 63 is firmly connected. Through the window 61 electromagnetic radiation reaches the lens and is focused from there to the image plane of the CCD chip.
  • a frequency filter 64 for example an infrared filter, may be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Einstellen (7) einer Orientierung eines Detektorelements (2) einer elektromagnetischen Strahlung (5) zur Quelle (4) der elektromagnetischen Strahlung, aufweisend mindestens ein Piezoelement(3) mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Segmenten (30), wobei das Detektorelement und das Piezoelement derart aneinander angeordnet sind, dass eine elektrische Ansteuerung der Segmente des Piezoelements das Einstellen der Orientierung des Detektorelements zur Quelle der Strahlung bewirkt. Verwendung findet die Vorrichtung in hoch auflösenden, miniaturisierten Kameras. Diese Kameras werden in mobilen Endgeräte, beispielsweise Mobilfunktelefonen eingesetzt. Derartige Kameras kommen auch in der Automobiltechnik oder in der Medizintechnik zum Einsatz.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements einer elektromagnetischen Strahlung und Kamera mit der Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements einer elektromagnetischen Strahlung zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung. Daneben wird eine Kamera mit der Vorrichtung angegeben.
Aus der DE 102 01 877 Cl ist eine fokussierbare Kamera zum Erzeugen eines Bildes bekannt. Die Kamera besteht im Wesentlichen aus einer Linse, einem Detektorelement zum erfassen elektromagnetischer Strahlung und einem Piezoelement. Die Linse kann als Quelle der elektromagnetischen Strahlung angesehen werden. Mit Hilfe des Detektorelements wird die elektromagnetische Strahlung, die die Linse passiert, in das Bild umgewandelt.
Das Detektorelement weist eine Bildebene auf. Durch die Linse wird die elektromagnetische Strahlung auf die Bildebene des Detektorelements projiziert. Zur Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung wird der Abstand zwischen der Linse und der Bildebene des Detektorelements verändert. Dazu sind das Detektorelement und das Piezoelement derart aneinander angeordnet, dass eine elektrische Ansteuerung des Piezoelements zu einer relativen Bewegung der Bildebene des Detektorelements zur Linse führt.
Zur Erhöhung einer Bildqualität ist aber nicht nur eine Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung auf die Bildebene des Detektorelements notwendig. Die Bildqualität hängt auch von der Ausrichtung der Bildebene zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung ab Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der nicht nur eine Fokussierung einer Bildebene eines Detektorelements, sondern auch eine Ausrichtung der Bildebene des Sensorelements und der Quelle der elektromagnetischen Strahlung zueinander auf einfache und kostengünstige Weise zu erreichen ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements einer elektromagnetischen Strahlung zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung angegeben, aufweisend mindestens ein Piezoelement mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Segmenten, wobei das Detektorelement und das Piezoelement derart aneinander angeordnet sind, dass eine elektrische Ansteuerung der
Segmente des Piezoelements das Einstellen der Orientierung des Detektorelements zur Quelle der Strahlung bewirkt.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung unter Verwendung der Vorrichtung angegeben, wobei die Segmente des Piezoelements elektrisch angesteuert werden, so dass die Segmente unterschiedlich ausgelenkt werden und dadurch das Einstellen der Orientierung des Detektorelements bewirkt wird.
Das Detektorelement ist ein Mittel, mit dem die elektromagnetische Strahlung erfasst und in ein Bild umgewandelt wird. Dieses Mittel kann ein Film oder eine Photoplatte sein. Vorzugsweise weist das Detektorelement einen CCD (Charge Coupled Device) -Chip für die Aufnahme digitaler Bilder auf. Die elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise sichtbares Licht. Denkbar ist auch nicht- sichtbares Licht, beispielsweise Infrarotlicht. Das Piezoelement besteht aus einer Elektrodenschicht, einer weiteren Elektrodenschicht und einer zwischen den Elektrodenschichten angeordneten piezoelektrischen Schicht. Bei der elektrischen Ansteuerung des Piezoelements bzw. bei der elektrischen Ansteuerung der Elektrodenschichten des
Piezoelements kommt es zur Auslenkung der piezoelektrischen Schicht und damit zur Auslenkung des Piezoelements. Aufgrund der Auslenkung des Piezoelements wird eine Bewegung des Detektorelements hervorgerufen. Das Piezoelement ist derart segmentiert, dass in den Segmenten durch die elektrische Ansteuerung der Elektroden unterschiedliche Auslenkungen hervorgerufen werden. Bei einer geeigneten Anordnung des Detektorelements und des Piezoelements aneinander kommt es aufgrund der unterschiedlichen Auslenkungen der Segmente des Piezoelements zu einer Verkippung des Detektorelements und damit zu einer Verkippung der Bildebene des Detektorelements. Die Orientierung des Detektorelements zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung wird verändert.
Um eine unterschiedliche Auslenkung der Segmente zu erzielen, ist es denkbar, dass die Segmente des Piezoelements unterschiedlich ausgebildet sind. Dies Betrifft beispielsweise Größe und Form einer Grundfläche der Segmente.
Vorzugsweise sind die Segmente zum Erzielen unterschiedlicher Auslenkungen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Die Elektrodenschichten der Segmente sind elektrisch voneinander isoliert. Dies bedeutet, dass die Elektrodenschichten der einzelnen Segmente mit unterschiedlichen Ansteuerspannungen beaufschlagt werden. In diesem Fall können die piezoelektrischen Schichten der Segmente aus dem gleichen piezoelektrischen Material bestehen. Ebenso können Segmente eine gleiche Form aufweisen.
In einer besonderen Ausgestaltung ist das Piezoelement ein piezoelektrischer Biegewandler. Der Biegewandler ist beispielsweise ein zweischichtiger Biegewandler, bei der eine piezoelektrisch aktive und eine piezoelektrisch inaktive Schicht fest miteinander verbunden sind. Denkbar ist auch ein Biegewandler, bei dem mehrere piezoelektrisch aktive Schichten mit unterschiedlichen Auslenkcharakteristiken miteinander verbunden sind. Der Vorteil von Biegewandlern besteht darin, dass relativ große Auslenkungen im μm-Bereich (1 μm bis 100 μm) erzielt werden können.
Der Biegewandler kann eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise weist der Biegewandler eine dreieckige, viereckige, quadratische und kreisförmige Grundfläche auf. Entscheiden ist, dass der Biegewandler segmentiert ist. Die Form der Segmente ist dabei, wie beim Biegewandler selbst, beliebig. Auch die Segmente können dreieckig, viereckig oder rund sein.
Für die piezoelektrische Schicht bzw. die piezoelektrischen Schichten sind beliebige organische und anorganische piezoelektrische Materialien denkbar. In einer besonderen Ausgestaltung weist das Piezoelement mindestens eine piezoelektrisch aktive Schicht mit piezokeramischem Material auf. Das piezokeramische Material ist beispielsweise ein Bleizirkonattitanat (PZT) .
Bei einem Piezoelement, beispielsweise dem zweischichtigen Biegewandler können die einzelnen Schichten miteinander verklebt sein. In einer besonderen Ausgestaltung ist das Piezoelement aber monolithisch. Das Piezoelement ist einstückig. Zum Herstellen des Piezoelements werden die piezokeramische Schicht, die Elektrodenschichten und die piezoelektrisch inaktive Schicht (oder weitere piezoelektrisch aktive Schichten) miteinander zu einem monolithischen Körper gesintert. Dabei wird vorteilhaft die piezokeramische Schicht der Segmente von einer einzigen, gemeinsamen piezokeramischen Schicht gebildet. Die
Segmentierung erfolgt durch eine Strukturierung mindestens einer der Elektrodenschichten. Es können aber auch alle vorhandenen Elektrodenschichten strukturiert sein.
Um durch die unterschiedlich erzielbare Auslenkung der Segmente eine Verkippung des Detektorelements zu erzielen, sind das Detektorelement und das Piezoelement beispielsweise über ein punktförmiges Verbindungsmittel miteinander verbunden. Punktförmig bedeutet dabei, ein Ausmaß (laterale Ausdehnung) des Verbindungsmittels im Vergleich zum Ausmaß des Detektorelements und/oder des Piezoelements klein ist. Es resultiert eine kleine, punktförmige Verbindungsfläche zwischen Piezoelement und Detektorelement. Denkbar ist auch eine kreisförmige Verbindungsfläche mit kleinem Kreisdurchmesser (im Vergleich zu den Ausmaßen des Detektorelements und des Sensorelements) . Das
Verbindungsmittel ist beispielsweise ein Tropfen eines organischen Klebstoffs. Bei einem piezokeramischen Biegewandler ist insbesondere Glas als Verbindungsmittel denkbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kamera mit der beschriebenen Vorrichtung angegeben. Die Kamera ist insbesondere eine miniaturisierte Kamera, wie sie beispielsweise in mobilen Endgeräten eingesetzt wird. Das mobile Endgerät ist beispielsweise ein Mobilfunktelefon. Miniaturisierte Kameras finden aber auch in der Medizintechnik oder in der Automobiltechnik Anwendung. Beispielsweise werden miniaturisierte Kameras für die Realisierung von Einparkhilfen verwendet.
Durch die Erfindung ist nach dem Zusammensetzen der Kamera nicht nur eine einfache Fokussierung der Optik der Kamera möglich. Ebenso ist eine einfache Orientierung der Bildebene des Detektorelements in der Kamera möglich. Das Einstellen der Orientierung kann nach dem Einbau der bildgebenden Elemente (Linse) und des Detektorelements mit dem Piezoelement erfolgen. Dies kann ein einmaliger Vorgang nach dem Einbau der Elemente in das Kameragehäuse sein. Denkbar ist aber auch, dass das Einstellen der Orientierung (neben der Fokussierung) mehrmals durchgeführt wird. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn sich die Orientierung des Detektorelements zur Quelle der Strahlung ändert. Die Änderung der Orientierung wird beispielsweise durch eine Erschütterung der Kamera hervorgerufen. Um die Qualität der mit der Kamera erzeugbaren Bilder aufrecht zu erhalten, wird daher in einer besonderen Ausgestaltung das Einstellen der Orientierung wiederholt durchgeführt.
Die Orientierung des Detektorelements zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung kann durch einmalige Ereignisse verändert werden. Denkbar ist aber auch, dass die Orientierung generell von äußeren Einflüssen bzw. von einem Zustand der Kamera oder von einem Zustand der Bestandteile der Kamera abhängen. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird daher ein Wert einer Zustandsgröße der Vorrichtung und/oder einer Umgebung der Vorrichtung erfasst und in Abhängigkeit vom Wert der Zustandsgröße eine Ansteuerspannung ausgewählt, mit der die Segmente des Piezoelements angesteuert werden. Die Zustandsgröße ist beispielsweise die Temperatur der Kamera. Beispielsweise werden bei einem zweischichtigen Biegewandler unterschiedliche Materialien verwendet, die sich in der Regel durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auszeichnen. Somit verändert sich die Auslenkung der Segmente in Abhängigkeit von der Temperatur. Es resultiert eine Temperaturabhängigkeit der Orientierung des Detektorelements. Um diesen Einfluss zu eliminieren, kann für das Piezoelement eine Temperatur-Auslenkungskennlinie aufgenommen werden. Diese Kennlinie wird mit den AnsteuerSpannungen verknüpft, mit der die Segmente des Piezoelements angesteuert werden müssen, um eine bestimmte Orientierung zustellen. Sowohl die Kennlinie als auch die für die Auslenkungen benötigten
Ansteuerspannung werden elektronisch gespeichert. Um eine bestimmte Orientierung des Detektorelements bei einer bestimmten Temperatur zu erzielen, wird in einem ersten Schritt die Temperatur der Kamera erfasst und in einem zweiten Schritt eine notwendige Ansteuerspannung ausgewählt, mit der das Piezoelement angesteuert wird. Somit ist gewährleistet, dass eine bestimmte Orientierung des
Detektorelements unabhängig von der Temperatur der Kamera erreicht wird.
Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende wesentlichen Vorteile:
- Mit der Erfindung ist nicht nur eine Fokussierung, sondern auch eine Orientierung einer Bildebene eines Detektorelements für elektromagnetische Strahlung möglich.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf einfache Weise realisiert werden.
- Durch den geringen Energie- und Platzbedarf eignet sich die Vorrichtung zum Einstellen der Orientierung des
Detektorelements vorzüglich zur Anwendung in miniaturisierten Kameras.
- Mit der Erfindung sind hoch auflösende Autofokus (Zoom) - Kameras zugänglich.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements einer elektromagnetischen Strahlung zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung in einem seitlichen Querschnitt . Figur 2 zeigt ein segmentiertes Piezoelement von oben.
Figur 3 zeigt ein weiteres segmentiertes Piezoelement von oben.
Figur 4 zeigt ein segmentiertes Piezoelement in einem seitlichen Querschnitt.
Figur 5 zeigt ein weiteres segmentiertes Piezoelement in einem seitlichen Querschnitt.
Figur 6 zeigt eine Kamera in einem seitlichen Querschnitt.
Gegeben ist eine Vorrichtung 1 zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements 2 einer elektromagnetischen Strahlung 5 zur Quelle 4 der elektromagnetischen Strahlung (Figur 1) .
Das Detektorelement 2 weist einen CCD-Chip auf, der die Bildebene 21 des Detektorelements bildet.
Das Piezoelement 3 ist ein segmentierter, zweischichtiger
Biegewandler. Der Biegewandler ist ein monolithischer, piezokeramischer Biegewandler. Zwischen den Elektrodenschichten 33 des Biegewandlers ist eine piezoelektrisch aktive Schicht 31 aus Bleizirkonattitanat (Figuren 4 und 5) vorhanden. Darüber hinaus verfügt der
Biegewandler über eine piezoelektrisch inaktive Schicht 32.
Die piezoelektrisch inaktive Schicht ist fest mit den weiteren Schichten- des Biegewandlers verbunden und besteht aus einer piezoelektrisch inaktiven Keramik.
Durch die elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten 33 des Biegewandlers kommt es zur Auslenkung des Piezoelements. Aufgrund der festen Verbindung zwischen der piezoelektrisch inaktiven Schicht mit den weiteren Schichten des Biegewandlers kommt es zu einer Verbiegung des Biegewandlers. Der Biegewandler verfügt über mehrere Segmente 30. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Grundfläche des Biegewandlers quadratisch (Figur 2) . Die Segmente des Biegewandlers sind ebenfalls quadratisch.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Grundfläche des Biegewandlers dreieckig (Figur 3) . Die Segmente des Biegewandlers sind ebenfalls quadratisch.
Die Segmente des Biegewandlers sind elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Dies bedeutet, dass in die Bereiche der piezoelektrisch aktiven Schicht der Segmente voneinander unterschiedliche elektrische Felder eingekoppelt werden können. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Felder kommt es zu unterschiedlichen Auslenkungen der Segmente. Gemäß einer ersten Ausführungsform verfügen die Segmente eine gemeinsame untere Elektrodenschicht (Figur 4) . Die oberen Elektrodenschichten sind voneinander isoliert und können mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagt werden. Im Unterschied dazu sind gemäß einer alternativen Ausführungsform auch die unteren Elektrodenschichten elektrisch voneinander isoliert (Figur 5) .
Um eine Verkippung der Bildebene des Detektorelements zu erzielen, sind das Detektorelement und das Piezoelement punktförmig miteinander verbunden. Dies gelingt durch einen erstarrten Glastropfen als Verbindungsmittel 23 (Figuren 1 und 6) .
Verwendung findet die Vorrichtung 1 in einer Kamera 6 (Figur 6) . Die Kamera ist eine miniaturisierte, hoch auflösende Autofokus-Kamera eines Mobilfunktelefons. Die Kamera weist ein Gehäuse 6 auf. Mit dem Gehäuse über ein Gestell 62 ist eine Linse 63 fest verbunden. Durch das Fenster 61 gelangt elektromagnetische Strahlung zur Linse und wird von dort auf die Bildebene des CCD-Chips fokussiert. Wahlweise kann noch ein Frequenzfilter 64, beispielsweise ein Infrarotfilter, vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Einstellen (7) einer Orientierung eines Detektorelements (2) einer elektromagnetischen Strahlung (5) zur Quelle (4) der elektromagnetischen Strahlung, aufweisend mindestens ein Piezoelement (3) mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Segmenten (30) , wobei - das Detektorelement und das Piezoelement derart aneinander angeordnet sind, dass eine elektrische Ansteuerung der Segmente des Piezoelements das Einstellen der Orientierung des Detektorelements zur Quelle der Strahlung bewirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Segmente unabhängig voneinander angesteuert werden können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Piezoelement ein piezoelektrischer Biegewandler ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Piezoelement mindestens eine piezoelektrisch aktive Schicht mit piezokeramischem Material aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Piezoelement monolithisch ist.
6. Verfahren zum Einstellen einer Orientierung eines Detektorelements zum Erfassen elektromagnetischer
Strahlung zur Quelle der elektromagnetischen Strahlung unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Segmente des Piezoelements elektrisch angesteuert werden, so dass die Segmente unterschiedlich ausgelenkt werden und dadurch das
Einstellen der Orientierung des Detektorelements bewirkt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Einstellen der Orientierung wiederholt durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Wert einer Zustandsgröße der Vorrichtung und/oder einer Umgebung der Vorrichtung erfasst wird und in Abhängigkeit vom Wert der Zustandsgröße eine Ansteuerspannung ausgewählt wird, mit der die Segmente des Piezoelements angesteuert werden.
9. Kamera mit einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5.
PCT/EP2005/052649 2004-07-12 2005-06-08 Vorrichtung und verfahren zum einstellen einer orientierung eines detektorelements einer elektromagnetischen strahlung und kamera mit der vorrichtung WO2006005657A1 (de)

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