CN113552661B - 多面棱镜、包含多面棱镜的激光雷达及制造多面棱镜的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多面棱镜，包括玻璃材质的棱镜主体，其中，所述棱镜主体包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述反射面与所述第一端面之间的夹角为90度或小于90度。本申请的多面棱镜通过模压一体成型工艺单次加工即可完成，无需做二次以上加工。

Description

多面棱镜、包含多面棱镜的激光雷达及制造多面棱镜的方法

技术领域

本申请涉及多面棱镜，特别是自带高精度内孔或自带旋转轴的玻璃多面棱镜。

背景技术

随着光学技术的迅猛发展和计算机高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量逐渐发展和成熟起来。例如，在汽车主动安全领域常利用激光雷达实现对目标位置的有效探测，其中使用较为广泛的是旋转式激光雷达。旋转式激光雷达具有功率小的优点。而且，由于旋转式激光雷达中的多面棱镜在旋转时角速度保持不变，接收到的激光点密度均匀，因此旋转式激光雷达还具有获得的信息稳定、准确和详细等优点。这些优点使得对旋转式激光雷达的需求日益增加。

目前市场上的多面棱镜在加工完成之后，通常需要通过基准找中心进行二次钻孔，然后将旋转轴装配进孔，这会引入二次误差，使得棱镜主体质量惯性轴线和旋转轴轴线的同轴度较差，影响棱镜的旋转稳定性。一般而言，棱镜材料以金属棱镜或者冷加工玻璃棱镜为主。对于市面上的多面棱镜，通过控制冷加工精度来保证棱镜的精度，从而满足多面棱镜旋转的精度指标。这种多面棱镜存在许多缺点，诸如，由工序繁多导致的加工效率低、成本高、结构复杂、合格率低以及加工精度低等。以现有棱镜为例，其面型指标仅能做到即，直径25mm的面积中，面型仅能保证15um。此外，对棱镜进行操作的冷加工刀具的后期损耗会导致所生产的棱镜的各面加工指标不能满足理论设计指标，存在较大加工误差。

发明内容

为了解决现有技术中的至少一个问题，本申请提供了一种适于在激光雷达尤其是旋转式激光雷达中使用的多面棱镜。

根据本申请的一方面，提供了一种多面棱镜，包括玻璃材质的棱镜主体，其中，所述棱镜主体包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述反射面与所述第一端面之间的夹角为90度或小于90度。

根据一个实施方式，所述多面棱镜还包括：设置于所述棱镜主体内的内孔，其中，所述内孔在所述多面棱镜的质量惯性轴线方向上从所述棱镜主体的所述第一端面延伸至所述棱镜主体内，且所述内孔的中心轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

根据一个实施方式，所述内孔包括用于设置旋转轴的轴孔。

根据一个实施方式，多面棱镜还包括：旋转轴，所述旋转轴穿过所述第一端面插入所述轴孔中，以与所述棱镜主体接合，且所述旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

根据一个实施方式，所述旋转轴嵌入所述棱镜主体中的厚度不小于所述棱镜主体厚度的1/3。

根据一个实施方式，所述内孔穿过所述棱镜主体的所述第二端面，且所述内孔包括用于设置旋转轴的轴孔。

根据一个实施方式，多面棱镜还包括：旋转轴，所述旋转轴穿过所述第一端面和所述第二端面插入所述轴孔中，且所述旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

根据一个实施方式，所述旋转轴包括从所述旋转轴表面凸起的凸台，以保持所述多面棱镜在旋转时的稳定性。

根据一个实施方式，所述凸台位于所述旋转轴的、靠近所述棱镜主体的所述第一端面的位置处。

根据一个实施方式，所述凸台位于所述旋转轴的与所述棱镜主体接合的端部处。

根据一个实施方式，所述旋转轴为金属材质。

根据一个实施方式，所述内孔还包括用于设置电机的电机孔。

根据一个实施方式，所述电机孔和所述轴孔的截面形状为圆形或方形。

根据一个实施方式，所述电机孔为锥形孔或直孔。

根据一个实施方式，所述轴孔为直孔或锥形孔。

根据一个实施方式，所述轴孔与所述电机孔连通。

根据一个实施方式，当所述轴孔与所述电机孔均为直孔时，所述轴孔的直径大于所述电机孔的直径。

根据一个实施方式，所述轴孔是高精度内孔。

根据一个实施方式，所述电机孔为高精度内孔。

根据一个实施方式，多面棱镜包括：设置于所述棱镜主体的所述第一端面处的第一旋转轴，所述第一旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

根据一个实施方式，所述棱镜主体在所述第一端面处具有朝向所述第一旋转轴的突出部，所述第一旋转轴具有与所述突出部对应的凹入部，且所述第一旋转轴以所述凹入部包裹所述棱镜主体的所述突出部的方式与所述棱镜主体接合。

根据一个实施方式，在所述棱镜主体的所述突出部的外环面上设置有多个凸起，在所述第一旋转轴的所述凹入部的内环面上设置有多个孔，所述多个凸起插入到所述多个孔中后，所述突出部的外环面与所述凹入部的内环面贴合，以使得所述棱镜主体和所述第一旋转轴接合。

根据一个实施方式，所述棱镜主体的突出部的外环面相对于所述第一旋转轴的旋转轴线具有预定的锥度。

根据一个实施方式，所述预定的锥度为2-5°。

根据一个实施方式，所述第一旋转轴具有与所述棱镜主体相同的材质，且与所述棱镜主体是一体式的。

根据一个实施方式，多面棱镜还包括：设置于所述棱镜主体的所述第二端面处的第二旋转轴，其中，所述第二旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合，以及所述第二旋转轴具有与所述棱镜主体相同的材质，且与所述棱镜主体是一体式的。

根据本申请的另一方面，提供了一种激光雷达，包括根据前述实施例的多面棱镜。

根据本申请的又一方面，提供了一种制造多面棱镜的方法，包括通过模压工艺一体成型出玻璃材质的棱镜主体，所述棱镜主体包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述反射面与所述第一端面之间的夹角为90度或小于90度。

根据一个实施方式，所述方法还包括通过模压工艺一体成型出所述多面棱镜的旋转轴，所述旋转轴与所述棱镜主体接合，且所述旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

根据本申请的又一方面，提供了一种制造多面棱镜的方法，包括通过模压工艺一体成型出具有高精度内孔的棱镜主体，其中，所述多面棱镜包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述内孔从所述第一端面延伸至所述棱镜主体内，且所述内孔的中心轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

根据本申请的多面棱镜结构简单，且在制备过程中通过简单的工序一体成型，制作成本低且棱镜的性能稳定。在生产棱镜过程中，可通过控制模具精度来有效保证棱镜的加工精度，从而更容易实现对棱镜精度指标的管控。例如，棱镜面型精度可控制在以内，从而使棱镜面间夹角、光学面与端面间夹角等参数满足理论设计指标，减小加工误差，保证了安装有棱镜的激光雷达接收信息的准确性。

高精度内孔意指内孔的中心轴线与多面棱镜的质量惯性轴线重合。本申请的具有高精度内孔的多面棱镜结构简单，且在制备过程中通过简单的工序一体成型。所制成的具有高精度内孔的多面棱镜具有轻量化和制造成本低等优势。本申请通过模压工艺来制作具有高精度内孔的多面棱镜，保证了棱镜质量惯性轴线与旋转轴轴线重合，由此保证棱镜在装配旋转轴后进行高速旋转时保持稳定，从而实现棱镜旋转过程中的动平衡。本申请的具有高精度内孔的多面棱镜的棱镜主体部分与内孔部分一体成型，避免了现有技术中后续找基准中心钻孔的过程，从而避免了引入二次误差。此外，本申请的具有高精度内孔的多面棱镜的内孔可用于安装电机，从而减小电机所占体积。

本申请的具有旋转轴的多面棱镜的棱镜主体与旋转轴一体成型，即棱镜主体与旋转轴具有一体式的结构。与常规的不带有旋转轴的、通过冷加工技术制造的多面棱镜相比，本申请的具有旋转轴的多面棱镜能够极大地提高棱镜质量惯性轴线与旋转轴轴线的同轴度。本申请的具有旋转轴的多面棱镜的旋转轴可为金属材质，且金属材质的旋转轴与棱镜的主体一体成型，从而能够减少后续组装工序，避免引入二次误差。本申请的具有旋转轴的多面棱镜的旋转轴也可为玻璃材质，且玻璃材质的旋转轴与棱镜的主体一体成型。在这种一体性成型产出的、具有玻璃旋转轴的多面棱镜中，玻璃旋转轴与棱镜主体之间无缝衔接，且衔接处强度高，这能够显著提高多面棱镜在旋转过程中的稳定性，从而实现多面棱镜旋转过程中的动平衡。而且，在传统棱镜中，棱镜的主体与旋转轴需要在后续进行组装。本申请的一体成型的、具有玻璃旋转轴的多面棱镜能够减少后续组装工序，同时也去除了后续打孔工序，避免引入二次误差，有效降低了成本并提高棱镜的准确性和稳定性。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出反射面为梯形的多面棱镜；

图2示出反射面为矩形的多面棱镜；

图3示出具有7个反射面的多面棱镜；

图4A示出根据本申请实施例的具有内孔的多面棱镜；

图4B是沿图4A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图5A示出根据本申请实施例的具有内孔的多面棱镜；

图5B是沿图5A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图6A示出根据本申请实施例的具有金属旋转轴的多面棱镜；

图6B是沿图6A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图6C示出根据本申请实施例的具有金属旋转轴的多面棱镜；

图6D是沿图6C中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图7A示出根据本申请实施例的具有金属旋转轴的多面棱镜；

图7B是沿图7A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图7C示出根据本申请实施例的具有金属旋转轴的多面棱镜；

图7D是沿图7C中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图8A示出根据本申请实施例的具有金属旋转轴的多面棱镜；

图8B是沿图8A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图8C示出根据本申请实施例的具有金属旋转轴的多面棱镜；

图8D是沿图8C中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图9A示出根据本申请实施例的具有玻璃旋转轴的多面棱镜；

图9B是沿图9A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图9C示出根据本申请实施例的具有玻璃旋转轴的多面棱镜；

图9D是沿图9C中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图10A示出根据本申请实施例的具有玻璃旋转轴的多面棱镜；

图10B是沿图10A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图10C示出根据本申请实施例的具有玻璃旋转轴的多面棱镜；

图10D是沿图10C中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图11A示出根据本申请实施例的一体成型的多面棱镜；

图11B是沿图11A中的线A-A截取的多面棱镜的截面图；

图11C示出根据本申请实施例的一体成型的多面棱镜；以及

图11D是沿图11C中的线A-A截取的多面棱镜的截面图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

应理解的是，在本申请中，当元件或层被描述为在另一元件或层“上”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、直接连接至或联接至另一元件或层，或者可存在介于中间的元件或层。当元件称为“直接位于”另一元件或层“上”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，不存在介于中间的元件或层。在说明书全文中，相同的标号指代相同的元件。如本文中使用的，用语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应理解的是，虽然用语第1、第2或第一、第二等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区域、层和/或段，但是这些元件、部件、区域、层和/或段不应被这些用语限制。这些用语仅用于将一个元件、部件、区域、层或段与另一个元件、部件、区域、层或段区分开。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一元件、部件、区域、层或段可被称作第二元件、部件、区域、层或段。

本文中使用的用辞仅用于描述具体实施方式的目的，并不旨在限制本申请。如在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。如在本文中使用的，用语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。诸如“...中的至少一个”的表述当出现在元件的列表之后时，修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

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申请。

根据本申请实施例，多面棱镜适于在激光雷达尤其是旋转式激光雷达中使用。多面棱镜的反射面面数≥3。多面棱镜的反射面形状可以为梯形(如图1所示)，矩形(如图2所示)，三角形或其他形状。多面棱镜的多个反射面形状可以完全相同，也可以不同，在此不受限制。

图3示出具有7个反射面的多面棱镜。图3中所示的多面棱镜的反射面一至反射面七的面间夹角∠1至∠7可以相同或不同。图3中所示的多面棱镜的反射面与端面之间的夹角∠a至∠g可以相同或不同。

图4A至图5B是根据本申请实施例的具有高精度内孔的多面棱镜。

参照图4A和图4B，多面棱镜400包括棱镜主体401和形成于棱镜主体401中的内孔402。棱镜主体401具有第一端面4011和与第一端面4011相对的第二端面4012。内孔402从棱镜主体401的第一端面4011连通至棱镜主体401的第二端面4012。换言之，内孔402从棱镜主体401的第一端面4011延伸至棱镜主体401的第二端面4012。

多面棱镜400的棱镜主体401与内孔402通过一体成型工艺制成，且由此制成的多面棱镜400的内孔402的中心轴线与多面棱镜400的质量惯性轴线重合。通过优化模具结构，可一体成型地生产出这种具有内孔402的多面棱镜400，从而有效保证棱镜400的质量惯性轴线与内孔402的中心轴线的同轴度。一体成型可以理解为材料通过单次加工就能完成，无需作二次以上加工，即一道工序一步到位。多面棱镜400可通过模压一体成型，例如为热压。

内孔402可包括用于设置电机的电机孔4020和用于设置旋转轴的轴孔4021。在图4A和图4B所示实施例中，轴孔4021可设置为靠近多面棱镜400的第二端面4012，以及电机孔4020可设置为靠近多面棱镜400的第一端面4011。在其它实施例中，轴孔4021可设置为靠近多面棱镜400的第一端面4011，以及电机孔4020可设置为靠近多面棱镜400的第二端面4012。当旋转轴放置于轴孔4021中时，旋转轴的轴线、内孔402的中心轴线和多面棱镜400的质量惯性轴线三者重合。通过优化模具结构，可一体成型地生产出这种具有电机孔4020和轴孔4021的多面棱镜400，从而在旋转轴放置于轴孔4021中时，有效保证棱镜400的质量惯性轴线与旋转轴的轴线的同轴度。

旋转轴插入轴孔4021的深度不小于棱镜400厚度的1/3，以保证在旋转轴的旋转过程中棱镜400的平稳性，从而实现在具有棱镜400的激光雷达中棱镜400的稳定机械旋转，并保证激光雷达接收信息的准确性。

参照图4A和图4B，多面棱镜400的反射面与端面夹角为非90°。电机孔4020可为锥形孔，轴孔4021可为直孔，且电机孔4020与轴孔4021连通。锥形的电机孔4020便于在放置电机后进行脱模。电机孔4020与轴孔4021均具有圆形截面。轴孔4021的截面直径可大于、小于或等于电机孔4020的、与轴孔4021连通的部分的截面直径。电机孔4020可以是或者不是高精度内孔，以及轴孔4021可以是高精度内孔。

替换地，电机孔4020与轴孔4021还可以是除以上描述的直孔和锥形孔外的其它形状。电机孔4020与轴孔4021的截面形状还可以是方形或能够与电机和旋转轴适配的任何其他形状。

根据实施例，制造多面棱镜400的步骤包括通过使用模具一体成型出具有内孔402的多面棱镜400。具体地，可将硝材装入模具，执行模压成型过程来一体成型出具有内孔402的多面棱镜400。在模压成型过程中，首先成型出内孔402大致形状，随着模压的进行，棱镜主体400成型完成，随之内孔402同步完成。使用此方法不需要对内孔进行精细打磨，一体成型完成，避免了二次钻孔产生的孔位置偏差，能够保证棱镜的质量惯性轴线和内孔中心轴线的重合度。

参照图5A和图5B，棱镜500包括棱镜主体501和形成于棱镜主体501中的内孔502。棱镜主体501具有第一端面5011和与第一端面5011相对的第二端面5012。内孔502从棱镜主体501的第一端面5011连通至棱镜主体501的第二端面5012。

多面棱镜500的棱镜主体501与内孔502通过一体成型工艺制成，且由此制成的多面棱镜500的内孔502的中心轴线与多面棱镜500的质量惯性轴线重合。通过优化模具结构，可一体成型地生产出这种具有内孔502的多面棱镜500，从而有效保证棱镜500的质量惯性轴线与内孔502的中心轴线的同轴度。多面棱镜500可通过模压一体成型，例如为热压。

内孔502可包括用于设置电机的电机孔5020和用于设置旋转轴的轴孔5021。当旋转轴放置于轴孔5021中时，旋转轴的旋转轴线、内孔502的中心轴线和多面棱镜500的质量惯性轴线三者重合。通过优化模具结构，可一体成型地生产出这种具有电机孔5020和轴孔5021的多面棱镜500，从而在旋转轴放置于轴孔5021中时，有效保证棱镜500的质量惯性轴线与旋转轴的轴线的同轴度。

旋转轴插入轴孔5021的深度不小于棱镜500厚度的1/3，以保证在旋转轴的旋转过程中棱镜500的平稳性，从而实现在具有棱镜500的激光雷达中棱镜500的稳定机械旋转，并保证激光雷达接收信息的准确性。

在图5A和图5B所示实施例中，棱镜500的反射面与端面夹角为90°。棱镜500的内孔502可为直孔。具体地，内孔502的电机孔5020和轴孔5021均为直孔。当电机孔5020和轴孔5021的截面为圆形时，轴孔5021的直径大于电机孔5020的直径。当电机孔5020和轴孔5021的截面为其它形状时，轴孔5021的截面在大小上能够覆盖住电机孔5020的截面，即，将轴孔5021的截面与电机孔5020的截面叠在一起时，轴孔501的截面超出电机孔5020的截面。

在加工棱镜500时，首先在棱镜主体501上生成一直通孔，而后将该直通孔的一部分进行高精度加工，以形成用于放置旋转轴的高精度轴孔5021。该直通孔的另一部分不进行高精度加工，该另一部分形成用于放置电机的电机孔5020。由于经过以上描述的简单的工艺即可生产出这种内孔502为直孔的棱镜500，因此棱镜500的成本较低。

替换地，电机孔5020与轴孔5021还可以是除以上描述的直孔外的其它形状。电机孔5020与轴孔5021的截面形状还可以是方形或能够与电机和旋转轴适配的任何其他形状。

在本申请实施例中，棱镜500的内孔502可为一体式直通孔，即，内孔502的电机孔5020和轴孔5021直接相通，且电机孔5020和轴孔5021在孔直径和孔截面形状方面均是相同的。内孔502的电机孔5020和轴孔5021均为高精度内孔。在加工棱镜500时，在棱镜主体501上直接生成一高精度直通孔作为内孔502。所生成的高精度直通孔的一部分用作设置电机的电机孔5020，且另一部分用作设置旋转轴的轴孔5021。

图6A至图8D是根据本申请实施例的具有旋转轴的多面棱镜。

参照图6A至图6D，多面棱镜600包括棱镜主体601和与棱镜主体601接合的旋转轴602。棱镜主体601包括第一端面6011和与第一端面6011相对的第二端面6012。棱镜主体601可为玻璃材质，旋转轴602可为金属材质，但不限于此。在图6A至6D所示实施例中，旋转轴602可与棱镜主体601的第一端面6011接合。在另一实施例中，旋转轴602可与棱镜主体601的第二端面6012接合。

通过使用结构经优化的模具，多面棱镜600的旋转轴602与棱镜主体601一体成型。一体成型的多面棱镜600的质量惯性轴线与旋转轴602的轴线重合。多面棱镜600的旋转轴602可为大致柱形，但不限于此。

图6A和图6B中的多面棱镜600的反射面与端面夹角为非90°。参照图6A和6B，多面棱镜600的棱镜主体601具有朝向旋转轴602方向(图6A中的第一方向)的突出部603。旋转轴具有与所述突出部603对应的凹入部。旋转轴602以包裹棱镜主体601的突出部603的方式与棱镜主体601接合。

棱镜主体601的突出部603的外环面上设置有多个凸起604。旋转轴的凹入部的内环面上设置有多个孔605。多个凸起604可插入到旋转轴602的、与棱镜主体601的突出部603的外环面对应的内环面上的多个孔605(≥2)中。棱镜主体601的突出部603的外环面相对于旋转轴602的轴线具有2-5°的锥度。具有以上这种结构的多面棱镜600能够保证棱镜主体601与旋转轴602的紧密结合，防止棱镜主体601相对于旋转轴602旋转，从而使得多面棱镜600在旋转期间保持平稳。

根据实施例，制造多面棱镜600步骤包括：首先，预成型出棱镜主体601的突出部603，之后成型出突出部603的外环面相对于旋转轴的预定锥度，例如为2-5°，进而挤压成型出突出部603外环面上的多个凸起604，使之嵌入旋转轴602的孔605中，使得旋转轴602与棱镜主体601结合在一起，最后成型出棱镜主体601。多个凸起604和多个孔605的位置被确定为当棱镜主体601与旋转轴602接合时，多面棱镜600的质量惯性轴线与旋转轴602的旋转轴线重合。

参照图6C和图6D，多面棱镜的反射面与端面夹角为90°。图6C中的多面棱镜的其余结构与图6A至图6B中的多面棱镜类似，此处不再赘述。

参照图7A至图7D，多面棱镜700包括棱镜主体701和与棱镜主体701接合的旋转轴702。棱镜主体701包括第一端面7011和与第一端面相对的第二端面7012。棱镜主体701可为玻璃材质，旋转轴702可为金属材质，但不限于此。

通过使用结构经优化的模具，多面棱镜700的旋转轴702与棱镜主体701一体成型。一体成型的多面棱镜700的质量惯性轴线与旋转轴702的轴线重合。多面棱镜700的旋转轴702可为大致柱形，但不限于此。

图7A和图7B中的多面棱镜700的反射面与端面夹角为非90°。

参照图7A和图7B，多面棱镜700的旋转轴702可直接嵌入棱镜主体701中。多面棱镜700的旋转轴702可穿过棱镜主体701的第一端面7011嵌入到棱镜主体701中。多面棱镜700的旋转轴702嵌入棱镜主体701的深度不小于棱镜主体701厚度W的1/3。多面棱镜700的旋转轴702嵌入棱镜主体701但不穿透棱镜主体701，即不会穿过棱镜主体701的第二端面7012。在另一实施例中，多面棱镜700的旋转轴702可穿过棱镜主体701的第二端面7012嵌入到棱镜主体701中，但不穿过棱镜主体的第一端面7011。

多面棱镜700的旋转轴702在嵌入棱镜主体701中的一端处设置有对称凸台703。凸台703可在多面棱镜700旋转过程中对多面棱镜700进行限位，防止旋转轴相对于多面棱镜700的旋转，以保证多面棱镜700在旋转过程中的平稳性。

根据实施例，制造多面棱镜700的步骤可包括：首先，将具有凸台703的旋转轴702装入模具；其次，将硝材(即，棱镜原材料)装入模具并将其布置在旋转轴702周围，随后开始模压成型。在模压成型过程中，硝材包紧旋转轴702及凸台703，最后成型出棱镜主体701，成型完成。通过设置模具的参数，能够使得成型出的旋转轴的旋转轴线与多面棱镜700的质量惯性轴线重合。

图7C和图7D中的多面棱镜700的反射面与端面夹角为90°。图7C和图7D中的多面棱镜的其余结构与图7A和图7B中的多面棱镜类似，此处不再赘述。

参照图8A至图8D，多面棱镜800包括棱镜主体801和与棱镜主体801接合的旋转轴802。棱镜主体801包括第一端面8011和与第一端面8011相对的第二端面8012。棱镜主体801可为玻璃材质，旋转轴802可为金属材质，但不限于此。

通过使用结构经优化的模具，多面棱镜800的旋转轴802与棱镜主体801一体成型。一体成型的多面棱镜800的质量惯性轴线与旋转轴802的轴线重合。

多面棱镜800的旋转轴802可为大致柱形，但不限于此。

图8A和图8B中的多面棱镜800的反射面与端面夹角为非90°。多面棱镜800的旋转轴802可嵌入并穿透棱镜主体801。多面棱镜800的旋转轴802可穿过棱镜主体801的第一端面8011和第二端面8012穿透棱镜主体801。多面棱镜800的旋转轴802在靠近棱镜主体801的第一端面8011或第二端面8012处设置有对称的嵌入棱镜主体801的凸台803。例如，凸台803可设置为靠近棱镜主体801的大的端面(即，本实施例中的第一端面8011)。在另一实施例中，凸台803可设置为靠近棱镜主体801的第二端面8012。凸台803可在多面棱镜800旋转过程中对多面棱镜800进行限位，以保证多面棱镜800在旋转过程中的平稳性。

根据实施例，制造多面棱镜800的步骤可包括：首先，将具有凸台803的旋转轴802装入模具；而后，将硝材装入模具中旋转轴802的周围，随后开始模压成型。在模压成型过程中，首先成型出包裹旋转轴802及凸台803的内孔的大致形状，之后随着棱镜主体801成型完成的同时，实现对旋转轴的紧包裹。

图8C和图8D中的多面棱镜800的反射面与端面夹角为90°。图8C和图8D中的多面棱镜的其余结构与图8A和图8B中的多面棱镜类似，此处不再赘述。

图9A至图10D是根据本申请又一实施例的具有旋转轴的多面棱镜。

参照图9A至图9D，多面棱镜900包括棱镜主体901和与棱镜主体901接合的旋转轴902。棱镜主体901包括第一端面9011和第二端面9012。多面棱镜900的旋转轴902可无缝接合到棱镜主体901的一个端面，例如，接合到棱镜主体901的大端面，即第一端面9011处。在另一实施例中，多面棱镜900的旋转轴902可无缝接合到棱镜主体901的第二端面9012处。棱镜主体901和旋转轴902可为相同的材质。例如，棱镜主体901和旋转轴902可均为玻璃材质，但不限于此。

通过使用结构经优化的模具，多面棱镜900的旋转轴902与棱镜主体901一体成型。一体成型的多面棱镜900的质量惯性轴线与旋转轴902的轴线重合。多面棱镜900的旋转轴902可为大致柱形，但不限于此。多面棱镜900可通过模压一体成型，例如为热压。

一体成型的多面棱镜900的旋转轴902与棱镜主体901之间无缝接合，且接合强度高，从而能够显著提高多面棱镜在旋转过程中的平稳性。通过一体式加工工艺，多面棱镜900的旋转轴902与棱镜主体901一体成型，从而避免了后续的在棱镜主体901中打孔以及将旋转轴902组装到棱镜主体901的孔中的工序，并能够避免引入二次误差，实现更低的加工制造成本和更具稳定性和准确性的棱镜。

根据实施例，制造多面棱镜900的方法包括通过使用结构经优化的模具，一体成型出自带旋转轴902的多面棱镜900。具体地，可将硝材装入结构经优化的模具，执行模压成型过程来一体成型出自带旋转轴902的多面棱镜900。

图9A和图9B中的多面棱镜900的反射面与端面夹角为非90°。

图9C和图9D中的多面棱镜的反射面与端面夹角为90°。图9C和图9D中的多面棱镜的其余结构与图9A和图9B中的多面棱镜类似，此处不再赘述。

参照图10A至图10D，多面棱镜1000包括棱镜主体1001和与棱镜主体1001接合的旋转轴1002。棱镜主体1001具有第一端面10011和第二端面10012。多面棱镜1000的旋转轴1002可无缝接合到棱镜主体1001的两个端面。换言之，多面棱镜1000的旋转轴1002可贯穿棱镜主体1001的整个厚度，并穿透超出棱镜主体1001的两个端面。棱镜主体1001可为玻璃材质，旋转轴1002可为玻璃材质，但不限于此。

通过使用结构经优化的模具，多面棱镜1000的旋转轴1002与棱镜主体1001一体成型。一体成型的多面棱镜1000的质量惯性轴线与旋转轴1002的轴线重合。多面棱镜1000可通过模压一体成型，例如为热压。多面棱镜1000的旋转轴1002可为大致柱形，但不限于此。

图10A和图10B中的多面棱镜1000的反射面与端面夹角为非90°。图10C和图10D中的多面棱镜的反射面与端面夹角为90°。图10C和图10D中的多面棱镜的其余结构与图10A和图10B中的多面棱镜类似，此处不再赘述。

图11A至图11D示出根据本申请实施例的多面棱镜1100。

参照图11A至图11D，多面棱镜1100包括棱镜主体1101。棱镜主体1101包括三个或更多个反射面。其中，棱镜主体1101具有在三个或更多个反射面相交的位置处形成的第一端面11011。棱镜主体1101还具有与第一端面11011相对的第二端面11012。多面棱镜1100可为玻璃材质。图11A和图11B中的多面棱镜1100的反射面与端面夹角为非90°。图11C和图11D中的多面棱镜的反射面与端面夹角为90°。

根据实施例，制造多面棱镜1100的步骤包括通过使用结构经优化的模具，一体成型出实体结构的多面棱镜1100。具体地，可将硝材装入结构经优化的模具，执行模压成型过程来一体成型出实体结构的多面棱镜1100。与现有技术中通过冷加工工艺制成的多面棱镜相比，多面棱镜1100结构简单、易加工，且仅通过一道工序即可形成，具有更低的生产成本。而且，与现有技术中通过冷加工工艺制成的多面棱镜相比，多面棱镜1100的精度显著提升。

根据本申请实施例的多面棱镜(例如，多面棱镜1100)、具有内孔的多面棱镜(例如，多面棱镜400)以及具有旋转轴的多面棱镜(例如，多面棱镜800)仅通过一次压型步骤即一道工序，便可成型出棱镜产品。

激光雷达可包括如上描述的多面棱镜，诸如多面棱镜500、多面棱镜600、多面棱镜700、多面棱镜800、多面棱镜900、多面棱镜1000和多面棱镜1100。如上描述的多面棱镜的质量惯性轴线与多面棱镜旋转轴的轴线重合，使得在包含有多面棱镜的激光雷达的旋转期间，多面棱镜得以稳定地机械旋转，从而保证激光雷达接收信息的准确性。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (26)

1.一种多面棱镜，其特征在于，包括一体成型的玻璃材质的棱镜主体和与所述棱镜主体接合的旋转轴，

所述棱镜主体包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述反射面与所述第一端面之间的夹角为90度或小于90度；

所述棱镜主体具有朝向所述旋转轴方向的突出部，所述旋转轴具有与所述突出部对应的凹入部；或者，所述旋转轴在嵌入所述棱镜主体中的一端处设置有对称凸台；或者，所述旋转轴在靠近所述棱镜主体的第一端面或第二端面处设置有对称的嵌入所述棱镜主体的凸台，以保持所述多面棱镜在旋转时的稳定性；以及

所述旋转轴的材质与所述棱镜主体的材质不同。

2.根据权利要求1所述的多面棱镜，其特征在于，所述多面棱镜还包括：

设置于所述棱镜主体内的内孔，

其中，所述内孔在所述多面棱镜的质量惯性轴线方向上从所述棱镜主体的所述第一端面延伸至所述棱镜主体内。

3.根据权利要求2所述的多面棱镜，其特征在于，所述内孔包括用于设置所述旋转轴的轴孔。

4.根据权利要求3所述的多面棱镜，其特征在于，所述旋转轴穿过所述第一端面插入所述轴孔中，以与所述棱镜主体接合，且所述旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

5.根据权利要求4所述的多面棱镜，其特征在于，所述旋转轴嵌入所述棱镜主体中的厚度不小于所述棱镜主体厚度的1/3。

6.根据权利要求2所述的多面棱镜，其特征在于，

所述内孔穿过所述棱镜主体的所述第二端面，且所述内孔包括用于设置所述旋转轴的轴孔。

7.根据权利要求6所述的多面棱镜，其特征在于，所述旋转轴穿过所述第一端面和所述第二端面插入所述轴孔中，且所述旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

8.根据权利要求5所述的多面棱镜，其特征在于，所述凸台从所述旋转轴表面凸起，所述凸台位于所述旋转轴的与所述棱镜主体接合的端部处。

9.根据权利要求4、5以及7中任一项所述的多面棱镜，其特征在于，所述旋转轴为金属材质。

10.根据权利要求6所述的多面棱镜，其特征在于，所述内孔还包括用于设置电机的电机孔。

11.根据权利要求10所述的多面棱镜，其特征在于，所述电机孔和所述轴孔的截面形状为圆形或方形。

12.根据权利要求10所述的多面棱镜，其特征在于，所述电机孔为锥形孔或直孔。

13.根据权利要求10所述的多面棱镜，其特征在于，所述轴孔为直孔或锥形孔。

14.根据权利要求10所述的多面棱镜，其特征在于，所述轴孔与所述电机孔连通。

15.根据权利要求14所述的多面棱镜，其特征在于，当所述轴孔与所述电机孔均为直孔时，所述轴孔的直径大于所述电机孔的直径。

16.根据权利要求3至8和10至15中的任一项所述的多面棱镜，其特征在于，所述轴孔为高精度内孔，所述轴孔的中心轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

17.根据权利要求10至15中的任一项所述的多面棱镜，其特征在于，所述电机孔为高精度内孔，所述电机孔的中心轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

18.根据权利要求1所述的多面棱镜，其特征在于，所述旋转轴为设置于所述棱镜主体的所述第一端面处的第一旋转轴，所述第一旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

19.根据权利要求18所述的多面棱镜，其特征在于，

所述棱镜主体在所述第一端面处具有朝向所述第一旋转轴的所述突出部，所述第一旋转轴具有与所述突出部对应的凹入部，且所述第一旋转轴以所述凹入部包裹所述棱镜主体的所述突出部的方式与所述棱镜主体接合。

20.根据权利要求19所述的多面棱镜，其特征在于，在所述棱镜主体的所述突出部的外环面上设置有多个凸起，在所述第一旋转轴的所述凹入部的内环面上设置有多个孔，所述多个凸起插入到所述多个孔中后，所述突出部的外环面与所述凹入部的内环面贴合，以使得所述棱镜主体和所述第一旋转轴接合。

21.根据权利要求20所述的多面棱镜，其特征在于，所述棱镜主体的突出部的外环面相对于所述第一旋转轴的旋转轴线具有预定的锥度。

22.根据权利要求21所述的多面棱镜，其特征在于，所述预定的锥度为2-5°。

23.一种激光雷达，包括：

根据前述权利要求1-22中任一项所述的多面棱镜。

24.一种制造多面棱镜的方法，包括：

通过模压工艺一体成型出玻璃材质的棱镜主体和与所述棱镜主体接合的旋转轴，所述棱镜主体包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述反射面与所述第一端面之间的夹角为90度或小于90度；所述棱镜主体具有朝向所述旋转轴方向的突出部，所述旋转轴具有与所述突出部对应的凹入部；或者，所述旋转轴在嵌入所述棱镜主体中的一端处设置有对称凸台；或者，所述旋转轴在靠近所述棱镜主体的第一端面或第二端面处设置有对称的嵌入所述棱镜主体的凸台，以保持所述多面棱镜在旋转时的稳定性；所述旋转轴的材质与所述棱镜主体的材质不同。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述旋转轴的旋转轴线与所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。

26.一种制造多面棱镜的方法，包括：

通过模压工艺一体成型出具有高精度内孔的棱镜主体和与所述棱镜主体接合的旋转轴，所述棱镜主体具有朝向所述旋转轴方向的突出部，所述旋转轴具有与所述突出部对应的凹入部；或者，所述旋转轴在嵌入所述棱镜主体中的一端处设置有对称凸台；或者，所述旋转轴在靠近所述棱镜主体的第一端面或第二端面处设置有对称的嵌入所述棱镜主体的凸台，其中，所述多面棱镜包括三个或更多个反射面、与所述三个或更多个反射面相交形成的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述内孔从所述第一端面延伸至所述棱镜主体内，所述旋转轴穿过所述第一端面插入所述内孔中，以与所述棱镜主体接合，且所述内孔的中心轴线与所述旋转轴的旋转轴线以及所述多面棱镜的质量惯性轴线重合。