[发明专利]一种大振动幅度的光纤扫描器

说明书

本发明公开了一种大振动幅度的光纤扫描器，包括光纤和多级扫描致动器，所述的多级致动器包括多个沿从后向前的方向依次连接的扫描致动器，各扫描致动器的自由端沿相同的至少一个轴同步振动，且所有的扫描致动器以及光纤悬臂的大振幅振动频率范围具有重叠部分。本发明的有益效果在于：当以相同的频率同步激励各扫描致动器时，各扫描致动器均能获得大振幅且同步振动，通过逐级的放大，可以在不改变光纤悬臂的长度的前提下，使得光纤悬臂的末端获得大振幅，且振动频率仍为光纤悬臂的大振幅振动频率。

技术领域

本发明涉及光纤扫描驱动结构技术领域，尤其涉及一种大振动幅度的光纤扫描器。

背景技术

光纤扫描器是一种利用光纤悬臂在正交方向上的共振特性来实现静态或动态图像扫描功能的新型扫描器，相比于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System；微机电系统)扫描器，光纤扫描器的体积更小，成本更低，而且制造工艺简便，更易集成。

目前的光纤扫描器中，由于光纤悬臂长度与光纤弯折损耗的共同限制，光纤悬臂出射端的扫描角度并不能做到很大。若光纤弯折至曲率半径过小时，则光纤内的激光能量会大幅衰减；同时，由于在光纤扫描器中光纤悬臂长度一般较小，这更加限制了光纤的可弯折范围。在美国专利US10880008中记载的用于扫描内窥镜的光纤扫描器，其结构原理与本专利中用于显示的光纤扫描器基本相同，该专利中的光纤悬臂长度为8mm，光纤悬臂出射端的扫描角度仅为11°，该专利中扫描角度主要受光纤的弯折损耗所限制。若想通过加长光纤悬臂长度来加大扫描角度更不可取，其会导致光纤扫描器的体积增大、光纤悬臂控制难度加大、图像随机噪声增大。

综合因素下，光纤悬臂的摆动范围或可摆动角度无法做到很大，这也就限制了单个光纤扫描器所能够扫描显示的图像过小，相应的可能会影响显示图像的分辨率、画质等参数。

另一方面，由于光纤扫描器的光纤悬臂驱动部件多采用压电陶瓷，其本身振幅无法做到很大；尽管通过增大驱动电压可以增大扫描器的摆动幅度，从而增大光纤的扫描幅度，但扫描器本身的响应与驱动之间并非线性，随着驱动的增大，扫描器振动幅度增速放缓，并逐渐趋于饱和直至扫描器被击穿，因此此方法能力有限。

发明内容

本发明实施例提供一种大振动幅度的光纤扫描器，用以解决现有光纤扫描装置扫描幅度小的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种大振动幅度的光纤扫描器，包括光纤和多级扫描致动器，多级扫描致动器的两端分别为固定端和自由端，光纤以悬臂支撑的方式安装于多级扫描致动器的自由端，以多级扫描致动器的固定端相对于自由端所处的方位为后，

所述的多级致动器包括多个沿从后向前的方向依次连接的扫描致动器，各扫描致动器的两端也分别为固定端和自由端，任意两个相邻的扫描致动器中，位于前侧的扫描致动器的固定端与位于后侧的扫描致动器的自由端固定连接，

各扫描致动器的自由端沿相同的至少一个轴同步振动，且所有的扫描致动器以及光纤悬臂的大振幅振动频率范围具有重叠部分。

从而，当以相同的频率同步激励各扫描致动器时，当然该频率包含在所述重叠部分，从而各扫描致动器均能获得大振幅且同步振动，通过逐级的放大，可以在不改变光纤悬臂的长度的前提下，使得光纤悬臂的末端获得大振幅，且振动频率仍为光纤悬臂的大振幅振动频率。

故设计多级扫描致动器时，应尽量使各扫描致动器的大振幅振动频率范围彼此重合或尽可能有最大的重叠部分，通过逐级的共振放大，可以使扫描器的驱动放大幅度达到更优的效果。

所述的多级致动器可以包含多个扫描致动器，如两个、三个或任意多个，可根据实际使用需求确定扫描致动器的数量。

所述的各扫描致动器的自由端沿相同的至少一个轴同步振动是指：

各扫描致动器的自由端沿相同的一个轴同步振动；或