JP2007509375A - 変形可能なミラーホルダに関する改良 - Google Patents

Abstract

本発明は、受け入れられる許容範囲内で、ミラーが変形しているかまたは変形状態にあるときでさえ、所望の位置にミラーを保持するための変形可能なミラーホルダに関する改良に関する。より詳細には、バイモルフミラー用のホルダに関するが、これに限定されない。変形可能なミラー（３０）を受け取るための受取部分を備えた本体を備える、変形可能なミラーホルダ（３１）が提供され、受取部分は受動的な可撓性のある支持構造物（４１）によって画定され、使用の際に、支持構造物が支持表面をミラーへ提供するようにする。本発明は、上述のように、変形可能なミラーおよび変形可能なミラーホルダへも延びる。
【選択図】 図６

Description

発明の分野
本発明は、受け入れられる許容範囲内で、ミラーが変形しているかまたは変形状態にあるときでさえ、ミラーを所望の位置に保持するための変形可能なミラーホルダに関係する改良に関する。より詳細には、本発明は、バイモルフミラー用のホルダに関するが、これに限定されない。

英国特許出願第０３０９９７６．９号 英国特許出願第０３０９９７９．３号発明の背景 変形可能なミラーは、適応光学の分野に使用されることが多い。たとえば、信号の位相歪みが、波面センサによって検知されてもよく、これらの歪みは適応ミラーによって矯正されてもよい。そのような適応ミラーは、下記を含む多数の分野に使用されてもよい。

・画像形成、たとえば、適応ミラーは天文学に使用され、そうでなければ大気の攪乱によって影響される地球規模望遠鏡の解像度を改良する。

・レーザ検知、ターゲットに送出することができるレーザ光の量は、大気の攪乱を矯正するために適応ミラーを使用することによって大いに増大され、これは、より良好な情報を得るかまたはより大きな範囲で物体を識別するのを可能にする。

・レーザ生成、適応ミラーは、そうでなければキャビティ内部にレーザ光の高濃度によって誘発されることができるサーマルブルーミングに対抗して、高パワーレーザ内で腔内使用することができる。

バイモルフ変形可能なミラーは、低コストの適応ミラーとして提案されてきている。バイモルフミラーの２つの主要な操作パラメータが、これの帯域幅およびこれのストロークである。帯域幅は、いかに早くミラーを変形することができるかを決定し、したがって、たとえば、いかに早くミラーが大気の乱れの変動に応答することができるかを決定する。ストロークは、ミラーが変形するときの最大変位に対応し、これは、たとえば、矯正することができる乱れのレベルを決定する。理想的には、帯域幅およびストロークの両方が最大限にされる。しかし、従来の設計は、これらの２つのパラメータの間には相互関係があり、一方のパラメータは他方を犠牲にすることによってのみ改良されることができることを意味する。したがって、今日まで、設計者は常に、共鳴周波数またはストロークのいずれかを互いから独立して改良するやり方を求めてきている。

従来、変形可能なミラーは、それらの縁のまわりにしっかり支持され、たとえば、ミラーの周辺に重なる環状リングを使用して、ミラーを適所にしっかり保持する。そのような配列は、簡略ではあるが頑丈であることから利益を得る。しかし、ミラーの縁のまわりにデッドスペースを形成するという点で、固有の不利点を有する。これは、環状リングの下でしっかり保持されたミラーの区域および隣接する区域との両方に対応する。これは、変形可能なミラーの使用可能な区域（活性区域）が所望のプロファイル、たとえば、凹形状または凸形状のいずれかを採用するように曲がらなければならないためである。活性区域と環状リングとの間の環状区域は、対向する方向に曲がらなければならず、そのため、望ましくない光学特性を有する屈折の区域を形成する。したがって、活性区域は、ミラー全体の中心部分のみを占有する。これは、図１から図３に例示されるが、明瞭化のためにミラーの変形は誇張されている。

この問題を軽減する１つのやり方は、ミラー縁が捩れることができるように、３箇所のみでミラーをクランプすることである。しかし、この配列は、頑丈さを失い、捩れは、不要な歪みを導入し、光学的に劣った性能につながる。

より小さなミラー用に、結合された圧電性要素（たとえば、バイモルフ変形可能ミラー）が、比較的低コストであるため、好適であることも知られている。そのようなミラーは、帯域幅とストロークとの間に適切なバランスを提供する。しかし、帯域幅とストロークとの間のバランスは、より大きなミラー、たとえば、１０ｃｍから１５ｃｍよりも大きな活性開口部を備えたミラーを作ろうとするときに、特に重要である。共鳴周波数ひいてはミラーの帯域幅を一定に保つために、基板の厚さもまた増大しなければならない。より大きなミラー用に、これは、ミラーから利用可能な最小湾曲に悪影響を与える。この理由のため、より大きなミラーは、歴史的に帯状ミラーである。基板が多数のアクチュエータによって支持されるという事実は、共鳴周波数ひいては帯域幅が、もはや直接ミラー直径にリンクされないということを意味する。しかし、この種類の変形可能なミラーの最優先問題は、コストである。多数の異なるアクチュエータ技術が利用可能であるが、安価なものはない。このため、大型ミラーは高価であるが、それは、３００ほどのアクチュエータが必要である場合があるからである。結合圧電性要素ミラー用では、大きな圧電性要素はより小さなものよりも高価ではあるが、コスト差は大きくはない。第２の問題は、かなり大きなサイズのため、別々のアクチュエータを互いに対して必要なほど近くに置くことが、必ずしも可能ではないことである。

この背景に対して、出願人は、変形可能なミラーであって、基板に設けられた反射表面と、基板に接着され、ミラーを変形するように操作することができる変形可能な材料の層と、を備え、基板はミラーを変形するように操作可能であるアクチュエータによって支持される変形可能なミラーに関する英国特許出願を出願した（第０３０９９７６．９号、出願日２００３年４月３０日）。アクチュエータを使用してミラーに必要な基本的な変形（たとえば、焦点）を提供することができるが、変形可能な材料を使用してミラー形状の微細調整を提供することができる。

さらに、この背景に対して、出願人は、ミラーを均一に縁のまわりに単に支持する変形可能なミラーホルダに関する英国特許出願を出願した（第０３０９９７９．３号、出願日２００３年４月３０日）。

目的および発明の概要
本発明は、公知のミラー／ミラーホルダ設計に関連した上述の欠点のいくつかを克服するか、または、少なくとも実質的に減少することを目的とする。

本発明の目的は、基板がもはや縁から支持される必要はなく、共鳴周波数および帯域幅特性が、純粋な縁支持配列用のものよりも効果的に増大される、低コストの変形可能なミラーホルダ配列を提供することである。これは、共鳴効果からの少ない制約で最大湾曲を提供する変形可能な材料の設計を最適化することに集中することが可能であることを意味する。

本発明の別の目的は、たとえばバイモルフミラー用に、ミラーの縁が拘束されず自由に動くことができる低コストミラーホルダ配列を提供することである。これは、ミラー基板全体を活性ミラーとして使用することができることを意味する。

広い意味では、本発明は、ミラー用の変形可能なホルダを提供するというコンセプトにあり、へりのまわりに支持されるのではなく、直立状態のミラーは、受動的なコンプライアント／可撓性のある支持構造物によって、下から支持される。「受動的な」支持という用語は、本明細書では、電位の添加によって活性的に拡張されるかまたは収縮されることができるアクチュエータ支持の種類（たとえば、磁歪材料または電歪材料から形成されたアクチュエータの種類）に対して弁別するために使用されることを理解されたい。

したがって、本発明にしたがって、変形可能なミラーを受け取るための受取部分を備えた本体を備え、受取部分は、受動的な可撓性のある支持構造物によって画定され、使用の際に、支持構造物がミラーへ支持表面を提供するようにする、変形可能なミラーホルダが提供される。

好ましくは、支持構造物は、ミラー基板の内側面を支持するように空間的に配列された、複数の別々の可撓性のある支持要素を備え（すなわち、直立状態のミラー基板は下から支持され）、支持要素の各々は、ミラー基板へ支持を提供するように形状づけられた端と、要素の端をホルダの本体へ接続する可撓性のある部分と、を有する。現在の好適な実施形態において、ミラーがホルダの本体なしで保持されるように、要素の支持端は、ホルダの本体の平面の外部にある。これは、マウントの側壁に固定されたかまたは接着されたブラケット支持を有することによって、達成されることができる。

任意に、少なくとも１つの支持要素は、略Ｌ字形であり、Ｌ字形の一方の脚部が可撓性のある部分を提供し、Ｌ字形の他方の脚部が要素の端の支持表面を提供するようにする。この形状は、都合がよいことに、要素の支持端がミラーとともに曲がるのを可能にする。Ｌ字形を備えた厳しいコンプライアンスが必要ではないことも認識されるべきである。たとえば、支持要素は、Ｌ字形ではなく、Ｊ字形であってもよい。

好ましくは、支持要素は、円内に等間隔の関係で整列され、要素の各々は、使用の際に各ミラー電極に接触するように位置決めされる。この種類の配列は、多数の支持要素が使用のために配列の基部に装着される必要がある場合に、特に望ましい。これはまた、要素をすべて、配列の完全外側ミラー直径内の内径にあるように位置決めすることができることを意味する。あるいは、所望により、要素は、配列の完全外側ミラー直径内の２つ以上の別個の内径にあるように装着されることができる。

さらに、要素は、配列の完全外側ミラー直径内に等間隔の関係で分布されるが、代わりに、所望により、要素が配列の完全外径内に無作為に間隔をおいて離れていることも同様に可能である。

下記に詳細に説明される本発明の例示的な具体例にしたがって、各要素の端形状支持部分は、コンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成され、各要素の残りの部分は、金属材料から形成される。有利なことに、これは、使用の際にミラーを支持する配列に剛性を加え、同時に可撓性のあるネック部分が形成され、ミラーが変形するときにミラーとともに支持端が曲がることを可能にする。

任意に、支持要素は、全体的にコンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成される。

都合がよいことに、支持要素は、配列の基部に装着されたコンプライアント支柱の形態である。現在の好適な実施形態において、支持要素は円筒形状のコンプライアント支柱である。しかし、支持要素は、所望により他の種類の形状およびサイズを有することができ、たとえば、要素は容易に長方形支柱であってもよいことを理解されたい。ミラーの支持を容易にするために要素がフランジされてもよいことにも留意されたい。

任意に、支持要素は、ホルダ本体の一部として一体的に形成される。これは、ホルダ本体の配列に対して一定程度の剛性を与える。あるいは、所望により、支持要素は、配列の基部に別個に装着されることができる。

有利なことに、支持要素は内部を中空に作ることができ、そのため、コンプライアント材料は、それらの下に注入することができる。したがって、コンプライアント材料を制御して注入することによって、要素の可撓性の程度を制御することが可能である。

任意に、支持要素は、開放気泡構造物を備えたコンプライアント金属発泡体から形成されることができる。

下記に詳細に説明される本発明の別の例示的な具体例にしたがって、支持構造物は、コンプライアント特性のほぼ中実な一体化構造物を備え、この一体化構造物は、下から支持するためにミラー基板表面全体にわたって延在するように配列される。

都合がよいことに、一体化構造物は、エポキシ／ゴム材料から形成される。あるいは、所望により、一体化構造物は、金属（または他の種類の）発泡体から形成されることができる。

都合がよいことに、一体化構造物は、使用時に、構造物を通って多数のミラー電極へ接近するのを可能にするために、多数の穴セクションを含む。

任意に、一体化構造物は、使用時に、多数のミラー電極へ接続するのを可能にする多数の金属性の相互接続を含み、金属性の相互接続は、使用の際に一体化構造物の変形に応答するようにさらに配列される。

前述を鑑みて、可撓性のある支持部（単／複）の数および位置決めは、所望の用途に依存して、且つ、支持構造物／支持部がどれほど可撓性があるかに依存して、変動することが可能であることを認識するべきである。

任意に、下記に詳細に説明される本発明の別の具体例にしたがって、冷却システムを組み込むバー形状の屈曲装着設計には、屈曲を通って半径方向に延在するコンジット内におよびコンジットから供給される冷却剤が設けられる。コンジットが相互接続可能に結合されてミラーおよびミラーマウントに連続した貫通通路を形成するため、冷却剤が、これを通って制御可能に中に入り循環することを可能にする。したがって、この実施形態の利点は、ミラーが下から支持されるときに、屈曲を通って効果的な冷却が達成されるということである。この具体例の別の利点は、Ｏリングシールの必要性を不要にすることである。

本発明の別の好適な具体例にしたがって、支持構造物のコンプライアンスは、加えられた電極バイアスに対して支持されたミラーの応答を調整するために、構造物にわたって変動してもよい。特に、別々の支持要素が設けられる場合には、各支持要素の少なくとも一部を形成するのに使用される支持要素のコンプライアンスまたはコンプライアント材料のコンプライアンスは、支持構造物内の支持要素の位置にしたがって、変動してもよい。連続コンプライアンス層が設けられる場合には、層のコンプライアンスは、たとえば、層の厚さを変えることによって、または、各々が異なるコンプライアンスを有する材料から構成される一連の別々の環帯から層を構造することによって、層の縁からの距離にしたがって、変動してもよい。

本発明はまた、上述のように、変形可能なミラーおよび変形可能なミラーホルダにも延びる。任意に、上述のミラーおよびミラーホルダは、先端傾斜ステージを含む。

本発明の上述の特徴およびさらなる特徴は、特に、添付の特許請求の範囲に述べられ、添付の図面を参照して下記に説明される。

好ましい具体例の詳細な説明
下記の説明において、異なる図面で使用された同一の参照符号は、同一／同様の部品を示すために使用されている。

さらに、本明細書に記載されたすべての具体例において、変形可能なミラーは、外側面が、外側面に設けられた一連の薄い誘電性コーティング（図示せず）によって反射表面３４を提供するミラー基板３２を備えている、変形可能なバイモルフ３０である。少なくとも１つの活性圧電性要素３３が、エポキシ樹脂を使用して、ミラー基板３２の非活性内側面に結合されている。共通電極ストリップ３８が、ミラー基板３２の非活性内側面と圧電性要素３３との間に位置する。電極３７のアレイを使用して、圧電性要素（単／複）３３を活性化する。電極３７と共通電極３８との間にバイアス電圧を加えると、圧電性要素（単／複）３３が局所的に変形し、そのため、今度は、ミラー基板３２が変形し、所望の形状、たとえば凸面を備えたミラーを形成する。

従来技術にしたがった変形可能なバイモルフミラー１０およびこれのマウント１２が、まず図１から図３に示されている。図から分かるように、ミラー１０は、ディスク形状であり、マウント本体１２によって支持されている。ミラー１０は、４つのねじ１６を経由してマウント本体１２に対してミラー１０を促す環状リング１４によって、適所にしっかり保持される。図３は、この例では、上部から近づいてくる光用の凸面プロファイルを採用するように、変形された状態にあるミラー１０を示す。理想的には、ミラー１０すべてが所望のやり方で光を反射するために利用可能であるように、望ましい凸面プロファイルは、ミラー１０すべてにわたって延在しなければならない。しかし、ミラー１０の周辺縁１８は、環状リング１４とマウント本体１２との間にしっかり保持され、そのため、曲がることはできない。さらに、ミラー１０の周辺縁１８およびミラー１０の中心の凸面部分２２を橋渡しするために、屈折の区域を採用するミラー１０の領域２０がある。当然ながら、ミラー１０の活性（すなわち、使用可能な）部分２２を形成するのは、ミラー１０のこの凸面形状の部分２２である。ミラー１０のこの活性部分２２は、図３に示される。

本発明の第１の具体例にしたがった変形可能なバイモルフミラー３０およびマウント３１が、図４に示される。マウント３１は、ステンレス鋼材料から作られた一体化構造物である。マウント３１は、頂部にディスク形状の変形可能なバイモルフミラー３０を受け取り支持するようなサイズおよび形状にされた、受取部分（部分的に示される）を画定する丸い本体を備える。図面に示されるように、マウント３１の頂部で組み立てられた（直立の）状態にあるミラー３０は、マウント３１なしで保持されている。

図５は、図４のミラーマウント３１を示すが、明瞭化のためにミラー３０はない。マウントは、中心に略円形の開口部を画定する階段状プロファイル４２を有する。４つの屈曲支持部４１が、マウント本体の頂部のもっとも階段状のセクション４２のまわりに等間隔の関係で形成され、各支持部は、開口部の中心に向けて内向きに延在するように配列され、その後、９０°まで上方へ曲がり、ミラー（図示せず）を支持するために上方向へ延在する。４つの屈曲支持部４１は、マウント本体の一部として形成されている。支持部は、同一のサイズおよび形状である。屈曲支持部およびマウント本体は、同一の金属材料から形成されている。したがって、図５に示されるように、屈曲支持部４１の各々は、使用時にミラー基板（図示せず）への支持を提供するように形状づけられた可撓性のある直立した端部分と、端部分をマウントホルダの本体に接続する橋渡しする可撓性のある部分と、を有する。屈曲支持部の支持端がホルダ本体の平面に外部にあるように構成されるため、使用中のミラーは、頂部にホルダの本体なしで保持される。

図６は、図４の組み立てられたミラー／ミラーマウント配列の分解断面図である。図から分かるように、基板３２の非活性内側面は、４つの受動的な屈曲支持部４１の各々によって下から支持される。この種類の支持で、ミラー３０をもはやこれの縁のまわりに支持する必要がない限りにおいて、大きな利益がある。ミラーの縁は自由に動くことができるため、これの縁のまわりのミラー変形には制約が少ない。

また図６から分かるように、各屈曲支持部４１は、Ｌ字形の断面を有し、一方の端でＬ字形の一方の脚部はマウントの基部４５に接着され、他方の端でＬ字形の他方の脚部は、グルー３６によって、圧電性要素３３に結合されている。ここで、各支持部のミラー支持端部分が、可撓性のある特性を備えた狭いネック４６の形状であることに留意されたい。ミラー基板が変形するときに支持部が曲がるのを可能にするために屈曲することができるのは、この可撓性のあるネック部分４６である。各支持部のネックの長さおよび厚さは、所望の屈曲特性を達成するために選択される。

したがって、図６の配列の操作において、電極３７のアレイと共通電極ストリップ３８との間に電位を加えることによって、圧電性要素３３を局所的に膨張／収縮させ、これが今度は、圧電性要素／ミラー基板サンドイッチに局所湾曲を誘発する。このようにして、ミラー３０は制御可能に変形される。ここでは、１つの圧電性要素層３３のみが図面に示されているが、２つ以上の圧電性要素層を使用することが有利である状況がある（２００３年４月３０日に出願人によって出願されたように、最近出願された英国特許第０３０９９７６．９号の内容を参照されたい）ことが、理解されるべきである。

この具体例において、マウント本体の内側側部４７は、支持部４１の脚部部分へ接着するためのショルダ形成を提供するように、階段状である。このようにして、図から分かるように、支持部４１は、ミラーマウント基部の一部として形成される（図面の斜線領域も参照されたい）。

この実施形態では、有利なことに、屈曲支持部４１およびミラーマウント基部４５は、金属材料から形成される。さらに、屈曲支持部４１は、（これはまた圧電性要素を固くするが）圧電性要素によって誘発される小さな（典型的に、最大２０ミクロンの）量の運動を提供するように構成される。したがって、任意の数のそのような屈曲支持部は、たとえば全ミラー直径が６０ｍｍであるミラーの効果的な支持用に内径に置くことができ、そのような屈曲支持部は４０ｍｍの内径に等間隔にすることができるようにされることを認識するべきである。

図７は、例としてのみ、本発明の第１の具体例にしたがった配列の圧電性要素の活性化のために使用することができる、４つの典型的な異なる電極パターン３７（図７ａ〜７ｄ）を示す。

図８は、本発明の第２の具体例を断面図で示し、これは、図６に示された第１の具体例に非常に類似している。各受動的な屈曲支持部のミラー支持端部分が、コンプライアントエポキシ／ゴム材料４８の層を備える点が、異なる。

図８に示されるように、各支持部の残りの部分は、金属材料を備える（図８の斜線の囲繞部分４８を参照されたい）。

この配列は、所望のコンプライアンスの大半がエポキシ／ゴム材料４８の層から来ることができるため、確かな利点を有し、一方、同時に、支持部のある程度の固さ／剛性が、金属性の屈曲支持部材料の存在によって制御可能に達成される。

図８の配列の組立を容易にするために、エポキシ／ゴム材料が、屈曲（図示せず）を通って垂直にドリル開けされた穴を通って、背部から各屈曲支持部に注入されることが予想され、この場合、ミラーを逆さまに組み立てる必要があることを理解されたい。

図１０は、本発明の第３の具体例を断面図で示し、明瞭化のためにミラーマウント基部はない。第１および第２の具体例と共通して、この具体例はミラー基板３２を有し、これは、複数の屈曲支持部によって、これの非活性内側面上で支持される。この種類の支持部で、ミラー３０をもはやこれの縁のまわりに支持する必要がない限りにおいて、大きな利益がある。ミラーの縁は自由に動くことができるため、これの縁のまわりのミラー変形には制約が少ない。さらに、図１０に示されるように、支持部の各々は、圧電性要素３３／電極アレイ３７を経由して、ミラー基板３２の内側面に結合されている。しかし、この具体例は、ミラーの８つの等間隔の半径に沿って途中に同心的に配列された、８つの円筒形形状の支柱７０の形態である８つの屈曲支持部があるという点で異なる。８つの支持支柱７０は、コンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成される。

図９は、実際にどのように図１０の配列を得ることができるかを示す。図９に示されるように、８つの支持支柱７０は、圧電性要素３３に対して置かれているモールド３９内に、エポキシ／ゴム材料を注入することによって形成される。モールド３９は、離型剤を有し、そのため、エポキシ／ゴム材料が受取セクション７０’内部に設定されるときに、モールド３９を取り外すことができ、それによって、ミラー基板にコンプライアント支柱の所望の形状を残す。したがって、この場合、すべてのコンプライアンスが支柱で発生し、これが今度はマウント基部に結合される。

図１１は、本発明の第４の具体例を示し、明瞭化のためにミラーマウント基部はない（すなわち、ミラーの裏面から見ている）。図１０の第３の具体例と同様に、この具体例は、複数の屈曲支持部によってこれの非活性内側面に支持されるミラー基板３２を有する。この種類の支持で、ミラー３０をもはやこれの縁のまわりに支持する必要がない限りにおいて、大きな利益がある。ミラーの縁は自由に動くことができるため、これの縁のまわりのミラー変形には制約が少ない。さらに、図１１に示されるように、支持部の各々は、圧電性要素３３／電極アレイ３７を経由してミラー基板３２の内側面に結合される。しかし、この具体例は、下記のように配列された１７の円筒形形状の支柱７０の形態である、合計で１７の屈曲支持部があるという点で異なり、すなわち、８つの支柱７０の２つの同心的なリングによって囲繞されている単一の中心支柱７０がある。リングは、ミラーの半径に沿って約３分の１および３分の２のところに置かれ、リングの各々内の支柱７０は、共通半径にあるように配列される。この具体例において、支柱７０は、使用時に各ミラー電極３７に接着されるように配列される。図１０の実施形態に先に説明されたように、支持支柱７０は、コンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成される。

図９および図１０に関連して記載されたモールドを使用する手順が、図１１の配列を生成するように適切に修正され且つ採用されることができることを理解されたい。

いくつかの用途では、各電極が異なるコンプライアント支柱によって支持される図１１の具体例において、屈曲支持部７０を形成するために導電性コンプライアント支柱を使用することが、有利であってもよい。そのような支柱は、金属性の発泡体から作ることができる。次いで、支柱を使用して、電極アレイ３７へ接続することができ、ミラー構造物全体を大いに簡略化するが、それは、下部電極へ電気接続するために追加の構成要素が必要ないためである。支柱を電極へ接着するために、導電性接着剤を使用することができる。

図７ｄに示されるように、電極パターンが閉じた六角形状(closed packed hexagonal)であり、各電極がコンプライアント支柱によって支持される場合に、支持されたミラーの変形が、より局限される可能性が高く、そのため、「帯状(zonal)」として説明することができる。複数支柱支持を含む本発明のすべての好ましい具体例において、特に各電極が独立して支持される場合には、支持されたミラー構造物は、ミラー構造物の厚さを多いに増大する（ひいては最大湾曲を減少する）必要なく、より大きな直径および要素アレイサイズに拡張可能である。

支柱は、好ましくは、〜０．５ＧＰａから５ＧＰａのヤング率を有さなければならない。導電性発泡体のヤング率は、発泡体構造物の密度を変えることによって、変えることができる。ヤング率の変動を考慮に入れて、支柱のサイズを変動することができる。より高い剛性は、より大きな支柱によって説明されることができ、より低いヤング率は、より小さな支柱によって提供されることができる。支柱は、適切な剛性の任意のコンプライアント導電性材料用に作ることができる。例として、金属、シリコンまたはシリコンカービン発泡体、または、ポコフォーム（ＰｏｃｏＦｏａｍ）（登録商標）等のグラファイト発泡体が挙げられる。

支柱が装着される支柱の対向する端における相互接続（図示せず）は、各電極用の接続を備えたボードであってもよい。特に大きなミラー用に、多数の電極を備えるため、多層構造ボードを使用する必要があり、上部層は支柱へ接続し、一方、下部層は接続トラックを作るために使用され、これは、外部ドライバへ接続するための任意の好都合な構成に見られてもよい。相互接続ボードの熱膨張度は、温度変動によってミラーが歪むのを避けるために、ミラーの熱膨張度に整合しなければならない。したがって、ボード用の基板の製作用に適切な材料として、アルミニウムが挙げられ、これは、〜１ｐｐｍ／℃から３ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する。

電極への接続を形成するために支柱が使用されるときに、ミラーのより大きな簡略性が、設計の拡張性を高める。広い区域を覆うように個別のミラーを組み合わせることによって、非常に大きな変形可能なミラーを作ることができる。そのような大きな変形可能なミラーが、天体望遠鏡に使用される。接続を形成するために支柱が使用されるときに、ミラーの簡略性が、この設計をそのように大きなセグメント化されたミラーに特に適切にすることが予想される。

基部またはミラー基板３２のいずれかを乱すことなく、溶解されるかまたは加熱されて除去することができるモールドが使用される場合には、コンプライアント支柱を形成するのと同時に、図１１の実施形態において、ミラー基板３２に基部（図示せず）を組み立てることが可能であることもまた理解されるべきである。

図１２は、明瞭化のためにミラーマウント基部なしで（すなわち、ミラーの裏面から見たときの）、本発明の第５の具体例を示す。この具体例では、ミラー基板３２の内側面のほぼ全体が、略中実のコンプライアント材料６０によって支持される。この配列は、ミラー電極の各々に接続するのを可能にするためにコンプライアント材料６０に１７の穴形成６１がある間に、ミラーの裏側の大半がコンプライアント材料６０によって効果的に支持されるため、図１１の配列の逆位に広く対応する。

この具体例において、受動的な支持構造物のコンプライアント材料は、ゴム、エポキシまたはいくつかの形態の金属（または他のタイプの発泡体）である。所望により、コンプライアント材料は、ミラー電極の間の隙間に従う狭いリッジ構造物（すなわち、軽い構造物を固くするのに使用されるリッジのタイプに類似する）として、容易に構成されることができる。

図１３は、図１２の配列の分解断面図である。明らかに図から分かるように、コンプライアント材料６０は、圧電性要素３３の全区域を覆うように配列されるが、ミラー電極３７へ接続することができるために穴形成６１が必要である区域を除く。

図１４は、本発明の第６の具体例を断面図で示し、これは、図６に示される第１の実施形態に基づいている。これは、ミラーが下から支持されるときに屈曲を通して冷却を達成する構造的修正を提供するという点で、構造が異なる。図１４の冷却システムは、下記に記載される。

図１４に示されるように、修正されたバー屈曲構造物８１を使用してミラー３０を下から支持する。複数の半径方向に延在する貫通通路８６がマウント３１に設けられ、これは、バー屈曲構造物８１の中心を通り、下からミラー３０の半径方向に延在するコンジット８０に合流する。図示のように、ミラー３０の半径方向に延在するコンジット８０の端は、プラグ止めされる８８。マウント３１の貫通通路８６の外側端は、プラグ８５で封止される。この実施形態において、図示のように、外側端近傍で貫通通路８６に合流するようなやり方で、垂直通路８７がマウント３１に形成される。この実施形態において、圧電性要素３３を通って穴が形成される（図示のように）必要があることもまた、理解されたい。

したがって、図１４の配列の操作において、ミラーの下から屈曲を通って半径方向に延在するコンジット内におよびコンジットから、冷却水が供給される。図１４に示されるように、冷却水用のルートは、垂直通路８７を通って上へ行き、次いで、マウントの貫通通路８６に沿って上へ行き、次いで、ミラー３０の半径方向に延在するコンジット８０を通る。

このようにして、図１４の配列の屈曲を通る効果的な冷却は、ミラーが下から支持されるときに達成することができる。そのような配列の別の利点は、Ｏリングシール用の必要性を不要にすることである。

水が上記では冷却剤として記載されているが、所望により、任意の気体、液化窒素等の液化ガス、不凍液または水銀等の、他の種類の冷却剤もまた使用することもできる。

具体例の上述の受動的に支持されるあらゆる配列は、所望により、先端傾斜ステージと一体化することができることが認識されるべきである。図１５から図１７は、これを達成する３つの異なるやり方を、例としてのみ示す。

図１５は、バイモルフ配列９０’を断面図で示し、これは、先端傾斜ステージに一体化された、間隔をおいて離れた複数のコンプライアント支柱９３によって支持される。図１５に示されるように、配列９０’は、基部９０と、複数のアクチュエータ９１と、支持ディスク９２と、を備える。下部ステージを使用して先端傾斜のみを矯正するときには、支持ディスクが十分に厚くそのため操作中に変形しない限り、３つまたは４つのアクチュエータを使用することが適切であると予想される。あるいは、所望により、より多くの数のアクチュエータ（すなわち、５つ以上のアクチュエータの使用）を、代わりに、薄い変形可能な支持ディスクとともに使用することができる。この場合、大きな規模の歪みの矯正は、支持ディスクおよび支柱を経由して、変形可能なミラーへ変形を移すことによって達成することができる。これは、バイモルフミラーが活性のままであるが、より大きな次数の歪みを矯正することが必要であるだけであることを意味する。

図１６は、別のバイモルフ配列１００’を断面図で示し、これは、図１５の配列に広く対応し、唯一の違いは、図１６のミラーが（図１５に示されるような、間隔をおいて離れた複数の別々のコンプライアント支柱によってではなく）連続コンプライアントストリップ９３’によって支持されることである。この配列１００’の多くの特徴は、図１５に示される配列９０’と同一であり、同一の参照符号が割り当てられていることを理解されたい。

図１７は、別のバイモルフ配列１１０’を断面図で示し、これは、図１５の配列に広く対応し、唯一の違いは、図１７のミラーが、中心で単一のコンプライアント支柱１１２とともに、周辺でコンプライアントリング１１１によって支持されることである。この配列１１０’の多くの特徴は、図１５および図１６に示される配列９０’および１００’と同一であり、同一の参照符号が割り当てられていることを理解されたい。

図１７の配列から中心コンプライアント支柱１１２を省略することは、次いで先端傾斜制御を提供するために下部ステージを使用することができるだけであり、ミラーの中心へ歪みを移すための機構がないことを意味することに留意されたい。次いで、図示されるミラーマウント基部および先端傾斜ステージなしで、これは、周辺のみにコンプライアントリング１１１を使用して（すなわち、ミラーの裏面から見たときに）、図１８のミラー支持配列１２０に対応する。

図１５、図１６および図７の配列に対してアクチュエータの単一層の使用が記載されているが、大きなミラーとの使用には、アクチュエータの追加層を組み込むことができる（図示せず）。アクチュエータの特定の構成／数もまた、変動することができる。たとえば、基部と支持ディスクとの間に非常に堅固な連結が必要である場合には、アクチュエータは、六脚配列（図示せず）を形成するように構成することができ、それによって、６つのアクチュエータの使用にもとづいて、高度に安定した３点装着システムを提供する。

図１９は、明瞭化のためにミラーマウント基部および先端傾斜ステージなしで（すなわち、ミラーの裏面から見たときに）、図１７のミラー支持構造物を示す。図面の配列１３０によってはっきり示されるように、ミラーは、ミラーのへりのまわりのコンプライアントエポキシ／ゴム材料のリング１１１によって、および、ミラーの中心の単一のコンプライアント支柱１１２によっても、支持される。中心支柱１１２は、追加の構造的支持を提供するように設計されるが、変形可能なミラーが先端傾斜矯正を提供するのを停止しない。

上述の図１９の配列のリングおよび中心支柱は、コンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成されるが、代わりに、所望により、他のコンプライアント材料（たとえば金属発泡体）を等しく使用することができる。加えて、使用されるコンプライアント支持の形状、サイズおよび数は、重要ではなく、たとえば、コンプライアントリングは代替的に、（図１９に示されるように、ミラーのへりを支持するように制限されるのとは対照的に）下から支持するためにミラー基板表面の部分にわたって延在するように配列されることができ、所望により、追加コンプライアント支柱もまた、ミラー基板表面にわたって様々な場所に位置決めされることができる（図示せず）。

本発明のさらなる具体例が図２０に示される。図１３の具体例と同様に、コンプライアント材料６０は、圧電性要素３３の区域全体を覆うように配列される。しかし、図２０の具体例は、ミラー電極３７へ接続するための異なる方法を示す。図２０の配列１４０に示されるように、各ＰＺＴ電極３７は、薄い金属ストリップ１４４を経由して相互接続ＰＣＢ１４３のパッド１４２に接続され、これは今度はコンプライアント材料６０内に埋め込まれる（図面の点線の領域を参照されたい）。この具体例において、金属材料は、弾性特性を備えて弾力性のあるリン青銅を備え、ストリップの各々は、Ｓ型形状の曲げを有し、薄い金属ストリップがコンプライアント材料の変形に従うのを可能にする。また図面に示されるように、電極１４５のまわりの巻きが圧電性要素３３に提供され、これは、共通電極３８への接続を容易にする。図２０の配列の金属材料は、リン青銅であるが、代わりに、所望により、適切な弾性特性を備えて弾力性のある他の材料を使用することができる。加えて、図２０に使用される金属ストリップの形状、サイズおよび／または数は、重要ではなく、たとえば、金属ストリップは各々が、コンプライアント材料の変形に従うことができる限り、２つ以上の曲げ（図示せず）を有することができる。

マルチ支柱支持部（たとえば、図６、図８、図１０および図１１に示されるもの）か、または連続コンプライアント支持部（たとえば、図１３および図２０に示されるもの）のいずれかを有する、本発明の好ましい具体例用に、任意の特定の電極へ所与のバイアスを加えることの結果として、支持されたバイモルフミラーに誘発された移動量がミラー縁から電極の距離にしたがって変動することが、本件の発明者らによって注目されている。理想的な状況において、電極の１つに加えられるバイアスは、結果として、ミラー全体にわたって滑らかに変動する変位応答になるべきである。

支持されたバイモルフミラーの性能を理想的に改良するために、本発明の好適なマルチ支柱および連続コンプライアント支持部の具体例における支持部のコンプライアンスは、ミラーの縁から支持部の距離または支持部の一部の距離にしたがって変動されてもよい。このようにして、加えられた電極バイアスに対する支持されたミラーの応答は、所定の応答機能に調整することができる。たとえば、連続コンプライアント支持部では、コンプライアンスは、支持部の中心へ向けて増大してもよく、そのため、均一のバイアス（必ずしも最大可能な適用バイアスではない）が電極の各々に加えられるときに、ミラーは純粋に球形の応答を提供する。他の応答機能は、支持部（単／複）にわたって異なるコンプライアンスプロファイルを加えることによって提供されることができる。

好適なマルチ支柱支持部の具体例において、各電極が同一の「帯状」応答機能を有することを確実にするように、支持部のコンプライアンスを修正することが有利であってもよい。均一な場がすべての電極に加えられるときにミラーが湾曲した応答を提供するように、支持部のコンプライアンスを修正することもまた可能である。

支持部のコンプライアンスを修正することができる多数の方法がある。マルチ支柱ミラー支持部用に、下記の好適な技術のいずれかを個別にまたは組み合わせて使用してもよい。

ａ）ミラーの縁からの支柱の距離にしたがって、たとえば、異なる剛性を備えたエポキシ／シリコンゴムを使用することによって、または、異なる密度を備えた発泡体を使用することによって、支柱が作られる材料の剛性（またはヤング率）を変動すること。

ｂ）均一の剛性を備えた材料を使用するが、支柱の直径を変動すること。

ｃ）均一の剛性を備えた材料を使用するが、支柱の高さを変動すること。これは、滑らかに変動することができるか、または、多数の別々のステップの形態にある。

連続したミラー支持部用に、下記の好適な技術のいずれかを個別にまたは組み合わせて使用してもよい。

ｄ）ミラーの縁に対してコンプライアント材料の剛性を変動すること。これは、各々が異なるコンプライアンスを有する、多数の別々の環帯の形態に支持部材料を作ることによって、達成されてもよい。コンプライアント材料が発泡体の形態である場合には、発泡体の密度は、ミラー縁への距離の関数として変動してもよい。

ｅ）均一の剛性を備えた材料を使用するが、ミラー縁への距離の関数として材料の厚さを変動すること。

マルチ支柱および連続コンプライアント支持部の具体例の両方において、ミラー中心で十分に動くことができるために、その点における任意の支持部は、非常に高いコンプライアンスを有する必要があることに留意されたい。これは、支持されたミラーに、望ましくない低い周波数捩れおよび剪断モードを導く可能性がある。好ましい具体例において、そのような望ましくないモードは、連続コンプライアント層によって支持されたミラーでは、コンプライアント層の縁のまわりに特別な支持部を加えることによって、制動されてもよい。連続コンプライアント層の縁のまわりに特別な支持部を加えるための好適な技術は、図２１に示されている。

図２１を参照すると、支持基部４５の縁は、少なくとも部分的にコンプライアント層６０を取り囲むように、フランジ部分１５０に拡張される。隙間１５２が、フランジ部分１５０の上部表面と、支持されたミラー３０の任意の突出する部分の下側との間に設けられてもよい。あるいは、隙間１５２は、支持されたミラーの外側部分へ特別な支持部を提供するために、たとえば、コンプライアントエポキシ／シリコンゴムで満たされてもよい。さらに、フランジ部分１５０は、コンプライアントエポキシ／シリコンゴムの隙間充填材と一緒に、または、支持構造物の外側縁で展開されたコンプライアント支持要素の他の任意の種類と一緒に、マルチ支柱を有していようと連続コンプライアント層支持構造物を有していようと、上述の本発明のあらゆる好ましい具体例に対して使用されてもよく、支持されたミラーの外側部分へ特別な支持部を提供し、したがって、ミラーの望ましくない低い周波数捩れおよび剪断モードを制動する効果を有する。

このように、様々な好ましい具体例を参照することによって本発明を述べてきたが、具体例がすべての点で例示的であり、且つ、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、修正例および変形例が可能であることを認識すべきである。たとえば、可撓性のある支持部（単／複）の数、位置決め、形状、およびサイズは、所望の用途に依存して且つ支持構造物／支持部がどれほど可撓性があるかに依存して、変動することができる。たとえば、図１１の具体例の性能は、所望により、ミラー基板の内側面に追加支持部を提供することによって、且つ、支持部が圧電性要素に合致するフランジを含む方形または他の形状の可撓性のある支持部を使用することによって、改良することができる。

上記の具体例のマウントは、ステンレス鋼から作られるが、他の多くの材料、たとえば、他の金属、プラスチック、ガラスまたはセラミックを、代わりに使用することができる。

図１５、図１６および図１７の具体例の述べられた配列は、先端傾斜ステージに一体化されるが、それぞれの様々な構成要素部分は、代替的に、一体化の必要なく別個に組み立てられることができる。

本発明は、すべての種類のユニモルフまたはバイモルフミラー構造物を支持するために使用するのに、まったくよく適している。

従来技術にしたがった変形可能なミラーおよびマウントの平面図である。 緩和状態にあるミラーを示す図１のＩＩ−ＩＩを通る断面図である。 図２に対応するが、ミラーは誇張された変形の状態にあり、それによって、デッドスペースの問題および比較的小さな活性区域を例示する。 本発明の第１の具体例にしたがったマウント上の変形可能なミラーの斜視図である。 図４のミラーマウントのさらなる斜視図であり、直立した屈曲支持部を示す（ミラーは取り外されている）。 図４の配列の断面図である。 ４つの典型的な種類の電極パターンの１つを示し、それに対して図５および図６に示される種類の屈曲を接着することができる。 図７ａと同様な図。 図７ａと同様な図。 図７ａと同様な図。 本発明の別の具体例の断面図である。 モールドが使用されている本発明を使用する別の配列の斜視図である。 図９に対応するが、モールドは取り外されている。 本発明の別の具体例にしたがった別のミラー配列（明瞭化のために基部はない）を示す図である。 本発明の別の具体例にしたがったさらなる配列（明瞭化のために基部はない）の斜視図である。 図１２に対応するが、断面図である。 本発明の別の具体例にしたがって屈曲を通る冷却を備えた別の配列の断面図である。 先端傾斜ステージを備えて使用されるためのバイモルフ配列の断面図である。 先端傾斜ステージを備えて使用されるための別のバイモルフ配列の断面図である。 先端傾斜ステージを備えて使用されるためのさらに別のバイモルフ配列の断面図である。 ミラーの周辺のみでコンプライアントリングを使用する、ミラー支持配列（ミラーマウント基部および先端傾斜ステージがない）を示す図である。 図１７のミラー支持構造物を示す図であり、明瞭化のためにミラーマウント基部および先端傾斜ステージはない。 本発明の別の具体例にしたがって、ミラー電極へ接続するための異なるやり方を備えた別の配列の断面図である。 支持基部の縁がフランジ部分に延びて、縁支持部を連続コンプライアント層へ提供する別の配列の断面図である。

Claims (30)

1. 変形可能なミラーを受け取るための受取部分を備えた本体を備える、変形可能なミラーホルダであって、前記受取部分は受動的な可撓性のある支持構造物によって画定され、使用の際に、前記支持構造物が支持表面を前記ミラーへ提供するようにする、変形可能なミラーホルダ。
2. 前記支持構造物は、下からミラー基板を支持するように空間的に配列された、複数の別々の可撓性のある支持要素を備え、前記支持要素の各々は、前記ミラー基板へ支持部を提供するように形状づけられた端と、前記要素の端を前記ホルダの本体へ接続する可撓性のある部分とを有する、請求項１に記載の変形可能なミラーホルダ。
3. 前記支持要素の少なくとも１つは略Ｌ字形であり、前記Ｌ字形の一方の脚部は前記可撓性のある部分を提供し、前記Ｌ字形の他方の脚部は前記要素の端の前記支持表面を提供するようにする、請求項２に記載の変形可能なミラーホルダ。
4. 前記支持要素の少なくともいくつかが円形配列に等間隔の関係に配置され、各々が使用時に１つ以上のミラー電極に接触するように位置決めされる、請求項２または３に記載の変形可能なミラーホルダ。
5. 使用の際に、前記支持要素の各々が、異なるミラー電極に支持的に接触するように位置決めされる、請求項２から４のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
6. 前記支持要素は、コンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成される、請求項２から５のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
7. 各要素の前記端形状支持部分はコンプライアントエポキシ／ゴム材料から形成され、各要素の残りの部分は金属材料から形成される、請求項２から５のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
8. 前記支持要素は導電性コンプライアント発泡体から形成され、多数のミラー電極へ電気接続するのを可能にするようにする、請求項２から５のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
9. 前記支持要素は、前記ホルダ本体の一部として一体的に形成される、請求項２から８のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
10. 前記支持要素の各々の少なくとも一部を形成するように選択された、コンプライアント材料のコンプライアンスは、前記支持構造物の前記支持要素の位置にしたがって調節される、請求項６から９のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
11. 前記選択されたコンプライアント材料のコンプライアンスは、支持されたミラー基板の縁から前記それぞれの支持要素の距離にしたがって変動する、請求項１０に記載の変形可能なミラーホルダ。
12. 前記支持要素の各々のコンプライアンスは、前記支持構造物の前記支持要素の位置にしたがって調節される、請求項６に記載の変形可能なミラーホルダ。
13. 前記支持要素の各々のコンプライアンスは、前記支持要素の長さを変えることによって調節される、請求項１２に記載の変形可能なミラーホルダ。
14. 前記支持要素の各々のコンプライアンスは、前記支持要素の断面積を変えることによって調節される、請求項１２または１３に記載の変形可能なミラーホルダ。
15. 前記支持要素の各々のコンプライアンスは、前記支持要素を形成するために使用される前記コンプライアント材料のコンプライアンスを変えることによって調節される、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
16. 前記支持構造物は、コンプライアント特性を備えた略中実な一体化構造物を備え、この一体化構造物は、下から支持するためにミラー基板表面全体にわたって延在するように配列される、請求項１に記載の変形可能なミラーホルダ。
17. 前記一体化構造物は、エポキシ／ゴム材料から形成される、請求項１６に記載の変形可能なミラーホルダ。
18. 前記一体化構造物は、使用時に多数のミラー電極に接近するのを可能にするために多数の穴セクションを含む、請求項１６または１７に記載の変形可能なミラーホルダ。
19. 前記一体化構造物は、使用時に多数のミラー電極に接続するのを可能にする多数の金属性の相互接続を含み、この金属性の相互接続は、使用の際に、前記一体化構造物の変形に応答するように配列される、請求項１６または１７に記載の変形可能なミラーホルダ。
20. 前記一体化構造物のコンプライアンスは、前記一体化構造物の縁からの距離にしたがって変動する、請求項１６から１９のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダ。
21. 前記一体化構造物は、各々が、異なるコンプライアンスを有するコンプライアント材料から構成される、複数の別々の環帯を備える、請求項２０に記載の変形可能なミラーホルダ。
22. 前記一体化構造物の厚さは、前記一体化構造物の縁からの距離にしたがって変動する、請求項２０または２１に記載の変形可能なミラーホルダ。
23. 請求項１９に依存するときに、前記一体化構造物は、実質的に均一なコンプライアンスを有するコンプライアント材料から構成される、請求項２２に記載の変形可能なミラーホルダ。
24. 請求項１から２３のいずれか１項に記載の、変形可能なミラーおよび変形可能なミラーホルダ。
25. 請求項１から２３のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダと組み合わせて、基板に設けられた反射表面と、前記ミラーを変形するように動作可能である前記基板に接着された変形可能な材料の層とを含む、変形可能なミラー。
26. 冷却システムを含む、請求項２５に記載の変形可能なミラーホルダと組み合わされた、変形可能なミラー。
27. 前記冷却システムは、連続した貫通通路を形成するように結合される多数の相互接続コンジットを含み、冷却剤がこれを通って中に入り循環するのを可能にする、請求項２６に記載の変形可能なミラーホルダと組み合わされた、変形可能なミラー。
28. 先端傾斜ステージを含む、請求項２４から２７のいずれか１項に記載の変形可能なミラーホルダと組み合わされた、変形可能なミラー。
29. 実質的に、添付の図面のうち図４から図２０のいずれか１つを参照して前述された、変形可能なミラーホルダ。
30. 実質的に、添付の図面のうち図４から図２０のいずれか１つを参照して前述された、変形可能なミラーおよび変形可能なミラーホルダ。

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