底盤的一體化加工方案能夠消除高彈易變形金屬反射鏡裸鏡高精度面形加工的困難，使其在較短的周期內(nèi)達(dá)到初始面形精度優(yōu)于1/10波長的水平。
[0026]本發(fā)明提出的球面金屬變形鏡屬于連續(xù)鏡面式壓電驅(qū)動變形鏡，由球面金屬反射鏡，高密度壓電陶瓷驅(qū)動器陣列以及支撐底盤三部分構(gòu)成。其區(qū)別于傳統(tǒng)變形鏡的特點主要包括:1)初始表面為球面，允許變形鏡在系統(tǒng)設(shè)計階段就參與像差平衡；2)反射鏡材料為金屬，允許變形鏡提供更大的校正動態(tài)范圍和更高的工作帶寬；3)較大的口徑，允許成像光束不過度壓縮，保證波前傳感精度。在圖1中，給出了本發(fā)明所提出的球面金屬變形鏡的一個典型的結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，其中反射鏡口徑150_，厚度3_，徑厚比達(dá)到了 50，驅(qū)動器陣列共包含有61個驅(qū)動器單元且呈六邊形分布。若以反射鏡自身的面形精度校正能力為標(biāo)準(zhǔn)來對該變形鏡的面形精度的調(diào)整能力進(jìn)行評價，那么研究表明，當(dāng)反射鏡的初始面形精度較高時，通過驅(qū)動器陣列的調(diào)整可以獲得優(yōu)于1/50波長的面形精度；當(dāng)反射鏡的初始面形精度較低時，通過驅(qū)動器陣列的調(diào)整也可以獲得優(yōu)于1/30波長的面形精度。這就意味著，要獲得良好的像差校正效果，變形鏡的初始面形精度要達(dá)到比較高的水平。經(jīng)過分析，在考慮了裝配、夾持以及其他因素的影響下，完成加工后的反射鏡的初始面形精度至少應(yīng)該優(yōu)于1/10波長的水平才能夠滿足后期對其自身或系統(tǒng)波前畸變像差的高精度校正需求。
[0027]變形鏡通常都是大徑厚比的超薄反射鏡，裸反射鏡直接加工到所需的初始面形精度要求難度很大，對于彈性好易變形的金屬超薄反射鏡來說難度就更大，而且隨著反射鏡口徑的增加高精度面形精工的難度也隨之急劇增加。因此，本發(fā)明提出了一套反射鏡帶驅(qū)動器帶支撐底盤的一體化加工工藝，能夠有效地解決高精度鏡面加工的問題。本發(fā)明所提供的一體化加工工藝主要包含以下幾個步驟:
[0028]I)反射鏡首先進(jìn)行粗加工成型加工，使其曲率半徑達(dá)到要求；
[0029]2)在輔助定心工裝的配合下，將反射鏡與驅(qū)動器以及支撐底盤進(jìn)行可靠粘接和連接，形成完成的變形鏡器件，并在此基礎(chǔ)上對反射鏡的表面再次進(jìn)行粗加工；
[0030]3)對完成粗加工的變形鏡器件進(jìn)行單點金剛石車削加工，使其面形精度達(dá)到優(yōu)于I個波長的水平；
[0031]4)對單點車削加工后的變形鏡利用古典光學(xué)拋光法進(jìn)行工作表面的精修，直至達(dá)到所需要的優(yōu)于1/10波長面形精度的要求。
[0032]以圖1所示的口徑150mm，厚度3mm的超薄鈹青銅反射鏡樣片的研制過程為例進(jìn)行說明:
[0033]a)驅(qū)動器陣列與驅(qū)動器底盤穩(wěn)定連接之后，又與限位結(jié)構(gòu)按位置公差連接，除了起到精確定位每一個驅(qū)動器的空間位置的作用之外，還起到了增強(qiáng)驅(qū)動器陣列整體剛性的作用，使其在加工的過程中不易損壞；
[0034]b?c)給驅(qū)動器的頭部連接過度接頭結(jié)構(gòu)，用于與反射鏡的背部進(jìn)行粘接。由于需要對驅(qū)動器頭部的過度接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行研磨加工，所以在結(jié)構(gòu)連接處的間隙都引入了蠟封，與此同時還將整個變形鏡器件進(jìn)行了封裝，從而避免研磨加工過程中研磨液對驅(qū)動器及其線纜的污損；
[0035]d)由于反射鏡是帶有曲率的球面，所以在將驅(qū)動器頭部的過度接頭與反射鏡背部粘接之前，對驅(qū)動器頭部的過度接頭進(jìn)行研磨加工，使其能夠貼合反射鏡背部曲率的變化情況，從而便于控制粘接膠層的厚度；
[0036]e)在完成了對驅(qū)動器頭部過度接頭結(jié)構(gòu)的研磨加工以后，利用環(huán)氧樹脂將反射鏡與驅(qū)動器陣列進(jìn)行粘接，并固化48小時以上使其形成穩(wěn)定的整體；
[0037]f)為了抵抗加工過程中橫向剪切力與軸向力對驅(qū)動器陣列的沖擊，給變形鏡整體外接擴(kuò)展套圈結(jié)構(gòu)，以分散加工過程中變形鏡結(jié)構(gòu)的受力。
[0038]在完成了 a)?f)的步驟以后，就采用古典拋光法與單點金剛石車削加工法對變形鏡的工作表面進(jìn)行高精度光學(xué)加工，其結(jié)果可以達(dá)到優(yōu)于1/10波長的水平。
[0039]本發(fā)明提出的球面金屬變形鏡的一體化加工工藝適用于包含鍍鎳不銹鋼、鈹青銅、鋁等多種常見的金屬材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項】
1.一種球面金屬變形鏡，其特征在于:所述球面金屬變形鏡包括反射鏡、驅(qū)動器陣列以及支撐底盤；所述反射鏡與驅(qū)動器陣列之間通過過渡接頭并以膠接方式連接，所述支撐底盤與驅(qū)動器陣列之間以螺接方式連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面金屬變形鏡，其特征在于:所述反射鏡的工作表面為球面，所述反射鏡的基底是金屬材料，所述反射鏡的口徑不低于100_，所述反射鏡的徑厚比不小于30。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面金屬變形鏡，其特征在于:所述驅(qū)動器陣列包括多個壓電陶瓷驅(qū)動器；所述多個壓電陶瓷驅(qū)動器以正六邊形的方式排布。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的球面金屬變形鏡，其特征在于:所述驅(qū)動器陣列由61個壓電陶瓷驅(qū)動器組成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球面金屬變形鏡，其特征在于:所述支撐底盤所采用材料的剛度遠(yuǎn)大于反射鏡所采用材料的剛度。6.一種針對權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的球面金屬變形鏡的一體化加工工藝，其特征在于:所述一體化加工工藝包括以下步驟: 1)超薄金屬反射鏡的粗加工及表面成型加工； 2)將壓電陶瓷驅(qū)動器陣列與支撐底盤通過螺釘連接； 3)從壓電陶瓷驅(qū)動器陣列的頭部套入用于限位及增強(qiáng)驅(qū)動器陣列剛度的網(wǎng)孔裝保護(hù)性工裝，并在網(wǎng)孔裝保護(hù)性工裝與支撐底盤之間設(shè)置三個墊塊，三個墊塊呈120°分布； 4)在驅(qū)動器陣列中的每個驅(qū)動器的頭部安裝用于與反射鏡背部粘接的過渡接頭，所述過渡接頭的長度通過計算精確獲得； 5)對過渡接頭進(jìn)行研磨，使過渡接頭與反射鏡背部曲率的走向匹配； 6)將反射鏡與過渡接頭進(jìn)行膠接，靜置使粘接用膠完全固化； 7)利用單點金剛石車床對帶有驅(qū)動器及支撐底盤的球面金屬變形鏡進(jìn)行車削加工，達(dá)到I個波長量級的面形精度； 8)對經(jīng)過步驟7)后的球面金屬變形鏡進(jìn)行精密光學(xué)拋光，達(dá)到優(yōu)于1/10個波長面形精度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝，其中，該球面金屬變形鏡包括反射鏡、驅(qū)動器陣列以及支撐底盤；反射鏡與驅(qū)動器陣列之間通過過渡接頭并以膠接方式連接，支撐底盤與驅(qū)動器陣列之間以螺接方式連接。本發(fā)明提供了一種可提供更大校正動態(tài)范圍以及更高工作帶寬的球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝。
【IPC分類】G02B26/06
【公開號】CN105182529
【申請?zhí)枴緾N201510617155
【發(fā)明人】趙惠, 宮杰, 蔡中林, 解曉鵬, 樊學(xué)武
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所, 成都華明光學(xué)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月24日