[发明专利]一种应用于大口径光学超构表面的位置误差补偿校正装置

说明书

本发明公开了一种应用于大口径光学超构表面的位置误差补偿校正装置，包括超构表面元件、柔性铰链机构、周向阻挡、气缸安装件、气路系统、结构基座、气路悬挂、铜质吸盘。整体装置依附结构基座安装，气路系统导通铜质吸盘，超构表面元件与铜质吸盘贴合，形成微真空室吸附。柔性铰链机构上下端分别固定在气缸安装件、结构基座。多铰链方式结合杠杆力臂实现推力放大、反向，铰链输出端位移杠杆比缩小，力传递到超构表面元件实现微位移形变。超构表面元件通常在加工后，由于加工误差及环境温度等影响，图形区扭曲、偏移、移位等形变，校正对超构表面元件误差，补偿使图形位置复原。本发明适用于轻量化光学系统精密装调。

技术领域

本发明涉及到微纳光学技术领域，具体涉及到大口径光学超构表面的高精度位置误差补偿校正装置，适用于轻量化光学系统精密装调。

背景技术

超构表面是一种由亚波长结构构成的二维器件。光学器件通常通过光程的累积实现光的相位或者偏振的改变，而超构表面可以打破折射光学中的光程限制实现相位、振幅、偏振等物理量的突变。这种突变可以通过一个二维的亚波长散射体阵列实现。这种散射体是一种电磁调制的单元结构，在光波段常被称为光天线，它可以是金属或者电介质的微米/纳米粒子，也可以是金属或电介质的图形等。超构表面最主要的特点在于单元结构之间的距离为亚波长的，这些单元结构可以有不同的几何参数，包括形状、尺寸、方向等。超表面和传统的衍射光学器件相比有三大区别：①波前分布在超表面出射后一个波长范围内被形成；②二维单元结构对电磁波的调控尺度小于波长；③超表面的单元结构不仅限于传统器件中对电场的响应，也可对磁场响应。超构表面的特点在于需要在每个局部位置处进行对应的超构表面结构设计和加工，但是承载超构表面的衬底受环境变化(温度、湿度、重力等)将会发生局域位置的变化，这将导致结构的绝对位置的变化，进而引起超构表面幅值和相位产生改变，最终导致光学性能的恶化。

发明内容

为了实现纳米图形具有高分辨力区域性位置误差补偿校正手段，本发明目的是为了实现光学超构表面的高精度位置误差补偿校正，可进行多点多区域单独校正。十六组组柔性铰链机构均布在超构表面元件周向，柔性铰链机构均可单独作用进行区域误差补偿校正。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用于大口径光学超构表面的高精度位置误差补偿校正装置，包括超构表面元件、柔性铰链机构、周向阻挡、气缸安装件、气路系统、结构基座、气路悬挂、铜质吸盘、POM、水平铰链、转接件、气缸、快接插头、螺纹转接、导向铰链、杠杆铰链、螺钉、力传感器。超构表面元件通过铜质吸盘真空吸附功能固定，铜质吸盘通过定位销螺钉与气路悬挂螺钉连接，气路系统周向四处布置在气路悬挂凹槽内，通过外接真空泵，实现对铜质吸盘微真空室真空抽取，气路悬挂采用定位销方式螺钉连接在结构基座，气缸安装件安装在结构基座精加工区域平面，使用整体式周向阻挡限制气缸行程，柔性铰链机构通过多处连接在装置上，实现对整个结构的误差补偿校正。

其中，柔性铰链机构由POM、水平铰链、转接件、气缸、快接插头、螺纹转接、导向铰链、杠杆铰链、螺钉、力传感器组成机构，整体使用16组同样柔性铰链机构均布在超构表面元件周向，气缸安装在气缸安装件作为装置的推力端，通过螺纹转接传递到导向铰链，导向铰链采用铰链式设计方案，防止产生径向力避免气缸损坏，通过导向铰链传递后只剩下水平推力，杠杆铰链通过螺钉固定连接在结构基座上，固定位置作为杠杆铰链结构的支点位置，通过支点上下端长度之比3:1，使得杠杆铰链在受到导向铰链推力后传递到力传感器的输出力放大3倍，。通过力传感器、转接件刚性传递到水平铰链，通过消除偏移力，柔性铰链机构输出端与超构表面元件弧形完全贴合，通过POM传递到超构表面元件向心力，实现对超构表面元件图形区扭曲、偏移、移位等形变，校正装置对超构表面元件误差补偿，使图形区复原。

其中：由于气缸在通常情况下，通过气压增加气缸力，采用三通气压阀调节，使得气缸进出气协调，可以实现过程中减小气缸力，在具体的使用情况中，尽量避免此类操作。