超滑旋转平台、具有超滑旋转平台的微镜装置及激光雷达

摘要

本实用新型提供了一种超滑旋转平台、具有超滑旋转平台的微镜装置及激光雷达，超滑旋转平台能够作为承载平台具有较大的适用范围，不仅可以适用于承载微镜，还可以用于承载其他元器件，承载台可以相对于基底实现零摩擦的转动，转动平平稳且使用寿命长，具有较强的普适性。将超滑旋转平台应用于激光雷达中，可以达到大角度的扫描，且使用寿命更长，还可以克服激光雷达在使用过程中微镜的温度过高的问题，能够通过承载台进行散热，提高散热效率。

说明书

技术领域

本实用新型属于激光雷达的技术领域，更具体地说，是涉及一种超滑旋转平台、具有超滑旋转平台的微镜装置及激光雷达。

背景技术

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。

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。

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。然而，现有的MEMS扫描镜主要还存在以下缺点：(1)扫瞄镜只可以沿着轴心10至20度的偏转，其转动角度较小；(2)通过扭臂带动扫瞄镜旋转，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超滑旋转平台、具有超滑旋转平台的微镜装置及激光雷达，以解决现有技术中扫描镜的转动角度较小，稳定性和寿命不足的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种超滑旋转平台，包括：基底、用于承载外部部件的承载台、设于所述基底和所述承载台之间的超滑组件，以及用于驱动所述超滑组件相对于所述基底转动的驱动组件，所述基底具有原子级平整的表面；所述承载台设于所述原子级平整表面上；所述超滑组件的任一侧面具有超滑面，所述超滑面与所述原子级平整表面相贴合，所述超滑组件的另一侧面与所述承载台相连接。

进一步地，所述驱动组件采用静电驱动，所述基底的内部设有静电驱动电路；或者，所述驱动组件采用磁力驱动，在所述基底的内部设置有磁驱部件。

进一步地，所述超滑组件包括一个或多个超滑片，所有所述超滑片的下表面均具有所述超滑面，且所有所述超滑片的下表面在同一平面上并组成大尺寸超滑面。

进一步地，一个或多个所述超滑片单独设于所述承载台的底部并支撑所述承载台；或者，多个所述超滑片组装为超滑组，且若干个超滑组设于所述承载台的底部并支撑所述承载台。

进一步地，所述超滑片直接与所述承载台相连接；或者，所述超滑组由若干个所述超滑片拼装，且所述超滑组直接与所述承载台相连接。

进一步地，所述承载台和所述基底之间的间隙为0.05μm至100μm，且所述承载台的尺寸为0.2mm至2cm。

进一步地，包括如上所述的超滑旋转平台，所述承载台上设有微镜，所述微镜具有至少一个反光表面。

进一步地，所述微镜具有至少两个反光表面，至少两个反光表面环设于所述承载台上，且每个所述反光表面的倾斜角度不同。

本实用新型还公开了一种激光雷达，包括发射装置、接收装置和如上所述的具有超滑旋转平台的微镜装置，所述发射装置发出光线经所述微镜反射后发出，且所述接收装置接收所述光线。

进一步地，还包括设于所述超滑旋转平台一侧的用于检测所述超滑旋转平台转动角度的编码器。

本实用新型提供的超滑旋转平台、具有超滑旋转平台的微镜装置以及激光雷达的有益效果在于：

1、超滑旋转平台能够作为承载平台具有较大的适用范围，不仅可以适用于承载微镜，还可以用于承载其他元器件，承载台可以相对于基底实现零磨损的转动，转动平平稳且使用寿命长，具有较强的普适性。

2、承载台和基底之间的间隙较小，能够保证运转的平稳性，且承载台和基底之间通过超滑片实现连接，相较于悬空的无接触旋转，超滑片能够具有更好的电学效应和散热效果，具有较大的应用范围，且节省整个超滑旋转平台的空间。

3、微镜装置采用超滑旋转平台作为承载台，其不仅运动平稳、使用寿命长，且可以达到360度的旋转，其旋转范围更大，并且由于整个微镜装置为立体装置，整个微镜装置上可以设置有若干个具有不同曲率半径或倾斜角度的反光表面，从而实现更大范围的反射角度。

4、将超滑旋转平台应用于激光雷达中，可以达到大角度的扫描，且使用寿命更长，还可以克服激光雷达在使用过程中微镜的温度过高的问题，能够通过承载台进行散热，提高散热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例提供的具有超滑旋转平台的微镜装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的激光雷达的侧向剖视图。

其中，图中各附图标记：

1、基底；2、承载台；3、超滑组件；4、驱动组件；5、微镜；51、反光表面；6、发射装置；7、接收装置；8、编码器。

具体实施方式

为了使本实用新型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，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

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。

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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本实用新型提供的超滑旋转平台进行说明。所述超滑旋转平台，包括基底1、承载台2、超滑组件3和驱动组件4，基底1的至少一个表面是具有原子级平整的表面，优选的，基底1的上表面为具有原子级平整的表面。

承载台2设置在基底1的上方，且承载台2和基底1之间垫设有超滑组件3，超滑组件3的一侧和承载台2固定连接，另一侧与原子级平整表面相接触，且超滑组件3和原子级平整表面相接触的表面为超滑面，超滑面和原子级平整表面之间形成超滑接触，驱动组件4能够带动承载台2或者基底1的转动，使得承载台2和基底1之间相对转动。

对于超滑组件3，超滑组件3可以由若干个超滑片拼装组成，其中单个超滑片的尺寸一般为0.05微米至100微米，组装成型的承载台2根据需要一般为毫米尺度或厘米尺度，优选的，承载台2的尺寸为0.2毫米至2厘米。对于超滑片的组装方式，可以根据实际的需要进行组装，其一般组装方式包括如下两种：

一、由多个超滑片拼装，在超滑片上设置连接层，通过连接层将多个超滑片相连接，该连接层即为承载台2，超滑片可以直接设置在承载台2的底部，优选的，为了提高整个承载台2的承载能力、导电性能和散热效果，连接层即承载台2的材料可以采用金属材料、氧化硅或其他复合材料。

二、若干个超滑片通过连接层相连接，并拼接成较大尺度的超滑组，再由多个超滑组拼接组装成为更大尺度的承载台2，此时能够加快加工的速度。其中，连接层和承载台2之间可以固定连接，固定连接方式可以为一体成型、焊接、粘接或其他加工方式，连接层和承载台2的材料可以都采用金属材料，或者连接层采用连接胶层等柔性材料，此处不作唯一具体限定。

其中，超滑片至少有一个超滑面，例如超滑片的下表面为超滑面，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，所有的超滑面均位于下表面，若干个超滑面组装成为大尺度超滑面，即超滑组件3的下表面也为超滑面。

超滑片的厚度一般为100纳米至10微米，承载台2和基底1之间的间隙高度一般为0.05μm至100μm，因此承载台2和基底1之间的间隙较小，且若干个超滑片均匀的垫设在承载台2和基底1之间，能够保证承载台2和基底1之间的稳定性，承载台2可以相对于基底1实现零磨损的转动，转动更平稳且使用寿命长。

另外，由于承载台2和基底1之间的间隙较小，承载台2和基底1之间的通过超滑片实现连接，相较于悬空的无接触旋转，超滑片具有较好的导电和导热性能，具有较大的应用范围，且节省整个超滑旋转平台的空间。

对于驱动部件，其可以采用静电驱动，所述基底1的内部设有静电驱动电路，通过静电方式驱动整个承载台2和超滑组件3运动，且一组或多组静电驱动电路配合实现承载台2的转动，优选的，承载台2的转动是环绕某一固定圆心转动，承载台2也可以是沿着固定轨道的任意形状的环形运动，此处不作唯一限定。

在本实用新型的其他实施例中，驱动部件还可以采用磁力驱动的方式，在所述基底1的内部设置有磁驱部件，通过磁力驱动承载台2或超滑组件3的旋转运动，此处不作唯一具体限定。

请参阅图图1至图3，本实用新型还提供一种具有超滑旋转平台的微镜装置，所述具有超滑旋转平台的微镜装置包括如上所述的超滑旋转平台和微镜5，微镜5设置在承载台2上，承载台2能够带着微型旋转，且微镜5具有至少一个反光表面51，从而实现反光的目的，且整体的尺寸较小，能够适用于激光雷达、投影仪和激光电视等光学器件中。其中，微镜装置采用超滑旋转平台作为承载台2，其不仅运动平稳、使用寿命长，且可以达到360度的旋转，其旋转范围更大。

优选的，反光表面51的数量可以为一个，然后选配驱动反光表面51上下旋转的旋转部件，使得反光表面51可以实现纵向的旋转，配合底部的超滑旋转平台能够实现全角度的旋转。

优选的，由于整个微镜装置为立体装置，整个微镜装置上可以设置有若干个具有不同曲率半径或倾斜角度的反光表面51，从而实现更大范围的反射角度。多个反光表面51可以环设于整个微镜装置上，可以随着微镜装置的转动调整反光表面51。例如，包括四个反光表面51，且每个反光表面51的纵向转动角度均不相同，多个平直面首位依次连接形成环形，随着底部超滑旋转平台的转动，使得多个平直面分别朝向发射光线的装置，从而在纵向上调整反射角度。当然，根据实际情况和具体需求，反光表面51的速度还可以为两个、三个或四个以上，此处不作唯一具体限定。

请参阅图2及图3，本实用新型还提供一种激光雷达，包括发射装置6、接收装置7和如上所述的具有超滑旋转平台的微镜装置，所述发射装置6发出光线经所述微镜5反射后发出，且所述接收装置7接收所述光线，其中发射装置6和接收装置7均可以采用常规的发射装置6和接收装置7。

将超滑旋转平台应用于激光雷达中，可以达到大角度的扫描，且使用寿命更长，还可以克服激光雷达在使用过程中微镜5的温度过高的问题，能够通过承载台2进行散热，提高散热效率。

进一步地，参阅图2及图3，作为本实用新型提供的激光雷达的一种具体实施方式，还包括设于所述超滑旋转平台一侧的用于检测所述超滑旋转平台转动角度的编码器8，该编码器8可以设置在超滑平台的一侧，通过编码器8计算超滑平台的旋转角度，从而控制整个微镜装置的反光表面51的角度，使得反光表面51的偏转角度的可控度更高，能够实现精确的控制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。