CN209894964U - 一种旋转棱镜和多线激光雷达测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供一种旋转棱镜和多线激光雷达测距系统，旋转棱镜包括顶面、底面和位于所述顶面与所述底面之间的侧面，所述侧面为反射面，所有的所述反射面围绕所述旋转棱镜的旋转轴旋转；所有的所述反射面中，存在至少两个所述反射面与所述旋转轴之间的夹角不相等；每一所述反射面包括发射区域和接收区域，所述发射区域反射的激光光束的传播方向与所述接收区域反射的激光光束的传播方向相反。本实用新型实施例提供一种旋转棱镜和多线激光雷达测距系统，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积，并在减小多线激光雷达测距系统体积的基础上实现旋转棱镜的多个反射面的力矩平衡。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及雷达技术，尤其涉及一种旋转棱镜和多线激光雷达测距系统。
背景技术
雷达作为一种测距设备，具有精度高、抗干扰能力强，反应速度快等优点，适用于多种使用环境。雷达可以利用激光、红外光、可见光或者声波等工作。
在实际应用中，目前激光测距主要包括飞行时间测距、三角测距，其中，飞行时间测距是通过激光雷达测距系统内部的光学结构，将激光信号投射到目标物上，当激光信号接触到目标物上时，会反射回部分激光回波信号，激光雷达测距系统接收该目标物反射回的激光回波信号后，可以通过计算发射的激光信号与接收到目标物返回的激光回波信号这个过程中的时间，来计算出激光雷达测距系统到目标物之间的距离。
现有技术中，多线激光雷达测距系统的发射系统具有多个发射器，在多线激光雷达测距系统的接收系统中具有与多个发射器一一对应的接收器，大量的发射器和接收器不仅增加了多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，也增加了多线激光雷达测距系统的体积。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种旋转棱镜和多线激光雷达测距系统，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积，并在减小多线激光雷达测距系统体积的基础上实现旋转棱镜的多个反射面的力矩平衡。
第一方面，本实用新型实施例提供一种旋转棱镜，包括顶面、底面和位于所述顶面与所述底面之间的侧面，所述侧面为反射面，所有的所述反射面围绕所述旋转棱镜的旋转轴旋转；
所有的所述反射面中，存在至少两个所述反射面与所述旋转轴之间的夹角不相等；
所述旋转棱镜具有n对关于所述旋转轴相对设置的反射面，n为大于或者等于2的正整数；
相对的两个所述反射面与所述旋转轴的夹角均大于或者均小于，两个所述反射面之间的至少一个反射面与所述旋转轴的夹角。
可选地，所述反射面与所述旋转轴之间夹角的最大值为α1，所述反射面与所述旋转轴之间夹角的最小值为α2，0°＜α1-α2＜2°。
可选地，每一所述反射面包括发射区域和接收区域，所述发射区域反射的激光光束的传播方向与所述接收区域反射的激光光束的传播方向相反。
可选地，所述旋转棱镜的材料为铝。
可选地，相对的两个所述反射面与所述旋转轴的夹角相等。
可选地，所有的所述反射面中，存在至少一个所述反射面与所述顶面以及所述底面均垂直。
第二方面，本实用新型实施例提供一种多线激光雷达测距系统，包括第一方面所述的旋转棱镜；
旋转机构，所述旋转棱镜位于所述旋转机构上，所述旋转机构带动所述旋转棱镜的所述反射面围绕所述旋转棱镜的旋转轴旋转；
至少一组发射接收组件，所述发射接收组件包括发射器和接收器；所述发射器位于所述旋转棱镜的一侧，用于发射激光光束，所述发射器发射的激光光束经所述旋转棱镜反射后照射到目标物；所述接收器与所述发射器位于所述旋转棱镜的同一侧，用于接收激光光束，所述目标物反射的激光光束经所述旋转棱镜反射后照射到所述接收器。
可选地，所述发射器包括激光光源，所述接收器包括光电转换器，所述激光光源的数量与所述光电转换器的数量相同。
可选地，还包括滤光镜，所述滤光镜位于所述接收镜组与所述接收器之间，用于透过所述发射器发射的激光光束，并过滤所述发射器发射的激光光束之外的光。
可选地，还包括第一电路板和第二电路板，所述发射器位于第一电路板，所述接收器位于所述第二电路板。
可选地，所述多线激光雷达测距系统包括两个所述发射接收组件，分别为第一发射接收组件和第二发射接收组件，所述第一发射接收组件和所述第二发射接收组件分别对应于所述旋转棱镜的相邻两个反射面设置。
可选地，还包括16通道互阻放大器，与所述接收器电连接，用于将所述接收器输出的光电流信号放大并转化为电压信号。
本实用新型实施例提供的旋转棱镜，旋转棱镜的反射面中，存在至少两个反射面(即侧面)与旋转轴之间的夹角不相等。也就是说，存在至少两个反射面的倾斜程度不同。从而可以使照射在旋转棱镜不同反射面上的同一条光线变为多条光线，进而可以减少发射器和接收器的数量，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积。本实用新型实施例中各个反射面与旋转轴的夹角不会存在逐渐增加或者逐渐减小，从而避免了旋转棱镜的多个反射面的力矩严重不均情况的发生，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积，并在减小多线激光雷达测距系统体积的基础上实现旋转棱镜的多个反射面的力矩平衡。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种旋转棱镜的立体结构示意图；
图2为图1中所示旋转棱镜的一种俯视图；
图3为图1中所示旋转棱镜的一个反射面的示意图；
图4为本实用新型实施例提供的另一种旋转棱镜的俯视图；
图5为本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达测距系统的结构示意图；
图6为图5中所示多线激光雷达测距系统的部分结构的俯视图；
图7为本实用新型实施例提供的另一种多线激光雷达测距系统的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1为本实用新型实施例提供的一种旋转棱镜的立体结构示意图，图2为图1中所示旋转棱镜的一种俯视图，参考图1和图2，旋转棱镜110包括顶面20、底面30和位于顶面20与底面30之间的侧面(图1中以4个侧面为例进行解释说明，并非对本实用新型的限定)，侧面为反射面10，所有的反射面10围绕旋转棱镜110的旋转轴40旋转。反射面10例如可以在棱镜的侧面镀膜形成。所有的反射面10中，存在至少两个反射面10与旋转轴40之间的夹角不相等。也就是说，存在至少两个反射面10的倾斜程度不同。
示例性地，参考图1和图2，顶面20为面EFGH，底面30为面ABCD，4个侧面分别为面ABFE、面BCGF、面CDHG和面DAEH。旋转轴40沿图3中线L的延伸方向延伸，线L与侧面之间的夹角α为反射面10与旋转轴40之间的夹角。面ABFE、面BCGF、面CDHG和面DAEH中任意两者与旋转轴40之间的夹角不相等。旋转轴40旋转一周时，旋转棱镜110将一条光线变为4条光线。旋转棱镜110具有n对(图1和图2中示例性地以n＝2为例进行解释说明)关于旋转轴40相对设置的反射面10，n为大于或者等于2的正整数。相对的两个反射面10与旋转轴40的夹角均大于或者均小于，两个反射面10之间的至少一个反射面10与旋转轴40的夹角。各个反射面10与旋转轴40的夹角不会存在逐渐增加或者逐渐减小，从而避免了旋转棱镜110的多个反射面10的力矩严重不均情况的发生。
示例性地，参考图1和图2，旋转棱镜110具有2对关于旋转轴40相对设置的反射面10。面ABFE和面CDHG关于旋转轴40相对设置，面BCGF和面DAEH关于旋转轴40相对设置。面BCGF与旋转轴40的夹角大于面ABFE与旋转轴40的夹角，面DAEH与旋转轴40的夹角大于面ABFE与旋转轴40的夹角。即，面BCGF在面ABCD上垂直投影的面积大于面ABFE在面ABCD上垂直投影的面积，面DAEH在面ABCD上垂直投影的面积大于面DAEH在面ABCD上垂直投影的面积。类似地，面BCGF与旋转轴40的夹角大于面CDHG与旋转轴40的夹角，面DAEH与旋转轴40的夹角大于面CDHG与旋转轴40的夹角。从而各个反射面10(即面ABFE、面BCGF、面CDHG和面DAEH)与旋转轴40的夹角不会存在逐渐增加或者逐渐减小。
为了便于理解，本实用新型实施例还进一步地给出了数值示例，但并非对本实用新型的限定。参考图2，面ABFE与旋转轴40的夹角为0°，面BCGF与旋转轴40的夹角为0.2°，面CDHG与旋转轴40的夹角为0.1°，面DAEH与旋转轴40的夹角为0.2°。从俯视图中沿逆时针观察，旋转棱镜110中各个反射面10与旋转轴40的夹角分别为0°、0.2°、0.1°和0.2°，而不是0°、0.1°、0.2°和0.3°。本实用新型实施例提供的旋转棱镜，旋转棱镜的反射面中，存在至少两个反射面(即侧面)与旋转轴之间的夹角不相等。也就是说，存在至少两个反射面的倾斜程度不同。从而可以使照射在旋转棱镜不同反射面上的同一条光线变为多条光线，进而可以减少发射器和接收器的数量，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积。本实用新型实施例中各个反射面与旋转轴的夹角不会存在逐渐增加或者逐渐减小，从而避免了旋转棱镜的多个反射面的力矩严重不均情况的发生，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积，并在减小多线激光雷达测距系统体积的基础上实现旋转棱镜的多个反射面的力矩平衡。
图3为图1中所示旋转棱镜的一个反射面的示意图，可选地，参考图1、图2和图3，每一反射面10包括发射区域101和接收区域102，发射区域101反射的激光光束的传播方向与接收区域102反射的激光光束的传播方向相反。
示例性地，参考图1、图2和图3，面BCGF上的发射区域101将从左侧入射的激光光束反射到右侧，发射区域101反射的激光光束的传播方向为从左到右；面BCGF上的接收区域102将从右侧入射的激光光束反射到左侧，接收区域102反射的激光光束的传播方向为从右到左。需要说明的是，本实用新型实施例中提到的方位词“左”和“右”仅为了解释“发射区域101反射的激光光束的传播方向与接收区域102反射的激光光束的传播方向相反”，并非对本实用新型的限定。
本实用新型实施例中，每个反射面包括发射区域和接收区域，发射区域可以将激光光束反射到目标物上，接收区域可以接收目标物反射的激光光束并将其反射到接收器。由于同一反射面上既包括发射区域又包括接收区域，经该反射面的发射区域反射到目标物上的激光光束的传播方向与经该反射面的接收区域接收到的目标物反射的激光光束的传播方向相反，经该反射面的发射区域反射到目标物上的激光光束的传播角度与经该反射面的接收区域接收到的目标物反射的激光光束的传播角度相同，从而消除了接收器对激光光束传播角度的依赖关系，无需专门设置一个大光敏面的接收器来接收各种传播角度的激光光束，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度。
可选地，参考图1和图2，所有的反射面10中，存在至少一个反射面10与顶面20以及底面30均垂直。
示例性地，参考图1和图2，顶面20为面EFGH，底面30为面ABCD，4个侧面分别为面ABFE、面BCGF、面CDHG和面DAEH。面ABFE与旋转轴40之间的夹角为0°，面ABFE垂直于面EFGH，面ABFE垂直于底面30，面ABFE的俯视图的面积为0。面ABFE相对于旋转轴40没有倾斜，平面相对于斜面来说更容易制作，因此有利于降低旋转棱镜110的制作难度。
图4为本实用新型实施例提供的另一种旋转棱镜的俯视图，参考图4，旋转棱镜110具有n对(图4中示例性地以n＝2为例进行解释说明)关于旋转轴40相对设置的反射面10，n为大于或者等于2的正整数。相对的两个反射面10与旋转轴40的夹角均大于或者均小于，两个反射面10之间的至少一个反射面10与旋转轴40的夹角。相对的两个反射面10与旋转轴40的夹角相等。本实用新型实施例中，通过设置相对的两个反射面10与旋转轴40的夹角相等，使相对的两个反射面10具有相同的倾斜程度，在旋转棱镜110围绕旋转轴40转动时，相对的两个反射面10不会产生力矩不均，进一步地实现旋转棱镜110的多个反射面10的力矩平衡。
可选地，参考图1-图4，反射面10与旋转轴40之间夹角的最大值为α1，反射面10与旋转轴40之间夹角的最小值为α2，0°＜α1-α2＜2°。这样设置的优点在于，保证了所有的反射面10不至于倾斜过大，保证了多线激光雷达测距系统具有良好的分辨率。本实用新型实施例提供的旋转棱镜110的旋转轴40可以垂直于地平面，以实现在垂直方向上将单线变为多线。本实用新型实施例提供的旋转棱镜110的旋转轴40也可以平行于地平面，以实现在水平方向上将单线变为多线。具体可以根据产品而定，本实用新型对此不做限定。需要说明的是，在其他实施方式中，α1与α2的差值还可以大于或者等于2°。
可选地，参考图1-图4，旋转棱镜110的材料为铝。由金属铝制作的旋转棱镜110可以具有较小的重量，从而使多线激光雷达测距系统具有更低的制作成本和更轻的重量。
本实用新型实施例还提供一种多线激光雷达测距系统，图5为本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达测距系统的结构示意图，图6为图5中所示多线激光雷达测距系统的部分结构的俯视图，参考图1-图4，以及图5、图6，多线激光雷达测距系统包括上述任一实施例中的的旋转棱镜110。多线激光雷达测距系统还包括旋转机构120和至少一组发射接收组件180(图5和图6中以一组发射接收组件180为例进行解释说明，并非对本实用新型的限定，在其他实施方式中，多线激光雷达测距系统还可以包括多组发射接收组件180)。旋转棱镜110位于旋转机构120上，旋转机构120带动旋转棱镜110的反射面10围绕旋转棱镜110的旋转轴40旋转。由于旋转棱镜110中存在至少两个反射面10与旋转轴40之间的夹角不相等，因此旋转机构120带动旋转棱镜110旋转时，可以将单线变为多线。
发射接收组件180包括发射器130和接收器140。需要说明的是，图5中仅示例性地给出了2个发射器130和2个接收器140，并非对本实用新型的限定，发射器130和接收器140的数量可以根据实际需求而设定。发射器130位于旋转棱镜110的一侧，用于发射激光光束，发射器130发射的激光光束经旋转棱镜110反射后照射到目标物。接收器140与发射器130位于旋转棱镜110的同一侧，用于接收激光光束，目标物反射的激光光束经旋转棱镜110反射后照射到接收器140。
本实用新型实施例提供的多线激光雷达测距系统，包括上述实施例中的旋转棱镜，具有旋转棱镜的有益效果，即，使照射在旋转棱镜不同反射面上的同一条光线变为多条光线，进而可以减少发射器和接收器的数量。且本实用新型实施例中各个反射面与旋转轴的夹角不会存在逐渐增加或者逐渐减小，从而避免了旋转棱镜的多个反射面的力矩严重不均情况的发生，以实现降低多线激光雷达测距系统的制作成本和制作难度，减小多线激光雷达测距系统的体积，并在减小多线激光雷达测距系统体积的基础上实现旋转棱镜的多个反射面的力矩平衡。
可选地，参考图5，多线激光雷达测距系统还包括发射镜组150和接收镜组160。发射镜组150位于发射器130与旋转棱镜110之间，用于将发射器130发射的激光光束进行准直。接收镜组160位于接收器140与旋转棱镜110之间，用于将目标物反射的激光光束进行聚焦，并照射到接收器140上。
可选地，参考图3和图5，每一反射面10包括发射区域101和接收区域102，发射区域101反射的激光光束的传播方向与接收区域102反射的激光光束的传播方向相反。发射器130向目标物发射激光光束可以经旋转棱镜110的发射区域101的反射后照射到目标物上，经目标物反射的激光光束可以经旋转棱镜110的接收区域102的反射后聚焦到接收器140上。发射区域101反射的激光光束的传播方向为从发射器130到反射面10再到目标物，接收区域102反射的激光光束的传播方向为从目标物到反射面10再到接收器140，发射器130和接收器140位于旋转棱镜110的同一侧，发射区域101反射的激光光束的传播方向与接收区域102反射的激光光束的传播方向相反。
可选地，参考图5，发射器130包括激光光源，激光光源具有单色性好、方向性强和光亮度高的优点。接收器140包括光电转换器，光电转换器将接收到的光信号转变为电信号，从而实现探测的目的。激光光源的数量与光电转换器的数量相同，即发射器130的数量与接收器的数量相同。
示例性地，对于现有技术中使用的多线激光雷达测距系统，其包括16个激光光源，以及16个光电转换器，扫描的光线的条数为16条。在采用如图5所示的多线激光雷达测距系统中，其包括4个激光光源，以及4个光电转换器，4个反射面10与旋转轴40的夹角互不相同，旋转棱镜110旋转一周时，旋转棱镜110将一条光线变为4条光线，扫描的光线的条数也为16条。可见，本实用新型实施例提供的多线激光雷达测距系统减少了发射器130和接收器140的数量。
可选地，参考图5，多线激光雷达测距系统还可以包括滤光镜170，滤光镜170位于接收器140与接收镜组160之间，用于透过发射器130发射的激光光束，并过滤发射器发射的激光光束之外的光。发射器发射的激光光束之外的光例如环境光(太阳光和白炽灯光等)，从而提高目标物的识别精确度。
图7为本实用新型实施例提供的另一种多线激光雷达测距系统的俯视图，参考图7，多线激光雷达测距系统包括两个发射接收组件180，分别为第一发射接收组件181和第二发射接收组件182，第一发射接收组件181和第二发射接收组件182分别对应于旋转棱镜110的相邻两个反射面10设置。第一发射接收组件181中的发射器朝向旋转棱镜110的第一反射面S1发射激光光束的同时，第二发射接收组件182朝向旋转棱镜110的第二反射面S2发射激光光束。第一反射面S1和第二反射面S2相邻设置。
可选地，多线激光雷达测距系统还包括第一电路板(图5中未示出)和第二电路板(图5中未示出)，发射器130位于第一电路板，接收器140位于第二电路板。在其他实施方式中，还可以将发射器130与接收器140设置于同一个电路板上。
可选地，多线激光雷达测距系统还包括16通道互阻放大器(图5中未示出)，16通道互阻放大器与接收器140电连接，用于将接收器140输出的光电流信号放大并转化为电压信号。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (12)
1.一种旋转棱镜，其特征在于，包括顶面、底面和位于所述顶面与所述底面之间的侧面，所述侧面为反射面，所有的所述反射面围绕所述旋转棱镜的旋转轴旋转；
所有的所述反射面中，存在至少两个所述反射面与所述旋转轴之间的夹角不相等；
所述旋转棱镜具有n对关于所述旋转轴相对设置的反射面，n为大于或者等于2的正整数；
相对的两个所述反射面与所述旋转轴的夹角均大于或者均小于，两个所述反射面之间的至少一个反射面与所述旋转轴的夹角。
2.根据权利要求1所述的旋转棱镜，其特征在于，所述反射面与所述旋转轴之间夹角的最大值为α1，所述反射面与所述旋转轴之间夹角的最小值为α2，0°＜α1-α2＜2°。
3.根据权利要求1所述的旋转棱镜，其特征在于，每一所述反射面包括发射区域和接收区域，所述发射区域反射的激光光束的传播方向与所述接收区域反射的激光光束的传播方向相反。
4.根据权利要求1所述的旋转棱镜，其特征在于，所述旋转棱镜的材料为铝。
5.根据权利要求1所述的旋转棱镜，其特征在于，相对的两个所述反射面与所述旋转轴的夹角相等。
6.根据权利要求1所述的旋转棱镜，其特征在于，所有的所述反射面中，存在至少一个所述反射面与所述顶面以及所述底面均垂直。
7.一种多线激光雷达测距系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的旋转棱镜；
旋转机构，所述旋转棱镜位于所述旋转机构上，所述旋转机构带动所述旋转棱镜的所述反射面围绕所述旋转棱镜的旋转轴旋转；
至少一组发射接收组件，所述发射接收组件包括发射器和接收器；所述发射器位于所述旋转棱镜的一侧，用于发射激光光束，所述发射器发射的激光光束经所述旋转棱镜反射后照射到目标物；所述接收器与同一组所述发射接收组件中的所述发射器位于所述旋转棱镜的同一侧，用于接收激光光束，所述目标物反射的激光光束经所述旋转棱镜反射后照射到所述接收器。
8.根据权利要求7所述的多线激光雷达测距系统，其特征在于，所述发射器包括激光光源，所述接收器包括光电转换器，所述激光光源的数量与所述光电转换器的数量相同。
9.根据权利要求7所述的多线激光雷达测距系统，其特征在于，还包括滤光镜和接收镜组，所述接收镜组位于所述接收器与所述旋转棱镜之间，所述滤光镜位于所述接收镜组与所述接收器之间，用于透过所述发射器发射的激光光束，并过滤所述发射器发射的激光光束之外的光。
10.根据权利要求7所述的多线激光雷达测距系统，其特征在于，还包括第一电路板和第二电路板，所述发射器位于第一电路板，所述接收器位于所述第二电路板。
11.根据权利要求7所述的多线激光雷达测距系统，其特征在于，所述多线激光雷达测距系统包括两个所述发射接收组件，分别为第一发射接收组件和第二发射接收组件，所述第一发射接收组件和所述第二发射接收组件分别对应于所述旋转棱镜的相邻两个反射面设置。
12.根据权利要求7所述的多线激光雷达测距系统，其特征在于，还包括16通道互阻放大器，与所述接收器电连接，用于将所述接收器输出的光电流信号放大并转化为电压信号。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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