JPS6239721B2 - - Google Patents

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JPS6239721B2
JPS6239721B2 JP55043403A JP4340380A JPS6239721B2 JP S6239721 B2 JPS6239721 B2 JP S6239721B2 JP 55043403 A JP55043403 A JP 55043403A JP 4340380 A JP4340380 A JP 4340380A JP S6239721 B2 JPS6239721 B2 JP S6239721B2
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JP
Japan
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bimorph
bimorph structure
piezoelectric
curvature
elements
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JP55043403A
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English (en)
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JPS55135802A (en
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Mishure Gyui
Pieeru Toreton Jan
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Quantel SA
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Quantel SA
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧電セラミツク・バイモルフ構造物で
作られた可変曲率を有する光学素子に関するもの
である。
このような光学素子及びその部分となる光学シ
ステムは本出願人が申請しているフランス特許出
願第7712799号、7712800号、7712901号、7813355
号及び7809152号に開示されている。
このような素子や光学システムの構造部分であ
るセラミツク材で作られたバイモルフ構造物は全
体の厚みが１mmの範囲内になるように薄い圧電セ
ラミツク素子によつてできている。
このようなバイモルフ構造物の面積範囲が一定
範囲を超えると、その時にはバイモルフ・プレー
ト構造物とも呼ばれるバイモルフ構造物は避け難
いひずみを生じるようになり、機械加工が困難と
なる。
更に、広い面積範囲を持つ薄い素子の曲率の修
正を精密に調制するのは困難である。
従つて、現在までに製造されている可変曲率を
有する光学素子はその面積が比較的薄く、そのた
め例えば鏡などの場合に深刻な欠点となつてい
る。
本発明の目的は前記のような欠点を克服し、曲
率可変性能を低下させることなく素子の面積範囲
を希望されるだけ広くできるように十分な剛性を
持つ可変曲率を有する光学素子を提供することに
ある。
本発明によると、構造物中少くとも一方の構成
部は圧電材で作られている第１バイモルフ構造物
と、該バイモルフ構造物に電流を供給するための
電極とを持つて構成される可変曲率を有する光学
素子が提供されており、それにおいて更に、第１
バイモルフ構造物の電極にそれぞれ接続された供
給電極を備えた少くとも１個の補強圧電バイモル
フ構造物が設けられ、該補強バイモルフ構造物の
１素子は第１バイモルフ構造物の対応素子に対し
て配置され、圧電材のバイモルフ構造物を構成す
る素子の張力に比較すると低い張力を持つ弾性材
の層によつて固定されている。
本発明の更に別の特徴は次の説明によつて明か
になるだろう。
第１図において本発明は、可変焦点距離を有す
る鏡に適用されている。
この鏡は、粘着性材の層４によつて組合わされ
た圧電セラミツク材の２個の素子２と３から成る
第１バイモルフ構造１を持つ。
素子２の自由面には反射材の層５が乗つてい
る。電極６と７によつて、スイツチ９と直列に接
続された直流電圧源８から、電圧がバイモルフ構
造物１の素子２と３を横断接続されることができ
るようになる。
このように構成された光学素子の機構上の剛度
を増すために、粘着材の層１３によつて相互接続
された圧電セラミツク材の２個の素子１１と１２
から成る第２補強バイモルフ構造物１０は、低張
力を持つ層１４によつて第１バイモルフ構造物の
素子３の自由面に固定されている。このような材
料は例えばエラストマーによつて形成される。
第２バイモルフ構造物１０の素子１１と１２は
又、電極１５，１６を介して電圧源８の端子にも
接続されている。
層１４はまた粘着性であつても、溶接可能なも
のであつても、他の材料であつてもよい。
電圧源８とバイモルフ構造物１と１０の素子と
の間の電気接続は、これら素子のセラミツク材に
おける圧電の方向に従つて生じる。
バイモルフ構造は、源８の電圧の影響を受け
て、それらの凹状面が同一方向を向くような様式
を持つ。
最上の実施条件を得るためには、バイモルフ構
造物１と１０とは同一でなければならない。
スイツチ９を閉鎖して、バイモルフ構造物１と
１０にわたつて電圧源８の電圧を与える際、光学
素子は第２図に示すような形態を取る。光学素子
の様々な構成部分の厚みは、図面を簡明化するた
めに誇張して描かれているのは理解されるであろ
う。
低張力を有する材料の層１４は、バイモルフ構
造物１と１０のひずみに対してはごく僅かの抵抗
力しかなく、そのため第１バイモルフ構造物はそ
れが単独である場合と実際上全く同じ変化をす
る。
上に説明した具体例では、可変焦点距離を有す
る鏡は２個のバイモルフ構造によつて構成されて
いる。
しかし、低張力を有する材質の層によつて結合
されるバイモルフの数は２個とは限定されるもの
ではないことは理解されるだろう。
次に例として、直径100mm、厚さ30mmの、可変
曲率を有する鏡を構造する場合を想定してみよ
う。
この鏡は、例えばプラステイジエム（Plasti―
gem）という会社によつて製造・販売されている
製品番号TECSIL2034のシリコン・エラストマー
によつて形成された低張力を有する弾性材の層に
よつて互いに組合わせられたバイモルフ構造物に
よつてできている。
このような鏡の曲率に於ける変化は、鏡を構成
している各バイモルフ構造物に於ける電界での一
定の与えられた変化に対し、直径100mmで厚さ0.7
mmのバイモルフ構造物によつて構成された鏡の曲
率変化よりも２％少い。
圧電バイモルフ構造物の曲率を出すための一般
的な関係は、 １／ＲＫｄ３１／ｅ・Ｅ であり、ここでは、 Ｋ＝バイモルフ構造物の型によつて異なる係
数、 d31＝圧電定数、ｅ＝バイモルフ構造物の厚
さ、Ｅ＝電界である。
ｎbバイモルフ構造物からなるシステムの曲率
を出す一般関係は、 １／Ｒ＝１／Ｋ・ｄ３１／ｅＥ・ 〔１−（ｎb−１）（２ｅｃ・Ｙｃ）／ｅＹ
ｐ〕 であり、ここでは、 ｎb＝バイモルフ・プレート構造物の数、ｅc＝
低張力を有する接続部の厚さ、Ｙc＝接続部の弾
性係数、Ｙp＝圧電材の弾性係数である。
弾性率とは実際には考えられる材料の張力を表
わす。
厚さ30mmで直径100mmの鏡は： 0.7mmの厚さを持つ30個のバイモルフ構造物 0.4mmの厚さを持つ29の接続部 Ｙc＝6.106daN・m-2 Ｙp＝6.109daN・m-2 により構成される。
同一の励磁状態の下では単一のバイモルフ構造
物は曲率 １／Ｒ＝Ｋｄ３１／ｅＥ であると考えられる。
30個のバイモルフ構造からなるシステムでは曲
率は １／Ｒ＝Ｋｄ３１／ｅＥ×0.982 であると考えられる。
従つてこれら２つのシステムの曲率の差は1.8
％である。
本具体例では、接続材の弾性係数と圧電材の弾
性係数との比率Ｙｃ／Ｙｐは10-3である。しかしこの比 率は10-1から10-4までのどの値でも取れると考え
られる。
本発明の配置によると、可変曲率を有する光学
素子は、曲率の変化の可能性に特に修正を加えな
ければ十分に厚みのあるものとなり、その為、そ
の励磁によつてつくられた他には何らのひずみも
生じないような物理的に剛性で且つ広い面積を持
つ光学素子を構成することが可能である。
更にこのような光学素子は研摩などの機械的な
表面処理にも耐え、機具の作用にもひずみを生ず
ることのないという特長を持つ。
図面に示した具体例では、本発明は鏡に適用さ
れているが、しかしこれはまた圧電バイモルフ構
造物によりつくられるシステムや光学素子等いず
れにも適応できるということは容易に理解される
であろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による光学素子の非励磁状態で
の断面図、第２図は第１図の光学素子の励磁状態
での断面図である。 １……第１バイモルフ構造物、２，３……圧電
セラミツク材素子、４……粘着材層、５……反射
材層、６，７……電極、８……電圧源、９……ス
イツチ、１０……第２補強バイモルフ構造物、１
１，１２……圧電セラミツク材素子、１３……粘
着材層、１４……低張力層、１５，１６……電
極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 構造物中少くとも一方の構成部は圧電材でで
    きているような第１バイモルフ構造物と該バイモ
    ルフ構造物のための供給電極とを持つて構成され
    る可変曲率を有する光学素子において、更に、こ
    の第１バイモルフ構造物の供給電極にそれぞれ接
    続された供給電極を備えた少なくとも１個の補強
    圧電バイモルフ構造物が設けられ、この補強バイ
    モルフ圧電構造物の素子を第１バイモルフ構造物
    の対応する素子に対して配置して、圧電材のバイ
    モルフ構造物を構成する素子の張力に比較して低
    い張力を持つ弾性材の層によつて補強バイモルフ
    構造物を第１バイモルフ構造物に固定させたこと
    を特徴とする可変曲率を有する光学素子。
JP4340380A 1979-04-04 1980-04-02 Thick optical element having variable curvature Granted JPS55135802A (en)

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FR7908451A FR2453423A1 (fr) 1979-04-04 1979-04-04 Element optique epais a courbure variable

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JPS55135802A JPS55135802A (en) 1980-10-23
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