上开设有供所述屏蔽线穿过的通孔15。
[0027]上述压电陶瓷5的安装方式如下:滚珠36通过过盈配合嵌入预紧顶丝37，粘有钨钢片6的压电陶瓷5与嵌有滚珠36的预紧顶丝37通过点面接触相连接(即运动高副)，其好处在于即使移动部31与压电陶瓷5的端面不垂直时，也能保证压电陶瓷5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5，减少了压电陶瓷5的损耗。在此需要说明的是，由于预紧顶丝37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5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37达到微调的目的；另一方面使用两个预紧顶丝37，使两个预紧顶丝37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丝37的松紧为所述压电陶瓷5提供足够的预紧力。当安装完压电陶瓷5及调节好预紧力之后，将端盖14粘连在机械本体4上，达到保护压电陶瓷5和铰链机构3的目的。
[0028]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33与移动部31和随动部32的铰接点，A、E为移动部31、随动部32与底座I的铰接点，B点为压电陶瓷5所产生的力F对移动部31的推力点(即滚珠36所在位置)，当压电陶瓷5在X向(横向)输入一小位移Sx时，在运动平台33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3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3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38会有一定的弹性反力产生，使得该铰链机构3的输出位移相应的减少；另一方面柔性铰链38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5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5直接设置在机械本体内，压电陶瓷5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5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5致动实现安装在物镜环4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。
[0029]在本实施例中，由于铰链机构3采用柔性铰链38，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38的运动范围，在一定程度上来说，所选柔性铰链38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38的最大变形时的恢复力要小于压电陶瓷5的最大驱动力；2.柔性铰链38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5使用锆钛酸铅(PZT)、预紧顶丝37和装饰性封堵均使用普通钢材Q235并进行发黑处理。钨钢片6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。
[0030]综上所述，上述物镜驱动台通过设置铰链机构3，并将物镜环4设置在铰链机构3上，设置抵持在移动部31上的压电陶瓷5，该压电陶瓷5推动移动部31的驱动力与物镜环4的延伸线相交，从而利用铰链机构3进行无间隙、无耦合将压电陶瓷5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。
[0031]另外，又结合采用压电陶瓷5，从而依靠压电陶瓷5驱动电源的电压激励，实现运动平台33的微型位移，以实现显微镜物镜的纳米级定位。上述物镜驱动台的底座I和铰链机构3均呈一体式结构，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5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。
[0032]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，其特征在于:包括底座、固定在所述底座上的安装环、设置在所述底座上的铰链机构、固定在所述铰链机构上的物镜环和抵压在所述铰链机构上的致动件，所述物镜环设置在所述安装环的一侧且与所述安装环平行设置，所述铰链机构包括活动安装在所述底座上的移动部，所述压电陶瓷抵压在所述移动部上，所述致动件推动移动部的驱动力与物镜环的延伸线相交。
2.根据权利要求1所述的物镜驱动台，其特征在于:所述铰链机构还包括与所述移动部平行设置的随动部、连接所述移动部和随动部的运动平台，所述随动部、移动部、运动平台及底座之间柔性铰链连接，所述物镜环固定在所述运动平台上。
3.根据权利要求2所述的物镜驱动台，其特征在于:所述随动部、移动部、运动平台及底座围设形成一个平行四边形。
4.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。
5.根据权利要求4所述的物镜驱动台，其特征在于:所述移动部上设置有凹槽，所述凹槽内设置有滚珠，所述压电陶瓷抵压在所述滚珠上。
6.根据权利要求5所述的物镜驱动台，其特征在于:所述移动部上还设置有可伸入至凹槽内的预紧顶丝，所述预紧顶丝与压电陶瓷相对设置在所述滚珠的两侧。
7.根据权利要求5述的物镜驱动台，其特征在于:所述压电陶瓷上设置有抵压所述滚珠的鹤钢片。
8.根据权利要求4所述的物镜驱动台，其特征在于:所述底座上设有端盖，所述压电陶瓷卡固在所述端盖上。
9.根据权利要求7所述的物镜驱动台，其特征在于:所述压电陶瓷上连接有屏蔽线，所述底座上开设有供所述屏蔽线穿过的通孔。
10.根据权利要求2所述的物镜驱动台，其特征在于:所述底座包括水平放置的底板、竖直设置在所述底板上的固定台，所述安装环固定在所述固定台上，所述运动平台位于所述固定台的后侧，所述固定台朝向运动平台侧设置有引导坡面，所述运动平台朝向固定台侧设置有与所述引导坡面配合的配合面。
【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，包括底座、固定在所述底座上的安装环、设置在所述底座上的铰链机构、固定在所述铰链机构上的物镜环和抵压在所述铰链机构上的致动件，所述物镜环设置在所述安装环的一侧且与所述安装环平行设置，所述铰链机构包括活动安装在所述底座上的移动部，所述压电陶瓷抵压在所述移动部上，所述致动件推动移动部的驱动力与物镜环的延伸线相交，该物镜驱动台通过设置铰链机构，并将物镜环设置在铰链机构上，设置抵持在移动部上的致动件，该致动件推动移动部的驱动力与物镜环的延伸线相交，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】G02B7-02, G02B21-26
【公开号】CN104793328
【申请号】CN201510144498
【发明人】钟博文
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月30日