WO2020007359A1 - 一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器,扫描驱动器包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部(1)和第二致动部(3);第一致动部(1)和第二致动部(3)均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部(1)和第二致动部(3)的内部均设置有内电极孔,第一致动部(1)和第二致动部(3)的外部均设置有外电极(12、32),第一致动部(1)和第二致动部(3)的内电极孔内均设置有与其外部的外电极(12、32)相配合的内电极(601、602)。一体成型结构避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺,降低复杂程度、提升制作效率,可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性,同时可以防拆卸、防解体,增大整体可靠性和耐用性。
Description
本申请要求享有于2018年7月6日提交的名称为“一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器”的中国专利申请CN201810738380.7、以及于2018年11月19日提交的名称为“一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器”的中国专利申请CN201811379277.4的优先权,其全部内容通过引用并入本文中。
本发明涉及扫描驱动器结构技术领域,尤其涉及一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器。
单光纤共振型压电扫描器是利用光纤悬臂在两个方向上的共振特性来实现静态或动态图像扫描的新型扫描器,相比于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System;微机电系统)扫描器,单光纤共振型压电扫描器的体积更小,成本更低,而且制造工艺简便,更易集成。
目前二维振动模式的单光纤共振型压电扫描器结构中,采用的结构是将两个方向振动的驱动器通过某种连接件接连起来,并使两个驱动器的振动方向相交,从而实现二维扫描功能。但是在这种结构中,存在一些问题:在长时间的扫描工作后,两个驱动器与连接件之间会出现松动,导致振动频率无法精确控制;连接件会造成能量损耗;连接件会加大设备体积及重量;在这种小体积设备的制造中,采用连接件拼接两个驱动器会存在量产困难。
发明内容
本发明实施例提供一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器,用以提高扫描驱动器的精确性、稳定性和便于加工性能。
为了实现上述发明目的,本发明实施例第一方面提供了一种扫描驱动器,包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部和第二致动部;所述第一致动部和第二致动部均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部和第二致动部的内部均设置有内电极孔,第一致动部和第二致动部的外部均设置有外电极,第一致动部和第二致动部的内电极孔内均设置有与其外部的外电极相配合的内电极。
第一致动部的后端与第二致动部的前端固定连接,并且进一步的可在第一致动部和第二致动部之间设置用于连接两个部件隔离部,隔离部用于连接两个致动部并且利于第一致动部和第二致动部电极间的隔离。此时,扫描驱动器,包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部、隔离部和第二致动部;所述第一致动部和第二致动部均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部和第二致动部的内部均设置有内电极孔,第一致动部和第二致动部的外部均设置有外电极,第一致动部和第二致动部的内电极孔内均设置有与其外部的外电极相配合的内电极。隔离部是为了方便理解而命名的结构,其在实际运用中,可以为一个规则的立体部件,也可以为不规则的立体部件,也可以为一个虚拟的平面或曲面或不规则面,其主要用于连接两个致动部并实现不同电极间的隔离。
第二致动部的压电材料本体的固有频率大于第一致动部的压电材料的固有频率。为了使本发明中的光纤扫描器能够驱动光纤悬臂实现栅格式扫描,第一致动部和第二致动部的固有频率必须不同,即两者可以看作是一种滤波器,只有频率符合两者自身固有频率的驱动信号才能够驱动两者稳定振动。
优选的,所述的第一致动部的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第一轴的第一外侧面,每个第一外侧面均设置有一个第一外电极,第二致动部的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第二轴的第二外侧面,每个第二外侧面均设置有一个第二外电极,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行。
优选的,所述的第一致动部的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第三轴的第三外侧面,每个所述第三外侧面上均设置有一个第三外电极,第三轴垂直于前后方向且不平行于第一轴。
优选的,所述的第二致动部的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第四轴的第四外侧面,每个所述第四外侧面上均设置有一个第四外电极,第四轴垂直于前后方向且不平行于第二轴。
优选的,所述的第一外侧面上还设置有与第一外电极绝缘设置的第五外电极。
优选的,所述的第二外侧面上还设置有与第二外电极绝缘设置的第六外电极。
优选的,所述的第一外侧面上还设置有与第一外侧面紧密贴合的第一压电材料片,第一压电材料片沿第一轴方向极化,第一压电材料片与第一轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极,第一压电材料片表面上的电极与第一外侧面上的第一外电极之间相互绝缘。
优选的,所述的第二外侧面上设置有与第二外侧面紧密贴合的第二压电材料片,第二压电材料片沿第二轴方向极化,第二压电材料片与第二轴垂直的两个外表面上分别设置有 一个电极,第二压电材料片表面上的电极与第二外侧面上的第二外电极之间相互绝缘。
优选的,所述的第一致动部的内电极孔内设置有与各个外电极所处的第一平面相对应的第二平面,各第二平面与其对应的第一平面靠近且平行,与每个第一平面上的外电极相对应的内电极设置于与该第一平面相对应的第二平面上。
优选的,所述的第一致动部的压电材料本体为圆管型,压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第一致动部的前端沿第一轴振动的第一外电极,第二致动部的压电材料本体为圆管型,压电材料本体外表面轴对称设置有驱动第二致动部的前端沿第二轴振动的两个第二外电极,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行。
优选的,所述的第一致动部的压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第一致动部的前端沿第三轴振动的第三外电极,第三轴垂直于前后方向且不平行于第一轴。
优选的,所述的第二致动部的压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第二致动部的前端沿第四轴振动的第四外电极,第四轴垂直于前后方向且不平行于第二轴。
优选的,所述的第一致动部的压电材料本体外表面靠近第一外电极的部位处,设置有与第一外电极绝缘设置的第五外电极。
优选的,所述的第二致动部的压电材料本体外表面靠近第二外电极的部位处,设置有与第二外电极绝缘设置的第六外电极。
优选的,所述的第一致动部的压电材料本体外表面靠近第一外电极的部位处,设置有第一压电材料片,第一压电材料片为与压电材料本体紧密贴合的弧形片,第一压电材料片沿径向极化,第一压电材料片的内弧形面和外弧形面分别设置有一个电极,第一压电材料片表面上的电极与第一外侧面上的第一外电极之间相互绝缘。
优选的,所述的第二致动部的压电材料本体外表面靠近第二外电极的部位处,设置有第二压电材料片,第二压电材料片为与压电材料本体紧密贴合的弧形片,第二压电材料片沿径向极化,第二压电材料片的内弧形面和外弧形面分别设置有一个电极,第二压电材料片表面上的电极与第二外侧面上的第二外电极之间相互绝缘。
优选的,所述第一致动部的内电极孔内设置的内电极的数量为一个或多个,每个内电极与至少一个外电极相配合,所述第二致动部的内电极孔内设置的内电极的数量为一个或多个,每个内电极与至少一个外电极相配合。
优选的,所述的第一致动部的各内电极与第二致动部的各内电极间均为相互绝缘或电性连接,第一致动部内的各内电极之间均为相互绝缘或电性连接,第二致动部内的各内电 极之间均为相互绝缘或电性连接。
优选的,所述的各内电极和各外电极中,至少有一个内电极或外电极连接有贴覆于扫描驱动器上的薄膜导电层,各薄膜导电层相互绝缘,且各薄膜导电层均与其不相干的内电极或外电极均相互绝缘,薄膜导电层延伸至扫描驱动器的后端。与各薄膜导电层不相干的内电极或外电极是指未与该薄膜导电层连接的各内电极或外电极。
优选的,扫描驱动器还包括位于第一致动部后侧并与第一致动部一体成型的固定部,所述的固定部为实心柱体或具有连通第一致动部的内电极孔的第二通孔。
优选的,对于设置有隔离部的扫描驱动器,所述的隔离部设置有与第一致动部和第二致动部的内电极孔均连通的第一通孔。
优选的,所述的第一轴垂直于第二轴。
优选的,所述的第三轴与第二轴为同一轴,所述的第四轴与第一轴为同一轴。
优选的,所述的第一致动部的内电极孔和第二致动部的内电极孔构成一个共用电极布设孔,或
所述的第一通孔、第一致动部的内电极孔和第二致动部的内电极孔构成一个共用电极布设孔,或
所述的第二通孔、第一通孔、第一致动部的内电极孔和第二致动部的内电极孔构成一个共用电极布设孔。
优选的,所述的共用电极布设孔为截面为圆形的圆形孔或截面为方形的方形孔,当所述的共用电极布设孔为方形孔时,所述的共用电极布设孔为的孔壁包括两个平行于第一外侧面的平面和两个平行于第二外侧面的平面。
优选的,所述的共用电极布设孔的孔壁满布有一层共用电极层,所述的各外电极均共用该共用电极层。
优选的,第一致动部的压电材料本体呈方杆型,压电材料本体的侧表面由两个相互平行的第一外侧面和两个相互平行的第三外侧面围成。
优选的,第二致动部的压电材料本体呈方杆型,压电材料本体的侧表面由两个相互平行的第二外侧面和两个相互平行的第四外侧面围成。
优选的,由第一致动部的压电材料本体和第二致动部的压电材料本体构成的扫描驱动器本体为沿前后方向延伸且截面轮廓为方形的方杆型,或
由第一致动部的压电材料本体、隔离部和第二致动部的压电材料本体构成的扫描驱动 器本体为沿前后方向延伸且截面轮廓为方形的方杆型,或
由固定部、第一致动部的压电材料本体、隔离部和第二致动部的压电材料本体构成的扫描驱动器本体为沿前后方向延伸且截面轮廓为方形的方杆型。
优选的,所述的共用电极布设孔为沿前后方向贯穿扫描驱动器的通孔。
本发明中的第一致动部的压电材料本体、第二致动部的压电材料本体、第一压电材料片、第二压电材料片均采用压电材料制成。所述压电材料包括两种类型:有机压电材料和无机压电材料,有机压电材料,即类似于聚偏二氟乙烯(PVF2)、聚偏氟乙烯(PVDF)等压电聚合物;无机压电材料主要由单晶结构的压电晶体和多晶结构的压电陶瓷两大类组成,其中,单晶体压电材料即有序生长的晶体,如石英晶体、铌酸锂晶体等,多晶结构的压电陶瓷是人工合成的压电多晶体,常用的压电陶瓷包括钛酸钡、锆钛酸铅以及铌酸盐等多种类型。
本发明中的薄膜导电层可采用类似印制电路板上导电金属层的加工方法制备,也可以是将薄膜金属导电片贴覆在扫描驱动器上,并通过焊接等连接方式与其相应的电极电连接。
本发明实施例第二方面提供了一种光纤扫描器,包括上述任意一项所述的一种扫描驱动器和光纤,光纤与扫描驱动器固定连接且光纤的前端超出扫描驱动器形成光纤悬臂。所述的固定连接方式可采用胶粘、固定件紧固、焊接等常规连接结构。
可选的,位于光纤悬臂后侧的光纤与扫描驱动器的外表面固定连接。
可选的,位于光纤悬臂后侧的光纤固定设置于共用电极布设孔内。
本发明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:
一体成型结构避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺,降低复杂程度、提升制作效率,因此采用一体成型可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性,同时可以防拆卸、防解体,增大整体可靠性和耐用性。
图1为本发明的一种实施例的结构示意图;
图2为图1所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图3为图2中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图4为图2中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图5为本发明的第二类实施例的结构示意图;
图6为图5所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图7为图6中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图8为图6中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图9为本发明的第三类实施例的结构示意图;
图10为图9所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图11为图10中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图12为图10中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图13为本发明的第四类实施例的结构示意图;
图14为图13所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图15为图14中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图16为图14中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图17为本发明的第五类实施例的结构示意图;
图18为图17所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图19为图18中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图20为图18中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图21为本发明的第六类实施例的结构示意图;
图22为图21所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图23为图22中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图24为图22中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图25为本发明的第七类实施例的结构示意图;
图26为图25所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图27为图26中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图28为图26中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图29为本发明的第八类实施例的结构示意图;
图30为图29所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图31为图30中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图32为图30中的第一致动部沿A-A截面的剖视图;
图33为本发明另一种实施例中第一致动部的剖视图;
图34为本发明另一种实施例中第二致动部的剖视图;
图35为本发明的第九类实施例的结构示意图;
图36为图35所示实施例的扫描驱动器的剖视图;
图37为图36中的第一致动部沿B-B截面的剖视图;
图38为图36中的第一致动部沿A-A截面的剖视图。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种扫描驱动器及光纤扫描驱动器,用以提高扫描驱动器的精确性、稳定性和便于加工性能。
下面对本发明的多个种类的实施例进行说明,每类实施例也都进一步存在多个具有独特特征的实施例。
第1类实施例
结合图1-图8所示,一种扫描驱动器包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部1、隔离部2和第二致动部3,第一致动部1和第二致动部3均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部1和第二致动部3的内部均设置有内电极孔,第一致动部1和第二致动部3的外部均设置有外电极12、32,第一致动部1和第二致动部3的内电极孔的内均设置有与其外部的外电极相配合的内电极601、602,以实现当内电极和外电极连接外部驱动器件后,第一致动部1的前端部沿第一轴振动,第二致动部3的前端部沿第二轴振动。
采用该扫描驱动器的光纤扫描驱动器,包括光纤5及所述扫描驱动器,光纤5与扫描驱动器固定连接,且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂。第一致动部1驱动光纤5悬臂沿第一轴方向振动,第二致动部3驱动光纤5悬臂沿第二轴方向振动,一体成型 的双向驱动器可以减少部件数量,使扫描过程更稳定,第一致动部1和第二致动部3之间的连接部不会出现长时间运行导致的松动,具有便于量产、制作快速、误差小、重复性高、良品率高等优点。
相比于第一致动部1和第二致动部3之间采用现有技术中的胶粘或卡扣、螺钉等固定方式,胶粘或卡扣的方式会由于长时间的高频振动导致连接松动,直接影响扫描器的振动性能,而螺钉的固定方式则体积稍大,结构稍显复杂,并且现有固定方式工艺难度大、制作耗时、重复性差、良品率低。
光纤扫描器中第二致动部3与第一致动部1的尺寸都很小,其厚度在几毫米左右,因此在两者互相连接过程中采用连接件时很容易损坏两者;而利用模具一体成型,避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺,降低复杂程度、提升制作效率,因此采用一体成型可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性,同时可以防拆卸、防解体,增大整体可靠性和耐用性。
第一致动部1和第二致动部3根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动,第二致动部3的固有频率远大于第一致动部1的固有频率,从而进一步带动光纤5悬臂摆动,悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描,以出射带有调制信息的激光从而显现图像。
所述的第一致动部1、隔离部2和第二致动部3的一体成型是指采用一体成型的工艺将包含第一致动部1、隔离部2和第二致动部3构成的整体构件一体制造成型。例如,第一致动部1、隔离部2和第二致动部3均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体,通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后,通过烘烤即可得到一个包含有第一致动部1、隔离部2和第二致动部3的整体构件,然后根据需要将第一致动部1和第二致动部3进行极化,并在第一致动部1和第二致动部3增设驱动电极。
在光纤扫描器这种微小结构的应用领域中,一体成型后的第一致动部1和第二致动部3对扫描出射图像质量的提升是显著的,其主要由以下因素体现:在光纤扫描器中,第一致动部1和第二致动部3均做高频振动,第一致动部1和第二致动部3一体成型制作过程中,数十兆帕的压力使扫描器自身足够致密以实现高效的性能,同时刚度极大,是利用胶粘的方式所不能比拟的,因此一体成型避免了互连部分被高频振动导致松动。
具体的,所述的第一致动部1的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第一轴的第一外侧面11,每个第一外侧面11均设置有一个第一外电极12,第二致动部3的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第二轴的第二外侧面31,每个第二外侧面31均设置有一 个第二外电极32,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行,第一致动部1的内电极孔内部设置有与所述第一外电极12相配合的第一内电极601,第二致动部3的内电极孔内部设置有与所述第二外电极32相配合的第二内电极602。
通过设置所述第一外侧面11和第二外侧面31,使得第一外电极12和第二外电极32的布设位置精确,加工时,只要保证第一外侧面11和第二外侧面31的夹角,在布设电极时仅需将外电极设置在第一外侧面11和第二外侧面31,就可以保证第一致动部1的振动方向和第二致动部3的振动方向的夹角角度。
所述第一致动部1在第一外电极12和第一内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第一轴振动,所述的第二致动部3在第二外电极32和第二内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第二轴振动。具体来说,第一致动部1的压电材料本体位于第一外电极12和第一内电极之间的部分沿垂直于第一外侧面11的方向极化,第二致动部3的压电材料本体位于第二外电极32和第二内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
所述第一内电极601可以为布满第一致动部1的内电极孔内壁的电极层,从而,第一致动部1的两个第一外电极12共用一个第一内电极601。所述第一内电极也可以为布设于第一致动部1的内电极孔内部的两个分别与第一外电极12对应设置的第一内电极6011,如图7所示,两个第一内电极6011既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
同理,所述第二内电极602可以为布满第二致动部3的内电极孔内壁的电极层,从而,第二致动部3的两个第二外电极32共用一个第二内电极602。所述第二内电极也可以为布设于第二致动部3的内电极孔内部的两个分别与第二外电极32对应设置的第二内电极6021,如图8所示,两个第二内电极6021既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。可选的,所述的第一内电极601和第二内电极602均可设置于内电极孔的孔壁上。
进一步的,各外电极和内电极均连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。所述的导电物质可以为导线等,但为了避免导线等类似导电物质对光纤扫描驱动器扫描轨迹的影响,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。
所述的薄膜导电层7及下文中其他实施例中提及的薄膜导电层都是为了将其连接的电极的接线点延伸至扫描驱动器的后端,薄膜导电层7都是从其连接的电极的后端向后延伸至扫描驱动器的后端,因扫描驱动器的后端需要固定,因而在其后端接线,则不会对整 体的振动产生影响。故各薄膜导电层7均需要与其未连接的电极保持绝缘,一方面可以将薄膜导电层7直接贴覆与压电材料本体或隔离部2的表面,并与其它电极存在物理间隙以实现绝缘,也可以是将薄膜导电层7贴覆在其未连接的电极的表面,此时需要在电极与薄膜导电层7之间设置一层绝缘层。
具体到本实施例,薄膜导电层的设置结构包括以下结构:
如图1、图5所示,的两个第一外电极12分别连接有一个第一薄膜导电层,第一薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面,第一薄膜导电层向后延伸至扫描驱动器的末端以焊接导线、电路插针等电性连接件。所述的两个第二外电极32分别连接有一个第二薄膜导电层,第二薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2的外表面,第二薄膜导电层向后延伸至扫描驱动器的末端以焊接导线、电路插针等电性连接件。上文及下文中所述的膜导电层绝缘贴覆于扫描驱动器的某些部件上是指:薄膜导电层贴覆于扫描驱动器上,且各薄膜导电层之间相互绝缘,同时各薄膜导电层还均与其不相干的内电极或外电极均相互绝缘,与各薄膜导电层不相干的内电极或外电极是指未与该薄膜导电层连接的各内电极或外电极。
所述的第一内电极可连接贴覆于第一致动部1的内电极孔内壁的第一内薄膜导电层,也可以是第一内电极向后一直延伸至第一致动部1的末端,所述的第二内电极连接有第二内薄膜导电层,第二内薄膜导电层绝缘贴覆于第二致动部3前端面、第二致动部3外表面、隔离部2外表面和第一致动部1的外表面,如图1、图17、图25所示,从而,各连接有薄膜导电层7的电极均通过与之对应的薄膜导电层连接外部的驱动器件或检测器件。在光纤扫描驱动器振动的过程中,薄膜随光纤扫描驱动器弯曲变形,相比导线连接,能够很好克服因导线自重而对光纤扫描驱动器的位移造成的影响。
各薄膜导电层或延伸至第一致动部1后端的第一内电极在扫描驱动器的后端焊接导线、电路插针等电性连接件,由于扫描驱动器的的后端固定安装,因而焊接的导线不会对扫描驱动器的振动形成干涉。
进一步可选的,所述的第一致动部1的内电极孔和第二致动部3的内电极孔均可为圆形孔或方形孔。进一步的,参考图15、图16所示,当内电极孔为方形孔时,第一致动部1的内电极孔的方形孔的孔壁中包括与第一外侧面11平行的第一平面,第二致动部3的内电极孔的方形孔包括与第二外侧面31平行的第二平面,第一平面靠近第一外侧面11并与之平行,第二平面靠近第二外侧面31并与之平行,设置于第一平面的第一内电极与第一外电极12间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的第二内电极与第二外电极32 间为厚度一致的压电材料,从而保证了提高了扫描驱动器扫描性能的稳定。
第2类实施例
本类实施例是在第1类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图5-图8所示,所述的隔离部2设置有与第一致动部1和第二致动部3的内电极孔均连通的第一通孔,第一通孔和所述两个内电极孔均同轴设置,从而第一致动部1的内电极孔、第一通孔和第一致动部1的内电极孔过程贯穿扫描驱动器的共用电极布设孔。
进一步优选的,第二内薄膜导电层可贴覆于共用电极布设孔的内表面并延伸至扫描驱动器的后端,如图22所示,避免了第二内薄膜导电层的弯折和裸露。
第一致动部1的内电极孔和第二致动部3的内电极孔连通,故此时,作为一种优选的实施例,所述的共用电极布设孔内表面满布有一层内电极6,如图10所示,即该内电极布满共用电极布设孔孔壁,此时,第一外电极12和第二外电极32共用该内电极。
更为优选的,所述的共用电极布设孔为截面为圆形的圆形孔或截面为方形的方形孔,当所述的共用电极布设孔为方形孔时,结合图15、图16所示,所述的共用电极布设孔为的孔壁包括两个平行于第一外侧面11的平面和两个平行于第二外侧面31的平面。并且进一步优选的,所述的共用电极布设孔为沿前后方向贯穿扫描驱动器的通孔,从而既能够用于布设内电极,又降低了扫描驱动器的加工难度。
对于采用上述结构的扫描驱动器的光纤扫描驱动器,光纤5可以固定安装于扫描驱动器的外表面,且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂;更为优选的,光纤5固定设置于共用电极布设孔内,且光纤5的前端穿出共用电极布设孔形成悬臂。
第3类实施例
本类实施例是在第1类实施例和第2类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
如图9-图24所示,所述的第一致动部1的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第三轴的第三外侧面13,每个所述第三外侧面13上均设置有一个第三外电极14,第三轴垂直于前后方向且不平行于第一轴,第一致动部1的内电极孔内部设置有与所述第三外电极14相配合的第三内电极。同理,所述第三内电极可以为布满第一致动部1的内电极孔内壁的电极层,从而,第三外电极14与第一外电极12共用一个内电极。所述第三内电极 也可以为两个布设于第一致动部1的内电极孔内的与第三外电极14对应设置的第三内电极6012,如图19所示,如可以将第三内电极布设于内电极孔的孔壁上;并且,可选的,所述两个第三内电极之间或所述两个第三内电极与各第一内电极之间,均既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。从而,所述第一致动部1在第三外电极14和第三内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第三轴振动。具体来说,压电材料本体位于第三外电极14和内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
这使得第一致动部1不仅能够驱动光纤5沿第一轴方向振动,还能够借助设置第三外电极14的结构同时实现对扫描轨迹进行第三轴方向上的矫正,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。
此时,所述的第一致动部1的内电极孔可以为圆形孔或孔壁上具有两个靠近第一外侧面11并与之平行的第一平面和两个靠近第三外侧面13并与之平行的第二平面,如图15、图19所示,从而设置于第一平面的第一内电极与第一外电极12间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的第三内电极与第三外电极14间为厚度一致的压电材料,保证了扫描驱动器扫描性能的稳定。
可选的,第三外电极14和第三内电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第三内电极与第一内电极未电性连接时,连接第三内电极的薄膜导电层的设置方式与第一内薄膜导电层的设置方式相同。当第三内电极与第一内电极电性连接时,第三内电极与第一内电极共用同一个第一内薄膜导电层。第三外电极14连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第4类实施例
本类实施例是在第1类实施例、第2类实施例和第3类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
如图9-图24所示,所述的第二致动部3的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第四轴的第四外侧面33,每个所述第四外侧面33上均设置有一个第四外电极34,第四轴垂直于前后方向且不平行于第二轴,第二致动部3的内电极孔内部设置有与所述第四外电极34相配合的第四内电极。同理,所述第四内电极可以为布满第二致动部3的内电极孔内壁的电极层,从而,第四外电极34与第二外电极32共用一个内电极。所述第四内电极也可以为两个布设于第二致动部3的内电极孔内的与第四外电极34对应设置的第四内电极6022,如图20所示。可选的,所述的第四内电极可布设于内电极孔的孔壁上。并且,可选的,所述两个第四内电极之间或各第四内电极与各第二内电极之间,均既可以是相互 独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。从而,所述第二致动部3在第四外电极34和第四内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第四轴振动。具体来说,压电材料本体位于第四外电极34和第四内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
这使得第二致动部3不仅能够驱动光纤5沿第一轴方向振动,还能够借助设置第四外电极34的结构同时实现对扫描轨迹进行第四轴方向上的矫正,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。
此时,所述的第二致动部3的内电极孔可以为圆形孔或孔壁上具有两个靠近第二外侧面31并与之平行的第一平面和两个靠近第四外侧面33并与之平行的第二平面,如图16、图20所示,从而设置于第一平面的第二内电极与第二外电极32间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的第四内电极与第四外电极34间为厚度一致的压电材料,从而保证了扫描驱动器扫描性能的稳定。
可选的,第四外电极34和第四内电极也可以连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第四内电极与第二内电极未电性连接时,连接第四内电极的薄膜导电层的设置方式与第二内薄膜导电层的设置方式相同。当第三内电极与第一内电极电性连接时,第三内电极与第一内电极共用同一个第二内薄膜导电层。第四外电极34连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面。
第5类实施例
本类实施例是在第1类实施例、第2类实施例、第3类实施例和第4类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图3、图4所示,所述的第一外侧面11上还设置有与第一外电极12绝缘设置的第五外电极15,既可以仅在任意一个第一外侧面11上设置第五外电极15,也可以在两个第一外侧面11上均设置第五外电极15,第一致动部1的内电极孔内部设置有与所述第五外电极15相配合的第五内电极。同理,所述第五内电极可以为布满第一致动部1的内电极孔内壁的电极层,从而,第五外电极15与第一外电极12和第三外电极14共用一个内电极601。所述内电极也可以为两个布设于第一致动部1的内电极孔内的与第五外电极15对应设置的第五内电极。可选的,所述的第五内电极可布设于内电极孔的孔壁上。并且,可选的该第五内电极与所述两个第一内电极或第三内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
第五外电极15不施加驱动电压,用于在第一致动部1和第二致动部3振动过程中, 通过测量在该电极产生的感应电荷来监测第一致动部1和第二致动部3的振动参数,如是否在振动、振动位移、振动频率等。
作为优选的,所述的第五外电极15在第一外侧面11上覆盖的面积远小于第一外电极12第一外侧面11上覆盖的面积,例如,第五外电极15的宽度远小于第一外电极12的宽度,和/或第五外电极15的长度度远小于第一外电极12的长度。由于内电极的面积受限于内电极孔的尺寸,因而能够与第一外侧面11上的外电极相配合内电极的面积是一定的,因而最大限度增大第一外电极12的面积,可以有效增大第一致动部1的驱动功率。
第五外电极15和第五内电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。当第五内电极与第一内电极或第三内电极未电性连接时,连接第五内电极的薄膜导电层的设置方式与第一内薄膜导电层的设置方式相同。当第五内电极与各第一内电极或各第三内电极电性连接时,第五内电极与第一内电极或第三外电极14共用同一个薄膜导电层。第五外电极15连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第6类实施例
结合图3、图4所示,本类实施例是在第1类实施例、第2类实施例、第3类实施例、第4类实施例和第5类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
所述的第二外侧面31上还设置有与第二外电极32绝缘设置的第六外电极35,既可以仅在任意一个第二外侧面31上设置第六外电极35,也可以在两个第二外侧面31上均设置第六外电极35,第二致动部3的内电极孔内部设置有与所述第六外电极35相配合的第六内电极。同理,所述第六内电极可以为布满第二致动部3的内电极孔内壁的电极层602,从而,第六外电极35与第二外电极32和第四外电极34共用一个内电极。所述第六内电极也可以为布设于第二致动部3的内电极孔内的与第六外电极35对应设置的第六内电极。可选的,所述的第五内电极可布设于内电极孔的孔壁上。并且,可选的该第六内电极与所述两个第二内电极或第四内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
第六外电极35不施加驱动电压,用于在第二致动部3振动过程中,通过测量在该电极产生的感应电荷来监测第一致动部1和第二致动部3的振动参数,如是否在振动、振动位移、振动频率等。
作为优选的,所述的第六外电极35在第二外侧面31上覆盖的面积远小于第二外电极 32第二外侧面31上覆盖的面积,例如,第六外电极35的宽度远小于第二外电极32的宽度,和/或第六外电极35的长度度远小于第二外电极32的长度。由于内电极的面积受限于内电极孔的尺寸,因而能够与第二外侧面31上的外电极相配合内电极的面积是一定的,因而最大限度增大第二外电极32的面积,可以有效增大第二致动部3的驱动功率。
第六外电极35和第六内电极也连接有导电物质7,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第六内电极与第二内电极或第四内电极未电性连接时,连接第四内电极的薄膜导电层的设置方式与第二内薄膜导电层的设置方式相同。当第六内电极与第二内电极或第四内电极电性连接时,第六内电极与第二内电极或第四内电极共用同一个薄膜导电层。第六外电极35连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面。
第7类实施例
本类实施例是在第1类实施例、第2类实施例、第3类实施例和第4类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图5-图8所示,所述的第一外侧面11上还设置有与第一外侧面11紧密贴合设置的第一压电材料片16,既可以仅在任意一个第一外侧面11上设置第一压电材料片16,也可以在两个第一外侧面11上均设置第一压电材料片16,第一压电材料片16沿第一轴方向极化,第一压电材料片16与第一轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极,第一压电材料片16表面上的电极与第一外侧面11上的第一外电极12之间相互绝缘。
第一压电材料片16用于在第一致动部1振动过程中,通过测量在第一压电材料片16外表面上的电极产生的感应电荷来监测第一致动部1的振动参数。
第一压电材料片16的电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7,这些薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第8类实施例
本类实施例是在第1类实施例、第2类实施例、第3类实施例、第4类实施例和第7类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图5-图8所示,所述的第二外侧面31上设置有与第二外侧面31紧密贴合设置的第二压电材料片36,既可以仅在任意一个第二外侧面31上设置第二压电材料片36,也可以在两个第二外侧面31上均设置第二压电材料片36,第二压电材料片36沿第二轴方向极化,第二压电材料片36与第二轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极,第二压 电材料片36表面上的电极与第二外侧面31上的第二外电极32之间相互绝缘。
第二压电材料片36用于在第一致动部1振动过程中,通过测量在第一压电材料片16外表面上的电极产生的感应电荷来监测第一致动部1的振动参数。
第二压电材料片36的电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7,这些薄膜导电层绝缘贴覆于隔离部2外表面和第一致动部1的外表面。
第9类实施例
本类实施例是在第1类实施例-第8类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
参考图1、图2、图5、图6、图9、图10所示,所述的扫描驱动器还包括位于第一致动部1后侧并与第一致动部1一体成型的固定部4,所述的固定部4可以为实心柱体或具有连通第一致动部1的内电极孔的第二通孔。当所述的固定部4为实心柱体时,第一致动部1的内电极孔的侧壁设置有用于供导电物质引出第一致动部1的内电极孔的的引出孔,所述的导电物质指连接内电极的导线或薄膜导电层,引出孔引出的薄膜导电层可绝缘贴覆于固定部4的外表面以延伸至固定部4后端。当所述的固定部4具有第二通孔时,第一致动部1内表面的薄膜导电层或电极层延伸至该第二通孔后端,第一致动部1外表面贴覆的各薄膜导电层均向后延伸至固定部4的后端,并贴覆于固定部4的外表面。
固定部4与第一致动部1的一体成型可以进一步避免第一致动部1与固定部4间出现松动,即固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3是一体成型,具体指采用一体成型的工艺将包含固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3构成的整体构件一体制造成型。例如,固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体,通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后,通过烘烤即可得到一个包含有固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3的整体构件,然后根据需要将第一致动部1和第二致动部3进行极化,并在第一致动部1和第二致动部3增设驱动电极。
虽然本申请的附图中均画有固定部,但需要强调的是,固定部并非本申请的必需部件,不包含固定部的实施例仅需将第一致动部的后端固定安装,同样能够稳定工作,固定部的设置只是进一步方便了扫描驱动器的安装、固定,并提高了固定的可靠性。
第10类实施例
本类实施例是在第1类实施例基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图13-图16、图21-图24所示,一种扫描驱动器,其包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部1、隔离部2和第二致动部3,扫描驱动器的内部设置有沿前后方向贯穿扫描驱动器的共用内电极孔,共用内电极孔具体包括位于第一致动部1内的内电极孔、位于隔离部2内的第一通孔和位于第二致动部3内的内电极孔,第一致动部1和第二致动部3均包括压电材料本体,第一致动部1的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第一轴的第一外侧面11,每个第一外侧面11均设置有一个第一外电极12,第二致动部3的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第二轴的第二外侧面31,每个第二外侧面31均设置有一个第二外电极32,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互垂直,共用内电极孔的内壁设置有与所述第一外电极12和第二外电极32相配合的内电极。
采用该扫描驱动器的光纤扫描驱动器,包括光纤5及所述扫描驱动器,光纤5可以固定设置于扫描驱动器的外表面,且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂;更为优选的,光纤5固定设置于共用内电极孔内,且光纤5的前端穿出内电极孔形成光纤5悬臂,具体的,光纤5沿从后向前的方向穿入共用内电极孔,光纤5的前端穿出共用内电极孔并形成悬臂,光纤5与扫描驱动器固定连接。
通过设置所述第一外侧面11和第二外侧面31,使得第一外电极12和第二外电极32的布设位置精确,加工时,只要保证第一外侧面11和第二外侧面31的垂直度,在布设电极时仅需将外电极设置在第一外侧面11和第二外侧面31,就可以保证第一致动部1的振动方向和第二致动部3的振动方向的垂直度。
所述第一致动部1在第一外电极12和内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第一轴振动,所述的第二致动部3在第二外电极32和内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第二轴振动。具体来说,压电材料本体位于第一外电极12和内电极之间的部分沿垂直于第一外侧面11的方向极化,压电材料本体位于第二外电极32和内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
第一致动部1和第二致动部3根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动,第二致动部3的固有频率远大于第一致动部1的振动频率,从而进一步带动光纤5悬臂摆动,悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描,以出射带有调制信息的激光从而显现图像。
所述内电极可以为布满共用内电极孔孔壁的电极层,从而,第一致动部1和第二致动部3共用一个内电极6。对于这种结构的光纤扫描驱动器,如图21所示。一种优选的实施例为光纤5与扫描驱动器为一体成型结构,其一体成型的方法为:
在光纤上涂覆导电涂层作为所述光纤扫描器中压电悬臂对应的内电极;
沿所述光纤的伸展方向,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层;
在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极;
对所述外电极及所述内电极加电压,将所述陶瓷层部分或全部进行极化。
可选的,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层,包括:
使用具有挤压功能的模具,将陶瓷粉末沿所述延伸方向对涂覆有所述导电涂层的光纤挤压成型,形成陶瓷层。
可选的,在对所述外电极及所述内电极进行加电压之前,所述方法还包括:
在所述光纤上设置连接电路,所述连接电路分别与所述内电极及所述外电极相连,用作所述内电极及所述外电极的导电引线。
可选的,在所述伸展方向上,作为内电极的导电涂层的长度大于所述陶瓷层的长度。
可选的,所述光纤为裸纤,或包裹有涂覆层的光纤,或包裹有涂覆层和保护套的光纤;其中,所述保护套为管状结构。
可选的,所述陶瓷层为方管或圆管形状。
可选的,在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极,包括:
沿所述伸展方向,将所述陶瓷层依次划分为第一致动部、隔离部和第二致动部;
根据需要的振动方向,分别在所述第一致动部和所述第二致动部涂覆导电涂层设置至少一对外电极;其中,所述第一致动部和所述第二致动部对应于不同的振动方向。
可选的,若所述陶瓷层为方管形状,根据需要的振动方向,分别在所述第一致动部和所述第二致动部涂覆导电涂层设置至少一对外电极,包括:
在所述第一致动部包括的相互平行且垂直于第一振动方向的两个第一外侧面上涂覆导电涂层,和/或,在所述第二导电部包括的相互平行且与第二振动方面垂直的两个第二外侧面上涂覆导电涂层;其中,所述第一振动方向与所述第二振动方向相交,且均垂直于所述光纤。
可选的,所述陶瓷壳体的厚度为0.04mm~1.5mm。
所述内电极也可以为布设于第一致动部1的内电极孔内的与第一外电极12对应设置的第一内电极和布设于第二致动部3的内电极孔内的与第二外电极32对应设置的第二内电极;并且,可选的该第一内电极与第二内电极既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是 电性连接在一起。
各外电极和内电极均连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。所述的导电物质可以为导线等,为了避免导线等类似导电物质对光纤扫描驱动器扫描轨迹的影响,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。具体到本实施例,薄膜导电层的设置结构包括以下结构:
所述的第一外电极12连接有第一薄膜导电层,第一薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的表面。所述的第二外电极32连接有第二薄膜导电层,第二薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面;从而,各外电极均通过与之对应的薄膜导电层连接外部的驱动器件或检测器件。在光纤扫描驱动器振动的过程中,薄膜随光纤扫描驱动器弯曲变形,相比导线连接,能够很好克服因导线自重而对光纤扫描驱动器的位移造成的影响。
布满共用内电极孔孔壁的电极层可以在扫描驱动器的后端焊接导线,且不会对扫描驱动器的振动形成干涉。而对于设置有第一内电极和第二内电极的实施例,第一内电极和第二内电极均可连接至对应的薄膜导电层,薄膜导电层绝缘贴覆于共用内电极孔孔壁并延伸至扫描驱动器的后端。
进一步可选的,所述的内电极孔为圆形孔或方形孔。当内电极孔为方形孔时,如图13、图15、图16所示,方形孔的孔壁中包括与第一外侧面11平行的第一平面和与第二外侧面31平行的第二平面,第一平面靠近第一外侧面11并与之平行,第二平面靠近第二外侧面31并与之平行,设置于第一平面的内电极与第一外电极12间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的内电极与第二外电极32间为厚度一致的压电材料,从而保证了提高了扫描驱动器扫描性能的稳定。
第11类实施例
本类实施例是在第10类实施例中任意一类实施例的基础上,对第一致动部1的结构进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图13-图16、图21-图24所示,所述的第一致动部1的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第二轴的第三外侧面13,每个所述第三外侧面13上均设置有一个第三外电极14,第一致动部1的内电极孔的内壁设置有与所述第三外电极14相配合的内电极。同理,所述内电极可以为布满共用内电极孔孔壁的电极层,从而,第三外电极14与第一外电极12和第二外电极32共用一个内电极。所述内电极也可以为布设于第一致动部1的内电极孔内的与第三外电极14对应设置的第三内电极;并且,可选的两个第三内电极之间或各第三内电极与各第一内电极或各第二内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘, 也可以是电性连接在一起。从而,所述第一致动部1在第三外电极14和内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第二轴振动。具体来说,压电材料本体位于第三外电极14和内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
这使得第一致动部1不仅能够驱动光纤5沿第一轴方向振动,还能够借助设置第三外电极14的结构同时实现对扫描轨迹进行第二轴方向上的矫正,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。
此时,所述的第一致动部1的内电极孔可以为圆形孔或方形孔。当第一致动部1的内电极孔为方形孔时,如图15、图19所示,所述孔壁上具有两个靠近第一外侧面11并与之平行的第一平面和两个靠近第三外侧面13并与之平行的第二平面,从而设置于第一平面的内电极或第一内电极与第一外电极12间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的内电极或第三内电极与第三外电极14间为厚度一致的压电材料,从而保证了扫描驱动器扫描性能的稳定。
进一步优选的,所述的第一致动部1的压电材料本体呈方杆型,如图18-图20、图21-图24所示,压电材料本体的侧表面由两个相互平行的第一外侧面11和两个相互平行的第三外侧面13围成。
可选的,第三外电极14和第三内电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。当第三内电极与第一内电极未电性连接时,连接第三内电极的薄膜导电层的设置方式与第一内薄膜导电层的设置方式相同。当第三内电极与第一内电极电性连接时,第三内电极与第一内电极共用同一个第一内薄膜导电层。第三外电极14连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第12类实施例
本类实施例是在第10类实施例或第11类实施例中任意一类实施例的基础上,对第二致动部3的结构进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图13-图16、图21-图24所示,所述的第二致动部3的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第一轴的第四外侧面33,每个第四外侧面33上设置有一个第四外电极34,第二致动部3的内电极孔的内壁设置有与所述第四外电极34相配合的内电极。同理,所述内电极可以为布满共用内电极孔孔壁的电极层,从而,第四外电极34与第一外电极12和第二外电极32共用一个内电极。所述内电极也可以为布设于第二致动部3的内电极孔内的与第四外电极34对应设置的第四内电极;并且,可选的两个第四内电极之间或各第四内电极与各第一内电极或各第二内电极或各第三内电极之间,既可以是相互独立、相 互绝缘,也可以是电性连接在一起。
所述第二致动部3在第四外电极34和内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第一轴振动。具体来说,压电材料本体位于第四外电极34和内电极之间的部分沿垂直于第四外侧面33的方向极化。
这使得第二致动部3不仅能够驱动光纤5沿第一轴方向振动,还能够借助设置第四外电极34的结构同时实现对扫描轨迹进行第二轴方向上的矫正,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。
此时,所述的第二致动部3的内电极孔可以为圆形孔或方形孔,当第二致动部3的内电极孔为方形孔时,如图16、图20所示,孔壁上具有两个靠近第二外侧面31并与之平行的第一平面和两个靠近第四外侧面33并与之平行的第二平面,从而设置于第一平面的内电极或第二内电极与第二外电极32间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的内电极或第四内电极与第四外电极34间为厚度一致的压电材料,从而保证了扫描驱动器扫描性能的稳定。
进一步优选的,如图18-图20、图21-图24所示,所述的第二致动部3的压电材料本体呈方杆型,压电材料本体的侧表面由两个相互平行的第二外侧面31和两个相互平行的第四外侧面33围成。
进一步优选的,所述的隔离部2也呈方杆型,从而由第一致动部1的压电材料本体、隔离部2和第二致动部3的压电材料本体构成的扫描驱动器本体为沿前后方向延伸且截面轮廓为相同方形的方杆型,便于一体成型的加工。
可选的,第四外电极34和第四内电极也可以连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。当第四内电极与第二内电极未电性连接时,连接第四内电极的薄膜导电层的设置方式与第二内薄膜导电层的设置方式相同。当第三内电极与第一内电极电性连接时,第三内电极与第一内电极共用同一个第二内薄膜导电层。第四外电极34连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面。
第13类实施例
本类实施例是在第10类实施例、第11类实施例或第12类实施例中任意一类实施例的基础上,对第一致动部1的结构进行了进一步的优选设计,具体为:
如图13、图15、图16所示,所述的第一外侧面11上还设置有与第一外电极12绝缘设置的第五外电极15,既可以仅在任意一个第一外侧面11上设置第五外电极15,也可以 在两个第一外侧面11上均设置第五外电极15,内电极孔内部设置有与所述第五外电极15相配合的第五内电极。同理,所述第五内电极可以为布满内电极孔内壁的电极层,从而,第五外电极15与第一外电极12、第二外电极32、第三外电极14和第四外电极34共用一个内电极。所述内电极也可以为布设于第一致动部1内部的与第五外电极15对应设置的第五内电极。并且,可选的该第五内电极与第一内电极、第二内电极、第三内电极或第四内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
第五外电极15不施加驱动电压,用于在第一致动部1和第二致动部3振动过程中,通过测量在该电极产生的感应电荷来监测第一致动部1和第二致动部3的振动参数,如是否在振动、振动位移、振动频率等。
作为优选的,所述的第五外电极15在第一外侧面11上覆盖的面积远小于第一外电极12第一外侧面11上覆盖的面积,例如,第五外电极15的宽度远小于第一外电极12的宽度,和/或第五外电极15的长度度远小于第一外电极12的长度。由于内电极的面积受限于内电极孔的尺寸,因而能够与第一外侧面11上的外电极相配合内电极的面积是一定的,因而最大限度增大第一外电极12的面积,可以有效增大第一致动部1的驱动功率。
第五外电极15和第五内电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第五内电极与第一内电极或第三内电极未电性连接时,连接第五内电极的薄膜导电层的设置方式与第一内薄膜导电层的设置方式相同。当第五内电极与第一内电极或第三内电极电性连接时,第五内电极与第一内电极或第三外电极14共用同一个薄膜导电层。第五外电极15连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面
第14类实施例
本类实施例是在第10类实施例、第11类实施例、第12类实施例或第13类实施例中任意一类实施例的基础上,对第二致动部3的结构进行了进一步的优选设计,具体为:
如图13、图15、图16所示,所述的第二外侧面31上还设置有与第二外电极32绝缘设置的第六外电极35,既可以仅在任意一个第二外侧面31上设置第六外电极35,也可以在两个第二外侧面31上均设置第六外电极35,内电极孔内部设置有与所述第六外电极35相配合的第六内电极。同理,所述第六内电极可以为布满内电极孔内壁的电极层,从而,第六外电极35与第一外电极12、第二外电极32、第三外电极14和第四外电极34共用一个内电极。所述第六内电极也可以为布设于第二致动部3内部的与第六外电极35对应设置的第六内电极。并且,可选的该第六内电极与所述第一内电极、第二内电极、第三内电 极、第四内电极或第五内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
第六外电极35不施加驱动电压,用于在第二致动部3振动过程中,通过测量在该电极产生的感应电荷来监测第一致动部1和第二致动部3的振动参数,如是否在振动、振动位移、振动频率等。
第六外电极35和第六内电极也连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。当第六内电极与第二内电极或第四内电极未电性连接时,连接第四内电极的薄膜导电层的设置方式与第二内薄膜导电层的设置方式相同。当第六内电极与第二内电极或第四内电极电性连接时,第六内电极与第二内电极或第四内电极共用同一个薄膜导电层。第六外电极35连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面。
第15类实施例
如图21-24所示,本类实施例是在第10类实施例、第11类实施例和第12类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
所述的第一外侧面11上还设置有与第一外侧面11紧密贴合设置的第一压电材料片16,既可以仅在任意一个第一外侧面11上设置第一压电材料片16,也可以在两个第一外侧面11上均设置第一压电材料片16,第一压电材料片16沿第一轴方向极化,第一压电材料片16与第一轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极。
第一压电材料片16用于在第一致动部1振动过程中,通过测量在第一压电材料片16外表面上的电极产生的感应电荷来监测第一致动部1的振动参数。
第一压电材料片16的电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层,这些薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第16类实施例
如图21-24所示,本类实施例是在第10类实施例、第11类实施例、第12类实施例和第15类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
所述的第二外侧面31上设置有与第二外侧面31紧密贴合设置的第二压电材料片36,既可以仅在任意一个第二外侧面31上设置第二压电材料片36,也可以在两个第二外侧面31上均设置第二压电材料片36,第二压电材料片36沿第二轴方向极化,第二压电材料片 36与第二轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极。
第二压电材料片36用于在第一致动部1振动过程中,通过测量在第一压电材料片16外表面上的电极产生的感应电荷来监测第一致动部1的振动参数。
第二压电材料片36的电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7,这些薄膜导电层绝缘贴覆于隔离部2外表面和第一致动部1的外表面。
第17类实施例
如图13、图17、图21所示的实施例,本类实施例是在第10类实施例-第16类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
所述的扫描驱动器还包括位于第一致动部1后侧并与第一致动部1一体成型的固定部4,所述的固定部4为具有连通内电极孔的第二通孔,第一致动部1内表面的薄膜导电层或电极层延伸至该通孔后端,第一致动部1外表面贴覆的各薄膜导电层均向后延伸至固定部4的后端,并贴覆于固定部4的外表面。
优选的,所述的固定部4的第二通孔为共用电极布设孔的一部分,第二通孔、第一通孔、第一致动部1的内电极孔和第二致动部3的内电极孔构成一个沿前后方向贯穿扫描驱动器的通孔,方便加工,降低了该孔的加工难度。
第18类实施例
结合图25-图32所示,一种扫描驱动器,其包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部1、隔离部2和第二致动部3,第一致动部1和第二致动部3均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部1和第二致动部3的内部均设置有内电极孔,所述的第一致动部1的压电材料本体为圆管型,压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第一致动部1的前端沿第一轴振动的第一外电极12,第二致动部3的压电材料本体为圆管型,压电材料本体外表面轴对称设置有驱动第二致动部3的前端沿第二轴振动的两个第二外电极32,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行。
采用该扫描驱动器的光纤扫描驱动器,包括光纤5及所述扫描驱动器,光纤5可以固定设置于扫描驱动器的外表面,且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂。
所述第一致动部1在第一外电极12和内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第一轴振动,所述的第二致动部3在第二外电极32和内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第二轴振动。具体来说,压电材料本体位于第一外电极12和内电极之间 的部分沿径向极化,压电材料本体位于第二外电极32和内电极之间的部分沿径向极化。
第一致动部1和第二致动部3根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动,第二致动部3的固有频率远大于第一致动部1的振动频率,从而进一步带动光纤5悬臂摆动,悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描,以出射带有调制信息的激光从而显现图像。
所述内电极也可以为布设于第一致动部1的内电极孔内的与第一外电极12对应设置的第一内电极和布设于第二致动部3的内电极孔内的与第二外电极32对应设置的第二内电极;并且,可选的该第一内电极与第二内电极既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
各外电极和内电极均连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。所述的导电物质可以为导线等,为了避免导线等类似导电物质对光纤扫描驱动器扫描轨迹的影响,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。具体到本实施例,薄膜导电层的设置结构包括以下结构:
所述的第一外电极12连接有第一薄膜导电层,第一薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的表面。所述的第二外电极32连接有第二薄膜导电层,第二薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面;从而,各外电极均通过与之对应的薄膜导电层连接外部的驱动器件或检测器件。在光纤扫描驱动器振动的过程中,薄膜随光纤扫描驱动器弯曲变形,相比导线连接,能够很好克服因导线自重而对光纤扫描驱动器的位移造成的影响。
所述的第一内电极可连接贴覆于第一致动部1的内电极孔内壁的第一内薄膜导电层,也可以是第一内电极向后一直延伸至第一致动部1的末端,所述的第二内电极连接有第二内薄膜导电层,第二内薄膜导电层绝缘贴覆于第二致动部3前端面、第二致动部3外表面、隔离部2外表面和第一致动部1的外表面。从而,各连接有薄膜导电层的电极均通过与之对应的薄膜导电层连接外部的驱动器件或检测器件。在光纤扫描驱动器振动的过程中,薄膜随光纤扫描驱动器弯曲变形,相比导线连接,能够很好克服因导线自重而对光纤扫描驱动器的位移造成的影响。
第19类实施例
本类实施例是在第18类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图25-图32所示,所述的隔离部2设置有与第一致动部1和第二致动部3的内电极孔均连通的第一通孔,第一通孔和所述两个内电极孔均同轴设置,从而第一致动部1 的内电极孔、第一通孔和第一致动部1的内电极孔过程贯穿扫描驱动器的共用电极布设孔。
进一步优选的,第二内薄膜导电层可贴覆于共用电极布设孔的内表面并延伸至扫描驱动器的后端,避免了第二内薄膜导电层的弯折和裸露。
第一致动部1的内电极孔和第二致动部3的内电极孔连通,故此时,作为一种优选的实施例,所述的共用电极布设孔内表面满布有一层内电极,即该内电极布满共用电极布设孔孔壁,此时,第一外电极12和第二外电极32共用该内电极。
更为优选的,所述的共用电极布设孔为截面为圆形的圆形孔或截面为方形的方形孔当所述的共用电极布设孔为方形孔时,所述的共用电极布设孔为的孔壁包括两个平行于第一外侧面11的平面和两个平行于第二外侧面31的平面。并且进一步优选的,所述的共用电极布设孔为沿前后方向贯穿扫描驱动器的通孔,从而既能够用于布设内电极,又降低了扫描驱动器的加工难度。
对于采用上述结构的扫描驱动器的光纤扫描驱动器,光纤5可以固定安装于扫描驱动器的外表面,且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂;更为优选的,光纤5固定设置于共用电极布设孔内,且光纤5的前端穿出共用电极布设孔形成悬臂。
作为优选的,所述的第一轴垂直于第二轴,如图27、28所示。
第20类实施例
本类实施例是在第18类实施例和第19类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图25-图32所示,所述的第一致动部1的压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第一致动部1的前端沿第三轴振动的第三外电极14,第三轴垂直于前后方向且不平行于第一轴。,第一致动部1的内电极孔内部设置有与所述第三外电极14相配合的第三内电极。同理,所述第三内电极可以为布满第一致动部1的内电极孔内壁的电极层,从而,第三外电极14与第一外电极12共用一个内电极。所述第三内电极也可以为两个布设于第一致动部1的内电极孔内的与第三外电极14对应设置的第三内电极,如可以将第三内电极布设于内电极孔的孔壁上;并且,可选的,所述两个第三内电极之间或所述两个第三内电极与各第一内电极之间,均既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。从而,所述第一致动部1在第三外电极14和第三内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第三轴振动。具体来说,压电材料本体位于第三外电极14和内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
这使得第一致动部1不仅能够驱动光纤5沿第一轴方向振动,还能够借助设置第三外电极14的结构同时实现对扫描轨迹进行第三轴方向上的矫正,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。
可选的,第三外电极14和第三内电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第三内电极与第一内电极未电性连接时,连接第三内电极的薄膜导电层的设置方式与第一内薄膜导电层的设置方式相同。当第三内电极与第一内电极电性连接时,第三内电极与第一内电极共用同一个第一内薄膜导电层。第三外电极14连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
作为优选的,所述的第三轴与第二轴同轴,如图27、28所示。
第21类实施例
本类实施例是在第18类实施例-第20类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图25-图32所示,所述的第二致动部3的压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第二致动部3的前端沿第四轴振动的第四外电极34,第四轴垂直于前后方向且不平行于第二轴,第二致动部3的内电极孔内部设置有与所述第四外电极34相配合的第四内电极。同理,所述第四内电极可以为布满第二致动部3的内电极孔内壁的电极层,从而,第四外电极34与第二外电极32共用一个内电极。所述第四内电极也可以为两个布设于第二致动部3的内电极孔内的与第四外电极34对应设置的第四内电极。可选的,所述的第四内电极可布设于内电极孔的孔壁上。并且,可选的,所述两个第四内电极之间或各第四内电极与各第二内电极之间,均既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。从而,所述第二致动部3在第四外电极34和第四内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第四轴振动。具体来说,压电材料本体位于第四外电极34和第四内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
这使得第二致动部3不仅能够驱动光纤5沿第一轴方向振动,还能够借助设置第四外电极34的结构同时实现对扫描轨迹进行第四轴方向上的矫正,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。
可选的,第四外电极34和第四内电极也可以连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第四内电极与第二内电极未电性连接时,连接第四内电极的薄膜导电层的设置方式与第二内薄膜导电层的设置方式相同。当第三内电极与第一内电极电性连接时,第三内电极与第一内电极共用同 一个第二内薄膜导电层。第四外电极34连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面。
作为优选的,所述的第四轴与第一轴同轴,如图27、28所示。
第22类实施例
本类实施例是在第18类实施例-第21类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图29-图34所示,第一致动部1的压电材料本体外表面靠近第一外电极12的部位处,设置有与第一外电极12绝缘设置的第五外电极15,如图33所示,既可以仅在靠近任意一个第一外电极12设置第五外电极15,也可以在两个第一外侧面11的附近均设置第五外电极15,第一致动部1的内电极孔内部设置有与所述第五外电极15相配合的第五内电极。同理,所述第五内电极可以为布满第一致动部1的内电极孔内壁的电极层,从而,第五外电极15与第一外电极12和第三外电极14共用一个内电极。所述内电极也可以为两个布设于第一致动部1的内电极孔内的与第五外电极15对应设置的第五内电极。可选的,所述的第五内电极可布设于内电极孔的孔壁上。并且,可选的该第五内电极与所述两个第一内电极或第三内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
第五外电极15不施加驱动电压,用于在第一致动部1和第二致动部3振动过程中,通过测量在该电极产生的感应电荷来监测第一致动部1和第二致动部3的振动参数,如是否在振动、振动位移、振动频率等。
作为优选的,所述的第五外电极15在第一外侧面11上覆盖的面积远小于第一外电极12第一外侧面11上覆盖的面积,例如,第五外电极15的宽度远小于第一外电极12的宽度,和/或第五外电极15的长度度远小于第一外电极12的长度。由于内电极的面积受限于内电极孔的尺寸,因而能够与第一外侧面11上的外电极相配合内电极的面积是一定的,因而最大限度增大第一外电极12的面积,可以有效增大第一致动部1的驱动功率。
第五外电极15和第五内电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第五内电极与第一内电极或第三内电极未电性连接时,连接第五内电极的薄膜导电层的设置方式与第一内薄膜导电层的设置方式相同。当第五内电极与各第一内电极或各第三内电极电性连接时,第五内电极与第一内电极或第三外电极14共用同一个薄膜导电层。第五外电极15连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第23类实施例
本类实施例是在第18类实施例-第22类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图29-图34所示,所述的第二致动部3的压电材料本体外表面靠近第二外电极32的部位处,设置有与第二外电极32绝缘设置的第六外电极35,如图34所示,既可以仅在任意一个第二外电极32的附近设置第六外电极35,也可以在两个第二外电极32的附近均设置第六外电极35,第二致动部3的内电极孔内部设置有与所述第六外电极35相配合的第六内电极。同理,所述第六内电极可以为布满第二致动部3的内电极孔内壁的电极层,从而,第六外电极35与第二外电极32和第四外电极34共用一个内电极。所述第六内电极也可以为布设于第二致动部3的内电极孔内的与第六外电极35对应设置的第六内电极。可选的,所述的第五内电极可布设于内电极孔的孔壁上。并且,可选的该第六内电极与所述两个第二内电极或第四内电极之间,既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。
第六外电极35不施加驱动电压,用于在第二致动部3振动过程中,通过测量在该电极产生的感应电荷来监测第一致动部1和第二致动部3的振动参数,如是否在振动、振动位移、振动频率等。
作为优选的,所述的第六外电极35在第二外侧面31上覆盖的面积远小于第二外电极32第二外侧面31上覆盖的面积,例如,第六外电极35的宽度远小于第二外电极32的宽度,和/或第六外电极35的长度度远小于第二外电极32的长度。由于内电极的面积受限于内电极孔的尺寸,因而能够与第二外侧面31上的外电极相配合内电极的面积是一定的,因而最大限度增大第二外电极32的面积,可以有效增大第二致动部3的驱动功率。
第六外电极35和第六内电极也连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层。当第六内电极与第二内电极或第四内电极未电性连接时,连接第四内电极的薄膜导电层的设置方式与第二内薄膜导电层的设置方式相同。当第六内电极与第二内电极或第四内电极电性连接时,第六内电极与第二内电极或第四内电极共用同一个薄膜导电层。第六外电极35连接的薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1和隔离部2外表面。
第24类实施例
本类实施例是在第18类实施例-第21类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图29-图34所示,所述的第一致动部1的压电材料本体外表面靠近第一外电极12的部位处,设置有第一压电材料片16,既可以仅在任意一个第一外电极12的附近设置第一压电材料片16,也可以在两个第一外电极12附近均设置第一压电材料片16,如图33所示,第一压电材料片16为与压电材料本体紧密贴合的弧形片,第一压电材料片16沿径向极化,第一压电材料片16的内弧形面和外弧形面分别设置有一个电极,第一压电材料片16表面上的电极与第一外侧面11上的第一外电极12之间相互绝缘。
第一压电材料片16用于在第一致动部1振动过程中,通过测量在第一压电材料片16外表面上的电极产生的感应电荷来监测第一致动部1的振动参数。
第一压电材料片16的电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层,这些薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面。
第25类实施例
本类实施例是在第18类实施例-第21类实施例和第24类实施例中任意一类实施例的基础上中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图29-图34所示,所述的第二致动部3的压电材料本体外表面靠近第二外电极32的部位处,设置有第二压电材料片36,如图34所示,既可以仅在任意一个第二外电极32的附近设置第二压电材料片36,也可以在两个第二外电极32的附近均设置第二压电材料片36,第二压电材料片36为与压电材料本体紧密贴合的弧形片,第二压电材料片36沿径向极化,第二压电材料片36的内弧形面和外弧形面分别设置有一个电极,第二压电材料片36表面上的电极与第二外侧面31上的第二外电极32之间相互绝缘。
第二压电材料片36用于在第一致动部1振动过程中,通过测量在第一压电材料片16外表面上的电极产生的感应电荷来监测第一致动部1的振动参数。
第二压电材料片36的电极连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。优选的,所述的导电物质为薄膜导电层,这些薄膜导电层绝缘贴覆于隔离部2外表面和第一致动部1的外表面。
第26类实施例
本类实施例是在第18类实施例-第25类实施例中任意一类实施例的基础上,进行了进一步的优选设计,具体为:
结合图25、26、29、30所示,所述的扫描驱动器还包括位于第一致动部1后侧并与 第一致动部1一体成型的固定部4,所述的固定部4可以为实心柱体或具有连通第一致动部1的内电极孔的第二通孔。当所述的固定部4为实心柱体时,第一致动部1的内电极孔的侧壁设置有用于供导电物质引出第一致动部1的内电极孔的的引出孔,所述的导电物质指连接内电极的导线或薄膜导电层,引出孔引出的薄膜导电层可绝缘贴覆于固定部4的外表面以延伸至固定部4后端。当所述的固定部4具有第二通孔时,第一致动部1内表面的薄膜导电层或电极层延伸至该第二通孔后端,第一致动部1外表面贴覆的各薄膜导电层均向后延伸至固定部4的后端,并贴覆于固定部4的外表面
应当理解的是上述实施例中的隔离部是为了方便理解而命名的结构,其在实际运用中,可以为一个规则的立体部件,也可以为不规则的立体部件,也可以为一个虚拟的平面或曲面或不规则面,其主要用于连接两个致动部并实现不同电极间的隔离。对于间隔部为不规则立体部件或为一个面时,可以等效为第一致动部的后端与第二致动部的前端固定连接,即将上述实施例中的隔离部去掉后,使第一致动部的后端与第二致动部的前端连接得到的扫描驱动器是可以以同样的工作方式进行工作的。具体的可参照如下实施例:
第27类实施例
本类实施例即是将第1类实施例的隔离部去掉后,使第一致动部的后端与第二致动部的前端连接得到的扫描驱动器。同理第2类实施例-第26类实施例也均可参照本实施例得到去掉隔离部的扫描驱动器。
结合图35-图38所示,一种扫描驱动器包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部1和第二致动部3,第一致动部1和第二致动部3均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部1和第二致动部3的内部均设置有内电极孔,第一致动部1和第二致动部3的外部均设置有外电极12、32,第一致动部1和第二致动部3的内电极孔的内均设置有与其外部的外电极相配合的内电极601、602,以实现当内电极和外电极连接外部驱动器件后,第一致动部1的前端部沿第一轴振动,第二致动部3的前端部沿第二轴振动。
采用该扫描驱动器的光纤扫描驱动器,包括光纤5及所述扫描驱动器,光纤5与扫描驱动器固定连接,且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂。第一致动部1驱动光纤5悬臂沿第一轴方向振动,第二致动部3驱动光纤5悬臂沿第二轴方向振动,一体成型的双向驱动器可以减少部件数量,使扫描过程更稳定,第一致动部1和第二致动部3之间的连接部不会出现长时间运行导致的松动,具有便于量产、制作快速、误差小、重复性高、良品率高等优点。
第一致动部1和第二致动部3根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动,第二致动部3的固有频率远大于第一致动部1的固有频率,从而进一步带动光纤5悬臂摆动,悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描,以出射带有调制信息的激光从而显现图像。
所述的第一致动部1和第二致动部3的一体成型是指采用一体成型的工艺将包含第一致动部1和第二致动部3构成的整体构件一体制造成型。例如,第一致动部1和第二致动部3均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体,通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后,通过烘烤即可得到一个包含有第一致动部1和第二致动部3的整体构件,然后根据需要将第一致动部1和第二致动部3进行极化,并在第一致动部1和第二致动部3增设驱动电极。
具体的,所述的第一致动部1的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第一轴的第一外侧面11,每个第一外侧面11均设置有一个第一外电极12,第二致动部3的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第二轴的第二外侧面31,每个第二外侧面31均设置有一个第二外电极32,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行,第一致动部1的内电极孔内部设置有与所述第一外电极12相配合的第一内电极601,第二致动部3的内电极孔内部设置有与所述第二外电极32相配合的第二内电极602。
通过设置所述第一外侧面11和第二外侧面31,使得第一外电极12和第二外电极32的布设位置精确,加工时,只要保证第一外侧面11和第二外侧面31的夹角,在布设电极时仅需将外电极设置在第一外侧面11和第二外侧面31,就可以保证第一致动部1的振动方向和第二致动部3的振动方向的夹角角度。
所述第一致动部1在第一外电极12和第一内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第一轴振动,所述的第二致动部3在第二外电极32和第二内电极之间形成的交变电场的驱动下其前端部沿第二轴振动。具体来说,第一致动部1的压电材料本体位于第一外电极12和第一内电极之间的部分沿垂直于第一外侧面11的方向极化,第二致动部3的压电材料本体位于第二外电极32和第二内电极之间的部分沿垂直于第二外侧面31的方向极化。
所述第一内电极601可以为布满第一致动部1的内电极孔内壁的电极层,从而,第一致动部1的两个第一外电极12共用一个第一内电极601。所述第一内电极也可以为布设于第一致动部1的内电极孔内部的两个分别与第一外电极12对应设置的第一内电极6011,如图7所示,两个第一内电极6011既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性 连接在一起。
同理,所述第二内电极602可以为布满第二致动部3的内电极孔内壁的电极层,从而,第二致动部3的两个第二外电极32共用一个第二内电极602。所述第二内电极也可以为布设于第二致动部3的内电极孔内部的两个分别与第二外电极32对应设置的第二内电极6021,如图8所示,两个第二内电极6021既可以是相互独立、相互绝缘,也可以是电性连接在一起。可选的,所述的第一内电极601和第二内电极602均可设置于内电极孔的孔壁上。
第一外电极12与第二外电极32相互绝缘,第一内电极601和第二内电极602可根据需要相互绝缘或连通。
并且,位于第一致动部1内的内电极孔和位于第二致动部3内的内电极孔连通构成共用内电极孔,此时光纤5可固定设置于共用内电极孔内,且光纤5的前端穿出内电极孔形成光纤5悬臂,具体的,光纤5沿从后向前的方向穿入共用内电极孔,光纤5的前端穿出共用内电极孔并形成悬臂,光纤5与扫描驱动器固定连接。
进一步的,各外电极和内电极均连接有导电物质,以通过导电物质连接光纤扫描驱动器外部的器件。所述的导电物质可以为导线等,但为了避免导线等类似导电物质对光纤扫描驱动器扫描轨迹的影响,优选的,所述的导电物质为薄膜导电层7。
所述的薄膜导电层7及下文中其他实施例中提及的薄膜导电层都是为了将其连接的电极的接线点延伸至扫描驱动器的后端,薄膜导电层7都是从其连接的电极的后端向后延伸至扫描驱动器的后端,因扫描驱动器的后端需要固定,因而在其后端接线,则不会对整体的振动产生影响。故各薄膜导电层7均需要与其未连接的电极保持绝缘,一方面可以将薄膜导电层7直接贴覆于压电材料本体的表面,并与其它电极存在物理间隙以实现绝缘,也可以是将薄膜导电层7贴覆在其未连接的电极的表面,此时需要在电极与薄膜导电层7之间设置一层绝缘层。
具体到本实施例,薄膜导电层的设置结构包括以下结构:
如图35、图5所示,两个第一外电极12分别连接有一个第一薄膜导电层,第一薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面,第一薄膜导电层向后延伸至扫描驱动器的末端以焊接导线、电路插针等电性连接件。所述的两个第二外电极32分别连接有一个第二薄膜导电层,第二薄膜导电层绝缘贴覆于第一致动部1的外表面,第二薄膜导电层向后延伸至扫描驱动器的末端以焊接导线、电路插针等电性连接件。上文及下文中所述的膜导电层绝缘贴覆于扫描驱动器的某些部件上是指:薄膜导电层贴覆于扫描驱动器上,且各薄膜导 电层之间相互绝缘,同时各薄膜导电层还均与其不相干的内电极或外电极均相互绝缘,与各薄膜导电层不相干的内电极或外电极是指未与该薄膜导电层连接的各内电极或外电极。
所述的第一内电极可连接贴覆于第一致动部1的内电极孔内壁的第一内薄膜导电层,也可以是第一内电极向后一直延伸至第一致动部1的末端,所述的第二内电极连接有第二内薄膜导电层,第二内薄膜导电层绝缘贴覆于第二致动部3前端面、第二致动部3外表面和第一致动部1的外表面,如图35、图17、图25所示,从而,各连接有薄膜导电层7的电极均通过与之对应的薄膜导电层连接外部的驱动器件或检测器件。在光纤扫描驱动器振动的过程中,薄膜随光纤扫描驱动器弯曲变形,相比导线连接,能够很好克服因导线自重而对光纤扫描驱动器的位移造成的影响。
各薄膜导电层或延伸至第一致动部1后端的第一内电极在扫描驱动器的后端焊接导线、电路插针等电性连接件,由于扫描驱动器的的后端固定安装,因而焊接的导线不会对扫描驱动器的振动形成干涉。
进一步可选的,所述的第一致动部1的内电极孔和第二致动部3的内电极孔均可为圆形孔或方形孔。进一步的,参考图15、图16所示,当内电极孔为方形孔时,第一致动部1的内电极孔的方形孔的孔壁中包括与第一外侧面11平行的第一平面,第二致动部3的内电极孔的方形孔包括与第二外侧面31平行的第二平面,第一平面靠近第一外侧面11并与之平行,第二平面靠近第二外侧面31并与之平行,设置于第一平面的第一内电极与第一外电极12间为厚度一致的压电材料,设置于第二平面的第二内电极与第二外电极32间为厚度一致的压电材料,从而保证了提高了扫描驱动器扫描性能的稳定。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,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。
本发明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:
一体成型结构避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺,降低复杂程度、提升制作效率,因此采用一体成型可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性,同时可以防拆卸、防解体,增大整体可靠性和耐用性。
第一致动部和第二致动部在一体成型制作过程中,数十兆帕的压力使扫描器自身足够 致密以实现高效的性能,同时刚度极大,是利用胶粘的方式所不能比拟的,因此一体成型避免了互连部分被高频振动导致松动。
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。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明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 (19)
- 一种扫描驱动器,其特征在于:包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部和第二致动部;所述第一致动部和第二致动部均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部和第二致动部的内部均设置有内电极孔,第一致动部和第二致动部的外部均设置有外电极,第一致动部和第二致动部的内电极孔内均设置有与其外部的外电极相配合的内电极。
- 一种扫描驱动器,其特征在于:包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部、隔离部和第二致动部;所述第一致动部和第二致动部均包括具有压电效应的压电材料本体,第一致动部和第二致动部的内部均设置有内电极孔,第一致动部和第二致动部的外部均设置有外电极,第一致动部和第二致动部的内电极孔内均设置有与其外部的外电极相配合的内电极。
- 如权利要求1或2所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的第一致动部的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第一轴的第一外侧面,每个第一外侧面均设置有一个第一外电极,第二致动部的压电材料本体具有两个相互平行且垂直于第二轴的第二外侧面,每个第二外侧面均设置有一个第二外电极,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行。
- 如权利要求3所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的第一外侧面上还设置有与第一外电极绝缘设置的第五外电极。
- 如权利要求3或4所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的第二外侧面上还设置有与第二外电极绝缘设置的第六外电极。
- 如权利要求3所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的第一外侧面上还设置有与第一外侧面紧密贴合的第一压电材料片,第一压电材料片沿第一轴方向极化,第一压电材料片与第一轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极,第一压电材料片表面上的电极与第一外侧面上的第一外电极之间相互绝缘。
- 如权利要求3或6所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的第二外侧面上设置有与第二外侧面紧密贴合的第二压电材料片,第二压电材料片沿第二轴方向极化,第二压电材料片与第二轴垂直的两个外表面上分别设置有一个电极,第二压电材料片表面上的电极与第二外侧面上的第二外电极之间相互绝缘。
- 根据权利要求1或2所述的扫描驱动器,其特征在于,所述的第一致动部的压电材料本体为圆管型,压电材料本体外表面轴对称设置有两个驱动第一致动部的前端沿第一 轴振动的第一外电极,第二致动部的压电材料本体为圆管型,压电材料本体外表面轴对称设置有驱动第二致动部的前端沿第二轴振动的两个第二外电极,第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行。
- 根据权利要求8所述的扫描驱动器,其特征在于,所述的第一致动部的压电材料本体外表面靠近第一外电极的部位处,设置有与第一外电极绝缘设置的第五外电极。
- 根据权利要求8或9所述的扫描驱动器,其特征在于,所述的第二致动部的压电材料本体外表面靠近第二外电极的部位处,设置有与第二外电极绝缘设置的第六外电极。
- 根据权利要求8所述的扫描驱动器,其特征在于,所述的第一致动部的压电材料本体外表面靠近第一外电极的部位处,设置有第一压电材料片,第一压电材料片为与压电材料本体紧密贴合的弧形片,第一压电材料片沿径向极化,第一压电材料片的内弧形面和外弧形面分别设置有一个电极,第一压电材料片表面上的电极与第一外侧面上的第一外电极之间相互绝缘。
- 根据权利要求8或11所述的扫描驱动器,其特征在于,所述的第二致动部的压电材料本体外表面靠近第二外电极的部位处,设置有第二压电材料片,第二压电材料片为与压电材料本体紧密贴合的弧形片,第二压电材料片沿径向极化,第二压电材料片的内弧形面和外弧形面分别设置有一个电极,第二压电材料片表面上的电极与第二外侧面上的第二外电极之间相互绝缘。
- 如权利要求1-12中任意一项所述的一种扫描驱动器,其特征在于,各内电极和各外电极中,至少有一个内电极或外电极连接有贴覆于扫描驱动器上的薄膜导电层,各薄膜导电层相互绝缘,且各薄膜导电层均与其不相干的内电极或外电极均相互绝缘,薄膜导电层延伸至扫描驱动器的后端。
- 如权利要求2-13中任意一项所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的隔离部设置有与第一致动部和第二致动部的内电极孔均连通的第一通孔。
- 如权利要求14所述的一种扫描驱动器,其特征在于,所述的第一致动部的内电极孔和第二致动部的内电极孔构成一个共用电极布设孔,或所述的第一通孔、第一致动部的内电极孔和第二致动部的内电极孔构成一个共用电极布设孔。
- 如权利要求3-7、13-15中任意一项所述的一种扫描驱动器,其特征在于,第一致动部的压电材料本体呈方杆型,压电材料本体的侧表面由两个相互平行的第一外侧面和两个相互平行的第三外侧面围成。
- 如权利要求3-7、13-16中任意一项所述的一种扫描驱动器,其特征在于,第二致动部的压电材料本体呈方杆型,压电材料本体的侧表面由两个相互平行的第二外侧面和两个相互平行的第四外侧面围成。
- 一种光纤扫描驱动器,其特征在于,包括如权利要求1-17中任意一项所述的一种扫描驱动器和光纤,光纤与扫描驱动器固定连接且光纤的前端超出扫描驱动器形成光纤悬臂。
- 如权利要求18所述的一种光纤扫描驱动器,其特征在于,位于光纤悬臂后侧的光纤固定设置于共用电极布设孔内。
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