扫描致动器、显示模组及投影显示设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910320062.3 (22)申请日 2019.04.19 (71)申请人 成都理想境界科技有限公司 地址 610041 四川省成都市高新区世纪城 路1129号天府软件园A区8栋1层 (72)发明人 宋海涛 (51)Int.Cl. G02B 26/10(2006.01) (54)发明名称 一种扫描致动器、 显示模组及投影显示设备 (57)摘要 本发明公开了一种扫描致动器、 显示模组及 投影显示设备， 包括沿从后向前的方向依次连接 的第一致动部和第二致动部； 所述第一致动部。

2、能 够驱动所述第二致动部以第一方向振动， 所述第 二致动部能够以第二方向振动， 所述扫描致动器 为管状致动器； 所述第一致动部的内径小于所述 第二致动部的内径， 和/或所述第一致动部的外 径小于所述第二致动部的外径， 使得所述第一致 动部的固有频率小于所述第二致动部的固有频 率。 上述方案用于降低光纤扫描器中慢轴致动部 的固有频率， 增大慢轴的振幅， 并且利于光纤扫 描器的小型化。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 111830703 A 2020.10.27 CN 111830703 A 1.一种扫描致动器， 其特征在于， 包括沿从后向前的方向依次连接的第一致动部和第 二致动部； 。

3、所述第一致动部能够驱动所述第二致动部以第一方向振动， 所述第二致动部能 够以第二方向振动； 所述扫描致动器为管状致动器； 所述第一致动部的内径小于所述第二致动部的内径， 和/或所述第一致动部的外径小于所述第二致动部的外径， 使得所述第一致动部的固有频 率小于所述第二致动部的固有频率。 2.如权利要求1所述的扫描致动器， 其特征在于， 所述第一致动部和所述第二致动部之 间设置有至少一个质量块。 3.如权利要求1所述的扫描致动器， 其特征在于， 所述扫描致动器还包括位于所述第一 致动部和所述第二致动部之间的隔离部。 4.如权利要求1所述的扫描致动器， 其特征在于， 所述第一致动部和所述第二致动部是。

4、 一体成型或固定连接的。 5.如权利要求1-4中任一项所述的扫描致动器， 其特征在于， 所述管状致动器为圆管型 致动器或方管型致动器。 6.一种显示模组， 其特征在于， 包括光源， 光纤和如权利要求1-5中任一项所述的扫描 致动器； 所述光纤固定在所述第二致动部上， 光纤一端与所述光源连接， 光纤另一端超出第 二致动部并形成光纤悬臂， 所述光纤悬臂最终被所述扫描致动器带动以第一方向与第二方 向的合成方向上在三维空间中扫动； 所述光源输出的调制光耦入所述光纤， 经光纤悬臂出 光端出射后， 作为投影显示图像光。 7.一种投影显示设备， 其特征在于， 包括一组或多组如权利要求6所述的显示模组。 8.。

5、如权利要求7所述的投影显示设备， 其特征在于， 所述投影显示设备为头戴式增强现 实显示设备或头戴式虚拟现实显示设备。 9.如权利要求7所述的投影显示设备， 其特征在于， 所投影显示设备为投影仪或投影电 视。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111830703 A 2 一种扫描致动器、 显示模组及投影显示设备 技术领域 0001 本发明涉及扫描成像领域， 尤其涉及一种扫描致动器、 显示模组及投影显示设备。 背景技术 0002 光纤扫描投影技术的成像原理是， 通过光纤扫描器带动扫描光纤进行预定二维扫 描轨迹的运动， 并调制光源出光， 即调制出待显示图像的每个像素点对应的光， 然后， 通过 扫描光。

6、纤将待显示图像的每个像素点对应的光逐一投射到投影屏幕上， 从而形成投射画 面。 0003 目前， 光纤扫描器一般包括光源、 扫描光纤和扫描致动器。 如图1A和图 1B所示， 扫 描致动器包括慢轴001和快轴002。 而根据光纤扫描器对不同的显示规格的需求， 如： 更加符 合矩形显示图像源成像规律的栅格式扫描， 对快轴的频率和慢轴的频率有不同的要求， 在 慢轴方向上驱动频率较低， 与快轴相比， 要低几个数量级。 常规的拼接型扫描致动器或一体 烧结成型的扫描致动器， 由于陶瓷固有频率固定， 慢轴001和快轴002很难同时达到共振以 实现最大的振动幅度。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种扫。

7、描致动器、 显示模组及投影显示设备， 用于降低光纤 扫描器中慢轴致动部的固有频率， 增大慢轴的振幅， 并且利于光纤扫描器的小型化。 0005 为了实现上述发明目的， 本发明实施例第一方面提供一种扫描致动器， 包括沿从 后向前的方向依次连接的第一致动部和第二致动部； 所述第一致动部能够驱动所述第二致 动部以第一方向振动， 所述第二致动部能够以第二方向振动， 所述扫描致动器为管状致动 器； 所述第一致动部的内径小于所述第二致动部的内径， 和/或所述第一致动部的外径小于 所述第二致动部的外径， 使得所述第一致动部的固有频率小于所述第二致动部的固有频 率。 0006 可选的， 所述第一致动部和所述第二。

8、致动部的内径相同， 所述第一致动部的外径 小于所述第二致动部的外径。 0007 可选的， 所述第一致动部和所述第二致动部的外径相同， 所述第一致动部的内径 小于所述第二致动部的内径。 0008 可选的， 所述第一致动部的外径小于所述第二致动部的外径， 且所述第一致动部 的内径小于所述第二致动部的内径。 0009 可选的， 所述第一致动部和所述第二致动部之间设置有至少一个质量块。 0010 可选的， 所述管状致动器为圆管型致动器或方管型致动器。 0011 可选的， 所述扫描致动器还包括位于所述第一致动部和所述第二致动部之间的隔 离部。 0012 可选的， 所述第一致动部和所述第二致动部是一体成型。

9、或固定连接的。 0013 本发明实施例第二方面提供一种显示模组， 包括光源， 光纤和如第一方面所述的 说明书 1/6 页 3 CN 111830703 A 3 扫描致动器； 所述光纤固定在所述第二致动部上， 光纤一端与所述光源连接， 光纤另一端超 出第二致动部并形成光纤悬臂， 所述光纤悬臂最终被所述扫描致动器带动以第一方向与第 二方向的合成方向上在三维空间中扫动； 所述光源输出的调制光耦入所述光纤， 经光纤悬 臂出光端出射后， 作为投影显示图像光。 0014 本发明实施例第三方面提供一种投影显示设备， 包括一组或多组如第二方面所述 的显示模组。 0015 可选的， 所述投影显示设备为头戴式增强。

10、现实显示设备或头戴式虚拟现实显示设 备。 0016 可选的， 所投影显示设备为投影仪或投影电视。 0017 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： 0018 本发明实施例的方案中， 通过改变第一致动部的内径和/或外径， 使得第一致动部 的内径小于第二致动部的内径和/或所述第一致动部的外径小于第二致动部的外径， 以减 小第一致动部的固有频率， 使得第一致动部的固有频率小于第二致动部的固有频率， 从而 满足慢轴驱动频率的要求， 增大慢轴振幅。 附图说明 0019 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。

11、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： 0020 图1A和图1B为现有技术中的扫描致动器的结构示意图； 0021 图2A为本发明实施例提供的扫描致动器的截面示意图； 0022 图2B为本发明实施例提供的另一种可能的扫描致动器的截面示意图； 图2C为本发明实施例提供的另一种可能的扫描致动器的截面示意图； 图2D为本发明实施例提供的方管型致动器的横截面的示意图； 0023 图3A和图3B为本发明实施例提供的质量块的结构示意图； 0024 图4A-图5C为本发明实施例。

12、提供的隔离部的不同结构示意图。 具体实施方式 0025 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。 0026 请参考图2A-图2C， 图2A-图2C为本发明实施例提供的扫描致动器的截面示意图， 阴影部分表示中空部分， 扫描致动器包括沿从后向前的方向依次连接的第一致动部101和 第二致动部102； 所述第一致动部101能够驱动所述第二致动部102以第一方向振动。

13、， 所述第 二致动部102能够以第二方向振动， 所述第一致动部101的内径小于所述第二致动部102的 内径， 和/或所述第一致动部101的外径小于所述第二致动部102的外径， 使得所述第一致动 部101的固有频率小于所述第二致动部102的固有频率。 说明书 2/6 页 4 CN 111830703 A 4 0027 其中， 第一致动部101在电信号激励下， 能够带动第二致动部102沿第一方向运动， 第二致动部102在电信号激励下， 能够以第二方向振动， 第一方向和第二方向为两个相交的 方向， 可选的， 第一方向和第二方向相互垂直。 0028 本发明实施例中， 通过减小第一致动部101的内径和/。

14、或外径， 能够减小第一致动 部101的固有频率， 使得第一致动部101的固有频率小于第二致动部 102的固有频率， 因此， 第一致动部101可以作为扫描致动器的慢轴， 第二致动器作为扫描驱动器的快轴， 从而满足 某些对快轴和慢轴驱动频率有不同要求的扫描模式， 如栅格式扫描、 利萨茹扫描等等， 并 且， 减小慢轴的固有频率使其更接近慢轴的驱动频率， 可以增大慢轴振幅。 0029本发明实施例中， 材料的固有频率可以用表达式来表示， 其 中， 为第一致动部101/第二致动部102的固有频率， E是材料的弹性模量， I是截面惯性 矩， 是密度， A是截面面积， L是第一致动部101/第二致动部102 。

15、的长度。 根据振动理论， 为 了将慢轴的固有频率降低， 可以增加慢轴长度， 但增加慢轴长度将不利于将扫描器件的小 型化。 另一方面， 对于相同的材料， 材料的弹性模量E和密度 是相同的， 假设第一致动部101 和第二致动部102的长度L保持不变(第一致动部101和第二致动部102的长度可以相同也可 以不同)， 则第一致动部101和第二致动部102的固有频率取决于的变化， 固有频率的值随 的值增大而增大。 0030 本发明实施例中， 扫描致动器可以为圆管型致动器， 也可以为方管型致动器等， 本 发明对此不做限制。 对于圆管型致动器而言，其中， D 为致动器的外径， d为致动器的内径， 则由此可知。

16、， 圆管型致动器的内径 和/或外径减小时， 其的值也随之减小， 从而减小固有频率。 因此， 对于圆管型致动器而 言， 可以设置第一致动部101的内径小于第二致动部102的内径， 或者设置第一致动部101的 外径小于第二致动部102的外径， 又或者设置第一致动部101的内径小于第二致动部102的 内径， 且第一致动部101的外径小于第二致动部102的外径， 就可以使得第一致动部 101的 固有频率小于第二致动部102的固有频率。 0031 而对于方管型致动器而言， 其沿不同方向振动时的截面惯性矩是不同的， 如图2D 所示， 方管型致动器沿x方向振动时， 其截面惯性矩方管型致动器沿y方向振 动时，。

17、 其截面惯性矩因此， 在计算方管型致动器的截面惯性矩时， 需要结合其 振动方向来计算对应的截面惯性矩。 本发明实施例中， 以方管型致动器为正方管型致动器 为例进行说明， 则BH， bh， 截面惯性矩 说明书 3/6 页 5 CN 111830703 A 5 由此可知， 正方管型致动器的内径和/或外径减小时， 其的值也随之减小， 从而减小固有 频率。 因此， 对于方管型致动器而言， 可以设置第一致动部101的内径小于第二致动部102的 内径， 或者设置第一致动部101的外径小于第二致动部102的外径， 又或者设置第一致动部 101的内径小于第二致动部102的内径， 且第一致动部101的外径小于第。

18、二致动部102的外 径， 就可以使得第一致动部101的固有频率小于第二致动部102的固有频率。 0032 需要说明的是， 本发明实施例中的固有频率是指第一致动部101/第二致动部102 的一阶固有频率， 表达式是一阶固有频率的近似表达， 在计算的值 时， 由于空气的质量很小， 忽略了空气的质量。 0033 本发明实施例中， 设置第一致动部101的内径和/或外径的方式有很多种， 接下来 以扫描致动器为圆管型致动器为例， 对以下几种方式进行说明， 在实际应用中， 包括但不限 于以下几种方式。 0034 在第一种可能的实施方式中， 通过改变第一致动部101的外壁， 使第一致动部的外 径减小。 如图2。

19、A所示， D1为第一致动部101的外径， d1为第一致动部101的内径， D2为第二致 动部102的外径， d2为第二致动部102的内径， 由于第一致动部101和第二致动部102的内径 相同， 第一致动部101的外径小于第二致动部102的外径， 使得的值减小， 第一致动部101 的固有频率也随之减小， 从而使得第一致动部101的固有频率相对于第二致动部102减小。 0035 在第二种可能的实施方式中， 通过改变第一致动部101的内壁， 使第一致动部的内 径减小。 如图2B所示， D1为第一致动部101的外径， d1为第一致动部101的内径， D2为第二致 动部102的外径， d2为第二致动部1。

20、02的内径， 由于第一致动部101和第二致动部102的外径 相同， 第一致动部101的内径小于第二致动部102的内径， 使得的值减小， 第一致动部101 的固有频率也随之减小， 从而使得第一致动部101的固有频率相对于第二致动部102减小。 0036 在第三种可能的实施方式中， 如图2C所示， 可以同时改变第一致动部101 的内壁 和外壁， 使得第一致动部101内径和外径均减小， 由于的值减小， 第一致动部101的固有频 率也随之减小， 从而使得第一致动部101的固有频率相对于第二致动部102减小。 0037 本发明实施例中， 在上述图2A-图2C对应实施例的基础上， 为了进一步减小第一致 动。

21、部101的固有频率， 如图3A和图3B所示， 还可以在所述第一致动部101和所述第二致动部 102之间设置至少一个质量块103。 0038 在第一致动部101和第二致动部102之间设置质量块103， 相当于给第一致动部101 的悬臂增加了一个质量块103， 从而增加第一致动部101的负载， 可以进一步降低慢轴的固 有频率。 在实际应用中， 质量块103可以是橡皮套等材料制成， 质量块103的数量可根据固有 频率的调节量来设置， 本发明对此不做限制。 对于扫描光纤从扫描致动器内部穿过的情况， 质量块103中间还可以设置用于容置扫描光纤的穿孔。 0039 本发明实施例中， 如图2A和图2B所示， 。

22、第一致动部101和第二致动部 102可以直接 连接。 如图4A-图5C所示， 第一致动部101和第二致动部102 也可以通过隔离部104连接， 换 说明书 4/6 页 6 CN 111830703 A 6 言之， 扫描致动器还包括位于第一致动部101 和第二致动部102之间的隔离部104， 隔离部 104可以隔离设置在第一致动部 101和第二致动部102上的电极， 从而避免第一致动部101 和第二致动部102 之间出现电信号干扰。 0040 参考图4A-图4C， 第一致动部101和第二致动部102的内径相同， 第一致动部101的 外径小于第二致动部102的外径， 如图4A所示， 隔离部104的。

23、外径可以与第一致动部101相 同。 如图4B所示， 隔离部104的外径可以与第二致动部102相同。 如图4C所示， 隔离部104的外 径可以是渐变的， 沿从后向前的方向逐渐增大。 在实际应用中， 可以根据实际需要选择隔离 部104的设置方式， 本发明对此不做限制。 0041 参考图5A-图5C， 第一致动部101和第二致动部102的外径相同， 第一致动部101的 内径小于第二致动部102的外径， 如图5A所示， 隔离部104的内径与第一致动部101的内径相 同。 如图5B所示， 隔离部104的内径与第二致动部102的内径相同。 如图5C所示， 隔离部104的 内径可以是渐变的， 沿从后向前的方。

24、向逐渐增大。 在实际应用中， 可以根据实际需要选择隔 离部104的设置方式， 本发明对此不做限制。 0042 本发明实施例中， 第一致动部101、 第二致动部102可以是一体成型或固定连接的。 在扫描致动器包括隔离部104时， 第一致动部101、 第二致动部102 和隔离部104同样可以是 一体成型或者固定连接的， 本发明对此不做限制。 0043 基于同一发明构思， 本发明实施例还提供一种显示模组， 包括光源， 光纤和扫描致 动器； 所述光纤固定在所述第二致动部上， 光纤一端与所述光源连接， 光纤另一端超出第二 致动部并形成光纤悬臂， 所述光纤悬臂最终被所述扫描致动器带动以第一方向与第二方向 。

25、的合成方向上在三维空间中扫动； 所述光源输出的调制光耦入所述光纤， 经光纤悬臂出光 端出射后， 作为投影显示图像光。 本发明实施例中， 光源可以为RGB三色光源， 光源的种类可 以为激光器或者LED(英文全称： Light Emitting Diode； 中文名称： 发光二极管)等， 本发明 对此不做限制。 0044 本发明实施例中的显示模组可以应用至各种投影显示设备中， 如： 头戴式 AR(英 文全称： Augmented Reality； 中文名称： 增强现实)设备、 头戴式VR 英文全称： Virtual Reality； 中文名称： 虚拟现实)设备、 投影电视、 投影仪等等， 在这些投。

26、影显示设备中， 可以 使用一个显示模组进行显示， 也可以通过多个显示模组拼接的方式进行显示， 本发明对此 不做限制。 0045 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： 0046 本发明实施例的方案中， 通过改变第一致动部的内径和/或外径， 使得第一致动部 的内径小于第二致动部的内径和/或所述第一致动部的外径小于第二致动部的外径， 以减 小第一致动部的固有频率， 使得第一致动部的固有频率小于第二致动部的固有频率， 从而 满足慢轴驱动频率的要求， 增大慢轴振幅。 0047 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。

27、外， 均可以以任何方式组合。 0048 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。 0049 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 说明书 5/6 页 7 CN 111830703 A 7 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。 说明书 6/6 页 8 CN 111830703 A 8 图1A 图1B 图2A 说明书附图 1/5 页 9 CN 111830703 A 9 图2B 图2C 图2D 说明书附图 2/5 页 10 CN 111830703 A 10 图3A 图3B 图4A 说明书附图 3/5 页 11 CN 111830703 A 11 图4B 图4C 图5A 说明书附图 4/5 页 12 CN 111830703 A 12 图5B 图5C 说明书附图 5/5 页 13 CN 111830703 A 13 。