CN112147776B - 一种光纤悬臂结构及光纤扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤悬臂结构，包括纤芯和包层，所述的包层内包覆有至少一个纤芯，每个纤芯的前端面均设置有至少一个微结构部，各个微结构部均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合；还公开了一种光纤扫描装置。本发明的光纤悬臂结构出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，从而既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加，进而减小了通过投影物镜后的像素尺寸，提高成像分辨率，同时也提高了成像亮度。

Description

一种光纤悬臂结构及光纤扫描装置

技术领域

本发明涉及光纤扫描显示技术领域，尤其涉及一种光纤悬臂结构及光纤扫描装置。

背景技术

光纤扫描显示技术的成像原理是，通过致动器带动扫描光纤进行一定的轨迹运动，将待显示图像的每个像素点逐一投射到显示区域，从而形成投射画面，该技术所显示图像的颜色锐利饱和、对比度高、亮度高，最重要的是作为显示单元的光纤扫描装置的体积非常小。

光纤扫描显示系统通过像素调制信号调制光源组中每种颜色的光源单元(可以是激光器/发光二极管等)，光源组中每种颜色的光源单元产生的光经合束器合束后逐一产生每个像素点的色彩，合束器产生的光束通过光纤导入光纤扫描器(包括，致动器、扫描光纤、投影镜头)；同步地，通过致动器驱动信号控制致动器(一般为压电材料致动器)以一定的轨迹(螺旋扫描、栅格式扫描、李萨如扫描等)进行扫描运动，从而带动固定于致动器上的扫描光纤也进行对应的扫描运动，从而投射出投影画面。

随着光学显示科技的不断进步，用户对光学显示画质的接受底线逐渐提高。因此，光纤扫描显示技术如何能实现高帧率、高分辨、高亮度的显示画质是行业难题。对于高帧率，可以理解，即是提高扫描光纤的运动速度。为了提高扫描光纤的运动速率，需要控制光纤长度，以使频率增大，同时配合光纤的处理工艺改变光纤悬臂结构梁的形状，达到提升频率的同时振动幅度也能满足要求的目的。而如何得到既具有高分辨率又具有高亮度的显示画质，目前并没有较好的技术方案。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤悬臂结构及光纤扫描装置，用以实现空间小光斑、大能量的目的。

发明人在研究中发现，不论是多模光纤还是单模光纤，其端面出射的光束均有一个发散角，且发散角由数值孔径决定。在投影物镜的作用下，具有发散角的光束被聚焦投射在投射面上形成一个像素点，可以理解为光纤纤芯端面作为等效的发光面，光路传播过程实际上可以等效为投影物镜对于光纤纤芯端面进行成像，也就是可以理解为光纤纤芯端面发出一束具有发散角的光束，即作为物面的端面经过投影物镜被聚焦成像为作为像面的一个像素点。除了中心视场外，其他瞬时时刻光纤摆角对应视场的光束聚焦过程原理相同，均是对端面进行聚焦成像为一个像素点。聚焦后像素点的尺寸与端面尺寸有直接的关系，可以将其等效为纤芯端面通过投影物镜后的成像。

对于高分辨率，可以理解，扫描光纤的出光光斑大小(可理解为上述光纤端面的发光面)决定了最终投射画面的像素点大小，像素点尺寸越小，像素点间距就可以排布得更密集，最终投射画面的分辨率的提升潜力就更大。为了缩小扫描光纤的出光光斑，常通过化学腐蚀的方法对光纤端面进行处理，比如将光纤纤芯端面腐蚀成凹曲面、凸曲面或锥形，以汇聚光线使束腰更小以达到更高的分辨率。

受限于光学扩展不变量的基本理论，保证能量利用率的前提下，要实现小的光斑，势必发散角会增大；根据光波导的传输理论，对于固定光源，要想在纤芯里耦合更多的能量，势必需要增大光纤本身的光学扩展量，可以简单理解为纤芯直径和NA(光学系统的数值孔径)乘积的平方。而增大NA的作用对于不变量的影响有限，难以达到量级的提升，而增大纤芯直径是更切实可行的方案。事实上，将纤芯增大至数十微米的级别，通过几何光学就能近乎无损耗的耦合LD光源的能量。但根据几何光学理论，纤芯的增大意味着出射光束的所能汇聚的最小光斑直径的增大，而光斑直径增大则会降低分辨率。

基于此，为了实现空间小光斑、大能量的目的，本发明一方面提供了一种光纤悬臂结构，包括纤芯和包层，所述的包层内包覆有至少一个纤芯，每个纤芯的前端面均设置有至少一个微结构部，各个微结构部均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合。

从而光纤悬臂结构出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，从而既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加。

可选的，所述的包层内包覆有一个纤芯，纤芯的前端面均匀设置有多个微结构部，各个微结构部均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合，从而使得光纤悬臂结构出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像。

可选的，所述的包层内包覆有至少两个纤芯，每个纤芯的前端面均设置有至少一个微结构部，各个微结构部均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合，从而使得光纤悬臂结构出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像。对于具有至少两个纤芯的实施例，可选的，至少有两个纤芯内传输的光的颜色不同，如对于具有三个纤芯的光纤，三根纤芯分别传输RGB三色光中的一个单色光，最后RGB三色光束聚焦于一个光斑上，如此便可省去合束器，使得光纤本身具有合束功能。

可选的，上述的各微结构部出射的光束的光斑重合或光斑虚像重合均可以为部分重合或全部重合，优选的为全部重合。

所述的微结构部对纤芯中的光束具有聚焦作用或反向聚焦作用。具体的，所述的微结构部具有正焦度，使得纤芯端面的等效发光面聚焦在纤芯的前侧；或，所述的微结构部具有负焦度，使得纤芯端面的等效发光面反向聚焦在纤芯内部。

进一步的，纤芯包括一体成型并沿从后向前方向依次同轴连接的纤芯本体部和对纤芯中的光束具有聚焦或反向聚焦作用的微结构部，纤芯本体部的外部包覆有包层。微结构部可以通过腐蚀等化学加工工艺或机械加工工艺获得。

优选的，包层沿从后向前的方向厚度逐渐减小，这使得光纤悬臂结构同等摆动频率下其可以具有更长的悬臂和更小的阻尼，这可以增大光纤悬臂结构的摆幅。

本发明第二方面提供一种光纤扫描装置，包括光纤和扫描致动器，扫描致动器具有固定端和自由端，扫描致动器的自由端相对于固定端做二维运动，光纤的一端为用于出射光束的光束出射端，光纤的另一端连接光源，光纤的光束出射端的端部为所述的光纤悬臂结构，光纤位于光纤悬臂结构后侧的部分与扫描致动器的自由端固定连接，光纤悬臂结构超出扫描致动器的自由端。

优选的，扫描致动器的自由端相对于固定端沿垂直于第一方向的至少两个方向振动，第一方向不垂直于光纤悬臂结构的轴向。

所述的扫描致动器为压电致动器、磁致伸缩致动器、微机电系统(MEMS)或电磁致动器等。

优选的，所述的扫描致动器为压电致动器。

进一步的，所述的压电致动器包括双压电晶片致动器、压电材料管致动器、压电片驱动致动器中的一种或多种。

可选的，所述的压电致动器包括第一致动部和第二致动部，第一致动部和第二致动部的两端均分别为固定端和自由端，第二致动部的固定端与第一致动部的自由端固定连接；第一致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动，第二致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动。第二致动部的自由端相对于第一致动部的固定端的运动轨迹为第一致动部和第二致动部的振动轨迹的合成。优选的，第一致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的一个方向振动，第二致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的一个方向振动，且两个振动方向相互垂直，从而光纤悬臂结构可在压电致动器的驱动下做李萨茹式扫描或栅格式扫描。

所述的第一致动部和第二致动部均可为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或压电片驱动致动器。

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：

光纤悬臂结构出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，从而既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加，进而减小了通过投影物镜后的像素尺寸，提高成像分辨率，同时也提高了成像亮度。

附图说明

图1为光纤成像原理图；

图2为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有一个纤芯、纤芯的前端面设置有多个微结构部的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有两个纤芯的一种实施例的结构示意图；

图4为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有两个纤芯的另一种实施例的结构示意图；

图5为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有两个纤芯的第三种实施例的结构示意图；

图6为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有两个纤芯的第四种实施例的结构示意图；

图7为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有两个纤芯的第五种实施例的结构示意图；

图8为本发明光纤悬臂结构包层内包覆有一个纤芯、纤芯的前端面设置有多个微结构部的另一个实施例的结构示意图；

图9为本发明光纤扫描器的结构示意图；

图10为本发明压电材料管致动器被垂直于轴线的截面截得的截面图；

图11为本发明压电片驱动致动器被垂直于第一方向的截面截得的截面图；

图12为本发明光纤扫描器的的另一种结构示意图；

图13为本发明双压电晶片致动器被垂直于第一方向的截面截得的截面图。

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。

如图1所示，为光纤成像原理图，图中示出中心视场的光路示意图，为了更好地说明成像过程，图1中对光纤10和光斑30进行了放大示意(该两者与投影物镜20结合的整体并不是等比例放大)，图中光纤10为剖面示意图，包括包层102和纤芯101。

不论是多模光纤还是单模光纤，其端面出射的光束均有一个发散角，且发散角由数值孔径决定。

在投影物镜20的作用下，具有发散角的光束被聚焦投射在投射面上形成一个像素点，可以理解为光纤纤芯101端面作为等效的发光面，光路传播过程实际上可以等效为投影物镜20对于光纤纤芯101端面进行成像，也就是可以理解为光纤纤芯101端面发出一束具有发散角的光束，即作为物面的端面经过投影物镜20被聚焦成像为作为像面的一个像素点。除了中心视场外，其他瞬时时刻光纤摆角对应视场的光束聚焦过程原理相同，均是对端面进行聚焦成像为一个像素点。聚焦后像素点的尺寸与端面尺寸有直接的关系，可以将其等效为纤芯端面通过投影物镜20后的成像。

对于高分辨率，可以理解，扫描光纤的出光光斑大小(可理解为上述光纤端面的发光面)决定了最终投射画面的像素点大小，像素点尺寸越小，像素点间距就可以排布得更密集，最终投射画面的分辨率的提升潜力就更大。为了缩小扫描光纤的出光光斑，常通过化学腐蚀的方法对光纤端面进行处理，比如将光纤纤芯端面腐蚀成凹曲面、凸曲面或锥形，以汇聚光线使束腰更小以达到更高的分辨率。

受限于光学扩展不变量的基本理论，保证能量利用率的前提下，要实现小的光斑，势必发散角会增大；根据光波导的传输理论，对于固定光源，要想在纤芯里耦合更多的能量，势必需要增大光纤本身的光学扩展量，可以简单理解为纤芯直径和NA(光学系统的数值孔径)乘积的平方。而增大NA的作用对于不变量的影响有限，难以达到量级的提升，而增大纤芯直径是更切实可行的方案。事实上，将纤芯增大至数十微米的级别，通过几何光学就能近乎无损耗的耦合LD光源的能量。但根据几何光学理论，纤芯的增大意味着出射光束的所能汇聚的最小光斑直径的增大，而光斑直径增大则会降低分辨率。

基于此，为了实现空间小光斑、大能量的目的，本发明实施例提供一种光纤悬臂结构11，如图2-图5所示，包括纤芯111和包层112，所述的包层112内包覆有至少一个纤芯111，每个纤芯111的前端面均设置有至少一个微结构部12，各个微结构部12均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部12出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合。如图2、图3所示的实施例均是微结构部12均用于将光束发散，以使各微结构部12出射的光束在同一个平面上均实现光斑虚像重合；如图4、图5所示的实施例均是微结构部12均用于将光束会聚，以使各微结构部12出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合。

从而光纤悬臂结构11出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，从而既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加。

可选的，如图2、图8所示，所述的包层112内包覆有一个纤芯111，纤芯111的前端面均匀设置有多个微结构部12，各个微结构部12均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部12出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合(如图8所示)或光斑虚像重合(如图2所示)，从而使得光纤悬臂结构11出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像。对于具有一个纤芯111的实施例，优选的，纤芯111的直径不小于50um，如纤芯111直径为50um或62.5um等大芯径光纤。

可选的，如图3-图7所示，所述的包层112内包覆有至少两个纤芯111，每个纤芯111的前端面均设置有至少一个微结构部12，各个微结构部12均用于将光束会聚(如图4、图5、图6所示)或均用于将光束发散(如图3、图7所示)，以使各微结构部12出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合，从而使得光纤悬臂结构11出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像。对于具有至少两个纤芯111的实施例，可选的，至少有两个纤芯111内传输的光的颜色不同，如对于具有三个纤芯111的光纤，三根纤芯111分别传输RGB三色光，最后RGB三色光束聚焦于一个光斑上，如此便可省去合束器，使得光纤本身具有合束功能。

可选的，上述的各微结构部12出射的光束的光斑重合或光斑虚像重合均可以为部分重合或全部重合，优选的为全部重合。

优选的，所述的微结构部对纤芯111中的光束具有聚焦作用或反向聚焦作用。具体的，如图4、图5、图6、图8所示，所述的微结构部具有正焦度，使得纤芯111端面的等效发光面聚焦在纤芯111的前侧；或，如图2、图3、图7所示，所述的微结构部具有负焦度，使得纤芯111端面的等效发光面反向聚焦在纤芯111内部。

进一步的，纤芯111包括一体成型并沿从后向前方向依次同轴连接的纤芯本体部和对纤芯111中的光束具有聚焦或反向聚焦作用的微结构部12，纤芯111本体部的外部包覆有包层112。微结构部12可以通过腐蚀等化学加工工艺或机械加工工艺获得，其可以是规则或不规则的凸面或凹面或其他形式的微结构部，只要其能够实现光束的聚焦或反向聚焦即可。加工具有这种功能的微结构部对于光学器件加工技术领域而言是容易操作的。例如以具有两个纤芯111的光纤为例，如图5所示，两个纤芯111的微结构部12均为斜凸面，使得出射光束的发散角收缩且倾斜一定角度，最终在一个平面位置实现光斑重合；也可以如图6所示，其中一个纤芯111的微结构部12为正凸面用于汇聚出射光束，另一个纤芯111的微结构部12为斜凸面，用于汇聚并导向出射光束，两光束最终在一个平面位置实现光斑重合；也可以如图3所示，两个纤芯111的微结构部12均为斜凹面，每个纤芯111端面使得出射光束发散且倾斜一定角度，沿光纤出射光束的反向在某个平面上会形成一个光斑虚像，两个纤芯111的光束最终在一个平面位置呈现重合的光斑虚像；也可以如图7所示，其中一个纤芯111的微结构部12为正凹面，另一个纤芯111的微结构部12为斜凹面，沿光纤出射光束的反向在某个平面上会形成一个光斑虚像，两个纤芯111的光束最终在一个平面位置呈现重合的光斑虚像。同样道理，对于单个纤芯111的前端面设置有至少两个微结构部12的实施例，如图8所示，各微结构部12可以均为凸曲面，只是各凸曲面的尺寸形状均不相同，目的是将各自导出的光束发散角收缩，并以不同角度导射出光纤端面，所出射的光束最终在一个平面位置实现光斑重合；各微结构部12可以均为凹曲面，如图2所示，各凹曲面的尺寸形状均不相同，每个凹曲面使得出射光束具有发散且倾斜一定角度，沿每个凹曲面出射光束的反向在某个平面上会形成一个光斑虚像，最终在一个平面位置呈现重合的光斑虚像，

优选的，包层112沿从后向前的方向厚度逐渐减小，如图6、图7、图8所示，减小过程可为线性和非线性(接受一切有利于光纤摆动的形状)，这使得光纤悬臂结构11同等摆动频率下其可以具有更长的悬臂和更小的阻尼，这可以增大光纤悬臂结构11的摆幅(超过1mm)。通过对普通光纤的包层112进行腐蚀加工可以得到厚度逐渐减小的包层112结构，但腐蚀过程中光纤的纤芯111未被腐蚀。

一种光纤扫描装置，如图9所示，包括光纤和扫描致动器2，扫描致动器2具有固定端和自由端，扫描致动器2的自由端相对于固定端做二维运动，光纤的一端为用于出射光束的光束出射端，光纤的另一端连接光源，光纤的光束出射端的端部为所述的光纤悬臂结构11，光纤位于光纤悬臂结构11后侧的部分与扫描致动器2的自由端固定连接，光纤悬臂结构11超出扫描致动器2的自由端。

优选的，扫描致动器2的自由端相对于固定端沿垂直于第一方向的至少两个方向振动，第一方向不垂直于光纤悬臂结构11的轴向。

所述的扫描致动器2为压电致动器、磁致伸缩致动器、微机电系统(MEMS)或电磁致动器等。

优选的，所述的扫描致动器2为压电致动器。

进一步的，所述的压电致动器包括双压电晶片致动器、压电材料管致动器、压电片驱动致动器中的一种或多种。

作为一种可选的实施例，如图10所示，所述的压电致动器为压电材料管致动器，所述的压电材料管致动器包括压电材料管211，压电材料管211的外表面设置有至少两对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212，压电材料管211的内表面设置有与所述外电极212相配合的内电极213，压电材料管211位于外电极212和对应的内电极213之间的部分沿径向极化。以实现当内电极213和外电极212连接外部驱动器件后，该压电致动器的自由端端沿其对应的轴振动，此时压电材料管211的轴线方向即为第一方向。

压电材料管211的各个外电极212和内电极213均连接外部驱动电路，以通过各对相配合外电极212和内电极213向压电材料管211施加交变电场。压电材料管211沿径向极化，每对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212及与之对应的内电极213，在同一时刻驱动该压电材料管211做相反方向的伸缩，即每对外电极212中的一个外电极212及其内电极213驱动位于其范围内的压电材料管211伸长时，另一个外电极212及其内电极213驱动位于其范围内的压电材料管211同步缩短；反之亦然。当压电材料管211一端固定时，压电材料管211的另一端为自由端，上述同步伸长和伸缩的动作使得压电材料管211的自由端相对于固定端沿垂直于轴线的一个方向振动。当压电材料管211的外表面设置有n对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212时，压电材料管211的自由端相对于固定端可沿n个垂直于所述轴心线的方向振动。作为此类实施例的一个优选实施例，所述的n为2，且两个振动方向相互垂直，从而光纤悬臂结构11可在压电致动器的驱动下做螺旋式扫描。

作为一种可选的实施例，如图11所示，所述的压电片驱动致动器包括基体221，基体221的表面沿周向间隔贴覆有至少两个沿第一方向伸缩的第一压电片222，所述的第一压电片222中至少有两个第一压电片222不关于基体221的中心对称，并且当两个第一压电片222关于基体221的中心对称时，在任一时刻关于基体221的中心对称的两个第一压电片222的伸缩方向相反，基体221沿第一方向的两端分别为固定端和自由端，第一压电片222的伸缩驱动基体221的自由端相对于固定端沿垂直于第一方向的方向振动。基体221的表面设置有n个不关于基体221的中心对称的第一压电片222时，基体221的自由端相对于固定端可沿n个垂直于所述轴心线的方向振动。作为此类实施例的一个优选实施例，所述的n为2，且两个振动方向相互垂直，从而光纤悬臂结构11可在压电致动器的驱动下做螺旋式扫描。

所述的第一压电片222包括压电材料片，压电材料片接触基体221的表面和与该表面相对的表面均设置有电极，压电材料片沿垂直于所述两个表面的方向极化，即压电材料片沿厚度方向极化。

所述的基体221的截面可以为任意由直线和/或曲线构成的闭合图形；例如优选的，所述的基体221的截面可以为方形、圆形、椭圆形。

作为一种可选的实施例，如图12所示，所述的压电致动器包括第一致动部21和第二致动部22，第一致动部21和第二致动部22的两端均分别为固定端和自由端，第二致动部22的固定端与第一致动部21的自由端固定连接；第一致动部21的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动，第二致动部22的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动。第二致动部22的自由端相对于第一致动部21的固定端的运动轨迹为第一致动部21和第二致动部22的振动轨迹的合成。作为此类实施例的一个优选实施例，第一致动部21的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的一个方向振动，第二致动部22的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的一个方向振动，且两个振动方向相互垂直，从而光纤悬臂结构11可在压电致动器的驱动下做李萨茹式扫描或栅格式扫描。第二致动部22的固有频率远大于第一致动部211的固有频率，以满足栅格式扫描的要求。

所述的第一致动部21和第二致动部22均可为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或压电片驱动致动器。

如图13所示，所述的双压电晶片致动器包括沿第一方向延伸的中部隔离片231，中部隔离片231的一侧设置有平行于中部隔离片231的第一压电材料片232，中部隔离片231的另一侧设置有平行于中部隔离片231的第二压电材料片233，第一压电材料片232和第二压电材料片233均具有两个平行于中部隔离片231的第一表面，第一压电材料片232和第二压电材料片233的第一表面均布设有一层电极234。

第一压电材料片232和第二压电材料片233的电极234均连接外部驱动电路，以通过电极234向压电材料片施加交变电场。第一压电材料片232在自电极234施加的交变电场的作用下伸长或缩短，第二压电材料片233在自电极234施加的交变电场的作用下伸长或缩短，且在任一时刻第一压电材料片232和第二压电材料片233的伸缩方向相反。

由于第一致动部21和第二致动部22的一端为固定端，第一压电材料片232和第二压电材料片233的同步反向伸缩会驱动该致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于中部隔离片231的方向振动。

如图10所示，所述的压电材料管致动器包括压电材料管211，压电材料管211的外表面设置有至少两对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212，压电材料管211的内表面设置有与所述外电极212相配合的内电极213。以实现当内电极213和外电极212连接外部驱动器件后，该致动部的前端沿其对应的轴振动。

压电材料管211的各个外电极212和内电极213均连接外部驱动电路，以通过各对相配合外电极212和内电极213向压电材料管211施加交变电场。压电材料管211沿径向极化，每对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212及与之对应的内电极213，在同一时刻驱动该压电材料管211做相反方向的伸缩，即每对外电极212中的一个外电极212及其内电极213驱动位于其范围内的压电材料管211伸长时，另一个外电极212及其内电极213驱动位于其范围内的压电材料管211同步缩短；反之亦然。当压电材料管211一端固定时，压电材料管211的另一端为自由端，上述同步伸长和伸缩的动作使得压电材料管211的自由端相对于固定端沿垂直于轴线的一个方向振动。当压电材料管211的外表面设置有n对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212时，压电材料管211的自由端相对于固定端可沿n个垂直于所述轴心线的方向振动。作为此类实施例的一个优选实施例，所述的n为1或2，且当n为2时，其中一对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212及与之对应的内电极213驱动压电材料管211的自由端相对于其固定端沿一个垂直于所述轴心线的方向振动，而另一对关于压电材料管211的轴心线对称的外电极212及与之对应的内电极213驱动压电材料管211的自由端沿另一个垂直于所述轴心线的方向振动，从而使得压电材料管致动器具备矫正功能，能够对其最终的振动方向进行自由调整，以克服因安装、加工等工序存在的误差而导致的扫描轨迹存在的畸变。

如图11所示，所述的压电片驱动致动器包括轴心方向为第一方向的基体221，基体221的表面沿周向间隔贴覆有至少一个沿第一方向伸缩的第一压电片222，当基体221的表面沿周向间隔贴覆有至少两个第一压电片222时，任意两个第一压电片222可关于基体221的中心对称也可不关于基体221的中心对称，基体221沿第一方向的两端分别为固定端和自由端，第一压电片222的伸缩驱动基体221的自由端相对于固定端沿垂直于第一方向的方向振动。当两个第一压电片222关于基体221的中心对称时，在任一时刻关于基体221的中心对称的两个第一压电片222的伸缩方向相反，从而该两个第一压电片222共同驱动基体221沿一个垂直于第一方向的方向振动；不关于基体221的中心对称的第一压电片222各自驱动基体221沿一个相应的、垂直于第一方向的方向振动。基体221的表面既可以仅设置一个第一压电片222或仅设置两个关于基体221的中心的第一压电片222，从而使得基体221的自由端可沿一个垂直于第一方向的方向振动；也可以设置至少两个不关于基体221的中心对称的第一压电片222，从而可以使得基体221的自由端沿多个垂直于第一方向的方向振动，从而使得压电片驱动致动器具备矫正功能，能够对其最终的振动方向进行自由调整，以克服因安装、加工等工序存在的误差而导致的扫描轨迹存在的畸变。

所述的第一压电片222包括压电材料片，压电材料片接触基体221的表面和与该表面相对的表面均设置有电极，压电材料片沿垂直于所述两个表面的方向极化，即压电材料片沿厚度方向极化。

所述的基体221的截面可以为任意由直线和/或曲线构成的闭合图形；例如优选的，所述的基体221的截面可以为方形、圆形、椭圆形。

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。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：

光纤悬臂结构11出射的光束构成一个重合光斑或重合的光斑虚像，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，从而既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加，进而减小了通过投影物镜后的像素尺寸，提高成像分辨率，同时也提高了成像亮度。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，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 (9)

1.一种用于光纤扫描显示的光纤悬臂结构，其特征在于，包括纤芯和包层，所述的包层内包覆有一个纤芯，纤芯的前端面均设置有多个微结构部，各个微结构部均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加；

所述的微结构部具有正焦度，使得纤芯端面的等效发光面聚焦在纤芯的前侧；或，所述的微结构部具有负焦度，使得纤芯端面的等效发光面反向聚焦在纤芯内部。

2.如权利要求1所述的一种用于光纤扫描显示的光纤悬臂结构，其特征在于，包层沿从后向前的方向厚度逐渐减小。

3.一种用于光纤扫描显示的光纤悬臂结构，其特征在于，包括纤芯和包层，所述的包层内包覆有至少两个纤芯，每个纤芯的前端面均设置有至少一个微结构部，各个微结构部均用于将光束会聚或均用于将光束发散，以使各微结构部出射的光束在同一个平面上均实现光斑重合或光斑虚像重合，该重合光斑或重合光斑虚像被投影镜头聚焦投射在投影面的同一个像素点位置上，既减小了光斑直径，又实现像素点亮度的叠加；

所述的微结构部具有正焦度，使得纤芯端面的等效发光面聚焦在纤芯的前侧；或，所述的微结构部具有负焦度，使得纤芯端面的等效发光面反向聚焦在纤芯内部。

4.如权利要求3所述的一种用于光纤扫描显示的光纤悬臂结构，其特征在于，至少有两个纤芯内传输的光的颜色不同。

5.如权利要求3所述的一种用于光纤扫描显示的光纤悬臂结构，其特征在于，包层沿从后向前的方向厚度逐渐减小。

6.一种光纤扫描装置，其特征在于，包括光纤和扫描致动器，扫描致动器具有固定端和自由端，扫描致动器的自由端相对于固定端做二维运动，光纤的一端为用于出射光束的光束出射端，光纤的另一端连接光源，光纤的光束出射端的端部为如权利要求1-5中任意一项所述的光纤悬臂结构，光纤位于光纤悬臂结构后侧的部分与扫描致动器的自由端固定连接，光纤悬臂结构超出扫描致动器的自由端。

7.如权利要求6所述的一种光纤扫描装置，其特征在于，扫描致动器2的自由端相对于固定端沿垂直于第一方向的至少两个方向振动，第一方向不垂直于光纤悬臂结构的轴向。

8.如权利要求7所述的一种光纤扫描装置，其特征在于，所述的扫描致动器为压电致动器、磁致伸缩致动器、微机电系统或电磁致动器。

9.如权利要求8所述的一种光纤扫描装置，其特征在于，所述的压电致动器包括第一致动部和第二致动部，第一致动部和第二致动部的两端均分别为固定端和自由端，第二致动部的固定端与第一致动部的自由端固定连接，第一致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动，第二致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动。

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