CN107210687A - 集成式微微型电动机座架 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种可调整紧凑型座架，所述可调整紧凑型座架可包含适于在受限空间中使用的集成式构造。一些可调整紧凑型座架实施例可包含在使用期间完全安置在底座的外周界内的带螺纹驱动螺杆。可使用高密度材料的端帽来促进某些实施例的紧凑性，同时实现所述可调整紧凑型座架的压电型驱动电动机的高效使用。为提高耐久性，可在一些实施例的组件上使用某些涂层。
Description
相关专利申请案
本申请案依据35U.S.C.第119(e)条主张李洪启(Hongqi Li)于2015年1月29日提出申请的标题为“集成式微微型电动机座架(INTEGRATED PICOMOTOR MOUNT)”的第62/109,458号美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案以其全文引用的方式并入本文中。
背景技术
例如透镜、反射境、波片、滤波器、体布拉格光栅、棱镜等等的光学装置或元件通常安装到光学***，且明确地说安装到具有可调整座架的实验性光学***。光学***的实例可包含具有多个光学装置及组件的光具座或底座，所述多个光学装置及组件以一定向安装到底座以便提供将光束从一个光学装置引导到下一光学装置的光学路径。来自激光器或其它光源的射束通常用于此类应用。对于此类***，可调整座架提供用以将光学元件或类似物牢固地扣接到光具座或光学***的其它组件且允许光学元件的定向及/或位置的某一调整的机构。对于许多应用，可调整座架应可在受限空间内操作而不具有在调整过程期间妨碍附近装备的凸角。
一些现有可调整座架可包含：第一板，其经构造以具有紧固到其的光学元件；及第二板，其邻近第一板而安置，其中第一板可相对于第二板位移。在一些情形中，可使用压电型驱动电动机来使耦合在板之间的螺杆旋转以驱动第一板与第二板之间的相对位移。对于许多此类座架，可调整座架的驱动螺杆、压电式驱动电动机或其它组件可在第一板与第二板之间的相对位移期间延伸超出第一板及/或第二板的外周界。另外，高效地操作压电式驱动电动机所需的惯性矩的量值可导致可不适合在各种应用的受限空间中使用的大型座架装置。此外，此类座架***的一些组件的外表面可随时间被磨损且减小可调整座架的操作效率。
高效地操作且还允许供在受限空间中使用的紧凑大小的可调整座架一直是所需要的。不具有座架的在使用期间延伸超过座架的板的外周界的驱动螺杆或其它组件以进一步增强供在受限空间中使用的适用性的可调整座架也一直是所需要的。包含持久地供在经延长时间周期内高效且可靠使用的组件的可调整座架也一直是所需要的。
发明内容
紧凑型可调整座架的一些实施例包含底座，所述底座具有在所述底座的底部部分上的平坦安装表面。所述可调整座架还可包含载台，所述载台相对于所述底座沿除单个线性自由度之外的所有自由度是大体上固定的，使得所述载台相对于所述底座沿所述线性自由度在预定距离内平移。所述载台还可包含在所述载台的上部部分上的平坦安装表面以用于安装光学元件或类似物。此载台还可适于安装在使用期间相对于固定安装表面需要准确地重新定位的非光学组件。所述可调整座架还可包含伸长型带螺纹驱动轴，所述伸长型带螺纹驱动轴具有纵向轴线、带螺纹长度及具有外表面的被驱动部分，所述带螺纹长度具有带螺纹外表面，所述带螺纹外表面具有围绕所述纵向轴线同心地安置的至少一个螺纹槽。所述带螺纹驱动轴相对于所述底座在沿着所述纵向轴线的轴向方向上可为固定的且在使用期间始终安置在所述底座的外周界内。所述带螺纹驱动轴相对于所述底座在横向于所述轴的所述纵向轴线的方向上也可为固定的且相对于所述底座可围绕所述轴的所述纵向轴线旋转。所述可调整座架可进一步包含螺母，所述螺母紧固到所述载台、包含围绕所述带螺纹驱动轴安置的开孔且在所述开孔内包含经构造以啮合所述带螺纹驱动轴的所述带螺纹外表面的所述螺纹槽的啮合结构。所述螺母可以防止所述螺母围绕所述带螺纹驱动轴的所述纵向轴线沿旋转方向进行旋转的构造紧固到所述载台，使得所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转引起所述螺纹槽相对于所述螺母的所述啮合结构的旋转以及所述螺母及载台因所述带螺纹驱动轴的旋转相对于所述底座沿着所述纵向轴线进行的后续轴向移动。惯性驱动电动机可安置在所述底座内且包含第一接触表面及第二接触表面，所述第二接触表面相对于所述第一接触表面以间隔开且大体上对置的关系安置。在一些情形中，所述第一及第二接触表面可与所述带螺纹驱动轴的所述被驱动部分操作地啮合，使得所述驱动电动机的致动赋予所述第一接触表面与第二接触表面之间的往复运动，从而引起所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转运动。至少一个盘状端帽可以固定关系紧固到所述带螺纹驱动轴的一端。此些端帽实施例可安置在所述底座的所述外周界内、包含高密度材料且包含足以使所述惯性驱动电动机高效操作的惯性矩。
紧凑型可调整座架的一些实施例包含底座及载台，所述载台相对于所述底座沿除单个线性自由度之外的所有自由度是固定的，使得所述载台沿所述线性自由度平移。此些紧凑型可调整座架实施例还可包含伸长型带螺纹驱动轴，所述伸长型带螺纹驱动轴包含纵向轴线、带螺纹长度及具有外表面的被驱动部分，所述带螺纹长度具有带螺纹外表面，所述带螺纹外表面具有围绕所述纵向轴线同心地安置的至少一个螺纹槽，所述带螺纹驱动轴相对于所述底座在沿着所述纵向轴线的轴向方向上为固定的、安置在所述底座的外周界内、相对于所述底座在横向于所述纵向轴线的方向上为固定的且相对于所述底座可围绕所述纵向轴线旋转。螺母可紧固到所述载台，所述螺母包含围绕所述带螺纹驱动轴安置的开孔。所述螺母的所述开孔可包含在所述开孔内的啮合结构，所述啮合结构经构造以啮合所述带螺纹驱动轴的所述带螺纹外表面的所述螺纹槽，使得所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转引起所述螺母及载台相对于所述底座沿着所述纵向轴线的轴向移动。惯性驱动电动机可安置在所述底座内且包含至少一个接触表面，所述至少一个接触表面与所述带螺纹驱动轴的所述被驱动部分操作地啮合，使得所述惯性驱动电动机的致动赋予所述至少一个接触表面的往复运动，从而引起所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转运动。另外，至少一个端帽可以固定关系紧固到所述带螺纹驱动轴，其中所述端帽安置在所述底座的外周界内。所述端帽可具有经构造以足以所述惯性驱动电动机高效操作的惯性矩。
压电式惯性驱动电动机的一些实施例可包含致动器框架，所述致动器框架具有包含第一接触表面的第一支撑元件及包含第二接触表面的第二支撑元件。所述第二接触表面相对于所述第一接触表面以间隔开且大体上对置的关系安置。所述致动器框架还可包含偏置弹簧夹，所述偏置弹簧夹与所述第一支撑元件及所述第二支撑元件啮合且经构造以提供抵制所述第一接触表面远离所述第二接触表面进行垂直位移的弹性恢复力。所述致动器框架可进一步包含安置在所述致动器框架的第一安装表面与所述致动器框架的第二安装表面之间的压电元件腔。压电元件可安置在所述压电元件腔内。所述压电元件可具有紧固到所述第一安装表面的第一端及紧固到所述第二安装表面的第二端。所述压电元件可经构造以响应于发射到所述压电元件的电驱动器信号而膨胀及收缩，且经构造使得所述压电元件的膨胀或收缩引起所述第一接触表面与所述第二接触表面之间的相应大体上平行往复位移。
在以下说明、实例、权利要求书及图式中进一步描述某些实施例。当连同随附示范性图式一起时，依据以下详细说明，实施例的这些特征将变得更加显而易见。
附图说明
图1是紧凑型可调整座架实施例的透视图，所述紧凑型可调整座架实施例操作地耦合到控制器且紧固到光学工作台的安装表面。
图2是以图1的紧凑型可调整座架实施例的角度的分解图。
图3是图1的紧凑型可调整座架实施例的载台的仰视图。
图4是图1的紧凑型可调整座架实施例的底座及一些其它相关联元件的透视图。
图5是图4中所展示的底座的俯视图。
图6是图1的紧凑型可调整座架实施例沿着图1的线6-6所截取的横向横截面图，其中载台沿线性位置位移，所述紧凑型可调整座架实施例具有朝向压电式驱动电动机安置的带螺纹螺母。
图6A是由图6中所展示的圆圈部分6A所指示的带螺纹驱动轴截面的放大视图。
图7展示图6的紧凑型可调整座架实施例的横向横截面图，其中载台沿线性位置位移，所述紧凑型可调整座架实施例具有远离压电式驱动电动机安置的带螺纹螺母。
图8是图1的紧凑型可调整座架实施例的子组合件的透视图，所述子组合件包含带螺纹驱动轴、压电式驱动电动机、带螺纹螺母及端帽以及旋转轴承。
图9是图8的带螺纹驱动轴的透视图。
图10是以带螺纹驱动轴的两件式实施例的角度的分解图。
图11是图1的紧凑型可调整座架实施例的压电式驱动电动机实施例的透视图。
图12是以图11的压电式驱动电动机实施例的角度的分解图。
图13是图11的压电式驱动电动机实施例的俯视图，其中出于图解目的，未展示弹簧偏置夹。
图14是图11的压电式驱动电动机实施例的侧视图，其中出于图解目的，未展示弹簧偏置夹。
图15是图14的压电式驱动电动机实施例的截面的透视图，其中出于图解目的，未展示弹簧偏置夹。
图式图解说明本技术的实施例且并非限制性的。为清晰及便于图解说明，所述图式可未按比例制作，且在一些例子中，可扩大或放大地展示各种方面以促进对特定实施例的理解。
具体实施方式
本申请案针对于可用于将各种各样的装置安装到稳定表面(例如，光具座的平坦顶部安装表面或任何其它适合表面)的某些紧凑型可调整座架实施例。本文中所论述的实施例使得安装到此紧凑型可调整座架的载台的上部平坦安装表面的装置(例如光学装置或元件)能够相对于光具座或类似物的安装表面以精确且可重复方式平移。如上文所论述，此类紧凑型可调整座架可用于将光学组件或元件安装到稳定安装表面(例如光学工作台)且准许相对于光具座或安置在光具座上的其它光学元件精确地调整光学元件的位置。对于一些实施例，具有安装表面的载台可由一或多个精密轴承组合件耦合到底座，所述一或多个精密轴承组合件经构造以准许载台与底座之间以高线性精密度相对地轴向平移。载台与底座之间的相对线性位移可通过带螺纹驱动轴而实施，所述带螺纹驱动轴可围绕驱动轴的其纵向轴线而旋转且相对于底座保持为轴向固定的。
带螺纹螺母或类似物可操作地耦合到带螺纹驱动轴的带螺纹部分且还紧固到载台，使得带螺纹螺母相对于载台的旋转受限。以此方式，带螺纹轴的旋转引起载台与底座之间的相对线性位移。在一些实施例中，带螺纹驱动轴可通过压电式驱动电动机而旋转，所述压电式驱动电动机也安装在底座内且操作地耦合到带螺纹驱动轴的被驱动部分。压电式驱动电动机可通过电线或类似物耦合到控制器，所述控制器经配置以产生驱动信号，所述驱动信号致动压电式驱动电动机以将扭矩赋予带螺纹驱动轴的被驱动部分，从而通过惯性类型驱动方法使带螺纹驱动轴旋转。此惯性类型驱动方法可用于使带螺纹驱动轴沿旋转方向且以角量值进行旋转以产生带螺纹驱动轴的所要量的角位移以及带螺纹螺母及载台相对于底座的对应线性平移。尽管本文中所展示及所论述的示范性实施例在紧凑型可调整座架的底座中具有驱动电动机及带螺纹驱动轴，但针对本文中所展示或所涵盖的实施例中的任一者，这些元件可用带螺纹螺母适当地安置在载台内，从而紧固到底座。
参考各图，紧凑型可调整座架实施例10在图1中展示为紧固到光具座14的安装表面12。出于图解目的，类属光学元件16展示为紧固到呈紧凑型可调整座架10的载台20的顶部安装表面18的形式的安装表面。紧凑型可调整座架10由电线线束22耦合到控制器24，所述控制器经配置以产生驱动信号，所述驱动信号透过电线线束22传递到惯性驱动电动机，例如紧凑型可调整座架10的压电式惯性驱动电动机26，如图2中所展示。紧凑型可调整座架实施例10包含底座28，底座28具有在底座28的底部部分上的安装表面30，所述安装表面可具有平坦构造。在图6及7中可见底座28的底部上的安装表面30。底座28还可包含适于使可用于将底座紧固到安装表面12的安装扣件通过的一或多个安装孔32(见图2到5)。对于包含多个安装孔32的实施例，安装孔32可以周期性或规律地间隔开的布置间隔开，所述周期性或规律地间隔开的布置与光具座14的安装表面12中的对应带螺纹孔或类似物的周期性或规律间隔一致。此周期性间隔可包含中心相距1英寸地安置在全增量上的安装孔32。
各图中所展示的紧凑型可调整座架实施例10包含载台20，所述载台相对于底座28沿除单个线性自由度之外所有自由度是大体上固定的。在此上下文中使用的术语“大体上固定”意指固定的，因紧凑型可调整座架10的组件的轴承、座圈、轴承表面或接触表面等的不完美或容差而产生的意外移动除外。以此方式，载台20可相对于底座28在预定距离内沿线性自由度平移，如图6及7中所展示。底座28与载台20之间的相对线性运动可由操作地安置在底座28与载台20之间的至少一个线性轴承组合件控制及促进。对于各图中所展示的实施例，一对线性滚珠轴承组合件操作地安置在底座28与载台20的相应轴承座圈之间。明确地说，第一线性滚珠轴承组合件34操作地安置在底座28的第一轴承座圈36与载台20的第一轴承座圈38之间。第二线性滚珠轴承组合件40操作地安置在底座28的第二轴承座圈42与载台20的第二轴承座圈44之间，如图2中所展示。轴承组合件可由多个带螺纹螺杆45捕获在适当位置。对于所展示的实施例，轴承座圈36、38、42及44是彼此平行且平行于载台的单个线性自由度延伸的笔直带槽结构。载台20的主体的底侧可包含为与底座相关联的结构提供空隙(否则可阻碍或妨碍载台20相对于底座28的移动)的一或多个退切狭槽。对于所展示的实施例，第一端帽离隙狭槽46及第二端帽离隙狭槽48切入到载台20的底部表面中。第一端帽离隙狭槽46及第二端帽离隙狭槽48经构造以为相应第一端帽50及第二端帽52的外周界表面提供空隙，所述第一端帽及第二端帽可具有盘状构造且紧固到紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54的相对侧。在一些情形中，第一端帽离隙狭槽46及第二端帽离隙狭槽48可具有圆柱形截面形状及约0.01英寸到约0.1英寸的深度，所述深度是从由载台主体20的标称底部表面56界定的平面而测量，如图3中所展示。
在一些情形中，载台20相对于底座28的线性平移范围可由安置在底座28与载台20之间的狭槽-插销结构确定。明确地说，线性运动范围可受载台20的底部表面56中的纵向狭槽58的长度及位置以及从底座28的顶部表面紧固到纵向狭槽58且向上延伸到纵向狭槽58中的配合插销60控制。插销60及纵向狭槽58相互设定大小，使得插销60在狭槽58内将自由地滑动直到插销到达纵向狭槽58的任一端为止，在所述任一端处，将阻止载台20与底座28之间的任何进一步运动。纵向狭槽58平行于载台20相对于底座28的位移的线性自由度而定向。除狭槽-插销结构之外，载台20相对于底座28的线性运动范围还可受带螺纹驱动轴54的带螺纹部分64(见图9)上的带螺纹螺母62的对应线性范围以及带螺纹螺母62在底座28的带螺纹驱动轴腔66的边界内的空间限制约束。明确地说，图6展示从中立或中心位置(如图1中所展示)位移到具有朝向压电式驱动电动机26而安置的带螺纹螺母62的线性位置(或位移到图中的左边)的载台20。图7展示从中立或中心位置位移到具有远离压电式驱动电动机26而安置的带螺纹螺母62的线性位置或位移到图中的右边的载台20。
所展示的载台实施例20还可包含用于安装光学元件16或类似物的安装表面，例如载台的上部部分上的顶部安装表面18。顶部安装表面18可具有适于安装标准光学组件及夹具的平坦构造。此载台实施例20还可适于安装在使用期间相对于固定安装表面12需要准确地重新定位的非光学组件。对于一些实施例，紧凑型可调整座架10的底座28及载台20可由任何适合高强度稳定材料(例如钢，包含不锈钢、铝、复合材料，包含碳纤维复合材料等等)制成。对于一些实施例，紧凑型可调整座架10可具有从底座28的底部表面30到载台20的上部载台安装表面18为约0.3英寸到约1英寸的高度。在一些例子中，紧凑型可调整座架10沿着平移方向(且在载台20与底座28轴向对准的情况下，如图1中所展示)可具有约0.75英寸到约4英寸的横向外尺寸。对于一些实施例，紧凑型可调整座架10沿着平移方向(且在载台与底座对准的情况下)可具有约1.5英寸到约3英寸的横向外尺寸。
所展示的紧凑型可调整座架实施例10包含伸长型带螺纹驱动轴54，所述伸长型带螺纹驱动轴具有纵向轴线68、带螺纹长度64及被驱动部分74，所述带螺纹长度具有带螺纹外表面70，所述带螺纹外表面具有围绕纵向轴线68同心地安置在带螺纹驱动轴54的带螺纹外表面70上的至少一个螺纹槽72。在一些情形中，带螺纹驱动轴54的带螺纹外表面70可包含氮化物涂层以改善带螺纹外表面70的润滑性及耐久性。在一些实施例中，被驱动部分74可包含外表面，所述外表面可为如图9中所展示的带槽外表面76。带槽外表面76可包含安置在带槽外表面76上及/或形成到带槽外表面76中的圆周槽。压电式驱动电动机26的第一接触表面78及第二接触表面80可具有包含槽的对应第一带槽接触表面82及第二带槽接触表面84(见图11)，所述槽经构造以啮合带螺纹驱动轴54的被驱动部分74的带槽外表面76，如图6及7中所展示。压电式驱动电动机26的带槽第一接触表面82及带槽第二接触表面84可经构造以与带螺纹驱动轴54的被驱动部分74的带槽外表面76咬合，使得被驱动部分74的带槽外表面76的脊部86安置在接触表面78、80的带槽表面82、84的凹谷88内，且反之亦然。此布置对于维持压电式驱动电动机26与带螺纹驱动轴54的被驱动部分74之间的稳定且一致机械耦合可是有用的。对于一些带螺纹驱动轴实施例54，带螺纹部分64的轴向长度可为约0.5英寸到约3英寸，被驱动部分74的轴向长度可约0.1英寸到约1英寸，及带螺纹驱动轴54的总体轴向长度可为约1英寸到约3英寸。对于一些实施例，带螺纹驱动轴54的带螺纹长度64可包含具有6-80UNS-3A类型螺纹规格或类似规格的带螺纹外表面70。另外，被驱动部分74的外表面76的槽结构可与对应于具有零节距角的8-36UNF-2A螺纹的螺纹一致。然而，可使用任何适合螺纹类型用于带螺纹部分64或被驱动部分74。在一些例子中，非带槽外表面76还可适用于被驱动部分。对于一些实施例，紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54可由任何适合高强度稳定材料(例如钢，包含不锈钢、铝、复合材料，包含碳纤维复合材料等等)制成。在一些情形中，带螺纹驱动轴54的带螺纹长度64的带螺纹外表面70及/或带螺纹驱动轴54的被驱动部分74的带槽外表面76可具有例如氮化物涂层90的涂层(如图6A中所展示)，以改善带螺纹外表面70的润滑性、耐久性或任何其它所要特性。
在一些情形中，带螺纹驱动轴54可由单片式单件连续材料制成，例如图9中所展示的带螺纹驱动轴实施例54。在其它情形中，例如针对图10中所展示的带螺纹驱动轴实施例54，由两个或多于两个子组件制作带螺纹驱动轴可是合意的。对于图10中所展示的带螺纹驱动轴实施例54，被驱动部分74包含于紧固到带螺纹驱动轴54的主轴96的被驱动部分端94的套筒92上。图10中的带螺纹驱动轴54的分解图展示从主轴拆离的套筒92。对于此类实施例，套筒92可以任何适合方式紧固到主轴96，包含通过焊接、硬焊、软焊、粘合剂接合、压入配合、熔焊配合等紧固到主轴96。此类两件式实施例对于促进处理或制造带螺纹驱动轴54以及准许使用不同材料用于带螺纹驱动轴54的带螺纹部分64及被驱动部分74可是有用的。
带螺纹驱动轴54相对于底座28在沿着纵向轴线的轴向方向上可为固定的且在使用以及在载台20相对于底座28以线性方式进行位移期间可始终安置在底座28的外周界98(如由图5中所见的虚线所指示)内。通过使带螺纹驱动轴54维持处于底座28的外周界98内，紧凑型可调整座架10在使用及调整期间保持为紧凑的，借此促进紧凑型可调整座架10在受限空间中的使用且还减小因邻近座架10的结构而妨碍座架10的操作的风险。带螺纹驱动轴54相对于底座28在横向于带螺纹驱动轴54的纵向轴线68的方向上也可为固定的且相对于底座28可围绕带螺纹驱动轴54的纵向轴线68旋转。带螺纹驱动轴54沿除一个旋转自由度之外的所有自由度是固定的此布置可通过用一对旋转轴承将带螺纹驱动轴54安装到底座28而实现，所述对旋转轴承例如图2及8中所展示的第一旋转轴承100及第二旋转轴承102。第一旋转轴承100及第二旋转轴承102可包含滚珠轴承。每一旋转轴承100、102可具有经构造以紧密地配装在底座28的对应开孔104、106的相应内表面内的圆柱形外轮廓。在一些情形中，紧密地配装可包含足以允许座架10在所要空间运动容差内操作的紧密配装。在一些情形中，此紧密配装关系可包含压入配合或滑动配合。第一旋转轴承100及第二旋转轴承102中的每一者可包含与如图2中所展示的底座28的对应第一开孔104及第二开孔106的轴线110对准及共线的旋转轴线108。当紧凑型可调整座架10呈操作构造时，带螺纹驱动轴54的纵向轴线68、两个旋转轴承的旋转轴线108以及底座28中的第一开孔104及第二开孔106的轴线110将全部彼此共线，以促进带螺纹驱动轴54围绕其纵向轴线68在底座28的主体的驱动轴腔66内的平滑旋转。
紧凑型可调整座架10包含螺母62，所述螺母可为带螺纹螺母62，所述带螺纹螺母紧固到载台20、包含围绕带螺纹驱动轴54安置的开孔112且在螺母的开孔内包含啮合结构，所述啮合结构经构造以啮合带螺纹驱动轴54的带螺纹部分64的带螺纹外表面70的螺纹槽72。螺母62可以防止螺母62围绕带螺纹驱动轴54的纵向轴线68沿旋转方向旋转的构造紧固到载台20。对于各图中所展示的实施例，带螺纹螺母62由一对带螺纹螺杆114(见图6)紧固到载台20；然而，可使用任何其它适合附接手段，包含粘合剂接合、焊接、硬焊、软焊等。在各图中所展示的构造中，带螺纹螺母62的啮合结构包含带螺纹螺母62的开孔112的带螺纹内表面，其中螺母62的螺纹对应于带螺纹驱动轴54的带螺纹部分64的螺纹。螺母62的带螺纹内开孔可经大小设定以精确地啮合带螺纹驱动轴54的带螺纹外表面70，以使可能影响紧凑型可调整座架10的线性移动的准确性或可重复性的后冲或其它因素最小化。对于此实施例，带螺纹驱动轴54相对于底座28的旋转引起带螺纹驱动轴54的带螺纹外表面70的螺纹槽72相对于啮合结构(即，螺母的开孔的带螺纹内表面)的旋转以及螺母62及载台20因带螺纹驱动轴54的旋转相对于底座28沿着带螺纹驱动轴54的纵向轴线68进行的后续轴向移动。对于一些实施例，螺母62可由任何适合高强度稳定材料(例如钢，包含不锈钢、铝、复合材料，包含碳纤维复合材料等等)制成。螺母62还可由合金(其包含青铜，例如铝青铜)制成以增强螺母62的自润滑性质。
对于紧凑型可调整座架10的一些实施例，惯性驱动电动机26可用于赋予带螺纹驱动轴54上的旋转运动，以借此相对于底座28而平移载台20。如上文所论述，惯性驱动电动机26包含安置在底座28的驱动电动机腔116内的压电式驱动电动机26。在一些情形中，压电式驱动电动机26可紧固到底座28，以便允许第一接触表面78与第二接触表面80之间抵靠被驱动部分74的外表面76进行往复运动且以便防止惯性驱动电动机26自身相对于底座28围绕轴线118进行旋转，所述轴线安置在第一接触表面78与第二接触表面80(见图11)之间。压电式惯性驱动电动机26包含第一接触表面78及第二接触表面80，第二接触表面80相对于第一接触表面78以间隔开且对置或大体上对置的关系安置。第一接触表面78及第二接触表面80可与带螺纹驱动轴54的被驱动部分74操作地啮合，使得惯性驱动电动机26的致动赋予第一接触表面78与第二接触表面80之间的往复运动，从而引起带螺纹驱动轴54相对于底座28的旋转运动。由于压电式驱动电动机26的第一接触表面78及第二接触表面80通常经构造以啮合带螺纹驱动轴54的被驱动部分74的外表面76，因此第一接触表面78与第二接触表面80的间距将基本上由带螺纹驱动轴54的被驱动部分74的外横向尺寸(或直径)确定。然而，在一些例子中，压电式驱动电动机的第一接触表面78与第二接触表面80之间的标称横向距离可为约1mm到约5mm。
在一些情形中，至少一个端帽可以固定关系紧固到带螺纹驱动轴54的一端，以便提供带螺纹驱动轴组合件的充分惯性矩以实现惯性驱动电动机***的高效操作。就惯性驱动***的高效操作来说，在一些情形中，此通常意指带螺纹轴54具有足以允许接触表面78、80滑动越过带螺纹轴54的角惯性，而带螺纹轴54保持为大体上不运动的，如下文所论述。每一或若干端帽50、52可通过任何适合方法或装置(例如带螺纹螺栓或螺杆、焊接、硬焊、软焊、粘合剂接合等等)紧固到带螺纹驱动轴54或带螺纹驱动轴54的相关联结构。此些端帽实施例50、52可安置在底座28的横向外周界内、包含高密度材料且包含足以使惯性驱动电动机26高效操作的惯性矩。对于所图解说明的可调整座架实施例10，第一盘状端帽50紧固到带螺纹驱动轴54的第一端120，且第二盘状端帽52紧固到带螺纹驱动轴54的第二端122。第一端帽50及第二端帽52中的每一者安置在底座28的外横向周界98内以维持座架轮廓的紧凑性且防止在紧凑型可调整座架10的使用及调整期间妨碍邻近装置或结构。对于一些实施例，第一端帽50及第二端帽52中的任一者或两者可包含密度等于或大于不锈钢的密度的材料或者整体上由所述材料制成。在一些情形中，第一端帽50及第二端帽52中的任一者或两者可包含密度等于或大于钨的密度的材料或者整体上由所述材料制成，或者第一端帽50及第二端帽52中的任一者或两者可由钨制成。对于一些实施例，端帽50、52可包含密度大于或等于不锈钢的密度的高密度材料。对于一些实施例，端帽50、52中的任一者或两者可各自具有约2mm到约6mm、更具体来说约4mm到约5mm的外半径、约0.5mm到约1mm的内半径、约1mm到约3mm的高度、约0.015g/mm3到约0.02g/mm3、更具体来说约0.016g/mm3到约0.018g/mm3的密度以及约20gmm2到约30gmm2的惯性矩。在一些情形中，第一端帽50及第二端帽52中的任一者或两者可各自具有约10gmm2到约15gmm2的惯性矩。对于一些实施例，端帽50、52可具有约10gmm2到约15gmm2的组合惯性矩、更具体来说约20mmg2到约30gmm2的组合惯性矩。
再次参考图11中所图解说明的压电式惯性驱动电动机实施例26，惯性驱动电动机26包含致动器框架124，所述致动器框架包含：第一支撑元件126，其包含第一接触表面78；及第二支撑元件128，其包含第二接触表面80。第二接触表面80相对于第一接触表面78通常以间隔开且对置或大体上对置的关系安置。偏置弹簧夹130与第一支撑元件126及第二支撑元件128的横向槽131啮合且经构造以提供抵制第一接触表面78远离第二接触表面80进行垂直位移的弹性恢复力。压电元件腔132(见图12、13及15)安置在致动器框架124的第一安装表面134与致动器框架的第二安装表面136之间且经大小设定以接纳压电元件138。压电元件138安置在压电元件腔132内，其中压电元件138的第一端紧固到第一安装表面134且压电元件138的第二端紧固到第二安装表面136。压电元件138经构造以响应于透过配线线束22从控制器24发射到压电元件138的电驱动器信号而膨胀及收缩，使得压电元件138的膨胀或收缩引起第一接触表面78与第二接触表面80之间的相应大体上平行往复位移。第一接触表面78与第二接触表面80之间的此往复相对位移通过惯性驱动方式致使带螺纹驱动轴54旋转。在此上下文中使用的术语“大体上平行往复位移”意指第一接触表面78及第二接触表面80相对于彼此来回移动，而每一表面78、80仍与带螺纹驱动轴54接触。接触表面78、80可不一定要彼此完全平行且因此在完全平行往复相对位移中可或可不啮合。对于一些实施例，接触表面78、80应以约10°以内的角度彼此平行。
在一些情形中，致动器框架124的第一支撑元件126及第二支撑元件128可由整体式框架部件形成，在一些情形中，所述整体式框架部件是由单件高强度弹性材料切割而成或由单件高强度弹性材料以其它方式形成。此致动器框架124或任何其它适合框架部件可包含安置且耦合在第一支撑元件126与第二支撑元件128之间的具有经减小材料横截面的一或多个铰链区段140。此些铰链区段140可经构造以通过铰链区段140中的致动器框架材料的弹性变形而促进第一接触表面78与第二接触表面80之间的相对往复平行位移。经减小材料横截面相对于致动器框架124紧邻近铰链区段140的横截面被减小。在一些情形中，铰链区段140的材料横截面相对于标称邻近致动器框架材料横截面的减小可为横截面的约1％减小到横截面的约30％减小、更具体来说横截面的约5％减小到横截面的约25％减小。
在一些情形中，压电元件138构造为压电晶体。压电元件138可具有任何适合构造，例如矩形、正方形、圆柱形等等。在一些情形中，压电元件138可具有约1mm到约20mm、更具体来说约4mm到约6mm的轴向长度。此外，压电元件138可具有约1mm到约5mm、更具体来说约2mm到约4mm的横向尺寸。图13到15中所展示的压电元件138安置在致动器框架124内在致动器框架的压电元件腔132中。在一些情形中，第一安装表面与第二安装表面之间的空间可用于界定压电元件腔132。压电元件138可由任何适合压电材料制作。举例来说，压电元件138可由石英、块磷铝矿、电气石、钛酸钡、钽酸锂或任何其它适合压电材料制作。
在载台20相对于底座28的移动期间，由控制器24发送到压电元件138的电驱动器信号的配置可确定第一接触表面78及第二接触表面80在给定驱动循环期间与紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54相互作用的程度。第一驱动循环可经构造以使紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54在第一接触表面78与第二接触表面80之间的相对往复运动期间沿第一角方向旋转。第一驱动循环可包含第一电驱动器信号，所述第一电驱动器信号经构造使得第一接触表面78及第二接触表面80与可调整光学座架的带螺纹驱动轴54啮合且使所述带螺纹驱动轴沿第一角方向旋转。第一驱动循环还可包含第二电驱动器信号，所述第二电驱动器信号经构造使得第一接触表面78及第二接触表面80滑动越过紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54，由于带螺纹轴54及紧固到带螺纹轴54的相关联结构(例如端帽50、52)的惯性大于接触表面78、80施加到带螺纹驱动轴54的旋转力，因此所述带螺纹驱动轴保持为不运动的或大体上不运动的。在此上下文中使用的术语“大体上不运动的”指示当接触表面78、80在与带螺纹轴54接触时彼此以相对往复运动形式移动时，带螺纹轴将几乎必定会经历一些意外运动。然而，如果带螺纹轴54保持为大体上不运动的，那么此意指带螺纹轴54的移动远小于接触表面78、80的运动。在一些情形中，带螺纹轴54的此意外运动可小于接触表面78、80的运动的约30％。
第二驱动循环可经构造以使紧凑型可调整座架10的带螺纹轴54沿第二角方向旋转。第二驱动循环可包含第一电驱动器信号，所述第一电驱动器信号经构造使得第一接触表面78及第二接触表面80滑动越过紧凑型可调整座架10的保持为不运动的带螺纹驱动轴54。第二驱动循环还可包含第二电驱动器信号，所述第二电驱动器信号经构造使得第一接触表面78及第二接触表面80与紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54啮合且使所述带螺纹驱动轴沿第二角方向旋转。
为使第一接触表面78及第二接触表面80适当地且可控制地与紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54啮合并使所述带螺纹驱动轴旋转，电驱动信号可经构造使得所施加电压的量值缓慢地增加或降低直到达到最大或最小相应所施加电压为止。第一接触表面78及第二接触表面80的相对缓慢往复运动致使由偏置弹簧夹130所施加的恢复力克服紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54的惯性力，借此产生第一接触表面78及第二接触表面80与可调整光学座架10的带螺纹轴54之间的啮合，其中带螺纹轴54随后旋转。
为使第一接触表面78及第二接触表面80滑动越过紧凑型可调整座架10的带螺纹驱动轴54的被驱动部分74的外表面76，电驱动信号可经构造使得所施加电压的量值迅速地增加或降低。第一接触表面78及第二接触表面80的相对迅速往复运动可经构造以致使带螺纹驱动轴54的惯性力克服由偏置弹簧夹130所施加的恢复力。此导致第一接触表面78及第二接触表面80与带螺纹驱动轴54之间的滑动，其中带螺纹轴54随后保持固定。本文中所论述的压电式驱动电动机26的任何实施例的操作可经构造以操作为惯性驱动的***，如于2003年5月30日提出申请的标题为“具有测量***的闭环动子组合件(Closed Loop MoverAssembly with Measurement System)”的齐格勒(Zeigler)等人的第6,911,763号美国专利中所论述，所述美国专利以其全文引用的方式并入本文中。尽管上文所论述的所图解说明的惯性驱动电动机26为压电式惯性驱动电动机26，但可使用任何适合惯性类型驱动电动机用于本文中所涵盖的紧凑型可调整座架实施例。举例来说，可使用磁约束类型惯性驱动电动机。
本文中所论述的紧凑型可调整座架实施例10可用于开环或闭环***中。对于闭环***实施例，在紧凑型可调整座架10上包含位置测量***可是有用的。在一些情形中，紧凑型可调整座架10可包含操作地耦合在底座28与载台20之间的线性编码器143。此线性编码器143可经构造以测量底座28与载台20之间的相对位移。对于包含供在闭环***中使用的线性编码器143的一些座架实施例，线性编码器143的编码器条带144可紧固到载台20(如图3中所展示)，且线性编码器143的读取器146可邻近编码器条带144在使得读取器146能够在操作期间读取编码器条带144的位置紧固到底座28(如图2中所展示)。在一些例子中，线性编码器143可包含光学线性编码器，例如各图中所展示的光学线性编码器。对于使用线性编码器143的紧凑型可调整座架实施例10，具有透过电线线束22或其它适合信号发射导管与控制器24操作地通信的编码器读取器146也可是有用的。控制器24可包含经构造以处理来自线性编码器143的位置信号的处理器148并产生去往压电式驱动电动机26的适合驱动信号。尽管展示为线性类型编码器143，但可使用测量载台相对于底座的相对位置的任何其它适合手段或其它适合结构，包含旋转编码器、干涉计等等。
关于以上详细说明，其中所使用的相似元件符号可是指可具有相同或类似尺寸、材料及构造的相似元件。虽然已图解说明及描述了特定形式的实施例，但将明了，可在不背离所论述的实施例的精神及范围的情况下做出各种修改。因此，不意欲使本发明受前述详细说明限制。
本文中所提及的每一专利、专利申请案、公开案及文档的全部内容特此以引用的方式并入。以上专利、专利申请案、公开案及文档的引用既非对前述文献中的任一者是相关现有技术的承认，其又不构成关于这些文档的内容或日期的任何承认。
可在不背离本技术的基本方面的情况下对前述实施例做出修改。尽管已参考一或多个特定实施例相当详细地描述了所述技术，但可对在本申请案中所具体揭示的实施例做出改变，而这些修改及改善均在本技术的范围及精神内。本文中说明性地描述的技术可适合地在不存在本文中未具体揭示的任何元件的情况下实践。因此，举例来说，在本文中的每一例子中，术语“包括”、“基本上由...组成”及“由...组成”中的任一者可用另外两个术语中的任一者来替换。已采用的术语及表达用作描述而非限制的术语，且此类术语及表达的使用并不排除所展示及所描述的特征或其部分的任何等效物，且在所主张技术的范围内，各种修改是可能的。术语“一(a或an)”可是指一个或多个其所修饰的元件(例如，“一试剂”可意指一或多个试剂)，除非上下文明显地描述了一个所述元件或一个以上所述元件。尽管已通过代表性实施例及任选特征具体揭示了本技术，但可做出对本文中所揭示的概念的修改及变化，且此类修改及变化可视为在本技术的范围内。
在所附权利要求书中陈述本技术的某些实施例。
Claims (28)
1.一种紧凑型可调整座架，其包括：
底座，其包含在所述底座的底部部分上的安装表面；
载台，其相对于所述底座沿除单个线性自由度之外的所有自由度是大体上固定的，使得所述载台相对于所述底座沿所述线性自由度在预定距离内平移，所述载台也包含在所述载台的上部部分上的安装表面；
伸长型带螺纹驱动轴，其包含纵向轴线、带螺纹长度及具有外表面的被驱动部分，所述带螺纹长度具有带螺纹外表面，所述带螺纹外表面具有围绕所述纵向轴线同心地安置的至少一个螺纹槽，所述带螺纹驱动轴相对于所述底座在沿着所述纵向轴线的轴向方向上是固定的、安置在所述底座的外周界内、相对于所述底座在横向于所述纵向轴线的方向上是固定的且相对于所述底座可围绕所述纵向轴线旋转；
螺母，其紧固到所述载台，所述螺母包含围绕所述带螺纹驱动轴安置的开孔、在所述开孔内包含经构造以啮合所述带螺纹驱动轴的所述带螺纹外表面的所述螺纹槽的啮合结构，所述螺母以防止所述螺母围绕所述带螺纹驱动轴的所述纵向轴线沿旋转方向进行旋转的构造紧固到所述载台，使得所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转引起所述螺纹槽相对于所述螺母的所述啮合结构的旋转以及所述螺母及载台相对于所述底座沿着所述纵向轴线的轴向移动；
惯性驱动电动机，其安置在所述底座内、包含第一接触表面及第二接触表面，所述第二接触表面相对于所述第一接触表面以间隔开且对置的关系安置，所述第一及第二接触表面与所述带螺纹驱动轴的所述被驱动部分操作地啮合，使得所述惯性驱动电动机的致动赋予所述第一接触表面与第二接触表面之间的往复运动，从而引起所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转运动；及
至少一个端帽，其以固定关系紧固到所述带螺纹驱动轴的一端，所述端帽安置在所述底座的所述外周界内、包含高密度材料且包含足以使所述惯性驱动电动机高效操作的惯性矩。
2.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其进一步包括操作地安置在所述底座与所述载台之间的至少一个线性轴承组合件。
3.根据权利要求2所述的紧凑型可调整座架，其中所述至少一个线性轴承组合件包括安置在所述底座与所述载台的相应轴承座圈之间的一对线性滚珠轴承组合件。
4.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述螺母的所述啮合结构包括所述螺母的带螺纹内开孔，所述带螺纹内开孔经大小设定以精确地啮合所述带螺纹驱动轴的所述带螺纹外表面。
5.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述带螺纹驱动轴的所述带螺纹长度的所述带螺纹外表面包括氮化物涂层以改善所述带螺纹外表面的润滑性及耐久性。
6.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述惯性驱动电动机包括压电式驱动电动机。
7.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述带螺纹驱动轴的所述被驱动部分包括安置在所述被驱动部分的所述外表面中的圆周槽，且所述惯性驱动电动机的所述第一及第二接触表面包括经构造以啮合所述被驱动部分的所述圆周槽的槽。
8.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述至少一个端帽包括密度大于或等于不锈钢的密度的高密度材料。
9.根据权利要求8所述的紧凑型可调整座架，其中所述至少一个端帽包括密度等于或大于钨的密度的材料。
10.根据权利要求9所述的紧凑型可调整座架，其中所述至少一个端帽包括钨。
11.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其包括紧固到所述带螺纹驱动轴的第一端的第一盘状端帽及紧固到所述带螺纹驱动轴的第二端的第二盘状端帽，每一端帽安置在所述底座的外横向周界内，且每一端帽包括密度等于或大于钨的密度的材料。
12.根据权利要求11所述的紧凑型可调整座架，其中所述端帽包括约10gmm2到约15gmm2的组合惯性矩。
13.根据权利要求11所述的紧凑型可调整座架，其中所述端帽包括约20gmm2到约30gmm2的组合惯性矩。
14.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述载台包括从所述底座的底部表面到所述载台的所述安装表面为约0.3英寸到约1英寸的高度。
15.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述载台沿着平移方向且在所述载台与所述底座对准的情况下包括约0.75英寸到约4英寸的横向外尺寸。
16.根据权利要求15所述的紧凑型可调整座架，其中所述载台沿着平移方向且在所述载台与所述底座对准的情况下包括约1.5英寸到约3英寸的横向外尺寸。
17.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述底座及载台包括铝。
18.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述带螺纹驱动轴包括不锈钢。
19.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其中所述惯性驱动电动机紧固到所述底座，以便允许所述第一接触表面与第二接触表面之间抵靠所述被驱动部分的所述外表面进行往复运动且以便防止所述惯性驱动电动机相对于所述底座围绕所述第一及第二接触表面进行旋转。
20.根据权利要求6所述的紧凑型可调整座架，其中所述惯性驱动电动机包括压电式惯性驱动电动机，所述压电式惯性驱动电动机包括：
致动器框架，其包括：
第一支撑元件，其包含所述第一接触表面，
第二支撑元件，其包含所述第二接触表面，所述第二接触表面相对于所述第一接触表面以间隔开且大体上对置的关系安置，
偏置弹簧夹，其与所述第一支撑元件及所述第二支撑元件啮合且经构造以提供抵制所述第一接触表面远离所述第二接触表面进行垂直位移的弹性恢复力，及
压电元件腔，其安置在所述致动器框架的第一安装表面与所述致动器框架的第二安装表面之间；及
压电元件，其安置在所述压电元件腔内、具有紧固到所述第一安装表面的第一端、具有紧固到所述第二安装表面的第二端、经构造以响应于发射到所述压电元件的电驱动器信号而膨胀及收缩，且经构造使得所述压电元件的膨胀或收缩引起所述第一接触表面与所述第二接触表面之间的相应大体上平行往复位移。
21.根据权利要求20所述的紧凑型可调整座架，其中所述致动器框架进一步包括安置且耦合在所述第一支撑元件与所述第二支撑元件之间的具有经减小材料横截面的铰链区段，所述铰链区段经构造以允许所述第一接触表面与所述第二接触表面之间通过所述铰链区段中的致动器框架材料的弹性变形而进行相对往复平行位移。
22.根据权利要求6所述的紧凑型可调整座架，其中所述压电式驱动电动机的所述第一接触表面与所述第二接触表面之间的标称横向距离为约2mm到约5mm。
23.根据权利要求1所述的紧凑型可调整座架，其进一步包括线性编码器，所述线性编码器操作地耦合在所述底座与所述载台之间且经构造以测量所述底座与所述载台之间的相对位移。
24.根据权利要求23所述的紧凑型可调整座架，其中所述线性编码器的编码器条带紧固到所述载台，且所述线性编码器的读取器邻近所述编码器条带在使得所述读取器能够在操作期间读取所述编码器条带的位置紧固到所述底座。
25.根据权利要求23所述的紧凑型可调整座架，其中所述线性编码器包括光学线性编码器。
26.一种紧凑型可调整座架，其包括：
底座；
载台，其相对于所述底座沿除单个线性自由度之外的所有自由度是固定的，使得所述载台沿所述线性自由度平移；
伸长型带螺纹驱动轴，其包含纵向轴线、带螺纹长度及具有外表面的被驱动部分，所述带螺纹长度具有带螺纹外表面，所述带螺纹外表面具有围绕所述纵向轴线同心地安置的至少一个螺纹槽，所述带螺纹驱动轴相对于所述底座在沿着所述纵向轴线的轴向方向上是固定的、安置在所述底座的外周界内、相对于所述底座在横向于所述纵向轴线的方向上是固定的且相对于所述底座可围绕所述纵向轴线旋转；
螺母，其紧固到所述载台、包含围绕所述带螺纹驱动轴安置的开孔、在所述开孔内包含啮合结构，所述啮合结构经构造以啮合所述带螺纹驱动轴的所述带螺纹外表面的所述螺纹槽，使得所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转引起所述螺母及载台相对于所述底座沿着所述纵向轴线的轴向移动；
惯性驱动电动机，其安置在所述底座内、包含至少一个接触表面，所述至少一个接触表面与所述带螺纹驱动轴的所述被驱动部分操作地啮合，使得所述惯性驱动电动机的致动赋予所述至少一个接触表面的往复运动，从而引起所述带螺纹驱动轴相对于所述底座的旋转运动；及
至少一个端帽，其以固定关系紧固到所述带螺纹驱动轴，所述端帽安置在所述底座的所述外周界内且包含足以使所述惯性驱动电动机高效操作的惯性矩。
27.一种压电式惯性驱动电动机，其包括：
致动器框架，其包括：
第一支撑元件，其包含第一接触表面，
第二支撑元件，其包含第二接触表面，所述第二接触表面相对于所述第一接触表面以间隔开且大体上对置的关系安置，
偏置弹簧夹，其与所述第一支撑元件及所述第二支撑元件啮合且经构造以提供抵制所述第一接触表面远离所述第二接触表面进行垂直位移的弹性恢复力，及
压电元件腔，其安置在所述致动器框架的第一安装表面与所述致动器框架的第二安装表面之间；及
压电元件，其安置在所述压电元件腔内、具有紧固到所述第一安装表面的第一端、具有紧固到所述第二安装表面的第二端、经构造以响应于发射到所述压电元件的电驱动器信号而膨胀及收缩，且经构造使得所述压电元件的膨胀或收缩引起所述第一接触表面与所述第二接触表面之间的相应大体上平行往复位移。
28.根据权利要求27所述的驱动电动机，其中所述致动器框架进一步包括安置且耦合在所述第一支撑元件与所述第二支撑元件之间的具有经减小材料横截面的铰链区段，所述铰链区段经构造以允许所述第一接触表面与所述第二接触表面之间通过所述铰链区段中的致动器框架材料的弹性变形而进行相对往复平行位移。
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