一种光学扫描摆镜、激光成像雷达制造技术

本实用新型专利技术属于光学技术领域，公开了一种光学扫描摆镜及激光成像雷达，壳体、光学平面反射镜、强磁钢、转轴、带磁芯线圈、光电角度位置传感器及控制模块；光电角度位置传感器检测转轴的角度位置，送给控制模块；用户输入的目标角度也送给控制模块；控制模块处理这两路信息，结合结构与电气参数给出带磁芯线圈的控制电压，使转轴的角度位置快速逼近输入的目标角度。本实用新型专利技术的扫描摆镜具有大的扫描角度、高的角度位置精度、高达几十Hz的扫描频率、高的扫描线性度、以及小型化的结构，可用于包含扫描成像激光雷达在内的各种需要高精度光学扫描的应用场合。

A kind of optical scanning mirror and laser imaging radar

The utility model belongs to the field of optical technology, and discloses an optical scanning pendulum mirror and a laser imaging radar, a shell, an optical plane reflector, a strong magnetic steel, a rotating shaft, a magnetic core coil, a photoelectric angle position sensor and a control module, and a photoelectric angle position sensor is used to detect the angle position of the rotating shaft and be sent to the control module. The target angle of the input is also given to the control module. The control module deals with these two information, and gives the control voltage with the magnetic core coils with the structure and the electrical parameters, so that the angle position of the rotating shaft is fast approaching the input target angle. The scanning pendulum of the utility model has large scanning angle, high angle position accuracy, the scanning frequency of up to dozens of Hz, high scanning linearity, and miniaturized structure, which can be used for various applications of high precision optical scanning, including scanning imaging laser radar.

【技术实现步骤摘要】
一种光学扫描摆镜、激光成像雷达
本技术属于光学
，尤其涉及一种光学扫描摆镜、激光成像雷达。
技术介绍
激光成像雷达能够获取目标的3D像，具有重要的应用价值。国内外利用各种扫描机制已研制出多种不同用途的激光成像雷达。近年来的研究热点是无扫描成像，无扫描成像又有多种方案，但到目前为止，一些方案成本过于高昂，而另一些又不太成熟可靠，尚有许多技术问题需要解决。而采用扫描机制成像的方案虽然在原理上并不新颖但技术可靠，其主要问题是需要实现光的高速偏转，虽然出现了多种光扫描机制，但相对而言，机械扫描机制仍是最为成熟可靠的。扫描分为行扫和场扫，传统的机械扫描结构中，行扫一般采用多面镜高速转鼓，场扫则采用摆镜，都是由电机来带动的，这样的结构导致整机不易小型化。近几年出现了MEMS反射镜和MEMS反射镜阵列，前者为单个MEMS反射镜，扫描速度很快，但它的有效反射面积实在是太小，使之在激光雷达上的应用受限，后者是将前者阵列化以获得更大的反射面积，它是固态激光雷达的核心器件，是最近激光雷达发展的一个方向。阵列式MEMS反射镜需要复杂的工艺和大的投入，目前国外的一些大公司在大力开发，到完全批量生产还有一定距离。而且，MEMS阵列反射器件应用也存在一定的限制，原因在于它会将波阵面分割，导致在角度分辨率要求较高的场合就无法取代大的镜面。随着各
新的发展，小型化的激光成像雷达正在成为一种备受关注的传感技术。在很多场合需求的激光雷达，并不需要高速的行扫，因为它的像一般仅需要有限的行，而这有限行的像主要又是依靠传感器阵列来实现的，因此对于扫描的要求就是仅需要一个高精度的一维扫描摆镜，基本要求是要有较大的有效反射面积，有较高的扫描频率和扫描线性度，最关键的是，它在结构上还必须尽可能地小型化。综上所述，现有技术存在的问题是：传统激光雷达采用的扫描摆镜由电机带动，结构难以小型化；国外正在全力开发的阵列式MEMS由于镜面分割的原因，在角度分辨率要求较高的场合其应用将受到限制；在条码扫描仪中采用了小型化的扫描摆镜，但这类摆镜仅仅是一个能够往复扫动的结构，不带高精度的角度位置检测，无法在激光雷达中得到应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种光学扫描摆镜及激光成像雷达。本技术是这样实现的，一种光学扫描摆镜，所述光学扫描摆镜设置有：壳体；转轴两端用轴承支撑定位在所述壳体上，光学平面反射镜的反射面朝向所述壳体外，强磁钢处于所述壳体内，带磁芯线圈固定在所述壳体内；所述光学平面反射镜和强磁钢通过过渡件固定在转轴。进一步，光电角度位置传感器与转轴和控制模块连接。进一步，所述光电角度位置传感器包括有动件和定件，动件与转轴联结固定在一起，定件则与壳体联结固定。进一步，所述强磁钢充磁方向与摆动方向一致。进一步，所述带磁芯线圈的磁芯正对转轴，磁芯正对转轴的为一圆柱曲面，曲面的母线平行于转轴。进一步，所述光学平面反射镜采用限位销加以限制，限位销固定在壳体上。本技术的另一目的在于提供一种安装有所述光学扫描摆镜的激光成像雷达。本技术通过合理的动力驱动、角度位置传感和控制设计，使高精度的摆镜能够在一个紧凑的结构上得以实现，且其扫描范围大、扫描频率高、扫描线性度好，加上转轴的两端限位，相比于传统的电机单端夹持光学平面反射镜的结构，在同样尺寸的光学平面反射镜的条件下，光学摆镜整机的空间结构要小得多，且实现难度更小，精度也更容易得到保证。本技术的扫描摆镜具有大的扫描角度、高的角度位置精度、高达几十Hz的扫描频率、高的扫描线性度、以及小型化的结构，可用于扫描成像激光雷达。附图说明图1是本技术实施例提供的光学扫描摆镜正视的整机结构示意图。图2是本技术实施例提供的控制模块侧视的磁电驱动部分结构示意图。图中：1、壳体；2、光学平面反射镜；3、强磁钢；4、过渡件、5、转轴；6、带磁芯线圈；7、光电角度位置传感器；8、限位销；9、控制模块。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。传统激光雷达中所采用的扫描摆镜基本上都是由电机带动的，其结构难以小型化；MEMS反射镜面积太小，只适用于近距离的应用，而阵列MEMS反射镜则由于波阵面分割的原因在角度分辨率要求较高的场合无法应用；需要提到的是，在条码扫描仪中采用了小型化的扫描摆镜，但这类摆镜仅仅是一个能够往复扫动的结构，不带高精度的角度位置检测，无法在激光雷达中得到应用。下面结合附图对本技术的应用原理作详细的描述。如图1和图2所示，本技术实施例提供的光学扫描摆镜包括壳体1、光学平面反射镜2、强磁钢3、过渡件4、转轴5、带磁芯线圈6、光电角度位置传感器7、限位销8、控制模块9。光学平面反射镜2及强磁钢3通过过渡件4固定在转轴5上，转轴5两端用轴承支撑定位在壳体1上，光学平面反射镜2的反射面朝向壳体1之外，强磁钢3则处于壳体1内，带磁芯线圈6固定在壳体1内，当带磁芯线圈6通电时，强磁钢3受力带动转轴5转动，光学平面反射镜2也随之转动，光电角度位置传感器7用于检测出转轴5角度的具体位置，送给壳体1外的控制模块9，控制模块9结合用户输入的目标角度与光电位置传感器7给出的转轴5角度位置通过控制算法去产生带磁芯线圈6的控制电压，使转轴5的对应角度位置快速逼近用户输入的目标角度。强磁钢3在安装时，其充磁方向与摆动方向一致。带磁芯线圈6的磁芯正对转轴5，磁芯正对转轴5的面为一圆柱曲面，曲面的母线平行于转轴5，磁芯曲面的尺寸应确保使强磁钢3在整个转动范围内两侧都处于磁芯曲面范围内。光学平面反射镜2在满足光电角度位置传感器7的安装空间的前提下在结构上要尽可能地靠近转轴5的中心，以产生尽可能小的转动惯量，这一点体现在过渡件4的结构设计中。光电角度位置传感器7包含有动件和定件，动件与转轴5联结固定在一起，定件则与壳体1联结固定在一起，光电角度位置传感器7可以采用各种能满足精度和数据速度要求的传感器原理，但其结构上需要能够确保在扫描角度范围内不构成任何障碍，结构上需要与过渡件4的结构设计综合考虑。控制模块9同时接收光电角度位置传感器7的信号和由用户输入的目标角度数据，并通过控制算法及驱动电路给出带磁芯线圈6两端所加的电压，使转轴5的角度逼近输入的目标角度，当输入目标角度数据按照线性扫描方式不断更新，转轴5带动光学平面反射镜2跟着转动，便达到光学扫描的目的。光学平面反射镜2的摆动角度范围采用限位销8加以限制，以避免因初始起动前偏离角度过大，导致在初始起动时强磁钢3不在带磁芯线圈6的有效作用范围内，限位销8固定在壳体1上。本技术在有限的壳体空间内，采用强磁钢和带磁芯线圈的设计，可以在限定的角度范围内产生大的驱动转矩，光电角度位置传感器给出转轴的角度位置，送给在壳体外的控制模块，而用户则向控制模块送入实时的目标角度位置，控制模块处理这两路信号，对带磁芯线圈给出相应的控制电压，控制转轴转动快速逼近目标角度位置，大的驱动转矩配合高精度的角度位置检测，使得大的扫描范围、高的扫描频率及高线性度的扫描特性得以实现。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学扫描摆镜，其特征在于，所述光学扫描摆镜设置有：壳体；转轴两端用轴承支撑定位在所述壳体上，光学平面反射镜的反射面朝向所述壳体外，强磁钢处于所述壳体内，带磁芯线圈固定在所述壳体内；所述光学平面反射镜和强磁钢通过过渡件固定在转轴。

【技术特征摘要】
1.一种光学扫描摆镜，其特征在于，所述光学扫描摆镜设置有：壳体；转轴两端用轴承支撑定位在所述壳体上，光学平面反射镜的反射面朝向所述壳体外，强磁钢处于所述壳体内，带磁芯线圈固定在所述壳体内；所述光学平面反射镜和强磁钢通过过渡件固定在转轴。2.如权利要求1所述的光学扫描摆镜，其特征在于，光电角度位置传感器与转轴和控制模块连接。3.如权利要求2所述的光学扫描摆镜，其特征在于，所述光电角度位置传感器包括有动件和定件，动件与转轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭雁齐，
申请(专利权)人：彭雁齐，
类型：新型
国别省市：四川,51