[发明专利]一种三维物镜定位装置及其安装方法

说明书

本发明涉及精密致动技术领域，具体而言，涉及一种三维物镜定位装置及其安装方法。包括物镜、纵向致动机构、第一横向致动机构、第二横向致动机构、纵向精聚焦机构和二维扫描台。本发明通过纵向致动机构、第一横向致动机构和第二横向致动机构堆叠排列，并将纵向精聚焦机构集成在纵向致动机构内部的方式使得整体装置的结构更为紧凑稳固且占用体积小。同时，本发明采用改良后具备高驱动能力的潘式步进电机结构，使得三维定位移装置的定位精度高，移动范围大，且负载承受能力强。

技术领域

本发明涉及精密致动技术领域，具体而言，涉及一种三维物镜定位装置及其安装方法。

背景技术

精密致动是指控制负载沿着指定方向实现纳米级精度运动的技术，一般包括线性致动和转动两种。该技术在精密表面表征，光学定位调整，微纳米加工等领域广泛应用。对于研究光学场下的表面科学性质，以及表面上微弱荧光信号的原位收集，一套集成在扫描探针显微系统扫描探头内部的精密三维物镜定位装置就极为必要。一方面，由于物镜的工作距离很短，我们需要实现聚焦光斑的高精度且大范围(10mm)的连续定位，从而不影响扫描探针显微系统的样品和针尖更换操作；另一方面，装置本身必须足够紧凑坚固，以适应高抗震性扫描探针系统的基本要求。

对于现有的商业化三维定位装置，一方面若要实现高质量负载且大范围的移动，一般采用伺服电机，其结构稳定性较低，且电机自身体积重量较大，无法兼容扫描探头内部的有限装配空间，并且会影响扫描探针显微系统的机械稳定性；另一方面，商业化的高精度压电式步进电机一般采用滑杆式设计，电机的负载能力和机械稳定性较差，难以稳定维持高质量负载(如显微物镜和二维扫描台)的定位，并造成成像平面的抖动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维物镜定位装置及其安装方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一方面，本申请实施例中提供了一种三维物镜定位装置，包括纵向致动机构、第一横向致动机构和第二横向致动机构：所述纵向致动机构包括纵向移动部件和驱动所述纵向移动部件做纵向直线运动的纵向驱动部件；所述第一横向致动机构包括第一横向移动部件和驱动所述第一横向移动部件沿第一方向做横向直线运动的第一横向驱动部件；所述第二横向致动机构包括第二横向移动部件和驱动所述第二横向移动部件沿第二方向做横向直线运动的第二横向驱动部件；所述纵向致动机构的顶部与二维扫描台相连；所述纵向致动机构、第一横向致动机构和第二横向致动机构按照自上而下的顺序堆栈连接；所述第一方向和第二方向垂直。

可选地，所述纵向致动机构的内部设置有纵向精聚焦机构，所述二维扫描台设置在所述纵向精聚焦机构的上方。

可选地，所述纵向移动部件的顶部与第一连接件相连，所述第一连接件的顶部与所述二维扫描台相连；所述第一横向驱动部件的顶部与第二连接件相连，所述第二连接件的顶部与所述纵向驱动部件相连；所述第二横向驱动部件的顶部与第三连接件相连，所述第三连接件的顶部与所述第一横向移动部件相连；所述第二横向移动部件的底部与第四连接件相连，所述第四连接件与底座相连。

可选地，所述纵向驱动部件包括第一托槽，所述第一托槽的截面为六边形；所述第一托槽内设置有第一负载棱柱，所述第一负载棱柱与第一托槽之间设置有第九压电陶瓷堆垛，所述第九压电陶瓷堆垛一端与第一托槽固定连接，另一端与第一负载棱柱紧密接触。