一种全景扫描激光雷达装置及制备方法

本申请涉及激光雷达，特别涉及一种全景扫描激光雷达装置及制备方法。

背景技术：

1、目前自动驾驶车辆中常用的激光雷达系统主要包括旋转式激光雷达和固态激光雷达两大类。旋转式激光雷达通过机械旋转实现360度水平视场角（fov），但其存在机械运动部件，导致系统复杂、易损坏、成本高、体积大且功耗较高。尽管其能够提供全方位的环境感知，但不利于车辆的长期可靠运行。

2、固态激光雷达则通过电子扫描实现环境感知，没有机械运动部件，具有较高的可靠性和小型化的优势。然而，当前大多数固态激光雷达的扫描幅度有限，通常不超过120度，难以覆盖360度视场。这意味着为了实现全方位的感知，自动驾驶车辆必须安装多个激光雷达单元，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还带来了对准和校准的问题，影响了传感器系统的整体性能和稳定性。

3、此外，现有的固态激光雷达系统在高速度和高分辨率的情况下，往往存在功耗高和散热难的问题，限制了其在小型化和高效能的自动驾驶系统中的应用。

4、综上，现有技术主要存在以下不足之处：

5、1.旋转式激光雷达系统复杂、成本高、体积大、功耗高，易损坏。

6、2.固态激光雷达系统扫描幅度有限，难以实现360度全方位感知。

7、3.为实现全方位感知，需安装多个激光雷达单元，增加了系统复杂性和成本，并带来了对准和校准的问题。

8、4.高速度高分辨率的固态激光雷达功耗高，散热难，限制了其应用。

技术实现思路

1、本申请提供了一种全景扫描激光雷达装置及制备方法，其优点是所提供的全景扫描激光雷达装置通过微多边形扫描技术，实现了360度全方位扫描，有效地减少了激光雷达单元的数量，有利于简化雷达系统架构。

2、本申请的技术方案如下：

3、一方面，本申请提供一种全景扫描激光雷达装置，包括镜体和基座，所述镜体可转动的设置于基座上；

4、所述基座上设有驱动器，所述驱动器包括弧形静电梳齿、弹簧及连接件，所述弧形静电梳齿包括第一梳齿和第二梳齿，所述弹簧与第二梳齿连接，所述连接件一端连接第二梳齿，另一端连接所述镜体；

5、所述驱动器用于在给定驱动信号的作用下驱动镜体转动。

6、进一步的，所述镜体为金字塔形状的多面体结构。

7、进一步的，所述基座上设有第一锚定件和第二锚定件，所述第一梳齿的一端连接于第一锚定件，所述弹簧的一端连接与第二锚定件。

8、进一步的，所述弹簧为v型悬臂梁构型，一端连接于第二锚定件，另一端连接于连接件，弹簧在镜体转动时产生形变。

9、进一步的，所述驱动器中包括四组弧形静电梳齿、弹簧及连接件，等角度间隔设置于镜体的周向位置。

10、进一步的，所述镜体的底部设有转镜基座，连接件连接于转镜基座，且连接件与转镜基座相切。

11、又一方面，本申请提供一种全景扫描激光雷达装置的制备方法，用于制备如上所述的全景扫描激光雷达装置，包括以下步骤：

12、s1：在第一绝缘层上硅片晶圆上，通过光刻、刻蚀制备出镜体；

13、s11：第一绝缘层上硅片晶圆在支撑层通过光刻和湿法刻蚀获得镜体的金字塔形状的多边形面；

14、s12：在第一绝缘层上硅片晶圆的正面进行光刻和刻蚀获得镜体的转镜基座

15、s2：在第二绝缘层上硅片晶圆上，通过光刻、刻蚀制备出带有驱动器的基座；

16、s21：在第二绝缘层上硅片晶圆的正面进行光刻和深腔刻蚀获得基座上的驱动器结构；

17、s22：在第二绝缘层上硅片晶圆的背面进行光刻和深腔刻蚀去除多余材料获得基座；

18、s3：将镜体和基座进行键合。

19、又一方面，本申请提供一种激光雷达，包括如上所述的全景扫描激光雷达装置。

20、综上所述，本申请的有益效果有：

21、1、全方位扫描能力：通过基于mems技术的微多边形设计，本发明实现了360度水平视场角（fov）的全方位光束扫描，克服了传统固态激光雷达系统扫描范围受限的问题，避免了为实现全方位感知而需安装多个激光雷达单元的复杂性和成本。

22、2、系统简化与成本降低：传统的多激光雷达配置增加了自动驾驶车辆传感器系统的复杂性和成本。本发明通过单个微多边形激光雷达实现全方位扫描，简化了系统架构，显著降低了安装和维护成本。

23、3、高速度与高分辨率：本发明利用径向梳状驱动器实现微多边形的高速旋转，从而实现高速度的光束扫描。同时，微多边形的设计使得在高分辨率下的光束扫描更加稳定，有效提高了环境感知的实时性和准确性。

24、4、小型化与可靠性：本发明通过将多边形设计微型化至半导体器件级别，使得激光雷达系统体积小、重量轻，适合安装在空间有限的自动驾驶车辆上。mems技术的应用消除了机械运动部件，显著提高了系统的可靠性和使用寿命。

25、5、批量生产与一致性：本发明采用两片soi晶圆的制造流程，使得微多边形能够在晶圆级别实现量产。这不仅降低了制造成本，还保证了产品的一致性和质量控制，使得高性能激光雷达系统的普及成为可能。

26、6、能耗优化与散热改进：相比传统的机械旋转式激光雷达，本发明的微多边形激光雷达系统通过mems技术实现高效能量利用，降低了系统的功耗。同时，微型化设计也有助于改进散热性能，进一步提高了系统的可靠性和稳定性。

27、7、光学性能提升：微多边形的单晶硅机械支撑结构和精密的制造工艺，保证了光束扫描过程中出色的光学性能，减少了对准困难和光学性能不稳定的问题，提高了环境感知的准确性。

28、通过上述有益效果，本发明显著提升了激光雷达系统在自动驾驶车辆中的应用性能，提供了一种高效、可靠、经济的全方位环境感知解决方案，有利于推动自动驾驶技术的发展和普及。

技术特征：

1.一种全景扫描激光雷达装置，其特征在于，包括镜体和基座，所述镜体可转动的设置于基座上；

2.根据权利要求1所述的全景扫描激光雷达装置，其特征在于，所述镜体为金字塔形状的多面体结构。

3.根据权利要求2所述的全景扫描激光雷达装置，其特征在于，所述基座上设有第一锚定件和第二锚定件，所述第一梳齿的一端连接于第一锚定件，所述弹簧的一端连接与第二锚定件。

4.根据权利要求3所述的全景扫描激光雷达装置，其特征在于，所述弹簧为v型悬臂梁构型，一端连接于第二锚定件，另一端连接于连接件，弹簧在镜体转动时产生形变。

5.根据权利要求4所述的全景扫描激光雷达装置，其特征在于，所述驱动器中包括四组弧形静电梳齿、弹簧及连接件，等角度间隔设置于镜体的周向位置。

6.根据权利要求5所述的全景扫描激光雷达装置，其特征在于，所述镜体的底部设有转镜基座，连接件连接于转镜基座，且连接件与转镜基座相切。

7.一种全景扫描激光雷达装置的制备方法，用于制备如权利要求6所述的全景扫描激光雷达装置，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的全景扫描激光雷达装置。

技术总结本申请公开了一种全景扫描激光雷达装置及制备方法，包括镜体和基座，所述镜体可转动的设置于基座上；所述基座上设有驱动器，所述驱动器包括弧形静电梳齿、弹簧及连接件，所述弧形静电梳齿包括第一梳齿和第二梳齿，所述弹簧与第二梳齿连接，所述连接件一端连接第二梳齿，另一端连接所述镜体；所述驱动器用于在给定驱动信号的作用下驱动镜体转动。本申请所提供的全景扫描激光雷达装置通过微多边形扫描技术，实现了360度全方位扫描，有效地减少了激光雷达单元的数量，有利于简化雷达系统架构。技术研发人员：蒋兆军,曹冬美受保护的技术使用者：无锡职业技术学院技术研发日：技术公布日：2025/1/6