一种三维压电驱动微镜调节装置技术领域
本发明涉及一种驱动装置，特别是一种三维压电驱动微镜调节装置。
背景技术
近年来，微机电系统(MEMS)在光学领域的应用研究越来越受到重视。其应用已经
延伸到医学、军事等各个行业。由于其具有较小的惯性，因而可以对其实现精确地定位。目
前，微机电系统已经成为世界各国研究的重点。
微镜是其中一个典型的代表，近来已有很多研究机构相机提出了不同类型的微镜
及其驱动机构。但是传统的微镜调节机构一般采用精密丝杆副及滚动导轨、涡轮-凹轮机构
等机械传动，存在摩擦、间隙等误差，很难一次定位成功。而对于电热、电磁等驱动形式也存
在适应性不足等缺陷。因此，目前急需一种结构简单、小型化能适应多种场合的微镜调节装
置，但是现有技术尚无相关描述。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维压电驱动微镜调节装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种三维压电驱动微镜调节装置，包括粗动
台、Y方向驱动结构、Y方向导轨机构、Y方向位移调节平台、Y方向柔性铰链导向机构、X方向
駆动机构、X方向导轨机构、X方向位移调节平台和X方向柔性铰链导向机构；
所述Y方向导轨机构包括两根导轨，该两根导轨对称设置在粗动台Y方向中轴线的
两侧；Y方向柔性铰链导向机构包括四个柔性铰链机构并两两对称于粗动台Y方向中轴线；Y
方向位移调节平台位于两根导轨的上方并在Y方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该Y方向
驱动机构包括两个关于粗动台Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬
臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的Y方向压电薄膜驱动器，其中悬臂梁与对应的Y方向位
移放大机构通过铰链相连，Y方向位移放大机构的另一端与Y方向位移调节平台相连；
Y方向位移调节平台上设置X方向导轨机构，所述X方向导轨机构包括两根导轨，该
两根导轨对称设置在Y方向位移调节平台X方向中轴线的两侧，X方向位移调节平台位于两
根导轨的上方并在X方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该X方向驱动机构包括两个关于Y
方向位移调节平台X方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个
贴合在悬臂梁上下两端的X方向压电薄膜驱动器，其中悬臂梁与对应的X方向位移放大机构
通过铰链相连，X方向位移放大机构的另一端与X方向位移调节平台相连；
在施加电压作用下，Y方向位移调节平台上的X方向压电薄膜驱动器由于逆压电效
应产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过X方向位移放大机构来实现X方向的位移调
节；粗动台上的Y方向压电薄膜驱动器产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过Y方向
位移放大机构来实现Y方向的位移调节。
X方向位移调节平台上设置Z方向位移调节机构，其中Z方向位移调节机构包括支
架和Z方向驱动机构，该Z方向驱动机构包括两个关于X方向位移调节平台Y方向中轴线对称
设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端且关于粗动台
Y方向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器，Z方向位移调节机构顶端设置微镜；Z方向
位移调节机构经过Z方向压电薄膜驱动器来实现竖直方向上的位移调节。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的三维压电驱动微镜调节装置利
用压电薄膜的逆压电效应产生的驱动力作为驱动源，可实现大位移调节。而且机构简单紧
凑。同时，该装置可实现多自由度调节，响应速度快，可实现多种场合的应用。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为三维压电驱动微镜调节装置图。
图2为三维压电驱动微镜调节装置平面示意图。
图3为滑轮导轨机构。
图4为Z方向驱动机构侧视图。
图5为Z方向驱动机构正视图。
图中标号所代表的含义为：1.粗动台，2.Y方向导轨机构，3.Y方向位移调节平台，
4.X方向导轨机构，5.Y方向柔性铰链导向机构，6.Y方向位移放大机构，7.X方向柔性铰链导
向机构，8.Y方向压电薄膜驱动器，9.X方向压电薄膜驱动器，10.X方向位移放大机构，11.X
方向位移调节平台，12.微镜，13.Z方向位移调节平台，14.Z方向压电薄膜驱动器，15.支架。
具体实施方式
结合附图，本发明的一种三维压电驱动微镜调节装置，包括粗动台1、Y方向驱动结
构、Y方向导轨机构2、Y方向位移调节平台3、Y方向柔性铰链导向机构5、X方向驱动机构、X方
向导轨机构4、X方向位移调节平台11和X方向柔性铰链导向机构7；
所述Y方向导轨机构2包括两根导轨，该两根导轨对称设置在粗动台1Y方向中轴线
的两侧；Y方向柔性铰链导向机构5包括四个柔性铰链机构并两两对称于粗动台1Y方向中轴
线；Y方向位移调节平台3位于两根导轨的上方并在Y方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该
Y方向驱动机构包括两个关于粗动台1Y方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均
包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的Y方向压电薄膜驱动器8，其中悬臂梁与对应的
Y方向位移放大机构6通过铰链相连，Y方向位移放大机构6的另一端与Y方向位移调节平台3
相连；
Y方向位移调节平台3上设置X方向导轨机构4，所述X方向导轨机构4包括两根导
轨，该两根导轨对称设置在Y方向位移调节平台3X方向中轴线的两侧，X方向位移调节平台
11位于两根导轨的上方并在X方向驱动机构的驱动下沿导轨运动，该X方向驱动机构包括两
个关于Y方向位移调节平台3X方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂
梁和两个贴合在悬臂梁上下两端的X方向压电薄膜驱动器9，其中悬臂梁与对应的X方向位
移放大机构10通过铰链相连，X方向位移放大机构10的另一端与X方向位移调节平台11相
连；
在施加电压作用下，Y方向位移调节平台3上的X方向压电薄膜驱动器9由于逆压电
效应产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过X方向位移放大机构10来实现X方向的位
移调节；粗动台1上的Y方向压电薄膜驱动器8产生输出力使悬臂梁产生输出位移，然后经过
Y方向位移放大机构6来实现Y方向的位移调节。
所述X方向位移调节平台11上设置Z方向位移调节机构13，其中Z方向位移调节机
构13包括支架15和Z方向驱动机构，该Z方向驱动机构包括两个关于X方向位移调节平台11Y
方向中轴线对称设置的致动机构，每个致动机构均包括悬臂梁和两个贴合在悬臂梁上下两
端且关于粗动台1Y方向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器14，Z方向位移调节机构13
顶端设置微镜12；Z方向位移调节机构13经过Z方向压电薄膜驱动器14来实现竖直方向上的
位移调节。
所述X方向压电薄膜驱动器9、Y方向压电薄膜驱动器8、Z方向压电薄膜驱动器14均
采用压电薄膜层合悬臂梁来施加电压产生驱动力。
所述粗动台1上设置固定框，Y方向柔性铰链导向机构5、Y方向位移放大机构6和Y
方向驱动机构的致动机构均铰接在该固定框上。
所述Y方向位移调节平台3上设置固定框，X方向柔性铰链导向机构7、X方向位移放
大机构10和X方向驱动机构的致动机构均铰接在该固定框上。
本发明的三维压电驱动微镜调节装置利用压电薄膜的逆压电效应产生的驱动力
作为驱动源，可实现大位移调节。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
结合图1，本发明的一种三维压电驱动微镜调节装置，包括X方向位移调节平台、Y
方向位移调节平台、Z方向位移调节机构、X方向压电薄膜驱动器、Y方向压电薄膜驱动器、Z
方向压电薄膜驱动器、微镜等。X方向位移调节包括X方向位移放大机构10、X方向柔性铰链
导向机构7、X方向位移调节平台11、关于Y方向位移调节平台3X方向中轴线对称设置的X方
向压电薄膜驱动器9。Y方向位移调节包括Y方向位移放大机构6、Y方向柔性铰链导向机构5、
Y方向位移调节平台3、关于粗动台1Y方向中轴线对称设置的Y方向压电薄膜驱动器8。Z方向
的位移调节包括Z方向位移调节机构13以及四个贴合在悬臂梁上下两端且关于粗动台Y方
向中轴线两两对称的Z方向压电薄膜驱动器14。
粗动台、X方向位移调节平台和Y方向位移调节平台两两通过线性滑轮导轨相互叠
加在一起，滑轮导轨作为导向机构，滑轮导轨导向机构如图3所示。X、Y驱动机构通过位移放
大机构连接位移平台。Z方向位移调节机构中微镜置于Z方向压电薄膜驱动器上方，通过Z方
向压电薄膜驱动器产生的驱动力来控制微镜在Z方向的位移调节。
X方向压电薄膜驱动器9在电压作用下由于逆压电效应产生驱动力施加在悬臂梁
上产生驱动位移并施加在X方向位移放大机构10，X方向位移放大机构10沿X方向移动推动X
方向位移调节平台11，X方向位移调节平台11在滑轮导轨上沿X方向移动。
Y方向压电薄膜驱动器8在电压作用下由于逆压电效应产生驱动力施加在悬臂梁
上产生驱动位移并施加在Y方向位移放大机构6，Y方向位移放大机构6沿Y方向移动推动Y方
向位移调节平台3，Y方向位移调节平台3在滑轮导轨上沿Y方向移动。
结合图4、图5，Z方向位移调节机构13中，微镜12固定在Z方向压电薄膜驱动器的上
方，Z方向位移调节机构13底端通过支架15固定在X方向位移平台3上。
在X、Y两方向的位移调节后，Z方向压电薄膜驱动器14在电压作用下由于逆压电效
应产生驱动力以此来控制微镜在竖直方向上的位移调节。
总之，X、Y、Z方向压电薄膜驱动器在电压作用下由于逆压电效应产生驱动位移，经
放大机构作用下实现微镜的三自由度的调节。