CN219799889U - 一种压电驱动电路结构及扫描显示器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电驱动电路结构及扫描显示器件，所述压电驱动电路结构包括驱动电路和检测电路；所述驱动电路包括压电致动器，与所述压电致动器串联的电感和电压源；在所述扫描显示器件处于工作状态时，所述压电致动器作为电容与所述电感形成一个LC谐振回路；所述检测电路用于采集所述压电致动器或所述电感两端的电压信号作为反馈信号。通过取压电致动器或者电感两端电压信号作为反馈信号，避免了额外增加传感器，从而缓解增加传感器带来的增加扫描器模组体积，功耗，成本，以及生产装配复杂度的技术问题。

Description

一种压电驱动电路结构及扫描显示器件

技术领域

本实用新型涉及扫描显示领域，尤其涉及一种压电驱动电路结构及扫描显示器件。

背景技术

光纤扫描显示技术(fiber scanning display，FSD)的成像原理是，通过光纤扫描器带动光纤进行预定二维扫描轨迹的运动，并调制光源输出待显示图像的每个像素点对应的光，然后，通过光纤将待显示图像的每个像素点对应的光逐一投射到投影面上，形成投射画面。

在投影显示过程中，需要精确控制扫描器光纤扫描轨迹。现有技术中，一般都通过增加外部传感器测量扫描器或光纤的振动从而实现扫描器反馈控制。比如测量扫描器形变，通过磁场，电场等测量扫描器振动信息，或者通过光学器件检测扫描器投射的图像内容等方法。这些方案都需要额外增加传感器，势必会增加扫描器模组体积，功耗，成本，以及增加生产装配复杂度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压电驱动电路结构及扫描显示器件，用于解决现有技术中的反馈控制方案都需要额外增加传感器，会增加扫描器模组体积，功耗，成本，以及增加生产装配复杂度的技术问题。

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一种压电驱动电路结构，应用于扫描显示器件中，所述电路结构包括驱动电路和检测电路；所述驱动电路包括压电致动器，与所述压电致动器串联的电感和电压源；在所述扫描显示器件处于工作状态时，所述压电致动器作为电容与所述电感形成一个LC谐振回路；所述检测电路用于采集所述压电致动器或所述电感两端的电压信号作为反馈信号。

可选的，所述LC谐振回路的谐振频率大于所述压电致动器谐振频率、光纤谐振频率和所述电压源输出的驱动信号的驱动频率。

可选的，所述电感一端与所述电压源的正极连接，所述电感另一端与所述压电致动器的正电极连接；所述压电致动器的负电极与所述电压源的负极接地；所述检测电路用于采集所述压电致动器两端的电压信号。

可选的，所述压电致动器的正电极与所述电压源的正极连接，所述压电致动器的负电极与所述电感一端连接；所述电感第二端与所述电压源的负极接地；所述检测电路用于采集所述电感两端的电压信号。

本实用新型实施例第二方面提供一种扫描显示器件，所述扫描显示器件包括如第一方面所述的电路结构和处理器，所述处理器用于接收所述检测电路采集到的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述电压源输出的驱动信号进行矫正。

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的方案中，扫描显示器件采用LC谐振驱动，在扫描显示器件处于工作状态时，取压电致动器或者电感两端电压信号作为反馈信号，避免了额外增加传感器，从而缓解增加传感器带来的增加扫描器模组体积，功耗，成本，以及生产装配复杂度的技术问题。该方案能够在不额外增加传感器的前提下，实现扫描器反馈控制，在外界工作条件变化时，保证扫描器显示图像不发生变化，同时减小扫描器显示模组反馈部分体积，重量，降低扫描器显示模组的功耗和成本。

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一种可能的LC谐振驱动电路的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电感两端电压频率曲线的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电容两端电压频率曲线的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种可能的LC谐振驱动电路的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种可能的LC谐振驱动电路的示意图。

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。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的压电驱动电路结构的示意图。本实用新型实施例中，扫描显示器件采用LC谐振驱动，取压电致动器或电感两端电压信号作为反馈信号。

压电驱动电路结构包括两部分，分别为驱动电路和检测电路。驱动电路包括压电致动器C1，与压电致动器C1串联的电感L1和电压源V1。在所述扫描显示器件处于工作状态时，所述压电致动器C1作为电容与电感L1形成一个LC谐振回路；检测电路用于采集所述压电致动器或所述电感两端的电压信号作为反馈信号,从FB端引出的信号即为压电陶瓷两端电压信号。

本实用新型实施例中，压电致动器C1主要由压电陶瓷构成，利用压电陶瓷的逆压电效应，将电信号转换成机械振动。以光纤扫描显示器件为例，将光纤固定在压电致动器上，通过压电致动器振动来驱动固定在压电致动器上的光纤振动，并通过光纤出光实现图像扫描。

对于栅格式扫描方式的扫描显示器件，压电致动器包括两个致动部，分别提供X轴方向驱动和Y轴方向驱动，一般而言，Y轴方向驱动频率小于X轴方向驱动频率，因此，两个致动部也可以分别称为慢轴(Y轴)致动部和快轴(X轴)致动部，光纤在两个致动部所产生的振动的协同作用下，按照栅格式的轨迹扫动。因此，对于栅格式扫描方式，两个致动部可以分别看作是光纤扫描显示器件的两个驱动轴。由于快轴轨迹是经过光纤共振放大的，更容易受到外界影响，响应轨迹变化，导致显示图像变化，显示异常，如快轴摆幅，画面椭圆，画面方正度，奇偶行重合度等变化均会引起图像显示异常。因此，对于栅格式扫描方式，一般需要对快轴方向振动进行反馈控制。

对于李萨如扫描方式或螺旋式扫描方式的扫描显示器件，X轴和Y轴扫描轨迹均为光纤共振放大，因此，需要对光纤两个方向的振动进行反馈控制。

在本实用新型实施例中，压电致动器可以为X轴致动部或Y轴致动部，反馈信号直接从驱动电路采样，无需从压电致动器上引出反馈信号引线，X轴和Y轴的信号不会发生耦合，X轴和Y轴可以独立进行反馈控制，也就不需做信号解耦处理。

本实用新型实施例中，在扫描器工作温度范围内，需要保持LC谐振回路谐振频率f_lc，大于致动器谐振频率f_p、光纤谐振频率f_f和驱动频率f_d。

由于温度变化会导致压电陶瓷响应特性发生变化，压电陶瓷的阻抗曲线，频响曲线会发生平移。LC谐振回路谐振频率f_lc，致动器谐振频率f_p，光纤谐振频率f_f，也会随之变化。对于扫描显示器件而言，压电致动器的驱动频率由扫描显示器件的显示要求确定，因此，驱动频率f_d与阻抗曲线/频响曲线的谐振峰之间的位置关系会发生变化，需要确保f_d始终保持在阻抗曲线/频响曲线的谐振峰单侧。

其中，阻抗曲线是通过对压电陶瓷施加一定幅度的交流电压信号进行扫频，测量其电流波形的幅度和相位，然后经过计算得到阻抗曲线和频响曲线。压电陶瓷在交流电压信号驱动下，产生形变，带动整体振动。压电陶瓷的振动振型会随频率的变化而变化，陶瓷内部应力分布也发生变化，在正压电作用下，导致内部电荷分布发生变化，最终导致驱动电流随之变化。因此，通过阻抗分析仪测得的阻抗曲线和频响曲线，能够反映其机械振动频响特性。

如图2和图3所示，为LC串联谐振回路中，在阻抗曲线的谐振峰附近，电感和电容两端电压频率曲线的示意图。图2为电感两端电压幅频曲线a和回路总电流幅频曲线b，图3为电容两端电压频率曲线c和回路总电流幅频曲线d。

如图2和图3所示，电感电压幅频曲线a在谐振峰左侧斜率高，电容电压幅频曲线c在右侧幅频曲线斜率高。在用于反馈信号时，需要信号灵敏度高，因此，需要曲线斜率尽量高。因此，可以根据压电致动器的驱动频率，来选择压电致动器或电感两端的电压信号作为反馈信号。

在一种可能的实施方式中，在扫描显示器件驱动时，电容C由扫描显示器件驱动轴的压电陶瓷代替。温度变化时，扫描显示器件的驱动电极的等效电容会随温度的变化而变化，可以选取电容C两端的电压信号作为反馈信号，对应的，需要选择LC谐振峰右侧作为驱动频率。

选取电容C两端的电压信号作为反馈信号时，LC电路的连接方式如图1所示，电感L1在电容C1上端，从FB端引出的信号即为压电陶瓷两端电压，经过分压后直接送入检测电路，由于信号幅度较大，本实用新型实施例中不需要放大电路。

如果C在L上端，则需按照如图4所示方式引出信号，由于压电陶瓷驱动电压较高，则需要耐高压差分输入的采样电路。

选取电感L两端的电压信号作为反馈信号时，LC电路的连接方式如图5所示，电感L2在电容C2下端，从FB端引出的信号即为电感两端电压，经过分压后直接送入检测电路。

接下来，对本实用新型实施例中的反馈控制流程进行说明。

第一种可能的实施方式

在较小的温度范围内，扫描显示器件的阻抗曲线，频响曲线的变化主要是整体平移，因此，可以采用以下方式实现反馈控制。首先，初始化扫描器，记录当前反馈信号初始值，然后，在扫描显示器件工作过程中，实时采样反馈信号的幅度和相位，计算实时采样的反馈信号的幅度和相位与反馈信号初始值之间的误差，将误差送入PID控制器分别调节驱动信号的幅度和相位。

第二种可能的实施方式

通过温度标定实现反馈控制，对扫描显示器件的控制精度要求较高时，需要考虑扫描器阻抗曲线，频响曲线的非线性变化。

在温度范围过大时，压电致动器的阻抗曲线的形状可能会发生细微变化，体现在谐振峰斜率变化上。而施加在压电致动器上的驱动电压变化范围过大时，扫描显示器件的压电陶瓷频响曲线也会有非线性变化。因此，可以采用如下方式对扫描显示器件进行反馈控制。

首先，在不同温度下初始化扫描器，记录其驱动电压的幅度和相位，以及反馈信号的幅度和相位。

以反馈信号幅度为自变量，驱动电压为因变量，拟合函数F_vd(v_fb)。

以驱动电压幅度为自变量，反馈信号相位为因变量，拟合函数F_θ(v_d)。

在进行幅度反馈控制时，采集反馈信号的幅度，带入函数F_vd(v_fb)，计算误差e＝F_vd(v_fb)-V_d，其中，e为误差值，V_d为当前驱动电压，V_fb为反馈信号幅度，然后，将误差e送入PID控制器实现幅度反馈控制。

在进行相位反馈控制时，采集反馈信号相位，带入函数F_θ(v_d)，计算误差e_θ＝θ-F_θ(v_d)，其中，e_θ为误差值，V_d为当前驱动电压，θ为反馈信号相位。然后，将e_θ送入PID控制器实现幅度反馈控制。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种扫描显示器件，所述扫描显示器件包括如上述实施例所述的电路结构和处理器，所述处理器用于接收所述检测电路采集到的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述电压源输出的驱动信号进行矫正。具体的矫正过程在前述实施例中的反馈控制流程中已作出说明，本说明书在此不再详述。

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 (5)

1.一种压电驱动电路结构，应用于扫描显示器件中，其特征在于，所述电路结构包括驱动电路和检测电路；所述驱动电路包括压电致动器，与所述压电致动器串联的电感和电压源；在所述扫描显示器件处于工作状态时，所述压电致动器作为电容与所述电感形成一个LC谐振回路；所述检测电路用于采集所述压电致动器或所述电感两端的电压信号作为反馈信号。

2.如权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述LC谐振回路的谐振频率大于所述压电致动器谐振频率、光纤谐振频率和所述电压源输出的驱动信号的驱动频率。

3.如权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述电感一端与所述电压源的正极连接，所述电感另一端与所述压电致动器的正电极连接；所述压电致动器的负电极与所述电压源的负极接地；所述检测电路用于采集所述压电致动器两端的电压信号。

4.如权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述压电致动器的正电极与所述电压源的正极连接，所述压电致动器的负电极与所述电感一端连接；所述电感第二端与所述电压源的负极接地；所述检测电路用于采集所述电感两端的电压信号。

5.一种扫描显示器件，其特征在于，所述扫描显示器件包括如权利要求1-4中任一项所述的电路结构和处理器，所述处理器用于接收所述检测电路采集到的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述电压源输出的驱动信号进行矫正。