專利名稱：基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于光學設計技術領域，特別涉及一種微型的光學傳輸和掃描機裝置的結構設計。
背景技術：
超聲馬達是一種新型馬達，它利用壓電材料的逆壓電效應使定子表面產生一定軌跡的運動，進而通過摩擦耦合將振動能轉換成轉子或滑塊的動能。超聲馬達于電磁馬達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動，自保持力矩打，慣性小，響應快，大力矩時效率高，可忽略磁效應，結構簡單等等。我們使用的馬達是彎曲搖頭式超聲馬達，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的運動如圖1所示，定子處于圓周搖頭的振動模態，定子11與環狀轉子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、轉子間的摩擦力使轉子沿與接觸點移動方向相反的方向轉動。超聲馬達需要在定子和轉子之間提供預壓力才可利用它們之間的摩擦力驅動轉子進行轉動。

發明內容
本發明的目的是提出一種基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置，將超聲馬達與光傳輸裝置緊密地結合在一起，具有結構簡單、使用方便等特點。
本發明的一種基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置，其特征在于，由超聲馬達定子、轉子和與該轉子相固接的導光裝置構成；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生磁吸力的材料制成的匹配塊構成；所說的轉子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔轉子本身的重力，并提供定子與轉子間的預壓力使轉子可以轉動；所說的導光裝置由光纖及棱鏡構成，在轉子轉動時由光纖導入的光通過棱鏡形成環形的掃描。
本發明的特點本發明利用超聲馬達的微型化和光纖傳輸的特點，此裝置將超聲馬達與光傳輸機構結合起來，使超聲馬達帶動光學器件轉動，達到光電掃描的效果。超聲馬達結構簡單，易于微型化，這種結構也使此光學傳輸和掃描裝置易于使用。本發明在生物、醫療、微機械等領域有著廣泛的應用前景。
本發明在一些光學成像儀器中有很好的應用前景，尤其適用于需要微型化的場合，如內窺成像等。


圖1為彎曲搖頭式超聲馬達的運動狀態示意圖。
圖2為本發明的基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置實施例示意圖。
具體實施例方式
本發明的基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置實施例結構如圖2所示。它包括由定子、轉子組成的帶有中通孔的超聲馬達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動匹配塊產生超聲振動。超聲馬達的轉子由固定在一起的鋁柱23、盤狀磁鐵22構成，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，否則其磁化將使轉子與定子間的壓力非常小，不足以提供轉子轉動的動力。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構成；超聲馬達的定子與轉子軸孔配合，通過磁鐵和定子之間的磁力提供超聲馬達的預壓力，從而使得定子可以驅動轉子進行轉動。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，光纖端頭和轉子不直接接觸，可以不需要轉動，從光纖出射的光通過空氣傳到棱鏡再折反射到側面光。隨著轉子的轉動，帶動棱鏡轉動，使得光對側面四周進行環形掃描。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。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。
用于控制驅動超聲馬達的電導線是從陶瓷的底面接出的，和光纖的路徑一樣，不會影響轉子的轉動。由于超聲馬達的尺寸可以做得很小(直徑1mm以下)，因而這是一個基于微機電系統的光掃描微型裝置。
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，經棱鏡斜面反射后，聚焦于側面3mm處(圖中26為光出射方向)。整個裝置直徑為1mm。
權利要求
1.一種基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置，其特征在于，由超聲馬達定子、轉子和與該轉子相固接的導光裝置構成；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生磁吸力的材料制成的匹配塊構成；所說的轉子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔轉子本身的重力，并提供定子與轉子間的預壓力使轉子可以轉動；所說的導光裝置由光纖及棱鏡構成，在轉子轉動時由光纖導入的光通過棱鏡形成環形的掃描。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所說的超聲馬達的定子和轉子中間均開有可供光纖插入的通孔。
3.如權利要求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
本發明涉及一種基于超聲馬達的微型光學傳輸和掃描裝置，屬于光學設計領域。由超聲馬達定子、轉子和與該轉子相固接的導光裝置構成；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生磁吸力的材料制成的匹配塊構成；所說的轉子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔轉子本身的重力，并提供定子與轉子間的預壓力使轉子可以轉動；所說的導光裝置由光纖及棱鏡構成，在轉子轉動時由光纖導入的光通過棱鏡形成環形的掃描。本發明將超聲馬達與光傳輸裝置緊密地結合在一起，具有結構簡單、使用方便等特點。在生物、醫療、微機械等領域有著廣泛的應用前景。
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 優先權日2004年9月29日
發明者薛平, 周鐵英, 吳繼剛 申請人:清華大學