CN109298405B - 一种扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扫描装置，包括扫描模块和测角模块，扫描模块和测角模块间隔第一预设距离，扫描模块包括扫描基片，扫描基片包括可动部，可动部具有用于反射测角光束的第一面，测角模块包括光源和接收组件，光源和接收组件间隔第二预设距离，光源用于朝向第一面发出测角光束，接收组件的接收侧朝向第一面，第一面将光源发出的测角光束反射至接收组件。该发明通过测角模块测量扫描模块的可动部旋转角度，具体采用psd位置传感器通过测量位移得到可动部的空间坐标，从而提高位置分辨率和测量的响应速度。

Description

一种扫描装置

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，特别涉及一种扫描装置。

背景技术

在自动驾驶技术中，环境感知系统是基础且至关重要的一环，是自动驾驶汽车安全性和智能性的保障，环境感知传感器中激光雷达在可靠度、探测范围、测距精度等方面具有不可比拟的优势。激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离。

机械旋转式激光雷达由电机带动反射镜或者带动整体光机结构旋转，能够得到较大的视场范围，尤其整体旋转的激光雷达，可以直接实现水平方向360°无盲区测量。然而机械旋转式激光雷达由于系统结构相对复杂，且存在运动部件，其可靠性需要进一步加强。随着自动驾驶技术的不断推进，扫描镜式激光雷达被视作固态激光雷达方案中的一条重要技术路线，由可以旋转的振镜来反射激光器的光线，从而实现扫描。扫描镜式激光雷达需要的激光发射器和接收器相对较少，系统结构相对简单，且在工作的时候，只有振镜在一定范围内的摆动，这样一来，激光雷达本身不用再大幅度地进行旋转，增加了系统的可靠性。

扫描镜式激光雷达在工作中需要对振镜的旋转或摆动角度进行测量，从而确定各束测量激光在遇到障碍物时的空间角位置，这些空间角位置与已经基于时间差计算出的障碍物距离相结合而确定了障碍物的位置和形状。现有技术中通常采用测角线圈对振镜的旋转或摆动角度进行测量，采用测角线圈测量是一种间接的测量方式，先测得振镜的速度，再进一步通过解析计算才能得到振镜的空间坐标，实际使用中会增大系统运算量。

发明内容

为解决上述至少一个技术问题，本发明第一方面，公开了一种扫描装置，包括扫描模块和测角模块，所述扫描模块和所述测角模块间隔第一预设距离，

所述扫描模块包括扫描基片，所述扫描基片包括可动部，所述可动部具有用于反射测角光束的第一面，

所述测角模块包括光源和接收组件，所述光源和所述接收组件间隔第二预设距离，所述光源的用于朝向所述第一面发出测角光束，所述接收组件的接收侧朝向所述第一面，所述第一面将所述光源发出的所述测角光束反射至所述接收组件。

进一步地，所述可动部还具有用于反射扫描光束的第二面，所述第二面位于所述可动部远离所述测角模块的一侧。

作为一种实施方式，所述测角模块还包括光源固定架，所述光源为激光器，所述激光器固定于所述光源固定架上，所述激光器的出射面与所述扫描基片所在平面呈第一预设夹角；

所述测角模块还包括接收固定架，所述接收固定架具有第一安装面，所述接收组件安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片所在平面呈第二预设夹角。

作为一种实施方式，所述测角模块还包括支架，所述支架具有第一安装部和第二安装部，

所述光源为激光器，所述激光器固定于所述第一安装部，所述激光器的出射面与所述扫描基片所在平面呈第一预设夹角；

所述第二安装部具有第一安装面，所述接收组件安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片所在平面呈第二预设夹角。

进一步地，所述接收组件包括滤光片和位置传感器，所述位置传感器和所述滤光片沿远离所述第一安装面的方向依次设置。

进一步地，所述接收组件还包括转接板，所述转接板与所述第一安装面连接，所述位置传感器和所述滤光片沿远离所述第一安装面的方向依次设置在所述转接板上。

优选地，所述接收组件还包括消光筒，所述消光筒位于所述位置传感器朝向所述扫描基片的一侧。

进一步地，所述消光筒呈渐缩结构，所述消光筒靠近所述扫描基片一端的横截面积小于所述消光筒远离所述扫描基片一端的横截面积。

进一步地，所述扫描装置还包括外壳，所述外壳为一端开口的盒状结构，所述外壳具有容置空间，所述扫描模块设置于所述容置空间内，所述测角模块部分或全部位于所述容置空间内。

进一步地，所述扫描装置还包括封板，所述封板安装于所述外壳的开口一端，所述扫描模块通过连接件安装于所述封板朝向所述容置空腔内的一侧。

进一步地，所述扫描基片还包括第一扭转轴和第三支撑部，所述可动部通过所述第一扭转轴与所述第三支撑部相连，所述可动部能够绕所述第一扭转轴旋转运动。

本发明第二方面，公开了一种激光雷达，包括上述所述的扫描装置。

采用上述技术方案，本发明所述的扫描装置具有如下有益效果：

1)该发明通过测角模块测量扫描模块的可动部旋转角度，具体采用psd位置传感器可以通过测量位移得到可动部的空间坐标，位置分辨率高，响应速度快，处理电路简单；

2)该发明通过所述外壳与所述封板的配合，所述测角模块和所述扫描模块可以封装为一个独立式集成度高体积小而结构紧凑的扫描装置，且能够预先装调，便于安装和使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的扫描装置立体图；

图2为图1的主视图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为本发明一个实施例的光源固定架、接收固定架与可动部布置示意图；

图5为本发明另一个实施例的扫描装置立体图；

图6为图5的主视图；

图7为图6中B-B方向的剖视图；

图8为图5扫描装置另一视角的立体图；

图9为本发明一个实施例的光源、接收组件与支架装配示意图；

图10为本发明一个实施例的扫描基片示意图。

以下对附图作补充说明：

1-扫描模块；10-扫描基片；101-可动部；1011-第一面；1012-第二面；102-第一扭转轴；103-第三支撑部；104-反射镜；105-第二扭转轴；106-外框；

2-测角模块；21-光源；22-接收组件；23-光源固定架；24-接收固定架；241-第一支撑部；242-第二支撑部；25-支架；251-第一安装部；252-第二安装部；26-滤光片；27-转接板；28-位置传感器；29-消光筒；

3-外壳；4-封板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

结合图1-图10所示，本发明实施例提供一种扫描装置，包括扫描模块1和测角模块2，所述扫描模块1和所述测角模块2间隔第一预设距离，所述扫描模块1包括扫描基片10，所述测角模块2位于所述扫描基片10的一侧，所述扫描基片10包括可动部101，所述可动部101具有用于反射测角光束的第一面1011，

所述测角模块2用于测量所述可动部101的旋转角度，所述测角模块2包括光源21和接收组件22，所述光源21和所述接收组件22间隔第二预设距离，所述光源21的光出射方向朝向所述第一面1011，所述接收组件22的接收侧朝向所述第一面1011，所述第一面1011用于将所述光源21发出的光束反射至所述接收组件22。

在一些实施例中，所述可动部101还具有用于反射扫描光束的第二面1012，所述第二面1012位于所述可动部101远离所述测角模块2的一侧。

在一些实施例中，如图3和图4所示，所述测角模块2还包括光源固定架23，所述光源21为激光器，所述激光器固定于所述光源固定架23上，所述激光器的出射面与所述扫描基片10所在平面呈第一预设夹角；

所述测角模块2还包括接收固定架24，所述接收固定架24具有第一安装面，所述接收组件22安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片10所在平面呈第二预设夹角。具体的，所述接收固定架24包括第一支撑部241和第二支撑部242，所述第一支撑部241与所述第二支撑部242连接，所述第二支撑部242为楔形结构，所述第一安装面为所述楔形结构的斜面。

在一些实施例中，如图5-图7所示，所述测角模块2可以不包括所述光源固定架23和所述接收固定架24，所述测角模块2仅包括支架25，对应将所述光源固定架23和所述接收固定架24的功能一体式集成在所述支架25上，所述支架25具有第一安装部251和第二安装部252，

所述光源21为激光器，所述激光器固定于所述第一安装部251，所述激光器的出射面与所述扫描基片10所在平面呈第一预设夹角；

所述第二安装部252具有第一安装面，所述接收组件22安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片10所在平面呈第二预设夹角。例如，所述第一预设夹角为60度，所述第二预设夹角为60度。需要说明的是，在其他实施例中，所述第一预设夹角和所述第二预设夹角不限于60度，亦可以为45度等或第一预设夹角和第二预设角度的度数不相等，具体的度数可以根据需要作出调整。

在一些实施例中，所述激光器可以为固体激光器、气体激光器、半导体二极管激光器和光纤激光器等。

在一些实施例中，如图4和图7所示，所述接收组件22包括滤光片26、转接板27和位置传感器28，所述转接板27、所述位置传感器28和所述滤光片26沿远离所述第一安装面的方向依次设置，所述转接板27与所述第一安装面连接，所述滤光片26用于过滤掉预设波长范围以外的光信号。在另外一些实施例中，所述接收组件22也可以不包括转接板，所述位置传感器28和所述滤光片26沿远离所述第一安装面的方向直接设置于第一安装面上。所述位置传感器28为psd位置传感器，用于测定所述可动部101的位置坐标。采用psd位置传感器可以通过测量位移得到可动部101的空间坐标，位置分辨率高，响应速度快，处理电路简单。

在一些实施例中，如图7和图9所示，所述接收组件22还包括消光筒29，所述消光筒29位于所述位置传感器28朝向所述扫描基片10的一侧，所述消光筒29可以是筒壁相互平行的直筒，此外，优选地，所述消光筒29也可以呈渐缩结构，即筒壁由底部向顶部逐渐收拢的筒，也就是说所述消光筒29靠近所述扫描基片10一端的横截面积小于所述消光筒29远离所述扫描基片10一端的横截面积。具体的，所述渐缩结构可以为方斗状结构、锥状结构或漏斗状结构等。所述消光筒29的顶部靠近所述可动部101的第一面1011设置，但不妨碍所述可动部101的转动。所述消光筒29用于消除扫描装置内杂散光对于psd位置传感器的不利影响，使得仅从所述光源21发出的测角光束经由所述可动部101的第一面1011反射至psd位置传感器上。此外，优选地，在所述消光筒29的内壁上均匀涂抹有消光材料，用于吸收杂散光，以防止杂散光经由消光筒29的内壁反射至psd位置传感器上。在可能的实施方式中，所述消光筒29的横截面还可以为多边形。

在一些实施例中，如图1和图5所示，所述扫描装置还包括外壳3，所述外壳3为一端开口的盒状结构，所述外壳3具有容置空间，所述扫描模块1设置于所述容置空间内，所述测角模块2可以部分或全部位于所述容置空间内。

在一些实施例中，如图3所示，所述外壳3具有与所述开口相对的第一侧壁，所述第一侧壁上设有通孔，所述光源固定架23和所述接收固定架24单独设置时，所述光源固定架23和所述接收固定架24分别通过连接件固定于所述通孔的外围，所述激光器朝向所述开口的一端延伸到所述容置空间内，所述接收组件22部分或全部位于所述容置空间内。在可能的实施方式中，所述光源固定架23和所述接收固定架24可以通过连接件固定于所述第一侧壁的内壁，此时所述第一侧壁不需要开设所述通孔。

在一些实施例中，如图7所示，所述外壳3具有与所述开口相对的第一侧壁，所述第一侧壁上设有通孔，所述光源固定架23和所述接收固定架24一体式集成在所述支架25上时，所述支架25通过连接件固定于所述第一侧壁远离所述开口的一侧，所述激光器朝向所述开口的一端延伸至所述通孔内，所述接收组件22穿过所述通孔，所述接收组件22部分或全部位于所述容置空间内。在可能的实施方式中，所述支架25可以通过连接件固定于所述第一侧壁的内壁，此时所述第一侧壁不需要开设所述通孔。

在一些实施例中，如图1和图5所示，所述扫描装置还包括封板4，所述封板4安装于所述外壳3的开口一端，所述扫描模块1通过连接件安装于所述封板4朝向所述容置空腔内的一侧。通过所述外壳3与所述封板4的配合，所述测角模块2和所述扫描模块1可以封装为一个集成度高的扫描装置，且能够预先装调，便于安装和使用。

在一些实施例中，如图10所示，所述扫描基片10还包括第一扭转轴102和第三支撑部103，所述可动部101通过所述第一扭转轴102与所述第三支撑部103相连，所述可动部101能够绕所述第一扭转轴102旋转运动；当所述可动部101位于初始位置时，所述可动部101与所述第三支撑部103位于同一平面内。需要说明的是，在其他实施例中，所述扫描基片10可以仅具有第一扭转轴102，此时扫描装置为单轴扫描结构，可以用于在一维方向上进行光学扫描。

在一些实施例中，如图10所示，所述可动部101包括反射镜104、第二扭转轴105和外框106，所述外框106通过所述第一扭转轴102与所述第三支撑部103连接，所述反射镜104通过所述第二扭转轴105与所述外框106连接，即所述反射镜104可以具备两个扭转轴，所述第一扭转轴102作为慢扫描轴，所述第二扭转轴105作为快扫描轴，所述快扫描轴与慢扫描轴具有频率差，所述反射镜104能够实现光栅式扫描。具体地，所述第一扭转轴102和所述第二扭转轴105可以相互垂直，分别用于形成不同方向的共振模，例如水平共振模和垂直共振模。具体的，所述反射镜104具有朝向所述测角模块2的所述第一面1011和远离所述测角模块2的所述第二面1012。

在一些实施例中，所述扫描模块1还包括磁体组件和驱动线圈，所述磁体组件用于产生磁场，所述磁场具有在所述驱动线圈所在平面内的磁场分量；所述驱动线圈设置于所述可动部101上，用于在输入驱动电流时，在所述磁场中受力旋转并驱动所述可动部101旋转。

在一些实施例中，所述扫描装置还可以包括各种电路板、导线等。

本发明实施例还提供一种激光雷达，包括上述所述的扫描装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种扫描装置，其特征在于，包括扫描模块(1)、测角模块(2)和外壳(3)，所述扫描模块(1)和所述测角模块(2)间隔第一预设距离，

所述扫描模块(1)包括扫描基片(10)，所述扫描基片(10)包括可动部(101)，所述可动部(101)具有用于反射测角光束的第一面，

所述测角模块(2)包括光源(21)、接收组件(22)、光源固定架(23)和接收固定架(24)，所述光源(21)和所述接收组件(22)间隔第二预设距离，所述光源(21)用于朝向所述第一面发出测角光束，所述接收组件(22)的接收侧朝向所述第一面，所述第一面将所述光源(21)发出的所述测角光束反射至所述接收组件(22)；

所述外壳(3)为一端开口的盒状结构，所述外壳(3)具有与所述开口相对的第一侧壁，所述外壳(3)具有容置空间，所述光源(21)朝向所述开口的一端延伸到所述容置空间内，所述扫描模块(1)设置于所述容置空间内；所述光源固定架(23)和所述接收固定架(24)均固定在所述第一侧壁上。

2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述可动部(101)还具有用于反射扫描光束的第二面，所述第二面位于所述可动部(101)远离所述测角模块(2)的一侧。

3.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述光源(21)为激光器，所述激光器固定于所述光源固定架(23)上，所述激光器的出射面与所述扫描基片(10)所在平面呈第一预设夹角；

所述接收固定架(24)具有第一安装面，所述接收组件(22)安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片(10)所在平面呈第二预设夹角。

4.根据权利要求3所述的扫描装置，其特征在于，所述接收组件(22)包括滤光片(26)和位置传感器(28)，所述位置传感器(28)和所述滤光片(26)沿远离所述第一安装面的方向依次设置。

5.根据权利要求4所述的扫描装置，其特征在于，所述接收组件(22)还包括转接板(27)，所述转接板(27)与所述第一安装面连接，所述位置传感器(28)和所述滤光片(26)沿远离所述第一安装面的方向依次设置在所述转接板(27)上。

6.根据权利要求5所述的扫描装置，其特征在于，所述接收组件(22)还包括消光筒(29)，所述消光筒(29)位于所述位置传感器(28)朝向所述扫描基片(10)的一侧。

7.根据权利要求6所述的扫描装置，其特征在于，所述消光筒(29)呈渐缩结构，所述消光筒(29)靠近所述扫描基片(10)一端的横截面积小于所述消光筒(29)远离所述扫描基片(10)一端的横截面积。

8.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述测角模块(2)部分或全部位于所述容置空间内。

9.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置还包括封板(4)，所述封板(4)安装于所述外壳(3)的开口一端，所述扫描模块(1)通过连接件安装于所述封板(4)朝向所述容置空腔内的一侧。

10.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描基片(10)还包括第一扭转轴和第三支撑部，所述可动部(101)通过所述第一扭转轴与所述第三支撑部相连，所述可动部(101)能够绕所述第一扭转轴旋转运动。

11.一种扫描装置，其特征在于，包括扫描模块(1)、测角模块(2)和外壳(3)，所述扫描模块(1)和所述测角模块(2)间隔第一预设距离，

所述扫描模块(1)包括扫描基片(10)，所述扫描基片(10)包括可动部(101)，所述可动部(101)具有用于反射测角光束的第一面，

所述测角模块(2)包括光源(21)、接收组件(22)和支架(25)，所述光源(21)和所述接收组件(22)间隔第二预设距离，所述光源(21)用于朝向所述第一面发出测角光束，所述接收组件(22)的接收侧朝向所述第一面，所述第一面将所述光源(21)发出的所述测角光束反射至所述接收组件(22)；

所述外壳(3)为一端开口的盒状结构，所述外壳(3)具有与所述开口相对的第一侧壁，所述外壳(3)具有容置空间，所述光源(21)朝向所述开口的一端延伸到所述容置空间内，所述扫描模块(1)设置于所述容置空间内；所述支架(25)固定在所述第一侧壁上，所述支架(25)具有安装所述光源(21)的第一安装部(251)和安装所述接收组件(22)的第二安装部(252)。

12.根据权利要求11所述的扫描装置，其特征在于，所述可动部(101)还具有用于反射扫描光束的第二面，所述第二面位于所述可动部(101)远离所述测角模块(2)的一侧。

13.根据权利要求11所述的扫描装置，其特征在于，

所述光源(21)为激光器，所述激光器固定于所述第一安装部(251)，所述激光器的出射面与所述扫描基片(10)所在平面呈第一预设夹角；

所述第二安装部(252)具有第一安装面，所述接收组件(22)安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片(10)所在平面呈第二预设夹角。

14.根据权利要求13所述的扫描装置，其特征在于，所述接收组件(22)包括滤光片(26)和位置传感器(28)，所述位置传感器(28)和所述滤光片(26)沿远离所述第一安装面的方向依次设置。

15.根据权利要求14所述的扫描装置，其特征在于，所述接收组件(22)还包括转接板(27)，所述转接板(27)与所述第一安装面连接，所述位置传感器(28)和所述滤光片(26)沿远离所述第一安装面的方向依次设置在所述转接板(27)上。

16.根据权利要求15所述的扫描装置，其特征在于，所述接收组件(22)还包括消光筒(29)，所述消光筒(29)位于所述位置传感器(28)朝向所述扫描基片(10)的一侧。

17.根据权利要求16所述的扫描装置，其特征在于，所述消光筒(29)呈渐缩结构，所述消光筒(29)靠近所述扫描基片(10)一端的横截面积小于所述消光筒(29)远离所述扫描基片(10)一端的横截面积。

18.根据权利要求12所述的扫描装置，其特征在于，所述测角模块(2)部分或全部位于所述容置空间内。

19.根据权利要求12所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置还包括封板(4)，所述封板(4)安装于所述外壳(3)的开口一端，所述扫描模块(1)通过连接件安装于所述封板(4)朝向所述容置空腔内的一侧。

20.根据权利要求11所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描基片(10)还包括第一扭转轴和第三支撑部，所述可动部(101)通过所述第一扭转轴与所述第三支撑部相连，所述可动部(101)能够绕所述第一扭转轴旋转运动。

21.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-20任意一项所述的扫描装置。

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