一种驱动器及变形镜的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种驱动器及变形镜。


背景技术：

2.变形镜是自适应光学系统中最核心的元件，主要应用于各种自适应光学系统之中，作为波前校正器件校正波前误差，变形镜的性能参数决定了自适应光学系统的整体性能。
3.变形镜的基本原理是将引入畸变的扭曲波前相位恢复到理想波前，以平面波为例，当理想波前通过光学系统及其他非均匀传播介质到达变形镜镜面时，由于光学系统引入的相差和传播介质的扰动使得理想的平面波不再是严格的平面，波前发生了畸变。为了使扭曲的波前经过变形镜镜面反射恢复成理想的平面波，就需要调制变形镜镜面使其引入和扭曲波前互补的波前，简单来说对于波前相位超前的点所对应的变形镜镜面需要凹进；对于波前相位滞后的点所对应的变形镜镜面需要凹进凸起。变形镜是由促动器产生的力推动薄镜片发生形变，镜面可以为连续的薄反射面也可以为多块分立的小镜面。其中最常用的一种变形镜为连续镜面分立式驱动器类型，其优点是可以得到连续的面型，校正精度高，且补偿能力强能产生各种复杂的面型，所以这种变形镜成为应用最广泛，技术最成熟的一种波前校正器。
4.我国研制变形镜工作开展的较早，早在1979年中国科学院光电技术研究所就开始了压电变形镜的研制工作，在1981年成功研制出我国第一块4单元整体压电陶瓷变形镜，并于1986年将研制的19单元分立式压电驱动变形镜应用于“神光”激光和基本光学系统，该变形镜口径为78mm。
5.使变形镜镜面发生形变的动力来源为促动器，促动器的根据工作原理不同可分为许多种，常用的有压电陶瓷、音圈电机、伺服电机等。其中压电陶瓷由于其驱动能力强，控制精度高，响应速度快等优点应用的最为广泛。但压电陶瓷也有缺点，由于其结构特点使其在受到剪切力时非常容易发生不可逆转的损害，另外压电陶瓷材料的迟滞效应和蠕变现象也在由压电陶瓷直接驱动的变形镜中引入了不可忽略的形变，使变形镜控制精度下降。


技术实现要素：

6.(一)发明目的
7.本发明的目的是提供一种驱动器及变形镜以解决现有技术的易损坏精度差的问题。
8.(二)技术方案
9.为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种堆叠式驱动器，包括：阵列排布的多个驱动单元；多个所述驱动单元的粘接面处于同一平面，且多个所述驱动单元紧凑堆叠，成阵列排布。
10.进一步地，所述驱动单元设置有传动推块；所述传动推块设置在所述驱动单元的
粘接面，用于将所述驱动单元的位移输出。
11.进一步地，所述驱动单元设置有导向结构；所述向导结构用于限制所述传动推块在前后固定方向移动。
12.进一步地，所述驱动单元设置有位移缩放机构；所述位移缩放机构设置在所述驱动单元与所述传动推块之间，用于将所述驱动单元的位移按比例放大或者缩小，并传递给所述传动推块。
13.进一步地，所述驱动单元设置有位移反馈装置；所述位移反馈装置用于测量所述传动推块的位移。
14.进一步地，所述驱动单元设置有剪切力释放结构；所述剪切力释放结构用于释放所述促动器受到的剪切力。
15.本发明另一方面，提供了一种变形镜，设置有上述技术方案任一项所述的驱动器；所述驱动器与镜片连接。
16.进一步地，还包括：边框；所述边框围绕在所述驱动器四周，用于将所述驱动器的驱动单元固定，且保持所述驱动单元的粘接面处于同一水平面，所述边框将所述驱动单元固定所引起的形变以及位移与所述驱动单元驱动形成的镜片位移正交无耦合。
17.进一步地，所述边框将所述驱动单元固定的方式为：通过摩擦力产生的连接、焊接、粘接或螺纹连接。
18.进一步地，所述驱动单元的动力源为压电陶瓷、音圈电机或伺服电机。
19.(三)有益效果
20.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
21.本发明是将促动器封装为驱动单元，并将驱动单元堆叠后固定，该结构可以有效的解决促动器阵列装配后高度不一所引起的变形镜初始面型恶化的情况，而且封装后的驱动单元能有效的避免促动器在装配和使用过程中的损坏，驱动单元为模块化设计，结构紧凑合理，驱动能力强控制精度高而且线性度更好。
附图说明
22.图1是根据本发明第一实施方式的驱动单元的剖视图；
23.图2是根据本发明一实施方式的变形镜的俯视图；
24.图3是图2实施方式的变形镜沿a-a的剖视图；
25.图4是图2实施方式的变形镜的左视图。
26.附图标记：
27.1：边框；2：镜片；3：紧固螺丝；4：压块；5：驱动单元；6：传动推块；7：导向结构；8：位移缩放结构；9：剪切力释放结构；10：传动推块；11：压电陶瓷；12：预紧结构；25：驱动器粘接面。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本
发明的概念。
29.显然，所描述的实施例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。
30.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
32.本发明的第一方面提供了一种堆叠式驱动器，包括：阵列排布的多个驱动单元5；多个所述驱动单元5的粘接面处于同一平面，且多个所述驱动单元5紧凑堆叠，成阵列排布。
33.上述实施例是将促动单元进行封装，并将驱动单元5堆叠后固定，该结构可以有效的解决促动器阵列装配后高度不一所引起的变形镜初始面型恶化的情况，而且封装后的驱动单元5能有效的避免促动器在装配和使用过程中的损坏，驱动单元5为模块化设计，结构紧凑合理，驱动能力强控制精度高而且线性度更好。
34.可选的，所述驱动单元5设置有传动推块6；所述传动推块6设置在所述驱动单元5的粘接面，用于将所述驱动单元5的位移输出。所述传动推块6为驱动单元5的位移输出推块，可以相对驱动单元5主体前后移动。
35.可选的，所述驱动单元5设置有导向结构；所述向导结构用于限制所述传动推块6在前后固定方向移动。所述导向结构为限制传动推块6除前后移动以外其他方向移动的结构，包括但不限于挠性结构导向，直线轴承导向，导轨导向。
36.可选的，所述驱动单元5设置有位移缩放机构；所述位移缩放机构设置在所述驱动单元5与所述传动推块6之间，用于将所述驱动单元5的位移按比例放大或者缩小，并传递给所述传动推块6。所述位移缩放机构，可以根据不同驱动器性能特性选择对驱动器的位移按比例放大或者缩小，并通过传动推块6推动变形镜。通过位移缩放机构，可获得更高的控制精度或者更大的驱动能力。所述缩放机构可以是杠杆原理的挠性结构，或者螺纹以及差动螺纹结构，也可以是齿轮结构，以及上述结构组合的多级缩放结构。
37.可选的，所述驱动单元5设置有位移反馈装置；所述位移反馈装置用于测量所述传动推块6的位移。所述位移反馈装置为位移传感器，其直接测量与镜面刚性连接的传动推块6的位移，由于所述传动推块6与变形镜镜面刚性连接，其测量的为真实的镜面位移可以消除由驱动器及其他机构引起的位移误差。所述位移传感器包括电容式位移传感器，应变式位移传感器，激光位移传感器等。
38.可选的，所述驱动单元5设置有剪切力释放结构；所述剪切力释放结构用于释放所述促动器受到的剪切力。所述剪切力释放结构可以对促动器提供保护，如压电陶瓷11再受到剪切力时容易损坏。
39.在本发明一具体实施例中，提供一种封装的促动器为压电陶瓷11的驱动单元5内部结构，在本实施实例中，驱动单元5包括驱动单元5主体以及通过柔性交连导向结构连接的传动推块6，促动器压电陶瓷11通过桥式放大结构与所述传动推块6连接，所述桥式放大结构能将压电陶瓷11的位移进行缩放，通过所述的传动推块6传递出去。在本实施例中，所述驱动单元5还包括设置在挠性桥式缩放结构与压电陶瓷11之间的安装结构，所述安装结
构包括安装压电陶瓷11的剪切力释放结构，和压电陶瓷11预紧的预紧结构12，通过调整所述预紧结构12预紧螺丝可调节施加在压电陶瓷11上的预紧力大小。所述剪切力释放结构，能有效仿真压电陶瓷11受到的剪切力，起到保护压电陶瓷11的作用。
40.根据本发明的另一个方面，提供一种变形镜，设置有权上述实施例任一项所述的驱动器；所述驱动器与镜片2连接。所述变形镜与传动推块6的刚性连接包括但不限于胶粘，焊接，光胶合产生的连接。
41.可选的，还包括：边框1；所述边框1围绕在所述驱动器四周，用于将所述驱动器的驱动单元5固定，且保持所述驱动单元5的粘接面处于同一水平面，所述边框1将所述驱动单元5固定所引起的形变以及位移与所述驱动单元5驱动形成的镜片2位移正交无耦合。此外驱动单元5可以通过侧面与变形镜边框1直接固定，也可以两个及以上驱动单元5互相固定后组成驱动单元5阵列子模块，在将驱动单阵列元子模块通过侧面与变形镜边框1固定。
42.上述实施例所采用的技术方案是将促动器封装为驱动单元5，并将驱动单元5堆叠后通过驱动单元5的侧面与边框1固定，边框1即发挥了传统变形镜基底的作用。该结构可以有效的解决促动器阵列装配后高度不一所引起的变形镜初始面型恶化的情况，而且封装后的驱动单元5能有效的避免促动器在装配和使用过程中的损坏，驱动单元5为模块化设计，结构紧凑合理，驱动能力强控制精度高而且线性度更好。并且，该结构可以有效的解决固定后的促动器高度不一引起的变形镜初始面型恶化的问题。通过将促动器封装为驱动单元5再将驱动单元5侧面固定，在实际工程实践中可以不用严格控制驱动单元5的外形尺寸，通过定位卡具将驱动单元5粘接面定位后再与边框1固定，这样在保证装配精度的情况下简化装配过程。另外驱动单元5为模块化设计，每个驱动单元5都有独立的导向结构、缩放结构、位置反馈结构、改善了封装在内部的促动器的性能，控制精度更高，驱动能力更强，也能在装配和使用中保护促动器不受损坏。
43.可选的，所述边框1将所述驱动单元5固定的方式为：通过摩擦力产生的连接、焊接、粘接或螺纹连接。
44.可选的，所述驱动单元5的动力源为压电陶瓷11、音圈电机或伺服电机。
45.在本发明另一具体实施例中，提供一种堆叠式变形镜系统结构，变形镜主要由边框1，堆叠的驱动器阵列和镜片2三部分组成，装配时将驱动单元5阵列与压块4放置在变形镜边框1中。在未锁紧紧固螺丝3时，每个驱动器单元可以相对移动，之后在驱动器阵列粘接面上方放置定位卡具，如平整的大理石或者石英玻璃块，通过卡具使每个驱动器粘接面25与卡具定位平面紧密接触，保证驱动器阵列粘接面在同一平面，最后锁紧紧固螺丝3通过压块4将驱动单元5与变形镜边框1锁紧并将变形镜镜片2粘接在驱动器阵列粘接面。通过这种设计，可以保证驱动器粘接面25在同一平面，装配过程简单，精度高，变形镜初始面型有显著提高。
46.本发明旨在保护一种堆叠式驱动器，包括：阵列排布的多个驱动单元5；多个所述驱动单元5的粘接面处于同一平面，且多个所述驱动单元5紧凑堆叠，成阵列排布。该结构是将促动单元进行封装，将驱动单元5堆叠后固定，该结构可以有效的解决促动器阵列装配后高度不一所引起的变形镜初始面型恶化的情况，而且封装后的驱动单元5能有效的避免促动器在装配和使用过程中的损坏，驱动单元5为模块化设计，结构紧凑合理，驱动能力强控制精度高而且线性度更好。
47.本发明旨在保护的另一方面是一种变形镜，设置有权上述技术方案任一项所述的驱动单元5；所述驱动单元5与镜片2连接。该变形镜不易损坏，且精度高。
48.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。