[發明專利]一種高效率音圈驅動器及變形鏡

有效

• 申請號: 202010747599.0
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111786530B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 胡立發;曹碩;張志高;趙子云;顧虎
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H02K33/12
• 分類號: H02K33/12;H02K33/18;G02B26/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

本發明公開了一種高效率音圈驅動器及變形鏡，屬于自適應光學領域。本發明通過推導音圈驅動器電機常數的解析公式，掌握了影響音圈驅動器效率的因素，設計了一種新的結構的音圈驅動器；在此基礎上，利用有限元的方法進行仿真，對永磁體、線圈的幾何參數、物理參數進行了優化，并用電機常數進行評價，得出最佳的參數數據：包括永磁體內徑、外徑和厚度，線圈的內徑、外徑和厚度，以及永磁體和線圈之間的氣隙大小。在不改變音圈的匝數條件下，就達到了提高音圈驅動器效率150％的優異效果，更適用于制作大驅動單元數、低損耗和高調制精度的音圈變形鏡。

技術領域

本發明涉及一種高效率音圈驅動器及變形鏡，屬于自適應光學領域。

背景技術

1953年Babcock首次提出自適應光學的概念，即通過實時探測和校正大氣湍流引起的光學畸變，提高目標圖像的分辨率。變形鏡是自適應光學系統的核心器件之一。經過多年的研究開發，人們研制出了不同類型的變形鏡：PZT變形鏡、電致伸縮變形鏡、薄膜變形鏡、MEMS、音圈變形鏡等，并廣泛應用天文觀測、顯微成像、大功率激光、眼底成像等領域。其中，PZT變形鏡是目前最廣泛使用的變形鏡，但它有磁滯，且調制量低，限制了其在大口徑望遠鏡次鏡方面的應用。相較于PZT變形鏡，音圈變形鏡的調制量大、無磁滯，同時還具有結構簡單、體積小、噪聲低、比推力高、響應速度快、精度高、維護方便、可靠性高等優點。

1993年，意大利阿切特里天文臺的P.Salinari提出了基于音圈驅動器的非接觸變形鏡，并于1999年研制了30單元和36單元音圈變形鏡，誤差衰減可達100赫茲(0分貝衰減水平)，該變形鏡的音圈驅動器基本結構是薄鏡面下粘接圓柱狀的永磁體，永磁體下面間隔約100微米空間是線圈，這樣的結構也稱為非接觸式音圈變形鏡，如圖1所示。2002年，MMT的336單元音圈變形鏡研制成功，用作MMT望遠鏡的次鏡，極大簡化了自適應光學系統，提高了入射光的利用效率。其在H波段的斯特列爾比達到了0.2，在M波段的斯特列爾比達到了0.98【Wildi F P,Brusa G,Lloyd-Hart M,et al.First light of the 6.5-m MMT adaptiveoptics system[C],Astronomical Adaptive Optics Systems and Applications.Editedby Tyson,Robert K.；Lloyd-Hart,Michael.International Society for Optics andPhotonics,2003.】。2010年，有672個驅動器的音圈變形鏡安裝在LBT望遠鏡上，在H波段的斯特列爾比達到了0.8【Xompero Marcoa,Armando Riccardia,DanielaZanottia.Adaptive secondary mirror for LBT and its capacitive sensors:how canwe calibrate them？[C].SPIE Proc,2008.7015(3Q):1-9.】。2012年正式運行的VLT巡天望遠鏡的變形次鏡有1170個音圈驅動器，所有模式的擬合誤差rms為62.5nm【Arsenault R,Biasi R,Gallieni D,et al.A deformable secondary mirror for the VLT[C]Advancesin Adaptive Optics II.2006.】，該變形鏡與前面的不同，它的永磁體不與鏡面直接粘接，而是設置在兩線中間，通過桿與鏡面連接，如圖2所示。國內多個研究組也開展了關于音圈變形鏡的研究。中科院光電技術研究所設計了動磁式音圈電機，輸出力可達±0.5N，階躍響應時間為50ms，對離焦像差擬合PV值可達50um【張玉方,李國平.用于薄鏡面主動光學的音圈力促動器設計[J].光學精密工程,2013,21(11):2836-2844.】。長春光機所通過音圈驅動器校正400mm反射鏡面形，經過校正后的RMS可達λ/40【王昕彤.基于音圈促動器的鏡面面形校正技術研究[D].2019.】。