基于环形放大机构的透镜驱动装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于环形放大机构的透镜驱动装置及方法，该装置包括依次相连的位移输出平台(1)、环形位移放大机构(2)、支撑壳体(4)，支撑壳体(4)还通过位移驱动器件(3)与环形位移放大机构(2)接触。所述驱动方法包括：将支撑壳体(4)和位移输出平台(1)与光学系统或其他需要位移输出的器件相连，由驱动控制系统(5)单独或同步控制各组位移驱动器件(3)的形变量、振动频率，以及各组位移驱动器件(3)之间的响应时间差，从而控制位移输出平台(1)沿垂直或水平方向移动或旋转。本发明专利技术结构简单，轴向扫描速度快，扫描范围大。

【技术实现步骤摘要】
基于环形放大机构的透镜驱动装置及方法
本专利技术属于透镜驱动装置，应用于光学系统中光学透镜、反射镜等光学元件的轴向扫描或平面转动，具体涉及一种基于环形放大机构的透镜驱动装置。
技术介绍
基于电致位移驱动器件的透镜驱动装置，具有驱动力大、响应速度快、定位精度高等优点，在光学调整、超高分辨率光学探测、生物荧光显微、细胞三维成像、超精密加工等领域中有非常重要的应用。随着生物光子学成像领域的发展，光学显微系统对于样品扫描速度的要求越来越高，扫描速度要达到KHz量级。常用的移动物镜法，即通过驱动物镜轴向移动，改变焦点位置，达到扫描的目的，此方法受到物镜自身重量产生的机械惯性限制，扫描速度比较低。而通过特殊的光学设计，驱动物镜中少数镜片即可实现轴向扫描的功能，因物镜镜片很轻，可以实现高速扫描。压电陶瓷驱动器的工作行程受压电陶瓷本身的限制，一般需要位移放大机构进行工作行程放大。目前国内外最常用的微位移放大机构主要有杠杆放大机构、对称放大机构和桥型放大机构等，这些位移放大机构位移放大倍率有限，体积较大，安装过程中容易引入误差，工作时产生的摩擦也容易影响响应速度。基于这几种放大机构的透镜驱动装置，也很难同时达到定位精度高、扫描速度快、扫描范围大、体积小等要求。因此，在保证高定位分辨率、大扫描范围的前提下，设计出结构紧凑、体积小、扫描速度快、综合多功能的透镜驱动装置具有重要的意义，可广泛应用于前沿科学和工程

技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于环形放大机构的透镜驱动装置及方法，本专利技术结构简单，轴向扫描速度快，扫描范围大。本专利技术所采用的技术方案是：基于环形放大机构的透镜驱动装置，包括依次相连的位移输出平台、环形位移放大机构、支撑壳体，支撑壳体还通过位移驱动器件与环形位移放大机构接触。所述的透镜驱动装置，位移驱动器件还与驱动控制系统相连。所述的透镜驱动装置，位移驱动器件另一端与设置在支撑壳体底端的预紧螺丝接触。所述的透镜驱动装置，支撑壳体为中空圆筒形，环形位移放大机构、位移驱动器件、预紧螺丝包含三组，沿支撑壳体轴线对称布置。所述的透镜驱动装置，位移输出平台为圆环状。所述的透镜驱动装置，环形位移放大机构包括杠杆结构，位移驱动器件的输出位移由杠杆结构放大后传送至位移输出平台。所述的透镜驱动装置，环形位移放大机构包括第一杠杆结构和第二杠杆结构，第一杠杆结构包括一级旋转柔性铰链、一级刚性片段和位移驱动器件，位移驱动器件的位移输出端与一级刚性片段相接触，一级旋转柔性铰链的一端连接支撑壳体的截面，另一端与一级刚性片段的一端相连，一级刚性片段的另一端作为位移输出端；第二杠杆结构包括一级位移输出端柔性铰链、二级刚性片段和二级旋转柔性铰链，一级位移输出端柔性铰链的一端接至一级刚性片段的位移输出端，一级位移输出端柔性铰链的另一端与二级刚性片段相连，二级刚性片段的一端通过二级旋转柔性铰链与支撑壳体的一个截面相连，二级刚性片段的另一端作为位移输出端，通过二级位移输出端柔性铰链与位移输出平台的底面相连。所述的透镜驱动装置，位移输出平台、环形位移放大机构、支撑壳体由一个厚壁圆筒形钢件通过线切割一体加工而成。所述的透镜驱动装置，所述位移驱动器件为堆叠型压电陶瓷驱动器、双晶片弯曲型压电陶瓷驱动器或其他电致位移驱动器件。基于环形放大机构的透镜驱动方法，首先调整预紧螺丝、环形位移放大机构的各接触点、柔性铰链的位置和各刚性片段的长度，从而调整整个环形位移放大机构的位移放大倍率；再将支撑壳体和位移输出平台与光学系统或其他需要位移输出的器件相连，由驱动控制系统单独或同步控制各组位移驱动器件的形变量、振动频率，以及各组位移驱动器件之间的响应时间差；当驱动控制系统通过控制信号线给三组位移驱动器件提供响应时间差为零的三组完全同步的控制信号，则三组位移驱动器件同步伸缩，通过环形位移放大机构使得位移输出平台下截面的三个二级位移输出端柔性铰链产生相同的位移输出，位移输出平台始终保持水平，并沿垂直方向轴向扫描；当驱动控制系统提供的三组控制信号在信号强度尚有一定差异，或三组信号间存在一定时差时，在同一时间点三组位移驱动器件的位移量不同，三个二级位移输出端柔性铰链输出的位移量存在差异，使得位移输出平台相对于水平面旋转一定的角度。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及效果：本专利技术使用环形位移放大机构，结构简单紧凑，位移放大率高，运动传递连续无摩擦，利于模块化安装；三组驱动器件能单独控制，位移输出平台可以实现沿z轴轴向扫描和沿x、y轴转动，可提供较大的驱动力，轴向扫描速度快；位移输出平台上可安装透镜、反射镜等光学元件，用途广泛。附图说明图1为本专利技术装置整体结构示意图。图2为本专利技术装置单元放大机构示意图。图3为本专利技术装置单元放大机构平面示意图。图中，1：位移输出平台；2：环形位移放大机构；3：位移驱动器件；4：支撑壳体；5：驱动控制系统；6：预紧螺丝；7：控制信号线；2a：二级位移输出端柔性铰链；2b：二级旋转柔性铰链；2c：二级刚性片段；2d：一级位移输出端柔性铰链；2e：一级刚性片段；2f：一级旋转柔性铰链。具体实施方式透镜驱动装置一般包括支撑壳体、位移驱动器件、位移放大机构、位移输出端。为进一步简化透镜驱动装置的结构、提高轴向扫描速度、增大扫描范围，本专利技术提供一种透镜驱动装置，利用一体加工技术和环形位移放大机构简化整体结构、提高位移放大率、减小机械摩擦，分别控制三组中心对称分布的位移驱动器件，可实现运动输出平台驱动透镜进行快速大范围轴向扫描或平面转动。下面结合实施例以及附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术的基于环形放大机构的透镜驱动装置，通过对位移驱动器件的控制，实现运动输出平台驱动透镜进行快速大范围轴向扫描。该透镜驱动装置包括：支撑壳体、环形位移放大机构、位移输出平台、三组位移驱动器件、三组预紧螺丝以及驱动控制系统，其中所述支撑壳体与位移输出平台通过环形位移放大机构连接，三者由一个厚壁圆筒形钢件通过线切割一体加工而成；所述环形位移放大机构由三个中心对称分布的放大机构组成，每个放大机构利用杠杆放大原理对位移进行两级放大；所述支撑壳体壁中沿壳体轴线呈120度角开有三个槽，用于安装三组位移驱动器件；所述三组位移驱动器件沿壳体轴线中心对称分布，一端与环形位移放大机构的位移输入端通过点接触紧密连接，另一端与安装于壳体底部的预紧螺丝紧密接触；所述驱动控制系统与位移驱动器件相连接，并对位移驱动器件进行控制。所述位移输出平台、环形位移放大机构以及支撑壳体，由一整个筒形钢件线切割一体加工而成，三者无缝连接。所述环形位移放大机构，包括三个结构相同沿轴线中心对称分布的放大机构，每个放大机构可单独工作，并基于杠杆放大原理进行位移两级放大。所述三组位移驱动器件沿轴线中心对称分布，每组位移驱动器件可由驱动控制系统单独控制，通过同步控制或分别控制可驱动位移输出平台进行沿z轴轴向扫描和沿x、y轴转动。上述位移驱动器件可以为由多层陶瓷片串联形成的堆叠型压电陶瓷驱动器，弯曲型压电陶瓷驱动器，或其他具有高响应速度的电致位移驱动器件。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例作进一步详细描述：如附图1所示，本基于环形放大机构的透镜驱动装置，由位移输出平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环形放大机构的透镜驱动装置，其特征在于：包括依次相连的位移输出平台(1)、环形位移放大机构(2)、支撑壳体(4)，支撑壳体(4)还通过位移驱动器件(3)与环形位移放大机构(2)接触。

【技术特征摘要】
1.一种基于环形放大机构的透镜驱动方法，其特征在于：首先调整预紧螺丝(6)、环形位移放大机构(2)的各接触点、柔性铰链的位置和各刚性片段的长度，从而调整整个环形位移放大机构(2)的位移放大倍率；再将支撑壳体(4)和位移输出平台(1)与光学系统或其他需要位移输出的器件相连，由驱动控制系统(5)单独或同步控制各组位移驱动器件(3)的形变量、振动频率，以及各组位移驱动器件(3)之间的响应时间差；当驱动控制系统(5)通过控制信号线(7)给三组位移驱动器件(3)提供响应时间差...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢景琦，赵绪文，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42