CN210181298U - 一种光纤扫描器及投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤扫描器，包括致动器和光纤，致动器包括固定端和自由端，光纤固定在致动器上且一端超出致动器的自由端形成光纤悬臂；在致动器自由端末端，与光纤悬臂根部接触的部位，设置有应力缓冲部，应力缓冲部内填充有若干微珠，微珠之间采用聚合物互相粘结。相应的，本实用新型还公开了一种采用上述光纤扫描器的投影显示系统，由于在致动器自由端末端与光纤悬臂根部接触的部位设置的应力缓冲部能有效降低光纤悬臂的断裂风险，采用较低成本实现了光纤扫描器寿命的有效提高。

Description

一种光纤扫描器及投影显示系统

技术领域

本实用新型涉及光纤扫描领域，尤其涉及一种光纤扫描器及投影显示系统。

背景技术

光纤是一种重要的光波导器件，其可以对于光源出射光进行导向，除了在通讯领域具有广泛应用外，在成像领域也具备十份广阔的前景，比如医疗用内窥镜系统、激光投影系统等。在成像领域，通常是将光纤与具有振动特性的致动器件整合形成光纤悬臂，在致动器件的驱动下，光纤悬臂在各个方向上摆动，实现光纤的振动扫描。对于成像领域，需要光纤悬臂高频扫动，在高频摆动过程中，光纤悬臂与致动器件棱角接近的部位受力集中造成应力过大，很容易引起悬臂断裂，造成系统故障，影响系统寿命，如图1所示，光纤20固定在致动器10上，且超出10自由端形成光纤悬臂21，光纤悬臂21根部与致动器10接触部位为图1标记11位置，在光纤悬臂高频扫动过程中，11位置受力集中、应力过大，很容易断裂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光纤扫描器，在致动器自由端末端，与光纤悬臂根部接触的部位，设置应力缓冲部，应力缓冲部内填充有若干微珠，微珠之间采用聚合物互相粘结，使得光纤悬臂在高频摆动时，可减小与致动器件棱角部位接触时的应力，可有效防止光纤悬臂断裂。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种光纤扫描器，包括致动器和光纤，致动器包括固定端和自由端，光纤固定在致动器上且一端超出致动器的自由端形成光纤悬臂；在致动器自由端末端，与光纤悬臂根部接触的部位，设置有应力缓冲部，应力缓冲部内填充有若干微珠，微珠之间采用聚合物互相粘结。

优选的，所述所述微珠为实心微珠或空心微珠或为二者的组合。

优选的，所述应力缓冲部的光纤接触面为弧形表面，或为多个依次连接的平面或曲面形成的具有棱线的表面；且在光纤悬臂静止状态时，所述接触面的表面与光纤悬臂的距离从光纤悬臂固定端到自由端方向上逐渐增大。

优选的，所述致动器包括致动体和固定介质，光纤通过固定介质固定在致动体上；当固定介质填满致动体与光纤重叠部分或超出致动体自由端时，应力缓冲部以凸出的形式固定在致动器自由端上；当固定介质未填满致动体与光纤重叠部分，在致动体自由端末端形成空置区域时，应力缓冲部安装在所述空置区域。

优选的，光纤通过致动器内部通孔穿过致动器时，所述应力缓冲部为内壁具有所述光纤接触面的管状物。

优选的，光纤固定在致动器表面时，所述应力缓冲部为具有所述光纤接触面的板状物。

优选的，所述聚合物为高聚物材料。

优选的，所述应力缓冲部采用可拆卸的方式设置在致动器自由端末端。

相应的，本实用新型还提供了一种投影显示系统，所述投影显示系统包括一个或多个前述的光纤扫描器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型在在致动器自由端末端与光纤悬臂根部接触的部位设置的应力缓冲部能有效降低光纤悬臂的断裂风险，采用较低成本实现了光纤扫描器寿命的有效提高，让光纤扫描器可以达到应用到家用或商用投影显示领域的条件。另外通过添加微珠，改善缓冲区的刚性，减弱应力应变滞后和蠕变对摆动频率和相位差的影响。

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为现有光纤扫描器结构示意图；

图2A为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图一；

图2B为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图二；

图3A为本实用新型实施例光纤扫描器中固定介质未填满致动体与光纤重叠部分时，空置区域的一种位置示意图；

图3B为本实用新型实施例光纤扫描器中固定介质未填满致动体与光纤重叠部分时，空置区域的另一种位置示意图；

图4为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图三；

图5为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图四；

图6为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图五；

图7为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图六；

图8为本实用新型实施例光纤扫描结构中，应力缓冲部与光纤悬臂对应关系的一种剖视图；

图9为本实用新型实施例光纤扫描器结构中应力缓冲部的一种结构示意图；

图10为图9的剖视图；

图11为本实用新型实施例光纤扫描器结构中应力缓冲部的另一种结构剖视图；

图12为本实用新型实施例光纤扫描器结构中应力缓冲部的又一种结构示意图；

图13为本实用新型实施例光纤扫描器结构中应力缓冲部的又一种结构示意图；

图14为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图七；

图15为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图八；

图16为本实用新型实施例光纤扫描器结构示意图九。

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。

本实用新型实施例的光纤扫描器，包括致动器和光纤，致动器包括固定端和自由端，光纤固定在致动器上且一端超出致动器的自由端形成光纤悬臂；在致动器自由端末端，与光纤悬臂根部接触的部位，设置有应力缓冲部，应力缓冲部内填充有若干微珠，微珠之间采用聚合物互相粘结。

微珠可以带来刚性和拉伸强度，而聚合物具有柔韧性，可以增强应力缓冲区的柔韧性以及形状回复能力，能够使应力缓冲区不易开裂；且形状回复能力增强能使应力缓冲区在不断扭曲后应力缓冲区和光纤的平衡位置不会变，从而使摆动轨迹更恒定；缓冲区的存在是防止光纤断裂，聚合物优选采用高聚物，选用高聚物材料是利用其良好的柔韧性补强光纤的刚性，使其不容易出现刚性断裂，而单纯高聚物缓冲区会有应力应变滞后和蠕变特性，对摆动不利，通过添加玻璃微珠，改善缓冲区的刚性，减弱应力应变滞后和蠕变对摆动频率和相位差的影响。

在本实用新型的实施例中，部分图示意了应力缓冲部内填充有若干微珠，部分图未示意，在此说明，未示出内部微珠结构的应应力缓冲部内部均填充有微珠。

本实用新型实施例中所述微珠可以为实心微珠，也可以为空心微珠，或二者的组合，根据实际需求进行选择搭配。实心微珠和空心微珠各有缺点，例如

实心微珠能够增强应力缓冲区的刚性和回复性，但实心微珠使得应力缓冲部裂开风险提高；而空心微珠能够减轻缓冲区的重量、增强缓冲区的抗弯曲强度，使致动部和光纤的运动同步性高；另外当空心微珠为玻璃微珠时，如果缓冲部受到的应力大到足以引起开裂，空心微珠可以通过破裂的方式消耗掉这部分应力带来的能量，从而降低缓冲部整体开裂的风险；空心微珠的空心结构能大大减少缓冲区对致动部的静载荷，降低重力对摆动的增益干扰。

下面以图2A和图2B为列，介绍本实用新型实施例光纤扫描器的基本结构。参见图2A，图2A实施例中的光纤扫描器，光纤20穿过制动器10内部通孔固定在致动器10上，且一端超出致动器10的自由端形成光纤悬臂21；在致动器自由端末端，与光纤悬臂根部接触的部位，设置有应力缓冲部30。参见图2B，图2B实施例中的光纤扫描器，光纤20固定在致动器10外表面且一端超出致动器10的自由端形成光纤悬臂21，同样，在致动器自由端末端与光纤悬臂根部接触的部位，设置有应力缓冲部30。应力缓冲部内填充有若干微珠，微珠之间采用聚合物互相粘结，应力缓冲部的内部结构参见图14至图16。

本实用新型实施例中的应力缓冲部的外部材料可以选择塑料、金属、胶等各种材料，例如可以是具有缓冲功能的材料制成，例如硅胶、软胶缓冲垫，另外应力缓冲部的形状结构不限。为了方便应力缓冲部在磨损过度时换新，所述应力缓冲部优选采用可拆卸的方式设置在致动器自由端末端。

在一种实施例中，所述应力缓冲部的光纤接触面为弧形表面，或为多个依次连接的平面或曲面形成的具有棱线的表面，所述多个依次连接的平面或曲面形成的具有棱线的表面后文中称为“折面”；且在光纤悬臂静止状态时，所述接触面的表面与光纤悬臂的距离从光纤悬臂固定端到自由端方向上逐渐增大。当所述应力缓冲部的光纤接触面为弧形表面，或为多个依次连接的平面或曲面形成的具有棱线的表面时，当光纤悬臂摆动时，会逐渐与光纤接触面接触，能够增大光纤悬臂在碰撞到应力缓冲区时的接触面积，从而减小压强，降低断裂可能性。

在本实用新型一些实施例中，所述致动器包括致动体和固定介质，光纤通过固定介质固定在致动体上；当固定介质填满致动体与光纤重叠部分或超出致动体自由端时，应力缓冲部以凸出的形式固定在致动器自由端上；当固定介质未填满致动体与光纤重叠部分，在致动体自由端末端形成空置区域时，应力缓冲部安装在所述空置区域。图3A和图3B分别示意了光纤通过致动器内部通孔固定和光纤固定在致动器表面两种固定方式时，空置区域50的位置示意图。

参见图4、图5、图15及图16实施例，图4、图15和图16示意的是光纤从致动器内部通过穿过，图5示意的是光纤固定在致动器表面，这些实施例共同的特征是固定介质40未填满致动体与光纤重叠部分，在致动体自由端末端形成空置区域，应力缓冲部30全部或部分安装在所述空置区域，如图4、图5级图16中，应力缓冲部30全部安装在所述空置区域，而图15中，应力缓冲部30部分安装在所述空置区域，部分凸出在致动器自由端上。

参见图6及图14实施例，其固定介质40填满致动体与光纤重叠部分，应力缓冲部30以凸出的形式固定在致动器自由端上。

参见图7实施例，其固定介质40超出致动体自由端，应力缓冲部30以凸出的形式固定在致动器自由端上。如图7二维剖视图所示，图中的应力缓冲部30的剖线被光纤悬臂完全覆盖时，当曲面曲率设计合理，则覆盖在应力缓冲区上的光纤悬臂部分便不会断裂。在另一种实施例中，为了更稳妥的保护光纤，将应力缓冲部设计为的内壁剖线大于或等于光纤长度，如图8所示，在曲面曲率设计合理的情况下，即可完全防止光纤悬臂断裂，本实用新型实施例中，曲面曲率在设计时，需考虑光纤悬壁所能达到的极限弯折度，曲面曲率一般大于或等于光纤悬壁极限弯折曲率，光纤悬壁所能达到的极限弯折度指超过这个弯折度则光纤悬臂会断裂。

上述图6图7是以光纤穿过制动器内部通孔固定在致动器上为例，当光纤固定在致动器表面时，以相同方式处理即可。

在上述实施例中，当所述应力缓冲部的光纤接触面为弧形表面时，所述应力缓冲区的弧面根部优选与固定介质和光纤悬臂的交面以平滑过渡的方式吻合相连，例如可采用弧面根部与固定介质和光纤悬臂交面相切的连接方式，这样可以使光纤悬臂在极限情况下更好地贴合在应力缓冲区的弧面上，起到更强的缓冲作用。

在本实用新型实施例中，光纤通过致动器内部通孔穿过致动器时，所述应力缓冲部为内壁具有前述光纤接触面的管状物，如图9和图10所示，图9和图10示意的是光纤接触面为弧面，即管装应力缓冲部的内壁表面为弧面，且管壁从左到右逐渐变薄，其可以是以可拆卸的方式安装致动器的自由端，左侧孔口与致动器光纤通孔吻合连接。其中，图9为立体图，图10为其剖面图。当管状物光纤接触面为折面时，其一种剖面示意图可参见图11，折面的方式还有多种，图11仅为示意，不做限定。

而当光纤固定在致动器表面时，例如图5结构时，所述应力缓冲部为具有前述光纤接触面的板状物，如图12和图13所示。由于光纤悬臂会朝向各个方向弯折，在光纤扫描器为栅格式扫描器时，因其快轴幅度与慢轴幅度有可能不同，需要将应力缓冲部的每一个剖面轮廓线的曲率设计为大于或等于对应状态光纤悬壁所能达到的极限曲率，应力缓冲部按图13示意方式设计为折面。同样优选的，图12和图13示意的应力缓冲部的曲面左端的棱线与固介质和光纤悬臂交线吻合对接。

本实用新型实施例提供的光纤扫描器适用于各种光纤投影扫描系统，例如激光投影仪、激光电视、AR/VR头戴显示设备等。当本实用新型实施例提供的光纤扫描器应用于投影显示系统时，投影显示系统可以采用一个本实用新型实施例所述的光纤扫描器，也可以采用多个进行拼接显示。

本实用新型在在致动器自由端末端与光纤悬臂根部接触的部位设置的应力缓冲部能有效降低光纤悬臂的断裂风险，提高光纤扫描器寿命。且在应力缓冲部内部添加玻璃微珠，改善缓冲区的刚性，减弱应力应变滞后和蠕变对摆动频率和相位差的影响。

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)

1.一种光纤扫描器，其特征在于：包括致动器和光纤，致动器包括固定端和自由端，光纤固定在致动器上且一端超出致动器的自由端形成光纤悬臂；在致动器自由端末端，与光纤悬臂根部接触的部位，设置有应力缓冲部，应力缓冲部内填充有若干微珠，微珠之间采用聚合物互相粘结。

2.如权利要求1所述的光纤扫描器，其特征在于，所述微珠为实心微珠或空心微珠，或二者的组合。

3.如权利要求2所述的光纤扫描器，其特征在于，所述应力缓冲部的光纤接触面为弧形表面，在光纤悬臂静止状态时，所述接触面的表面与光纤悬臂的距离从光纤悬臂固定端到自由端方向上逐渐增大。

4.如权利要求3所述的光纤扫描器，其特征在于，所述应力缓冲部的光纤接触面为多个依次连接的平面或曲面形成的具有棱线的表面，在光纤悬臂静止状态时，所述接触面的表面与光纤悬臂的距离从光纤悬臂固定端到自由端方向上逐渐增大。

5.如权利要求4所述的光纤扫描器，其特征在于，所述致动器包括致动体和固定介质，光纤通过固定介质固定在致动体上；

当固定介质填满致动体与光纤重叠部分或超出致动体自由端时，应力缓冲部以凸出的形式固定在致动器自由端上；

当固定介质未填满致动体与光纤重叠部分，在致动体自由端末端形成空置区域时，应力缓冲部安装在所述空置区域。

6.如权利要求4所述的光纤扫描器，其特征在于，光纤通过致动器内部通孔穿过致动器时，所述应力缓冲部为内壁具有所述光纤接触面的管状物。

7.如权利要求4所述的光纤扫描器，其特征在于，光纤固定在致动器表面时，所述应力缓冲部为具有所述光纤接触面的板状物。

8.如权利要求1至7任一项所述的光纤扫描器，其特征在于，所述聚合物为高聚物材料。

9.如权利要求8所述的光纤扫描器，其特征在于，所述应力缓冲部采用可拆卸的方式设置在致动器自由端末端。

10.一种投影显示系统，其特征在于，所述投影显示系统包括一个或多个如权利要求1至9任一项所述的光纤扫描器。

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