具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明一个实施例的光束扫描装置1，其可用于激光雷达中，对入射到其上的光束进行反射扫描。下面参考附图详细描述。

如图1所示，光束扫描装置1包括壳体11、反射镜12、测量装置13(131,132)以及驱动装置14(141,142)。其中，壳体11用于支撑或容纳光束扫描装置1的各种机电部件和光学器件。壳体1例如由金属或者塑料制成。反射镜12设置支撑在所述壳体11中，并可在预先设定的范围内运动。反射镜12的上表面用于将入射光束进行反射扫描，下表面朝向壳体11内部。所述预先设定的范围包括但不限于绕轴摆动、平移运动、以及平移运动与绕轴摆动的组合等。

图1中示出了反射镜12可绕着其中心的转轴15在纸面的平面内来回摆动，最大摆动范围例如为相对水平位置(也就是反射镜12未受外力影响时的状态对应的位置)沿着逆时针和顺时针方向均小于或等于5度。本领域技术人员容易理解，对于相同角度的入射光束，当反射镜处于不同的位置和/或角度定位时，反射光束的方向也会发生改变，从而实现了光束的扫描。下面将以图1所示的绕轴摆动为例进行说明，但本发明不限于此，反射镜12也可以具有其他的运动方式，同样可适用本发明的概念和原理。在本发明一实施例种，可以采用类似振镜的方式，利用结构片扭转的方式来实现光束扫描装置，也即可以以扭转梁形态来设置转轴，而因为本申请中的光束扫描装置的摆幅较小，并且无需必须工作在结构谐振点上，因此可以把扭转梁的刚度做的相对较高，因此可以具有较高的可靠性以及抵抗环境激励的能力。驱动装置14设置在所述壳体11中，并至少部分地连接到所述反射镜12，可以驱动反射镜12在所述预设范围内运动。光束扫描装置1可用于将入射光束反射扫描出去。在一定时刻，需要将光束扫描装置1的反射镜12设置处于特定的位置和/或角度处才能实现所需的反射角度，此时，驱动装置14根据目标位置和/或角度，驱动该反射镜12到该目标位置和/或角度。但是，由于控制精度所限或者其他一些原因，反射镜12经常无法被精确的驱动或定位。因此，本发明的实施例中，光束扫描装置1还包括测量装置13，测量装置13设置在壳体11中，用于对所述反射镜的当前位置和/或角度进行检测，从而所述驱动装置14可以根据所述测量装置13的测量结果，获得目标位置和/或角度与当前位置和/或角度之间的差异，并根据该差异来驱动所述反射镜12，使得反射镜12能够更精确地被驱动和定位。

以上描述了本发明的概念和原理。下面详细描述本发明的各个优选实施例。

如图1所示，根据本发明的一个优选实施例，所述测量装置13包括磁铁131、以及与所述磁铁131相对设置的霍尔传感器132。如图1所示，所述磁铁131设置在所述反射镜12的下表面上，所述霍尔传感器132设置在所述壳体11上，二者成对置的关系。当然也可以将磁铁131设置在所述壳体11上，所述霍尔传感器132设置在所述反射镜12的下表面上，这些都在本发明的保护范围内。优选的，所述测量装置13设置在所述反射镜的距离转轴15一半距离处。

所述霍尔传感器132处于所述磁铁131的磁场范围内。当所述反射镜12在不同的位置之间运动时，磁铁131的位置随之发生变化，因此霍尔传感器132与磁铁131之间的距离发生变化，霍尔传感器132输出一个电压值，该电压值能够表征霍尔传感器132与所述磁铁131之间的距离或者距离的变化。以图所示的绕轴转动为例，磁铁131与转轴15之间的距离可以预先设定，因而，通过霍尔传感器132与所述磁铁131之间的距离，可以计算得到所述反射镜12的当前角度。根据所述反射镜12的当前角度，所述驱动装置14可以基于当前角度与目标角度之间的差值，对反射镜12的位置或角度进行调整，使其更加接近于目标角度或位置。

所述霍尔传感器例如可以从美国德州仪器公司购买，另外，为了降低永磁铁自身的磁场强度的温度衰减，可以选用350度使用范围的钐钴高温磁铁(Sm2Co7)。

根据本发明的一个优选实施例，所述的光束扫描装置1还包括控制单元(未示出)，所述控制单元分别与所述霍尔传感器132和驱动装置14耦合，从而控制单元可以接收所述霍尔传感器输出的电压值，以确定所述反射镜的当前位置和/或角度，并将其当前位置和/或角度与预设位置和/或角度进行比较，基于差值来控制驱动装置14。

另外，根据本发明的一个优选实施例，所述测量装置13包括两组磁铁131和霍尔传感器132，分别设置在所述转轴15的两侧。从而所述控制单元16可以根据所述两个霍尔传感器132输出的电压，以确定所述反射镜12的当前位置和/或角度。例如，两组磁铁131和霍尔传感器132距离转轴15相同的距离，从而控制单元16可以根据两组霍尔传感器132的输出，求其平均值，来更精确地获得反射镜12的当前位置和/或角度。

本领域技术人员容易理解，所述控制单元可以集成到所述驱动装置14中，成为驱动装置14的一个整体部分。可替换的，控制单元可以是一个单独的部件，与驱动装置14相分离，例如是一个单片机、芯片、或者FPGA芯片。这些都在本发明的保护范围内。

如图1所示，所述驱动装置14包括设置在所述反射镜12上的磁铁141以及设置在所述壳体上的线圈142，所述线圈142与所述磁铁141相对，以驱动所述反射镜12。所述线圈142包括固定在壳体11上的线圈，当其中通交流电时产生磁场，该磁场对所述磁铁141产生磁吸力或者排斥力，从而控制所述磁铁141接近或者远离所述线圈142，驱动所述反射镜12围绕所述转轴15运动。在本发明一实施例中，也可以将线圈设置在反射镜上，将磁铁设置在壳体上。

根据本发明的一个优选实施例，所述驱动装置14包括两组磁铁141和线圈142，分别设置在所述转轴15的两侧。

根据本发明的一个优选实施例，所述的光束扫描装置1还包括复位装置17，所述复位装置17连接在所述壳体11与所述反射镜12之间，以在所述线圈142断电时，将所述反射镜12恢复到其初始位置。所述反射镜12的初始位置例如为水平位置。驱动装置14驱动所述反射镜12使得其绕着转轴15逆时针旋转。当线圈142断电时，线圈142与磁铁141之间的磁力消失，此时，在复位装置17的作用下，反射镜12返回到水平位置。所述复位装置17例如为复位弹簧，其可以连接在壳体11与磁铁141之间，或者连接在壳体11与反射镜12的其他位置之间。

根据本发明的一个优选实施例，所述壳体11包括限位部111，以限定所述反射镜12的最大运动范围。如图1所示，限位部111包括从所述壳体11的侧壁上延伸出的突起，该突起延伸的方向平行于所述反射镜12，可用于限定所述反射镜12的最大的机械行程，起保护的作用。但是，反射镜12在正常工作或者运动时，并不会与限位部111直接相接触，从而可以减少反射镜12的劳损，提高反射镜12的可靠性。

图2示出了根据本发明的一个优选实施例。其中，与图1实施例不同，测量装置13包括设置在所述壳体上的PSD位置传感器133和光源134，所述光源134配置成可向所述反射镜12的下表面发射测试光束，测试光束经该表面反射后，入射到所述PSD位置传感器上，所述PSD位置传感器输出的电流信号可表征该测试光束的入射位置，以确定所述反射镜的位置和/或角度。

PSD位置传感器是一种光能/位置转换器件，光束照射到PDS位置传感器上的不同位置处，输出的电流会有不同，因而能够通过输出电流来判断光束入射的位置。以二维PSD传感器为例，二维PSD传感器在平面上的X和Y两个方向上的感光层是独立的，分别用于感受X和Y方向的光点位置的变化。二维PSD位置传感器的电极上的电流与光点的沿着X和Y方向的坐标成一定关系。因此可以用PSD传感器来测量激光雷达中的微动镜或者反射镜的角度偏转。

因此，无论是图1示出的结构，还是图2示出的结构，本申请实施例中的光束扫描装置可以同步且准静态工作，摆角一般不会很大，但可以实现更大的口径，故可以很好地满足适当降低收发单元数目的要求。另外，相较于机械限位式的摆镜，本申请中的反馈式光束扫描装置还有一个优势就是运动形态丰富，可以通过控制工作在多个准静态状态下，也可以以各种波形实现扫描。

图3示出了使用PSD传感器来测量反射镜的角度的示意图。如图1所示，反射镜可围绕其中心轴线在一定范围内来回摆动。图3中，反射镜上方的表面为其工作表面。用于接收入射光并且扫描反射出去，形成出射光束。可以利用其下表面来进行角度测量。如图3所示，激光束入射到反射镜的下表面上并被反射，然后入射到PSD传感器上。根据反射镜角度的不同，被反射的激光束在PSD传感器上的入射点的位置也会不同。PSD传感器例如具有四路电流输出信号I₁、I₂、I₃和I₄，通过以下的公式1可以获得入射到PSD传感器上的激光光斑的X方向和Y方向的位置。

测量得到四路电流输出信号I₁、I₂、I₃和I₄后，通过下面的公式2进行相应运算就可以获得反射镜的相应的摆角。

其中，表示对四路电流输出信号进行了相应运算，I_sum为四路信号之和，表示光强。其中中，环境影响被相互运算两两抵消，I_sum中包含环境影响。

上面描述了二维PSD传感器测角的方式。在图1中可以仅使用一维PSD传感器来进行角度测量，其原理与计算方式基本一致，此处不再赘述。

图4示出了根据本发明一个优选实施例的光束扫描装置1。其中相比于图2和图3的测角方式，图4中增加了第二反射镜135。由光源134(激光器)发射出的光束经过反射镜12的下表面反射后，入射到所述第二反射镜135上，再依次由第二反射镜135以及反射镜12的下表面进行反射后，入射到所述PSD 133上，从而对所述反射镜的角度进行测量和计算。

在某些应用场景下反射镜12的摆角可能会非常小，以至于对角度传感器(图中的PSD传感器)的分辨率提出了很高的要求。当然通过不断地增加光程L仍然可以使用同样的PSD传感器测量更微小的摆角，但是这需要线性地增加摆镜模组在光程方向上的尺寸。如图4所示，除了直接反射到PSD传感器上的角度测量方案以外，还提出了一种通过第二反射镜135折转放大被测量的方案。在反射镜12小角度偏转时，如图5所示，在PSD传感器的光敏面上的光斑偏移量x与发射镜的摆角θ近似满足关系有：x≈(L₁+L₂)2θ，可见在经过一次反射镜折转后，如果在L1和L2与直接入射时的光程L近似相等时，PSD上的光斑偏移量会有接近4倍的放大，并且可以类似地通过增加反射镜进一步提高光杠杆放大倍率。假设PSD的光敏面长度为3.5mm，在40mm光程下，摆镜视场可测量光学角范围为1.2度。

另外如图4所示，光束扫描装置1还可包括软质限位部112，例如可代替图1和图2中所述的限位部111，并且优选地设置在所述反射镜12的上方和下方。软质限位部112由软质材料或弹性材料制成，除了能够限定反射镜12的运动范围，还能够起到保护作用。

本发明还涉及一种激光雷达2，包括如上所述的光束扫描装置。其中所述光束扫描装置可以用于反射扫描探测光束，也可以用于接收扫描来自激光雷达外部的雷达回波。下面详细描述。

如图6所示，激光雷达2中包括至少一个光发射器21，用于发射探测光束，其中所述光束扫描装置包括用于反射所述探测光束的第一光束扫描装置22，所述第一光束扫描装置22设置在所述光发射器21的光路下游，用于接收所述探测光束并将其反射。如图6所示，对于一个光发射器21，通过第一光束扫描装置22，可以实现多个出射的探测光束。

如图6所示，激光雷达2还包括接收透镜(未示出)和光电传感器24，其中所述接收透镜用于接收来自激光雷达外部的反射光束(回波光束)，对该反射光束进行汇聚或者准直，光束扫描装置还包括第二光束扫描装置23，所述第二光束扫描装置23设置在所述接收透镜和光电传感器24之间，位于光电传感器24的上游，或者接收透镜设置在所述第二光束扫描装置23和光电传感器24之间，并配置成可将所述回波光束反射到所述光电传感器24上。

通过图6的方案，利用一个光发射器21，可以产生多束出射光束；利用一个检测器24，可以接收多个雷达回波束。因此，可以极大地减少光发射器和检测器的数目，使得激光雷达的整体尺寸可以显著更小。另外，可以控制所述第一光束扫描装置22和第二光束扫描装置23的摆角完全同步。因此根据本发明的实施例，两组完全同步的微动机构可以对入射光束和接收光束进行扩线或者合并，以起到以较少的收发模组实现较高的线束。

图7示出了图6实施例的第一光束扫描装置22和第二光束扫描装置23的结构示意图。如图7所示，所述第一光束扫描装置22和第二光束扫描装置23并置，分别用于将光发射器21的光束扫描并出射，以及接收雷达回波并反射到检测器24上。其中，第一光束扫描装置22的反射镜(TX反射镜)和第二光束扫描装置23的反射镜(RX反射镜)可以采用主从关系，即只驱动控制其中一个反射镜，另一个反射镜使用同样的驱动信号方式。可替换的，这两个反射镜可采用独立关系，当做两组完全独立的器件来驱动控制。

图7中示出了其中一个反射镜用于探测光束的扫描发射，另一个反射镜用于接收雷达回波。可替换的，也可以采用一个反射镜(一个光束扫描装置)，既用于扫描发射探测光束，同时用于接收雷达回波。

如图8所示，本发明还涉及一种上所述的光束扫描装置的控制方法100，包括：

在步骤S101，获取所述反射镜的目标位置；

在步骤S102，通过所述驱动装置，驱动所述反射镜；

在步骤S103，通过所述测量装置，测量所述反射镜的位置和/或角度；

在步骤S104，根据所述反射镜的位置和/或角度，通过所述驱动装置调节所述反射镜的位置。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。