本实用新型专利技术属于光学系统技术领域，针对现有基于电机驱动摆镜的单线激光雷达系统存在大体积，高成本，低寿命等问题，提出一种小体积单线激光雷达设备及电磁驱动摆镜。单线激光雷达设备包括发射模块、扫描模块、回波信号接收模块、收发异轴套筒和整机底座；收发异轴套筒包括相互隔离的发射光路通道和接收光路通道；发射模块用于发射激光至发射光路通道；扫描模块为电磁驱动的振镜或者摆镜，用于将发射光路通道出射的激光反射至被测物体，并将被测物体反射的回波信号反射至接收光路通道；回波信号接收模块用于接收接收光路通道出射的回波信号。电磁驱动摆镜通过谐振扫描方式实现对扫描角度的精确控制，大大减小实际外形尺寸，可广泛应用在各个领域。泛应用在各个领域。泛应用在各个领域。
【技术实现步骤摘要】
一种小体积单线激光雷达设备及电磁驱动摆镜
[0001]本技术属于光学系统
，具体为一种小体积单线激光雷达设备及电磁驱动摆镜。
技术介绍
[0002]激光雷达根据线束可区别为单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达可实现线扫和距离信息的获取，虽然无法像多线雷达一样实现面扫和获取面深度信息，但是其结构简单、外形尺寸小、成本低，同时在扫描频率和灵敏度上具有很大优势，在测距距离和测距精度上效果更好。目前，小体积和低成本的单线激光雷达量产需求明显，在各个领域都有很好地应用。
[0003]单线激光雷达主要包括发射系统，接收系统，信号处理系统和扫描系统四个部分。常规扫描系统为旋转电机驱动，主要实现方式是将收发一体结构固定在扫描平台上，整体由旋转电机带动实现旋转扫描。一般扫描角度可实现360度全角扫描，但由于实现整圈的扫描，帧率较低，同时电机的成本较高，旋转电机长时间工作的损耗也会导致激光雷达使用寿命受到限制。另一种扫描系统为转镜扫描，发射套筒出光后入射到反射镜面实现反射扫描一定角度，同时反射镜进行回波信号的同步接收。转镜扫描器件一般为振镜或者摆镜。此类系统相对于旋转电机扫描系统虽然具有帧率高的优势，但是也是基于电机驱动，因此整个系统的体积依然较大，且驱动成本高，发热严重。
技术实现思路
[0004]本技术针对现有基于电机驱动摆镜的单线激光雷达系统存在大体积，高成本，低寿命等问题，提出一种小体积、低成本、高寿命单线激光雷达设备。
[0005]本技术的技术方案是：
[0006]一种小体积单线激光雷达设备，包括发射模块、扫描模块及回波信号接收模块；其特殊之处在于：还包括收发异轴套筒和整机底座；
[0007]收发异轴套筒、发射模块、扫描模块及回波信号接收模块均固定在整机底座上；
[0008]收发异轴套筒包括两个相互隔离的光路通道，其中一路为发射光路通道，另一路为接收光路通道；
[0009]发射模块的光学中心轴与发射光路通道中心轴重合，用于发射激光至发射光路通道；
[0010]扫描模块为振镜或者摆镜，振镜或者摆镜包括反射镜面和电磁驱动机构，基于电磁驱动机构驱动振镜或者摆镜的反射镜面进行谐振周期性摆动；振镜或者摆镜位于收发异轴套筒发射光路通道出光口以及接收光路通道入光口一侧，用于将发射光路通道出射的激光反射至被测物体，并将被测物体反射的回波信号反射至接收光路通道；
[0011]回波信号接收模块的光学中心轴与接收光路通道中心轴重合，用于接收接收光路通道出射的回波信号。
[0012]进一步地，扫描模块为摆镜；摆镜还包括摆镜固定支架、摆镜转轴、摆镜电路板、反馈磁块及霍尔传感器；
[0013]摆镜的反射镜面安装在摆镜固定支架上，摆镜固定支架通过摆镜转轴配合轴承安装在整机底座上；
[0014]电磁驱动机构包括电磁线圈和磁铁；电磁线圈安装在摆镜固定支架上，且位于反射镜面的背部；磁铁固定在反射镜面的背部，且位于反射镜面与电磁线圈之间；
[0015]摆镜电路板固定在摆镜固定支架上，用于为电磁驱动机构供电；电磁线圈通过电流信号，磁铁产生周期性谐振，在力的作用下反射镜面在摆镜转轴的作用下进行周期性摆动，实现激光雷达的单线扫描；
[0016]反馈磁块及霍尔传感器均固定在摆镜反射镜面的背部，反馈磁块跟随反射镜面进行谐振周期性摆动，霍尔传感器用于感应反馈磁块磁通量的变化。
[0017]进一步地，摆镜的反射镜面在出射光斑的投影方向面积尺寸大于光斑实际尺寸。
[0018]进一步地，发射模块包括激光发射器以及激光准直镜组；激光发射器的出光端口与收发异轴套筒发射光路通道的入光端口紧配合，且激光发射器出光端口的中心轴与发射光路通道中心轴重合；激光准直镜组固定在收发异轴套筒发射光路通道内，且激光准直镜组的光轴与发射光路通道中心轴重合。
[0019]进一步地，回波信号接收模块包括激光聚焦镜组和探测器；激光聚焦镜组固定在收发异轴套筒接收光路通道内，且激光聚焦镜组的光轴与接收光路通道中心轴重合；探测器位于激光聚焦镜组的焦面位置，且探测器的光学中心位于与接收光路通道中心轴延长线上。
[0020]进一步地，发射光路通道轴向中心线与接收光路通道轴向中心线相互平行；收发异轴套筒材质为哑光吸光材料。
[0021]为了更进一步地减少杂光干扰，激光准直镜组靠近发射光路通道的入光端口，激光聚焦镜组靠近接收光路通道的出光端口。
[0022]为了更进一步地减少杂光干扰，发射光路通道及接收光路通道的内壁设有消光纹，或为漫反射表面，或贴SOMA片，或涂有消光漆。
[0023]进一步地，该小体积单线激光雷达设备还包括外壳，外壳固定在整机底座上，与整机底座之间形成空腔，激光发射器、收发异轴套筒、摆镜及探测器均位于空腔内；
[0024]外壳上开设光学视窗，光学视窗的大小以及位置需保证每个扫描角度的光斑垂直入射光学视窗。
[0025]进一步地，光学视窗上安装窗口玻璃，材质可做成玻璃镀红外增透膜或者PC、PMMA等红外透过率可达90％以上的塑料。
[0026]本技术还提供一种电磁驱动摆镜，其特殊之处在于：包括反射镜面、摆镜固定支架、摆镜转轴、电磁驱动机构、摆镜电路板、反馈磁块及霍尔传感器；
[0027]反射镜面安装在摆镜固定支架上，摆镜固定支架通过摆镜转轴配合轴承安装在整机底座上；
[0028]电磁驱动机构包括电磁线圈和磁铁；电磁线圈安装在摆镜固定支架上，且位于摆镜反射镜面的背部；磁铁固定在摆镜反射镜面的背部，且位于反射镜面与电磁线圈之间；
[0029]摆镜电路板固定在摆镜固定支架上，用于为电磁驱动机构供电；
[0030]反馈磁块及霍尔传感器均固定在摆镜反射镜面的背部，反馈磁块跟随反射镜面进行谐振周期性摆动，霍尔传感器用于感应反馈磁块磁通量的变化。
[0031]本技术的有益效果是：
[0032]1、本技术将电磁驱动的振镜或摆镜作为扫描模块，同时将收发异轴套筒、发射模块、扫描模块及回波信号接收模块均集成固定在整机底座上；相对于现有电机驱动模式的单线激光雷达，具有体积小、成本低以及寿命长的优势。
[0033]2、本技术中的摆镜通过谐振扫描方式和霍尔传感器等一系列反馈实现对扫描角度的精确控制，没有常规电机驱动所需编码器等设备，进一步大大减小实际外形尺寸和用料成本，可广泛应用在各个领域的测距环境。
[0034]3、本技术根据出射光斑的具体尺寸进行摆镜反射面的合理计算，设计出大尺寸扫描反射面，保证摆镜镜面在光斑的投影方向面积尺寸大于光斑实际尺寸，摆镜反射面不会对回波信号的实际接收孔径产生限制；保证能量的完全利用，最大限度提高设备测试精度；另外，摆镜可实现全角至少60度的角度扫描，扫描频率高，提高单线雷达的图像显示帧率。
[0035]4、本技术结合收发异轴套筒，将发射准直系统与接收聚焦系统完全隔离，探测器不会受到发射信号的干扰，进一步确保高的测量精度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种小体积单线激光雷达设备，包括发射模块、扫描模块及回波信号接收模块；其特征在于：还包括收发异轴套筒(5)和整机底座(4)；收发异轴套筒(5)、发射模块、扫描模块及回波信号接收模块均固定在整机底座(4)上；收发异轴套筒(5)包括两个相互隔离的光路通道，其中一路为发射光路通道，另一路为接收光路通道；发射模块的光学中心轴与发射光路通道中心轴重合，用于发射激光至发射光路通道；扫描模块为振镜或者摆镜，振镜或者摆镜包括反射镜面(7)和电磁驱动机构，基于电磁驱动机构驱动振镜或者摆镜的反射镜面(7)进行谐振周期性摆动；振镜或者摆镜位于收发异轴套筒(5)发射光路通道出光口(51)以及接收光路通道入光口(52)一侧，用于将发射光路通道出射的激光反射至被测物体，并将被测物体反射的回波信号反射至接收光路通道；回波信号接收模块的光学中心轴与接收光路通道中心轴重合，用于接收接收光路通道出射的回波信号。2.根据权利要求1所述的小体积单线激光雷达设备，其特征在于：扫描模块为摆镜；摆镜还包括摆镜固定支架(8)、摆镜转轴(13)、摆镜电路板(14)、反馈磁块(9)及霍尔传感器(10)；摆镜的反射镜面(7)安装在摆镜固定支架(8)上，摆镜固定支架(8)通过摆镜转轴(13)配合轴承安装在整机底座(4)上；电磁驱动机构包括电磁线圈(12)和磁铁(11)；电磁线圈(12)安装在摆镜固定支架(8)上，且位于反射镜面(7)的背部；磁铁(11)固定在反射镜面(7)的背部，且位于反射镜面(7)与电磁线圈(12)之间；摆镜电路板(14)固定在摆镜固定支架(8)上，用于为电磁驱动机构供电；反馈磁块(9)及霍尔传感器(10)均固定在反射镜面(7)的背部，反馈磁块(9)跟随反射镜面(7)进行谐振周期性摆动，霍尔传感器(10)用于感应反馈磁块(9)磁通量的变化。3.根据权利要求2所述的小体积单线激光雷达设备，其特征在于：摆镜的反射镜面(7)在出射光斑的投影方向面积尺寸大于光斑实际尺寸。4.根据权利要求3所述的小体积单线激光雷达设备，其特征在于：发射模块包括激光发射器以及激光准直镜组；激光发射器的出光端口与收发异轴套筒(5)发射光路通道的入光端口紧配合，且激光发射器出光端口的中心轴与发射光路通道中心轴重合；激光准直镜组固定在收发异轴套筒(5)发射光路通道内，且激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：范乔丹，何耀军，夏长锋，
申请(专利权)人：西安知微传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
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