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。同时，尽量减少驱动信号线路，简化驱动信号，同样是提高致动器易于生产性的技术关键。

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，其易于批量生产、批量生产一致性佳，且驱动信号路数最少。

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，包括均呈板状的第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片均沿厚度方向极化，以第一压电陶瓷片所处的平面为水平面，以第一压电陶瓷片的前后两端分别为所述扫描致动器的自由端和固定端；

3、第一压电陶瓷片具有位于前侧的第一致动区域和位于后侧的第二致动区域，

4、第二压电陶瓷片平行设置于第一压电陶瓷片的第二致动区域的正上方或正下方，且第二压电陶瓷片与第一压电陶瓷片之间设置有介质层，

5、第一致动区域的左右两侧分别设置有第一伸缩区域和第二伸缩区域，

6、第一伸缩区域的上表面设置有第一上电极，第二伸缩区域的上表面设置有第二上电极，第一致动区域的下表面设置有同时与第一上电极和第二上电极相配合的公共下电极，

7、第一压电陶瓷片的第二致动区域的上表面设置有第三上电极、下表面设置有第三下电极，第二压电陶瓷片的上表面设置有第四上电极、下表面设置有第四下电极。

8、进一步的，第一伸缩区域和第二伸缩区域的极化方向相反，第一上电极和第二上电极通过导电引线同时连接用于产生第一正弦电压信号的第一驱动电路，公共下电极通过导电引线接地。

9、具体可选的，第一压电伸缩区域的极化方向为沿自上向下的垂直方向极化，第二压电伸缩区域的极化方向为沿自下向上的垂直方向极化。也可选的，第一压电伸缩区域的极化方向为沿自下向上的垂直方向极化，第二压电伸缩区域的极化方向为沿自上向下的垂直方向极化。

10、进一步的，所述的第一正弦电压信号为sx＝va1*sin(ωx*t+φ1)，式中：va1为第一正弦电压信号sx的电压幅值，φ1为第一正弦电压信号sx的初始相位。

11、进一步的，第二致动区域和第二压电陶瓷片的极化方向相同，第四下电极和第三上电极通过导电引线同时连接用于产生第二正弦电压信号的第二驱动电路，第四上电极通过导电引线连接第一直流电压信号，第三下电极通过导电引线连接第二直流电压信号。

12、具体可选的，第二致动区域和第二压电陶瓷片均是沿自上向下的垂直方向极化，所述的第一直流电压信号为正电压信号，所述的第二直流电压信号为负电压信号。也可选的，第二致动区域和第二压电陶瓷片均是沿自下向上的垂直方向极化，所述的第一直流电压信号为正电压信号，所述的第二直流电压信号为负电压信号。

13、进一步，所述的第二正弦电压信号为sy＝va2*sin(ωy*t+φ2)，式中：va1为第二正弦电压信号sy的电压幅值，φ2为第二正弦电压信号sy的初始相位。

14、第一压电陶瓷片的第二致动区域、第一伸缩区域、第二伸缩区域以及第二压电陶瓷片在驱动信号的驱动下，第一压电陶瓷片的第二致动区域与第二压电陶瓷片同步反向伸缩，第一压电陶瓷片的第一伸缩区域和第二伸缩区域同步反向伸缩。

15、从而第二致动区域与第二压电陶瓷片同步反向伸缩驱动第一压电陶瓷片的自由端沿垂直方向振动，第一伸缩区域和第二伸缩区域同步反向伸缩驱动第一压电陶瓷片的自由端沿左右方向振动。

16、本实用新型的驱动方式使得所需的驱动信号路数最少，只需要两路交流信号驱动，即可实现快轴水平振动驱动、快轴矫正驱动、慢轴驱动；且同样驱动电压下，实现最大摆幅。

17、本实用新型的第二致动区域与第二压电陶瓷片始终工作的正向电场下，压电陶瓷内电畴无反向偏转，不容易出现因退极化而导致扫描器性能衰退的现象，使用寿命更长。

18、在一般压电陶瓷双晶片应用场合中，仅需要实现双晶片形变弯曲功能即可，不需要考虑其材料从微观到宏观的一些力学特性。但在用于扫描显示时，需要对扫描轨迹精确控制，材料非线性性质越强，控制难度越高，越容易出现非预期的复杂轨迹响应，导致扫描轨迹异常，出现开口开叉等等一系列问题。

19、pzt压电陶瓷中，电畴畴壁的运动对其非线性影响很大。本实用新型中第二致动区域与第二压电陶瓷片构成的慢轴尺寸大占扫描器主要部分，其响应特性对扫描器影响很大，因此需要尽量降低其非线性特性。本实用新型中采用的驱动方式，第二致动区域和第二压电陶瓷片始终工作在正向电场下，电畴不会像在交变电场下那样频繁翻转，因此其电畴畴壁的移动造成的非线性影响最小，使得慢轴非线性更低，更容易实现轨迹控制。

20、在扫描器实际生产装配过程中，需要将光纤与镜头严格对中，才能保证图像清晰。同时扫描器y方向等效刚度低，更加难以实现高精度装配。增加外部调节机构有势必会影响到模组的体积，气密性等方面。本实用新型中的驱动方法，可以通过在第二正弦电压信号上增加直流分量来精密调节扫描器慢轴摆动的中心位置。

21、第一压电陶瓷片的第二致动区域与第二压电陶瓷片仅作同步反向伸缩，并且左右两个端面均没有束缚，因而上述同步振动，不会产生垂直方向的振动分量，故本技术的致动器无需设置额外的矫正结构。

22、本技术将第一压电陶瓷片的第一致动区域的左右两侧分别为第一伸缩区域和第二伸缩区域，两个区域分别设置驱动电极，这样的结构极大的减小了驱动电极的面积，从而降低驱动电极的电容，大大降低了驱动功耗。

23、本技术的各上电极和下电极均一般为涂覆于压电陶瓷片上的电极层，电极层的涂覆面积可根据工况进行调整。

24、本技术由两个压电陶瓷片通过贴合构成二维扫描致动器，其两个构件第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片均为单片陶瓷片，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。介质层的设置能够有效提高致动器的强度、稳固性和抗震能力。

25、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。

26、本技术第二方面提供一种光纤扫描器，其包括上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设置于第一压电陶瓷片的前端部。光纤的另一端连接光源，光纤悬臂在扫描致动器的驱动下做二维扫描，光源根据光纤悬臂的扫描位置出射对应像素点的光，从而实现光纤二维扫描成像。

27、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：

28、本实用新型的驱动方式使得所需的驱动信号路数最少，只需要两路交流信号驱动，即可实现快轴水平振动驱动、快轴矫正驱动、慢轴驱动；且同样驱动电压下，实现最大摆幅。

29、本实用新型的第二致动区域与第二压电陶瓷片始终工作的正向电场下，压电陶瓷内电畴无反向偏转，不容易出现因退极化而导致扫描器性能衰退的现象，使用寿命更长。

30、本实用新型中采用的驱动方式，第二致动区域和第二压电陶瓷片始终工作在正向电场下，电畴不会像在交变电场下那样频繁翻转，因此其电畴畴壁的移动造成的非线性影响最小，使得慢轴非线性更低，更容易实现轨迹控制。

31、本实用新型中的驱动方法，可以通过在第二正弦电压信号上增加直流分量来精密调节扫描器慢轴摆动的中心位置。

32、第一压电陶瓷片的第二致动区域与第二压电陶瓷片仅作同步反向伸缩，并且左右两个端面均没有束缚，因而上述同步振动，不会产生垂直方向的振动分量，故本技术的致动器无需设置额外的矫正结构。

33、本技术由两个压电陶瓷片通过贴合构成二维扫描致动器，其两个构件第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片均为单片陶瓷片，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。