CN114384688B - 一种光纤扫描器光纤粘接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤扫描器光纤粘接结构，包括致动器、光纤和连接件，致动器的自由端在驱动信号的驱动下相对于致动器的固定端同时进行沿x方向的振动和沿与x方向相垂直的y方向的振动，进行栅格式扫描，光纤悬臂的轴心线相对于致动器的轴心线具有沿x方向或沿y方向的偏移。本发明使得光纤在高频摆动时，可减小致动器各方向对光纤振动的干扰，使得致动器的各轴驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤，保证光纤的正常扫描轨迹，增大光纤的振动幅度，从而降低电压，增加稳定性，提升系统寿命。

Description

一种光纤扫描器光纤粘接结构

技术领域

本发明涉及光纤扫描器结构技术领域，尤其涉及一种光纤扫描器光纤粘接结构。

背景技术

光纤扫描投影技术的成像原理是，通过致动器带动扫描光纤进行预定二维扫描轨迹的运动，同时调制光源出光功率，将待显示图像的每个像素点信息逐一投射到成像区域上，从而形成投射画面。

光纤扫描投影系统包括处理器、光源调制模块、光源合束模块、光纤扫描器和扫描驱动电路，处理器通过向扫描驱动电路发送电控制信号来控制光纤扫描器振动扫描，同时，处理器通过向光源调制模块发送电控制信号来控制光源合束模块的出光功率。光源调制电路根据接收到的控制信号输出光源调制信号，以调制光源合束模块中的一个或多个颜色的光源单元(可以是激光器/发光二极管等)。

光源合束模块中每种颜色的光源单元产生的光经合束后逐一产生每个像素点的色彩和灰度信息，光源合束模块出射的合束光束通过光纤导入光纤扫描器。同步地，扫描驱动电路根据接收到的控制信号输出扫描驱动信号，以控制光纤扫描器中的扫描光纤以预定的二维扫描轨迹(螺旋扫描、栅格式扫描、李萨如扫描等)进行运动。一些光纤扫描器还设置有反馈结构或监测结构，反馈结构或监测结构通过信号线连接反馈信号采集电路或监测信号采集电路。

如图1所示，为现有光纤扫描器的结构，其包括致动器101、光纤102、固定件103和封装外壳104。如图中虚线部分，致动器101的尾端与封装外壳104实现结构固定，致动器101尾端的光纤102与合束模块105连接，致动器101的电信号引脚需要与外围电路通过导线连接，所述的电信号引脚例如可以包括电极引脚、反馈信号引脚、监测信号引脚等，外围电路例如可以包括驱动电路、反馈信号采集电路或监测信号采集电路等。

现有的光纤扫描器的致动器主要有圆柱四分象限管、矩形压电陶瓷片等，可以很容易实现栅格式(X-Y型)扫描。但在实际工作过程中，会由于加工、装调、驱动等原因导致快慢轴响应不垂直，特别是光纤工作在共振区，非线性强烈，由于装配方式、光纤几何缺陷、非线性响应等综合作用，使得光纤快、慢轴的动态响应互相耦合(即导致非驱动平面外响应)，导致单独驱动快轴时，光纤的轨迹为椭圆或者倾斜的直线，造成显示图像的畸变，这种图像畸变提到通过算法矫正成倾斜直线，即采用改变驱动的方式进行矫正，但由于快慢轴频率相差悬殊，此矫正方案虽可行，但其需要的驱动电压偏大，并且影响扫描图像的分辨率。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤扫描器光纤粘接结构，用以减小致动器各方向对光纤振动的干扰，使得致动器的各轴驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤，保证光纤的正常扫描轨迹。

为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供了一种光纤扫描器光纤粘接结构，包括致动器、光纤和连接件，所述的致动器的轴心线沿前后延伸，且致动器的前后两端分别为自由端和固定端，致动器的自由端在驱动信号的驱动下相对于致动器的固定端同时进行沿x方向的振动和沿与x方向相垂直的y方向的振动，进行栅格式扫描，x方向和y方向均垂直于前后方向，光纤通过连接件与致动器的自由端固定连接，光纤的前端超出连接件的部分构成光纤悬臂，光纤悬臂沿前后方向延伸，且光纤悬臂的轴心线相对于致动器的轴心线具有沿x方向或沿y方向的偏移。

依据本领域技术人员经验来说，光纤悬臂与致动器保持良好的同轴度，被认为是保证光纤响应精度的优选方式，而本发明人通过将光纤悬臂相对于致动器沿x方向或沿y方向偏心设置的方式，解决了非驱动平面外响应的技术问题。该偏移的偏移量不做限制，只要该偏移存在，就能一定程度上缓解和改善扫描畸变的效果，偏移量可根据实际情况进行选取，以达到完全消除畸变的效果。

致动器的自由端沿x方向的振动频率高于沿y方向的振动频率，所述的光纤悬臂的轴心线相对于致动器的轴心线具有沿y方向的偏移。

可选的，所述的连接件包括套管和支撑件，套管的后端与致动器的自由端固定连接，支撑件固定设置于套管内，且支撑件与套管固定连接，支撑件设置有供光纤穿过的安装孔，光纤从后侧经所述安装孔向前穿出，光纤与安装孔之间固定连接，光纤前端超出支撑件的部分构成光纤悬臂。

优选的，所述的支撑件与套管间为激光焊接连接。当然也可选的，可以采用胶粘、熔接、一体成型等方式，对此不做限制，支撑件可通过计算得到相应位置及尺寸后，随套管一体成型或固定于套管内。也可选的，所述的套管采用金属材质，通过压力钳挤压套管变形，由变形后的套管将支撑件夹紧。同样的，套管的后端与致动器的自由端之间的连接方式也可以采用胶粘，熔接和焊接等方式，对此同样不做限制。

可选的，所述的套管可以为树脂管、玻璃管、铝管或钢管等。

可选的，所述的安装孔可以为圆孔、方形孔或三角形孔。可选的，安装孔与光纤之间可采用胶粘等方式固定连接。

所述的致动器可以为压电致动器、磁致伸缩致动器、微机电致动器等。优选的，所述的致动器为管状致动器，此时管状致动器的内孔即为供光纤穿过的穿孔。进一步优选的，所述的管状致动器可以为压电陶瓷管主体内表面和外表面相应位置涂覆有驱动电极的类似二分管压电致动器或四分管压电致动器的压电致动器，也可以是管状主体的外表面设置有压电陶瓷片的压电致动器。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

对于成像领域，需要致动器带动光纤悬臂高频扫动，在高频摆动过程中，光纤容易受到制动器x、y方向的振动干扰，使得在高频扫动中出现画大圆、扫描不稳定、快轴矫正轴电压大、难矫正、性能差等问题，很容易引起成像不稳定，影响系统寿命，降低批量生产的良率。本发明使得光纤在高频摆动时，可减小致动器各方向对光纤振动的干扰，使得致动器的各轴驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤，保证光纤的正常扫描轨迹，增大光纤的振动幅度，从而降低电压，增加稳定性，提升系统寿命。解决了上述技术问题，避免了成像不稳定、影响系统寿命等现象的发生。

相比光纤悬臂与致动器同轴设置的现有技术方案，减少了装配高同轴度的要求，降低了加工生产难度，提高装配效率，产品一致性好，提升产品良率。

套管的设置能够实现对致动器的摆幅的放大，相比未设置套管的致动器能够增大扫描范围。

附图说明

图1为现有光纤扫描器的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例的剖视图；

图4为图2所示实施例的左视图；

图5为光纤悬臂与致动器同轴设置，存在非驱动平面外响应时出现快轴画大圆的现象；

图6为光纤悬臂与致动器同轴设置，存在非驱动平面外响应时扫描图像存在畸变的示例；

图7为采用本发明粘接结构的扫描器，快轴扫描为直线，解决了画圆现象；

图8为采用本发明粘接结构的扫描器，扫描图像为方正区域，不存在畸变。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2-图4所示，本发明实施例提供一种光纤3扫描器光纤3粘接结构，包括致动器1、光纤3和连接件，所述的致动器1的轴心线沿前后延伸，且致动器1的前后两端分别为自由端12和固定端11，致动器1的自由端12在驱动信号的驱动下相对于致动器1的固定端11同时进行沿x方向的振动和沿与x方向相垂直的y方向的振动，进行栅格式扫描，x方向和y方向均垂直于前后方向，光纤3通过连接件与致动器1的自由端12固定连接，光纤3的前端超出连接件的部分构成光纤悬臂31，光纤悬臂31沿前后方向延伸，且光纤悬臂31的轴心线相对于致动器1的轴心线具有沿x方向或沿y方向的偏移。

依据本领域技术人员经验来说，光纤悬臂31与致动器1保持良好的同轴度，被认为是保证光纤3响应精度的优选方式，而本发明人通过将光纤悬臂31相对于致动器1沿x方向或沿y方向偏心设置的方式，解决了非驱动平面外响应的技术问题。该偏移的偏移量不做限制，只要该偏移存在，就能一定程度上缓解和改善扫描畸变的效果，偏移量可根据实际情况进行选取，以达到完全消除畸变的效果。

致动器1的自由端12沿x方向的振动频率高于沿y方向的振动频率，所述的光纤悬臂31的轴心线相对于致动器1的轴心线具有沿y方向的偏移。

可选的，所述的连接件包括套管2和支撑件4，套管2的后端与致动器1的自由端12固定连接，支撑件4固定设置于套管2内，且支撑件4与套管2固定连接，支撑件4设置有供光纤3穿过的安装孔，光纤3从后侧经所述安装孔向前穿出，光纤3与安装孔之间固定连接，光纤3前端超出支撑件4的部分构成光纤悬臂31。

优选的，所述的支撑件4与套管2间为激光焊接连接。当然也可选的，可以采用胶粘、熔接、一体成型等方式，对此不做限制，支撑件4可通过计算得到相应位置及尺寸后，随套管2一体成型或固定于套管2内。也可选的，所述的套管2采用金属材质，通过压力钳挤压套管2变形，由变形后的套管2将支撑件4夹紧。同样的，套管2的后端与致动器1的自由端12之间的连接方式也可以采用胶粘，熔接和焊接等方式，对此同样不做限制。

可选的，所述的套管2可以为树脂管、玻璃管、铝管或钢管等。

可选的，所述的安装孔可以为圆孔、方形孔或三角形孔。可选的，安装孔与光纤3之间可采用胶粘等方式固定连接。

所述的致动器1可以为压电致动器1、磁致伸缩致动器1、微机电致动器1等。优选的，所述的致动器1为管状致动器1，此时管状致动器1的内孔即为供光纤3穿过的穿孔。进一步优选的，所述的管状致动器1可以为压电陶瓷管主体内表面和外表面相应位置涂覆有驱动电极的类似二分管压电致动器1或四分管压电致动器1的压电致动器1，也可以是管状主体的外表面设置有压电陶瓷片的压电致动器1。

现有光纤悬臂31一般与致动器1保持良好的同轴度，被认为是保证光纤3响应精度的优选方式，但光纤3仍然会在频率的变化过程中出现快轴(致动器1振动频率较高的方向)画大圆突变不稳定，导致快轴矫正轴电压大，无法矫正与慢轴垂直或难矫正等问题，图5为光纤悬臂31与致动器1同轴设置，致动器1仅x轴方向振动时，光纤悬臂31存在非驱动平面外响应时出现快轴画大圆的现象；而x轴和y轴同时振动时，如图6所示，扫描图像存在畸变。而本发明人通过将光纤悬臂31相对于致动器1偏心设置的方式，解决了非驱动平面外响应的技术问题，如图7、8所示，快轴矫正电压大幅减小几乎不用矫正。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本发明使得光纤3在高频摆动时，可减小致动器1各方向对光纤3振动的干扰，使得致动器1的各轴驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤3，保证光纤3的正常扫描轨迹，增大光纤3的振动幅度，从而降低电压，增加稳定性，提升系统寿命。解决了上述技术问题，避免了成像不稳定、影响系统寿命等现象的发生。

相比光纤悬臂31与致动器1同轴设置的现有技术方案，减少了装配高同轴度的要求，降低了加工生产难度，提高装配效率，产品一致性好，提升产品良率。

套管2的设置能够实现对致动器1的摆幅的放大，相比未设置套管2的致动器1能够增大扫描范围。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，包括致动器、光纤和连接件，所述的致动器的轴心线沿前后延伸，且致动器的前后两端分别为自由端和固定端，致动器的自由端在驱动信号的驱动下相对于致动器的固定端同时进行沿x方向的振动和沿与x方向相垂直的y方向的振动，进行栅格式扫描，x方向和y方向均垂直于前后方向，光纤通过连接件与致动器的自由端固定连接，光纤的前端超出连接件的部分构成光纤悬臂，光纤悬臂沿前后方向延伸，且光纤悬臂的轴心线相对于致动器的轴心线具有沿x方向或沿y方向的偏移。

2.如权利要求1所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，致动器的自由端沿x方向的振动频率高于沿y方向的振动频率，所述的光纤悬臂的轴心线相对于致动器的轴心线具有沿y方向的偏移。

3.如权利要求1或2所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的连接件包括套管和支撑件，套管的后端与致动器的自由端固定连接，支撑件固定设置于套管内，且支撑件与套管固定连接，支撑件设置有供光纤穿过的安装孔，光纤从后侧经所述安装孔向前穿出，光纤与安装孔之间固定连接，光纤前端超出支撑件的部分构成光纤悬臂。

4.如权利要求3所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的支撑件与套管间为激光焊接连接、胶粘、熔接或一体成型。

5.如权利要求3所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的套管采用金属材质，通过压力钳挤压套管变形，由变形后的套管将支撑件夹紧。

6.如权利要求3所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的套管为树脂管、玻璃管、铝管或钢管。

7.如权利要求4所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的套管为树脂管、玻璃管、铝管或钢管。

8.如权利要求3所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的安装孔为圆孔、方形孔或三角形孔。

9.如权利要求1或2所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的致动器为压电致动器、磁致伸缩致动器或微机电致动器。

10.如权利要求9所述的一种用于图像扫描显示的光纤扫描器光纤粘接结构，其特征在于，所述的致动器为管状致动器。