[实用新型]大口径高速压电振镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种以一定扫描角度和扫描频率工作的光电器件，尤其涉及一种对于大口径红外测谱的光学系统，特别涉及一种大口径压电振镜。

背景技术

高速振镜主要由镜面和扫描头(或叫驱动头)构成。镜面大小由通光口径决定，随着通光口径增加，镜面转动惯量就增大，这会严重影响高速振镜的工作频率，所以高速振镜通光口径的扩大与工作频率的提高是矛盾的。扫描头根据不同需求有电磁式、压电式等，一般电磁式由于驱动力和响应速度的原因，用在口径较小、频率不太高的场合，而压电式可用于口径较大、工作频率较高的场合。目前国内外研制的高速振镜，口径一般在几毫米到十几毫米范围，频率在几十赫兹到几千赫兹，扫描头一般采用电磁驱动方式。美国CTI公司生产的高速振镜系列最具代表性，其口径从几毫米到几十毫米，工作频率随着口径增大而降低，例如在40mm口径时，工作频率基本不超过1000Hz，这是由高速振镜电磁驱动力和响应速度限制的；国内如武汉新特光电技术有限公司生产的ST振镜系列口径一般不超过20mm，全部采用高速摆动电机，以电磁力驱动；国外有报道采用压电片驱动的压电式振镜，其工作频率可以达到十千赫兹以上，但通光口径仅有几毫米。以目前的技术状况，同时具有大通光口径(一般大于40mm)、高工作频率(几千赫兹)且又具有一定转角(大于30′)的高速振镜研制难度很大，国内外没有这方面技术或产品的公开报道。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种大口径高速压电振镜，采用高强度压电驱动堆为扫描头，利用谐振原理驱动一块无应力粘结于弹性结构上的轻量化镜面，研制大通光口径(40mm以上)、高工作频率(大于2000Hz)、较大工作转角(大于30′)、并具有良好动静态光学面形的高速振镜，解决了现有技术中存在的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种大口径高速压电振镜，包括镜面、镜座、柔性头、驱动器、位置传感器和底座，其中镜面无应力粘结镜座之上，镜座下方与柔性头相连，驱动器下端固定于底座之上，驱动器上端粘有柔性头，位置传感器固定于底座中部上方同时位于镜座下方，用于感知镜面的实际转角位置，所述的驱动器为压电驱动器，并且有一对，分别安装在镜座的两侧，工作时互做反方向运动，形成与镜面相同工作模式的外部激励力矩，使镜面受迫振动，从而实现高速压电振镜的转角输出；而镜座分为弹性结构和刚性结构，刚性结构的中间部分位于镜面下方并直接与镜面粘接，弹性结构与柔性头相连；镜座的外部轮廓为带圆角的矩形，所述的刚性结构由位于镜面下方的镜面基座、位于镜座两侧的矩形长边以及位于矩形短边的中间部分的短件构成，弹性结构则呈两个“T”字形，弹性结构中“T”字形的顶部横边和刚性结构的短件固定，弹性结构中“T”字形的竖边和刚性结构的镜面基座固定，弹性结构为驱动器提供预压力。采用一对对称布置、同步反相驱动的压电堆作为压电振镜的驱动头，是实现大口径、高频率的关键。而镜座的弹性结构传递压电堆振动能量，并以谐振方式放大压电堆驱动器的振动幅度，从而实现大口径压电振镜的大角度输出，其刚度决定大口径压电振镜的工作频率。

更进一步的技术方案是：

所述镜面使用超硬铝或碳化硅材料，具有大于40mm以上的通光口径，其形状为圆形或椭圆形。

所述的镜面基座的形状与镜面形状相配合，为圆环形或椭圆环形。

本实用新型实现上述技术目标的技术原理是：为了实现大通光口径、高工作频率、大角度扫描范围等要求，以谐振模式为基本工作原理。用系统强迫振动响应公式表述如下：