(57)【要約】  圧電アクチュエータ１０は、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１、第四の圧電単結晶１２２、及び、互いに平行するとともに対向する第一の表面と第二の表面とを有する接続部材３００を備える。第一の圧電単結晶１１１の一端と第二の圧電単結晶１１２の一端とは平行に配されるとともに、前記接続部材３００の第一の表面の縁に沿って独立して取り付けられる。第三の圧電単結晶１２１の一端と第四の圧電単結晶１２２の一端とは平行に配されるとともに、接続部材３００の第二の表面の直交する縁に沿って独立して取り付けられる。圧電アクチュエータ１０は、体積が小さく、ヒステリシスが低くて、多自由度で制御できる利点を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶、第四の圧電単結晶及び互いに対向する第一の表面と第二の表面とを有する接続部材を備え、
前記第一の圧電単結晶の一端及び前記第二の圧電単結晶の一端は、それぞれ前記接続部材の第一の表面における異なる位置に接続され、
前記第三の圧電単結晶の一端及び前記第四の圧電単結晶の一端は、それぞれ前記接続部材の第二の表面における異なる位置に接続され、
前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、前記接続部材を第一の方向へ傾くように駆動でき、
前記接続部材に接続されない前記第三の圧電単結晶の一端及び前記第四の圧電単結晶の一端に、駆動面が形成され、
前記駆動面は、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶により前記第一の方向と異なる方向である第二の方向へ傾くように駆動されることができる、ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端及び前記第二の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端が接続される基部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記第三の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端及び前記第四の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端が接続される台部をさらに備える、ことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶はいずれも長方形である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶の、それぞれ前記接続部材に接続されている辺は互いに平行であり、
前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶の、それぞれ前記接続部材に接続されている辺は互いに平行である、ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶が前記接続部材に接続される接続位置と、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶が前記接続部材に接続される接続位置との、前記接続部材の前記第一の表面及び前記第二の表面のいずれかの面に対しての投影は互いに直交する、ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記接続部材の前記第一の表面に二つの平行する帯状凹溝が設けられており、
前記接続部材の前記第二の表面に二つの平行する帯状凹溝が設けられており、
前記第一の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端、前記第二の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端、第三の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端及び前記第四の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端は異なる帯状凹溝内に固定され、前記第一の表面の前記帯状凹溝は前記第二の表面の前記帯状凹溝に直交する、ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶の単結晶成分は、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも一つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、いずれも、ｄ３１又はｄ３２モードの、横方向モードである、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
複数のミラー本体及び複数の、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを備え、
各前記ミラー本体はいずれも前記接続部材の同一側に位置し、
各前記ミラー本体は、各圧電アクチュエータの前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない前記一端にそれぞれ接合され、又は、
各前記ミラー本体は、各圧電アクチュエータの前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない前記一端にそれぞれ接合されている、ことを特徴とする可変形状ミラー。
【請求項１１】
圧電アクチュエータであって、
接続部材、第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶、第四の圧電単結晶、基部及び台部を備え、
前記接続部材は、互いに対向する第一の接続面と第二の接続面を備え、
前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、前記第一の圧電単結晶の一端及び前記第二の圧電単結晶の一端がそれぞれ前記第一の接続面に接続され、さらに平行かつ離間しながら第一の方向に沿って配置され、
前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、前記第三の圧電単結晶の一端及び前記第四の圧電単結晶の一端がそれぞれ前記第二の接続面に接続され、さらに互いに対向して離間しながら、前記第一の方向に対して角度をなす第二の方向に沿って配置され、
前記第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶は、外部から印加された電界の作用下で、前記第一の接続面に垂直な方向に沿って伸長又は収縮し、
前記第一の圧電単結晶の自由端及び前記第二の圧電単結晶の自由端は、いずれも前記基部に接続され、前記第三の圧電単結晶の自由端及び前記第四の圧電単結晶の自由端は、いずれも前記台部に接続されている、ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＺｒＯ３-ＰｂＴｉＯ３）、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｉｎ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３-Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）成分及びその誘導体成分からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む固溶体単結晶から製造されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、いずれも、[０１１]結晶方向に分極されたｄ３２又はｄ３１モードの単結晶で製造される長方形の板状の構造である、ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
前記接続部材は、長方形の板状の構造である、ことを特徴とする請求項１３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、それぞれ、前記圧電アクチュエータの前記長さ方向に対応する長さ方向と、前記接続部材の長さ方向に対応する幅方向を有する、ことを特徴とする請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記第一の接続面に二つの平行する凹溝が設けられており、前記第二の接続面に二つの平行する凹溝が設けられており、記第一の接続面の前記凹溝は前記第二の接続面の前記凹溝に垂直であり、
前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、前記第一の接続面の前記凹溝に接合され、
前記第三の圧電単結晶、前記第四の圧電単結晶は、前記第二の接続面の前記凹溝に接合されている、ことを特徴とする請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記基部は、前記第一の接続面に対応する上面を有するとともに前記上面に互いに平行かつ離間して配置された凹溝が設けられ、
前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、それぞれ前記基部の前記上面の二つの凹溝に接続され、
前記台部は、前記第二の接続面に対応する下面を有するとともに前記下面に互いに平行かつ離間して配置された凹溝が設けられ、
前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、それぞれ前記台部の前記下面の二つの凹溝に接続されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１８】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、同じサイズ又は異なるサイズである、ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１９】
前記第一の方向は、前記第二の方向に対して垂直である、ことを特徴とする請求項１１から１８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項２０】
前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、いずれも帯状の構造である、ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項２１】
複数の、請求項１１から２０のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを備え、複数の前記圧電アクチュエータはマトリックス状に配列されている、ことを特徴とする可変形状ミラー。
【請求項２２】
複数の、請求項１１から２０のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータがマトリックス状に配列されるように、前記複数の圧電アクチュエータの基部を剛性基部に取り付けるステップａと、
前記複数の圧電アクチュエータの台部の上面に対して平面加工及び鏡面研磨を行うステップｂとを含む、ことを特徴とする可変形状ミラーの製造方法。
【請求項２３】
前記台部の前記上面を研磨した後、前記台部の前記上面はさらに高反射率のコーティングによって覆われる、ことを特徴とする請求項２２に記載の可変形状ミラーの製造方法。
【請求項２４】
複数の、請求項１１から２０のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータがマトリックス状に配列されるように、前記複数の圧電アクチュエータの基部を剛性基部に取り付けるステップａと、
前記複数の圧電アクチュエータの台部の上面に対して平面加工を行うステップｂと、
前記複数の圧電アクチュエータのそれぞれの前記台部の前記上面に一つの小さなミラー本体を接合するステップｃとを含む、ことを特徴とする可変形状ミラーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、２０１６年０８月３１日に中国特許庁に提出した、出願番号が２０１６１０７９７９６０.４であり、名称が「圧電アクチュエータ及び可変形状ミラー」である中国特許出願を優先権として主張し、そのすべての内容を本発明に援用する。
【０００２】
本発明は、圧電アクチュエータ技術及び可変形状ミラー技術分野に関し、具体的には、圧電アクチュエータ、可変形状ミラー及び可変形状ミラーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
可変形状ミラー（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｉｒｒｏｒ）は、独立に制御可能な複数の小さなミラーユニットを組み合わせて構成された一つの理想的な曲面ミラーであり、この可変形状ミラーは、主に補償光学系（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃｓ）に使用され、各独立の小さなミラーユニットの位置を調整することで、入射光波の波面の位相構造を変化させて集束及び高次イメージのひずみ補正などの目的を実現できる。
【０００４】
しかしながら、現在、小さなミラーユニットの制御には、多くの不足部分が存在している。現在、最も多く使用される圧電アクチュエータとして、軸方向の変位を発生するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）圧電セラミック多層アクチュエータ、横方向の屈曲変位を発生するモノモルプ及びバイモルプアクチュエータがある。その不足点として、一番目は、現在の大多数の商用ＰＺＴ多層アクチュエータ、モノモルプ及びバイモルプアクチュエータは、単一の自由度アクチュエータであり、このような小さなミラーユニットを組み合わせる可変形状ミラーの応用に非常に適していなく、二番目は、多層アクチュエータ、モノモルプ及びバイモルプアクチュエータを組み合わせて使用する場合、外形サイズが大きすぎて、やはりこれらの小さなミラーを組み合わせる可変形状ミラーに適用できない。したがって、体積が小さくて高自由度な圧電アクチュエータにより上述の課題を改善することを要求している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術における少なくとも一つの課題を解決するために、本発明を実現した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様によって、本発明が提供される。
【０００７】
圧電アクチュエータは、第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶、第四の圧電単結晶及び互いに対向する第一の表面と第二の表面とを有する接続部材（ｌｅｖｅｌ  ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）を備え、前記第一の圧電単結晶の一端及び前記第二の圧電単結晶の一端は、それぞれ前記接続部材の第一の表面における異なる位置に接続され、前記第三の圧電単結晶の一端及び前記第四の圧電単結晶の一端は、それぞれ前記接続部材の第二の表面における異なる位置に接続され、前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、前記接続部材を第一の方向へ傾くように駆動でき、前記接続部材に接続されない前記第三の圧電単結晶の一端及び前記第四の圧電単結晶の一端に、駆動面が形成され、前記駆動面は、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶により前記第一の方向と異なる方向である第二の方向へ傾くように駆動されることができる。
【０００８】
好ましくは、当該圧電アクチュエータは、前記第一の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端及び前記第二の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端が接続される基部をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、当該圧電アクチュエータは、前記第三の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端及び前記第四の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない一端が接続される台部をさらに備える。
【００１０】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶はいずれも長方形である。
【００１１】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶の、それぞれ前記接続部材に接続されている辺は互いに平行であり、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶の、それぞれ前記接続部材に接続されている辺は互いに平行である。
【００１２】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶が前記接続部材に接続される接続位置と、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶が前記接続部材に接続される接続位置との、前記接続部材の前記第一の表面及び前記第二の表面のいずれかの面に対しての投影は互いに直交する。
【００１３】
好ましくは、前記接続部材の前記第一の表面に二つの平行する帯状凹溝が設けられており、前記接続部材の前記第二の表面に二つの平行する帯状凹溝が設けられており、前記第一の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端、前記第二の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端、第三の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端及び前記第四の圧電単結晶の前記接続部材に接続される一端は異なる帯状凹溝内に固定され、前記第一の表面の前記帯状凹溝は前記第二の表面の前記帯状凹溝に直交する。
【００１４】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶の単結晶成分は、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも一つを含む。
【００１５】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、いずれも横方向モードであり、好ましくは、ｄ３１又はｄ３２モードである。
【００１６】
可変形状ミラーは、複数のミラー本体及び複数の、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを備え、各前記ミラー本体はいずれも前記接続部材の同一側に位置し、各前記ミラー本体は、各圧電アクチュエータの前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない前記一端にそれぞれ接合（ｂｏｎｄｅｄ）され、又は、各前記ミラー本体は、各圧電アクチュエータの前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶の前記接続部材に接続されない前記一端にそれぞれ接合されている。
【００１７】
圧電アクチュエータは、接続部材、第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶、第四の圧電単結晶、基部及び台部を備え、前記接続部材は、互いに対向する第一の接続面と第二の接続面を備え、前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、前記第一の圧電単結晶の一端及び前記第二の圧電単結晶の一端がそれぞれ前記第一の接続面に接続され、さらに平行かつ離間しながら第一の方向に沿って配置され、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、前記第三の圧電単結晶の一端及び前記第四の圧電単結晶の一端がそれぞれ前記第二の接続面に接続され、さらに互いに対向して離間しながら、前記第一の方向に対して角度をなす第二の方向に沿って配置され、前記第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶は、外部から印加された電界の作用下で、前記第一の接続面に垂直な方向に沿って伸長又は収縮し、前記第一の圧電単結晶の自由端及び前記第二の圧電単結晶の自由端は、いずれも前記基部に接続され、前記第三の圧電単結晶の自由端及び前記第四の圧電単結晶の自由端は、いずれも前記台部に接続されている。
【００１８】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＺｒＯ３-ＰｂＴｉＯ３）、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｉｎ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３-Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）成分及びその誘導体成分からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む固溶体単結晶から製造されている。
【００１９】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、いずれも、[０１１]結晶方向に分極されたｄ３２又はｄ３１モードの単結晶で製造される長方形の板状の構造である
【００２０】
好ましくは、前記接続部材は、長方形の板状の構造である。
【００２１】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、それぞれ、前記圧電アクチュエータの前記長さ方向に対応する長さ方向と、前記接続部材の長さ方向に対応する幅方向を有する。
【００２２】
好ましくは、前記第一の接続面に二つの平行する凹溝が設けられており、前記第二の接続面に二つの平行する凹溝が設けられており、記第一の接続面の前記凹溝は前記第二の接続面の前記凹溝に垂直であり、前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、前記第一の接続面の前記凹溝に接合され、前記第三の圧電単結晶、前記第四の圧電単結晶は、前記第二の接続面の前記凹溝に接合されている。
【００２３】
好ましくは、前記基部は、前記第一の接続面に対応する上面を有するとともに前記上面に互いに平行かつ離間して配置された凹溝が設けられ、前記第一の圧電単結晶及び前記第二の圧電単結晶は、それぞれ前記基部の前記上面の二つの凹溝に接続され、前記台部は、前記第二の接続面に対応する下面を有するとともに前記下面に互いに平行かつ離間して配置された凹溝が設けられ、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、それぞれ前記台部の前記下面の二つの凹溝に接続されている。
【００２４】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、同じサイズであってもよいし、又は異なるサイズであってもよい。
【００２５】
好ましくは、前記第一の方向は、前記第二の方向に対して垂直である。
【００２６】
好ましくは、前記第一の圧電単結晶、前記第二の圧電単結晶、前記第三の圧電単結晶及び前記第四の圧電単結晶は、いずれも帯状の構造である。
【００２７】
可変形状ミラーは複数の圧電アクチュエータを備え、複数の前記圧電アクチュエータはマトリックス状に配列されている。
【００２８】
可変形状ミラーの製造方法は、複数の圧電アクチュエータがマトリックス状に配列されるように、前記複数の圧電アクチュエータの基部を剛性基部に取り付けるステップａと、前記複数の圧電アクチュエータの台部の上面に対して平面加工（ｆｌａｔ-ｌａｐｐｉｎｇ）及び鏡面研磨を行うステップｂとを含む。
【００２９】
好ましくは、前記台部の前記上面を研磨した後、前記台部の前記上面はさらに高反射率のコーティングによって覆われる。
【００３０】
可変形状ミラーの製造方法は、複数の圧電アクチュエータがマトリックス状に配列されるように、前記複数の圧電アクチュエータの基部を剛性基部に取り付けるステップａと、前記複数の圧電アクチュエータの台部の上面に対して平面加工を行うステップｂと、前記複数の圧電アクチュエータのそれぞれの前記台部の前記上面に一つの小さなミラー本体を接合するステップｃとを含む。
【００３１】
本発明の実施例に係る技術方案をより明確に説明するために、以下、実施例に必要される図面について簡単に説明し、以下、図面は、本発明の一部の実施例を示すためのものに過ぎず、範囲の限定とみなさならず、当業者は、創造的な労働なしに、これらの図面に基づいて他の関連する図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施例による、非作動状態にある圧電アクチュエータの概略構造図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施例による、動作状態にある圧電アクチュエータの概略構造図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施例による、[０１１]結晶方向に分極されたＰＺＮ-５.５％ＰＴｄ３２横方向モードの単結晶ロッドの電界誘起ひずみ曲線である。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施例による、基部及び台部がない圧電アクチュエータの概略構造図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施例による、非作動状態にある可変形状ミラーの概略構造図である。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施例による、動作状態にある可変形状ミラーの概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施例の目的、技術方案及び利点をより明確にするために、以下、本発明の実施例における図面を結合して、本発明の実施例を明確かつ完全に説明し、説明した実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではないことは自明である。通常、ここで説明して示した本発明の実施例のアセンブリは、様々な異なる方法で配置及び設計することができる。
【００３４】
したがって、以下の図面による本発明の実施例の詳細な説明は、保護しようとする本発明の範囲を限定しようとするものではなく、本発明の選択実施例を示すに過ぎない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働なしに得られた他のすべての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。留意すべきものは、類似した符号及び文字は、以下の図面で類似なものを示すため、一度ある図面において定義されると、その後の図面からさらに定義したり、解釈する必要はない。
【００３５】
本発明の説明において、留意すべきものは、用語「上」、「下」、「内」、「外」などが指す方位や位置関係は、図面に基づく方位や位置関係とか該発明商品を使用する際によく置かれる方位や位置関係であり、又は当業者がよく理解する位置関係であり、表示される装置又は素子が、必ずしも特定の方位を持って特定の方位で構成又は操作する必要があることを提示又は暗示するものではなく、本発明を制限するものと理解してはならない。
【００３６】
また、用語「第一」「第二」、「第三」は、説明の目的のために使用することに過ぎず、相対的な重要性を提示又は暗示するものと理解してはならない。本発明の説明において、留意すべきものは、別に明確に規定又は限定をしない限り、「設置」、「装備」、「連結」などは、広い意味で理解しなければならず、例えば、固定接続とか着脱可能な連結であってもよく、又は一体連結であってもよく、機械的連結とか電気的連結であってもよく、直接接続とか中間媒体を介して間接接続方法であってもよく、二つの素子の内部の間の連通であってもよい。当業者は、具体的な状況に応じて、上述の用語を本発明の具体的な意味で理解してもよい。
【００３７】
第一の実施例：
【００３８】
図１を参照すると、本実施例は、接続部材３００、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１、第四の圧電単結晶１２２、基部４１０及び台部４２０を備える圧電アクチュエータ１０を提供する。
【００３９】
接続部材３００は、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２を取り付け、調節された角度を伝達することに用いられる。
【００４０】
好ましくは、当該接続部材３００の本体の形状は長方形又は方形構造を含むものの、これに限定されず、円形、楕円形及びその他の不規則な形状などであってもよい。当該接続部材３００は、互いに対向する二つの平行する表面、すなわち、第一の表面及び第二の表面を備える。当該接続部材３００に凹溝３１０の構造が設けられてもよく、第一の表面、第二の表面に凹溝３１０が二つずつ設けられて、これらの凹溝３１０を介して、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２と接続部材３００との接続の安定性（四つの圧電単結晶がそれぞれ異なる凹溝３１０に挿入されて接続部材に固定接続され）を向上させ、凹溝３１０は、帯状凹溝３１０構造であってもよいものの、これに限定されない。当該凹溝３１０（圧電単結晶と接続部材３００との接続位置）は、同一表面において、平行にそれぞれ二つ配置されてもよく、かつ第一の表面の凹溝３１０の構造は、第二の表面の凹溝３１０の構造に直交するように配置（垂直）してもよいものの、これに限定されない。
【００４１】
第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、電圧により励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）されて変形（主に長さの変化）することで、その端部に接続された装置又は部品を駆動する。
【００４２】
好ましくは、当該第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２は、接続部材３００の第一の表面における異なる位置に取り付けられ、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、接続部材３００の第二の表面における異なる位置に取り付けられ、二層の構造を形成する。第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２がそれぞれ接続部材３００に接続される接続位置において、各々の接続位置の、前記接続部材３００における第一の表面又は第二の表面に対しての投影は、互いに重ならない。当該第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２がいずれも長方形である場合（これに限定されない）、交差分布、例えば、直交と斜めに交差などに理解してもよい。接続方式は、接合、はんだ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、熔接（ｗｅｌｄｉｎｇ）などであってもよいものの、これに限定されない。
【００４３】
好ましくは、圧電単結晶がいずれも長方形である場合（すなわち単結晶ロッド）、当該四つの圧電単結晶のサイズは、互いに同じでもよく、すなわち、各層がそれぞれ二つの単結晶ロッドで構成されている。各層の二つの単結晶が同じ電圧により励起される場合に、その前端面は、軸方向に変位されるものの（軸方向は、接続部材３００の表面に垂直な方向に相当）、異なる電圧により励起される場合に、各側の二つの単結晶の前端面は軸方向において変位すると同時に傾斜変位する（駆動面は、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２が接続部材３００に接続されていない一端に形成され、当該駆動面は、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２によって駆動され、第二の方向へ傾け、第一の方向及び第二の方向は異なる方向であり、このとき、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２は、接続部材３００を駆動させる）。ここで、一つのグループの単結晶（第三の及び第四の圧電単結晶）は、他のグループの単結晶（第一の及び第二の圧電単結晶）の上に重ね置かれ、二つのグループの単結晶の傾斜回転軸は、直交して配列される。このとき、３自由度の駆動の効果を得ることができる。
【００４４】
図２を参照すると、当該図面は、当該圧電アクチュエータ１０の動作後の状態を示す。第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、それぞれ異なる電圧により励起され変形される。変形後の、第一の圧電単結晶１１１は第二の圧電単結晶１１２より長く、第三の圧電単結晶１２１は第四の圧電単結晶１２２より長く、結果的に、駆動面が傾斜変化して駆動目的を実現できることが分かる。
【００４５】
好ましくは、当該第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、[０１１]結晶方向に分極された鉛系リラクサー強誘電体単結晶であってもよいものの、これに限定されない。その成分は、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛（ＰＺＮ-ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（ＰＭＮ-ＰＴ）、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（ＰＩＮ-ＰＭＮ-ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＭＮ-ＰＺＴ）、及びその誘導体成分などであってもよいものの、これらの成分に限定されない。この結晶方向に分極された鉛系リラクサー強誘電体単結晶は、圧電セラミックより高い横方向圧電係数ｄ３１及びｄ３２を有する。例えば、ＰＺＮ-ＰＴ単結晶のｄ３２とｄ３１の数値は、それぞれ-（３２００-４０００）ｐＣ/Ｎと１１００ｐＣ/Ｎである。これらの圧電材料は、特に高軸方向での変形のアクチュエータを製造するのに適用される。
【００４６】
ここで、励起場(ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｉｅｌｄ)の強度が相転移電界の強度より低くかつ動作周波数が比較的に低い場合に、[０１１]結晶方向に分極された鉛系リラクサー単結晶の横方向モードのロードは、極めて低いひずみヒステリシス（ｓｔｒａｉｎ  ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）現象が現れる。好ましくは、本発明の第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２が利用可能な横方向モードは、[０１１]結晶方向に分極され、[１００]方向に駆動されるｄ３２モードである。例えば、ＰＺＮ-５.５％ＰＴ単結晶で製造されたこれらのロッドは、高い横方向圧電係数（ｄ３２≒-２２００-２５００ｐＣ/Ｎ）、高相転移電界及び[１００]方向の高相転移応力強度（相転移電界（ＥＲＯ）は０.８ｋＶ/ｍｍであり、相転移応力強度（σＲＯ）は１２ＭＰａ）を有する。図３に示すように、[０１１]結晶方向に分極されたＰＺＮ-５.５％ＰＴ  ｄ３２横方向モードの単結晶ロッドの電界誘起ひずみ（ｆｉｅｌｄ−ｉｎｄｕｃｅｄ−ｓｔｒａｉｎ）曲線であり、横軸は電界強度を示し、縦軸は変形を示し、図面から明らかなように、これらの単結晶は、変形が大きいものの、顕著なヒステリシス（ここで、点線は、ひずみヒステリシスのない理想的な状態を示し、実線は、実測変化を示し、これらの微細な違いは無視してもよく、殆ど理想的な状態に近づく）が現れないことを示す。これらの変形が大きくて顕著なひずみヒステリシスのない単結晶は、可変形状ミラー２０の小さなミラーの駆動装置を製造するための好ましい材料としてもよい。
【００４７】
基部４１０及び台部４２０は、小さなミラーなどの他の装置を固定又は取り付けるために用いられる。
【００４８】
好ましくは、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２の、接続部材３００から離れる一端に基部４１０が設けられている。第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２の、接続部材３００から離れる一端に台部４２０が設けられている。例えば、基部４１０を固定台とし、台部４２０を積載プラットフォームとして、被駆動装置を取り付ける。留意すべきものは、台部及び基部のない場合に、図４に示すように、一側の圧電単結晶の端面を他の平面又は装置に直接に固定し、他側の圧電単結晶の端面を被駆動物体又は被駆動装置に直接に固定接続してよい。当該台部及び基部における第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２に接続する接続位置に凹溝３１０を設けて、接続に使用するようにする。
【００４９】
上述の本発明が提供する圧電アクチュエータ１０において、接続部材３００の第一の表面に、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２が設置され、前記接続部材３００の第二の表面に第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２が設置され、第一の表面及び第二の表面は接続部材３００における二つの互いに対向する面であり、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、接続部材３００の異なる位置に接続され、それぞれの接続位置の、前記接続部材３００における第一の表面又は第二の表面に対しての投影は、互いに重ならない。すなわち、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２は一方向に向って、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、他の方向に向う。このように、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２に電圧を加えることで、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２の変形を起こし（長くなり、又は短くなり）、接続部材３００の一方向での傾斜角度や昇降高さを調節する。第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２に電圧を加えることで、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２の変形を起こして、接続部材３００の端面の、別の方向での傾斜角度や昇降高さを調節する。調節後の二つの角度は、接続部材３００を介して接続部材３００の同じ側の圧電単結晶の端部（第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２により形成される駆動面）に伝達された後、二つの方向において角度を調整すると同時に、圧電単結晶の軸方向においての長さの変化によって、軸方向の長さを調節することができる。すなわち、当該圧電アクチュエータ１０は、３自由度の制御を実現する。
【００５０】
第二の実施例
【００５１】
図５を参照すると、本実施例は、第一の実施例による圧電アクチュエータ１０を利用した可変形状ミラー２０を提供する。図５及び図６は、９×９で第一の実施例による圧電アクチュエータ１０を利用した、状態が異なる可変形状ミラー２０の構造概略図を示す。
【００５２】
好ましくは、当該可変形状ミラー２０は、複数の圧電アクチュエータ１０と、及び、各々の接続部材３００の同じ側に位置し、各前記圧電アクチュエータ１０の前記第一の圧電単結晶１１１及び前記第二の圧電単結晶１１２の接続部材３００に接続されない一端の端面にそれぞれ設けられ、又は、各前記圧電アクチュエータ１０の前記第三の圧電単結晶１２１及び前記第四の圧電単結晶１２２の接続部材３００に接続されない一端の端面に、それぞれ設けられる複数のミラー本体５１０とを備える。
【００５３】
好ましくは、各ミラー本体５１０は、複数の圧電アクチュエータ１０の基部４１０又は台部４２０にそれぞれ取り付けられてもよく、また、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２の接続部材３００から離れる端面に直接に接続され、又は第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２の接続部材３００から離れる端面に直接に接続されてもよく、接続されない端面に一つの基部又は台部を設けて固定層とし、又は他の装置に直接に固定されてもよい。各圧電アクチュエータ１０は、独立に各ミラー本体５１０を制御できる。各ミラー本体５１０は、一つの完壁な可変形状ミラー２０を構成するための各小さなミラー本体である。
【００５４】
図６を参照すると、当該図面は、可変形状ミラー２０が圧電アクチュエータ１０によって駆動された後の概略図を示す。第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、それぞれ異なる電圧により励起され変形される。変化後の、第一の圧電単結晶１１１は第二の圧電単結晶１１２より長く、第三の圧電単結晶１２１は第四の圧電単結晶１２２よりも長く、結果的に、可変形状ミラー２０の全面が傾斜変化されることが分かる。もちろん、実際の応用において、各圧電アクチュエータ１０は、いずれも独立して制御を実行するので、駆動される各ミラー本体５１０が異なる変化を起こす可能性がある。
【００５５】
所定の寸法の可変形状ミラー２０において、小さなミラーユニットが多ければ多いほど、その光学補償能力がさらに強い。可変形状ミラー２０中の圧電小さなミラー本体の数は、一般的に、数十又は数百個であり、これらの小さなミラー本体は、いずれも独立に制御しなければならないので、ひずみヒステリシスによりその制御の難易度が著しく増加される。しかしながら、これらの圧電アクチュエータ１０を利用する場合、応答速度が速く、ひずみヒステリシスが小さく、変位及び傾斜解像度が高いなどの優勢を持つので、単一の圧電ロッドの軸方向変位や傾斜変位における誤差が大幅に低下され、可変形状ミラー２０中の圧電シートの制御の難易度も低下されることができる。
【００５６】
例えば、上述の小さなミラー本体は、サイズが７ｍｍ（Ｌ）×４ｍｍ（Ｗ）×０.５ｍｍ（Ｔ）である四つのＰＺＮ-５.５％ＰＴであるｄ３２単結晶ロッドにより駆動され、４００Ｖ単方向電圧により励起される場合、軸方向の総変位及び全体傾斜の最大値は、それぞれ１５μｍ、０.３度である。
【００５７】
本実施例が提供する第一の実施例による圧電アクチュエータ１０を利用した可変形状ミラー２０において、当該可変形状ミラー２０は、可変形状ミラー２０の各小さなミラーユニットを、各圧電アクチュエータ１０の第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２の、接続部材３００から離れている端部にそれぞれ取り付けられ、又は各圧電アクチュエータ１０の第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２の、接続部材３００から離れている端部に取り付けられ、かつ小さなミラーユニットが接続されてない圧電単結晶の端部は固定させる。圧電アクチュエータ１０の３自由度の調節により、各小さなミラー本体に対して三つの方向に独立して制御することができ、各小さなミラー本体に対しての制御を介して、可変形状ミラー２０全体の大きい曲面鏡に対してより高い精度で制御でき、制御の難易度及び制御遅延を減らし、制御の柔軟性を向上させた。
【００５８】
上述の内容を総合すると、本発明が提供する圧電アクチュエータ１０及び可変形状ミラー２０は、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２を使用して、二つのグループの二層構造を形成し、各グループの圧電単結晶の駆動端面の回転軸は、互いに交差して、電圧により励起された後に、そのいずれかのグループの、圧電単結晶の接続部材３００から離れている端面（二つの方向においての傾斜変位と軸方向変位）を駆動して、３自由度の駆動効果を得て、可変形状ミラー２０のミラー本体５１０を駆動して多自由度の駆動効果を実現できる。
【００５９】
第三の実施例
【００６０】
図１に示すように、本実施例は、可変形状ミラーに用いられ、主に接続部材３００、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１、第四の圧電単結晶１２２、基部４１０及び台部４２０を備える圧電アクチュエータを提供する。ここで、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２は、対向して離隔され、かつ両者の一端は接続部材３００に接続され、他端は基部４１０に接続され、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、対向して離隔され、両者の一端は接続部材３００に接続され、他端は台部４２０に接続される。
【００６１】
図１及び図２に示すように、接続部材３００は、対向する第一の接続面と第二の接続面とを備え、第一の圧電単結晶１１１の一端及び第二の圧電単結晶１１２の一端はそれぞれ第一の接続面に接続され、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２は平行して離隔され、両者が第一の接続面においての配列方向を第一の方向に定義する。第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２の自由端に基部４１０が設けられる。
【００６２】
類似に、第三の圧電単結晶１２１の一端及び第四の圧電単結晶１２２の一端は、それぞれ第二の接続面に接続され、かつ第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は平行して離隔され、両者が第二の接続面においての配列方向を第一の方向と角度をなす第二の方向に定義する。第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２の自由端に台部４２０が設けられる。
【００６３】
さらに、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、全部サイズが同じである長方形の板状構造である。
【００６４】
もちろん、他の実施例では、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２がサイズが同じである長方形の板状の構造であって、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２がサイズが同じである長方形の板状の構造であってもよいものの、上述の二つのサイズが異なってもよい。又は、第一の圧電単結晶１１１及び第二の圧電単結晶１１２のサイズが異なってもよく、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２のサイズが異なってもよい。又は、四つの圧電単結晶の形状は長方形の板状ではなくて、他の適切な形状、例えば帯状の形状であってもよい。
【００６５】
さらに、接続部材３００は、板状又は塊状の構造であり、第一の接続面に互いに対応する二つの凹溝が設けられており、同様に、第二の接続面にも互いに対応する凹溝が設けられており、第一の接続面の凹溝は、第二の接続面の凹溝に垂直である。第一の圧電単結晶１１１の一端及び第二の圧電単結晶１１２の一端は、それぞれ第一の接続面の二つの凹溝内に接合される。第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、それぞれ第二の接続面の二つの凹溝に接合される。
【００６６】
第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２の自由端に基部４１０が設けられており、基部４１０は、接続部材３００の第一の表面に対応する上面を有し、該上面において二つの凹溝が平行して配置される。第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２の自由端は、それぞれ基部４１０の二つの凹溝内に接合される。
【００６７】
第三の圧電単結晶１２１、第四の圧電単結晶１２２の自由端に台部４２０が設けられており、台部４２０は、接続部材３００の第二の表面に対応する下面を有し、該下面において二つの凹溝が平行して配置される。第三の圧電単結晶１２１、第四の圧電単結晶１２２の自由端は、それぞれ台部４２０の二つの凹溝内に接合される。
【００６８】
もちろん、他の実施例では、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、例えば、接合方式のようなその他の方法で接続部材３００、基部４１０及び台部４２０に接続されてもよい。また、第一の接続面の凹溝と第二の接続面の凹溝とを垂直に設置するのは好ましい実施例に過ぎず、他の実施例では、他の夾角で設置してもよい。
【００６９】
第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、圧電活性物質を使用して、ワイヤーを追加して電界又は電圧を加えることで、上述単結晶が、伸長されたり収縮されたりすることができ、かつ上述の単結晶の電極面は、いずれも最も大きい二つの面に位置する。簡素化するために、図面で電線の接続を図示しない。
【００７０】
さらに、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、成分が亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＺｒＯ３-ＰｂＴｉＯ３）、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｉｎ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３-Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３）成分及びその誘導体成分のうちの少なくとも一つを含み高圧電リラクスタイプの固溶体単結晶により製造される。すなわち、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、上述の成分の一つ又は複数を含む。
【００７１】
低周波及び比較的に小さな電界（強度が単結晶の相転移電界の強度より低い）作用下で、[０１１]結晶方向に分極された、横方向動作モードの鉛系リラクス圧電単結晶は、極めて低いひずみヒステリシス効果を現れる。さらに、本発明の第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、[０１１]結晶方向に分極された、ｄ３２モード（[１００]結晶方向をアクチュエータの方向にする）の単結晶で製造される。例えば、[０１１]結晶方向が分極されたＰＺＮ-５.５％ＰＴ単結晶は、非常に高い横方向圧電係数ｄ３２≒-２４００ｐＣ/Ｎを持つのみならず、比較的に高くてそれぞれ０.８ｋＶ/ｍｍ及び１０ＭＰａである相転移電界と軸方向相転移応力を有する。
【００７２】
図３は、準靜的状態の[０１１]結晶方向に分極された、ｄ３２モードのＰＺＮ-５.５％Ｐ単結晶の電界誘起であり、横座標は電界強度（ｋＶ/ｍｍ）であり、縦座標は誘導変形である。当該図面は、前記単結晶性が優れた軸方向の変形線形性及び極めて低いひずみヒステリシス効果を有することを示す。
【００７３】
他の実施例では、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、[０１１]結晶方向に分極されたｄ３１モードを利用してもよい。
【００７４】
本実施例による圧電アクチュエータの動作原理は、次の通りである。
【００７５】
台部４２０を固定した後、四つの圧電単結晶に同じ電圧を加えると、四つの圧電単結晶の伸長率又は縮小率が等しくなる。これにより、基部４１０が、台部４２０に垂直な方向に沿って移動するようにして、すなわち、軸方向の変位が発生する。
【００７６】
第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２に加える電圧が異なる場合に、両者の変形量が異なり、又は変形方向も異なり、これにより、台部４２０が傾くようになり、すなわち、所定の角度で回転が発生し、その回転軸は、第二の接続面の凹溝に対応する。第一の圧電単結晶１１１に加える電圧が第二の圧電単結晶１１２と異なる場合に、両者の変形量が異なり、
【００７７】
又は変形方向も異なり、これにより、接続部材３００が傾くようになる。接続部材３００は、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２を利用して、台部４２０が所定の角度で回転するように傾ける。その回転軸が第一の接続面の凹溝に対応する。第一の接続面の凹溝と第二の接続面の凹溝との間に夾角が存在するので、二つの状況において、回転軸も所定の夾角が存在し、本実施例において、夾角が９０°であり、したがって、二つの回転自由度が生じ、軸方向変位の自由端まで含んで全部３自由度を持つ。
【００７８】
また、第一の圧電単結晶１１１、第二の圧電単結晶１１２、第三の圧電単結晶１２１及び第四の圧電単結晶１２２は、いずれも[０１１]結晶方向に分極された、超高圧電性能を持つ鉛系リラクサー単結晶により製造されるのでひずみヒステリシス効果が無視するほど低い。
【００７９】
留意すべきものは、本発明に記載の平行又は垂直は、絶対的な平行又は垂直を示さず、所定の偏差を持ってもよく、また、下面及び上面は、図面を参照したものであり、図面の方向が変わるとき、下面と上面の方位も対応して変化される。
【００８０】
第四の実施例：
【００８１】
本実施例は、第三の実施例が提供する複数の圧電アクチュエータを使用して、複数の圧電アクチュエータはマトリックス状に配列され、基部は剛性基部に固定され、台部の上面は鏡面研磨された後、高反射率のコーティングにより覆われる。具体的には、金属コーティング層である。本実施例は、８１個の圧電アクチュエータを使用して、９×９に配列された。
【００８２】
第五の実施例：
【００８３】
本実施例は、以下のステップを含む可変形状ミラーの製造方法を提供する。
【００８４】
ａ．第三の実施例の圧電アクチュエータの台部の上面に対して鏡面研磨を行う。
【００８５】
ｂ．圧電アクチュエータの基部を剛性基部に取り付けて、複数の圧電アクチュエータをマトリックス状に配列する。基部と剛性基部の接続方式は、熔接、接合、挿入接続又はボルト接続などを利用してもよい。
【００８６】
さらに、鏡面研磨を行った後、台部の上面に高反射率の塗層を塗布する。
【００８７】
第六の実施例
【００８８】
本実施例は、以下のステップを含む可変形状ミラーの製造方法を提供する。
【００８９】
ａ．前記圧電アクチュエータの基部を剛性基部に取り付けて、かつ前記複数の圧電アクチュエータをマトリックス状に配列する。当該基部は熔接、接合、挿入接続、はんだ付け、ボルト接続などを介して剛性基部に接続してもよい。
【００９０】
ｂ．前記複数の圧電アクチュエータの台部上面に対して平面加工（ｆｌａｔ-ｌａｐｐｉｎｇ）を行う。
【００９１】
ｃ．各圧電アクチュエータの台部の上面に一つの小さなミラー本体を接合する。
【００９２】
以上は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定しようとするものではなく、当業者にとって、本発明について様々な変更や変化を行うことができる。本発明の旨及び原則内で行われた任意の修正、均等の代替、改善などはすべて本発明の保護範囲内に属する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
上述の本発明が提供する圧電アクチュエータにおいて、接続部材の第一の表面に、第一の圧電単結晶及び第二の圧電単結晶が設置され、前記接続部材の第二の表面に第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶が設置され、第一の表面及び第二の表面は接続部材における二つの互いに対向する面であり、第一の圧電単結晶、第二の圧電単結晶、第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶は、接続部材の異なる位置に接続され、それぞれの接続位置の、前記接続部材における第一の表面又は第二の表面に対しての投影は、互いに重ならない。すなわち、第一の圧電単結晶及び第二の圧電単結晶は一方向に向って、第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶は、他の方向に向う。このように、第一の圧電単結晶及び第二の圧電単結晶に電圧を加えることで、第一の圧電単結晶及び第二の圧電単結晶の変形を起こし（長くなり、又は短くなり）、接続部材の一方向での傾斜角度や昇降高さを調節する。第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶に電圧を加えることで、第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶の変形を起こして、接続部材の端面の、別の方向での傾斜角度や昇降高さを調節する。調節後の二つの角度は、接続部材を介して接続部材の同じ側の圧電単結晶の端部（第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶により形成される駆動面）に伝達された後、二つの方向において角度を調整すると同時に、圧電単結晶の軸方向においての長さの変化によって、軸方向の長さを調節することができる。すなわち、当該圧電アクチュエータは、３自由度の制御を実現する。
【００９４】
上述した本発明が提供する圧電アクチュエータを利用した可変形状ミラーにおいて、当該可変形状ミラーは、可変形状ミラーの各小さなミラーユニットを、各圧電アクチュエータの第一の圧電単結晶及び第二の圧電単結晶の、接続部材から離れている端部にそれぞれ取り付け、又は各圧電アクチュエータの第三の圧電単結晶及び第四の圧電単結晶の、接続部材から離れている端部に取り付け、かつ小さなミラーユニットが接続されてない圧電単結晶の端部は固定させる。圧電アクチュエータの３自由度の調節により、各小さなミラー本体に対して三つの方向に独立して制御することができ、各小さなミラー本体に対しての制御を介して、可変形状ミラー全体の大きい曲面鏡に対してより高い精度で制御でき、制御の難易度及び制御遅延を減らし、制御の柔軟性を向上させた。
【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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【国際調査報告】
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