CN106646858B - 单压电片执行器阵列驱动的变形镜 - Google Patents
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Abstract
一种单压电片执行器阵列驱动的变形镜，包括单压电片执行器阵列、设置在单压电片执行器阵列上方的镜面，单压电片执行器阵列包括多个固定于带通孔的基座上的单压电片执行器，每个单压电片执行器上均连接有支撑镜面用的连接柱，每个单压电片执行器包括弹性层和压电层，压电层的两面均覆盖有尺寸略小于压电层尺寸的电极层。本发明的单压电片执行器具有行程大、成本低的优点，产生的位移通过连接柱传递给镜面，使整个变形镜具有行程大、低成本的优点。
Description
技术领域
本发明属于光学器件领域，涉及一种单压电片执行器阵列驱动的变形镜，用在自适应光学系统作为波前校正器。
技术背景
变形镜作为自适应光学系统中的波前校正器，通过控制其镜面形貌对光路中的畸变波前进行校正，使系统达到衍射极限。变形镜的性能很大程度上决定了自适应光学系统的波前校正能力。各国科研机构投入大量的人力物力研制高性能的变形镜，目前主要有静电力驱动、电磁力驱动、热变形驱动、压电驱动等不同驱动形式的变形镜。其中压电驱动的变形镜具有频响高、性能稳定的优点。
传统的压电变形镜采用压电叠堆式执行器推动镜面变形，具有大行程、高频响、性能稳定，但压电叠堆执行器价格昂贵，限制了其应用。中国专利申请200710171222.X披露了一种压电驱动的可变形反射镜，包括底座上面的4个PZT压电驱动器，在4个PZT压电驱动器上面键合了带有4个支撑柱的硅反射镜面。其压电驱动器是通过切片机切割而成的陶瓷块，难以产生很大的位移行程。中国专利申200610167153.0披露了一种压电厚膜驱动的微变形镜，包括致动单元组成的微致动器阵列和镜面，其中致动单元由硅衬底、带有上下电极的压电陶瓷膜和链接凸台组成，在硅衬底背面设有与压电陶瓷膜相对应的孔。压电陶瓷膜的厚度10-50微米，镜面厚度为20-50微米的单晶硅膜片。所述微变形镜采用微加工方法制备，工艺复杂，难以实现高性能器件的制备。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种具有大行程、低成本、易于制作的单压电片执行器阵列驱动的变形镜。
一种单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：包括单压电片执行器阵列、设置在单压电片执行器阵列上方的镜面，单压电片执行器阵列包括多个固定于带通孔的基座上的单压电片执行器，每个单压电片执行器上均连接有支撑镜面用的连接柱，每个单压电片执行器包括弹性层和压电层，压电层的两面均覆盖有尺寸略小于压电层尺寸的电极层。本发明的单压电片执行器具有行程大、成本低的优点，产生的位移通过连接柱传递给镜面，使整个变形镜具有行程大、低成本的优点。
进一步，镜面表面覆盖有光学反射层，用于对光束进行校正。
进一步，单压电片执行器为圆形结构，压电层的直径略小于弹性层直径。
进一步，压电层设置在弹性层的上方，或者弹性层设置在压电层的上方。
进一步，与弹性层接触的电极层与弹性层连通，并连接于同一根电线上。
进一步，连接柱位于单压电片执行器的中心处。
进一步，单压电片执行器是蜂窝状排列或是矩阵式排列。
进一步，每个单压电片执行器下面均对应一个通孔并且同心设置，通过弹性层固定于基座上，弹性层的直径略大于通孔直径。
本发明的工作原理：当单压电片执行器阵列施加电压时，单压电片执行器产生离面位移，位移通过固定在单压电片执行器中心的支撑柱传递到镜面，使镜面产生变形，当多个单压电片执行器共同作用时，可使镜面产生与畸变波前相共轭的形状，实现对波前畸变的校正。
本发明的优点在于：
1.单压电片执行器具有行程大，成本低的优点，使整个变形镜具有大行程、低成本的优点。
2.结构简单，易于制作。
附图说明
图1是本发明的第一种结构示意图。
图2是本发明单压电片执行器的三维结构示意图。
图3是本发明基座的三维结构示意图。
图4是本发明的第二种结构示意图。
图5是本发明的第二种结构的三维示意图。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
参见图1，本实施例提供的单压电执行器阵列驱动的变形镜，包括镜面1、单压电片执行器阵列、连接柱3和基座4；所述单压电执行器阵列固定于带通孔41的基座4上，并通过连接柱3支撑镜面1。所述的单压电片执行器阵列由多个单压电片执行器2组成。每个单压电片执行器2是一圆形结构，包括弹性层22和压电层21，压电层21位于弹性层22之下，压电层21的直径略小于弹性层22直径，弹性层22直径略大于通孔41直径，弹性层22通过周边与基座4通过环氧胶粘接固定。压电层21覆盖有上电极层23和下电极层24，电极层23、24尺寸略微小于压电层21。下电极层24与弹性层22是连通的，各个电极可接在一起，同用一根电线。上电极层23可通过基座4的通孔41引出，各个电极分别控制。每个单压电执行器2的中心都有一根连接柱3，用于连接镜面1和单压电片执行器2。连接柱3为直径1毫米、长10毫米的陶瓷柱。镜面1表面覆盖光学反射层12用于对光束进行校正。本实施例中，镜面1采用直径75毫米、厚度为200微米的抛光硅片或石英硅片11。
图2单压电执行器的原理图，由直径15毫米、厚100微米的铜片弹性层22和直径10毫米、厚度80微米的压电层21粘接而成。压电层21两面覆盖圆形电极层，电极层23、24均为直径9毫米、厚5微米的银电极。
图3所示为基座4，采用铝合金或石英玻璃制作，直径75毫米厚度5毫米，中间均匀分布圆形通孔41，通孔41直径13毫米，通孔41排列方式可以为蜂窝状排列也可为矩形排列。
单压电片执行器2中的弹性层22和压电层21上下位置可调换，图4为压电层21在上弹性层22在下的方案，此时压电层21上电极层从镜面1与基座4之间引出。与压电层21在下弹性层22在上的方案比较，电极引出相对困难些。
图5为本发明所述19单元单压电片执行器阵列驱动的变形镜的三维图。当单压电片执行器阵列施加电压时，单压电片执行器2产生离面位移，位移通过固定在单压电片执行器2中心的支撑柱3传递到镜面，使变形镜产生变形，当多个单压电片执行器2共同作用时，可是镜面1产生与畸变波前相共轭的形状，实现对波前畸变的校正。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (7)
1.单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：包括单压电片执行器阵列、设置在单压电片执行器阵列上方的镜面，单压电片执行器阵列包括多个固定于带通孔的基座上的单压电片执行器，每个单压电片执行器上均连接有支撑镜面用的连接柱，每个单压电片执行器包括弹性层和压电层，压电层的两面均覆盖有尺寸略小于压电层尺寸的电极层，每个单压电片执行器下面均对应一个通孔并且同心设置，通过弹性层固定于基座上，弹性层的直径略大于通孔直径，压电层覆盖有上电极层和下电极层，下电极层与弹性层是连通的，各个电极接在一起，上电极层通过基座的通孔引出，各个电极分别控制。
2.如权利要求1所述的单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：镜面表面覆盖有光学反射层。
3.如权利要求1所述的单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：单压电片执行器为圆形结构，压电层的直径略小于弹性层直径。
4.如权利要求1～3之一所述的单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：压电层设置在弹性层的上方，或者弹性层设置在压电层的上方。
5.如权利要求4所述的单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：与弹性层接触的电极层与弹性层连通，并连接于同一根电线上。
6.如权利要求5所述的单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：连接柱位于单压电片执行器的中心处。
7.如权利要求6所述的单压电片执行器阵列驱动的变形镜，其特征在于：单压电片执行器是蜂窝状排列或是矩阵式排列。
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