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一种光纤扫描器的制造方法

阅读:556发布:2023-06-11

专利汇可以提供一种光纤扫描器的制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种光纤扫描器的制造方法,用于解决光纤扫描器中光纤的 稳定性 较差导致的光纤扫描器的性能较低的技术问题。该方法包括:在光纤上涂覆导电涂层作为所述光纤扫描器中压电悬臂对应的内 电极 ;沿所述光纤的伸展方向,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层;在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在 指定 区域涂覆导电涂层作为外电极;对所述外电极及所述内电极加 电压 ,将所述陶瓷层部分或全部进行极化。,下面是一种光纤扫描器的制造方法专利的具体信息内容。

1.一种光纤扫描器的制造方法,其特征在于,包括:
在光纤上涂覆导电涂层作为所述光纤扫描器中压电悬臂对应的内电极
沿所述光纤的伸展方向,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层;
在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极;
对所述外电极及所述内电极加电压,将所述陶瓷层部分或全部进行极化。
2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层,包括:
使用具有挤压功能的模具,将陶瓷粉末沿所述延伸方向对涂覆有所述导电涂层的光纤挤压成型,形成陶瓷层。
3.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在对所述外电极及所述内电极进行加电压之前,所述方法还包括:
在所述光纤上设置连接电路,所述连接电路分别与所述内电极及所述外电极相连,用作所述内电极及所述外电极的导电引线。
4.如权利要求3所述的制造方法,其特征在于,在所述伸展方向上,作为内电极的导电涂层的长度大于所述陶瓷层的长度。
5.如权利要求1-4任一权项所述的制造方法,其特征在于,所述光纤为裸纤,或包裹有涂覆层的光纤,或包裹有涂覆层和保护套的光纤;其中,所述保护套为管状结构。
6.如权利要求5所述的制造方法,其特征在于,所述陶瓷层为方管或圆管形状。
7.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极,包括:
沿所述伸展方向,将所述陶瓷层依次划分为第一致动部、隔离部和第二致动部;
根据需要的振动方向,分别在所述第一致动部和所述第二致动部涂覆导电涂层设置至少一对外电极;其中,所述第一致动部和所述第二致动部对应于不同的振动方向。
8.如权利要求7所述的制造方法,其特征在于,若所述陶瓷层为方管形状,根据需要的振动方向,分别在所述第一致动部和所述第二致动部涂覆导电涂层设置至少一对外电极,包括:
在所述第一致动部包括的相互平行且垂直于第一振动方向的两个第一外侧面上涂覆导电涂层,和/或,在所述第二导电部包括的相互平行且与第二振动方面垂直的两个第二外侧面上涂覆导电涂层;其中,所述第一振动方向与所述第二振动方向相交,且均垂直于所述光纤。
9.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,所述陶瓷壳体的厚度为[0.04mm,
1.5mm]。

说明书全文

一种光纤扫描器的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤扫描技术领域,尤其涉及一种光纤扫描器的制造方法。

背景技术

[0002] 基于光纤扫描的成像显示系统,由于其体积可以做得很小,因此被寄予厚望可以用在可穿戴设备如AR(Augmented Reality,增强现实)设备、VR(Virtual Reality,虚拟现实)设备以及其他的一些显示设备中。
[0003] 目前,光纤扫描器主要由光源、压制动器和光纤构成,光纤悬臂(被剥为裸纤)通过粘接剂等方式固定在压电制动器上,压电制动器接收信号后对光纤悬臂施加,使得光纤悬臂振动扫描。但采用这种结构会存在以下问题:
[0004] 1、通过胶粘的方式固定光纤与压电制动器,很难精确控制胶粘光纤悬臂的长度,同时由于高频振动会导致胶层应力疲劳,工作时间过长则容易导致胶层的剥离或部分胶层的剥离,影响扫描器的性能;
[0005] 2、压电制动器一般采用空心结构的压电制动器,裸纤被固定于压电制动器的空心中;其空心结构的直径越大,扫描器摆动越困难,要实现相同的扫描性能则需要耗费更多的能量,即压电制动器尺寸较大(管的直径、壁厚等)会导致驱动电压更高才能达到相应的扫描范围。
[0006] 综上可知,现有技术中光纤扫描器稳定性较差,性能较低。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种光纤扫描器的制造方法,用于解决光纤扫描器中光纤的稳定性较差导致的光纤扫描器的性能较低的技术问题。
[0008] 为了实现上述发明目的,第一方面,本发明提供了一种光纤扫描器的制造方法,包括:
[0009] 在光纤上涂覆导电涂层作为所述光纤扫描器中压电悬臂对应的内电极
[0010] 沿所述光纤的伸展方向,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层;
[0011] 在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极;
[0012] 对所述外电极及所述内电极加电压,将所述陶瓷层部分或全部进行极化。
[0013] 可选的,在涂覆所述导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层,包括:
[0014] 使用具有挤压功能的模具,将陶瓷粉末沿所述延伸方向对涂覆有所述导电涂层的光纤挤压成型,形成陶瓷层。
[0015] 可选的,在对所述外电极及所述内电极进行加电压之前,所述方法还包括:
[0016] 在所述光纤上设置连接电路,所述连接电路分别与所述内电极及所述外电极相连,用作所述内电极及所述外电极的导电引线。
[0017] 可选的,在所述伸展方向上,作为内电极的导电涂层的长度大于所述陶瓷层的长度。
[0018] 可选的,所述光纤为裸纤,或包裹有涂覆层的光纤,或包裹有涂覆层和保护套的光纤;其中,所述保护套为管状结构。
[0019] 可选的,所述陶瓷层为方管或圆管形状。
[0020] 可选的,在所述陶瓷层上沿所述伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极,包括:
[0021] 沿所述伸展方向,将所述陶瓷层依次划分为第一致动部、隔离部和第二致动部;
[0022] 根据需要的振动方向,分别在所述第一致动部和所述第二致动部涂覆导电涂层设置至少一对外电极;其中,所述第一致动部和所述第二致动部对应于不同的振动方向。
[0023] 可选的,若所述陶瓷层为方管形状,根据需要的振动方向,分别在所述第一致动部和所述第二致动部涂覆导电涂层设置至少一对外电极,包括:
[0024] 在所述第一致动部包括的相互平行且垂直于第一振动方向的两个第一外侧面上涂覆导电涂层,和/或,在所述第二导电部包括的相互平行且与第二振动方面垂直的两个第二外侧面上涂覆导电涂层;其中,所述第一振动方向与所述第二振动方向相交,且均垂直于所述光纤。
[0025] 可选的,所述陶瓷壳体的厚度为[0.04mm,1.5mm]。
[0026] 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:
[0027] 本发明实施例中,通过在光纤外涂覆导电涂层作为内电极,并在导电涂层外包裹一层陶瓷层,以及在陶瓷层上设置与内电极相应的外电极,从而形成光纤和压电陶瓷层一体成型的光纤扫描器,相比单独成型的光纤扫描器再粘接光纤的形式,更能保证一致性,光纤和光纤扫描器结合更紧密,性能更稳定。附图说明
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图:
[0029] 图1为本发明实施例中光纤扫描器的制造方法的流程图
[0030] 图2A-图2B为本发明实施例中光纤上涂覆导电涂层的示意图;
[0031] 图3A-图3C为本发明实施例中光纤上包裹导电涂层和陶瓷层的示意图;
[0032] 图4A-图4B为本发明实施例中圆形陶瓷层上设置的外电极的结构示意图;
[0033] 图5A-图5B为本发明实施例中方形陶瓷层上设置的外电极的结构示意图。

具体实施方式

[0034] 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。
[0035] 本发明实施例提供一种光纤扫描器的制造方法,该光纤扫描器可以用于扫描投影中。如图1所示,该方法的步骤可以描述如下:
[0036] S11:沿光纤的伸展方向,在光纤上涂覆导电涂层作为光纤扫描器压电悬臂对应的内电极。
[0037] 在实际应用中,光纤从内到外是由纤芯、包层和涂覆层3部分构成的同心玻璃体。其中,纤芯:位于光纤的中心部位,直径通常为2.5um~1mm,当然也有其它更小或更大的尺寸,以满足不同的使用需求。纤芯的成分是高纯度的SiO2,有助于提高纤芯对光的折射率,便于低功耗地传输光信号。包层:位于纤芯的周围,直径约为125um,其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2,略低于纤芯的折射率,使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层:位于光纤的最外层,包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层,涂覆的作用是保护光纤不受汽侵蚀和机械擦伤,同时又增加光纤的机械轻度和可弯曲性,起着延长光纤寿命的作用,涂覆后的光纤其外径约为1.5mm。其中,裸纤一般是指具有包层的纤芯,且包层外包裹有加强用的树脂涂层。
[0038] 本发明实施例中光纤可以是裸纤,如没有包层的纤芯;或者,光纤也可以是包裹有涂覆层的光纤(即前述纤芯+包层+涂覆层的结构);或者,光纤也可以是具有涂覆层和保护套的光纤,该保护套可以是由高分子聚合物材料制成的细管,如方管或圆管等。此外,保护套也可以直接包裹在裸纤外使用。在实际中,采用裸纤的效果最佳,本发明实施例中主要以光纤是裸纤为例进行说明。光纤的形状呈柱状,例如圆柱状或方柱状,本发明实施例中主要以光纤为圆柱状为例进行说明。
[0039] 在S11中,可将光纤剥为裸纤,进而在裸纤上涂覆一层导电涂层,该导电涂层可以是金属涂层(如涂层)或其它具有导电特性的涂层。本发明实施例中以导电涂层是银涂层为例。可以采用电或其它涂覆工艺在光纤上涂覆具有导电能力的银涂层,该银涂层即可作为光纤扫描器中压电悬臂对应的内电极,便于后期通过对内电极添加相应的驱动信号来驱动压电悬臂振动。
[0040] 在实际制造中,可沿裸纤的伸展方向对裸纤进行镀银,银涂层可以完全覆盖裸纤的表面,此时银涂层对应于光纤扫描器中压电悬臂的完整内电极,如图2A所示,标号10代表光纤,图中以光纤为圆柱形为例,标号20代表导电涂层(内电极)。
[0041] 或者,内电极也可以是被设置为多个分离的部分,例如三分、四分、六分、八分等,可根据实际需求制定,本文对此不作具体限制。如图2B所示,为将内电极分离为4分的示意图,4个分离部分与光纤同中心线,或者也可以说4个分离部分以光纤为中心线,图2B中标号与图2A中标号代表相同含义,图中视野仅能看见3个分离的内电极部分。
[0042] 需要说明的是,如果采用的光纤为具有涂覆层或保护套的光纤,则可直接在涂覆层上或保护套(如圆管或方管)的外表面上镀银作为光纤扫描器的内电极。
[0043] S12:沿光纤的伸展方向,在涂覆了导电涂层的光纤上包裹一层陶瓷层。
[0044] 在给光纤镀上导电涂层之后,可使用具有类似挤压功能的模具,将陶瓷粉末(含有混胶)顺着裸纤上镀银的部分挤压成型,例如形成包裹光纤的圆柱形或方柱形的陶瓷层;进而,再进行压电陶瓷加工中的常规工序对成型的陶瓷层进行处理,如烘烤、排胶以及烧结成瓷等,即可在裸纤上形成一层薄薄的陶瓷层,以作为光纤扫描器的压电悬臂。或者,陶瓷层也可以是烧铸在银涂层上的,使得陶瓷层与银涂层的一体性更好,有助于减小两者之间的振动阻尼。
[0045] 本发明实施例中,涂覆有导电涂层的光纤与陶瓷层是一体成型的,光纤紧密地嵌在陶瓷层中,陶瓷壳体的厚度可以是0.05mm~1.5mm,如果银层足够薄,陶瓷层甚至可以能够突破目前的0.04mm尺寸极限。
[0046] 光纤扫描器的结构由内至外依次为:光纤、银层和陶瓷层。在光纤的伸展方向上,陶瓷层的长度可以与导电层的长度相同,或者,陶瓷层的长度可以是小于导电涂层的长度。陶瓷层可以是围绕涂覆有导电涂层的一整圈结构,或者,陶瓷层也可以是包括多个绝缘设置的分离部分。例如,陶瓷层可以按四分方式分离,如图3A所示,标号10代表光纤,标号20代表导电涂层(内电极),标号30代表陶瓷层,分离的陶瓷层各部分之间填充有绝缘物质(图中标号50所示),以便在陶瓷层上涂覆导电涂层后对陶瓷层进行极化。
[0047] 具体来说,单看陶瓷层的结构,其是呈中空的圆管或方管结构,中空的部分在实际中会被镀银的光纤完全填充。陶瓷层的中空部分的形状与涂覆有导电涂层的光纤形状相应。例如,如果光纤是方柱形的,则陶瓷层的中间部分的结构为方形的中空结构,或者,如果光纤是圆柱形的,则陶瓷层的中间部分的结构为圆形的中空结构。图3B和3C为包裹上陶瓷层的光纤的示意图,图3B和图3C中标号与图3A中标号代表的含义相同,图3B以陶瓷层为圆柱形为例,图3C以陶瓷层为方柱形为例,图中,导电涂层的长度大于陶瓷层的长度。
[0048] 光纤上涂覆的导电涂层很薄,通过挤压成型或烧铸等工艺,将光纤与陶瓷层结合得十分紧密。例如,若光纤为圆柱形,陶瓷层的内径与光纤外径的差值就是导电涂层的厚度,若光纤上镀的银涂层极薄,可以认为陶瓷层的内径约等于光纤的直径。
[0049] S13:在陶瓷层上沿伸展方向在指定区域涂覆导电涂层作为外电极。
[0050] 在对光纤依次包裹了导电涂层和陶瓷层之后,导电涂层可作为光纤扫描器中压电悬臂的内电极。相应的,在陶瓷层的外表面上还可以涂覆导电层作为光纤扫描器的外电极,外电极与内电极对应存在。优选的,内电极和外电极之间为厚度一致的陶瓷层。
[0051] 在陶瓷层上涂覆导电涂层作为外电极时,可采用分离方式在陶瓷层上沿光纤的延伸方向涂覆导电涂层,以在陶瓷层的外侧面上形成至少一对外电极。
[0052] 如图4A所示,以陶瓷层为圆管为例,其为陶瓷层的截面图,图中标号10代表光纤,标号20代表导电涂层(内电极),标号30代表陶瓷层,标号40代表外电极,图中以陶瓷层的外侧面上设置有4个(2对)外电极为例。
[0053] 或者,如果陶瓷层的本体可以是包括多个分离的陶瓷层(如前述图3A所示),例如陶瓷层是四分结构。那么,在陶瓷层涂覆导电涂层时,可以是按照陶瓷层所包含的结构进行的。例如,陶瓷层为图3A所示的四分结构,则可在各部分陶瓷层的4个外侧面上涂覆导电涂层形成4个外电极,即外电极采用与陶瓷层对应的四分的方式进行涂覆。如图4B所示,图中标号10代表光纤,标号20代表导电涂层(内电极),标号30代表陶瓷层,标号40代表外电极,图中以设置的外电极与陶瓷层的外侧面数量对应。
[0054] 在本发明另一实施例中,在S13中,在设置外电极时,还可以将一体成型的陶瓷层,沿光纤的伸展方向划分为3个部分,依次为第一致动部、隔离部和第二致动部,光纤在陶瓷层内部沿前后方向贯穿,穿出陶瓷层的光纤的前端即可形成悬臂。第一致动部和第二致动部可以对应不同的振动方向,例如第一致动部对应于第一振动方向,如Y轴,第二致动部对应于第二振动方向,如X轴。在实际应用中,第一致动部和第二致动部也具有不同的固有频率/振动频率。
[0055] 如图5A所示,标号10代表光纤,标号20代表内电极,标号31代表陶瓷层中的第一致动部,标号32代表陶瓷层中的隔离部,标号33代表陶瓷层中的第二致动部。需要说明的是,为了组装方便,图5A陶瓷层中第一致动部所在端还可以包括固定部(如图5B中标注34),图5A中未示出,以便陶瓷层通过固定部可与光纤扫描器中的基座连接。
[0056] 在陶瓷层上设置外电极时,可以是在第一致动部和相对的第二致动部的陶瓷层上涂覆导电涂层。如图5B所示,如果陶瓷层为方管,可在第一致动部包括的相互平行且垂直于第一振动方向的两个第一外侧面上涂覆导电涂层形成第一外电极(如图中标号301所示),两个第一外侧面即为第一致动部中相对的两个外侧面,以及,在第二致动部包括的相互平行且与第二振动方面垂直的两个第二外侧面上涂覆导电涂层形成第二外电极(如图中标号302所示),两个第二外侧面即为第二致动部中相对的两个外侧面;其中,第一振动方向与第二振动方向相交,且均垂直于光纤。例如,第一方向和第二方向分别可以是对应于Y轴和X轴方向,或者也可以是以其它度相交的两个振动方向。
[0057] 在实际制造中,光纤扫描器中第二致动部与第一致动部的尺寸都很小,其厚度在几毫米左右,在两者互连过程中采用连接件时很容易损坏两者;而本发明实施例中在制造光纤扫描器是,利用一体成型可大大降低陶瓷层制作过程中的难度并、提升制作效率,同时可以防拆卸、防解体,模具一体成型,可以避免后续扫描器组装、对准、调试等一系列工艺,增大了光纤扫描件的可靠性和耐用性。
[0058] 本发明实施例中,通过直接在光纤上镀上银涂层,而裸纤直径通常为125um,因此通过本发明提供的制造方法,只要使银层足够薄,陶瓷层甚至可以能够突破目前的0.04mm尺寸极限,直接包覆在裸纤上,使光纤扫描器体积缩小接近3倍,使得光纤扫描器整体达到更小尺寸。
[0059] 在实际制造中,还可以在光纤上设置有与光纤扫描器的内/外电极连接的电路,连接电路可以是通过电焊、刻蚀技术等在光纤上设置的导电薄膜(参见图5B中标号303)、印刷电路或导线等。内外电极通过连接电路与光纤扫描器中的相关部件(如电源、处理器等)连接,光纤扫描器通过设置连接电路作为内电极和外电极的导电线路,以便为光纤扫描器提供相应的工作电压,如驱动电压或极化电压等。
[0060] 若银涂层的长度大于陶瓷层的长度,可将光纤上靠近光源端、镀银且未覆盖有陶瓷层的部分直接与连接电路连接,同时连接电路也与外电极相连,以便后续内电极与外电极能配合工作,如对陶瓷层进行极化或驱动光纤等。
[0061] S14:对外电极及内电极加电压,将陶瓷层进行部分或全部极化。
[0062] 为了使陶瓷层具有压电特性,利用内电极和外电极对陶瓷层进行极化。在极化时,对内电极和相应的外电极施加强电压,即可在内电极和外电极之间形成一个强直流电场,并保持一定的温度和时间,迫使处于该强直流电场中的陶瓷层中的电畴沿电场方向取向排列自发极化,极化处理后,外电场为零。
[0063] 极化后的陶瓷层具有压电特性,进而将一体化的光纤和压电悬臂卡进行扫描器装夹,例如通过固定部固定到相应的底座上形成完整的光纤扫描器。在光纤扫描器工作过程中,根据扫描方向,对电极输入相应的驱动信号来驱动光纤的振动方向。例如,若内电极和/或外电极为四分,通过给内电极和水平方向上的两个外电极加驱动信号,可使光纤沿X轴方向振动,同时,也可给内电极和垂直方向上的两个外电极加驱动信号,可使光纤沿Y轴方向振动。
[0064] 因此,一体成型的双向驱动器可以减少部件数量,使扫描过程更稳定,第一致动部和第二致动部之间的连接部不会出现长时间运行导致的松动,具有便于量产、制作快速、误差小、重复性高、良品率高等优点。
[0065] 本发明实施例中,通过在光纤上镀上银涂层作为内电极,进而在包覆有银涂层的光纤上包裹陶瓷层,并在陶瓷层上设置与内电极相应的外电极,通过内外电极对陶瓷层的极化,使得陶瓷层具有压电特性,从而通过对电极施加驱动信号即可驱动陶瓷层带动一体成型的光纤进行振动,光纤的稳固性较好,不会在振动过程脱落,使得光纤扫描器的性能较好。
[0066] 并且,由于一体化的光纤和陶瓷层的尺寸很小,只需很小的驱动电压便可达到足够大的扫描范围,进一步提高光纤扫描器的性能。
[0067] 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:
[0068] 本发明实施例中,通过在光纤外涂覆导电涂层作为内电极,并在导电涂层外包裹一层陶瓷层,以及在陶瓷层上设置与内电极相应的外电极,从而形成光纤和压电陶瓷层一体成型的光纤扫描器,相比单独成型的光纤扫描器再粘接光纤的形式,更能保证一致性,光纤和光纤扫描器结合更紧密,性能更稳定。
[0069] 本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
[0070] 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。
[0071] 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。
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