[發(fā)明專利]一種機載激光雷達掃描鏡裝置、系統(tǒng)及掃描方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011251982.3
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112462512B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟祥謙;杜立彬;溫春苗;李正寶;袁一博;陳光源
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G01S7/481
• 代理公司: 蘇州知途知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32299
• 代理人: 馬剛強

本發(fā)明涉及激光雷達掃描技術(shù)領(lǐng)域，為一種機載激光雷達掃描鏡裝置、系統(tǒng)及掃描方法，包括均安設(shè)于無人機上的驅(qū)動電機、編碼器及棱錐體，所述棱錐體的對稱中心軸與所述驅(qū)動電機的輸出軸連接，所述編碼器記錄電機帶動棱錐體的旋轉(zhuǎn)角度，所述棱錐體的各側(cè)面均設(shè)有掃描鏡面，所述驅(qū)動電機驅(qū)動所述棱錐體旋轉(zhuǎn)以使所述掃描鏡面用于接收入射激光并反射以旋轉(zhuǎn)掃描被測對象。該裝置主要安裝于飛機載體上，結(jié)構(gòu)簡單易安裝調(diào)試，且整個裝置結(jié)構(gòu)小巧；掃描鏡的質(zhì)心轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動電機軸重合，轉(zhuǎn)動慣量小，減少了電機負載；棱錐體的各側(cè)面均可作為激光發(fā)射與接收面，可用于多路激光發(fā)射與接收；掃描角度范圍大，且激光腳點網(wǎng)格均勻，適合做激光點云數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光雷達掃描技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機載激光雷達掃描鏡裝置、系統(tǒng)及掃描方法。

背景技術(shù)

已有激光雷達的掃描方式有機械式與非機械式，機械式的掃描方式包括轉(zhuǎn)鼓掃描、擺鏡掃描、旋轉(zhuǎn)反射鏡和光纖掃描等，還有近幾年出現(xiàn)的微機電MEMS掃描振鏡(Micro-Electro-Mechanical System)。非機械式的掃描方式包括聲光掃描、電光掃描、光學(xué)相控陣掃描、全息光柵掃描等方式。本申請可歸屬于機械式的多面棱鏡，因此非機械式的不多做描述，重點描述本申請與已有的機械式掃描方式區(qū)別。

其中，轉(zhuǎn)鼓掃描方式主體結(jié)構(gòu)是一個有多個均勻柱面反射鏡的轉(zhuǎn)鼓，掃描角與柱面?zhèn)€數(shù)有關(guān)，柱面?zhèn)€數(shù)越多掃描角越小。工作時，激光束從側(cè)面入射到柱面鏡后被產(chǎn)生鏡面反射，在驅(qū)動電機的帶動下柱面鏡的法線沿轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，引起了反射光線的掃描現(xiàn)象，每個柱面轉(zhuǎn)過時產(chǎn)生一條掃描線，常見在機載測繪激光雷達使用。由于電機的轉(zhuǎn)速可以做到很高，所以轉(zhuǎn)鼓掃描速度比較快，但是轉(zhuǎn)鼓體積大，配置成掃描系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本比較高，加上轉(zhuǎn)鼓加工工藝的限制，會影響反射光束的質(zhì)量。而擺鏡掃描結(jié)構(gòu)是一面平面或曲面反射鏡，激光入射后產(chǎn)生反射光，反射鏡在驅(qū)動電機帶動下作如鐘擺式的來回擺動，使激光反射光束產(chǎn)生掃描效果。由于擺鏡掃描角度越大，掃描頻率就越低，所以它的掃描角一般不大，通常在10°～25°。旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描方式常見的為雙光楔掃描方式，光楔掃描的特點是比多面鏡掃描方式的通光孔徑要大，缺點是兩個光楔需要兩套掃描電機，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，并且透鏡系統(tǒng)會引起色差，不適合多波長掃描。而光纖掃描方式中，根據(jù)光纖掃描的原理，激光從光纖出射后，光束發(fā)散角僅與光纖的口徑有關(guān)，光纖的掃描視場與光纖的排列有關(guān)，隨著光纖遠離光軸，激光的掃描范圍也將增加，由于該掃描方式使用兩套光纖系統(tǒng)分別進行接收和發(fā)射，不利于掃描系統(tǒng)的小型化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種機載激光雷達掃描鏡裝置，解決了以上所述的技術(shù)問題。

為此，本發(fā)明提供了一種機載激光雷達掃描鏡裝置，包括均安設(shè)于無人機上的驅(qū)動電機、編碼器及棱錐體，所述棱錐體的對稱中心軸與所述驅(qū)動電機的輸出軸連接，所述編碼器記錄電機帶動棱錐體的旋轉(zhuǎn)角度，所述棱錐體的各側(cè)面均設(shè)有掃描鏡面，所述驅(qū)動電機驅(qū)動所述棱錐體旋轉(zhuǎn)以使所述掃描鏡面用于接收入射激光并反射以旋轉(zhuǎn)掃描被測對象。

優(yōu)選地，本發(fā)明的機載激光雷達掃描鏡裝置，所述棱錐體為中空結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，本發(fā)明的機載激光雷達掃描鏡裝置，所述棱錐體的側(cè)面數(shù)量至少為三個。

優(yōu)選地，本發(fā)明的機載激光雷達掃描鏡裝置，所述棱錐體為多棱錐，所述驅(qū)動電機的輸出軸與所述棱錐的底面垂直，所述棱錐的頂端豎直朝下。

優(yōu)選地，本發(fā)明的機載激光雷達掃描鏡裝置，所述棱錐底面水平布置，根據(jù)需求訂制各側(cè)面與所述底面的夾角，所述入射激光的入射光路水平照射在所述掃描鏡面上。

優(yōu)選地，本發(fā)明的機載激光雷達掃描鏡裝置，所述掃描鏡面鍍相應(yīng)激光波長的高反射膜，鍍膜后反射率大于95％。

本發(fā)明還提供一種機載激光雷達掃描系統(tǒng)，包括激光發(fā)射器及接收光學(xué)系統(tǒng)，還包括如上述的機載激光雷達掃描裝置，所述掃描鏡面位于所述入射激光的入射光路上，所述接收光學(xué)系統(tǒng)位于所述掃描鏡面的反射光路上以獲取掃描數(shù)據(jù)。