一种消除快慢轴耦合效应的光纤扫描器的制作方法

本技术涉及光纤扫描显示，尤其涉及一种消除快慢轴耦合效应的光纤扫描器。

背景技术：

1、光纤扫描器是一种利用扫描驱动器控制光纤摆动同时光纤出射光线的显示技术，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。当光纤扫描器应用于图像显示时，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。

2、光纤扫描器利用机械共振原理使光纤悬臂实现较大的扫描范围。扫描驱动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，体积小且可扫描速度快，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、传统的栅格扫描驱动器一般包括依次连接的慢轴致动部和快轴致动部，两个致动部的振动耦合及相互干扰会导致扫描轨迹产生不受控的分量而导致扫描图像产生畸变。

技术实现思路

1、发明人在研究中发现：

2、扫描驱动器的慢轴致动部在弯曲时，其对快轴致动部的高频振动响应会微变，该微变会导致扫描致动器整体高频响应特征微变。具体的，在慢轴致动器振动的反作用力作用下，快轴致动器的高频振动响应特性也会发生微变，由于快轴方向需要利用光纤谐振来放大摆幅，快轴的工作频率需要在谐振频率附近，物体在谐振频率附近的非线性振动特性明显，微弱的扰动就会显著影响其振动响应。特别是对于快轴致动器设置于慢轴致动器的后端、光纤悬臂设置于慢轴致动器的前端的扫描驱动器，此类相比快轴致动器设置于慢轴致动器的前端、光纤悬臂设置于快轴制动器的前端的扫描驱动器，能够解决快轴致动器体积、质量受限、驱动能力小等的问题。但是慢轴致动器的振动反作用力直接作用于快轴致动器，应力导致快轴致动器响应特性发生变化。

3、故，在以上基础上，本实用新型实施例提供一种消除快慢轴耦合效应的光纤扫描器，用以至少克服慢轴致动器的振动反作用于快轴致动器导致其响应特性发生变化的技术问题。

4、为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种消除快慢轴耦合效应的光纤扫描器，包括扫描驱动器和光纤，扫描驱动器通过支撑件与基体固定连接，

5、所述的扫描驱动器包括沿自后向前依次设置的快轴驱动部、刚性连接件和慢轴驱动部，

6、所述的快轴驱动部和慢轴驱动部均为片状压电陶瓷致动器，快轴驱动部和慢轴驱动部均沿平行于水平面方向延伸，快轴驱动部的后端与刚性连接件固定连接，慢轴驱动部的前端与刚性连接件固定连接，

7、快轴驱动部在驱动信号的驱动下其前端相对于后端沿水平左右方向振动，

8、慢轴驱动部在驱动信号的驱动下其前端相对于后端沿垂直方向振动，

9、从而扫描驱动器在快轴驱动部的驱动下沿水平左右方向高频振动以实现行扫描，同时，扫描驱动器在慢轴驱动部的驱动下沿垂直方向低频振动以实现帧扫描；

10、以扫描驱动器的前端为第一自由端、以扫描驱动器的后端为第二自由端，光纤以悬臂支撑的方式固定设置于扫描驱动器的第一自由端，光纤超出扫描驱动器第一自由端的部分构成光纤悬臂，

11、光纤悬臂在扫描驱动器的驱动下同时沿左右方向和垂直方向振动，实现二维扫描；

12、以高频振动的频率为工作频率，所述的支撑件设置于扫描驱动器在工作频率下沿左右方向振动时的振动节点处，且扫描驱动器与支撑件的连接位置位于刚性连接件。

13、所述的基体包括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。

14、所述的快轴驱动部和慢轴驱动部均为片状压电陶瓷致动器，且快轴驱动部和慢轴驱动部均沿平行于水平面方向延伸的结构，使得扫描驱动器，特别是慢轴驱动部，在水平左右方向的固有频率能够显著区别于慢轴驱动部在垂直方向上的固有频率及其进行行扫描的振动频率，从而保证慢轴驱动部在驱动信号的驱动下沿垂直方向做低频振动时，慢轴驱动部及扫描驱动器整体在其他方向不会产生响应振动，保证慢轴运动轨迹的精确性。

15、所述的快轴驱动部包括沿平行于水平面方向延伸的第一压电陶瓷板，第一压电陶瓷板的左右两侧分别设置左侧驱动区和右侧驱动区，左侧驱动区和右侧驱动区的上表面和下表面均设置有驱动电极，左侧驱动区和右侧驱动区在驱动信号的驱动下沿前后方向同步反向伸缩，从而，由左侧驱动区和右侧驱动区的同步反向伸缩驱动扫描驱动器沿水平方向左右振动。

16、所述的慢轴驱动部包括双压电片致动器或单压电片致动器。

17、本实用新型通过设置刚性连接件、支撑件与刚性连接件连接且连接处位于扫描驱动器在工作频率下的振动节点处、快轴驱动部设置于刚性连接件后侧的结构，能够使得由慢轴驱动部振动产生的形变应力直接作用于刚性连接件，刚性连接件不会将慢轴驱动部振动产生的形变应力传递至快轴致动部，使得快轴致动部不会受慢轴弯曲的反作用力影响，进而快轴致动部响应特性不会产生变化，保证了扫描轨迹的精确性；支撑件不与快轴驱动部或慢轴驱动部接触，不会对快轴驱动部或慢轴驱动部的振动造成干涉，同样保证了扫描轨迹的精确性；支撑件设置于扫描驱动器在工作频率下的振动节点处，使得扫描驱动器对于谐振频率的敏感度较低，这有助于进一步提升系统的稳定性和扫描精度，有效减少扫描显示网格的非线性问题，例如网格线弯曲、开口等现象，从而提升了显示质量。

18、本实用新型虽然设置了刚性连接件和支撑件，但并未增加系统的复杂性，而是通过优化现有设计，在不增加系统复杂性及负面影响的前提下，有效降低了慢轴驱动部振动的反作用力对快轴驱动部响应特性的影响。

19、用于快轴驱动的快轴驱动部后置的结构，允许快轴具有更大的体积和质量，确保了高频致动部有足够驱动力，也使得扫描驱动器的工作频率范围较宽，能在大范围内正常工作。

20、具体的，所述的工作频率在光纤悬臂沿水平左右方向振动时的某阶固有频率附近，工作频率也在扫描驱动器沿水平左右方向振动时的某阶固有频率附近。

21、优选的，所述的工作频率在光纤悬臂沿水平左右方向振动时的一阶固有频率附近或在光纤悬臂沿水平左右方向振动时的更高阶次的固有频率附近，同时，所述的工作频率也在扫描驱动器沿水平左右方向振动时的二阶固有频率附近或在扫描驱动器沿水平左右方向振动时的更高阶次的固有频率附近。

22、为了减小扫描驱动器的整体长度，优选的，所述的支撑件位于扫描驱动器在工作频率下沿水平左右方向振动的振动节点中，位于刚性连接件且最靠近第二自由端的振动节点处。

23、优选的，所述的支撑件仅提供对扫描驱动器的支撑但不限制扫描驱动器振动，支撑件不影响机械波在扫描驱动器的正常传递，从而可以降低支撑件对扫描驱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驱动器的接触面积。例如，所述支撑件可以为支撑杆，支撑杆沿垂直方向延伸，且设置于扫描驱动器左右方向的中心位置，此处为扫描驱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驱动器在工作频率下沿垂直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驱动器的接触面积。

24、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：

25、能够使得由慢轴驱动部振动产生的形变应力直接作用于刚性连接件，刚性连接件不会将慢轴驱动部振动产生的形变应力传递至快轴致动部，使得快轴致动部不会受慢轴弯曲的反作用力影响，进而快轴致动部响应特性不会产生变化，保证了扫描轨迹的精确性；支撑件不与快轴驱动部或慢轴驱动部接触，不会对快轴驱动部或慢轴驱动部的振动造成干涉，同样保证了扫描轨迹的精确性；支撑件设置于扫描驱动器在工作频率下的振动节点处，使得扫描驱动器对于谐振频率的敏感度较低。