CN209215576U - 一种共轴多倍频激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扫描精度较高的共轴多倍频激光雷达，光源、第二反射镜、整形透镜和第一反射镜依次设置；第二反射镜设置有第二反射镜面，第二反射镜设置有透光孔；光源位于第二反射镜面背面的一侧，且使光源发出的测量激光穿过透光孔；再由整形透镜折射后平行于主光轴射出，形成整形激光；光源、整形透镜与透光孔共轴设置；第一反射镜与电机连接，第一反射镜绕轴心线转动；第一反射镜具有第一反射镜面，第一反射镜为正棱台结构；第一反射镜的轴心线与整形激光相垂直；接收传感器位于第二反射镜的上方，且使被测物反射光在第二反射镜面的反射下聚焦在接收传感器上。通过减小探测时长，增加单位时间内的扫描切片密度，提高测量精度，可靠性强。

Description

一种共轴多倍频激光雷达

技术领域

本实用新型涉及一种激光测量装置，尤其涉及一种共轴多倍频激光雷达。

背景技术

公知的：激光扫描仪是利用时间飞行原理来测量工件的尺寸及形状等的一种仪器。激光的时间飞行原理为：激光发射器发出激光脉冲波，内部定时器开始计算时间t1，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光时，停止内部定时器t2，激光雷达到物体的距离为：S＝C×(t2-t1)/2，其中C为光速。

激光扫描仪的测量原理：激光发射器发出激光脉冲波，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，且返回波的能量足以触发门槛值，激光扫描器计算它到物体的距离值；激光扫描器连续不停地发射激光脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个二维区域的扫描。此二维区域的扫描可以实现以下两个功能：1)在扫描器的扫描范围内，设置不同形状的保护区域，当有物体进入该区域时，发出报警信号；2)在扫描器的扫描范围内，扫描器输出每个测量点的距离，根据此距离信息，可以计算物体的外形轮廓，坐标定位。

授权公告号为CN105759253B的专利文件公开了一种激光扫描测距仪。光源发射出测量激光，测量激光射入到反射镜的透光孔内，由于透光孔内设置有反光板，因此测量激光射在透光孔内的反光板上，测量激光通过反光板反射沿水平方向发射出去。当测量激光遇到被测物体时，在被测物表面发生反射，反射回一束被测物反射光，反射回来的被测物反射光照射在反射镜的反射镜面上，通过反射镜面的反射改变光的路径，使得反射镜反射出向上的反射镜反射光，反射镜反射光照射在反射镜上方的聚焦透镜上，反射镜反射光通过聚焦透镜聚焦照射在光电传感器上，光电传感器记录接收到的光信号，将光信号转化为电信号，然后通过处理系统进行处理最终得到被测物与测量基准点之间的距离。反射镜通过旋转装置实现旋转，进行旋转扫描。但是存在每旋转一周只能扫描一次，探测时长较长，扫描精度不高的缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种扫描精度较高的共轴多倍频激光雷达。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种共轴多倍频激光雷达，包括光源、第二反射镜、整形透镜和接收传感器；还包括第一反射镜；

所述光源、第二反射镜、整形透镜和第一反射镜依次设置；

所述第二反射镜设置有第二反射镜面，所述第二反射镜设置有透光孔；

所述光源位于第二反射镜面背面的一侧，且使所述光源发出的测量激光穿过透光孔；再由整形透镜折射后平行于主光轴射出，形成整形激光；

所述光源、整形透镜与透光孔共轴设置；

所述第一反射镜与电机连接，所述第一反射镜绕轴心线转动；

所述第一反射镜具有第一反射镜面，所述第一反射镜为正棱台结构；所述第一反射镜的轴心线与整形激光相垂直；

所述接收传感器位于第二反射镜的上方，且使被测物反射光在第二反射镜面的反射下聚焦在接收传感器上。

进一步的，所述第一反射镜的轴心线与整形激光竖向垂直设置。

进一步的，所述第一反射镜的轴心线与整形激光横向垂直设置。

进一步的，所述第一反射镜壳体与电机转子为一体结构。

进一步的，所述第一反射镜为正三棱台。

进一步的，所述透光孔设置于第二反射镜的中间位置。

进一步的，所述第二反射镜为平面镜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种扫描精度较高的共轴多倍频激光雷达。其结构简单，操作方便，减小探测时长，增加单位时间内的扫描切片密度，提高测量精度，可靠性强。

附图说明

图1是本实用新型的第一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型的第二种具体实施方式的结构示意图；

图3是本实用新型的电机与第一反射镜的第二种具体实施方式的结构示意图；

附图标记：1-光源；11-测量激光；2-第二反射镜；21-第二反射镜面；22-透光孔；3-接收传感器；4-整形透镜；41-整形激光；42-整形激光反射光；5-第一反射镜；51-被测物反射光；52-第一反射镜面；6-轴心线；7-电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如附图所示，一种共轴多倍频激光雷达，包括光源1、第二反射镜2、整形透镜4和接收传感器3；还包括第一反射镜5；所述光源1、第二反射镜2、整形透镜4和第一反射镜5依次设置；所述第二反射镜2设置有第二反射镜面21，所述第二反射镜2设置有透光孔22；所述光源1位于第二反射镜面21背面的一侧，且使所述光源1发出的测量激光11穿过透光孔 22；再由整形透镜4折射后平行于主光轴射出，形成整形激光41；所述光源1、整形透镜4 与透光孔22共轴设置；所述第一反射镜5与电机7连接，所述第一反射镜5绕轴心线6转动；所述第一反射镜5具有第一反射镜面52，所述第一反射镜5为正棱台结构；所述第一反射镜 5的轴心线6与整形激光41相垂直；所述接收传感器3位于第二反射镜2的上方，且使被测物反射光51在第二反射镜面21的反射下聚焦在接收传感器3上。

第二反射镜面21背面，是指第二反射镜面21的对侧面。整形透镜4为凸透镜。具体实施时，共轴多倍频激光雷达被设置在运动的载体上，比如：飞行的无人机、列车运行方向的一侧或两侧。光源1位于第二反射镜2第二反射镜面21背面的一侧，光源1发出的测量激光11穿过第二反射镜2上的透光孔22，经过整形透镜4的折射，原本发散的测量激光11通过整形透镜4后平行于主光轴射出，形成整形激光41。整形激光41在第一反射镜5的第一反射面52上发生反射，形成整形激光反射光42。整形激光反射光42遇到被测物体时，从被测物体表面发生反射，形成被测物反射光51。其中一部分被测物反射光51由于漫反射散射在空中，另一部分被测物反射光51沿整形激光反射光42的相反方向反射回第一反射面52，通过第一反射面52的反射作用，沿整形激光41的相反方向向整形透镜4发射。通过整形透镜 4的汇聚作用，被测物反射光51汇聚在第二反射镜2的第二反射镜面21上，最终通过第二反射镜面21的反射作用，聚焦在接收传感器3上。光源1、整形透镜4与透光孔22共轴设置，实现测量激光11与通过整形透镜4汇聚后的被测物体反射光51都位于主光轴上。第一反射镜5的其中一个第一反射镜面52转动，光源1发射测量激光11，预先设置的计时器记录开始时间t1，被测物反射光51到达接收传感器3，计时器记录到达时间t2。最终通过距离公式计算得出共轴多倍频激光雷达到被测物体之间的距离。以上实施过程实现对被测物体的一次测量。第一反射镜5绕其轴心线6转动，轴心线6与整形激光41相垂直，能够实现后一个第一反射镜面52都能运动到与前一个第一反射镜面52相重合的位置。每一个第一反射镜面52转动到与能够接收到整形激光41的第一反射镜面52位置相重合的地方，再进行一次扫描，第一反射镜5不断旋转，从而不断扫描，实现多倍频。第一反射镜5的正棱台结构，通过减小探测时长，增加扫频速度，进而增加单位时间内的扫描切片密度，提高扫描精度。正棱台的棱数越多，第一反射镜5转动一周扫描的次数越多，扫描的精度越高，但是扫描的范围会越窄。因此，能够根据不同的使用场合设置不同棱数的第一反射镜5。运动载体搭载共轴多倍频激光雷达持续运动，实现对被测物体在运动方向的持续扫描。第一反射镜5的轴心线6与整形激光41相垂直，因此，扫描方向与飞行方向相垂直。

本实用新型包括两种具体实施方式：

第一种具体实施方式：如图1所示，所述第一反射镜5的轴心线6与整形激光41竖向垂直设置。以三维直角坐标系为基准，第一反射镜5的轴心线6与整形激光41竖向垂直设置，即第一反射镜5绕y轴转动，因此实现在z轴方向上的扫描。

第二种具体实施方式：如图2所示，所述第一反射镜5的轴心线6与整形激光41横向垂直设置。以三维直角坐标系为基准，第一反射镜5的轴心线6与整形激光41横向垂直设置，即第一反射镜5绕z轴转动，因此实现在x轴方向上的扫描。

电机7与第一反射镜5可以有两种连接方式：第一种连接方式，电机7与第一反射镜5 为可拆卸连接。首先，由于存在安装间隙，电机7与第一反射镜5之间容易产生相对位置的偏移；其次，在第一反射镜5或电机7需要更换的情况下，反复进行机械连接也容易出现相对位置的偏移，上述两种情况都容易造成第一反射镜5的接收和反射的精度降低。为了解决上述技术问题，优选的，第二种连接方式，如图3所示，所述第一反射镜5壳体与电机7转子为一体结构。首先，首次安装时，通过计算机系统对因安装间隙而产生的转动位置偏差进行补偿，保证精度；其次，当出现需要更换的情况时，可以通过整体更换第一反射镜5和电机7，减少因更换第一反射镜5或者电机7后再进行安装而产生的位置偏移，保证精度。

正棱台的棱数越多，能够扫描的范围越小，扫描频次越高。为了实现对70°范围内的扫描，优选的，所述第一反射镜5为正三棱台。第一反射镜面52的法线在第一反射镜面52转动时进行摆动，以法线为基准线，扫描的范围在法线两侧方向相同，每侧35°，总和为70°。

为了便于第二反射镜2接收被测物反射光51，优选的，所述透光孔22设置于第二反射镜2的中间位置。测量激光11从透光孔22射出是位于第二反射镜2的中间位置，被测物反射光51反射汇聚到第二反射镜2的第二反射镜面21上时，能够最大限度接收被测物反射光51，提高测量精度。

第二反射镜2可以为平面镜，为了保证第二反射镜2能够均匀接收反射回来的被测物反射光51，优选的，所述第二反射镜2为平面镜。第二反射镜2可以根据需要设置成圆形、方形等任意形状。

以上为本实用新型的具体实施方式，从实施过程可以看出，本实用新型提供一种扫描精度较高的共轴多倍频激光雷达。其结构简单，操作方便，减小探测时长，增加单位时间内的扫描切片密度，提高测量精度，可靠性强。

Claims (7)

1.一种共轴多倍频激光雷达，包括光源(1)、第二反射镜(2)、整形透镜(4)和接收传感器(3)；其特征在于：还包括第一反射镜(5)；

所述光源(1)、第二反射镜(2)、整形透镜(4)和第一反射镜(5)依次设置；

所述第二反射镜(2)设置有第二反射镜面(21)，所述第二反射镜(2)设置有透光孔(22)；

所述光源(1)位于第二反射镜面(21)背面的一侧，且使所述光源(1)发出的测量激光(11)穿过透光孔(22)；再由整形透镜(4)折射后平行于主光轴射出，形成整形激光(41)；

所述光源(1)、整形透镜(4)与透光孔(22)共轴设置；

所述第一反射镜(5)与电机(7)连接，所述第一反射镜(5)绕轴心线(6)转动；

所述第一反射镜(5)具有第一反射镜面(52)，所述第一反射镜(5)为正棱台结构；所述第一反射镜(5)的轴心线(6)与整形激光(41)相垂直；

所述接收传感器(3)位于第二反射镜(2)的上方，且使被测物反射光(51)在第二反射镜面(21)的反射下聚焦在接收传感器(3)上。

2.如权利要求1所述的共轴多倍频激光雷达，其特征在于：所述第一反射镜(5)的轴心线(6)与整形激光(41)竖向垂直设置。

3.如权利要求1所述的共轴多倍频激光雷达，其特征在于：所述第一反射镜(5)的轴心线(6)与整形激光(41)横向垂直设置。

4.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的共轴多倍频激光雷达，其特征在于：所述第一反射镜(5)壳体与电机(7)转子为一体结构。

5.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的共轴多倍频激光雷达，其特征在于：所述第一反射镜(5)为正三棱台。

6.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的共轴多倍频激光雷达，其特征在于：所述透光孔(22)设置于第二反射镜(2)的中间位置。

7.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的共轴多倍频激光雷达，其特征在于：所述第二反射镜(2)为平面镜。