JP5816008B2 - Bimorph optical element - Google Patents

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Description

本発明は、反対に作動される圧電セラミック製の能動素子により制御されるバイモルフ光学素子を提供する。   The present invention provides a bimorph optical element controlled by an oppositely actuated piezoelectric ceramic active element.

特許文献1は、電極を有し、中央コアにより離間する2つのセラミック層をなすバイモルフミラーに関する。   Patent Document 1 relates to a bimorph mirror having two ceramic layers having electrodes and separated by a central core.

このようなミラーは、2つのいわゆる「スキン」層を有する積層構造の形で構成されており、少なくともその1つはミラーとして使用されており、2つのセラミック層と中央コアが2つのスキン層の間に挟まれている。   Such mirrors are constructed in the form of a laminate structure with two so-called “skin” layers, at least one of which is used as a mirror, with two ceramic layers and a central core of two skin layers. It is sandwiched between.

積層構造を実施することは、比較的複雑で困難である。   It is relatively complex and difficult to implement a laminated structure.

バイモルフミラーに使用される積層構造のコンセプトは、このミラーの寸法もセラミック素子の寸法およびその倍数に制限してしまい、積層構造の存在によりミラーの研磨の質が制限されてしまう。   The concept of the laminated structure used in the bimorph mirror limits the size of the mirror to the size of the ceramic element and its multiple, and the presence of the laminated structure limits the quality of mirror polishing.

従来技術において公知の解決策は常に、作用する光学面と平行の面へのセラミック素子のアセンブリに基づいていた。   Solutions known in the prior art have always been based on the assembly of ceramic elements on a plane parallel to the working optical surface.

いかなる状況においても、セラミックは光学面と平行の面に接着されて、光学面に対して垂直な方向に積層される構造となる。   In any situation, the ceramic is bonded to a surface parallel to the optical surface, and is laminated in a direction perpendicular to the optical surface.

これは、特許文献2にも該当し、ここではセラミックは光学面と対向する面に接着される。   This also applies to Patent Document 2, where the ceramic is bonded to a surface facing the optical surface.

セラミック棒がバイモルフである、すなわち棒が連続的に接着される2つのセラミック片を備える場合、アセンブリの温度が変化するとバイメタルの効果により安定性が制限されてしまう。   If the ceramic rod is bimorph, i.e. comprises two ceramic pieces that are bonded together, the stability of the bimetal effect limits stability as the assembly temperature changes.

また、変形可能であるミラーの寸法が、セラミック素子の寸法より大きい場合(市販のセラミックの寸法は限られているため頻繁にあることだが)、製造者は、必要な寸法を得るために複数のセラミック片の端と端をつなげる必要があり、特許文献2では、このセラミック片の間の接合点は、ミラーの非光学面である後面に位置するが、ミラーの曲率を変更するためにセラミックに圧力がかかるとこの不連続性が明らかになる。   Also, if the size of the deformable mirror is larger than the size of the ceramic element (as is often the case with the size of commercially available ceramics), the manufacturer may have multiple dimensions to obtain the required size. It is necessary to connect the ends of the ceramic pieces, and in Patent Document 2, the junction point between the ceramic pieces is located on the rear surface, which is a non-optical surface of the mirror, but in order to change the curvature of the mirror, This discontinuity becomes apparent when pressure is applied.

欧州特許出願EP1723461European Patent Application EP1723461 文献EP1835302Document EP 1835302

本発明は、少なくとも部分的には、このような積層構造をなしてはおらず、この構造が圧電素子を含む際に、光学素子に対して圧電素子が横方向に配置される構造を採用することにより、上述の短所の少なくとも1つを回避しようとするものである。   The present invention adopts a structure in which the piezoelectric element is arranged in a lateral direction with respect to the optical element when the structure includes the piezoelectric element, at least partially. Thus, at least one of the above disadvantages is to be avoided.

したがって本発明は、変形可能である光学素子と、電極を備える圧電セラミックからなる能動素子とを備えるバイモルフ光学装置を提供し、上記素子は2つ1組で反対に制御され、これにより1組の第1素子の圧縮運動と、1組の第2素子の伸張運動とを生じさせ、この装置は、光学素子が光学活性の第1主表面と、第1主表面と対向する第2主表面とを少なくとも第1と第2の対向する側面と共に備えることと、セラミック能動素子が、上記第1および第2側面上で相互に対面して配置される少なくとも2組の圧電セラミックの棒を備え、各組が、光学素子の中立軸をなす中央表面のいずれかの側で第1および第2側面の一方に配置される2つの棒を有することと、を特徴とする。   The present invention thus provides a bimorph optical device comprising an optical element that can be deformed and an active element made of a piezoelectric ceramic with electrodes, the elements being controlled in pairs, thereby a set of elements. A compression movement of the first element and an extension movement of the set of second elements are produced, the device comprising a first main surface in which the optical element is optically active and a second main surface facing the first main surface. With at least first and second opposing sides, and wherein the ceramic active element comprises at least two sets of piezoceramic rods disposed facing each other on the first and second sides, The set has two bars arranged on one of the first and second side surfaces on either side of the central surface forming the neutral axis of the optical element.

本発明の装置では、上述の原理は、これが変形可能である光学素子の中立軸のいずれかの側に配置される対向するセラミックの組から構成され、これにより一方の素子が圧縮、他方の素子が伸張、およびその逆というように反対に作動させられるため、必然的にバイモルフである。   In the device according to the invention, the principle described above consists of a set of opposing ceramics arranged on either side of the neutral axis of the optical element in which it can be deformed, whereby one element is compressed and the other element Is inevitably bimorph because is actuated in the opposite direction, such as stretching and vice versa.

また、セラミックは光学面に平行の面に、または光学面に平行の面の間にではなく、横方向側面に接着される。したがって、これは積層構造ではない。   Also, the ceramic is glued to the lateral side rather than to a plane parallel to the optical surface or between planes parallel to the optical surface. Therefore, this is not a laminated structure.

特許文献2に説明される装置のような従来技術の装置とは異なり、セラミックの曲率がミラーの湾曲にはもはや直接使用されることはない。   Unlike prior art devices, such as the device described in US Pat. No. 6,057,049, ceramic curvature is no longer used directly for mirror curvature.

セラミック棒は、光学素子側面に、それら自らの側面を介して接着される。従来技術では、接着面は平坦ではなく、ミラーが曲げられる曲率に沿っていた。   The ceramic rods are bonded to the side surfaces of the optical element via their own side surfaces. In the prior art, the bonding surface is not flat, but along the curvature at which the mirror is bent.

本発明では、棒の側面は平坦なままであり、セラミック棒の作動によりその長さの変更が生じる。長さが変えられた棒の作用により、湾曲が生じさせられる。ミラーの側面の棒の作動により生じた湾曲は、期待に反して、ミラーの中央に対して均一に広がる。   In the present invention, the side of the bar remains flat and the length of the ceramic bar is changed by actuation of the ceramic bar. Curvature is produced by the action of the bar of varying length. Contrary to expectation, the curvature caused by the actuation of the side bars of the mirror spreads uniformly against the center of the mirror.

したがって本発明は、新たな機能分析から生じるものである。   Thus, the present invention arises from a new functional analysis.

この構造は、複数の長所も有する。   This structure also has several advantages.

最も重要なことは、セラミック素子が外側面に配置されており、これにより特許文献1に説明される積層構造と比較すると、中立軸のいずれかの側にこれから可能な限り離れて配置され、ミラーに対する作用が最大化されることが可能になることである。   The most important thing is that the ceramic elements are arranged on the outer surface, so that they are arranged as far as possible from either side of the neutral axis compared to the laminated structure described in US Pat. It is possible to maximize the effect on.

セラミックとミラーとの間の接続が改良されたため、ミラーの湾曲時における正確性および安定性が向上する。   The improved connection between the ceramic and the mirror improves accuracy and stability when the mirror is bent.

セラミックは光学面下または上にはないため、セラミック素子の間の接続部はより見えにくくなり、このような接続部はミラーの幅全体に亘って滑らかになる。   Since the ceramic is not below or above the optical surface, the connections between the ceramic elements are less visible, and such connections are smooth over the entire width of the mirror.

特許文献2の説明とは対照的に、本発明の構造は、光学素子の中立軸に対して対称であり、バイメタルによる熱的効果が回避され(工業用の棒が、相互に接着されている複数のセラミック素子からなる場合でも)、これにより優れた熱安定性が得られる。   In contrast to the description in US Pat. No. 6,057,089, the structure of the present invention is symmetrical with respect to the neutral axis of the optical element, avoiding the thermal effects of bimetal (industrial bars are bonded to each other). This provides excellent thermal stability, even in the case of a plurality of ceramic elements.

後面にセラミック(モノモルフまたはバイモルフ)を使用する解決策は優れた対応ではなく、作動の幅も小さく、バイメタルの熱的効果にさらされてしまうため、これらの長所は従来のミラーがバイモルフミラーに変形される際に特に重要である。   Solutions that use ceramic (monomorph or bimorph) on the back are not excellent solutions, have a small operating range, and are exposed to the thermal effects of bimetal, so these advantages transform conventional mirrors into bimorph mirrors Is particularly important when

少なくとも1つの制御バーが、上記の主表面と同一平面上にある面を有することが可能である。   At least one control bar may have a surface that is coplanar with the main surface.

装置は、少なくとも1つの主表面が、第1および第2側面に直線部に沿って交差することと、上記セラミック棒の少なくともいくつかは直線状であり、上記の直線部に平行に配置されることとを特徴とし得る。   The apparatus has at least one major surface intersecting the first and second side surfaces along a straight portion, and at least some of the ceramic rods are straight, and are arranged parallel to the straight portion. Can be characterized.

装置は、少なくとも1つの主表面が、第1および第2側面に凹部または凸部である曲線部に沿って交差することと、上記セラミック棒の少なくともいくつかは直線状であり、上記曲線部の平均方向に平行に配置されることと、を特徴とし得る。   The apparatus has at least one major surface intersecting the first and second side surfaces along a curved portion that is a concave or convex portion, and at least some of the ceramic rods are straight, It may be characterized by being arranged parallel to the average direction.

装置は、少なくとも1つの主表面が、第1および第2側面に凹部または凸部である曲線部に沿って交差することと、上記セラミック棒の少なくともいくつかは湾曲しており、上記曲線部に沿うよう配置されることと、を特徴とし得る。   The apparatus includes at least one major surface intersecting the first and second side surfaces along a curved portion that is a concave or convex portion, and at least some of the ceramic rods are curved, It can be characterized by being arranged along.

少なくとも1つのセラミック棒は、端と端が接続されて配置される、および/または重ねられて配置される少なくとも2つの圧電セラミック素子を備え得る。   The at least one ceramic rod may comprise at least two piezoceramic elements arranged end to end connected and / or stacked.

有利には、光学素子は直方体であり、好適には形状は正方形または長方形であり、素子が長方形の場合は、第1および第2側面はその長辺に沿って延伸する。   Advantageously, the optical element is a rectangular parallelepiped, preferably a square or rectangular shape, and if the element is rectangular, the first and second side surfaces extend along their long sides.

直方体の幅lに対する長さLの比率は有利には、1から100の範囲内にあり、より具体的には3から50の範囲内、好適には3から25の範囲内にある。   The ratio of the length L to the width l of the rectangular parallelepiped is advantageously in the range 1 to 100, more specifically in the range 3 to 50, preferably in the range 3 to 25.

幅lはたとえば、10ミリメートル(mm)から80mmの範囲内にあり得る。   The width l can be, for example, in the range of 10 millimeters (mm) to 80 mm.

長さLはたとえば、40mmから1500mmの範囲内にあり得る。   The length L can be in the range of 40 mm to 1500 mm, for example.

光学素子の厚さeはたとえば、5mmから100mmの範囲内にあり得る。   The thickness e of the optical element can be in the range of 5 mm to 100 mm, for example.

光学装置はまた、第3および第4の対向する側面上に同様に配置される圧電セラミックの上記の棒の組を少なくとも2つ含み得る。   The optical device may also include at least two sets of the above-mentioned piezoceramic rods that are similarly disposed on the third and fourth opposing sides.

本発明の装置は、単に2つまたは4つの側面に取り付けられるだけの反対に作動する圧電アクチュエータの実施であるため、変形可能であるあらゆる光学装置と共に実施可能である。   The device of the present invention can be implemented with any optical device that can be deformed, since it is an implementation of a counteracting piezoelectric actuator that is simply attached to two or four sides.

例として、光学素子は、少なくとも第1主表面が研磨される鏡体であり得る。   As an example, the optical element may be a mirror body on which at least the first main surface is polished.

例として、光学素子は、少なくとも第1主表面が少なくとも1つの格子パターンをなす回折格子であり得る。   As an example, the optical element may be a diffraction grating in which at least a first major surface forms at least one grating pattern.

本発明のその他の特徴および長所は、以下の説明を図面と共に参照することによりさらに明らかになる。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent by referring to the following description in conjunction with the drawings.

図1は、本発明の装置、たとえばミラーの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an apparatus of the present invention, such as a mirror. 図2は、図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG. 図3は、棒が光学素子の表面からオフセットしている変形例である。FIG. 3 shows a modification in which the bar is offset from the surface of the optical element. 図4aおよび図4bは、電極対の2つの異なる実施形態である。Figures 4a and 4b are two different embodiments of electrode pairs. 図5は、4つの側面に実装された電極対を示す。FIG. 5 shows electrode pairs mounted on four sides. 図6aから図6cは、少なくとも1つの主表面が湾曲している異なる実施形態である。Figures 6a to 6c are different embodiments in which at least one major surface is curved.

図1は、長方形の長辺に沿った2つの主側面2および3と、2つの端部の側面4および5とを備える長方形の変形可能な光学素子1を示している。上面6は光学的機能を担い、たとえばこれは長手方向および/または横方向で平坦または湾曲(凹形または凸形)しているミラーを形成するよう研磨されているか、またはたとえば長方形の長い側面に対して垂直または平行である線を有する1つまたはそれ以上の格子バターンを備え、これにより長手方向および/または横方向で平坦または湾曲(凹形または凸形)し、反射または回折で機能する回折格子を形成する。   FIG. 1 shows a rectangular deformable optical element 1 with two main side surfaces 2 and 3 and two end side surfaces 4 and 5 along the long side of the rectangle. The top surface 6 carries an optical function, for example it is polished to form a mirror that is flat or curved (concave or convex) in the longitudinal and / or lateral direction, or on the long side of, for example, a rectangle Diffraction with one or more grating patterns with lines that are perpendicular or parallel to it, thereby flat or curved (concave or convex) in the longitudinal and / or lateral direction and functioning in reflection or diffraction A lattice is formed.

側面2は、(平面6および7が平坦であるか、わずかにのみ湾曲している場合に)中立軸を画定する光学素子1の中央平面P(図2において一点鎖線で示される)に対して略平行であり、好適には対称的に離間する圧電棒の第1の組21、22を支持する。同様のことが、側面3に固定される棒31および32に関しても該当する。少なくとも1つの面が湾曲している場合、中立軸は平坦でない中央面である。   Side 2 is relative to the central plane P of optical element 1 (indicated by the dashed line in FIG. 2) that defines the neutral axis (when planes 6 and 7 are flat or only slightly curved). Supports a first set of piezoelectric rods 21, 22 that are substantially parallel and preferably symmetrically spaced. The same applies to the bars 31 and 32 fixed to the side surface 3. If at least one surface is curved, the neutral axis is a non-flat central surface.

表面6は、平面、円筒形、トロイダル形、球形または非球面(たとえば楕円形、放物線形または双曲線形)であることができ、したがって一定または一定ではない曲率半径を有する。図示される実施例では、面6は平面であり、直線部6、6、6、6により画定される。 The surface 6 can be planar, cylindrical, toroidal, spherical or aspherical (eg elliptical, parabolic or hyperbolic) and thus has a constant or non-constant radius of curvature. In the illustrated embodiment, the surface 6 is a plane and is defined by straight portions 6 2 , 6 3 , 6 4 , 6 5 .

底面7は任意で光学機能を備えることが可能であり、上面6と同様に、平面であるか、または湾曲(凹形または凸形)していることが可能である。   The bottom surface 7 can optionally have an optical function and, like the top surface 6, can be planar or curved (concave or convex).

面6(および/または7)の曲率半径は、圧電棒を支持していない方向(ここでは横面4および5)でたとえば10mmから∞(平面)の範囲にあり、圧電棒を支持している方向(ここでは長手方向面2および3)で100mmから∞の範囲である。   The radius of curvature of the surface 6 (and / or 7) is, for example, in the range of 10 mm to ∞ (plane) in the direction not supporting the piezoelectric rod (here, the lateral surfaces 4 and 5) and supporting the piezoelectric rod. The direction (here, the longitudinal planes 2 and 3) ranges from 100 mm to ∞.

この曲率は、正方形の光学素子1に関しても実施可能である。   This curvature can also be implemented for the square optical element 1.

曲率は、圧電素子の組21、22、31、32により生じる曲率と同じ方向に向けられるか、またはこれに対して垂直である。   The curvature is oriented in the same direction as or perpendicular to the curvature produced by the set of piezoelectric elements 21, 22, 31, 32.

各棒21、22、31、32は、圧電セラミックの1つの部材、または端と端が接続されて配置される複数の部材からなる。   Each of the rods 21, 22, 31, and 32 is made of one member of piezoelectric ceramic or a plurality of members that are arranged end to end.

これらの圧電棒21、22、31、32は、好適には面6および7と同一高さであり、中立軸からこれらを可能な限り離間させ、これにより棒に与えられる所定の制御信号で光学素子1の最大曲率が得られ、その一方で棒の接着部の応力が最小化される。   These piezoelectric rods 21, 22, 31, 32 are preferably flush with the surfaces 6 and 7, separating them as far as possible from the neutral axis and thereby optically with a predetermined control signal applied to the rods. The maximum curvature of the element 1 is obtained while the stress at the bar joint is minimized.

棒21および22は対抗するため、たとえばそれらの電極(不図示)に同じ制御信号が与えられると、図2に示されるように、棒21では圧縮、棒22では伸張、またはその逆が生じる。図2は、平面から始まる凹面である形状Cを設けるように、光学活性面6の曲率を変更するための光学素子1の曲率を(誇張して)示す図である。   Since the rods 21 and 22 are opposed, for example, when the same control signal is given to their electrodes (not shown), the rod 21 is compressed, the rod 22 is expanded, or vice versa, as shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing (exaggeratedly) the curvature of the optical element 1 for changing the curvature of the optically active surface 6 so as to provide a concave shape C starting from a plane.

凹面または凸面である面6から開始する場合、変化の幅を修正することなく曲率の変更の範囲をずらすことが可能である。   When starting from a surface 6 that is concave or convex, it is possible to shift the range of curvature change without correcting the width of the change.

棒21、22、31、32は、側面2および3に接着される。これらは好適には、この面の長さ全体に亘って延伸する。ミラーでは、面6の研磨後に接着が行われ、それにより、特に部品1は単一の部材のため製造が容易になる。   The bars 21, 22, 31, 32 are glued to the side surfaces 2 and 3. They preferably extend over the entire length of this face. In the mirror, the bonding takes place after the surface 6 has been polished, so that, in particular, the component 1 is easy to manufacture because it is a single piece.

この特徴により、既存のパッシブミラーをアクティブミラーに変形することが可能になるが、これは積層構造では不可能である。   This feature makes it possible to transform an existing passive mirror into an active mirror, which is not possible with a laminated structure.

その他の光学素子、特に回折格子では、圧電棒21、22、31、32は、面6の仕上げ後に、すなわちここに光学的特性が与えられた後に、接着され得る。   In other optical elements, in particular diffraction gratings, the piezoelectric rods 21, 22, 31, 32 can be glued after finishing the surface 6, i.e. after being given optical properties here.

積層構造のミラーと比較すると、使用されるセラミック部材はミラーの表面を覆わないため、より小さくなっており、コストが低減される。したがってその寸法は、曲率に望ましい値に構成される。たとえば、棒は2mmから30mmの範囲内にある幅lと、2mmから30mmの範囲内にある高さhとを有することが可能である。また、ミラーを構成する表面薄層の下に電極がないため、電極間の接続部による局所的な変形がもはや発生することがない。 Compared to a mirror with a laminated structure, the ceramic member used does not cover the surface of the mirror, so it is smaller and the cost is reduced. Therefore, its dimensions are configured to a desired value for curvature. For example, the bar can have a width l 0 in the range of 2 mm to 30 mm and a height h 0 in the range of 2 mm to 30 mm. In addition, since there is no electrode under the thin surface layer constituting the mirror, local deformation due to the connection between the electrodes no longer occurs.

光学素子1は、光学において適切であるあらゆる材料で作られ得る。たとえば、ガラス、シリカ、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、レーザーガラス、ZnSおよびZnSe、金属である。   The optical element 1 can be made of any material that is suitable in optics. For example, glass, silica, silicon, silicon carbide, germanium, laser glass, ZnS and ZnSe, metal.

図3は、セラミック棒21、22、31、32が、たとえば10mmより小さい、たとえば0.1mmから4mmの範囲内にある距離dにより、面6および7から離間している変形例を示している。これは、面6が凹面または凸面である際に特に適している。   FIG. 3 shows a variant in which the ceramic bars 21, 22, 31, 32 are separated from the faces 6 and 7 by a distance d, for example smaller than 10 mm, for example in the range from 0.1 mm to 4 mm. . This is particularly suitable when the surface 6 is concave or convex.

図4aおよび図4bは、端と端が接続されて配置される(図4a)および/または重ねられる(図4b)(符号21、21’、22、22’)各棒21、21、21、22、22、22、31、31、31等を有する発明の変形の実施形態を示している。 4a and 4b are arranged end-to-end (FIG. 4a) and / or overlapped (FIG. 4b) (reference numerals 21, 21 ′, 22, 22 ′) each bar 21 1 , 21 2 , An embodiment of a variation of the invention having 21 3 , 22 1 , 22 2 , 22 3 , 31 1 , 31 2 , 31 3 etc. is shown.

複数の圧電セラミック棒が、端と端が接続されて共に接着される際(長いミラー用)、光学素子1の側面2および3に形成される接続部は、光学活性面6の平面構造に不具合を生じさせない。そのような不具合が、時間が経過してから生じることもあり得ない(図4a)。   When a plurality of piezoceramic rods are connected end-to-end and bonded together (for a long mirror), the connecting portions formed on the side surfaces 2 and 3 of the optical element 1 are defective in the planar structure of the optically active surface 6 Does not cause. Such a malfunction cannot occur after time has passed (FIG. 4a).

棒21、22、31、32は、接着される2つの個別の棒を重ね合わせることにより形成され得る(図4b)。   The bars 21, 22, 31, 32 can be formed by superimposing two individual bars to be bonded (FIG. 4b).

図5は、正方形または長方形である光学素子1の面4および5に接着され、好適には面6および7が平面またはわずかに湾曲している場合に中立軸をなす中央面Pで対称に離間される追加的な圧電棒41、42、51、52を有することにより、垂直の2つの軸に沿って湾曲され得るバイモルフミラーを示す。これらの棒41、42、51、52は、面6および7と好適には同一平面上にあるか、または図3に示されるように、そこからオフセットされる面を有する。面6および/または7は、圧電素子の組により生じる曲率の1つまたは2つの方向に、またはその方向に対して垂直に平坦である、または湾曲していることが可能である。曲率半径は、100mmから∞の範囲内にあり得る。   FIG. 5 is glued to the faces 4 and 5 of the optical element 1 which is square or rectangular, preferably spaced symmetrically by a central plane P which forms a neutral axis when the faces 6 and 7 are flat or slightly curved. FIG. 2 shows a bimorph mirror that can be curved along two vertical axes by having additional piezoelectric rods 41, 42, 51, 52 to be made. These bars 41, 42, 51, 52 are preferably coplanar with surfaces 6 and 7, or have surfaces offset therefrom, as shown in FIG. Surfaces 6 and / or 7 can be flat or curved in one or two directions of curvature caused by the set of piezoelectric elements, or perpendicular to that direction. The radius of curvature can be in the range of 100 mm to ∞.

2組の側面の圧電アクチュエータによるダブルアクチュエーションは、正方形または長方形の形を有する光学部品での使用に特に適している。L/lの比率は、1(正方形)から5の範囲内にあり得る。   Double actuation with two sets of side piezoelectric actuators is particularly suitable for use with optical components having a square or rectangular shape. The ratio of L / l can be in the range of 1 (square) to 5.

図6aは、長手方向および横断方向いずれでも凹面である、研磨された上面6を備えるミラーを示している。棒21、22、31、32は、直線状であり、長手方向に配置されている。   FIG. 6a shows a mirror with a polished top surface 6 that is concave in both the longitudinal and transverse directions. The rods 21, 22, 31, and 32 are linear and are arranged in the longitudinal direction.

これらは相互に平行であり、上面6と側面2または3の接点である曲線部62または63の平均方向に向けられている。曲線部64および65は、それぞれ上面6と側面4および5との間の接点に対応する。図示される実施例では、この方向は底面7と平行であり、この面は平面であるが、これは長手方向および/または横断方向に凸面または凹面でもあってもよい。この方向は、特に放物線または双曲線の形である曲線部に関しては、頂点Sにおける接平面と略平行である。この構成は、上面6が長手方向にのみ湾曲している場合にも同様に実施し得る(図6b)。上面6と側面4および5との交差はその際、直線部6および6に沿って生じる。 These are parallel to each other and are oriented in the average direction of the curved portion 62 or 63 which is the contact point between the upper surface 6 and the side surface 2 or 3. The curved portions 64 and 65 correspond to the contact points between the upper surface 6 and the side surfaces 4 and 5, respectively. In the illustrated embodiment, this direction is parallel to the bottom surface 7 and this surface is a plane, but it can also be convex or concave in the longitudinal and / or transverse direction. This direction is generally parallel to the tangent plane at the vertex S, particularly for curved sections that are in the form of parabolas or hyperbolas. This configuration can be similarly implemented when the upper surface 6 is curved only in the longitudinal direction (FIG. 6b). The intersection of the upper surface 6 and the side surfaces 4 and 5 then occurs along the straight sections 6 4 and 6 5 .

図6cは、長手方向に凹面である研磨された上面6を有するミラーを示している。面6に隣接する棒210および310は、上面6と側面2または3との接点である曲線部62または63に沿う。棒22および32は直線状であり、底面7と平行である長手方向に沿って延伸する。図示される実施例では、棒21および31は、上面6から上記の距離dにより離間される。これらは、曲線部と同一平面上にあってもよい。   FIG. 6 c shows a mirror having a polished top surface 6 that is concave in the longitudinal direction. The bars 210 and 310 adjacent to the surface 6 are along a curved portion 62 or 63 that is a contact point between the upper surface 6 and the side surface 2 or 3. The bars 22 and 32 are straight and extend along a longitudinal direction that is parallel to the bottom surface 7. In the illustrated embodiment, the bars 21 and 31 are separated from the upper surface 6 by the distance d described above. These may be on the same plane as the curved portion.

したがって、直線状のまたは曲線状の棒は、直線部(6、6、6、6)または曲線部(62、63、64、65)に、一定であるか、またはそれ以外の、ただし10mm以下、特に4mmの距離dで、接近して沿うように配置される。 Therefore, the straight or curved bar is constant or otherwise in the straight part (6 2 , 6 3 , 6 4 , 6 5 ) or curved part (62, 63, 64, 65) However, they are arranged close to each other at a distance d of 10 mm or less, in particular 4 mm.

Claims (14)

変形可能である光学素子と電極を備える圧電セラミック製の能動素子とを備え、1組の第1素子に関して圧縮運動を、1組の第2素子に関しては伸張運動を生じさせるよう、前記素子が対で反対に制御されるバイモルフ光学装置において、装置が、光学素子(1)が光学活性の第1主表面(6)と、第1主要面に対向する第2主表面(7)とを、少なくとも第1および第2の対向する側面(2、3)と共に備えることと、セラミック能動素子が、前記第1および第2側面(2、3)上で相互に対面する少なくとも2組の圧電セラミック棒(21、22;31、32)を備え、各組が光学素子(1)の中立軸をなす中央面のいずれかの側で第1および第2側面(2、3)の一方に配置される2つの棒(21、22;31、32)を備えることと、を特徴とするバイモルフ光学装置。 An optical element that is deformable and an active element made of a piezoceramic with electrodes, the elements are paired so as to produce a compressive movement with respect to a set of first elements and an expansion movement with respect to a set of second elements. In the bimorph optical device controlled in the opposite direction, the device comprises at least a first main surface (6) in which the optical element (1) is optically active and a second main surface (7) opposite the first main surface. Comprising at least two sets of piezoceramic rods (provided with first and second opposing side faces (2, 3)) and ceramic active elements facing each other on said first and second side faces (2, 3) 21, 22; 31, 32), and each pair is disposed on one of the first and second side surfaces (2, 3) on either side of the central surface forming the neutral axis of the optical element (1) 2 With two bars (21, 22; 31, 32); Bimorph optical device according to claim. 前記主表面(6、7)の少なくとも1つが、第1および第2側面(2、3)に直線部(6、6、6、6)に沿って交差することと、前記セラミック棒(21、31)の少なくともいくつかが直線状であり、直線部に平行に配置されることと、を特徴とする、請求項1記載のバイモルフ光学装置。 At least one of the main surfaces (6, 7) intersects the first and second side surfaces (2, 3) along straight portions (6 2 , 6 3 , 6 4 , 6 5 ), and the ceramic 2. Bimorph optical device according to claim 1, characterized in that at least some of the bars (21, 31) are linear and are arranged parallel to the linear part. 前記主表面(6、7)の少なくとも1つが、第1および第2側面(2、3)に凹部または凸部である曲線部(62、63、64、65)に沿って交差することと、前記セラミック棒(21、31)の少なくともいくつかが直線状であり、前記曲線部の平均方向に平行に配置されることと、を特徴とする、請求項1記載のバイモルフ光学装置。 At least one of the main surfaces (6, 7) intersects the first and second side surfaces (2, 3) along a curved portion (62, 63, 64, 65) that is a concave or convex portion; The bimorph optical device according to claim 1, characterized in that at least some of the ceramic rods (21, 31) are linear and are arranged parallel to the average direction of the curved portion. 前記主表面(6、7)の少なくとも1つが、第1および第2側面(2、3)に凹部または凸部である曲線部(62、63、64、65)に沿って交差することと、前記セラミック棒(210、310)の少なくともいくつかが湾曲しており、前記曲線部に沿うように配置されることと、を特徴とする、請求項1記載のバイモルフ光学装置。 At least one of the main surfaces (6, 7) intersects the first and second side surfaces (2, 3) along a curved portion (62, 63, 64, 65) that is a concave or convex portion; The bimorph optical device according to claim 1, characterized in that at least some of the ceramic rods (210, 310) are curved and arranged along the curved portion. 少なくとも1つのセラミック棒が、端と端が接続されて配置される(21、21、21、22、22、22、31、31、31 )または重ね合わされる(21、21’、22、22’、31、31’、32、32’)少なくとも2つの圧電セラミック素子を備えることを特徴とする、請求項1記載のバイモルフ光学装置。 At least one ceramic rod, end to end is arranged to be connected (21 1, 21 2, 21 3, 22 1, 22 2, 22 3, 31 1, 31 2, 31 3) or superimposed The bimorph optical device according to claim 1, characterized in that it comprises at least two piezoelectric ceramic elements (21, 21 ', 22, 22', 31, 31 ', 32, 32'). 前記光学素子(1)が直方体の形を有することと、前記第1および第2側面(2、3)が長方形の長辺に沿って延伸することと、を特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のバイモルフ光学装置。 6. The optical element (1) having a rectangular parallelepiped shape, and the first and second side surfaces (2, 3) extending along a long side of a rectangle. The bimorph optical device according to any one of the above. 前記直方体の幅lに対する長さLの比率が、1から100の範囲内にあることを特徴とする、請求項6記載のバイモルフ光学装置。 The bimorph optical device according to claim 6, wherein the ratio of the length L to the width l of the rectangular parallelepiped is in the range of 1 to 100. 前記幅lが10mmから80mmの範囲内にあることを特徴とする、請求項7記載のバイモルフ光学装置。 8. The bimorph optical device according to claim 7, wherein the width l is in a range of 10 mm to 80 mm. 前記長さLが、40mmから1500mmの範囲内にあることを特徴とする、請求項7または8記載のバイモルフ光学装置。 9. The bimorph optical device according to claim 7, wherein the length L is in a range of 40 mm to 1500 mm. 棒(21、22、31、32、41、42、51、52)の幅lが、2mmから30mmの範囲内にあることと、高さhが2mmから30mmの範囲内にあることと、を特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載のバイモルフ光学装置。 The width l 0 of the rod (21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52) is in the range of 2 mm to 30 mm, and the height h 0 is in the range of 2 mm to 30 mm. The bimorph optical device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that: 少なくとも2つの前記圧電セラミック棒(41、42、51、52)の組を含む第3および第4の対向する側面(4、5)も含むことを特徴とする、請求項6から10のいずれか一項に記載のバイモルフ光学装置。 11. A method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that it also includes third and fourth opposing side surfaces (4, 5) comprising a set of at least two of said piezoelectric ceramic rods (41, 42, 51, 52). The bimorph optical device according to one item. 前記光学素子(1)の厚さeが、5mmから100mmの範囲内にあることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載のバイモルフ光学装置。 The bimorph optical device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the thickness e of the optical element (1) is in the range of 5 mm to 100 mm. 前記光学素子が鏡体であることと、少なくとも第1主表面(6)が研磨されていることと、を特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載のバイモルフ光学装置。 13. The bimorph optical device according to claim 1, wherein the optical element is a mirror body and at least the first main surface (6) is polished. 13. 前記光学素子が格子であることと、少なくとも第1主表面(6)が少なくとも1つの格子パターンを備えることと、を特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載のバイモルフ光学装置。 13. Bimorph optical device according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical element is a grating and at least the first main surface (6) comprises at least one grating pattern. .
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JPH0294578A (en) * 1988-09-30 1990-04-05 Toshiba Corp Piezoelectric rotatably driving device
JP2001169572A (en) * 1998-12-28 2001-06-22 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive device and its manufacturing method
JP2007248225A (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Omron Corp Laser beam irradiation device and ranging apparatus
JP5756982B2 (en) * 2009-12-28 2015-07-29 株式会社ジェイテック X-ray focusing method, reflecting surface shape control mirror device, and manufacturing method of reflecting surface shape control mirror

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