CN216526293U - 圆编码的光学扫描器及自动控制设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及圆编码的光学扫描器及自动控制设备，包括位于壳体内的角度指示结构，角度指示结构及读取模块分别互斥地设置于壳体与转动部件的其中一个上。本申请取消了传统的圆编码刻度盘，采用角度指示结构代替传统的圆编码刻度盘的功能，一方面利用了角度指示结构与读取模块互斥地固定与转动的相对关系，另一方面利用了壳体的强度和厚度均远大于传统的塑料薄片式圆编码刻度盘的优点，其发生形变而影响测量精度的可能性远低于传统的圆编码刻度盘，因此完全避免了传统的圆编码刻度盘存在的形变致使意外问题，故障率低，且由于取消了圆编码盘及其固定支撑部件，简化了激光雷达的内部结构，亦无需改换材质导致重量增加而致使全面调整产品结构强度。

Description

圆编码的光学扫描器及自动控制设备

技术领域

本申请涉及测距领域，特别是涉及圆编码的光学扫描器及自动控制设备。

背景技术

随着人工智能的发展，无人技术已经应用于生活的各个角落，如无人车，无人超市、扫地机、机器人、自动机械臂等，而很多无人技术产品都离不开光学传感器对工作对象和周围环境的感知。例如激光测距仪作为一种光学传感器，是通过脉冲激光照射目标并用传感器、计时器测量激光脉冲从发射到返回的时间来计算和测量从自己到目标的距离。但是激光测距仪只能发射单一束激光测量非常局限的一个点的距离，在很多实际应用中这单一距离信息很不够用。

因此从单光束激光测距仪发展出来一种光学扫描器，又名转镜式激光雷达，它用机械旋转式反射镜把单一光束偏转方向，反射镜旋转一圈360度，相当于发射了成千上万条激光束把四周扫描了一圈，可获知周边物体的二维分布状况,极大提高了周边感知力，因而在机械自动化中得到了广泛应用。转镜式激光雷达的工作坐标系本质上是极坐标，也可转换为其它坐标系，每一组数据包含角度及距离的二维信息，其中的角度信息由激光雷达的圆盘编码器提供，距离信息由激光测距仪提供。在传统转镜式激光雷达中，圆盘编码器包含一个固定不动的光电读头，和一个随反射镜一同旋转的均匀刻度盘即圆编码刻度盘或配置相反。当刻度盘旋转，不透光的盘片和透光的刻度线在周期性的“挡光-透光”时，光电接收头所收到的光就发生“无光-有光”的周期性变化，令光电接收头内的光电开关产生周期性的“低-高”的电平脉冲序列。每一个电平脉冲都意味着反射镜转过了一个特定角度，即圆编码刻度盘相邻两条刻度线的夹角。激光雷达对电脉冲计数可以获知反射镜当前所旋转过的角度。

传统光学扫描器外形如图1所示，其包含上壳体1和下壳体2；其内部主要功能结构如图2所示，包括激光发射装置110、激光接收装置、雷达电路板130、支撑台面140、电机支架150、旋转电机160、旋转反射镜170、圆编码刻度盘180、光电读头190，光电读头190的下半部被圆编码刻度盘180遮挡未显示。其中，激光发射装置110包括激光二极管，激光接收装置包括接收透镜122和激光接收器124，通常地，激光接收器124采用雪崩二极管，雷达电路板130包括MCU，反射镜170为45度反射镜。在工作状态下，旋转电机160驱动反射镜170和圆编码刻度盘180一起旋转，激光发射装置110发出的出射激光999经旋转反射镜170不断旋转换向，从障碍物或其他结构反射回来的反射激光666在一定时间经旋转反射镜170反射到激光接收装置的接收透镜122，然后入射至激光接收器124中。请结合图3及图4，圆编码刻度盘180按旋转方向182转动，使得圆编码刻度盘180的刻度盘孔181顺序在固定不动的光电读头190的凹槽191中掠过。每当有一个刻度盘孔181经过光电读头190的中心区时，光线可穿过刻度盘孔181从发射头抵达接收头从而产生一个高电平脉冲信号，意味着圆编码刻度盘180和反射镜170一起转过了一个刻度角。

圆编码刻度盘常用塑料片制成，轻薄且便宜。请结合图4，当圆编码刻度盘180因多种因素而发生凹凸形变，横截面从—形变成∽形或其他扭曲形状时，则容易与光电读头190内表面刮蹭，工作容错力较低。在实际应用中，某型光电读头190的发射头和光电接收头的间距只有1毫米，二者中间的凹槽里包夹着圆编码刻度盘180，盘片的厚度取0.2毫米时，意味着圆编码刻度盘180的盘片表面与任一头的间距只有约0.4毫米。当薄薄的塑料片因为制造缺陷、内外应力、高温热烘、日久变形等因素而发生凹凸形变，则容易与光电读头内表面发生刮蹭，不但产生运转噪音，也会对二者产生不可逆的摩擦损伤。而这种情况显然是不可避免的，致使激光雷达发生故障，从而导致无人车或者自动化工业机器人因定位信息失准而有可能出现意外。

若把圆编码刻度盘从塑料换成玻璃、金属材质，虽然盘片强度提高、变形量减少，刮蹭的机率可减少，但是成本和重量会增加几倍，从而导致其他配套结构也需要加强，因此该方案的性价比较低。

若加大发射头和光电接收头的间距，虽然也可减少刮蹭机率，但是大间距意味着光电读头的体积增大，不利于激光雷达的小型化。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种简单、经济、低故障率的圆编码的光学扫描器及自动控制设备。

一种圆编码的光学扫描器，包括壳体及装设于所述壳体内的转镜式激光扫描组件，所述转镜式激光扫描组件具有固定部件及转动部件，所述固定部件固定设置于所述壳体内，所述转动部件转动设置于所述壳体内；其还包括位于所述壳体内的角度指示结构，所述转镜式激光扫描组件通过其读取模块读取所述角度指示结构以确定转动角度；并且，所述角度指示结构及所述读取模块，分别互斥地设置于所述壳体与所述转动部件的其中一个上。

上述圆编码的光学扫描器，直接取消了传统的专设圆编码刻度盘，采用角度指示结构代替传统的圆编码刻度盘的功能，一方面利用了角度指示结构与读取模块互斥地固定与转动的相对关系，另一方面利用了壳体的强度和厚度均远大于传统的塑料薄片式圆编码刻度盘的优点，其发生形变而影响测量精度的可能性远低于传统的圆编码刻度盘，因此完全避免了传统的圆编码刻度盘存在的形变致使意外问题，故障率低。且让已有的壳体一物两用兼职圆编码盘，取消了专设圆编码盘及其固定支撑部件，简化了激光雷达的内部结构，亦无需改换材质导致重量增加而致使全面调整产品结构强度。

在其中一个实施例中，所述读取模块为接近传感器，所述接近传感器以感应计数方式读取所述角度指示结构以确定转动角度且所述角度指示结构具有间隔设置的凸出部及凹入部。

在其中一个实施例中，所述读取模块为反射型光电读头，所述反射型光电读头以光电发射及接收感应方式读取所述角度指示结构以确定转动角度，且所述角度指示结构间隔设有高反光部及低反光部以供所述反射型光电读头区别读取。

在其中一个实施例中，所述高反光部用于反射所述反射型光电读头所发出的光波，以供所述反射型光电读头读取到足以触发内部光电开关的光信号；所述低反光部用于吸收所述反射型光电读头所发出的光波，以使所述反射型光电读头无法读取到足以触发内部光电开关的光信号。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构为刻度环带，所述刻度环带印刷或贴装于所述壳体的内壁或所述转动部件上；或者，

所述角度指示结构为刻度环，所述刻度环固定于所述壳体的内壁或所述转动部件上；或者，

所述角度指示结构由所述壳体的内壁或所述转动部件上的高反光涂层及低反光的内壁部分组成，且以所述高反光涂层作为所述高反光部，以所述低反光的内壁部分作为所述低反光部；或者，

所述角度指示结构由所述壳体的内壁或所述转动部件上的低反光涂层及高反光的内壁部分组成，且以所述高反光的内壁部分作为所述高反光部，以所述低反光涂层作为所述低反光部。

在其中一个实施例中，所述读取模块的读取方向与所述转动部件的转动轴形成80度至110度的夹角；或者，

所述壳体具有圆柱形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间；或者，

所述壳体具有圆台形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间。

在其中一个实施例中，所述读取模块固定于所述转动部件上，所述角度指示结构设置于所述壳体的内壁上；或者，

所述读取模块固定于所述壳体的内壁上，所述角度指示结构设置于所述转动部件上。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构形成于所述壳体的内壁或所述转动部件上；或者，

所述壳体包括相互固定的上半壳及下半壳，所述角度指示结构设置于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上；及/或，所述读取模块固定于所述转动部件的转动轴上或者所述转动部件的反射镜上。

在其中一个实施例中，一种自动控制设备，其包括任一项所述圆编码的光学扫描器。

在其中一个实施例中，所述自动控制设备为无人机、无人车、无人超市监控设备、自动监测装置、增材制造装置、自主移动机器人、增强现实设备或虚拟现实设备。

在其中一个实施例中，所述自动控制设备为扫地机、工业机器人或自动机械臂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统光学扫描器的外形示意图。

图2为图1所示光学扫描器的内部结构示意图。

图3为图2所示光学扫描器的刻度读取示意图。

图4为图3所示光学扫描器的刻度读取侧面示意图。

图5为本申请所述圆编码的光学扫描器一实施例的功能结构示意图。

图6为本申请所述圆编码的光学扫描器另一实施例的功能结构示意图。

图7为本申请所述圆编码的光学扫描器另一实施例的内部结构示意图。

图8为图7所示实施例的角度指示结构的位置示意图。

附图标记：上壳体1、下壳体2、激光发射装置110、接收透镜122、激光接收器124、雷达电路板130、支撑台面140、电机支架150、旋转电机160、旋转反射镜170、圆编码刻度盘180、刻度盘孔181、旋转方向182、光电读头190、凹槽191、壳体100、角度指示结构200、低反光部201、高反光部202、反射型光电读头210、转动部件400、转动轴410、转动方向420、反射激光666、出射激光999。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的目标是解决转镜式激光雷达旧实施例中的光电读头包夹刻度盘方式易发生刮蹭的使用痛点，本申请公开了一种圆编码的光学扫描器，其包括以下实施例的部分结构或全部结构；即，所述圆编码的光学扫描器包括以下的部分技术特征或全部技术特征。在本申请一个实施例中，一种圆编码的光学扫描器，包括壳体及装设于所述壳体内的转镜式激光扫描组件，所述转镜式激光扫描组件具有固定部件及转动部件，所述固定部件固定设置于所述壳体内，所述转动部件转动设置于所述壳体内；其还包括位于所述壳体内的角度指示结构，所述转镜式激光扫描组件通过其读取模块读取所述角度指示结构以确定转动角度；并且，所述角度指示结构及所述读取模块，分别互斥地设置于所述壳体与所述转动部件的其中一个上。上述圆编码的光学扫描器，直接取消了传统的专设圆编码刻度盘，采用角度指示结构代替传统的圆编码刻度盘的功能，一方面利用了角度指示结构与读取模块互斥地固定与转动的相对关系，另一方面利用了壳体的强度和厚度均远大于传统的塑料薄片式圆编码刻度盘的优点，其发生形变而影响测量精度的可能性远低于传统的圆编码刻度盘，因此完全避免了传统的圆编码刻度盘存在的形变致使意外问题，故障率低。且让已有的壳体一物两用兼职圆编码盘，取消了专设圆编码盘及其固定支撑部件，简化了激光雷达的内部结构，亦无需改换材质导致重量增加而致使全面调整产品结构强度。

下面给出一个接近感应的实施例，在其中一个实施例中，所述读取模块为接近传感器，所述接近传感器以感应计数方式读取所述角度指示结构以确定转动角度。在其中一个实施例中，所述读取模块为接近传感器，所述接近传感器以感应计数方式读取所述角度指示结构以确定转动角度且所述角度指示结构具有间隔设置的凸出部及凹入部。在其中一个实施例中，所述角度指示结构具有凹凸齿轮结构。接近传感器以非接触方式检测对象进行检测，能检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。进一步地，在其中一个实施例中，所述角度指示结构具有间隔设置的磁条部，所述磁条部由磁粉涂刷粘贴形成。这样的设计，有利于以非接触方式确定旋转角度。

下面给出一个光学读取的实施例。在其中一个实施例中，所述读取模块为光电读头，所述光电读头以光电发射及接收感应方式读取所述角度指示结构以确定转动角度。在其中一个实施例中，所述光电读头为反射型光电读头，所述角度指示结构间隔设有高反光部及低反光部以供所述反射型光电读头区别读取。在其中一个实施例中，所述高反光部用于反射所述反射型光电读头所发出的光波，以供所述反射型光电读头读取到足以触发内部光电开关的光信号；所述低反光部用于吸收所述反射型光电读头所发出的光波，以使所述反射型光电读头无法读取到足以触发内部光电开关的光信号。在其中一个实施例中，所述读取模块为反射型光电读头，所述反射型光电读头以光电发射及接收感应方式读取所述角度指示结构以确定转动角度，且所述角度指示结构间隔设有高反光部及低反光部。在其中一个实施例中，所述高反光部的光线反射率大于50％，所述低反光部的光线反射率小于40％。进一步地，在其中一个实施例中，所述高反光部的光线反射率大于55％，在其中一个实施例中，所述低反光部的光线反射率小于35％。进一步地，在其中一个实施例中，所述高反光部的光线反射率大于60％，在其中一个实施例中，所述低反光部的光线反射率小于30％或25％。这样的设计，同样有利于以非接触方式确定旋转角度。这是本申请的重要发明点之一，如前所述，传统光电读头的读取方式如图4所示，严重限制了圆编码刻度盘的厚度，而本申请所述角度指示结构则可以适当远离所述光电读头，因此在结构容错力上远远优于传统光学扫描器。

本申请中，所述角度指示结构及所述读取模块，分别互斥地设置于所述壳体与所述转动部件的其中一个上，即所述角度指示结构设置于所述壳体与所述转动组件中的一个上，所述光电读头设置于所述壳体与所述转动组件中的另一个上，所述角度指示结构及所述光电读头不能一同位于所述壳体或者所述转动组件。各实施例中，所述角度指示结构或所述读取模块设置于所述壳体上，包括所述角度指示结构或所述读取模块直接地设置于所述壳体上，以及所述角度指示结构或所述读取模块通过中间件间接地设置于所述壳体上。同样地，所述角度指示结构或所述读取模块设置于所述转动部件上，包括所述角度指示结构或所述读取模块直接地设置于所述转动部件上，以及所述角度指示结构或所述读取模块通过中间件间接地设置于所述转动部件上。

进一步地，在其中一个实施例中，所述壳体具有内壁，所述读取模块及所述角度指示结构中有且仅有一个设置于所述壳体的内壁上，另一个设置于所述转动部件上。在其中一个实施例中，所述读取模块固定于所述转动部件上，所述角度指示结构设置于所述壳体的内壁上；或者，所述读取模块固定于所述壳体的内壁上，所述角度指示结构设置于所述转动部件上。在其中一个实施例中，所述壳体具有壁部及盖部，所述内壁可以位于所述壁部，亦可位于所述盖部，内壁是相对于外壁而言的，内壁相对于外壁更靠近所述转镜式激光扫描组件。在其中一个实施例中，所述壁部呈圆柱状、圆台状、棱柱状或其他形状，所述盖部呈圆形、椭圆形、正多边形或其他形状。进一步地，所述读取模块固定于所述转动部件上，所述角度指示结构设置于所述壁部或所述盖部的内壁上；或者，所述读取模块固定于所述壁部或所述盖部的内壁上，所述角度指示结构设置于所述转动部件上。亦即只要所述读取模块及所述角度指示结构中的一个位于所述壳体的内壁上，无论是在壁部还是在盖部均可。

进一步地，在其中一个实施例中，所述壳体于其内壁开设有卡槽，所述圆编码的光学扫描器还包括安装环或者安装座，所述安装环或者所述安装座至少部分嵌设于所述卡槽中，并且，所述角度指示结构固定于所述安装环上，所述读取模块设置于所述转动部件上；或者，所述读取模块固定于所述安装座上，所述角度指示结构设置于所述转动部件上。这样的设计，有利于合理选配所述角度指示结构及所述读取模块，根据需求灵活地设置所述圆编码的光学扫描器。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构形成于所述壳体的内壁或所述转动部件上，即所述角度指示结构作为所述壳体的内壁的一部分，或者所述角度指示结构作为所述转动部件的一部分；进一步地，在其中一个实施例中，所述角度指示结构为所述壳体的内壁或者所述转动部件上的一条刻度带，这样的设计，仅仅是增加了一道印刷或布设刻度带的工序，却能够减少一个专设圆编码刻度盘的制作和安装，非常便利于发明创造的推广应用。

对于壳体的结构变化，在其中一个实施例中，所述壳体包括相互固定的上半壳及下半壳，所述角度指示结构设置于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上；及/或，所述读取模块固定于所述转动部件的转动轴上或者所述转动部件的反射镜上或者其他合适的位置上。进一步地，在其中一个实施例中，所述壳体包括相互固定的上半壳及下半壳，所述角度指示结构设置于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上；相应地，所述读取模块固定于所述转动部件的转动轴上或者所述转动部件的反射镜上。或者，所述角度指示结构设置于所述转动部件的转动结构例如所述反射镜上或者所述转动轴的轴套上，相应地，所述读取模块固定于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上。进一步地，在其中一个实施例中，所述壳体包括相互固定的上半壳及下半壳，所述角度指示结构形成于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上；相应地，所述读取模块固定于所述转动部件的转动轴上或者所述转动部件的反射镜上。或者，所述角度指示结构形成于所述转动部件的转动结构例如所述反射镜上，相应地，所述读取模块固定于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上。亦即本申请各实施例中，所述角度指示结构及所述读取模块的位置具有较高的自由度，只需所述转镜式激光扫描组件通过其读取模块读取所述角度指示结构以确定转动角度即可。

进一步地，在其中一个实施例中，所述角度指示结构具有指示部，所述指示部用于为所述读取模块提供刻度指示，以使所述读取模块通过所述指示部确定转动角度；进一步地，在其中一个实施例中，所述指示部以圆编码方式为所述读取模块提供刻度指示。在其中一个实施例中，所述角度指示结构具有圆周排列的指示部；在其他实施例中，所述指示部还可以呈多边形尤其是正多边形排列，只需对所述读取模块提供圆编码的刻度指示即可，亦即对于圆周排列的指示部而言，其相邻指示部或者相邻指示位置的间距相同，对于非圆周排列的指示部而言，其相邻指示部或者相邻指示位置的间距可以不同，只需在所述读取模块读取所述角度指示结构的指示部时，呈现圆编码的刻度指示，即使得刻度所呈现的圆角度对于所述读取模块均匀即可。可以理解的是，对于所述光学扫描器，亦即所述圆编码的光学扫描器，本申请各实施例在读取刻度后如何计算转动角度并未做出改动，仅仅是调整了所述读取模块的读取方式，采用了所述角度指示结构替换了传统的圆编码刻度盘，这两个结构及其位置及安装方式的变化设计，既简单方便，又灵活易于布设，还能够保持长期使用的精确度，这是传统圆编码刻度盘所无实现的。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构呈圆形或圆环形；呈圆形或圆环形的角度指示结构，易于规则设置而被所述读取模块所读取，例如所述角度指示结构具有间隔均匀的指示部，这样有利于生产所述角度指示结构及均匀布设所述角度指示结构。在其中一个实施例中，所述角度指示结构形成一个圆形；在其中一个实施例中，所述角度指示结构形成同心圆形。进一步地，所述壳体的内壁或所述转动部件上设置所述角度指示结构的位置呈圆形或圆环形，或者具有圆形结构或圆环形结构。或者，所述壳体的内壁或所述转动部件上设有安装结构，所述安装结构呈圆形或圆环形，或者具有圆形结构或圆环形结构，所述角度指示结构设置于所述安装结构上。这样的设计，一方面有利于生产制造高精度的所述角度指示结构，另一方面有利于准确安装所述角度指示结构，尽可能避免由于制造或安装造成的测量误差。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构为刻度环，所述刻度环固定于所述壳体的内壁或所述转动部件上；所述刻度环呈环形，以圆环形为最佳，多边形亦可，但是会增加设计、制造及安装的难度。或者，在其中一个实施例中，所述角度指示结构为刻度环带，所述刻度环带印刷或喷涂于所述壳体的内壁或所述转动部件上；在其中一个实施例中，所述角度指示结构为刻度环带，所述刻度环带贴装于所述壳体的内壁或所述转动部件上；所述刻度环带呈条带状，亦可理解为刻度带或者带状的刻度环。进一步地，所述刻度环或所述刻度环带上均匀设有角度指示位，在其中一个实施例中，采用所述角度指示位作为所述指示部。这样的设计，易于在所述转动部件或所述壳体的内壁上设置所述角度指示结构。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构由所述壳体的内壁或所述转动部件上的高反光涂层及低反光的内壁部分组成，且以所述高反光涂层作为所述高反光部，以所述低反光的内壁部分作为所述低反光部；或者，所述角度指示结构由所述壳体的内壁或所述转动部件上的低反光涂层及高反光的内壁部分组成，且以所述高反光的内壁部分作为所述高反光部，以所述低反光涂层作为所述低反光部。可以理解的是，各个相关实施例中，高反光部及低反光部，高反光涂层及低反光的内壁部分，还有低反光涂层及高反光的内壁部分，这里的高低是相对的，目标是使得读取模块例如反射型光电读头能够识别以形成不同的电脉冲，例如形成“低-高”或者相反的电平脉冲序列，以使读取模块确定转动角度。这样的设计，在所述读取模块例如所述反射型光电读头进行读取时，可以方便地根据光线是否反射来判定角度。

在其中一个实施例中，所述角度指示结构或其所述指示部设有归零位，所述归零位用于指示所述读取模块对转动角度的读取作归零处理，即通知所述读取模块或其计数器清零，重新开始计数。进一步地，所述归零位相对于其他指示位置例如指示刻度增粗设置，以高反光涂层或者低反光涂层为例，采用一段特别增粗的高反光涂层或者低反光涂层作为所述归零位，例如，归零位刻度线粗细是普通刻度线的三到五倍以产生一个“异常持久”的电平脉冲供信号处理器判断和识别归零信号。在另一个实施例中，亦可单独画一条归零位刻度线和特设一个归零读头，每旋转一圈仅产生一个电脉冲去触发归零功能。当然，该实施例要占用双倍的刻度面积和配备两对光电发射-读取头，体积和成本都高于增粗刻度线实施例。在具体实现中，对于所述读取模块或其所述反射型光电读头而言，除了所述归零位之外，读取间隔亦称读取频率是规律的，当遇到一个不规律所述归零位所造成的信号影响，则所述读取模块或其计数器清零。这也是传统光学扫描器的圆编码刻度盘凹凸形变所带来的重大问题之一，会不时出现可能的错误归零，而本实施例则在正常使用下的设计寿命周期内，因壳体的坚固耐用度，基本上不存在形变所带来的错误归零问题。

在其中一个实施例中，所述壳体具有圆柱形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间；或者，所述壳体具有圆台形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间。径向平面即垂直于中心轴的平面。所述角度指示结构位于两个所述径向平面之间，便于所述读取模块实现均匀的读取，提升了读取效果的准确度及一致性。

在其中一个实施例中，所述光学扫描器的功能结构如图5所示，包括角度指示结构200、壳体100及装设于所述壳体100内的转镜式激光扫描组件，所述转镜式激光扫描组件具有固定部件及转动部件400，所述转动部件400依转动轴410按转动方向420转动设置于所述壳体100内；本实施例中，所述转镜式激光扫描组件的读取模块为反射型光电读头210，其固定于所述转动部件400上，亦可理解为所述反射型光电读头210为所述转动部件400的一部分例如其中一个组成部件。在使用时，所述反射型光电读头210随所述转动部件400依转动轴410按转动方向420进行转动，所述角度指示结构200保持不动。

本实施例中，所述角度指示结构200为刻度环带，所述刻度环带形成于所述壳体100的内壁上。可以理解的是，图5中转动轴410及转动方向420仅为便于理解的示意标识，不应被理解为对本申请各实施例的额外限制。

本实施例中，所述壳体100具有圆柱形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间。

另一实施例中，请结合图8，所述角度指示结构200形成于所述上壳体1的内壁上，所述角度指示结构200间隔设有低反光部201及高反光部202，所述反射型光电读头210以光电发射及接收感应方式读取所述角度指示结构200的所述高反光部202的反射光线，以确定转动角度。本实施例中，所述低反光部201为黑色刻度线，所述高反光部202为反光涂层或者所述上壳体1的内壁的光滑平面。亦可反之，对壳体1的内壁表面作消光处理成低反光部，在内壁表面上涂布高反光的刻度线。

在其中一个实施例中，所述读取模块的读取方向与所述转动部件的转动轴形成80度至110度的夹角；进一步地，所述读取模块的读取方向与所述转动部件的转动轴形成85度至105度的夹角；进一步地，所述读取模块的读取方向与所述转动部件的转动轴相垂直设置。本实施例亦是本申请与传统光学扫描器的一个重要差异，请参阅图2及图4，传统光学扫描器中的读取模块亦即光电读头190，其读取方向垂直于圆编码刻度盘180且平行于旋转电机160的转动轴。请对比参阅图5、图6及图7，可见本申请所述读取模块例如反射型光电读头210，其读取方向垂直或近乎垂直于所述转动部件的转动轴310。

在其中一个实施例中，所述圆编码的光学扫描器如图6所示，与图5所示实施例不同的是，所述角度指示结构200形成于所述转动部件400上，例如形成于所述转动部件400的轴套的外壁上，所述反射型光电读头210设置于所述壳体100的内壁上。在使用时，所述角度指示结构200随所述转动部件400依转动轴410按转动方向420进行转动，所述反射型光电读头210保持不动。

在其中一个实施例中，所述圆编码的光学扫描器如图7所示，与图2所示传统光学扫描器不同的是，本实施例中的所述圆编码的光学扫描器，取消了传统光学扫描器的圆编码刻度盘180而改用了角度指示结构200，传统光学扫描器的光电读头190亦有所改变，本实施例采用了反射型光电读头210且调整了其位置，以使其读取所述角度指示结构以确定转动角度。本实施例中的所述角度指示结构200如图8所示，具体如前所述，在此不作赘述。

下面继续结合图7，提供一个具体应用的实施例。本实施例中的所述圆编码的光学扫描器，相对于传统光学扫描器取消了体积可观的圆编码刻度盘和附带的圆编码刻度盘固定支撑件，不但可消除圆编码刻度盘的盘片与读头刮蹭的痛点，还可减少零件数量，优化内部结构，简化生产工艺加快生产速度，提高激光雷达良品率，且确保产品的设计寿命。本实施例与传统光学扫描器的主要区别是传统光学扫描器的圆编码刻度盘180已被取消，取而代之的是印刷喷涂在上壳体1内壁上的黑色刻度线作为所述角度指示结构200，图中为简洁示意而只呈现了壳体内壁一小段圆弧里的黑色平行刻度线，实体应为360度喷涂于壳体内壁一整圈的黑色平行刻度线。本实施例中一个反射型光电读头210随旋转反射镜170一起旋转。

本实施例所采用的反射型光电读头210含有一个恒发光的发射头和一个光电接收头，并排装设于光电读头的正面。每当有一段低反光的黑刻度线和一段高反光的内壁面交替从反射型光电读头210面前掠过时，反射型光电读头210就产生一个“低-高”或者相反的电平脉冲序列，指示又旋转了一个刻度角，取代了传统光学扫描器的圆编码刻度盘180和光电读头190的角度指示作用。反射型光电读头210距离壳体的内壁可允许2毫米至3毫米的距离，这个间距远超过传统光学扫描器的0.4毫米，也远超过装配公差和材料正常形变量，且壳体的厚度和强度远大于圆编码刻度盘，正常使用时形变很小，所以完全可以保证内部零件的无刮蹭运转，彻底消除了传统光学扫描器的刮蹭使用痛点。

本实施例中，反射型光电读头210和所述角度指示结构200的刻度线被布置在激光雷达亦即光学扫描器的上壳体里，也可以把它们布置在下壳体里。刻度线可直接涂布于壳体内壁上，也可制作刻度环带粘贴或固定，也可以反过来让刻度环带随同反射镜一起旋转，光电读头固定在旁边。或者可在激光雷达内壁上制作出一圈凹凸齿轮边代替刻度线，利用随同反射镜一起旋转的接近传感器对从旁掠过的凸齿感应计数从而获知旋转角度。以上均属本申请各实施例的变形体。这样的设计，在激光雷达壳体亦即外壳的内壁上的刻度线或凹凸齿替代了圆编码刻度盘上的刻度线，从而取消了已在转镜式激光雷达里应用多年的传统圆编码刻度盘，减少了零件简化了内部结构。

在其中一个实施例中，一种自动控制设备，其包括任一实施例所述圆编码的光学扫描器。进一步地，在其中一个实施例中，所述自动控制设备设有本体，所述本体安装有至少一个任一实施例所述圆编码的光学扫描器。在其中一个实施例中，所述本体设有自主移动装置，所述自主移动装置安装有至少一个任一实施例所述圆编码的光学扫描器。在其中一个实施例中，所述自动控制设备为无人机、无人车、无人超市监控设备、自动监测装置、增材制造装置、自主移动机器人、增强现实设备或虚拟现实设备。在其中一个实施例中，所述自动控制设备为扫地机、工业机器人或自动机械臂。这样的设计，一方面利用了角度指示结构与读取模块互斥地固定与转动的相对关系，另一方面利用了壳体的强度和厚度均远大于传统的圆编码刻度盘的优点，发生形变而影响测量精度的可能性远低于传统的圆编码刻度盘，因此完全避免了传统的圆编码刻度盘存在的形变致使意外问题，亦无需改换材质导致重量增加而致使全面调整产品结构强度，有利于从源头上确保所述自动控制设备尤其是无人车等不因圆编码刻度盘的形变而发生意外。

需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的圆编码的光学扫描器及自动控制设备。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种圆编码的光学扫描器，包括壳体及装设于所述壳体内的转镜式激光扫描组件，所述转镜式激光扫描组件具有固定部件及转动部件，所述固定部件固定设置于所述壳体内，所述转动部件转动设置于所述壳体内；其特征在于，还包括位于所述壳体内的角度指示结构，所述转镜式激光扫描组件通过其读取模块读取所述角度指示结构以确定转动角度；并且，

所述角度指示结构及所述读取模块，分别互斥地设置于所述壳体与所述转动部件的其中一个上。

2.根据权利要求1所述圆编码的光学扫描器，其特征在于，所述读取模块为接近传感器，所述接近传感器以感应计数方式读取所述角度指示结构以确定转动角度且所述角度指示结构具有间隔设置的凸出部及凹入部。

3.根据权利要求1所述圆编码的光学扫描器，其特征在于，所述读取模块为反射型光电读头，所述反射型光电读头以光电发射及接收感应方式读取所述角度指示结构以确定转动角度，且所述角度指示结构间隔设有高反光部及低反光部以供所述反射型光电读头区别读取。

4.根据权利要求3所述圆编码的光学扫描器，其特征在于，所述角度指示结构为刻度环带，所述刻度环带印刷或贴装于所述壳体的内壁或所述转动部件上；或者，

所述角度指示结构为刻度环，所述刻度环固定于所述壳体的内壁或所述转动部件上；或者，

所述角度指示结构由所述壳体的内壁或所述转动部件上的高反光涂层及低反光的内壁部分组成，且以所述高反光涂层作为所述高反光部，以所述低反光的内壁部分作为所述低反光部；或者，

所述角度指示结构由所述壳体的内壁或所述转动部件上的低反光涂层及高反光的内壁部分组成，且以所述高反光的内壁部分作为所述高反光部，以所述低反光涂层作为所述低反光部；或者，

所述高反光部用于反射所述反射型光电读头所发出的光波，以供所述反射型光电读头读取到足以触发内部光电开关的光信号；所述低反光部用于吸收所述反射型光电读头所发出的光波，以使所述反射型光电读头无法读取到足以触发内部光电开关的光信号。

5.根据权利要求1所述圆编码的光学扫描器，其特征在于，所述读取模块的读取方向与所述转动部件的转动轴形成80度至110度的夹角；或者，

所述角度指示结构设有归零位，所述归零位用于指示所述读取模块对转动角度的读取作归零处理；或者，

所述壳体具有圆柱形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间；或者，

所述壳体具有圆台形结构，且所述角度指示结构位于所述圆柱形结构的两个径向平面之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述圆编码的光学扫描器，其特征在于，所述读取模块固定于所述转动部件上，所述角度指示结构设置于所述壳体的内壁上；或者，

所述读取模块固定于所述壳体的内壁上，所述角度指示结构设置于所述转动部件上。

7.根据权利要求6所述圆编码的光学扫描器，其特征在于，所述角度指示结构形成于所述壳体的内壁或所述转动部件上；或者，

所述壳体包括相互固定的上半壳及下半壳，所述角度指示结构设置于所述上半壳的内壁上或者所述下半壳的内壁上；及/或，所述读取模块固定于所述转动部件的转动轴上或者所述转动部件的反射镜上。

8.一种自动控制设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述圆编码的光学扫描器。

9.根据权利要求8所述自动控制设备，其特征在于，其为无人机、无人车、无人超市监控设备、自动监测装置、增材制造装置、自主移动机器人、增强现实设备或虚拟现实设备。

10.根据权利要求9所述自动控制设备，其特征在于，其为扫地机、工业机器人或自动机械臂。

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