CN103728722B - 变形镜及其致动器组件 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种变形镜及其致动器组件，该致动器组件包括;致动筒；推进器，推进器沿直线可前后移动地设在致动筒内且推进器从致动筒的前端壁伸出；第一和第二磁铁，第一和第二磁铁沿前后方向且同极相对地设在致动筒内，第一和第二磁铁位于致动筒的前端壁和推进器之间以通过同性磁极排斥力向后推动推进器；致动器，致动器设在致动筒内以沿直线方向推动推进器先前移动或允许推进器向后移动；和密封圈，密封圈设在致动筒内以封闭致动筒的后端部。由此，本发明的致动器组件，通过同极相对设置的第一和第二磁铁所产生的排斥力推动推进器向后移动，因此无需安装弹性部件，并且能够保证制动器组件的工作精度，延长了制动器组件的使用寿命。

Description

变形镜及其致动器组件

技术领域

本发明涉及精密位移传递技术领域，特别是涉及一种变形镜及其致动器组件。

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，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，变形镜的研究和发展关系到整个自适应光学系统的校正能力和校正精度。

变形反射镜式通过改变自己表面面形来补偿波前相位畸变，可分为连续表面形和分立表面两种类型.连续表面变形镜，其优点是可以得到连续的面形，校正精度高，其缺点是面形的变形量比较小。连续表面的变形反射镜又可分为整体致动和分立致动两种。整体致动主要有双压电变形镜和薄模变形镜，其特点是当控制电压作用于某一致动单元时，整个反射镜面都将产生变形，这类变形镜主要用于与曲率波前传感器配合校正波前畸变的低阶模式部分。分立致动变形镜的一个特点是当控制电压作用于一个致动器时，只有该致动器相邻区域产生局部变形。其中致动方向平行于镜面时，致动器作用于反射镜边缘，只能用于校正离焦和像散等特定像差，因此在自适应光学系统里的应用受到了局限。致动方向垂直于镜面的连续表面变形镜可以校正各阶像差，而且能达到很高的校正精度，因此成为自适应光学系统中应用最广的一种波前校正器。

国内在高调节度的可变形镜系统方面的研究较早，在1986年即建立起了第一套激光波面校正系统（详见学术报告文献，姜文汉，自适应光学技术，《中国工程院第二次院士大会学术报告汇编》，1995年7月），其调节口径是70mm*70mm.从应用上看，到目前为止，在这方面应用最成功的就是美国劳伦斯·利费莫尔国家实验室的激光核聚变系统。他们采用由Beamlet公司研制成功的400mm*400mm的可变形镜系统。该系统采用电磁制动器制动的方式，致动器采用六边形布局方式，实现了大口径（400mm*400mm）和较高调节精度的性能。其位移传递系统采用的方式是，致动器直接接触弹性簧片，弹性簧片与能动光学镜面粘连在一起。这样致动器的正向运动位移直接反应到光学镜面上，其负向位移则因弹性簧片的回复力来实现。

然而，在长时间使用可变形镜后，由于弹性簧片为易损件，很容易出现弹性部件发生永久形变或损毁，从而影响变形镜镜面负向变形度不到位，降低了变形镜的工作精度，甚至缩短了变形镜的使用寿命。

另外，现有的变形镜系统的致动器是在底座上直接进行装配的，因此当部件（例如弹性簧片）发生故障需要更换或维修时需要在底座上进行拆卸和重组装，其操作复杂繁琐，提升了变形镜的维护成本。

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，本发明的一个目的在于提出一种便于安装和拆卸且使用寿命长、工作精度高的变形镜的致动器组件。

本发明的另一个目的在于提出一种具有该致动器组件的变形镜。

根据本发明的一方面实施例的变形镜的致动器组件，包括;致动筒；推进器，所述推进器沿直线可前后移动地设在所述致动筒内且所述推进器从所述致动筒的前端壁伸出；第一和第二磁铁，所述第一和第二磁铁沿前后方向且同极相对地设在所述致动筒内，所述第一和第二磁铁位于所述致动筒的前端壁和所述推进器之间以通过同性磁极排斥力向后推动所述推进器；致动器，所述致动器设在所述致动筒内以沿直线方向推动所述推进器先前移动或允许所述推进器向后移动；和密封圈，所述密封圈设在所述致动筒内以封闭所述致动筒的后端部。

由此，根据本发明实施例的变形镜的致动器组件，通过同极相对设置的第一和第二磁铁所产生的排斥力推动推进器向后移动，因此无需安装弹性部件，并且能够保证制动器组件的工作精度，延长了制动器组件的使用寿命。另外，本发明实施例的变形镜的致动器组件结构紧凑，适用多种工作场合。

另外，根据本发明的变形镜的致动器组件还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述致动器为步进电机或柱状压电陶瓷并通过伸长或收缩在沿直线方向上推动所述推进器向前移动或允许所述推进器向后移动。

根据本发明的一个实施例，还包括设在所述致动筒内的定位器，所述致动器位于所述定位器内以沿直线伸长或收缩。

根据本发明的一个实施例，所述定位器的外周面上设有延伸至所述定位器的后边沿第一开槽，所述致动筒的外周面上设有与所述第一开槽对应且延伸至所述致动筒的后边沿的第二开槽，所述致动器的电源线通过所述第一开槽和第二开槽形成的缝隙从所述定位器和致动筒内引出。

根据本发明的一个实施例，还包括微调旋钮，所述微调旋钮设在所述密封圈上且穿过所述密封圈旋入所述致动筒内，所述微调旋钮旋入所述致动筒的深度可调以改变所述第一和第二磁铁之间的间距。

根据本发明的一个实施例，还包括防剪垫片，所述定位器的内表面上设有配合槽，所述防剪垫片设在所述配合槽内且与所述微调旋钮相接触。

根据本发明的一个实施例，所述推进器包括推杆部和设在所述推杆部后部的环形凹槽部，所述第二磁铁设在所述环形凹槽部内，所述致动筒的前端壁的内侧设有环形安装槽以容纳所述第一磁铁。

根据本发明的一个实施例，所述推进器的环形凹槽部与所述致动筒的内壁之间设有增滑件以减少所述述推进器与所述致动筒之间的摩擦力。

根据本发明的一个实施例，所述增滑件为套接在所述环形凹槽外表面上的增滑环且由四氟乙烯材料制成。

根据本发明另一方面实施例的变形镜，包括：基座；多个致动器组件，所述多个致动器组件均为上述致动器组件且可拆卸地设在所述基座上；和镜体，所述镜体分别与所述多个致动器组件相连接以在所述镜体上形成多个由所述制动器组件驱动的致动点。

由此，根据本发明实施例的变形镜，通过致动器组件的同极相对设置的第一和第二磁铁所产生的排斥力推动推进器向后移动，因此无需安装弹性部件，并且能够保证制动器组件的工作精度，延长了变形镜的使用寿命。另外，本发明实施例的变形镜的装配步骤简单快捷，且致动器组件可作为一个整体安装和拆卸，便于维修和更换。

另外，根据本发明的变形镜还具有如下附加技术特征：

根据本发明另一方面实施例的变形镜，所述镜体上具有多个连接脚，每个所述致动器组件的推进器的推杆部通过连接头与所述镜体的连接脚相连以形成所述致动点。

根据本发明另一方面实施例的变形镜，所述基座上设有多个具有内螺纹的安装孔，所述致动器组件的致动筒的外表面上具有与所述内螺纹相配合的外螺纹以旋入或旋出所述安装孔。

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致动器组件的分解示意图；

图2是根据本发明实施例的变形镜的致动器组件的装配示意图；

图3是根据本发明实施例的变形镜的致动器组件装配后的剖视图；

图4是根据本发明实施例的变形镜的分解示意图；

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“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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1-3来描述根据本发明实施例的变形镜的致动器组件。

根据本发明实施例的变形镜的致动器组件100，包括：致动筒110、推进器120、第一磁铁131、第二磁铁132、致动器140和密封圈150。

具体而言，如图1和图2所示，推进器120沿直线可前后（即沿推进器120的轴向）移动地设在致动筒110内且推进器120从致动筒110的前端壁伸出，伸出部分与镜体300相连，以便通过推进器120沿前后方向的移动驱动镜体300表面的面形变化。

第一和第二磁铁131、132沿前后方向且同极相对地设在致动筒110内，即第一磁铁131位于第二磁铁132的前方且第一磁铁131与第二磁铁132的S极相对或两者的N极相对设置。第一和第二磁铁131、132位于致动筒110的前端壁和推进器120之间，以通过第一和第二磁铁131、132同性磁极之间的排斥力对推进器120形成向后移动的推动力，即第一和第二磁铁131、132利用同性磁极之间的排斥力为推进器120向后移动提供了动力。

优选地，第一和第二磁铁131、132均为圆形片状磁铁且面积大致相等以便获得较为均衡的向后推动力。另外，第一和第二磁铁131、132中部具有允许推进器120穿过的通孔。

致动器140设在致动筒110内且与推进器120的后部相接触。密封圈150设在致动筒110内以封闭致动筒110的后端并对致动器140的后端部形成抵靠，阻止致动器140向后移动。

当致动器140沿直线方向向前（正向）推动推进器120时，克服了第一磁铁131与第二磁铁132之间的排斥力，推动推进器120沿直线向前移动；而当致动器140相对于推进器120向后移动后，由于失去了致动器140的抵靠，第一磁铁131与第二磁铁132之间的排斥力则向后（负向）推动推进器120，即致动器140允许推进器120向后移动。

由于第一和第二磁铁131、132同极相斥所述产生的排斥力推动推进器120先后移动，因此本发明实施例的变形镜的致动器组件100可以省略弹性部件，使致动器组件100结构更为紧凑。又由于弹性部件长期使用会发生永久形变或损毁，而利用第一和第二磁铁131、132间的排斥力不会对第一和第二磁铁131、132产生任何磨损，因此本发明实施例的致动器组件100能够克服由于弹性部件的永久形变或损毁所产生的缺点，避免工作精度降低，有效延长了制动器组件100的使用寿命。

由此，根据本发明实施例的变形镜的致动器组件100，通过同极相对设置的第一和第二磁铁131、132所产生的排斥力推动推进器120向后移动，因此无需安装弹性部件，并且能够保证制动器组件100的工作精度，延长了制动器组件100的使用寿命。另外，本发明实施例的变形镜的致动器组件100结构紧凑，适用多种工作场合。

根据本发明的一些实施例，致动器140可以采用步进电机或柱状压电陶瓷，通过步进电机的伸长或压电陶瓷自身形状的伸长在沿直线方向上推动推进器120向前移动，反之，通过步进电机的缩进或压电陶瓷自身形状的收缩在沿直线方向上相对于推进器120形成向后移动，进而允许推进器120由于同极磁体的排斥力而向后移动。

优选地，致动器140采用柱状压电陶瓷。压电陶瓷施加电场后能够产生自身形状的改变，通过转换不同的电场使其自身的变形为沿直线方向伸长或收缩并且通过控制电场的强度能有精准控制压电陶瓷形变量的大小，以达到精准控制推进器120前后移动的距离。另外，压电陶瓷可以长期使用并保证其变形程度精准可控。

如图1和图3所示，本发明实施例的致动器组件100还包括设在致动筒110内的定位器160。定位器160为圆筒状，定位器160内具有容纳致动器140且沿前后方向贯穿定位器160的定位腔161。定位腔161的宽度略大于柱状压电陶瓷的宽度以便压电陶瓷伸入，同时能够保证致动器140沿直线方向伸长或收缩。

由此，定位器160能够保证致动器140沿直线方向推动推进器120向前移动或允许推进器120向后移动，避免了致动器组件100的轴向位移发生偏差。

定位器160的外周面上设有延伸至定位器160的后边沿第一开槽162，致动筒110的外周面上设有与第一开槽162对应且延伸至致动筒的后边沿的第二开槽111，致动器140的电源线通过第一开槽162和第二开槽111重叠后形成的缝隙从定位器160和致动筒110内引出。另外，第一开槽162和第二开槽111重叠后的缝隙还可以作为安装致动器组件100时的着力点，具体描述见下文。

如图1和图3所示，推进器120包括推杆部121和设在推杆部121后部的环形凹槽部122。第二磁铁132设在凹槽部122内，致动筒110的前端壁的内侧设有环形安装槽112以容纳第一磁铁131。第一磁铁131和第二磁铁132可粘接在安装槽112和凹槽部122内，这样不仅能够保证第一磁铁131和第二磁铁132安装的牢固性，而且保证两者同极相对设置。

推进器120的环形凹槽部122与致动筒110的内壁之间可以设有增滑件170。如图3所示，增滑件170为套接在环形凹槽部122的外表面上增滑环，在推进器120前后移动时以减少推进器120与致动筒110之间的摩擦力，保证了推进器120能有沿直线前后移动，避免了致动器组件100的轴向位移发生偏差，进而保证了镜体300表面面形变化的精准度和稳定性。

优选地，增滑件170为由四氟乙烯材料制成的增滑环。

根据本发明的另一些实施例，致动器组件100包括微调旋钮180。微调旋钮180设在密封圈150上且穿过密封圈150旋入致动筒110内，微调旋钮180旋入致动筒110的深度可调节，因此通过调节微调旋钮180可以改变第一和第二磁铁131、132之间的间距。

当向内旋入微调旋钮180，致动器140和推进器120整体向前移动，因此第一和第二磁铁131、132之间的距离变小而排斥力增大；反之，则使第一和第二磁铁131、132之间的距离变大而排斥力减小。

本领域技术人员可以理解的是，改变第一和第二磁铁131、132之间排斥力的大小还可以通过改变磁铁的大小进行调节。但是通过微调旋钮180，可以无需拆开致动器组件100以更换不同尺寸的第一和第二磁铁131、132，对排斥力调节，因此更为方便实用。

如图1和图3所示，致动器组件100还包括防剪垫片190。致动筒110靠近下边沿的内表面上设有四个配合槽，十字形的防剪垫片设在四个配合槽内且与微调旋钮180相接触。通过防剪垫片190能够防止旋转微调旋钮180时，微动旋钮180直接接触致动器140而对致动器140造成剪切力破坏。

下面简单描述根据本发明实施例的致动器组件100的装配步骤。

如图1所示，首先，将第一磁铁131装入致动筒110的安装槽112内，并用胶水固定，将第二磁铁132放入推进器120的环形凹槽部122内并保证第二磁铁132与第一磁铁131同极相对设置，并胶水将第二磁铁132固定。

接着，将增滑件170套在推进器120上并将推进器120放入致动筒110内且使推进器120的推杆部121从致动筒110的前端壁伸出。

接下来，将致动器140放入定位器160的定位腔161内，并将定位器160放入致动筒110内使致动器140与推进器120相接触。

接下来，将防剪垫片190安装在致动筒110的四个配合槽内后，再旋入密封圈150将致动筒110内部配件封装。

最后，在密封圈150上旋入微调旋钮180，调节微调旋钮180的旋入深度来控制第一磁铁131与第二磁铁132之间的排斥力大小，从而可获得更大的负向推动力。

下面参考图4来描述根据本发明实施例的变形镜。

根据本发明实施例的变形镜，包括：多个致动器组件100、基座200和镜体300。

具体而言，如图4所示，基座200上设有多个安装孔210，多个致动器组件100分别可拆卸地设在多个安装孔210内。

镜体300分别与多个致动器组件100相连接以在镜体300上形成多个由制动器组件100驱动的致动点，即在镜体300上形成多处镜面面形变化区域。

优选地，基座200上设有多个具有内螺纹（图中未示）的安装孔210，致动器组件100的致动筒110的外表面上具有与内螺纹相配合的外螺纹113，以便致动器组件100旋入或旋出安装孔210，达到方便安装和拆卸的目的。

如上文所述，第一开槽162和第二开槽111重叠后的缝隙可以作为旋动致动器组件100的着力点，即可以通过工具（例如一字螺丝刀）通过该缝隙轻松将致动器组件100旋入或旋出安装孔210。

在一个致动器组件100发生故障后，可以将该致动器组件100作为一个整体部件从基座200上拆卸下来，以便维修或检查，待修好后或直接更换新的致动器组件100，再将其装配回基座200上。根据本发明实施例的变形镜装配和拆卸步骤简单且不会影响镜体

由此，根据本发明实施例的变形镜，通过致动器组件100的同极相对设置的第一和第二磁铁131、132所产生的排斥力推动推进器120向后移动，因此无需安装弹性部件，并且能够保证制动器组件100的工作精度，延长了变形镜的使用寿命。另外，本发明实施例的变形镜的装配步骤简单快捷，且致动器组件100可作为一个整体安装和拆卸，便于维修和更换。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例的致动器组件100不仅限于变形镜或其他精密光学系统，还同样适用于其他对位精密移传递有严格要求的技术领域。

另外，镜体300上具有多个连接脚，每个致动器组件100的推进器120的推杆部121通过连接头400与镜体300的连接脚相连以形成致动点，这样在需要拆卸下致动器组件100时，不会对镜体300造成影响。

本发明实施例的变形镜的其他构成可以是本领域技术人员已知的，在此不再赘述。

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 (12)

1.一种变形镜的致动器组件，其特征在于，包括：

致动筒；

推进器，所述推进器沿直线可前后移动地设在所述致动筒内且所述推进器从所述致动筒的前端壁伸出；

第一和第二磁铁，所述第一和第二磁铁沿前后方向且同极相对地设在所述致动筒内，所述第一和第二磁铁位于所述致动筒的前端壁和所述推进器之间以通过同性磁极的排斥力向后推动所述推进器；

致动器，所述致动器设在所述致动筒内以推动所述推进器向前移动或允许所述推进器向后移动；和

密封圈，所述密封圈设在所述致动筒内以封闭所述致动筒的后端部。

2.根据权利要求1所述的致动器组件，其特征在于，所述致动器为步进电机或柱状压电陶瓷并通过伸长或收缩在沿直线方向上推动所述推进器向前移动或允许所述推进器向后移动。

3.根据权利要求2所述的致动器组件，其特征在于，还包括设在所述致动筒内的定位器，所述致动器位于所述定位器内以沿直线伸长或收缩。

4.根据权利要求3所述的致动器组件，其特征在于，所述定位器的外周面上设有延伸至所述定位器的后边沿第一开槽，所述致动筒的外周面上设有与所述第一开槽对应且延伸至所述致动筒的后边沿的第二开槽，所述致动器的电源线通过所述第一开槽和第二开槽形成的缝隙从所述定位器和致动筒内引出。

5.根据权利要求3所述的致动器组件，其特征在于，还包括微调旋钮，所述微调旋钮设在所述密封圈上且穿过所述密封圈旋入所述致动筒内，所述微调旋钮旋入所述致动筒的深度可调以改变所述第一和第二磁铁之间的间距。

6.根据权利要求5所述的致动器组件，其特征在于，还包括防剪垫片，所述定位器的内表面上设有配合槽，所述防剪垫片设在所述配合槽内且与所述微调旋钮相接触。

7.根据权利要求1所述的致动器组件，其特征在于，所述推进器包括推杆部和设在所述推杆部后部的环形凹槽部，所述第二磁铁设在所述环形凹槽部内，所述致动筒的前端壁的内侧设有环形安装槽以容纳所述第一磁铁。

8.根据权利要求7所述的致动器组件，其特征在于，所述推进器的环形凹槽部与所述致动筒的内壁之间设有增滑件以减少所述推进器与所述致动筒之间的摩擦力。

9.根据权利要求8所述的致动器组件，其特征在于，所述增滑件为套接在所述环形凹槽外表面上的增滑环且由四氟乙烯材料制成。

10.一种变形镜，其特征在于，包括：

基座；

多个致动器组件，所述多个致动器组件均为权利要求1-9中任一项所述的致动器组件且可拆卸地设在所述基座上；和

镜体，所述镜体分别与所述多个致动器组件相连接以在所述镜体上形成多个由所述致动器组件驱动的致动点。

11.根据权利要求10所述的变形镜，其特征在于，所述镜体上具有多个连接脚，每个所述致动器组件的推进器的推杆部通过连接头与所述镜体的连接脚相连以形成所述致动点。

12.根据权利要求10所述的变形镜，其特征在于，所述基座上设有多个具有内螺纹的安装孔，所述致动器组件的致动筒的外表面上具有与所述内螺纹相配合的外螺纹以旋入或旋出所述安装孔。