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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-28
(54)【発明の名称】調整可能な光学要素
(51)【国際特許分類】
G02B 26/08 20060101AFI20241018BHJP
G02B 7/04 20210101ALI20241018BHJP
G03B 5/00 20210101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
G02B26/08 H
G02B7/04 E
G03B5/00 J
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024530504
(86)(22)【出願日】2022-11-23
(85)【翻訳文提出日】2024-07-08
(86)【国際出願番号】 EP2022083023
(87)【国際公開番号】W WO2023094470
(87)【国際公開日】2023-06-01
(31)【優先権主張番号】PCT/IB2021/060835
(32)【優先日】2021-11-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IB
(31)【優先権主張番号】102022101932.2
(32)【優先日】2022-01-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515100639
【氏名又は名称】オプトチューン スウィツァランド アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100149032
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 敏明
(74)【代理人】
【識別番号】100181906
【弁理士】
【氏名又は名称】河村 一乃
(72)【発明者】
【氏名】ラニング，クリストファー
【テーマコード（参考）】
2H044
2H141
2K005
【Ｆターム（参考）】
2H044BE01
2H044BE07
2H044BE18
2H141MA12
2H141MB27
2H141MB43
2H141MB56
2H141MC01
2H141MC05
2H141MC08
2H141MZ02
2H141MZ12
2K005CA26
2K005CA40
2K005CA57
(57)【要約】
調整可能な光学要素（１）であって、前記調整可能な光学要素（１）は、第１のキャリア（１０）が第２のキャリア（２０）に対して移動可能である、第１のキャリア（１０）及び第２のキャリア（２０）と；容積部が光学要素（１）の光軸（１００）に沿って第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との間に配置される、液体で満たされた容積部（３０）と；作動力の手段によって第２のキャリア（２０）に対して第１のキャリア（１０）を移動させるように配置されるアクチュエータ（４０）であり、第２のキャリア（２０）に対する第１のキャリア（１０）の移動は、容積部（３０）の形状を変化させる、前記アクチュエータ（４０）と；ロックユニット（５０）が解放可能な接続の手段によって第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）とを互いに接続するように配置される、前記ロックユニット（５０）とを備え、閉状態（５１）では、ロックユニット（５０）は、光軸（１００）に沿った第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との相対運動を妨げるように配置され、かつロックユニットの開状態（５２）では、第１のキャリア（１０）は、調整可能な光学要素（１）の光軸（１００）に沿って第２のキャリア（２０）に対して移動可能である、前記調整可能な光学要素（１）。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
調整可能な光学要素（１）であって：－ 第１のキャリア（１０）が第２のキャリア（２０）に対して移動可能である、第１のキャリア（１０）及び第２のキャリア（２０）、
－ 容積部が光学要素（１）の光軸（１００）に沿って第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との間に配置される、液体で満たされる容積部（３０）、
－ 作動力の手段によって第２のキャリア（２０）に対して第１のキャリア（１０）を移動させるように配置されるアクチュエータ（４０）であり、第２のキャリア（２０）に対する第１のキャリア（１０）の移動が容積部（３０）の形状を変化させる、前記アクチュエータ（４０）、及び
－ ロックユニット（５０）であり、ロックユニット（５０）は解放可能な接続の手段によって第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）とを互いに接続するように配置され、ロックユニット（５０）は、閉状態（５１）では、光軸（１００）に沿った第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との相対運動を妨げるように配置され、かつ
ロックユニットの開状態（５２）では、第１のキャリア（１０）は、調整可能な光学要素（１）の光軸（１００）に沿って第２のキャリア（２０）に対して移動可能である、前記ロックユニット（５０）
を備える、前記調整可能な光学要素（１）。
【請求項2】
ロックユニット（５０）に電力が供給されない場合、ロックユニット（５０）は閉状態（５１）にあり、かつロックユニット（５０）に電力が供給される場合、ロックユニットは開状態（５２）にある、請求項１に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項3】
閉状態（５１）において、ロックユニット（５０）は、フォームフィット接続の手段によって、及び／又は、フォースフィット接続の手段によって、第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）とを接続する、請求項１又は２に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項4】
ロックユニット（５０）は、第１のキャリア（１０）及び／又は第２のキャリア（２０）に作用するロック力を提供するように配置され、かつロック力は、結果として生じる力がゼロとなるように力平衡状態にある、請求項３に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項5】
ロックユニット（５０）の開状態（５２）と閉状態（５１）との間の切り替えは、第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との互いに対する相対位置を変化させない、請求項１～４のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項6】
ロックユニット（５０）は複数のロック素子（５００）を備え、各ロック素子（５００）は、光軸（１００）に垂直な方向に第１のキャリア（１０）又は第２のキャリア（２０）にロック力を適用するように配置され、かつ
ロック素子（５００）は容積部（３０）の周囲に沿って分布する、請求項１～５のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項7】
ロックユニット（５０）は、少なくとも３つのロック素子（５００）を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項8】
ロックユニットは、開状態（５２）と閉状態（５２）との間で切り替わるように配置されるロックアクチュエータ（５１０）を備え、ロックアクチュエータ（５１０）は、形状記憶合金、電気永久磁石、又はリラクタンスアクチュエータのうちの１つを備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項9】
調整可能な光学要素（１）は、調整可能な光学要素（１）に作用する加速力を測定するための加速度計（６０）と、ロックユニット（５０）の開状態（５２）と閉状態（５１）との間の切り替えを制御する制御ユニット（６１）とを備え、制御ユニット（６１）は、加速度計（６０）が加速力の値の閾値を超える加速力を検出する場合に、ロックユニット（５０）を閉状態（５１）に切り替えるように配置される、請求項１～８のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項10】
－ 調整可能な光学要素（１）は可変レンズであり、－ 第１のキャリア（１０）は変形可能であり、かつ
－ アクチュエータ（４０）は、作動力を適用することによって光軸（１００）に沿って第１のキャリアの形状を変化させるように配置される
請求項１～９のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項11】
－ 第１のキャリア（１０）は、可撓性膜（１１）及び成形素子（１２）を備え、前記膜（１１）は、調整可能な光学要素（１）の第１の光学面を備え、－ 成形素子（１２）は、第１の光学面の周囲に円周方向に延び、
－ 成形素子（１２）は、光軸（１００）に沿った方向に弾性変形可能であり、
－ アクチュエータ（４０）は、複数の作動点（４００）にて成形素子（１２）に取り付けられ、かつ
－ アクチュエータ（４０）は、各作動点（４００）においてそれぞれ、光軸（１００）に沿った方向における第２のキャリア（２０）に対する作動点（４００）における成形素子（１２）の位置を調整することによって、第１の光学面の形状を制御するように配置される、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項12】
ロック素子（５００）の数は、少なくとも作動点（４００）の数に等しく、かつ前記ロック素子（５００）の各々はそれぞれ、光軸（１００）に沿った方向における第２のキャリア（２０）に対する作動点（４００）のうちの１つの相対運動を妨げるように配置される、請求項１０又は１１に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項13】
ロックユニット（５０）は、全ての作動点（４００）の相対運動を同時に妨げるように配置される、請求項１０又は１１に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項14】
－ 調整可能な光学要素は可変レンズであり、－ 第１のキャリア（１０）は、可撓性膜（１１）及び成形素子（１２）を備え、膜（１１）は、調整可能な光学要素の第１の光学面を備え、
－ 成形素子（１２）は、第１の光学面の周囲に円周方向に延び、
－ 成形素子（１２）は、光軸（１００）に沿った方向に剛性であり、
－ アクチュエータ（４０）は、光軸（１００）に沿った方向において、第２のキャリア（２０）に対する成形素子（１２）の位置を調整することによって、第１の光学面の形状を制御するように配置される
請求項１～１３のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項15】
第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との相対位置の調整により、容積部（３０）内の液体の圧力を変化させ、これにより膜（１１）が湾曲するようにさせる、請求項１～１４のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項16】
第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）とは、ヒンジ（７０）によって接続され、ヒンジ（７０）は、第２のキャリア（２０）に対する第１のキャリア（１０）の回転軸（７１）を規定する、請求項１２又は１３に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項17】
－ 調整可能な光学要素（１）は可変プリズムであり、－ 第１のキャリア（１０）及び第２のキャリア（２０）は、剛性の透明素子であり、かつ
－ アクチュエータ（４０）は、第１のキャリア（１０）を第２のキャリア（２０）に対して傾斜させるように配置される
請求項１～９のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項18】
第２のキャリア（１０）に対する第１のキャリア（１０）の相対位置を検出するように配置される位置感知ユニット（６２）を備える、請求項１～１７のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項19】
アクチュエータ（４０）はＳＭＡワイヤーを備え、ＳＭＡワイヤーは、光軸（１００）に沿って上面図で見られるとおり、容積部の周囲に沿ってガイドされ、かつ
ＳＭＡワイヤーの主延長方向に沿った長さは、第１のキャリア（１０）と第２のキャリア（２０）との間の距離よりも長い、請求項１～１８のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【請求項20】
アクチュエータは複数のＳＭＡワイヤーを備え、複数のＳＭＡワイヤーの全ては、第１又は第２のキャリアを介して共通して電気的に接続される、請求項１～１９のいずれか一項に記載の調整可能な光学要素（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書では、調整可能な光学要素（ｔｕｎａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）が記載される。調整可能な光学要素は、電磁放射線、特に可視光と屈折によって相互作用する透過に基づく調整可能な光学要素であり得、光学要素の少なくとも１つの光学特性は制御可能である。あるいは、調整可能な光学要素は、反射によって電磁放射線と相互作用する、反射に基づく調整可能な光学要素であり得る。例えば、調整可能な光学要素は、可変プリズム（ｔｕｎａｂｌｅ ｐｒｉｓｍ）、可変レンズ（ｔｕｎａｂｌｅ ｌｅｎｓ）、又は変形可能若しくは偏向可能なミラーである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
調整可能な光学要素は、第１のキャリア及び第２のキャリアを備え、第１のキャリアは第２のキャリアに対して移動可能である。第１のキャリアと第２のキャリアとの少なくとも一方、特に第１のキャリアと第２のキャリアとの両方が、調整可能な光学要素の光学面を備える。ここで、及び以下において、光学面とは、意図される様式で電磁放射線と相互作用するように配置される表面である。
【0003】
調整可能な光学要素は、液体で満たされる容積部を備え、容積部は、光学要素の光軸に沿って第１のキャリアと第２のキャリアとの間に配置される。
【0004】
調整可能な光学要素は、作動力の手段によって第２のキャリアに対して第１のキャリアを移動させるように配置されるアクチュエータを備え、第２のキャリアに対する第１のキャリアの移動が容積部の形状を変化させる。特に、作動力の適用は、入射光に対する第１及び／又は第２のキャリアの光学面（複数可）のアライメントの調整をもたらし、又は作動力の適用は、第１及び／又は第２のキャリアの光学面（複数可）の形状の変化をもたらす。
【0005】
調整可能な光学要素は、ロックユニットを備え、ロックユニットは、解放可能な接続の手段によって第１のキャリアと第２のキャリアとを互いに接続するように配置され、ロックユニットは、閉状態では、第１のキャリアと第２のキャリアとの光軸に沿った相対運動を妨げるように配置され、かつロックユニットが開状態では第１のキャリアは、調整可能な光学要素の光軸に沿って第２のキャリアに対して移動可能である。
【0006】
調整可能な光学要素は、とりわけ以下の考察に基づいている。調整可能な光学要素の光学特性を低頻度で変化させることのみが必要である用途では、調整可能な光学要素の目的の調整状態を保持するための電力が低い又はゼロであるアクチュエータを利用することが好ましい。しかしながら、一定の調整状態を維持するための電力を必要とするアクチュエータが好ましい場合があり、これは応答までの時間が短い、線形性が高い、フォームファクター（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）が小さい、あるいはその他の特性のためである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本明細書で記載される調整可能な光学要素は、専用の調整状態を維持するように配置される別個のロックユニットを備える。このように、調整可能な光学要素は、アクチュエータの特性が特定の調整状態を維持するための電力消費がゼロであること、又は調整状態を維持するための高い保持電力を有することとは無関係に、アクチュエータの種類を選択することが可能であることを利用する。
【0008】
一実施形態によれば、ロックユニットに電力が供給されない場合にロックユニットは閉状態にあり、ロックユニットに電力が供給される場合にロックユニットは開状態にある。言い換えれば、ロックユニットはいわゆる「アクティブオープン」形状を持つ。あるいは、ロックユニットに電力が供給されない場合にロックユニットが開状態になるように配置されてもよく、これはいわゆる「アクティブクローズ」形状に相当する。アクティブクローズ形状は、ロックユニットの電力消費が、調整可能な光学要素の調整状態を維持するためのアクチュエータの電力消費よりも小さいケースに特に関連がある。
【0009】
一実施形態によれば、閉状態において、ロックユニットは、第１のキャリアと第２のキャリアとを、フォームフィット接続（ｆｏｒｍ ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）及び／又はフォースフィット接続（ｆｏｒｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の手段によって接続する。特に、ロックユニットは、第１及び／又は第２のキャリアの表面に法線力を作用させて、第１のキャリアと第２のキャリアとの間にフォースフィット接続を提供する弾性素子を備えてもよい。さらに、ロックユニットは、ラチェット構造のようなインターレース構造（ｉｎｔｅｒｌａｃｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する表面を備えてもよく、第１のキャリアと第２のキャリアとの相対運動は、第１のキャリアと第２のキャリアとの間のフォームフィット接続によって主に妨げられる。
【0010】
一実施形態によれば、ロックユニットは、第１及び／又は第２のキャリアに作用するロック力を提供するように配置され、ロック力は、結果として生じる力がゼロとなるように力平衡状態にある。特にロック力は、光軸に沿った第２のキャリアに対する第１のキャリアの動きをもたらさない。好ましくは、ロック力は、光軸に対して斜めの方向への第２のキャリアに対する第１のキャリアの相対運動をもたらさない。
【0011】
一実施形態によれば、ロックユニットの開状態と閉状態との間の切り替えは、第１のキャリアと第２のキャリアとの互いに対する相対位置を変化させない。特に閉状態と開状態との間の切り替えは、光軸に沿った第２のキャリアに対する第１のキャリアの位置を変化させない。
【0012】
一実施形態によれば、ロックユニットは複数のロック素子を備え、各ロック素子は、光軸に垂直な方向に第１のキャリア又は第２のキャリアにロック力を適用するように配置され、かつこれらのロック素子は、容積部の外周に沿って分布する。
【0013】
一実施形態によれば、ロックユニットは少なくとも３つのロック素子を備える。特に第１のキャリア及び第２のキャリアは少なくとも部分的に剛性である。この文脈において部分的に剛性とは、アクチュエータ及び／又はロックユニットの手段によって連結される第１／第２のキャリアの部分を指す。各ロック素子は、光軸に沿った第２のキャリアに対する第１のキャリアの１つの点の相対位置を規定するように配置される。
【0014】
一実施形態によれば、ロックユニットは、開状態と閉状態との間で切り替わるように配置されるロックアクチュエータを備え、ロックアクチュエータは、形状記憶合金、電気永久磁石、又はリラクタンスアクチュエータのうちの１つを備える。特に、ロックアクチュエータは形状記憶合金（ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ：ＳＭＡ）を含み、この形状記憶合金は主延長方向を持つワイヤー形状を有する。ＳＭＡは転移温度を超えると主伸長方向に沿って収縮するように配置される。例えば、ワイヤーに電流を適用することによりワイヤーは転移温度超過に加熱される。
【0015】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は、調整可能な光学要素に作用する加速力を測定するための加速度計と、ロックユニットの開状態と閉状態との間の切り替えを制御する制御ユニットとを備え、制御ユニットは、加速度計が加速力の値の閾値を超える加速力を検出した場合に、ロックユニットを閉状態に切り替えるように配置される。加速力の値の閾値は１Ｇとすることができ、好ましくは１．５Ｇ又は３Ｇとすることができる。したがって、ロックユニットは、落下事象のように高い加速力にさらされる際に、第１のキャリアと第２のキャリアの相対運動を防止することができる。
【0016】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は可変レンズ（ｔｕｎａｂｌｅ ｌｅｎｓ）であり、第１のキャリアは変形可能であり、アクチュエータは作動力を適用することによって光軸に沿って第１のキャリアの形状を変化させるように配置される。
【0017】
一実施形態によれば、第１のキャリアは可撓性膜と成形素子とを備え、前記膜は調整可能な光学要素の第１の光学面を備える。成形素子は、第１の光学面の周囲に円周方向に延び、かつ成形素子は、光軸に沿った方向に弾性変形可能である。アクチュエータは、複数の作動点において成形素子に取り付けられており、かつアクチュエータは、各作動点においてそれぞれ、光軸に沿った方向における第２のキャリアに対する作動点における成形素子の位置を調整することにより、第１の光学面の形状を制御するように配置される。調整可能な光学要素は、球面、プリズム、及び／又は非点収差のうちの少なくとも１つの光学特性を制御するために、少なくとも６つの作動点を備える。
【0018】
特に、アクチュエータは複数の引張りロープを備え、各引張りロープは異なる作動点に取り付けられ、かつ各引張りロープは作動力を提供するように配置される異なるＳＭＡ素子を備える。この種類のアクチュエータは、ドイツ特許出願第１０２０２１１０５７０５．１号に関連して記載されており、その内容は参照として含まれる。
【0019】
一実施形態によれば、ロック素子の数は、少なくとも作動点の数に等しく、ロック素子の各々は、光軸に沿った方向における第２のキャリアに対する作動点の１つの相対運動をそれぞれ妨げるように配置される。
【0020】
一実施形態によれば、ロックユニットは、全ての作動点の相対運動を同時に妨げるように配置される。特にロックユニットは単一のロックアクチュエータを備え、このアクチュエータはスイッチを閉状態と開状態の間で同期的に制御するように配置される。
【0021】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は可変レンズであり、第１のキャリアは可撓性膜と成形素子とを備え、膜は調整可能な光学要素の第１の光学面を備える。成形素子は、第１の光学面の周囲に円周方向に延び、かつ成形素子は、光軸に沿った方向に剛性である。アクチュエータは、光軸に沿った方向における第２のキャリアに対する成形素子の位置を調整することにより、第１の光学面の形状を制御するように配置される。
【0022】
一実施形態によれば、第１のキャリアと第２のキャリアとの相対位置の調整により、容積部内の液体の圧力が変化し、これにより膜が湾曲するようにする。
【0023】
一実施形態によれば、第１のキャリアと第２のキャリアとはヒンジによって接続され、ヒンジは、第２のキャリアに対する第１のキャリアの回転軸を規定する。例えば、アクチュエータは第１のキャリアの１点と、第２のキャリアの多くとも２点に取り付けられる。
【0024】
一実施形態によれば、回転軸は、光軸に沿った上面図から見て、容積部に沿って接線方向に延びる。特に回転軸は、光軸に沿った上面図から見て、容積部の中心を通って延びていない。
【0025】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は可変プリズム（ｔｕｎａｂｌｅ ｐｒｉｓｍ）であり、第１のキャリア及び第２のキャリアは剛性の透明素子であり、かつアクチュエータは、第２のキャリアに対して第１のキャリアを傾斜させるように配置される。
【0026】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は位置感知ユニットを備え、この位置感知ユニットは、第２のキャリアに対する第１のキャリアの相対位置を検出するように配置される。位置感知ユニットは、ホールセンサを備えてもよく、このホールセンサは、第２のキャリアに対する第１のキャリアの相対位置を決定するように配置される。
【0027】
一実施形態によれば、位置感知ユニットは、第２のキャリアに対する各作動点の相対位置を検出するように配置される。
【0028】
一実施形態によれば、アクチュエータは、作動力を提供する形状記憶合金と、保持力を提供する保持素子とを備え、保持力は作動力に対向し、かつ保持素子は弾性膜を備え、膜の張力は、作動力の手段によって容積部内の圧力が上昇した際に増加し、膜の張力は保持力を提供する。あるいは保持素子は第１のキャリアと第２のキャリアとを押し離すばね素子を備え、ばね素子は容積部の周囲に円周方向に延びる板ばね（ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ）を備え得る。さらなる別の実施形態によれば、保持素子は保持力を提供する保持アクチュエータを備え、保持アクチュエータは、形状記憶合金、電気永久磁石、又はリラクタンスアクチュエータのうちの１つを備え得る。
【0029】
一実施形態によれば、アクチュエータはＳＭＡワイヤーを備え、ＳＭＡワイヤーは液体容積部の外周に沿ってガイドされ、ＳＭＡワイヤーの主延長方向に沿った長さは、第１のキャリアと第２のキャリアとの間の距離よりも大きい（図１１）。特にＳＭＡワイヤーは、第１及び／又は第２のキャリアに接して配置されることで、少なくとも１回偏向する。
【0030】
一実施形態によれば、アクチュエータは複数のＳＭＡワイヤーを備え、複数のＳＭＡワイヤーの全てが第１又は第２のキャリアを介して共通して電気的に接続される（図１３）。
【0031】
図に関連して示される以下の実施形態の例から、調整可能な光学要素のさらなる利点及び有利な実施形態及びさらなる実施形態が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
同一素子、類似素子、又は同一効果を有する素子には、図において同じ参照符号を付す。図、及び図に示された素子の互いに対する比率は、縮尺通りとはみなされない。むしろ、個々の素子を誇張して大きく表示することで、表現性を高め、及び／又は理解しやすくすることができる。
【0034】
図１～図３は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態を概略斜視図及び拡大断面図（破線で囲む）で示す。図１～図３の実施形態に示すように、調整可能な光学要素１は、ロックユニット５０を備え、ロックユニット５０は、解放可能な接続の手段によって第１のキャリア１０と第２のキャリア２０とを互いに接続するように配置され、ロックユニット５０は、閉状態５１では、光軸１００に沿った第１のキャリア１０と第２のキャリア２０との相対運動を妨げるように配置され、かつロックユニット５０の開状態５２では、調整可能な光学要素１の光軸１００に沿って第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０が移動可能である。
【0035】
ロックユニット５０は、容積部３００の外周に沿って分布する複数のロック素子５００を備える。ロック素子５００は、ロック支柱５０１に押し付けられるロックばね５０２を備える。ロックばね５０２は成形素子１２の一部であってもよく、かつロック支柱は第２のキャリア２０の一部であってもよい。ロックアクチュエータ５１０は、開状態５２と閉状態５１とを切り替えるように配置される。図１から図３に示す実施形態では、ロックアクチュエータ５１０は、ＳＭＡワイヤーを備え、このＳＭＡワイヤーが温度の閾値超過に加熱される場合にその主延長方向に沿って収縮する。特にＳＭＡワイヤーは、ロックアクチュエータ５１０に電流を適用することによって加熱することができる。ロックアクチュエータは、ロックばね５０２を光軸１００に向けて半径方向に引っ張り、ロックばね５０２とロック支柱５０１との間に作用する法線力を減少させる。したがって、ロック素子、特にロックユニット５０は、ロックアクチュエータ５１０に電力が供給される際に開状態５２に切り替えられる。ロック素子５００は、別個に指定可能なロックアクチュエータ５１０、又は第１のキャリア１０の全周に延びる単一のロックアクチュエータ５１０を備え得る。
【0036】
図１に示す実施形態では、ロックばね５０１は、１つのロック支柱５０１につき２つの板ばねを備える。板ばねは成形素子１２に一体的に組み込まれる。
【0037】
図２に示す実施形態では、ロックばね５０２は、１つのロック支柱５０１ごとに１つの板ばねを備え、板ばねは１つの取り付け点を有する。板ばねは成形素子１２に一体的に組み込まれる。特に、ロック素子５００は光軸１００に対して対称に配置される。例えば、ロックアクチュエータ５１０は、対向するロック素子の状態を同期的に制御するように配置される。したがって、対向するロック素子５００（複数）は同じ状態にある。
【0038】
図３に示す実施形態では、ロックばね５０２は、１つのロック支柱５０１ごとに１つの板ばねを備え、板ばねは２つの取り付け点を有する。
【0039】
図１～図３の例示的な実施形態に示すように、ロックユニットは、第１のキャリア１０及び／又は第２のキャリア２０に作用するロック力を提供するように配置され、これらのロック力は、結果として生じる力がゼロになるように力平衡状態にある。特に、これらのロック力は、光軸１００に沿った第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０の動きをもたらさない。好ましくは、ロック力は、光軸１００に対して斜めの方向への第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０の相対運動をもたらさない。
【0040】
特に、ロックユニット５０の開状態と閉状態との間の切り替えは、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０との互いに対する相対位置を変化させない。例えば、閉状態と開状態との間を切り替えても、光軸１００に沿った第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０の位置は変化しない。
【0041】
ロックユニットは、複数のロック素子５００を備え、各ロック素子は、光軸１００に垂直な方向に第１のキャリア１０又は第２のキャリア２０にロック力を適用するように配置され、これらのロック素子は、容積部３０の周囲に沿って分布している。
【0042】
図４及び図５は、ロックユニット５０２がロックばね５０２を備える、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態を示す。ロックばね５０２は、第１のキャリア１０の外周の周りに延びている。ロックばね５０２は、光軸１００に沿った上面図から見て円形を有する。ロック状態では、ロックばね５０２は第１のキャリア１０の表面に接して配置される（ｒｅｓｔ）。言い換えれば、ロック状態では、ロックばね５０２は、第１のキャリア１０に対して半径方向にロック力を発揮する。
【0043】
ロックユニット５０はロックアクチュエータ５１０を備え、ロックアクチュエータ５１０はロックばねの内径を増大して閉状態５１から開状態５２に切り替えるように配置される。ロックアクチュエータ５１０は、光軸に沿った上面図から見て、ロックばね５０２の接線方向に力を適用する。ロックばね５０２の直径が増大することにより、ロックばね５０２と第１のキャリア１０との間の半径方向の力が減少する。ロックアクチュエータは、閾値温度超過に加熱される際に収縮するように配置されるＳＭＡワイヤーを備える。
【0044】
図５に示す実施形態では、ロックばね５０２は円形の形状を有し、ロックばねは光軸から離れる半径方向に作用する。ロック状態では、ロックばねは第２の成形器（ｓｈａｐｅｒ）２０に接して配置される。ロックアクチュエータ５１０は、ロックばね５０２の外周に沿って配置され、かつロックばね５０２に接して配置されるＳＭＡワイヤーを備える。ロックアクチュエータ５１０に電流が適用される際、ＳＭＡワイヤーが収縮し、円形状のロックばね５０２の直径が縮小する。直径が縮小することにより、ロックばね５０２と第２の成形器との間の摩擦が減少し、第２のキャリア２０に対するロックばね５０２の相対運動が可能になる。
【0045】
好ましくは、ロックユニット５０に電力が供給されない際に、ロックユニット５０は閉状態にあり、ロックユニット５０に電力が供給される際にロックユニット５０は開状態にある。言い換えれば、ロックユニットはいわゆる「アクティブオープン」形状を持つ。あるいは、ロックユニットに電力が供給されない際に、ロックユニット５０が開状態になるように配置されてもよく、これはいわゆる「アクティブクローズ」形状に相当する。アクティブクローズ形状は、ロックユニットの電力消費が、調整可能な光学要素１の調整状態を維持するためのアクチュエータの電力消費よりも小さいケースに特に関連がある。
【0046】
閉状態では、ロックユニット５０は、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０とを、フォームフィット接続の手段によって、及び／又はフォースフィット接続の手段によって接続する。ロックユニット５０は、弾性素子、特にロックばね５０２を備え、第１のキャリア１０及び／又は第２のキャリア２０の表面に法線方向の力を作用させ、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０との間にフォースフィット接続を提供する。さらにロックユニット５０は、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０の相対運動が、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０の間のフォームフィット接続の手段によって主に妨げられる、ラチェット構造のようなインターレース構造を有する表面を備えてもよい。ロックアクチュエータ５１０の手段により、フォームフィット接続が解除可能である。
【0047】
図６は、調整可能な光学要素１、特に可変レンズの例示的な実施形態の概略断面図を示す。調整可能な光学要素１は、屈折によって電磁放射線、特に可視光と相互作用する透過に基づく調整可能な光学要素であり、光学要素の少なくとも１つの光学特性が制御可能である。
【0048】
調整可能な光学要素１は、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０とを備え、第１のキャリア１０は第２のキャリア２０に対して移動可能である。第１のキャリアと第２のキャリアとの少なくとも一方、特に第１のキャリアと第２のキャリアとの両方が、調整可能な光学要素の光学面を備える。ここで、及び以下において、光学面とは、意図された方法で電磁放射線と相互作用するように配置される表面のことである。
【0049】
調整可能な光学要素１は、液体で満たされる容積部３０を備え、容積部は、光学要素１の光軸１００に沿って、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０との間に配置される。この実施形態では、ロックユニット５０は図示していない。
【0050】
図７Ａ及び７Ｂは、膜１１の手段によってバイアスされる調整可能な光学要素１を示す。図７ａでは、調整可能な光学要素は非調整状態にある。非調整状態では、アクチュエータ４０は光学特性を変化させず、膜１１は凸状に膨らんでいる。また、容積部３０を横方向に区画する弾性膜８１は凸状に膨らんでいる。非調整状態では、容積部３０内の圧力は周囲圧力よりも大きい。アクチュエータ４０は、作動力を与える形状記憶合金と、保持力を与える保持素子とを備え、ここで保持力は作動力に対向する。図７Ａ及び図７Ｂの実施形態では、保持素子は弾性膜８１を備える。図７Ｂに示すように、光学要素を調整すると、アクチュエータ４０の手段によって第１のキャリア１０と第２のキャリア２０との間の距離が減少し、体積部３０内の圧力が上昇する。圧力の増加は、膜１１の形状を変化させ、これにより、調整可能な光学要素１の光学特性が変化し、ここで弾性膜８１の張力は、作動力の手段によって容積部３０内の圧力が増加する際に増加する。弾性膜８１の張力は保持力を提供する。
【0051】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は可変レンズであり、第１のキャリアは光軸に沿った方向に変形可能であり、アクチュエータは、作動力を適用することによって光軸に沿って第１のキャリアの形状を変更するように配置される。
【0052】
一実施形態によれば、第１のキャリアは、可撓性膜と成形素子とを備え、前記膜は、調整可能な光学要素の第１の光学面を備える。成形素子は、第１の光学面の周囲に円周方向に延び、かつ成形素子は、光軸に沿った方向に弾性変形可能である。アクチュエータは、複数の作動点において成形素子に取り付けられており、かつアクチュエータは、各作動点においてそれぞれ、光軸に沿った方向における第２のキャリアに対する作動点における成形素子の位置を調整することにより、第１の光学面の形状を制御するように配置される。調整可能な光学要素は、球面、プリズム、及び／又は非点収差のうち少なくとも１つの光学特性を制御するために、少なくとも６つの作動点を備える。
【0053】
一実施形態によれば、ロック素子の数は、少なくとも作動点の数に等しく、ロック素子の各々はそれぞれ、光軸に沿った方向における第２のキャリアに対する作動点の１つの相対運動を妨げるように配置される。
【0054】
一実施形態によれば、ロックユニットは、全ての作動点の相対運動を同時に妨げるように配置される。特に、ロックユニットは単一のロックアクチュエータを備え、このアクチュエータはスイッチを閉状態と開状態との間で同期的に制御するように配置される（図５）。
【0055】
図８は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態の概略側面図を示す。図８の実施形態に示すように、保持素子８０は、第１のキャリアと第２のキャリアとを押し離すばね素子を備える。バネ素子は、容積部３０の周囲を円周方向に延びる板バネ８２１を備える。
【0056】
【0057】
図１０は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態の概略側面図を示す。図１０に示す実施形態は、保持力を提供する保持アクチュエータ８３を備える。保持アクチュエータ８３は形状記憶合金を備え、光軸１００に沿って第１のキャリア１０を第２のキャリア２０から引き離すように配置される。あるいは、保持アクチュエータは、永久磁石又はリラクタンスアクチュエータを備えてもよい。
【0058】
図１１は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態の概略斜視図を示す。アクチュエータ４０は、ＳＭＡワイヤー４２０を備え、ＳＭＡワイヤー４２０は、液体容積部３０の外周に沿ってガイドされ、ＳＭＡワイヤー４２０の主延長方向に沿った長さは、第１のキャリア１０と第２のキャリア２０との間の距離よりも長い。第１のキャリア１０と第２のキャリア２０の間の距離は、光軸１００に沿って測定される。特に、ＳＭＡワイヤーは、第１のキャリア１０及び／又は第２のキャリア２０に接して配置されることで、少なくとも一度偏向する。ＳＭＡワイヤー４２０は作動点４００に取り付けられ、作動点４００は第１のキャリア１０又は第２のキャリア２０とＳＭＡワイヤー４０との間の機械的接続を提供する。第１のキャリア１０及び第２のキャリア２０の外周に沿った作動点４００の相対位置は、角度を決定する。有利なことに、ＳＭＡワイヤー４２０をレンズの外周に沿ってガイドすることは、アクチュエータ４０の手段によって達成することができるストロークを増加させる。図１１の実施形態では、簡略化のためロックユニットは図示されていない。
【0059】
図１３は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態の概略側面図を示す。アクチュエータ４０は、複数のＳＭＡワイヤー４２０を備える。複数のＳＭＡワイヤー４２０は、第１のキャリア１０を介して共通の電気的接続を持つ。特に、第１のキャリアは少なくとも部分的に導電性である。ＳＭＡワイヤーは、第１のキャリア１０に対向するＳＭＡワイヤーの端部に電流を適用することにより、個別に指定が可能である。
【0060】
図１４は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態の概略斜視図を示す。調整可能な光学要素１は、作動力の手段によって第２のキャリア２０に対して第１のキャリア１０を移動させるように配置されるアクチュエータ４０を備え、第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０の移動は、容積部３０の形状を変化させる。特に、作動力の適用は、入射光に対する第１のキャリア１０及び／又は第２のキャリア２０の光学面（複数可）のアライメントの調整をもたらし、又は作動力の適用は、第１のキャリア及び／又は第２のキャリアの光学面（複数可）の形状の変化をもたらす。図１１及び図１２に示す実施形態と同様に、ＳＭＡワイヤー４２０は、第１のキャリア１０及び第２のキャリア２０に、作動点４００を形成するピン４１０にて接して配置される。
【0061】
図１５は、調整可能な光学要素１の例示的な実施形態の概略側面図を示す。アクチュエータ４０は複数の引張りロープを備え、各引張りロープは異なる作動点４００に取り付けられている。それぞれの引張りロープは、異なるＳＭＡワイヤー４２０と受動ワイヤー４３０を備える。ＳＭＡワイヤー４２０は第２のキャリア２０の周りに巻き付けられる。したがって、ＳＭＡワイヤーは第２のキャリア２０に接して配置され、容積部３０の外周に沿って延びる。ロックユニット５０はワイヤーを備え、これは第２のキャリア２０の周りに巻き付けられ、かつこれはこれらの引張りロープに渡って延在する。ロックユニット５０は、第２のキャリア２０とロックユニットとの間で引っ張りロープを締めるように配置され、調整可能な光学要素１を決定された調整状態にロックする。特に、全ての作動点の調整状態が同時にロックされる。この種類のアクチュエータは、ドイツ特許出願第１０２０２１１０５７０５．１号に関連して記載されており、その内容は参照として含まれる。
【0062】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は位置感知ユニットを備え、この位置感知ユニットは、第２のキャリアに対する第１のキャリアの相対位置を検出するように配置される。位置感知ユニットは、ホールセンサを備えてもよく、このホールセンサは、第２のキャリアに対する第１のキャリアの相対位置を決定するように配置される（図１５）。
【0063】
一実施形態によれば、位置感知ユニット６２は、第２のキャリアに対する各作動点の相対位置を検出するように配置される。
【0064】
図１６及び図１７は、ロックユニット５０が少なくとも３つのロック素子５００を備える、調整可能な光学要素の例示的な実施形態を示す。特に、第１のキャリア１０及び第２のキャリア２０は、少なくとも部分的に剛性である。この文脈において、部分的に剛性とは、アクチュエータ４０及び／又はロックユニット５０の手段によって連結されている第１／第２のキャリアの部分を指す。各ロック素子５００は、光軸１００に沿った第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０の１点の相対位置を規定するように配置される。調整可能な光学要素はヒンジ７０を備え、このヒンジ７０が第２のキャリア２０に対する第１のキャリア１０の回転軸７１を決定する。例えば、アクチュエータは、第１のキャリアの１点、及び第２のキャリアの多くとも２点に取り付けられる（図１６及び１７）。
【0065】
一実施形態によれば、回転軸は、光軸に沿った上面図から見て、容積部に沿って接線方向に延びる。特に、回転軸は、光軸に沿った上面図から見て、容積部の中心を通って延びていない。
【0066】
調整可能な光学要素１は可変レンズであり、第１のキャリアは可撓性膜１１と成形素子１２を備え、膜１１は調整可能な光学要素１の第１の光学面を備える。成形素子は第１の光学面の周囲に円周方向に延び、成形素子は光軸１００に沿った方向に剛性である。アクチュエータ４０は、光軸に沿った方向における第２のキャリア２０に対する成形素子の位置を調整することによって、第１の光学面の形状を制御するように配置される（図１６及び図１７）。
【0067】
ロックユニット５０は、開状態と閉状態との間で切り替わるように配置されるロックアクチュエータ５１０を備え、ロックアクチュエータは、形状記憶合金、電気永久磁石、又はリラクタンスアクチュエータのうちの１つを備える。特に、ロックアクチュエータ５１０は、形状記憶合金（ＳＭＡ）を備え、この形状記憶合金は、主延長方向を有するワイヤー形状を有する。ＳＭＡは、転移温度を超えると主伸長方向に沿って収縮するように配置される。例えば、ワイヤーに電流を適用することにより、ワイヤーは転移温度超過に加熱される。
【0068】
調整可能な光学要素１は、調整可能な光学要素に作用する加速力を測定するための加速度計６０と、ロックユニット５０の開状態と閉状態との間の切り替えを制御する制御ユニット６１とを備え、制御ユニットは、加速度計が閾値超過の加速力を検出する場合にロックユニットを閉状態に切り替えるように配置される。加速力の値の閾値は１Ｇとすることができ、好ましくは１．５Ｇ又は３Ｇとすることができる。したがって、ロックユニットは、落下事象のように高い加速力にさらされる際に、第１のキャリアと第２のキャリアの相対運動を防止することができる。
【0069】
一実施形態によれば、第１のキャリアと第２のキャリアとの相対位置の調整により、容積部内の液体の圧力が変化し、これにより膜が湾曲するようになる。
【0070】
一実施形態によれば、調整可能な光学要素は可変プリズムであり、第１のキャリア及び第２のキャリアは剛性の透明素子であり、かつアクチュエータは、第２のキャリアに対して第１のキャリアを傾斜させるように配置される。
【0071】
本発明は、これらに基づく説明によってこれらの実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、任意の新規の特徴及び特徴の任意の組み合わせを包含し、特に、その特徴又は組み合わせ自体が特許請求の範囲又は実施形態に明示的に記載されていなくても、特許請求の範囲の特徴の任意の組み合わせが含まれる。
【0072】
符号の一覧
１ 調整可能な光学要素
１０ 第１のキャリア
１１ 膜
１２ 成形素子
２０ 第２のキャリア
２１ ウィンドウ
３０ 容積部
４０ アクチュエータ
５０ ロックユニット
５１ 閉状態
５２ 開状態
６０ 加速度計
６１ 制御ユニット
６２ 位置関知ユニット
７０ ヒンジ
７１ 回転軸
８０ 保持素子
８１ 弾性膜
８２ ばね素子
８２１ 板ばね
８３ 保持アクチュエータ
８３０ マウント
１００ 光軸
４００ 作動点
４１０ ピン
４２０ ＳＭＡワイヤー
４３０ 受動ワイヤー
５００ ロック素子
５０１ ロック支柱
５０２ ロックばね
５０３ ロックリング
５０４ スリット
５１０ ロックアクチュエータ
１ 調整可能な光学要素
１０ 第１のキャリア
１１ 膜
１２ 成形素子
２０ 第２のキャリア
２１ ウィンドウ
３０ 容積部
４０ アクチュエータ
５０ ロックユニット
５１ 閉状態
５２ 開状態
６０ 加速度計
６１ 制御ユニット
６２ 位置関知ユニット
７０ ヒンジ
７１ 回転軸
８０ 保持素子
８１ 弾性膜
８２ ばね素子
８２１ 板ばね
８３ 保持アクチュエータ
８３０ マウント
１００ 光軸
４００ 作動点
４１０ ピン
４２０ ＳＭＡワイヤー
４３０ 受動ワイヤー
５００ ロック素子
５０１ ロック支柱
５０２ ロックばね
５０３ ロックリング
５０４ スリット
５１０ ロックアクチュエータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【国際調査報告】