部11的腔体152直径小于位于随动部151 —端的壳体部11的腔体12直径，另夕卜，所述移动部152的厚度大于随动部151的厚度，所述壳体部11内形成有收纳所述压电陶瓷2、滚珠3、预紧顶丝4和钨钢片5的收纳孔112，所述收纳孔112穿过随动部151，未穿过移动部152，在本实施了中，由于设置有两个铰链机构15，所以，对应的压电陶瓷2也需要设置两个，对应的所述收纳孔112也设置有两个，该两个收纳孔112的前端通过弧形槽113连接，所述弧形槽113开设在所述壳体部11的前端。
[0026]上述压电陶瓷2的安装方式如下:滚珠3通过过盈配合嵌入预紧顶丝4，粘有钨钢片5的压电陶瓷2与嵌有滚珠3的预紧顶丝4通过点面接触相连接(即运动高副)，其好处在于即使移动部152与压电陶瓷2的端面不垂直时，也能保证压电陶瓷2不会受到除垂直方向以外的力，在一定程度上保护的压电陶瓷2，减少了压电陶瓷2的损耗。在此需要说明的是，由于预紧顶丝4在旋入螺纹孔之后必定会存在一定的螺纹间隙和松动导致压电陶瓷2无法预紧，在本实施例中，一方面采用了 M4*0.35的细牙螺纹来消除间隙并通过预紧顶丝4达到微调的目的；另一方面使用两个预紧顶丝4，使两个预紧顶丝4的受力方向相反达到防松的目的，具体实施时通过调节预紧顶7的松紧为所述压电陶瓷2提供足够的预紧力。当安装完压电陶瓷2及调节好预紧力之后，将中空型端盖13粘连在壳体部11上，达到保护压电陶瓷2的目的。
[0027]请结合图5，上述物镜驱动台的工作原理如下:图5中C、D点分别为运动平台153与移动部152和随动部151的铰接点，A、E为移动部152、随动部151与基部14的铰接点，B点为压电陶瓷2所产生的力F对移动部152的推力点(即滚珠3所在位置)，当压电陶瓷2在X向(横向)输入一小位移Sx时，在运动平台153即获得一大位移输出X，其比值为C=X/Sx (位移输出比)。由图5中可以看出该铰链机构15在输出X向位移时存在一个Z向的耦合位移，通过理论计算可知当位移输出在几百微米级别时，Z向的耦合位移为X向的千分之一，可忽律不计。由杠杆原理可知，此类铰链机构15的理论放大倍数值为C = AC/AB,即可通过调节B点的位置使得在最紧凑的结构条件下放大倍数达到一个最优值，C的最优取值为7至14。但实际使用中C值会小于最优值，一方面是因为柔性铰链会有一定的弹性反力产生，使得该铰链机构15的输出位移相应的减少；另一方面柔性铰链是由于材料的弹性形变产生的位移，所以在形变过程中有一部分能量被材料本身吸收，同时会使压电陶瓷2受较大的载荷，使其提供的驱动位移亦有减小。本发明由于将压电陶瓷2直接设置在壳体部11内，压电陶瓷2除机械本体四周壁壳外，没有多余的结构元，可见其结构是非常紧凑的，且当外形尺寸受限，压电陶瓷2确定的情况下，此结构能够获得更大的位移输出比。由于上述工作原理，使用物镜驱动台时，通过施加电压激励的方式驱动压电陶瓷2致动实现安装在物镜环上的显微镜物镜精密直线运动，实现显微镜物镜微米级运动。
[0028]在本实施例中，由于铰链机构15采用柔性铰链，微小的位移是通过材料的弹性形变产生的。通常情况下，材料的弹性变形和输出力与材料的弹性模量E以及其屈服极限σ s成正比，为了增大柔性铰链的运动范围，在一定程度上来说，所选柔性铰链材料的弹性模量E以及屈服极限σ s愈大愈好，同时必须满足以下要求:1.柔性铰链的最大变形时的恢复力要小于压电陶瓷2的最大驱动力；2.柔性铰链最大变形时的最大应力要小于材料的许用应力。综合以上因数，铍青铜、钛合金、弹簧钢和超硬铝在变形方面比较好，但是钛合金一般都比较昂贵，很少采用铍青铜是有毒材料，会给使用带来很多不便，弹簧钢的密度太大，故本实施例中所用材料为超硬铝。其它零件所用材料为:压电陶瓷2使用锆钛酸铅(PZT)、预紧顶丝4和装饰性封堵均使用普通钢材Q235并进行发黑处理。钨钢片5采用钨钢(硬质合金)，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。
[0029]综上所述，上述物镜驱动台通过设置中空型壳体1，在中空型壳体I上设置铰链机构15，并将物镜环设置在铰链机构15的运动平台153上，设置抵持在移动部152上的致动件2，从而利用铰链机构15进行无间隙、无耦合将致动件2微位移传动的运动放大，以有效地提高运动放大倍数及保证体积的紧凑性。实现纳米级定位，相对现有技术，其可以解决目前物镜驱动装置一般采用电机驱动或者手调，定位精度达不到要求、响应时间慢、体积过大且噪声大的问题。
[0030]另外，又结合致动件2采用压电陶瓷，从而依靠压电陶瓷2驱动电源的电压激励，实现运动平台153的微型位移，以实现显微镜物镜的纳米级定位。上述中空型壳体I呈一体式结构，即由整块金属经数控铣、钻和线切割等工艺加工形成自身连接的整体，以使结构紧凑，且当外形尺寸受限且压电陶瓷2确定的情况下，此结构能够获得更大的位移输出比，而且避免了传动中的空程和摩擦等约束对其精度的影响。
[0031]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种物镜驱动台，用以固定物镜环，其特征在于:包括中空型壳体和设置在所述壳体上的致动件，所述中空型壳体包括壳体部和首尾贯穿壳体部形成的腔体，所述壳体部上设置有铰链机构，所述铰链机构包括移动部和与所述移动部连接的运动平台，所述致动件抵压所述移动部，所述物镜环位于所述腔体内，且固定在所述运动平台上。2.根据权利要求1所述的物镜驱动台，其特征在于:所述铰链机构为均匀分布在所述壳体部上的至少两个。3.根据权利要求1所述的物镜驱动台，其特征在于:所述壳体部包括基部，所述铰链机构通过柔性铰链固定在所述基部上，所述铰链机构还包括与所述移动部平行设置的随动部，所述运动平台通过柔性铰链连接所述移动部和随动部。4.根据权利要求3所述的物镜驱动台，其特征在于:所述随动部、移动部、运动平台及基部围设形成一个平行四边形。5.根据权利要求3所述的物镜驱动台，其特征在于:所述铰链机构通过切割所述壳体部形成。6.根据权利要求1所述的物镜驱动台，其特征在于:所述壳体部呈环形桶体。7.根据权利要求1至6项中任意一项所述的物镜驱动台，其特征在于:所述致动件与移动部之间设置有滚珠。8.根据权利要求7所述的物镜驱动台，其特征在于:所述移动部上设置有预紧顶丝，所述预紧顶丝与致动件相对设置在所述滚珠的两侧。9.根据权利要求8所述的物镜驱动台，其特征在于:所述致动件上设置有抵压所述滚珠的鹤钢片ο10.根据权利要求1所述的物镜驱动台，其特征在于:所述致动件为压电陶瓷。
【专利摘要】本发明属于微驱动应用领域，涉及一种物镜驱动台，具体涉及为利用铰链机构将输出位移进行放大的物镜驱动台，该物镜驱动台用以固定物镜环，包括中空型壳体和设置在所述壳体上的致动件，所述中空型壳体包括壳体部和首尾贯穿壳体部形成的腔体，所述壳体部上设置有铰链机构，所述铰链机构包括移动部和与所述移动部连接的运动平台，所述致动件抵压所述移动部，所述物镜环位于所述腔体内，且固定在所述运动平台上，该物镜驱动台通过设置中空型壳体，在壳体上设置铰链机构，并将物镜环设置在铰链机构的运动平台上，设置抵持在铰链结构的移动部上的致动件，从而利用铰链机构进行无间隙、无耦合将致动件微位移传动的运动放大，以有效地提高运动放大倍数及保证体积的紧凑性。
【IPC分类】G02B21/24
【公开号】CN104880814
【申请号】CN201510228930
【发明人】钟博文
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月7日