特許 7324989 形状可変ミラー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-03

(45)【発行日】2023-08-14

(54)【発明の名称】形状可変ミラー

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/10 20060101AFI20230804BHJP

   G21K 1/06 20060101ALI20230804BHJP

【ＦＩ】

G02B5/10 B

G21K1/06 B

G21K1/06 N

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019139849

(22)【出願日】2019-07-30

(65)【公開番号】P2021021897

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】396007188

【氏名又は名称】株式会社ジェイテックコーポレーション

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(72)【発明者】

【氏名】一井 愛雄

(72)【発明者】

【氏名】中森 絋基

(72)【発明者】

【氏名】松山 智至

【審査官】中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１３７７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２０１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５２７０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２８１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３３６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１３１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１８４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２６１３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００６－０１２４３６４（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１８３８１０１（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】Takumi Goto, et al.，"Nearly diffraction-limited hard X-ray line focusing with hybrid adaptive X-ray mirror based on mechanical and piezo-driven deformation"，Optics Express，2018年06月25日，Vol.26, No.13，p.17477-17486，DOI:10.1364/OE.26.017477

【文献】Yoshio Ichii, et al.，"Development of a glue-free bimorph mirror for use in vacuum chambers"，Review of Scientific Instruments，2019年02月11日，Vol.90, No.2，p.021702-1 - 021702-5，https://doi.org/10.1063/1.5066105

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／１０

Ｇ０２Ｂ ７／００

Ｇ０２Ｂ ７／１８２－ ７／１８５

Ｇ２１Ｋ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直方体からなり、その長手方向に延びた四面のうち対向する一対を表面と裏面、もう一対を両側面とし、該表面の長手方向に沿って反射面が形成されたミラー基体と、
該ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくともいずれかに、長手方向に所定間隔を設けて貼り付けた複数の圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、平面視において三角形状を有し、前記面の中心線部を除く両側の領域に交互に向きを反転させて並べて配置し、隣接する圧電素子の一部が互いに長手方向においてオーバーラップしていることを特徴とする形状可変ミラー。

【請求項2】

前記面の中心線を挟んで両側に配置した圧電素子は、三角形状の底辺部が互いに向き合う形で貼り付け、中心線に対して対称に配置している、請求項１記載の形状可変ミラー。

【請求項3】

前記ミラー基体の表面の中心線部に沿って帯状の反射面を形成している、請求項１又は２記載の形状可変ミラー。

【請求項4】

前記ミラー基体の反射面を備えた表面と裏面とに圧電素子が各々貼り付けられており、表面と裏面の圧電素子の三角形の配置が逆位相である、請求項３記載の形状可変ミラー。

【請求項5】

各圧電素子に印加する電圧は、前記ミラー基体の表面と裏面において中心線を挟んで配置した圧電素子では左右同一の電圧に設定するとともに、表面と裏面の両面に配置した圧電素子では異なる電圧に設定する、請求項１～４何れか１項に記載の形状可変ミラー。

【請求項6】

前記ミラー基体の表面と裏面に配置した各圧電素子に印加する電圧は、各々ミラー端からの距離が同じ部分の電極において、一定の割合に設定されている、請求項５記載の形状可変ミラー。

【請求項7】

前記ミラー基体の両側面に圧電素子が各々貼り付けられており、両側面の圧電素子の三角形の配置が同位相である、請求項３記載の形状可変ミラー。

【請求項8】

前記ミラー基体の両側面に圧電素子が各々貼り付けられており、各側面の中心線を挟んで配置した圧電素子では上下異なる電圧に設定するとともに、両側面の対向する圧電素子では同一に設定する、請求項７記載の形状可変ミラー。

【請求項9】

前記圧電素子とミラー基体とが金属ナノ粒子を主成分とする接合材料により形成された金属接合体で接合されている、請求項１～８何れか１項に記載の形状可変ミラー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状可変ミラーに係わり、更に詳しくは反射光学系に用いる形状可変ミラーに関するものである。

【背景技術】

【0002】

圧電素子とＸ線ミラーを樹脂接着したバイモルフミラーで、Ｘ線の波面補正を行うことで、ビームの集光サイズ７ｎｍ程度まで小さくすることに成功している（特許文献１、特許文献２、非特許文献１）。この波面補償が可能な形状可変ミラーは、特許文献２にも示すようにシリコン基板平面の短手方向の中央部で長手方向に延びたＸ線の反射面が形成されたＸ線ミラーと、その両端の表面に貼り付けられた圧電素子とで構成されている。この圧電素子には複数の電極が接続できるようになっていて、印加電圧によって、圧電素子の変形量を変えることができる。変形した圧電素子は、それが接着されたシリコン基板に形成したＸ線反射面にもその変化した形状を伝達する。その結果、Ｘ線ミラーを任意の形状に変化させることができる。この特性を利用して、ユーザーが望む所望の波面を持つ高品質なＸ線ビームを作ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１６４５５３号公報

【文献】特開２０１１－１３７７１０号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ｈ．Ｍｉｍｕｒａ，ｅｔ．ａｌ， Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６， １２２－１２５ （２０１０）．

【文献】Ｈ．Ｎａｋａｍｏｒｉ, ｅｔ．ａｌ，Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ,８３, ０５３７０１（２０１２）．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、当該の波面補正に使用するＸ線バイモルフミラーにおける圧電素子は、１５０ｍｍ～２００ｍｍ長さのバータイプもしくは、１辺数ｃｍ以内の矩形状の比較的小さなサイズの圧電素子が多数貼られているタイプに限られる。その理由としては、当該の圧電素子の製法に起因する。当該の圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が主に利用されていて、焼結法によって製作されており製作におけるサイズが型のサイズに限定されている。このため、長さ２００ｍｍよりも大きなミラーとなると、バータイプを複数枚つなげるか、比較的小さなサイズの、矩形状のタイプのものを多数並べるかの２択しかなかった。これらの方法の場合、圧電素子の繋ぎ目に対応する反射面において、突起状の曲げ斑が生じてしまい、実験の精度を低下させることにつながっていた（非特許文献２）。

【0006】

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、圧電素子間の繋ぎ目の部分に起因する曲げ斑をなくすことで、いかなる長さのミラーでも曲げた際にＸ線の可干渉性に影響するような突起が反射面に生じないようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、前述の課題解決のために、以下に示す形状可変ミラーを構成した。

【0008】

（１）
直方体からなり、その長手方向に延びた四面のうち対向する一対を表面と裏面、もう一対を両側面とし、該表面の長手方向に沿って反射面が形成されたミラー基体と、
該ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくとも一面に、長手方向に所定間隔を設けて貼り付けた複数の圧電素子と、を備え、
隣接する圧電素子の一部が互いに長手方向においてオーバーラップしていることを特徴とする形状可変ミラー。

【0009】

（２）
前記圧電素子の一部に平面視において鋭角の部分が存在している、（１）記載の形状可変ミラー。

【0010】

（３）
前記ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくとも一面に、平面視において三角形状を有する圧電素子を、該面の中心線部を除く両側の領域に交互に向きを反転させて並べて配置してなる、（１）又は（２）記載の形状可変ミラー。

【0011】

（４）
前記ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくとも一面の中心線を挟んで両側に配置した圧電素子は、三角形状の底辺部が互いに向き合う形で貼り付け、中心線に対して対称に配置している、（３）記載の形状可変ミラー。

【0012】

（５）
前記ミラー基体の表面の中心線部に沿って帯状の反射面を形成している、（１）～（４）何れか１に記載の形状可変ミラー。

【0013】

（６）
前記ミラー基体の反射面を備えた表面と裏面とに圧電素子が各々貼り付けられており、表面と裏面の圧電素子の三角形の配置が逆位相である、（５）記載の形状可変ミラー。

【0014】

（７）
各圧電素子に印加する電圧は、前記ミラー基体の表面と裏面において中心線を挟んで配置した圧電素子では左右同一の電圧に設定するとともに、表面と裏面の両面に配置した圧電素子では異なる電圧に設定する、（１）～（６）何れか１に記載の形状可変ミラー。

【0015】

（８）
前記ミラー基体の表面と裏面に配置した各圧電素子に印加する電圧は、各々ミラー端からの距離が同じ部分の電極において、一定の割合に設定されている、（７）記載の形状可変ミラー。

【0016】

（９）
前記ミラー基体の両側面に圧電素子が各々貼り付けられており、両側面の圧電素子の三角形の配置が同位相である、（５）記載の形状可変ミラー。

【0017】

（１０）
前記ミラー基体の両側面に圧電素子が各々貼り付けられており、各側面の中心線を挟んで配置した圧電素子では上下異なる電圧に設定するとともに、両側面の対向する圧電素子では同一に設定する、（９）記載の形状可変ミラー。

【0018】

（１１）
前記圧電素子とミラー基体とが金属ナノ粒子を主成分とする接合材料により形成された金属接合体で接合されている、（１）～（１０）何れか１に記載の形状可変ミラー。

【発明の効果】

【0019】

本発明の形状可変ミラーによれば、圧電素子間の繋ぎ目の部分に起因する曲げ斑をなくすことができ、いかなる長さのミラーでも所望の波面を持つ高品質なＸ線ビームを作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の形状可変ミラーの第１実施形態の構造を示す平面図である。

【図2】同じく第１実施形態の部分縦断面図である。

【図3】発明の形状可変ミラーの第２実施形態の構造を示す底面図である。

【図4】同じく第２実施形態の部分縦断面図である。

【図5】本発明の形状可変ミラーの第３実施形態の構造を示す平面図である。

【図6】本発明の形状可変ミラーの第４実施形態の構造を示す斜視図である。

【図7】第１実施形態（図１及び図２）の形状可変ミラーで、すべての圧電素子に同一の電圧を印加した際の反射面のミラー中心線上の形状変化を示したグラフである。

【図8】第１実施形態の形状可変ミラーで、すべての圧電素子に同一の電圧を印加した際の反射面のミラー中心線上の形状変化量から４次多項式を引いた後のグラフである。

【図9】第２実施形態（図３及び図４）の形状可変ミラーで、すべての圧電素子に同一の電圧を印加した際の反射面のミラー中心線上の形状変化を示したグラフである。

【図10】第２実施形態の形状可変ミラーで、すべての圧電素子に同一の電圧を印加した際の反射面のミラー中心線上の形状変化量から４次多項式を引いた後のグラフである。

【図11】第２実施形態の形状可変ミラーで、すべての表側の圧電素子に５００Ｖ、すべての裏側の圧電素子に４００Ｖを印加した際の反射面のミラー中心線上の形状変化を示したグラフである。

【図12】第２実施形態の形状可変ミラーで、すべての表側の圧電素子に５００Ｖ、すべての裏側の圧電素子に４００Ｖを印加した際の反射面のミラー中心線上の形状変化量から４次多項式を引いた後のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の形状可変ミラーは、直方体からなり、その長手方向に延びた四面のうち対向する一対を表面と裏面、もう一対を両側面とし、該表面の長手方向に沿って反射面が形成されたミラー基体と、該ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくとも一面に、長手方向に所定間隔を設けて貼り付けた複数の圧電素子と、を備え、隣接する圧電素子の一部が互いに長手方向においてオーバーラップしていることが好ましい。ここで、「隣接する圧電素子の一部が互いに長手方向においてオーバーラップしている」とは、ミラー基体の各面の中心線に対して直交する面を、隣接する圧電素子が共に交差する部分があることを意味する。

【0022】

前記圧電素子は複数個貼り付けられていて、当該圧電素子の一部に鋭角の部分が存在していることが好ましい。具体的には、平面視において、圧電素子が三角形状若しくは台形状であることが好ましい。また、前記ミラー基体の表面の中心線部に沿って帯状の反射面を形成している。前記反射面は、斜入射するＸ線の波面を乱すことなく反射させるために高い形状精度と表面粗さに加工されている。尚、反射面には、Ｘ線の反射率を高めるために多層膜が形成されることもある。

【0023】

本発明の形状可変ミラーは、前記ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくとも一面に、平面視において三角形状を有する圧電素子を、該面の中心線部を除く両側の領域に交互に向きを反転させて並べて配置していることが好ましい。更に、前記ミラー基体の表面、裏面及び両側面のうちの少なくとも一面の中心線を挟んで両側に配置した圧電素子は、三角形状の底辺部が互いに向き合う形で貼り付け、中心線に対して対称に配置していることがより好ましい。仮に、三角形状の圧電素子の頂点部と、底辺部が向き合うと、中央部のうねりを消せるメリットが存在するが、中心から少し離れるとツイスト現象を起こしてしまう。このため三角形状の圧電素子の底辺部を向き合わせることで、うねりをコントロールしやすい形にすることできる。なお、頂点部を向き合わせたところで曲げ量が少なくなる。このため、電圧調整によりコントロールして、うねりを消すことも可能になる。

【0024】

前記圧電素子の貼り付ける場所として、ミラー基体の表面、裏面及び両側面の何れであってもよいが、表面の中心線部を除く両側の領域に圧電素子を貼り付けてあることが好ましい。前記ミラー基体の表面の中心線に沿って反射面を設けてあるので、該表面で反射面の両側に圧電素子を貼り付けることで、圧電素子の曲げ量を反射面により反映させることができ、それにより波面収差の改善や、大きな曲げにも対応しやすくなる。また、ミラー基体の側面に貼り付けることにもメリットがある。反射面を設けた表面に圧電素子が存在しない場合、形状加工をしやすかったり、コーティングをしやすかったりする。また、ミラー基体の側面に圧電素子を貼り付けることで、貼り付け時のひずみが反射面に入りにくいため、貼り付け後の追加工が必要にならないケースがある。反射面を設けた表面に圧電素子が存在する場合でも貼り付け後に追加工を施せば、貼り付け時のひずみの影響は解消できるため実用上問題ないが、１工程増えることになる。

【0025】

また、圧電素子の貼り付ける場所は、ミラー基体の表面と裏面に各々貼り付けられていることが特に好ましい。また、ミラー基体の表面と裏面に貼り付ける三角形の圧電素子の配置が逆位相であることがさらに好ましい。ここで、「逆位相」とは、三角形の頂点部と底辺部の向きが逆方向であることを意味する。ミラー基体の表面と裏面の片面のみに圧電素子を貼り付けた場合では、頂点部が向きあうところで曲げ量が少ないため、当該部分に裏面側の底辺部が配置されれば、うねりを少なくすることが可能となる。

【0026】

各圧電素子に印加する電圧は、ミラー基体の表面と裏面では中心線を挟んで左右同一の電圧を印加していて、また表面と裏面とでは違う電圧を印加していることが好ましく、その印加する電圧が、各々ミラー端からの距離が同じ部分の電極において、一定の割合に設定されていることがより好ましい。また、ミラー基体の両側面に圧電素子を貼り付ける場合には、両側面の圧電素子の三角形の配置が同位相にすることが好ましく、各側面の中心線を挟んで配置した圧電素子では上下異なる電圧に設定するとともに、両側面の対向する圧電素子では同一に設定することが好ましい。

【0027】

前記圧電素子をミラー基体に貼り付けるバインダー材料として、導電性のエポキシ樹脂材料や、金属ナノ粒子を主成分とする接合材料により形成された金属接合体で接合されていることが好ましい。特に、金属接合体の場合、貼り付け時にプレス工程が入る。この場合ミラー全領域をカバーするような大きな圧電素子だと、より圧電素子にも大きなひずみが入りやすいが、当該の三角形のタイプのような圧電素子だと、プレス工程時のひずみが入りにくく、圧電素子にかかる負荷も小さくなる。

【0028】

前記接合材料は、粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子と樹脂製分を含むペースト状であり、接合温度が１５０℃～３００℃である。この接合材料を用いて、前記圧電素子とシリコン又はＳｉＯ_２を主成分としたミラー基体とを接合している。接合時に加圧、加熱して金属ナノ粒子を融着するとともに、樹脂線分を蒸散させるが、接合状態において該接合部での樹脂成分の含有量が１０重量％以下であることが好ましい。ここで、金属ナノ粒子の粒径サイズは小さければ小さいほど、低温で接合が開始されるので、好ましくは１００ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ、さらにより好ましくは１０ｎｍ以下、数ｎｍであるとよい。また、金属ナノ粒子は、金属のバルク状態での融点が圧電素子のキュリー温度以上であることが必要である。

【0029】

前記接合材料による接合温度は、１５０℃より小さければ、接合が開始しない。また３００℃以上であれば、圧電素子のキュリー温度に近くなり、あるいはキュリー温度を超えて圧電素子の配向性が変化してしまうため、１５０℃～３００℃が望ましい。

【0030】

前記接合材料における樹脂成分若しくは揮発成分の含有量は、少なければ少ない方が好ましく、接合状態で金属接合体中での含有量は１０重量％以下であることが好ましい。

【0031】

前記ミラー基体自体の材料は特に制限されないが、シリコン又はＳｉＯ_２を主成分とすることが好ましい。これらの材料は、単結晶で入手できるため、Ｘ線分野で要求されるスペックである、形状誤差をＰ－Ｖ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値：２ｎｍ程度で任意形状に加工するのに、好適なミラー基体となる。

【0032】

また、本発明の形状可変ミラーは、前記ミラー基体と圧電素子との接合部における金属接合体中での空孔率が３０％以下であることが好ましい。空孔率が大きいと接合強度が低下して、変形によって疲労が生じやすくなる。また、空隙部に水分等が入り込むため、真空引きをした際にこれらが放出されてしまう。このため、空孔率は３０％以下であることが好ましい。

【0033】

次に、本発明による実施の形態について、図面に基づき説明する。

【実施例1】

【0034】

本発明の第１実施形態にかかる形状可変ミラーを図１及び図２に示す。図１は、形状可変ミラーの平面図であり、図２は、その部分縦断面図である。図示したように第１実施形態の形状可変ミラーは、やや扁平な直方体形状のミラー基体１の表面にのみ複数の圧電素子２，…を貼り付けた構造である。各圧電素子２は、表面電極３と裏面電極４を備え、前記ミラー基体１の表面に蒸着等の適宜な手段で成膜した共通電極５の上に、所定のパターンでバインダー材料６を用いて固定されている。ここで、前記バインダー材料６は、前述の導電性のエポキシ樹脂材料や、金属ナノ粒子を主成分とする接合材料である。前記ミラー基体１の表面の中央には、長手方向に延びた反射面７が所定形状の精度で作り込まれている。そして、前記反射面７の両側に沿って前記共通電極５，５を帯状に設け、その上に複数の前記圧電素子２，…を重ならないように、密に列設している。図１に示した形状可変ミラーは、反射面７の両側にそれぞれ１７個の圧電素子２を設けている。ここで、前記裏面電極４と共通電極５及びバインダー材料６とで中間電極が構成されている。

【0035】

前記圧電素子２としては、チタン酸ジルコン酸鉛（通称ＰＺＴ）が最も好ましい。厚さ方向に配向させた当該板状のＰＺＴの表面及び裏面にそれぞれ表面電極３と裏面電極４を付与して、両電極間に電圧を印加すると変形する。

【0036】

当該圧電素子２の形状としては、平面視において一部に鋭角を有することが好ましく、具体的には三角形であること、その中で二等辺三角形であること、正三角形であることが更に望ましい。また、三角形の圧電素子２を交互に向きを１８０度変えて接近させて貼り合わせることで、隣接する圧電素子２，２の一部が互いに長手方向においてオーバーラップし、圧電素子２，２間の隙間の面積を、ミラーの長手方向（反射面７の形状変化方向）に対して均一にすることができる。このため、従来のような矩形の圧電素子を用い、長手方向に不連続部分が生じていたときと比較して、隙間の影響を、緩やかにする効果がある。

【0037】

前記ミラー基体１の材料は、シリコン又はＳｉＯ_２を主成分としたものであることが好ましい。シリコン又はＳｉＯ_２を主成分とした材料は、結晶材料であり、粒界がないため原子数個以内での加工精度を実現するような超精密加工を行う上では最適な材料である。

【0038】

そして、前記圧電素子２の表面に表面電極３を設けるとともに、裏面に裏面電極４を設け、予めミラー基体１の表面に形成しておいた共通電極５の上に、該圧電素子２を導電性のバインダー材料６で接合する。前記裏面電極４、バインダー材料６及び共通電極５は電気的に一体となって、中間電極を構成する。通常は、中間電極は接地され、前記各圧電素子２の表面電極３に、ミラー基体１の変形に影響を与えない適宜な電圧印加手段にて電圧を印加することで、反射面７の形状を任意形状に変化させることができるようになる。

【0039】

尚、前記反射面７は、利用時には、前記ミラー基体１の表面を直接精密加工して形成していて、電圧印加によってミラー形状を変形させる前においても、前記反射面７は、凸面（デフォーカス）でも凹面（フォーカシング）であっても良い。ミラーの有効領域は、ミラー基体１の短手方向の中心線に近い領域に約５～８ｍｍ幅の帯状に形成している。

【0040】

前記反射面７でＸ線等の光を反射できるようになっていて、例えば、図１の左手方向から右手方向にＸ線ビームが入射する。このビームの入射角度は、数ｍｒａｄ～数１０ｍｒａｄと浅い角度で入射することでＸ線を全反射や多層膜反射させることができる。勿論、ビームの波長によって反射させる入射角度は適宜設定する。

【0041】

前記反射面７の形状を当初の設定から変形させることで、Ｘ線ビームサイズを変形させたり、波面の補正を行ったりすることで各種の分析精度の向上、分析時間の短縮、Ｘ線の強度の増強等に貢献できるようになる。

【実施例2】

【0042】

本発明の第２実施形態にかかる形状可変ミラーを図３及び図４に示す。図３は、形状可変ミラーの底面図であり、図４は、その部分縦断面図である。本実施形態の形状可変ミラーは、ミラー基体１の表裏両面に圧電素子２が貼り付けられた構造である。尚、本実施形態の形状可変ミラーの平面図は図１と同じである。

【0043】

第２実施形態にかかる形状可変ミラーが、第１実施形態と異なる点は、ミラー基体１の裏面にも圧電素子が貼り付けられている点だけである。本実施形態の形状可変ミラーは、前記同様にミラー基体１の表面の中心線部に沿って帯状の反射面７を形成し、前記ミラー基体１の反射面７を備えた表面と裏面とに圧電素子２，８が各々貼り付けられており、表面と裏面の圧電素子２，８の三角形の配置が逆位相である。

【0044】

図３及び図４に示すように、前記ミラー基体１の裏面に貼り付ける各圧電素子８は、表面電極９と裏面電極１０を備え、前記ミラー基体１の裏面に蒸着等の適宜な手段で成膜した共通電極１１の上に、所定のパターンでバインダー材料１２を用いて固定されている。ここで、前記圧電素子８は前記圧電素子２と同じであり、前記バインダー材料１２は前記バインダー材料６と同じである。前記ミラー基体１の裏面の中心線両側に沿って前記共通電極１１，１１を帯状に設け、その上に複数の前記圧電素子８，…を重ならないように、密に列設している。ここで、前記裏面電極１０と共通電極１１及びバインダー材料１２とで中間電極が構成されている。図３に示すように、前記ミラー基体１の裏面に貼り付ける各圧電素子８，…の配置は、表面に貼り付けた圧電素子２，…の配置に対して逆位相となっている。つまり、裏面側の圧電素子８の三角形の頂点部が、表面側の圧電素子２の底辺部の中央に位置し、逆に裏面側の圧電素子８の三角形の底辺部の中央に、表面側の圧電素子２の頂点部が位置する。

【0045】

前記バインダー材料６及びバインダー材料１２は２つのタイプが存在する。１つは、導電性エポキシ樹脂を主成分とした場合であり、この場合、裏面電極４，１０及び共通電極５，１１は、ニッケル、金、クロムなど、ミラー基体１と圧電素子２，８と密着性を高める材料を介して蒸着やめっき等の方法により形成される。また、導電性エポキシ樹脂を使用する場合、ミラー基体１側の共通電極５，１１は存在しなくてもよい場合がある。

【0046】

前記バインダー材料６及びバインダー材料１２のもう１つは、金属ナノ粒子を主成分とする接合材料により接合された金属接合体から形成される。金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子、金ナノ粒子、銅ナノ粒子といった材料が好ましい。金属ナノ粒子は、金属本来の融点よりは低温で溶解し始める特性がある。このため、例えば銀の場合は、融点が９６２℃であるものの、銀ナノ粒子であることで、３００℃以下でもナノ粒子同士が溶け合って、金属接合体となる。このため、一度接合させると、例えば銀の融点である９６２℃まで上昇させないと、融解しないことから、Ｘ線ビームが継続して形状可変ミラーの反射面７に照射されて、仮に圧電素子自体が２００～３００℃程度まで温度が上がっても接合部は変性しない。

【0047】

当該金属ナノ粒子を主成分とする接合材料を利用する場合、裏面電極４，１０及び共通電極５，１１としては、金、銀、銅が挙げられ、密着性を高める材料を介して形成されていることが望ましい。より具体的には、ミラー基体１と圧電素子２，８の接合面側に数ｎｍ厚さのクロムやチタンを介して、スパッタリング蒸着により成膜された厚み３０ｎｍ～１００ｎｍ程度の金が最も理想的である。

【0048】

第２実施形態にかかる形状可変ミラーは、図３に示すように、裏面側の圧電素子８は、表面側の圧電素子２とは逆位相になるように貼り付けられている。このように、表裏の圧電素子を逆位相に貼り付けることで、三角形状に依存して形成されたうねりを解消することができる。

【実施例3】

【0049】

本発明の第３実施形態にかかる形状可変ミラーを図５に示す。本実施形態では、前記圧電素子２の平面視形状を矩形状とした。この矩形状の複数の圧電素子２，…を少なくとも２列、ミラー基体１の長手方向に沿ってレンガ積み構造に配置する。それにより、隣接する圧電素子の一部が互いに長手方向においてオーバーラップした配置にすることができる。

【実施例4】

【0050】

本発明の第４実施形態にかかる形状可変ミラーを図６に示す。本実施形態の形状可変ミラーは、長手方向に延びた四面のうち対向する一対を表面と裏面、もう一対を両側面とした直方体形状のミラー基体１３を用い、該ミラー基体１３の表面の中心線で長手方向に沿って反射面１４が形成され、該ミラー基体１３の両側面に複数の圧電素子１５，…が各々貼り付けられており、この場合、両側面の圧電素子１５，１５の三角形の配置が同位相である。

【0051】

＜数値解析結果＞
次に、実際に有限要素法（ＦＥＭ）にて解析した結果を図７に示す。ＦＥＭはミラー基体１の材料をＳｉ単結晶として、厚み１２.５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１５５ｍｍで実施した。図７の結果は、図１及び図２に示すように、表面のみに圧電素子を貼り付けた第１実施形態の結果であり、圧電素子の全体に５００Ｖ印加した場合で、裏面側に圧電素子を貼り付けていないケースである。当該の条件だと、２．５μｍ程度の形状変化があり、その形状変化量から４次多項式（近似式）を引くと、図８に示すようにＰ－Ｖ値：０．８ｎｍ程度のうねりが生じていた。なお、当該形状可変ミラーにおいて、低次（当該実施例では４次）の多項式成分は電圧制御によって容易に変形し、補正可能な周波数成分であるので、低次のうねりを無視するために形状変化量から４次多項式を引いて高次のうねりで評価した。

【0052】

一方で、図３及び図４に示すような第２実施形態の構成で、表裏それぞれに圧電素子を貼り付け、裏側と表側が逆位相になるように配置して、全ての圧電素子に５００Ｖ印加して曲げた場合、同様に図９に示すように、４．８μｍ程度の形状変化があり、その形状変化量から４次多項式を引くと、図１０に示すようにＰ－Ｖ値：０．２ｎｍのうねりへと減少した。つまり、表裏それぞれに圧電素子を貼り付け、表裏逆位相にすることで、形状変化量が２倍程度になったにもかかわらず、うねりの大きさを１／４程度まで減少させることができることを示している。

【0053】

更に、図３及び図４に示すような第２実施形態の構成で、表裏それぞれに圧電素子を貼り付け、裏側と表側が逆位相になるように配置して、表面側の圧電素子の全てに５００Ｖ印加して、裏面側の圧電素子すべてに４００Ｖを印加して曲げた場合、同様に図１１に示すように、４．３μｍ程度の形状変化があった。そして、この形状変化量から４次多項式を引くと、図１２に示すようにＰ－Ｖ値：０．０１ｎｍ程度のうねりへと減少した。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明の形状可変ミラーは、硬Ｘ線のナノ集光による各種分析や、タイコグラフィーＸＡＦＳによる各種反応現象のその場解析（例えば、２次電池の電極部分の反応現象の解析など）に利用でき、また高強度レーザーを使ったレーザー加速や、レーザー核融合分野でも利用が可能である。本発明の形状可変ミラーは、可視光からＥＵＶ領域若しくはＸ線領域の電磁波を反射させる光学系に広く利用可能である。

【符号の説明】

【0055】

１ ミラー基体
２ バインダー材料
３ 中間電極
４ 圧電素子
５ 表面電極
６ 反射面
７ 裏面側の圧電素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】