[發(fā)明專利]一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置和方法

在審

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• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111982028A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃騰超;王先帆;車雙良;舒曉武
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01S17/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，所述測量裝置集成安裝在激光雷達(dá)內(nèi)部，測量裝置包括：激光器(8)、準(zhǔn)直透鏡(9)、分光棱鏡(10)、聚焦透鏡(11)、衍射光柵(14)和激光光斑探測元件，

所述的衍射光柵(14)位于激光雷達(dá)的掃描振鏡的后表面上，從激光器(8)發(fā)射的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(9)后入射至分光棱鏡(10)，通過分光棱鏡(10)反射至掃描振鏡后表面的衍射光柵(14)上，形成零級衍射光束和正一級衍射光束；所述的零級衍射光束和正一級衍射光束分別穿過分光棱鏡(10)，經(jīng)聚焦透鏡(11)聚焦后入射至激光光斑探測元件上，由激光光斑探測元件接收到零級衍射光斑和正一級衍射光斑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，所述的衍射光柵和激光雷達(dá)的掃描振鏡為一體式結(jié)構(gòu)，所述掃描振鏡的前表面鍍有反射膜(15)，掃描振鏡的后表面鍍有衍射光柵(14)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，所述的衍射光柵為反射式衍射光柵。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，所述的掃描振鏡(6)能夠在空間轉(zhuǎn)動，在初始狀態(tài)下，從激光器(8)發(fā)射的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(9)和分光棱鏡(10)后垂直入射至掃描振鏡后表面的衍射光柵(14)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，所述的激光光斑探測元件包括并排設(shè)置的第一激光光斑探測器(12)和第二激光光斑探測器(13)，所述第一激光光斑探測器(12)設(shè)置于聚焦透鏡(11)的焦點處，第二激光光斑探測器(13)沿正一級衍射光束的偏轉(zhuǎn)方向設(shè)置在第一激光光斑探測器(12)一側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，所述的掃描振鏡(6)、分光棱鏡(10)、聚焦透鏡(11)和第一激光光斑探測器(12)沿光軸設(shè)置在同一條直線上。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度測量裝置，其特征在于，聚焦透鏡(11)與掃描振鏡(6)后表面之間的距離等于聚焦透鏡(11)的焦距。

8.一種采用權(quán)利要求6所述的裝置對激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度進行測量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：初始狀態(tài)下，從激光器(8)發(fā)射的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(9)后入射至分光棱鏡(10)，通過分光棱鏡(10)反射至掃描振鏡后表面的衍射光柵(14)上，形成零級衍射光束和正一級衍射光束，從衍射光柵反射的正一級衍射光束與零級衍射光束之間形成偏轉(zhuǎn)角；

步驟2：所述零級衍射光束垂直反射至分光棱鏡(10)，并穿過分光棱鏡(10)后垂直入射至聚焦透鏡(11)，經(jīng)會聚后在第一激光光斑探測器(12)的中心位置處形成零級衍射光斑，記錄初始狀態(tài)下的零級衍射光斑位置A₀；

所述正一級衍射光束以一定角度反射至分光棱鏡(10)，并穿過分光棱鏡(10)后入射至聚焦透鏡(11)，經(jīng)會聚后的正一級衍射光束與零級衍射光束平行，在第二激光光斑探測器(13)的中心位置處形成正一級衍射光斑，記錄初始狀態(tài)下的正一級衍射光斑位置B₀；

步驟3：設(shè)置掃描振鏡的繞動方向，所述掃描振鏡在驅(qū)動機構(gòu)帶動下繞定軸轉(zhuǎn)動，記錄實時轉(zhuǎn)動過程中的零級衍射光斑和正一級衍射光斑的位置變化實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的實時測量。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對激光雷達(dá)掃描振鏡三維角度進行測量的方法，其特征在于，所述掃描振鏡繞定軸旋轉(zhuǎn)的角度計算公式為：

其中，B_t為t時刻正一級衍射光斑的位置，|B₀B_t|為t時間段內(nèi)正一級衍射光斑變化的距離，θ_t為t時刻掃描振鏡繞定軸旋轉(zhuǎn)的角度，f為聚焦透鏡(11)的焦距。