CN115308713A - 一种激光扫描装置、激光雷达、ar设备及激光扫描方法 - Google Patents

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CN115308713A CN202210863980.2A CN202210863980A CN115308713A CN 115308713 A CN115308713 A CN 115308713A CN 202210863980 A CN202210863980 A CN 202210863980A CN 115308713 A CN115308713 A CN 115308713A
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Abstract

本发明涉及一种激光扫描装置、激光雷达、AR设备及激光扫描方法，装置包括镜鼓和收发组件，所述收发组件用于向所述镜鼓发射激光并接收由所述镜鼓反射回来的激光，所述镜鼓包括基底架、多个反射镜面和镜面连接件，多个所述反射镜面均环绕设置于所述基底架的外侧，多个所述反射镜面的顶端或多个所述反射镜面的底端均所述基底架的底端的对应位置转动连接，所述镜面连接件的数量和所述反射镜面的数量匹配，所述镜面连接件安装于对应的所述反射镜面和所述基底架之间，所述镜面连接件用于调节对应的所述反射镜面和所述基底架之间的俯仰角的大小。通过改变反射镜面和基底架之间的俯仰角，扩展了垂直方向的扫描线数，从而提高了垂直方向上的角度分辨率。

Description

一种激光扫描装置、激光雷达、AR设备及激光扫描方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光扫描装置、激光雷达、AR设备及激光扫描方法。
背景技术
半固态式激光雷达可以分为转镜式、微振镜式等。其中，转镜式保持收发模块不动，让电机在带动转镜运动从而将光束反射至空间的一定范围，实现扫描探测。
现有技术中的激光扫描装置包括：激光器阵列，用于发射光束；发射光学组件，对光束进行准直；多面转镜，将经由发射光学组件的发射光束反射形成扫描光束；接收光学组件，会聚多面转镜反射的回波光束；接收器，将来自接收光学组件的回波光束转换为电信号。
然而现有的激光雷达中，多面转镜的镜面是固定的，要增大垂直方向的点云线数，需要增加发射器与接收器，不利于成本控制；或者增加旋转多面镜的面数，但会导致水平视场角缩小。
因此，需要提供一种在不增加收发组件的前提下有效扩大垂直视场角并且提升垂直方向上的角度分辨率的激光扫描装置来解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光扫描装置。解决了现有技术中要增大垂直方向的点云线数需要增加发射器与接收器，不利于成本控制或需要增加旋转多面镜的面数，导致水平视场角缩小的技术问题。
本发明的技术效果通过如下实现的：
一种激光扫描装置，包括镜鼓和收发组件，所述收发组件用于向所述镜鼓发射激光并接收由所述镜鼓反射回来的激光，所述镜鼓包括基底架、多个反射镜面和镜面连接件，多个所述反射镜面均环绕设置于所述基底架的外侧，多个所述反射镜面的顶端或多个所述反射镜面的底端均所述基底架的底端的对应位置转动连接，所述镜面连接件的数量和所述反射镜面的数量匹配，所述镜面连接件安装于对应的所述反射镜面和所述基底架之间，所述镜面连接件用于调节对应的所述反射镜面和所述基底架之间的俯仰角的大小。通过对反射镜面匹配设置对应的镜面连接件，使得通过调节镜面连接件改变对应的反射镜面的俯仰角，进而使得不同的反射镜面具有不同的空间自由度，镜鼓额外获得反射镜面的数量个空间自由度，从而使得在不增加激光发射器与接收器的前提下，能够通过改变反射镜面的俯仰角将激光扫描信号数量纵向扩大，实现了垂直方向的扫描线束的扩增，垂直视场角的扩展以及垂直方向上角度分辨率的提高。
进一步地，不同的所述反射镜面和所述基底架之间的俯仰角不同。
另外，还提供一种激光雷达，包括光学收发系统和上述的激光扫描装置。
进一步地，所述收发组件包括激光发射单元和激光接收单元，所述光学收发系统包括准直发射系统和会聚接收系统；
所述准直发射系统和所述会聚接收系统并排设置；
所述激光发射单元的发射面朝向所述准直发射系统设置，且所述发射面以所述准直发生系统的光轴为基准呈对称分布；
所述激光接收单元的接收面朝向所述会聚接收系统设置，且所述接收面以所述会聚接收系统的光轴为基准呈对称分布。
进一步地，所述镜鼓包括光发射区和光接收区，所述光发射区有多个所述反射镜面的光反射部构成，所述光接收区有多个所述反射镜面的光接收部构成，所述光发射区与所述准直发射系统相向设置，所述光接收区与所述会聚接收系统相向设置。
进一步地，所述准直发射系统和所述会聚接收系统之间设有第一隔光板以分隔所述准直发射系统中发出的准直子光束和反射回来的激光经由所述会聚接收系统会聚得到的会聚子光束。
进一步地，所述镜鼓上设有第二隔光板，所述第二隔光板套设于多个所述反射镜面上以分隔所述光发射区和所述光接收区，所述第二隔光板和所述第一隔光板设于同一平面上。
另外，还提供一种AR设备，包括平视显示器和上述的激光雷达，所述AR设备用于将所述激光雷达获取的扫描线对应的点云数据转换为3D图像投影至平视显示器上。
另外，还提供一种激光扫描方法，所述方法基于上述的激光雷达实现的，包括：
调整镜面连接件，以使不同的反射镜面具有不同大小的俯仰角；
基于预设扫描周期控制收发组件和光学收发系统通过按照预设转速转动的镜鼓完成激光扫描过程，以在垂直方向上得到相较于镜鼓的各反射镜面的俯仰角相同的条件下扩展了第一预设倍数的扫描线，所述第一预设倍数与所述反射镜面的数量一致，所述镜鼓按照所述预设转速转动一圈为一个预设扫描周期。通过设置镜鼓的各反射镜面具有不同的俯仰角，使得在一个预设扫描周期内同一入射光对应的反射光在不同的反射镜面上产生不同的空间偏转角，从而使得各反射镜面具有不同的俯仰角相比于各反射镜面保持相同的俯仰角在垂直方向上的扫描线扩展为与反射镜面数量一致的倍数。
另外，还提供一种激光扫描方法，所述方法基于上述的激光雷达实现的，镜鼓按照原转速转动一圈为一个原周期，包括：
将镜鼓的预设转速提高至原转速的n倍，n为大于等于2的正整数，以使镜鼓按照所述预设转速转动一圈为1/n个原周期；
调整镜面连接件，以使不同的反射镜面具有不同大小的第一俯仰角；
在第一个1/n原周期内，控制收发组件和光学收发系统通过按照所述预设转速转动的镜鼓完成激光扫描；
调整镜面连接件，以使不同的反射镜面具有不同大小的第二俯仰角，所有的所述第二俯仰角均不等于所述第一俯仰角；
在第二个1/n原周期内，控制收发组件和光学收发系统通过按照所述预设转速转动的镜鼓完成激光扫描；
重复调整镜面连接件以调整不同的反射镜面对应的不同的俯仰角，且所述俯仰角不同于已经完成激光扫描对应的俯仰角，直至完成最后一个1/n预设扫描周期内的激光扫描，以完成原周期的激光扫描过程，以在垂直方向上得到相较于镜鼓的各反射镜面的俯仰角相同的条件下扩展了第二预设倍数的扫描线，所述第二预设倍数等于所述反射镜面的数量*n。通过提高镜鼓的转速至原转速的n倍，同时通过调节各反射镜面对应的镜面连接件，保证在每一个1/n的原周期内不同的反射镜面具有不同的俯仰角，且在原周期内各反射镜面对应的所有俯仰角之间均不相同，使得镜鼓转速提高至原转速n倍在原周期内完成激光扫描得到的扫描线数相较于不同反射镜面具有不同俯仰角的镜鼓按照原转速在原周期内完成激光扫描得到的扫描线数扩展了n倍，从而进一步地提升了垂直方向上的角度分辨率。
如上所述，本发明具有如下有益效果：
1)通过对反射镜面匹配设置对应的镜面连接件，使得通过调节镜面连接件改变对应的反射镜面的俯仰角，进而使得不同的反射镜面具有不同的空间自由度，镜鼓额外获得反射镜面的数量个空间自由度，从而使得在不增加激光发射器与接收器的前提下，能够通过改变反射镜面的俯仰角将激光扫描信号数量纵向扩大，实现了垂直方向的扫描线束的扩增，垂直视场角的扩展以及垂直方向上角度分辨率的提高。
2)通过设置镜鼓的各反射镜面具有不同的俯仰角，使得在一个预设扫描周期内同一入射光对应的反射光在不同的反射镜面上产生不同的空间偏转角，从而使得各反射镜面具有不同的俯仰角相比于各反射镜面保持相同的俯仰角在垂直方向上的扫描线扩展为与反射镜面数量一致的倍数。
3)通过提高镜鼓的转速至原转速的n倍，同时通过调节各反射镜面对应的镜面连接件，保证在每一个1/n的原周期内不同的反射镜面具有不同的俯仰角，且在原周期内各反射镜面对应的所有俯仰角之间均不相同，使得镜鼓转速提高至原转速n倍在原周期内完成激光扫描得到的扫描线数相较于不同反射镜面具有不同俯仰角的镜鼓按照原转速在原周期内完成激光扫描得到的扫描线数扩展了n倍，从而进一步地提升了垂直方向上的角度分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本说明书实施例提供的一种激光扫描装置的结构示意图；
图2为本说明书实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图3为本说明书实施例提供的四面镜鼓的扫描光路示意图；
图4为本说明书实施例提供的单点激光经过具有各不相同的固定俯仰角的反射镜面的镜鼓后产生的扫描线的示意图；
图5为本说明书实施例提供的单点激光经过具有各不相同的变化俯仰角的反射镜面的镜鼓后产生的扫描线的示意图；
图6为本说明书实施例提供的一种激光扫描方法的流程图；
图7为本说明书实施例提供的另一种激光扫描方法的流程图。
其中，图中附图标记对应为：
镜鼓1、基底架11、反射镜面12、镜面连接件13、收发组件2、激光发射单元21、激光接收单元22、光学收发系统3、准直发射系统31、会聚接收系统32、第一隔光板4、第二隔光板5、目标物体6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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的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。
需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。
实施例1：
如图1-3所示，本说明书实施例提供了一种激光扫描装置，包括镜鼓1和收发组件2，收发组件2用于向镜鼓1发射激光并接收由镜鼓1反射回来的激光，镜鼓1包括基底架11、多个反射镜面12和镜面连接件13，多个反射镜面12均环绕设置于基底架11的外侧，多个反射镜面12的顶端或多个反射镜面12的底端均基底架11的底端的对应位置转动连接，镜面连接件13的数量和反射镜面12的数量匹配，镜面连接件13安装于对应的反射镜面12和基底架11之间，镜面连接件13用于调节对应的反射镜面12和基底架11之间的俯仰角的大小。其中，反射镜面12为平面反射镜。
其中，镜鼓1的中心轴到各反射镜面12的投影与中心轴之间的夹角为各反射镜面12对应的俯仰角，由此，俯仰角也可以理解为镜鼓1的中心轴与各反射镜面12之间的夹角。
需要说明的是，通过对反射镜面12匹配设置对应的镜面连接件13，使得通过调节镜面连接件13改变对应的反射镜面12的俯仰角，进而使得不同的反射镜面12具有不同的空间自由度，镜鼓1额外获得反射镜面12的数量个空间自由度，从而使得在不增加激光发射器与接收器的前提下，能够通过改变反射镜面12的俯仰角将激光扫描信号数量纵向扩大，实现了垂直方向的扫描线束的扩增，垂直视场角的扩展以及垂直方向上角度分辨率的提高。
其中，不同的反射镜面12对应的空间自由度指的是，反射镜面12围绕与其转动连接的基底架11的底端的对应位置的转动方向。不同的反射镜面12对应的转动方向不同，由此，镜鼓1新增了反射镜面12的数量个空间自由度，使得不同的反射镜面12能够在对应的空间自由度内调整其对应的俯仰角不同，使得激光经过当前的反射镜面12时，得到的扫描线与经过其他反射镜面12得到扫描线不会重叠。
具体地，镜鼓11可以是三面镜鼓、四面镜鼓、五面镜鼓等任何具有多个反射镜面12的多面镜鼓结构，本说明书实施例为了便于表述，以镜鼓11为具有四个大小相同的矩形反射镜面12构成的四面镜鼓为例进行说明。
具体地，镜鼓1作为激光扫描装置中的扫描系统，具有转轴，所述转轴设于镜鼓1的轴向上，四个反射镜面12围绕转轴设置，在反射镜面12与基底架11之间未安装镜面连接件13时，即四面镜鼓为正四棱柱结构时，各反射镜面12对应的俯仰角为0度。
具体地，本实施例中，镜面连接件13是可伸缩支撑杆，通过伸缩调整并固定在对应位置上来调整其长度，进而改变与镜面连接件13一端连接的反射镜面12的对应位置到与镜面连接件13另一端连接的基底架11的对应位置之间的距离，从而改变对应的俯仰角。其中，镜面连接件13与反射镜面12、基底架11的连接方式可以是可拆卸固定连接，也可以是非拆卸式固定连接。
需要说明的是，任何具有改变俯仰角且能够保持其俯仰角的镜面连接件13对应的所有实施方式均在本申请的保护范围内。
本申请中，镜鼓1绕转轴转动一圈为一个扫描周期。由于四面镜鼓的反射镜面11无俯仰时，即对应的俯仰角为零时，激光发射单元发出的激光经四个反射镜面11反射具有相同的扫描轨迹，等效于平面反射镜转动的四次叠加，即经过一个扫描周期形成1条扫描线。此时，当改变任意一个反射镜面11的俯仰角不为0，去完成一个扫描周期对应的扫描过程时，即会增加1条扫描线。
优选地，不同的反射镜面12和基底架11之间的俯仰角不同。
具体地，通过保持不同的反射镜面12和基底架11之间的俯仰角不同，使得单点激光经过此镜鼓1后，即完成一个扫描周期的扫描过程后，在垂直方向上形成4条扫描线，相比于经过四个反射镜面12和基底架11之间的俯仰角相同的镜鼓1完成一个扫描周期的扫描过程形成的1条扫描线，扩展了四倍。即保持不同的反射镜面12和基底架11之间的俯仰角不同，能够将扫描线数扩展相应的倍数，所述倍数与镜鼓1上具有反射镜面12的数量一致。
本申请中，镜鼓1的各反射镜面12对应的俯仰角之间各不相同的调整方式包括以下三种实施方式：
在第一种实施方式中，在镜鼓1的一个反射镜面12结束工作前，使得除了该工作的反射镜面12外，其余反射镜面12同步获得与当前工作的反射镜面12的俯仰角不同的俯仰角，且其余反射镜面12的俯仰角之间不同，并使其余反射镜面12保持其对应的俯仰角直至这些反射镜面12结束自身一个扫描周期的扫描，当结束自身一个扫描周期的扫描后再次进行下一次调整。
在第二种实施方式中，先使得除工作的反射镜面12外其余反射镜面同步获得相同的第一俯仰角，此俯仰角与当前工作的反射镜面12的俯仰角不同，在当前工作的反射镜面12的下一个反射镜面12开始工作以后，且在工作结束以前，再调整除了正在工作的反射镜面13外其他剩余未处于工作反射镜面12获得相同的第二俯仰角，且第二俯仰角与第一俯仰角不同，在每一个反射镜面12工作时，循环调整剩下其他所有反射镜面13获取与上一个第N俯仰角不同角度的俯仰角。
在第三种实施方式中，先使当前工作的反射镜面12的下一个反射镜面12完成俯仰角的调整，其余反射镜面12不调整，待镜鼓1旋转至已完成调整的反射镜面12开始工作时，再对其下一个反射镜面12进行俯仰角的调整，如此循环操作。
实施例2：
本说明书实施例提供了一种激光雷达，包括光学收发系统3和实施例1中的激光扫描装置。
优选地，收发组件2包括激光发射单元21和激光接收单元22，光学收发系统3包括准直发射系统31和会聚接收系统32；
准直发射系统31和会聚接收系统32并排设置；
激光发射单元21的发射面朝向准直发射系统31设置，且发射面以准直发生系统的光轴为基准呈对称分布；
激光接收单元22的接收面朝向会聚接收系统32设置，且接收面以会聚接收系统32的光轴为基准呈对称分布。
具体地，激光发射单元21由单个、一维线阵或二维面阵的激光二极管组成，接收单元22相应由单个、一维线阵或二维面阵的光电探测器组成，激光二极管可以是单光子雪崩二极管(SPAD)等，光电探测器可以是硅光电倍增管(SiPM)等。
具体地，激光发射单元21通过镜鼓1产生扫描线，同一激光发射单元21可产生多条扫描线。
激光扫描过程如图2所示，出射激光经准直发射系统31整形后入射到镜鼓1的一个反射镜面12上，随着镜鼓1围绕其转轴的旋转，在激光离开该反射镜面12之前，该反射镜面12的俯仰角保持不变，则反射光在水平方向上扫描形成一条扫描线。
扫描线到达目标物体6后，由目标物体6反射，再次经由镜鼓1进入会聚接收系统32。会聚接收系统32将反射光会聚到激光接收单元22的光敏面上，完成光电转换，得到电压信号或电流信号。该电压信号或电流信号用于经过电子开关和计时器传输至信号处理单元进行处理和分析。
其中，激光发射单元21发出的激光通过准直发射系统31后，分束出相应数量的准直子光束。对于由一维线阵的激光二极管组成的激光发射单元21来说，每个激光二极管对应的准直光束相对于光轴具有不同的入射角，并且任意两个相邻激光二极管的准直光束均具有相同的入射角度差。首尾激光二极管经准直发射系统31后，入射角差值形成基础垂直视场范围。
激光接收单元22接收经由会聚接收系统32会聚的待测物体反射光束。激光接受单元22相对于会聚接收系统32的位置由基础扫描垂直视场的分布一一对应决定。
当激光发射单元21和激光接收单元22分别由多个元件组成时，需要控制收发组件2的工作时间，使得激光发射单元21的激光二极管阵列与激光接收单元22的光电探测器一一对应，以此完成空间位置的对应。
优选地，准直发射系统31和会聚接收系统32之间设有第一隔光板4以分隔准直发射系统31中发出的准直子光束和反射回来的激光经由会聚接收系统32会聚得到的会聚子光束。
优选地，镜鼓1包括光发射区和光接收区，光发射区有多个反射镜面12的光反射部构成，光接收区有多个反射镜面12的光接收部构成，光发射区与准直发射系统31相向设置，光接收区与会聚接收系统32相向设置。
优选地，镜鼓1上设有第二隔光板5，第二隔光板5套设于多个反射镜面12上以分隔光发射区和光接收区，第二隔光板5和第一隔光板4设于同一平面上。
为了避免发射和接收激光之间的相互影响，本实施例中，在激光发射单元21与激光接收单元22之间设置第一隔光板4进行分隔，对应的利用第二隔光板5将镜鼓1分隔为两部分，一部分用于发射，另一部分用于接收。
需要说明的是，利用第二隔光板5对镜鼓1进行分隔时，可以是在镜鼓1外侧沿各反射镜面12对应的分隔线处套设第二隔光板5。
具体地，本实施例中，第二隔光板5包括多个平面隔光板，平面隔光板的数量和镜鼓1上反射镜面12的数量一致，平面隔光板固定设置在对应的反射镜面12上，以使在调整反射镜面12的俯仰角时，平面隔光板可以同步转动。避免使用一体的第二隔光板5在套设在镜鼓1外侧后影响反射镜面12的俯仰角的调整。
在一些其他的实施方式中，也可以将两个镜鼓1作为具有光发射区和光接收区的一个整体，即一个镜鼓1的反射镜面12用于作为光发射区，另一个镜鼓1的反射镜面12用于所谓光接收区，在两个镜鼓1之间设置第二隔光板5，并同时保证上述的光发射区和光接收区一一对应的反射镜面12在旋转动作和调整俯仰角大小的同步性和一致性。
具体地，本实施例中的激光雷达的光束扫描过程如下：
如图1所示，以镜鼓1中每一个反射镜面12调整至对应的俯仰角后固定的状态进行分析。镜鼓1的每个反射镜面12具有不同的俯仰角，则同一激光发射单元在镜鼓1旋转过程中，经各反射镜面12反射产生不同方向的出射光，最终获得更多扫描线。
具体分析如图3的几何光路所示，图3中参数的意义如下：
坐标系：y轴为图3中的从左向右方向，z轴为图3中的从下到上方向，x轴垂直于y轴和z轴所在平面向外，镜鼓1的转轴为x轴，中心为坐标系原点O。本申请中的垂直方向为x轴方向。
S(x0,y0,z0)为激光发射点坐标；
Figure BDA0003757821770000101
为入射光单位矢量；
Figure BDA0003757821770000102
为反射光单位矢量；R为入/反射点；θ为镜鼓1绕转轴顺时针旋转角度；
Figure BDA0003757821770000111
为反射面法向量；φ为
Figure BDA0003757821770000112
与平面yOz的夹角；r为镜鼓1的反射镜面12的内径，r＝OA。
则反射镜面12与平面yOz的夹角为π/2-φ，该角度定义为反射镜面12的俯仰角。
根据反射定律的矢量形式进行计算：
Figure BDA0003757821770000113
入射光方程表示为：
Figure BDA0003757821770000114
Figure BDA0003757821770000115
那么，反射面法线单位向量为：
Figure BDA0003757821770000116
反射面方程为：
xsinφ-ycosφcosθ+zcosφsinθ-r＝0
入/反射点坐标R(xr,yr,zr)由入射光方程和反射面方程联立确定。
定义数M为：
Figure BDA0003757821770000117
得反射光单位矢量为：
Figure BDA0003757821770000118
反射光方程表达式为：
Figure BDA0003757821770000119
反射光与平面yOz的夹角反映垂直方向上视场发散度。
本实施例中，当四面镜鼓的反射镜面12的俯仰角都为0时，或四面镜鼓的反射镜面12的俯仰角都为一个不为0的定值时，激光发射单元21发出的激光经四个反射镜面12反射具有相同的扫描轨迹，等效于平面反射镜转动的四次叠加。
然而，当给四面镜鼓的四个反射镜面12施加各不相同的俯仰角后，同一入射光对应反射光在四个反射镜面12产生不同的空间偏转角，即与平面yOz夹角各不相同，垂直方向上扫描线扩展为四倍。图4展示了在原周期内具有不同俯仰角的反射镜面12的四面镜鼓转动一圈，单点激光经过其四面镜鼓以后形成的扫描线l1、l2、l3、l4。
显然，在原周期内，各反射镜面12俯仰角不断变化时，即不同反射镜面12不仅对应一个俯仰角时，就会获得更多扫描线数。
具体操作是提高镜鼓1的转速。以镜鼓1的原转速设定为，镜鼓1转动一圈为一个原周期，即一个扫描周期。也就是在一个原周期内，镜鼓1转动一圈默认为完成一次激光扫描过程，得到原始扫描线数。
基于以上设定进行举例说明，将四面镜鼓转速提高四倍，在第一个四分之一原周期内，四个反射镜面12各设有一个不同的俯仰角，在最后一个反射镜面12完成有效反射之前，完成前三个反射镜面12的俯仰角的调整。而后，进入下一个四分之一原周期后进行第一个四分之一原周期内的最后一个反射镜面12的俯仰角的调整，此时，四个反射镜面12的俯仰角已经发生变化。如此，在整个原周期结束以后，相较于原始设定不同反射镜面12具有不同的俯仰角的四面镜鼓，相当于完成四次激光扫描过程，扫描线数再次扩大为原始扫描线数的四倍。图5展示了单点激光经过上述改变俯仰角的四面镜鼓后形成的扫描线，在扫描线l1、l2、l3、l4之间又拓展了很多扫描线。
如图6所示，本说明书实施例提供了一种激光扫描方法，所述方法基于实施例2中的激光雷达实现的，包括：
S101：调整镜面连接件13，以使不同的反射镜面12具有不同大小的俯仰角；
S102：基于预设扫描周期控制收发组件2和光学收发系统3通过按照预设转速转动的镜鼓1完成激光扫描过程，以在垂直方向上得到相较于镜鼓1的各反射镜面12的俯仰角相同的条件下扩展了第一预设倍数的扫描线，所述第一预设倍数与所述反射镜面12的数量一致，所述镜鼓1按照所述预设转速转动一圈为一个预设扫描周期。
其中，预设扫描周期为镜鼓1按照转动一圈的时间，即为镜鼓1的原周期，镜鼓1的原转速与原周期保持一致。镜鼓1的原周期由本领域技术人员根据激光雷达的技术参数设定。
通过设置镜鼓1的各反射镜面12具有不同的俯仰角，使得在一个预设扫描周期内同一入射光对应的反射光在不同的反射镜面12上产生不同的空间偏转角，从而使得各反射镜面12具有不同的俯仰角相比于各反射镜面12保持相同的俯仰角在垂直方向上的扫描线扩展为与反射镜面数量一致的倍数。
如图7所示，本说明书实施例提供了一种激光扫描方法，所述方法基于实施例2中的激光雷达实现的，镜鼓1按照原转速转动一圈为一个原周期，包括：
S201：将镜鼓1的预设转速提高至原转速的n倍，n为大于等于2的正整数，以使镜鼓1按照所述预设转速转动一圈为1/n个原周期；
S202：调整镜面连接件13，以使不同的反射镜面12具有不同大小的第一俯仰角；
S203：在第一个1/n原周期内，控制收发组件2和光学收发系统3通过按照所述预设转速转动的镜鼓1完成激光扫描；
S204：调整镜面连接件13，以使不同的反射镜面12具有不同大小的第二俯仰角，所有的所述第二俯仰角均不等于所述第一俯仰角；
S205：在第二个1/n原周期内，控制收发组件2和光学收发系统3通过按照所述预设转速转动的镜鼓1完成激光扫描；
S206：重复调整镜面连接件13以调整不同的反射镜面12对应的不同的俯仰角，且所述俯仰角不同于已经完成激光扫描对应的俯仰角，直至完成最后一个1/n预设扫描周期内的激光扫描，以完成原周期的激光扫描过程，以在垂直方向上得到相较于镜鼓1的各反射镜面12的俯仰角相同的条件下扩展了第二预设倍数的扫描线，所述第二预设倍数等于所述反射镜面12的数量*n。
通过提高镜鼓1的转速至原转速的n倍，同时通过调节各反射镜面12对应的镜面连接件13，保证在每一个1/n的原周期内不同的反射镜面12具有不同的俯仰角，且在原周期内各反射镜面12对应的所有俯仰角之间均不相同，使得镜鼓1转速提高至原转速n倍在原周期内完成激光扫描得到的扫描线数相较于不同反射镜面12具有不同俯仰角的镜鼓1按照原转速在原周期内完成激光扫描得到的扫描线数扩展了n倍，从而进一步地提升了垂直方向上的角度分辨率。
实施例3：
本说明书实施例提供了一种AR设备，包括平视显示器和如实施例2中的激光雷达，AR设备用于将激光雷达获取的扫描线对应的点云数据转换为3D图像投影至平视显示器上，为驾驶员带来AR体验。
需要说明的是，本申请提供的激光扫描装置及扫描方法不局限于应用在激光雷达，该扫描方法可以提供丰富的三维信息，快速网格化场景，将虚拟物体置于现实世界，在AR领域有一定的价值。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种激光扫描装置，其特征在于，包括镜鼓(1)和收发组件(2)，所述收发组件(2)用于向所述镜鼓(1)发射激光并接收由所述镜鼓(1)反射回来的激光，所述镜鼓(1)包括基底架(11)、多个反射镜面(12)和镜面连接件(13)，多个所述反射镜面(12)均环绕设置于所述基底架(11)的外侧，多个所述反射镜面(12)的顶端或多个所述反射镜面(12)的底端均所述基底架(11)的底端的对应位置转动连接，所述镜面连接件(13)的数量和所述反射镜面(12)的数量匹配，所述镜面连接件(13)安装于对应的所述反射镜面(12)和所述基底架(11)之间，所述镜面连接件(13)用于调节对应的所述反射镜面(12)和所述基底架(11)之间的俯仰角的大小。
2.根据权利要求2所述的激光扫描装置，其特征在于，不同的所述反射镜面(12)和所述基底架(11)之间的俯仰角不同。
3.一种激光雷达，其特征在于，包括光学收发系统(3)和如权利要求1所述的激光扫描装置。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述收发组件(2)包括激光发射单元(21)和激光接收单元(22)，所述光学收发系统(3)包括准直发射系统(31)和会聚接收系统(32)；
所述准直发射系统(31)和所述会聚接收系统(32)并排设置；
所述激光发射单元(21)的发射面朝向所述准直发射系统(31)设置，且所述发射面以所述准直发生系统的光轴为基准呈对称分布；
所述激光接收单元(22)的接收面朝向所述会聚接收系统(32)设置，且所述接收面以所述会聚接收系统(32)的光轴为基准呈对称分布。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述镜鼓(1)包括光发射区和光接收区，所述光发射区有多个所述反射镜面(12)的光反射部构成，所述光接收区有多个所述反射镜面(12)的光接收部构成，所述光发射区与所述准直发射系统(31)相向设置，所述光接收区与所述会聚接收系统(32)相向设置。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述准直发射系统(31)和所述会聚接收系统(32)之间设有第一隔光板(4)以分隔所述准直发射系统(31)中发出的准直子光束和反射回来的激光经由所述会聚接收系统(32)会聚得到的会聚子光束。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述镜鼓(1)上设有第二隔光板(5)，所述第二隔光板(5)套设于多个所述反射镜面(12)上以分隔所述光发射区和所述光接收区，所述第二隔光板(5)和所述第一隔光板(4)设于同一平面上。
8.一种AR设备，其特征在于，包括平视显示器和如权利要求2-7任一项所述的激光雷达，所述AR设备用于将所述激光雷达获取的扫描线对应的点云数据转换为3D图像投影至平视显示器上。
9.一种激光扫描方法，所述方法基于如权利要求4-7任一项所述的激光雷达实现的，其特征在于，包括：
调整镜面连接件(13)，以使不同的反射镜面(12)具有不同大小的俯仰角；
基于预设扫描周期控制收发组件(2)和光学收发系统(3)通过按照预设转速转动的镜鼓(1)完成激光扫描过程，以在垂直方向上得到相较于镜鼓(1)的各反射镜面(12)的俯仰角相同的条件下扩展了第一预设倍数的扫描线，所述第一预设倍数与所述反射镜面(12)的数量一致，所述镜鼓(1)按照所述预设转速转动一圈为一个预设扫描周期。
10.一种激光扫描方法，所述方法基于如权利要求4-7任一项所述的激光雷达实现的，镜鼓(1)按照原转速转动一圈为一个原周期，其特征在于，包括：
将镜鼓(1)的预设转速提高至原转速的n倍，n为大于等于2的正整数，以使镜鼓(1)按照所述预设转速转动一圈为1/n个原周期；
调整镜面连接件(13)，以使不同的反射镜面(12)具有不同大小的第一俯仰角；
在第一个1/n原周期内，控制收发组件(2)和光学收发系统(3)通过按照所述预设转速转动的镜鼓(1)完成激光扫描；
调整镜面连接件(13)，以使不同的反射镜面(12)具有不同大小的第二俯仰角，所有的所述第二俯仰角均不等于所述第一俯仰角；
在第二个1/n原周期内，控制收发组件(2)和光学收发系统(3)通过按照所述预设转速转动的镜鼓(1)完成激光扫描；
重复调整镜面连接件(13)以调整不同的反射镜面(12)对应的不同的俯仰角，且所述俯仰角不同于已经完成激光扫描对应的俯仰角，直至完成最后一个1/n预设扫描周期内的激光扫描，以完成原周期的激光扫描过程，以在垂直方向上得到相较于镜鼓(1)的各反射镜面(12)的俯仰角相同的条件下扩展了第二预设倍数的扫描线，所述第二预设倍数等于所述反射镜面(12)的数量*n。
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