CN206990919U - 一种光扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光扫描装置，包括：光纤，所述光纤包括光纤悬臂；光纤保持部件，所述光纤保持部件在沿长度方向上具有所述光纤能够穿过的贯通孔，所述光纤保持部件套设在所述光纤上；压电元件，所述压电元件在沿长度方向上具有所述光纤保持部件能够穿过的贯通孔，所述压电元件套设在所述光纤保持部件上。本实用新型中的光扫描装置用于解决现有技术中存在的难以将光纤沿圆管型压电扫描器的中心轴线固定的技术问题。

Description

一种光扫描装置

技术领域

本实用新型涉及光学成像领域，尤其涉及一种光扫描装置。

背景技术

单光纤共振型压电扫描器是一种利用光纤悬臂在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，单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，能实现二维扫描成像的单光纤共振型扫描器有由圆管型压电陶瓷组成的圆管型单光纤扫描器，以及由四片矩形状的压电双晶片组成的四方形单光纤扫描器。由于压电双晶片工艺上很难做到1mm以下的尺寸，因此限制了四方形单光纤扫描器在微型器件封装集成模块中的应用，而目前的圆管型单光纤扫描器，可以做到0.5mm以下的口径，因而得以广泛应用。

以上两种类型的光纤扫描器都是依靠对光纤传递压电陶瓷发生弯曲变形的力，使得光纤在力的作用下产生弯曲位移，形成具有一定扫描角度的位移，圆管型光纤扫描器虽然可以做到较小口径，但由于结构的原因，圆管型光纤扫描器是中空的，将光纤沿圆管型光纤扫描器的中心轴线固定并不容易，误差很难避免，而如果光纤悬臂与圆管型光纤扫描器的中心轴线存在一定的夹角和偏心，光纤与圆管内壁四周不能完全接触，会影响压电陶瓷与光纤之间力的传递，导致光纤的扫描幅度和频率降低，增加系统的功耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光扫描装置，用于解决现有技术中存在的难以将光纤沿圆管型压电扫描器的中心轴线固定的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种光扫描装置，包括：

光纤，所述光纤包括光纤悬臂；

光纤保持部件，所述光纤保持部件在沿长度方向上具有所述光纤能够穿过 的贯通孔，所述光纤保持部件套设在所述光纤上；

压电元件，所述压电元件在沿长度方向上具有所述光纤保持部件能够穿过的贯通孔，所述压电元件套设在所述光纤保持部件上。

可选的，所述压电元件为圆管型压电管、正方形压电管、三角形压电管或不规则形状压电管，所述光纤保持部件为毛细玻璃管。

可选的，所述压电元件与所述光纤保持部件之间，和/或所述光纤保持部件与所述光纤之间具有粘接剂。

可选的，所述压电元件包括整块一体成型的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括自由端和固定夹持端，所述自由端为极化的压电陶瓷，所述固定夹持端为未极化的压电陶瓷；所述压电陶瓷的自由端的外表面设置有驱动电极，所述固定夹持端的外表面设置有延伸电极；

所述光扫描装置还包括用于向所述压电元件提供驱动信号的引线，所述引线与所述延伸电极连接。

可选的，在所述压电元件为圆管型压电管或正方形压电管时，所述驱动电极包括在所述压电陶瓷上对置设置的第一驱动电极对和第二驱动电极对，所述第一驱动电极对和所述第二驱动电极对分别用于驱动所述光纤悬臂在与光纤的光轴垂直，且相互垂直的第一方向和第二方向上振动。

可选的，所述光扫描装置还包括设置在所述压电陶瓷的内表面上的内电极，所述驱动电极、所述延伸电极和所述内电极为金属电极。

可选的，所述压电陶瓷为锆钛酸铅PZT压电陶瓷。

可选的，所述光纤包括单模光纤，多模光纤。

可选的，所述光纤为光子晶体光纤。

可选的，所述光纤为双包层光纤。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型实施例中，光扫描装置包括光纤，光纤保持部件，所述光纤保持部件在沿长度方向上具有所述光纤能够穿过的贯通孔，所述光纤保持部件套设在所述光纤上；压电元件，所述压电元件在沿长度方向上具有所述光纤保持部件能够穿过的贯通孔，所述压电元件套设在所述光纤保持部件上。可见，上述方案中，通过将光纤穿入光纤保持部件的贯通孔，使得光纤直接与光纤保持部件的内表面贴合，然后，再将光纤保持部件穿入压电元件的贯通孔，使得光 纤保持部件与压电元件的内表面贴合，进而将光纤固定在压电元件的中心轴线上，使得光纤与压电元件的中心轴线之间的偏心和夹角为零或者非常小，压电元件产生的力能够有效的传递至光纤，从而增大光纤的振动幅度和扫描频率，而且利于保持系统的稳定性和一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的光扫描装置的结构示意图；

图2为现有技术中光纤与压电元件之间的偏心和夹角的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的光纤穿入毛细玻璃管的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的方形毛细玻璃管的横截面示意图；

图5为本实用新型实施例提供的压电元件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的圆管型压电元件的截面的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种光扫描装置，如图1所示，光扫描装置包括：光纤，所述光纤包括光纤悬臂10；光纤保持部件20，所述光纤保持部件20在沿长度方向上具有所述光纤能够穿过的贯通孔，所述光纤保持部件20套设在所述光纤上；压电元件30，所述压电元件30在沿长度方向上具有所述光纤保持部件20能够穿过的贯通孔，所述压电元件30套设在所述光纤保持部件20上。

具体来讲，通过将光纤穿入光纤保持部件20的贯通孔，使得光纤直接与光纤保持部件20的内表面贴合，然后，再将光纤保持部件20穿入压电元件的贯通孔，使得光纤保持部件20与压电元件30的内表面贴合，进而将光纤固定在压电元件30的中心轴线上，使得光纤与压电元件的中心轴线之间的偏心和夹角为零或者非常小，压电元件30产生的力能够有效的传递至光纤，从而增大光纤的振动幅度和扫描频率。

如图2所示，由于圆管型光纤扫描器是中空的，将光纤沿圆管型光纤扫描器的中心轴线固定并不容易，光纤悬臂10与圆管型光纤扫描器的中心轴线之间容易出现夹角和偏心，而本实用新型实施例中，由于光纤保持部件20能够起到沿压电元件30的中心轴线固定光纤的作用，使得光纤悬臂10和压电元件30的中心轴线之间的夹角和偏心为零或者非常小，从而避免光纤出光的光斑质量受到上述夹角和偏心的影响。

本实用新型实施例中，压电元件30可以为具有中央贯通孔的压电管，例如：圆管型压电管、正方形压电管、三角形压电管、其他多边形压电管以及不规则形状压电管等等，光纤保持部件20可以为玻璃管、塑料管等等，则根据一种可能的实施方式，压电元件30可以为圆管型压电管，光纤保持部件20可以为圆形毛细玻璃管。

具体来讲，如图3所示，将剥去表皮和涂覆层的裸纤穿进毛细玻璃管中并用粘接剂固定，使光纤与毛细玻璃管内表面的缝隙被少量粘接剂填充，从而紧密贴合；然后在穿进光纤的毛细玻璃管表面涂粘接剂，并穿入圆管型压电管，将粘接剂固化，使得毛细玻璃管与圆管型压电管紧密贴合。由于毛细玻璃管与圆管型压电管之间、以及毛细玻璃管和光纤之间的缝隙极小，且极小的缝隙被粘接剂填充，可见，本实用新型实施例中，光纤与圆管型压电管之间偏心和夹角为零或者接近零，使得光纤与压电元件30共振产生的力有效地传递至光纤，从而增大光纤的振动幅度和扫描频率。

本实用新型实施例中，在压电元件30为其他形状的压电管时，毛细玻璃管可以为圆形管，也可以与压电元件30的中央贯通孔的形状匹配的方形管等，例如：压电元件30为正方向压电管时，毛细玻璃管可以为方形管，如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的方形毛细玻璃管的横截面示意图，通过毛细玻璃管与压电元件30的中央贯通孔的形状匹配，使得压电元件30产生的力 能够有效且均匀的传递至光纤，从而增大光纤的振动幅度和扫描频率。

接下来，对本实用新型实施例中的压电元件30进行说明。

本实用新型实施例中，压电元件30的压电材料可以为无机压电材料(分为压电晶体和压电陶瓷)、有机压电材料或复合压电材料等，本实用新型实施例中，以压电材料为压电陶瓷为例进行说明。

本实用新型实施例中，压电陶瓷的种类可以为锆钛酸铅PZT(piezoelectricceramic transducer)压电陶瓷或其他种类的压电陶瓷，本实用新型对此不做限制。

如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的压电元件的结构示意图，其中，所述压电元件30包括整块一体成型的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括自由端301和固定夹持端302，所述自由端301为极化的压电陶瓷，所述固定夹持端302为未极化的压电陶瓷。

在对压电陶瓷进行极化处理时，对自由端301和固定夹持端302的两部分压电陶瓷进行分别处理。具体的，对自由端301的压电陶瓷进行极化，极化方向沿圆管型压电陶瓷的半径方向，然后，在极化后的压电陶瓷上设置驱动电极303，而固定夹持端302的压电陶瓷不进行极化处理，然后，在未极化的压电陶瓷上设置与驱动电极303连接的延伸电极304，所述光扫描装置还包括用于向所述压电元件30提供驱动信号的引线305，所述引线305与所述延伸电极304连接。

具体的，本方案发明人发现由于金属引线或者其他材质的引线均具有一定刚度，在应用到用于驱动光纤悬臂10振动的压电元件30上时，会影响压电元件30本身的摆动，使得压电元件的实际扫描频率降低，无法达到预期的扫描频率，因此，本实用新型实施例中，通过在固定夹持端302的外表面设置延伸电极304，从而将引线305焊接到固定夹持端302上，避免将引线305焊接到自由端301外表面的驱动电极303上，使得在向压电元件30施加驱动信号时，减轻或者避免引线305对自由端301的摆动造成的干扰，从而避免由于引线干扰引起的压电元件的扫描频率降低，使得压电元件的实际扫描频率能够达到预期的扫描频率。并且，延伸电极304的作用为传输驱动信号，通过引线305与延伸电极304连接，延伸电极304与驱动电极303连接，可以实现通过引线305向压电元件30提供驱动信号。

由于延伸电极304的作用为传输驱动信号，因此，可以对延伸电极304的长度和宽度进行设置，使得能够将引线305焊接到延伸电极304上即可，如图5中为一种可能的实施方式，延伸电极304的宽度小于驱动电极303的宽度。

如图6所示，图6为本实用新型实施例提供的压电元件的截面的示意图，其中，驱动电极303可以为在圆管型压电陶瓷上对置设置的第一驱动电极对和第二驱动电极对，第一驱动电极对包括驱动电极303a和303c，第二驱动电极包括303b和303d；在压电陶瓷的内周面上，还焊接有一整块内电极306，内电极306用于接地。

在第一驱动电极对和第二驱动电极对向压电陶瓷施加电压时，压电陶瓷的外表面电压幅度相同，正负相反，内电极306接地，则圆管型压电陶瓷的一边伸长，对边收缩，从而使得光纤悬臂10在第一方向和第二方向上振动，如图6所示，第一方向和第二方向为互相垂直的Y方向和X方向，从而实现二维扫描。

在具体实施过程中，由于光纤悬臂的长度直接决定光纤的共振频率，在光纤悬臂的长度确定时，可以计算得出光纤的共振频率，然后，给压电陶瓷施加一个周期性变化的电压，光纤将随着压电陶瓷的振动而振动，调节施加的电压频率，当电压频率接近光纤的共振频率时，光纤的振动幅度将达到最大，达到共振状态。

本实用新型实施例中，除上述圆管型光纤扫描器外，压电元件30还可以为其他形状，本实用新型对此不做限制。

本实用新型实施例中，驱动电极303、延伸电极304以及内电极306均可以为任意导电材料，如：金属、导电塑料等，其中，金属可以为镍、金或银等。

本实用新型实施例中，光纤可以单模光纤、多模光纤；光纤还可以为光子晶体光纤；以及，光纤还可以为双包层光纤，本实用新型对此均不做限制。

本实用新型实施例中的光扫描装置，可以沿着设计好的轨迹扫描形成图像，从而替代传统的LCD(Liquid Crystal Display；液晶显示器)、LCOS(Liquid Crystal onSilicon；液晶附硅)或OLED(Organic Light-Emitting Diode；有机发光二极管)图像源，集成到微型投影仪、车载HUD(Head Up Display；平视显示器)、AR(Augmented Reality；增强现实)或VR(Virtual Reality；虚拟现实)等设备中去，并且还可以用于医疗内窥镜，扫描隧道显微镜等设备中。

本实用新型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：

本实用新型实施例中，光扫描装置包括光纤，光纤保持部件，所述光纤保持部件在沿长度方向上具有所述光纤能够穿过的贯通孔，所述光纤保持部件套设在所述光纤上；压电元件，所述压电元件在沿长度方向上具有所述光纤保持部件能够穿过的贯通孔，所述压电元件套设在所述光纤保持部件上。可见，上述方案中，通过将光纤穿入光纤保持部件的贯通孔，使得光纤直接与光纤保持部件的内表面贴合，然后，再将光纤保持部件穿入压电元件的贯通孔，使得光纤保持部件与压电元件的内表面贴合，进而将光纤固定在压电元件的中心轴线上，使得光纤与压电元件的中心轴线之间的偏心和夹角为零或者非常小，压电元件产生的力能够有效的传递至光纤，增大光纤的振动幅度和扫描频率，而且利于保持系统的稳定性和一致性。

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。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型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)

1.一种光扫描装置，其特征在于，所述光扫描装置包括：

光纤，所述光纤包括光纤悬臂；

光纤保持部件，所述光纤保持部件在沿长度方向上具有所述光纤能够穿过的贯通孔，所述光纤保持部件套设在所述光纤上；

压电元件，所述压电元件在沿长度方向上具有所述光纤保持部件能够穿过的贯通孔，所述压电元件套设在所述光纤保持部件上。

2.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述压电元件为圆管型压电管、正方形压电管、三角形压电管或不规则形状压电管，所述光纤保持部件为毛细玻璃管。

3.如权利要求1或2所述的光扫描装置，其特征在于，所述压电元件与所述光纤保持部件之间，和/或所述光纤保持部件与所述光纤之间具有粘接剂。

4.如权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于，所述压电元件包括整块一体成型的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括自由端和固定夹持端，所述自由端为极化的压电陶瓷，所述固定夹持端为未极化的压电陶瓷；所述压电陶瓷的自由端的外表面设置有驱动电极，所述固定夹持端的外表面设置有延伸电极；

所述光扫描装置还包括用于向所述压电元件提供驱动信号的引线，所述引线与所述延伸电极连接。

5.如权利要求4所述的光扫描装置，其特征在于，在所述压电元件为圆管型压电管或正方形压电管时，所述驱动电极包括在所述压电陶瓷上对置设置的第一驱动电极对和第二驱动电极对，所述第一驱动电极对和所述第二驱动电极对分别用于驱动所述光纤悬臂在与光纤的光轴垂直，且相互垂直的第一方向和第二方向上振动。

6.如权利要求4所述的光扫描装置，其特征在于，所述光扫描装置还包括设置在所述压电陶瓷的内表面上的内电极，所述驱动电极、所述延伸电极和所述内电极为金属电极。

7.如权利要求4所述的光扫描装置，其特征在于，所述压电陶瓷为锆钛酸铅PZT压电陶瓷。

8.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述光纤包括单模光纤，多模光纤。

9.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述光纤为光子晶体 光纤。

10.如权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述光纤为双包层光纤。