[發明專利]應用于三維場景測量的激光掃描裝置和激光掃描方法

有效

• 申請號: 201710232058.2
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106839991B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 耿遠超;黃晚晴;張穎;劉蘭琴;王文義;孫喜博;鄭天然;張銳;粟敬欽
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 綿陽遠卓弘睿知識產權代理事務所(普通合伙) 51371
• 代理人: 張忠慶

本發明公開了一種應用于三維場景測量的激光掃描裝置和激光掃描方法，包括光源、激光相位調制器、光柵、反射鏡、透鏡、測距受光部和成像受光部組成；所述激光相位調制器和光柵組成激光偏轉部對激光進行調制，取代了傳統的轉鏡偏轉的方法，可以實現高頻的激光掃描。本發明采用激光相位調制器和光柵的組合取代轉鏡，對光束進行偏轉掃描，掃描頻率只受限于相位調制器的調制頻率，可達到GHz量級，且偏轉部件不存在機械運動，一方面避免了部件慣性帶來的啟動延遲，另一方面避免了運動摩擦對裝置壽命的影響。

技術領域

本發明涉及激光掃描領域，具體涉及一種應用于三維場景測量的激光掃描裝置和激光掃描方法。

背景技術

激光掃描裝置是一種利用特定器件將光源發出的激光進行方向偏轉，從而實現對目標物進行一維或二維掃描的裝置。結合測距部件和成像部件，可對目標物進行三維成像。目前該技術應用于地形探測、自動駕駛及三維模型快速生成等方面。

當前實現激光掃描的方法主要是使用電機驅動的可旋轉反射鏡(轉鏡，參考專利文獻200710153106.5)對激光束進行周期性偏轉，從而實現掃描。但受限于電機的驅動轉速，轉鏡方法的掃描頻率最高只能達到MHz量級。同時受限于運動部件的慣性，其啟動時間較長。且機械運動無法避免摩擦損耗帶來的壽命限制。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種應用于三維場景測量的激光掃描裝置，包括：

用于發出脈沖激光的光源；

位于激光光路上的用于調制激光方向偏轉的激光調制單元；

反射鏡，其將激光調制單元調節后的激光進行反射并沿大致水平方向射出掃描目標物，同時將從目標物反射回的光束反射至成像受光部和測距受光部進行目標物的三維成像。

優選的是，所述激光調制單元包括：用于調制激光水平偏轉角的水平軸調制單元，其位于激光光路上；

用于調制激光豎直偏轉角的豎直軸調制單元，其位于水平軸調制單元調制后的激光光路上。

優選的是，所述水平軸調制單元包括依次位于脈沖激光光路上的水平軸相位調制器和水平軸光柵；所述豎直軸調制單元包括依次位于脈沖激光光路上的豎直軸相位調制器和豎直軸光柵。

優選的是，所述水平軸光柵和豎直軸光柵的刻線方向相互垂直，其偏轉激光的偏轉面相互垂直。

優選的是，還包括：第一半透半反鏡，其位于激光調制單元和反射鏡之間的激光光路上，并將激光調制單元調制后的激光透射至反射鏡；所述反射鏡將激光進行反射并沿大致水平方向射出掃描目標物；

透鏡，其位于第一半透半反鏡的反射光路上；

第二半透半反鏡，其位于透鏡的透射光路上；

其中，所述成像受光部位于第二半透半反鏡的透射光路上；所述測距受光部位于第二半透半反鏡的反射光路上；所述反射鏡將從目標物反射回的光束反射至第一半透半反鏡的反射面，并水平反射至透鏡；所述透鏡將目標物光束透射至第二半透半反鏡；從第二半透半反鏡透射的光束進入成像受光部、反射的光束進入測距受光部。

優選的是，所述第二半透半反鏡至成像受光部和至測距受光部的距離相同。

優選的是，所述反射鏡上連接有用于驅動反射鏡的反射鏡驅動單元。

本發明還提供一種采用上述的應用于三維場景測量的激光掃描裝置進行激光掃描的方法，包括以下步驟：

步驟一、設水平軸相位調制器對激光的相位調制函數為豎直軸相位調制器激光的相位調制函數為則出射光的水平偏轉角α(t)和豎直偏轉角β(t)分別為：