激光雷达扫描探测装置及其探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光雷达扫描探测装置及探测方法，其中装置包括：一组旋转扫描镜；两组摆动扫描镜，分别设置在所述旋转扫描镜上下两侧；以及两组光学发射/接收模块，分别设置在旋转扫描镜的左右两侧。本发明专利技术中，采用两组光学发射/接收模块以及三组扫描镜，实现了大视场范围目标快速扫描探测，具有探测视场大、扫描速度快、点云空间分辨率高等优点，可广泛应用于各类场景下的环境感知实时监控与汽车辅助驾驶等领域。

Laser Radar Scanning Detection Device and Its Detection Method

The invention provides a scanning detection device and a detection method for a lidar, which comprises a set of rotating scanning mirrors, two sets of swinging scanning mirrors, respectively, on the upper and lower sides of the rotating scanning mirror, and two sets of optical transmitting/receiving modules, respectively, on the left and right sides of the rotating scanning mirror. In the invention, two sets of optical transmitter/receiver modules and three sets of scanning mirrors are used to realize fast scanning detection of targets with large field of view, which has the advantages of large field of view, fast scanning speed and high spatial resolution of point clouds, and can be widely used in various scenarios such as real-time environmental sensing monitoring and automobile assisted driving.

【技术实现步骤摘要】
激光雷达扫描探测装置及其探测方法
本专利技术涉及激光雷达领域，更具体地涉及一种激光雷达扫描探测装置及其探测方法。
技术介绍
激光雷达由于其能精确地测量目标位置的距离信息和方位信息，越来越多的应用于国防工业及智能生活的方方面面。激光雷达以激光作为工作介质，通过记录激光脉冲飞行时间与光束偏转角度，实现对目标场景的三维成像。其扫描方式根据实现方式可分为惯性扫描方式和无惯性扫描方式。无惯性扫描方式扫描速度快、效率高且机械损耗小，属于新兴扫描探测方式，但其工艺复杂且较难实现大视场远距离目标探测，导致无法实现大视场范围快速扫描。现有的无惯性扫描方式一般采用双振镜扫描以及高速旋转鼓镜(或多通道线列探测)配合转台的方式，可实现二维特定场景区域重复扫描，然而，双振镜扫描受制于机械摆动惯性，难以实现高速扫描与大视场的需求，且鼓镜配合转台的组合方式需要附加光电滑环，降低了系统稳定性，并且具有整体激光点重频和探测效率低、大视场探测激光雷达扫描角度、速率以及空间分辨率不足的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种激光雷达扫描探测装置及其探测方法，以至少部分解决上述的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种激光雷达扫描探测装置，包括：一组旋转扫描镜；两组摆动扫描镜，分别设置在所述旋转扫描镜上下两侧；以及两组光学发射/接收模块，分别设置在旋转扫描镜的左右两侧。在一些实施例中，所述旋转扫描镜两面抛光并镀有防反射金属膜。在一些实施例中，所述旋转扫描镜靠近底侧位置设置有两组半圆形隔离片，并且两侧利用卡具进行固定。在一些实施例中，各组光学发射/接收模块中的光学发射模块靠近所述光学接收模块的内侧中心位置，并且发射光路和接收光路平行，两者的光轴垂直于所述旋转扫描镜的中心转轴。在一些实施例中，还包括激光光源，所述激光光源用于产生探测激光。在一些实施例中，还包括光学分束元件，由所述激光光源所产生的探测激光经所述光学分束元件而被分成两路。在一些实施例中，还包括扫描电机，所述扫描电机驱动所述旋转扫描镜高速旋转并驱动所述摆动扫描镜上下摆动。在一些实施例中，还包括角度编码器，所述角度编码器用于输出角度信息。在一些实施例中，还包括光电转换模块，所述光电转换模块用于将所述探测激光转换成电信号。在一些实施例中，还包括机械安装支架，所述激光光源、所述光学分束元件、所述一组旋转扫描镜、所述两组摆动扫描镜、扫描电机、所述角度编码器、所述两组光学发射/接收模块以及光电转换模块被固定在机械安装支架中。本专利技术的另一方面提供一种应用上述的任一种激光雷达扫描探测装置进行探测的方法，包括步骤：由所述激光光源产生探测激光，经所述光学分束元件分为两路；所述两路探测激光由所述光学发射模块进行准直，左右两侧分别发射至所述旋转扫描镜的镜面上，所述旋转扫描镜高速旋转，实现目标空间一维扫描；所述摆动扫描镜接收由所述旋转扫描镜反射的探测激光并反射至探测目标空间，实现目标空间二维扫描；从目标返回的两路探测激光依次经摆动扫描镜和旋转扫描镜之后，返回至光学接收模块中，通过光学模块汇聚、光电转换、信号放大测时来获取目标距离信息；以及结合角度编码器同步输出角度信息，实现目标空间三维扫描，获取目标的三维信息。(三)有益效果从上述技术方案可看出，本专利技术的激光雷达扫描探测装置及其探测方法具有以下有益效果其中之一：(1)采用两组光学发射/接收模块以及三组扫描镜，实现了大视场范围目标快速扫描探测，具有探测视场大、扫描速度快、点云空间分辨率高等优点，可广泛应用于各类场景下的环境感知实时监控与汽车辅助驾驶等领域；(2)旋转扫描镜两侧实现探测激光出射扫描并实现返回探测激光接收，增大了探测视场并增加了点云数据量；(3)上下两组摆动扫描镜，扫描角度可调，扫描模式多样，提高了激光点重频与扫描速率；(4)发射光路和接收光路分置隔离，相比于传统共光轴探测系统降低了近距回光干扰；(5)光学工艺简单，加工成本低，满足了当前激光雷达大部分场合对探测视场与点云空间分辨率的需求。附图说明通过附图所示，本专利技术公开的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本公开的主旨。图1a为现有技术中的摆动扫描镜的扫描结构示意图；图1b为现有技术中的旋转多面镜与转台的组合扫描结构示意图；图2a为根据本专利技术实施例的激光雷达扫描探测装置的结构示意图；图2b为根据本专利技术实施例的激光雷达扫描探测装置的正视图；图2c为根据本专利技术实施例的激光雷达扫描探测装置的侧视图；图3a为根据本专利技术实施例的旋转扫描镜的扫描示意图；图3b为根据本专利技术实施例的摆动扫描镜的扫描示意图；图4为根据本专利技术实施例的激光雷达扫描探测装置的实际探测应用方法的示意图。<附图标记说明>1-旋转扫描镜2-摆动扫描镜3-光学接收模块4-光学发射模块5-驱动电机6-激光光源7-光学分束元件具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。激光雷达由于其能精确地测量目标位置的距离信息和方位信息，越来越多的应用于国防工业及智能生活的方方面面。激光雷达以激光作为工作介质，通过记录激光脉冲飞行时间与光束偏转角度，实现对目标场景的三维成像。其扫描方式根据实现方式可分为惯性扫描方式和无惯性扫描方式。无惯性扫描方式扫描速度快、效率高且机械损耗小，属于新兴扫描探测方式，但其工艺复杂且较难实现大视场远距离目标探测，导致无法实现大视场范围快速扫描。现有的无惯性扫描方式一般采用双振镜扫描以及高速旋转鼓镜(或多通道线列探测)配合转台的方式，如图1a、1b所示，可实现二维特定场景区域重复扫描，然而，双振镜扫描受制于机械摆动惯性，难以实现高速扫描与大视场的需求，且鼓镜配合转台的组合方式需要附加光电滑环，降低了系统稳定性，并且具有整体激光点重频和探测效率低、大视场探测激光雷达扫描角度、速率以及空间分辨率不足的问题。基于此，本专利技术的实施例提供了一种激光雷达扫描探测装置及其探测方法，以提高激光点重频以及探测效率，并解决大视场探测激光雷达扫描角度、速率以及空间分辨率不足的问题，最大限度地实现大视场扫描探测。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种激光雷达扫描探测装置。如图2a所示，本专利技术的激光雷达扫描探测装置由激光光源6、光学分束元件7、一组旋转扫描镜1、两组摆动扫描镜2、扫描电机、角度编码器、两组光学发射/接收模块4/3、光电转换模块以及机械安装支架组成。具体地，该激光光源6优选为脉冲光纤激光器，其用于产生探测激光，谱段优选为1550nm，半宽<10nm。具体地，该光学分束元件7优选为光纤分光器，其将由激光光源6所产生的探测激光分成两路。具体地，该一组旋转扫描镜1两面抛光且镀有高反金属膜且中心轴连接旋转驱动装置。如图2b所示，其为根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达扫描探测装置，包括：一组旋转扫描镜；两组摆动扫描镜，分别设置在所述旋转扫描镜上下两侧；以及两组光学发射/接收模块，分别设置在旋转扫描镜的左右两侧。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达扫描探测装置，包括：一组旋转扫描镜；两组摆动扫描镜，分别设置在所述旋转扫描镜上下两侧；以及两组光学发射/接收模块，分别设置在旋转扫描镜的左右两侧。2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描探测装置，其中所述旋转扫描镜两面抛光并镀有防反射金属膜。3.根据权利要求1所述的激光雷达扫描探测装置，其中所述旋转扫描镜靠近底侧位置设置有两组半圆形隔离片，并且两侧利用卡具进行固定。4.根据权利要求1所述的激光雷达扫描探测装置，其中各组光学发射/接收模块中的光学发射模块靠近所述光学接收模块的内侧中心位置，并且发射光路和接收光路平行，两者的光轴垂直于所述旋转扫描镜的中心转轴。5.根据权利要求1所述的激光雷达扫描探测装置，其中还包括激光光源，所述激光光源用于产生探测激光。6.根据权利要求5所述的激光雷达扫描探测装置，其中还包括光学分束元件，由所述激光光源所产生的探测激光经所述光学分束元件而被分成两路。7.根据权利要求1所述的激光雷达扫描探测装置，其中还包括扫描电机，所述扫描电机驱动所述旋转扫描镜高速旋转并驱动所述摆动扫描镜上下摆动。8.根据权利要求1所述的激光雷达扫描探测装置，其中还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜成昊，朱精果，李锋，乔治，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11