CN103119493B - 具有绝对位置反馈的光学可调底座 - Google Patents

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Abstract

用于光学元件等的可调底座可包括绝对位置信息反馈。对于某些实施例，可独立于位移测量而产生位置数据。位置数据反馈可由控制器提供给例如压电惯性驱动器等驱动器实施例并且用于实现可调底座的所需位置设定。

Description

具有绝对位置反馈的光学可调底座
一项或多项相关专利申请
本申请要求2010年7月15日申请人P.Thomas等人提交的美国临时专利申请序列号61/364,779(代理人案号NPT-0261-PV)的优先权，题目为“具有绝对位置反馈的光学可调底座(Optical Adjustable Mounts with Absolute Position Feedback)”，这里作为参考引用其全部内容。本申请还涉及2007年1月18日提交的标题为“光学调节底座和压电惯性驱动器(Optical Adjustment Mounts and Piezoelectric Inertia Driver)”的申请号为PCT/IB2007/000602的国际申请(代理人案号NPT-0260-PC)，以及2008年2月27日提交的标题为“光学调节底座和压电惯性驱动器(Optical Adjustment Mounts and PiezoelectricInertia Driver)”的申请序列号为12/065,083的美国专利申请(代理人案号“NPT-0260-US”)，这里均作为参考引用其全部内容。
技术领域
本申请总体上涉及用位置检测或测量反馈来精确定位装置(例如，光学组件等)的装置和方法。在一些实施例中，位置反馈数据可被存储和使用以在调节、干扰或任何其它移动先前已定位装置的活动之后重新获取已知位置。位置反馈数据还可以被分析以便确定装置的当前位置。
背景技术
光学装置或元件，例如透镜、反射镜、波片、滤光器、体布拉格光栅、棱镜等通常安装至具有可调光学底座的光学系统，特别是实验光学系统。光学系统的一个实例可以包括光具座或者光基座，所述光具座或者光基座具有多个光学装置和组件通过定向安装于基座上以便提供引导光束从一个光学装置至下一个光学装置的光学路径。来自激光器或其它光源的光束一般被用于这些应用。对于这种布置，可调光学底座提供机构将光学元件牢固地固定到光学系统的光具座或其它组件，并且仍然允许对光学元件的定向的某种调节。
现有的可调光学底座可以包括具有经配置以将光学元件固定在其上的第一板的实施例。第二板被安置为邻近第一板，并且包括从第二板延伸至第一板的三个接触点。接触点中的一个或一个以上可以被安置在调节轴的末端上，例如被拧到第二板的调节螺钉。接触点还可以被安置在第一板上的卡销中，这允许接触点相对于第一板的旋转，但是其阻止接触点沿第一板滑动或横向位移。一个或一个以上回缩部件(例如弹簧或磁铁)被固定在第一板与第二板之间，以迫使板随着一个弹簧、多个弹簧、一个磁铁或者多个磁铁的恢复力被靠拢到一起。由板之间回缩部件产生的引力受到抵靠第一板的相应卡销的三个接触点的阻挡。
在这种布置中，调节螺钉的旋转使调节螺钉相对于第二板移动，以调节在调节螺钉位置处板之间的间隔和第一板到第二板的相对定向。如果细螺纹用于调节螺钉，那么可以精细调节第一板和光学元件相对于第二板的定向。第二板通常经配置以牢固地安装到具有凸缘、间隙孔、螺纹孔等的光学系统的基座上。一旦第二板被牢固地固定到光具座或光基座，可调光学底座便允许固定到第一板的光学元件通过精细调节光学元件相对于光学系统的光学路径的定向而被固定到光学系统的基座。
这种布置的一个缺点在于一个调节螺钉的人工操作可能干扰其它调节螺钉或者移动整个光学底座结构。这种系统还可以用远程电动机调节，例如步进电机；但是，这些类型的电动机往往是庞大和昂贵的并且可能要求复杂的减速齿轮和其它改进。一些现有光学底座的另一个问题是如果其被干扰或者无意中被移动，那么缺少复位光学底座至已知位置的能力。因此，需要能够远程调节的可调光学底座，即能够在期望轴线中精确控制光学元件的位置。还需要可调光学底座具有返回已知位置的能力。
发明内容
用于光学元件的可调底座的一些实施例包括第一底座主体和经配置以固定光学元件在其上且相对于第一底座主体在可调自由度中可移动的第二底座主体。可调底座还包括经配置以在第一底座主体与第二底座主体之间在所述可调自由度中可控制地施加相对移动的驱动器。柔性衬底包括固定到第一底座主体的第一部分和固定到第二底座主体的第二部分。应变仪元件被机械地固定到柔性衬底并且经配置以记录柔性衬底的应变且响应于柔性衬底的应变而产生信号。控制器可以与应变仪元件操作通信并且可以经配置以从应变仪元件信号产生位置数据。
用于光学元件的可调底座的一些实施例包括第一底座主体和经配置以固定光学元件在其上且相对于第一底座主体在第一可调自由度以及第二可调自由度中可移动的第二底座主体。可调底座还包括经配置以在第一底座主体与第二底座主体之间在第一可调自由度中可控制地施加相对移动的第一驱动器。第二驱动器可以经配置以在第一底座主体与第二底座主体之间在第二可调自由度中可控制地施加相对移动。柔性衬底包括柔性薄片，所述柔性衬底的第一部分固定到第一底座主体且所述柔性衬底的第二部分固定到第二底座主体。应变仪元件可以被机械地固定到柔性衬底并且可以经配置以记录柔性衬底的应变且响应于柔性衬底的应变而产生信号。控制器可以与应变仪元件操作通信并且还可以经配置以从应变仪元件信号产生位置数据。
用于光学元件的可调底座的一些实施例包括第一底座主体和可以经配置以固定光学元件在其上且可相对于第一底座主体在一可调自由度中可移动的第二底座主体。柔性衬底包括固定到第一底座主体的第一部分和固定到第二底座主体的第二部分。应变仪元件可以被机械地固定到柔性衬底并且可以经配置以记录柔性衬底的应变且响应于柔性衬底的应变而产生信号。
一种调节用于光学元件的可调底座的方法的一些实施例包括提供用于光学元件的可调底座，所述底座包括第一底座主体和经配置以固定光学元件至其上且相对第一底座主体在可调自由度中可移动的第二底座主体。可调底座还包括柔性衬底，所述柔性衬底具有固定到第一底座主体的第一部分以及固定到第二底座主体的第二部分。可调底座还包括应变仪元件，所述应变仪元件可以被机械地固定到柔性衬底并且经配置以记录柔性衬底的应变且响应于柔性衬底的应变而产生信号。可调底座还可以包括控制器，所述控制器与应变仪元件操作通信并且经配置以从应变仪元件信号产生位置数据。随后，控制器可以被用于从应变仪元件信号产生关于第二底座主体相对于第一底座主体的第一绝对位置的数据。
某些实施例在以下说明、实例、权利要求和附图中进一步描述。当结合所附示范性附图时，实施例的这些特征将从以下详细描述中变得更清晰。
附图说明
附图展示了本技术的实施例并且不用于限制。出于清晰地和易于说明的目的，附图可以是不成比例的，并且在一些实例中，可能夸大或放大显示各种方面以帮助理解具体的实施例。
图1是用于光学调节的压电惯性驱动器的实施例的透视图。
图2是图1的用于光学调节的压电惯性驱动器的实施例的正视图，未示出压电部件。
图3A-6B是可以用于驱动压电惯性驱动器的实施例的各种电压信号和信号脉冲实施例的图形表示。
图7是具有第一压电惯性驱动器和第二压电惯性驱动器的可调底座的实施例的透视图。
图8是图7的可调底座实施例的分解视图。
图9示出了能够产生位置数据的可调光学底座的实施例的透视图。
图10是图9的可调光学底座的分解视图。
图10A是图9的光学底座的第一底座主体的透视图。
图11是图9的可调光学底座的正视图。
图12是图9的可调光学底座的位置测量模块实施例的透视图，其包括应变仪组合件实施例和固定到其上的电路板实施例。
图13A是图9的底座的应变仪组合件实施例的前视图。
图13B是应变仪组合件实施例的前视图。
图14A是沿图13A的直线14A-14A截取的图13A的应变仪组合件的横截面视图。
图14B是沿图13B的直线14B-14B截取的图13B的应变仪组合件的横截面视图。
图15是应变仪实施例的顶视图。
图15A是沿图15的直线15A-15A截取的图15的应变仪的横截面。
图15B是沿图15的直线15B-15B截取的图15的应变仪的横截面。
图16示出了处于应变下的图13的应变仪组合件实施例的截面。
图17是电路实施例的示意图，所述电路实施例可以用于精确测量被安置在柔性衬底的相对侧上的一对应变仪的应变。
图18A是应变仪组合件实施例的顶视图，所述应变仪组合件实施例沿着第一部分与第二部分之间的轴线被应变至弯曲，所述轴线大体上垂直于与第一部分的底座和第二部分的底座交叉的直线。
图18B是图18A的被应变的应变仪组合件的侧视图。
图19A是应变仪组合件实施例的顶视图，所述应变仪组合件实施例沿着与应变仪组合件的柔性衬底的第一部分的底座和第二部分的底座交叉的轴线作扭转应变。
图19B是图19A的被应变的应变仪组合件的侧视图。
图20是用于测量应变仪阻抗的电路实施例的示意表示。
图21是用于测量应变仪阻抗的电路实施例的示意表示。
图22A和22B示出了图12的位置测量模块的两侧。
具体实施方式
本文所述实施例涉及紧凑的机动化驱动机构，包括压电惯性驱动器，供用于光学调节的底座使用。这种底座可以经配置以具有很小的角度范围限制或者无角度范围限制、通过底座对中心孔的可用性、底座的功率损耗的情况下的位置稳定性、良好的灵敏度和相对其它用于光学调节的机动化可调底座的低成本。这种压电惯性驱动器形式的机动化驱动机构可以在广泛的各种用于光学调节的底座中被使用，包括旋转底座(例如旋转台)、经配置以调节光学仪器的角度倾斜或定向的光学底座(例如可以包括旋转或者连接配置的移动光学底座)和可以包括平移台等的平移底座。这种底座尤其可以被用于需要使用多个光学元件的情形下，所述光学元件需要被有规律的调谐或者对齐。另外，这种底座在断电时保持位置稳定性的能力允许单个控制器被用以利用开关盒等来调节多个底座，这可以进一步减少光学系统的控制电子设备的成本。底座可以被用以安装和调节光学装置或者元件(例如透镜、反射镜、波片、滤光器、体布拉格光栅、棱镜等)。
参照图1和2，示出了用于光学调节的压电惯性驱动器实施例10。驱动器10包括具有第一压电部件安装表面14的刚性主体部分12，所述第一压电部件安装表面14被安置成与刚性主体部分12的平底表面15的垂线成大约20度至大约30度角朝向刚性主体部分12的第一末端13。刚性主体部分12包括两个安装槽16，这两个安装槽可以被用于通过合适的螺钉、螺栓、铆钉等固定刚性主体部分12至底座或者其一部分。虽然示出了安装槽16，但是也可以使用其它用于刚性主体部分12的合适的安装固定装置，例如安装孔(可以或者不可以是带螺纹的)、凹槽等。为固定与压电惯性驱动器10通信的任何布线，布线安装凸台17邻近于刚性主体部分的第一末端13延伸。
驱动器10还包括：连续且柔性弹性部件18，具有包括第二压电部件安装表面24的第一末端22；驱动表面部分26，具有驱动表面28；以及轴向刚性部分32，被安置在驱动表面部分26与第一末端22之间并被固定到其上。S形状弹性部分34从驱动表面部分26延伸且第二末端部分36被安置在S形状弹性部分34与刚性主体部分12之间并被固定到其上。第二压电安装表面24大体上是平行的并且被安置为与第一压电部件安装表面14相对。具有有矩形横截面的带状配置的弹性部件18沿大体上垂直于第一压电安装表面14和第二压电安装表面24的角度定向从第一末端22延伸远离刚性主体部分12的第一末端13。弹性部件18从第一末端22延伸至驱动表面部分26的部分形成轴向刚性或者驱动力传送部分32。轴向刚性部分32将驱动力从第一末端22传输至驱动表面28，所述驱动表面28被安置在驱动表面部分26上。驱动表面28是弹性部件18从刚性主体12的底部表面15在垂直于底部表面15的方向上延伸最远的那部分。这允许驱动表面28接合将被压电致动器10移动或者以另外方式驱动的主体的表面。
弹性部件18的第一末端22处的驱动力由压电部件38产生，所述压电部件38被安置在第一压电部件安装表面14与第二压电部件安装表面24之间并被固定到其上。对于一些实施例来说，在没有压电部件38在合适位置的松弛状态下，如箭头41所示，第一安装表面14与第二安装表面24之间的内部空间可以小于将安置在其中的压电部件38的对应外部尺寸。一旦压电部件38被固定在第一安装表面14与第二安装表面24之间的合适位置，这种配置就在该压电部件38上提供预加载压缩。对一些实施例来说，如箭头41所示，第一安装表面14与第二安装表面24之间的内部空间可以与压电部件38的对应外部尺寸大致为相同大小。对这些实施例来说，压电部件38上的轴向预加载压缩可以由压缩力产生，所述压缩力施加在驱动表面28上并且大体上垂直于驱动表面28。
为了在相对于弹性部件18的轴向刚性部分32的纵向轴线42的至少一个横向尺寸中机械地捕获压电部件38，第一安装表面14和第二安装表面24可以是凹陷的，所述弹性部件被安置在驱动表面部分26与第一末端22之间并固定到其。压电部件38可以通过以下方式被固定到第一安装表面14和第二安装表面24：机械捕获，通过胶水、环氧树脂等进行粘合，焊接，硬钎焊，软钎焊或者任何其它将沿着弹性部件18的轴向刚性部分32的纵向轴线42提供接头的压缩和拉伸稳定性的合适方法。弹性部件18可以经配置以永久地维持通过驱动表面28到邻近表面的经校准的接触摩擦负载。
在弹性部件18的驱动表面部分26与第二末端部分36之间延伸的S形状弹性部分34经配置以弹性地阻止和反抗被施加到柔性弹性部件18的驱动表面28的摩擦驱动力。另外，S形状部分34还经配置以消除可能以其它方式从弹性部件18施加到压电主体38的扭矩。在所示实施例中，S形状部分34在驱动表面部分26下弯曲并且从第一弯曲处35向后朝第一末端22弯曲。第二弯曲处37再次朝第二末端部分36以及第二末端部分36与刚性主体部分12之间的接合处重定向回S形状部分34。对于某些实施例，S形状部分34的第一弯曲处35和第二弯曲处37从弹性部件18的标称纵向轴线起可具有大约250度至大约330度的弯曲角度。对于某些实施例，S型部分34的在第一弯曲处35与第二弯曲处37之间的那部分的长度可以为大约2毫米至大约4毫米。对于某些实施例，第一弯曲处35和第二弯曲处37的内侧曲率半径可以为大约2毫米至大约4毫米。
在所示实施例中，刚性主体部分12和柔性弹性部件18具有由单件弹性材料形成的一体式结构。对于某些实施例，所述单件弹性材料可以是弹性金属，例如弹簧钢、不锈钢等。由于刚性主体部分12和柔性弹性部件18是由单件材料制成，因此第二末端部分36与刚性主体部分12之间的接合使得扭转力和轴向力可以在弹性部件18的第二末端部分36与刚性主体部分12之间传输。尽管弹性部件18被示出为具有矩形横截面的大体上带状配置，但弹性部件18还可以具有其它配置，包括是正方形、圆形、椭圆形等的横截面。
压电惯性驱动器10的实施例可具有约10毫米至约100毫米的长度和约2毫米至约10毫米的宽度。弹性部件18的实施例可具有约0.2毫米到约1毫米的厚度。这些实施例的压电部件38通常为矩形形状并且可具有约1毫米至约10毫米的长度，约1毫米至约10毫米的宽度和约1毫米至约10毫米的厚度。如图所示，压电部件38的一些实施例的形状大体上为立方形。压电元件还可以具有其它外形配置，例如圆柱形、六边形等。对于大体上垂直于驱动表面28的摩擦力为大约20牛顿至大约60牛顿的某些实施例，在第一安装表面14与第二安装表面24之间的压电部件38上的压缩轴向预加载可以为约10牛顿至约50牛顿。这些实施例可以在与驱动表面28相切的方向上产生一个大约1牛顿至大约5牛顿的轴向驱动力。压电部件38可以包括压电晶体、压电陶瓷或任何其它适合的材料，所述材料基于施加外部场或信号(例如电信号)而改变外部尺寸。
尽管这里所讨论的实施例示出了压电部件38，但应当理解的是，与压电部件38具有类似尺寸和操作参数的磁致伸缩部件可以在惯性驱动器的一些实施例中代替压电部件38，所述惯性驱动器与压电惯性驱动器10总体上具有相同或类似的材料、尺寸和操作特性。如果可变磁场信号可施加到这种磁致伸缩部件，从而产生下面参照图3A-6B讨论的类型的倾斜周期性移动，那么这种磁致伸缩惯性驱动器的操作与压电惯性驱动器10的操作大体上相同。
压电惯性驱动器系统包括通过导体40耦合至压电惯性驱动器10的控制器44。控制器44的实施例可以包括电源、CPU、用于数据输入的外部控制件、图形显示器和任何其它允许用户编程或者以另外方式控制压电惯性驱动器10的致动所必要的电路。驱动器10可用于通过从驱动表面28施加速度变化的移动来为光学调节移动底座或移动其若干部分。当特定电压曲线由控制器44施加到压电部件38时，沿着柔性弹性部件18的轴向刚性部分32的纵向轴线42的方向产生对于驱动表面28的压电部件38的延伸和收缩。所产生的运动曲线被传送至底座的所需部分，以使得高度灵敏和可重复的运动可以直接以减小的尺寸、零件数量、重量和成本来实现。
参照图3A-6B，示出了各种电压信号曲线的一些实施例。电压信号曲线指示可被用于产生驱动表面28的移动的相对于时间的施加到压电部件38的电压的量值和极性。对于这种电压信号曲线，所施加的电压的缓慢变化导致驱动表面28的对应缓慢移动和低加速度。由于压电惯性驱动器10的驱动表面28相对于物体(例如底座主体)的弹簧预加载，驱动表面28的低加速度的缓慢平移可以用于产生可移动底座主体的对应移动，所述底座主体与驱动表面28摩擦接合。相反，如果底座的移动部分具有足够的固有惯性，那么电压的相对较快的增加或减少和驱动表面28较高水平的加速度会破坏驱动表面28与底座主体的摩擦接合。这样，对于这种高加速度，驱动表面28滑过底座的移动部分而没有实质的平移。当非对称的张力或电压曲线被施加到压电部件38时，电压的快速改变和电压的缓慢改变的单数或周期性的组合以及驱动表面28的对应移动可以用于实现底座的移动部分在两个方向上的精确移动，而不丧失电源关闭期间的稳定性且无移动范围限制。
参照图3A，示出了可施加到压电部件38的基本驱动器电压模式或信号脉冲，其具有相对缓慢地斜升至在时间段T1由箭头VP指示的峰值电压的电压。这种电压信号缓慢的斜升可用于产生在底座主体中的移动，其可对应于在信号脉冲的缓慢斜升周期期间总的电压变化。在达到峰值电压之后，电压在短时间段内急剧下降回到由T2指示的起始电压。在时间段T2内的电压突变造成了驱动表面28的高加速度以及驱动表面28和与驱动表面28摩擦接合的底座主体之间的滑动。这整个循环发生在时间段T1+T2，然后其可以重复，如图4B所示。图3A的电压信号脉冲可以重复达到实现底座主体相对于压电惯性驱动器10的所需的移动量所必要的次数。
图4A示出了与图3A类似的电压信号曲线，然而，图4A的模式经配置以产生与图3A的信号产生的移动相反的方向的移动。在图4A中，电压信号在时间段T2内从起始电压突然或快速地斜升至峰值电压VP。与上述讨论的电压信号一样，电压在时间段T2内快速的或突然的增加造成了驱动表面28与底座主体之间的摩擦接合的滑动。这样，在电压信号循环的这部分内底座主体不会随着驱动表面28的运动而运动。然后电压在时间段T1内缓慢的从峰值电压VP斜降至起始电压。较慢的电压下降导致底座主体的可移动部分的移动，其大体上与驱动表面28在电压信号的这部分中的移动相同。图4A所示的此驱动信号可重复达到实现底座主体相对于压电惯性驱动器10的所需移动量所必要的次数。图3B示出了类似于图4A中的驱动信号脉冲的一系列脉冲。一些电压信号脉冲实施例的峰值电压VP可以为大约10伏至大约200伏，更具体的，为大约10伏至大约50伏。对于某些实施例，电压信号脉冲的周期T1+T2可以为大约0.1毫秒至大约2.0毫秒，并且单独脉冲的快速或突然电压改变部分的周期T2可以为大约50纳秒至大约5微秒。
可以用各种方式改变和控制压电惯性驱动器10和与驱动器10的驱动表面28摩擦接合的底座主体之间产生的移动量。对于给定的电压信号曲线，可通过控制传递至压电元件的信号脉冲(例如图3A和4A的电压信号脉冲)的数量来控制移动量。由于每个电压信号脉冲对应于一个大体上固定的移动量，因此传递的脉冲的数量将与脉冲产生的总移动量成正比。对于固定数量的电压信号脉冲，可通过控制在从电压信号脉冲循环的开始到结束的电压改变的量值来控制移动量。例如，如果在图3A和4A中示出的电压信号脉冲的峰值电压VP被降低一半，电压信号曲线维持相同的形状和配置，那么由这种电压信号脉冲产生的移动量将相应减小。
对于某些控制器实施例44，为了保持制造成本最小，可能需要设计控制器传递全部具有大体上恒定的峰值电压VP的电压信号脉冲至压电惯性驱动器10。对于这样的系统，可通过控制电压信号曲线的快速上升或下降段的电压信号的改变来控制每个电压信号脉冲产生的移动量。图5A中所示的电压信号脉冲具有在时间段Tint内缓慢斜升至位于起始电压与峰值电压VP之间的中间电压Vint的曲线配置。在时间段Tint内，与驱动器10的驱动表面28摩擦接合的底座主体与驱动表面28一起移动。在到达中间电压Vint后，信号电压即刻在时间段Trapid内突然增加至峰值电压VP。在时间段Trapid内，正如以上讨论的，底座主体与驱动表面之间发生滑动，并且底座主体在此期间具有最小的移动。
在达到峰值电压VP后，电压随后即刻在时间段Tslow内缓慢地斜降回到起始电压，在此期间底座主体再次与驱动表面28一起移动。这样，图5A的信号脉冲曲线与经配置为图4A的具有相当峰值电压VP的脉冲信号的脉冲信号相比在底座主体与驱动器10之间产生更少的总体位移。图5B示出了类似的减小位移信号曲线，但与图5A的运动方向相反。图5B的信号脉冲曲线包括在时间段Tslow内缓慢的电压上升至峰值电压VP和缓慢的电压下降回到Vint。在达到Vint后，脉冲的电压即刻在时间段Trapid内突然下降回到起始电压。这样，图5B的信号脉冲曲线与经配置为图3A的具有相当峰值电压VP的脉冲信号的脉冲信号相比在底座主体与驱动器10之间产生更少的总体位移。
这里讨论的操作者使用控制器实施例44和电压信号曲线的精确程度可能被由每个传递的电压信号脉冲产生的移动量值影响，但是也可能受到在给定的时间段内被传递的脉冲数影响。在短时间内传递大量电压信号脉冲的控制器将造成底座主体的快速移动，这可能难以控制。以较低的重复率传递相同的电压信号脉冲允许用户进行更精确的控制。电压信号曲线还可以经配置以改变电压信号脉冲传递的频率和由每个脉冲随时间产生的运动量值，以便稳定地增加或减小底座主体移动的速度。例如，图6A的电压信号示出了一系列以较低重复率传递的以时间段Trep分隔的电压信号脉冲，其中每一连续脉冲产生底座主体的更多移动直到达到具有全部位移曲线并且具有类似于图4A中所示脉冲的脉冲曲线的最后脉冲曲线。一旦已达到全部位移曲线，脉冲的传递频率便可以随后增加以进一步增加移动速度，直到频率达到图3B的电压信号曲线所示的最大频率。类似的配置可用于例如图5B中的脉冲曲线，其在图6B中示出。对于某些实施例，以最大频率传递的具有完全位移曲线的信号脉冲可以产生底座主体以约0.1毫米/秒至约1毫米/秒的速度的移动。
使用上述讨论的这些电压信号曲线和方法的控制器44允许用户以低重复率的小位移脉冲来起始压电惯性驱动器10的致动和底座主体随后的移动。如果致动继续，那么每一连续脉冲的位移可以增加直到达到全部位移脉冲曲线，此时，控制器可以开始增加所传递全部位移脉冲的重复率。某些实施例的重复率可以从大约2Hz到大约20Hz的开始缓慢重复率增加，且增加至大约0.5kHz到大约2kHz的较快重复率。
参照图7和8，示出了经配置以通过双轴旋转调节光学元件的用于光学调节的底座46。用于光学调节的底座46包括提供基底的第一底座主体48和第二底座主体52，所述第二底座主体在安置于第一底座主体48与第二底座主体52之间的枢轴点54处相对于第一底座主体48枢转。所示实施例的枢轴点54是一个安置于可调节桶62的卡销58与第二底座主体52中的卡销(未示出)之间的单滚珠轴承56，所述可调节桶可通过固定螺钉64固定到第一底座主体48。第二底座主体52还具有第一驱动表面66和第二驱动表面68，所述第一驱动表面具有相对于枢轴点54的恒定的曲率半径，所述第二驱动表面具有相对于枢轴点54的恒定的曲率半径。第二底座主体48中的卡销被安置在第一驱动表面66与第二驱动表面68之间在第二底座主体52的外边缘上。第二底座主体52还具有安置为穿过它的中心孔72，所述中心孔允许光穿过第二底座主体52的中央。
第二底座主体52经配置以通过围绕中心孔72安置的光学元件安装凹槽74安装光学元件，并且具有用于在适当位置固持光学元件(例如透镜78)的固定螺钉76。尽管示出了透镜78安装在安装凹槽74中，但上述讨论的光学元件中的任一者都也可以如此安装。另外，第二底座主体52可以经配置以通过任何其它适合的装置安装光学元件。例如，光学元件可以结合到第二底座主体52，通过例如螺钉或螺栓等紧固件保持在适当位置，具有适合于直接安装光学元件或用于安装支架或其它适于安装光学元件的装置的安装位置(例如安置在其上的螺纹孔)。第一底座主体48和第二底座主体52可由任何合适的高强度且具有足够热稳定性的材料制成。例如铝、钢(包括不锈钢)、复合材料等材料都可以使用。对于某些实施例，第一底座主体48的横向尺寸可以是约10毫米至约200毫米。
第一惯性压电驱动器10经配置以在第一底座主体48与第二底座主体52之间沿箭头82所示的第一轴向施加相对移动，并且包括与第二底座主体52的第一驱动表面66摩擦接合的驱动表面28。第二压电惯性驱动器10′经配置以在第一底座主体48与第二底座主体52之间沿箭头84指示的第二轴向施加相对移动，并且包括与第二底座主体52的第二驱动表面68摩擦接合的驱动表面28′。第一压电惯性驱动器10和第二压电惯性驱动器10′通过多个紧固件(例如螺钉88)在适当位置中被保持到第一底座主体48中的槽86处。在所示的实施例中，第一压电惯性驱动器10和第二压电惯性驱动器10′被安置成与第二底座主体52的中心孔72的中心大体上相对。对于某些实施例，压电惯性驱动器10和10′的驱动表面28和28′分别可以是硬质干燥表面，其经配置以接合第二底座主体52的第一驱动表面66和第二驱动表面68的硬质干燥表面。对于一些实施例，以不同材料(例如不同金属)布置摩擦接合以防止磨损或其它与相似材料或金属的摩擦接合相关联的问题可为有用的。例如，在一些实施例中，驱动表面28和28′可以包括光滑干燥钢表面，并且驱动表面66和68可以包括光滑干燥硬质阳极氧化铝表面。其它表面可以包括陶瓷表面、复合表面等。
每个压电惯性驱动器10和10′可由单个控制器44或两个分离的控制器44来控制，与其相应的压电部件38和38′通信，以便施加所要的调节量至每个压电惯性驱动器10和10′以及第二底座主体52的对应旋转轴线。图7说明控制器44的实施例，其具有2列控制按钮49和49′，用于控制传递至压电惯性驱动器10和10′的驱动信号的参数。按钮49和49′的每一列对应于单独的控制通道，在每一相应行的按钮的底部处通过通道号码标记50和50′指示，所述控制通道可用于控制一个或一个以上对应的压电惯性驱动器10或10′。对于示出的实施例，单独的导体束40和40′可以在控制器44与每一相应的压电惯性驱动器10和10′之间连通，使得按钮49和49′的每一通道或列对应于并且控制单独对应的压电惯性驱动器10和10′。
如果外部(或内部)开关(未示出)与控制器44的输出连通，那么每一列按钮或通道49和49′可以经配置以顺序地控制多个压电惯性驱动器10，所述控制是通过选择性地切换通道以与和所述开关连通的所要驱动器10连通来进行。如上面所讨论的，为了给操作者所需要的控制水平和移动精度，控制器44可以经配置以用多种方式控制底座主体52相对于驱动器10和10′的位移。对于通道49，顶部两个按钮50允许操作者选择由电压信号脉冲产生的最小步进或移动的量值。下方一组6个按钮提供了在每个方向上以三种不同速度来调节。按钮50A产生快速向前调节，按钮50B以中等速度产生向前调节，且按钮50C产生慢速向前调节。按钮50D产生慢速反向调节，按钮50E以中等速度产生反向调节，且按钮50F产生快速反向调节。通道49′的按钮提供所述通道的相同水平和方向的调节。
另外，对第二底座主体52的移动的控制可以任选地通过第二底座主体52对控制器44的位置信息反馈的可用性来进一步增强。位置信息可由与控制器44通信的第一编码器92产生。第一编码器92可以被安置为邻近于第一压电惯性致动器10并且经配置以读取安置为邻近于第一驱动表面66的第一编码器条94。与控制器44通信的第二编码器96可以被安置为邻近于第二压电惯性致动器10′并且经配置以读取安置为邻近于第二驱动表面68的第二编码器条98。对于某些实施例，第一编码器92和第二编码器96是光学编码器，其可以大体上对应于压电惯性驱动器10的位移分辨率的分辨率来确定第二底座主体52相对于第一底座主体48的位置。
对于某些实施例，压电惯性驱动器10的位移分辨率(即可靠位移的最小增量)可以是大约5纳米至大约20纳米。与相应的编码器条94和98通信的编码器92和96可以具有大约5纳米至大约50微米的位移分辨率。高分辨率编码器实施例可以具有大约5纳米至大约20纳米的分辨率，然而，这些编码器实施例通常很昂贵。对于某些实施例，为了保持编码器92和96以及相应的编码器条94和98的低成本，低分辨率的编码器和相应的编码器条可以结合控制器算法使用，所述算法测量底座主体52在两个编码器条参考点之间的匀速移动所使用的时间量，并且基于运动的时间和方向而外插或内插底座主体52的位置。一些低成本的编码器和编码器条的实施例可以具有约20微米至约30微米的标称分辨率。
当与编码器92和96以及编码器条94和98一起使用时，一些控制器44实施例可以允许压电惯性驱动器10和10′在闭环控制方式下操作。在这种配置中，位置调节可由操作者输入至控制器44中，并且所得位移信号从控制器44传输至压电部件38和38′。当压电惯性驱动器10和10′响应于来自控制器44的位移信号而激活平移时，由压电惯性驱动器10和10′的驱动表面28位移的主体(例如第二底座主体52)的物理移动由编码器92和96测量。当位移主体52到达由操作者输入的位置时，控制器44的CPU可以终止给压电惯性驱动器10和10′的位移信号。
图7中示出的可调光学底座实施例46包括经由一个或一个以上编码器(例如光学编码器)以及相关联的编码器条的位置反馈，所述编码器条可被用于确定第二底座主体在一个或一个以上自由度中的位移的量值。为了确定在调节期间发生的位移量，这种类型的布置可能是有用的，且可用于确定第二底座主体相对于第一底座主体的位置的位置。当编码器未在记录移动时(例如当系统关闭时)，如果底座主体滑动，那么这种编码器布置可能并不总是提供绝对位置数据。图9-11示出了用于产生绝对位置数据而不是位移数据的光学调节100的底座的实施例。这种配置可有用于在干扰或调节之后使光学底座100返回至先前位置，无论操作期间是否发生干扰。
图9-11所示的底座实施例100包括独立于位移数据而产生关于第二底座主体相对于第一底座主体的位置的绝对位置的位置数据的能力。图9的可调光学底座实施例100可以包括上述讨论并示出于图7中的用于光学调节的底座46的一些或所有特征、尺寸和材料。示出的底座实施例100的位置数据由位置测量模块102产生，所述位置测量模块包括应变仪组合件104和固定到应变仪组合件104的电路板实施例106。电路板106可与控制器44′操作通信，所述控制器可用于测量、解译和存储由模块的应变仪产生的数据。控制器还可用于控制可调底座的调节致动器(例如，压电致动器)的移动。这样，对于某些实施例，控制器44′可包括处理器，例如计算机处理器、RAM、存储器和其它可用于收集、操纵和存储数据的元件。应变仪108、电路板106和控制器44′可通过任何适合的装置或方法操作地耦合，其中包括例如铜线等电导体、光纤、包括已知无线通信协议的无线电发射等。
对于示出的位置测量模块实施例102，应变仪组合件104的柔性衬底112的第一部分110被固定到可调光学底座100的第一底座主体48′，同时柔性衬底112的第二部分114被固定到可调光学底座100的第二底座主体52′。采用这种配置，可调底座100的第一底座主体48′与第二底座主体52′之间的相对静态位置造成了柔性衬底112的固定应变，以及造成了固定到柔性衬底112的一个或一个以上应变仪108的应变。对于示出的应变仪组合件104的电阻式应变仪实施例108，施加在应变仪108上的应变可以改变应变仪电路116的电阻或阻抗，所述电阻或阻抗可随后被包括电路板106和控制器44的电路的相关联电路测量。一旦应变仪组合件104的这种布置被正确地校准，则它可用于测量第一底座主体48′相对于第二底座主体52′的绝对位置，而不管什么位移被用于实现所述位置。其它类型的应变仪108也可被用于测量应变仪组合件的柔性衬底的应变。
可调光学底座100的某些实施例可包括第一底座主体48′、第二底座主体52′、柔性衬底112和应变仪元件108。第二底座主体52′可经配置以将光学元件固定在其上，并且可以相对于第一底座主体48′以可调自由度可移动。此外，柔性衬底112可以包括固定在第一底座主体48′上的第一部分和固定在第二底座主体52′上的第二部分。此外，应变仪元件108可以通过机械方式固定到柔性衬底112，并且经配置以记录柔性衬底112的应变并响应于柔性衬底112的应变而产生信号。
与图7的可调光学底座46一样，图9-11中示出的可调光学底座实施例100包括提供基底的第一底座主体48′和第二底座主体52′，所述第二底座主体在安置于第一底座主体48′与第二底座主体52′之间的枢轴点处相对于第一底座主体48′枢转。对于某些实施例，枢轴点可以由应变仪组合件104的柔性衬底112形成。对于某些实施例，枢轴点可任选地包括安置于可调节桶62的卡销58与第二底座主体52′中的卡销(未示出)之间的单滚珠轴承56，所述可调节桶可通过固定螺钉固定到第一底座主体48′。第二底座主体52′还具有第一驱动表面66和第二驱动表面68，所述第一驱动表面具有相对于枢轴点54的恒定的曲率半径，所述第二驱动表面具有相对于枢轴点54的恒定的曲率半径。对于某些实施例，如图13A所示，虚拟枢轴点54′可以大致安置在柔性衬底112的孔的中心处。第二底座主体52′中的卡销可安置在第一驱动表面66与第二驱动表面68之间在第二底座主体52′的外边缘上。第二底座主体52′还具有安置为穿过它的中心孔72，所述中心孔允许光穿过第二底座主体52′的中央。
第二底座主体52′可以经配置以通过围绕中心孔72安置的光学元件安装凹槽74等安装光学元件。光学元件安装凹槽具有用于在适当位置固持光学元件(例如透镜78)的固定螺钉76。虽然示出了在安装凹槽74中安装的透镜78，但是上述光学元件中的任一者都也可以被这样安装。另外，第二底座主体52′可以经配置以通过任何其它合适的装置安装光学元件至其上。例如，光学元件可以通过合适的粘合剂粘合至第二底座主体52′，通过例如螺钉或者螺栓等紧固件固持在适当位置，具有适合直接安装光学元件或者安装支架或其它适于安装光学元件的装置的安装位置(例如安置在其上的螺纹孔)。第一底座主体48′和第二底座主体52′可以由任何合适的具有足够热稳定性的高强度材料制成。可以使用例如铝、钢(包括不锈钢)、复合材料等材料。对一些实施例来说，第一底座主体48的横向尺寸可以是大约10毫米至大约200毫米。
如上关于光学底座实施例46所述，第一压电惯性驱动器10可以经配置以施加第一底座主体48′与第二底座主体52′之间在第一轴线方向上的相对移动。第一压电驱动器10包括可以与第二底座主体52′的第一驱动表面66摩擦接合的驱动表面28。第二压电惯性驱动器10′可以经配置以施加第一底座主体48′与第二底座主体52′之间在第二轴线方向上的相对移动。第二压电驱动器可以包括与第二底座主体52′的第二驱动表面68摩擦接合的驱动表面28′。第一压电惯性驱动器10和第二压电惯性驱动器10′可以通过相应的安装杆89和多个紧固件(如螺钉88)在适当位置中被保持到第一底座主体48′中的槽86。在所示实施例中，第一压电惯性驱动器10和第二压电惯性驱动器10′可以被安置为大体上与第二底座主体52′的中心孔72的中心相对。对一些实施例来说，压电惯性驱动器10和10′的驱动表面28和28′分别可以是硬质干燥表面，所述硬质干燥表面经配置以接合第二底座主体52′的第一驱动表面66和第二驱动表面68的硬质干燥表面。对于一些实施例，以不同材料(例如不同金属)布置摩擦接合以防止磨损或其它与相似材料或金属的摩擦接合相关联的问题可为有用的。例如，在一些实施例中，驱动表面28和28′可以包括光滑干燥的钢表面，并且驱动表面66和68可以包括光滑干燥硬质阳极氧化铝表面。其它表面可以包括陶瓷表面、复合表面等。
每个压电惯性驱动器10和10′可以由控制器44′控制，所述控制器与其相应的压电部件38和38′操作通信。如上关于可调底座46所述，控制器44′可以被操作者使用以施加所要的调节量至每个压电惯性驱动器10和10′以及第二底座主体52的对应旋转轴线。对一些实施例来说，压电惯性驱动器10的位移分辨率(即可靠位移的最小增量)可以是大约5纳米至大约20纳米。同一控制器44′还可以操作地耦合至图10所示的位置测量模块。控制器44′还可以包括位置分析模块，其经配置以测量、解译和存储由位置测量模块的应变仪产生的数据。
当结合位置测量模块使用时，一些控制器实施例44′可以允许压电惯性驱动器10和10′以闭环控制方式操作。在这种配置中，位置调节可以由操作者输入至控制器44′中并且所得位移信号从控制器44′传输至压电部件38和38′。在压电惯性驱动器10和10′响应于来自控制器44′的位移信号而激活平移时，通过位置测量模块的应变仪组合件的应变仪测量由压电惯性驱动器10和10′的驱动表面28位移的主体(例如第二底座主体52)的物理移动。当位移主体52到达操作者输入的位置时，可以由控制器44′的CPU终止给压电惯性驱动器10和10′的位移信号。
如上所述，可调底座100包括第一底座主体48′和第二底座主体52′。底座100经配置以固定光学元件至第二底座主体52′。第二底座主体52′以第一可调自由度和第二可调自由度相对于第一底座主体48′可移动。底座100包括第一驱动器10，所述第一驱动器经配置以可控制地施加第一底座主体48′与第二底座主体52′之间以第一可调自由度的相对移动，以及第二驱动器10′，其经配置以可控制地施加第一底座主体48′与第二底座主体52′之间以第二可调自由度的相对移动。如图10-12所示，底座100包括具有柔性衬底实施例112的位置测量模块102。柔性衬底实施例112包括具有被机械地固定到柔性衬底112的一个或一个以上应变仪元件118的柔性薄片。应变仪元件118可以经配置以记录柔性衬底112的应变且响应于柔性衬底112的应变而产生信号。柔性衬底112的第一部分110可以被固定到第一底座主体48′，并且柔性衬底112的第二部分114可以被固定到第二底座主体52′，以便在柔性衬底112的一个或一个以上应变仪元件118中产生对应于柔性衬底112的应变的应变曲线。对这种布置来说，通过沿着第一可调自由度和第二可调自由度的第二底座主体48′的组合位置可以确定第二底座主体52′相对于第一底座主体48′的绝对位置。第二底座主体52′相对于第一底座主体48′的每个可能位置还可以对应于唯一的应变仪元件输出信号曲线，所述应变仪元件输出信号曲线可以由与所述一个或一个以上应变仪元件118操作通信的控制器44′或者其组件来测量和分析。这样，控制器44′可以经配置以从应变仪元件信号产生位置数据。
图12示出了位置测量模块实施例102，其可以包含包括柔性衬底112和一个或一个以上应变仪元件118或者应变仪108的应变仪组合件104，以及电路板106，所述电路板106可以操作地耦合至柔性衬底112的应变仪元件118或者以其它方式电连接至柔性衬底112的应变仪元件118。虽然电路板106被安置为邻近于应变仪组合件104的柔性衬底112，但电路板106经配置以机械上独立于柔性衬底112，以便不阻碍由第二底座主体52′和第一底座主体48′的相对移动或者相对位置在柔性衬底112上引起的自然应变。对一些实施例来说，电路板106可以与柔性衬底112的第一底座120或者第二底座122接触。在一些情况中，电路板106可以包括经配置以校准应变仪组合件104的应变仪元件118或者应变仪108的输出信号的电子电路。电路板106可以具有用于方便连接至控制器44′或者可调底座系统100的其它组件的端子阵列或者端子耦合器124。所示实施例的端子耦合器124包括与电路板106的电路电连通的6个导电端子以及经配置以可拆卸地固定到线束(未示出)的耦合器外壳126，所述线束具有对应于每个导电端子的例如铜线的6个导体。这6个导体可以与控制器44′的电路电连通。耦合器124的端子可以包括第一端子130、第二端子131、第三端子132、第四端子133、第五端子134和第六端子135(还参见图22A)。一些或者所有这些端子可以被耦合至控制器44′内的电路的各种部分。这种电路可以经配置以产生一个或多个输出信号，所述输出信号可以被用以确定第二底座主体52′相对于第一底座主体48′的位置。
对图13A和14A所示的柔性衬底实施例112来说，四个应变仪元件118被机械地固定到柔性衬底112。对一些实施例来说，柔性衬底112可以包括在两个大体上平行的表面之间的柔性薄片材。可以存在被安置成穿过片材的中间部分的孔113以产生可以具有多种整体形状的环状结构。对图13A和14A所示的实施例来说，柔性衬底包括平坦的大体上为正方形的板或者片材，在所述片材的中间部分带有大体上为正方形的孔。所述片材的外部边缘的正方形还大体上与正方形孔对齐。片材和孔的大体上正方形的环状结构可以经配置以产生具有四条边和四个角的周边区域。可以被固定到第一底座主体48′的柔性衬底112的第一部分可以被安置在柔性衬底112的第一角处。可以被固定到第二底座主体52′的柔性衬底112的第二部分可以被安置在第二角处，所述第二角在一些情况下被安置为与孔相对并且远离第一角。柔性衬底112的柔性材料可以是不用通过预定量值内的应变的塑性变形便可重复返回至初始配置的弹性材料。在一些情况中，柔性衬底112的材料可以包括例如铝、钢、包括铜铍合金的青铜合金等金属、例如玻璃纤维和环氧复合材料等复合材料等等。柔性衬底的实施例可以具有大约0.4毫米至大约1毫米的厚度和大约12毫米至大约20毫米的从边138的外部边缘至相对边138的外部边缘的横向尺寸。
如图13A和14A所示，沿着大体上正方形的柔性衬底112的四条边138中的每一者安置一应变仪元件118。应变仪元件118被安置在柔性衬底112的第一底座120与第二底座122之间在柔性衬底112的每条边上，并且位于用于总共8个应变仪元件118的柔性衬底的每一个角之间。对所示实施例来说，应变仪元件118中的每一者都被安置在应变仪108的应变仪主体136上。每个应变仪主体136都被机械地固定和耦合至柔性衬底112，以便柔性衬底112的应变被至少部分传送至邻近并且机械地耦合和固定到柔性衬底112的应变仪108的应变仪主体136和应变仪元件118。如图13A所示，应变仪108被安置在柔性衬底112的外部周边的每条边138的中间，其中应变仪108的导电元件140的伸长长度沿每条边的长度延伸或者大体上平行于柔性衬底112的四条边138中的每一条边的内部或者外部边缘而延伸。存在四个这种应变仪108被机械地耦合至衬底112的顶表面142和底表面144两者，从而总共8个应变仪108，其中对应应变仪元件118被安置在柔性衬底112上并且机械地耦合至其上。
对所示实施例来说，顶表面142上的应变仪108和底表面144上的对应应变仪108大体上被安置在柔性衬底112的彼此相对的侧上。另外，在一些实例中，沿柔性衬底112的周边，顶表面142上的四个应变仪108可以大体上彼此等距间隔。沿柔性衬底112的周边，底表面144上的四个应变仪108可以大体上彼此等距间隔。对一些实施例来说，2个或2个以上应变仪元件118可以被机械地固定或者机械地耦合至柔性衬底112，更具体地说，大约2个应变仪元件118至大约20个应变仪元件118可以被机械地耦合或者固定到柔性衬底112，甚至更具体地说，大约6个应变仪元件118至大约10个应变仪元件118可以被机械地固定或者耦合至柔性衬底112。图13B和14B示出了另一个应变仪组合件104′的实施例，其可以具有与图13A所示的应变仪组合件104相同的特征、尺寸或者材料。但是，应变仪组合件104′具有大体上圆形的柔性衬底配置，所述柔性衬底配置具有安置在其中间部分的孔113′。
对所示电阻式应变仪实施例108来说，每个应变仪元件118都包括电路146，所述电路经配置以响应于施加在应变仪108的导电元件上的应变而改变电阻抗。这种电路146的实施例在图15、15A和15B所示的应变仪108中显示。对此实施例来说，电路146包括应变仪导电元件140，所述应变仪导电元件140被安置在大体上平坦的Z型图案中在应变仪主体136的封装材料内或者以其它方式被安置在应变仪主体材料上。对一些实施例来说，应变仪主体材料可以包括例如铝、钨、合金等的金属。一些应变仪实施例可以包括由英国贝辛斯托克的Vishay Measurements集团有限公司制造的应变仪。一些应变仪实施例的导电元件140的Z型图案可以被布置为具有细长部分，所述细长部分被安置为大体上平行并且非常接近彼此，且在所述细长部分的每一末端处具有180度转弯。在一些实例中，导电元件140的第一末端在第一输出端子150处终止，且导电元件140的第二末端在第二输出端子152处终止。对一些实施例来说，应变仪主体可以具有大约1毫米至大约10毫米的长度、大约1毫米至大约10毫米的宽度和大约0.2毫米至大约2毫米的厚度。
应变仪元件118的导电元件140可以包括可以由导电元件140的长度、横截面和导电性确定的预定阻抗或者电阻。施加在导电元件140上的延长或者拉伸导电元件140的细长部分的应变通常会使得所述细长部分因导电元件140的减小的横截面和整体电流路径的加长而变得更细。此机械响应将由此导致电路146的电阻或阻抗增加。然后，阻抗的这种增加的量值可以与已知应变和从其产生的位置数据相关。另一方面，施加在导电元件140上的缩短或者压缩导电元件140的细长部分的应变通常会使得导电元件140的细长部分因导电元件140的增大的横截面和整体电流路径的缩短而变得更粗。此机械响应将由此导致电路146的电阻或阻抗减小。然后，阻抗的这种减小的量值可以与已知应变和从其产生的位置数据相关。
参照图16，示出了柔性衬底实施例112的一部分，所述柔性衬底实施例112包括被机械地耦合至柔性衬底112的第一或者顶表面142的第一应变仪108以及被机械地耦合至柔性衬底112的第二或者底表面144的第二应变仪108。第一应变仪108被安置为大体上与第二应变仪108相对，其中柔性衬底112的片材被安置在应变仪108之间。如上所述，第一和第二应变仪108的导电元件140的细长部分都大体上彼此对齐并且大体上平行于柔性衬底112的边138的长度延伸或者大体上平行于柔性衬底112的边缘延伸。如图16所示，当柔性衬底112的所述部分被弯曲或者扭转时，柔性衬底112的顶表面142上的第一应变仪108的细长导电元件140将遭受如箭头154指示的张力。柔性衬底112的底表面144上的第二应变仪108的细长导电元件140将遭受如箭头156指示的压缩力。这样，第一应变仪108的电路146的电阻抗或者电阻将增加与柔性衬底112和第一应变仪108上的弯曲应变量相对应的量值。第二应变仪108的电路146的电阻抗或者电阻将减小与柔性衬底112和第二应变仪108上的弯曲应变量相对应的量值。
如图17所示，图16所示的第一和第二应变仪108中的每一者的阻抗改变信号可以通过适当配置的惠斯通电桥电路158进行相加和测量。如图所示，对图17的惠斯通电桥电路158来说，第一应变仪108的输出端子150和152的输出可以耦合至电路158。同样如图所示，第二应变仪108的输出端子150和152的输出可以耦合至惠斯通电桥电路158，从而第一和第二应变仪108中的每一者的阻抗改变的量值的绝对值将通过惠斯通电桥电路158相加和测量。如上所述，对图13A和14A所示的机械地耦合在第一底座主体48′与第二底座主体52′之间的应变仪组合件104的实施例来说，控制器44′或任何其它所要电路、处理器等可以经配置以基于应变仪组合件104的多个应变仪108的阻抗曲线来确定相对于每个自由度或者每个自由轴线的唯一位置。所示应变仪组合件104和柔性衬底可能遭受不同的应变模式，所述不同的应变模式可以由控制器44′、电路板106的电路或者上述两者进行不同地分析以便确定第二底座主体52′相对于第一底座主体48′的两个轴线位置。
图18A示出了用虚线160指示弯曲轴线的应变仪组合件104，所述弯曲轴线被安置在柔性衬底112的第一底座120与第二底座122之间并且大体上垂直于画在其之间的直线。这种弯曲模式在图18B中示出，其中柔性衬底112被沿着弯曲轴线160弯曲，以便在安装在顶表面142上的应变仪元件118上引起张力以及在安装在柔性衬底112的底表面144上的应变仪元件118上引起压缩。如上关于图17所述，来自这些应变仪108的信号可以耦合至电路并由电路分析，所述电路可以包括惠斯通电桥电路158。图19A示出了用虚线162指示扭矩或者扭转轴线的应变仪组合件104，所述轴线被画在柔性衬底112的第一底座120与第二底座122之间。这种弯曲或者扭转模式在图19B中示出，其中柔性衬底112被沿着轴线162扭转，以便取决于安装在柔性衬底112的顶表面142和底表面144上的应变仪元件118的特定位置而在应变仪元件118上引起张力和压缩的组合。如图20所示，对一些实施例来说，在图19B中示出的由扭转或者转矩应变模式产生的应变仪组合件104的应变仪108的输出信号可以通过电桥电路164进行实施。如图22A和22B所示，图20中的电路164包括由参考标号J1、J2、J6和J5指示的四个应变仪108的表示，所述应变仪可以被安置在柔性衬底112上。如图21所示，对一些实施例来说，在图18B中示出的由弯曲应变模式产生的应变仪组合件104的应变仪108的输出信号可以通过电桥电路166进行实施。同样如图22A和22B所示，图21中的电路166包括由参考标号J4、J7、J3和J8指示的四个应变仪108的表示，所述应变仪可以被安置在柔性衬底112上。分别地关于图20和21的电路164和166，接触点Vcc对应于图22A的端子130或者连接至其上，地线对应于端子131或者连接至其上，端子M1对应于端子132或者连接至其上，端子M2对应于端子133或者连接至其上，M3对应于端子134或者连接至其上，且M4对应于端子135或者连接至其上。
对一些实施例来说，控制器44′可以经配置以耦合至另一个处理或者计算装置，例如个人计算机，所述处理或者计算装置可以包括处理器、存储器装置和用于数据输入的键盘以及用于视觉显示的屏幕。在一些实例中，控制器44′可以包括USB端口或者相似的数据端口用于与这种辅助处理装置以及用以与控制器通信并且在其屏幕上显示位置数据的辅助处理装置进行通信。辅助计算装置还可以用以存储第二底座主体48′相对于第一底座主体52′的一个或一个以上位置的位置数据。对底座100的一些实施例来说，第一底座主体可以在第一轴线方向和第二轴线方向中的每个方向上具有大约0.5度至大约10度的移动或位移范围，所述第一轴线和第二轴线的方向可以大体上彼此垂直。更具体地说，一些实施例在每条轴线方向上可以具有大约1度至大约5度的运动范围。
就以上详细说明而言，本文所用的相似参考标号可以指代类似的元件，这些元件可以具有相同的或相似的尺寸、材料和配置。尽管已经展示并描述了实施例的具体形式，但在不偏离本发明实施例的精神和范围的情况下可以进行各种修改，这将是显而易见的。因此，这并不表示本发明受到前述详细说明的限制。
本文参考的每个专利、专利申请、出版物以及文献的全文通过引用结合在此。以上专利、专利申请、出版物和文献的引用并不是承认前述内容中任意一项是相关的现有技术，也不构成对这些文献的内容或日期的任何承认。
在不偏离本技术的基本方面的前提下，可以对前述实施例进行修改。尽管已参考一个或一个以上具体实施例十分详细地描述了本技术，但可以改变本专利申请中具体揭示的实施例，然而这些修改形式和改进形式涵盖在本技术的范围和精神之内。本文以适当方式说明性描述的技术可以在不具有本文未具体揭示的任意元件的情况下实施。因此，例如在本文的每个实例中，术语“包括”、“基本上由…组成”以及“由…组成”中的任意一者可以由其它两个术语之一替代。已经使用的这些术语和表达形式用作描述的术语而不是限制，并且使用这些术语和表达形式不排除所示的和所描述的特征或其部分的任意等同形式，并且各种修改形式在所声明的技术的范围内是可能的。术语“一种”可以指代它所修饰的一个或多个元件(例如，“一种试剂”可以表示一种或一种以上试剂)，除非上下文十分明确描述了多个元件中的一个元件或多个元件中的一个以上元件。尽管已经通过代表性实施例和任选特征具体揭示了本技术，但可以对本文揭示的概念进行修改和变更，并且可以认为这些修改和变更在本技术的范围内。
本技术的某些实施例在所附的权利要求书中陈述。

Claims (39)

1.一种用于光学元件的可调底座，其包括：
第一底座主体；
第二底座主体，其经配置以将光学元件固定到其并且可相对于所述第一底座主体在一可调自由度中移动；
驱动器，其经配置以在所述第一底座主体与所述第二底座主体之间在所述可调自由度中可控制地施加相对移动；
柔性衬底，其包括固定到所述第一底座主体上的第一部分和固定到所述第二底座主体上的第二部分；
应变仪元件，其机械地固定到所述柔性衬底并且经配置以记录所述柔性衬底的应变且响应于所述柔性衬底的应变而产生信号；以及
控制器，其与所述应变仪元件操作通信并且经配置以从所述应变仪元件信号产生位置数据。
2.根据权利要求1所述的可调底座，其中两个或两个以上应变仪元件被机械地固定到所述柔性衬底。
3.根据权利要求1所述的可调底座，其中所述应变仪元件被安置在应变仪的电阻式应变仪主体上，所述应变仪主体被机械地固定到所述柔性衬底。
4.根据权利要求3所述的可调底座，其中所述应变仪元件包括电路，所述电路经配置以响应于施加到所述应变仪的导电元件上的应变而改变电阻抗。
5.根据权利要求1所述的可调底座，其中所述柔性衬底包括柔性薄片，所述柔性薄片包括两个大体上平行的表面和一孔，所述孔被安置为穿过所述薄片的中间部分。
6.根据权利要求5所述的可调底座，其中所述柔性衬底包括平坦的正方形板，所述平坦的正方形板在中间具有孔从而产生周边区域，所述周边区域具有四个边和四个角，所述第一部分安置在第一角处，并且所述第二部分安置在第二角处，所述第二角安置为与所述孔相对并且远离所述第一角。
7.根据权利要求1所述的可调底座，其中所述驱动器是手动驱动的。
8.根据权利要求1所述的可调底座，其中所述驱动器是机动化的。
9.根据权利要求8所述的可调底座，其中所述机动化驱动器包括压电驱动器。
10.一种用于光学元件的可调底座，其包括：
第一底座主体；
第二底座主体，其经配置以将光学元件固定到其并且可相对于所述第一底座主体在第一可调自由度和第二可调自由度中移动；
第一驱动器，其经配置以在所述第一底座主体与所述第二底座主体之间在所述第一可调自由度中可控制地施加相对移动；
第二驱动器，其经配置以在所述第一底座主体与所述第二底座主体之间在所述第二可调自由度中可控制地施加相对移动；
柔性衬底，其包括柔性薄片，所述柔性衬底的第一部分被固定到所述第一底座主体并且所述柔性衬底的第二部分被固定到所述第二底座主体；
应变仪元件，其机械地固定到所述柔性衬底并且经配置以记录所述柔性衬底的应变且响应于所述柔性衬底的应变而产生信号；以及
控制器，其与所述应变仪元件操作通信并且经配置以从所述应变仪元件信号产生位置数据。
11.根据权利要求10所述的可调底座，其中两个或两个以上应变仪元件被机械地固定到所述柔性衬底。
12.根据权利要求10所述的可调底座，其中所述应变仪元件被安置在应变仪的电阻式应变仪主体上，所述应变仪主体被机械地固定到所述柔性衬底。
13.根据权利要求12所述的可调底座，其中所述应变仪元件包括电路，所述电路经配置以响应于施加到所述应变仪的导电元件上的应变而改变电阻抗。
14.根据权利要求10所述的可调底座，其中所述柔性衬底包括柔性薄片，所述柔性薄片包括两个大体上平行的表面和一孔，所述孔被安置为穿过所述薄片的中间部分。
15.根据权利要求11所述的可调底座，其中所述柔性衬底包括平坦的正方形板，所述平坦的正方形板在中间具有孔从而产生周边区域，所述周边区域具有四个边和四个角，所述第一部分安置在第一角处，并且所述第二部分安置在第二角处，所述第二角安置为与所述孔相对并且远离所述第一角。
16.根据权利要求10所述的可调底座，其中所述第二底座主体在安置于所述第一底座主体与所述第二底座主体之间的枢轴点处相对于所述第一底座主体枢转，并且所述第二底座主体具有第一驱动表面和第二驱动表面，所述第一驱动表面具有相对于所述枢轴点大体上恒定的曲率半径，所述第二驱动表面具有相对于所述枢轴点大体上恒定的曲率半径。
17.根据权利要求16所述的可调底座，其中所述枢轴点包括安置在卡销中的滚珠轴承，所述卡销由所述第一驱动器和所述第二驱动器的驱动表面挤压而接合。
18.根据权利要求10所述的可调底座，其中所述第一驱动器和所述第二驱动器包括压电惯性驱动器，所述压电惯性驱动器经配置以在所述第一底座主体与所述第二底座主体之间在所述可调自由度中施加相对移动，所述压电驱动器包括：
刚性主体部分，其具有第一压电部件安装表面，
持续且柔性弹性部件，其具有：第一末端，其包括第二压电部件安装表面；驱动表面部分，其具有驱动表面；轴向刚性部分，其被安置在所述驱动表面部分与所述第一末端之间并被固定到所述驱动表面部分和所述第一末端；S形状弹性部分，其从所述驱动表面部分延伸；以及第二末端部分，其被安置在所述S形状弹性部分与所述主体部分之间并被固定到所述S形状弹性部分和所述主体部分，以及
压电部件，其被安置在所述第一安装表面与所述第二安装表面之间并且被固定到所述第一安装表面和所述第二安装表面。
19.根据权利要求18所述的可调底座，其中所述压电惯性驱动器的所述刚性主体部分被固定到所述第一底座主体，并且所述驱动表面与所述第二底座主体摩擦接合。
20.根据权利要求18所述的可调底座，其中所述压电惯性驱动器的所述刚性主体部分被固定到所述第二底座主体，并且所述驱动表面与所述第一底座主体摩擦接合。
21.一种调节用于光学元件的可调底座的方法，所述方法包括：
提供用于光学元件的可调底座，所述可调底座包括：
第一底座主体，
第二底座主体，其经配置以将光学元件固定到其并且可相对于所述第一底座主体在一可调自由度中移动，
柔性衬底，其包括被固定到所述第一底座主体的第一部分和被固定到所述第二底座主体的第二部分，
应变仪元件，其机械地固定到所述柔性衬底并且经配置以记录所述柔性衬底的应变且响应于所述柔性衬底的应变而产生信号，以及
控制器，其与所述应变仪元件操作通信并且经配置以从应变仪元件信号产生位置数据；以及
使用所述控制器从应变仪元件信号产生关于所述第二底座主体相对于所述第一底座主体的第一绝对位置的数据。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括在数据存储装置中存储关于所述第二底座主体相对于所述第一底座主体的位置的所述第一绝对位置的位置数据。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括相对于所述第一底座主体位移所述第二底座主体，并且产生关于所述第二底座主体相对于所述第一底座主体的第二位置的数据。
24.根据权利要求23所述的方法，其中用驱动器来相对于所述第一底座主体位移所述第二底座主体，所述驱动器经配置以在所述第一底座主体与所述第二底座主体之间在所述可调自由度中可控制地施加相对移动。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述驱动器包括压电驱动器，并且所述第二底座主体通过所述压电驱动器的致动而相对于所述第一底座主体位移。
26.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括产生从控制器至所述驱动器的信号以将所述第二底座主体从所述第二位置位移回到所述第一绝对位置。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述可调底座包括被机械地固定到所述柔性衬底的多个电阻式应变仪元件，并且与所述第二底座主体相对于所述第一底座主体的所述第一绝对位置相对应的位置数据是从所述多个电阻式应变仪元件的阻抗曲线产生。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述多个电阻式应变仪的所述阻抗曲线是用至少一个惠斯通电桥电路产生。
29.一种用于光学元件的可调底座，其包括：
第一底座主体；
第二底座主体，其经配置以将光学元件固定到其并且可相对于所述第一底座主体在一可调自由度中移动；
柔性衬底，其包括固定到所述第一底座主体上的第一部分和固定到所述第二底座主体上的第二部分；以及
应变仪元件，其机械地固定到所述柔性衬底并且经配置以记录所述柔性衬底的应变且响应于所述柔性衬底的应变而产生信号。
30.根据权利要求29所述的可调底座，其进一步包括驱动器，所述驱动器经配置以在所述第一底座主体与所述第二底座主体之间在所述可调自由度中可控制地施加相对移动。
31.根据权利要求29所述的可调底座，其进一步包括控制器，所述控制器与所述应变仪元件操作通信并且经配置以从所述应变仪元件信号产生位置数据。
32.根据权利要求29所述的可调底座，其中两个或两个以上应变仪元件被机械地固定到所述柔性衬底。
33.根据权利要求29所述的可调底座，其中所述应变仪元件被安置在应变仪的电阻式应变仪主体上，所述应变仪主体被机械地固定到所述柔性衬底。
34.根据权利要求33所述的可调底座，其中所述应变仪元件包括电路，所述电路经配置以响应于施加在所述应变仪的导电元件上的应变而改变电阻抗。
35.根据权利要求29所述的可调底座，其中所述柔性衬底包括柔性薄片，所述柔性薄片包括两个大体上平行的表面和一孔，所述孔被安置为穿过所述薄片的中间部分。
36.根据权利要求35所述的可调底座，其中所述柔性衬底包括平坦的正方形板，所述平坦的正方形板在中间具有孔从而产生周边区域，所述周边区域具有四个边和四个角，所述第一部分安置在第一角处，并且所述第二部分安置在第二角处，所述第二角安置为与所述孔相对并且远离所述第一角。
37.根据权利要求30所述的可调底座，其中所述驱动器是手动驱动的。
38.根据权利要求30所述的可调底座，其中所述驱动器是机动化的。
39.根据权利要求38所述的可调底座，其中所述机动化驱动器包括压电驱动器。
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