CN219997293U - 用于激光雷达的扫描装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于激光雷达的扫描装置，包括：扫描部，包括扫描镜和支撑组件，所述扫描镜设置在所述支撑组件上，所述支撑组件可带动所述扫描镜运动；支撑部，用于承载所述扫描部；驱动部，包括磁性件和电磁器件，其中所述磁性件设置在所述支撑组件上，所述电磁器件设置在所述支撑部上，所述电磁器件配置为可通电以驱动所述磁性件、支撑组件和扫描镜运动。采用本实用新型的扫描装置，具有结构简单、便于组装生产、有利于降低激光雷达的高度和成本、增加扫描镜相对扫描装置整体的占比和增加扫描视场范围等多种优势。

Description

用于激光雷达的扫描装置及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，尤其涉及一种用于激光雷达的扫描装置以及一种激光雷达。

背景技术

随着激光雷达作为乘用车配件越来越普及，市场上对激光雷达的成本、产能和激光雷达体积(特别是激光雷达高度)上的要求也越来越高，而扫描装置是激光雷达的核心部件之一，负责控制探测光和回波光的传输方向，以实现视场范围扫描和覆盖。

在采用扫描装置的激光雷达中，一般水平视场范围(通常120°)要远大于垂直视场范围(通常25°)。现有激光雷达采用的扫描装置，大多采用微机电系统(MicroElectromechanical Systems，MEMS)结构的扫描装置，其扫描视场范围很难满足水平视场范围的要求。该扫描装置包括磁性件和扫描镜组件，扫描镜组件包括扫描镜、支撑组件和电磁器件，其中磁性件大多采用形状规则的磁性件，比如直线型磁铁，支撑组件一体成型。

激光雷达的测远性能受通光口径影响，一般认为通光口径越大，测远能力越好，现有采用MEMS结构的扫描装置中支撑组件通常为多框设计，包括外框和内框，同时负责垂直视场扫描和水平视场扫描，扫描镜尺寸相比于支撑组件尺寸的占比较小，为了满足激光雷达测远性能和视场范围的要求，就需要增加扫描镜的尺寸，使得支撑扫描镜的支撑组件在高度方向上尺寸增加，从而使得激光雷达在高度方向上尺寸较大，不符合激光雷达体积小、高性能的需求。

在现有技术中，参照图1，扫描装置中设置有多个磁性件，多个磁性件尺寸较大，并且电磁器件需要组装到支撑组件的外框上，成本较高，其中支撑组件为多扭转轴设计，面积较大，需要加工出复杂的图形和弯曲的形状，结构复杂，成本较高。由于扫描镜尺寸小，视场范围有限，并且扫描镜尺寸相比于支撑组件尺寸的占比小，为了提高视场范围需要增大扫描镜尺寸，相应地，扫描装置整体尺寸会明显增加。

因此，亟需设计一种改进的扫描装置，具有结构简单，便于组装生产，有利于降低激光雷达的高度和成本，增加扫描镜相对扫描装置整体的占比和增加扫描视场范围等多种优势。

背景技术部分的内容仅仅是实用新型人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本实用新型提供一种用于激光雷达的扫描装置，具有结构简单、便于组装生产、有利于降低激光雷达的高度和成本、增加扫描镜相对扫描装置整体的占比和增加扫描视场范围等多种优势。

所述扫描装置包括：

扫描部，包括扫描镜和支撑组件，所述扫描镜设置在所述支撑组件上，所述支撑组件可带动所述扫描镜运动；

支撑部，用于承载所述扫描部；和

驱动部，包括磁性件和电磁器件，其中所述磁性件设置在所述支撑组件上，所述电磁器件设置在所述支撑部上，所述电磁器件配置为可通电以驱动所述磁性件、支撑组件和扫描镜运动。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描部还包括分隔部，所述分隔部设置在所述扫描镜与所述支撑组件之间。

根据本实用新型的一个方面，其中所述分隔部包括柔性件。

根据本实用新型的一个方面，其中所述分隔部和所述支撑组件由金属材料制成。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描镜包括可反射光束的第一面和由金属材料制成的第二面，并且所述第一面和所述第二面相对设置。

根据本实用新型的一个方面，其中所述支撑组件包括中央部和端部，其中所述端部设置在所述中央部的两侧，所述扫描镜设置在所述中央部上，所述端部用于连接到所述支撑部。

根据本实用新型的一个方面，其中所述中央部包括主体部和连接部，所述连接部设置在所述主体部的左右两侧，配置为连接所述主体部和所述端部。

根据本实用新型的一个方面，其中所述主体部的第一面与所述扫描镜连接，所述主体部的第二面与所述磁性件连接。

根据本实用新型的一个方面，其中所述中央部还包括参考部，所述参考部设置在所述主体部的上下两侧，相对于所述扫描镜的运动轴线对称设置，并且配置为检测所述扫描镜的角度。

根据本实用新型的一个方面，其中所述支撑部包括电路板和支架，所述电路板固定在所述支架上。

根据本实用新型的一个方面，其中所述端部包括锚接部和梁，所述锚接部固定到所述支架，所述梁连接所述中央部与所述锚接部，其中扫描镜配置为以所述梁为轴运动。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描镜的面积大于所述中央部的面积，所述中央部的面积大于所述分隔部的面积。

根据本实用新型的一个方面，其中所述主体部包括内框、外框和支撑梁，其中所述内框和所述外框通过所述支撑梁连接，所述外框设置有多个磁性件和对应的多个电磁器件，并且所述多个磁性件对称设置。

根据本实用新型的一个方面，其中所述内框连接至所述分隔部，并且所述扫描镜连接至所述分隔部。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描镜设置在所述外框上，并且所述扫描镜的轮廓与所述外框的轮廓相同。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描镜的高度与所述支撑部的高度基本相同。

根据本实用新型的一个方面，其中所述电磁器件设置在所述电路板上，并且与所述磁性件对应设置，所述电磁器件和所述磁性件相对于所述扫描镜的运动轴线对称设置。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描镜和/或所述分隔部设置在所述支撑组件一侧，所述磁性件设置在所述支撑组件另一侧。

根据本实用新型的一个方面，其中所述驱动部包括一个磁性件和与其相对设置的两个电磁器件；或者，所述驱动部包括两个磁性件和与其相对设置的一个电磁器件。

根据本实用新型的一个方面，还包括传感器，所述传感器设置在电路板上，并且与所述参考部对应设置，以检测所述参考部的位置。

根据本实用新型的一个方面，其中所述传感器包括谐振系统，所述传感器通过检测所述谐振系统的谐振频率来检测所述参考部的位置，进而检测所述扫描镜的角度。

根据本实用新型的一个方面，其中所述扫描部和所述驱动部均设置在所述支撑部的同一侧。

根据本实用新型的一个方面，其中所述支架远离所述电路板的一侧还设置有法兰，用于连接至所述激光雷达。

本实用新型还提供一种激光雷达，包括如上所述的扫描装置。

根据本实用新型的一个方面，还包括发射单元、接收单元和处理单元，

其中所述发射单元配置为发射探测光束，所述探测光束经由所述扫描装置反射到激光雷达周围的环境中；

所述接收单元配置为接收所述探测光束在障碍物上产生的回波，并转换为电信号；

所述处理单元配置为根据所述电信号，获取所述障碍物的信息。

综上，本实用新型的扫描装置通过扫描部、支撑部、驱动部的紧凑配合，使得整个扫描装置的结构更加简单，尺寸更小，便于组装生产，有利于降低激光雷达的高度和生产成本。通过将驱动部的磁性件设置在支撑组件(动子)上，将电磁器件设置在电路板(定子)上，便于组装生产，有利于降低成本。通过将参考部集成于支撑组件上，并且将电磁器件、传感器集成于同一电路板上，有利于提高集成度，简化组装工序，易于检测扫描镜的角度。由于扫描镜的面积大于中央部的面积、中央部的面积大于分隔部的面积，因此可以有效增大扫描镜相对于支撑部以及扫描装置整体在高度方向上的尺寸占比，使得扫描镜和支撑部、以及扫描装置的高度接近1：1，有利于降低扫描装置和激光雷达的高度以及提高视场范围。此外，由于扫描装置的整体尺寸减小、视场范围增加，因此有利于减小应用该扫描装置的激光雷达的体积(激光雷达的高度)，有利于提高激光雷达的内部空间利用率，降低生产成本，并且有利于提高激光雷达的测远能力。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1示出了现有的一种扫描装置的示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的用于激光雷达的扫描装置的示意图；

图3a示出了根据本实用新型一个实施例的扫描装置的爆炸图；

图3b示出了根据本实用新型一个实施例的扫描镜与支撑部以及扫描装置的高度的示意图；

图4示出了根据本实用新型一个实施例的支撑组件的示意图；

图5～图7示出了根据本实用新型其他实施例的支撑组件的示意图；

图8和图9示出了根据本实用新型一个实施例的驱动部的示意图；

图10示出了根据本实用新型另一个实施例的驱动部的示意图；

图11示出了根据本实用新型一个实施例的角度检测装置的示意图；

图12示出了根据本实用新型一个实施例的测量扫描镜的角度的原理示意图；

图13示出了根据本实用新型一个实施例的支撑部的局部示意图；

图14示出了根据本实用新型另一个实施例的扫描装置的整体示意图；

图15示出了根据本实用新型另一个实施例的扫描装置的局部示意图；

图16示出了根据本实用新型另一个实施例的支撑组件的放大图；和

图17示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种用于激光雷达的扫描装置，包括扫描部、支撑部和驱动部，所述扫描部包括扫描镜和支撑组件，所述扫描镜设置在所述支撑组件上，所述支撑组件可带动所述扫描镜运动；所述支撑部用于承载所述扫描部；所述驱动部包括磁性件和电磁器件，其中所述磁性件设置在所述支撑组件上，所述电磁器件设置在所述支撑部上，所述电磁器件配置为可通电以驱动所述磁性件、支撑组件和扫描镜运动。采用本实用新型的扫描装置，具有结构简单、便于组装生产、有利于降低激光雷达的高度和成本、增加扫描镜相对扫描装置整体的占比和增加扫描视场范围等多种优势。下面具体介绍。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的用于激光雷达的扫描装置100，可用于改变入射到其上的光束(例如探测光和回波光)的方向，如图2所示，所述扫描装置100包括扫描部10、支撑部20以及驱动部30。其中扫描部10包括扫描镜11和支撑组件12，扫描镜11设置在支撑组件12上，支撑组件12可带动扫描镜11运动，例如围绕轴线往复摆动/振动。支撑部20用于承载扫描部10。驱动部30包括磁性件31和电磁器件32，其中磁性件31设置在支撑组件12上，并且远离扫描镜11的一侧，所述磁性件31优选为永磁铁；电磁器件32设置在支撑部20上，并且与磁性件31对应设置，电磁器件32配置为可通电以驱动磁性件31、支撑组件12和扫描镜11运动，电磁器件32优选为线圈。具体的，电磁器件32中可通以交流电，通过改变电流的大小和方向，使得电磁器件32产生的磁场发生周期性变化，并且使得电磁器件32与磁性件31之间的洛伦兹力也发生周期性变化，因此可以驱动所述磁性件31、支撑组件12和扫描镜11周期性地往复运动。本实用新型的扫描装置100，结构简单，便于组装生产，有利于降低成本。

本实用新型的方案中，如图2所示，扫描镜11作为反射镜工作，包括可反射光束的第一面S1和由金属材料制成的第二面S2，并且所述第一面S1和所述第二面S2相对设置，当扫描镜11受驱动部30驱动进行运动时，可以改变入射至其第一面S1上的探测光和回波光的传输方向。参照图2，扫描镜11远离支撑组件12的一面作为第一面S1，扫描镜11靠近支撑组件12的一面作为第二面S2。

图3a示出了根据本实用新型一个实施例的扫描装置100的爆炸图。如图3a所示，其中扫描部10还包括分隔部13，所述分隔部13设置在扫描镜11与支撑组件12之间。优选地，所述分隔部13可以采用柔性件，例如柔性垫片，以减少从支撑组件12向扫描镜11的应力传递。优选地，分隔部13和支撑组件12也可以由金属材料制成。相应地，分隔部13可与扫描镜11和支撑组件12通过焊接的方式连接在一起，图3a中从左向右各层结构依次为：扫描镜11—焊料—分隔部13—焊料—支撑组件12，也就是说，扫描镜11的第二面S2可以作为装配面，直接与分隔部13通过焊料焊接在一起。

上述实施例介绍了当扫描镜11的基材为可焊接材质(例如金属)时，扫描镜11与分隔部13的具体连接方式，在另一些实施例中，扫描镜11的基材也可以为不可焊接材质，例如不可焊接的金属、玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅等。在扫描镜11的基材采用不可焊接材质的情况下，可以在扫描镜11的基材上先形成一层可焊接的金属镀层(或者涂层)，形成第二面S2，再与分隔部13通过焊料焊接在一起，也就是说，图2中从左向右各层结构依次为：扫描镜11(具有金属镀层或涂层形成的第二面S2)—焊料—分隔部13—焊料—支撑组件12。优选的，还可以对扫描镜11的装配面(第二面S2)先进行抛光处理，以便提高扫描镜11装配平整度，提高装配质量。关于焊料的具体厚度，本实用新型不进行限制，在实际应用中，可根据扫描装置100的整体厚度设计要求、焊接温度、焊接时间等因素综合考虑，设定合适的厚度。

本实用新型的扫描装置100通过分隔部13将扫描镜11和支撑组件12分离，使得扫描镜11的尺寸可以不受支撑组件12的尺寸的限制，因此可以增加扫描镜11的尺寸以及相对扫描装置100整体的占比，增大扫描装置100的通光口径，增大扫描装置100的视场范围。根据本实用新型的一个实施例，如图3b所示，扫描镜11与支撑部20的高度接近1:1，并且与扫描装置100的高度接近1:1，在增加扫描装置100的视场范围的同时，兼顾整个扫描装置100的小型化。

图4示出了图3a实施例的支撑组件12的示意图。参照图3a和图4，支撑组件12包括中央部121和端部122，图中示出了两个端部122，其中两个端部122分别设置在中央部121的两侧，扫描镜11设置在中央部121上，端部122可用于连接到支撑部20，下文将详细描述。

参照图3a和图4，其中中央部121包括主体部121a和连接部121b，图中示出了两个连接部121b，其中所述连接部121b设置在主体部121a的左右两侧，配置为连接主体部121a和端部122。优选地，主体部121a的第一面(靠近扫描镜11的一面)与扫描镜11连接，主体部121a的第二面(远离扫描镜11的一面)与磁性件31连接。应理解，在图3a和图4示出的实施例中，扫描镜11实际上是通过分隔部13设置在主体部121a(中央部121)上。优选地，分隔部13可设置在主体部121a(中央部121)上虚线圆圈出的位置，优选地，分隔部13的形状可以是圆形，与所述虚线圆的圆心重合。需要说明的是，关于中央部121、端部122、主体部121a、连接部121b的具体数量及相对位置、分隔部13的具体形状，本实用新型均不进行限制。

应理解，扫描镜11的惯性影响扫描装置100的自然频率。优选地，扫描镜11的重心与支撑组件12(中央部121或主体部121a)的中心位置(参考图4的虚线圆的圆心)重合，因此可以减小扫描镜11扭转时的惯性，有利于扫描镜11(扫描装置100)的运动平衡。

如图4所示，其中中央部121还包括参考部121c，参考部121c可设置在主体部121a的上下两侧，相对于扫描镜11的运动轴线OO对称设置，并且用于检测扫描镜11的角度(后文将详细描述)。

参照图2和图3a，其中支撑部20包括电路板21和支架22，其中电路板21可固定在支架22上。参照图3a和图4，其中支撑组件12的端部122包括锚接部122A和梁122B，其中锚接部122A固定到支架22上，梁122B配置为连接中央部121与锚接部122A，扫描镜11配置为以梁122B为轴运动，即以梁122B上的轴线OO进行运动。当中央部121以及其上连接的扫描镜11发生转动时，梁122B可以提供反作用扭矩和反作用力，使扫描镜11恢复到平衡位置，所述平衡位置例如是扫描镜11的初始位置，参照图2、图3a示出的。

参照图3a和图4，优选地，扫描镜11的面积大于中央部121的面积，中央部121的面积大于分隔部13的面积。由于支撑组件12的中央部121的面积比分隔部13的面积大，因此可以增大分隔部13与梁122B的根部(靠近连接部121b的一侧)的距离，减小中央部121与分隔部13的连接部分因为梁122B扭转而产生的表面应力，进而减小扫描镜11由于支撑组件12的运动而引起的干涉或者不必要的应力，从而可以有效提高分隔部13与扫描镜11之间连接的可靠性，有利于提高扫描装置11的可靠性，延长使用寿命，而且可以进一步增大扫描装置100的视场范围。

根据本实用新型的不同实施例，梁122B可以具有不同的形状。在图3a和图4的实施例中，梁122B设置为弓形，即往复蛇形延伸的形状，这种形状可以增加梁122B的实际长度，降低梁122B的刚度，使得扫描镜11能够获得更大的转动角度，有利于提高扫描镜11(扫描装置100)的视场范围，并且使得两侧的锚接部122A可以更靠近彼此，有利于减小扫描装置100在宽度方向(参照图4中梁122B上的轴线OO所在方向)的尺寸，从而有利于整个扫描装置100的小型化。但本实用新型并不以此为限，在本实用新型的方案中，梁122B的形状可以包括弓形、直线形、S形中的一种或多种组合。下面介绍梁122B的一些其他形状。

图5示出了根据本实用新型另一实施例的梁122B的示意图，在图5示出的实施例中，梁122B的形状为直线形。图6示出了根据本实用新型又一实施例的梁122B的示意图，在图6示出的实施例中，梁122B的形状均为S形。图7示出了根据本实用新型又一实施例的梁122B的示意图，在图7示出的实施例中，左侧梁122B的形状为弓形，右侧梁122B的形状为直线形。需要说明的是，梁122B的形状不限于上述实施例中所示出的情形，还可以为其他形状，具体可根据实际需求灵活设置。

参照图2和图3a的实施例，其中扫描部10和驱动部30均设置在支撑部20的同一侧，可以减少装配过程中操作工序，有利于降低装配难度，便于自动化组装，易于生产。

参照图3a，其中驱动部30的电磁器件32设置在电路板21上，即电磁器件32与电路板21集成于一体，并且与磁性件31对应设置，电磁器件32和磁性件31相对于扫描镜11的运动轴线OO对称设置，有利于扫描镜11(扫描装置100)的运动平衡。

关于电磁器件32和磁性件31的具体数量，本实用新型不进行限制。为了提高电磁器件32与磁性件31之间的磁场强度，并提高驱动效率，根据本实用新型一个实施例，参照图3a、图8、图9，优选地，驱动部30可以包括两个磁性件31和与其相对设置的一个电磁器件32。例如在图8和图9的实施例中，两个磁性件31设置在支撑组件12(中央部121或主体部121a)上，两个磁性件31与支撑组件12的连接端的极性相反，即两个磁性件31的充磁方向相反，参照图8，其中左边一个磁性件31的上侧是S极，下侧是N极；右边另一个磁性件31的上侧是N极，下侧是S极，当电磁器件32中通电并产生磁场时，该磁场与其中一个磁性件31产生吸引力，与另一个磁性件31产生排斥力，从而驱动支撑组件12连同其上设置的扫描镜11以梁122B为轴运动。在图9的实施例中，两个磁性件31的充磁方向与图8实施例示出的相反，其中左边一个磁性件31的上侧是N极，下侧是S极；右边另一个磁性件31的上侧是S极，下侧是N极，并且将两个磁性件31设置在中央部121(或主体部121a)靠近电路板21的表面。优选地，将两个磁性件31关于轴线OO对称设置在中央部121(或主体部121a)靠近电路板21的表面，使得扫描镜11的重心与中央部121(或主体部121a)的中心重合，有利于进一步减小扫描镜11扭转时的惯性，进而有利于扫描镜11(扫描装置100)的运动平衡，并且有利于减小整个扫描装置100的体积，使得整个扫描装置100的结构更加紧凑。

本实用新型的方案中，参照图3a、图8、图9，当电磁器件32通入电流时，由于两个磁性件31的充磁方向相反，因此两个磁性件31对应同一电磁器件32形成的磁力也相反，即一个磁性件31与电磁器件32吸引，另一个磁性件31与电磁器件32排斥，并且，磁力施加在与支撑组件12的梁122B的延伸方向垂直的方向，因此两个磁力可形成一个力矩。此外，电路板21固定在支架22上，支架22的刚度远远高于梁122B的刚度，因此力矩可以带动磁性件31、中央部121以及梁122B发生扭转，进而可以带动扫描镜11以梁122B为轴沿第一方向(比如顺时针方向)转动，转动角度可记为X。另外，扫描镜11转动的速度、加速度等可依据实际扫描控制曲线的需要进行设置，具体地，例如可根据预设的电压曲线设置电磁器件32的通电电压驱动扫描镜11按特定的速度和加速度转动，并且在扫描镜11需要换向时(比如在顺时针方向达到最大位移时)，可将通电电流改为相反方向，使扫描镜11沿与第一方向相反的方向(比如逆时针方向)转动，由此实现扫描镜11运动的灵活控制，其中，扫描镜11的最大位移可根据扫描镜11所要实现的扫描视场范围确定。

当交流电通过电磁器件32、并且交流电的频率(谐振频率)和扫描部的自然频率相同时，扫描部10将产生共振，在谐振频率时扫描镜11的摆幅相比于其他频率时将大幅增加。因此扫描部10在自然频率下被驱动时，驱动效率会明显提高，即相同电压时，扫描镜11转动幅度更大，或者实现相同的转动幅度所产生的功耗更低。

根据本实用新型的另一个实施例，参照图10，驱动部30也可以包括一个磁性件31和与其相对设置的两个电磁器件32。本实施例中，磁性件31的下侧可以是N极，上侧是S极，此外，磁性件31也可以是上侧为N极，下侧是S极，本实用新型不进行限制。当两个电磁器件32中通入相反方向的电流时，两个电磁器件32中产生两个不同的磁场方向，其中一个与磁性件31产生吸引力，另一个与磁性件31产生排斥力，并且由于两个电磁器件32和磁性件31都相对于扫描镜11的运动轴线OO对称设置，因此在运动轴线OO一侧的吸引力、以及在运动轴线OO另一侧的排斥力将可以产生扭矩，从而可以驱动支撑组件12连同其上设置的扫描镜11以梁122B为轴运动。这种结构的驱动部30结构简单，便于组装。

本实用新型的扫描装置100中，优选地，磁性件31可以是均匀充磁的，例如可以是永磁铁，也可以是非永磁铁，例如电磁铁等，采用均匀充磁的磁性件31有利于磁场均匀分布，进而有利于扫描镜11(扫描装置100)的运动平衡。

上述实施例介绍了扫描镜11的转动原理，下面介绍如何测量扫描镜11的转动角度X。

参照图3a和图4，扫描装置100还包括传感器S，传感器S设置在电路板21上，并且与参考部121c对应设置，以检测参考部121c的位置，从而获得扫描件11的角度X。根据本实用新型的一个实施例，传感器S包括谐振系统，传感器S通过检测谐振系统的谐振频率f₀来检测参考部121c的位置，进而检测扫描镜11的角度X。下面详细描述。

图11示出了根据本实用新型一个实施例的角度检测装置的示意图。在图11示出的实施例中，右半部分为传感器S，传感器S包括并联的涡流线圈L与电容C，构成LC谐振系统。此外，将LC谐振系统与激励电路is并联，通过激励电路is，可使LC谐振系统一直工作在谐振点f₀，

其中C为电容值，L为系统等效电感值。

另外，参考部121c也可以等效为电感-电阻模型，如图11中左半部分所示的。

具体扫描镜11的角度检测原理如下。

参照图12，传感器S的涡流线圈L与参考部121c的线圈之间的互感受到参考部121c与传感器S之间的距离d1的调制，由于该距离d1会影响传感器S的LC谐振系统中的等效电感L的值，进一步地，会影响LC谐振系统的谐振频率f₀。因此，通过测量谐振频率f₀(或周期T＝1/f₀)，可以得到参考部121c与传感器S之间的距离d1，进而可以检测扫描镜11的角度X。需要说明的是，图中仅为示意性说明，并不构成对本实用新型的限制，在检测扫描镜11的角度过程中，只需保证支撑组件12的参考部121c与扫描镜11同步摆动即可。

应理解，参考部121c和传感器S之间的距离d1随着扫描镜11的摆动角度X的增大而增大，并且扫描镜11在靠近中央部121a的边缘侧摆幅较大，在靠近扭转轴心O(即梁122B所在轴的轴心)摆幅较小，因此优选将参考部121c设置在中央部121a的上下两侧(优选边缘侧)，可以有效提高使用参考部121c来测量角度的敏感度，便于检测扫描镜11的摆动角度X。

根据本实用新型的一个实施例，电路板21上设置有图11右半部分所示的涡流线圈L、电容C和激励电路is，并可以将电路板21设置在支架22上，由于要准确检测扫描镜11高频的摆动/振动角度，上述布置在电路板21上的电子器件需要保证位置不发生偏移以及不发生断裂、虚焊等失效，因此，需要严格保证电路板21的应力和应变参数。

参照图2和图13，根据本实用新型的一个实施例，其中支架22远离电路板21的一侧还设置有法兰F，用于连接至激光雷达。支架22可以固定电路板21和支撑组件12，在驱动扫描部10时可以提供反作用力和反作用扭矩。优选地，法兰F可以设置在支架22中央位置，有利于降低扫描装置100以法兰F为支点的惯性，提高扫描装置100的模态频率，有利于扫描装置100的运动平衡。

前述实施例中，支撑组件12的中央部121为单框结构。可替换地，中央部121也可以采用双框结构，下面具体介绍。

图14示出了根据本实用新型另一个实施例的扫描装置的整体示意图，图15示出了根据本实用新型另一个实施例的扫描装置的局部示意图，图16示出了根据本实用新型另一个实施例的支撑组件的放大图。在图14～图16示出的实施例中，其中支撑组件12的中央部121包括内框、外框和支撑梁，其中内框和外框通过支撑梁连接，外框对应设置有多个磁性件31，并且多个磁性件31对称设置，例如相对于扫描镜11的运动轴线OO对称设置，相应的，在电路板21上设置对应的多个电磁器件32，每个电磁器件32与其中一个磁性件31相对。

在图14和图15的实施例中，外框和内框之间的支撑梁以及支撑组件12的梁122B可以采用蛇形梁，扫描镜11与支撑组件12之间还设置有分隔部13(图14和图15中由于遮挡未示)，扫描镜11可通过分隔部13与内框连接，例如分隔部13分别与扫描镜11的第二面S2以及内框通过焊料焊接在一起。

在图16的实施例中，外框和内框之间的支撑梁可以采用直线形梁，支撑组件12的梁122B采用蛇形梁，扫描镜11的轮廓与外框的轮廓相同，扫描镜11可以直接设置在外框上，例如扫描镜11的第二面S2与外框通过焊接的方式连接在一起。

上述实施例介绍了中央部121采用双框结构的几种情形，需要说明的是，关于支撑梁、梁122B、外框、内框、扫描镜11的具体形状，本实用新型均不进行限制。

在工作过程中，可将多个(例如4个)电磁器件32始终接通相同方向的电流(具体通电换向的方式与前述相同)，由此可实现相同方向的磁场，并且多个磁性件31其中一侧的一组磁性件31与另一侧的一组磁性件31的极性相反；或者所有磁性件31具有相同的极性，多个电磁器件32其中一侧的一组电磁器件和另一侧的一组电磁器件始终接通不同方向的电流，从而驱动内框和外框以梁122B上的轴线OO为轴扭转，带动扫描镜11运动。应理解，驱动部30在谐振频率f₀工作时，驱动效率更高，扫描镜11的摆动幅度更大。

上述介绍了支撑组件12的中央部121的单框结构和双框结构，在实际应用过程中，可根据实际情况权衡，选择合适的结构。

前述实施例对本实用新型的扫描装置100进行了详细介绍，此外，本实用新型还提供一种激光雷达200，包括如上所述的扫描装置100。

图17示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达200的示意图，如图17所示，激光雷达200除了包括扫描装置100之外，还包括发射单元210、接收单元220和处理单元230。其中发射单元210配置为发射探测光束L₂，探测光束L₂经由扫描装置100反射到激光雷达200周围的环境中。接收单元220配置为接收探测光束L₂在障碍物OB上产生的回波L₂’，并转换为电信号。处理单元230配置为根据电信号，获取障碍物OB的信息。

关于发射单元210以及接收单元220的具体类型，本实用新型不进行限制，在激光雷达200的一些实施例中，发射单元210包括垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL)或者边发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)，接收单元220包括单光子探测器，例如硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)或者单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)，其中，发射单元210和接收单元220可以一一对应设置。

此外，本实用新型亦不限制发射单元210以及接收单元220的具体排布方式，在一些实施例中，多个发射单元210可排布为一维线阵，例如排布为一行或者一列，或者也可以排布为均匀分布的二维面阵。类似的，多个接收单元220也可以排布为一维线阵或者均匀分布的二维面阵。另外，多个发射单元210以及多个接收单元220还可以分别排布为多列，其中各列发射单元210与相邻列发射单元210在垂直方向上交错排布，各列接收单元220与相邻接收单元220在垂直方向上交错排布，以便增大激光雷达200的视场范围和分辨率。

在一些实施例中，处理单元230包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，本实用新型不对此进行限制，视具体情况而定。

此外，关于激光雷达200中的扫描装置100的类型及数量，本实用新型不进行限制。在一些实施例中，激光雷达200可以采用两个扫描装置，其中一个扫描装置可以采用上述扫描装置100，另一个扫描装置可以采用振镜、摆镜、电流计镜和多面镜中的其中一种，这两个扫描装置分别在水平和竖直方向上进行扫描，由此实现激光雷达200在水平和竖直方向的探测。在另一些实施例中，激光雷达200也可以仅采用一个扫描装置100在水平或者竖直方向上进行扫描，由此实现在水平或竖直方向上的探测，视实际情况而定。

综上，对本实用新型的方案进行了详细介绍，本实用新型的扫描装置通过扫描部、支撑部、驱动部的紧凑配合，使得整个扫描装置的结构更加简单，尺寸更小，便于组装生产，有利于降低激光雷达的高度和生产成本。通过将驱动部的磁性件设置在支撑组件(动子)上，将电磁器件设置在电路板(定子)上，便于组装生产，有利于降低成本。通过将参考部集成于支撑组件上，并且将电磁器件、传感器集成于同一电路板上，有利于提高集成度，简化组装工序，易于检测扫描镜的角度。由于扫描镜的面积大于中央部的面积、中央部的面积大于分隔部的面积，因此可以有效增大扫描镜相对于支撑部的尺寸占比，使得扫描镜和支撑部、以及扫描装置的高度接近1：1，有利于降低扫描装置和激光雷达的高度以及提高视场范围。此外，由于扫描装置的整体尺寸减小、视场范围增加，因此有利于减小应用该扫描装置的激光雷达的体积(激光雷达的高度)，有利于提高激光雷达的内部空间利用率，降低生产成本，并且有利于提高激光雷达的测远能力。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了扫描装置100、激光雷达200的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本实用新型的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中实现。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种用于激光雷达的扫描装置，包括：

扫描部，包括扫描镜和支撑组件，所述扫描镜设置在所述支撑组件上，所述支撑组件可带动所述扫描镜运动；

支撑部，用于承载所述扫描部；和

驱动部，包括磁性件和电磁器件，其中所述磁性件设置在所述支撑组件上，所述电磁器件设置在所述支撑部上，所述电磁器件配置为可通电以驱动所述磁性件、支撑组件和扫描镜运动。

2.根据权利要求1所述的扫描装置，其中所述扫描部还包括分隔部，所述分隔部设置在所述扫描镜与所述支撑组件之间。

3.根据权利要求2所述的扫描装置，其中所述分隔部包括柔性件。

4.根据权利要求3所述的扫描装置，其中所述分隔部和所述支撑组件由金属材料制成。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的扫描装置，其中所述扫描镜包括可反射光束的第一面和由金属材料制成的第二面，并且所述第一面和所述第二面相对设置。

6.根据权利要求2所述的扫描装置，其中所述支撑组件包括中央部和端部，其中所述端部设置在所述中央部的两侧，所述扫描镜设置在所述中央部上，所述端部用于连接所述支撑部。

7.根据权利要求6所述的扫描装置，其中所述中央部包括主体部和连接部，所述连接部设置在所述主体部的左右两侧，配置为连接所述主体部和所述端部。

8.根据权利要求7所述的扫描装置，其中所述主体部的第一面与所述扫描镜连接，所述主体部的第二面与所述磁性件连接。

9.根据权利要求7所述的扫描装置，其中所述中央部还包括参考部，所述参考部设置在所述主体部的上下两侧，相对于所述扫描镜的运动轴线对称设置，并且用于检测所述扫描镜的角度。

10.根据权利要求6所述的扫描装置，其中所述支撑部包括电路板和支架，所述电路板固定在所述支架上。

11.根据权利要求10所述的扫描装置，其中所述端部包括锚接部和梁，所述锚接部固定到所述支架，所述梁连接所述中央部与所述锚接部，其中扫描镜配置为以所述梁为轴运动。

12.根据权利要求6所述的扫描装置，其中所述扫描镜的面积大于所述中央部的面积，所述中央部的面积大于所述分隔部的面积。

13.根据权利要求7所述的扫描装置，其中所述主体部包括内框、外框和支撑梁，其中所述内框和所述外框通过所述支撑梁连接，所述外框设置有多个磁性件和对应的多个电磁器件，并且所述多个磁性件对称设置。

14.根据权利要求13所述的扫描装置，其中所述内框连接至所述分隔部，并且所述扫描镜连接至所述分隔部。

15.根据权利要求13所述的扫描装置，其中所述扫描镜设置在所述外框上，并且所述扫描镜的轮廓与所述外框的轮廓相同。

16.根据权利要求1所述的扫描装置，其中所述扫描镜的高度与所述支撑部的高度基本相同。

17.根据权利要求10所述的扫描装置，其中所述电磁器件设置在所述电路板上，并且与所述磁性件对应设置，所述电磁器件和所述磁性件相对于所述扫描镜的运动轴线对称设置。

18.根据权利要求2所述的扫描装置，其中所述扫描镜和/或所述分隔部设置在所述支撑组件一侧，所述磁性件设置在所述支撑组件另一侧。

19.根据权利要求17所述的扫描装置，其中所述驱动部包括一个磁性件和与其相对设置的两个电磁器件；或者，所述驱动部包括两个磁性件和与其相对设置的一个电磁器件。

20.根据权利要求7或10所述的扫描装置，还包括传感器，所述传感器设置在电路板上，并且与所述参考部对应设置，以检测所述参考部的位置。

21.根据权利要求20所述的扫描装置，其中所述传感器包括谐振系统，所述传感器通过检测所述谐振系统的谐振频率来检测所述参考部的位置，进而检测所述扫描镜的角度。

22.根据权利要求1所述的扫描装置，其中所述扫描部和所述驱动部均设置在所述支撑部的同一侧。

23.根据权利要求10所述的扫描装置，其中所述支架远离所述电路板的一侧还设置有法兰，用于连接至所述激光雷达。

24.一种激光雷达，包括如权利要求1-23中任一项所述的扫描装置。

25.根据权利要求24所述的激光雷达，还包括发射单元、接收单元和处理单元，

其中所述发射单元配置为发射探测光束，所述探测光束经由所述扫描装置反射到激光雷达周围的环境中；

所述接收单元配置为接收所述探测光束在障碍物上产生的回波，并转换为电信号；

所述处理单元配置为根据所述电信号，获取所述障碍物的信息。