CN107942473A - 一种快速反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种快速反射镜，其包括基座、工作镜体、十字弹簧轴承和驱动器；工作镜体装配于反射镜座；十字弹簧轴承两两一组，共两组，其中，第一组十字弹簧轴承中两个十字弹簧轴承的轴线均与第一直线重合，第二组十字弹簧轴承中两个十字弹簧轴承的轴线均与第二直线重合；第一直线和第二直线垂直并相交于原点；每个十字弹簧轴承分别与反射镜座和基座相连；驱动器用于驱动反射镜座绕第一直线和/或第二直线在预设角度范围内转动。该快速反射镜采用十字弹簧轴承支撑反射镜座，十字弹簧轴承具有偏转范围大，回转精度高的优点，其配合驱动器使用，能提高工作镜体的偏转角度和回转精度，使该快速反射镜适用于精密机械、精密测量仪表以及医疗器械等领域。

Description

一种快速反射镜

技术领域

本发明涉及精密光学机械结构设计技术领域，更具体地说，涉及一种快速反射镜。

背景技术

快速反射镜凭借其高精度、高宽带、高分辨率等优点，已经成为光学系统中稳定和校正光束的关键部分，尤其在空间光通信中，快速反射镜用于捕获、瞄准和跟踪系统中，保证激光通信链路正常工作。

快速反射镜包括基座、工作镜体、柔性支撑件、驱动器、位置检测元件和控制器，柔性支撑件起到支点的作用，限制工作镜体在各个方向的平移自由度，使工作镜体只有绕两个工作轴的转动自由度；当入射在工作镜体上的光束发生一定角度的偏转时，工作镜体由驱动器推动发生角度偏转，位置检测元件探测工作镜体偏转的角度，并把工作镜体的位置信息反馈给控制器，根据目标位置由驱动器进一步推动工作镜体发生角度偏转，直到光束的偏移量完全被工作镜体校正为止。

现有的快速反射镜中，柔性支撑件常设置为柔性弹片，存在偏转范围小，回转精度差的缺陷，难以满足精密机械、精密测量仪表以及医疗器械等领域的要求。

综上，如何提高快速反射镜中工作镜体的偏转角度以及回转精度，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种快速反射镜，其采用十字弹簧轴承支撑反射镜座，配合驱动器使用时既提高反射镜座上工作镜体的偏转角度，又提高工作镜体的回转精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种快速反射镜，包括：

基座；

工作镜体，所述工作镜体装配于反射镜座；

十字弹簧轴承，所述十字弹簧轴承两两一组，共两组；第一组中两个所述十字弹簧轴承的轴线均与第一直线重合，第二组中两个所述十字弹簧轴承的轴线均与第二直线重合；所述第一直线和所述第二直线垂直并相交于原点；每个所述十字弹簧轴承分别与所述反射镜座和所述基座相连；

驱动器，所述驱动器用于驱动所述反射镜座绕所述第一直线和/或所述第二直线在预设角度范围内转动。

优选的，上述快速反射镜中，所述十字弹簧轴承通过安装组件与所述基座相连：所述安装组件包括：

支撑座，所述支撑座固定于所述基座；

上压板；

下压板，所述下压板和所述上压板相互配合夹紧所述十字弹簧轴承，且所述下压板和所述上压板通过固定件装配于所述支撑座。

优选的，上述快速反射镜中，所述驱动器为音圈电机，所述音圈电机包括磁钢和线圈，所述磁钢安装在所述反射镜座上；所述线圈通过线圈座安装于所述基座。

优选的，上述快速反射镜中，所述音圈电机为四个，两两一组；其中第一组沿第三直线布置，第二组沿第四直线布置；所述第三直线和第四直线相互垂直并相交于所述原点，且所述第三直线与所述第一直线的夹角为45°；所述第三和第四直线所在的第一平面与所述第一和第二直线所在的第二平面重合。

优选的，上述快速反射镜中，所述快速反射镜的小反射镜安装于所述反射镜座。

优选的，上述快速反射镜中，所述快速反射镜的光源用于通过透镜向所述小反射镜射出光线，所述快速反射镜的位置检测元件用于检测经由所述小反射镜反射的光线的角度。

优选的，上述快速反射镜中，所述光源、所述透镜和所述位置检测元件分别装配于所述基座。

优选的，上述快速反射镜中，所述位置检测元件为四象限探测器。

本发明提供一种快速反射镜，其包括基座、工作镜体、十字弹簧轴承和驱动器；工作镜体装配于反射镜座；十字弹簧轴承两两一组，共两组，其中，第一组十字弹簧轴承中两个十字弹簧轴承的轴线均与第一直线重合，第二组十字弹簧轴承中两个十字弹簧轴承的轴线均与第二直线重合；第一直线和第二直线垂直并相交于原点；每个十字弹簧轴承分别与反射镜座和基座相连；驱动器用于驱动反射镜座绕第一直线和/或第二直线在预设角度范围内转动。

本发明提供的快速反射镜采用十字弹簧轴承支撑反射镜座，十字弹簧轴承具有偏转范围大，回转精度高的优点，其配合驱动器使用，能提高快速反射镜座上工作镜体的偏转角度和回转精度，使该快速反射镜适用于精密机械、精密测量仪表以及医疗器械等领域。

另外，上述快速反射镜中，十字弹簧轴承还具有无摩擦、承载能力强，无间隙、空间尺寸小，运动灵敏度高的优势。同时，在快速反射镜断电时，工作镜体通过反射镜座能够在十字弹簧轴承中弹片的弹性作用下自动回到中间位置，有效提高快速反射镜在断电状态下的稳定性。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的快速反射镜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的快速反射镜的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的4十字弹簧轴承和4个音圈电机的分布图；

图4为本发明实施例提供的4十字弹簧轴承、4个音圈电机与基座的装配图；

图5为本发明实施例提供的4十字弹簧轴承的装配示意图；

图6为本发明实施例提供的十字弹簧轴承的立体结构示意图；

图7为本发明实施例提供的十字弹簧轴承的侧视结构示意图；

其中，图1-图7中：

工作镜体1；反射镜座2；十字弹簧轴承3；上压板4；下压板5；小反射镜6；支撑座7；音圈电机8；基座9；光源10；透镜11；四象限探测器12；线圈座13；线圈14；磁钢15；固定端16；转动端17；弹片18。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种快速反射镜，其采用十字弹簧轴承支撑反射镜座，配合驱动器使用时既提高反射镜座上工作镜体的偏转角度，又提高工作镜体的回转精度。

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。

请参阅图1-图7，本发明实施例提供一种快速反射镜，其包括基座9、工作镜体1、十字弹簧轴承3和驱动器；工作镜体1装配于反射镜座2；十字弹簧轴承3两两一组，共两组，其中，第一组十字弹簧轴承3中两个十字弹簧轴承3的轴线均与第一直线重合，第二组十字弹簧轴承3中两个十字弹簧轴承3的轴线均与第二直线重合；第一直线和第二直线垂直并相交于原点；每个十字弹簧轴承3分别与反射镜座2和基座9相连；驱动器用于驱动反射镜座2绕第一直线和/或第二直线在预设角度范围内转动。

本发明提供的快速反射镜采用十字弹簧轴承(Flexural Pivot Bearing)3支撑反射镜座2，十字弹簧轴承3具有偏转范围大，回转精度高的优点，其配合驱动器使用，能提高快速反射镜座2上的工作镜体1的偏转角度和回转精度，使该快速反射镜适用于精密机械、精密测量仪表以及医疗器械等领域。

另外，上述快速反射镜中，十字弹簧轴承3还具有无摩擦、承载能力强，无间隙、空间尺寸小，运动灵敏度高的优势。同时，在快速反射镜断电时，工作镜体1通过反射镜座2能够在十字弹簧轴承3中弹片18的弹性作用下自动回到中间位置，有效提高快速反射镜在断电状态下的稳定性。

具体的，上述快速反射镜中，十字弹簧轴承3通过安装组件与基座9相连；安装组件包括支撑座7、上压板4和下压板5；支撑座7固定于基座9；上压板4和下压板5相互配合夹紧十字弹簧轴承3，且上压板4和下压板5通过固定件装配于支撑座7。上述固定件为螺钉，在安装时需给螺钉一定的预紧力，以调整十字弹簧轴承3与上、下压板5之间的间隙。

如图5所示，上述第一组十字弹簧轴承3中两个十字弹簧轴承3的固定端16通过上述安装组件与基座9相连，转动端17与反射镜座2相连；第二组十字弹簧轴承3中两个十字弹簧轴承3的转动端17通过上述安装组件与基座9相连，固定端16与反射镜座2相连。

驱动器设置为音圈电机8，音圈电机8包括磁钢15和线圈14，磁钢15安装在反射镜座2上；线圈14通过线圈座13安装于基座9。具体的，线圈14安装在线圈座13上，线圈座13通过螺钉固定在基座9上。

为了有限保护线圈14的走线免受磨损，基座9上设置有走线孔，线圈14的走线通过该走线孔焊接到快速反射镜中控制器的电路板。进一步的，上述反射镜座2用于安装磁钢15的位置处设有长方形孔，以减轻了反射镜座2的质量，从而减小运动组件的转动惯量。上述运动组件是由磁钢15安装在反射镜座2上与反射镜座2和工作镜体1共同组成。

请参看图3，上述快速反射镜中，音圈电机8为四个，且音圈电机8两两一组；其中第一组音圈电机8沿第三直线布置，第二组音圈电机8沿第四直线布置；第三直线和第四直线相互垂直并相交于上述原点，且第三直线与第一直线的夹角为45°；第三和第四直线所在的第一平面与第一和第二直线所在的第二平面重合。

本实施例提供的快速反射镜中，第一直线和第二直线确定的坐标系xoy和第三直线和第四直线确定的坐标系x’ oy’的夹角为45°，确保四个音圈电机8驱动反射镜座2能够绕两组十字弹簧轴承3分别转动，以实现工作镜体12绕x轴和y轴转动，同时这种布局方式使得快速反射镜的整体架构更加紧凑，利于节省空间。

上述快速反射镜中，其小反射镜6安装于反射镜座2。快速反射镜的光源10用于通过透镜11向小反射镜6射出光线，快速反射镜的位置检测元件用于检测经由小反射镜6反射的光线的角度。上述位置检测元件和音圈电机8分别与快速反射镜的控制器相连。如上位置检测元件与光源10、透镜11和小反射镜6组成反射式角度测量装置，为控制器提供角度反馈信息。

由于工作镜体1与小反射镜6分别安装在反射镜座2的两端，故快速反射镜工作时，工作镜体1与小反射镜6发生相同的角度偏转，光由光源10发出，经过透镜11后照射到小反射镜6上，经小反射镜6反射后到达位置检测元件处，位置检测元件检测小反射镜6偏转的角度，并反馈给控制器，控制器根据位置检测元件的检测结果驱动音圈电机8实现对工作镜体1偏转角度的精确调整。

如上位置检测元件可设置为电涡流传感器、电容/电阻传感器，或者光电类传感器等，其中，电涡流传感器和电容传感器均有较高的测量精度，但是测量范围较小；优选采用光电类传感器，光电类传感器包括PSD和四象限探测器12，其中最优选采用四象限探测器12。四象限探测器12的测量范围比电涡流传感器和电容传感器要大得多，并且对比PSD具有更高的测量精度和分辨率，并且四象限探测器12不易受到电磁干扰，受温度变化的影响较小，因此，该采用四象限探测器12作为位置检测元件的反射式角度测量装置，能够有效提高快速反射镜的转角测量行程和精度。

具体的，上述驱动器能够驱动反射镜座2绕第一直线在第一预设角度范围内转动，绕第二直线在第二预设角度范围内转动，上述第一预设角度范围和第二预设角度范围分别为-2°～2°。

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 (8)

1.一种快速反射镜，其特征在于，包括：

基座；

工作镜体，所述工作镜体装配于反射镜座；

十字弹簧轴承，所述十字弹簧轴承两两一组，共两组；第一组中两个所述十字弹簧轴承的轴线均与第一直线重合，第二组中两个所述十字弹簧轴承的轴线均与第二直线重合；所述第一直线和所述第二直线垂直并相交于原点；每个所述十字弹簧轴承分别与所述反射镜座和所述基座相连；

驱动器，所述驱动器用于驱动所述反射镜座绕所述第一直线和/或所述第二直线在预设角度范围内转动。

2.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，所述十字弹簧轴承通过安装组件与所述基座相连：所述安装组件包括：

支撑座，所述支撑座固定于所述基座；

上压板；

下压板，所述下压板和所述上压板相互配合夹紧所述十字弹簧轴承，且所述下压板和所述上压板通过固定件装配于所述支撑座。

3.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，所述驱动器为音圈电机，所述音圈电机包括磁钢和线圈，所述磁钢安装在所述反射镜座上；所述线圈通过线圈座安装于所述基座。

4.根据权利要求3所述的快速反射镜，其特征在于，所述音圈电机为四个，两两一组；其中第一组沿第三直线布置，第二组沿第四直线布置；所述第三直线和第四直线相互垂直并相交于所述原点，且所述第三直线与所述第一直线的夹角为45°；所述第三和第四直线所在的第一平面与所述第一和第二直线所在的第二平面重合。

5.根据权利要求1所述的快速反射镜，其特征在于，所述快速反射镜的小反射镜安装于所述反射镜座。

6.根据权利要求5所述的快速反射镜，其特征在于，所述快速反射镜的光源用于通过透镜向所述小反射镜射出光线，所述快速反射镜的位置检测元件用于检测经由所述小反射镜反射的光线的角度。

7.根据权利要求6所述的快速反射镜，其特征在于，所述光源、所述透镜和所述位置检测元件分别装配于所述基座。

8.根据权利要求6所述的快速反射镜，其特征在于，所述位置检测元件为四象限探测器。