CN111381362A - 一种光纤扫描器及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤扫描器及设备，用于解决现有光纤扫描系统中光纤固定方式对系统性能影响较大的技术问题。该光纤扫描器包括致动器和光纤，所述光纤通过光纤固定段固定在所述致动器上，光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂，所述致动器靠近光纤悬臂的一端设置有用于固定所述光纤的连接部，所述光纤固定段通过所述连接部固定在所述致动器上，所述光纤固定段的至少一部分与所述致动器之间存在空隙。

Description

一种光纤扫描器及设备

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及设备。

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。

目前，光纤扫描器的结构中包括扫描光纤110和压电致动器120，扫描光纤110固定粘贴在致动器120上，压电致动器120通电后带动光纤进行扫动，其中，扫描光纤110主要通过两种方式固定在压电致动器120上：第一种，扫描光纤110穿设压电致动器120的内孔，并与压电致动器120粘贴，如图1A和图1B所示，图1B为图1A中光纤扫描器的截面图；第二种：扫描光纤110粘贴于压电致动器120的表面，如图1C和1D所示，图1D为图1C中光纤扫描器的截面图。

因此，现有的固定方式中，扫描光纤110都完全贴附于压电致动器120上，由于其接触面通常采用粘结剂(环氧树脂等材料)进行粘贴固定，但粘接剂固化后强度很高，光纤通过粘结剂附着于压电致动器上面后，会提升压电致动器120的刚度，降低压电致动器的弯曲幅度，从而对光纤扫描器的摆动性能有所影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤扫描器及设备，用于解决现有光纤扫描系统中光纤固定方式对系统性能影响较大的技术问题。

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，包括致动器和光纤，所述光纤通过光纤固定段固定在所述致动器上，光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂，所述致动器靠近光纤悬臂的一端设置有用于固定所述光纤的连接部，所述光纤固定段通过所述连接部固定在所述致动器上，所述光纤固定段的至少一部分与所述致动器之间存在空隙。

可选的，所述连接部为所述致动器表面凸设的第一安装部，所述第一安装部上设置有用于粘接固定所述光纤的粘接层。

可选的，所述致动器远离所述光纤悬臂的一端沿光纤的延伸方向凸设有至少一个第二安装部，每个第二安装部上设置有所述粘接层，且所述至少一个第二安装部与所述第一安装部位于同一直线上，所述光纤固定段在所述第一安装部和所述第二安装部之间相对于所述致动器悬空。

可选的，所述致动器的内部沿所述光纤延伸设置有内腔，所述连接部为设置在所述致动器内部，且与所述内腔靠近悬臂的一侧连通的第一安装孔，所述第一安装孔的内壁设置有用于粘接固定所述光纤固定段的粘接层；其中，所述光纤固定段贯穿于所述内腔及所述第一安装孔。

可选的，所述内腔的截面面积大于所述安装孔的截面面积，所述光纤固定段在所述内腔中悬空。

可选的，所述致动器中内腔远离所述光纤悬臂的一侧开口。

可选的，所述致动器中远离所述光纤悬臂的一端设置有与所述内腔连通的第二安装孔，所述第二安装孔与所述第一安装孔相对，所述第二安装孔的内壁设置有所述粘接层。

可选的，所述光纤固定段与所述光纤悬臂为一根光纤的不同光纤段；或，所述光纤悬臂与所述光纤固定段为两根独立光纤，且所述光纤悬臂可拆卸的固定在所述连接部上，所述光纤固定段与所述光纤悬臂在所述连接部处耦合连接。

可选的，所述光纤扫描器包括沿所述延伸方向设置的第一致动部和第二致动部，所述第一致动部和所述第二致动部固定连接或一体成型，所述连接部设置于所述第一致动部，所述第一致动部的固有频率大于等于所述第二致动部的固有频率。

第二方面，本发明实施例提供一种光纤扫描设备，包括如第一方面所述的光纤扫描器。

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：

本发明实施例中，光纤扫描器包括致动器和光纤，光纤通过光纤固定段固定在致动器上，光纤的一端超出致动器形成光纤悬臂，致动器靠近光纤悬臂的一端设置有用于固定光纤的连接部，光纤固定段通过连接部可固定在致动器上，且光纤固定段的至少一部分与致动器之间存在空隙，能有效减小光纤与致动器之间的粘接面积，降低光纤扫描过程中对系统的摆动性能的影响，提高系统的可靠性。

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1A-图1D为现有技术中光纤扫描器的结构示意图；

图2A-图2B为本发明实施例中光纤扫描器的示意图；

图3A-图3D为本发明实施例中光纤扫描器的一种结构的示意图一；

图4A-图4C为本发明实施例中光纤扫描器的一种结构的示意图二；

图5A-图5C为本发明实施例中光纤扫描器的另一种结构的示意图一；

图6A-图6B为本发明实施例中光纤扫描器器的另一种结构的示意图二。

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。

本发明实施例的光纤扫描器，包括致动器和光纤，光纤通过光纤固定段固定在致动器上，光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂，光纤固定段可是光纤中与致动器相应的部分，致动器靠近光纤悬臂的一端设置有用于固定光纤的连接部，光纤固定段通过连接部固定在致动器上，光纤固定段的至少一部分与致动器之间存在空隙，有效减小了光纤与致动器之间的粘接面积，降低光纤扫描过程中对系统的摆动性能的影响。

下面以图2A和图2B为列，介绍本发明实施例光纤扫描器的基本结构。参见图2A，图2A实施例中的光纤扫描器，光纤固定段201穿设于致动器10内部并固定在致动器10中，同时光纤20超出致动器10的一端形成光纤悬臂202；在致动器10靠近光纤悬臂202的一端设置有连接部30，光纤20通过光纤固定段201与致动器10进行固定，且光纤固定段201的至少一部分与致动器10之间存在空隙，空隙位置的光纤部分无需粘贴固定。参见图2B，图2B实施例中的光纤扫描器，光纤20通过光纤固定段201固定在致动器10的外表面，光纤20的一端超出致动器10形成光纤悬臂202；同样，在致动器10靠近光纤悬臂202的一端设置有用于固定光纤固定段201的连接部30，且光纤固定段201与致动器10之间存在空隙，该空隙可以由致动器10上的凹槽或悬空结构形成的。

本发明实施例中，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)等。通过在致动器10靠近光纤悬臂202的一端设置连接部30来固定光纤固定段201，可有效减小光纤20与致动器10之间的粘接面积，同时，光纤固定段201与致动器10之间存在空隙，避免光纤20在振动过程中与致动器10摩擦碰撞影响光纤20驱动频率造成的串扰影响。

在实际应用中，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，本发明实施例对此不作具体限制。光纤20的光纤固定段201通过连接部30固定于扫描致动器10，例如固定在致动器10的内部或表面上，光纤固定段201与连接部30的固定方式可以是通过粘贴或其它固定方式，同时，光纤固定段201与致动部之间存在空隙，如悬空或设置于致动器10的凹槽内。光纤20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，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扫描。

本发明实施例中，光纤扫描器可以包括沿延伸方向(如从左至右的水平方向)设置的慢轴致动部和快轴致动部，所述连接部30设置于快轴致动部；慢轴致动部和快轴致动部可以通过胶粘、镶嵌固结以及增加固定结构(如连接件)等方式固定连接在一起，或者，慢轴致动部和快轴致动部也可以是一体成型的。在实际应用中，扫描致动器10中的慢轴动部和快轴致动部可以是片状或柱状，或是两者形态的结合。优选的，快轴致动部的固有频率大于等于慢轴致动部的固有频率。

本发明实施例中，光纤固定段201可以是光纤中与致动器10相对应的部分，如图3A或3B所示，可认为光纤20中处于致动器内部的光纤部分为光纤固定段201。

光纤固定段201与光纤悬臂202可以是一根光纤的不同光纤段；或者，光纤悬臂202与光纤固定段201为两根独立光纤，且光纤悬臂202可拆卸的固定在连接部30上，光纤固定段201与光纤悬臂202在连接部30处耦合连接。在实际中，光纤固定段201和光纤悬臂202可以是可插拔式的连接方式，如FC头、ST头的连接方式等，以便于光纤悬臂202的安装，同时有利于将光纤扫描器模块化，小型化，便于封装(如真空封装等)。

进一步，为了减小光纤悬臂202与致动器10接触的根部在摆动中弯折角度过大而断裂的风险，可配置光纤悬臂202的二阶及以上阶固有频率与快轴致动部的驱动频率接近或相同，即采用高阶振动来提升光纤悬臂202的长度，减小同等摆幅下光纤悬臂202根部的弯折角度，有效降低光纤悬臂202的根部断裂的风险。

本发明实施例中，致动器10上设置的连接部30通过光纤固定段将光纤20固定在致动器10上，且光纤固定段201的部分与致动器10之间存在空隙。即光纤中光纤固定段201的一部分与致动器10粘贴在一起固定，同时光纤固定段201的还有部分与致动器10之间存在空隙，相对现有技术中光纤20完全粘贴于致动器10上来说，有效减小了光纤20和致动器10之间的粘贴面积，降低了粘结剂对整个器件摆动性能的影响，提高了系统的可靠性。

下面根据光纤扫描器中致动器10的不同结构来具体介绍本发明实施例中的光纤扫描器的结构。

第一组实施例：光纤扫描器的光纤20设置在致动器10内，致动器10的内部沿光纤20延伸方向设置有内腔，连接部30是设置在致动器10内部并与内腔靠近悬臂的一侧连通的安装孔，本文称其为第一安装孔，第一安装孔的内壁包括粘接层。

其中，第一安装孔的内壁设置有用于粘接固定光纤固定段201的粘接层，光纤固定段贯穿于内腔及第一安装孔。其中，内腔的截面面积大于安装孔的截面面积，光纤20的光纤固定段201在内腔中可处于悬空状态，即内腔可使得光纤固定段201与致动器10之间存在空隙，该空隙位置处无需对光纤20进行粘贴固定。粘接层可以是粘结剂(如环氧树脂等材料)或其它具有粘接功能的物质，只要能够将光纤20固定于致动器10即可。

致动器10中内腔远离光纤悬臂202的一端可以是开口的，或者，该端设置有与内腔连通的第二安装孔，第二安装孔与第一安装孔相对，且第二安装孔的内壁也设置有用于固定光纤固定段201的粘接层，光纤20仅在第一安装孔和第二安装孔的部分被粘贴在致动器10上，内腔部分保持悬空。

在一种可能的实施方式中，如图3A和图3B所示的光纤扫描器，图3B为截面图。图中的致动器10整体的形状呈柱形，光纤扫描器包括慢轴致动部11和快轴致动部12，快轴致动部12和慢轴致动部11可以是一体成型或固定连接的；其中，致动器10内部设置有内腔40，快轴致动部12靠近光纤悬臂202的一端设置有与内腔40连通的第一安装孔301，光纤20的光纤固定段201在第一安装孔301中通过粘接层与致动器10固定，在内腔40中的部分悬空，即光纤固定段201在内腔40中与致动部之间存在空隙，例如凹槽。该空隙可以是存在于内部，并沿光纤20的延伸方向设置的；甚至，也该空隙也可以在垂直于光纤20延伸方向上贯穿致动器10，形成镂空。致动器10远离光纤悬臂202的一端(即慢轴致动部11)可以是开口的。致动器10中空隙的尺寸可由设计人员根据包含空隙的新结构进行设计，以使致动器10的固有频率达到需要的频率即可，本发明实施例对此不做具体限定。

如图3C所示的光纤扫描器，在图3B的结构基础上，除了第一安装孔301，在致动器10远离光纤悬臂202的一端增设了一个第二安装孔302，第二安装孔302与内腔40的另一端连通，同时与第一安装孔301相对。光纤固定段201可通过第一安装孔301和第二安装孔302内的粘接层与致动器10固定，并在内腔40中悬空。

进一步，如图3D所示的光纤扫描器，光纤20中光纤悬臂202可以是可拆卸的结构，光纤悬臂202和光纤固定段201的对接位置203可设置于第一安装孔301处，形成光纤悬臂202为可插拔的光纤扫描器，更加便于安装；或者，在设置有第二安装孔302的情况下，对接位置203也可以处于图3C中的第二安装孔302。本领域技术人员可以根据实际需求设置光纤20对接位置，本发明实施例对此不作具体限制。

在另一可能的实施方式中，光纤扫描器的整体外形可如图4A所示，光纤扫描器包括光纤20、片状的慢轴致动部11和柱状的快轴致动部12，其中光纤20在柱状快轴致动部12的内腔40内悬空，片状的慢轴致动部11还可堆叠设置，图中仅示出一片。其中柱状快轴致动部12与光纤20的粘贴方式如图4B-图4C所示，具体描述与上述柱状一体成型的致动器10的实施例相似，此处不再赘述。

第二组实施例：连接部30是致动器10表面凸设的第一安装部，第一安装部上设置有用于粘接固定光纤固定段201的粘接层。光纤固定段201通过第一安装部固定在致动器10上，光纤固定段201的部分相对于致动器10存在空隙，呈悬空状态，例如该空隙可以是设置在致动器10上表面的凹槽。

其中，第一安装部的体积可设置得较小，以避免影响致动器10的振动。第一安装部的材料可以与致动器10的材料相同或不同。优选的，第一安装部的材料可以与致动器10的材料相同。第一安装部和致动器10本体可以是通过胶粘、镶嵌固结以及增加固定结构等方式连接在一起，或者两者也可以是一体成型的，例如第一安装部是由致动器10的本体凸出形成的。优选的，两者是一体成型的，即第一安装部与致动器10一体，无需粘接，使驱动性能会更稳定，整体器件更可靠。

进一步，致动器10远离光纤悬臂202的一端沿光纤20的延伸方向还可以凸设有至少一个第二安装部，每个第二安装部上也设置有粘接层，且至少一个第二安装部与第一安装部位于同一直线上，光纤固定段201在第一安装部和第二安装部之间相对于致动器10悬空。具体来说，致动器10中第二安装部可安装在致动器10中远离光纤悬臂202的位置，如致动器10中慢轴远离光纤悬臂202且靠近输入光源的位部位，光纤固定段201固定在第一安装部和第二安装部上，且第一安装部和第二安装部之间的光纤固定段201相对于致动器10悬空。

在一种可能的实施方式中，光纤扫描器的内部透视图如图5A所示，其包括慢轴致动部11和快轴致动部12，两者可以是一体成型或通过粘接等方式固定连接的。快轴致动部12上凸设有第一安装部311，光纤20中光纤固定段201通过第一安装部311被粘贴在致动器10中快轴致动部12靠近光纤悬臂202的端头，光纤固定段201与致动器10之间存在空隙。该空隙可以是由设置在致动器10上表面的凹槽形成的，该凹槽可以是沿光纤20延伸方向设置的，或者也可以在垂直于延伸方向的方向上贯穿致动器10的。设计者可根据新的结构去设计压电材料的尺寸，使其固有频率达到需要的频率即可，本发明实施例对此不做具体限定。致动器10与光纤固定段201粘贴部分仅为处于第一安装部311的光纤部分，如此大大减小了致动器10与光纤20的粘贴面积，降低了粘结剂对整个器件的影响。

如图5B所示的光纤扫描器，在图5A的基础上，除了第一安装部311，在致动器10远离光纤悬臂202的一端增加了第二安装部312，光纤固定段201通过第一安装部311和第二安装部312上的粘接层固定在致动器10上。

如图5C所示的光纤扫描器，光纤20中光纤悬臂202和光纤固定段201的对接位置203设置于第一安装部处311，以形成光纤悬臂202为可插拔式的光纤扫描器，更加便于安装。或者，光纤悬臂202和光纤固定段201的对接位置203也可设置于第二安装部312，本发明实施例对此不作具体限制。

在另一可能的实施方式中，光纤扫描器的结构还可如图6A和图6B所示，光纤扫描器包括光纤20、片状的慢轴致动部11和柱状的快轴致动部12，其中片状的慢轴致动部11还可堆叠设置，图中仅示出一片；图6A和图6B中柱状的快轴致动部12与光纤20的粘贴方式与前述图5A和图5B所示方式相似，此处不再赘述。

进一步，为了提升光纤20的摆动性能和光斑质量，光纤20中光纤悬臂的光输出端可为锥形光纤。光纤悬臂的输出端可以是通过熔融拉锥技术、冷加工研磨或者化学腐蚀等工艺制成锥形光纤。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种光纤扫描设备，该光纤扫描设备可以包括光源和前述的光纤扫描器，光源输出的光耦入光纤扫描器的光纤20输入端，从而扫描出射实现图像显示。其中，前述图2A至图6B对应的实施例同样适用于本实施例的光纤扫描设备，通过前述对光纤扫描器的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中光纤扫描设备的实施方式，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，光纤扫描器包括致动器和固定设置在致动器上的光纤，该光纤的一端超出致动器形成光纤悬臂，致动器靠近光纤悬臂的一端设置有用于固定光纤的连接部，且光纤与致动器对应的部分中除位于连接部外的至少一部分光纤相对于致动器悬空，可有效减小光纤与致动器之间的粘接面积，降低光纤扫描过程中对系统的摆动性能的影响。

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，包括致动器和光纤，所述光纤通过光纤固定段固定在所述致动器上，光纤的一端超出所述致动器形成光纤悬臂，所述致动器靠近光纤悬臂的一端设置有用于固定所述光纤的连接部，所述光纤固定段通过所述连接部固定在所述致动器上，所述光纤固定段的至少一部分与所述致动器之间存在空隙。

2.如权利要求1所述的光纤扫描器，其特征在于，所述连接部为所述致动器表面凸设的第一安装部，所述第一安装部上设置有用于粘接固定所述光纤的粘接层。

3.如权利要求2所述的光纤扫描器，其特征在于，所述致动器远离所述光纤悬臂的一端沿光纤的延伸方向凸设有至少一个第二安装部，每个第二安装部上设置有所述粘接层，且所述至少一个第二安装部与所述第一安装部位于同一直线上，所述光纤固定段在所述第一安装部和所述第二安装部之间相对于所述致动器悬空。

4.如权利要求1所述的光纤扫描器，所述致动器的内部沿所述光纤延伸设置有内腔，其特征在于，所述连接部为设置在所述致动器内部且与所述内腔靠近悬臂的一侧连通的第一安装孔，所述第一安装孔的内壁设置有用于粘接固定所述光纤固定段的粘接层；其中，所述光纤固定段贯穿于所述内腔及所述第一安装孔。

5.如权利要求4所述的光纤扫描器，其特征在于，所述内腔的截面面积大于所述安装孔的截面面积，所述光纤固定段在所述内腔中悬空。

6.如权利要求5所述的光纤扫描器，其特征在于，所述致动器中内腔远离所述光纤悬臂的一侧开口。

7.如权利要求5所述的光纤扫描器，其特征在于，所述致动器中远离所述光纤悬臂的一端设置有与所述内腔连通的第二安装孔，所述第二安装孔与所述第一安装孔相对，所述第二安装孔的内壁设置有所述粘接层。

8.如权利要求1-7任一权项所述的光纤扫描器，其特征在于，所述光纤固定段与所述光纤悬臂为一根光纤的不同光纤段；或，所述光纤悬臂与所述光纤固定段为两根独立光纤，且所述光纤悬臂可拆卸的固定在所述连接部上，所述光纤固定段与所述光纤悬臂在所述连接部处耦合连接。

9.如权利要求8所述的光纤扫描器，其特征在于，所述光纤扫描器包括沿所述延伸方向设置的第一致动部和第二致动部，所述第一致动部和所述第二致动部固定连接或一体成型，所述连接部设置于所述第一致动部，所述第一致动部的固有频率大于等于所述第二致动部的固有频率。

10.一种光纤扫描设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一权项所述的光纤扫描器。

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