[发明专利]光纤悬臂共振型扫描器的二维栅格式扫描方法

权利要求书

1.一种光纤悬臂共振型扫描器的二维栅格式扫描方法，包括光纤悬臂，包裹在光纤悬臂外并实现与光纤悬臂联动的光纤悬臂共振型扫描器，和驱动光纤悬臂共振型扫描器振动的驱动信号，所述光纤悬臂共振型扫描器是能够接收驱动信号并驱动光纤悬臂在共振频率附近进行二维振动的扫描器件，构成二维振动的两个互相垂直的方向上的振动互相独立，其特征在于，按如下步骤进行：

1)通过基于Euler-Bernoulli Beam理论计算了悬臂的各阶共振频率，得到光纤悬臂共振型扫描器的各阶振动模态和共振频率的仿真值；

2)根据步骤1)计算得到的各阶振动模态和共振频率的仿真值，进行扫频实验测试并在仿真预测值附近寻找确定实际值的确切位置，寻找确定实际值的方法：为了找到扫描器共振频率，采用正弦信号对扫描器进行驱动并产生共振，将激光耦合到光纤中，用CCD记录光纤末端轨迹。保持驱动信号振幅不变，进行扫频，扫描范围最大时的驱动信号频率确定为共振频率；

3)根据具体应用中，对成像帧速率的要求，来选择帧扫描也即低阶扫描所采用的阶数，用于在一个方向上进行帧扫描；

4)根据具体应用中，对每帧图像的像素的行数的要求，来选择行扫描也即高阶扫描所采用的阶数，用于在另一个方向上实现行扫描；

5)采用两路正弦信号源驱动信号，对扫描器在两个方向上同时驱动，使光纤悬臂产生相应振动，从而进行二维栅格式扫描。

2.根据权利要求1所述的光纤悬臂共振型扫描器的二维栅格式扫描方法，其特征在于：所述光纤悬臂的总体运动由两个互相垂直方向上运动的矢量和构成；光纤悬臂在两个互相垂直的方向上分别进行不同阶模态的共振；低阶模态共振频率慢，进行帧扫描，高阶模态共振频率快，进行行扫描，光纤悬臂同时在两个互相垂直的方向上实现帧扫描和行扫描，实现二维栅格式扫描。

3.根据权利要求1所述的光纤悬臂共振型扫描器的二维栅格式扫描方法，其特征在于：采用有限元方法进行数值模拟计算，得到光纤悬臂共振型扫描器的各阶振动模态和共振频率的仿真值；通过扫频实验测试，进一步确定扫描幅度出现的各个峰值位置所处频率为各阶共振模态的共振频率；根据所需的成像帧频率选择低阶模态；再根据帧频率和每帧图像中所需的像素行数选择高阶模态。

4.根据权利要求1所述的光纤悬臂共振型扫描器的二维栅格式扫描方法，其特征在于：采用正弦信号驱动光纤悬臂在两个方向谐振；慢扫描频率在选中的低阶模态的共振频率附近取值，快扫描频率在选中的高阶模态的共振频率附近取值，两者的取值保证快扫描频率为慢扫描频率的整数倍，这个倍数决定了每帧图像所包含像素的行数；慢扫描的每半个正弦周期实现一帧的扫描；快扫描的每半个正弦周期实现一行的扫描；采用同步脉冲触发，使得两个方向上的驱动信号同步开始，以保证两个方向的振动能够匹配。

5.根据权利要求1所述的光纤悬臂共振型扫描器的二维栅格式扫描方法，其特征在于：基于Euler-Bernoulli Beam理论计算悬臂的各阶共振频率为：

fn=14πgrL2gYρgμn2]]>

其中：r为悬臂直径，L为悬臂长度，Y为杨氏模量，ρ为密度。μ为简正值，可根据coshμgcosμ＝-1采用普通数值方法计算。μ有无穷多个数值解，第n阶简正值μn对应n阶共振频率fn。