[发明专利]一种光纤螺旋扫描器的驱动调节方法及装置

说明书

本发明公开一种光纤螺旋扫描器的驱动调节方法及装置，包括：向光纤螺旋扫描器的两轴电极施加第一套组合恒压驱动信号，使得光纤螺旋扫描器的光纤扫描轨迹呈第一单根直线型；向光纤螺旋扫描器的两轴电极施加第二套组合恒压驱动信号，使得光纤螺旋扫描器的光纤扫描轨迹呈第二单根直线型；向光纤螺旋扫描器的两轴电极施加第一套组合恒压驱动信号和第二套组合恒压驱动信号，使得光纤螺旋扫描器的光纤扫描轨迹呈正圆形；对上述恒压驱动信号进行线性幅值调制，分析线性幅值调制后的光纤扫描轨迹的迟滞现象；通过经优化的调制波包络调制驱动信号，以缓解光纤扫描轨迹的中心区域过采样现象。本发明可以获取正圆形扫描轨迹，且克服中心位置过采样的问题。

技术领域

本发明属于光学扫描技术领域，更具体地，涉及一种光纤螺旋扫描器的驱动调节方法及装置。

背景技术

光学扫描器件在工程勘探、位置传感、医疗影像等技术领域和其他相关科学研究中具有重要应用前景。常见的光学扫描器件包括检流计式光学扫描振镜、多面转动式棱镜、声光偏转器件、微光机电一体化系统等。检流计式光学扫描振镜、多面转动式棱镜和声光偏转器件等传统扫描装置体积较大，难以内置在远端微型探头中；而微光机电一体化系统设计制造工艺复杂，成本高昂。

基于单根扫描光纤的微型光学扫描期间结构简单、体积小、灵活性好，且具有扫描范围可调性高、成像结果无蜂窝网格干扰等优势，因而逐渐获得广泛的认可。通常该种光纤扫描器主要采用带四分电极的压电管或者四片式压电方管结构作为主体。

螺旋扫描是上述光纤扫描器最为常见、通用的扫描方式。扫描器的四分电极可分为相互正交的两组方向，对该两对电极分别施加经斜坡信号幅值调制的相位差为90度的正弦载波信号进行驱动。其中，正弦载波频率与该单根扫描光纤共振频率一致，以获取共振放大扫描范围。

然而，现有螺旋光纤扫描器通常存在结构非对称性和压电材料反映迟滞等两个问题。结构非对称性是由扫描光纤本身以及扫描器手工制作过程引入的，会导致扫描光纤在单轴驱动时呈现非直线型扫描，且两轴的扫描轨迹不再正交。即无法通过典型的相差90度的正弦波驱动信号获取正圆形扫描范围。压电材料迟滞则是在启动扫描的初始阶段时，压电材料的响应速度跟不上驱动信号的变化速度，会呈现一定程度的滞后。因而导致在传统斜坡信号调制的驱动下，在中心位置附近滞留较长时间，进一步造成中心位置过采样的问题。

综上，现有螺旋光纤扫描器无法通过典型的相差90度的正弦波驱动信号获取正圆形扫描范围，且存在中心位置过采样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤螺旋扫描器的驱动调节方法及装置，旨在解决现有螺旋光纤扫描器无法通过典型的相差90度的正弦波驱动信号获取正圆形扫描范围，且存在中心位置过采样的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种光纤螺旋扫描器的驱动调节方法，包括：

向光纤螺旋扫描器的两轴电极施加第一套组合恒压驱动信号，使得所述光纤螺旋扫描器的光纤扫描轨迹呈第一单根直线型；向光纤螺旋扫描器的两轴电极施加第二套组合恒压驱动信号，使得所述光纤螺旋扫描器的光纤扫描轨迹呈第二单根直线型，所述第一单根直线型轨迹和所述第二单根直线型轨迹的幅值范围一致且方向正交；向光纤螺旋扫描器的两轴电极同时施加第一套组合恒压驱动信号和第二套组合恒压驱动信号，使得所述光纤螺旋扫描器的光纤扫描轨迹呈正圆形；对所述光纤扫描轨迹的驱动信号进行线性幅值调制，得到两套组合驱动信号，分析线性幅值调制得到的两套组合驱动信号驱动下光纤扫描轨迹的迟滞现象，所述光纤扫描轨迹在中心区域过采样；根据优化的调制波包络调制所述驱动信号，以缓解所述光纤扫描轨迹的中心区域过采样现象。

可选地，第一套组合驱动信号V_vx(t)为：

V_vx(t)＝sin(ωt)[sinθ₁x+cosθ₁y]