專利名稱：一種二維透射式快速反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速反射鏡，特別是一種采用壓電陶瓷驅(qū)動，可用于不同波段激光精確合束、對準(zhǔn)的，二維透射式快速反射鏡。
背景技術(shù)：
中國發(fā)明專利“專利號為ZL 200910078258. 2”公開了一種音圈電機(jī)驅(qū)動、中心采用柔性彈片進(jìn)行撓性支撐的快速反射鏡。該裝置的有效負(fù)載為平面反射鏡，主要通過反射來校正光束的傳播方向。由于快速反射鏡的核心支撐位于裝置中心處，即裝置中心存在大面積遮擋，因此，無法驅(qū)動合束鏡實(shí)現(xiàn)不同波段激光的精確合束與對準(zhǔn)。發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有反射式快速反射鏡中心存在遮擋的不足，實(shí)現(xiàn)快速反射鏡在不同波段激光精確合束、對準(zhǔn)等領(lǐng)域的應(yīng)用，本發(fā)明提供了一種壓電陶瓷驅(qū)動、4點(diǎn)分散式柔性支撐、中心通透的二維透射式快速反射鏡。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下
一種二維透射式快速反射鏡，包括
支撐基座、鏡體支撐板、合束鏡、鏡體壓塊、4個驅(qū)動器組件以及4個柔性鉸鏈；
其中，驅(qū)動器組件由橢圓形彈性外框、壓電陶瓷和電阻應(yīng)變片三部分組成；壓電陶瓷通過預(yù)緊力內(nèi)嵌于橢圓形彈性外框中，電阻應(yīng)變片粘接于壓電陶瓷外側(cè)，用于間接測量壓電陶瓷的伸縮長度；橢圓形彈性外框上分布有靜支孔和動支孔，當(dāng)壓電陶瓷在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，橢圓形彈性外框上的動支孔將在壓電陶瓷的推力及橢圓形彈性外框的彈力作用下相對于靜支孔進(jìn)行升降運(yùn)動；
4個驅(qū)動器組件通過橢圓形彈性外框上的靜支孔與支持基座相固連；柔性鉸鏈上分布有上支孔和下支孔，上支孔可以相對于下支孔進(jìn)行繞兩垂直方向軸線的偏轉(zhuǎn)；下支孔與橢圓形彈性外框的動支孔相固連；4個柔性鉸鏈以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在4個驅(qū)動器組件上；鏡體支撐板通過柔性鉸鏈的上支孔與4個柔性鉸鏈相固連；合束鏡通過鏡體壓塊與鏡體支撐板相固連；合束鏡可以在壓電陶瓷的驅(qū)動下進(jìn)行二維偏轉(zhuǎn)，并由電阻應(yīng)變片對合束鏡的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行間接測量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合束鏡的閉環(huán)控制。
上述技術(shù)方案中，動支孔相對于靜支孔進(jìn)行升降運(yùn)動的位移量，是壓電陶瓷的伸縮量的2 4倍。
上述技術(shù)方案中，所述4個驅(qū)動器組件分別為第一驅(qū)動器組件、第二驅(qū)動器組件、第三驅(qū)動器組件以及第四驅(qū)動器組件。
上述技術(shù)方案中，所述4個柔性鉸鏈分別為第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈、第三柔性鉸鏈以及第四柔性鉸鏈；4個柔性鉸鏈以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在4個驅(qū)動器組件上，X、Y軸線上各2個。
本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的二維透射式快速反射鏡，通過橢圓形彈性外框?qū)崿F(xiàn)了壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動方向的垂直轉(zhuǎn)變，較壓電陶瓷直接驅(qū)動的連接方式，大幅度增大了驅(qū)動器的抗剪切性能， 并且將驅(qū)動器的行程放大2 4倍；4點(diǎn)分散式柔性支撐實(shí)現(xiàn)了快速反射鏡的中心通透，從結(jié)構(gòu)原理上保證了快速反射鏡可用于不同波段激光的精確合束與對準(zhǔn)；采用電阻式應(yīng)變片對合束鏡的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行間接測量，結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)方便，并且有利于二維透射式快速反射鏡的小型化。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖I是本發(fā)明二維透射式快速反射鏡的組成結(jié)構(gòu)圖。
圖2是支撐基座與驅(qū)動器組件及柔性鉸鏈的裝配關(guān)系圖。
圖3是鏡體支撐板與驅(qū)動器組件及柔性鉸鏈的裝配關(guān)系圖。
圖4是驅(qū)動器組件的組成結(jié)構(gòu)圖。
圖5是柔性鉸鏈的主視圖。
圖6是圖5的M-M向剖視圖。
圖7是不同波段激光合束原理圖。
圖中的附圖標(biāo)記表示為
I-支撐基座；2_鏡體支撐板；3_合束鏡；4_鏡體壓塊；5_驅(qū)動器組件；6柔性鉸鏈；7_長波激光；8_短波激光；5a-第一驅(qū)動器組件；6a-第一柔性鉸鏈；5b_第二驅(qū)動器組件；6b-第二柔性鉸鏈；5c-第三驅(qū)動器組件；6c-第三柔性鉸鏈；5d-第四驅(qū)動器組件； 6d-第四柔性鉸鏈；51_橢圓形彈性外框；52_壓電陶瓷；53_電阻應(yīng)變片；511_橢圓形彈性外框的靜支孔；512_橢圓形彈性外框的動支孔；61_柔性鉸鏈的上支孔；62_柔性鉸鏈的下支孔。
具體實(shí)施方式
參照圖I 7，本發(fā)明的二維透射式快速反射鏡包括支撐基座I、鏡體支撐板2、 合束鏡3、鏡體壓塊4、第一驅(qū)動器組件5a、第一柔性鉸鏈6a、第二驅(qū)動器組件5b、第二柔性鉸鏈6b、第三驅(qū)動器組件5c、第三柔性鉸鏈6c、第四驅(qū)動器組件5d、第四柔性鉸鏈6d。其中，驅(qū)動器組件5由橢圓形彈性外框51、壓電陶瓷52和電阻應(yīng)變片53三部分組成。壓電陶瓷52通過預(yù)緊力內(nèi)嵌于橢圓形彈性外框51中，電阻應(yīng)變片53粘接于壓電陶瓷52外側(cè)， 用于間接測量壓電陶瓷52的伸縮長度。橢圓形彈性外框51上分布有靜支孔511和動支孔 512，當(dāng)壓電陶瓷52在不同的驅(qū)動電壓下進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，橢圓形彈性外框51上的動支孔 512將在壓電陶瓷52的推力及橢圓形彈性外框51的彈力作用下相對于靜支孔511進(jìn)行升降運(yùn)動，且位移量相對于壓電陶瓷52的伸縮量放大2 4倍。柔性鉸鏈6上分布有上支孔 61、下支孔62和兩相互垂直的“兒”字形切割線，因此，上支孔61可以相對于下支孔62進(jìn)行繞兩垂直方向軸線的偏轉(zhuǎn)。4個驅(qū)動器組件5通過橢圓形彈性外框51上的靜支孔511與支持基座I相固連。柔性鉸鏈6的下支孔62與橢圓形彈性外框51的動支孔512相固連， 且4個柔性鉸鏈6 :柔性鉸鏈6a 柔性鉸鏈6d以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在4 個驅(qū)動器組件5 :第一驅(qū)動器組件5a 第四驅(qū)動器組件5d上，X、Y軸線上各2個。鏡體支撐板2通過柔性鉸鏈6的上支孔61與4個柔性鉸鏈6 :第一柔性鉸鏈6a 第四柔性鉸鏈6d 相固連；合束鏡3通過鏡體壓塊4與鏡體支撐板2相固連。因此，合束鏡3可以在壓電陶瓷 52的驅(qū)動下繞X、Y軸進(jìn)行二維偏轉(zhuǎn)，并由電阻應(yīng)變片53對合束鏡3的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行間接測量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合束鏡3的閉環(huán)控制。
工作時，控制第一驅(qū)動器組件5a和第三驅(qū)動器組件5c中的壓電陶瓷52作伸縮運(yùn)動，即可實(shí)現(xiàn)位于X軸上的第一柔性鉸鏈6a和第三柔性鉸鏈6c的升降運(yùn)動(兩柔性鉸鏈6 的位移量相同，方向相反)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合束鏡3繞Y軸旋轉(zhuǎn)。同時由第一驅(qū)動器組件5a和第三驅(qū)動器組件5c中的電阻應(yīng)變片53間接測量相應(yīng)壓電陶瓷52的伸縮長度，從而獲得第一柔性鉸鏈6a和第三柔性鉸鏈6c的升降位移，進(jìn)而獲得合束鏡3繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，并反饋給伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對合束鏡3繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度的精確閉環(huán)控制。
工作時，控制第二驅(qū)動器組件5b和第四驅(qū)動器組件5d中的壓電陶瓷52作伸縮運(yùn)動，即可實(shí)現(xiàn)位于Y軸上的第二柔性鉸鏈6b和第四柔性鉸鏈6d的升降運(yùn)動兩柔性鉸鏈6 的位移量相同，方向相反)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合束鏡3繞X軸旋轉(zhuǎn)。同時由第二驅(qū)動器組件5b和第四驅(qū)動器組件5d中的電阻應(yīng)變片53間接測量相應(yīng)壓電陶瓷52的伸縮長度，從而獲得第二柔性鉸鏈6b和第四柔性鉸鏈6d的升降位移，進(jìn)而獲得合束鏡3繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，并反饋給伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對合束鏡3繞X軸旋轉(zhuǎn)角度的精確閉環(huán)控制。
對合束鏡3鍍相應(yīng)的膜系，可以實(shí)現(xiàn)合束鏡3對長波激光7幾乎全部透過，對短波激光8幾乎全部反射。即合束鏡3的位置對長波激光7的傳播方向無影響，因此，可以采用二維透射式快速反射鏡對短波激光8的傳播方向進(jìn)行精確調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)短波激光8與長波激光7的精確合束與對準(zhǔn)。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種二維透射式快速反射鏡，其特征在于，包括支撐基座(I)、鏡體支撐板(2 )、合束鏡(3 )、鏡體壓塊(4 )、4個驅(qū)動器組件(5 )以及4個柔性鉸鏈(6)；其中，驅(qū)動器組件(5)由橢圓形彈性外框(51)、壓電陶瓷(52)和電阻應(yīng)變片(53)三部分組成；壓電陶瓷(52)通過預(yù)緊力內(nèi)嵌于橢圓形彈性外框(51)中，電阻應(yīng)變片(53)粘接于壓電陶瓷(52)外側(cè)，用于間接測量壓電陶瓷(52)的伸縮長度；橢圓形彈性外框(51)上分布有靜支孔(511)和動支孔(512)，當(dāng)壓電陶瓷(52)在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，橢圓形彈性外框(51) 上的動支孔(512)將在壓電陶瓷(52)的推力及橢圓形彈性外框(51)的彈力作用下相對于靜支孔(511)進(jìn)行升降運(yùn)動；4個驅(qū)動器組件(5)通過橢圓形彈性外框(51)上的靜支孔(511)與支持基座(I)相固連；柔性鉸鏈(6)上分布有上支孔(61)和下支孔(62)，上支孔(61)可以相對于下支孔(62) 進(jìn)行繞兩垂直方向軸線的偏轉(zhuǎn)；下支孔(62)與橢圓形彈性外框(51)的動支孔(512)相固連；4個柔性鉸鏈(6)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心均勻分布固連在4個驅(qū)動器組件(5)上；鏡體支撐板(2)通過柔性鉸鏈(6)的上支孔(61)與4個柔性鉸鏈(6)相固連；合束鏡(3)通過鏡體壓塊(4)與鏡體支撐板(2)相固連；合束鏡(3)可以在壓電陶瓷(52)的驅(qū)動下進(jìn)行二維偏轉(zhuǎn)，并由電阻應(yīng)變片(53 )對合束鏡(3 )的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行間接測量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合束鏡(3 )的閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維透射式快速反射鏡，其特征在于，動支孔(512)相對于靜支孔(511)進(jìn)行升降運(yùn)動的位移量，是壓電陶瓷(52)的伸縮量的 2 4倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的二維透射式快速反射鏡，其特征在于，所述4個驅(qū)動器組件(5)分別為第一驅(qū)動器組件(5a)、第二驅(qū)動器組件(5b)、第三驅(qū)動器組件(5c)以及第四驅(qū)動器組件(5d)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的二維透射式快速反射鏡，其特征在于，所述4個柔性鉸鏈 (6 )分別為第一柔性鉸鏈(6a)、第二柔性鉸鏈(6b )、第三柔性鉸鏈(6c )以及第四柔性鉸鏈 (6d)；4個柔性鉸鏈(6)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在4個驅(qū)動器組件(5)上， X、Y軸線上各2個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二維透射式快速反射鏡，包括支撐基座、鏡體支撐板、合束鏡、鏡體壓塊、4個驅(qū)動器組件以及4個柔性鉸鏈。本發(fā)明的二維透射式快速反射鏡，通過橢圓形彈性外框?qū)崿F(xiàn)了壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動方向的垂直轉(zhuǎn)變，較壓電陶瓷直接驅(qū)動的連接方式，大幅度增大了驅(qū)動器的抗剪切性能，并且將驅(qū)動器的行程放大2～4倍；4點(diǎn)分散式柔性支撐實(shí)現(xiàn)了快速反射鏡的中心通透，從結(jié)構(gòu)原理上保證了快速反射鏡可用于不同波段激光的精確合束與對準(zhǔn)；采用電阻式應(yīng)變片對合束鏡的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行間接測量，結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)方便，并且有利于二維透射式快速反射鏡的小型化。
文檔編號G02B7/198GK102981245SQ20121057038
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者徐新行, 時魁, 陳寧, 王兵 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所