專利名稱：二維壓電光學掃描器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二維壓電光學掃描器，屬于光學儀器或精密儀器中的圖像采集裝置。
背景技術：
光學掃描系統(tǒng)主要由機械掃描單元、光學成像單元、光電信號處理和控制單元以及計算機等部分組成。其中光學成像單元中的掃描器是圖像采集的一個非常重要的部分?，F(xiàn)有光學成像單元中采用的壓電掃描器一般只能夠實現(xiàn)一維光束掃描，當進行二維光束掃描時，需要采用多個壓電掃描器進行組合才能實現(xiàn)。由于光學儀器比較精密，這樣必將增加掃描系統(tǒng)的復雜性，加大了光學掃描系統(tǒng)光路統(tǒng)調的難度和增加了光強的損耗，也使成本有所上升。
壓電掃描器在精確定位，光路控制，微位移控制等領域及光學儀器和精密機械加工等方面有較為廣泛的應用前景。對其結構的改進有利于提高圖像采集的精度、以及掃描器件成本的降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種二維壓電光學掃描器，它僅用兩個雙壓電晶片驅動反射鏡實現(xiàn)二維圖像掃描，其器件加工簡單，結構設計合理，同時適用于驅動器領域，實現(xiàn)二維驅動。
本發(fā)明的一種二維壓電光學掃描器，它由傳動件、反射鏡和四片壓電陶瓷構成，所述傳動件由上金屬板、下金屬板、左金屬板和右金屬板組成，上金屬板與下金屬板平行，左金屬板與右金屬板平行，上金屬板的兩端分別與左金屬板和右金屬板的端部連接，左金屬板和右金屬板的另一端部分別與下金屬板的兩端連接，形成一個中間有一空腔的四邊形結構；第一片壓電陶瓷與第二片壓電陶瓷對稱固定在上金屬板上，構成雙壓電晶片結構；第三片壓電陶瓷與第四片壓電陶瓷對稱固定在下金屬板上，構成雙壓電晶片結構；反射鏡固定在右金屬板上，且反射鏡的中心線與空腔中心線重合。
所述的二維壓電光學掃描器，其傳動件和反射鏡為一體構件，傳動件采用線切割法一次加工成型，且在右金屬板的中間位置對稱切割突出的金屬片作為反射鏡。
所述的二維壓電光學掃描器，其加載不同電壓時上金屬板與下金屬板能夠實現(xiàn)同向或反向方向上彎曲。
本發(fā)明二維壓電光學掃描器的優(yōu)點(1)反射鏡可以實現(xiàn)繞兩個軸向運動；(2)僅用兩個雙壓電晶片驅動；(3)結構簡單；(4)便于控制。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖2是反射鏡在反向電壓條件下的變形狀態(tài)位置關系圖。
圖3是反射鏡在同向電壓條件下的變形狀態(tài)位置關系圖。
圖4是二維壓電光學掃描器在同向電壓條件下的變形狀態(tài)示意圖。
圖5是二維壓電光學掃描器在反向電壓條件下的變形狀態(tài)示意圖。
圖6是本發(fā)明的錐形結構示意圖。
圖7是本發(fā)明的階梯結構示意圖。
圖中1.第一片壓電陶瓷2.第二片壓電陶瓷 3.第三片壓電陶瓷4.第四片壓電陶瓷 5.上金屬板 6.下金屬板 7.左金屬板8.右金屬板9.反射鏡10.傳動件11.空腔具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參見圖1所示，本發(fā)明是一種二維壓電光學掃描器，它由傳動件10、反射鏡9和四片壓電陶瓷構成，所述傳動件10由上金屬板5、下金屬板6、左金屬板7和右金屬板8組成，上金屬板5與下金屬板6平行，左金屬板7與右金屬板8平行，上金屬板5的兩端分別與左金屬板7和右金屬板8的端部連接，左金屬板7和右金屬板8的另一端部分別與下金屬板6的兩端連接，形成一個中間有一空腔11的四邊形結構；第一片壓電陶瓷1與第二片壓電陶瓷2對稱固定在上金屬板5上，構成雙壓電晶片結構；第三片壓電陶瓷3與第四片壓電陶瓷4對稱固定在下金屬板6上，構成雙壓電晶片結構；反射鏡9固定在右金屬板8上，且反射鏡9的中心線與空腔11中心線重合。
在本發(fā)明中，傳動件10采用金屬鋁片加工成型，其厚度根據壓電陶瓷尺寸(四片)、各部分材料參數(shù)和使用者的設計要求來確定。傳動件10可以加工成一體構件，采用線切割法一次加工成型，即在金屬鋁片的中心切割出一個空腔11。所述傳動件10的上金屬板5和下金屬板6的結構也可以為錐形或者階梯結構(請參見圖6、圖7所示)。傳動件10也可以通過其他加工方法加工，只要使其結構滿足要求即可。
本發(fā)明二維壓電光學掃描器的傳動件10為一體構件時，在采用線切割法切割右金屬板8結構時，在右金屬板8的中間位置對稱切割突出金屬鋁片，使突出金屬鋁片作為反射鏡9用。
在本發(fā)明中，第一片壓電陶瓷1、第二片壓電陶瓷2、第三片壓電陶瓷3和第四片壓電陶瓷4的厚度可根據使用者的需要來確定。
在本發(fā)明中，反射鏡9為一金屬鋁片，可以是焊接于右金屬板8上的金屬片，也可以是在切割右金屬板8時突出一小片金屬片切割成型，突出的金屬片即為反射鏡9。其尺寸可根據壓電陶瓷尺寸、材料和使用者的需要確定。
本發(fā)明二維壓電光學掃描器，當加載同向交流電壓時，第一片壓電陶瓷1收縮，則第二片壓電陶瓷2伸長，因而使上金屬板5產生彎曲變形。第三片壓電陶瓷3收縮，則第四片壓電陶瓷4伸長，因而使下金屬板6產生彎曲變形。這樣在加載同向交流電壓時上金屬板5與下金屬板6的彎曲變形是方向一致的，其加載電壓與上金屬板5和下金屬板6的變形成正比。此時，反射鏡9繞Y軸旋轉角度β，反射鏡9在同向電壓條件下的變形狀態(tài)位置關系如圖3所示，圖中，虛線表示反射鏡9在未加載同向電流的位置狀態(tài)，當加載電流時，反射鏡9左右運動至加電后反射鏡92的位置狀態(tài)，這樣反射鏡9與加電后反射鏡92形成一夾角，即夾角與繞Y軸旋轉角度β角度大小相同。在工作狀態(tài)下，本發(fā)明二維壓電光學掃描器在同向電壓條件下的變形狀態(tài)如圖4所示。
本發(fā)明二維壓電光學掃描器，當加載反向交流電壓時，第一片壓電陶瓷1收縮，則第二片壓電陶瓷2伸長，因而使上金屬板5產生彎曲變形。第三片壓電陶瓷3伸長，則第四片壓電陶瓷4收縮，因而使下金屬板6產生彎曲變形。這樣在加載反向交流電壓時上金屬板5與下金屬板6的彎曲變形是方向相反的，其加載電壓與上金屬板5和下金屬板6的變形成正比。此時，反射鏡9繞X軸旋轉角度α，反射鏡9在反向電壓條件下的變形狀態(tài)位置關系如圖2所示，圖中，虛線表示反射鏡9在未加載同向電流的位置狀態(tài)，當加載電流時，反射鏡9上下運動至加電后反射鏡91的位置狀態(tài)，這樣反射鏡9與加電后反射鏡92形成一夾角，即夾角與繞X軸旋轉角度α角度大小相同。在工作狀態(tài)下，本發(fā)明二維壓電光學掃描器在反向電壓條件下的變形狀態(tài)如圖5所示。
這樣當對由第一片壓電陶瓷1、第二片壓電陶瓷2與上金屬板5構成的雙壓電晶片，第三片壓電陶瓷3、第四片壓電陶瓷4與下金屬板6構成的雙壓電晶片加載不同電壓時可以實現(xiàn)上金屬板5與下金屬板6兩部分在同向或反向方向上彎曲。由于把上述兩個雙壓電晶片對稱的連接在反射鏡9的兩端來共同驅動反射鏡9，這樣當上金屬板5與下金屬板6同向彎曲時使得反射鏡9繞Y軸旋轉，而當上金屬板5與下金屬板6反向彎曲時使得反射鏡9繞X軸旋轉，從而實現(xiàn)二維掃描。反射鏡9偏轉位移可由所加載電壓決定，故其容易控制。
加載的電壓根據壓電陶瓷尺寸、材料和使用者的需要來確定。旋轉角度α和β由壓電陶瓷尺寸、金屬片尺寸、加載電壓和各部分材料決定。
由于本發(fā)明的二維壓電光學掃描器適用于小尺寸的精密儀器，實例一的整個尺寸為74mm×45mm×0.6mm，其中單片壓電陶瓷的尺寸為25mm×15mm×0.2mm，傳動件10采用74mm×45mm×0.2mm的鋁片，用線切割法加工而成。本實例所給的尺寸只作為舉例，并不限定本發(fā)明的保護內容，根據具體應用的實際情況可以進行調整改變。
此外，本發(fā)明二維壓電光學掃描器的結構也適用于微小尺寸，可用微機械加工工藝來加工金屬片和壓電陶瓷。其具體的加工工藝均為本技術領域的技術人員的已有知識與技能。
權利要求
1.一種二維壓電光學掃描器，其特征在于由傳動件(10)、反射鏡(9)和四片壓電陶瓷構成，所述傳動件(10)由上金屬板(5)、下金屬板(6)、左金屬板(7)和右金屬板(8)組成，上金屬板(5)與下金屬板(6)平行，左金屬板(7)與右金屬板(8)平行，上金屬板(5)的兩端分別與左金屬板(7)和右金屬板(8)的端部連接，左金屬板(7)和右金屬板(8)的另一端部分別與下金屬板(6)的兩端連接，形成一個中間有一空腔(11)的四邊形結構；第一片壓電陶瓷(1)與第二片壓電陶瓷(2)對稱固定在上金屬板(5)上，構成雙壓電晶片結構；第三片壓電陶瓷(3)與第四片壓電陶瓷(4)對稱固定在下金屬板(6)上，構成雙壓電晶片結構；反射鏡(9)固定在右金屬板(8)上，且反射鏡(9)的中心線與空腔(11)中心線重合。
2.根據權利要求1所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于傳動件(10)和反射鏡(9)為一體構件，傳動件(10)采用線切割法一次加工成型，且在右金屬板(8)的中間位置對稱切割突出的金屬片作為反射鏡(9)。
3.根據權利要求1所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于傳動件(10)采用微機械一次加工成型。
4.根據權利要求1或2所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于傳動件(10)、反射鏡(9)為金屬鋁片。
5.根據權利要求1或2所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于傳動件(10)的上金屬板(5)和下金屬板(6)的結構為矩形或錐形或者階梯結構。
6.根據權利要求1或2所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于在加載同向交流電壓時，反射鏡(9)繞Y軸旋轉角度β；在加載反向交流電壓時，反射鏡(9)繞X軸旋轉角度α。
7.根據權利要求1或2所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于在加載同向交流電壓時，反射鏡(9)繞X軸旋轉角度α；在加載反向交流電壓時，反射鏡(9)繞Y軸旋轉角度β。
8.根據權利要求1或2所述的二維壓電光學掃描器，其特征在于加載不同電壓時上金屬板(5)與下金屬板(6)能夠實現(xiàn)同向或反向方向上彎曲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維壓電光學掃描器，它由傳動件、反射鏡和四片壓電陶瓷構成，所述傳動件由上金屬板、下金屬板、左金屬板和右金屬板組成，上金屬板與下金屬板平行，左金屬板與右金屬板平行，上金屬板的兩端分別與左金屬板和右金屬板的端部連接，左金屬板和右金屬板的另一端部分別與下金屬板的兩端連接，形成一個中間有一空腔的四邊形結構；第一片壓電陶瓷與第二片壓電陶瓷對稱固定在上金屬板上，構成雙壓電晶片結構；第三片壓電陶瓷與第四片壓電陶瓷對稱固定在下金屬板上，構成雙壓電晶片結構；反射鏡固定在右金屬板上，且反射鏡的中心線與空腔中心線重合。本發(fā)明二維壓電光學掃描器，僅用兩個雙壓電晶片驅動反射鏡實現(xiàn)二維圖像掃描，其器件加工簡單，結構設計合理，同時適用于驅動器領域，實現(xiàn)二維驅動。
文檔編號G02B26/10GK1752795SQ20051008295
公開日2006年3月29日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權日2005年7月8日
發(fā)明者袁松梅, 劉強, 莊馳 申請人:北京航空航天大學