CN115933162B - 一种承载装置和微扫描超分辨率*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种承载装置，包括基座、过渡框架、用于安装载荷的运动框架、柔性连接组件、音圈电机、距离检测组件、限位组件，通过采用柔性支撑结构，有效的保证了运动框架的二维水平运动，减少了其他方向的耦合运动，Z轴寄生运动小。由于采用柔性结构，自身变形刚度小，驱动运动框架的运动减小了电机驱动力，增加了***的带宽。通过音圈电机方式驱动，驱动电压低，功耗小，灵敏度更高。本装置形式简单，结构紧凑，节省成本，承载能力大。本发明实施例中提供的微扫描超分辨率***，可在大行程条件下高频工作，采用柔性结构实现二自由度平移，具有驱动电压低，功耗小，灵敏度高，形式简单，结构紧凑，节省成本，承载能力大等优点。

Description

一种承载装置和微扫描超分辨率***

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及一种承载装置和微扫描超分辨率***。

背景技术

图像超分辨可以实现更加的成像效果。对于传统超分辨重建，获得稳定的相位差异是关键。目前，实现微扫描超分辨技术的方法有两种：图像法与光学法。图像微扫描超分辨技术是通过在不同时间点拍摄同一个目标，依次获得具有半像素相位差异的多幅图片，从而进行超分辨处理。光学微扫描超分辨技术区别于图像法采用多帧累加的方法，只需要通过高频扫描光学元件，进而实现超分辨。具体原理是将光学***内部透镜/探测器固定到微扫描组件上，在探测器曝光的间歇期快速移动光学透镜，使探测器输出的前后两帧图像存在亚像素偏差，进而然后使用超分辨重建算法，将低分辨率图像序列处理成高分辨率图像。因此体积重量小、易于实现等优点，更利于小型化、降低成本。

微扫描超分辨装置是实现光学法的关键装置，已经应用于航空航天光学载荷中。现有微扫描超分辨装置通常采用压电堆叠的方式实现位移控制。但是由于压电叠堆与放大机构的限制，现有的光学微扫描超分辨机构多利用压电叠堆施加预电压形成预变形，并通过调节电压改变叠堆伸长长度的方式实现正反方向的位移控制，运动行程小。同时压电驱动方式的支撑结构为压电放大结构，为刚性结构，需要驱动力较大，***带宽受到了限制，闭环带宽低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例中提供一种承载装置和微扫描超分辨率***。

第一方面，本发明提供了一种承载装置，包括：基座、过渡框架、用于安装载荷的运动框架、柔性连接组件、音圈电机、用于检测所述运动框架X向和Y向运动的距离检测组件、用于对于所述运动框架的限位组件，所述运动框架具有通光孔，其中，所述柔性连接组件包括第一柔性连接件和第二柔性连接件，所述过渡框架和所述运用框架通过所述第一柔性连接件连接，所述过渡框架和所述基座通过所述第二柔性连接件连接，所述音圈电机包括音圈电机线圈和音圈电机磁座，所述音圈电机线圈设置在所述运动框架上，所述音圈电机磁座安装在所述基座上，在所述音圈电机的带动下，第一时刻时所述运动框架相对于所述过渡框架进行Y向运动，第二时刻时所述运动框架和所述过渡框架相对于所述基座进行X向运动，所述距离检测组件和所述限位组件均设置在所述基座上。

作为一种可选的方案，所述运动框架和所述过渡框架在Y方向上的尺寸相同。

作为一种可选的方案，所述运动框架为正方形，所述通光孔为圆形或正方形。

作为一种可选的方案，还包括用于安装所述音圈电机磁座的所述音圈电机磁座底座，所述音圈电机磁座底座安装在所述基座上，所述音圈电机磁座底座具有容纳所述限位组件和所述距离检测组件的空腔，所述限位组件和所述距离检测组件位于所述空腔内。

作为一种可选的方案，所述柔性连接组件为弹性平板。

作为一种可选的方案，所述柔性连接组件为金属弹片。

作为一种可选的方案，所述柔性连接组件与所述运动框架之间采用螺钉连接、粘接或焊接。

作为一种可选的方案，所述音圈电机的数量为2个、4个或8个，当所述音圈电机的数量为2个时，每个所述音圈电机推拉所述运动框架进行X向或Y向运动；

当所述音圈电机的数量为4个时，每2个所述音圈电机推拉所述运动框架进行X向或Y向运动；

当所述音圈电机的数量为8个时，每4个所述音圈电机推拉所述运动框架进行X向或Y向运动。

作为一种可选的方案，所述柔性连接组件具有多条，相邻两条之间互相平行。

第二方面，本发明还提供一种微扫描超分辨率***，包括载荷和如上述的承载装置，所述光学元件安装在所述承载装置上。

本发明实施例提供的一种承载装置，包括基座、过渡框架、用于安装载荷的运动框架、柔性连接组件、音圈电机、用于检测所述运动框架X向和Y向运动的距离检测组件、用于对于所述运动框架的限位组件，通过采用柔性支撑结构，可以很好的保证了运动框架的二维水平运动，减少了其他方向的耦合运动，Z轴寄生运动小。由于采用柔性结构，自身变形刚度小，驱动运动框架的运动减小了电机驱动力，增加了***的带宽。通过音圈电机方式驱动，驱动电压低，功耗小，灵敏度更高。本装置形式简单，结构紧凑，节省成本，承载能力大。本发明实施例中提供的微扫描超分辨率***，可在大行程条件下高频工作，采用柔性结构实现二自由度平移，具有驱动电压低，功耗小，灵敏度高，形式简单，结构紧凑，节省成本，承载能力大等优点。

附图说明

图1为本发明实施例中提供一种承载装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供一种承载装置的正视示意图；

图3为本发明实施例中提供一种承载装置的俯视示意图；

图4为本发明实施例中提供一种承载装置的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明实施例中提供一种承载装置，包括：基座1、过渡框架2、用于安装载荷的运动框架3、柔性连接组件4、音圈电机、用于检测所述运动框架X向和Y向运动的距离检测组件7、用于对于所述运动框架3的限位组件8，所述运动框架3具有通光孔，其中，所述柔性连接组件4包括第一柔性连接件和第二柔性连接件，所述过渡框架2和所述运动框架3通过所述第一柔性连接件连接，所述过渡框架2和所述基座1通过所述第二柔性连接件连接，所述音圈电机包括音圈电机线圈5和音圈电机磁座6，所述音圈电机线圈5设置在所述运动框架3上，所述音圈电机磁座6安装在所述基座1上，在所述音圈电机的带动下，第一时刻时所述运动框架3相对于所述过渡框架2进行Y向运动，第二时刻时所述运动框架3和所述过渡框架2相对于所述基座1进行X向运动，所述距离检测组件7和所述限位组件8均设置在所述基座1上，通过音圈电机的水平推拉，实现运动框架的二维水平运动。音圈电机磁座6安装在基座上，减小了运动框架3的质量。音圈电机线圈5和音圈电机磁座6的间隙需要满足X向和Y向的运动范围。

在一些实施例中，所述运动框架3和所述过渡框架2在Y方向上的尺寸相同。

在一些实施例中，所述运动框架3为正方形，所述通光孔为圆形或正方形，载荷安装在通光孔内，载荷可以是光学元件、探测器芯片，或者光学探测器电路板，对此不做限定。

在一些实施例中，本装置还包括用于安装所述音圈电机磁座6的所述音圈电机磁座底座9，所述音圈电机磁座底座9安装在所述基座1上，所述音圈电机磁座底座9具有容纳所述限位组件8和所述距离检测组件7的空腔，所述限位组件8和所述距离检测组件7位于所述空腔内。

在一些实施例中，所述柔性连接组件4为弹性平板，可以为金属弹片，通过柔性连接组件4实现运动框架3在Y向水平运动的柔性支撑，通过柔性连接件实现运动框架3和过渡框架2在X向水平运动的柔性支撑。柔性连接组件4与运动框架3的连接可以是螺钉连接、粘接，或者焊接，柔性连接件的结构简单，精度高。

所述柔性连接组件4包括第一柔性连接件和第二柔性连接件，所述第一柔性连接件包括两两一组平行放置的金属弹片，运动框架3通过两两一组平行放置的金属弹片与过渡框架2连接。运动框架3可以相对过渡框架2实现Y向水平运动。第二柔性连接件包括两两一组平行放置的金属弹片，过渡框架2通过两两一组平行放置的金属弹片与基座1连接，过渡框架2和运动框架3可以相对基座实现X向水平运动。最终实现运动框架3相对于基座1的二维水平运动。

在一些实施例中，所述音圈电机的数量为2个、4个或8个，当所述音圈电机的数量为2个时，每个所述音圈电机推拉所述运动框架3进行X向或Y向运动；

当所述音圈电机的数量为4个时，每2个所述音圈电机推拉所述运动框架3进行X向或Y向运动；

当所述音圈电机的数量为8个时，每4个所述音圈电机推拉所述运动框架3进行X向或Y向运动。

在一些实施例中，所述柔性连接组件4具有多条，相邻两条之间互相平行。

距离检测组件7可以位置接近传感器，本实施例中，采用2个位置接近传感器分别安装在基座上，感应区域为运动框架3的四周平面，感应运动框架3的X向和Y向运动。

需要说明的是，***谐振频率一二阶谐振方向为X向和Y向，可以通过电机算法进行补偿。三阶谐振方向为绕Z轴扭转，可以做到优于1000Hz。因此，最终***的谐振频率可以优于1000Hz。

结合图2、3和4所示，本发明实施例中还提供了一种承载装置，包括基座1、过渡框架2、运动框架3、柔性连接件4、音圈电机线圈5、音圈电机磁座6、距离检测组件7、限位组件8、音圈电机磁座底座9。过渡框架2和运动框架3在Y向具有相同的尺寸，柔性连接组件包括第一柔性连接件和第二柔性连接件，第一柔性连接件具体可以分为第一柔性片41、第二柔性片42、第五柔性片45和第六柔性片46，第一柔性片41和第二柔性片42在运动框架3一侧平行放置，第一柔性片41和第二柔性片42一端连接过渡框架2，另一端连接运动框架3。第五柔性片45和第六柔性片46在运动框架3另一侧的对应位置平行放置，第五柔性片45和第六柔性片46一端连接过渡框架2，另一端连接运动框架3。运动框架3可以相对过渡框架2实现Y向水平运动。

结合图3所示，具体地，基座1和过渡框架2在X向具有相同的尺寸，第二柔性连接件具体可以分为第三柔性片43、第四柔性片44、第七柔性片47和第八柔性片48，第三柔性片43、第四柔性片44在过渡框架2一侧平行放置，第三柔性片43、第四柔性片44一端连接过渡框架2，另一端连接基座1。第七柔性片47和第八柔性片48在过渡框架2另一侧的对应位置平行放置，第七柔性片47和第八柔性片48一端连接过渡框架2，另一端连接基座1。过渡框架2和运动框架3可以相对基座1实现X向水平运动。最终实现运动框架3相对于基座1的二维水平运动。

本实施例中采用8个音圈电机，其中，8个音圈电机线圈5安装在运动框架3上，8个音圈电机磁座6安装在基座1上，4个音圈电机线圈5推拉实现一个方向的水平运动。

结合图2所示，在距离检测方面，采用4个距离检测组件7分别安装在基座1上。X向的2个距离检测组件7为一组，感应运动框架3的X向，Y向的2个距离检测组件7为一组，感应运动框架3的Y向运动。

结合图2所示，在限位方面，采用4个限位组件8分别安装在基座1上，限制运动框架3X向和Y向运动的最大位移可以到1mm，音圈电机线圈和音圈电机磁座的单边间隙大于1mm。

载荷安装在运动框架3上，本实施例中载荷是光学探测器电路板。

本实施例提供的承载装置的外形尺寸可以为123mm×123mm，通光口径为63mm×63mm，本领域普通技术人员可以灵活选择，对此不做限定。

上述方案提供的承载装置尺寸紧凑，通光口径大，通光口径与装置外形包络尺寸之比优于1:2，具有很好的使用性能。

本发明实施例中及提供的一种承载装置具有以下有益效果：

1、通过4个薄片式结构实现运动框架在Y向水平运动的柔性支撑，通过4个薄片式结构实现运动框架和过渡框架在X向水平运动的柔性支撑。薄片与运动框架的连接可以是螺钉连接、粘接，或者焊接。

2、通过音圈电机的水平推拉，实现运动框架的二维水平运动。音圈电机的磁座安装在基座上，减小了运动框架的质量。音圈电机线圈和磁座的间隙需要满足X向和Y向的运动范围。

3、通过位置接近传感器实现运动框架位移的实时监测。

4、电机输出力需要满足柔性支撑的形变和运动框架和载荷的动态参数，至少预留2倍余量。

本发明实施例提供的一种承载装置，包括基座、过渡框架、用于安装载荷的运动框架、柔性连接组件、音圈电机、用于检测所述运动框架X向和Y向运动的距离检测组件、用于对于所述运动框架的限位组件，通过采用柔性支撑结构，可以很好的保证了运动框架的二维水平运动，减少了其他方向的耦合运动，Z轴寄生运动小。由于采用柔性结构，自身变形刚度小，驱动运动框架的运动减小了电机驱动力，增加了***的带宽。通过音圈电机方式驱动，驱动电压低，功耗小，灵敏度更高。本装置形式简单，结构紧凑，节省成本，承载能力大。

相应地，本发明还提供一种微扫描超分辨率***，包括载荷和如上述的承载装置，所述光学元件安装在所述承载装置上。

载荷可以是光学元件、探测器芯片，或者光学探测器电路板，本实施例中载荷可以是光学探测器电路板，对此不做限定。

本发明实施例中提供的微扫描超分辨率***，可在大行程条件下高频工作，采用柔性结构实现二自由度平移，具有驱动电压低，功耗小，灵敏度高，形式简单，结构紧凑，节省成本，承载能力大等优点。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种承载装置，其特征在于，包括：基座、过渡框架、用于安装载荷的运动框架、柔性连接组件、音圈电机、用于检测所述运动框架X向和Y向运动的距离检测组件、用于对于所述运动框架的限位组件，所述运动框架具有通光孔，其中，所述柔性连接组件包括第一柔性连接件和第二柔性连接件，所述过渡框架和所述运动框架通过所述第一柔性连接件连接，所述过渡框架和所述基座通过所述第二柔性连接件连接，所述音圈电机包括音圈电机线圈和音圈电机磁座，所述音圈电机线圈设置在所述运动框架上，所述音圈电机磁座安装在所述基座上，在所述音圈电机的带动下，第一时刻时所述运动框架相对于所述过渡框架进行Y向运动，第二时刻时所述运动框架和所述过渡框架相对于所述基座进行X向运动，所述距离检测组件和所述限位组件均设置在所述基座上；

所述承载装置还包括用于安装所述音圈电机磁座的所述音圈电机磁座底座，所述音圈电机磁座底座安装在所述基座上，所述音圈电机磁座底座具有容纳所述限位组件和所述距离检测组件的空腔，所述限位组件和所述距离检测组件位于所述空腔内。

2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述运动框架和所述过渡框架在Y方向上的尺寸相同。

3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述运动框架为正方形，所述通光孔为圆形或正方形。

4.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述柔性连接组件为弹性平板。

5.根据权利要求1或4所述的承载装置，其特征在于，所述柔性连接组件为金属弹片。

6.根据权利要求1或4所述的承载装置，其特征在于，所述柔性连接组件与所述运动框架之间采用螺钉连接、粘接或焊接。

7.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述音圈电机的数量为2个、4个或8个，当所述音圈电机的数量为2个时，每个所述音圈电机推拉所述运动框架进行X向或Y向运动；

当所述音圈电机的数量为4个时，每2个所述音圈电机推拉所述运动框架进行X向或Y向运动；

当所述音圈电机的数量为8个时，每4个所述音圈电机推拉所述运动框架进行X向或Y向运动。

8.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述柔性连接组件具有多条，相邻两条之间互相平行。

9.一种微扫描超分辨率***，其特征在于，包括载荷和如权利要求1至8中任一项所述的承载装置，光学元件安装在所述承载装置上。