CN109814081A - 一种360°激光扫描装置及其雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种360°激光扫描装置及其雷达装置，该激光扫描装置包括三棱扫描镜，该三棱扫描镜围绕扫描轴旋转；第一收发组件组，该第一收发组件组包括第一收发组件和第二收发组件；第二收发组件组，该第一收发组件组与该第二收发组件组沿该扫描轴的轴向高度不同；该第一收发组件组以及该第二收发组件组分布在该三棱扫描镜的周缘，该第一收发组件组自身对出射激光的遮挡产生遮蔽空间，该第二收发组件组的扫描视场覆盖该遮蔽空间。本发明的技术效果在于，实现了基于三棱扫描镜的360°激光扫描，且结构简洁、安装方便、空间紧凑、压缩体积。同时，本发明还可实现使得各个方向上的激光点密度保持均匀的技术效果。

Description

一种360°激光扫描装置及其雷达装置

技术领域

本发明涉及三维激光扫描领域，特别是涉及一种360°激光扫描装置及其雷达装置。

背景技术

激光扫描装置是激光雷达装置的核心部件，同时，激光扫描装置也可以用于其它需要进行激光扫描的场合。

在产业应用中，经常需要360°全方位的激光扫描，例如无人驾驶汽车，工业机器人等，而结构简洁，故障率低的扫描结构是产业中迫切需要的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种基于三棱扫描镜的能够实现360°扫描的激光扫描装置。

进一步的，使得各个方向上的激光点密度保持均匀。

本发明公开了一种360°激光扫描装置，包括：

三棱扫描镜，该三棱扫描镜围绕扫描轴旋转；

第一收发组件组，该第一收发组件组包括第一收发组件和第二收发组件；

第二收发组件组，该第一收发组件组与该第二收发组件组沿该扫描轴的轴向高度不同；

该第一收发组件组以及该第二收发组件组分布在该三棱扫描镜的周缘，该第一收发组件组自身对出射激光的遮挡产生遮蔽空间，该第二收发组件组的扫描视场覆盖该遮蔽空间。

以该扫描轴为z轴方向，该第一、第二收发组件分别设置在+x轴方向、-x轴方向上，该第二收发组件组包括第三收发组件，该第三收发组件设置在+y轴方向或-y轴方向上。

以该扫描轴为z轴方向，该第一、第二收发组件分别设置在+x轴方向、-x轴方向上，该第二收发组件组包括第三收发组件和第四收发组件；

该第三、第四收发组件分别设置在+y轴方向以及-y轴方向上；

或者，该第三收发组件设置在+x+y轴方向或者+x-y轴方向，该第四收发组件设置在-x+y轴方向或者-x-y轴方向。

该第三、第四收发组件相对该扫描轴呈轴对称设置。

每个该收发组件包括激光发射单元以及激光接收单元，每个该激光发射单元朝向该扫描轴发射激光束，经该三棱扫描镜反射后产生该出射激光。

每个该收发组件包括多个激光发射单元以及多个激光接收单元，各个激光发射单元所发射的激光束之间均存在夹角。

所述激光束呈发散状态排列或者呈汇聚状态排列。

该第一收发组件和该第二收发组件沿该扫描轴的轴向高度相同或不同。

该第三收发组件和该第四收发组件沿该扫描轴的轴向高度相同或不同。

本发明公开了一种激光雷达装置，包括所述的360°激光扫描装置。

本发明的技术效果在于，实现了基于三棱扫描镜的360°激光扫描，且结构简洁、安装方便、空间紧凑、压缩体积。同时，本发明还可实现使得各个方向上的激光点密度保持均匀的技术效果。

附图说明

图1A、1B所示为本发明的360°激光扫描装置的俯视结构示意图。

图1C所示为本发明图1A所示的360°激光扫描装置的结构立体示意图。

图2A-2D所示为本发明的360°激光扫描装置的扫描视场示意图。

图3、4所示为本发明的360°激光扫描装置的俯视结构示意图。

图5A、5B所示为本发明的收发组件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例描述本发明的技术方案的实现过程，不作为对本发明的限制。

激光扫描装置是激光雷达装置的主要光学结构，是实现激光扫描的光学基础。激光雷达装置除包括该激光扫描装置外，还包括其他处理模块、电池模块等属于公知常识的部件。为了清晰展示本发明的技术改进之处，公知部分的结构，如扫描驱动等部件未显示在图中。

图1A、1B所示为本发明的360°激光扫描装置的俯视结构示意图。

图1C所示为本发明图1A所示的360°激光扫描装置的结构立体示意图。

本发明的360°激光扫描装置包括第一收发组件组1、第二收发组件组2以及三棱扫描镜3。

该第一收发组件组1以及该第二收发组件组2均分布在该三棱扫描镜的周缘。第一收发组件组1包括第一收发组件101和第二收发组件102。三棱扫描镜3围绕扫描轴z旋转，三棱扫描镜3具有三个扫描镜面。该第一收发组件组1与该第二收发组件组2沿该扫描轴的轴向高度不同。

具体来说，以该扫描轴为z轴方向建立坐标系，原点可为扫描轴位于该三棱扫描镜3内的中点，原点在扫描轴上的具体位置选择不以此为限。

该第一收发组件101、第二收发组件102均沿x轴设置，且分别设置在+x轴方向、-x轴方向上。

在第一实施例中，第二收发组件组2仅包括一个收发组件，即第三收发组件201。每个该收发组件均包括激光发射单元以及激光接收单元，每个该激光发射单元朝向该扫描轴发射激光束，经该三棱扫描镜反射后产生出射激光，该出射激光进入该激光扫描装置的周围环境，或者说是激光雷达装置的周围环境，对环境中的目标进行激光探测。

以三棱扫描镜底面为正三角形的标准三棱扫描镜为例，不以此为限，图2A所示为第一收发组件101的扫描视场示意图。

由于该第一收发组件101朝向扫描轴z发射激光束，即，激光束朝向+x方向，此时，随着三棱扫描镜的旋转，该第一收发组件101的扫描视场以扫描轴为中心覆盖240°，其未覆盖到的视场角为θ1。该θ1为120°，且在+x轴两侧各分布60°。

从图2A中可知，该第一收发组件101的240°扫描视场中，由于该第一收发组件101自身对该出射激光造成遮挡，导致部分区域的出射激光无法越过该第一收发组件101而出射至周围环境中，无法实现对环境中目标的激光探测。该第一发组件组101所阻挡的部分空间为遮蔽空间S1。该遮蔽空间S1的位置与该第一收发组件101的位置相对对应，该遮蔽空间S1的空间大小与第一收发组件101空间形态相关。通常来说，该遮蔽空间S1不会太大，其视场为在-x轴两侧各15°的范围内。

如图2B所示，与该第一收发组件101类似的，该第二收发组件102朝向扫描轴z发射激光束，即，激光束朝向-x方向。随着三棱扫描镜的旋转，该第二收发组件102的扫描视场以扫描轴为中心覆盖240°，其未覆盖到的视场角为θ2。该θ2为120°，且在-x轴两侧各分布60°。该第二收发组件102的240°扫描视场中，由于该第二收发组件102自身对该出射激光造成遮挡，产生遮蔽空间S2，与遮蔽空间S1类似的，分布在+x轴两侧各15°的范围内。

为了实现360°扫描视场，即，使得在周围环境中对应遮蔽空间S1、S2的范围内也具备扫描线，本发明进一步设置该第二收发组件组2。利用该第二收发组件组2的扫描视场覆盖该遮蔽空间S1、S2。

如图1B、1C、2C所示，该第三收发组件201沿y轴设置，且设置在+y轴方向。与该第一、第二收发组件101、102同理，该第三收发组件201朝向扫描轴z发射激光束，即，激光束朝向-y方向。随着三棱扫描镜的旋转，该第三收发组件201的扫描视场以扫描轴为中心覆盖240°，其未覆盖到的视场角为θ3。该θ3为120°，且在-y轴两侧各分布60°。另外，该第一收发组件组1的所有收发组件与该第二收发组件组2的收发组件沿该扫描轴的轴向高度不同。即，由于第三收发组件201与该第一、第二收发组件101、102的设置的轴向高度不同，使得第一、第二收发组件101、102不会对第三收发组件201产生的出射激光造成遮挡，顺利出射至周围环境中，从而在周围环境中覆盖分布在+x轴两侧各15°以及-x轴两侧各15°的范围，也就是覆盖第一、第二收发组件101、102的遮蔽空间S1、S2，使得激光扫描装置可实现360°无死角扫描。

同理，如图2D所示，该第三收发组件201还可沿y轴设置，且设置在-y轴方向。该第三收发组件201朝向扫描轴z发射激光束，即，激光束朝向+y方向。随着三棱扫描镜的旋转，该第三收发组件201的扫描视场以扫描轴为中心覆盖240°，其未覆盖到的视场角为θ4。该θ4为120°，且在+y轴两侧各分布60°。由于第三收发组件201与该第一、第二收发组件101、102的设置的轴向高度不同，使得第一、第二收发组件101、102不会对第三收发组件201产生的出射激光造成遮挡，顺利出射至周围环境中，从而在周围环境中覆盖分布在+x轴两侧各15°以及-x轴两侧各15°的范围，也就是覆盖第一、第二收发组件101、102的遮蔽空间S1、S2，使得激光扫描装置可实现360°无死角扫描。

在第二实施例中，参见图3所示，第二收发组件组2可包括两个收发组件，即第三收发组件201以及第四收发组件202。该第三收发组件201可沿y轴设置，且设置在+y轴方向，该第四收发组件202可沿y轴设置，且设置在-y轴方向。参见图2C以及图2D，此时，第三收发组件201以及第四收发组件202均可覆盖遮蔽空间S1、S2，另外，第一收发组件组1以及第二收发组件组2设置的轴向高度不同，且设置位置不同，使得图3所示实施例的四个收发组件均匀围绕三棱扫描镜设置，且各自的遮蔽空间也均匀分布于三棱扫描镜的四个方向，使得各方向的激光点密度更加均匀。

事实上，第二收发组件组2的两个收发组件的位置也可以根据需要而进行调整，只要设置在能够覆盖遮蔽空间的位置上即可。

例如，如图4所示，该第三收发组件201设置在+x+y轴方向，该第四收发组件202设置在-x-y轴方向，此时，该第三收发组件201可覆盖遮蔽空间S2，该第四收发组件202可覆盖遮蔽空间S1。

事实上，该第三收发组件201可设置在+x+y轴方向或者+x-y轴方向，该第四收发组件202可设置在-x+y轴方向或者-x-y轴方向。

另外，该第三、第四收发组件201、202相对该扫描轴可呈轴对称设置。即，该第三、第四收发组件201、202的轴向高度相同，且相对扫描轴的距离相同。

同时，该第一收发组件101、第二收发组件102也可不必须沿x轴设置，二者可夹任意角度，只要第三、第四收发组件201、202可覆盖该第一、第二收发组件101、102的遮蔽空间即可。

基于上述全部的实施例，每个该收发组件可以包括多个激光发射单元以及多个激光接收单元，如图5A、5B所示，以第一收发组件101为例，其包括4个激光发射单元，各个激光发射单元所发射的激光束之间均存在夹角。所述激光束呈发散状态排列或者呈汇聚状态排列。如此可使得本发明的360°激光扫描装置具备多扫描线的激光扫描方式，且每个激光发射单元所产生的扫描线之间不易发生干扰。

同时，该第一收发组件101和该第二收发组件102沿该扫描轴的轴向高度可以相同，也可以不同。该第三收发组件201和该第四收发组件202沿该扫描轴的轴向高度可以相同，也可以不同。但是，该第三收发组件201与该第一、第二收发组件101、102的轴向高度均不相同，该第四收发组件202与该第一、第二收发组件101、102的轴向高度均不相同。

具备上述360°激光扫描装置的激光雷达装置也在本发明的公开范围内。

另外，对于三棱扫描镜并非标准三棱扫描镜的情形，只要第二收发组件组的设置位置能够覆盖第一收发组件组所产生的遮蔽空间，其也属于本发明公开的范围。

通过上述技术方案，实现了基于三棱扫描镜的360°激光扫描，且结构简洁、安装方便、故障率低、空间紧凑、压缩体积。同时，本发明还可实现使得各个方向上的激光点密度保持均匀的技术效果。

上述实施例仅为实现本发明的示例性描述，而不用以限制本发明的保护范围，保护范围请参阅后附权利要求书中记载为准。

Claims (10)

1.一种360°激光扫描装置，其特征在于，包括：

三棱扫描镜，该三棱扫描镜围绕扫描轴旋转；

第一收发组件组，该第一收发组件组包括第一收发组件和第二收发组件；

第二收发组件组，该第一收发组件组与该第二收发组件组沿该扫描轴的轴向高度不同；

该第一收发组件组以及该第二收发组件组分布在该三棱扫描镜的周缘，该第一收发组件组自身对出射激光的遮挡产生遮蔽空间，该第二收发组件组的扫描视场覆盖该遮蔽空间。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，以该扫描轴为z轴方向，该第一、第二收发组件分别设置在+x轴方向、-x轴方向上，该第二收发组件组包括第三收发组件，该第三收发组件设置在+y轴方向或-y轴方向上。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，以该扫描轴为z轴方向，该第一、第二收发组件分别设置在+x轴方向、-x轴方向上，该第二收发组件组包括第三收发组件和第四收发组件；

该第三、第四收发组件分别设置在+y轴方向以及-y轴方向上；

或者，该第三收发组件设置在+x+y轴方向或者+x-y轴方向，该第四收发组件设置在-x+y轴方向或者-x-y轴方向。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该第三、第四收发组件相对该扫描轴呈轴对称设置。

5.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，每个该收发组件包括激光发射单元以及激光接收单元，每个该激光发射单元朝向该扫描轴发射激光束，经该三棱扫描镜反射后产生该出射激光。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，每个该收发组件包括多个激光发射单元以及多个激光接收单元，各个激光发射单元所发射的激光束之间均存在夹角。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激光束呈发散状态排列或者呈汇聚状态排列。

8.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，该第一收发组件和该第二收发组件沿该扫描轴的轴向高度相同或不同。

9.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，该第三收发组件和该第四收发组件沿该扫描轴的轴向高度相同或不同。

10.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-9中任一所述的360°激光扫描装置。