一种激光扫描模块、激光雷达及其扫描方法技术

技术编号：40916791 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-18 14:43

本发明专利技术属于激光雷达技术领域，公开了一种激光扫描模块、激光雷达及其扫描方法。激光扫描模块采用塔镜与楔形棱镜组合扫描，塔镜用于反射激光光束，且塔镜的多个反射面用于在塔镜转动时依次交替地反射激光光束，楔形棱镜用于折射塔镜反射后的激光光束，使激光光束指向目标扫描区域。本发明专利技术仅需两个扫描镜即可实现多种视场角和扫描轨迹，且扫描轨迹分布均匀。基于上述的激光扫描模块，结合激光发射模块、激光接收模块、控制与信号处理模块等，本发明专利技术还构建了一种新的激光雷达，并提出了该激光雷达的扫描方法，本发明专利技术通过控制两个扫描镜的相对转速，能够提供更多样、更复杂的视场角变化，获得所需形状的扫描轨迹，且灵活性强、方式简单、成本低。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光雷达，更具体地，涉及一种激光扫描模块、激光雷达及其扫描方法。

技术介绍

1、激光扫描技术是快速、高效获取空间数据的重要手段之一，目前，根据系统中是否存在机械扫描装置，激光雷达可分为机械扫描激光雷达、混合固态激光雷达和固态激光雷达。固态激光雷达仍处于实验室研发阶段，商用激光雷达主要为机械式与混合固态式激光雷达，这两种激光雷达均需要机械扫描装置完成激光扫描，以扩大激光雷达的视场角。

2、机械扫描装置利用扫描镜的旋转改变激光指向，常见的扫描镜类型包括振镜、45°镜、多面棱镜和多面塔镜等，但是振镜和45°镜等类型的单个扫描镜的激光雷达系统具有固定的视场角，只能对目标进行一维探测，反射面不旋转对称分布的多面棱镜能够实现二维扫描，但是视场角较小且无法改变。采用两个或多个反射式扫描镜组合可以实现二维扫描，如大部分车载激光雷达采用多面转镜+振镜的扫描方式，以提高激光雷达的水平和垂直视场角，但这种扫描方式的视场角固定，需要增加反射镜数量以实现变视场扫描，且扫描镜之间的相对距离较远，导致系统体积增大。采用两个或多个透射式扫描镜(如楔形棱镜)组合可以形成多种类型的扫描轨迹，但是激光脚点分布不均匀，解算难度大，需要增加楔形棱镜数量以获取均匀的扫描轨迹，如livox的双光楔、三光楔扫描激光雷达。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于，通过提供一种激光扫描模块、激光雷达及其扫描方法，以较低的成本实现视场角可变，获取不同类型的扫描轨迹，满足多种工作环境和探测目标的需求。

<p>2、第一方面，本专利技术提供一种激光扫描模块，包括：扫描镜组和驱动组件，所述扫描镜组包括塔镜和楔形棱镜；所述驱动组件用于驱动所述扫描镜组转动；所述塔镜用于反射激光光束，且所述塔镜的多个反射面用于在所述塔镜转动时依次交替地反射激光光束；所述楔形棱镜用于折射所述塔镜反射后的激光光束，使激光光束指向目标扫描区域。

3、优选的，所述塔镜的转轴、所述楔形棱镜的转轴均与所述驱动组件连接，所述驱动组件用于驱动所述塔镜、所述楔形棱镜中的至少一个镜体沿其转轴转动；所述塔镜的转轴与所述楔形棱镜的转轴相互垂直，入射至所述激光扫描模块的激光光束与所述塔镜的转轴平行。

4、优选的，所述驱动组件还用于记录所述塔镜和所述楔形棱镜的扫描角。

5、第二方面，本专利技术提供一种激光雷达，包括：光机模块、控制与信号处理模块，所述控制与信号处理模块和所述光机模块连接；所述光机模块包括激光发射模块、激光扫描模块和激光接收模块；所述激光扫描模块包括扫描镜组和驱动组件，所述扫描镜组包括塔镜和楔形棱镜；

6、所述激光发射模块用于发射激光光束；所述驱动组件用于驱动所述扫描镜组转动；所述塔镜用于反射激光光束，且所述塔镜的多个反射面用于在所述塔镜转动时依次交替地反射激光光束；所述楔形棱镜用于折射所述塔镜反射后的激光光束，使激光光束指向目标扫描区域；所述激光接收模块用于接收目标扫描区域反射的激光回波信号，并得到探测电信号；

7、所述控制与信号处理模块用于对所述探测电信号进行处理，得到目标扫描区域的激光雷达图像；所述控制与信号处理模块还用于对所述光机模块进行控制。

8、优选的，所述塔镜的转轴、所述楔形棱镜的转轴均与所述驱动组件连接，所述驱动组件用于驱动所述塔镜、所述楔形棱镜中的至少一个镜体沿其转轴转动，所述驱动组件还用于记录所述塔镜和所述楔形棱镜的扫描角；所述塔镜的转轴与所述楔形棱镜的转轴相互垂直；所述激光发射模块用于向所述塔镜以平行于所述塔镜的转轴的方向发射激光。

9、优选的，所述激光发射模块包括：激光器和激光整形光学组件；所述激光器用于发射激光；所述激光整形光学组件用于对所述激光器发射的激光进行整形，以控制激光光束的束宽和发散角；

10、所述激光接收模块包括：激光接收光学组件和探测器；所述激光接收光学组件用于将目标扫描区域反射的激光回波信号聚焦到所述探测器的感光面上；所述探测器用于将激光回波信号转换为探测电信号，并将所述探测电信号传输至所述控制与信号处理模块。

11、优选的，所述激光器采用光纤激光器，所述激光整形光学组件采用准直器；所述探测器采用雪崩光电二极管。

12、优选的，所述激光雷达还包括：电源；所述电源用于为所述光机模块、所述控制与信号处理模块供电。

13、第三方面，本专利技术还提供一种如上述的激光雷达的扫描方法，通过控制塔镜与楔形棱镜的相对转速，获得所需的视场角和扫描轨迹类型。

14、优选的，所述扫描轨迹类型包括：正圆形、直线或近似直线、波纹线和圆柱螺旋线形。

15、本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

16、(1)本专利技术提出的激光扫描模块采用塔镜与楔形棱镜组合扫描，塔镜用于反射激光光束，且塔镜的多个反射面用于在塔镜转动时依次交替地反射激光光束，楔形棱镜用于折射塔镜反射后的激光光束，使激光光束指向目标扫描区域。本专利技术通过将塔镜(即多面体转镜)与楔形棱镜组合构成扫描模块，仅需两个扫描镜即可实现多种视场角和扫描轨迹，且扫描轨迹分布均匀。基于上述的激光扫描模块，结合激光发射模块、激光接收模块、控制与信号处理模块等，本专利技术还构建了一种新的激光雷达，并提出了该激光雷达的扫描方法，本专利技术通过控制两个扫描镜的相对转速，能够获取不同的视场角，提供一维或二维的多种类型的扫描轨迹，相对于现有的激光雷达扫描方式，本专利技术通过控制塔镜与楔形棱镜的相对转速以改变激光雷达系统视场角的方式能够提供更多样、更复杂的视场角变化，获得所需形状的扫描轨迹，且灵活性强、控制方式简单、成本低、探测精度高。

17、(2)针对不同工作环境对激光雷达视场角和扫描轨迹的需求差异，以及可变视场角的功能与系统复杂度和体积、重量的矛盾，本专利技术将反射式扫描镜(即塔镜)与折射式扫描镜(即楔形棱镜)组合，塔镜的转轴与楔形棱镜的转轴相互垂直，入射至激光扫描模块的激光光束与塔镜的转轴平行，本专利技术提出的反射式扫描镜与折射式扫描镜的组合使激光扫描模块的结构紧凑，有利于减小激光雷达系统体积，且驱动方式简单。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种激光扫描模块，其特征在于，包括：扫描镜组和驱动组件，所述扫描镜组包括塔镜和楔形棱镜；所述驱动组件用于驱动所述扫描镜组转动；所述塔镜用于反射激光光束，且所述塔镜的多个反射面用于在所述塔镜转动时依次交替地反射激光光束；所述楔形棱镜用于折射所述塔镜反射后的激光光束，使激光光束指向目标扫描区域。

2.根据权利要求1所述的激光扫描模块，其特征在于，所述塔镜的转轴、所述楔形棱镜的转轴均与所述驱动组件连接，所述驱动组件用于驱动所述塔镜、所述楔形棱镜中的至少一个镜体沿其转轴转动；所述塔镜的转轴与所述楔形棱镜的转轴相互垂直，入射至所述激光扫描模块的激光光束与所述塔镜的转轴平行。

3.根据权利要求1所述的激光扫描模块，其特征在于，所述驱动组件还用于记录所述塔镜和所述楔形棱镜的扫描角。

4.一种激光雷达，其特征在于，包括：光机模块、控制与信号处理模块，所述控制与信号处理模块和所述光机模块连接；所述光机模块包括激光发射模块、激光扫描模块和激光接收模块；所述激光扫描模块包括扫描镜组和驱动组件，所述扫描镜组包括塔镜和楔形棱镜；

5.根据权利要求4所述的

6.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块包括：激光器和激光整形光学组件；所述激光器用于发射激光；所述激光整形光学组件用于对所述激光器发射的激光进行整形，以控制激光光束的束宽和发散角；

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述激光器采用光纤激光器，所述激光整形光学组件采用准直器；所述探测器采用雪崩光电二极管。

8.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，还包括：电源；所述电源用于为所述光机模块、所述控制与信号处理模块供电。

9.一种如权利要求4-8中任一项所述的激光雷达的扫描方法，其特征在于，通过控制塔镜与楔形棱镜的相对转速，获得所需的视场角和扫描轨迹类型。

10.根据权利要求9所述的激光雷达的扫描方法，其特征在于，所述扫描轨迹类型包括：正圆形、直线或近似直线、波纹线和圆柱螺旋线形。

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求1所述的激光扫描模块，其特征在于，所述驱动组件还用于记录所述塔镜和所述楔形棱镜的扫描角。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述塔镜的转轴、所述楔形棱镜的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆洲，吴安磊，胡雪晴，
申请(专利权)人：武汉珞珈伊云光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：

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