用于優化可變形透鏡的壓電致動器結構的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及壓電元件，尤其設及設置在微型可調諧透鏡主體的表面上的叉指型電 極配置中的壓電元件，其中，壓電元件是可適配為當被激活時提供微型可調諧透鏡主體的 期望塑性。
【背景技術】
[0002] 在包括相機的移動電話、數字掃描裝置、醫療儀器W及安全和監督設備等的使用 在世界范圍的增長驅動現有相機技術的改進和發展。
[0003] 為了迎合來自用戶觀點的要求（例如，更大的焦點范圍、更好的操作光多功能性 和聚焦速度），W及迎合來自制造觀點的要求（例如減少設備設計材料處理要求/限制W及 制造成本），要求對于現有光設備設計的改進。對于現有微型可調諧透鏡的設計的改進例如 對于確保設備更容易地適合在高容量消費者電子設備（例如移動電話、PC、數字相機等中 的相機）中的設備的目標應用是關鍵的。
[0004] 改進的微型可調諧透鏡的實例公布在題目為"Flexiblelensassemblywith vari油lefocallength(帶有可變焦距的柔性透鏡組件）"EP專利2115500中，其具有由 側壁11和第一透明覆蓋物13W及第二透明覆蓋物14為界限的腔中的柔性透鏡主體10,其 中覆蓋物13、14與透鏡主體10的相應表面接觸。當被激活時，壓電元件12對透鏡主體10 進行成形，從而調節例如透鏡組件的焦距。
[0005] 有0.4mm厚的上述參考柔性透鏡組件的制造的范本的一些實例。可W甚至實現 該個設計的更小的實例。當壓電元件對主體進行成形的時候，在將焦距從無限調節至例如 10cm時，透鏡主體形狀在ym范圍中移動。因此，該個設計是可適配為在例如相機模塊中 使用的極薄設計的實例。根據發明EP2115500的柔性透鏡組件在商標名TLENS?名下銷售。 TLENS?巧片的實施方式的示例公開在網頁ht1:p://www.poli曲t.com/tlens-13.html中。
[0006] 改進的微型可調諧透鏡的參考實例利用傳統設計的壓電電極，例如上金屬層和下 金屬層，帶有在兩個金屬層之間的鐵電層（參考圖2)。該種類型的壓電電極被證明能夠過 提供用于相機系統的自動聚焦能力，并且被認為是在移動電話相機中使用的更常見音圈馬 達（VCM)的替代技術。還已知的是，相同類型的壓電電極配置可W被用在光圖像穩定系統 中，例如如歐洲專利申請EP08712670中所公開的。
[0007] 從制造的觀點出發，帶有更少層的壓電電極會更有益。在現有技術中，已知可W利 用例如相應的正電極和負電極制造的被稱為叉指型電極的電極配置，正電極和負電極在絕 緣基板的頂部上的鐵電層表面的頂部上相互分隔而定位（參考圖1)。
[0008]DominikKaltenbacher等人的專利申請US2012/0053393公開用于產生聲波的 聲音換能器，該聲音換能器可W插入耳朵中。該公開的圖6示出帶有在壓電層的頂部上間 隔分開的平行的正電極和相應負電極的壓電電極配置，該壓電層擱置為在薄膜部件的頂部 上。圖6還公開在電極之間的電場線如何穿過鐵電（壓電）層，并且當例如交流電壓應用 到電極上時，壓電效應顯露，并且壓電晶體被相應地伸長或縮短，從而產生表面的向上和向 下彎曲，該向上和向下彎曲之后機械地轉移至之后能夠復制聲音的聲音膜部件。然而，因為 電極位于鐵電層的頂部上，所W沒有電場直接在面對鐵電層的電極的表面之下。因此，穿過 鐵電（壓電）層的電場線W電極之間的彎曲形狀來塑性。因此，沒有任何合適壓電效應剛 好在電極自身之下。該個現象發生的區域經常被稱為"死區"。該個效應為表面（即，在該 個實例中的聲音膜）的彎曲是不均衡的。當復制聲音時，該不是個問題。正如本領域中技 術人員所已知的，重要的是膜的振動。
[0009] 美國專利US5, 451，769公開一種高速相片檢測器，在如圖3中描繪的實施方式的 實例中，該高速相片檢測器設置有包括相對極性的兩個電極的叉指型電極配置，其中，每個 相應電極包括放射狀定向電極部分，其中每個圓形部分連接并且其構成圍繞相片檢測器的 中屯、的環。然而，該個配置還具有死區，但是叉指型電極的特定應用并不影響作為相片檢測 器的一部分的應用的性能。
[0010] 因此，如果叉指型電極配置例如應當替代如上文參考的專利EP2115500中公開的 微型可調諧透鏡的實例中的傳統壓電致動器，那么由于叉指型電極配置的可能的死區效應 (透鏡主體的不平均成形），光學性能可能會被認為是重要的。
[0011] 然而，可W通過在柔性透鏡主體的頂部上利用叉指型電極配置而實現的可能益處 和優點不僅僅會因為更少的層而減少壓電致動器的厚度，而且例如參考在EP2115500中公 開的實施方式的實例，因為可彎曲玻璃覆蓋物13可W用作絕緣層，所W其中鐵電材料可W 放置在表面上，后面接著在鐵電層的頂部上的電極配置的放置。該樣顯著簡化微型可調諧 的制造。而且，已知叉指型電極配置的彎曲力可W提供可能的最大彎曲力的增長。
[0012] 根據本發明的方案，帶有配置壓電致動器的叉指型電極的微型可調諧透鏡可W實 現改進的光學性能和多功能性，如果電極設置在提供叉指型電極的死區現象的緩和的配置 陣列中的話。
[0013] 因此，改進的壓電致動器配置會是有利的，并且具體地，其對于制造具有改進的壓 電致動器配置的微型可調諧透鏡更有效。并且該可調諧透鏡提供W下改進的實例：
[0014]i)設計帶有叉指型電極圖案的壓電致動器元件，該叉指型電極圖案可適配為提供 在預定和期望均勻的柔性透鏡表面區域上的彎曲力分布。該種彎曲力可W配置為同質的， W為了提供與現有技術方案相比增加的焦距。也在本發明的范圍內的是，為了補償光效應 和失常（或透鏡故障），或者否則由于特定設備應用要求而造成，叉指型電極圖案可W配置 為提供不均勻（歪曲）彎曲力分布。
[0015]ii)設計帶有最小壓電層厚度和/或操作電壓要求的壓電元件和電極配置。該些 都是重要的設計問題。
[0016]iii)設計在具有盡可能少的層的微型可調諧透鏡內的壓電元件和電極配置。該樣 減少制造步驟、材料和組件的數量，并且因此減少相關成本。
[0017] 發明目的
[0018] 本發明的進一步目的是提供對于現有技術的可替選項。
[0019] 具體地，可W看出的是，本發明的目的為提供包括在微型可調諧透鏡中使用的壓 電致動器的叉指型電極配置，該微型透鏡利用提供透鏡主體的可限定對稱或非對稱塑形的 電極的可適配陣列解決現有技術的上文提到的問題。
【發明內容】
[0020] 因此，想要在通過提供識別特定叉指型電極圖案的系統和方法而在本發明的第一 方案中獲得上文描述的目的和多個其它目的，該特定叉指型電極圖案包括位于柔性透鏡主 體或者透明聚合物制成的實例的孔周圍的壓電致動器，其中當激活時叉指型電極可適配為 提供特定可限定彎曲力分布，從而提供柔性透鏡主體的特定可限定成形，從而提供柔性透 鏡主體的特定可限定光特征。
[0021] 柔性透鏡主體的孔在本文中被廣義解釋，例如透鏡主體上的電極的缺乏并且同樣 地不必要為物理開口。
[0022] 本發明具體地，但是不排除地有利于獲得包括壓電電極圖案的微型可調諧柔性透 鏡，該壓電電極圖案通過優化微型可調諧透鏡主體的壓電致動器成形的優化方法而識別， 該方法包括W下步驟：
[0023] 設置同屯、的部分環形壓電元件，其包括在放置在柔性透鏡主體的表面上的壓電材 料的表面上配置的電極，從而在透鏡主體的位于中央的透明部分周圍在所述柔性透鏡主體 的表面上構成壓電致動器，
[0024] 其中，所述壓電致動器包括第一正電極和第二負電極，所述第一正電極和第二負 電極中的每個包括放射狀配置電極部分，所述放射狀配置電極部分配置有圍繞透鏡主體的 透明部分的同屯、部分環形電極的分支，
[0025] 正電極和負電極的分支W相反的極性并且W平行配置或者可選地與透鏡主體的 透明部分或光軸相距相應不同的距離W部分非平行配置按順序地設置，
[0026] 其中，所述方法還包括：
[0027] 應用在計算機系統中可執行的仿真模型，所述模型適配為根據在柔性透鏡主體表 面上的電極的初始設置中到壓電元件的電極的仿真應