用于激光雷达的大口径钛合金扫描振镜

本发明涉及的是一种激光雷达领域的技术，具体是一种用于激光雷达的大口径钛合金扫描振镜。

背景技术：

1、在激光雷达系统中引入扫描振镜能够减少激光器和探测器的数量，。现今用于激光雷达的mems扫描振镜的反射镜面口径较小，均小于10mm，制约着激光雷达探测距离的进一步提升；同时单晶硅作为mems工艺的制造材料，是一种典型的脆性材料，在车载冲击或振动环境中容易发生断裂等致命失效形式，从而导致激光雷达整机无法继续工作。

技术实现思路

1、本发明针对现有激光雷达的mems扫描振镜技术中反射镜面口径小、成本高以及抗振动和冲击能力差的不足，提出一种用于激光雷达的大口径钛合金扫描振镜，基于印刷电路板和电火花切割的制造技术，实现了钛合金簧片和布线电路板的一体化制造加工；通过采用蛇形折叠支撑梁的设计，保证大口径反射镜面能够以较高频率实现大转角扫描；通过改进的永磁铁排布方式，减小了钛合金扫描振镜的体积，降低了功耗。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种用于激光雷达的大口径钛合金扫描振镜，包括：固定底座、嵌入其中的永磁铁组、设置于永磁铁组上的钛合金扫描振镜簧片、分别设置于钛合金扫描振镜簧片的正、背面中心的硅反射镜和驱动线圈，其中：钛合金扫描振镜簧片上设有四组蛇形折叠支撑梁，其两端分别与钛合金扫描振镜簧片的外框和中心相连以及支撑硅反射镜。

4、所述的钛合金扫描振镜簧片的正面设有焊盘和过孔，所述的钛合金扫描振镜簧片的外框设有个固定孔、两个正面焊盘以及过孔。

5、所述的钛合金扫描振镜簧片的背面设有两组背面焊盘及其对应的布线电路以及对称布线电路，其中：两个背面焊盘分别与驱动线圈的两端焊连，两组布线电路以及对称布线电路对称设置于两组蛇形折叠支撑梁上。

6、所述的两组布线电路与两个背面焊盘相连并通过两个过孔与正面焊盘相连，外部输入的交流电依次经过正面焊盘、过孔、布线电路和背面焊盘最终接入到驱动线圈。

7、所述的蛇形折叠支撑梁包括：依次相连的第一折叠梁、第一弯曲角、第二折叠梁、第二弯曲角、第三折叠梁、第三弯曲角、第四折叠梁、第四弯曲角、第五折叠梁、第五弯曲角、第六折叠梁、第六弯曲角以及第七折叠梁。

8、技术效果

9、本发明基于印刷电路和电火花切割技术实现了钛合金扫描振镜簧片的一体化制造，避免驱动线圈与外部电路之间悬空接线的问题；通过四组蛇形折叠支撑梁的设计，实现了大口径反射镜面的高频扫描，同时降低了钛合金扫描振镜的整体尺寸，从而提高了反射镜面的占空比；通过对蛇形折叠支撑梁的特异化设计，有效减弱了钛合金扫描振镜的结构应力集中现象，增大了最大许用转角，提高了系统的强度可靠性；采用特殊的永磁铁组排布方式，达到了强磁场的设计效果，从而降低了钛合金扫描振镜的功耗。

技术特征：

1.一种圆形镜面的钛合金扫描振镜，其特征在于，包括：固定底座、嵌入其中的永磁铁组、设置于永磁铁组上的钛合金扫描振镜簧片、分别设置于钛合金扫描振镜簧片的正、背面中心的硅反射镜和驱动线圈，其中：钛合金扫描振镜簧片上设有四组蛇形折叠支撑梁，其两端分别与钛合金扫描振镜簧片的外框和中心相连以及支撑硅反射镜。

2.根据权利要求1所述的圆形镜面的钛合金扫描振镜，其特征是，所述的钛合金扫描振镜簧片的正面设有焊盘和过孔，所述的钛合金扫描振镜簧片的外框设有个固定孔、两个正面焊盘以及过孔；

3.根据权利要求1所述的圆形镜面的钛合金扫描振镜，其特征是，所述的蛇形折叠支撑梁包括：依次相连的第一折叠梁、第一弯曲角、第二折叠梁、第二弯曲角、第三折叠梁、第三弯曲角、第四折叠梁、第四弯曲角、第五折叠梁、第五弯曲角、第六折叠梁、第六弯曲角以及第七折叠梁。

4.根据权利要求1所述的圆形镜面的钛合金扫描振镜，其特征是，所述的永磁铁组包括：对称设置的l边和r边磁铁、以及设置于其内部的椭圆柱磁铁，其中：相邻磁铁的磁化方向相反，该永磁铁组形成的磁场在所述驱动线圈左右两端的磁场为0.4～0.45t。

5.根据权利要求1或2所述的圆形镜面的钛合金扫描振镜，其特征是，所述的钛合金扫描振镜簧片通过以下方式制备得到：

6.一种基于权利要求1-5中任一所述钛合金扫描振镜的谐振式扫描方法，其特征在于，通过在驱动线圈中接入频率为f、幅值为100ma的正弦交流电i＝100sin(2πft)，此时驱动线圈在磁场中受到相同频率的电磁扭矩作用，进而带动硅反射镜面转动，得益于驱动线圈受到电磁扭矩的频率与谐振频率一致，进而激发出钛合金扫描振镜的转动扫描模态，从而实现以较低功耗工作的谐振式扫描。

7.根据权利要求6所述的谐振式扫描方法，其特征是，所述的驱动线圈在接入电流之后在磁场中受到洛伦兹力的作用，表现为受到y轴方向的电磁扭矩，进而驱动钛合金扫描振镜进行扫描。

技术总结一种圆形镜面的钛合金扫描振镜，其特征在于，包括：固定底座、嵌入其中的永磁铁组、设置于永磁铁组上的钛合金扫描振镜簧片、分别设置于钛合金扫描振镜簧片的正、背面中心的硅反射镜和驱动线圈，钛合金扫描振镜簧片上设有四组蛇形折叠支撑梁，其两端分别与钛合金扫描振镜簧片的外框和中心相连以及支撑硅反射镜。本发明基于印刷电路板和电火花切割的制造技术，实现了钛合金簧片和布线电路板的一体化制造加工；通过采用蛇形折叠支撑梁的设计，保证大口径反射镜面能够以较高频率实现大转角扫描；通过改进的永磁铁排布方式，减小了钛合金扫描振镜的体积，降低了功耗。技术研发人员：方肖勇,屠尔琪,易志然,张文明受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16