(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側反射面（３）及び対向面（４）を有する可変薄膜（２）と、
剛性支持板（７）と、
複数のフォースアクチュエータ（５，６）と
を備えており、
各フォースアクチュエータ（５，６）が２つの要素（５，６）を備え、前記２つの要素（５，６）が、初期の非変形状態にある前記薄膜（２）の表面と実質的に直交する方向に力を生成するように互いに離れて相互作用する構成であり、かつ前記薄膜（２）を局部的に変形させるように前記生成される力の方向に互いに対して変位する構成となっており、
前記２つの要素（５，６）の１つが前記支持板（７）内に組み入れられており、
前記２つの要素（５，６）の他の１つが前記薄膜（２）に連結されており、
前記２つの要素（５，６）の１つが前記生成される力の大きさを制御するように構成されている、可変ミラーにおいて、
複数のリンクを介して前記薄膜（２）に連結されたレファレンス手段（８）をさらに備えており、
前記複数のリンクの１つが、少なくとも１つの剛性リンク手段（１０）及び少なくとも１つの柔軟リンク手段（１１）を備えており、
各剛性リンク手段（１０）が前記薄膜（２）に接続されており、
各柔軟リンク手段（１１）が少なくとも部分的に前記レファレンス手段（８）に接続されており、
前記レファレンス手段（８）が前記複数のリンク（１０，１１）と一体化され、
前記生成される力を制御するように構成された前記フォースアクチュエータ（５，６）の要素（５）が、前記支持板（７）内に組み入れられ、
前記レファレンス手段（８）が前記薄膜（２）と前記支持板（７）との間に配置された中間支持板（８）を備え、
前記少なくとも１つの柔軟リンク手段（１１）が前記中間支持板（８）に取付けられ、
前記柔軟リンク手段（１１）が、前記２つの要素（５，６）の変位に従動するように構成されていることを特徴とする、可変ミラー。
【請求項２】
少なくとも１つの剛性リンク手段（１０）が、その一端を介して前記薄膜（２）の対向面（４）に取付けられており、かつその他端を介して前記レファレンス手段（８）に取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の可変ミラー。
【請求項３】
少なくとも１つの剛性リンク手段（１０）が、その一端を介して前記薄膜（２）の対向面（４）に取付けられており、かつその他端を介して柔軟リンク手段（１１）に取付けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変ミラー。
【請求項４】
前記レファレンス手段（８）が前記支持板（７）に取付けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変ミラー（１）。
【請求項５】
前記中間支持板（８）が一組の開口（９）を備えており、
フォースアクチュエータ（５，６）の少なくとも１つの要素が、前記開口（９）の少なくとも１つに連結されていることを特徴とする、請求項４に記載の可変ミラー。
【請求項６】
少なくとも１つの剛性リンク手段（１０）が、開口（９）に配置されており、その一端を介して前記薄膜（２）の対向面（４）に取付けられており、かつその他端を介して、前記開口（９）に連結された前記少なくとも１つのフォースアクチュエータ（５，６）の要素に取付けられていることを特徴とする、請求項５に記載の可変ミラー。
【請求項７】
少なくとも１つの柔軟リンク手段（１１）が、開口（９）に配置されており、かつ前記開口（９）に連結された前記少なくとも１つのフォースアクチュエータ（５，６）の要素に取付けられていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の可変ミラー。
【請求項８】
少なくとも１つの柔軟リンク手段（１１）が、開口（９）に配置されており、かつ少なくとも１つの剛性リンク手段（１０）に取付けられていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項９】
開口（９）に連結された前記少なくとも１つのフォースアクチュエータ（５，６）の要素が、前記薄膜（２）の対向面（４）に取付けられていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項１０】
少なくとも１つの柔軟リンク手段（１１）が、開口（９）に配置されており、かつ前記開口（９）の寸法よりも大きな寸法を有していることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項１１】
開口（９）に連結された少なくとも１つのフォースアクチュエータ（５，６）の少なくとも１つの要素が、前記開口（９）の寸法よりも小さな寸法を有していることを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項１２】
開口（９）に連結されるとともに前記開口（９）の寸法よりも小さな寸法を有する前記少なくとも１つのフォースアクチュエータ（５、６）の要素が、前記開口（９）の内側に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の可変ミラー。
【請求項１３】
開口（９）に連結されるとともに前記開口（９）の寸法よりも小さな寸法を有する前記少なくとも１つのフォースアクチュエータ（５、６）の要素が、前記開口（９）の外側に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の可変ミラー。
【請求項１４】
前記フォースアクチュエータ（５，６）が均一に分布したマトリックス状のレイアウトで配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項１５】
前記生成される力の大きさを制御するように構成された前記フォースアクチュエータ要素（５，６）が、電磁石となっていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の可変ミラー（１）。
【請求項１６】
前記生成される力を制御する前記要素に対して遠隔的に相互作用するように構成された前記フォースアクチュエータ（５，６）の要素が、永久磁石となっていることを特徴とする、請求項１５に記載の可変ミラー。
【請求項１７】
前記柔軟リンク手段（１１，１１’，１１’’）が、接着材料によって被覆された少なくとも１つの柔軟フィルム（１４，１４’，１４’’）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項１８】
前記レファレンス手段（８）の同じ側に配置された前記柔軟リンク手段（１１）が、前記柔軟リンク手段（１１）の全てを覆う柔軟フィルム（１５）から構成されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項１９】
前記剛性リンク手段（１０）が剛性ロッドから構成されていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２０】
前記剛性リンク手段（１０）が、接着剤（１３）のスポットを介して、前記薄膜（２）の対向面（４）に取付けられており、前記接着剤のスポットが、前記生成される力と直交する方向に柔軟性を有するとともに前記生成される力の方向に剛性を有していることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２１】
前記剛性リンク手段（１０）の全てが、接着剤（１３）の層を介して、前記薄膜（２）の対向面（４）に取付けられており、前記接着剤（１３）の層が、前記生成される力と直交する方向に柔軟性を有するとともに前記生成される力の方向に剛性を有し、かつ前記薄膜（２）の対向面（４）を覆っていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２２】
前記剛性リンク手段（１０）が、剛性接着剤（１２）のスポットを介して、前記薄膜（２）の対向面（４）の反対側に取付けられていることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２３】
前記支持板（７）及び前記中間支持板（８）が機械的に分離されるように構成されていることを特徴とする、請求項４を除く先行する請求項のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２４】
前記支持板（７）内に組み入れられている前記フォースアクチュエータ（５，６）の要素が、前記支持板（７）内に係合されていることを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２５】
前記支持板（７）が平面状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２６】
前記中間支持板（８）が平面状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【請求項２７】
前記生成される力の大きさを制御するように構成された前記フォースアクチュエータ（５，６）の要素の制御装置が、電気的にサーボ制御されるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の可変ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーに関する。
【０００２】
本発明は、それぞれ反射薄膜及びフォースアクチュエータを有する可変ミラーの分野に関する。
【０００３】
さらに詳細には、本発明は、外側反射面及び対向面を有する可変薄膜と、剛性支持板と、少なくとも１つのフォースアクチュエータとを備えている可変ミラーに関する。各アクチュエータは少なくとも２つの要素を備えており、少なくとも２つの要素は、初期の非変形状態の薄膜の表面と実質的に直交する方向に力（フォース、force）を生成するために互いに離れて相互作用するように構成され、かつ薄膜を局部的に変形させるために生成される力の方向に互いに対して変位するように構成されている。これらの２つの要素の１つは、支持板内に組み入れられており、他の要素は薄膜に連結されている。２つの要素の１つは、生成される力の大きさを制御するように構成されている。
【背景技術】
【０００４】
本発明における「フォースアクチュエータ」という用語は、アクチュエータの要素の変位ではなく、アクチュエータによって生じた力を制御可能に構成したアクチュエータを意味するものとして、用いられている。例えば、電磁石及び磁石から構成されたアクチュエータにて、磁力の生成を制御することによって、薄膜を変形させる磁石の変位の振幅を調整し、磁力がもはや印加されないと、磁石がその初期位置に戻って、薄膜がもはや変形されない場合に、このようなアクチュエータは「フォースアクチュエータ」と呼ばれる。逆に、アクチュエータにて（例えば、圧電要素の長さの変化に基づくアクチュエータのように）変位するように構成された要素の位置が直接制御され、力の印加が停止した状態でアクチュエータが同じ位置にとどまる場合、このようなアクチュエータは「変位アクチュエータ」と呼ばれる。これらの２種類のアクチュエータは、同等のものではない。具体的には、変位と生成される力との間の関係が、（アクチュエータは、一般的に、この関係が可能な限り線形的（linear）になるように寸法決めされているにも関わらず）、必ずしも線形的ではないからである。
【０００５】
加えて、本発明で用いられる「柔軟リンク」及び「剛性リンク」という用語は、それぞれ、第１の剛性を有する第１のリンク及び第１の剛性よりも大きい第２の剛性を有する第２のリンクを指している。単なる例示にすぎないが、柔軟リンクは、典型的には、アクチュエータによって生じる平均的な力と等しい力の作用を受けて、１５ｎｍから２５ｎｍの範囲内の閾値と少なくとも等しい伸びを呈するように構成されている。この変位は、最新技術の波面センサによって観察可能な変位に相当している。一方で、剛性リンクは、典型的には、同一の力に対して前述の閾値よりも小さな伸びを呈するように構成されている。
【０００６】
このような可変ミラーの一般的な原理は、最新技術として知られているものである。反射薄膜が単にその縁の全体にわたって吊り下げられている可変ミラーは、一般的に、低剛性を有している。剛性は、十分な変形を生じさせるために、フォースアクチュエータが生成可能な力に適合するものでなければならない。このようなミラーは、薄膜が縁の全体にわたって吊り下げられているので、薄膜の直径が大きくなると、共鳴周波数が小さくなり、これによって、高周波数の応答及び大きな直径の両方を有する可変ミラーをもたらすことができない。従って、このようなミラーによる一般的な技術的課題は、それらの周波数応答を高めるために、それらの剛性をいかに大きくするか又はいかに分散するかということにある。しかし、残念ながら、薄膜の剛性を大きくすることはフォースアクチュエータの変形能力によって制限されている。
【０００７】
非分散剛性を有する可変ミラーの例が、特許文献１に記載されている。この文献では、可変ミラーが可変薄膜を有している。この可変薄膜は、外側反射面と、複数の永久磁石を固定した内面とを有している。電磁石を含んだハウジングが、電磁力を永久磁石に加えるために、永久磁石と向き合って配置されており、これによって、可変薄膜の対応する領域を局部的に変位させる構成となっている。永久磁石を電磁石に関連付けたこの機構は、電磁式のフォースアクチュエータに相当するものである。薄膜への圧痕現象を避けるために、内面は柔軟材料からなる均一層によって被覆されている。
【０００８】
このようなミラーの欠点は、第１に、柔軟材料の層が圧痕現象を低減しているとしても、この柔軟材料の層は、薄膜の剛性を分散させることができない点にある。従って、薄膜の局部的な変形が、十分に局在化して転写されないことになる。他の欠点は、柔軟材料の層が電磁石に極めて近接して配置されている点にある。従って、薄膜のこの層及び外側反射面は、電磁石から放出される熱に伴う熱膨張によって、不可避的に変形することとなる。
【０００９】
剛性を分散させるための第１の解決策が、特許文献２において提案されている。この文献では、可変ミラーは、可変薄膜と、薄膜の対向面と向き合って配置されているアクチュエータのアレイと、作動接続具のアレイとを備えている。各作動接続具は、アクチュエータアレイのそれぞれのアクチュエータの作動面及びこの作動面と反対側の第２の表面のそれぞれの点に連結されている。各作動接続具は、異方性剛性を有しており、第２の表面と直交する運動を伝達するように構成されている。アクチュエータは、永久磁石及び電磁石から構成されている。可変薄膜は、剛性ロッドを介して磁化可能な薄膜に固定されている。電磁石が作動すると、永久磁石は、変位することなく、磁化可能な薄膜に磁力を局部的に加え、これによって、磁化可能な薄膜を局部的に変形させる。次いで、この局部的変形が、剛性ロッドを介して、反射薄膜に伝達されることになる。機械的要素によって、各アクチュエータによって生じる磁場を閉じることが可能となっている。
【００１０】
このようなミラーの欠点は、互いに組み立てられる機械部品の点数が多い（これは、機械的な許容誤差が厳しいことを意味している）ことによるその構造の複雑さにある。加えて、永久磁石は、（それ自体の変位によって）機械的に作用することなく、むしろ、（変位されずに）磁化可能な中間薄膜を局部的に変位させるように磁気的に作用する構成となっている。これは、磁化可能な薄膜が入手可能であることを前提にしているが、適切な磁化可能な材料を見出すことを必要とする制限が加えられていることになる。最後に、電磁石は、構造の残りに対して極めて近接して配置されているが、これによって、第１に、電磁石から放出される熱による熱膨張が生じる可能性があり、第２に、薄膜を損傷させることなく、いかなる電磁石の修復作業を行なうことも不可能となっている。
【００１１】
剛性を分散させるための第２の解決策が、特許文献３に示されている。この文献では、可変ミラーは、反射面及び対向面を有する可変薄膜と、剛性板と、アクチュエータの構造体とを備えており、アクチュエータの構造体は、剛性板に固定されており、かつ薄膜を局部的に変形させるように構成されている。このミラーは、薄膜の対向面上の接着剤層及び柔軟連結手段の構造体をさらに備えている。各柔軟連結手段は、機械的接続手段と、機械的接続手段の上端を接着剤層に連結する上リンク手段と、機械的接続手段の底端を剛性板に連結する底リンク手段とを備えている。機械的連結手段は、例えば、ロッドとすることができる。柔軟構造に基づくこの構成は、その表面の全体にわたって薄膜の剛性の分散をもたらし、その一方で、ミラーの構成要素の全てを簡単に組み立てることを可能とし、さらにアクチュエータにおける機械的許容誤差の必要条件を低減させることができる。
【００１２】
しかし、残念ながら、電磁式のフォースアクチュエータが用いられる場合、この解決策は、ロッドの寸法が大きいこと及び追加的な機械加工が必要であることに起因して、フォースアクチュエータ間のピッチを短縮することが困難であるという欠点を有している。加えて、要素の全てを密閉しているハウジングは、補修を行うことを目的として、例えば、コイルを取り換えるために、薄膜を損傷させることなく、開けることが不可能となっている。最後に、電磁石が柔軟接着剤の層及び接着剤から構成されたリンクに極めて近接して配置されている。そのため、これらのリンク手段が、電磁石の作動によって生じる熱の影響を受けて、制御の及ばない膨張を呈することになる。
【００１３】
また、特許文献４は、請求項１の前文に規定されている可変ミラーを記載している。しかし、残念ながら、この装置はその表面の複雑な制御を可能とする手段を備えていない。
【００１４】
このように、最新技術による解決策は、局部的な変形中に十分に分散された剛性を有するフォースアクチュエータを備える可変ミラーに関して、十分に簡単かつ安価に修理を行うことができ、そのフォースアクチュエータ間の距離を著しく短縮させることができる可変ミラーを提供することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８７６４６０号明細書
【特許文献２】国際特許出願公開第２００５／０５０２８３号パンフレット
【特許文献３】仏国特許出願第０７／０７７１９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０２８６０３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、反射性可変薄膜及び支持板に加えて、第２の段がレファレンス手段（reference means）を有する２段構造を用いることによって、上記の技術的課題を改善することにある。各フォースアクチュエータは、制御要素（例えば、電磁石）及び制御要素と相互作用するための相互作用要素（例えば、永久磁石）を備えている。第１の段は、制御要素又は相互作用要素と、可変薄膜に部分的に接続された柔軟リンク手段及び剛性リンク手段との組合せから構成されている。制御要素又は相互作用要素の第２の段は、これらの２つの要素の相対的な変位を制御し、薄膜を局部的に変位させることを可能とするものである。
【００１７】
この解決策は、薄膜の局部的変形を制御する手段（制御要素又は相互作用要素の運動を完全に薄膜の局部的変形に変換する手段）及びそれらの手段を十分に分散した剛性によって達成する手段を探し求めた結果によるものである。これによって、フォースアクチュエータを剛性リンク手段及び柔軟リンク手段と組み合わせた２段構造によって、変形要素に小型の二次的な薄膜をもたらすことができることが明らかになっている。ミラーの剛性を分散しながら変形を完全に反射薄膜に伝達するために、これらの小型の薄膜を、剛性リンク手段を介して反射薄膜に連結させることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するために、本発明は、外側反射面及び対向面を有する可変薄膜と、剛性支持板と、少なくとも１つのフォースアクチュエータとを備えている可変ミラーを提供することになる。各アクチュエータは少なくとも２つの要素を備えており、少なくとも２つの要素は、初期の非変形状態にある薄膜の表面と実質的に直交する方向に力を生成するために互いに離れて相互作用するように構成され、かつ薄膜を局部的に変形させるために生成される力の方向に互いに対して変位するように構成されている。これらの２つの要素の１つは支持板内に組み入れられており、他の要素は薄膜に連結されている。２つの要素の１つは、生成される力の大きさを制御するように構成されている。本発明によれば、このミラーは、複数のリンクを介して薄膜に連結されたレファレンス手段をさらに備えている。複数のリンクの各々は、少なくとも１つの剛性リンク手段及び少なくとも１つの柔軟リンク手段を備えている。各剛性リンク手段は薄膜に接続されており、各柔軟リンク手段は少なくとも部分的にレファレンス手段に接続されている。レファレンス手段は複数のリンクと一体化されている。
【００１９】
本発明では、２つの要素が、必ずしも直接的ではなく、任意選択的に他の要素を介して、相互接続されているときに、互いに「連結されている」と呼ばれる。また、２つの要素は、相互接続がどのような中間要素も介在させることなく直接的になされているとき、互いに「接続されている」と呼ばれる。
【００２０】
フォースアクチュエータは、生成される力の大きさを制御するように構成された第１の制御要素と、力を生成するために制御要素と遠隔的に相互作用するように構成された第２の相互作用要素とを備えている。力は、これらの２つの要素の相互作用によって生じ、それらが相互に存在しなければ、生じることがない。２つの要素の１つは剛性板にしっかりと固定されており、他の１つは柔軟面に固定されている。従って、生成される力は、柔軟面に固定された要素のみを変位させることになる。この要素は、本発明の種々の実施形態に応じて、制御要素であってもよいし、又は相互作用要素であってもよい。
【００２１】
この特徴によって、各変形要素は、柔軟リンク手段を制限することによって構成される小型の二次的な薄膜を構成することができる。従って、各小型の薄膜は、関連するフォースアクチュエータの１つの要素に関する変位の影響を受けて、他から殆ど独立して変形することができる。この変形が、剛性リンク手段を介して反射薄膜に完全に伝達されることになる。
【００２２】
最後に、このような特徴によって、フォースアクチュエータの種々の要素を可能な限り薄膜から遠く離して配置することが可能である。これによって、特に電磁石及び永久磁石が用いられるとき、制御要素又は相互作用要素によって吸引されたホコリが反射薄膜に付着するのを防止することができる。もしこのように構成されていない場合、このようなホコリの堆積によって、ミラーの光学的品質が劣化することになる。
【００２３】
有利には、生成される力を制御するように構成されたフォースアクチュエータの要素は、支持板内に組み入れられている。この場合、制御要素はミラーの残りから離間しており、これによって、制御要素の作動がミラーの他の構成部品の熱膨張を生じさせることを防止できる。
【００２４】
有利には、少なくとも１つの剛性リンク手段は、一端を介して、薄膜の対向面に固定されており、他端を介して、レファレンス手段に固定されている。このような連結によって、剛性リンク手段をアクチュエータによって画成された作動領域の外側に配置でき、これによって、作動領域の大きさを最小限に低減させることができる。具体的には、この領域を反射薄膜の吊り下げられている部分よりも小さくすることができる。
【００２５】
有利には、少なくとも１つの剛性リンク手段は、その一端を介して薄膜の対向面に固定されており、その他端を介して柔軟リンク手段に固定されている。従って、必ずしもアクチュエータが存在しない箇所において、互いに関連する剛性リンク手段及び柔軟リンク手段によって、剛性が良好に分散されることになる。
【００２６】
特定の実施形態では、レファレンス手段は支持板に固定されている。
【００２７】
他の特定の実施形態では、レファレンス手段は、薄膜と支持板との間に配置された中間支持板を備えている。ミラーは、２つの支持板を有することになるので、ミラーの他の要素、特に脆弱な薄膜を損傷させる危険を冒すことなく、ミラーの１つの要素の保守作業を行うことが可能となっている。具体的には、例えば、最小限の注意を払う必要はあるが、薄膜を損傷させることなく、単一のアクチュエータを取り換えることが可能となっている。
【００２８】
好ましくは、中間支持板は、一組の開口を備えており、少なくとも１つのフォースアクチュエータが、開口の少なくとも１つに連結されている。従って、フォースアクチュエータの２つの要素が板によって分離していないので、フォースアクチュエータの２つの要素間の相互作用、例えば、電磁相互作用が助長されることになる。
【００２９】
中間支持板が少なくとも１つの開口を有している場合、剛性リンク手段は、有利には、開口に配置されており、その一端を介して薄膜の対向面に固定されており、かつその他端を介して開口に連結された少なくとも１つのフォースアクチュエータの要素に固定されている。従って、変形要素は薄膜から遠く離れており、剛性リンク手段は変形要素の変形を完全に薄膜の変形に変換することができる。
【００３０】
この場合、特定の実施形態では、少なくとも１つの柔軟リンク手段が、開口に配置されており、開口に連結された少なくとも１つのフォースアクチュエータの要素に固定されている。
【００３１】
他の実施形態では、少なくとも１つの柔軟リンク手段が、開口に配置されており、少なくとも１つの剛性リンク手段に固定されている。これによって、アクチュエータ間を含むアクチュエータが存在していない領域の外側で、剛性を良好に分散させることが可能である。
【００３２】
他の実施形態では、開口に連結された少なくとも１つのフォースアクチュエータの要素は、薄膜の対向面に固定されている。このように、剛性リンクが用いられていない複数のアクチュエータが存在している。
【００３３】
有利には、少なくとも１つの柔軟リンク手段が、開口に配置されており、開口の大きさよりも大きな寸法を有している。これによって、配置板と柔軟リンク手段との間の接触面積を十分大きくすることができる。
【００３４】
有利には、開口に連結された少なくとも１つのフォースアクチュエータの少なくとも１つの要素は、開口の大きさよりも小さくなっている。これによって、フォースアクチュエータの２つの要素間の相互作用を改良することができ、任意選択的に開口の内側に要素を配置することができる。
【００３５】
特定の実施形態では、開口に連結されるとともに開口の寸法よりも小さな寸法を有する少なくとも１つのフォースアクチュエータの要素は、開口の内側に配置されている。
【００３６】
制御要素と相互作用要素との間の相互作用が最適になることを確実にするために、開口に連結されるとともに開口の大きさよりも小さな寸法を有する少なくとも１つのフォースアクチュエータの少なくとも１つの要素が、開口の外側に配置されている。
【００３７】
有利には、フォースアクチュエータは、均一に分布したマトリックス状のレイアウトに沿って配置されている。従って、アクチュエータは、変位に及ぼす各アクチュエータの影響の不連続性をなくすように、最適に配置可能となっている。
【００３８】
特定の実施形態では、生成される力の大きさを制御するように構成されたフォースアクチュエータが、電磁石となっている。
【００３９】
特定の実施形態では、生成される力を制御する要素と遠隔的に相互作用するように構成されたフォースアクチュエータの要素が、永久磁石となっている。
【００４０】
柔軟リンク手段の特定の実施形態では、柔軟リンク手段は、接着材料によって被覆された少なくとも１つの柔軟フィルムを含んでいる。この柔軟フィルムは、柔軟リンクとして作用することとなる。接着剤は、他の要素への固定が行われることになる領域においてのみ、フィルム上に付着されているとよい。
【００４１】
有利には、レファレンス手段の同じ側に配置された柔軟リンク手段は、この柔軟リンク手段の全てを被覆した柔軟フィルムから構成されている、これによって、複数の小フィルムを用いる必要性が回避され、柔軟リンク手段のいくつかを保留しておくことができる。
【００４２】
有利には、剛性リンク手段は剛性ロッドから構成されている。これによって、リンク手段に簡単に剛性をもたらすことができ、かつ薄膜を中間支持板に関連付けるための２つの端をもたらすことができる。
【００４３】
有利には、剛性リンク手段は、接着剤のスポットを介して、薄膜の対向面に固定されており、接着剤のスポットは、生成される力と直交する方向に柔軟であるとともに生成される力の方向に剛性となっている。このような接着剤のスポットによって、剛性リンク手段と薄膜との間の相互作用に複数の自由度をもたらすことができる。薄膜は、力の方向に変形せず、力の方向と直交する方向にのみ変形することになる。従って、アクチュエータの運動が完全に伝達されることになる。
【００４４】
有利には、薄膜の対向面を被覆する接着剤の層を介して、剛性リンク手段の全てが、薄膜の対向面に固定されており、接着剤の層は、生成される力と直交する方向に柔軟であるとともに生成される力の方向に剛性となっている。これによって、接着剤による薄膜への剛性リンク手段の接合を簡素化することができる。
【００４５】
有利には、剛性リンク手段は、剛性接着剤のスポットを介して、薄膜の対向面の反対側に固定されている。これによって、変形要素の変位が完全に伝達されて薄膜を局部的に変形させることが確実なものとなる。
【００４６】
有利には、修理又は保守を容易にする理由から、支持板及び中間支持板は、機械的に分離されるようになっている。従って、いくつかの注意がなされるならば、制御要素又はミラーのいくつかの他の構成部品をより修理しやすくなる。
【００４７】
制御要素をさらに一層しっかりと支持板に固定するとともに設置面積の節約をもたらすために、支持板内に組み入れられたフォースアクチュエータの要素は、支持板に係合されている。従って、変形要素のみを変形可能とすることを確実なものとすることができる。
【００４８】
ミラーにおける仮想の多数の領域に依存して非均一な変形が生じるのを避けるために、支持板は平面状に形成されており、中間支持板もまた平面状に形成されている。
【００４９】
特定の実施形態では、生成される力の大きさを制御するように構成されたフォースアクチュエータの要素の制御装置は、電気的にサーボ制御されるようになっている。
【００５０】
本発明は、図面とともに非制限的実施形態の詳細な説明を読めば、より十分に理解されることになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明の配置板の平面図である。
【図３】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第２実施形態をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第３実施形態を示す図である。
【図５】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第４実施形態を示す図である。
【図６】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第５実施形態を示す図である。
【図７】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第６実施形態を示す図である。
【図８】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第７実施形態を示す図である。
【図９】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第８実施形態を示す図である。
【図１０】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第９実施形態を示す図である。
【図１１】本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第１０実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１は、本発明のフォースアクチュエータ及び分散剛性を有する可変ミラーの第１実施形態を示す図である。
【００５３】
この可変ミラー１は、
・可変薄膜２と、
・各々制御要素５及び変形要素６を有するフォースアクチュエータと、
・支持板７と、
・中間支持板８と、
・次の要素を有するリンクと
−剛性リンク手段１０
−柔軟リンク手段１１
を備えている。
【００５４】
可変薄膜２は、反射面３及び対向面４を有する光学基板となっている。この可変薄膜は、シリコン（silicon）系の材料から作製されており、通常、５μｍから３０μｍの範囲内の厚みを有している。他の実施形態では、可変薄膜は、カプトン（Kapton）から作製されている。反射機能をもたらすために、反射表面処理が外面３に対して施されている。この処理は、所望の使用条件に適合するものとなっている。
【００５５】
制御要素５及び変形要素６は、ミラーの薄膜を局部的に変形可能とするフォースアクチュエータを構成している。この実施形態では、フォースアクチュエータは、電磁式となっている。従って、制御要素５は、電磁磁石、例えば、銅から作製されたコイルであり、変形要素６は、例えば、サマリウム−ネオジウムから作製された永久磁石となっている。
【００５６】
従って、各磁気式フォースアクチュエータは、電磁石５及び永久磁石６の対から構成されている。この対は、初期の非変形状態にある薄膜の表面と実質的に直交する方向に力を生成することに適した構成となっている。また、磁石は、磁力の方向に変位することに適した構成となっている。この目的のために、各電磁石５は、初期の非変形状態にある薄膜２の表面と直交する軸に沿って、電磁石５と関連付けられた永久磁石６に対して向き合って配置されている。加えて、各電磁石５は支持板７にしっかりと固定されており、各永久磁石６は柔軟リンク手段に固定されているにすぎない。従って、永久磁石６のみが、電磁石と永久磁石との間の相互作用に起因する磁力の影響を受けて、変位可能となっている。
【００５７】
他の実施形態では、支持板７にしっかりと固定された要素が永久磁石６となっており、柔軟リンク手段に固定された要素が電磁石５となっている。従って、電磁石５のみが、磁力の影響を受けて変位可能となっている。
【００５８】
電磁石５は、該電磁石に流れる電流を調節することによって、制御されるように構成されている。その結果、永久磁石６との相互作用によって、ラプラス力が生じることになる。この力は、永久磁石６に反発するか又は該永久磁石６を吸引し、これによって、永久磁石６を変位させ、その結果、薄膜２の局部的変形をもたらすことになる。
【００５９】
当然ながら、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、本実施形態を非磁気式のフォースアクチュエータに適応させることができるものである。
【００６０】
支持板７は、剛性を有する平坦な機械的板である。例えば、支持板７は、アルミニウム、さらには、アルミニウム−真鍮合金から作製されているとよい。
【００６１】
電磁石５は、支持板７に設けられた孔内に係合されている。従って、電磁石は、ミラーの構成要素の残りからさらに遠く離れることになり、これによって、ミラーの構成要素の残りが、電磁石の作動によって生じる熱膨張現象をさらに一層受けずにすむことが可能となる。他の実施形態では、電磁石５は、支持板７内に係合されず、むしろ支持板７上に単に置かれるようになっている。
【００６２】
中間支持板８は、剛性を有する平坦な機械的板である。例えば、中間支持板は、アルミニウムから作製されているとよい。中間支持板は、永久磁石に対するレファレンス手段を構成しており、これによって、永久磁石は、この永久磁石と関連付けられた電磁石に対する静止基準を有することになる。
【００６３】
この中間支持板８は、永久磁石６をこの支持板に配置するために、一連の開口９を備えている。各磁石は開口の内側に配置されている。各開口は、初期の非変形状態にある薄膜２の表面と直交する軸に沿って、開口の内側に配置された永久磁石６と関連付けられた電磁石５と向き合って配置されている。
【００６４】
開口９は、永久磁石６を該開口内に挿入可能とするために、永久磁石の寸法よりも大きな寸法を有している。また、これらの開口は、有利には円形状の永久磁石の形状と同じ形状を有している。
【００６５】
本発明の配置板の例を示す平面図である図２を参照すると、フォースアクチュエータを確実に閉じ込める幾何学的形状を有する開口９が、板８に配置されており、これによって、ミラー内のアクチュエータ間距離を短縮することができる。
【００６６】
フォースアクチュエータ及び開口は、有利には、投影図で見たとき、図２に示されているように、均一に分布したマトリック状のレイアウトに沿って薄膜２の全面を覆って位置する配置となっている。従って、薄膜の互いに対応する領域の各々の変形に及ぼすアクチュエータの各々の影響は同様となっている。アクチュエータ間距離は、典型的には、約２．５ｍｍとなっている。アクチュエータ及び開口に関する他の構成、特に、六角形又は矩形の構成も可能である。
【００６７】
各剛性リンク手段は、永久磁石の変位が完全に局部的変形の形態で薄膜２に伝達されるように、フォースアクチュエータに関連付けられている。この目的のために、各剛性リンク手段１０は、例えば、シリカ製の剛性ロッドから構成されている。この剛性ロッドは、その両端のそれぞれが、具体的には、一端が薄膜２の対向面４に接続されており、他端が関連する永久磁石６に接続されている。剛性ロッドは、典型的には、５０μｍから３００μｍの範囲内の直径及び５０μｍ〜５０００μｍの範囲内の長さを有している。
【００６８】
当業者であれば、剛性ロッド１０の大きさが永久磁石６の直径よりも著しく小さいので、反射面３への圧痕現象がそれだけ小さくなることが分かるだろう。
【００６９】
磁石の変位を完全に局部的変形に変換させるために、各剛性リンク手段１０は、柔軟接着剤１３のスポットによって薄膜２の対向面４に固定されており、これによって、薄膜を局部的に変形させるのに十分な程度の自由度をもたらすことができる。同様に、各剛性リンク手段１０は、剛性接着剤１２のスポットによって、関連する永久磁石６の中心に固定されている。従って、各永久磁石６は、薄膜２に剛性的に連結されており、これによって、磁石６の中心と、ロッド１０を接着剤によって結合した薄膜２の対向面４における領域との間の距離を一定に保つことができ、その結果、磁石の変位を完全に薄膜の局部的変形に変換することができる。
【００７０】
剛性接着剤１２のスポットに用いられる接着剤は、電磁石５によって生じる熱分散から保護するために、低熱膨張を有する接着剤から選択されている。これらの低熱膨張によって、電磁石のジュール効果による接着剤の変形が防止され、その結果、薄膜２の制御の及ばない変形が回避されることになる。剛性接着剤１２のスポットに適した接着剤は、低熱膨張を有するものとして知られているエポキシ接着剤の系列から選択されるとよい。
【００７１】
柔軟接着剤１３のスポットに用いられる接着剤は、シリコーン（silicone）から作られているものである。なぜなら、シリコーン接着剤は、わずかに柔軟であり、これによって、薄膜がわずかに変形することを可能とする一方、アクチュエータによって生じた力の方向と直交する方向に十分に剛性を有し、これによって、永久磁石６の変位が完全に薄膜２に伝達されるからである。用いられる柔軟接着剤は、図８を参照して後述する第７実施形態において説明するように、有利には、剛性を良好に分散させるように均一となっている。
【００７２】
永久磁石６は、板８の開口９内にだけ配置されており、該開口は、磁石の寸法よりも大きな寸法を有している。従って、柔軟リンク手段１１が、配置板８及び永久磁石６を相互接続している。柔軟リンク手段１１は、電磁石５の影響を受けて変形することを防ぐために、磁場に反応しない材料から作製されている。本実施形態では、これらの手段１１は、配置板８を全体的に覆っている柔軟プラスチックフィルム１４から構成されている。このフィルムを作製するための材料は、シリコーン又は高弾性を有するポリマーの系列から選択されている。フィルムに永久磁石及びこの磁石に関連付けられた開口の縁を接合するために、接着剤がフィルムの縁及び中心に付着されている。
【００７３】
特定の実施形態では、フィルム１４は熱反射フィルムであり、これによって、電磁石から放出された熱をこの電磁石の方に戻し、熱ミラーをもたらすことができる構成となっている。
【００７４】
フィルム１４の上面は、接着剤によって中間支持板８の底面に接合されている。開口９にて、フィルム１４の上面は、接着剤によって永久磁石６の底面に接合されている。
【００７５】
フィルムによって得られる追加的な剛性は、他のパラメータを一定に保った場合、フィルムの厚み及び開口９の直径によってパラメータ化することができる。材料の量が増えると、剛性が大きくなるので、ストロークが減少することになる。加えて、開口の直径が大きくなると、薄膜の剛性が減少することになる。
【００７６】
このように構成された柔軟リンク手段１１は、反射薄膜２に対して二次的な薄膜として作用することができる。永久磁石の運動の影響を受けて、フィルム１４は、柔軟薄膜と同じように局部的に変形し、この変形が、剛性ロッド１０を介して、反射薄膜２に伝達されることになる。
【００７７】
さらに詳細には、フィルム１４が接着剤によって永久磁石６に接合されていない箇所にフィルム１４が接着剤によって中間支持板８に接合されている場合、フィルム１４は、ある永久磁石の箇所で、他の永久磁石の箇所に付着されたフィルムの残りから独立して変形することになる。従って、開口９において、フィルム１４は、開口によって画成された小型の二次的な薄膜として作用することになる。すなわち、各小型の薄膜は、関連する磁石の変位の影響を受けて、他の小型の薄膜から独立して変形することが可能である。
【００７８】
また、ミラーを作動させるためのユニット、具体的には、フォースアクチュエータと剛性リンク手段及び柔軟リンク手段とから構成されるユニットの構成要素の全てが、容易に再生産可能であり、これによって、より複雑な又はより取扱い困難な機械部品を用いる先行技術の可変ミラーと比較して、大量生産を容易にすることができるという利点をもたらしている。
【００７９】
可変ミラー１を工業的に作製する場合、電磁石５を支持するための支持板７が、第１の機械アセンブリ内に取り付けられる。ミラーの残りの構成部品、すなわち、薄膜２、永久磁石６を支持する中間支持板８、剛性リンク手段１０、及び柔軟リンク手段１１が、第２の機械アセンブリ内に取り付けられる。これらの２つのアセンブリは、互いに独立して形成され、次いで、ネジによって互いに固定される。従って、電磁石５を支持するための支持板７は、この支持板を修理すること、特に、電磁石の１つを修理することを目的として、ミラーの他の構成部品のいずれを損傷させることもなく、ミラーの残りから容易に着脱可能となっている。他の実施形態では、これらの２つのアセンブリは、その全体が機械的に分離されるように構成されていてもよい。
【００８０】
図３−図１１は、以下に説明する本発明の種々の変更形態を示す図である。
【００８１】
図３に示されている本発明の第２実施形態では、柔軟フィルム１４は、接着剤によって、永久磁石６の底面ではなく、永久磁石６の上面に接合されている。剛性ロッド１０及び接着剤１２のスポットは、フィルム１４を貫いている。従って、永久磁石６は、もはや開口の内側ではなく、開口の外側に配置されていることになる。
【００８２】
図４に示されている本発明の第３実施形態では、柔軟リンク手段１１は、中間支持板８の開口９の寸法よりも大きい寸法を有する一連の柔軟フィルム１５，１５’、１５’’から構成されている。各柔軟フィルムは、永久磁石が配置された中間支持板の開口に関連付けられている。各柔軟フィルム１５，１５’、１５’’は、一方では、板８に接続されており、他方では、該フィルムが関連付けられている永久磁石６，６’、６’’に接続されている。
【００８３】
これらの小型のフィルム１５，１５’、１５’’を作製するための材料は、前述の第１実施形態の柔軟フィルム１４を作製することに用いられた材料、例えば、シリコーン又はポリマーと同じであるとよい。
【００８４】
これらの柔軟フィルム１５，１５’、１５’’は、反射薄膜２に対して二次的な薄膜として作用する。これらのフィルムが物理的に独立している限りにおいて、各フィルムは、該フィルムが関連付けられている永久磁石の箇所において、他のフィルムから独立して変形することになる。従って、各フィルム１５，１５’、１５’’は、関連する開口９，９’、９’’によって画成された小型の二次的な薄膜としてさらに作用することになり、関連する永久磁石の影響を受けて、他のフィルムから独立して変形するように構成されている。
【００８５】
図５に示されている本発明の第４実施形態では、柔軟リンク手段１１は、一連の柔軟フィルム１５，１５’、１５’’から構成されている。各フィルムは、接着剤によって、永久磁石６の上面に接合されている。剛性ロッド１０及び接着剤１２のスポットは、フィルム１４を貫いている。他の実施形態では、剛性ロッドは、フィルムを貫かないようになっている。
【００８６】
図６に示されている本発明の第５実施形態では、１つの永久磁石６が、柔軟接着剤１３’のスポットを介して、反射薄膜２に直接接合されている。剛性ロッド１０が、柔軟フィルム１５に固定されている。この柔軟フィルム１５は、開口にて、その底面を介して、接着剤によって配置板８に接合されている。他の剛性ロッド１０’が、柔軟フィルム１５’に固定されている。この柔軟フィルム１５’は、その底面を介して、どのような開口も備えていない領域にわたって、接着剤によって配置板８に接合されている。
【００８７】
図７に示されている第６実施形態では、永久磁石６は、本発明の前述の第１実施形態と同じように、剛性リンク手段１０’と柔軟フィルム１５’との間に配置されている。剛性ロッド１０が、柔軟フィルム１５に固定されている。この柔軟フィルム１５は、開口において、その上面を介して、接着剤によって配置板８に接合されている。他の剛性ロッド１０’’が、柔軟フィルム１５’’に固定されている。この柔軟フィルム１５’’は、開口において、その上面を介して、接着剤によって配置板８に接合されている。
【００８８】
図８に示されている本発明の第７実施形態では、柔軟接着剤１３のスポットは、その全長にわたって薄膜２の対向面４を覆っている柔軟接着剤１６の層と置き換えられている。この特徴によって、要素を薄膜に接合するのが容易になる。
【００８９】
図９に示されている第８実施形態では、柔軟フィルム１５は、関連する永久磁石６の上面に直接接合されていない。剛性ロッド１０はフィルム１４を貫いている。剛性ロッド１０、従って、永久磁石６の安定性を保証するために、剛性接着剤１６の追加的なスポットが、柔軟フィルム１５の上面において、柔軟フィルム１５の上方の剛性ロッド１０の壁に対して配置されている。
【００９０】
図１０に示されている本発明の第９実施形態では、永久磁石６と電磁石５とが逆転している。従って、生成される力の大きさを制御する要素は依然として電磁石であるが、この磁力の影響を受けて変位するように構成された要素もまた、これらの電磁石となっている。なぜなら、これらの電磁石のみが柔軟リンク手段に接続されているからである。永久磁石は支持板７に固定されている。しかし、この実施形態は、電磁石を支持板に固定させることによって、電磁石を構造の残りから離間させ、電磁石の作動による熱膨張現象を避けることができる実施形態と比べると、好ましいとは言えない。
【００９１】
図１１に示されている本発明の第１０実施形態では、中間支持板８は、支持板７に固定されており、さらに、支持板７と一体品にされていてもよい。中間支持板８は、電磁石をミラーの残りから離間させて、熱膨張現象の影響を制限するために、開口９を備えている。
【００９２】
本発明の前述の実施形態における可変ミラーの構造によれば、ミラーの通過域を増加させることができ、これによって、極めて多数のアクチュエータを有する可変ミラーを作製することができる。また、この構造によれば、二次的な薄膜、すなわち、柔軟リンク手段に最適の材料を選択することが容易である。薄膜の直径は、付加的な剛性を決定するように適合されているとよい。剛性が薄膜の直径の関数として変化するので、可変ミラーの剛性をそれだけ簡単に増大させることができる。
【００９３】
本発明の前述の実施形態は、単なる例示にすぎず、制限的なものではない。当然のことではあるが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の種々の変更形態を実施することができるだろう。
【００９４】
最後に、本発明は、例えば、種々の長さの剛性ロッドによって、ミラーに初期形状を与えるように実施されていてもよい。ミラーに与えられた初期形状は、後で修正されてもよいし、又は固定されたままでもよい。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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