一种电磁振镜

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，尤其涉及一种电磁振镜。

背景技术

扫描振镜是光学扫描系统例如激光雷达中的核心部件，主要用于实现发射光束和扫描的功能。随着车载激光雷达市场的迅速发展，激光雷达对扫描振镜提出了大镜面、大扫描角的需求，以实现更远的探测距离和更高的分辨率。基于电磁驱动原理的扫描振镜通过通电线圈在磁场中受洛伦兹力驱动从而带动镜面产生转动，相比于静电、电热、压电等驱动方式具有驱动力强、转动角度大的优点，尤其适合驱动大尺寸镜面。

然而，现有扫描振镜的磁体通常都是位于线圈的外侧，导致扫描振镜整体体积相对较大，扫描振镜的体积大小与激光雷达整体体积大小正相关，扫描振镜体积大不利于实现激光雷达的小型化，进而导致激光雷达应用场景受限。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种改进的电磁振镜，以解决上述问题。

本申请提供一种电磁振镜，包括：

振镜芯片，包括固定结构、与所述固定结构连接的活动框架以及与所述活动框架连接的可动反射镜；

驱动组件，包括用于提供磁场的磁体组、位于所述磁场内的驱动线圈、以及导磁结构，所述驱动线圈用于在通电后为所述可动反射镜提供电磁驱动力；

其中，所述磁体组包括两个间隔设置的第一磁性件，两个所述第一磁性件位于所述振镜芯片远离所述可动反射镜的镜面的一侧，两个所述第一磁性件相互靠近的一侧极性相反；所述导磁结构包括分别设于每个所述第一磁性件相对两侧的第一导磁件和第二导磁件，所述驱动线圈位于所述第一导磁件和所述第二导磁件之间，两个所述第一导磁件位于两个所述第一磁性件之间，两个所述第一导磁件于靠近所述驱动线圈的一端之间的第一距离大于远离所述驱动线圈的一端之间的第二距离。

在一些实施例中，两个所述第一导磁件相靠近的两个侧面从所述第一导磁件靠近所述振镜芯片的一端相向延伸至所述第一导磁件远离所述振镜芯片的一端。

在一些实施例中，所述第一磁性件靠近所述第一导磁件的一侧设有斜面，所述第一导磁件的一侧与所述斜面相贴合，以使所述第一导磁件远离所述第一磁性件的侧面相对于所述驱动线圈的中心轴呈倾斜状态。

在一些实施例中，两个所述第一磁性件的排布方向为宽度方向，所述第一磁性件朝远离所述振镜芯片的方向宽度逐渐增大。

在一些实施例中，所述第一磁性件远离所述第一导磁件的一侧为直面，所述第二导磁件与所述直面贴合。

在一些实施例中，所述第二导磁件的高度大于所述第一导磁件的高度，所述第二导磁件位于所述振镜芯片的外侧且所述第二导磁件的一端凸出于所述驱动线圈远离所述第一导磁件的一侧。

在一些实施例中，所述振镜芯片还包括第一扭转梁和第二扭转梁，所述活动框架通过所述第一扭转梁与所述固定结构连接，所述可动反射镜通过所述第二扭转梁与所述活动框架连接，所述第一扭转梁和所述第二扭转梁分别位于所述可动反射镜的不同侧并相互垂直；

所述磁体组还包括两个间隔设置的第二磁性件，两个所述第二磁性件相互靠近的一侧极性相反，所述第一磁性件与所述导磁结构用于驱动所述活动框架和所述可动反射镜绕所述第一扭转梁相对所述固定结构转动，所述第二磁性件用于驱动所述可动反射镜绕所述第二扭转梁相对所述固定结构转动。

在一些实施例中，所述第二磁性件位于所述振镜芯片的周向外侧；或者，

每个所述第二磁性件包括两个间隔设置的第一磁性单体和第二磁性单体，所述第一磁性单体和所述第二磁性单体相靠近的两侧极性相同，所述驱动线圈位于所述第一磁性单体和所述第二磁性单体之间。

在一些实施例中，所述振镜芯片还包括扭转梁和连接梁，所述活动框架通过所述连接梁与所述固定结构连接，所述可动反射镜通过所述扭转梁与所述活动框架连接，所述扭转梁和相应所述连接梁位于所述可动反射镜的同一侧并相互平行，所述第一磁性件和所述导磁结构用于驱动所述可动反射镜和所述活动框架绕所述扭转梁相对所述固定结构转动。

在一些实施例中，所述电磁振镜的外壳包括导磁部分和非导磁部分，所述非导磁部分设有收容腔以及与所述收容腔相连通的安装缺口，所述磁体组和所述振镜芯片收容在所述收容腔内，所述第二导磁件构造成所述导磁部分并安装于所述安装缺口。

本发明提供的电磁振镜，通过将第一磁性件设置在振镜芯片远离可动反射镜的镜面一侧，可以减小电磁振镜在可动反射镜所在平面方向的面积，同时两个第一导磁件靠近振镜芯片的一端之间的第一距离大于远离振镜芯片一端之间的第二距离，可以给可动反射镜留出足够的活动空间，提高空间利用率，有利于减小电磁振镜在垂直于可动反射镜方向的尺寸，进而减小电磁振镜的整体体积；而且导磁结构具有引导和集中磁场的效果，以便在靠近驱动线圈的位置形成较强的磁场，从而为可动反射镜提供更大的电磁驱动力，进而达到兼顾体积紧凑和电磁驱动力大的效果。

附图说明

图1为本发明提供的电磁振镜的振镜芯片与驱动线圈的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的磁体组、导磁结构以及活动框架的结构示意图；

图3为图2中所示磁体组、导磁结构以及活动框架的剖视图；

图4为图3中所示第一磁性件的磁场在导磁结构中传导时的示意图；

图5为本发明另一实施例提供的振镜芯片与驱动线圈的结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的磁体组、导磁结构以及活动框架的结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的电磁振镜的结构示意图；

图8为图7中所示电磁振镜的爆炸图。

图中：10、电磁振镜；12、振镜芯片；14、固定结构；16、活动框架；18、可动反射镜；20、磁体组；22、驱动线圈；24、导磁结构；26、第一磁性件；28、第一导磁件；30、第二导磁件；32、斜面；34、第一扭转梁；36、第二扭转梁；38、第二磁性件；42、外壳；44、非导磁部分；46、收容腔；48、安装缺口；50、盖板；52、支撑件；54、扭转梁；56、连接梁。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

请参阅图1至图8，本发明一实施例提供的一种电磁振镜10，包括振镜芯片12和驱动组件，振镜芯片12包括固定结构14、与固定结构14连接的活动框架16以及与活动框架16连接的可动反射镜18；驱动组件包括用于提供磁场的磁体组20、位于磁场内的驱动线圈22以及导磁结构24，驱动线圈22与活动框架16相对固定，驱动线圈22通入电流后能够为可动反射镜18提供电磁驱动力，以驱动可动反射镜18相对固定结构14转动，导磁结构24具有引导和集中磁场的效果，以将磁体组20产生的磁场引导至驱动线圈22处，并在靠近驱动线圈22的位置形成较强的磁场，从而为可动反射镜18提供更大的电磁驱动力。

可以理解地，驱动组件可以是驱动可动反射镜18进行一维运动，也可以是驱动可动反射镜18进行二维运动。

磁体组20包括两个间隔相对设置的第一磁性件26，两个第一磁性件26位于振镜芯片12远离可动反射镜18的镜面一侧，且两个第一磁性件26相互靠近的一侧极性相反。将第一磁性件26置于振镜芯片12远离可动反射镜18的镜面一侧，有利于减小电磁振镜10在可动反射镜18所在平面方向的面积。

导磁结构24包括分别设于每个第一磁性件26相对两侧的第一导磁件28和第二导磁件30，驱动线圈22位于第一导磁件28和第二导磁件30之间，两个第一导磁件28位于两个第一磁性件26之间并相互间隔，也即，两个第一导磁件28分别与两个第一磁性件26相靠近的一侧连接，并位于振镜芯片12远离可动反射镜18的镜面一侧，两个第二导磁件30分别与两个第一磁性件26相互远离的一侧连接。第一磁性件26形成的磁感线进入两侧的第一导磁件28和第二导磁件30后沿第一导磁件28和第二导磁件30的形状传导，最终在第一磁性件26与导磁结构24之间形成闭合回路，磁感线在第一导磁件28和第二导磁件30之间传导时会经过驱动线圈22，从而使驱动线圈22在通电后能够产生电磁驱动力。

具体地，第一导磁件28的高度大于第一磁性件26的高度，第二导磁件30的高度大于第一导磁件28的高度，也即，垂直于可动反射镜18的方向上，第二导磁件30的尺寸最大，第一磁性件26的尺寸最小。第二导磁件30位于振镜芯片12的外侧，并且第二导磁件30的一端凸出于驱动线圈22远离第一导磁件28的一侧，也即，沿垂直于可动反射镜18的方向，第一导磁件28和第二导磁件30的顶端分别位于驱动线圈22的相对两侧，驱动线圈22位于第一导磁件28和第二导磁件30之间，因此，第一磁性件26产生的磁感线在第一导磁件28和第二导磁件30的顶端之间进行传导时，会经过驱动线圈22。

在一实施例中，两个第一导磁件28于靠近驱动线圈22的一端之间的第一距离大于远离驱动线圈22的一端之间的第二距离，两个第一导磁件28在靠近驱动线圈22的一端之间的尺寸较大，为可动反射镜18的转动留出足够的活动空间，提高了空间利用率，有利于减小第一导磁件28与振镜芯片12之间的间距，从而减小电磁振镜10在可动反射镜18所在平面方向的面积，而将第一磁性件26和第一导磁件28置于振镜芯片12远离可动反射镜18镜面的一侧，又能够减小电磁振镜10在垂直于可动反射镜18方向上的尺寸，进而减小电磁振镜10的整体体积，以便实现产品小型化，最终达到兼顾体积紧凑和电磁驱动力大的效果。

具体地，第一导磁件28相靠近的两个侧面从第一导磁件28靠近振镜芯片12的一端相向延伸至第一导磁件28远离振镜芯片12的一端，从而使两个第一导磁件28之间的间距朝远离振镜芯片12的方向逐渐减小。

在一实施例中，每个第一磁性件26靠近第一导磁件28的一侧设有斜面32，两个第一磁性件26上的斜面32朝远离振镜芯片12的方向相向延伸，第一导磁件28的一侧与斜面32贴合，以使第一导磁件28远离第一磁性件26的侧面相对于驱动线圈22的中心轴呈倾斜状态，从而使两个第一导磁件28之间的间距朝远离振镜芯片12的方向逐渐减小。具体地，两个第一导磁件28远离第一磁性件26的侧面的倾斜程度相同。

具体地，斜面32从第一磁性件26靠近振镜芯片12的一端延伸至远离振镜芯片12的一端，两个第一磁性件26的排布方向为宽度方向，第一磁性件26在宽度方向上的尺寸即为其宽度，第一磁性件26朝远离振镜芯片12的方向宽度逐渐增大，也即，第一磁性件26靠近振镜芯片12的一端宽度较小，远离振镜芯片12的一端宽度较大，以便在给可动反射镜18留出足够活动空间的同时，又增强第一磁性件26的磁场强度，以便提供更大的电磁驱动力。

在本实施例中，第一磁性件26的截面形状为直角梯形，其远离第一导磁件28的一侧为直面，第二导磁件30与直面贴合固定。如此，在沿垂直于可动反射镜18的方向上，第二导磁件30保持竖直设置，而第一导磁件28朝向远离驱动线圈22的方向倾斜地设置，同组第一导磁件28和第二导磁件30之间于靠近驱动线圈22的一端的宽度小于远离驱动线圈22的一端的宽度，偏下部分的较大宽度可以增强驱动磁感应强度，而偏上部分的较小宽度可以给可动反射镜18留出更多扭转空间，有利于提高磁制动组件的空间利用率，有利于进一步压缩磁体组整体体积。

在一实施例中，振镜芯片12还包括第一扭转梁34和第二扭转梁36，活动框架16通过第一扭转梁34与固定结构14连接，可动反射镜18通过第二扭转梁36与活动框架16连接，第一扭转梁34和第二扭转梁36分别位于可动反射镜18的不同侧并相互垂直。第一扭转梁34和第二扭转梁36具有一定的弹性，能够在驱动组件的作用下变形，从而使活动框架16和可动反射镜18可相对固定结构14转动。当第一扭转梁34变形时，活动框架16相对固定结构14转动并带动可动反射镜18一起相对固定结构14转动，第二扭转梁36变形时，可动反射镜18相对固定结构14和活动框架16转动。具体地，第一扭转梁34和第二扭转梁36相互垂直，从而实现可动反射镜18在两个相互垂直的方向进行扫描，形成二维扫描效果。

可以理解地，第一扭转梁34和第二扭转梁36可以是直梁结构，也可以是环形梁、折叠梁等结构。

在本实施例中，磁体组20还包括两个间隔设置的第二磁性件38，两个第二磁性件38相互靠近的一侧极性相反，第一磁性件26与导磁结构24相配合以驱动活动框架16和可动反射镜18绕第一扭转梁34的中心轴线BB’相对固定结构14转动，第二磁性件38用于驱动可动反射镜18绕第二扭转梁36的中心轴线AA’相对固定结构14转动，实现可动反射镜18的双轴扫描。

在本实施例中，第二磁性件38位于振镜芯片12的周向外侧。在其它实施例中，每个第二磁性件38包括两个间隔设置的第一磁性单体和第二磁性单体，第一磁性单体和第二磁性单体相靠近的两侧极性相同，驱动线圈22位于第一磁性单体和第二磁性单体之间。

如图5和图6所示，在另一实施例中，电磁振镜10包括扭转梁54和连接梁56，可动反射镜18通过扭转梁54和活动框架16连接，活动框架16通过连接梁56与固定结构14连接，扭转梁54和相应连接梁56位于可动反射镜18的同一侧并相互平行，磁体组20只包括两个第一磁性件26，第一磁性件26和导磁结构24用于驱动可动反射镜18和活动框架16绕扭转梁54的中心轴线CC’相对固定结构14转动，实现可动反射镜18的单轴扫描。

在一实施例中，可动反射镜18包括基底和设于基底上的镜面，基底通过第二扭转梁36与活动框架16连接，镜面为由在基底表面蒸发或溅射金属反射层而形成。

可动反射镜18的形状可以是圆形，也可以是椭圆形、正方形、长方形、多边形等。

活动框架16为环形并间隔环绕在固定结构14的外周，活动框架16的中部开设有安装孔以及从避让孔延伸至外侧边缘的避让槽，可动反射镜18位于安装孔内，第二扭转梁36位于避让槽内。在其它实施例中，也可以是固定结构14环绕在活动框架16的外周。

活动框架16和固定结构14的具体形状不进行限定，例如，可以是方形、圆形、椭圆形、多边形等。在本实施例中，活动框架16和固定结构14的外轮廓形状均为正方形。

较佳地，固定结构14、活动框架16、第一扭转梁34、第二扭转梁36以及可动反射镜18的基底一体成型，在保证连接强度的同时省去组装工序。具体地，电磁振镜10为电磁MEMS振镜，即固定结构14、活动框架16、第一扭转梁34、第二扭转梁36以及基底由MEMS工艺制成，其主要分成为单晶硅或多晶硅材料。

在一实施例中，电磁振镜10还包括外壳42，外壳42包括由导磁材料制成的导磁部分以及由非导磁材料制成的非导磁部分44，非导磁部分44设有收容腔46以及与收容腔46相连通的安装缺口48，磁体组20、振镜芯片12以及第一导磁件28收容在收容腔46内，第二导磁件30构造成导磁部分并安装于安装缺口48。利用第二导磁件30构造成外壳42的一部分，不会占用收容腔46，增强整体结构紧凑性，进一步减小电磁振镜10的整体体积。较佳地，非导磁部分44由非导磁材料一体加工形成，以保证连接强度并省去组装工序。

外壳42还包括盖板50，盖板50盖设于非导磁部分44的顶部，将振镜芯片12压紧固定在外壳42内部，并起到一定的保护效果。盖板50对应可动反射镜18开设有避让口，以供光线通过。

外壳42内部设有用于支撑振镜芯片12的支撑结构，支撑结构包括支撑件52以及第一导磁件28，支撑件52和第一导磁件28分别位于振镜芯片12的不同侧，振镜芯片12的固定结构14与支撑件52和第一导磁件28固定连接。

本申请实施例提供的电磁振镜，至少具备如下特点：

通过在振镜芯片远离镜面的一侧设置第一磁性件和第一导磁件，可以减小电磁振镜在可动反射镜所在平面方向的面积，而且利用第一导磁件和第二导磁件将第一磁性件产生的磁场引导至驱动线圈处，以在靠近驱动线圈的位置形成更强的磁场，从而提供更大的电磁驱动力，同时两个第一导磁件在靠近振镜芯片一端之间的距离相对较大，以给可动反射镜留出足够的活动空间，有利于减小第一导磁件与可动反射镜之间的间距，从而减小电磁振镜在垂直于可动反射镜方向上的尺寸，减小了电磁振镜的整体体积，以便实现激光雷达的小型化。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。