CN207689756U - 一种光纤扫描投影设备及光纤扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤扫描投影设备及光纤扫描装置，所述光纤扫描投影设备包括：光源；光纤扫描装置，所述光纤扫描装置包括扫描驱动器和扫描光纤，所述扫描光纤包括扫描光纤尾纤和能够振动的光纤悬臂梁，所述扫描光纤尾纤与所述光源连接，所述光纤悬臂梁能够在所述扫描驱动器的驱动下振动，所述光纤悬臂梁的光输出端为透镜光纤。上述方案可以减小光纤扫描的出光光斑直径，提高扫描图像分辨率。

Description

一种光纤扫描投影设备及光纤扫描装置

技术领域

本实用新型涉及光学成像领域，尤其涉及一种光纤扫描投影设备及光纤扫描装置。

背景技术

目前，在激光显示，AR(Augmented Reality；增强现实)/VR(Virtual Reality；虚拟现实)可穿戴设备，二维图像扫描等领域，对显示图像的分辨率有越来越高的要求。例如，便携式激光投影显示设备，需要在有限的显示区域实现高分辨率的画质；AR/VR可穿戴设备，需要显示器件易于集成，功耗低，同时显示分辨率高，从而更接近真实情境。

由于工艺难度的限制，LCD(Liquid Crystal Display；液晶显示器)/OLED(Organic Light-Emitting Diode；有机发光二极管)的显示像素点大小一般是几微米至几十微米，难以实现高分辨率，而光纤扫描的出光光斑(相当于LCD/OLED的显示像素点)直径可以达到约3到4微米，从而减小像素点大小，相较于LCD/OLED来说，光纤扫描可以实现比较高的分辨率，但对于前述激光显示、可穿戴设备以及二维图像扫描等领域来说，目前光纤扫描能够实现的分辨率还不能满足需要，本实用新型的目的就是提供一种减小光纤扫描的出光光斑直径，进而提高扫描图像分辨率的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光纤扫描投影设备及光纤扫描装置，用于减小光纤扫描的出光光斑直径，提高扫描图像分辨率。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提供一种光纤扫描投影设备，包括：

光源；

光纤扫描装置，所述光纤扫描装置包括扫描驱动器和扫描光纤，所述扫描光纤包括扫描光纤尾纤和能够振动的光纤悬臂梁，所述扫描光纤尾纤与所述光源连接，所述光纤悬臂梁能够在所述扫描驱动器的驱动下振动，所述光纤悬臂梁的光输出端为透镜光纤。

可选的，所述透镜光纤为锥形透镜光纤，所述锥形透镜光纤包括锥形区和透镜。

可选的，所述透镜为楔形透镜、双曲率透镜、球面形透镜或自聚焦透镜。

可选的，所述设备还包括，光纤合束器，所述光纤合束器的输入端与光源连接，所述光纤合束器的输出端与所述扫描光纤尾纤连接，所述光纤合束器的输入端为扩展纤芯结构。

可选的，所述光纤合束器为熔融光纤合束器。

可选的，所述光纤合束器包括多个输入端，所述设备包括多个光源，多个所述光源与所述光纤合束器的多个输入端一一对应。

可选的，所述光源为RGB三色激光发光芯片或组件，或者RGB三色LED发光芯片或组件。

可选的，所述光源还包括散热结构。

可选的，所述散热结构具体为散热片或者制冷器。

可选的，所述扫描光纤为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、双包层光纤或保偏光纤。

本实用新型第二方面提供一种光纤扫描装置，包括：

扫描驱动器和固定在所述扫描驱动器上的扫描光纤；

所述扫描光纤包括能够在所述扫描驱动器的驱动下振动的光纤悬臂梁，所述光纤悬臂梁的光输出端为透镜光纤。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型实施例的方案中，扫描光纤的光纤悬臂梁的光输出端为透镜光纤，相比普通光纤，透镜光纤可以对光纤悬臂梁的输出光线进行聚焦，减小光纤悬臂梁的出光光斑直径，从而提高扫描显示图像的分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型实施例提供的光纤扫描投影设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光纤扫描投影显示的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的透镜光纤的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的光纤扫描投影设备的另一结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的扩展纤芯结构的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的光纤合束器与多个光源的连接示意图；

图7A-图7B为本实用新型实施例提供的光纤合束器的两种可能的级联方式的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种可能的扫描驱动器的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的另一种可能的扫描驱动器的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的光纤扫描装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种光纤扫描投影设备，如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的光纤扫描投影设备的结构示意图，其中，光纤扫描投影设备包括光源10；光纤扫描装置，所述光纤扫描装置包括扫描驱动器201和扫描光纤202，所述扫描光纤202包括扫描光纤尾纤2021和能够振动的光纤悬臂梁2022，所述扫描光纤尾纤2021与所述光源10连接，所述光纤悬臂梁2022能够在所述扫描驱动器201的驱动下振动，所述光纤悬臂梁2022的光输出端为透镜光纤，其中，所述扫描光纤尾纤2021是指扫描光纤202的后端超出扫描驱动器201的部分，光纤悬臂梁2022是指扫描光纤202的前端超出扫描驱动器201的部分。

如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的光纤扫描投影显示的示意图，光纤扫描投影设备1包括光源10(图中未示出)、光纤扫描装置20和透镜组30，光纤扫描装置20扫描的光线经过透镜组30后，在成像面上形成图像，l为成像面上的图像的长度，w为成像面上的图像的宽度，p为扫描光线在成像面上形成的像素点，像素点p的尺寸越小，能够实现的图像分辨率越高。因此，本实用新型实施例中，通过透镜光纤，可以对光纤悬臂梁2022的输出光线进行聚焦，减小光纤悬臂梁2022的出光光斑直径，相应的，也就减小了成像面上的像素点p的尺寸，因而能够实现更高的扫描图像分辨率。举例来讲，以单模光纤为例，普通单模光纤的出光光斑直径一般为3微米至4微米，而在单模光纤的光纤输出端为透镜光纤时，单模光纤的出光光斑直径可以缩小至1微米，甚至更小，从而提高扫描图像分辨率。

本实用新型实施例中，如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的透镜光纤的结构示意图，光纤悬臂梁2022的光输出端可以通过端面处理的方式形成锥形区2024和透镜2023，其中，L为锥形区2024的长度，透镜2023可以楔形透镜、双曲率形透镜、球面形透镜或自聚焦透镜等，透镜2023的作用为对光纤悬臂梁2022的输出光线进行聚焦，以减小光纤悬臂梁2022的出光光斑直径，锥形区2024的作用为减小等效光纤悬臂梁的长度，从而增大光纤悬臂梁2022能够达到的扫描频率和扫描幅度。

具体来讲，端面处理方式可以为熔融拉锥技术、冷加工研磨或者化学腐蚀等，因此，锥形区2024和透镜2023可以是一体成型的。本实用新型实施例中，通过对光纤悬臂梁2022的光输出端进行端面处理，形成锥形区2024和透镜2023，不会增大光纤悬臂梁2022的负载，反而可以减小等效光纤悬臂梁的长度，从而增大光纤悬臂梁2022能够达到的扫描频率和扫描幅度。

本实用新型实施例中，如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的光纤扫描投影设备的另一结构示意图，所述设备还包括光纤合束器40，所述光纤合束器40的输入端与光源10连接，所述光纤合束器40的输出端与所述扫描光纤尾纤2021连接。如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的扩展纤芯结构的示意图，所述光纤合束器40的输入端为扩展纤芯结构，其中，a为扩展前的纤芯直径，b为进行纤芯扩展处理后的纤芯直径，c为带涂覆层的裸光纤的直径，b>a，举例来讲，扩展前的纤芯直径a一般为0.009mm左右，扩展后的纤芯直径b可以达到0.080mm或更大的值，本领域技术人员可以根据实际情况选择扩展后的纤芯直径，本实用新型在此不再赘述。

在上述方案中，由于光纤合束器40的输入端采用扩展纤芯结构，相比普通纤芯，扩展纤芯结构能够收集更多光能量，从而将光源10输出的光高效率的耦合进光纤合束器40。

本实用新型实施例中，光纤合束器40可以包括多个输入端，对应扫描投影设备的多个光源10，在具体实施过程中，光源10可以为RGB光源，如图6所示，图6为本实用新型实施例提供的光纤合束器与多个光源的连接示意图(图中省略了扫描驱动器201)。具体的，光源10包括红光发光单元101、绿光发光单元102和蓝光发光单元103，通过将红光发光单元101、绿光发光单元102和蓝光发光单元103出射的光线组合到一起，就能够形成不同色度的光线，在此就不再赘述了。在具体实施过程中，光源10为RGB三色激光发光芯片或组件，或者RGB三色LED发光芯片或组件。

对应的，光纤合束器40包括3个输入端，光纤合束器40的3个输入端分别与红光发光单元101、绿光发光单元102和蓝光发光单元103连接，光纤合束器40的多个输入端均为扩展纤芯结构，从而将光源10输出的光高效率的耦合进光纤合束器40，然后，光纤合束器40将红光发光单元101、绿光发光单元102和蓝光发光单元103输出的光合束到扫描光纤202中，进一步，由于光纤悬臂梁2022的输出端的透镜2023，从而可以缩小光纤悬臂梁2022的出光光斑直径，提高扫描图像分辨率。

本实用新型实施例中，光源10的类型并不限于RGB光源，相应的，光纤合束器40的输入端个数也不限于3个，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的光源10和光纤合束器40的输入端数量，本实用新型对此不做限制。

在具体实施过程中，根据光纤合束器40的制造方式，光纤合束器40具体可以为熔融光纤合束器。

在具体实施过程中，光纤合束器40可以有不同的级联方式，举例来讲，假设光纤合束器40包括3个输入端，3个输入端可以直接相连，如图7A所示，或者3个输入端401分级相连，如图7B所示，本领域技术人员可以根据实际情况，选择合适的级联方式，本实用新型在此不再赘述。

本实用新型实施例中，如图4所示，光纤扫描投影设备还包括固定座50，光纤扫描装置20固定安装在固定座50上，固定座50上开设有扫描光纤尾纤2021能够穿过的通孔501，使得扫描光纤202能够穿过通孔501与光源10连接。

接下来，对本实用新型实施例中的扫描驱动器201进行说明。如图8所示，图8为本实用新型实施例提供的一种可能的扫描驱动器的结构示意图，所述扫描驱动器201可以为二维扫描驱动器，二维扫描驱动器可以包括两个一维扫描驱动器，分别为X方向扫描驱动器2011和与X方向垂直的Y方向扫描驱动器2012，在扫描驱动器201工作时，X方向扫描驱动器2011沿X方向振动，带动光纤悬臂梁2022沿X方向振动，Y方向扫描驱动器2012沿Y方向振动，带动光纤悬臂梁2022沿Y方向振动，从而实现二维扫描，其中X方向是指与X方向扫描驱动器2011的表面e垂直的方向，Y方向是指与Y方向扫描驱动器2012的表面f垂直的方向。

在具体实施过程中，扫描驱动器201可以为压电驱动器、静电驱动器、电磁驱动器或MEMS(Micro-Electro-Mechanical System；微机电***)驱动器，本实用新型对此不做限制。

在具体实施过程中，X方向扫描驱动器2011和Y方向扫描驱动器2012可以通过胶粘、镶嵌固结以及增加固定结构等方式连接在一起，接下来，以X方向扫描驱动器2011和Y方向扫描驱动器2012，通过固定结构连接的方式为例进行说明。

如图9所示，图9为本实用新型实施例提供的另一种可能的扫描驱动器的结构示意图，扫描驱动器201包括X方向扫描驱动器2011、Y方向扫描驱动器2012、两片固定结构2013以及开设在固定结构2013上的光纤容置凹槽2014。通过两片固定结构2013将X方向扫描驱动器2011固定在Y方向扫描驱动器上2012，固定结构2013上开设有光纤容置凹槽2014，使得扫描光纤202能够容置在光纤容置凹槽2014中，进而固定在X方向扫描驱动器2011上。

在其他实施例中，扫描驱动器201还可以为圆管型光纤扫描装置、由四片扫描致动器组成的四方形光纤扫描装置、由三片扫描致动器组成的三角形光纤扫描装置等等，本实用新型对此不做限制。

本实用新型实施例中，光源10还包括散热结构，以避免光源10因温度过高而导致出射的光线的波长发生变化，保证光源10出射的光线的稳定性。

在具体实施过程中，散热结构可以为散热片或者制冷器，当然，本领域技术人员可以根据实际情况，选择其他合适的散热结构，本实用新型对此不做限制。

本实用新型实施例中，扫描光纤202具体可以为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、双包层光纤或保偏光纤等，本领域所属的技术人员可以根据实际情况选择合适的出射光纤，本实用新型对此不做限制。

基于同一发明构思，本实用新型实施例还提供一种光纤扫描装置，如图10所示，图10为本实用新型实施例提供的光纤扫描装置的结构示意图，光纤扫描装置包括：扫描驱动器601和固定在所述扫描驱动器601上的扫描光纤602；所述扫描光纤602包括能够在所述扫描驱动器601的驱动下振动的光纤悬臂梁6021，所述光纤悬臂梁6021为透镜光纤。

关于光纤扫描装置的各种变化方式和具体实例前述实施例中已经说明，通过前述对光纤扫描装置的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中光纤扫描装置的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

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：

本实用新型实施例的方案中，扫描光纤的光纤悬臂梁为透镜光纤，相比普通光纤，透镜光纤可以对光纤悬臂梁的输出光线进行聚焦，减小光纤悬臂梁的出光光斑直径，从而提高扫描显示图像的分辨率。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，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。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型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)

1.一种光纤扫描投影设备，其特征在于，包括：

光源；

光纤扫描装置，所述光纤扫描装置包括扫描驱动器和扫描光纤，所述扫描光纤包括扫描光纤尾纤和能够振动的光纤悬臂梁，所述扫描光纤尾纤与所述光源连接，所述光纤悬臂梁能够在所述扫描驱动器的驱动下振动，所述光纤悬臂梁的光输出端为透镜光纤。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述透镜光纤为锥形透镜光纤，所述锥形透镜光纤包括锥形区和透镜。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述透镜为楔形透镜、双曲率透镜、球面形透镜或自聚焦透镜。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括光纤合束器，所述光纤合束器的输入端与光源连接，所述光纤合束器的输出端与所述扫描光纤尾纤连接，所述光纤合束器的输入端为扩展纤芯结构。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述光纤合束器为熔融光纤合束器。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述光纤合束器包括多个输入端，所述设备包括多个光源，多个所述光源与所述光纤合束器的多个输入端一一对应。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述光源为RGB三色激光发光芯片或组件，或者RGB三色LED发光芯片或组件。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述光源还包括散热结构。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述散热结构具体为散热片或者制冷器。

10.一种光纤扫描装置，其特征在于，包括：

扫描驱动器和固定在所述扫描驱动器上的扫描光纤；

所述扫描光纤包括能够在所述扫描驱动器的驱动下振动的光纤悬臂梁，所述光纤悬臂梁的光输出端为透镜光纤。