CN108415142A - 一种快速反射镜结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速反射镜结构，所述结构包括：镜片、柔性铰链、支撑柔杆、音圈电机和快反基座；其中，所述镜片背面中心与所述柔性铰链螺纹连接，所述镜片背面外径与支撑柔杆小头螺纹连接，支撑柔杆大头与所述音圈电机线圈部分螺纹连接，柔性铰链另一面和音圈电机永磁体部分以及快反基座螺纹连接；本发明提供的技术方案具有满足激光通信领域中对大口径高帧频快反镜的使用需求的优点。

Description

一种快速反射镜结构

技术领域

本发明涉及航天以及通信领域，尤其涉及一种快速反射镜结构。

背景技术

快速反射镜是自适应光学***和提高***跟瞄精度的关键器件。传统的两维的高速快反镜利用了分辨力约为纳米量级的压电驱动器驱动一块反射镜，由于反射镜的惯性比机架小很多，因而可以大幅调高谐振频率，与高帧频传感器相结合，就可以构成高精度的光学跟踪***，大大提高***的跟踪带宽和响应速度，同时又有极高的角分辨能力。在复合轴跟踪***中，就能对机架跟踪***的残余误差进行矫正，从而是光学跟踪***的精度成数量级地提高。

但是随着对高分辨率成像需要的不断提高，光学***的口径越来越大，传统快反镜的通光口径无法满足使用要求；激光通信中，对激光光束的指向要求很高，并且光束的口径往往很大，传统的快反镜的通过光口径同样无法满足使用要求。

发明内容

本申请提供一种快速反射镜结构。可以满足激光通信领域中对大口径高帧频快反镜的使用需求。

第一方面，提供一种快速反射镜结构，所述结构包括：镜片、柔性铰链、支撑柔杆、音圈电机和快反基座；其中，

所述镜片背面中心与所述柔性铰链螺纹连接，所述镜片背面外径与支撑柔杆小头螺纹连接，支撑柔杆大头与所述音圈电机线圈部分螺纹连接，柔性铰链另一面和音圈电机永磁体部分以及快反基座螺纹连接。

可选的，所述镜片的材料为铍。

可选的，所述支撑柔杆小头螺纹呈圆周阵列分布。

可选的，所述支撑柔杆大头呈圆周阵列分布。

可选的，所述柔性铰链为柔性材料。

可选的，所述音圈电机包括：

刚性磁通回路、永磁体、运动机构和管状线圈，其中运动机构与刚性磁通回路之间具有气隙。

本发明提供的结构采用了铍构成镜片，由于铍的比刚度很高，我们可以采用更薄轻量化铍镜，那么轻量化铍镜快反***的最大工作频率可以进一步提升，可以有效的提高快反***的带宽，满足激光通信领域中对大口径高帧频快反镜的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一较佳实施方式提供的快速反射镜结构图。

图2为本发明提供的音圈电机的结构示意图。

图3为本发明提供的快速反射镜结构的整体结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本快反的***的构成图如图1所示，图1中分别为：镜片1；柔性铰链2；支撑柔杆3；音圈电机4；快反基座5。其连接关系为镜片1背面中心与柔性铰链2螺纹连接，镜片1背面外径与支撑柔杆3的小头螺纹连接，支撑柔杆3的大头与音圈电机4的线圈部分螺纹连接，柔性铰链2另一面和音圈电机4的永磁体部分与快反基座5螺纹连接。

具体的，支撑柔杆3是镜片1与音圈电机4之间的过渡连接件，以实现音圈电机4对镜片1动作的差动控制。

优选的，镜片1背面外径上连接有四个支撑柔杆3，以确保可以确保镜片1的稳定支撑。

优选的，支撑柔杆3的小头螺纹呈圆周阵列分布，支撑柔杆3的大头呈圆周阵列分布，可以较好的约束音圈电机4与镜片1的位置关系，使四个音圈电机4在镜片1的背面呈“圆周均布”的结构。这种“圆周均布”可以较好的实现音圈电机4对镜片1动作的差动控制，从而更好的解耦镜片1动作，使得镜片1的俯仰方位转轴交点在光路中心。

优选的音圈电机4包括：刚性磁通回路、永磁体、运动机构和管状线圈，其中运动机构与刚性磁通回路之间具有气隙。该音圈电机的管状线圈与支撑柔杆3连接固定在镜片1(铍反射镜)背面，驱动镜片1。音圈电机4的永磁体与基板固定。

本申请的其技术要点如下：

采用铍构成的镜片以下简称为铍镜。

快反***的反射镜需要高刚度、轻质的材料和结构，铍是最轻最硬的金属之一，参见常用的光学材料参数，可以看出铍的密度只有1.85×10-6kg/mm3，刚度为28000kg/mm2，比刚度为15.1，接近微晶玻璃的4.1倍。这种质轻坚硬的反射镜材料适用于快速控制反射镜。

快反***的动态性能主要是平台的最大工作频率，取决于它的固有谐振频率，计算公式如下：

式中：f′＝带镜片的平台谐振频率Hz

f₀＝空载平台的谐振频率Hz

I_M＝镜片的转动惯量g·mm²

I₀＝平台的转动惯量g·mm²

式中：m＝镜片的质量g

H＝镜片的厚度mm

T＝支撑点到镜面距离mm

R＝镜片半径mm

以商品快反平台为例(I0＝18000g·mm²)，使用以相同直径(Ф80mm)和厚度(8mm)的50％轻量化铍镜和微晶反射镜对比，平台的基础估计两则的谐振频率对比为：

m__微晶＝100.53g

m__Be＝37.2g

IM__微晶＝55224.48g·mm²

IM__Be＝20435.2g·mm²

通过分析计算可知，使用轻量化铍镜的快反***的最大工作频率比同样外形尺寸的微晶要高很多，约为微晶的1.38倍。由于铍的比刚度很高，我们可以采用更薄轻量化铍镜，那么轻量化铍镜快反***的最大工作频率可以进一步提升，可以有效的提高快反***的带宽。

柔性铰链，该柔性铰链具有三个自由度，使用该种机构形式作为反射镜的支撑，能够很好的满足快反的动作需求，并且可以通过优化铰链的厚度和材料选择最大限度的降低快反动作的阻尼和迟滞，提高快反动作的帧频。

大通光口径，传统快反镜的通光口径一般为50mm，在光学***越来越大的情况下，很难满足光学***的新要求。本发明中使用了铍作为快反镜体的材料，通光口径达到200mm，铍的比刚度很大，在同样刚度的情况下，镜体的质量能够控制的很小，适用于高帧频的快反***；另外，传统反射镜的材料一般为光学玻璃，比刚度差，并且不易轻量化和细节加工，铍属于金属，可以对其进行机械加工，满足快反***一体化设计的需求。

大行程高精度，音圈电机是一种特殊形式的直接驱动电机，具有结构简单、体积小、高速、高加速度、响应快等特性，其工作原理是通过线圈放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。随着对高速、高定位精度***性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展，音圈电在许多不同形式的高加速、高帧频领域也得到了广泛的应用。这种音圈电机具有大行程和高精度的特点，能够较好的满足快反***中对行程和精度的要求。

以上对本发明实施例所提供的内容下载方法及相关设备、***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种快速反射镜结构，其特征在于，所述结构包括：镜片、柔性铰链、支撑柔杆、音圈电机和快反基座；其中，

所述镜片背面中心与所述柔性铰链螺纹连接，所述镜片背面外径与支撑柔杆小头螺纹连接，支撑柔杆大头与所述音圈电机线圈部分螺纹连接，柔性铰链另一面和音圈电机永磁体部分以及快反基座螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述镜片的材料为铍。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述支撑柔杆小头螺纹呈圆周阵列分布。

4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述支撑柔杆大头呈圆周阵列分布。

5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述柔性铰链为柔性材料。

6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述音圈电机包括：

刚性磁通回路、永磁体、运动机构和管状线圈，其中运动机构与刚性磁通回路之间具有气隙。