CN107942472B - 稀疏孔径成像系统光束相位补偿反射镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分辨率光学成像技术领域，具体涉及一种稀疏孔径成像系统光束相位补偿反射镜。解决现有技术中快速反射镜调节量小、柔性结构复杂的问题。本发明采用的技术方案包括基座和反射镜组件，所述反射镜组件包括反射镜支撑板，其上固定有反射镜，反射镜支撑板下部平行设置有基座，基座和反射镜支撑板之间的X轴和Y轴方向上均匀设置有四个音圈电机和四组弹性片机构，音圈电机通过音圈电机座与基座连接，音圈电机通过音圈电机线圈与反射镜支撑板连接，每组弹性片机构由第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片对称组成，音圈电机设置于第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片之间，相邻两个音圈电机之间设置有位移传感器，位移传感器固定于基座上。
Description
技术领域
本发明涉及高分辨率光学成像技术领域，具体涉及一种稀疏孔径成像系统光束相位补偿反射镜。
背景技术
随着光学科技的飞速发展，在航空航天、天文科观测与研究、卫星遥感、地理测绘、气象科学、地球资源探测以及军事侦察等诸多领域，高分辨率光学成像仪器得到了广泛的应用与重视，成为衡量一个国家科技实力的重要标准之一。因此世界各国都投入相当的科技、经济力量来研究高分辨率光学成像技术。由于传统光学成像系统角分辨力受波长和系统孔径的限制，若要针对一定的工作波段提高系统角分辨力，只能增大系统孔径，而在实际应用中加工成本、有效载荷体积和稳定性等很多因素限制了大孔径光学系统的应用。
现有的快速反射镜通常用压电陶瓷或音圈电机驱动，使柔性机构产生弹性变形，改变反射镜的转角，其优点是响应速度高、控制精度高。但这些快速反射镜大多数在镜面的偏转方向为柔性，而在垂直镜面方向为刚性，无法调节垂直镜面方向的位移量。也有个别反射镜在垂直镜面方向可调，但调节量很小或柔性结构复杂，很难满足稀疏孔径成像系统光束相位误差调节要求。
发明内容
本发明为解决现有技术中快速反射镜调节量小、柔性结构复杂的问题，提供一种稀疏孔径成像系统光束相位补偿反射镜。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种稀疏孔径成像系统光束相位补偿反射镜，包括基座和反射镜组件，所述反射镜组件包括反射镜支撑板，其上固定有反射镜，其特征在于：反射镜支撑板下部平行设置有基座，所述的基座和反射镜支撑板之间的X轴和Y轴方向上均匀设置有四个音圈电机和四组弹性片机构，音圈电机通过音圈电机座与基座连接，音圈电机通过音圈电机线圈与反射镜支撑板连接，每组弹性片机构由第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片对称组成，音圈电机设置于第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片之间，相邻两个音圈电机之间设置有位移传感器，位移传感器固定于基座上。所述的第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片的结构为“Z”型，两端分别通过螺钉与基座和反射镜支撑板连接。
所述的第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片的材料为不导磁或导磁性弱的金属材料。
所述的基座上设置有四个凹槽，每个音圈电机座分别设置于凹槽上，位移传感器设置于凹槽之间的凸台上。
所述的“Z”型的第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片的斜撑与水平面的夹角为大于0°小于45°，斜撑的长度大于10mm，所述的第一斜支撑弹性片和第二斜支撑弹性片为0.1~1mm厚的弹性金属片。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明在反射镜偏转方向和垂直镜面方向都具有柔性，反射镜的转角和垂直镜面方向的位移量同时快速可调；
本发明减小斜支撑弹性片斜面与水平面夹角或增大斜面长度可实现大的调节范围；
本发明音圈电机设置于每组弹性片机构的中间位置用于驱动弹性片机构，同时调节反射镜转角和垂直镜面方向的位移量，受力均匀、稳定性好、具有调节范围大、结构简单；
本发明结构简单、安装方式简单。
附图说明
图1为本发明装置的总体结构示意图；
图2为图1的前视图；
图3为图1隐藏反射镜支撑板后的俯视图；
图4为斜支撑弹性片一种实施例尺寸图。
附图标记说明：1—反射镜支撑板；2—弹性片机构；4—位移传感器；3—音圈电机；5—基座；
21—第一斜支撑弹性片；22—第二斜支撑弹性片；
31—音圈电机座；32—音圈电机线圈；301—第一音圈电机；302—第二音圈电机；303—第三音圈电机；304—第四音圈电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
本发明的系统包括反射镜支撑板1、四组弹性片机构2、四个音圈电机3、四个位移传感器4和基座5，其中垂直镜面方向如图2所示，X轴和Y轴为基座的水平和竖直对称轴，如图3所示；
所述反射镜支撑板1可固定反射镜，反射镜支撑板1的结构形式根据反射镜的形状可自由设置，本实施例提供为圆形；
所述四组弹性片机构2正交分布，两组布置在X轴上，另外两组布置在Y轴上；
所述的基座5和反射镜支撑板1之间的X轴和Y轴上均匀设置有四个音圈电机3和四组弹性片机构2，音圈电机3通过音圈电机座31与基座5连接，音圈电机3通过音圈电机线圈32反射镜支撑板1连接，每组弹性片机构2由第一斜支撑弹性片21和第二斜支撑弹性片22组成，例如“八”字形。音圈电机3设置于第一斜支撑弹性片21和第二斜支撑弹性片22之间，相邻两个音圈电机3之间设置有位移传感器4，位移传感器4固定于基座5上。
所述的第一斜支撑弹性片21和第二斜支撑弹性片22的结构为“Z”型，两端分别通过螺钉与基座5和反射镜支撑板1连接，基座5固定不动，反射镜支撑板1通过四组弹性片机构形成相对基座5的柔性，柔性方向为绕X轴、Y轴的旋转和沿垂直镜面方向的移动；
所述第一斜支撑弹性片21和第二斜支撑弹性片22的斜撑与水平面的夹角范围为大于0°小于45°，斜撑的长度大于10mm，所述的第一斜支撑弹性片21和第二斜支撑弹性片22为0.1mm至1mm厚的弹性金属片。更换不同斜面长度和斜面与水平面夹角的斜支撑弹性片，可改变弹性片机构2的刚度和调节范围；
本实施例斜支撑弹性片采用厚度为0.2mm的不导磁不锈钢片制作，斜面与水平面夹角可20°；
所述四个音圈电机3包含第一音圈电机301、第二音圈电机302、第三音圈电机303和第四音圈电机304，以上四个音圈电机都设置于两个斜支撑弹性片的对称中心，第一音圈电机301和第三音圈电机303分布在Y轴上，第二音圈电机302和第四音圈电机304分布在X轴上；
所述四个位移传感器4可采用电涡流位移传感器，与音圈电机3交错分布，四个位移传感器4测量反射镜支撑板1到基座5在四个点处的距离，反馈给电控系统，形成对音圈电机3的闭环控制。
一种稀疏孔径成像系统的工作方法的步骤为：
1）基座5固定不动；
2）位于X轴上的两个音圈电机受控分别施加大小相等方向相反的作用力F和-F于反射镜支撑板1，位于Y轴的两个音圈电机不通电，弹性片机构2产生弹性变形，反射镜支撑板1产生绕Y轴的转角；
3）位于Y轴上的两个音圈电机受控分别施加大小相等方向相反的作用力F和-F于反射镜支撑板1，位于X轴的两个音圈电机不通电，弹性片机构2产生弹性变形，反射镜支撑板1产生绕X轴的转角；
4）四个音圈电机受控施加大小相等方向相同的作用力f于反射镜支撑板1，每组弹性片机构产生相同的弹性变形，反射镜支撑板1产生垂直于镜面方向的位移量；
5）位于X轴上的两个音圈电机受控分别施加作用力F+f和-F+f于反射镜支撑板1，位于Y轴的两个音圈电机受控同时施加作用力f于反射镜支撑板1，弹性片机构2产生弹性变形，反射镜支撑板1产生绕Y轴的转角和垂直于镜面方向的位移量；
6）位于X轴上的两个音圈电机受控分别施加大小相等方向相反的作用力F和-F于反射镜支撑板1，位于Y轴的两个音圈电机受控分别施加大小相等方向相反的作用力f和-f于反射镜支撑板1，弹性片机构2产生弹性变形，反射镜支撑板1产生绕X轴和Y轴的转角，且转角的大小不同；
7）四个位移传感器测量反射镜支撑板到基座的距离，解算出反射镜支撑板与基座5的偏转角度和沿镜面垂直方向的位移量，反馈给控制系统，实时、精确地控制反射镜支撑板。
所述反射镜支撑板1的调节方法为：
(1)第一音圈电机301施加作用力F于反射镜支撑板1，第三音圈电机303施加作用力-F于反射镜支撑板1，第二音圈电机302和第四音圈电机304不通电，反射镜支撑板1绕X轴旋转；
(2)第二音圈电机302施加作用力F于反射镜支撑板1，第四音圈电机304施加作用力-F于反射镜支撑板1，第一音圈电机301和第三音圈电机303不通电，反射镜支撑板1绕Y轴旋转；
(3)四个音圈电机同时施加作用力f于反射镜支撑板1，反射镜支撑板1沿垂直镜面方向移动；
(4)根据(1)至(3)的方法控制四个音圈电机，可控制反射镜支撑板1同时绕X轴、Y轴旋转和沿垂直镜面方向移动，或者产生以上三个运动的任意组合。
改变弹性片机构2的刚度的方法为：
（1）增大斜支撑弹性片斜面长度，弹性片机构2的刚度变小，调节范围增大；
（2）减小斜支撑弹性片斜面与水平面夹角，弹性片机构2的刚度变小，调节范围增大。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种稀疏孔径成像系统光束相位补偿反射镜，包括基座（5）和反射镜组件，所述反射镜组件包括反射镜支撑板（1），其上固定有反射镜，其特征在于：反射镜支撑板（1）下部平行设置有基座（5），所述的基座（5）和反射镜支撑板（1）之间的X轴和Y轴方向上均匀设置有四个音圈电机（3）和四组弹性片机构（2），音圈电机（3）通过音圈电机座（31）与基座（5）连接，音圈电机（3）通过音圈电机线圈（32）与反射镜支撑板（1）连接，每组弹性片机构（2）由第一斜支撑弹性片（21）和第二斜支撑弹性片（22）对称组成，音圈电机（3）设置于第一斜支撑弹性片（21）和第二斜支撑弹性片（22）之间，相邻两个音圈电机（3）之间设置有位移传感器（4），位移传感器（4）固定于基座（5）上；
所述的第一斜支撑弹性片（21）和第二斜支撑弹性片（22）的结构为“Z”型，两端分别通过螺钉与基座（5）和反射镜支撑板（1）连接；
所述的第一斜支撑弹性片（21）和第二斜支撑弹性片（22）的材料为不导磁或导磁性弱的金属材料；
所述的基座（5）上设置有四个凹槽，每个音圈电机座（31）分别设置于凹槽上，位移传感器（4）设置于凹槽之间的凸台上；
所述的“Z”型的第一斜支撑弹性片（21）和第二斜支撑弹性片（22）的斜撑与水平面的夹角为大于0°小于45°，斜撑的长度大于10mm，所述的第一斜支撑弹性片（21）和第二斜支撑弹性片（22）为0.1~1mm厚的弹性金属片；
所述的四个音圈电机（3）包含第一音圈电机（301）、第二音圈电机（302）、第三音圈电机（303）和第四音圈电机（304），四个音圈电机都设置于两个斜支撑弹性片的对称中心，第一音圈电机（301）和第三音圈电机（303）分布在Y轴上，第二音圈电机（302）和第四音圈电机（304）分布在X轴上。
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