一种光路指向精密调节装置，包括支撑座、四个驱动器、两个刚性杆、四个柔性铰链、柔性片、转接板以及反射镜。驱动器包括菱形壳体、三个压电陶瓷、两个垫片。第一、第三驱动器对称位于支撑座第一平面上，第二、第四驱动器对称位于支撑座第二平面上，均通过螺钉连接。两个刚性杆的一端通过螺纹与第一、第三驱动器连接，另一端与柔性铰链通过螺纹连接。第二与第四驱动器分别与柔性铰链通过螺纹连接。四个柔性铰链分别与转接板通过螺母连接。柔性片、转接板、反射镜通过螺钉螺母连接，柔性片与支撑座通过螺钉连接。对四组驱动器施加不同的电压，四个柔性铰链会表现出不同的位移变化，从而驱动反射镜实现二维偏转，进而对光路指向进行精密调节。
1.一种光路指向精密调节装置，其特征在于，包括支撑座(1)、第一驱动器(2)、第二驱动器(3)、第三驱动器(4)、第四驱动器(5)、第一刚性杆(6)、第二刚性杆(7)、第一柔性铰链(8)、第二柔性铰链(9)、第三柔性铰链(10)、第四柔性铰链(11)、柔性片(12)、转接板(13)和反射镜(14)；
所述的支撑座(1)呈凸台型，由下至上分别为第一平面和第二平面；
所述的第一驱动器(2)和第三驱动器(4)分别通过螺钉对称固定在支撑座(1)的第一平面上，所述的第二驱动器(3)和第四驱动器(5)分别通过螺钉对称固定在支撑座(1)的第二平面上；
所述的第一刚性杆(6)和第二刚性杆(7)分别通过刚性杆的螺纹端与第一驱动器(2)和第三驱动器(4)固定，第一刚性杆(6)和第二刚性杆(7)的另一端分别通过螺纹与第一柔性铰链(8)和第三柔性铰链(10)柔性铰链固定；
所述的第二驱动器(3)、第四驱动器(5)分别通过螺纹与第二柔性铰链(9)和第四柔性铰链(11)固定；
所述的柔性片(12)的中心通过螺钉和所述的支撑座(1)连接；
所述的转接板(13)的周缘的四个通孔通过螺母与所述的第一柔性铰链(8)、第二柔性铰链(9)、第三柔性铰链(10)、第四柔性铰链(11)相连，所述的反射镜(14)通过螺钉和转接板(13)与柔性片(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的驱动器(2、
3、4、5)通过三个压电陶瓷(114、115、116)堆叠粘接。
3.根据权利要求1所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的刚性杆(6、
7)采用的是一端伸出端为螺纹杆、另一端为螺纹孔的结构。
4.根据权利要求1所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的柔性铰链(8、9、10、11)的两端为螺纹杆，中间为0.8mm细杆。
5.根据权利要求1所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的柔性片(12)的厚度为0.2mm，材料为铍青铜。
6.根据权利要求1所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的反射镜(14)为金属镜，材料为铝合金，反射面为椭圆形。
7.根据权利要求6所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的反射镜(14)截面为工字型结构，设有4个对称分布的螺纹孔作为机械接口。
8.根据权利要求1‑6任一所述的一种光路指向精密调节装置，其特征在于，所述的第一驱动器(2)、第二驱动器(3)、第三驱动器(4)和第四驱动器(5)均由菱形壳体(111)、第一垫片(112)、第二垫片(113)、第一压电陶瓷(114)、第二压电陶瓷(115)和第三压电陶瓷(116)组成。
一种光路指向精密调节装置
技术领域
[0001] 本发明属于精密光学机械结构设计技术领域，具体涉及一种光路指向精密调节装置，可以实现光学系统中光路指向精密调节。
背景技术
[0002] 光路指向精密调节装置是用于光学系统中光束指向精密调节的精密光学装置，要求具有高可靠性、指向精度高、稳定性好等特点。
[0003] 随着空间激光雷达、空间激光通信技术以及光学领域等都迫切需求精密定位指向反射镜，特别是空间环境下应用的高精度光路指向调节装置，对星间激光通信、空间激光遥感遥测等具有重要作用。
[0004] 在先技术1：发明名称一种对称结构压电驱动二维指向调整机构及转动平台角度调节方法，公开号CN109546887A公开。该发明采用四组位移放大单元对称分布于底座上，通过控制每个压电陶瓷促动器来驱动上面平台的转动，但是该发明的偏转角度受限于四个驱动器的外形尺寸，其位移放大倍数有限，调节范围有限。并且该平台中间缺乏一个旋转的支点，这个缺点导致该机构的线性度不好，平台的稳定性和精度也会受到影响。
发明内容
[0005] 本发明为克服现有技术不足，提供一种光路指向精密调节装置，能够实现光路指向精密调节，具有指向精度高、稳定性好、线性度优的特点。
[0006] 本发明的技术解决方案如下：
[0007] 一种光路指向精密调节装置，包括支撑座、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第一刚性杆、第二刚性杆、第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链、柔性片、转接板、反射镜。其中，第一和第三驱动器分别通过螺钉对称固定在支撑座的第一平面上。第二和第四驱动器分别通过螺钉对称固定在支撑座的第二平面上。第一和第二刚性杆分别通过刚性杆的螺纹端与第一和第三驱动器固定，第一和第二刚性杆的另一端分别通过螺纹与第一和第三柔性铰链固定。第二、第四驱动器分别通过螺纹与第二和第四柔性铰链固定。柔性片通过螺钉与支撑座连接。转接板位于柔性片和反射镜之间，通过螺纹连接固定。第一、第二、第三、第四柔性铰链通过螺纹与转接板周缘四个通孔固定。
[0008] 优选地，驱动器通过三个压电陶瓷堆叠粘接。
[0009] 优选地，支撑座上分布着两两对称分布的凹面，用来限制四个菱形压电陶瓷驱动器的位置。
[0010] 优选地，两个刚性杆采用的是一端伸出端为螺纹杆、另一端为螺纹孔的结构。
[0011] 优选地，四个柔性铰链两端为螺纹杆，中间为0.8mm细杆。
[0012] 优选地，旋转柔性片的厚度为0.2mm。
[0013] 优选地，旋转柔性片的材料为铍青铜。
[0014] 优选地，反射镜为金属镜，材料为6061‑T651，反射面为椭圆形结构。
[0015] 优选地，反射镜截面为工字型结构，所述的反射镜的机械接口为4个对称分布的螺纹孔。
[0016] 本发明与现有技术相比，有益效果在于：
[0017] (1)采用对称分布的压电陶瓷驱动器的驱动方式，具有出力大、响应快、分辨率高的特点。
[0018] (2)驱动器由三个压电陶瓷串联堆叠粘接组成，可以将增加驱动器的位移。
[0019] (3)通过菱形壳体将压电陶瓷的水平位移转换竖直方向的位移，并能够实现位移的放大，放大倍数为6‑10倍。
[0020] (4)本发明提供的驱动器，第一垫片和第二垫片位于菱形壳体和压电陶瓷之间，可以通过改变垫片的厚度来实现对压电陶瓷施加不同的预紧力，这样可使得压电陶瓷的效率达到最大。
[0021] (5)四个驱动器两两对称分布在中心支撑座的不同平面上，通过两个刚性杆来使4个柔性铰链位于同一平面，这样设计可使4个支点所构成的圆直径不受压电陶瓷尺寸的限制，进而可以扩大平台调整角度。
[0022] (6)本发明提供的柔性片，中间通过螺钉与支撑座相连，柔性片周缘与转接板相连，这样设计可以使得反射镜有一个绕中心旋转的支点，并且柔性片厚度为0.2mm，材料选用高强弹性材料的铍青铜，这样设计可以保证反射镜的偏转角度随驱动电压的变化呈线性关系，同时能够保证反射镜在偏转的过程中具有精度高，稳定性好，线性度优的特点。
附图说明
[0023] 图1为本发明实施例一种光路指向精密调节装置正等轴侧图。
[0024] 图2为本发明实施例一种光路指向精密调节装置主视图。
[0025] 图3为本发明实施例一种光路指向精密调节装置左视图。
[0026] 图4为本发明实施例一种光路指向精密调节装置主视图中A‑A面剖视图。
[0027] 图5为本发明实施例一种光路指向精密调节装置去掉金属铝镜后的俯视图。
[0028] 图6为本发明实施例一种光路指向精密调节装置中菱形压电陶瓷驱动器结构示意图。
[0029] 图7为本发明实施例一种光路指向精密调节装置中菱形压电陶瓷驱动器位移变化示意图。
[0030] 图8为本发明实施例一种光路指向精密调节装置中心支撑座结构示意图。
[0031] 图9为本发明实施例一种光路指向精密调节装置中心支撑座俯视图。
[0032] 图中标号：1‑支撑座；2‑第一驱动器；3‑第二驱动器；4‑第三驱动器；5‑第四驱动器；6‑第一刚性杆；7‑第二刚性杆；8‑第一柔性铰链；9‑第二柔性铰链；10‑第三柔性铰链；11‑第四柔性铰链；12‑柔性片；13‑转接板；14‑反射镜；15‑外六角螺钉；16‑螺母；111‑菱形壳体；112‑第一垫片；113‑第二垫片；114‑第一压电陶瓷；115‑第二压电陶瓷；116‑第三压电陶瓷。
具体实施方式
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034] 下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步详细地说明。
[0035] 如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供的一种光路指向精密调节装置，包括支撑座1、第一驱动器2、第二驱动器3，第三驱动器4、第四驱动器5、第一刚性杆6、第二刚性杆7、第一柔性铰链8、第二柔性铰链9、第三柔性铰链10、第四柔性铰链11、柔性片12、转接板13、反射镜14、外六角螺钉15、螺母16。
[0036] 第一、第二、第三、第四驱动器的结构示意图如图6所示，包括菱形壳体111、第一垫片112、第二垫片113、第一压电陶瓷114、第二压电陶瓷115、第三压电陶瓷116，三个压电陶瓷通过粘接连接在一起与两个垫片放置在菱形壳体中，通过菱形壳体变形来对压电陶瓷施加一定的预紧力。
[0037] 支撑座1的结构示意图如图8、9所示，四个驱动器通过四个M3的螺钉安装在中心支撑座的两个平面上的凹面处，并通过四个凹面限定陶瓷驱动器的位置。
[0038] 第一刚性杆6和第二刚性杆7的螺纹伸出端分别固定在第一驱动器2和第三驱动器4上。四个柔性铰链依次通过螺纹连接在第二驱动器3、第四驱动器5和第一刚性杆6、第二刚性杆7上。柔性片12位于支撑座1和转接板13之间，通过螺钉将柔性片12与支撑座连接在一起。转接板13的四个对称分布的通孔分别穿过四个柔性铰链的另一端，通过螺母锁紧。如图
5所示，定义固定点A、C构成X轴，固定点B、D构成Y轴。转接板13位于旋转柔性片12和反射镜
14之间，通过外六角螺钉15固定在一起。
[0039] 本发明提供一种光路指向精密调节装置的工作过程如下：
[0040] 将本发明一种光路指向精密调节装置放置在某一光学系统中，光路对准装置的反射镜14上，光路经过反射镜后，根据光的反射原理，光路会向某个方向反射回去，当反射光路和我们需要的理想光路有一定微小偏差时，我们需要对指向调节装置进行二维精密调节。
[0041] 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互换的信息功能材料，当给压电陶瓷施加不同的电压时压电陶瓷会发生不同的形变，如图7所示为单个驱动器位移变化示意图，当给压电陶瓷施加一定的电压后，压电陶瓷两端会发生位移为s1的形变并作用在菱形壳体111上，菱形壳体111因水平方向发生2s1位移变化，会导致竖直方向发生s的位移变化，其中s≈(6～10)*2s1。即菱形壳体的位移放大倍数为6～10倍。
[0042] 将装置的二维调节定义为X和Y方向，对应发射镜14的长轴为X轴，短轴为Y轴，如图1所示。对应X轴方向的支撑点为A、C点，对应Y轴方向的支撑点为B、D点，如图5所示。当光路调节需要将反射镜沿X轴偏转时，只需驱动B、D点即可，即驱动支撑点B、D点对应的第一驱动器2和第三驱动器4。通过调整压电陶瓷的电压而使得支撑点B、D出现不同的位移变化，这样可使得发射镜14沿着X轴发生偏转，同理，如果想让反射镜沿着Y轴发生偏转，只需驱动A、C点即可。光路精密调节装置也可以同时调节四个菱形驱动器对应的电压，使得支撑点A、B、C、D的位移变化不同，这样即可实现对反射镜的二维调整。
[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
