一種基于微型音圈驅動器的緊湊型音圈變形鏡制造技術

本發明專利技術公開了一種基于微型音圈驅動器的緊湊型音圈變形鏡，屬于自適應光學領域。本申請考慮微音圈驅動器的輸出力相比常規的音圈驅動器小了兩到三個量級，采用聚酰亞胺替代常規所采用的玻璃、碳化硅等剛度系數大的材料做薄鏡面，為了使其滿足剛度要求，通過彈簧結構為其提供一定的剛度，并綜合考慮音圈變形鏡的結構參數、材料、工作電流等與音圈變形鏡的相位調制量、頻率等性能的相關性，平衡和優化結構參數，獲得綜合性能最佳的緊湊型音圈變形鏡。經過實驗驗證，本申請提供的單個微型驅動器可達到最大輸出力為1mN，電機常數0.032N

【技術實現步驟摘要】
一種基于微型音圈驅動器的緊湊型音圈變形鏡


[0001]本專利技術涉及一種基于微型音圈驅動器的緊湊型音圈變形鏡，屬于自適應光學領域。

技術介紹

[0002]自適應光學系統里重要的器件之一變形鏡，又稱變形反射鏡(deformable mirror，DM)，主要用于校正波前畸變，補償由于大氣湍流、重力和溫度等引起的光學系統像差的變化；在眼底視網膜高分辨率成像系統中，也可以用于補償人眼的像差，獲得視網膜細胞的高分辨率圖像。常見的變形鏡有分立促動器連續鏡面變形鏡、分塊拼接式變形鏡、雙壓電變形鏡、薄膜變形鏡、MEMS(Micro Electromechanical System，MEMS)變形鏡和自適應次鏡。其中應用最廣泛的是壓電變形鏡，但它受限于材料特性具有遲滯、調制量低、驅動電壓高且體積大等缺點，在眼底成像、生物顯微成像等系統中不具優勢，而基于音圈電磁驅動器的變形次鏡因其行程大、無遲滯、精度高、響應快等特點被多個大型望遠鏡系統采用，取得不錯的觀測效果。
[0003]1993年，意大利切特里天文臺的Piero Salinari首次提出使用音圈驅動器來控制自適應光學系統的可變形次鏡[P.Salinari,C.Del Vecchio and V.Biliotti,A study of an adaptive secondary mirror[C].in Proc.ESO Conference,ICO
?
16 Satellite Conference,Active and Adaptive Optics,August 1993]。他們在當時條件下可以將驅動器直徑做到25mm內，并且估算了單個驅動器的功率范圍為0.3W至0.5W。這種基于音圈驅動器的新型變形鏡簡化了自適應光學系統，提高了成像分辨率。2012年，具有1170個驅動器的可變形次鏡在VLT(Very Large Telescope，VLT)望遠鏡上安裝[BIASI R,ANDRIGHETTONI M,ANGERER G.VLT deformable secondary mirror:integration and electromechanical tests results[C]//Adaptive Optics Systems III.International Society for Optics and Photonics,2012,8447:84472G.]，鏡面直徑1.12m，響應時間0.5ms。這些變形鏡的音圈驅動器直徑從20mm到30mm不等，更適合地基大口徑光學望遠鏡的自適應次鏡。但音圈驅動器直徑過大，會限制音圈變形鏡在自適應光學系統中的應用。因此，研究基于微型音圈驅動器的變形鏡非常重要，它的高密度驅動器有利于高精度波前校正，從而獲得高分辨率圖像。
[0004]1997年，C.Divoux和O.Cugat研究了微型音圈可變形鏡[C.Divoux,O.Cugat,G.Reyne,J.Boussey
?
Said,and S.Basrour,"Deformable mirror using magnetic membranes:Application to adaptive optics in astrophysics,"IEEE Trans.Magn.34,3564
?
3567(1998).]，早期的設計受限于當時計算機和有限元分析的發展水平，電流引起的溫度升高非常明顯，綜合性能比較差。2006年，EJFernandez使用Imagine Eyes公司制造的MIRAO 52可變形鏡進行人眼像差校正[E.J.Fernandez,L.Vabre,B.Hermann,A.Unterhuber,B.Povazay,and W.Drexler,"Adaptive optics with a magnetic deformable mirror:applications in the human eye,"Opt.Express 14,8900
?
8917
(2006).]。但目前有關該公司的音圈變形鏡的文章主要是應用方面的報道，沒有理論和結構設計方面的報道。
[0005]常規音圈變形鏡的音圈驅動器直徑在20mm左右，結構尺寸比較大，且變形鏡的鏡面可以采用玻璃、碳化硅等材料，其本身有一定的剛度，因此，其驅動器可以采用多種結構來進行設計。而微音圈驅動器的直徑在毫米量級，約1～2mm左右，盡管微音圈驅動器給緊湊型音圈變形鏡的各種應用帶來了結構緊湊、驅動電壓低、校正精度高等優點，但也給設計帶來了困難：
[0006]1)微音圈驅動器的輸出力相比常規的音圈驅動器小了兩到三個量級，因此，不能用玻璃、碳化硅等剛度系數大的材料做薄鏡面；
[0007]2)微音圈驅動器和其鏡面之間如何連接才能使得微音圈驅動器既具有一定的剛度，又不能像常規音圈變形鏡有那么大的剛度。
[0008]3)一般應用要求變形鏡具有大的相位調制深度，這要求增大輸入電流，而大的電流會引起熱損耗引起溫度升高，微音圈驅動器及其排列如果設計不合理，會由于空間狹小、散熱不暢導致溫度升高，從而導致薄鏡面面形變化，影響校正效果和成像質量。
[0009]4)以往文獻報道的只側重于緊湊型音圈變形鏡的某一項性能的提升。而音圈變形鏡的結構參數、材料、工作電流等與音圈變形鏡的相位調制量、頻率等性能密切相關；而且，隨著自適應光學技術在眼底視網膜成像、超分辨顯微成像、激光大氣傳輸等等應用對光束質量的要求提高，減小音圈變形鏡的體積，提高其綜合性能非常關鍵。
[0010]因此，考慮應用對微型音圈驅動器的緊湊型變形鏡的性能指標的理論要求，如何平衡和優化設計結構參數，獲得綜合性能最佳的緊湊型音圈變形鏡成為一個亟待解決的難題。

技術實現思路

[0011]為了提供一種結構緊湊、驅動電壓低、校正精度高、波前校正能力更好的變形鏡，本申請提供了一種微型音圈驅動器，所述微型音圈驅動器直徑在毫米量級，包括：薄鏡、支柱、永磁體、音圈和彈簧；所述永磁體通過支柱與薄鏡相連，且所述彈簧套在所述支柱上；所述音圈與永磁體同軸，且位于其下方，與永磁體之間存在間隙。
[0012]可選的，所述薄鏡材料為聚酰亞胺。
[0013]可選的，所述薄鏡厚度20μm～50μm。
[0014]可選的，所述音圈的內半徑和外半徑均分別為0.2
±
0.02mm和2
±
0.2mm，高度設置為1
±
0.05mm。
[0015]可選的，所述永磁體的半徑為1
±
0.1mm，高度設置為0.2
±
0.02mm。
[0016]可選的，所述音圈為銅線圈。
[0017]可選的，所述銅線圈為線徑0.1mm銅漆包線。
[0018]本申請還提供一種基于微型音圈驅動器的緊湊型音圈變形鏡，所述變形鏡包括若干權利要求1
?
6所述的微型音圈驅動器和彈簧固定本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種微型音圈驅動器，其特征在于，所述微型音圈驅動器直徑在毫米量級，包括：薄鏡、支柱、永磁體、音圈和彈簧；所述永磁體通過支柱與薄鏡相連，且所述彈簧套在所述支柱上；所述音圈與永磁體同軸，且位于其下方，與永磁體之間存在間隙。2.根據權利要求1所述的微型音圈驅動器，其特征在于，所述薄鏡材料為聚酰亞胺。3.根據權利要求2所述的微型音圈驅動器，其特征在于，所述音圈的內半徑和外半徑均分別為0.2
±
0.02mm和2
±
0.2mm，高度設置為0.4
±
0.04mm。4.根據權利要求3所述的微型音圈驅動器，其特征在于，所述永磁體的半徑均為1
±
0.1mm，高度設置為0.2
±
0.02mm。5.根據權利要求3所述的微型音圈驅動器，其特征在于，所述音圈為銅線...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡立發，姜律，徐星宇，楊燕燕，馮佳濠，華晟驍，吳晶晶，黃楊，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：