[發明專利]旋轉中心處于反射面的快速偏轉反射鏡控制機構及方法

有效

• 申請號: 201510254501.7
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN104849858B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 敬子建;徐明龍;朱建陽;田征
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明屬于光束控制技術領域，具體涉及旋轉中心處于反射面的快速偏轉反射鏡控制機構及方法。

背景技術

近年來隨著微電子技術、生物工程、航天工程等學科的迅速發展，二維快速偏轉反射鏡在天文望遠鏡、圖像穩定、復合軸精密跟蹤、瞄準光學系統中有著日益重要而廣泛的應用。在上述應用系統中，為了獲得良好的補償、跟蹤和控制效果，要求光束的快速偏轉控制機構必須具有較高的角偏轉靈敏度及快速響應能力。壓電材料具備位移輸出精度高，體積小，能耗低的特點，但是由于其位移輸出范圍過小，目前的壓電材料的二維快速偏轉反射鏡控制機構普遍存在偏轉范圍過小的缺點，而且反射鏡的旋轉中心與反射鏡的上表面(反射面)之前往往存在間距，這將引起光學系統的誤差。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供旋轉中心處于反射面的快速偏轉反射鏡控制機構及方法，該控制機構具備較大偏轉范圍，并且反射鏡的旋轉中心與反射鏡的(上表面)反射面重合，同時還具有響應速度快，體積小，重量輕的特點。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

旋轉中心處于反射面的快速偏轉反射鏡控制機構及方法，包括位于X偏轉軸兩端并關于Y偏轉軸對稱的第一驅動機構1和第三驅動機構3，位于Y偏轉軸兩端并關于X偏轉軸對稱的第二驅動機構2和第四驅動機構4，所述X偏轉軸和Y偏轉軸垂直并位于同一平面內；所述第一驅動機構1包括長軸與X偏轉軸垂直的桿式位移放大機構6，設置在桿式位移放大機構6長軸內的壓電驅動器5以及設置在桿式位移放大機構6上的角位移輸出機構7；所述角位移輸出機構7包括剛性偏轉板10，位于剛性偏轉板10兩端非對稱分布的第一偏轉柔性鉸鏈8和第二偏轉柔性鉸鏈9，所述第一偏轉柔性鉸鏈8和第二偏轉柔性鉸鏈9固定在桿式位移放大機構6的長軸上，第一驅動機構1通過與第一驅動機構1垂直的第一柔性鉸鏈11與鏡面支撐結構15相連接；所述第二驅動機構2、第三驅動機構3和第四驅動機構4的結構及尺寸與第一驅動機構1相同，并分別通過第二柔性鉸鏈12、第三柔性鉸鏈13和第四柔性鉸鏈14與鏡面支撐結構15相連接，反射鏡16的側面固定于鏡面支撐機構15上；所述反射鏡16的鏡面與X偏轉軸和Y偏轉軸位于同一平面內。

上述所述反射鏡控制機構的控制方法，壓電驅動器5安裝于桿式位移放大機構6內部，工作時壓電驅動器5通電伸長δ，推動桿式位移放大機構6產生運動，從而拉動角位移輸出機構7的第一偏轉柔性鉸鏈8及第二偏轉柔性鉸鏈9分別向兩個相反方向運動其中K為桿式位移放大機構的放大比；由于角位移輸出機構7的第一偏轉柔性鉸鏈8及第二偏轉柔性鉸鏈9呈非對稱布置，因此在桿式位移放大機構6的拉動作用下將促使剛性偏轉板10產生偏轉從而對外輸出偏轉角θ；該偏轉角θ與桿式位移放大機構6的放大比K以及第一偏轉柔性鉸鏈8及第二偏轉柔性鉸鏈9間的縱向間距D有關：

同樣方法，能夠使得第二驅動機構2、第三驅動機構3和第四驅動機構4同時輸出偏轉角θ；第一驅動機構1與第三驅動機構3位于同一軸線上，兩者同時輸出偏轉角θ分別作用于第一柔性鉸鏈11以及第三柔性鉸鏈13，促使鏡面支撐結構15及反射鏡16繞X軸產生偏轉角θ；第二驅動機構2與第四驅動機構4位于同一軸線上，兩者同時輸出偏轉角θ分別作用于第二柔性鉸鏈12以及第四柔性鉸鏈14，促使鏡面支撐結構15及反射鏡16繞Y軸產生偏轉角θ。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1.本發明中，驅動機構直接輸出偏轉角并作用于鏡面支撐結構及反射鏡的側面，因此反射鏡的旋轉軸與反射鏡的反射面位于同一平面內，這將有助于提高反射鏡對激光束的控制精度，降低光學系統誤差。又由于兩個偏轉軸相互垂直，這使反射鏡實現二維正交方向的微角度偏轉且在兩個偏轉方向上不產生角度耦合和干擾，可產生準確的微角位移。

2.本發明中，對作用于角位移輸出機構的位移通過桿式位移放大機構進行了放大，這大大增加了角位移輸出機構的偏轉角，使得反射鏡具備較大的偏轉范圍。

3.本發明采用壓電驅動器驅動偏轉機構產生偏轉，由于壓電驅動器具有能耗低，響應速度快，剛度大的優點，因此該二維快速偏轉反射鏡控制機構也具備了能耗低，響應速度快，剛度大的優點。

附圖說明

圖1為本發明控制機構結構示意圖。

圖2為驅動機構結構示意圖。

圖3為驅動機構角位移輸出原理示意圖。

圖4為角位移輸出機構偏轉原理示意圖。

圖5為二維快速偏轉反射鏡控制機構偏轉方式示意圖。