JP2007527030A

JP2007527030A - 半剛性材料からなる中央コアにより分離された２枚の圧電層を備えたバイモルフミラー

Info

Publication number: JP2007527030A
Application number: JP2006551873A
Authority: JP
Inventors: ジャン‐フランソワ、カレ; ジャン‐ジャック、フェルメ
Original assignee: Europeenne de Systemes Optiques Ste
Current assignee: Europeenne de Systemes Optiques Ste
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: ES2328831T3; BRPI0507502A; KR101109526B1; EP1723461B1; AU2005218206A1; DK1723461T3; US7618149B2; US20070279775A1; CN1918502B; FR2866122B1; AU2005218206B2; ES2325040T3; WO2005085931A1; JP4739237B2; ATE429660T1; DE602005014136D1; CA2555806A1; CN1918502A; DK1818711T3; WO2005085931B1

Abstract

本発明は、圧電セラミック材料製の第一層（１）および第二層（２）と、圧電セラミックに印加された少なくとも一の電圧に応じてミラーの少なくとも一つの曲率を変化させる少なくとも一個の電極とを含んでなるバイモルフミラーに関する。本発明のミラーは、第一（１）および第二（２）の層が、半剛性の梁を形成する、ガラスまたはシリカ等の材料からなる中央コア（５）により分離されていることを特徴とする。

Description

発明の分野

本発明は、バイモルフミラーに関する。

従来、バイモルフミラーは２枚の圧電セラミックを重ね合わせて製造され、２枚のセラミック間の界面に少なくとも一枚の制御電極を配置し、圧電セラミックに印加された電圧に応じてミラーの曲率を変化させるものである。その結果、ミラーが薄い程、その曲率半径の変化が大きくなる。

さらに、セラミックの組立加工は、得られる最大幅に制限があるのが難点であり、その結果、セラミック断片を用いて組み立てる必要があるため、バイモルフミラーの剛性および／または安定性に影響を及ぼす。特に、剛性および安定性は、バイモルフミラーを組み立てた後に必要とされるミラー研磨にとって、重要なファクターである。

発明の概要

本発明の目的は、先行技術によるミラーよりも高い剛性を示すバイモルフミラーを提供することである。

本発明の別の目的は、先行技術によるミラーよりも高い安定性を示すバイモルフミラーを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、より大きな寸法、例えばメートルオーダーで製造できるバイモルフミラーを提供することである。

上記目的の少なくとも一つは、少なくとも一個の電極と共に、圧電セラミックの第一層と第二層とを有し、その圧電セラミックに印加された少なくとも一の電圧に応じてミラーの少なくとも一つの曲率を変化させるバイモルフミラーであって、第一および第二の圧電セラミック層が、半剛性ビームを形成するガラスまたはシリカ等の材料からなる中央コアにより分離されていることを特徴とする、バイモルフミラーにより達成される。

中央コアの厚さｅは、例えば１ミリメートル（ｍｍ）〜８０ｍｍの範囲内にあり、２ｍｍ、さらに３ｍｍを超えてもよく、実際、５ｍｍを超えていてもよい。バイモルフミラーの総厚Ｅは、例えば１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内にある。

本発明のバイモルフミラーは、第一および第二の圧電セラミック層が、セクション面（section plane）に沿った少なくとも一の方向で並列に配置された複数のセラミック素子により形成され、かつ第二層のセクション面が、第一層のセクション面に対して少なくとも一の方向でずれている、ことを特徴とするものである。

さらに、少なくとも一の方向における圧電素子間のずれは、その方向において圧電素子が配置されているピッチＰの半分に等しいことを特徴とする。

発明の具体的説明

以下に、図面を参照しながら非限定的な例として記載する説明により、本発明をより深く理解することができる。

図１で、先行技術のバイモルフミラーは、ガラスまたはシリカの２枚のいわゆる「スキン」層３、４の間に狭持された２枚の積層された圧電層１、２を含み、層３および４の少なくとも一方をミラーとして使用する。これらのミラーは、とりわけ適応光学に使用されるものであり、圧電セラミックに印加された電圧に応じて曲率が変化する。

それにも関わらず、圧電セラミックの厚さ（製造により最大厚さが規定される）と、スキン層３および４の厚さによってバイモルフミラーの厚さが増加するにつれて、ミラーの動的曲率が減少するため、バイモルフミラーの厚さは約２５ｍｍの値に制限されている。

本発明では、シリカまたはガラス等の材料から製造された中央層またはコア５が、層１と２との間に挿入されている。

このコア５の存在によって、
実質的にコア５の中間面に位置するように中間ファイバーを配置させて、ミラーの中間のファイバーからセラミックがより遠くに移るようにして、各セラミックの効率を向上させることができる、
厚さを増加させてミラーの慣性を向上させ、それによって、ミラーの剛性および安定性を向上させることができる、
このコアは、ミラーの長さ全体にわたって連続的であり、半剛性の梁として作用するので、安定性に対して非常に好ましい効果を与える。それによって、安定性を失うことなく、または曲率範囲が低下することなく、長さが大きい、例えば長さ１メートルのミラーを製造することができる、
というようないくつかの利点が得られる。

中央コア５の厚さｅは、必要とする曲率特性に応じて規定することができる。この厚さを増加すると、ミラーの剛性が増加するが、圧電アクチュエータが中間ファイバーから益々遠くに移動するため、圧電アクチュエータの効率も増加する。従って、各厚さは、印加される電圧に応じた曲率に対応した特性を有する。従って、適切な厚さは、実験的に、または有限の素子による変形に基づく計算により、決定することができる。実際には、１ｍｍ〜８０ｍｍの範囲内にある厚さｅを使用するのが有利である。バイモルフミラーの厚さＥは、例えば１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内でよく、特に２５ｍｍを超えてもよい。

圧電層を図示するが、この圧電層は、曲率平面（１１２、１２３、１３４、・・・、１７８、２１２、２２３、２３４、・・・、２６７）に沿って、１ピッチまたは２ピッチで並列に配列した複数のセラミック素子１１、１２および２１、２２、・・・から形成されており、また、曲率平面は、層１および２の主要面６、７、８、９に対して直角である。

本発明によれば、層２のセクション面（２１２、２２３、２３４、・・・、２６７）は、主要面と平行に、層１のセクション面（１１２、１２３、１３４、・・・、１７８）に対して互い違いになっており、例えば、少なくとも一の主要面と平行な方向において半ピッチだけずれているのが有利である（図３ａおよび３ｃ参照）。これによって、構造は、コア５を有していなくても、剛性がより高くなる。

図３ａ〜３ｄは、セラミック層１および２を制御するための電極の配置を示す。先ず、層１と３の間に、ミラーの長さ方向全体にわたって連続的であり、側方接触点４５_１（図３ｄ）を伴った、共通の電極４５があり、そして、層２と４の間に、ミラーの長さ方向全体にわたって連続的であり、側方接触点６５_１（図３ｄ）を伴った、共通の電極６５がある。次に、層１とコア５との間に、全体的に３０で示す複数の制御電極がある。この例では、１４個の制御電極３１〜４４があり、素子の側端には層１を制御するための同数の接触区域がある。最後に、層３とコア５との間に、全体的に３０で示す複数の制御電極がある。この例では、電極３１〜４４に面して配置された、層３を制御するための１４個の制御電極５１〜６４があり、デバイスの側端には同数の接触区域がある。

層１および２の圧電素子は、従来の方法により対向する極性で取り付けられているので、対面する制御電極（３１、５１；３２、５２；・・・等）に同じ電圧を印加すると、層の一方に収縮変位(compression displacement)変形を引き起こし、他方に引張変位(traction displacement)変形を引き起こし、それによって、層１および２は中間ファイバーの両側に配置されているので、ミラーを湾曲させる。

先行技術のバイモルフミラーを示す。本発明のバイモルフミラーを示す。本発明の好ましい実施態様を構成するバイモルフミラーの側面図を示したものである。図３ａの細部の拡大図である。本発明の好ましい実施態様を構成するバイモルフミラーのＢに沿って観察した図である。本発明の好ましい実施態様を構成するバイモルフミラーの制御電極を示したものである。

Claims

少なくとも一個の電極と共に、圧電セラミックの第一層と第二層とを有し、その圧電セラミックに印加された少なくとも一の電圧に応じてミラーの少なくとも一つの曲率を変化させるバイモルフミラーであって、前記圧電セラミックの第一層および第二層（１、２）が、半剛性の梁を形成する、ガラスまたはシリカ等の材料からなる中央コア（５）により分離されている、ことを特徴とする、バイモルフミラー。
前記圧電セラミックの第一層および第二層（１、２）が、ガラスまたはシリカ等からなる２枚のスキン層（３、４）の間に狭持されていることを特徴とする、請求項１に記載のバイモルフミラー。
前記中央コア（５）の厚さ（ｅ）が、１ｍｍ〜８０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１または２に記載のバイモルフミラー。
総厚（Ｅ）が、１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項３に記載のバイモルフミラー。
前記圧電セラミックの第一層および第二層（１、２）は、セクション面に沿った少なくとも一の方向で並列に配置された複数のセラミック素子により形成され、前記第二層（２）のセクション面（２１２、２２３、・・・）は、前記第一層（１）のセクション面（１１２、１２３、・・・）に対して、少なくとも一の方向でずれている、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイモルフミラー。
前記少なくとも一の方向における圧電素子間のずれが、前記の方向において圧電素子が配置されているピッチＰの半分に等しいことを特徴とする、請求項５に記載のバイモルフミラー。
少なくとも一個の電極と共に、圧電セラミックの第一層と第二層とを有し、その圧電セラミックに印加された少なくとも一の電圧に応じてミラーの少なくとも一つの曲率を変化させるバイモルフミラーであって、前記圧電セラミックの第一層および第二層（１、２）が、セクション面に沿った少なくとも一の方向で並列に配置された複数のセラミック素子により形成され、前記第二層（２）のセクション面（２１２、２２３、・・・）が、前記第一層（１）のセクション面（１１２、１２３、・・・）に対して、少なくとも一の方向でずれている、ことを特徴とする、バイモルフミラー。
前記少なくとも一の方向における圧電素子間のずれが、その方向において圧電素子が配置されているピッチＰの半分に等しいことを特徴とする、請求項７に記載のバイモルフミラー。