CN113126107A - 一种扫描激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种扫描激光雷达，包括发射模块、接收模块、带孔反射镜、双光楔扫描装置，所述的双光楔扫描装置包括第一光楔、第二光楔，所述的第一光楔、第二光楔同轴旋转，其旋转轴与入射的出射光光轴重合，第一光楔、第二光楔的旋转速度、出射光入射面与入射的出射光光轴夹角可以调节，发射模块出射光经带孔反射镜的小孔、双光楔扫描装置后照射到目标上，目标反射光经双光楔扫描装置、带孔反射镜反射至接收模块。本发明采用双光楔扫描结构进行扫描，通过控制双光楔与出射光光轴的夹角、旋转速度，双光楔扫描结构可将出射光偏转较大角度，因此可在激光束尺寸远小于视场尺寸的情况下对一定视场完成扫描作业。

Description

一种扫描激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种扫描激光雷达。
背景技术
激光雷达是以激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动距离探测设备，其具有体积小，测量精度高的优点，被广泛应用于无人驾驶、AGV、机器人等领域。
扫描式激光雷达是激光雷达的一种，现有的扫描激光雷达，一般采用机械旋转或Mems振镜偏转的方式。其中机械旋转扫描是用机械装置驱动反射系统旋转以实现激光光束的扫描，其原理简单，扫描范围大，但机械系统体积较大、结构复杂且容易磨损，磨损后易出现精度差、稳定性较难控制等不足。而采用Mems振镜的雷达，单个Mems振镜的偏转角度有限，往往需要多组激光雷达拼接实现，视场角越大，需要的激光雷达数量越多，体积较大、结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种激光雷达，解决现有技术存在的体积较大、结构复杂的问题。
为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一方面，一种扫描激光雷达，包括发射模块、接收模块、带孔反射镜、双光楔扫描装置，所述的双光楔扫描装置包括第一光楔、第二光楔，所述的第一光楔、第二光楔同轴旋转，其旋转轴与入射的出射光光轴重合，第一光楔、第二光楔的旋转速度、出射光入射面与入射的出射光光轴夹角可以调节，发射模块出射光经带孔反射镜的小孔、双光楔扫描装置后照射到目标上，目标反射光经双光楔扫描装置、带孔反射镜反射至接收模块。
在一种可能的实现方式中，所述的第一光楔、第二光楔的旋转速度不同，第一光楔的旋转速度为0-20r/s，第二光楔的旋转速度为0-6000r/s。
在一种可能的实现方式中，所述的第二光楔的旋转速度大于第一光楔的旋转速度。
在一种可能的实现方式中，所述的第一光楔出射光入射面与出射光光轴夹角为45-90°，所述的第二光楔出射光入射面与出射光光轴夹角为45-90°。
在一种可能的实现方式中，所述的第一光楔与第二光楔之间的距离为5-10mm。
在一种可能的实现方式中，所述的双光楔扫描装置对出射光的水平偏转角为30-100°，垂直偏转角为30-100°。
在一种可能的实现方式中，所述的双光楔扫描装置对出射光的水平偏转角为50-90°，垂直偏转角为50-90°。
在一种可能的实现方式中，所述的双光楔扫描装置还包括用于调节第一光楔、第二光楔的调节机构，所述的调节机构用于对光楔的旋转速度、入射面与出射光光轴夹角进行调节。
在一种可能的实现方式中，所述的发射模块包括激光器、发射透镜组，所述的激光器出射激光，经发射透镜组后出射。
在一种可能的实现方式中，所述的接收模块包括接收透镜组、接收端，所述的接收端包括光电传感器、电路板，所述的光电传感器设置在电路板上，所述的接收透镜组用于将反射光会聚到接收端。
本发明扫描激光雷达采用双光楔扫描结构进行扫描，双光楔转动将光偏转，通过控制双光楔与出射光光轴的夹角、旋转速度，双光楔扫描结构可将出射光偏转较大角度，因此可在激光束尺寸远小于视场尺寸的情况下对一定视场完成扫描作业，两个光楔体积较小，因此控制双光楔旋转、扫描的机械构造可以制造的十分紧凑，而除了双光楔扫描结构，整个扫描激光雷达只包括了带孔反射镜、发射模块、接收模块，因此整体体积较小，且结构较为简单。
附图说明
图1是本发明实施例提供的扫描激光雷达工作原理示意图。
图2是本发明实施例提供的调节机构模块连接示意图。
图中：1、发射模块；2、接收模块；3、带孔反射镜；4、第一光楔；5、第二光楔；6、旋转轴；7、第一光楔出射光入射面；8、第二光楔出射光入射面；9、光楔支撑机构；10、驱动模块；11、反馈模块；12、控制模块。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，一种扫描激光雷达，包括发射模块1、接收模块2、带孔反射镜3、双光楔扫描装置，所述的双光楔扫描装置包括第一光楔4、第二光楔5，所述的第一光楔4、第二光楔5同轴旋转，其旋转轴6与入射的出射光光轴重合，第一光楔4、第二光楔5的旋转速度、出射光入射面13与入射的出射光光轴夹角可以调节，发射模块出射光经带孔反射镜3的小孔、双光楔扫描装置后照射到目标上，目标反射光经双光楔扫描装置、带孔反射镜3反射至接收模块2。
在光电探测设备中，常采用扫描装置实现对一定区域搜索和目标跟踪。传统的扫描方式一般为机械旋转或Mems振镜偏转。其中机械旋转扫描是用机械装置驱动反射系统或整个激光雷达旋转以实现激光光束的扫描，其原理简单，扫描范围大，但机械系统体积较大、结构复杂且容易磨损，磨损后易出现精度差、稳定性较难控制等问题。而采用Mems振镜的方式扫描，则单个Mems振镜的偏转角度有限，往往需要多组激光雷达拼接实现，视场角越大，需要的激光雷达数量越多，因此造成激光雷达体积较大、结构复杂，无法满足体积较小的光电探测设备的设计要求。
光楔是光学系统中实现小角度偏转的元件，可以改变光线方向。当两个光楔配对组成双光楔使用，通过控制两个光楔的相对旋转角度，出射光线可以在以入射光为轴的角锥内任意方向变化，引导光轴到达指定的位置，就可以实现扫描。本申请扫描激光雷达采用的双光楔扫描装置，发射模块1的出射光先入射第一光楔4，经第一光楔4偏转后入射第二光楔5，第二光楔5将出射光再次偏转后出射。其中第一光楔4、第二光楔5的大小不要求相同，形状也无特殊要求，只要能满足对出射光能完全通过光楔，并满足偏转要求即可，因此第一光楔4、第二光楔5可以做的很小，减少了材料的浪费，同时使扫描装置设计更为紧凑，体积更小。第一光楔4、第二光楔5的旋转速度、第一光楔出射光入射面7、第二光楔出射光入射面8与入射的出射光光轴夹角可以调节，进而调整第一光楔4、第二光楔5对出射光的偏转角，实现出射光在一定区域内的扫描。
发射模块出射光经带孔反射镜3的小孔、双光楔扫描装置后照射到目标上，目标反射光经双光楔扫描装置、带孔反射镜3反射至接收模块2。整个扫描激光雷达除双光楔扫描装置、发射模块1、接收模块2外，只有一带孔反射镜3，因此整体体积较小，且结构较为简单。
第一光楔4的旋转速度为0-20r/s，第二光楔5的旋转速度为0-6000r/s。
所述的第二光楔5的旋转速度大于第一光楔1的旋转速度。
双光楔扫描装置为了能够同时对出射光进行水平偏转和垂直偏转，其所述第一光楔4、第二光楔5之间需要相对运动，第一光楔4偏转的光照射到第二光楔入射面8的不同位置，第二光楔5再将出射光偏转到不同位置。为此，第一光楔4的旋转速度与第二光楔5的旋转速度不同，其中第一光楔4旋转速度较低，第二光楔5旋转速度较高，第二光楔5旋转速度大于第一光楔4的旋转速度。如果第一光楔4速度大于第二光楔5速度，则得到的点云数据会出现混乱。
所述的第一光楔出射光入射面7与出射光光轴夹角θ为45-90°，所述的第二光楔出射光入射面8与出射光光轴夹角ɑ为45-90°。
所述的第一光楔4与第二光楔5之间的距离为5-10mm。
两个光楔之间的间距可以设计的较为接近，减小双光楔扫描装置的体积，所述的第一光楔出射光入射面7与出射光光轴夹角θ为45-90°，所述的第二光楔出射光入射面8与出射光光轴夹角ɑ为45-90°，入射的出射光能够进入第一光楔4、第二光楔5，不会有光照射到光楔之外，避免了能量损失。
所述的双光楔扫描装置对出射光的水平偏转角为30-100°，垂直偏转角为30-100°。
所述的双光楔扫描装置对出射光的水平偏转角为50-90°，垂直偏转角为50-90°。
双光楔扫描装置能够将出射光水平偏转±30-±100°，垂直偏转±30-±100°，偏转后的出射光能够对一水平视场角为±30-±100°、垂直视场角为±30-±100°的区域进行探测，并获得目标数据。
为了保证双光楔扫描装置工作稳定，优选为将出射光水平偏转±50-±90°，垂直偏转±50-±90°。偏转后的出射光能够对一水平视场角为±50-±90°、垂直视场角为±50-±90°的区域进行探测，并获得目标数据。
所述的双光楔扫描装置还包括用于调节第一光楔4、第二光楔5的调节机构，所述的调节机构用于对光楔的旋转速度、入射面与出射光光轴夹角进行调节。
如图2所示，现有的光楔扫描装置一般由两个光楔和调节机构组成，所述的调节机构一般包括光楔支撑机构9、驱动模块10、反馈模块11、控制模块12，光楔支撑机构9用于对双光楔进行平稳支撑，调整双光楔的角度，进而调整光楔入射面与出射光光轴夹角；驱动模块10用于驱动双光楔旋转，反馈模块11用于对双光楔的旋转角度、速度进行跟踪、识别，控制模块12根据反馈模块11反馈的数据对驱动模块10进行控制，调整光楔角度进而调整光楔入射面与出射光光轴夹角，控制驱动模块10带动双光楔旋转的速度。
所述的发射模块包括激光器、发射透镜组，所述的激光器出射激光，经发射透镜组后出射。
所述的接收模块包括接收透镜组、接收端，所述的接收端包括光电传感器、电路板，所述的光电传感器设置在电路板上，所述的接收透镜组用于将反射光会聚到接收端。
所述的发射模块、接收模块为本领域常用的装置，根据实际应用需要可进行选择。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扫描激光雷达，其特征在于，包括发射模块、接收模块、带孔反射镜、双光楔扫描装置，所述的双光楔扫描装置包括第一光楔、第二光楔，所述的第一光楔、第二光楔同轴旋转，其旋转轴与入射的出射光光轴重合，第一光楔、第二光楔的旋转速度、出射光入射面与入射的出射光光轴夹角可以调节，发射模块出射光经带孔反射镜的小孔、双光楔扫描装置后照射到目标上，目标反射光经双光楔扫描装置、带孔反射镜反射至接收模块。
2.根据权利要求1所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的第一光楔、第二光楔的旋转速度不同，第一光楔的旋转速度为0-20r/s，第二光楔的旋转速度为0-6000r/s。
3.根据权利要求2所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的第二光楔的旋转速度大于第一光楔的旋转速度。
4.根据权利要求3所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的第一光楔出射光入射面与出射光光轴夹角为45-90°，所述的第二光楔出射光入射面与出射光光轴夹角为45-90°。
5.根据权利要求4所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的第一光楔与第二光楔之间的距离为5-10mm。
6.根据权利要求5所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的双光楔扫描装置对出射光的水平偏转角为30-100°，垂直偏转角为30-100°。
7.根据权利要求6所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的双光楔扫描装置对出射光的水平偏转角为50-90°，垂直偏转角为50-90°。
8.根据权利要求7所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的双光楔扫描装置还包括用于调节第一光楔、第二光楔的调节机构，所述的调节机构用于对光楔的旋转速度、入射面与出射光光轴夹角进行调节。
9.根据权利要求1-8任一所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的发射模块包括激光器、发射透镜组，所述的激光器出射激光，经发射透镜组后出射。
10.根据权利要求1-8所述的扫描激光雷达，其特征在于，所述的接收模块包括接收透镜组、接收端，所述的接收端包括光电传感器、电路板，所述的光电传感器设置在电路板上，所述的接收透镜组用于将反射光会聚到接收端。
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