变形镜

摘要： 为降低压电执行器阵列式变形镜的成本,提出了一种由单压电执行器阵列驱动的低成本变形镜。制备了19单元50 mm口径的变形镜样机,建立了基于Shack-Hartmann传感器的自适应光学测试系统,并对单个执行器性能、校正性能、镜面校平性能、变形镜频率响应特性进行了表征。测试结果显示,制备的变形镜单个执行器在50 V电压下波前变形量可达10μm,可精确重构前14项Zernike多项式像差,校平后远场光斑接近艾里斑,变形镜一阶固有频率约为1.8 kHz。提出的单压电执行器阵列驱动的变形镜具有比较好的性能,在低成本自适应光学系统中具有应用前景。

摘要： 变形镜是自适应光学(AO)系统的核心单元之一,本文提出了一种基于磁阻最小原理的新型音圈驱动器结构,在传统音圈结构设计上引入软磁材料-坡莫合金以减少磁漏,从而提高输出力与效率。使用ANSYS Maxwell建立模型进行仿真并优化了各组件的结构尺寸,结果表明该驱动器结构的力为3.4 N,效率可达9.05 N×W^(-1/2),响应时间为0.03 ms。同时,研究发现相邻驱动器间工作影响很小,以此确立了驱动器间距15 mm时,音圈变形镜交连值为11.7%,满足应用要求。本工作为研制大行变量、快速响应、低功耗和高驱动器密度的变形镜打下了坚实的基础,具有很好的应用前景。

摘要： 影响大口径地基自适应光学望远镜成像的因素很多,为获得近衍射极限的高分辨力成像效果,需要对系统的关键参数进行优化.本文分析了影响地基光学望远镜成像的误差源,建立合理的误差评价模型.并利用仿真的方法对该模型进行了验证,并对湍流条件、望远镜口径、采样频率、变形镜驱动器间距、导星等关键参数进行了优化分析.与仿真结果对比表明:误差模型预测精度在较好的观测条件下能达到30 nm以内.该模型也为自适应光学系统在生物显微成像、眼底成像、激光大气通信等领域的应用提供了参考.

摘要： FPGA(field programmable gate array)具有可重复编程、算法实现灵活等优势,以97单元变形镜为原型,提出基于FPGA的SPGD(stochastic parallel gradient descent algorithm)控制算法通用快速实现方案.采用TimeGen软件对SPGD算法进行时序分析,并采用Vivado软件分别对SPGD算法随机扰动电压生成、性能指标计算和控制电压的计算与输出进行FPGA配置和编程,将每个模块的计算结果与Matlab结果进行对比、分析.研究结果证明了该文所提方案的合理性和可行性,为下一步基于FPGA的SPGD算法硬件实现和应用提供基础.

摘要： SPGD算法是一种应用广泛的无波前探测自适应光学控制算法.传统SPGD算法中增益系 数保持某一固定值不变,随着变形镜单元数的增加,这将导致算法收敛速度变慢及陷入局部极值的概率增大.Adam优化器是深度学习常用的一种优化随机梯度下降算法,它具有增益系数自适应性调整的特点.将Adam优化器自适应调整增益系数的优势与SPGD算法结合起来用于自适应光学系统控制.分别以32、61、97、127单元变形镜作为波前校正器件,不同湍流强度的波前像差作为校正对象,建立了无波前探测自适应光学系统模型.结果 表明,优化后的算法收敛速度更快,而且陷入局部极值的概率降低,并且随着变形镜单元数的增加与湍流强度的增大,算法的优势更加明显.以上研究结果为基于Adam优化的SPGD算法的实际应用提供了理论基础.

摘要： 针对7单元音圈变形镜的结构进行了设计,对镜面进行了力学分析,并基于有限元ANSYS软件对镜面不同材料及物理参数对最大变形量及镜面应力的影响关系进行了仿真.实验结果表明,所设计的音圈变形镜在镜面具有优良力学特性的条件下,基本满足了变形镜对校正量、影响函数等主要性能指标的要求.仿真结果可以为更多驱动单元数的音圈变形镜提供参考.

摘要： 音圈变形镜具有无磁滞、响应快、调制量大等优点,在大口径光学望远镜中已经替代了传统的压电变形镜.为提高音圈变形镜驱动器的效率,本文研究了影响驱动器电磁力和效率的因素,建立了音圈驱动器的三维模型,并利用有限元分析软件对其磁体充磁方向、磁体尺寸、线圈尺寸和驱动器结构等参数进行了有限元仿真分析和优化.结果 表明,本文设计的动磁式音圈驱动器输出力可达0.43 N,电机常数可达0.9,输出力和输入电流有良好的线性关系,为音圈变形设计和应用提供了理论基础.

摘要： 传统的半球形窗口难以满足高速飞行器气动力学的需求, 采用流线型外表面的非球面光学窗口技术应运而生. 这种窗口会随着扫描视场角的变化产生大量动态像差, 校正这类像差成为高速飞行器光电成像系统发展的关键问题. 对于扫描视场为±60°的椭球形窗口光学系统, 研究了静态校正和无波前探测器的自适应光学技术相结合的大扫描视场像差校正方法. 设计时, 首先以减少系统像差种类为导向, 进行初始结构设计, 消除五阶Zernike像差, 从而减少后续自适应优化控制变量数. 利用Zernike多项式系数与变形镜驱动器电压之间的转换矩阵, 将优化变量由140个驱动器电压减少至Zernike多项式2—9项系数. 最后利用基于Zernike模型的遗传算法对变形镜面形进行控制, 校正残余像差. 仿真结果表明, 各典型扫描视场点的优化速度提升95％以上, 且光学像质接近衍射极限. 该优化方法不仅可以修正异形光学窗口引起的像差, 同时还能够校正光学系统装调、加工时引起的误差, 具有较强的实用性.

摘要： 光学变焦作为一种历史悠久的技术,经历了透射式到反射式,同轴反射到离轴反射,有运动部件到无运动部件三个阶段的发展.具备变焦能力的空间光学相机在对地观测领域发挥了重要作用,本文在总结国内外应用于空间相机的反射变焦光学系统的实现方法和发展现状的基础上,提出了采用变形镜这种主动的光学元件来实现无运动部件变焦光学系统的设计方案.考虑到离轴反射可以兼顾高分辨率和大视场的优势,设计了一个变焦比为4的大视场四反射变焦光学系统,通过视场离轴消除了中心遮拦,其中第三镜为变形镜,通过控制其曲率的变化来实现系统焦距从0.625m到2.5m的变换,为了分担变形镜所承担的光焦度,采用了分离主镜的光学设计方案,最终光学系统的成像性能达到衍射极限.

摘要： 提出了一种可以实现自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准的方法。该方法通过给用来做标记的驱动器施加电压来表征变形镜的位置，利用哈特曼探测变形镜镜面面形的斜率分布信息获取驱动器的准确位置，并据此计算哈特曼传感器和变形镜之间位置失配，为两者的自动对准提供依据;阐述了该方法的对准原理，推导了哈特曼和变形镜之间位置失配计算公式;以45单元自适应光学系统为例展开对该对准方法的模拟仿真;结果表明，当二者平移失配和旋转失配误差小于2倍子孔径大小和小于10°时，测量误差分别小于子孔径大小的5％和小于0.15°，能够准确测量自适应光学系统中哈特曼传感器和变形镜之间的位置失配。

摘要： 变形镜是自适应光学系统的关键部件。本文提出了基于MEMS技术的一种新型的带透明电极的可变形反射镜。反射镜由静电驱动，包含超薄硅膜镜面、驱动电极阵列及透明电极三部分.文章给出了透明电极、超薄镜面、驱动电极的制作工艺以及他们的工作特性，静态测试结果表明透明电极的引入能更好地控制镜面的形变。镜面中心最大变形量可达19μm，最大有效反射面积可达16mm2，且变形镜驱动电压低，因此能很好地改善整个自适应光学系统的性能。

摘要： 文章介绍了一种大有效反射面积的连续表面变形镜的设计制造方法。首先从理论上给出了变形镜的物理模型及仿真结果，分析了此方案的特点，着重从解决 MEMS 工艺制造大表面积器件上给出了新的思路。并给出了实验制造的产品，分析了在大有效反射面积的变形镜制造过程中遇到的凸角补偿，阳极键合，划片等问题，给出了解决方案。

摘要： 自1990年10月中科院光电所研制的“21单元自适应光学星体成像补偿系统”在云南天文台首次实现对星体目标实时校正以来，中科院光电所已研制成功5套夜天文自适应光学系统和2套太阳自适应光学系统，用于恒星和太阳等天体目标的高分辨力成像观测。本文在简要介绍中科院光电所在天体目标高分辨力成像自适应光学系统研究发展历程的基础上，重点介绍了1.2 M望远镜61单元自适应光学系统、1.8 M望远镜127单元自适应光学系统、37单元太阳自适应光学系统以及计划研制的4 M望远镜1000单元级自适应光学系统的研究结果和最新进展。

摘要： 自1990年10月中科院光电所研制的“21单元自适应光学星体成像补偿系统”在云南天文台首次实现对星体目标实时校正以来，中科院光电所已研制成功5套夜天文自适应光学系统和2套太阳自适应光学系统，用于恒星和太阳等天体目标的高分辨力成像观测。本文在简要介绍中科院光电所在天体目标高分辨力成像自适应光学系统研究发展历程的基础上，重点介绍了1.2 M望远镜61单元自适应光学系统、1.8 M望远镜127单元自适应光学系统、37单元太阳自适应光学系统以及计划研制的4 M望远镜1000单元级自适应光学系统的研究结果和最新进展。

摘要： 自1990年10月中科院光电所研制的“21单元自适应光学星体成像补偿系统”在云南天文台首次实现对星体目标实时校正以来，中科院光电所已研制成功5套夜天文自适应光学系统和2套太阳自适应光学系统，用于恒星和太阳等天体目标的高分辨力成像观测。本文在简要介绍中科院光电所在天体目标高分辨力成像自适应光学系统研究发展历程的基础上，重点介绍了1.2 M望远镜61单元自适应光学系统、1.8 M望远镜127单元自适应光学系统、37单元太阳自适应光学系统以及计划研制的4 M望远镜1000单元级自适应光学系统的研究结果和最新进展。

摘要： 自1990年10月中科院光电所研制的“21单元自适应光学星体成像补偿系统”在云南天文台首次实现对星体目标实时校正以来，中科院光电所已研制成功5套夜天文自适应光学系统和2套太阳自适应光学系统，用于恒星和太阳等天体目标的高分辨力成像观测。本文在简要介绍中科院光电所在天体目标高分辨力成像自适应光学系统研究发展历程的基础上，重点介绍了1.2 M望远镜61单元自适应光学系统、1.8 M望远镜127单元自适应光学系统、37单元太阳自适应光学系统以及计划研制的4 M望远镜1000单元级自适应光学系统的研究结果和最新进展。

摘要： 本发明公开了一种带有变形补偿的变形镜单元及变形镜系统.本发明一种带有变形补偿的变形镜单元，包括单变形镜片、极头、驱动器和基座。多个驱动器均安装在基座。驱动器能够自动伸缩；各驱动器的外端均固定有极头；极头的外端端面上开设有多个盲孔。单变形镜片的背面与各个极头的外端固定。单变形镜片上设置有多个通孔。通孔的孔径为1～100nm。本发明通过在单变形镜片上开设纳米级通孔，由于通孔的直径小于变形镜的单元间隙，故通孔提高散热性能的同时对变形镜的性能几乎无影响。本发明通过设置多层且十字型流道与圆形流道相结合的散热流道，能够充分降低单变形镜片的温度。

摘要： 本发明公开了一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统，所述方法，包括：步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。本发明以驱动单元及其邻域的电压平均值为参考点，按比例向电压平均值缩小到使其相邻的驱动单元的电压差等于变形镜的保护阈值，实现保护变形镜的目的，从而安全、快速、精确地控制变形镜镜面变形。

摘要： 本发明公开了一种变形镜及其驱动装置。所述驱动装置包括：基座、前传递件和后传递件、驱动件、定位件、弹性件和微调旋钮。所述基座的前后表面上分别设有前安装槽和后安装槽，所述前传递件与所述后传递件相连且所述前传递件和所述后传递件分别设在所述前安装槽和所述后安装槽内，所述驱动件与所述后传递件相连，所述驱动件设在所述定位件上，所述弹性件设在所述前传递件与所述后传递件之间，所述微调旋钮与所述驱动件相连以便驱动所述驱动件在前后方向上移动。根据本发明实施例的驱动装置使用方便，结构紧凑，结构模块化，位移传递精密度高而且直线度高。

摘要： 本发明公开了一种带有变形补偿的变形镜单元及变形镜系统.本发明一种带有变形补偿的变形镜单元，包括单变形镜片、极头、驱动器和基座。多个驱动器均安装在基座。驱动器能够自动伸缩；各驱动器的外端均固定有极头；极头的外端端面上开设有多个盲孔。单变形镜片的背面与各个极头的外端固定。单变形镜片上设置有多个通孔。通孔的孔径为1～100nm。本发明通过在单变形镜片上开设纳米级通孔，由于通孔的直径小于变形镜的单元间隙，故通孔提高散热性能的同时对变形镜的性能几乎无影响。本发明通过设置多层且十字型流道与圆形流道相结合的散热流道，能够充分降低单变形镜片的温度。

摘要： 基于变形镜本征模式的液晶变形镜自适应光学系统波前解耦方法涉及光学波前分解与解耦控制领域，以Strehl Ratio为标准对像差进行分解，并推导出液晶响应矩阵在变形镜本征模式矩阵中的投影。在驱动液晶校正器前将耦合项剔除实现两种校正器的解耦，并通过仿真验证了解耦效果。搭建了2米望远镜液晶‑变形镜自适应光学系统，仿真和实验结果表明：本征模式解耦后校正残差的均方根(RMS)为0.09μm；不解耦校正残差的RMS为0.05μm，解耦校正后残差约为0.03μm，提高约40％；解耦校正后700‑1700nm宽波段的分辨率由1.1倍衍射极限提高至1倍衍射极限，优于传统Zernike模式的1.2倍衍射极限。

摘要： 本发明公开了一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统，所述方法，包括：步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。本发明以驱动单元及其邻域的电压平均值为参考点，按比例向电压平均值缩小到使其相邻的驱动单元的电压差等于变形镜的保护阈值，实现保护变形镜的目的，从而安全、快速、精确地控制变形镜镜面变形。

摘要： 一种可变形镜、包括可变形镜的光学系统以及眼科装置。设置安装基板(第三基板)，以便面对具有较大投影面积的镜基板(第二基板)，所述镜基板在致动器基板与镜基板在与反射构件的面内方向平行的面内方向(XY方向)上彼此不交叠的区域中接合到安装基板。

摘要： 本发明涉及致动器、可变形镜、使用可变形镜的自适应光学系统和使用自适应光学系统的扫描激光检眼镜。提供了一种致动器，其包括：衬底；可动部，设置为使得相对于衬底可动；至少三个弹性体，用于以可移位方式将可动部支撑到衬底上；由可动部支撑并且在与衬底的表面平行的方向上延伸的可动梳状电极；以及由衬底支撑并且在与衬底的表面平行的方向上延伸的固定梳状电极，其中可动梳状电极和固定梳状电极被布置为使得在有间距的情况下交替地彼此啮合，并且所有弹性体中的每一个弹性体具有相对于其它弹性体中的至少一个弹性体形成大于90°且小于或等于180°的角度的长轴。

摘要： 一种可以有效增加MCAO系统中变形镜有效位移冲程的变形镜匹配方式，在系统的同一层级，由多个变形镜共轭匹配连接构成，光路在变形镜中反射后沿入射方向出射，通过分光镜滤出，进入同层的波前传感器及下一层的变形镜。本发明是根据在变形镜中的多次反射来达到增加多倍的变形镜位移冲程，达到更好的校正效果。系统整体结构简单，在现有变形镜工艺，及没有增加系统控制复杂度的前提下，很好的提高了系统的波前校正能力，扩大了MCAO系统的等晕角。

摘要： 本发明公开了一种变形镜及其驱动装置。所述驱动装置包括：基座、前传递件和后传递件、驱动件、定位件、弹性件和微调旋钮。所述基座的前后表面上分别设有前安装槽和后安装槽，所述前传递件与所述后传递件相连且所述前传递件和所述后传递件分别设在所述前安装槽和所述后安装槽内，所述驱动件与所述后传递件相连，所述驱动件设在所述定位件上，所述弹性件设在所述前传递件与所述后传递件之间，所述微调旋钮与所述驱动件相连以便驱动所述驱动件在前后方向上移动。根据本发明实施例的驱动装置使用方便，结构紧凑，结构模块化，位移传递精密度高而且直线度高。