CN108803008B - 一种位移放大机构、光纤扫描装置及投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移放大机构，包括：刚性杆体，两个端部分别为位移输入端和位移输出端；第一球铰部，设置于所述刚性杆体上，第一球铰部距离位移输出端的距离大于距离位移输入端的距离；支座，用于支撑所述刚性杆体；第二球铰部，设置于支座上；第一球铰部与第二球铰部配合连接，构成球铰结构。刚性杆体的位移输入端的二维运动使得刚性杆体绕球铰结构的球心旋转，从而将位移输入端的二维运动位移放大后传递至刚性杆体的位移输出端，形成二维运动同步负响应，从而构成二维驱动同响应的位移放大机构。

Description

一种位移放大机构、光纤扫描装置及投影仪

技术领域

本发明涉及位移放大技术领域，尤其涉及一种位移放大机构、光纤扫描装置及投影仪。

背景技术

压电驱动器是基于波动原理的新型控制与驱动的微驱动器，利用压电元件所具有的逆压电效应，将电能转换为机械能的新型驱动装置。压电陶瓷微位移器件具有体积小、出力大、分辨率高和频响高的优点，同时还不发热、无噪声、易于控制，是纳米驱动定位技术中比较理想的微位移器件。移动互联网的普遍应用，使得移动设备应用场景不断增加，移动设备的小型化、轻型化成为移动设备发展趋势。

对于压电驱动器而言，在设备中用尽可能小体积的放大机构将其微位移放大为设备所需的大位移，是人们致力实现的目标。

目前，传统技术中用于微位移放大的结构主要包括如文献“压电双晶片型微位移放大机构研究”(张斌,李士进等.精密制造与自动化,2011,(3):26-30)记载的三角放大机构和如文献“基于柔性铰链杠杆放大机构的二维微位移平台设计”(刘涛,张心明.机械工程师.2014(12):165-168)记载的二级对称杠杆放大机构。但上述放大机构只能进行单轴方向上的放大，无法满足一些需要二维运动的装置，对于需要与二维驱动同响应的装置无法使用。

因此，需要一种体积相对较小、并能够与二维驱动同响应的位移放大机构。

进一步的，目前的光纤扫描系统，采用压电器件的弯曲变形，将振动传导至黏贴的光纤上，从而使得光纤端面出射的光扫描特定的轨迹。工作在此种模式下，扫描的频率通常在压电器件和光纤悬臂的共振频率下，才能实现较大的振幅。

光纤悬臂的长度与共振频率的关系满足：

为了实现较高的振动扫描频率，需要减小光纤悬臂的长度，但减小光纤悬臂的长度就会减小光纤端面扫描的振幅，从而会导致扫描显示的分辨率降低。

因而，如何既能实现较高的振动扫描频率，又能获得较大的振幅，是目前光纤扫描装置亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够与二维驱动同响应的位移放大机构，以及可以有效提高显示分辨率的光纤扫描装置和投影仪，用以解决现有技术中的位移放大机构无法满足二维运动的位移放大的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明第一方面提供了一种位移放大机构，包括：

刚性杆体，两个端部分别为位移输入端和位移输出端；

第一球铰部，设置于所述刚性杆体上，第一球铰部距离位移输出端的距离大于距离位移输入端的距离；

支座，用于支撑所述刚性杆体；

第二球铰部，设置于支座上；

第一球铰部与第二球铰部配合连接，构成球铰结构。

使用时，刚性杆体的位移输入端连接进行二维运动的驱动装置，刚性杆体的位移输出端连接被驱动装置。刚性杆体绕球铰结构的球心被动旋转，从而将驱动装置的二维运动位移放大后传递至被驱动装置，被驱动装置与驱动装置的运动同步负响应，从而构成二维驱动同响应的位移放大机构。

优选的，本发明所述的位移放大机构为微位移放大机构，更为优选的，为二维微位移放大机构，例如，用于放大压电致动器的位移或用于放大压电陶瓷片的伸缩位移等。

本发明的第一球铰部可以为球座，则相应的第二球铰部为球体；同样的，也可以是第一球铰部为球体，则相应的第二球铰部为球座。

进一步的，当本发明的第一球铰部为设置于刚性杆体上的球体，第二球铰部为设置于支座上的球座时，刚性杆体可旋转至不与球座存在运动干涉的任意角度。

因而为了使刚性杆体获得最大角度的运动范围，可在不影响球座功能的前提下，尽量减小球座覆盖球体的面积。

为了减小球座覆盖球体的面积，优选的，所述的球座可为环抱球体的环形件，环形件内表面为球面槽。并且优选的，环形件的轴心线沿水平方向设置，从而可以由环形件底部承担球体及刚性杆体的重量，而环形件其余部分仅需提供阻止球体沿径向窜动的力即可，这使得环形件在轴向上的尺寸可以尽量小，进而可以为刚性杆件提供更大的运动范围。

为了减小球座覆盖球体的面积，优选的，所述的球座可包括至少两个分块，每个分块的内表面均为球面槽。各分块可通过固定支撑件连接于支座上。

当第一球铰部为设置于刚性杆体上的球座，第二球铰部为设置于支座上的球体时，刚性杆体可旋转至球座不与支座-球体连接部存在运动干涉的任意角度。

因而为了使刚性杆体获得最大角度的运动范围，可在不影响球座功能的前提下，尽量减小球座覆盖球体的面积。

为了减小球座覆盖球体的面积，优选的，所述的球座的球面槽的端口处的内径略小于球体的外径。

为了减小球座覆盖球体的面积，优选的，所述的球座设置有多个让位槽，从而让位槽成为可以容置支座-球体连接部的空间，刚性杆体可在此让位槽处获得更大的位移范围。

当进行刚性杆体与驱动装置、刚性杆体与被驱动装置的连接时，可以将驱动装置或被驱动装置直接与刚性杆体固定连接。

当驱动装置将较大位移的二维运动的传递至刚性杆体的位移输入端时，发明人发现刚性杆体与支座间的球铰结构对驱动装置的二维运动造成了干涉和影响，使得驱动装置无法按原有的二维运动轨迹进行运动，表现为运动距离的减少，驱动装置的位移越大距离减少的比例越大，而对于微位移的二维运动则不具有明显的影响。

为了解决上述刚性杆体对驱动装置二维运动的干涉，优选的，刚性杆体的位移输入端设置有一个连接部件，刚性杆体的位移输入端通过连接部件与驱动装置连接，所述的连接部件包括第三球铰部和设置于刚性杆体位移输入端的第四球铰部，第三球铰部与第四球铰部配合连接构成球铰结构。使用时，将第三球铰部与驱动装置固定连接。

可选择的，所述的第三球铰部可以为球座，则相应的第四球铰部为球体；也可以是第三球铰部为球体，则相应的第四球铰部为球座。

上述结构的连接部件能够适用驱动装置具有稍大距离的二维位移的工况，但当将上述结构的连接部件应用于驱动装置具有更大距离的二维位移时，再次出现了驱动装置位移被干涉的现象。为了解决这个技术问题，本发明进一步地，在第三球铰部与第四球铰部的配合面之间设置了间隙，间隙内填充有阻尼层。所述的阻尼层由阻尼材料构成，或由阻尼脂构成。阻尼层用以使得刚性杆体及时响应驱动装置的驱动的同时，又为第三球铰部与第四球铰部之间的相对位移形成补偿。所述的第三球铰部与第四球铰部的配合面是指球铰结构中相配合的球体的外表面与球座的内表面。

本发明的第二方面提供了一种有效提高显示分辨率的光纤扫描装置，其包含：

本发明上述任意一个位移放大机构，

扫描致动器，扫描致动器与位移放大机构的刚性杆体的位移输入端连接，并被配置为物理地移动刚性杆体的位移输入端；

光纤，固定于刚性杆体的位移输出端，用于导光并从端面射出扫描光束。

扫描致动器驱动刚性杆体的位移输入端同时进行X轴方向的振动和Y轴方向的振动，刚性杆体的位移输出端同步负响应，使光纤的前端部呈螺旋状振动，从而使光纤的前端射出的光在被摄体上螺旋扫描。位移输出端的振动频率与位移输入端的振动频率相同，而振幅被放大，从而相比现有光纤扫描装置，可以实现高扫描频率的大振幅扫描，解决了现有光纤扫描装置高扫描频率与大扫描振幅之间的矛盾，从而有效提高了扫描的显示分辨率，能够获得多台现有光纤扫描装置配合使用才能获得的显示分辨率，明显降低了设备成本。

可选的，所述扫描致动器配置在刚性杆体的位移输入端或通过连接部件与刚性杆体的位移输入端连接。

所述的扫描致动器可以包括压电致动器。刚性杆体被扫描致动器驱动沿一个轴或两个轴运动，以便光纤端部发生的光沿一个或两个轴或位于同平面内的多个轴扫描。驱动电子系统可以为压电致动器产生驱动信号，以控制压电致动器的致动。

可选的，所述的扫描致动器包括固定设置的框架和至少一对将电压信号转换为长度方向机械性位移的长形状的压电元件；框架设置于刚性杆体的位移输入端外围，每对压电元件中心对称地设置于刚性杆体与框架之间，每个压电元件长度方向的两端中，一端固定、另一端自由，即每个压电元件的长度方向的一端与刚性杆体或框架固定连接，长度方向的另一端以接触方式与框架或刚性杆体配合。每对压电元件在电压信号作用下同时做长度相等、伸缩方向相反的伸缩。也就是每对压电元件中一个压电元件在长度方向上伸长一段距离，同时另一个压电元件在长度方向上收缩相同长度的距离；反之亦然。例如，对于一对沿X轴延伸的对称设置于刚性杆体与框架之间的两个压电元件，两个压电元件在垂直于长度方向的方向进行极化，当所加的电压与极化方向相同时，则压电元件沿X轴伸长；当所加电压与极化方向相反时，则压电元件沿X轴缩短。所述两个压电元件工作时，对任意一个压电元件施加正向电压，同时，对另一个压电元件施加反向电压，则刚性杆体的位移输入端沿X轴向缩短的压电元件一侧移动；同时改变对所述两个压电元件的施加电压的方向，则刚性杆体的位移输入端开始沿X轴向相反方向移动。

从而在驱动电子系统产生的驱动信号下，每对压电元件驱动刚性杆体的位移输入端在各自长度方向所在的轴线上沿轴线振动，该位移输入端的振动通过刚性杆体传递至刚性杆体的位移输出端，形成位移的放大，被驱动装置与驱动装置的运动同步负响应。

进一步优选的，扫描致动器包括两对压电元件，所述的框架为方形框架，且第一对压电元件的长度方向与另一对压电元件的长度方向垂直。在驱动电子系统产生的驱动信号下，每对压电元件驱动刚性杆体的位移输入端在各自长度方向所在的轴线上沿轴线振动，使得位移输入端做二维运动，而该位移输入端的二维运动通过刚性杆体传递至刚性杆体的位移输出端，形成位移的放大，被驱动装置与驱动装置的运动同步负响应。

本发明的另一个实施例中，以刚性杆体为Z轴，所述的压电致动器包括第一双压电晶片和第二双压电晶片，第一双压电晶片在驱动信号作用下沿X轴振动、第二双压电晶片在驱动信号作用下沿Y轴振动，或，第一双压电晶片在驱动信号作用下沿Y轴振动、第二双压电晶片在驱动信号作用下沿X轴振动。第一双压电晶片的末端被固定，第二双压电晶片的一端固定设置于第一双压电晶片的前端，第二双压电晶片的另一端与刚性杆体的位移输入端或通过连接部件与刚性杆体的位移输入端连接。从而第二双压电晶片将第一双压电晶片的X轴或Y轴位移和其本身的Y轴或X轴位移同时传递给刚性杆体的位移输入端。

本发明的另一目的，在于提供一种有效提高显示分辨率的投影仪，包含:

本发明上述任意一个实施例的光纤扫描装置。

进一步的，所述的投影仪还包括光源，其产生通过所述光纤引导的光，

以及光学放大系统，其会聚所述光纤射出的光。

从光源发出的光由光纤引导并从前端射出，通过光学放大系统照射到被摄体。例如，所述的光学放大系统可为会聚透镜。

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：

1、位移放大机构能够对位移输入端的二维位移同步负响应放大，从而使得装置以相对小的驱动位移及结构获得了大的位移。

2、给出了将位移放大机构应用于光纤扫描技术的装置的结构，解决了现有光纤扫描装置高扫描频率与大扫描振幅之间的矛盾，可以实现高扫描频率和大振幅的扫描，有效提高显示分辨率。

3、通过设置连接部件，克服了较大位移工况下刚性杆体与支座间的球铰结构对驱动装置二维运动的干涉和影响，使得位移放大机构能够适用较大二维位移的工况。

4、通过设置阻尼层，能够进一步扩大位移放大机构的适用范围，阻尼层使得刚性杆体及时响应驱动装置的驱动的同时，又为第三球铰部与第四球铰部之间的相对位移形成补偿。

附图说明

图1为本发明的位移放大机构的结构示意图；

图2为本发明的位移放大机构的另一种结构的结构示意图；

图3为本发明的位移放大机构的第三种结构的结构示意图；

图4为本发明的位移放大机构的第四种结构的结构示意图；

图5为将驱动装置或和被驱动装置直接与刚性杆体固定连接的结构示意图；

图6为图5中驱动装置的侧视图；

图7为设置连接部件的位移放大机构的结构示意图；

图8为连接部件的另一种结构的结构示意图；

图9为设置有阻尼层的连接部件的结构示意图；

图10为设置有阻尼层的连接部件的另一种结构的结构示意图；

图11为本发明的光纤扫描装置的结构示意图；

图12为图11中扫描致动器的侧视图；

图13为本发明的光纤扫描装置的另一种结构的结构示意图；

图14为图13的俯视结构示意图；

图15为本发明的投影仪的结构示意图；

图中：

1-刚性杆体，101-位移输入端，102-位移输出端；

2-球铰结构，201-第一球铰部，202-第二球铰部，2021-分块，2011-让位槽；

3-支座；

4-驱动装置，401-框架，402-压电元件，403-滑动部件；

5-被驱动装置；

6-连接部件，601-第三球铰部，602-第四球铰部，603-阻尼层；

7-扫描致动器，711-框架，712-压电元件，713-滑动部件，721-第一压电陶瓷片，722-第二压电陶瓷片；

8-光纤，9-光学放大系统，10-光源。

具体实施方式

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。

本发明实施例提供一种，用以能够与二维驱动同响应的位移放大机构，以及可以有效提高显示分辨率的光纤扫描装置和投影仪，用以解决现有技术中的放大机构无法满足二维运动的位移放大的技术问题。

为了解决上述技术问题，如图1-图5所示，本发明的实施例提供了一种位移放大机构，包括：

刚性杆体1，两个端部分别为位移输入端101和位移输出端102；

第一球铰部201，设置于所述刚性杆体1上，第一球铰部201距离位移输出端102的距离大于距离位移输入端101的距离；

支座3，用于支撑所述刚性杆体1；

第二球铰部202，设置于支座3上；

第一球铰部201与第二球铰部202配合连接，构成球铰结构2。

使用时，刚性杆体1的位移输入端101连接进行二维运动的驱动装置4，刚性杆体1的位移输出端102连接被驱动装置5。刚性杆体1绕球铰结构2的球心被动旋转，从而将驱动装置4的二维运动位移放大后传递至被驱动装置5，被驱动装置5与驱动装置4的运动同步负响应，从而构成二维驱动同响应的位移放大机构。当刚性杆体1的轴心线通过球铰结构2的球心时，其放大比例为距离位移输出端102的距离与球体距离位移输入端101的距离的比值。通过调节球铰结构2距离刚性杆体1两端的比例可以实现对位移放大倍数的调节。

优选的，本发明所述的位移放大机构为微位移放大机构，更为优选的，为二维微位移放大机构，例如，用于放大压电致动器的位移、用于放大压电陶瓷片的伸缩位移等。

本发明的实施例中的第一球铰部201可以为球座，则相应的第二球铰部202为球体；同样的，也可以是第一球铰部201为球体，则相应的第二球铰部202为球座。

上述的球座的内表面为球面槽，为了使得该球铰结构2能够及时准确、响应传递位移输入端101的位移、将位移输入端101位移传递至位移输出端102，球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内。

为了对进一步对上述第一球铰部201及第二球铰部202的配合结构进行说明，以下给出本发明的一些实施例，但本发明的实施方式显然不限于如下所述。

如图1、图2所示，在本发明的一种实施例中第一球铰部201为设置于刚性杆体1上的球体，第二球铰部202为设置于支座3上的球座，球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内。从而使得刚性杆体1可以绕球体球心旋转，刚性杆体1可旋转至不与球座存在运动干涉的任意角度。

因而为了使刚性杆体1获得最大角度的运动范围，可在不影响球座功能的前提下，尽量减小球座覆盖球体的面积。球座功能是指球座通过球面槽允许球体在球面槽内旋转、但限制球体沿任一径向相对移动。

为了减小球座覆盖球体的面积，如图1所示，一个较优的实施例为，所述的球座为环抱球体的环形件，环形件内表面为球面槽。并且优选的，环形件的轴心线沿水平方向设置，从而可以由环形件底部承担球体及刚性杆体1的重量，而环形件其余部分仅需提供阻止球体沿径向窜动的力即可，这使得环形件在轴向上的尺寸可以尽量小，进而可以为刚性杆件提供更大的运动范围。并且，为了使得刚性杆体1获得较为均匀、对称的活动范围、以及更大的位移放大比例，刚性杆体1的轴心线过球体的球心。

为了减小球座覆盖球体的面积，如图2所示，另一个较优的实施例为，所述的球座包括至少两个分块2021，每个分块2021的内表面均为球面槽。各分块2021可通过固定支撑件连接于支座3上。

至于分块2021的数量及对应数量下的布局，本领域技术人员是可以在满足球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内的前提下、根据工况需求进行任意配置。以下结合实施例对上述数量及相应数量下的配置情况进行说明，但本发明的实施方式不限于如下所述。在一个实施例中，球座包含两个分块2021，为了满足球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内，该两个分块2021可被配置在球体任意一条直径的两端外侧；在另一个实施例中，球座包含三个分块2021，为了满足球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内，该三个分块2021可被配置在球体任意同一条母线的外侧，且三个分块2021呈锐角三角形分布；在另一个实施例中，球座包含四个分块2021，为了满足球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内，该四个分块2021可被配置在球体任意同一条母线的外侧，且任意两个相邻分块2021间的圆弧对应的圆心角不大于180°，该四个分块2021还可被配置成一个四面体，且四面体的每个面都为锐角三角形。以上为对球座包括分块2021的数量及对应数量下的布局的一些说明，但本发明的实施方式显然不限于如上所述。

如图3、图4所示，在本发明的一种实施例中第一球铰部201为设置于刚性杆体1上的球座，第二球铰部202为设置于支座3上的球体，球体可相对旋转、不可沿任一径向相对移动地安置于球座的球面槽内，从而，球座与球体构成球铰结构2。刚性杆体1可以绕球体球心旋转，刚性杆体1可旋转至球座不与支座-球体连接部存在运动干涉的任意角度。

因而为了使刚性杆体1获得最大角度的运动范围，可在不影响球座功能的前提下，尽量减小球座覆盖球体的面积。球座功能是指球座通过球面槽允许球体在球面槽内相对旋转、但限制球体沿任一径向相对移动。

为了减小球座覆盖球体的面积，一个较优的实施例为，所述的球座的球面槽的端口处的内径略小于球体的外径，如图3所示。

为了减小球座覆盖球体的面积，另一个较优的实施例为，所述的球座设置有多个让位槽2011，从而让位槽2011成为可以容置支座-球体连接部的空间，刚性杆体1可在此让位槽2011处获得更大的位移范围，如图4所示。

如图1-图4所示，当进行刚性杆体1与驱动装置4、刚性杆体1与被驱动装置5的连接时，可以将驱动装置4或被驱动装置5直接与刚性杆体1固定连接。

本发明的一个实施例给出了将驱动装置4直接与刚性杆体1固定连接的结构，如图5、图6所示，所述的驱动装置4包括：固定设置的框架401和至少一对将电压信号转换为长度方向机械性位移的长形状的压电元件402；框架401设置于刚性杆体1的位移输入端101外围，每对压电元件402中心对称地设置于刚性杆体1与框架401之间，每个压电元件402长度方向的两端中，一端固定、另一端自由，即每个压电元件402的长度方向的一端与刚性杆体1或框架401固定连接，长度方向的另一端以接触方式与框架401或刚性杆体1配合。每对压电元件402在电压信号作用下同时做长度相等、伸缩方向相反的伸缩。也就是每对压电元件402中一个压电元件402在长度方向上伸长一段距离，同时另一个压电元件402在长度方向上收缩相同长度的距离；反之亦然。例如，对于一对沿X轴延伸的对称设置于刚性杆体1与框架401之间的两个压电元件402，两个压电元件402在垂直于长度方向的方向进行极化，当所加的电压与极化方向相同时，则压电元件402沿X轴伸长；当所加电压与极化方向相反，则压电元件402沿X轴缩短。所述两个压电元件402工作时，对任意一个压电元件402施加正向电压，同时，对另一个压电元件402施加反向电压，则刚性杆体1的位移输入端101沿X轴向缩短的压电元件402一侧移动；同时改变对所述两个压电元件402的施加电压的方向，则刚性杆体1的位移输入端101开始沿X轴向相反方向移动。

从而在驱动电子系统产生的驱动信号下，每对压电元件402驱动刚性杆体1的位移输入端101在各自长度方向所在的轴线上双向移动，而该位移输入端101的位移通过刚性杆体1传递至刚性杆体1的位移输出端102，形成位移的放大。当驱动装置4设置有两对或多对所述压电元件402时，如图5、图6所示，本发明一个实施例中，驱动装置4设置有两对压电元件402，框架401为方形框架401，则刚性杆体1的位移输入端101的运动就成为了二维运动，该二维运动通过刚性杆体1传递到刚性杆体1的位移输出端102，实现了二维运动的同步负响应放大。

进一步地，为了减小压电元件402与框架401间的摩擦，如图6所示，本发明一个更优的实施例中，在各压电元件402的端部均固定设置了一个滑动部件403。该滑动部件403可以为滑块，并且优选的，可在框架401的内壁上设置于滑块相配合的滑轨，滑块滑动安装于对应的滑轨内，滑轨垂直于对应滑块固定连接的压电元件402，且与各压电元件402均位于同一平面内。该滑动部件403也可以为安装于压电元件端部的滚轮或滚球等其他可以减小摩擦的部件。

由于压电元件402的位移量较小，其运动位移可以等同于平面内的二维运动。但当驱动装置4将较大位移的二维运动的传递至刚性杆体1的位移输入端101时，发明人发现刚性杆体1与支座3间的球铰结构2对驱动装置4的二维运动造成了干涉和影响，使得驱动装置4无法按原有的二维运动轨迹进行运动，表现为运动距离的减少，驱动装置4的位移越大距离减少的比例越大，而对于微位移的二维运动则不具有明显的影响。

为了解决上述刚性杆体1对驱动装置4二维运动的干涉，本发明的另一实施例中，刚性杆体1的位移输入端101设置有一个连接部件6，如图7、图8所示，刚性杆体1的位移输入端101通过连接部件6与驱动装置4连接，所述的连接部件6包括第三球铰部601和设置于刚性杆体1位移输入端101的第四球铰部602，第三球铰部601与第四球铰部602配合连接构成球铰结构。使用时，将第三球铰部601与驱动装置4固定连接。

可选择的，所述的第三球铰部601可以为球座，则相应的第四球铰部602为球体；也可以是第三球铰部601为球体，则相应的第四球铰部602为球座。上述的球座的内表面为球面槽，球体可相对旋转地安置于球座的球面槽内。

本发明的一个实施例中，如图7所示，第三球铰部601为球座，其与驱动装置4固定连接，第四球铰部602为固设于刚性杆体1位移输入端101的球体，球体可相对旋转地安装于球座的球面槽内。从而驱动装置4在进行二维运动时，通过该铰接结构带动刚性杆体1的位移输入端101进行二维运动，同时球铰结构补偿刚性杆体1与球座之间的相对旋转位移。为了使得刚性杆体1的位移输入端101能够具有较大的运动范围，应在满足球座功能的前提下，尽量避免刚性杆体1与球座间的运动干涉。本发明的一个较佳实施例中，球座的球面槽靠近刚性杆体1一侧的开口的内径略小于球体的外径。

本发明的另一实施例中，如图8所示，第三球铰部601为球体，其与驱动装置4固定连接，第四球铰部602为固设于刚性杆体1位移输入端101的球座，球体可相对旋转地安装于球座的球面槽内。同样的，驱动装置4带动刚性杆体1进行二维运动。为了使得刚性杆体1的位移输入端101能够具有较大的运动范围，应在满足球座功能的前提下，尽量避免球座与球体-驱动装置连接部间的运动干涉。本发明的一个较佳实施例中，球座的球面槽靠近球体-驱动装置连接部一侧的开口的内径略小于球体的外径。

上述结构的连接部件6能够适用驱动装置4具有稍大距离的二维位移的工况，但当将上述结构的连接部件6应用于驱动装置4具有更大距离的二维位移时，再次出现了驱动装置4位移被干涉的现象。为了解决这个技术问题，本发明的另一实施例中，如图9、图10所示，进一步地，第三球铰部601与第四球铰部602的配合面之间设置了间隙，间隙内填充有阻尼层603。所述的阻尼层603由阻尼材料构成，或由阻尼脂构成。阻尼层603用以使得刚性杆体1及时响应驱动装置4的驱动的同时，又为第三球铰部601与第四球铰部602之间的相对位移形成补偿。所述的第三球铰部601与第四球铰部602的配合面是指球铰结构中相配合的球体的外表面与球座的内表面。

本发明的另一实施例提供了一种有效提高显示分辨率的光纤扫描装置，如图11-图14所示，其包含：

本发明上述任意一个实施例的位移放大机构，

扫描致动器7，扫描致动器7与位移放大机构的刚性杆体1的位移输入端101连接，并被配置为物理地移动刚性杆体1的位移输入端101；

光纤8，固定于刚性杆体1的位移输出端102，用于导光并从端面射出扫描光束。

扫描致动器7驱动刚性杆体1的位移输入端101同时进行X轴方向的振动和Y轴方向的振动，刚性杆体1的位移输出端102同步负响应，使光纤8的前端部呈螺旋状振动，从而使光纤8的前端射出的光在被摄体上螺旋扫描。位移输出端的振动频率与位移输入端的振动频率相同，而振幅被放大，从而相比现有光纤扫描装置，可以实现高扫描频率的大振幅扫描，解决了现有光纤扫描装置高扫描频率与大扫描振幅之间的矛盾，从而有效提高了扫描的显示分辨率，能够获得多台现有光纤扫描装置配合使用才能获得的显示分辨率，明显降低了设备成本。

本发明的实施例中，所述扫描致动器7配置在刚性杆体1的位移输入端101或通过所述连接部件6与刚性杆体1的位移输入端101连接。

本发明的实施例中，所述的扫描致动器7可以包括压电致动器，刚性杆体1被扫描致动器7驱动沿一个轴或两个轴或多个轴运动，以便光纤8端部发生的光沿一个或两个轴或位于同平面内的多个轴扫描。驱动电子系统可以为压电致动器产生驱动信号，以控制压电致动器的致动。

本发明的一个实施例中，如图11、图12所示，所述扫描致动器7配置在刚性杆体1的位移输入端101，所述的扫描致动器7包括固定设置的框架711和至少一对将电压信号转换为长度方向机械性位移的长形状的压电元件712；框架711设置于刚性杆体1的位移输入端101外围，每对压电元件712中心对称地设置于刚性杆体1与框架711之间，每个压电元件712长度方向的两端中，一端固定、另一端自由，即每个压电元件712的长度方向的一端与刚性杆体1或框架711固定连接，长度方向的另一端以接触方式与框架711或刚性杆体1配合。每对压电元件712在电压信号作用下同时做长度相等、伸缩方向相反的伸缩。也就是每对压电元件712中一个压电元件712在长度方向上伸长一段距离，同时另一个压电元件712在长度方向上收缩相同长度的距离；反之亦然。例如，对于一对沿X轴延伸的对称设置于刚性杆体1与框架711之间的两个压电元件712，两个压电元件712在垂直于长度方向的方向进行极化，当所加的电压与极化方向相同时，则压电元件712沿X轴伸长；当所加电压与极化方向相反时，则压电元件712沿X轴缩短。所述两个压电元件712工作时，对任意一个压电元件712施加正向电压，同时，对另一个压电元件712施加反向电压，则刚性杆体1的位移输入端101沿X轴向缩短的压电元件712一侧移动；同时改变对所述两个压电元件712的施加电压的方向，则刚性杆体1的位移输入端101开始沿X轴向相反方向移动。

从而在驱动电子系统产生的驱动信号下，每对压电元件712驱动刚性杆体1的位移输入端101在各自长度方向所在的轴线上沿轴线振动，该位移输入端101的振动通过刚性杆体1传递至刚性杆体1的位移输出端102，形成位移的放大，被驱动装置5与驱动装置4的运动同步负响应。

进一步的，作为一个优选的实施例，扫描致动器7包括两对压电元件712，所述的框架711为方形框架711，且第一对压电元件712的长度方向与另一对压电元件712的长度方向垂直。在驱动电子系统产生的驱动信号下，每对压电元件712驱动刚性杆体1的位移输入端101在各压电元件712的长度方向所在的轴线上沿轴线振动，使得位移输入端101做二维运动，而该位移输入端101的二维运动通过刚性杆体1传递至刚性杆体1的位移输出端102，形成位移的放大，被驱动装置5与驱动装置4的运动同步负响应。

进一步地，为了减小压电元件712与框架711间的摩擦，如图12所示，本发明一个更优的实施例中，在各压电元件712的端部均固定设置了一个滑动部件713。该滑动部件713可以为滑块，并且优选的，可在框架711的内壁上设置于滑块相配合的滑轨，滑块滑动安装于对应的滑轨内，滑轨垂直于对应滑块固定连接的压电元件712，且与各压电元件712均位于同一平面内。该滑动部件713也可以为安装于压电元件端部的滚轮或滚球等其他可以减小摩擦的部件。

本发明的另一个实施例中，如图13、图14所示，所述的扫描致动器7，例如压电致动器，可通过所述连接部件6与刚性杆体1的位移输入端101连接。本发明的一个实施例中，以刚性杆体1为Z轴，所述的压电致动器包括第一双压电晶片721和第二双压电晶片722，第一双压电晶片721在驱动信号作用下沿X轴振动、第二双压电晶片722在驱动信号作用下沿Y轴振动，或，第一双压电晶片721在驱动信号作用下沿Y轴振动、第二双压电晶片722在驱动信号作用下沿X轴振动。第一双压电晶片721的末端被固定，第二双压电晶片722的一端固定设置于第一双压电晶片721的前端，第二双压电晶片722的另一端与刚性杆体1的位移输入端101或通过连接部件6与刚性杆体1的位移输入端101连接。从而第二双压电晶片722将第一双压电晶片721的X轴或Y轴位移和其本身的Y轴或X轴位移同时传递给刚性杆体1的位移输入端101。

本发明的另一实施例提供了一种有效提高显示分辨率的投影仪，其包含:

本发明上述任意一个实施例的光纤扫描装置。

进一步的，所述的投影仪还包括光源10，其产生通过所述光纤8引导的光，

以及光学放大系统9，其会聚所述光纤8射出的光。

从光源10发出的光由光纤8引导并从前端射出，通过光学放大系统9照射到被摄体。例如，所述的光学放大系统9可为会聚透镜。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

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：

1、位移放大机构能够对位移输入端的二维位移同步负响应放大，从而使得装置以相对小的驱动位移及结构获得了大的位移。

2、给出了将位移放大机构应用于光纤扫描技术的装置的结构，解决了现有光纤扫描装置高扫描频率与大扫描振幅之间的矛盾，可以实现高扫描频率和大振幅的扫描。

3、通过设置连接部件，克服了较大位移工况下刚性杆体与支座间的球铰结构对驱动装置二维运动的干涉和影响，使得位移放大机构能够适用较大二维位移的工况。

4、通过设置阻尼层，能够进一步扩大位移放大机构的适用范围，阻尼层使得刚性杆体及时响应驱动装置的驱动的同时，又为第三球铰部与第四球铰部之间的相对位移形成补偿。

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。

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。

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。

Claims (6)

1.一种位移放大机构，其特征在于，包括：

刚性杆体(1)，两个端部分别为位移输入端(101)和位移输出端(102)；

第一球铰部(201)，设置于所述刚性杆体(1)上，第一球铰部(201)距离位移输出端(102)的距离大于距离位移输入端(101)的距离；

支座(3)，用于支撑所述刚性杆体(1)；

第二球铰部(202)，设置于支座(3)上；

第一球铰部(201)与第二球铰部(202)配合连接，构成球铰结构(2)；

所述的刚性杆体(1)的位移输入端(101)设置有一个连接部件(6)，所述的连接部件(6)包括第三球铰部(601)和设置于刚性杆体(1)位移输入端(101)的第四球铰部(602)，第三球铰部(601)与第四球铰部(602)配合连接构成球铰结构；

第三球铰部(601)与第四球铰部(602)的配合面之间设置有间隙，间隙内填充有阻尼层(603)，阻尼层用以使得刚性杆体及时响应驱动装置的驱动的同时，又为第三球铰部与第四球铰部之间的相对位移形成补偿。

2.如权利要求1所述的位移放大机构，其特征在于，所述的第一球铰部(201)为球座，第二球铰部(202)为球体；

或，所述的第一球铰部(201)为球体，第二球铰部(202)为球座。

3.如权利要求2所述的位移放大机构，其特征在于，所述的第一球铰部(201)为球体，第二球铰部(202)为球座；

所述的球座为环抱球体的环形件，

或，所述的球座包括至少两个分块(2021)，各分块(2021)可通过固定支撑件连接于支座(3)上。

4.一种光纤扫描装置，其特征在于，包含：

权利要求1-3中任意一项所述的位移放大机构，

扫描致动器(7)，扫描致动器(7)与位移放大机构的刚性杆体(1)的位移输入端(101)连接，并被配置为物理地移动刚性杆体(1)的位移输入端(101)；

光纤(8)，固定于刚性杆体(1)的位移输出端(102)；所述扫描致动器(7)通过所述连接部件(6)与刚性杆体(1)的位移输入端(101)连接。

5.如权利要求4所述的光纤扫描装置，其特征在于，所述的扫描致动器(7)包括压电致动器，刚性杆体(1)被扫描致动器(7)驱动沿一个轴或两个轴或位于同平面内的多个轴运动。

6.一种投影仪，其特征在于，包含:

权利要求4-5中任意一项所述的光纤扫描装置。

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