(57)【要約】ひずみ／電位の変換器（１０）であって、リジッドなベース（１２）を含み、（２０）にてベース（１２）にヒンジで取り付けられたリジッドなビーム（１８）を含み、誘電物質（例えば、圧電材料）の細長いスタック（１４）（これは、概してビーム（１８）と平行であり、（１６）にてベースにヒンジで取り付けられている）を含み、ベース（１２）から離れたビームおよびスタックの端部を互いに接続するリジッドなリンク（２２）を含む。当該変換器は、接点（１５）を介してスタック（１４）に電位差を印加してスタック（１４）を歪ませ、かつ（３２）で示されるトランスバース方向の変位を増幅させることによって、変位ジェネレーターとして機能することができる。逆に、当該変換器は、センサーとして機能することができる。（３２）における変位は、スタック（１４）においてひずみを引き起こし、これは接点（１５）で電位差を生じる。複合の変換器が開示されている。変位ジェネレーターの装置の形態になっているマニピュレーティング装置と、マイクロスキャンのためのその用途が開示されている。【選択図】図１
2004523369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみ／電位変換器であって、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第１の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第１の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれ向い合っている該端部の間を横断して延びかつ互いに連結しており、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記向い合った端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっている、
前記ひずみ／電位変換器。
【請求項２】
細長いスタックが、圧電材料からなるものである、請求項１に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項３】
当該変換器が、平面に配置されている、請求項１または２に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項４】
ヒンジによる動作が、ヒンジ動作を可能とするソリッドなヒンジ構造物によるものである、請求項１または請求項２または請求項３に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項５】
ヒンジが関節式である、請求項１または請求項２または請求項３に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項６】
細長いスタックおよびリジッドなビームのそれぞれに対するリジッドな接続リンクの接続部が、ロストモーションを持たないものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項７】
当該ひずみ／電位変換器が複合構造であって、
上記細長いスタックおよび上記リジッドな接続リンクが、それぞれに、第１の細長いスタックおよび第１の接続リンクであり、
該変換器が、第１の細長いスタックおよび第１の接続リンクと同様の様式で配置されかつ接続された第２の細長いスタックおよび第２のリジッドな接続リンクをも含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項８】
当該ひずみ／電位変換器が、第１の細長いスタックおよび第１のリジッドな接続リンクを有する第１のサブアレンジメントと、第２の細長いスタックおよび第２のリジッドな接続リンクを有する第２のサブアレンジメントとを含んでおり、
該第１のサブアレンジメントと該第２のサブアレンジメントが、対称になっており、かつ、第１および第２のサブアレンジメントに共通のリジッドなビームを共有している、請求項７に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項９】
第１および第２の細長いスタックを圧縮するように、リジッドなビームが張力下に配置されており、その結果、使用時には、細長いスタック中の張力が少なくとも制限されている、請求項８に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１０】
当該ひずみ／電位変換器が、変位ジェネレーターの状態になっている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１１】
１つのまたはそれぞれの細長いスタックが、逆圧電効果を生じるように適合された圧電材料である、請求項１０に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１２】
当該ひずみ／電位変換器が、変位センサーの状態になっている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１３】
１つのまたはそれぞれの細長いスタックが、直接的圧電効果を生じるための圧電材料アダプターである、請求項１２に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の変換器を複数有し、該変換器が、単一の変位の入力／出力および単一の電位入力／出力を有するように組み合わされている、複合のひずみ／電位変換器。
【請求項１５】
光学系において使用されるマニピュレーティング装置であって、該マニピュレーティング装置は、
光学素子を保持するためのフレームを含み、
請求項１０に記載の変位ジェネレーターを複数個含み、これら変位ジェネレーターは、該フレームに作用するように接続され、かつ、アンカー部材に対する該フレームの変位を選択的に発生させるように該アンカー部材に作用する接続を行うための接続手段を有している、
前記マニピュレーティング装置。
【請求項１６】
それぞれの変位ジェネレーターのベースが、アンカー部材に接続されている、請求項１５に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項１７】
アンカー部材が、変位ジェネレーターのためのベースを形成し、各変位ジェネレーターのリジッドなビームの第２の端部が、フレームに接続されている、請求項１６に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項１８】
変位ジェネレーターが対称的に配置されている、請求項１５または請求項１６または請求項１７に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項１９】
変位ジェネレーターが平面に配置されている、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２０】
フレームが円形であり、変位ジェネレーターがフレームから放射状に外側に延びている、請求項１９に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２１】
フレームと各変位ジェネレーターとの間の相対的な変位が、フレームに保持されている光学素子の軸に関して長手方向になるように、変位ジェネレーターが配置されている、請求項２０に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２２】
変位ジェネレーターが、偶数個であり、かつ対向するペアとして配置されており、各対向するペアの変位ジェネレーターは、別の対向するペアと同じ方向および反対の方向を向いており、
変位ジェネレーターが少なくともほとんど圧縮状態で作動させられるように、変位ジェネレーターには予めの応力が与えられており、
変位ジェネレーターの１つのペアにおいて予めの応力を与えている荷重は、変位ジェネレーターの他のペアにおいて予めの応力を与えている荷重によってバランスを保たれており、
予めの応力を与えている荷重はフレームに伝達され、
フレームまたは光学素子と組み合わされたフレームは、そのポジションにおいては、該予めの応力を与えている荷重同士を釣り合わせるようにリジッドである、請求項２１に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のマニピュレーティング装置の組合せ体であって、当該組合せ体は、スタックを駆動するための変動電位差を選択的に発生させるように制御が可能である、前記組合せ体。
【請求項２４】
電位のジェネレーターが、複数の変位ジェネレーターまたは変位ジェネレーターのペアに対応した複数の出力を有する固体ジェネレーターであり、当該組合せ体が、電位のジェネレーターを管理または制御するためのソフトウェア若しくはロジックを含む、請求項２３に記載の組合せ体。
【請求項２５】
マイクロスキャン装置であって、
光学レシーバを含み、
該光学レシーバの方向を向いた光学系を含み、
請求項１５〜２４のいずれか１項に記載のマニピュレーティング装置を含み、
光学素子がフレームに保持されて該光学系の一部を形成しており、マイクロスキャンを行うために該光学系を介して投影された光学ビームを選択的かつ変動的に屈折させるように、該マニピュレーティング装置が操作可能である、前記マイクロスキャン装置。
【請求項２６】
複合のひずみ／電位変換器であって、
請求項１〜６のいずれか１項に記載された第１の単独のひずみ／電位変換器と、請求項１〜６のいずれか１項に記載された第２の単独のひずみ／電位変換器とを有する複合構造からなり、
該第１および第２の単独の変換器が、共通の平面に互いに並んで配置されており、該第１および第２の単独の変換器のそれぞれのリジッドな接続リンクにヒンジ取り付けされた変位部材を、当該複合の変換器が有している、
前記複合のひずみ／電位変換器。
【請求項２７】
第１および第２の単独の変換器が、鏡像状であり、かつ鏡像状となるよう配置されている請求項２６に記載の複合のひずみ／電位変換器。
【請求項２８】
第１および第２の単独の変換器が共通のリジッドなベースを有している請求項２６または請求項２７に記載の複合のひずみ／電位変換器。
【請求項２９】
変位部材がソリッドな細長いヒンジを介して取り付けられており、該ヒンジが、変位の方向に延びており、かつ、それぞれのリジッドなビームにおける変位に対してトランスバースの方向にのみ変位を可能としている、請求項２６または請求項２７または請求項２８に記載の複合のひずみ／電位変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ひずみ／電位の変換器（トランスデューサー）に関する。これは、逆圧電効果によって変位を発生させることすなわち電気ひずみに関する。さらに詳細には、本発明は、変位ジェネレーター、マニピュレーティング装置、およびマイクロスキャン装置に関する。また、本発明は、直接的圧電効果により変位を感知することにも関する。
【０００２】
本出願人は、本発明の１つの種が逆圧電効果によって特に有利に機能し得ること、およびその用途が本明細書の目的について広く考慮されると確信している。一方、本出願人は、電気ひずみなどのように、変化する電位を誘電材料に印加することによって小さな変位を得る同様の方法を除外することは望まない。そのような用途は、適切なところにおいては、本発明の範疇に含まれる。便宜上、「誘電物質の電気変形」というフレーズまたはそれに類するフレーズは、本明細書では制限された範囲で用いられており、そのフレーズまたはそれに類するフレーズは、逆圧電効果、電気ひずみ、およびそれに類する現象を意味すると解釈されるべきである。
【０００３】
さらに、本発明の別の種では、直接的圧電効果を利用することによって、変換器がセンサーとして用いられる。応力を引き起こす力の下で該変換器を変位させることによって、電位が発生し、この電位は力の下での応力およびそれゆえ変位の存在を示す。変種例として、ひずみが応力または力に関連するものであるかぎり、当該変換器は応力または力を感知するのに使用することができる。応力または力を感知することは、本明細書の意図については、変位を感知することと同等であるとみなす。このような用途は、本発明の範疇に含まれ、また本明細書はそのような「逆の」用途をもカバーする。
【０００４】
本発明の第１の態様に従えば、次のひずみ／電位変換器が提供される。当該ひずみ／電位変換器は、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第１の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第１の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれ向い合っている該端部の間を横断して延びかつ互いに連結しており、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記向い合った端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっている。
【０００５】
細長いスタックは、好ましくは圧電材料からなるものであってもよい。
当該変換器は、平面に配置されていてもよい。
ヒンジによる動作は、有利には、ヒンジ動作を可能とするソリッドなヒンジ構造物によるものであってもよい。ソリッドヒンジ構造物は、チタンのような高い疲労強度を有する材料であってもよい。
その代わり、ヒンジは関節式であってもよい。ヒンジには、例えば、ボールジョイントを使ってもよいが、ヒンジは、ロストモーション（遊び）をまったく生じないか、またはほとんど生じないことが重要であると考えられている。
好ましくは、細長いスタックおよびリジッドなビームのそれぞれに対するリジッドな接続リンクの接続部は、ロストモーションを持たないものである。
【０００６】
拡張として、当該ひずみ／電位変換器は複合構造であって、上記細長いスタックおよび上記リジッドな接続リンクは、それぞれに、第１の細長いスタックおよび第１の接続リンクであり、該変換器は、第１の細長いスタックおよび第１の接続リンクと同様の様式で配置されかつ接続された第２の細長いスタックおよび第２のリジッドな接続リンクをも含んでいてもよい。従って、当該ひずみ／電位変換器は、第１の細長いスタックおよび第１のリジッドな接続リンクを有する第１のサブアレンジメントと、第２の細長いスタックおよび第２のリジッドな接続リンクを有する第２のサブアレンジメントとを含んでおり、該第１のサブアレンジメントと該第２のサブアレンジメントは、対称になっており、かつ、第１および第２のサブアレンジメントに共通のリジッドなビームを共有していてもよい。サブアレンジメントは、鏡像状であってもよい。
【０００７】
有利には、第１および第２の細長いスタックを圧縮するように、リジッドなビームが張力下に配置されており、その結果、使用時には、細長いスタック中の張力が少なくとも制限されていてもよい。従って、細長いスタックは、圧縮状態で、またはほとんど圧縮状態で機能する。
【０００８】
態様の１つの種類では、当該ひずみ／電位変換器は、変位ジェネレーターの状態になっていてもよい。次いで、１つのまたはそれぞれの細長いスタックは、逆圧電効果を生じるように適合された圧電材料であってもよい。
態様の別の種類では、当該ひずみ／電位変換器は、変位センサーの状態になっていてもよい。１つのまたはそれぞれの細長いスタックは、直接的圧電効果を生じるための圧電材料アダプターであってもよい。
本発明は、変換器を複数有し、該変換器は、単一の変位の入力／出力および単一の電位入力／出力を有するように組み合わされている、複合のひずみ／電位変換器にまで及ぶ。
【０００９】
本発明の第２の見地に基づき、光学系において使用されるマニピュレーティング装置が提供される。当該マニピュレーティング装置は、
光学素子を保持するためのフレームを含み、
本明細書中で記載した変位ジェネレーターの状態の変換器を複数個含み、これら変位ジェネレーターは、該フレームに作用するように接続され、かつ、アンカー部材に対する該フレームの変位を選択的に発生させるように該アンカー部材に作用する接続を行うための接続手段を有している。
【００１０】
それぞれの変位ジェネレーターのベースは、アンカー部材に接続されていてもよい。実際には、アンカー部材は、変位ジェネレーターのためのベースを形成し、各変位ジェネレーターのリジッドなビームの第２の端部は、フレームに接続されていてもよい。
変位ジェネレーターは対称的に配置されていてもよい。有利には、それらの数は２、３、または４であってもよい。それらは平面に配置されていてもよい。
フレームは円形であってもよく、変位ジェネレーターはフレームから放射状に外側に延びている。
フレームと各変位ジェネレーターとの間の相対的な変位が、フレームに保持されている光学素子の軸に関して長手方向になるように、変位ジェネレーターは配置されていてもよい。
【００１１】
好ましい態様では、変位ジェネレーターは、偶数個であってもよく、かつ対向するペアとして配置されていてもよく、各対向するペアの変位ジェネレーターは、別の対向するペアと同じ方向および反対の方向を向いており、変位ジェネレーターが少なくともほとんど圧縮状態で作動させられるように、変位ジェネレーターには予めの応力が与えられており、変位ジェネレーターの１つのペアにおいて予めの応力を与えている荷重は、変位ジェネレーターの他のペアにおいて予めの応力を与えている荷重によってバランスを保たれており、予めの応力を与えている荷重はフレームに伝達され、フレームまたは光学素子と組み合わされたフレームは、そのポジションにおいては、該予めの応力を与えている荷重同士を釣り合わせるようにリジッドである。
【００１２】
本発明の第２の見地は、本明細書中に記載のマニピュレーティング装置の組合せ体にまで及び、当該組合せ体は、スタックを駆動するための変動電位差を選択的に発生させるように制御が可能である。電位のジェネレーターは、複数の変位ジェネレーターまたは変位ジェネレーターのペアに対応した複数の出力を有する固体ジェネレーターであってもよく、当該組合せ体は、電位のジェネレーターを管理または制御するためのソフトウェア若しくはロジックを含む。
【００１３】
本発明は、第３の見地に関して、マイクロスキャン装置にまで及び、当該マイクロスキャン装置は、光学レシーバを含み、該光学レシーバの方向を向いた光学系を含み、本明細書に記載のマニピュレーティング装置を含み、光学素子はフレームに保持されて該光学系の一部を形成しており、マイクロスキャンを行うために該光学系を介して投影された光学ビームを選択的かつ変動的に屈折させるように、該マニピュレーティング装置は操作可能である。
【００１４】
本発明をこれより添付した線図を参照して例として記載する。
【００１５】
図１を参照すると、本発明によるひずみ／電位変換器が、参照番号１０によって全体的に示されている。
当該変換器１０は、ベース１２を有し、このベースは断片的に断面で示されている。ベース１２はリジッド（剛性を有する）である。
【００１６】
細長いスタック（ｓｔａｃｋ）の形態になっている圧電材料が、全体を参照番号１４で示しているが、その一方の端部において、ソリッドヒンジ１６によってベース１２に取り付けられている。ソリッドヒンジは、例えば、非常に良好な疲労特性を有するチタンからなる。電気伝導体をスタック１４に接続するために、変換器が逆圧電効果に従って変位ジェネレーターとして作用する際にスタックを選択的に長手方向に変形させるために、および変換器が変位を感知するセンサーとして作用する際に電位計または電圧計に接続するために、電気的接触器すなわち接点１５がスタック１４に接している。
【００１７】
当該変換器１０は、さらにリジッドなビーム１８を含み、このビームは、細長いスタック１４からトランスバース方向（横方向）に間隔を置いて配置されており、かつ、このスタックと概して平行である。リジッドビーム１８はまた、スタック１４の長さと一致した長さである。リジッドビーム１８の一方の端部は、ソリッドなチタンヒンジ２０によってベース１２にマウントされている。
【００１８】
変換器１０はまたさらに、トランスバース方向のリジッドなリンク２２を有する。この態様では、リジッドリンク２２は、ソリッドヒンジ２０に対して反対側の、ビーム１８の端部にてビーム１８と一体となっている。リジッドリンク２２は、参照番号２４によって示されるエルボーを介してリジッドビーム１８に堅固に接続されている。
【００１９】
ソリッドヒンジ１６とは反対側にある、スタック１４の端部は、参照番号２６で示されるように、リジッドリンク２２の自由端部に接続されている。２６での接続は、ソリッドまたは準ソリッド（ｑｕａｓｉ−ｓｏｌｉｄ）である。
【００２０】
本発明によると、参照番号３０で示されるスタック１４の微小距離の伸びは、ヒンジ１６、２０のヒンジ効果と、ビーム１８、リジッドリンク２２、およびリジッドで一体の接続２４のリジッドな特性とによって、一体接続２４におけるビーム１８の端部の比較的大きな変位（参照番号３２として示す）を引き起こす。これは、図１において、概略的に、誇張した形式で、点線の輪郭で示されている。変位３２は伸び３０に対してトランスバース方向であり、実質的には垂直であること、および変位３２は伸び３０よりも概して一桁大きいことが理解されるべきである。３２および３０におけるそれぞれの変位の比を、とりわけビーム１８とスタック１４との間の間隔を選択することによって選択できる（間隔が近くなるほど比は大きくなる）ことが理解されるべきである。
【００２１】
従って、本発明によれば、当該変換器が変位ジェネレーターとして機能する場合、圧電スタック１４の小さな伸びは、変位ジェネレーター１０のある地点のトランスバース方向の大きな変位を引き起こす。またさらに、スタック１４の収縮は、逆方向ではあるが同じ様式で変位を引き起こす（このことは、当業者によって容易に理解されるであろう）ということが理解されるべきである。
【００２２】
またさらに、接点１５への電位差の印加を制御することによって（例えば、ソリッドステート電位ジェネレーターによって、これは、例えば、プログラムされたロジック、ソフトウェア等で制御される）、スタック１４の伸びおよび収縮を容易にかつ瞬時に行うことができるということが理解されるべきである。
【００２３】
同様に、当該変換器１０が変位センサーとして機能する場合、位置２４での比較的大きな変位は、スタック１４をひずませ、そして接点１５に測定可能な電位差を引き起こす。
【００２４】
図２を参照すると、発展させたものとして、図１の装置１０におけるような「Ｌ」の形状のリジッドなビーム１８とリジッドなリンク２２とを有する代わりに、配置構成が「Ｔ」の形態となっているリジッドなリンク１２２．１、１２２．２の一体ペアを、単一のリジッドなビーム１１８が有することができる。さらに変換器１１０は、トランスバース方向の「Ｔ」リムの対向する端部に接続されている細長いスタック１１４．１および１１４．２の対称ペアを有することができる。
【００２５】
リジッドなビーム１１８を張力下に配置して、細長いスタック１１４．１および１１４．２を圧縮し、専ら圧縮状態でまたはほとんど圧縮状態で、これらの細長いスタックを機能させることが提案される。この利点は、圧電材料は一般に張力下または苛酷な張力下におくのではなく、好ましくは圧縮下におくことが有利であると考えられることである。
【００２６】
図３を参照すると、本発明による変換器のさらなる態様が、参照番号２１０で全体的に示されている。これは多くの点において図１および２の態様と類似しており、類似の参照番号が類似の特徴部または類似のコンポーネントを示すために使われている。変換器２１０は詳細には記載されておらず、相違および重要な特徴部が強調されている。
【００２７】
変換器２１０は、図示されていない長手方向の中心線に関して２つの鏡像状（鏡にうつった左右対称状）部分を有する複合変換器である。この変換器は対称であるので、圧電材料のスタック２１４．１および２１４．２が圧縮状態またはほとんど圧縮状態で機能することを確保するために、ビーム２１８．１および２１８．２は張力下に配置してもよい。
【００２８】
ベース２１２およびビーム２１８．１、２１８．２ならびにリジッドなリンク２２２．１および２２２．２は、ソリッドなチタン材料から切り出されている。よって、ソリッドヒンジ２２０．１、２２０．２および２１６．１、２１６．２もまた、同じ母材からなる。有利には、ベース２１２の一方の端部とその隣接したビーム２１８．１との間に、ソリッドヒンジ２２０．１の近傍において、隣接する突起２１７．１が形成されており、この突起は、ベース２１２からビーム２１８．１の最も近い端部に達しない位置まで、所定の量突出している。鏡像状の同じ隣接する構造物２１７．２は、リジッドなビーム２１２の反対側の端部に設けられており、ビーム２１８．２の最も近い端部に向かって突出している。これらの隣接する突起の利点は、これらがそれぞれのソリッドヒンジ２２０．１、２２０．２において（それぞれ反対方向に）ヒンジで動く角度を制限し、それゆえ可能な変形の量もまた制限することである。さらにこれらは、変換器２１０が許容できる制限内で機能することを確保する制限装置としても働く。
【００２９】
装置２１０の最も重要な特徴は、参照番号２３０で全体的に示したアクティブ末端部分を含んでいることである。該末端部分２３０は、変換器２１０の幅すなわち高さを横断して延びる端部ビーム２３２を含む。ビーム２３２の一方の側では、その中央部分に沿って、ビームは、該ビーム２３２の該一方の側と並んで延びているフレキシブルリンク２３４．１に接続されている。反対側の端部に向かって、リンク２３４．１と整列して、フレキシブルリンク２３４．２が対応するように設けられている。フレキシブルリンク２３４．１および２３４．２の外側の端部は、それぞれ２３５．１および２３５．２で示されているように、それぞれのリジッドなリンク２２２．１および２２２．２のコーナーに接続されている。フレキシブルリンク２３４．１、２３４．２は、ほとんど抵抗なく曲がることにおいてフレキシブルであるが、伸びに対しては実質的な抵抗を与えることが理解されるべきである。従って、変換器２１０が図３に点線の輪郭で示されるように動作する場合、トランスバース方向のひずみを測定するか、またはトランスバース方向の変位を発生させるかのいずれかのために、ビーム２３２は実質的に専ら平行移動し、回転はしない。このことは、フレキシブルリンクのビーム２３２への取り付け位置を予め選択することによって達成される。
【００３０】
図４を参照すると、マイクロスキャン装置が概略的に示され、参照番号４０によって全体的に指し示されている。
マイクロスキャン装置４０は、ピクセルマトリックスを有するレシーバ４２を含む。それはさらに、参照番号４４で全体を示した、軸を有する光学系を含み、この光学系によって光学ビームがレシーバ４２に投射される。光学系４４の一部として、適切な光学材料の光学窓４６が備えられている。例えば赤外ビームの場合、窓４６は、有利にはゲルマニウムからなるものであってもよい。光学窓４６はフレーム４８に保持されている。この態様では、光学窓４６およびフレーム４８は円形である。他の態様では、窓およびフレームは円形以外であってもよい。光学窓４６およびフレーム４８は、本発明によるマニピュレーティング装置の一部を形成し、このマニピュレーティング装置は、図４において参照番号５０で全体的に示されている。この態様では、光学系４４およびマニピュレーティング装置５０は、長手方向の光学軸４５に関して対称である。
【００３１】
マニピュレーティング装置５０は、図５にて、より大きな縮尺で、より詳細に、軸上に示されている。
マニピュレーティング装置５０は、光学窓４６をマニピュレート（操作）して光学ビームを適切に屈折させ、それらビームのレシーバ４２との交差ポイントを変位させるために、すなわち活性化されたピクセルを調節してマイクロスキャンを行うために、使用される。
【００３２】
マニピュレーティング装置５０は、変位ジェネレーター１０として機能する変換器を含み、これら変位ジェネレーターは、この態様では、数が４つであり、フレーム４８の周りに、規則的に円周上に間隔をおいて放射状に方向付けられた配置構成にて配置されている。フレーム４８は、該当の４つのポイントにて、弾性接続構造部５２によって、変位ジェネレーター１０に、より詳細には、それぞれのスタック１４が長手方向に変形した際にトランスバース方向の変位を受けるリジッドな接続ポイント２４に、接続されている。配列は、それぞれのスタック１４の変形がフレーム４８への接続ポイントの長手方向の変位（すなわち軸４５に対して長手方向）を引き起こすようなものである。個々の変位ジェネレーターは個々に制御できること、およびそれぞれのスタック１４の連係した変形は、光学窓４６の以下の基本的な運動およびそれらの組み合わせを達成することができることが理解されるべきである。方向は光学軸４５に関連して解釈されなければならない。
ａ）前後への長手方向の運動；
ｂ）光学窓４６を通る直交軸の周りの旋回運動、ここで、直交軸は、水平または鉛直であり得、光学系４４の軸４５に交差する；
ｃ）光学軸４５に対して垂直に延びており、フレーム４８に対して接線方向に延びており、かつ、それぞれの変位ジェネレーター１０とフレーム４８との間の接続５２にそれぞれ交差する軸の周りの旋回。
【００３３】
それぞれの変位ジェネレーターのそれぞれのスタックへ印加される電位差のジェネレーターを適切に制御することによって、このような制御された変位を得ることができることが理解されるべきである。
【００３４】
別の態様では、所望により、接線方向に平行な方向での変位が得られるように、変位ジェネレーターは、新たに方向付けをされてもよい。さらに、マニピュレーティング装置は、長手方向軸の周りのピボット（旋回）を達成するために使用してもよい。
【００３５】
発展させたものとして、図４に見られるように、マイクロスキャン装置４０を視覚化すれば最もよく理解できるように、図面に示す２つの変位ジェネレーター１０は、例えば、スタックの収縮がそれぞれの接続５２においてフレーム４８をレシーバ４２から離れるように変位させるように、対向するペアで配列されてフレーム４８に取り付けられており、かつ、鏡像状の様式で方向付けされている。もう一方のペア（図示されていない）における変位ジェネレーターの方向付けは逆であり、すなわち、それらのスタックの伸びがフレーム４８とのそれらの接続５２をレシーバ４２に向かって動かすような方向付けである。そのような逆の方向付けは、マニピュレーティング装置５０を制御することにおいて明白に考慮される。そのような方向付けの理由は、それぞれのリジッドなビームに張力中で予め応力を加えてそれぞれのスタックを圧縮し、スタックが専ら圧縮状態でまたはほとんど圧縮状態で機能することを確保することができるからであり、このことは、上述のように望ましいと考えられる。
【００３６】
光学窓４６のマニピュレーティングが複数の圧電スタックによってなされるということは、本発明の第一の利点である。適切な電位差の印加によって、圧電スタックは非常に容易に変形され得ること、そのような電位差の印加が非常に容易にかつ非常に正確に制御され得ること、さらに、そのような変位が非常に迅速に（マイクロスキャンに必要なものとして）調節され得ることが理解されるべきである。
【００３７】
本発明による変位ジェネレーター（これは、非常に便利で、単純でかつ洗練された様式で圧電スタックの変位を増幅させる）によって、簡潔に上述した付随する利点とともに、逆圧電効果の利用が可能になるということは非常に重要な利点と考えられる。
【００３８】
さらなる利点は、屈曲するのとは反対に圧電材料が実質的に純粋な伸び／収縮を受けること、およびコンポーネント中に存在する曲げ応力が金属コンポーネントにおいて発生することである。このことは、屈曲下でよりも、純粋な伸び／収縮（特に、本明細書で述べたように、圧縮を引き起こす伸び）下での方が、圧電（セラミック）材料の完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）がずっと高いという点で有利であると考えられる。さらに、金属コンポーネントが供される曲げ応力は、金属コンポーネントの寸法および形状に関する適切なデザインによって、および金属材料の種類の適切な選択によって、提供され得るということが理解されるべきである。もし適切であれば、当然金属以外の材料が代わりに使われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明によるひずみ／電位変換器の側面概略図を示す。
【図２】
図２は、本発明による複合のひずみ／電位変換器の、図１と同様の図を示す。
【図３】
図３は、図２の変換器の拡張例を図２に対応する図で示す。
【図４】
図４は、本発明によるマイクロスキャン装置の概略側面図を示す。
【図５】
図５は、本発明によるマニピュレーティング装置の断片軸方向図を示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月10日(2002.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみ／電位変換器であって、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第１の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第１の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれ向い合っている該端部の間を横断して延びかつ互いに連結しており、該リジッドな接続リンクはリジッドなビームに堅固に接続されており、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記向い合った端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっている、
前記ひずみ／電位変換器。
【請求項２】
細長いスタックが、圧電材料からなるものである、請求項１に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項３】
当該変換器が、平面に配置されている、請求項１または２に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項４】
ヒンジによる動作が、ヒンジ動作を可能とするソリッドなヒンジ構造物によるものである、請求項１または請求項２または請求項３に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項５】
ヒンジが関節式である、請求項１または請求項２または請求項３に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項６】
細長いスタックおよびリジッドなビームのそれぞれに対するリジッドな接続リンクの接続部が、ロストモーションを持たないものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項７】
当該ひずみ／電位変換器が複合構造であって、
上記細長いスタックおよび上記リジッドな接続リンクが、それぞれに、第１の細長いスタックおよび第１の接続リンクであり、
該変換器が、第１の細長いスタックおよび第１の接続リンクと同様の様式で配置されかつ接続された第２の細長いスタックおよび第２のリジッドな接続リンクをも含んでおり、第１の接続リンクおよび第２の接続リンクの両方のリジッドなビームへの接続がリジッドである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項８】
当該ひずみ／電位変換器が、第１の細長いスタックおよび第１のリジッドな接続リンクを有する第１のサブアレンジメントと、第２の細長いスタックおよび第２のリジッドな接続リンクを有する第２のサブアレンジメントとを含んでおり、
該第１のサブアレンジメントと該第２のサブアレンジメントが、対称になっており、かつ、第１および第２のサブアレンジメントに共通のリジッドなビームを共有している、請求項７に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項９】
第１および第２の細長いスタックを圧縮するように、リジッドなビームが張力下に配置されており、その結果、使用時には、細長いスタック中の張力が少なくとも制限されている、請求項８に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１０】
当該ひずみ／電位変換器が、変位ジェネレーターの状態になっており、誘電物質からなる１つのまたはそれぞれの細長いスタックの伸びが、それぞれのリジッドな接続リンクの、大きなまたは増幅された変位を引き起こすものである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１１】
１つのまたはそれぞれの細長いスタックが、逆圧電効果を生じるように適合された圧電材料である、請求項１０に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１２】
当該ひずみ／電位変換器が、変位センサーの状態になっており、リジッドなビームと、１つのまたはそれぞれのリジッドな接続リンクとの間の相互の接続の地点の変位が、誘電物質からなる１つのまたはそれぞれの細長いスタックの電気的接触器同士の間の電位差を引き起こすものである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１３】
１つのまたはそれぞれの細長いスタックが、直接的圧電効果を生じるための圧電材料アダプターである、請求項１２に記載のひずみ／電位変換器。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の変換器を複数有し、該変換器が、単一の変位の入力／出力および単一の電位入力／出力を有するように組み合わされている、複合のひずみ／電位変換器。
【請求項１５】
光学系において使用されるマニピュレーティング装置であって、該マニピュレーティング装置は、
光学素子を保持するためのフレームを含み、かつ、
複数の変位ジェネレーターを含み、各変位ジェネレーターは、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第１の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第１の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれ向い合っている該端部の間を横断して延びかつ互いに連結しており、その配置構成が、細長いスタックの長手方向の変形が、リジッドなビームの該向い合っている端部の対応するトランスバース方向の変位を引き起こすようになっている配置構成であり、
これら変位ジェネレーターは、該フレームに作用するように接続され、かつ、アンカー部材に対する該フレームの変位を選択的に発生させるように該アンカー部材に作用する接続を行うための接続手段を有している、
前記マニピュレーティング装置。
【請求項１６】
それぞれの変位ジェネレーターのベースが、アンカー部材に接続されている、請求項１５に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項１７】
アンカー部材が、変位ジェネレーターのためのベースを形成し、各変位ジェネレーターのリジッドなビームの第２の端部が、フレームに接続されている、請求項１６に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項１８】
変位ジェネレーターが対称的に配置されている、請求項１５または請求項１６または請求項１７に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項１９】
変位ジェネレーターが平面に配置されている、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２０】
フレームが円形であり、変位ジェネレーターがフレームから放射状に外側に延びている、請求項１９に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２１】
フレームと各変位ジェネレーターとの間の相対的な変位が、フレームに保持されている光学素子の軸に関して長手方向になるように、変位ジェネレーターが配置されている、請求項２０に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２２】
変位ジェネレーターが、偶数個であり、かつ対向するペアとして配置されており、各対向するペアの変位ジェネレーターは、別の対向するペアと同じ方向および反対の方向を向いており、
変位ジェネレーターが少なくともほとんど圧縮状態で作動させられるように、変位ジェネレーターには予めの応力が与えられており、
変位ジェネレーターの１つのペアにおいて予めの応力を与えている荷重は、変位ジェネレーターの他のペアにおいて予めの応力を与えている荷重によってバランスを保たれており、
予めの応力を与えている荷重はフレームに伝達され、
フレームまたは光学素子と組み合わされたフレームは、そのポジションにおいては、該予めの応力を与えている荷重同士を釣り合わせるようにリジッドである、請求項２１に記載のマニピュレーティング装置。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のマニピュレーティング装置の組合せ体であって、当該組合せ体は、スタックを駆動するための変動電位差を選択的に発生させるように制御が可能である、前記組合せ体。
【請求項２４】
電位のジェネレーターが、複数の変位ジェネレーターまたは変位ジェネレーターのペアに対応した複数の出力を有する固体ジェネレーターであり、当該組合せ体が、電位のジェネレーターを管理または制御するためのソフトウェア若しくはロジックを含む、請求項２３に記載の組合せ体。
【請求項２５】
マイクロスキャン装置であって、
光学レシーバを含み、
該光学レシーバの方向を向いた光学系を含み、
請求項１５〜２４のいずれか１項に記載のマニピュレーティング装置を含み、
光学素子がフレームに保持されて該光学系の一部を形成しており、マイクロスキャンを行うために該光学系を介して投影された光学ビームを選択的かつ変動的に屈折させるように、該マニピュレーティング装置が操作可能である、前記マイクロスキャン装置。
【請求項２６】
複合のひずみ／電位変換器であって、
第１の単独のひずみ／電位変換器と、第２の単独のひずみ／電位変換器とを有する複合構造からなり、各第１および第２の単独の変換器は、
リジッドなベースを有し、
誘電物質からなる細長いスタックを有し、該スタックは、該誘電物質の電気変形と関係付けられた電位を受けるように配置された電気的接触器を有しており、細長いスタックの第１の端部は、スタックヒンジポジションにて該ベースにヒンジで取り付けられており、
リジッドなビームを有し、該ビームは、その第１の端部において、該ベースにビームヒンジポジションにおいてヒンジで取り付けられており、細長いスタックからトランスバース方向に間隔を置いて配置されており、かつ、細長いスタックに沿って概して長手方向に延びており、
リジッドな接続リンクを有し、該接続リンクは、細長いスタックの第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部と、リジッドなビームの該第１のヒンジが取り付けられた端部とは反対側の端部とを、これらそれぞれ向い合っている該端部の間を横断して延びかつ互いに連結しており、その配置構成が、細長いスタックにおける長手方向の変形と、リジッドなビームの前記向い合った端部におけるトランスバース方向の変位とが、因果関係にあるように接続された配置構成となっており、
該第１および第２の単独の変換器は、共通の平面に互いに並んで配置されており、該第１および第２の単独の変換器のそれぞれのリジッドな接続リンクにヒンジ取り付けされた変位部材を、当該複合の変換器が有している、
前記複合のひずみ／電位変換器。
【請求項２７】
第１および第２の単独の変換器が、鏡像状であり、かつ鏡像状となるよう配置されている請求項２６に記載の複合のひずみ／電位変換器。
【請求項２８】
第１および第２の単独の変換器が共通のリジッドなベースを有している請求項２６または請求項２７に記載の複合のひずみ／電位変換器。
【請求項２９】
変位部材がソリッドな細長いヒンジを介して取り付けられており、該ヒンジが、変位の方向に延びており、かつ、それぞれのリジッドなビームにおける変位に対してトランスバースの方向にのみ変位を可能としている、請求項２６または請求項２７または請求項２８に記載の複合のひずみ／電位変換器。
【国際調査報告】
2004523369.tif 000036
2004523369.tif 000037
2004523369.tif 000038