CN108226903A - 一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，包括安装于基座的激光测距装置、驱动电机和光学转镜，所述光学转镜为光学四棱转镜，所述光学四棱转镜由驱动电机驱动旋转，所述激光测距装置发射光轴与水平面平行，所述激光测距装置垂直于光学四棱转镜的旋转轴，所述激光测距装置包括用于发射激光光束的激光发射模块和用于检测激光反射回波的激光接收模块；所述激光发射模块前端设置有可调焦激光光学准直镜头，所述可调焦激光光学准直镜头用于增加激光能量聚集，所述激光接收模块的前端设置有用于增强回波信号信噪比的窄带滤光模块。通过一束激光实现四线激光扫描，比单线二维激光雷达性能高，可简单成像，工艺简单，成本低，可量产。
Description
技术领域
本发明涉及一种四线激光雷达扫描装置，具体地涉及一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置。
背景技术
目前，市场上激光雷达主要有两类：32~64线机械式全旋转激光雷达；单线二维激光雷达。
32~64线机械式全旋转激光雷达：采用32或64对激光测距装置，在旋转平台上进行三维扫描，系统性能高，成像效果好，但是制造成本高，光轴调试极其困难，系统稳定性较差，旋转件损耗大，寿命有限，且量产难度大。
单线二维激光雷达：采用单激光测距装置，将单点测距模块进行旋转实现简易的二维扫描，系统简单，可量产，但出点数极低、辨识度差，无法满足辅助驾驶等高科技领域的成像要求。
例如，公告号为CN 106324611的中国专利文献公开了一种二维的激光雷达扫描装置，包括激光测距设备101、光学转镜102和电机103成一条线设置在基座104上，所述激光测距设备101的出射光束经光学转镜102的反射镜，平行出射，出射光束遇到障碍物后，障碍物会将一定的光反射，反射的激光为回波信号，所述回波信号再次经光学转镜102的反射镜回到激光测距设备101的接收面中，经处理后得到当前的距离信息；电机103带动光学转镜102以一定的速度匀速旋转，在旋转过程中，对应不同的角度激光测距设备101都会测得当前的距离信息，不同角度的距离信息通过设置在激光测距设备(101)上的通讯端口105上传数据处理设备后，经处理显示当前的扫描信息，数据处理设备可以采用计算机，所述光学转镜102的反射镜与出射激光成450夹角。出点数极低、辨识度差，无法满足辅助驾驶等高科技领域的成像要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，能完成一定视场角内的四线激光扫描，解决现有多线激光雷达稳定性差，制造成本高，量产难度大的问题，同时平衡了产品成像性能，增加出点数，解决现有单线二维激光雷达无法成像的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，包括安装于基座的激光测距装置、驱动电机和光学转镜，所述光学转镜为光学四棱转镜，所述光学四棱转镜由驱动电机驱动旋转，所述激光测距装置发射光轴与水平面平行，所述激光测距装置垂直于光学四棱转镜的旋转轴，所述激光测距装置包括用于发射激光光束的激光发射模块和用于检测激光反射回波的激光接收模块；所述激光发射模块前端设置有可调焦激光光学准直镜头，所述可调焦激光光学准直镜头用于增加激光能量聚集，所述激光接收模块的前端设置有用于增强回波信号信噪比的窄带滤光模块。
优选的技术方案中，所述光学四棱转镜包括四个反射镜和设置于内部中心的旋转轴，所述四个反射镜通过骨架固定于旋转轴。
优选的技术方案中，所述光学四棱转镜的反射镜与旋转轴的夹角之差为1°。
优选的技术方案中，所述光学四棱转镜的A反射镜夹角β1为-1.5°，B反射镜夹角β2为-0.5°，C反射镜夹角β3为0.5°，D反射镜夹角β4为1.5°。
优选的技术方案中，所述光学四棱转镜的底部向内侧延伸有安装槽，所述安装槽与驱动电机匹配，所述光学四棱转镜的上部安装于轴承座，所述轴承座通过轴承支架安装于固定支架。
优选的技术方案中，所述激光测距装置的光源采用脉冲半导体激光二极管，激光波长为905nm，占空比为0.1%，重复频率为20KHz。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、解决现有多线激光雷达稳定性差，制造成本高，量产难度大的问题，同时平衡了产品成像性能，增加出点数，解决现有单线二维激光雷达无法成像的问题。
2、这种方式可以实现一束激光发出，完成四线激光扫描；系统工艺简单，成本低，可量产；比传统的单线二维激光雷达性能高，可简单成像。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置的结构示意图；
图2为基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置的光学四棱转镜的结构示意图；
图3为基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置的四线扫描示意图；
图4为基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置的激光发射和接收示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例
如图1所示，一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，包括，激光测距装置7、光学四棱转镜3、驱动电机2、旋转轴6、轴承4、轴承座5、轴承安装支架12、基座1等。
激光测距装置7和驱动电机2均固定安装在基座1上的两侧，驱动电机2直接连接光学四棱转镜3的底部，光学四棱转镜3的底部向内侧延伸有安装槽，驱动电机2嵌入光学四棱转镜3内部，实现隐藏安装，驱动电机2驱动光学四棱转镜3旋转。
激光测距装置7包括：用于激光光束发射的激光发射模块8，用于检测激光反射回波的激光接收模块10；用于增加激光能量聚集的可调焦激光光学准直镜头9；用于增强回波信号信噪比的窄带滤光模块11。
激光测距装置7的光源采用脉冲半导体激光二极管，激光波长为905nm，占空比为0.1%，重复频率为20KHz。
激光测距装置7发射光轴与水平面平行，激光测距装置7的光轴与光学四棱转镜3的旋转轴6垂直，激光测距装置7的出射光束经光学四棱转镜3的反射镜，平行出射，如图4所示，出射光束遇到障碍物后，障碍物会将一定的光束进行反射，反射的激光为回波信号，回波信号再次经光学四棱转镜3的反射镜回到激光测距装置7的接收端中，经数据处理后得到当前的距离信息。
如图2所示，光学四棱转镜3由骨架13和四面光学反射镜A、B、C、D组成，通过固定在基座1平板上的驱动电机2连接，为了增强刚度和减轻重量，光学四棱转镜3内部只有旋转轴6和骨架13，并非实心刚体，其底部可以内嵌安装驱动电机2，以实现隐藏安装。驱动电机2的转子部分可以直接带动光学四棱转镜3实现旋转。旋转轴6的上端穿过安装在轴承座5里的轴承4，通过轴承安支架12连接轴承座5和基座1，增强结构的稳固性。
光学四棱转镜3的四棱激光反射镜与旋转轴6的夹角之差为1°，A面夹角β1为-1.5°，B面夹角β2为-0.5°，C面夹角β3为0.5°，D面夹角β4为1.5°。
如图3所示，光学四棱转镜3的四个反射镜A、B、C、D与旋转轴6的夹角不同，使得激光测距装置7发射出的准直光束经过转镜不同角度的反射镜反射后，由于转镜不同反射镜与水平面角度不同，发射光束在纵向方向上，经不同面反射，使得整个系统形成四种不同的纵向角度出射光，实现垂直方向一定视场角范围内的四线激光扫描测距。
整个系统通过高速旋转的光学四棱转镜3改变激光测距装置7的准直光束的出射方向，兼顾垂直和水平方向范围内的目标物体，在一定范围的水平视场角内完成激光光束的四线扫描任务。由于光学四棱转镜3经电机驱动不停旋转，激光光束在目标方向一定角度内（水平角度范围≤168°、垂直角度范围≤30°）形成行扫描。
光学系统对发射激光进行准直和整形，以及对回波光信号进行窄带滤波和聚焦处理；
因光学四棱转镜3旋转产生的不同角度与线束的信息，可以通过电机转子位置计算得出，最终系统通过通信端口上传数据。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，包括安装于基座的激光测距装置、驱动电机和光学转镜，其特征在于，所述光学转镜为光学四棱转镜，所述光学四棱转镜由驱动电机驱动旋转，所述激光测距装置发射光轴与水平面平行，所述激光测距装置垂直于光学四棱转镜的旋转轴，所述激光测距装置包括用于发射激光光束的激光发射模块和用于检测激光反射回波的激光接收模块；所述激光发射模块前端设置有可调焦激光光学准直镜头，所述可调焦激光光学准直镜头用于增加激光能量聚集，所述激光接收模块的前端设置有用于增强回波信号信噪比的窄带滤光模块。
2.根据权利要求1所述的基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，其特征在于，所述光学四棱转镜包括四个反射镜和设置于内部中心的旋转轴，所述四个反射镜通过骨架固定于旋转轴。
3.根据权利要求2所述的基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，其特征在于，所述光学四棱转镜的反射镜与旋转轴的夹角之差为1°。
4.根据权利要求3所述的基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，其特征在于，所述光学四棱转镜的A反射镜夹角β1为-1.5°，B反射镜夹角β2为-0.5°，C反射镜夹角β3为0.5°，D反射镜夹角β4为1.5°。
5.根据权利要求2所述的基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，其特征在于，所述光学四棱转镜的底部向内侧延伸有安装槽，所述安装槽与驱动电机匹配，所述光学四棱转镜的上部安装于轴承座，所述轴承座通过轴承支架安装于固定支架。
6.根据权利要求1所述的基于单激光测距装置的四线激光雷达扫描装置，其特征在于，所述激光测距装置的光源采用脉冲半导体激光二极管，激光波长为905nm，占空比为0.1%，重复频率为20KHz。
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