JP2008217006A - 圧電性適応ミラー - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電バーのピッチが小さく、それでも、適切なストロークを有する適応ミラーを作製できる用にすることを目的とする。
【解決手段】 本発明によれば、適応ミラー(２０)は、圧電材料製の複数個の隣接する櫛(Ｐ)からなり、バー(２１)に対向する長手方向面に配置された２つの電極(２３，２４)が上記の櫛の１つの歯により形成されている各単一バー(２１)と連携している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、リアルタイムで入射波面の歪みを修正するための光学システムに用いられ、よって、この光学システムの光学性能を維持するのを意図した変形可能なミラーである適応ミラーに関する。

− 一端が硬性ベースに結合されている複数個の棒状圧電作動体であって、電極が設けられており、これらの電極により電圧が上記の圧電作動体にかけられて電界を生じるものと、
− 上記の圧電作動体の他端により保持されており、これら各々により局部的に変形され得る可撓性反射面とからなり、この反射面の長さが上記の電解の作用のもとに変化する
ようにした適応ミラーは、例えば、ＥＰ特許第０７９３１２０号により、良く知られている。

更に、かけられる電界の方向に平行な１ブロックの圧電材料の長さの変化は上記の電界を生じる電圧に依存するが、上記の長さには関係がないことも良く知られている。
ＥＰ特許第０７９３１２０号

よって、上記の既知の適応ミラーでは、上記の可撓性反射面に連結されている各圧電バー(棒)の端が変形するように、十分なストロークを得るためには、上記のバーは積み重ねられた複数個の圧電素子からなり、これらの素子各々に一対の電極が設けられており、上記のバーのストロークが上記の素子の厚さの変化の合計に等しいことが必要である。

このように、上記の素子自体の数が増えれば、複合圧電バーのストロークが大きくなる。然し、積み重ねられた素子の数が大きければ、上記の複合バーのための十分な基礎を確実にするため、上記の積み重ねられた素子は大きな面積を有することが必要である。よって、上記の硬性ベース上では上記の圧電バーの小さなピッチを得ることは不可能である。

然し、これらの既知の適応ミラーでは、バーの所望のストロークとピッチとの間で歩み寄りが考慮されなければならない。実際では、約数μｍのストロークに対し約３mmの最小ピッチを得ることができる。

然し、適応光学素子の多数の応用には約数μｍのストロークに対し約１mmの圧電バーのピッチが必要である。

本発明の目的は従来例の欠点を克服し、圧電バーのピッチが小さく、それでも、適切なストロークを有する適応ミラーを作製できることである。

この目的のため、本発明によれば、上記のタイプの適応ミラーは、
− 並置され、相互に装着された圧電材料からなる複数個の櫛状単一体であって、各櫛状単一体は、単一バーを形成する歯と、上記のベースの一枚を形成する裏張りとからなり、
− 圧電材料からなる各単一バーには対向する長手方向面に２つの電極が設けられて、上記の作動体の１つを形成する
ことを特徴とする。

よって、本発明では、櫛状単一体の歯の形態のバーを作製することにより、これらのバーは、良好な硬性を有するので、同じ長さのストロークに対し、従来例の複合バーより横断面積が小さい。

よって、本発明では、直接圧電効果を用いる上記の既知の複合バーに対し、横断圧電効果が用いられる。

ＥＰ特許第１４３２０４８号が横断圧電効果を用い、単一体の圧電バーのマトリックスからなる圧電作動体を既に開示している。然し、この特許では、各バーは固定手段を介してベースに固定されており、これによりバーのピッチを減少させる可能性を制限している。

本発明によるミラーでは、単一バーのマトリックスは、例えば、接着により、複数個の櫛状単一体の裏張りを組み合わせるだけで形成される。

電気絶縁スペーサが上記の隣接する櫛状単一体の間に配置され、上記の単一バーの断面は正方形であるのが好ましい。

本発明による上記の適応ミラーの構造は、各作動体が単一であり、1対の電極のみからなるので、特に簡単であるが、従来例の各作動体は積み重ねられた複数個の圧電素子からなるので、電極の数がやはり多くなる。

本発明が実施される方法は添付図面より良く理解される。これらの図中同一符号は同一要素のことを言う。

図１には横断面が示されている圧電素子１は、圧電材料製の単一ウェハ２からなり、その２つの対向面には２つの平行な電極３及び４が対向して配置されている。“ｈ”で示されるウェハ２の高さはこれらの電極３と４との間の距離に対応する。上記のウェハ２は、長さｌ、幅ｘの横断面を有する。この幅ｘは図１の面に対し直交するが、図示されていない。

電圧Ｖが対向電極３および４の間にかけられると、ウェハ２は、これらの電極３及び４に対し直交する

の影響を受ける。

ウェハ２は、高さ“ｈ”に平行に、次いで、直接圧電効果のもとに、
ｄｈ／ｈ＝ｄ_３３Ｅ
のように、高さ“ｄｈ”が変化する。
ここでｄ_３３はウェハ２の圧電材料の直接充電係数を示す、

の振幅ＥはＶ／ｈに等しく、よって、ｄｈは積ｄ_３３Ｖに等しい。

よって、電圧Ｖの影響のもとにおける高さｈの変化ｄｈはこの電圧Ｖの増加する関数であるが、高さｈには関係しない。

図２は既知のタイプの適応ミラー１０を略示し、このミラーは
− 端部１１Ｉの一端が硬性ベース１２に結合されている、例えばマトリックスの形態の、高さＨの複数個の棒状圧電作動体１１であって、電極１３、１４が設けられており、これらの電極により電圧が上記の圧電作動体１１にかけられて、そこに電界を生じるものと、
− 上記の圧電作動体１１の他端１１Ｓにより保持されており、これら作動体各々により局部的に変形され得る可撓性反射面１５とからなり、この反射面１５の高さが上記の電解の作用のもとに変化する。

適応ミラー１０が作動するためには、各圧電作動体１１の高さの変化ｄＨが十分に大きいことが必須である。というのは、図１に関し上記で分るように、直接圧電効果による１ブロックの圧電材料の高さの変化はこのブロックの高さには関係しないからである。

よって、望ましい、大きな高さの変化ｄＨを得るためには、各圧電素子１１が、素子１に類似する、多数(数Ｎが大きい)の同一の圧電素子を既知の方法で積み上げて形成する。電極１３、１４はついで上記の構成素子１の電極３、４の数により形成される。このように、各作動体１１の高さＨはＮｈに等しく、各圧電素子の高さの変化ｄＨは構成素子１の高さの変化ｄｈの値のＮ倍に等しくなれる。Ｎを適切に選択することにより、所望の十分に大きな変化ｄＨが得られる。

然し、積み上げられた素子１の基礎が十分であり、作動体１１の頑丈さが満足いくためには、硬性ベース１２上の作動体１１のピッチｐが、実際、ミラー１０の多くの応用のために十分な値ではない３mm未満であってはいけないので、各素子１には大きな面積（この面積は１部は長さｌにより１部は幅ｘにより決定され、よって少なくともほぼ１に等しい）を与えることが必須である。

上記で示したように、本発明の目的の１つはこのピッチｐの値を下げることである。

本発明は、電圧Ｖが電極３，４を介して圧電ウェハ２にかけられると（図１参照）、高さｈは、直接圧電効果によりｄＨ＝ｄ_３３Ｖの変化をするだけでなく、横断圧電効果により長さｌはｄ１の変化をするという事実の恩恵を被る。横断圧電効果によるこの長さの変化ｄｌは
ｄｌ／ｌ＝ｄ_３１Ｅ＝ｄ_３１Ｖ／ｈ
となる。
式中ｄ_３１は圧電材料の横断充電係数である、

確実にするためには、この横断充電係数ｄ３１は直接充電係数ｄ３３未満である(一般にはｄ_３１はせいぜい、ウェハ２の圧電材料により、ｄ_３３の１／２に等しい）が、上記より、ｄｌ＝ｄ_３１Ｖ／ｈ、即ち横断圧電効果による長さの変化ｄｌは電圧Ｖだけでなく長さｌの増加する関数であり、高さｈの減少する関数であることに注意することが重要である。

よって、横断充填係数ｄ３１が低い値であるにも拘わらず、十分に大きいｌおよびＶ、ならびに十分に小さいｈを選択することにより満足いく振幅の長さの変化ｄｌを得ることができる。

本発明は上記の見解を応用する。
確かに、図４に示されている、本発明による適応ミラー２０は
− 圧電材料で作製され、同一で矩形の複数個の櫛状単一体Ｐ(そのような櫛は図３に示されている)であって、その櫛の各歯は一端２１Ｉが対応する櫛の裏張りＤに結合された単一バー２１を形成し、これらのバー２１は、例えば、断面、正方形(ｈ＝ｘ)であり、その長さｌの値Ｌは長さの所望の変化、ｄＬ＝ｄ_３１ＬＶ／ｈを得ることができるように選択され、
− 櫛状単一体Ｐはそれらの並置された裏張りＤにより相互に結合されて、ベース２２を形成し、こうして各裏張りＤはこのベース２２の１枚を形成し、上記の櫛状単一体Ｐを結合後、例えば、接着により、色々な櫛の単一バー２１が列状および欄状に配置されてマトリックスを形成し、
− 各単一バー２１には、このバーの対向する長手方向面に位置する(上記の電極３及び４に類似する)２つの電極２３および２４が設けられており、
− 可撓性反射面２５は、バーの長さＬが変化すると各バーにより局部的に変形するように、バー２１の他端２１Ｓにより保持されている
ことを特徴とする。

更に、電気絶縁スペーサ２６が隣接する櫛状単一体Ｐの間に介在されており、各バーの電極２３を隣接するバー２１の対向電極２４から絶縁している。

電極２３，２４のコンタクト(接点)(２７，２８)は、上記の単一バー２１に対向するベース２２の側からアクセスできるようにベース２２を横断している。

単一バー２１は、その頑丈さを損なうことなく、複合バー１１の横断面ｌｘより小さい横断面ｈｘを有することができることが容易に理解される。単一バー２１のピッチｐは、よって、複合バー１１のピッチｐより小さい。

１つの特定な実施例では、横断充填係数ｄ_３１が１.３ｘ１０^−１９ｍ／Ｖに等しい圧電材料が櫛状単一体Ｐを作製するのに用いられた。±４００Ｖに等しい電圧Ｖが選択された。単一バー２１は正方形の断面ｈｘを有し、ｈ＝ｘ＝０.７mmであって、長さＬは２０mmに等しい。そこで、ｄＬが−１.５μｍと＋１.５μｍとの間であり、３μｍの全ストロークを提供することを計算するのが容易である。

０.３mmのスペーサ２６を選択すると、ピッチｐが１mmに等しい。

直接圧電効果および横断圧電効果を説明する略図である。 既知の圧電性適応ミラーの構造を示す略図であり、図２Ａは、図２の一部の拡大図である。 本発明による櫛状単一体の正面図である。 本発明による圧電性適応ミラーの構造を示す略図である。

符号の説明

２０…適応ミラー、２１…圧電作動体(単一バー)、２１Ｓ…圧電作動体の他端、２２…硬性ベース、２３・２４…電極、２５…可撓性反射面、２６…電気絶縁スペーサ、２７・２８…電極の接点、Ｐ…櫛状単一体、Ｄ…裏張り。

Claims (4)

1. 適応ミラー(２０)は
   − 一端が硬性ベース(２２)に結合されている複数個の棒状圧電作動体であって、電極が設けられており、これらの電極により電圧が上記の圧電作動体にかけられて電界を生じるものと、
   − 上記の圧電作動体の他端(２１Ｓ)により保持されており、これら作動体の各々により局部的に変形され得る可撓性反射面(２５)とからなり、この反射面(２５)の長さが上記の電界の作用のもとに変化するものにおいて、
   − 上記の圧電材料で作製され、並置され、相互に装着された複数個の櫛状単一体(Ｐ)であって、各櫛が、単一バー(２１)を形成する歯と、上記のベース(２２)の１枚を形成する裏張り(Ｄ)からなるものと、
   − 圧電材料製の各単一バー(２１)には、対向する長手方向面に２つの電極(２３)および(２４)が設けられて上記の作動体の１つを形成する適応ミラー。
2. 上記の単一バー(２１)が断面正方形である請求項１に記載の適応ミラー。
3. 電気絶縁スペーサ(２６)が隣接する櫛状単一体の間に配置されている請求項１あるいは２に記載の適応ミラー。
4. 電極(２３，２４)の接点(２７，２８)は、上記の単一バー(２１)に対向するベース(２２)側からアクセスできるように、ベース(２２)を横断している請求項１から３のいずれか１項に記載の適応ミラー。

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