具有双轴镜子组件的激光雷达的制作方法

本公开的实施例总体涉及使用磁体来控制单自由度振荡器的运动。

背景技术：

1、需要控制单自由度机械振荡系统的运动(例如保持可移动部件的均匀速度)的组件、系统和方法。

技术实现思路

1、本文提供了用于控制振荡运动的振荡组件、系统和方法。在各种实施例中，一种组件包括定子、配置成相对于定子以一个自由度移动的转子以及安装在转子上的至少一个转子磁体。至少一个转子磁体配置成与转子一起在第一端点和第二端点之间移动。组件还包括至少第一定子磁体和第二定子磁体。第一定子磁体安装在第一端点处，第二定子磁体安装在第二端点处。每个定子磁体配置成排斥至少一个转子磁体。

2、在各种实施例中，一种系统包括如本文所述的振荡组件和配置成移动转子的致动器。转子配置成联接到有效载荷。

3、在各种实施例中，提供了一种以谐振频率振荡转子的方法。提供了一种系统，其具有组件和配置成移动转子的致动器。组件是具有谐振频率的振荡器。致动器配置成以谐振频率驱动转子运动。激励致动器，从而使至少一个转子磁体以谐振频率在第一端点和第二端点之间振荡。

4、根据本公开的一方面，提供了一种双轴组件，包括：有效载荷；第一音圈致动器，其联接到光偏转器并适于围绕第一轴线旋转有效载荷；以及第二音圈致动器，其联接到第一音圈致动器并适于围绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转第一音圈致动器和有效载荷。在一些实施例中，还提供了谐振振荡器，其配置为以谐振频率围绕第二轴线振荡第一音圈致动器。在一些实施例中，谐振振荡器包括：定子；转子，配置成相对于定子以一个自由度移动，其中转子的运动是旋转的；安装在转子上的至少一个转子磁体，其中至少一个转子磁体配置成与转子一起在第一端点和第二端点之间移动；

5、至少第一定子磁体和第二定子磁体，第一定子磁体安装在第一端点处；并且第二定子磁体安装在第二端点处，至少第一定子磁体和第二定子磁体中的每个配置为排斥至少一个转子磁体。

6、在一些实施例中，谐振振荡器还包括安装在转子上的至少第二转子磁体，其中第二转子磁体配置成与转子一起在第三端点和第四端点之间移动。

7、在一些实施例中，谐振振荡器还包括安装在第三端点处的至少第三定子磁体。在一些实施例中，每个转子磁体是永磁体或电磁体；并且每个定子磁体是永磁体或电磁体。

8、在一些实施例中，转子通过一个或多个挠曲件可旋转地联接到定子。在一些实施例中，定子包括壳体，其中至少第一定子磁体和第二定子磁体固定到壳体。

9、在一些实施例中，第一音圈致动器包括第一轭部；并且第二音圈致动器包括第二轭部，其中第二轭部联接到壳体。

10、在一些实施例中，谐振振荡器是游丝振荡器。

11、在一些实施例中，还包括轴，该轴沿着第二轴线从第一终端延伸到第二终端，其中第一音圈致动器和第二音圈致动器每个都联接到轴，其中第二音圈致动器配置为围绕第二轴线旋转该轴。

12、在一些实施例中，第一音圈致动器联接到第一终端；并且谐振振荡器联接到第二终端。在一些实施例中，转子联接到第一轭部。

13、在一些实施例中，第一音圈致动器还包括设置在第一臂上的第一音圈，其中有效载荷联接到第一臂，并且第一臂配置为围绕第一轴线移动有效载荷；其中第二音圈致动器还包括设置在第二臂上的第二音圈，其中第二臂联接到第一轭部并且配置为使第一音圈致动器围绕第二轴线振荡。在一些实施例中，第二轴线是倾斜的。

14、本公开还包括一种系统，包括：具有光源的上述组件，该光源配置成向有效载荷发射光束。

15、在一些实施例中，还包括控制器，其配置成接收反馈信号并向第二音圈致动器提供控制信号，从而控制有效载荷的角速度。

16、在一些实施例中，还包括反馈传感器，其中从反馈传感器接收反馈信号。在一些实施例中，反馈传感器选自光学编码器、磁性编码器和电容编码器。

17、根据本公开的另一方面，提供了一种双轴组件，包括：有效载荷；第一致动器，其联接到有效载荷并适于围绕第一轴线旋转有效载荷，其中，第一致动器是音圈致动器；谐振振荡器，包括：包括壳体的定子；转子，配置成相对于定子以一个自由度移动，其中转子的运动是旋转的；安装在转子上的至少一个转子磁体，其中至少一个转子磁体配置成与转子一起在第一端点和第二端点之间移动；以及至少第一定子磁体和第二定子磁体，第一定子磁体安装在第一端点处，其中至少第一定子磁体和第二定子磁体固定到壳体；其中第二定子磁体安装在第二端点处，并且至少第一定子磁体和第二定子磁体中的每个配置为排斥至少一个转子磁体；以及适于围绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转第一致动器和有效载荷的第二致动器，第二致动器包括至少一个磁体，至少一个磁体定位在壳体内并且在由至少一个转子磁体中的每个行进的路径的外部，其中至少一个磁体电磁联接到至少一个转子磁体并且配置成产生导致转子旋转的磁场。

18、在一些实施例中，谐振振荡器还包括安装在转子上的至少第二转子磁体，其中第二转子磁体配置成与转子一起在第三端点和第四端点之间移动。在一些实施例中，谐振振荡器还包括安装在第三端点处的至少第三定子磁体。

19、在一些实施例中，每个转子磁体是永磁体或电磁体；并且每个定子磁体是永磁体或电磁体。在一些实施例中，转子通过一个或多个挠曲件可旋转地联接到定子。在一些实施例中，至少一个h桥电路配置成提供电压信号来激励至少一个增强器磁体。在一些实施例中，第一致动器包括轭部，其中转子联接到轭部。在一些实施例中，第二轴线是倾斜的。

20、在一些实施例中，该系统包括配置成向有效载荷发射光束的光源。在一些实施例中，控制器配置成接收反馈信号并向第二致动器提供控制信号，从而控制有效载荷的角速度。在一些实施例中，还提供反馈传感器，其中从反馈传感器接收反馈信号。在一些实施例中，反馈传感器选自光学编码器、磁性编码器和电容编码器。

21、在一些实施例中，使用上述系统提供扫描视场的方法，其中第二音圈致动器具有谐振频率，并且配置为以谐振频率振荡有效载荷；并且该方法包括激励光源，从而使来自光源的光偏离有效载荷；以及激励第二音圈致动器，从而使有效载荷以谐振频率围绕第二轴线振荡。在一些实施例中，该方法包括激励第一音圈致动器，从而调节有效载荷围绕第一轴线的角度。

22、在一些实施例中，还提供了控制器，其中该方法还包括在控制器处接收反馈信号；以及向第二音圈致动器提供控制信号，从而控制有效载荷的速度。在一些实施例中，从第二音圈致动器接收反馈信号。在一些实施例中，还提供了编码器，其中从编码器接收反馈信号。

23、在一些实施例中，该方法还包括确定第二音圈致动器是否以谐振频率振荡有效载荷；当有效载荷不以谐振频率振荡时，向第二音圈致动器提供控制信号，从而降低或增加有效载荷的速度，使得有效载荷以谐振频率振荡。

24、在一些实施例中，第二致动器具有谐振频率，并且配置成以谐振频率振荡有效载荷；激励光源，从而使来自光源的光偏离有效载荷；以及激励第二致动器，从而导致有效载荷以谐振频率围绕第二轴线振荡。

25、在一些实施例中，该方法包括激励第一致动器，从而调节有效载荷围绕第一轴线的角度。

26、在一些实施例中，该系统还包括控制器，其中该方法还包括在控制器处接收反馈信号；以及向第二致动器提供控制信号，从而控制有效载荷的速度。在一些实施例中，从第二致动器接收反馈信号。在一些实施例中，该系统还包括编码器，其中从编码器接收反馈信号。

27、在一些实施例中，该方法包括确定第二致动器是否以谐振频率振荡有效载荷；当有效载荷不以谐振频率振荡时，向第二致动器提供控制信号，从而降低或增加有效载荷的速度，使得有效载荷以谐振频率振荡。

28、在一些实施例中，第二音圈致动器还包括从第一端点延伸到第四端点的至少一个挠曲件。在一些实施例中，第二致动器的至少一个磁体是永磁体。在一些实施例中，第二致动器还包括增强器磁体，该增强器磁体设置在壳体中且位于至少一个磁体径向向外的位置。在一些实施例中，增强器磁体是电磁体，或者包括空气芯。在一些实施例中，转子通过一个或多个轴承可旋转地联接到第一轭部。

29、根据本公开的另一方面，提供了振荡系统的轭部，其包括：第一侧壁；第二侧壁，第二侧壁与第一侧壁间隔开，以在其间限定间隙；在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的至少一个构件；从第一侧壁横向延伸的第一凸缘；从第二侧壁横向延伸的第二凸缘；其中轭部结构是具有第一侧壁和第二侧壁、顶部和底部以及整体连接的第一凸缘和第二凸缘的整体结构。

30、在一些实施例中，至少一个磁体设置在第一侧壁和第二侧壁之间的间隙内。在一些实施例中，至少一个磁体包括抵靠第一侧壁设置的第一磁体和抵靠第二侧壁设置的第二磁体，间隙的一部分保留在第一磁体和第二磁体之间。在一些实施例中，音圈至少部分地设置在第一磁体和第二磁体之间的间隙内。在一些实施例中，第一凸缘设置在第一侧壁的中点处。在一些实施例中，第二凸缘与第一凸缘水平对准。在一些实施例中，设置支架，其配置成接收镜子，支架联接到第一凸缘和第二凸缘中的至少一个。在一些实施例中，支架经由至少一个挠曲件联接到第一凸缘和第二凸缘。在一些实施例中，支架经由至少一个挠曲件联接到第一凸缘和第二凸缘，至少一个挠曲件在多个位置联接到第一凸缘。在一些实施例中，第一联接位置横向定向，第二联接位置竖直定向，第一联接位置和第二联接位置彼此间隔开。在一些实施例中，在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的至少一个构件包括在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的顶部和在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的底部。在一些实施例中，第一凸缘或第二凸缘中的至少一个是挠曲轴承定子。在一些实施例中，音圈联接到支架。

31、根据本公开的另一方面，提供了一种振荡组件，包括：定子；转子，其配置成相对于定子以一个自由度移动；安装在转子上的至少一个转子磁体，其中至少一个转子磁体配置成与转子一起在第一端点和第二端点之间移动；至少第一定子磁体和第二定子磁体，第一定子磁体安装在第一端点处；并且第二定子磁体安装在第二端点处，至少第一定子磁体和第二定子磁体中的每个配置为排斥至少一个转子磁体。

32、在一些实施例中，转子的运动是旋转的；在一些实施例中，转子的运动是线性的。在一些实施例中，还包括安装在转子上的至少第二转子磁体，其中第二转子磁体配置成与转子一起在第三端点和第四端点之间移动。在一些实施例中，至少第三定子磁体安装在第三端点处。

33、在一些实施例中，第一定子磁体具有包括面积的第一表面；至少一个转子磁体具有包括面积的第一表面，该第一表面对应于第一定子磁体的第一表面；第二定子磁体具有包括面积的第二表面；并且至少一个转子磁体具有包括面积的第二表面，该第二表面对应于第二定子磁体的第二表面，并且进一步其中：第一定子磁体的第一表面配置为排斥至少一个转子磁体的第一表面；第二定子磁体的第二表面配置成排斥至少一个转子磁体的第二表面；并且第一定子磁体的第一表面的面积大于至少一个转子磁体的第一表面的面积，并且第二定子磁体的第二表面的面积大于至少一个转子磁体的第二表面。

34、在一些实施例中，第一定子磁体包括具有交替磁极的两个或更多个堆叠磁体；第二定子磁体包括具有交替磁极的两个或更多个堆叠磁体；每个转子磁体包括具有交替磁极的两个或更多个堆叠磁体，其中转子磁体的磁极定向成排斥定子磁体的磁极。在一些实施例中，第一定子磁体和第二定子磁体中的至少一个包括至少一个端部磁体。在一些实施例中，第一定子磁体和第二定子磁体中的每个包括两个端部磁体，并且两个或更多个堆叠磁体设置在两个端部磁体之间。在一些实施例中，第一定子磁体、第二定子磁体和每个转子磁体中的任何一个或多个的至少两个相邻堆叠磁体被间隙分开。

35、在一些实施例中，每个转子磁体是永磁体。在一些实施例中，每个转子磁体是电磁体。在一些实施例中，每个定子磁体是永磁体。在一些实施例中，每个定子磁体是电磁体。在一些实施例中，一个或多个柔性连接器将转子联接到定子。在一些实施例中，第一定子磁体和第二定子磁体中的每个固定到配置成传导磁通量的轭部。

36、在一些实施例中，致动器配置成移动转子，其中转子配置成联接到有效载荷。在一些实施例中，致动器是电动马达。在一些实施例中，定子包括壳体，其中至少第一定子磁体和第二定子磁体固定到壳体。在一些实施例中，致动器包括至少一个增强器电磁体，至少一个增强器电磁体定位在壳体内并且在由至少一个转子磁体中的每个行进的路径的外部，其中至少一个增强器电磁体电磁联接到至少一个转子磁体，并且配置成在通电时产生使转子移动的磁场。在一些实施例中，致动器机械联接到转子。在一些实施例中，致动器设置在壳体外部。在一些实施例中，致动器是音圈马达。在一些实施例中，致动器通过轴联接到转子。在一些实施例中，致动器配置成在第一端点和第二端点之间移动有效载荷。

37、在一些实施例中，设置控制器，其配置成接收反馈信号并向致动器提供控制信号，从而控制转子的速度。在一些实施例中，从致动器接收反馈信号。在一些实施例中，反馈传感器，其中从反馈传感器接收反馈信号。在一些实施例中，反馈传感器是编码器。在一些实施例中，编码器是光学编码器。在一些实施例中，编码器是磁性编码器。在一些实施例中，编码器是电容编码器。在一些实施例中，包括有效载荷，其中有效载荷包括镜子。

38、在一些实施例中，提供了一种以谐振频率振荡转子的方法，该方法包括：提供根据权利要求86至102中任一项所述的系统，其中组件是具有谐振频率的振荡器，并且其中致动器配置成以谐振频率驱动转子运动；以及激励致动器，从而使至少一个转子磁体以谐振频率在第一端点和第二端点之间振荡。

39、在一些实施例中，提供控制器，其中该方法还包括在控制器处接收反馈信号；以及向致动器提供控制信号，从而控制转子的速度。在一些实施例中，从致动器接收反馈信号。在一些实施例中，该系统还包括编码器，其中从编码器接收反馈信号。

40、在一些实施例中，该方法包括确定转子是否以谐振频率振荡；当转子不以谐振频率振荡时，向致动器提供控制信号，从而降低或增加转子的速度，使得转子以谐振频率振荡。

41、在一些实施例中，增强器磁体包括空气芯。在一些实施例中，转子通过一个或多个轴承可旋转地联接到轭部。

42、在一示例实施例中，本发明是一种扫描系统，包括配置成产生至少一个光束的光源；至少一个偏转器；第一致动器，其配置为围绕第一扫描轴线旋转至少一个偏转器，以及第二致动器，其配置为围绕第二扫描轴线旋转至少一个偏转器，至少一个偏转器配置为将至少一个光束偏转到视场；以及至少一个处理器，其配置为控制光源、第一致动器和第二致动器，以使至少一个偏转器扫描视场，其中在扫描视场的至少一部分期间，至少一个处理器使第一致动器和第二致动器根据补偿扫描模式围绕第一扫描轴线和第二扫描轴线同时旋转至少一个偏转器，其中补偿扫描模式至少部分补偿与至少一个光束到至少一个偏转器上的变化入射角相关的一个或多个畸变。

43、在另一示例实施例中，本发明是一种扫描视场的方法，包括：产生至少一个光束；将至少一个光束导向至少一个偏转器，至少一个偏转器配置成围绕第一扫描轴线旋转和围绕第二扫描轴线旋转，并将至少一个光束朝向视场偏转；使配置为控制光源的至少一个处理器、第一致动器和第二致动器旋转至少一个偏转器以扫描视场，其中在扫描视场的至少一部分期间，第一致动器和第二致动器根据补偿扫描模式围绕第一扫描轴线和第二扫描轴线同时旋转至少一个偏转器，其中补偿扫描模式至少部分补偿与至少一个光束到至少一个偏转器上的变化入射角相关的一个或多个光学畸变。