面内滑动式微镜以及激光雷达的制作方法

1.本发明属于激光雷达的技术领域，更具体地说，是涉及一种面内滑动式微镜以及激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达是通过发射激光信号对周围空间进行扫描并获取空间参数的设备，广泛应用于地理测绘、环境探测、工业扫描或无人驾驶等行业。目前，激光雷达的光束扫描方式主要是电机扫描式，但扫描电机存在尺寸大、功耗大、控制电路及算法复杂等明显缺陷，限制了激光雷达朝着小型化、集成化及低功耗化等方向发展的速度，也制约了激光雷达的进一步的推广应用。
3.微电机系统(micro、electro mechanical system，以下简称mems)微镜基于成熟的半导体加工工艺，可实现小型化和集成化的光束扫描方式，且具有低功耗和控制简单的显著优势。
4.mems扫描镜主要依靠微驱动器来推动可活动镜面产生转动或平动，从而改变入射光的传播方向。申请号为cn202010737221.2的中国专利申请，公开了一种用于激光雷达的双层梳齿驱动mems扫描镜及制备方法，通过静电驱动的方式驱动扫描件沿着轴心转动，能够实现多个角度的反射。但是现有的mems扫描镜是通过扭臂带动扫瞄镜旋转，此时扫描镜的旋转角度约为10至20度，其旋转角度较小，导致光束的扫描角很小。此外，扭臂由于需要周期性反复扭转，长时间使用后会导致其稳定性降低，最终影响扭臂稳定使用的寿命。
5.因此如何能够实现大角度、长寿命稳定的扫描是急需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种面内滑动式微镜，以解决现有技术中的微镜的寿命较低且扭转角度较小的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种面内滑动式微镜，包括：基底、设于所述基底上的镜面部件、设于所述基底和所述镜面部件之间的滑动部件以及用于驱动所述滑动部件运动的驱动部件，所述镜面部件包括反射面，所述反射面具有至少两个反射角度，所述滑动部件带动所述镜面部件于所述基底上滑动并切换反射角度。
8.进一步地，所述滑动部件包括至少一个超滑片，所述超滑片具有至少一个超滑面，所述基底具有原子级平整表面，所述超滑面贴合于所述原子级平整表面上。
9.进一步地，所述基底还包括绝缘层，所述滑动部件设于所述绝缘层上，且所述绝缘层具有原子级平整表面，所述超滑片与所述绝缘层超滑接触。
10.进一步地，所述超滑片远离所述基底的一侧面与所述镜面部件固定连接。
11.进一步地，所述镜面部件还包括支撑部件，所述反射面设于所述支撑部件上。
12.进一步地，所述反射面采用多棱反射镜面，所述多棱反射镜面包括至少两个平整反射面，且所述平整反射面依次拼接。
13.进一步地，所述反射面采用弧形镜面、球形镜面或不规则曲率镜面。
14.进一步地，所述驱动部件采用电驱动，所述驱动部件设于所述基底的内部或设于所述基底的底部。
15.进一步地，所述驱动部件包括至少两个驱动电极。
16.本发明还提供了一种激光雷达，包括发射元件、接收元件以及如上所述的面内滑动式微镜，所述微镜朝向所述发射元件或所述接收元件。
17.本发明提供的面内滑动式微镜的有益效果在于：
18.1、本发明的面内滑动式微镜，镜面部件能够在滑动部件的带动下滑动，镜面部件在滑动时可以切换为不同的反射角度，将传统的扭臂带动扫描镜旋转的方式更改为面内滑动式，能够大幅度提高微镜对光束的扫描角度，并实现长时间的稳定扫描，具有较长的使用寿命。
19.2、在滑动部件和基底之间设置超滑片，使得滑动部件和基底可以实现零磨损滑动，可以实现极低摩擦力无磨损滑动，不会因电极上的电荷积累而发生粘附失效，也不会发生“静电吸合”现象，能够实现超长寿命。
20.3、反射面可以采用多棱反射镜面或曲面，具有多个角度的反射面，将单一线束或多个线束同时间多角度的扫描，从而实现线扫，同时在水平移动时，能够更加方便的进行位移控制，具有较多的应用范围。
21.4、在镜面部件的下方设置若干个超滑片，超滑片一般采用石墨、石墨烯等二维材料制成，其相较于空气具有更好的热传导性能，能够将发射至反射面上光的热能通过支撑部件和超滑片散出，避免出现器件过热导致运动失效等现象，提高其使用的稳定性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例提供的面内滑动式微镜的结构示意图一；
24.图2为本发明实施例提供的面内滑动式微镜的结构示意图二。
25.其中，图中各附图标记：
26.1、基底；2、镜面部件；3、滑动部件；4、驱动部件；11、绝缘层；21、支撑部件；22、反射面。
具体实施方式
27.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
29.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
30.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该特征。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。
31.请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的面内滑动式微镜进行说明。所述面内滑动式微镜，包括基底1、设于所述基底1上的镜面部件2、设于所述基底1和所述镜面部件2之间的滑动部件3以及用于驱动所述滑动部件3运动的驱动部件4，所述镜面部件2包括反射面22，所述反射面22具有至少两个反射角度，镜面部件2能够在滑动部件3的带动下滑动，镜面部件2在滑动时可以切换为不同的反射角度，将传统的扭臂带动扫描镜旋转的方式更改为面内滑动式，能够大幅度提高微镜对光束的扫描角度，并实现长时间的稳定扫描，具有较长的使用寿命。
32.其中，镜面部件2的反射面22可以为光滑的金属、氧化硅或金属玻璃等能够使得光线反射的材料或涂层材料，且反射面22光滑并可实现镜面反射，镜面部件2的不同的反射角度可以在滑动部件3的驱动下切换。
33.镜面部件2包括反射面22和支撑部件21，所述反射面22设于所述支撑部件21上，反射面22可以为单独的部件，且该反射面22由支撑部件21进行支撑，反射面22也可以为支撑部件21的上表面，即反射面22和支撑部件21为一体成型的。优选的，所述支撑部件采用金属材料制成。
34.进一步地，请一并参阅图1及图2，作为本发明提供的面内滑动式微镜的一种具体实施方式，反射面22可以由多个平整反射面22拼接形成多棱镜反射镜面，且多个平整反射面22之间具有一定的角度，角度可以根据需要进行预设，平整反射面22的面积也可以根据需要进行调整。
35.优选的，多个平整反射面22的尺寸和偏转角度一致，由驱动部件4的步进式驱动，控制整个镜面部件2的移动，从而控制线束的反射角度，能够达到线扫的效果。步进式驱动相较于扭臂旋转控制旋转角度，能够达到精确控制角度的效果，且状态持续稳定，同时适用于定向扫描和线扫。
36.优选的，在反射面22的水平方向上的x方向和y方向均由多个平整反射面22拼接形成，且镜面部件2可以朝向x方向和y方向滑动，此时可以实现单个激光的面扫，其中x方向和y方向是水平面上两个相互垂直的方向。
37.在本发明的其他实施例中，反射面22还可以采用具有一定曲率的镜面，即反射面22为具有一定曲率的弧形面，由驱动部件4带动镜面部件2的移动，此时同一方向射入至反射面22的光，可以由于曲率的变化反射出不同的角度，可以达到无级线扫或面扫的效果。
38.优选的，所述反射面22为弧形镜面、球形镜面或不规则曲率镜面，反射面22的曲率分布可以根据需要进行控制，且反射面22的曲率分布结合驱动部件4的驱动速度，能够达到某一区域的线扫、面扫或重复区域扫描等的效果。
39.进一步地，请参阅图1及图2，作为本发明提供的面内滑动式微镜的一种具体实施方式，所述滑动部件3包括至少一个超滑片，所述超滑片具有至少一个超滑面，所述基底1具有原子级平整表面，所述超滑面贴合于所述原子级平整表面上，超滑片和基底1之间可以实现超滑接触，使得滑动部件3和基底1可以实现零磨损滑动，可以实现极低摩擦力无磨损滑动，不会因电极上的电荷积累而发生粘附失效，也不会发生“静电吸合”现象，能够实现超长寿命。
40.优选的，基底1包括底座和设于所述底座上的绝缘层11，所述绝缘层11具有原子级平整表面，所述超滑片与所述绝缘层11超滑接触。优选的，基底1可以直接采用硅基底1，绝缘层11的材料一般采用氧化硅或硅等绝缘材料制成。
41.超滑片的材料优选为石墨片或者其他具有超滑面的材料，优选为下表面附着有石墨、单层/少层石墨烯等具有超滑性质的材料。各个超滑片的高度和底面积可以相同或者不同，连接层可以将多个高度或底面积相同或不同的超滑片组装的厚度一致，且所有超滑片的超滑面一致。
42.其中，滑动部件3设置在镜面部件2的下方，滑动部件3和镜面部件2为固定连接，滑动部件3包括多个超滑片，多个超滑片均匀的设于镜面部件2的底部。
43.优选的，滑动部件3包括多个超滑组件，每个超滑组件内具有若干个超滑片，多个超滑片由一连接件统一连接，且镜面部件2的下方设有至少三组超滑组件，多组超滑组件共同对镜面组件进行支撑。
44.在镜面部件2的下方设置有若干个超滑片，超滑片一般采用石墨或石墨烯等材料制成，其相较于空气具有更好的热传导性能，能够将发射至反射面22上光的热能通过支撑部件21和超滑片散出，避免出现器件过热导致运动失效等现象，提高其使用的稳定性。
45.进一步地，参阅图1及图2，作为本发明提供的面内滑动式微镜的一种具体实施方式，所述驱动部件4可以采用电驱动、磁驱动或者光驱动，其能够带动镜面部件2在基底1上的面内滑动，优选的，驱动部件4带动镜面部件2的运动为匀速直线往复运动。
46.优选的，驱动部件4采用电驱动的方式，利用静电驱动力或电压压差等方式驱动镜面部件2和/或滑动部件3的运动。其包括至少两个驱动电极，通过朝向驱动电极施加偏压，使得滑动部件3和镜面部件2能够在驱动电极之间往复运动。优选的，驱动部件4埋设在基底1的内部。
47.优选的，驱动电极的个数大于或等于需要的反射角度的数量，从而能够精确的控制反射的角度。
48.优选的，所述驱动部件4需要采用连续驱动电路进行驱动，使得镜面部件2和滑动部件3能够连续往返运动，或者具有若干个稳态点，从而保证反射角度的稳定。
49.在本发明的其他实施例中，驱动部件4还可以采用其他驱动方式，例如利用外部的直线驱动部件4驱动其运动，或者将驱动部件4设置在基底1的外部，此次不作唯一限定。
50.在本发明的其他实施例中，支撑部件21还可以采用非金属材料制成，例如采用氧化硅、硅或其他无机材料等，此处不作唯一限定。
51.在本发明的其他实施例中，滑动部件3还可以仅包括一个大尺寸的超滑片，该超滑片直接贴设于镜面部件2的下表面，此处不作唯一限定。
52.请参阅图1及图2，本发明还提供一种激光雷达，所述激光雷达包括发射元件、接收
元件以及如上所述的面内滑动式微镜，所述面内滑动式微镜朝向所述发射元件或所述接收元件，并将发射元件发出的光线发射出去，并实现线扫或面扫；或者，微镜旋转接收发外界回射回的光线并发射至接收元件，使得接收元件可以接受更多角度的光线。
53.本发明提供的激光雷达，采用了面内滑动式微镜，将传统的扭臂带动扫描镜旋转的方式更改为面内滑动式，能够大幅度提高微镜对光束的扫描角度，并实现长时间的稳定扫描，具有较长的使用寿命，且可以快速准确的实现反射角度的快速切换，并且通过全固体接触，具有较好的散热效果，避免激光的能量在反射面22聚集，导致器件过热出现运动失效的现象，提高其使用寿命和稳定性。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。