光源装置及其光路开关制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光源装置及光路开关，所述光路开关包括电源、控制组件及执行组件，所述电源、控制组件及执行组件互相连接，其中：执行组件设置于光路一侧，其包括挡光部件及与其连接的用于驱动其转动以开启或关断光路的步进电机，挡光部件具有固定端及活动端，固定端与步进电机的输出端连接，活动端沿步进电机的某一径向向外延伸形成挡光部；步进电机包括转子及沿该转子外侧的某一周向至少设置的第一绕组和第二绕组，控制组件分别与所述第一绕组和第二绕组连接，通过控制所述第一绕组及第二绕组内的电流方向、大小来驱动所述步进电机转动，从而驱动所述挡光部件转动以使其挡光部遮挡或避让光线。本发明专利技术其具有开关速度快、功耗低的优点。低的优点。低的优点。

【技术实现步骤摘要】
光源装置及其光路开关


[0001]本专利技术涉及一种光路开关，具体地说，是涉及一种光路开关及具有其的光源装置。

技术介绍

[0002]光路开关一般应用于激光光束的开关控制，通过旋转挡片到指定位置，可以将光束完全关断，从而达到光路中光束的可控开关。随着光路的小型化，机械快门一般需要具备体积小，噪声小，响应快，关断快速准确等特点。
[0003]光路开关通常情况下主要由挡光片，步进电机和驱动电路三个部分组成。挡光片的作用为挡光，通过将挡光片固定在步进电机的转子上，当步进电机转子旋转时，带动挡光片一同旋转，从而实现光路的开与关。这一过程则有驱动电路进行控制，其具体是通过调整流过步进电机的电流大小与方向，来实现对步进电机的控制。
[0004]目前常用的步进电机驱动电路为细分驱步法，目前已经被广泛的应用于各种场景并基本能够满足使用需求。其步进电机的驱动电路采用脉冲控制信号来控制转动的角度与速度，通过方向控制信号来实现步进电机的正反转，从而实现光路的开与关。采用细分驱步法驱动步进电机正转或反转时，改变脉冲频率只能进行步进快慢的控制，当给步进电机一较慢的脉冲频率时，挡片会平稳的转动一定角度而不会出现抖动或过冲等失步的情况，但时间上无法满足快速关断的要求。当加快脉冲频率后，挡片在到达挡光位置时还有一定的速度，导致其最终在挡光位置附近来回抖动影响挡光效果。虽然这种抖动可通过调整细分拨码开关进行调整，比如增大细分数从而减小抖动，但这种解决方案会增大光路的关断时间，无法适用于需要快速开关的应用场景中。
[0005]此外，在需要快速光开关的小型化光路中，一般要求步进电机直径不超过15mm，步进电机长度不超过20mm，同时又要求关断最大10mm的光斑。常见该体积的步进电机转子转动惯量小于10 gm^2，而挡光片的转动惯量大于不仅步进电机转子本身的转动惯量，这样，当挡光片转动惯量过大时，采用传统的细分驱步法就会存在挡光片在到达指定位置后，由于惯性继续往前运动，造成的抖动。例如：常见的满足体积要求的20步步进电机（单步18度，转矩约1mNm），在安装挡光片后，单步步进时间约为4ms，步进两步到36度的时间约为6ms，但由于惯性会在该角度附近来回摆动，最终停止时间约100ms左右，初次过冲的最大角度可达18度以上，过冲会影响挡光效果，一般为了机械快门能快速响应，设计的挡光片形状略大于光斑尺寸，一旦过冲超过2
°‑3°
就无法进行关断，所以传统的细分驱步无法适用于需要快速光开关的小型化光路中。
[0006]量子绝对重力仪是小型化光路开关的主要应用场景之一，现有的新型的高精度绝对重力测量仪器一般利用微观的原子作为测试质量体，基于冷原子物质波干涉的方法实现精密的重力加速度测量。冷原子作为一团独特的量子物质，利用它可以实现类似与光波干涉的原子物质波干涉，通过激光脉冲实现原子波包的分束、偏转、合束，从而实现原子干涉条纹，重力加速度会改变微观原子的下落路径，因此改变干涉条纹的相位。通过提取原子干涉条纹的相位，得到重力加速度的信息。在该仪器中，光路的快速启闭在捕获、冷却、干涉及
探测原子的过程中至关重要，其直接影响最后的测量精度。
[0007]基于此，光路开关的快速关断在小型化光路应用场景的重要指标，如何在实现快速关断的同时，避免终止位附近的抖动是目前光路开关研究领域的主要难点之一。

技术实现思路

[0008]基于上述技术问题，本专利技术的第一目的是提供一种光路开关，其具有开关速度快、功耗低的优点。
[0009]本专利技术是第二目的是提供一种光源装置，该光源装置中配置上述的光路开关。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供一种光路开关，其包括电源、控制组件及执行组件，所述电源、控制组件及执行组件互相连接，其中，所述执行组件设置于光路一侧，其包括挡光部件及与其连接的用于驱动其转动以开启或关断光路的步进电机，所述步进电机包括转子和定子，转子具有沿其转动周向分布的至少四个磁极并且相邻磁极的极性不同，定子至少包括第一绕组和第二绕组，当第一绕组磁轭与转子的一个磁极相对时，第二绕组磁轭与转子的两个相邻磁极的间隙相对；第一绕组驱动转子转动时，通过调整电流方向驱动转子先加速后减速，同时，第二绕组对转子施加同向磁力；所述挡光部件具有固定端及活动端，所述固定端与步进电机的输出端连接，所述活动端沿步进电机的某一径向向外延伸形成挡光部；所述控制组件分别与所述第一绕组和第二绕组连接，通过控制所述第一绕组及第二绕组内的电流方向、大小来驱动所述步进电机转动，从而驱动所述挡光部件转动以使其挡光部遮挡或避让光线。
[0011]作为优选，当所述第一绕组磁轭与转子的一磁极正对时，第二绕组磁轭与转子的两个相邻磁极的间隙中部正对。
[0012]作为优选，所述步进电机的单步步进为18
°
。
[0013]作为优选，所述挡光部件为自固定端向活动端的两侧逐渐延伸的扇面结构，所述挡光部设置于该扇面结构的弧形边缘内侧。
[0014]作为优选，所述挡光部件的固定端与活动端通过一连接部件连接，所述挡光部为形成于挡光部件活动端的垂直于光路延伸方向且能够在需要时完全挡住光线的板状结构。
[0015]作为优选，所述光路开关还包括用于固定和支撑所述步进电机的支撑组件。
[0016]作为优选，所述支撑组件包括支撑座及套筒，所述步进电机固定于所述套筒内，所述套筒固定于所述支撑座上。
[0017]作为优选，所述支撑座靠近挡光部件的一端设置有第一限位部件和第二限位部件，所述第一限位部件和第二限位部件分别设置于挡光部件两侧，其中，第一限位部件与第二限位部件之间的限定的范围并不对挡光部件的活动端的转动范围构成限制。
[0018]作为优选，所述控制组件包括控制模块及与其连接的驱动模块，所述控制模块包括STM32F单片机，所述驱动模块DRV8812集成芯片。
[0019]本专利技术的另一个方面，提供一种光源装置，其包括发光组件及如上所述的光路开关，所述光路开关设置于发光组件的光线出射路径上，光路开关的挡光部件可受控转动从而阻断或避让出所述光线的出射路径，实现光源装置的开启或关闭。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过控制步进电机定子绕组的电流大小及方向，实现对步进电机前半程双相加速、后半程双相减速的驱动，有效提高了光路开关的动作速度，可以满足小型化光路（尤其量子绝对重力仪等精密仪器）的快速开关需求；此外，在保持位采用了单线圈维持，功耗小（相比传统的双相维持减小了一半），同时，也使得挡光动作时电子换向次数少，缩短了挡光时间。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
[0022]图1是本专利技术实施例中光路开关执行组件的立体结构示意图；图2是本专利技术实施例中光路开关执行组件的侧视结构示意图；图3是本专利技术实施例中光路开关执行组件进行挡光的结构示意图；图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光路开关，其包括电源、控制组件及执行组件，所述电源、控制组件及执行组件互相连接，其特征在于，所述执行组件设置于光路一侧，其包括挡光部件(4)及与其连接的用于驱动其转动以开启或关断光路的步进电机，所述步进电机包括转子和定子，转子具有沿其转动周向分布的至少四个磁极并且相邻磁极的极性不同，定子至少包括第一绕组和第二绕组，当第一绕组磁轭与转子的一个磁极相对时，第二绕组磁轭与转子的两个相邻磁极的间隙相对；第一绕组驱动转子转动时，通过调整电流方向驱动转子先加速后减速，同时，第二绕组对转子施加同向磁力；所述挡光部件(4)具有固定端(41)及活动端(42)，所述固定端(41)与步进电机的输出端(3)连接，所述活动端(42)沿步进电机的某一径向向外延伸形成挡光部；所述控制组件分别与所述第一绕组和第二绕组连接，通过控制所述第一绕组及第二绕组内的电流方向、大小来驱动所述步进电机转动，从而驱动所述挡光部件(4)转动以使其挡光部遮挡或避让光线。2.根据权利要求1所述的一种光路开关，其特征在于，当所述第一绕组磁轭与转子的一磁极正对时，第二绕组磁轭与转子的两个相邻磁极的间隙中部正对。3.根据权利要求2所述的一种光路开关，其特征在于，所述步进电机的单步步进为18
°
。4.根据权利要求1所述的一种光路开关，其特征在于，所述挡光部件(4)为自固定端(41)向活动端(42)的两侧逐渐延伸的扇面结构，所述挡光部设置于该扇面结构的弧形边缘内侧。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗顺烨，郭彬，邬黎明，程冰，俞佳俊，周顺，
申请(专利权)人：杭州微伽量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：