机械振镜及其应用的激光雷达的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种机械振镜及其应用的激光雷达。


背景技术：

2.相关技术中，半固态激光雷达利用一维或二维mems(微机电)振镜实现激光束的扫描及接收，然而一维或二维mems振镜靶面面积小，难以实现较大的收光孔径，此外mems 振镜制造工艺难度高，且普遍采用谐振驱动方式，难实现对振镜瞬时角速度的实时控制。其他形式的电机机械振镜，例如凸轮结构振镜等，存在成本高、加工复杂、可靠性低、噪音大。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种机械振镜，靶面大、结构简单且易实现高分辨率和小幅度控制。
4.本实用新型还提出一种具有上述机械振镜的激光雷达。
5.根据本实用新型第一方面实施例的机械振镜，包括：支撑座，设有驱动线圈组件；摆臂，所述摆臂的中间段枢转连接于所述支撑座，所述摆臂的一端设有永磁体，所述永磁体与所述驱动线圈组件相对设置以受所述驱动线圈组件通电时产生的反作用安培力驱动；反射镜，固定连接于所述摆臂的另一端。
6.根据本实用新型实施例的机械振镜，至少具有如下有益效果：
7.通过在支撑座与摆臂之间引入无挠性连接线的电磁制动结构，使得振镜抗过载上限大幅度增加，适应大靶面的反射镜，通过把重心转移到转动的轴承位置，可以减少重力对振镜摆臂的控制影响，结构简单容易实现振镜的静态转矩平衡，提高使用寿命和可靠性。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述支撑座包括相互配合连接的第一支撑臂和第二支撑臂，所述第一支撑臂和第二支撑臂之间具有摆臂腔，所述摆臂通过支撑轴承组件可转动的连接于所述第一支撑臂和第二支撑臂之间；所述驱动线圈组件包括第一驱动线圈和第二驱动线圈，所述第一驱动线圈、第二驱动线圈分别安装于所述第一支撑臂、第二支撑臂，所述永磁体位于所述第一驱动线圈和第二驱动线圈之间，所述反射镜位于所述第一支撑臂和第二支撑臂之外。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述摆臂的一端为扇形体，所述扇形体外侧沿周向依次开设有两个扇形槽，所述永磁体包括两块扇形永磁块，两块扇形永磁块分别嵌设于两个所述扇形槽内。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述第一支撑臂的外侧开设有第一驱动槽，所述第二支撑臂的外侧开设有第二驱动槽，所述第一驱动线圈、第二驱动线圈分别安装于所述第一驱动槽、第二驱动槽内。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述摆臂的另一端设置有安装板，所述反射镜通过所述安装板与所述摆臂固定连接。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述支撑座上设置有第一缓冲体和第二缓冲体，第一缓冲体和第二缓冲体皆位于所述摆臂的两侧以限制所述摆臂的最大转动行程。
13.根据本实用新型的一些实施例，还包括转角检测装置，所述转角检测装置用于检测所述摆臂的转动角度。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述转角检测装置包括摆臂位置指示板、摆臂位置检测板，所述摆臂位置指示板具有位置指示灯且与所述摆臂固定连接，摆臂位置检测板固定于所述支撑座上且具有位置传感阵列，所述位置传感阵列用于检测所述位置指示灯的光信号。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述摆臂位置指示板上设置有无线受电线圈，所述摆臂位置检测板上设置有无线供电线圈，所述无线供电线圈与所述无线受电线圈相对设置以用于无线输电。
16.根据本实用新型第二方面实施例的激光雷达，包括激光雷达本体以及安装于所述激光雷达本体的以上实施例所述的机械振镜。
17.根据本实用新型实施例的空调器，至少具有如下有益效果：
18.采用第一方面实施例的机械振镜，机械振镜通过在支撑座与摆臂之间引入无挠性连接线的电磁制动结构，使得振镜抗过载上限大幅度增加，适应大靶面的反射镜，通过把重心转移到转动的轴承位置，可以减少重力对振镜摆臂的控制影响，结构简单容易实现振镜的静态转矩平衡，提高使用寿命和可靠性。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
21.图1为本实用新型一种实施例的机械振镜的结构示意图；
22.图2为本实用新型一种实施例的机械振镜的截面图；
23.图3为图1中支撑座的结构示意图；
24.图4为图2中摆臂的结构示意图；
25.图5为图1中支撑座的另一视角结构示意图；
26.图6为本实用新型另一种实施例的机械振镜的结构示意图；
27.图7为本实用新型另一种实施例的机械振镜的俯视图。
28.附图标号：
29.支撑座100、第一支撑臂110、第二支撑臂120、驱动线圈组件130、第一驱动线圈131、第二驱动线圈132、第一缓冲体140、第二缓冲体150、支撑轴承组件160、
30.摆臂200、永磁体210、扇形槽220、安装板230、安装支架231、
31.反射镜300、
32.转角检测装置400、摆臂位置指示板410、位置指示灯411、无线受电线圈412、摆臂位置检测板420、位置传感阵列421、无线供电线圈422。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
36.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
37.参照图1、图2所示，为本实用新型第一方面实施例的机械振镜，包括：支撑座100、摆臂200、反射镜300等主要构件，其中，支撑座100为机械振镜的主要载体，起到支撑和安装其他部件的作用，支撑座100设有驱动线圈组件130，作为动力输出部件；所述摆臂200 的中间段枢转连接于所述支撑座100，即摆臂200的两端是相对于支撑座100上下摆动，如图2所示，摆臂200的一端设有永磁体210，驱动线圈组件130与永磁体210组成电磁制动结构，所述永磁体210与所述驱动线圈组件130相对设置以受所述驱动线圈组件130通电时产生的反作用安培力驱动，即驱动线圈组件130通电时，反作用安培力驱动永磁体210及摆臂200的一端运动，摆臂200另一端会相应的反向运动；而反射镜300固定连接于所述摆臂 200的另一端，反射镜300便与永磁体210所在的摆臂200一端反向运动，通过控制驱动线圈组件130的通电与断电，从而实现反射镜300的振动。
38.可以看出，本技术方案的机械振镜通过在支撑座100与摆臂200之间引入无挠性连接线的电磁制动结构，使得振镜抗过载上限大幅度增加，适应大靶面的反射镜300，通过把重心转移到转动的轴承位置，可以减少重力对振镜摆臂200的控制影响，结构简单容易实现振镜的静态转矩平衡，提高使用寿命和可靠性。
39.如图3所示，在本实用新型的一些实施例中，所述支撑座100包括相互配合连接的第一支撑臂110和第二支撑臂120，所述第一支撑臂110和第二支撑臂120之间具有容纳摆臂及永磁体210的摆臂腔，所述摆臂200通过支撑轴承组件160可转动的连接于所述第一支撑臂 110和第二支撑臂120之间，结合图5，摆臂200可围绕支撑轴承组件160相对支撑座100上下摆动；所述驱动线圈组件130包括第一驱动线圈131和第二驱动线圈132，所述第一驱动线圈131、第二驱动线圈132分别安装于所述第一支撑臂110、第二支撑臂120，所述永磁体 210位于所述第一驱动线圈131和第二驱动线圈132之间，此设计类似于三明治夹心结构，永磁体210位于中间位置，可以使得受力更加均衡；所述反射镜300位于所述第一支撑臂110 和第二支撑臂120之外，可以便于避免摆臂200摆动时反射镜300与支撑座100碰撞。
40.可以理解的是，上述结构仅作为本技术方案的一种实施例，支撑座100也可以是一
体成型结构，驱动线圈组件130也可以由单个驱动线圈实现，相应的会牺牲受力均衡性。
41.如图4所示，在本实用新型的一些实施例中，所述摆臂200的一端为扇形体，所述扇形体外侧沿周向依次开设有两个扇形槽220，所述永磁体210包括两块扇形永磁块，两块扇形永磁块分别嵌设于两个所述扇形槽220内，此嵌入式结构可以降低摆臂200的重量和厚度，使结构更加紧凑。需要说明的时，不考虑结构紧凑的话，也可以不开槽而是采用紧固件直接将永磁体210固定在摆臂200上。显然，降低摆臂200重量可以节约电能，因此在摆臂200 上还开设有多个减重孔。
42.同理，如图3所示，在本实用新型的一些实施例中，所述第一支撑臂110的外侧开设有第一驱动槽，所述第二支撑臂120的外侧开设有第二驱动槽，所述第一驱动线圈131、第二驱动线圈132分别安装于所述第一驱动槽、第二驱动槽内，可以降低支撑座100的重量和厚度，使结构更加紧凑。
43.由于本方案要实现大靶面的反射镜300，因此在本实用新型的一些实施例中，所述摆臂 200的另一端设置有安装板230，见图4，所述反射镜300通过所述安装板230与所述摆臂200 固定连接，通过具有较大面积的安装板230，结合螺钉等紧固件可以将反射镜300与摆臂200 紧密且稳定的连接。
44.为了防止摆臂200在运动时超过预定范围，在本实用新型的一些实施例中，所述支撑座 100上设置有第一缓冲体140和第二缓冲体150，如图5，第一缓冲体140和第二缓冲体150 皆位于所述摆臂200的上下两侧以限制所述摆臂200的最大转动行程。可以理解的是，第一缓冲体140和第二缓冲体150是具有较好弹性的结构，如硅胶圈或橡胶圈等现有的缓冲体。
45.机械振镜在工作时，需要严格按照设定角度转动，才能实现激光的反射方向控制，因此，在本实用新型的一些实施例中，还包括转角检测装置400，如图6所示，所述转角检测装置 400用于检测所述摆臂200的转动角度。工作时，转角检测装置400获取摆臂200的转动角度后会反馈给激光雷达的控制器，控制器会验证转动角度与设置值是否一致，便于调整驱动线圈组件130的输出。
46.如图6，在本实用新型的一些实施例中，所述转角检测装置400包括摆臂位置指示板410、摆臂位置检测板420，摆臂位置指示板410与摆臂位置检测板420皆为pcba电路板，所述摆臂位置指示板410具有位置指示灯411且与所述摆臂200固定连接，摆臂位置指示板410 具体是与摆臂200的安装板230上的安装支架231连接，摆臂位置检测板420固定于所述支撑座100上且具有位置传感阵列421，所述位置传感阵列421用于检测所述位置指示灯411 的光信号，当位置指示灯411跟随摆臂200同步摆动时，便处于不同的位置，然后由相应区域的位置传感阵列421检测到，位置传感阵列421便可反馈到激光雷达的控制器来转换出摆臂200的转动角度。
47.需要指出的是，上述摆臂位置指示板410、摆臂位置检测板420组成的转角检测装置400 仅作为本方案的其中一种实施例，还可以采用psd、cmos图形传感器、光电码盘、磁性码盘、光电二极管、电容或电感位置传感器等现有检测装置。
48.由于摆臂位置指示板410与摆臂200同步运动，没有直接供电电源，因此，在本实用新型的一些实施例中，如图7所示，所述摆臂位置指示板410上设置有无线受电线圈412，所述摆臂位置检测板420上设置有无线供电线圈422，所述无线供电线圈422与所述无线受电
线圈412相对设置以用于无线输电，这样既可保证摆臂位置指示板410与位置指示灯411的供电，又可避免线缆的束缚。
49.本实用新型还包括第二方面实施例的激光雷达，包括激光雷达本体以及安装于所述激光雷达本体的以上实施例所述的机械振镜。
50.采用第一方面实施例的机械振镜，机械振镜通过在支撑座100与摆臂200之间引入无挠性连接线的电磁制动结构，使得振镜抗过载上限大幅度增加，适应大靶面的反射镜300，可容易实现相对mems振镜大的振镜面积(可以达到1500mm2以上)，能执行大负载的高反射率反射镜致动，相比传统mems金属振镜96％光反射率而言，容易做到更高的反射率(例如 99％)，通过把重心转移到转动的轴承位置，可以减少重力对振镜摆臂200的控制影响，结构简单容易实现振镜的静态转矩平衡，提高使用寿命和可靠性。
51.通过制作本方案的电磁制动型机械振镜，可以作为激光雷达的慢轴扫描使用，有效实现大孔径的指向式激光扫描系统，大幅增加收光系统的灵敏度(收光孔径)，并降低组件成本(主要为减少振镜的活动单元，将运动机构直接耦合到振镜镜面端，此外不存在挠性的电气连接结构)，可以实时控制振镜的摆角，提升控制的灵活程度，轻松实现各种加密扫描操作，甚至可以实现静态的指向(此为mems谐振振镜无法实现的效果)，配合快轴系统实现“雷达凝视”功能，增加激光扫描系统的整体可靠性。
52.再次，由于本产品结构中的振镜动作单元容易实现质量配平，当配平得当后，在各种空间角度的安装均对振镜的有效控制不造成明显影响，质心在旋转轴上的振镜摆臂也利于在高振动环境中抗震的高可靠性需求。
53.由于激光雷达采用了上述实施例的机械振镜的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。
54.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。