CN103257447B - 变形镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变形镜，包括：镜体；基座，基座内设有传递通道和致动通道；驱动机构，驱动机构设在基座上且包括：传递件，传递件的前段的一部分设在传递通道内且前段的另一部分穿出基座后与镜体相连，传递件的后段设在致动通道内；第一弹性件，第一弹性件设在致动通道内且位于致动通道前壁和传递件的后段之间；压电陶瓷件，压电陶瓷件的前端与传递件的后端相抵；电机，电机输出轴伸入到致动通道内；以及转换装置，转换装置分别与输出轴和压电陶瓷件相连以将输出轴的旋转运动转换成推动压电陶瓷件向前的直线运动。根据本发明实施例的变形镜具有补偿波前相位误差精度高、速度快、能耗低、无电磁干扰的优点。

Description

变形镜

技术领域

本发明涉及自适应光学技术领域，尤其是涉及一种变形镜。

背景技术

变形镜又称变形反射镜，主要运用于各种自适应光学系统之中。变形镜作为波前校正器件校正波前误差，在自适应光学系统中起着极其重要的作用，是自适应光学系统中的重要部件之一。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种变形镜，该变形镜通具有补偿波前相位误差精度高、速度快、能耗低、无电磁干扰的优点。

根据本发明实施例的变形镜，包括：镜体；基座，所述基座内设有传递通道和致动通道，所述传递通道和所述致动通道沿前后方向同轴相连通且贯穿所述基座；驱动机构，所述驱动机构设在所述基座上且包括：传递件，所述传递件的前段的一部分设在所述传递通道内且所述前段的另一部分穿出所述基座后与所述镜体相连，所述传递件的后段设在所述致动通道内；第一弹性件，所述第一弹性件设在所述致动通道内且位于所述致动通道前壁和所述传递件的后段之间；压电陶瓷件，所述压电陶瓷件设在致动通道内，所述压电陶瓷件的前端与所述传递件的后端相抵；电机，所述电机设在所述基座的后表面上且其输出轴伸入到所述致动通道内；以及转换装置，所述转换装置分别与所述输出轴和所述压电陶瓷件相连以将所述输出轴的旋转运动转换成推动所述压电陶瓷件向前的直线运动。

根据本发明实施例的变形镜，通过设置压电陶瓷件，从而可以利用压电陶瓷件的响应速度快，形变精度高，致动力大的优点，精确、快速地调整镜体的表面面形，进而更加快速、更加精确地机械能校正波波前相位误差，通过设置电机，还可以避免产生能源的浪费和电磁干扰。综上，根据本发明实施例的变形镜具有补偿波前相位误差精度高、速度快、能耗低、无电磁干扰的优点。

另外，根据本发明的变形镜还可具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述转换装置包括：底座，所述底座沿前后方向可移动的设在所述致动通道内，所述底座内具有向前敞开的容纳腔，所述压电陶瓷件的后部容纳在所述容纳腔内；轴承，所述轴承过盈配合在所述容纳腔内，所述轴承的前端与所述压电陶瓷件的后端相抵；以及连接轴，所述连接轴的前部穿过所述底座的后壁后与所述轴承过盈配合且其后部与所述输出轴通过螺纹相连。

根据本发明的一个实施例，所述变形镜还包括第一垫片，所述第一垫片设在所述容纳腔内且位于所述轴承和所述压电陶瓷件之间。

根据本发明的一个实施例，所述连接轴的后部具有向后敞开的内螺纹孔，所述输出轴上设有外螺纹且伸入至所述内螺纹孔内。

根据本发明的一个实施例，所述变形镜还包括电机安装架，所述电机通过所述电机安装架设在所述基座的后表面上。

根据本发明的一个实施例，所述电机安装架具有前侧敞开的安装腔且所述电机容置在所述安装腔内，所述电机安装架通过紧固件连接在所述基座的后表面上。

根据本发明的一个实施例，所述变形镜还包括第二垫片，所述第二垫片设在所述安装腔内且位于所述电机和所述基座后表面之间。

根据本发明的一个实施例，所述变形镜还包括第二弹性件，所述第二弹性件设在所述安装腔内其位于所述安装腔后壁和所述电机之间。

根据本发明的一个实施例，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为碟簧。

根据本发明的一个实施例，所述传递件、所述压电陶瓷件、所述转换装置、所述电机的输出轴同轴。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的变形镜的内部结构示意图；

图2是图1所示的变形镜的爆炸图；

图3是图1所示的变形镜的后侧的立体图。

附图标记说明

变形镜100

镜体30；

基座20；

驱动机构10；

传递件11；传递件的前段111；后段112；

第一弹性件12；

压电陶瓷件13；

电机14；输出轴141；

转换装置15；底座151；轴承152；连接轴153；

第一垫片16；电机安装架17；第二垫片18；第二弹性件19。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的变形镜100，变形镜100作为波前校正器件校正波前误差。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的变形镜100包括镜体30、基座20和驱动机构10，其中，如图1所示，镜体30、基座20沿前后方向定向，基座20内设有传递通道和致动通道，传递通道和致动通道沿前后方向同轴相连通，并且传递通道和致动通道贯穿基座20，具体地，传递通道位于致动通道前方，传递通道贯穿基座20的前表面，致动通道贯穿基座20的后表面。其中，传递通道和致动通道的连接处形成为台阶结构，具体而言，传递通道的横截面的面积小于致动通道的横截面的面积。

在本发明的实施例的描述中：“前后方向”如图1-图3中的箭头所示。但是需要说明的是，该方向的指示只是出于示例的目的，而不是为了限制本发明的保护范围。

驱动机构10设在基座20上，如图1和图2所示，其中，驱动机构10包括传递件11、第一弹性件12、压电陶瓷件13、电机14和转换装置15。

传递件11的前段111的一部分（前段111的后部）设在传递通道内且前段111的另一部分（前段111的前部）穿出基座20后与镜体30相连。传递件11的后段112设在致动通道内且邻近该台阶结构设置，第一弹性件12设在致动通道内且位于致动通道前壁和传递件11的后段112之间，第一弹性件12可以是碟簧，在将整个驱动机构10安装到基座20上时，向前压缩第一弹性件12，产生预紧力，当镜体30需要负向位移向后移动时，第一弹性件12通过释放其储存的弹性，可以推动传递件11的后段112向后移动，进而可以使镜体30向后产生负向位移。

如图1所示，压电陶瓷件13设在致动通道内，压电陶瓷件13的前端与传递件11的后端相抵，电机14设在基座20的后表面上且其输出轴141伸入到致动通道内，转换装置15设在输出轴141和压电陶瓷件13之间，且转换装置15分别与输出轴141和压电陶瓷件13相连以将输出轴141的旋转运动转换成推动压电陶瓷件13向前的直线运动。

其中，电机14和压电陶瓷件13电连接并与外部电源相连，压电陶瓷件13通过压电效应工作，电机14和压电陶瓷件13可相互补偿和交替工作，具体工作方式如下：

在整个变形镜100前侧，可以设置有捕捉待补偿光束波前相面的机构（哈特曼传感器），捕捉到的波前相面经电脑计算得出在镜体30上需要变形发生的补偿要求的大小。在最初补偿光束波前相位的时候，压电陶瓷件13通电并发生实时形变调整，以推动传递件11向前移动，进而调整镜体30的表面面形补偿波前相位误差。

因压电陶瓷件13采用压电陶瓷制造，所以压电陶瓷件13的实时补偿需要实时进行通电，通电后压电陶瓷件13才能发生形变并达到所需形变量，一旦通电消失，压电陶瓷件13就会恢复原始状态，所以在变形镜100的相位补偿量不再发生变化后仍需要一直加电以维持镜体30面形的形变量。

在波前相面稳定、补偿量不发生变化时，压电陶瓷件13可以逐步退电直至电压为零，在压电陶瓷件13退电的过程中，电机14通电使其输出轴141旋转，并通过转换装置15将其旋转运动转换成直线运动，以达到压电陶瓷件13的原补偿量，当压电陶瓷件13退电完毕不再工作，电机14取代压电陶瓷件13的工作。当电机14调整到位后就可以断电，此时电机14输出轴141不再旋转，转换装置15所产生的直线位移不会发生变化，这样当波前相面稳定，变形镜100机构补偿到位，整个驱动机构10就不用再实时通电，依次可以避免造成能源浪费和电磁干扰。

一旦调整后的波前相面再次发生波动时，再次计算波前相面所需的新补偿量，因压电陶瓷件13响应速度较快，这时压电陶瓷件13首先通电产生相应的补偿量，再一次调整镜体30的表面面形，补偿波前相位误差，当光束波前相面稳定后，压电陶瓷件13逐步退电，电机14再次进行跟进补偿。如此往复。

根据本发明实施例的变形镜100，通过设置压电陶瓷件13，从而可以利用压电陶瓷件13的响应速度快，形变精度高，致动力大的优点，精确、快速地调整镜体30的表面面形，进而可以快速、精确地校正波波前相位误差，通过设置电机14，还可以避免产生能源的浪费和电磁干扰。

综上，根据本发明实施例的变形镜100具有补偿波前相位误差精度高、速度快、能耗低、无电磁干扰的优点。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，传递件11、压电陶瓷件13、转换装置15、电机14的输出轴141同轴设置，由此可以保证驱动机构10对镜体30的调节的准确性，提高调节精度。

如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，转换装置15可以包括底座151、轴承152和连接轴153。其中，底座151、轴承152和连接轴153也同轴设置。

底座151内具有向前敞开的容纳腔，压电陶瓷件13的后部容纳在容纳腔内。连接轴153的后部与输出轴141通过螺纹相连，具体地，连接轴153的后部具有向后敞开的内螺纹孔，输出轴141上设有外螺纹且伸入至内螺纹孔内，这样，当输出轴141旋转时，可以驱动连接轴153同时进行旋转运动和沿前后方向的直线运动。

轴承152设在容纳腔内，其中轴承152可以是转动轴承，轴承152的外圈与容纳腔过盈配合，以避免轴承152相对容纳腔转动，连接轴153的前部穿过底座151的后壁后与轴承152的内圈过盈配合，这样轴承152可以将连接轴153的旋转运动吸收掉，并且底座151沿前后方向可移动的设在制动通道内，轴承152的前端与压电陶瓷件13的后端相抵，这样，当连接轴153通过电机14的输出轴141的驱动向前移动时，可以通过连接轴153带动轴承152向前移动，进而推动压电陶瓷件13、传递件11向前移动，最终可以对镜体30进行镜面的调整。转换装置15的结构简单，容易实现。

值得注意的是，由于轴承152与底座151过盈配合，轴承152无法相对容纳腔转动，因此，轴承152在推动压电陶瓷件13向前移动时，不会对压电陶瓷件13产生径向剪切力，由此可以避免对压电陶瓷件13的损坏。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，变形镜100还包括第一垫片16，第一垫片16设在容纳腔内且位于轴承152和压电陶瓷件13之间。通过设置第一垫片16，从而避免压电陶瓷件13不与不规则的轴承152发生接触，预防因压力不均而破坏压电陶瓷件13。

在本发明的另一些实施例中，如图1和图2所示，变形镜100还包括电机安装架17，电机14通过电机安装架17设在基座20的后表面上。由此可以使电机14安装的更加稳定。具体地，电机安装架17具有前侧敞开的安装腔，电机14容置在安装腔内，电机安装架17可以通过紧固件螺钉连接在基座20的后表面上。通过调整螺钉在基座20上的旋进深度，从而可以调整以保证电机14的输出轴141与转换装置15保持同轴，进而避免对压电陶瓷件13产生剪切力，保护压电陶瓷件13。

优选地，如图1和图2所示，变形镜100还包括第二垫片18，第二垫片18设在安装腔内且位于电机14和基座20后表面之间。通过设置第二垫片18，从而使电机14与基座20的后表面配合更加稳定。进一步优选地，变形镜100还包括第二弹性件19，第二弹性件19设在安装腔内且位于安装腔后壁和电机14之间。通过设置第二弹性件19，从而可以对整个驱动机构10产生预紧力，使传动机构内的各个部件间连接更加紧密，并且保证电机14安装的稳定性。第二弹性件19也可以是碟簧。

如图3所示，驱动机构10包括多个，且在基座20上多排多列地均匀分布，由此提高提高镜体30面形的补偿调整能力。

下面简要描述根据本发明实施例的变形镜100的装配方法和流程：

首先，将第一弹性件12放入基座20内部，再将传递件11穿过第一弹性件12并一直穿过基座20前表面。

其次，将第二垫片18穿过电机14的输出轴141，放在电机14上表面等待使用，将连接轴153的后部与电机14的输出轴141顶端相连，再将轴承152设在底座151内，并将连接轴153的前部和轴承152连接在一起。将第一垫片16放在底座151内且位于轴承152和压电陶瓷件13之间，再将压电陶瓷件13后部放入底座151内。此时将这些配件一同放入基座20的致动通道内。将第二弹性件19放在电机14后部，并将电机安装架17罩在电机14外，将电机安装架17利用螺钉紧固在基座20上，调整螺钉旋进深度，调整预紧力。

最后，将镜体30与传递件11胶接在一起，待胶固化后此变形镜100组装完毕。

根据本发明实施例的变形镜100具有补偿波前相位误差精度高、速度快、能耗低、无电磁干扰的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种变形镜，其特征在于，包括：

镜体；

基座，所述基座内设有传递通道和致动通道，所述传递通道和所述致动通道沿前后方向同轴相连通且贯穿所述基座；

驱动机构，所述驱动机构设在所述基座上且包括：

传递件，所述传递件的前段的一部分设在所述传递通道内且所述前段的另一部分穿出所述基座后与所述镜体相连，所述传递件的后段设在所述致动通道内；

第一弹性件，所述第一弹性件设在所述致动通道内且位于所述致动通道前壁和所述传递件的后段之间，在将整个所述驱动机构安装到所述基座上时，向前压缩所述第一弹性件以产生预紧力；

压电陶瓷件，所述压电陶瓷件设在致动通道内，所述压电陶瓷件的前端与所述传递件的后端相抵；

电机，所述电机设在所述基座的后表面上且其输出轴伸入到所述致动通道内，所述电机和所述压电陶瓷件电连接并与外部电源相连，所述压电陶瓷件通过压电效应工作；以及

转换装置，所述转换装置分别与所述输出轴和所述压电陶瓷件相连以将所述输出轴的旋转运动转换成推动所述压电陶瓷件向前的直线运动。

2.根据权利要求1所述的变形镜，其特征在于，所述转换装置包括：

底座，所述底座沿前后方向可移动的设在所述致动通道内，所述底座内具有向前敞开的容纳腔，所述压电陶瓷件的后部容纳在所述容纳腔内；

轴承，所述轴承过盈配合在所述容纳腔内，所述轴承的前端与所述压电陶瓷件的后端相抵；以及

连接轴，所述连接轴的前部穿过所述底座的后壁后与所述轴承过盈配合且其后部与所述输出轴通过螺纹相连。

3.根据权利要求2所述的变形镜，其特征在于，还包括第一垫片，所述第一垫片设在所述容纳腔内且位于所述轴承和所述压电陶瓷件之间。

4.根据权利要求2所述的变形镜，其特征在于，所述连接轴的后部具有向后敞开的内螺纹孔，所述输出轴上设有外螺纹且伸入至所述内螺纹孔内。

5.根据权利要求1所述的变形镜，其特征在于，还包括电机安装架，所述电机通过所述电机安装架设在所述基座的后表面上。

6.根据权利要求5所述的变形镜，其特征在于，所述电机安装架具有前侧敞开的安装腔且所述电机容置在所述安装腔内，所述电机安装架通过紧固件连接在所述基座的后表面上。

7.根据权利要求6所述的变形镜，其特征在于，还包括第二垫片，所述第二垫片设在所述安装腔内且位于所述电机和所述基座后表面之间。

8.根据权利要求7所述的变形镜，其特征在于，还包括第二弹性件，所述第二弹性件设在所述安装腔内其位于所述安装腔后壁和所述电机之间。

9.根据权利要求8所述的变形镜，其特征在于，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为碟簧。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的变形镜，其特征在于，所述传递件、所述压电陶瓷件、所述转换装置、所述电机的输出轴同轴。