CN106291448A - 光束扫射机构和光束发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光束扫射机构和光束发射装置。其中，光源用于发射点状激光，扩束器从光源发射的点状激光入射到扩束器后出射，形成一字光扇面。反光镜反射从扩束器出射的一字光扇面，动力机构具有预定的转动轴线，用于以预定的周期绕转动轴线转动，反光镜固定在转动机构上，能够围绕转动轴线转动或摆动，反光镜的反射面以及一字光扇面均与转动轴线不垂直。由此，本发明利用动力机构带动反光镜转动或摆动，使得反光镜的转速和从反光镜出射的反射光的转速为1:2的关系，这样，在动力机构转速一定时，从光束扫射机构和光束发射装置出射的光束的转速可以提高一倍，从而使得在满足分时工作时，可以提高光束扫射机构和光束发射装置扫射定位光束的频率。

Description

光束扫射机构和光束发射装置

技术领域

本发明涉及定位领域，特别是涉及一种光束扫射机构和光束发射装置。

背景技术

室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，可以解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。激光定位技术是一种常见的室内定位技术，该方案通过在定位空间内搭建发射定位光束的光束发射装置，向定位空间扫射定位光束，在待定位物体上设计多个激光接收感应器，并在接收端对数据进行运算处理，以输出三维位置坐标信息。

光束发射装置一般使用电机带动定位光束扫射定位空间，电机转速与定位光束的扫射速度为1:1的关系，当定位空间中安装多个光束发射装置，或者定位空间被扩展成多个相邻的子定位空间，每个子定位空间都设有光束发射装置时，为了避免激光重叠区域(激光重叠区域，即在同一时刻，由不同的定位光束所扫过的同一区域)的产生，需要控制每个定位空间中的多个光束发射装置或者多个相邻近的子定位空间的光束发射装置的工作时期，使他们的工作时期不同(即分时工作)。

由于电机的转速是有上限的，并且所使用的电机的转速越大其造价越高，因此，在电机的转速一定，且需要分时工作的光束发射装置的数量较多时，分时工作的光束发射装置的有效工作频率会降低，进而向定位空间扫射定位光束的扫射频率也会降低，这样可能会造成定位的延迟，从而会使得定位不够理想。

例如，假设光束发射装置使用7200rpm的电机(即电机每秒钟旋转120转，转动频率为120HZ)，每个光束发射装置需要向90°范围扫射定位光束才能使得扫射的定位光束能够覆盖其所在的定位空间。那么如果需要分时工作的光束发射装置为4个，则可以将电机的转动周期T四等分，每个光束发射装置中的电机可以在不同的1/4T内进行转动，所以此时每个光束发射装置的每个电机的有效工作频率与电机固有的转动频率相当，为120HZ，此时每个电机所带动的定位光束的扫射频率也是120HZ。

如果需要分时工作的光束发射装置为8个，为了使得不同的光束发射装置在不同的时期扫射定位光束，需要占用2个转动周期T，此时每个光束发射装置的每个电机的有效工作频率降为60HZ。进一步，如果需要分时的光束发射装置为16个，需要占用4个转动周期T，此时每个光束发射装置的每个电机的有效工作频率进一步降为30HZ。这样，在需要对更多个光束发射装置进行分时时，每个光束发射装置中的电机的有效工作频率就会进一步降低，从而使得电机所带动的定位光束的扫射频率也进一步降低，这样就可能会造成定位的延迟，从而会使得定位不够理想。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光束扫射机构和光束发射装置，与现有的光束发射装置相比，在满足相同的分时工作需求下，本发明所发射的定位光束的扫射频率可以提高一倍。

根据本发明的一个方面，提供了一种光束扫射机构，包括：光源，用于发射点状激光；扩束器，从光源发射的点状激光入射到扩束器后出射，形成一字光扇面；反光镜，用于反射从扩束器出射的一字光扇面；以及动力机构，具有预定的转动轴线，用于以预定的周期绕转动轴线转动或摆动，其中，反光镜固定在动力机构上，能够围绕转动轴线转动或摆动，反光镜的反射面以及一字光扇面均与转动轴线不垂直。

优选地，动力机构为转动机构，或者动力机构为摆动机构，摆动机构在预定的摆动角度范围内绕转动轴线往复摆动，其中，预定的摆动角度范围大于或等于45°。

优选地，转动轴线可以与反光镜的反射面平行；并且/或者转动轴线可以在反射面上；并且/或者转动轴线可以与一字光扇面和反射面的交线平行；并且/或者转动轴线可以为一字光扇面和反射面的交线。

优选地，反光镜的反射面的长度以及反光镜与扩束器之间的相对位置关系可以被布置为，从扩束器出射的一字光扇面能够全部入射到反光镜的反射面上。

优选地，该光束扫射机构还可以包括：外壳，外壳上设有窗口，在扫射工作期间，从反光镜反射的反射光从窗口出射。

优选地，反光镜、动力机构以及扩束器可以被布置为，在扫射工作期间内，反射光不被动力机构遮挡。

优选地，扩束器可以为波浪镜或柱镜。

优选地，一字光扇面的张角大于或等于90°。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光束发射装置，用于以预定的扫射周期向定位空间扫射一字光扇面，该光束发射装置包括：多个上文述及的光束扫射机构，其中，不同的光束扫射机构的转动轴线之间具有预定夹角，并且不同的光束扫射机构向定位空间扫射一字光扇面的时期不同。

优选地，该光束发射装置可以包括两个光束扫射机构，两个光束扫射机构的转动轴线互相垂直。

优选地，多个光束扫射机构的动力机构的转速相同。

综上，本发明的光束扫射机构和光束发射装置利用动力机构带动反光镜转动或摆动，使得反光镜的转速和从反光镜出射的反射光的转速为1:2的关系，这样，在动力机构转速一定时，从光束扫射机构和光束发射装置出射的光束的转速可以提高一倍，从而使得在满足相同的分时工作需求时，本发明的光束扫射机构和光束发射装置与现有装置相比，可以提高光束扫射机构和光束发射装置的有效工作频率，进而可以提高定位光束的扫射频率。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一实施例的光束扫射机构的结构示意图。

图2示出了将光束扫射机构布置在定位空间内的一种状态示意图。

图3示出了根据本发明另一实施例的光束扫射机构的结构示意图。

图4示出了图3所示的光束扫射机构的俯视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一实施例的光束扫射机构的结构示意图。

参见图1，本发明实施例的光束扫射机构包括光源1、扩束器2、反光镜3以及动力机构4。

光源1用于发射点状激光，这里，光源1可以是激光发射器，其发射的可以是红外激光。

从光源1发射的点状激光入射到扩束器2后出射，形成一字光扇面。其中，扩束器2可以是波浪镜或柱镜，从扩束器出射的一字光扇面可以具有一定的张角，作为优选，一字光扇面的张角大于或等于90°。

反光镜3用于反射从扩束器2出射的一字光扇面21。动力机构4具有预定的转动轴线(如图中虚线所示)，用于以预定的周期绕转动轴线转动或摆动，反光镜3固定在动力机构4上，能够随着动力机构4围绕转动轴线转动或摆动。其中，这里述及的动力机构4可以是电机等转动机构，也可以是微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)之类的摆动机构，摆动机构可以在预定的摆动角度范围内绕转动轴线往复摆动。

反光镜3的反射面以及一字光扇面21均与转动轴线不垂直。这样，在反光镜3随着动力机构4绕转动轴线转动或摆动的过程中，就可以带动从反光镜3的反射面反射出的反射光(即一字光扇面)转动或摆动，该反射光就可以扫过一个立体区域。

其中，在反光镜3随着动力机构4绕转动轴线转动或摆动的过程中，反光镜3的反射面所转过的角度与从反光镜3的反射面出射的反射光(该反射光与一字光扇面具有相同的形状)所扫过的角度之比为1:2。由此，动力机构4的转速与反射光的扫射速度之比也为1:2。

这样，在将本发明实施例的光束扫射机构应用于定位时，可以将光束扫射机构设置在定位空间的顶部角落处，例如图2所示，定位空间可以对应于水平面上的方形区域，可以在定位空间的一个角落处设置本发明实施例的光束扫射机构100。这样，光束扫射机构100只需要向90°范围扫射定位光束(即从反光镜3反射的一字光扇面)，就可以实现其扫射的定位光束可以覆盖整个定位空间。

而由于本发明实施例的光束扫射机构中的动力机构4的转动角度与出射的定位光束的扫射角度之比为1:2，因此，本发明实施例的光束扫射机构中的动力机构4只需要转动45°就可以实现从光束扫射机构出射的定位光束覆盖整个定位空间。因此，在动力机构4采用摆动机构时，摆动机构的摆动角度范围可以设定为大于或等于45°。

另外，在一个定位空间内设有多个本发明实施例的光束扫射机构，或者在定位空间被扩展成多个相邻的子定位空间，每个子定位空间中均设有光束扫射机构时，如背景技术部分所述，为了避免激光重叠区域的产生，需要控制多个光束扫射机构在不同时期向定位空间扫射定位光束，即多个光束扫射机构需要分时工作。

由于本发明实施例的光束扫射机构的转动角度与出射的定位光束的所扫过的角度的比值为1:2。因此，本发明的光束扫射机构在满足分时工作时，可以提高光束发射装置扫射定位光束的频率。

例如，假设光束扫射机构使用7200rpm的电机(即电机每秒钟旋转120转，转动频率为120HZ)，每个光束扫射机构向45°范围扫射定位光束就可以使得所扫射的定位光束能够覆盖其所在的定位空间。

由此，在需要分时工作的光束扫射机构为8个时，可以将电机的转动周期T八等分，每个光束扫射机构中可以在不同的1/8T内进行转动，所以此时每个光束扫射机构的有效工作频率与其固有的转动频率相当，还是120HZ，此时每个光束扫射机构所带动的定位光束的扫射频率也是120HZ。而如背景技术部分所述，在现有的光束发射装置使用7200rpm的电机，需要分时工作的光束发射装置为8个时，需要占用两个转动周期T，此时每个光束发射装置的每个电机的有效工作频率为60HZ，所带动的定位光束的扫射频率为60HZ。

综上，本发明实施例的光束扫射机构与现有的光束发射装置相比，在所使用的动力机构的转速相同时，在满足相同的分时工作需求下，本发明的光束扫射机构所发射的定位光束的扫射频率可以提高一倍，并且，可以实现以二倍的转速向定位空间扫射定位光束。

至此，结合图1对本发明的光束扫射机构的基本结构及工作原理做了详细说明。

其中，作为一种优选，本发明实施例的光束扫射机构中的动力机构4的转动轴线可以与反光镜3的反射面平行，或者，动力机构4的转动轴线还可以与一字光扇面和反射面的交线平行。这样，可以使得由动力机构4和反光镜3构成的旋转体的转动惯量很小，可以提高转动稳定性。

为了进一步降低动力机构4和反光镜3构成的旋转体的转动惯量，转动轴线可以在反光镜3的反射面上，或者转动轴线可以为一字光扇面和反射面的交线。

作为另一种优选，反光镜3的反射面的长度以及反光镜3与扩束器2之间的相对位置关系可以被布置为，从扩束器2出射的一字光扇面能够全部入射到反光镜3的反射面上。

也就是说，反光镜3需要有足够长度的反射面来接收所有从扩束器2射来的一字光扇面，由于一字光扇面的张角优选地大于或等于90°，因此，通过角度关系我们可知，作为优选，反光镜3的反射面的长度应该至少为扩束器2到反光镜3的距离的两倍。

此外，在设置反光镜3的反射面的长度以及扩束器2到反光镜3的距离时，还可以考虑从反光镜3反射出的反射光是否被反光镜3下方的动力机构4遮挡。例如，在反光镜3随着动力机构4转动到反光镜3的反射面与从扩束器2出射的一字光扇面平行时，该一字光扇面应该能全部出射出去。因此，可以综合考虑上述因素，来设置反光镜3的反射面的长度以及扩束器2到反光镜3的距离。

图3示出了根据本发明另一实施例的光束扫射机构的结构示意图。

参见图3，本发明实施例的光束扫射机构与图1相比，不同之处在于，本发明实施例的光束扫射机构还包括外壳5。

外壳5上可以设有窗口(图中未示出)，在扫射工作期间，从反光镜3反射的反射光可以从窗口出射。

这里述及的扫射工作期间指的是从光束扫射机构出射的光束向其所在的定位空间扫射时所占用的时间。如图2所示，在将光束扫射机构布置在定位空间的一个角落时，扫射工作期间就是从光束扫射机构出射的光束在向其所在的定位空间的90°范围内进行扫射所占用的时间。

图3示出的是外壳5将反光镜3与动力机构4构成的旋转体包裹在内的情形，应该知道，外壳5还可以将扩束器2和/或光源1包裹在内。

图4示出了图3所示的光束扫射机构的俯视图。

参见图4，外壳5可以是一个空心圆柱结构，外壳5上可以具有预定区域的空缺部分作为窗口，从反光镜3反射的反射光可以从空缺部分出射。当然，空缺部分还可以由透明材料构成，例如可以优选地采用不改变光路的透明玻璃。另外，外壳5还可以是其它形状，这里不再赘述。

其中，反光镜3、动力机构4以及扩束器2可以被布置为，在扫射工作期间内，从反光镜3反射的反射光不被动力机构4遮挡。

至此，结合图3、图4说明了本发明另一实施例的光束扫射机构。其中，本发明还提供了一种由多个光束扫射机构组成的定位光束发射装置。

其中，不同的光束扫射机构的转动轴线之间具有预定夹角，并且不同的光束扫射机构向定位空间扫射一字光扇面的时期不同。这样，本发明的定位光束发射装置就可以向定位空间扫射多种扫射模式的定位光束(即一字光扇面)。其中，作为优选，多个光束扫射机构的动力机构的转速相同。

例如，本发明的光束发射装置可以包括两个光束扫射机构，两个光束扫射机构的转动轴线可以互相垂直，如一个光束扫射机构可以负责左右扫射，另一个光束扫射机构可以负责上下扫射。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的光束扫射机构和光束发射装置。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (11)

1.一种光束扫射机构，包括：

光源，用于发射点状激光；

扩束器，从所述光源发射的点状激光入射到所述扩束器后出射，形成一字光扇面；

反光镜，用于反射从所述扩束器出射的所述一字光扇面；以及

动力机构，具有预定的转动轴线，用于以预定的周期绕所述转动轴线转动或摆动，

其中，所述反光镜固定在所述动力机构上，能够围绕所述转动轴线转动或摆动，所述反光镜的反射面以及所述一字光扇面均与所述转动轴线不垂直。

2.根据权利要求1所述的光束扫射机构，其中，

所述动力机构为转动机构，或者

所述动力机构为摆动机构，所述摆动机构在预定的摆动角度范围内绕所述转动轴线往复摆动，其中，所述预定的摆动角度范围大于或等于45°。

3.根据权利要求1所述的光束扫射机构，其中，

所述转动轴线与所述反光镜的反射面平行；并且/或者

所述转动轴线在所述反射面上；并且/或者

所述转动轴线与所述一字光扇面和所述反射面的交线平行；并且/或者

所述转动轴线为所述一字光扇面和所述反射面的交线。

4.根据权利要求1所述的光束扫射机构，其中，

所述反光镜的反射面的长度以及所述反光镜与所述扩束器之间的相对位置关系被布置为，从所述扩束器出射的所述一字光扇面能够全部入射到所述反光镜的反射面上。

5.根据权利要求1所述的光束扫射机构，还包括：

外壳，所述外壳上设有窗口，在扫射工作期间，从所述反光镜反射的反射光从所述窗口出射。

6.根据权利要求5所述的光束扫射机构，其中，

所述反光镜、所述动力机构以及所述扩束器被布置为，在所述扫射工作期间内，所述反射光不被所述动力机构遮挡。

7.根据权利要求1所述的光束扫射机构，其中，

所述扩束器为波浪镜或柱镜。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的光束扫射机构，其中，

所述一字光扇面的张角大于或等于90°。

9.一种光束发射装置，用于以预定的扫射周期向定位空间扫射所述一字光扇面，该光束发射装置包括：

多个根据权利要求1至6中任何一项所述的光束扫射机构，其中，不同的光束扫射机构的转动轴线之间具有预定夹角，并且不同的光束扫射机构向所述定位空间扫射所述一字光扇面的时期不同。

10.根据权利要求9所述的光束发射装置，包括两个所述光束扫射机构，两个所述光束扫射机构的转动轴线互相垂直。

11.根据权利要求9所述的光束发射装置，其中，

所述多个光束扫射机构的动力机构的转速相同。