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
单光纤共振型压电扫描器是利用光纤悬臂在驱动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-mechanicalsystem；微机电系统)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。但现有扫描驱动器存在加工难度大、振动轴方向不易调整、难以增大振幅等问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种扫描器驱动器及光纤扫描器，用以降低加工难度、方便调整振动轴方向，并且进一步的可方便增大振幅。
为了实现上述发明目的，本发明一方面提供了一种扫描驱动器，包括沿前后方向延伸的基体，基体的后端为固定端，基体的前端为自由端，基体沿前后方向延伸的表面上设置有至少一个用于驱动基体的自由端沿垂直于前后方向的轴振动的致动器。
所述的致动器在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动，从而驱使机体做扭曲动作，以使得基体的自由端沿一个垂直于前后方向的轴振动。
具体的，当某致动器沿前后方向收缩时，基体向该致动器所处的一侧弯曲，从而带动其自用端向该侧移动；当该致动器沿前后方向伸长时，基体向该致动器关于基体轴心相对的另一侧弯曲。
致动器在基体表面上的附着位置及沿前后方向延伸的长度均不作限定，只需调整至能够使基体扭曲摆动即可，本领域技术人员均可根据需求配置出相应的结构。采用上述结构可以方便对基体的振动轴方向进行调整，通过改变致动器的贴合面即可实现，降低了加工难度和调整难度。
当基体的表面设置有至少两个致动器时，各致动器分别驱动基体的自由端沿同一个轴振动或沿数量不多于致动器个数的互不平行的轴振动。
基体被垂直于前后方向的平面截得的截面为由线段和/或曲线围成的闭合图形，如矩形、方形、四边形、圆形、多边形、椭圆形、倒圆角方形、不规则闭合图形等。并且优选的，基体为各部位被垂直于前后方向的平面截得的截面均相同的柱体，其弹性模量优选范围为大于40gpa。基体用于将致动器的伸缩运动转换为基体的扭曲运动。
优选的，所述的基体的表面设置有一个或两个用于驱动基体的自由端沿第一轴振动的第一致动器和一个或两个用于驱动基体的自由端沿第二轴振动的第二致动器，第一轴与第二轴互不平行。第一致动器和第二致动器分布在基体的沿前后方向延伸的表面上，并且布设位置在周向上具有大于0度小于180度的夹角。当第一致动器和第二致动器同时驱动基体的自由端进行振动时，基体的自由端的摆动轨迹为沿两个轴进行振动的合成轨迹。因而，为了方便驱动信号的设置以控制摆动轨迹，所述的第一轴与第二轴相互垂直。
当第一致动器的数量为两个时，两个第一致动器的布设位置关于基体的中心对称，即两者布设位置在周向上具有180度夹角。两者配合动作，同时驱动基体的自由端沿第一轴振动。具体的，在任意时刻，两者的伸缩方向相反，即，当其中一个第一致动器收缩时，另一个第一致动器伸长，从而同时驱动基体向同一侧弯曲，反之，则同时驱动基体向另一侧弯曲。同样道理，当第二致动器的数量为两个时，两个第二致动器的布设位置关于基体的中心对称，即两者布设位置在周向上具有180度夹角。通过设置两个第一致动器或两个第二致动器能够实现对机体扭曲程度的放大。
可选的，所述的致动器可采用压电材料、电致伸缩材料、铁电材料、磁致伸缩材料等可以实现伸缩功能或高频伸缩的材料制成。
优选的，所述的致动器为压电致动器，以能够实现高频伸缩，满足高频振动的工况需求。进一步地，压电致动器中包括压电材料本体，压电材料本体沿前后方向极化，压电材料本体的前端面和后端面均设有电极。
所述的致动器中至少有一个致动器包括多个沿从前到后的方向依次贴合的致动器单元。每个致动器单元均在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动。同理，各致动器单元也均可采用压电材料、电致伸缩材料、铁电材料、磁致伸缩材料等可以实现伸缩功能或高频伸缩的材料制成。通过采用多个致动器单元叠加贴合的结构，可以增大致动器的伸缩幅度进而增大基体的扭曲幅度，也就增大了光纤悬臂的摆动幅度，有效加大了光纤悬臂出射图像的视场角。
优选的，所述的致动器单元为压电致动器单元，所述的压电致动器单元包括压电材料本体，压电材料本体沿前后方向极化，压电材料本体的前端面和后端面均设有电极，任意两个相邻的压电致动器单元间共用一个电极或设置有绝缘隔离层。
所述的压电致动器单元可以在贴合前分别对压电材料本体进行极化，也可以在贴合后对多个压电致动器单元的压电材料本体整体进行极化。
进一步优选的，所述的压电致动器单元的压电材料本体呈板状或片状，压电材料本体的延伸方向垂直于前后方向，板状或片状压电材料本体的前后表面均设有电极，多个压电致动器单元沿从前到后的方向依次贴合并固定设置于基体的表面。每个压电致动器单元的前后两侧均设置有一个电极，进一步的，任意两个相邻压电致动器单元间可以共用一个电极，或在该两个压电致动器单元均两侧均设置有一个独立的电极，此时则需在该两个压电致动器单元间设置一层绝缘隔离层。优选的，各压电致动器单元的压电材料本体的极化方向相同，故位于相邻的两个压电制动元之间的两个相邻的电极的极性相反。
所述的板状或片状压电材料本体的形状并不受限制，以三角形的板状压电材料本体的为例，三角形的板状压电材料本体的两侧分别设置有一个层电极，构成一个压电致动器单元。多个压电致动器单元沿从前到后的方向依次贴合并固定设置于基体的表面。
对于压电致动器单元的电极，优选的，每个电极均连接有用于接电的电极引线端子。
为了方便电极引线端子的设置，所述的压电致动器单元的压电材料本体为具有凸起或凹槽的形状，相邻压电致动器单元在贴合时，相互在周向错开一定角度。从而，当压电材料本体具有凸起时，可以将压电材料本体的凸起作为电极引线端子；当压电材料本体具有凹槽时，可以将压电致动器单元位于相邻压电致动器单元的凹槽内的侧壁作为电极引线端子。上述两种结构使得压电致动器单元自身的一部分作为电极引线端子，压电致动器单元不用额外增设电极引线端子，简化了压电致动器单元依次贴合叠加的结构，提高了由压电致动器单元构成的致动器的刚性，提升了频响特性。
本发明实施例另一方面提供一种光纤扫描器，包括至少一个如上所述的任意一种扫描驱动器和光纤，光纤与扫描驱动器的基体或致动器固定连接，光纤前端超出与光纤固定连接的基体或致动器的部分形成光纤悬臂。
扫描驱动器驱动光纤悬臂振动，光纤中通有调制光，在光纤悬臂振动过程中调制光出射后形成图像。
所述基体和/或致动器内设置有供光纤穿过的孔，光纤固定置于所述孔内；或光纤固定在基体和/或致动器的外表面。基体用于将致动器的伸缩运动转换为基体的扭曲运动，以带动光纤悬臂做扫描摆动运动，即将伸缩力传导至光纤悬臂上使光纤悬臂扫描摆动。
当光纤扫描器包括至少两个如上所述的任意一种扫描驱动器时，所述的扫描驱动器沿从前到后的方向依次连接，任意两个相邻的扫描驱动器中，位于前侧的扫描驱动器的基体的固定端与位于后侧的扫描驱动器的基体的自由端固定连接，光纤与位于最前端的扫描驱动器的基体或致动器固定连接，光纤前端超出与光纤固定连接的基体或致动器的部分形成光纤悬臂。从而每个扫描驱动器带动与其连接的扫描驱动器或光纤悬臂进行振动，并且光纤悬臂最终的运动轨迹为各扫描驱动器振动轨迹的组合轨迹。
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：
致动器沿前后方向收缩时，基体向该致动器所处的一侧弯曲，从而带动其自用端向该侧移动；当该致动器沿前后方向伸长时，基体向该致动器关于基体轴心相对的另一侧弯曲，从而实现了致动器驱动基体振动。基体的自由端进行振动时，基体的自由端既可以做一维振动也可以做二维振动，适用范围广。通过采用多个致动器单元叠加贴合的结构，可以增大致动器的伸缩幅度进而增大基体的扭曲幅度，也就增大了光纤悬臂的摆动幅度，有效加大了光纤悬臂出射图像的视场角。
附图说明
图1为本发明扫描驱动器的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明扫描驱动器的另一种实施例的结构示意图；
图3为采用由多个致动器单元构成的致动器的扫描驱动器实施例的结构示意图；
图4为由多个压电致动器单元构成的致动器的结构示意图；
图5为截面为三角形的压电致动器单元构成的致动器的结构示意图；
图6为压电材料本体截面为三角形的压电致动器单元的结构示意图；
图7为压电材料本体截面为圆形的压电致动器单元的电极引线端子设置结构示意图；
图8为压电材料本体具有凸起的压电致动器单元的结构示意图；
图9为压电材料本体截面为方形、具有凹槽的压电致动器单元的结构示意图；
图10为压电材料本体截面为圆形、具有凹槽的压电致动器单元的结构示意图；
图11为本发明采用一个扫描驱动器的光纤扫描器的实施例的结构示意图；
图12为本发明采用一个扫描驱动器的光纤扫描器的另一种实施例的结构示意图；
图13为本发明采用一个扫描驱动器的光纤扫描器的第三种实施例的结构示意图；
图14为本发明采用两个扫描驱动器的光纤扫描器的实施例的结构示意图；
图15为本发明采用两个扫描驱动器的光纤扫描器的另一种实施例的结构示意图；
图16为本发明采用两个扫描驱动器的光纤扫描器的第三种实施例的结构示意图；
图17为本发明采用两个扫描驱动器的光纤扫描器的第四种实施例的结构示意图。
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。
本发明实施例一方面提供一种扫描驱动器，包括沿前后方向延伸的基体1，基体1的后端为固定端11，基体1的前端为自由端12，基体1的沿前后方向延伸的表面上设置有至少一个用于驱动基体1的自由端12沿垂直于前后方向的轴振动的致动器2。
所述的致动器2在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动，从而驱使机体做扭曲动作，以使得基体1的自由端12沿一个垂直于前后方向轴振动。
具体的，当某致动器2沿前后方向收缩时，基体1向该致动器2所处的一侧弯曲，从而带动其自用端向该侧移动；当该致动器沿前后方向伸长时，基体1向该致动器关于基体1轴心相对的另一侧弯曲。
致动器2在基体1表面上的附着位置及沿前后方向延伸的长度均不作限定，只需调整至能够使基体1扭曲摆动即可，本领域技术人员均可根据需求配置出相应的结构。
基体1的表面可以设置一个致动器2，也可设置两个或多个致动器2。
当基体1的表面仅设置一个致动器时，基体1的自由端12沿一个垂直于前后方向的轴振动，且该轴是与基体1轴心线和致动器的中心线共平面。
当基体1的表面设置有两个致动器时，两个致动器可以驱动基体1沿一个轴振动，也可以驱动基体1沿两个轴振动，当然，上述的轴均垂直于前后方向。
当两个致动器驱动基体1沿同一个轴振动时，两个致动器的布设位置关于基体1的中心对称，即两者布设位置在周向上具有180度夹角。两者配合动作，同时驱动基体1的自由端12沿第一轴振动。具体的，在任意时刻，两者的伸缩方向相反，即，当其中一个致动器收缩时，另一个致动器伸长，从而同时驱动基体1向同一侧弯曲，反之，则同时驱动基体1向另一侧弯曲。
当两个致动器驱动基体1沿两个不同的轴振动时，如图2所示，两个致动器的布设位置在周向上具有大于0度小于180度的夹角，当两个致动器同时驱动基体1的自由端12进行振动时，基体1的自由端12的摆动轨迹为沿两个轴进行振动的合成轨迹。因而，为了方便驱动信号的设置以控制摆动轨迹，所述的第一轴与第二轴相互垂直。
当基体1的表面设置有多个致动器时，所述的多个致动器包括多个用于驱动基体1沿不同的轴振动的致动器或致动器对。所述的致动器对是指驱动致动器沿同一轴振动的两个致动器，其布设方式与上述的当两个致动器驱动基体1沿同一个轴振动时，两个致动器的布设方式相同。
作为一种优选的实施例，所述的基体1的表面设置有一个或两个用于驱动基体1的自由端12沿第一轴振动的第一致动器21和一个或两个用于驱动基体1的自由端12沿第二轴振动的第二致动器22，第一轴与第二轴互不平行。第一致动器21和第二致动器22分布在基体1的沿前后方向延伸的表面上，并且布设位置在周向上具有大于0度小于180度的夹角。当第一致动器21和第二致动器22同时驱动基体1的自由端12进行振动时，基体1的自由端12的摆动轨迹为沿两个轴进行振动的合成轨迹。因而，为了方便驱动信号的设置以控制摆动轨迹，所述的第一轴与第二轴相互垂直。
当第一致动器21的数量为两个时，两个第一致动器21的布设位置关于基体1的中心对称，即两者布设位置在周向上具有180度夹角。两者配合动作，同时驱动基体1的自由端12沿第一轴振动。具体的，在任意时刻，两者的伸缩方向相反，即，当其中一个第一致动器21收缩时，另一个第一致动器21伸长，从而同时驱动基体1向同一侧弯曲，反之，则同时驱动基体1向另一侧弯曲。同样道理，当第二致动器22的数量为两个时，两个第二致动器22的布设位置关于基体1的中心对称，即两者布设位置在周向上具有180度夹角。
可选的，所述的致动器可采用压电材料、电致伸缩材料、铁电材料、磁致伸缩材料等可以实现伸缩功能或高频伸缩的材料制成。
优选的，所述的致动器为压电致动器，以能够实现高频伸缩，满足高频振动的工况需求。进一步地，压电致动器中包括压电材料本体，压电材料本体沿前后方向极化，压电材料本体的前端面和后端面均设有电极。
所述的致动器中至少有一个致动器包括多个沿从前到后的方向依次贴合的致动器单元201，如图3所示。每个致动器单元201均在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动。同理，各致动器单元201也均可采用压电材料、电致伸缩材料、铁电材料、磁致伸缩材料等可以实现伸缩功能或高频伸缩的材料制成。
优选的，所述的致动器单元201为压电致动器单元，如图4所示，所述的压电致动器单元包括压电材料本体2011，压电材料本体2011沿前后方向极化，压电材料本体2011的前端面和后端面均设有电极2012，任意两个相邻的压电致动器单元间共用一个电极2012或设置有绝缘隔离层。
所述的压电致动器单元可以在贴合前分别对压电材料本体2011进行极化，也可以在贴合后对多个压电致动器单元的压电材料本体2011整体进行极化。
进一步优选的，所述的压电致动器单元的压电材料本体2011呈板状或片状，压电材料本体2011的延伸方向垂直于前后方向，板状或片状压电材料本体2011的前后表面均设有电极2012，多个压电致动器单元沿从前到后的方向依次贴合并固定设置于基体1的表面。多个压电致动器单元堆叠的结构可以增大伸缩幅度，进而增大基件的扭曲幅度，也就增大了光纤悬臂31的摆动幅度，有效加大了光纤悬臂31出射图像的视场角。每个压电致动器单元的前后两侧均设置有一个电极2012，进一步的，任意两个相邻压电致动器单元间可以共用一个电极2012，或在该两个压电致动器单元均两侧均设置有一个独立的电极2012，此时则需在该两个压电致动器单元间设置一层绝缘隔离层。优选的，各压电致动器单元的压电材料本体2011的极化方向相同，故位于相邻的两个压电制动元之间的两个相邻的电极2012的极性相反。
所述的板状或片状压电材料本体2011的形状并不受限制，以三角形的板状压电材料本体2011的为例，如图5、图6所示，三角形的板状压电材料本体2011的两侧分别设置有一个层电极2012，构成一个压电致动器单元。多个压电致动器单元沿从前到后的方向依次贴合并固定设置于基体1的表面。
对于压电致动器单元的电极2012，优选的，如图7所示，每个电极2012均连接有用于接电的电极2012引线端子。
为了方便电极2012引线端子的设置，所述的压电致动器单元的压电材料本体2011具有沿垂直于前后方向延伸的凸起2014或沿前后方向贯穿压电材料本体2011的凹槽2015，相邻压电致动器单元在贴合时，相互在周向错开一定角度。从而，当压电材料本体2011具有凸起2014时，如图8所示，可以将压电材料本体2011的凸起2014作为电极2012引线端子；当压电材料本体2011具有凹槽2015时，如图9、图10所示，可以将压电致动器单元位于相邻压电致动器单元的凹槽2015内的侧壁作为电极2012引线端子。上述两种结构使得压电致动器单元自身的一部分作为电极引线端子2013，压电致动器单元不用额外增设电极引线端子2013，简化了压电致动器单元依次贴合叠加的结构，提高了由压电致动器单元构成的致动器的刚性，提升了频响特性。
本发明实施例另一方面提供一种光纤扫描器，包括至少一个如上所述的任意一种扫描驱动器和光纤，光纤与扫描驱动器的基体1或致动器固定连接，光纤前端超出与光纤固定连接的基体1或致动器的部分形成光纤悬臂31。
扫描驱动器驱动光纤悬臂31振动，光纤中通有调制光，在光纤悬臂31振动过程中调制光出射后形成图像。
如图11所示，该实施例中光纤扫描器包括一个扫描驱动器，且基体1上设置有一个致动器2。如图12、13所示的两个实施例中，光纤扫描器包括一个扫描驱动器，基体1上设置有至少两个致动器2。并且图13所示的实施例中，其致动器均包括多个沿从前到后的方向依次贴合的致动器单元201，每个致动器单元201均在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动。当然基体上致动器的数量、采用致动器单元结构的致动器的数量均可根据实际工况进行调整。
当光纤扫描器包括至少两个如上所述的任意一种扫描驱动器时，所述的扫描驱动器沿从前到后的方向依次连接，任意两个相邻的扫描驱动器中，位于前侧的扫描驱动器的基体的固定端与位于后侧的扫描驱动器的基体的自由端固定连接，光纤与位于最前端的扫描驱动器的基体1或致动器固定连接，光纤前端超出与光纤固定连接的基体1或致动器的部分形成光纤悬臂31。从而每个扫描驱动器带动与其连接的扫描驱动器或光纤悬臂进行振动，并且光纤悬臂最终的运动轨迹为各扫描驱动器振动轨迹的组合轨迹。
如图14-17所示的实施例中，各光纤扫描器均包括两个依次连接的扫描驱动器，每个扫描驱动器的基体1上均设置有至少一个致动器2，且位于前侧的扫描驱动器的基体的振动方向垂直于位于后侧的扫描驱动器的基体的振动方向。并且如图16、图17所示的实施例中，每个扫描驱动器的致动器均包括多个沿从前到后的方向依次贴合的致动器单元201，每个致动器单元201均在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动。当然，每个扫描驱动器中的各致动器均为一体式的致动器或由致动器单元201构成的致动器。可选的，如图15、图17所示的实施例，两个扫描驱动器具有一段共用的基体，从而该段共用的基体同时受两个扫描驱动器上的致动器的作用。
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：
致动器沿前后方向收缩时，基体向该致动器所处的一侧弯曲，从而带动其自用端向该侧移动；当该致动器沿前后方向伸长时，基体向该致动器关于基体轴心相对的另一侧弯曲，从而实现了致动器驱动基体振动。基体的自由端进行振动时，基体的自由端既可以做一维振动也可以做二维振动，适用范围广。通过采用多个致动器单元叠加贴合的结构，可以增大致动器的伸缩幅度进而增大基体的扭曲幅度，也就增大了光纤悬臂的摆动幅度，有效加大了光纤悬臂出射图像的视场角。
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。
1.一种扫描驱动器，其特征在于，包括沿前后方向延伸的基体，基体的后端为固定端，基体的前端为自由端，基体沿前后方向延伸的表面上设置有至少一个用于驱动基体的自由端沿垂直于前后方向的轴振动的致动器。
2.如权利要求1所述的一种扫描驱动器，其特征在于，当基体的表面设置有至少两个致动器时，各致动器分别驱动基体的自由端沿同一个轴振动或沿数量不多于致动器个数的互不平行的轴振动。
3.如权利要求1所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的致动器包括一个或两个用于驱动基体的自由端沿第一轴振动的第一致动器和一个或两个用于驱动基体的自由端沿第二轴振动的第二致动器，第一轴与第二轴互不平行。
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，各致动器单元采用压电材料、电致伸缩材料、铁电材料或磁致伸缩材料制成。
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，所述的致动器中至少有一个致动器包括多个沿从前到后的方向依次贴合的致动器单元，每个致动器单元均在电力驱动下做沿前后方向的伸缩运动。
6.如权利要求5所述的一种扫描驱动器，其特征在于，各致动器单元采用压电材料、电致伸缩材料、铁电材料或磁致伸缩材料制成。
7.如权利要求5所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的致动器单元为压电致动器单元，所述的压电致动器单元包括压电材料本体，压电材料本体沿前后方向极化，压电材料本体的前端面和后端面均设有电极，任意两个相邻的压电致动器单元间共用一个电极或设置有绝缘隔离层。
8.如权利要求7所述的一种扫描驱动器，其特征在于，所述的压电致动器单元的压电材料本体为具有凸起或凹槽的形状，相邻压电致动器单元在贴合时，相互在周向错开一定角度。
9.一种光纤扫描器，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-6中任意一项所述的扫描驱动器和光纤，光纤与扫描驱动器的基体或致动器固定连接，光纤前端超出与光纤固定连接的基体或致动器的部分形成光纤悬臂。
10.如权利要求9所述的一种扫描驱动器，其特征在于，当光纤扫描器包括至少两个如上所述的任意一种扫描驱动器时，所述的扫描驱动器沿从前到后的方向依次连接，任意两个相邻的扫描驱动器中，位于前侧的扫描驱动器的基体的固定端与位于后侧的扫描驱动器的基体的自由端固定连接，光纤与位于最前端的扫描驱动器的基体或致动器固定连接，光纤前端超出与光纤固定连接的基体或致动器的部分形成光纤悬臂。
技术总结