WO2019184516A1 - 一种三维动态调节及锁紧机构 - Google Patents

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朱咸昌
王建
陈磊
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    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification

Definitions

  • the present invention relates to a precision mechanical device, and more particularly to a three-dimensional adjustment and locking mechanism for precise adjustment of an optical component.
  • a common position adjustment of an optical element involves displacement adjustment in the Z direction of the optical axis and tilt adjustment in the X/Y direction.
  • a linear guide is used to realize displacement adjustment in the Z direction and a three-point wedge mechanism is used to achieve tilt adjustment of the optical element in the X/Y direction.
  • the position adjustment of the optical element can be achieved by combining the two mechanisms.
  • the combination mechanism of the linear guide and the wedge is used to adjust the position of the optical component.
  • the combination mechanism of the linear guide and the wedge requires a large installation space. It does not meet the compact size requirements of the high resolution imaging system for the adjustment mechanism; on the other hand, the adjustment error of the mechanism cannot meet the high precision adjustment requirements of the optical component.
  • the present invention proposes a three-dimensional adjustment mechanism capable of achieving high-precision position adjustment of optical elements in a small spatial size.
  • the present invention provides a three-dimensional adjustment mechanism including three elastic adjustment springs, which utilizes the deformation of the elastic adjustment spring to realize displacement adjustment in the Z direction and along the X/Y direction. Tilt adjustment. When the adjustment in the Z direction along the optical axis is realized, the deformation amounts at the three elastic adjustment reeds are all equal to h, and the Z-direction adjustment amount Z of the adjustment mechanism is satisfied.
  • R is the radius of the three elastic adjustment mechanisms.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a coordinate system in which an adjustment mechanism is located and a distribution of an elastic adjustment mechanism.
  • Figure 2 is a spring adjustment mechanism in the adjustment mechanism.
  • Figure 3 is a schematic diagram of the principle of lever drive in the adjustment mechanism.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a coordinate system in which an adjustment mechanism is located and a distribution of an elastic adjustment mechanism; and FIG. 2 is an elastic adjustment mechanism in the adjustment mechanism.
  • three elastic adjustment springs are uniformly distributed on the bottom of the adjusted optical element, and the elastic adjustment spring is connected to the optical element to be adjusted through the central boss shown in FIG. 2, when the central projection of the elastic adjustment spring is When the lower side is driven in the up and down direction, the deformation springs on both sides of the boss are elastically deformed, thereby realizing the adjustment of the optical element.
  • the three elastic adjustment mechanisms are adjusted such that the driving forces at the three elastic adjustment mechanisms are uniform, and the deformation amounts at the three elastic adjustment mechanisms are uniform
  • R is the radius of the three elastic adjustment mechanisms.
  • each of the elastic adjustment mechanisms uses a lever mechanism to effect its deformation adjustment, as shown in FIG.
  • the lever mechanism When the lever mechanism is laterally driven, the lever rotates about the axis to convert the lateral displacement into a vertical displacement, thereby causing deformation of the elastic adjustment mechanism in the up and down direction, completing the adjustment of the optical element.
  • the scaling of the lever can be achieved by adjusting the lateral and longitudinal force arms of the lever to achieve high precision adjustment of the adjustment mechanism.

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Abstract

一种用于高分辨成像系统的光学元件的精密调节的三维调节机构。该三维调节机构在光学元件底部均匀分布有3个弹性调节机构，利用弹性调节机构的变形来实现光学元件的轴向位移调节和倾斜调节。当3个弹性调节机构的Z1、Z2、Z3变形量相同时，可实现光学元件沿光轴的Z方向的调节；当Z3保持不变，Z1和Z2相反变形时，即可实现沿X方向的倾斜调节；当Z1和Z2变形量相同而Z3变形量存在差异时，可实现沿Y方向的调节。每个弹性调节机构配备相应的杠杆机构，可将机构的垂直调节转换为水平调节；同时利用杠杆的缩放比例提高机构的调节精度。

Description

一种三维动态调节及锁紧机构 技术领域
本发明涉及一种精密机械装置，具体涉及一种用于光学元件的精密调节的三维调节及锁紧机构。
背景技术
随着光学成像系统性能的提高，对光学元件的调节功能提出了进一步的要求：不仅要求光学元件的调节精度达到微米甚至亚微米级；还对调节机构的动态响应时间提出更高的要求；同时对调节机构的空间尺寸要求更加紧凑。
在光学成像系统中，常见的一种对光学元件进行位置调节涉及沿光轴的Z方向的位移调节和沿X/Y方向的倾斜调节。为实现光学元件的相应调节，在常见的机构中，利用直线导轨来实现沿Z方向的位移调节和利用三点楔块机构来实现光学元件的沿X/Y方向的倾斜调节。将两种机构合并组合使用即可实现光学元件的位置调节。
在高分辨成像光学系统中，利用直线导轨和楔块的组合进行调节的组合机构对光学元件进行位置调节存在相应的技术难点：一方面直线导轨加楔块的组合机构需要较大的安装空间，不符合高分辨成像系统对调节机构的紧凑性尺寸要求；另一方面该机构调节误差不能满足光学元件的高精度调节要求。
发明内容
为解决上述问题，并实现高分辨成像系统的光学元件的精密调节，本发明提出一种三维调节机构，其能够在较小空间尺寸下实现光学元件的高精度位置调节。
本发明具体技术方案为：本发明提供一种三维调节机构，该三维调节机构包括3个弹性调节簧片，利用弹性调节簧片的变形来实现沿Z方向的位移调节和沿X/Y方向的倾斜调节。当实现沿光轴的Z方向的调节时，3个弹性调节簧片处的变形量一致均为h，调节机构的Z向调节量Z满足
Z＝(Z1+Z2+Z3)/3＝h
当实现沿X方向的倾斜调节时，Z3保持不变，Z1和Z2变形相反，即Z1＝h；Z2＝-h，沿X方向的倾斜调节量为：
Figure PCTCN2018125479-appb-000001
当实现沿X方向的倾斜调节时，Z1和Z2变形量相同，Z1＝Z2＝h1；Z3变形量满足Z3＝h2， 沿Y方向的倾斜调节量为：
Figure PCTCN2018125479-appb-000002
R为3个弹性调节机构均布的半径。
附图说明
图1为示出调节机构所在的坐标系及弹性调节机构的分布的示意图。
图2为调节机构中的弹性调节机构。
图3为调节机构中的杠杆驱动的原理示意图。
具体实施方式
根据附图对本发明所述的调节机构做进一步阐述。图1为示出调节机构所在的坐标系及弹性调节机构的分布的示意图；图2为调节机构中的弹性调节机构。
在一个实施例中，被调节光学元件底部均匀分布有3个弹性调节簧片，弹性调节簧片通过图2所示的中心凸台与被调节光学元件连接，当弹性调节簧片的中心凸台下方被沿上下方向驱动时，引起凸台两侧的变形簧片产生弹性形变，从而实现光学元件的调节。
在一个实施例中，当实现沿光轴的Z方向的调节时，调节3个弹性调节机构使得在3个弹性调节机构处的驱动力一致，并且使得3个弹性调节机构处的变形量一致均为h，调节机构的Z向调节量
Z＝(Z1+Z2+Z3)/3＝h
当实现沿X方向的倾斜调节时，Z3保持不变，Z1和Z2变形相反即Z1＝h；Z2＝-h，X向倾斜调节量为：
Figure PCTCN2018125479-appb-000003
当实现沿X方向的倾斜调节时，Z1和Z2变形量相同Z1＝Z2＝h1；Z3变形量满足Z3＝h2，沿Y方向的倾斜调节量为：
Figure PCTCN2018125479-appb-000004
其中，R为3个弹性调节机构均布的半径。
在一个实施例中，每个弹性调节机构下方使用杠杆机构实现其变形调节，所述的杠杆机构如图3所示。当横向驱动杠杆机构时，杠杆绕轴旋转以将横向位移转换为垂向位移，从而引起弹性调节机构沿上下方向的变形，完成对光学元件的调节。通过调节杠杆的横向和纵向力臂可实现杠杆的缩放比例调节，以实现调节机构的高精度调节。

Claims (4)

  1. 一种用于高分辨成像系统的光学元件的精密调节的三维调节机构，该三维调节机构利用3个均布的弹性调节机构来实现光学元件的轴向位移调节和倾斜调节，该调节机构在光学元件底部均匀分布有3个弹性调节机构，利用弹性调节机构的变形来实现光学元件的高精度动态调节。
  2. 根据权利要求1所述的三维调节机构，其特征在于：
    利用3个弹性调节机构的变形来实现调节，其中当3个弹性调节机构的Z1/Z2/Z3变形量相同时，可实现光学元件光轴的沿Z方向的调节；当Z3保持不变，Z1和Z2相反变形时，即可实现沿X方向的倾斜调节；当Z1和Z2变形量相同而Z3变形量存在差异时，可实现沿Y方向的调节。
  3. 根据权利要求1所述的三维调节机构，其特征在于：
    同步驱动3个弹性调节机构发生弹性变形以实现调节，
    其中，当实现沿光轴的Z方向的调节时，3个弹性调节机构的变形量一致均为h，其调节量
    Z＝(Z1+Z2+Z3)/3＝h
    当实现沿X方向的倾斜调节时，Z3保持不变，Z1和Z2变形相反，即Z1＝h；Z2＝-h，沿X方向的倾斜调节量为：
    Figure PCTCN2018125479-appb-100001
    当实现沿X方向的倾斜调节时，Z1和Z2变形量相同Z1＝Z2＝h1；Z3变形量满足Z3＝h2，沿Y方向的倾斜调节量为：
    Figure PCTCN2018125479-appb-100002
    R为3个弹性调节机构均布的半径。
  4. 根据权利要求1所述的三维调节机构，其特征在于：
    3个弹性调节机构通过相应的杠杆来驱动弹性调节机构实现变形，从而完成调节。
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