CN113777617A - 扫描装置及激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扫描装置及激光雷达系统，涉及光电探测技术领域，该扫描装置包括激光测距模块、中空电机、扫描筒体和反射镜；激光测距模块用于发射激光以及接收回波光；中空电机安装于激光测距模块，中空电机的中空通道用于通过激光和回波光；扫描筒体传动连接于中空电机，扫描筒体的内腔与中空通道连通，扫描筒体的侧壁设有窗口；反射镜安装于扫描筒体内，用于将激光反射出窗口至目标物。该激光雷达系统包括扫描装置。通过该扫描装置，解决了现有扫描装置的扫描范围受限的技术问题，实现了对各个方向的距离测量。

Description

扫描装置及激光雷达系统

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其是涉及一种扫描装置及激光雷达系统。

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，做适当处理后，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。

扫描装置是雷达系统的核心部件，其包括激光测距模块、电机、光学转镜以及基座，其中，激光测距模块和电机相对安装于基座，光学转镜设置于激光测距模块和电机之间，并传动连接于电机的输出轴，以随输出轴360°转动，从而将激光测距模块发出的激光反射至不同方向，实现不同方向的距离测量。但是需要指出的是，受制于基座，激光测距模块发出的激光无法实现360°全角度扫描，测距范围受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫描装置及激光雷达系统，以缓解相关技术中扫描装置的扫描范围受限的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术手段为：

第一方面，本发明提供的扫描装置包括：激光测距模块、中空电机、扫描筒体和反射镜；

所述激光测距模块用于发射激光以及接收回波光；

所述中空电机安装于所述激光测距模块，所述中空电机的中空通道用于通过所述激光和所述回波光；

所述扫描筒体传动连接于所述中空电机，所述扫描筒体的内腔与所述中空通道连通，所述扫描筒体的侧壁设有窗口；

所述反射镜安装于所述扫描筒体内，用于将所述激光反射出所述窗口至目标物。

进一步地，所述反射镜与所述窗口相对的面为斜面，所述斜面自所述反射镜与所述激光测距模块相对的一面至所述反射镜远离所述激光测距模块的一面向靠近所述窗口的方向倾斜，所述斜面上镀有反射膜，所述反射膜用于反射所述激光和所述回波光。

进一步地，所述斜面的角度设置为45°。

进一步地，所述反射镜包括金属镜座；

所述金属镜座安装于所述扫描筒体内，所述金属镜座与所述窗口相对的一面设置有塑料镜片、玻璃镜片或金属镜片，所述塑料镜片、所述玻璃镜片或所述金属镜片用于反射所述激光和所述回波光。

进一步地，所述窗口处安装有窗口镜，所述窗口镜可通过所述激光或所述回波光。

进一步地，所述中空电机的中空轴上连接有光栅码盘，所述光栅码盘用于检测所述中空轴的旋转角度。

进一步地，所述扫描装置还包括反射镜固定板；

所述反射镜固定板固定连接于所述扫描筒体远离所述激光测距模块的一端，所述反射镜安装于所述反射镜固定板。

进一步地，所述反射镜固定板设置有配重，所述配重用于校正所述扫描筒体的动平衡。

进一步地，所述配重采用螺栓；

环绕所述扫描筒体的轴线，所述反射镜固定板远离所述反射镜的表面设有配重孔位，所述配重孔位用于与所述螺栓适配。

与现有技术相比，本发明提供的扫描装置的有益效果为：

在本申请中，中空电机安装于激光测距模块，并与扫描筒体传动连接，中空电机的中空通道与扫描筒体的内腔连通，在测距时，激光测距模块发射的激光可沿着中空通道传播至内腔，并被处于内腔的反射镜反射出窗口至目标物，该目标物漫反射产生的漫反射光即回波光经窗口进入内腔并被反射镜反射至激光测距模块，由此，激光测距模块完成激光的发射与接收，从而可测出该目标物的相对距离。同时中空电机可驱动扫描筒体360°全角度转动，且在由中空通道、内腔和窗口三者组成的传播路线上，激光的传播不受阻，可以实现360°全角度扫描，从而实现对各个方向的距离测量。

第二方面，本发明提供的激光雷达系统包括所述的扫描装置。

本发明提供的一种激光雷达系统的有益效果为：

本发明提供的激光雷达系统包括扫描装置，由此，该激光雷达系统所达到的技术优势及效果同样包括上述扫描装置所达到的技术优势及效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的扫描装置的示意图。

图标：

100-激光测距模块；

200-中空电机；210-中空通道；

300-扫描筒体；310-内腔；320-窗口镜；

400-反射镜；500-光栅码盘；600-反射镜固定板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供的扫描装置，参考图1，该扫描装置包括激光测距模块100、中空电机200、扫描筒体300和反射镜400；激光测距模块100用于发射激光以及接收回波光；中空电机200安装于激光测距模块100，中空电机200的中空通道210用于通过激光和回波光；扫描筒体300传动连接于中空电机200，扫描筒体300的内腔310与中空通道210连通，扫描筒体300的侧壁设有窗口；反射镜400安装于扫描筒体300内，用于将激光反射出窗口至目标物。

继续参考图1，中空电机200安装于激光测距模块100，并与扫描筒体300传动连接，中空电机200的中空通道210与扫描筒体300的内腔310连通，在测距时，激光测距模块100发射的激光可沿着中空通道210传播至内腔310，并被处于内腔310的反射镜400反射出窗口至目标物，该目标物漫反射产生的漫反射光即回波光经窗口进入内腔310并被反射镜400反射至激光测距模块100，由此，激光测距模块100完成激光的发射与接收，从而可测出该目标物的相对距离。同时中空电机200可驱动扫描筒体300360°全角度转动，且在由中空通道210、内腔310和窗口三者组成的传播路线上，激光的传播不受阻，可以实现360°全角度扫描，从而实现对各个方向的距离测量。

进一步地，如图1所示，反射镜400与窗口相对的面为斜面，斜面自反射镜400与激光测距模块100相对的一面至反射镜400远离激光测距模块100的一面向靠近窗口的方向倾斜，斜面上镀有反射膜，反射膜用于反射激光和回波光。

具体的，反射镜400包括金属镜座，金属镜座的下表面为斜面，斜面的角度设置为45°，镜片固定贴合于该斜面，镜片上镀反射膜。在测距时，参考图1，激光测距模块100发射的激光入射到反射膜上，入射角度为45°，然后出射光平行射出窗口至目标物，目标物漫反射产生的漫反射光中的平行光经窗口进入内腔310并入射至反射膜，经反射膜反射后竖直出射至激光测距模块100，并被激光测距模块100接收，完成一次测距扫描。

在本实施例中，通过设置斜面，并将斜面设置为45°，可以预估激光测距模块100发射的激光的传播路径，从而保证激光可以照射到目标物上，无需做其他的调整。

另外需要补充的是，镜片可选用塑料镜片、玻璃镜片或金属镜片，塑料镜片、玻璃镜片或金属镜片与镜座构成一体式反射镜400。

进一步地，如图1所示，窗口处安装有窗口镜320，窗口镜320可通过激光或回波光。

具体的，窗口镜320允许激光测距模块100发射出的激光以及目标物反射回的回波光通过，从而保证激光测距模块100能够完成激光的发射和接收。另外，可在窗口镜320上镀增透膜，以减少光能损耗，还可调整窗口镜320的安置角度，以最大程度地透射激光。

窗口镜320除了上述提到的透射作用外，还起到了隔离作用，其将扫描装置的内部空间与目标物所在空间隔开，避免了外在杂物或危险物飞溅入内腔310，消除了外在杂物或危险物对激光传播路径的影响，同时也对激光测距模块100起到了保护作用。

进一步地，参考图1，中空电机200的中空轴上连接有光栅码盘500，光栅码盘500用于检测中空轴的旋转角度。

具体的，光栅码盘500通过环氧树脂胶粘接在中空轴上，可随时随地检测中空轴的旋转角度，如此测距人员可直接得出扫描筒体300的转动角度、激光的扫描范围。

在本实施例中，参考图1，扫描装置还包括反射镜固定板600；反射镜固定板600固定连接于扫描筒体300远离激光测距模块100的一端，反射镜400安装于反射镜固定板600。

具体的，如图1所示，扫描筒体300的轴线与中空通道210的轴线重合，反射镜固定板600固定于扫描筒体300的上端，并关于以上轴线对称，反射镜400安装于反射镜固定板600的下表面。如此设置，确保了由中空电机200、扫描筒体300、反射镜固定板600、反射镜400以及窗口镜320五者组成的旋转扫描模块的重心处于轴线上，或接近轴线，从而使得在转动工况下旋转扫描模块能够保持稳定。

另外，反射镜固定板600设置有配重，通过配重可消除不平衡，校正扫描筒体300的动平衡，保证扫描筒体300旋转时的稳定性。

进一步地，配重采用螺栓，环绕扫描筒体300的轴线，反射镜固定板600远离反射镜400的表面设有配重孔位，配重孔位用于与螺栓适配。

具体的，配重孔位设置于反射镜固定板600的上表面，螺栓旋进配重孔位以达到配重作用，其中，与配重孔位配合的螺栓的数量根据扫描筒体300的实际转动情况进行调整。

除此之外，还可通过改变反射镜固定板600自身的结构以校正动平衡，保证扫描筒体300转动时的稳定性。

本发明实施例提供的扫描装置包括激光测距模块100、中空电机200、扫描筒体300、反射镜400、光栅码盘500以及反射镜固定板600，通过其之间的配合实现了对激光的有效发射和接收，激光的传播路径不会受到遮挡，可以实现360°全角度扫描，同时可以看出，该扫描装置的结构简单，配合紧凑。

本实施例还提供一种激光雷达系统，包括扫描装置，由此，该激光雷达系统所达到的技术优势及效果同样包括上述扫描装置所达到的技术优势及效果，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种扫描装置，其特征在于，包括：激光测距模块(100)、中空电机(200)、扫描筒体(300)和反射镜(400)；

所述激光测距模块(100)用于发射激光以及接收回波光；

所述中空电机(200)安装于所述激光测距模块(100)，所述中空电机(200)的中空通道(210)用于通过所述激光和所述回波光；

所述扫描筒体(300)传动连接于所述中空电机(200)，所述扫描筒体(300)的内腔(310)与所述中空通道(210)连通，所述扫描筒体(300)的侧壁设有窗口；

所述反射镜(400)安装于所述扫描筒体(300)内，用于将所述激光反射出所述窗口至目标物。

2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述反射镜(400)与所述窗口相对的面为斜面，所述斜面自所述反射镜(400)与所述激光测距模块(100)相对的一面至所述反射镜(400)远离所述激光测距模块(100)的一面向靠近所述窗口的方向倾斜，所述斜面上镀有反射膜，所述反射膜用于反射所述激光和所述回波光。

3.根据权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，所述斜面的角度设置为45°。

4.根据权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，所述反射镜(400)包括金属镜座；

所述金属镜座安装于所述扫描筒体(300)内，所述金属镜座与所述窗口相对的一面设置有塑料镜片、玻璃镜片或金属镜片，所述塑料镜片、所述玻璃镜片或所述金属镜片用于反射所述激光和所述回波光。

5.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述窗口处安装有窗口镜(320)，所述窗口镜(320)可通过所述激光或所述回波光。

6.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述中空电机(200)的中空轴上连接有光栅码盘(500)，所述光栅码盘(500)用于检测所述中空轴的旋转角度。

7.根据权利要求1-6任一项所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置还包括反射镜固定板(600)；

所述反射镜固定板(600)固定连接于所述扫描筒体(300)远离所述激光测距模块(100)的一端，所述反射镜(400)安装于所述反射镜固定板(600)。

8.根据权利要求7所述的扫描装置，其特征在于，所述反射镜固定板(600)设置有配重，所述配重用于校正所述扫描筒体(300)的动平衡。

9.根据权利要求8所述的扫描装置，其特征在于，所述配重采用螺栓；

环绕所述扫描筒体(300)的轴线，所述反射镜固定板(600)远离所述反射镜(400)的表面设有配重孔位，所述配重孔位用于与所述螺栓适配。

10.一种激光雷达系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的扫描装置。

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