[發明專利]基于環形放大機構的透鏡驅動裝置及方法

有效

• 申請號: 201510087330.3
• 申請日: 2015-02-25
• 公開（公告）號: CN104656225B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 盧景琦;趙緒文
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G02B7/04
• 分類號: G02B7/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明屬于透鏡驅動裝置，應用于光學系統中光學透鏡、反射鏡等光學元件的軸向掃描或平面轉動，具體涉及一種基于環形放大機構的透鏡驅動裝置。

背景技術

基于電致位移驅動器件的透鏡驅動裝置，具有驅動力大、響應速度快、定位精度高等優點，在光學調整、超高分辨率光學探測、生物熒光顯微、細胞三維成像、超精密加工等領域中有非常重要的應用。隨著生物光子學成像領域的發展，光學顯微系統對于樣品掃描速度的要求越來越高，掃描速度要達到KHz量級。常用的移動物鏡法，即通過驅動物鏡軸向移動，改變焦點位置，達到掃描的目的，此方法受到物鏡自身重量產生的機械慣性限制，掃描速度比較低。而通過特殊的光學設計，驅動物鏡中少數鏡片即可實現軸向掃描的功能，因物鏡鏡片很輕，可以實現高速掃描。壓電陶瓷驅動器的工作行程受壓電陶瓷本身的限制，一般需要位移放大機構進行工作行程放大。目前國內外最常用的微位移放大機構主要有杠桿放大機構、對稱放大機構和橋型放大機構等，這些位移放大機構位移放大倍率有限，體積較大，安裝過程中容易引入誤差，工作時產生的摩擦也容易影響響應速度?；谶@幾種放大機構的透鏡驅動裝置，也很難同時達到定位精度高、掃描速度快、掃描范圍大、體積小等要求。因此，在保證高定位分辨率、大掃描范圍的前提下，設計出結構緊湊、體積小、掃描速度快、綜合多功能的透鏡驅動裝置具有重要的意義，可廣泛應用于前沿科學和工程技術領域。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于環形放大機構的透鏡驅動裝置及方法，本發明結構簡單，軸向掃描速度快，掃描范圍大。

本發明所采用的技術方案是：基于環形放大機構的透鏡驅動裝置，包括依次相連的位移輸出平臺、環形位移放大機構、支撐殼體，支撐殼體還通過位移驅動器件與環形位移放大機構接觸。

所述的透鏡驅動裝置，位移驅動器件還與驅動控制系統相連。

所述的透鏡驅動裝置，位移驅動器件另一端與設置在支撐殼體底端的預緊螺絲接觸。

所述的透鏡驅動裝置，支撐殼體為中空圓筒形，環形位移放大機構、位移驅動器件、預緊螺絲包含三組，沿支撐殼體軸線對稱布置。

所述的透鏡驅動裝置，位移輸出平臺為圓環狀。

所述的透鏡驅動裝置，環形位移放大機構包括杠桿結構，位移驅動器件的輸出位移由杠桿結構放大后傳送至位移輸出平臺。

所述的透鏡驅動裝置，環形位移放大機構包括第一杠桿結構和第二杠桿結構，第一杠桿結構包括一級旋轉柔性鉸鏈、一級剛性片段和位移驅動器件，位移驅動器件的位移輸出端與一級剛性片段相接觸，一級旋轉柔性鉸鏈的一端連接支撐殼體的截面，另一端與一級剛性片段的一端相連，一級剛性片段的另一端作為位移輸出端；第二杠桿結構包括一級位移輸出端柔性鉸鏈、二級剛性片段和二級旋轉柔性鉸鏈，一級位移輸出端柔性鉸鏈的一端接至一級剛性片段的位移輸出端，一級位移輸出端柔性鉸鏈的另一端與二級剛性片段相連，二級剛性片段的一端通過二級旋轉柔性鉸鏈與支撐殼體的一個截面相連，二級剛性片段的另一端作為位移輸出端，通過二級位移輸出端柔性鉸鏈與位移輸出平臺的底面相連。

所述的透鏡驅動裝置，位移輸出平臺、環形位移放大機構、支撐殼體由一個厚壁圓筒形鋼件通過線切割一體加工而成。

所述的透鏡驅動裝置，所述位移驅動器件為堆疊型壓電陶瓷驅動器、雙晶片彎曲型壓電陶瓷驅動器或其他電致位移驅動器件。

基于環形放大機構的透鏡驅動方法，首先調整預緊螺絲、環形位移放大機構的各接觸點、柔性鉸鏈的位置和各剛性片段的長度，從而調整整個環形位移放大機構的位移放大倍率；再將支撐殼體和位移輸出平臺與光學系統或其他需要位移輸出的器件相連，由驅動控制系統單獨或同步控制各組位移驅動器件的形變量、振動頻率，以及各組位移驅動器件之間的響應時間差；當驅動控制系統通過控制信號線給三組位移驅動器件提供響應時間差為零的三組完全同步的控制信號，則三組位移驅動器件同步伸縮，通過環形位移放大機構使得位移輸出平臺下截面的三個二級位移輸出端柔性鉸鏈產生相同的位移輸出，位移輸出平臺始終保持水平，并沿垂直方向軸向掃描；當驅動控制系統提供的三組控制信號在信號強度尚有一定差異，或三組信號間存在一定時差時，在同一時間點三組位移驅動器件的位移量不同，三個二級位移輸出端柔性鉸鏈輸出的位移量存在差異，使得位移輸出平臺相對于水平面旋轉一定的角度。

與現有技術相比，本發明具有如下優點及效果：