CN107589515A - 一种具有双柔性元件的快速反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双柔性元件的快速反射镜，包括支撑基座和反射镜，还包括中心柔性连接件、侧边柔性连接件和音圈电机。其中，中心柔性连接件实现反射镜中心与支撑基座的柔性连接，侧边柔性连接件实现反射镜四周与支撑基座的柔性连接；音圈电机用于驱动反射镜偏转。本申请中通过设置中心柔性连接件和侧边柔性连接件分别实现反射镜中心及四周部位与支撑基座的柔性连接，大幅度增加了快速反射镜的承载能力和环境适应性。并且两个柔性元件的回转轴重合，避免了两个柔性元件在变形运动时的相互干涉。而柔性元件的零摩擦确保了快速反射镜的快速响应特性。

Description

一种具有双柔性元件的快速反射镜

技术领域

本发明涉及快速反射镜的技术领域，具体的说，涉及一种具有中心柔性连接件和侧边柔性连接件两个柔性元件的快速反射镜。

背景技术

快速发射镜是近年发展起来的用于精确控制光束传播方向的精密光学装置，具有响应速度快、指向精度和角度分辨力高等突出优点。

传统的柔性快速反射镜采用单一柔性铰链实现运动部分与不动部分的柔性连接，承载能力相对有限，当面对振动、冲击等恶劣的环境时，工作精度难以保证，严重时甚至遭到破坏。

中国发明专利“专利号为ZL 201110261049.9”公开了一种刚性承载的快速反射镜。它采用关节轴承实现运动部分与不动部分的万向连接，尽管大幅度提升了快速反射镜的承载能力，但关节轴承球面副大的摩擦阻力，导致这种刚性承载的快速反射镜响应频率不高，无法满足对响应速度要求较高的应用场合。

中国发明专利“专利号为ZL 201310557481.1”公开了一种基于柔性支撑的快速反射镜。采用两处柔性元件来实现运动部分与不动部分的万向连接，但两处柔性元件都位于中心部位，尽管能够有效地限制快速反射镜运动部分不同的自由度，但对系统承载能力的改善效果有限。而且，受其结构形式的限制，两处柔性元件的回转轴不完全重合，两柔性元件的变形存在一定程度的相互干涉。此外，该基于柔性支撑的快速反射镜采用不在回转轴上的三个音圈电机来驱动，系统的二维转角之间存在耦合，因此控制与解算相对复杂。

因此，如何提供一种高承载能力、高响应速度、高环境适应性的快速反射镜，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有双柔性元件的快速反射镜，以提升快速反射镜的承载能力和环境适应性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有双柔性元件的快速反射镜，包括支撑基座和反射镜，其还包括：

中心柔性连接件，所述中心柔性连接件一端与所述反射镜的中心柔性连接，另一端与所述支撑基座连接；

侧边柔性连接件，所述侧边柔性连接件一面与所述反射镜的四周柔性连接，另一面与所述支撑基座连接，所述侧边柔性连接件与所述反射镜的连接点绕所述中心柔性连接件周向布置；

驱动所述反射镜偏转的音圈电机；

所述中心柔性连接件的回转轴和所述侧边柔性连接件的两个回转轴重合。

优选的，上述的快速反射镜中，所述中心柔性连接件为柔性铰链，所述柔性铰链一端具有用于与所述反射镜中心固连的第一安装孔，所述柔性铰链的另一端具有用于与所述支撑基座固接的第二安装孔，所述柔性铰链的中间具有两个相互垂直的切割线。

优选的，上述的快速反射镜中，所述侧边柔性连接件由四个尺寸相同的半圆环柔性弹片组成，且所述侧边柔性连接件与所述反射镜相连的所有连接点到所述反射镜中心的距离相等。

优选的，上述的快速反射镜中，所述侧边柔性连接件具有用于与所述支撑基座固接的静支孔和用于与所述反射镜固接的动支孔，所述动支孔与所述反射镜的动支座通过平螺钉连接。

优选的，上述的快速反射镜中，还包括安装在所述支撑基座上的位移传感器和安装在所述反射镜上的传感器测量片，且所述传感器测量片的测量面与所述位移传感器相对。

优选的，上述的快速反射镜中，还包括用于限制所述反射镜偏转范围的限位装置。

优选的，上述的快速反射镜中，所述限位装置包括限位螺钉和用于锁紧所述限位螺钉的锁紧螺母。

经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种具有双柔性元件的快速反射镜，包括支撑基座和反射镜，还包括中心柔性连接件、侧边柔性连接件和音圈电机。其中，中心柔性连接件实现反射镜中心与支撑基座的柔性连接，侧边柔性连接件实现反射镜四周与支撑基座的柔性连接；音圈电机用于驱动反射镜偏转。本申请中通过设置中心柔性连接件和侧边柔性连接件分别实现反射镜中心及四周部位与支撑基座的柔性连接，大幅度增加了快速反射镜的承载能力和环境适应性。并且两个柔性元件的回转轴重合，避免了两个柔性元件在变形运动时的相互干涉。而柔性元件的零摩擦确保了快速反射镜的快速响应特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的具有双柔性元件的快速反射镜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的具有双柔性元件的快速反射镜的俯视图；

图3为图2中CC方向的剖视图；

图4为图2中DD方向的剖视图；

图5为图2中EE方向的剖视图；

图6为本发明实施例提供的中心柔性连接件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的侧边柔性连接件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的传感器测量片的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种具有双柔性元件的快速反射镜，以提升快速反射镜的承载能力和环境适应性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图8所示，本发明公开了一种具有双柔性元件的快速反射镜，包括支撑基座1和反射镜2，还包括中心柔性连接件12、侧边柔性连接件6和音圈电机。其中，中心柔性连接件12一端反射镜2的中心连接，另一端与支撑基座1相连，而侧边柔性连接件6一面与反射镜2的圆周连接，另一面和支撑基座1相连，并且该侧边柔性连接件6与反射镜2的连接点绕中心柔性连接件12周向布置；音圈电机用于驱动反射镜2偏转。本申请中通过设置中心柔性连接件12和侧边柔性连接件6实现反射镜2与支撑基座1的柔性连接，柔性元件的零摩擦确保了快速反射镜的响应效率，双柔性连接件的结合大幅度增加了快速反射镜的承载能力和环境适应性。

具体的实施例中，中心柔性连接件12为柔性铰链，该柔性铰链的一端具有用于与反射镜2中心固定连接的第一安装孔12b，柔性铰链的另一端具有用于与支撑基座1固定连接的第二安装孔12a。具体的，柔性铰链包括位于一端的四个第一安装孔12b、位于另一端的四个第二安装孔12a和位于铰链侧壁上的两个相互垂直的“八”字形切割线，以实现柔性。采用柔性铰链将反射镜2中心和支撑基座1柔性连接，实现支撑基座对反射镜2的一次柔性支撑。

上述的侧边柔性连接件6由四个尺寸相同的半圆环柔性弹片组成。本申请中的侧边柔性连接件6与反射镜2的4个连接点到反射镜2的中心距离相等。此处具体公开了一种侧边柔性连接件6的具体形状，为四个半圆环形的柔性弹片组成的环状结构，以对反射镜2的四周进行二次柔性支撑。

本申请中侧边柔性连接件6与反射镜2的4个连接点到反射镜2中心的距离均相等。对于具体的距离可根据不同的需要进行设置，且均在保护范围内。侧边柔性连接件6具有用于与支撑基座1固定连接的静支孔6b和用于与反射镜2固定连接的动支孔6a。对于动支座3的结构可为一端与反射镜2固定连接，另一端通过平螺钉11与侧边柔性连接件6上的动支孔6a固定连接。动支座3的具体结构不做限定。

侧边柔性连接件6上具有四个动支孔6a和四个静支孔6b，动支孔6a和静支孔6b交错分布。其中，相邻的2个静支孔6b与之间的1个动支孔6a位于同一个圆上，且2个静支孔6b的连线通过圆心，1个动支孔6a位于2个静支孔6b连线的中垂线上。侧边柔性连接件6通过其中的4个静支孔6b与支撑基座1上的4个静支柱1a相固连，通过4个平螺钉11和4个动支座3将4个动支孔6a与反射镜2相固连，进而完成支撑基座1对反射镜2的二次柔性支撑。并且，保证中心柔性连接件12的偏转中心与侧边柔性连接件6的几何中心重合，在中心柔性连接件12和侧边柔性连接件6变形的作用下，反射镜2即可相对于支撑基座1进行绕相互垂直的轴线X轴、Y轴的偏转。

为了快速反射镜的工作更加稳定、且方便控制，所有的音圈电机到反射镜的中心的距离相等。具体地，音圈电机包括第一音圈电机7a、第二音圈电机7b、第三音圈电机7c和第四音圈电机7d。

四个音圈电机成“十”字固连在支撑基座1与反射镜2之间，X轴、Y轴线上各2个，以坐标原点O为中心均匀布置，以驱动反射镜进行二维偏转。具体地，第一音圈电机7a和第三音圈电机7c位于X轴上，第二音圈电机7b和第四音圈电机7d位于Y轴上。

其中，音圈电机的磁座71直接固连在支撑基座1上，与支撑基座1组成不动部分；音圈电机的线圈72通过电机过渡板8固连在反射镜2上组成运动部分。由于磁座71的重量是线圈72重量的3-5倍，因此，这样布置有利于减轻运动部分的重量，进而提升快速反射镜的响应频率。

为了实现对反射镜2偏转角度的闭环控制，本申请中公开的快速反射镜还包括安装在支撑基座1上的位移传感器和安装在反射镜2上的传感器测量片5，并且位移传感器与传感器测量片5的测量面5a相对，以实现对反射镜2位置的检测，并根据检测到的位置信息控制音圈电机的动作，进而精确控制反射镜2的偏转角度。

具体的，位移传感器为四个，包括第一位移传感器4a、第二位移传感器4b、第三位移传感器4c和第四位移传感器4d，相应的，“哑铃”状的传感器测量片5为两个，每个传感器测量片5具有两个测量面5a，且两个测量面5a均为圆面。上述的四个位移传感器与四个测量面5a一一对应布置。并且，其中一个传感器测量片5的两个测量面5a关于X轴对称，以测量反射镜绕Y轴的偏转角度。另一个传感器测量片5的两个测量面5a关于Y轴对称，以测量反射镜绕X轴的偏转角度。

本申请中公开的限位装置包括限位螺钉10和用于锁紧限位螺钉10的锁紧螺母9。

具体的，本申请中两个“哑铃”状的传感器测量片5通过平螺钉11及动支座3与反射镜2相固连，X轴、Y轴线上各有1个。四个位移传感器固连在支撑基座1上，并且与两个传感器测量片5的四个测量面5a相正对，以实现对反射镜2位置的间接监测。四个限位螺钉10通过螺纹与支撑基座1相固连，并通过锁紧螺母9进行锁紧。四个限位螺钉10与固定侧边柔性连接件6的四个平螺钉11相正对，以调节反射镜2的偏转范围，并防止位移传感器与传感器测量片5相撞击，进而保护位移传感器。

工作过程：当需要反射镜2绕X轴偏转时，只需控制Y轴线上的第二音圈电机7b和第四音圈电机7d，一个伸长，一个缩短，即可实现反射镜2绕X轴线的偏转。此时，将第三位移传感器4c和第四位移传感器4d的测量结果取平均值后，反馈给快速反射镜的控制系统，进而实现对反射镜2绕X轴偏转角度的闭环控制。快速反射镜的每一维偏转角度采用两个位移传感器进行间接测量，有利于减小测量误差，提高反射镜2的位置测量精度。

当需要反射镜2绕Y轴偏转时，只需控制X轴线上的第一音圈电机7a和第三音圈电机7c，一个伸长，一个缩短，即可实现反射镜2绕Y轴线的偏转。此时，将第一位移传感器4a和第二位移传感器4b的测量结果取平均值后，反馈对快速反射镜的控制系统，进而实现对反射镜2绕Y轴偏转角度的闭环控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种具有双柔性元件的快速反射镜，包括支撑基座(1)和反射镜(2)，其特征在于，还包括：

中心柔性连接件(12)，所述中心柔性连接件(12)一端与所述反射镜(2)的中心柔性连接，另一端与所述支撑基座(1)连接；

侧边柔性连接件(6)，所述侧边柔性连接件(6)一面与所述反射镜(2)的四周柔性连接，另一面与所述支撑基座(1)连接，所述侧边柔性连接件(6)与所述反射镜(2)的连接点绕所述中心柔性连接件(12)周向布置；

驱动所述反射镜(2)偏转的音圈电机；

所述中心柔性连接件的回转轴和所述侧边柔性连接件的两个回转轴重合。

2.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，所述中心柔性连接件(12)为柔性铰链，所述柔性铰链一端具有用于与所述反射镜(2)中心固连的第一安装孔(12b)，所述柔性铰链的另一端具有用于与所述支撑基座(1)固接的第二安装孔(12a)，所述柔性铰链的中间具有两个相互垂直的切割线。

3.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，所述侧边柔性连接件(6)由四个尺寸相同的半圆环柔性弹片组成，且所述侧边柔性连接件(6)与所述反射镜(2)相连的4个连接点到所述反射镜(2)中心的距离相等。

4.根据权利要求3所述的快速反射镜，其特征在于，所述侧边柔性连接件(6)具有用于与所述支撑基座(1)固接的静支孔(6b)和用于与所述反射镜(2)固接的动支孔(6a)，所述动支孔(6a)与所述反射镜(2)的动支座(3)通过平螺钉(11)连接。

5.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，还包括安装在所述支撑基座(1)上的位移传感器和安装在所述反射镜(2)上的传感器测量片(5)，且所述传感器测量片(5)的测量面(5a)与所述位移传感器相对。

6.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，还包括用于限制所述反射镜(2)偏转范围的限位装置。

7.根据权利要求6所述的快速反射镜，其特征在于，所述限位装置包括限位螺钉(10)和用于锁紧所述限位螺钉(10)的锁紧螺母(9)。