MEMS振镜谐振角度光学检测组件的制作方法

mems振镜谐振角度光学检测组件
技术领域
1.本技术涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种mems振镜谐振角度光学检测组件。


背景技术：

2.激光雷达是以发射激光束探测目标物体的距离、方位、速度等特征量的雷达系统，近年来随着无人驾驶(包括自动驾驶车辆、agv、uav等)市场的蓬勃发展，对于激光雷达的需求日益增长。
3.随着技术的发展，将mems(micro-electro-mechanical system)振镜应用于激光雷达中作为激光束扫描元件，成为激光雷达的发展新趋势。mems振镜是采用mems工艺制作的一种微镜，其工作模式多为谐振模式，与传统的机械式光学扫描镜相比，具有重量轻、体积小、震荡频率高、无旋转部件等优势。相比电容或电压反馈方式检测反馈角度，使用光学反馈方式能够精确得出其工作过程中不同时间对应的扫描角度。但是光学检测组件中各元件需要足够精确的相对位置和角度关系，现有系统无法满足在结构简单的情况下实现高精度位置和角度需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种mems振镜谐振角度光学检测组件，结构简单且能够实现高精度位置和角度需求。
5.本技术各实施例提供的mems振镜谐振角度光学检测组件，包括固定架、激光器和角度检测探测器电路板。激光器和所述角度检测探测器电路板固定安装在所述固定架上，所述激光器用于向mems振镜的振镜反射面发射激光，所述角度检测探测器电路板设有一的通光孔，用于供所述激光器发射激光和所述振镜反射面反射的反射光通过。所述角度检测探测器电路板具有相反的电路板第一侧和电路板第二侧，所述电路板第一侧背离所述激光器，所述电路板第二侧面向所述激光器，所述电路板第二侧上设有探测器，所述固定架上一体成型地设有光线汇聚结构，用于将所述反射光反射并汇聚至所述探测器。
6.上述方案中，mems振镜的反射光经过固定架上的光线汇聚结构再反射至探测器进行接收，增加了激光反射过程，在保证激光从mems振镜到探测器的总传播距离不变的情况下，可以使mems振镜与固定架在前后方向上的距离变小，用于容纳谐振角度光学检测组件的收容空间也可以变小，整个振镜组件即可减小，有利于减小整机产品尺寸。另外，将光线汇聚结构与固定架一体成型，简化了光线汇聚结构，省去了装调单独光线汇聚结构的步骤，更容易保证光线汇聚结构与mems振镜和探测器之间的相对位置关系，从而利用简单的结构即可实现高精度位置和角度需求。
7.在一些实施例中，所述光线汇聚结构包括反射柱面，用于将振镜反射面反射回地反射光反射并汇聚至所述探测器。
8.在一些实施例中，所述反射柱面设有一层反射膜。
9.在一些实施例中，所述探测器包括第一探测器和第二探测器，所述光线汇聚结构
包括水平反射柱面和竖向反射柱面，所述水平反射柱面用于将所述振镜反射面反射回的反射光反射并汇聚至所述第一探测器，所述竖向反射柱面用于将所述振镜反射面反射回的反射光反射并汇聚至所述第二探测器。
10.在一些实施例中，所述固定架包括固定架底座以及与所述固定架底座固定连接的激光器支撑部，所述激光器固定在所述激光器支撑部上，所述水平反射柱面和所述竖向反射柱面形成在所述激光器支撑部上，所述水平反射柱面位于所述激光器上方，所述竖向反射柱面位于所述激光器侧方并位于所述水平反射柱面下方。
11.在一些实施例中，所述固定架包括固定架底座以及与所述固定架底座固定连接的激光器支撑部和电路板支撑部，所述激光器固定在所述激光器支撑部上，所述角度检测探测器电路板固定在所述电路板支撑部面向所述激光器的一侧。
12.在一些实施例中，所述激光器支撑部上部设有激光器安装孔，所述激光器固定在所述激光器安装孔内。
13.在一些实施例中，所述电路板支撑部上设有电路板定位销和电路板固定孔，所述角度检测探测器电路板对应设有与所述电路板定位销配合的销孔和与所述电路板固定孔对齐的螺钉孔。
14.在一些实施例中，所述激光器支撑部从所述固定架底座的中部垂直向上延伸，所述电路板支撑部包括从所述固定架底座两侧垂直向上延伸的两个间隔的支撑件，所述通光孔位于两个所述支撑件之间。
15.上述方案中，利用两个间隔的支撑件来定位角度检测探测器电路板，可以获得更稳固和精确的定位效果。
16.在一些实施例中，所述激光器支撑部和所述电路板支撑部与所述固定架底座一体成型。因此，利用单一固定架即可实现激光器和角度检测探测器电路板，结构简单，装调方便，有助于提高定位精度。
附图说明
17.图1是振镜谐振角度光学检测组件一实施例的工作示意图。
18.图2是图1的振镜谐振角度光学检测组件的固定架的立体图。
19.图3是图2的固定架另一角度的立体图。
20.图4是图1的振镜谐振角度光学检测组件的角度检测探测器电路板的立体图。
21.元件标号说明：
22.mems振镜402、振镜反射面406、mems振镜谐振角度光学检测组件500、固定架502、激光器504、角度检测探测器电路板506、通光孔508、第一探测器510a、第二探测器510b、固定架底座512、激光器支撑部514、电路板支撑部516、定位销518、多个安装通孔520、激光器安装孔522、水平反射柱面524、竖向反射柱面526、电路板定位销528、电路板固定孔530、支撑件532、电路板第一侧550、电路板第二侧552、销孔554、螺钉孔556、螺钉558
具体实施方式
23.下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施
例。
24.需要说明的是，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
26.图1至图4例示了mems振镜谐振角度光学检测组件一实施例的具体结构。本实施例的mems振镜谐振角度光学检测组件500包括固定架502、激光器504和角度检测探测器电路板506。激光器504和角度检测探测器电路板506都固定安装在固定架502上，相对于mems振镜402的振镜反射面406定位。
27.激光器504出射用于角度检测的激光，例如为半导体激光器504。激光器504与角度检测探测器电路板506之间连接有电线，使得角度检测探测器电路板506能够为激光器504供电。
28.角度检测探测器电路板506设有通光孔508和探测器。通光孔508正对激光器504设置，用于让激光器504出射的激光通过。通光孔508还用于让mems振镜402的振镜反射面406反射回的激光通过。通光孔508为长方形孔，具有水平方向的长度和竖直方向的高度，其长度大于高度。
29.固定架502上设有光线汇聚结构，角度检测探测器电路板506具有相反的电路板第一侧550和电路板第二侧552，电路板第一侧552面向mems振镜402的振镜反射面406，背离固定架502上的光线汇聚结构和激光器504。电路板第二侧552远离mems振镜402的振镜反射面406，面向固定架502上的光线汇聚结构和激光器504，探测器设置在电路板第二侧552。激光器504出射的激光经过角度检测探测器电路板506的通光孔508后，垂直入射至mems振镜402的振镜反射面406，然后被振镜反射面406反射，反射回的激光通过通光孔508后入射到固定架502上的光线汇聚结构，被汇聚至电路板第二侧552上的探测器进行探测。
30.在所示的实施例中，探测器包括第一探测器510a和第二探测器510b，分别用于检测mems振镜402在水平轴和竖直轴谐振而产生的反射光。当mems振镜402与光线汇聚结构和探测器之间的位置关系确定时，根据探测器相邻两侧产生响应信号的时间间隔，能够建立出mems振镜的摆动角度随时间变化的关系。mems振镜402的摆动角度检测原理可参考公开号为cn114593694a的中国专利申请中公开的检测原理，本技术中的谐振角度光学检测组件重点在于基于该原理提供一种结构设计方案，用于定位安装探测器和激光器504，实现mems振镜402光学式角度检测，因此其检测原理不再赘述。
31.固定架502包括固定架底座512以及与固定架底座512固定连接的激光器支撑部514和电路板支撑部516。使用时，固定架底座512用于固定至振镜组件的一结构件上，例如振镜底座。在所示的实施例中，固定架底座512总体呈u型，固定架底座512设有定位销518和多个安装通孔520，以利用螺钉等紧固件固定安装至振镜组件的结构件上。
32.在所示的实施例中，激光器支撑部514从固定架底座512中部垂直向上延伸，激光器支撑部514上部设有激光器安装孔522，激光器504穿过激光器安装孔522定位后，使用胶水固定。
33.光线汇聚结构包括设置在激光器支撑部514上的反射柱面，用于将振镜反射面406反射回的反射光反射并汇聚至探测器。在所示的实施例中，反射柱面包括水平反射柱面524和竖向反射柱面526，分别与角度检测探测器电路板506上的第一探测器510a和第二探测器510b对应。水平反射柱面524用于将振镜反射面406反射回的反射光反射并汇聚至所述第一探测器510a，竖向反射柱面526用于将振镜反射面406反射回的反射光反射并汇聚至所述第二探测器510b。水平反射柱面524和竖向反射柱面526与激光器支撑部514一体成型，其柱面上设有一层反射膜。在所示的实施例中，水平反射柱面524设置在激光器504上方，竖向反射柱面526设置在激光器504侧方并位于水平反射柱面524下方。将水平反射柱面524和竖向反射柱面526与固定架502一体成型，简化了光线汇聚结构，省去了装调单独光线汇聚结构的步骤，更容易保证光线汇聚结构与mems振镜402和探测器之间的相对位置关系。另外，mems振镜402的反射光经过固定架502上的水平反射柱面524和竖向反射柱面526再反射至探测器进行接收，增加了激光反射过程，在保证激光从mems振镜402到探测器的总传播距离不变的情况下，可以使mems振镜402与固定架502在前后方向上的距离变小，用于容纳谐振角度光学检测组件的收容空间也可以变小，整个振镜组件即可减小，有利于减小整机产品尺寸。
34.电路板支撑部516上设有电路板定位销528和电路板固定孔530，角度检测探测器电路板506上设有对应的销孔554和螺钉孔556。电路板定位销528穿过角度检测探测器电路板506上的销孔554对角度检测探测器电路板506进行定位，并利用螺钉558与螺钉孔556、电路板固定孔530的配合将角度检测探测器电路板506紧固至电路板支撑部516上。
35.所示的实施例中，电路板支撑部516包括两个从固定架底座512两侧垂直向上延伸的支撑件532，两个支撑件532平行且间隔一距离。更具体而言，两个支撑件532从u型固定架底座512的两末端垂直向上延伸。每个支撑件532上设有一个所述的电路板定位销528和至少一个所述的电路板固定孔530。激光器安装孔522的轴线延长线穿过两个支撑件532之间的间隔。当角度检测探测器电路板506固定至电路板支撑部516上后，通光孔508位于该间隔位置，且与激光器504正对。在各种实施例中，支撑件532可以呈杆状、板状或其他适合的形状。所示的实施例中利用两个支撑件532来定位角度检测探测器电路板430，可以获得更稳固和精确的定位效果。
36.在所示的实施例中，激光器支撑部514和电路板支撑部516都与固定架底座512是一体成型的。但在其他实施例中，激光器支撑部514和/或电路板支撑部516可以是与固定架底座512固定连接的单独构件。
37.应当说明的是，上述实施例仅仅是说明目的，固定架502可以具有任何合适的形状和构造，其核心是通过一个固定架502固定激光器504和角度检测探测器电路板506的相对位置，实现一体化设计，并且固定架502上一体成型地设有光线汇聚结构以将mems振镜402反射的激光反射至角度检测探测器电路板506上的探测器。
38.上述实施方式仅为本技术的例示性实施方式，不能以此来限定本技术保护的范围，本领域的技术人员在本技术的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本技术所要求保护的范围。