改进光纤扫描系统的技术技术方案

本发明专利技术涉及改进光纤扫描系统的技术。光纤扫描系统可以通过使光纤扫描系统的致动器的固有频率和光纤光学扫描元件的固有频率基本匹配而具有优化的性能。通过匹配固有频率，光纤扫描系统可以增大光纤光学扫描元件的末端相对于静止位置被驱动的最大距离。产生这样的效果是因为匹配光纤扫描仪的固有频率允许实现更大的幅度。应注意，可以选择扫描系统的固有频率以避免可能使系统不稳定的激发频率。以这种方式，整个系统可以充当调谐质量阻尼器或调谐谐振结构，从而在保持稳定的扫描系统的同时提高扫描性能。时提高扫描性能。时提高扫描性能。

【技术实现步骤摘要】
改进光纤扫描系统的技术
[0001]本申请是申请日为2018年3月13日、PCT国际申请号为PCT/US2018/022254、中国国家阶段申请号为201880017818.0、专利技术名称为“改进光纤扫描系统的技术”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请主张2017年3月15日提交的名称为“DYNAMIC ABSORBER MODE FIBER SCANNER(动态吸收模式光纤扫描仪)”的美国临时专利申请No.62/471,913的优先权，出于所有目的，该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文中。

技术介绍

[0004]图像投影仪可以是投射图像(或运动图像)以供用户观看的光学设备。最近，创新使头戴式设备包括图像投影仪。这种图像投影仪可以将图像投射到穿戴着头戴式设备的用户的眼睛。然而，小到足以与头戴式设备一起使用的图像投影仪通常以窄视场投射图像。因此，本领域需要一种用于与头戴式设备一起使用的图像投影仪的改进设计。

技术实现思路

[0005]提供了用于光纤扫描系统的改进设计的方法、系统和计算机程序产品。例如，可以通过基本上匹配光纤扫描系统的致动器的固有频率和光纤光学扫描元件的固有频率来优化光纤扫描系统的性能。通过匹配固有频率，光纤扫描系统可以增大光纤光学扫描元件的末端(tip)相对于光纤光学扫描元件的静止位置被驱动的最大距离。产生这样的效果是因为匹配光纤扫描仪的固有频率允许实现更大的幅度。应注意，可以选择扫描系统的固有频率以避免可能使系统不稳定的激励频率。以这种方式，整个系统可以充当用于振荡器的调谐动态吸收器或模态能量传递优化器，从而在保持稳定的扫描系统的同时提高扫描性能。
[0006]根据本专利技术的实施例，提供了一种用于增大光纤扫描系统的视场的方法。所述方法包括通过选择(1)以第一致动器固有频率为特征的致动器和(2)以第一光纤固有频率为特征的光纤光学扫描元件，将光纤扫描系统配置为充当调谐动态吸收器，其中所述第一光纤固有频率在所述第一致动器固有频率的阈值内。或者，所述方法包括通过选择(1)以第二光纤固有频率为特征的光纤光学扫描元件和(2)以第二致动器固有频率为特征的致动器而将光纤扫描系统配置为充当调谐动态吸收器，其中所述第二致动器固有频率在所述第二致动器固有频率的阈值内。所述方法还包括以操作频率驱动所述光纤扫描系统。
[0007]根据另一实施例，提供了一种用于增大光纤扫描系统的视场的方法。所述方法包括通过提供(1)以致动器固有频率为特征的致动器和(2)以光纤固有频率为特征的光纤光学扫描元件而将所述光纤扫描系统配置为充当调谐动态吸收器，其中所述光纤固有频率在所述致动器固有频率的阈值内。第一位移增益与所述光纤固有频率处的所述光纤扫描系统的操作相关联。所述方法还包括确定操作频率范围。所述范围从小于所述光纤固有频率并且与所述第一位移增益相关联的第一操作频率延伸到大于所述光纤固有频率并且与所述第一位移增益相关联的第二操作频率。所述方法进一步包括以所述范围内的操作频率驱动
所述致动器。
[0008]在一些示例中，光纤扫描系统可以包括致动器(例如，压电管)和光纤光学扫描元件。在这样的示例中，可以优化光纤扫描系统，使得(致动器的)致动器固有频率可以被确定为匹配(光纤光学扫描元件的)光纤固有频率。以这种方式，来自致动器的能量可以更有效地传递到光纤光学扫描元件，从而增大光纤光学扫描元件的总体偏转，这可以为光纤扫描系统提供更宽的视场。
[0009]通过本公开，实现了优于传统技术的许多益处。例如，本公开的实施例针对给定的能量输入提供了增大的光纤光学扫描元件末端的偏转，从而增大了扫描光纤系统的视场。
[0010]提供了一种光纤扫描系统。例如，光纤扫描系统可以包括以致动器固有频率的操作为特征的致动器(例如，压电管)以及与所述致动器耦合的光纤光学扫描元件。在一些示例中，所述光纤光学扫描元件可以以光纤固有频率为特征，所述光纤固有频率被确定为与所述致动器固有频率匹配。在具有压电管的示例中，所述压电管可以具有圆柱形几何形状，所述圆柱形几何形状具有中心轴，其中所述光纤光学扫描元件沿着所述中心轴通过所述压电管。
[0011]在一些示例中，所述致动器的一个或多个属性可以被配置为产生所述致动器固有频率的操作。在这样的示例中，所述一个或多个属性中的属性可以是杨氏模量、截面二次矩(second moment of area)、密度、截面积、长度或模式常数(mode constant)。
[0012]在一些示例中，致动器固有频率和光纤固有频率可以在阈值(例如，10％)内匹配。在这样的示例中，当所述光纤光学扫描元件与所述致动器分离时，所述致动器固有频率的操作表征所述致动器。
[0013]还提供了一种用于增大光纤扫描系统的视场的方法。例如，所述方法可以包括提供以致动器固有频率的操作为特征的致动器。在一些示例中，所述光纤扫描系统可以包括致动器。所述方法可以进一步包括提供与所述致动器耦合的光纤光学扫描元件。在一些示例中，所述光纤光学扫描元件以光纤固有频率为特征，所述光纤固有频率被确定为与所述致动器固有频率匹配。在这样的示例中，所述光纤扫描系统可以进一步包括所述光纤光学扫描元件。所述方法可以进一步包括以操作频率驱动所述致动器。
[0014]在一些示例中，所述光纤扫描系统的位移增益可以以界定所述致动器固有频率的两个分开的频率峰为特征。在这样的示例中，所述操作频率可以接近所述频率峰中的第一峰(即，在所述第一峰的阈值内的频率处)，其中所述第一峰小于所述致动器固有频率。在其它示例中，所述操作频率可以接近所述频率峰中的第二峰(即，在所述第二峰的阈值内的频率处)，其中所述第二峰大于所述致动器固有频率。在其它示例中，所述操作频率可以接近所述致动器固有频率(即，在所述致动器固有频率的阈值内的频率处)。在一些示例中，所述致动器可以由正弦电压驱动。
附图说明
[0015]下面参考以下附图详细地描述示例性实施例。
[0016]图1示出了根据本公开的实施例的光纤扫描系统的示例；
[0017]图2示出了根据本公开的实施例的使用光纤扫描系统的图像投影仪的示例；
[0018]图3示出了根据本公开的实施例的通过移动光纤扫描系统形成的螺旋图案的示
例；
[0019]图4A示出了根据本公开的实施例的用于光纤扫描系统的动态吸收设计的截面的示例；
[0020]图4B示出了根据本公开的实施例的用于光纤扫描系统的替代设计的截面的示例；
[0021]图4C示出了指示毂和板的光纤扫描系统的截面的示例；
[0022]图5A示出了根据本公开的实施例的光纤扫描系统的替代设计的波特(Bode)图的示例；
[0023]图5B示出了根据本公开的实施例的光纤扫描系统的动态吸收设计的波特图的示例；
[0024]图5C示出了根据本公开的实施例的用于比较光纤光学扫描元件的动态吸收设计和替代设计的波特图的示例；
[0025]图5D示出了根据本公开的实施例的用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤扫描系统，包括：致动器，其被配置为具有致动器固有频率；以及光纤光学扫描元件，其耦合到所述致动器，所述光纤光学扫描元件被配置为具有位于所述致动器固有频率的阈值内的光纤固有频率，使得作为操作频率的函数的所述光纤光学扫描元件的位移增益展现出：位于小于所述光纤固有频率的第一谐振频率处的第一峰值；以及位于大于所述光纤固有频率的第二谐振频率处的第二峰值。2.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中所述第一峰值和所述第二峰值大于所述光纤光学扫描元件在所述光纤固有频率下的位移增益。3.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中当以基本等于所述致动器固有频率的操作频率驱动所述致动器时，所述致动器的位移增益被最小化。4.根据权利要求3所述的光纤扫描系统，其中当以基本等于所述致动器固有频率的操作频率驱动所述致动器时，所述致动器的运动被最小化并且所述光纤光学扫描元件的运动被最大化。5.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中所述光纤固有频率和所述致动器固有频率之间的差小于或等于所述致动器固有频率的约10％或约20％。6.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中所述致动器包括压电管。7.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中所述致动器具有圆柱形几何形状，所述圆柱形几何形状具有中心轴，并且其中所述光纤光学扫描元件沿着所述中心轴通过所述致动器。8.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中所述光纤光学扫描元件包括多芯光纤。9.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，其中所述光纤光学扫描元件在所述致动器的中心位置处被耦合到所述致动器。10.根据权利要求9所述的光纤扫描系统，其中在所述中心位置处所述光纤光学扫描元件的外径小于所述致动器的内径。11.根据权利要求10所述的光纤扫描系统，还包括围绕所述光纤光学扫描元件并与所述光纤光学扫描元件接触的保持套环。12.根据权利要求1所述的光纤扫描系统，还包括耦合所述光纤光学扫描元件和所述致动器的中间元件。13.一种操作光纤扫描系统的方法，所述方法包括：通过以下方式配置包括致动器和耦合到所述致动器的光纤光学扫描元件的所述光纤扫描系统：配置所述致动器，使得所述致动器具有致动器固有频率；以及配置所述光纤光学扫描元件，使得所述光纤光学扫描元件具有位于所述致动器固有频率的阈值内的光纤固有频率；确定从第一频率延伸到第二频率的操作频率范围，所述第一频率小于所述光纤固有频率，并且所述第二频率大于所述光纤固有频率；以及以位于所述操作频率范围内的操作频率驱动所述致动器。14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述操作频率范围包括确定所述第一频率
和所述第二频率，使得所述光纤光学扫描元件的位移增益大于所述操作频率范围内的预定值。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预定值大于或等于所述光纤光学扫描元件在所述光纤固有频率处的位移增益。16.根据权利要求13所述的方法，其中作为操作频率的函数的所述光纤光学扫描元件的位移增益展现出位于第一谐振频率处的第一峰值和位于第二谐振频率处的第二峰值，所述第一谐振频率和所述第二谐振频率位于所述操作频率范围内。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一峰值和所述第二峰值大于所述光纤光学扫描元件在所述光纤固有频率处的位移增益。...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：