一种旋转反射头、激光扫描装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种旋转反射头、激光扫描装置；所述旋转反射头包括能够沿旋转轴转动的至少一个旋转头本体，且其中所述每一旋转头本体设有N个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面，其中N为不等于零的正整数；且其中至少一个侧反射面为与所述旋转轴形成一预设角度的反射面。上述技术方案提出了一种旋转反射头、激光扫描装置，可以通过结构更为合理的旋转反射头增大扫描范围，从而提高检测的效率。

A rotating reflector and laser scanning device

【技术实现步骤摘要】
一种旋转反射头、激光扫描装置
本专利技术涉及电子
，尤其是指一种旋转反射头、激光扫描装置。
技术介绍
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。现有的传统的机械式光扫描机构包括：振镜式扫描和棱柱式扫描：其中振镜式扫描结构是采用两片往复运动的反射镜，其中激光束先射入到第一块反射镜，并经第一块反射镜反射后摄入到第二块反射镜，再经第二块反射镜反射后射入扫描区域；其中第一块反射镜可以绕第一轴转动，而第二块反射镜可以绕第二轴转动，且第一轴与第二轴成一预设角度；这样的结构可以使得两块反射镜各自绕其轴转动时，相互协同将入手的激光束反射到不同的位置，这样就可以实现对一个预定面积的扫描区域分别进行检测。这种振镜式扫描结构的每个反射镜都需要各自绕其轴转动，因此如果想要实现比较精确地检测时就需要设备整体非常稳定，因此对于环境的要求比较高，无法在车载环境下或是比较复杂的环境下使用。传统镜面棱柱式扫描可以如图1、图3所示的，其设有一个具有N个侧反射面的旋转反射头，以将入射的激光束反射到扫描区域；设置多个侧反射面是为了提高检测效率和扩大扫描面积。具体而言，如图1、图3所示的为具有6个侧反射面(即N＝6)的一种激光反射头，也就是每一个侧反射面相对于中心的旋转轴形成一个60°的扇形中心角。如图1、图3所示的，在入射光线不变且旋转反射头绕其中心轴转动时，每一个扇形中心角为60°的侧反射面可以将入射光线反射到一个中心角为120°的水平扫描范围，具体如图3所示。
技术实现思路
针对现有技术中的入射光线在经过旋转反射头进行反射后形成的扫描区域为120°左右的范围，导致检测范围并不足够大。本专利技术实施例的目的是提出一种结构简单合理且检测范围更大的旋转反射头、激光扫描装置。为了解决上述问题，本专利技术实施例提出了一种旋转反射头，所述旋转反射头包括能够沿旋转轴转动的至少一个旋转头本体，且其中所述每一旋转头本体设有N个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面，其中N为不等于零的正整数；且其中至少一个侧反射面为与所述旋转轴形成一预设角度的反射面。进一步的，所述侧反射面为所述旋转反射头一个完整的侧表面；或所述该旋转反射头本体的一个侧表面的一部分；所述侧表面包括R×S个侧反射面，其中R≥1且S≥1。进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与旋转头本体的旋转轴之间的位置相对固定；当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入一个侧反射面的各个反射点并被分别反射到扫描区域；其中所述旋转头本体在旋转时，所述侧反射面的形状满足以下条件：当旋转头本体在旋转到预定位置以使入射光线照射到一个反射点时，该反射点的法线朝向预定方向。进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，且入射光线的延长线与旋转轴相交，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为所述入射光线与所述旋转轴形成的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为同时平行于入射光线和旋转轴的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为平行于所述旋转轴的朝向扫描区域的方向延伸的平面，或所述第一参考平面为所述旋转轴所在的朝向扫描区域的方向延伸的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。进一步的，所述旋转头本体的N个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面分别与所述旋转轴形成一相同或不完全相同或完全不相同的预设角度；或当N≥2时，所述N个侧反射面中的至少两个侧反射面与所述旋转轴之间具有不同的预设角度。进一步的，所述旋转头本体的侧反射面为内凹的曲面形，或是外凸的曲面形。进一步的，所述旋转反射头还包括用于驱动所述旋转头本体绕所述旋转轴转动的转动驱动机构，所述转动驱动机构驱动所述旋转头本体绕所述旋转轴转动以使入射光线依次经所述旋转头本体的各个侧反射面反射到扫描区域。进一步的，所述旋转反射头还包括用于驱动所述旋转头本体沿着所述旋转轴移动的移动驱动机构，所述移动驱动机构驱动所述旋转头本体沿所述旋转轴移动。进一步的，所述侧反射面的表面形状通过以下方法获得：1)建立3维空间直角坐标系O-xyz，o为原点，并以一通过位于xoz平面上从原点出发的矢量为入射光线表示矢量，记为矢量OA＝{x1,0,z1}，该矢量方向角为α1,β1,γ1；其中α1设为入射光线与第二参考平面的夹角，β1＝0，γ1设为入射光线与旋转轴的夹角；以矢量OB＝{x2,y2,z2}为在第二参考平面的投影与第一参考平面夹角最大时的希望的出射光线表示矢量，其方向角为α2,β2,γ2；以矢量OC＝{x0,y0,z0}表示出射光线和入射光线对应的反射镜面法线矢量，其方向角为α,β,γ；2)由于OA,OB,OC共面，则行列式因为OC与OA,OB的夹角相等，则(cosα1·cosα2)cosα+(cosβ1·cosβ2)cosβ+(cosγ1-cosγ2)cosγ＝0且cos2α+cos2β+cos2γ＝13)由于矢量OA,OB为已知矢量，因此可根据以上三个等式求出α,β,γ；即可得到该侧反射面绕旋转轴旋转时，出射光线在第二参考平面的投影与第一参考平面夹角最大时的希望的出射光线的法线矢量；4)以yoz平面为镜面反射平面，OA为入射光线表示矢量，此时出射光线矢量位于面xoz上，记为OD；OD与面xoy的夹角，也就是OD与x轴夹角，设为出射光线在第一参考平面上的投影与第二参考平面的希望夹角；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转反射头，其特征在于，所述旋转反射头包括能够沿旋转轴转动的至少一个旋转头本体，且其中所述每一旋转头本体设有N个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面，其中N为不等于零的正整数；且其中至少一个侧反射面为与所述旋转轴形成一预设角度的反射面。/n

【技术特征摘要】
1.一种旋转反射头，其特征在于，所述旋转反射头包括能够沿旋转轴转动的至少一个旋转头本体，且其中所述每一旋转头本体设有N个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面，其中N为不等于零的正整数；且其中至少一个侧反射面为与所述旋转轴形成一预设角度的反射面。


2.根据权利要求1所述的旋转反射头，其特征在于，所述侧反射面为所述旋转反射头一个完整的侧表面；或
所述该旋转反射头本体的一个侧表面的一部分；所述侧表面包括R×S个侧反射面，其中R≥1且S≥1。


3.根据权利要求1或2所述的旋转反射头，其特征在于，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与旋转头本体的旋转轴之间的位置相对固定；当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入一个侧反射面的各个反射点并被分别反射到扫描区域；其中所述旋转头本体在旋转时，所述侧反射面的形状满足以下条件：当旋转头本体在旋转到预定位置以使入射光线照射到一个反射点时，该反射点的法线朝向预定方向。


4.根据权利要求1或2或3所述的旋转反射头，其特征在于，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，且入射光线的延长线与旋转轴相交，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为所述入射光线与所述旋转轴形成的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。


5.根据权利要求1或2或3所述的旋转反射头，其特征在于，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为同时平行于入射光线和旋转轴的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。


6.根据权利要求1或2或3所述的旋转反射头，其特征在于，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为平行于所述旋转轴的朝向扫描区域的方向延伸的平面，或所述第一参考平面为所述旋转轴所在的朝向扫描区域的方向延伸的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。


7.根据权利要求1-6任一项所述的旋转反射头，其特征在于，所述旋转头本体的N个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面分别与所述旋转轴形成一相同或不完全相同或完全不相同的预设角度；
或
当N≥2时，所述N个侧反射面中的至少两个侧反射面与所述旋转轴之间具有不同的预设角度。


8.根据权利要求1-6任一项所述的旋转反射头，其特征在于，所述旋转头本体的侧反射面为内凹的曲面形，或是外凸的曲面形。


9.根据权利要求1-6任一项所述的旋转反射头，其特征在于，所述旋转反射头还包括用于驱动所述旋转头本体绕所述旋转轴转动的转动驱动机构，所述转动驱动机构驱动所述旋转头本体绕所述旋转轴转动以使入射光线依次经所述旋转头本体的各个侧反射面反射到扫描区域。


10.根据权利要求1-6任一项所述的旋转反射头，其特征在于，所述旋转反射头还包括用于驱动所述旋转头本体沿着所述旋转轴移动的移动驱动机构，所述移动驱动机构驱动所述旋转头本体沿所述旋转轴移动。


11.根据权利要求1-6任一项所述的旋转反射头，其特征在于，所述侧反射面的表面形状通过以下方法获得：
1)建立3维空间直角坐标系O-xyz，o为原点，并以一通过位于xoz平面上从原点出发的矢量为入射光线表示矢量，记为矢量OA＝{...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志飞，刘晓炜，周波，
申请(专利权)人：威海北洋电气集团股份有限公司北京分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11