CN116008961A - 激光测量系统、激光发射接收模组以及单线激光扫描雷达 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光雷达扫描测距技术领域，具体涉及一种激光测量系统、激光发射接收模组以及单线激光扫描雷达，包括由旋转电机转动的第一电路板，以及设置在第一电路板上的：光源发射模块，用于发出发射光；第一光学元件，用于将发射光反射为第一部分发射光、第二部分发射光；第一接收模块、第二接收模块，分别用于会聚被探测物反射的第一部分接收光、第二部分接收光，并输出测量数据。本发明在激光雷达旋转相同圈数的情况下，相对于现有技术的采集点数量增加一倍，测量精度更高。在测量相同空间以及相同的激光雷达转速的情况下，可以节省一半的测量时间，同时使得单线激光雷达的旋转电机工作时间缩短，从而延长旋转电机的使用寿命。

Description

激光测量系统、激光发射接收模组以及单线激光扫描雷达

技术领域

本发明属于光学测量、光学扫描技术领域，尤其是激光雷达扫描测距技术领域，具体涉及一种激光测量系统、激光发射接收模组以及单线激光扫描雷达。

背景技术

如中国专利文献CN211674058U所示，激光雷达包括旋转平台和激光测距组件，激光测距组件包括激光发射器、激光接收器、安装壳、激光电路板、数据处理电路板，其中数据处理电路板用于对激光测距组件的激光信号进行数据处理，以及检测激光测距组件的转速和位置信号，激光电路板用于控制激光发射器以及激光接收器。

激光电路板固定在安装壳上，激光发射器和激光接收器均设置在安装壳上并与激光电路板电连接，激光电路板与数据处理电路板电连接。数据处理电路板与旋转平台的顶盘固定连接，安装壳与旋转平台的定位柱固定连接，从而实现激光测距组件牢固地安装在旋转平台的顶盘上。

在上述方案中，只有一个激光发射器和一个激光接收器，在激光雷达转速不变的情况下，不能提高激光扫描速度以及扫描精度。

中国专利文献CN108318886A公开了一种激光雷达，包括两个激光测距机构，每个激光测距机构分别包括一个激光发射器和激光接收器，虽然可以提高测量速度，但是大幅增加结构体积以及成本。

另外，激光发射器和激光接收器需要沿水平方向设置以使得激光路径处于同一水平面上，并且激光发射器和激光接收器可以随着旋转平台旋转运动。因此，在上述技术方案中，激光发射器和激光接收器与竖直设置的激光电路板垂直设置，激光发射器和激光接收器与水平设置的数据处理电路板平行设置，难以实现激光雷达结构更紧凑、体积更小的效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供激光测量系统、激光发射接收模组以及单线激光扫描雷达，以解决现有技术的激光雷达，包括两个激光测距机构，每个激光测距机构分别包括一个激光发射器和激光接收器，虽然可以提高测量速度，但是大幅增加结构体积以及成本，并且难以实现激光雷达结构更紧凑、体积更小的问题。

本发明其中一实施例提供了一种激光测量系统，所述激光测量系统包括：

光源发射模块，用于发出发射光；

第一光学元件，用于将所述光源发射模块的发射光反射为第一部分发射光、第二部分发射光；

第一接收模块，用于会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据；以及

第二接收模块，用于会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据；

所述第一部分发射光、所述第二部分发射光、所述第一部分接收光、所述第二部分接收光位于同一水平面上。

在其中一个实施例中，所述光源发射模块包括光源、第一反射镜、第一透镜；所述光源的光轴与水平面垂直，所述第一反射镜与水平面成倾斜设置，所述第一透镜的光轴沿与水平面平行的方向设置，所述光源的光轴及第一透镜的光轴相交于所述第一反射镜同一交点并形成第一垂直面，所述第一反射镜将所述光源向上发出的垂直光反射为水平光并射向所述第一透镜。

在其中一个实施例中，所述第一光学元件为棱镜，所述第一光学元件具有沿竖直方向设置的第一反射面、第二反射面，且所述第一反射面、第二反射面均与水平面垂直，所述第一反射面和第二反射面相交成棱边，所述棱边与水平面垂直，所述棱边位于所述第一垂直面内，且所述棱边与所述光源的光轴平行；所述第一反射面和所述第二反射面相对于所述第一垂直面对称分布。

在其中一个实施例中，所述第一光学元件为镜片组件，第一光学元件包括第一镜片、第二镜片，所述第一镜片上镀有第一光学膜，所述第二镜片上镀有第二光学膜；

所述发射光的一部分被所述第一光学膜反射并得到具有第一偏转角度的第一部分发射光，所述发射光的另一部分穿过所述第一光学膜；

所述第二光学膜用于将穿过所述第一镜片的所述发射光的另一部分全部反射并得到具有第二偏转角度的第二部分发射光。

在其中一个实施例中，所述第一光学膜为半反射半透过膜，所述第二光学膜为全反射膜；和/或，所述第一镜片、所述第二镜片分别与水平面垂直，所述第一镜片与第二镜片之间的夹角为锐角，所述第一部分发射光和所述第二部分发射光的夹角为钝角。

在其中一个实施例中，所述第一接收模块包括第二透镜、第二反射镜、第一接收端，所述第二透镜的光轴平行于水平面，第二反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端位于所述第二反射镜下方，且所述第一接收端为长条状，所述第二反射镜的垂直投影为一个平面，平面的面积远大于长条状的面积；所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射向所述第二反射镜，并经过所述第二反射镜反射至所述第一接收端。

所述第二接收模块包括第三透镜、第三反射镜、第二接收端，所述第三透镜的光轴平行于水平面，第三反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端位于所述第三反射镜下方，且所述第二接收端为长条状，所述第三反射镜的垂直投影为一个平面，平面的面积远大于长条状的面积，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜射向所述第三反射镜，并经过所述第三反射镜反射至所述第二接收端。

在其中一个实施例中，所述第二反射镜与水平面形成第一夹角，所述第三反射镜与水平面形成夹角第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角的度数之和为180度。

在其中一个实施例中，以所述第一垂直面为对称面，所述第一接收模块和所述第二接收模块对称分布在所述第一垂直面的两侧；

所述第一接收模块包括第二透镜、第二反射镜、第一接收端，所述第二透镜的光轴平行于水平面，第二反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端位于所述第二反射镜下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射向所述第二反射镜，并经过所述第二反射镜反射至所述第一接收端；

所述第二接收模块包括第三透镜、第三反射镜、第二接收端，所述第三透镜的光轴平行于水平面，第三反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端位于所述第三反射镜下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜射向所述第三反射镜，并经过所述第三反射镜反射至所述第二接收端。

在其中一个实施例中，所述第二透镜和所述第三透镜的光轴在同一水平线上，以所述第一垂直面为对称面，所述第二透镜和所述第三透镜对称分布在所述第一垂直面两侧，所述第二反射镜和所述第三反射镜对称分布在所述第一垂直面两侧，所述第二反射镜的中心点和所述第三反射镜的中心点位于所述第二透镜的光轴上，所述第二透镜的光轴与所述第一垂直面垂直。

在其中一个实施例中，所述第一反射镜的中心点位于所述第一透镜的光轴上，所述第三反射镜的中心点位于所述第三透镜的光轴上；所述第二反射镜的中心点、第三反射镜的中心点和第一反射镜的中心点构成第一等腰三角形，第二透镜的中心点、第三透镜的中心点和第一透镜的中心点构成第二等腰三角形，第二透镜的中心点和第三透镜的中心点的间距大于第二反射镜的中心点和第三反射镜的中心点的间距。

在其中一个实施例中还提出了一种激光测量系统，所述激光测量系统包括：

光源发射模块，用于发出沿水平方向的发射光；

第一镜片，所述第一镜片上镀有半反射半透过膜；

第二镜片，所述第二镜片上镀有全反射膜；

所述发射光的一部分被所述半反射半透过膜反射并得到具有第一偏转角度的第一部分发射光，所述发射光的另一部分穿过所述半反射半透过膜并射向所述第二镜片；

所述全反射膜用于将穿过所述第一镜片的所述发射光的另一部分全部反射并得到具有第二偏转角度的第二部分发射光；

第一接收模块，用于会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据；以及

第二接收模块，用于会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据。

在其中一个实施例中，所述第一镜片、所述第二镜片分别与水平面垂直，所述第一镜片与第二镜片之间的夹角为锐角，所述第一部分发射光和所述第二部分发射光的夹角为钝角，所述第一部分发射光、所述第二部分发射光位于同一水平面上；

所述光源发射模块包括光源、第一反射镜、第一透镜；所述光源的光轴与水平面垂直，所述第一反射镜与水平面成倾斜设置，所述第一透镜的光轴沿与水平面平行的方向设置，所述光源的光轴及所述第一透镜的光轴相交于所述第一反射镜同一交点，所述第一反射镜将所述光源向上发出的垂直光反射为水平光并射向所述第一透镜。

在其中一个实施例中，所述第一接收模块包括第二透镜、第二反射镜、第一接收端，所述第二透镜的光轴平行于水平面，第二反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端位于所述第二反射镜下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射向所述第二反射镜，并经过所述第二反射镜反射至所述第一接收端；

所述第二接收模块包括第三透镜、第三反射镜、第二接收端，所述第三透镜的光轴平行于水平面，第三反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端位于所述第三反射镜下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜射向所述第三反射镜，并经过所述第三反射镜反射至所述第二接收端。

在其中一个实施例中还提出了一种激光发射接收模组，包括：

上述多个实施例中任意一个所述的激光测量系统；

其中，所述激光发射接收模组包括：

沿水平方向设置的第一电路板，所述第一电路板具有一沿竖直方向设置的旋转中心轴线，所述第一电路板可以围绕所述旋转中心轴线旋转，所述第一电路板至少设有激光发射电路、激光接收电路；

第一安装座，设置在所述第一电路板上，用于设置所述光源发射模块；

第二安装座，设置在所述第一电路板上，用于设置所述第一接收模块；

第三安装座，设置在所述第一电路板上，用于设置所述第二接收模块。

在其中一个实施例中，还包括第二电路板，所述第二电路板沿水平方向设置，所述第二电路板可以围绕所述旋转中心轴线旋转；所述第一电路板位于所述第二电路板之上且间隔设置；所述第二电路板至少设有光通讯接收电路、无线电源发射电路、转速及位置测量电路、接收光信号处理电路中的一种或多种。

在其中一个实施例中还提出了一种单线激光扫描雷达，包括上述多个实施例中任意一个所述的激光发射接收模组。

本发明以上实施例所提供的激光测量系统、激光发射接收模组以及单线激光扫描雷达具有以下有益效果：

1、本发明提出的一种激光测量系统，在激光雷达旋转相同圈数的情况下，本发明相对于现有技术的采集点数量增加一倍，测量精度更高。

2、本发明提出的一种单线激光扫描雷达，在测量相同空间以及相同的激光雷达转速的情况下，本发明的单线激光扫描雷达所需旋转圈数仅为现有技术激光雷达的旋转圈数的50％，从而可以节省一半的测量时间，激光雷达的旋转电机能耗降低50％，也可以使得单线激光扫描雷达的旋转电机工作时间缩短，从而延长旋转电机的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1表示本发明的激光测量系统结构示意图；

图2表示本发明的激光测量系统剖视结构示意图；

图3表示本发明的激光发射接收模组结构示意图；

图4表示本发明的激光发射接收模组俯视示意图；

图5表示本发明的激光发射接收模组正视结构示意图；

图6表示图4中A-A方向的剖视结构示意图；

图7表示图5中B-B方向的剖视结构示意图；

图8表示图5中C-C方向的剖视结构示意图；

图9表示本发明的第一光学元件另一实施例的结构示意图；

图10表示图10中的第一光学元件的剖面图。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及 /或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1-图3，本发明的第一实施例提供了一种激光测量系统100，所述激光测量系统100包括：

光源发射模块110，用于发出发射光；

第一光学元件120，用于将所述光源发射模块110的发射光反射为第一部分发射光、第二部分发射光；

第一接收模块130，用于会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据；以及

第二接收模块140，用于会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据；

所述第一部分发射光、所述第二部分发射光、所述第一部分接收光、所述第二部分接收光位于同一水平面上。

以上实施例提供的激光测量系统100具有以下有益效果：

所述第一部分发射光、所述第二部分发射光、所述第一部分接收光、所述第二部分接收光位于同一水平面上。由于通过第一光学元件120将光源发射模块110发出的发射光反射为第一部分发射光、第二部分发射光，再由第一接收模块130会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据，第二接收模块140会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据。

在本实施例中，激光测量系统100设置在一可沿中心轴旋转的旋转台面上，光源发射模块110包括光源111、第一反射镜112、第一透镜113，其中由光源发射模块110向外发出经过准直的发射光，发射光沿光路照射到第一光学元件120上时，被第一光学元件120反射成第一部分发射光和第二部分发射光。

其中，射出的第一部分发射光探测到物体后返回第一部分接收光，第一部分接收光进入到第一接收模块130时，先经过第二透镜131进行会聚，再进入到第一接收模块130内的第一接收端133，第一接收端133通过将光信号转化为电信号并传输至电路板。

射出的第二部分发射光探测到物体后返回第二部分接收光，第二部分接收光进入到第二接收模块140时，先经过第三透镜141进行会聚，再进入到第二接收模块140内的第二接收端143，第二接收端143通过将光信号转化为电信号并传输至电路板。

在其中一个实施例中，所述光源发射模块110包括光源111、第一反射镜 112、第一透镜113；所述光源111的光轴与水平面垂直，所述第一反射镜112 与水平面成倾斜设置，所述第一透镜113的光轴沿与水平面平行的方向设置，所述光源111的光轴及第一透镜113的光轴相交于所述第一反射镜112同一交点并形成第一垂直面150，所述第一反射镜112将所述光源111向上发出的垂直光反射为水平光并射向所述第一透镜113。

本实施例中的光源发射模块110具有以下有益效果：

在将光源发射模块110安装至可转动的电路板的安装面上时，光源111 的光轴与电路板的旋转中心轴平行，光源111发出的发射光竖直向上照射到与电路板成倾斜设置的第一反射镜112的中心点上，通过第一反射镜112的反射，可以改变发射光的传播路径，令发射光沿与电路板平行的方向向外射出。本实施例中的光源111模块在实现了发射光沿水平方向射出的同时，为后续在电路板的同一平面设置接收模块预留了充足的空间，令激光发射模块和激光接收模块可以平行设置，使得激光的发射与接收路径处于同一水平面上，安装使用时具有结构紧凑，体积小的特点。

在本实施例中，第一反射镜112与水平面之间的形成的夹角度数优选为 45度，当光轴垂直于水平面的发射光照射到第一反射镜112上时，发射光与第一反射镜112之间的入射角为45度且反射角为45度，因此第一反射镜112 令发射光沿与水平面平行的方向射出至第一透镜113。

由于光源111发出的发射光具有较大的发散角，在传播过程中容易出现发散，势必影响激光测量系统100的有效测距范围，因此在本实施例中，在光源发射模块110中增加第一透镜113，对发射光进行准直，以减小发射光的发散角，确保激光测量系统100的有效测距范围。

第一透镜113优选为非球面透镜，其中非球面透镜的曲面从表面中心到边缘的曲率半径逐渐增大，可以最大限度的消除球差，即将光线汇聚到同一点，提供较好光学品质的准直光。第一透镜113的光轴沿水水平面平行的方向设置，令从光源111发出的发射光经过第一反射镜112的反射后进入到第一透镜113内进行准直。

可以理解的，由于光源111的光轴与第一透镜113的光轴相交于第一反射镜112的一交点，根据相交两直线确定一平面的公理，可以得到一个垂直于电路板的第一垂直面150。

在其中一个实施例中，所述第一光学元件120为棱镜，所述第一光学元件120具有沿竖直方向设置的第一反射面、第二反射面，且所述第一反射面、第二反射面均与水平面垂直，所述第一反射面和第二反射面相交成棱边，所述棱边与水平面垂直，所述棱边位于所述第一垂直面150内，且所述棱边与所述光源111的光轴平行；所述第一反射面和所述第二反射面相对于所述第一垂直面150对称分布。

由于第一光学元件120位于所述光源发射模块110的光轴上，第一反射面、第二反射面均与水平面垂直，第一反射面、第二反射面相交形成的棱边垂直于水平面且位于第一垂直面150内，以及第一反射面和第二反射面相对于第一垂直面150对称分布，因此，第一光学元件120可以将光源发射模块 110发出的发射光反射成平行于水平面的第一部分发射光和第二部分发射光，并且可以减少发射光在第一光学元件120的反射过程中的散射。

在本实施例中，所述第一反射面和第二反射面形成的夹角为钝角，第一反射面、第二发射面用于将与第一垂直面150平行的发射光反射为与第一垂直面150对称的第一部分发射光、第二部分反射光，其中第一部分发射光与第二部分发射光的形成的夹角为钝角，即可以同时对两个方向的目标物进行测距。

可以理解的，在激光雷达旋转相同圈数的情况下，对于现有技术的采集点数量增加一倍，测量精度更高。在测量相同空间以及相同的激光雷达转速的情况下，本发明的激光雷达所需旋转圈数仅为现有技术激光雷达的旋转圈数的50％，从而可以节省一半的测量时间，激光雷达的旋转电机能耗降低50％，也可以使得激光雷达的旋转电机工作时间缩短，从而延长旋转电机的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述第一接收模块130包括第二透镜131、第二反射镜132、第一接收端133，所述第二透镜131的光轴平行于水平面，第二反射镜132相对于水平面倾斜设置；第二反射镜132将第二透镜131会聚的平行光反射为垂直光，所述第一接收端133位于所述第二反射镜132下方，且所述第一接收端133为长条状，所述第二反射镜132的垂直投影为一个平面，平面的面积远大于长条状的面积，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射131向所述第二反射镜132，并经过所述第二反射镜132反射至所述第一接收端133。

在本实施例中，采用第二透镜131对第一部分接收光进行会聚，其中第二透镜131的光轴平行于水平面。经过会聚之后的第一部分接收光通过第二反射镜132进行反射，改变第一部分接收光的传播路径，从而将第一部分接收光反射至位于第二反射镜132下方的第一接收端133，由第一接收端133接收第一部分接收光后，将光信号转化为电信号并传输至电路板。

在其中一个实施例中，所述第二接收模块140包括第三透镜141、第三反射镜142、第二接收端143，所述第三透镜141的光轴平行于水平面，第三反射镜142相对于水平面倾斜设置；所述第三反射镜142将所述第三透镜141 会聚的平行光反射为垂直光；所述第二接收端143位于所述第三反射镜142 下方，且所述第二接收端143为长条状，所述第三反射镜142的垂直投影为一个平面，平面的面积远大于长条状的面积，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜141射向所述第三反射镜142，并经过所述第三反射镜142反射至所述第二接收端143。

在本实施例中，采用第三透镜141对第二部分接收光进行会聚，其中第三透镜141的光轴平行于水平面。经过会聚之后的第二部分接收光通过第三反射镜142进行反射，改变第二部分接收光的传播路径，从而将第二部分接收光反射至位于第三反射镜142下方的第二接收端143，由第二接收端143接收第二部分接收光后，将光信号转化为电信号并传输至电路板。

请参照图6，在其中一个实施例中，所述第二反射镜132与水平面形成第一夹角θ1，所述第三反射镜142与水平面形成夹角第二夹角θ2，所述第一夹角θ1与所述第二夹角θ2的度数之和为180度。

在本实施例中，第二反射镜132与水平面之间的形成的第一夹角θ1度数优选为135度，当光轴与水平面平行的第一部分接收光照射到第二反射镜132 上时，第一部分接收光与第二反射镜132之间的入射角为45度且反射角为45 度，因此第二反射镜132令第一部分接收光沿与水平面垂直的方向射出并聚焦在第一接收端133。

可以理解的，第三反射镜142与水平面之间的形成的第二夹角θ2度数优选为45度，当光轴与水平面平行的第二部分接收光照射到第三反射镜142上时，第二部分接收光与第三反射镜142之间的入射角为45度且反射角为45 度，因此第三反射镜142令第二部分接收光沿与水平面垂直的方向射出并聚焦在第二接收端143。

在其中一个实施例中，以所述第一垂直面150为对称面，所述第一接收模块130和所述第二接收模块140对称分布在所述第一垂直面150的两侧；

所述第一接收模块130包括第二透镜131、第二反射镜132、第一接收端 133，所述第二透镜131的光轴平行于水平面，第二反射镜132相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端133位于所述第二反射镜132下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射131向所述第二反射镜132，并经过所述第二反射镜132反射至所述第一接收端133；

所述第二接收模块140包括第三透镜141、第三反射镜142、第二接收端 143，所述第三透镜141的光轴平行于水平面，第三反射镜142相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端143位于所述第三反射镜142下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜141射向所述第三反射镜142，并经过所述第三反射镜142反射至所述第二接收端143。

在本实施例中，以第一垂直面150为对称面，第一接收模块130和第二接收模块140对称分布在第一垂直面150的两侧。在激光雷达旋转若干圈对周围的被探测物体进行测距时，光源发射模块110发出发射光后，第一接收模块130接收到被探测物体后反射的第一部分接收光得到第一接收时间，第二接收模块140接收到同一被探测物体后反射的第二部分接收光得到第二接收时间，第一接收时间与第二接收时间相同，令激光雷达得到测距信息更加精确。

在其中一个实施例中，所述第二透镜131和所述第三透镜141的光轴在同一水平线上，以所述第一垂直面150为对称面，所述第二透镜131和所述第三透镜141对称分布在所述第一垂直面150两侧，所述第二反射镜132和所述第三反射镜142对称分布在所述第一垂直面150两侧，所述第二反射镜 132的中心点和所述第三反射镜142的中心点位于所述第二透镜131的光轴上，所述第二透镜131的光轴与所述第一垂直面150垂直。

在本实施例中，第二透镜131和第三透镜141都是接收同一光源发射模块110的发射光接触到被探测物体后的接收光，避免成像信息出现错位，同时令第二透镜131和第三透镜141光轴同轴，可以更加便于将被探测物体的测距信息重合，减少偏差。

请参照图7，在其中一个实施例中，所述第一反射镜112的中心点位于所述第一透镜113的光轴上，所述第二反射镜132的中心点位于所述第二透镜 131的光轴上，所述第三反射镜142的中心点位于所述第三透镜141的光轴上；所述第二反射镜132的中心点、第三反射镜142的中心点和第一反射镜112 的中心点构成第一等腰三角形，第二透镜131的中心点、第三透镜141的中心点和第一透镜113的中心点构成第二等腰三角形，第二透镜131的中心点和第三透镜141的中心点的间距大于第二反射镜132的中心点和第三反射镜 142的中心点的间距。

请参照图3-图8，在其中一个实施例中还提出了一种激光发射接收模组200，包括：

上述多个实施例中任意一个所述的激光测量系统100；

其中，所述激光发射接收模组200包括：

沿水平方向设置的第一电路板210，所述第一电路板210具有一沿竖直方向设置的旋转中心轴线211，所述第一电路板可以围绕所述旋转中心轴线211 旋转，所述第一电路板210至少设有激光发射电路、激光接收电路；

第一安装座220，设置在所述第一电路板210上，用于设置所述光源发射模块110；

第二安装座230，设置在所述第一电路板210上，用于设置第一接收模块 130；

第三安装座240，设置在所述第一电路板210上，用于设置第二接收模块 140。

在本实施例中，第一安装座220内的光源111垂直向上发出发射光，该发射光经过第一反射镜112的反射后，沿水平方向通过第一透镜113并射向第一光学元件120，第一光学元件120将第一部分发射光向第一垂直面150的一侧反射，第一光学元件120将第二部分发射光向第一垂直面150的另一侧反射。

第二安装座230内的第一接收模块130接收第一部分发射光探测到物体后返回的第一部分接收光，第一部分接收光经由第二透镜131射向第二反射镜132，并经过第二反射镜132反射后射向第一接收端133。第一接收端133 用于感应第一部分接收光并输出第一测量数据。

第三安装座240内的第二接收模块140接收第二部分发射光探测到物体后返回的第二部分接收光，第二部分接收光经由第三透镜141射向第三反射镜142，并经过第三反射镜142反射后射向第二接收端143。第二接收端143 用于感应第二部分接收光并输出第二测量数据。

在其中一个实施例中，所述第一安装座220包括：

入光孔221，位于所述第一安装座220底部，用于设置所述光源111；所述入光孔221的中心对称轴与所述第一电路板210的旋转中心轴所处的平面为第一垂直面150；

出光孔222，位于所述第一安装座220一侧，用于设置所述第一透镜113；所述出光孔222的中心对称轴平行于所述第一电路板210；所述出光孔222的中心对称轴与所述入光孔221的中心对称轴相交且位于所述第一垂直面150 上；

第一安装斜面223，位于所述第一安装座220相对于所述出光孔222的另一侧，用于设置所述第一反射镜112；所述第一安装斜面223垂直于所述第一垂直面150；所述入光孔221的中心对称轴与所述出光孔222的中心对称轴相交于所述第一安装斜面223上的一点；

第一安装凹槽224，位于所述第一安装座220靠近所述出光孔222的一侧，并且位于出光孔222的光轴方向上，用于设置所述第一光学元件120。

在其中一个实施例中，所述第二安装座230包括：

第一反射光接收口231，位于所述第二安装座230一侧，用于设置第二透镜131；所述第一反射光接收口231的中心对称轴与所述第一电路板210平行，且所述第一反射光接收口231的中心对称轴且垂直于所述第一垂直面150；

第一容置端口232，位于所述第二安装座230底部，用于设置第一接收端 133；所述第一容置端口232的中心对称轴与所述第一电路板210垂直，且所述第一容置端口232的中心对称轴与所述第一反射光接收口231的中心对称轴垂直相交；

第二安装斜面，位于所述第二安装座230远离于第一反射光接收口231 的一侧，用于设置第二反射镜132；所述第一反射光接收口231的中心对称轴与第一容置端口232的中心对称轴的相交点位于所述第二安装斜面上。

在其中一个实施例中，所述第三安装座240包括：

第二反射光接收口241，位于所述第三安装座240一侧，用于设置第三透镜141；所述第二反射光接收口241的中心对称轴与所述第一电路板210平行，且所述第二反射光接收口241的中心对称轴且垂直于所述第一垂直面150；

第二容置端口242，位于所述第三安装座240底部，用于设置第二接收端 143；所述第二容置端口242的中心对称轴与所述第一电路板210垂直，且所述第二容置端口242的中心对称轴与所述第二反射光接收口241的中心对称轴垂直相交；

第三安装斜面，位于所述第三安装座240远离于第二反射光接收口241 的一侧，用于设置第三反射镜142；所述第二反射光接收口241的中心对称轴与第二容置端口242的中心对称轴的相交点位于所述第三反射镜142上。

在其中一个实施例中，还包括第二电路板，所述第二电路板沿水平方向设置，所述第二电路板可以围绕所述旋转中心轴线211旋转；所述第一电路板210位于所述第二电路板之上且间隔设置；所述第二电路板至少设有光通讯接收电路、无线电源发射电路、转速及位置测量电路、接收光信号处理电路中的一种或多种。

可以理解的，本实施例所提到的激光发射接收模组200中的第一电路板 210与第二电路板平行设置，从而达到紧凑结构设计的效果，并且可以根据需要拓展接入其他处理电路。

在其中一个实施例中还提出了一种单线激光扫描雷达，包括上述多个实施例中任意一个所述的激光发射接收模组200。

在本实施例中，单线激光扫描雷达包括由旋转电机驱动的一可沿中心轴旋转的旋转台面，激光发射接收模组200设置在的旋转台面上，其中的光源发射模块110包括光源111、第一反射镜112、第一透镜113，其中由光源发射模块110向外发出经过准直的发射光，发射光沿光路照射到第一光学元件 120上时，被第一光学元件120反射成第一部分发射光和第二部分发射光。

其中，射出的第一部分发射光探测到物体后返回第一部分接收光，第一部分接收光进入到第一接收模块130时，先经过第二透镜131进行会聚，再进入到第一接收模块130内的接收端，接收端通过将光信号转化为电信号并传输至第一电路板210。

射出的第二部分发射光探测到物体后返回第二部分接收光，第二部分接收光进入到第二接收模块140时，先经过第三透镜141进行会聚，再进入到第二接收模块140内的接收端，接收端通过将光信号转化为电信号并传输至第一电路板210。

在激光扫描雷达旋转相同圈数的情况下，相对于现有技术的采集点数量增加一倍，测量精度更高。在测量相同空间以及相同的激光雷达转速的情况下，本发明的单线激光扫描雷达所需旋转圈数仅为现有技术激光雷达的旋转圈数的50％，从而可以节省一半的测量时间，激光雷达的旋转电机能耗降低 50％，也可以使得激光雷达的旋转电机工作时间缩短，从而延长旋转电机的使用寿命。

本发明的第二实施例提供了另一结构的第一光学元件，如图9、图10所示，所述第一光学元件120为镜片组件，第一光学元件120包括第一镜片121、第二镜片122，所述第一镜片121上镀有第一光学膜，所述第二镜片122上镀有第二光学膜；

所述发射光的一部分被所述第一光学膜反射并得到具有第一偏转角度的第一部分发射光，所述发射光的另一部分穿过所述第一光学膜；

所述第二光学膜用于将穿过所述第一镜片121的所述发射光的另一部分全部反射并得到具有第二偏转角度的第二部分发射光。

在其中一个实施例中，所述第一光学膜为半反射半透过膜，所述第二光学膜为全反射膜；和/或，所述第一镜片121、所述第二镜片122分别与水平面垂直，所述第一镜片121与第二镜片122之间的夹角为锐角，所述第一部分发射光和所述第二部分发射光的夹角为钝角。

本实例的第一光学元件可以用在上述多个实施例中任意一个所述的激光测量系统100、激光发射接收模组200以及激光扫描雷达中。

在本实施例中，当光源模组110的发射光沿光路方向射出时，先进入到第一光学元件120中的第一镜片121内，由于第一镜片121镀有半透半反射膜，对发射光同时具有反射和透过作用，因此当发射光经过第一镜片121以后，会分成被第一镜片121反射的具有初始发射光一半的光强的第一部分发射光，以及穿过第一镜片121后具有初始发射光一半光强的第二部分发射光，由于第二镜片122镀有全反射膜，第二部分发射光在进入到第二镜片122时，会被第二镜片122全反射向另一方向。

进一步的，由于第一光学元件是通过第一镜片和第二镜片将发射光反射成第一部分发射光和第二部分发射光，因此，只需要调整第一镜片或第二镜片相对于第一垂直面的安装角度，即可控制第一部分发射光或第二部分发射光的出射角度，可以灵活的调整第一发射光与第二发射光形成的夹角大小。

本发明的第三实施例提供了一种激光测量系统，如图9、图10所示，所述激光测量系统100包括：

光源发射模块110，用于发出沿水平方向的发射光；

第一镜片121，所述第一镜片121上镀有半反射半透过膜；

第二镜片122，所述第二镜片122上镀有全反射膜；

所述发射光的一部分被所述半反射半透过膜反射并得到具有第一偏转角度的第一部分发射光，所述发射光的另一部分穿过所述半反射半透过膜并射向所述第二镜片122；

所述全反射膜用于将穿过所述第一镜片121的所述发射光的另一部分全部反射并得到具有第二偏转角度的第二部分发射光；

第一接收模块130，用于会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据；以及

第二接收模块140，用于会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据。

在其中一个实施例中，所述第一镜片121、所述第二镜片122分别与水平面垂直，所述第一镜片121与第二镜片122之间的夹角为锐角，所述第一部分发射光和所述第二部分发射光的夹角为钝角；所述第一部分发射光、所述第二部分发射光位于同一水平面上；

所述光源发射模块110包括光源111、第一反射镜112、第一透镜113；所述光源111的光轴与水平面垂直，所述第一反射镜112与水平面成倾斜设置，所述第一透镜113的光轴沿与水平面平行的方向设置，所述光源111的光轴及所述第一透镜113的光轴相交于所述第一反射镜112同一交点，所述第一反射镜111将所述光源向上发出的垂直光反射为水平光并射向所述第一透镜113。

在其中一个实施例中，所述第一接收模块130包括第二透镜131、第二反射镜132、第一接收端133，所述第二透镜131的光轴平行于水平面，第二反射镜132相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端133位于所述第二反射镜 132下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射131向所述第二反射镜132，并经过所述第二反射镜132反射至所述第一接收端133；

所述第二接收模块140包括第三透镜141、第三反射镜142、第二接收端 143，所述第三透镜141的光轴平行于水平面，第三反射镜142相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端143位于所述第三反射镜142下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜141射向所述第三反射镜142，并经过所述第三反射镜142反射至所述第二接收端143。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种激光测量系统，其特征在于，所述激光测量系统包括：

光源发射模块，用于发出发射光；

第一光学元件，用于将所述光源发射模块的发射光反射为第一部分发射光、第二部分发射光；

第一接收模块，用于会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据；以及

第二接收模块，用于会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据；

所述第一部分发射光、所述第二部分发射光、所述第一部分接收光、所述第二部分接收光位于同一水平面上。

2.如权利要求1所述的激光测量系统，其特征在于，所述光源发射模块包括光源、第一反射镜、第一透镜；所述光源的光轴与水平面垂直，所述第一反射镜与水平面成倾斜设置，所述第一透镜的光轴沿与水平面平行的方向设置，所述光源的光轴及所述第一透镜的光轴相交于所述第一反射镜同一交点并形成第一垂直面，所述第一反射镜将所述光源向上发出的垂直光反射为水平光并射向所述第一透镜。

3.如权利要求2所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一光学元件为棱镜，所述第一光学元件具有沿竖直方向设置的第一反射面、第二反射面，且所述第一反射面、第二反射面均与水平面垂直，所述第一反射面和第二反射面相交成棱边，所述棱边与水平面垂直，所述棱边位于所述第一垂直面内，且所述棱边与所述光源的光轴平行；所述第一反射面和所述第二反射面相对于所述第一垂直面对称分布。

4.如权利要求1所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一光学元件为镜片组件，第一光学元件包括第一镜片、第二镜片，所述第一镜片上镀有第一光学膜，所述第二镜片上镀有第二光学膜；

所述发射光的一部分被所述第一光学膜反射并得到具有第一偏转角度的第一部分发射光，所述发射光的另一部分穿过所述第一光学膜；

所述第二光学膜用于将穿过所述第一镜片的所述发射光的另一部分全部反射并得到具有第二偏转角度的第二部分发射光。

5.如权利要求4所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一光学膜为半反射半透过膜，所述第二光学膜为全反射膜；和/或，所述第一镜片、所述第二镜片分别与水平面垂直，所述第一镜片与第二镜片之间的夹角为锐角，所述第一部分发射光和所述第二部分发射光的夹角为钝角。

6.如权利要求2-6任意一项所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一接收模块包括第二透镜、第二反射镜、第一接收端，所述第二透镜的光轴平行于水平面，第二反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端位于所述第二反射镜下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射向所述第二反射镜，并经过所述第二反射镜反射至所述第一接收端；

所述第二接收模块包括第三透镜、第三反射镜、第二接收端，所述第三透镜的光轴平行于水平面，第三反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端位于所述第三反射镜下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜射向所述第三反射镜，并经过所述第三反射镜反射至所述第二接收端。

7.如权利要求6所述的激光测量系统，其特征在于，所述第二反射镜与水平面形成第一夹角，所述第三反射镜与水平面形成夹角第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角的度数之和为180度。

8.如权利要求2所述的激光测量系统，其特征在于，以所述第一垂直面为对称面，所述第一接收模块和所述第二接收模块对称分布在所述第一垂直面的两侧；

所述第一接收模块包括第二透镜、第二反射镜、第一接收端，所述第二透镜的光轴平行于水平面，第二反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端位于所述第二反射镜下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射向所述第二反射镜，并经过所述第二反射镜反射至所述第一接收端；

所述第二接收模块包括第三透镜、第三反射镜、第二接收端，所述第三透镜的光轴平行于水平面，第三反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端位于所述第三反射镜下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜射向所述第三反射镜，并经过所述第三反射镜反射至所述第二接收端。

9.如权利要求8所述的激光测量系统，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜的光轴在同一水平线上，以所述第一垂直面为对称面，所述第二透镜和所述第三透镜对称分布在所述第一垂直面两侧，所述第二反射镜和所述第三反射镜对称分布在所述第一垂直面两侧，所述第二反射镜的中心点和所述第三反射镜的中心点位于所述第二透镜的光轴上，所述第二透镜的光轴与所述第一垂直面垂直。

10.如权利要求8所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一反射镜的中心点位于所述第一透镜的光轴上，所述第三反射镜的中心点位于所述第三透镜的光轴上；所述第二反射镜的中心点、第三反射镜的中心点和第一反射镜的中心点构成第一等腰三角形，第二透镜的中心点、第三透镜的中心点和第一透镜的中心点构成第二等腰三角形，第二透镜的中心点和第三透镜的中心点的间距大于第二反射镜的中心点和第三反射镜的中心点的间距。

11.一种激光测量系统，其特征在于，所述激光测量系统包括：

光源发射模块，用于发出沿水平方向的发射光；

第一镜片，所述第一镜片上镀有半反射半透过膜；

第二镜片，所述第二镜片上镀有全反射膜；

所述发射光的一部分被所述半反射半透过膜反射并得到具有第一偏转角度的第一部分发射光，所述发射光的另一部分穿过所述半反射半透过膜并射向所述第二镜片；

所述全反射膜用于将穿过所述第一镜片的所述发射光的另一部分全部反射并得到具有第二偏转角度的第二部分发射光；

第一接收模块，用于会聚第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光，并输出第一测量数据；以及

第二接收模块，用于会聚第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光，并输出第二测量数据。

12.如权利要求11所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一镜片、所述第二镜片分别与水平面垂直，所述第一镜片与第二镜片之间的夹角为锐角，所述第一部分发射光和所述第二部分发射光的夹角为钝角，所述第一部分发射光、所述第二部分发射光位于同一水平面上；

所述光源发射模块包括光源、第一反射镜、第一透镜；所述光源的光轴与水平面垂直，所述第一反射镜与水平面成倾斜设置，所述第一透镜的光轴沿与水平面平行的方向设置，所述光源的光轴及所述第一透镜的光轴相交于所述第一反射镜同一交点，所述第一反射镜将所述光源向上发出的垂直光反射为水平光并射向所述第一透镜。

13.如权利要求11-12任意一项所述的激光测量系统，其特征在于，所述第一接收模块包括第二透镜、第二反射镜、第一接收端，所述第二透镜的光轴平行于水平面，第二反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第一接收端位于所述第二反射镜下方，所述第一部分发射光被探测物反射后的第一部分接收光经过所述第二透镜射向所述第二反射镜，并经过所述第二反射镜反射至所述第一接收端；

所述第二接收模块包括第三透镜、第三反射镜、第二接收端，所述第三透镜的光轴平行于水平面，第三反射镜相对于水平面倾斜设置，所述第二接收端位于所述第三反射镜下方，所述第二部分发射光被探测物反射后的第二部分接收光经过所述第三透镜射向所述第三反射镜，并经过所述第三反射镜反射至所述第二接收端。

14.一种激光发射接收模组，其特征在于，包括：

如权利要求1-13任意一项所述的激光测量系统；

其中，所述激光发射接收模组包括：

沿水平方向设置的第一电路板，所述第一电路板具有一沿竖直方向设置的旋转中心轴线，所述第一电路板可以围绕所述旋转中心轴线旋转，所述第一电路板至少设有激光发射电路、激光接收电路；

第一安装座，设置在所述第一电路板上，用于设置所述光源发射模块；

第二安装座，设置在所述第一电路板上，用于设置所述第一接收模块；

第三安装座，设置在所述第一电路板上，用于设置所述第二接收模块。

15.如权利要求14所述的激光发射接收模组，其特征在于，还包括第二电路板，所述第二电路板沿水平方向设置，所述第二电路板可以围绕所述旋转中心轴线旋转；所述第一电路板位于所述第二电路板之上且间隔设置；所述第二电路板至少设有光通讯接收电路、无线电源发射电路、转速及位置测量电路、接收光信号处理电路中的一种或多种。

16.一种单线激光扫描雷达，其特征在于，包括如权利要求14-15任意一项所述的激光发射接收模组。

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