CN115453496A - 谐振式mems激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种谐振式MEMS激光雷达，包括外壳、多个激光收发组件、多个反射镜组件以及振镜组件。外壳具有相对的外壳前端和外壳后端，外壳前端设有允许激光通过的视窗。激光收发组件固定在外壳内并位于外壳后端。反射镜组件固定在外壳内并位于外壳前端，每个反射镜组件与其中一个激光收发组件对应。振镜组件固定在外壳内并位于多个激光收发组件和多个反射镜组件之间。振镜组件包括MEMS振镜，MEMS振镜具有相反的第一振镜反射面和第二振镜反射面，第一振镜反射面朝向外壳前端，第二振镜反射面朝向外壳后端。振镜组件在第二振镜反射面这一侧设有一收容空间，收容空间内收容一谐振角度光学检测组件，用于实时检测MEMS振镜的摆动角度。

Description

谐振式MEMS激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种谐振式MEMS激光雷达。

背景技术

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。

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。但是，电容或电压反馈方式检测反馈角度的MEMS微镜研发技术难度大，价格昂贵，提升整机成本。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种采用光学式角度反馈的谐振式MEMS激光雷达，提高了响应速度和探测精度，且结构简单，降低成本。

本申请各实施例提供的谐振式MEMS激光雷达包括外壳、多个激光收发组件、多个反射镜组件以及振镜组件。所述外壳具有相对的外壳前端和外壳后端，所述外壳前端设有允许激光通过的视窗。激光收发组件固定在所述外壳内并位于所述外壳后端。反射镜组件固定在所述外壳内并位于所述外壳前端，每个反射镜组件与其中一个激光收发组件对应。振镜组件固定在所述外壳内并位于多个所述激光收发组件和多个所述反射镜组件之间。所述振镜组件包括MEMS振镜，所述MEMS振镜具有相反的第一振镜反射面和第二振镜反射面，所述第一振镜反射面朝向所述外壳前端，所述第二振镜反射面朝向所述外壳后端。所述振镜组件在所述第二振镜反射面这一侧设有一收容空间，所述收容空间内收容一谐振角度光学检测组件，用于实时检测所述MEMS振镜摆动角度。每个激光收发组件用于发射激光束至对应的反射镜组件，所述反射镜组件相对于所述激光收发组件和所述MEMS振镜的第一振镜反射面设置以实现激光在所述激光收发组件和所述MEMS振镜的第一振镜反射面之间的转向传播。

MEMS振镜具有用于反射探测光线和回波光线的第一振镜反射面，以及用于反射角度检测光线的第二振镜反射面。振镜组件在第二振镜反射面这一侧设有谐振角度光学检测组件，以实时检测所述MEMS振镜摆动角度。本申请在振镜组件中集成光学检测组件，响应速度快，精度高，且结构简单，成本低。

在一些实施例中，所述振镜组件包括振镜底座和振镜组件盖体，所述振镜组件盖体固定至所述振镜底座而在两者之间形成所述收容空间，所述谐振角度光学检测组件固定安装在所述振镜底座上。

在一些实施例中，所述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，所述固定架固定安装在所述振镜底座上，所述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，所述角度检测探测器电路板与所述激光器之间连接有电线，使得所述角度检测探测器电路板能够为所述激光器供电，所述激光器用于向所述MEMS振镜的第二振镜反射面发射激光，所述角度检测探测器电路板用于探测所述第二振镜反射面反射回的反射光。

在一些实施例中，所述角度检测探测器电路板设有一通光孔，供所述激光器发射的激光通过，所述角度检测探测器电路板在面向所述第二振镜反射面的一侧设有水平条形探测器和竖直条形探测器，分别用于检测MEMS振镜在水平轴和竖直轴谐振而产生的反射光。

在一些实施例中，所述角度检测探测器电路板设有一通光孔，供所述激光器发射的激光和所述第二振镜反射面反射回的激光通过；所述固定架设有水平反射柱面和竖向反射柱面，所述角度检测探测器电路板在背离所述MEMS振镜的一侧分别对应所述水平反射柱面和所述竖向反射柱面设有第一探测器和第二探测器，所述水平反射柱面用于将所述第二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第二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。

在一些实施例中，所述振镜底座内设有多个相互隔离的光通道，每一光通道在对应的反射镜组件和对应的激光收发组件之间延伸。

在一些实施例中，所述振镜底座在靠近所述外壳前端的位置设有一安装板，所述安装板上固定一倾斜的振镜框架，所述MEMS振镜固定在所述振镜框架上，使得所述MEMS振镜的第一振镜反射面向下倾斜。

在一些实施例中，所述激光雷达包括主控板以及与所述主控板电性连接的ADC板和振镜驱动板，所述振镜组件盖体包括一顶板，所述主控板安装在所述顶板的上侧，所述振镜驱动板位于所述收容空间内并安装在所述顶板的底侧，所述ADC板安装在多个所述激光收发组件的顶侧，所述主控板、ADC板和振镜驱动板都呈水平方向放置。

在一些实施例中，每个激光收发组件包括收发镜片模块和激光器模块。收发镜片模块包括收发镜片壳体以及收容在所述收发镜片壳体内的收发镜片组件，所述收发镜片壳体上设有导热凸台。激光器模块包括激光器壳体以及固定在所述激光器壳体内的激光器电路板，所述激光器壳体与所述收发镜片壳体固定连接，所述激光器电路板上设有发热电子元件，所述发热电子元件通过导热垫与所述导热凸台热接触。

在一些实施例中，所述激光器壳体具有面向所述收发镜片壳体的一开放侧，激光器电路板在所述开放侧设置上述发热电子元件。

在一些实施例中，每个激光收发组件包括收发镜片模块和探测器组件。所述收发镜片模块包括收发镜片壳体以及收容在所述收发镜片壳体内的收发镜片组件，探测器组件固定在所述收发镜片壳体上。所述探测器组件包括探测器支撑结构和探测器电路板，所述探测器支撑结构与所述收发镜片壳体固定，所述探测器电路板上设有探测器，所述探测器支撑结构设有与所述探测器间隙配合的探测器定位孔，所述探测器电路板利用多个支撑柱安装至所述探测器支撑结构以定位所述探测器在高度方向上的位置。

附图说明

图1是激光雷达一实施例的立体组合图。

图2是图1的激光雷达内部结构的立体组合图。

图3是图的激光雷达的激光收发组件的立体组合图。

图4是图3的激光收发组件去掉探测组件的立体组合图。

图5是收发镜片模块一实施例的立体组合图。

图6是激光器模块一实施例的立体组合图。

图7是探测器组件一实施例的结构示意图。

图8是探测器支撑结构一实施例的立体图。

图9是反射镜组件一实施例的剖视图。

图10是振镜组件一实施例的剖视图。

图11是谐振角度光学检测组件一实施例的立体组合图。

图12是图11的谐振角度光学检测组件的固定架的立体图。

图13是图11的谐振角度光学检测组件的角度检测探测器电路板的平面图。

图14是谐振角度光学检测组件另一实施例的立体组合图。

图15是图14的谐振角度光学检测组件的固定架的立体图。

图16是图14的谐振角度光学检测组件的固定架另一角度的立体图。

图17是图14的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。

元件标号说明：

壳体100、外壳前端102、外壳后端104、视窗106、底板108、上壳体110、侧壁111、开口112、侧盖板114、防水透气阀116、电气插头118；

激光收发组件200、收发镜片模块202、激光器模块204、收发镜片壳体206、收发镜片组件208、凹部210、底面212、侧面214、第一侧面214、A第二侧面214B、第三侧面214C、激光器壳体216、激光器电路板218、第四侧面220A、第五侧面220B、第六侧面220C、导热凸台222、开口224、激光器226、镜片座228、盖板230、顶面232、开孔234、探测器组件240、探测器支撑结构242、探测器电路板244、探测器246、支撑板248、支撑柱250、螺纹孔252、螺钉254、探测器定位孔256、装调工艺孔258；

反射镜组件300、反射镜固定座302、反射镜活动座304、反射镜306、反射镜紧固碗308、连接件310；

振镜组件400、MEMS振镜402、第一振镜反射面404、第二振镜反射面406、收容空间408、谐振角度光学检测组件410、振镜底座412、振镜组件盖体414、安装板416、振镜框架418、光通道420、顶板422、后侧板424、固定架426、激光器428、角度检测探测器电路板430、通光孔432、探测器434、水平条形探测器434A、竖直条形探测器434B、固定架底座436、激光器支撑部438、电路板支撑部440、安装通孔442、激光器安装孔444、电路板固定面446、电路板固定孔448、螺钉孔449、电路板第一侧450、电路板第二侧452、支撑件454；

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、支撑杆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；

主控板600、ADC板602、振镜驱动板604、电源电路板606、螺柱608、内部安装板700

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，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。

需要说明的是，本申请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。

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。

总的来说，本申请各实施例提供了一种谐振式MEMS激光雷达，包括外壳、多个激光收发组件、多个反射镜组件以及振镜组件。所述外壳具有相对的外壳前端和外壳后端，所述外壳前端设有允许激光通过的视窗。多个激光收发组件固定在所述外壳内并位于所述外壳后端。多个反射镜组件固定在所述外壳内并位于所述外壳后端，每个反射镜组件与其中一个激光收发组件对应。振镜组件固定在所述外壳内并位于多个所述激光收发组件和多个所述反射镜组件之间，所述振镜组件包括MEMS振镜，所述MEMS振镜具有相反的第一振镜反射面和第二振镜反射面，所述第一振镜反射面朝向所述外壳前端，所述第二振镜反射面朝向所述外壳后端，所述振镜组件在所述第二振镜反射面这一侧设有一收容空间，所述收容空间内收容一谐振角度光学检测组件，用于实时检测所述MEMS振镜摆动角度。其中，每个激光收发组件用于发射激光束至对应的反射镜组件，所述反射镜组件相对于所述激光收发组件和所述MEMS振镜的第一振镜反射面设置以实现激光在所述激光收发组件和所述MEMS振镜的第一振镜反射面之间的转向传播。

MEMS振镜具有用于反射探测光线和回波光线的第一振镜反射面，以及用于反射角度检测光线的第二振镜反射面。振镜组件在第二振镜反射面这一侧设有谐振角度光学检测组件，以实时检测所述MEMS振镜摆动角度。本申请在振镜组件中集成光学检测组件，响应速度快，精度高，且结构简单，成本低。

以下以举例的方式对激光雷达的各组件进行具体说明。

图1是激光雷达一实施例的立体组合图。图2是图1的激光雷达内部结构的立体组合图。如图1和图2，激光雷达包括壳体100以及容纳在壳体内的多个激光收发组件200、多个反射镜组件300以及振镜组件400。

外壳100具有相对的外壳前端102和外壳后端104，外壳前端102设有允许激光通过的视窗106。在所示的实施例中，外壳100包括底板108以及固定安装至底板108的上壳体110，底板108和上壳体110之间形成容纳激光雷达内部元件的空间。在所示的实施例中，上壳体110与底板108之间设置有密封圈并使用螺钉紧固。视窗106设置在上壳体110的前端。在所示的实施例中，视窗106和上壳体110使用密封胶粘接。上壳体110的一侧壁111设有开口112，开口112处安装有一侧盖板114。在所示的实施例中，侧盖板114和上壳体110的侧壁111之间设置有密封圈，并使用螺钉紧固。侧盖板114上设置有防水透气阀116和电气插头118，防水透气阀116和电气插头118用密封圈进行防水密封。

激光收发组件200固定在外壳100内并位于外壳后端104。下面结合图3至图8描述激光收发组件200一实施例的具体结构。

每个激光收发组件200包括收发镜片模块202和激光器模块204。收发镜片模块202是一个装配好镜片的结构件，包括收发镜片壳体206以及收容在收发镜片壳体206内的收发镜片组件208(见图7)。在所示的实施例中，激光收发组件200呈扁平状，其在前后方向(沿外壳前端102到外壳后端104的方向)和高度方向(垂直于底板108的方向)的尺寸显著大于其厚度方向(外壳100的两侧壁之间的方向)的尺寸。收发镜片壳体206的后端(即靠近外壳后端104的一端)在厚度方向上下凹形成一凹部210，使得收发镜片壳体206的凹部210的厚度尺寸小于其他未下凹的部位的厚度尺寸，激光器模块204与该凹部210形状适配，嵌入该凹部210。

在所示的实施例中，收发镜片壳体206在凹部210位置具有与厚度方向垂直的底面212和与厚度方向平行的侧面214。侧面214具有竖直的第一侧面214A、竖直的第二侧面214B、以及连接在第一侧面214A和第二侧面214B之间且呈水平的第三侧面214C，竖直的第一侧面214A位于收发镜片壳体206上部，竖直的第二侧面214B位于收发镜片壳体206下部。激光器模块204包括激光器壳体216以及固定在激光器壳体216内的激光器电路板218。相对应的，激光器壳体216具有与侧面214对应的激光器壳体侧面，具体包括与第一侧面214A对应的第四侧面220A、与第二侧面214B对应的第五侧面220B、以及与第三侧面214C对应的第六侧面220C。在所示的实施例中，上述这些侧面都是平面。当激光器模块204嵌入该凹部210时，第四侧面220A与第一侧面214A贴合，可限定激光器模块204与收发镜片模块202在前后方向的相对位置；第六侧面220C与第三侧面214C贴合，可限定激光器模块204与收发镜片模块202在上下方向的相对位置；激光器壳体216还与凹部210的底面212接触，可限定激光器模块204与收发镜片模块202在厚度方向的相对位置。由此，激光器模块204与收发镜片模块202在三维方向都可以得到限定，只要激光器壳体216与凹部210的底面212接触，第四侧面220A与第一侧面214A贴合，且第六侧面220C与第三侧面214C贴合，即可保证激光器模块204与收发镜片模块202两者之间的相对位置关系精确，使得装调效率高，精度高且简单可靠。

在激光器模块204与收发镜片模块202两者之间的缝隙点胶，即可将两者固定在一起。例如，激光器壳体侧面与凹部210的侧面214之间用胶水固定。

激光器电路板218上设有发热电子元件，以形成产生激光的电路。这些电子元件工作时产生大量热量，如果不及时散热，可能会影响激光器模块204的正常工作。在本实施例中，激光器壳体216面对收发镜片壳体206的一侧是开放的，激光器电路板218上的发热电子元件安装在激光器电路板218面对收发镜片壳体206的一侧，即位于激光器壳体216面向收发镜片壳体206的开放侧，并通过导热垫与收发镜片壳体206凹部210的底面212热接触，及时将电子元件的热量传递至收发镜片壳体206，向激光收发组件200外散发。但是，当各种电子元件在激光收发组件200的厚度方向上具有不同的尺寸时，有些较薄的电子元件与收发镜片壳体206之间的距离可能较大，填补该较大距离则需要导热垫具有较大的厚度，使得热阻增高，可能存在传热效果不佳的情况。针对这种情况，发明人考虑在收发镜片壳体206面向激光器电路板218的表面上(即凹部210的底面212)，对应激光器电路板218上相对较薄(或者与收发镜片壳体206之间的间距较大)的电子元件设置一个或多个导热凸台222。导热凸台222的设置降低了发热电子元件与收发镜片壳体206之间的距离，因此可以降低所使用的导热垫的厚度，从而降低热阻，提高热传递效率。在所示的实施例中，两个导热凸台222形成在凹部210的底面212上，对应两个与收发镜片壳体206间距较大的电子元件。在其他实施例中，可以根据实际情况，设置一个或两个以上的导热凸台222。

导热垫连接在导热凸台222和对应的发热电子元件之间。导热垫是散热结构中常用的元件，其具有一定的弹性和可塑性，并具有一定的粘性。凭借导热垫自身的粘性，导热垫的一面粘附到发热电子元件的表面，另一面粘附到导热凸台222的表面上。

在上述实施例中，导热凸台222对应与收发镜片壳体206间距较大的电子元件。在这样的实施例中，激光器电路板218在所述开放侧设有多个发热电子元件，多个所述发热电子元件至少包括第一发热电子元件和第二发热电子元件，所述导热凸台222对应所述第一发热电子元件设置，其中第一发热电子元件与凹部210的底面212之间的距离大于第二发热电子元件与所述底面212的距离。

在另一实施例中，导热凸台222也可以对应发热量较大的电子元件。在这样的实施例中，激光器电路板218在所述开放侧设有多个发热电子元件，多个所述发热电子元件至少包括第一发热电子元件和第二发热电子元件，导热凸台222对应第一发热电子元件设置，其中第一发热电子元件的发热量大于第二发热电子元件的发热量。无论是哪种情况，导热凸台222都可以降低电子元件与收发镜片壳体206之间的间距，降低所使用的导热垫的厚度，从而提高传热效率。

在所示的实施例中，凹部210的第二侧面214B设有开口224，激光器电路板218上设有激光器226，该激光器226安装在该开口224，使得激光器模块204产生的激光从该开口224进入收发镜片壳体206内。同时，该激光器226也与收发镜片壳体206在该开口224位置的壳体结构接触，使得激光器226的热量也可以快速传递至收发镜片壳体206上，实现接触散热。虽然所示的实施例中激光器226安装在第二侧面214B的开口224中以实现接触散热，在其他实施例中，激光器226也可以安装在收发镜片壳体206其他部位的开口中以实现接触散热，或者以其他方式散热。

上述实施例中，结合收发镜片壳体206描述了激光器模块散热结构。收发镜片壳体206为金属结构件，激光器模块204中的发热电子元件的热量传递至收发镜片壳体206以向外散发。应当指出的是，收发镜片壳体206仅仅是用于给激光器模块204散热的其中一种金属结构件，在另外的实施例中，激光器模块204的发热电子元件也可以与激光雷达的其他金属结构件固定并热接触，以将电子元件的热量传递至该其他金属结构件。在这样的实施例中，激光器模块散热结构包括激光雷达的一金属结构件以及激光器模块204，激光器模块204的激光器壳体216与该金属结构件固定连接，激光器壳体216具有面向该金属结构件的一开放侧，所述激光器电路板218在所述开放侧设有发热电子元件，该金属结构件对应所述发热电子元件设有所述导热凸台222，所述发热电子元件通过导热垫与所述导热凸台222热接触。

本申请各实施例提出的激光器模块散热结构，将激光器模块的激光器壳体与金属结构件固定，同时使激光器模块的发热电子元件与金属结构件热接触，使激光器模块即使采用胶水固定时也能实现良好的散热，具有散热结构简洁，散热性能优良的特点。

在所示的实施例中，收发镜片壳体206包括一镜片座228以及固定在镜片座228上的盖板230，盖板230与镜片座228围成一中空腔体，收发镜片组件208装配在该中空腔体内。该收发镜片组件208例如包含汇聚透镜，以将回波光线聚焦至探测器上进行光电转换。在收发镜片壳体206的顶面232设有一开孔234，与该中空腔体连通，以让光通过。

在一些实施例中，激光收发组件200还包括固定在收发镜片壳体206上的探测器组件240。在图3至图8所示的实施例中，探测器组件240固定在收发镜片壳体206的顶面232。探测器组件240包括探测器支撑结构242和探测器电路板244。探测器电路板244呈水平布置，其上设有探测器246，探测器246与开孔234对齐，用于接收光信号并将光信号转换成电信号。探测器电路板244与探测器支撑结构242固定在一起，成为一个装配整体。探测器支撑结构242固定至收发镜片壳体206的顶面232，例如通过点胶固定，如此将探测器组件240固定在收发镜片壳体206的顶面232。

具体而言，探测器支撑结构242包括支撑板248和固定在支撑板248上的多个等高支撑柱250，支撑板248呈水平布置。支撑柱250沿轴向设有螺纹孔252。探测器电路板244支撑在支撑柱250上，并利用螺钉254与支撑柱250的螺纹孔252配合以将探测器电路板244紧固在支撑板248上并定位探测器246的Z方向即高度方向上的位置。支撑板248设有探测器定位孔256，探测器246位于探测器定位孔256内，探测器定位孔256与探测器246小间隙配合，以定位探测器246与支撑板248之间在X-Y方向即水平方向上的相对位置。

支撑板248上还可以设置有装调工艺孔258，用于装调工装夹持。安装时，探测器电路板244与支撑板248通过探测器定位孔256在水平方向上定位，同时通过等高支撑柱250实现探测器电路板244的高度定位和紧固，成为一个装配整体。让探测器246正对收发镜片壳体206顶面232的开口234，通过装调工艺孔258在X、Y方向上调整至收发镜片组件200的光线合适的聚焦位置后，将支撑板248的底面用胶粘接固定至收发镜片壳体206的顶面232即可。本实施例中，通过等高支撑柱250设计好探测器支撑结构242与探测器电路板244的间隔距离，只需要调整其水平位置，方便装调。

如图2，反射镜组件300固定在外壳100内并位于外壳前端102。每个反射镜组件300与其中一个激光收发组件200对应。在所示的实施例中，设置了三个激光收发组件200以及对应的三个反射镜组件300。在其他实施例中，可以设置其他数目的激光收发组件200和反射镜组件300。

反射镜组件300的具体结构和安装可以采用现有的结构和安装方式。参考图9，例如，反射镜组件300可包括反射镜固定座302、反射镜活动座304、反射镜306、反射镜紧固碗308以及连接件310。连接件310将反射镜固定座302、反射镜活动座304、反射镜紧固碗308连接在一起。反射镜活动座304可调节地安装在反射镜固定座302上，反射镜306固定在反射镜活动座304上，通过调节反射镜活动座304即可调节反射镜306的角度。调节到位后，使用连接件310固定反射镜306角度。

如图2和图10，振镜组件400固定在外壳100内并位于多个激光收发组件200和多个反射镜组件300之间。振镜组件400包括MEMS振镜402，MEMS振镜402具有相反的第一振镜反射面404和第二振镜反射面406，第一振镜反射面404朝向外壳前端102，第二振镜反射面406朝向外壳后端104，振镜组件400在第二振镜反射面406这一侧设有一收容空间408，收容空间408内收容一谐振角度光学检测组件410，用于实时检测所述MEMS振镜402的摆动角度。

在所示的实施例中，振镜组件400包括振镜底座412和振镜组件盖体414。振镜组件盖体414固定至振镜底座412而在两者之间形成上述收容空间408，谐振角度光学检测组件410固定安装在振镜底座412上。振镜底座412在靠近外壳前端102的位置设有一安装板416，安装板416上固定一倾斜的振镜框架418，MEMS振镜402例如通过粘接方式固定在振镜框架418上，使得所述MEMS振镜402的第一振镜反射面404向下倾斜，以面向反射镜组件300。为此，该安装板416具有预定倾斜角度的斜面，用于固定振镜框架418，其中该预定倾斜角度根据实际情况而定。在所示的实施例中，安装板416本身即为倾斜设置。该安装板416可以是与振镜底座412一体成型的结构，或者是连接至振镜底座412的单独结构。

振镜底座412内设有多个相互隔离的光通道420，每一光通道420在对应的反射镜组件300和对应的激光收发组件200之间延伸。设置相互隔离的光通道420，可以避免不同反射镜组件300/激光收发组件200之间的光线串扰，并可以有效屏蔽杂光。所示的实施例中设置了三个光通道420，与三个反射镜组件300/激光收发组件200对应。应当理解的是，光通道420的数量可以随反射镜组件300/激光收发组件200的数量变化而变化。

在所示的实施例中，该振镜组件盖体414包括一顶板422和一后侧板424，顶板422与后侧板424垂直连接。顶板422的前边缘与安装板416的顶侧固定，后侧板424的底边缘与振镜底座412的后端固定。应当指出的是，这只是一种举例说明，在其他实施例中，振镜组件盖体414可具有不同的结构，只要能在振镜组件盖体414和振镜底座412之间形成用于容纳谐振角度光学检测组件410的收容空间408即可。

图11至图13例示了谐振角度光学检测组件410一实施例的具体结构。本实施例的谐振角度光学检测组件410包括固定架426、激光器428和角度检测探测器电路板430。激光器428和角度检测探测器电路板430都固定安装在固定架426上，相对于MEMS振镜402的第二振镜反射面406定位。

激光器428出射用于角度检测的激光，例如为半导体激光器。激光器428与角度检测探测器电路板430之间连接有电线，使得角度检测探测器电路板430能够为激光器428供电。

角度检测探测器电路板430设有通光孔432和探测器434。通光孔432正对激光器428设置，用于让激光器428出射的激光通过。角度检测探测器电路板430具有相反的电路板第一侧450和电路板第二侧452，电路板第一侧450面向激光器428，电路板第二侧452背离激光器428。探测器434设置在角度检测探测器电路板430面向MEMS振镜第二振镜反射面406的一侧，也就是设置在电路板第二侧452。激光器428出射的激光经过角度检测探测器电路板430的通光孔432后，垂直入射至MEMS振镜的振镜反射面406，然后被振镜反射面406反射至位于电路板第二侧452的探测器434进行探测。

如图13，在所示的实施例中，探测器434包括水平条形探测器434A和竖直条形探测器434B，分别用于检测MEMS振镜在水平轴和竖直轴谐振而产生的反射光。激光光线入射至MEMS振镜中心，MEMS振镜振动过程中将光线反射后形成一定角度的扫描轨迹，该角度即为MEMS振镜振动幅值。设置在扫描轨迹上的多个探测位依次产生标志各自位置的电信号，依据此多路信号及各光电探测位的位置关系可计算出MEMS振镜振动幅值，即摆动角度。MEMS振镜402的摆动角度检测原理可参考公开号为CN107402061A的中国专利申请中公开的检测原理，本申请中的谐振角度光学检测组件410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434和激光器428，实现光学MEMS振镜角度检测，因此其检测原理不再赘述。本实施例采用条形探测器，探测器检测范围广，对器件位置定位要求低。

固定架426包括固定架底座436以及与固定架底座436固定连接的激光器支撑部438和电路板支撑部440。固定架底座436固定至振镜组件400的一结构件上，例如振镜底座412。在所示的实施例中，固定架底座436设有多个安装通孔442，以利用螺钉等紧固件固定安装至振镜底座412。

在所示的实施例中，激光器支撑部438从固定架底座436中部垂直向上延伸，激光器支撑部438上部设有激光器安装孔444，激光器428穿过激光器安装孔444定位后，使用胶水固定。

电路板支撑部440从固定架底座436垂直向上延伸。电路板支撑部440上设有电路板固定面446和电路板固定孔448，角度检测探测器电路板430上设有对应的螺钉孔449。角度检测探测器电路板430贴靠在电路板固定面446上以进行角度定位，并利用螺钉与螺钉孔449、电路板固定孔448的配合紧固至电路板支撑部440上。电路板固定面446设置在电路板支撑部440背离MEMS振镜第二振镜反射面406的一侧，也就是面向激光器428的一侧，角度检测探测器电路板430定位在激光器支撑部438和电路板支撑部440之间。在所示的实施例中，电路板支撑部440包括两个间隔的支撑件454，分别从固定架底座436的两侧垂直向上延伸。每个支撑件454上设有一个所述的电路板固定面446。角度检测探测器电路板430的通光孔432位于两个支撑件454之间。在各种实施例中，支撑件454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454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。

应当理解，以上描述的固定架426具体结构只是一种举例，在其他实施例中还可以采用其他结构，只要是利用一个固定架将激光器和角度检测探测器电路板同时固定，且确保激光器和角度检测探测器电路板之间的预定位置和角度关系即可。

激光器428被定位成垂直入射到MEMS振镜402的第二振镜反射面406。激光器安装孔444的轴线与电路板固定面446皆为倾斜设置，且两者是相互垂直的。其倾斜的角度可以根据MEMS振镜402的倾斜角度变化而变化。只要根据MEMS振镜402的倾斜角度正确设计了激光器安装孔444的轴线倾斜角度和电路板固定面446的倾斜角度，安装时将激光器428插入激光器安装孔444中定位，将角度检测电路板430支撑在电路板固定面446上定位，即可实现激光器428和探测器430相对于MEMS振镜402的角度定位，因此本实施例提供的固定架426结构简单，装调效率高。并且本实施例采用了条形探测器，探测器检测范围广，对器件位置定位要求低。

图14至图17例示了谐振角度光学检测组件另一实施例的具体结构。本实施例的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的第二振镜反射面406定位。

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。

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。与图11至图13的实施例不同，本实施例中通光孔508还用于让MEMS振镜402第二振镜反射面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。

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550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的第二振镜反射面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的第二振镜反射面406，然后被第二振镜反射面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。

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，本申请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，实现光学MEMS振镜402角度检测，因此其检测原理不再赘述。

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。在所示的实施例中，固定架底座512总体呈U型，固定至振镜底座412，在所示的实施例中，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底座412。

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。

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用于将第二振镜反射面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用于将第二振镜反射面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。

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。

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。

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。

应当说明的是，图14至图17的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。

再次参考图2和图10，激光雷达还包括各种电路板，例如包括主控板600以及与主控板600电连接的ADC板602、振镜驱动板604和电源电路板606。主控板600安装在振镜组件盖体414的顶板422上侧。ADC板602安装在激光收发组件200的顶侧，例如通过多个螺柱608支撑固定在激光收发组件200的顶侧。每个激光收发组件200的探测器电路板244通过排线与ADC板602连接，且ADC板602通过排线与主控板600连接。振镜驱动板604位于收容空间内并安装在振镜组件盖体414的顶板422底侧，并通过接插件与位于顶板422上侧的主控板600连接。电源电路板606固定安装在侧盖板114内侧。在所示的实施例中，主控板600、ADC板602和振镜驱动板604呈水平方向放置，而电源电路板606设置在侧边，竖直方向放置，方便从外界接收电源。如此布局，这些电路板整体上占用激光雷达内部空间较小，可有效减小产品体积。

如图2，在所示的实施例中，外壳100内还包括一内部安装板700，该内部安装板700固定安装至外壳100的底板108，而激光收发组件200、反射镜组件300和振镜组件400都固定至该内部安装板700，以利用该内部安装板700整体固定至底板108。

上述实施方式仅为本申请的例示性实施方式，不能以此来限定本申请保护的范围，本领域的技术人员在本申请的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本申请所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，包括：

外壳(100)，所述外壳(100)具有相对的外壳前端(102)和外壳后端(104)，所述外壳前端(102)设有允许激光通过的视窗(106)；

多个激光收发组件(200)，固定在所述外壳(100)内并位于所述外壳后端(104)；

多个反射镜组件(300)，固定在所述外壳(100)内并位于所述外壳前端(102)，每个反射镜组件(300)与其中一个激光收发组件(200)对应；以及

振镜组件(400)，固定在所述外壳(100)内并位于多个所述激光收发组件(200)和多个所述反射镜组件(300)之间，所述振镜组件(400)包括MEMS振镜(402)，所述MEMS振镜(402)具有相反的第一振镜反射面(404)和第二振镜反射面(406)，所述第一振镜反射面(404)朝向所述外壳前端(102)，所述第二振镜反射面(406)朝向所述外壳后端(104)，所述振镜组件(400)在所述第二振镜反射面(406)这一侧设有一收容空间(408)，所述收容空间(408)内收容一谐振角度光学检测组件(410、500)，用于实时检测所述MEMS振镜(402)的摆动角度；

其中，每个激光收发组件(200)用于发射激光束至对应的反射镜组件(300)，所述反射镜组件(300)相对于所述激光收发组件(200)和所述MEMS振镜(402)的第一振镜反射面(404)设置以实现激光在所述激光收发组件(200)和所述MEMS振镜(402)的第一振镜反射面(404)之间的转向传播。

2.根据权利要求1所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述振镜组件(400)包括振镜底座(412)和振镜组件盖体(414)，所述振镜组件盖体(414)固定至所述振镜底座(412)而在两者之间形成所述收容空间(408)，所述谐振角度光学检测组件(410、500)固定安装在所述振镜底座(412)上。

3.根据权利要求2所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述谐振角度光学检测组件(410、500)包括固定架(426、502)、激光器(428、504)和角度检测探测器电路板(430、506)，所述固定架(426、502)固定安装在所述振镜底座(412)上，所述激光器(428、504)和所述角度检测探测器电路板(430、506)固定安装在所述固定架(426、502)上，所述激光器(428、504)用于向所述MEMS振镜(402)的第二振镜反射面(406)发射激光，所述角度检测探测器电路板(430、506)用于探测所述第二振镜反射面(406)反射回的反射光。

4.根据权利要求3所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述角度检测探测器电路板(430)设有一通光孔(432)，供所述激光器(428)发射的激光通过，所述角度检测探测器电路板(430)在面向所述第二振镜反射面(406)的一侧设有水平条形探测器(434A)和竖直条形探测器(434B)，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。

5.根据权利要求3所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述角度检测探测器电路板(506)设有一通光孔(508)，供所述激光器(504)发射的激光和所述第二振镜反射面(406)反射回的激光通过；所述固定架(502)设有水平反射柱面(524)和竖向反射柱面(526)，所述角度检测探测器电路板(506)在背离所述MEMS振镜(402)的一侧分别对应所述水平反射柱面(524)和所述竖向反射柱面(526)设有第一探测器(510A)和第二探测器(510B)，所述水平反射柱面(524)用于将所述第二振镜反射面(406)反射回的反射光反射并汇聚至所述第一探测器(510A)，所述竖向反射柱面(526)用于将所述第二振镜反射面(406)反射回的反射光反射并汇聚至所述第二探测器(510B)。

6.根据权利要求2所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述振镜底座(412)内设有多个相互隔离的光通道(420)，每一光通道(420)在对应的反射镜组件(300)和对应的激光收发组件(200)之间延伸。

7.根据权利要求2所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述振镜底座(412)在靠近所述外壳前端(102)的位置设有一安装板(416)，所述安装板(416)上固定一倾斜的振镜框架(418)，所述MEMS振镜(402)固定在所述振镜框架(418)上，使得所述MEMS振镜(402)的第一振镜反射面(404)向下倾斜。

8.根据权利要求7所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，所述谐振式MEMS激光雷达包括主控板(600)以及与所述主控板(600)电性连接的ADC板(602)和振镜驱动板(604)，所述振镜组件盖体(414)包括一顶板(422)，所述主控板(600)安装在所述顶板(422)的上侧，所述振镜驱动板(604)位于所述收容空间(408)内并安装在所述顶板(422)的底侧，所述ADC板(602)安装在多个所述激光收发组件(200)的顶侧，所述主控板(600)、ADC板(602)和振镜驱动板(604)都呈水平方向放置。

9.根据权利要求1所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，每个激光收发组件(200)包括：

收发镜片模块(202)，所述收发镜片模块(202)包括收发镜片壳体(206)以及收容在所述收发镜片壳体(206)内的收发镜片组件(208)，所述收发镜片壳体(206)上设有导热凸台(222)；以及

激光器模块(204)，所述激光器模块(204)包括激光器壳体(216)以及固定在所述激光器壳体(216)内的激光器电路板(218)，所述激光器壳体(216)与所述收发镜片壳体(206)固定连接，所述激光器壳体(216)具有面向所述收发镜片壳体(206)的一开放侧，所述激光器电路板(218)在所述开放侧设有发热电子元件，所述发热电子元件通过导热垫与所述导热凸台(222)热接触。

10.根据权利要求1所述的谐振式MEMS激光雷达，其特征在于，每个激光收发组件(200)包括收发镜片模块(202)以及探测器组件(240)，所述收发镜片模块(202)包括收发镜片壳体(206)以及收容在所述收发镜片壳体(206)内的收发镜片组件(208)，所述探测器组件(240)固定在所述收发镜片壳体(206)上，所述探测器组件(240)包括探测器支撑结构(242)和探测器电路板(244)，所述探测器支撑结构(242)与所述收发镜片壳体(206)固定，所述探测器电路板(244)上设有探测器(246)，所述探测器支撑结构(242)设有与所述探测器(246)间隙配合的探测器定位孔(256)，所述探测器电路板(244)利用多个支撑柱(250)安装至所述探测器支撑结构(242)以定位所述探测器(246)在高度方向上的位置。

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