LT96116A - Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror - Google Patents
Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror Download PDFInfo
- Publication number
- LT96116A LT96116A LT96-116A LT96116A LT96116A LT 96116 A LT96116 A LT 96116A LT 96116 A LT96116 A LT 96116A LT 96116 A LT96116 A LT 96116A
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- mirror
- bimorphic
- glass
- piezoceramic
- plates
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 24
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 20
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 18
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002355 dual-layer Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
- G02B5/10—Mirrors with curved faces
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Description
1
DAUGIASLUOKSNIS PJEZOELEKTRINIS DEFORMUOJAMAS BIMORFINIS VEIDRODIS
TECHNIKOS SRITIS Išradimas priklauso valdomajai optikai ir gali būti panaudotas statiniam ir dinaminiam spinduliavimo valdymui bangų frontu įvairiuose optiniuose prietaisuose ir sistemose, taip pat ir astronomoniuose teleskopuose, pramoninėje lazerinėje technikoje, o taip pat optinėse derinimo ir sekimo sistemose.
TECHNIKOS LYGIS Žinomas neaušinamas deformuojamas bimorfinis veidrodis, turintis dvi pjezoelektrines plokštes, viena iš kurių yra atspindinti, ir 13 nepriklausomų sekcijinių valdomų elektrodų ( žiūr. J.-P. Gaffard, P. Jagourel, P. Gigan. Adaptive Optics.Description of available components at Laserdot. - Proc. SPIE, 1994, vol. 2201, p. 688-702). Atspindinčio paviršiaus deformacijos šiame bimorfiniame veidrodyje gaunamos dėka to, kad aktyvioje bimorfinėje struktūroje, vykstant pjezokeramikos deformacijai lygiagrečia optiniam paviršiui kryptimi dėl atbulinio skersinio pjezoelektrinio efekto, atsiranda lenkimo momentas. Didžiausia optinio paviršiaus valdomų poslinkių amplitudė šiame veidrodyje gaunama esant maksimaliai elektros įtampai (400 V) tuo pačiu metu visuose valdomuose elektroduose, bet ne didesnė 10 pm. Šio bimorfinio veidrodžio trūkumai yra tokie: maža atspindinčio paviršiaus valdomų deformacijų amplitudė, nepakankamas jautrumas (ne daugiau 25 pm/kV), didelis optinio paviršiaus formavimo darbo imlumas, bloga kokybė ir pradinės formos stabilumas, o taip pat nepakankamas veidrodžio atsparumas įr patikimumas. 2 Žinomas daugiasluoksnis pjezoelektrinis deformuojamas bimorfinis veidrodis, turintis korpusą, kuris yra stiklinės su dangteliu ir atspindinčiu paviršiumi vidurinėje stiklinės dugno dalyje pavidalo, ir pjezoelektrinį elementą, pritvirtintą ant stiklinės dugno vidinės pusės, ir kuris turi tilpti atspindinčio paviršiaus ribose ( žiūr. SU patentą Nr 1808159). Veidrodis turi papildomą pjezoplokštelę, patalpintą tarp atspindinčios ir pagrindinės pjezokeraminių plokščių, ir standžiai sujungtą su jomis. Papildoma plokštė naudojama priklausomai nuo pagrindinės, tai yra jos valdantis elektrodas neturi elektros kontakto su kitais elektrodais. Šios papildomos pjezoplokštės paskirtis - stabilizuoti reperinę atspindinčio veidrodžio paviršiaus formą, sumažinti jo elektromechaninę histerėzę ir, esant tam tikroms sąlygoms, padidinti atspindinčio paviršiaus valdomų poslinkių diapazoną. Šiuo atveju atspindinčio paviršiaus deformacijos gaunamos dėl kiekvienos pjezoplokštės lenkimo momento ir jų tolimesnės superpozicijos. Kiekviena pjezoplokštė deformuojasi lygiagrečiai atspindinčiam paviršiui dėl atgalinio skersinio pjezoelektrinio efekto. Šio veidrodžio trūkumai: elektros potencialo atsiradimas ant metalinio veidrodžio korpuso, maža atspindinčio paviršiaus valdomų deformacijų amplitudė (maks. 11,2 ųm ), nepakankamas jautrumas (maks. 37,3 μΓη/V),didelės optinio paviršiaus formavimo darbo sąnaudos, bloga jo pradinės formos kokybė ir stabilumas, taip pat mažas veidrodžio atsparumas ir patikimumas.
IŠRADIMO ESMĖS APRAŠYMAS
Techninis rezultatas, kuriam pasiekti tarnauja išradimas, glūdi deformuojamų bimorfinių veidrodžių optinio paviršiaus valdomų poslinkių amplitudės padidinime ir veidrodžių jautrumo pagerinime. Be to, ši konstrukcija leidžia sumažinti veidrodžio optinio paviršiaus formavimo darbo sąnaudas, pagerinti veidrodžio kokybę ir jo pradinės formos stabilumą, padidinti veidrodžio atsparumą ir patikimumą, o taip pat užtikrinti atspindinčio paviršiaus tolygią deformaciją. 3
3 C Šis techninis rezultatas pasiekiamas tuo, kad daugiasluoksnis pjezoelektrinis deformuojamas bimorfinis veidrodis sudarytas iš korpuso, kuris yra stiklinės su dangteliu ir atspindinčiu paviršiumi vidinėje stiklinės dugno dalyje pavidalo, ir pjezoelektrinio elemento, pritvirtinto ant vidinės stiklinės dugno dalies, ir kuris turi tilpti atspindinčio paviršiaus ribose, pagal išradimą pjezoelektrinis elementas pagamintas iš nuosekliai lygiagrečiai vidiniam stiklinės dugno paviršiui išdėstytų bent jau dviejų pjezoplokščių su elektrodais jų skirtingose pusėse, elektrodai padaryti vientisi, gretutinių pjezoplokščių poliarizacijos vektoriai nukreipti priešingomis kryptimis, o jų vienodi elektrodai elektriškai tarp savęs sujungti, be to, stiklinė pagaminta kaip viena detalė su kintamo storio dugnu, o atspindintis paviršius padarytas vidurinėje dugno dalyje, kuri yra didelio storio. Pageidautina, kad stiklinės dugnas būtų pagamintas taip, kad jį būtų galima atvėsinti, gretimos pjezoplokštės būtų sunertos viena su kita per bendrą elektrodą, o korpuso ertmė būtų užpildyta elastiniu hermetikliu.
Bimorfinio veidrodžio optinio paviršiaus valdomų poslinkių amplitudės padidinimas ir veidrodžio jautrumo pagerinimas gaunamas dėl šių priežasčių: 1) dėl papildomų lenkimo momentų, atsirandančių naudojant kiekvieną papildomą plokštę, tai įmanoma realizuoti dėl to, kad pjezoelektrinis elementas sudarytas bent jau iš dviejų pjezoplokščių arba yra daugiasluoksnės, 2) dėl visų pjezokeraminių plokščių sinchroninių ir sinfazinių (t.y. lygių dydžiais ir ženklais) deformacijų, kurios gaunamos dėl to, kad visi elektrodai yra ištisiniai, gretimų plokščių poliarizacijos vektoriai nukreipti į priešingas puses, o jų vienodieji elektrodai elektriškai sujungti tarp savęs, 3) dėl atspindinčios plokštės (t.y. stiklinės korpuso dugno) ir jos periferinės dalies standumo sumažėjimo, ir taip pat, kad naudojamas labiau elastingas atspindinčios plokštės tvirtinimas. Tai užtikrinama tuo, kad stiklinė pagaminta vientisa su kintamo storio dugnu, be to, atspindintis paviršius yra dugno viduryje, kuris yra didelio storio. 4 4 r Būtina pažymėti, kad pirmąją aukščiau išvardintą priežastį turi vėsinsimas bimorfinis veidrodis, kuris yra artimiausias analogas. Iš tikrųjų, naudojant veidrodžio konstrukcijoje antrą pjezoplokštę, jai deformuojantis 5 atsiranda papildomas lenkimo momentas, kuris sumuojasi su lenkimo momentu, atsirandančiu deformuojantis pirmai pjezoplokštei. Bet, šiuo atveju, suminio lenkimo momento, kuris atsiranda dvisluoksnėje bimorfinėje struktūroje, padidėjimas (ir tuo pačiu atspindinčio paviršiaus deformacijų amplitudės ir veidrodžio jautrumo padidėjimas) gali ir nevykti, 10 dėl to, kad pereinant nuo vienasluoksnio bimorfinio veidrodžio prie dvisluoksnio, atsiranda trijų faktorių konkurencija: 1) egzistuojančio lenkimo momento padidinimas papildomu lenkimo momentu, kuris atsiranda dėl naujos pjezoplokštės, 2) lyginant su vienasluoksniu veidrodžiu, lenkimo momento dydžio, 15 dėl pirmos plokštės deformacijų, sumažėjimas, dėl to, kad dviejų sluoksnių veidrodyje šiam lenkimo momentui būtina kompensuoti pasipriešinimą ne tik nuo atspindinčios plokštės, bet taip pat ir antros (naujos) pjezoplokštės pasipriešinimą, 3) prie jau esančio lenkimo momento prisumavimas papildomo 20 lenkimo momento, atsirandančio bimorfinėje struktūroje “ pirmoji (senoji) pjezoplokštė - antroji (naujoji) pjezoplokštė “, t.y. dėl abiejų pjezoplokščių deformacijų, kurios vyksta kartu.
Aišku, kad lyginant bimorfinio veidrodžio optinio paviršiaus valdomų poslinkių amplitudės padidėjimą ir jo jautrumo pagerėjimą, 25 pirmasis iš šių faktorių yra teigiamas, o antrasis - neigiamas. Trečio faktoriaus teigiamas veikimas pasireiškia tik tuomet, kai bimorfinėje struktūroje “ pirmoji pjezoplokštė - antroji pjezoplokštė “ atsirandantis papildomas lenkimo momentas savo ženklu sutampa su momentu, atsirandančiu dėl pirmos (senosios) pjezoplokštės deformacijų. O tai, 30 savo ruožtu, įmanoma tik tada, kai (antros) naujosios pjezoplokštės deformacijos ženklu sutampa su pirmos (senos) plokštės deformacijomis ir yra didesnis savo dydžiu. Visais kitais atvejais trečio faktoriaus veikimas 5 5 / yra neigiamas, netgi tuo atveju, kai abiejų pjezoplokščių deformacijos ženklais sutampa, bet skiriasi viena nuo kitos savo dydžiais. Iš to, kas pasakyta aukščiau, aišku, kad pereinant nuo vienasluoksnio veidrodžio prie dvisluoksnio, pirmieji du faktoriai yra principiniai, esantys visada ir, aišku, antras faktorius iš esmės nepašalinamas. Trečio faktoriaus veikimą galima išnaudoti naudingai, tuo atveju, kai naudojant bimorfinį veidrodį, užtikrinama, kad bet kuriuo laiko momentu antros pjezoplokštės valdoma įtampa būtų to paties ženklo kaip ir pirmos pjezoplokštės, be to, jo dydis turi būti didesnis negu paskutiniosios. Tačiau visi tokio valdymo variantai dvisluoksniame bimorfiniame veidrodyje yra labai nepatogūs. Iš tikro, pirmiausia, visais panašiais atvejais būtina turėti du elektriškai nepriklausosmus valdymo kanalus. Antra, valdymo įtampos reikšmę antroje pjezoplokštėje pastoviai reikia lyginti (palaikyti tokią pačią reikšmę) su įtampos reikšme pirmoje pjezoplokštėje, tai labai nepatogu, esant dinaminiam veidrodžio darbo režimui.
Pereinant nuo dviejų sluoksnių veidrodžio prie trisluoksnio ir toliau prie daugiasluoksnio, visų trijų aukščiau minėtų faktorių veikimas stiprėja, o būtent: 1) papildomo lenkimo momento sumavimasis prie jau egzistuojančio lenkimo momento mažėja prijungiant kiekvieną naują pjezoplokštę, dėl to, kad bendras bimorfinės struktūros standumas vis labiau didėja, 2) mažėja lenkimo momentų, gaunamų dėl jau esančių visų pjezoplokščių deformacijų, o ne tik dėl pirmos, todėl, kad kiekvienai pjezoplokštei, esančiai daugiasluoksniame veidrodyje, būtina kompensuoti atspindinčios plokštės ir visų kitų pjezoplokščių pasipriešinimą, reikšmės, 3) sumuojasi papildomi lenkimo momentai, atsirandantieji visose bimorfinėse struktūrose, suformuotose kiekviena gretimų pjezoplokščių pora. 5 6
Analogiškai, kaip ir dvisluoksniame bimorfiniame veidrodyje, taip pat ir daugiasluoksniame veidrodyje gauti techninį rezultatą (t. y. padidinti jautrumą ir deformacijų amplitudės) vien dėl pjezoplokščių skaičiaus padidinimo nepavyksta. Be to, gauti teigiamą trečiojo faktoriaus veikimą ( t.y., kai visų pjezoplokščių valdanti įtampa yra vienpoliarė, be to, jos dydis kiekvienai sekančiai pjezoplokštei yra didesnis negu prieš ją esančios plokštės) dar sudėtingiau, negu dvisluoksnėje, ir dinamikoje praktiškai neįmanoma. Dėl to, praktiškai, trečiasis faktorius visada deformacijų amplitudėms turės neigiamą įtaką. Išeitis iš susidariusios padėties pagal šį išradimą yra trečiojo faktoriaus pašalinimas, tai įmanoma dėl to, kad visi kiekvienos poros gretimų pjezoplokščių viena su kita sujungimai ne bimorfiniai. Tai realizuojama tuo atveju, kai bet kurios dvi gretimos pjezoplokštės deformuojasi visiškai vienodai arba, kitaip sakant, kai, esant kitoms vienodoms sąlygoms, visoms pjezoplokštėms paduodama vienoda valdymo įtampa. Būtent dėl to, visų pjezoplokščių deformacijos yra sinchroninės ir sinfazinės, o tai, kaip jau buvo pažymėta ( žiūr 2punktą 3 psl.), yra antroji priežastis, kuri padeda pasiekti numatytą techninį rezultatą. Šiuo atveju, esminis skiriamasis požymis yra tai, kad visi elektrodai pagaminti vientisi, gretimų pjezoplokščių poliarizacijos vektoriai yra nukreipti priešingomis kryptimis, o jų vienavardžiai elektrodai elektriškai sujungti tarp savęs. Tokiu atveju, tik šio skiriamojo požymio derinimas su pirmuoju (kai pjezoelektrinis elementas suformuotas bent jau iš dviejų pjezoplokščių arba yra daugiasluoksnis) leidžia gauti nurodytą techninį rezultatą. Iš kitos pusės, būtina pažymėti, kad netgi pašalinus trčiąjį iš išnagrinėtų faktorių, pirmųjų dviejų konkurencija vistiek pasilieka. Tai apsprendžia optimalaus papildomų pjezoplokščių kiekio egzistavimą, žiūrint iš daugiasluoksnio bimorfinio veidrodžio jautrumo padidėjimo ir taip pat padidėjimo jo valdomų deformacijų. Tai yra, kiekvienos naujos pjezoplokštės pridėjimas ( netgi ją orientuojant ir jungiant nurodytu 7 7
reikiamu būdu) nepadidina deformacijų amplitudės ir jautrumo, o juos mažina. Kitais žodžiais sakant, tolimesnis pjezoplokščių skaičiaus didinimas sukuria tokį daugiasluoksnės bimorfinės struktūros standumo dydį, kuris neleis gauti reikiamą techninį efektą. 5 Šiame išradime siūloma tokia išeitis iš šios situacijos: kompensuojamas daugiasluoksnės bimorfinės struktūros standumo padidėjimas, be to, su pertekliumi, elastiškesniu , lyginant su artimiausiu analogu, jo tvirtinimu prie veidrodžio korpuso. Dėl to užtenka sumažinti atspindinčios plokštės ( t. y. stiklinės korpuso dugno) standumą jos 10 periferinėje dalyje, o tai, kaip buvo pažymėta aukščiau, yra trečia priežastis, padedanti gauti reikiamą techninį sprendimą. Čia atitinkamas skiriamasis požymis yra toks, kad stiklinė pagaminta kaip vientisa detalė su kintamo storio dugnu, be to, atspindintis paviršius yra vidurinėje didelio storumo dugno dalyje. Tokiu būdu, tik visų nurodytų skiriamųjų požymių 15 suderinimas leidžia žymiai ir garantuotai padidinti daugiasluoksnio bimorfinio veidrodžio optinio paviršiaus valdomų poslinkių amplitudę, t. y. garantuotai gauti esminį, aukščiau nurodytą, techninį rezultatą.
Kitais žodžiais tariant, požymių, charakterizuojančių korpuso ir pjezoelektrinio elemento pagaminimą, derinys įgalina sumažinti elemento, 20 išlaikančio atspindintį paviršių, ir pjezoelektrinio elemento suminį standumą, o tai leidžia žymiai padidinti veidrodžio jautrumą. Nors jau žinomas gretimų pjezoplokščių su poliarizacijos vektoriais, nukreiptais į priešingas puses, panaudojimas (žiūr. JAV patentą N4257686). Tačiau, tik nurodytų požymių ir požymių, charakterizuojančių korpuso gamybos 25 formą ir elektrodų išdėstymą, derinys leidžia pasiekti aukščiau nurodytą techninį rezultatą, užtikrinant suderintą elemento, laikančio atspindintį paviršių, ir pjezoelektrinį elementą, masės mažėjimą ir suminį visų išvardintų elementų standumą.
Jeigu užtikrintas minimaliai galimas pjezoelektrinių plokščių, 30 sudarančių daugiasluoksnę bimorfinę struktūrą, storis, o jų skaičius proporcingai padidintas, tai užtikrinamas veidrodžio jautrumo padidėjimas, tai vyksta dėl valdymo įtampos mažėjimo. Šis rezultatas - tai 8 pasekmė to, kad bimorfinio veidrodžio jautrumas yra jo optinio paviršiaus deformacijos dydžio santykis su pridėta valdymo įtampa.
Darbo imlumo sumažinimas, formuojant optinį bimorfinio veidrodžio paviršių, ir jo išeities formos kokybės padidinimas užtikrinamas dėl to, kad stiklinė pagaminta kaip vientisa detalė su besikeičiančio storio dugnu, be to, atspindintis paviršius yra vidurinėje didelio storio dugno dalyje.
Tiesioginėmis priežastimis, išplaukiančiomis iš šių siūlomo išradimo skirtumų, kurios leidžia pasiekti nurodytą rezultatą, yra: a) labiau vienalytis ir tolygus veidrodžio optinio paviršiaus kontaktas su apdirbimo įrankiu (poliruokliu) jį poliruojant, b) korpuso periferija (t.y. stiklinės sienelės nuo jo dugno pusės) nepatenka į poliravimo plotą.
Kitas daugiasluoksnio pjezokeraminio deformuojamo bimorfinio veidrodžio skirtumas yra toks, kad didinant veidrodžio paprastumą ir jo konstrukcijos patogumą, gretimos pjezoplokštės sunertos tarp savęs per joms bendrą elektrodą. Iš esmės, šiuo atveju, vietoje dviejų elektrodų dviejų skirtingų gretimų pjezoplokščių naudojamas tik vienintelis elektrodas, kuris patalpintas vietoje šių plokščių jungties.
Dar vienas siūlomo išradimo skirtumas yra toks, kad korpuso ertmė užpildyta elastiniu hermetikliu. Veidrodžio optinio paviršiaus formavimui sunaudojamo darbo sumažinimas ir veidrodžio išeities formos kokybės padidinimas gaunamas dėl poliruoklio spaudimo slopinimo elastiniu hermetikliu į atspindinčią veidrodžio plokštę, vykstant veidrodžio poliravimui, dėl to, užtikrinamas labiau vienalytis ir tolygus veidrodžio optinio paviršiaus ir poliruoklio kontaktas. Veidrodžio pradinis atspindinčio paviršiaus stabilumas, o taip pat jo atsparumo ir patikimumo padidinimas gaunamas dėl vidinių smogiamųjų, vibruojančių ir kitų apkrovų, veikiančių veidrodžio korpusą jį eksploatuojant, slopinimo elastiniu hermetikliu. Veidrodžio patikimumas gaunamas dėl to, kad hermetiklis saugo veidrodžio vidinį įrenginį nuo tiesioginio pažeidimo. Be to, elastinio hermetiklio panaudojimas pasitarnauja stiklinės dugno grįžimui į pradinę 9 9Si padėtį. Tokiu būdu, šis išradimas atitinka patentabilumo kriterijų: naujumą (N), išradybinį lygį (IS) ir pramoninį pritaikomumą (IA).
Nurodyti išradimo privalumai bus aiškūs iš jo konstrukcijos aprašymo ir brėžinio, kuris charakterizuoja įrenginį.
TRUMPAS BRĖŽINIO APRAŠYMAS
Figūroje 1 pavaizduotas bendras daugiasluoksnio pjezokeraminio deformuojamo bimorfinio veidrodžio vaizdas.
TINKAMIAUSIAS IŠRADIMO ĮGYVENDINIMO VARIANTAS
Pjezokeraminis deformuojamas bimorfinis veidrodis turi korpusą 1, kaip vientisą detalę - stiklinę su dangteliu 2 ir atspindinčiu paviršiumi 3 ant korpuso 1 dugno vidinės pusės. Be to, dugno vidurinė dalis yra palyginti stora, lyginant su periferine.
Ant dugno vidinio paviršiaus, atspindinčio paviršiaus ribose, pritvirtintas pjezokeraminis elementas, sudarytas iš kelių ( trijų, kaip parodyta fig. 1 ir daugiau) paeiliui išdėstytų lygiagrečiai vidiniam stiklinės dugno paviršiui pjezokeraminių plokščių 4 su ištisiniais valdančiais elektrodais 5, išdėstytais priešingose plokščių pusėse. Gretimų plokščių 4 poliarizacijos vektoriai 6, kaip parodyta fig. 1, nukreipti į priešingas puses. Vienarūšiai elektrodai 5 sujungti laidininkais 7 ir prijungti prie elektros perskyrio 9 laidais 8. Korpuso ertmė 1 gali būti užpildyta hermetikliu 10. Kaip parodyta fig. 1, gretimos plokštės 4 sujungtos tarp savęs per bendrus elektrodus 5. Korpuso 1 dugnas gali būti pagamintas taip, kad jį būtų galima atvėsinti (fig. 1 šis variantas neparodytas).
Daugiasluoksnis pjezoelektrinis deformuojamas bimorfinis veidrodis dirba taip. Per elektros perskyrį 9 prie kiekvienos pjezoplokštės 4 pridedama valdymo įtampa. Iš to seka, visos pjezoplokštės 4 deformuosis dėl atgalinio skersinio pjezoelektrinio efekto. 10
Be to, šios deformacijos visų pjezoplokščių 4 bus vienodos, dėl jų pasirinktos orientacijos ir nurodyto elektrodų 5 sujungimo. Kitaip sakant, trisluoksnė (o ir daugiasluoksnė) pjezostruktūra deformuosis kaip visuma, tai yra kaip monolitinė ekvivalentiško storio pjezoplokštė.
Tokiu būdu, esant pasirinktai pjezoplokščių 4 orientacijai ir nurodytam jų elektrodų 5 sujungimui daugiasluoksnė pjezostruktūra yra ekvivalentiška monolitinei pjezoplokštei.
Turint tai omenyje, lengva suprasti, kad sujungimas “ korpuso 1 dugnas - daugiasluoksnė pjezostruktūra “ ekvivalentiška dviejų monolitinių plokščių sujungimui: atspindinčios ir pjezokeraminės. Toks sujungimas, kaip žinoma ( žiūr. pvz., Kokorovvski S. A. Analysis of adaptive optical elements made from piezoelectric bimorphs.- J. Opt. Soc. Am., 1979, v. 69, N 1, 181-187 psl.), yra pusiau pasyvi bimorfinė struktūra. Iš to seka, paduodant elektros įtampą į pjezokeramiką, atspindintis veidrodžio paviršius 3 deformuosis tam tikru būdu, o būtent, persilenks dėl atsirandančio bimorfinėje struktūroje lenkimo momento. Be to, sutinkama su atliktu anksčiau stebėjimu dėl visų nurodytų skiriamųjų požymių suderinamumo, aprašytas techninis sprendimas garantuoja žymų optinio veidrodžio paviršiaus valdomų poslinkių amplitudės padidėjimą.
Kadangi deformuojamo veidrodžio jautrumas yra jo atspindžio paviršiaus deformacijų dydžio santykis su pridėta valdymo įtampa, tai iš pateikto nagrinėjimo aišku, kad siūlomame daugiasluoksniame bimorfiniame veidrodyje visų skiriamųjų požymių, charakterizuojančių korpuso ir pjezoelektrinio elemento gamybą, derinys taip pat užtikrina garantuotą žymų jautrumo padidėjimą, lyginant su žinomais analogais. Akivaizdu, kai bimorfinio veidrodžio konstrukcijoje naudojama ne trys, o daugiau pjezoelektrinių plokščių 4, o taip pat, kai pjezoelementas yra daugiasluoksnis, visi pateikti apmąstymai pasilieka galioti, jeigu išlieka visų pjezoplokščių 4 aukščiau nurodytos orientacijos, jų elektrodų 5 suju ngimai, korpuso 1 pagaminimas.
Didžiausias konstrukcijos paprastumas ir patogumas gaunamas tuo atveju, kai gretimos pjezoplokštės sunertos tarp savęs bendru joms 11 11
elektrodu. Aišku, šiuo atveju, daugiasluoksnis pjezoelementas gali būti suformuotas ne paprastu atskirų pjezoplokščių su iš abiejų pusių uždėtais elektrodais sujungimu, o, pavyzdžiui plonų pjezoelktrinių plokštelių sukepinimu per platiną. Be to, pačios pjezoplokštės neturi valdymo 5 elektrodų, o jų vaidmenį atlieka platininiai tarpikliai. Be to, vykstant sukepinimui, kartu atliekamas pjezoplokštelių terminis apdirbimas, dėl to jos pavirsta į standžias (bet plonas) pjezoplokštes. Tokiu būdu, rezultate, pjezoplokštės daugiasluoksniame pjezoelemente tampa suvertos per bendrą elektrodą. 10 Aukščiau jau buvo aprašyti privalumai, kurie užtikrina elastinio hermetiklio, kuris užpildo veidrodžio korpuso vidinę ertmę, panaudojimą. Lieka pridurti, kad užpildant skystu hermetikliu korpuso ertmę, jam džiūstant, į korpuso sieneles ir pjezoelemento paviršių vyksta jo adhezija. Tokiu būdu, hermetiklis atlieka savotiškos spyruoklės vaidmenį, kuri 15 atspindinčią plokštę (korpuso dugną) grąžina į pradinę padėtį esant bet kokioms apkrovoms, veikiančioms ją gamybos procese arba eksploatuojant veidrodį. Būtina pažymėti, kad pagal panašumą su artimiausiu analogu, atspindinčioji plokštė (korpuso dugnas) gali būti pagaminta, taip, kad ją 20 būtų galima atvėsinti. Pavyzdžiui, ji gali turėti vėsinimo kanalus, išdėstytus tiesiai po veidrodžio atspindinčiu paviršiumi 3, vandeniui arba kitam šaldymo agentui.
Siūlomo daugiasluoksnio bimorfinio veidrodžio svarbus privalumas yra atskirų pjezoplokščių 4 storio sumažinimo galimybė, tai atliekama tam, 25 kad sumažintų valdymo įtampą (nemažinant atspindžio paviršiaus naudingų deformacijų amplitudės) ir, aišku, kad dar labiau padidintų jautrumą. Iš tikro, egzistuojančiuose analoguose vienas pjezoplokštės storis apribotas iš apačios, nes jos standumas turi būti pakankamas atspindinčios plokštės maksikaliam išlenkimui. Savo ruožtu, bimorfinės 30 struktūros bendras storis taip pat apribotas iš apačios, nes jos standumas turi užtikrinti veidrodžio optinės formos susidarymą ir poliravimo galimybę. Tokiu būdu, žinomuose analoguose egzistuoja minimaliai leistinas 12 12
pjezoplokštės storis, kuriam esant galima sukurti efektyvų deformuojamą bimorfinį veidrodį. Iš ankstesnio aprašymo aišku, kad siūlomame daugiasluoksnyje bimorfiniame veidrodyje kokio nors apribojimo minimaliam atskirų 5 pjezoplokščių 4 storiui nėra. Akivaizdu, šiuo atveju galimas nepakankamas pjezostruktūros standumas visumoje lengvai kompensuojamas pjezoelektrinių plokščių 4 skaičiaus padidinimui. Tokiu būdu, siūlomas įrenginys užtikrina žemos įtampos didelio jautrumo vienkanalių deformuojamų bimorfinių veidrodžių su aukšta optinio paviršiaus valdomų 10 poslinkių amplitude sukūrimą.
PRAMONINIS PRITAIKOMUMAS Išradimas gali būti pritaikytas esant standartiniams pramonės 15 įrenginiams panaudojant žinomas medžiagas ir technologines operacijas. Pjezoelektrinės plokštės, naudojamos veidrodžio konstrukcijoje, taip pat yra standartinė pramonės produkcija.
Praktiškai išradimas gali būti panaudotas įvairiose optinėse sistemose, simetriškų ašiai optinių plokštelių iškraipymų tiksliai optinei 20 korekcijai (kompensacijai) atlikti, pavyzdžiui technologinėje lazerinėje įrangoje su “ skraidančia “ optika norint gauti tolygios kokybės suvirinimo siūlę visame darbo plote.
Claims (4)
13 13<w IŠRADIMO APIBRĖŽTIS 1. Daugiasluoksnis pjezoelektrinis deformuojamas bimorfinis 5 veidrodis, turintis stiklinės formos korpusą, pagamintą su dangteliu ir atspindinčiu paviršiumi vidinėje stiklinės dugno pusėje, ir pjezoelektrinį elementą, pritvirtintą ant vidinio stiklinės dugno paviršiaus, kuris yra atspindinčio paviršiaus ribose, besiskiriantis tuo, kad pjezoelektrinis elementas pagamintas iš nuosekliai, lygiagrečiai vidiniam 10 stiklinės dugno paviršiui išdėstytų bent jau dviejų pjezoplokščių su elektrodais priešinguose jų šonuose, elektrodai yra vientisiniai, gretimų pjezoplokščių poliarizacijos vektoriai nukreipti į priešingas kryptis, o jų vienavardžiai elektrodai elektriškai sujungti vienas su kitu, be to, stiklinė yra vientisa detalė su besikeičiančio storio dugnu, o atspindintis paviršius 15 yra vidinėje didelio storio dugno dalyje.
2 Veidrodis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad, stiklinės dugnas yra vėsinamas.
3. Veidrodis pagal 1 arba 2 punktus, besiskiriantis tuo, kad gretimos pjezoplokštės sunertos viena su kita per jų bendrą 20 elektrodą.
4. Veidrodis pagal bet kurį 1-3 punktą, besiskiriantis tuo, kad korpuso ertmė užpildyta elastiniu hermetikliu.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696102312A RU2068191C1 (ru) | 1996-02-12 | 1996-02-12 | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT96116A true LT96116A (en) | 1997-02-25 |
Family
ID=20176622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT96-116A LT96116A (en) | 1996-02-12 | 1996-08-01 | Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0743541A4 (lt) |
| JP (1) | JPH10511188A (lt) |
| KR (1) | KR970706512A (lt) |
| CN (1) | CN1145667A (lt) |
| CA (1) | CA2185320A1 (lt) |
| EE (1) | EE9600178A (lt) |
| HU (1) | HUP9602396A2 (lt) |
| LT (1) | LT96116A (lt) |
| LV (1) | LV11713B (lt) |
| MD (1) | MD960318A (lt) |
| PL (1) | PL322716A1 (lt) |
| RU (1) | RU2068191C1 (lt) |
| SI (1) | SI9620001A (lt) |
| WO (1) | WO1996018919A1 (lt) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6375329B1 (en) | 1996-11-13 | 2002-04-23 | Seiko Epson Corporation | Projector and method of manufacturing a light modulation device |
| JP3695494B2 (ja) | 1996-11-13 | 2005-09-14 | セイコーエプソン株式会社 | 光変調デバイス、その製造方法および表示装置 |
| GB2321114B (en) * | 1997-01-10 | 2001-02-21 | Lasor Ltd | An optical modulator |
| US6874897B2 (en) * | 2000-01-27 | 2005-04-05 | Aoptix Technologies, Inc. | Deformable curvature mirror with unipolar-wiring |
| RU2217849C2 (ru) * | 2000-10-11 | 2003-11-27 | Сафронов Андрей Геннадьевич | Способ управления резонатором лазера и устройство на его основе |
| RU2215275C2 (ru) * | 2001-05-31 | 2003-10-27 | ФГУП "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Пьезоэлектрический датчик быстропеременного давления |
| US20030006417A1 (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-09 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating semiconductor srtuctures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form the same and piezoelectric structures having controllable optical surfaces |
| EP1576408B1 (en) | 2002-12-23 | 2017-03-01 | BAE Systems PLC | Deformable mirror |
| WO2004057398A1 (en) | 2002-12-23 | 2004-07-08 | Bae Systems Plc | Deformable-mirror holder |
| AU2003288566A1 (en) | 2002-12-23 | 2004-07-14 | Bae Systems Plc | Deformable-mirror cooling |
| FR2866122B1 (fr) * | 2004-02-06 | 2006-05-19 | Europ De Systemes Optiques Soc | Miroir bimorphe. |
| DE102007038872A1 (de) | 2007-08-16 | 2009-02-26 | Seereal Technologies S.A. | Abbildungsvorrichtung zum Beeinflussen von auftreffendem Licht |
| DE102008049647B4 (de) | 2008-09-30 | 2011-11-24 | Technische Universität Dresden | Mikromechanisches Element und Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Elements |
| EP2435358A1 (en) * | 2009-05-29 | 2012-04-04 | BAE SYSTEMS plc | Self-deformable mirrors and the support thereof |
| EP2258656A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-08 | BAE Systems PLC | Self-Deformable Mirrors and the Support Thereof |
| CN102147524A (zh) * | 2010-02-10 | 2011-08-10 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种可变曲率反射镜装置 |
| DE102010028111B4 (de) | 2010-04-22 | 2016-01-21 | Technische Universität Dresden | Mikromechanisches Element |
| US20130301113A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-11-14 | California Institute Of Technology | Deformable mirrors and methods of making the same |
| CN103383092B (zh) * | 2013-07-31 | 2017-04-12 | 广东金达照明科技股份有限公司 | 一种动态多彩灯具 |
| RU2636255C2 (ru) * | 2016-04-14 | 2017-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Пьезоактюатор изгибного типа |
| CN108627972A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-10-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 悬臂式横向压电驱动变形镜及其装配方法 |
| RU2741035C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Лазерная оптическая головка |
| CN113219649B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-11-22 | 哈尔滨芯明天科技有限公司 | 一种航天应用的高可靠压电偏摆镜 |
| CN115933165A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-04-07 | 东莞市迈创机电科技有限公司 | 超高速光学扫描装置 |
| JP7706207B2 (ja) * | 2023-03-09 | 2025-07-11 | 国立大学法人東海国立大学機構 | ミラー装置、光学装置およびレーザー核融合炉 |
| DE102024202716A1 (de) * | 2024-03-21 | 2025-09-25 | Stellantis Auto Sas | Beleuchtungsanordnung zum Beleuchten einer Beleuchtungsfläche in einem Innenraum eines Fahrzeugs sowie die Beleuchtungsanordnung aufweisendes Fahrzeug |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3904274A (en) * | 1973-08-27 | 1975-09-09 | Itek Corp | Monolithic piezoelectric wavefront phase modulator |
| US4257686A (en) * | 1978-12-14 | 1981-03-24 | Itek Corporation | Multiple layer piezoelectric wavefront modulator |
| FR2453423A1 (fr) * | 1979-04-04 | 1980-10-31 | Quantel Sa | Element optique epais a courbure variable |
| FR2530830B1 (lt) * | 1982-07-22 | 1985-01-25 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | |
| US4969726A (en) * | 1985-06-03 | 1990-11-13 | Northrop Corporation | Ring laser gyro path-length-control mechanism |
| US4915492A (en) * | 1989-02-06 | 1990-04-10 | Toth Theodor A | Mirror transducer assembly with selected thermal compensation |
-
1996
- 1996-02-12 RU RU9696102312A patent/RU2068191C1/ru active
- 1996-03-06 MD MD96-0318A patent/MD960318A/ro not_active Application Discontinuation
- 1996-03-06 EP EP19960907806 patent/EP0743541A4/en not_active Withdrawn
- 1996-03-06 WO PCT/RU1996/000053 patent/WO1996018919A1/ru not_active Ceased
- 1996-03-06 CA CA002185320A patent/CA2185320A1/en not_active Abandoned
- 1996-03-06 PL PL96322716A patent/PL322716A1/xx unknown
- 1996-03-06 HU HU9602396A patent/HUP9602396A2/hu unknown
- 1996-03-06 KR KR1019960705021A patent/KR970706512A/ko not_active Abandoned
- 1996-03-06 JP JP8518655A patent/JPH10511188A/ja active Pending
- 1996-03-06 SI SI9620001A patent/SI9620001A/sl unknown
- 1996-03-06 CN CN96190026A patent/CN1145667A/zh active Pending
- 1996-03-06 EE EE9600178A patent/EE9600178A/xx unknown
- 1996-07-26 LV LVP-96-316A patent/LV11713B/en unknown
- 1996-08-01 LT LT96-116A patent/LT96116A/lt unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2068191C1 (ru) | 1996-10-20 |
| CN1145667A (zh) | 1997-03-19 |
| LV11713A (lv) | 1997-02-20 |
| CA2185320A1 (en) | 1996-06-20 |
| JPH10511188A (ja) | 1998-10-27 |
| HU9602396D0 (en) | 1996-11-28 |
| MD960318A (ro) | 1997-07-31 |
| WO1996018919A1 (fr) | 1996-06-20 |
| EE9600178A (et) | 1997-08-15 |
| EP0743541A4 (en) | 1997-03-12 |
| LV11713B (en) | 1997-08-20 |
| HUP9602396A2 (en) | 1997-11-28 |
| KR970706512A (ko) | 1997-11-03 |
| SI9620001A (en) | 1997-08-31 |
| EP0743541A1 (en) | 1996-11-20 |
| PL322716A1 (en) | 1998-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| LT96116A (en) | Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror | |
| RU2069883C1 (ru) | Мозаичное адаптивное биморфное зеркало | |
| US4655563A (en) | Variable thickness deformable mirror | |
| US4940318A (en) | Gradient membrane deformable mirror having replaceable actuators | |
| US7699296B1 (en) | Method and apparatus for an actuator having an intermediate frame | |
| Susini et al. | Compact active/adaptive x‐ray mirror: Bimorph piezoelectric flexible mirror | |
| US4280756A (en) | Piezoelectric bi-morph mirror actuator | |
| RU96102312A (ru) | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало | |
| Comtois et al. | Surface-micromachined polysilicon MOEMS for adaptive optics | |
| US7292385B2 (en) | Mirror with local deformation by thickness variation of an electro-active material controlled by electrical effect | |
| US7967456B2 (en) | Scalable size deformable pocket mirror with on-pocket bimorph actuator | |
| US20060050421A1 (en) | Adaptive mirror system | |
| US20050128558A1 (en) | Transverse electrodisplacive actuator array | |
| US20060050419A1 (en) | Integrated wavefront correction module | |
| US20060050420A1 (en) | Integrated wavefront correction module with reduced translation | |
| RU2099754C1 (ru) | Деформируемое зеркало на основе многослойной активной биморфной структуры | |
| US5710657A (en) | Monomorph thin film actuated mirror array | |
| CA2218210A1 (en) | Thin film actuated mirror array for providing double tilt angle | |
| CN116953916A (zh) | 一种变形镜 | |
| RU2042160C1 (ru) | Зеркальный корректор волнового фронта | |
| US6794797B2 (en) | Device for deflecting optical beams | |
| Ealey | Low-voltage SELECT deformable mirrors | |
| WO2025154182A1 (ja) | 宇宙用展開構造物 | |
| KR100257238B1 (ko) | 개선된 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 | |
| AU3780900A (en) | Monomorph thin film actuated mirror array |