CN108227183A - 旋转式激光扫描装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转式激光扫描装置，该装置包括旋转棱镜、旋转驱动件、激光器，所述激光器具有激光收发端，旋转棱镜具有多个侧棱面，旋转驱动件与旋转棱镜连接以驱动旋转棱镜进行旋转，在旋转棱镜旋转时各个侧棱面依次旋转到面对所述激光收发端位置，并在该位置时将激光器发出的激光和返回的激光进行反射，使激光出射方向偏转预定角度，并旋转扫描。该旋转棱镜旋转时，各侧棱面依次反射激光，因而，通过一个激光器配合旋转棱镜即可实现激光雷达扫描的效果，结构简便，扫描方式快速高效。而且，通过旋转棱镜，将激光器的出射角度进行了偏转，可广泛应用于驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航等领域。

Description

旋转式激光扫描装置
技术领域
本发明涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种旋转式激光扫描装置。
背景技术
随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。现有的激光扫描雷达一般制造成本高，结构较为复杂，有些则是体积和质量都较大，不利于在激光雷达在驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航领域的应用。
激光扫描主要是通过快速持续地发射多个脉冲，这些发射的方向以某种方式连续变化，将每个距离测量值看成一个像素，快速持续发射和记录的像素的收集就称为“点云”。目前，有些激光扫描装置利用单激光发射器、探测器结合一些移动的镜子的结合体以实现跨过至少一个面的扫描。这种装置利用移动镜子配合，往往需要较多的机构配合，而且扫描效果并不理想。而且，这些扫描是直线扫描，难以将激光出射的角度进行偏转扫描。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构紧、快速高效、扫描范围角度可选择或调节的旋转式激光扫描装置，该装置扫描角度相对激光出射偏转一定角度。
一种旋转式激光扫描装置，包括旋转棱镜、旋转驱动件、激光器，所述激光器具有激光收发端，所述旋转棱镜具有多个侧棱面，所述旋转驱动件与旋转棱镜连接以驱动旋转棱镜进行旋转，在旋转棱镜旋转时各个侧棱面依次旋转到面对所述激光收发端位置，并在该位置时将所述激光器发出的激光和返回的激光进行反射，使激光出射方向偏转预定角度，并旋转扫描。
进一步地，，所述旋转驱动件为电机，所述旋转棱镜通过一个转接轴连接于电机，所述旋转棱镜具有顶面和底面，所述转接轴连接于旋转棱镜的底面。
进一步地，所述旋转式激光扫描装置还固设有光电传感器，所述转接轴上还套接有一个无源编码器，所述光电传感器与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到旋转棱镜的旋转角度方位。
进一步地，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。
进一步地，所述控制芯片与所述光电传感器连接，用于处理所述光电传感器的数据。
进一步地，所述线路板还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。
进一步地，所述激光器为多线激光器，多线激光器包括多个激光收发元件，多个激光收发元件的光轴方向相互之间成预定夹角。
进一步地，多个激光收发元件各光轴两两之间夹角相等，多个激光收发元件安装于固定同一个位置或同一圆周或者沿着棱镜厚度方向依次排列，多个激光收发元件的各光轴沿着旋转棱镜厚度方向由上到下或由下到上依次呈均匀发散状排列。
进一步地，还包括位于旋转棱镜反射光出射方向的透镜组，所述透镜组用于将出射激光调节为预定角度范围的光线或平行的光线。
进一步地，所述旋转棱镜为三棱镜，所述三棱镜为空心结构或蜂窝状结构。
上述旋转式激光扫描装置采用旋转棱镜，在旋转时利用各侧棱面依次反射激光，达到激光雷达扫描的效果，结构简便，通过激光器配合旋转棱镜即可实现激光雷达扫描的效果，扫描方式快速高效，可广泛应用于驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航等领域。而且，通过旋转棱镜，将激光器的出射角度进行了偏转了，例如，可以偏转90度或其他任意所需的角度，拓宽应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例的旋转式激光扫描装置的立体结构示意图。
图2是本发明实施例的旋转式激光扫描装置的剖视结构示意图。
图3显示图1中的旋转式激光扫描装置的多个激光收发元件与棱镜配合的结构框图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
请参照实施例图1和2，示出本实施例提供的一种旋转式激光扫描装置100，包括旋转棱镜10、旋转驱动件20、激光器30，所述激光器30具有激光收发端31，所述旋转棱镜10具有多个侧棱面101，所述旋转驱动件20与旋转棱镜10连接以驱动旋转棱镜10进行旋转，在旋转棱镜10旋转时各个侧棱面101依次旋转到面对所述激光收发端31位置，并在该位置时将所述激光器30发出的激光和返回的激光进行反射，使激光出射方向偏转预定角度，并旋转扫描。
具体地，所述旋转驱动件20为电机，所述旋转棱镜10通过一个转接轴22连接于电机20，所述旋转棱镜10具有顶面102和底面，所述转接轴22连接于旋转棱镜10的底面。优选地，所述旋转棱镜10为三棱镜，所述三棱镜为空心结构或蜂窝状结构。旋转棱镜10的三个侧棱面101周而复始地轮流对激光进行反射，实现旋转扫描，并将旋转转换为横向扫描。电机20安装于一个机座（图未示）上。
进一步地，所述转接轴22上还套接有一个无源编码器40，用于在激光器30旋转时监测旋转棱镜10的旋转角度方位。所述旋转式激光扫描装置100还固设有光电传感器41，所述光电传感器41与无源编码器40位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器40反馈的光信号，以监测到旋转棱镜10的旋转角度方位。关于无源编码器40的结构请参阅同一申请人的另一专利号为201621062992.1，名称为“旋转扫描编码装置” 发明，该发明专利全文内容引入本申请作参考。
请再参阅图2，多线旋转扫描装置100还包括线路板50，所述线路板50还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机20。所述控制芯片与所述光电传感器41连接，用于处理所述数据接收模块的数据。本实施例中，光电传感器41通过有线方式连接到线路板50的控制芯片上。例如，转接轴22为空心，其内置有电线用于数据传输。当然，在其他实施例中，光电传感器41也可以采用无线传输方式与无线接收模块连接，再通过无线接收模块与控制芯片连接。
进一步地，所述线路板50还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。进一步地，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。接口电路优选为USB接口，当然也可以采用其他接口方式，并不限于此。所述线路板50置于一个底座52上。
另外，多线旋转扫描装置100还包括位于旋转棱镜10反射光出射方向的透镜组12，所述透镜组12用于将出射激光调节为预定角度范围的光线或平行的光线，图示为将出射光通过透镜组12调整为平行的光。透镜组12包括凸透镜和凹透镜的特定组合，以使光线改变方向，形成所需角度、发散范围（即扫描范围）的激光雷达装置。由于通过旋转棱镜10旋转实现旋转式激光扫描，通过改变旋转棱镜10与激光器31以及旋转棱镜10与透镜组的位置和角度，以及改变透镜组12透镜组成，能很方便地更换扫描角度范围，方便应用于不同的场合和领域。
如图1所示，由激光器31发出的激光经过旋转棱镜10的棱镜面101反射，在棱镜面101的两边缘的光线经过反射后，再经过透镜组12调整后，形成一定的扫描宽度范围，这个宽度范围与旋转棱镜10的棱镜面101的宽度直接相关，成正比例关系。因此，当旋转棱镜10旋转时，相当于此扫描宽度的激光来回循环往复地进行扫描，例如图示中的横向扫描。而且，通过旋转棱镜10，将激光器30的出射角度偏转了90度。因此，上述旋转式激光扫描装置100不仅实现循环激光扫描，而且实现90度扫描，解决目前90度激光扫描的难题。
进一步地，如图3所示，所述激光器为多线激光器32，包括前述的多个激光器30，多线激光器32包括多个激光收发元件33，即每个激光器30具有一个激光收发元件，多个激光收发元件33的光轴方向相互之间成预定夹角，例如成0.5-6度夹角。进一步地，多个激光收发元件33各光轴两两之间夹角相等，多个激光收发元件33安装于固定同一个位置或同一圆周或者沿着棱镜厚度方向依次排列，图示采用多个激光收发元件33沿着棱镜厚度方向依次排列。多个激光收发元件33的各光轴沿着旋转棱镜10厚度方向由上到下或由下到上依次呈均匀发散状排列，这样，通过旋转棱镜10反射后，反射后的各激光束呈延伸发射状态，因为旋转棱镜10主要是改变方向，不改变张角。图3中没有示出反射后的发散状态，主要是反射后的光路是向图示的外面，图中不方便示出。
上述旋转式激光扫描装置100采用旋转棱镜10，在旋转时利用各侧棱面101依次反射激光，达到激光雷达扫描的效果，结构简便，通过一个或多个激光器30配合旋转棱镜10即可实现激光雷达扫描的效果，扫描方式快速高效，可广泛应用于驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航等领域。
需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转式激光扫描装置，其特征在于，包括旋转棱镜、旋转驱动件、激光器，所述激光器具有激光收发端，所述旋转棱镜具有多个侧棱面，所述旋转驱动件与旋转棱镜连接以驱动旋转棱镜进行旋转，在旋转棱镜旋转时各个侧棱面依次旋转到面对所述激光收发端位置，并在该位置时将所述激光器发出的激光和返回的激光进行反射，使激光出射方向偏转预定角度，并旋转扫描。
2.如权利要求1所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，所述旋转驱动件为电机，所述旋转棱镜通过一个转接轴连接于电机，所述旋转棱镜具有顶面和底面，所述转接轴连接于旋转棱镜的底面。
3.如权利要求1所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，所述旋转式激光扫描装置还固设有光电传感器，所述转接轴上还套接有一个无源编码器，所述光电传感器与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到旋转棱镜的旋转角度方位。
4.如权利要求3所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。
5.如权利要求4所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，所述控制芯片与所述光电传感器连接，用于处理所述光电传感器的数据。
6.如权利要求5所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，所述线路板还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。
7.如权利要求1所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，所述激光器为多线激光器，多线激光器包括多个激光收发元件，多个激光收发元件的光轴方向相互之间成预定夹角。
8.如权利要求7所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，多个激光收发元件各光轴两两之间夹角相等，多个激光收发元件安装于固定同一个位置或同一圆周或者沿着棱镜厚度方向依次排列，多个激光收发元件的各光轴沿着旋转棱镜厚度方向由上到下或由下到上依次呈均匀发散状排列。
9.如权利要求1所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，还包括位于旋转棱镜反射光出射方向的透镜组，所述透镜组用于将出射激光调节为预定角度范围的光线或平行的光线。
10.如权利要求1所述的旋转式激光扫描装置， 其特征在于，所述旋转棱镜为三棱镜，所述三棱镜为空心结构或蜂窝状结构。
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