简谐振动系统、发射系统、激光雷达及车辆的制作方法

1.本发明涉及激光雷达的技术领域，具体提供一种简谐振动系统、发射系统、激光雷达及车辆。


背景技术：

2.激光雷达是实现自动驾驶的关键部件，激光雷达能够测绘车身周边的物体，以形成高精度的3d地图，车辆依据激光雷达测绘形成的地图进行自动驾驶。激光雷达包括发射单元和接收单元，发射单元能够向指定方向发射面阵激光，激光遇到障碍物后会反射，被接收单元接收。通过测定发射单元与目标物体之间的传播距离，分析物体表面的反射能量大小、反射波普的幅度、频率和相位等信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。
3.发射单元发射的面阵激光的扫描点数量越多，激光雷达的扫描精度越高。面阵激光的扫描点数量与出光点数量有关，出光点越多，面阵激光的扫描点数量就越多。除此之外，还有一些发射单元设置有简谐振动系统，发射单元安装于简谐振动系统，简谐振动系统能够驱动发射单元沿x轴和y轴进行简谐振动，面阵激光的发射方向随发射单元进行简谐振动而规律性的改变，将每束激光的单个扫描点扩展为多个扫描点，以此增加面阵激光的扫描点数量，以提升激光雷达的扫描精度。发射单元做简谐振动的振幅越大，单束激光的扫描范围越大，激光雷达的扫描信息更丰富。
4.目前的简谐振动系统包括支撑件、振动件和驱动组件，振动件依靠支撑件进行支撑以保持稳定，驱动组件能够驱动振动件沿x轴和y轴进行简谐振动。发射单元与振动件连接，能够随振动件一起做简谐振动。振动件与支撑件安装完成后，振动件和支撑件之间固有频率确定，驱动组件驱动振动件的振动频率达到固有频率时，振动件做简谐振动的幅度最大。随着简谐振动系统的使用时间增长，振动件和支撑件之间会产生磨损，导致振动件的固有频率改变，从而改变振动件做简谐振动的频率和振幅，进而影响激光雷达的扫描精度。
5.目前亟需一种简谐振动系统、发射系统、激光雷达和车辆，解决简谐振动系统中振动件的固有频率漂移的问题。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有简谐振动系统中振动件的固有频率漂移的问题。
7.在第一方面，本发明提供一种简谐振动系统，包括：振动件；支撑件，连接于振动件，且用于支撑振动件；驱动组件，能够驱动振动件进行简谐振动；调节组件，其连接于振动件，调节组件调节自身的弹性系数，能够改变振动件的复合弹性系数，以调节振动件的固有频率。
8.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，调节组件包括两个调节件，两个调节件分别位于振动件相对的两侧；并且/或者，调节组件为多个，多个调节组件中的至少两个布设于振动件的相邻侧。
9.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，调节件包括间隔设置的第一电磁板和第二电磁板，第一电磁板与振动件连接，第一电磁板和第二电磁板之间施加有直流基准电压，直流基准电压为直流电压，通过调节直流基准电压的大小能够调节调节件的弹性系数。
10.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，驱动组件集成在调节组件上，第一电磁板和第二电磁板之间还施加有激励电压，激励电压的波形为简谐波，以使第一电磁板和第二电磁板之间的间距产生变化，从而驱动振动件进行简谐振动。
11.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，驱动件包括间隔设置的第三电磁板和第四电磁板，第三电磁板与振动件连接；第三电磁板和第四电磁板之间施加有激励电压，激励电压的波形为简谐波，以使第三电磁板和第四电磁板之间的间距产生变化，从而驱动振动件进行简谐振动。
12.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，驱动组件包括两个驱动件，两个驱动件分别位于振动件相对的两侧；并且/或者，驱动组件为多个，多个驱动组件中的至少两个布设于振动件的相邻侧。
13.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，简谐振动系统还包括行车电脑，行车电脑能够调节直流基准电压的大小；和/或，行车电脑能够调节激励电压的大小；和/或，行车电脑能够调节激励电压的频率。
14.在上述简谐振动系统的具体实施方式中，简谐振动系统还包括共振检测器，其能够检测第一电磁板和第二电磁板之间的电压波形，并根据电压波形判断振动件是否发生共振。
15.在第二方面，本发明提供一种发射系统，包括上述的简谐振动系统和发射单元，该发射单元安装于振动件，发射单元能够发出扫描激光。
16.在上述发射系统的具体实施方式中，发射单元包括激光发射器和扩散单元，激光发射器能够发出激光；扩散单元包括透镜组，透镜组包括多个依次布设的透镜，透镜的折射率大于透镜周边介质的折射率；透镜能够对射入的光线进行折射和反射，并产生折射光和反射光，自透镜组的第一端至第二端，从上一个透镜射出的折射光能够射入下一个透镜并进行折射和反射；激光从第一端射入，依次经过多个透镜的折射和反射，多个透镜产生的反射光形成线阵激光。
17.在上述发射系统的具体实施方式中，扩散单元包括第一透镜组和多个第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组均与透镜组的结构相同，第一透镜组的多个透镜与多个第二透镜组一一对应设置；激光从第一透镜组的第一端入射，经第一透镜组的透镜反射产生的反射光能够射入第二透镜组，并依次经过第二透镜组的多个透镜的折射和反射，多个第二透镜组的透镜产生的反射光形成面阵激光。
18.在上述发射系统的具体实施方式中，发射单元包括激光发射器和扩散单元，激光发射器能够发出激光；扩散单元包括透镜，透镜包括入射面和出射面，出射面的基面为曲面，出射面包括多个基于基面设置的出射平面，任意两个出射平面之间的夹角大于0
°
且小于180
°
；激光自入射面射入，经透镜的折射从多个出射平面射出，以形成扩散的面阵激光。
19.在上述发射系统的具体实施方式中，扩散单元包括第一透镜和多个第二透镜，第一透镜和第二透镜均与透镜的结构相同，第一透镜的多个出射平面与多个第二透镜一一对应设置；激光从第一透镜的入射面射入，经第一透镜的出射平面折射出的光能够射入第二
透镜，经第二透镜折射射出。
20.在第三方面，本发明提供一种激光雷达，包括上述的发射系统。
21.在第四方面，本发明提供一种车辆，包括上述的激光雷达。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明提供的简谐振动系统包括振动件、支撑件、驱动组件和调节组件，支撑件与振动件配合以支撑振动件，驱动组件能够驱动振动件进行简谐振动，调节组件与振动件配合，且调节组件能够调节自身的弹性系数；若振动件的固有频率产生漂移，通过改变调节组件的弹性系数，从而改变振动件与支撑件之间的复合弹性系数，进而调节振动件固有频率，保持振动件固有频率的稳定。
24.更进一步，调节组件包括一对或以上的调节件，调节件包括相对的第一电磁板和第二电磁板，第一电磁板与支撑件连接；第一电磁板和第二电磁板之间施加有直流基准电压，通过调节直流基准电压的大小能够调节调节件的弹性系数，降低调节调节件弹性系数的难度。
25.更进一步，第一电磁板和第二电磁板之间还施加有激励电压，以激励振动件进行简谐振动，将调节组件和驱动组件的功能合二为一，以节省安装空间和成本。
附图说明
26.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
27.图1是本发明提供的发射系统的结构示意图；
28.图2是本发明提供的发射系统投射的面阵激光的示意图；
29.图3是图2中单个出光点射出的激光的扫描情况；
30.图4是本发明提供的发射系统的剖面图；
31.图5是图4中的b-b向剖视图；
32.图6是图4中的a-a向剖视图；
33.图7是本发明提供的简谐振动系统中共振检测器的连接方式示意图；
34.图8是本发明提供的共振检测器检测的一种波形图；
35.图9是本发明提供的共振检测器检测的另一种波形图；
36.图10是本发明实施例一提供的透镜组的剖面结构示意图；
37.图11是本发明实施例一提供的透镜的剖面结构示意图；
38.图12是本发明实施例二提供的扩散单元的结构示意图；
39.图13是图12中发射单元的光路图；
40.图14是本发明实施例二提供的第二透镜组的剖面结构示意图；
41.图15是本发明实施例三提供的扩散单元的主视图；
42.图16是本发明实施例三提供的扩散单元的右视图；
43.图17是图16中的d-d向剖视图；
44.图18是图17中局部f处的放大图；
45.图19是图16中局部e处的方法图；
46.图20是经本发明实施例三提供的扩散单元扩散后形成面阵激光的示意图；
47.图21是激光经本发明实施例三提供的扩散单元后所形成的光路图；
48.图22是本发明实施例四提供的扩散单元的结构简图。
49.10、发射单元；0、透镜组；01、透镜；011、入射面；012、出射面；02、反射光；03、折射光；1、第一透镜组；11、第一透镜；12、第一反射光；13、第一折射光；2、第二透镜组；21、第二透镜；22、第二反射光；23、第二折射光；0121、出射平面；013、主光轴；04、遮光件；3、固定板；
50.4、简谐振动系统；41、振动件；42、驱动组件；420、驱动件；421、第三电磁板；422、第四电磁板；43、调节组件；430、调节件；431、第一电磁板；432、第二电磁板；44、共振检测器。
具体实施方式
51.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
52.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
53.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.实施例一
55.为解决解决现有简谐振动系统中振动件的固有频率漂移的问题，本发明提供了一种车辆。车辆安装有激光雷达，激光雷达能够测绘车辆周边的物体，以形成高精度的3d地图，车辆依据激光雷达测绘形成的地图进行自动驾驶。激光雷达包括发射系统和接收系统，发射系统能够向指定方向发射面阵激光，激光遇到障碍物后会发生反射，被接收系统接收。接收系统接收到反射的激光后，通过激光的飞行时间计算发射系统与目标物体之间的传播距离，并且接收系统还能够通过检测反射激光的能量大小以及波普的幅度、频率和相位等信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。
56.如图1所示，发射系统包括简谐振动系统4和发射单元10，发射单元10具有多个出光点，每个出光点都能够发射出激光，每个出光点射出的激光组合形成面阵激光。简谐振动系统4能够带动发射单元10做简谐振动，以扩大每个出光点射出的激光的扫描范围。发射单元10射出的激光投射后如图2所示，每一个点表示一个出光点发出的激光的落点。设激光的扫描频率为36hz，每个出光点在一秒钟内发出36束激光，若发射单元10处于非振动状态，则每个出光点在一秒钟内发出36束激光全部射向同一个位置点，扫描到的信息重复，数据冗余。结合图3所示，若发射单元10进行简谐振动，则出光点的激光射出方向随发射单元10做简谐振动而规律性的改变，每个出光点在一秒钟内发出36束激光会射向不同的位置，以此增大单个出光点发出的激光的扫描点数量，且每个扫描点位置均不重复，无数据冗余，从而提升激光雷达的扫描精度和成像精度。简单的来说，通过驱动发射单元10做简谐振动，能够将单个出光点发出的激光的投射范围从一个点扩大到一个区域内，以提升单个出光点发出的激光的扫描范围和扫描点数量，从而提升激光雷达的扫描精度和成像精度。通过提升激
光的扫描频率，在极限条件下能够使每个出光点在一个扫描周期内射出的激光的扫描位置均不相同，从而极大地提升激光雷达的扫描精度和成像精度。
57.激光的扫描频率一定的情况下，每个出光点发出的激光的扫描点数量和扫描范围与发射单元10的简谐振动波形有关。本实施例中，简谐振动系统4驱动发射单元10沿第一方向x和第二方向y进行简谐振动，第一方向x和第二方向y互相垂直。发射单元10沿第一方向x和第二方向y的振动频率不同，简谐振动的合成波形也不相同。以发射单元10沿第二方向y和沿第一方向x的振动频率比为11：13为例，简谐振动波形如图3所示。简谐振动波形越密集，单个出光点发出的激光所能扫描的范围越大，激光雷达所能够扫描的数据量越丰富，扫描精度越高。同时，简谐振动波形越密集，沿第一方向x的振动频率与沿第二方向y的振动频率越接近，越容易退化失真，一旦沿第一方向x的振动频率或沿第二方向的振动频率发生轻微改变，振动频率比容易从11：13退化成1：1，极大地影响了每个出光点射出的激光的扫描范围，进而影响激光雷达的扫描精度和成像精度。而简谐振动波形失真的最大因素为简谐振动系统4的振动频率因部件磨损而改变。
58.如图4所示，简谐振动系统4包括支撑件(图中未示出)、振动件41、驱动组件42和调节组件43。发射单元10安装于固定板3，固定板3与振动件41一体连接，支撑件与振动件41连接以支撑振动件41，保持振动件41处于稳定状态。驱动组件42能够驱动振动件41沿第一方向x和第二方向y做简谐振动，发射单元10随振动件41一起做简谐振动，驱动组件42的振动频率与振动件41的固有频率相同，以使得振动件41做简谐振动的振幅最大。调节组件43与振动件41连接，且调节组件43能够调节自身的弹性系数，以改变振动件41的复合弹性系数，从而调节振动件41的固有频率。
59.振动件41的固有频率与复合弹性系数有关，振动件41的复合弹性系数是支撑件和振动件41之间的弹性系数以及调节组件43的弹性系数并联后的弹性系数，包括沿第一方向x的弹性系数k
x
和沿第二方向y的弹性系数ky。振动件41沿第一方向x的固有振动周期为t
x
＝2π(m/k
x
)0.5，沿第二方向y的固有振动周期为ty＝2π(m/ky)0.5，其中，m为振动件41的质量，因此通过改变调节组件43自身的弹性系数能够改变k
x
和ky，以此能够调节t
x
和ty，从而调整振动件41沿第一方向x和第二方向y的固有频率。支撑件与振动件41之间的弹性系数随着两者的磨损而变化时，振动件41的固有频率产生漂移时，改变调节组件43自身的弹性系数以调整振动件41沿第一方向x和第二方向y的固有频率，使振动件41沿第一方向x的固有频率恢复到与驱动组件42沿第一方向x的振动频率相同，以及振动件41沿第二方向y的固有频率恢复到与驱动组件42沿第二方向y的振动频率相同，进而避免振动件41的简谐振动波形失真。
60.具体的，如图5所示，调节组件43设有多个，多个调节组件43中的至少两个布设于振动件41的相邻侧，即至少一个调节组件43沿第一方向x设置在振动件41的两侧，且至少一个调节组件43沿第二方向设置在振动件41的两侧，以此调节振动件41沿第一方向x和第二方向y的复合弹性系数。具体的，调节组件43设有两个，一个调节组件43沿第一方向x设置在振动件41的两侧，另一个调节组件43沿第二方向设置在振动件41的两侧。每个调节组件43包括两个调节件430，两个调节件430位于振动件41相对的两侧。调节件430为电磁弹簧，包括间隔设置的第一电磁板431和第二电磁板432，第一电磁板431与振动件41固定相接，第二电磁板432固定于其他用于支撑的部件，第一电磁板431和第二电磁板432之间具有间隙。第
一电磁板431和第二电磁板432之间施加有直流基准电压，以使调节件430获得弹性系数。通过改变直流基准电压的大小，能够改变第一电磁板431和第二电磁板432之间的斥力大小，从而改变调节件430的弹性系数。当直流基准电压为零时，调节件430的弹性系数为零。
61.如图6所示，驱动组件42设有多个，多个驱动组件42中的至少两个布设于振动件41的相邻侧，即至少一个驱动组件42沿第一方向x设置在振动件41的两侧，且至少一个驱动组件42沿第二方向设置在振动件41的两侧，以此驱动振动件41沿第一方向x和第二方向y进行简谐振动。具体的，驱动组件4设有两个，一个驱动组件42沿第一方向x设置在振动件41的两侧，另一个驱动组件42沿第二方向设置在振动件41的两侧。驱动组件42包括两个驱动件420，两个驱动件420位于振动件41相对的两侧。驱动件420包括间隔设置的第三电磁板421和第四电磁板422，第三电磁板421与振动件41固定相接，第四电磁板422固定于其他用于支撑的部件，第三电磁板421和第四电磁板422之间具有间隙。第三电磁板421和第四电磁板422之间施加有激励电压，激励电压的波形为简谐波，其可以是直流电压和正弦交流电压的复合电压，也可以是正弦交流电压。激励电压的瞬时值发生变化时，第三电磁板421和第四电磁板422之间斥力会会产生变化，从而使第三电磁板421和第四电磁板422之间的间距产生变化，进而激励振动件41进行简谐振动。激励电压的频率与振动件41的振动频率相同时，振动件41的振幅最大。
62.在其他实施方式中，驱动件420可以集成于调节件430，即，在第一电磁板431和第二电磁板432之间施加直流基准电压和激励电压。直流基准电压能够使调节件430具有弹性系数，激励电压能够驱动振动件41进行简谐振动。
63.关于驱动件420，需要说明的是，尽管本实施例中驱动件420通过电磁驱动振动件41进行简谐振动，但这不是对本发明的限定，在不偏离本发明原理的前提下，在其他实施方式中，本领域技术人员也可以将驱动组件42设置为其他能够进行高频振动的结构，其能够驱动振动件41沿第一方向x和第二方向y进行简谐振动即可。
64.在另外的实施方式中，在调节组件43可以仅设置一个，该调节组件43位于振动件41沿第一方向x的两侧或沿第二方向y的两侧。对应的，驱动组件42也设置一个，该驱动组件42与该调节组件43的设置位置相同，驱动组件42仅能够驱动振动件41沿第一方向x或第二方向y进行振动。
65.简谐振动系统4还包括行车电脑，行车电脑能够调节直流基准电压的大小、激励电压的大小和激励电压的频率。调节直流基准电压的大小，能够改变调节组件43沿第一方向x和沿第二方向y的弹性系数，进而调节振动件41沿第一方向x和沿第二方向y的固有频率，使振动件41沿第一方向x的固有频率等于沿第一方向x的激励电压的频率，以及使振动件41沿第二方向y的固有频率等于沿第二方向y的激励电压的频率。调节激励电压的频率包括调节激励电压沿第一方向x的频率和沿第二方向y的频率，其能够改变振动件41共振时的简谐振动波形。调节激励电压的大小，能够在一定程度上调节振动件41沿第一方向x和第二方向y做简谐振动的振幅，从而改变发光单元中单个出光点的扫描范围。
66.如图7所示，简谐振动系统4还包括共振检测器44，共振检测器44能够检测振动件41是否发生共振。具体的，共振检测器44具体为检波器，其能够检测第一电磁板431和第二电磁板432之间的电压波形，并根据电压波形判断振动件41是否发生共振。在检测振动件41是否发生共振的过程中，驱动组件42沿第一方向x和第二方向y以设定激励频率的脉冲周期
性地冲击振动件41，使振动件41产生受迫振动，振动件41进行受迫振动时会使第一电磁板431和第二电磁板432之间的距离产生细微变化，从而使第一电磁板431和第二电磁板432之间的电压产生波动，该电压波动为感生电压。不断地改变沿第一方向x设置的调节件430的直流基准电压和沿第二方向y设置的调节件430的直流基准电压，使沿第一方向x的感生电压和沿第二方向y的感生电压的振幅最大，此时沿第一方向x设置的调节件430的直流基准电压和沿第二方向y设置的调节件430的直流基准电压为共振直流基准电压。在该共振直流基准电压下，振动件41的固有频率与驱动组件42设定的激励频率相同，产生共振，以使得感生电压的振幅最大。检波器检测的波形如图8所示，其中，正弦波为感生电压的波形，直线波为直流基准电压的波形，图8中的曲线
①
、曲线
②
和曲线
③
分别为不同直流基准电压下的波形，在曲线
②
中感生电压的振幅最大。
67.在驱动组件42集成于调节组件43的情况下，检波器能够检测到直流基准电压的波形、激励电压的波形和感生电压的波形。检波器检测的波形如图9所示，其中，振幅较大的正弦波为激励电压的脉冲波，振幅较小的正弦波为感生电压的波形，直线波为直流基准电压的波形。图9中的曲线
①
、曲线
②
和曲线
③
分别为不同直流基准电压下的波形。在调节直流基准电压的过程中，检测感生电压的波形，感生电压的波形振幅最大时，即可确定共振直流基准电压。
68.发射单元10包括激光发射器和扩散单元，激光发射器向扩散单元射入激光，经过扩散单元扩散后，将激光扩散为具有多个出光点的面阵激光。
69.如图10所示，扩散单元包括透镜组0，透镜组0包括多个依次布设的透镜01，透镜01安装于固定板3。透镜组0具有第一端和第二端，透镜组0中的多个透镜01自第一端向第二端的方向依次布置，激光从透镜组0的第一端入射。透镜01的折射率大于透镜01周边介质的折射率，以使得射向透镜01的光线能够在透镜01处进行反射和折射，从而产生反射光02和折射光03。从透镜组0的第一端至第二端，从上一个透镜01射出的折射光03能够射入下一个透镜01，并进行折射和反射，以此往复，直至激光经过所有的透镜01。激光经过所有的透镜01都能够产生反射光02，每个透镜01都对应一个出光点，多个透镜01产生的多束反射光02组合形成线阵激光。
70.如图11所示，透镜01截面形状为直角梯形，透镜01包括入射面011和出射面012，其中，二者相对设置，且入射面011为直角边，出射面012为斜边。入射面011和出射面012之间的夹角为α。对于大部分的透镜01来说，入射光(初始光或折射光03)射向入射面011，在入射面011处反射和第一次折射，其中，经过反射形成反射光02，经过第一次折射形成一次折射光并射向出射面012，在出射面012处发生第二次折射，形成折射光03。在其他实施方式中，透镜01也可以为其他形状，保证入射面011和出射面012相对且夹角为α即可。
71.设入射光的入射角为θ，入射光的折射角为
ⅰ
，一次折射光的入射角为
ⅱ
，折射光03的出射角为ω，透镜01的折射率为k，相邻透镜01之间间隔的距离为d。根据光线的折射定律，sinθ/sin
ⅰ
＝k＝sinω/sin
ⅱ
＝sinω/sin(
ⅰ‑
α)，其中θ-ω》0，再由正弦函数特性得θ-ω》α。又由于透镜01沿半径为r的圆弧顺序排列，因此，0.5d/r＝sin0.5(θ-ω-α)。由此可以得知入射面011和出射面012之间的夹角为α、入射光的入射角为θ、折射光03的出射角为ω、透镜组0的排列半径r和透镜01之间的间距d之间的关系，以便于设计透镜01形状以及布置透镜组0。
72.激光发射器产生的初始光射从透镜组0第一端的透镜01入射面011射入，在入射面011发生反射和折射并产生反射光02和折射光03。从首个透镜01射出的折射光03作为入射光射向第二块透镜01，并于第二个透镜01的入射面011产生新的反射光02和折射光03。从第二块透镜01射出的折射光03作为入射光继续射向下一个透镜01，以此类推，直至激光经过全部的透镜01。激光射入透镜组0后，每经过一个透镜01产生一束反射光02，激光经过透镜组0后所产生的全部反射光02组合形成线阵激光。
73.激光每次进行反射和折射时，一部分能量被损耗吸收，剩余能量则转变为反射光能量和折射光能量。损耗吸收的能量占入射光能量的比值为吸收光系数，反射光能量占入射光能量的比值为反射光系数，折射光能量占入射光能量的比值为透射光系数。对于同一个透镜01，吸收光系数、反射光系数和透射光系数之和为1。反射光系数越小，每束反射光02的能量占激光总能量的比例就越小，可设置的反射光02的最大数量越多。反射光02的数量越多，线阵激光的出光点数量越多，激光雷达的扫描精度越高。
74.激光发射器所发出的初始光采用p型线偏振光，初始光和折射光03作为入射光的入射角为布儒斯特角。p型线偏振光以布儒斯特角入射，经过折射后，产生的反射光和折射光也同样为p型线偏振光，以此能够降低入射光的反射光系数，可以将入射光的反射光系数降低至1％以下。
75.至少部分的透镜01的入射面011贴设有光半透膜，光半透膜能够过滤光波。通过改变贴合于透镜01的光半透膜的厚度，能够改变反射光系数，光半透膜的厚度越厚，反射光系数越大。
76.位于透镜组0第二端的透镜01的入射面011贴设有全反射膜，全反射膜能够对入射光进行全反射，其余的透镜01的入射面011均贴设光半透膜。激光经过多次折射到达位于透镜组0第二端的透镜01时，入射光的能量已经较弱，对该束入射光进行全反射，能够将该束入射光全部转变为反射光02进行利用，以免浪费该束入射光的能量。
77.在激光雷达的设计中，应尽可能保持每束出射激光的能量相同，即，每束反射光02的能量应尽可能相同。为此，自透镜组0的第一端至第二端，透镜01贴设的光半透膜的厚度逐渐增大。激光自透镜组0的第一端至第二端入射，激光进入透镜组0后，经过透镜01的数量越多，光波的能量越低。而沿激光入射方向，透镜01贴设的光半透膜的厚度逐渐增大，能量越弱的入射光对应的光半透膜的厚度越厚，反射光系数越大，从而使得反射光02的能量尽可能相同，以提升激光雷达的性能。
78.设反射光02的出光点数量为m，每束反射光02的光通量为ρ，贴设有光半透膜的透镜01的吸收光系数与透射光系数之比相同且为δ。δ由透镜01所用介质的材料、形状和光源决定，由于每一个透镜01所采用的材料相同，透镜01的形状也相同，且光源为激光发射器，因此每一个透镜01的δ相同且为常数。透镜01的吸收光系数与透射光系数之比δ越小，反射光02的出光点数量m越多；每束反射光02的光通量ρ越小，反射光02的出光点数量m越多。
79.另外，通过增大激光发射器所产生的入射光的能量，也能够提升反射光02的出光点数量m。
80.通过一个扩散单元能够将激光发射器射出的单束激光转变为线阵激光射出，多个扩散单元顺序排列，且多个扩散单元与多个激光发射器一一对应，以使得发射单元10能够形成面阵激光。
81.综上，本发明提供的简谐振动系统4的工作原理为：
82.振动件41的固有频率产生漂移时，调节施加在第一电磁板431和第二电磁板432之间的直流基准电压的大小，以此调节第一电磁板431和第二电磁板432之间的斥力大小，从而改变调节件430的弹性系数，最终调节振动件41的固有频率。在调节振动件41固有频率的过程中，驱动组件42沿第一方向x和第二方向y以设定激励频率的脉冲周期性地冲击振动件41，使振动件41产生受迫振动，振动件41进行受迫振动时会使第一电磁板431和第二电磁板432之间的距离产生细微变化，从而使第一电磁板431和第二电磁板432之间产生感生电压。感生电压的振幅最大时，激励频率与振动件41的固有频率相同，产生共振，此时完成振动件41固有频率的修正。
83.实施例二
84.本实施例公开了一种车辆，其结构与实施例一基本相同，不同之处在于扩散单元的结构。
85.具体的，如图12至图14所示，扩散单元包括第一透镜组1和多个第二透镜组2，第一透镜组1和第二透镜组2与实施例一中介绍的透镜组0的结构相同，第一透镜组1和第二透镜组2均安装于固定板3。
86.第一透镜组1中的透镜为第一透镜11，第二透镜组2中的透镜为第二透镜21。第一透镜组1中的多个第一透镜11与多个第二透镜组2一一对应设置，即每个第二透镜组2对应一个第一透镜11。激光发射器所发出的激光从第一透镜组1的第一端射入，在第一透镜11处进行反射和折射并产生第一反射光12和第一折射光13，且光线经过每个第一透镜11都能够产生第一反射光12。每束第一反射光12射向一个第二透镜组2的第一端，并依次经过第二透镜组2的多个第二透镜21的折射和反射，产生多束第二反射光22和多束第二折射光23。在单个第二透镜组2处所产生的第二反射光22形成线阵激光，多个第二透镜组2产生的多个线阵激光组合形成面阵激光。在该种实施方式中，能够通过一个激光发射器、第一透镜组1和多个第二透镜组2的相配合便可形成面阵激光，大大减少了激光发射器的数量，从而使发射系统的结构更加简单，成本更低。
87.实施例三
88.本实施例公开了一种车辆，其结构与实施例一的基本相同，不同之处在于扩散单元的结构。
89.具体地，如图15所示，扩散单元包括透镜01，透镜01的折射率大于透镜01周边介质的折射率，且透镜01能够将射入的平行光转变为扩散光。一般情况下，透镜01位于空气中，透镜01的折射率大于1即可。透镜01将射入的平行光转变为扩散光的具体方式为：透镜01将射入的平行光转变为会聚光射出，会聚光会聚后再扩散成扩散光。
90.透镜01包括相对的入射面011和出射面012，出射面012具有基面，出射面012基于基面加工而成。基面为凸弧曲面，入射面011为平面，激光从入射面011射入且从出射面012射出。若激光从入射面011垂直入射，激光进入透镜01内后方向不变，仍为平行光。
91.出射面012包括多个出射平面0121，出射平面0121在出射面012的基面上通过去除材料的手段加工而成，任意两个出射平面0121的夹角大于0
°
且小于180
°
。进入透镜01的激光从出射面012射出的过程中，从同一出射平面0121射出的激光发射方向大致相同，能够形成单束激光，从每个出射平面0121射出的单束激光先会聚再扩散，以形成面阵激光。每个出
射平面0121都是一个独立的出光点。设置出射平面0121的目的是为了集中一部分激光以形成单束平行激光，以免激光太过分散而导致能量太弱。若激光能量强度不足，则发出的激光经过反射后难以被激光雷达的接收系统识别和分析。任意两个出射平面0121的夹角设置为大于0
°
且小于180
°
的目的是：使从每个出射平面0121射出的单束激光的发射方向均不相同，以免任意两束激光落在同一扫描目标点上。若任意两束激光落在同一扫描点，落到该扫描点处的激光能量增强，从该扫描点处反射的激光的能量也相应增强，会干扰激光雷达的分析结果。
92.所有出射平面0121的面积相同，从入射面011射向每个出射平面0121的激光的能量大致相同，使得从每个出射平面0121射出的激光束的能量也大致相同。面阵激光中的每束激光束的能量越接近，激光遇到同一障碍物后反射的激光的能量也越近，反射的激光被接收系统接收后进行分析所获得的结果也更加准确。当然，在其他实施方式中，也可以采用其他方式使从每个出射平面0121射出的激光束的能量大致相同，本发明对此不作具体限定，均应包含在本发明的保护范围内。
93.如图17和图18所示，出射面012在中心截面的基线设计为双曲线的一支，出射面012为该基线绕主光轴013旋转获得的曲面。中心截面垂直于入射面011，主光轴013垂直于入射面011且过入射面011的中心点，主光轴013位于中心截面内。每个出射平面0121均与基面不同的外切平面平行。激光从入射面011垂直入射，从每个出射平面0121射出的激光束能够会聚于平凸透镜的焦点处，之后再扩散，使面阵激光中各个激光束的分布更加有序。在不违背本发明原理的前提下，在其他实施方式中，本领域技术人员还可以将出射面012设置为其他类型的凸面，只要能够保证从每个出射平面0121出射的激光束先会聚再扩散后能够获得有序的面阵激光即可。
94.相邻出射平面0121之间的间距为b，相邻出射平面0121之间的间距为两个相邻出射平面0121中心点之间的间距，也为一个出射平面0121一边与相邻出射平面0121对应的一边之间的间距。任意两个相邻出射平面0121之间的间距相同，从任意两个相邻出射平面0121射出的激光束扩散后的间距相等，以此提升面阵激光中各个激光束分布的均匀性。
95.设面β为出射面012的基面，透镜01的折射率为k，激光射向出射平面0121的入射角为θ1，出射角为ω1，则sinω1/sinθ1＝k。
96.另外，如图19所示，在出射平面0121的边缘处，尤其在两个相邻的出射平面0121之间的交界处设置有遮光件04。两个相邻的出射平面0121的交界处为光学瞬变线，受加工精度的影响，该交界处会存在破损等瑕疵，照射至该交界处的激光会发生无序散射。无序散射发出的激光彼此之间干涉，可能会在非扫描点处加强，产生干扰点，影响激光雷达的测绘结果。无序散射发出的激光也可能在某个点与从出射平面0121射出的激光束叠加，改变从该点反射的激光的能量，从而影响激光雷达的测绘结果。遮光件04能够对出射平面0121的边缘处进行遮挡，避免激光在出射平面0121的边缘处，尤其在两个相邻的出射平面0121之间的交界处，发生无序散射，以提升激光雷达测绘结果的准确性。
97.如图20所示，激光经过透镜后在平面上投射的光斑间距为n。再结合图21所示，透镜01的焦距为d1，从出射面012射出的激光投射在垂直于主光轴013且与透镜01焦点距离为s的平面上，则n＝bs/d1。投射的光斑间距n越小，激光雷达的扫描精度越高。通过减小两个相邻出射平面0121之间的间距b，或增加焦距d1，能够提高投射的光斑间距n，以提升雷达的
扫描精度。减小两个相邻出射平面0121之间的间距b需要提高制造工艺。增加焦距d1，会使激光经过扩散单元后的投射范围缩小，即激光雷达的视角缩小，此时可以通过增加扩散单元和激光发射器的使用数量来提升激光雷达的视角。
98.关于入射面011和出射面012的形状，需要说明的是，尽管该种实施方式中入射面011为平面且出射面012的基面为外凸的曲面，但这不是对本发明的限定，在不偏离本发明原理的前提下，在其他实施方式中，本领域技术人员也可以将入射面011设置为凸面，且将出射面012的基面也设置为凸面，以此将射入入射面011的平行光转变为从出射面012射出的会聚光，会聚光会聚后再扩散成扩散光。在另一种实施方式中，本领域技术人员还可以将入射面011设置为平面且将出射面012的基面设置为凹弧曲面，或将入射面011设置为凹弧曲面且出射面012的基面也为凹弧曲面，以此将射入入射面011的平行光直接转变为从出射面012射出的扩散光。
99.关于扩散单元的结构，需要说明的是，以上关于扩散单元的具体结构不是对本发明的限定，在不偏离本发明原理的前提下，在其他实施方式中，本领域技术人员也可以采用其他结构的发射单元，包括且不限于固态发射单元、半固态发射单元和机械式发射单元。
100.实施例四
101.本实施例公开了一种车辆，其结构与实施例一的基本相同，不同之处在于扩散单元的结构。
102.如图22所示，扩散单元包括第一透镜11和多个第二透镜21，第一透镜11和第二透镜21均与实施例三的透镜01结构相同。结合图19、图20和图22所示，第一透镜11的多个出射平面0121与多个第二透镜21一一对应设置，且第二透镜21的入射面011朝向第一透镜11的出射面012。激光发射器发射的激光射向第一透镜11的入射面011，经过第一透镜11扩散后从第一透镜11的出射面012射出多束一次激光，每束一次激光均射向一个第二透镜21的入射面011，一次激光经过第二透镜21扩散后从第二透镜21的出射面012射出多束二次激光，经过每个第二透镜21扩散后射出的多束二次激光能够形成面阵激光，多个第二透镜21扩散后形成的面阵激光组合后能够形成一个面积更大的面阵激光，以提升激光的扩散范围。
103.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种简谐振动系统，其特征在于，包括：振动件(41)；支撑件，连接于所述振动件(41)，且用于支撑所述振动件(41)；驱动组件(42)，能够驱动所述振动件(41)进行简谐振动；调节组件(43)，其连接于所述振动件(41)，所述调节组件(43)调节自身的弹性系数，能够改变所述振动件(41)的复合弹性系数，以调节所述振动件(41)的固有频率。2.根据权利要求1所述的简谐振动系统，其特征在于，所述调节组件(43)包括两个调节件(430)，两个所述调节件(430)分别位于所述振动件(41)相对的两侧；并且/或者所述调节组件(43)为多个，多个所述调节组件(43)中的至少两个布设于所述振动件(41)的相邻侧。3.根据权利要求2所述的简谐振动系统，其特征在于，所述调节件(430)包括间隔设置的第一电磁板(431)和第二电磁板(432)，所述第一电磁板(431)与所述振动件(41)连接，所述第一电磁板(431)和所述第二电磁板(432)之间施加有直流基准电压，通过调节所述直流基准电压的大小能够调节所述调节件(430)的弹性系数。4.根据权利要求3所述的简谐振动系统，其特征在于，所述驱动组件(42)集成在所述调节组件(43)上，所述第一电磁板(431)和所述第二电磁板(432)之间还施加有激励电压，所述激励电压的波形为简谐波，以使所述第一电磁板(431)和所述第二电磁板(432)之间的间距产生变化，从而驱动所述振动件(41)进行简谐振动。5.根据权利要求3所述的简谐振动系统，其特征在于，所述驱动组件(42)包括两个驱动件(420)，两个所述驱动件(420)分别位于所述振动件(41)相对的两侧；并且/或者所述驱动组件(42)为多个，多个所述驱动组件(42)中的至少两个布设于所述振动件(41)的相邻侧。6.根据权利要求5所述的简谐振动系统，其特征在于，所述驱动件(420)包括间隔设置的第三电磁板(421)和第四电磁板(422)，所述第三电磁板(421)与所述振动件(41)连接；所述第三电磁板(421)和所述第四电磁板(422)之间施加有激励电压，所述激励电压的波形为简谐波，以使所述第三电磁板(421)和所述第四电磁板(422)之间的间距产生变化，从而驱动所述振动件(41)进行简谐振动。7.根据权利要求4或6所述的简谐振动系统，其特征在于，所述简谐振动系统还包括行车电脑，所述行车电脑能够调节所述直流基准电压的大小；和/或所述行车电脑能够调节所述激励电压的大小；和/或所述行车电脑能够调节所述激励电压的频率。8.根据权利要求3所述的简谐振动系统，其特征在于，所述简谐振动系统还包括共振检测器(44)，其能够检测所述第一电磁板(431)和所述第二电磁板(432)之间的电压波形，并根据所述电压波形判断所述振动件(41)是否发生共振。9.一种发射系统，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任意一项所述的简谐振动系统；发射单元(10)，其安装于所述振动件(41)上，所述发射单元(10)能够发出扫描激光。10.根据权利要求9所述的发射系统，其特征在于，所述发射单元(10)包括激光发射器和扩散单元，所述激光发射器能够发出激光；
所述扩散单元包括透镜组(0)，所述透镜组(0)包括多个依次布设的透镜(01)，所述透镜(01)的折射率大于所述透镜(01)周边介质的折射率；所述透镜(01)能够对射入的光线进行折射和反射，并产生折射光(03)和反射光(02)，自所述透镜组(0)的第一端至第二端，从上一个所述透镜(01)射出的所述折射光(03)能够射入下一个所述透镜(01)并进行折射和反射；所述激光从所述第一端射入，依次经过多个所述透镜(01)的折射和反射，多个所述透镜(01)产生的所述反射光(02)形成线阵激光。

技术总结
本发明涉及激光雷达的技术领域，具体提供一种简谐振动系统、发射系统、激光雷达及车辆，旨在解决现有简谐振动系统中振动件的固有频率漂移的问题。为此目的，本发明的简谐振动系统包括振动件、支撑件、驱动组件和调节组件，支撑件与振动件配合以支撑振动件，驱动组件能够驱动振动件进行简谐振动，调节组件与振动件配合，且调节组件能够调节自身的弹性系数；若振动件的固有频率产生漂移，通过改变调节组件的弹性系数，从而改变振动件与支撑件之间的复合弹性系数，进而调节振动件固有频率，保持振动件固有频率的稳定。件固有频率的稳定。件固有频率的稳定。


技术研发人员：纳霄
受保护的技术使用者：蔚来汽车科技（安徽）有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/13