[发明专利]一种二维快速偏摆反射镜及其工作方法

说明书

本发明公开了一种二维快速偏摆反射镜及其工作方法，其特征在于包括：镜面支撑结构、第一柔性偏摆机构、第二柔性偏摆机构、传感驱动组件、底座和驱动控制系统；所述柔性偏摆机构组合后用于安装镜面支撑结构，传感驱动组件与驱动控制系统连接用于控制柔性偏摆机构执行偏摆动作，底座用于固定传感驱动组件和柔性偏摆机构。本发明的优点在于：具备装配简单、机构紧凑、空间利用率高、稳定性好、响应快、体积小，重量轻、刚度高的特点；增加了输出偏摆角的范围，使得反射镜具备较大的偏摆范围；测量精度高、占用空间小，能够间接测量偏摆输出角度，具备较高的偏摆角输出精度；提高了光束控制精度；具有较高的线性度和分辨率。

技术领域

本发明涉及光束控制技术领域，特别涉及一种二维快速偏摆反射镜及其工作方法。

背景技术

快速偏摆反射镜是现代光机电系统中的一类关键元器件，其主要功能是通过实时调整自身镜面角度来实现对光线的角度指向、扫描和稳定，已被广泛应用于空间激光通信、自适应光学、复合轴精密跟踪、天文望远镜、激光成像雷达、激光束稳定系统、共焦显微镜、激光扫描等领域。例如，在空间激光通信系统中，快速偏摆反射镜用于对光束进行实时调整和控制，可以保证激光通信链路的稳定。在自适应光学系统中，快速偏摆反射镜通过不断调整镜面角度来适应外界条件的变化，从而有效改善光斑成像质量。在上述应用系统中，为了获得良好的角度定位与跟踪控制效果，往往要求快速偏摆反射镜具有较大的偏摆范围、较高的角度分辨率、较快的响应能力、偏摆角度可自动检测、无轴间耦合与干扰等优点。

一般来说，快速偏摆反射镜的驱动方式不同，所获得的控制效果是不一样的。如，采用音圈驱动器可以获得大的扫描角度，但精度受限；而采用压电材料可以获得高精度的控制，但扫描角度范围有限。现有技术中某些快速偏摆反射镜因为机械结构复杂，容易引起两个偏摆方向之间出现耦合，进而影响光束控制精度。同时，空间结构的限制使得同时保证大角度的偏摆和高精度的角度控制变得十分困难。

一般情况下，快速偏摆反射镜内部很少集成有大体积的传感器，来自动检测并输出角位移信息。目前的技术是，在反射镜外部增加某些光学仪器，如自准直仪或者位置探测器件PSD等，进行直接测量，然而这种做法需要较大的操作空间，如果同时应用于其它光学系统中也容易与其它操作产生干涉。为此需要研制输出角度可自行测量的偏摆反射镜。

专利号为“201210434727.1”，专利名称为“一种二维快速控制反射镜”的中国发明专利采用粘贴应变片的方法，间接测量并输出角位移信息，但是基于应变片的测量方法精度有限，也限制了快速偏摆反射镜的偏摆角测量精度。

虽然电容传感器精度较高，但是如专利号为“201110290112.1”，专利名称为“基于双轴柔性铰链的高频响二维微角摆控制反射镜”的中国发明专利所公开的快速偏摆反射镜，利用驱动器两端驱动镜面产生偏摆动作，这种结构因受空间限制，无法安装高精度的电容传感器。

某些偏摆反射镜的镜面与驱动器驱动方向垂直放置，当温度大范围变化时会引起垂直于镜面方向的位移量，造成光路畸变。

专利号为“201510254501.7”专利名称为“旋转中心处于反射面的快速偏转反射镜控制机构及方法”的中国发明专利所公开的镜面与驱动器驱动方向平行放置，当温度大范围变化时会引起镜面的偏摆角位移。

因此，设计一种两维快速偏摆反射镜，使其满足结构紧凑、角度可自动检测并输出、偏摆范围大、偏摆精度高、无轴间耦合等要求，变得十分必要。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种二维快速偏摆反射镜及其工作方法，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：