，其中驱动器3a '为 外部驱动器，作用在十字梁驱动臂2-4下表面的外侧。驱动器3b '为内部驱动器，作用在 十字梁驱动臂2-4下表面的内侧。驱动器3c '和驱动器30-为中间驱动器，作用在十字 梁驱动臂2-4下表面的左右两侧。驱动臂2-4上下表面的四个驱动器3分别正对放置，即 驱动器3a与驱动器3a '正对放置，驱动器3b与驱动器3b '正对放置，驱动器3c与驱动 器3c '正对放置，驱动器3d与驱动器30-正对放置。驱动臂2-4上下表面的驱动器3a、 驱动器3b、驱动器3a '和驱动器3b '共同作用是实现轴向力和局部切向力矩的加载。驱 动臂2-4上下表面的中间驱动器3c、驱动器3d、驱动器3c '和驱动器3d '的共同作用是实 现径向力矩（或者轴向力和径向力矩）的加载。因此在驱动器3a、驱动器3b、驱动器3c、驱 动器3d和驱动器3a'、驱动器3b'、驱动器3c'、驱动器30-的共同作用下，每个驱动 臂2-4上都能够实现轴向力、切向力矩和轴向力矩的加载。当光学元件1需要产生某种特 定像差或者多种像差组合时，根据理论推导得到的Zernike系数与各驱动器2-4处轴向力、 切向力矩和轴向力矩的函数关系，可以得到各个驱动臂2-4上下表面驱动器3的作用力。
[0028] 在光学元件1为铝反射镜时，为了避免在光学元件1和可变形镜框2的结合面处 产生破坏，提高装置的可靠性，可以将光学元件1和可变形镜框2设计成一体化的形式。
[0029] 如图8所示，当需要产生不含有绕RX、RY像差和含有绕RX、RY像差的组合像差时， 为了能够同时兼顾两者，可以将作为边界条件的挠性块2-3设计成倾斜刚度适中的L形结 构形式。
[0030] 如图11所示，当所需的像差成分中含有绕RX、RY的成分时，为了保证输入力能够 产生出RX、RY，可以将作为边界条件的挠性块2-3设计成倾斜刚度较小的T形结构形式。
[0031] 如图12所示，当所需的像差成分中不含有绕RX、RY的成分时，为了避免输入力引 入较大的RX、RY的误差，可以将作为边界条件的挠性块2-3设计成倾斜刚度较大的I形结 构形式。
[0032] 本发明具体实施时，首先根据理论推导得到Zernike各项系数与各个驱动器3输 入力之间的矩阵关系，然后通过实验对传递矩阵进行标定修正。为了进一步提高精度，可以 在各个驱动器3的输入端安装力传感器实现Zernike各项系数与输入力的闭环。Zernike 各项系数与各个驱动器3输入力之间的矩阵关系理论推导基本过程如下所述。
[0033] 根据薄板的弹性曲面微分方程
[0035] 其中，z为挠度，q是薄镜每单位面积内的载荷，（r，Θ )为镜面上某一点的极坐标， ▽2为拉普拉斯算子。
[0036] D为薄镜的弯曲刚度
[0038] 其中，E是杨氏模量，v是泊松比。
[0039] 当镜面要产生某一像差时，可令
[0041] 然后结合边界条件，得到用z (r，Θ )表示的轴向力Vr/切向力矩Mr/径向力矩Mt 的关系式为
[0045] 于是得到驱动臂上四个端部输入作用力的一组关系式为
[0046] Fa+Fb= I2 / Vr(r, θ)?θ
[0047] (I1-I2) Fa+ (I3-I2) Fb= 12 / M r (r, θ ) d θ
[0048] l4Fc+l4Fd= / Mt(r, θ ) dr
[0049] Fc= -Fd
[0050] 其中，I1S驱动器3b距离光学元件轴线的距离，1 2为驱动臂中心点距离光学元件 轴线的距离，13为驱动器3a距离光学元件轴线的距离，1 4为驱动器3c和驱动器3d距离的 一半。
[0051] 根据得到的驱动臂四个端部作用力Fa、Fb、F。、F d，结合驱动器3只能提供推力不能 提供拉力的实际情况，以及驱动臂每个端部的上下表面只有一个驱动器施加作用力的最简 单情况，可以得到各个驱动器的输入力。
[0052] 图9和图10为产生Z12变形的举例说明，根据上述理论推导，根据Zernike各项 系数与驱动器3输入力之间的矩阵关系，已知所需的Zernike各项系数，得到各个驱动器3 的输入力数值，并将其带入到仿真软件中进行了验证。图9所示为产生Z12时一体化光学 元件1和可变形镜框2的变形仿真示意图。图10为此时光学元件1上表面的面形图。
【主权项】
1. 一种能够产生多种像差的变形镜装置，包括光学元件（1)、可变形镜框（2)和驱动器 (3)，光学元件（1)与可变形镜框（2)之间通过胶粘或压紧的方式连成镜框组件，多个驱动 器（3)分别固定在可变形镜框（2)的外环（2-2)上，并将输入力作用在可变形镜框（2)的 驱动臂（2-4)上；其特征是， 所述可变形镜框（2)是由周向均布的多个挠性块（2-3)连接镜框外环（2-2)和镜框内 环（2-1)的一体式结构，每两个相邻挠性块（2-3)中间分布有一处驱动臂（2-4); 所述驱动臂（2-4)与镜框内环（2-1)相连，与镜框外环（2-2)之间通过线切割狭缝进 行隔呙； 驱动臂（2-4)的截面为十字梁结构形式，八个驱动器（3)分别作用在十字梁的四个端 部的上下两侧。2. 根据权利要求1所述的一种能够产生多种像差的变形镜装置，其特征在于，所述挠 性块（2-3)根据所要产生像差的具体成分设计成L形、T形或I形形式。
【专利摘要】一种能够产生多种像差的变形镜装置，属于光学系统的系统像差补偿领域，为解决现有专利中存在的无法仅在延伸件上加载力就能实现轴向力、切向力矩、径向力矩的同时加载，难以控制有效像差的精度和刚体位移误差的问题，该装置光学元件与可变形镜框之间通过胶粘或压紧的方式连成镜框组件，多个驱动器分别固定在可变形镜框的外环上，并将输入力作用在可变形镜框的驱动臂上；所述可变形镜框是由周向均布的多个挠性块连接镜框外环和镜框内环的一体式结构，每两个相邻挠性块中间分布有一处驱动臂；所述驱动臂与镜框内环相连，与镜框外环之间通过线切割狭缝隔离；驱动臂截面为十字梁结构形式，八个驱动器分别作用在十字梁的四个端部的上下两侧。
【IPC分类】G02B26/06
【公开号】CN105259651
【申请号】CN201510726021
【发明人】赵磊, 东立剑, 张敏, 张德福, 李显凌, 张巍, 隋永新, 杨怀江
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月30日