一体型の波面補正モジュール
本発明による一体型の波面補正モジュールは、光学的表面と；光学的表面を変形させ、これにより、光学的表面の入射波面における時空周波数的なフェーズエラーを補正するための、高精度で時空周波数的に補正するシステムと；光学的表面を調整し、これにより、入射波面におけるチップチルトエラーを補償するための、チップチルト補正システムと；を具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型の波面補正モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
典型的な適応光学システムにおいては、変形可能なミラーを必要としており、これにより、波面を時空周波数的に高精度で補正し得るような個別のチップチルトミラーを提供している。これにより、変形可能なミラーのダイナミックレンジは、低次数の収差では使い尽くされることがない。２つの補正デバイスを備えている場合には、システム内に、追加的な光学的リレーを組み込む必要がある。このことは、コストやサイズや複雑さを増大させる。
【特許文献１】米国特許出願シリアル番号第１０／７３０，５１４号明細書
【特許文献２】米国特許出願シリアル番号第１０／９１４，４５０号明細書
【非特許文献１】M.N. Rahamen 氏による Ceramic Processing and Sintering
【非特許文献２】James S. Reed 氏による Principles of Ceramic Processing
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
したがって、本発明の目的は、一体型の波面補正モジュールを提供することである。
【０００４】
本発明のさらなる目的は、単一のデバイスでもって時空周波数的な補正とチップチルト補正との双方を行い得るような、そのような一体型の波面補正モジュールを提供することである。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、より小さくかつより単純でありかつより安価であるような、そのような一体型の波面補正モジュールを提供することである。
【０００６】
本発明は、真に改良されたかつより小型化されたかつよりコンパクトなものとされたより安価なものとされた波面補正モジュールを提供するものであり、このようなモジュールは、チップチルト機能と高精度で時空周波数的に補正する機能とを単一デバイス内に集積化することによって得ることができる。高精度で時空周波数的に波面エラーを補正する変形可能なミラーは、チップチルトエラーを補正するチップチルトメカニズムに付設される。
【０００７】
本発明は、一体型波面補正モジュールに関するものであって、光学的表面と；光学的表面を変形させ、これにより、光学的表面の入射波面における時空周波数的なフェーズエラーを補正するための、高精度で時空周波数的に補正するシステムと；を具備している。さらに、光学的表面を調整し、これにより、入射波面におけるチップチルトエラーを補償するための、チップチルト補正システムが設けられる。
【０００８】
好ましい実施形態においては、高精度で時空周波数的に補正するシステムは、チップチルト補正システムに対して直列とされているとともに、光学的表面と高精度で時空周波数的に補正するシステムとの双方を調整する。高精度で時空周波数的に補正するシステムとチップチルト補正システムとの各々は、光学的表面に対して連結することができる。チップチルト補正システムは、複数のアクチュエータを備えることができ、これらアクチュエータは、光学的表面の中心の近傍へと互いに寄せ集められたそれぞれのフォーストレイン印加ポイントを有することができる。チップチルトアクチュエータは、チルト運動を増幅し得るようなチップチルトマルチプライヤを備えることができる。チップチルトマルチプライヤは、チップチルトアクチュエータから光学的表面の中心に向けて延在するアームを備えることができる。光学的表面は、連続的なものとされたフェースシートを備えることができる。高精度で時空周波数的に補正するシステムは、横方向電気変位アクチュエータアレイを備えることができ、この横方向電気変位アクチュエータアレイは、支持構造と；支持構造の近傍の基端部から先端部までにわたって延在する複数のフェロイック電気変位アクチュエータ部材と；を備えることができる。アクチュエータ部材の各々は、少なくとも１つのアドレッシング用電極と；このアドレッシング用電極から離間して配置されるとともに横方向歪み軸線ｄ３１に沿いつつ基端部と先端部との間の方向に沿って延在する１つの共通電極と；を備えることができる。反射面と、アクチュエータ部材を取り付けるための取付面と、を有した反射部材を設けることができる。アドレッシング用電極および共通電極に対して電圧を印加するための複数のアドレッシング用コンタクトおよび少なくとも１つの共通コンタクトを設けることができ、これにより、アドレッシングされたアクチュエータ部材に対して横方向歪みが誘起することができ、これにより、アドレッシングされたアクチュエータ部材のところにおいて反射面の光学的フェーズを変更することができる。支持構造とアクチュエータ部材とは、一体的なものとすることができる。チップチルト補正システムは、積層体からなるマルチ軸線トランスデューサを備えることができ、積層体は、複数の強誘電性層と；これら強誘電性層の間に交互配置された複数の共通電極お
よび複数のアドレッシング用電極と；を備えることができる。複数のアドレッシング用電極の各々は、互いに電気的に絶縁された複数の部分を備えることができ、各部分は、アドレッシング用電極によって関連づけられた他の部分と一緒に組を形成することができる。共通導体が、共通電極に対して電気的に接続される。複数のアドレッシング用導体が設けられる。これらアドレッシング用導体の各々は、アドレッシング電極の複数の部分のうちの、それぞれ対応する組に属する部分に対して電気的に接続される。高精度で時空周波数的に補正するシステムは、複数のミラーアクチュエータを備えることができる。高精度で時空周波数的に補正するシステムは、少なくとも３つのミラーアクチュエータを備えることができる。チップチルト補正システムは、複数のチップチルトアクチュエータを備えることができ、少なくとも３つのチップチルトアクチュエータを備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の他の目的や特徴点や利点は、添付図面を参照しつつ、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明瞭となるであろう。
【００１０】
後述するような１つまたは複数の好ましい実施形態とは別に、本発明は、様々な他の態様でもって実施することができる。よって、本発明が、以下の説明および添付図面に例示された構成の詳細に限定されないことは、理解されるであろう。
【００１１】
図１に図示された適応型の望遠鏡システム１０は、一次的なセグメント化ミラー１２と、二次的なセグメント化ミラー１４と、三次的なセグメント化ミラー１６と、を備えている。これらミラーのすべては、基台２２に設置されたヨーク２０上の上部構造１８によって、取り付けられている。器具プラットホーム２４，２６は、計測機器や、制御機器や、各種センサや、各種回路、を備えている。一次ミラー１２、二次ミラー１４、および、三次ミラー１６、の各々は、本発明による一体型の波面補正モジュール３０によって具現されたフェーズドセグメントから形成されている。モジュールのいくつかが図２に示されている。図示のように、モジュールは、六角形という形状を有している。よって、モジュールどうしを容易にネスト化することができる。モジュール３０’は、他のモジュールの表面よりもわずかに下方に位置した活性位置において、図示されている。一方、モジュール３０”は、わずかに隆起した位置において駆動されるものとして、図示されている。各々のモジュール３０は、モジュール３０''' の場合には取り外した状態で図示されているフェースシートを備えている。フェースシートを取り外した状態で図示していることにより、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４を、より容易に見ることができる。
【００１２】
モジュール３０は、図３において、より詳細に図示されている。図３により、フェースシート３２が、ベースまたは反応質量体４０上に取り付けられたミラーアクチュエータ３８によって駆動される屈曲部材３６上に配置されていることがわかる。フェースプレート（あるいは、フェースシート）３２は、連続的なものとすることができる。しかしながら、連続的なものであることは、必須ではない。高精度で時空周波数的に補正するシステム３４は、チップチルト補正システム４２上に取り付けられている。チップチルト補正システム４２は、互いに近接して配置された３つのチップチルトアクチュエータ４４を備えている。チップチルトアクチュエータ４６の一部が破断して図示されており、これにより、第３のアクチュエータ４８を見ることができる。この第３のアクチュエータ４８も、また、ベース５０上に取り付けることができる。すべてのアクチュエータは、より大きなベース５２に取り付けることができる。上記においては、本発明による一体型の波面補正モジュール３０は、六角形という形状のものとして例示されたけれども、本発明においては、これは必須ではない。モジュールは、図４に示すように、正方形とすることができる。あるいは、モジュールは、八角形や、あるいは、長方形や、あるいは、全体として適切なミラー表面を形成するのに必要とされた他の任意の規則的なまたは不規則的な形状、とすることができる。ミラーアクチュエータ３８は、ＸＩＲＥ４０１６（登録商標）とすることができる。また、チップチルトアクチュエータ４４，４６，４８は、ＸＩＲＥ０７５０（登録商標）とすることができる。これらは、米国マサチューセッツ州 Devans 所在の Xinetics Inc. 社から入手することができる。そのようなチップチルトアクチュエータは、典型的には、１０〜４０ミクロンというストロークを有している。一方、ミラーアクチュエータは、３〜６ミクロンというストロークを有している。チップチルト補正システム４２は、大きなチップチルト動作を有しかつ小さな解像度を有しかつ小さな動作周波数を有したビームステアラーとして機能することができる、あるいは、小さなチップチルト動作を有しかつ大きな解像度を有しかつ広いバンド幅を有した高速ステアリングミラーとして機能することができる。ミラーアクチュエータ３８の数は、所望の空間的解像度に応じて、より多いものともまたより少ないものとも、することができる。チップチルト補正システム４２は、これに代えて、任意の適切な駆動システムとすることができる。例えば、音声コイルのような電磁アクチュエータや、ステップモータや、圧電アクチュエータ、などとすることができる。
【００１３】
１つの好ましい実施形態においては、高精度で時空周波数的に補正するシステムは、本出願人である Mark A. Ealey による“Transverse Electrodisplacive Actuator Array”と題する米国特許出願シリアル番号第１０／７３０，５１４号明細書に記載された横方向電気変位アクチュエータを備えることができる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。Photonex #49S3, 144S3, 1024S1 （登録商標）といったようなそのようなデバイスは、米国マサチューセッツ州 Devans 所在の Xinetics Inc. 社から入手することができる。
【００１４】
好ましい実施形態においては、チップチルト補正システムは、本出願人である Mark A. Ealey による“Improved Multi-Axis Transducer ”と題して２００４年８月９日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／９１４，４５０号明細書に記載されたマルチ軸線トランスデューサを備えることができる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。X13DOF0510 #X13DOF01020 （登録商標）といったようなそのようなデバイスは、米国マサチューセッツ州 Devans 所在の Xinetics Inc. 社から入手することができる。それぞれについて、以下において説明する。
【００１５】
本発明による一体型の波面補正モジュール３０において高精度で時空周波数的に補正するシステム３４を具現し得る横方向電気変位アクチュエータアレイ１４８は、図５に示すように、複数のアクチュエータ１５０，１５２を備えている。各アクチュエータは、支持構造１５４上に取り付けられている。アクチュエータは、長手方向軸線ｄ３３に沿った歪みではなく、アクチュエータ１５０を伸縮させ得るような、横方向軸線ｄ３１に沿って歪みを利用している。この場合、各々のアクチュエータは、少なくとも２つの電極を備えている。すなわち、アドレッシング用電極１５６と、共通電極１５８と、を備えている。アドレッシング用電極１５６は、支持構造１５４の表面１６２上においてコンタクト１６０に対して接続されている。一方、共通電極１５８は、表面１６６上においてコンタクト１６４に対して接続されている。構成に関し、本発明においては、複数の電極は、電極の伸縮方向に対する横方向ではなく、電極の伸縮方向に対して全体的に平行なものとされている。１つの利点は、起こり得るすべての分離やクラックが力または変位に対して直列ではなくむしろ横方向であることにより、界面応力が、デバイスの動作を妨害する要因とはなり得ないことである。加えて、得られるストロークは、もはや、電極の数およびラミネート積層体内におけるセラミック層の数に依存するものではなく、図５に示すように、アクチュエータ１５０の長さに依存する。
【００１６】
図５のアクチュエータ１５０，１５２は、図６に示すようなより大きなアレイ１４８ａの一部とすることができる。このアレイ１４８ａは、複数のアクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４を備えている。アクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４は、支持構造１５４ａ上に取り付けられている。支持構造１５４ａは、それらアクチュエータと一体的なものとすることができる。アクチュエータどうしの分離は、切り溝すなわちソーカット１７６によって行うことができる。切り溝１７６は、それらアクチュエータどうしを２次元的に分離する。これにより、それらアクチュエータは、互いに独立な部材として機能することができる。また、図示のように、各アクチュエータ部材は、２つ以上のアドレッシング用電極と、２つ以上の共通電極と、を備えることができる。例えば、アクチュエータ１５０ａに関しては、図６に示すように、３つのアドレッシング用電極１８０，１８２，１８４が存在する。これらは、アドレッシング用コンタクト１８６に対してユニットとして接続されている。複数の共通電極が存在することができる。例えば、４つの共通電極１８８，１９０，１９２，１９４が存在することができ、これらは、反射部材２００の取付面１９８においてメッキ付けによって形成された共通コンタクト１９６に対して、ユニットとして接続される。反射部材２００は、反対側の面上に、反射面２０２を備えている。反射面２０２は、典型的には、連続的な表面である。よって、アドレッシング用コンタクト１８６を選択的にアドレッシングすることにより、アクチュエータ１５０ａを伸張または収縮させることができ、これにより、アクチュエータ１５０ａが位置している場所において局所的に表面２０２を膨出または陥没させることができる。同様に、アドレッシング用コンタクト２０４，２０６，２０８を選択した場合には、表面２０２は、それぞれ関連するアクチュエータ１５２ａ，１７２，１７４の局所的位置に対応した領域において、駆動されることとなる。これにより、表面２０２は、印加された電圧に応じて膨出または陥没を引き起こす。これにより、表面２０２から反射される光学波面をの形状を整形することができる。典型的には、印加される電圧は、７０ボルトという静止レベルを有することができる。これにより、３０ボルトの増大によって、一方向においてア
クチュエータを伸縮させることができ、また、３０ボルトの低減によって、他の方向においてアクチュエータを伸縮させることができる。取付面２９８の戻り止め（あるいは、デテント）２９７は、任意の適切な接着剤によってあるいは任意の適切な接着技術によって、アクチュエータ１５２ａ，１５４ａ，１７２，１７４に対して連結されている。アクチュエータ部材は、支持構造によって支持された基端部を備えている。先端部は、反射部材を支持している。アドレッシング電極および共通電極は、互いに離間しているとともに、全体的に互いに平行なものとされている。電極は、横方向歪み軸線ｄ３１に沿って、アクチュエータ部材の基端部と先端部とがなす方向に沿って、延在している。
【００１７】
横方向電気変位アクチュエータアレイは、低電圧で動作しさらに２９３°Ｋ（室温）において良好に動作するような大きなストロークの伸縮式のマイクロアクチュエータを構成し得るよう、例えば強誘電性材料または強磁性材料のようなフェロイック（ferroic） 材料の横方向歪みを利用する。例え電歪セラミックや鉛マグネシウムニオブ酸塩（ＰＭＮ）といったような材料の横方向歪みを利用する。例えばタングステンベースの材料やストロンチウムベースの材料といったような他の材料を使用することにより、それぞれ、１２５Ｋ〜２００Ｋおよび３０Ｋ〜６５Ｋという温度範囲で動作させることができる。横方向歪み部材を利用することにより、セラミックと電極との間の界面応力が低減され、稠密にパッケージングされた構造の電気相互接続が、単純化される。電極インタフェース構造は、機械加工の許容度に敏感ではなく、性能および再現性に関してよりモジュール的なものであり、さらに、費用効果がよい。アクチュエータを形成するに際して要求されるラミネートの数は、より少なく、長さは、ストローク必要条件を満たすものとされる。電気相互接続は、共通背面にプリント回路基板技術を適用することにより、達成される。横方向電気変位アクチュエータ構成は、最大で１０７ 個という動作チャネルに適合したような、伸縮式の構成を提供する。長手方向の多層アクチュエータに関連した問題点（電気的な相互接続、界面応力、および、製造時の機械加工精度）は、動作モードを横方向モードとすることによって、解決される。アレイ１４８は、共同焼成されたかつ互いに交互配置された複数のセラミックおよび複数の電極層から形成することができる、あるいは、限定するものではないけれども鉛マグネシウムニトレートや鉛ジルコネートニトレートといったような単結晶材料から形成することができる。
【００１８】
横方向電気変位アクチュエータアレイは、ＰＭＮやあるいは他のフェロイック材料や強誘電性材料や強磁性材料の横方向電気歪みを利用する。これにより、応力に敏感な多層構成プロセスを必要とすることなく、大きなストロークを有した低電圧動作型のマイクロアクチュエータを形成することができる。横方向という向きであることのために、構造的負荷経路は、完全にセラミックを通過し、電極／セラミック界面を通過しない。さらに、界面応力が、大幅に低減する。なぜなら、長手方向における寸法変化が小さいからであり、また、不活性材料を使用した機械的なクランプ止めまたはピン止めが除去されるからである。ストロークは、追加的な層を追加することによってではなく、長さを調節することによって、得られる。
【００１９】
セラミックからなる一体的ブロックを複数の個別アクチュエータへと分離することは、標準的なマイクロソーイング技術によって達成される。横方向の構成は、耐故障性を有した構成（フォールトトレラントな構成）であって、精度が要求されない。これにより、製造時の電極の損傷や短絡を防止することができる。電極の電気的相互接続は、大幅に単純化される。個々のアクチュエータに対しての電気的アドレッシングは、一体的ブロックを使用して行われる。この一体的ブロックは、研磨されているとともに、露出された電極を備えている。プリント回路技術を使用することにより、個別のアドレッシング用アクチュエータチャネルと電子ドライバとの間における電気的相互接続を提供することができる。この結果、マイクロアクチュエータ技術によって、アクチュエータどうしの間の間隔が非常に小さい場合であってさえも、多層構成を使用する必要もなくまた微視的な電気的相互接続を使用する必要もなく、十分なストロークを提供することができる。この構成は、高精度の機械加工を行う必要なく容易に製造されるとともに、電気的活性状態においては、応力に対して極度の耐力を有している。さらに、この構成は、本質的に、低電圧に適合したものである。このことは、ハイブリッド型のマイクロエレクトロニクスのドライバ技術に適合している。電気的なアドレッシングのための相互接続は、それ自体が横方向に伸縮させる共通背面のところで行われる。この概念は、従来技術による電子セラミック製造技術およびプロセッシング技術を使用したような、高性能の伸縮式のマイクロアクチュエータ技術を提供する。
【００２０】
図６においては、本発明による横方向電気変位アクチュエータアレイが、反射部材２００の取付面１９８に形成された共通電極１９６を有するものとして図示されているけれども、本発明においては、これは必須ではない。図７に示すように、アレイ１４８ｂにおいては、反射部材２００ａは、取付面１９８ａ上にコンタクトを設けることなく、構成することができる。その代わりに、共通電極のための共通コンタクト１９６ａを、表面１９９に形成することができる。このようにして、アクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４を備えているアレイに対して、十分に電力を供給することができ、反射部材２００ａを接着する前にまたは接着剤によって取り付ける前に、テストすることができる。
【００２１】
支持構造１５４ａとアクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４との双方を含めたアレイの全体に対して、互いに直交する２つの方向において、カットを行うことができる。カットすなわち切り溝が、複数のアクチュエータを個々の部材へと分離することによって、適切な材料のフェリックセラミックからなるブロックを形成することができる。数個のカット２１０を行うことができる。これにより、図８においてアレイ１４８ｃに関して図示しているように、複数のアクチュエータ２１２を得ることができる。あるいは、多数のカット２１４を行うことができる。これにより、図９においてアレイ１４８ｄに関して図示しているように、多数のアクチュエータ２１６を得ることができる。支持構造２２２に支持された多数のアクチュエータ２２０を備えた図１０の横方向電気変位アクチュエータアレイ１４８ｅの相互接続は、図１０の底面２２３上の半田パッド２２４を使用して、図７のコンタクト１８６ａ，１９６ａを形成することによって、行うことができる。底面２２３上には、ソケットグリッドアレイ２２６が配置される。ソケットグリッドアレイ２２６は、フレキシブルケーブル２３０に付設されたピングリッドアレイ２２８を受領することができる。
【００２２】
本発明による横方向電気変位アクチュエータアレイの有利なモジュール性は、図１１に示されている。図１１においては、図１０の多数の小さな横方向電気変位アクチュエータアレイ２２０が、図１１に組み込まれていて、より大きなアセンブリ２３２を形成している様子を見ることができる。これにより、連続的な表面とすることができるずっと大きな反射部材２３４に適合することができる。個々で、単一のケーブル２３６として図示されているようなすべてのフレキシブルケーブルは、ドライバ回路１４０ｂに対して接続されており、ドライバ回路１４０ｂは、マイクロプロセッサ１４２ｂに対して接続されている。選択されたプログラムを使用してマイクロプロセッサ１４２ｂによってドライバ回路１４０ｂを制御することにより、図１２Ａに示すように、励起された活性開口が存在しない状態とすることができ、また、図１２Ｂに示すように、およそ２５０ｎｍにまで単一のアクチュエータを励起することができ、また、図１２Ｃに示すように、３分の１のアクチュエータを励起することができ、また、図１２Ｄに示すように、すべてのアクチュエータを励起させることさえできる。４４１個のアクチュエータを備えているモジュールが例示されている。すなわち、１ミリメートル間隔でもって２１×２１配列とされた４４１個のアクチュエータを備えているモジュールが例示されている。ミラー変形は、１００ボルトにおいて０．２５ミクロンとして得られ、λ／１０００ｒｍｓにまで繰返し可能である。各アクチュエータに関し、平均キャパシタンスは、３０ｎｆとすることができ、平均ストロークは、２５０ｎｍとすることができる。
【００２３】
本発明による一体型の波面補正モジュール３０のチップチルト補正システム４２を具現し得る図１３のマルチ軸線トランスデューサ３１０は、アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６と、共通導体３１８と、を備えている。トランスデューサ３１０は、典型的には数十個〜数百個といったような数の複数の層から形成されている。層どうしは、電極によって分離されており、共通電極とアドレッシング用電極とによって交互に分離されている。層３２０は、強誘電性の電気変位可能な材料から形成されており、例えば電歪材料や圧電抵抗材料や圧電材料や、あるいは、鉛マグネシウム硝酸塩や鉛ジルコネートニトレートのようなパイロ抵抗性材料、から形成されている。層どうしの間には、アドレッシング用電極３２２と、共通電極３２４とが、交互的に介装されている。層と電極とのこのような組合せは、複数のキャパシタを形成する。これらキャパシタは、機械的には直列に見えるけれども、電気的には、互いに並列である。層３２０は、例えば０．１ｍｍ（４ミリインチ）といったように、１．０ｍｍ〜２．５４ｍｍ（４０〜１００ミリインチ）といったような従来技術と比較して、非常に薄いものとすることができる。従来技術によるデバイスにおいては、１０００Ｖ〜２５００Ｖという電圧供給を必要とした。これに対し、０．１ｍｍ（４ｍｉｌ）という厚さの複数の層を使用したこの構造においては、わずかおよそ１００ボルトしか必要としない。さらに、このトランスデューサがアクチュエータとして動作する場合には、より大きな変位を有することとなる。なぜなら、より多くの層を有しているからであり、変位が、層数の２乗と、電界強度と、の積の関数であるからである。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、電界強度Ｅは、次式によって表される。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、Ｖは、電圧であり、ｔは、厚さである。
【００２８】
センサとして動作する場合には、トランスデューサ３１０の性能は、また、改良される。なぜなら、モノリシックな一体構造を形成する際の共同焼成が、デバイスの硬さを増大させ、これにより、印加された力に対しての感度を増大させるからである。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここで、ｐは、密度であり、Ａは、面積であり、そして、Ｙは、ヤング率である。ヤングが大きくなればなるほど、デバイスは、より硬くなり、したがって、センサとしての感度が向上するとともに、アクチュエータとして動作する場合には、より大きな力を伝達することができる。共同焼成は、さらに、一体構造を形成する。この一体構造は、電極と、層とを、さらにはアドレッシング用導体および共通導体さえをも、一体的なパッケージとする。また、以下のように、トランスデューサのバンド幅も増大する。
【００３１】
【数４】
【００３２】
ここで、ｋは、硬さであり、ｍは、質量であり、そして、ｆｒ は、固有振動数である。ｋは、次式で与えられる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
ここで、ｌは、トランスデューサの長さである。共同焼成は、周知の製造プロセスであって、本発明の一部を構成するものではない。共同焼成においては、バインダの焼成時にグリーンボディからカーボンを除去し、焼成時にセラミックを稠密化する。これにより、モノリシックな多層積層体が得られる。さらなる詳細については、上記非特許文献１，２を参照されたい。
【００３５】
各々のアドレッシング用電極３２２は、２つあるいはそれ以上の部分を備えている。図１３においては、アドレッシング用電極３２２は、３つの部分３２８，３３０，３３２を備えている。しかしながら、アドレッシング用電極３２２は、これよりも少ない数の、すなわち、２つの、部分を備えることができる。あるいは、アドレッシング用電極３２２は、それよりも多い数の、すなわち、６個や、１０個や、５０個や、１００個や、５００個、の部分を備えることができる。任意の数を使用することができる。限定事項となるのは、製造の許容条件と、所望の解像度と、だけである。トランスデューサ３１０は、典型的には円筒形状のものであり、センターラインＣ／Ｌまわりに円形でもって対称であり、さらに、その性能を向上させるための中心穴３２６を有することができる。各アドレッシング用電極３２２の各部分３２８，３３０，３３２は、それぞれ対応するアドレッシング用電極に関連する部分どうしが、一組を形成している。すなわち、アドレッシング用導体３１２によって接続されたすべてのアドレッシング用電極３２２に関連するすべての部分３２８が、一組を形成する。同様に、アドレッシング用導体３１８によって相互接続されたすべての部分３３０が、他の組を形成し、アドレッシング用導体３１６によって相互接続されたすべての部分３３２が、さらなる組を形成する。これら複数の組は、それぞれ、組３３４、組３３６、および、組３３８と称される。
【００３６】
トランスデューサ３１０がアクチュエータとして動作する場合には、アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６および共通導体３１８を介して、各対をなすアドレッシング用電極および共通電極に対して電圧を印加することにより、層３２０内に電界が形成される。すべての印加電圧が互いに同じであれば、変位は、Ｚ軸方向において長手方向に生成される。互いに異なる電圧が印加された場合には、部分３２８，３３０，３３２からなる組３３４，３３６，３３８は、互いに異なる変位を受けることとなり、チルト（傾斜）が発生し、Ｘ軸およびＹ軸方向において移動を引き起こす。アドレッシング用電極３２２上の各部分３２８，３３０，３３２は、例えば絶縁部分３４０，３４２，３４４といったようなものによって、互いに電気的に絶縁される。
【００３７】
アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６が、共通電極ではなくアドレッシング用電極だけに対して接触することを確実なものとし得るよう、なおかつ、共通導体３１８が、アドレッシング用電極ではなく共通電極だけに対して接触することを確実なものとし得るよう、アドレッシング用電極および共通電極は、凹所によってあるいは離間によって、適切に構成される。例えば、図１４に示すように、共通電極３２４の各々は、複数の層３２０からなる積層体のエッジ３５２から離間されている。これにより、共通電極３２４の各々は、例えばターミナル３５４のところにおいて各アドレッシング用電極３２２に対して電気的に相互接続されたアドレッシング用導体３１６に対して、電気的に接続され得ない。同様の離間は、アドレッシング用電極に関しても適用される。これにより、共通導体との接触を防止することができる。
【００３８】
この構成は、図１５においてさらに詳細に示されている。図１５においては、３つの層３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃが、分解斜視図で示されている。アドレッシング用電極３２２ａは、絶縁体３４０ａ，３４２ａ，３４４ａによって電気的に絶縁された３つの部分３２８ａ，３３０ａ，３３２ａを備えている。部分３３０ａの一部は、凹所３６０を有している。実際、典型的に１つだけの共通導体が存在する場合には、１つの凹所だけが必要とされる。しかしながら、製造の容易さのためにおよび組立の容易さのために、凹所は、多くの場合、仮想線３６２，３６４によって示されているように、各々の部分に設けられる。共通電極３２４ａは、３つの凹所３６６，３６８，３７０を備えている。これにより、アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６のそれぞれに対して接触しないことを、確保することができる。次なる層３２０ｃは、絶縁体３４０ｃ，３４２ｃ，３４４ｃおよび凹所３６０ｃ，３６２ｃ，３６４ｃを有した３つの部分３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃを備えたアドレッシング用電極３２２ｃを具備している。
【００３９】
本発明によるトランスデューサは、図１６に示すように、複数の共通電極４０２が配置された多数の強誘電性層４００を形成することによって、また、図１７に示すように、多数のアドレッシング用電極４０６が配置された多数の強誘電性層４０４を形成することによって、容易に形成することができる。その後、数百個というこれら層４００，４０４を、互いに位置合わせしつつ交互に積層する。その後、アドレッシング用電極および共通電極の個々の積層体を、基板からカットして共同焼成する。これにより、本発明による多数のトランスデューサを形成する。
【００４０】
上記においては、トランスデューサを、センサまたはアクチュエータのいずれかとして動作するものとして説明したけれども、トランスデューサは、同じ位置に配置されたセンサおよびアクチュエータの組合せとして機能することができる。図１８に示すように、そのような同じ位置に配置されたセンサアクチュエータ４１０は、図１３，図１４，図１５に図示されたトランスデューサと同様に構成されるものの、相違点は、１つのグループをなす複数のアドレッシング用電極が、センサグループ４１２と称されていること、および、他のグループをなす複数のアドレッシング用電極が、アクチュエータグループ４１４と称されていること、である。この場合でも、共通電極は、１つの共通導体４１６である。これに対し、この場合、センサグループ４１２内のアドレッシング用電極の各々のために、それぞれ、アドレッシング用導体４１８，４２０，４２２が設けられているとともに、アクチュエータグループ４１４内の各アドレッシング用電極のために、それぞれ個別のアドレッシング用導体４２４，４２６，４２８が設けられている。
【００４１】
同じ位置でのセンサ−アクチュエータ機能は、図１９に示すように、異なる構成を使用しても、得ることができる。図１９においては、トランスデューサ４３０は、複数の部分へと分離された各アドレッシング用電極４３２を有したものとして図示されている。各部分は、同じ層上において交互配置された複数のアクチュエータ部分４３４および複数のセンサ部分４３６を備えている。これにより、アドレッシング用電極の各々は、アクチュエータ部分とセンサ部分とからなる交互パターンを備えており、交互配置された３組のセンサ部分と３組のアクチュエータ部分とを形成している。図１８および図１９におけるトランスデューサ４１０，４３０の双方においては、同じ位置に配置された一体的でモノリシックで共同焼成されたトランスデューサが得られる。このようなトランスデューサは、センサおよびアクチュエータの双方として動作することができ、これにより、変位を引き起こし得るとともに、力の検出を行うことができる。これに代えて、図１８のデバイスは、図示のような互いに個別の２つのグループに代えて、アクチュエータとして機能するキャパシタプレートどうしの間に、センサとして機能するキャパシタプレートが介装された構成を有することができる。
【００４２】
上記に例示した構成においては、トランスデューサは、図２０に示すように、長尺の円筒形状のものとされ、長さＬは、直径Ｄよりもずっと大きなものとされ、良好な性能は、長手方向アクセス軸線すなわち軸線ｄ３３に沿うものである。しかしながら、本発明によるトランスデューサは、図２１に示すように直径Ｄが長さＬよりもずっと大きなものとなるようにしてアスペクト比が逆とされている場合であっても、軸線ｄ３１を好ましい軸線として、同様に良好に動作する。
【００４３】
当該技術分野においては周知なように、例えば図１において器具と制御回路とのためのパッケージ２８内に配置されているものといったような、検出制御回路は、センサおよび回路を備えており、望遠鏡システム上における例えばフェースプレート３２上における入射波面に関しての、大きな時空周波数的エラーおよびとチップチルトエラーを検出することができる。これら回路は、本発明の一部を構成するものではなく、補償信号を生成する。補償信号は、高精度で時空周波数的に補正するシステム内のチップチルト補正システムに対して適用される。これにより、それらエラーを修正することができる。それら回路の相互接続は、様々な態様で行うことができる。図２２のベースまたは反応質量体４０ｂは、フレームワーク５００を備えることができる。フレームワーク５００は、スペース５０２を有している。スペース５０２は、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｂからの相互接続ワイヤ５０４を受領することができる。ワイヤは、その後、複数の個別のアクチュエータであるかマルチ軸線トランスデューサであるかにかかわらず、チップチルト補正システム４２ｂの中心穴５０６を通過する。そして、その後、ベース５２ｂ内の同様の穴５０８を通過する。相互接続ワイヤ５１０は、ケーブル５１２内においてまとめられ、貫通孔５０８を通過する。これに代えて、図２３に示すような一体型の波面補正モジュール３０ｃは、フラットケーブル５１４を備えることができる。フラットケーブル５１４は、ベース４０ｃ上の各コンタクトと各アクチュエータ３８とを相互接続しているとともに、チップチルト補正システム４２ｃに対して取り付けられる場所においては、保護絶縁層５１６によって被覆されている。この場合にも、ワイヤ接続５１０ａを行うことができ、貫通穴５０８ａを通してケーブル５１２ａを通過させることができる。
【００４４】
図２４のチップチルト補正システム４２ｄは、図３に示すような例えば４４，４６，４８といったような複数の個別のチップチルトアクチュエータであるかあるいは図１３に示すような単一のマルチアクセスアクチュエータであるかに関係なく、有利には、チップチルト動作の支柱をなす光学的表面の中心の近傍へと互いに寄せ集められているような複数のフォーストレイン印加ポイントを備えている。これにより、ミラーのチップチルト動作のための大部分の運動増幅を得ることができる。図３においては、アクチュエータ４４，４６のフォーストレイン印加ポイント軸線４５，４７と、アクチュエータ４８の図示していない軸線とは、ミラー表面３２の回転軸線４９の中心に近い。図１３のマルチ軸線トランスデューサを使用した場合には、フォーストレイン印加ポイント軸線は、互いに接近するとともに、光学的表面の中心の近くにもなる。しかしながら、本発明においては、これは必須ではない。例えば、図２４に示すように、一体型の波面補正モジュール３０ｄは、３つの個別のチップチルトアクチュエータ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄを備えている。これらチップチルトアクチュエータ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄは、回転中心軸線４９ｄから十分に離間している。ここで、回転中心軸線４９ｄは、ベース５２ｄ上の穴５０８ｄの中心を通過するとともに、ミラー表面３２ｄの回転中心５３ｄを通過する。しかしながら、これらチップチルトアクチュエータ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄの各々は、アーム５１８，５２０，５２２を備えている。アーム５１８，５２０，５２２は、それぞれ関連するアクチュエータの上部から中心軸線４９ｄに向けて延在している。この場合、フォーストレイン印加ポイント５２４，５２６，５２８は、中心軸線４９ｄの近傍へと互いに寄せ集められた軸線４５，４７，５１を有している。これにより、回転中心５３ｄをなす支柱ポイントの近傍に位置しているという機械的利点を生成している。これにより、チップチルト運動に関する運動増幅をもたらすことができる。この構成例は、この目的のために使用されるような機械的利点を有した様々な多くのシステムに関しての一例に過ぎない。
【００４５】
上記においては、本発明による一体型の波面補正モジュールを、高精度で時空周波数的に補正するシステムがチップチルト補正システム上に取り付けられたものとして例示し、チップチルト補正システムが、実際に、高精度で時空周波数的に補正するシステムの全体を駆動することができ、これにより、ミラー表面３２ｄに対してチップチルト補正を行い得るものとして例示した。しかしながら、本発明においては、これは必須ではない。２つの補正システムは、図２５に示すように、並列的に適用することができる。図２５においては、一体型の波面補正モジュール３０ｅは、光学的表面またはフェースプレート３２ｅを支持する互いに離間した３つの個別のチップチルトアクチュエータ４４ｅ，４６ｅ，４８ｅを有したチップチルト補正システム４２ｅを備えている。フェースプレートからは、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅが懸架されている。これにより、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅは、実際に、なおも、チップチルト補正システム４２ｅによって駆動されるものではあるけれども、チップチルト補正システム４２ｅに対して直列的ではない。チップチルト補正システム４２ｅは、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅを介してフェースプレート３２ｅを駆動するものではなく、独立して、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅを駆動する。このためには、フェースプレート３２ｅに付設される高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅを、極めて軽量のものとする必要がある。あるいは、必要な硬さをもたらし得るよう、仮想線３３ｅで示すような補強層を設ける必要がある。
【００４６】
本発明のいくつかの特定の特徴点がいくつかの図面におよび他の図面に図示されているけれども、これは、便宜的なものに過ぎない。なぜなら、本発明においては、各特徴点を、他の任意のあるいは他のすべての特徴点に対して組み合わせ得るからである。本明細書においては、『を具備している』、『を備えている』、『を有している』、『を含有している』、という用語は、広義にかつ包括的に解釈されるべきものであり、特定の物理的相互関係に限定されるものではない。さらに、本発明において開示されたすべての実施形態が、可能な実施形態を例示したものに過ぎないことは、理解されるであろう。
【００４７】
他の実施形態は、当業者には明らかであり、特許請求の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】１つまたは複数の適応ミラーシステムを使用した適応望遠鏡システムを示す斜視図である。
【図２】本発明による複数の一体型波面補正モジュールから構成された図１の一次ミラーシステムまたは二次ミラーシステムまたは三次ミラーシステムの一部を拡大して詳細に示す斜視図である。
【図３】図２における１つの一体型波面補正モジュールを拡大して詳細に示す斜視図であって、チップチルト補正システムの一部が、破断によって図示されている。
【図４】図３と同様の図であって、一体型波面補正モジュールの他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明による一体型波面補正モジュールにおいて使用されている横方向電気変位アクチュエータを簡略化して示す図である。
【図６】図５の横方向電気変位アクチュエータを使用した横方向電気変位アクチュエータアレイを簡略化して示す図である。
【図７】図６と同様の横方向電気変位アクチュエータを簡略化して示す図であるものの、共通電極が支持構造を通して引き出されている。
【図８】アクチュエータ部材の数を増大させたような横方向電気変位アクチュエータアレイを示す斜視図である。
【図９】アクチュエータ部材の数を増大させたような横方向電気変位アクチュエータアレイを示す斜視図である。
【図１０】図９の横方向電気変位アクチュエータアレイと、このアレイに関する電気的相互接続状況と、を示す分解斜視図である。
【図１１】ドライバ回路を備えたモジュール構成でもって図９のアレイを示す斜視図である。
【図１２Ａ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１２Ｂ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１２Ｃ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１２Ｄ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１３】本発明による一体型波面補正モジュールの好ましい実施形態において使用されるマルチ軸線トランスデューサを概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１３の１４−１４線に沿って示す概略的な側断面図である。
【図１５】図１３のトランスデューサのうちの複数の層を備えてなる一部を拡大して示す分解斜視図である。
【図１６】図１５と同様の１つの層を拡大して概略的に示す図であって、複数の共通電極からなる１つのパターンが、内部に配置されている。
【図１７】図１５と同様の１つの層を拡大して概略的に示す図であって、複数のアドレッシング電極からなる１つのパターンが、内部に配置されている。
【図１８】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す側面図であって、トランスデューサが、一体型のセンサ−アクチュエータ構成として構成されており、複数のセンサ部分と複数のアクチュエータ部分とが、積層方向に沿って長手方向に配置されている。
【図１９】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す平面図であって、トランスデューサが、一体型のセンサ−アクチュエータ構成として構成されており、複数のセンサ部分と複数のアクチュエータ部分とが、積層体の周縁まわりにおいて交互配置されている。
【図２０】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す図であって、ｄ３３軸線に沿った構成を示している。
【図２１】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す図であって、ｄ３１軸線に沿った構成を示している。
【図２２】図３または図４と同様の一体型波面補正モジュールを概略的に示す側面図であって、電気的相互接続を図示している。
【図２３】図２２と同様の概略的な側面図であって、電気的相互接続に関する代替可能な技術を示している。
【図２４】一体型波面補正モジュールのチップチルトアクチュエータの一実施形態を概略的に示す斜視図であって、複数のフォーストレイン印加ポイントが光学的表面の中心近傍へと互いに寄せ集められているようなチップチルトマルチプライヤを備えている。
【図２５】一体型波面補正モジュールを概略的に示す側面図であって、チップチルト補正システムと、高精度の時空周波数的補正システムとが、互いに独立に光学的表面を駆動している。
【符号の説明】
【００４９】
３０ 一体型の波面補正モジュール
３２ フェースプレート、フェースシート
３４ 高精度で時空周波数的に補正するシステム
３８ ミラーアクチュエータ
４２ チップチルト補正システム４２
４４ チップチルトアクチュエータ
４６ チップチルトアクチュエータ
４８ チップチルトアクチュエータ
１４８ 横方向電気変位アクチュエータアレイ
１５０ アクチュエータ
１５２ アクチュエータ
１５４ 支持構造
３１０ マルチ軸線トランスデューサ
３１２ アドレッシング用導体
３１４ アドレッシング用導体
３１６ アドレッシング用導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型の波面補正モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
典型的な適応光学システムにおいては、変形可能なミラーを必要としており、これにより、波面を時空周波数的に高精度で補正し得るような個別のチップチルトミラーを提供している。これにより、変形可能なミラーのダイナミックレンジは、低次数の収差では使い尽くされることがない。２つの補正デバイスを備えている場合には、システム内に、追加的な光学的リレーを組み込む必要がある。このことは、コストやサイズや複雑さを増大させる。
【特許文献１】米国特許出願シリアル番号第１０／７３０，５１４号明細書
【特許文献２】米国特許出願シリアル番号第１０／９１４，４５０号明細書
【非特許文献１】M.N. Rahamen 氏による Ceramic Processing and Sintering
【非特許文献２】James S. Reed 氏による Principles of Ceramic Processing
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
したがって、本発明の目的は、一体型の波面補正モジュールを提供することである。
【０００４】
本発明のさらなる目的は、単一のデバイスでもって時空周波数的な補正とチップチルト補正との双方を行い得るような、そのような一体型の波面補正モジュールを提供することである。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、より小さくかつより単純でありかつより安価であるような、そのような一体型の波面補正モジュールを提供することである。
【０００６】
本発明は、真に改良されたかつより小型化されたかつよりコンパクトなものとされたより安価なものとされた波面補正モジュールを提供するものであり、このようなモジュールは、チップチルト機能と高精度で時空周波数的に補正する機能とを単一デバイス内に集積化することによって得ることができる。高精度で時空周波数的に波面エラーを補正する変形可能なミラーは、チップチルトエラーを補正するチップチルトメカニズムに付設される。
【０００７】
本発明は、一体型波面補正モジュールに関するものであって、光学的表面と；光学的表面を変形させ、これにより、光学的表面の入射波面における時空周波数的なフェーズエラーを補正するための、高精度で時空周波数的に補正するシステムと；を具備している。さらに、光学的表面を調整し、これにより、入射波面におけるチップチルトエラーを補償するための、チップチルト補正システムが設けられる。
【０００８】
好ましい実施形態においては、高精度で時空周波数的に補正するシステムは、チップチルト補正システムに対して直列とされているとともに、光学的表面と高精度で時空周波数的に補正するシステムとの双方を調整する。高精度で時空周波数的に補正するシステムとチップチルト補正システムとの各々は、光学的表面に対して連結することができる。チップチルト補正システムは、複数のアクチュエータを備えることができ、これらアクチュエータは、光学的表面の中心の近傍へと互いに寄せ集められたそれぞれのフォーストレイン印加ポイントを有することができる。チップチルトアクチュエータは、チルト運動を増幅し得るようなチップチルトマルチプライヤを備えることができる。チップチルトマルチプライヤは、チップチルトアクチュエータから光学的表面の中心に向けて延在するアームを備えることができる。光学的表面は、連続的なものとされたフェースシートを備えることができる。高精度で時空周波数的に補正するシステムは、横方向電気変位アクチュエータアレイを備えることができ、この横方向電気変位アクチュエータアレイは、支持構造と；支持構造の近傍の基端部から先端部までにわたって延在する複数のフェロイック電気変位アクチュエータ部材と；を備えることができる。アクチュエータ部材の各々は、少なくとも１つのアドレッシング用電極と；このアドレッシング用電極から離間して配置されるとともに横方向歪み軸線ｄ３１に沿いつつ基端部と先端部との間の方向に沿って延在する１つの共通電極と；を備えることができる。反射面と、アクチュエータ部材を取り付けるための取付面と、を有した反射部材を設けることができる。アドレッシング用電極および共通電極に対して電圧を印加するための複数のアドレッシング用コンタクトおよび少なくとも１つの共通コンタクトを設けることができ、これにより、アドレッシングされたアクチュエータ部材に対して横方向歪みが誘起することができ、これにより、アドレッシングされたアクチュエータ部材のところにおいて反射面の光学的フェーズを変更することができる。支持構造とアクチュエータ部材とは、一体的なものとすることができる。チップチルト補正システムは、積層体からなるマルチ軸線トランスデューサを備えることができ、積層体は、複数の強誘電性層と；これら強誘電性層の間に交互配置された複数の共通電極お
よび複数のアドレッシング用電極と；を備えることができる。複数のアドレッシング用電極の各々は、互いに電気的に絶縁された複数の部分を備えることができ、各部分は、アドレッシング用電極によって関連づけられた他の部分と一緒に組を形成することができる。共通導体が、共通電極に対して電気的に接続される。複数のアドレッシング用導体が設けられる。これらアドレッシング用導体の各々は、アドレッシング電極の複数の部分のうちの、それぞれ対応する組に属する部分に対して電気的に接続される。高精度で時空周波数的に補正するシステムは、複数のミラーアクチュエータを備えることができる。高精度で時空周波数的に補正するシステムは、少なくとも３つのミラーアクチュエータを備えることができる。チップチルト補正システムは、複数のチップチルトアクチュエータを備えることができ、少なくとも３つのチップチルトアクチュエータを備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の他の目的や特徴点や利点は、添付図面を参照しつつ、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明瞭となるであろう。
【００１０】
後述するような１つまたは複数の好ましい実施形態とは別に、本発明は、様々な他の態様でもって実施することができる。よって、本発明が、以下の説明および添付図面に例示された構成の詳細に限定されないことは、理解されるであろう。
【００１１】
図１に図示された適応型の望遠鏡システム１０は、一次的なセグメント化ミラー１２と、二次的なセグメント化ミラー１４と、三次的なセグメント化ミラー１６と、を備えている。これらミラーのすべては、基台２２に設置されたヨーク２０上の上部構造１８によって、取り付けられている。器具プラットホーム２４，２６は、計測機器や、制御機器や、各種センサや、各種回路、を備えている。一次ミラー１２、二次ミラー１４、および、三次ミラー１６、の各々は、本発明による一体型の波面補正モジュール３０によって具現されたフェーズドセグメントから形成されている。モジュールのいくつかが図２に示されている。図示のように、モジュールは、六角形という形状を有している。よって、モジュールどうしを容易にネスト化することができる。モジュール３０’は、他のモジュールの表面よりもわずかに下方に位置した活性位置において、図示されている。一方、モジュール３０”は、わずかに隆起した位置において駆動されるものとして、図示されている。各々のモジュール３０は、モジュール３０''' の場合には取り外した状態で図示されているフェースシートを備えている。フェースシートを取り外した状態で図示していることにより、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４を、より容易に見ることができる。
【００１２】
モジュール３０は、図３において、より詳細に図示されている。図３により、フェースシート３２が、ベースまたは反応質量体４０上に取り付けられたミラーアクチュエータ３８によって駆動される屈曲部材３６上に配置されていることがわかる。フェースプレート（あるいは、フェースシート）３２は、連続的なものとすることができる。しかしながら、連続的なものであることは、必須ではない。高精度で時空周波数的に補正するシステム３４は、チップチルト補正システム４２上に取り付けられている。チップチルト補正システム４２は、互いに近接して配置された３つのチップチルトアクチュエータ４４を備えている。チップチルトアクチュエータ４６の一部が破断して図示されており、これにより、第３のアクチュエータ４８を見ることができる。この第３のアクチュエータ４８も、また、ベース５０上に取り付けることができる。すべてのアクチュエータは、より大きなベース５２に取り付けることができる。上記においては、本発明による一体型の波面補正モジュール３０は、六角形という形状のものとして例示されたけれども、本発明においては、これは必須ではない。モジュールは、図４に示すように、正方形とすることができる。あるいは、モジュールは、八角形や、あるいは、長方形や、あるいは、全体として適切なミラー表面を形成するのに必要とされた他の任意の規則的なまたは不規則的な形状、とすることができる。ミラーアクチュエータ３８は、ＸＩＲＥ４０１６（登録商標）とすることができる。また、チップチルトアクチュエータ４４，４６，４８は、ＸＩＲＥ０７５０（登録商標）とすることができる。これらは、米国マサチューセッツ州 Devans 所在の Xinetics Inc. 社から入手することができる。そのようなチップチルトアクチュエータは、典型的には、１０〜４０ミクロンというストロークを有している。一方、ミラーアクチュエータは、３〜６ミクロンというストロークを有している。チップチルト補正システム４２は、大きなチップチルト動作を有しかつ小さな解像度を有しかつ小さな動作周波数を有したビームステアラーとして機能することができる、あるいは、小さなチップチルト動作を有しかつ大きな解像度を有しかつ広いバンド幅を有した高速ステアリングミラーとして機能することができる。ミラーアクチュエータ３８の数は、所望の空間的解像度に応じて、より多いものともまたより少ないものとも、することができる。チップチルト補正システム４２は、これに代えて、任意の適切な駆動システムとすることができる。例えば、音声コイルのような電磁アクチュエータや、ステップモータや、圧電アクチュエータ、などとすることができる。
【００１３】
１つの好ましい実施形態においては、高精度で時空周波数的に補正するシステムは、本出願人である Mark A. Ealey による“Transverse Electrodisplacive Actuator Array”と題する米国特許出願シリアル番号第１０／７３０，５１４号明細書に記載された横方向電気変位アクチュエータを備えることができる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。Photonex #49S3, 144S3, 1024S1 （登録商標）といったようなそのようなデバイスは、米国マサチューセッツ州 Devans 所在の Xinetics Inc. 社から入手することができる。
【００１４】
好ましい実施形態においては、チップチルト補正システムは、本出願人である Mark A. Ealey による“Improved Multi-Axis Transducer ”と題して２００４年８月９日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／９１４，４５０号明細書に記載されたマルチ軸線トランスデューサを備えることができる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。X13DOF0510 #X13DOF01020 （登録商標）といったようなそのようなデバイスは、米国マサチューセッツ州 Devans 所在の Xinetics Inc. 社から入手することができる。それぞれについて、以下において説明する。
【００１５】
本発明による一体型の波面補正モジュール３０において高精度で時空周波数的に補正するシステム３４を具現し得る横方向電気変位アクチュエータアレイ１４８は、図５に示すように、複数のアクチュエータ１５０，１５２を備えている。各アクチュエータは、支持構造１５４上に取り付けられている。アクチュエータは、長手方向軸線ｄ３３に沿った歪みではなく、アクチュエータ１５０を伸縮させ得るような、横方向軸線ｄ３１に沿って歪みを利用している。この場合、各々のアクチュエータは、少なくとも２つの電極を備えている。すなわち、アドレッシング用電極１５６と、共通電極１５８と、を備えている。アドレッシング用電極１５６は、支持構造１５４の表面１６２上においてコンタクト１６０に対して接続されている。一方、共通電極１５８は、表面１６６上においてコンタクト１６４に対して接続されている。構成に関し、本発明においては、複数の電極は、電極の伸縮方向に対する横方向ではなく、電極の伸縮方向に対して全体的に平行なものとされている。１つの利点は、起こり得るすべての分離やクラックが力または変位に対して直列ではなくむしろ横方向であることにより、界面応力が、デバイスの動作を妨害する要因とはなり得ないことである。加えて、得られるストロークは、もはや、電極の数およびラミネート積層体内におけるセラミック層の数に依存するものではなく、図５に示すように、アクチュエータ１５０の長さに依存する。
【００１６】
図５のアクチュエータ１５０，１５２は、図６に示すようなより大きなアレイ１４８ａの一部とすることができる。このアレイ１４８ａは、複数のアクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４を備えている。アクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４は、支持構造１５４ａ上に取り付けられている。支持構造１５４ａは、それらアクチュエータと一体的なものとすることができる。アクチュエータどうしの分離は、切り溝すなわちソーカット１７６によって行うことができる。切り溝１７６は、それらアクチュエータどうしを２次元的に分離する。これにより、それらアクチュエータは、互いに独立な部材として機能することができる。また、図示のように、各アクチュエータ部材は、２つ以上のアドレッシング用電極と、２つ以上の共通電極と、を備えることができる。例えば、アクチュエータ１５０ａに関しては、図６に示すように、３つのアドレッシング用電極１８０，１８２，１８４が存在する。これらは、アドレッシング用コンタクト１８６に対してユニットとして接続されている。複数の共通電極が存在することができる。例えば、４つの共通電極１８８，１９０，１９２，１９４が存在することができ、これらは、反射部材２００の取付面１９８においてメッキ付けによって形成された共通コンタクト１９６に対して、ユニットとして接続される。反射部材２００は、反対側の面上に、反射面２０２を備えている。反射面２０２は、典型的には、連続的な表面である。よって、アドレッシング用コンタクト１８６を選択的にアドレッシングすることにより、アクチュエータ１５０ａを伸張または収縮させることができ、これにより、アクチュエータ１５０ａが位置している場所において局所的に表面２０２を膨出または陥没させることができる。同様に、アドレッシング用コンタクト２０４，２０６，２０８を選択した場合には、表面２０２は、それぞれ関連するアクチュエータ１５２ａ，１７２，１７４の局所的位置に対応した領域において、駆動されることとなる。これにより、表面２０２は、印加された電圧に応じて膨出または陥没を引き起こす。これにより、表面２０２から反射される光学波面をの形状を整形することができる。典型的には、印加される電圧は、７０ボルトという静止レベルを有することができる。これにより、３０ボルトの増大によって、一方向においてア
クチュエータを伸縮させることができ、また、３０ボルトの低減によって、他の方向においてアクチュエータを伸縮させることができる。取付面２９８の戻り止め（あるいは、デテント）２９７は、任意の適切な接着剤によってあるいは任意の適切な接着技術によって、アクチュエータ１５２ａ，１５４ａ，１７２，１７４に対して連結されている。アクチュエータ部材は、支持構造によって支持された基端部を備えている。先端部は、反射部材を支持している。アドレッシング電極および共通電極は、互いに離間しているとともに、全体的に互いに平行なものとされている。電極は、横方向歪み軸線ｄ３１に沿って、アクチュエータ部材の基端部と先端部とがなす方向に沿って、延在している。
【００１７】
横方向電気変位アクチュエータアレイは、低電圧で動作しさらに２９３°Ｋ（室温）において良好に動作するような大きなストロークの伸縮式のマイクロアクチュエータを構成し得るよう、例えば強誘電性材料または強磁性材料のようなフェロイック（ferroic） 材料の横方向歪みを利用する。例え電歪セラミックや鉛マグネシウムニオブ酸塩（ＰＭＮ）といったような材料の横方向歪みを利用する。例えばタングステンベースの材料やストロンチウムベースの材料といったような他の材料を使用することにより、それぞれ、１２５Ｋ〜２００Ｋおよび３０Ｋ〜６５Ｋという温度範囲で動作させることができる。横方向歪み部材を利用することにより、セラミックと電極との間の界面応力が低減され、稠密にパッケージングされた構造の電気相互接続が、単純化される。電極インタフェース構造は、機械加工の許容度に敏感ではなく、性能および再現性に関してよりモジュール的なものであり、さらに、費用効果がよい。アクチュエータを形成するに際して要求されるラミネートの数は、より少なく、長さは、ストローク必要条件を満たすものとされる。電気相互接続は、共通背面にプリント回路基板技術を適用することにより、達成される。横方向電気変位アクチュエータ構成は、最大で１０７ 個という動作チャネルに適合したような、伸縮式の構成を提供する。長手方向の多層アクチュエータに関連した問題点（電気的な相互接続、界面応力、および、製造時の機械加工精度）は、動作モードを横方向モードとすることによって、解決される。アレイ１４８は、共同焼成されたかつ互いに交互配置された複数のセラミックおよび複数の電極層から形成することができる、あるいは、限定するものではないけれども鉛マグネシウムニトレートや鉛ジルコネートニトレートといったような単結晶材料から形成することができる。
【００１８】
横方向電気変位アクチュエータアレイは、ＰＭＮやあるいは他のフェロイック材料や強誘電性材料や強磁性材料の横方向電気歪みを利用する。これにより、応力に敏感な多層構成プロセスを必要とすることなく、大きなストロークを有した低電圧動作型のマイクロアクチュエータを形成することができる。横方向という向きであることのために、構造的負荷経路は、完全にセラミックを通過し、電極／セラミック界面を通過しない。さらに、界面応力が、大幅に低減する。なぜなら、長手方向における寸法変化が小さいからであり、また、不活性材料を使用した機械的なクランプ止めまたはピン止めが除去されるからである。ストロークは、追加的な層を追加することによってではなく、長さを調節することによって、得られる。
【００１９】
セラミックからなる一体的ブロックを複数の個別アクチュエータへと分離することは、標準的なマイクロソーイング技術によって達成される。横方向の構成は、耐故障性を有した構成（フォールトトレラントな構成）であって、精度が要求されない。これにより、製造時の電極の損傷や短絡を防止することができる。電極の電気的相互接続は、大幅に単純化される。個々のアクチュエータに対しての電気的アドレッシングは、一体的ブロックを使用して行われる。この一体的ブロックは、研磨されているとともに、露出された電極を備えている。プリント回路技術を使用することにより、個別のアドレッシング用アクチュエータチャネルと電子ドライバとの間における電気的相互接続を提供することができる。この結果、マイクロアクチュエータ技術によって、アクチュエータどうしの間の間隔が非常に小さい場合であってさえも、多層構成を使用する必要もなくまた微視的な電気的相互接続を使用する必要もなく、十分なストロークを提供することができる。この構成は、高精度の機械加工を行う必要なく容易に製造されるとともに、電気的活性状態においては、応力に対して極度の耐力を有している。さらに、この構成は、本質的に、低電圧に適合したものである。このことは、ハイブリッド型のマイクロエレクトロニクスのドライバ技術に適合している。電気的なアドレッシングのための相互接続は、それ自体が横方向に伸縮させる共通背面のところで行われる。この概念は、従来技術による電子セラミック製造技術およびプロセッシング技術を使用したような、高性能の伸縮式のマイクロアクチュエータ技術を提供する。
【００２０】
図６においては、本発明による横方向電気変位アクチュエータアレイが、反射部材２００の取付面１９８に形成された共通電極１９６を有するものとして図示されているけれども、本発明においては、これは必須ではない。図７に示すように、アレイ１４８ｂにおいては、反射部材２００ａは、取付面１９８ａ上にコンタクトを設けることなく、構成することができる。その代わりに、共通電極のための共通コンタクト１９６ａを、表面１９９に形成することができる。このようにして、アクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４を備えているアレイに対して、十分に電力を供給することができ、反射部材２００ａを接着する前にまたは接着剤によって取り付ける前に、テストすることができる。
【００２１】
支持構造１５４ａとアクチュエータ１５０ａ，１５２ａ，１７２，１７４との双方を含めたアレイの全体に対して、互いに直交する２つの方向において、カットを行うことができる。カットすなわち切り溝が、複数のアクチュエータを個々の部材へと分離することによって、適切な材料のフェリックセラミックからなるブロックを形成することができる。数個のカット２１０を行うことができる。これにより、図８においてアレイ１４８ｃに関して図示しているように、複数のアクチュエータ２１２を得ることができる。あるいは、多数のカット２１４を行うことができる。これにより、図９においてアレイ１４８ｄに関して図示しているように、多数のアクチュエータ２１６を得ることができる。支持構造２２２に支持された多数のアクチュエータ２２０を備えた図１０の横方向電気変位アクチュエータアレイ１４８ｅの相互接続は、図１０の底面２２３上の半田パッド２２４を使用して、図７のコンタクト１８６ａ，１９６ａを形成することによって、行うことができる。底面２２３上には、ソケットグリッドアレイ２２６が配置される。ソケットグリッドアレイ２２６は、フレキシブルケーブル２３０に付設されたピングリッドアレイ２２８を受領することができる。
【００２２】
本発明による横方向電気変位アクチュエータアレイの有利なモジュール性は、図１１に示されている。図１１においては、図１０の多数の小さな横方向電気変位アクチュエータアレイ２２０が、図１１に組み込まれていて、より大きなアセンブリ２３２を形成している様子を見ることができる。これにより、連続的な表面とすることができるずっと大きな反射部材２３４に適合することができる。個々で、単一のケーブル２３６として図示されているようなすべてのフレキシブルケーブルは、ドライバ回路１４０ｂに対して接続されており、ドライバ回路１４０ｂは、マイクロプロセッサ１４２ｂに対して接続されている。選択されたプログラムを使用してマイクロプロセッサ１４２ｂによってドライバ回路１４０ｂを制御することにより、図１２Ａに示すように、励起された活性開口が存在しない状態とすることができ、また、図１２Ｂに示すように、およそ２５０ｎｍにまで単一のアクチュエータを励起することができ、また、図１２Ｃに示すように、３分の１のアクチュエータを励起することができ、また、図１２Ｄに示すように、すべてのアクチュエータを励起させることさえできる。４４１個のアクチュエータを備えているモジュールが例示されている。すなわち、１ミリメートル間隔でもって２１×２１配列とされた４４１個のアクチュエータを備えているモジュールが例示されている。ミラー変形は、１００ボルトにおいて０．２５ミクロンとして得られ、λ／１０００ｒｍｓにまで繰返し可能である。各アクチュエータに関し、平均キャパシタンスは、３０ｎｆとすることができ、平均ストロークは、２５０ｎｍとすることができる。
【００２３】
本発明による一体型の波面補正モジュール３０のチップチルト補正システム４２を具現し得る図１３のマルチ軸線トランスデューサ３１０は、アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６と、共通導体３１８と、を備えている。トランスデューサ３１０は、典型的には数十個〜数百個といったような数の複数の層から形成されている。層どうしは、電極によって分離されており、共通電極とアドレッシング用電極とによって交互に分離されている。層３２０は、強誘電性の電気変位可能な材料から形成されており、例えば電歪材料や圧電抵抗材料や圧電材料や、あるいは、鉛マグネシウム硝酸塩や鉛ジルコネートニトレートのようなパイロ抵抗性材料、から形成されている。層どうしの間には、アドレッシング用電極３２２と、共通電極３２４とが、交互的に介装されている。層と電極とのこのような組合せは、複数のキャパシタを形成する。これらキャパシタは、機械的には直列に見えるけれども、電気的には、互いに並列である。層３２０は、例えば０．１ｍｍ（４ミリインチ）といったように、１．０ｍｍ〜２．５４ｍｍ（４０〜１００ミリインチ）といったような従来技術と比較して、非常に薄いものとすることができる。従来技術によるデバイスにおいては、１０００Ｖ〜２５００Ｖという電圧供給を必要とした。これに対し、０．１ｍｍ（４ｍｉｌ）という厚さの複数の層を使用したこの構造においては、わずかおよそ１００ボルトしか必要としない。さらに、このトランスデューサがアクチュエータとして動作する場合には、より大きな変位を有することとなる。なぜなら、より多くの層を有しているからであり、変位が、層数の２乗と、電界強度と、の積の関数であるからである。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、電界強度Ｅは、次式によって表される。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、Ｖは、電圧であり、ｔは、厚さである。
【００２８】
センサとして動作する場合には、トランスデューサ３１０の性能は、また、改良される。なぜなら、モノリシックな一体構造を形成する際の共同焼成が、デバイスの硬さを増大させ、これにより、印加された力に対しての感度を増大させるからである。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここで、ｐは、密度であり、Ａは、面積であり、そして、Ｙは、ヤング率である。ヤングが大きくなればなるほど、デバイスは、より硬くなり、したがって、センサとしての感度が向上するとともに、アクチュエータとして動作する場合には、より大きな力を伝達することができる。共同焼成は、さらに、一体構造を形成する。この一体構造は、電極と、層とを、さらにはアドレッシング用導体および共通導体さえをも、一体的なパッケージとする。また、以下のように、トランスデューサのバンド幅も増大する。
【００３１】
【数４】
【００３２】
ここで、ｋは、硬さであり、ｍは、質量であり、そして、ｆｒ は、固有振動数である。ｋは、次式で与えられる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
ここで、ｌは、トランスデューサの長さである。共同焼成は、周知の製造プロセスであって、本発明の一部を構成するものではない。共同焼成においては、バインダの焼成時にグリーンボディからカーボンを除去し、焼成時にセラミックを稠密化する。これにより、モノリシックな多層積層体が得られる。さらなる詳細については、上記非特許文献１，２を参照されたい。
【００３５】
各々のアドレッシング用電極３２２は、２つあるいはそれ以上の部分を備えている。図１３においては、アドレッシング用電極３２２は、３つの部分３２８，３３０，３３２を備えている。しかしながら、アドレッシング用電極３２２は、これよりも少ない数の、すなわち、２つの、部分を備えることができる。あるいは、アドレッシング用電極３２２は、それよりも多い数の、すなわち、６個や、１０個や、５０個や、１００個や、５００個、の部分を備えることができる。任意の数を使用することができる。限定事項となるのは、製造の許容条件と、所望の解像度と、だけである。トランスデューサ３１０は、典型的には円筒形状のものであり、センターラインＣ／Ｌまわりに円形でもって対称であり、さらに、その性能を向上させるための中心穴３２６を有することができる。各アドレッシング用電極３２２の各部分３２８，３３０，３３２は、それぞれ対応するアドレッシング用電極に関連する部分どうしが、一組を形成している。すなわち、アドレッシング用導体３１２によって接続されたすべてのアドレッシング用電極３２２に関連するすべての部分３２８が、一組を形成する。同様に、アドレッシング用導体３１８によって相互接続されたすべての部分３３０が、他の組を形成し、アドレッシング用導体３１６によって相互接続されたすべての部分３３２が、さらなる組を形成する。これら複数の組は、それぞれ、組３３４、組３３６、および、組３３８と称される。
【００３６】
トランスデューサ３１０がアクチュエータとして動作する場合には、アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６および共通導体３１８を介して、各対をなすアドレッシング用電極および共通電極に対して電圧を印加することにより、層３２０内に電界が形成される。すべての印加電圧が互いに同じであれば、変位は、Ｚ軸方向において長手方向に生成される。互いに異なる電圧が印加された場合には、部分３２８，３３０，３３２からなる組３３４，３３６，３３８は、互いに異なる変位を受けることとなり、チルト（傾斜）が発生し、Ｘ軸およびＹ軸方向において移動を引き起こす。アドレッシング用電極３２２上の各部分３２８，３３０，３３２は、例えば絶縁部分３４０，３４２，３４４といったようなものによって、互いに電気的に絶縁される。
【００３７】
アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６が、共通電極ではなくアドレッシング用電極だけに対して接触することを確実なものとし得るよう、なおかつ、共通導体３１８が、アドレッシング用電極ではなく共通電極だけに対して接触することを確実なものとし得るよう、アドレッシング用電極および共通電極は、凹所によってあるいは離間によって、適切に構成される。例えば、図１４に示すように、共通電極３２４の各々は、複数の層３２０からなる積層体のエッジ３５２から離間されている。これにより、共通電極３２４の各々は、例えばターミナル３５４のところにおいて各アドレッシング用電極３２２に対して電気的に相互接続されたアドレッシング用導体３１６に対して、電気的に接続され得ない。同様の離間は、アドレッシング用電極に関しても適用される。これにより、共通導体との接触を防止することができる。
【００３８】
この構成は、図１５においてさらに詳細に示されている。図１５においては、３つの層３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃが、分解斜視図で示されている。アドレッシング用電極３２２ａは、絶縁体３４０ａ，３４２ａ，３４４ａによって電気的に絶縁された３つの部分３２８ａ，３３０ａ，３３２ａを備えている。部分３３０ａの一部は、凹所３６０を有している。実際、典型的に１つだけの共通導体が存在する場合には、１つの凹所だけが必要とされる。しかしながら、製造の容易さのためにおよび組立の容易さのために、凹所は、多くの場合、仮想線３６２，３６４によって示されているように、各々の部分に設けられる。共通電極３２４ａは、３つの凹所３６６，３６８，３７０を備えている。これにより、アドレッシング用導体３１２，３１４，３１６のそれぞれに対して接触しないことを、確保することができる。次なる層３２０ｃは、絶縁体３４０ｃ，３４２ｃ，３４４ｃおよび凹所３６０ｃ，３６２ｃ，３６４ｃを有した３つの部分３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃを備えたアドレッシング用電極３２２ｃを具備している。
【００３９】
本発明によるトランスデューサは、図１６に示すように、複数の共通電極４０２が配置された多数の強誘電性層４００を形成することによって、また、図１７に示すように、多数のアドレッシング用電極４０６が配置された多数の強誘電性層４０４を形成することによって、容易に形成することができる。その後、数百個というこれら層４００，４０４を、互いに位置合わせしつつ交互に積層する。その後、アドレッシング用電極および共通電極の個々の積層体を、基板からカットして共同焼成する。これにより、本発明による多数のトランスデューサを形成する。
【００４０】
上記においては、トランスデューサを、センサまたはアクチュエータのいずれかとして動作するものとして説明したけれども、トランスデューサは、同じ位置に配置されたセンサおよびアクチュエータの組合せとして機能することができる。図１８に示すように、そのような同じ位置に配置されたセンサアクチュエータ４１０は、図１３，図１４，図１５に図示されたトランスデューサと同様に構成されるものの、相違点は、１つのグループをなす複数のアドレッシング用電極が、センサグループ４１２と称されていること、および、他のグループをなす複数のアドレッシング用電極が、アクチュエータグループ４１４と称されていること、である。この場合でも、共通電極は、１つの共通導体４１６である。これに対し、この場合、センサグループ４１２内のアドレッシング用電極の各々のために、それぞれ、アドレッシング用導体４１８，４２０，４２２が設けられているとともに、アクチュエータグループ４１４内の各アドレッシング用電極のために、それぞれ個別のアドレッシング用導体４２４，４２６，４２８が設けられている。
【００４１】
同じ位置でのセンサ−アクチュエータ機能は、図１９に示すように、異なる構成を使用しても、得ることができる。図１９においては、トランスデューサ４３０は、複数の部分へと分離された各アドレッシング用電極４３２を有したものとして図示されている。各部分は、同じ層上において交互配置された複数のアクチュエータ部分４３４および複数のセンサ部分４３６を備えている。これにより、アドレッシング用電極の各々は、アクチュエータ部分とセンサ部分とからなる交互パターンを備えており、交互配置された３組のセンサ部分と３組のアクチュエータ部分とを形成している。図１８および図１９におけるトランスデューサ４１０，４３０の双方においては、同じ位置に配置された一体的でモノリシックで共同焼成されたトランスデューサが得られる。このようなトランスデューサは、センサおよびアクチュエータの双方として動作することができ、これにより、変位を引き起こし得るとともに、力の検出を行うことができる。これに代えて、図１８のデバイスは、図示のような互いに個別の２つのグループに代えて、アクチュエータとして機能するキャパシタプレートどうしの間に、センサとして機能するキャパシタプレートが介装された構成を有することができる。
【００４２】
上記に例示した構成においては、トランスデューサは、図２０に示すように、長尺の円筒形状のものとされ、長さＬは、直径Ｄよりもずっと大きなものとされ、良好な性能は、長手方向アクセス軸線すなわち軸線ｄ３３に沿うものである。しかしながら、本発明によるトランスデューサは、図２１に示すように直径Ｄが長さＬよりもずっと大きなものとなるようにしてアスペクト比が逆とされている場合であっても、軸線ｄ３１を好ましい軸線として、同様に良好に動作する。
【００４３】
当該技術分野においては周知なように、例えば図１において器具と制御回路とのためのパッケージ２８内に配置されているものといったような、検出制御回路は、センサおよび回路を備えており、望遠鏡システム上における例えばフェースプレート３２上における入射波面に関しての、大きな時空周波数的エラーおよびとチップチルトエラーを検出することができる。これら回路は、本発明の一部を構成するものではなく、補償信号を生成する。補償信号は、高精度で時空周波数的に補正するシステム内のチップチルト補正システムに対して適用される。これにより、それらエラーを修正することができる。それら回路の相互接続は、様々な態様で行うことができる。図２２のベースまたは反応質量体４０ｂは、フレームワーク５００を備えることができる。フレームワーク５００は、スペース５０２を有している。スペース５０２は、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｂからの相互接続ワイヤ５０４を受領することができる。ワイヤは、その後、複数の個別のアクチュエータであるかマルチ軸線トランスデューサであるかにかかわらず、チップチルト補正システム４２ｂの中心穴５０６を通過する。そして、その後、ベース５２ｂ内の同様の穴５０８を通過する。相互接続ワイヤ５１０は、ケーブル５１２内においてまとめられ、貫通孔５０８を通過する。これに代えて、図２３に示すような一体型の波面補正モジュール３０ｃは、フラットケーブル５１４を備えることができる。フラットケーブル５１４は、ベース４０ｃ上の各コンタクトと各アクチュエータ３８とを相互接続しているとともに、チップチルト補正システム４２ｃに対して取り付けられる場所においては、保護絶縁層５１６によって被覆されている。この場合にも、ワイヤ接続５１０ａを行うことができ、貫通穴５０８ａを通してケーブル５１２ａを通過させることができる。
【００４４】
図２４のチップチルト補正システム４２ｄは、図３に示すような例えば４４，４６，４８といったような複数の個別のチップチルトアクチュエータであるかあるいは図１３に示すような単一のマルチアクセスアクチュエータであるかに関係なく、有利には、チップチルト動作の支柱をなす光学的表面の中心の近傍へと互いに寄せ集められているような複数のフォーストレイン印加ポイントを備えている。これにより、ミラーのチップチルト動作のための大部分の運動増幅を得ることができる。図３においては、アクチュエータ４４，４６のフォーストレイン印加ポイント軸線４５，４７と、アクチュエータ４８の図示していない軸線とは、ミラー表面３２の回転軸線４９の中心に近い。図１３のマルチ軸線トランスデューサを使用した場合には、フォーストレイン印加ポイント軸線は、互いに接近するとともに、光学的表面の中心の近くにもなる。しかしながら、本発明においては、これは必須ではない。例えば、図２４に示すように、一体型の波面補正モジュール３０ｄは、３つの個別のチップチルトアクチュエータ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄを備えている。これらチップチルトアクチュエータ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄは、回転中心軸線４９ｄから十分に離間している。ここで、回転中心軸線４９ｄは、ベース５２ｄ上の穴５０８ｄの中心を通過するとともに、ミラー表面３２ｄの回転中心５３ｄを通過する。しかしながら、これらチップチルトアクチュエータ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄの各々は、アーム５１８，５２０，５２２を備えている。アーム５１８，５２０，５２２は、それぞれ関連するアクチュエータの上部から中心軸線４９ｄに向けて延在している。この場合、フォーストレイン印加ポイント５２４，５２６，５２８は、中心軸線４９ｄの近傍へと互いに寄せ集められた軸線４５，４７，５１を有している。これにより、回転中心５３ｄをなす支柱ポイントの近傍に位置しているという機械的利点を生成している。これにより、チップチルト運動に関する運動増幅をもたらすことができる。この構成例は、この目的のために使用されるような機械的利点を有した様々な多くのシステムに関しての一例に過ぎない。
【００４５】
上記においては、本発明による一体型の波面補正モジュールを、高精度で時空周波数的に補正するシステムがチップチルト補正システム上に取り付けられたものとして例示し、チップチルト補正システムが、実際に、高精度で時空周波数的に補正するシステムの全体を駆動することができ、これにより、ミラー表面３２ｄに対してチップチルト補正を行い得るものとして例示した。しかしながら、本発明においては、これは必須ではない。２つの補正システムは、図２５に示すように、並列的に適用することができる。図２５においては、一体型の波面補正モジュール３０ｅは、光学的表面またはフェースプレート３２ｅを支持する互いに離間した３つの個別のチップチルトアクチュエータ４４ｅ，４６ｅ，４８ｅを有したチップチルト補正システム４２ｅを備えている。フェースプレートからは、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅが懸架されている。これにより、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅは、実際に、なおも、チップチルト補正システム４２ｅによって駆動されるものではあるけれども、チップチルト補正システム４２ｅに対して直列的ではない。チップチルト補正システム４２ｅは、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅを介してフェースプレート３２ｅを駆動するものではなく、独立して、高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅを駆動する。このためには、フェースプレート３２ｅに付設される高精度で時空周波数的に補正するシステム３４ｅを、極めて軽量のものとする必要がある。あるいは、必要な硬さをもたらし得るよう、仮想線３３ｅで示すような補強層を設ける必要がある。
【００４６】
本発明のいくつかの特定の特徴点がいくつかの図面におよび他の図面に図示されているけれども、これは、便宜的なものに過ぎない。なぜなら、本発明においては、各特徴点を、他の任意のあるいは他のすべての特徴点に対して組み合わせ得るからである。本明細書においては、『を具備している』、『を備えている』、『を有している』、『を含有している』、という用語は、広義にかつ包括的に解釈されるべきものであり、特定の物理的相互関係に限定されるものではない。さらに、本発明において開示されたすべての実施形態が、可能な実施形態を例示したものに過ぎないことは、理解されるであろう。
【００４７】
他の実施形態は、当業者には明らかであり、特許請求の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】１つまたは複数の適応ミラーシステムを使用した適応望遠鏡システムを示す斜視図である。
【図２】本発明による複数の一体型波面補正モジュールから構成された図１の一次ミラーシステムまたは二次ミラーシステムまたは三次ミラーシステムの一部を拡大して詳細に示す斜視図である。
【図３】図２における１つの一体型波面補正モジュールを拡大して詳細に示す斜視図であって、チップチルト補正システムの一部が、破断によって図示されている。
【図４】図３と同様の図であって、一体型波面補正モジュールの他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明による一体型波面補正モジュールにおいて使用されている横方向電気変位アクチュエータを簡略化して示す図である。
【図６】図５の横方向電気変位アクチュエータを使用した横方向電気変位アクチュエータアレイを簡略化して示す図である。
【図７】図６と同様の横方向電気変位アクチュエータを簡略化して示す図であるものの、共通電極が支持構造を通して引き出されている。
【図８】アクチュエータ部材の数を増大させたような横方向電気変位アクチュエータアレイを示す斜視図である。
【図９】アクチュエータ部材の数を増大させたような横方向電気変位アクチュエータアレイを示す斜視図である。
【図１０】図９の横方向電気変位アクチュエータアレイと、このアレイに関する電気的相互接続状況と、を示す分解斜視図である。
【図１１】ドライバ回路を備えたモジュール構成でもって図９のアレイを示す斜視図である。
【図１２Ａ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１２Ｂ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１２Ｃ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１２Ｄ】横方向電気変位アクチュエータアレイによるミラー表面の局所的変形の様子を示す図である。
【図１３】本発明による一体型波面補正モジュールの好ましい実施形態において使用されるマルチ軸線トランスデューサを概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１３の１４−１４線に沿って示す概略的な側断面図である。
【図１５】図１３のトランスデューサのうちの複数の層を備えてなる一部を拡大して示す分解斜視図である。
【図１６】図１５と同様の１つの層を拡大して概略的に示す図であって、複数の共通電極からなる１つのパターンが、内部に配置されている。
【図１７】図１５と同様の１つの層を拡大して概略的に示す図であって、複数のアドレッシング電極からなる１つのパターンが、内部に配置されている。
【図１８】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す側面図であって、トランスデューサが、一体型のセンサ−アクチュエータ構成として構成されており、複数のセンサ部分と複数のアクチュエータ部分とが、積層方向に沿って長手方向に配置されている。
【図１９】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す平面図であって、トランスデューサが、一体型のセンサ−アクチュエータ構成として構成されており、複数のセンサ部分と複数のアクチュエータ部分とが、積層体の周縁まわりにおいて交互配置されている。
【図２０】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す図であって、ｄ３３軸線に沿った構成を示している。
【図２１】図１３と同様のトランスデューサを概略的に示す図であって、ｄ３１軸線に沿った構成を示している。
【図２２】図３または図４と同様の一体型波面補正モジュールを概略的に示す側面図であって、電気的相互接続を図示している。
【図２３】図２２と同様の概略的な側面図であって、電気的相互接続に関する代替可能な技術を示している。
【図２４】一体型波面補正モジュールのチップチルトアクチュエータの一実施形態を概略的に示す斜視図であって、複数のフォーストレイン印加ポイントが光学的表面の中心近傍へと互いに寄せ集められているようなチップチルトマルチプライヤを備えている。
【図２５】一体型波面補正モジュールを概略的に示す側面図であって、チップチルト補正システムと、高精度の時空周波数的補正システムとが、互いに独立に光学的表面を駆動している。
【符号の説明】
【００４９】
３０ 一体型の波面補正モジュール
３２ フェースプレート、フェースシート
３４ 高精度で時空周波数的に補正するシステム
３８ ミラーアクチュエータ
４２ チップチルト補正システム４２
４４ チップチルトアクチュエータ
４６ チップチルトアクチュエータ
４８ チップチルトアクチュエータ
１４８ 横方向電気変位アクチュエータアレイ
１５０ アクチュエータ
１５２ アクチュエータ
１５４ 支持構造
３１０ マルチ軸線トランスデューサ
３１２ アドレッシング用導体
３１４ アドレッシング用導体
３１６ アドレッシング用導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型波面補正モジュールであって、
光学的表面と；
前記光学的表面を変形させ、これにより、前記光学的表面の入射波面における時空周波数的なフェーズエラーを補正するための、高精度で時空周波数的に補正するシステムと；
前記光学的表面を調整し、これにより、前記入射波面におけるチップチルトエラーを補償するための、チップチルト補正システムと；
を具備していることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、前記チップチルト補正システムに対して直列とされているとともに、前記光学的表面と前記高精度で時空周波数的に補正するシステムとの双方を調整することを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項３】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムと前記チップチルト補正システムとの各々が、前記光学的表面に対して連結されていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項４】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、複数のアクチュエータを備え、
これらアクチュエータが、前記光学的表面の中心の近傍へと互いに寄せ集められたそれぞれのフォーストレイン印加ポイントを有していることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項５】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルトアクチュエータが、前記チルト運動を増幅し得るようなチップチルトマルチプライヤを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項６】
請求項５記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルトマルチプライヤが、前記チップチルトアクチュエータから前記光学的表面の前記中心に向けて延在するアームを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項７】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記光学的表面が、連続的なものとされたフェースシートを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項８】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、横方向電気変位アクチュエータアレイを備え、
この横方向電気変位アクチュエータアレイが、支持構造と；前記支持構造の近傍の基端部から先端部までにわたって延在する複数のフェロイック電気変位アクチュエータ部材と；を備え、
前記アクチュエータ部材の各々が、少なくとも１つのアドレッシング用電極と；このアドレッシング用電極から離間して配置されるとともに横方向歪み軸線ｄ３１に沿いつつ前記基端部と前記先端部との間の方向に沿って延在する１つの共通電極と；を備え、
反射面と、前記アクチュエータ部材を取り付けるための取付面と、を有した反射部材が設けられ、
前記アドレッシング用電極および前記共通電極に対して電圧を印加するための複数のアドレッシング用コンタクトおよび少なくとも１つの共通コンタクトが設けられ、これにより、アドレッシングされたアクチュエータ部材に対して横方向歪みが誘起され、これにより、前記アドレッシングされたアクチュエータ部材のところにおいて前記反射面の光学的フェーズを変更し得るものとされていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項９】
請求項８記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記支持構造と前記アクチュエータ部材とが、一体的なものとされていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１０】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、積層体からなるマルチ軸線トランスデューサを備え、
前記積層体が、複数の強誘電性層と；これら強誘電性層の間に交互配置された複数の共通電極および複数のアドレッシング用電極と；を備え、
前記複数のアドレッシング用電極の各々が、互いに電気的に絶縁された複数の部分を備え、
各部分が、前記アドレッシング用電極によって関連づけられた他の部分と一緒に組を形成し、
前記共通電極に対して電気的に接続された共通導体が設けられ、
さらに、複数のアドレッシング用導体が設けられ、
これらアドレッシング用導体の各々が、前記アドレッシング電極の前記複数の部分のうちの、それぞれ対応する組に属する部分に対して電気的に接続されていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１１】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、複数のミラーアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１２】
請求項１１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、少なくとも３つのミラーアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１３】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、複数のチップチルトアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１４】
請求項１３記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、少なくとも３つのチップチルトアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１】
一体型波面補正モジュールであって、
光学的表面と；
前記光学的表面を変形させ、これにより、前記光学的表面の入射波面における時空周波数的なフェーズエラーを補正するための、高精度で時空周波数的に補正するシステムと；
前記光学的表面を調整し、これにより、前記入射波面におけるチップチルトエラーを補償するための、チップチルト補正システムと；
を具備していることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、前記チップチルト補正システムに対して直列とされているとともに、前記光学的表面と前記高精度で時空周波数的に補正するシステムとの双方を調整することを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項３】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムと前記チップチルト補正システムとの各々が、前記光学的表面に対して連結されていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項４】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、複数のアクチュエータを備え、
これらアクチュエータが、前記光学的表面の中心の近傍へと互いに寄せ集められたそれぞれのフォーストレイン印加ポイントを有していることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項５】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルトアクチュエータが、前記チルト運動を増幅し得るようなチップチルトマルチプライヤを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項６】
請求項５記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルトマルチプライヤが、前記チップチルトアクチュエータから前記光学的表面の前記中心に向けて延在するアームを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項７】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記光学的表面が、連続的なものとされたフェースシートを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項８】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、横方向電気変位アクチュエータアレイを備え、
この横方向電気変位アクチュエータアレイが、支持構造と；前記支持構造の近傍の基端部から先端部までにわたって延在する複数のフェロイック電気変位アクチュエータ部材と；を備え、
前記アクチュエータ部材の各々が、少なくとも１つのアドレッシング用電極と；このアドレッシング用電極から離間して配置されるとともに横方向歪み軸線ｄ３１に沿いつつ前記基端部と前記先端部との間の方向に沿って延在する１つの共通電極と；を備え、
反射面と、前記アクチュエータ部材を取り付けるための取付面と、を有した反射部材が設けられ、
前記アドレッシング用電極および前記共通電極に対して電圧を印加するための複数のアドレッシング用コンタクトおよび少なくとも１つの共通コンタクトが設けられ、これにより、アドレッシングされたアクチュエータ部材に対して横方向歪みが誘起され、これにより、前記アドレッシングされたアクチュエータ部材のところにおいて前記反射面の光学的フェーズを変更し得るものとされていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項９】
請求項８記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記支持構造と前記アクチュエータ部材とが、一体的なものとされていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１０】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、積層体からなるマルチ軸線トランスデューサを備え、
前記積層体が、複数の強誘電性層と；これら強誘電性層の間に交互配置された複数の共通電極および複数のアドレッシング用電極と；を備え、
前記複数のアドレッシング用電極の各々が、互いに電気的に絶縁された複数の部分を備え、
各部分が、前記アドレッシング用電極によって関連づけられた他の部分と一緒に組を形成し、
前記共通電極に対して電気的に接続された共通導体が設けられ、
さらに、複数のアドレッシング用導体が設けられ、
これらアドレッシング用導体の各々が、前記アドレッシング電極の前記複数の部分のうちの、それぞれ対応する組に属する部分に対して電気的に接続されていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１１】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、複数のミラーアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１２】
請求項１１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記高精度で時空周波数的に補正するシステムが、少なくとも３つのミラーアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１３】
請求項１記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、複数のチップチルトアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【請求項１４】
請求項１３記載の一体型波面補正モジュールにおいて、
前記チップチルト補正システムが、少なくとも３つのチップチルトアクチュエータを備えていることを特徴とする一体型波面補正モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公表番号】特表２００８−５１２７２２（Ｐ２００８−５１２７２２Ａ）
【公表日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３１２０９（Ｐ２００７−５３１２０９）
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３０７８１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２８７９５
【国際公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（５０７０７５５９８）ザイネティクス・インコーポレーテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３０７８１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２８７９５
【国際公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（５０７０７５５９８）ザイネティクス・インコーポレーテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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