光学扫描传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种光学扫描传感器，包括光源、投光单元、受光单元、光接收器、偏转单元、曲面透光罩、旋转单元、角度编码器，其中偏转单元包括反射镜及反射镜支架，旋转单元包括一中空部件和驱动元件，所述投光单元和所述受光单元为收发同轴光学系统并位于反射镜同一侧，经反射镜偏转的目标区域反射的光经中空部件的通孔进入光接收器。反射镜通过反射镜支架固定在旋转单元上方，在驱动元件的带动下360°旋转。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光学扫描传感器。
技术介绍
测距型光学扫描传感器(一般称之为测距型激光雷达，Lidar)需要以固定的扫描频率(例如25Hz)完成对使用环境的一个或多个特定空间截面(平面截面或锥面截面)上的距离测量，基本的测量方法是“飞行时间”测量法，即在特定空间角度上发射激光光波，同时探测被在此空间角度上的目标表面反射的激光光波，计算激光光波从发射到被反射回来的飞行时间，通过时间-距离转换(Time-Distance-Conversion，TDC)得到距离值。所获取的原始测量数据为空间极坐标表示形式，以扫描传感器光学结构中的某个固定点(一般位于旋转扫描结构的旋转轴上)为坐标原点，空间角度有固定的分辨率(如0.5°)。在多数应用环境中，除对测量得到的距离值有着明确的精度要求外，对每次测量所处的二维空间角度也有着明确的精度要求。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种紧凑型收发同轴光学扫描传感器，解决了传统的光学扫描测距装置在结构设计方面存在的若干问题。相较于传统的激光雷达，本技术在结构强度、小型化设计、全角度扫描能力和对从目标区域反射光的有效利用方面有着确切的优点。本技术提供了一种光学扫描传感器。所述光学扫描传感器包括光源，发出发射光；投光单元，将发射光引向反射镜；偏转单元，包括反射镜和反射镜支架，所述反射镜将发射光偏转并引向目标区域以及将目标区域反射的光偏转并引向受光单元；受光单元，将目标区域反射的光引向光接收器；光接收器，接收受光单元引入的目标区域反射的光；旋转单元，包括旋转部件和驱动元件；透光罩，用于透过发射光和目标区域反射的光；角度编码器，用于记录反射镜角度信息；其中，所述透光罩为曲面透光罩，所述旋转部件为一中空部件，所述中空部件中间为一通孔，所述中空部件在驱动元件带动下绕其中心轴旋转，所述反射镜与旋转单元通过发射镜支架连接，所述投光单元和所述受光单元为收发同轴光学系统并位于所述反射镜同一侧，经所述反射镜偏转的目标区域反射的光经所述中空部件的通孔进入光接收器。所述投光单元和所述受光单元为收发同轴系统是指投光单元与受光单元光轴重合，相对于传统的收发离轴系统，采用收发同轴系统可以减小光学测量盲区。所述偏转单元随所述中空部件在所述驱动元件的带动下绕所述中空部件的中心轴旋转。另外，上述中空部件可以是上下两部分，下部不旋转，上部可旋转并与反射镜支架相连。本技术所述曲面透光罩为包含发射光及从目标区域反射的光的透过窗口的透明壳体。所述曲面透光罩的内外表面是中心轴对称的旋转曲面，其旋转轴即为同轴收发系统的光轴，也是旋转单元的旋转轴。其母线是经光学优化的曲线，优选地为圆弧线或抛物线。曲面透光罩对从目标区域反射的光起到汇聚作用，与传统的平面、锥面透光罩相比，能使更多的反射光被光接收器接收，提高了测量能力。其原因概述如下：1)对远距离目标的测量能力由受光组件接收到的目标反射光的能量决定。由于能够进入受光组件的远距离目标的反射光近似于平行光，且空间能量密度基本一致，因此，对于确定受光截面形状(例如圆形)的受光组件，反射光能量正比于测距系统透光罩的外部有效通光面积，在此面积范围内的远距离目标反射光能够通过透光罩后最终进入受光组件；2)对于厚度一致的平面透光罩，有效通光面积等于受光组件的有效受光面积；3)对于厚度一致的锥面透光罩，其垂直剖面为平行四边形，有效通光口径等于受光组件的有效光学口径；其水平剖面为圆形，对远距离目标的近似平行反射光有汇聚作用，有效通光口径大于受光组件的有效光学口径；因此，其有效通光面积大于受光组件的有效通光面积；4)对于厚度一致的球面透光罩，其垂直剖面是圆的一部分，优选地为半圆形，水平剖面为圆形，对远距离目标的近似平行反射光都有汇聚作用，因此两个方向上的有效通光口径都大于受光组件的有效光学口径，且其上部的半径更小，曲率更大，汇聚作用更为明显，相对而言，锥面透光罩的上部半径更大，曲率更小，汇聚作用相对较弱；球面透光罩的有效通光面积大于锥面透光罩的有效通光面积；因此，球面透光罩使受光组件能够接收到更多的反射光能量，相对于锥面透光罩而言，提高了测距系统的量程。5)进一步地，透光罩的外部曲面和内部曲面可以设计成不同的曲面，使其通光窗口处的截面更接近于凸透镜，对远距离目标的近似平行反射光的汇聚效果更强，进一步提高有效受光面积，增大测距量程。进一步地，所述中空部件的中心轴和所述投光单元以及所述受光单元的光轴重合。进一步地，所述投光单元与所述受光单元位于所述中空部件的通孔内或所述中空部件通孔的上方。投光单元与受光单元全部或其部分位于通孔内都属于本技术所述的“投光单元与受光单元位于中空部件的通孔内”的范畴。进一步地，所述投光单元采用发射透镜或发射透镜组。所述光源发出的发射光经发射透镜或发射透镜组引向反射镜，再经所述反射镜偏转并引向目标区域。进一步地，所述受光单元采用接收透镜或接收透镜组。所述接收透镜或接收透镜组将经所述反射镜偏转的从目标区域反射的光引向所述光接收器。更进一步地，所述接收透镜或接收透镜组中间有一间隙孔，所述发射透镜或发射透镜组位于所述接收透镜的间隙孔内，所述发射透镜与所述接收透镜光轴重合。进一步地，所述驱动元件包括动力部件及传动部件。所述传动部件连接于所述动力部件与所述中空部件之间，使得所述中空部件在所述动力部件带动下旋转。更进一步地，所述动力部件可以为任何形式的动力供给装置，优选为电机，如轴式电机等，可以通过皮带或者齿轮的传动方式将动力传动给所述中空部件使其旋转。另外，旋转单元可以是中空电机。所述反射镜在所述中空电机的带动下旋转。所述中空电机中间有一通孔，经所述反射镜偏转的从目标区域反射的光通过中空电机的通孔并被所述光接收器接收。所述中空电机在较高转速下需要具备低振动、低噪声的特性，才能够较好的应用于该光学扫描传感器。本技术的另一目的在于提供一种光学扫描传感器，通过设置阻光光栏，阻止杂散光进入到所述光接收器，提高了测量精度和有效量程，避免出现近距离的测量盲区。进一步地，所述阻光光栏位于所述中空部件的上方边缘，阻止经曲面透光罩反射的杂散光进入所述光接收器。优选地，所述阻光光栏沿中空部件的上方边缘竖直放置。优选地，所述阻光光栏为圆筒形。优选地，所述阻光光栏位于受光单元的外边缘。本技术的另一目的在于提供一种光学扫描传感器，通过采用顶拉机构，可以是顶拉螺杆，对所述反射镜进行固定，并可以通过配合调节该顶拉结构来调节反射镜角度，同时顶拉螺杆固定与快干型高强度胶水(如UV胶)粘接配合的设备组装方式，即保证了反射镜角度的精确和粘接牢固程度，同时节省了设备组装成本。本技术提供了一种光学扫描传感器，所述反射镜支架得以使所述反射镜安装于所述旋转单元，保证反射镜随旋转单元一起旋转。进一步地，所述反射镜支架由两个以上支撑壁及三个以上安装脚构成，所述反射镜安装在支撑壁上端，所述安装脚上有至少一个调节孔和至少一个固定孔。所述反射镜支架通过固定装置固定于所述旋转单元。进一步地，所述固定装置可以是固定螺杆，除了螺杆固定也可以替换为任何其它形式的机械固定连接方式。设置一个调节孔的原因是，除了通过机械连接的方式使反射镜支架固定于旋转单元上，通过调节调节孔内调节装置的松紧，起到调节反射镜角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学扫描传感器，包括：光源，发出发射光；投光单元，将发射光引向反射镜；偏转单元，包括反射镜和反射镜支架，所述反射镜将发射光偏转并引向目标区域以及将目标区域反射的光偏转并引向受光单元；受光单元，将目标区域反射的光引向光接收器；光接收器，接收受光单元引入的目标区域反射的光；旋转单元，包括旋转部件和驱动元件；透光罩，用于透过发射光和目标区域反射的光；角度编码器，用于记录反射镜角度信息；其特征在于：所述透光罩为曲面透光罩，所述旋转部件为一中空部件，所述中空部件中间为一通孔，所述中空部件在驱动元件带动下绕其中心轴旋转，所述反射镜与旋转单元通过反射镜支架连接，所述投光单元和所述受光单元为收发同轴光学系统并位于所述反射镜同一侧，经所述反射镜偏转的目标区域反射的光经所述中空部件的通孔进入光接收器。

【技术特征摘要】
1.一种光学扫描传感器，包括：光源，发出发射光；投光单元，将发射光引向反射镜；偏转单元，包括反射镜和反射镜支架，所述反射镜将发射光偏转并引向目标区域以及将目标区域反射的光偏转并引向受光单元；受光单元，将目标区域反射的光引向光接收器；光接收器，接收受光单元引入的目标区域反射的光；旋转单元，包括旋转部件和驱动元件；透光罩，用于透过发射光和目标区域反射的光；角度编码器，用于记录反射镜角度信息；其特征在于：所述透光罩为曲面透光罩，所述旋转部件为一中空部件，所述中空部件中间为一通孔，所述中空部件在驱动元件带动下绕其中心轴旋转，所述反射镜与旋转单元通过反射镜支架连接，所述投光单元和所述受光单元为收发同轴光学系统并位于所述反射镜同一侧，经所述反射镜偏转的目标区域反射的光经所述中空部件的通孔进入光接收器。2.如权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于：所述曲面透光罩为球面透光罩或抛物面透光罩。3.如权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于：所述中空部件的中心轴和所述投光单元以及所述受光单元的光轴重合。4.如权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于：所述投光单元与受光单元位于所述中空部件的中间通孔内或位于所述中空部件的通孔的上方。5.如权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于：所述投光单元为发射透镜或发射透镜组，所述受光单元为接收透镜或接收透镜组。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，周泽明，
申请(专利权)人：北京飞思迈尔光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11