CN216356516U - 一种扫描致动器及光纤扫描器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扫描致动器，包括依次连接的第一致动部和第二致动部，第一致动部包括基板、以及设置于基板上表面和/或下表面的压电驱动层，所述的压电驱动层包括多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化；第二致动部的固定端与基板的自由端固定连接。还公开了采用所述扫描致动器的光纤扫描器。本实用新型利用压电陶瓷单元的D33方向型变驱动致动器振动，型变量大，显著降低了驱动功耗。

Description

一种扫描致动器及光纤扫描器

技术领域

本实用新型涉及扫描显示技术领域，尤其涉及一种扫描致动器及光纤扫描器。

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，一些光纤扫描器也可以不必具有隔离部，慢轴用于在前后方向(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，或在不具有隔离部的实施例中慢轴的振动直接累加在快轴上，从而可带动光纤在前后方向及第二方向上进行二维扫动，实现二维格栅式扫描，投射出图像。

当光纤扫描器用于实现大屏显示或拼接显示时，通常需要数量众多的光纤扫描器同时工作，各光纤扫描器出射的图像在显示屏上相互拼接。这时候单个光纤扫描器的功耗的稍微增大都会对整体的功耗造成显著的增加，因此带来的设备成本、使用成本、散热需求等都明显上升。因而如何降低单个扫描器的功耗成为亟需解决的技术问题。

同时，扫描器是否易于制造、批量生产一致性如何、是否方便精确定位装配，也制约着成像质量。要想获得稳定的扫描范围、并精确操控扫描轨迹，需要光纤扫描器的扫描轨迹具有精确的一致性，任何安装结构的不牢固、位置误差都会使得致动器的振动变得不易控制或产生杂乱的振动分量。如何避免不受控或杂乱的振动分量也是是提高扫描质量的重要因素之一。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种扫描致动器，用以至少解决上述的因功耗上升所带来的技术问题。

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致动器，包括依次连接的第一致动部和第二致动部，所述的第一致动部包括基板、以及设置于基板上表面和/或下表面的压电驱动层，以基板前后两端分别为固定端和自由端，以基板的厚度方向为垂直方向，所述的压电驱动层包括多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，各第一电极均相互电性连接，各第二电极均相互电性连接；

第二致动部的两端分别为固定端和自由端，第二致动部的自由端相对于其固定端至少沿水平方向振动，第二致动部的固定端与基板的自由端固定连接。

在优选的实施例中，所述的第二致动部为快轴致动器，第一致动部为慢轴致动器，快轴致动器的振动频率远大于慢轴致动器的振动频率。慢轴致动器的每个相邻的第一电极和第二电极、以及位于该第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元构成一个驱动单元，并且压电陶瓷单元的极化方向与压电驱动层整体的伸缩方向一致，从而可利用压电陶瓷单元的D33方向型变驱动致动器振动，相比利用压电陶瓷单元的D32或D31方向型变量大将近一倍，因此可以用更低电压实现更大摆幅，同样显著降低了驱动功耗。优选的，所述的第一电极和第二电极均完全覆盖压电陶瓷单元的前端面或后端面，从而使得压电陶瓷单元整体均被有效驱动。

可选的，所述的基板为玻纤板、铜板或钢板。

本实用新型的一些实施例中，所述基板上表面设置有压电驱动层，所述的基板下表面未设置有压电驱动层，所述的压电驱动层包括设置于基板上表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，各第一电极均相互电性连接，各第二电极均相互电性连接。压电陶瓷单元为沿前后方向极化的压电材料，优选的，压电陶瓷单元的下表面紧密贴合于基板上，压电陶瓷单元在左右方向上延伸的长度与基板在左右方向上的宽度相当。进一步优选的，基板的上表面在前后方向上布设压电陶瓷单元的部分的长度与基板在前后方向上的长度相当，从而使得压电驱动层的面积尽可能布满基板的上表面，在获得符合性能要求的前提下，使得器件的体积最小。优选的，第一电极和第二电极均与相邻的压电陶瓷单元的前侧面或后侧面紧密贴合。

也可选的，本实用新型的另一些实施例中，所述基板下表面设置有压电驱动层，所述的基板上表面未设置有压电驱动层，所述的压电驱动层包括设置于基板下表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，各第一电极均相互电性连接，各第二电极均相互电性连接。压电陶瓷单元为沿前后方向极化的压电材料，优选的，压电陶瓷单元的下表面紧密贴合于基板上，压电陶瓷单元在左右方向上延伸的长度与基板在左右方向上的宽度相当。进一步优选的，基板的下表面在前后方向上布设压电陶瓷单元的部分的长度与基板在前后方向上的长度相当，从而使得压电驱动层的面积尽可能布满基板的下表面，在获得符合性能要求的前提下，使得器件的体积最小。优选的，第一电极和第二电极均与相邻的压电陶瓷单元的前侧面或后侧面紧密贴合。

也可选的，本实用新型的另一些实施例中，所述基板的上表面和下表面均设置有压电驱动层，所述的基板的上表面设置有第一压电驱动层，所述的第一压电驱动层包括设置于基板上表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，第一压电驱动层的各第一电极均相互电性连接，第一压电驱动层的各第二电极均相互电性连接；所述的基板的下表面设置有第二压电驱动层，所述的第二压电驱动层包括设置于基板下表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，第二压电驱动层的各第一电极均相互电性连接，第二压电驱动层的各第二电极均相互电性连接。

压电陶瓷单元为沿前后方向极化的压电材料，优选的，压电陶瓷单元的下表面紧密贴合于基板上，压电陶瓷单元在左右方向上延伸的长度与基板在左右方向上的宽度相当。进一步优选的，基板的上表面和下表面在前后方向上布设压电陶瓷单元的部分的长度与基板在前后方向上的长度相当，从而使得压电驱动层的面积尽可能布满基板的表面，在获得符合性能要求的前提下，使得器件的体积最小。优选的，第一电极和第二电极均与相邻的压电陶瓷单元的前侧面或后侧面紧密贴合。

可选的，所述的第二致动部可为单压电片致动器、双压电晶片致动器、压电材料管致动器或压电片驱动致动器中的任意一种。

所述的压电材料管致动器包括压电材料管，压电材料管的外表面设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，压电材料管的内表面设置有与所述外电极相配合的内电极。以实现当内电极和外电极连接外部驱动器件后，该致动部的前端沿其对应的轴振动。

压电材料管的各个外电极和内电极均连接外部驱动电路，以通过各对相配合外电极和内电极向压电材料管施加交变电场。压电材料管沿径向极化，每对关于压电材料管的轴心线对称的外电极及与之对应的内电极，在同一时刻驱动该压电材料管做相反方向的伸缩，即每对外电极中的一个外电极及其内电极驱动位于其范围内的压电材料管伸长时，另一个外电极及其内电极驱动位于其范围内的压电材料管同步缩短；反之亦然。当压电材料管一端固定时，压电材料管的另一端为自由端，上述同步伸长和伸缩的动作使得压电材料管的自由端相对于固定端沿垂直于轴线的一个方向振动。当压电材料管的外表面设置有n对关于压电材料管的轴心线对称的外电极时，压电材料管的自由端相对于固定端可沿n个垂直于所述轴心线的方向振动。作为此类实施例的一个优选实施例，所述的n为1或2，且当n为2时，其中一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极及与之对应的内电极驱动压电材料管的自由端相对于其固定端沿一个垂直于所述轴心线的方向振动，而另一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极及与之对应的内电极驱动压电材料管的自由端沿另一个垂直于所述轴心线的方向振动，从而使得压电材料管致动器具备矫正功能，能够对其最终的振动方向进行自由调整，以克服因安装、加工等工序存在的误差而导致的扫描轨迹存在的畸变。

所述的压电片驱动致动器包括轴心方向为前后方向的基体，基体的表面沿周向间隔贴覆有至少一个沿前后方向伸缩的第一压电片，当基体的表面沿周向间隔贴覆有至少两个第一压电片时，任意两个第一压电片可关于基体的中心对称也可不关于基体的中心对称，基体沿前后方向的两端分别为固定端和自由端，第一压电片的伸缩驱动基体的自由端相对于固定端沿垂直于前后方向的方向振动。当两个第一压电片关于基体的中心对称时，在任一时刻关于基体的中心对称的两个第一压电片的伸缩方向相反，从而该两个第一压电片共同驱动基体沿一个垂直于前后方向的方向振动；不关于基体的中心对称的第一压电片各自驱动基体沿一个相应的、垂直于前后方向的方向振动。基体的表面既可以仅设置一个第一压电片或仅设置两个关于基体的中心的第一压电片，从而使得基体的自由端可沿一个垂直于前后方向的方向振动；也可以设置至少两个不关于基体的中心对称的第一压电片，从而可以使得基体的自由端沿多个垂直于前后方向的方向振动，从而使得压电片驱动致动器具备矫正功能，能够对其最终的振动方向进行自由调整，以克服因安装、加工等工序存在的误差而导致的扫描轨迹存在的畸变。

所述的第一压电片包括压电材料片，压电材料片接触基体的表面和与该表面相对的表面均设置有电极，压电材料片沿垂直于所述两个表面的方向极化，即压电材料片沿厚度方向极化。

所述的基体的截面可以为任意由直线和/或曲线构成的闭合图形；例如优选的，所述的基体的截面可以为方形、圆形、椭圆形。

所述的双压电晶片致动器包括沿前后方向延伸的中部隔离片，中部隔离片的一侧设置有平行于中部隔离片的第一压电材料片，中部隔离片的另一侧设置有平行于中部隔离片的第二压电材料片，第一压电材料片和第二压电材料片均具有两个平行于中部隔离片的第一表面，第一压电材料片和第二压电材料片的第一表面均布设有一层电极。此时可将第一压电材料片和第二压电材料片的电极均连接外部驱动电路，以通过电极向压电材料片施加交变电场。第一压电材料片在自电极施加的交变电场的作用下伸长或缩短，第二压电材料片在自电极施加的交变电场的作用下伸长或缩短，且在任一时刻第一压电材料片和第二压电材料片的伸缩方向相反。在一些其他的实施例中，所述的双压电晶片致动器可以不包含中部隔离片，仅包括紧密贴合的第一压电材料片和第二压电材料片，此时可选的，两个压电材料片可共用一个电极，第一压电材料片与第二压电材料片之间设置有一层共用电极，第一压电材料片和第二压电材料片的表面均设置有与所述共用电极相配合的一层电极。

由于第二致动部的一端为固定端，第一压电材料片和第二压电材料片的同步反向伸缩会驱动该致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于中部隔离片的方向振动。

所述的单压电片致动器包括沿前后方向延伸的基板，基板的一侧设置有平行于基板的第三压电材料片，第三压电材料片具有两个平行于基板的第二表面，第三压电材料片的第二表面均布设有一层电极。此时可将第三压电材料片的电极均连接外部驱动电路，以通过电极向压电材料片施加交变电场。第三压电材料片在自电极施加的交变电场的作用下伸长或缩短。

由于第二致动部的一端为固定端，第三压电材料片的伸缩会驱动该致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于基板的方向振动。

本实用新型实施例第二方面提供了一种采用所述扫描致动器的光纤扫描器，其包括上述任意一种扫描致动器和光纤，光纤以悬臂支撑的方式与第二致动部的自由端固定连接，以光纤的出光端为前端，光纤的前部超出第二致动部的自由端形成光纤悬臂，光纤位于光纤悬臂后侧的部分与第二致动部固定连接。

第二致动部的自由端相对于第一致动部的固定端的运动轨迹为第一致动部和第二致动部的振动轨迹的合成，第一致动部的自由端相对于其固定端的振动方向与第二致动部的自由端相对于其固定端的振动方向相互垂直，从而光纤悬臂可在压电致动器的驱动下做李萨茹式扫描或栅格式扫描。优选的，第二致动部的固有频率远大于第一致动部的固有频率，以满足栅格式扫描的要求，同时也避免第一致动部和第二致动部之间的谐振干扰。

进一步优选的，所述的扫描致动器和光纤固定封装于壳体内，第一致动部的固定端与壳体固定连接。进一步可选的，在封装壳的出光端，还固定有相应的镜组(未在图中示出)。工作时，受电极驱动，带动光纤悬臂以设定轨迹、设定频率扫动，同时光纤悬臂的端面出光，以便投射出相应图像。这里的扫描方式包括不限于：栅格式扫描、螺旋式扫描、利萨如式扫描等。

当然，在一些实施例中，扫描光纤的数量为至少一根，可以为两根或多根，这里不进行具体限制。

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：

慢轴致动器的每个相邻的第一电极和第二电极、以及位于该第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元构成一个驱动单元，并且压电陶瓷单元的极化方向与压电驱动层整体的伸缩方向一致，从而可利用压电陶瓷单元的D33方向型变驱动致动器振动，相比利用压电陶瓷单元的D32或D31方向型变量大将近一倍，因此可以用更低电压实现更大摆幅，同样显著降低了驱动功耗。优选的，所述的第一电极和第二电极均完全覆盖压电陶瓷单元的前端面或后端面，从而使得压电陶瓷单元整体均被有效驱动。

附图说明

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是本实用新型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为本实用新型扫描致动器及光纤扫描器的结构示意图；

图4为本实用新型扫描致动器的俯视结构示意图；

图5为本实用新型扫描致动器的第一致动部的一种实施例的结构示意图；

图6为本实用新型扫描致动器的第一致动部的振动结构示意图；

图7为本实用新型扫描致动器的第一致动部的另一种实施例的结构示意图；

图8为本实用新型扫描致动器的第二致动部的一种实施例的结构示意图；

图9为本实用新型扫描致动器的第二致动部的另一种实施例的结构示意图；

图10为本实用新型扫描致动器的第二致动部的第三种实施例的结构示意图；

图11为本实用新型扫描致动器的第二致动部的第四种实施例的结构示意图；

图12为本实用新型扫描致动器的第二致动部的第五种实施例的结构示意图。

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。

说明性扫描显示模组

如图2a所示，为本申请中的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。

系统工作时，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2a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。在光纤扫描器120作用下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置进行扫描。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将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：致动器121、光纤悬臂122、透镜123、扫描器封装壳124以及固定部件125。致动器121通过固定部件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在致动器121的自由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，在本申请实施例中，该竖直方向也可称为前后方向)及水平方向(该水平方向平行于图2a、2b中参考坐标系内的X轴，在本申请实施例中，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的前端按预设轨迹扫动并出射光束，出射的光束便可透过透镜123实现扫描成像。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述的扫描致动器的后端，是指扫描致动器不发生振动并用作固定的一端，也可以称为固定端；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，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。应理解，这样的描述方式不应作为对本申请的限定。

上述说明性光学显示模组是一种示例性的内容，在实际应用中，光学显示模组内的具体架构并不局限于图2a、2b所示出的，可能会发生变化，如：光源调制电路140和扫描驱动电路150可以合并为处理电路；又如：处理器100可以独立于光学显示模组之外，而不是作为光学显示模组中的一个构成单元等等，对于不同的变化形式，这里不再一一赘述。

如前所述单个光纤扫描器的功耗的稍微增大都会对整体的功耗造成显著的增加，因此带来的设备成本、使用成本、散热需求等都明显上升。因而如何降低单个扫描器的功耗成为亟需解决的技术问题。

如图3、图4所示，为此本实用新型实施例提供一种扫描致动器，包括依次连接的第一致动部1和第二致动部2，如图4-图7所示，所述的第一致动部1包括基板14、以及设置于基板14上表面和/或下表面的压电驱动层13，以基板14前后两端分别为固定端11和自由端12，以基板14的厚度方向为垂直方向，所述的压电驱动层13包括多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极131和第二电极132、以及设置于各相邻第一电极131和第二电极132之间的压电陶瓷单元133，各压电陶瓷单元133均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元133的极化方向相反，各第一电极131均相互电性连接，各第二电极132均相互电性连接；

第二致动部2的两端分别为固定端21和自由端22，第二致动部2的自由端22相对于其固定端21至少沿水平方向振动，第二致动部2的固定端21与基板14的自由端12固定连接。

在优选的实施例中，所述的第二致动部2为快轴致动器，第一致动部1为慢轴致动器，快轴致动器2的振动频率远大于慢轴致动器1的振动频率。慢轴致动器的每个相邻的第一电极131和第二电极132、以及位于该第一电极131和第二电极132之间的压电陶瓷单元133构成一个驱动单元，并且压电陶瓷单元133的极化方向与压电驱动层13整体的伸缩方向一致，从而可利用压电陶瓷单元133的D33方向型变驱动致动器振动，相比利用压电陶瓷单元133的D32或D31方向型变量大将近一倍，因此可以用更低电压实现更大摆幅，同样显著降低了驱动功耗。优选的，所述的第一电极131和第二电极132均完全覆盖压电陶瓷单元133的前端面或后端面，从而使得压电陶瓷单元133整体均被有效驱动。

可选的，所述的基板为玻纤板、铜板或钢板。

本实用新型的一些实施例中，如图5所示，所述基板14上表面设置有压电驱动层13，所述的基板14下表面未设置有压电驱动层13，所述的压电驱动层13包括设置于基板14上表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极131和第二电极132、以及设置于各相邻第一电极131和第二电极132之间的压电陶瓷单元133，各压电陶瓷单元133均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元133的极化方向相反，各第一电极131均相互电性连接，各第二电极132均相互电性连接。压电陶瓷单元133为沿前后方向极化的压电材料，优选的，压电陶瓷单元133的下表面紧密贴合于基板14上，压电陶瓷单元133在左右方向上延伸的长度与基板14在左右方向上的宽度相当。进一步优选的，基板14的上表面在前后方向上布设压电陶瓷单元133的部分的长度与基板14在前后方向上的长度相当，从而使得压电驱动层13的面积尽可能布满基板14的上表面，在获得符合性能要求的前提下，使得器件的体积最小。优选的，第一电极131和第二电极132均与相邻的压电陶瓷单元133的前侧面或后侧面紧密贴合。

也可选的，本实用新型的另一些实施例中，所述基板14下表面设置有压电驱动层13，所述的基板14上表面未设置有压电驱动层13，所述的压电驱动层13包括设置于基板14下表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极131和第二电极132、以及设置于各相邻第一电极131和第二电极132之间的压电陶瓷单元133，各压电陶瓷单元133均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元133的极化方向相反，各第一电极131均相互电性连接，各第二电极132均相互电性连接。压电陶瓷单元133为沿前后方向极化的压电材料，优选的，压电陶瓷单元133的下表面紧密贴合于基板14上，压电陶瓷单元133在左右方向上延伸的长度与基板14在左右方向上的宽度相当。进一步优选的，基板14的下表面在前后方向上布设压电陶瓷单元133的部分的长度与基板14在前后方向上的长度相当，从而使得压电驱动层13的面积尽可能布满基板14的下表面，在获得符合性能要求的前提下，使得器件的体积最小。优选的，第一电极131和第二电极132均与相邻的压电陶瓷单元133的前侧面或后侧面紧密贴合。

也可选的，本实用新型的另一些实施例中，如图7所示，所述基板14的上表面和下表面均设置有压电驱动层13，所述的基板14的上表面设置有第一压电驱动层13，所述的第一压电驱动层13包括设置于基板14上表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极131和第二电极132、以及设置于各相邻第一电极131和第二电极132之间的压电陶瓷单元133，各压电陶瓷单元133均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元133的极化方向相反，第一压电驱动层13的各第一电极131均相互电性连接，第一压电驱动层13的各第二电极132均相互电性连接；所述的基板14的下表面设置有第二压电驱动层13，所述的第二压电驱动层13包括设置于基板14下表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极131和第二电极132、以及设置于各相邻第一电极131和第二电极132之间的压电陶瓷单元133，各压电陶瓷单元133均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元133的极化方向相反，第二压电驱动层13的各第一电极131均相互电性连接，第二压电驱动层13的各第二电极132均相互电性连接。

压电陶瓷单元133为沿前后方向极化的压电材料，优选的，压电陶瓷单元133的下表面紧密贴合于基板14上，压电陶瓷单元133在左右方向上延伸的长度与基板14在左右方向上的宽度相当。进一步优选的，基板14的上表面和下表面在前后方向上布设压电陶瓷单元133的部分的长度与基板14在前后方向上的长度相当，从而使得压电驱动层13的面积尽可能布满基板14的表面，在获得符合性能要求的前提下，使得器件的体积最小。优选的，第一电极131和第二电极132均与相邻的压电陶瓷单元133的前侧面或后侧面紧密贴合。

可选的，所述的第二致动部2可为单压电片致动器、双压电晶片致动器、压电材料管致动器或压电片驱动致动器中的任意一种。

如图8所示，所述的压电材料管致动器包括压电材料管111，压电材料管111的外表面设置有至少一对关于压电材料管111的轴心线对称的外电极112，压电材料管111的内表面设置有与所述外电极112相配合的内电极113。以实现当内电极113和外电极112连接外部驱动器件后，该致动部的前端沿其对应的轴振动。

压电材料管111的各个外电极112和内电极113均连接外部驱动电路，以通过各对相配合外电极112和内电极113向压电材料管111施加交变电场。压电材料管111沿径向极化，每对关于压电材料管111的轴心线对称的外电极112及与之对应的内电极113，在同一时刻驱动该压电材料管111做相反方向的伸缩，即每对外电极112中的一个外电极112及其内电极113驱动位于其范围内的压电材料管111伸长时，另一个外电极112及其内电极113驱动位于其范围内的压电材料管111同步缩短；反之亦然。当压电材料管111一端固定时，压电材料管111的另一端为自由端，上述同步伸长和伸缩的动作使得压电材料管111的自由端相对于固定端沿垂直于轴线的一个方向振动。当压电材料管111的外表面设置有n对关于压电材料管111的轴心线对称的外电极112时，压电材料管111的自由端相对于固定端可沿n个垂直于所述轴心线的方向振动。作为此类实施例的一个优选实施例，所述的n为1或2，且当n为2时，其中一对关于压电材料管111的轴心线对称的外电极112及与之对应的内电极113驱动压电材料管111的自由端相对于其固定端沿一个垂直于所述轴心线的方向振动，而另一对关于压电材料管111的轴心线对称的外电极112及与之对应的内电极113驱动压电材料管111的自由端沿另一个垂直于所述轴心线的方向振动，从而使得压电材料管致动器具备矫正功能，能够对其最终的振动方向进行自由调整，以克服因安装、加工等工序存在的误差而导致的扫描轨迹存在的畸变。

如图9所示，所述的压电片驱动致动器包括轴心方向为前后方向的基体221，基体221的表面沿周向间隔贴覆有至少一个沿前后方向伸缩的第一压电片222，当基体221的表面沿周向间隔贴覆有至少两个第一压电片222时，任意两个第一压电片222可关于基体221的中心对称也可不关于基体221的中心对称，基体221沿前后方向的两端分别为固定端和自由端，第一压电片222的伸缩驱动基体221的自由端相对于固定端沿垂直于前后方向的方向振动。当两个第一压电片222关于基体221的中心对称时，在任一时刻关于基体221的中心对称的两个第一压电片222的伸缩方向相反，从而该两个第一压电片222共同驱动基体221沿一个垂直于前后方向的方向振动；不关于基体221的中心对称的第一压电片222各自驱动基体221沿一个相应的、垂直于前后方向的方向振动。基体221的表面既可以仅设置一个第一压电片222或仅设置两个关于基体221的中心的第一压电片222，从而使得基体221的自由端可沿一个垂直于前后方向的方向振动；也可以设置至少两个不关于基体221的中心对称的第一压电片222，从而可以使得基体221的自由端沿多个垂直于前后方向的方向振动，从而使得压电片驱动致动器具备矫正功能，能够对其最终的振动方向进行自由调整，以克服因安装、加工等工序存在的误差而导致的扫描轨迹存在的畸变。

所述的第一压电片222包括压电材料片，压电材料片接触基体221的表面和与该表面相对的表面均设置有电极，压电材料片沿垂直于所述两个表面的方向极化，即压电材料片沿厚度方向极化。

所述的基体221的截面可以为任意由直线和/或曲线构成的闭合图形；例如优选的，所述的基体221的截面可以为方形、圆形、椭圆形。

如图10所示，所述的双压电晶片致动器包括沿前后方向延伸的中部隔离片231，中部隔离片231的一侧设置有平行于中部隔离片231的第一压电材料片232，中部隔离片231的另一侧设置有平行于中部隔离片231的第二压电材料片233，第一压电材料片232和第二压电材料片233均具有两个平行于中部隔离片231的第一表面，第一压电材料片232和第二压电材料片233的第一表面均布设有一层电极234。此时可将第一压电材料片232和第二压电材料片233的电极234均连接外部驱动电路，以通过电极234向压电材料片施加交变电场。第一压电材料片232在自电极234施加的交变电场的作用下伸长或缩短，第二压电材料片233在自电极234施加的交变电场的作用下伸长或缩短，且在任一时刻第一压电材料片232和第二压电材料片233的伸缩方向相反。在一些其他的实施例中，所述的双压电晶片致动器可以不包含中部隔离片，仅包括紧密贴合的第一压电材料片232和第二压电材料片233，如图11所示，此时可选的，两个压电材料片可共用一个电极，第一压电材料片与第二压电材料片之间设置有一层共用电极，第一压电材料片和第二压电材料片的表面均设置有与所述共用电极相配合的一层电极。

由于第二致动部2的一端为固定端，第一压电材料片232和第二压电材料片233的同步反向伸缩会驱动该致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于中部隔离片231的方向振动。

如图12所示，所述的单压电片致动器包括沿前后方向延伸的基板241，基板241的一侧设置有平行于基板241的第三压电材料片242，第三压电材料片242具有两个平行于基板的第二表面，第三压电材料片的第二表面均布设有一层电极243。此时可将第三压电材料片242的电极243均连接外部驱动电路，以通过电极向压电材料片施加交变电场。第三压电材料片242在自电极施加的交变电场的作用下伸长或缩短。

由于第二致动部2的一端为固定端，第三压电材料片的伸缩会驱动该致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于基板的方向振动。

本发明第二方面提供一种采用所述扫描致动器的光纤扫描器，其包括上述任意一种扫描致动器和光纤，光纤以悬臂支撑的方式与第一致动部2的自由端固定连接，以光纤的出光端为前端，光纤的前部超出第一致动部2的自由端形成光纤悬臂3，光纤位于光纤悬臂3后侧的部分与第一致动部2固定连接。

第一致动部2的自由端相对于第二致动部1的固定端的运动轨迹为第二致动部1和第一致动部2的振动轨迹的合成，第二致动部1的自由端相对于其固定端的振动方向与第一致动部2的自由端相对于其固定端的振动方向相互垂直，从而光纤悬臂3可在压电致动器的驱动下做李萨茹式扫描或栅格式扫描。优选的，第一致动部2的固有频率远大于第二致动部1的固有频率，以满足栅格式扫描的要求，同时也避免第二致动部1和第一致动部2之间的谐振干扰。

进一步优选的，所述的扫描致动器和光纤固定封装于壳体4内，第二致动部1的固定端与壳体4固定连接。进一步可选的，在封装壳的出光端，还固定有相应的镜组(未在图中示出)。工作时，受电极驱动，带动光纤悬臂3以设定轨迹、设定频率扫动，同时光纤悬臂3的端面出光，以便投射出相应图像。这里的扫描方式包括不限于：栅格式扫描、螺旋式扫描、利萨如式扫描等。

当然，在一些实施例中，扫描光纤的数量为至少一根，可以为两根或多根，这里不进行具体限制。

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。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：

慢轴致动器的每个相邻的第一电极和第二电极、以及位于该第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元构成一个驱动单元，并且压电陶瓷单元的极化方向与压电驱动层整体的伸缩方向一致，从而可利用压电陶瓷单元的D33方向型变驱动致动器振动，相比利用压电陶瓷单元的D32或D31方向型变量大将近一倍，因此可以用更低电压实现更大摆幅，同样显著降低了驱动功耗。优选的，所述的第一电极和第二电极均完全覆盖压电陶瓷单元的前端面或后端面，从而使得压电陶瓷单元整体均被有效驱动。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，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)

1.一种扫描致动器，其特征在于，包括依次连接的第一致动部和第二致动部，所述的第一致动部包括基板、以及设置于基板上表面和/或下表面的压电驱动层，以基板前后两端分别为固定端和自由端，以基板的厚度方向为垂直方向，所述的压电驱动层包括多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，各第一电极均相互电性连接，各第二电极均相互电性连接；

第二致动部的两端分别为固定端和自由端，第二致动部的自由端相对于其固定端至少沿水平方向振动，第二致动部的固定端与基板的自由端固定连接。

2.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述的第二致动部为快轴致动器，第一致动部为慢轴致动器，快轴致动器的振动频率远大于慢轴致动器的振动频率。

3.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述基板上表面设置有压电驱动层，所述的基板下表面未设置有压电驱动层，所述的压电驱动层包括设置于基板上表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，各第一电极均相互电性连接，各第二电极均相互电性连接。

4.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述基板下表面设置有压电驱动层，所述的基板上表面未设置有压电驱动层，所述的压电驱动层包括设置于基板下表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，各第一电极均相互电性连接，各第二电极均相互电性连接。

5.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述基板的上表面和下表面均设置有压电驱动层，所述的基板的上表面设置有第一压电驱动层，所述的第一压电驱动层包括设置于基板上表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，第一压电驱动层的各第一电极均相互电性连接，第一压电驱动层的各第二电极均相互电性连接；所述的基板的下表面设置有第二压电驱动层，所述的第二压电驱动层包括设置于基板下表面的多个沿前后方向依次交叉设置的第一电极和第二电极、以及设置于各相邻第一电极和第二电极之间的压电陶瓷单元，各压电陶瓷单元均沿前后方向极化，且任意两个相邻的压电陶瓷单元的极化方向相反，第二压电驱动层的各第一电极均相互电性连接，第二压电驱动层的各第二电极均相互电性连接。

6.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述的第一致动部为单压电片致动器或双压电晶片致动器，

所述的单压电片致动器包括沿前后方向延伸的基板，基板的一侧设置有平行于基板的第三压电材料片，第三压电材料片具有两个平行于基板的第二表面，第三压电材料片的第二表面均布设有一层电极；

所述的双压电晶片致动器包括沿前后方向延伸的中部隔离片，中部隔离片的一侧设置有平行于中部隔离片的第一压电材料片，中部隔离片的另一侧设置有平行于中部隔离片的第二压电材料片，第一压电材料片和第二压电材料片均具有两个平行于中部隔离片的第一表面，第一压电材料片和第二压电材料片的第一表面均布设有一层电极，

或所述的双压电晶片致动器包括紧密贴合的第一压电材料片和第二压电材料片，第一压电材料片与第二压电材料片之间设置有一层共用电极，第一压电材料片和第二压电材料片的表面均设置有与所述共用电极相配合的一层电极。

7.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述的第一致动部为压电材料管致动器，所述的压电材料管致动器包括压电材料管，压电材料管的外表面设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，压电材料管的内表面设置有与所述外电极相配合的内电极。

8.如权利要求1所述的一种扫描致动器，其特征在于，所述的第一致动部为压电材料管致动器或压电片驱动致动器，所述的压电片驱动致动器包括轴心方向为前后方向的基体，基体的表面沿周向间隔贴覆有至少一个沿前后方向伸缩的第一压电片。

9.一种采用扫描致动器的光纤扫描器，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的一种扫描致动器和光纤，光纤以悬臂支撑的方式与第二致动部的自由端固定连接，以光纤的出光端为前端，光纤的前部超出第二致动部的自由端形成光纤悬臂，光纤位于光纤悬臂后侧的部分与第二致动部固定连接。

10.如权利要求9所述的一种采用扫描致动器的光纤扫描器，其特征在于，所述的扫描致动器和光纤固定封装于壳体内，第一致动部的固定端与壳体固定连接。

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