本實(shí)用新型涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有空心軸的激光掃描裝置。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)使用發(fā)射激光照射目標(biāo)物，通過目標(biāo)物返回激光的延遲，相位或者位移來分析距離和速度等信息。這是一個(gè)歷史悠久的技術(shù)，近年來，隨著3D打印測量、地圖測繪、輔助和自動(dòng)駕駛、無人機(jī)等行業(yè)的發(fā)展，也帶動(dòng)了激光雷達(dá)技術(shù)和應(yīng)用高速發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中，在某些行業(yè)，如掃地機(jī)，AGV等，常用三角法測距原理的激光雷達(dá)，這種雷達(dá)使用激光發(fā)射一束光，照射到物體后，返回，被CCD接收，不同的距離，對(duì)應(yīng)著CCD上不同的像素，通過對(duì)CCD上像素強(qiáng)度的解算，獲得激光點(diǎn)位置，就可以換算出目標(biāo)物的距離。然后采用電機(jī)，帶動(dòng)上述三角法激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)，結(jié)合角度和距離的信息，就構(gòu)成了激光雷達(dá)。這種雷達(dá)的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，在消費(fèi)電子領(lǐng)域可以獲得比較多的應(yīng)用。但因?yàn)榘l(fā)射和接收光路必須間隔到一定的距離，比如100mm，才可以形成三角性，獲得比較好的精度，這樣的原理帶來了兩個(gè)比較大的局限：第一，直徑比較大，而且無法減小，在對(duì)體積小的設(shè)備上無法使用；第二，需要直接帶動(dòng)三角測距模塊旋轉(zhuǎn)，需要在旋轉(zhuǎn)的情況下供電和傳輸測量數(shù)據(jù)，目前多使用的是滑環(huán)，壽命有限，故障率比較高，最新使用無線供電和無線數(shù)據(jù)傳輸，提高了成本。

現(xiàn)有技術(shù)中，還有使用TOF法或者相位法的測距模塊，請(qǐng)參閱圖1所示，可以使發(fā)射和接收光路共用透鏡，縮小光路的體積。在使用收發(fā)的光路之后，可以通過旋轉(zhuǎn)的反射鏡或者棱鏡實(shí)現(xiàn)光路掃描，可以避免旋轉(zhuǎn)部分包括電路，從而避免了供電和數(shù)據(jù)通信的問題，無需使用導(dǎo)電滑環(huán)或者無線供電模塊，結(jié)構(gòu)更簡單。但這種方法反射鏡的驅(qū)動(dòng)軸和測距模塊在反射鏡兩側(cè)，兩部分固定的時(shí)候需要支撐架，支撐架會(huì)遮擋旋轉(zhuǎn)的光路，導(dǎo)致在360度范圍內(nèi)出現(xiàn)盲區(qū)，并且不利于整個(gè)裝置小型化。

鑒于此，克服以上現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種具有空心軸的激光掃描裝置成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種具有空心軸的激光掃描裝置。

本實(shí)用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

一種具有空心軸的激光掃描裝置，其不同之處在于，該激光掃描裝置包括：

旋轉(zhuǎn)設(shè)置的具有中空內(nèi)腔的空心軸；

具有轉(zhuǎn)向掃描及準(zhǔn)直功能的掃描組件，所述掃描組件位于空心軸的一端并隨著空心軸一起旋轉(zhuǎn)；

位于空心軸另一端的發(fā)射測距組件，包括用于發(fā)射激光信號(hào)的發(fā)射機(jī)構(gòu)、用于接收由測定目標(biāo)反射的測距激光信號(hào)的接收機(jī)構(gòu)、和用于根據(jù)測距激光信號(hào)進(jìn)行測距的測距機(jī)構(gòu)，所述發(fā)射機(jī)構(gòu)和所述接收機(jī)構(gòu)的光軸基本平行或重合；

其中，發(fā)射機(jī)構(gòu)發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)過空心軸的中空內(nèi)腔被掃描組件反射和準(zhǔn)直后形成掃描光束到達(dá)測定目標(biāo)，被測定目標(biāo)反射后形成的測距激光光束被掃描組件進(jìn)行會(huì)聚和反射后經(jīng)過空心軸的中空內(nèi)腔到達(dá)接收機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述掃描組件或?yàn)榘济骁R，或?yàn)檠販y距激光光束的光路依次排列的凸透鏡或透鏡組和反射鏡，或?yàn)檠販y距激光光束的光路依次排列的凸透鏡或透鏡組和反射棱鏡。

優(yōu)選的，所述空心軸與所述發(fā)射測距組件之間還設(shè)有用于對(duì)激光光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的反射鏡或反射棱鏡。

優(yōu)選的，該激光掃描裝置還包括驅(qū)動(dòng)所述空心軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)組件。

優(yōu)選的，該激光掃描裝置還包括設(shè)于驅(qū)動(dòng)組件和空心軸之間的傳動(dòng)組件。

本實(shí)用新型的測距組件驅(qū)動(dòng)發(fā)射元件發(fā)光，其發(fā)出的光束為發(fā)散的光束，這一發(fā)散的光束穿過空心軸之后遇到平面鏡折轉(zhuǎn)90度，然后被平面鏡后的透鏡會(huì)聚，使發(fā)射的光變?yōu)闇?zhǔn)直的光束，并發(fā)射出去；發(fā)射的光束遇到待測的目標(biāo)物之后，轉(zhuǎn)換為背向的反射，散射等光，一部分光返回到準(zhǔn)直鏡上，會(huì)聚后再經(jīng)過反射鏡，穿過空心軸，入射到光接收元件上，光接收元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，由測距模塊計(jì)算發(fā)射和接收信號(hào)之間的相位變化，或者時(shí)間延遲，從而計(jì)算出目標(biāo)物的距離。

本實(shí)用新型的激光掃描裝置中掃描組件和發(fā)射測距組件分別位于空心軸的兩端，空心軸位于激光的光路上，充分利用了空間，有利于整個(gè)裝置小型化；光路中無其他部件，在發(fā)射及接收過程中無遮擋，提高掃描效率；本實(shí)用新型的激光掃描裝置中掃描組件對(duì)發(fā)射機(jī)構(gòu)發(fā)出的掃描光束有反射和準(zhǔn)直作用，同時(shí)對(duì)測距激光光束有反射和會(huì)聚的作用，提高了掃描效率。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實(shí)用新型的第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的第四個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本實(shí)用新型的第五個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本實(shí)用新型的第六個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

在下文中，將參考附圖來更好地理解本實(shí)用新型的許多方面。附圖中的部件未必按照比例繪制。替代地，重點(diǎn)在于清楚地說明本實(shí)用新型的部件。此外，在附圖中的若干視圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相對(duì)應(yīng)零件。

如本文所用的詞語“示例性”或“說明性”表示用作示例、例子或說明。在本文中描述為“示例性”或“說明性”的任何實(shí)施方式未必理解為相對(duì)于其它實(shí)施方式是優(yōu)選的或有利的。下文所描述的所有實(shí)施方式是示例性實(shí)施方式，提供這些示例性實(shí)施方式是為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員做出和使用本公開的實(shí)施例并且預(yù)期并不限制本公開的范圍，本公開的范圍由權(quán)利要求限定。在其它實(shí)施方式中，詳細(xì)地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本實(shí)用新型。出于本文描述的目的，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“豎直”、“水平”和其衍生詞將與如圖2定向的實(shí)用新型有關(guān)。而且，并無意圖受到前文的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下文的詳細(xì)描述中給出的任何明示或暗示的理論限制。還應(yīng)了解在附圖中示出和在下文的說明書中描述的具體裝置和過程是在所附權(quán)利要求中限定的實(shí)用新型構(gòu)思的簡單示例性實(shí)施例。因此，與本文所公開的實(shí)施例相關(guān)的具體尺寸和其他物理特征不應(yīng)被理解為限制性的，除非權(quán)利要求書另作明確地陳述。

本實(shí)施例的一種是設(shè)計(jì)思路把測距模塊的光路準(zhǔn)直部分移到可以旋轉(zhuǎn)的光路部分，空心軸后的光路包括了轉(zhuǎn)向掃描及準(zhǔn)直功能。這樣做的好處一是模塊的體積更小，二是把光路直徑最大的部分移到了空心軸外，可以使用更細(xì)的空心軸，設(shè)計(jì)上的自由度更大。

圖2示出了一種具有空心軸的激光掃描裝置，請(qǐng)參閱圖2所示，該激光掃描裝置包括：旋轉(zhuǎn)設(shè)置的空心軸10、具有轉(zhuǎn)向掃描及準(zhǔn)直功能的掃描組件20和發(fā)射測距組件30，其中，空心軸10具有中空內(nèi)腔10a。掃描組件20具有反射面，掃描組件20位于空心軸10的一端并隨著空心軸10一起旋轉(zhuǎn)，反射面與空心軸10的軸線成一定角度或者反射面為凹面。發(fā)射測距組件30位于空心軸10另一端，包括用于發(fā)射激光信號(hào)的發(fā)射機(jī)構(gòu)301、用于接收由測定目標(biāo)反射的測距激光信號(hào)的接收機(jī)構(gòu)302、和用于根據(jù)測距激光信號(hào)進(jìn)行測距的測距機(jī)構(gòu)303，所述發(fā)射機(jī)構(gòu)301和所述接收機(jī)構(gòu)302的光軸基本平行或。掃描組件20可以為凹面鏡或者其他有會(huì)聚功能的透鏡組件與反射鏡的組合。

其中，發(fā)射機(jī)構(gòu)301發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)過空心軸10的中空內(nèi)腔10a被掃描組件的反射面反射后形成掃描光束到達(dá)測定目標(biāo)，被測定目標(biāo)反射后形成的測距激光光束經(jīng)過反射面進(jìn)行反射后經(jīng)過空心軸10的中空內(nèi)腔10a到達(dá)接收機(jī)構(gòu)302。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖3和圖4所示，使用空心軸電機(jī)100，空心軸電機(jī)100的空心軸10帶動(dòng)掃描組件20旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)施例的反射鏡可以是平面反射鏡，也可以是棱鏡，也可以是反射鏡和透鏡合一的一體化集成的光學(xué)元件。準(zhǔn)直鏡和反射鏡一起安裝在空心軸上，隨空心軸旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，將光束依次投向360度的各個(gè)方向，從而可以對(duì)各個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)測距，使用編碼器或者其他傳感器感知到空心軸和反射鏡及準(zhǔn)直鏡所處的角度，結(jié)合在那個(gè)角度上測試到的距離，就可以測繪出360度無死角的地圖來。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖4和圖6所示，空心軸10與所述發(fā)射測距組件30之間還設(shè)有用于對(duì)激光光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的反射鏡組件40。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖5和圖6所示，該激光掃描裝置還包括驅(qū)動(dòng)所述空心軸10旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)組件50，和設(shè)于驅(qū)動(dòng)組件50和空心軸10之間的傳動(dòng)組件60，傳動(dòng)組件60可以包括多個(gè)齒輪。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖7所示，掃描組件20包括凹面鏡，反射面為一弧形面，即實(shí)現(xiàn)掃描的功能，還可以對(duì)光束進(jìn)行會(huì)聚/發(fā)散。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖8所示，掃描組件20包括沿測距激光光束的光路依次排列的凸透鏡201和反射鏡202，即實(shí)現(xiàn)掃描的功能，還可以對(duì)光束進(jìn)行會(huì)聚/發(fā)散。

具體地，本實(shí)施例提供的激光掃描裝置是一種基于相位法或者飛行時(shí)間法的激光雷達(dá)裝置，該裝置使用空心軸電機(jī)或者空心軸來帶動(dòng)反射鏡或者反射棱鏡，收發(fā)的光路穿過空心軸，從而以直接旋轉(zhuǎn)光路的方式實(shí)現(xiàn)2D掃描和測量。其中：光路測距模塊可以是基于相位法的測距模塊，也可以是基于飛行時(shí)間法的測距模塊；光路測距模塊發(fā)射光穿過空心軸；空心軸可以是空心軸電機(jī)的空心軸，也可以是由機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)的空心軸；穿過空心軸之后的光路經(jīng)過可旋轉(zhuǎn)的反射鏡或者棱鏡發(fā)射出去；發(fā)射出去的光被目標(biāo)物體反射或者散射回來，經(jīng)過同一反射鏡反射回；反射回的光再次穿過空心軸，回到測距模塊，獲得距離信息；旋轉(zhuǎn)反射鏡或者棱鏡到另外一個(gè)角度，重復(fù)獲得另一組距離信息；發(fā)射出去的光被目標(biāo)物體反射或者散射回來，經(jīng)過同一反射鏡反射回，多次重復(fù)就可以獲得不同角度的距離數(shù)據(jù)，這就實(shí)現(xiàn)了2D激光雷達(dá)的功能。

本實(shí)施例的有益效果：體積可以減?。槐苊饬藱C(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)光路造成的遮擋；避免了在旋轉(zhuǎn)裝置上供電和傳輸信號(hào)的很多問題；反射鏡或者棱鏡的重量一般都比較小，旋轉(zhuǎn)反射鏡或者棱鏡可以獲得更快的掃描速度，以及更低的功耗。

本實(shí)施例還可以通過齒輪組轉(zhuǎn)向，帶動(dòng)一個(gè)空心軸旋轉(zhuǎn)，測距模塊的發(fā)射的光束穿過旋轉(zhuǎn)的空心軸入射到安裝在空心軸上，一同旋轉(zhuǎn)的反射鏡或者棱鏡后出射，出射的光束隨空心軸旋轉(zhuǎn)；外界反射或者散射回來的光入射到反射鏡或者棱鏡之后，轉(zhuǎn)向通過空心軸，返回到測距模塊；通過發(fā)射和接收的時(shí)間延遲或者相位變化來求出距離；分析不同旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的距離可以得到周圍環(huán)境的信息。兩次轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)比一次轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，增加了組裝的工作量，但相比更緊湊，高度方向尺寸減小，適用于對(duì)尺寸要求比較嚴(yán)格的地方。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。