CN103760654B - 光学元件位置调整装置及该装置的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学元件位置调整装置及该装置的调节制方法。其中，光学元件位置调整装置，包括调节螺杆，还包括调节夹爪，所述调节夹爪包括第一爪和第二爪，所述第一爪和第二爪夹紧所述调节螺杆，所述第一爪和第二爪与所述调节螺杆触压面上分别设置有与所述调节螺杆上的外螺纹相应的内螺纹；所述调节夹爪上设置有压电陶瓷块；所述压电陶瓷块上设置有与电源连接的导线；所述压电陶瓷块通电后产生形变，所述形变驱动所述压电陶瓷块分别顶压所述第一爪和所述第二爪，进而所述第一爪和所述第二爪沿所述调节螺杆具有所述外螺纹表面进行切向运动，从而对所述调节螺杆形成转动力。本发明的技术方案可以广泛应用于光学元件的调整，精度高。

Description

光学元件位置调整装置及该装置的调节方法

技术领域

本发明涉及一种调整光学元件位置的装置，特别涉及一种光轴调整装置，以获得不同的光学效果。本发明还涉及该调整装置的调节方法。

背景技术

光学设备中使用的光学元件，如透镜、滤光片、反射镜、光源等，经常需要安装在可调节其位置的装置上，这样的装置能够适当地对光学系统内的元件进行水平和垂直方向的调节，此外也有一些形式的倾斜调整，以正确定位该元件相对于该系统的光轴的位置。

通常调节上述光学元件的装置是一个一个三螺杆的可调支架，通过调节螺杆上的旋钮可以手动调节该支架。

现有的手动调节支架虽然有不错的稳定性并且调节方便，但对于在较大的光学设备内部安装的元件，会无法进行调节。另外，当光学设备比较小时，手动调节装置本身必须具备一定的体积，并不适用于小型光学设备。总之，现有的光学元件手动调节装置只能适用于一定体积范围内的光学设备。再者，手动调节装置的调节精度依赖于操作者的操作水平，往往由于操作者操作水平不高导致手动调节的精度降低。

发明内容

为了解决现有光学元件手动调节装置存在的适用范围小，调节精度低的问题，本发明提供了一种新型的光学元件位置调整装置。

本发明的技术方案如下：

光学元件位置调整装置，包括调节螺杆，还包括调节夹爪，所述调节夹爪包括第一爪和第二爪，所述第一爪和第二爪夹紧所述调节螺杆，所述第一爪和第二爪与所述调节螺杆触压面上分别设置有与所述调节螺杆上的外螺纹相应的内螺纹；所述调节夹爪上设置有压电陶瓷块；所述压电陶瓷块上设置有与电源连接的导线；所述压电陶瓷块通电后产生形变，所述形变驱动所述压电陶瓷块分别顶压所述第一爪和所述第二爪，进而所述第一爪和所述第二爪沿所述调节螺杆具有所述外螺纹表面进行切向运动，从而对所述调节螺杆形成转动力。

所述光学元件位置调整装置还包括与所述调节夹爪连接形成U形结构的支撑架，所述支撑架上设置有螺孔，所述调节螺杆穿过所述螺孔，且所述调节螺杆的所述外螺纹与所述螺孔的内螺纹相匹配。

所述压电陶瓷块通电后产生形变为所述压电陶瓷块的伸缩形变。

所述第一爪和所述第二爪远离所述内螺纹部分的端部连接在一起；所述压电陶瓷块设置在所述第一爪和所述第二爪之间，所述压电陶瓷块产生所述伸缩形变时，推动所述第一爪和所述第二爪在所述伸缩形变方向上产生相反方向移动，从而对所述调节螺杆形成所述转动力。

所述光学元件位置调整装置的调节方法，包括如下步骤：

A、向所述压电陶瓷块施加脉冲电流，所述脉冲电流的后沿比前沿陡，以触发所述压电陶瓷块产生所述形变；

或B、向所述压电陶瓷块施加脉冲电流，所述脉冲电流的前沿比后沿陡，以触发所述压电陶瓷块产生所述形变。

本发明的技术效果：

本发明的光学元件位置调整装置，采用一对调节夹爪（夹爪设置有内螺纹与调节螺杆的外螺纹相匹配）夹紧调节螺杆以形成对调节螺杆的转动力，从而实现电动控制调节螺杆的旋转。具体的是通过对压电陶瓷块通电，使得压电陶瓷块产生变形，这一变形直接驱动调节夹爪产生切向调节螺杆外螺纹表面的动作，这一动作形成对调节螺杆的转动力，实现电动控制调节螺杆的转动。由于采用电动控制调节螺杆的转动，现有的光学元件手动调节装置存在的体积限制就不存在了，扩展了光学元件位置调整装置的适用范围。另外，通过电动控制调节螺杆的旋转，能够通过准确的电信号实现精准控制，实现本发明的目的。

附图说明

图1为本发明光学元件位置调整装置的立体图。

图2为调节夹爪的立体图。

图3为调节夹爪的剖视图。

图4为脉冲电流波形的第一个实例。

图5为脉冲电流波形的第二个实例。

图中标识说明如下：

1、调节螺杆；2、调节夹爪；3、支撑架；

20、第一爪；21、导线；22、压电陶瓷块；23、导线；24、第二爪；25、内螺纹；

41、脉冲电流前沿；42、脉冲电流后沿；

51、脉冲电流前沿；52、脉冲电流后沿。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

图1至图3显示了本发明光学元件位置调整装置的一个实例。图1显示了本发明光学元件位置调整装置的立体结构，图2和图3对图1中的调节夹爪2的结构进行了突出放大。光学元件位置调整装置包括调节螺杆1、调节夹爪2和支撑架3。调节螺杆1为设置有外螺纹的螺杆，调节螺杆1的转动产生轴向移动，进而可以调整光学元件的位置。支撑架3与调节夹爪2固定连接，形成U形结构，且支撑架3上还设置有内螺纹，该内螺纹与调节螺杆1上的所述外螺纹相匹配，支撑架3套接在调节螺杆1上。调节夹爪2包括第一爪20和第二爪24，在第二爪24上设置有内螺纹25，在第一爪20上也同样设置有内螺纹（图中未示出）。内螺纹25、第一爪20上的内螺纹均与调节螺杆1上的外螺纹相匹配。第一爪20和第二爪24夹紧调节螺杆1，内螺纹25、第一爪20上的内螺纹均与调节螺杆1上的外螺纹啮合。

在第一爪20与第二爪24之间设置有空间容纳压电陶瓷块22。压电陶瓷块22连接有导线22和导线23。通过导线22和导线23对压电陶瓷块22进行通电，压电陶瓷块产生形变，在本实例中，压电陶瓷块22产生伸缩形变，该伸缩形变的方向基本垂直于调节螺杆1的轴线。对容纳压电陶瓷块22的上述空间进行适当设计，使得压电陶瓷块22的伸展后两端分别顶压第一爪20和第二爪24。图1至图3所示实例中，从第一爪20和第二爪24上分别延伸出一个端面，该端面基本垂直于压电陶瓷块22的伸缩方向，从而使得压电陶瓷块22伸展时其两端分别顶压在两个端面上，即压电陶瓷块22伸展时同时顶压了第一爪20和第二爪24。压电陶瓷块22的上述伸展使得第一爪20和第二爪24在调节螺杆1外螺纹表面的切向（即调节螺杆1圆周形横截面的切线方向）产生方向相反的运动。第一爪20和第二爪24由于夹紧调节螺杆1，此时的切向运动使得第一爪20和第二爪24与调节螺杆1之间产生摩擦力，这一对摩擦力方向相反，成为对调节螺杆1的转动力。

以下结合图1至图5对本发明光学元件位置调整装置的调节方法进行详细说明。

压电陶瓷块22在通电时伸展，当断电时收缩，由于压电陶瓷块22的伸缩范围有一定限度，因此不可能持续通电进行控制，只能采取脉冲电流进行控制。另一方面，由于压电陶瓷块22断电后恢复原始状态，这也可能导致调节螺杆1在通电正向旋转一个角度后，断电又反向旋转回同样角度，导致调整失败。

为此，本发明提供了一种本发明光学元件位置调整装置的调节方法。该方法的主要内容是对向压电陶瓷块22输入的脉冲电流进行控制，使得脉冲电流的前沿与后沿的陡峭程度不同。分别以图4和图5为例进行说明。图4中显示的两个脉冲电流的脉冲电流后沿42比脉冲电流前沿41陡，这一脉冲电流控制压电陶瓷块22进行如下动作：缓慢伸展，快速收缩。这就导致第一爪20和第二爪24缓慢沿调节螺杆1外螺纹表面切向运动，由于摩擦力，使得调节螺杆1正向转动一个角度a。当压电陶瓷块22快速收缩时，第一爪20和第二爪24快速进行与上述运动相反方向运动，回复到原始状态。如果第一爪20和第二爪24进行的上述相反方向运动的速度与前述切向运动的速度一致，会使得调节螺杆1反向转动角度a。事实上，由于第一爪20和第二爪24进行的上述相反方向运动速度快，使得这一相反方向运动产生的力驱动调节螺杆1反向转动角度为b小于a，实现了调节螺杆1正向旋转了（a-b）角度。如果第一爪20和第二爪24进行的上述相反方向运动速度适当（通过调整脉冲电流后沿42的陡直程度实现），则b远小于a，实现了电动精确控制调节螺杆1的转动角度。第一爪20和第二爪24进行的上述相反方向快速运动与如下例子同理：在桌面的木块与桌面之间放置一张纸，如果慢速抽出纸，则木块也会随着纸的运动而动，甚至会脱离桌面；如果抽出纸的速度足够快，则木块会少量移动，或不动，木块不会脱离桌面。

反之，当向压电陶瓷块22输入如图5所示脉冲电流时，脉冲电流前沿51比脉冲电流后沿52陡，使得压电陶瓷块22进行如下动作：快速伸展，缓慢收缩。则调节螺杆1在压电陶瓷块22快速伸展时旋转的角度小，在压电陶瓷块22慢速收缩时旋转的角度大，实现调节螺杆1反向旋转一个角度。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (5)

1.光学元件位置调整装置，包括调节螺杆，其特征在于：还包括调节夹爪，所述调节夹爪包括第一爪和第二爪，所述第一爪和第二爪夹紧所述调节螺杆，所述第一爪和第二爪与所述调节螺杆触压面上分别设置有与所述调节螺杆上的外螺纹相应的内螺纹；所述调节夹爪上设置有压电陶瓷块；所述压电陶瓷块上设置有与电源连接的导线；所述压电陶瓷块通电后产生形变，所述形变驱动所述压电陶瓷块分别顶压所述第一爪和所述第二爪，进而所述第一爪和所述第二爪沿所述调节螺杆圆周形横截面的切向方向运动，从而对所述调节螺杆形成转动力。

2.根据权利要求1所述光学元件位置调整装置，其特征在于：还包括与所述调节夹爪连接形成U形结构的支撑架，所述支撑架上设置有螺孔，所述调节螺杆穿过所述螺孔，且所述调节螺杆的所述外螺纹与所述螺孔的内螺纹相匹配。

3.根据权利要求1或2所述光学元件位置调整装置，其特征在于：所述压电陶瓷块通电后产生形变为所述压电陶瓷块的伸缩形变。

4.根据权利要求3所述光学元件位置调整装置，其特征在于：所述第一爪和所述第二爪远离所述内螺纹部分的端部连接在一起；所述压电陶瓷块设置在所述第一爪和所述第二爪之间，所述压电陶瓷块产生所述伸缩形变时，推动所述第一爪和所述第二爪在所述伸缩形变方向上产生相反方向移动，从而对所述调节螺杆形成所述转动力。

5.如权利要求1至4之一所述光学元件位置调整装置的调节方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、向所述压电陶瓷块施加脉冲电流，所述脉冲电流的后沿比前沿陡，以触发所述压电陶瓷块产生所述形变；

或B、向所述压电陶瓷块施加脉冲电流，所述脉冲电流的前沿比后沿陡，以触发所述压电陶瓷块产生所述形变。