CN103487934A - 一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电陶瓷驱动的微镜微调装置，包括粗动台、X方向位移微调节机构、Y方向位移微调节机构、俯仰调节机构和反射镜。粗动台、X方向位移微调节平台和Y方向位移微调节平台叠加在一起，反射镜俯仰调节机构位于X方向位移微调节平台上。Y方向光电陶瓷致动器在紫外光源照射下产生驱动力，通过位移放大机构推动Y方向位移微调节平台进行Y方向上的微调节；同理，X方向光电陶瓷致动器推动X方向位移微调节平台进行X方向上的微调节，其中，滚动导轨做为导向机构；光电陶瓷俯仰致动器在紫外光源的照射下产生驱动力，通过三角形放大机构推动反射镜俯仰转动。本发明结构简单紧凑，可以实现光控非接触式控制，且可避免电磁干扰。

Description

一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置

技术领域

本发明涉及一种微镜微调节驱动装置，特别是一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置。

背景技术

微镜被广泛应用于光学***、微机械光开关、精密测量、医疗成像、生物技术和航空航天等国防和民用领域。近年来，通过对微镜配备不同功能的驱动装置，可以实现对入射光强度和相位的调制以及光路的选通，使得微镜具有光开关、自适应光学校正等功能。传统的微镜工作台采用精密丝杆副及滚动导轨、精密螺旋楔块机构、涡轮-凹轮机构、齿轮-杠杆式机构等机械传动式驱动，由于机械摩擦、间隙、爬行等原因，很难一次性定位成功，往往需要进行微调节。对于压电驱动、电磁驱动、电热驱动和静电驱动的微镜微调节机构，需要导线连接，易受到电磁噪声干扰。对于真空或者特定操作环境下，我们无法直接操作控制，需要一种非接触式控制装置，但是现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，包括X方向位移微调节平台、俯仰调节机构、Y方向位移微调节平台、粗动台、X方向光电陶瓷致动器、X方向位移放大机构、Y方向位移放大机构、Y方向光电陶瓷致动器、滚动导轨、三角形放大机构、光电陶瓷俯仰致动器、俯仰致动器挡板、Y方向致动器挡板和X方向致动器挡板；

其中Y方向位移微调节平台、Y方向位移放大机构和Y方向光电陶瓷致动器均设置在粗动台上，Y方向位移微调节平台与粗动台之间设置滚动导轨，Y方向位移微调节平台和Y方向位移放大机构通过柔性铰链相连，Y方向位移放大机构通过柔性铰链推动Y方向位移微调节平台在滚动导轨上移动，Y方向位移放大机构与Y方向光电陶瓷致动器相连，Y方向位移放大机构对Y方向光电陶瓷致动器的驱动位移进行放大；

Y方向位移微调节平台上方设置X方向位移微调节平台、X方向光电陶瓷致动器和X方向位移放大机构，Y方向位移微调节平台和X方向位移微调节平台之间设置滚动导轨，X方向位移放大机构与X方向位移微调节平台通过柔性铰链相连，X方向位移放大机构通过柔性铰链推动X方向位移微调节平台在滚动导轨上移动，X方向位移放大机构与X方向光电陶瓷致动器相连，X方向位移放大机构对X方向光电陶瓷致动器的驱动位移进行放大；X方向位移微调节平台上设置俯仰调节机构。

俯仰调节机构包括三角形放大机构、反射镜、光电陶瓷俯仰致动器和俯仰致动器挡板；反射镜支架固定在X方向位移微调节平台上，反射镜支架上设置旋转轴，反射镜可在旋转轴上转动，所述旋转轴与X方向位移微调节平台平行，三角形放大机构一端通过柔性铰链与X方向位移微调节平台相连，三角形放大机构的另一端通过柔性铰链与反射镜相连，光电陶瓷俯仰致动器一端与三角形放大机构连接，光电陶瓷俯仰致动器的另一端与俯仰致动器挡板相固连，所述俯仰致动器挡板固定在X方向位移微调节平台上。

还包括Y方向致动器挡板和X方向致动器挡板，其中Y方向致动器挡板固定在粗动台上并与Y方向光电陶瓷致动器固连，X方向致动器挡板固定在Y方向位移微调节平台上并与X方向光电陶瓷致动器固连。

所述X方向光电陶瓷致动器、Y方向光电陶瓷致动器和光电陶瓷俯仰致动器的材料均为镧改性锆钛酸铅。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的光电陶瓷驱动的微镜微调节装置利用光电陶瓷的光致形变效应，使光能直接转化为机械能，取消了中间机械传动环节，使结构简单紧凑。同时，该装置的驱动源为紫外光，可实现光控非接触式操作，避免了电磁噪声干扰，适用于各种介质环境工作。 

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为光电陶瓷驱动的微镜微调节装置示意图。

图2为滚动导轨侧面示意图。

图3为俯仰调节机构示意图。

图中标号所代表的含义为：1.X方向位移微调节平台，2.俯仰调节机构，3.Y方向位移微调节平台，4.粗动台，5.X方向光电陶瓷致动器，6.X方向位移放大机构，7.Y方向位移放大机构，8.Y方向光电陶瓷致动器，9.滚动导轨，10.三角形放大机构，11.反射镜，12.俯仰光电陶瓷致动器，13.俯仰致动器挡板，14. Y方向致动器挡板，15. X方向致动器挡板。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，包括X方向位移微调节平台1、俯仰调节机构2、Y方向位移微调节平台3、粗动台4、X方向光电陶瓷致动器5、X方向位移放大机构6、Y方向位移放大机构7、Y方向光电陶瓷致动器8、和滚动导轨；

其中Y方向位移微调节平台3、Y方向位移放大机构7和Y方向光电陶瓷致动器8均设置在粗动台4上，Y方向位移微调节平台3与粗动台4之间设置滚动导轨，Y方向位移微调节平台3和Y方向位移放大机构7通过柔性铰链相连，Y方向位移放大机构7通过柔性铰链推动Y方向位移微调节平台3在滚动导轨上移动，Y方向位移放大机构7与Y方向光电陶瓷致动器8相连，Y方向位移放大机构7对Y方向光电陶瓷致动器8的驱动位移进行放大；

Y方向位移微调节平台3上方设置X方向位移微调节平台1、X方向光电陶瓷致动器5和X方向位移放大机构6，Y方向位移微调节平台3和X方向位移微调节平台1之间设置滚动导轨，X方向位移放大机构6与X方向位移微调节平台1通过柔性铰链相连，X方向位移放大机构6通过柔性铰链推动X方向位移微调节平台1在滚动导轨上移动，X方向位移放大机构6与X方向光电陶瓷致动器5相连，X方向位移放大机构6对X方向光电陶瓷致动器5的驱动位移进行放大；X方向位移微调节平台1上设置俯仰调节机构2。

所述俯仰调节机构2包括三角形放大机构10、反射镜11、光电陶瓷俯仰致动器12和俯仰致动器挡板13；反射镜支架固定在X方向位移微调节平台1上，反射镜支架上设置旋转轴，反射镜11可在旋转轴上转动，所述旋转轴与X方向位移微调节平台1平行，三角形放大机构10一端通过柔性铰链与X方向位移微调节平台1相连，三角形放大机构10的另一端通过柔性铰链与反射镜11相连，光电陶瓷俯仰致动器12一端与三角形放大机构10连接，光电陶瓷俯仰致动器12的另一端与俯仰致动器挡板13相固连，所述俯仰致动器挡板13固定在X方向位移微调节平台1上。

本发明的光电陶瓷驱动的微镜微调节装置还包括Y方向致动器挡板14和X方向致动器挡板15，其中Y方向致动器挡板14固定在粗动台4上并与Y方向光电陶瓷致动器8固连，X方向致动器挡板15固定在Y方向位移微调节平台3上并与X方向光电陶瓷致动器5固连。

所述X方向光电陶瓷致动器5、Y方向光电陶瓷致动器8和光电陶瓷俯仰致动器12的材料均为镧改性锆钛酸铅。

本发明的光电陶瓷驱动的微镜微调节装置适用于微镜无线连接和非接触式远程光控领域，尤其适用于易受电磁干扰的微镜微调节机构。

下面进行具体描述：

本发明的一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，包括粗动台、X方向位移微调节机构、Y方向位移微调节机构、俯仰调节机构、反射镜、滚动导轨、光电陶瓷致动器，粗动台、X方向位移微调节平台和Y方向位移微调节平台相互叠加在一起，平台之间有滚动导轨作为导向机构，俯仰调节机构位于X方向位移微调节平台上。粗动台对微镜进行初定位后，X方向光电陶瓷致动器和Y方向光电陶瓷致动器在紫外光源的照射下输出驱动力，通过柔性铰链和位移放大机构放大，实现微镜X、Y两方向的位移微调节。俯仰调节机构在俯仰光电陶瓷致动器驱动下，通过柔性铰链和三角形放大机构，推动反射镜转动，实现微镜的角度微调节。

结合图1，本发明的一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，包括X方向位移微调节机构、Y方向位移微调节机构、俯仰调节机构、粗动台等。X方向位移微调节机构包括X方向光电陶瓷致动器5、X方向位移放大机构6、X方向位移微调节平台1和X方向致动器挡板15；Y方向位移微调节机构包括Y方向光电陶瓷致动器8、Y方向位移放大机构7、Y方向位移微调节平台3和Y方向致动器挡板14；俯仰调节机构2包括俯仰光电陶瓷致动器12、三角形放大机构10、反射镜11和俯仰致动器挡板13。

Y方向光电陶瓷致动器8在紫外光源的照射下发生光致形变，产生驱动力，并作用在Y方向位移放大机构7上，Y方向位移放大机构7由柔性铰链制成，在Y方向光电陶瓷致动器8的驱动作用下推动Y方向位移微调节平台3，Y方向位移微调节平台3在滚动导轨上沿Y方向移动。

X方向光电陶瓷致动器5在紫外光源照射下发生光致形变，产生驱动力，并作用在X方向位移放大机构6上，驱动力经X方向位移放大机构6放大后推动X方向位移平台1，X方向位移微调节平台1在滚动导轨上沿X方向移动。

X方向位移放大机构6和Y方向位移放大机构7均用杠杆放大机构进行位移放大，杠杆放大机构采用两级位移放大，输出端和输入端连接均为柔性铰链。

结合图3，俯仰调节机构2中，三角形放大机构10的一端通过柔性铰链和反射镜11连接，另一端通过柔性铰链固定在X方向位移平台1上，中间端与俯仰光电陶瓷致动器12连接。反射镜通过X方向位移平台1上的支撑架固定。

在X、Y两方向的位移微调后，俯仰光电陶瓷致动器12在紫外光源照射下产生驱动力，经三角形放大机构放大后作用在反射镜上，推动反射镜旋转，实现反射镜的俯仰调节。光电陶瓷俯仰致动器12通过三角形放大机构10控制反射镜11转动。

由上可知，X、Y方向和俯仰的光电陶瓷致动器在光源照射下产生驱动力，在位移放大机构的作用下推动微镜实现三自由度的微调节。其中，X方向光电陶瓷致动器5、Y方向光电陶瓷致动器8和光电陶瓷俯仰致动器12均用紫外光源照射驱动，实现无导线连接。并且由光致形变材料镧改性锆钛酸铅（PLZT）陶瓷做成的光电陶瓷致动器把光能直接转化成机械能，取消了中间的机械传动环节，消除了机械传动误差。

Claims (4)

1.一种光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，其特征在于，包括X方向位移微调节平台[1]、俯仰调节机构[2]、Y方向位移微调节平台[3]、粗动台[4]、X方向光电陶瓷致动器[5]、X方向位移放大机构[6]、Y方向位移放大机构[7]、Y方向光电陶瓷致动器[8]、和滚动导轨；

其中Y方向位移微调节平台[3]、Y方向位移放大机构[7]和Y方向光电陶瓷致动器[8]均设置在粗动台[4]上，Y方向位移微调节平台[3]与粗动台[4]之间设置滚动导轨，Y方向位移微调节平台[3]和Y方向位移放大机构[7]通过柔性铰链相连，Y方向位移放大机构[7]通过柔性铰链推动Y方向位移微调节平台[3]在滚动导轨上移动，Y方向位移放大机构[7]与Y方向光电陶瓷致动器[8]相连，Y方向位移放大机构[7]对Y方向光电陶瓷致动器[8]的驱动位移进行放大；

Y方向位移微调节平台[3]上方设置X方向位移微调节平台[1]、X方向光电陶瓷致动器[5]和X方向位移放大机构[6]，Y方向位移微调节平台[3]和X方向位移微调节平台[1]之间设置滚动导轨，X方向位移放大机构[6]与X方向位移微调节平台[1]通过柔性铰链相连，X方向位移放大机构[6]通过柔性铰链推动X方向位移微调节平台[1]在滚动导轨上移动，X方向位移放大机构[6]与X方向光电陶瓷致动器[5]相连，X方向位移放大机构[6]对X方向光电陶瓷致动器[5]的驱动位移进行放大；X方向位移微调节平台[1]上设置俯仰调节机构[2]。

2.根据权利要求1所述的光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，其特征在于，所述俯仰调节机构[2]包括三角形放大机构[10]、反射镜[11]、光电陶瓷俯仰致动器[12]和俯仰致动器挡板[13]；反射镜支架固定在X方向位移微调节平台[1]上，反射镜支架上设置旋转轴，反射镜[11]可在旋转轴上转动，所述旋转轴与X方向位移微调节平台[1]平行，三角形放大机构[10]一端通过柔性铰链与X方向位移微调节平台[1]相连，三角形放大机构[10]的另一端通过柔性铰链与反射镜[11]相连，光电陶瓷俯仰致动器[12]一端与三角形放大机构[10]连接，光电陶瓷俯仰致动器[12]的另一端与俯仰致动器挡板[13]相固连，所述俯仰致动器挡板[13]固定在X方向位移微调节平台[1]上。

3.根据权利要求1或2所述的光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，其特征在于，还包括Y方向致动器挡板[14]和X方向致动器挡板[15]，其中Y方向致动器挡板[14]固定在粗动台[4]上并与Y方向光电陶瓷致动器[8]固连，X方向致动器挡板[15]固定在Y方向位移微调节平台[3]上并与X方向光电陶瓷致动器[5]固连。

4.根据权利要求1或2所述的光电陶瓷驱动的微镜微调节装置，其特征在于，X方向光电陶瓷致动器[5]、Y方向光电陶瓷致动器[8]和光电陶瓷俯仰致动器[12]的材料均为镧改性锆钛酸铅。

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