專利名稱：基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微型的光學(xué)傳輸和掃描機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
超聲馬達(dá)是一種新型馬達(dá)，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)使定子表面產(chǎn)生一定軌跡的運動，進(jìn)而通過摩擦耦合將振動能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的動能。超聲馬達(dá)于電磁馬達(dá)相比具有一些顯著的有點，如大力矩密度，低噪聲運行，低速，不需減速箱可直接驅(qū)動，自保持力矩打，慣性小，響應(yīng)快，大力矩時效率高，可忽略磁效應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單等等。我們使用的馬達(dá)是彎曲搖頭式超聲馬達(dá)，尺寸很小(直徑可做到毫米以下)，特別適合于做微型掃描裝置。
彎曲搖頭式超聲馬達(dá)的運動如圖1所示，定子處于圓周搖頭的振動模態(tài)，定子11與環(huán)狀轉(zhuǎn)子12之間有一很小的間隙，傳動時定子邊彎曲邊搖頭運動，因此定轉(zhuǎn)子之間有切點接觸，其接觸點在定子的外圓周邊上移動，依次，定、轉(zhuǎn)子間的摩擦力使轉(zhuǎn)子沿與接觸點移動方向相反的方向轉(zhuǎn)動。超聲馬達(dá)需要在定子和轉(zhuǎn)子之間提供預(yù)壓力才可利用它們之間的摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置，將超聲馬達(dá)與光傳輸裝置緊密地結(jié)合在一起，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點。
本發(fā)明的一種基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置，其特征在于，由超聲馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子和與該轉(zhuǎn)子相固接的導(dǎo)光裝置構(gòu)成；所說的定子由激勵振動的壓電陶瓷元件及與其相連的由可與磁鐵之間產(chǎn)生磁吸力的材料制成的匹配塊構(gòu)成；所說的轉(zhuǎn)子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構(gòu)成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔(dān)轉(zhuǎn)子本身的重力，并提供定子與轉(zhuǎn)子間的預(yù)壓力使轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動；所說的導(dǎo)光裝置由光纖及棱鏡構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由光纖導(dǎo)入的光通過棱鏡形成環(huán)形的掃描。
本發(fā)明的特點本發(fā)明利用超聲馬達(dá)的微型化和光纖傳輸?shù)奶攸c，此裝置將超聲馬達(dá)與光傳輸機(jī)構(gòu)結(jié)合起來，使超聲馬達(dá)帶動光學(xué)器件轉(zhuǎn)動，達(dá)到光電掃描的效果。超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化，這種結(jié)構(gòu)也使此光學(xué)傳輸和掃描裝置易于使用。本發(fā)明在生物、醫(yī)療、微機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明在一些光學(xué)成像儀器中有很好的應(yīng)用前景，尤其適用于需要微型化的場合，如內(nèi)窺成像等。


圖1為彎曲搖頭式超聲馬達(dá)的運動狀態(tài)示意圖。
圖2為本發(fā)明的基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置實施例示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置實施例結(jié)構(gòu)如圖2所示。它包括由定子、轉(zhuǎn)子組成的帶有中通孔的超聲馬達(dá)及與其緊密相連成一體的光傳輸裝置。本實施例中超聲馬達(dá)的定子由固定在一起的陶瓷柱27和帶有突出軸的匹配塊24構(gòu)成(壓電陶瓷元件和匹配塊也可采用其它形狀)，該匹配塊和突出軸可用普通鋼一體加工而成(也可采用其它與磁鐵產(chǎn)生磁吸力的材料)，通過對陶瓷上制作好的電極提供信號去驅(qū)動匹配塊產(chǎn)生超聲振動。超聲馬達(dá)的轉(zhuǎn)子由固定在一起的鋁柱23、盤狀磁鐵22構(gòu)成，其中鋁柱也可用另外的不可磁化的材料制作，但不能用可磁化的材料制作，否則其磁化將使轉(zhuǎn)子與定子間的壓力非常小，不足以提供轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的動力。盤狀磁鐵由永磁材料，如釹鐵硼、鐵氧體等制作而成。光傳輸裝置由光纖25和棱鏡21構(gòu)成；超聲馬達(dá)的定子與轉(zhuǎn)子軸孔配合，通過磁鐵和定子之間的磁力提供超聲馬達(dá)的預(yù)壓力，從而使得定子可以驅(qū)動轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在陶瓷、定子、鋁柱和磁鐵中間都打了通孔，以供光纖從此通孔中穿入，一直到棱鏡處。
本實施例的光纖可以和定子相對固定，光纖端頭和轉(zhuǎn)子不直接接觸，可以不需要轉(zhuǎn)動，從光纖出射的光通過空氣傳到棱鏡再折反射到側(cè)面光。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，帶動棱鏡轉(zhuǎn)動，使得光對側(cè)面四周進(jìn)行環(huán)形掃描。掃描的光點可以是聚焦的或是不聚焦的，這可以通過光纖端面或棱鏡實現(xiàn)。棱鏡可做成聚焦型的(如圖2中所示，其中棱鏡一個直角面膠合上成像透鏡或做成凸形或其他形狀，使之有聚焦成像、準(zhǔn)直功能)，也可制作成不聚焦型的，光纖端面可作成凸的，從而提供聚焦功能。以適應(yīng)不同的需要。此裝置與外界的接口，即光纖的另一端也可以通過光纖接口完成。
用于控制驅(qū)動超聲馬達(dá)的電導(dǎo)線是從陶瓷的底面接出的，和光纖的路徑一樣，不會影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。由于超聲馬達(dá)的尺寸可以做得很小(直徑1mm以下)，因而這是一個基于微機(jī)電系統(tǒng)的光掃描微型裝置。
本實施例的光纖外徑為125微米，從壓電陶瓷的底面光纖導(dǎo)入口28插入(參見圖2)，直至棱鏡和磁鐵的交界面。將光纖粘合于定子及壓電陶瓷的通孔(直徑300微米)中，棱鏡的另一直角邊，膠合一平凸透鏡，使得光纖出射的光，經(jīng)棱鏡斜面反射后，聚焦于側(cè)面3mm處(圖中26為光出射方向)。整個裝置直徑為1mm。
權(quán)利要求
1.一種基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置，其特征在于，由超聲馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子和與該轉(zhuǎn)子相固接的導(dǎo)光裝置構(gòu)成；所說的定子由激勵振動的壓電陶瓷元件及與其相連的由可與磁鐵之間產(chǎn)生磁吸力的材料制成的匹配塊構(gòu)成；所說的轉(zhuǎn)子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構(gòu)成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔(dān)轉(zhuǎn)子本身的重力，并提供定子與轉(zhuǎn)子間的預(yù)壓力使轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動；所說的導(dǎo)光裝置由光纖及棱鏡構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由光纖導(dǎo)入的光通過棱鏡形成環(huán)形的掃描。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所說的超聲馬達(dá)的定子和轉(zhuǎn)子中間均開有可供光纖插入的通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所說的棱鏡采用聚焦型的棱鏡或不聚焦型的棱鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所說的光纖端面為有聚焦功能的凸面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超聲馬達(dá)的微型光學(xué)傳輸和掃描裝置，屬于光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域。由超聲馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子和與該轉(zhuǎn)子相固接的導(dǎo)光裝置構(gòu)成；所說的定子由激勵振動的壓電陶瓷元件及與其相連的由可與磁鐵之間產(chǎn)生磁吸力的材料制成的匹配塊構(gòu)成；所說的轉(zhuǎn)子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構(gòu)成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔(dān)轉(zhuǎn)子本身的重力，并提供定子與轉(zhuǎn)子間的預(yù)壓力使轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動；所說的導(dǎo)光裝置由光纖及棱鏡構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由光纖導(dǎo)入的光通過棱鏡形成環(huán)形的掃描。本發(fā)明將超聲馬達(dá)與光傳輸裝置緊密地結(jié)合在一起，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點。在生物、醫(yī)療、微機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G02F1/01GK1588163SQ20041008028
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者薛平, 周鐵英, 吳繼剛 申請人:清華大學(xué)