本實(shí)用新型屬于激光探測(cè)領(lǐng)域，涉及基于可動(dòng)磁鐵——固定線圈驅(qū)動(dòng)的激光雷達(dá)用電磁微扭轉(zhuǎn)鏡，具體地說(shuō)，涉及一種電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)(LiDAR：Light Detection And Ranging)結(jié)合了傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)，分辨率高，低空探測(cè)性能好，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)論在軍用還是民用領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。

激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人等智能移動(dòng)設(shè)備的核心部件，隨著人工智能的興起，市場(chǎng)對(duì)激光雷達(dá)提出了很大的需求。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)系統(tǒng)一般采用線陣光電，探測(cè)器并行接收再加掃描裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)三維測(cè)繪，掃描裝置通常采用轉(zhuǎn)鼓加擺鏡或機(jī)械電機(jī)作為轉(zhuǎn)軸，此類激光雷達(dá)存在體積大、成本高、長(zhǎng)期可靠性低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約其在上述軍民領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，體積小、低成本、高性能的激光雷達(dá)亟待開(kāi)發(fā)。

鑒于以上技術(shù)問(wèn)題，實(shí)有必要提供一種針對(duì)激光雷達(dá)的激光掃描裝置——大鏡面、大轉(zhuǎn)角電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件，該組件工藝簡(jiǎn)單，體積小，功耗小，成本低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件，工藝簡(jiǎn)單、體積小、功耗小、成本低。

本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件，包括微扭轉(zhuǎn)鏡，該微扭轉(zhuǎn)鏡的一個(gè)面上固定有永磁鐵，微扭轉(zhuǎn)鏡的兩側(cè)固定有串聯(lián)在一起的驅(qū)動(dòng)線圈，微扭轉(zhuǎn)鏡的下方設(shè)置有感應(yīng)磁場(chǎng)的磁傳感器。

所述永磁鐵的充磁方向是其厚度方向，固定在微扭轉(zhuǎn)鏡的背面，并通過(guò)加強(qiáng)筋確定其具體位置。

所述磁傳感器的敏感方向?yàn)閆向，所述Z向?yàn)榇怪蔽⑴まD(zhuǎn)鏡鏡面初始位置的方向。

所述磁傳感器的感測(cè)區(qū)域在微扭轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)軸正下方，或者偏向一側(cè)。

所述的電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件為多層結(jié)構(gòu)，自上而下依次為固定微扭轉(zhuǎn)鏡的支撐層、固定驅(qū)動(dòng)線圈的線圈驅(qū)動(dòng)層，以及驅(qū)動(dòng)控制電路層，所述驅(qū)動(dòng)控制電路層與線圈驅(qū)動(dòng)層電氣連接，控制施加在驅(qū)動(dòng)線圈上的電信號(hào)，根據(jù)磁傳感器的反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微扭轉(zhuǎn)鏡的位置，并調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)線圈上施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使微扭轉(zhuǎn)鏡穩(wěn)定工作。

在所述的多層結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步包括有支撐結(jié)構(gòu)層，該支撐結(jié)構(gòu)層的上方為線圈驅(qū)動(dòng)層，下方為驅(qū)動(dòng)控制電路層，用于調(diào)節(jié)永磁鐵與磁傳感器之間的距離。

所述的電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件的多層結(jié)構(gòu)之間采用非磁性材質(zhì)的螺栓連接，或者通過(guò)電氣連接件或通過(guò)粘接、焊接連接到一起。

所述的電磁驅(qū)動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡組件的每一層的外側(cè)開(kāi)設(shè)有凹槽，用于焊錫。

所述的驅(qū)動(dòng)線圈分為兩組，每組之間的驅(qū)動(dòng)線圈串聯(lián)連接。

所述的磁傳感器為四個(gè)，分別布置在第四象限、第一象限、第二象限、第三象限；其中，第一和第四磁傳感器感測(cè)的信號(hào)變化與第二和第三磁傳感器感測(cè)的信號(hào)變化可反應(yīng)永磁鐵繞Y軸扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角變化；第一和第二磁傳感器感測(cè)的信號(hào)變化與第三和第四磁傳感器感測(cè)的信號(hào)變化可反應(yīng)永磁鐵繞X軸扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角變化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型至少具有以下有益效果：本實(shí)用新型采用可動(dòng)磁鐵固定線圈的驅(qū)動(dòng)形式，微扭轉(zhuǎn)鏡上無(wú)需設(shè)置電連接，可簡(jiǎn)化微扭轉(zhuǎn)鏡制作工藝；利用磁傳感器感測(cè)微扭轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋其具體轉(zhuǎn)角，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)線圈電流和頻率實(shí)現(xiàn)微扭轉(zhuǎn)鏡穩(wěn)定可靠工作；同時(shí)，磁傳感器只是一個(gè)電子元器件，相比其他反饋方式，更便于集成，降低成本。

另外，微扭轉(zhuǎn)鏡、線圈驅(qū)動(dòng)層、及驅(qū)動(dòng)控制層采用疊式結(jié)構(gòu)，可大大減小模塊整體體積，滿足減小雷達(dá)系統(tǒng)體積的需求。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本實(shí)用新型一維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡組件結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型一維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)圖，其中，圖2(a)為正面，圖2(b)為反面；

圖3為本實(shí)用新型電磁微扭轉(zhuǎn)鏡驅(qū)動(dòng)原理圖；

圖4為本實(shí)用新型一維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡組件剖示圖；

圖5為本實(shí)用新型磁傳感器反饋原理圖；

圖6為本實(shí)用新型二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡組件結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本實(shí)用新型二維微扭轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸示意圖；

圖8為本實(shí)用新型一種形式的二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)圖，其中，圖8(a)為正面，圖8(b)為反面；

圖9為本實(shí)用新型二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡驅(qū)動(dòng)原理圖；

圖10為本實(shí)用新型二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡磁傳感器分布圖。

【具體實(shí)施方式】

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)闡述：

實(shí)施例一

一種基于可動(dòng)磁鐵——固定線圈驅(qū)動(dòng)的一維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡組件，如圖1：由1D的微扭轉(zhuǎn)鏡1及其支撐層a、一組固定的線圈2.1和2.2作為驅(qū)動(dòng)線圈和線圈驅(qū)動(dòng)層b、支撐結(jié)構(gòu)層c和驅(qū)動(dòng)控制電路層d四層組成。

其中，微扭轉(zhuǎn)鏡主要由可動(dòng)鏡面1.1、一組支撐扭轉(zhuǎn)梁1.2a和1.2b、固定框架1.3組成，如圖2(a)示；可動(dòng)鏡面正面鍍有反射層1.1a，反面設(shè)置有加強(qiáng)筋1.1b，并固定有永磁鐵1.4，且永磁鐵1.4的充磁方向是其厚度方向。其中永磁鐵1.4通過(guò)膠粘劑粘接到可動(dòng)鏡面1.1上，其位置可由加強(qiáng)筋具體形狀精確限定，如圖2(b)。

在微扭轉(zhuǎn)鏡兩側(cè)設(shè)置一對(duì)串聯(lián)的固定線圈2.1和2.2，當(dāng)給該組線圈通電時(shí)，線圈將產(chǎn)生磁場(chǎng)，永磁鐵在線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到力的作用，帶動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡繞其支撐扭轉(zhuǎn)梁產(chǎn)生一定位移的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3示。當(dāng)給線圈通交流電時(shí)，線圈產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，永磁鐵受到交變的力，帶動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡振動(dòng)。

進(jìn)一步的，如圖4示，在永磁鐵下方布置敏感方向?yàn)閆向的磁傳感器4(該Z向?yàn)榕c鏡面初始位置垂直的方向)，并使磁傳器的感測(cè)區(qū)域在扭轉(zhuǎn)軸正下方，或者偏向扭轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，在可動(dòng)鏡面振動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)磁傳感器處Z向磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz的變化，來(lái)感測(cè)永磁鐵位置的變化，進(jìn)而實(shí)時(shí)跟蹤微扭轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)角，如圖5。

微扭轉(zhuǎn)鏡組件的四層結(jié)構(gòu)，可以都用常見(jiàn)并廉價(jià)的PCB板；支撐層a用于固定微扭轉(zhuǎn)鏡1；線圈驅(qū)動(dòng)層b用于固定驅(qū)動(dòng)線圈2.1和2.2，并給其提供電信號(hào)；支撐結(jié)構(gòu)層c用來(lái)調(diào)節(jié)微扭轉(zhuǎn)鏡可動(dòng)鏡面上的永磁鐵1.4與電磁傳感器4的距離，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置或確定其具體厚度；驅(qū)動(dòng)控制層d，與線圈驅(qū)動(dòng)層b間有電氣連接，控制施加在驅(qū)動(dòng)線圈上的電信號(hào)，根據(jù)其上設(shè)置的磁傳感器接收到的反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微扭轉(zhuǎn)鏡的位置，并調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)線圈上施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使微扭轉(zhuǎn)鏡穩(wěn)定工作。

四層之間可以通過(guò)制作通孔用非磁性材質(zhì)螺栓3.1、3.2、3.3、3.4連接，或者通過(guò)電氣連接件或通過(guò)粘接、焊接連接到一起。

微扭轉(zhuǎn)鏡固定層和支撐結(jié)構(gòu)層材質(zhì)不局限于PCB板，還可以是其他材質(zhì)如金屬、亞克力等；

實(shí)施例二

一種基于可動(dòng)磁鐵——固定線圈驅(qū)動(dòng)的二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡組件，如圖6：由2D的微扭轉(zhuǎn)鏡1及其支撐層a、一組固定的線圈2.1～2.4作為驅(qū)動(dòng)線圈和線圈驅(qū)動(dòng)層b、支撐結(jié)構(gòu)層c和驅(qū)動(dòng)控制電路層d四層組成。

其中，如圖7示，二維微扭轉(zhuǎn)鏡是指可動(dòng)鏡面可繞兩個(gè)正交的扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)鏡。在此，圖8給出了一種二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)圖，由可動(dòng)鏡面1.1、一組扭轉(zhuǎn)梁1.2a、1.2b、1.2c、1.2d、固定框架1.3組成，如圖2(a)示；可動(dòng)鏡面正面鍍有反射層1.1a，反面設(shè)置有加強(qiáng)筋1.1b，并固定有永磁鐵1.4。其中永磁鐵1.4通過(guò)膠粘劑粘接到可動(dòng)鏡面1.1上，其位置可由加強(qiáng)筋具體形狀精確限定，如圖8(b)。

如圖6所示，在二維電磁微扭轉(zhuǎn)鏡鏡面四周根據(jù)其兩個(gè)扭轉(zhuǎn)軸的位置設(shè)置兩組串聯(lián)的固定線圈：2.1和2.2、2.3和2.4，當(dāng)給兩組線圈分別通電時(shí)，永磁鐵受到該兩組線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用，帶動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡繞對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖9示。當(dāng)給線圈通交流電時(shí)，線圈產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，可動(dòng)磁鐵受到交變的力，帶動(dòng)微扭轉(zhuǎn)鏡振動(dòng)。

進(jìn)一步的，如圖10示，在永磁鐵下方關(guān)于扭轉(zhuǎn)軸對(duì)稱布置敏感方向?yàn)閆向的磁傳感器組4.1～4.4，兩組線圈驅(qū)動(dòng)永磁鐵繞兩扭轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)磁傳感器處磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz的變化，來(lái)感測(cè)磁鐵位置的變化，進(jìn)而實(shí)時(shí)跟蹤微扭轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)角，如圖10。其中，4.1、4.4傳感器感測(cè)的信號(hào)變化與4.2、4.3感測(cè)的信號(hào)變化可反應(yīng)磁鐵繞Y軸扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角變化；同理，4.1、4.2傳感器感測(cè)的信號(hào)變化與4.3、4.4感測(cè)的信號(hào)變化可反應(yīng)磁鐵繞X軸扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角變化。

微扭轉(zhuǎn)鏡組件的四層結(jié)構(gòu)，材質(zhì)都是PCB板；微扭轉(zhuǎn)鏡支撐層a用于固定掃描鏡1；線圈驅(qū)動(dòng)層b用于固定驅(qū)動(dòng)線圈2.1～2.4，并給其提供電信號(hào)；支撐結(jié)構(gòu)層c用來(lái)調(diào)節(jié)微扭轉(zhuǎn)鏡可動(dòng)鏡面上的磁鐵1.4與電磁傳感器4的距離，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置或確定其具體厚度；驅(qū)動(dòng)控制層，與線圈驅(qū)動(dòng)層間有電氣連接，控制施加在驅(qū)動(dòng)線圈上的電信號(hào)，根據(jù)其上設(shè)置的磁傳感器接收到的反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掃描鏡的位置，并調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)線圈上施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使微扭轉(zhuǎn)鏡穩(wěn)定工作。四層之間通過(guò)制作通孔用焊錫焊接。

需要指出的是，微扭轉(zhuǎn)鏡固定層和支撐結(jié)構(gòu)層材質(zhì)不局限于PCB板，還可以是其他材質(zhì)如非磁性金屬、塑料或其他復(fù)合材料等。