ES2325040T3 - Espejo bimorfo con dos capas piezoelectricas. - Google Patents

Abstract

Un espejo bimorfo que presenta unas capas primera y segunda de cerámica piezoeléctrica, así como al menos un electrodo que permite variar al menos una curvatura del espejo en función de al menos un voltaje eléctrico aplicado a las cerámicas piezoeléctricas, caracterizado porque las capas primera (1) y segunda (2) de cerámica piezoeléctrica se forman de una pluralidad de elementos cerámicos situados uno al lado del otro en al menos una dirección a lo largo de los planos de corte perpendiculares a las caras principales de dichas capas, y por que los planos de corte (212, 223, ...) de dicha segunda capa (2) están desplazados en al menos una dirección paralela a dichas caras principales con relación a los planos de corte (112, 123, ...) de dicha primera capa (1), tal como la estructura se haya hecho rígida.

Description

Espejo bimorfo con dos capas piezoeléctricas.

La presente invención tiene por objeto un espejo bimorfo. Un espejo bimorfo se realiza de manera clásica por superposición de dos cerámicas piezoeléctricas y, al menos, un electrodo de control esta dispuesto en la interface entre las dos cerámicas para variar la curvatura del espejo en función de un voltaje eléctrico aplicado a las cerámicas piezoeléctricas. Por esto, cuanto más pequeño es el espejo más importante es la variación del radio de curvatura.

Además, en la fabricación de las cerámicas se conocen las limitaciones en lo que se refiere a la anchura máxima que puede obtenerse, lo que tiene como consecuencia la obligación de realizar ensamblajes con los segmentos de cerámica, lo que influye en la rigidez y/o en la estabilidad del espejo bimorfo. En particular, la rigidez y la estabilidad son parámetros importantes para el pulido del espejo que tiene lugar necesariamente después del ensamblaje del espejo bimorfo. Un espejo bimorfo se publica en el documento US 2003 107 828.

Un objeto de la invención es un espejo bimorfo que presente una rigidez más elevada que un espejo de la Técnica Anterior.

Otro objeto de la invención es un espejo bimorfo que presente una estabilidad más elevada que un espejo de la Técnica Anterior.

Todavía otro objeto de la invención es un espejo bimorfo que pueda realizarse en grandes dimensiones, por ejemplo, de alrededor de un metro.

Al menos un objeto anteriormente citado se logra gracias a un espejo bimorfo que presenta unas capas primera y segunda de cerámica piezoeléctrica así como al menos un electrodo que permite variar al menos una curvatura del espejo en función de al menos un voltaje eléctrico aplicado a las cerámicas piezoeléctricas, caracterizado porque las capas primera y segunda están separadas por un alma central, de un material tal como vidrio o sílice que forma una viga semirrígida.

El espesor e del alma central está comprendido, por ejemplo, entre 1 mm y 80 mm, y puede ser superior a 2 mm o a 3 mm, o aún a 5 mm. El espesor total E del espejo bimorfo está comprendido, por ejemplo, entre 10 mm y
150 mm.

El espejo bimorfo puede caracterizarse por que las capas primera y segunda de cerámica piezoeléctrica están formadas por una pluralidad de elementos cerámicos situados uno al lado del otro a lo largo de dichos planos de corte, y por que los planos de corte de la mencionada segunda capa están desplazados en al menos una dirección con relación a los planos de corte de la mencionada primera capa.

También puede caracterizarse por que el mencionado desplazamiento entre los elementos piezoeléctricos según al menos una dirección es igual a la mitad de un paso P según el cual los elementos piezoeléctricos están dispuestos en esta dirección.

La invención se comprenderá mejor con la ayuda de la descripción que va a seguirse, dada como ejemplo no limitante, en relación con los dibujos en los cuales:

- la figura 1 ilustra un espejo bimorfo de la Técnica Anterior,

- la figura 2 ilustra un espejo bimorfo según la presente invención,

Las figuras 3a a 3d representan un espejo bimorfo según un modo de realización preferido de la invención, siendo la figura 3a una vista lateral, la figura 3b un detalle ampliado de lo enmarcado por un círculo en la figura 3a, y la figura 3c una vista según B, mientras que la figura 3d ilustra los electrodos de pilotaje.

Según la figura 1, un espejo bimorfo de la Técnica Anterior incluye dos capas cerámicas piezoeléctricas apiladas 1 y 2, puestas emparedadas entre dos capas 3 y 4, denominadas exteriores, de cristal o de silicio, de las cuales una al menos se utiliza como espejo. Estos espejos, utilizados principalmente en óptica adaptativa, tienen una curvatura que varía en función de un voltaje eléctrico aplicado a las cerámicas piezoeléctricas.

Sin embargo, el espesor de los espejos bimorfos se limita a un valor de alrededor de 25 mm por el espesor de las cerámicas piezoeléctricas cuya fabricación define un espesor máximo y por el espesor de las capas exteriores 3 y 4, pues cuando este espesor aumenta, la curvatura dinámica del espejo disminuye.

Según la invención, se interpone entre las capas 1 y 2 una capa central o alma 5 de un material tal como vidrio o sílice.

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Este alma 5 presenta varias ventajas:

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permite mejorar la eficacia de cada cerámica al aumentar la distancia con la fibra neutra del espejo, que se sitúa prácticamente en el plano medio del alma 5,

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permite añadir un espesor que aumente la inercia del espejo y, por tanto, su rigidez y su estabilidad,

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por el hecho de que es continua a lo largo de la longitud del espejo, presenta un efecto muy favorable sobre la estabilidad, pues actúa como una viga semirrígida. Esto permite realizar espejos de gran longitud, por ejemplo de un metro, sin pérdida de estabilidad ni de escala de curvatura.

El espesor e de este alma central 5 puede definirse en función de las características de curvatura buscadas. En efecto, un aumento de este espesor aumenta la rigidez del espejo, pero también la eficacia de los actuadores piezoeléctricos con motivo de su alejamiento progresivo de la fibra neutra. A cada espesor, corresponde así una característica de curvatura en función del voltaje aplicado. El espesor adecuado puede, por tanto, determinarse experimentalmente o con la ayuda de un cálculo de deformaciones por elementos finitos. En la práctica, es ventajoso poner en práctica un espesor e comprendido entre 1 y 80 mm. El espesor e del espejo bimorfo está comprendido, por ejemplo, entre 10 mm y 150 mm y, principalmente, superior a 25 mm.

Las figuras muestran capas piezoeléctricas que se forman de una pluralidad de elementos cerámicos 11, 12 y 21, 22 colocados uno al lado del otro según una dimensión o según una red de dos dimensiones a lo largo de los planos de corte (112, 123, 134, ..., 178, 212, 223, 234, ..., 267) que son perpendiculares a las caras principales 6, 7, 8, 9 de dichas capas 1 y 2.

Ventajosamente, la invención prevé (véanse las figuras 3a y 3c) desplazar paralelamente a las mencionadas caras principales los planos de corte (212, 223, 234, ..., 267) de la capa 2 con relación a los planos de corte (112, 123,
134, ..., 178) de la capa 1, por ejemplo desplazándolos la mitad de un paso, según al menos una dirección paralela a esas caras principales. Esto permite hacer rígida la estructura, incluso aunque no incorpore el alma 5.

Las figuras 3a a 3d muestran la disposición de los electrodos de control de las capas cerámicas 1 y 2. Existe, en primer lugar, entre las capas 1 y 3 un electrodo común 45 continuo en toda la longitud del espejo con una toma de contacto lateral 45_{1} (Fig. 3d), y entre las capas 2 y 4 un electrodo común 65 continuo en toda la longitud del espejo con una toma de contacto lateral 65_{1} (Fig. 3d). Existe, después, entre la capa 1 y el alma 5 una pluralidad de electrodos de pilotaje designados por la referencia general 30. Hay así, en este ejemplo, 14 electrodos de pilotaje 31 a 44 con tantas zonas de tomas de contacto sobre un borde lateral del dispositivo para pilotar la capa 1. Existe, por último, entre la capa 3 y el alma 5 una pluralidad de electrodos de pilotaje designados por la referencia general 30. Hay así, en este ejemplo, 14 electrodos de pilotaje 51 a 64 dispuestos frente a los electrodos 31 a 44, para pilotar la capa 3, con tantas zonas de tomas de contacto sobre un borde lateral del dispositivo.

Estando los elementos piezoeléctricos de las capas 1 y 2 montados de manera clásica con las polaridades invertidas, un mismo voltaje aplicado a los electrodos de pilotaje enfrentados (31, 51; 32, 52; etc.) produce un desplazamiento de compresión para una de las capas y de tracción para la otra y de ahí un movimiento de curvatura del espejo ya que las capas 1 y 2 están dispuestas a una y otra parte de la fibra neutra.

Claims (2)

1. Un espejo bimorfo que presenta unas capas primera y segunda de cerámica piezoeléctrica, así como al menos un electrodo que permite variar al menos una curvatura del espejo en función de al menos un voltaje eléctrico aplicado a las cerámicas piezoeléctricas, caracterizado porque las capas primera (1) y segunda (2) de cerámica piezoeléctrica se forman de una pluralidad de elementos cerámicos situados uno al lado del otro en al menos una dirección a lo largo de los planos de corte perpendiculares a las caras principales de dichas capas, y por que los planos de corte (212, 223, ...) de dicha segunda capa (2) están desplazados en al menos una dirección paralela a dichas caras principales con relación a los planos de corte (112, 123, ...) de dicha primera capa (1), tal como la estructura se haya hecho rígida.

2. Un espejo bimorfo según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho desplazamiento entre los elementos piezoeléctricos según al menos una dirección es igual a la mitad de un paso P según el cual los elementos piezoeléctricos están dispuestos en esta dirección.