CN109828257A - 一种扫描装置及激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种扫描装置，包括：旋转支架，可绕着一转轴旋转运动；反射镜，固设在旋转支架上；磁性件，固设在旋转支架上；磁场产生机构，产生方向可变的磁场，所述磁性件设置在磁场中，并在磁场的作用下往返运动，以带动旋转支架往返旋转。本发明还涉及一种激光雷达。本发明相比于以电机带动的旋转扫描系统，具有体积小、旋转速度快、效率高的优势，相比于传统检流计式扫描系统，具有成本更低、体积更小、功耗更低、环境适应性更好的优势，同时相比于MEMS系统，具有扫描面积更大、扫描角度范围更广、更贴近实用的优势。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种扫描装置及激光雷达。
背景技术
激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
特别是在自动驾驶领域，自动驾驶等技术高速发展，其中一项重要配套传感器激光雷达，为了满足各种特定需求，涌现出各种类型的方案。
目前，用于激光雷达扫描的方案主要有以电机带动的旋转扫描系统、检流计式振镜扫描系统以及新兴的MEMS扫描系统。其中，MEMS微镜是指采用光学MEMS技术制造的，把微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起的光学MEMS器件。MEMS微镜的运动方式包括平动和扭转两种机械运动。
电机带动的旋转扫描系统适合于360°大视场扫描，当用于局部视场扫描时其扫描效率明显不足，难以满足高效扫描要求。检流计式振镜扫描系统适合于小视场范围扫描，但是其具有体积大、功耗高、工作温度范围较窄等问题。MEMS振镜扫描系统体积小、重量轻，目前存在的问扫描镜题是面积偏小，同时扫描视场范围也比较小，导致还不能满足业界的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种扫描装置及激光雷达，解决现有激光雷达方案不能满足业界的性能需求的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种扫描装置，包括：旋转支架，可绕着一转轴旋转运动；反射镜，固设在旋转支架上；磁性件，固设在旋转支架上；磁场产生机构，产生方向可变的磁场，所述磁性件设置在磁场中，并在磁场的作用下往返运动，以带动旋转支架往返旋转。
其中，较佳方案是：所述旋转支架还包括延长部，所述磁性件设置在延长部的端部。
其中，较佳方案是：所述旋转支架与转轴之间设置有弹性复位件；或者，所述扫描装置还包括一固定支架，所述固定支架与旋转支架之间设有弹性复位件。
其中，较佳方案是：所述延长部与转轴之间设有弹性复位件。
其中，较佳方案是：所述延长部上设有一安装板，所述弹性复位件设置在安装板与转轴之间。
其中，较佳方案是：所述弹性恢复件为弹簧结构。
其中，较佳方案是：所述反射镜与磁性件相对设置在旋转支架的两侧面。
其中，较佳方案是：所述电磁铁组件包括一具有缺口的环形铁芯和绕着环形铁芯设置的线圈，所述线圈的两端分别与外部电源电连接，并在通电后在环形铁芯的缺口处产生电磁磁场，所述磁性件设置在缺口处。
其中，较佳方案是：所述扫描装置还包括一控制单元，并根据预设指令控制电磁铁组件的电磁磁场方向以实现周期变化，以通过磁性件带动旋转支架实现旋转往复运动。
其中，较佳方案是：所述扫描装置还包括角度检测单元，以获取旋转支架的旋转角度。
其中，较佳方案是：所述角度检测单元包括设置在旋转支架上的第一检测件和固定设置的第二检测件，并根据第一检测件和第二检测件的偏差以获取旋转支架的旋转角度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光雷达，所述激光雷达包括激光组件和扫描装置，所述激光组件至少包括激光发射头和探测器，所述激光发射头发射激光至扫描装置的反射镜并向外发射，所述探测器接收从扫描装置的反射镜发射回的激光，以用于探测。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种扫描装置及激光雷达，相比于以电机带动的旋转扫描系统，具有体积小、旋转速度快、效率高的优势，相比于传统检流计式扫描系统，具有成本更低、体积更小、功耗更低、环境适应性更好的优势，同时相比于MEMS系统，具有扫描面积更大、扫描角度范围更广、更贴近实用的优势；进一步地，独立的角度检测装置，能够提供可靠且高准确度的实时检测振镜扫描角度，满足激光雷达对扫描器件高精度高可靠性的需求及实现智能控制。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明扫描装置的俯视结构示意图；
图2是本发明扫描装置的侧视结构示意图；
图3是本发明旋转支架的俯视结构示意图；
图4是本发明旋转支架的侧视结构示意图；
图5是本发明基于角度检测单元的扫描装置的俯视结构示意图；
图6是本发明基于角度检测单元的扫描装置的侧视结构示意图；
图7是本发明电磁铁组件的结构示意图；
图8是本发明基于电磁铁组件的扫描装置的俯视结构示意图；
图9是本发明电磁铁组件与控制单元的结构示意图；
图10是本发明激光雷达发射步骤的结构示意图；
图11是本发明激光雷达接收步骤的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种扫描装置的优选实施例。
一种扫描装置，包括旋转支架110、反射镜120、磁性件130和磁场产生机构200；其中，旋转支架110可旋转运动，反射镜120固设在旋转支架110上，磁性件130固设在旋转支架110上，磁场产生机构200产生方向可变的磁场201，所述磁性件130设置在磁场201中，并在磁场201的作用下往返运动，以带动旋转支架110往返旋转。
具体是，所述反射镜120固定在旋转支架110上，并随着旋转支架110绕着转轴111旋转而旋转，所述扫描装置还包括设置在旋转支架110上的磁性件130，以及与磁性件130配合设置的磁场产生机构200，所述磁性件130放置在磁场产生机构200的电磁磁场201区域中，所述磁场产生机构200在通电后产生电磁磁场201以使磁性件130移动，所述旋转支架110在磁性件130的带动下绕着转轴111旋转，以带动反射镜120旋转。
其中，转轴111还与底座300连接，转轴111可动，并与旋转支架110固定，随着旋转支架110的旋转在底座300上绕着轴心旋转，或者，转轴111与底座300固定，旋转支架110与转轴111活动设置，随着旋转支架110的旋转，绕着转轴111轴心旋转。所述两者均可认为述旋转支架110在磁性件130的带动下绕着转轴111旋转。
具体地，旋转支架110可绕着转轴111旋转，将入射至反射镜120上的激光光束反射至外部，并将外部反射回的激光光束通过反射镜120再反射回对应的探测模块中，实现激光探测，并且通过反射镜120的旋转，实现扫描操作，以扩大扫描面积及扫描方向，实现全方位的扫描探测。以及，通过磁场产生机构200和磁性件130的配合，通过磁场产生机构200产生的电磁磁场201区域，电磁磁场201区域以旋转方向(水平方向)实现电磁场方向的切换，如以顺时针方向为正方向，逆时针方向为反方向，用于带动在电磁磁场201区域的磁性件130移动，从而实现旋转支架110旋转方向，甚至速度的控制。
如图3和图4所示，本发明提供一种旋转支架的较佳实施例。
所述旋转支架110还包括延长部140，所述磁性件130设置在延长部140的端部，可将磁性件130远离旋转支架110设置，以防旋转支架110与磁场产生机构200的碰撞。
其中，所述延长部140可为任意形状，意在将磁性件130远离旋转支架110的旋转主体，同时，可优化磁场产生机构200的结构，满足延长部140的形状结构即可。
进一步地，所述反射镜120与磁性件130相对设置在旋转支架110的两侧面。为了防止磁性件130及磁场产生机构200对反射镜120的干扰、碰撞，并且可优化磁场产生机构200的结构，同时可提供最大的反射扫描范围，避免延长部140及磁场产生机构200的阻挡。
其中，所述设置在旋转支架110的两侧面优选为设置在相对的两侧面，当然，不是相对的两侧面也可实施，只要将反射镜120与磁性件130的远离设置即可。
进一步地，旋转支架110和转轴111之间还包括轴承112，轴承112套设在转轴111上，外与旋转支架110连接，用于辅助旋转，提高旋转顺畅程度，减少旋转摩擦力。具体地，轴承112是当代机械设备中一种重要零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。
其中，旋转支架110通过轴承112绕着转轴111旋转。
在本实施例中，所述扫描装置还包括设置在转轴111与旋转支架110之间的弹性恢复件150。通过弹性恢复件150在旋转支架110旋转过程中断开磁场产生机构200的电磁场后，可迅速复位至弹性恢复件150最原始状态所对应的位置，若所述反射镜120与延长部140相对设置在旋转支架110的两侧面，旋转支架110的复位位置是与磁场产生机构200正对的位置。
进一步地，所述延长部140上设置一安装板141，优选设置在延长部140的端部，所述磁性件130设置在安装板141上，当然也还可以设置在延长部140上，所述弹性恢复件150分别设置在转轴111和安装板141之间。使弹性恢复件150处于水平位置，以及可直接与转轴111和安装板141连接，提供复位的最大弹性。
进一步地，所述扫描装置还包括一固定支架(附图未显示)，以及设置在固定支架与旋转支架110之间的弹性恢复件150，优选地，扫描装置包括一底座300，所述转轴111和固定支架均设置在底座300上。
优选地，所述弹性恢复件150为弹簧结构。通过弹簧结构的自恢复性能，实现复位。当然也可以为其他弹性恢复件150，如弹片，塑料软条等。复位是指磁场产生机构200断电后，通过弹簧结构的弹性恢复性能将旋转支架110旋转回原始位置。
如图5和图6所示，本发明提供一种角度检测单元的较佳实施例。
所述扫描装置还包括角度检测单元，以获取旋转支架110的旋转角度。
在本实施例中，所述角度检测单元包括设置在旋转支架110上的第一检测件162和固定设置的第二检测件161，并根据第一检测件162和第二检测件161的偏差以获取旋转支架110的旋转角度。
根据所述偏差，通过相关计算公式或分析方案获取偏移角度，从而获取旋转支架110的旋转角度，提高整个系统的自控性和可数据化能力。
其中，所述第一检测件162和第二检测件161可采用光传感器、电磁传感器、接触结构传感器等实现。
优选地，所述第一检测件162设置在旋转支架110上，所述第二检测件161设置在固定不动的转轴上。
如图7至图9所示，本发明提供一种电磁铁组件的较佳实施例。
所述磁场产生机构200包括一具有缺口211的环形铁芯210和绕着环形铁芯210设置的线圈220，所述线圈220的两端分别与外部电源电连接，并在通电后在环形铁芯210的缺口211处产生电磁磁场201，所述磁性件130设置在缺口211处。
具体地，通过线圈220通电，在环形铁芯210的缺口211处形成电磁磁场201，并可通过改变线圈220通电方向，改变所述电磁磁场201的方向。
其中，磁性件130优选为永磁磁铁。
在本实施例中，所述扫描装置还包括一控制单元400，以控制通电方向，并根据预设指令控制磁场产生机构200的电磁磁场201方向以实现周期变化，以通过磁性件130带动旋转支架110实现旋转往复运动。
如图10和图11所示，本发明提供一种激光雷达的优选实施例。
一种激光雷达，所述激光雷达包括激光组件和扫描装置，所述激光组件至少包括激光发射头510和探测器520，所述激光发射头510发射激光至扫描装置的反射镜120并向外发射，所述探测器520接收从扫描装置的反射镜120发射回的激光，以用于探测。
提供两种激光雷达的工作方式。
在发射过程中，激光发射头510发射激光至扫描装置的反射镜120并向外发射，入射到对应物体600上。
在接受过程中，当向外发射的激光光束触碰到对应物体600后，反射回至扫描装置，从而实现探测功能。
在本发明中，所述扫描装置及激光雷达，主要应用于无人驾驶传感、3-D测绘、AGV导航等领域。当应用于无人驾驶和AGV时，一般将激光雷达安装在车辆的顶端或者侧面，用于检测对应方向的目标。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (12)
1.一种扫描装置，其特征在于，包括：
旋转支架，可绕着一转轴旋转运动；
反射镜，固设在旋转支架上；
磁性件，固设在旋转支架上；
磁场产生机构，产生方向可变的磁场，所述磁性件设置在所述方向可变的磁场中，并在所述方向可变的磁场的作用下往返运动，以带动旋转支架往返旋转。
2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于：所述旋转支架还包括延长部，所述磁性件设置在延长部的端部。
3.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于：所述旋转支架与转轴之间设置有弹性复位件；或者，所述扫描装置还包括一固定支架，所述固定支架与旋转支架之间设有弹性复位件。
4.根据权利要求2所述的扫描装置，其特征在于：所述延长部与转轴之间设有弹性复位件。
5.根据权利要求4所述的扫描装置，其特征在于：所述延长部上设有一安装板，所述弹性复位件设置在安装板与转轴之间。
6.根据权利要求3至5任一所述的扫描装置，其特征在于：所述弹性恢复件为弹簧结构。
7.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于：所述反射镜与磁性件相对设置在旋转支架的两侧面。
8.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于：所述电磁铁组件包括一具有缺口的环形铁芯和绕着环形铁芯设置的线圈，所述线圈的两端分别与外部电源电连接，并在通电后在环形铁芯的缺口处产生电磁磁场，所述磁性件设置在缺口处。
9.根据权利要求1或8所述的扫描装置，其特征在于：所述扫描装置还包括一控制单元，并根据预设指令控制电磁铁组件的电磁磁场方向以实现周期变化，以通过磁性件带动旋转支架实现旋转往复运动。
10.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于：所述扫描装置还包括角度检测单元，以获取旋转支架的旋转角度。
11.根据权利要求10所述的扫描装置，其特征在于：所述角度检测单元包括设置在旋转支架上的第一检测件和固定设置的第二检测件，并根据第一检测件和第二检测件的偏差以获取旋转支架的旋转角度。
12.一种激光雷达，其特征在于：所述激光雷达包括激光组件和如权利要求1至11任一所述的扫描装置，所述激光组件至少包括激光发射头和探测器，所述激光发射头发射激光至扫描装置的反射镜并向外发射，所述探测器接收从扫描装置的反射镜发射回的激光，以用于探测。
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