CN106842555A - 一种三维压电驱动微镜调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维压电驱动微镜调节装置，包括粗动台、X方向位移调节平台、Y方向位移调节平台、Z方向位移调节机构、滑轮导轨机构、压电薄膜、柔性铰链。粗动台、X方向位移调节平台、Y方向位移调节平台通过滑轮导轨机构叠加在一起，Z方向位移调节机构位于X方向位移调节平台上。在粗动台定位后，对Y方向压电薄膜施加电压，压电薄膜在逆压电作用下使两端悬臂梁产生输出位移并通过位移放大机构推动Y方向位移调解平台进行Y方向位移调节；同理，X方向压电薄膜推动X方向位移调节平台进行X方向位移调节；Z方向压电薄膜推动Z方向位移调节机构进行Z方向位移调节。本发明的三维压电驱动微镜调节装置结构简单紧凑，可实现多自由度调节，响应速度快，适用于多种场合。

Description

一种三维压电驱动微镜调节装置

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，特别是一种三维压电驱动微镜调节装置。

背景技术

近年来，微机电***(MEMS)在光学领域的应用研究越来越受到重视。其应用已经延伸到医学、军事等各个行业。由于其具有较小的惯性，因而可以对其实现精确地定位。目前，微机电***已经成为世界各国研究的重点。

微镜是其中一个典型的代表，近来已有很多研究机构相机提出了不同类型的微镜及其驱动机构。但是传统的微镜调节机构一般采用精密丝杆副及滚动导轨、涡轮-凹轮机构等机械传动，存在摩擦、间隙等误差，很难一次定位成功。而对于电热、电磁等驱动形式也存在适应性不足等缺陷。因此，目前急需一种结构简单、小型化能适应多种场合的微镜调节装置，但是现有技术尚无相关描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维压电驱动微镜调节装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三维压电驱动微镜调节装置，包括粗动台、Y方向驱动结构、Y方向导轨机构、Y方向位移调节平台、Y方向柔性铰链导向机构、X方向駆动机构、X方向导轨机构、X方向位移调节平台和X方向柔性铰链导向机构；

所述Y方向导轨机构包括两根导轨，该两根导轨对称设置在粗动台Y方向中轴线的两侧；Y方向柔性铰链导向机构包括四个柔性铰链机构并两两对称于粗动台Y方向中轴线；Y方向位移调节平台位于两根导轨的上方并在Y方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该Y方向驱动机构包括两个关于粗动台Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的Y方向压电薄膜驱动器，其中悬臂梁与对应的Y方向位移放大机构通过铰链相连，Y方向位移放大机构的另一端与Y方向位移调节平台相连；

Y方向位移调节平台上设置X方向导轨机构，所述X方向导轨机构包括两根导轨，该两根导轨对称设置在Y方向位移调节平台X方向中轴线的两侧，X方向位移调节平台位于两根导轨的上方并在X方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该X方向驱动机构包括两个关于Y方向位移调节平台X方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的X方向压电薄膜驱动器，其中悬臂梁与对应的X方向位移放大机构通过铰链相连，X方向位移放大机构的另一端与X方向位移调节平台相连；

在施加电压作用下，Y方向位移调节平台上的X方向压电薄膜驱动器由于逆压电效应产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过X方向位移放大机构来实现X方向的位移调节；粗动台上的Y方向压电薄膜驱动器产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过Y方向位移放大机构来实现Y方向的位移调节。

X方向位移调节平台上设置Z方向位移调节机构，其中Z方向位移调节机构包括支架和Z方向驱动机构，该Z方向驱动机构包括两个关于X方向位移调节平台Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端且关于粗动台Y方向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器，Z方向位移调节机构顶端设置微镜；Z方向位移调节机构经过Z方向压电薄膜驱动器来实现竖直方向上的位移调节。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的三维压电驱动微镜调节装置利用压电薄膜的逆压电效应产生的驱动力作为驱动源，可实现大位移调节。而且机构简单紧凑。同时，该装置可实现多自由度调节，响应速度快，可实现多种场合的应用。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为三维压电驱动微镜调节装置图。

图2为三维压电驱动微镜调节装置平面示意图。

图3为滑轮导轨机构。

图4为Z方向驱动机构侧视图。

图5为Z方向驱动机构正视图。

图中标号所代表的含义为：1.粗动台，2.Y方向导轨机构，3.Y方向位移调节平台，4.X方向导轨机构，5.Y方向柔性铰链导向机构，6.Y方向位移放大机构，7.X方向柔性铰链导向机构，8.Y方向压电薄膜驱动器，9.X方向压电薄膜驱动器，10.X方向位移放大机构，11.X方向位移调节平台，12.微镜，13.Z方向位移调节平台，14.Z方向压电薄膜驱动器，15.支架。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种三维压电驱动微镜调节装置，包括粗动台1、Y方向驱动结构、Y方向导轨机构2、Y方向位移调节平台3、Y方向柔性铰链导向机构5、X方向驱动机构、X方向导轨机构4、X方向位移调节平台11和X方向柔性铰链导向机构7；

所述Y方向导轨机构2包括两根导轨，该两根导轨对称设置在粗动台1Y方向中轴线的两侧；Y方向柔性铰链导向机构5包括四个柔性铰链机构并两两对称于粗动台1Y方向中轴线；Y方向位移调节平台3位于两根导轨的上方并在Y方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该Y方向驱动机构包括两个关于粗动台1Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的Y方向压电薄膜驱动器8，其中悬臂梁与对应的Y方向位移放大机构6通过铰链相连，Y方向位移放大机构6的另一端与Y方向位移调节平台3相连；

Y方向位移调节平台3上设置X方向导轨机构4，所述X方向导轨机构4包括两根导轨，该两根导轨对称设置在Y方向位移调节平台3X方向中轴线的两侧，X方向位移调节平台11位于两根导轨的上方并在X方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该X方向驱动机构包括两个关于Y方向位移调节平台3X方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的X方向压电薄膜驱动器9，其中悬臂梁与对应的X方向位移放大机构10通过铰链相连，X方向位移放大机构10的另一端与X方向位移调节平台11相连；

在施加电压作用下，Y方向位移调节平台3上的X方向压电薄膜驱动器9由于逆压电效应产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过X方向位移放大机构10来实现X方向的位移调节；粗动台1上的Y方向压电薄膜驱动器8产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过Y方向位移放大机构6来实现Y方向的位移调节。

所述X方向位移调节平台11上设置Z方向位移调节机构13，其中Z方向位移调节机构13包括支架15和Z方向驱动机构，该Z方向驱动机构包括两个关于X方向位移调节平台11Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端且关于粗动台1Y方向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器14，Z方向位移调节机构13顶端设置微镜12；Z方向位移调节机构13经过Z方向压电薄膜驱动器14来实现竖直方向上的位移调节。

所述X方向压电薄膜驱动器9、Y方向压电薄膜驱动器8、Z方向压电薄膜驱动器14均采用压电薄膜层合悬臂梁来施加电压产生驱动力。

所述粗动台1上设置固定框，Y方向柔性铰链导向机构5、Y方向位移放大机构6和Y方向驱动机构的致动机构均铰接在该固定框上。

所述Y方向位移调节平台3上设置固定框，X方向柔性铰链导向机构7、X方向位移放大机构10和X方向驱动机构的致动机构均铰接在该固定框上。

本发明的三维压电驱动微镜调节装置利用压电薄膜的逆压电效应产生的驱动力作为驱动源，可实现大位移调节。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

结合图1，本发明的一种三维压电驱动微镜调节装置，包括X方向位移调节平台、Y方向位移调节平台、Z方向位移调节机构、X方向压电薄膜驱动器、Y方向压电薄膜驱动器、Z方向压电薄膜驱动器、微镜等。X方向位移调节包括X方向位移放大机构10、X方向柔性铰链导向机构7、X方向位移调节平台11、关于Y方向位移调节平台3X方向中轴线对称设置的X方向压电薄膜驱动器9。Y方向位移调节包括Y方向位移放大机构6、Y方向柔性铰链导向机构5、Y方向位移调节平台3、关于粗动台1Y方向中轴线对称设置的Y方向压电薄膜驱动器8。Z方向的位移调节包括Z方向位移调节机构13以及四个贴合在悬臂梁上下两端且关于粗动台Y方向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器14。

粗动台、X方向位移调节平台和Y方向位移调节平台两两通过线性滑轮导轨相互叠加在一起，滑轮导轨作为导向机构，滑轮导轨导向机构如图3所示。X、Y驱动机构通过位移放大机构连接位移平台。Z方向位移调节机构中微镜置于Z方向压电薄膜驱动器上方，通过Z方向压电薄膜驱动器产生的驱动力来控制微镜在Z方向的位移调节。

X方向压电薄膜驱动器9在电压作用下由于逆压电效应产生驱动力施加在悬臂梁上产生驱动位移并施加在X方向位移放大机构10，X方向位移放大机构10沿X方向移动推动X方向位移调节平台11，X方向位移调节平台11在滑轮导轨上沿X方向移动。

Y方向压电薄膜驱动器8在电压作用下由于逆压电效应产生驱动力施加在悬臂梁上产生驱动位移并施加在Y方向位移放大机构6，Y方向位移放大机构6沿Y方向移动推动Y方向位移调节平台3，Y方向位移调节平台3在滑轮导轨上沿Y方向移动。

结合图4、图5，Z方向位移调节机构13中，微镜12固定在Z方向压电薄膜驱动器的上方，Z方向位移调节机构13底端通过支架15固定在X方向位移平台3上。

在X、Y两方向的位移调节后，Z方向压电薄膜驱动器14在电压作用下由于逆压电效应产生驱动力以此来控制微镜在竖直方向上的位移调节。

总之，X、Y、Z方向压电薄膜驱动器在电压作用下由于逆压电效应产生驱动位移，经放大机构作用下实现微镜的三自由度的调节。

Claims (5)

1.一种三维压电驱动微镜调节装置，其特征在于，包括粗动台[1]、Y方向驱动结构、Y方向导轨机构[2]、Y方向位移调节平台[3]、Y方向柔性铰链导向机构[5]、X方向驱动机构、X方向导轨机构[4]、X方向位移调节平台[11]和X方向柔性铰链导向机构[7]；

所述Y方向导轨机构[2]包括两根导轨，该两根导轨对称设置在粗动台[1]Y方向中轴线的两侧；Y方向柔性铰链导向机构[5]包括四个柔性铰链机构并两两对称于粗动台[1]Y方向中轴线；Y方向位移调节平台[3]位于两根导轨的上方并在Y方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该Y方向驱动机构包括两个关于粗动台[1]Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的Y方向压电薄膜驱动器[8]，其中悬臂梁与对应的Y方向位移放大机构[6]通过铰链相连，Y方向位移放大机构[6]的另一端与Y方向位移调节平台[3]相连；

Y方向位移调节平台[3]上设置X方向导轨机构[4]，所述X方向导轨机构[4]包括两根导轨，该两根导轨对称设置在Y方向位移调节平台[3]X方向中轴线的两侧，X方向位移调节平台[11]位于两根导轨的上方并在X方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该X方向驱动机构包括两个关于Y方向位移调节平台[3]X方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的X方向压电薄膜驱动器[9]，其中悬臂梁与对应的X方向位移放大机构[10]通过铰链相连，X方向位移放大机构[10]的另一端与X方向位移调节平台[11]相连；

在施加电压作用下，Y方向位移调节平台[3]上的X方向压电薄膜驱动器[9]由于逆压电效应产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过X方向位移放大机构[10]来实现X方向的位移调节；粗动台[1]上的Y方向压电薄膜驱动器[8]产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过Y方向位移放大机构[6]来实现Y方向的位移调节。

2.根据权利要求1所述的三维压电驱动微镜调节装置，其特征在于，X方向位移调节平台[11]上设置Z方向位移调节机构[13]，其中Z方向位移调节机构[13]包括支架[15]和Z方向驱动机构，该Z方向驱动机构包括两个关于X方向位移调节平台[11]Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端且关于粗动台[1]Y方向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器[14]，Z方向位移调节机构[13]顶端设置微镜[12]；Z方向位移调节机构[13]经过Z方向压电薄膜驱动器[14]来实现竖直方向上的位移调节。

3.根据权利1所述的三维压电驱动微镜调节装置，其特征在于，X方向压电薄膜驱动器[9]、Y方向压电薄膜驱动器[8]、Z方向压电薄膜驱动器[14]均采用压电薄膜层合悬臂梁来施加电压产生驱动力。

4.根据权利1所述的三维压电驱动微镜调节装置，其特征在于，粗动台[1]上设置固定框，Y方向柔性铰链导向机构[5]、Y方向位移放大机构[6]和Y方向驱动机构的致动机构均铰接在该固定框上。

5.根据权利1所述的三维压电驱动微镜调节装置，其特征在于，Y方向位移调节平台[3]上设置固定框，X方向柔性铰链导向机构[7]、X方向位移放大机构[10]和X方向驱动机构的致动机构均铰接在该固定框上。