CN208314328U - 扫描镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种扫描镜，包括扫描基片、磁体组件和驱动线圈；所述扫描基片包括：可动部、第一扭转轴及支撑部，所述可动部通过第一扭转轴与支撑部耦接、且适于绕第一扭转轴旋转，可动部具有光滑的表面，适于反射光束；磁体组件适于产生磁场，磁场具有在驱动线圈所在平面内的磁场分量；驱动线圈设置于可动部上，适于在输入驱动电流时，在磁场中受力旋转并驱动可动部旋转；其中磁体组件包括设置于扫描基片沿其厚度方向的至少一侧的磁体，磁体环绕可动部的周向设置、且与可动部有预设距离，当所述可动部位于初始位置时，所述可动部与所述支撑部位于同一平面内，且所述磁体环绕可动部的一侧与驱动线圈平行。本实用新型增大扫描镜的光学扫描角。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种扫描镜。
背景技术
谐振式扫描镜一般应用于微投影显示系统，主要被用来扫描光源发射的光束。近年来，随着自动驾驶技术的不断推进，谐振式扫描镜(以下简称为“振镜”)式激光雷达被视作固态激光雷达方案中的一条重要技术路线。相比于传统的投影成像，在振镜式激光雷达中，振镜不仅用于在发射时扫描光束，还用于接收和反射光束的回波信号。
对于长距离的激光雷达系统不仅要求接收时的光学口径具有较大的尺寸即要求大尺寸的镜面，而且要求较大的光学扫描角，例如：振镜的光学扫描角一般要在垂直方向上达到40度左右、在水平方向上最大达到120度左右。
现有技术中发展较为成熟的电磁式扫描镜其镜面和框架结构一般采用微机电系统(MEMS)工艺制作，但是利用MEMS工艺制作的振镜存在一系列问题，例如无法实现大角度扫描、镜面尺寸小、镜面的平整度难以保证等，这对振镜在一些特定需求场景例如在大视场角、长距离的激光雷达中的应用造成了限制。
因此，亟需一种具有较大的光学扫描角和镜面尺寸的振镜。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题至少包括现有技术中的谐振式扫描镜无法实现较大的光学扫描角。
为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种扫描镜，包括：扫描基片、磁体组件、和驱动线圈；所述扫描基片包括：可动部、第一扭转轴、及支撑部，所述可动部通过所述第一扭转轴与所述支撑部耦接、且适于绕所述第一扭转轴旋转，所述可动部具有光滑的表面，适于反射光束；所述磁体组件适于产生磁场，所述磁场具有在所述驱动线圈所在平面内的磁场分量；所述驱动线圈设置于所述可动部上，适于在输入驱动电流时，在所述磁场中受力旋转并驱动所述可动部旋转；其中，所述磁体组件包括设置于所述扫描基片沿其厚度方向的至少一侧的磁体，所述磁体环绕所述可动部的周向设置、且与所述可动部之间有预设距离，当所述可动部位于初始位置时，所述可动部与所述支撑部位于同一平面内，且所述磁体环绕所述可动部的一侧与所述驱动线圈平行。
可选地，所述磁体组件包括相对地设置于所述扫描基片沿其厚度方向的两侧的磁体，且所述相对的磁体的磁极方向相反；位于所述扫描基片同一侧的磁体分立地设置于所述第一扭转轴的两侧，且位于所述第一扭转轴两侧的磁体的磁极方向相反。
可选地，所述磁体的磁极方向垂直于所述扫描基片的表面。
可选地，所述可动部包括：内框、第二扭转轴、和外框，所述外框通过所述第一扭转轴与所述支撑部耦接、且适于绕所述第一扭转轴旋转，所述内框通过所述第二扭转轴与所述外框耦接、且适于绕所述第二扭转轴旋转，所述内框具有所述光滑的表面，适于反射光束；所述驱动线圈设置于所述外框。
可选地，所述第一扭转轴和所述第二扭转轴相互垂直，位于所述扫描基片同一侧的磁体相对于所述第一扭转轴和所述第二扭转轴呈对角方向分立地设置，且沿所述对角方向设置的磁体的磁极方向相反。
可选地，所述可动部具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面适于反射光束，所述驱动线圈设置于所述可动部的第二表面。
可选地，所述驱动线圈沿所述可动部的周向形成闭合回路，所述闭合回路呈圆环形、或椭圆环形，所述磁体环绕所述可动部的一侧为弧面，所述弧面与所述驱动线圈的相应弧段平行。
可选地，所述驱动线圈沿所述可动部的周向形成闭合回路，所述闭合回路呈多边形，所述磁体环绕所述驱动线圈的一侧为平面，所述平面与所述驱动线圈的一条边平行。
可选地，所述磁体环绕所述可动部的一侧沿所述扫描基片的厚度方向的截面呈弧形，所述弧形的中心向所述磁体内部凹陷。
可选地，所述磁体组件还包括导磁片，设置于所述扫描基片的至少一侧，且位于所述扫描基片的所述至少一侧的磁体设置于所述导磁片和所述扫描基片之间。
可选地，所述导磁片与位于所述扫描基片的所述至少一侧的磁体相接触。
可选地，所述导磁片上与所述可动部相对的区域设置有开口。
可选地，位于所述扫描基片的同一侧的磁体包括相对于所述可动部呈中心对称设置的两个磁体，所述驱动线圈沿所述可动部的周向设置，每个磁体沿所述可动部周向的长度大于等于所述驱动线圈周长的1/4且小于所述驱动线圈周长的1/2。
可选地，所述支撑部的材料为铍铜。
可选地，所述磁体组件还包括两个磁体支架，分别设置于所述扫描基片的两侧，且适于支撑位于所述扫描基片的两侧的磁体。
可选地，至少一个所述磁体支架与所述扫描基片之间有预设距离。
可选地，所述扫描镜还包括：测角线圈，设置于所述可动部，适于测量所述可动部的旋转角度。
本实用新型实施例还提供一种激光雷达系统，包括发射模块，适于发射激光束；扫描模块，适于反射所述激光束至三维空间、通过摆动改变其反射至三维空间的激光束的方向，以及反射激光束的回波信号，所述激光束的回波信号由三维空间的障碍物反射所述扫描模块反射的激光束形成，所述扫描模块包括本实用新型实施例所述的扫描镜；探测模块，适于接收并处理所述扫描模块反射的激光束的回波信号，以获取所述三维空间中的障碍物的信息；以及控制模块，与所述发射模块、扫描模块和探测模块耦接，适于控制所述发射模块发射激光束、控制所述扫描模块摆动、及控制所述探测模块接收并处理所述激光束的回波信号。
与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型实施例的扫描镜包括扫描基片、磁体组件和驱动线圈，其中所述磁体组件包括设置于所述扫描基片沿其厚度方向的至少一侧的磁体，所述磁体环绕所述可动部的周向设置、且与所述可动部之间有预设距离，使得所述磁体在向所述驱动线圈施加磁场的同时不会干涉所述可动部的旋转；此外，当所述可动部位于初始位置时，所述磁体环绕所述可动部的一侧与所述驱动线圈平行，能够减小所述磁体与所述驱动线圈之间的距离，增大所述磁体施加于所述驱动线圈的磁场，从而增大驱动力，增大所述可动部的转角，进而增大所述扫描镜的光学扫描角。
进一步地，所述磁体组件包括相对地设置于所述扫描基片沿其厚度方向的两侧的磁体，且所述相对的磁体的磁极方向相反，即位于所述扫描基片两侧的磁体的同名磁极相对，使得磁场受挤压而分布于所述扫描基片的表面，能够增强所述扫描基片表面的磁场。
进一步地，所述磁体环绕所述可动部的一侧沿所述扫描基片的厚度方向的截面呈弧形，所述弧形的中心向所述磁体内部凹陷，使得所述磁体沿竖直方向(即扫描基片厚度方向)也能环绕所述驱动线圈设置，进一步减小了所述磁体与驱动线圈之间的距离，从而进一步增强磁场。
进一步地，所述磁体组件还包括导磁片，设置于所述扫描基片的至少一侧的磁体的底部，能够闭合磁路，增强所述扫描基片表面的磁场。
进一步地，位于所述扫描基片同一侧的磁体包括相对于所述驱动线圈呈中心对称的两个磁体，所述驱动线圈沿所述可动部的周向设置，每个磁体沿所述可动部周向的长度大于等于所述驱动线圈周长的1/4且小于所述驱动线圈周长的1/2，即所述磁体尽可能多地覆盖所述驱动线圈的周向长度，以此增强施加于所述驱动线圈表面的磁场，增大驱动力，从而增大所述可动部的转角，增大所述扫描镜的光学扫描角。
进一步地，所述可动部包括内框、第二扭转轴、和外框，所述外框通过所述第一扭转轴与所述支撑部耦接，所述内框通过所述第二扭转轴与所述外框耦接，即所述扫描镜可以具备两个扭转轴，所述第一扭转轴作为慢扫描轴，所述第二扭转轴作为快扫描轴，所述快扫描轴与慢扫描轴具有较大的频率差，因而所述扫描镜能够实现光栅式扫描。
本实用新型实施例的激光雷达系统包括发射模块、扫描模块、探测模块及控制模块，所述扫描模块包括本实用新型实施例的扫描镜，由于所述扫描镜的光学扫描角度增大，因此所述激光雷达系统的视场角增大，所述激光雷达系统的性能提高。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的扫描镜10的结构框图；
图2是本实用新型另一个实施例的扫描镜20的立体结构示意图一；
图3是本实用新型图2所示实施例的扫描镜20的立体结构示意图二；
图4是本实用新型图2所示实施例的扫描镜20的立体结构示意图三；
图5是本实用新型图2所示实施例的扫描镜20的磁体221和扫描基片21的立体结构示意图；
图6是本实用新型另一个实施例的扫描镜的磁体321的立体结构示意图；
图7是本实用新型图6所示实施例的磁体321沿图6中AA1线的剖面图；
图8是本实用新型一个实施例的激光雷达系统40的结构框图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
参考图1，是本实用新型一个实施例的扫描镜10的结构框图。在一些实施例中，所述扫描镜10可以包括：扫描基片11、磁体组件12和驱动线圈13。
所述扫描基片11可以包括可动部111、第一扭转轴112、及支撑部113，所述可动部11通过所述第一扭转轴112与所述支撑部113耦接、且适于绕所述第一扭转轴112旋转，所述可动部111具有光滑的表面，适于反射光束。所述支撑部113适于为所述可动部111提供支撑，可以在空间上位置固定。
所述磁体组件12适于产生磁场，所述磁场具有在所述驱动线圈13所在平面内的磁场分量。
所述驱动线圈13与所述可动部111耦接，可以通过导线与电源相连，适于在输入驱动电流时，在所述磁场中受力旋转并驱动所述可动部111旋转。
在一些实施例中，所述驱动线圈13可以设置于所述可动部111上。具体地，所述可动部111具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面可以为镜面，适于反射光束，所述驱动线圈13可以设置于所述可动部111的第二表面。在其它实施例中，所述驱动线圈也可以设置于所述可动部的第一表面。
在一些实施例中，所述扫描基片11可以仅具有一个扭转轴即所述第一扭转轴112，此时所述扫描镜10为单轴扫描镜，适于在一维方向上进行光学扫描。
在一些实施例中，所述可动部111包括内框1111、第二扭转轴1112、和外框1113，所述外框1113通过所述第一扭转轴112与所述支撑部113耦接、且适于绕所述第一扭转轴112旋转，所述内框1111通过所述第二扭转轴1112与所述外框1113耦接、且适于绕所述第二扭转轴1112旋转，所述内框1111具有所述光滑的表面，适于反射光束。所述驱动线圈13可以设置于所述外框1113上。此时所述扫描基片11具有两个扭转轴(即所述第一扭转轴112和第二扭转轴1112)，所述扫描镜10为双轴扫描镜，适于在二维平面内进行光学扫描。具体地，所述第一扭转轴112和所述第二扭转轴1112可以相互垂直，分别用于形成不同方向的共振模，例如水平共振模、和垂直共振模。
在一些实施例中，所述扫描镜10还包括测角线圈14，设置于所述可动部111，适于测量所述可动部111的旋转角度。具体地，当所述扫描镜10为双轴扫描镜时，所述测角线圈14可以设置于所述内框1111，用于测量所述内框1111的旋转角度。
在一些实施例中，所述扫描镜10还包括位置传感器(未示出)，用于探测所述扫描镜10的机械故障等，所述位置传感器可以设置于所述可动部111上、或设置于所述可动部111外且与所述可动部111电连接。具体地，当所述位置传感器设置于所述可动部111外时，所述可动部111上还设置有接触(contact)元件，所述可动部111通过所述接触元件与所述位置传感器实现电连接，所述位置传感器可以是电学元件或逻辑电路等。
为了解决现有技术中的技术问题，本实用新型实施例对所述磁体组件的结构进行了改进，以增强施加于所述驱动线圈13的磁场、提高驱动力，从而增大所述可动部111的转角，增大所述扫描镜10的光学扫描角。
根据本实用新型实施例的一个方面，所述磁体组件12可以包括设置于所述扫描基片11沿其厚度方向的至少一侧的磁体，所述磁体环绕所述可动部111的周向设置、且与所述可动部111之间有预设距离，所述磁体环绕所述驱动线圈13的周向的一侧可以与所述驱动线圈13平行。
根据本实用新型实施例的另一个方面，所述磁体组件12可以包括相对地设置于所述扫描基片11沿其厚度方向的两侧的磁体，且沿所述扫描基片11的厚度方向相对的两个磁体的磁极方向相反，使得磁场受挤压而分布于所述扫描基片11所在平面；位于所述扫描基片11同一侧的磁体分别设置于所述第一扭转轴112的两侧，且位于所述第一扭转轴112两侧的磁体的磁极方向相反，以实现在所述扫描基片11平面内产生单一指向的磁场。
根据本实用新型实施例的另一个方面，所述磁体组件12还可以包括导磁片，所述导磁片设置于所述扫描基片11的至少一侧，且位于所述扫描基片11的所述至少一侧的磁体设置于所述导磁片和所述扫描基片11之间，所述导磁片可以闭合磁路，增强所述扫描基片11表面的磁场。
需要说明的是，图1所示的结构框图中虚线显示的结构为可选结构，不应构成对本实用新型实施例的不当限制。图1的结构框图着重于说明根据本实用新型一个实施例的扫描镜10所包含的主要部件、各部件之间的联系及各部件的功能，可以理解的是，其中省略了一些次要部件，如导线、支架等。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本实用新型，本实用新型另一个实施例提供了一种扫描镜20的立体结构示意图。
参考图2至图5，图2、图3和图4分别是本实用新型另一个实施例的扫描镜20沿不同视角的立体结构示意图，图5是本实用新型图2所示实施例的扫描镜20的磁体221和扫描基片21的立体结构示意图。
在一些实施例中，所述扫描镜20可以包括：扫描基片21、磁体组件、和驱动线圈23(如图4所示)。
参考图5，所述扫描基片21可以包括：可动部211、第一扭转轴212、及支撑部213，所述可动部211通过所述第一扭转轴212与所述支撑部213耦接、且适于绕所述第一扭转轴212旋转。所述可动部211可以包括：内框2111、第二扭转轴2112、和外框2113，所述外框2113通过所述第一扭转轴212与所述支撑部213耦接、且适于绕所述第一扭转轴212旋转，所述内框2111通过所述第二扭转轴2112与所述外框2113耦接、且适于绕所述第二扭转轴2112旋转，所述内框2111具有所述光滑的表面，适于反射光束。本实施例的所述扫描镜20为双轴扫描镜。
在一些实施例中，所述磁体组件可以包括：相对地设置于所述扫描基片21沿其厚度方向的两侧的磁体221，所述磁体221环绕所述可动部211的周向分立地设置、且与所述可动部211之间有预设距离，当所述可动部211位于初始位置时，所述可动部211与所述支撑部213位于同一平面内，且所述磁体221环绕所述可动部211的一侧与所述驱动线圈23平行设置。当所述可动部211偏离所述初始位置开始旋转时，所述可动部211所在平面与所述支撑部213所在平面呈一定夹角，所述夹角即为所述可动部211的偏转角。
在一些实施例中，位于所述扫描基片21两侧的磁体221可以平行于所述扫描基片21的表面设置。
在一些实施例中，所述驱动线圈23设置于所述外框2113。具体地，所述驱动线圈23可以设置于所述外框2113的背面(如图4所示)，即背对入射光的一面。在另一些实施例中，所述驱动线圈23也可以设置于所述外框2113的正面(即面对所述入射光的一面)。在另一些实施例中，所述驱动线圈23也可以设置于所述内框2111上，例如设置于所述内框的背面(即背对其光滑表面的一面)，此时所述扫描镜20为单轴扫描镜，相比于所述驱动线圈23设置于所述外框2113而言，所述扫描镜20的视场角有所减小。
在一些实施例中，所述外框2113的形状可以为圆环形、或椭圆环形，所述驱动线圈23可以设置于所述外框2113的背面，并沿所述外框2113的周向形成闭合回路，所述闭合回路的形状也为圆环形、或椭圆环形，所述磁体221环绕所述可动部211的一侧可以为弧面，所述弧面与所述驱动线圈23的相应弧段(即与所述弧面相对的弧段)平行，这样能够减小所述磁体221与驱动线圈23之间的距离，增大所述驱动线圈23表面的磁场，从而增大驱动力，增大所述可动部211的转角，进而增大所述扫描镜20的光学扫描角。
在一些实施例中，所述外框2113的形状可以为多边形，所述驱动线圈23设置于所述外框2113上、且沿所述外框2113的周向形成闭合回路，所述闭合回路的形状也为多边形，所述磁体221环绕所述可动部211的一侧可以为平面，所述平面与所述多边形驱动线圈23的一条边(即与所述平面相对的一条边)平行。具体地，所述外框2113的形状可以为八边形，所述驱动线圈23的形状也为八边形。
参考图6和图7，图6是本实用新型另一个实施例的扫描镜的磁体321的立体结构示意图，图7是本实用新型图6所示实施例的磁体321沿图6中AA1线的剖面图。
在一些实施例中，所述磁体321环绕所述驱动线圈的周向的一侧3211沿所述扫描基片的厚度方向的剖面可以呈弧形，且所述弧形的中心向所述磁体321内部凹陷，使得所述磁体321不仅沿水平方向(即所述扫描基片的表面)环绕所述驱动线圈设置，沿竖直方向(即扫描基片厚度方向)也环绕所述驱动线圈设置，进一步减小了所述磁体321与所述驱动线圈之间的距离，从而进一步增强磁场。
继续参考图2至图5，在一些实施例中，所述磁体组件还包括导磁片223(如图4所示)，设置于所述扫描基片21的一侧，且位于所述扫描基片21的所述一侧的磁体221设置于所述导磁片223和所述扫描基片21之间，即所述导磁片223可以设置于所述磁体221的底部，用于闭合磁路，增强所述扫描基片21表面的磁场。
在一些实施例中，所述导磁片223与位于所述扫描基片21的所述一侧的磁体221相接触。所述导磁片223上与所述可动部211相对的区域可以设置有开口。
在其它实施例中，所述导磁片可以设置于所述扫描基片的两侧，且位于所述扫描基片的同一侧的磁体设置于所述导磁片和所述扫描基片之间，即在所述扫描镜的两侧均形成闭合磁路。所述导磁片的中心也可以不设置开口。
在一些实施例中，所述导磁片可以为硅钢片。
在其它实施例中，所述导磁片也可以采用其它导磁率高的材料，例如软铁、铁氧体、硅钢，铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金、锰钴等氧化物、或锰锌铁氧体材料等，通常用作磁芯的材料都适用于所述导磁片。
在一些实施例中，位于所述扫描基片21的同一侧的磁体221包括：相对于所述可动部211呈中心对称的两个磁体，且所述两个磁体221相对于所述第一扭转轴212和所述第二扭转轴2112呈对角分布，每个所述磁体221沿所述驱动线圈23周向的长度可以为所述驱动线圈23周长的1/4。
在一些实施例中，通过使每个磁体221沿所述可动部211的周向延伸，能够增大所述磁体221环绕的所述驱动线圈23的周向长度，从而增强施加于所述驱动线圈23的磁场，使磁场覆盖面更大。具体地，所述驱动线圈23沿所述可动部211的周向设置，每个所述磁体221沿所述可动部211的周向长度可以大于所述驱动线圈23周长的1/4且小于所述驱动线圈23周长的1/2，设置所述上限1/2是为了避免磁路闭合。例如，每个所述磁体221沿所述驱动线圈23的周向长度可以占所述驱动线圈23周长的1/3，相比于前述实施例的1/4比例，所述磁体221沿所述驱动线圈23的周向伸长了约20％。
在一些实施例中，所述支撑部213的材料可以为铍铜等铜合金、钢、钛合金、铝合金，镁合金，或碳纤维等有机高分子材料、或碳化硅(SiC)类陶瓷等，所述扫描基片21可以为一体式制造，也可以利用额外的装配组合。
在一些实施例中，所述磁体组件还包括两个磁体支架222，分别设置于所述扫描基片21的两侧，用于分别支撑位于所述扫描基片21的两侧的磁体221。位于所述扫描基片21上侧(即入射光一侧)的磁体支架222可以设置于该侧的磁体221和所述扫描基片21之间，所述磁体支架222可以包括沿所述扫描基片21的厚度方向位于所述磁体221和所述扫描基片21之间的第一部2221(如图2所示)、以及沿所述扫描基片21的平面方向位于呈对角分布的磁体221之间的第二部2222(如图2所示)。位于所述扫描基片21下侧(即背对入射光一侧)的磁体支架222可以仅包括位于呈对角分布的磁体221之间的部分。所述磁体支架222沿另一对角方向环绕所述可动部211设置、且与所述可动部211之间有预设距离，所述磁体支架222和所述磁体221共同围成容纳所述可动部211旋转的空间。
在一些实施例中，所述磁体支架222可以为一体式制造。
在一些实施例中，所述磁体支架222上可以设置有多个孔(未标注)，适于通过螺杆或旋钮等进行固定。
在一些实施例中，位于所述扫描基片21至少一侧的磁体支架222可以与所述扫描基片21之间有预设距离，用于安置导线。具体地，位于所述扫描基片21下侧(即背对入射光一侧)的磁体支架222可以与所述扫描基片21之间有预设距离。
在一些实施例中，沿所述扫描基片21的厚度方向相对的两个磁体221的磁极方向相反，即所述相对的两个磁体221的同名磁极相对，例如N极相对或S极相对(如图5中实线箭头所示)。具体地，每个所述磁体221的磁极方向可以垂直于所述扫描基片21的表面。另一方面，所述第一扭转轴212和所述第二扭转轴2112可以相互垂直，位于所述扫描基片21同一侧的磁体221相对于所述正交的第一扭转轴212和所述第二扭转轴2112可以呈对角设置，且沿所述对角方向设置的磁体221的磁极方向相反，即沿竖直方向(即所述扫描基片21的厚度方向)相对的磁体221和沿水平方向(即所述扫描基片21的表面方向)相对的磁体221的磁极方向均相反，从而使得磁场受挤压而分布在所述扫描基片21所在的平面位置，且在所述扫描基片21的水平面处产生一个单一指向的磁场B(如图5中点划线箭头所示)，所述磁场B相对于所述第一扭转轴212和所述第二扭转轴2112而言大约呈45度夹角。
在一些实施例中，所述驱动线圈23通过导线与电源连接。
在一些实施例中，所述扫描镜20还包括测角线圈24，设置于所述可动部211的内框2111，适于测量所述内框2111的旋转角度。具体地，所述测角线圈24可以设置于所述内框2111的背面，即背对其光滑表面的一面。
本实施例中，所述扫描镜20的工作原理是：当所述驱动线圈23中通入驱动电流时，所述驱动线圈23的面内电流与面内磁场B相互作用产生一个面外的安培力。因为所述驱动电流在所述外框2113上形成闭合回路，跨过每个扫描轴的电流反向，即跨过所述扫描轴的安培力方向相反，从而产生一个位于面内且垂直于磁场的扭矩，所述扭矩可以同时在所述两个扭转轴上生成响应。根据所述扭矩的频率组成可以选择性地激励其中一个扭转轴的共振，例如当所述扭矩的频率分量与所述第一扭转轴212的谐振频率一致时，所述第一扭转轴212的振动会被放大，产生一个大角度的扭转并带动所述内框2111旋转，生成沿第一方向的共振模；当所述扭矩的频率分量与所述第二扭转轴2112的谐振频率一致时，所述第二扭转轴2112的振动会被放大，产生一个大角度的扭转并带动所述内框2111旋转，生成沿第二方向的共振模。所述第一方向与第二方向垂直，从而实现所述扫描镜20的二维扫描。
通常由于所述外框2113的质量较大，振动频率较低，所述第一扭转轴212可以作为慢扫描轴，所述内框2111的振动频率高，可以作为快扫描轴，所述快扫描轴与慢扫描轴具有较大的频率差，因而能够实现光栅式扫描。
在一些实施例中，所述外框2113上的驱动线圈23可以是由多匝线圈环绕形成的闭合回路。在其它实施例中，所述驱动线圈也可以包括多条分立的导线，例如，所述驱动线圈包括位于所述外框上相对的两侧、且与所述第一扭转轴平行的第一导线，用于控制所述外框绕所述第一扭转轴的旋转，还包括位于外框上相对的两侧、且与所述第二扭转轴平行的第二导线，用于控制所述外框绕所述第二扭转轴的旋转，通过控制对所述第一导线和所述第二导线施加的电流方向和通电时间，实现光栅式扫描。
在一些实施例中，所述第一扭转轴212和所述第二扭转轴2112可以是刚性扭臂，所述扭臂可以呈直线形。在其它实施例中，所述第一扭转轴和所述第二扭转轴也可以是柔性连接部件，如弹簧等，所述第一扭转轴和所述第二扭转轴还可以为蛇形梁、或弓形梁等。
本实用新型实施例还提供一种激光雷达系统。参考图8，图8是本实用新型一个实施例的激光雷达系统40的结构框图。
在一些实施例中，所述激光雷达系统40可以包括发射模块41、扫描模块42、探测模块43、及控制模块44。所述发射模块41适于发射激光束，所述扫描模块42适于反射所述激光束至三维空间、且通过摆动改变其反射至三维空间的激光束的方向，以及适于反射激光束的回波信号，所述激光束的回波信号由三维空间的障碍物48反射所述扫描模块42反射的激光束形成，所述扫描模块42可以包括本实用新型前述实施例的扫描镜，所述探测模块适于接收并处理所述扫描模块42反射的激光束的回波信号，以获取所述三维空间中的障碍物48的信息，所述控制模块44与所述发射模块41、扫描模块42和探测模块43耦接，适于控制所述发射模块41发射激光束、控制所述扫描模块42摆动、及控制所述探测模块43接收并处理所述激光束的回波信号。
在一些实施例中，所述激光雷达系统40还包括准直模块45和分光模块46，所述准直模块45适于将所述发射模块41发射的激光束调整为平行的激光束，所述分光模块46适于半透射所述准直模块45调整后的平行的激光束、半反射所述扫描模块42反射的激光束的回波信号。
在一些实施例中，所述探测模块43包括光电传感器和处理器，其中所述光电传感器适于接收所述分光模块46反射的激光束的回波信号，并将光信号转换为电信号，所述处理器适于处理所述电信号并通过计算获取三维空间中的障碍物48的信息。
在一些实施例中，所述障碍物48的信息可以包括三维空间中障碍物48的距离、速度或方位等信息。当所述激光雷达系统40用于探测三维空间中障碍物48的距离时，所述处理器适于基于飞行时间(Time of Flight,TOF)方法计算所述障碍物48与所述激光雷达系统40之间的距离。通过所述扫描模块42对整个目标区域进行扫描探测，最终可实现三维成像。
综上所述，本实用新型实施例的扫描镜包括扫描基片、磁体组件和驱动线圈，其中所述磁体组件包括设置于所述扫描基片沿其厚度方向的至少一侧的磁体，所述磁体环绕所述可动部的周向设置、且与所述可动部之间有预设距离，使得所述磁体在向所述驱动线圈施加磁场的同时不会干涉所述可动部的旋转；此外，当所述可动部位于初始位置时，所述磁体环绕所述可动部的一侧与所述驱动线圈平行，能够减小所述磁体与所述驱动线圈之间的距离，增大所述磁体施加于所述驱动线圈的磁场，从而增大驱动力，增大所述可动部的转角，进而增大所述扫描镜的光学扫描角。
进一步地，所述磁体组件包括相对地设置于所述扫描基片沿其厚度方向的两侧的磁体，且所述相对的磁体的磁极方向相反，即位于所述扫描基片两侧的磁体的同名磁极相对，使得磁场受挤压而分布于所述扫描基片的表面，能够增强所述扫描基片表面的磁场。
进一步地，所述磁体环绕所述可动部的一侧沿所述扫描基片的厚度方向的截面呈弧形，所述弧形的中心向所述磁体内部凹陷，使得所述磁体沿竖直方向(即扫描基片厚度方向)也能环绕所述驱动线圈设置，进一步减小了所述磁体与驱动线圈之间的距离，从而进一步增强磁场。
进一步地，所述磁体组件还包括导磁片，设置于所述扫描基片的至少一侧的磁体的底部，能够闭合磁路，增强所述扫描基片表面的磁场。
进一步地，位于所述扫描基片同一侧的磁体包括相对于所述驱动线圈呈中心对称的两个磁体，所述驱动线圈沿所述可动部的周向设置，每个磁体沿所述可动部周向的长度大于等于所述驱动线圈周长的1/4且小于所述驱动线圈周长的1/2，即所述磁体尽可能多地覆盖所述驱动线圈的周向长度，以此增强施加于所述驱动线圈表面的磁场，增大驱动力，从而增大所述可动部的转角，增大所述扫描镜的光学扫描角。
进一步地，所述可动部包括内框、第二扭转轴、和外框，所述外框通过所述第一扭转轴与所述支撑部耦接，所述内框通过所述第二扭转轴与所述外框耦接，即所述扫描镜可以具备两个扭转轴，所述第一扭转轴作为慢扫描轴，所述第二扭转轴作为快扫描轴，所述快扫描轴与慢扫描轴具有较大的频率差，因而所述扫描镜能够实现光栅式扫描。
本实用新型实施例的激光雷达系统包括发射模块、扫描模块、探测模块及控制模块，所述扫描模块包括本实用新型实施例的扫描镜，由于所述扫描镜的光学扫描角度增大，因此所述激光雷达系统的视场角增大，所述激光雷达系统的性能提高。
虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种扫描镜，其特征在于，包括：扫描基片、磁体组件、和驱动线圈；
所述扫描基片，包括：可动部、第一扭转轴、及支撑部，所述可动部通过所述第一扭转轴与所述支撑部耦接、且适于绕所述第一扭转轴旋转，所述可动部具有光滑的表面，适于反射光束；
所述磁体组件，适于产生磁场，所述磁场具有在所述驱动线圈所在平面内的磁场分量；
所述驱动线圈，设置于所述可动部上，适于在输入驱动电流时，在所述磁场中受力旋转并驱动所述可动部旋转；
其中，所述磁体组件包括设置于所述扫描基片沿其厚度方向的至少一侧的磁体，所述磁体环绕所述可动部的周向设置、且与所述可动部之间有预设距离，当所述可动部位于初始位置时，所述可动部与所述支撑部位于同一平面内，且所述磁体环绕所述可动部的一侧与所述驱动线圈平行设置。
2.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述磁体组件包括相对地设置于所述扫描基片沿其厚度方向的两侧的磁体，且所述相对的磁体的磁极方向相反；位于所述扫描基片同一侧的磁体分立地设置于所述第一扭转轴的两侧，且位于所述第一扭转轴两侧的磁体的磁极方向相反。
3.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述驱动线圈沿所述可动部的周向形成闭合回路，所述闭合回路呈圆环形、或椭圆环形，所述磁体环绕所述可动部的一侧为弧面，所述弧面与所述驱动线圈的相应弧段平行。
4.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述驱动线圈沿所述可动部的周向形成闭合回路，所述闭合回路呈多边形，所述磁体环绕所述驱动线圈的一侧为平面，所述平面与所述驱动线圈的一条边平行。
5.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述磁体环绕所述可动部的一侧沿所述扫描基片的厚度方向的截面呈弧形，所述弧形的中心向所述磁体内部凹陷。
6.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述磁体组件还包括导磁片，设置于所述扫描基片的至少一侧，且位于所述扫描基片的所述至少一侧的磁体设置于所述导磁片和所述扫描基片之间。
7.如权利要求6所述的扫描镜，其特征在于，所述导磁片与位于所述扫描基片的所述至少一侧的磁体相接触。
8.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，位于所述扫描基片的同一侧的磁体包括相对于所述可动部呈中心对称设置的两个磁体，所述驱动线圈沿所述可动部的周向设置，每个磁体沿所述可动部周向的长度大于等于所述驱动线圈周长的1/4且小于所述驱动线圈周长的1/2。
9.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述支撑部的材料为铍铜。
10.如权利要求1所述的扫描镜，其特征在于，所述磁体组件还包括两个磁体支架，分别设置于所述扫描基片的两侧，且适于支撑位于所述扫描基片的两侧的磁体。
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