CN113156639A - 扫描致动器、光纤扫描器及扫描显示模组 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种扫描致动器、光纤扫描器及扫描显示模组，第二致动部并不进行弯曲振动，而是通过致动单元的伸缩振动，使得转动部整体以某一特定位置作为转动中心在一定角度范围内进行设定频率的周期性摆动，进一步带动悬臂梁在第二方向上摆动；第一致动部自身能够进行第一方向上的弯曲振动，从而扫描致动器便可以实现二维致动。本申请实施例中扫描致动器能够提供更大的驱动力，并可以减小两个扫描轴之间的耦合作用，在需要大致动力和/或大尺寸扫描显示的场景下，更具优势。

Description

扫描致动器、光纤扫描器及扫描显示模组

技术领域

本申请涉及扫描显示技术领域，具体涉及一种扫描致动器、光纤扫描器及扫描显示模组。

背景技术

扫描显示成像作为一种新兴的显示技术，可用于投影显示、近眼显示等多种显示场景。

扫描显示成像除了可由目前应用较广泛的数字微镜设备(Digital MicromirrorDevice，DMD)实现以外，还可由光纤扫描器所实现。

一种较为典型的光纤扫描器结构如图1所示，该光纤扫描器主要包括：采用快慢轴结构的扫描致动器，以及，用于扫描出光的光纤。固定于基座上的扫描致动器按照从后向前的方向依次包括慢轴、隔离部、快轴，其中，慢轴用于在第一方向(竖直方向，即图1中参考坐标系的Y轴方向)以相对较慢的频率振动，快轴用于在第二方向(水平方向，即图1中参考坐标系的X轴方向)以相对较快的频率振动，慢轴的振动通过隔离部累加在快轴上，从而可带动光纤在第一方向及第二方向上进行二维扫动，实现二维扫描，投射出图像。

在一些实际应用场景中，对扫描致动器快轴的致动力、振幅的要求较高，现有的上述扫描致动器的结构对致动力、振幅的提升存在一定程度的局限性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种扫描致动器、光纤扫描器及扫描显示模组，用以解决现有扫描致动器中快轴的致动力及振幅局限性较大的问题。

本申请实施例提供一种扫描致动器，至少包括：第一致动部、第二致动部及悬臂梁，其中，

所述第一致动部沿长度轴方向具有设定长度，所述第二致动部连接于所述第一致动部的端面上；

所述第二致动部包括致动单元、转动部以及悬臂梁，所述致动单元与所述转动部相接；

所述悬臂梁一端固定连接于所述转动部上；

致动状态下，所述第一致动部带动所述第二致动部以第一频率在第一方向上位移；所述转动部在所述致动单元的致动作用下，以第二频率绕转动中心在设定角度范围内转动，带动所述悬臂梁在第二方向上摆动。

可选地，所述第一致动部为轴向平行于所述第一方向的致动柱，致动时，所述第一致动部沿自身轴向以所述第一频率进行伸缩致动，带动所述第二致动部及所述悬臂梁在所述第一方向上位移。

可选地，所述第二致动部还包括基座，所述第二致动部通过所述基座连接于所述第一致动部端面上，所述致动单元和/或所述转动部设置于所述基座上。

可选地，所述致动单元呈柱体结构，一端固定于所述基座上，另一端与所述转动部朝向所述基座一侧相接；

所述致动单元的轴向垂直于所述第一致动部的轴向；

致动状态下，所述致动单元以第二频率沿自身轴向进行伸缩致动，推动所述转动部以所述第二频率绕所述转动中心在设定角度范围内转动。

可选地，所述转动部一端可转动连接于所述基座上，该可转动连接处作为所述转动部的转动中心；

所述致动单元的数量为至少一个，与所述可转动连接处在所述第二方向上相距设定距离。

可选地，所述转动部铰接于所述基座上。

可选地，所述致动单元的数量为至少两个；

所述至少两个致动单元分别设于所述基座同一表面上两个在所述第二方向上相对的区域中，所述转动部朝向所述基座的表面分别与各所述致动单元连接。

可选地，设于所述相对的区域中的所述致动单元在致动时的伸缩状态相反。

可选地，所述第一致动部为轴向平行于所述悬臂梁轴向的致动柱，致动时，所述第一致动部自身以所述第一频率在所述第一方向上振动。

可选地，所述致动单元呈柱体结构，一端固定于所述第一致动部的自由端端面上，另一端与所述转动部朝向所述自由端端面一侧相接；

致动状态下，所述致动单元以第二频率沿自身轴向进行伸缩致动，推动所述转动部以所述第二频率绕所述转动中心在设定角度范围内转动。

可选地，所述转动部一端可转动连接于所述自由端端面上，该可转动连接处作为所述转动部的转动中心；

所述致动单元的数量为至少一个，与所述可转动连接处在所述第二方向上相距设定距离。

可选地，所述转动部铰接于所述自由端端面上。

可选地，所述致动单元的数量为至少两个；

所述至少两个致动单元分别设于所述自由端端面的两个在所述第二方向上相对的区域中，所述转动部朝向所述自由端端面的表面分别与各所述致动单元连接。

可选地，设于所述相对的区域中的所述致动单元在致动时的伸缩状态相反。

可选地，所述致动柱包括堆叠的多个压电材料片。

可选地，所述柱体结构包括堆叠的多个压电材料片。

可选地，所述悬臂梁的轴向平行于所述第二方向所在的平面。

可选地，所述悬臂梁沿其轴向设有用以安装光纤的贯穿通道。

可选地，所述第一致动部，和/或，所述第二致动部的转动部、所述基座，与悬臂梁的所述贯穿通道对应的位置设有通孔或安装槽，用以安装光纤。

本申请实施例中还提供一种光纤扫描器，包括前述的扫描致动器以及光纤，所述光纤安装于所述扫描致动器上，并在所述悬臂梁的自由端延伸形成光纤悬臂，在致动状态下，所述光纤悬臂的自由端基于所述扫描致动器的致动作用，按照设定轨迹扫动。

本申请实施例中还提供一种扫描显示模组，至少包括前述的光纤扫描器，光源以及控制电路；

在所述控制电路的控制下，所述光源输出图像光并由所述光纤扫描器进行扫描显示。

采用本申请实施例中的技术方案可以实现以下技术效果：

相对于现有的第一致动部、第二致动部共轴结构的扫描致动器而言，本申请中扫描致动器的两个致动部采用不同的致动形式，其中，第一致动部自身以第一频率在第一方向上伸缩致动或弯曲振动，第二致动部并不进行弯曲振动，而是通过致动单元的伸缩振动，使得转动部整体以某一特定位置作为转动中心在一定角度范围内进行设定频率的周期性摆动，进一步带动悬臂梁在第二方向上摆动；从而扫描致动器便可以实现二维致动。一方面，对于第二致动部来说，相较于弯曲振动，通过伸缩致动实现设定角度摆动的第二致动部可以提供更大的驱动力，振幅也更显著，在需要大致动力和/或大尺寸扫描显示的场景下，更具优势。另一方面，第一致动部和第二致动部采用了两种不同的致动方式，彼此之间振动的耦合作用较小，当用作光纤扫描器时，对扫描轨迹的影响也更小。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请的技术方案而了解。本申请的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中一种示例性的光纤扫描器的结构示意图；

图2a是本申请实施例提供的一种说明性扫描显示模组的结构示意图；

图2b是图2a所示的说明性扫描显示模组中的光纤扫描器的结构示意图；

图3是光纤扫描器中第二致动部的致动原理示意图；

图4a是本申请实施例提供的第一种扫描致动器的结构示意图；

图4b是图4a所示的扫描致动器在视角位于Y轴方向的示意图；

图4c是图4a所示的扫描致动器的另一种结构的示意图；

图5是致动单元421的结构示意图；

图6a是本申请实施例提供的第二种扫描致动器的结构示意图；

图6b是图6a所示的扫描致动器在视角位于Y轴方向的示意图；

图7是多个致动单元721的分布示意图；

图8是本申请实施例提供的第三种扫描致动器的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的一种光纤扫描器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

说明性扫描显示模组

如图2a所示，为一种说明性的扫描显示模组，其中主要包括：

处理器100、激光器组110、光纤扫描器120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。其中，

处理器100可以为图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。

工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器组110进行调制，激光器组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1中可见，激光器组中具体可采用红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三色激光器。激光器组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。

处理器100还可控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描器120中的光纤扫描器进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。

由光纤扫描器120扫描输出的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将按照设定的扫描轨迹，在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置完成一帧图像的扫描，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。

继续参考图2b，为光纤扫描器120的具体结构，其中包括：扫描致动器121、光纤悬臂122、镜组123、扫描器封装壳124以及固定件125。扫描致动器121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在扫描致动器121的前端延伸形成光纤悬臂122(也可称为扫描光纤)，工作时，扫描致动器121在扫描驱动信号的驱动下，其慢轴121a(也称第一致动部)沿竖直方向(该竖直方向平行于图2a、2b中参考坐标系内的Y轴，在本申请中，该竖直方向也可称为第一方向)振动，其快轴121b(也称第二致动部)沿水平方向(该水平方向平行于图2a、2b中参考坐标系内的X轴，在本申请中，该水平方向也可称为第二方向)振动，受扫描致动器121带动，光纤悬臂122的前端按预设轨迹进行二维扫动并出射光束，出射的光束便可透过镜组123实现扫描成像。一般性地，可将扫描致动器121及光纤悬臂122所构成的结构称为：光纤扫描器。所说的第一方向和第二方向互为正交关系。

需要说明的是，在本申请实施例中，所使用的“后端”、“前端”的描述方式，通常是按照光束传输的方向确定的，也即，从前至后的方向与光束传输的方向一致，所述的扫描致动器的后端，是指扫描致动器用作固定的一端；所述的扫描致动器的前端，是指扫描致动器上与后端相对的另一端，在部分实施例中，也可称为自由端，是扫描致动器上形变和振幅最显著的部位。另外，光纤悬臂的出光端，也可以称为光纤悬臂的前端，或，光纤悬臂的自由端。当然，此处有关自由端、前端或者后端等概念的定义和解释，同样适用于本申请其他实施例中的扫描致动器、光纤悬臂或其他结构。但应注意的是，在本申请的后续实施例中，对于某些不具备上述的“前”、“后”概念的结构，将直接使用“固定端”、“自由端”等描述，当然，这样的描述仅为了便于本领域技术人员准确、直观地理解，而并不应认为是对本申请的限定。

上述说明性扫描显示模组仅是为了便于理解本申请后续方案给出的一种示例性的内容，在实际应用中，扫描显示模组内的具体架构以及各个单元模块的结构并不限制于图2a及图2b所示，可能会发生变化，如：光源调制电路140、扫描驱动电路150可以合并为处理电路；又如：处理器100可以独立于扫描显示模组之外，而不是作为扫描显示模组中的一个构成单元；还例如：光纤扫描器120中扫描致动器121通过基座进行固定，而非图2b中通过固定件125进行固定等等，对于不同的变化形式，这里不再一一赘述。也就是说，上述的示例性内容并不应理解为对本申请的限定。

现在参考图3，示出了扫描致动器121中快轴121b的致动方式，其中，快轴121b为压电陶瓷管，图3中展示出压电陶瓷管一部分管壁的轴向截面，具体而言，管壁基体21由压电陶瓷材料构成，在管壁基体21的内外表面，分别布设有电极22，当电极22通电时管壁基体21产生压电效应，自身发生弯曲形变，通过周期性调节电极22所形成的电势差，将使得管壁基体21产生周期性弯曲形变，从而可实现快轴121b以设定的频率振动。

但上述的振动方式所产生的振幅及致动力偏小，并不能较好的适用于某些对振动、致动力要求较高的应用场景，因此，本申请实施例中提供相应的扫描致动器，相对于现有快慢轴共轴结构的扫描致动器而言，可提供更强的致动力以及更大的致动幅度。

对于现有的快慢轴共轴结构的扫描致动器来说，除了上述快轴的致动力及振动幅度的局限性以外，慢轴在致动状态下在第一方向上以一定频率进行振动，所产生的第一方向的振动将部分传递至快轴上靠近慢轴的部分，造成快轴自身所产生的第二方向的振动受到第一方向振动的干扰。相应地，当快轴在致动状态下时，其产生的第二方向上的振动也会传递给慢轴上靠近快轴的部分，对慢轴自身所产生的第一方向的振动造成干扰。快慢轴这样的振动干扰耦合(也可称作是快慢轴之间的耦合作用)将导致扫描致动器整体的扫描轨迹出现变形、难以控制等问题。

为此，在本申请的后续实施例中，提供相应地扫描致动器及光纤扫描器，以在一定程度减弱甚至避免上述问题。

扫描致动器

参考图4a及4b，本实施例中提供一种扫描致动器40，至少包括：第一致动部410、第二致动部420及悬臂梁430。其中：

第一致动部410为致动柱，柱体轴向平行于第一方向(即，图4a中的Y轴方向)，第一致动部410可沿其柱体轴向进行伸缩致动。第二致动部420固定设置于第一致动部410的致动方向的端面上。

第二致动部420包括致动单元421、转动部423以及基座425。致动单元421为柱形，一端固定于基座425的一侧表面上，并可以在柱轴方向进行伸缩致动，另一端与转动部423相接。该致动单元421可以为转动部423提供致动力。一般性地，致动单元421的柱轴方向平行于Z轴。转动部423为条形薄片状，其固定端以活动固定的方式连接于基座425上，与致动单元421连接的位置靠近与固定端相对的另一端(这里所说的另一端也可称为是转动部423的自由端)。转动部423的长度轴与图4a中的X轴平行，并且与Y轴方向垂直。在本申请的其他实施方式中，致动单元421可以为方柱形或圆柱形，转动部423还可以是矩形片状，或者是方/圆管、方/圆棒(柱)等结构。

悬臂梁430在本实施例中为圆管结构，在其他实施方式中也可以为方管、方/圆棒(柱)或片状结构，或者是其他长度轴方向具有设定长度的结构，当扫描致动器40用作光纤扫描器时，相应的光纤可以安装设置于悬臂梁430上，进而，第一致动部410和第二致动部420的致动作用通过悬臂梁430传递至光纤，使得光纤能够充分利用致动作用进行扫描。悬臂梁430的固定端与转动部423中段部分的侧表面相接，且悬臂梁430的长度轴平行于Z轴。

悬臂梁430整体可以采用刚性材料制成，也可以采用具有一定柔性的材料制成，本领域技术人员容易理解，刚性材料不易发生形变，而柔性材料在受到第一致动部410和第二致动部420的致动作用下时，可以产生一定幅度的摆动，当扫描致动器用作光纤扫描器时，相对于刚性材料的悬臂梁430，柔性材料制成的悬臂梁430可使得光纤能够获得更大的摆幅。

在本实施例中，悬臂梁430沿其轴心设有贯穿通道434，对应地，转动部423及基座425的相应位置也设置有通孔，以便扫描致动器40用作光纤扫描器时安装光纤。

扫描致动器40处于工作状态时，对于第一致动部410而言，其以设定频率(该频率也可称为第一频率)、设定振幅(该振幅也可称为第一振幅)沿Y轴方向进行伸缩振动，从而可带动第二致动部420整体在Y轴方向上振动；对于第二致动部420而言，致动单元421以设定频率(该频率也可称为第二频率)、设定振幅在Z轴方向上伸缩振动，转动部423受到致动单元421的致动作用，以活动固定处作为转动中心，按照致动单元421的振动频率在一定角度范围内摆动，进一步带动悬臂梁430在X轴方向上摆动。一般性地，转动部423的摆动角度与致动单元421的振幅相关(呈正比或正相关的关系)。悬臂梁430自身不发生自主振动，第一致动部410和第二致动部420二者的致动作用将传递至悬臂梁430，从而，悬臂梁430的自由端便可以实现Y轴方向和X轴方向的二维致动。也就是说，本实施例中的扫描制动器40同样能够实现前述的快慢轴共轴结构的扫描致动器的致动作用。

在本实施例中，转动部423与基座425进行可转动连接，具体的连接方式可以采用铰接，使得转动部423能够以铰接处作为转动中心进行一定角度的摆动。在本实施例中，转动部423与基座425的铰接方式并非球形铰接，从而保证转动部423只在垂直于转动轴的平面内摆动。本领域技术人员可以理解，若转动部423与基座425的连接方式采用球形铰接，则在进行摆动时便可能发生多方向摆动的情况，那么，当扫描致动器40用作光纤扫描器进行图像的扫描输出时，会导致扫描轨迹变形，影响扫描输出的图像的成像质量。

进一步地，作为本实施例中的一种较优方式，转动部423的转臂轴和悬臂梁430的长度轴共面或两轴所在平面平行，例如：图4b所示的实施例中，转动部423的转臂轴AB与悬臂梁430的长度轴CD均处于参考坐标系中XZ平面内。本领域技术人员同样可以理解，前述的两轴所在平面平行或共面，则扫描致动器40用作光纤扫描器进行二维扫描时，扫描轨迹更规则也更易进行控制，从而可减小扫描轨迹的控制难度。

在本实施例中，致动单元421与转动部423之间、转动部423和悬臂梁430之间可以采用诸如粘接、焊接(如：激光焊接)等方式实现，也可以采用一体成型的方式制成。在此并不进行具体限定。

在一种实施例中，第一致动部410以及第二致动部420的致动单元421，均采用堆叠式压电材料结构，这里仅以致动单元421为例进行具体说明，第一致动部410采用相类似的结构，在此便不再过多赘述。具体可参考图5，致动单元421中包括沿伸缩方向(Z轴方向)相互堆叠的多个压电材料片455，每一压电材料片455沿伸缩方向的两面分别布设有电极466(分为正电极及负电极)。在实际应用时，堆叠的不同压电材料片455的电极466之间可以相互绝缘，具体可通过诸如绝缘膜层实现，这里并不作具体限制。在致动单元421两侧，还设置有导通电极477，两侧的导通电极477分别用于连接各压电材料片455两面的正负电极，并与相反极性的电极保持绝缘接触。采用堆叠式压电片的结构作为致动单元，该致动单元的驱动电压小，相对于如图1所示的致动结构中的轴体弯曲形变的致动方式而言，堆叠式致动结构的带载能力更强，并且具有良好的直线性，当用作光纤扫描器时，更容易进行扫描轨迹控制，且更适于大摆幅、大致动力的应用场景。

在一种实施方式中，如图4a所示，转动部423与悬臂梁430相接触的侧面的宽度d₁可等于或大于悬臂梁430的直径d₂，从而可保证转动部423与悬臂梁430之间的连接稳定性。

在一些实施例中，悬臂梁430除了如图4a所示连接固定于转动部423的中部位置以外，悬臂梁430固定连接于转动部423上的其它位置也是可行的，例如：如图4c所示，扫描致动器40’中，悬臂梁430与转动部423的连接位置更靠近转动部423的自由端。本领域技术人员可以理解，悬臂梁430与转动部423的连接位置越靠近转动部423的自由端，则当转动部423摆动时悬臂梁430在X轴方向上的位移也就越显著。因此，可以根据实际应用的需要设置悬臂梁430连接固定于转动部423上的位置。

一般性地，当扫描致动器40处于非致动状态下时，悬臂梁430的长度轴通常可保持水平，或，与水平方向之间的角度关系在预设值之内(这里的水平或水平方向，可认为是在图4a所示的参考坐标系中，平行于XZ平面的方向)，这是因为，悬臂梁430的长度轴方向过于偏离水平方向，则扫描致动器40用作光纤扫描器时，会造成光路偏斜，也会对扫描输出的光线的扫描轨迹产生影响。

当然，对于第二致动部420而言，在一些实施方式中，致动单元421的数量还可以为两个或多个，两个或多个致动单元421在基座425的一侧表面可沿Y轴方向排列(排列方式在图4a～4c中并未示出，但可参考图7中区域73或75中的致动单元721的排列方式)，当然，此种情况下，转动部423通常为矩形片状结构，而不是前述的条形片状，转动部423一侧表面同时与沿Y轴方向排列的两个或多个致动单元421相接。当然，致动单元421及转动部423具体采用何种结构将视实际应用的需要而定，这里并不进行具体限制。

此外，致动单元421并不一定总是凸出于基座425的表面，在某些实施方式中，基座425上与致动单元421对应的位置设有槽、孔、凹坑等结构，致动单元421可以容纳于其中，在致动单元421不进行致动时，致动单元421的外侧端面与基座425的表面平齐。

对于本实施例中的上述扫描致动器而言，不同于目前快轴进行弯曲振动的方式，第二致动部420并不进行弯曲振动，而是通过致动单元421的伸缩振动，使得转动部423整体以固定位置作为转动中心在一定角度范围内进行设定频率的周期性摆动，从而进一步带动悬臂梁430实现在第二方向上的振动。第一致动部410自身可以进行第一方向上的伸缩振动，从而扫描致动器便可以实现二维致动。一方面，相较于弯曲振动，通过伸缩致动实现设定角度摆动的第一致动部/第二致动部可以提供更大的驱动力，振幅也更显著，在需要大致动力和/或大尺寸扫描显示的场景下，更具优势。另一方面，第一致动部410和第二致动部420采用了不同的致动方式，彼此之间振动的耦合作用较小，当用作光纤扫描器时，对扫描轨迹的影响也更小。

参考图6a及6b，本申请另提供一种扫描致动器60。至少包括：第一致动部(并未在图6a及6b中示出)、第二致动部620及悬臂梁630。扫描致动器60的第一致动部其结构与前述实施例中的第一致动部410一致，故在图6a及6b中并未示出，本实施例中将重点说明其中的第二致动部620及悬臂梁630的结构。具体而言：

不同于前述的扫描致动器40，扫描致动器60的第二致动部620包含两个致动单元621，两个致动单元621沿X轴方向相对设置于基座625的同一侧表面上。与前述扫描致动器40中的致动单元421类似，两个致动单元621均呈柱形，任一个致动单元621的一端固定于基座625上并可以沿Z轴方向进行伸缩致动，另一端与转动部623连接，用于为转动部623提供致动力。本实施例中，转动部623也为片状，靠近两端的位置分别与致动单元621固定连接。悬臂梁630同样呈圆管型，并设置有用于安装光纤的通道634。

扫描致动器60处于工作状态时，两个致动单元621分别以设定频率(即，第二频率)、设定振幅在Z轴方向上交错进行伸缩振动，也就是说，当其中一个致动单元621进行“伸”动作时，另一个致动单元621进行“缩”动作。转动部623受到两个致动单元621的致动作用，以转动部623的中段位置E区域(图6b中灰色部分)为摆动中心，进行第二频率的翘板式摆动。当然，转动部623的摆动角度与致动单元621的振幅相关(呈正比或正相关的关系)。第一致动部自身可以在Y轴方向上进行第一频率的伸缩振动，在第一致动部的致动作用下，第二致动部620整体跟随第一致动部在Y轴方向上振动位移，同时，第二致动部620的致动单元621交错致动使转动部623以第二频率进行摆动，受第一致动部及转动部623的共同作用，悬臂梁630可进行二维振动。

结合前述内容，本领域技术人员容易理解，两个致动单元621之间的距离不宜过于靠近，随着两个致动单元621之间距离的减小，对转动部623的致动效果也将逐渐变差。图6a及6b中所示，两个致动单元621的设置位置靠近转动部623的两端，从而对转动部623的致动效果较佳。

与前述实施例类似，本实施例中，致动单元621与转动部623之间、转动部623与悬臂梁630之间以及第一致动部610与第二致动部620之间可以采用诸如粘接、焊接(如：激光焊接)等方式实现，也可以采用一体成型的方式制成。

对于致动单元621而言，同样可以是由压电材料堆叠形成的柱形结构。有关本实施例中各结构的具体构成方式、致动原理等可参考前述实施例中的内容，在此便不再过多赘述。

这里需要说明的是，对于前述的实施例而言，其中分别示出了1个致动单元及2个致动单元的情况，而在一些可能的实施方式中，还可以采用多个致动单元。具体地，如图7所示，示出了采用4个致动单元的情形，也即，4个致动单元721分别设置在基座725同一表面上的两个区域中(即区域74和区域75)。区域74和区域75在基座725同一表面并且在X轴方向上相对设置，且设置于区域74和区域75中的致动单元721在致动时的致动状态相反，也就是说，若区域74中的各致动单元721均处于“伸”状态，则区域75中的各致动单元721均处于“缩”状态。

图7中示出了致动单元721以对称的数量、对称的位置分别设置于两个区域中的情形，在实际应用时的一些实施方式中，致动单元721还可以按照数量不对称的方式设置在两个区域中，如：区域74中设置一个致动单元721，而区域75中设置3个致动单元721。在实际应用时的另一些实施方式中，致动单元721还可以按照数量对称但位置不对称的方式设置于两个区域中，如：区域74和区域75中分别设置有2个致动单元721，但区域74中的致动单元721以平行于X轴的方向排列设置，区域75中的致动单元721以平行于Y轴的方向排列设置。

以上实施例中有关致动单元721的设置方式，同样适于数量更多的致动单元的情形，这里便不再过多赘述。

当然，本领域技术人员容易理解，当采用多个致动单元时，各致动单元所设置的位置、数量等将与转动部相应配合，使得多个致动单元能够共同驱动致动部。并且，转动部与多个致动单元相接触的侧面应具有足够的长度及宽度，如，转动部采用矩形片状的结构，而不是前述实施例中条形片状的结构。相较前述1～2个致动单元的情形来说，采用多个致动单元可以提供更强的致动力。当然，具体在实际应用中采用何种方式，可根据实际应用的需要来确定，这里并不进行具体限制。

参考图8，本申请实施例还提供一种扫描致动器80。至少包括：第一致动部810、第二致动部820、悬臂梁830以及用于起到固定支撑作用的基座840。

第一致动部810采用方棒状致动结构，固定端与基座840固定连接，第二致动部820固定设置于第一致动部810的自由端端面上，第一致动部810的致动方式为：以第一频率沿Y轴方向进行弯曲振动。

第二致动部820采用前述实施例中“翘板”式的致动结构，其中包括：致动单元821和转动部823。致动单元821的数量为两个，两个致动单元821沿X轴方向相对设置于第一致动部810的自由端端面上。两个致动单元821均呈柱形，任一个致动单元821的一端固定于第一致动部810的自由端端面，并可沿Z轴方向进行伸缩致动，另一端与转动部823连接，用于为转动部823提供致动力。本实施例中，转动部823为条形片状结构，靠近条形两端的位置分别与致动单元821固定连接。当然，在另一种实施方式中，第二致动部820还可以采用与前述图4a～4c所示的第二致动部420相同的结构，这里便不再过多赘述。

悬臂梁830呈圆管型，其固定端与致动部823的中段部分的表面相接，且悬臂梁830的长度轴平行于Z轴。在本实施例中，悬臂梁830沿其轴心设有贯穿通道834，对应地，转动部823的相应位置设有通孔，第一致动部810的相应位置也设置有贯穿通道(转动部823的通孔及第一致动部810的贯穿通道均未在图8中示出)，以便扫描致动器80用作光纤扫描器时安装光纤。

当扫描致动器80处于工作状态时，对于第一致动部810而言，其以第一频率、第一振幅在Y轴方向进行弯曲振动(振动形式可参考前述说明性内容，这里不再具体展开说明)，从而可带动第二致动部820整体在Y轴方向上振动；对于第二致动部820而言，两个致动单元821分别以第二频率、第二振幅在Z轴方向上交错进行伸缩振动，转动部823受到致动单元821的致动作用，以转动部823的中段位置为摆动中心，进行第二频率的翘板式摆动。受第一致动部810及第二致动部820的共同作用，悬臂梁830可进行二维振动。

这里需要说明的是，对于前述各实施例来说，在实际应用中，根据不同的应用场景，扫描致动器的尺寸并不相同。这里以前述实施例中的扫描致动器40为例进行说明：扫描致动器40中的第一致动部410及第二致动部420可以采用不同的尺寸，例如：制成光纤扫描器应用于诸如增强现实(Augmented Reality，AR)头戴式设备、虚拟现实(VirtualReality，VR)头戴设备等近眼显示设备中，第一致动部410的轴向长度可达厘米级别，第二致动部420中的转动部423的厚度可达微米或毫米级别；制成光纤扫描器应用于内窥镜设备中，第一致动部410的尺寸，第二致动部420的尺寸，与应用于AR设备中的尺寸相似；制成光纤扫描器应用于投影显示设备中，转动部423的厚度可达毫米级别，轴向长度可达厘米级别，第二致动部420的径向尺寸可达毫米级别，轴向尺寸可达厘米级别。

并且，本申请各实施例所对应的附图仅是为了便于直观展示结构细节，其中所示出的尺寸大小及比例并不构成对本申请方案的限制，在实际应用时，具体结构的尺寸、比例等将根据实际应用的需要而定。

虽然各附图中均示出了第二致动部上用于安装光纤的通道，但在某些实施方式中，第二致动部上可以不设置通道，光纤可贴附固定于第二致动部的表面。

上述各实施例中的扫描致动器均可以实现二维扫描，对于本申请以上各实施例中的扫描致动器而言，致动部的结构不同于现有的共轴结构，特别对于第二致动部，其致动部方式不同于现有共轴结构的扫描致动器中快轴自身通过弯曲振动的方式实现致动，本申请实施例中扫描致动器的第二致动部通过堆叠式致动单元实现摆动，并进一步带动悬臂梁摆动，此种致动方式可以提供更强的致动力，以及更大幅度的摆渡，更适用于对致动力、扫描尺寸要求较高的应用场景，并且，本申请扫描致动器中的慢轴、快轴并不采用共轴的结构，因此可以有效降低彼此间振动的耦合作用，扫描轨迹更稳定。

光纤扫描器

如图9所示，示出了一种光纤扫描器90的结构，该光纤扫描器90以前述图8所示的扫描致动器80的形态为例。其中，该光纤扫描器90包括扫描致动器和光纤500，该扫描致动器的悬臂梁930轴心位置设有贯穿通道，相应地，第二致动部920中的转动部923及第一致动部910上对应的位置也都设置有通孔(图9中并未示出)，光纤500通过通孔以及悬臂梁930的贯穿通道，实现安装设置，并在悬臂梁930的前端延伸形成悬臂式结构(即，光纤悬臂)。当光纤扫描器工作时，第一致动部910自身以第一频率进行Y轴方向的弯曲振动，带动第二致动部920、悬臂梁930在Y轴方向上振动；第二致动部920的转动部923在致动单元921的致动作用下以第二频率在X轴方向上进行摆动，从而带动悬臂梁930在X轴方向上摆动，通过控制第一致动部910及第二致动部920的致动幅度、致动频率、致动力、致动时序等，便可带动光纤500按照设定的扫描轨迹进行二维扫描。

在实际应用时，光纤扫描器90还可以包括封装壳、相应的固定件等。当然，对于前述其他实施例中的扫描致动器而言，同样也可以制成相应的光纤扫描器，这里便不再一一展开描述。

扫描显示模组

前述的扫描致动器可配合诸如光源、控制电路等构成相应的扫描显示模组，在控制电路的作用下，光源输出图像管并由光纤扫描器进行扫描显示。具体可参考前述图2a、2b所对应的实施例，这里不再过多赘述。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

本申请的上述方案可以进行如下概括：

A1、一种扫描致动器，其特征在于，至少包括：第一致动部、第二致动部及悬臂梁，其中，

所述第一致动部沿长度轴方向具有设定长度，所述第二致动部连接于所述第一致动部的端面上；

所述第二致动部包括致动单元、转动部以及悬臂梁，所述致动单元与所述转动部相接；

所述悬臂梁一端固定连接于所述转动部上；

致动状态下，所述第一致动部带动所述第二致动部以第一频率在第一方向上位移；所述转动部在所述致动单元的致动作用下，以第二频率绕转动中心在设定角度范围内转动，带动所述悬臂梁在第二方向上摆动。

A2、如A1项所述的扫描致动器，其特征在于，所述第一致动部为轴向平行于所述第一方向的致动柱，致动时，所述第一致动部沿自身轴向以所述第一频率进行伸缩致动，带动所述第二致动部及所述悬臂梁在所述第一方向上位移。

A3、如A2项所述的扫描致动器，其特征在于，所述第二致动部还包括基座，所述第二致动部通过所述基座连接于所述第一致动部端面上，所述致动单元和/或所述转动部设置于所述基座上。

A4、如A3项所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动单元呈柱体结构，一端固定于所述基座上，另一端与所述转动部朝向所述基座一侧相接；

所述致动单元的轴向垂直于所述第一致动部的轴向；

致动状态下，所述致动单元以第二频率沿自身轴向进行伸缩致动，推动所述转动部以所述第二频率绕所述转动中心在设定角度范围内转动。

A5、如A4项所述的扫描致动器，其特征在于，所述转动部一端可转动连接于所述基座上，该可转动连接处作为所述转动部的转动中心；

所述致动单元的数量为至少一个，与所述可转动连接处在所述第二方向上相距设定距离。

A6、如A5项所述的扫描致动器，其特征在于，所述转动部铰接于所述基座上。

A7、如A3项所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动单元的数量为至少两个；

所述至少两个致动单元分别设于所述基座同一表面上两个在所述第二方向上相对的区域中，所述转动部朝向所述基座的表面分别与各所述致动单元连接。

A8、如A7项所述的扫描致动器，其特征在于，设于所述相对的区域中的所述致动单元在致动时的伸缩状态相反。

A9、如A1项所述的扫描致动器，其特征在于，所述第一致动部为轴向平行于所述悬臂梁轴向的致动柱，致动时，所述第一致动部自身以所述第一频率在所述第一方向上振动。

A10、如A9项所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动单元呈柱体结构，一端固定于所述第一致动部的自由端端面上，另一端与所述转动部朝向所述自由端端面一侧相接；

致动状态下，所述致动单元以第二频率沿自身轴向进行伸缩致动，推动所述转动部以所述第二频率绕所述转动中心在设定角度范围内转动。

A11、如A10项所述的扫描致动器，其特征在于，所述转动部一端可转动连接于所述自由端端面上，该可转动连接处作为所述转动部的转动中心；

所述致动单元的数量为至少一个，与所述可转动连接处在所述第二方向上相距设定距离。

A12、如A11项所述的扫描致动器，其特征在于，所述转动部铰接于所述自由端端面上。

A13、如A10项所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动单元的数量为至少两个；

所述至少两个致动单元分别设于所述自由端端面的两个在所述第二方向上相对的区域中，所述转动部朝向所述自由端端面的表面分别与各所述致动单元连接。

A14、如A13项所述的扫描致动器，其特征在于，设于所述相对的区域中的所述致动单元在致动时的伸缩状态相反。

A15、如A2或A9项所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动柱包括堆叠的多个压电材料片。

A16、如A4或A10项所述的扫描致动器，其特征在于，所述柱体结构包括堆叠的多个压电材料片。

A17、如A1项所述的扫描致动器，其特征在于，所述悬臂梁的轴向平行于所述第二方向所在的平面。

A18、如A17项所述的扫描致动器，其特征在于，所述悬臂梁沿其轴向设有用以安装光纤的贯穿通道。

A19、如A18项所述的扫描致动器，其特征在于，所述第一致动部，和/或，所述第二致动部的转动部、所述基座，与所述悬臂梁的所述贯穿通道对应的位置设有通孔或安装槽，用以安装光纤。

Claims (10)

1.一种扫描致动器，其特征在于，至少包括：第一致动部、第二致动部及悬臂梁，其中，

所述第一致动部沿长度轴方向具有设定长度，所述第二致动部连接于所述第一致动部的端面上；

所述第二致动部包括致动单元、转动部以及悬臂梁，所述致动单元与所述转动部相接；

所述悬臂梁一端固定连接于所述转动部上；

致动状态下，所述第一致动部带动所述第二致动部以第一频率在第一方向上位移；所述转动部在所述致动单元的致动作用下，以第二频率绕转动中心在设定角度范围内转动，带动所述悬臂梁在第二方向上摆动。

2.如权利要求1所述的扫描致动器，其特征在于，所述第一致动部为轴向平行于所述第一方向的致动柱，致动时，所述第一致动部沿自身轴向以所述第一频率进行伸缩致动，带动所述第二致动部及所述悬臂梁在所述第一方向上位移。

3.如权利要求2所述的扫描致动器，其特征在于，所述第二致动部还包括基座，所述第二致动部通过所述基座连接于所述第一致动部端面上，所述致动单元和/或所述转动部设置于所述基座上。

4.如权利要求3所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动单元呈柱体结构，一端固定于所述基座上，另一端与所述转动部朝向所述基座一侧相接；

所述致动单元的轴向垂直于所述第一致动部的轴向；

致动状态下，所述致动单元以第二频率沿自身轴向进行伸缩致动，推动所述转动部以所述第二频率绕所述转动中心在设定角度范围内转动。

5.如权利要求4所述的扫描致动器，其特征在于，所述转动部一端可转动连接于所述基座上，该可转动连接处作为所述转动部的转动中心；

所述致动单元的数量为至少一个，与所述可转动连接处在所述第二方向上相距设定距离。

6.如权利要求5所述的扫描致动器，其特征在于，所述转动部铰接于所述基座上。

7.如权利要求3所述的扫描致动器，其特征在于，所述致动单元的数量为至少两个；

所述至少两个致动单元分别设于所述基座同一表面上两个在所述第二方向上相对的区域中，所述转动部朝向所述基座的表面分别与各所述致动单元连接。

8.如权利要求1所述的扫描致动器，其特征在于，所述第一致动部为轴向平行于所述悬臂梁轴向的致动柱，致动时，所述第一致动部自身以所述第一频率在所述第一方向上振动。

9.一种光纤扫描器，其特征在于，至少包括如权利要求1至8中任一种所述的扫描致动器，以及光纤；

所述光纤安装于所述扫描致动器上，并在所述悬臂梁的自由端延伸形成光纤悬臂，在致动状态下，所述光纤悬臂的自由端基于所述扫描致动器的致动作用，按照设定轨迹扫动。

10.一种扫描显示模组，其特征在于，至少包括权利要求9所述的光纤扫描器，光源以及控制电路；

在所述控制电路的控制下，所述光源输出图像光并由所述光纤扫描器进行扫描显示。

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