CN215575634U - 振镜及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种振镜及激光雷达。其中，所述振镜包括支撑座、振镜驱动架、慢轴驱动组件和反射镜，振镜驱动架可旋转地连接于支撑座上；振镜驱动架包括快轴支架和慢轴支架，反射镜安装于快轴支架内，快轴支架能绕第一方向扭动地连接于慢轴支架内，慢轴驱动组件能驱动慢轴支架围绕第二方向扭动，第二方向与第一方向交叉；慢轴驱动组件包括电机、转轮、第一连接杆和第二连接杆，电机设置于支撑座上，电机的转轴连接转轮并能驱动转轮围绕转轴旋转旋转，第一连接杆的两端分别铰接于转轮的偏心位置和第二连接杆，第二连接杆远离第一连接杆的一端与慢轴支架连接。本实用新型能降低噪声和延长振镜的使用寿命。

Description

振镜及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种振镜及激光雷达。

背景技术

振镜是固态激光雷达中的光学扫描元件，通常具有两个方向的旋转轴，分别为快轴和慢轴，快轴与慢轴相互垂直。慢轴通常用于水平方向的扫描，快轴通常用于进行垂直方向的扫描，从而实现二维扫描。

目前，一个振镜实施方式采用由电机、凸轮、传动杆、弹簧组成的慢轴驱动组件驱动慢轴支架转动，以实现水平方向的扫描。具体的，电机用于驱动凸轮旋转，传动杆的一端与慢轴支架连接，传动杆的另一端可滑动地连接于凸轮的边缘，弹簧连接在振镜的安装支架与传动杆的一端，用于在凸轮旋转的过程中，使得传动杆始终保持紧贴凸轮的边缘。然而，在凸轮旋转的过程中，弹簧会发生动态形变，伴随着产生与其他接触部件的摩擦，导致噪声升高，且随着使用时间的增加，弹簧的弹性强度下降，导致使用寿命缩短。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种振镜和激光雷达，其能够降低噪声和延长振镜的使用寿命。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一方面，本实用新型提供一种振镜，包括支撑座、振镜驱动架、慢轴驱动组件和反射镜，所述振镜驱动架可旋转地连接于所述支撑座上；

所述振镜驱动架包括快轴支架和慢轴支架，所述反射镜安装于所述快轴支架内，所述快轴支架能围绕第一方向扭动地连接于所述慢轴支架内，所述慢轴驱动组件能驱动所述慢轴支架围绕第二方向扭动，所述第二方向与所述第一方向交叉；

所述慢轴驱动组件包括电机、转轮、第一连接杆和第二连接杆，所述电机设置于所述支撑座上，所述电机的转轴连接所述转轮并能驱动所述转轮围绕所述转轴旋转，所述第一连接杆的两端分别铰接于所述转轮的偏心位置和所述第二连接杆，所述第二连接杆远离所述第一连接杆的一端与所述慢轴支架连接。

在一些实施例中，所述转轮的偏心位置设有突出部，所述突出部设置有第一安装孔，所述第二连接杆远离所述慢轴支架的一端设置有第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔内均设置有第一轴承，所述第一连接杆的两端分别插入所述第一安装孔和所述第二安装孔内的所述第一轴承中。

在一些实施例中，所述第一连接杆呈直线型，所述第二连接杆呈曲臂型。

在一些实施例中，所述支撑座包括第一支撑部、第二轴承以及轴承座，所述第一支撑部沿所述第二方向延伸，两个所述轴承座沿所述第二方向对称设置于所述第一支撑部的两侧；两个所述轴承座上均设有所述第二轴承，所述慢轴支架的两端分别插入两个所述轴承座上的所述第二轴承中。

在一些实施例中，所述支撑座还包括第二支撑部，所述第二支撑部垂直于所述第一支撑部且沿第三方向延伸，所述第三方向分别与所述第二方向和所述第一方向交叉；所述电机和所述转轮分别设置于所述第二支撑部沿所述第二方向的两侧，所述电机的所述转轴穿过所述第二支撑部与所述转轮连接。

在一些实施例中，所述振镜还包括慢轴角度传感器和慢轴角度磁铁，所述慢轴角度磁铁固定于所述慢轴支架的一端，所述慢轴角度传感器设置于所述慢轴角度磁铁背离所述慢轴支架的一侧，所述慢轴角度传感器用于感应所述慢轴角度磁铁的方向和大小以确定所述慢轴支架的旋转角度。

在一些实施例中，所述快轴支架包括快轴框和快轴扭力梁，所述反射镜安装于所述快轴框中；沿所述第一方向，两个所述快轴扭力梁对称连接于所述快轴框与所述慢轴支架之间，所述快轴扭力梁能扭动以带动所述快轴框围绕所述第一方向扭动及复位。

在一些实施例中，所述振镜还包括快轴磁铁和快轴线圈；沿所述第二方向，所述快轴磁铁设置于所述慢轴支架的两端，所述快轴线圈环绕设置于所述快轴框的边缘，且穿过两个所述快轴扭力梁中的至少一个所述快轴扭力梁。

在一些实施例中，所述振镜还包括快轴转动角度检测组件；所述反射镜包括相对设置的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面用于反射探测光束和回波光束；所述快轴转动角度检测组件包括检测光源、光源固定座、快轴角度传感器以及传感器固定支架；

所述检测光源用于向所述第二镜面发射检测光束，所述检测光源与所述光源固定座固定连接，所述光源固定座与所述支撑座固定连接；所述快轴角度传感器的感光面朝向所述第二镜面，所述快轴角度传感器通过电路板与所述传感器固定支架固定连接，所述传感器固定支架与所述慢轴支架固定连接。

另一方面，本实用新型提供一种激光雷达，所述激光雷达包括上述的振镜。

本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的振镜包括支撑座、振镜驱动架、慢轴驱动组件和反射镜，振镜驱动架可旋转地连接于支撑座上，振镜驱动架包括快轴支架和慢轴支架，慢轴驱动组件包括电机、转轮、第一连接杆和第二连接杆，电机设置于支撑座上，电机的转轴连接转轮并能驱动转轮绕转轴旋转，第一连接杆的两端分别铰接于转轮的偏心位置和第二连接杆，第二连接杆远离第一连接杆的一端与慢轴支架连接，当电机驱动转轮旋转时，通过第一连接杆运动带动第二连接杆运动，从而驱动慢轴支架绕第二方向扭动，避免了在凸轮驱动方案中由于弹簧发生动态形变而与其它接触部件产生摩擦导致噪声升高，且弹簧的弹性强度随着使用时间的增加而下降导致的使用寿命降低的问题，从而降低了振镜使用时的噪声，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施方式提供的振镜的结构示意图；

图2为本实用新型实施方式提供的振镜的主视图；

图3为图2所示振镜的俯视图；

图4为图2所示振镜的左视图；

图5为本实用新型实施方式提供的振镜的剖视图。

附图标号说明：

10、支撑座；11、第一支撑部；12、第二支撑部；13、第二轴承；14、轴承座；20、振镜驱动架；21、快轴支架；22、慢轴支架；31、电机；32、转轮；33、第一连接杆；34、第二连接杆；35、第一轴承；40、反射镜；61、慢轴角度传感器；62、慢轴角度磁铁；71、快轴磁铁；72、快轴线圈；80、快轴转动角度检测组件；81、检测光源；82、光源固定座；83、快轴角度传感器；84、传感器固定支架；211、快轴框；212、快轴扭力梁；321、突出部。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

本实施方式提供了一种振镜，如图1-图5所示，振镜包括支撑座10、振镜驱动架20、慢轴驱动组件和反射镜40，振镜驱动架20可旋转地连接于支撑座10上；振镜驱动架20包括快轴支架21和慢轴支架22，反射镜40安装于快轴支架21内，快轴支架21能围绕第一方向X扭动(也可称为“转动”或“旋转”)地连接于慢轴支架22内，慢轴驱动组件能驱动慢轴支架22围绕第二方向Y扭动(也可称为“转动”或“旋转”)，第二方向Y与第一方向X交叉；慢轴驱动组件包括电机31、转轮32、第一连接杆33和第二连接杆34，电机31设置于支撑座10上，电机31的转轴连接转轮32并能驱动转轮32围绕转轴旋转，第一连接杆33的两端分别铰接于转轮32的偏心位置和第二连接杆34，第二连接杆34远离所述第一连接杆33的一端与慢轴支架22连接。其中，第一方向X和第二方向Y可相互垂直，或者设置为本领域技术人员可知的其它交叉角度，本实用新型对此不作限定。“转轮32的偏心位置”是指转轮32上偏离转轮32的旋转中心的位置。

上述振镜通过设置第一连接杆33的两端分别铰接于转轮32的偏心位置和第二连接杆34，当电机31驱动转轮32旋转时，通过第一连接杆33运动带动第二连接杆34运动，从而驱动慢轴支架22绕第二方向Y扭动，避免了在凸轮驱动方案中由于弹簧发生动态形变而与其它接触部件产生摩擦导致噪声升高，且弹簧的弹性强度随着使用时间的增加而下降导致的使用寿命降低的问题，从而降低了振镜使用时的噪声，延长了使用寿命。

具体的，电机31的转轴的中心轴线、第一连接杆33与转轮32的铰接点中心轴线、第一连接杆33与第二连接杆34的铰接点中心轴线均平行于第二方向Y，转轮32、第一连接杆33、第二连接杆34和慢轴支架22组成四连杆机构，当电机31驱动转轮32围绕电机31的转轴旋转时，旋转的转轮32通过第一连接杆33带动第二连接杆34运动，由此第二连接杆34可带动慢轴支架22绕第二方向Y扭动，在慢轴支架22的扭动过程中，第一连接杆33与第二连接杆34的夹角小于180°。

在本实施例中，第一连接杆33呈直线型，第二连接杆34呈曲臂型。当然，在其它实施例中，第一连接杆33和第二连接杆34也可以是其它形状，本实用新型对此不做限制，即在慢轴中心轴位置与转轮32的中心位置确定的情况下，第一连接杆33和第二连接杆34可以是任意形状。

在一些实施例中，转轮32的偏心位置设有突出部321(如图3所示)，突出部321设置有第一安装孔，第二连接杆34远离第一连接杆33的一端设有第二安装孔，第一安装孔和第二安装孔的中心轴线均平行于第二方向Y，第一安装孔和第二安装孔内均设置有第一轴承35，第一连接杆33的两端分别插入第一安装孔和第二安装孔内的第一轴承35中。通过在第一连接杆33与转轮32和第二连接杆34的接触位置设置第一轴承35，可减小第一连接杆33与转轮32和第二连接杆34之间的摩擦损耗，从而有利于延长振镜的寿命。

在一些实施例中，支撑座10包括第一支撑部11、第二轴承13和两个轴承座14，第一支撑部11相对于水平面沿第二方向Y延伸，两个轴承座14沿第二方向Y对称设置于第一支撑部11的两侧；两个轴承座14上均设有第二轴承13，慢轴支架22的两端分别插入两个轴承座14上的第二轴承13中。轴承座14用于固定第二轴承13，并对第二轴承13进行保护；通过设置第二轴承13，可减小慢轴支架22与轴承座14之间的摩擦损耗，从而有利于延长振镜的寿命。

进一步的，支撑座10还包括第二支撑部12，第二支撑部12垂直于第一支撑部11且沿第三方向Z延伸，第三方向Z分别与第二方向Y和第一方向X交叉；电机31和转轮32分别设置于第二支撑部12沿第二方向Y的两侧，电机31的转轴穿过第二支撑部12与转轮32连接。

在一些实施例中，振镜还包括慢轴角度传感器61和慢轴角度磁铁62，慢轴角度磁铁62固定于慢轴支架22的一端，慢轴角度传感器61设置于慢轴角度磁铁62背离慢轴支架22的一侧，慢轴角度传感器61用于感应慢轴角度磁铁62的方向和大小以确定慢轴支架22的旋转角度。示例性的，如图5所示，慢轴角度磁铁62套入在第二轴承13中，慢轴角度传感器61设置于该第二轴承13所在轴承座14远离慢轴角度磁铁62的一侧。如此，通过在慢轴支架22的末端设置慢轴角度传感器61和慢轴角度磁铁62，可使慢轴角度磁铁62与慢轴支架22同步转动，从而可通过慢轴角度传感器61感应慢轴角度磁铁62的方向和大小，可以确定慢轴支架22的旋转角度，进而确定与其联动的反射镜40在第二方向Y的旋转角度；也即，可实现检测慢轴旋转角度的功能，从而实现对慢轴转动角度的精确测量。

在一些实施例中，快轴支架21包括快轴框211和快轴扭力梁212，反射镜40安装于快轴框211中，例如可以采用粘接、嵌入、卡接等方式将反射镜40固定在快轴框211中；沿第一方向X，两个快轴扭力梁212对称连接于快轴框211与慢轴支架22之间，快轴扭力梁212能扭动以带动快轴框211围绕第一方向X扭动及复位。其中，快轴扭力梁212可在外力作用下带动快轴框211扭动，此时，快轴扭力梁212发生可恢复形变；在快轴扭力梁212的自身恢复力的作用下，快轴扭力梁212可恢复至初始状态，从而带动快轴框211与之同步复位。如此，针对快轴框211的复位，可无需设置额外的复位结构件，从而可使快轴支架21结构简单，从而有利于简化振镜的整体结构，以实现振镜的小型化设计。可选的，快轴框211和快轴扭力梁212可以为一体成型设置，也可以为分体设置，并通过固定件进行固定，具体可根据振镜的实际需求进行设置，本实用新型对此不作限定。

在本实施例中，快轴扭力梁212为直线结构，直线结构的快轴扭力梁212沿第一方向X延伸，如此使得快轴扭力梁212的结构较简单，其设计难度较低，且制作难度和制作成本较低。当然，在其它实施例中，快轴扭力梁212也可以采用其它的异形扭力梁结构，异形扭力梁的形状为非直线延伸型，例如异形扭力梁的形状可为由曲线和直线中的至少一种形成的非直线结构，只要确保其重心位于第一方向X上即可。如此，可以降低快轴扭力梁212的整体刚度，增大转角范围，同时降低快轴扭力梁212的整体应力，避免应力集中，从而避免振动冲击造成的损坏以及延长疲劳极限，进而有利于提高振镜的控制精准度和延长振镜的使用寿命。

在一些实施例中，振镜还包括快轴磁铁71和快轴线圈72；沿第二方向Y，快轴磁铁71设置于慢轴支架22的两端，快轴线圈72环绕设置于快轴框211的边缘，且穿过两个快轴扭力梁212中的至少一个快轴扭力梁212，如此可实现快轴框211采用快轴线圈72在磁场中产生扭矩的方式驱动。

具体的，如图2和图5所示，慢轴支架22上固定于固定座的两端设置有快轴磁铁71，两个快轴磁铁71相对于快轴支架21的快轴扭力梁212对称设置，快轴框211上未设置反射镜40的一面(可理解为快轴框211的背面)设置有快轴线圈72，快轴线圈72可以沿快轴框211的边缘设置。当快轴线圈72通电时，会在快轴磁铁71(两个快轴磁铁71的极性相反)形成的磁场中产生洛仑兹力，即快轴线圈72会受到电磁力作用，电磁力在低频下克服快轴扭力梁212的刚性使之产生弹性变形，从而使得快轴框211带动反射镜40绕快轴(也即第一方向X)转动，从而实现激光光束在第二方向Y上的扫描。

在一些实施例中，振镜还包括快轴转动角度检测组件80，反射镜40包括相对设置的第一镜面和第二镜面，快轴转动角度检测组件80设置于第二镜面所在的一侧；第一镜面用于反射探测光束和回波光束(即第一镜面用于对激光雷达中的激光器发射的激光光束以及相应的回波光束进行反射)，第二镜面用于反射快轴转动角度检测组件80的检测光束，以确定反射镜40的旋转角度。如此，利用快轴转动角度检测组件80，基于光学检测原理，可实现对快轴旋转角度的测量。

具体的，如图3所示，快轴转动角度检测组件80包括检测光源81、光源固定座82、快轴角度传感器83以及传感器固定支架84；检测光源81用于向第二镜面发射检测光束，该检测光源81与光源固定座82固定连接，光源固定座82与支撑座10固定连接；快轴角度传感器83的感光面朝向第二镜面，快轴角度传感器83通过电路板与传感器固定支架84固定连接，传感器固定支架84与慢轴支架22固定连接。其中，快轴角度传感器83能够接受第二镜面反射回来的检测光束，并根据接收到的检测光束确定反射镜40的旋转角度。可选的，快轴角度传感器83可为PSD(即光电探测器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器、硅光电池或者其他类型的角度传感器，本实用新型对此不作限定。

本实施方式还提供了一种激光雷达，激光雷达包括上述的振镜，因此，该激光雷达也具有上述实施方式中的振镜所具有的有益效果，相同之处可参照上文中对振镜的解释说明进行理解，在此不再赘述。

需要说明的是，当一个部被称为“固定于”另一个部，它可以直接在另一个部上也可以存在居中的部。当一个部被认为是“连接”到另一个部，它可以是直接连接到另一个部或者可能同时存在居中部。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述，只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本实用新型。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种振镜，其特征在于，包括支撑座(10)、振镜驱动架(20)、慢轴驱动组件和反射镜(40)，所述振镜驱动架(20)可旋转地连接于所述支撑座(10)上；

所述振镜驱动架(20)包括快轴支架(21)和慢轴支架(22)，所述反射镜(40)安装于所述快轴支架(21)内，所述快轴支架(21)能围绕第一方向扭动地连接于所述慢轴支架(22)内，所述慢轴驱动组件能驱动所述慢轴支架(22)围绕第二方向扭动，所述第二方向与所述第一方向交叉；

所述慢轴驱动组件包括电机(31)、转轮(32)、第一连接杆(33)和第二连接杆(34)，所述电机(31)设置于所述支撑座(10)上，所述电机(31)的转轴连接所述转轮(32)并能驱动所述转轮(32)绕所述转轴旋转，所述第一连接杆(33)的两端分别铰接于所述转轮(32)的偏心位置和所述第二连接杆(34)，所述第二连接杆(34)远离所述第一连接杆(33)的一端与所述慢轴支架(22)连接。

2.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，所述转轮(32)的偏心位置设有突出部(321)，所述突出部(321)设置有第一安装孔，所述第二连接杆(34)远离所述慢轴支架(22)的一端设置有第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔内均设置有第一轴承(35)，所述第一连接杆(33)的两端分别插入所述第一安装孔和所述第二安装孔内的所述第一轴承(35)中。

3.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，所述第一连接杆(33)呈直线型，所述第二连接杆(34)呈曲臂型。

4.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，所述支撑座(10)包括第一支撑部(11)、第二轴承(13)以及轴承座(14)，所述第一支撑部(11)沿所述第二方向延伸，两个所述轴承座(14)沿所述第二方向对称设置于所述第一支撑部(11)的两侧；两个所述轴承座(14)上均设有所述第二轴承(13)，所述慢轴支架(22)的两端分别插入两个所述轴承座(14)上的所述第二轴承(13)中。

5.根据权利要求4所述的振镜，其特征在于，所述支撑座(10)还包括第二支撑部(12)，所述第二支撑部(12)垂直于所述第一支撑部(11)且沿第三方向延伸，所述第三方向分别与所述第二方向和所述第一方向交叉；所述电机(31)和所述转轮(32)分别设置于所述第二支撑部(12)沿所述第二方向的两侧，所述电机(31)的所述转轴穿过所述第二支撑部(12)与所述转轮(32)连接。

6.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，所述振镜还包括慢轴角度传感器(61)和慢轴角度磁铁(62)，所述慢轴角度磁铁(62)固定于所述慢轴支架(22)的一端，所述慢轴角度传感器(61)设置于所述慢轴角度磁铁(62)背离所述慢轴支架(22)的一侧，所述慢轴角度传感器(61)用于感应所述慢轴角度磁铁(62)的方向和大小以确定所述慢轴支架(22)的旋转角度。

7.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，所述快轴支架(21)包括快轴框(211)和快轴扭力梁(212)，所述反射镜(40)安装于所述快轴框(211)中；沿所述第一方向，两个所述快轴扭力梁(212)对称连接于所述快轴框(211)与所述慢轴支架(22)之间，所述快轴扭力梁(212)能扭动以带动所述快轴框(211)围绕所述第一方向扭动及复位。

8.根据权利要求7所述的振镜，其特征在于，所述振镜还包括快轴磁铁(71)和快轴线圈(72)；沿所述第二方向，所述快轴磁铁(71)设置于所述慢轴支架(22)的两端，所述快轴线圈(72)环绕设置于所述快轴框(211)的边缘，且穿过两个所述快轴扭力梁(212)中的至少一个所述快轴扭力梁(212)。

9.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，所述振镜还包括快轴转动角度检测组件(80)；所述反射镜(40)包括相对设置的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面用于反射探测光束和回波光束；所述快轴转动角度检测组件(80)包括检测光源(81)、光源固定座(82)、快轴角度传感器(83)以及传感器固定支架(84)；

所述检测光源(81)用于向所述第二镜面发射检测光束，所述检测光源(81)与所述光源固定座(82)固定连接，所述光源固定座(82)与所述支撑座(10)固定连接；所述快轴角度传感器(83)的感光面朝向所述第二镜面，所述快轴角度传感器(83)通过电路板与所述传感器固定支架(84)固定连接，所述传感器固定支架(84)与所述慢轴支架(22)固定连接。

10.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括权利要求1至9任一项所述的振镜。

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