JP4184080B2 - ひずみ/電位変換器 - Google Patents
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Description
本発明は、ひずみ/電位の変換器(トランスデューサー)に関する。これは、逆圧電効果によって変位を発生させることすなわち電気ひずみに関する。さらに詳細には、本発明は、変位ジェネレーター、マニピュレーティング装置、およびマイクロスキャン装置に関する。また、本発明は、直接的圧電効果により変位を感知することにも関する。
【0002】
本出願人は、本発明の1つの種が逆圧電効果によって特に有利に機能し得ること、およびその用途が本明細書の目的について広く考慮されると確信している。一方、本出願人は、電気ひずみなどのように、変化する電位を誘電材料に印加することによって小さな変位を得る同様の方法を除外することは望まない。そのような用途は、適切なところにおいては、本発明の範疇に含まれる。便宜上、「誘電物質の電気変形」というフレーズまたはそれに類するフレーズは、本明細書では制限された範囲で用いられており、そのフレーズまたはそれに類するフレーズは、逆圧電効果、電気ひずみ、およびそれに類する現象を意味すると解釈されるべきである。
【0003】
さらに、本発明の別の種では、直接的圧電効果を利用することによって、変換器がセンサーとして用いられる。応力を引き起こす力の下で該変換器を変位させることによって、電位が発生し、この電位は力の下での応力およびそれゆえ変位の存在を示す。変種例として、ひずみが応力または力に関連するものであるかぎり、当該変換器は応力または力を感知するのに使用することができる。応力または力を感知することは、本明細書の意図については、変位を感知することと同等であるとみなす。このような用途は、本発明の範疇に含まれ、また本明細書はそのような「逆の」用途をもカバーする。
【0004】
本発明の第1の態様に従えば、次のひずみ/電位変換器が提供される。当該ひずみ/電位変換器は、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第1の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第1の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれの反対側の端部同士の間を横断して延びかつ互いに連結しており、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記反対側の端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっている。
【0005】
細長いスタックは、好ましくは圧電材料からなるものであってもよい。
当該変換器は、平面に配置されていてもよい。
ヒンジによる動作は、有利には、ヒンジ動作を可能とするソリッドなヒンジ構造物によるものであってもよい。ソリッドヒンジ構造物は、チタンのような高い疲労強度を有する材料であってもよい。
その代わり、ヒンジは関節式であってもよい。ヒンジには、例えば、ボールジョイントを使ってもよいが、ヒンジは、ロストモーション(遊び)をまったく生じないか、またはほとんど生じないことが重要であると考えられている。
好ましくは、細長いスタックおよびリジッドなビームのそれぞれに対するリジッドな接続リンクの接続部は、ロストモーションを持たないものである。
【0006】
拡張として、当該ひずみ/電位変換器は複合構造であって、上記細長いスタックおよび上記リジッドな接続リンクは、それぞれに、第1の細長いスタックおよび第1の接続リンクであり、該変換器は、第1の細長いスタックおよび第1の接続リンクと同様の様式で配置されかつ接続された第2の細長いスタックおよび第2のリジッドな接続リンクをも含んでいてもよい。従って、当該ひずみ/電位変換器は、第1の細長いスタックおよび第1のリジッドな接続リンクを有する第1のサブアレンジメントと、第2の細長いスタックおよび第2のリジッドな接続リンクを有する第2のサブアレンジメントとを含んでおり、該第1のサブアレンジメントと該第2のサブアレンジメントは、対称になっており、かつ、第1および第2のサブアレンジメントに共通のリジッドなビームを共有していてもよい。サブアレンジメントは、鏡像状であってもよい。
【0007】
有利には、第1および第2の細長いスタックを圧縮するように、リジッドなビームが張力下に配置されており、その結果、使用時には、細長いスタック中の張力が少なくとも制限されていてもよい。従って、細長いスタックは、圧縮状態で、またはほとんど圧縮状態で機能する。
【0008】
態様の1つの種類では、当該ひずみ/電位変換器は、変位ジェネレーターの状態になっていてもよい。次いで、1つのまたはそれぞれの細長いスタックは、逆圧電効果を生じるように適合された圧電材料であってもよい。
態様の別の種類では、当該ひずみ/電位変換器は、変位センサーの状態になっていてもよい。1つのまたはそれぞれの細長いスタックは、直接的圧電効果を生じるように適合された圧電材料であってもよい。
本発明は、変換器を複数有し、該変換器は、単一の変位の入力/出力および単一の電位入力/出力を有するように組み合わされている、複合のひずみ/電位変換器にまで及ぶ。
【0009】
本発明の第2の見地に基づき、光学系において使用されるマニピュレーティング装置が提供される。当該マニピュレーティング装置は、
光学素子を保持するためのフレームを含み、
本明細書中で記載した変位ジェネレーターの状態の変換器を複数個含み、これら変位ジェネレーターは、該フレームに作用するように接続され、かつ、アンカー部材に対する該フレームの変位を選択的に発生させるように該アンカー部材に作用する接続を行うための接続手段を有している。
【0010】
それぞれの変位ジェネレーターのベースは、アンカー部材に接続されていてもよい。実際には、アンカー部材は、変位ジェネレーターのためのベースを形成し、各変位ジェネレーターのリジッドなビームの第2の端部は、フレームに接続されていてもよい。
変位ジェネレーターは対称的に配置されていてもよい。有利には、それらの数は2、3、または4であってもよい。それらは平面に配置されていてもよい。
フレームは円形であってもよく、変位ジェネレーターはフレームから放射状に外側に延びている。
フレームと各変位ジェネレーターとの間の相対的な変位が、フレームに保持されている光学素子の軸に関して長手方向になるように、変位ジェネレーターは配置されていてもよい。
【0011】
好ましい態様では、変位ジェネレーターは、偶数個であってもよく、かつ対向するペアとして配置されていてもよく、各対向するペアの変位ジェネレーターは、別の対向するペアと同じ方向および反対の方向を向いており、変位ジェネレーターが少なくともほとんど圧縮状態で作動させられるように、変位ジェネレーターには予めの応力が与えられており、変位ジェネレーターの1つのペアにおいて予めの応力を与えている荷重は、変位ジェネレーターの他のペアにおいて予めの応力を与えている荷重によってバランスを保たれており、予めの応力を与えている荷重はフレームに伝達され、フレームまたは光学素子と組み合わされたフレームは、そのポジションにおいては、該予めの応力を与えている荷重同士を釣り合わせるようにリジッドである。
【0012】
本発明の第2の見地は、本明細書中に記載のマニピュレーティング装置の組合せ体にまで及び、当該組合せ体は、電位のジェネレーターを有し、該電位のジェネレーターは、スタックを駆動するための変動電位差を選択的に発生させるように制御が可能である。電位のジェネレーターは、複数の変位ジェネレーターまたは変位ジェネレーターのペアに対応した複数の出力を有するソリッドステートジェネレーターであってもよく、当該組合せ体は、電位のジェネレーターを管理または制御するためのソフトウェアを含む。
【0013】
本発明は、第3の見地に関して、マイクロスキャン装置にまで及び、当該マイクロスキャン装置は、光学レシーバを含み、該光学レシーバの方向を向いた光学系を含み、本明細書に記載のマニピュレーティング装置を含み、光学素子はフレームに保持されて該光学系の一部を形成しており、マイクロスキャンを行うために該光学系を介して投影された光学ビームを選択的かつ変動的に屈折させるように、該マニピュレーティング装置は操作可能である。
【0014】
本発明をこれより添付した線図を参照して例として記載する。
【0015】
図1を参照すると、本発明によるひずみ/電位変換器が、参照番号10によって全体的に示されている。
当該変換器10は、ベース12を有し、このベースは断片的に断面で示されている。ベース12はリジッド(剛性を有する)である。
【0016】
細長いスタック(stack)の形態になっている圧電材料が、全体を参照番号14で示しているが、その一方の端部において、ソリッドヒンジ16によってベース12に取り付けられている。ソリッドヒンジは、例えば、非常に良好な疲労特性を有するチタンからなる。電気伝導体をスタック14に接続するために、変換器が逆圧電効果に従って変位ジェネレーターとして作用する際にスタックを選択的に長手方向に変形させるために、および変換器が変位を感知するセンサーとして作用する際に電位計または電圧計に接続するために、電気的接触器すなわち接点15がスタック14に接している。
【0017】
当該変換器10は、さらにリジッドなビーム18を含み、このビームは、細長いスタック14からトランスバース方向(横方向)に間隔を置いて配置されており、かつ、このスタックと概して平行である。リジッドビーム18はまた、スタック14の長さと一致した長さである。リジッドビーム18の一方の端部は、ソリッドなチタンヒンジ20によってベース12にマウントされている。
【0018】
変換器10はまたさらに、トランスバース方向のリジッドなリンク22を有する。この態様では、リジッドリンク22は、ソリッドヒンジ20に対して反対側の、ビーム18の端部にてビーム18と一体となっている。リジッドリンク22は、参照番号24によって示されるエルボーを介してリジッドビーム18に堅固に接続されている。
【0019】
ソリッドヒンジ16とは反対側にある、スタック14の端部は、参照番号26で示されるように、リジッドリンク22の自由端部に接続されている。26での接続は、ソリッドまたは準ソリッド(quasi-solid)である。
【0020】
本発明によると、参照番号30で示されるスタック14の微小距離の伸びは、ヒンジ16、20のヒンジ効果と、ビーム18、リジッドリンク22、およびリジッドで一体の接続24のリジッドな特性とによって、一体接続24におけるビーム18の端部の比較的大きな変位(参照番号32として示す)を引き起こす。これは、図1において、概略的に、誇張した形式で、点線の輪郭で示されている。変位32は伸び30に対してトランスバース方向であり、実質的には垂直であること、および変位32は伸び30よりも概して一桁大きいことが理解されるべきである。32および30におけるそれぞれの変位の比を、とりわけビーム18とスタック14との間の間隔を選択することによって選択できる(間隔が近くなるほど比は大きくなる)ことが理解されるべきである。
【0021】
従って、本発明によれば、当該変換器が変位ジェネレーターとして機能する場合、圧電スタック14の小さな伸びは、変位ジェネレーター10のある地点のトランスバース方向の大きな変位を引き起こす。またさらに、スタック14の収縮は、逆方向ではあるが同じ様式で変位を引き起こす(このことは、当業者によって容易に理解されるであろう)ということが理解されるべきである。
【0022】
またさらに、接点15への電位差の印加を制御することによって(例えば、ソリッドステート電位ジェネレーターによって、これは、例えば、プログラムされたロジック、ソフトウェア等で制御される)、スタック14の伸びおよび収縮を容易にかつ瞬時に行うことができるということが理解されるべきである。
【0023】
同様に、当該変換器10が変位センサーとして機能する場合、位置24での比較的大きな変位は、スタック14をひずませ、そして接点15に測定可能な電位差を引き起こす。
【0024】
図2を参照すると、発展させたものとして、図1の装置10におけるような「L」の形状のリジッドなビーム18とリジッドなリンク22とを有する代わりに、配置構成が「T」の形態となっているリジッドなリンク122.1、122.2の一体ペアを、単一のリジッドなビーム118が有することができる。さらに変換器110は、トランスバース方向の「T」リムの対向する端部に接続されている細長いスタック114.1および114.2の対称ペアを有することができる。
【0025】
リジッドなビーム118を張力下に配置して、細長いスタック114.1および114.2を圧縮し、専ら圧縮状態でまたはほとんど圧縮状態で、これらの細長いスタックを機能させることが提案される。この利点は、圧電材料は一般に張力下または苛酷な張力下におくのではなく、好ましくは圧縮下におくことが有利であると考えられることである。
【0026】
図3を参照すると、本発明による変換器のさらなる態様が、参照番号210で全体的に示されている。これは多くの点において図1および2の態様と類似しており、類似の参照番号が類似の特徴部または類似のコンポーネントを示すために使われている。変換器210は詳細には記載されておらず、相違および重要な特徴部が強調されている。
【0027】
変換器210は、図示されていない長手方向の中心線に関して2つの鏡像状(鏡にうつった左右対称状)部分を有する複合変換器である。この変換器は対称であるので、圧電材料のスタック214.1および214.2が圧縮状態またはほとんど圧縮状態で機能することを確保するために、ビーム218.1および218.2は張力下に配置してもよい。
【0028】
ベース212およびビーム218.1、218.2ならびにリジッドなリンク222.1および222.2は、ソリッドなチタン材料から切り出されている。よって、ソリッドヒンジ220.1、220.2および216.1、216.2もまた、同じ母材からなる。有利には、ベース212の一方の端部とその隣接したビーム218.1との間に、ソリッドヒンジ220.1の近傍において、隣接する突起217.1が形成されており、この突起は、ベース212からビーム218.1の最も近い端部に達しない位置まで、所定の量突出している。鏡像状の同じ隣接する構造物217.2は、リジッドなビーム212の反対側の端部に設けられており、ビーム218.2の最も近い端部に向かって突出している。これらの隣接する突起の利点は、これらがそれぞれのソリッドヒンジ220.1、220.2において(それぞれ反対方向に)ヒンジで動く角度を制限し、それゆえ可能な変形の量もまた制限することである。さらにこれらは、変換器210が許容できる制限内で機能することを確保する制限装置としても働く。
【0029】
装置210の最も重要な特徴は、参照番号230で全体的に示したアクティブ末端部分を含んでいることである。該末端部分230は、変換器210の幅すなわち高さを横断して延びる端部ビーム232を含む。ビーム232の一方の側では、その中央部分に沿って、ビームは、該ビーム232の該一方の側と並んで延びているフレキシブルリンク234.1に接続されている。反対側の端部に向かって、リンク234.1と整列して、フレキシブルリンク234.2が対応するように設けられている。フレキシブルリンク234.1および234.2の外側の端部は、それぞれ235.1および235.2で示されているように、それぞれのリジッドなリンク222.1および222.2のコーナーに接続されている。フレキシブルリンク234.1、234.2は、ほとんど抵抗なく曲がることにおいてフレキシブルであるが、伸びに対しては実質的な抵抗を与えることが理解されるべきである。従って、変換器210が図3に点線の輪郭で示されるように動作する場合、トランスバース方向のひずみを測定するか、またはトランスバース方向の変位を発生させるかのいずれかのために、ビーム232は実質的に専ら平行移動し、回転はしない。このことは、フレキシブルリンクのビーム232への取り付け位置を予め選択することによって達成される。
【0030】
図4を参照すると、マイクロスキャン装置が概略的に示され、参照番号40によって全体的に指し示されている。
マイクロスキャン装置40は、ピクセルマトリックスを有するレシーバ42を含む。それはさらに、参照番号44で全体を示した、軸を有する光学系を含み、この光学系によって光学ビームがレシーバ42に投射される。光学系44の一部として、適切な光学材料の光学窓46が備えられている。例えば赤外ビームの場合、窓46は、有利にはゲルマニウムからなるものであってもよい。光学窓46はフレーム48に保持されている。この態様では、光学窓46およびフレーム48は円形である。他の態様では、窓およびフレームは円形以外であってもよい。光学窓46およびフレーム48は、本発明によるマニピュレーティング装置の一部を形成し、このマニピュレーティング装置は、図4において参照番号50で全体的に示されている。この態様では、光学系44およびマニピュレーティング装置50は、長手方向の光学軸45に関して対称である。
【0031】
マニピュレーティング装置50は、図5にて、より大きな縮尺で、より詳細に、軸上に示されている。
マニピュレーティング装置50は、光学窓46をマニピュレート(操作)して光学ビームを適切に屈折させ、それらビームのレシーバ42との交差ポイントを変位させるために、すなわち活性化されたピクセルを調節してマイクロスキャンを行うために、使用される。
【0032】
マニピュレーティング装置50は、変位ジェネレーター10として機能する変換器を含み、これら変位ジェネレーターは、この態様では、数が4つであり、フレーム48の周りに、規則的に円周上に間隔をおいて放射状に方向付けられた配置構成にて配置されている。フレーム48は、該当の4つのポイントにて、弾性接続構造部52によって、変位ジェネレーター10に、より詳細には、それぞれのスタック14が長手方向に変形した際にトランスバース方向の変位を受けるリジッドな接続ポイント24に、接続されている。配列は、それぞれのスタック14の変形がフレーム48への接続ポイントの長手方向の変位(すなわち軸45に対して長手方向)を引き起こすようなものである。個々の変位ジェネレーターは個々に制御できること、およびそれぞれのスタック14の連係した変形は、光学窓46の以下の基本的な運動およびそれらの組み合わせを達成することができることが理解されるべきである。方向は光学軸45に関連して解釈されなければならない。
a)前後への長手方向の運動;
b)光学窓46を通る直交軸の周りの旋回運動、ここで、直交軸は、水平または鉛直であり得、光学系44の軸45に交差する;
c)光学軸45に対して垂直に延びており、フレーム48に対して接線方向に延びており、かつ、それぞれの変位ジェネレーター10とフレーム48との間の接続52にそれぞれ交差する軸の周りの旋回。
【0033】
それぞれの変位ジェネレーターのそれぞれのスタックへ印加される電位差のジェネレーターを適切に制御することによって、このような制御された変位を得ることができることが理解されるべきである。
【0034】
別の態様では、所望により、接線方向に平行な方向での変位が得られるように、変位ジェネレーターは、新たに方向付けをされてもよい。さらに、マニピュレーティング装置は、長手方向軸の周りのピボット(旋回)を達成するために使用してもよい。
【0035】
発展させたものとして、図4に見られるように、マイクロスキャン装置40を視覚化すれば最もよく理解できるように、図面に示す2つの変位ジェネレーター10は、例えば、スタックの収縮がそれぞれの接続52においてフレーム48をレシーバ42から離れるように変位させるように、対向するペアで配列されてフレーム48に取り付けられており、かつ、鏡像状の様式で方向付けされている。もう一方のペア(図示されていない)における変位ジェネレーターの方向付けは逆であり、すなわち、それらのスタックの伸びがフレーム48とのそれらの接続52をレシーバ42に向かって動かすような方向付けである。そのような逆の方向付けは、マニピュレーティング装置50を制御することにおいて明白に考慮される。そのような方向付けの理由は、それぞれのリジッドなビームに張力中で予め応力を加えてそれぞれのスタックを圧縮し、スタックが専ら圧縮状態でまたはほとんど圧縮状態で機能することを確保することができるからであり、このことは、上述のように望ましいと考えられる。
【0036】
光学窓46のマニピュレーティングが複数の圧電スタックによってなされるということは、本発明の第一の利点である。適切な電位差の印加によって、圧電スタックは非常に容易に変形され得ること、そのような電位差の印加が非常に容易にかつ非常に正確に制御され得ること、さらに、そのような変位が非常に迅速に(マイクロスキャンに必要なものとして)調節され得ることが理解されるべきである。
【0037】
本発明による変位ジェネレーター(これは、非常に便利で、単純でかつ洗練された様式で圧電スタックの変位を増幅させる)によって、簡潔に上述した付随する利点とともに、逆圧電効果の利用が可能になるということは非常に重要な利点と考えられる。
【0038】
さらなる利点は、屈曲するのとは反対に圧電材料が実質的に純粋な伸び/収縮を受けること、およびコンポーネント中に存在する曲げ応力が金属コンポーネントにおいて発生することである。このことは、屈曲下でよりも、純粋な伸び/収縮(特に、本明細書で述べたように、圧縮を引き起こす伸び)下での方が、圧電(セラミック)材料の完全性(integrity)がずっと高いという点で有利であると考えられる。さらに、金属コンポーネントが供される曲げ応力は、金属コンポーネントの寸法および形状に関する適切なデザインによって、および金属材料の種類の適切な選択によって、提供され得るということが理解されるべきである。もし適切であれば、当然金属以外の材料が代わりに使われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明によるひずみ/電位変換器の側面概略図を示す。
【図2】 図2は、本発明による複合のひずみ/電位変換器の、図1と同様の図を示す。
【図3】 図3は、図2の変換器の拡張例を図2に対応する図で示す。
【図4】 図4は、本発明によるマイクロスキャン装置の概略側面図を示す。
【図5】 図5は、本発明によるマニピュレーティング装置の断片軸方向図を示す。
Claims (27)
- ひずみ/電位変換器であって、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第1の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第1の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、該ビームは、前記細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、前記細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれの反対側の端部同士の間を横断して延びかつ互いを連結しており、該リジッドな接続リンクは、リジッドなビームおよび細長いスタックにそれぞれに堅く接続されており、かつ、その堅い接続は、互いの間の相対的な変位である遊びを持たない接続であって、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記反対側の端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっている、
前記ひずみ/電位変換器。 - 細長いスタックが、圧電材料からなるものである、請求項1に記載のひずみ/電位変換器。
- 当該変換器が、平面に配置されている、請求項1または2に記載のひずみ/電位変換器。
- ヒンジによる動作が、ヒンジ動作を可能とするソリッドなヒンジ構造物によるものである、請求項1または請求項2または請求項3に記載のひずみ/電位変換器。
- ヒンジが関節式である、請求項1または請求項2または請求項3に記載のひずみ/電位変換器。
- 当該ひずみ/電位変換器が複合構造であって、
上記細長いスタックおよび上記リジッドな接続リンクが、それぞれに、第1の細長いスタックおよび第1の接続リンクであり、
該変換器が、第1の細長いスタックおよび第1の接続リンクと同様の様式で配置されかつ接続された第2の細長いスタックおよび第2のリジッドな接続リンクをも含んでおり、第1の接続リンクおよび第2の接続リンクの両方のリジッドなビームへの接続が、互いの間の相対的な変位をさせない堅い接続である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のひずみ/電位変換器。 - 当該ひずみ/電位変換器が、第1の細長いスタックおよび第1のリジッドな接続リンクを有する第1のサブアレンジメントと、第2の細長いスタックおよび第2のリジッドな接続リンクを有する第2のサブアレンジメントとを含んでおり、
該第1のサブアレンジメントと該第2のサブアレンジメントが、対称になっており、かつ、第1および第2のサブアレンジメントに共通のリジッドなビームを共有している、請求項6に記載のひずみ/電位変換器。 - 第1および第2の細長いスタックを圧縮するように、リジッドなビームが張力下に配置されており、その結果、使用時には、細長いスタック中の張力が少なくとも制限されている、請求項7に記載のひずみ/電位変換器。
- 当該ひずみ/電位変換器が、変位ジェネレーターの状態になっており、誘電物質からなる1つのまたはそれぞれの細長いスタックの伸びが、それぞれのリジッドな接続リンクの、大きなまたは増幅された変位を引き起こすものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のひずみ/電位変換器。
- 1つのまたはそれぞれの細長いスタックが、逆圧電効果を生じるように適合された圧電材料である、請求項9に記載のひずみ/電位変換器。
- 当該ひずみ/電位変換器が、変位センサーの状態になっており、
リジッドなビームと、1つのまたはそれぞれのリジッドな接続リンクとの間の相互の接続の地点が、トランスバース方向に変位することによって、細長いスタックには、それに対応する長手方向の変形が引き起こされ、その長手方向の変形が、1つの細長いスタックに配置された、または、それぞれの細長いスタックに配置された、上記電気的接触器の間に電位差を発生させるものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のひずみ/電位変換器。 - 1つのまたはそれぞれの細長いスタックが、直接的圧電効果を生じるように適合した圧電材料である、請求項11に記載のひずみ/電位変換器。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の変換器を複数有し、それぞれの変換器のリジッドなビームの上記反対側の端部におけるトランスバース方向の変位は細長いスタックにおける長手方向の変形と因果関係にあり、
前記複数の変換器が、単一の変位の入力/出力を形成するように、それぞれの変換器のリジッドなビームの上記反対側の端部同士が互いに接続されて一体的に組み合わされており、かつ、単一の電位入力/出力を形成するように、それぞれの誘電物質からなる細長いスタックに配置されたそれぞれの接触器が電気的に互いに接続されて組み合わされている、複合のひずみ/電位変換器。 - 光学系において使用されるマニピュレーティング装置であって、該マニピュレーティング装置は、
光学素子を保持するためのフレームを含み、かつ、
複数の変位ジェネレーターを含み、各変位ジェネレーターは、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第1の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第1の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれの反対側の端部同士の間を横断して延びかつ互いに連結しており、該リジッドな接続リンクは、リジッドなビームおよび細長いスタックのそれぞれの前記反対側の端部に堅く接続されており、かつ、その堅い接続は、互いの間の相対的な変位である遊びを持たない接続であって、その配置構成が、細長いスタックの長手方向の変形が、リジッドなビームの前記反対側の端部の対応するトランスバース方向の変位を引き起こすようになっている配置構成であり、
これら変位ジェネレーターは、該フレームと基礎部材であるアンカー部材との間に接続され、基礎部材であるアンカー部材に対する該フレームの変位を選択的に発生させるようになっており、該フレームの変位は、該フレームに保持されている光学素子の軸に関して長手方向への変位である、
前記マニピュレーティング装置。 - それぞれの変位ジェネレーターのベースが、基礎部材であるアンカー部材に接続されている、請求項14に記載のマニピュレーティング装置。
- 基礎部材であるアンカー部材が、変位ジェネレーターのためのベースを形成し、各変位ジェネレーターのリジッドなビームの第2の端部が、フレームに接続されている、請求項15に記載のマニピュレーティング装置。
- 変位ジェネレーターが対称的に配置されている、請求項14または請求項15または請求項16に記載のマニピュレーティング装置。
- 変位ジェネレーターが平面に配置されている、請求項14〜17のいずれか1項に記載のマニピュレーティング装置。
- フレームが円形であり、変位ジェネレーターがフレームから放射状に外側に延びている、請求項18に記載のマニピュレーティング装置。
- 変位ジェネレーターが、4個であり、かつ直径方向に対向する2つのペアとして配置されており、一方の直径方向に対向するペアの変位ジェネレーターは、同じ方向付けをされており、かつ、他方の直径方向に対向する変位ジェネレーターは、前記一方の直径方向に対向するペアとは反対の方向付けをされており、
変位ジェネレーターが少なくともほとんど圧縮状態で作動させられるように、変位ジェネレーターには予めの応力が与えられており、
前記一方の直径方向に対向する変位ジェネレーターのペアにおいて予めの応力を与えている荷重は、前記他方の直径方向に対向する変位ジェネレーターのペアにおいて予めの応力を与えている荷重によってバランスが保たれており、
これら予めの応力を与えている荷重はフレームにて伝達されるものである、
請求項19に記載のマニピュレーティング装置。 - 請求項14〜20のいずれか1項に記載のマニピュレーティング装置の組合せ体であって、当該組合せ体は、電位のジェネレーターを有し、該電位のジェネレーターは、スタックを駆動するための変動電位差を選択的に発生させるように制御が可能である、前記組合せ体。
- 電位のジェネレーターが、複数の変位ジェネレーターまたは変位ジェネレーターのペアに対応した複数の出力を有するソリッドステートジェネレーターであり、当該組合せ体が、電位のジェネレーターを管理または制御するためのソフトウェアを含む、請求項21に記載の組合せ体。
- マイクロスキャン装置であって、
光学レシーバを含み、
該光学レシーバの方向を向いた光学系を含み、
請求項14〜20のいずれか1項に記載のマニピュレーティング装置を、または、請求項21、22のいずれか1項に記載のマニピュレーティング装置の組合せ体を含み、
光学素子がフレームに保持されて該光学系の一部を形成しており、マイクロスキャンを行うために該光学系を介して投影された光学ビームを選択的かつ変動的に屈折させるように、該マニピュレーティング装置が操作可能である、前記マイクロスキャン装置。 - 複合のひずみ/電位変換器であって、
第1の単独のひずみ/電位変換器と、第2の単独のひずみ/電位変換器とを有する複合構造からなり、各第1および第2の単独の変換器は、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第1の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第1の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第1のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれの反対側の端部同士の間を横断して延びかつ互いに連結しており、該リジッドな接続リンクは、リジッドなビームおよび細長いスタックのそれぞれの前記反対側の端部に堅く接続されており、かつ、その堅い接続は、互いの間の相対的な変位である遊びを持たない接続であって、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記反対側の端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっており、
該第1および第2の単独の変換器は、共通の平面に互いに並んで配置されており、該第1および第2の単独の変換器のそれぞれのリジッドな接続リンクにヒンジ取り付けされた変位部材を、当該複合の変換器が有している、
前記複合のひずみ/電位変換器。 - 第1および第2の単独の変換器が、鏡像状であり、かつ鏡像状となるよう配置されている請求項24に記載の複合のひずみ/電位変換器。
- 第1および第2の単独の変換器が共通のリジッドなベースを有している請求項24または請求項25に記載の複合のひずみ/電位変換器。
- 変位部材がソリッドな細長いヒンジを介して取り付けられており、該ヒンジが、変位の方向に延びており、かつ、それぞれのリジッドなビームにおける変位に対してトランスバースの方向にのみ変位を可能としている、請求項24または請求項25または請求項26に記載の複合のひずみ/電位変換器。
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