CN109613696B - 光纤扫描投影装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光成像技术领域，具体而言，涉及一种光纤扫描投影装置及电子设备。该光纤扫描投影装置包括光纤扫描投影组件、可控光转向组件和位置敏感探测器。光纤扫描投影组件用于输出扫描光束。可控光转向组件用于将光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向，使光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在位置敏感探测器上或投影在所需的成像位置处。位置敏感探测器用于检测入射的扫描光束的运动轨迹。该光纤扫描投影装置及电子设备，通过可控光转向组件使光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在位置敏感探测器上或投影在所需的成像位置处，其在投影成像时光纤扫描投影组件输出的扫描光束全部用于扫描成像，提高成像光的能量利用率。

Description

光纤扫描投影装置及电子设备
技术领域
本发明涉及光成像技术领域，具体而言，涉及一种光纤扫描投影装置及电子设备。
背景技术
光纤扫描投影组件一般包括扫描驱动器、光纤和角度放大器，其投影原理一般是：扫描驱动器在交替变化的电信号或电磁信号激励下弯曲振动，从而带动固定在其断面的光纤振动，从而在光纤端面位置形成小尺寸扫描图像，该小尺寸扫描图像经过角度放大器后被放大投影，以形成待显示的投影图像。
振动的机械元件，如光纤，容易受到环境扰动的影响，使其振动状态发生变化，由于环境扰动相对于光纤的振动而言属于低频的扰动，主要会对光纤的振动幅度造成影响，继而造成扫描图像变形。
在扫描过程中，可以对扫描光纤的出射光斑轨迹进行检测，并将检测到的光斑轨迹与理想状态下的光斑轨迹进行比较，以确定扫描光纤是否受到环境扰动的影响及影响的大小，在确定扫描光纤受到环境扰动时，可以将检测结果用于反馈矫正，以防止扫描图像变形。
现有技术中，可以将扫描光纤出射的部分成像光分光到PSD(Position SensitiveDetector，位置敏感探测器)，从而通过PSD探测扫描光纤出射的光斑轨迹，但是，扫描光纤出射的光要用于显示成像，将部分成像光分光到PSD进行扫描光纤运动轨迹检测，会减小用于成像的光的能量，降低光能量利用率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够不降低成像光的能量利用率的光纤扫描投影装置及电子设备，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明较佳实施例提供一种光纤扫描投影装置，包括：光纤扫描投影组件、可控光转向组件和位置敏感探测器，所述可控光转向组件设置于所述光纤扫描投影组件和所述位置敏感探测器之间；
所述光纤扫描投影组件用于输出扫描光束；
所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向，使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上或投影在所需的成像位置处；
所述位置敏感探测器用于检测入射的扫描光束的运动轨迹。
可选地，所述位置敏感探测器位于所述光纤扫描投影组件的出射端，所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所需的成像位置处；
在所述可控光转向组件不对所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束转向时，所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上。
可选地，所述位置敏感探测器位于所述可控光转向组件的出射端，所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上；
在所述可控光转向组件不对所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束转向时，所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所需的成像位置处。
可选地，所述位置敏感探测器位于所述可控光转向组件的第一出射端，所需的成像位置处位于所述可控光转向组件的第二出射端，所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行第一角度转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上；
所述可控光转向组件还用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行第二角度转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所需的成像位置处。
可选地，所述光纤扫描投影装置还包括与所述光纤扫描投影组件和位置敏感探测器分别电连接的处理器，所述处理器用于接收所述位置敏感探测器检测得到的扫描光束的运动轨迹，及根据所述扫描光束的运动轨迹得到反馈矫正参数，并根据所述反馈矫正参数控制所述光纤扫描投影组件输出扫描光束。
可选地，所述可控光转向组件包括转向机构和与所述转向机构转动连接的全反射元件，所述转向机构用于控制所述全反射元件转动。
可选地，所述光纤扫描投影装置还包括透镜组件，所述透镜组件设置于所述位置敏感探测器靠近所述可控光转向组件的一侧，用于对所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束的运动轨迹进行缩放并使之投影在所述位置敏感探测器上。
可选地，所述光纤扫描投影组件包括光源、光纤、扫描驱动器和角度放大器；
所述光纤位于所述光源的出射端，所述角度放大器位于所述光纤的出射端，所述扫描驱动器与所述光纤连接；
所述光纤在所述扫描驱动器的带动下振动，对所述光源输出的光束进行高速偏转，在所述光纤出射端形成小尺寸扫描图像，所述小尺寸扫描图像经所述角度放大器后被放大投影，以形成待显示的投影图像。
可选地，所述光源包括红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元。
本发明较佳实施例还提供一种电子设备，包括权利要求上述的光纤扫描投影装置。
本发明较佳实施例提供的光纤扫描投影装置及电子设备，通过可控光转向组件使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上或投影在所需的成像位置处，采用分时间段的方法对光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行检测和投影成像，使光纤扫描投影装置在投影成像时光纤扫描投影组件输出的扫描光束全部用于扫描成像，提高成像光的能量利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的一种光纤扫描投影装置的方框示意图。
图2为一种实施方式中光纤扫描投影装置的结构示意图。
图3为另一种实施方式中光纤扫描投影装置的结构示意图。
图4为另一种实施方式中光纤扫描投影装置的结构示意图。
图5为本发明较佳实施例提供的另一种光纤扫描投影装置的方框示意图。
图6为一实施方式中可控光转向组件的结构示意图。
图7为可控光转向组件采用图6所示的结构后对于图2所示的光纤扫描投影装置的检测原理图。
图8为可控光转向组件采用图6所示的结构后对于图2所示的光纤扫描投影装置的成像原理图。
图9为可控光转向组件采用图6所示的结构后对于图3所示的光纤扫描投影装置的检测原理图。
图10为可控光转向组件采用图6所示的结构后对于图3所示的光纤扫描投影装置的成像原理图。
图11为可控光转向组件采用图6所示的结构后对于图4所示的光纤扫描投影装置的检测原理图。
图12为可控光转向组件采用图6所示的结构后对于图4所示的光纤扫描投影装置的成像原理图。
图13为一种实施方式中光纤扫描投影装置的结构示意图。
图14为另一种实施方式中光纤扫描投影装置的结构示意图。
图15为另一种实施方式中光纤扫描投影装置的结构示意图。
图16为一实施方式中光纤扫描投影组件的结构示意图。
图标:1-光纤扫描投影装置；10-光纤扫描投影组件；30-可控光转向组件；50-位置敏感探测器；A-所需的成像位置处；70-处理器；31-转向机构；35-全反射元件；90-透镜组件；11-光源；13-光纤；15-扫描驱动器；17-角度放大器；19-固定座。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种光纤扫描投影装置1的方框示意图。光纤扫描投影装置1包括光纤扫描投影组件10、可控光转向组件30和位置敏感探测器50。
所述光纤扫描投影组件10用于输出扫描光束。所述可控光转向组件30设置于所述光纤扫描投影组件10和所述位置敏感探测器50之间，用于将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行转向，使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上或投影在所需的成像位置处A。所述位置敏感探测器50用于检测入射的扫描光束的运动轨迹。所述位置敏感探测器50可以是PSD等。
根据上述发明构思，本发明提供的光纤扫描投影装置1可以有但不限于以下三种结构，如图2、图3和图4所示。
如图2所示，所述位置敏感探测器50位于所述光纤扫描投影组件10的出射端，所述可控光转向组件30用于将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行转向使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所需的成像位置处A。在所述可控光转向组件30不对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束转向时，所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上。
对于图2所示的光纤扫描投影装置1，其可以：在第一时间段内，使所述可控光转向组件30不对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束转向，则所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束直接投影在所述位置敏感探测器50上，所述位置敏感探测器50检测入射的扫描光束的运动轨迹。在第二时间段内，使所述可控光转向组件30对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束转向，使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所需的成像位置处A，以在所需的成像位置处A形成待显示的投影图像。
如图3所示，所述位置敏感探测器50位于所述可控光转向组件30的出射端，所述可控光转向组件30用于将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行转向使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上。在所述可控光转向组件30不对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束转向时，所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所需的成像位置处A。
对于图3所示的光纤扫描投影装置1，其可以：在第一时间段内，使所述可控光转向组件30对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束转向，使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上，所述位置敏感探测器50检测入射的扫描光束的运动轨迹。在第二时间段内，使所述可控光转向组件30不对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行转向，则所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束直接投影在所需的成像位置处A，以在所需的成像位置处A形成待显示的投影图像。
如图4所示，所述位置敏感探测器50位于所述可控光转向组件30的第一出射端，所需的成像位置处A位于所述可控光转向组件30的第二出射端。所述可控光转向组件30用于将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行第一角度转向使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上。所述可控光转向组件30还用于将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行第二角度转向使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所需的成像位置处A。
对于图4所示的光纤扫描投影装置1，其可以：在第一时间段内，使所述可控光转向组件30将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行第一角度转向，使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上，所述位置敏感探测器50检测入射的扫描光束的运动轨迹。在第二时间段内，使所述可控光转向组件30将所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行第二角度转向，使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所需的成像位置处A，以在所需的成像位置处A形成待显示的投影图像。
由于对扫描光束的运动轨迹的检测不需要实时进行，通常是在光纤扫描投影装置1开启时、变换环境后、手动设置检测的情况下才需要检测扫描光束的运动轨迹。因此，本发明提供的光纤扫描投影装置1通过可控光转向组件30使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上或投影在所需的成像位置处A，采用分时间段的方法对光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行检测和投影成像，使光纤扫描投影装置1在投影成像时光纤扫描投影组件10输出的扫描光束全部用于扫描成像，提高成像光的能量利用率。
如图5所示，可选地，所述光纤扫描投影装置1还包括与所述光纤扫描投影组件10和位置敏感探测器50分别电连接的处理器70。所述处理器70用于接收所述位置敏感探测器50检测得到的扫描光束的运动轨迹，及根据所述扫描光束的运动轨迹得到反馈矫正参数，并根据所述反馈矫正参数控制所述光纤扫描投影组件10输出扫描光束。因此，光纤扫描投影装置1可以抵消环境扰动的影响，防止输出的待显示的投影图像变形。
如图6所示，对于图1至图5所示的光纤扫描投影装置1，其可控光转向组件30可以包括转向机构31和与所述转向机构31转动连接的全反射元件35，所述转向机构31用于控制所述全反射元件35转动。显而易见，当转向机构31控制所述全反射元件35转动时，所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束可以被所述全反射元件35反射或不反射或以第一角度反射或以第二角度反射至位置敏感探测器50或所需的成像位置处A。例如，对于图2所示的光纤扫描投影装置1，其检测和投影原理可以分别如图7和图8所示。对于图3所示的光纤扫描投影装置1，其检测和投影原理可以分别如图9和图10所示。对于图4所示的光纤扫描投影装置1，其检测和投影原理可以分别如图11和图12所示。
可选地，对于图1至图4所示的光纤扫描投影装置1，所述光纤扫描投影装置1还包括透镜组件90。所述透镜组件90设置于所述位置敏感探测器50靠近所述可控光转向组件30的一侧，用于对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行缩放并使之投影在所述位置敏感探测器50上。例如，对于图2所示的光纤扫描投影装置1，当其包括透镜组件90时，该光纤扫描投影装置1的结构可以如图13所示。对于图3所示的光纤扫描投影装置1，当其包括透镜组件90时，该光纤扫描投影装置1的结构可以如图14所示。对于图4所示的光纤扫描投影装置1，当其包括透镜组件90时，该光纤扫描投影装置1的结构可以如图15所示。
通过设置透镜组件90可对入射至透镜组件90上的光斑运动轨迹进行缩小或放大，让整个光斑运动轨迹尽量占满位置敏感探测器50的光敏面，由此可以充分利用位置敏感探测器50的光敏面，提高探测精度。显然，此时探测到光斑运动轨迹需要去除该透镜组件90对光斑的缩放效应，才能够得到实际的光纤扫描投影组件10的光斑运动轨迹。
如图16所示，可选地，所述光纤扫描投影组件10包括光源11、光纤13、扫描驱动器15和角度放大器17。所述光纤13位于所述光源11的出射端，所述角度放大器17位于所述光纤13的出射端，所述扫描驱动器15与所述光纤13连接。所述光纤13在所述扫描驱动器15的带动下振动，对所述光源11输出的光束进行高速偏转，在所述光纤13出射端形成小尺寸扫描图像，所述小尺寸扫描图像经所述角度放大器17后被放大投影，以形成待显示的投影图像。显而易见，所述光纤扫描投影组件10还可以包括固定座19等更多元器件，或者所述光纤扫描投影组件10还可以为本领域技术人员已知的其它光纤13扫描成像装置，在此不作限定。所述光源11可以是激光光源，也可以是LED光源；可以是单色光源，也可以是多色光源。可选地，所述光源11为多色光源，包括红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元。该红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元可以是激光发光单元，也可以是LED发光单元。
本发明较佳实施例还提供一种电子设备，包括上述的光纤扫描投影装置1。该电子设备可以是手机、计算机、3D建模设备、VR眼镜、AR眼镜等，在此不作限制。上述的光纤扫描投影装置1可以嵌入所述电子设备中，作为该电子设备的一个模组。显而易见，该电子设备还可以包括wifi模块、蓝牙模块或存储器等，在此不作限制。
综上所述，本发明提供的光纤扫描投影装置1通过可控光转向组件30使所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器50上或投影在所需的成像位置处A，采用分时间段的方法对光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行检测和投影成像，使光纤扫描投影装置1在投影成像时光纤扫描投影组件10输出的扫描光束全部用于扫描成像，提高成像光的能量利用率。并且，该光纤扫描投影装置1可以包括处理器70，该处理器70可以根据位置敏感探测器50检测得到的扫描光束的运动轨迹得到反馈矫正参数，及根据所述反馈矫正参数控制所述光纤扫描投影组件10输出扫描光束，以防止输出的待显示的投影图像变形。此外，该光纤扫描投影装置1还可以通过设置透镜组件90，对所述光纤扫描投影组件10输出的扫描光束进行缩放并使之投影在所述位置敏感探测器50上，以充分利用位置敏感探测器50的光敏面，提高探测精度。
本发明提供的电子设备包括上述光纤扫描投影装置1，因而具有与所述光纤扫描投影装置1类似的有益效果，在此不作赘述。
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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤扫描投影装置，其特征在于，包括：光纤扫描投影组件、可控光转向组件和位置敏感探测器，所述可控光转向组件设置于所述光纤扫描投影组件和所述位置敏感探测器之间；
所述光纤扫描投影组件用于输出扫描光束；
所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向，使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上或投影在所需的成像位置处；
所述位置敏感探测器用于检测入射的扫描光束的运动轨迹；
所述位置敏感探测器位于所述光纤扫描投影组件的出射端，所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所需的成像位置处；
在所述可控光转向组件不对所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束转向时，所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上；
或所述位置敏感探测器位于所述可控光转向组件的出射端，所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上；
在所述可控光转向组件不对所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束转向时，所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所需的成像位置处；
或所述位置敏感探测器位于所述可控光转向组件的第一出射端，所需的成像位置处位于所述可控光转向组件的第二出射端，所述可控光转向组件用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行第一角度转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所述位置敏感探测器上；
所述可控光转向组件还用于将所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束进行第二角度转向使所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束投影在所需的成像位置处。
2.根据权利要求1所述的光纤扫描投影装置，其特征在于，所述光纤扫描投影装置还包括与所述光纤扫描投影组件和位置敏感探测器分别电连接的处理器，所述处理器用于接收所述位置敏感探测器检测得到的扫描光束的运动轨迹，及根据所述扫描光束的运动轨迹得到反馈矫正参数，并根据所述反馈矫正参数控制所述光纤扫描投影组件输出扫描光束。
3.根据权利要求1所述的光纤扫描投影装置，其特征在于，所述可控光转向组件包括转向机构和与所述转向机构转动连接的全反射元件，所述转向机构用于控制所述全反射元件转动。
4.根据权利要求3所述的光纤扫描投影装置，其特征在于，所述光纤扫描投影装置还包括透镜组件，所述透镜组件设置于所述位置敏感探测器靠近所述可控光转向组件的一侧，用于对所述光纤扫描投影组件输出的扫描光束的运动轨迹进行缩放并使之投影在所述位置敏感探测器上。
5.根据权利要求3所述的光纤扫描投影装置，其特征在于，所述光纤扫描投影组件包括光源、光纤、扫描驱动器和角度放大器；
所述光纤位于所述光源的出射端，所述角度放大器位于所述光纤的出射端，所述扫描驱动器与所述光纤连接；
所述光纤在所述扫描驱动器的带动下振动，对所述光源输出的光束进行高速偏转，在所述光纤出射端形成小尺寸扫描图像，所述小尺寸扫描图像经所述角度放大器后被放大投影，以形成待显示的投影图像。
6.根据权利要求5所述的光纤扫描投影装置，其特征在于，所述光源包括红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元。
7.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的光纤扫描投影装置。
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