CN110768568A - 压电驱动器、光纤扫描模组和投影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电驱动器、光纤扫描模组和投影装置，涉及光学成像领域。压电驱动器包括：基板、压电层和反馈压电层。压电层贴合于基板；反馈压电层贴合于所述基板或所述压电层上，且与所述压电层绝缘设置。反馈压电层同步与基板和压电层的发生形变，反馈压电层在压电效应下将其变形量转换为反馈电信号输出。通过该反馈电信号，可以计算出光纤扫描驱动器的位移量，以实现光纤扫描装置工作进行的同时对其进行实时反馈控制。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种压电驱动器、光纤扫描模组和投影装置。
背景技术
相比传统的投影显示设备，激光投影显示的一个突出优势就是体积更小，可以集成到各种手持设备中，如：嵌入手机、或者做成独立的厘米级别尺寸的微型投影仪，从而方便用户随身携带，随时随地进行投影显示。
光纤扫描是激光投影显示的一种实现方式，扫描驱动器(如：压电驱动器、电磁驱动器等)在电信号或电磁信号激励下弯曲振动，带动光纤振动，通过光纤将光斑投影在成像面上，以形成图像。
扫描光纤属于振动的机械元件，容易受到环境扰动的影响并导致其振动状态发生变化。高分辨率、稳定的图像显示需要精确的位移控制。但在实际工作中，由于外界的微小扰动、驱动系统的参数漂移等因素，均会导致实际光纤的振动状态受影响，最终反映在显示图像的清晰度、尺寸上，系统不具有鲁棒性，如果不做进一步矫正处理，将严重影响成像质量。
发明内容
本发明实施例提供一种压电驱动器，以实现光纤扫描驱动器在扫描器工作的同时对其进行反馈控制。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种压电驱动器，包括：
基板；
压电层，所述压电层贴合于所述基板；
反馈压电层，所述反馈压电层贴合于所述基板或所述压电层上，且与所述压电层绝缘设置。
优选的，所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述压电层包括贴合于所述第一表面的第一压电层和贴合于所述第二表面并与所述第一压电层相对设置的第二压电层，所述反馈压电层包括贴合于所述第一表面的第一反馈压电层，所述第一压电层与所述第一反馈压电层沿垂直于所述第一压电层伸缩方向的方向并排绝缘设置。
优选的，所述第一反馈压电层的宽度小于所述第一压电层的宽度。
优选的，所述压电层与所述反馈压电层之间，采用间隔设置的方式绝缘或采用中间填充绝缘介质的方式绝缘。
优选的，所述反馈压电层还包括贴合于所述第二表面并与所述第一反馈压电层相对设置的第二反馈压电层，所述第二压电层与所述第二反馈压电层并排绝缘设置。
优选的，压电驱动器为单晶片压电驱动器，所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述压电层包括贴合于所述第一表面的第一压电层；所述反馈压电层贴合于所述第一表面且与所述第一压电层并排绝缘设置，或所述反馈压电层贴合于所述第二表面且与第一压电层绝缘。
优选的，所述压电层和所述反馈压电层通过胶粘或焊接或烧铸或连接件接合等方式固定于所述基板表面。
优选的，所述压电层为堆叠型压电驱动层，述反馈压电层设置在所述堆叠型压电驱动层上，且与所述堆叠型压电驱动层绝缘设置。
优选的，所述反馈压电层与压电层为相同材质或不同材质。
优选的，所述反馈压电层为压电薄膜。
相应的，本发明还提出一种光纤扫描模组，包括扫描光纤和光纤驱动器，所述光纤驱动器包括上述任一种压电驱动器，所述扫描光纤固定于所述光纤驱动器上并沿所述光纤驱动器的延伸方向延伸形成悬臂；所述压电驱动器的压电层用于接收输入电压，所述压电驱动器的反馈压电层用于输出反馈电信号。
相应的，本发明还提出一种投影装置，包括一组或多组上述的光纤扫描模组。
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：
本发明实施例的压电驱动器，通过在基板或压电层上设置有与压电层绝缘的反馈压电层，当向压电层施加电压时，压电层产生形变，带动基板和反馈压电层发生形变，反馈压电层在压电效应下将其变形量转换为反馈电信号输出。通过该反馈电信号，可以计算出光纤扫描驱动器的位移量，以实现光纤扫描装置工作进行的同时对其进行实时反馈控制，以增强扫描到的图像显示的鲁棒性，提高光纤扫描装置对外界干扰的抵抗能力，另外，通过该反馈电信号还可以监控光纤扫描是否停摆等，进而采取相应处理措施。反馈电信号的具体使用情景本发明不赘述。
附图说明
图1为本发明实施例压电驱动器为单晶片压电驱动器的第一种结构示意图；
图2为本发明实施例压电驱动器为单晶片压电驱动器的第二种结构示意图；
图3为本发明实施例压电驱动器为双晶片压电驱动器的第一种结构示意图；
图4为本发明实施例压电驱动器为双晶片压电驱动器的第二种结构示意图；
图5为本发明实施例压电驱动器为双晶片压电驱动器的第三种结构示意图；
图6为图4实施例压电驱动器带光纤示意图；
图7为图4实施例压电驱动器的另一截面示意图；
图8为图7实施例压电驱动器中压电层与反馈压电层之间填充绝缘介质方式的结构示意图；
图9为本发明实施例光纤扫描模组结构示意图。
图标：100-光纤扫描驱动器；1-基板；21-第一压电层；22-第二压电层； 31/21-反馈压电层；4-光纤；51/52粘接层；61/62间隔；71/72-绝缘介质；100- 基座。
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。
本发明实施例提供了一种压电驱动器，包括：基板、压电层和反馈压电层，所述压电层贴合于所述基板；所述反馈压电层贴合于所述基板或所述压电层上，且与所述压电层绝缘设置。所述压电层用于在接收到驱动电压时，产生伸缩形变形成驱动力。所述基板作为支撑体，其在压电层产生伸缩形变时，其被带动产生形变，使压电驱动器整体发生摆动；所述反馈压电层作为传感器，不施加电压，其以绝缘的方式贴合于所述基板或所述压电层上，同样在压电层产生伸缩形变时被带动产生形变，反馈压电层在压电效应下将其变形量转换为反馈电信号输出，实现传感器功能。
本发明的压电驱动器特别适用于单晶片压电驱动器和双晶片压电驱动器，下面将结合附图详细介绍各实施例。
参见图1，为本发明实施例压电驱动器为单晶片压电驱动器的第一种结构示意图，其单晶片指图1中第一压电层21，基板1包括相对设置的第一表面和第二表面，第一压电层21贴合于基板1的第一表面，反馈压电层31贴合于所述第一表面且与所述第一压电层21并排绝缘设置。优选方式为：所述第一压电层21与所述馈压电层31沿垂直于所述第一压电层伸缩方向的方向并排绝缘设置。
参见图2，为本发明实施例压电驱动器为单晶片压电驱动器的第二种结构示意图，与图1实施例不同的是，本实施例中，第一压电层21贴合在基板第一表面，而反馈压电层31贴合于所述基板1的第二表面且与第一压电层21绝缘。
参见图3，为本发明实施例压电驱动器为双晶片压电驱动器的第一种结构示意图，所述基板1包括相对设置的第一表面和第二表面，所述压电层包括贴合于所述第一表面的第一压电层21和贴合于所述第二表面并与所述第一压电层相对设置的第二压电层22，所述反馈压电层包括贴合于所述第一表面的第一反馈压电层31，所述第一压电层21与所述第一反馈压电层31沿垂直于所述第一压电层伸缩方向的方向并排绝缘设置，本发明实施例中，压电层的伸缩方向可以理解为压电驱动器所驱动光纤的长度延展方向，如图6所示。
参见图4，为本发明实施例压电驱动器为双晶片压电驱动器的第二种结构示意图；本实施例在图3的基础上，增加了第二反馈压电层，如图4。所述反馈压电层还包括贴合于所述第二表面并与所述第一反馈压电层31相对设置的第二反馈压电层32，所述第二压电层22与所述第二反馈压电层32并排绝缘设置。第二反馈压电层32与第一反馈压电层31可以理解为对称镜像关系。
在本发明所有实施例中，包括图1～图4实施例，压电层可以为单片压电驱动层，也可以为堆叠型压电驱动层。当压电层为堆叠型压电层时，反馈压电层可以以绝缘的方式贴合于所述基板，也可以以绝缘的方式贴合在所述堆叠型压电驱动层上，如图5所示，图5中，第一压电层21为堆叠型压电驱动层，反馈压电层贴合在第一压电层21的其中一层压电层表面。
在本发明的所有实施例中，包括图1～图6实施例中，压电层与反馈压电层之间可采用间隔设置的方式绝缘，也可采用中间填充绝缘介质的方式绝缘。参见图7，为压电层与反馈压电层之间采用间隔方式形成绝缘的示意图，其中 61为第一压电层21与第一反馈压电层31之间形成的间隔，72为第二压电层 22与第二反馈压电层32之间形成的间隔。参见图8，为压电层与反馈压电层之间采用填充绝缘介质方式形成绝缘的示意图，其中71为第一压电层21与第一反馈压电层31之间填充的绝缘介质，72为第二压电层22与第二反馈压电层32之间填充的绝缘介质。
在本发明的所有实施例中，包括图1～图6实施例中，优选的，所述压电层和所述反馈压电层均通过胶粘或焊接或烧铸或连接件接合等方式固定于所述基板表面。(在图5实施例中，反馈压电层通过粘接层贴合与堆叠压电层形式的第一压电层表面)，图7和图8中，51、52指粘接层。
在本发明的所有实施例中，所述反馈压电层的宽度均可以小于压电层的宽度，例如反馈压电层可以为压电层宽度的三分之一以下，甚至小于五分之一或小于十分之一。这种比例设置，使得压电效能增加。
在本发明的所有实施例中，所述反馈压电层与压电层可以为相同材质，也可以为不同材质，比如压电层可以为压电陶瓷结构，而反馈压电层可以为压电薄膜，对此本发明不做限制。
本发明实施例中的基板，可以为金属，也可以为非金属，当基板为金属时，确保压电双晶与基板之间的接触区域绝缘。
本发明图1至6实施例中，优选方案为压电层的两端可以与反馈层两端相齐平，通过这样的设置，能够保证反馈压电层输出的反馈电信号的准确和同步。
本发明实施例还提出一种光纤扫描模组，参见图9，包括扫描光纤和本发明所提供的压电驱动器，压电驱动器一端固定于基座110上，另一端形成自由端，所述扫描光纤4固定于所述光纤驱动器上并沿所述光纤驱动器的延伸方向延伸形成悬臂；所述压电驱动器的压电层用于接收输入电压，所述压电驱动器的反馈压电层用于输出反馈电信号。光纤扫描模组工作时，向压电驱动器的压电层21/22施加驱动电压，在逆压电效应的作用下压电层产生形变，带动基板和反馈压电层发生形变，反馈压电层在压电效应下将其变形量转换为反馈电信号输出。通过该反馈电信号，可以计算出光纤扫描驱动器的位移量，以实现光纤扫描装置工作进行的同时对其进行实时反馈控制，以增强扫描到的图像显示的鲁棒性，提高光纤扫描装置对外界干扰的抵抗能力，另外，通过该反馈电信号还可以监控光纤扫描是否停摆等，进而采取相应处理措施。
相应的，本发明还提出一种投影装置，包括一组或多组本发明实施例所提供的光纤扫描模组。投影装置可以为激光电视、激光投影仪、激光扫描成像的 VR、AR设备等投影显示设备。
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。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。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：
本发明实施例的压电驱动器，通过在基板或压电层上设置有与压电层绝缘的反馈压电层，当向压电层施加电压时，压电层产生形变，带动基板和反馈压电层发生形变，反馈压电层在压电效应下将其变形量转换为反馈电信号输出。通过该反馈电信号，可以计算出光纤扫描驱动器的位移量，以实现光纤扫描装置工作进行的同时对其进行实时反馈控制，以增强扫描到的图像显示的鲁棒性，提高光纤扫描装置对外界干扰的抵抗能力，另外，通过该反馈电信号还可以监控光纤扫描是否停摆等，进而采取相应处理措施。反馈电信号的具体使用情景本发明不赘述。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，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 (12)
1.一种压电驱动器，其特征在于，包括：
基板；
压电层，所述压电层贴合于所述基板；
反馈压电层，所述反馈压电层贴合于所述基板或所述压电层上，且与所述压电层绝缘设置。
2.如权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述压电层包括贴合于所述第一表面的第一压电层和贴合于所述第二表面并与所述第一压电层相对设置的第二压电层，所述反馈压电层包括贴合于所述第一表面的第一反馈压电层，所述第一压电层与所述第一反馈压电层沿垂直于所述第一压电层伸缩方向的方向并排绝缘设置。
3.如权利要求2所述的压电驱动器，其特征在于，所述第一反馈压电层的宽度小于所述第一压电层的宽度。
4.如权利要求3所述的压电驱动器，其特征在于，所述反馈压电层还包括贴合于所述第二表面并与所述第一反馈压电层相对设置的第二反馈压电层，所述第二压电层与所述第二反馈压电层并排绝缘设置。
5.如权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，压电驱动器为单晶片压电驱动器，所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述压电层包括贴合于所述第一表面的第一压电层；所述反馈压电层贴合于所述第一表面且与所述第一压电层并排绝缘设置，或所述反馈压电层贴合于所述第二表面且与第一压电层绝缘。
6.如权利要求1至5任一项所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电层与所述反馈压电层之间，采用间隔设置的方式绝缘或采用中间填充绝缘介质的方式绝缘。
7.如权利要求2至5任一项所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电层和所述反馈压电层通过胶粘或焊接或烧铸或连接件接合等方式固定于所述基板表面。
8.如权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电层为堆叠型压电驱动层，述反馈压电层设置在所述堆叠型压电驱动层上，且与所述堆叠型压电驱动层绝缘设置。
9.如权利要求1～5和8任一项所述的压电驱动器，其特征在于，所述反馈压电层与压电层为相同材质或不同材质。
10.如权利要求9所述的压电驱动器，其特征在于，所述反馈压电层为压电薄膜。
11.一种光纤扫描模组，包括扫描光纤和光纤驱动器，其特征在于，所述光纤驱动器包括权利要求1～10任一项所述的压电驱动器，所述扫描光纤固定于所述光纤驱动器上并沿所述光纤驱动器的延伸方向延伸形成悬臂；所述压电驱动器的压电层用于接收输入电压，所述压电驱动器的反馈压电层用于输出反馈电信号。
12.一种投影装置，其特征在于，包括一组或多组如权利要求11所述的光纤扫描模组。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200207 |
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