CN110221426A - 偏转反射镜装置 - Google Patents

Abstract

一种偏转反射镜装置，包括反射镜、镜座、基板、第一弹性元件、第二弹性元件、第一磁性件、第二磁性元件、补偿板、基座及位移传感器；反射镜固定于镜座内，镜座安装于基板的一侧，第一弹性件及第一磁性元件安装于基板与镜座相背的一侧上；基板与镜座相背的一侧通过第一弹性元件安装于基座的一端，补偿板通过第二弹性件安装于基座另一端，第二磁性元件安装于基板与第二弹性件的同一侧上，第二磁性件与第一磁性件之间能够产生磁场且相互滑动配合；位移传感器安装于基座上。反射镜及基板在第一磁性件的驱动力下进行偏转运动时，补偿板在第二磁性件的反作用力驱动下以相同的频率和幅值朝相反的方向进行偏转运动，从而抵消反射镜偏转的反作用力。

Description

偏转反射镜装置

技术领域

本发明涉及反射镜技术领域，特别是涉及一种偏转反射镜装置。

背景技术

快速偏转反射镜装置作为快速精准控制光束指向的部件，在航空、航天和工业等领域的应用愈发广泛，快速偏转反射镜装置在光学系统中的作用主要有稳定视轴和像移补偿等。但是，快速偏转反射镜装置在使用的过程中，反射镜在高频摆动的同时，其支撑结构也会受到相应的反作用力，从而将相应的振动力矩传递到快速偏转反射镜装置的安装载体。在航空航天等应用中，这些有害的振动会导致光学系统成像质量的下降，严重的还会影响到卫星的运行姿态。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除反作用力对安装载体的振动扰动，提高光束控制精度的偏转反射镜装置。

本发明提供一种偏转反射镜装置，包括反射镜、镜座、基板、第一弹性元件、第二弹性元件、第一磁性件、第二磁性元件、补偿板、基座及位移传感器；所述反射镜固定于所述镜座内，所述镜座安装于所述基板的一侧，所述第一弹性件及所述第一磁性元件安装于所述基板与镜座相背的一侧上；且所述基板与镜座相背的一侧通过第一弹性元件安装于所述基座的一端，所述补偿板通过第二弹性件安装于所述基座与第一弹性件相背的一端，所述第二磁性元件安装于所述基板与第二弹性件的同一侧上，所述第二磁性件与第一磁性件之间能够产生磁场且相互滑动配合；所述位移传感器安装于所述基座上以检测所述基板的位移。

本发明反射镜及基板在第一磁性件的驱动力下进行偏转运动时，补偿板在第二磁性件的反作用力驱动下以相同的频率和幅值朝相反的方向进行偏转运动，从而抵消反射镜偏转的反作用力。

附图说明

图1本发明偏转反射镜装置的俯视图。

图2为图1所示的偏转反射镜装置沿AA方向的剖视图。

图3为图1所示的偏转反射镜装置沿BB方向的剖视图。

图4为图1所示的偏转反射镜装置的第一磁性件及位移传感器相对于基座的位置分布图。

图5为图3所示的偏转反射镜装置的反射镜、镜座、基板、第一弹性件及第一磁性件的立体组装图。

图6为图5所示另一角度的立体组装图。

图7为图3所示的偏转反射镜装置的补偿板、第二弹性件及第二磁性件的立体组装图。

图8为图2所示的偏转反射镜装置的基座与位移传感器组合时的仰视图。

图9为图3所示的偏转反射镜装置的第一弹性件及第二弹性件的立体结构图。

具体实施方式

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

请参照图1至图3，本发明优选实施方式提供的一种偏转反射镜装置100，包括反射镜1、镜座2、基板4、第一弹性元件5、第二弹性元件50、第一磁性件6、第二磁性元件7、补偿板8、基座10及位移传感器11；所述反射镜1固定于所述镜座2内，所述镜座2安装于所述基板4的一侧，所述第一弹性件5及所述第一磁性元件6安装于所述基板4与镜座2相背的一侧上；且所述基板4与镜座2相背的一侧通过第一弹性元件5安装于所述基座10的一端，所述补偿板8通过第二弹性件50安装于所述基座10与第一弹性件5相背的一端，所述第二磁性元件7安装于所述基板8与第二弹性件50的同一侧上，所述第二磁性件7与第一磁性件6之间能够产生磁场且相互滑动配合；所述位移传感器11安装于所述基座10上以检测所述基板4的位移。

如此，通过所述第二磁性件7与第一磁性件6之间产生磁场，以驱动所述基板4在相应的方向以相应的偏转角度进行偏转，从而所述基板4带动所述镜座2内的反射镜1在相应的方向以相应的偏转角度进行偏转，所述位移传感器11检测到基板4的位移以此获得所述反射镜1的偏转角度，进一步通过改变所述第二磁性件7与第一磁性件6之间产生磁场，以驱动所述补偿板8向相对于所述基板的偏转方向相反的方向以相应的偏转角度进行偏转，从而由补偿板8抵消快速基座4偏转的反作用力，消除快速偏转反射镜装置100对安装载体的振动扰动，提高光束控制精度。

具体的，所述基座10呈中空长方体状且包括顶面101及与顶面101相背的底面102，所述基座10开设有靠近顶面101的顶部收容槽103及靠近底面102的底部收容槽104，所述顶部收容槽103及所述底部收容槽104之间形成安装板105；所述安装板105包括位于顶部收容槽103底面的上安装面106及位于底部收容槽104底面的下安装面107；所述基板4及镜座2收容于所述顶部收容槽内103且所述基板4与镜座2相背的一侧通过第一弹性元件5安装于所述上安装面106，所述补偿板8收容于所述底部收容槽内104且通过第二弹性件50安装于所述下安装面107上；如此，可以使得偏转反射镜装置100的结构紧凑，并且将所述基板4及镜座2保护于顶部收容槽103内，将所述补偿板8保护于所述底部收容槽104内。在其他实施方式中，所述基座10也可以中空圆柱状、正五棱柱或其他形状。

请参阅图3至图6，本实施方式中，所述第一磁性件6为磁钢且包括中空圆柱状的外套筒61及位于所述外套筒61内与所述外套筒61间隔设置的导向部62，所述导向部62为直径小于外套筒61内径的且与外套筒61同轴设置的圆柱形。所述第二磁性件7为中空圆柱状的线圈。所述第二磁性件7的外径小于所述外套筒61的内径且内径大于所述导向部62的直径。所述安装板105开设有对应于外套筒61及第二磁性件7的导向孔108；所述外套筒61远离基板4的一端伸入导向孔108内，所述第二磁性件7远离补偿板8的一端伸入导向孔108内且套于所述导向部62外并收容于外套筒61内，如此，线圈通电时产生磁场，与磁钢产生的磁场产生作用力，使得所述第二磁性件7与第一磁性件6之间能够相互滑动。在其他实施方式中，所述第一磁性件6可以设置在补偿板8上，对应的述所第二磁性件7可以设置在基板4上。在其他实施方式中，所述外套筒61远离基板4的一端或所述第二磁性件7远离补偿板8的一端可以不伸入导向孔108内，由第二磁性件7穿过导向孔108与第一磁性件6配合或者由第一磁性件6穿过所述导向孔108与所述第二磁性件7配合。在其他实施方式中，所述外套筒、所述导向部也可以是三棱柱状、长方体状、正五棱柱或其他形状，对应的，所述第二磁性件的形状也可以是三棱柱状、长方体状、正五棱柱或其他形状。

在本实施方式中，所述基板4为正方形板状且四个角落导圆角设置。所述第一磁性元件6包括相同的且分别安装于基板4的四个角落的第一磁钢6a、第二磁钢6b、第三磁钢6c及第四磁钢6d。相应的，所述导向孔108及所述第二磁性件7的数量均为四个；所述补偿板8为正方形板状且四个角落导圆角设置，四个第二磁性件7安装于所述补偿板8的四个角落。如此，可以使得所述第一磁性件6与第二磁性件7相对滑动时基板4或补偿板8运动更加稳定，在其他实施方式中，第一磁性元件6的磁钢及对应的第二磁性件7的数量不受限于四个，例如，也可以仅为一个或两个以上。为了减小补偿块8的外形尺寸，补偿块8可以采用密度大的金属材料进行加工，例如金属铜。

请参阅图2、图6、图7及图8，所述安装板105还开设有组装孔109，所述补偿板8的侧边开设有配合槽81；所述位移传感器11为杆状且安装于所述组装孔109内，所述位移传感器11的两端伸出所述组装孔109，且一端与所述基板4设置有第一弹性件5的一侧间隔设置，另一端位于补偿板8的配合槽81内。本实施方式中，所述位移传感器11的数量为四个，对应的，所述组装孔109及配合槽81的数量均为四个。基板4相对于位移传感器11运动时，由位移传感器11检测基板4的位移量，由于位移传感器11的一端位于所述配合槽81内，如此，可以减小整体体积。在其他实施方式中，位移传感器11的数量不受限于四个，例如，也可以仅为一个或两个以上。位移传感器11采用非接触式位移测量传感器(例如电涡流位移传感器或者电容位移传感器)，这样可以消除对于反射镜偏转伺服控制的干扰。

进一步的，所述基板4设置有第一弹性件5的一侧设置有与位移传感器11一一间隔对应的圆形的平面区41，所述平面区41用于位移传感器11进行位移测量，基板4的材料选择要与位移传感器11进行匹配，例如若位移传感器11选择电涡流位移传感器，并且该电涡流传感器用铝合金材料进行校准，则基板4要选择铝合金材料，以提高测量准确度。

如图1及图9所示，所述第一弹性元件5及第二弹性件50的结构相同，均为两轴转动柔性铰链且包括由上环51、中环52及下环53，所述中环2连接于上环51及下环53之间且开设有一对上切口54、56及一对下切口55、57，且每个上切口54、56位于一对下切口55、57之间。所述一对上切口54、56连接所述上环51与所述中环52，所述一对下切口55、57连接所述中环52与所述下环53。所述一对上切口54、56转动中心点的连线与第一轴向(图9所示的x轴)重合，所述上环51相对于中环52能够绕第一轴向转动，所述一对下切口55、57转动中心点的连线与第二轴向(图9所示的y轴)重合，所述中环52相对于所述下环53能够绕第二轴向轴转动。所述上环51、所述中环52及所述下环53的中心轴重合于第三轴向(图9所示的z轴)，所述第一轴向、第二轴向、及第三轴向在空间两两垂直相交于O点。所述上环51及所述下环53均开设有螺孔。所述第一弹性元件5的下环53通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述安装板105的上安装面106，上环51通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述基板4。所述第二弹性元件50的下环53通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述安装板105的下安装面107，上环51通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述补偿板8。两轴转动柔性铰链利用材料的微小形变实现小角度的转动，没有摩擦、磨损、空回和间隙，且具有x轴、y轴两轴转动自由度，同时能够限制其他方向的运动自由度，具有弹性回复力，取消外力时能够保持在初始零位。在其他实施方式中，所述第一弹性元件5及第二弹性件50也可以采用十字弹片轴承组成两轴转动轴系。

如图3所示，偏转反射镜装置100还包括弹性的压圈3，所述镜座2包括中空圆筒状的收容部21及自收容部21一端边缘向远离收容部21中心轴方向延伸形成的平板状支撑部22，所述收容部21内与所述支撑部22相背的一侧开设有环形的压紧槽211，所述反射镜1收容于所述收容部21内支撑部22，所述压圈3容于收容部21靠近支撑部22的位置并收容于所述压紧槽211内并分别与反射镜1及收容部21抵压，以此将反射镜压紧于收容部21内。如此，压圈3的安装应力作用于反射镜1靠近压紧槽211的位置，安装应力远离反射镜1朝外的表面，这种安装方式能够使反射镜1维持较高的面形精度。所述支撑部22通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述基板4与所述第一弹性件5相背的一侧。

如图3所示，所述偏转反射镜装置100还包括上盖板12，所述上盖板12环绕于所述收容部21外并通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述基座10的顶面101，所述上盖板12可以对镜座2、所述基板4起到保护作用。

进一步的，所述偏转反射镜装置100还包括下盖板9，所述下盖板9并通过螺丝或螺钉等固定件安装于所述基座的底面102并封闭所述底部收容槽104，所述下盖板9可以对补偿板8、所述第二弹性件5起到保护作用。本发明偏转反射镜装置100工作原理如下，请参照图4，四个同样的位移传感器11a-11d以O点为中心，成90°间隔均布于x轴(即第一轴向)与y轴(即第二轴向)上，位移传感器11a与11c对反射镜1绕x轴转动的角度进行差分测量，位移传感器11b与11d对反射镜1绕y轴转动的角度进行差分测量，差分测量能够消除环境影响以及安装误差。第一磁性件6的四个同样的磁钢第一至第四磁钢6a-6d以O点为中心，成90°间隔均布于m-m轴与n-n轴上，m-m轴和n-n轴与x轴和y轴相隔45°(m-m轴，n-n轴亦即基板4的对角线)。四个磁钢6a-6d每两个组成推拉力矩对，即当对磁钢6a施加+z(根据右手法则，+z垂直纸面向上)方向的力，磁钢6c将受到同样大小的-z方向的力，反之同理，磁钢6b与6d组成同样的推拉力矩对。四个磁钢6a-6d推动反射镜1绕x轴和y轴偏转的原理如下：当磁钢6a相-z方向运动、6c相+z方向运动、6b相+z方向运动、6d相-z方向运动时，反射镜1绕x轴顺时针转动(由x坐标轴箭头望去，下同)；当磁钢6a相+z方向运动、6c相-z方向运动、6b相-z方向运动、6d相+z方向运动时，反射镜1绕x轴逆时针转动；当磁钢6a相-z方向运动、6c相+z方向运动、6b相-z方向运动、6d相+z方向运动时，反射镜1绕y轴顺时针转动；当磁钢6a相+z方向运动、6c相-z方向运动、6b相+z方向运动、6d相-z方向运动时，反射镜1绕y轴逆时针转动。反射镜及基板在第一磁性件的驱动力下进行偏转运动时，补偿板在第二磁性件7的反作用力驱动下以相同的频率和幅值朝相反的方向进行偏转运动，从而抵消反射镜偏转的反作用力。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种偏转反射镜装置，其特征在于，包括反射镜、镜座、基板、第一弹性元件、第二弹性元件、第一磁性件、第二磁性元件、补偿板、基座及位移传感器；所述反射镜固定于所述镜座内，所述镜座安装于所述基板的一侧，所述第一弹性件及所述第一磁性元件安装于所述基板与镜座相背的一侧上；且所述基板与镜座相背的一侧通过第一弹性元件安装于所述基座的一端，所述补偿板通过第二弹性件安装于所述基座与第一弹性件相背的一端，所述第二磁性元件安装于所述基板与第二弹性件的同一侧上，所述第二磁性件与第一磁性件之间能够产生磁场且相互滑动配合；所述位移传感器安装于所述基座上以检测所述基板的位移。

2.根据权利要求1所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述基座包括顶面及与顶面相背的底面，所述基座开设有靠近顶面的顶部收容槽及靠近底面的底部收容槽，所述顶部收容槽及所述底部收容槽之间形成安装板；所述安装板包括位于顶部收容槽底面的上安装面及位于底部收容槽底面的下安装面；所述基板及镜座收容于所述顶部收容槽内且所述基板与镜座相背的一侧通过第一弹性元件安装于所述上安装面，所述补偿板收容于所述底部收容槽内且通过第二弹性件安装于所述下安装面。

3.根据权利要求2所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述第一磁性件为磁钢且包括中空圆柱状的外套筒及位于所述外套筒内与所述外套筒间隔设置的导向部，所述导向部为直径小于外套筒内径的且与外套筒同轴设置的圆柱形；所述第二磁性件为中空圆柱状的线圈，所述第二磁性件的外径小于所述外套筒的内径且内径大于所述导向部的直径；所述安装板开设有对应于外套筒及第二磁性件的导向孔；所述外套筒远离基板的一端伸入导向孔内，所述第二磁性件远离补偿板的一端伸入导向孔内且套于所述导向部外并收容于外套筒内。

4.根据权利要求3所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述基板为正方形板状且四个角落导圆角设置；所述第一磁性元件包括相同的且分别安装于基板的四个角落的第一磁钢、第二磁钢、第三磁钢及第四磁钢；所述导向孔及所述第二磁性件的数量均为四个；所述补偿板为正方形板状且四个角落导圆角设置，四个第二磁性件安装于所述补偿板的四个角落。

5.根据权利要求2所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述安装板还开设有组装孔，所述补偿板的侧边开设有配合槽；所述位移传感器为杆状且安装于所述组装孔内，所述位移传感器的两端伸出所述组装孔，且一端与所述基板设置有第一弹性件的一侧间隔设置，另一端位于补偿板的配合槽内。

6.根据权利要求5所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述位移传感器的数量为四个，所述组装孔及配合槽的数量均为四个；所述基板设置有第一弹性件的一侧设置有与位移传感器一一间隔对应的圆形的平面区。

7.根据权利要求2所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述第一弹性元件及第二弹性件的结构相同，均为两轴转动柔性铰链且包括上环、中环及下环，所述中环连接于上环及下环之间且开设有一对上切口及一对下切口，且每个上切口位于一对下切口之间；所述一对上切口连接所述上环与所述中环，所述一对下切口连接所述中环与所述下环；所述上环相对于中环能够绕第一轴向转动，所述中环相对于所述下环能够绕第二轴向轴转动；所述上环、所述中环及所述下环的中心轴重合于第三轴向，所述第一轴向、第二轴向、及第三轴向在空间两两垂直相交；所述第一弹性元件的下环固定件安装于所述安装板的上安装面，上环安装于所述基板；所述第二弹性元件的下环安装于所述安装板的下安装面，上环安装于所述补偿板。

8.根据权利要求2所述的偏转反射镜装置，其特征在于，所述偏转反射镜装置还包括弹性的压圈，所述镜座包括中空圆筒状的收容部及自收容部一端边缘向远离收容部中心轴方向延伸形成的平板状支撑部，所述收容部内与所述支撑部相背的一侧开设有环形的压紧槽，所述反射镜收容于所述收容部内，所述压圈容于收容部靠近支撑部的位置并收容于所述压紧槽内并分别与反射镜及收容部抵压；所述支撑部安装于所述基板与所述第一弹性件相背的一侧。

9.根据权利要求2所述的偏转反射镜装置，其特征在于，还包括上盖板，所述上盖板环绕于所述收容部外并安装于所述基座的顶面。

10.根据权利要求2所述的偏转反射镜装置，其特征在于，还包括下盖板，所述下盖板并通过固定件安装于所述基座的底面并封闭所述底部收容槽。