CN109387846A - 一种扫描式激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扫描式激光雷达装置，涉及雷达扫描探测领域和LCD液晶显示领域。采用如下技术方案：a)一种扫描式激光雷达装置，包括控制模块、环形LCD液晶屏、激光测距模块、输出模块。b)所述的控制模块具有控制环形LCD液晶屏的能力，具有控制激光测距模块的能力，具有控制输出模块的能力；c)所述的环形LCD液晶屏不含背光，具有选择透光性，通过控制液晶分子的排列，控制激光发射模块发射的激光在某些特定的像素点通过，该像素点已知，故此，得到激光的发射角度，继而得到该角度的测距结果。本发明能够完成对二维或三维环境的测量，可用于自动驾驶领域，具有无噪声、成本低廉、易于操作的特点。

Description

一种扫描式激光雷达装置

技术领域

本发明涉及雷达扫描探测领域和LCD液晶显示领域，具体地，涉及一种扫描式激光雷达装置。

背景技术

激光雷达作为一种新型的距离测量手段，具有测量速度快、获取的数据精度高、实时性强等优点，能适应光照、雨雪等天气复杂的环境，被广泛用于移动机器人自主导航的领域。但是现有的激光雷达多是依靠电机旋转驱动激光头旋转扫描定位，即产生较大噪声，又有电机旋转角度与激光测距角度难以匹配的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种扫描式激光雷达装置，具有无噪声、成本低廉、易于操作的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种扫描式激光雷达装置，包括控制模块、环形LCD液晶屏、激光测距模块、输出模块。

所述的控制模块具有控制环形LCD液晶屏的能力，具有控制激光测距模块的能力，具有控制输出模块的能力；

所述的环形LCD液晶屏具有选择透光性，通过控制液晶分子的排列，控制激光发射模块发射的激光在某些特定的像素点通过，该像素点已知，故此，得到激光的发射角度，继而得到该角度的测距结果；

所述的环形LCD液晶屏形状如圆柱体侧表面或为半球体的表面，去掉背光，仅仅形状与现有的平面的LCD液晶屏不同，其它原理相同；

所述的激光测距模块包括激光发射模块，激光接收模块、测距解算模块；

所述的激光测距模块中的激光发射模块还可根据环形LCD液晶屏的具体形状配备反光镜或不配反光镜；

所述的激光测距模块中的激光发射模块位于环形LCD液晶屏圆心或球心位置。

所述的激光测距模块中的激光接收模块还包括根据环形LCD液晶屏的具体形状配备的接收增强透镜；

所述的接收增强透镜具体聚焦原理可参照菲涅尔光学透镜，同时还可包含滤光片的作用，选定与激光发射模块发射的相同的波长，进一步提高接收效果。

本发明由于采用上述技术方案，其具有以下有益效果：

本发明利用LCD的遮光特性进行激光雷达设计，具有无噪声、成本低廉、易于操作的特点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图

图2是环形LCD液晶屏为圆柱侧表面形状的结构示意图

图3是环形LCD液晶屏为半球体表面形状的结构示意图

图4是圆柱侧表面形状的二维环形LCD液晶屏工作示意图

图5是半球体表面形状的三维环形LCD液晶屏工作示意图

图6是二维接收增强透镜结构示意图

图7是二维接收增强透镜结构俯视图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

1、本发明的硬件组成为：

(1)参照图1，本发明的一种扫描式激光雷达装置，包括控制模块、环形LCD液晶屏、激光测距模块、输出模块。具体细则：

a)所述的控制模块具有控制环形LCD液晶屏上像素点明暗的能力，具有获得所述像素点所在以发射模块为圆心或球心的圆或球上的角度的能力，具有控制激光测距模块的能力，具有控制输出模块的能力；

b)所述的环形LCD液晶屏具有选择透光性，具有通过控制液晶分子的排列、控制激光发射模块发射的激光在某些特定的像素点通过的能力；

c)所述的激光测距模块包括激光发射模块，激光接收模块、测距解算模块、锥形反光镜、接收增强透镜；

d)所述的接收增强透镜包括菲涅尔光学透镜本身及依据其原理设计的三维接收增强透镜34、二维接收增强透镜24。

(2)参照图2，本发明的环形LCD液晶屏为圆柱侧表面形状的结构示意图，包括二维环形LCD液晶屏21、二维激光发射模块22、二维激光接收模块23、二维接收增强透镜24、锥形反光镜25，具体细则：

a)所述圆柱侧面形状的二维环形LCD液晶屏21利用LCD的遮光特性在二维平面上确定激光测距模块的二维激光发射模块22的激光透过方向；

b)所述圆柱侧面形状的二维环形LCD液晶屏21，具有被控制模块控制进行像素扫描的功能；

c)所述圆柱侧面形状的二维环形LCD液晶屏21，其圆心处有一定空隙，用于放置二维激光发射模块22和锥形反光镜25；

d)所述锥形反光镜25，用于反射二维激光发射模块22在竖直方向发射的激光，其锥形反光镜的镜面截面与竖直方向夹角为45°，可保证竖直方向激光经反射后，改变传播方向，向水平方向传播，扩大在二维平面发发射增益；

e)所述二维接收增强透镜24，透镜呈空心圆柱状，其圆心处有一定空隙，该空隙为与圆柱同心的正多边形，用于放置二维激光接收模块23；

f)所述二维接收增强透镜24，还可以与滤光片相结合，用于扩大在二维平面上特定激光的接收增益。

(3)参照图3，本发明的环形LCD液晶屏为半球体表面形状的结构示意图，包括三维环形LCD液晶屏31、三维激光发射模块32、三维激光接收模块33、三维接收增强透镜34，具体细则：

a)所述半球体表面形状的三维环形LCD液晶屏31利用LCD的遮光特性在三维平面上确定激光测距模块的三维激光发射模块32的激光发射方向；

b)所述半球体表面形状的三维环形LCD液晶屏31，具有被控制模块控制进行像素扫描的能力；

c)所述半球体表面形状的三维环形LCD液晶屏31，其球心处有一定空隙，用于放置三维激光发射模块32；

d)所述三维激光发射模块32，对激光波束不在汇聚成线，激光在三维空间内自由传播；

e)所述三维接收增强透镜34，透镜呈球状，具体参照菲涅尔光学透镜，其球心处有一定空隙，用于放置三维激光接收模块33；

f)所述三维接收增强透镜34，还可以与滤光片相结合，用于扩大在三维空间中特定激光的接收增益。

2、本发明的工作原理为：

本发明的基本原理是利用LCD的遮光特性，通过控制液晶分子的排列，控制激光发射模块发射的激光在某些特定的像素点通过，该像素点已知，故此，得到激光的发射角度，继而得到该角度的测距结果；

(1)参照图4，此图是圆柱侧面形状的环形LCD液晶屏工作示意图，

a)当开始工作时，LCD液晶屏处于遮光状态，激光发射模块开始启动，因锥形反光镜反射作用，激光在二维平面传播；

b)利用LCD的遮光特性，使其屏蔽掉绝大部分的光线，仅保留一列或相邻几列像素，使其透光，同时激光测距模块开始测距，测距结果与此时的透光像素所在角度相匹配；

c)该列像素以某一角度为起点，逐步扫描旋转360度，激光测距模块不断随像素变化发起测距并获得相应角度上的测量结果；

d)所述像素还可以根据具体需求自定义扫描路线。

(2)参照图5，此图是半球体表面形状的环形LCD液晶屏工作示意图，

a)当开始工作时，LCD液晶屏处于遮光状态，激光发射模块开始启动，因对激光发射模块特殊的要求，激光不在汇聚成线，而是在三维空间自由传播；

b)利用LCD的遮光特性，使其屏蔽掉绝大部分的光线，仅保留一个或相邻几个像素，使其透光，同时激光测距模块开始测距，测距结果与此时的透光像素相匹配；

c)该像素以某一角度(包括水平角度和竖直角度)为起点，沿水平方向逐步扫描旋转360度，激光测距模块不断随像素变化发起测距并获得相应角度上的测量结果；

d)该像素在竖直方向变化一个角度，随后沿水平方向逐步扫描旋转360度，激光测距模块不断随像素变化发起测距并获得相应角度上的测量结果；

e)所述像素重复以上过程，直到获得所有能测量的且需要测量的角度的测距结果；

f)以上所有过程可以周期性变化，获得实时测量结果；

g)所述像素还可以根据具体需求自定义扫描路线。

(3)参照图6，此图是圆柱侧表面形状的环形LCD液晶屏对应的二维接收增强透镜结构示意图，该透镜呈空心圆柱状，其圆心处有一定空隙，该空隙为与圆柱同心的正多边形。

参照图7，此图是二维接收增强透镜结构俯视图，多边形的边与圆柱体之间的透明材料构成凸透镜，从而起到聚光、增强接收效果的作用。半球体表面形状的环形LCD液晶屏对应的三维接收增强透镜原理类似，具体参照菲涅尔光学透镜。

所述的二维、三维接收增强透镜还可以与滤光片相结合，选定波长，进一步提高接收效果。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种扫描式激光雷达装置，其特征在于：包括控制模块、环形LCD液晶屏、激光测距模块、输出模块；

a)所述的控制模块具有控制环形LCD液晶屏上像素点明暗的能力，具有获得所述像素点所在以发射模块为圆心或球心的圆或球上的角度的能力，具有控制激光测距模块的能力，具有控制输出模块的能力；

b)所述的环形LCD液晶屏具有选择透光性，具有通过控制液晶分子的排列、控制激光发射模块发射的激光在某些特定的像素点通过的能力；

c)所述的激光测距模块包括激光发射模块，激光接收模块、测距解算模块、锥形反光镜、接收增强透镜；

d)所述的激光测距模块具有在特定角度下进行激光测距，并获得该角度下测距结果的能力，该特定角度被环形LCD液晶屏限定、被控制模块控制。

2.根据权利要求1所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述控制模块具有控制LCD像素进行明暗变化、继而激光发射模块在特定角度透过激光、最后通过激光测距模块获得在特定角度下的测距结果的能力，具体的，包括二维、三维不同状态下的工作原理，

二维情况下的工作原理，此时，环形LCD液晶屏形状为圆柱侧面形状，

a)开始工作时，LCD液晶屏处于遮光状态，激光发射模块开始启动，因锥形反光镜反射作用，激光在二维平面传播；

b)利用LCD的遮光特性，使其屏蔽掉绝大部分的光线，仅保留一列或相邻几列像素，使其透光，同时激光测距模块开始测距，测距结果与此时的透光像素所在角度相匹配；

c)该列像素以某一角度为起点，逐步扫描旋转360度，激光测距模块不断随像素变化发起测距并获得相应角度上的测量结果；

d)所述像素还可以根据具体需求自定义扫描路线；

三维情况下的工作原理，此时，环形LCD液晶屏形状为半球体表面形状，

a)开始工作时，LCD液晶屏处于遮光状态，激光发射模块开始启动，此时激光在三维空间自由传播；

b)利用LCD的遮光特性，使其屏蔽掉绝大部分的光线，仅保留一个或相邻几个像素，使其透光，同时激光测距模块开始测距，测距结果与此时的透光像素相匹配；

c)该像素以某一角度(包括水平角度和竖直角度)为起点，沿水平方向逐步扫描旋转360度，激光测距模块不断随像素变化发起测距并获得相应角度上的测量结果；

d)该像素在竖直方向变化一个角度，随后沿水平方向逐步扫描旋转360度，激光测距模块不断随像素变化发起测距并获得相应角度上的测量结果；

e)所述像素重复以上过程，直到获得所有能测量的且需要测量的角度的测距结果；

f)所述像素还可以根据具体需求自定义扫描路线。

3.根据权利要求1所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述的环形LCD液晶屏和激光测距模块自身及组成部分，包括二维、三维下的不同形态，具体的，

二维情况下的组成部分，此时，环形LCD液晶屏形状为圆柱侧面形状，包括二维环形LCD液晶屏、二维激光发射模块、二维激光接收模块、二维接收增强透镜、锥形反光镜；

三维情况下的组成部分，此时，环形LCD液晶屏形状为半球体表面形状，包括三维环形LCD液晶屏、三维激光发射模块、三维激光接收模块、三维接收增强透镜。

4.根据权利要求3所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述的环形LCD液晶屏包括二维、三维下的不同形态，具体的，

二维情况下，此时，环形LCD液晶屏形状为圆柱侧面形状，

所述二维环形LCD液晶屏具有利用LCD的遮光特性、通过像素扫描的方式在二维平面上确定激光测距模块的二维激光发射模块的激光透过方向的能力，且其圆心处有一定空隙，用于放置二维激光发射模块和锥形反光镜；

三维情况下，此时，环形LCD液晶屏形状为半球体表面形状，

所述三维环形LCD液晶屏具有利用LCD的遮光特性、通过像素扫描的方式在三维平面上确定激光测距模块的三维激光发射模块的激光发射方向的能力，且其球心处有一定空隙，用于放置三维激光发射模块。

5.根据权利要求3所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述的激光发射模块包括二维、三维下的不同形态，具体的，二维形态下，激光发射模块发射的激光竖直向上且汇聚于一条线；三维形态下，激光发射模块发射的激光在三维空间内自由传播。

6.根据权利要求3所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述的锥形反光镜用于反射二维激光发射模块在竖直方向发射的激光，其锥形反光镜的镜面截面与竖直方向夹角为45°，可保证竖直方向激光经反射后，改变传播方向，向水平方向传播，扩大在二维平面发发射增益。

7.根据权利要求3所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述的接收增强透镜包括二维、三维下的不同形态，具体的，

二维形态下，二维接收增强透镜呈空心圆柱状，其圆心处有一定空隙，该空隙为与圆柱同心的正多边形，且多边形的边与圆柱体之间的透明材料构成凸透镜，从而起到聚光、增强接收效果的作用；

三维形态下，三维接收增强透镜原理具体参照现有技术菲涅尔光学透镜。

8.根据权利要求3所述的一种扫描式激光雷达装置，其特征在于，所述的接收增强透镜还可与滤光片相结合，用于扩大在三维空间中特定激光的接收增益。