薄膜型反射鏡面形的機械調整裝置的製作方法
2023-10-11 15:17:04
專利名稱：薄膜型反射鏡面形的機械調整裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於空間光學技術領域，涉及一種微量調整薄膜型反射鏡面形微量位移的裝置。
隨著空間光學技術的日益發展，對空間光學系統的輕量化提出越來越高的要求，薄膜型反射鏡是目前剛剛興起的一種實現空間光學系統的超輕量化的方法。目前美國剛剛製造出口徑500mm，厚2mm的模型鏡，這種超薄鏡的鏡面面形極易發生變化，必須用一個微量調整機構對面形進行調整，微量調整機構的位移步距需達到λ/20，以帶動鏡面實現λ/20(p-v)的局部調整，當使用zago幹涉儀進行檢測時，λ＝0.6328nm，微量調整機構的微動步距需達到30nm。在試驗階段，一個口徑400mm的鏡子至少需要20個點來調整，也就是需要20個微動機構。要真正將薄膜型鏡面應用於空間光學系統，需要做大量的實驗(從不同的口逕到不同的厚度)，美國使用壓電陶瓷作微量調整元件，通過對輸入電壓的控制，改變壓電陶瓷的伸縮量，帶動鏡子的某一點產生位移，從而使鏡子面形得到調整。由於壓電陶瓷價格昂貴(成品每個在400-500美元之間)，在經費比較缺乏的情況下，全部使用壓電陶瓷作微量調整元件是難以實現的。
本實用新型的目的是提供一種薄膜反射鏡面形的機械調整裝置，可以代替壓電陶瓷調整機構，或與壓電陶瓷調整機構配合使用，實現步距30nm微量移動。
本實用新型由底板，微動機構和螺紋套組成，在底板上安裝若干個微動機構，其數目由反射鏡口徑等因素決定，數目越多，調整的精度越高。每一個微動機構通過螺紋套固定在底板上。
圖1為本實用新型的結構圖。圖中17為底板，18為微動機構，19為螺紋套。
圖2為底板17結構示意圖。
本實用新型的微動結構18主要由頂塊、槓桿、調整支座和頂槓部分組成。頂塊下端安裝在調整支座的上部，上端放在薄膜型反射鏡待調整部位。安裝在調整支座下部的頂槓部分，使槓桿轉動，槓桿在轉動過程中，使頂塊產生位移，從而調整薄膜型反射鏡的步距。
圖3為本實用新型的微動結構示意圖。圖中1為薄膜反射鏡，2頂塊，3限位套，4調整支座，5壓簧座，6壓簧帽，7壓簧，8壓簧頂杆，9槓桿，10微調絲杆，11微調絲母，12手輪，14槓桿軸套，15槓桿軸，16磁鐵。
圖4為本實用新型槓桿9同調整支座4的連接關係及同頂塊2的配合圖。
圖5為本實用新型的頂槓部分同槓桿9裝配圖。
本實用新型的頂槓部分安裝在調整支座4的下部，槓桿9安裝在調整支座4的內部。頂槓部分由壓簧座5，壓簧帽6，壓簧7，壓簧頂杆8和微調絲相10，微調絲母11和手輪12構成。
微調絲母11固定在薄鏡調整支座4上，轉動手輪12使微調絲杆10旋轉，微調絲杆10旋轉時可沿軸向移動；壓簧7裝在壓簧頂杆8內，壓簧頂杆8可在壓簧座內沿軸向移動，在壓簧7力的作用下，壓簧頂杆8頂在槓桿9上，使得槓桿9隨微調絲杆10的移動而轉動。壓簧座5通過螺紋固定在薄鏡調整支座4上，壓簧帽6擰在壓簧座5中，通過調整壓簧帽6擰入的深度，改變壓簧的預緊力。壓簧頂杆8與微調絲杆10同軸。
槓桿9的形狀及固定方式如圖5所示槓桿9的頂端做成球面，球面的頂點是槓桿的一個工作點，槓桿9的下端是兩個平行的平面，微調絲杆10和壓簧頂杆8分別頂在這兩個平面上，頂點位置是槓桿的另一個工作點，槓桿軸15的轉軸中心將上下兩個工作點分成一定的比例，這個比例可以做成1∶6。槓桿其餘部分是圓柱形，將圓柱的下端砍掉一角，目的是使槓桿9在薄鏡調整支座4內有足夠的行程。槓桿9通過槓桿軸5固定在薄鏡調整支座4上。為了使槓桿9能夠轉動自如，同時又可控制槓桿9轉動時的晃動量，用槓桿軸套14壓住槓桿，通過螺母13來調整壓緊力，使槓桿9在最佳狀態下轉動，如圖4所示。
薄膜鏡的面形調整，最終是通過頂塊2的移動來實現的。頂塊2同薄膜鏡1用膠粘來連接，頂塊2和槓桿9之間用磁鐵16來連接。頂塊2的位移量最終決定了面形調整量，為了使頂塊移動時不晃動，做了一個限位套3固定在薄鏡調整支座4上，限位套3與頂塊2在加工時配研，使間隙很小，同時光潔度很高，使頂塊2能在限位套3內移動自如。
薄鏡調整支座4除用於固定零部件外，自身還起著粗調的作用，它的形狀由幾段直徑不同的圓柱體組成，在中間部位車有一段螺紋，當槓桿9微動的範圍不能滿足要求時，轉動薄鏡調整支座4，並帶動所有的零部件上下移動，使頂塊有較大範圍的移動，從而達到粗調的目的。
為了更清楚表述本實用新型，下面結合具體實例進一步說明。
首先槓桿9按1∶6的減速比設計，當微調絲杆10平移1mm時，槓桿2頂點平移1/6mm，槓桿上端做成直徑為8mm的球面，球面上端通過一塊磁鐵16於一個頂塊2相連。當槓桿2轉動時，在磁鐵16的吸附力的作用下，頂塊2在限位套3內上下移動。微調絲相10的螺距為0.5mm，手輪12的直徑50mm，按手輪12轉動的解析度為0.5mm計算，微調絲杆10可實現3μm的移動，經計算圓柱銷可實現步距為25nm的上下移動。
下面給出本實用新型實施例。
對於一個口徑為400mm的薄膜型反射鏡，要得到較好的面形，需20個點來支撐與調整，即內圈8個，外圈12個，每個支撐點都裝有一個步距為30nm的微量調整機構。如
圖12在一塊底板17上按要求打20個孔，每個孔內裝一個螺紋套19，每個螺紋套19用螺釘與底板17固定，將20個微動機構18的薄鏡調整支座4擰入每個孔中，再將各零部件裝入薄鏡調整支座4上。
本實用新型的工作過程如下轉動手輪12，微調絲杆移動，槓桿9在簧彈力的作用下隨微調絲杆的移動繞槓桿軸15轉動，槓桿9通過槓桿軸15固定在薄鏡調整支座4上。槓桿9兩端的工作點對轉軸的比例是1∶6。當微調絲杆10移動6mm時，槓桿9頂端移動1mm。槓桿頂端做成球面，通過一個薄磁鐵10與頂塊2相連，頂塊2用膠粘在玻璃上。調整鏡面的某一點時，其他點在磁力的作用下保持不動，只有當這一點的調整量過大，鏡子的彈力超過磁鐵16的吸力時，槓桿9才與頂塊2脫離。槓桿9在微動絲杆10的推動下繞槓桿軸15旋轉時，頂塊2在限位套3內上下移動，帶動薄膜鏡面上的對應點產生移動，從而使薄膜反射鏡的面形得到調整。
本實用新型具體特點1、槓桿上下工作點採用一定的傳動比，由微動絲杆推動，壓簧頂住槓桿，使槓桿隨微動絲杆的移動而轉動。
2、為了使鏡子進行面形調整時，各微動機構的調整點之間互不幹擾，頂塊與鏡子之間用膠粘固定連接，槓桿與頂塊間通過磁鐵來連接。當某一點頂塊向上移動頂鏡面時，其他各點在磁力的吸附下不發生移動，只有這一點頂塊移動量過大時，磁鐵與槓桿脫離。使用磁鐵連接的優點是可以保護玻璃不破碎，只要求磁鐵磁力的選擇適當即可。
3、槓桿頂部做成球面(或柱面)，作用有兩個，一是可保證槓桿與磁鐵間是點接觸或線接觸，使槓桿轉動靈活；二是當槓桿微量轉動時，其球面或柱面可近似成楔角很小的斜面，頂塊在這個斜面上滑動，形成微量的上下移動，從而得到25nm的微量位移。
4、本實用新型可實現粗微調兩種方式的調整，當微調的總行程不能滿足要求時，可通過粗調來達到要求。調整方法是轉動支架帶動頂塊上下移動。支架上螺紋螺距是1μm，可實現的最小移動量是2微米。
權利要求1.一種薄膜型反射鏡面形的機構調整裝置，其特徵是在底板17上通過螺紋套19，安裝有若干個微動機構18；微動機構18包含有頂塊2、槓桿9、調整支座4和頂槓部分，頂塊2通過限位套3安裝在調整支座4的上部，下端固定有磁鐵16，槓桿9的頂端為球面，是槓桿9的一個工作點，下端是兩個平行平面，為另一個工作點，並通過槓桿軸15安裝在調整支座4上，頂槓部分的微調絲杆10通過微調絲母11安裝在調整支座4的下部，一端安裝有手輪12，內部裝有壓簧7的壓簧頂杆8安裝在壓簧座5內，壓簧座5通過螺紋固定在調整支座4上，微調絲杆10和壓簧頂杆8分別頂在槓桿9下端的平面上，且在一條軸線上。
2.根據權利要求1所述的薄膜型反射鏡面形的機械調整裝置，其特徵是調整支座4由幾段不同的圓柱組成，中間部位有一段螺紋。
3.根據權利要求2所述的薄膜型反射鏡面形的機械調整裝置，其特徵是圓柱形槓桿9的下部砍掉一角。
4.根據權利要求2所述的薄膜型反射鏡面形的機械調整裝置，其特徵是用槓桿軸套14壓住槓桿9，並通過螺母13調整壓緊力。
5.根據權利要求2所述的薄膜型反射鏡面形的機構調整裝置，其特徵是壓簧帽6擰在壓簧座5中，改變太簧帽6的深度，改變壓簧7的預緊力。
專利摘要本實用新型屬於空間光學技術領域,是一種微量調整薄膜型反射鏡面形位移的裝置,是由底板、微動機構和螺紋套構成,在底板上安裝有若干個微動機構。每一個微動機構包含有頂塊、槓桿、支座和頂槓部分,頂槓部分中的微調絲杆位移時,在微調絲杆和壓簧頂杆共同作用下,槓桿繞槓桿軸旋轉,頂塊產生微小步距,從而調整薄膜型反射鏡面形。本實用新型採用機械結構,可實現先粗調後微調,具有成本低等特點。
文檔編號G02B5/08GK2473625SQ01220669
公開日2002年1月23日 申請日期2001年3月28日 優先權日2001年3月28日
發明者葉露, 吳東海, 馬軍, 餘景池 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所