CN116840993A - 一种用于组装变形镜的装置及变形镜组装方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于组装变形镜的装置，该装置用于变形镜驱动器大阵列与变形镜镜面高精度装配，包括：底座；气浮轴承，设置在底座上，用于支撑变形镜镜面及为变形镜镜面提供参考平面；其中，变形镜镜面上设置多个胶点，每个胶点上设置具有弹性的黏胶；定位环，套设于气浮轴承外侧；位移台，位于定位环上，且与定位环可拆卸连接；驱动器支撑座，设置于位移台内，用于支撑驱动器阵列；其中，通过调节位移台使驱动器阵列垂直向下或向上移动，使得驱动器阵列的粘接端与多个胶点一一对接，完成驱动器支撑座、驱动器阵列及变形镜镜面的组装。本公开还提供了一种变形镜的组装方法。

Description

一种用于组装变形镜的装置及变形镜组装方法

技术领域

本公开涉及变形镜组装技术领域，具体涉及一种用于组装变形镜的装置及变形镜组装方法。

背景技术

为了克服大气扰动等动态影响，获得接近***衍射极限的分辨率，20世纪50年代美国天文学家巴布科克(H.W.Babkock)首次提出了自适应光学***架构。自适应光学***有三个基本组成部分：波前传感器、波前控制器以及波前校正器，波前校正器的发展水平从某种意义上代表了自适应光学技术的发展水平，其工作的本质是改变入射光束的波前形状，主要通过变形镜实现。

变形镜由薄膜镜面、驱动器和基座组成。当入射光通过变形镜后，两个共辄的光波相互叠加，从而使畸变的相位误差得到补偿，输出近似于平面波的光波前，获得清晰图像，因此变形镜具有高精度、大口径、高速、高分辨率的特点，可用于实现新型高性能光学***。变形镜可分为连续镜面变形镜和分离镜面变形镜，分离镜面变形镜镜面相互独立，无法得到连续面形，波前拟合误差大，无法实现高精度，很少应用于自适应光学。连续镜面变形镜分为为整体驱动和分立驱动两种，整体驱动特点是，当控制信号作用于某一驱动器时，整个反射镜面都将产生变形，驱动器数量有限，只适用于校正低阶像差。分立驱动特点是当控制信号作用于一个驱动器时，只有该驱动器相邻区域产生局部变形，驱动器数量多，可用于校正各阶像差，因此成为自应光学***中应用最广的一种波前校正器。

针对连续表面分立驱动的变形镜安装，现有技术中的组装方法，多是将驱动器的粘接端浸入胶水中，然后将驱动器与镜面粘接。该过程会因人为因素，导致驱动器上胶水分布不均，或因胶水流动性无法停留在驱动器粘接面，胶量无法控制，胶水固化后导致镜面不水平，从而导致驱动器相对装配点位置的偏移。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种用于组装变形镜的装置及变形镜组装方法，旨在解决驱动器上胶水分布不均及因胶水流动性无法停留在驱动器粘接面等技术问题。

本公开的第一个方面提供了一种用于组装变形镜的装置，该装置用于变形镜驱动器大阵列与变形镜镜面高精度装配，包括：底座；气浮轴承，设置在底座上，用于支撑变形镜镜面及为变形镜镜面提供参考平面；其中，变形镜镜面上设置多个胶点，每个胶点上设置具有弹性的黏胶；定位环，套设于气浮轴承外侧；位移台，位于定位环上，且与定位环可拆卸连接；驱动器支撑座，设置于位移台内，用于支撑驱动器阵列；其中，通过调节位移台使驱动器阵列垂直向下或向上移动，使得驱动器阵列的粘接端与多个胶点一一对接，完成驱动器支撑座、驱动器阵列及变形镜镜面的组装。

进一步地，位移台为手动位移台或电动位移台。

进一步地，位移台包括：下底座，位于定位环上，且与定位环可拆卸连接；传动装置，位于下底座上，且与下底座可拆卸连接；上底座，位于传动装置上，且与传动装置可拆卸连接；其中，上底座和下底座的上下表面具有高平整度。

进一步地，传动装置包括：多个法兰盘，与下底座可拆卸连接；多个螺杆，与多个法兰盘一一对应且一体成型，用于支撑上底座；多个滚花螺母，与多个螺杆一一对应连接，用于调节上底座向下或向上垂直移动。

进一步地，传动装置包括多个电驱动柱，其中，每个电驱动柱的高度可调。

进一步地，定位环的上表面设置点胶参考点，该点胶参考点为设置多个胶点的阵列化排布的初始参考位置。

进一步地，定位环的上表面设置多个凸台，每个凸台的高度偏差小于0.01mm；定位环的中间开孔的上下孔径大小不同，该中间开孔的上孔径尺寸与变形镜镜面尺寸一致，下孔径尺寸与气浮轴承的尺寸保持一致。

进一步地，气浮轴承上表面的最高点与最低点的高度差值小于1μm。

进一步地，位移台、驱动器支撑座、定位环及底座由高强度材料制备而成。

本公开提供的第二个方面提供了一种基于本公开实施例第一个方面提供的用于组装变形镜的装置的变形镜组装方法，包括：将通过减薄抛光工艺制备的变形镜镜面悬浮放置于气浮轴承的参考平面上，并将定位环套设于气浮轴承外侧；利用点胶设备在变形镜镜面的上表面设置多个胶点，并在多个胶点上一一设置具有弹性的黏胶；将驱动器阵列安装至驱动器支撑座上，并将驱动器支撑座设置于位移台的上底座；将装有驱动器阵列的位移台安装于定位环上，并调节位移台使驱动器阵列垂直向下或向上移动，使得驱动器阵列的粘接端与多个胶点一一对接，完成驱动器支撑座、驱动器阵列及变形镜镜面的组装。

本公开提供的一种用于组装变形镜的装置及变形镜组装方法，该装置包括底座、气浮轴承、定位环、驱动器位移台及变形镜底座，通过精密加工优化的装配装置，以确保镜面的高平整度，实现驱动器和镜面的高精度装接，提高了变形镜面形拟合性能，为变焦稳像***、激光核聚变***、空间光通信***、极致自适应光学***等提供高端连续表面分立驱动的变形镜。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本公开一实施例的用于组装变形镜的装置的结构示意图；

图2示意性示出了根据本公开一实施例的驱动器支撑座与驱动器阵列的结构示意图；

图3示意性示出了根据本公开一实施例的变形镜组装方法的流程示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本公开的实施例提供的一种用于组装变形镜的装置，该装置可确保在变形镜镜面上通过点胶机进行点胶，保证每个胶点处设置的黏胶大小一致，然后将驱动器与胶点精确对准，实现变形镜的高精度装配，使用固化后具有弹性的黏胶实现镜面的保护。同时，该装配装置可以同时对多个驱动器进形装配，提高组装效率。

下面参照附图详细描述本公开实施例的用于组装变形镜的装置。

图1示意性示出了根据本公开一实施例的用于组装变形镜的装置的结构示意图。图2示意性示出了根据本公开一实施例的驱动器支撑座与驱动器阵列的结构示意图。

如图1所示，该用于组装变形镜的装置100包括：底座10、气浮轴承20、变形镜镜面30、定位环40、位移台50、驱动器支撑座60及驱动器阵列70。其中，该装置100适用于变形镜驱动器大阵列与变形镜镜面高精度装配。

本公开的实施例中，底座10设置在水平安装台上，以保证底座10的表面的水平性。气浮轴承20固定设置于底座10上，用于支撑变形镜镜面30及为变形镜镜面30提供参考平面；其中，变形镜镜面30上设置多个胶点，每个胶点上设置具有弹性的黏胶。定位环40，套设于气浮轴承20外侧，且与底座10紧配。位移台50，位于定位环40上，且与定位环40可拆卸连接，其用于确保驱动器阵列70和变形镜镜面30装配点的高精度对准。驱动器支撑座60，设置于位移台50内，用于支撑驱动器阵列70，确保驱动器阵列的位置排布。其中，通过调节位移台50使驱动器阵列70垂直向下或向上移动，使得驱动器阵列70的粘接端710与变形镜镜面30上的多个胶点一一对接，完成驱动器支撑座60、驱动器阵列70及变形镜镜面30的组装。

具体地，气浮轴承20的环形表面上设置第一孔位210，定位环40上设置与第一孔位210对应的第二孔位420，第一孔位210与第二孔位420用于向气浮轴承20接入气管，以便于向气浮轴承20内输入气体，使得变形镜镜面30悬浮于气浮轴承20上，以使变形镜镜面30与气浮轴承20的参考平面间无摩擦，保护变形镜镜面30下方的反射膜。

具体地，变形镜镜面30上多个胶点的大小相同，同时每个胶点对应的黏胶为厚度小于0.1mm的薄胶层，以减小黏胶固化后对镜面的影响，保障变形镜镜面30的静态平整度。另外，多个胶点的位置排布与驱动器阵列70中驱动器的排布相同，两者位置误差小于0.01mm。在每个胶点的位置设置具有弹性的黏胶，以实现驱动器与镜面的粘接，以保护变形镜镜面30不被驱动器阵列70大冲力破坏，保证动态变形的灵活性，提高变形镜的可靠性。

具体地，定位环40上表面四周设置多个凸台410，每个凸台410的高度偏差小于0.01mm，保证驱动器阵列70垂直向变形镜镜面30移动。另外，定位环40的中间开孔的上下孔径大小不同，该中间开孔的上孔径尺寸与变形镜镜面30尺寸一致，下孔径尺寸与气浮轴承20的尺寸保持一致，以保证变形镜镜面30固定不动。

根据本公开的实施例，位移台50可以为手动位移台或电动位移台，以用于调节驱动器阵列70垂直向下或向上移动，实现驱动器阵列70与变形镜镜面30的组装。

如图1所示，该位移台50为手动位移台时，位移台50具体包括：下底座510、传动装置520及上底座530。其中，下底座510与上底座530的上下表面具有高平整度。

下底座510位于定位环40上，且与定位环40可拆卸连接，该下底座510为环形结构，其中间的开孔与定位环40中间的开孔对应。具体地，定位环40上的每个凸台410上设置螺孔，该螺孔与下底座510上设置的螺孔一一对应，通过在该螺孔内设置螺钉以实现定位环40与下底座510固定连接。本公开的实施例中，由于定位环40上多个凸台410的设置，便于观察驱动器阵列70与变形镜镜面30上的多个胶点的对接过程。

传动装置520位于下底座510上，且与下底座510可拆卸连接。具体地，该传动装置520包括：多个法兰盘521、多个螺杆522及多个滚花螺母523。具体地，多个法兰盘521与下底座510通过螺钉可拆卸连接。多个螺杆522与多个法兰盘521一一对应且一体成型，用于支撑上底座530，其中，每个螺杆522外侧设置外螺纹。多个滚花螺母523与多个螺杆522一一对应连接，具体为每个滚花螺母523内部设置与螺杆522上的外螺纹配置的内螺纹，其用于调节位移台50向下或向上垂直移动。其中，通过调节传动装置520以使上底座530垂直向下或向上移动，以实现驱动器支撑座60及驱动器阵列70垂直向变形镜镜面30移动。需说明的是，传动装置520的高度大于驱动器阵列70的高度，以通过调节滚花螺母523实现驱动器阵列70垂直向变形镜镜面30移动。

上底座530位于传动装置520上，且与传动装置520可拆卸连接，上底座530为实心圆盘结构，用于固定驱动器支撑座60。具体地，上底座530上设置多个孔位，多个孔位一一与螺杆522对应，以使螺杆522可贯穿于上底座530上的多个孔位，便于驱动器支撑座60与驱动器阵列70的位置可调节。

如图2所示，驱动器阵列70安装于驱动器支撑座60上，具体安装于驱动器支撑座60的下表面。将驱动器阵列70安装于驱动器支撑座60的下表面后，然后通过螺钉将驱动器支撑座60安装于上底座530上，以使驱动器支撑座60与上底座530紧配。

本公开的实施例中，该该位移台50为电动位移台时，其与手动位移台的区别在于传动装置520包括多个电驱动柱，即多个电驱动柱设置于下底座510与上底座530之间，其中，每个电驱动柱的高度可调。

具体地，可以通过控制器实现对多个电驱动柱的电控制，完成电动调节多个电驱动柱的高度，以实现驱动器支撑座60及驱动器阵列70垂直向变形镜镜面30移动。该控制过程可以实现驱动器阵列70垂直向变形镜镜面30移动距离精准可控，以完成驱动器阵列70与变形镜镜面30高精度的组装。

本公开的实施例中，气浮轴承20的参考平面无摩擦，以保护变形镜镜面30反射膜。同时，气浮轴承20上表面的平面最高点与最低点的高度差值(PV值)小于1μm，以保证变形镜镜面30高平整度。

本公开的实施例中，为保证变形镜镜面30上的胶点呈阵列化排布，定位环40的上表面设置点胶参考点，该点胶参考点为变形镜镜面30上设置多个胶点的阵列化排布的初始参考位置，方便计算多个胶点的阵列化排布位置。

进一步地，位移台50、驱动器支撑座60、定位环40及底座10由高强度材料制备而成，并进行精密加工，每个部件的加工尺寸误差小于0.02mm，以保证高精度装配。其中，该高强度材料可以为不锈钢、铝等。

需说明的是，本公开的实施例提供的该装置中各部件的具体尺寸可以根据变形镜镜面的尺寸进行设定，本公开的实施例对各部件的具体尺寸不做限定。另外，本公开的实施例中所示的可拆卸连接包括但不仅限于通过螺钉实现可拆卸连接，还可以通过黏胶或其他常规可拆卸连接手段等实现可拆卸连接。

本公开的另一方面提供了一种变形镜的组装方法，该方法基于如图1所示的组装装置100实现。如图3所示，该方法具体包括：步骤S301～S304。

S301，将通过减薄抛光工艺制备的变形镜镜面30放置于气浮轴承20的上表面，并将定位环40套设于气浮轴承20外侧。

本公开的实施例中，通过减薄抛光制备变形镜镜面30，变形镜镜面30下方为镀膜面，该镜面悬浮放置于气浮轴承20的参考平面上。然后安装定位环40，具体将定位环40套设于气浮轴承20外侧，且将定位环40底部的螺孔与底座10上的螺孔通过螺钉连接，确保变形镜镜面30固定于参考平面上，保持变形镜镜面30不动，以确保高精度装配。

S302，利用点胶设备在变形镜镜面30的上表面设置多个胶点，并在多个胶点上一一设置具有弹性的黏胶。

本公开的实施例中，通过点胶设备在变形镜镜面30镜面上表面设置多个胶点，确保每个胶点处设置的黏胶大小相同，同时黏胶为厚度小于0.1mm的薄胶层，以减小黏胶固化后对镜面的影响，保障变形镜镜面30的静态平整度。多个胶点的位置排布与驱动器阵列中驱动器的排布相同，位置误差小于0.01mm。然后使用固化后具有弹性的黏胶，以实现驱动器与镜面的粘接，以保护变形镜镜面不被驱动器阵列大冲力破坏，保证动态变形的灵活性，提高变形镜的可靠性。

S303，将驱动器阵列70安装至驱动器支撑座60上，并将驱动器支撑座60设置于位移台50的上底座530。

本公开的实施例中，将驱动器阵列70安装至驱动器支撑座60上，并将驱动器支撑座60设置于位移台50的上底座530，使得驱动器支撑座60与上底座530紧配。

S304，将装有驱动器阵列70的位移台50安装于定位环40上，并调节位移台50使驱动器阵列70垂直向下或向上移动，使得驱动器阵列70的粘接端710与多个胶点一一对接，完成驱动器支撑座60、驱动器阵列70及变形镜镜面30的组装。

本公开的实施例中，将装有驱动器阵列70的位移台50安装于定位环40上，通过调节位移台50中的传动装置520实现驱动器阵列70垂直镜面向下移动，将驱动器阵列的粘接端710与胶点对接，同时传动装置520中的滚花螺母起到支撑作用，保护镜面不会受到驱动器阵列70和驱动器支撑座60的压力，避免变形镜镜面30被破坏。另外，传动装置520中的螺杆做为滑动轨道，可以确保驱动器阵列中的粘接端710与胶点高精度对准。

需说明的是，该方法采用如图1～图2所示的组装装置实现，该装置100的具体结构此处不再详细赘述。

本公开的实施例提供的一种用于组装变形镜的装置及组装方法，该装置通过精密加工优化的装配装置，以确保镜面的高平整度，实现驱动器和镜面的高精度装接，提高了变形镜面形拟合性能，为变焦稳像***、激光核聚变***、空间光通信***、极致自适应光学***等提供高端连续表面分立驱动的变形镜。

尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (10)

1.一种用于组装变形镜的装置，其特征在于，该装置用于变形镜驱动器大阵列与变形镜镜面高精度装配，包括：

底座(10)；

气浮轴承(20)，设置在所述底座(10)上，用于支撑变形镜镜面(30)及为所述变形镜镜面(30)提供参考平面；其中，所述变形镜镜面(30)上设置多个胶点，每个胶点上设置具有弹性的黏胶；

定位环(40)，套设于所述气浮轴承(20)外侧；

位移台(50)，位于所述定位环(40)上，且与所述定位环(40)可拆卸连接；

驱动器支撑座(60)，设置于所述位移台(50)内，用于支撑驱动器阵列(70)；

其中，通过调节所述位移台(50)使所述驱动器阵列(70)垂直向下或向上移动，使得所述驱动器阵列(70)的粘接端与所述多个胶点一一对接，完成所述驱动器支撑座(60)、所述驱动器阵列(70)及所述变形镜镜面(30)的组装。

2.根据权利要求1所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述位移台(50)为手动位移台或电动位移台。

3.根据权利要求2所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述位移台(50)包括：

下底座(510)，位于所述定位环(40)上，且与所述定位环(40)可拆卸连接；

传动装置(520)，位于所述下底座(510)上，且与所述下底座(510)可拆卸连接；

上底座(530)，位于所述传动装置(520)上，且与所述传动装置(520)可拆卸连接；其中，所述上底座(530)和所述下底座(510)的上下表面具有高平整度。

4.根据权利要求3所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述传动装置(520)包括：

多个法兰盘(521)，与所述下底座(510)可拆卸连接；

多个螺杆(522)，与所述多个法兰盘(521)一一对应且一体成型，用于支撑所述上底座(530)；

多个滚花螺母(523)，与所述多个螺杆(522)一一对应连接，用于调节所述上底座(530)向下或向上垂直移动。

5.根据权利要求3所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述传动装置(520)包括多个电驱动柱，其中，每个电驱动柱的高度可调。

6.根据权利要求1所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述定位环(40)的上表面设置点胶参考点，所述点胶参考点为设置所述多个胶点的阵列化排布的初始参考位置。

7.根据权利要求1所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述定位环(40)的上表面设置多个凸台(410)，每个凸台(410)的高度偏差小于0.01mm；所述定位环(40)的中间开孔的上下孔径大小不同，该中间开孔的上孔径尺寸与所述变形镜镜面(30)尺寸一致，下孔径尺寸与所述气浮轴承(20)的尺寸保持一致。

8.根据权利要求1所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述气浮轴承(20)上表面的最高点与最低点的高度差值小于1μm。

9.根据权利要求1所述的用于组装变形镜的装置，其特征在于，所述位移台(50)、所述驱动器支撑座(60)、所述定位环(40)及所述底座(10)由高强度材料制备而成。

10.一种基于权利要求1～9中任一项所述的用于组装变形镜的装置的变形镜组装方法，包括：

将通过减薄抛光工艺制备的变形镜镜面(30)悬浮放置于气浮轴承(20)的参考平面上，并将定位环(40)套设于所述气浮轴承(20)外侧；

利用点胶设备在所述变形镜镜面(30)的上表面设置多个胶点，并在所述多个胶点上一一设置具有弹性的黏胶；

将驱动器阵列(70)安装至驱动器支撑座(60)上，并将所述驱动器支撑座(60)设置于位移台(50)的上底座(530)；

将装有驱动器阵列(70)的位移台(50)安装于定位环(40)上，并调节所述位移台(50)使驱动器阵列(70)垂直向下或向上移动，使得所述驱动器阵列(70)的粘接端与所述多个胶点一一对接，完成所述驱动器支撑座(60)、所述驱动器阵列(70)及变形镜镜面(30)的组装。