KR20030074624A - 스트레인/전기 전위 트랜스듀서 - Google Patents

스트레인/전기 전위 트랜스듀서 Download PDF

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Abstract

스트레인/전기 전위 트랜스듀서(10)는 단단한 베이스(12), 도면 번호 20에서 베이스(12)에 힌지된 단단한 비임(18), 전체적으로 비임(18)에 평행하고 도면 번호 16에서 베이스에 힌지된, 예를 들면 압전 재료와 같은 유전 물질의 신장된 적층부(14) 및, 비임의 단부와 베이스(12)로부터 이격된 적층부를 상호 연결하는 단단한 링크(22)를 구비한다.

Description

스트레인/전기 전위 트랜스듀서{Strain/electrical potential transducer}
출원인의 믿음에 따르면, 본 발명의 일종은 특히 역의 압전 효과(converse piezoelectric effect)에 의해서 바람직스럽게 작동될 수 있으며, 그것의 적용은 본 명세서의 목적을 위하여 주로 감안될 것이다. 그러나, 출원인은 전기 왜곡(electorstriction)과 같이, 변화하는 전기 전위를 유전체 재료에 적용함으로써 작은 변위를 얻는 유사한 방법을 배제하기를 원하지 않으며, 그러한 적용은, 적절한 경우에 있어서, 본 발명의 범위내에 포함된다. 편의를 위해서, "유전체 물질의 전자적 변형" 이라는 문구 또는 그와 유사한 문구는 본 명세서에서 제한된 범위로 사용될 것이며 그 문구는 역의 압전 효과, 전기 왜곡 및, 유사한 현상을 지칭하는 것으로 해석된다.
더욱이, 본 발명의 다른 종에 있어서 트랜스듀서는 직접적인 압전 효과를 사용함으로써 센서로 사용된다. 힘을 야기하는 응력하에서 트랜스듀서가 변위를 받게 함으로써, 전기 전위가 발생하여 응력의 존재를 신호하고 따라서 힘을 받고 있는 변위를 신호한다. 변형으로서, 스트레인이 응력 또는 힘에 관련된 만큼, 트랜스듀서는 응력 또는 힘을 감지하도록 사용될 수 있다. 본 명세서의 목적을 위해서 응력 또는 힘을 감지하는 것은 변위를 감지하는 것과 등가인 것으로서 간주될 것이다. 그러한 적용은 본 발명의 범위에 속하게 되며, 본 명세서는 그러한 "역의" 적용들도 포괄한다.
본 발명은 스트레인/전기 전위 트랜스듀서(transducer)에 관한 것이다. 본 발명은 역의 압전 효과 또는 전기 왜곡(electrostriction)에 의하여 변위를 발생시키는 것에 관한 것이다. 본 발명은 특히 변위 발생기, 조작 장치 및, 마이크로스캐닝(microscanning) 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 직접 압전 효과에 의한 변위를 감지하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 하나의 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 스트레인/전기 전위 트랜스듀서를 개략적으로 측면도로서 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 복합적인 스트레인/전기 전위 트랜스듀서를, 도 1 에 유사한 도면으로서 도시한다.
도 3 은 도 2 의 트랜스듀서의 전개를 도 2 에 해당하도록 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 마이크로스캐닝 장치를 측면도로서 개략적으로 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 조작 장치를 축방향의 도면으로서 부분적으로 도시한다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면,
단단한 베이스;
유전성 물질의 전자적인 변형과 관련된 전기 전위를 받도록 배치된 전기 접촉부를 가진 유전체 물질의 신장된 적층부로서, 신장된 적층부의 제 1 단부가 적층부 힌지 위치에서 베이스에 힌지되는 신장된 적층부;
제 1 의 단부에서 베이스에 대하여 비임 힌지 위치에 힌지된 단단한 비임으로서, 신장된 적층부로부터 횡방향으로 이격되고 신장된 적층부와 전체적으로 길이 방향으로 연장된 단단한 비임;
상기 제 1 의 힌지된 단부에 반대편인 신장된 적층부의 반대편 단부와, 상기 제 1 의 힌지된 단부에 반대편인 단단한 비임의 반대편 단부 사이에서 횡방향으로 연장되어 각각 상호 연결하는 단단한 연결 링크로서, 신장된 적층부에서의 길이 방향 변형과 단단한 비임의 상기 반대편 단부에서의 횡방향 변위가 인과 관계로 연결되도록 형상이 이루어지는 단단한 연결 링크;를 구비하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서가 제공된다.
신장된 적층부가 바람직스럽게는 압전 재료일 수 있다.
트랜스듀서는 평면에 배치될 수 있다.
힌지 작용이 유리하게는 힌지 작용을 가능하게 하는 견고한 힌지 형성부에 의해서 이루어진다. 견고한 힌지 형성부는 티타늄과 같이 높은 피로 강도를 가진 재료일 수 있다.
대신에, 힌지는 관절화될 수 있다. 예를 들면, 볼 조인트를 사용할 수 있으나, 힌지가 손실 운동을 전혀 제공하지 않거나 또는 매우 작게 제공하여야 한다.
바람직스럽게는, 신장된 적층부와 단단한 비임에 각각 단단한 연결 링크를 연결하는 것은 손실 운동이 없게 한다.
진전된 방법에 의하여, 트랜스듀서는 복합적인 구조체일 수 있으며, 상기 신장된 적층부와 상기 단단한 연결 링크는 각각 제 1 의 신장된 적층부와 제 1 의 연결 링크이고, 트랜스듀서는 제 1 의 신장된 적층부와 제 1 의 연결 링크와 유사한 방식으로 연결되고 그에 유사한 방식으로 배치된 제 2 의 신장된 적층부와 제 2 의 단단한 연결 링크를 구비한다. 따라서 트랜스듀서는 제 1 의 신장된 적층부와 제 1 의 단단한 연결 링크를 구비하는 제 1 의 서브 장치와, 제 2 의 신장된 적층부와 제 2 의 단단한 연결 링크를 구비하는 제 2 의 서브 장치를 구비하며, 제 1 및, 제 2 서브 장치들은 대칭적이며 제 1 및, 제 2 서브 장치들에 공통적인 단단한 비임을 공유한다. 서브 장치들은 거울 영상일 수 있다.
유리하게는, 사용중에 신장된 적층부내의 장력이 제거되거나 또는 적어도 제한되도록, 단단한 비임이 장력하에 배치되어 제 1 및, 제 2 의 신장된 적층부를 압축할 수 있다. 따라서, 신장된 적층부는 압축으로 작동되거나 또는 대부분 압축으로 작동될 것이다.
구현예의 일 종에 있어서, 트랜스듀서는 변위 발생기의 형태일 수 있다. 다음에, 신장된 적층부 또는 각 신장된 적층부가 역의 압전 효과를 발생시키도록 적합화된 압전 재료일 수 있다.
구현예의 다른 종에 있어서, 트랜스듀서는 변위 센서의 형태일 수 있다. 신장된 적층부 또는 각 신장된 적층부는 직접적인 압전 효과를 발생시키도록 압전 재료 어댑터(adapter)일 수 있다.
본 발명은 복합의 스트레인/전기 전위 트랜스듀서로 연장되는데 이것은 단일 변위의 입력/출력과 단일의 전기 전위 입력/출력을 가지도록 조합된 복수개의 트랜스듀서를 구비한다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 광학 시스템에서 사용되는 조작 장치가 제공되는데, 조작 장치는,
광학 요소를 고정시키는 프레임;
여기에서 설명된 바와 같은 변위 발생기의 형태이며, 프레임에 작동 가능하게 연결되고 앵커 부재에 대하여 프레임의 변위를 선택적으로 발생시키도록 앵커 부재에 대한 작동상의 연결을 위한 연결 수단을 가진 복수개의 트랜스듀서;를 구비한다.
각각의 변위 발생기의 베이스들은 앵커 부재에 연결될 수 있다. 실제에 있어서, 앵커 부재는 변위 발생기를 위한 베이스를 형성하며, 각 변위 발생기의 단단한 비임의 제 2 단부는 프레임에 연결된다.
변위 발생기는 대칭적으로 배치될 수 있다. 이들은 유리하게는 2 개 일 수 있거나, 3 개 또는 4 개일 수 있다. 이들은 평면에 배치될 수 있다.
프레임은 둥글게 될 수 있으며, 변위 발생기는 프레임으로부터 반경상 외측으로 연장된다.
프레임과 각 변위 발생기 사이의 상기 상대적인 변위는 광 요소의 축에 대한 길이 방향에서 프레임내에 고정된다.
바람직한 구현예에 있어서, 변위 발생기들은 수에 있어서 짝수일 수 있고 반대의 쌍들로 배치될 수 있으며, 각 반대편 쌍내의 변위 발생기들은 같은 배향이고 다른 반대편 쌍에 대해서는 반대편의 배향이며, 변위 발생기는 변위 발생기들이 압축으로 또는 적어도 대부분 압축으로 작동되도록 미리 응력을 받으며, 변위 발생기의 한 쌍에서의 예비 응력의 부하(prestressing load)는 변위 발생기의 다른 쌍에서의 예비 응력의 부하에 의해서 평형화되고, 예비 응력의 부하는 프레임에 전달되고, 프레임 또는 정위치에 있을 때 광 요소와 조합된 프레임은 예비 응력의 부하를 평형화시키도록 단단하게 된다.
본 발명의 제 2 특징은 전기 전위 발생기와 조합된, 여기에서 설명된 조작 장치의 조합에까지 연장되는데, 이것은 적층부를 구동하도록 변동하는 전위 편차를 선택적으로 발생시키도록 제어될 수 있다. 전기 전위의 발생기는 견고한 상태의 발생기일 수 있는데, 이것은 복수개의 변위 발생기 또는 변위 발생기의 쌍에 대응하는 복수개의 출력을 가지고, 조합은 전기 전위의 발생기를 관리하거나 제어하도록 소프트웨어나 로직(logic)을 구비한다.
본 발명은 제 3 의 특징과 관련하여 광 수신부, 광 수신부에서 배향된 광 시스템 및, 여기에서 설명된 바와 같은 조작 장치를 구비하는 마이크로스캐닝 장치에까지 연장되는데, 여기에서 광 요소는 광 시스템의 일부를 형성하도록 프레임내에 고정되고, 조작 장치는 광학 시스템을 통해서 투사된 광 비임을 투사하도록 선택적으로 그리고 변동되게 작동할 수 있어서 마이크로스캐닝이 이루어지게 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스트레인/전기 전위 트랜스듀서는 전체적으로 도면 번호 10 으로 표시되어 있다.
트랜스듀서(10)는 베이스(12)를 구비하는데, 이것은 부분적으로 그리고 단면으로서 도시되어 있다. 베이스(12)는 단단하다.
전체적으로 도면 번호 14 로 표시된, 신장된 적층부의 형태인 압전 재료는 그 일단부에서 견고한(solid) 힌지(16)로 베이스(12)에 힌지된다. 견고한 힌지는 예를 들면 티타늄으로 만들어지는데 이것은 매우 양호한 피로 특성을 가진다. 전기적인 접촉부 또는 접촉 지점(15)들은, 전기적인 도전체들을 적층부(14)에 연결시키도록; 트랜스듀서가 역의 압전 효과에 따라서 변위 발생기로서 작동되었을 때 적층부를 선택적으로 길이 방향으로 변형시키도록; 그리고 트랜스듀서가 변위를 감지하는 센서로서 작동되었을 때 포텐셜 메터(potential meter) 또는 볼트메터에 연결되도록; 적층부(14)에 적용된다.
트랜스듀서(10)는 또한 신장된 적층부(14)로부터 횡방향으로 이격되어서 전체적으로 평행한, 단단한 비임(18)을 더 구비한다. 단단한 비임(18)은 또한 적층부(14)의 길이에 대응하는 길이이다. 단단한 비임(18)의 일 단부는 견고한, 티타늄의 힌지(20)로써 베이스(12)에 장착된다.
트랜스듀서(10)는 횡방향의 단단한 링크(22)를 더 구비한다. 이러한 구현예에서, 단단한 링크(22)는 견고한 힌지(20)의 반대편인 비임(18)의 단부에서 비임(18)과 일체가 된다. 단단한 링크(22)는 도면 번호 24 로 표시된 엘보우(elbow)를 통해서 단단한 비임(18)에 단단하게 연결된다.
견고한 힌지(16)에 반대편인 적층부(14)의 단부는 도면 번호 26 으로 표시된 바와 같이 단단한 링크(22)의 자유 단부에 연결된다. 번호 26 에서의 연결은 견고하거나 또는 유사하게 견고하다.
본 발명에 따르면, 참조 번호 30 으로 표시된 작은 거리를 통한 적층부(14)의 신장은, 힌지(16,20)의 힌지 효과와 비임(18), 단단한 링크(22) 및, 단단하고 일체화된 연결부(24)의 단단한 특성 때문에, 도면 번호 32 로 표시된 바와 같은 일체화 연결부(24)에서 비임(18) 단부의 상대적으로 큰 변위를 야기할 것이다. 이것은 도 1 에 있어서 개략적으로, 과장된 형태로 점선의 윤곽으로서 도시되어 있다. 변위(32)는 신장부(30)에 횡방향이고, 실질적으로는 직각이며, 변위(32)는 전체적으로 신장부(30)보다 큰 크기의 정도라는 점이 이해되어야 한다. 도면 번호 32 및, 30 에서의 변위의 비율은 그중에서도 비임(18)과 적층부(14) 사이의 간격을 선택함으로써 선택될 수 있는데, 간격이 근접할수록 비율이 커진다는 점이 이해되어야 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 트랜스듀서가 변위 발생기로서 작동된다면, 압전 적층부(14)의 작은 변위는 변위 발생기(10)상의 일 지점의 커다란 변위를 횡방향으로 야기한다. 당해 기술 분야의 업자들에게 용이하게 이해될 바로서, 적층부(14)의 수축은 같은 방식으로 반대 방향에서 변위를 야기할 것이라는 점이 또한 이해되어야 한다.
또한 이해되어야 할 바로서, 적층부(14)의 신장 및, 수축은 접촉부(15)에 대한 전위 편차의 적용을 제어함으로써 용이하게 그리고 매우 급속하게 이루어질 수있는데, 예를 들면 프로그램된 로직, 소프트웨어 또는 그와 유사한 것에 의해 제어되는 견고한 상태의 전기 전위 발생기에 의해서 이루어질 수 있다.
마찬가지로, 트랜스듀서(10)가 변위 센서로서 작동된다면, 위치(24)에서의 상대적으로 큰 변위는 적층부(20)를 긴장시키고 접촉부(15)에 걸쳐서 측정 가능한 전위 편차를 야기한다.
도 2 를 참조하면, 도 1 의 장치(10)에서와 같은 "L" 형태인 단단한 링크(22)와 단단한 비임(18) 대신에, 전개도로써, 단일의 견고한 비임(118)이 일체화된 쌍의 단단한 링크들(122.1, 122.2)을 가질 수 있어서 그 형상이 "T" 의 형태이다. 트랜스듀서(110)는 횡방향의 "T" 의 가지의 반대편 단부들에 연결된 대칭적인 한쌍의 신장된 적층부(114.1, 114.2)를 가질 수 있다.
단단한 비임(118)이 신장된 적층부(114.1, 114.2)를 가압하도록 장력하에 배치되어 신장된 적층부가 전적으로 압축으로 작동하게 하거나, 또는 대부분 압축으로 작동하게 하는 것이 제안되었다. 이것의 장점은 압전 재료가 일반적으로 장력이나 또는 심한 장력하에 있지 않는 것이 유익하며, 바람직스럽게는 압축하에 있어야 하는 것으로 간주된다는 점이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 트랜스듀서의 다른 구현예가 전체적으로 도면 번호 210 으로 표시되어 있다. 이것은 많은 점에 있어서 도 1 및, 도 2 의 구현예와 유사하며, 동일한 참조 번호들은 유사한 특징 또는 유사한 구성 요소들을 표시하도록 사용된다. 트랜스듀서(210)는 상세하게 설명되지 않으며 차이점과 중요한 특징들만이 강조될 것이다.
트랜스듀서(210)는 도면에 도시되지 않은 길이 방향의 중심선을 중심으로 2 개의 거울 영상 부분을 구비하는 복합 트랜스듀서이다. 이것은 대칭이기 때문에, 비임(218.1, 218.2)은 장력하에 배치될 수 있어서 압전 재료의 적층부(214.1, 214.2)가 압축으로 작동되거나, 또는 대부분 압축으로 작동되는 것을 보장한다.
견고한 링크(222.1, 222.2)들 뿐만 아니라 베이스(212)와 비임(218.1, 218.2)들도 견고한 티타늄 재료로부터 절제된 것이다. 따라서, 견고한 힌지(220.1, 220.2 및, 216.1, 216.2)들도 같은 모재를 가진다. 유리하게는, 베이스(212)의 일 단부와 그것의 근접한 비임(218.1) 사이에, 견고한 힌지(220.1)의 근접부에서, 맞닿는 돌출부(217.1)가 형성되어 베이스(212)로부터 비임(218.1)의 근접한 단부에 부족한 위치로 소정의 양으로 돌출한다. 거울 영상의 동일한 맞닿는 형성부(217.2)가 단단한 비임(212)의 반대 단부에 제공되어서 비임(218.2)의 근접한 단부를 향하여 돌출한다. 이러한 맞닿는 돌출부의 장점은 이들이 각각의 견고한 힌지(220.1, 220.2)들에서 (각각 반대 방향의) 힌지의 정도를 제한하며 따라서 가능한 변형의 양도 제한한다는 점이다. 이들은 다음에 제한 장치로서 작용하여 트랜스듀서(210)가 수용 가능한 제한내에서 작동하게 하는 것을 보장한다.
장치(210)의 가장 중요한 특징은 그것이 전체적으로 참조 번호 230 으로 표시된 활성의 작용 단부 부분을 구비한다는 점이다. 단부 부분(230)은 단부 비임(232)을 구비하는데, 이것은 트랜스듀서(210)의 폭 또는 높이를 가로질러서 횡방향으로 연장된다. 비임(232)의 일측에서, 그것의 중앙 부분을 따라서, 이것은 유연성의 링크(234.1)에 연결되어 비임(232)의 상기 일측을 따라서 연장된다. 반대편단부를 향하여, 링크(234.1)와 정렬된 유연성 링크(234.2)가 대응하여 제공된다. 유연성 링크(234.1, 234.2)의 외측 단부는 235.1 및, 235.2 로 각각 표시된 바와 같이 개별의 단단한 링크(222.1, 222.2)의 코너에 연결된다. 유연성 링크(234.1, 234.2)는 굽힘에 있어서 저항 없이 유연성이 있지만, 신장에 대하여는 실질적인 저항을 제공한다는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 트랜스듀서(210)가 도 3에서 점선의 윤곽으로 도시된 바와 같이 횡방향에서 스트레인을 측정하도록 또는 횡방향에서 변위를 발생시키도록 작동될 때, 비임(232)은 사실상 전적으로 병진 운동하며 회전하지 않는다. 이것은 비임(232)에 대한 유연성 링크의 부착 위치를 미리 선택함으로써 달성된다.
도 4를 참조하면, 마이크로스캐닝 장치는 전체적으로 참조 번호 40 으로 표시되어 개략적으로 도시되어 있다.
마이크로스캐닝 장치(40)는 픽셀 매트릭스(pixel matrix)를 가진 수신부(42)를 구비한다. 이것은 또한 전체적으로 도면 번호 44 로 표시된 축을 가진 광학 시스템을 구비하는데, 그것에 의해서 광 비임이 수신부(42)상으로 투사된다. 광 시스템(44)의 일부로서, 적절한 광 재료의 광학 윈도우(46)가 제공된다. 예를 들면 적외선 비임의 경우에, 윈도우(46)는 유익하게는 게르마늄일 수 있다. 광 윈도우(46)는 프레임(48)내에 고정된다. 이러한 구현예에서, 광 윈도우(46)와 프레임(48)은 둥글다. 다른 구현예에서, 윈도우와 프레임은 둥글지 않을 수 있다. 광 윈도우(46)와 프레임(48)은 본 발명에 따라서 조작 장치의 일부를 형성하며 이것은 도 4에서 전체적으로 참조 번호 50 으로 표시되어 있다. 광 시스템(44)과 조작 장치(50)는이러한 구현예에서 길이 방향의 광축(45)을 중심으로 대칭이다.
조작 장치(50)는 도 5에서 축 방향으로 보다 상세하게 보다 큰 축척으로 도시되어 있다.
조작 장치(50)는 광 윈도우(46)를 조작하여 광 비임을 적절하게 반사시켜서 수신부(42)와의 교차 지점을 변위시키도록, 즉, 활성화된 픽셀을 조절하도록 사용되어, 마이크로스캐닝이 이루어지게 한다.
조작 장치(50)는 변위 발생기(10)로서 작동되는 트랜스듀서들을 구비하는데, 이것은 본 구현에에서 4 개이며 프레임(48)의 둘레에 규칙적으로 원주상으로 이격되어, 반경상으로 배향된 구성으로 배치된다. 프레임(48)은 탄성의 연결 형성부(52)에 의해서 문제가 되는 4 개의 지점에서 변위 발생기(10)에 연결되며, 보다 상세하게는 개별의 적층부(14)가 길이 방향으로 변형될 때 횡방향의 변위를 겪는 견고한 연결 지점(24)에 연결된다. 개별 적층부(14)의 변형이 프레임(48)에 대한 연결 지점의 길이 방향 변위(즉, 축(45)에 대한 길이 방향)를 야기하도록 배치된다. 개별의 변위 발생기는 개별적으로 제어될 수 있으며 개별의 적층부(14)의 조화된 변형이 광 윈도우(46)에서의 다음의 기본적인 운동과 그것의 조합을 달성할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 방향은 광축(45)과 관련하여 해석되어야만 한다.
a) 전후로의 길이 방향 운동
b) 광 윈도우(46)를 통한 직교의 축을 중심으로 하는 피봇 운동으로서, 여기에서 직교의 축은 수평이거나, 수직일 수 있으며, 광 시스템(44)의 축(45)을 인터셉트한다.
c) 광축(45)에 직각으로, 프레임(48)에 접선 방향으로 연장되고 그리고 각각 개별의 변위 발생기(10)와 프레임(48) 사이의 연결부(52)를 인터셉트하는 축을 중심으로 하는 피봇 운동.
그러한 제어된 변위는 개별의 변위 발생기의 각각의 적층부에 적용된 전위 편차 발생기를 적절하게 제어함으로서 획득될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
다른 구현예에 있어서, 필요하다면, 변위 발생기들은 접선 방향에 평행한 방향에서 변위를 달성하도록 재배향될 수 있다. 조작 장치는 다음에 길이 방향 축을 중심으로 하는 피봇 운동을 달성하도록 사용될 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같은 마이크로스캐닝 장치(40)를 볼 때 가장 잘 이해되는 전개도에 의해서, 도면에 도시된 2 개의 변위 발생기(10)는 프레임(48)에 부착된 반대편의 쌍으로 배치되며, 예를 들면 적층부의 수축이 수신부(42)로부터 이탈되는 개별의 연결부(52)에서 프레임(48)을 변위시키도록 거울 영상으로 배향된다. (도시되지 않은) 다른 쌍으로 변위 발생기의 배향은 반대인데, 즉, 그들의 적층부의 신장이 프레임(48)과 함께 그들의 연결부(52)를 수신부(42)로 향하여 움직이도록 하게 한다. 그러한 반대의 배향은 조작 장치(50)를 제어하는데 있어서 분명하게 명심해야 할 것이다. 그러한 배향의 이유는, 적층부들이 전적으로 압축으로, 또는 대부분 압축으로 작동하는 것을 보장하도록 개별의 단단한 비임들이 개별의 적층부를 압축하도록 장력하에 미리 응력을 받을 수 있도록 하는 것인데 이것은 위에서 언급된 바와 같이 바람직한 것으로 간주된다.
광학 윈도우(46)의 조작은 복수개의 압전 적층부에 의해서 이루어진다는 것이 제 1 의 장점이다. 압전 적층부는 적절한 전기 전위 편차의 적용에 의해서 매우 용이하게 변형될 수 있으며, 그러한 전기 전위 편차의 적용은 매우 용이하고 매우 정확하게 제어될 수 있고, 더욱이 그러한 변위는 마이크로스캐닝에 필요한 바로서 극히 빠르게 조절될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
역의 압전 효과의 사용은, 위에서 간략하게 언급된 바와 같은 수반된 장점과 함께, 역의 압전 효과의 사용이 본 발명에 따른 변위 발생기에 의해서 가능하다는 것은 매우 중요한 장점으로서 간주되며, 이것은 매우 편리하고, 단순하며 고상한 방식으로 압전 적층부의 변위를 증폭시킨다.
압전 재료가 굽힘에 대항하는 것으로서 실질적으로 순수한 신장/수축을 경험하며, 그리고 구성부에 나타나는 굽힘 응력이 금속의 구성부에 발생한다는 점이 또한 장점이다. 이것은 압전(세라믹) 재료의 일체성이 굽힘하에 있을때보다도 순수한 신장/수축하에서 (특히 여기에서 언급된 바와 같은 압축을 야기하는 신장하에서) 훨씬 높다는 점이 유리한 것으로 간주된다. 더욱이, 금속 구성부가 받게되는 굽힘 응력은 금속 구성부의 치수 및, 형상에 관한 적절한 디자인과 금속 재료 종류의 적절한 선택에 의해서 맞추어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 본질적으로, 적절하다면, 금속이 아닌 재료가 대신 사용될 수 있다.
본 발명은 스트레인/전기 전위 트랜스듀서로서 사용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 단단한 베이스;
    유전체 물질의 전자적인 변형과 관련된 전기 전위를 받도록 배치된 전기 접촉부를 가진 유전체 물질의 신장된 적층부로서, 신장된 적층부의 제 1 단부는 적층부 힌지 위치에서 베이스에 힌지되어 있는 신장된 적층부;
    제 1 단부에서 베이스에 대하여 비임의 힌지 위치에 힌지된 단단한 비임으로서, 신장된 적층부로부터 횡방향으로 이격되어 신장된 적층부와 함께 전체적으로 길이 방향으로 연장되는 단단한 비임;
    상기 제 1 의 힌지된 단부에 반대편인 신장된 적층부의 반대편 단부와, 상기 제 1 의 힌지된 단부에 반대편인 단단한 비임의 반대편 단부 사이에서 횡방향으로 연장되어 각각 상호 연결하는 단단한 연결 링크로서, 신장된 적층부에서의 길이 방향 변형과 단단한 비임의 상기 반대편 단부에서의 횡방향 변위가 인과 관계로 연결되도록 형상이 이루어지는 단단한 연결 링크;를 구비하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    신장된 적층부는 압전 재료인 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    스트레인/전기 전위 트랜스듀서가 평면에 배치된 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    힌지는 힌지 작용을 가능하게 하는 견고한 힌지 형성부에 의한 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    힌지들이 관절화된 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    신장된 적층부와 단단한 비임에 대한 단단한 연결 링크의 연결은 손실 운동이 없는 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에 있어서,
    복합 구조인 것을 포함하는 것으로서, 상기 신장된 적층부와 상기 단단한 연결 링크는 각각 제 1 의 신장된 적층부와 제 1 의 연결 링크이며, 트랜스듀서는 또한 제 1 의 신장된 적층부와 제 1 의 연결 링크에 유사한 방식으로 연결되고 그에 유사한 방식으로 배치된 제 2 의 신장된 적층부와 제 2 의 단단한 연결 링크를 구비하는 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 의 신장된 적층부와 제 1 의 단단한 연결 링크를 구비하는 제 1 의 서브 장치와, 제 2 의 신장된 적층부와 제 2 의 단단한 연결 링크를 구비하는 제 2 의 서브 장치를 구비하고, 제 1 및, 제 2 의 서브 장치는 대칭적이며 제 1 및, 제 2 의 서브 장치에 공통적인 단단한 비임을 공유하는 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    사용상에 있어서 신장된 적층부에서의 장력이 적어도 제한되도록, 단단한 비임은 장력하에 배치되어 제 1 및, 제 2 의 신장된 적층부를 압축하는 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    변위 발생기의 형태인 것을 포함하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    신장된 적층부 또는 각각의 신장된 적층부는 역의 압전 효과를 발생시키도록 적합화된 압전 재료인 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    변위 센서의 형태인 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    신장된 적층부 또는 각 신장된 적층부는 직접적인 압전 효과를 발생시키는 압전 재료 어댑터인 것을 특징으로 하는 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  14. 단일 변위의 입력/출력과 단일의 전기 전위 입력/출력을 가지도록 조합된 것을 포함하는, 제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에 있어서와 같은 복수개의 트랜스듀서를 구비하는 복합적인 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  15. 광학 요소를 고정시키기 위한 프레임;
    프레임에 작동 가능하게 연결되고 앵커 부재에 대한 프레임의 변위를 선택적으로 발생시키는 것과 같은 앵커에 대한 작동상의 연결 수단을 가지는 제 10 항에서와 같은 복수개의 변위 발생기;를 구비하는 광학 시스템에 사용되는 조작 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    각각의 변위 발생기의 베이스는 앵커 부재에 연결된 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    앵커 부재는 변위 발생기를 위한 베이스를 형성하며, 각 변위 발생기의 단단한 비임의 제 2 단부는 프레임에 연결된 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    변위 발생기들은 대칭적으로 배치된 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항의 어느 한 항에 있어서,
    변위 발생기들은 평면에 배치된 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    프레임은 둥글며, 변위 발생기는 프레임으로부터 반경상 외측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    프레임과 각 변위 발생기 사이의 상기 상대적인 변위가 광학 요소의 축에 대한 길이 방향에서 프레임내에 고정되도록 변위 발생기가 배치되는 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    변위 발생기들은 수에 있어서 짝수이고 반대편의 쌍들로 배치되며, 각 반대편 쌍에 있는 변위 발생기는 같은 배향이고 다른 반대편 쌍에 대하여 반대의 배향이며, 변위 발생기들은 변위 발생기가 적어도 대부분 압축에서 작동하도록 예비 응력(prestressing)을 받고, 한 쌍의 변위 발생기내에서 예비 응력의 부하는 다른 쌍의 변위 발생기에서의 예비 응력의 부하에 의해서 평형화되고, 예비 응력의 부하는 프레임에 전달되고, 프레임 또는 정위치에 있을 때 광학 요소와 조합된 프레임은 예비 응력의 부하를 평형화시키도록 단단한 것을 특징으로 하는 조작 장치.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항의 어느 한 항에 있어서,
    적층부를 구동하는 변동 전위 편차를 발생시키도록 선택적으로 제어될 수 있는 전기 전위의 발생기와 조합된 것을 특징으로 하는 조작 장치의 조합.
  24. 제 23 항에 있어서,
    전기 전위의 발생기는 복수개의 변위 발생기 또는 변위 발생기의 쌍에 대응하는 복수개의 출력을 가진 견고한 상태의 발생기이며, 그 조합은 전기 전위의 발생기를 관리하거나 또는 제어하도록 소프트웨어 또는 로직(logic)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조합.
  25. 광 수신부, 광 수신부에 배향된 광학 시스템 및, 제 15 항 내지 제 24 항의어느 한 항에서 청구된 조작 장치를 구비하는 마이크로스캐닝 장치로서, 광학 요소는 프레임내에 고정되어 광학 시스템의 일부를 형성하고, 조작 장치는 광학 시스템을 통해 투사된 광 비임을 반사시키도록 선택적으로 그리고 변동되게 작동될 수 있어서 마이크로스캐닝이 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스캐닝 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 제 1 의 단일 스트레인/전기 전위 트랜스듀서 및, 제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 제 2 의 단일 스트레인/전기 전위 트랜스듀서를 구비하는 복합적인 구조인 복합 스트레인/전기 전위 트랜스듀서로서, 제 1 및, 제 2 의 단일 트랜스듀서들은 공통의 평면에서 서로 나란히 배치되고, 복합 트랜스듀서는 제 1 및, 제 2 의 단일 트랜스듀서의 각각의 단단한 연결 링크에 힌지된 변위 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  27. 제 26 항에 있어서,
    제 1 및, 제 2 의 단일 트랜스듀서들은 거울 영상이며 거울 영상으로서 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    제 1 및, 제 2 의 단일 트랜스듀서들은 공통의 단단한 베이스를 가지는 것을 특징으로 하는 복합 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
  29. 제 26 항 또는 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    변위 부재는 견고한, 신장된 힌지를 통해서 힌지되어 변위의 방향으로 연장되어 각각의 단단한 비임에서의 변위에 대하여 횡방향으로만 변위를 허용하는 것을 특징으로 하는 복합 스트레인/전기 전위 트랜스듀서.
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