專利名稱：一種變形鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變形鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種包含錐形壓電保護(hù)致動裝置的變形鏡。
背景技術(shù)：
變形鏡，又稱變形反射鏡，主要運用于各種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)之中，作為波前校正器件校正波前誤差，在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中起著極其重要的作用，是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的重要部件之一，變形鏡的研究和發(fā)展關(guān)系到整個自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的校正能力和校正精度。變形反射鏡式通過改變自己表面面形來補償波前相位畸變，可分為連續(xù)表面和分立表面兩種類型。連續(xù)表面變形鏡，其優(yōu)點是可以得到連續(xù)的面形，校正精度高，其缺點是面形的變形量比較小。連續(xù)表面的變形反射鏡又可分為整體致動和分立致動兩種類型。整體致動主要有雙壓電變形鏡和薄模變形鏡，其特點是當(dāng)控制電壓作用于某一致動單元時，整個反射鏡面都將產(chǎn)生變形，這類變形鏡主要用于與曲率波前傳感器配合校正波前畸變的低階模式部分。分立致動變形鏡的一個特點是當(dāng)控制電壓作用于一個致動器時，只有該致動器相鄰區(qū)域產(chǎn)生局部變形，其中致動方向平行于鏡面時，致動器作用于反射鏡邊緣，只能用于校正離焦和像散等特定像差，因此在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)里的應(yīng)用受到局限。致動方向垂直于鏡面的連續(xù)表面變形鏡可以校正各階像差，而且能達(dá)到很高的校正精度，因此成為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的一種波前校正器。國內(nèi)在高調(diào)節(jié)度的可變形鏡系統(tǒng)方面的研究較早，在1986年即建立起了第一套激光波面校正系統(tǒng)(詳見學(xué)術(shù)報告文獻(xiàn)，姜文漢，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，《中國工程院第二次院士大會學(xué)術(shù)報告匯編》，1995年7月)，其調(diào)節(jié)口徑是70mm*70mm。從應(yīng)用上看，到目前為止，在這方面應(yīng)用最成功的就是美國勞倫斯 利費莫爾國家實驗室的激光核聚變系統(tǒng)。他們采用由Beamlet公司研制成功的400mm*400mm的可變形鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用電磁致動器致動的方式，致動器采用六邊形布局方式，實現(xiàn)了 400mm*400mm大口徑和較高調(diào)節(jié)精度的性能。其位移傳遞系統(tǒng)采用的方式是，致動器直接接觸彈性簧片，彈性簧片與能動光學(xué)鏡面粘連在一起。這樣致動器的正向運動位移直接反應(yīng)到光學(xué)鏡面上，其負(fù)向位移則因彈性簧片的回復(fù)力來實現(xiàn)。在變形鏡的機構(gòu)中致動力的來源為致動器，致動器采用壓電陶瓷制成，壓電陶瓷在加電后可以產(chǎn)生致動力較大的正負(fù)向位移，且響應(yīng)速度較快。但是壓電陶瓷也有缺點，因其是陶瓷材質(zhì)所以較小的剪切力就能夠?qū)⑵鋼p毀且不能恢復(fù)使用，在安裝和使用的過程中徑向剪切力容易破壞壓電陶瓷材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的一個 目的在于提出一種變形鏡，該變形鏡結(jié)構(gòu)模塊化，調(diào)節(jié)精度高，壓電陶瓷受保護(hù)，同時降低結(jié)構(gòu)成本。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實施例的變形鏡，其特征在于，包括:鏡體，所述鏡體在受力時發(fā)生變形；基座，所述基座包括至少一個致動通道；和至少一個致動裝置，所述致動裝置一一對應(yīng)地安裝與所述至少一個致動通道中，用于控制所述鏡體變形，其中，所述致動裝置進(jìn)一步包括:推進(jìn)器，所述推進(jìn)器與所述鏡體相連，對所述鏡體施加作用力；致動器，所述致動器與所述推進(jìn)器相連，當(dāng)所述致動器伸展時，所述致動器推動所述推進(jìn)器產(chǎn)生正向位移；碟簧，所述碟簧位于所述推進(jìn)器與所述致動器之間，當(dāng)所述致動器收縮時，所述碟簧推動所述推進(jìn)器產(chǎn)生負(fù)向位移；錐形頂桿，所述錐形頂桿的大直徑面開有和所述致動器尾端相配合的定位孔，所述定位孔用于固定所述致動器，以防止所述致動器受到徑向剪切力；微調(diào)旋鈕，所述微調(diào)旋鈕外徑套有螺紋，所述螺紋與所述基座的螺紋相配合，通過旋轉(zhuǎn)所述微調(diào)按鈕來調(diào)節(jié)所述致動通道內(nèi)的預(yù)緊力。根據(jù)本發(fā)明的變形鏡，具有結(jié)構(gòu)模塊化的特點，調(diào)節(jié)精度較高，且其中的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，具有耐用可靠優(yōu)點，同時該變形鏡便于安裝和維修，可廣泛應(yīng)用于光盤裝置、視頻放映機、數(shù)碼相機等光學(xué)系統(tǒng)中。在本發(fā)明的一個實施例中，所述鎖定塊具有與所述錐形頂桿尾端形狀相配合的孔，用于固定所述錐形頂桿的尾端，以使當(dāng)所述微調(diào)旋鈕旋轉(zhuǎn)時，緊鄰所述微調(diào)旋鈕的所述錐形頂桿不發(fā)生從動旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述錐形頂桿尾端為多邊形、橢圓形或其他不規(guī)則形狀。在本發(fā)明的一個實施例中，所述微調(diào)旋鈕尾端開有四個小圓孔，所述鎖定塊安裝后，通過使用與所述小圓孔相配的工具透過所述鎖定塊對所述微調(diào)旋鈕進(jìn)行旋調(diào)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述致動器采用壓電陶瓷材料制成。根據(jù)本發(fā)明的變形鏡，具有結(jié)構(gòu)模塊化的特點，調(diào)節(jié)精度較高，且其中的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，具有耐用可靠優(yōu)點，同時該變形鏡便于安裝和維修，可廣泛應(yīng)用于光盤裝置、視頻放映機、數(shù)碼相機等光學(xué)系統(tǒng)中。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明所述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的變形鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的虛框部分的局部放大圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的變形鏡一個致動裝置和基座的尾端結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。變形鏡是一種常見光學(xué)儀器，其設(shè)置在光盤裝置、數(shù)碼相機、放映機或其它光學(xué)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，通過改變鏡面形狀將照射在鏡面上的光束進(jìn)行補償整形。如圖1所示，為根據(jù)本發(fā)明實施例的變形鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。在本發(fā)明實施例的變形鏡中，包括一個鏡體100、基座200和至少一個致動裝置300。具體地:鏡體100能夠在受力時發(fā)生變形，是整個變形鏡機構(gòu)中最核心的部件之一。一般地，鏡體100應(yīng)當(dāng)較薄，以使其可以通過伸展和收縮而變形。同時，要求鏡體100具有一定程度的剛性，以使其在正向和負(fù)向位移的變形中不至于破裂?；?00包括至少一個致動通道，制動通道中安裝有致動裝置300，二者數(shù)目相等。需要說明的是，基座200中制動通道數(shù)目的(即致動裝置300的數(shù)目)可以根據(jù)實際情況自由選定為一個、兩個或者多個。致動通道數(shù)目越多則調(diào)節(jié)鏡體100的精細(xì)度越高，但生產(chǎn)和維護(hù)成本也更高。至少一個致動裝置300被--對應(yīng)地安裝與至少一個致動通道中，用于控制鏡體
100變形。如圖2和圖3，本發(fā)明的變形鏡中的致動裝置300進(jìn)一步包括:推進(jìn)器310、致動器320、碟簧330、錐形頂桿340和微調(diào)旋鈕350和鎖定塊360。具體地:推進(jìn)器310與鏡體100相連，對鏡體100施加作用力，為整個機構(gòu)的動力傳遞件。

致動器320與推進(jìn)器310相連，通過伸展將正向壓力傳導(dǎo)在推進(jìn)器310上，從而產(chǎn)生正向位移作用在鏡體100上，以使鏡面發(fā)生正向位移變形，將照射在鏡面上的光束進(jìn)行補償整形。碟簧330位于推進(jìn)器310與致動器320之間，當(dāng)致動器320收縮時，碟簧330推動推進(jìn)器產(chǎn)生負(fù)向位移。當(dāng)致動器320伸展時，產(chǎn)生的預(yù)緊力壓縮致動通道中的碟簧330，負(fù)向力被儲存在碟簧330中，當(dāng)致動器320收縮時，碟簧330的收縮量得到釋放，碟簧330伸展將負(fù)向力作用在推進(jìn)器310上，為鏡體100提供負(fù)向位移的動力，以使鏡體100發(fā)生負(fù)向位移變形，將照射在鏡面上的光束進(jìn)行補償整形。在本發(fā)明實施例中，通過推進(jìn)器310、致動器320以及碟簧330相配合的伸展和收縮，使本發(fā)明實施例的變形鏡能夠形成理想的鏡曲面。致動器320是整個致動機構(gòu)的動力元件，采用壓電陶瓷材料制成，在安裝和使用的過程中，要防止壓電陶瓷材料被徑向的剪切力所破壞。錐形頂桿340采用圓錐形設(shè)計，其大直徑面開有和致動器320尾端相配合的定位孔，定位孔用于固定致動器320，以防止致動器320受到徑向剪切力。微調(diào)旋鈕350與錐形頂桿340的圓錐相配合，其外徑套有螺紋，螺紋與基座200的螺紋相配合，通過旋轉(zhuǎn)微調(diào)按鈕350來調(diào)節(jié)致動通道內(nèi)的預(yù)緊力，即螺紋能夠與基座200的致動通道的尾端螺紋相配合，從而在安裝微調(diào)旋鈕350后可以將致動通道內(nèi)配件封裝。鎖定塊360安裝在整個致動通道的最尾端，具有與錐形頂桿340尾端形狀相配合的孔，用于固定錐形頂桿340的尾端。錐形頂桿340尾端宜選用多邊形、橢圓形或其他不規(guī)則形狀，不宜選用易滑動的圓形。鎖定塊360為與錐形頂桿340尾端相同形狀的鏤空設(shè)計，與錐形頂桿340尾端相配合，使錐形頂桿340在微調(diào)旋鈕350旋轉(zhuǎn)時，有能夠使用工具的空位，緊鄰微調(diào)旋鈕350的錐形頂桿340不發(fā)生從動旋轉(zhuǎn)，從而預(yù)防了剪切力在致動器320上產(chǎn)生徑向剪切力而破壞壓電陶瓷。在鎖定塊360安裝后，微調(diào)旋鈕350尾端開有四個小圓孔，通過使用與小圓孔相配的工具透過鎖定塊360對微調(diào)旋鈕350進(jìn)行旋調(diào)。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，申請人將其安裝方式介紹如下:首先將碟簧330安放在基座200的致動通道頂部。再將推進(jìn)器310的小直徑端插入碟簧330，并內(nèi)穿過基座200小開孔。將致動器320尾端安裝在錐形頂桿340頂端的開孔內(nèi)，確保致動器320在安裝后其軸向與錐形頂桿340的軸向重合。這樣是為了保證致動器320在加電后受力方向與軸向方向重合，從而保證致動器320受力均勻。再將連接有致動器320的錐形頂桿340放入微調(diào)旋鈕350的大直徑端。在整個錐形頂桿340外側(cè)做拋光處理以減小微調(diào)旋鈕350的轉(zhuǎn)動和錐形頂桿340的摩擦，減小錐形頂桿340的伴隨轉(zhuǎn)動。裝配在一起的錐形頂桿340和微調(diào)旋鈕350三角錐端和三角錐凹面端起到配合作用，此種設(shè)計是起到將微調(diào)旋鈕350托住錐形頂桿340而不自行發(fā)生負(fù)向位移，同時不阻礙微調(diào)旋鈕350的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。再將鎖定塊360的多邊形、橢圓形或其他不規(guī)則形狀開孔對準(zhǔn)錐形頂桿340的與其相同形狀的尾端，將錐形頂桿340的尾端插入鎖定塊360開孔。此時旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕350將微調(diào)旋鈕350旋入基座200的尾端，在旋轉(zhuǎn)安裝的過程中注意控制鎖定塊360的一端，以防止其旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)微調(diào)旋鈕350旋轉(zhuǎn)基本到位后停止旋轉(zhuǎn)，將鎖定塊360的四腳螺絲進(jìn)行固定，在固定過程中要注意四腳螺絲的受力均衡，在此過程中可以使用扭力扳手將螺絲固定。當(dāng)鎖定塊360安裝到位后，整個致動裝置300的致動通道內(nèi)的配件基本安裝完畢。此時旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕350調(diào)節(jié)其旋入基座200尾端的旋入量，從而控制整個致動通道內(nèi)的預(yù)緊力大小。微調(diào)旋鈕350調(diào)節(jié)到位后整個致動裝置300就安裝完畢。再將致動裝置300和鏡體100進(jìn)行交接就可以完成整個變形鏡的安裝。根據(jù)本發(fā)明的變形鏡，具有結(jié)構(gòu)模塊化的特點，調(diào)節(jié)精度較高，且其中的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，具有耐用可靠優(yōu)點，同時該變形鏡便于安裝和維修，可廣泛應(yīng)用于光盤裝置、視頻放映機、數(shù)碼相機等光學(xué)系統(tǒng)中。流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。此外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種變形鏡，其特征在于，包括: 鏡體，所述鏡體在受力時發(fā)生變形； 基座，所述基座包括至少一個致動通道；和 至少一個致動裝置，所述致動裝置一一對應(yīng)地安裝與所述至少一個致動通道中，用于控制所述鏡體變形，其中，所述致動裝置進(jìn)一步包括: 推進(jìn)器，所述推進(jìn)器與所述鏡體相連，對所述鏡體施加作用力； 致動器，所述致動器與所述推進(jìn)器相連，當(dāng)所述致動器伸展時，所述致動器推動所述推進(jìn)器產(chǎn)生正向位移； 碟簧，所述碟簧位于所述推進(jìn)器與所述致動器之間，當(dāng)所述致動器收縮時，所述碟簧推動所述推進(jìn)器產(chǎn)生負(fù)向位移； 錐形頂桿，所述錐形頂桿的大直徑面開有和所述致動器尾端相配合的定位孔，所述定位孔用于固定所述致動器，以防止所述致動器受到徑向剪切力；和 微調(diào)旋鈕，所述微調(diào)旋鈕外徑套有螺紋，所述螺紋與所述基座的螺紋相配合，通過旋轉(zhuǎn)所述微調(diào)按鈕來調(diào)節(jié)所述致動通道內(nèi)的預(yù)緊力。
2.按權(quán)利要求1所述的變形鏡，其特征在于，還包括:鎖定塊，所述鎖定塊具有與所述錐形頂桿尾端形狀相配合的孔，用于固定所述錐形頂桿的尾端，以使當(dāng)所述微調(diào)旋鈕旋轉(zhuǎn)時，緊鄰所述微調(diào)旋鈕的所述錐形頂桿不發(fā)生從動旋轉(zhuǎn)。
3.按權(quán)利要求1所述的變形鏡，其特征在于，所述錐形頂桿尾端為多邊形、橢圓形或其他不規(guī)則形狀。
4.按權(quán)利要求1所述的變形鏡，其特征在于，所述微調(diào)旋鈕尾端開有四個小圓孔，所述鎖定塊安裝后，通過使用與所述小圓孔相配的工具透過所述鎖定塊對所述微調(diào)旋鈕進(jìn)行旋調(diào)。
5.按權(quán)利要求1所述的變形鏡，其特征在于，所述致動器采用壓電陶瓷材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提出一種變形鏡，包括鏡體、包括至少一個致動通道的基座和至少一個致動裝置，致動裝置一一對應(yīng)地安裝與致動通道中，用于控制鏡體變形，其中致動裝置包括推進(jìn)器，該推進(jìn)器用于對鏡體施加作用力；致動器，當(dāng)致動器伸展時推動推進(jìn)器產(chǎn)生正向位移；碟簧，該碟簧位于推進(jìn)器與致動器之間，當(dāng)致動器收縮時推動推進(jìn)器產(chǎn)生負(fù)向位移；錐形頂桿，該錐形頂桿的大直徑面開有和致動器尾端相配合的定位孔，定位孔用于固定致動器，以防止致動器受到徑向剪切力；以及微調(diào)旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)微調(diào)按鈕來調(diào)節(jié)致動通道內(nèi)的預(yù)緊力。根據(jù)本發(fā)明的變形鏡，保護(hù)了內(nèi)部壓電陶瓷部件，具有耐用可靠、易于安裝的優(yōu)點。
文檔編號G02B26/06GK103091834SQ20131005485
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者黃磊, 鞏馬理, 閆平, 薛嶠, 李騰浩, 柳強, 馮澤心, 康少男, 孫冶, 閆海波 申請人:清華大學(xué)