一種三維壓電驅動微鏡調節裝置的制作方法

本發明涉及一種驅動裝置，特別是一種三維壓電驅動微鏡調節裝置。

背景技術：

近年來，微機電系統(MEMS)在光學領域的應用研究越來越受到重視。其應用已經延伸到醫學、軍事等各個行業。由于其具有較小的慣性，因而可以對其實現精確地定位。目前，微機電系統已經成為世界各國研究的重點。

微鏡是其中一個典型的代表，近來已有很多研究機構相機提出了不同類型的微鏡及其驅動機構。但是傳統的微鏡調節機構一般采用精密絲桿副及滾動導軌、渦輪-凹輪機構等機械傳動，存在摩擦、間隙等誤差，很難一次定位成功。而對于電熱、電磁等驅動形式也存在適應性不足等缺陷。因此，目前急需一種結構簡單、小型化能適應多種場合的微鏡調節裝置，但是現有技術尚無相關描述。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種三維壓電驅動微鏡調節裝置。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種三維壓電驅動微鏡調節裝置，包括粗動臺、Y方向驅動結構、Y方向導軌機構、Y方向位移調節平臺、Y方向柔性鉸鏈導向機構、X方向駆動機構、X方向導軌機構、X方向位移調節平臺和X方向柔性鉸鏈導向機構；

所述Y方向導軌機構包括兩根導軌，該兩根導軌對稱設置在粗動臺Y方向中軸線的兩側；Y方向柔性鉸鏈導向機構包括四個柔性鉸鏈機構并兩兩對稱于粗動臺Y方向中軸線；Y方向位移調節平臺位于兩根導軌的上方并在Y方向驅動機構的驅動下沿導軌運動，該Y方向驅動機構包括兩個關于粗動臺Y方向中軸線對稱設置的致動機構，每個致動機構均包括懸臂梁和兩個貼合在懸臂梁上下兩端的Y方向壓電薄膜驅動器，其中懸臂梁與對應的Y方向位移放大機構通過鉸鏈相連，Y方向位移放大機構的另一端與Y方向位移調節平臺相連；

Y方向位移調節平臺上設置X方向導軌機構，所述X方向導軌機構包括兩根導軌，該兩根導軌對稱設置在Y方向位移調節平臺X方向中軸線的兩側，X方向位移調節平臺位于兩根導軌的上方并在X方向驅動機構的驅動下沿導軌運動，該X方向驅動機構包括兩個關于Y方向位移調節平臺X方向中軸線對稱設置的致動機構，每個致動機構均包括懸臂梁和兩個貼合在懸臂梁上下兩端的X方向壓電薄膜驅動器，其中懸臂梁與對應的X方向位移放大機構通過鉸鏈相連，X方向位移放大機構的另一端與X方向位移調節平臺相連；

在施加電壓作用下，Y方向位移調節平臺上的X方向壓電薄膜驅動器由于逆壓電效應產生輸出力使懸臂梁產生輸出位移，然后經過X方向位移放大機構來實現X方向的位移調節；粗動臺上的Y方向壓電薄膜驅動器產生輸出力使懸臂梁產生輸出位移，然后經過Y方向位移放大機構來實現Y方向的位移調節。

X方向位移調節平臺上設置Z方向位移調節機構，其中Z方向位移調節機構包括支架和Z方向驅動機構，該Z方向驅動機構包括兩個關于X方向位移調節平臺Y方向中軸線對稱設置的致動機構，每個致動機構均包括懸臂梁和兩個貼合在懸臂梁上下兩端且關于粗動臺Y方向中軸線兩兩對稱的Z方向壓電薄膜驅動器，Z方向位移調節機構頂端設置微鏡；Z方向位移調節機構經過Z方向壓電薄膜驅動器來實現豎直方向上的位移調節。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：本發明的三維壓電驅動微鏡調節裝置利用壓電薄膜的逆壓電效應產生的驅動力作為驅動源，可實現大位移調節。而且機構簡單緊湊。同時，該裝置可實現多自由度調節，響應速度快，可實現多種場合的應用。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為三維壓電驅動微鏡調節裝置圖。

圖2為三維壓電驅動微鏡調節裝置平面示意圖。

圖3為滑輪導軌機構。

圖4為Z方向驅動機構側視圖。

圖5為Z方向驅動機構正視圖。

圖中標號所代表的含義為：1.粗動臺，2.Y方向導軌機構，3.Y方向位移調節平臺，4.X方向導軌機構，5.Y方向柔性鉸鏈導向機構，6.Y方向位移放大機構，7.X方向柔性鉸鏈導向機構，8.Y方向壓電薄膜驅動器，9.X方向壓電薄膜驅動器，10.X方向位移放大機構，11.X方向位移調節平臺，12.微鏡，13.Z方向位移調節平臺，14.Z方向壓電薄膜驅動器，15.支架。

具體實施方式

結合附圖，本發明的一種三維壓電驅動微鏡調節裝置，包括粗動臺1、Y方向驅動結構、Y方向導軌機構2、Y方向位移調節平臺3、Y方向柔性鉸鏈導向機構5、X方向驅動機構、X方向導軌機構4、X方向位移調節平臺11和X方向柔性鉸鏈導向機構7；

所述Y方向導軌機構2包括兩根導軌，該兩根導軌對稱設置在粗動臺1Y方向中軸線的兩側；Y方向柔性鉸鏈導向機構5包括四個柔性鉸鏈機構并兩兩對稱于粗動臺1Y方向中軸線；Y方向位移調節平臺3位于兩根導軌的上方并在Y方向驅動機構的驅動下沿導軌運動，該Y方向驅動機構包括兩個關于粗動臺1Y方向中軸線對稱設置的致動機構，每個致動機構均包括懸臂梁和兩個貼合在懸臂梁上下兩端的Y方向壓電薄膜驅動器8，其中懸臂梁與對應的Y方向位移放大機構6通過鉸鏈相連，Y方向位移放大機構6的另一端與Y方向位移調節平臺3相連；

Y方向位移調節平臺3上設置X方向導軌機構4，所述X方向導軌機構4包括兩根導軌，該兩根導軌對稱設置在Y方向位移調節平臺3X方向中軸線的兩側，X方向位移調節平臺11位于兩根導軌的上方并在X方向驅動機構的驅動下沿導軌運動，該X方向驅動機構包括兩個關于Y方向位移調節平臺3X方向中軸線對稱設置的致動機構，每個致動機構均包括懸臂梁和兩個貼合在懸臂梁上下兩端的X方向壓電薄膜驅動器9，其中懸臂梁與對應的X方向位移放大機構10通過鉸鏈相連，X方向位移放大機構10的另一端與X方向位移調節平臺11相連；

在施加電壓作用下，Y方向位移調節平臺3上的X方向壓電薄膜驅動器9由于逆壓電效應產生輸出力使懸臂梁產生輸出位移，然后經過X方向位移放大機構10來實現X方向的位移調節；粗動臺1上的Y方向壓電薄膜驅動器8產生輸出力使懸臂梁產生輸出位移，然后經過Y方向位移放大機構6來實現Y方向的位移調節。

所述X方向位移調節平臺11上設置Z方向位移調節機構13，其中Z方向位移調節機構13包括支架15和Z方向驅動機構，該Z方向驅動機構包括兩個關于X方向位移調節平臺11Y方向中軸線對稱設置的致動機構，每個致動機構均包括懸臂梁和兩個貼合在懸臂梁上下兩端且關于粗動臺1Y方向中軸線兩兩對稱的Z方向壓電薄膜驅動器14，Z方向位移調節機構13頂端設置微鏡12；Z方向位移調節機構13經過Z方向壓電薄膜驅動器14來實現豎直方向上的位移調節。

所述X方向壓電薄膜驅動器9、Y方向壓電薄膜驅動器8、Z方向壓電薄膜驅動器14均采用壓電薄膜層合懸臂梁來施加電壓產生驅動力。

所述粗動臺1上設置固定框，Y方向柔性鉸鏈導向機構5、Y方向位移放大機構6和Y方向驅動機構的致動機構均鉸接在該固定框上。

所述Y方向位移調節平臺3上設置固定框，X方向柔性鉸鏈導向機構7、X方向位移放大機構10和X方向驅動機構的致動機構均鉸接在該固定框上。

本發明的三維壓電驅動微鏡調節裝置利用壓電薄膜的逆壓電效應產生的驅動力作為驅動源，可實現大位移調節。

下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述。

實施例

結合圖1，本發明的一種三維壓電驅動微鏡調節裝置，包括X方向位移調節平臺、Y方向位移調節平臺、Z方向位移調節機構、X方向壓電薄膜驅動器、Y方向壓電薄膜驅動器、Z方向壓電薄膜驅動器、微鏡等。X方向位移調節包括X方向位移放大機構10、X方向柔性鉸鏈導向機構7、X方向位移調節平臺11、關于Y方向位移調節平臺3X方向中軸線對稱設置的X方向壓電薄膜驅動器9。Y方向位移調節包括Y方向位移放大機構6、Y方向柔性鉸鏈導向機構5、Y方向位移調節平臺3、關于粗動臺1Y方向中軸線對稱設置的Y方向壓電薄膜驅動器8。Z方向的位移調節包括Z方向位移調節機構13以及四個貼合在懸臂梁上下兩端且關于粗動臺Y方向中軸線兩兩對稱的Z方向壓電薄膜驅動器14。

粗動臺、X方向位移調節平臺和Y方向位移調節平臺兩兩通過線性滑輪導軌相互疊加在一起，滑輪導軌作為導向機構，滑輪導軌導向機構如圖3所示。X、Y驅動機構通過位移放大機構連接位移平臺。Z方向位移調節機構中微鏡置于Z方向壓電薄膜驅動器上方，通過Z方向壓電薄膜驅動器產生的驅動力來控制微鏡在Z方向的位移調節。

X方向壓電薄膜驅動器9在電壓作用下由于逆壓電效應產生驅動力施加在懸臂梁上產生驅動位移并施加在X方向位移放大機構10，X方向位移放大機構10沿X方向移動推動X方向位移調節平臺11，X方向位移調節平臺11在滑輪導軌上沿X方向移動。

Y方向壓電薄膜驅動器8在電壓作用下由于逆壓電效應產生驅動力施加在懸臂梁上產生驅動位移并施加在Y方向位移放大機構6，Y方向位移放大機構6沿Y方向移動推動Y方向位移調節平臺3，Y方向位移調節平臺3在滑輪導軌上沿Y方向移動。

結合圖4、圖5，Z方向位移調節機構13中，微鏡12固定在Z方向壓電薄膜驅動器的上方，Z方向位移調節機構13底端通過支架15固定在X方向位移平臺3上。

在X、Y兩方向的位移調節后，Z方向壓電薄膜驅動器14在電壓作用下由于逆壓電效應產生驅動力以此來控制微鏡在豎直方向上的位移調節。

總之，X、Y、Z方向壓電薄膜驅動器在電壓作用下由于逆壓電效應產生驅動位移，經放大機構作用下實現微鏡的三自由度的調節。