專利名稱：大口徑可拆卸壓電變形反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前校正器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大口徑可拆卸壓電變形反 射鏡，源自分離式壓電堆變形反射鏡，適用于大口徑、大極間距、可維護(hù)性要求高的變形反 射鏡。
背景技術(shù)：
變形反射鏡是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的核心器件之一，主要作用是實(shí)時(shí)受控地生成系統(tǒng)所需面 形，以校正畸變波前。附圖1為經(jīng)典的分離式壓電堆變形反射鏡結(jié)構(gòu)示意圖，其鏡面1、驅(qū) 動(dòng)器2、底座3膠粘成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高、穩(wěn)定性好，適用于驅(qū)動(dòng)器單元數(shù)密度大的 變形反射鏡。因?yàn)槠湟惑w結(jié)構(gòu)，造成了該種變形反射鏡在光學(xué)加工、光學(xué)鍍膜時(shí)，技術(shù)難度 大、制造周期長、尤其因壓電驅(qū)動(dòng)器受居里溫度點(diǎn)限制，光學(xué)鍍膜只能在低溫下進(jìn)行，對鍍 膜技術(shù)要求嚴(yán)格，同時(shí)，對于批量用途的變形反射鏡，如激光慣性約束核聚變系統(tǒng)，最多使 用變形反射鏡達(dá)到100塊以上，要求變形反射鏡結(jié)構(gòu)適于高效生產(chǎn)、方便維護(hù)，上述結(jié)構(gòu)的 變形反射鏡用于這類系統(tǒng)時(shí)，其制造周期、鍍膜技術(shù)、可維護(hù)性都將受到考驗(yàn)，尋找一種制 造周期短、可維護(hù)性能高的變形反射鏡結(jié)構(gòu)顯得非常重要。
專利號(hào)為US5917644的美國專利公開了一種整體式高能脈沖變形鏡，其鏡面與驅(qū)動(dòng)器 之間采用金屬過渡件，鏡面與過渡件機(jī)械連接、驅(qū)動(dòng)器與過渡件膠粘連接，其主要目的解決 高能輻射對膠粘層的影響。美國利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室研制的用于國家點(diǎn)火裝置的大口徑變形反射 鏡主要解決鏡面與驅(qū)動(dòng)器接口問題，其驅(qū)動(dòng)器是可以更換的，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)施困難。公 開號(hào)為CN1258854A的由中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所發(fā)明的集成式多元壓電變形反射鏡其特 點(diǎn)是鏡面、驅(qū)動(dòng)器、底座組成一個(gè)高剛度整體，其性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊，但技術(shù)難度大、鏡 面鍍膜限制因素多、制造周期長，可維護(hù)性差。在激光慣性約束核聚變系統(tǒng)中，對所用變形 反射鏡具有特殊要求 一是對于批量化的大口徑變形反射鏡實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器、鏡面并行加工，縮 短制造周期；二是對于造價(jià)昂貴的大口徑變形反射鏡，做到驅(qū)動(dòng)器更換容易、可維護(hù)性好； 三是實(shí)現(xiàn)大口徑變形反射鏡鏡面原始面形可調(diào)；四是對于大極間距變形反射鏡實(shí)現(xiàn)交連值與 變形量的分離設(shè)計(jì)，以提高變形反射鏡波面擬合能力。這些要求，是現(xiàn)有壓電變形反射鏡所 無法滿足的。
發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足；提供一種大口徑可拆卸壓電變形反 射鏡，它能滿足驅(qū)動(dòng)器更換方便，可維護(hù)性好；原始面形可調(diào)；交連值指標(biāo)與變形量指標(biāo) 可分離設(shè)計(jì)；鏡面單獨(dú)鍍膜可不受壓電陶瓷居里溫度點(diǎn)的限制；驅(qū)動(dòng)器能與鏡面并行加工， 縮短制造周期等要求。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，包含 有鏡面、底座、壓電驅(qū)動(dòng)器；其特征在于在鏡面和壓電驅(qū)動(dòng)器之間夾有一塊彈性片，壓電 驅(qū)動(dòng)器與彈性片頂緊但無機(jī)械或膠粘連接，壓電驅(qū)動(dòng)器是可拆卸的。
本發(fā)明的大口徑可拆卸壓電變形反射鏡還包括有一個(gè)精密螺紋調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)彈性 片與壓電驅(qū)動(dòng)器之間的預(yù)緊力大小或變形鏡面形。
所述的壓電驅(qū)動(dòng)器與彈性片頂緊的一端粘結(jié)金屬球頭。
所述鏡面與彈性片之間可以機(jī)械連接也可以膠粘連接。
所述彈性片具有可調(diào)節(jié)的橫向剛度和軸向剛度。
所述的彈性片橫向剛度是通過調(diào)節(jié)柔性鉸鏈細(xì)頸直徑4)，實(shí)現(xiàn)變形反射鏡所需要的交連值。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)器與鏡面不直接連接，壓電驅(qū)動(dòng)器更換容易、變形反射鏡維護(hù)方
便；
2、 本發(fā)明的鏡面、壓電驅(qū)動(dòng)器不直接連接，鏡面光學(xué)加工、鍍膜可與驅(qū)動(dòng)器的加工并 行，能縮短變形反射鏡的制造周期；
3、 本發(fā)明的彈性片軸向和橫向剛度獨(dú)立調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)變形反射鏡變形量與交連值分離 設(shè)計(jì)；
4、 本發(fā)明的鏡面鍍膜是在與壓電驅(qū)動(dòng)器組裝前完成，不受壓電驅(qū)動(dòng)器居里溫度點(diǎn)限制， 可在高溫下實(shí)現(xiàn)一些特殊膜系的鍍制。
圖l為經(jīng)典分離式壓電堆變形反射鏡的連接示意圖2為本發(fā)明的連接示意圖3是彈性片的結(jié)構(gòu)示意圖中l(wèi)是鏡面層，2是彈性片，3是底座，4是壓電驅(qū)動(dòng)器，5是精密螺紋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。
本實(shí)施例的一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡結(jié)構(gòu)圖如圖2所示；在鏡面1和壓電驅(qū)器4之間夾有一塊帶預(yù)緊力的彈性片2，鏡面1與彈性片2之間可以機(jī)械連接也可以膠粘連 接；彈性片2與底座3用螺釘連接；壓電驅(qū)動(dòng)器4一端粘結(jié)金屬球頭呈球面狀，另一端是平 面，平面一端與精密螺紋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5粘結(jié)，球面一端與彈性片2接觸但無機(jī)械連接或膠粘連 接；精密螺紋調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)5，用于調(diào)節(jié)彈性片2與壓電驅(qū)動(dòng)器4之間的預(yù)緊力大小，并與底座3 用螺釘連接，這樣構(gòu)成了一個(gè)以底座為支撐，以壓電驅(qū)動(dòng)器為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏡面為反射面的可 拆卸壓電變形反射鏡。
壓電驅(qū)動(dòng)器4粘結(jié)的金屬球頭單獨(dú)加工，加工后與壓電驅(qū)動(dòng)器粘結(jié)，使用金屬球頭可消 除機(jī)構(gòu)對壓電驅(qū)動(dòng)器4產(chǎn)生的剪切力；精密螺紋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5由一對螺紋幅組成，其中螺桿與 壓電驅(qū)動(dòng)器粘結(jié)，螺母用螺釘機(jī)械連接在底座3上；底座3是整個(gè)變形反射鏡的支撐件，材 料可選用金屬或碳化硅，但需保證剛度，以保持變形反射鏡面形穩(wěn)定。
所述彈性片2的結(jié)構(gòu)如圖3所示；頭部與鏡面粘結(jié)，底部與底座3間用螺釘連接，具有 橫向剛度和軸向剛度；其軸向剛度由厚度纟調(diào)節(jié)，需根據(jù)鏡面剛度設(shè)計(jì)，原則上保證彈性片 軸向剛度必須大于鏡面剛度、小于驅(qū)動(dòng)器軸向剛度；橫向剛度通過調(diào)節(jié)柔性鉸鏈細(xì)頸直徑4>， 實(shí)現(xiàn)變形反射鏡所需要的交連值的設(shè)計(jì)。本發(fā)明所述變形反射鏡結(jié)構(gòu)其正變形由驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)， 克服彈性片的彈力促使鏡面變形，負(fù)變形依賴彈性片的復(fù)位力實(shí)現(xiàn)，因此，組裝后彈性片有 一定的預(yù)緊力，其大小視驅(qū)動(dòng)器剛度和鏡面剛度確定。
這里選用鏡面尺寸為284mmx284mm的17單元變形反射鏡，變形反射鏡極間距為76mm， 鏡面材料為K4玻璃，剛度為4.5kg/nm，彈性片軸向剛度為.5.6kg/y m，柔性鉸鏈細(xì)頸直徑 4為3mm，壓電驅(qū)動(dòng)器組裝后的最大變形量為土8um，最后得到變形反射鏡的最大變形量為 士6ixm，交連值達(dá)到15%。
由上可知本發(fā)明的大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，彈性片與鏡面進(jìn)行無應(yīng)力粘結(jié)以保證 鏡面面形，同時(shí)保證工作時(shí)的抗拉強(qiáng)度；彈性片與壓電驅(qū)動(dòng)器之間接觸但不連接，鏡面的負(fù) 變形由預(yù)緊后的彈性片實(shí)現(xiàn)，由于壓電驅(qū)動(dòng)器不與鏡面直接連接，因此驅(qū)動(dòng)器可以更換，變 形反射鏡維護(hù)容易；而且壓電驅(qū)動(dòng)器與鏡面可并行加工，能縮短變形反射鏡制造周期，鏡面 鍍膜獨(dú)立進(jìn)行，降低了變形反射鏡鍍膜難度；所述精密螺紋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與壓電驅(qū)動(dòng)器粘結(jié)為一 體，通過螺紋調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)大口徑變形反射鏡原始面形的波長級精度調(diào)節(jié)。所述壓電驅(qū)動(dòng) 器，受彈性片預(yù)緊力保護(hù)，可以不考慮其橫向剛度所帶來的加工問題，能實(shí)現(xiàn)大變形量(± 20微米以上)，從而提高變形反射鏡的變形量；彈性片的橫向剛度可調(diào)，其橫向剛度根據(jù)變 形反射鏡交連值需要調(diào)節(jié)柔性鉸鏈最小處直徑，這樣既可保證大極間距變形反射鏡具有較大 變形量又可保證符合要求的交連值。
權(quán)利要求
1、一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，包含有鏡面(1)、底座(3)、壓電驅(qū)動(dòng)器(4)；其特征在于在鏡面(1)和壓電驅(qū)動(dòng)器(4)之間夾有一塊彈性片(2)，壓電驅(qū)動(dòng)器(4)與彈性片(2)頂緊但無機(jī)械或膠粘連接，壓電驅(qū)動(dòng)器(4)是可拆卸的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，其特征在于還包括 有一個(gè)精密螺紋調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(5)，用于調(diào)節(jié)彈性片(2)與壓電驅(qū)動(dòng)器(4)之間的預(yù)緊力 大小或變形鏡面形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，其特征在于所述的 壓電驅(qū)動(dòng)器(4)與彈性片(2)頂緊的一端粘結(jié)金屬球頭。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，其特征在于所述鏡 面(1)與彈性片(2)之間可以機(jī)械連接也可以膠粘連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，其特征在于所述彈性片(2)具有可調(diào)節(jié)的橫向剛度和軸向剛度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的彈性片(2)，其特征在于彈性片(2)橫向剛度是通過 調(diào)節(jié)柔性鉸鏈細(xì)頸直徑4)，從而實(shí)現(xiàn)變形反射鏡交連值的調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種大口徑可拆卸壓電變形反射鏡，包含有鏡面、底座、壓電驅(qū)動(dòng)器；其特征在于在鏡面和壓電驅(qū)動(dòng)器之間夾有一塊彈性片，壓電驅(qū)動(dòng)器與彈性片頂緊但無機(jī)械或膠粘連接；還包括有一個(gè)精密螺紋調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)彈性片與壓電驅(qū)動(dòng)器之間的預(yù)緊力大小或變形鏡面形。本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)器與鏡面不直接連接，壓電驅(qū)動(dòng)器更換容易、變形反射鏡維護(hù)方便；且鏡面光學(xué)加工、鍍膜可與驅(qū)動(dòng)器的加工并行，能縮短變形反射鏡的制造周期；適用于大口徑、大極間距、可維護(hù)性要求高的變形反射鏡。
文檔編號(hào)G02B26/06GK101504487SQ20091008057
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者葉青秀, 姜文漢, 官春林, 張小軍, 牟進(jìn)博, 鴻 許, 鄧建明, 饒長輝 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所