JPH0416793A - Light strain actuator - Google Patents
Light strain actuatorInfo
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- JPH0416793A JPH0416793A JP12235690A JP12235690A JPH0416793A JP H0416793 A JPH0416793 A JP H0416793A JP 12235690 A JP12235690 A JP 12235690A JP 12235690 A JP12235690 A JP 12235690A JP H0416793 A JPH0416793 A JP H0416793A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、光エネルギーによって形状が歪む光歪み効果
を利用したアクチュエータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an actuator that utilizes the optical distortion effect in which the shape is distorted by light energy.
[背景技術]
第13図(a)に示すものは、光歪みアクチュエータの
従来例であり、光エネルギーによって伸張する光歪み材
料からなるプレート102と光エネルギーによって収縮
する光歪み材料からなるプレート103を一体に貼り合
わせたバイモルフ形の光歪み素子lotの一端を固定部
104に固定したものである。この光歪み素子101の
表面に光105が照射されると、第13図(b)に示す
ように、光歪み効果によって光歪み素子101が湾曲し
、その自由端がP。からPへ変位する。[Background Art] What is shown in FIG. 13(a) is a conventional example of a photostrictive actuator, which includes a plate 102 made of a photostrictive material that expands with light energy and a plate 103 made of a photostrictive material that contracts with light energy. One end of a lot of bimorph photostrictive elements bonded together is fixed to a fixing part 104. When the surface of this photostrictive element 101 is irradiated with light 105, the photostrictive element 101 is curved due to the photostrictive effect, and its free end is curved at P, as shown in FIG. 13(b). Displaces from to P.
光歪み効果の原理は、強誘電体の持つ光の照射で大きな
電圧を発生する現象(光起電力効果)と、電圧をかける
と伸縮する現象〔圧電効果〕の重畳作用である。なお、
ここでいう光起電力効果は、半導体のPN接合に基づく
ものとは全く異なり、光で励起された電子が強誘電体の
自発分極に由来して、特定の方向をもって移動すること
により起こるものである。また、光歪み材料としては、
例えばニオブ、タングステンなどを添加したジルコン酸
チタン酸ランタン鉛(PLZT)等の圧電セラミックス
を材料とすることができる。バイモルフ形の光歪み素子
は、例えば2枚のPLZT板を貼り合わせたものであり
、それぞれのPLZT板の分極方向は互いに逆向ぎとな
っている。しかして、光歪み素子に光が当たると、光の
当たったPLZT板の両端に光起電圧が発生する。それ
と同時に、光起電圧による圧電効果のため、一方のPL
ZT板の長さが光歪み効果でわずかに伸び、他方のPL
ZT板は、わずかに縮む。2枚のPLZT板は貼り合わ
されているので、この結果、光照射によって光歪み素子
が全体的に屈曲するのである。The principle of the photodistortion effect is the superposition of a phenomenon in which a ferroelectric material generates a large voltage when irradiated with light (photovoltaic effect) and a phenomenon in which it expands and contracts when a voltage is applied (piezoelectric effect). In addition,
The photovoltaic effect referred to here is completely different from that based on semiconductor PN junctions, and is caused by electrons excited by light moving in a specific direction due to the spontaneous polarization of a ferroelectric material. be. In addition, as a photostrictive material,
For example, piezoelectric ceramics such as lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) to which niobium, tungsten, or the like is added can be used. A bimorph type photostrictive element is, for example, made by bonding two PLZT plates together, and the polarization directions of each PLZT plate are opposite to each other. When light hits the photostrictive element, a photovoltage is generated at both ends of the PLZT plate that is hit by the light. At the same time, due to the piezoelectric effect caused by the photovoltaic voltage, one of the PL
The length of the ZT plate is slightly extended due to the optical distortion effect, and the length of the other PL
The ZT plate will shrink slightly. Since the two PLZT plates are bonded together, as a result, the entire photostrictive element is bent by light irradiation.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、第13図(a)(b)に示したような従
来の光歪みアクチュエータにあっては、光歪み素子の表
面に光を照射させるための空間(光源から光歪み素子ま
での空間)を周囲に確保する必要があり、このために光
歪みアクチュエータの全体形状が大きくなり、集積性も
悪くなるという問題があった。さらに、光エネルギーを
高密度で7クチユエータに照射できないという欠点があ
った。[Problems to be Solved by the Invention] However, in conventional optical distortion actuators as shown in FIGS. 13(a) and 13(b), a space (a light source It is necessary to secure a space around the optical distortion actuator (space from Furthermore, there was a drawback that the seven cutuators could not be irradiated with light energy at high density.
本発明は、叙上の従来例の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的とするところは、光歪みアクチュ
エータの形状を小形化すると共に集積度な高め、かつ、
光エネルギーを高密度でアクチュエータに照射させ、効
率よ(アクチュエータを歪ませることにある。The present invention has been made in view of the problems of the conventional example described above, and its main objectives are to reduce the size of the optical distortion actuator, increase the degree of integration, and
The purpose is to irradiate the actuator with high-density light energy to improve efficiency (distorting the actuator).
[課題を解決するための手段]
本発明の光歪みアクチュエータは、光エネルギーによっ
て歪みを発生させる1種もしくは2種以上の光歪み材料
によって形成された光歪みアクチュエータであって、前
記光歪み材料の表面もしくは前記光歪み材料の間の界面
に光導波層を設けたことな特徴としている。[Means for Solving the Problem] The photostrictive actuator of the present invention is a photostrictive actuator formed of one or more types of photostrictive materials that generate distortion by optical energy, wherein It is characterized in that an optical waveguide layer is provided on the surface or at the interface between the photostrictive materials.
[作用コ
本発明にあっては、光導波層の受光端から光を送り込む
と、光エネルギーは光導波層内を伝搬して広がり、光導
波層と光歪み材料との境界面から光歪み材料に吸収され
、光歪みアクチュエータを動作させる。[Function] In the present invention, when light is sent from the light-receiving end of the optical waveguide layer, the optical energy propagates and spreads within the optical waveguide layer, and the light energy is transmitted from the interface between the optical waveguide layer and the photostrictive material to the photostrictive material. is absorbed by the light and operates the optical distortion actuator.
しかして、光エネルギーは、光導波層内にとじ込められ
ながら伝搬されるので、光アクチュエータの外部へ逃げ
に<<、光エネルギーを光歪み材料へ効率的に吸収させ
ることができ、しかも光導波層を通じて高密度の光エネ
ルギーを送ることができるので、効果的に光歪み効果を
起こさせて光歪みアクチュエータの動作を大きくするこ
とができる。Therefore, since the optical energy is propagated while being confined within the optical waveguide layer, it is possible to efficiently absorb the optical energy into the optical distortion material without escaping to the outside of the optical actuator. Since a high density of light energy can be sent through the layer, it is possible to effectively induce a photodistortion effect and increase the operation of the photodistortion actuator.
また、光は、空間を経由することなく光導波層を通って
伝搬されるので、光歪みアクチュエータの周囲に光エネ
ルギー伝搬経路としての空間が必要なくなり、光アクチ
ュエータの素子形状を小形化することかでき、いくつか
の光学的素子を一体に形成する場合には、集積度を向上
させることができる。In addition, since light is propagated through the optical waveguide layer without passing through space, there is no need for a space around the optical distortion actuator as a path for optical energy propagation, making it possible to downsize the element shape of the optical actuator. If several optical elements are integrally formed, the degree of integration can be improved.
さらに、光エネルギーは光導波層を伝搬させられるので
、空間から光歪みアクチュエータに光を照射しにくいよ
うな使用環境下においても光歪みアクチュエータを動作
させることが可能になる。Furthermore, since the optical energy can be propagated through the optical waveguide layer, it becomes possible to operate the optical distortion actuator even under usage environments where it is difficult to irradiate the optical distortion actuator with light from space.
[実施例コ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。[Example code] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
第1図に示すものは、本発明の第一の実施例の光歪みア
クチュエータ1であり、1対のプレート2.3を一体に
貼り合わせたバイモルフ形の光歪み素子4の両面に、そ
れぞれ光導波層5を形成したものである。光歪み素子4
の一方のプレート2は、光エネルギーによって伸張する
光歪み材料によって形成されており、他方のプレート3
は、光エネルギーによって収縮する光歪み材料によって
形成されている。光導波層5は、両プレート2゜3の外
面の全面に形成されており、先導波層5の屈折率は、外
部空間(空気)の屈折率よりも大きく、両プレート2,
3の屈折率よりも小さくなっていることが好ましい。こ
のため、光導波層5内を伝搬する光は、外部空間側への
漏洩は極めて小さく、光導波層5内を伝搬されているう
ちに、光歪み素子4側へ吸収される。また、光導波層5
の材料は、特に限定されるものではないが、例えばSm
O2等をプレート2,3の表面に蒸着させたり、あるい
は22法等によって透明有機材料をプレート2,3の表
面に塗布したりすることができる。What is shown in FIG. 1 is an optical distortion actuator 1 according to a first embodiment of the present invention, in which light guides are provided on both sides of a bimorph-shaped optical distortion element 4 made by bonding a pair of plates 2.3 together. A wave layer 5 is formed. Photodistortion element 4
One plate 2 of the is formed of a photostrictive material that is stretched by light energy, and the other plate 3
is made of a photostrictive material that contracts with light energy. The optical waveguide layer 5 is formed on the entire outer surface of both plates 2.3, and the refractive index of the waveguide layer 5 is larger than the refractive index of the external space (air).
It is preferable that the refractive index is smaller than 3. Therefore, the light propagating within the optical waveguide layer 5 has very little leakage to the outside space side, and is absorbed toward the photostrictive element 4 side while being propagated within the optical waveguide layer 5. In addition, the optical waveguide layer 5
Although the material is not particularly limited, for example, Sm
O2 or the like can be vapor-deposited on the surfaces of the plates 2, 3, or a transparent organic material can be applied on the surfaces of the plates 2, 3 by the 22 method or the like.
この光歪み素子4は、一端を固定部6に垂直に固定され
ており、両光導波層5の受光端には光ファイバー7が光
結合されている。This photostrictive element 4 has one end vertically fixed to a fixing part 6, and an optical fiber 7 is optically coupled to the light receiving ends of both optical waveguide layers 5.
しかして、両光ファイバー7から光導波層5に光を入射
させると、光エネルギーが光導波層5内に広がり、光歪
み素子4へ吸収される。このため、光歪み効果によって
、一方のプレート2が伸張すると共に他方のプレート3
が収縮し、両プレート2.3が貼り合わせられているた
め、光歪みアクチュエータ1が湾曲し、その自白端8が
変位するのである。When light is incident on the optical waveguide layer 5 from both optical fibers 7, the optical energy spreads within the optical waveguide layer 5 and is absorbed by the photostrictive element 4. Therefore, due to the optical distortion effect, one plate 2 stretches while the other plate 3
is contracted and both plates 2.3 are pasted together, so that the optical distortion actuator 1 is bent and its self-contained end 8 is displaced.
第2図に示すものは、本発明の第二の実施例の光歪みア
クチュエータ11である。この光歪みアクチュエータ1
1にあっては、光エネルギーによって収縮する光歪み材
料(あるいは、光エネルギーによって伸張する光歪み材
料でもよい。)によって形成された1枚のプレート状を
した光歪み素子12の片面の全面に光導波層13を積層
してあり、光導波層13の一端には、光ファイバー7が
光結合されている。また、光歪みアクチュエータ11の
一端は、第3図に示すように、固定NI6に垂直に固定
されている。What is shown in FIG. 2 is an optical distortion actuator 11 according to a second embodiment of the present invention. This optical distortion actuator 1
1, a light guide is provided on one entire surface of a plate-shaped photostrictive element 12 made of a photostrictive material that contracts with light energy (or may also be a photostrictive material that expands with light energy). A wave layer 13 is laminated, and an optical fiber 7 is optically coupled to one end of the optical waveguide layer 13. Further, one end of the optical distortion actuator 11 is fixed perpendicularly to the fixed NI 6, as shown in FIG.
しかして、光ファイバー7から光導波層13内に光を入
射させると、光エネルギーは光導波層13内に広がり、
片面のみから光歪み素子12へ吸収される。光歪み素子
12の光導波層13から光エネルギーを吸収した片面は
収縮するが、反対側の面では光エネルギーの吸収がない
ために伸縮せず、この結果光歪みアクチュエータ11が
湾曲し、その自由端14が変位する。このように、光歪
み素子12の表面に光導波層13を形成すれば、バイモ
ルフ形でない単層構造の光歪みアクチュエータを製作す
ることができる。Therefore, when light enters the optical waveguide layer 13 from the optical fiber 7, the optical energy spreads within the optical waveguide layer 13,
The light is absorbed into the photostrictive element 12 only from one side. One side of the photostriction element 12 that absorbs optical energy from the optical waveguide layer 13 contracts, but the other side does not absorb optical energy and therefore does not expand or contract. As a result, the photostriction actuator 11 curves and loses its freedom. End 14 is displaced. By forming the optical waveguide layer 13 on the surface of the photostrictive element 12 in this way, it is possible to manufacture a photostrictive actuator with a single layer structure other than a bimorph type.
第4図(a) (b)に示すものは、本発明の第三の実
施例の光歪みアクチュエータ21である。この実施例に
あっては、光歪み材料からなる1枚のプレート状をした
光歪み素子12の片面に光導波層13を形成し、この光
歪み素子12の一端を固定部22の端面に略平行に固定
している。光歪み素子12の上面と固定部22の上面と
は夏−となっており、光導波層13の受光端には、固定
部22の上面に形成された光導波路23が光結合されて
いる。What is shown in FIGS. 4(a) and 4(b) is an optical distortion actuator 21 according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, an optical waveguide layer 13 is formed on one side of a plate-shaped photostrictive element 12 made of a photostrictive material, and one end of this photostrictive element 12 is approximately attached to the end surface of the fixed part 22. fixed in parallel. The upper surface of the photostrictive element 12 and the upper surface of the fixed part 22 are connected to each other, and an optical waveguide 23 formed on the upper surface of the fixed part 22 is optically coupled to the light receiving end of the optical waveguide layer 13.
しかして、光導波路23から光導波層13へ光を入射さ
せていない状態では、第4図(a)に示すように、光歪
みアクチュエータ21は真っ直ぐな状態を保っているが
、光導波路23から光導波層13内に光が入射されると
、光歪みアクチュエータ21が反応して、第4図(b)
のように湾曲する(この場合、光歪み材料が光エネルギ
ーによって収縮するものとしている。)。However, when no light is input from the optical waveguide 23 to the optical waveguide layer 13, the optical distortion actuator 21 maintains a straight state as shown in FIG. When light enters the optical waveguide layer 13, the optical distortion actuator 21 reacts, and as shown in FIG. 4(b)
(In this case, it is assumed that the photo-distortion material contracts due to light energy.)
第5図に示すものは、本発明の第四の実施例の光歪みア
クチュエータ31であって、直角に光を伝搬させるため
の構造を示している。この実施例にあっては、光歪み材
料からなる1枚のプレート状をした光歪み素子32の一
端を固定部36の端面に直角に固定してあり、光歪み素
子32の固定部36側の表面に光導波層33を形成しで
ある。FIG. 5 shows an optical distortion actuator 31 according to a fourth embodiment of the present invention, and shows a structure for propagating light at right angles. In this embodiment, one end of a plate-shaped photostrictive element 32 made of a photostrictive material is fixed perpendicularly to the end surface of the fixing part 36, and the side of the fixing part 36 of the photostrictive element 32 An optical waveguide layer 33 is formed on the surface.
一方、固定部36の上面に形成された光導波路37の端
部が光導波層33の受光端34に光結合されている。さ
らに、光導波層33の受光端34において、光歪み素子
32の表面には45°の傾斜角度を持つミラ一部35を
設けである。すなわち、このミラ一部35は、光導波層
33の面及び光導波路37の面に対して45度の角度を
なしており、その表面には蒸着等の方法によって反射率
の高い金属材料を成膜されている。そして、光導波層3
3の受光端34はミラ一部35の上に形成されており、
光導波路37はミラ一部35において光導波層33の受
光端34に結合されている。On the other hand, an end portion of an optical waveguide 37 formed on the upper surface of the fixed portion 36 is optically coupled to the light receiving end 34 of the optical waveguide layer 33. Further, at the light receiving end 34 of the optical waveguide layer 33, a mirror portion 35 having an inclination angle of 45° is provided on the surface of the photostrictive element 32. That is, this mirror part 35 forms an angle of 45 degrees with respect to the plane of the optical waveguide layer 33 and the plane of the optical waveguide 37, and a metal material with high reflectivity is formed on the surface by a method such as vapor deposition. It is coated with a membrane. And the optical waveguide layer 3
The light receiving end 34 of No. 3 is formed on the mirror part 35,
The optical waveguide 37 is coupled to the light receiving end 34 of the optical waveguide layer 33 at the mirror portion 35 .
しかして、光導波路37から光導波層33の受光端34
へ光が垂直に入射されると、受光端34へ入射した光は
、ミラ一部35で反射して直角に折曲げられ、光導波層
33内へ広がる。Therefore, from the optical waveguide 37 to the light receiving end 34 of the optical waveguide layer 33
When light enters the light receiving end 34 perpendicularly, the light enters the light receiving end 34, is reflected by the mirror portion 35, is bent at right angles, and spreads into the optical waveguide layer 33.
第6図(a)に示すものは、本発明の第五実施例の光歪
みアクチュエータ41である。これは、光歪み材料から
なる光歪み素子12の一方表面に光導波層13を形成し
、光導波層13の表面の全面に光散乱層42を設けたも
のであり、第2図に示した光アクチュエータ11Φ光導
波層13の上に、さらに光散乱層42を付加した構造と
なっている。What is shown in FIG. 6(a) is an optical distortion actuator 41 according to a fifth embodiment of the present invention. In this structure, an optical waveguide layer 13 is formed on one surface of a photostrictive element 12 made of a photostrictive material, and a light scattering layer 42 is provided on the entire surface of the optical waveguide layer 13, as shown in FIG. The optical actuator 11 has a structure in which a light scattering layer 42 is further added on the optical waveguide layer 13.
光散乱層42は、光導波層13からくる光を乱反射させ
ることを目的としており、例えば表面を粗面処理された
低屈折率材料の層によって形成することができる。The light scattering layer 42 is intended to diffusely reflect the light coming from the optical waveguide layer 13, and can be formed of, for example, a layer of a low refractive index material whose surface has been roughened.
光ファイバー7や光導波路から光導波層13に光が入射
させられると、入射光線は光導波層13内で全反射を繰
り返しながら広がってゆくが、光散乱層42で乱反射さ
れるため、光導波層13と光歪み素子12の境界面にお
いて入射角度が全反射角よりも小さくなり、光導波層1
3側から光歪み素子12側へ光が進入しやすくなり、光
歪み素子12への光エネルギーの吸収効率が向上する。When light enters the optical waveguide layer 13 from the optical fiber 7 or the optical waveguide, the incident light beam spreads while repeating total reflection within the optical waveguide layer 13, but is diffusely reflected by the light scattering layer 42, so that the optical waveguide layer 13 and the optical distortion element 12, the incident angle becomes smaller than the total reflection angle, and the optical waveguide layer 1
It becomes easier for light to enter from the third side to the photostrictive element 12 side, and the absorption efficiency of light energy into the photostrictive element 12 is improved.
すなわち、第6図(b)に示すものは、光導波層13内
における光強度であり、横軸Xは光導波層13の受光端
からの距離である。光散乱層42を設けていない、例え
ば第2図のような光歪みアクチュエータ11では、光導
波層lS内における光強度が第6図(b)の曲線口(破
線)のようになるのに対し、光導波層13の表蘭に光散
乱層42を設けると、曲線イ(実線)のように速やかに
光強度が減少する。すなわち、光散乱層42を設けると
、光歪み素子12内への光吸収効率が向上する。なお、
光散乱層42は、光歪み素子12と光導波層13との間
に設けてもよい。That is, what is shown in FIG. 6(b) is the light intensity within the optical waveguide layer 13, and the horizontal axis X is the distance from the light receiving end of the optical waveguide layer 13. In the optical distortion actuator 11 as shown in FIG. 2, for example, in which the light scattering layer 42 is not provided, the light intensity within the optical waveguide layer IS is as shown by the curved line (dashed line) in FIG. 6(b). When the light scattering layer 42 is provided on the front surface of the optical waveguide layer 13, the light intensity quickly decreases as shown by curve A (solid line). That is, by providing the light scattering layer 42, the efficiency of light absorption into the photostrictive element 12 is improved. In addition,
The light scattering layer 42 may be provided between the photostrictive element 12 and the optical waveguide layer 13.
第7図に示すものは、本発明の第六実施例の光歪みアク
チュエータ51であって、バイモルフ形の光歪み素子4
の両面に形成された光導波層5の全面に光学的不透明層
52を設け、光学的不透明層52によって光導波層5を
覆ったものである。What is shown in FIG. 7 is a photostriction actuator 51 according to a sixth embodiment of the present invention, in which a bimorph type photostriction element 4
An optically opaque layer 52 is provided on the entire surface of the optical waveguide layer 5 formed on both sides of the optical waveguide layer 5, and the optical waveguide layer 5 is covered with the optically opaque layer 52.
しかして、光導波層5の表面に光学的不透明層52を設
けているので、光導波層5内に外部からの光が侵入せず
、外乱光の影響を遮断することができる。この光学的不
透明層52は、例えば不透明塗膜を印刷したり、金属膜
を蒸着させることにより容易に形成することかできるが
、金属膜の光学的不透明層52であれば、光導波層5内
の光エネルギーが光学的不透明層52に吸収されること
なく反射されるので、光歪み素子4に効果的に光エネル
ギーを吸収させることができる。Since the optically opaque layer 52 is provided on the surface of the optical waveguide layer 5, light from the outside does not enter into the optical waveguide layer 5, and the influence of disturbance light can be blocked. This optically opaque layer 52 can be easily formed, for example, by printing an opaque coating or depositing a metal film, but if the optically opaque layer 52 is made of a metal film, it can be formed within the optical waveguide layer 5. Since the optical energy is reflected without being absorbed by the optically opaque layer 52, the optical distortion element 4 can effectively absorb the optical energy.
なお、このようなバイモルフ形の光歪みアクチュエータ
において、第6図のような光散乱層な両面の光導波層の
上に設けてもよく、また第2図のような片面のみに光導
波層をもつ光歪みアクチュエータにおいて、第7図のよ
うな光学的不透明層を片面の光導波層の上に設けてもよ
い。さらに、片面のみに光導波層をもつ光歪みアクチュ
エータにおいて、光導波層と光歪み素子のそれぞれの表
面に光学的不透明層を設け、光歪み素子側でも外乱光の
影響をカットしてもよい。In addition, in such a bimorph type optical distortion actuator, a light scattering layer as shown in FIG. 6 may be provided on the optical waveguide layer on both sides, or an optical waveguide layer may be provided on only one side as shown in FIG. In the optical distortion actuator having the above structure, an optically opaque layer as shown in FIG. 7 may be provided on one side of the optical waveguide layer. Furthermore, in a photostrictive actuator having an optical waveguide layer on only one side, an optically opaque layer may be provided on each surface of the optical waveguide layer and the photostrictive element to cut off the influence of disturbance light on the photostrictive element side as well.
第8図に示すものは、本発明の第七実施例の光歪みアク
チュエータ61であって、光エネルギーを吸収すること
によって伸張する光歪み材料によって形成されたプレー
トθ2と、光エネルギーを吸収することによって収縮す
る光歪み材料によって形成されたプレート63との間に
、はぼ均一な厚みの光導波層6Sを挟み込み、一体に貼
り合わせたものである。これは、両プレート82.63
からなる光歪み素子84の内部に光導波層65を挿入し
た構造であり、光導波層85には光ファイバー7や光導
波路が接続される。FIG. 8 shows a photostrictive actuator 61 according to a seventh embodiment of the present invention, which includes a plate θ2 formed of a photostrictive material that expands by absorbing optical energy, and a plate θ2 that expands by absorbing optical energy. An optical waveguide layer 6S having a substantially uniform thickness is sandwiched between the plate 63 made of a photo-distortion material that contracts and the plate 63 is bonded together. This is both plates 82.63
It has a structure in which an optical waveguide layer 65 is inserted into the inside of a photostrictive element 84, and the optical fiber 7 or an optical waveguide is connected to the optical waveguide layer 85.
しかして、光フアイバー7等から光導波層65内に光が
入射させられると、光が光導波層65内に広がり、光導
波層65の両面から両プレート62.63へ吸収され、
光歪みアクチュエータ61が湾曲して自白端が変位する
ものである。When light enters the optical waveguide layer 65 from the optical fiber 7 or the like, the light spreads within the optical waveguide layer 65 and is absorbed by both plates 62 and 63 from both sides of the optical waveguide layer 65.
The light distortion actuator 61 is curved to displace the light end.
なお、この実施例において、光導波層65の受光端と反
対側の端面(図では、上端面)に光学的不透明層や光散
乱層を形成してもよい。In this embodiment, an optically opaque layer or a light scattering layer may be formed on the end surface (the upper end surface in the figure) of the optical waveguide layer 65 opposite to the light receiving end.
第9図に示すものは、本発明の第八実施例の光歪みアク
チュエータ71である。この実施例では、1対のプレー
ト62.63からなる光歪み素子64の内部にくさび形
をした光導波層72を形成している。すなわち、受光端
73側では、光導波層72の厚みが大きくなっており、
受光端73と反対側の端74では、光導波層72の厚み
がOとなって両プレート62.63の端部同士が接触し
ている。この実施例では、光導波層72の受光端73と
反対側の端74が閉じているので、光導波層72内の光
が受光端と反対側から外部へ抜は圧ることかなく、光歪
み素子64への光エネルギーの吸収効率が向上させられ
る。また、この実施例では、伝搬光が放射モードとなり
易くなっているので、光導波層72の材質(屈折率)に
制約を受けない。What is shown in FIG. 9 is an optical distortion actuator 71 according to an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, a wedge-shaped optical waveguide layer 72 is formed inside a photostrictive element 64 consisting of a pair of plates 62 and 63. That is, the thickness of the optical waveguide layer 72 is increased on the light receiving end 73 side,
At an end 74 opposite to the light receiving end 73, the thickness of the optical waveguide layer 72 is O, and the ends of both plates 62 and 63 are in contact with each other. In this embodiment, since the end 74 of the optical waveguide layer 72 opposite to the light receiving end 73 is closed, the light inside the optical waveguide layer 72 is not forced out from the side opposite to the light receiving end, and the light is not forced out. The absorption efficiency of optical energy into the distortion element 64 is improved. Furthermore, in this embodiment, since the propagating light tends to be in the radiation mode, there is no restriction on the material (refractive index) of the optical waveguide layer 72.
本発明の光歪みアクチュエータは、種々の機器に用いる
ことができ、例えばマイクロバルブに用いることができ
る。第10図は、液体や気体等の流体を送るための流体
管81に流量調整用のマイクロバルブ82を設けたもの
であり、流体管81の流下側には、流体の流量を検出さ
せるためのレーザドツプラー計などの流量センサー83
が設けられている。また、流量センサー83と光量制御
部84とは、光ファイバー85によって接続されており
、流量センサー83で検出された流量信号は、光ファイ
バー85を通じて光量制御部84へ送られる。光量制御
部84は、主として、半導体レーザ素子や発光ダイオー
ド等の光源と内部変調器(あるいは、外部変調器)から
構成されている。The optical distortion actuator of the present invention can be used in various devices, for example, in microvalves. In FIG. 10, a micro valve 82 for adjusting the flow rate is provided in a fluid pipe 81 for sending fluid such as liquid or gas, and a micro valve 82 for adjusting the flow rate is provided on the downstream side of the fluid pipe 81. Flow rate sensor 83 such as a laser Doppler meter
is provided. Further, the flow rate sensor 83 and the light amount control section 84 are connected by an optical fiber 85, and the flow rate signal detected by the flow rate sensor 83 is sent to the light amount control section 84 through the optical fiber 85. The light amount control section 84 mainly includes a light source such as a semiconductor laser element or a light emitting diode, and an internal modulator (or an external modulator).
また、光量制御部84とマイクロバルブ82内の光歪み
アクチュエータも光ファイバー86によって接続されて
おり、光量制御部54は、流量センサー83で検出して
いる流量値が設定値から外れると、光ファイバー86を
通じてマイクロバルブ82の光歪みアクチュエータへ伝
送している光エネルギーの強度を変調させ、設定値の流
量が得られるようにマイクロバルブ82をフィードバッ
ク制御する。このように、流量の制御系に電気を用いず
、光エネルギーを用いれば、電気火花等による発火の恐
れがあるような流体の流量も安全に制御することができ
る。Further, the light amount control section 84 and the optical distortion actuator in the micro valve 82 are also connected by an optical fiber 86, and when the flow rate value detected by the flow rate sensor 83 deviates from the set value, the light amount control section 54 The intensity of the optical energy being transmitted to the optical distortion actuator of the microvalve 82 is modulated, and the microvalve 82 is feedback-controlled so that a set flow rate is obtained. In this way, by using optical energy instead of electricity in the flow rate control system, it is possible to safely control the flow rate of fluids that are likely to be ignited by electrical sparks or the like.
第11図(a) (b) (c)に示すものは、上記の
ような流体管81に設けられたマイクロバルブ82の具
体的構造及びその動作を示す断面図である。すなわち、
マイクロバルブ82の筒体87内には、流路と垂直に光
歪みアクチュエータ88が配設されており、光歪みアク
チュエータ88の一端は筒体87に固定され、自由端は
筒体87の内面に設けられた凹部89内に納められてい
る。光歪みアクチュエータ88には、光ファイバー88
が接続されており、光量制御部84から光エネルギーが
伝送されていない場合には、第11図(a)に示すよう
に、光歪みアクチュエータ88の自由端は、凹部89の
縁のストッパー90に当接し、マイクロバルブ82の流
路を完全に閉じ、流量は0となる。これに対し、光ファ
イバー86を通じて伝送される光エネルギーが増加する
と、第11図(b)(C)に示すように、光歪みアクチ
ュエータ88が湾曲して大きく曲がり(例えば、第11
図(b)は光強度10%、第11図(c)は光強度5o
%〕、筒体87の内周と光歪みアクチュエータ88の自
由端の間の隙間が大きくなり、流量が増加する。FIGS. 11(a), 11(b), and 11(c) are cross-sectional views showing the specific structure and operation of the microvalve 82 provided in the fluid pipe 81 as described above. That is,
An optical distortion actuator 88 is arranged perpendicularly to the flow path inside the cylinder 87 of the microvalve 82. One end of the optical distortion actuator 88 is fixed to the cylinder 87, and a free end is attached to the inner surface of the cylinder 87. It is housed in a recess 89 provided therein. The optical distortion actuator 88 includes an optical fiber 88.
is connected, and no optical energy is transmitted from the light amount control unit 84, the free end of the optical distortion actuator 88 touches the stopper 90 on the edge of the recess 89, as shown in FIG. 11(a). They come into contact, completely closing the flow path of the microvalve 82, and the flow rate becomes zero. On the other hand, when the optical energy transmitted through the optical fiber 86 increases, the optical distortion actuator 88 curves and bends significantly (for example, as shown in FIGS. 11(b) and (C)).
Figure (b) shows the light intensity at 10%, and Figure 11 (c) shows the light intensity at 5o.
%], the gap between the inner periphery of the cylinder 87 and the free end of the optical distortion actuator 88 becomes larger, and the flow rate increases.
なお、腐食性ガスや反応性ガス等の雰囲気中で使用され
る場合には、光歪みアクチュエータの全体をポリテトラ
フルオロエチレン(PTPE)等のフッ素系樹脂などで
コーティングしてもよい。Note that when used in an atmosphere of corrosive gas or reactive gas, the entire photostrictive actuator may be coated with a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTPE).
第12図(a) (b)に示すものは、別な構造のマイ
クロバルブ82な示す断面図である。この実施例では、
マイクロバルブ82の筒体91の内側面に筒体91の軸
心方向と平行な凹部92を設け、この凹部92内に光歪
みアクチュエータ9゛3を配置し、光歪みアクチュエー
タ93の一端を凹部92内の端部に固定している。しか
して、光ファイバー86から光エネルギーが伝送されて
いない場合には、光歪みアクチュエータ93は変形せず
、マイクロバルブ82の開口率が100%となっている
ので、第12図(a)に示すように、大きな流量が得ら
れる。これに対し、光ファイバー86から大きな強度の
光エネルギーが伝送されると、光歪みアクチュエータ9
3が大ぎく湾曲し、第12区(b)に示すように、マイ
クロバルブ82の流路を完全に閉じ、流体の流量をOに
する。そして、第12図(a)の状態と第12図(b)
の状態との中間においては、適当な流量を得ることがで
きる。12(a) and 12(b) are cross-sectional views showing a microvalve 82 having a different structure. In this example,
A recess 92 parallel to the axial direction of the cylinder 91 is provided on the inner surface of the cylinder 91 of the microvalve 82, the optical distortion actuator 9'3 is disposed within the recess 92, and one end of the optical distortion actuator 93 is inserted into the recess 92. It is fixed at the inner end. When no optical energy is transmitted from the optical fiber 86, the optical distortion actuator 93 does not deform and the aperture ratio of the microvalve 82 is 100%, as shown in FIG. 12(a). A large flow rate can be obtained. On the other hand, when high-intensity optical energy is transmitted from the optical fiber 86, the optical distortion actuator 9
3 is bent sharply, and as shown in Section 12 (b), the flow path of the microvalve 82 is completely closed and the flow rate of the fluid is set to O. Then, the state shown in FIG. 12(a) and the state shown in FIG. 12(b)
An appropriate flow rate can be obtained between the conditions of .
[発明の効果]
本発明によれば、光導波層を通じて光歪みアクチュエー
タへ光エネルギーを送ることができるので、高密度の光
エネルギーを入射させることができると共に光エネルギ
ーが外部へ逃げにくく、光エネルギーを効率的に使用し
て光歪みアクチュエータの動作を大きくすることができ
る。さらに、光歪みアクチュエータの周囲に、光を伝播
させて光エネルギーを照射させるための空間が必要なく
なるので、光歪みアクチュエータの素子形状を小形化で
き、また、集積度も向上させることができる。[Effects of the Invention] According to the present invention, since optical energy can be sent to the optical distortion actuator through the optical waveguide layer, it is possible to input high-density optical energy, and the optical energy is difficult to escape to the outside. can be used efficiently to increase the operation of the optical distortion actuator. Furthermore, since there is no need for a space around the optical distortion actuator for propagating light and irradiating optical energy, the element shape of the optical distortion actuator can be made smaller, and the degree of integration can also be improved.
さらに、空間から光を照射するのが困難な環境下でも使
用でき、光学的に制御できるので、電気的アクチュエー
タの使用が困難なところでも使用できる。また、バイモ
ルフ形以外の種々の構造の光歪みアクチュエータを製作
することかできる。Furthermore, it can be used in environments where it is difficult to irradiate light from space, and since it can be controlled optically, it can also be used in places where it is difficult to use an electric actuator. Furthermore, optical distortion actuators with various structures other than the bimorph type can be manufactured.
第1図は本発明の第一の実施例を示す断面図、第2図は
本発明の第二の実施例を示す斜視図、第3図は同上の実
施例の断面図、第4図(a)(b)はいずれも本発明の
第三の実施例を示す断面図、第5図は本発明の第四の実
施例な示す断面図、第6図(a)は本発明の第五の実施
例を示す断面図、第6図(b)は同上の実施例における
光導波層距離と光強度との関係を示す図、第7図は本発
明の第六の実施例を示す断面図、第8図は本発明の第七
の実施例を示す断面図、第9図は本発明の第への実施例
を示す断面図、第10図は同上の光歪みアクチュエータ
を応用したマイクロバルブの使用例を示す概略図、第1
1図(a) (b) (c)は同上のマイクロバルブ内
における光歪みアクチュエータの動作を説明する断面図
、第12図(a) (b)はマイクロバルブ内における
光歪みアクチュエータの別な構造と動作を説明する断面
図、第13図(a) (b)は従来例の光歪みアクチュ
エータを示す断面図である。
1.11,21,31,41,51,61,71.88
.93は光歪みアクチュエータ、5,13.33.85
.72は光導波層である。Fig. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing a second embodiment of the invention, Fig. 3 is a sectional view of the same embodiment, and Fig. 4 ( a) and (b) are both sectional views showing the third embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view showing the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6(a) is a sectional view showing the fifth embodiment of the present invention. FIG. 6(b) is a cross-sectional view showing the relationship between the optical waveguide layer distance and the light intensity in the same example, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the sixth example of the present invention. , FIG. 8 is a cross-sectional view showing a seventh embodiment of the present invention, FIG. 9 is a cross-sectional view showing a seventh embodiment of the present invention, and FIG. Schematic diagram showing an example of use, 1st
Figures 1 (a), (b), and (c) are cross-sectional views explaining the operation of the optical distortion actuator inside the same microvalve, and Figures 12 (a) and (b) are different structures of the optical distortion actuator inside the microvalve. 13(a) and 13(b) are cross-sectional views showing a conventional optical distortion actuator. 1.11, 21, 31, 41, 51, 61, 71.88
.. 93 is optical distortion actuator, 5, 13.33.85
.. 72 is an optical waveguide layer.
Claims (1)
くは2種以上の光歪み材料によって形成された光歪みア
クチュエータであって、 前記光歪み材料の表面もしくは前記光歪み材料の間の界
面に光導波層を設けたことを特徴とする光歪みアクチュ
エータ。(1) A photostrictive actuator formed of one or more types of photostrictive materials that generate distortion by optical energy, and an optical waveguide layer on the surface of the photostrictive material or the interface between the photostrictive materials. An optical distortion actuator characterized by being provided with.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12235690A JP2803325B2 (en) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | Optical strain actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12235690A JP2803325B2 (en) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | Optical strain actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0416793A true JPH0416793A (en) | 1992-01-21 |
| JP2803325B2 JP2803325B2 (en) | 1998-09-24 |
Family
ID=14833881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2803325B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010060708A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Konica Minolta Opto Inc | Actuator and imaging apparatus |
| JP2021515132A (en) * | 2018-03-01 | 2021-06-17 | ヴォッベン プロパティーズ ゲーエムベーハーWobben Properties Gmbh | Actuator equipment for wind turbines, wind turbines and mounting methods |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2838363B2 (en) | 1994-06-03 | 1998-12-16 | 三菱電線工業株式会社 | Method for producing optical strain bimorph |
-
1990
- 1990-05-11 JP JP12235690A patent/JP2803325B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010060708A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Konica Minolta Opto Inc | Actuator and imaging apparatus |
| JP2021515132A (en) * | 2018-03-01 | 2021-06-17 | ヴォッベン プロパティーズ ゲーエムベーハーWobben Properties Gmbh | Actuator equipment for wind turbines, wind turbines and mounting methods |
| US11466662B2 (en) | 2018-03-01 | 2022-10-11 | Wobben Properties Gmbh | Actuator device for a wind turbine, wind turbine and assembly method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2803325B2 (en) | 1998-09-24 |
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