基于类MEMS振镜的准固态单线激光雷达及其工作方法与流程

本发明涉及光电分析，特别涉及基于类MEMS振镜的准固态单线激光雷达及其工作方法。

背景技术：

激光雷达是一种常用的测距传感器，由于具有分辨率高、受环境因素干扰小等优点，其在工业领域、智能机器人、汽车等领域应用广泛。激光雷达分为单线激光雷达、多线激光雷达和面阵雷达三种，其中单线激光雷达的使用最为广泛。单线激光雷达基本工作原理如图1所示：激光发射器出射的激光经反射(动)镜反射后照射至探测物体，其中，反射(动)镜被电机带动高速沿一定范围旋转，因此，出射光在一定角度范围内快速扫描、测距，由探测物体反射的光被反射(动)镜反射后，由激光接收器(例如，阵列APD)接收。

传统单线激光雷达中反射(动)镜使用激光振镜，例如高速Galvano镜，利用高速旋转的电机带动反射镜旋转。主要不足为：

传统的激光振镜尺寸大，成本高，不利于激光雷达结构紧凑、实现小型化，而且，电机全速连续工作时驱动功率高。

技术实现要素：

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种无需电机、结构紧凑、低成本的基于MEMS振镜的准固态单线激光雷达。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于类MEMS振镜的准固态单线激光雷达，所述激光雷达包括激光器、探测器；所述激光雷达进一步包括：

振镜，所述振镜包括：

底座；

磁铁，所述磁铁分别设置在所述底座的相对的两侧，相互隔离的位置相对的磁铁的极性相反；

线圈，所述线圈的两端接入交流电；

反射镜，所述反射镜连接所述线圈；所述反射镜将激光器发出的检测光反射到探测物，探测物上的反射光经过所述反射镜后进入所述探测器；

扭力杆，所述扭力杆的一端通过固定件固定在所述底座上，另一端连接所述线圈；交流电驱动下的所述线圈在所述磁铁形成的磁场中产生力矩，带动所述反射镜以所述扭力杆为轴线扭动；

固定件。

根据上述的激光雷达，可选地，所述振镜进一步包括：

支撑部，所述支撑部设置在所述底座上，并高于所述底座的平面，所述固定件将所述扭力杆的一端固定在所述支撑部上。

根据上述的激光雷达，优选地，自由状态下，所述线圈的中心轴线与所述磁铁间的连线的夹角大于零。

根据上述的激光雷达，可选地，所述底座上具有位置相对的凹槽，所述磁铁设置在所述凹槽内。

根据上述的激光雷达，可选地，所述扭力杆的一端可转动地固定在所述底座上。

根据上述的激光雷达，优选地，所述扭力杆为二个，二个扭力杆的一端分别固定在底座，另一端分别连接所述线圈的相对的两侧。

根据上述的激光雷达，可选地，所述振镜进一步包括：

支撑件，所述反射镜和线圈连接所述支撑件，所述扭力杆的一端固定在支撑件上。

根据上述的激光雷达，优选地，所述支撑件、扭力杆一体成型。

根据上述的激光雷达，优选地，所述扭力杆的一端呈“T”形，通过固定件固定在所述底座上。

本发明的目的还在于提供了一种上述激光雷达的工作方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：

根据上述的激光雷达的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)激光器发出检测光；

(A2)检测光被所述振镜反射，反射光射向检测物；

交流电驱动下的所述线圈在所述磁铁形成的磁场中产生力矩，带动所述反射镜以所述扭力杆为轴线扭动；所述检测光在所述反射镜上的反射光射向不同方向；

(A3)检测光在检测物上的反射光被所述反射镜反射进探测器。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

本发明的类MEMS振镜无需使用电机，全速连续工作时功耗低；

振镜尺寸小、重量轻，使激光雷达结构紧凑、实现了小型化；

振镜结构简单，易于加工，极大地降低了单线激光雷达的成本；

反射镜的有效镜面尺寸为厘米级，保证了由探测物体返回的较弱发散光的反射，进而保证了激光雷达的检测灵敏度。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例1的类MEMS振镜的结构简图；

图2是根据本发明实施例1的类MEMS振镜的另一结构简图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

本发明实施例的一种基于类MEMS振镜的准固态单线激光雷达，所述激光雷达包括：

激光器、探测器及分析模块，这些都是本领域的现有技术，在此不再赘述；

类MEMS振镜，图1-2示意性地给出了本发明实施例的类MEMS振镜的结构简图，如图1-2所示，所述振镜包括：

底座11，如铝质底座；

支撑部21，所述支撑部设置在所述底座的相对的两侧，并高于所述底座的平面；

磁铁，如永磁铁，所述磁铁分别设置在所述底座的相对两侧的凹槽内，相互隔离的位置相对的磁铁的极性相反；所述凹槽的走向与所述支撑部的走向垂直；

支撑件32，如支撑环；

线圈33，所述线圈围成筒状结构，固定在所述支撑环上，线圈的两端接入交流电；

反射镜31，所述反射镜固定在所述支撑环上；所述反射镜将激光器发出的检测光反射到探测物，探测物上的反射光经过所述反射镜后进入所述探测器；

扭力杆41，所述扭力杆的一端42通过固定件固定在所述底座上，另一端连接所述线圈；交流电驱动下的所述线圈在所述磁铁形成的磁场中产生力矩，带动所述反射镜以所述扭力杆为轴线扭动，且不会触碰底座；

固定件61，如螺母。

本发明实施例的上述激光雷达的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)激光器发出检测光；

(A2)检测光被所述振镜反射，反射光射向检测物；

交流电驱动下的所述线圈在所述磁铁形成的磁场中产生力矩，带动所述反射镜以所述扭力杆为轴线扭动；所述检测光在所述反射镜上的反射光射向不同方向；

(A3)检测光在检测物上的反射光被所述反射镜反射进探测器。

实施例2：

本发明实施例的基于类MEMS振镜的准固态单线激光雷达，与实施例1不同的是：

利用压片将扭力杆的一端压在支撑部上，并通过固定件将压片固定在支撑部上。所述扭力杆的一端呈圆柱形，压片的形状与所述扭力杆的圆柱形表面匹配，使得所述扭力杆可转动地固定在支撑部上。

实施例3：

根据本发明实施例1的激光雷达及方法的应用例。

在本实施例中，如图1所示，扭力杆41为二个，二个扭力杆的一端分别固定在支撑部21上，另一端分别连接所述支撑环相对的两侧；支撑环、扭力杆采用强度高、机械性能好、韧性好的材料，例如钛合金、碳纤维；所述扭力杆适于固定在所述支撑部的一端42呈“T”形，“T”形结构上具有通孔，支撑部上具有与该通孔匹配的螺纹孔；固定件采用螺母，将扭力杆的一端固定在支撑部上；所述支撑环及与其连接的二个扭力杆一体成型；自由状态下，线圈(围成的筒状结构)的中心轴线与二个永磁铁的中心的连线的夹角(或底座所处的平面)大于零，如90度；适于设置永磁铁的凹槽的走向与支撑部的走向垂直；反射镜的有效镜面尺寸为厘米级。