RU177637U1 - Адаптивное зеркало - Google Patents
Адаптивное зеркало Download PDFInfo
- Publication number
- RU177637U1 RU177637U1 RU2017137611U RU2017137611U RU177637U1 RU 177637 U1 RU177637 U1 RU 177637U1 RU 2017137611 U RU2017137611 U RU 2017137611U RU 2017137611 U RU2017137611 U RU 2017137611U RU 177637 U1 RU177637 U1 RU 177637U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- piezoelectric
- substrate
- adaptive
- mirror
- Prior art date
Links
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/08—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring diameters
- G01B5/10—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring diameters of objects while moving
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к адаптивной оптике и может быть использована в конструкции адаптивных зеркал с пьезоприводами для динамического управления волновым фронтом излучения. Адаптивное зеркало содержит деформируемую подложку с отражающим покрытием, основание и идентичные пьезоприводы. Пьезоэлементы каждого пьезопривода установлены в основании и связаны через плоский упругий элемент и соответствующие толкатели с деформируемой подложкой. Плоский упругий элемент выполнен в виде единой повторяющей форму основания пластины, жестко соединенной с основанием в точках, расположенных симметрично относительно каждого пьезопривода. Технический результат: однородность упругих свойств пьезоприводов за счет обеспечения равномерности коэффициентов их жесткости и снижение трудоемкости изготовления. 3 ил.
Description
Полезная модель относится к адаптивной оптике и может быть использована в конструкции адаптивных зеркал с пьезоприводами для динамического управления волновым фронтом излучения.
Адаптивные зеркала, т.е. зеркала с управляемой формой поверхности, являются основными компонентами адаптивной оптической системы.
Конструкция адаптивного зеркала с пьезоэлектрическими приводами типа сэндвич описана в работе [В.Г. Тараненко, О.И. Шанин Управляемые оптические зеркала. ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Серия «Управление пространственной структурой оптического излучения», т. 2 «Волновой фронт оптического излучения: управление и регистрация» Под редакцией А.П. Сухорукова, Москва, 1991. стр. 13]. Адаптивное зеркало представляет собой отражающую пластину (подложку), к которой перпендикулярно отражающей поверхности жестко прикреплены пьезоэлектрические приводы (актюаторы), выполненные из пьезокерамики. Каждый привод при приложении управляющего напряжения производит локальную деформацию подложки зеркала. Пьезокерамика под действием обратного пьезоэффекта либо расширяется, либо сжимается при обратной полярности напряжения. Комбинация локальных деформаций приводит поверхность зеркала к заданной форме. Деформация локальной зоны отражающей поверхности определяется разностью сил: силой, действующей со стороны привода, и силой, обусловленной жесткостью конструкции зеркала.
В известной конструкции зеркала пьезоэлектрический привод представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из большого числа пьезоэлектрических пластин или слоев, полученных методом напыления. Многослойная пьезокерамика имеет различные механические свойства при сжатии и растяжении, поэтому даже небольшие механические напряжения при растяжении приводят к расслоению и выходу из строя привода. Кроме того, при жестком креплении привода к подложке его замена при выходе из строя не представляется возможной. В силу упомянутых недостатков описанная конструкция на практике не применяется.
Известна конструкция адаптивного зеркала, снабженного приводом предварительного напряжения [патент US №5357825, опубл. 09.11.1993]. К отражающей пластине жестко прикреплены концевики, натянутые струной к тыльной поверхности основания с помощью резьбовой втулки. Привод (актюатор), в частности, пьезокерамический, прижат упругой струной между концевиком и передней поверхностью основания. Конструкция обеспечивает механическое напряжение актюатора путем предварительного натяжения струны. Усилие при растяжение актюатора передается зеркалу от привода. Усилие при сжатии создается за счет внешней силы, создаваемой пружинящим элементом. Однако, для замены хотя бы одного привода необходимо разбирать все зеркало, что сопровождается потерей оптического качества отражающей поверхности.
За прототип полезной модели выбрана конструкция адаптивного зеркала, приведенная в статье [Overview of а 2 nd Generation Large Aperture Deformable Mirror for the National Ignition Facility S.E. Winters, T.J. Arnold, et al, University of California, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550]. Адаптивное зеркало включает основание, подложку с отражающим покрытием и идентичные пьезоприводы, осуществляющие локальные деформации подложки. В известном зеркале каждый из пьезоприводов представляет собой сборку пьезоэлементов (пьезосборку), расположенную в основании, и установленные через отдельные плоские упругие пружины соответствующие толкатели. Толкатель выполнен в виде стакана, который жестко прикреплен к пружине таким образом, что обеспечивается возможность его перемещения относительно основания. В свою очередь толкатель жестко соединен с деформируемой подложкой посредством концевика, которым снабжена ее тыльная поверхность. Благодаря предварительной деформации плоской пружины подложка с отражающим покрытием перемещается при сжатии набора пьезокерамических пластин. Конструкция допускает замену пьезопривода без снятия подложки с отражающим покрытием. Однако, технологическая особенность изготовления отдельных плоских пружин приводит к разбросу параметров по их коэффициенту жесткости. Различная жесткость пружин приводит к разбросу перемещений приводов, что вызывает сложности при управлении адаптивным зеркалом.
Задача и достигаемый при использовании полезной модели технический результат - однородность упругих свойств пьезоприводов за счет обеспечения равномерности коэффициентов их жесткости и снижение трудоемкости изготовления.
Технический результат достигается тем, что в адаптивном зеркале, включающем деформируемую подложку с отражающим покрытием, основание и идентичные пьезоприводы, пьезоэлементы каждого из которых установлены в основании и связаны через плоский упругий элемент и соответствующие толкатели с деформируемой подложкой, согласно полезной модели плоский упругий элемент выполнен в виде единой повторяющей форму основания пластины, жестко соединенной с основанием в точках, расположенных симметрично относительно каждого пьезопривода.
Выполнение упругого элемента в виде единой для всех приводов пластины, повторяющей форму основания, жестко соединенной с основанием в точках, расположенных симметрично относительно каждого пьезопривода и, следовательно, обладающей однородными упругими свойствами по всей ее поверхности, позволяет добиться одинакового коэффициента жесткости для каждого отдельного привода. Привод, в конструкцию которого входит набор пьезоэлементов из многослойного пьезоэлектрического материала (пьезокерамическая сборка), не испытывает растягивающих нагрузок. При этом единый упругий элемент, заменяя множество плоских пружин, которые в силу особенностей технологии их изготовления не могут не отличаться по своим свойствам друг от друга, делает конструкцию более технологичной. Кроме того, данная конструкция предусматривает возможность замены пьезокерамической сборки без снятия подложки с отражающим покрытием.
Сущность настоящей полезной модели поясняется чертежами и примером конкретного осуществления.
На фиг. 1 изображен разрез адаптивного зеркала в месте установки пьезопривода.
На фиг. 2 изображен разрез зеркала со стороны деформируемой подложки с отражающим покрытием с симметричным креплением упругой пластины к основанию. Крепежные болты расположены в вершинах правильного угольника с центром в хвостовике.
На фиг. 3 схематически изображено адаптивное зеркало.
Адаптивное зеркало (см. фиг. 1) для динамического управления волновым фронтом излучения состоит из основания 1, деформируемой подложки 2 с отражающим покрытием и пьезоприводов, осуществляющих локальные деформации подложки 2. Пьезоприводы включают набор пьезоэлементов (пьезосборки) 3 и представляют собой многослойный пакет из пьезоэлектрического материала. Упругая пластина 4, повторяющая форму основания 1, жестко, например, болтами 5, соединена с основанием в точках, расположенных симметрично, например, в вершинах правильного треугольника, как на фиг. 2. В упругой пластине 4 соответственно пьезосборкам 3 выполнены сквозные отверстия, в которых жестко, например, фасонными болтами 6, закреплены соответствующие толкатели. Каждый толкатель представляет собой стакан 7 с установленным в нем концевиком 8. Концевик 8 жестко соединен, например, при помощи клея, с подложкой 2 и стаканом 7, обеспечивая тем самым жесткое соединение подложки 2 с упругой пластиной 4. Полусферические прокладки 9, размещенные по обе стороны от пьезосборки 3, служат для того, чтобы при перемещении не возникали моменты сил, изгибающих подложку 2. Предварительное механическое напряжение создается упругой пластиной 4 и регулируется усилием поджатая резьбовой втулки 10 так, чтобы при этом получить оптическое качество отражающего покрытия деформируемой подложки 2.
Монтаж зеркала осуществляется с предварительным механическим напряжением пьезоэлементов путем деформации упругой пластины 4. При подаче управляющего напряжения набор пьезокерамических элементов 3 (пьезокерамическая сборка) расширяется, преодолевая силу упругости пластины, и вызывает локальную деформацию подложки 2. При подаче напряжения обратной полярности пьезокерамическая сборка 3 сжимается, подложка 2 возвращается в исходное положение благодаря силам упругости со стороны упругой пластины 4.
Осуществление полезной модели.
На подложке толщиной 5 мм из оптического ситалла СO115М формируют оптическую поверхность, представляющую собой отражающее интерференционное покрытие из 10 чередующихся слоев ZrO2/SiO2 и завершающего слоя SiO2. Пьезоприводы располагают равномерно в шахматном порядке с минимальным расстоянием между приводами 28,3 мм. В качестве силового исполнительного элемента привода используется микропленочная пьезоэлектрическая сборка АПМ-2-7. Пьезосборку 3 располагают в отверстиях основания 1. Основание размером 240×240×34 мм изготавливают из инварового сплава 32НК-ВИ. На основании 1 размещают пластину размером 228×228×0.5 мм, выполненную из инвара 36Н, обладающего упругими свойствами и способного к деформации. Пластину 4 фиксируют к основанию 1 в точках, расположенных симметрично относительно каждого пьезопривода (например, в вершинах правильного треугольника, как это показано на фиг. 2).
В упругой пластине 4 соответственно пьезосборкам выполняют сквозные отверстия диаметром 4,2 мм, в которые устанавливают толкатели, передающие усилия от пьезосборки 3 для деформации подложки 2 с нанесенным на нее отражающим покрытием. Каждый толкатель представляет собой стакан с внутренним диаметром 8 мм, выполненный из инвара 36Н, на дно которого устанавливают концевик диаметром 7,8 мм, выполненный также из инварового сплава 36Н.
Концевики имеют развитую поверхность для присоединения к тыльной поверхности деформируемой подложки. Присоединение концевиков к подложке и стакану осуществляют клеем К-400 (OCT В6-05-5100-77). Остальные соединения элементов конструкции зеркала резьбовые.
Адаптивное зеркало, снабженное пьезоприводами, работает следующим образом.
Передача усилий от пьезосборки 3 для деформации подложки 2 с нанесенным на нее отражающим покрытием осуществляется через упругий элемент в виде единой для всех пьезоприводов пластины 4 и толкателей в виде стакана 7 с установленным в нем концевиком 8. При этом положительное перемещение деформируемой подложки с нанесенным на ее поверхность отражающим покрытием происходит за счет изменения длины пьезосборки 3 при подаче на нее напряжения. Включение напряжения обратной полярности сжимает пьезосборку 3 и перемещение деформируемой подложки 2 обеспечивается также через упругую пластину 4.
Полезная модель позволяет обеспечить однородность упругих свойств идентичных друг другу пьезоприводов за счет обеспечения равномерности коэффициентов их жесткости. Кроме того, заявленная конструкция технологична и допускает замену пьезоприводов без снятия подложки с отражающим покрытием.
Claims (1)
- Адаптивное зеркало, включающее деформируемую подложку с отражающим покрытием, основание и идентичные пьезоприводы, пьезоэлементы каждого из которых установлены в основании и связаны через плоский упругий элемент и соответствующие толкатели с деформируемой подложкой, отличающееся тем, что плоский упругий элемент выполнен в виде единой повторяющей форму основания пластины, жестко соединенной с основанием в точках, расположенных симметрично относительно каждого пьезопривода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017137611U RU177637U1 (ru) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Адаптивное зеркало |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017137611U RU177637U1 (ru) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Адаптивное зеркало |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU177637U1 true RU177637U1 (ru) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017137611U RU177637U1 (ru) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Адаптивное зеркало |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU177637U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1582169A1 (ru) * | 1986-11-17 | 1990-07-30 | Предприятие П/Я Р-6681 | Гибкое адаптивное зеркало |
WO1993025929A1 (en) * | 1992-06-08 | 1993-12-23 | United Technologies Corporation | Coaxial integrated deformable mirror actuator/retraction arrangement |
RU2069883C1 (ru) * | 1996-03-19 | 1996-11-27 | Йелстаун Корпорейшн Н.В. | Мозаичное адаптивное биморфное зеркало |
RU2117320C1 (ru) * | 1997-03-13 | 1998-08-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-коммерческая фирма "ТУРН" | Способ формирования управляющей полиморфной структуры для деформации поверхности объекта |
-
2017
- 2017-10-27 RU RU2017137611U patent/RU177637U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1582169A1 (ru) * | 1986-11-17 | 1990-07-30 | Предприятие П/Я Р-6681 | Гибкое адаптивное зеркало |
WO1993025929A1 (en) * | 1992-06-08 | 1993-12-23 | United Technologies Corporation | Coaxial integrated deformable mirror actuator/retraction arrangement |
RU2069883C1 (ru) * | 1996-03-19 | 1996-11-27 | Йелстаун Корпорейшн Н.В. | Мозаичное адаптивное биморфное зеркало |
RU2117320C1 (ru) * | 1997-03-13 | 1998-08-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-коммерческая фирма "ТУРН" | Способ формирования управляющей полиморфной структуры для деформации поверхности объекта |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dagel et al. | Large-stroke MEMS deformable mirrors for adaptive optics | |
US4940318A (en) | Gradient membrane deformable mirror having replaceable actuators | |
US20110013300A1 (en) | Mems hierarchically-dimensioned deformable mirror | |
Kovacs et al. | Contractive tension force stack actuator based on soft dielectric EAP | |
Rausch et al. | Unimorph deformable mirror for space telescopes: design and manufacturing | |
EP2165231A2 (en) | Deformable mirror | |
JP6731470B2 (ja) | リソグラフィ露光装置のミラー構成体及びミラー構成体を含む光学系 | |
US20060103956A1 (en) | Deformable mirror | |
WO1993025929A1 (en) | Coaxial integrated deformable mirror actuator/retraction arrangement | |
WO2018041240A1 (en) | Piezoelectric actuator, deformable mirror and method for manufacturing deformable mirror | |
LV11713B (en) | Multilayer piezoelectric deformable bimorf mirror | |
KR100230723B1 (ko) | 모자이크식 적응형 이형 미러 | |
RU177637U1 (ru) | Адаптивное зеркало | |
US20120217844A1 (en) | Piezoelectric actuator and piezoelectric actuator array | |
Toporovsky et al. | Robust stack-array deformable mirror for laser beam control | |
CN104407435A (zh) | 一种大校正量低阶变形反射镜 | |
US7967456B2 (en) | Scalable size deformable pocket mirror with on-pocket bimorph actuator | |
Pribošek et al. | Aspherical high-speed varifocal piezoelectric mems mirror | |
Berardi | Dielectric electroactive polymer applications in buildings | |
US10862406B2 (en) | Hybrid electroactive actuator device | |
Reid et al. | Development of adjustable grazing incidence optics for Generation-X | |
KR101203481B1 (ko) | 바이몰프 광학소자 | |
CN101299093A (zh) | 具有铰链的微镜 | |
RU202985U1 (ru) | Зеркало с изменяемой кривизной | |
Clad et al. | Design and Modeling of a Piezoelectric, Bistable Out-of-Plane Actuator for Micro-Robotic Appendages |