CN103823302B - 一维快速控制反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体、柔性连接件、位移放大机构和底座，位移放大机构内设有用于产生位移的位移执行器，底座两侧设有纵向侧板，两纵向侧板的上端设有旋转副，反射镜体通过旋转副连接在两纵向侧板之间，位移放大机构通过柔性连接件驱动反射镜体绕旋转副的旋转轴线做定轴旋转运动；本发明的旋转轴线为一固定轴线并最大限度地靠近反射镜体的反射面，使反射镜能够提供单纯的角度偏转，以简化系统光路的设计；同时由于位移放大机构对位移执行器进行预紧，使得旋转副具有弹力，因此只需设置一个位移执行器即可实现对旋转角度的控制，减少驱动装置的数量，使整体结构变得紧凑，提高本发明的适用广度。

Description

一维快速控制反射镜

技术领域

本发明涉及一种快速控制反射镜，特别涉及一种由压电陶瓷驱动的一维快速控制反射镜。

背景技术

快速控制反射镜是一种在输入的电信号控制下实时调整镜面角度的装置，具有体积小、速度快、精度高等优点，能够实现高频率的角度指向、扫描和稳定，在自适应光学补偿、视觉跟踪、图像稳定等方面有着广泛的应用。现有的快速控制反射镜主要有音圈电机驱动和压电陶瓷驱动两种驱动方式，一般来说，前者扫描角度较大但谐振频率较低，后者扫描角度较小但是扫描频率高。

现有的快速控制反射镜通常包括从上往下依次连接的反射镜体、柔性连接件、位移放大机构和底座，其中位移放大机构内设有用于产生位移的位移执行器。反射镜体可为单独的反射镜片，也可以是由反射镜片与其它支撑结构的组合体，其反射镜面用于反射光线。若要实现反射镜体的一维转动，起码需要两个位移执行器及对应的柔性连接件、位移放大机构，通过给两个位移执行器施加互为反向的驱动电压，可以使它们做互为反向的运动，两个位移放大机构将位移执行器的伸缩位移转化为放大后的垂直于伸缩方向的位移，使两个柔性连接件围绕轴向形成转动，实现反射镜体的转动。这种结构的一维快速控制反射镜，由于其依靠柔性连接件的分别推拉作用实现旋转，旋转轴线位于反射镜面下方一定距离，因此不能提供单纯的角度偏转，使得系统光路设计变得复杂。此外，由于需要多个驱动装置（即柔性连接件、位移放大机构、位移执行器及相关的其它驱动部件）进行驱动，在对系统尺寸和重量有着严格要求的空间探测系统、武器系统中难以应用。同时，结构的限制使得同时保证大角度的偏转和高精度的角度控制变得十分困难。

因此，有必要对现有的一维快速控制反射镜进行改进，使其能够提供单纯的角度偏转，简化系统光路的设计，同时减少驱动装置的数量，使整体结构变得紧凑，提高其适用广度，并且能够保证大角度的偏转和高精度的角度控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种一维快速控制反射镜，其能够提供单纯的角度偏转，简化系统光路的设计，同时减少驱动装置的数量，使整体结构变得紧凑，提高其适用广度，并且能够保证大角度的偏转和高精度的角度控制。

本发明的一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体、柔性连接件、位移放大机构和底座，所述位移放大机构内设有用于产生位移的位移执行器，其特征在于：所述底座两侧设有纵向侧板，两所述纵向侧板的上端设有旋转副，所述反射镜体通过所述旋转副连接在两所述纵向侧板之间，所述位移放大机构通过所述柔性连接件驱动所述反射镜体绕所述旋转副的旋转轴线做定轴旋转运动。

进一步，所述旋转轴线处于所述反射镜体的反射面上。

进一步，所述位移放大机构为一内设空腔的弹性圈，所述位移执行器为紧密嵌入所述空腔的压电陶瓷执行器。

进一步，所述位移放大机构的侧壁包括与所述压电陶瓷紧密贴合的第一侧壁和与所述第一侧壁联动伸缩的第二侧壁，所述第二侧壁切割成圆弧型柔性铰链。

进一步，所述反射镜体包括用于支撑所述反射面的镜架，所述镜架背向所述反射面的一端间隔设有减重凹槽。

进一步，所述旋转副为与所述反射镜体或者所述纵向侧板一体成型的柔性铰链；或者，所述旋转副包括转轴和轴承，所述纵向侧板的上端设有与所述轴承配合的轴承座；或者，所述旋转副为与所述纵向侧板一体成型的柔性铰链，所述反射镜体、柔性连接件和位移放大机构一体成型；或者，所述旋转副和柔性连接件为与所述纵向侧板一体成型的柔性铰链，且所述柔性连接件横贯两所述纵向侧板，还包括与所述反射镜体的两端连接的镜体连接部，所述反射镜体两端通过柔性铰链连接有用于与所述镜体连接部相连接的连接耳，所述旋转副设于所述镜体连接部及纵向侧板之间，所述柔性连接件下端与所述位移放大机构连接，所述柔性连接件的两侧上端与所述镜体连接部连接，使得所述柔性连接件的推拉作用通过所述镜体连接部推动所述反射镜体旋转。

进一步，所述反射镜体受到所述柔性连接件的预紧，使得所述反射镜体的反射面在非工作状态下与所述底座的底面之间存在初始夹角。

本发明的有益效果：本发明的一维快速控制反射镜，反射镜体从位移放大机构处获得旋转动力并绕旋转副的旋转轴线旋转，此时旋转轴线为一固定轴线并最大限度地靠近反射镜体的反射面，使反射镜能够提供单纯的角度偏转，以简化系统光路的设计；同时由于位移放大机构对位移执行器进行预紧，使得旋转副具有弹力，因此只需设置一个位移执行器即可实现对旋转角度的控制，减少驱动装置的数量，使整体结构变得紧凑，提高本一维快速控制反射镜的适用广度，同时能够保证大角度的偏转和高精度的角度控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明第一种结构的立体示意图；

图2为本发明的椭圆形位移放大机构的结构示意图；

图3本发明的侧壁切割成圆弧型柔性铰链的位移放大机构的第一种结构示意图；

图4本发明的侧壁切割成圆弧型柔性铰链的位移放大机构的第二种结构示意图；

图5为本发明第二种结构的立体示意图；

图6为本发明第三种结构的立体示意图；

图7为本发明第四种结构的立体示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为本实施例的立体结构示意图，如图所示：本实施例的一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体1、柔性连接件3、位移放大机构4和底座2，所述位移放大机构4内设有用于产生位移的位移执行器5，所述底座2两侧设有纵向侧板8，两所述纵向侧板8的上端设有旋转副6，所述反射镜体1通过所述旋转副6连接在两所述纵向侧板8之间，所述位移放大机构4通过所述柔性连接件3驱动所述反射镜体1绕旋转副6的旋转轴线做定轴旋转运动；反射镜体1可为单独的反射镜片，也可以是由反射镜片与其它支撑结构的组合体，其反射面1a为实际工作表面；柔性连接件3可柔性支承反射镜体1，分配变形并限制在各自由度上的运动；底座2置于底部，通过底部的连接孔固定到其他设备或者安装基台上；位移执行器5为快速控制反射镜的位移驱动源，输入电压即可产生微位移，通过位移放大机构4后驱动反射镜体1的运动；纵向侧板8与底座2一体成型并对称设置，不仅构成了底座2的质量补偿块以增强底座2的刚度，还构成了反射镜体1的主要支撑部件；反射镜体1从位移放大机构4处获得旋转动力并绕旋转副6的旋转轴线旋转，此时旋转轴线为一固定轴线并最大限度地靠近反射镜体1的反射面1a，使本一维快速控制反射镜能够提供单纯的角度偏转，以简化系统光路的设计；由于位移放大机构4对位移执行器5进行预紧，使得旋转副6具有弹力，因此只需设置一个位移执行器5即可实现对旋转角度的控制，减少驱动装置的数量，使整体结构变得紧凑，提高本一维快速控制反射镜的适用广度，同时能够保证大角度的偏转和高精度的角度控制。

本实施例中，所述旋转轴线处于所述反射镜体1的反射面1a上；旋转轴线与反射面1a共面的设计能够保证使用本一维快速控制反射镜时反射光线的角度更加准确，构成的光路误差更小；反射面1a可以是经过镜面处理的反射镜体1的上表面，或者是通过粘贴镜面的方式构成。

本实施例中，所述反射镜体1受到所述柔性连接件3的预紧，使得所述反射镜体1的反射面1a在非工作状态下与所述底座2的底面之间存在初始夹角；本一维快速控制反射镜工作时在所述位移执行器5的驱动下向初始夹角相反方向转动，反射面1a倾斜使得反射镜体1的偏转角度更大，各旋转部件不容易疲劳断裂，提高使用寿命，而且只需设置一个驱动装置即可实现对旋转角度的控制；至于反射面1a倾斜的设计，可通过调整位移放大机构4沿垂直于反射面1a方向的高度，或者调整位移放大机构4底面到底座2底面的安装距离来实现。

本实施例中，所述位移放大机构4为一内设空腔41的弹性圈，所述位移执行器5为紧密嵌入所述空腔的压电陶瓷执行器；压电陶瓷执行器包括压电陶瓷及紧密粘在所述压电陶瓷上的电阻应变片，这一结构使本快速控制反射镜构成压电陶瓷式反射镜，其原理为本领域所熟知，在此不再赘述；本快速控制反射镜利用压电陶瓷的逆压电效应来实现微位移，改变输入电压的太小即可得到不同的微位移，从而避免了机械结构造成的误差；压电陶瓷执行器结构简单、体积小、分辨率高、响应快、推力大、发热少、无杂散电磁场和便于控制。

本实施例中，所述位移放大机构4的侧壁包括与所述压电陶瓷紧密贴合的第一侧壁42a和与所述第一侧壁42a联动伸缩的第二侧壁42b，所述第二侧壁42b切割成圆弧型柔性铰链；图2为椭圆形位移放大机构的结构示意图，图3为在图2所示位移放大机构的基础上，在纵向设置并起放大作用的第二侧壁42b上切割出双边直圆切口的柔性铰链，使位移放大作用更加准确、易于控制；图4则为在图2所示位移放大机构的基础上，在横向设置的第二侧壁42b切割出柔性铰链，构成对压电陶瓷的弹性连接，保证位移执行器5与位移放大机构4的紧密贴合和施加预紧力；当然，柔性铰链也可以是直梁型、双边切口椭圆型等其他常见形式。

本实施例中，所述反射镜体1包括用于支撑所述反射面1a的镜架1b，所述镜架1b背向所述反射面1a的一端间隔设有减重凹槽9；镜架1b可保持反射面1a的稳定而且便于反射面1a的更换；此外，由于反射镜体1作为本快速反射镜的重要有效负载，其质量大小直接决定了反射镜的整体性能，因此反射镜体1应该在保证动静态刚度和强度的前提下进行最大程度的轻量化，镜架1b在保证连接的基础上设置减重凹槽9，起到重要的减重作用，达到轻量化的目的。

本实施例中，所述旋转副6为与所述反射镜体1一体成型的圆弧型柔性铰链或者直梁型柔性铰链；旋转副6通过在反射镜体1上垂直于其侧面切削得到；采用柔性铰链作为旋转中心，使转动准确、无空回及间隙；一体成型能够减少装配误差，有利于本快速反射镜的控制，保证高精度的角度输出。

实施例二

图5为本实施例的立体结构示意图，如图所示：本实施例的一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体1、柔性连接件3、位移放大机构4和底座2，所述位移放大机构4内设有用于产生位移的位移执行器5，所述底座2两侧设有纵向侧板8，两所述纵向侧板8的上端设有旋转副6，所述反射镜体1通过所述旋转副6连接在两所述纵向侧板8之间，所述位移放大机构4通过所述柔性连接件3驱动所述反射镜体1绕旋转副6的旋转轴线做定轴旋转运动；所述旋转轴线处于所述反射镜体1的反射面1a上；所述反射镜体1受到所述柔性连接件3的预紧，使得所述反射镜体1的反射面1a在非工作状态下与所述底座2的底面之间存在初始夹角；所述位移放大机构4为一内设空腔41的弹性圈，所述位移执行器5为紧密嵌入所述空腔的压电陶瓷执行器；所述位移放大机构4的侧壁包括与所述压电陶瓷紧密贴合的第一侧壁42a和与所述第一侧壁42a联动伸缩的第二侧壁42b，所述第二侧壁42b切割成圆弧型柔性铰链；所述反射镜体1包括用于支撑所述反射面1a的镜架1b，所述镜架1b背向所述反射面1a的一端间隔设有减重凹槽9；本实施例中，所述旋转副6包括转轴61和轴承62，所述纵向侧板8的上端设有与所述轴承62配合的轴承座63；转轴61作为旋转中心，有利于保持转动的灵活度；轴承座63与纵向侧板8一体成型，反射镜体1、柔性连接件3和位移放大机构4一体成型，柔性连接件3为直梁型柔性铰链，能够减少装配误差，有利于本快速反射镜的控制，保证高精度的角度输出。

实施例三

图6为本实施例的立体结构示意图，如图所示：本实施例的一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体1、柔性连接件3、位移放大机构4和底座2，所述位移放大机构4内设有用于产生位移的位移执行器5，所述底座2两侧设有纵向侧板8，两所述纵向侧板8的上端设有旋转副6，所述反射镜体1通过所述旋转副6连接在两所述纵向侧板8之间，所述位移放大机构4通过所述柔性连接件3驱动所述反射镜体1绕旋转副6的旋转轴线做定轴旋转运动；所述旋转轴线处于所述反射镜体1的反射面1a上；所述反射镜体1受到所述柔性连接件3的预紧，使得所述反射镜体1的反射面1a在非工作状态下与所述底座2的底面之间存在初始夹角；所述位移放大机构4为一内设空腔41的弹性圈，所述位移执行器5为紧密嵌入所述空腔的压电陶瓷执行器；所述位移放大机构4的侧壁包括与所述压电陶瓷紧密贴合的第一侧壁42a和与所述第一侧壁42a联动伸缩的第二侧壁42b，所述第二侧壁42b切割成圆弧型柔性铰链；所述反射镜体1包括用于支撑所述反射面1a的镜架1b，所述镜架1b背向所述反射面1a的一端间隔设有减重凹槽9；本实施例中，所述旋转副6为与所述纵向侧板8一体成型的圆弧型柔性铰链，所述反射镜体1、柔性连接件3和位移放大机构4一体成型，所述柔性连接件3为直梁型柔性铰链；柔性铰链作为旋转中心，使转动准确、无空回及间隙；一体成型能够减少装配误差，有利于本快速反射镜的控制，保证高精度的角度输出。

实施例四

图7为本实施例的立体结构示意图，如图所示：本实施例的一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体1、柔性连接件3、位移放大机构4和底座2，所述位移放大机构4内设有用于产生位移的位移执行器5，所述底座2两侧设有纵向侧板8，两所述纵向侧板8的上端设有旋转副6，所述反射镜体1通过所述旋转副6连接在两所述纵向侧板8之间，所述位移放大机构4通过所述柔性连接件3驱动所述反射镜体1绕旋转副6的旋转轴线做定轴旋转运动；所述旋转轴线处于所述反射镜体1的反射面1a上；所述反射镜体1受到所述柔性连接件3的预紧，使得所述反射镜体1的反射面1a在非工作状态下与所述底座2的底面之间存在初始夹角；所述位移放大机构4为一内设空腔41的弹性圈，所述位移执行器5为紧密嵌入所述空腔的压电陶瓷执行器；所述位移放大机构4的侧壁包括与所述压电陶瓷紧密贴合的第一侧壁42a和与所述第一侧壁42a联动伸缩的第二侧壁42b，所述第二侧壁42b切割成圆弧型柔性铰链；所述反射镜体1包括用于支撑所述反射面1a的镜架1b，所述镜架1b背向所述反射面1a的一端间隔设有减重凹槽9；本实施例中，所述旋转副6和柔性连接件3为与所述纵向侧板8一体成型的柔性铰链，所述柔性连接件3横贯两所述纵向侧板，还包括与所述反射镜体1的两端连接的镜体连接部7，所述反射镜体1两端通过柔性铰链连接有用于与所述镜体连接部7相连接的连接耳11，所述旋转副6设于所述镜体连接部7及纵向侧板8之间，所述柔性连接件3下端与所述位移放大机构4连接，所述柔性连接件3的两侧上端与所述镜体连接部7连接，使得所述柔性连接件3的推拉作用通过所述镜体连接部7推动所述反射镜体1旋转；反射镜体1与连接耳11之间的柔性铰链具有一定的变形量，使反射镜体1与连接耳11之间可旋转，其旋转轴向与反射镜体1工作的旋转轴向相垂直；这一结构可保证推拉作用不是直接作用在反射镜体1上，可避免镜面的面形误差；柔性连接件3上端与位于纵向侧板8上端的镜体连接部7相连，柔性连接件3下端与位移放大机构连接，中间包含两个通过刚性连杆连接的柔性铰链，下端悬空并加工出与位移放大机构4配合的连接孔；当然，通过刚性连杆连接的柔性铰链部分也可以改成柔性直梁的形式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种一维快速控制反射镜，包括依次连接的反射镜体、柔性连接件、位移放大机构和底座，所述位移放大机构内设有用于产生位移的位移执行器，其特征在于：所述底座两侧设有纵向侧板，两所述纵向侧板的上端设有旋转副，所述反射镜体通过所述旋转副连接在两所述纵向侧板之间，所述位移放大机构通过所述柔性连接件驱动所述反射镜体绕所述旋转副的旋转轴线做定轴旋转运动；所述位移放大机构为一内设空腔的弹性圈，所述位移执行器为紧密嵌入所述空腔的压电陶瓷执行器。

2.根据权利要求1所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述旋转轴线处于所述反射镜体的反射面上。

3.根据权利要求1所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述位移放大机构的侧壁包括与所述压电陶瓷紧密贴合的第一侧壁和与所述第一侧壁联动伸缩的第二侧壁，所述第二侧壁切割成圆弧型柔性铰链。

4.根据权利要求1所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述反射镜体包括用于支撑所述反射面的镜架，所述镜架背向所述反射面的一端间隔设有减重凹槽。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述旋转副为与所述反射镜体或者所述纵向侧板一体成型的柔性铰链。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述旋转副包括转轴和轴承，所述纵向侧板的上端设有与所述轴承配合的轴承座。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述旋转副为与所述纵向侧板一体成型的柔性铰链，所述反射镜体、柔性连接件和位移放大机构一体成型。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述旋转副和柔性连接件为与所述纵向侧板一体成型的柔性铰链，且所述柔性连接件横贯两所述纵向侧板；还包括与所述反射镜体的两端连接的镜体连接部，所述反射镜体两端通过柔性铰链连接有用于与所述镜体连接部相连接的连接耳，所述旋转副设于所述镜体连接部及纵向侧板之间，所述柔性连接件下端与所述位移放大机构连接，所述柔性连接件的两侧上端与所述镜体连接部连接，使得所述柔性连接件的推拉作用通过所述镜体连接部推动所述反射镜体旋转。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的一维快速控制反射镜，其特征在于：所述反射镜体受到所述柔性连接件的预紧，使得所述反射镜体的反射面在非工作状态下与所述底座的底面之间存在初始夹角。