JP2018516383A - 変形可能ミラーのための電気機械式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

第１の態様において、本発明は、変形可能反射基板を備えた変形可能ミラーに一体化されることを意図された、双方向力を生成するアクチュエータに関する。このアクチュエータは、静的基部（１０）と、駆動装置と、駆動ロッド（２０）と、浮遊ヘッド（３０）と、を備える。駆動ロッド（２０）は、駆動装置を用いて、静的基部（１０）に対する、並進軸（ｘｘ’）に沿った並進的な運動を駆動されることができる。浮遊ヘッド（３０）は、変形可能反射基板に取り付けられるように設計される。浮遊ヘッド（３０）は、第１の弾性部品（３３）および第２の弾性部品（３５）を用いて、駆動ロッドに浮遊的な方法で取り付けられる。第１の弾性部品（３３）および第２の弾性部品（３５）の各々は、駆動ロッド（２０）と浮遊ヘッド（３０）との間に取り付けられる。第１の弾性部品（３３）および第２の弾性部品（３５）の各々は、浮遊ヘッドにそれぞれの力を与えるように設計される。力の並進軸（ｘｘ’）に対する射影は、反対方向を向く。【解決手段】【選択図】図２Ａ

Description

本明細書は、変形可能ミラーのための電気機械式アクチュエータに関する。本明細書はまた、電気機械式アクチュエータを複数与えられた変形可能ミラーに関し、特に補償光学の分野に適用される。

特にパワーレーザの分野では、多数の光学部品（ミラー、レンズ、増幅クリスタル等）がレーザビームの波面の質に影響を与える。増幅段数、ビームや光学部品のサイズ、ポンプビームのエネルギーなどの増加が、特にその原因である。ユーザが実験を行うために標的上にビームをフォーカスしたいとき、フォーカススポットの質は、波面欠陥の影響を受ける。そして標的における最大パワー密度は、こうした欠陥がなかった場合に得られるだろう大きさに到底及ばない。こうした構成の場合、最後に補償光学を用いて波面を修正することにより、期待される最適値に近いパワー密度を標的において得ることができる。

一般に補償光学システムは、波面測定システムと、波面の欠陥を修正するための波面変調システムとを備える。一般にパワーレーザの分野では、波面変調システムは変形可能ミラーを備える。変形可能ミラーは、変形可能反射基板と、制御的な仕方で変形可能反射基板を局所的に変形することができるアクチュエータとからなる。

現時点で、反射基板の局所的変形のために適応される、変形可能ミラーのための多くのタイプのアクチュエータが存在する。

既知のアクチュエータのいくつかは、ピエゾ電気、電歪、または磁歪材料を基本とする。これらのアクチュエータは、相当程度のヒステリシスを持つという点だけでなく、加えられた力を制御するために複雑な制御機能の使用が必要である点でも欠点を持つ。さらにこれらのアクチュエータは、反射基板に与えられた変形を維持するために、連続的かつ継続的なエネルギー供給を必要とする。

別の電気機械式アクチュエータは、連続的なエネルギー供給を要さずに加えられた力を維持することのできるステップモータまたは直流モータを備える。仏国特許第２８４７７４２号には、素子の短距離移動（マイクロメータ単位）に適合する、かかる電気機械式アクチュエータが記載されている。さらにこのような電気機械式アクチュエータにより、双方向的力の生成および制御が可能となる。そのようなアクチュエータの一例が図６に示される。アクチュエータ２００は、静的基部２０２と、第１部分２０４および第２部分２０６を有する可動部品とを備える。第１部分２０４は、第１の弾性部品２８０（本例では圧縮バネ）を介して静的基部に接続する。第２部分は、第２の弾性部品２０７（本例では牽引バネ）を介して第１部分に接続される。例えば第１可動部分２０４は、力を付与される必要のある部品２２０（図６では破線で示される）と接触するように設計された筐体である。静的基部２０２に対する並進運動を可動部品に与えるために、可動部品の第２部分２０６は、フィンガー２３１を備えるマイクロメータ位置決めジャッキのような駆動手段２１３によって移動される。アクチュエータ２００により、連続的なエネルギー供給を要さずに、部品に付与された力を維持することができる。しかしながらそのデザインが原因で、アクチュエータ２００の駆動手段２１３は、駆動手段２１３が伝達する力と、駆動手段２１３が感じる力との間にアンバランスを示す。実際、ジャッキが中間的位置にあって、部品２２０に伝達される力という意味でアクチュエータ２００が中立位置にあるとき、すなわちバネ２０７および２８０から働く力が互いに反対方向を向くことにより、浮遊筐体２０４を通して力が伝えられていないとき、駆動手段は、ジャッキ２１３のフィンガー２３１上の第２可動部分２０６からの反発によって生じる力を受け続ける。駆動手段が絶え間なく感じる力は、特定の部品が早期摩耗する原因となる。

本明細書は、上記の欠点を解消することのできる、変形可能ミラーのための電気機械式アクチュエータを提案する。

第１の態様において、本明細書は、双方向力を生成するための、すなわち２つの反対方向の一方または他方を向く力を生成するためのアクチュエータに関する。第１の態様に係るアクチュエータは、変形可能反射基板を備える変形可能ミラーと一体化するように適合する。アクチュエータは、変形可能ミラーと一体化すると、変形可能反射基板を変形するためにこれに力を与えることができる。

アクチュエータは、静的基部と、駆動装置と、駆動ロッドと、浮遊ヘッドとを備える。駆動ロッドは、駆動装置を用いて、静的基部に対する、並進軸に沿った並進的な運動を駆動されることができる。浮遊ヘッドは、変形可能反射基板に取り付けられるように設計される。浮遊ヘッドは、第１の弾性部品および第２の弾性部品を介して、駆動ロッドに浮遊的な方法で取り付けられる。第１の弾性部品および第２の弾性部品の各々は、駆動ロッドと浮遊ヘッドとの間に取り付けられる。第１の弾性部品および第２の弾性部品の各々は、浮遊ヘッドに力を与えるように設計される。これらの力の並進軸に対する射影は、反対方向を向く。

第１の弾性部品および第２の弾性部品が駆動ロッドと浮遊ヘッドとの間に配置されることにより、アクチュエータが変形可能ミラーと一体化されたときに、アクチュエータにより伝達された力と、駆動装置が感じる力との間に平衡を与えることが可能となる。こうして、駆動ロッドの中立位置においては、駆動装置は、第１の弾性部品および／または第２の弾性部品からいかなる反力も感じない。ここで駆動ロッドの中立位置とは、変形可能基板に力が与えられていないときの位置である。これにより、駆動装置の部品における早期摩耗を防ぐことができる。

さらに、第１の弾性部品および第２の弾性部品は、並進軸に対する射影が互いに反対方向を向く力を浮遊ヘッドに与えるように構成される。これによりアクチュエータは、浮遊ヘッドが変形可能ミラーと一体化したとき、変形可能反射基板に対する双方向の力を生成することができる。

１つ以上の実施形態において、第１の弾性部品および第２の弾性部品は、変形可能基板に力が与えられていない駆動ロッドの中立位置において、第１の弾性部品および第２の弾性部品によって与えられる力がそれぞれゼロでなく互いに反対方向を向くように、プレストレスを与えられる。この構成により、基板上で一方向または他方向にゼロでない力が生成されているとき、弾性部品の各々が、これらの力の生成に寄与することができる。

１つ以上の実施形態において、弾性部品の各々は、１つ以上のバネ、例えば１つ以上の牽引バネまたは１つ以上の圧縮バネを備える。

１つ以上の実施形態において、少なくとも１つの弾性部品は、２個から４個の牽引バネ、例えば３個の牽引バネを備える。

１つ以上の実施形態において、少なくとも１つの弾性部品は、駆動ロッドの中心に圧縮バネを備える。

１つ以上の実施形態において、アクチュエータの駆動ロッドは、駆動アームと、駆動アームに取り外し可能な仕方で取り付けられたロッドと、を備える。そして第１の弾性部品および第２の弾性部品が、浮遊ヘッドとロッドとの間に配置される。ロッドが取り外し可能であるような実施形態は、いずれの弾性部品も、アクチュエータの浮遊ヘッドおよび静的基部には接続されないことにより実現される。これにより、アクチュエータをミラーの変形可能基板に取り付けることができ、駆動装置が摩耗または損傷したときは、この駆動装置をアクチュエータから容易に取り外し、ミラーの基板または変形可能基板近辺での作業を要することなく、新たな駆動装置を導入することができる。これにより損傷のリスクを回避することができる。

１つ以上の実施形態において、ロッドは、ロッドを駆動アームに連結する連結部品を備える。一例に係る連結部品は、１つ以上の磁石を備える。磁石は、ロッドおよび駆動アームの一方または他方の上に配置される。これにより、アクチュエータの取り外し可能部分の取り付けおよび取り外しの実現が容易となる。

１つ以上の実施形態において、浮遊ヘッドは筐体を備える。筐体は、駆動ロッドの上部周辺に配置される。筐体は、上壁および下壁を備える。上壁は、変形可能基板に取り付けられるように設計される。下壁は、上壁の反対側に位置する。第１の弾性部品は、駆動ロッドの上部と、筐体の下壁との間に取り付けられる。

一例において、第２の弾性部品は、筐体の外部に設けられた駆動ロッドの下部と、筐体の下壁との間に取り付けられる。

別の例において、第２の弾性部品は、駆動ロッドの上部と、筐体の上壁との間に取り付けられる。

これらの例の１つ、またはこれらと別の例において、ある実施形態では、第１の弾性部品と第２の弾性部品とは同じものである。

１つ以上の実施形態において、第１の弾性部品は、圧縮によって動作し、駆動ロッドと浮遊ヘッドとの間に取り付けられる。また第２の弾性部品は、牽引によって動作し、駆動ロッドと浮遊ヘッドとの間に取り付けられる。さらにこの実施形態では、浮遊ヘッドは、駆動ロッドの周辺に配置された筐体を必ずしも持たない。浮遊ヘッドは任意の所与の形状であってよい。浮遊ヘッドは、変形可能反射基板に取り付けられるように設計された壁と、第１の弾性部品および第２の弾性部品が接続される壁と、を備える。これらの壁は、単一の壁に一体化されてもよい。

１つ以上の実施形態において、駆動ロッドは、第１の弾性部品および／または第２の弾性部品を取り付けるための横材を少なくとも１つ備える。この横材により、弾性部品の取り付けが容易となる。第１の弾性部品および第２の弾性部品が、それぞれ駆動ロッドの上部および駆動ロッドの下部の領域に取り付けられる例では、駆動ロッドは、第１の横材および第２の横材を備えてよい。アクチュエータが、駆動アームと取り外し可能ロッドとの間に連結部品を備える例では、横材は連結装置によって形成されてよい。

１つ以上の実施形態において、駆動装置はリニアモータを備える。これにより、駆動ロッドの制御された移動、例えばマイクロメートルの移動が可能となる。リニアモータは、駆動ロッドに並進運動を駆動するための、当業者に既知の任意の手段で形成されてよい。その例として、ナット―ボルトシステムに関連する回転モータ、マイクロメートルジャッキ、ピエゾ電気モータ、磁気モータ、電歪モータなどがある。

第２の態様において、本明細書は、フレームと、フレームに取り付けられた変形可能反射基板と、複数の、前述のアクチュエータと、を備える変形可能ミラーに関する。１つ以上の実施形態において、各アクチュエータの静的基部はフレームと一体化し、各アクチュエータの浮遊ヘッドは変形可能反射基板と一体化する。

反射基板とフレームとの連結は、可撓連結または剛性連結であってよい。

１つ以上の実施形態において、フレームは、各アクチュエータに関し、少なくとも部分的にアクチュエータの静的基部を受け入れることができる収容部を備える。フレームはまた、収容部の近辺に、駆動ロッドのための支持台を形成する面を備える。

本発明のその他の利点や特徴は、以下の図面を用いて説明される本明細書を熟読することにより明らかとなるだろう。

本明細書に係る、変形可能ミラーのための電気機械式アクチュエータの例を示す図である。 本明細書に係る、変形可能ミラーのための電気機械式アクチュエータの例を示す図である。 本明細書に係る、変形可能ミラーのための電気機械式アクチュエータの例を示す図である。 図１Ａに示されるアクチュエータの一変形例であって、駆動ロッドが、駆動アームと、駆動アームに取り外し可能な仕方で取り付けられたロッドと、を備えるものを示す図である。 一実施例に係る、回転モータによって駆動されるナットおよびボルトシステムを備えるリニアモータの例を示す図である。 本明細書に係るアクチュエータの異なる状態を示す図である。 本明細書に係るアクチュエータの異なる状態を示す図である。 本明細書に係るアクチュエータの異なる状態を示す図である。 本明細書に係るアクチュエータの異なる状態を示す図である。 本明細書に係るアクチュエータが取り付けられた変形可能ミラーの例を示す図である。 一実施例に係る、駆動ロッドのための支持台を形成するような変形可能ミラーのフレーム内のアクチュエータの配置を示す図である。 従来技術のアクチュエータを示す図である。

首尾一貫性の理由から、異なる図面において、同一の部品に同一の参照番号が付される。

図１Ａから図１Ｃは、変形可能ミラーの変形可能反射基板１２０上で双方向力を生成することに適合した電気機械式アクチュエータ１３０の様々な例を示す。

図１Ａから図１Ｃの各例に示されるアクチュエータ１３０は、静的基部１０と、駆動ロッド２０と、変形可能基板１２０に取り付けられるように設計された浮遊ヘッド３０と、を備える。駆動ロッド２０は、駆動装置（図１Ａから図１Ｃには示されない）を用いて、静的基部１０に対して、並進軸（ｘｘ’）に沿った並進運動を駆動されることができる。浮遊ヘッド３０は、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５を介して、駆動ロッド２０に接続される。駆動装置は、例えば電力供給源１６を用いて、電気的にエネルギーを与えられる。

ヘッド３０と駆動ロッド２０との間の弾性連結により、ヘッドに浮遊性が与えられる。このタイプの連結により、位置調整ずれ、もしくは駆動ロッドと浮遊ヘッド３０との間の角度方向運動または並進運動が発生し得る。ここで浮遊ヘッド３０は、基板の望まれない変形を生み得る寄生トルクを発生させることなく、変形可能基板１２０と接触している。さらに、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５は、浮遊ヘッドに力を与えるように設計されている。これらの力の並進軸（ｘｘ’）に対する射影は、互いに反対方向を向く。後述するが、この構成により、変形可能基板１２０に双方向力、すなわち押付力および引張力を与えることができる。

駆動装置は、例えばリニアモータを備える。このリニアモータの一例が図２Ｂに示される。このリニアモータにより、駆動ロッドは、並進軸（ｘｘ’）に沿って並進運動することができる。駆動ロッドの並進運動の全振幅は、例えばミリメートルのオーダである。この並進運動は、アクチュエータ１３０を用いて、変形を生む目的で変形可能基板１２０に与えられる制御された力に変換される。この変形は、全振幅が数ミクロン、精度が１ナノメートルであってよい。変形の振幅は、変形可能ミラーの剛性と、基板をフレームに固定する手段の剛性とに依存する。

図１Ａから図１Ｃの例における第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５の各々は、１つ以上の牽引バネまたは圧縮バネを備え、駆動ロッド２０と浮遊ヘッド３０との間に取り付けられる。例えば、弾性部品は２個から４個の牽引バネを備えてよい。例えば、弾性部品のための３個の牽引バネにより、力を良好に配分することができる。圧縮バネを使う場合、図１Ｃに示されるように（バネ３３）、圧縮バネは駆動ロッドの軸の中心に設置されてよい。代替的に、弾性部品の各々は、１つ以上の弾性材料からなる部品、例えばラバーまたはシリコンのブロックから形成された１つ以上の部品を備えてもよい。

ある実施例では、弾性部品３３および弾性部品３５にはプレストレスが与えられる。この場合、駆動ロッドの中立位置、すなわち変形可能基板に力が与えられていない位置で、それぞれ第１の弾性部品および第２の弾性部品により与えられる力は、ゼロでなく互いに逆方向を向く。後にさらに詳述するが、この構成により、基板上で一方向または他方向のゼロでない力が生成されている間、弾性部品の各々この力の生成に寄与する。

駆動ロッドと浮遊ヘッドとの間にある第１の弾性部品および第２の弾性部品のいくつかの構成により、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５が、互いに反対方向を向く力を、より正確には並進軸（ｘｘ’）に対する射影が互いに反対方向を向く力を発揮することが可能となる。図１Ａから図１Ｃはこの例を３つ示すが、これらに限定されるものではない。

図１Ａおよび図１Ｂに示される例では、浮遊ヘッド３０は、駆動ロッド２０の周囲に一部が配置される筐体３１を備える。筐体３１は、少なくとも１つの上壁３１ａと下壁３１ｂとを備える。上壁３１ａは、変形可能ミラー１００の変形可能反射基板１２０に取り付けられるように設計される。下壁３１ｂは、上壁３１ａの反対側にある。下壁３１ｂはオリフィス３２を備える。駆動ロッド２０の上部２１が筐体３１の内部に位置するように、駆動ロッド２０がオリフィス３２を貫通する。筐体３１は、図の平面上で、実質的に長方形の断面で示される。しかしながら筐体３１は、第１の壁（または第１の側面）と第２の壁（または第２の側面）とを備え、オリフィスが与えられる限り、他の任意の形状（円柱、平行パイプ等）であってよいことに注意する必要がある。ここで第１の壁（または第１の側面）は、変形可能基板１２０に取り付けられるよう設計される。また第２の壁（または第２の側面）は、第１の壁（または第１の側面）の反対側に位置する。さらにオリフィスによりロッドの両側に隙間が与えられることにより、駆動ロッド２０の貫通が可能となる。

図１Ａの例では、第１の弾性部品３３は、複数の同一の牽引バネを備える。これらの牽引バネの一方は、駆動ロッドの上部２１に取り付けられる。また他方は、筐体３１の下壁３１ｂに、より正確には（筐体に関し）この壁の内側に取り付けられる。同様に第２の弾性部品３５は、第１の弾性部品を形成するものと同一の複数の牽引バネを備える。これらの牽引バネの一方は、筐体３１の下壁３１ｂに取り付けられる。また他方は、筐体の外側に位置する駆動ロッドの下部２３に取り付けられる。より正確には本例では、第２の弾性部品３５は、（筐体に関し）下壁３１ｂの外側に取り付けられる。

同様に図１Ｂの例では、第１の弾性部品３３のバネは、駆動ロッドの上部２１と、筐体３１の下壁３１ｂとの間に取り付けられる。しかし第２の弾性部品３５のバネは、駆動ロッドの上部２１と、筐体３１の上壁３１ａとの間に取り付けられる。本例では、第１の弾性部品および第２の弾性部品はそれぞれ、（筐体に関し）上壁および下壁のそれぞれ内側に取り付けられる。

図１Ａおよび図１Ｂに示される例では、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５は、牽引バネ、例えば駆動ロッド２０の長軸周りに約１２０°の角度で配置された３つの牽引バネを備える。代替的に、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５は、１つ以上の圧縮バネ、またはその他の任意の弾性部品を備える。

図１Ａおよび図１Ｂの例では、第１の弾性部品３３と第２の弾性部品３５とは同じもの、例えば同じ長さで同じ剛性のバネから形成されたものであってよい。

図１Ｃに示される例では、第１の弾性部品３３は圧縮により動作し、駆動ロッド２０と浮遊ヘッド３０との間に取り付けられる。そして第２の弾性部品３５は牽引により動作し、駆動ロッド２０と浮遊ヘッド３０との間に取り付けられる。再び本例では、第１の弾性部品３３は、１つ以上の圧縮バネ、例えば駆動ロッドの軸の中心に設置された単一の圧縮バネを備えてよい。そして第２の弾性部品３５は、１つ以上の牽引バネ、例えば例えば駆動ロッド２０の長軸（ｘｘ’）周りに約１２０°の角度で配置された３つの牽引バネを備えてよい。本例における浮遊ヘッドは、もはや必ずしも、駆動ロッドの一端が貫通できる開口を備えた筐体ではない。浮遊ヘッドは、変形可能基板に取り付けられるように設計された１つの壁と、弾性部品が固定されるための１つの壁とを備える、所与の任意の形状、固体または空洞であってよい。図１Ｃの例では、２つの壁は単一の壁３０に一体化されている。すなわち壁３０の一方の側は基板に取り付けられるように設計され、他方の側は第１の弾性部品および第２の弾性部品がそこに固定されるように設計されている。

１つ以上の実施形態では、駆動ロッド２０は、第１の弾性部品および／または第２の弾性部品を固定するための横材を少なくとも１つ備える。

この場合図１Ａに示される例では、駆動ロッド２０は、駆動ロッド２０の上部２１の領域、例えば上部２１の端部に位置する第１の横材２２を備える。本例では、駆動ロッド２０は、駆動ロッド２０の下部２３の領域に位置する第２の横材２４を備える。図１Ｂおよび図１Ｃの例では、駆動ロッドは、弾性部品を固定するための横材を１つ備える。図１Ｂの例では、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５を固定するために、横材２２のみが使われる。そして図１Ｃの例では、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５を固定するために、横材２４のみが使われる。

第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５が例えば牽引バネにより形成されたとき、横材２２および横材２４の各々は、これらの弾性部品がそれぞれ固定されるためのベースを形成し得る。同様に第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５が圧縮バネにより形成されたとき、横材２２および横材２４の各々は、これらの弾性部品が押し付けられるための支持面を形成し得る。

第１の弾性部品および第２の弾性部品は、浮遊ヘッドと駆動ロッドとを結んでいる。すなわちこれらの弾性部品は、いずれも静的基部には結ばれていない。従って、弾性部品に適用される実現形態に関わらず、アクチュエータを用いて変形可能基板１２０に伝達される力と、浮遊ヘッドを介して駆動装置が感じる力とは、大きさが等しい。従って、基板に力が与えられていない駆動ロッドの中立位置では、駆動ロッドは浮遊ヘッドとともに隔離された機械システムを形成する。そして駆動装置は、第１の弾性部品および／または第２の弾性部品を原因とする力を感じない。

さらに、第１の弾性部品および第２の弾性部品が浮遊ヘッド３０と駆動ロッド２０との間に配置されている（従って、浮遊ヘッドと静的基部との間には連結が存在しない）ことから、駆動装置に、取り外し可能なロッドが与えられる可能性が生じる。

図２Ａは、本明細書に係る電気機械式アクチュエータのこのような実施例を示す。本実施例では、駆動ロッド２０は、駆動アーム２５と、駆動アーム２５に取り外し可能な仕方で取り付けられたロッド２６と、を備える。この変形例は、弾性部品３３および弾性部品３５が浮遊ヘッド３０と駆動ロッド２０との間に配置される方法に関わらず、適用可能である。

駆動アーム２５は、駆動装置よって駆動される。また駆動アーム２５は、例えば連結部品４０（連結装置とも呼ばれる）を用いて、ロッド２６に接続される。この連結部品４０により、ロッド２６の、駆動アーム２５に対する取り外し可能な組み付けが可能となる。こうして、駆動装置が摩耗または破損した場合、この駆動装置を、ロッド２６および浮遊ヘッド３０（浮遊ヘッド３０は、変形可能反射基板１２０に取り付けられるように設計されている）を備える部分から容易に取り外すことができる。その後、基板または基板近辺での作業を要することなく、新たな駆動装置を導入することができる。このように、ミラーの基板から離れた場所で作業が行われることにより、基板の損傷を防ぐことができる。

図２Ａに示されるように、連結部品４０は少なくとも部分的に、駆動アーム２５および／またはロッド２６に組み込まれていてよい。本実施形態では、連結部品４０は１つ以上の磁石を備えてよい。ある変形例では、連結部品４０は、単一の磁石４１または磁石４２を備える。これらの磁石は、駆動アーム２５またはロッド２６に埋め込まれる。これにより、駆動アームを用いてロッドを保持することができる。本変形例では、磁石を含まない部品（ロッドまたは駆動アーム）は、磁石によって引きつけられることのできる、低炭素鋼などの鉄系材料から形成された部分を少なくとも備える。図２Ａに示される本実施形態の一変形例では、連結部品４０は、第１の磁石４１および第２の磁石４２を備える。第１の磁石４１は、駆動アーム２５の端部に一体化される。第２の磁石４２は、ロッド２６の下部２３に組み込まれる。一変形例において、第１の弾性部品３３および／または第２の弾性部品３５を固定するための第２の横材２４が存在する場合（例えば図１Ａおよび図１Ｃの場合）、磁石４２はこのロッド２６の第２の横材２４に一体化される。これらの変形例の場合、連結力は、アクチュエータ１３０のすべての力学的範囲にわたり、アーム２５とロッド２６との連結が強く維持されるように設計される。

一変形例において、連結部品４０は、駆動アーム２５から独立した部品を備えてよい。これらの部品は、例えば貫通ネジやクランプカラーを用いた組み付けを実現するために、ロッド２６と駆動アーム２５との間の結合箇所に位置するよう取り付けられる（図示せず）。一般に、駆動アーム２５に組み付けられたロッド２６を保持することができ、かつアクチュエータの駆動アームおよび駆動装置を備える部分を取り外すことができる（例えば交換を実現するため）ものであれば、任意のタイプの連結部品が用いられてよい。

連結部品４０のために選択される実現形態に関わらず、ロッド２６の駆動アーム２５に対する連結力は、浮遊ヘッド３０の非剛性部品（例えば、弾性部品３３および弾性部品３５）により与えられる最大許容力より小さくなるように選択されてよい。こうすることにより、ロッド２６を駆動アーム２５から取り外すために連結部品４０に与えられる力により、上記の弾性部品が損傷を受けることがない。

図２Ｂは、本明細書に係る駆動装置の一例を示す。本図には、アクチュエータの静的基部１０および駆動装置のみが示される。

駆動装置は、回転モータ１１を備える。回転モータ１１は、ネジ山の刻まれたロッド１３（ネジ山１３１）に回転を駆動し、それ自身がナット１４（ネジ山１４１）を駆動し、ピン１５によって回転がロックされる。ピン１５は、静的基部１０の溝１０１の中を移動可能である。ネジ山の刻まれたネジ１３が回転することにより、ナット１４は、ネジの回転方向に応じた方向に並進運動する。ナット１４は、駆動ロッドに接続されていてもよく、あるいは駆動アーム２５を直接形成してもよい（図２Ａ）。

図３Ａから図３Ｄは、一例において、本明細書に係るアクチュエータの機能を示す。これらの図において、アクチュエータ１３０は図１Ａ（または図２Ａ）に記載されたものと同じタイプのものであり、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５を備える。第１の弾性部品３３は、第１の横材２２と、筐体３１の下壁３１ｂとの間に配置される。第１の横材２２は、浮遊ヘッド３０を形成する筐体３１の内部に位置するロッドの上部２１にある。第２の弾性部品３５は、浮遊筐体の下壁３１ｂと、第２の横材２４との間に配置される。第２の横材２４は、駆動ロッドの下部２３にある。図３Ａから図３Ｄに示される例では、第１の弾性部品３３および第２の弾性部品３５の各々は、駆動ロッド２０の周囲に取り付けられた、プレストレスの与えられた圧縮バネを備える。アクチュエータの実現形態に関わらず（特に図１Ａから図１Ｃに記載された例の１つまたは他のものは特に）、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄを用いて説明される原理が適用可能である。

図３Ａと図３Ｃは同じものであり、駆動ロッドが中立位置（Ｐ_１で示す）にあるときのアクチュエータ１３０を示す。この位置では、アクチュエータは反射基板１２０に力を与えない。図３Ｂは、駆動ロッドが中立位置に対してある方向または別の方向に動いたとき（Ｐ_２で示す）の、作動状態にあるアクチュエータ１３０を示す。図３Ｄは、基板からアクチュエータへの反作用が存在する場合であり、例えば他のアクチュエータの影響下で、浮遊ヘッド上にある変形可能基板からの反力に起因して浮遊ヘッドが移動したとき（Ｐ_３で示す）の、アクチュエータ１３０を示す。

図３Ａおよび図３Ｃに示される中立位置Ｐ_１では、浮遊ヘッド３０は変形可能基板１２０に力を与えない。実際この位置では、弾性部品３３および弾性部品３５により筐体３１上に生成される力は、反対方向を向く。このときこれらの弾性部品には、圧縮の振幅のほぼ中間位置にあるように、プレストレスが与えられる。従って本例では、第１のバネ３３は、筐体３１に対し、図３Ａにおいてｘで示される方向を向く力Ｎ_１を及ぼす。そして第２のバネ３５は、筐体３１に対し、反対方向ｘ’を向く力Ｎ’_１を及ぼす。図３Ａから図３Ｄにおいて、すべての力は、変形可能基板と接触する壁の領域に位置する、筐体の作用点Ａの領域で定まる。読みやすさを優先して、力はアクチュエータを示す図の外側に示される。力Ｎ_１と力Ｎ’_１とは、絶対値が等しく、向きが逆である。その結果、合力Ｎ’’_１はゼロとなる。従って、浮遊ヘッド３０によって、基板１２０に対して力は伝達されない。さらに、力Ｎ_１と力Ｎ’_１とは、駆動ロッド上の点と浮遊ヘッドとの間にのみ与えられ、その和はゼロである。このため、駆動ロッドと浮遊ヘッドとによって形成された部品は、隔離された機械システムを形成する。従って駆動装置にはいかなる力も与えられず、これにより駆動装置における摩耗を制限することができる。

前述の説明の通り、第１のバネ３３と第２のバネ３５とは、アクチュエータに取り付けられている間、プレストレスを与えられる。その結果、これらのバネの各々は、変形可能基板に与えられる力に寄与することができる。これらのバネの各々のプレストレスは等しく、例えば各バネの全圧縮振幅の半分である。従って例えば、筐体３１に与えられる力に相当する圧縮の強さを各バネが担い、一方のバネの力が０Ｎから２０Ｎまで変化し、他方のバネの力が０Ｎから−２０Ｎまで変化する場合、これらの２つのバネの各々は、中立位置においてそれぞれが１０Ｎおよび−１０Ｎに等しい力を与えるように、プレストレスを与えられてよい。

駆動装置（例えば図２Ｂに示されるリニアモータ）が動作状態となると、駆動ロッドは並進方向に移動し（例えば図３Ｂに示されるように、ｘ’方向に、大きさｄ_１で）、Ｐ_２で示される作動位置に移る。駆動装置により生成された押付力に対して抵抗を示す基板１２０が存在しないときは、浮遊ヘッドも同じ距離ｄ_１移動することに注意する必要がある。変形可能基板が存在し、そこからの反力が浮遊ヘッドの移動方向と反対方向を向くときは、駆動ロッド２０の基板１２０へ向かう移動ｄ_１の影響の下、第２のバネ３５はさらに強く圧縮され、第１のバネ３３は圧縮が弱まる。従って第２のバネ３５は、筐体３１に対し、ｘ’方向を向き、Ｎ’_１より絶対値の大きい力Ｎ’_２を及ぼす。第１のバネ３３は、筐体３１に対し、ｘ方向を向き、Ｎ’_１より絶対値の小さい力Ｎ_２を及ぼす。結果として筐体３１に与えられる力Ｎ’’_２は、Ｎ’_２とＮ_２の和に等しく、２つのバネ３３とバネ３５は共同して作動力Ｎ’’_２を生成する。同様に、結果として生じる力Ｎ’’_２は、浮遊ヘッド３０により基板１２０に対して与えられる作動力であり、図３Ｂの例ではｘ’方向に、すなわち押付力の方向に働く。

対称的に、駆動ロッド２０がｘ方向に大きさｄ_１で並進運動を駆動されたときは、第１のバネ３３は圧縮され、第２のバネ３５は圧縮が弱められる。これにより、作動力Ｎ’’_２と絶対値が等しく向きが逆の作動力が生成される。この場合は変形可能基板に対し、牽引方向の力が及ぼされる。

このように本明細書に係るアクチュエータでは、第１の弾性部品および第２の弾性部品にプレストレスが与えられると、これらの部品は共同して押付力または牽引力を及ぼすように動作することが分かる（力の変化は同じ符号を持つ）。このようにして、例えば浮遊ヘッド上の各弾性部品が０Ｎから２０Ｎの範囲の力を持つ場合、変形可能基板上で動作するアクチュエータは−２０Ｎから＋２０Ｎの範囲の力を発揮することができる。

さらに本明細書に係る浮遊ヘッド３０の構成により、浮遊ヘッド３０により駆動装置に伝達される力を、浮遊ヘッド３０により基板１２０に対して与えられる力と同じ大きさ（しかし逆向き）にすることができる。実際、その構成に関わらず浮遊ヘッドは、基板と、駆動ロッドを介して駆動装置とにのみ接続している。従って平衡状態（アクチュエータの部品がもはや動いていないとき）においては、この平衡は、浮遊ヘッドにより基板に与えられる力と、駆動ロッドを介して浮遊ヘッドにより駆動装置に与えられる力との間に確立される。従ってすでに言及したように、駆動装置は、中立位置においては、その浮遊ヘッドの部分に、駆動ロッドを介した力を感じない。そして駆動装置は、作動位置においては、基板に与えられる力と同じ範囲の力を感じる。従って例えばアクチュエータが−２０Ｎから＋２０Ｎの範囲の力を与える場合、駆動装置が駆動ロッドを介して浮遊ヘッドの部分に感じる力は、同じ−２０Ｎから＋２０Ｎの範囲にある。駆動装置に与えられるこの力の平衡により、アクチュエータ１３０の部品が早期摩耗しないという効果が得られる。これとは対照的に、図６に示されるような先行技術の装置では、駆動装置が感じる力は相殺されることがなく、常に同じ方向に与えられる。これにより部品の摩耗が進行する。

例えば図２Ｂに示されるように、駆動装置がナット−ボルトタイプの駆動システムに関連する回転モータを備えている場合、モータが停止しているとき、すなわち電源供給がオフのとき、その位置が保持されるという点で有利である。この場合、駆動ロッド２０は作動位置Ｐ_２にとどまることができ、モータが止まっている間も基板１２０に対する力を維持することができる。

図３Ｄに示されるように、変形可能ミラーにおいて基板１２０は、例えば周辺のアクチュエータの影響により大きく変形することがある。変形可能基板の移動ｄ_２は、浮遊ヘッドの移動を伴い、これはその後筐体３１上に反力を生成する。実際、移動ｄ_２の影響下で、第１のバネ３３は圧縮が弱まり、第２のバネ３５は圧縮される。その後第２のバネ３５は、筐体３１に対し、ｘ’方向を向き、Ｎ’_１より絶対値の大きい力Ｎ’_３を及ぼす。第１のバネ３３は、筐体３１に対し、ｘ方向を向き、Ｎ_１より絶対値の小さい力Ｎ_３を及ぼす。結果として筐体３１に与えられる力Ｎ’’_３は、Ｎ’_３とＮ_３の和に等しい。結果として生じる力Ｎ’’_３は、浮遊ヘッド３０により基板１２０に与えられる反力であり、ｘ’方向を向く。この場合、２つのバネ３３とバネ３５は共同して、反力Ｎ’’_３を生成する。

駆動ロッド２０（図３Ｂ）の移動距離ｄ_１が変形可能基板１２０の移動距離ｄ_２と絶対値において等しい場合、浮遊ヘッド３０によって変形可能基板１２０に与えられる反力Ｎ’’_３は、浮遊ヘッド３０によって変形可能基板１２０に与えられる作動力Ｎ’’_２と絶対値において等しい。従ってアクチュエータの作動力Ｎ’’_２は、その反力Ｎ’’_３と等しい。

図３Ａから図３Ｄの例の場合、バネは並進軸（ｘｘ’）の方向と平行な方向に力を与えることが仮定されている。実際には、バネが取り付けられる方法に応じて、与えられる力は並進軸と平行でない成分を含むこともある。この場合は、並進軸に対する力の射影が検討されるだろう。

前述のアクチュエータ１３０は、その一例が図４に示されるように、変形可能ミラーの内部に取り付けられるように設計されている。変形可能ミラー１００は、変形可能反射基板１２０が取り付けられるフレーム１１０を備える。基板１２０は、剛性機械連結または可撓連結を用いて、フレーム１１０に取り付けられてよい。この連結は、１つ以上の機械部品（可撓または剛性の足またはクラウン、接着ジャッキ等）を用いて形成することができる。さらに変形可能ミラー１００は、上記に示される例を用いて説明した、本明細書に係る複数のアクチュエータ１３０を備える。アクチュエータ１３０の各々は、浮遊ヘッドの一端を用いて、変形可能反射基板１２０の一方の面（基板の反射面と反対の面）に取り付けられる。さらにアクチュエータの静的基部がフレームと一体化するように、アクチュエータ１３０の各々がフレームに取り付けられる。

前述のように、アクチュエータ１３０の駆動ロッド２０が、駆動アーム２５と、取り外し可能なロッド２６と、を備える実施形態の場合（例えば図２Ａを参照のこと）、ロッド２６と駆動アーム２５と間の連結力は、浮遊ヘッド３０の弾性部品３３および３５によって定まる最大許容力より小さいと有利である。

図５は、変形可能ミラーのフレーム１１０内にあるアクチュエータの一例を示す。この場合、フレーム１１０は、駆動ロッド２０のための機械的支持台を与える。これにより、駆動アーム２５と静的基部１０とを、ロッドおよび浮遊ヘッドの取り外し可能な組み付けから取り外す作業中に、浮遊ヘッド３０の弾性部品が損傷することを避けることができる。本例では、アクチュエータの駆動ロッド２０(図５では一部のみが示される)は少なくとも部分的に、フレーム１１０内に形成されたオリフィス１１２に挿入されている。オリフィス１１２は、駆動アーム２５のための収容部を形成している。駆動アーム２５と静的基部１０とを、ロッドおよび浮遊ヘッドの取り外し可能な組み付けから取り外す作業中、駆動ロッド２０の横材２４が、フレームの表面でオリフィス１１２の近くに形成された面１１４に向き合って境を接するように適合される。連結部品４０が駆動アーム２５に埋め込まれた磁石４１を備える場合、磁石４１はオリフィス１１２の面１１４より下方に位置してよい。このとき横材２４は突起部分２７を備える。駆動アーム２５が取り付けられたとき、この突起部分が磁石４１と接触することができる。さらに面１１４は、横材２４のための支持台を形成する。こうして、駆動アーム２５と静的基部１０とが取り外されている間も、駆動ロッド２０の横材２４は面１１４の上方に保持され、浮遊ヘッド３０の弾性部品が損傷することを避けることができる。

いくつかの実施形態を通して、本発明のアクチュエータを説明した。しかし本発明のアクチュエータは、当業者に自明な異なる変形、改良および改善を含む。これらの異なる変形、改良および改善は、添付の請求項で定義される本発明の範囲の一部であることは理解されるところである。

Claims (14)

1. 変形可能反射基板を備えた変形可能ミラーに一体化されることを意図された、双方向力を生成するアクチュエータ（１３０）であって、
   −静的基部（１０）と、
   −駆動装置と、
   −駆動ロッド（２０）と、
   −浮遊ヘッド（３０）と、
   を備え、
   前記駆動ロッド（２０）は、前記駆動装置を用いて、前記静的基部（１０）に対する、並進軸（ｘｘ’）に沿った並進的な運動を駆動されることができ、
   前記浮遊ヘッド（３０）は、前記変形可能反射基板に取り付けられるように設計され、
   前記浮遊ヘッド（３０）は、第１の弾性部品（３３）および第２の弾性部品（３５）を用いて、前記駆動ロッドに浮遊的な方法で取り付けられ、
   −前記第１の弾性部品（３３）および前記第２の弾性部品（３５）の各々は、前記駆動ロッド（２０）と前記浮遊ヘッド（３０）との間に取り付けられ、
   前記第１の弾性部品（３３）および前記第２の弾性部品（３５）の各々は、前記浮遊ヘッドにそれぞれの力を与えるように設計され、
   前記力の前記並進軸（ｘｘ’）に対する射影は、反対方向を向く
   ことを特徴とする、アクチュエータ（１３０）。
2. 前記駆動ロッド（２０）は、前記駆動アーム（２５）と、前記駆動アーム（２５）に取り外し可能な仕方で取り付けられたロッド（２６）と、を備え、
   前記ロッド（２６）を前記駆動アーム（２５）に連結する連結部品（４０）をさらに備える
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記連結部品（４０）は、少なくとも１つの磁石（４１、４２）を備え、
   前記磁石（４１、４２）は、前記ロッド（２６）および／または前記駆動アーム（２５）に埋め込まれる
   ことを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. −前記浮遊ヘッド（３０）は筐体（３１）を備え、
   前記筐体（３１）は、前記駆動ロッドの上部（２１）周辺に配置され、
   前記筐体（３１）は、上壁（３１ａ）および下壁（３１ｂ）を備え、
   前記上壁（３１ａ）は、前記変形可能基板に取り付けられるように設計され、
   前記下壁（３１ｂ）は、前記上壁（３１ａ）の反対側に位置し、
   −前記第１の弾性部品（３３）は、前記駆動ロッドの前記上部と、前記筐体（３１）の前記下壁（３１ｂ）との間に取り付けられる
   ことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記第２の弾性部品（３５）は、前記筐体の外部に設けられた前記駆動ロッドの下部（２３）と、前記筐体（３１）の前記下壁（３１ｂ）との間に取り付けられる
   ことを特徴とする、請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 前記第２の弾性部品（３５）は、前記駆動ロッドの前記上部と、前記筐体（３１）の前記上壁（３１ａ）との間に取り付けられる
   ことを特徴とする、請求項４に記載のアクチュエータ。
7. 前記第１の弾性部品（３３）と前記第２の弾性部品（３５）とは、同じ部品により形成される
   ことを特徴とする、請求項５または６に記載のアクチュエータ。
8. −前記第１の弾性部品（３３）は、圧縮によって動作し、前記駆動ロッド（２０）と前記浮遊ヘッド（３０）との間に取り付けられ、
   −前記第２の弾性部品（３５）は、牽引によって動作し、前記駆動ロッドと前記浮遊ヘッド（３０）との間に取り付けられる
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
9. 前記駆動ロッド（２０）は、前記第１の弾性部品（３３）および／または前記第２の弾性部品（３５）を取り付けるための横材（２２、２４）を少なくとも１つ備える
   ことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
10. 前記第１の弾性部品（３３）および前記第２の弾性部品（３５）は、プレストレスが与えられる
    ことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
11. 前記第１の弾性部品（３３）および前記第２の弾性部品（３５）は、１つ以上の牽引バネまたは圧縮バネを備える
    ことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
12. 前記駆動装置はリニアモータを備える
    ことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
13. −フレーム（１１０）と、
    −前記フレーム（１１０）に取り付けられた変形可能反射基板（１２０）と、
    −複数の、先行する請求項のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１３０）と、
    を備え、
    各アクチュエータ（１３０）の静的基部（１０）は前記フレーム（１１０）と一体化し、各アクチュエータの浮遊ヘッド（３０）は前記変形可能反射基板（１２０）と一体化している
    ことを特徴とする、変形可能ミラー（１００）。
14. 前記フレーム（１１０）は、各アクチュエータに関し、
    −少なくとも部分的に、前記アクチュエータ（１３０）の前記静的基部（１０）を受け入れることができる収容部（１１２）と、
    −前記収容部（１１２）の近辺に、前記アクチュエータの前記駆動ロッド（２０）のための支持台を形成する面（１１４）と、
    を備える
    請求項１３に記載の変形可能ミラー。