CN109828259A - 一种激光雷达及组合扫描装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种激光雷达，包括旋转反射机构，至少设置一反射面，且可旋转运动；收发模块，包括激光发射器和探测器；振镜反射镜，设置在旋转反射机构与收发模块之间，接收激光发射器的激光光束并进行垂直方向的偏转；其中，垂直方向偏转的激光光束通过旋转反射机构的反射面向外水平扫描。本发明还涉及组合扫描装置。本发明可用少量的激光光源实现大视场范围的扫描覆盖，具有水平视场宽、扫描帧频高、垂直视场大且垂直视场方向角度分辨率高等特点；进一步地，在同等垂直视场分辨率情况下大大降低了系统中收发组件的数量，对系统整体硬件成本降低具有积极意义。

Description

一种激光雷达及组合扫描装置
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种激光雷达及组合扫描装置。
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。
为了满足障碍检测等方面的使用需求，激光雷达产品(如车用)需要能够覆盖较大范围的水平扫描视场角和垂直视场角。常见的一种是在垂直视场上排布较多数量的激光收发组件，在水平视场上用旋转电机带动实现360°水平扫描，从而实现水平视场和垂直视场均有较大的覆盖范围；一种是在水平视场和垂直视场两个方向上分别使用2个振镜进行扫描，从何达到垂直视场和水平视场都都达到需求指标的目的。
但是，上述方案均存在问题，如第一种360°扫描的激光雷达产品，为了能够覆盖较大范围的垂直视场，需要放置较多数量的激光收发组件，这些激光组件往往需要做到一一对准，在生产调试过程中难度较大且由于组件数量高而成本高昂。而且在特定应用场合不需要360°全范围数据时，在局部视场扫描需求环境下扫描频率受限，不利于局部高密度扫描。
而第二种双振镜扫描方案由于振镜系统自身特性，无法同时达到大扫描范围和高扫描重频，往往不利于高帧频大范围扫描。
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，提供一种激光雷达及组合扫描装置，解决现有激光雷达产品存在的扫描范围小，工艺复杂，扫描频率受限等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种组合扫描装置，包括：可旋转运动的旋转反射机构，至少包括一设置在旋转侧的反射面；振镜反射镜，朝向旋转反射机构设置，且接收外部光束并进行第一方向的偏转；其中，第一方向的偏转光束通过反射面向外进行第二方向的扫描。
其中，较佳方案是：所述组合扫描装置包括多个且设置在旋转反射机构四周的振镜反射镜。
其中，较佳方案是：多个所述振镜反射镜的第一方向视场为重叠设置或不重叠设置。
其中，较佳方案是：所述第一方向与第二方向相互垂直。
其中，较佳方案是：所述第一方向与第二方向非平行设置。
其中，较佳方案是：所述旋转反射机构的旋转侧设置有多个反射面。
其中，较佳方案是：所述旋转反射机构包括可旋转运动的多边形柱状支架。
其中，较佳方案是：所述反射面与旋转反射机构的旋转轴平行设置，或倾斜设置。
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，包括组合扫描装置；收发模块，包括激光发射器和探测器，所述激光发射器发射激光光束入射至组合扫描装置的振镜反射镜，所述探测器获取从振镜反射镜反射回的光信号。
其中，较佳方案是：所述激光发射器包括一个或多个激光发射头，所述探测器包括与激光发射头相互匹配设置的探测头。
其中，较佳方案是：所述激光发射器包括多个激光发射头，多个所述激光发射头垂直设置或阵列设置。
其中，较佳方案是：所述振镜反射镜包括反射镜主体和控制反射镜主体在第一方向往复旋转运动的运动模块，以实现激光光束的第一方向偏转。
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激光雷达及组合扫描装置，可以用少量的激光光源实现大视场范围的扫描覆盖，具有水平视场宽、扫描帧频高、垂直视场大且垂直视场方向角度分辨率高等特点；进一步地，在同等垂直视场分辨率情况下大大降低了系统中收发组件的数量，对系统整体硬件成本降低具有积极意义；同时由于激光发射头及探测器的减少，系统对准难度降低，从而装调的人力成本显著降低，适合工业化生产。
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是本发明结构激光雷达的示意图；
图2是本发明多个振镜反射镜的结构示意图。
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，包括旋转反射机构10、收发模块和振镜反射镜20，其中，旋转反射机构10至少包括一设置在旋转侧的反射面11，且可旋转运动；收发模块包括激光发射器31和探测器32；振镜反射镜设置在旋转反射机构10与收发模块之间，接收激光发射器31的激光光束并进行第一方向的偏转；进一步地，第一方向偏转的激光光束通过旋转反射机构10的反射面11向外以第二方向进行扫描。
具体地，所述激光发射器31发射激光光束至振镜反射镜20，经过振镜反射镜20的第一方向偏转，形成第一方向的多道激光光束，并入射至旋转反射机构10，通过旋转反射机构10旋转实现向外以第二方向进行扫描，以及，所述旋转反射机构10将外部反射回的光信号再经过振镜反射镜20入射至探测器 32中，通过探测器32实现探测。其中，旋转反射机构10绕着转轴101旋转，以实现反射面11的往返或旋转运动。
其中，第一方向与第二方向非平行设置，实现在两个不同方向进行偏振；以及，第一方向和第二方向为垂直设置，优选第一方向为垂直方向，第二方向为水平方向。
振镜反射镜20对入射的激光光束进行垂直偏移以实现垂直扫描，提高第一方向的扫描角度，旋转反射机构10对入射的激光光束进行以第二方向进行扫描，提高第二方向的扫描角度。所述激光光束的路径是：激光发射器31(发射激光光束)、振镜反射镜20(实现垂直扫描)、旋转反射机构10(实现以第二方向进行扫描)、外界阻碍物、旋转反射机构10、振镜反射镜20、探测器32。通过探测器32获取阻碍物的具体信息，以形成雷达扫描信息。
进一步的，提供一种组合扫描装置，所述组合扫描装置包括具有至少一反射面11且可旋转运动的旋转反射机构10，至少一与旋转反射机构10配合的振镜反射镜20；其中，外部的激光发射器31发射激光光束至振镜反射镜20，经过振镜反射镜20的第一方向偏转后再反射至旋转反射机构10，通过旋转反射机构10旋转实现向外以第二方向进行扫描，以及，所述旋转反射机构10 将外部反射回的激光光束再经过振镜反射镜20入射至对应的探测器32中。通过单独配置的组合扫描装置，配合对应的激光发射器31和探测器32，进行大范围扫描，便于后期维护、修理、升级，将结构模块化，更人性化。
在本实施例中，所述振镜反射镜20包括反射镜主体和控制反射镜主体在第一方向往复旋转运动的运动模块，以实现激光光束的第一方向偏转。运动模块沿着反射镜主体的旋转轴201带动反射镜主体向往复旋转运动。
当激光光束入射至振镜反射镜20后，在运动模块的带动下实现振镜反射镜20的第一方向往复旋转运动，带动入射的激光光束在第一方向以不同角度向外发射，实现垂直扫描。进一步地，反射镜主体的旋转方向优选为第一方向，但是也可以倾斜旋转，只有在第一方向上可以实现垂直扫描即可，而所述“第一方向往复旋转运动”可以认为反射镜主体的旋转是第一方向的，或者可认为反射镜主体的旋转可在第一方向上体现。
优选地，运动模块可为MEMS结构，或者其他可带动振镜反射镜20旋转的结构。
在本实施例中，关于收发模块，所述激光发射器31包括一个或多个激光发射头，所述探测器32包括一个或多个与对应激光发射头匹配设置的探测头。
优选是激光发射头与探测头321一一配对，提高对准可行性。
优选地，多个所述激光发射头垂直设置或阵列设置。通过垂直设置减少激光发射头的设置，降低成本，缩小体积，通过阵列设置提高扫描区域的密度，提高扫描精准性。以及，所述探测头321可邻近激光发射头设置，也形成对应的垂直设置或阵列设置。
如图2所示，本发明提供多个振镜反射镜的较佳实施例。
所述旋转反射机构10为可绕中心轴旋转的边形柱状结构，所述多边形柱状结构的侧面均设有反射面。当然，边形柱状结构可为四边形、五边形、六边形所对应的柱状结构。进一步的，所述反射面11与中心轴平行设置，或者与中心轴倾斜设置。以满足不同光路路径的需求，如更紧凑型光路路径，增加反射角度。
以及，所述激光雷达包括一个或多个振镜反射镜20，所述振镜反射镜20 设置在旋转反射机构10的四周，每一所述振镜反射镜20均与一收发模块配合设置。
在本实施例中，多个所述振镜反射镜20的垂直视场为重叠设置或不重叠设置，通过多个振镜反射镜20满足大范围视场的要求，采用普通的振镜反射镜20即可完成对应控制要求。
通过重叠或不重叠的设置，不同振镜反射镜20的垂直旋转方向不同，提高扫描频率，同时也可实现全面覆盖第一方向的大范围角度。例如，参考图2，左侧振镜反射镜20可实现向上90度至水平的旋转，右侧振镜反射镜20可实现向下90度至水平的旋转。
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)

1.一种组合扫描装置，其特征在于，包括：
可旋转运动的旋转反射机构，至少包括一设置在旋转侧的反射面；
振镜反射镜，朝向旋转反射机构设置，且接收外部光束并进行第一方向的偏转；
其中，第一方向的偏转光束通过反射面向外进行第二方向的扫描。
2.根据权利要求1所述的组合扫描装置，其特征在于：所述组合扫描装置包括多个且设置在旋转反射机构四周的振镜反射镜。
3.根据权利要求2所述的组合扫描装置，其特征在于：多个所述振镜反射镜的第一方向视场为重叠设置或不重叠设置。
4.根据权利要求1至3任一所述的组合扫描装置，其特征在于：所述第一方向与第二方向相互垂直。
5.根据权利要求1至3任一所述的组合扫描装置，其特征在于：所述第一方向与第二方向非平行设置。
6.根据权利要求1所述的组合扫描装置，其特征在于：所述旋转反射机构的旋转侧设置有多个反射面。
7.根据权利要求6所述的组合扫描装置，其特征在于：所述旋转反射机构包括可旋转运动的多边形柱状支架。
8.根据权利要求1、6或7所述的组合扫描装置，其特征在于：所述反射面与旋转反射机构的旋转轴平行设置，或倾斜设置。
9.一种激光雷达，其特征在于，包括：
如权利要求1至8任一所述的组合扫描装置；
收发模块，包括激光发射器和探测器，所述激光发射器发射激光光束入射至组合扫描装置的振镜反射镜，所述探测器获取从振镜反射镜反射回的光信号。
10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于：所述激光发射器包括一个或多个激光发射头，所述探测器包括与激光发射头相互匹配设置的探测头。
11.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于：所述激光发射器包括多个激光发射头，多个所述激光发射头垂直设置或阵列设置。
12.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于：所述振镜反射镜包括反射镜主体和控制反射镜主体在第一方向往复旋转运动的运动模块，以实现激光光束的第一方向偏转。
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