CN209281069U - 一种光纤与扫描驱动器连接结构及光纤扫描器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤与扫描驱动器连接结构，其包含：第一扫描驱动器，具有固定端和自由端，其自由端进行一维振动或二维振动；光纤，用于引导光并从末端射出扫描光束；光纤的末端具有连接部和位于连接部末端的悬臂部，连接部的外表面镀有金属层，连接部的金属层与第一扫描驱动器的自由端通过焊接连接。采用光纤外表面镀设金属层、通过金属层与第一扫描驱动器焊接的结构，实现了光纤的良好固定，扫描性能稳定，使得第一扫描驱动器的振动频率和摆幅无损耗或最小损耗地传递给光纤。

Description

一种光纤与扫描驱动器连接结构及光纤扫描器

技术领域

本实用新型涉及光纤扫描结构技术领域，尤其涉及一种光纤与扫描驱动器连接结构及光纤扫描器。

背景技术

现有光纤扫描器，其通过使用压电元件而使光纤以高速振动并射出照明光，从而在被检体上扫描照明光。

现有的压电元件或为管状的压电元件(PZT管)、在该PZT管的表面上以相同间隔排列在周向上的4个电极、以及被插入到PZT管内的光纤，并通过连结部件而将光纤的末端部固定在PZT管上。如果PZT管发生弯曲变形，则经由连结部件对光纤作用垂直方向上的力，并通过该力而使光纤产生弯曲振动。并且，通过考虑振幅和相位对在光纤上正交的2个方向上所产生的弯曲振动进行合成，从而使光纤的末端产生螺旋状振动而可以二维扫描照明光。

现有的压电元件也可为四片压电陶瓷，四片压电陶瓷包裹一段未端去掉涂覆层光纤，将四片压电陶瓷块的两头粘在光纤周围并预留出一段裸光纤，四片陶瓷片形成一个四方腔体，在四片陶瓷片的外壁各自用锡焊接出导线，腔体上四片陶瓷片的内壁用导电胶导通并引出一根导线，水平方向两块相对的陶瓷片的导线相连，竖直方向两块相对的陶瓷片的导线相连。扫描器水平方向两块相对的陶瓷片极化方向一致，扫描器竖直方向两块相对的陶瓷片极化方向一致。由于相对的陶瓷片极化方向一致，因此两者外壁加上同样电压的时候，产生电场方向相反。即，当相对的两片陶瓷片中一片的极化方向与电场方向一致时，另一片的极化方向与电场方向相反。由此实现了相对的两片陶瓷一片伸长一片缩短。该系统只需要一个驱动水平方向振动的信号源和一个驱动竖直方向振动的信号源总共两路信号即可实现二维扫描驱动。

上述方案存在以下问题：

在压电元件发生弯曲变形时，需要通过连接部件向光纤传递压电元件发生弯曲变形的力，使得压电元件的振动形成的扫描位移不能完全有效地传递给光纤，形成一定损耗，从而降低了光纤的振动幅度，增加了单光纤共振型压电扫描器的功耗。

实用新型内容

本实用新型提供一种光纤与扫描驱动器连接结构，用以将压电元件驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤并保证光纤良好固定。本实用新型还提供了一种采用所述连接结构的光纤扫描器。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提供了一种光纤与扫描驱动器连接结构，其包含：

第一扫描驱动器，具有固定端和自由端，其自由端进行一维振动或二维振动；

光纤，用于引导光并从末端射出扫描光束；

光纤的末端具有连接部和位于连接部末端的悬臂部，连接部的外表面镀有金属层，连接部的金属层与第一扫描驱动器的自由端通过焊接连接。

光纤的末端超出第一扫描驱动器自由端的部分构成光纤悬梁臂，通过第一扫描驱动器驱动光纤末端进行一维振动或二维振动。光纤固定设置于第一扫描驱动器上，避免了使用连接部件，由于没有连接部件引起的力的损耗，第一扫描驱动器的驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤，从而增大光纤的振动幅度。

为了实现光纤与第一扫描驱动器之间的连接，可以采用粘结剂粘接的固定方式，但当第一扫描驱动器为其本身存在形变的器件时，如压电驱动器，光纤与压电驱动器之间的连接结构易松动、脱落，导致固定结构失效，导致该光纤扫描的扫描性能不稳定，出现频率衰减，跳变，摆幅抖动等不良现象。本实用新型进一步采用光纤外表面镀设金属层、通过金属层与第一扫描驱动器焊接的结构，实现了光纤的良好固定，扫描性能稳定，使得第一扫描驱动器的振动频率和摆幅无损耗或最小损耗地传递给光纤。

可选的，所述的光纤的外圆周面均镀有金属层，从而光纤的任意位置都可以作为所述连接部与第一扫描驱动器进行焊接连接，从而便于精确调节光纤悬臂的长度，降低加工难度。镀金属层的光纤已经量产化，同时制作工艺简单方便。因此本实用新型易实现大规模量产，可以应用于扫描成像或照明设备，如医疗内窥镜，扫描隧道显微镜，光纤扫描成像仪，或者其它光电传感器等。

优选的，所述的连接部的金属层与第一扫描驱动器的自由端通过超声波金属焊焊接连接。超声波金属焊的焊接连接结构可以在不损害第一扫描驱动器的前提下固定好光纤，增强光纤与第一扫描驱动器之间连接结构的稳定性。

进一步的，所述的第一扫描驱动器为压电驱动器或微机电系统。进一步的，所述的第一扫描驱动器可以为压电陶瓷。更进一步的，所述的第一扫描驱动器可以为双压电晶片。

所述的光纤的前端部可以为锥形透镜光纤、楔形透镜光纤、双曲率形透镜光纤、球面形透镜光纤或自聚焦透镜光纤等。

优选的，所述的光纤的末端的轴向垂直于第一扫描驱动器自由端的振动方向。从而使得第一扫描驱动器的振动幅度能够全部驱动光纤作有效位移。

本实用新型第二方面提供了一种光纤扫描器，其包含：

任意一种如上所述的光纤与扫描驱动器连接结构，

连接座，其设置有用于安装第一扫描驱动器的第一槽体，第一槽体的槽壁上设置有用于容置光纤的凹槽，

第一扫描驱动器的固定端固定设置于第一槽体内，光纤从凹槽内穿过。

连接座作为第一扫描器的安装基座，实现对第一扫描驱动器固定端的固定支撑，从而为光纤扫描提供固定支撑，构成光纤扫描驱动装置。

凹槽方便光纤顺利穿过连接座，使光纤可以不弯曲地延伸并贴合于第一扫描器的表面。

进一步优选的，所述的光纤扫描器还包括具有固定端和自由端的第二扫描驱动器，所述的第一扫描驱动器的自由端沿第一轴振动，所述的第二扫描驱动器的自由端沿第二轴振动，连接座具有第二槽体，第二扫描驱动器的自由端与第二槽体固定连接，连接座结构简单，加工工艺成熟易获取。第二扫描驱动器的固定端固定安装，如可以固定安装于一个固定基座上，优选的，所述的固定基座上设置有供光纤穿过的光纤尾纤孔，光纤从该光纤尾纤孔内穿过，光纤尾纤孔使得光纤沿直线布置，不弯曲地延伸。从而第二扫描驱动器自由端的振动带动连接座及连接座上的第一扫描驱动器沿第二轴振动，同时第一扫描驱动器的自由端带动光纤沿第一轴振动，从而使得光纤获得二维振动，实现二维扫描成像，同样的第二轴的振动和第一轴的振动都是直接传递至光纤，不存在连接部件损耗驱动力的现象。

优选的，所述的第一轴与第二轴垂直，从而方便了光纤二维运动的准确控制，降低控制难度。

可选的，所述的固定基座的材质可以为不锈钢材质或可伐合金材质。可选的，所述的固定基座的外表面镀有金属绝缘层。

优选的，所述的固定基座上设置有连接第一扫描驱动器的引脚和连接第二扫描驱动器的引脚。

进一步的，所述的一种光纤扫描器还包括RGB输入光源和RGB光源合束器，RGB输入光源连接RGB光源合束器的输入端，RGB光源合束器的输出端连接光纤。RGB输入光源通过RGB光源合束器输入到光纤内。

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：

光纤固定设置于第一扫描驱动器上，避免了使用连接部件，由于没有连接部件引起的力的损耗，第一扫描驱动器的驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤，从而增大光纤的振动幅度。

采用光纤外表面镀设金属层、通过金属层与第一扫描驱动器焊接的结构，实现了光纤的良好固定，扫描性能稳定，使得第一扫描驱动器的振动频率和摆幅无损耗或最小损耗地传递给光纤。

光纤扫描器通过设置第二扫描驱动器使得每个扫描驱动器可仅沿一个轴做二维振动，从而方便了光纤二维运动的准确控制，降低控制难度。

通过设置凹槽或光纤尾纤孔，使得光纤可以直接与第一扫描驱动器的表面沿第一扫描驱动器的轴向延伸贴合，免了光纤弯曲和倾斜对光斑能量和形状的影响，而且扫描器振动形成的扫描位移能有效地传递给光纤，降低频率和扫描幅度的损耗，同时降低了对系统功耗的需求。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的另一个实施例的结构示意图。

图中，1-第一扫描驱动器，2-光纤，201-金属层，202-光纤悬梁臂，3-连接座，301-第一槽体，302-凹槽，303-第二槽体，4-第二扫描驱动器，5-固定基座，501-光纤尾纤孔，502-引脚，6-RGB输入光源，7-RGB光源合束器。

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纤与扫描驱动器连接结构，用以将压电元件驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤并保证光纤良好固定。本实用新型实施例还提供了一种采用所述连接结构的光纤扫描器。

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光纤与扫描驱动器连接结构，如图1所示，其包含：

第一扫描驱动器1，具有固定端和自由端，其自由端进行一维振动或二维振动；

光纤2，用于引导光并从末端射出扫描光束；

光纤2的末端具有连接部和位于连接部末端的悬臂部，连接部的外表面镀有金属层201，连接部的金属层201与第一扫描驱动器1的自由端通过焊接连接。

光纤2的末端超出第一扫描驱动器1自由端的部分构成光纤悬梁臂202，通过第一扫描驱动器1驱动光纤2末端进行一维振动或二维振动。光纤2固定设置于第一扫描驱动器1上，避免了使用连接部件，由于没有连接部件引起的力的损耗，第一扫描驱动器1的驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤2，从而增大光纤2的振动幅度。

为了实现光纤2与第一扫描驱动器1之间的连接，可以采用粘结剂粘接的固定方式，但当第一扫描驱动器1为其本身存在形变的器件时，如压电驱动器，光纤2与压电驱动器之间的连接结构易松动、脱落，导致固定结构失效，导致该光纤2扫描的扫描性能不稳定，出现频率衰减，跳变，摆幅抖动等不良现象。本实用新型进一步采用光纤2外表面镀设金属层201、通过金属层201与第一扫描驱动器1焊接的结构，实现了光纤2的良好固定，扫描性能稳定，使得第一扫描驱动器1的振动频率和摆幅无损耗或最小损耗地传递给光纤2。

可选的，本实用新型的实施例中所述的光纤2的外圆周面均镀有金属层201，从而光纤2的任意位置都可以作为所述连接部与第一扫描驱动器1进行焊接连接，从而便于精确调节光纤2悬臂的长度，降低加工难度。镀金属层201的光纤2已经量产化，同时制作工艺简单方便。因此本实用新型易实现大规模量产，可以应用于扫描成像或照明设备，如医疗内窥镜，扫描隧道显微镜，光纤2扫描成像仪，或者其它光电传感器等。

优选的，本实用新型的实施例中所述的连接部的金属层201与第一扫描驱动器1的自由端通过超声波金属焊焊接连接。超声波金属焊的焊接连接结构可以在不损害第一扫描驱动器1的前提下固定好光纤2，增强光纤2与第一扫描驱动器1之间连接结构的稳定性。

本实用新型的实施例中所述的第一扫描驱动器1可以为压电驱动器或微机电系统。进一步的，所述的第一扫描驱动器1可以为压电陶瓷。更进一步的，所述的第一扫描驱动器1可以为双压电晶片。

本实用新型的实施例中所述的光纤2的前端部可以为锥形透镜光纤、楔形透镜光纤、双曲率形透镜光纤、球面形透镜光纤或自聚焦透镜光纤等。

优选的，所述的光纤2的末端的轴向垂直于第一扫描驱动器1自由端的振动方向。从而使得第一扫描驱动器1的振动幅度能够全部驱动光纤2作有效位移。

本实用新型实施例第二方面提供了一种光纤扫描器，如图2所示，其包含：

任意一种如上所述的光纤与扫描驱动器连接结构，

连接座3，其设置有用于安装第一扫描驱动器1的第一槽体301，第一槽体301的槽壁上设置有用于容置光纤2的凹槽302，

第一扫描驱动器1的固定端固定设置于第一槽体301内，光纤2从凹槽302内穿过。

连接座3作为第一扫描器的安装基座，实现对第一扫描驱动器1固定端的固定支撑，从而为光纤2扫描提供固定支撑，构成光纤2扫描驱动装置。

凹槽302方便光纤2顺利穿过连接座3，使光纤2可以不弯曲地延伸并贴合于第一扫描器的表面。

进一步优选的，本实用新型的一些实施例中，所述的光纤扫描器还包括具有固定端和自由端的第二扫描驱动器4，所述的第一扫描驱动器1的自由端沿第一轴振动，所述的第二扫描驱动器4的自由端沿第二轴振动，连接座3具有第二槽体303，第二扫描驱动器4的自由端与第二槽体303固定连接，连接座3结构简单，加工工艺成熟易获取。第二扫描驱动器4的固定端固定安装，如可以固定安装于一个固定基座5上。

从而第二扫描驱动器4自由端的振动带动连接座3及连接座3上的第一扫描驱动器1沿第二轴振动，同时第一扫描驱动器1的自由端带动光纤2沿第一轴振动，从而使得光纤2获得二维振动，实现二维扫描成像，同样的第二轴的振动和第一轴的振动都是直接传递至光纤2，不存在连接部件损耗驱动力的现象。

本实用新型的实施例中所述的第二扫描驱动器4可以为压电驱动器或微机电系统。进一步的，所述的第二扫描驱动器4可以为压电陶瓷。更进一步的，所述的第二扫描驱动器4可以为双压电晶片。

优选的，所述的第一轴与第二轴垂直，如所述的第一轴为X轴，所述的第二轴为Y轴，从而方便了光纤2二维运动的准确控制，降低控制难度。

本实用新型的一些优选实施例中，所述的固定基座5上设置有供光纤2穿过的光纤尾纤孔501，光纤2从该光纤尾纤孔501内穿过，光纤尾纤孔501使得光纤2沿直线布置，不弯曲地延伸。

可选的，所述的固定基座5的材质可以为不锈钢材质或可伐合金材质。可选的，所述的固定基座5的外表面镀有金属绝缘层。

优选的，所述的固定基座5上设置有连接第一扫描驱动器1的引脚502和连接第二扫描驱动器4的引脚502。

当所述的第一扫描驱动器1为压电驱动器时，连接第一扫描驱动器1的引脚502包括正极/负极引脚、控制线引脚、探测器引脚和接地线引脚等。当所述的第二扫描驱动器4为压电驱动器时，连接第一扫描驱动器1的引脚502包括正极/负极引脚、控制线引脚、探测器引脚和接地线引脚等。

进一步的，所述的一种光纤扫描器还包括RGB输入光源6和RGB光源合束器7，RGB输入光源6连接RGB光源合束器7的输入端，RGB光源合束器7的输出端连接光纤2。RGB输入光源6通过RGB光源合束器7输入到光纤2内。

对于设置带光纤尾纤孔501的固定基座5的实施例，光纤2穿过所述光纤尾纤孔501后再穿过连接座3的凹槽302，光纤2紧贴第一扫描驱动器1的表面，通过显微镜精确测量和调整光纤2末端超出第一扫描驱动器自由端的长度，即光纤悬臂梁的长度，最后将将光纤2的连接部通过焊接连接于第一扫描驱动器1的自由端。优选的，焊接采用超声波金属焊接工艺。对于设置固定基座5上设置有引脚502的实施例，通过引脚502对第一扫描驱动器1和第二扫描驱动器4施加控制信号。

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：

光纤2固定设置于第一扫描驱动器1上，避免了使用连接部件，由于没有连接部件引起的力的损耗，第一扫描驱动器1的驱动力可以不产生衰减而有效传递给光纤2，从而增大光纤2的振动幅度。

采用光纤2外表面镀设金属层201、通过金属层201与第一扫描驱动器1焊接的结构，实现了光纤2的良好固定，扫描性能稳定，使得第一扫描驱动器1的振动频率和摆幅无损耗或最小损耗地传递给光纤2。

光纤扫描器通过设置第二扫描驱动器4使得每个扫描驱动器可仅沿一个轴做二维振动，从而方便了光纤2二维运动的准确控制，降低控制难度。

通过设置凹槽302或光纤尾纤孔501，使得光纤2可以直接与第一扫描驱动器1的表面沿第一扫描驱动器1的轴向延伸贴合，免了光纤2弯曲和倾斜对光斑能量和形状的影响，而且扫描器振动形成的扫描位移能有效地传递给光纤2，降低频率和扫描幅度的损耗，同时降低了对系统功耗的需求。

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 (12)

1.一种光纤与扫描驱动器连接结构，其特征在于，包含：

第一扫描驱动器(1)，具有固定端和自由端，其自由端进行一维振动或二维振动；

光纤(2)，用于引导光并从末端射出扫描光束；

光纤(2)的末端具有连接部和位于连接部末端的悬臂部，连接部的外表面镀有金属层(201)，连接部的金属层(201)与第一扫描驱动器(1)的自由端通过焊接连接。

2.如权利要求1所述的一种光纤与扫描驱动器连接结构，其特征在于，所述的连接部的金属层(201)与第一扫描驱动器(1)的自由端通过超声波金属焊焊接连接。

3.如权利要求1或2所述的一种光纤与扫描驱动器连接结构，其特征在于，所述的第一扫描驱动器(1)为压电驱动器或微机电系统。

4.如权利要求1或2中任意一项所述的一种光纤与扫描驱动器连接结构，其特征在于，所述的光纤(2)的末端的轴向垂直于第一扫描驱动器(1)自由端的振动方向。

5.如权利要求3所述的一种光纤与扫描驱动器连接结构，其特征在于，所述的光纤(2)的末端的轴向垂直于第一扫描驱动器(1)自由端的振动方向。

6.一种光纤扫描器，其特征在于，包含：

如权利要求1-5中任意一项所述的光纤与扫描驱动器连接结构，

连接座(3)，其设置有用于安装第一扫描驱动器(1)的第一槽体(301)，第一槽体(301)的槽壁上设置有用于容置光纤(2)的凹槽(302)，

第一扫描驱动器(1)的固定端固定设置于第一槽体(301)内，光纤(2)从凹槽(302)内穿过。

7.如权利要求6所述的一种光纤扫描器，其特征在于，还包括具有固定端和自由端的第二扫描驱动器(4)，所述的第一扫描驱动器(1)的自由端沿第一轴振动，所述的第二扫描驱动器(4)的自由端沿第二轴振动，连接座(3)具有第二槽体(303)，第二扫描驱动器(4)的自由端与第二槽体(303)固定连接，第二扫描驱动器(4)的固定端固定安装于固定基座(5)上。

8.如权利要求7所述的一种光纤扫描器，其特征在于，所述的第二扫描驱动器(4)为压电驱动器或微机电系统。

9.如权利要求7所述的一种光纤扫描器，其特征在于，所述的固定基座(5)上设置有连接第一扫描驱动器(1)的引脚和连接第二扫描驱动器(4)的引脚。

10.如权利要求7或9所述的一种光纤扫描器，其特征在于，所述的固定基座(5)的材质可以为不锈钢材质或可伐合金材质。

11.如权利要求6-9中任意一项所述的一种光纤扫描器，其特征在于，还包括RGB输入光源(6)和RGB光源合束器(7)，RGB输入光源(6)连接RGB光源合束器(7)的输入端，RGB光源合束器(7)的输出端连接光纤(2)。

12.如权利要求10所述的一种光纤扫描器，其特征在于，还包括RGB输入光源(6)和RGB光源合束器(7)，RGB输入光源(6)连接RGB光源合束器(7)的输入端，RGB光源合束器(7)的输出端连接光纤(2)。