CN103744177A - 一种复合式波前校正器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式波前校正器，可同时校正低阶倾斜波像差和其它高阶波像差。它由倾斜结构、连接结构、变形镜和支撑结构组成。倾斜结构采用了四个微驱动部件对称分布，提供倾斜输出和支撑刚度，其一端固定在刚性底座上，另一端通过柔性铰链与连接结构相连；变形镜整体固定在连接结构的内部；支撑结构一端固定在底座上，另一端支撑在连接结构的底部。使用连接结构将倾斜结构与变形镜连接在一起，使得此结构既可以校正低阶倾斜波像差，又可以通过变形镜校正高阶波像差。与目前波前校正器相比，该发明结构紧凑，减少了自适应光学系统中的光学反射元件数，降低了系统光能损失，在布局紧凑和光能效率要求较高的自适应光学系统中具有明显优势。
Description
技术领域
本发明适用于自适应光学系统的波前校正领域，具体涉及一种复合式波前校正器，可同时校正低阶倾斜波像差和高阶波像差。
背景技术
传统的自适应光学系统通过一个单独的倾斜镜来校正低阶的倾斜波像差，一个变形镜来校正高阶的波像差，以保证变形镜的校正能力不会耗尽在校正低阶波像差上。
常规的倾斜镜结构，驱动器连接在镜面下部，镜面与驱动器的转动中心不重合，镜面转动时会带来光束的平移，同时，由于驱动器与镜面直接相联，驱动器加电产生所需要的倾斜波像差校正量时会使得反射镜镜面面形产生变化。该面形变化通过变形镜来补偿，从而使变形镜的有效校正能力下降。
本发明提及的复合式波前校正器是由倾斜结构提供低阶倾斜波像差校正，变形镜提供高阶波像差校正，通过连接结构将倾斜结构与变形镜连接在一起，可实现同时校正低阶倾斜波像差和高阶波像差的目的。同时，倾斜结构的转动中心与变形镜中心在一个点上，有效避免了因转动中心不重合引起的光束平移。复合式波前校正器集合了倾斜镜和变形镜的功能，在自适应光学系统应用中，可减少光路的光学反射元件数，降低系统光能损失。在系统布局要求紧凑以及系统光能效率要求较高时，尤其是在人造信标自适应光学系统中具有明显优势。
公开号为US7172299的美国专利公开了一种复合式波前校正器，倾斜结构采用三点驱动，旁侧各有一个支柱，提供支撑和增强刚度，但支柱结构会约束倾斜驱动量。该复合式波前校正机构的变形镜底部没有支撑结构。本发明所提及的结构中增加了支撑结构，可减轻连接结构及内部变形镜高速转动时对倾斜结构的作用力，有益于保护微驱动部件。
发明内容
本发明要解决的问题是设计一种可同时校正低阶倾斜波像差和高阶波像差的复合式波前校正器，集倾斜镜与变形镜功能于一体，其结构紧凑，可减少光路的光学反射元件数，降低系统光能损失。
本发明所采用的技术方案是：一种复合式波前校正器，可同时校正低阶倾斜波像差和其它高阶波像差，其特征在于由底座、倾斜结构、连接结构、变形镜和支撑结构组成，倾斜结构一端固定在底座上，另一端通过柔性铰链与连接结构相连，变形镜整体固定在连接结构内，变形镜镜面的中心与倾斜结构的转动中心重合；支撑结构的一端固定在底座上，另一端支撑在连接结构的底部。
进一步的，所述的倾斜结构，由四个微驱动部件组成，对称分布固定在底座上，提供二维的倾斜输出和支撑刚度。
进一步的，所述的微驱动部件，可以是压电陶瓷（PZT）驱动器，也可以是电致伸缩（PMN）驱动器，也可以是力驱动器。
进一步的，所述的力驱动器包括音圈电机。
进一步的，将一个压电陶瓷驱动器作为一个所述的微驱动部件，其上部与柔性铰链连接形成一个驱动单元，驱动单元固定在底座上，形成4点对称的二维倾斜结构，确保其上端面位于同一水平面；同时将变形镜固定在连接结构的中孔底部；然后将支撑结构通过螺纹固定在底座上，上端支撑在连接结构的底部，最后紧固连接结构与柔性铰链的连接，将变形镜的导线和驱动单元的导线通过底座的孔引出。
本技术与现有技术相比具有的优点：
1)本发明所公开的新型复合式波前校正器，与US7172299的美国专利相比，由于采用了四点对称的倾斜机构，消除了倾斜转动的耦合，控制算法简单。
2)本发明所公开的新型复合式波前校正器，由于变形镜底部采用了加预紧的弹簧支撑结构，可减轻连接结构以及内部变形镜高速转动时对倾斜结构的作用力，有益于保护微驱动部件。
3)本发明所公开的新型复合式波前校正器，由于采用了连接结构，使得倾斜结构的转动中心与变形镜镜面的中心重合，避免了常规倾斜镜结构所带来的光束平移的问题。
4)本发明所公开的新型复合式波前校正器，由于采用了连接结构，使得倾斜结构不直接与镜面相连，避免了倾斜结构加电驱动引起的镜面变形。
附图说明
图1复合式波前校正结构原理图；
图2复合式波前校正器的连接示意图；
图中附图标记的说明如下：1.底座，2.支撑结构，3.微驱动部件，4.柔性铰链，5.连接结构，6.变形镜。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，由四个微驱动部件3组成的倾斜结构对称固定在底座1上，提供二维的倾斜输出和支撑刚度；连接结构5通过柔性铰链4与倾斜结构相连；变形镜6固定在连接机构5的中心，支撑结构2一端固定在底座上，另一端支撑在连接结构5的底部。
所述的倾斜结构，由4个微驱动部件组成，对称固定在底座上，提供倾斜输出和支撑刚度，另一端通过柔性铰链与连接结构相连。其中的微驱动部件，可以是压电陶瓷（PZT）驱动器，也可以是电致伸缩（PMN）驱动器，也可以是力驱动器（包括音圈电机）等。
所述的连接结构，其一端与倾斜结构通过柔性铰链连接在一起，另一端连接变形镜，倾斜结构的转转中心与变形镜镜面的中心重合。
所述的变形镜，可以是分立式驱动器的变形镜，也可以是微机械电子制造的MEMS，或双压电变形镜（Bimorph Mirror），还可以是液晶空间调制器件LC-LSM。
所述的支撑结构，一端固定在底座上，另一端支撑在连接结构的底部。支撑结构可以是加预紧的弹簧。
将一个压电驱动器作为一个微驱动部件3，其上部与柔性铰链4连接形成一个驱动单元。驱动单元固定在底座1上，形成4点对称的二维倾斜结构，确保其上端面位于同一水平面；同时将变形镜6固定在连接结构5的中孔底部；然后将支撑结构2通过螺纹固定在底座1上，上端支撑在连接结构5的底部，最后紧固连接结构5与柔性铰链4的连接。将变形镜6的导线和驱动单元7的导线通过底座1的孔引出。
作为微驱动部件的压电驱动器，组装前作等高处理。与柔性铰链的连接采用胶粘方式，与底座的连接采用螺纹连接。连接结构整体成型，包含有变形镜的外套结构；变形镜的底座预留孔位，通过螺纹加灌胶的方法与连接结构固连，可将连接结构与变形镜作为一个刚体处理，有益于器件整体频响特性；底部留有圆孔，方便引线。支撑结构一端通过刚性杆连接在底座上，一端通过弹簧与连接结构底部连接。弹簧施加一定预紧力。
这里倾斜结构采用的压电驱动器采用Φ18mm直径陶瓷片，最大变形量60μm,柔性铰链采用圆角直圆型铰链，细颈处直径Φ2mm，变形镜尺寸Φ40mm，变形量≥±2.5um，整体布局尺寸紧凑，测试X、Y方向最大倾角≥±5′，谐振频率≥200Hz。
本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (5)
1.一种复合式波前校正器，可同时校正低阶倾斜波像差和其它高阶波像差，其特征在于由底座（1）、倾斜结构、连接结构（5）、变形镜（6）和支撑结构（2）组成，倾斜结构一端固定在底座上，另一端通过柔性铰链（4）与连接结构（5）相连，变形镜（6）整体固定在连接结构（5）内，变形镜（6）镜面的中心与倾斜结构的转动中心重合；支撑结构（2）的一端固定在底座（1）上，另一端支撑在连接结构（5）的底部。
2.根据权利要求1所述的一种复合式波前校正器，其特征在于：所述的倾斜结构，由四个微驱动部件（3）组成，对称分布固定在底座（1）上，提供二维的倾斜输出和支撑刚度。
3.根据权利要求2所述的一种复合式波前校正器，其特征在于：所述的微驱动部件，可以是压电陶瓷（PZT）驱动器，也可以是电致伸缩（PMN）驱动器，也可以是力驱动器。
4.根据权利要求3所述的一种复合式波前校正器，其特征在于：所述的力驱动器包括音圈电机。
5.根据权利要求3所述的一种复合式波前校正器，其特征在于：将一个压电陶瓷驱动器作为一个所述的微驱动部件（3），其上部与柔性铰链（4）连接形成一个驱动单元，驱动单元固定在底座（1）上，形成4点对称的二维倾斜结构，确保其上端面位于同一水平面；同时将变形镜（6）固定在连接结构（5）的中孔底部；然后将支撑结构（2）通过螺纹固定在底座（1）上，上端支撑在连接结构（5）的底部，最后紧固连接结构（5）与柔性铰链（4）的连接，将变形镜（6）的导线和驱动单元（7）的导线通过底座（1）的孔引出。
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