CN110703429B - 扫描振镜及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子机械技术领域，尤其涉及一种扫描振镜及激光雷达。扫描振镜，包括支架、镜片及扭力梁，镜片通过扭力梁与支架连接，扭力梁包括顺次连接的第一直线段、非直线段及第二直线段，第一直线段远离非直线段的一端与镜片连接，第二直线段远离非直线段的一端与支架连接，且第一直线段及第二直线段的轴线均与第一旋转轴线共线，镜片能够绕第一旋转轴线转动，且非直线段的重心位于第一旋转轴线上。通过设置非直线段，使得扭力梁的实际长度增加，以降低扭力梁的刚度，使镜片能够获得更大的旋转角度。然而，扭力梁在第一旋转轴线方向上的长度能够保持不变，以避免扭力梁在镜片旋转时由于其在第一旋转轴线方向上的长度变长而承受更大的扭力。

Description

扫描振镜及激光雷达

技术领域

本发明涉及微电子机械技术领域，尤其涉及一种扫描振镜及激光雷达。

背景技术

激光雷达中经常需要使用扫描振镜，其通过电磁力产生转矩，使得镜片绕扭力梁转动。扫描振镜的驱动方式可分为高频谐振式驱动和低频准静态驱动两种。高频谐振式驱动借助扫描振镜谐振状态下的高增益振动，具有频率较高，角度较大的特点。但是，高频谐振式驱动对环境及振动较为敏感，必须使用位置反馈对扫描振镜进行闭环控制，且高频谐振式驱动无法实现激光雷达所必须的低频慢轴扫描。

低频准静态驱动可以实现低频慢轴扫描，但是这种驱动方式要求电磁力在低频下克服扭力梁的刚度，使镜片旋转。为了使扫描振镜获得较大的旋转角度，通常需要降低扭力梁的刚度，因而使用长度更长，截面积更小的扭力梁。但是，这种扭力梁在外界环境的振动下容易超过材料的应力极限，使得扫描振镜容易损坏，降低扫描振镜的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫描振镜及激光雷达，旨在解决现有扫描振镜无法兼顾旋转角度与寿命问题。

为解决上述问题，本发明提供一种扫描振镜，包括支架、镜片及扭力梁，所述镜片通过所述扭力梁与所述支架连接，所述扭力梁包括顺次连接的第一直线段、非直线段及第二直线段，所述第一直线段远离所述非直线段的一端与所述镜片连接，所述第二直线段远离所述非直线段的一端与所述支架连接，且所述第一直线段及所述第二直线段的轴线均与第一旋转轴线共线，所述镜片能够绕所述第一旋转轴线转动，且所述非直线段的重心位于所述第一旋转轴线上。

可选地，所述非直线段包括第一非直线段及第二非直线段，所述第一非直线段具有第一重心，所述第二非直线段具有第二重心，所述第一重心与所述第二重心的连线的中点位于所述第一旋转轴线上。

可选地，所述第一重心与所述第二重心的连线与所述第一旋转轴线垂直。

可选地，所述第一非直线段及所述第二非直线段相对所述第一旋转轴线对称。

可选地，所述非直线段为折线形状或曲线形状。

可选地，所述扭力梁包括多段所述非直线段，且多段所述非直线段沿所述第一旋转轴线间隔设置。

可选地，所述扫描振镜还包括镜架，所述镜架包括相连接的架体及连接轴，所述架体通过所述扭力梁与所述支架连接，所述镜片通过所述连接轴与所述架体连接，所述连接轴为直线形，且所述连接轴的轴线与第二旋转轴线共线，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线垂直，且所述镜片能够绕所述第二旋转轴线转动。

可选地，所述镜架与所述扭力梁一体成型，和/或所述扭力梁与所述支架可拆卸连接。

可选地，所述扫描振镜还包括线圈及永磁体；所述线圈设置于所述镜片及所述镜架上，所述永磁体设置于所述支架上；或者

所述线圈设置于所述支架上，所述永磁体设置于所述镜片及所述镜架上。

另外，本发明还提供一种激光雷达，包括如上述一项所述的扫描振镜。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

上述扫描振镜，其镜片通过扭力梁与支架连接，扭力梁包括顺次连接的第一直线段、非直线段及第二直线段，且第一直线段及第二直线段的轴线与第一旋转轴线共线，镜片能够绕第一旋转轴线旋转。通过设置非直线段，使得扭力梁的实际长度增加，以降低扭力梁的刚度，使镜片能够获得更大的旋转角度。然而，虽然扭力梁的实际长度增加，但其在第一旋转轴线方向上的长度能够保持不变，以避免扭力梁在镜片旋转时由于其在第一旋转轴线方向上的长度变长而承受更大的扭力，从而能够在增加镜片的旋转角度的同时，避免扭力梁因扭力过大而降低寿命。此外，由于非直线段的重心位于第一旋转轴线上，能够避免扭力梁在非工作状态时承受扭力，以增加扭力梁的寿命，并使得镜片能够绕第一旋转轴线向相反的两个方向转动相同的角度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明第一实施例中扫描振镜的结构示意图；

图2为图1中扫描振镜的主视图；

图3为图2中扫描振镜的部分结构的示意图；

图4为本发明第二实施例中扫描振镜的结构示意图；

图5为本发明第三实施例中扫描振镜的部分结构的示意图；

图6为本发明第四实施例中扫描振镜的部分结构的示意图；

图7为本发明第五实施例中扫描振镜的部分结构的示意图；

图8为本发明第六实施例中扫描振镜的部分结构的示意图；

图9为本发明第七实施例中扫描振镜的部分结构的示意图。

说明书中附图标记如下：

100、扫描振镜；AA、第一旋转轴线；BB、第二旋转轴线；

10、支架；

20、镜片；

40、扭力梁；41、第一直线段；42、非直线段；421、第一非直线段；422、第二非直线段；43、第二直线段；

60、镜架；61、架体；62、连接轴；

70、线圈；

80、永磁体。

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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)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、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图3所示，本发明第一实施例提供一种应用于激光雷达中的扫描振镜100，该扫描振镜100包括支架10、镜片20、扭力梁40、镜架60、线圈70及永磁体80。镜片20设置于镜架60上，镜架60则通过扭力梁40与支架10连接。线圈70设置在镜片20及镜架60上，其中镜片20上的线圈未示出，永磁体80设置在支架10上，且镜片20及镜架60上的线圈70均位于永磁体80的磁场内。

当线圈70通电时，线圈70在磁场内受作用力转动，从而能够改变激光雷达的激光的传播路径。当然，在其他实施例中，如图4所示的第二实施例中，也可以将线圈(图中未示出)设置在支架10上，永磁体80则设置在镜片20及镜架60上。此时，线圈通电后，镜片20及镜架60上的永磁体80均在线圈产生的磁场内受力而带动镜片20及镜架60转动。

在本实施例中，扭力梁40包括顺次连接的第一直线段41、非直线段42及第二直线段43，第一直线段41远离非直线段42的一端与镜架60连接，第二直线段43远离非直线段42的一端与支架10连接，且第一直线段41及第二直线段43的轴线均与第一旋转轴线AA共线，镜片20能够绕第一旋转轴线AA转动，且非直线段42的重心位于第一旋转轴线AA上。

具体地，在本实施例中，主要参考图3，非直线段42包括第一非直线段421及第二非直线段422，第一非直线段421具有第一重心，第二非直线段422具有第二重心，第一重心与第二重心的连线的中点位于第一旋转轴线AA上，且第一重心与第二重心的连线与第一旋转轴线AA垂直。而且，在本实施例中，为了进一步简化扭力梁40的结构，第一非直线段421及第二非直线段422相对第一旋转轴线AA对称。当然，第一非直线段421及第二非直线段422的形状也可以不同，只需保证第一非直线段421的重心与第二非直线段422的重心的连线的中点位于第一旋转轴线AA上即可。

可以理解地，在其他实施例中，如图5所示的第三实施例中，第一非直线段421及第二非直线段422也可以用采用形状及尺寸相同，但并不相对第一旋转轴线AA对称的方式布置。此时，第一重心与第二重心的连线与第一旋转轴线AA呈0-90°之间的夹角设置。第一非直线段421与第二非直线段422分别位于第一旋转轴线AA的两侧，并沿第一旋转轴线AA间隔设置。

值得一提的是，在本实施例中，非直线段42为折线形状，其结构较为简单，方便制作。而且，本实施例中折线形状的非直线段42在各转折处的夹角均为90°，能够进一步简化非直线段42的结构，且在保持非直线段42在第一旋转轴线AA方向上的等效长度不变的情况下尽可能增加非直线段42的实际长度。当然，折线形状的非直线段42在转角处也可以设置圆角，以避免应力集中。

在其他实施例中，如图6所示的第四实施例及图7所示的第五实施例中，非直线段42也可以为曲线形状，使得非直线段42整体较为圆滑，避免应力集中。而且，为了使得非直线段42的结构较为简单，且在保持非直线段42在第一旋转轴线AA方向上的等效长度不变的情况下尽可能增加非直线段42的实际长度，曲线形状的非直线段42可以设计为椭圆形状。

可以理解地，从便于制造的角度出发，上述非直线段42为折线形状或曲形状。当然，在其他实施例中，非直线段42也可以既包括折线形状的部分，又包括曲线形状的部分。

值得一提的是，在本实施例中，非直线段42的数量为一段，在其他实施例中，非直线段42还可以设置多段。如图8所示的第六实施例及图9所示的第七实施例中，非直线段42设有两段，两段非直线段42之间通过直线段连接。两段非直线段42的形状及尺寸既可以相同，也可以不同。当然，非直线段42的数量还可以根据实际需要增加。

此外，上述实施例中，每一非直线段42均只包括第一非直线段421及第二非直线段422，在一未图示实施例中，每一非直线段42还可以包括三段以上的非直线部分。例如，非直线段42还可以包括第三非直线段，以第一非直线段、第二非直线段及第三非直线段均为与图5中第一非直线段421及第二非直线段422相同的折线形状为例进行说明。第一非直线段、第二非直线段及第三非直线段沿第一旋转轴线间隔排布，且第二非直线段相对第一非直线段及第三非直线段位于第一旋转轴线的另一侧。同时，第二非直线段的重心至第一旋转轴线的距离最远。此时，第一非直线段、第二非直线段及第三非直线段中任意两者的重心的连线的中点均不位于第一旋转轴线上，但第一非直线段、第二非直线段及第三非直线段一同组成的非直线段的重心位于第一旋转轴线上，同样能够满足扫描振镜对扭力梁的要求。

再次参考图1，在本实施例中，扫描振镜100包括两个扭力梁40，两个扭力梁40沿第一旋转轴线AA间隔设置，镜片20及镜架60设置于两个扭力梁40之间，使其能够更加稳固地与支架10连接，便于准确控制镜片20运动。进一步地，两个扭力梁40相对镜架60对称设置，能够进一步简化扫描振镜100的制作过程。当然，在其他实施例中，两个扭力梁40也可以相对第一旋转轴线AA对称设置。

如图1所示，镜架60包括相连接的架体61及连接轴62，架体61通过扭力梁40与支架10连接，镜片20通过连接轴62与架体61连接。通过设置镜架60，镜架60上可以设置线圈70或永磁体80，以方便扫描振镜100各零部件布置。当然，在其他实施例中，镜片20也可以直接通过扭力梁40及连接轴62与支架10连接。此外，在本实施例中，镜片20与连接轴62为一体结构，即镜片20直接与连接轴62连接。在其他实施例中，镜架60还可以包括直接与连接轴62连接的镜框，镜片20则嵌装在镜框内，即镜片20通过镜框间接与连接轴62连接。

值得一提的是，在本实施例中，连接轴62为直线形，且连接轴62的轴线与第二旋转轴线BB线共线，第二旋转轴线BB线与第一旋转轴线AA垂直，镜片20能够绕第二旋转轴线BB线转动。由于连接轴62为直线形，其具有较大的刚度，当镜片20绕第二旋转轴线BB线转动时，能够采用高频谐振式驱动的方式。

进一步地，扫描振镜100包括两个连接轴62，且两个连接轴62相对第一旋转轴线AA对称设置，镜片20设置于两个连接轴62之间，使得镜片20与架体61连接更加稳固，便于准确控制镜片20运动。

值得一提的是，在本实施例中，镜架60与扭力梁40一体成型，能够简化制作过程，并保证加工精度。而且，扭力梁40与支架10可拆卸连接，安装及拆卸方便。具体地，扭力梁40及支架10上均设有安装孔，扫描振镜100还包括紧固件，紧固件穿设于支架10及扭力梁40上的安装孔，以将扭力梁40固定在支架10上。这样，若扭力梁40在使用一定时间后损害，可以将扭力梁40更换。

上述各种形式的扭力梁，均通过设置非直线段，使得扭力梁的实际长度增加，以降低扭力梁的刚度，使镜片能够获得更大的旋转角度。而且，虽然扭力梁的实际长度增加，但其在第一旋转轴线方向上的长度能够保持不变，以避免扭力梁在镜片旋转时由于其在第一旋转轴线方向上的长度变长而承受更大的扭力，从而能够在增加镜片的旋转角度的同时，避免扭力梁因扭力过大而降低寿命。此外，由于非直线段的重心位于第一旋转轴线上，能够避免扭力梁在非工作状态时承受扭力，以增加扭力梁的寿命，并使得镜片能够绕第一旋转轴线向相反的两个方向转动相同的角度。而且，为了保证扭力梁的寿命，扭力梁还可以采用铍铜、弹簧钢或钛合金等抗扭的材料。

值得一提的是，本领域技术人员一般认为为了增加镜片的旋转角度降低扭力梁的刚度必然会影响扭力梁的寿命。因此，当本领域技术人员面对本发明所要解决的技术问题时，一般不会采用降低扭力梁的刚度的方式来增加镜片的转角。而本发明通过改变扭力梁的形状，用非直线形的扭力梁替代直线形的扭力梁，能够在降低扭力梁的刚度的同时保证扭力梁的寿命，克服了技术偏见，对现有技术做出了创造性贡献。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种扫描振镜，其特征在于，包括支架、镜片及扭力梁，所述镜片通过所述扭力梁与所述支架连接，所述扭力梁包括顺次连接的第一直线段、非直线段及第二直线段，所述第一直线段远离所述非直线段的一端与所述镜片连接，所述第二直线段远离所述非直线段的一端与所述支架连接，且所述第一直线段及所述第二直线段的轴线均与第一旋转轴线共线，所述镜片能够绕所述第一旋转轴线转动，所述扭力梁包括一段或者多段所述非直线段，当所述扭力梁包括多段所述非直线段时，多段所述非直线段沿所述第一旋转轴线间隔设置，且相邻两段所述非直线段之间通过直线段连接，所述非直线段的重心位于所述第一旋转轴线上；

所述扫描振镜还包括镜架，所述扫描振镜还包括线圈及永磁体，所述线圈设置于所述镜片及所述镜架上，所述永磁体设置于所述支架上；

或者所述线圈设置于所述支架上，所述永磁体设置于所述镜片及所述镜架上。

2.如权利要求1所述的扫描振镜，其特征在于，所述非直线段包括第一非直线段及第二非直线段，所述第一非直线段具有第一重心，所述第二非直线段具有第二重心，所述第一重心与所述第二重心的连线的中点位于所述第一旋转轴线上。

3.如权利要求2所述的扫描振镜，其特征在于，所述第一重心与所述第二重心的连线与所述第一旋转轴线垂直。

4.如权利要求3所述的扫描振镜，其特征在于，所述第一非直线段及所述第二非直线段相对所述第一旋转轴线对称。

5.如权利要求1述的扫描振镜，其特征在于，所述非直线段为折线形状或曲线形状。

6.如权利要求1所述的扫描振镜，其特征在于，所述镜架包括相连接的架体及连接轴，所述架体通过所述扭力梁与所述支架连接，所述镜片通过所述连接轴与所述架体连接，所述连接轴为直线形，且所述连接轴的轴线与第二旋转轴线共线，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线垂直，且所述镜片能够绕所述第二旋转轴线转动。

7.如权利要求6所述的扫描振镜，其特征在于，所述镜架与所述扭力梁一体成型，和/或所述扭力梁与所述支架可拆卸连接。

8.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的扫描振镜。

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