反射镜调节装置和反射镜调节组件的制作方法

1.本公开涉及一种光路调节装置。更具体地，本公开涉及一种反射镜调节装置。另外，本公开还涉及一种反射镜调节组件。


背景技术：

2.目前，包括反射镜的光路调节装置已经广泛应用于激光雷达测距等技术领域。例如，在激光雷达发射模组中，反射镜被用于改变激光器所发射的激光束的光路。激光雷达对光路要求十分精确，而在实际组装的过程中，由于加工误差会导致光路出现各种偏差，因此需要设计光路调节系统，以便能够在生产过程中进行光路偏差的装调，从而将光路纠正到理论位置。
3.在现有的光路调节系统中，一种常见的类型是使用三个弹簧和安装有三个螺钉的调节板对反射镜进行调节。在调节过程中，首先将反射镜固定到调节板上，然后通过利用三个螺钉调节三个弹簧的高度来调整反射镜的角度。但是，这样的装调要使反射镜达到理想的角度比较费时。另外，通过三个弹簧调节反射镜的位置，即使在反射镜的角度满足要求的情况下，反射镜的前后位置也可能会发生改变。
4.另一种常见的类型是使用夹爪对反射镜进行调节。首先通过一个夹爪夹取反射镜，在夹爪的后方连接一套六轴平台。通过六轴平台在空间直角坐标系中沿x、y、z方向的位移及旋转，将反射镜调节至期望位置，然后再对反射镜进行固定。但是，这样的装调首先需要一套高精度的六轴系统，成本较高。另外，夹爪和六轴平台装配复杂，调节时间较长，并且反射镜周边需要预留出夹爪夹取的空间。对于一些小空间的反射镜，无法使用这样的调节方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述缺陷，本公开提供了一种反射镜调节装置，其结构简单，能够方便、快速且可靠地对反射镜进行调节。
6.根据本公开的一方面，提供了一种反射镜调节装置，所述反射镜调节装置包括：反射镜，所述反射镜包括连接面以及与所述连接面相对的反射面；调节块，所述调节块包括第一平坦表面以及与所述第一平坦表面相对的第二半球形表面，所述反射镜的连接面固定至所述调节块的第一平坦表面，并且所述调节块的第二半球形表面的球心位于所述反射镜的反射膜的反射面上；调节支架，所述调节支架包括第一内凹表面以及与所述第一内凹表面相对的第二外凸表面，所述第一内凹表面和所述第二外凸表面同心但曲率半径不同，且所述第一内凹表面是与所述调节块的第二半球形表面同心且曲率半径相同的圆弧面，所述调节块的第二半球形表面接合至所述调节支架的第一内凹表面；调节机构，所述调节机构联接所述调节块和所述调节支架，并且所述调节机构构造成通过使所述调节块相对于所述调节支架转动来调节所述反射镜的位置；以及辅助固定部，所述辅助固定部构造成在完成所述反射镜的位置调节之后实现所述调节块与所述调节支架之间的相对固定。
7.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，所述调节机构包括调节螺钉，所述调节块包括第一中心孔，所述调节支架包括第二中心孔，所述调节螺钉经由所述第一中心孔和所述第二中心孔联接所述调节块和所述调节支架。
8.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，所述调节机构还包括弹性垫，所述弹性垫设置在所述调节支架与所述调节螺钉之间。
9.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，所述辅助固定部包括：设置在所述调节支架的第一内凹表面中的凹槽；以及设置在所述凹槽中的胶水。
10.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，所述辅助固定部包括：设置在所述调节块与所述调节支架之间的连接部处的胶水。
11.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，所述胶水在常温下不固化，并且在完成所述反射镜的位置调节之后，所述胶水经过高温加热而固化以将所述调节块与所述调节支架粘接在一起。
12.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，所述辅助固定部是在完成所述反射镜的位置调节之后将所述调节块焊接至所述调节支架的焊接部。
13.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，在所述反射镜的镜面上未设置反射膜的情况下，所述反射镜的反射面是所述反射镜的镜面，并且所述调节块的第二半球形表面的球心位于所述反射镜的镜面上。
14.在所述反射镜调节装置的一个实施例中，在所述反射镜的镜面上设有反射膜的情况下，所述反射镜的反射面是所述反射膜的外表面，并且所述调节块的第二半球形表面的球心位于所述反射膜的外表面上。
15.根据本公开的另一方面，提供了一种反射镜调节组件，所述反射镜调节组件包括：反射镜安装支架；以及安装至所述反射镜安装支架的多个反射镜调节装置，所述多个反射镜调节装置均为如上所述的反射镜调节装置。
16.在所述反射镜调节组件的一个实施例中，能够在所述反射镜调节组件中逐一地对所述多个反射镜调节装置进行调节，以便将每一个反射镜调节装置中的反射镜调节到合适的位置。
17.在所述反射镜调节组件的一个实施例中，所述反射镜安装支架包括定位销柱和/或连接孔。
18.根据本公开所述的反射镜调节装置和反射镜调节组件，不仅结构简单，而且能够方便、快速、可靠和精确地对反射镜进行调节。另外，反射镜调节装置和反射镜调节组件能够与反射镜的尺寸相适配，因此，使得安装本公开的反射镜调节装置和反射镜调节组件的产品的体积小，结构紧凑，空间利用率高。
附图说明
19.通过结合附图考虑以下对本公开的可选实施例的说明内容，本公开的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或相似的部件。
20.图1是示出根据本公开的反射镜调节装置的剖视图。
21.图2是示出根据本公开的反射镜调节装置中的反射镜和调节块的示意图。
22.图3是示出根据本公开的反射镜调节装置中的调节支架的示意图。
23.图4a和4b是示出根据本公开的反射镜调节装置中的弹性垫的示意图。
24.图5a和5b是示出根据本公开的反射镜调节组件的示意图。
25.图6是示出根据本公开的激光雷达装置的示意图。
具体实施方式
26.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的可选实施例。然而，应当理解的是，本公开能够以多种不同的方式实现，并不局限于下文描述的实施例。事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开内容更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。本领域技术人员可以在不脱离本公开的主旨的范围内适当地修改细节配置。
27.应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。
28.除非另有说明，否则本文所用的术语(包括技术术语和科学术语)应具有本公开所涉及的技术领域的普通技术人员通常能够理解到的含义。除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中所用的术语“包括”和“包含”应当解释为开放式的含义，也就是说，“包括”和“包含”应当解释为与术语“至少包括”或者“至少包含”同义。
29.除非另有说明，否则本公开中所使用的术语“上”、“下”、“顶”、“底”等仅是所述装置及其相关部件在如图所示的状态下的相对方位。
30.应当理解的是，说明书中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。为了简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
31.接下来，将参考附图描述根据本公开的反射镜调节装置和反射镜调节组件的实施例。本公开的反射镜调节装置和反射镜调节组件能够与激光雷达的内部支架结构相连接，以便在激光雷达的生产过程中对光路进行调节，从而提高激光雷达的生产效率。
32.图1-3以及图4a和4b示出了根据本公开的反射镜调节装置的实施例。如图所示，反射镜调节装置主要包括：反射镜1、调节块2、调节支架3和调节机构。
33.参见图1和图2，反射镜1能够用于激光雷达，并且反射镜1包括连接面以及与所述连接面相对的反射面。可选地，在反射镜1的镜面上可以设置一层薄膜(反射膜)。可选地，反射膜能够以镀覆的方式设置在反射镜1的镜面上，并且反射膜的厚度可以为5～50微米。反射膜可以针对特定波段范围(例如905
±
10波段或者1550
±
10波段)内的光进行反射，而对其它波段的光不进行反射或进行吸收，从而降低杂光的干扰，提高激光雷达的信噪比。
34.调节块2包括第一平坦表面以及与第一平坦表面相对的第二半球形表面。反射镜1的连接面固定至调节块2的第一平坦表面，并且调节块2的第二半球形表面的球心位于反射镜1的反射膜的反射面上。可选地，调节块2的第二半球形表面的球心可以与反射镜1的反射面的中心重合。
35.在反射镜1的镜面上未设置反射膜的情况下，反射镜1的镜面被用作反射镜1的反射面，并且调节块2的第二半球形表面的球心位于反射镜1的镜面上。可选地，调节块2的第二半球形表面的球心可以与反射镜1的镜面的中心重合。
36.另外，在反射镜1的镜面上设有反射膜的情况下，该反射膜的外表面被用作反射镜1的反射面，并且调节块2的第二半球形表面的球心位于反射膜的外表面上。可选地，调节块2的第二半球形表面的球心可以与反射膜的外表面的中心重合。
37.参见图1和图3，调节支架3包括第一内凹表面以及与第一内凹表面相对的第二外凸表面。调节支架3的第一内凹表面和第二外凸表面同心但曲率不同，且所述第一内凹表面是与调节块2的第二半球形表面同心且曲率半径相同的圆弧面，并且调节块2的第二半球形表面接合至调节支架3的第一内凹表面。
38.参见图1以及图4a和4b，调节机构将调节块2和调节支架3联接在一起，并且调节机构构造成通过使调节块2相对于调节支架3转动来调节反射镜1的位置。
39.可选地，如图1所示，调节机构包括调节螺钉5。此外，调节块2包括第一中心孔，调节支架3包括第二中心孔，调节螺钉5经由第一中心孔和第二中心孔联接调节块2和调节支架3。在此情况下，如图2所示，在调节块2的第二半球形表面上可以设置有便于加工螺纹孔的平面部，并且相应地在第二半球形表面的平面部上设置螺纹孔以作为第一中心孔。另外，如图2所示，调节块2的四侧可以为平面设计，以用于调节块2的夹具定位，由此可以实现与反射镜1的较高精度的固定，并且能够节约空间，使得结构更为紧凑。
40.进一步可选地，如图1以及图4a和4b所示，调节机构还包括设置在调节支架3与调节螺钉5之间的弹性垫4。对于弹性垫4的形状和外观没有具体要求，只需要能够提供一定的弹力支撑即可。例如，图4a示出了一种可选形式的弹性垫4，图4b示出了另一种可选形式的弹性垫4'。
41.在使用时，通过转动调节螺钉5来改变调节螺钉5与调节块2的连接深度，由此使弹性垫4得到不同程度的弹性变形，进而控制弹性垫4的弹力大小。该弹力大小对应于调节旋转所需要的力度大小。当弹力小时，对调节螺钉5施加很小的力就能实现旋转，但是调节精度不高，容易松动。当需要精度较高的调节时，则需要施加较大的弹力以对弹性垫4进行较大的压缩。
42.如上所述，通过转动调节螺钉5即可使调节块2沿着调节支架3的第一内凹表面转动，由此使反射镜1转动以实现反射镜1的位置调节。在调节过程中，调节块2的第二半球形表面的球心以及调节支架3的第一内凹表面和第二外凸表面的球心始终保持位于反射镜1的反射膜的外表面上。通过这样的球面旋转调节，能够确保高精度地调节反射镜1的位置。
43.本领域技术人员应当理解，如上所述将弹性垫4和调节螺钉5用作调节机构只是一种可行的实施方式。调节机构可以采用任意的其他形式，只要能够通过使调节块2相对于调节支架3转动来调节反射镜1的位置即可。
44.参见图1至图3所示，反射镜调节装置还包括辅助固定部，该辅助固定部构造成在完成反射镜1的位置调节之后实现调节块2与调节支架3之间的相对固定。
45.可选地，辅助固定部可以包括：设置在调节支架3的第一内凹表面中的凹槽；以及设置在凹槽中的胶水。可选地，辅助固定部可以包括：设置在调节块2与调节支架3之间的连接部处的胶水。
46.进一步可选地，胶水具备在常温下不固化、经过高温加热后固化的特性。由此，在完成反射镜1的位置调节之后，将反射镜调节装置整体转移至高温烘箱内进行高温加热，具体的加热温度和加热时间可以根据所选用的胶水进行设定。设置在调节支架3的第一内凹
表面中的凹槽内和/或设置在调节块2与调节支架3之间的连接部处的胶水在高温作用下发生固化，以使调节块2与调节支架3紧密地粘合在一起。在完成反射镜1的位置调节之后，通过这样的点胶方式使调节块2与调节支架3直接粘结，可靠性高。由此，弹性垫4的失效或者调节螺钉5的松脱都不会对反射镜1的位置产生影响，从而保持反射镜1始终处于合适的位置。
47.本领域技术人员应当理解，如上所述利用胶水进行固定只是一种可行的实施方式。辅助固定部可以采用任意的不同于胶水固定的其他形式，只要能够在完成反射镜1的位置调节之后实现调节块2与调节支架3之间的相对固定即可。例如，辅助固定部可以是在完成反射镜1的位置调节之后将调节块2焊接至调节支架3的焊接部，由此实现调节块2与调节支架3之间的相对固定。
48.图5a和5b示出了根据本公开的反射镜调节组件的实施例。如图所示，反射镜调节组件主要包括：反射镜安装支架6；以及安装至反射镜安装支架6的多个反射镜调节装置。这些反射镜调节装置均为如上所述的反射镜调节装置。
49.参见图5a和5b所示，在反射镜安装支架6上可以设置定位销柱7和/或连接孔8，以用于与诸如激光雷达内部的支撑件相连接。
50.在这样的反射镜调节组件中，能够逐一地对所述多个反射镜调节装置进行调节，以便将每一个反射镜调节装置中的反射镜调节到合适的位置。而且，在完成对各个反射镜的位置调节之后，能够保持每一个反射镜调节装置中的反射镜始终处于合适的位置。
51.图6示出了根据本公开的实施例的激光雷达装置800。激光雷达装置800可以包括激光发射模块802、扫描器804、激光接收模块806和控制器808。在激光雷达装置800的发射光路路径中包括根据本公开所述的反射镜调节装置或者反射镜调节组件。可选地，根据本公开所述的反射镜调节装置或者反射镜调节组件设置在激光雷达装置800的激光发射模块802中。
52.激光发射模块802发出探测激光光束，用于对目标对象120进行扫描。激光雷达装置800可以包括一个或多个这样的激光发射模块802。
53.扫描器804用于使来自激光发射模块802的探测激光光束的方向发生偏转，以对目标对象820进行扫描，实现更宽的发射视场或扫描视场。扫描器804可以由任意数量的驱动器驱动的任意数量的光学镜子。例如，扫描器804可以包括平面反射镜、棱镜、机械振镜、偏振光栅、光学相控阵(opa)、微电机系统(mems)振镜。对于mems振镜，反射镜面在静电/压电/电磁驱动下在一维或二维方向上发生旋转或平移。在驱动器的驱动下，扫描器804将来自激光发射模块802的光束引导至视场内的各个位置，以实现对视场的扫描。
54.光束从目标对象820反射后，一部分反射光返回到激光雷达装置800，并由激光接收模块806接收。激光接收模块806接收并检测来自目标对象820的反射光的一部分并产生对应的电信号。激光接收模块806可以包括接收单元和相关联的接收电路。每个接收电路可以用于处理相应的接收单元的输出电信号。接收单元包括各种形式的光电探测器或光电探测器一维或二维阵列，相应地，接收电路可以为一个电路或多个电路的阵列。光电探测器测量反射光的功率、相位或时间特性，并产生相应的电流输出。光电探测器可以是雪崩二极管(apd)、单光子雪崩二极管(spad)、pn型光电二极管或pin型光电二极管。
55.控制器808与激光发射模块802、扫描器804、激光接收模块806中的一个或多个通
信耦接。控制器808可以控制激光发射模块802是否以及何时发射光束。控制器808可以控制扫描器804将光束扫描至具体的位置。控制器808可以处理和分析由激光接收模块806输出的电信号，以最终确定目标对象820的位置、速度等特征。控制器808可以包括集成电路(ic)、专用集成电路(asic)、微芯片、微控制器、中央处理器、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)或者其它适合执行指令或实现逻辑操作的电路。由控制器808执行的指令可以被预加载到集成或单独的存储器(未示出)中。存储器可以存储用于激光发射模块802、扫描器804或激光接收模块806的配置数据或命令。存储器也可以存储从激光接收模块806输出的电信号或者基于输出电信号的分析结果。存储器可以包括随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬盘、光盘、磁盘、闪存存储器或其它易失性或非易失性存储器等。控制器808可以包括单个或多个处理电路。在多个处理电路的情况下，各处理电路可以具有相同或不同的构造，彼此间通过电、磁、光、声、机械等方式交互或者协同操作。
56.在一个或多个实施例中，激光雷达装置800还可以包括发射透镜810。发射透镜810可以用于对由激光发射模块802发射并由扫描器804转向的光束进行扩束。发射透镜810可以包括衍射光学元件(doe)，用于对光束进行整形、分离或扩散。发射透镜810可以单独存在，也可以集成到其它部件(例如扫描器804或激光发射模块802)中。发射透镜810在从光源到目标对象的发射光路中的位置不限于图6中所示，而是可以变更到其它位置。例如，发射透镜可以被布置在激光发射模块802和扫描器804之间，这样光源802发出的光束先经过发射透镜扩束后再被扫描器转向。
57.在一个或多个实施例中，激光雷达装置800还可以包括接收透镜812。接收透镜812在发射光从目标对象820到激光接收模块806的接收路径上位于激光接收模块806之前。接收透镜812可以包括成像系统透镜，以使得反射光束的焦点在光电探测器或光电探测器阵列的探测表面的前方或后方或者正好位于探测表面之上。在一些情况下，代替作为单独的部件存在，接收透镜812也可以被集成到激光接收模块806中。
58.在一个或多个实施例中，激光雷达装置100还可以包括外壳814，用于将前述部件中的一个或多个包封在其中以进行保护。在一些实施例中，外壳814为不透明材料，并且外壳814上可以开设透明区域或窗口816以允许发射光束或反射光束通过。在另一些实施例中，外壳814自身为透明材料，由此允许发射光束或反射光束从任意位置通过。在一些实施例中，激光发射模块802中的发射支架可以是外壳814的一部分。
59.激光雷达装置800可以包括同轴光学收发系统或非同轴光学收发系统。同轴光学收发系统是指从激光发射模块802到目标对象820的发射路径与从目标对象820到激光接收模块806的接收路径至少部分重叠。例如，与图6所示不同，反射光束可以反向经由扫描器804后到达激光接收模块806。非同轴光学收发系统是指从激光发射模块802到目标对象820的发射路径与从目标对象820到激光接收模块806的接收路径没有重叠部分。例如，如图6所示，反射光束并没有再经由扫描器804到达激光接收模块806。
60.尽管已经参照示范性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员应当理解，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范性实施例进行多种修改和变型。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类变型以及等同的结构和功能。