一种小光斑光纤悬臂及扫描光成像显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小光斑光纤悬臂，包括纤芯和包层，以光纤悬臂的光束出射方向为前，纤芯包括一体成型并沿从后向前方向依次同轴连接的纤芯本体部和用于减小纤芯端面尺寸或对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部。还公开了采用该小光斑光纤悬臂的扫描光成像显示装置。本发明专利技术通过设置减小纤芯端面尺寸或对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部实现了光斑尺寸的减小，进而减小了通过投影物镜后的像素尺寸，提高成像分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种小光斑光纤悬臂及扫描光成像显示装置
本专利技术涉及光纤扫描显示
，尤其涉及一种小光斑光纤悬臂及扫描光成像显示装置。
技术介绍
光纤扫描显示是一种利用压电式致动器控制光纤摆动从而出射一幅图像的显示技术，该技术所显示图像的颜色锐利饱和、对比度高、亮度高，最重要的是作为显示单元的扫描光成像显示装置的体积非常小。在光纤扫描显示技术中，影响最终成像质量的因素有很多，例如：驱动频率、光纤摆幅、出光光斑大小等。其中，出光光斑大小决定了出射图像的像素点大小，在最终显示的图像中，像素点尺寸越小，像素点互相之间则能排列得更密集，图像分辨率提升潜力就越大。因而如何缩小出光光斑大小，是提升光纤扫描显示效果的关键问题之一。在利用传统光纤进行光纤扫描显示的情况中，每一个瞬时时刻光纤出射的光经过投影物镜后投射为一个光斑。现有缩小出光光斑尺寸的技术方案主要采用自聚焦透镜、光纤拉锥和光纤腐蚀的方法。自聚焦透镜：不需要成像物镜，直接在投影面成像，但由于自聚焦透镜自重较大，影响扫描性能。光纤拉锥和腐蚀：可以将光斑缩小到1微米以下，由于拉锥和腐蚀都对光纤的纤芯造成影响，导致在锥区造成严重的漏光现象。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种小光斑光纤悬臂及扫描光成像显示装置，用以减小光纤端面出射光斑尺寸，且具有较好的能量利用率。专利技术人在研究中发现，不论是多模光纤还是单模光纤，其端面出射的光束均有一个发散角，且发散角由数值孔径决定。在投影物镜的作用下，具有发散角的光束被聚焦投射在投射面上形成一个像素点，可以理解为光纤纤芯端面作为等效的发光面，光路传播过程实际上可以等效为投影物镜对于光纤纤芯端面进行成像，也就是可以理解为光纤纤芯端面发出一束具有发散角的光束，即作为物面的端面经过投影物镜被聚焦成像为作为像面的一个像素点。除了中心视场外，其他顺时时刻光纤摆角对应视场的光束聚焦过程原理相同，均是对端面进行聚焦成像为一个像素点。聚焦后像素点的尺寸与端面尺寸有直接的关系，可以将其等效为纤芯端面通过投影物镜后的成像。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例第一方面提供了一种小光斑光纤悬臂，包括纤芯和包层，以光纤悬臂的光束出射方向为前，纤芯包括一体成型并沿从后向前方向依次同轴连接的纤芯本体部和用于减小纤芯端面尺寸或对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部，纤芯本体部的外部包覆有包层。优选的，包层沿从后向前的方向厚度逐渐减小，减小过程可为线性和非线性(接受一切有利于光纤摆动的形状)，这使得光纤悬臂同等摆动频率下其可以具有更长的悬臂和更小的阻尼，这可以增大光纤悬臂的摆幅。通过对普通光纤的包层进行腐蚀加工可以得到厚度逐渐减小的包层结构，但腐蚀过程中光纤的纤芯未被腐蚀。优选的，所述的小光斑光纤悬臂的长度为3000微米～5000微米。优选的，所述的用于减小纤芯端面尺寸的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的沿从后向前方向外径逐渐减小的第一圆锥台，第一圆锥台与纤芯同轴，且第一圆锥台后端的外径与纤芯本体部的外径相同，第一圆锥台的锥角为60°～90°。第一圆锥台由锥型面和前端面围成，锥型面的后端与纤芯本体部连接，锥型面的前端与前端面连接，如前所述，光纤端面光斑大小决定了整个显示系统的成像质量，第一圆锥台可以有效减小光纤端面，例如可使端面直径小于微米，因此实现光斑的缩小，大的锥角意味着短的锥区，因此漏光区域大大减小，减弱了光在传播中的漏光现象。进一步优选的的，可在第一圆锥台的锥型面设置用于阻止光束从锥型面射出的镀膜，所述的镀膜可以为反射膜或吸收膜。可选的，所述的对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的沿从后向前方向外径逐渐减小的第二圆锥台，第二圆锥台与纤芯同轴，且第二圆锥台后端的外径与纤芯本体部的外径相同，第二圆锥台的锥角为90°～120°。第二圆锥台由锥型面和前端面围成，锥型面的后端与纤芯本体部连接，锥型面的前端与前端面连接。锥角为90°～120°的第二圆锥台可以被看成一个用以产生贝塞尔光束的锥透镜，其在光纤端面前侧自聚焦为一个小于微米的光斑，这时投影物镜的对应的物面位于光纤端面前侧，光纤聚焦光斑尺寸的减小，也就实现了通过投影物镜后的像素尺寸的减小，提高成像分辨率。可选的，所述的对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的凸台，凸台前端面为平面，凸台的周向侧面为旋转曲面，旋转曲面的旋转轴为纤芯本体的中心轴，第二圆锥台后端的外径与纤芯本体部的外径相同，旋转曲面用于将纤芯内入射到该旋转曲面上的光聚焦向凸台前端面的像面上，相比第二圆锥台的锥面，旋转曲面能够进一步缩小光斑大小，并能提高光能利用率。可选的，所述的对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的球型纤芯部或半球型纤芯部，球型纤芯部或半球型纤芯部的外表面为圆心在纤芯本体的中心轴上的球型面的一部分，球型纤芯部或半球型纤芯部后端的外径与纤芯本体部的外径相同。球型纤芯部或半球型纤芯部本身构成球透镜或半球透镜，其曲率半径与纤芯半径相当，大多小于微米，具有很大的光焦度，可实现对纤芯中光的超小聚焦。其中球透镜更具有超分辨聚焦的效果。其可在光纤端面后聚焦为一个小于微米的光斑。物镜对应的物面同样位于光纤端面后端。本专利技术另一方面提供一种采用所述光斑悬臂的扫描光成像显示装置，包括光纤和扫描致动器，扫描致动器具有固定端和自由端，扫描致动器的自由端相对于固定端做二维运动，光纤的一端为用于出射光束的光束出射端，光纤的另一端连接光源，光纤的光束出射端的端部为所述的小光斑光纤悬臂，光纤位于小光斑光纤悬臂后侧的部分与扫描致动器的自由端固定连接，小光斑光纤悬臂超出扫描致动器的自由端。优选的，扫描致动器的自由端相对于固定端沿垂直于第一方向的至少两个方向振动，第一方向不垂直于小光斑光纤悬臂的轴向。所述的扫描致动器为压电致动器、磁致伸缩致动器、微机电系统(MEMS)或电磁致动器等。优选的，所述的扫描致动器为压电致动器。可选的，所述的压电致动器包括双压电晶片致动器、压电材料管致动器和压电片驱动致动器中的一种或多种。可选的，所述的压电致动器包括第一致动部和第二致动部，第一致动部和第二致动部的两端均分别为固定端和自由端，第二致动部的固定端与第一致动部的自由端固定连接；第一致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动，第二致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的至少一个方向振动。第二致动部的自由端相对于第一致动部的固定端的运动轨迹为第一致动部和第二致动部的振动轨迹的合成。作为此类实施例的一个优选实施例，第一致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的一个方向振动，第二致动部的自由端相对于其固定端沿垂直于所述第一方向的一个方向振动，且两个振动方向相互垂直，从而光纤悬臂可在压电致动器的驱动下做李萨茹式扫描或栅格式扫描。第二致动部的固有频率远大于第一致动部的固有频率，以满足栅格式扫描的要求。所述的第一致动部和第二致动部均可为双压电晶片致动器、压电材料管致动器或压电片驱动致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小光斑光纤悬臂，包括纤芯和包层，其特征在于，以光纤悬臂的光束出射方向为前，纤芯包括一体成型并沿从后向前方向依次同轴连接的纤芯本体部和用于减小纤芯端面尺寸或对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部。/n

【技术特征摘要】
1.一种小光斑光纤悬臂，包括纤芯和包层，其特征在于，以光纤悬臂的光束出射方向为前，纤芯包括一体成型并沿从后向前方向依次同轴连接的纤芯本体部和用于减小纤芯端面尺寸或对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部。


2.如权利要求1所述的一种小光斑光纤悬臂，其特征在于，包层沿从后向前的方向厚度逐渐减小。


3.如权利要求1所述的一种小光斑光纤悬臂，其特征在于，所述的用于减小纤芯端面尺寸的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的沿从后向前方向外径逐渐减小的第一圆锥台，第一圆锥台与纤芯同轴，且第一圆锥台后端的外径与纤芯本体部的外径相同，第一圆锥台的锥角为60°～90°。


4.如权利要求1所述的一种小光斑光纤悬臂，其特征在于，所述的对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的沿从后向前方向外径逐渐减小的第二圆锥台，第二圆锥台与纤芯同轴，且第二圆锥台后端的外径与纤芯本体部的外径相同，第二圆锥台的锥角为90°～120°。


5.如权利要求1所述的一种小光斑光纤悬臂，其特征在于，所述的对纤芯中的光束具有聚焦作用的纤芯微结构部为设置于纤芯本体部前端的凸台，凸台前端面为平面，凸台的周向侧面为旋转曲面，旋转曲面的旋转轴为纤芯本体的中心轴，第二圆锥台后端的外径与纤芯本体部的外径相同。


6.如权利要求1所述的一种小光斑光纤悬臂，其特征在于，所述的对纤芯中的光束具有聚焦作用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：成都理想境界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51