CN111830704B - 一种扫描显示装置、光纤扫描器及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扫描显示装置、光纤扫描器及扫描方法，用于解决现有技术中光纤扫描器的慢轴驱动端因驱动频率的限制存在摆幅较小的技术问题。该扫描显示装置包括光源和光纤扫描器，光源调制出射待显示图像的图像光，光纤扫描器扫描出射图像光形成显示图像；光纤扫描器包括底座、与底座连接的促动器和致动器；在扫描显示待显示图像时，致动器在慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与待显示图像对应的M幅扫描图像，M幅扫描图像在扫描面上融合形成待显示图像对应的完整扫描图案；其中，促动器在致动器每扫描完成一幅扫描图像时，带动致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，M、N为正整数，且M≤N。

Description

一种扫描显示装置、光纤扫描器及扫描方法

技术领域

本发明涉及扫描投影技术领域，特别涉及一种扫描显示装置、光纤扫描器及扫描方法。

背景技术

目前的光纤扫描器主要结构由底座1、致动器2、光纤3、透镜4以及外壳5构成，如图1所示，光纤3一部分固定在致动器上，超出致动器的一部分作为光纤悬臂。工作时，致动器2以与底座1固定连接的一端为固定端，另一端为自由端；致动器2具有两个独立的振动方向，自由端的扫动轨迹为两个独立振动方向的合成轨迹；光纤悬臂3随之也被带动扫描，光纤悬臂3的末端在三维空间中以螺旋或螺旋桨、李萨茹、栅格式等轨迹扫描。

在现有的扫描方式中，例如栅格式扫描方式，致动器2由以第一方向振动的第一致动部和以第二方向振动的第二致动部构成，设第一方向为慢轴，第二方向为快轴。在这种特定结构下，慢轴方向的第二致动部的驱动频率决定在单个扫描图案内扫描行数，以及扫描出射图案的帧率。为了正常显示，扫描出射图案的帧数(Frames Per Second，FPS)需要维持在30～60FPS才能达到基本的应用要求，即慢轴致动部的驱动频率约在30～60Hz的范围内。那么在实际扫描时，慢轴驱动端的驱动频率与其固有频率差距较大，振幅较小，无法达到扫描要求；或者，在一些情况下，为了使得慢轴摆幅更大，会通过提升慢轴驱动频率来使驱动频率尽量靠近慢轴的固有频率，但如此，在一个扫描面上扫描一幅完整扫描出射图案中，会使行数过少从而导致扫描区域不能被填充满。

综上，目前还没有较好的解决方法。

发明内容

本发明实施例提供一种扫描显示装置、光纤扫描器及扫描方法，用以解决现有技术中光纤扫描器的慢轴驱动端因驱动频率的限制存在摆幅较小的技术问题。

第一方面，本发明提供一种扫描显示装置，包括光源和光纤扫描器，所述光源调制出射待显示图像的图像光，所述光纤扫描器扫描出射所述图像光形成显示图像；所述光纤扫描器包括底座、促动器和固定有光纤的致动器，所述致动器通过所述促动器与所述底座连接，所述致动器包括快轴致动部及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；在扫描显示所述待显示图像时，所述致动器在所述慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与所述待显示图像对应的M幅扫描图像，所述M幅扫描图像在扫描面上融合形成所述待显示图像对应的完整扫描图案；

其中，所述促动器在所述致动器每扫描完成一幅扫描图像时，带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，M、N为正整数，且M≤N。

可选的，所述促动器包括固定端及与所述固定端连接的驱动端，所述固定端与所述底座固定连接，所述驱动端与所述致动器连接，其中，所述驱动端带动所述致动器在所述慢轴致动部的扫描方向上移动。

可选的，所述驱动端采用具有压电效应的压电材料，所述驱动端上设置有电极，所述电极上电后所述驱动端产生压电效应带动所述致动部位移；或

所述驱动端中设置有步进装置，所述步进装置在控制信号的作用下驱动所述驱动端带动所述致动器位移。

可选的，所述扫描显示装置还包括：控制器，分别与所述光源及所述光纤扫描器连接，所述控制器用于检测所述致动器扫描完成的扫描图像，并在确定所述致动器每扫描完成一幅扫描图像时时，控制所述促动器带动所述致动器步进位移。

可选的，所述扫描显示装置还包括：

调制器，分别与所述控制器及所述光源连接，用于根据所述控制器的指令向所述光源发送控制信号。

第二方面，本发明实施例提供一种光纤扫描器，包括底座、促动器、致动器和固定在所述致动器上的光纤，所述光纤超出所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述致动器远离所述光纤悬臂的一端通过所述促动器与所述底座连接；所述致动器包括快轴致动及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；在扫描显示所述待显示图像时，所述致动器在所述慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与所述待显示图像对应的M幅扫描图像，所述M幅扫描图像在扫描面上融合形成所述待显示图像对应的完整扫描图案；其中，所述促动器在所述慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，M、N为正整数，且M≤N。

可选的，所述促动器包括固定端及与所述固定端连接的驱动端，所述固定端与所述底座固定连接，所述驱动端与所述致动器连接，其中，所述驱动端带动所述致动器在所述慢轴致动部的扫描方向上移动。

可选的，所述驱动端采用具有压电效应的压电材料，所述驱动端上设置有电极，所述电极上电后所述驱动端产生压电效应带动所述致动部位移；或

所述驱动端中设置有步进装置，所述步进装置在控制信号的作用下驱动所述驱动端带动所述致动器位移。

第三方面，本发明实施例提供一种扫描方法，应用于光纤扫描器，所述光纤扫描器包括底座、促动器、致动器和固定在所述致动器上的光纤，所述光纤超出所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述致动器远离所述光纤悬臂的一端通过所述促动器与所述底座连接，所述致动部包括快轴致动及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；所述方法包括：

控制所述致动器在驱动信号的作用下带动所述光纤扫描所述待显示图像；其中，在驱动信号的作用下，所述慢轴致动部和所述快轴致动部分别沿不同方向振动；

在所述慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，控制所述促动器带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位；其中，在扫描显示所述待显示图像时，所述致动器在所述慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与所述待显示图像对应的M幅扫描图像，所述M幅扫描图像在扫描面上融合形成所述待显示图像对应的完整扫描图案，M、N为正整数，且M≤N。

可选的，在所述慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，且控制所述促动器带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位之前，所述方法还包括：

控制所述促动器带动所述致动器回到初始位置进行步进或反向步进，扫描下一幅扫描图像。

本发明有益效果如下：

本发明实施例中，扫描显示装置包括光源和光纤扫描器，光源调制出射待显示图像的图像光，图像光经光纤扫描器扫描出射即可形成显示图像；光纤扫描器的底座和致动器之间设置有促动器，致动器通过促动器与底座连接，致动器包括快轴致动部及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；在扫描显示待显示图像时，致动器在慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与待显示图像对应的M幅扫描图像，M幅扫描图像在扫描面上融合即可形成待显示图像对应的完整扫描图案；由于在扫描获得所述M幅扫描图像过程中，促动器在慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，会带动致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，直至M幅扫描图像扫描完毕，从而使得致动器中慢轴致动部在扫描过程中不受驱动频率的限制，提升慢轴驱动频率，增大摆幅，填满整个扫描区域，提高光纤扫描器的扫描显示能力。

附图说明

图1为现有的光纤扫描器的结构示意图；

图2为本发明实施例中光纤扫描器的结构示意图一；

图3A-图3B为本发明实施例中光纤扫描器的促动器的结构示意图；

图4A-图4D为本发明实施例中光纤扫描器采用步进扫描方式的扫描轨迹图；

图5为本发明实施例中光纤扫描器的结构示意图二；

图6为本发明实施例中扫描显示装置的结构示意图；

图7为本发明实施例中扫描方法的流程图。

具体实施方式

首先，本发明实施例中术语“和”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

当本发明提及“第一”、“第二”、“第三”或者“第四”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，否则应当理解为仅仅是起区分之用。

下面将通过具体实施例对本发明的方案进行详细描述，当然，本发明并不限于以下实施例。

如图2所示，本发明实施例提供一种光纤扫描器，光纤扫描器包括底座10、促动器20、致动器30和固定在致动器上的光纤40，光纤40超出致动器30的部分形成光纤悬臂，致动器30在驱动信号的作用下带动光纤40进行摆动，致动器30远离光纤悬臂的一端通过促动器20与底座10连接；其中，致动器30包括快轴致动部和慢轴致动部，在扫描显示所述待显示图像时，所述致动器30在慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与待显示图像对应的M帧扫描图像，M帧扫描图像在扫描面上接合形成待显示图像对应的完整扫描图案，即光纤扫描器的出射图案。其中，促动器20用于带动致动器30将下一扫描周期的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，例如一个或多个像素点，M、N为正整数，且M≤N。因此，通过采用促动器20驱动致动器30在慢轴致动部步进移动，使得光纤扫描器的扫描不受限于慢轴致动部的驱动频率，可实现在保证图像刷新率及分辨率的情况下，提高慢轴致动部的驱动频率，增大光纤40的振幅从而填满扫描区域，提升光纤扫描器的扫描显示能力。

需要说明的是，图2只是本发明实施例提供的光纤扫描器的一种示例，图中，光纤扫描器的底座10上设置有一个致动器30，致动器30上设置一根光纤40，在具体实施时可根据实际情况设置光纤扫描器中致动器30的数量，以及每个致动器30上设置的光纤40的数量。另外，本发明实施例提供的光纤扫描器还可包括其他部件，例如壳体、透镜等，图2中未一一示出。

在实际应用中，光纤扫描器可设置在光源的出射光路上，光源调制出射待显示图像的图像光。光纤扫描器中致动器30包括的慢轴致动部和快轴致动部可以是沿水平线依次设置，并通过胶粘、镶嵌固结和/或增加固定结构(如连接件)等方式固定连接在一起的，或者，慢轴致动部和快轴致动部也可以是一体成型的，如图2所示。在实际应用中，扫描致动器30中的慢轴动部和快轴致动部可以是片状或柱状(如圆柱或方柱状等)，或是两者形态的结合。优选的，快轴致动部的固有频率可以远大于慢轴致动部的固有频率。

光纤扫描器中可以设置有一个或多个致动器30，每个致动器30上可以设置有一根或多根光纤40，若一个致动器30上设置有多根光纤40，则多根光纤40可在致动器30中合束。致动器30一般可采用压电陶瓷振动器、磁致振动器、热电振动器等。本发明实施例中的光纤扫描器可以是光纤共振型压电扫描器，其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-MechanicalSystem，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。

光纤扫描器在扫描待显示图像时，由快轴致动部和慢轴致动部各自的驱动频率决定了单个扫描图像的尺寸。即快慢轴致动部的驱动频率可决定在单个扫描图案内扫描行数，快轴致动部的驱动频率可决定在单个扫描图像内每行横向的尺寸。例如，在栅格式扫描中，单个扫描图案(即一帧)中扫描行数等于快轴驱动频率除以慢轴驱动频率。驱动慢轴致动部的频率越接近其自身的固有频率，其摆幅越大。实际应用中，光纤扫描器在驱动信号的作用下，致动器30的慢轴致动部产生第一方向的振动，同时，快轴致动部产生第二方向的振动；进而，光纤悬臂即可在致动器30的带动下在第一方向和第二方向的合成方向上扫动，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动。其中，驱动信号中可携带有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，可用于驱动致动器30中的慢轴致动部产生第一方向的振动；第二驱动电压和第二驱动频率，可用于驱动致动器30中的快轴致动部产生第二方向的振动。通常来说，第二方向对应的驱动频率大于或等于第一方向的驱动频率。优选的，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Y轴方向，第二方向为X轴方向。

在实际扫描中，快轴致动部的驱动频率远大于慢轴致动部的驱动频率。例如，快轴致动部的频率可以是千/万赫兹级别，例如15KHz、18KHz等，慢轴致动部的驱动频率通常是数百赫兹级别。

在实际应用中，按照功能性来划分结构可认为促动器20包含固定端和驱动端，固定端即指促动器20中与底座10固定连接的部分，驱动端即指促动器20中致动器30固定连接的部分，固定端和驱动端可以是通过粘结等方式固定连接的，或者也可以是一体成型的。

具体的，若固定端和驱动端是一体成型的,则促动器20整体可以是采用具有压电效应的压电材料制成的，或者，促动器20也可以是包含有步进电机等部件的设备，步进电机工作即可带动致动器30步进位移。优选的，本发明实施例中促动器20为压电型促动器20,则压电型促动器20的表面上可相对地设置有至少一对电极，每对电极相对于促动器20在致动器30的延伸方向上的中心轴对称，例如电极可以是设置在促动器20的上下表面。电极上电后，促动器20在电信号的作用下因压电效应发生形变，如沿Y轴方向伸/缩，从而带动致动器30在Y轴方向上步进移动。如图3A所示，图中标号21代表促动器20中的固定端，标号22代表促动器20中的驱动端，201和202代表设置在为压电材料的驱动端的上下表面的电极组。

若促动器20包括的固定端与驱动端是通过其他方式固定连接在一起的，如图3B所示，图中标号21代表促动器20中的固定端，标号22代表促动器20中的驱动端，标号50代表透镜组，标号60代表光纤扫描器的壳体。则固定端可以是具有一定刚性的连接体，驱动端可以是压电材料或含有步进装置。具体的，促动器20中的驱动端可以是采用具有压电效应的压电材料制成的，驱动端的上下表面上可以设置有相对的电极。电极上电后该驱动端在压电效应下产生形变即可带动连接的致动器30步进移动；或者，驱动端中也可以是包含有步进电机等装置，可以直接驱动与其连接的致动器30步进移动。

本发明实施例中，光纤扫描器在驱动信号的作用下，致动器30中的快轴致动部和慢轴致动部同时进行振动。在扫描一帧待显示图像过程中，致动器30每扫一幅扫描图像，促动器20的驱动端就会带动致动器30将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，重复直至扫描行程端点；其中，扫描单位可以根据待显示图像的尺寸或扫描需求设置的，例如一个扫描单位可以对应于一个或多个像素点，本发明主要以对应一个像素点为例进行说明。然后回至初始位置或反向步进扫描下一帧图像。本发明实施例中，光纤扫描器扫描出射图案可以是光纤40扫描显示领域中的一幅显示图像，也可以是内窥镜领域中的一幅照明图案。

通常来说，在采用与慢轴致动部的固有频率接近的驱动频率驱动慢轴致动部时，在一个扫描面上扫描一幅完整扫描出射图案中，会使行数过少从而导致扫描区域不能被填充满，如图4A所示。

现有的光纤扫描器在扫描过程中，慢轴致动部对应的驱动频率通常为几十Hz。若慢轴驱动频率设置为几十赫兹(Hz)等较低的频率，则对应扫描出射图案的帧率也会较低，例如30Hz、40Hz等；同时，由于慢轴致动部的驱动频率与其固有频率差距太大，存在摆幅不足的问题。

但，如若将慢轴驱动频率设置为较高的频率，如120Hz、300Hz等，以增大摆幅，则会存在扫描行数不足，从而导致扫描出射图案的分辨率较低。因为光纤扫描器在采用栅格式扫描方式时，单个扫描图案即一帧中扫描行数等于快轴驱动频率除以慢轴驱动频率。例如，假设快轴驱动频率为1800Hz，若慢轴驱动频率为120Hz，则单个扫描图案中扫描行数只有15行，这是远远不够的；又若慢轴驱动频率为300Hz，则单个扫描图案中扫描行数只有6行，更是远远不够。

本发明实施例中，光纤扫描器在扫描显示待显示图像时，致动器30在慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与待显示图像对应的M幅扫描图像，M幅扫描图像在扫描面上融合形成待显示图像对应的完整扫描图案。本文中所说的M幅扫描图像可以是指在扫描面上形成的、与待显示图像对应的不同的扫描图案，M个扫描图案在待显示图像中对应的扫描行彼此间穿插，且可融合形成完整的待显示图像，因此，也可以认为每个扫描图像中的扫描行由上至下几乎贯穿待显示图像，后续将结合附图作进一步介绍。

具体来说，本发明实施例中，慢轴致动部的N个扫描周期是由慢轴致动部的驱动频率确定的。在扫描过程中，M幅扫描图像中每幅扫描图像包括一个或多个相同的子扫描图案，每个子扫描图案为慢轴致动部完成一个扫描周期获得的。在实际应用中，光纤扫描器在按照相应的(如预设的)显示帧率扫描显示待显示图像时，一幅扫描图像所对应的扫描周期也不同，对应的步进/扫描方式也可以不同，包括但不仅限于以下方式：

方式1：光纤扫描器先进行M个扫描周期，并在每完成一个扫描周期时，促动器20步进一次(在慢轴扫描方向上位移一个扫描单位)，共获得M幅扫描图像，并接合形成一帧完整扫描图案，此接合的完整扫描图案即为本发明中扫描出射图案的一帧；重复上述扫描过程，获得同样的单帧完整扫描图案，直至获得的完整扫描图案的帧数与装置的预设显示帧率相应，即完成待显示图像的扫描显示。

例如，若显示帧率为40FPS，在扫描显示待显示图像时，M幅扫描图像中每一幅扫描图像对应一个扫描周期(即一个子扫描图案)，且M个扫描图像中任意两个扫描图像具有相同扫描数量(如20行)，但对应于不同的扫描行(也可认为对应待显示图像的不同像素行)；此时，M幅扫描图像在扫描面上即可接合形成一帧完整扫描图案，即一帧与待显示图像完全对应的扫描图案；……，再重复上述过程，实现在单位时间内扫描出射该完整扫描图像40次，即为实现显示帧率40FPS，完成对待显示图像的扫描显示。

方式2：光纤扫描器按照预设的显示帧率，扫描获得数量与帧率相应的多个相同的子扫描图案，即完成M幅扫描图像中的一幅扫描图像(达到显示帧率)；然后，控制促动器20带动致动器30将下一幅扫描图像的扫描起点，即将下一幅扫描图像的第一个扫描周期的扫描起点，在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位后，再进行后续的扫描；以此类推，即可在扫描面上形成M幅不同的扫描图像，且每幅扫描图像对应于多个相同的子扫描图案(对应于显示帧率)。

例如，若光纤扫描器的显示帧率为40FPS，在扫描显示待显示图像时，扫光纤扫描器先完成40次扫描，则在扫描面上形成40个扫描轨迹相同的子扫描图案，该40个类似重叠的子扫描图案即对应于M幅扫描图像中的第一幅扫描图像；然后，控制促动器20带动致动器30在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，即将第二幅扫描图像的扫描起点的扫描起点沿慢轴致动部的扫描方向上步进了一个扫描单位，则以步进后的扫描起点扫描40个周期，即可获得对应于第二幅扫描图像且扫描轨迹相同的40个子扫描图案；……，依次类推，致动器30在完成慢轴的N个扫描周期后，M幅扫描图像即可形成与待显示对应的40帧完整扫描图案，实现在单位时间内扫描出射与待显示图像对应的40帧完整扫描图案。

需要说明的是，在实际中，在显示帧率一定的情况下，光纤扫描器采用上述两种步进/扫描方式最终扫描出射待显示图像的效果是相同的，仅需根据步进方式相应调整促动器20的控制信号即可。本发明实施例中主要以方式1为例进行介绍。

本发明实施例中光纤扫描器的光纤扫描器中，促动器20设置于底座10和致动器30之间，分别与底座10及致动器30连接。促动器20可以在致动器30每扫描完成一幅扫描图像时，带动致动器30将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位。因此，在光纤扫描器每扫描完整一个扫描图案(即一幅扫描图像)后，促动器20工作带动致动器30向扫描方向(如向上/下)平移一个微小位移，故在下一(慢轴)周期内可扫描获得待显示图像对应的另一扫描图案，即下一幅扫描图像；其中，一个扫描图案对应于慢轴致动部的一个周期，或慢轴方向从最顶部扫描到最底部；致动器30步进一次的位移可以是几微米，或者也可以是几纳米等等，该位移可由扫描面尺寸大小确定。在实际中，可采用蠕动式压电致动器30。

例如，若光纤扫描器中慢轴致动部的驱动频率为240Hz，扫描显示装置对应的显示帧率为30Hz。在扫描过程中，为了使扫描出射图案的帧率达到30Hz，则促动器20步进8次得到8幅扫描图案，该8个单个扫描图案在扫描面上接合形成一帧完整扫描图案。那么，致动器30每扫描完一幅扫描图案，促动器20在慢轴方向上步进一次(一个扫描单位)，直至第8幅扫描图像扫描完成，共进行8次(即：慢轴的驱动频率/帧率)。则致动器30在快慢轴致动部的合成方向下，在扫描第一幅扫描图像时，对应的扫描起点依次处于：第1行→第9行→第17行→第25行→……；然后步进第一个扫描单位，进行第二次扫描：第2行→第10行→第18行→第26行→……；再步进第一个扫描单位及扫描；……，依次类推，第7步进一个扫描单位后进行第8次扫描：第8行→第16行→第24行→……(至图像的最后一行)。当然，在实际中在扫描完成最后一幅扫描图案后，促动器20可无需进行第8次步进，即可以仅进行M-1次位移，便可以直接返回初始位置或反向步进扫描下一待显示图像。

那么，在图4A的基础上，即光纤扫描器已在扫描面上扫描出射了待显示图像对应的一幅扫描图像时，则光纤扫描器中的促动器20带动致动器30步进一个位移，例如向负Y轴方向(图中箭头所示方向)平移一个扫描单位，则光纤扫描器在扫描面上的构成的图案如图4B所示，此时扫描面中包含两个完整扫描出射图案。本发明实施例中可。重复上述步进过程，如图4C，直至接合扫描图案将所述扫描面填充满，如图4D所示的实施例，图中以慢轴步进扫描6个周期(一个周期对应一幅扫描图像)为例。本发明实施例中，将出射在扫描面上的多幅扫描图像形成的图案称为接合扫描图案，即填满整个扫描面的接合扫描图案就是光纤扫描器扫描出射的一帧图像，即所述待显示图像。

下面，结合举例来进一步说明本发明实施例提供的光纤扫描器的应用场景。

假如快轴驱动频率设为1800Hz，若采用120Hz的慢轴驱动频率，则在单个完整的扫描图案中，可扫描15行。为了使扫描出射图案的帧率达到最基本的需求，例如30Hz。则促动器20步进4次，即一帧接合扫描图案包含4幅单个扫描图案(即四个慢轴周期)；单帧完整的扫描图案的持续时间约为8ms，即促动器20每隔大约8ms带动致动部步进一个位移。在慢轴致动部步进到最底端后，进行第二帧的扫描，此时促动器20可以带动致动器30一次性回到初始位置或反向步进。

又例如，若采用300Hz的慢轴驱动频率，则在一个单个完整的扫描图案，致动器30可扫描6行。为了使扫描出射图案的帧率达到最基本的需求，例如30Hz。则促动器20步进10次，即一个接合扫描图案包含10个单个扫描图案(即四个慢轴周期)；单个完整的扫描图案的持续时间约为3ms，即促动器20每隔大约3ms带动致动部步进一个位移。此接合扫描图案为本发明中扫描出射图案的一帧。在慢轴致动部步进到最底端后，致动器30进行第二帧的扫描，可以是促动器20带动致动器30反向步进或回到初始位置。

在实际应用中，光纤扫描器的致动器30可以对应于独立促动器20；若每个扫描器的规格相同，并可以带动多个致动器30作为负载，则可共用一个促动器20结构。如图5所示，以该光纤40扫描装置中包括的光纤扫描器上设置有两个致动器30共用一个促动器20(致动器30中的驱动端可以独立或公用)为例示出。

因此，本发明实施例中的光纤扫描器，一方面提升了光纤扫描器中慢轴致动部的驱动频率，使驱动频率尽量靠近慢轴的固有频率，能有效增大慢轴致动部的振幅，较大的振幅能保证扫描区域的完整性；另一方面，在快轴致动部的至少一个周期时间内，慢轴致动部可多次刷新待显示图像，有效提高图像刷新率，增强图像显示的稳定性。

基于同一发明构思，如图6所示，本发明实施例提供一种扫描显示装置，扫描显示装置包括光源和前述如图2-图3所示的光纤扫描器，光源调制出射待显示图像的图像光，光纤扫描器扫描出射图像光形成显示图像。

本发明实施例中，光源包括激光器，如固态激光器，激光器出射的成像光进入光纤扫描器后即可扫描出射。在实际应用中，扫描显示装置可通过可存储介质及微处理器提供图像源，微处理器可对光源进行内/外调制使其根据图像源出射对应于图像源的、经过调制的激光(即成像光)。

在实际应用中，光源可以包括R、G、B三种发光单元，一种发光单元可以是一个单色激光器，则R、G、B三种发光单元对应于R、G、B三个单色激光器(R、G、B三个单色激光器分别指红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器)；或者，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。本发明实施例中光源可以根据实际需求采用相应的发光单元，此处不作具体限制。

光纤扫描器包括底座10、促动器20和固定有光纤40的致动器30，致动器30通过促动器20与底座10连接，致动器30包括快轴致动部及与快轴致动部连接的慢轴致动部；在扫描显示待显示图像时，致动器30在慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与待显示图像对应的M幅扫描图像，M幅扫描图像在扫描面上融合形成待显示图像对应的完整扫描图案；其中，促动器20在致动器30每扫描完成一幅扫描图像时，带动致动器30将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，M、N为正整数，且M≤N。

在实际应用中，本发明实施例中描显示装置还可以包括控制器和调制器，图6中一并示出。其中，光纤扫描器的结构及工作原理请参考图2-图5及对应的描述内容，此处不再赘述。

扫描显示装置中，控制器分别与所述光源及所述光纤扫描器连接，所述控制器用于检测所述致动器30扫描完成的扫描图像，并在确定所述致动器30每扫描完成一幅扫描图像时时，控制所述促动器20带动所述致动器30步进位移；在实际中，控制器可以是独立存在的，或者也可以是集成在光纤扫描器中，即扫描显示装置与光纤扫描器可共用控制器。调制器分别与所述控制器及所述光源连接，用于根据所述控制器的指令向所述光源发送控制信号。

基于同一发明构思，如图7所示，本发明实施例还提供一种扫描方法，应用于前述如图2所示的光纤扫描器或包含所述光纤扫描器的扫描显示装置，本发明实施例主要以用于光纤扫描器为例进行介绍。该方法可描述如下：

S11：光纤扫描器控制致动器在驱动信号的作用下带动光纤扫描待显示图像；其中，在驱动信号的作用下，慢轴致动部和快轴致动部分别沿不同方向振动；

S12：光纤扫描器在慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，控制促动器带动致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位；其中，在扫描显示待显示图像时，致动器在慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与待显示图像对应的M幅扫描图像，M幅扫描图像在扫描面上融合形成待显示图像对应的完整扫描图案，M、N为正整数，且M≤N。

本发明实施例中，光纤扫描器包括光源和光纤扫描器，光源调制出射待显示图像的图像光，所述光纤扫描器扫描出射所述图像光形成显示图像。其中，光纤扫描器在驱动信号的驱动下，致动器带动光纤摆动扫描出射待显示图像。其中，光纤扫描器在扫描过程中确定慢轴致动部完成一幅扫描图像(对应一个或多个扫描周期)的扫描时，可控制促动器带动致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，直至M幅扫描图像扫描完毕，共步进M-1次，从而使得致动器中慢轴致动部在扫描过程中不受驱动频率的限制，提升慢轴驱动频率，增大摆幅，提高光纤扫描器的扫描显示能力。扫描显示装置的结构及工作原理请参照前述相关附图及介绍，此处不再赘述。

在S11中，驱动信号中可携带有分别驱动快轴致动部和慢轴致动部的控制信号，例如可用于驱动致动器中的慢轴致动部产生第一方向的振动的第一驱动电压和第一驱动频率，以及用于驱动致动器中的快轴致动部产生第二方向的振动的第二驱动电压和第二驱动频率。第二方向对应的驱动频率可大于或等于第一方向的驱动频率。优选的，第一方向为Y轴方向，第二方向为X轴方向。

本发明实施例中，致动器中慢轴致动部的驱动频率可以与其自身的固有频率接近，慢轴致动部对应的驱动频率小于等于慢轴致动部对应的驱动频率。致动器在驱动信号的作用下，快轴致动部在X轴方向上振动，慢轴致动部在Y轴方向上振动。

光纤扫描器在扫描一帧图像时，由快轴致动部和慢轴致动部各自的驱动频率决定单个扫描图像的尺寸。通常来说，快轴致动部的驱动频率远大于慢轴致动部的驱动频率。其中，在栅格式扫描中，单个扫描图案(即一帧)中扫描行数等于快轴驱动频率除以慢轴驱动频率。

现有技术中，在光纤扫描器扫描过程中，慢轴致动部对应的驱动频率通常较低，例如几十赫兹，使得慢轴驱动频率与其自身的固有频率相差较大，摆幅不足。而在采用与慢轴致动部的固有频率接近的驱动频率驱动慢轴致动部时，在一个扫描面上扫描一幅完整扫描出射图案中，会使行数过少从而导致扫描区域不能被填充满，请仍参考图4A。因此，现有的扫描方法在扫描过程中，无法同时保证较大的振幅及较高的分辨率。

本发明实施例的S12中，光纤扫描器在确定慢轴致动部完成一幅扫描图像的扫描时，即可控制促动器带动致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位。例如，光纤扫描器在致动器每扫描一幅扫描图像后，促动器工作带动致动器向扫描方向(如向上/下)平移一个微小位移(如一个像素点)，故在下一(慢轴)周期内可扫描获得待显示图像对应的另一幅扫描图像；其中，一幅扫描图案即慢轴致动部的一个周期，或慢轴方向从最顶部扫描到最底部；致动器步进一次的位移可以是几微米，或者也可以是几纳米，等等；该位移可由扫描面尺寸大小确定。

重复上述步进过程，每步进一次，扫描面中多增加一个完整扫描图案，多个扫描出射图案形成的图案称为接合扫描图案，接合扫描图案将扫描面填充满即为待显示图像对应的扫描图像，请参见图4A至图4D及相关描述内容。

进一步，光纤扫描器在确定致动器完成一幅扫描图像(一个或多个周期)的扫描时，即可控制促动器带动致动器回到初始位置进行步进或反向步进，扫描下一幅扫描图像，直至扫描完成M个扫描图像，在扫描面上出射形成一帧完整扫描图案。进而，根据相应的步进/扫描方式按照装置的显示帧率扫描显示相应帧数的完整扫描图案，即可完成待显示图像的扫描显示。

本发明实施例提供的扫描方法在扫描过程中，不会受限于慢轴驱动频率，故可采用较大的慢轴驱动频率来增大振幅，同时，通过促动器带动致动器在扫描过程中沿慢轴致动部的扫描方向步进位移，能有保证显示图像的分辨率，从而提高光纤扫描器的扫描显示能力。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种扫描显示装置，其特征在于，包括光源和光纤扫描器，所述光源调制出射待显示图像的图像光，所述光纤扫描器扫描出射所述图像光形成显示图像；所述光纤扫描器包括底座、促动器和固定有光纤的致动器，所述致动器通过所述促动器与所述底座连接，所述致动器包括快轴致动部及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；在扫描显示所述待显示图像时，所述致动器在所述慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与所述待显示图像对应的M幅扫描图像，所述M幅扫描图像在扫描面上融合形成所述待显示图像对应的完整扫描图案；

其中，所述促动器在所述致动器每扫描完成一幅扫描图像时，带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，M、N为正整数，且M≤N。

2.如权利要求1所述的扫描显示装置，其特征在于，所述促动器包括固定端及与所述固定端连接的驱动端，所述固定端与所述底座固定连接，所述驱动端与所述致动器连接，其中，所述驱动端带动所述致动器在所述慢轴致动部的扫描方向上移动。

3.如权利要求2所述的扫描显示装置，其特征在于，所述驱动端采用具有压电效应的压电材料，所述驱动端上设置有电极，所述电极上电后所述驱动端产生压电效应带动所述致动部位移；或

所述驱动端中设置有步进装置，所述步进装置在控制信号的作用下驱动所述驱动端带动所述致动器位移。

4.如权利要求1-3任一权项所述的扫描显示装置，其特征在于，所述扫描显示装置还包括：控制器，分别与所述光源及所述光纤扫描器连接，所述控制器用于检测所述致动器扫描完成的扫描图像，并在确定所述致动器每扫描完成一幅扫描图像时时，控制所述促动器带动所述致动器步进位移。

5.如权利要求4所述的扫描显示装置，其特征在于，所述扫描显示装置还包括：

调制器，分别与所述控制器及所述光源连接，用于根据所述控制器的指令向所述光源发送控制信号。

6.一种光纤扫描器，其特征在于，包括底座、促动器、致动器和固定在所述致动器上的光纤，所述光纤超出所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述致动器远离所述光纤悬臂的一端通过所述促动器与所述底座连接；所述致动器包括快轴致动及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；在扫描显示待显示图像时，所述致动器在所述慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与所述待显示图像对应的M幅扫描图像，所述M幅扫描图像在扫描面上融合形成所述待显示图像对应的完整扫描图案；其中，所述促动器在所述慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位，M、N为正整数，且M≤N。

7.如权利要求6所述的光纤扫描器，其特征在于，所述促动器包括固定端及与所述固定端连接的驱动端，所述固定端与所述底座固定连接，所述驱动端与所述致动器连接，其中，所述驱动端带动所述致动器在所述慢轴致动部的扫描方向上移动。

8.如权利要求7所述的光纤扫描器，其特征在于，所述驱动端采用具有压电效应的压电材料，所述驱动端上设置有电极，所述电极上电后所述驱动端产生压电效应带动所述致动部位移；或

所述驱动端中设置有步进装置，所述步进装置在控制信号的作用下驱动所述驱动端带动所述致动器位移。

9.一种扫描方法，应用于光纤扫描器，其特征在于，所述光纤扫描器包括底座、促动器、致动器和固定在所述致动器上的光纤，所述光纤超出所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述致动器远离所述光纤悬臂的一端通过所述促动器与所述底座连接，所述致动部包括快轴致动及与所述快轴致动部连接的慢轴致动部；所述方法包括：

控制所述致动器在驱动信号的作用下带动所述光纤扫描待显示图像；其中，在驱动信号的作用下，所述慢轴致动部和所述快轴致动部分别沿不同方向振动；

在所述慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，控制所述促动器带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位；其中，在扫描显示所述待显示图像时，所述致动器在所述慢轴致动部的N个扫描周期内扫描获得与所述待显示图像对应的M幅扫描图像，所述M幅扫描图像在扫描面上融合形成所述待显示图像对应的完整扫描图案， M、N为正整数，且M≤N。

10.如权利要求9所述的扫描方法，其特征在于，在所述慢轴致动部每扫描完成一幅扫描图像时，且控制所述促动器带动所述致动器将下一幅扫描图像的扫描起点在所述慢轴致动部的扫描方向上位移一个扫描单位之前，所述方法还包括：

控制所述促动器带动所述致动器回到初始位置进行步进或反向步进，扫描下一幅扫描图像。

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