一种最小位移量可变的模块化物镜驱动装置的制作方法

本发明属于微驱动应用领域，涉及一种物镜驱动装置，具体涉及利用连杆机构进行位移放大的物镜驱动装置。本发明可适用于各类显微成像场合如扫描型干涉仪，表面结构分析，生物和半导体测试装置等。

背景技术：

显微成像系统在现代测量技术中有着广泛应用，对于显微成像系统而言，自动聚焦或变焦的最便捷手段就是实现对物镜的驱动。传统的物镜驱动装置多采用电机驱动或手动，精度较低，响应较慢，体积较大。

压电物镜驱动器拥有响应速度较快，精度较高，体积较小的优势，但常见的压电驱动器为使结构紧凑，多采用柔性铰链传动，高度集成造成无法快速改变位移放大倍率，柔性铰链自身的性质导致刚度较低且系统迟滞有一定增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可提高运动放大倍数，且能通过更换传动组件快速改变放大倍数的物镜驱动装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种最小位移量可变的模块化物镜驱动装置，包括致动模块和物镜安装座；物镜安装座包含接触机构、连杆传动机构和物镜安装环；连杆传动机构与接触机构通过铰接的第一回转副和第二回转副连接，物镜安装环通过连杆传动机构上的安装孔安装在连杆传动机构中央，并通过螺纹孔旋入紧钉实现完全固定；所述致动模块产生单向线性微小形变；连杆传动机构一端通过接触机构与致动模块连接，另一端与物镜安装环连接，并借此将致动模块的微小形变传递到物镜安装环；所述物镜安装环径向固定，轴向具有活动间隙，通过传动作用能够进行轴向位置的变动；且物镜安装座和致动模块间能够自由拆卸组合。

所述的致动模块由叠层压电陶瓷元件、抵持端和弹簧组成，两个抵持端ⅰ的内侧分别贴合在左右分布设置的两个叠层压电陶瓷元件的两个制动端上，弹簧的两端分别与抵持端ⅰ的内侧相连接，且每个叠层压电陶瓷元件的两侧均分布有一个弹簧，并通过弹簧提供的拉力使抵持端ⅰ压紧在压电陶瓷元件的制动端上；所述的抵持端ⅰ为长条形。

所述的物镜安装座中，接触机构中的抵持端ⅱ的内侧与致动模块的抵持端ⅰ外侧贴合，并由抵持端ⅱ和外框之间的弹簧提供压紧力，使致动模块和物镜安装座相组合。

所述的抵持端ⅱ和外框通过2个弹簧连接，弹簧的两端分别与抵持端ⅱ外侧和外框的内侧相连接；通过这种组合形式，物镜安装座和致动模块之间能够不通过其他工具进行拆卸和更换。

所述的连杆传动机构的四个回转副：第一回转副、第二回转副、第三回转副、第四回转副按照等腰梯形排列，四个回转副分别位于等边梯形的四个顶点，且均为铰接。

本发明工作过程如下：

当在叠层压电陶瓷元件上施加电压后，由于逆压电效应，叠层压电陶瓷元件产生近似线性的形变，与抵持端ⅰ贴合的叠层压电陶瓷元件的两个制动端间的距离增大，产生微小位移，通过互相贴合的抵持端ⅰ与抵持端ⅱ，该位移传递到抵持端ⅱ的两端之间；由于连杆传动机构与接触机构通过铰接的第一回转副和第二回转副连接，所以叠层压电陶瓷元件产生的位移最终传递到第一回转副和第二回转副之间，使第一回转副和第二回转副的间距增大。

本发明相对于现有技术的有益效果为：

通过改变物镜安装模块中连杆机构的底角，可以实现位移放大倍率的调整。通过致动模块和带有传动机构的物镜安装模块的分离设置，可以实现具有不同位移放大倍率的物镜安装模块的快速替换，从而满足不同规格物镜的调整需求。

附图说明

图1是本发明物镜驱动装置的等轴测视图。

图2是图1的分解图。

图3是图1中致动模块1的等轴测视图。

图4是图1中物镜安装座2的俯视图。

图5是图2中连杆机构22的侧视图。

图6是图5的运动简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做具体说明。以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。

参见图1至图5，本发明一种较佳实施例所述的物镜驱动装置包由制动模块1和物镜安装座2构成。如图2所示，物镜安装座包含接触机构21、连杆传动机构22和物镜安装环23。连杆机构22与接触机构21通过铰接的第一回转副221和第二回转副222连接，物镜安装环23通过连杆传动机构22上的安装孔225安装在连杆传动机构中央，并通过螺纹孔226旋入紧钉实现完全固定。所述制动模块1产生单向线性微小形变；连杆传动机构22一端通过接触机构21与制动模块1连接，另一端与物镜安装环连接，并借此将制动模块1的微小形变传递到物镜安装环；所述物镜安装环径向固定，轴向具有活动间隙，通过传动作用能够进行轴向位置的变动。且物镜安装座和制动模块1间能够自由拆卸组合。

参见图3，制动模块1由叠层压电陶瓷元件11、抵持端12和弹簧13组成，两个抵持端12的内侧分别贴合在左右分布设置的两个叠层压电陶瓷元件11的两个制动端上，弹簧13的两端分别与抵持端12的内侧相连接，且每个叠层压电陶瓷元件11的两侧均分布有一个弹簧13，并通过弹簧13提供的拉力使抵持端12压紧在压电陶瓷元件11的制动端上。所述的抵持端12为长条形。

参见图4，在物镜安装座中，接触机构21中的抵持端211的内侧与制动模块1的抵持端12外侧贴合，并由抵持端211和外框213之间的弹簧212提供压紧力，使制动模块1和物镜安装座2相组合。具体的：抵持端211和外框213通过2个弹簧212连接，弹簧212的两端分别与抵持端211外侧和外框213的内侧相连接；通过这种组合形式，物镜安装座2和制动模块1之间可以不通过其他工具进行拆卸和更换。

参见图5，连杆传动机构22的四个回转副：第一回转副221、第二回转副222、第三回转副223、第四回转副224按照等腰梯形排列，四个回转副分别位于等边梯形的四个顶点，且均为铰接。

本发明工作过程如下：

当在叠层压电陶瓷元件11上施加电压后，由于逆压电效应，叠层压电陶瓷元件11产生近似线性的形变，与抵持端12贴合的叠层压电陶瓷元件11的两个制动端间的距离增大，产生微小位移，通过互相贴合的抵持端12与抵持端211，该位移传递到抵持端211的两端之间。由于连杆传动机构22与接触机构21通过铰接的第一回转副221和第二回转副222连接，所以叠层压电陶瓷元件11产生的位移最终传递到第一回转副221和第二回转副222之间，使第一回转副221和第二回转副222的间距增大。

参见图6所示运动简图，a，b，c，d分别为第一回转副221、第二回转副222、第三回转副223、第四回转副224的旋转轴，由于第一回转副221、第二回转副222和接触机构铰接，所以ab的垂直高度固定不变。过c向ab作垂线，垂足为e，记∠cae为θ，则当ae长度变化δa时，ce长度变化δb满足：δb≈δa/tanθ。即位移放大倍率为1/tanθ。对于本实施例而言，ae长度变化δa时，ab总长度变化量为2δa，因此位移放大倍率为1/2tanθ。θ＝5°时，放大倍率为5.7，θ＝2°时，放大倍率为14.3。

对于本实施例中的物镜驱动装置，当制动模块1中的叠层压电陶瓷元件11发生伸长形变时，对应图6中的ce长度缩短，由于ab高度固定，所以固定在cd一侧，即回转副223，224一侧的物镜安装环高度沿ce方向上升(沿ec方向下降)；当致动模块1中的叠层压电陶瓷元件11发生收缩形变时，对应图6中的ce长度增加，由于ab高度固定，所以固定在cd一侧，即回转副223，224一侧的物镜安装环高度沿ce方向下降(沿ec方向上升)。对于不同的放大倍率而言，致动模块1输出的位移量产生不连续变化时，ce的长度变化量的最小值也不同，且分别对应不同的放大倍率。通过更换连杆机构22中θ角不同的物镜安装座2，可以实现物镜驱动装置最小位移量的快速变更。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的技术原理，还可以做出各种变化和变型，这些变化和变型均落在本发明的保护范围内。