CN108318889A - 一种基于mems微镜激光测距传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于MEMS微镜激光测距传感器，包括：激光发射单元，光斑整形元件，MEMS微镜模组，发射结构件，接收镜头，接收模组，连接结构件，控制单元；其中，激光发射单元发射激光，经过整形透镜整形，通过发射结构件对MEMS微镜进行调节，使发射光斑照射到MEMS微镜中央，提高调节精度和调节效率，连接结构件、发射组件和接收镜头经过形状配合定位保证组装精度，通过控制单元进行发射、扫描和接收实现激光测距功能。

Description

一种基于MEMS微镜激光测距传感器
技术领域
本发明属于激光测距技术领域，具体来说，涉及到一种基于MEMS微镜激光测距传感器。
背景技术
激光扫描测距雷达能够用于检测目标的位置，轮廓和速度，激光测距雷达的应用领域逐步在拓展，精确测量、导航定位、安全避障，并开始应用于无人驾驶技术。激光扫描雷达是将发射的激光束通过旋转扫描发射形成扫描截面，从而测试出待测物的特征信息。
目前激光扫描雷达有二维扫描激光雷达和三维扫描激光雷达。其中基于MEMS微镜的激光测距传感器正在被争相研发，该传感器可以实现小体积，轻重量，减小功耗和成本的基础上提高激光测距传感器的分辨率，通过使用控制电压和相位实现振镜扫描，完成激光测距传感器的扫描发射。MEMS微镜体积小，光源反射面积也小，边缘振动臂会反光，将聚焦发射光源调节到MEMS微镜中央，避免杂散光影响扫描测距，因此需要对MEMS微镜模组进行精确调节并进行紧固。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于MEMS微镜激光测距传感器。
一种基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，包括：激光发射单元，光斑整形元件，MEMS微镜模组，发射结构件，接收镜头，接收模组，连接结构件，控制单元；其中，激光发射单元发射激光，经过整形透镜整形，通过发射结构件对MEMS微镜进行调节，使发射光斑照射到MEMS微镜中央，提高调节精度和调节效率，连接结构件、发射组件和接收镜头经过形状配合定位保证组装精度，通过控制单元进行发射、扫描和接收实现激光测距功能。
优选的，所述激光发射单元为激光半导体激光器，光斑整形元件为一组透镜和衍射光学元件的组合体，透镜是非球面透镜，衍射光学元件为菲涅尔透镜用于对激光光源进行聚焦。
优选的，所述激光发射单元为激光半导体激光器，光斑整形元件为一组透镜和微透镜阵列的组合体，透镜是非球面透镜，微透镜阵列为柱透镜或者球面透镜用于对激光光源进行聚焦和匀化。
优选的，所述MEMS微镜模组是MEMS微镜焊接在电路板上的组合体，或者是MEMS微镜和机械结构件封装的方形组合体。
优选的，当MEMS微镜模组是MEMS微镜焊接在电路板上的组合体时，发射结构件为30-60°楔形斜面，楔形留有通过光路和MEMS微镜的狭槽，狭槽和MEMS微镜外框形状精密配合，通过前后调节MEMS微镜模组前后的自由度方向，使光斑照射到镜面中央位置且不会照射到反光镜以外位置，然后将压住MEMS微镜模组的压板一端紧固到发射结构件上，另一端通过压板上的螺纹孔旋接螺钉将MEMS微镜模组压住，所述的压板是和发射结构件斜面角度相同的结构件，一端留有紧固在发射结构件上的孔，一端留有用于压紧MEMS微镜模组的螺纹孔。
优选的，当MEMS微镜模组是MEMS微镜和机械结构件封装的方形组合体时，发射结构件为和MEMS微镜模组配合的槽体，底面为平面，将MEMS微镜模组放入槽体，底面和MEMS微镜下底面接触，前后调节MEMS微镜模组的自由度方向，使光斑照射到镜面中央位置且不会照射到反光镜以外位置，在发射结构件槽体侧面边缘有穿过螺钉的狭槽，通过螺钉将MEMS微镜组件进行紧固连接，当MEMS微镜模组没有预留螺纹孔时，通过发射结构组件槽体侧面螺孔安装螺钉对MEMS微镜模组实现顶紧固定。
优选的，连接结构件上有和发射组件和接收镜头组件相匹配的外形配合结构实现将发射组件、接收镜头紧密配合保证测距精度。
附图说明
图1是基于MEMS微镜的激光测距传感器具体结构示意图。
图2是实施例1中的基于MEMS微镜的激光测距传感器发射单元剖面示意图。
图3中的图(a)和(b)分别是实施例1和实施例2中的MEMS微镜两种封装形式的示意图。
图4是实施例1中的发射结构件和压板结构件示意图。
图5是实施例2中的发射结构件的结构示意图。
图6是连接结构件的结构示意图。
附图标记说明：
激光发射单元1、MEMS微镜模组2、发射结构件3、连接结构件4、接收镜头5、接收模组6、光斑整形元件7、压板8。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的一种基于MEMS微镜激光测距传感器做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
如图1中所示，一种基于MEMS微镜激光测距传感器，包括：激光发射单元1，光斑整形元件7，MEMS微镜模组2，发射结构件3，接收镜头5，接收模组6，连接结构件4，控制单元；其中，激光发射单元1发射激光，经过整形透镜整形，通过发射结构件3对MEMS微镜进行调节，使发射光斑照射到MEMS微镜中央，提高调节精度和调节效率，连接结构件4、发射组件和接收镜头5经过形状配合定位保证组装精度，通过控制单元进行发射、扫描和接收实现激光测距功能。
激光发射单元1为激光半导体激光器。光斑整形元件7为一组透镜和衍射光学元件的组合体或者为一组透镜和微透镜阵列的组合体。透镜是非球面透镜，衍射光学元件为菲涅尔透镜用于对激光光源进行聚焦。微透镜阵列为柱透镜或者球面透镜用于对激光光源进行聚焦和匀化。
如图2、图3(a)和图4中所示，MEMS微镜模组2是MEMS微镜焊接在电路板上的组合体。发射结构件3为30-60°楔形斜面，楔形留有通过光路和MEMS微镜的狭槽，狭槽和MEMS微镜外框形状精密配合，通过前后调节MEMS微镜模组2前后的自由度方向，使光斑照射到镜面中央位置且不照射到反光镜以外位置，然后将压住MEMS微镜模组2的压板8一端紧固到发射结构件3上，另一端通过压板8上的螺纹孔旋接螺钉将MEMS微镜模组2压住，所述的压板8是和发射结构件斜面角度相同的结构件，一端留有紧固在发射结构件上的孔，一端留有用于压紧MEMS微镜模组的螺纹孔。
如图6中所示，连接结构件4上有和发射组件和接收镜头5组件相匹配的外形配合结构实现将发射组件、接收镜头5紧密配合保证测距精度。
实施例2
如图1中所示，一种基于MEMS微镜激光测距传感器，包括：激光发射单元1，光斑整形元件7，MEMS微镜模组2，发射结构件3，接收镜头5，接收模组6，连接结构件4，控制单元；其中，激光发射单元1发射激光，经过整形透镜整形，通过发射结构件3对MEMS微镜进行调节，使发射光斑照射到MEMS微镜中央，提高调节精度和调节效率，连接结构件4、发射组件和接收镜头5经过形状配合定位保证组装精度，通过控制单元进行发射、扫描和接收实现激光测距功能。
激光发射单元1为激光半导体激光器。光斑整形元件7为一组透镜和衍射光学元件的组合体或者为一组透镜和微透镜阵列的组合体。透镜是非球面透镜，衍射光学元件为菲涅尔透镜用于对激光光源进行聚焦。微透镜阵列为柱透镜或者球面透镜用于对激光光源进行聚焦和匀化。
如图3(b)和图5中所示，MEMS微镜模组2是MEMS微镜和机械结构件封装的方形组合体。发射结构件3为和MEMS微镜模组2配合的槽体，底面为平面，将MEMS微镜模组2放入槽体，底面和MEMS微镜下底面接触，前后调节MEMS微镜模组2的自由度方向，使光斑照射到镜面中央位置且不照射到反光镜以外位置，在发射结构件3槽体侧面边缘有穿过螺钉的狭槽，通过螺钉将MEMS微镜组件进行紧固连接，当MEMS微镜模组2没有预留螺纹孔时，通过发射结构组件槽体侧面螺孔安装螺钉对MEMS微镜模组2实现顶紧固定。
如图6中所示，连接结构件4上有和发射组件和接收镜头5组件相匹配的外形配合结构实现将发射组件、接收镜头5紧密配合保证测距精度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，包括：激光发射单元，光斑整形元件，MEMS微镜模组，发射结构件，接收镜头，接收模组，连接结构件，控制单元；其中，激光发射单元发射激光，经过整形透镜整形，通过发射结构件对MEMS微镜进行调节，使发射光斑照射到MEMS微镜中央，提高调节精度和调节效率，连接结构件、发射组件和接收镜头经过形状配合定位保证组装精度，通过控制单元进行发射、扫描和接收实现激光测距功能。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，所述激光发射单元为激光半导体激光器，光斑整形元件为一组透镜和衍射光学元件的组合体，透镜是非球面透镜，衍射光学元件为菲涅尔透镜用于对激光光源进行聚焦。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，所述激光发射单元为激光半导体激光器，光斑整形元件为一组透镜和微透镜阵列的组合体，透镜是非球面透镜，微透镜阵列为柱透镜或者球面透镜用于对激光光源进行聚焦和匀化。
4.根据权利要求1至3中任意一条所述的基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，所述MEMS微镜模组是MEMS微镜焊接在电路板上的组合体，或者是MEMS微镜和机械结构件封装的方形组合体。
5.根据权利要求4所述的基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，当MEMS微镜模组是MEMS微镜焊接在电路板上的组合体时，发射结构件为30-60°楔形斜面，楔形留有通过光路和MEMS微镜的狭槽，狭槽和MEMS微镜外框形状精密配合，通过前后调节MEMS微镜模组前后的自由度方向，使光斑照射到镜面中央位置且不会照射到反光镜以外位置，然后将压住MEMS微镜模组的压板一端紧固到发射结构件上，另一端通过压板上的螺纹孔旋接螺钉将MEMS微镜模组压住，所述的压板是和发射结构件斜面角度相同的结构件，一端留有紧固在发射结构件上的孔，一端留有用于压紧MEMS微镜模组的螺纹孔。
6.根据权利要求4所述的基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，当MEMS微镜模组是MEMS微镜和机械结构件封装的方形组合体时，发射结构件为和MEMS微镜模组配合的槽体，底面为平面，将MEMS微镜模组放入槽体，底面和MEMS微镜下底面接触，前后调节MEMS微镜模组的自由度方向，使光斑照射到镜面中央位置，在发射结构件槽体侧面边缘有穿过螺钉的狭槽，通过螺钉将MEMS微镜组件进行紧固连接，当MEMS微镜模组没有预留螺纹孔时，通过发射结构组件槽体侧面螺孔安装螺钉对MEMS微镜模组实现顶紧固定。
7.根据权利要求5或6所述的基于MEMS微镜激光测距传感器，其特征在于，连接结构件上有和发射组件和接收镜头组件相匹配的外形配合结构实现将发射组件、接收镜头紧密配合保证测距精度。
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