CN207473205U - 一种扫描光纤以及扫描光纤投影设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扫描光纤以及扫描光纤投影设备，该扫描光纤包括纤芯、压电驱动器件和外包层，所述压电驱动器件固定在所述纤芯的前端，所述外包层外包于所述纤芯的后端。由于采用了压电驱动器件固定在纤芯的前端、外包层外包于纤芯的后端的技术方案，所以在扫描光纤工作时，压电驱动器件只会带动纤芯进行振动，这样明显降低了压电驱动器件在扫描光纤工作时的负载，从而降低了对压电驱动器件的性能要求，并且由于压电驱动器件的负载降低，所以还能够提高对扫描光纤进行控制时的准确性。

Description

一种扫描光纤以及扫描光纤投影设备

技术领域

本实用新型涉及光纤扫描技术，尤其涉及一种扫描光纤以及扫描光纤投影设备。

背景技术

请参考图1，图1为现有技术中扫描光纤的结构图，如图1所示，通过压电驱动器件102控制扫描光纤101进行振动，同时在扫描光纤101在振动至不同位置时出射对应色彩的光线。由于扫描光纤101的振动速度很快，同时快速地切换从扫描光纤101出射的光线的色彩，即能够在投影屏幕上形成相应的图像，这样，根据人眼的暂留效应，用户即能够获得该图像的视觉体验。

扫描光纤包括外包层1011与纤芯1012，纤芯1012用于传导光，外包层1011用于提供光在纤芯1012内的全反射条件以及保护纤芯1012，外包层1011与纤芯1012的直径通常相差较大，以单模光纤为例，外包层与纤芯的直径通常为125μm/4μm、125μm/8.3μm或者125μm/9μm，这样，在通过压电驱动器件102来带动扫描光纤进行振动时，压电驱动器件102在光纤101工作时的负载包括外包层和纤芯，而外包层的直径明显大大超过纤芯的直径，压电驱动器件102的负载较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种扫描光纤以及扫描光纤投影设备，用以降低压电驱动器件在扫描光纤工作时的负载，从而降低对压电驱动器件的性能要求以及提高对扫描光纤进行控制时的准确性。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例第一方面提供了一种扫描光纤，扫描光纤包括纤芯、压电驱动器件和外包层，所述压电驱动器件固定在所述纤芯的前端，所述外包层外包于所述纤芯的后端。

可选地，所述纤芯的前端设置有保护薄膜层，所述保护薄膜层的折射率小于所述纤芯的折射率。

可选地，所述压电驱动器件具体为压电薄膜、压电管或者压电片。

本实用新型实施例第二方面提供了一种扫描光纤投影设备，包括处理器、光源驱动装置、光源、如第一方面所述的任一种扫描光纤和投影物镜，所述处理器分别与所述光源驱动装置和所述扫描光纤相连，所述光源驱动装置与所述光源相连，所述扫描光纤设置于所述光源的出射端，所述投影物镜设置于所述扫描光纤的出射端。

可选地，所述光源包括红光发光单元、绿光发光单元、蓝光发光单元和合光装置。

可选地，所述扫描光纤投影设备还包括光耦合单元，所述光耦合单元设置于光源的出射端以及所述扫描光纤的入射端。

可选地，所述扫描光纤的入射端具有透镜结构。

可选地，所述扫描光纤投影设备还包括投影物镜，所述投影物镜设置在所述扫描光纤的出射端。

可选地，所述扫描光纤投影设备还包括散热装置，所述散热装置的吸热端设置在所述处理器和所述光源上。

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：

由于采用了压电驱动器件固定在纤芯的前端、外包层外包于纤芯的后端的技术方案，所以在扫描光纤工作时，压电驱动器件只会带动纤芯进行振动，这样明显降低了压电驱动器件在扫描光纤工作时的负载，从而降低了对压电驱动器件的性能要求，并且由于压电驱动器件的负载降低，所以还能够提高对扫描光纤进行控制时的准确性。

附图说明

图1为为现有技术中扫描光纤的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的扫描光纤的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的扫描光纤投影设备的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的光源302的结构示意图；

图5为透镜光纤的入射端的结构示意图。

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扫描光纤以及光纤扫描器，用以降低压电驱动器件在扫描光纤工作时的负载，从而降低对压电驱动器件的性能要求以及提高对扫描光纤进行控制时的准确性。

本实用新型实施例第一方面提供扫描光纤，请参考图2，图2为本实用新型实施例提供的扫描光纤的结构示意图，如图2所示，该扫描光纤包括纤芯201、压电驱动器件202和外包层203，压电驱动器件202固定在纤芯201的前端，外包层203外包于纤芯201的后端。在实际应用中，压电驱动器件202可以通过粘胶或焊接等方式固定在纤芯201的前端，在此不做限制。需要说明的是，此处纤芯201的前端和后端的分别在于前端是扫描光纤的出射端，如图2所示，纤芯201突出于压电驱动器件202外的部分被称为光纤悬臂，后端是扫描光纤的入射端。

这样，由于采用了压电驱动器件202固定在纤芯201的前端、外包层外包于纤芯的后端的技术方案，所以在扫描光纤工作时，压电驱动器件202只会带动纤芯201进行振动，这样明显降低了压电驱动器件202在扫描光纤工作时的负载，从而降低了对压电驱动器件的性能要求，并且由于压电驱动器件的负载降低，所以还能够提高对扫描光纤进行控制时的准确性。

在实际应用中，降低对压电驱动器件的性能要求有利于降低扫描光纤的制造成本，提高对扫描光纤进行控制时的准确性有利于提高光纤扫描器输出的图像的精度，继而有利于光纤扫描器的工业化生产。

在具体实施过程中，由于纤芯201的前端去除了外包层，或者说纤芯201的前端不具备外包层，光线在经过该部分纤芯时，会由于该部分不满足全反射条件而无法进行全反射，这样，即会损失光线的部分能量，因此，在本实施例中，如图2所示，纤芯201的前端设置有保护薄膜层204，该保护薄膜层204的折射率小于纤芯201的折射率，当然了，纤芯201的前端的端面是光线的出射面，该端面上不能设置保护薄膜层；这样，通过在纤芯201的前端设置保护薄膜层204，保护薄膜层204的厚度仅需要保证能够满足纤芯201的全反射条件即可，所以无需太厚，既能够使得纤芯201的前端降低光能量的损失，保证光传输效率，还同样能够降低压电驱动器件的负载，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，压电驱动器件具体可以为压电薄膜、压电管或者压电片。

具体来讲，压电薄膜是指可以采用PVD(英文：Physical Vapor Deposition；中文：物理气相沉积)、CVD(英文：Chemical Vapor Deposition；中文：化学气相沉积)、MBE(英文：Molecular Beam Epitaxy；中文：分子束外延)、PLD(英文：Pulsed Laser Deposition；中文：脉冲激光沉积)、热分解法、磁控溅射法或者化学溶液沉积法等等方法，在纤芯201的前端形成由压电材料组成的具有一定厚度的压电薄膜，该压电薄膜极化之后即能够被电压信号驱动，从而带动纤芯201的前端部分进行振动。其中，压电材料例如可以是本领域所属领域的技术人员能够使用的、满足需求的任何压电材料，包括但不限于钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、偏铌酸铅或者铌酸铅钡锂PBLN等等。

压电管或者压电片是指利用上述介绍的压电材料制成的管状结构或者片状结构并极化，这样，压电管或者压电片也能够被电压信号驱动，从而也能够带动纤芯201的前端部分进行振动。压电管或者压电片的设置方式以及与纤芯201之间的连接方式不做限制，以能够满足实际情况的需求为准。

本实用新型实施例第二方面还提供一种扫描光纤投影设备，请参考图3，图3为本实用新型实施例提供的扫描光纤投影设备的示意图，如图3所示，该扫描光纤投影设备包括处理器301、光源驱动装置302、光源303、投影物镜305和如第一方面提供的扫描光纤304，处理器301分别与光源驱动装置302和扫描光纤304相连，光源驱动装置302与光源303相连，扫描光纤304设置于光源303的出射端，投影物镜305设置于扫描光纤304的出射端。

这样，处理器301一方面能够控制扫描光纤304振动从而进行扫描，另一方面能够控制光源303出射对应色彩的光线，光源303出射的光线会被耦合至扫描光纤304中，箭头方向为光线传播方向，这样，两者配合后光纤扫描器即能够实现对待扫描图像的扫描，用户即能够获得该待扫描图像的视觉体验，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，由于扫描光纤304的振幅有限，由扫描光纤304扫描直接形成的图像也较小，所以为了使得光纤扫描器能够出射尺寸较大的图像，请继续参考图3，如图3所示，本实用新型实施例提供的光纤扫描器还包括投影物镜305，投影物镜305设置在扫描光纤304的出射端，这样，扫描光纤304出射的光线即会在投影物镜305的作用下偏转，即能够在投影屏幕上形成放大的图像，便于用户获得良好的视觉体验。在实际应用中，投影物镜305具体可以是单个透镜，也可以是多个透镜形成的透镜组，以满足实际情况的需要为准，在此不做限制。

在具体实施过程中，请继续参考图4，图4为本实用新型实施例提供的光源303的结构示意图，如图4所示，光源303具体可以包括红光发光单元3031、绿光发光单元3032、蓝光发光单元3033和合光装置3034，合光装置3034用于将红光发光单元3031、绿光发光单元3032和蓝光发光单元3033各自出射的光线组合在一起。请继续参考图4，如图4所示，红光发光单元3031具体可以是红色激光光源或红色LED光源，绿光发光单元3032具体可以是绿色激光光源或绿色LED光源，蓝光发光单元3033具体可以是蓝色激光光源或蓝色LED光源，在此不做限制；在本实施例中，合光装置3034包括设置于红光发光单元3031的出射端的红光合光单元30341、设置于绿光发光单元3032的出射端的绿光合光单元30342和设置于蓝光发光单元3033的出射端的蓝光合光单元30343；如图4所示，在本实施例中，红光合光单元30341具体为设置于红光发光单元3031的出射端的反红光滤色片，绿光合光单元30342具体为设置于绿光发光单元3032的出射端的透红光反绿光滤色片，蓝光合光单元30343具体为设置于蓝光发光单元3033的出射端的反红绿光透蓝光滤色片，这样，通过反红光滤色片、透红光反绿光滤色片和反红绿光透蓝光滤色片，即能够将红光发光单元3031、绿光发光单元3032或蓝光发光单元3033各自出射的光线组合在一起，在其他实施例中，根据红光发光单元3031、绿光发光单元3032和蓝光发光单元3033之间的光路设计的不同，合光装置3034中各个合光单元的反射光或透射光的特性也会相应不同，在此不做限制。

在具体实施过程中，请继续参考图3，本实用新型实施例提供的光纤扫描器还包括光耦合单元306，光耦合单元306设置于光源303的出射端以及扫描光纤304的入射端，这样，光源303出射的光线能够被耦合至扫描光纤304的纤芯中。在实际应用中，光耦合单元306具体可以为耦合透镜。

在另一实施例中，扫描光纤304的入射端设置有透镜结构，也即该扫描光纤304具体为透镜光纤(lensed fiber)，扫描光纤304可以通过烧结或者研磨等方式在光纤一端形成球形、楔形或锥形等透镜，提高扫描光纤304的数值孔径，从而提高扫描光纤304的收光率，这样即无需再设置图3中的光耦合单元，请参考图5，图5为透镜光纤的入射端的结构示意图，如图5所示，透镜光纤为51，透镜光纤的入射端设置有球形的透镜结构501。

在具体实施过程中，请继续参考图3，如图3所示，扫描光纤304投影设备还包括散热装置307，该散热装置307的吸热端设置在光源303和处理器301上，散热装置307的散热端可以根据实际情况进行设置，不影响其他部件的工作条件即可，在此不做限制，这样，通过散热装置307将处理器301和光源303产生的热量导出，即能够保证扫描光纤304投影设备的正常运行，避免设备因内部温度较高产生故障。在实际应用中，可以为处理器301和光源303设置一个散热端，也可以分别设置独立的散热端，在此不做限制。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，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。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。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：

由于采用了压电驱动器件固定在纤芯的前端、外包层外包于纤芯的后端的技术方案，所以在扫描光纤工作时，压电驱动器件只会带动纤芯进行振动，这样明显降低了压电驱动器件在扫描光纤工作时的负载，从而降低了对压电驱动器件的性能要求，并且由于压电驱动器件的负载降低，所以还能够提高对扫描光纤进行控制时的准确性。

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 (9)

1.一种扫描光纤，其特征在于，扫描光纤包括纤芯、压电驱动器件和外包层，所述压电驱动器件固定在所述纤芯的前端，所述外包层外包于所述纤芯的后端。

2.如权利要求1所述的扫描光纤，其特征在于，所述纤芯的前端设置有保护薄膜层，所述保护薄膜层的折射率小于所述纤芯的折射率。

3.如权利要求1所述的扫描光纤，其特征在于，所述压电驱动器件具体为压电薄膜、压电管或者压电片。

4.一种扫描光纤投影设备，其特征在于，包括处理器、光源驱动装置、光源、投影物镜和如权利要求1-3中任一项所述的扫描光纤，所述处理器分别与所述光源驱动装置和所述扫描光纤相连，所述光源驱动装置与所述光源相连，所述扫描光纤设置于所述光源的出射端，所述投影物镜设置于所述扫描光纤的出射端。

5.如权利要求4所述的扫描光纤投影设备，其特征在于，所述光源包括红光发光单元、绿光发光单元、蓝光发光单元和合光装置。

6.如权利要求4或5所述的扫描光纤投影设备，其特征在于，所述扫描光纤投影设备还包括光耦合单元，所述光耦合单元设置于光源的出射端以及所述扫描光纤的入射端。

7.如权利要求4或5所述的扫描光纤投影设备，其特征在于，所述扫描光纤的入射端具有透镜结构。

8.如权利要求4或5所述的扫描光纤投影设备，其特征在于，所述扫描光纤投影设备还包括投影物镜，所述投影物镜设置在所述扫描光纤的出射端。

9.如权利要求4或5所述的扫描光纤投影设备，其特征在于，所述扫描光纤投影设备还包括散热装置，所述散热装置的吸热端设置在所述处理器和所述光源上。