一种压电致动器及变形镜制造技术

本发明专利技术实施例提供的一种压电致动器及变形镜，所述压电致动器包括：第一驱动晶体、第二驱动晶体、第三驱动晶体、第四驱动晶体和连接层，所述连接层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一驱动晶体的一端和所述第二驱动晶体的一端分别安装在所述连接层的第一表面上的不同位置；所述第三驱动晶体的一端和所述第四驱动晶体的一端分别安装在所述连接层的第二表面上的不同位置。该压电致动器具有体积小、迟滞低和多自由度控制的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电致动技术及变形镜
，具体而言，涉及一种压电致动器及变形镜。
技术介绍
变形镜是由许多的可以独立控制的小镜片单元组合而成的一个理想的曲面镜面，这种变形镜主要用于自适应的光学系统，通过对每个独立小镜片的位置操作可以改变入射光波的波前的相位结构达到聚焦和高阶图像的失真校正等目的。然而，目前对于小镜片单元的控制问题存在着许多不足之处。如今最常用的压电致动器是产生轴向位移的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷多层驱动器和产生横向弯曲位移的单双晶片驱动器。不足之处，第一，目前大多数商用的PZT多层驱动器和单双晶片驱动器是单自由度致动器，非常不适用于该种小镜片单元组合的变形镜的应用；第二，将多层驱动器和单双晶片驱动器结合起来使用，就会导致外形尺寸过大，也无法适用到该种小镜片组合的变形镜；第三，目前的硬性压电陶瓷的压电性能较低，其制成的商用小型多层驱动器可获得的最大轴向位移和倾角范围有限，而且在单向电场驱动下，其应变迟滞高达10％-12％，用软性的压电陶瓷制成的多层驱动器的迟滞将达到15％以上。所以，需要一种小体积、高自由度和低迟滞的压电致动器来改善上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压电致动器，其有体积小、多自由度和低迟滞的特性。本专利技术的另一目的在于提供一种应用上述压电致动器的变形镜，该变形镜的单个小镜片单元体积小，其能够在压电致动器的控制下明显降低控制的迟滞现象，并且能够达到较大角度和多自由度的控制。本专利技术的实施例是这样实现的：一种压电致动器，包括：第一驱动晶体、第二驱动晶体、第三驱动晶体、第四驱动晶体和连接层，所述连接层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一驱动晶体的一端和所述第二驱动晶体的一端分别连接在所述连接层的第一表面上的不同位置；所述第三驱动晶体的一端和所述第四驱动晶体的一端分别连接在所述连接层的第二表面上的不同位置；所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体能够驱动连接层发生第一方向倾斜；所述第三驱动晶体和第四驱动晶体在未连接连接层的一端形成驱动面，所述驱动面能够被所述第三驱动晶体和第四驱动晶体驱动发生第二方向倾斜，所述第一方向和所述第二方向为不同方向。优选地，还包括第一承载层，所述第一驱动晶体的未与连接层连接的一端与所述第一承载层连接，所述第二驱动晶体未与连接层连接的一端与所述第一承载层连接。优选地，还包括第二承载层，所述第三驱动晶体的未与连接层连接的一端与所述第二承载层连接，所述第四驱动晶体的未与连接层连接的一端与所述第二承载层连接。优选地，所述第一驱动晶体、所述第二驱动晶体、所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体均为方形片状结构。优选地，所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体与所述连接层连接的边相互平行，所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体与所述连接层连接的边相互平行。优选地，所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体与所述连接层的连接位置，与所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体与所述连接层的连接位置在所述连接层的第一表面和第二表面的任一面上的投影相互正交。优选地，所述连接层的第一表面开设有两条条形凹槽，所述连接层的第二表面开设有两条条形凹槽；所述第一驱动晶体的与所述连接层连接的一端、所述第二驱动晶体的与所述连接层连接的一端、所述第三驱动晶体的与所述连接层连接的一端和所述第四驱动晶体的与所述连接层连接的一端均固定在不同的条形凹槽内，每条所述凹槽不相交。优选地，所述第一驱动晶体、所述第二驱动晶体、所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体的单晶组分包括：铌锌酸铅-钛酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅和铌镁酸铅-锆钛酸铅中的至少一种。优选地，所述第一驱动晶体、所述第二驱动晶体、所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体的横向模式均为d32模式。一种变形镜，包括多个镜体和多个所述的压电致动器，每个所述镜体分别位于所述连接层的同一侧，每个所述镜体分别设置在每个所述压电致动器的所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体的未与连接层连接的一端；或每个所述镜体分别设置在每个所述压电致动器的所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体的未与连接层连接的一端。上述本专利技术提供的一种压电致动器，在连接层的第一表面设置第一驱动晶体和第二驱动晶体，所述连接层的第二表面设置第三驱动晶体和第四驱动晶体，第一表面和第二表面为连接层的两个相对的侧面，第一驱动晶体、第二驱动晶体、第三驱动晶体和第四驱动晶体连接在连接层的不同位置，并且每个连接位置在所述连接层的第一表面或第二表面的投影互不重合。也就是说第一驱动晶体和第二驱动晶体在一个方向上；第三驱动晶体和第四驱动晶体在另一个方向上。这样通过施加电压给第一驱动晶体和第二驱动晶体，第一驱动晶体和第二驱动晶体产生形变(变长、变短)，以达到调节连接层在一个方向上的倾斜角度或升降高度；通过施加电压给第三驱动晶体和第四驱动晶体，第三驱动晶体和第四驱动晶体产生形变，以达到调节其端面在另一个方向上的倾斜角度或升降高度。两个调整后的角度通过连接层传递到连接层的同一侧的驱动晶体的端部(第三驱动晶体和第四驱动晶体形成的驱动面)后就达到了两个方向的角度调整，同时由于驱动晶体在轴向上的长度变化，可达到轴向长度的调整，即该压电致动器达到了三自由度的控制。上述本专利技术提供的一种应用上述压电致动器的变形镜，该变形镜通过将变形镜上的每个小镜片单元分别安装在每个压电致动器的第一驱动晶体和第二驱动晶体的远离连接层的端部，或安装在每个压电致动器的第三驱动晶体和第四驱动晶体的远离连接层的端部，将未连接小镜片单元的驱动晶体的端部固定。通过压电致动器的三自由度调整，能够独立的对每个小镜片进行三个方向上的控制，通过对每个小镜片的控制可以达到更高精度的对整个变形镜的大的曲面镜面的控制，降低了控制难度和减小了控制迟滞，增加了控制灵活度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术较佳实施例提供的第一状态的压电致动器的结构示意图；图2是本专利技术较佳实施例提供的第二状态的压电致动器的结构示意图；图3是本专利技术较佳实施例提供的[011]晶向极化的PZN-5.5％PT d32横向模式单晶切片的场致应变曲线图；图4是本专利技术较佳实施例提供的无第一承载层和第二承载层的压电致动器的结构示意图；图5是本专利技术较佳实施例提供的第一状态的变形镜结构示意图；图6是本专利技术较佳实施例提供的第二状态的变形镜结构示意图。附图标记汇总：图标：10-压电致动器；111-第一驱动晶体；112-第二驱动晶体；121-第三驱动晶体；122-第四驱动晶体；300-连接层；410-第一承载层；420-第二承载层；310-凹槽；20-变形镜；510-镜体。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电致动器，其特征在于，包括：第一驱动晶体、第二驱动晶体、第三驱动晶体、第四驱动晶体和连接层，所述连接层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一驱动晶体的一端和所述第二驱动晶体的一端分别连接在所述连接层的第一表面上的不同位置；所述第三驱动晶体的一端和所述第四驱动晶体的一端分别连接在所述连接层的第二表面上的不同位置；所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体能够驱动连接层发生第一方向倾斜；所述第三驱动晶体和第四驱动晶体在未连接连接层的一端形成驱动面，所述驱动面能够被所述第三驱动晶体和第四驱动晶体驱动发生第二方向倾斜，所述第一方向和所述第二方向为不同方向。

【技术特征摘要】
1.一种压电致动器，其特征在于，包括：第一驱动晶体、第二驱动晶体、第三驱动晶体、第四驱动晶体和连接层，所述连接层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一驱动晶体的一端和所述第二驱动晶体的一端分别连接在所述连接层的第一表面上的不同位置；所述第三驱动晶体的一端和所述第四驱动晶体的一端分别连接在所述连接层的第二表面上的不同位置；所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体能够驱动连接层发生第一方向倾斜；所述第三驱动晶体和第四驱动晶体在未连接连接层的一端形成驱动面，所述驱动面能够被所述第三驱动晶体和第四驱动晶体驱动发生第二方向倾斜，所述第一方向和所述第二方向为不同方向。2.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，还包括第一承载层，所述第一驱动晶体的未与连接层连接的一端与所述第一承载层连接，所述第二驱动晶体未与连接层连接的一端与所述第一承载层连接。3.根据权利要求2所述的压电致动器，其特征在于，还包括第二承载层，所述第三驱动晶体的未与连接层连接的一端与所述第二承载层连接，所述第四驱动晶体的未与连接层连接的一端与所述第二承载层连接。4.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，所述第一驱动晶体、所述第二驱动晶体、所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体均为方形片状结构。5.根据权利要求4所述的压电致动器，其特征在于，所述第一驱动晶体和所述第二驱动晶体与所述连接层连接的边相互平行，所述第三驱动晶体和所述第四驱动晶体与所述连接层连接的边相互平行。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国希，王鹏辉，王志鹏，石花朵，
申请(专利权)人：北京越音速科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11