(57)【要約】【課題】ミラーと駆動装置との接合部に生じる、応力を解放し、ミラーあるいは駆動装置の破損を防止する形状可変ミラーを提供する。【解決手段】本発明による形状可変ミラーは、入射する光の波面を補正するように駆動される。本発明による形状可変ミラーは、ミラー部分（１０１）と当該ミラー部分の駆動装置（１０２）との間に棒状部材（１０３）を設け、棒状部材の長手方向の中心を含む位置に、長手方向の長さが棒状部材の長さの０．２倍から０．６倍であり、棒状部材の長手方向に垂直な面において、断面積が棒状部材の断面積の９倍から６４倍であるブロック部分（１０７）を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光の波面を補正するように駆動される形状可変ミラーであって、ミラー部分と当該ミラー部分の駆動装置との間に棒状部材を設け、棒状部材の長手方向の中心を含む位置に、長手方向の長さが棒状部材の長さの０．２倍から０．６倍であり、棒状部材の長手方向に垂直な面において、断面積が棒状部材の断面積の９倍から６４倍であるブロック部分を備えた形状可変ミラー。
【請求項２】
棒状部材とミラー部分との間にミラー接合部分を備え、棒状部材と駆動装置との間に駆動装置接合部分を備えた請求項１に記載の形状可変ミラー。
【請求項３】
棒状部材が金属からなる請求項１または２に記載の形状可変ミラー。
【請求項４】
棒状部材がモリブデン、タンタルまたは炭素鋼のいずれかからなる請求項３に記載の形状可変ミラー。
【請求項５】
ブロック部分が円筒形であり、円筒形の回転対称軸の位置と棒状部材の位置が重なる請求項１から４のいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
【請求項６】
棒状部材の断面が円形であり、棒状部材の長さに対する当該円形の直径の比率が１／３０から１／５である請求項１から５のいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
【請求項７】
棒状部材の長さが、駆動装置の最大変位量の５０倍から２００倍である請求項１から６のいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光の波面を補正するように駆動される形状可変ミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーは、レーザー通信、レーザー測距装置、レーザー加工装置およびレーザー光源などに広く使用されている。レーザービームの品質や集光性能を改善するために、レーザー光の波面を測定し、この結果を基に形状可変ミラーによって波面を補正することが行われている。
【０００３】
また、大型天体望遠鏡の観測像やリモートセンシングの受信画像の分解能を高めるために、受信した光の波面を測定し、この結果を基に形状可変ミラーによって波面を補正することが行われている。
【０００４】
図１は、形状可変ミラーを使用して光の波面を補正するための光学系の一例を示す。レーザー発振器５から形状可変ミラー１に入射した光は反射され、ハーフミラー２に入射する。ハーフミラー２に入射した光の一部は、反射されて光波面検出器３に至る。光波面検出器３は、光波面のひずみ量を検出し、結果を形状可変ミラーの制御装置４に送る。形状可変ミラーの制御装置４は、検出された光波面のひずみ量を最小とするように、形状可変ミラー１の駆動装置を操作して、入射された光の光路差を補正する。
【０００５】
つぎに、形状可変ミラーの駆動装置について説明する。図２は、形状可変ミラーの駆動装置とミラーを示す図である。駆動装置は、ミラーの裏面に複数個設け、個別に操作できるようにする。駆動装置の長さが変化することにより、当該駆動装置の部分のミラーの形状が変化する。駆動装置は、圧電素子、リニアモータ、電磁コイルなどから形成される。あるいは、油圧駆動の装置を用いてもよい。
【０００６】
形状可変ミラーの構造については、たとえば、特許文献１（図１他）、特許文献２（図１他）、特許文献３（図１他）および特許文献４（図２他）などに開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３３３２７４号公報
【特許文献２】特開平７−６６４６３号公報
【特許文献３】特開平９−１３８３０４号公報
【特許文献４】特開平２００２−１３３６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の形状可変ミラーにおいて、駆動装置を操作してミラーを変形させた場合に、ミラーと駆動装置との接合部に大きな応力が生じ、繰り返し使用した場合に、ミラーあるいは駆動装置の破損が生じる場合がある。応力としては、ミラーの面に垂直な方向、すなわち駆動装置のほぼ長手方向の応力と、ミラーの面の方向、すなわち駆動装置の長手方向にほぼ垂直方向の応力がある。ミラーも駆動装置も前者の応力に対しては、十分に強い構造を有する。ミラーと駆動装置の破損を乗じるのは、後者の応力、ミラーの面の方向、すなわち駆動装置の長手方向にほぼ垂直方向の応力である。ミラーと駆動装置との接合部に生じる、この応力を解放することができれば、ミラーあるいは駆動装置の破損を防止することができる。
【０００９】
したがって、ミラーの面の方向、すなわち駆動装置の長手方向にほぼ垂直方向の応力をどのように解放するかという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による形状可変ミラーは、入射する光の波面を補正するように駆動される。本発明による形状可変ミラーは、ミラー部分と当該ミラー部分の駆動装置との間に棒状部材を設け、棒状部材の長手方向の中心を含む位置に、長手方向の長さが棒状部材の長さの０．２倍から０．６倍であり、棒状部材の長手方向に垂直な面において、断面積が棒状部材の断面積の９倍から６４倍であるブロック部分を備えている。
【００１１】
したがって、ミラーと駆動装置との間に働く応力が、棒状部材によって解放される。また、長手方向の長さが棒状部材の長さの０．２倍から０．６倍であり、棒状部材の長手方向に垂直な面において、断面積が棒状部材の断面積の９倍から６４倍であるブロック部分を備えることにより、棒状部材に座屈が生じることはない。
【００１２】
本発明の一実施形態による形状可変ミラーは、棒状部材とミラー部分との間にミラー接合部分を備え、棒状部材と駆動装置との間に駆動装置接合部分を備えている。
【００１３】
したがって、棒状部材とミラー部分および棒状部材と駆動装置が確実に接続される。
【００１４】
本発明の一実施形態による形状可変ミラーにおいて、棒状部材が金属からなる。
【００１５】
本発明の一実施形態による形状可変ミラーにおいて、棒状部材がモリブデン、タンタルまたは炭素鋼のいずれかからなる。
【００１６】
したがって、棒状部材は高い剛性を有し、応力を解放するのに都合がよい。
【００１７】
本発明の一実施形態による形状可変ミラーにおいて、ブロック部分が円筒形であり、円筒形の回転対称軸の位置と棒状部材の位置が重なる。
【００１８】
したがって、ブロック部分が棒状部材を軸として軸対称となり、応力を解放するのに都合がよい。
【００１９】
本発明の一実施形態による形状可変ミラーにおいて、棒状部材の断面が円形であり、棒状部材の長さに対する当該円形の直径の比率が１／３０から１／５である。
【００２０】
したがって、棒状部材の形状が応力を解放するのに都合がよい。
【００２１】
本発明の一実施形態による形状可変ミラーにおいて、棒状部材の長さが、駆動装置の最大変位量の５０倍から２００倍である。
【００２２】
したがって、棒状部材が、駆動装置の変位に十分に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態による形状可変ミラーを示す図である。図３の形状可変ミラーにおいて、ミラー１０１の裏面と駆動装置１０２との間に棒状部材１０３が設けられている。
【００２４】
図３に示すように駆動装置のうちの一つが変位した場合または、図４に示すように駆動装置のうちの一つが隣接するものよりも大きく変位した場合に、周辺の駆動装置１０２とミラー１０１には、ミラーの面の方向、すなわち駆動装置の長手方向にほぼ垂直方向の応力が生じる。本実施形態においては、棒状部材１０３が変形することにより、この応力を解放する。
【００２５】
棒状部材の構造の詳細を図５および図６に示す。棒状部材の両端には、棒状部材とミラー１０１の接合部１０５および棒状部材と駆動装置との接合部１０６を設けてもよい。接合部１０５とミラーおよび接合部１０６と駆動装置は、接着などにより接続する。接続を確実にするために、棒状部材の長手方向に垂直な面において、接合部の断面積は棒状部材の断面積より大きくするのが好ましい。ただし、ミラーとの接合部１０５の断面積は、ミラーの変形を妨げないような大きさとする。本実施例では、ミラーとの接合部１０５の断面の直径は、駆動装置との接合部１０６の断面の直径の１／２である。棒状部材の棒状部分の材質は、モリブデン、タンタル、炭素鋼などであるのが好ましい。接合部１０５および１０６の材質は、モリブデン、タンタル、炭素鋼などであるのが好ましい。接合部と棒状部分とはかしめまたは溶接などにより接続する。また、一体的に形成するようにしてもよい。
【００２６】
図５の棒状部材の寸法を以下に示す。
【００２７】
両端の接合部を含む長さ          １１ｍｍ
各々の接合部の長さ              ２．０ｍｍ
棒状部分の長さ                  ７．０ｍｍ
ミラーとの接合部の断面直径      １．０ｍｍ
駆動装置との接合部の断面直径    ２．０ｍｍ
棒状部分の断面直径              ０．３ｍｍ
【００２８】
図６に示すように、棒状部材の長手方向の中心を含む位置に、たとえば円筒形のブロック１０７を設けてもよい。上記のように、棒状部材１０３が変形することにより、応力を解放するが、図５に示す構造では、棒状部分に過度の応力が生じ、座屈が発生することが考えられる。図６に示す構造では、ブロック１０７を設けることにより、棒状部分に座屈が発生するのを防止する。ブロック１０７の材質は、モリブデン、タンタル、炭素鋼などであるのが好ましい。ブロックと棒状部分とはかしめなどにより接続する。また、一体的に形成するようにしてもよい。
【００２９】
図６の棒状部材の寸法を以下に示す。
【００３０】
両端の接合部を含む長さ          １１ｍｍ
各々の接合部の長さ              ２．０ｍｍ
ブロック部分の長さ              ３．０ｍｍ
ブロック部分を除く棒状部分の長さ（ブロック部分の上下２箇所）
２．０ｍｍ
ミラーとの接合部の断面直径      １．０ｍｍ
駆動装置との接合部の断面直径    ２．０ｍｍ
ブロック部分の断面直径          ２．０ｍｍ
棒状部分の断面直径              ０．３ｍｍ
【００３１】
図７は、ブロック部分を含まない構造において、駆動装置の一つを駆動させた場合のシミュレーション結果であり、当該駆動装置の棒状部材および周辺の棒状部材に生じる変位を示す。図８は、ブロック部分を含む構造において、駆動装置の一つを駆動させた場合のシミュレーション結果であり、当該駆動装置の棒状部材および周辺の棒状部材に生じる変位を示す。図７および図８において、変位が大きいほど濃い色で表示する。
【００３２】
図７のシミュレーションに使用したデータは以下のとおりである。
【００３３】
駆動装置の駆動量
駆動装置と棒状部分との接合部
長さ                       ２．０ｍｍ
直径                       ２．０ｍｍ
棒状部分
長さ                       ７．０ｍｍ
直径                       ０．３ｍｍ
棒状部分とミラーとの接合部
長さ                       ２．０ｍｍ
直径                       １．０ｍｍ
【００３４】
図８のシミュレーションに使用したデータは以下のとおりである。
【００３５】
駆動装置の駆動量
駆動装置と棒状部分との接合部
長さ                       ２．０ｍｍ
直径                       ２．０ｍｍ
ブロックの下の棒状部分
長さ                       ２．０ｍｍ
直径                       ０．３ｍｍ
ブロック
長さ                       ３．０ｍｍ
直径                       ２．０ｍｍ
ブロックの上の棒状部分
長さ                       ２．０ｍｍ
直径                       ０．３ｍｍ
棒状部分とミラーとの接合部
長さ                       ２．０ｍｍ
直径                       １．０ｍｍ
【００３６】
図７および図８において、駆動されて変位を生じた駆動装置の棒状部分およびミラーとの接合部の変位に注目する。駆動されて変位を生じた駆動装置の棒状部分およびミラーとの接合部の変位は、図７のブロックを含まない構造に比較して、図８のブロックを含む構造の方が大きい。実際に、ミラーの変位量は、図８のブロックを含む構造の方が大きくなっている。このことは、図８のブロックを含む構造の方が駆動装置の力がミラーにより効率的に伝えられることを意味する。図７のブロックを含まない構造の場合には、ミラーに伝わらない力が周辺の棒状部材に伝わりより大きな応力を生じることになる。
【００３７】
図８におけるブロックの上下の棒状部分の長さは図７におけるブロックを含まない棒状部分の長さの約１／３である。棒状体の座屈応力は長さの二乗に反比例するため、図８のブロックを含む構造の棒状部分に座屈が生じる可能性はきわめて低くなる。
【００３８】
このように、図８のブロックを含む構造は、ミラーとの接合部に生じる応力を解放する。さらに、駆動装置の力をミラーにより効率的に伝えることができると共に、座屈を生じる可能性がきわめて低い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】形状可変ミラーを使用して光の波面を補正するための光学系の一例を示す図である。
【図２】形状可変ミラーの駆動装置とミラーを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による形状可変ミラーを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による形状可変ミラーを示す図である。
【図５】ブロック部分を含まない棒状部材の構造の詳細を示す図である。
【図６】ブロック部分を含む棒状部材の構造の詳細を示す図である。
【図７】ブロック部分を含まない構造において、駆動装置の一つを駆動させた場合に、当該駆動装置の棒状部材および周辺の棒状部材の変位を示す図である。
【図８】ブロック部分を含む構造において、駆動装置の一つを駆動させた場合に、当該駆動装置の棒状部材および周辺の棒状部材の変位を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１０１  形状可変ミラー
１０２  駆動装置
１０３  棒状部材
１０５  ミラーとの接合部
１０６  駆動装置との接合部
１０７  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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