一种扫描致动器及光纤扫描器的制作方法

本技术涉及光纤扫描显示器件，尤其涉及一种扫描致动器及光纤扫描器。

背景技术：

1、光纤扫描器是一种利用扫描致动器控制光纤摆动从而出射一幅图案的显示技术，该技术所照射的图案的色彩锐利饱和、对比度高、亮度高，且结构体积非常小，其主要用在光纤扫描显示(fsd)技术和光纤扫描内窥镜(fse)技术中。

2、格栅式光纤扫描器的致动器主要包括作为快轴的第二致动部和作为慢轴的第一致动部，第二致动部和第一致动部的两端均分别为固定端和自由端，第二致动部的固定端与第一致动部的自由端固定连接。要想获得稳定的扫描范围、并精确操控扫描轨迹，需要致动器的末端的扫描轨迹与第一致动部的扫描轨迹和第二致动部的扫描轨迹具有精确的一致性，任何致动部的加工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是提高扫描质量的重要因素之一。

3、传统的扫描器致动器一般为管状或片状，为了使得慢轴方向的致动部满足慢轴扫描频率、快轴方向的致动部满足快轴的扫描频率，就要对致动器的形状、尺寸进行相应的设计，这就导致致动器成不规则的异形。

4、如中国专利cn111830702a公开的一种扫描致动器，其大体上是采用管状的压电致动器，但如上述因素制约，其设计成为异形结构，这对于致动器的批量生产是相当不利的，难以加工，且加工一致性无法得到保障。又如中国专利cn209784655u公开的一种扫描致动器，其大体上是采用片状的压电致动器，同样处于性能考虑，将致动器同样设置为异形结构，同样存在上述难以精确加工、加工一致性差的技术问题。

5、同时，如何避免慢轴致动器与快轴致动器之间的振动耦合，同样是需要考虑的技术问题。上述两篇现有技术对于如何降低慢轴致动器与快轴致动器之间的振动耦合并没有相应的设计。

6、因而，如何在各致动部满足性能参数、不会产生振动耦合的前提下，使得致动器的易于加工，易于批量生产，批量生产一致性好，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型实施例提供一种扫描致动器及采用该扫描致动器的光纤扫描器，用以至少解决致动器不易批量生产、批量生产一致性差的技术问题。

2、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，包括压电双晶片和粘接部件，以压电双晶片所处的平面为水平面，以压电双晶片的固定端为后端，则压电双晶片的前端为自由端，粘接部件设置于压电双晶片的左侧或右侧，粘接部件将压电双晶片的两个压电陶瓷片的一侧固定连接为一体。

3、从而当压电双晶片的两个压电陶瓷片同步等长伸缩时，由于粘接部件将压电双晶片的两个压电陶瓷片的一侧固定连接为一体，两个压电陶瓷片同步等长伸缩会驱动压电双晶片的自由端沿水平方向振动；而当压电双晶片的两个压电陶瓷片同步反向伸缩时，会驱动压电双晶片的自由端沿垂直方向振动。

4、故，当压电双晶片的两个压电陶瓷片均同时具有同步等长伸缩的运动分量和同步反向伸缩的运动分量时，会驱动压电双晶片的自由端同时沿水平方向振动和垂直方向振动。

5、一般的，所述的压电双晶片包括上下两片重叠贴合的压电陶瓷片，每片压电陶瓷片的上下表面均镀有导电薄膜，分别形成上下两个表面电极，两片压电陶瓷片固定贴合为一体，并且两片压电陶瓷片的左侧或右侧同时与粘接部件固定连接。两片压电陶瓷片均沿厚度方向(即垂直方向)极化。

6、可选的，压电双晶片接入电路的连接方式为：压电双晶片中位于上层的第一压电陶瓷片的上表面的电极和下表面的电极分别通过电极引线连接用于产生第一控制信号的第一驱动电路，压电双晶片中位于下层的第二压电陶瓷片的上表面的电极和下表面的电极分别通过电极引线连接用于产生第二控制信号的第二驱动电路。

7、也可选的，两片压电陶瓷片的极化方向相反，压电双晶片接入电路的连接方式为：压电双晶片中位于上层的第一压电陶瓷片的上表面的电极通过电极引线连接第一控制信号的正极，压电双晶片中位于下层的第二压电陶瓷片的下表面的电极通过电极引线连接第二控制信号的正极，第一压电陶瓷片的下表面的电极和第二压电陶瓷片的上表面的电极直接相连并接地。

8、第一压电陶瓷片在第一驱动信号的驱动下同时作与第二压电陶瓷片同步等长伸缩的运动和同步反向伸缩的运动；第二压电陶瓷片在第二驱动信号的驱动下同时作与第一压电陶瓷片同步等长伸缩的运动和同步反向伸缩的运动。

9、具体的，所述的第一控制信号具有驱动第一压电陶瓷片作与第二压电陶瓷片同步等长伸缩运动的第一组控制信号和驱动第一压电陶瓷片作与第二压电陶瓷片同步反向伸缩运动的第二组控制信号，第一控制信号为第一组控制信号和第二组控制信号叠加形成的信号；所述的第二控制信号具有驱动第二压电陶瓷片作与第一压电陶瓷片同步等长伸缩运动的第三组控制信号和驱动第二压电陶瓷片作与第一压电陶瓷片同步反向伸缩运动的第四组控制信号，第二控制信号为第三组控制信号和第四组控制信号叠加形成的信号。

10、优选的，所述的第一控制信号由两组正弦电压信号组成，具体的，第一组控制信号sax＝va1*sin(ωx*t+φa1)，对应的，第三组控制信号为sbx＝vb1*sin(ωx*t+φb1)；第二组控制信号say＝va2*sin(ωy*t+φa2)，对应的，第四组控制信号为sby＝vb2*sin(ωy*t+φb2)。

11、进而，第一控制信号为：sa＝sax+say＝va1*sin(ωx*t+φa1)+va2*sin(ωy*t+φa2)，第二控制信号为：sb＝sbx+sby＝vb1*sin(ωx*t+φb1)+vb2*sin(ωy*t+φb2)。

12、式中：va1为控制信号sax的电压幅值，va2为控制信号say的电压幅值，φa1为控制信号sax的初始相位，φa2为控制信号say的初始相位，vb1为控制信号sbx的电压幅值，vb2为控制信号sby的电压幅值，φb1为控制信号sbx的初始相位，φb2为控制信号sby的初始相位。理论上而言，φa1和φb1的差值为0°或180°，φa1和φb1的差值为0°或180°；根据第一压电陶瓷片和第一压电陶瓷片的极化方向及接入电路的方式，对应调整φa1和φb1的差值、以及φa2和φb2的差值，即可实现两个压电陶瓷片均同时具有同步等长伸缩的运动和同步反向伸缩的运动，显然，根据上述需求及工况选定φa1和φb1的差值、以及φa2和φb2的差值对于本领域技术人员而言属于常规现有技术。但由于压电双晶片的加工精度偏差以及粘接部件的粘接，容易产生扫描轨迹存在畸变的问题。即对第一压电陶瓷片仅施加第一组控制信号、对第二压陶瓷电片仅施加第三组控制信号的情况下，压电双晶片的自由端的扫描轨迹不是沿x方向的直线而是长轴沿x方向的椭圆，发明人通过实际操作中发现，此时通过增大或减小φa1和φb的差值即可将压电双晶片的自由端的扫描轨迹矫正为沿x方向的直线；或者，对第一压电陶瓷片仅施加第二组控制信号、对第二压陶瓷电片仅施加第四组控制信号的情况下，压电双晶片的自由端的扫描轨迹不是沿y方向的直线而是长轴沿y方向的椭圆，发明人通过实际操作中发现，此时通过增大或减小φa2和φb2的差值即可将压电双晶片的自由端的扫描轨迹矫正为沿y方向的直线。

13、当扫描器用于栅格扫描方式时，第二组控制信号和第四组控制信号也可以不是正弦信号，保证第二组控制信号和第四组控制信号的波形相同即可。

14、本实用新型实施例第二方面提供了一种光纤扫描致动器，包括如上所述的扫描致动器和光纤，光纤的出光端以悬臂支撑的方式固定于扫描致动器的自由端。

15、具体的，光纤的出光端超出扫描致动器的自由端的部分构成光纤悬臂，光纤位于光纤悬臂后侧的部分与扫描致动器固定连接。

16、可选的，光纤以悬臂支撑的方式固定于压电双晶片；也可选的，光纤以悬臂支撑的方式固定于粘接部件。

17、作为一种优选的实施例，所述的粘接部件为固化胶，即压电双晶片的两个压电陶瓷片的左侧或右侧通过固化胶固定连接为一体，光纤同样由固化胶固定粘接。即光纤位于光纤悬臂后侧的部分由固化胶粘接。

18、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：

19、本实用新型中两个压电陶瓷片同步等长伸缩会驱动压电双晶片的自由端沿水平方向振动；而当压电双晶片的两个压电陶瓷片同步反向伸缩时，会驱动压电双晶片的自由端沿垂直方向振动，本实用新型利用压电双晶片的两个压电陶瓷片同时具有同步等长伸缩的运动分量和同步反向伸缩的运动分量，驱动压电双晶片的自由端同时沿水平方向振动和垂直方向振动，通过双压电晶片即实现了二维扫描。

20、本实用新型由压电双晶片和粘接部件构成，构件方便制作加工，批量生产中易于保证产品规格、性能、参数的一致性，对于光纤扫描成像技术而言，致动器的一致性好，是光纤扫描器能够量产的关键因素之一。同时，所述片状结构使得致动器在水平方向和垂直方向的特征频率值差值很大，可以极大降低致动器在两个振动方向上的振动耦合。

21、本实用新型通过增大或减小φa1和φb的差值即可将压电双晶片的自由端的扫描轨迹矫正为沿x方向的直线，通过增大或减小φa2和φb2的差值即可将压电双晶片的自由端的扫描轨迹矫正为沿y方向的直线。无需设置额外的矫正结构，同样利于降低加工难度，适于批量生产。