[发明专利]一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台

说明书

本发明公开了一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台，解决乐传统的光学元件调节平台无法同时兼顾多自由度的精密调节，以及调节平台自身低复杂度、高可靠性的问题，该平台包括支撑座、一级调整机构以及二级调整机构；通过一级调整机构中的第一微纳级驱动组件可驱动光学元件沿Z方向平移，以及绕X，Y两个方向旋转，通过二级调整机构中的第二微纳级驱动组件可驱动光学元件沿X，Y两个方向平移，从而实现光学系统中光学元件空间位置多维高精度调节，进而提高光学系统性能指标。

技术领域

本发明涉及一种光学元件的调节平台，尤其涉及一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台。

背景技术

光电测量系统/设备是国家防务、科学探索及社会民生等领域的重要支撑，而光学系统作为光电测量设备的眼睛，其性能指标的优劣决定了光电测量系统/设备的效能。光学系统本质上而言是通过不同形式光学元件的精密布局，对光能的调控与再分布，其性能指标的实现依赖于光学元件的高精度(um、nm级)空间排布。

空间非合作目标的复杂化、机动化，要求光学系统相对更大的视场、更高的视轴(LOS)稳定精度；空对地目标搜索需要更高效率的大范围推扫；公共交通记录监视需要对更多目标进行高分辨成像、探测。上述更大视场、更高扫描效率、更高分辨等光学相关性能指标的实现，均以光学元件空间位置精准操控为实现手段。

科技的不断进度，对光学系统提出了日趋高的性能指标要求，传统的光学元件调节平台已无法满足当前光学元件精准调控的需求。

传统的快速反射镜通常仅能调节两维旋转自由度，对有调焦动作(通常沿光轴平移方向)的需求无能为力；

而典型扫描机构仅能实现平面内二维平移，无法调节旋转量；

成熟的商业化Stewart六自由度调整台，可实现多自由度调节，但由于其高度耦合的动力学模型，导致死点、失稳等奇异特性，需要进行复杂精密的运动学求解，对控制系统提出了较高的要求，系统复杂度较高。

发明内容

为解决传统的光学元件调节平台无法同时兼顾多自由度的精密调节，以及调节平台自身低复杂度、高可靠性的问题，本发明提供了一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台。

本发明的基本实现原理是：

选择微纳直线电机作为驱动元件，以柔顺单元为基础作为载荷的支撑和导向机构，实现光学元件的多维高精度调节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台，其特征在于：包括支撑座、一级调整机构以及二级调整机构；

支撑座用于安装被调节光学元件；

一级调整机构包括一级框架以及第一微纳级驱动组件；

一级框架包括上层导向片、支撑柱以及下层底板；上层导向片与下层底板平行设置，且上层导向片与下层底板之间通过三个支撑柱连接；上层导向片上安装支撑座；

第一微纳级驱动组件至少为三个，且均匀安装于一级框架的下层底板上，至少三个第一微纳级驱动组件的柔性驱动端均穿过上层导向片与所述支撑座连接；

二级调整机构包括第二微纳级驱动组件、柔性导向杆及基座；

第二微纳级驱动组件为两个，且均固定安装于基座上，第二微纳级驱动组件的驱动端均与所述下层底板连接，

柔性导向杆至少为三根，且均匀分布；柔性导向杆的一端与基座固连，另一端穿过所述下层底板后与所述支撑柱的侧耳固定连接；

在至少三个第一微纳级驱动组件的驱动下，上层导向片约束下，以及柔性导向杆的导向作用下，支撑座具有绕X、Y轴的转动及沿Z向的平移的自由度；