CN113885035A - 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达 - Google Patents

用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN113885035A
CN113885035A CN202111302407.6A CN202111302407A CN113885035A CN 113885035 A CN113885035 A CN 113885035A CN 202111302407 A CN202111302407 A CN 202111302407A CN 113885035 A CN113885035 A CN 113885035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
scanning
magnetic
rotor
magnetic field
scanning device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111302407.6A
Other languages
English (en)
Inventor
高永丰
向少卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hesai Technology Co Ltd
Original Assignee
Hesai Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hesai Technology Co Ltd filed Critical Hesai Technology Co Ltd
Priority to CN202111302407.6A priority Critical patent/CN113885035A/zh
Publication of CN113885035A publication Critical patent/CN113885035A/zh
Priority to PCT/CN2022/098330 priority patent/WO2023077808A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

一种用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达，所述扫描装置包括谐振电机和扫描镜；所述谐振电机，包括转子和定子；所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；所述扫描镜适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜的往复摆动。所述扫描装置能够以相对更小的驱动功率，实现扫描镜更高频率、更大幅度的往复摆动，有利于实现扫描镜在一定频率下低功耗、大角度的往复摆动，有利于克服由于扫描镜尺寸过小而引起的激光雷达扫描视场范围受限问题。

Description

用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达。
背景技术
激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于无人驾驶、智能机器人、无人机等领域。近年来，自动驾驶技术发展迅速，激光雷达作为其距离感知的核心传感器，已不可或缺。
在激光雷达中，通过扫描装置的反射面反射光束，从而形成用于扫描的光束。用于激光雷达的扫描装置一种是采用振镜，通过振镜的反射面的往复运动实现扫描。为了获得较高的扫描频率，激光雷达中的扫描装置往往采用MEMS振镜。
由于制作工艺限制，MEMS振镜的驱动力有限，所能驱动的反射面面积相对较小，因此单一MEMS振镜能达到的扫描视场往往不足以满足激光雷达的视场角需求，而多个MEMS振镜的设置又对振镜的制作精度和装配精度提出了相当高的要求。
另一方面，音圈电机是一种直接驱动电机，能将电能直接转化成直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。音圈电机很适合往复运动，并且设计相对简单。其中音圈电机用以驱动小惯量负载，在有限转角内进行往复摆动，具有体积小、重量轻、安装方便、控制精度高等优势，被广泛应用于磁盘驱动器等领域。
但是受限于驱动器的原理和特性，在提高扫描镜往复运动频率(不低于10Hz)、增大往复运动幅度(扫描角度大于20度)时，音圈电机往往需要较高的驱动功率，影响其在激光雷达中的应用。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达，以实现驱动低功耗、扫描镜大角度的往复摆动，扩大扫描镜面积。
为解决上述问题，本发明提供一种用于激光雷达的扫描装置，包括谐振电机和扫描镜；所述谐振电机，包括转子和定子；所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；所述扫描镜适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜的往复摆动。
可选的，所述谐振电机包括：磁环，所述磁环包括多对磁体，所述多对磁体沿周向分布；线圈组，所述线圈组包括多个绕组线圈，所述多个绕组线圈沿所述磁环的周向分布。
可选的，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的外周，包围所述磁环分布。
可选的，所述回复组件位于所述线圈组远离所述磁环的一侧。
可选的，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的内周，所述磁环包围所述多个绕组线圈。
可选的，所述回复组件位于所述磁环远离所述线圈组的一侧。
可选的，所述转子包括所述磁环，所述定子包括所述线圈组。
可选的，所述转子在第一作用驱动下绕所述转轴自所述平衡位置向所述预设位置偏转，其中所述第一作用为所述线圈组中绕组线圈内传输的电流与所述磁环的磁场之间的相互作用。
可选的，所述回复组件包括：至少一个磁性部；所述转子至少在第二作用驱动下绕所述转轴回复至所述平衡位置，所述第二作用包括所述磁性部的磁场与所述磁环的磁场之间的相互作用。
可选的，与所述磁性部相对应的磁体和所述磁性部之间相互吸引，使所述磁环保持在所述平衡位置。
可选的，所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组中绕组线圈内传输的电流，所述转子在所述第二作用驱动下回复至所述平衡位置。
可选的，所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组中绕组线圈内传输的电流并向所述线圈组中的绕组线圈输入反向电流，所述转子在第一作用和所述第二作用的共同驱动下回复至所述平衡位置。
可选的，所述回复组件还包括：激励线圈，所述激励线圈适宜于调节所对应磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
可选的，还包括：检测单元，所述检测单元适宜于检测所述回复组件的有效磁场；调节单元，基于所述检测单元的检测结果，适宜于控制所述激励线圈来调节所述磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
可选的，还包括：配重件，所述配重件位于所述转子远离所述扫描镜的一侧，使所述转子、所述扫描镜和所述配重件整体的重心位于所述转轴位置处。
可选的，所述扫描镜的数量为一个或多个，所述一个或多个扫描镜与所述配重件相对设置。
可选的，所述扫描镜的数量为两个；两个所述扫描镜的镜面呈预设角度。
相应的，本发明还提供一种激光雷达，包括：光发射装置，所述光发射装置适宜于产生探测光；扫描装置，所述扫描装置为本发明的激光雷达；所述扫描装置反射所述探测光至三维空间、并反射三维空间中目标反射所述探测光所形成的回波光；光接收装置，所述光接收装置适宜于探测所述回波光。
此外，本发明还提供一种用于激光雷达扫描装置的控制方法，所述扫描装置包括谐振电机和扫描镜；所述谐振电机，包括转子和定子；所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；所述扫描镜适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜的往复摆动；所述回复组件包括：激励线圈和磁性部，所述激励线圈围绕所对应的磁性部；所述控制方法包括：通过所述激励线圈调节所对应磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
可选的，调节所对应磁性部的磁场之前，还包括：检测所述回复组件的有效磁场；调节所对应磁性部的磁场时，基于所述检测单元的检测结果，控制所述激励线圈来调节所述磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
可选的，在开机自检过程中，检测所述回复组件的有效磁场。
可选的，在所述扫描装置扫描过程中，实时检测所述磁性部的磁场。
可选的，在预设条件下，控制所述激励线圈对所述磁性部进行充磁。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案中，所述扫描镜通过谐振电机驱动，由于谐振电机的驱动能力更强，能够突破驱动力对扫描镜面积的限制，即所述扫描镜的面积较大，有利于扫描视场角的扩大；而且所述谐振电机通过包括回复组件，所述回复组件是所述转子绕所述转轴回复至平衡位置。所述回复组件的加入，能够以相对更小的驱动功率，实现扫描镜更高频率、更大幅度的往复摆动，有利于实现扫描镜在一定频率下低功耗、大角度的往复摆动，有利于克服由于扫描镜尺寸过小而引起的激光雷达扫描视场范围受限问题。
本发明可选方案中，所述谐振电机包括磁环和线圈组，所述谐振电机的转子包括所述磁环，所述谐振电机的定子包括所述线圈组。所述线圈组固定设置，能够有效避免线圈组反复绕曲，能够有效提高所述谐振电机的稳定性；而且固定设置所述线圈组的做法，也有利于线圈散热，能有效改善所述扫描装置的散热问题。
本发明可选方案中，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的外周，包围所述磁环分布，即绕组线圈设置于所述磁环和所述回复组件之间，能实现较小负载下的紧凑设置，有利于控制所述扫描装置的体积。所述谐振电机的转子包括所述磁环，所述谐振电机的定子包括所述线圈组。将构成转子的磁环设置内圈，转子半径较小，能够最大程度的减小转子的转动惯量，有利于驱动力需求的降低，有利于减小谐振电机其他部件的体积，有利于提高谐振电机的紧凑度。
本发明可选方案中，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的内周，所述磁环包围所述多个绕组线圈，即磁环设置与所述绕组线圈和所述回复组件之间。所述磁环和所述回复组件之间的距离更近，能有提供更大的驱动力，有利于提高谐振电机的驱动力，有利于更大面积扫描镜的设置。
本发明可选方案中，所述扫描装置还包括：配重件。所述配重件位于所述转子远离所述扫描镜的一侧，使所述转子、所述扫描镜和所述配重件整体的重心位于所述转轴位置处。配重件的设置能有效提高扫描镜转动的稳定性，有利于扫描光路精度和稳定性的提高。
本发明可选方案中，所述扫描装置中，所述扫描镜的数量为多个，所述多个扫描镜之间成预设角度设置。由于所述扫描装置通过谐振电机实现驱动，因此驱动能力较强，能够同时驱动多个扫描镜，简单方便地使多个扫描镜做相同频率、相同幅度的往复运动，能够有效拓展激光雷达光路设计的空间。
本发明可选方案中，所述扫描装置还包括激励线圈。激励线圈一方面可以调整所对应磁性部的磁场，以消除不同磁性部的一致性差异或是温度差异引起的磁场差异；另一方面还可以用以对磁性部充磁，从而保证扫描频率和扫描幅度的稳定，提高所述扫描装置的稳定性。
附图说明
图1是本发明用于激光雷达的扫描装置一实施例的剖面结构示意图；
图2是图1所示扫描装置一实施例中谐振电机的剖面结构示意图；
图3是图2所示扫描装置实施例中谐振电机的磁环中磁体所对应磁场区域的示意图；
图4是图2所示扫描装置实施例中谐振电机的转子位于第一方向的预设位置时的结构示意图；
图5是图2所示扫描装置实施例中谐振电机的转子位于第二方向的预设位置时的结构示意图；
图6是本发明用于激光雷达的扫描装置另一实施例的剖面结构示意图；
图7是图6所示扫描装置实施例中谐振电机的结构示意图；
图8是本发明用于激光雷达的扫描装置另一实施例的剖面结构示意图；
图9是本发明激光雷达采用同轴收发***实施例的光路结构示意图；
图10是本发明激光雷达采用旁轴收发***实施例的光路结构示意图；
图11是本发明激光雷达用扫描装置控制方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中音圈电机在提高频率和幅度时，存在驱动功率过高的问题。
音圈电机的力学模型可以简化为一个“质量-阻尼”二阶***，因此其力学传递函数可以写作：
Figure BDA0003338764350000061
其中，J为转动惯量，c为阻尼，s是工作频率，X是位移量，F是驱动力。
在低阻尼(一般电机都会尽量降低阻尼)情况下，上述传递函数的增益与频率的二次方成反比，即随着频率s增加，音圈电机的动力学增益X(s)/F(s)会迅速下降，以音圈电机驱动扫描镜做往复运动的扫描装置中，一旦提高扫描频率或增大扫描角度，则驱动力的需求会大幅提高，扫描装置中音圈电机的驱动功率大幅上升。
为解决所述技术问题，本发明提供一种用于激光雷达的扫描装置，包括谐振电机和扫描镜；所述谐振电机，包括转子和定子；所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；所述扫描镜适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜的往复摆动。
本发明技术方案中，所述扫描镜通过谐振电机驱动，由于谐振电机的驱动能力更强，能够突破驱动力对扫描镜面积的限制，即所述扫描镜的面积较大，有利于激光雷达扫描视场角的扩大；而且所述谐振电机通过包括回复组件，所述回复组件是所述转子绕所述转轴回复至平衡位置。所述回复组件的加入，能够以相对更小的驱动功率，实现扫描镜更高频率、更大幅度的往复摆动，有利于实现扫描镜在一定频率下低功耗、大角度的往复摆动，有利于克服由于扫描镜尺寸过小而引起的激光雷达扫描视场范围受限问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图1，示出了本发明用于激光雷达的扫描装置一实施例的剖面结构示意图。
所述扫描装置包括：谐振电机110。
谐振电机110适宜于提供驱动力，以驱动相连的扫描镜120做往复运动实现扫描。所述谐振电机110中能够运动的部分构件为所述转子，不能运动的部分构件为所述定子。
参考图2，示出了图1所示扫描装置一实施例中谐振电机的剖面结构示意图。
本发明一些实施例中，所述谐振电机110包括：磁环111，所述磁环111包括多对磁体111n或111s，其中，磁体111n和磁体111s的磁性相反，优选地，所述磁体111n为磁性北极，所述磁体111s为磁性南极。所述多对磁体111n或111s沿周向111a分布；线圈组112，所述线圈组112包括多个绕组线圈112c，所述多个绕组线圈112c沿所述磁环的周向111a分布。
如图2所示实施例中，所述谐振电机110为8极8相电机，所述谐振电机的磁环111包括4对磁体111n或111s。所述线圈组112包括8个绕组线圈112c。
所述磁环111和所述线圈组112共轴设置，即所述磁环111横截面的中心点连线即为所述转轴110a，所述线圈组112围绕同一转轴110a分布，且每个绕组线圈112c到所述转轴110a的距离相等。
本发明一些实施例中，所述线圈组112的多个绕组线圈112c位于所述磁环111的外周，包围所述磁环111分布，也就是说，将所述绕组线圈112c设置于所述磁环111***，能够避免所述绕组线圈112c设置受到空间限制，有利于优化所述线圈组112的设计和散热。
需要说明的是，本发明一些实施例中，所述谐振电机110的转子包括所述磁环111，所述谐振电机110的定子包括所述线圈组112，即所述磁环111能够绕所述转轴110a转动；所述线圈组112的位置固定。
由于所述线圈组112需要供电才能产生驱动力/力矩，也就是说，所述线圈组112中的每个绕组线圈112c均需要至少与外部电源相连，所以所述线圈组112作为定子，能够有效避免线圈组112中绕组线圈112c反复绕曲，有利于提高所述谐振电机的稳定性；而且固定设置也有利于绕组线圈112c散热，能有效改善所述扫描装置的散热问题。
而且作为转子的磁环111设置于所述线圈组112内部，能有效限制所述转子的转动半径，能够较大程度的减小转子转动惯量，有利于驱动力需求的降低，有利于减小电机其他部件的体积，有利于电机紧凑度的提高。
所述回复组件适宜于使所述转子回复至所述平衡位置。
通过所述回复组件使所述转子回复至所述平衡位置，以实现所述转子的往复运动，从而能够有效控制所述谐振电机的功耗；另外，所述回复组件还可以使所述转子的往复运动频率位于增益最大的谐振频点，能够最大限度的利用所述谐振电机的驱动功率，即能够以较小的驱动功率，获得更大的扫描角度，有利于实现大扫描角度和低功率的兼顾。
需要说明的是，所述平衡位置为所述谐振电机无供电时，所述定子和所述转子稳定状态所处的位置，也就是说，当所述谐振电机无供电时，所述转子处于稳定平衡状态。
如图2所示，本发明一些实施例中，所述回复组件(图中未标示)位于所述线圈组112远离所述磁环111的一侧，也就是说，所述多个绕组线圈112c包围所述磁环111分布，且所述回复组件位于所述绕组线圈112c的***。
本发明一些实施例中，所述回复组件包括：至少一个磁性部113a。所述转子至少在第二作用驱动下绕所述转轴110a回复至所述平衡位置，所述第二作用包括所述磁性部113a的磁场与所述磁环111的磁场之间的相互作用。
如图2所示实施例，所述回复组件包括2个磁性部113a，所述2个磁性部113a与所述转轴110a共面，而且所述2个磁性部113a之间的连线与所述转轴110a正交。
需要说明的是，图2所示实施例，所述回复组件包括2个磁性部113a的目的在于便于反射镜摆动。但是所述回复组件中磁性部113a的数量设置为2个的做法仅为一示例。本发明其他实施例中，所述磁性部的数量也可以设置为1个或更多，并根据磁场分布设置。
如前所述，本发明一些实施例中，所述谐振电机的转子包括所述磁环，因此所述磁性部113a和所述磁环111之间的第二作用与所述线圈组112中是否传输电流无关。所以，平衡位置时，与所述磁性部113a相对应的部分磁环111和所述磁性部113a之间相互吸引，也就是说，与所述磁性部113a正对的部分磁环111与所述磁性部113a靠近所述磁环111一侧相互吸引，即与所述磁性部111a正对的部分磁环111为S极时，所述磁性部113a的N极靠近所述磁环111；与所述磁性部113a正对的部分磁环111为N极时，所述磁性部113a的S极靠近所述磁环1111。
本发明一些实施例中，所述转子在第一作用驱动下绕所述转轴100a自所述平衡位置向所述预设位置偏转，其中所述第一作用为所述线圈组112中绕组线圈内传输的电流与所述磁环111的磁场之间的相互作用。
所述转子处于平衡位置时，向所述线圈组112中的多个绕组线圈112c输入第一电流，基于通电导体在磁场中受力的原理，所述线圈组112中绕组线圈112c内传输的第一电流与所述磁环111的磁场之间的相互作用会使所述磁环111和所述线圈组112发生绕所述转轴110a的相对转动。
如图2所示，平衡位置时，所述绕组线圈112c的一部分与一个磁体111s相对应，另一部分延伸至与相邻的磁体111n相对应。
需要说明的是，构成磁环111的多对磁体111n或111s将所述磁环111周围的空间划分为各个扇形区域，划分出的每个扇形区域均与一个所述磁体111n或111s相对应，为所对应磁体111n或111s的磁场区域，如图3所示，空间111nb为所述磁体111n的磁场区域。所以所述绕组线圈112c的一部分与一个磁体111s相对应，另一部分延伸至与相邻磁体111n相对应的意思是指：所述绕组线圈112c的一部分位于一个磁体111s的磁场区域内，另一部分延伸至相邻磁体111n的磁场区域内，即所述绕组线圈112c横跨一对相邻磁体111n或111s的磁场区域。
本发明一些实施例中，同一个磁体111n或111s相对应的部分绕组线圈112c内传输的电流方向相同，以保证所述绕组线圈112和所述磁环111之间相互作用的方向一致。具体的，同一个磁体111n或111s相对应的部分绕组线圈112c内传输的第一电流方向相同。
如图2所示，绕组线圈112ca部分位于所述磁体111s的磁场区域内，与绕组线圈112ca相邻的绕组线圈112cb部分也位于所述磁体111s的磁场区域内，所述绕组线圈112ca中位于所述磁体111s的磁场区域内的部分所传输的第一电流方向与所述绕组线圈112cb中位于所述磁体111s的磁场区域内的部分所传输的第一电流方向相同，例如均为垂直纸面向外(如图2中圈112cc中所示)，所以所述绕组线圈112ca和所述绕组线圈112cb中所传输第一电流方向相反，也就是说，图2所示实施例中，所述线圈组112中相邻绕组线圈112c的第一电流方向相反。
具体的，如图2所示，包括所述磁环111的转子处于平衡位置时，向定子内线圈组112中的多个绕组线圈112c输入第一电流，使所述转子绕所述转轴110a沿第一方向(例如逆时针方向)转动。
本发明一些实施例中，当所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组111中传输的电流，所述转子在所述第二作用驱动下回复至所述平衡位置。
由于所述转子是在第一作用下向预设位置偏转的，因此在所述预设位置切断所述线圈组111中绕组线圈112c内传输的电流时，驱动所述转子偏转的第一作用也随之消失，所述转子和所述定子之间仅存在所述磁性部113a和所述磁环111之间的第二作用，因此所述转子会在所述第二作用的驱动下向所述平衡位置偏转，即向所述平衡位置回复。
具体的，如图4所示，当所述转子沿第一方向(例如逆时针方向)转动至第一方向的预设位置时，切断所述线圈组111中传输的电流，所述转子在所述第二作用驱动下绕所述转轴110a沿第二方向(例如顺时针方向)自所述第一方向的预设位置向所述平衡位置转动，其中第二方向与所述第一方向相反。
当所述转子沿第二方向回复至所述平衡位置时，向所述线圈组111中的绕组线圈111c中输入第二电流，所述第二电流的传输方向与所述第一电流的传输方向相反，基于通电导体在磁场中受力的原理，所述线圈组112中绕组线圈112c内传输的第二电流与所述磁环111的磁场之间的相互作用也会使所述磁环111和所述线圈组112发生绕所述转轴110a的相对转动；但是由于第二电流的方向与所述第一电流的方向相反，因此第二电流与所述磁环的磁场之间的相互作用的方向与所述第一电流与所述磁环111的磁场之间的相互作用的方向相反。
具体的，如图2所示，包括所述磁环111的转子沿第二方向(例如顺时针方向)回复至所述平衡位置时，向定子内线圈组112中的多个绕组线圈112c输入所述第二电流，使所述转子绕所述转轴110a沿第二方向(例如顺时针方向)继续向第二方向的预设位置偏转。
需要说明的是，本发明一些实施例中，同一个磁体111n或111s相对应的部分绕组线圈112c内传输的电流方向相同，以保证所述绕组线圈112和所述磁环111之间相互作用的方向一致。因此，与所述第一电流类似，同一个磁体111n或111s相对应的部分绕组线圈112c内传输的第二电流方向相同。
具体的，如图2所示，所述绕组线圈112ca和所述绕组线圈112cb中所传输第二电流方向相反，也就是说，图2所示实施例中，所述线圈组112中相邻绕组线圈112c的第二电流方向相反。
如图5所示，当所述转子沿第二方向偏转至第二方向的预设位置时，再次切断所述线圈组111中传输的电流，所述转子在所述第二作用的驱动下再次回复至所述平衡位置。
由此可见，所述谐振电机的转子在平衡位置、第一方向的预设位置和第二方向的预设位置之间来回往复运动。因此所述谐振电机的力学模型在一定范围内可以近似为弹簧元件。对于弹簧元件而言，偏离平衡位置过程中所形成的势能转变为弹性材料的应变能力；而对于上述谐振电机而言，偏离平衡位置过程中所形成的势能，存储于所述磁环111和所述磁性部113a中，因此上述谐振电机的力学模型可以近似理解为一种简谐运动***。
具体的，所述谐振电机而言，所述转子往复运动的刚度系数k可以表示为：K＝J*(2πf0)2或者K＝m*(2πf0)2，其中f0表示所述谐振电机的工作频率，J表示负载的转动惯量，m表示负载的质量。
需要说明的是，刚度系数K用以表征使负载产生单位位移时所需施加的力的大小。因此刚度系数越小，所需要施加的驱动力越小，即越容易驱动，以降低能耗，并且刚度系数越大，所产生的驱动力越大，能够驱动更大质量的负载。
此外，每一个磁性部113a的磁场与所述磁环111的磁场之间均存在相互作用，也就是说，每一个磁性部113a与所述磁环111之间均能形成一个简谐运动***。如图2所示实施例中，所述回复组件包括2个磁性部113a，分别位于所述磁环111的两侧，即所述磁环111位于两个所述磁性部113a之间。
所以如图1至图5所示实施例中，所述谐振电机的转子和定子之间简谐运动***相当于每个磁性部113a与所述磁环111之间单个简谐运动***共同作用，也就是说，所述谐振电机的转子和定子之间简谐运动***的刚度系数为所述回复组件中所有磁性部113a与所述磁环111之间作用的总和。具体的，所述谐振电机的转子和定子之间简谐运动***的刚度系数表示为：K＝n*k0(x，s(magnet))，其中n表示简谐运动***的个数，k0表示单个简谐运动***的刚度函数，x表示简谐运动***内部的间隙，s表示简谐运动***的几何参数。
根据所述谐振电机的转子和定子之间简谐运动***的刚度系数可以看到，可以通过设置磁性部的数量，调整所述谐振电机的转子和定子之间简谐运动***的刚度系数的大小。具体的，增加磁性部的数量，增加所述谐振电机的转子和定子之间简谐运动***的刚度系数K。
需要说明的是，简谐运动***内部的间隙是指简谐运动***中两个磁体之间的间隙。如图1至图5所示实施例中，简谐运动***内部的间隙即为所述磁性部113a和所述磁环111之间的距离。
此外，在转动至第一方向或第二方向的预设位置时，至少部分所述绕组线圈112c所对应的磁体111n或111s不变，从而保证所述转子在平衡位置附近振荡。所述预设位置与所述磁环111的空间频率相关，也就是说，所述转子的行程与所述磁环111的空间频率相关，改变所述磁环111中磁体的对数，能够调整所述转子的最大行程。
具体的，如图1至图5所示实施例中，所述磁环111包括n对磁体111s和111n，所述预设位置为所述转子自所述平衡位置转过α角度的位置，其中α≤360/(2n*2)。如图2所示实施例中，所述磁环111包括4对磁体111s和111n，所述预设位置与所述平衡位置之间的夹角为22.5°。
需要说明的是，所述磁环111的空间频率仅能够影响所述转子的最大行程，即所述预设位置可能的位置。实际工作过程中，所述转子的行程，除了受到所述磁环111的空间频率限制，还受到所述线圈组112中绕组线圈112c通电时间影响。
继续参考图1，所述扫描装置还包括：扫描镜120。
所述扫描镜120适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜120与所述谐振电机110连接，以实现所述扫描镜的往复摆动。
如前所述，所述谐振电机的转子在平衡位置、第一方向的预设位置和第二方向的预设位置之间来回往复运动，所述扫描镜120与所述谐振电机的转子相连，能够随着所述转子一起做往复摆动，以改变所反射光束的传播方向，实现扫描。
转子转动到某一位置时，扫描镜反射的探测光束对应一空间视场角度进行探测，所述第一方向和第二方向的预设位置分别对应激光雷达水平视场中的最大视场角，比如第一方向预设位置对应+60度视场角，第二方向对应-60度视场角，平衡位置对应0度视场角，通过转子在平衡位置、第一方向的预设位置和第二方向的预设位置之间来回往复运动，实现扫描镜往复摆动，激光雷达在视场范围内的空间进行探测，其中所述探测光束可以由一维线阵排列的激光器或二维面阵排列激光器产生，一维线阵可以是沿竖直方向排列，此外，该扫描装置也可以对垂直视场进行扫描。
如图1所示，本发明一些实施例中，所述扫描装置还包括：还包括：配重件130，所述配重件130位于所述转子远离所述扫描镜120的一侧，使所述转子、所述扫描镜120和所述配重件130整体的重心位于所述转轴位置处。通过配重件的设置，使所述转子、所述扫描镜120和所述配重件130整体的重心位于所述转轴位置处，使所述扫描装置运动部件的整体质心在回转中心，能有效提高扫描装置转动的稳定性，有效保证扫描镜实现光束扫描的稳定性。具体的，如图1所示实施例中，所述配重件130与所述扫描镜120相对设置，以调整整体质心位置。
需要说明的，图1至图5所示实施例中，所述绕组线圈112c设置于所述磁环111***，所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组111中传输的电流，所述转子仅在所述第二作用驱动下回复至所述平衡位置。但是这种设置方式仅为一示例，本发明其他实施例中，所述绕组线圈设置于所述磁环***时，所述转子偏转至预设位置时，也可以切断所述线圈组中绕组线圈内传输的电流并向所述线圈组中的绕组线圈输入反向电流，所述转子在所述第一作用和所述第二作用的共同驱动下回复至所述平衡位置。
参考图6和图7，其中图6示出了本发明用于激光雷达的扫描装置另一实施例的剖面结构示意图，图7是图6所示扫描装置实施例中谐振电机的结构示意图。
所述扫描装置包括：谐振电机210以及与所述谐振电机210转子连接的扫描镜220和配重件230。其中与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。与前述实施例不同之处在于，如图7所示，本发明一些实施例中，所述线圈组212的多个绕组线圈212c位于所述磁环211的内周，所述磁环211包围所述多个绕组线圈212c，也就是说，所述线圈组212中的多个绕组线圈212c均位于所述磁环211的内部，沿所述磁环211的周向分布。
此外，如图7所示，本发明一些实施例中，所述回复组件位于所述磁环211远离所述线圈组212的一侧。如前所述，所述谐振电机的力学模型可以近似理解为简谐运动***。单个简谐运动***的刚度系数与简谐运动***内部的间隙，即与所述磁性部213a和所述磁环211之间的距离相关。
所述绕组线圈212c位于所述磁环211内，所述磁性部213a位于所述磁环211外侧，这种设置方式，能够尽可能的减小所述磁性部213a和所述磁环211之间的距离，简谐运动***的刚度系数的增大，有利于负载质量、负载转动惯量的增大，从而能够在不增大能耗的前提下，实现大尺寸扫描镜的驱动，或者在驱动相同尺寸的扫描镜的情况下，能有效降低能耗。
如前述实施例中所述，所述转子处于平衡位置时，向所述线圈组212中的多个绕组线圈212c输入第一电流，所述转子在第一作用的驱动下绕所述转轴沿第一方向(例如逆时针方向)自所述平衡位置向第一方向的预设位置偏转。
本发明一些实施例中，所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组212中绕组线圈212c内传输的电流并向所述线圈组212中的绕组线圈212c输入反向电流，所述转子在所述第一作用和所述第二作用的共同驱动下回复至所述平衡位置。
具体的，如图6和图7所示实施例中，当所述转子沿第一方向转动至第一方向的预设位置时，切断所述线圈组211中传输的第一电流，并向所述线圈组211中绕组线圈212c内输入第二电流，所述第二电流的方向与所述第一电流的方向相反。
基于通电导体在磁场中受力的原理，所述线圈组212中绕组线圈212c内传输的第二电流与所述磁环211的磁场之间的相互作用也会使所述磁环211和所述线圈组212发生绕所述转轴的相对转动；但是由于第二电流的方向与所述第一电流的方向相反，因此第二电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用的方向与所述第一电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用的方向相反，所述第一作用的方向是使所述转子向平衡位置偏转的方向，也就是说，所述第二电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用的方向与第一方向的预设位置处所述磁性部213a的磁场与所述磁环211的磁场之间的第二作用的方向相同。
具体的，如图6和图7所示实施例中，当所述转子沿第一方向转动至第一方向的预设位置、切断所述第一电流并输入第二电流时，在所述第二电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用和所述磁性部213a的磁场与所述磁环211的磁场之间的第二作用的共同驱动下，所述转子绕所述转轴沿第二方向(例如顺时针方向)自所述第一方向的预设位置向所述平衡位置转动，其中第二方向与所述第一方向相反。
当所述转子沿第二方向回复至所述平衡位置时，向所述线圈组211中的绕组线圈211c中输入第三电流，所述第三电流的传输方向与所述第二电流的传输方向相同，即与所述第一电流的传输方向相反。因此所述第三电流与所述磁环111的磁场之间的第一作用的方向与所述第二电流与所述磁环111的磁场之间的第一作用的方向相同。
具体的，如图6和图7所示实施例中，所述转子沿第二方向回复至所述平衡位置时，向所述线圈组212中的多个绕组线圈212c输入第三电流，使所述转子绕所述转轴沿第二方向(例如顺时针方向)继续向第二方向的预设位置偏转。
当所述转子沿第二方向偏转至第二方向的预设位置时，切断所述线圈组111中传输的第三电流，并向所述线圈组212中的绕组线圈212c输入第四电流，所述第四电流的方向与所述第三电流的方向相反。
由于所述第四电流的方向与所述第三电流的方向相反，因此第四电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用的方向与所述第三电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用的方向相反，也就是说，所述第四电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用的方向与第二方向的预设位置处所述磁性部213a的磁场与所述磁环211的磁场之间的第二作用的方向相同。
具体的，如图6和图7所示实施例中，当所述转子沿第二方向转动至第二方向的预设位置、切断所述第三电流并输入第四电流时，在所述第四电流与所述磁环211的磁场之间的第一作用和所述磁性部213a的磁场与所述磁环211的磁场之间的第二作用的共同驱动下，所述转子绕所述转轴沿第一方向(例如顺时针方向)自所述第二方向的预设位置向所述平衡位置回复。
由此可见，所述谐振电机的转子自预设位置向平衡位置的回复，不仅仅受到所述第二作用的驱动，还受到所述第一作用的驱动。如前所述，谐振电机的力学模型可以近似理解为简谐运动***。
当所述谐振电机转子的回复受到所述第一作用和所述第二作用的共同驱动时，所述谐振电机的力学模型可以看成具有两类简谐运动***——所述磁性部213a和所述磁环211之间构成第一类简谐运动***，所述线圈组212中的多个绕组线圈212c内传输不同方向的电流与所述磁环211之间构成第二类简谐运动***。
当谐振电机的力学模型看成是两类简谐运动***时，其力学模型可以近似的认为是一个二阶谐振***，其在谐振频点两类简谐运动***会出现共振现象，可以产生极大的增益，可以用极小的驱动力产生极大的运动位移。由此可以实现低功耗、大角度的驱动。
出现共振现象、产生最大增益对应的频率为谐振频点。如前所述，所述定子和所述转子之间的简谐运动***的刚度系数K与所述谐振电机的工作频率f0相关，而单个简谐运动***的刚度系数k0受到所述磁性部213a和所述磁环211的磁场以及位置关系影响；因此可以通过所述谐振电机以及所述扫描镜以及配重件等部件的合理设置，使所述谐振电机的工作频率为所示谐振频点，与实现增益的最大化。
另外，与前述实施例不同之处还在于，本发明一些实施例中，所述回复组件还包括：激励线圈214，所述激励线圈214适宜于调节所对应磁性部213a的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
所述激励线圈214一方面可以调整所对应磁性部213a的磁场，以消除不同磁性部213a的一致性差异或是温度差异引起的磁场差异；另一方面还可以用以对磁性部213a充磁，从而保证扫描频率和扫描幅度的稳定，提高所述扫描装置的稳定性。
如图6和图7所示实施例中，以所述磁环211和所述磁性部213a之间连线为轴，所述激励线圈214围绕所对应的磁性部213a。其中，所述激励线圈214与所述磁性部213a相对应是指所述激励线圈214的数量与所述磁性部213a的数量相等，且一一对应。
本发明一些实施例中，所述谐振单元还包括：电流单元215，所述电流单元215适宜于向所述激励线圈214输入电流以使所述回复组件形成预设的有效磁场。具体的，如图6和图7所示实施例中，所述激励线圈214输入电流以后，所述激励线圈214中所传输的电流所形成的磁场与所对应磁性部213a的磁场相叠加，以形成所述回复组件的有效磁场。
由于生产一致性问题，不同磁体之间会存在磁场强度的差异，因此同一扫描装置中不同的磁性部、不同扫描装置中的磁性部都会出现磁场强度的差异，而磁场强度的差异会影响简谐运动***的刚度系数，进而影响所述扫描装置的扫描频率和扫描幅度等。因此可以通过调整所述激励线圈214中所传输电流以调整所述激励线圈214中所传输的电流所形成的磁场，以消除一致性差异引起的简谐运动***刚度系数差异，从而使叠加后所形成的有效磁场保持稳定，进而保证简谐运动***的刚度系数的稳定，即保证简谐运动***的刚度系数为设定值。
此外，磁体具有温度效应。一般来说，随着温度的上升，磁体的磁性会下降。因此中不同温度下，同一磁体的磁场也会发生变化，因此在温度变化的时候，也可以通过调整所述激励线圈214中所传输电流以调整所述激励线圈214中所传输的电流所形成的磁场，以消除温度变化所导致的简谐运动***刚度系数差异，从而使叠加后所形成的有效磁场保持稳定，进而保证简谐运动***的刚度系数的稳定。
另外，磁体还存在时间效应，即在生命周期内磁体的磁性会发生衰减，因此随着使用时间的延长，简谐运动***的刚度系数也会衰减，因此可以通过所述激励线圈214在生命周期的适当时间节点对所述磁性部213a进行充磁，以恢复所述磁性部213a的磁性，以达到修复简谐运动***刚度系数的目的。
继续参考图6，本发明一些实施例中，所述扫描装置还包括：检测单元240，所述检测单元240适宜于检测所述回复组件的有效磁场；调节单元250，基于所述检测单元240的检测结果，适宜于控制所述激励线圈来调节所述磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
具体的，本发明一些实施例中，在开机自检过程中，所述检测单元240检测所述回复组件的有效磁场；所述调节单元250包括：第一控制器251，基于开机自检过程中所述检测单元240的检测结果，所述第一控制器251适宜于控制所述激励线圈形成调节磁场，所述调节磁场与所对应磁性部的磁场相配合以形成预设的有效磁场。
此外，本发明一些实施例中，所述检测单元240实时检测所述磁性部的磁场；所述调节单元250包括：第二控制器252，基于所述检测单元240实时的检测结果，所述第二控制器252适宜于控制所述激励线圈形成实时的调节磁场，所述实时的调节磁场与所对应磁性部的磁场相配合以形成预设的有效磁场。
另外，本发明一些实施例中，所述调节单元250还包括：第三控制器253，在预设条件下，所述第三控制器253适宜于控制所述激励线圈对所述磁性部进行充磁。其中，所述预设条件包括时间条件和磁场条件中的至少一个，所述时间条件是指使用时间满足预设时间长度时，所述磁场条件是指所述检测单元240检测到所示回复组件的有效磁场低于预设值时。
参考图8，示出了本发明用于激光雷达的扫描装置另一实施例的剖面结构示意图，
与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。与前述实施例不同之处在于，本发明一些实施例中，所述扫描镜的数量为一个或多个，所述一个或多个扫描镜与所述配重件相对设置。
由于所述谐振电机能够以更小的驱动功率，实现扫描镜更大运动频率、更大运动幅度的往复摆动，也就是说，所述驱动电机能够以更小的驱动功率获得更大的驱动能力，所以所述谐振电机的设置，能够为多个扫描镜或者更大尺寸的扫描镜的设置提供可能，能够有效扩大扫描视场。
具体的，如图8所示实施例中，所述扫描镜的数量为2个，分别为扫描镜321和扫描镜322，所述2个扫描镜位于所述转轴的一侧，所述配重件330位于所述转轴的另一侧，以调整所述转子、所述扫描镜和所述配重件整体的重心位置。
此外，本发明一些实施例中，所述扫描镜的数量为多个时，所述多个扫描镜的镜面之间具有预设角度。具体的，如图8所示实施例中，所述扫描镜的数量为两个，分别为扫描镜321和扫描镜322，所述扫描镜321和所述扫描镜322的镜面之间呈预设角度，例如90°。
需要说明的是，本发明一些实施例中，采用所述扫描装置的激光雷达具有两组收发***，其中两组收发***可以用为同轴收发***或者旁轴收发***。两组收发***分别对应不同的扫描镜的镜面，即一组收发***发射的光束和接收的光束均经所述扫描镜321反射，另一组收发***发射的光束和接收的光束均经所述扫描镜322反射，以达到扩大视场的目的。其中，所述旁轴收发***为光发射装置和光接收装置沿垂直水平面的方向设置。
本发明另一些实施例中，采用所述扫描装置的激光雷达仅具有一组收发***，所述收发***为旁轴收发***，所述收发***分别通过2个所述扫描镜分别进行光束收发，即所述收发***中光发射装置产生的光束经所述扫描镜321和所述扫描镜322中的一个反射来实现光束发射，所述收发***中光接收装置所要接收的光束经所述扫描镜321和所述扫描镜322中的另一个反射来实现光束接收。
由于2个扫描镜与同一谐振电机相连，因此2个扫描镜的扫描频率和扫描幅度是严格一致的，能有效避免工艺一致性问题引起的光路偏差，能够有效保证光束扫描的稳定性，有效降低装配工艺难度。
相应的，本发明还提供一种激光雷达，具体包括：光发射装置411，所述光发射装置适宜于产生探测光；扫描装置412，所述扫描装置为本发明的扫描装置，所述扫描装置反射所述探测光至三维空间、接收并反射三维空间中目标反射所述探测光所形成的回波光；光接收装置413，所述光接收装置适宜于探测所述回波光。
所述扫描装置412为本发明的扫描装置。所述扫描装置的具体技术方案参考前述扫描装置实施例的记载，本发明在此不再赘述。
所述扫描装置能够以相对更小的驱动功率，实现扫描镜更高频率、更大幅度的往复摆动，有利于实现扫描镜在一定频率下低功耗、大角度的往复摆动，有利于克服由于扫描镜尺寸过小而引起的激光雷达扫描视场范围受限问题。
本发明一些实施例中，所述激光雷达可以是采用同轴收发***的激光雷达(如图9所示)。但是本发明另一些实施例中，所述激光雷达也可以是采用旁轴收发***的激光雷达(如图10所示)。其中，如图10所示，采用旁轴收发***的激光雷达中，所述光发射装置和所述光接收装置可以沿垂直水平面的方向设置，从而发射的光束和接收的光束均经同一扫描镜反射。
此外，本发明还提供一种激光雷达用扫描装置的控制方法。
参考图6、图7和图11，其中图6示出了所述控制方法所采用激光雷达用扫描装置的剖面结构示意图，图7示出了图6所示激光雷达用扫描装置中谐振电机的剖面结构示意图，图11为本发明激光雷达用扫描装置控制方法一实施例的流程示意图。
所述扫描装置包括谐振电机210和扫描镜220；所述谐振电机210，包括转子和定子；所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；所述扫描镜220适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜220与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜220的往复摆动；所述回复组件包括：激励线圈214和磁性部213a，所述激励线圈214围绕所对应的磁性部213a。
所述控制方法包括：通过所述激励线圈214调节所对应磁性部213a的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
通过所述激励线圈214调节所对应磁性部213a的磁场以形成有效磁场，一方面可以调整所对应磁性部213a的磁场，以消除不同磁性部213a的一致性差异或是温度差异引起的磁场差异；另一方面还可以用以对磁性部213a充磁，从而保证扫描频率和扫描幅度的稳定，提高所述扫描装置的稳定性。
如图11所示，本发明一些实施例中，调节所对应磁性部的磁场之前，还包括：执行步骤S11a，检测所述回复组件的有效磁场；调节所对应磁性部的磁场时，执行步骤S11b，基于所述检测单元的检测结果，控制所述激励线圈来调节所述磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
通过检测单元检测所述回复组件的有效磁场，而基于检测结果调节所述激励线圈所形成的磁场，提高调节准确度，提高最终所形成有效磁场的稳定性。
针对生产一致性问题所导致的磁场强度差异，由于是生产所致的，因此对于每个磁性部而言，生产一致性问题所导致的磁场强度差异是固定的，只要经过一次检测即可获知生产一致性问题所导致的磁场强度差异的具体情况。所以本发明一些实施例中，在开机自检过程中，检测所述回复组件的有效磁场。
针对温度变化所导致的磁场强度差异，由于随着激光雷达的使用，温度会出现变化，因此对于每个磁性部而言，温度变化所导致的磁场强度差异会随着温度的变化而变化，即温度变化所导致的磁场强度差异的具体情况可能是实时变化的。所以本发明一些实施例中，在所述扫描装置扫描过程中，实时检测所述磁性部的磁场。
另外，磁体还存在时间效应，即在生命周期内磁体的磁性会发生衰减，因此随着使用时间的延长，简谐运动***的刚度系数也会衰减，因此可以通过所述激励线圈214在生命周期的适当时间节点对所述磁性部213a进行冲刺，以恢复所述磁性部213a的磁性，以达到修复简谐运动***刚度系数的目的。
具体的，本发明一些实施例中，在预设条件下，控制所述激励线圈对所述磁性部进行充磁。其中，所述预设条件包括时间条件和磁场条件中的至少一个，所述时间条件是指使用时间满足预设时间长度时，所述磁场条件是指检测到所示回复组件的有效磁场低于预设值时。
综上，本发明技术方案中，所述扫描镜通过谐振电机驱动，由于谐振电机的驱动能力更强，能够突破驱动力对扫描镜面积的限制，即所述扫描镜的面积较大，有利于扫描视场角的扩大；而且所述谐振电机通过包括回复组件，所述回复组件是所述转子绕所述转轴回复至平衡位置。所述回复组件的加入，所述扫描装置能够以相对更小的驱动功率，实现扫描镜更高频率、更大幅度的往复摆动，有利于实现扫描镜在一定频率下低功耗、大角度的往复摆动，有利于克服由于扫描镜尺寸过小而引起的激光雷达扫描视场范围受限问题。
而且，本发明可选方案中，所述谐振电机包括磁环和线圈组，所述谐振电机的转子包括所述磁环，所述谐振电机的定子包括所述线圈组。所述线圈组固定设置，能够有效避免线圈组反复绕曲，能够有效提高所述谐振电机的稳定性；而且固定设置所述线圈组的做法，也有利于线圈散热，能有效改善所述扫描装置的散热问题。
另外，本发明可选方案中，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的外周，包围所述磁环分布，即绕组线圈设置于所述磁环和所述回复组件之间，能有实现较小负载下的紧凑设置，有利于控制所述扫描装置的体积。所述谐振电机的转子包括所述磁环，所述谐振电机的定子包括所述线圈组。将构成转子的磁环设置内圈，转子半径较小，能够最大程度的减小转子的转动惯量，有利于驱动力需求的降低，有利于减小谐振电机其他部件的体积，有利于提高设备紧凑度。
此外，本发明可选方案中，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的内周，所述磁环包围所述多个绕组线圈，即磁环设置与所述绕组线圈和所述回复组件之间。所述磁环和所述回复组件之间的距离根据，能有提供更大的驱动力，有利于提高谐振电机的驱动力，有利于更大面积扫描镜的设置。
进一步，本发明可选方案中，所述扫描装置还包括：配重件。所述配重件位于所述转子远离所述扫描镜的一侧，使所述转子、所述扫描镜和所述配重件整体的重心位于所述转轴位置处。配重件的设置能有效提高扫描镜转动的稳定性，有利于扫描光路精度和稳定性的提高。
再进一步，本发明可选方案中，所述扫描装置中，所述扫描镜的数量为多个，所述多个扫描镜之间成预设角度设置。由于所述扫描装置通过谐振电机实现驱动，因此驱动能力较强，能够同时驱动多个扫描镜，能够简单方便地使多个扫描镜做相同频率、相同幅度的往复运动，能够有效拓展激光雷达光路设计的空间。
而且，本发明可选方案中，所述扫描装置还包括激励线圈。激励线圈一方面可以调整所对应磁性部的磁场，以消除不同磁性部的一致性差异或是温度差异引起的磁场差异；另一方面还可以用以对磁性部充磁，从而保证扫描频率和扫描幅度的稳定，提高所述扫描装置的稳定性。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (23)

1.一种用于激光雷达的扫描装置，其特征在于，包括谐振电机和扫描镜；
所述谐振电机，包括转子和定子；
所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；
所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；
所述扫描镜适宜于反射光束，进行光学扫描；
所述扫描镜与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜的往复摆动。
2.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述谐振电机包括：磁环，所述磁环包括多对磁体，所述多对磁体沿周向分布；线圈组，所述线圈组包括多个绕组线圈，所述多个绕组线圈沿所述磁环的周向分布。
3.如权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的外周，包围所述磁环分布。
4.如权利要求3所述的扫描装置，其特征在于，所述回复组件位于所述线圈组远离所述磁环的一侧。
5.如权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，所述线圈组的多个绕组线圈位于所述磁环的内周，所述磁环包围所述多个绕组线圈。
6.如权利要求5所述的扫描装置，其特征在于，所述回复组件位于所述磁环远离所述线圈组的一侧。
7.如权利要求2～6中任一项所述的扫描装置，其特征在于，所述转子包括所述磁环，所述定子包括所述线圈组。
8.如权利要求7所述的扫描装置，其特征在于，所述转子在第一作用驱动下绕所述转轴自所述平衡位置向所述预设位置偏转，其中所述第一作用为所述线圈组中绕组线圈内传输的电流与所述磁环的磁场之间的相互作用。
9.如权利要求7所述的扫描装置，其特征在于，所述回复组件包括：至少一个磁性部；
所述转子至少在第二作用驱动下绕所述转轴回复至所述平衡位置，所述第二作用包括所述磁性部的磁场与所述磁环的磁场之间的相互作用。
10.如权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，与所述磁性部相对应的磁体和所述磁性部之间相互吸引，使所述磁环保持在所述平衡位置。
11.如权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组中绕组线圈内传输的电流，所述转子在所述第二作用驱动下回复至所述平衡位置。
12.如权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，所述转子偏转至预设位置时，切断所述线圈组中绕组线圈内传输的电流并向所述线圈组中的绕组线圈输入反向电流，所述转子在第一作用和所述第二作用的共同驱动下回复至所述平衡位置。
13.如权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，所述回复组件还包括：激励线圈，所述激励线圈适宜于调节所对应磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
14.如权利要求13所述的扫描装置，其特征在于，还包括：检测单元，所述检测单元适宜于检测所述回复组件的有效磁场；
调节单元，基于所述检测单元的检测结果，适宜于控制所述激励线圈来调节所述磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
15.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，还包括：配重件，所述配重件位于所述转子远离所述扫描镜的一侧，使所述转子、所述扫描镜和所述配重件整体的重心位于所述转轴位置处。
16.如权利要求15所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描镜的数量为一个或多个，所述一个或多个扫描镜与所述配重件相对设置。
17.如权利要求16所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描镜的数量为两个；两个所述扫描镜的镜面呈预设角度。
18.一种激光雷达，其特征在于，包括：
光发射装置，所述光发射装置适宜于产生探测光；
扫描装置，所述扫描装置为权利要求1～17中任一项所述的扫描装置，
所述扫描装置反射所述探测光至三维空间、并反射三维空间中目标反射所述探测光所形成的回波光；
光接收装置，所述光接收装置适宜于探测所述回波光。
19.一种用于激光雷达扫描装置的控制方法，其特征在于，
所述扫描装置包括谐振电机和扫描镜；所述谐振电机，包括转子和定子；所述转子绕转轴自平衡位置向预设位置偏转；所述定子包括：回复组件，适宜于使所述转子绕所述转轴回复至所述平衡位置；所述扫描镜适宜于反射光束，进行光学扫描；所述扫描镜与所述谐振电机连接，以实现所述扫描镜的往复摆动；所述回复组件包括：激励线圈和磁性部，所述激励线圈围绕所对应的磁性部；
所述控制方法包括：通过所述激励线圈调节所对应磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，调节所对应磁性部的磁场之前，还包括：检测所述回复组件的有效磁场；
调节所对应磁性部的磁场时，基于所述检测单元的检测结果，控制所述激励线圈来调节所述磁性部的磁场，以使所述回复组件形成预设的有效磁场。
21.如权利要求20所述的控制方法，其特征在于，在开机自检过程中，检测所述回复组件的有效磁场。
22.如权利要求20所述的控制方法，其特征在于，在所述扫描装置扫描过程中，实时检测所述磁性部的磁场。
23.如权利要求20所述的控制方法，其特征在于，在预设条件下，控制所述激励线圈对所述磁性部进行充磁。
CN202111302407.6A 2021-11-04 2021-11-04 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达 Pending CN113885035A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111302407.6A CN113885035A (zh) 2021-11-04 2021-11-04 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达
PCT/CN2022/098330 WO2023077808A1 (zh) 2021-11-04 2022-06-13 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111302407.6A CN113885035A (zh) 2021-11-04 2021-11-04 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113885035A true CN113885035A (zh) 2022-01-04

Family

ID=79017078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111302407.6A Pending CN113885035A (zh) 2021-11-04 2021-11-04 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113885035A (zh)
WO (1) WO2023077808A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023077808A1 (zh) * 2021-11-04 2023-05-11 上海禾赛科技有限公司 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达
CN117614339A (zh) * 2023-10-16 2024-02-27 广州星际悦动股份有限公司 电机的控制方法、装置、存储介质以及口腔护理设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280163A (en) * 1992-06-26 1994-01-18 Symbol Technologies, Inc. Drive circuit for resonant motors
EP3139494A4 (en) * 2014-04-16 2017-12-20 TBK Co., Ltd. Resonance motor system
US10775612B2 (en) * 2017-03-05 2020-09-15 Apple Inc. Resonant scanning mirror with both magnetic and mechanical torsion springs
CN109782254A (zh) * 2019-01-28 2019-05-21 上海禾赛光电科技有限公司 扫描装置及其扫描方法、激光雷达
CN113885035A (zh) * 2021-11-04 2022-01-04 上海禾赛科技有限公司 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023077808A1 (zh) * 2021-11-04 2023-05-11 上海禾赛科技有限公司 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达
CN117614339A (zh) * 2023-10-16 2024-02-27 广州星际悦动股份有限公司 电机的控制方法、装置、存储介质以及口腔护理设备
CN117614339B (zh) * 2023-10-16 2024-06-18 广州星际悦动股份有限公司 电机的控制方法、装置、存储介质以及口腔护理设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023077808A1 (zh) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2023077808A1 (zh) 用于激光雷达的扫描装置及其控制方法、激光雷达
CN112987285B (zh) 旋转往复驱动促动器
WO2020004514A1 (ja) 回転往復駆動アクチュエータ
US20080013140A1 (en) Micro-oscillating member, light-deflector, and image-forming apparatus
CN110376566B (zh) 一种双轴扫描***
CN216209896U (zh) 用于激光雷达的扫描装置、激光雷达
CN110940989A (zh) 一种振镜和激光雷达
CN115343825B (zh) 一种高带宽动铁式音圈电机快反镜装置
CN110726984B (zh) 一种振镜和激光雷达
CN111175765B (zh) 一种双轴承振镜和激光雷达
JP4407046B2 (ja) 光スキャナ
Shin et al. Biaxial scanning mirror with large rotation angle and low resonance frequency for LIDAR application
CN111090083B (zh) 一种扫描振镜和激光雷达
JP2006119420A (ja) 光スキャナ
CN115728936B (zh) 基于电磁正应力驱动的二自由度偏摆调节机构及控制方法
US12046976B2 (en) Rotary reciprocating drive actuator with movable body and drive unit and wall with position sensor
EP4047798A1 (en) Rotary reciprocating drive actuator
CN110941083B (zh) 一种振镜和激光雷达
CN219997293U (zh) 用于激光雷达的扫描装置及激光雷达
US20240142580A1 (en) Oscillator assembly with counter-rotating mass
JP2022127381A (ja) 回転往復駆動アクチュエーター
CN218037324U (zh) 旋转扫描机构和激光雷达
JP2022127375A (ja) 回転往復駆動アクチュエーター
CN115951491A (zh) 一种用于激光雷达的电磁式驱动大直径mems微镜
CN118393461A (zh) 激光雷达及激光扫描装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination