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JP7837593B2 - Precision positioning device and optical device - Google Patents
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JP7837593B2 - Precision positioning device and optical device - Google Patents

Precision positioning device and optical device

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JP7837593B2 JP2024545422A JP2024545422A JP7837593B2 JP 7837593 B2 JP7837593 B2 JP 7837593B2 JP 2024545422 A JP2024545422 A JP 2024545422A JP 2024545422 A JP2024545422 A JP 2024545422A JP 7837593 B2 JP7837593 B2 JP 7837593B2
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Description

本発明は、光学素子の可動性を3次元的に持たせることができる精密位置決め装置及び光学装置に関する。This invention relates to a precision positioning device and an optical device that can provide three-dimensional mobility for optical elements.

1960年代にレーザーが発明されて以来、光計測技術は著しく発展した。1970年代に半導体レーザーが発明されてからは小型の計測装置の研究開発が活発化し、1980年代には、半導体レーザーを内蔵した計測装置が実用化された。近年では、これまで高価で大型であった計測装置と同じ機能・性能を維持した状態で携帯可能とした計測装置の開発が活発化している。その手法は、大きく分けて、微細加工技術を用いたものと、光導波路を用いたものがある。Since the invention of the laser in the 1960s, optical measurement technology has developed remarkably. Following the invention of semiconductor lasers in the 1970s, research and development of miniaturized measuring devices intensified, and in the 1980s, measuring devices incorporating semiconductor lasers were put into practical use. In recent years, there has been a surge in the development of portable measuring devices that maintain the same functionality and performance as previously expensive and large measuring devices. These methods can be broadly divided into two categories: those using microfabrication technology and those using optical waveguides.

前者は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)によるもので、例えば、非特許文献1にあるように、ウエハレベルでの光学素子、特に可動性を持たせたものが主流となっている。しかしながら、ウエハレベルでの作製ゆえに、2次元的な構造物が多く、また、ばね機構を持たせる場合、共振特性を利用すると大きな変位を得られるが静的な可動が困難といった問題がある。The former involves MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and as shown in Non-Patent Document 1, for example, optical elements at the wafer level, especially those with mobility, are the mainstream. However, because they are fabricated at the wafer level, many are two-dimensional structures, and when a spring mechanism is incorporated, while large displacement can be obtained by utilizing resonance characteristics, static movement is difficult, which presents problems.

後者は、光導波路がウエハ状に形成されており、光が通過するところは、SiN等の材料で、空気中を通過するよりも損失があり、また、光を導入するところでも大きな損失がある。例えば、非特許文献2のようにセンサの利用の場合は、光の強度を上げることで解決するが、光子を制御するような微弱な光を制御する場合は、損失の影響が計測に大きな影響を及ぼすという問題があった。In the latter case, the optical waveguide is formed in a wafer shape, and the light passes through materials such as SiN, resulting in greater losses than when passing through air. There are also significant losses where the light is introduced. For example, in the case of sensor use as described in Non-Patent Document 2, this can be solved by increasing the light intensity. However, when controlling weak light, such as photons, the losses have a significant impact on the measurement.

O. Solgaard, A. A. Godil, R. T. Howe, L. P. Lee, Y. Peter and H. Zappe, "Optical MEMS: From Micromirrors to Complex Systems," in Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 23, no. 3, pp. 517-538, June 2014, doi: 10.1109/JMEMS.2014.2319266.O. Solgaard, A. A. Godil, R. T. Howe, L. P. Lee, Y. Peter and H. Zappe, "Optical MEMS: From Micromirrors to Complex Systems," in Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 23, no. 3, pp. 517-538, June 2014, doi: 10.1109/JMEMS.2014.2319266. Sepulveda, Borja, et al. "Optical biosensor microsystems based on the integration of highly sensitive Mach-Zehnder interferometer devices." Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 8.7 (2006): S561.Sepulveda, Borja, et al. "Optical biosensor microsystems based on the integration of highly sensitive Mach-Zehnder interferometer devices." Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 8.7 (2006): S561.

このように、MEMS技術のみのアプローチだけ、もしくは、光導波路のアプローチによるだけでは、光子のような微弱な光の精密制御は困難であり、大型の光学システムの小型化と自動制御をすることが課題となっている。Thus, precise control of weak light like photons is difficult using only MEMS technology or only optical waveguides, and the challenge lies in miniaturizing and automatically controlling large optical systems.

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、光子のような微弱な強度の光の制御も可能とすることができる精密位置決め装置及びそれを用いた光学装置を提供することにある。The present invention is based on these problems and aims to provide a precision positioning device and an optical device using the same that can also control light of very low intensity, such as photons.

本発明の精密位置決め装置は、光学素子と、光学素子を支持する支持部とを備え、支持部は、電気配線が立体的に配設された複数の構造物と、電気配線に電気的に接続された複数の圧電アクチュエータとを接合することにより、光学素子を、複数の回転軸を中心として回動可能とすると共に、回転軸の少なくとも1つの方向に移動可能とするように構成されたものである。The precision positioning device of the present invention comprises an optical element and a support portion that supports the optical element. The support portion is configured to allow the optical element to rotate around multiple rotation axes and to move in at least one direction of the rotation axes by joining a plurality of structures on which electrical wiring is arranged three-dimensionally with a plurality of piezoelectric actuators electrically connected to the electrical wiring.

本発明の光学装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器からのレーザー光を受光するフォトダイオードと、レーザー発振器及びフォトダイオードが配設された回路基板と、回路基板に配設され、レーザー発振器からフォトダイオードまでの光路上に配置された本発明の少なくとも1つの精密位置決め装置とを備えたものである。The optical device of the present invention comprises a laser oscillator, a photodiode for receiving laser light from the laser oscillator, a circuit board on which the laser oscillator and the photodiode are arranged, and at least one precision positioning device of the present invention, which is arranged on the circuit board and positioned on the optical path from the laser oscillator to the photodiode.

本発明によれば、電気配線が立体的に配設された複数の構造物と、電気配線に電気的に接続された複数の圧電アクチュエータとを接合することにより、光学素子を、複数の回転軸を中心として回動可能とすると共に、回転軸の少なくとも1つの方向に移動とするようにしたので、微細加工技術、特に、実装の技術を利用して、三次元な電気配線と構造を持たせることができ、光子のような微弱な強度の光の制御を可能とすることができる。また、微弱な光以外にも、高強度な光の制御も可能であり、広く汎用性を持たせることができる。更に、回路基板上に集積することができるので、電気機械光学制御システムを実現することができ、系全体での小型化を達成することができる。According to the present invention, by joining multiple structures in which electrical wiring is arranged three-dimensionally with multiple piezoelectric actuators electrically connected to the electrical wiring, the optical element is made rotatable around multiple rotation axes and movable in at least one direction of the rotation axes. Therefore, by utilizing microfabrication technology, particularly mounting technology, it is possible to create three-dimensional electrical wiring and structures, enabling the control of light of weak intensity, such as photons. Furthermore, it is possible to control not only weak light but also high-intensity light, thus providing broad versatility. Moreover, since it can be integrated on a circuit board, an electromechanical optical control system can be realized, and miniaturization of the entire system can be achieved.

本発明の一実施の形態に係る精密位置決め装置の構成を表す図である。This figure shows the configuration of a precision positioning device according to one embodiment of the present invention. 図1に示した精密位置決め装置の配線構成を表す図である。Figure 1 shows the wiring configuration of the precision positioning device. 図1に示した精密位置決め装置の位置を表す座標である。These are the coordinates representing the position of the precision positioning device shown in Figure 1. 図1に示した精密位置決め装置のミラーの製造工程を表す図である。Figure 1 shows the manufacturing process for the mirror of the precision positioning device. 図1に示した精密位置決め装置の素子側第1構造物の製造工程を表す図である。This diagram shows the manufacturing process of the element-side first structure of the precision positioning device shown in Figure 1. 図1に示した精密位置決め装置の支持側第1構造物の製造工程を表す図である。This diagram shows the manufacturing process of the first support structure of the precision positioning device shown in Figure 1. 図1に示した精密位置決め装置の第2構造物の製造工程を表す図である。Figure 1 shows the manufacturing process for the second structure of the precision positioning device. 図1に示した精密位置決め装置の各構造物を接合する製造工程を表す図である。This figure shows the manufacturing process for joining the various structures of the precision positioning device shown in Figure 1. 図1に示した精密位置決め装置を用いた光学装置の構成を表す図である。Figure 1 shows the configuration of an optical device using the precision positioning device. 図1に示した精密位置決め装置の利用例を説明する図である。Figure 1 illustrates an example of how to use the precision positioning device shown in the diagram. 本発明の変形例1の構成を表す図である。This figure shows the configuration of Modified Example 1 of the present invention. 本発明の変形例1の他の構成を表す図である。This figure shows another configuration of Modification 1 of the present invention. 本発明の変形例1の利用例を説明する図である。This figure illustrates an example of using Modification 1 of the present invention. 本発明の変形例2の構成を表す図である。This figure shows the configuration of a modified example 2 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る精密位置決め装置1の全体構成を表すものであり、図1(A)は精密位置決め装置1を上から見た構成を示し、図1(B)は図1(A)に示したI方向から見た構成を示し、図1(C)は図1(A)に示したII方向から見た構成を示している。図2は、精密位置決め装置1の配線構成を表すものである。図2(A)は素子側第1構造物53を光学素子2の側から見た構成、図2(B)は光学素子2を素子側第1構造物53の側から見た構成、図2(C)は素子側第1構造物53を支持側第1構造物54の側から見た構成、図2(D)は支持側第1構造物54を素子側第1構造物53の側から見た構成、図2(E)は第2構造物52を支持側第1構造物54の側から見た構成、図2(F)は支持側第1構造物54を第2構造物52の側から見た構成、図2(G)は第2構造物52を第2構造物52の反対側から見た構成を示している。
(First Embodiment)
Figure 1 shows the overall configuration of the precision positioning device 1 according to the first embodiment of the present invention. Figure 1(A) shows the configuration of the precision positioning device 1 viewed from above, Figure 1(B) shows the configuration viewed from direction I shown in Figure 1(A), and Figure 1(C) shows the configuration viewed from direction II shown in Figure 1(A). Figure 2 shows the wiring configuration of the precision positioning device 1. Figure 2(A) shows the configuration of the element-side first structure 53 as seen from the optical element 2 side, Figure 2(B) shows the configuration of the optical element 2 as seen from the element-side first structure 53 side, Figure 2(C) shows the configuration of the element-side first structure 53 as seen from the support-side first structure 54 side, Figure 2(D) shows the configuration of the support-side first structure 54 as seen from the element-side first structure 53 side, Figure 2(E) shows the configuration of the second structure 52 as seen from the support-side first structure 54 side, Figure 2(F) shows the configuration of the support-side first structure 54 as seen from the second structure 52 side, and Figure 2(G) shows the configuration of the second structure 52 as seen from the opposite side of the second structure 52.

この精密位置決め装置1は、光学素子2と、光学素子2を支持する支持部3とを備えており、光学素子2の可動性を3次元的に持たせることができるものである。光学素子2は、例えば、光学装置を構成する各要素であり、ミラー、レンズ、プリズム、フィルター、又は、回折格子等が挙げられる。光学素子2の大きさは、例えば、20mm以下であることが好ましく、10mm以下であればより好ましく、100μm以上10mm以下であれば更に好ましい。小型化することができるからである。光学素子2の大きさというのは、例えば、光学素子2の最大長さである。なお、本実施の形態では、光学素子2としてミラーを用いる場合を例に挙げて具体的に説明する。ミラーは、例えば、シリカガラス、ほう珪酸ガラス、低熱膨張結晶化ガラス等のセラミックスやシリコン等の誘電体よりなる素子基板21の一面に、SiOやTa等の誘電体多層膜よりなる反射膜22が形成され、他面に素子側電極部23が形成されている。 This precision positioning device 1 comprises an optical element 2 and a support part 3 that supports the optical element 2, and allows the optical element 2 to have three-dimensional mobility. The optical element 2 is, for example, one of the elements that constitute an optical device, such as a mirror, lens, prism, filter, or diffraction grating. The size of the optical element 2 is preferably 20 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 100 μm or more and 10 mm or less, because it can be miniaturized. The size of the optical element 2 is, for example, the maximum length of the optical element 2. In this embodiment, the case in which a mirror is used as the optical element 2 will be explained in detail as an example. The mirror has a reflective film 22 made of a dielectric multilayer film such as SiO2 or Ta2O3 formed on one surface of an element substrate 21 made of ceramics such as silica glass, borosilicate glass, or low thermal expansion crystallized glass, or a dielectric such as silicon , and an element-side electrode part 23 formed on the other surface.

支持部3は、電気配線が立体的に配設された複数の構造物と、電気配線に電気的に接続された複数の圧電アクチュエータとを有している。支持部3は、複数の構造物と、複数の圧電アクチュエータとを組み合わせて接合することにより、光学素子2を、複数の回転軸を中心として回動可能とすると共に、回転軸の少なくとも1つの方向に移動可能とするように構成されている。The support section 3 comprises multiple structures on which electrical wiring is arranged three-dimensionally, and multiple piezoelectric actuators electrically connected to the electrical wiring. The support section 3 is configured to allow the optical element 2 to rotate around multiple rotation axes and to move in at least one direction of the rotation axes by combining and joining the multiple structures and the multiple piezoelectric actuators.

具体的には、例えば、支持部3は、構造物として第1構造物51と第2構造物52とを有しており、圧電アクチュエータとして複数の第1圧電アクチュエータ61と複数の第2圧電アクチュエータ62とを有している。第1圧電アクチュエータ61は、第1構造物51と光学素子2との間に配設されている。第1圧電アクチュエータ61は、例えば、3個以上であり、光学素子2について、X軸及びZ軸を回転軸として回動可能とすると共に、Y軸方向に移動可能とするように配置されている。第2圧電アクチュエータ62は、第1構造物51と第2構造物52との間に配設されている。第2圧電アクチュエータ62は、例えば、3個以上であり、光学素子2について、X軸及びY軸を回転軸として回動可能とすると共に、Z軸方向に移動可能とするように配置されている。Specifically, for example, the support section 3 has a first structure 51 and a second structure 52 as structural components, and has a plurality of first piezoelectric actuators 61 and a plurality of second piezoelectric actuators 62 as piezoelectric actuators. The first piezoelectric actuators 61 are disposed between the first structure 51 and the optical element 2. There are, for example, three or more first piezoelectric actuators 61, and they are arranged to allow rotation around the X and Z axes with respect to the optical element 2, as well as movement in the Y axis direction. The second piezoelectric actuators 62 are disposed between the first structure 51 and the second structure 52. There are, for example, three or more second piezoelectric actuators 62, and they are arranged to allow rotation around the X and Y axes with respect to the optical element 2, as well as movement in the Z axis direction.

これにより、支持部3は、光学素子2を、X軸、Y軸、及び、Z軸を回転軸として回動可能とすると共に、Y軸方向、及び、Z軸方向に移動可能とするように構成されている。なお、図1,2では、第1圧電アクチュエータ61及び第2圧電アクチュエータ62をそれぞれ4個配設した場合を示している。また、図1,2では、わかりやすくするために、第1圧電アクチュエータ61及び第2圧電アクチュエータ62に梨地を付して示している。As a result, the support portion 3 is configured to allow the optical element 2 to rotate around the X, Y, and Z axes, and to move in the Y and Z directions. Figures 1 and 2 show the case where four first piezoelectric actuators 61 and four second piezoelectric actuators 62 are arranged. Also, in Figures 1 and 2, the first piezoelectric actuators 61 and second piezoelectric actuators 62 are shown with a textured finish for clarity.

第1構造物51は、例えば、シリカガラス、ほう珪酸ガラス、低熱膨張結晶化ガラス等のセラミックスやシリコン等の誘電体により構成されている。第1構造物51は、例えば、第1圧電アクチュエータ61が接合された素子側第1構造物53と、第2圧電アクチュエータ62が接合され、素子側第1構造物53を支持する支持側第1構造物54とを有している。素子側第1構造物53は、例えば、Y軸に対して垂直な面を有しており、このY軸に対して垂直な面に第1圧電アクチュエータ61が接合されている。支持側第1構造物54は、例えば、Z軸に対して垂直な面を有しており、このZ軸に対して垂直な面に第2圧電アクチュエータ62が接合されている。第2構造物52は、例えば、シリカガラス、ほう珪酸ガラス、低熱膨張結晶化ガラス等のセラミックスやシリコン等の誘電体により構成されており、第1構造物51を支持するものである。第2構造物52は、例えば、Z軸に対して垂直な面を有しており、このZ軸に対して垂直な面に第2圧電アクチュエータ62が接合されている。The first structure 51 is made of ceramics such as silica glass, borosilicate glass, or low thermal expansion crystallized glass, or a dielectric material such as silicon. The first structure 51 has, for example, an element-side first structure 53 to which the first piezoelectric actuator 61 is joined, and a support-side first structure 54 to which the second piezoelectric actuator 62 is joined and which supports the element-side first structure 53. The element-side first structure 53 has, for example, a surface perpendicular to the Y-axis, to which the first piezoelectric actuator 61 is joined. The support-side first structure 54 has, for example, a surface perpendicular to the Z-axis, to which the second piezoelectric actuator 62 is joined. The second structure 52 is made of ceramics such as silica glass, borosilicate glass, or low thermal expansion crystallized glass, or a dielectric material such as silicon, and supports the first structure 51. The second structure 52 has, for example, a surface perpendicular to the Z-axis, and the second piezoelectric actuator 62 is joined to this surface perpendicular to the Z-axis.

素子側第1構造物53、支持側第1構造物54、及び、第2構造物52は、例えば、板状であり、一対の平面及び4つの側面を有している。素子側第1構造物53、支持側第1構造物54、及び、第2構造物52の厚みは、例えば、0.1mm以上5mm以下であることが好ましい。これらの平面の大きさは、例えば、0.1mm×0.1mm以上、20mm×20mm以下であることが好ましく、0.1mm×0.1mm以上、10mm×10mm以下であればより好ましい。The element-side first structure 53, the support-side first structure 54, and the second structure 52 are, for example, plate-shaped and have a pair of planes and four sides. The thickness of the element-side first structure 53, the support-side first structure 54, and the second structure 52 is preferably, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less. The size of these planes is preferably, for example, 0.1 mm × 0.1 mm or more and 20 mm × 20 mm or less, and more preferably 0.1 mm × 0.1 mm or more and 10 mm × 10 mm or less.

素子側第1構造物53は、例えば、支持側第1構造物54に対して1つの側面を対向させて配設されており、一方の平面に第1圧電アクチュエータ61が接合されている。素子側第1構造物53には、第1圧電アクチュエータ61が接合された一方の平面から支持側第1構造物54と対向する側面にかけて、電気配線として複数の第1電気配線41が設けられている。第1電気配線41が設けられた一方の平面と側面との角部は、少なくとも第1電気配線41が設けられている領域において、面取りされていることが好ましい。第1電気配線41を容易に形成することができるからである。The element-side first structure 53 is, for example, arranged with one side facing the support-side first structure 54, and the first piezoelectric actuator 61 is joined to one of its planes. The element-side first structure 53 is provided with a plurality of first electrical wirings 41 as electrical wiring, extending from the plane to which the first piezoelectric actuator 61 is joined to the side facing the support-side first structure 54. The corner between the plane and the side where the first electrical wirings 41 are provided is preferably chamfered, at least in the region where the first electrical wirings 41 are provided, because this allows for easy formation of the first electrical wirings 41.

第1電気配線41の両端には第1電極部42がそれぞれ設けられている。第1電気配線41のうち1つは、第1圧電アクチュエータ61の光学素子2の側と電気的に接続されるものである。例えば、一方の第1電極部42において、導電性ポリマー等よりなる接続部63により光学素子2の素子側電極部23と電気的に接続されている。他の第1電気配線41は、一方の第1電極部42において、第1圧電アクチュエータ61の素子側第1構造物54の側と個別に電気的に接続されている。これにより、第1電気配線41は、第1圧電アクチュエータ61に電圧を印加することができるようになっている。First electrode portions 42 are provided at both ends of the first electrical wiring 41. One of the first electrical wirings 41 is electrically connected to the optical element 2 side of the first piezoelectric actuator 61. For example, at one of the first electrode portions 42, it is electrically connected to the element-side electrode portion 23 of the optical element 2 by a connection portion 63 made of a conductive polymer or the like. The other first electrical wiring 41 is individually electrically connected at one of its first electrode portions 42 to the element-side first structure 54 side of the first piezoelectric actuator 61. As a result, the first electrical wirings 41 can apply voltage to the first piezoelectric actuator 61.

支持側第1構造物54は、例えば、一方の平面に素子側第1構造物53が配設され、他方の平面に第2圧電アクチュエータ62が接合されている。支持側第1構造物54には、素子側第1構造物53が配設された一方の平面から側面を介し第2圧電アクチュエータ62が接合された他方の平面にかけて、電気配線として複数の第2電気配線43が設けられている。第2電気配線43が設けられた一方の平面と側面との角部、及び、側面と他方の平面との角部は、少なくとも第2電気配線43が設けられている領域において、面取りされていることが好ましい。第2電気配線43を容易に形成することができるからである。第2電気配線43は、第1電気配線41を電源に対して電気的に接続するものであり、第2電気配線43の両端には第2電極部44がそれぞれ設けられている。一方の第2電極部44は、第1電気配線41の他方の第1電極部42に対して個別に電気的に接続されている。また、支持側第1構造物54の他方の平面には、各第2圧電アクチュエータ62と電気的に接続される第1構造物側電極部55が設けられている。The support-side first structure 54 has, for example, an element-side first structure 53 disposed on one plane and a second piezoelectric actuator 62 joined to the other plane. The support-side first structure 54 is provided with a plurality of second electrical wirings 43 as electrical wiring, extending from the plane on which the element-side first structure 53 is disposed, through the side surface, to the other plane on which the second piezoelectric actuator 62 is joined. It is preferable that the corners between the plane on which the second electrical wirings 43 are provided and the side surface, and the corners between the side surface and the other plane, are chamfered, at least in the region where the second electrical wirings 43 are provided. This is because the second electrical wirings 43 can be easily formed. The second electrical wirings 43 electrically connect the first electrical wiring 41 to a power source, and second electrode portions 44 are provided at both ends of the second electrical wirings 43. One second electrode portion 44 is individually electrically connected to the other first electrode portion 42 of the first electrical wiring 41. Furthermore, on the other plane of the support-side first structure 54, there is a first structure-side electrode portion 55 which is electrically connected to each second piezoelectric actuator 62.

第2構造物52は、例えば、一方の平面に第2圧電アクチュエータ62が接合されている。第2構造物52には、一方の平面から側面を介し他方の平面にかけて、電気配線として複数の第3電気配線45及び複数の第4電気配線46が設けられている。第3電気配線45又は第4電気配線46が設けられた一方の平面と側面との角部、及び、側面と他方の平面との角部は、少なくとも第3電気配線45又は第4電気配線46が設けられている領域において、面取りされていることが好ましい。第3電気配線45及び第4電気配線46を容易に形成することができるからである。The second structure 52 has, for example, a second piezoelectric actuator 62 joined to one of its planes. The second structure 52 is provided with a plurality of third electrical wires 45 and a plurality of fourth electrical wires 46 as electrical wiring, extending from one plane through the side to the other plane. It is preferable that the corners between the plane on which the third electrical wires 45 or fourth electrical wires 46 are provided and the side, and the corners between the side and the other plane, be chamfered in at least the area where the third electrical wires 45 or fourth electrical wires 46 are provided. This is because the third electrical wires 45 and fourth electrical wires 46 can be easily formed.

第3電気配線45は、第2電気配線43を介して第1電気配線41を電源に対して電気的に接続するものであり、第3電気配線45の両端には第3電極部47がそれぞれ設けられている。一方の第3電極部47は、第2電気配線43の他方の第2電極部44と、導電性ポリマー等よりなる接続部64により個別に電気的に接続されている。他方の第3電極部47は、例えば、精密位置決め装置1を配設する図示しない回路基板等に対して電気的に接続される。The third electrical wiring 45 electrically connects the first electrical wiring 41 to the power source via the second electrical wiring 43, and each end of the third electrical wiring 45 is provided with a third electrode portion 47. One of the third electrode portions 47 is individually electrically connected to the other second electrode portion 44 of the second electrical wiring 43 by a connection portion 64 made of a conductive polymer or the like. The other third electrode portion 47 is electrically connected, for example, to a circuit board (not shown) on which the precision positioning device 1 is installed.

第4電気配線46の両端には第4電極部48がそれぞれ設けられている。第4電気配線46のうち1つは、第2圧電アクチュエータ62の支持側第1構造物54の側と電気的に接続されるものであり、一方の第4電極部48において、導電性ポリマー等よりなる接続部64により第1構造物側電極部55と電気的に接続されている。他の第4電気配線46は、一方の第4電極部48において、第2圧電アクチュエータ62の第2構造物52の側と個別に電気的に接続されている。これにより、第4電気配線46は、第2圧電アクチュエータ62に電圧を印加することができるようになっている。他方の第4電極部48は、例えば、精密位置決め装置1を配設する図示しない回路基板等に対して電気的に接続される。Fourth electrode portions 48 are provided at both ends of the fourth electrical wiring 46. One of the fourth electrical wirings 46 is electrically connected to the support side first structure 54 of the second piezoelectric actuator 62, and one of the fourth electrode portions 48 is electrically connected to the first structure side electrode portion 55 by a connection portion 64 made of a conductive polymer or the like. The other fourth electrical wiring 46 is individually electrically connected to the second structure 52 of the second piezoelectric actuator 62 at one of its fourth electrode portions 48. As a result, the fourth electrical wiring 46 can apply voltage to the second piezoelectric actuator 62. The other fourth electrode portion 48 is electrically connected to, for example, a circuit board (not shown) on which the precision positioning device 1 is installed.

第1電気配線41、第1電極部42、第2電気配線43、第2電極部44、第3電気配線45、第4電気配線46、第3電極部47、第4電極部48、素子側電極部23、及び、第1構造物側電極部55は、例えば、金(Au)又はアルミニウム(Al)等の金属により構成されている。これらの厚みは、例えば、100nmから1000nm程度である。なお、これらと素子側第1構造物53、支持側第1構造物54、又は、第2構造物との間に、チタン(Ti)又はクロム(Cr)等の金属よりなる密着層を設けるようにしてもよい。密着層の厚みは、例えば、1nmから20nm程度である。第1電極部42と第2電極部44とは、例えば、はんだ又は、YAGレーザー等を用いたガラス同士の溶接により電極間を接触させ導通させる、もしくは、導電性ポリマーを介して導通させることができる。The first electrical wiring 41, the first electrode portion 42, the second electrical wiring 43, the second electrode portion 44, the third electrical wiring 45, the fourth electrical wiring 46, the third electrode portion 47, the fourth electrode portion 48, the element-side electrode portion 23, and the first structure-side electrode portion 55 are made of a metal such as gold (Au) or aluminum (Al). Their thickness is, for example, about 100 nm to 1000 nm. A bonding layer made of a metal such as titanium (Ti) or chromium (Cr) may be provided between these and the element-side first structure 53, the support-side first structure 54, or the second structure. The thickness of the bonding layer is, for example, about 1 nm to 20 nm. The first electrode portion 42 and the second electrode portion 44 can be connected and made electrically conductive by, for example, soldering or welding glass to glass using a YAG laser, or by using a conductive polymer.

第1圧電アクチュエータ61と第1電極部42及び素子側電極部23、並びに、第2圧電アクチュエータ62と第4電極部48及び第1構造物側電極部55は、例えば、導電性ポリマーにより接合することが好ましい。可動性を持たせるためである。第1圧電アクチュエータ61及び第2圧電アクチュエータ62は、例えば、電圧を調整することにより、厚み方向、すなわち電圧の印加方向に伸縮するように構成されている。これにより、電圧に応じて第1圧電アクチュエータ61及び第2圧電アクチュエータ62の厚みが変化し、光学素子2を、X軸、Y軸、及び、Z軸を回転軸として回動可能とすると共に、Y軸方向、及び、Z軸方向に移動可能とするようになっている。The first piezoelectric actuator 61, the first electrode portion 42 and the element-side electrode portion 23, and the second piezoelectric actuator 62, the fourth electrode portion 48 and the first structure-side electrode portion 55 are preferably joined together by, for example, a conductive polymer. This is to allow for mobility. The first piezoelectric actuator 61 and the second piezoelectric actuator 62 are configured to expand and contract in the thickness direction, i.e., in the direction in which the voltage is applied, by adjusting the voltage, for example. As a result, the thickness of the first piezoelectric actuator 61 and the second piezoelectric actuator 62 changes according to the voltage, making the optical element 2 rotatable around the X, Y, and Z axes, and movable in the Y and Z axis directions.

例えば、図3に示したように、精密位置決め装置1の位置を距離lだけ離れた2つの座標系で表すと、座標系0(基準座標)に関する同時変換行列は式1で表され、座標系1に関する同時変換行列は式2で表され、基準座標系から見た座標系0、座標系1の回転/移動に関する同時変換行列は式3で表される。各同時変換行列をかけることで、光学素子2のX軸、Y軸、及び、Z軸を回転軸とした回動と、Y軸方向、及び、Z軸方向の移動とを電気的に制御することができるようになっている。 For example, as shown in Figure 3, if the position of the precision positioning device 1 is represented in two coordinate systems separated by a distance l, the simultaneous transformation matrix 0T1 with respect to coordinate system 0 (reference coordinates) is given by equation 1 , the simultaneous transformation matrix 1T2 with respect to coordinate system 1 is given by equation 2, and the simultaneous transformation matrix 0T2 with respect to the rotation/translation of coordinate system 0 and coordinate system 1 as seen from the reference coordinate system is given by equation 3. By multiplying each of these simultaneous transformation matrices, the rotation of the optical element 2 around the X, Y, and Z axes, and the movement in the Y-axis direction and the Z-axis direction can be electrically controlled.

この精密位置決め装置1は、例えば、次にようにして製造することができる。図4から図8は精密位置決め装置1の製造工程を表すものである。まず、例えば、精密位置決め装置1の各構成部材、すなわち、光学素子2であるミラー、素子側第1構造物53、支持側第1構造物54、及び、第2構造物52をそれぞれ作製する。ミラーは、例えば、まず、図4(A)に示したように、ガラス等よりなる基板を所定の大きさに切断して素子基板21を形成し、次いで、図4(B)に示したように、素子基板21の一面にスパッタ等により誘電体多層膜よりなる反射膜22を形成し、続いて、図4(C)に示したように、素子基板21の他面にスパッタ等により金属膜よりなる素子側電極部23を形成する。The precision positioning device 1 can be manufactured, for example, as follows. Figures 4 to 8 show the manufacturing process of the precision positioning device 1. First, for example, each component of the precision positioning device 1, namely the optical element 2, namely the mirror, the element-side first structure 53, the support-side first structure 54, and the second structure 52, is manufactured. For the mirror, for example, first, as shown in Figure 4(A), a substrate made of glass or the like is cut to a predetermined size to form an element substrate 21. Next, as shown in Figure 4(B), a reflective film 22 made of a dielectric multilayer film is formed on one surface of the element substrate 21 by sputtering or the like. Subsequently, as shown in Figure 4(C), an element-side electrode portion 23 made of a metal film is formed on the other surface of the element substrate 21 by sputtering or the like.

素子側第1構造物53は、例えば、まず、図5(A)に示したように、ガラス等よりなる基板71を用意し、図5(B)(C)に示したように、側面の第1電気配線41の形成位置に対応してドリル加工等により貫通孔72を形成する。その際、貫通孔72に皿ザグリ穴を形成し、第1電気配線41を形成する一面と側面との角部を面取りすることが好ましい。なお、図5(C)は図5(B)を一面側から見た構成であり、図5(B)は図5(C)のIII-III線に沿った断面構成を示している。次いで、例えば、図5(D)に示したように、基板71の一面に、第1電気配線41及び第1電極部42の形成領域を開口したステンシルマスク73を形成する。続いて、例えば、図5(E)に示したように、スパッタリング等により第1電気配線41及び第1電極部42を形成し、ステンシルマスク73を除去する。その後、例えば、図5(F)に示したように、基板71を所定の大きさに切断する。その際、1つの側面は、貫通孔72を切断するように形成する。The element-side first structure 53 is first prepared by, for example, preparing a substrate 71 made of glass or the like, as shown in Figure 5(A), and forming through holes 72 by drilling or the like, corresponding to the formation positions of the first electrical wiring 41 on the side surface, as shown in Figures 5(B) and 5(C). At that time, it is preferable to form countersunk holes in the through holes 72 and chamfer the corners between the surface on which the first electrical wiring 41 is formed and the side surface. Note that Figure 5(C) is a view of Figure 5(B) from one side, and Figure 5(B) shows a cross-sectional configuration along the line III-III in Figure 5(C). Next, for example, as shown in Figure 5(D), a stencil mask 73 is formed on one surface of the substrate 71, with openings for the formation areas of the first electrical wiring 41 and the first electrode portion 42. Subsequently, for example, as shown in Figure 5(E), the first electrical wiring 41 and the first electrode portion 42 are formed by sputtering or the like, and the stencil mask 73 is removed. Subsequently, the substrate 71 is cut to a predetermined size, for example, as shown in Figure 5(F). At this time, one side is formed to cut through a through hole 72.

支持側第1構造物54も素子側第1構造物53と同様にして形成することができる。例えば、まず、図6(A)に示したように、ガラス等よりなる基板71を用意し、側面の第2電気配線43の形成位置に対応してドリル加工等により貫通孔72を形成する。その際、両面において貫通孔72に皿ザグリ穴を形成することが好ましい。次いで、例えば、図6(B)に示したように、基板71の一面に、第2電気配線43及び第2電極部44の形成領域を開口したステンシルマスクを形成し、スパッタリング等により第2電気配線43及び第2電極部44を形成し、ステンシルマスクを除去する。続いて、例えば、図6(C)に示したように、基板71の他面に、第2電気配線43、第2電極部44、及び、第1構造物側電極部55の形成領域を開口したステンシルマスクを形成し、スパッタリング等により第2電気配線43、第2電極部44及び、第1構造物側電極部55を形成し、ステンシルマスクを除去する。その後、例えば、図6(D)に示したように、基板71を所定の大きさに切断する。その際、1つの側面は、貫通孔72を切断するように形成する。The support-side first structure 54 can be formed in the same manner as the element-side first structure 53. For example, first, as shown in Figure 6(A), a substrate 71 made of glass or the like is prepared, and through holes 72 are formed by drilling or the like in accordance with the formation positions of the second electrical wiring 43 on the side surface. In this case, it is preferable to form countersunk holes in the through holes 72 on both sides. Next, for example, as shown in Figure 6(B), a stencil mask with openings for the formation areas of the second electrical wiring 43 and the second electrode portion 44 is formed on one surface of the substrate 71, the second electrical wiring 43 and the second electrode portion 44 are formed by sputtering or the like, and the stencil mask is removed. Subsequently, for example, as shown in Figure 6(C), a stencil mask with openings for the formation areas of the second electrical wiring 43, the second electrode portion 44, and the first structure-side electrode portion 55 is formed on the other surface of the substrate 71, the second electrical wiring 43, the second electrode portion 44, and the first structure-side electrode portion 55 are formed by sputtering or the like, and the stencil mask is removed. Subsequently, the substrate 71 is cut to a predetermined size, for example, as shown in Figure 6(D). At this time, one side is formed to cut through a through hole 72.

第2構造物52も素子側第1構造物53と同様にして形成することができる。例えば、まず、図7(A)に示したように、ガラス等よりなる基板71を用意し、側面の第3電気配線45及び第4電気配線46の形成位置に対応してドリル加工等により貫通孔72を形成する。その際、両面において貫通孔72に皿ザグリ穴を形成することが好ましい。次いで、例えば、図7(B)に示したように、基板71の一面に、第3電気配線45、第4電気配線46、第3電極部47、及び、第4電極部48の形成領域を開口したステンシルマスクを形成し、スパッタリング等により第3電気配線45、第4電気配線46、第3電極部47、及び、第4電極部48を形成し、ステンシルマスクを除去する。続いて、例えば、図7(C)に示したように、基板71の他面に、第3電気配線45、第4電気配線46、第3電極部47、及び、第4電極部48の形成領域を開口したステンシルマスクを形成し、スパッタリング等により第3電気配線45、第4電気配線46、第3電極部47、及び、第4電極部48を形成し、ステンシルマスクを除去する。その後、例えば、図7(D)に示したように、基板71を所定の大きさに切断する。その際、2つの側面は、貫通孔72を切断するように形成する。The second structure 52 can also be formed in the same manner as the element-side first structure 53. For example, first, as shown in Figure 7(A), a substrate 71 made of glass or the like is prepared, and through holes 72 are formed by drilling or the like in accordance with the formation positions of the third electrical wiring 45 and the fourth electrical wiring 46 on the side surface. In this case, it is preferable to form countersunk holes in the through holes 72 on both sides. Next, for example, as shown in Figure 7(B), a stencil mask is formed on one surface of the substrate 71 with openings for the formation areas of the third electrical wiring 45, the fourth electrical wiring 46, the third electrode portion 47, and the fourth electrode portion 48, and the third electrical wiring 45, the fourth electrical wiring 46, the third electrode portion 47, and the fourth electrode portion 48 are formed by sputtering or the like, and the stencil mask is removed. Next, as shown in Figure 7(C), for example, a stencil mask is formed on the other side of the substrate 71, with openings for the formation areas of the third electrical wiring 45, the fourth electrical wiring 46, the third electrode portion 47, and the fourth electrode portion 48. The third electrical wiring 45, the fourth electrical wiring 46, the third electrode portion 47, and the fourth electrode portion 48 are formed by sputtering or the like, and the stencil mask is removed. After that, as shown in Figure 7(D), for example, the substrate 71 is cut to a predetermined size. At this time, the two sides are formed so as to cut through holes 72.

次に、例えば、図8(A)に示したように、素子側第1構造物53の第1電極部42に、第1圧電アクチュエータ61を導電性ポリマーにより接合すると共に、導電性ポリマーよりなる接続部63を接合する。続いて、例えば、図8(B)に示したように、第1圧電アクチュエータ61と素子側電極部23とを導電性ポリマーにより接合すると共に、第1電極部42と素子側電極部23とを導電性ポリマーよりなる接続部63により接合する。次いで、例えば、図8(C)に示したように、第2構造物52の第3電極部47に、導電性ポリマーよりなる接続部64を接合し、更に、第4電極部48に、第2圧電アクチュエータ62を導電性ポリマーにより接合すると共に、導電性ポリマーよりなる接続部65を接合する。続いて、例えば、図8(D)に示したように、第2圧電アクチュエータ62と第1構造物側電極部55とを導電性ポリマーにより接合すると共に、第4電極部48と第1構造物側電極部55とを導電性ポリマーよりなる接続部65により接合し、また、第3電極部47と第2電極部44とを導電性ポリマーよりなる接続部64により接合する。その後、例えば、第2電極部44と第1電極部42とをはんだ又は、YAGレーザー等を用いたガラス同士の溶接により電極間を接触させて導通させる。これにより、図1に示した精密位置決め装置1が得られる。Next, for example as shown in Figure 8(A), the first piezoelectric actuator 61 is joined to the first electrode portion 42 of the element-side first structure 53 using a conductive polymer, and a connecting portion 63 made of a conductive polymer is also joined. Subsequently, for example as shown in Figure 8(B), the first piezoelectric actuator 61 and the element-side electrode portion 23 are joined using a conductive polymer, and the first electrode portion 42 and the element-side electrode portion 23 are joined using a connecting portion 63 made of a conductive polymer. Then, for example as shown in Figure 8(C), a connecting portion 64 made of a conductive polymer is joined to the third electrode portion 47 of the second structure 52, and furthermore, the second piezoelectric actuator 62 is joined to the fourth electrode portion 48 using a conductive polymer, and a connecting portion 65 made of a conductive polymer is also joined. Next, for example as shown in Figure 8(D), the second piezoelectric actuator 62 and the first structure-side electrode portion 55 are joined together with a conductive polymer, the fourth electrode portion 48 and the first structure-side electrode portion 55 are joined together with a connecting portion 65 made of a conductive polymer, and the third electrode portion 47 and the second electrode portion 44 are joined together with a connecting portion 64 made of a conductive polymer. After that, for example, the second electrode portion 44 and the first electrode portion 42 are brought into contact and electrically connected by soldering or glass-to-glass welding using a YAG laser or the like. This results in the precision positioning device 1 shown in Figure 1.

この精密位置決め装置1は、光学装置に用いることができる。例えば、光学素子2をミラーにより構成すれば、ミラーによりレーザー光の反射方向を調整することにより、レーザー光の光路を調整することができる。光学装置として、例えば、マッハツェンダー干渉計による試料の測定系を例に挙げて説明する。This precision positioning device 1 can be used in optical devices. For example, if the optical element 2 is made up of mirrors, the optical path of the laser light can be adjusted by adjusting the reflection direction of the laser light using the mirrors. As an example of an optical device, a sample measurement system using a Mach-Zehnder interferometer will be given for explanation.

図9は、マッハツェンダー干渉計による試料の測定系の構成を表すものである。この測定系は、例えば、レーザー発振器81と、レーザー発振器81からのレーザー光を受光するフォトダイオード82と、レーザー発振器81及びフォトダイオード82が配設された回路基板83と、回路基板83に配設され、レーザー発振器81からフォトダイオード82までの光路上に配置された2個の精密位置決め装置1とを備えている。精密位置決め装置1は、光学素子2としてミラーを有している。レーザー発振器81と一方の精密位置決め装置1との間の光路上には、レーザー発振器81の側から順に、レンズ84、1/2λ波長板85、ハーフミラー86が回路基板83上に配設されている。他方の精密位置決め装置1とフォトダイオード82との間の光路上には、他方の精密位置決め装置1の側から順に、ハーフミラー87、偏光板88、レンズ89が回路基板83上に配設されている。Figure 9 shows the configuration of a sample measurement system using a Mach-Zehnder interferometer. This measurement system includes, for example, a laser oscillator 81, a photodiode 82 that receives laser light from the laser oscillator 81, a circuit board 83 on which the laser oscillator 81 and photodiode 82 are arranged, and two precision positioning devices 1 arranged on the circuit board 83 and positioned on the optical path from the laser oscillator 81 to the photodiode 82. Each precision positioning device 1 has a mirror as an optical element 2. On the optical path between the laser oscillator 81 and one of the precision positioning devices 1, a lens 84, a 1/2λ wave plate 85, and a half mirror 86 are arranged on the circuit board 83 in order from the laser oscillator 81 side. On the optical path between the other precision positioning device 1 and the photodiode 82, a half mirror 87, a polarizing plate 88, and a lens 89 are arranged on the circuit board 83 in order from the other precision positioning device 1 side.

一方の精密位置決め装置1のミラーの位置は、レーザー発振器81から発信されたレーザー光がハーフミラー86を通過し、一方の精密位置決め装置1のミラーで反射され、ハーフミラー87で反射されてフォトダイオード82に入射するように、一方の精密位置決め装置1の支持部3により調整される。また、他方の精密位置決め装置1のミラーの位置は、レーザー発振器81から発信されたレーザー光がハーフミラー86で反射され、他方の精密位置決め装置1のミラーで反射され、ハーフミラー87を通過してフォトダイオード82に入射するように、他方の精密位置決め装置1の支持部3により調整される。この計測系では、ハーフミラー86と一方の精密位置決め装置1のミラーとの間に試料Mを配置し、試料Mの屈折率と空気の屈折率との差による光路差から試料Mの屈折率を測定する。The position of the mirror on one precision positioning device 1 is adjusted by the support part 3 of the one precision positioning device 1 so that the laser light emitted from the laser oscillator 81 passes through the half mirror 86, is reflected by the mirror of the one precision positioning device 1, is reflected by the half mirror 87, and enters the photodiode 82. Similarly, the position of the mirror on the other precision positioning device 1 is adjusted by the support part 3 of the other precision positioning device 1 so that the laser light emitted from the laser oscillator 81 is reflected by the half mirror 86, is reflected by the mirror of the other precision positioning device 1, passes through the half mirror 87, and enters the photodiode 82. In this measurement system, a sample M is placed between the half mirror 86 and the mirror of the one precision positioning device 1, and the refractive index of the sample M is measured from the optical path difference due to the difference between the refractive index of the sample M and the refractive index of air.

なお、本実施の形態では、マッハツェンダー干渉計による試料の測定系として、2個の精密位置決め装置1を備える場合について説明したが、光学装置としては、少なくとも1つの精密位置決め装置1を備えていればよい。In this embodiment, the measurement system for a sample using a Mach-Zehnder interferometer was described in a case where two precision positioning devices 1 are provided. However, the optical device only needs to have at least one precision positioning device 1.

また、この精密位置決め装置1は、例えば、図10に示したように、第1地球局91と第2地球局92との間の第1人工衛星93を介したBBM92方式の量子暗号通信や、又は、第3地球局94と第2人工衛星95との間のBB84方式の量子暗号通信において、光学素子2の精密位置決めに用いることができる。BBM92方式の量子暗号通信では、第1人工衛星93から量子もつれ状態にあった2光子を分岐して第1地球局91と第2地球局92にそれぞれ光子を送る。BB84方式の量子暗号通信では、第3地球局94から第2人工衛星95へ光子を送る。Furthermore, this precision positioning device 1 can be used for precise positioning of the optical element 2 in BBM92 quantum cryptography communication via the first satellite 93 between the first earth station 91 and the second earth station 92, as shown in Figure 10, or in BB84 quantum cryptography communication between the third earth station 94 and the second satellite 95. In BBM92 quantum cryptography communication, two entangled photons are split from the first satellite 93 and sent to the first earth station 91 and the second earth station 92, respectively. In BB84 quantum cryptography communication, a photon is sent from the third earth station 94 to the second satellite 95.

このように、本実施の形態の精密位置決め装置1によれば、電気配線が立体的に配設された複数の構造物と、電気配線に電気的に接続された複数の圧電アクチュエータとを接合することにより、光学素子2を、複数の回転軸を中心として回動可能とすると共に、回転軸の少なくとも1つの方向に移動とするようにしたので、微細加工技術、特に、実装の技術を応用して、三次元な電気配線4と構造を持たせることができ、光子のような微弱な強度の光の制御を可能とすることができる。また、微弱な光以外にも、高強度な光の制御も可能であり、広く汎用性を持たせることができる。更に、回路基板の上に集積することができるので、電気機械光学制御システムを実現することができ、系全体での小型化を達成することができる。Thus, according to the precision positioning device 1 of this embodiment, by joining multiple structures on which electrical wiring is arranged three-dimensionally with multiple piezoelectric actuators electrically connected to the electrical wiring, the optical element 2 is made rotatable around multiple rotation axes and moves in at least one direction of the rotation axes. Therefore, by applying microfabrication technology, particularly mounting technology, it is possible to create a three-dimensional electrical wiring 4 and structure, enabling the control of light of weak intensity, such as photons. Furthermore, it is also possible to control high-intensity light in addition to weak light, thus providing broad versatility. Moreover, since it can be integrated on a circuit board, an electromechanical optical control system can be realized, and miniaturization of the entire system can be achieved.

第1の実施の形態では、支持側第1構造物54の側面とミラーの反射膜22の面とを平行にして素子側第1構造物53を支持側第1構造物54に対して配設する場合について示したが、例えば、図11に示したように、支持側第1構造物54の側面に対してミラーの反射膜22の面をZ軸を回転軸として45°回転させて、素子側第1構造物53を支持側第1構造物54に対して配設するようにしてもよい。図11(A)は精密位置決め装置1を上から見た構成、図11(B)は支持側第1構造物54の素子側の面の配線構成を示している。In the first embodiment, the case was shown in which the element-side first structure 53 is arranged relative to the support-side first structure 54 with the side surface of the support-side first structure 54 and the surface of the mirror's reflective film 22 parallel. However, for example, as shown in Figure 11, the element-side first structure 53 may be arranged relative to the support-side first structure 54 by rotating the surface of the mirror's reflective film 22 by 45° around the Z-axis as the axis of rotation, with respect to the side surface of the support-side first structure 54. Figure 11(A) shows the configuration of the precision positioning device 1 viewed from above, and Figure 11(B) shows the wiring configuration of the element-side surface of the support-side first structure 54.

また、例えば、図12に示したように、支持側第1構造物54の素子側の面に、素子側第1構造物53の配設位置を2つ設け、ミラーの反射膜22の面を支持側第1構造物の側面に対してZ軸を回転軸として45°回転させる場合と、ミラーの反射膜22の面を支持側第1構造物54の側面と平行にする場合のどちらかを選択して配設することができるようにしてもよい。図12(A)はミラーの反射膜22の面を支持側第1構造物の側面に対して45°回転させて配設した場合の構成、図12(B)はミラーの反射膜22の面を支持側第1構造物54の側面と平行にして配設した場合の構成、図12(C)は支持側第1構造物54の素子側の面の配線構成を示している。Furthermore, for example, as shown in Figure 12, two placement positions for the element-side first structure 53 may be provided on the element-side surface of the support-side first structure 54, allowing for the selection of either a configuration where the surface of the mirror's reflective film 22 is rotated 45° with respect to the side surface of the support-side first structure around the Z-axis, or a configuration where the surface of the mirror's reflective film 22 is parallel to the side surface of the support-side first structure 54. Figure 12(A) shows the configuration when the surface of the mirror's reflective film 22 is rotated 45° with respect to the side surface of the support-side first structure, Figure 12(B) shows the configuration when the surface of the mirror's reflective film 22 is parallel to the side surface of the support-side first structure 54, and Figure 12(C) shows the wiring configuration on the element-side surface of the support-side first structure 54.

この変形例では、例えば、図12(C)に示したように、支持側第1構造物54の素子側の面において、素子側第1構造物53の向きに対応して、各第2電気配線43に2つの第2電極部44がそれぞれ設けられている。素子側第1構造物53の第1配設位置は、ミラーの反射膜22の面と支持側第1構造物の側面とをZ軸を回転軸として45°回転させて配設する位置であり、素子側第1構造物53の第2配設位置は、ミラーの反射膜22の面と支持側第1構造物54の側面とを平行にして配設する位置である。第1配設位置及び第2配設位置は、素子側第1構造物53を配設したときに、第1電極部42が設けられた側面の反射膜22に沿った長さ方向の中心位置が、支持側第1構造物54の素子側の面の中心位置と一致していることが好ましい。In this modified example, as shown in Figure 12(C), two second electrode portions 44 are provided on each second electrical wiring 43 on the element-side surface of the support-side first structure 54, corresponding to the orientation of the element-side first structure 53. The first placement position of the element-side first structure 53 is a position where the surface of the mirror's reflective film 22 and the side surface of the support-side first structure are rotated 45° around the Z-axis as the axis of rotation, and the second placement position of the element-side first structure 53 is a position where the surface of the mirror's reflective film 22 and the side surface of the support-side first structure 54 are parallel. When the element-side first structure 53 is placed, it is preferable that the center position in the longitudinal direction along the reflective film 22 on the side surface where the first electrode portions 42 are provided coincides with the center position of the element-side surface of the support-side first structure 54.

図13は、精密位置決め装置1をレーザー光の反射に利用する場合の光路を矢印で示したものである。第1配設位置に素子側第1構造物53を配設した場合には、例えば、図13(A)に示したようにレーザー光を反射し、第2配設位置に素子側第1構造物53を配設した場合には、例えば、図13(B)に示したようにレーザー光を反射する。このように、精密位置決め装置1を配設する場所に応じて、素子側第1構造物53の配設位置を第1配設位置と第2配設位置とで任意に選択することができる。Figure 13 shows the optical path when the precision positioning device 1 is used for reflecting laser light, indicated by arrows. When the element-side first structure 53 is positioned at the first position, the laser light is reflected as shown in Figure 13(A), for example. When the element-side first structure 53 is positioned at the second position, the laser light is reflected as shown in Figure 13(B), for example. In this way, the position of the element-side first structure 53 can be arbitrarily selected between the first and second positions depending on where the precision positioning device 1 is to be installed.

(変形例2)
第1の実施の形態では、素子側第1構造物53、支持側第1構造物54、及び、第2構造物52の側面に第1電気配線41、第2電気配線43、第3電気配線45、又は、第4電気配線46を形成する際に、基板71に貫通孔72を設け、その内壁に金属膜を形成し、貫通孔72を通るように切断する場合について説明したが、基板71を所定の大きさに切断したのちに、第2構造物52の側面に第1電気配線41、第2電気配線43、第3電気配線45、第4電気配線46を設けるようにしてもよい。図14に変形例2の構成例を示す。変形例2では、例えば、素子側第1構造物53の第1電気配線41を形成する一方の平面と側面との角部は面取りされていることが好ましい。また、支持側第1構造物54の第2電気配線43を形成する一方の平面と側面との角部、及び、側面と他方の平面との角部は、面取りされていることが好ましい。更に、第2構造物52の第3電気配線45又は第4電気配線46を形成する一方の平面と側面との角部、及び、側面と他方の平面との角部は、面取りされていることが好ましい。第1電気配線41、第2電気配線、第3電気配線45及び第4電気配線46を容易に形成することができるからである。
(Variation 2)
In the first embodiment, when forming the first electrical wiring 41, second electrical wiring 43, third electrical wiring 45, or fourth electrical wiring 46 on the side surfaces of the element-side first structure 53, the support-side first structure 54, and the second structure 52, a through hole 72 is provided in the substrate 71, a metal film is formed on its inner wall, and it is cut so as to pass through the through hole 72. However, the substrate 71 may be cut to a predetermined size, and then the first electrical wiring 41, second electrical wiring 43, third electrical wiring 45, and fourth electrical wiring 46 may be provided on the side surface of the second structure 52. Figure 14 shows an example of the configuration of Modification 2. In Modification 2, for example, it is preferable that the corner between one plane and the side surface where the first electrical wiring 41 of the element-side first structure 53 is formed is chamfered. Also, it is preferable that the corner between one plane and the side surface where the second electrical wiring 43 of the support-side first structure 54 is formed, and the corner between the side surface and the other plane are chamfered. Furthermore, it is preferable that the corners of the second structure 52 where one plane forming the third electrical wiring 45 or the fourth electrical wiring 46 meets the side surface, and where the side surface meets the other plane surface, be chamfered. This is because the first electrical wiring 41, the second electrical wiring, the third electrical wiring 45, and the fourth electrical wiring 46 can be easily formed.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、他の構成要素を備えていてもよい。また、各構成要素の説明は一例を示したものであり、異なっていてもよい。The present invention has been described above with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways. For example, although each component was described in detail in the above embodiments, other components may also be included. Furthermore, the descriptions of each component are merely examples and may differ.

1…精密位置決め装置、2…光学素子、3…支持部、21…素子基板、22…反射膜、23…素子側電極部、41…第1電気配線、42…第1電極部、43…第2電気配線、44…第2電極部、45…第3電気配線、46…第4電気配線、47…第3電極部、48…第4電極部、51…第1構造物、52…第2構造物、53…素子側第1構造物、54…支持側第1構造物、55…第1構造物側電極部、61…第1圧電アクチュエータ、62…第2圧電アクチュエータ、63,64,65…接続部、71…基板、72…貫通孔、73…ステンシルマスク、81…レーザー発振器、82…フォトダイオード、83…回路基板、84,89…レンズ、85…1/2λ波長板、86,87…ハーフミラー、88…偏光板、91…第1地球局、92…第2地球局、93…第1人工衛星、94…第3地球局、95…第2人工衛星1…Precision positioning device, 2…Optical element, 3…Support part, 21…Element substrate, 22…Reflective film, 23…Element-side electrode part, 41…First electrical wiring, 42…First electrode part, 43…Second electrical wiring, 44…Second electrode part, 45…Third electrical wiring, 46…Fourth electrical wiring, 47…Third electrode part, 48…Fourth electrode part, 51…First structure, 52…Second structure, 53…Element-side first structure, 54…Support-side first structure, 55…First structure-side electrode part, 61… First piezoelectric actuator, 62... Second piezoelectric actuator, 63, 64, 65... Connection part, 71... Substrate, 72... Through hole, 73... Stencil mask, 81... Laser oscillator, 82... Photodiode, 83... Circuit board, 84, 89... Lens, 85... 1/2λ wave plate, 86, 87... Half mirror, 88... Polarizer, 91... First earth station, 92... Second earth station, 93... First artificial satellite, 94... Third earth station, 95... Second artificial satellite

Claims (4)

光学素子と、前記光学素子を支持する支持部とを備え、
前記支持部は、電気配線が立体的に配設された複数の構造物と、前記電気配線に電気的に接続された複数の圧電アクチュエータとを接合することにより、前記光学素子を、複数の回転軸を中心として回動可能とすると共に、前記回転軸の少なくとも1つの方向に移動可能とするように構成され
前記支持部は、前記構造物として第1構造物と第2構造物とを有すると共に、前記圧電アクチュエータとして複数の第1圧電アクチュエータと複数の第2圧電アクチュエータとを有し、
前記第1圧電アクチュエータは、前記第1構造物と前記光学素子との間に配設され、前記光学素子について、X軸及びZ軸を回転軸として回動可能とすると共に、Y軸方向に移動可能とするように配置され、
前記第2圧電アクチュエータは、前記第1構造物と前記第2構造物との間に配設され、前記光学素子について、X軸及びY軸を回転軸として回動可能とすると共に、Z軸方向に移動可能とするように配置された
ことを特徴とする精密位置決め装置。
It comprises an optical element and a support portion that supports the optical element,
The support portion is configured to allow the optical element to rotate around multiple rotation axes and to move in at least one direction of the rotation axes by joining a plurality of structures on which electrical wiring is arranged three-dimensionally with a plurality of piezoelectric actuators electrically connected to the electrical wiring .
The support portion has a first structure and a second structure as the structure, and has a plurality of first piezoelectric actuators and a plurality of second piezoelectric actuators as the piezoelectric actuator.
The first piezoelectric actuator is disposed between the first structure and the optical element, and is arranged so as to be rotatable with respect to the optical element with respect to the X and Z axes as rotation axes, and movable in the Y axis direction.
The second piezoelectric actuator is disposed between the first structure and the second structure, and is arranged so that the optical element can rotate around the X and Y axes as rotation axes and move in the Z axis direction.
A precision positioning device characterized by the following features.
前記光学素子はミラーであることを特徴とする請求項1記載の精密位置決め装置。 The precision positioning device according to claim 1, characterized in that the optical element is a mirror. 前記ミラーによりレーザー光の反射方向を調整することにより、レーザー光の光路を調整することを特徴とする請求項記載の精密位置決め装置。 The precision positioning device according to claim 2 , characterized in that the optical path of the laser beam is adjusted by adjusting the reflection direction of the laser beam with the aforementioned mirror. レーザー発振器と、
前記レーザー発振器からのレーザー光を受光するフォトダイオードと、
前記レーザー発振器及び前記フォトダイオードが配設された回路基板と、
前記回路基板に配設され、前記レーザー発振器から前記フォトダイオードまでの光路上に配置された請求項1に記載された少なくとも1つの精密位置決め装置と
を備えたことを特徴とする光学装置。
Laser oscillator and,
A photodiode that receives laser light from the aforementioned laser oscillator,
A circuit board on which the laser oscillator and the photodiode are arranged,
An optical apparatus comprising at least one precision positioning device according to claim 1, which is disposed on the circuit board and positioned on the optical path from the laser oscillator to the photodiode.
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