一种多层光学扫描传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种多层光学扫描传感器，包括：旋转机构；平面反射镜，平面反射镜与旋转机构旋转轴之间的夹角为45°；设置在平面反射镜下方的多个激光发射器，以过旋转机构的旋转轴的一个平面为参照平面，所有激光发射器的光轴均与参照平面平行，激光发射器的光轴倾斜角均不相等；设置在平面反射镜下方的接收透镜，接收透镜的光轴与旋转机构的旋转轴平行；设置在接收透镜下方的接收电路板，接收电路板上设置有与激光发射器一一对应的多个光敏接收点。该光学扫描传感器的多层扫描面均为平面或轻度弯曲的平面，在与参照平面垂直的任一被扫描平面内可以在较大范围内确保稳定的扫描纵向分辨率，从而满足某些特定的三维扫描应用的要求。

A multilayer optical scanning sensor

The utility model relates to a multilayer optical scanning sensor includes a rotating mechanism; a plane mirror, the angle between the plane mirror and the rotary shaft between 45 DEG; arranged in a plurality of laser emitters below the plane mirror, a plane rotation shaft rotating mechanism as the reference plane, the optical axis of all the laser transmitter and the reference plane parallel to optical axis of the laser transmitter tilt angle are not equal; below the lens arranged on the receiving plane mirror. The rotation axis of the receiving lens and the rotating mechanism is arranged in parallel; the receiving circuit board receiving lens below the receiving circuit board is provided with a plurality of photosensitive correspond with laser transmitter receiver. Multi scanning surface of the optical scanning sensors are flat or slightly curved plane, with reference to any plane perpendicular to the scanning plane is vertical resolution scanning can ensure stable in a wide range, so as to meet the specific requirements of the application of 3D scanning.

【技术实现步骤摘要】
一种多层光学扫描传感器
本技术涉及光学扫描
，尤其是涉及一种多层光学扫描传感器。
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，同时探测被在此空间角度上的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，从而能够对被测环境进行三维扫描，是一种多层锥面扫描激光雷达。在某些三维扫描应用中，以高速铁路的异物侵限监测为例，需要对轨枕区进行三维扫描，以便发现可能存在的对高速行车安全造成危害的异物。被扫描区域为安装轨枕的平面，该平面被称为被监测平面，在工程实施中，激光雷达安装在特定的高度上，并且激光雷达的扫描旋转轴与被监测平面之间有一定的安装倾角，使各层扫描面倾斜从而与被监测平面相交，实现对被监测平面的扫描，如图2中所示。激光雷达的各层扫描面与被监测平面的交线称为扫描线，只有位于扫描线附近的点的距离才可以被激光雷达可靠测量，扫描线之间的纵向间距决定了激光雷达的扫描纵向分辨率，间距越小，纵向分辨率越高，反之则纵向分辨率越低。由于目前的多层锥面扫描激光雷达的扫描面为多个以扫描旋转轴为中轴的圆锥面，在被监测平面内的扫描线为一族同心圆锥曲线(椭圆、抛物线或双曲线)，如图3中所示，在不同的横向距离上，圆锥曲线间的纵向间距各不相同，横向距离越远，扫描线的纵向间距越大，无法实现比较均匀的扫描纵向分辨率，因此同样直径的异物，在不同横向位置上可能被发现，也可能无法发现，无法满足应用要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种多层光学扫描传感器，以期能够以平面或接近于平面的多层扫描面来对被监测平面进行三维扫描，从而使得相邻两条扫面线在不同横向距离上的纵向间距趋近于相等，实现比较均匀的扫描纵向分辨率。为达到上述目的，本技术所提供的多层光学扫描传感器，包括：旋转机构；被所述旋转机构带动旋转的平面反射镜，所述平面反射镜与所述旋转机构旋转轴之间的夹角为45°；设置在所述平面反射镜下方的多个激光发射器，以过所述旋转机构的旋转轴的一个平面为参照平面，所有所述激光发射器的光轴均与所述参照平面平行，所述激光发射器的光轴与所述旋转机构的旋转轴之间的夹角称为光轴倾斜角，所述激光发射器的光轴倾斜角均不相等；设置在所述平面反射镜下方，用于汇聚由被测目标反射、并由所述平面反射镜再次反射的激光的接收透镜，所述接收透镜的光轴与所述旋转机构的旋转轴平行；设置在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与所述激光发射器一一对应的多个光敏接收点。优选的，多个所述激光发射器的光轴倾斜角以相等的递增幅度由最小值递增至最大值。优选的，所述递增幅度不超过2°。优选的，其中一个所述激光发射器的光轴倾斜角为0°。优选的，所述接收透镜的光轴与所述旋转机构的旋转轴重合。优选的，还包括位于所述反光镜和所述接收电路板之间的安装基座，所述激光发射器和所述接收透镜设置在所述安装基座上。优选的，多个所述激光发射器均匀设置在一个圆周上，所述圆周的圆心位于所述接收透镜的光轴上且所述圆周所在的平面与所述接收透镜的光轴垂直。优选的，所述旋转机构包括：电机支架；设置在所述电机支架上的驱动电机；与所述驱动电机的输出轴相连，且用于供所述平面反射镜安装的反射镜支架。用几何光学方法可以推导出，本技术所公开的多层光学扫描传感器具有多层平面或近似平面(轻度弯曲)的扫描面，是一种多层平面扫描激光雷达。在高速铁路异物侵限监测一类的平面监测应用中，激光雷达的旋转机构的旋转轴与被监测平面之间有一定的安装倾角，此时各层扫描面与被监测平面相交所形成的扫描线为一组近似平行线，可以在较大的横向距离范围内确保稳定的扫描纵向分辨率，从而满足此类三维扫描应用的要求。另外，该多层光学扫描传感器的旋转机构仅带动反射镜旋转，其旋转负载为无源负载，不仅旋转机构旋转时所带动的负载质量显著降低，而且还可取消现有的多层扫描激光雷达中用于向有源旋转负载供电和传输信号的导电滑环等机构，可以显著提高旋转机构的转速，提升扫描频率，并且有效降低了旋转机构的磨损，提高了多层光学扫描传感器的可靠性和使用寿命。附图说明图1为飞行时间测量法的基本原理示意图；图2为现有多层锥面扫描激光雷达对轨枕区扫描的示意图；图3为现有多层锥面扫描激光雷达在轨枕区的扫描线的分布示意图；图4为本技术实施例中所公开的多层光学扫描传感器的整体结构示意图；图5为雷达坐标系和方向向量的空间角定义；图6为本技术实施例所公开的多层光学扫描传感器对轨枕区扫描的示意图；图7为本技术实施例所公开的多层光学扫描传感器在轨枕区的扫描线分布示意图。其中，01为待测目标，02为激光脉冲发射组件，03为计时器，04为反射激光脉冲接收组件，A为扫描面，B为铁轨，C为轨枕安装平面，D为异物，E为扫描线，1为电机，2为电机支架，3为接收透镜，4为安装基座，5为光敏接收点，6为接收电路板，7为激光发射器，8为平面反射镜，9为反射镜支架。具体实施方式本技术的核心是提供一种多层光学扫描传感器，以期能够以多层平面或近似平面的扫描面来对被监测平面进行扫描，使得在较大的横向距离范围内所有扫面线近似平行且纵向间距大致相等，实现比较均匀的扫描纵向分辨率。为对本技术的具体方案进行说明，需要先对雷达坐标系和方向向量的空间角进行定义，如图5所示。图5中为雷达的右手系三维坐标系，Z轴方向为旋转机构的旋转轴方向，Y轴方向为激光雷达的正前方，X轴为扫描横向方向。方向向量P与Z轴的夹角β称为倾斜角，P在XY平面上的投影与X轴的夹角ω称为方位角，下文中沿用上述空间角概念。为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。如图4所示，本技术所公开的多层光学扫描传感器(或称激光雷达)，包括旋转机构、平面反射镜、激光发射器、接收透镜、以及接收电路板，其中，平面反射镜被旋转机构带动旋转，并且平面反射镜与Z轴的夹角为45°；多个激光发射器设置在平面反射镜的下方，以YZ平面为参照平面，所有的激光发射器的光轴均与该参照平面平行，即所有激光发射器的光轴的方位角均为90°或270°，且各激光发射器的光轴的倾斜角均不相等，以实现多层扫描；接收透镜设置在平面反射镜下方，用来对被目标反射且被平面反射镜再次反射的激光脉冲进行汇聚；接收电路板设置在接收透镜的下方，接收电路板上设置有与激光发射器一一对应的多个光敏接收点。用几何光学方法可以推导出，本技术所公开的激光雷达具有多层平面或近似平面的扫描面，每个扫描面关于参照平面(YZ平面)左右对称，与XY平面的夹角为扫描面对应的激光发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层光学扫描传感器，其特征在于，包括：旋转机构；被所述旋转机构带动旋转的平面反射镜，所述平面反射镜与所述旋转机构旋转轴之间的夹角为45°；设置在所述平面反射镜下方的多个激光发射器，以过所述旋转机构的旋转轴的一个平面为参照平面，所有所述激光发射器的光轴均与所述参照平面平行，所述激光发射器的光轴与所述旋转机构的旋转轴之间的夹角称为光轴倾斜角，所述激光发射器的光轴倾斜角均不相等；设置在所述平面反射镜下方，用于汇聚由被测目标反射、并由所述平面反射镜再次反射的激光的接收透镜，所述接收透镜的光轴与所述旋转机构的旋转轴平行；设置在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与所述激光发射器一一对应的多个光敏接收点。

【技术特征摘要】
1.一种多层光学扫描传感器，其特征在于，包括：旋转机构；被所述旋转机构带动旋转的平面反射镜，所述平面反射镜与所述旋转机构旋转轴之间的夹角为45°；设置在所述平面反射镜下方的多个激光发射器，以过所述旋转机构的旋转轴的一个平面为参照平面，所有所述激光发射器的光轴均与所述参照平面平行，所述激光发射器的光轴与所述旋转机构的旋转轴之间的夹角称为光轴倾斜角，所述激光发射器的光轴倾斜角均不相等；设置在所述平面反射镜下方，用于汇聚由被测目标反射、并由所述平面反射镜再次反射的激光的接收透镜，所述接收透镜的光轴与所述旋转机构的旋转轴平行；设置在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与所述激光发射器一一对应的多个光敏接收点。2.如权利要求1所述的多层光学扫描传感器，其特征在于，多个所述激光发射器的光轴倾斜角以相等的递增幅度由最小值递增至最大值。3.如权利要求2所述的多层光学...

【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：新型
国别省市：北京,11