一种性能稳定性高的光纤扫描器的制作方法

本技术涉及光纤扫描显示，尤其涉及一种性能稳定性高的光纤扫描器。

背景技术：

1、由压电致动器驱动光纤悬臂进行扫描的微型光纤扫描器件在激光雷达、激光投影、微型内窥镜等技术领域具有重要的应用前景，其利用机械共振原理使光纤悬臂实现较大的扫描范围。

2、光纤扫描器的扫描方式可以分为螺旋扫描类、栅格扫描类和李萨如扫描类。使用螺旋扫描和李萨如扫描的微型压电扫描器件通常具有对称结构，体积小且扫描速度快，但螺旋扫描密度不均匀，且两轴共振频率相同，因此存在机械耦合，会恶化扫描轨迹，难以通过后期处理完全消除；使用栅格扫描需要两轴扫描频率相差较大，一轴扫描频率快，实现行扫描，另一轴扫描频率慢，实现帧扫描，快轴利用光纤共振实现放大。

3、传统光纤扫描器的扫描致动器(如压电致动器)，一般具有固定端和自由端，固定端固定安装于基座，光纤以悬臂支撑的方式固定安装于自由端。发明人在研究中发现，同一个扫描器通过不同的固定方式安装于同样的基座，或以相同的固定方式安装于不同的基座，都会导致扫描器工作所需模态的特征频率发生改变，表现为图像发生畸变，不能准确、正常的显示图像，也就是不能准确、正常的进行精确的二维扫描，扫描轨迹发生变化。

4、同时扫描致动器工作过程中会通过基座传递振动，并产生噪音，当光纤扫描器用于ar眼镜等供用户佩戴的产品时，会产生不良的体验。

技术实现思路

1、本实用新型实施例提供一种性能稳定性高的光纤扫描器，用以至少解决固定方式会对扫描器工作所需模态的特征频率产生影响的技术问题。

2、为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供一种性能稳定性高的光纤扫描器，包括扫描致动器和光纤，扫描致动器的前端为第一自由端、后端为第二自由端，光纤以悬臂支撑的方式固定设置于扫描致动器的第一自由端，光纤超出第一自由端的部分构成光纤悬臂，

3、所述的扫描致动器包括沿自后向前方向依次连接的压电陶瓷块快轴驱动部和压电片慢轴驱动部，所述的压电陶瓷块快轴驱动部包括左右对称设置的第一压电块致动部和第二压电块致动部，第一压电块致动部和第二压电块致动部均各自在驱动信号的驱动下沿前后方向伸缩，且第一压电块致动部和第二压电块致动部同步反向伸缩，慢轴驱动部的后端同时连接第一压电块致动部和第二压电块致动部，

4、从而，由第一压电块致动部和第二压电块致动部的同步反向伸缩实现驱动扫描致动器的第一自由端沿水平方向左右振动，同时，慢轴驱动部在其驱动信号的驱动下，其前端相对于其后端沿垂直方向振动，从而实现扫描致动器的第一自由端沿垂直方向振动，

5、其中，左右振动为用于实现行扫描的高频振动，沿垂直方向的振动为用于实现帧扫描的低频振动，

6、以高频振动的频率为工作频率，扫描致动器通过支撑件与基体固定连接，所述的支撑件设置于扫描致动器在工作频率下沿左右方向振动时的振动节点处。

7、通过实验对比，采用本实用新型的光纤扫描器，在更改夹持条件(如夹持力、夹持件材质、基座材质等)的情况下，光纤扫描器工作所需模态的特征频率不会产生改变，均能一致准确的进行图像显示，扫描轨迹都不会发生变化。提高了光纤扫描器的通用性，降低了安装精度、安装条件一致性的要求，降低了安装难度。同时，由于支撑件设置于振动节点处，由于振动节点的位移极小，不会通过支撑件传递振动，解决了传递振动、产生噪音的技术问题。

8、所述的基体为用于封装光纤扫描器的壳体或用于安装光纤扫描器的基座。

9、所述的慢轴驱动部可以为压电陶瓷致动器、磁致伸缩致动器、微机电致动器中的任意一种，对此不做要求。

10、扫描致动器在左右方向和垂直方向的振幅均由成像规格要求而限定，扫描致动器沿垂直方向的低频振动的振动一般为扫描致动器的一阶振动，因而在垂直方向振幅固定的前提下，扫描致动器自支撑件至扫描致动器的第一自由端构成的梁(也可称为前端悬臂)的长度通常是固定的，该长度是由垂直方向的振幅来确定的。故，为了减小扫描致动器的整体长度，需要使得扫描致动器自支撑件至扫描致动器第二自由端构成的尾部悬臂的长度尽量小，故优选的，所述的支撑件位于扫描致动器在工作频率下的最靠近第二自由端的振动节点处。

11、同时由于压电陶瓷块快轴驱动部的单位前后长度的质量明显大于压电片慢轴驱动部的单位前后长度的质量，这就使得扫描致动器在工作频率下的最靠近第二自由端的振动节点的位置更靠近第二自由端，同样具有减小尾部悬臂的长度的效果。如前所述，由于前端悬臂的长度固定，这就使得扫描致动器的整体长度得以减小，利于光纤扫描器小型化设计。

12、进一步的，为了使得描致动器在工作频率下的最靠近第二自由端的振动节点更靠近扫描致动器的第二自由端，另一种可以考虑的实施方式为：所述的扫描致动器的第二自由端(后端)固定设置有配重块。配重块的增设可使得扫描致动器在工作频率下的最靠近第二自由端的振动节点后移，从而达到减小尾部悬臂的长度的目的。

13、进一步优选的，通过调整所述配重块的尺寸、形状和重量，可以使得扫描致动器在工作频率下沿垂直方向振动时的振动节点位于支撑件与扫描致动器的连接处，或使得扫描致动器在工作频率下沿垂直方向振动时的振动节点接近支撑件与扫描致动器的连接处。一般来说，对扫描致动器沿左右方向的高频振动的轨迹的校正信号包括驱动扫描致动器沿垂直方向的高频振动信号，该信号的驱动频率与工作频率相同，因而当支撑件与扫描致动器的连接处同样是接近或重合于扫描致动器在工作频率下沿垂直方向振动时的振动节点时，就可以使得校正信号的驱动和扫描致动器对校正信号的响应同样不受夹持条件的影响，或受影响较小；也不会通过支撑件传递振动，或传递较小的振动。

14、更为优选的，通过调整所述配重块的尺寸、形状和重量，在以上基础上，还可以使得支撑件与扫描致动器的连接处重合或接近于扫描致动器在实现帧扫描的低频驱动频率下沿垂直方向振动时的振动节点。即，扫描致动器在高频行扫描频率下的水平弯曲模态的节点与扫描致动器在低频帧扫描频率下的垂直弯曲模态的节点在于支撑件的连接处相互重合或接近。如此能最大限度的降低支撑件对扫描致动器工作所需模态的特征频率造成影响。

15、进一步优选的，所述的支撑件仅提供对扫描致动器的支撑但不限制扫描致动器振动，支撑件不影响机械波在扫描致动器的正常传递。从而可以降低支撑件对扫描致动器工作状态的影响。具体的，支撑件可以是采用具有一定弹性形变能力的材料，或者是尽量减小支撑件与扫描致动器的接触面积。例如，所述支撑件可以是设置于扫描致动器在工作频率下沿左右方向振动时的振动节点处的支撑杆，支撑杆沿垂直方向延伸，且设置于扫描致动器左右方向的中心位置，此处为扫描致动器在工作频率下沿左右方向振动时形变量最小的位置之一。又例如，所述的支撑件为设置于扫描致动器在工作频率下沿左右方向振动时的振动节点处的支撑薄板，以尽量减小支撑件与扫描致动器的接触面积。

16、所述的第一压电块致动部和第二压电块致动部可以为两个独立的压电块致动器。例如，所述的压电块致动器包括压电陶瓷块本体和设置压电陶瓷块本体表面的电极层，电极层可以设置于压电陶瓷块本体的上表面和下表面，电极层也可以设置于压电陶瓷块本体的左表面和右表面；又例如，第一压电块致动部和第二压电块致动部均由多个压电片堆叠而成。所述的第一压电块致动部和第二压电块致动部也可以是在一个压电陶瓷块基体上通过在上表面和下表面的左侧和右侧设置对应的电极层，从而在一个压电陶瓷块基体上构造出两个独立伸缩的致动部。对此不做限制。

17、对于在一个压电陶瓷块基体上构造两个独立伸缩的致动部的实施方式：所述的压电陶瓷块快轴驱动部包括压电陶瓷块基体，压电陶瓷块基体的上表面的左侧和右侧分别设置第一上电极和第二上电极，压电陶瓷块基体的下表面的左侧和右侧分别设置与第一上电极相对设置的第一下电极和与第二上电极相对设置的第二下电极，压电陶瓷块位于第一上电极和第一下电极之间的部分和位于第二上电极和第二下电极之间的部分均沿垂直方向极化。

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、采用本实用新型的光纤扫描器，在更改夹持条件(如夹持力、夹持位置等)的情况下，光纤扫描器工作所需模态的特征频率不会产生改变，均能一致准确的进行图像显示，扫描轨迹都不会发生变化。提高了光纤扫描器的通用性，降低了安装精度、安装条件一致性的要求，降低了安装难度。同时，由于支撑件设置于振动节点处，由于振动节点的位移极小，不会通过支撑件传递振动，解决了传递振动、产生噪音的技术问题。