CN117890885B - 一种激光雷达扫描机构及其扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达扫描机构及其扫描方法，该扫描机构包括转台、转轴、激光源和液晶屏，其中，转轴安装在转台上，激光源安装在转轴上，液晶屏位于激光源的一侧，液晶屏包括第一液晶屏和第二液晶屏，第一液晶屏和第二液晶屏的屏幕形状为圆弧面，该圆弧面的圆心为激光源所在位置。本发明仅需一个转轴即可实现激光在两个不平行的方向进行扫描，单轴驱动的方式简化了扫描机构的结构和装配难度，降低了强度振动的影响，减轻了扫描机构的总重量和成本，通过转轴旋转驱动激光源实现第一个方向的旋转从而实现扫描功能，通过控制液晶屏的光学透过率和光学透明点可以实现第二个方向的扫描。

Description

一种激光雷达扫描机构及其扫描方法

技术领域

本发明属于激光雷达扫描技术领域，主要用于扫描仪中，尤其是激光雷达扫描机构中，尤其涉及一种激光雷达扫描机构及其扫描方法。

背景技术

激光雷达可用于自动驾驶、三维测绘等领域，应用范围广泛、价值高。大多数的激光雷达在内部结构上都包含一个反射出射激光的扫描机构，扫描机构可以帮助激光在不同的方向进行扫描。

目前，很多激光雷达的扫描机构采用的都是两套相互独立的转子系统，实现激光出射光在两个不同方向上进行扫描，从而实现激光的面扫描。相对应地，此种方案需要在两个不同的转子系统上各自安装独立的驱动电机，当扫描机构工作时，由于两个方向的高速转动，激光雷达会产生机械振动、材料变形等结构强度问题，这些都会影响激光雷达的性能。而且双转子系统由于其结构复杂，导致了质量大、使用运行成本高等产品劣势。

针对上述问题，本发明亟需一种的激光雷达扫描方案，使得扫描机构可以经由单轴驱动，且实现激光的面扫描，简化扫描机构的结构复杂度，降低扫描机构的重量，也可以改善结构强度问题从而提高产品寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种激光雷达扫描机构及其扫描方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明实施例第一方面提供了一种激光雷达扫描机构，包括：

转台；

转轴，安装在所述转台上；

激光源，安装在所述转轴上；和

液晶屏，位于所述激光源的一侧，所述液晶屏包括第一液晶屏和第二液晶屏，所述第一液晶屏和所述第二液晶屏的屏幕形状为圆弧面，该圆弧面的圆心为所述激光源所在位置。

进一步地，所述转轴的一端位于所述转台的中心位置处；

所述转轴上安装有所述激光源的位置处设置有凸起部，所述凸起部为头部呈尖锐状的光纤。

进一步地，所述激光源为能够向所述液晶屏的方向均匀发光的激光源。

进一步地，所述第一液晶屏和所述第二液晶屏上包括光学透明点和其它区域，所述激光源出射的激光仅通过光学透明点，其它区域不透光。

进一步地，所述第一液晶屏和所述第二液晶屏上的光学透明点的连线的延长线始终通过所述激光源，所述第一液晶屏和所述第二液晶屏上的光学透明点的连线为激光的出射方向。

进一步地，所述第一液晶屏上的光学透明点和所述第二液晶屏上的光学透明点的变化方向相同。

进一步地，所述第一液晶屏的圆弧面和所述第二液晶屏的圆弧面位于所述激光源的同一侧，且所述第一液晶屏的圆弧面和所述第二液晶屏的圆弧面位于相同方向。

进一步地，所述扫描机构还包括驱动电机，所述驱动电机与所述转台相连。

本发明实施例第二方面提供了一种基于上述的激光雷达扫描机构的扫描方法，包括：

打开驱动电机和所述激光源；

使用驱动电机驱动所述转台转动；

所述转台转动带动所述转轴转动；

所述转轴转动驱动所述扫描机构，带动所述液晶屏旋转，同时所述激光源向所述液晶屏的方向均匀发出激光，实现所述扫描机构在第一个扫描方向的扫描；

通过调整所述第一液晶屏和所述第二液晶屏上的光学透明点的变化方向，实现所述扫描机构在第二个扫描方向的扫描；

通过对所述第一液晶屏和所述第二液晶屏上不同区域的光学透过率和光学透明点大小进行调整，以实现对扫描方向和扫描速度的调节。

进一步地，所述扫描机构的第一个扫描方向为所述液晶屏的旋转方向；

所述扫描机构的第二个扫描方向为所述第一液晶屏和所述第二液晶屏上的光学透明点的变化方向。

本发明的有益效果是，本发明仅需单轴驱动即可对两个不平行的方向进行扫描，可以在实现激光的面扫描的前提下，降低扫描机构的机械复杂程度，减少结构的总质量；本发明可以有效降低装配难度和成本，同时也有利于缓解结构强度方面的问题，有利于降低强度振动的影响；本发明有助于提高激光雷达的测量精度、使用寿命和可靠性；本发明可以通过对液晶屏不同时刻不同位置光学透过率和光学透明点大小的控制从而实现对扫描的方向和速度进行调节，可以大幅度提高扫描的速度，在一定程度上降低了扫描速度受到的机械限制。

附图说明

图1是本发明的激光雷达扫描机构的结构示意图；

图2是本发明的液晶屏上光学透明点的变化示意图；

图3是本发明的激光雷达扫描机构中转台的旋转示意图；

图4是本发明的激光源发出激光覆盖液晶屏的实现方式示意图；

图5是本发明的激光雷达扫描机构的扫描方法的原理图；

图6是本发明的激光雷达扫描机构的扫描方法的流程图。

图中，转台1、转轴2、凸起部21、激光源3、液晶屏4、第一液晶屏41、第二液晶屏42。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。显而易见地，下面描述中使用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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参见图1，本发明的激光雷达扫描机构包括转台1、转轴2、激光源3和液晶屏4。其中，转轴2安装在转台1上；激光源3安装在转轴2上；液晶屏4位于激光源3的一侧，液晶屏4包括第一液晶屏41和第二液晶屏42，第一液晶屏41和第二液晶屏42的屏幕形状为圆弧面，该圆弧面的圆心为激光源3所在位置。

进一步地，转轴2的一端位于转台1的中心位置处，转轴2上安装有激光源3的位置处设置有凸起部21，该凸起部21为头部呈尖锐状的光纤，如图4所示。转台1转动时带动转轴2转动，以带动扫描机构旋转，旋转方向如图3所示，旋转方向即为扫描机构的第一个扫描方向。

进一步地，激光源3为能够向液晶屏4的方向均匀发光的激光源。激光源3发出的激光为单色激光，激光照射范围可以覆盖整个液晶屏4，其实现方式如图4所示，激光源3安装在转轴2上，激光源3发出的激光从凸起部21发射出来，即激光从头部呈尖锐状的光纤端口发射出来，由于光纤头部呈现出尖锐状，因此激光有一定发散角，确保此发散角可以覆盖液晶屏4。

进一步地，第一液晶屏41和第二液晶屏42上包括光学透明点和其它区域，激光源3出射的激光只能经过光学透明点出射，其它区域不透光，通过对第一液晶屏41和第二液晶屏42上不同时刻不同区域的光学透过率和光学透明点大小进行控制以实现对扫描方向和扫描速度的调节，可以大幅度提高扫描的速度，在一定程度上降低扫描速度受到的机械限制。

需要说明的是，第一液晶屏41和第二液晶屏42上不同时刻不同区域的光学透过率和光学透明点大小、变化规律可以由程序控制。液晶屏4即第一液晶屏41和第二液晶屏42为透明显示屏，即有的时候是全黑不透光的显示屏，有的时候是透明玻璃。显示屏显示的内容和变化规律可以根据实际需要进行设计，需要的效果可以由芯片、计算机程序对屏幕进行控制从而实现。显示屏上不同区域的全黑或者透明效果可以决定激光是否透过液晶屏4，可以通过控制显示屏上光学透明点的大小从而控制激光透过光斑的大小，可以通过控制显示屏上透明区域的移动方向和速度控制激光的扫描方向和速度。例如，程序控制的光学透明点的变化方向如图2所示，光学透明点的大小和速度可根据实际需求进行调整和设计。

进一步地，第一液晶屏41和第二液晶屏42上的光学透明点的连线的延长线始终通过激光源3，第一液晶屏41和第二液晶屏42上的光学透明点的连线为激光的出射方向。

进一步地，第一液晶屏41上的光学透明点和第二液晶屏42上的光学透明点的变化方向相同，始终保持相同，如图2所示，光学透明点的变化方向即为扫描机构的第二个扫描方向。

进一步地，第一液晶屏41的圆弧面和第二液晶屏42的圆弧面位于激光源3的同一侧，且第一液晶屏41的圆弧面和第二液晶屏42的圆弧面位于相同方向，如图1所示。

在另外一些实施例中，本发明所述激光雷达扫描机构还包括一个驱动电机，驱动电机与转台1相连，当驱动电机转动时，带动转台1转动，转台1转动带动转轴2转动，转轴2转动带动扫描机构转动。本发明仅需要一个驱动电机，不再需要多个驱动电机，仅需要单轴即可驱动扫描机构，简化了扫描机构的结构复杂度，降低了扫描机构的重量。

值得一提的是，本发明实施例还提供了一种扫描方法，基于上述实施例中的激光雷达扫描机构进行，该扫描机构实现扫描的原理如图5所示。

参见图6，该扫描方法具体包括以下步骤：

（a）打开驱动电机和激光源3。

（b）使用驱动电机驱动转台1转动。

（c）转台1转动带动转轴2转动。

（d）转轴2转动驱动扫描机构，带动液晶屏4旋转，同时激光源3向液晶屏4的方向均匀发出激光，实现扫描机构在第一个扫描方向的扫描。

进一步地，扫描机构的第一个扫描方向为液晶屏4的旋转方向。

（e）通过调整第一液晶屏41和第二液晶屏42上的光学透明点的变化方向，实现扫描机构在第二个扫描方向的扫描。

进一步地，扫描机构的第二个扫描方向为第一液晶屏41和第二液晶屏42上的光学透明点的变化方向。

（f）通过对第一液晶屏41和第二液晶屏42上不同区域的光学透过率和光学透明点大小进行调整，以实现对扫描方向和扫描速度的调节。

本发明仅需单轴驱动即可对两个不平行的方向进行扫描，可以在实现激光的面扫描的前提下，降低扫描机构的机械复杂程度，降低了扫描机构的装配难度，减少了扫描机构的总质量；本发明可以有效降低装配难度和成本，同时也有利于缓解结构强度方面的问题，有利于降低强度振动的影响；本发明有助于提高激光雷达的测量精度、使用寿命和可靠性；本发明通过转轴2旋转驱动激光源3实现第一个方向的旋转从而实现扫描功能，通过对液晶屏不同时刻不同位置光学透过率和光学透明点大小的控制从而实现对扫描的方向和速度进行调节，实现第二个方向的扫描，可以大幅度提高扫描的速度，在一定程度上降低了扫描速度受到的机械限制。

以上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精神和范围。

Claims (9)

1.一种激光雷达扫描机构，其特征在于，包括：

转台(1)；

转轴(2)，安装在所述转台(1)上；

激光源(3)，安装在所述转轴(2)上；和

液晶屏(4)，位于所述激光源(3)的一侧，所述液晶屏(4)包括第一液晶屏(41)和第二液晶屏(42)，所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)的屏幕形状为圆弧面，该圆弧面的圆心为所述激光源(3)所在位置；

其中，所述转轴(2)的一端位于所述转台(1)的中心位置处；所述转轴(2)上安装有所述激光源(3)的位置处设置有凸起部(21)，所述凸起部(21)为头部呈尖锐状的光纤。

2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描机构，其特征在于，所述激光源(3)为能够向所述液晶屏(4)的方向均匀发光的激光源。

3.根据权利要求1所述的激光雷达扫描机构，其特征在于，所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)上包括光学透明点和其它区域，所述激光源(3)出射的激光仅通过光学透明点，其它区域不透光。

4.根据权利要求3所述的激光雷达扫描机构，其特征在于，所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)上的光学透明点的连线的延长线始终通过所述激光源(3)，所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)上的光学透明点的连线为激光的出射方向。

5.根据权利要求3所述的激光雷达扫描机构，其特征在于，所述第一液晶屏(41)上的光学透明点和所述第二液晶屏(42)上的光学透明点的变化方向相同。

6.根据权利要求1所述的激光雷达扫描机构，其特征在于，所述第一液晶屏(41)的圆弧面和所述第二液晶屏(42)的圆弧面位于所述激光源(3)的同一侧，且所述第一液晶屏(41)的圆弧面和所述第二液晶屏(42)的圆弧面位于相同方向。

7.根据权利要求1所述的激光雷达扫描机构，其特征在于，所述扫描机构还包括驱动电机，所述驱动电机与所述转台(1)相连。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的激光雷达扫描机构的扫描方法，其特征在于，包括：

打开驱动电机和所述激光源(3)；

使用驱动电机驱动所述转台(1)转动；

所述转台(1)转动带动所述转轴(2)转动；

所述转轴(2)转动驱动所述扫描机构，带动所述液晶屏(4)旋转，同时所述激光源(3)向所述液晶屏(4)的方向均匀发出激光，实现所述扫描机构在第一个扫描方向的扫描；

通过调整所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)上的光学透明点的变化方向，实现所述扫描机构在第二个扫描方向的扫描；

通过对所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)上不同区域的光学透过率和光学透明点大小进行调整，以实现对扫描方向和扫描速度的调节。

9.根据权利要求8所述的扫描方法，其特征在于，所述扫描机构的第一个扫描方向为所述液晶屏(4)的旋转方向；

所述扫描机构的第二个扫描方向为所述第一液晶屏(41)和所述第二液晶屏(42)上的光学透明点的变化方向。