[发明专利]用于增加视场的光纤扫描器的变形模式致动

说明书

本文描述的是光纤扫描系统和扫描光纤的方法的实施例。所公开的系统和方法有利地通过引起光纤的一部分的变形来改善光纤扫描系统中的光纤的扫描范围、振荡幅度和/或最大指向角。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月4日提交的美国临时申请No.62/481,497的权益和优先权，该临时申请通过引用被整体并入本文。

背景技术

扫描设备通常对用于频率的扫描范围进行折衷。通常，随着频率增加，扫描范围减小，以及随着频率降低，可以增大扫描范围。然而，在一些应用中，希望增加频率和扫描范围。需要额外的扫描系统设计来改善和扩展扫描系统的扫描范围和实用性。

发明内容

本申请涉及光纤扫描器系统和相关方法。更具体地，但不限于，本申请涉及光纤振荡器，例如用于扫描光纤显示器，其中光纤通过机械致动器(例如压电致动器(压电部))的方式以旋转运动振荡。通过施加压缩力进一步诱导光纤变形，其中变形增加了光纤的最大偏转，这可以增加系统的视场。在实施例中，与仅旋转的系统相比，变形和旋转的组合可以提供视场的有用增加，而不会牺牲尺寸、形状因子或频率。

在光学扫描系统中，频率对于分辨率和刷新率可能都是重要的，以及可以考虑两种不同的频率体制。例如，在扫描光纤显示器中，第一频率可以与刷新率相关，其中光纤的重复扫描可以指示输出视图可以如何频繁地改变。第二频率体制可能与单个扫描中的各个振荡有关，以及该频率可能通过指示光纤的非重叠运动之间的区别如何精细以及这些运动在光纤的单个扫描内如何快而影响分辨率。

然而，对于给定投影仪设计，范围对于视场可能是重要的。例如，振荡光纤的最大幅度或范围可以提供光纤生成的输出图像如何宽的限制。随着振荡范围增大，可以提供更宽的视场。

扫描设备由于其小的形状因子和有用的分辨率和视场而可用作显示设备。然而，为了获得具有高扫描范围的高频扫描设备，需要在该领域中进行创新。目前描述的光纤扫描系统允许改进的视场投影仪，同时维持小的形状因子。作为示例，通过将所公开的扫描系统合并到扫描光纤显示投影仪中，相对于常规的扫描光纤显示设备，可以增加投影仪的视场。

不受限制地，本申请提供了设备和系统，例如光纤扫描设备或包括光纤的系统。在一个方面，一种光纤扫描系统包括：具有远光纤端和近光纤端的光纤；第一机电换能器，其机械地耦接到位于远光纤端与近光纤端之间的光纤，例如被配置为向光纤施加变形力的第一机电换能器；以及第二机电换能器，其机械地耦接到位于远光纤端与近光纤端之间的光纤，例如被配置为激励远光纤端的旋转的第二机电换能器。在实施例中，远光纤端是不受约束的，这可以允许远光纤端响应于机械致动而横向偏转。

可选地，机械地耦接第一机电换能器和光纤的第一接合件具有沿与光纤的纵向轴平行的轴的第一轴向刚度。可选地，机械地耦接第二机电换能器和光纤的第二接合件具有沿与光纤的纵向轴平行的轴的第二轴向刚度。在实施例中，当第一接合件与第二接合件之间的距离减小了特定距离(例如，小于5μm的最小距离)、减小了1μm与5μm之间的距离或者减小了较大距离，例如介于1μm与50μm之间、介于5μm与10μm之间、介于10μm与20μm之间、介于20μm与30μm之间、介于40μm与50μm之间或大于50μm的较大距离时，第一轴向刚度和第二轴向刚度足以引起光纤的变形。

用于第一机电换能器和第二机电换能器的各种配置对于本文所述的光纤扫描系统是有用的。例如，第一机电换能器可选地对应于具有远变形端和近变形端的变形压电部。光纤可以机械地耦接到远变形端、近变形端或远变形端和近变形端两者。在实施例中，变形压电部是压电管或压电堆叠。可选地，光纤穿过压电管或压电堆叠。变形压电部可以包括多个电极，用于通过施加一个或多个电压来控制变形压电部的长度。例如，减小位于远变形端和近变形端之间的变形压电部的长度将变形力施加到光纤。