一种光学扫描传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光学扫描传感器，包括：旋转机构；在所述旋转机构带动下旋转的棱锥形反射镜；位于所述棱锥形反射镜下方的多个激光发射器组，组数与棱锥形反射镜的侧反射镜个数相同，每个所述激光发射器组包括两个激光发射器，其各自的空间位置与侧反射镜的形状相匹配，使得棱锥形反射镜旋转到任意角度时，两个发射器中至少有一个发射的激光光束会被侧反射镜完整遮挡，各激光发射器依照特定的发射次序执行发射并进行测量；接收透镜；接收电路板，接收电路板上设置有一个光敏接收点。该光学扫描传感器能实现多层锥面扫描，并且具有高扫描频率、高可靠、低功耗、低成本的优点，同时还能实现扫描频率成倍增加的单层平面扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种光学扫描传感器
本专利技术涉及光学扫描
，尤其是涉及一种脉冲式测距多层扫描光学扫描传感器。
技术介绍
测距型光学扫描传感器也被称为测距型激光雷达，需要以一定的扫描频率(例如50Hz)完成对使用环境的一个或者多个特定的空间截面上的物体的距离测量，一种基本的测量方法是“飞行时间测量法”。飞行时间测量法是指激光雷达在特定的空间角度上发射激光脉冲，同时探测在此空间角度上的被测目标表面反射的激光脉冲，计算激光脉冲从发射到被反射回来的飞行时间，通过时间-距离转换得到距离值，如图1中所示。目前的脉冲式测距多层扫描激光雷达在同一个旋转机构上安装多个有源测距装置，每一个测距装置均包括激光发射部分和激光接收部分，测距装置和激光雷达的非旋转部分之间通过金属摩擦式导电滑环来实现供电和信号传输。每个测距装置发射的激光光束的光轴的倾斜角各不相同，旋转机构开始旋转后，每个测距装置发射的激光光束的光轴都形成了一层圆锥扫描面，从而能够以多层锥面方式对被测环境进行三维扫描。目前的多层扫描激光雷达存在的问题如下：旋转负载质量较大，转速和扫描频率较低，功耗较高；金属摩擦式导电滑环可靠性不高，使用寿命有限；需要多个光电接收组件，且接收组件在光路上需要与激光发射组件一一精确对应，装调难度较大，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光学扫描传感器，以期能够有效减轻目前的多层扫描激光雷达旋转机构的旋转负载，实现无源旋转负载，同时能够有效简化激光雷达的结构，达到提高扫描频率、降低成本的目的。此外，本专利技术所公开的激光雷达还能够实现扫描频率成倍增加的单层平面扫描。为达到上述目的，本专利技术所公开的光学扫描传感器，包括：旋转机构，所述旋转机构的旋转轴称为中心轴；位于所述旋转机构下方、在所述旋转机构带动下旋转的棱锥形反射镜，所述棱锥形反射镜的底面与所述旋转机构的旋转部件相连，所述棱锥形反射镜的侧面为平面反射镜，称为侧反射镜，每个所述侧反射镜的左右两侧不同高度上各具有一个延伸出棱锥体以外的延伸反射区，位置较高的所述延伸反射区称为高位延伸反射区，位置较低的所述延伸反射区称为低位延伸反射区；位于所述棱锥形反射镜下方，沿圆周均匀排布的且与所述侧反射镜个数相同的多个激光发射器组，所述激光发射器组排布圆周的圆心位于所述中心轴上，且所述发射器组排布圆周所在的平面与所述中心轴垂直，每个所述激光发射器组包括沿所述中心轴径向排布且间距相等的外侧和内侧两个激光发射器，外侧发射器与所述高位延伸反射区对应且称为高位激光发射器，内侧发射器与所述低位延伸反射区对应且称为低位激光发射器，所述高位激光发射器和低位激光发射器的发射光轴指向所述侧反射镜且均与所述中心轴平行；位于所述棱锥形反射镜下方的接收透镜，所述接收透镜用于汇聚由被测目标反射，并由所述侧反射镜再次反射的激光光束，所述接收透镜的光轴与所述中心轴重合；位于所述接收透镜下方的接收电路板，所述接收电路板上设置有一个光敏接收点，所述光敏接收点位于所述接收透镜的焦点上。优选的，所述棱锥形反射镜的底面所在的平面与所述中心轴垂直，且与各所述侧反射镜所在的平面相交截出的多边形为正多边形，此正多边形的中心位于所述中心轴上。优选的，所述侧反射镜与所述中心轴之间的夹角称为侧反射镜的倾斜角，各所述侧反射镜的倾斜角按预定的递增幅度从最小值增加到最大值。优选的，所述侧反射镜的倾斜角沿所述棱锥形反射镜的周向依次由最小值增加到最大值。优选的，各所述高位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的左侧，各所述低位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的右侧。或者，各所述高位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的右侧，各所述低位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的左侧。优选的，所有所述高位延伸反射区沿所述中心轴方向在所述激光发射器组排布圆周所处的平面上的投影形状均相同，所有所述低位延伸反射区沿所述中心轴方向在所述激光发射器组排布圆周所处的平面上的投影形状也相同。优选的，其中一个所述侧反射镜的倾斜角为45°。优选的，所述侧反射镜的递增幅度不大于1°。优选的，各个所述侧反射镜的倾斜角均相等。优选的，相邻的两个所述侧反射镜所在的平面的交线称为所述棱锥形反射镜的侧棱线，当所述棱锥形反射镜旋转且所述侧棱线转至任意一所述激光发射器组正上方时，所述侧棱线一侧的所述高位延伸反射区能够完整遮挡该所述激光发射器组的所述高位激光发射器发射的激光光束，所述侧棱线另一侧的所述低位延伸反射区能够完整遮挡该所述激光发射器组的所述低位激光发射器发射的激光光束。优选的，全部所述高位激光发射器和所述低位激光发射器发射的激光光束的形状均相同。可选的，全部所述高位延伸反射区和所述低位延伸反射区沿所述中心轴方向在所述激光发射器组排布圆周所处的平面上的投影形状相同。优选的，全部所述激光发射器组中的所述高位激光发射器并发发射，并同时关闭，全部所述激光发射器组中的所述低位激光发射器并发发射，并同时关闭，且任意一个所述激光发射器组中，所述高位激光发射器和所述低位激光发射器交替发射。优选的，当所述棱锥形反射旋转，且任意一个所述激光发生器组位于其中一个所述侧反射镜的下方一侧时，若该所述侧反射镜的所述高位延伸反射区与所述激光发射器组同侧，则此所述激光发生器组的所述高位激光发射器执行发射；若所述侧反射镜的所述低位延伸反射区与所述激光发射器组同侧，则所述激光发生器组的所述低位激光发射器执行发射。优选的，当所述激光发生器组位于任意一所述侧反射镜的下方中央位置时，所述高位激光发射器和所述低位激光发射器的发射状态轮换。优选的，当相邻的两个所述侧反射镜所在的平面的交线形成的侧棱线转至任意一所述激光发生器组的正上方时，所述高位激光发射器和所述低位激光发射器的发射状态轮换。优选的，还包括位于所述棱锥形反射镜和所述接收电路板之间的安装基座，所述激光发射器组和所述接收透镜设置在所述安装基座上。采用几何光学的方法可以推导出，本专利技术所公开的光学扫描传感器中，设侧反射镜的个数是N，且其倾斜角各不相同，当棱锥形反射镜旋转一周时，各激光发射器组在各侧反射镜上形成了N层倾斜角各不相同、方位角张角为(360/N)°的扫描扇锥面，全部扫描扇锥面拼接成了N层倾斜角各不相同的完整的圆锥面，从而实现了多层锥面扫描。本专利技术所公开的光学扫描传感器中，旋转机构上仅设置了无源的棱锥形反射镜，激光发射器和反射光的接收组件均未设置在旋转机构上，并且只有一套光电接收组件。由于该激光雷达的旋转机构仅带动反射镜旋转，因此该激光雷达的旋转负载为无源负载，质量显著降低，可以显著提高转速和扫描频率，有效降低了旋转机构的磨损和整机功耗，提高了激光雷达的使用寿命；同时还取消了导电滑环，提高了整机可靠性；此外，由于全部激光发射器发射的激光脉冲的反射光都由一套光电接收组件接收，有效降低了整机装调难度，降低了成本；最后，如果将棱锥形反射镜的各侧反射镜的倾斜角全部设置为45°，还可以实现更高扫描频率的单层平面扫描，如果侧反射镜的个数是N，此时的单层平面扫描频率为多层锥面扫描频率的N倍。附图说明图1为飞行时间测量法的基本原理示意图；图2为本专利技术实施例中所公开的光学扫描传感器的结构示意图；图3为雷达坐标系和方向向量的空间角定义；图4为本专利技术所公开的光学扫描传感器的光路原理图；图5为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学扫描传感器，其特征在于，包括：旋转机构，所述旋转机构的旋转轴称为中心轴；位于所述旋转机构下方，在所述旋转机构带动下旋转的棱锥形反射镜，所述棱锥形反射镜的底面与所述旋转机构的旋转部件相连，所述棱锥形反射镜的侧面为平面反射镜，称为侧反射镜，每个所述侧反射镜的左右两侧不同高度上各具有一个延伸出棱锥体以外的延伸反射区，位置较高的所述延伸反射区称为高位延伸反射区，位置较低的所述延伸反射区称为低位延伸反射区；位于所述棱锥形反射镜下方，沿圆周均匀排布且与所述侧反射镜个数相同的多个激光发射器组，所述激光发射器组排布圆周的圆心位于所述中心轴上，且所述激光发射器组排布圆周所在的平面与所述中心轴垂直，每个所述激光发射器组包括沿所述中心轴径向排布且间距相等的外侧和内侧两个激光发射器，外侧发射器与所述高位延伸反射区对应且称为高位激光发射器，内侧发射器与所述低位延伸反射区对应且称为低位激光发射器，所述高位激光发射器和所述低位激光发射器的发射光轴指向所述侧反射镜且均与所述中心轴平行；位于所述棱锥形反射镜下方的接收透镜，所述接收透镜用于汇聚由被测目标反射，并由所述侧反射镜再次反射的激光光束，所述接收透镜的光轴与所述中心轴重合；位于所述接收透镜下方的接收电路板，所述接收电路板上设置有一个光敏接收点，所述光敏接收点位于所述接收透镜的焦点上。...

【技术特征摘要】
1.一种光学扫描传感器，其特征在于，包括：旋转机构，所述旋转机构的旋转轴称为中心轴；位于所述旋转机构下方，在所述旋转机构带动下旋转的棱锥形反射镜，所述棱锥形反射镜的底面与所述旋转机构的旋转部件相连，所述棱锥形反射镜的侧面为平面反射镜，称为侧反射镜，每个所述侧反射镜的左右两侧不同高度上各具有一个延伸出棱锥体以外的延伸反射区，位置较高的所述延伸反射区称为高位延伸反射区，位置较低的所述延伸反射区称为低位延伸反射区；位于所述棱锥形反射镜下方，沿圆周均匀排布且与所述侧反射镜个数相同的多个激光发射器组，所述激光发射器组排布圆周的圆心位于所述中心轴上，且所述激光发射器组排布圆周所在的平面与所述中心轴垂直，每个所述激光发射器组包括沿所述中心轴径向排布且间距相等的外侧和内侧两个激光发射器，外侧发射器与所述高位延伸反射区对应且称为高位激光发射器，内侧发射器与所述低位延伸反射区对应且称为低位激光发射器，所述高位激光发射器和所述低位激光发射器的发射光轴指向所述侧反射镜且均与所述中心轴平行；位于所述棱锥形反射镜下方的接收透镜，所述接收透镜用于汇聚由被测目标反射，并由所述侧反射镜再次反射的激光光束，所述接收透镜的光轴与所述中心轴重合；位于所述接收透镜下方的接收电路板，所述接收电路板上设置有一个光敏接收点，所述光敏接收点位于所述接收透镜的焦点上。2.根据权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于，所述棱锥形反射镜的底面所在的平面与所述中心轴垂直，且与各所述侧反射镜所在的平面相交截出的多边形为正多边形，此正多边形的中心位于所述中心轴上。3.根据权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于，所述侧反射镜与所述中心轴之间的夹角称为侧反射镜的倾斜角，各所述侧反射镜的倾斜角按预定的递增幅度从最小值增加到最大值。4.根据权利要求3所述的光学扫描传感器，其特征在于，所述侧反射镜的倾斜角沿所述棱锥形反射镜的周向依次由最小值增加到最大值。5.根据权利要求1所述的光学扫描传感器，其特征在于，各所述高位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的左侧，各所述低位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的右侧；或者，各所述高位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的右侧，各所述低位延伸反射区均位于其所属的所述侧反射镜的左侧。6.根据权利要...

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