CN110858030A - 一种扫描驱动器及光纤扫描器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扫描驱动器，包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部、隔离部和第二致动部，第一致动部和第二致动部中至少有一个为多层管嵌套压电材料致动器，多层管嵌套压电材料致动器包括至少两层压电材料管，所述的压电材料管沿径向依次紧密套装，每层压电材料管的外部均设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，每层压电材料管的内部均设置有与所述外电极相配合的内电极。本发明的有益效果是：一体成型结构避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺，降低复杂程度、提升制作效率，同时可以防拆卸、防解体，增大整体可靠性和耐用性；通过采用多层压电材料管嵌套的结构可以加大致动器的振幅。

Description

一种扫描驱动器及光纤扫描器

技术领域

本发明涉及扫描驱动器结构技术领域，尤其涉及一种扫描驱动器及光纤扫描器。

背景技术

单光纤共振型压电扫描器是利用光纤悬臂在两个方向上的共振特性来实现静态或动态图像扫描的新型扫描器，相比于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System；微机电***)扫描器，单光纤共振型压电扫描器的体积更小，成本更低，而且制造工艺简便，更易集成。

目前二维振动模式的单光纤共振型压电扫描器结构中，采用的结构是将两个方向振动的驱动器通过某种连接件接连起来，并使两个驱动器的振动方向相交，从而实现二维扫描功能。但是在这种结构中，存在一些问题：在长时间的扫描工作后，两个驱动器与连接件之间会出现松动，导致振动频率无法精确控制；连接件会造成能量损耗；连接件会加大设备体积及重量；在这种小体积设备的制造中，采用连接件拼接两个驱动器会存在量产困难。

发明内容

本发明实施例提供一种扫描驱动器及采用该扫描驱动器的光纤扫描器，用以提高扫描驱动器的精确性、稳定性和便于加工性能，并能够以较小的扫描器体积获得较大的扫描振幅。

为了实现上述发明目的，本发明第一方面提供了一种扫描驱动器，包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部、隔离部和第二致动部，第一致动部沿第一轴方向振动，第二致动部沿第二轴方向振动，第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行，所述的第一致动部和第二致动部中至少有一个为多层管嵌套压电材料致动器，即：所述的第一致动部或第二致动部为多层管嵌套压电材料致动器，或者，所述的第一致动部和第二致动部均为多层管嵌套压电材料致动器。

所述的多层管嵌套压电材料致动器包括至少两层压电材料管，所述的压电材料管沿径向依次紧密套装，每层压电材料管的外部均设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，每层压电材料管的内部均设置有与所述外电极相配合的内电极。

采用该扫描驱动器的光纤扫描器，包括光纤及所述扫描驱动器，光纤与扫描驱动器固定连接，且光纤的前端超出扫描驱动器形成光纤悬臂。第一致动部驱动光纤悬臂沿第一轴方向振动，第二致动部驱动光纤悬臂沿第二轴方向振动，一体成型的双向驱动器可以减少部件数量，使扫描过程更稳定，第一致动部和第二致动部之间的连接部不会出现长时间运行导致的松动，具有便于量产、制作快速、误差小、重复性高、良品率高等优点。通过采用多层压电材料管嵌套的结构可以加大致动器的振幅。

第一致动部和第二致动部根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动，第二致动部的固有频率远大于第一致动部的固有频率，从而进一步带动光纤悬臂摆动，悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描，以出射带有调制信息的激光从而显现图像。为了使本发明中的光纤扫描器能够驱动光纤悬臂实现栅格式扫描，第一致动部和第二致动部的固有频率必须不同，即两者可以看作是一种滤波器，只有与致动部自身固有频率匹配的驱动信号才能实现可观的振动幅度。

优选的，所获得第一轴垂直于第二轴，从而使得扫描驱动器的扫描轨迹为规则的矩形，具体应用于光纤扫描器时，便于显示规则的投影画面。当然第一轴不垂直于第二轴时，同样可应用于光纤扫描器，此时通过调制输入光纤的光信号，同样可以获得规则的投影画面。

所述的多层管嵌套压电材料致动器的各层压电材料管的各个外电极和内电极均连接外部驱动电路，以通过电极向各层压电材料管施加交变电场。各层压电材料管沿径向极化，每对关于压电材料管的轴心线对称的外电极及与之对应的内电极，在同一时刻驱动该压电材料管做相反方向的伸缩，即每对外电极中的一个外电极及其内电极驱动位于其范围内的压电材料管伸长时，另一个外电极及其内电极驱动位于其范围内的压电材料管同步缩短；反之亦然。从而使得压电材料管沿垂直于轴线的一个方向振动。

具有双方向振动功能的一体成型的双向驱动器可以减少部件数量，使扫描过程更稳定，第一致动部和第二致动部之间的连接部不会出现长时间运行导致的松动，一体成型的双向驱动器具有便于量产、制作快速、误差小、重复性高、良品率高等优点。

相比于第一致动部和第二致动部之间采用现有技术中的胶粘或卡扣、螺钉等固定方式，胶粘或卡扣的方式会由于长时间的高频振动导致连接松动，直接影响扫描器的振动性能，而螺钉的固定方式则体积稍大，结构稍显复杂，并且现有固定方式工艺难度大、制作耗时、重复性差、良品率低。

在光纤扫描器这种微小结构的应用领域中，一体成型后的第二致动部和第一致动部对扫描出射图像质量的提升是显著的，其主要由以下因素体现：在光纤扫描器中，第二致动部和第一致动部均做高频振动，第一方向驱动器和第二方向驱动器一体成型制作过程中，数十兆帕的压力使扫描器自身足够致密以实现高效的性能，同时刚度极大，是利用胶粘的方式所不能比拟的，因此一体成型避免了互连部分被高频振动导致松动。

光纤扫描器中第二致动部与第一致动部的尺寸都很小，其厚度在几毫米左右，因此在两者互连过程中采用连接件时很容易损坏两者；而利用模具一体成型，避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺，降低复杂程度、提升制作效率，因此采用一体成型可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性，同时可以防拆卸、防解体，增大整体可靠性和耐用性。

第二致动部与第一致动部根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤的振动段产生第二轴方向振动和第一轴方向振动的合成方向上的振动，从而进一步带动悬臂段摆动，悬臂段末端的出射端在三维空间中以三维扫描轨迹出射带有调制信息的激光从而显现图像。

优选的，所述的多层管嵌套压电材料致动器的各层压电材料管的外电极在周向上的分布位置相对应。即，各层压电材料管的上具有相同功能的外电极在周向上位于同一个位置，并沿径向依次排布。所述的相同功能是指各相同功能的外电极驱动各层压电材料管沿同一轴同步振动；也就是，各层压电材料管的内电极和外电极连接外部驱动器件后，各层压电材料管的自由端在任意时刻均沿相同的方向同步振动。更为优选的，各层压电材料管的外电极的对数相同且在周向上的分布位置相同。

可选的，所述的多层管嵌套压电材料致动器中任意一个位于外层的压电材料管的内电极与位于该层压电材料管内侧且与该层压电材料管紧邻的压电材料管的外电极间设置有电隔离层。此时，各层压电材料管的内电极均既可以设置为多个与至少一个外电极相对应的内电极分部，也可以为涂覆满整个压电材料管内壁的电极层。所述各内电极分部间可以相互绝缘或电连接。

可选的，所述的多层管嵌套压电材料致动器中任意一个位于外层的压电材料管的内电极与位于该层压电材料管内侧且与该层压电材料管紧邻的压电材料管的外电极为同一电极。此时，各位于外层的压电材料管的各内电极即为位于其内侧且紧邻的压电材料管的外电极。每个压电材料管的各内电极和各外电极均为一一对应的关系。

优选的，所述的第二致动部的各电极均连接有薄膜导电层，各薄膜导电层均绝缘贴覆于扫描驱动器的表面并延伸至第一致动部的后端部，所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层贴覆于扫描驱动器上，各薄膜导电层之间相互绝缘，且各薄膜导电层均与与其不相干的电极均相互绝缘，与各薄膜导电层不相干的电极是指未与该薄膜导电层连接的电极。所述的第一致动部的各电极均延伸至第一致动部的后端部。

当所述的第一致动部为多层管嵌套压电材料致动器时，第二致动部为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或多层管嵌套压电材料致动器，当所述的第二致动部为多层管嵌套压电材料致动器时，第一致动部为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或多层管嵌套压电材料致动器。

所述的双压电晶片致动器包括中部隔离片，中部隔离片的两侧贴覆有一片压电材料片，每个压电材料片的两个平行于中部隔离片的表面均设置有一层电极层。

所述的压电材料管致动器包括压电材料管，压电材料管的外表面设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，压电材料管的内表面设置有与所述外电极相配合的内电极。以实现当内电极和外电极连接外部驱动器件后，该致动部沿其对应的轴振动。

进一步的，当第二致动部为双压电晶片时，作为优选的，各电极层的后端部均分别电连接有薄膜导电层，薄膜导电层绝缘贴覆于隔离部和第一致动部的外表面，并延伸至第一致动部的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层之间和各薄膜导电层与第一致动部上的电极或薄膜导电层之间均相互绝缘。

进一步的，当第二致动部为压电材料管致动器或多层管嵌套压电材料致动器时，作为优选的，各电极层均分别电连接薄膜导电层，薄膜导电层绝缘贴覆于第二致动部、隔离部和第一致动部的外表面，并延伸至第一致动部的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层之间、各薄膜导电层与第二致动部上的其他电极之间和各薄膜导电层与第一致动部上的电极或薄膜导电层之间均相互绝缘。

所述的一体成型指采用一体成型的工艺将包含第一致动部、隔离部和第二致动部构成的整体构件一体制造成型。例如，第一致动部、隔离部和第二致动部均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体，通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后，通过烘烤即可得到一个包含有第一致动部、隔离部和第二致动部的整体构件，然后根据需要将第一致动部和第二致动部进行极化，并在第一致动部和第二致动部增设驱动电极。对于包含双压电晶片致动器的扫描驱动器，一体成型时是将隔离片和压电陶瓷粉末装入模具压制成型。对于包含压电材料管致动器、多层管嵌套压电材料致动器的扫描驱动器，经模具压制成型后的半成品上具有用于填充电极的电极孔。对于多层管嵌套压电材料致动器的扫描驱动器也可以经过多次模具压制制作所述多层管嵌套结构，从而依次在模具内制得各层压电材料管并在各最外层的压电材料管的外表面涂覆电极层后再进行下一次压制。

进一步的，所述的扫描驱动器还包括与第一致动部一体成型的固定部。

同理，所述的一体成型指采用一体成型的工艺将包含固定部、第一致动部、隔离部和第二致动部构成的整体构件一体制造成型。例如，固定部、第一致动部、隔离部和第二致动部均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体，通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后，通过烘烤即可得到一个包含有固定部、第一致动部、隔离部和第二致动部的整体构件，然后根据需要将第一致动部和第二致动部进行极化，并在第一致动部和第二致动部增设驱动电极。

固定段处的一体成型可以进一步避免第一致动部连接在固定段上出现松动。防拆卸、防解体，增大整体可靠性和耐用性。

进一步的，所述的延伸至第一致动部后端的第二致动部的薄膜导电层继续延伸至固定部的后端并绝缘贴覆于固定部的外表面。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层之间和各薄膜导电层与固定部上的导电体之间均相互绝缘。

当所述的第一致动部为双压电晶片致动器时，作为优选的，所述的固定部包括至少两个堆叠设置的压电材料片，每个双压电晶片的压电材料片均分别对应连接一个固定部的压电材料片，固定部外表面和固定部的压电材料片之间设置有用于连接第一致动部的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部的压电材料片表面的薄膜导电层，每个薄膜导电层一端对应连接一个第一致动部的电极，另一端延伸至固定部的后端。

当所述的第一致动部为压电材料管致动器时，作为优选的，所述的固定部包括压电材料管，固定部的压电材料管与第一致动部的压电材料管连接，固定部的压电材料管的内壁和外壁均设置有用于连接第一致动部的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为绝缘贴覆于固定部的压电材料管的内壁和外壁的薄膜导电层，固定部的压电材料管内壁的每个薄膜导电层一端对应连接一个第一致动部的内电极，另一端延伸至固定部的后端；固定部的压电材料管外壁的每个薄膜导电层一端对应连接一个第一致动部的外电极，另一端延伸至固定部的后端。

当所述的第一致动部为多层管嵌套压电材料致动器时，作为优选的，所述的固定部包括多个沿径向依次紧密套装的压电材料管，每个多层管嵌套压电材料致动器的压电材料管均分别连接一个与之对应的固定部的压电材料管，固定部的每个压电材料管的内表面和外表面均设置有用于连接第一致动部的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部的每个压电材料管的内表面或外表面的薄膜导电层，每个薄膜导电层一端对应连接一个第一致动部的电极，另一端延伸至固定部的后端。

可选的，当所述的第一致动部和第二致动部均为多层管嵌套压电材料致动器时，所述的间隔部包括多个沿径向依次紧密套装的压电材料管，第一致动部、第二致动部和间隔部具有的压电材料管的层数相同，从而包含所述第一致动部、间隔部和第二致动部的扫描驱动器包括由多个沿径向依次紧密套装的压电材料管构成的主体，间隔部的每个压电材料管的内表面和外表面均设置有用于连接第二致动部的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于间隔部的每个压电材料管的内表面或外表面的薄膜导电层，每个薄膜导电层一端对应连接一个第二致动部的电极，另一端延伸至间隔部的后端或延伸至第一致动部的后端。例如当第一致动部和第二致动部共用一个内电极时，设置于间隔部的导电体一端连接第一致动部的一个内电极，另一端连接第二致动部的对应的内电极。当然第一致动部与第二致动部可共用的电极数量有限，更多的连接第二致动部的导电体均绝缘贴覆于间隔部和第一致动部。

进一步可选的，所述的第一致动部、第二致动部、间隔部和固定部具有的压电材料管的层数相同，从而包含所述固定部、第一致动部、间隔部和第二致动部的扫描驱动器包括由多个沿径向依次紧密套装的压电材料管构成的主体，间隔部的每个压电材料管的内表面和外表面均设置有用于连接第二致动部的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于间隔部的每个压电材料管的内表面或外表面的薄膜导电层，每个薄膜导电层一端对应连接一个第二致动部的电极，另一端延伸至间隔部的后端或延伸至固定部的后端。固定部的每个压电材料管的内表面和外表面均设置有用于连接第一致动部的各电极的导电体和用于连接第二致动部的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部的每个压电材料管的内表面或外表面的薄膜导电层，每个薄膜导电层一端对应连接一个第一致动部的电极或一个第二致动部的电极，另一端延伸至固定部的后端。

本发明中所提及的压电材料片和压电材料管均采用压电材料制成，所述的压电材料包括两种类型：有机压电材料和无机压电材料，有机压电材料，即类似于聚偏二氟乙烯(PVF2)、聚偏氟乙烯(PVDF)等压电聚合物；无机压电材料主要由单晶结构的压电晶体和多晶结构的压电陶瓷两大类组成，其中，单晶体压电材料即有序生长的晶体，如石英晶体、铌酸锂晶体等，多晶结构的压电陶瓷是人工合成的压电多晶体，常用的压电陶瓷包括钛酸钡、锆钛酸铅以及铌酸盐等多种类型。

本发明中的薄膜导电层可采用类似印制电路板上导电金属层的加工方法制备，也可以是将薄膜金属导电片贴覆在扫描驱动器上，并通过焊接等连接方式与其相应的电极电连接。

本发明实施例第二方面提供了一种光纤扫描器，包括上述任意一项所述的一种扫描驱动器和光纤，光纤与扫描驱动器固定连接且光纤的前端超出扫描驱动器形成光纤悬臂。所述的固定连接方式可采用胶粘、固定件紧固、焊接等常规连接结构。

可选的，位于光纤悬臂后侧的光纤与扫描驱动器的外表面固定连接。

可选的，当所述的第一致动部为多层管嵌套压电材料致动器或压电材料管致动器，且所述的第二致动部为多层管嵌套压电材料致动器或压电材料管致动器时，所述的隔离部设置有连通第一致动部的中心孔和第二致动部的中心孔的通孔，该通孔与第一致动部的中心孔和第二致动部的中心孔构成光纤安装孔，光纤固定安装于该光纤安装孔内。

进一步可选的，所述的固定部设置有连通第一致动部的中心孔的通孔，从而固定部的通孔、第一致动部的中心孔、隔离部的通孔和第二致动部的中心孔构成光纤安装孔，光纤固定安装于该光纤安装孔内。

本发明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：

一体成型结构避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺，降低复杂程度、提升制作效率，因此采用一体成型可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性，同时可以防拆卸、防解体，增大整体可靠性和耐用性。并且通过采用多层压电材料管嵌套的结构可以加大致动器的振幅。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为第一类实施例中的一种实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例的剖视结构示意图；

图4为多层管嵌套压电材料致动器的剖视结构示意图；

图5为另一种结构的多层管嵌套压电材料致动器的剖视结构示意图；

图6为第三种结构的多层管嵌套压电材料致动器的剖视结构示意图；

图7为双压电晶片致动器的结构示意图；

图8为压电材料管致动器的结构示意图；

图9为片状堆叠压电材料致动器的剖视结构示意图；

图10为另一种片状堆叠压电材料致动器的剖视结构示意图。。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种扫描驱动器，用以提高扫描驱动器的精确性、稳定性和便于加工性能。

下面对本发明的多个种类的实施例进行说明，每类实施例也都进一步存在多个具有独特特征的实施例。

第1类实施例：

一种扫描驱动器，如图1、图2、图3所示，包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部1、隔离部2和第二致动部3，第一致动部1沿第一轴方向振动，第二致动部3沿第二轴方向振动，第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行，所述的第一致动部1和第二致动部3均为多层管嵌套压电材料致动器，

所述的多层管嵌套压电材料致动器包括至少两层压电材料管601，如图3-图6所示，所述的压电材料管601沿径向依次紧密套装，每层压电材料管601的外部均设置有至少一对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602，每层压电材料管601的内部均设置有与所述外电极602相配合的内电极603。如图4、图5所示，每层压电材料管601的外部均设置有一对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602，如图6所示，每层压电材料管601的外部均设置有两对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602，当然可选的，可根据实际工况选择外电极602的对数。

采用该扫描驱动器的光纤5扫描驱动器，包括光纤5及所述扫描驱动器，光纤5与扫描驱动器固定连接，且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂。第一致动部1驱动光纤5悬臂沿第一轴方向振动，第二致动部3驱动光纤5悬臂沿第二轴方向振动。

第一致动部1和第二致动部3根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动，第二致动部3的固有频率远大于第一致动部1的固有频率，从而进一步带动光纤5悬臂摆动，悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描，以出射带有调制信息的激光从而显现图像。为了使本发明中的光纤5扫描器能够驱动光纤5悬臂实现栅格式扫描，第一致动部1和第二致动部3的固有频率必须不同，即两者可以看作是一种滤波器，只有与致动部自身固有频率匹配的驱动信号才能实现可观的振动幅度。

优选的，所获得第一轴垂直于第二轴，从而使得扫描驱动器的扫描轨迹为规则的矩形，具体应用于光纤5扫描驱动器时，便于显示规则的投影画面。当然第一轴不垂直于第二轴时，同样可应用于光纤5扫描驱动器，此时通过调制输入光纤5的光信号，同样可以获得规则的投影画面。

各层压电材料管601的各个外电极602和内电极603均连接外部驱动电路，以通过电极向各层压电材料管601施加交变电场。各层压电材料管601沿径向极化，每对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602及与之对应的内电极603，在同一时刻驱动该压电材料管601做相反方向的伸缩，即每对外电极602中的一个外电极602及其内电极603驱动位于其范围内的压电材料管601伸长时，另一个外电极602及其内电极603驱动位于其范围内的压电材料管601同步缩短；反之亦然。从而使得压电材料管601沿垂直于轴线的一个方向振动。

第二致动部3与第一致动部1根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5的振动段产生第二轴方向振动和第一轴方向振动的合成方向上的振动，从而进一步带动悬臂段摆动，悬臂段末端的出射端在三维空间中以三维扫描轨迹出射带有调制信息的激光从而显现图像。

优选的，第一致动部1和/或第二致动部3的各层压电材料管601的外电极602在周向上的分布位置相对应。即，各层压电材料管601的上具有相同功能的外电极602在周向上位于同一个位置，并沿径向依次排布。所述的相同功能是指各相同功能的外电极602驱动各层压电材料管601沿同一轴同步振动；也就是，各层压电材料管601的内电极603和外电极602连接外部驱动器件后，各层压电材料管601的自由端在任意时刻均沿相同的方向同步振动。更为优选的，各层压电材料管601的外电极602的对数相同且在周向上的分布位置相同。

可选的，如图4所示，第一致动部1和/或第二致动部3中任意一个位于外层的压电材料管601的内电极603与位于该层压电材料管601内侧且与该层压电材料管601紧邻的压电材料管601的外电极602间设置有电隔离层。此时，各层压电材料管601的内电极603均既可以设置为多个与至少一个外电极602相对应的内电极603分部，也可以为涂覆满整个压电材料管601内壁的电极层。所述各内电极603分部间可以相互绝缘或电连接。

可选的，如图5所示，第一致动部1和/或第二致动部3中任意一个位于外层的压电材料管601的内电极603与位于该层压电材料管601内侧且与该层压电材料管601紧邻的压电材料管601的外电极602为同一电极。此时，各位于外层的压电材料管601的各内电极603即为位于其内侧且紧邻的压电材料管601的外电极602。每个压电材料管601的各内电极603和各外电极602均为一一对应的关系。

优选的，所述的第二致动部3的各电极均连接有薄膜导电层7，各薄膜导电层7均绝缘贴覆于扫描驱动器的表面并延伸至第一致动部1的后端部，所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7贴覆于扫描驱动器上，各薄膜导电层7之间相互绝缘，且各薄膜导电层7均与与其不相干的电极均相互绝缘，与各薄膜导电层7不相干的电极是指未与该薄膜导电层7连接的电极。所述的第一致动部1的各电极均延伸至第一致动部1的后端部。进一步的，第二致动部3各电极层均分别电连接薄膜导电层7，薄膜导电层7绝缘贴覆于第二致动部3、隔离部2和第一致动部1的外表面，并延伸至第一致动部1的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层7之间、各薄膜导电层7与第二致动部3上的其他电极之间和各薄膜导电层7与第一致动部1上的电极或薄膜导电层7之间均相互绝缘。

进一步可选的，所述的隔离部2设置有连通第一致动部1的中心孔和第二致动部3的中心孔的通孔，该通孔与第一致动部1的中心孔和第二致动部3的中心孔构成光纤5安装孔，光纤5固定安装于该光纤5安装孔内。

可选的，所述的扫描驱动器还包括与第一致动部1一体成型的固定部4。进一步的，所述的延伸至第一致动部1后端的第二致动部3的薄膜导电层7继续延伸至固定部4的后端并绝缘贴覆于固定部4的外表面。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7之间和各薄膜导电层7与固定部4上的导电体之间均相互绝缘。可选的，所述的固定部4包括多个沿径向依次紧密套装的压电材料管601，每个多层管嵌套压电材料致动器的压电材料管601均分别连接一个与之对应的固定部4的压电材料管601，固定部4的每个压电材料管601的内表面和外表面均设置有用于连接第一致动部1的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部4的每个压电材料管601的内表面或外表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的电极，另一端延伸至固定部4的后端。从而固定部4的通孔、第一致动部1的中心孔、隔离部2的通孔和第二致动部3的中心孔构成光纤5安装孔，光纤5固定安装于该光纤5安装孔内。

进一步优选的，所述的间隔部包括多个沿径向依次紧密套装的压电材料管601，第一致动部1、第二致动部3和间隔部具有的压电材料管601的层数相同，从而包含所述第一致动部1、间隔部和第二致动部3的扫描驱动器包括由多个沿径向依次紧密套装的压电材料管601构成的主体，间隔部的每个压电材料管601的内表面和外表面均设置有用于连接第二致动部3的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于间隔部的每个压电材料管601的内表面或外表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第二致动部3的电极，另一端延伸至间隔部的后端。

进一步优选的，所述的第一致动部1、第二致动部3、间隔部和固定部4具有的压电材料管601的层数相同，从而包含所述固定部4、第一致动部1、间隔部和第二致动部3的扫描驱动器包括由多个沿径向依次紧密套装的压电材料管601构成的主体，间隔部的每个压电材料管601的内表面和外表面均设置有用于连接第二致动部3的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于间隔部的每个压电材料管601的内表面或外表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第二致动部3的电极，另一端延伸至间隔部的后端或延伸至固定部4的后端。固定部4的每个压电材料管601的内表面和外表面均设置有用于连接第一致动部1的各电极的导电体和用于连接第二致动部3的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部4的每个压电材料管601的内表面或外表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的电极或一个第二致动部3的电极，另一端延伸至固定部4的后端。

第2类实施例：

参考图1所示，本类实施例与第1类实施例的区别在于：

本类实施例中，所述的第二致动部3为双压电晶片致动器，如图7所示，所述的双压电晶片致动器包括中部隔离片611，中部隔离片611的两侧贴覆有一片压电材料片612，每个压电材料片612的两个平行于中部隔离片611的表面均设置有一层电极层613。

优选的，第二致动部3的各电极层613的后端部均分别电连接有薄膜导电层7，薄膜导电层7绝缘贴覆于隔离部2和第一致动部1的外表面，并延伸至第一致动部1的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层7之间和各薄膜导电层7与第一致动部1上的电极或薄膜导电层7之间均相互绝缘。

第3类实施例：

参考图1所示，本类实施例与第1类实施例的区别在于：

本类实施例中，所述的第二致动部3为压电材料管621致动器，如图8所示，所述的压电材料管621致动器包括压电材料管621，压电材料管621的外表面设置有至少一对关于压电材料管621的轴心线对称的外电极622，压电材料管621的内表面设置有与所述外电极622相配合的内电极623。以实现当内电极623和外电极622连接外部驱动器件后，该致动部沿其对应的轴振动。

优选的，第二致动部3的各电极层的后端部均分别电连接有薄膜导电层7，薄膜导电层7绝缘贴覆于隔离部2和第一致动部1的外表面，并延伸至第一致动部1的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层7之间和各薄膜导电层7与第一致动部1上的电极或薄膜导电层7之间均相互绝缘。

第4类实施例：

参考图1所示，本类实施例与第1类实施例的区别在于：

本类实施例中，所述的第一致动部1为双压电晶片致动器，如图7所示，所述的双压电晶片致动器包括中部隔离片611，中部隔离片611的两侧贴覆有一片压电材料片612，每个压电材料片612的两个平行于中部隔离片611的表面均设置有一层电极层613。

优选的，所述的固定部4包括至少两个堆叠设置的压电材料片，每个双压电晶片的压电材料片均分别对应连接一个固定部4的压电材料片，固定部4外表面和固定部4的压电材料片之间设置有用于连接第一致动部1的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部4的压电材料片表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的电极，另一端延伸至固定部4的后端。

第5类实施例：

参考图1所示，本类实施例与第1类实施例的区别在于：

本类实施例中，所述的第一致动部1为压电材料管621致动器，如图8所示，所述的压电材料管621致动器包括压电材料管621，压电材料管621的外表面设置有至少一对关于压电材料管621的轴心线对称的外电极622，压电材料管621的内表面设置有与所述外电极622相配合的内电极623。以实现当内电极623和外电极622连接外部驱动器件后，该致动部沿其对应的轴振动。

优选的，所述的固定部4包括压电材料管，固定部4的压电材料管与第一致动部1的压电材料管621连接，固定部4的压电材料管的内壁和外壁均设置有用于连接第一致动部1的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为绝缘贴覆于固定部4的压电材料管的内壁和外壁的薄膜导电层7，固定部4的压电材料管内壁的每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的内电极623，另一端延伸至固定部4的后端；固定部4的压电材料管外壁的每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的外电极622，另一端延伸至固定部4的后端。

第6类实施例：

本类实施例与第1类实施例的区别在于：

本类实施例中，所述的第一致动部1或第二致动部3为片状堆叠压电材料致动器，结合图9-图10所示，

所述的片状堆叠压电材料致动器包括中部隔离片631，中部隔离片631的一侧依次堆叠有多个平行于中部隔离片631的第一压电材料片632，中部隔离片631的另一侧依次堆叠有多个平行于中部隔离片631的第二压电材料片633，每个第一压电材料片632和每个第二压电材料片633均具有两个平行于中部隔离片631的第一表面，每个第一压电材料片632和每个第二压电材料片633的第一表面均布设有一层电极634。

采用该扫描驱动器的光纤5扫描驱动器，包括光纤5及所述扫描驱动器，光纤5与扫描驱动器固定连接，且光纤5的前端超出扫描驱动器形成光纤5悬臂。第一致动部1驱动光纤5悬臂沿第一轴方向振动，第二致动部3驱动光纤5悬臂沿第二轴方向振动。

第一致动部1和第二致动部3根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5产生第一轴方向振动和第二轴方向振动的合成方向上的振动，第二致动部3的固有频率远大于第一致动部1的固有频率，从而进一步带动光纤5悬臂摆动，悬臂段末端的出射端在三维空间中进行栅格扫描，以出射带有调制信息的激光从而显现图像。为了使本发明中的光纤5扫描器能够驱动光纤5悬臂实现栅格式扫描，第一致动部1和第二致动部3的固有频率必须不同，即两者可以看作是一种滤波器，只有与致动部自身固有频率匹配的驱动信号才能实现可观的振动幅度。

优选的，所获得第一轴垂直于第二轴，从而使得扫描驱动器的扫描轨迹为规则的矩形，具体应用于光纤5扫描驱动器时，便于显示规则的投影画面。当然第一轴不垂直于第二轴时，同样可应用光纤5扫描驱动器，此时通过调制输入光纤5的光信号，同样可以获得规则的投影画面。

各压电材料片表面布设的电极的面积越大，压电材料片的可驱动范围越大，获得的振幅越大。

可选的，如图9所示，位于任意两个相邻第一压电材料片632之间或任意两个相邻第二压电材料片633之间的两层电极634之间设置有电隔离层。

可选的，如图10所示，任意两个相邻第一压电材料片632之间或任意两个相邻第二压电材料片633之间共用一层电极634。

第二致动部3与第一致动部1根据控制部件发出的驱动信号来控制光纤5的振动段产生第二轴方向振动和第一轴方向振动的合成方向上的振动，从而进一步带动悬臂段摆动，悬臂段末端的出射端在三维空间中以三维扫描轨迹出射带有调制信息的激光从而显现图像。

各第一压电材料片632和各第二压电材料片633的电极634均连接外部驱动电路，以通过电极634向各压电材料片施加交变电场。各第一压电材料片632均在各自电极634施加的交变电场的作用下同时伸长或缩短，各第二压电材料片633均在各自电极634施加的交变电场的作用下同时伸长或缩短，且在任一时刻第一压电材料片632和第二压电材料片633的伸缩方向相反。

由于使用时第一致动部1的后端固定安装，第二致动部3的后端通过隔离部2连接第一致动部1，从而当第一致动部1和/或第二致动部3为片状堆叠压电材料致动器时，各致动部的第一压电材料片632和第二压电材料片633的同步反向伸缩会驱动该致动部沿垂直于中部隔离片631的方向振动。

进一步的，第二致动部3的各电极的后端部均分别电连接有薄膜导电层7，薄膜导电层7绝缘贴覆于隔离部2和第一致动部1的外表面，并延伸至第一致动部1的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层7之间和各薄膜导电层7与第一致动部1上的电极634或薄膜导电层7之间均相互绝缘。

所述的一体成型指采用一体成型的工艺将包含第一致动部1、隔离部2和第二致动部3构成的整体构件一体制造成型。例如，第一致动部1、隔离部2和第二致动部3均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体，通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后，通过烘烤即可得到一个包含有第一致动部1、隔离部2和第二致动部3的整体构件，然后根据需要将第一致动部1和第二致动部3进行极化，并在第一致动部1和第二致动部3增设驱动电极。对于包含片状堆叠压电材料致动器、双压电晶片致动器的扫描驱动器，一体成型时是将隔离片和压电陶瓷粉末装入模具压制成型。对于包含片状堆叠压电材料致动器、多层管嵌套压电材料致动器的扫描驱动器，经模具压制成型后的半成品上具有用于填充电极634的电极孔。

进一步的，所述的扫描驱动器还包括与第一致动部1一体成型的固定部4。

同理，所述的一体成型指采用一体成型的工艺将包含固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3构成的整体构件一体制造成型。例如，固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3均包括采用压电陶瓷粉末材料制备的主体，通过将压电陶瓷粉末装入模具压制成型后，通过烘烤即可得到一个包含有固定部4、第一致动部1、隔离部2和第二致动部3的整体构件，然后根据需要将第一致动部1和第二致动部3进行极化，并在第一致动部1和第二致动部3增设驱动电极。

进一步的，所述的延伸至第一致动部1后端的第二致动部3的薄膜导电层7继续延伸至固定部4的后端并绝缘贴覆于固定部4的外表面。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7之间和各薄膜导电层7与固定部4上的导电体之间均相互绝缘。

优选的，所述的固定部4包括多个依次堆叠的第三压电材料片，每个第一压电材料片632和第二压电材料片633均分别连接一个与之对应的第三压电材料片，固定部4的外表面和两个相邻第三压电材料片之间设置有用于连接第一致动部1的各电极634的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于第三压电材料片表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的电极634，另一端延伸至固定部4的后端。作为优选的，第三压电材料片的个数与第一压电材料片632和第二压电材料片633的数量之和相同，每个第三压电材料片分别对应连接一个第一压电材料片632或一个第二压电材料片633。

当第一致动部1为片状堆叠压电材料致动器时，第二致动部3为与第一类实施例相同的多层管嵌套压电材料致动器；当第二致动部3为片状堆叠压电材料致动器时，第一致动部1为与第一类实施例相同的多层管嵌套压电材料致动器。

如前所述，所述的多层管嵌套压电材料致动器包括至少两层压电材料管601，所述的压电材料管601沿径向依次紧密套装，每层压电材料管601的外部均设置有至少一对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602，每层压电材料管601的内部均设置有与所述外电极602相配合的内电极603，如图7、图8所示，每层压电材料管601的外部均设置有一对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602，如图9所示，每层压电材料管601的外部均设置有两对关于压电材料管601的轴心线对称的外电极602，当然可选的，可根据实际工况选择外电极的对数。优选的，各层压电材料管601的外电极602在周向上的分布位置相对应。即，各层压电材料管601的上相同功能的外电极602在周向上位于同一个位置，沿径向依次排布，所述的相同功能是指各相同功能的外电极602驱动各层压电材料管601沿同一轴同步振动。也就是，各层压电材料管601的内电极603和外电极602连接外部驱动器件后，各层压电材料管601的自由端在任意时刻均沿相同的方向同步振动。更为优选的，各层压电材料管601的外电极602的对数相同且在周向上的分布位置相同。

可选的，如图4所示，任意一个位于外层的压电材料管601的内电极603与位于该层压电材料管601内侧且与该层压电材料管601紧邻的压电材料管601的外电极602间设置有电隔离层。此时，各层压电材料管601的内电极603均既可以设置为多个与至少一个外电极602相对应的内电极603分部，也可以为涂覆满整个压电材料管601内壁的电极层。所述各内电极603分部间可以相互绝缘或电连接。

可选的，如图5所示，任意一个位于外层的压电材料管601的内电极603与位于该层压电材料管601内侧且与该层压电材料管601紧邻的压电材料管601的外电极602为同一电极。此时，各位于外层的压电材料管601的各内电极603即为位于其内侧且紧邻的压电材料管601的外电极602。每个压电材料管601的各内电极603和各外电极602均为一一对应的关系。

进一步优选的，第二致动部3的各电极层均分别电连接薄膜导电层7，薄膜导电层7绝缘贴覆于第二致动部3、隔离部2和第一致动部1的外表面，并延伸至第一致动部1的后端。所述的绝缘贴覆是指各薄膜导电层7均贴覆于扫描器上并与扫描驱动器上的其他导电部件间均相互绝缘。具体来说，如各薄膜导电层7之间、各薄膜导电层7与第二致动部3上的其他电极之间和各薄膜导电层7与第一致动部1上的电极或薄膜导电层7之间均相互绝缘。

进一步的，对于第一致动部1为多层管嵌套压电材料致动器且设置有固定部4的实施例，所述的固定部4包括多个沿径向依次紧密套装的压电材料管，每个多层管嵌套压电材料致动器的压电材料管均分别连接一个与之对应的固定部4的压电材料管，固定部4的每个压电材料管的内表面和外表面均设置有用于连接第一致动部1的各电极的导电体，优选的，所述的导电体为贴覆于固定部4的每个压电材料管的内表面和外表面的薄膜导电层7，每个薄膜导电层7一端对应连接一个第一致动部1的电极，另一端延伸至固定部4的后端。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明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：

一体成型结构避免了后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺，降低复杂程度、提升制作效率，因此采用一体成型可大大降低制作过程中的难度并且提升器件可靠性，同时可以防拆卸、防解体，增大整体可靠性和耐用性。并且通过采用多层压电材料管嵌套的结构可以加大致动器的振幅。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种扫描驱动器，其特征在于，包括一体成型并沿从后向前的方向依次连接的第一致动部、隔离部和第二致动部，第一致动部沿第一轴方向振动，第二致动部沿第二轴方向振动，第一轴和第二轴均垂直于前后方向且相互不平行，所述的第一致动部和第二致动部中至少有一个为多层管嵌套压电材料致动器，

所述的多层管嵌套压电材料致动器包括至少两层压电材料管，所述的压电材料管沿径向依次紧密套装，每层压电材料管的外部均设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，每层压电材料管的内部均设置有与所述外电极相配合的内电极。

2.如权利要求1所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的多层管嵌套压电材料致动器中任意一个位于外层的压电材料管的内电极与位于该层压电材料管内侧且与该层压电材料管紧邻的压电材料管的外电极间设置有电隔离层，或

所述的多层管嵌套压电材料致动器中任意一个位于外层的压电材料管的内电极与位于该层压电材料管内侧且与该层压电材料管紧邻的压电材料管的外电极为同一电极。

3.如权利要求1所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的第二致动部的各电极均连接有薄膜导电层，各薄膜导电层均绝缘贴覆于扫描驱动器的表面并延伸至第一致动部的后端部。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种扫描驱动器，其特征在于，当所述的第一致动部为多层管嵌套压电材料致动器时，第二致动部为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或多层管嵌套压电材料致动器，当所述的第二致动部为多层管嵌套压电材料致动器时，第一致动部为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或多层管嵌套压电材料致动器。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的一种扫描驱动器，其特征在于，当所述的第一致动部为多层管嵌套压电材料致动器或压电材料管致动器，且所述的第二致动部为多层管嵌套压电材料致动器或压电材料管致动器时，所述的隔离部设置有连通第一致动部的中心孔和第二致动部的中心孔的通孔，该通孔与第一致动部的中心孔和第二致动部的中心孔构成光纤安装孔。

6.如权利要求4所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的双压电晶片致动器包括中部隔离片，中部隔离片的两侧贴覆有一片压电材料片，每个压电材料片的两个平行于中部隔离片的表面均设置有一层电极层。

7.如权利要求4或5所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的压电材料管致动器包括压电材料管，压电材料管的外表面设置有至少一对关于压电材料管的轴心线对称的外电极，压电材料管的内表面设置有与所述外电极相配合的内电极。

8.如权利要求4或5所述的一种扫描驱动器，其特征在于，当所述的第一致动部和第二致动部均为多层管嵌套压电材料致动器时，所述的间隔部包括多个沿径向依次紧密套装的压电材料管，第一致动部、第二致动部和间隔部具有的压电材料管的层数相同，包含所述第一致动部、间隔部和第二致动部的扫描驱动器包括由多个沿径向依次紧密套装的压电材料管构成的主体。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种扫描驱动器，其特征在于，还包括与第一致动部一体成型的固定部。

10.一种光纤扫描器，其特征在于，包括上述如权利要求1-9中任意一项所述的扫描驱动器和光纤，光纤与扫描驱动器固定连接且光纤的前端超出扫描驱动器形成光纤悬臂。

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