CN1918502A - 具有由半刚性材料制成的中心芯所分离的两个压电层的双压电晶片镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括由压电陶瓷材料制成的第一(1)和第二(2)层和至少一个电极，该电极使得能够至少根据向压电陶瓷施加的电压来改变镜的至少一个曲率。本发明的镜的特征在于第一(1)和第二(2)层由形成半刚性束的诸如玻璃或硅石材料制成的中心芯(5)分离。
Description
本发明涉及双压电晶片(bimorph)镜。双压电晶片镜在常规上是通过重叠两个压电陶瓷来制成，而且至少一个控制电极放置于两个陶瓷之间的分界面处以根据向压电陶瓷施加的电压来改变镜的曲率。结果，镜越薄则其曲率半径的变化越大。
另外，陶瓷制造受困于与能够获取的最大宽度有关的限制，结果是有必要用陶瓷段建立组件，由此影响双压电晶片镜的硬度和/或稳定性。特别是，硬度和稳定性是对于在已经组装双压电晶片镜之后有必要执行的镜抛光而言很重要的参数。
本发明的目的是提供一种具有比现有技术的双压电晶片镜硬度更大的硬度的双压电晶片镜。
本发明的另一目的是提供一种具有比现有技术的双压电晶片镜的稳定性更大的稳定性的双压电晶片镜。
本发明的又一目的是提供一种能制成大尺度例如米级的双压电晶片镜。
通过一种双压电晶片镜来实现上面指明的目的中的至少一个，该双压电晶片镜具有压电陶瓷的第一和第二层以及至少一个电极，该电极根据向压电陶瓷施加的至少一个电压来改变镜的至少一个曲率，该镜的特征在于压电陶瓷的第一和第二层通过形成半刚性束的诸如玻璃或硅石(silica)材料的中心芯来分离。
例如，中心芯的厚度e位于范围1毫米(mm)至80mm中，而它可大于2mm或甚至3mm，或者甚至大于5mm。例如，双压电晶片镜的总厚度E可以位于范围10mm至150mm中。
双压电晶片镜的特征可以在于，压电陶瓷的第一和第二层由沿着段平面在至少一个方向并排放置的多个压电元件形成，而且特征在于所述第二层的段平面相对于所述第一层的段平面在至少一个方向偏移。
然后，它的特征可在于，在至少一个方向在压电元件之间的所述偏移等于压电元件在所述方向设置的节距的一半。
借助于通过非限制性的实例给出的以下描述并参考附图，可更好地理解本发明，在附图中：
·图l示出了现有技术的双压电晶片镜；
·图2示出了本发明的双压电晶片镜；以及
·图3a至3d示出了构成本发明优选实施例的双压电晶片镜，图3a是侧视图，图3b是图3a的细节放大图，并且图3c是沿B观察看到的视图，而图3d示出了控制电极。
在图1中，现有技术的双压电晶片镜包括在玻璃或硅的两个所谓“表皮(skin)”层3与4之间夹入的两个堆叠压电层1和2，其中至少一层用作镜。特别是在自适应光学中使用的这些镜具有根据向压电陶瓷施加的电压而变化的曲率。
然而，由于压电陶瓷(对于其制造限定了最大厚度)的厚度以及表皮层3和4的厚度，双压电晶片镜的厚度限制为约25mm的值，因为随着此厚度增加，镜的动态曲率减小。
在本发明中，诸如硅石或玻璃材料的中心层或芯5插入于层1与2之间。
此芯5具有数个优点：
·它使得每个陶瓷的效力能够通过移动它远离镜的中性(neutral)纤来增加，该中性纤基本上位于芯5的中平面内；
·它使得厚度得以添加，因而增加镜的惯性而且由此增加其硬度和其稳定性；以及
·由于它在镜的长度上连续，它对稳定性具有非常有利的效果，因为它充当半刚性束。这使得有可能制造大长度例如1米长的镜，而不损失稳定性或曲率范围。
中心芯5的厚度e能够根据所寻求的曲率特征来限定。增加该厚度不但增加镜的硬度而且增加压电激励器的效力，因为它们进一步移动逐渐远离中性纤。每个厚度由此具有作为施加电压的函数的相应曲率特征。由此能够在实验上或者借助于基于有限元变形的计算来确定适当的厚度。在实践中，有利的是使用位于范围1mm至80mm中的厚度e。例如，双压电晶片镜的厚度E可位于范围10mm至150mm中，而且特别地，它可大于25mm。
附图示出了由多个陶瓷元件11、12和21、22…构成的压电层，这些元件沿着与所述层1和2的主面6、7、8、9相垂直的曲率平面(112、123、134、…178、212、223、234、…、267)以节距(pitch)或在具有两个节距的阵列中并排放置。
有利地(见图3a和3c)，本发明提供了层2的段平面(segment plane)(212、223、234、…、267)相对于层1的段平面(112、123、134、…、178)平行于所述主面来偏移，例如通过平行于所述主面在至少一个方向偏移半个节距。即使该结构没有芯5，这也使得它能够制造得更具刚性。
图3a至图3d示出了用于控制陶瓷层1和2的电极的布置。首先，在层1与3之间有公共电极45，该公共电极在镜的整个长度连续并且关联于侧接触点451(图3d)，而且在层2和4之间有公共电极65，该公共电极在镜的整个长度上连续，具有侧接触点651(图3d)。然后，在层1与芯5之间有赋予整体标号30的多个控制电极。在此实例中，有用于控制层1的14个控制电极31至44以及在器件的侧缘上一样多的接触区。最后，在层3与芯5之间存在赋予整体标号30的多个控制电极。在此实例中，有与电极31至44相向地设置以便控制层3的14个控制电极51至64以及在器件的侧缘上一样多的接触区。
层1和2的压电元件在常规的方式下安装为具有相对的极性，所以将相同的电压施加至相向的控制电极(31、51；32，52；等…)，对于层中的一个产生压缩移位而对于另一层产生牵引移位，由此造成镜弯曲，因为层1和2设置在中性纤的相对侧上。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种双压电晶片镜，具有压电陶瓷的第一和第二层以及至少一个电极，该电极用以根据向所述压电陶瓷施加的至少一个电压来改变镜的至少一个曲率，所述镜的特征在于所述压电陶瓷的第一和第二层(1、2)由形成半刚性束的诸如玻璃或硅石材料的中心芯(5)分离，该中心芯(5)的厚度(e)位于范围1mm至80mm中。
2.根据权利要求1的双压电晶片镜，特征在于该中心芯(5)的厚度(e)位于范围2mm至80mm中。
3.根据权利要求2的双压电晶片镜，特征在于该中心芯(5)的厚度(e)位于范围5mm至80mm中。
4.根据任一前述权利要求的双压电晶片镜，特征在于所述中心芯由选自于玻璃和硅石的材料构成。
5.根据任一前述权利要求的双压电晶片镜，特征在于所述压电陶瓷的第一和第二层(1、2)夹入于例如玻璃或硅的两个表皮层(3、4)之间。
6.根据任一前述权利要求的双压电晶片镜，特征在于它具有位于范围10mm至150mm中的总厚度(E)。
7.根据任一前述权利要求的双压电晶片镜，特征在于所述压电陶瓷的第一和第二层(1、2)通过沿着段平面在至少一个方向并排放置的多个陶瓷元件形成，并且所述第二层(2)的段平面(212、223、…)相对于所述第一层(1)的段平面(112、123、…)在至少一个方向偏移。
8.根据权利要求7的双压电晶片镜，特征在于在至少一个方向在压电元件之间的所述偏移等于压电元件在所述方向设置的节距P的一半。
9.一种双压电晶片镜，具有压电陶瓷的第一和第二层以及至少一个电极，该电极使得所述镜的至少一个曲率能够根据向压电陶瓷施加的至少一个电压来变化，所述镜的特征在于，压电陶瓷的第一和第二层(1、2)由沿着段平面在至少一个方向并排放置的相应多个陶瓷元件组成，并且所述第二层(2)的段平面(212、223、…)相对于所述第一层(1)的段平面(112、123、…)在至少一个方向偏移。
10.根据权利要求9的双压电晶片镜，特征在于在至少一个方向在压电元件之间的所述偏移等于压电元件在所述方向设置的节距P的一半。
Claims (8)
1.一种双压电晶片镜，具有压电陶瓷的第一和第二层以及至少一个电极，该电极用以根据向所述压电陶瓷施加的至少一个电压来改变镜的至少一个曲率，所述镜的特征在于所述压电陶瓷的第一和第二层(1、2)由形成半刚性束的诸如玻璃或硅石材料的中心芯(5)分离。
2.根据权利要求1的双压电晶片镜，特征在于所述压电陶瓷的第一和第二层(1、2)夹入于例如玻璃或硅的两个表皮层(3、4)之间。
3.根据权利要求1或权利要求2的双压电晶片镜，特征在于中心芯(5)的厚度(e)位于范围1mm至80mm中。
4.根据权利要求3的双压电晶片镜，特征在于它具有位于范围10mm至150mm中的总厚度(E)。
5.根据权利要求1至3任一项的双压电晶片镜，特征在于所述压电陶瓷的第一和第二层(1、2)通过沿着段平面在至少一个方向并排放置的多个陶瓷元件形成，并且所述第二层(2)的段平面(212、223、…)相对于所述第一层(1)的段平面(112、123、…)在至少一个方向偏移。
6.根据权利要求5的双压电晶片镜，特征在于在至少一个方向在压电元件之间的所述偏移等于压电元件在所述方向设置的节距P的一半。
7.一种双压电晶片镜，具有压电陶瓷的第一和第二层以及至少一个电极，该电极使得所述镜的至少一个曲率能够根据向压电陶瓷施加的至少一个电压来变化，所述镜的特征在于，压电陶瓷的第一和第二层(1、2)由沿着段平面在至少一个方向并排放置的相应多个陶瓷元件组成，并且所述第二层(2)的段平面(212、223、…)相对于所述第一层(1)的段平面(112、123、…)在至少一个方向偏移。
8.根据权利要求7的双压电晶片镜，特征在于在至少一个方向在压电元件之间的所述偏移等于压电元件在所述方向设置的节距P的一半。
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