本发明涉及光学扫描,具体涉及一种激光扫描系统。
背景技术:
1、激光雷达是以发射激光来实现探目标物体的距离、位置和/或速度等特征信息的系统。其工作原理是向目标发射探测光线,然后将接收到的从目标反射回来的回波光线与探测光线进行光电转换后再进行比较,以获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数中的一种或多种,从而对目标进行探测、跟踪和/或识别。
2、中所周知的,目前常见的激光雷达通常都离不开振镜装置。例如,公开号为cn115657051a的中国发明专利所公开的激光雷达,其包括发射装置、振镜装置和转镜装置,发射装置用于发射探测光线以及回收并探测回波光线,振镜装置包括振镜电机和与振镜电机连接的反射镜,反射镜面向发射装置和转镜装置设置以实现发射装置和转镜装置之间的光线转向传播。在水平方向上,所述发射装置位于所述振镜电机和所述转镜装置之间。应当理解的是,在激光雷达领域,振镜装置和转镜装置共同构成激光雷达的扫描模块。发射装置发射的激光线束首先到达振镜装置,激光线束在振镜装置内实现反射,然后到达转镜装置。激光线束在振镜装置内实现光路在竖直方向一定角度范围内的往复扫描(线扫描),激光在转镜装置内实现光路在水平方向一定角度范围内的往复扫描(面扫描)。经过转镜装置后的激光出射到被目标物体后漫反射回到发射装置,发射装置实现激光回波接收,控制中心通过测距计算得出目标点位距离,当出射点位足够覆盖被目标物体主要特征时,控制中心即可识别出目标外形及目标距离。
3、由此可知,振镜装置的作用在于将发射装置发射的点光源转化为与竖直平面平行的线光源,而线光源在转镜装置的作用下转化为与竖直平面平行的面光源,最终实现面扫描。
4、目前的问题在于,现有技术的激光雷达的故障率高且寿命短。申请人经研究发现,造成上述问题的根本原因在于,激光雷达在运行过程中,振镜装置中的振镜电机需要长时间维持高速运转的状态,这就使得振镜电机及易受损并发生故障,最终导致激光雷达失效报废。
5、为此,有必要设计一种新的激光扫描系统,以克服上述问题。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种激光扫描系统,所述激光扫描系统无需振镜电机也可以实现面扫描功能,从而摆脱了振镜电机对于整个激光扫描系统的稳定性及使用寿命的限制,其具有结构简单稳定且使用寿命长的优点。
2、为解决上述技术问题,本发明提供了一种激光扫描系统。
3、在本发明提供的激光扫描系统的第一实施例中,所述激光扫描系统包括发射装置、第一转镜装置、光路改变器件、反射装置、第二转镜装置和接收装置;所述发射装置用于发射探测光线;所述第一转镜装置用于接收并将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一水平面内传播的第一扫描光线,多个所述第一扫描光线构成第一光束面;所述光路改变器件用于接收并将多束在同一水平面内传播的第一扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线,多个所述第二扫描光线构成第二光束面;所述反射装置用于将多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第三扫描光线,多个所述第三扫描线构成第三光束面;所述第二转镜装置用于接收并将所述第三光束面转化为多个分别在不同的竖直平面内传播的第四光束面,多个所述第四光束面投射在同一个同时与多个所述第四光束面相交的竖直平面上形成的光照区呈面状;在所述光照区内的物体被所述第四光束面照射后反射的光线包括射向所述第二转镜装置的第一回波光线;所述第二转镜装置还用于接收并将所述第一回波光线转化为多束在同一水平面内传播的第二回波光线,多个所述第二回波光线构成回波光束面;所述接收装置用于接收多个所述第二回波光线。
4、在本发明提供的激光扫描系统的第二实施例中,所述激光扫描系统包括发射装置、第一转镜装置、光路改变器件、反射装置、第二转镜装置、接收装置和光路整形透镜;所述发射装置用于发射探测光线;所述第一转镜装置用于接收并将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一水平面内传播的第一扫描光线,多个所述第一扫描光线构成第一光束面;所述光路改变器件用于接收并将多束在同一水平面内传播的第一扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线,多个所述第二扫描光线构成第二光束面;所述反射装置用于将多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第三扫描光线,多个所述第三扫描线构成第三光束面;所述第二转镜装置用于接收并将所述第三光束面转化为多个分别在不同的竖直平面内传播的第四光束面;所述光路整形透镜布置在多个所述第四光束面的传播路径上,用于接收并对所述第四光束面进行扩束处理以形成由多个在同一竖直平面内且互不平行的第五扫描光线构成的第五光束面;多个所述第五光束面投射在同一个同时与多个所述第五光束面相交的竖直平面上形成的光照区呈面状;在所述光照区内的物体被所述第五光束面照射后反射的光线包括射向所述光路整形透镜的第一回波光线;所述光路整形透镜还用于将射入的多个所述第一回波光线聚焦至所述第二转镜装置;所述第二转镜装置还用于接收并将所述第一回波光线转化为多束在同一水平面内传播的第二回波光线,多个所述第二回波光线构成回波光束面;所述接收装置用于接收多个所述第二回波光线。
5、在本发明提供的激光扫描系统的第三实施例中,所述激光扫描系统包括发射装置、第一转镜装置、第一反射镜、光路改变器件、第二反射镜、第二转镜装置和接收装置;所述发射装置用于发射探测光线;所述第一转镜装置用于接收并将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一水平面内传播的第一扫描光线,多个所述第一扫描光线构成第一光束面;所述第一反射镜用于接收并将多个所述第一扫描光线转化为多个第二扫描光线,多个所述第二扫描光线在同一水平面内传播,多个所述第二扫描光线构成第二光束面;所述光路改变器件用于接收并将多束在同一水平面内传播的第二扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第三扫描光线,多个所述第三扫描光线构成第二光束面;所述第二反射镜用于接收并将多个所述第三扫描光线转化为多个第四扫描光线,多个所述第四扫描光线在同一竖直平面内传播,多个所述第四扫描光线构成第四光束面;所述第二转镜装置用于接收并将所述第四光束面转化为多个分别在不同的竖直平面内传播的第五光束面,多个所述第五光束面投射在同一个同时与多个所述第五光束面相交的竖直平面上形成的光照区呈面状;在所述光照区内的物体被所述第五光束面照射后反射的光线包括射向所述第二转镜装置的第一回波光线;所述第二转镜装置还用于接收并将所述第一回波光线转化为多束在同一水平面内传播的第二回波光线,多个所述第二回波光线构成回波光束面;所述接收装置用于接收多个所述第二回波光线。
6、在本发明提供的激光扫描系统的第四实施例中,所述激光扫描系统包括发射装置、第一转镜装置、第一反射镜、光路改变器件、第二反射镜、第二转镜装置、接收装置和光路整形透镜;所述发射装置用于发射探测光线;所述第一转镜装置用于接收并将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一水平面内传播的第一扫描光线,多个所述第一扫描光线构成第一光束面;所述第一反射镜用于接收并将多个所述第一扫描光线转化为多个第二扫描光线,多个所述第二扫描光线在同一水平面内传播,多个所述第二扫描光线构成第二光束面;所述光路改变器件用于接收并将多束在同一水平面内传播的第二扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第三扫描光线,多个所述第三扫描光线构成第二光束面;所述第二反射镜用于接收并将多个所述第三扫描光线转化为多个第四扫描光线,多个所述第四扫描光线在同一竖直平面内传播,多个所述第四扫描光线构成第四光束面;所述第二转镜装置用于接收并将所述第四光束面转化为多个分别在不同的竖直平面内传播的第五光束面;所述光路整形透镜布置在多个所述第五光束面的传播路径上,用于接收并对所述第五光束面进行扩束处理以形成由多个在同一竖直平面内且互不平行的第六扫描光线构成的第六光束面;多个所述第六光束面投射在同一个同时与多个所述第六光束面相交的竖直平面上形成的光照区呈面状;在所述光照区内的物体被所述第六光束面照射后反射的光线包括射向所述光路整形透镜的第一回波光线;所述光路整形透镜还用于将射入的多个所述第一回波光线聚焦至所述第二转镜装置;所述第二转镜装置还用于接收并将所述第一回波光线转化为多束在同一水平面内传播的第二回波光线,多个所述第二回波光线构成回波光束面;所述接收装置用于接收多个所述第二回波光线。
7、在本发明提供的激光扫描系统的第五实施例中,所述激光扫描系统包括发射装置、第一转镜装置、光路改变器件、第二转镜装置和接收装置;所述发射装置用于发射探测光线;所述第一转镜装置用于接收并将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一水平面内传播的第一扫描光线,多个所述第一扫描光线构成第一光束面;所述光路改变器件用于接收并将多束在同一水平面内传播的第一扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线,多个所述第二扫描光线构成第二光束面;所述第二转镜装置用于接收并将所述第二光束面转化为多个分别在不同的竖直平面内传播的第三光束面,多个所述第三光束面投射在同一个同时与多个所述第三光束面相交的竖直平面上形成的光照区呈面状;在所述光照区内的物体被所述第三光束面照射后反射的光线包括射向所述第二转镜装置的第一回波光线;所述第二转镜装置还用于接收并将所述第一回波光线转化为多束在同一水平面内传播的第二回波光线,多个所述第二回波光线构成回波光束面;所述接收装置用于接收多个所述第二回波光线。
8、在本发明提供的激光扫描系统的第六实施例中,所述激光扫描系统包括发射装置、第一转镜装置、光路改变器件、第二转镜装置、接收装置和光路整形透镜;所述发射装置用于发射探测光线;所述第一转镜装置用于接收并将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一水平面内传播的第一扫描光线,多个所述第一扫描光线构成第一光束面;所述光路改变器件用于接收并将多束在同一水平面内传播的第一扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线,多个所述第二扫描光线构成第二光束面;所述第二转镜装置用于接收并将所述第二光束面转化为多个分别在不同的竖直平面内传播的第三光束面;所述光路整形透镜布置在多个所述第三光束面的传播路径上,用于接收并对所述第三光束面进行扩束处理以形成由多个在同一竖直平面内且互不平行的第四扫描光线构成的第四光束面;多个所述第四光束面投射在同一个同时与多个所述第四光束面相交的竖直平面上形成的光照区呈面状;在所述光照区内的物体被所述第四光束面照射后反射的光线包括射向所述光路整形透镜的第一回波光线;所述光路整形透镜还用于将射入的多个所述第一回波光线聚焦至所述第二转镜装置;所述第二转镜装置还用于接收并将所述第一回波光线转化为多束在同一水平面内传播的第二回波光线,多个所述第二回波光线构成回波光束面;所述接收装置用于接收多个所述第二回波光线。
9、在本发明提供的激光扫描系统的第一实施例、或第二实施例、或第三实施例、或第四实施例、或第五实施例、或第六实施例中,所述第一转镜装置包括第一电机和与所述第一电机连接的第一多面反射镜,所述第一多面反射镜呈棱柱体或棱锥体,所述第一多面反射镜的第一光反射面设于侧面,所述第一电机用于驱动所述第一多面反射镜绕自身的中轴线旋转;所述第二转镜装置包括呈棱柱体或棱锥体的第二多面反射镜,所述第二多面反射镜布置于所述第一多面反射镜的上方或下方且与所述第一电机连接,所述第一电机还用于驱动所述第二多面反射镜绕自身的中轴线旋转。
10、在本发明提供的激光扫描系统的第一实施例、或第二实施例、或第三实施例、或第四实施例、或第五实施例、或第六实施例中,所述光路改变器件包括多个柔性的条形的光传输件,每一所述光传输件均具有相导通的入光口和出光口,多个所述光传输件的入光口在第一平面内排布成m行n列的阵列,多个所述光传输件的出光口在第二平面内排布成a行b列的阵列,所述第一平面与所述第二平面平行,其中,a、b、m、n均为大于等于的正整数,m×n=a×b,m>n,a<b
11、在本发明提供的激光扫描系统的第三实施例、或第四实施例中,所述第一转镜装置包括第一电机和与所述第一电机连接的第一多面反射镜,所述第一多面反射镜呈棱柱体或棱锥体,所述第一多面反射镜的第一光反射面设于侧面,所述第一电机用于驱动所述第一多面反射镜绕自身的中轴线旋转;所述第二转镜装置包括呈棱柱体或棱锥体的第二多面反射镜,所述第二多面反射镜布置于所述第一多面反射镜的上方或下方且与所述第一电机连接,所述第一电机还用于驱动所述第二多面反射镜绕自身的中轴线旋转;所述第一反射镜和所述第二反射镜分设于所述第一转镜装置的左右两侧,且所述第一反射镜高于所述第二反射镜;所述光路改变器件设于所述第二多面反射镜的上方或下方,所述光路改变器件的入光口和出光口分别朝向所述第一反射镜和所述第二反射镜。
12、在本发明提供的激光扫描系统的第五实施例、或第六实施例中,所述第一转镜装置与所述第二转镜装置左右间隔设置;所述光路改变器件布置在所述第一转镜装置与所述第二转镜装置之间,所述光路改变器件的入光口和出光口分别朝向所述第一转镜装置与所述第二转镜装置;或者,所述第一转镜装置包括第一电机和与所述第一电机连接的第一多面反射镜,所述第一多面反射镜呈棱柱体,所述第一多面反射镜的第一光反射面设于侧面,所述第一电机用于驱动所述第一多面反射镜绕自身的中轴线旋转;所述第二转镜装置包括呈棱柱体或棱锥体的第二多面反射镜,所述第二多面反射镜布置于所述第一多面反射镜的上方或下方或下方且与所述第一电机连接,所述第一电机还用于驱动所述第二多面反射镜绕自身的中轴线旋转;所述光路改变器件设于所述第二多面反射镜的上方或下方,所述光路改变器件的入光口和出光口分别朝向所述第一转镜装置与所述第二转镜装置。
13、实施本发明的激光扫描系统至少可以达到以下有益效果:本发明提供的激光扫描系统包括光路改变器件;所述光路改变器件可以接收并将多束在同一水平面内传播的第一扫描光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线,多个所述第二扫描光线构成第二光束面。可以理解的是,我们通过所述光路改变器件将所述发射装置发出的单束探测光线转化为多束在同一竖直平面内传播的第二扫描光线,完全取代了现有技术中振镜装置的作用,从而所述激光扫描系统无需振镜电机也可以实现面扫描功能,从而摆脱了振镜电机对于整个激光扫描系统的稳定性及使用寿命的限制,使得本发明的激光扫描系统在稳定性及使用寿命方面得到了大幅提升。