CN111338077A - 一种光纤扫描器、光纤扫描系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤扫描器、光纤扫描系统及驱动方法，用于降低光纤扫描器中光纤断裂的风险。所述光纤扫描器包括致动器和固定在致动器上的光纤，所述光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂；所述致动器在驱动信号的作用下能同时产生第一方向和第二方向的振动，并带动所述光纤悬臂在所述第一方向和所述第二方向的合成方向上扫动；所述驱动信号中包含所述第一方向对应的第一预设驱动频率及所述第二方向对应的第二预设驱动频率，所述第一预设驱动频率大于等于所述第二预设驱动频率，所述光纤悬臂的N阶固有频率与所述第一预设驱动频率之间的差值处于第一阈值范围内，所述N为大于等于2的整数。

Description

一种光纤扫描器、光纤扫描系统及驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光纤扫描器、光纤扫描系统及驱动方法。

背景技术

光纤共振型压电扫描器是一种利用光纤悬臂的正交方向上的共振特性来实现静态或动态图像扫描功能的新型扫描器，相比于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System；微机电系统)扫描器，光纤共振型压电扫描器的体积更小，成本更低，而且制造工艺简便，更易集成。

如图1所示，光纤扫描器包括致动器120和扫描光纤110，其中致动器120一般包括压电材料，扫描光纤110固定在该致动器120上，扫描光纤110的一端超出致动器形成光纤悬臂。在光纤扫描显示过程中，通过对压电材料施加驱动电信号，致动器120利用压电材料的逆压电效应(电能转机械能)带动光纤悬臂进行振动。为了实现较大摆幅的光纤振动，一般都采用固有频率与驱动频率相近的光纤悬臂进行共振扫描。

现有技术中，在光纤扫描过程中，主要采用一阶固有频率与驱动频率相近的扫描光纤进行扫描，来使驱动致动器与扫描光纤共振，如此虽然能使光纤获得较大摆幅，但也使得光纤悬臂断裂的风险较大，导致光纤扫描系统的安全性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤扫描器、光纤扫描系统及驱动方法，用于降低光纤扫描器中光纤断裂的风险。

为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种光纤扫描器，所述光纤扫描器包括致动器和固定在致动器上的光纤，所述光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂；所述致动器在驱动信号的作用下能同时产生第一方向和第二方向的振动，并带动所述光纤悬臂在所述第一方向和所述第二方向的合成方向上扫动；所述驱动信号中包含所述第一方向对应的第一预设驱动频率及所述第二方向对应的第二预设驱动频率，所述第一预设驱动频率大于等于所述第二预设驱动频率，所述光纤悬臂的N阶固有频率与所述第一预设驱动频率之间的差值处于第一阈值范围内，所述N为大于等于2的整数。

可选的，所述N为2。

可选的，所述光纤悬臂的长度和/或横截面积被配置为使所述光纤悬臂的N阶固有频率与所述第一预设驱动频率的差值处于所述第一阈值范围内。

可选的，所述第一预设驱动频率与所述致动器的固有频率之间的差值处于第二阈值范围内。

可选的，所述致动器在驱动信号的作用下以螺旋扫描方式、栅格扫描方式或李萨如扫描方式进行扫描。

可选的，所述致动器包括第一致动部及与所述第一致动部连接的第二致动部，所述光纤固定在所述第一致动部上，其中，所述第一致动部以所述第一方向振动，所述第二致动部能够驱动所述第一致动部以所述第二方向振动，所述第一致动部的固有频率与所述第一预设驱动频率的差值处于所述第二阈值范围内。

可选的，所述光纤悬臂的光输出端为锥形光纤。

第二方面，本发明实施例提供一种光纤扫描器的驱动方法，应用于如第一方面所述的光学扫描器，所述方法包括：

按照所述驱动信号驱动所述光纤扫描器，所述驱动信息中包括所述第一预设驱动频率及所述第二预设驱动频率。

可选的，所述第一预设驱动频率与所述致动器的固有频率之间的差值处于第二阈值范围内，所述N为2。

第三方面，本发明实施例提供一种光纤扫描系统，包括光源和如第一方面所述的光纤扫描器，所述光源输出的光耦入所述光纤扫描器的光纤，所述光纤扫描器接收所述光源的光，并按照所述驱动信号中的驱动频率进行扫描。

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：

本发明实施例中，光纤扫描器中配置的光纤悬臂的N阶固有频率与驱动致动器在第一方向上振动的预设驱动频率相近，且N大于等于2，从而实现利用光纤的高阶振动提升光纤悬臂的尺寸参数，如长度和/或横截面积，能有效降低光纤工作时断裂的几率，提高光纤扫描系统的安全性。同时，采用高阶振动可提高光纤扫描系统的显示分辨率和画面刷新帧率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例中近眼显示装置的结构示意图；

图2A-图2B为本发明实施例中光纤扫描器的结构示意图；

图3为本发明实施例中光纤悬臂在驱动频率下的振幅波形图；

图4A-图4C为本发明实施例中光纤悬臂在不同阶固有频率下的振型；

图5为本发明实施例中优选的光纤悬臂的结构示意图。

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。

本发明实施例中提供一种光纤扫描器，如图2A和2B所示，该光纤扫描器包括致动器10和固定在致动器上的光纤，光纤的一端超出致动器形成光纤悬臂20；致动器10在驱动信号的作用下能同时沿第一方向和第二方向振动，并带动光纤悬臂20在第一方向和第二方向的合成方向上扫动，第一方向对应的驱动频率大于或等于第二方向的驱动频率；其中，驱动信号可以携带有预设的第一驱动电压和第一驱动频率，以及第二驱动电压和第二驱动频率；第一驱动电压和第一驱动频率，用于驱动致动器10产生所述第一方向的振动；第二驱动电压和第二驱动频率，用于驱动致动器10产生所述第二方向的振动，且第一方向对应的预设的驱动频率大于或等于第二方向对应的预设的驱动频率。

本发明实施例中通过将光纤扫描器中光纤悬臂20的N阶固有频率配置为与第一方向的驱动频率相近，有效降低光纤工作时断裂的几率，同时使光纤悬臂20在驱动频率下达到共振，提高光纤扫描器的稳定性。本文后续所说的第一方向的驱动频率均指按照需求预先设置的，用于驱动扫描器在第一方向上振动的频率，也可称为第一预设驱动频率；同理，第二方向的驱动频率也可称为第二预设驱动频率。

为了使本领域的技术人员更加理解本发明实施例提供的技术方案，下面对本发明实施例提供的光纤扫描器的结构进行详细举例说明。

首先，介绍本发明实施例中光纤扫描器的致动器10，致动器10可以是压电致动器、静电致动器、电磁致动器或MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)致动器等，本文中主要以致动器为压电致动器为例进行说明。

致动器10在驱动信号下可以在多个方向上振动，从而带动光纤悬臂20进行二维扫描。需要说明的是，本文中所说的在某个方向上振动，可以是指在该方向上来回扫动。在实际应用中，致动器10的外表面设置有外电极，致动器10的内部设置有内电极孔，内电极孔内设置有与外电极相配合的内电极，通过对内电极和外电极的通电，即可使致动器10沿相应方向振动，并带动固定在致动器10上的光纤一同振动，从而使光纤超出致动器10的光纤悬臂20进行扫动，例如以螺旋扫描方式、栅格扫描方式或李萨如扫描方式等进行二维扫描。

本发明实施例中，根据光纤扫描器的不同扫描类型，致动器10的结构包括但不仅限于以下两种：

作为一种可能的实施方式，如图2A所示，为本发明实施例中一种光纤扫描器的结构示意图。图2A中，光纤扫描器的扫描方式可以是栅格扫描方式，致动器10包括第一致动部101和第二致动部102，第一致动部101和第二致动部102可以通过胶粘、镶嵌固结以及增加固定结构等方式连接在一起，或者致动器10也可以是一体成型的；一体成型的致动器10的形状可以是片状或柱状，或是两者形态的结合，其中柱状包括圆柱状和方柱状等，如圆棒(管)、方棒(管)。在驱动过程中，致动器10可以根据光纤扫描器或扫描系统中的驱动电路发出的驱动信号中的驱动频率，驱动第一致动部101在第一方向上振动，同时驱动第二致动部102带动第一驱动部101在第二方向上振动，从而可带动固定在致动器10上的光纤悬臂20在第一方向和第二方向的合成方向上振动，如进行栅格扫描，从而出射带有调制信息的激光显现图像。其中，第一致动部101的固有频率远大于第二致动部102的固有频率，第一致动部101的一阶固有频率与第一方向对应的驱动频率相近，从而达到较好的共振效果，第一方向和第二方向可以是相互垂直的方向，例如第一方向为X轴方向，第二方向为Y轴方向。

作为另一种可能的实施方式，如图2B所示，为本发明实施例中的另一种光纤扫描器的结构示意图。图2B中，光纤扫描器的扫描方式可以是螺旋扫描方式或李萨如扫描方式，此时的致动器10可以是柱状或片状，或也可以几种形态的结合，本发明实施例对此不作具体限制。致动器10的内部可设置有内电极孔，内电极孔设置有内电极，致动器10的外表面上可以设置有与内电极对应的外电极，形成至少两组内外电极，该至少两组电极可分别对应不同的方向，例如第一组电极对应于第一方向振动，第二组电极对应于第二方向振动，第一方向和第二方向可以是相互垂直的方向，例如分别对应于X轴和Y轴方向；其中，第一方向对应的驱动频率与第二方向对应的驱动频率通常是较为接近的，例如第一方向对应的驱动频率可与第二方向对应的驱动频率一致；或者，第一方向对应的驱动频率也可以大于或小于第二方向对应的驱动频率，设计人员可以根据实际需求进行配置，本发明实施例对此不作具体限制；进而，通过给致动器10通电，例如根据需要的振动方向上的振幅给每组电极及对应的内电极通电，即可使致动器10在两个方向的合力方向上进行相应的二维扫动。

接下来，介绍本发明实施例中光纤扫描器的光纤。

光纤固定设置在致动器10上，例如固定在致动器10的内孔或表面上，如通过粘贴或其它固定方式。光纤在被耦入光源后，可在致动器10通电振动时，在致动器10的带动下一并振动，从而进行二维扫描。

通常来说，物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率仅与系统的固有特性有关(如质量、形状、材质等)，称为固有频率，当外力的频率(如激励频率)与物体的固有频率相同时，物体的振动会达到最大。

对于一个振动体来讲，可能存在多个阶的固有频率使其达到共振。同理，在光纤扫描器中，光纤悬臂20也具有多个阶的固有频率。光纤扫描器在扫描过程中，施加在致动器10上的驱动信号包含相应的驱动频率驱动致动器10在多个方向(例如X轴方向和Y轴方向)上摆动，从而带动光纤的光纤悬臂20在这多个方向的合力方向上扫动。在驱动致动器10并带动光纤悬臂20振动的过程中，当驱动频率与光纤悬臂20的某一阶的固有频率相近时，能使光纤悬臂20达到共振。

图3为光纤悬臂20在驱动频率下对应的振幅波形图，其中f₁代表光纤悬臂20的一阶固有频率，f₂代表光纤悬臂20的二阶固有频率，f₃代表光纤悬臂20的三阶固有频率。由图3可知，当致动器10的驱动频率与光纤悬臂20的不同阶的固有频率接近时，致动器10与光纤悬臂20共振，光纤悬臂20的摆幅达到最大，并在与固有频率相同时出现波峰振幅。图3中虚线代表期望振幅，该期望振幅可以是设计人员根据需求的显示规格设置的，本发明实施例对此不作具体限制。

本发明实施例中，光纤扫描器上配置的光纤悬臂20的N阶固有频率与施加在致动器10上的驱动信号中对应于第一方向的驱动频率接近甚至相同，N为大于等于2的整数。其中，第一方向的驱动频率可以是指根据需求预先设定的，施加在致动器10上用于控制致动器10在第一方向(如X轴方向)上振动的频率，第一方向的驱动频率所处的频率范围可以是(0，100KHz]。优选的，第一方向的驱动频率的频率范围可以是[20KHz，100KHZ]或[20KHz，80KHz]，例如第一方向的驱动频率可以取20KHZ、30KHz、40KHz、50KHz、60KHz、70KHz、80KHz等。在光纤扫描器中，第一方向的驱动频率可以大于等于第二方向的驱动频率，例如，当光纤扫描器的扫描方式为栅格扫描方式时，致动器10对应的第一方向可以是X轴方向，第二方向可以是Y轴，且X轴方向对应的驱动频率大于等于Y轴方向的驱动频率。

在一种可能的实施方式中，第一方向的驱动频率的取值范围可依据需要的显示规格来确定的，如纵向分辨率和帧率。例如，若需要扫描a*b分辨率的c帧图像，光纤扫描器在第一方向(例如X轴方向)上一个扫描周期扫描a个像素点，故扫描完一帧图像需要b个周期，若一秒内扫描b*c个周期，则第一方向的驱动频率需要大于等于b*c。同时，光纤的振幅大小与显示规格中的横向分辨率和光斑大小相关，例如，在分辨率为a*b的一帧图像中，一个像素对应一个光斑，若光斑大小为s，则在一个扫描周期内，光纤的摆幅大于等于a*s，本文中可将其称为期望振幅。

在实际应用中，由于装配误差或其他外界影响，压电致动器10和光纤悬臂20的固有频率与驱动频率可能会存在一些偏差，可认为本文中第一方向的驱动频率与光纤悬臂20的N阶固有频率之间的差值处于一个较小的频率差允许范围内，例如[-0.5KHz，0.5KHz]或其它范围，本文中可称为第一阈值范围，第一阈值范围的设置可以根据实际情况进行设置，只要频率差处于该频率差范围内，并在以需要的驱动频率驱动致动器10时，光纤悬臂20的摆幅满足要求即可。

在另一种可能的实施方式中，第一方向的驱动频率也可以是根据致动器10的固有频率设置的，以使致动器10在该驱动频率下达到共振，并带动光纤一同共振，达到最大的摆幅，使光纤扫描器具有较好的稳定性。第一方向的驱动频率与致动器10的固有频率可以相近甚至相同。此处致动器10的固有频率可以是低阶或高阶固有频率，优选的，可采用致动器10的二阶或以上固有频率驱动。当然，在进行低显示规格的扫描时，也可利用致动器10的低阶振动，如一阶固有频率。设计人员可以依据实际情况配置致动器10的固有频率，本发明实施例对此不作具体限制。其中，第一方向的驱动频率与致动器10的固有频率之间的差值也可处于一个较小的频率差允许范围内，例如第二阈值范围，第二阈值范围与第一阈值范围可以相同或不同，本发明实施例对此不作具体限制。

同时，本发明实施例中光纤悬臂20的N阶固有频率也可对应有相应的频率范围，第N阶的固有频率的频率范围可结合光纤悬臂20在驱动频率下的振幅波形图来确定。请参见图3，根据光纤悬臂20在f₂所对应的振幅，在光纤悬臂20振幅到达期望振幅(虚线部分)时分别对应的固有频率f₂₁和f₂₂，该期望振幅小于等于波峰振幅(即驱动频率＝固有频率＝f₂)，则f₂₁和f₂₂所形成的频率范围[f₂₁，f₂₂]即可作为光纤悬臂20的二阶固有频率的取值范围。

实际应用中，在给光纤驱动器设置驱动频率时，设计人员可通过驱动电路的设计控制驱动频率，或通过写入驱动电路中控制器的软件代码控制驱动频率，等等，本发明实施例对光纤扫描器中的驱动频率的设置方式不作具体限制。

在光纤扫描器扫描过程中，光纤悬臂20是受迫振动，其驱动频率越接近自身的固有频率，光纤悬臂20振动越剧烈，振幅越大。在现有的光纤扫描过程中，通常采用一阶固有频率与驱动频率相近的光纤进行扫描，以使驱动致动器10与扫描光纤共振，光纤获得较大摆幅。

但申请人发现，光纤悬臂20在一阶固有频率下振动时，光纤悬臂20的根部(即光纤悬臂20与致动器10接触的位置)处的弯折角度较大，导致光纤悬臂20在扫描过程中极易断裂。为了减少光纤悬臂20在扫描过程中的断裂，可在光纤悬臂20的根部(即光纤悬臂20与致动器10接触的位置)增加相应的缓冲部来减小光纤悬臂20在应力下的弯折度，或者改变光纤的材质来增强光纤悬臂20的韧性，等等。

在本发明实施例中，申请人提出的技术方案通过采用与光纤悬臂20的N阶固有频率接近甚至相同的第一方向的驱动频率来驱动致动器10，实现光纤悬臂20的高阶振动(N阶振动即在N阶固有频率下的振动)，同时高阶固有频率可提升光纤悬臂20的尺寸参数，从而在同等摆幅下，相对于一阶振动可减小光纤悬臂20的根部的弯折角度，进而减小光纤悬臂20根部与致动器10边缘接触时的应力，有效降低扫描过程中光纤悬臂20断裂的几率。优选的，光纤悬臂20的N阶固有频率为二阶固有频率。

具体来说，在同一阶中，为了提升显示分辨率和显示画面帧率等，常会采用高频率来驱动光纤扫描器，同时为了使光纤悬臂20在更高频率下与压电致动器10达到共振，就需要缩短光纤悬臂20的长度。但在同等摆幅下，悬臂梁越短，光纤悬臂20根部的弯折角度就越大，增加了光纤断裂的风险。例如，在采用一阶固有频率驱动时，为了提高显示分辨率会增大驱动频率，进一步为了使光纤悬臂20的固有频率与驱动频率相同以达到共振，就需要提升一阶固有频率，但频率的提升意味着光纤悬臂20的长度的缩短。而使用高阶(如二阶及以上)固有频率匹配驱动频率时，较低阶(如一阶)振动增加了光纤悬臂20长度，使得同等摆幅下，光纤悬臂20的根部的弯折度较小，极大程度的降低了光纤断裂的风险。同时，本发明实施例中采用高频驱动光纤扫描器，提升了光纤扫描器的显示分辨率和显示画面帧率等，提升显示效果。

进一步，高阶固有频率振动还能提升扫描器件在高频振动下的稳定性。在光纤扫描过程中，保证光纤扫描器的稳定性较为重要。目前为了提升光纤在振动时的稳定性，需要降低光纤固定的要求，如缩小光纤直径来降低光纤摆动时的惯性。但是缩小光纤直径会降低弹性模量和刚度，从而导致光纤悬臂20的固有频率的降低，在同等驱动频率下需要缩短光纤悬臂20来使其达到共振以提高稳定性。而光纤悬臂20越短，就需要其弯折更大的角度来实现同等的摆幅，光纤悬臂20的根部愈加容易断裂，在这些综合因素的制约下，很难取舍一个平衡的参数，故导致系统的稳定性也难以提高。而本发明实施例中，使用光纤的高阶固有频率去匹配驱动频率，可减小缩小光纤直径带来的负面(如低频率)影响，从而有效避免以上矛盾，达到共振提高稳定性。

在实际应用中，驱动频率一致的情况下，固有频率阶数的增大，对应的悬臂长度也增加。在铁摩辛柯梁理论

中记载了振动体的固有频率的计算方式，其中f_n表示振动体的第n阶固有频率，n为正整数，E表示弹性模量，I表示惯性矩，ρ表示密度，A表示横截面面积，l表示光纤悬臂的长度，n表示阶数且n为正整数。由该理论可知，在同一阶中，频率越高所需光纤悬臂越短。例如，在采用光纤悬臂20的一阶固有频率振动(即n＝1)时，频率的提升意味着光纤悬臂20长度的缩短，悬臂梁越短，在同等摆幅下，光纤弯折角度越大，光纤断裂的风险增加。而利用光纤悬臂20的高阶振动，能提升光纤悬臂20的长度，减小光纤悬臂20的根部的弯折角度，极大程度的降低光纤断裂的风险。因此，对于同一光纤来说，在其它条件一定的情况下，利用高阶振动的光纤悬臂20的尺寸参数相比工作在一阶固有频率时的尺寸参数(长度和/横截面积)有所提升，从而可削弱光纤悬臂20在高频驱动时可能导致光纤断裂的因素，如长度过短、弯折角度过大等。

图4A-图4C分别为光纤悬臂20在一阶～三阶固有频率时的振型图。振型即振动体按照某一阶频率振动时，各质点的位移比例关系。图中字母d代表光纤悬臂20的振幅，字母a代表光纤悬臂20的根部的弯折角度。由此可见，在同样摆幅d下，a1＞a2＞a3，高阶振动的光纤悬臂20在根部的弯折角度更小，可以减小光纤悬臂20根部与致动器10边缘接触时的应力，从而降低断裂风险。

在光纤扫描器扫描过程中，光纤悬臂20是受迫振动，其驱动频率越接近自身的固有频率，光纤悬臂20振动越剧烈，振幅越大。所以振幅与驱动频率和固有频率的接近程度相关，而物体的固有频率与物体的自身特性相关，因此，本发明实施例中在配置光纤悬臂20，并使光纤悬臂20的N阶固有频率为与第一方向的驱动频率相近时，设计人员可以通过设计光纤材料的尺寸参数，例如配置光纤悬臂20的长度和/或截面面积来实现。

在利用光纤的高阶振动时，例如选用二阶固有频率或三阶固有频率或其它高阶固有频率，可以根据实际情况配置光纤扫描器中的光纤。例如，若要减小光斑可减小光纤端面(横截面积)，细的光纤悬臂20刚性小，固有频率低；或者，若要实现高频振动，需要光纤悬臂较短，等等。

本发明实施例中，光纤的光纤悬臂20的光输出端可以为锥形光纤，以增大摆幅及缩小光斑。如图5所示，图5为本发明实施例中优选的光纤的结构示意图，图中，光纤悬臂20的光输出端可以通过端面处理的方式形成锥形区2024和透镜2023，其中，L为锥形区2024的长度，透镜2023可以是楔形透镜、双曲率形透镜、球面形透镜或自聚焦透镜等，透镜2023的作用为对光纤悬臂20的输出光线进行聚焦，以减小光纤悬臂20的出光光斑直径，锥形区2024的作用为减小等效光纤悬臂20的长度，从而增大光纤悬臂20能够达到的扫描频率和扫描幅度。

其中，端面处理方式可以为熔融拉锥技术、冷加工研磨或者化学腐蚀等，因此，锥形区2024和透镜2023可以是一体成型的。本发明实施例中，通过对光纤悬臂20的光输出端进行端面处理，形成锥形区2024和透镜2023，不会增大光纤悬臂20的负载，反而可以减小等效光纤悬臂20的长度，从而增大光纤悬臂20能够达到的扫描频率和扫描幅度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种光纤扫描器的驱动方法，该驱动方法可以应用用于上述光纤扫描器或包含该光纤扫描器的设备或系统中，该光纤扫描器包括致动器10和固定在致动器10上的光纤，光纤的一端超出致动器10形成光纤悬臂20，致动器10在驱动信号的作用下能同时产生第一方向和第二方向的振动，并带动光纤悬臂20在第一方向和第二方向的合成方向上扫动，第一方向对应的驱动频率大于等于第二方向的驱动频率。在进行该驱动方法时，可以是按照前述驱动信号来驱动光纤扫描器，该驱动信息中包括预设的第一方向的驱动频率及第二方向的驱动频率。

本发明实施例中，光纤扫描器中光纤悬臂20的N阶固有频率被配置为与作用于致动器10的第一方向的驱动频率相近甚至相等，优选的，N为2。光纤扫描器的具体结构可以参见前述图2A至图5及相应的描述内容，此处不再赘述。

在实际应用中，驱动信号中可以包括预设的、用于驱动致动器10的驱动频率，通常来说，致动器10包括至少两个不同的驱动方向，最终致动器10在两个方向的合力方向上进行摆动，例如以螺旋扫描方式、栅格扫描方式或李萨如扫描方式等进行二维扫动，每个致动方向可以对应于一个预设的驱动频率。本发明实施例中，致动器10中第一方向与第二方向可以是相互垂直的方向，第一方向的驱动频率可以大于等于第二方向的驱动频率。

在按照驱动信号驱动光纤扫描器之前，可根据驱动信号中预设的第一方向的驱动频率预先配置N阶固有频率与该驱动频率接近的光纤悬臂20，例如，可预先设计有多个对应于不同驱动频率的光纤悬臂20，每个光纤悬臂20的N阶固有频率被配置为与相应的驱动频率接近，因此，在驱动光纤扫描器时，根据预设的第一方向的驱动频率即可选用N阶固有频率相近的光纤悬臂20配置(如连接)到致动器10上即可，光纤悬臂20配置的灵活性较大。

在为光纤扫描器配置好N阶固有频率与第一方向的驱动频率相应的光纤悬臂20后，即可按照驱动信号中的驱动频率即可驱动致动器10，使致动器10带动配置的光纤悬臂20在第一方向和第二方向的合力方向上进行扫动，从而出射扫描光线显示图像。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种光纤扫描系统，该系统包括光源和前述的光纤扫描器，该光源可以是独立存在也可以是设置在光纤扫描器内，本发明实施例对此不作具体限制。其中，光源输出的光耦入光纤扫描器的光纤，进而光纤扫描器按照驱动信号中的驱动频率进行扫描。

在实际应用中，光纤扫描器可包括至少一个致动器10(比如压电制动器)，这里的光纤扫描器包括至少一根扫描光纤，每个致动器10驱动一根或多根扫描光纤，所述一根或多根扫描光纤的光纤悬臂20的N阶固有频率可以均与该致动器10中第一方向的驱动频率相近，以与所述致动器10一并进行高阶振动，N为大于等于2的整数，优选的，N为2。

其中，一根扫描光纤可对应一路光源，这里的光源可以是激光光源或发光二极管LED等其他光源；一路光源可以至少一组子光源，每组子光源可以至少包括R、G、B三种发光单元，其中一种发光单元可以包括多个发光器，比如R发光单元可以是通过R’和R”两个发光器混光形成的，每一种发光单元包括多种发光器时，可提升光能量。当光纤扫描器包含两根以上光纤时，每根扫描光纤对应的输入光源波长配置可相同或不同，可依据实际需求进行设置，本发明实施例对此不作具体限制。

前述图2A至图5对应的实施例同样适用于本实施例的光纤扫描系统，通过前述对光纤扫描器及其驱动方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中近眼显示设备的实施方式，为了说明书的简洁，在此不再赘述。

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：

本发明实施例中，光纤扫描器中配置的光纤悬臂的N阶固有频率与驱动致动器在第一方向上振动的驱动频率相近，且N大于等于2，使光纤悬臂在高频振动下与致动器达到更好的共振效果，提高光纤扫描器的稳定性，同时，高频振动有助于增大光纤的悬臂长度的提升空间，有效降低光纤工作时断裂的几率。

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 (10)

1.一种光纤扫描器，其特征在于，所述光纤扫描器包括致动器和固定在致动器上的光纤，所述光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂；所述致动器在驱动信号的作用下能同时产生第一方向和第二方向的振动，并带动所述光纤悬臂在所述第一方向和所述第二方向的合成方向上扫动；所述驱动信号中包含所述第一方向对应的第一预设驱动频率及所述第二方向对应的第二预设驱动频率，所述第一预设驱动频率大于等于所述第二预设驱动频率，所述光纤悬臂的N阶固有频率与所述第一预设驱动频率之间的差值处于第一阈值范围内，所述N为大于等于2的整数。

2.如权利要求1所述的光纤扫描器，其特征在于，所述N为2。

3.如权利要求1或2所述的光纤扫描器，其特征在于，所述光纤悬臂的长度和/或横截面积被配置为使所述光纤悬臂的N阶固有频率与所述第一预设驱动频率的差值处于所述第一阈值范围内。

4.如权利要求3所述的光纤扫描器，其特征在于，所述第一预设驱动频率与所述致动器的固有频率之间的差值处于第二阈值范围内。

5.如权利要求4所述的光纤扫描器，其特征在于，所述致动器在驱动信号的作用下以螺旋扫描方式、栅格扫描方式或李萨如扫描方式进行扫描。

6.如权利要求5所述的光纤扫描器，其特征在于，所述致动器包括第一致动部及与所述第一致动部连接的第二致动部，所述光纤固定在所述第一致动部上，其中，所述第一致动部以所述第一方向振动，所述第二致动部能够驱动所述第一致动部以所述第二方向振动，所述第一致动部的固有频率与所述第一预设驱动频率的差值处于所述第二阈值范围内。

7.如权利要求6所述的光纤扫描器，其特征在于，所述光纤悬臂的光输出端为锥形光纤。

8.一种光纤扫描器的驱动方法，应用于如权利要求1-7任一权项所述的光纤扫描器，其特征在于，所述方法包括：

按照所述驱动信号驱动所述光纤扫描器，所述驱动信息中包括所述第一预设驱动频率及所述第二预设驱动频率。

9.如权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，所述第一预设驱动频率与所述致动器的固有频率之间的差值处于第二阈值范围内，所述N为2。

10.一种光纤扫描系统，其特征在于，包括光源和如权利要求1-7任一权项所述的光纤扫描器，所述光源输出的光耦入所述光纤扫描器的光纤，所述光纤扫描器接收所述光源的光，并按照所述驱动信号中的驱动频率进行驱动。

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