CN100354687C - 二维压电光学扫描器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维压电光学扫描器，它由传动件、反射镜和四片压电陶瓷构成，所述传动件由上金属板、下金属板、左金属板和右金属板组成，上金属板与下金属板平行，左金属板与右金属板平行，上金属板的两端分别与左金属板和右金属板的端部连接，左金属板和右金属板的另一端部分别与下金属板的两端连接，形成一个中间有一空腔的四边形结构；第一片压电陶瓷与第二片压电陶瓷对称固定在上金属板上，构成双压电晶片结构；第三片压电陶瓷与第四片压电陶瓷对称固定在下金属板上，构成双压电晶片结构；反射镜固定在右金属板上，且反射镜的中心线与空腔中心线重合。本发明二维压电光学扫描器，仅用两个双压电晶片驱动反射镜实现二维图像扫描，其器件加工简单，结构设计合理，同时适用于驱动器领域，实现二维驱动。

Description

二维压电光学扫描器
技术领域
本发明涉及一种二维压电光学扫描器，属于光学仪器或精密仪器中的图像采集装置。
背景技术
光学扫描***主要由机械扫描单元、光学成像单元、光电信号处理和控制单元以及计算机等部分组成。其中光学成像单元中的扫描器是图像采集的一个非常重要的部分。现有光学成像单元中采用的压电扫描器一般只能够实现一维光束扫描，当进行二维光束扫描时，需要采用多个压电扫描器进行组合才能实现。由于光学仪器比较精密，这样必将增加扫描***的复杂性，加大了光学扫描***光路统调的难度和增加了光强的损耗，也使成本有所上升。
压电扫描器在精确定位，光路控制，微位移控制等领域及光学仪器和精密机械加工等方面有较为广泛的应用前景。对其结构的改进有利于提高图像采集的精度、以及扫描器件成本的降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维压电光学扫描器，它仅用两个双压电晶片驱动反射镜实现二维图像扫描，其器件加工简单，结构设计合理，同时适用于驱动器领域，实现二维驱动。
本发明的一种二维压电光学扫描器，它由传动件、反射镜和四片压电陶瓷构成，所述传动件由上金属板、下金属板、左金属板和右金属板组成，上金属板与下金属板平行，左金属板与右金属板平行，上金属板的两端分别与左金属板和右金属板的端部连接，左金属板和右金属板的另一端部分别与下金属板的两端连接，形成一个中间有一空腔的四边形结构；第一片压电陶瓷与第二片压电陶瓷对称固定在上金属板上，构成双压电晶片结构；第三片压电陶瓷与第四片压电陶瓷对称固定在下金属板上，构成双压电晶片结构；反射镜固定在右金属板上，且反射镜的中心线与空腔中心线重合。
所述的二维压电光学扫描器，其传动件和反射镜为一体构件，传动件采用线切割法一次加工成型，且在右金属板的中间位置对称切割突出的金属片作为反射镜。
所述的二维压电光学扫描器，其加载不同电压时上金属板与下金属板能够实现同向或反向方向上弯曲。
本发明二维压电光学扫描器的优点：(1)反射镜可以实现绕两个轴向运动；(2)仅用两个双压电晶片驱动；(3)结构简单；(4)便于控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是反射镜在反向电压条件下的变形状态位置关系图。
图3是反射镜在同向电压条件下的变形状态位置关系图。
图4是二维压电光学扫描器在同向电压条件下的变形状态示意图。
图5是二维压电光学扫描器在反向电压条件下的变形状态示意图。
图6是本发明的锥形结构示意图。
图7是本发明的阶梯结构示意图。
图中：        1.第一片压电陶瓷    2.第二片压电陶瓷   3.第三片压电陶瓷4.第四片压电陶瓷  5.上金属板          6.下金属板         7.左金属板8.右金属板        9.反射镜            10.传动件          11.空腔
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种二维压电光学扫描器，它由传动件10、反射镜9和四片压电陶瓷构成，所述传动件10由上金属板5、下金属板6、左金属板7和右金属板8组成，上金属板5与下金属板6平行，左金属板7与右金属板8平行，上金属板5的两端分别与左金属板7和右金属板8的端部连接，左金属板7和右金属板8的另一端部分别与下金属板6的两端连接，形成一个中间有一空腔11的四边形结构；第一片压电陶瓷1与第二片压电陶瓷2对称固定在上金属板5上，构成双压电晶片结构；第三片压电陶瓷3与第四片压电陶瓷4对称固定在下金属板6上，构成双压电晶片结构；反射镜9固定在右金属板8上，且反射镜9的中心线与空腔11中心线重合。
在本发明中，传动件10采用金属铝片加工成型，其厚度根据压电陶瓷尺寸(四片)、各部分材料参数和使用者的设计要求来确定。传动件10可以加工成一体构件，采用线切割法一次加工成型，即在金属铝片的中心切割出一个空腔11。所述传动件10的上金属板5和下金属板6的结构也可以为锥形或者阶梯结构(请参见图6、图7所示)。传动件10也可以通过其他加工方法加工，只要使其结构满足要求即可。
本发明二维压电光学扫描器的传动件10为一体构件时，在采用线切割法切割右金属板8结构时，在右金属板8的中间位置对称切割突出金属铝片，使突出金属铝片作为反射镜9用。
在本发明中，第一片压电陶瓷1、第二片压电陶瓷2、第三片压电陶瓷3和第四片压电陶瓷4的厚度可根据使用者的需要来确定。
在本发明中，反射镜9为一金属铝片，可以是焊接于右金属板8上的金属片，也可以是在切割右金属板8时突出一小片金属片切割成型，突出的金属片即为反射镜9。其尺寸可根据压电陶瓷尺寸、材料和使用者的需要确定。
本发明二维压电光学扫描器，当加载同向交流电压时，第一片压电陶瓷1收缩，则第二片压电陶瓷2伸长，因而使上金属板5产生弯曲变形。第三片压电陶瓷3收缩，则第四片压电陶瓷4伸长，因而使下金属板6产生弯曲变形。这样在加载同向交流电压时上金属板5与下金属板6的弯曲变形是方向一致的，其加载电压与上金属板5和下金属板6的变形成正比。此时，反射镜9绕Y轴旋转角度β，反射镜9在同向电压条件下的变形状态位置关系如图3所示，图中，虚线表示反射镜9在未加载同向电流的位置状态，当加载电流时，反射镜9左右运动至加电后反射镜92的位置状态，这样反射镜9与加电后反射镜92形成一夹角，即夹角与绕Y轴旋转角度β角度大小相同。在工作状态下，本发明二维压电光学扫描器在同向电压条件下的变形状态如图4所示。
本发明二维压电光学扫描器，当加载反向交流电压时，第一片压电陶瓷1收缩，则第二片压电陶瓷2伸长，因而使上金属板5产生弯曲变形。第三片压电陶瓷3伸长，则第四片压电陶瓷4收缩，因而使下金属板6产生弯曲变形。这样在加载反向交流电压时上金属板5与下金属板6的弯曲变形是方向相反的，其加载电压与上金属板5和下金属板6的变形成正比。此时，反射镜9绕X轴旋转角度α，反射镜9在反向电压条件下的变形状态位置关系如图2所示，图中，虚线表示反射镜9在未加载同向电流的位置状态，当加载电流时，反射镜9上下运动至加电后反射镜91的位置状态，这样反射镜9与加电后反射镜92形成一夹角，即夹角与绕X轴旋转角度α角度大小相同。在工作状态下，本发明二维压电光学扫描器在反向电压条件下的变形状态如图5所示。
这样当对由第一片压电陶瓷1、第二片压电陶瓷2与上金属板5构成的双压电晶片，第三片压电陶瓷3、第四片压电陶瓷4与下金属板6构成的双压电晶片加载不同电压时可以实现上金属板5与下金属板6两部分在同向或反向方向上弯曲。由于把上述两个双压电晶片对称的连接在反射镜9的两端来共同驱动反射镜9，这样当上金属板5与下金属板6同向弯曲时使得反射镜9绕Y轴旋转，而当上金属板5与下金属板6反向弯曲时使得反射镜9绕X轴旋转，从而实现二维扫描。反射镜9偏转位移可由所加载电压决定，故其容易控制。
加载的电压根据压电陶瓷尺寸、材料和使用者的需要来确定。旋转角度α和β由压电陶瓷尺寸、金属片尺寸、加载电压和各部分材料决定。
由于本发明的二维压电光学扫描器适用于小尺寸的精密仪器，实例一的整个尺寸为74mm×45mm×0.6mm，其中单片压电陶瓷的尺寸为25mm×15mm×0.2mm，传动件10采用74mm×45mm×0.2mm的铝片，用线切割法加工而成。本实例所给的尺寸只作为举例，并不限定本发明的保护内容，根据具体应用的实际情况可以进行调整改变。
此外，本发明二维压电光学扫描器的结构也适用于微小尺寸，可用微机械加工工艺来加工金属片和压电陶瓷。其具体的加工工艺均为本技术领域的技术人员的已有知识与技能。

Claims (4)

1、一种二维压电光学扫描器，由传动件(10)、反射镜(9)和四片压电陶瓷构成，其特征在于：所述传动件(10)由上金属板(5)、下金属板(6)、左金属板(7)和右金属板(8)组成，上金属板(5)与下金属板(6)平行，左金属板(7)与右金属板(8)平行，上金属板(5)的两端分别与左金属板(7)和右金属板(8)的端部连接，左金属板(7)和右金属板(8)的另一端部分别与下金属板(6)的两端连接，形成一个中间有一空腔(11)的四边形结构；第一片压电陶瓷(1)与第二片压电陶瓷(2)对称固定在上金属板(5)上，构成双压电晶片结构；第三片压电陶瓷(3)与第四片压电陶瓷(4)对称固定在下金属板(6)上，构成双压电晶片结构；反射镜(9)固定在右金属板(8)上，且反射镜(9)的中心线与空腔(11)中心线重合；
传动件(10)和反射镜(9)为一体构件，传动件(10)采用线切割法一次加工成型，且在右金属板(8)的中间位置对称切割突出的金属片作为反射镜(9)；
在加载同向交流电压时，反射镜(9)绕Y轴旋转角度β；在加载反向交流电压时，反射镜(9)绕X轴旋转角度α。
2、根据权利要求1所述的二维压电光学扫描器，其特征在于：传动件(10)、反射镜(9)为金属铝片。
3、根据权利要求1所述的二维压电光学扫描器，其特征在于：传动件(10)的上金属板(5)和下金属板(6)的结构为矩形或锥形或者阶梯结构。
4、根据权利要求1所述的二维压电光学扫描器，其特征在于：在加载同向交流电压时上金属板(5)与下金属板(6)的弯曲变形是方向一致的，在加载反向交流电压时上金属板(5)与下金属板(6)的弯曲变形是方向相反的。
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