一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜的制作方法

本实用新型涉及激光调节领域，尤其涉及一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜。

背景技术：

由于激光具有方向性好，单色性高，相干性好等优点，因此在很多领域中都有着广泛的应用。在工业领域可以使用激光加工，激光切割，激光打孔。利用激光的超距探测能力可以用于激光扫描成像，用于遥感测绘等领域。在医学上，可以使用激光进行美容，手术治疗等。在军事领域，有激光制导、激光武器、激光可控核聚变和激光雷达等。随着科学技术的发展，激光正得到越来越广泛的应用。通常情况下由激光发生器发出的激光束有相对较大的发散角，一般为几度到几十度，且光束直径一般在0.1mm到1.0mm之间。对于某些应用场合，如无线激光通信为降低几何损失，减小功率损耗，要求激光束发散角处于毫弧度级别，则必须对激光束进行扩束准直，压缩光束发散角，改善光束的准直性性能。

激光扩束系统分为透射式激光扩束系统和反射式激光扩束系统。其中透射式激光扩束系统由透镜组构成，如开普勒系统和伽利略系统。开普勒系统由具有正光焦度的物镜和目镜组成，中间有聚焦点，通常会在第一组透镜的焦点处加小孔光阑来实现滤波。这种扩束系统的缺点是光能被遮拦掉较多。伽利略系统由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成。因为它是共虚焦点，其轴向间距为正透镜与负透镜焦距绝对值之差，整个光学系统轴向尺寸较小。负目镜又有利于对正物镜进行像差补偿，使系统形式简单，减少了反射面的光能量损失，避免了采用正透镜汇聚而引起的强光效应和对目镜的破坏，从而提高了能量的利用率。透射式激光扩束系统的优点是结构简单，多由球面透镜组构成，可以通过改变透镜组之间的间距来实现对激光束的变倍扩束。缺点是随着系统输出激光束口径的增大，系统的像差会显著增加，故这类系统适用于扩束倍率不大的激光扩束系统。反射式激光扩束系统由反射镜组构成，如卡塞格林系统和格里高利系统等。反射式激光扩束系统运用了大口径、非球面的反射镜组，不但提高了扩束比，而且极大的减小了系统的各种像差。但是因为使用了非球面镜，带来了一定的加工和装调困难。且因其扩束比不能调节，使用范围受到了限制。

激光器包括共振器件，光阑组件，输出镜组件，扩束镜组件等机械部件。扩束镜可以调节激光光束的直径，同时压缩激光束的发散角。其结构简单，但现有的激光扩束镜大多为固定倍数，扩束比不可调节，缺乏灵活性。此外还存在部分手动调节扩束镜，此类扩束镜镜筒上标有一圈刻度，通过手动调节螺纹来实现扩束比的调整。对于这类扩束镜，人们无法实现远程操控，且手动调节螺纹的方式控制精度不高，故应用受到限制。近年来也有利用传统电磁电机（主要以步进电机为主）来驱动扩束镜，实现扩束比的连续可调。这类扩束镜镜筒外侧加工有齿轮，电机通过齿轮啮合的方式将动力传递给移动镜组。电动激光扩束镜传动精度较低，噪音大，整体结构尺寸较大。基于这些，本文提出了一种既能满足激光光束的扩束要求，又能对扩束比连续可调，且控制精度高，结构紧凑的激光扩束镜。

超声电机是一种新型电机，它利用了压电材料的逆压电效应，在压电材料上施加交流信号产生交变电场，进而激发出压电材料在超声频段内的振动，并将这一振动放大，通过摩擦作用转换为电机转子的运动，作为功率输出并驱动其他负载。与传统电机相比，超声电机具有低转速、大力矩、响应速度快、断电自锁、精度高等优点。采用超声电机作为扩束镜结构的驱动器，可以实现高精度调节，在激光器领域有着广泛的应用前景。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种由中空超声电机驱动的自动变倍激光器扩束镜。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜，包含基座、中空旋转行波型超声电机、凸轮筒、固定筒、连接筒、第一导杆、第二导杆、第一至第四直线轴承、第一滚动轴承、第一导钉、第二导钉、以及第一至第三镜架；

所述的中空旋转行波超声电机固定在所述基座上，包含壳体、转子以及和壳体固连的定子；

所述第一镜架、第二镜架、第三镜架均呈圆环状，其中分别设有凹透镜、凸透镜、凹透镜；

所述固定筒一端开口、另一端设有圆环状的端面；所述端面通过所述连接件和中空旋转行波型超声电机的壳体固连；所述第三镜架和所述固定筒的开口端同轴固连；

所述固定筒沿其管身设有两条关于其轴线对称的通槽；所述第一导杆、第二导杆分别设置在所述固定筒管身上的两个通槽内，均一端和所述端面固连、另一端和所述第三镜架固连；

所述第一直线轴承、第二直线轴承设置在所述第一导杆上，第三直线轴承、第四直线轴承设置在所述第二导杆上；所述第一镜架、第二镜架设置在所述固定筒内，第二镜架位于第一镜架、第三镜架之间，第一镜架的外壁分别和第一直线轴承、第三直线轴承固连，第二镜架的外壁分别和第二直线轴承、第四直线轴承固连；第一镜架、第二镜架均能够沿着第一导杆、第二导杆自由滑动；

所述凸轮筒套在固定筒外，一端和所述中空旋转行波型超声电机的转子固连，另一端通过所述第一滚动轴承和所述第三镜架相连；所述第一滚动轴承的外圈和凸轮筒的内壁固连，内圈和所述第三镜架的外壁固连；

所述固定筒、凸轮筒、第一至第三镜架、中空旋转行波型超声电机的转子均同轴设置；

所述凸轮筒上设有第一变焦曲线槽和第二变焦曲线槽，所述第一变焦曲线槽用于第一镜架中的凹透镜变焦、即用于补偿组变焦，所述第二变焦曲线槽用于第二镜架中的凸透镜变焦、即用于变倍组变焦；

所述第一导钉、第二导钉分别设置在第一变焦曲线槽、第二变焦曲线槽内，分别和所述第一直线轴承、第三直线轴承固连，使得中空旋转行波型超声电机工作时，第一导钉、第二导钉分别沿第一变焦曲线槽、第二变焦曲线槽滑动，进而带动第一镜架、第二镜架沿着第一导杆、第二导杆自由滑动，实现自动变倍。

作为本实用新型一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜进一步的优化方案，所述第一导钉、第二导钉均包含限制端面和连接柱，所述连接柱呈圆柱状，一端和所述限制端面的中心固连；

所述第一导钉连接柱的另一端伸入第一变焦曲线槽后和所述第一直线轴承固连；

所述第二导钉连接柱的另一端伸入第二变焦曲线槽后和所述第二直线轴承固连。

作为本实用新型一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜进一步的优化方案，所述第一导钉、第二导钉的连接柱上均设有导环，所述导环呈圆环状，套在连接柱上；

所述第一导钉连接柱上的导环外壁和第一变焦曲线槽的壁面相抵，在第一导钉移动时相对第一变焦曲线槽转动；

所述第二导钉连接柱上的导环外壁和第二变焦曲线槽的壁面相抵，在第二导钉移动时相对第二变焦曲线槽转动。

作为本实用新型一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜进一步的优化方案，所述限制端面为圆形。

作为本实用新型一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜进一步的优化方案，所述中空旋转行波型超声电机的定子采用pps塑料制成。

作为本实用新型一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜进一步的优化方案，所述中凸轮筒和空旋转行波型超声电机的转子相连的一侧采用第二滚动轴承和固定筒的外壁相连。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

超声电机结构与整机结构进行了一体化设计，在充分保障了超声电机性能的同时，使结构更为紧凑可靠。部件结构简单，易于加工，装配简单。超声电机转子转动直接转化为镜头的位置移动，避免了转换过程中误差的引入。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中固定筒的结构示意图；

图3为本实用新型中凸轮筒的结构示意图；

图4为本实用新型中固定筒和凸轮筒相配合的剖面示意图。

图中，1-固定筒，2-固定筒的端面，3-连接筒，4-第一导杆，5-第二导杆，6-第一直线轴承，7-第一导钉，8-导环，9-凸轮筒，10-第一变焦曲线槽，11-第二变焦曲线槽，12-第二导钉，13-第三导钉，14-第四导钉，15-第一镜架，16-第二镜架，17-第三镜架，18-第一滚动轴承，19-第二滚动轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本实用新型公开了一种中空超声电机驱动的自动变倍激光扩束镜，包含基座、中空旋转行波型超声电机、凸轮筒、固定筒、连接筒、第一导杆、第二导杆、第一至第四直线轴承、第一滚动轴承、第一导钉、第二导钉、以及第一至第三镜架。

所述的中空旋转行波超声电机固定在所述基座上，包含壳体、转子以及和壳体固连的定子；所述第一镜架、第二镜架、第三镜架均呈圆环状，其中分别设有凹透镜、凸透镜、凹透镜。

如图2所示，所述固定筒一端开口、另一端设有圆环状的端面；所述端面通过所述连接件和中空旋转行波型超声电机的壳体固连；所述第三镜架和所述固定筒的开口端同轴固连；

所述固定筒沿其管身设有两条关于其轴线对称的通槽；所述第一导杆、第二导杆分别设置在所述固定筒管身上的两个通槽内，均一端和所述端面固连、另一端和所述第三镜架固连；

所述第一直线轴承、第二直线轴承设置在所述第一导杆上，第三直线轴承、第四直线轴承设置在所述第二导杆上；所述第一镜架、第二镜架设置在所述固定筒内，第二镜架位于第一镜架、第三镜架之间，第一镜架的外壁分别和第一直线轴承、第三直线轴承固连，第二镜架的外壁分别和第二直线轴承、第四直线轴承固连；第一镜架、第二镜架均能够沿着第一导杆、第二导杆自由滑动。

如图3所示，所述凸轮筒套在固定筒外，一端和所述中空旋转行波型超声电机的转子固连，另一端通过所述第一滚动轴承和所述第三镜架相连；所述第一滚动轴承的外圈和凸轮筒的内壁固连，内圈和所述第三镜架的外壁固连；

所述固定筒、凸轮筒、第一至第三镜架、中空旋转行波型超声电机的转子均同轴设置；

所述凸轮筒上设有第一变焦曲线槽和第二变焦曲线槽，所述第一变焦曲线槽用于第一镜架中的凹透镜变焦、即用于补偿组变焦，所述第二变焦曲线槽用于第二镜架中的凸透镜变焦、即用于变倍组变焦。

如图4所示，所述第一导钉、第二导钉分别设置在第一变焦曲线槽、第二变焦曲线槽内，分别和所述第一直线轴承、第三直线轴承固连，使得中空旋转行波型超声电机工作时，第一导钉、第二导钉分别沿第一变焦曲线槽、第二变焦曲线槽滑动，进而带动第一镜架、第二镜架沿着第一导杆、第二导杆自由滑动，实现自动变倍。

所述第一导钉、第二导钉均包含圆形的限制端面和连接柱，所述连接柱呈圆柱状，一端和所述限制端面的中心固连；

所述第一导钉连接柱的另一端伸入第一变焦曲线槽后和所述第一直线轴承固连；

所述第二导钉连接柱的另一端伸入第二变焦曲线槽后和所述第二直线轴承固连。

所述第一导钉、第二导钉的连接柱上均设有导环，所述导环呈圆环状，套在连接柱上；

所述第一导钉连接柱上的导环外壁和第一变焦曲线槽的壁面相抵，在第一导钉移动时相对第一变焦曲线槽转动；

所述第二导钉连接柱上的导环外壁和第二变焦曲线槽的壁面相抵，在第二导钉移动时相对第二变焦曲线槽转动。

所述中空旋转行波型超声电机的定子采用pps塑料制成。

所述中凸轮筒和中空旋转行波型超声电机的转子相连的一侧采用第二滚动轴承和固定筒的外壁相连。

第一镜架和其中的凹透镜形成补偿组，第二镜架和其中的凸透镜形成变倍组，第三镜架和其中的凹透镜形成固定组。调节三组透镜位置，改变它们的间距，从而实现激光束变倍的功能。而第一变焦曲线槽、第二变焦曲线槽是根据补偿组、变倍组的移动规律加工而成，透镜组间的距离由这两条曲线槽控制。因此，中空旋转行波型超声电机工作时实现了自动变倍。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。