[发明专利]一种激光扫描装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光扫描装置，更具体的说是一种能够周向旋转的扫描装置。

背景技术

激光扫描仪通过测量激光往返时间来测定目标相对距离，并通过扫描装置改变激光指向方位来测定目标相对位置，具有距离精度高和空间分辨率高的优点。激光扫描仪的测量原理是利用激光发射器发出激光脉冲，激光照射到目标物体后返回部分能量形成激光回波，当激光接收器收到激光回波，且回波的能量足以触发门槛值时，激光扫描仪即可计算它到物体的距离值；激光扫描仪可以连续不停的发射激光脉冲，激光脉冲通过扫描装置改变激光指向，将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个二维区域的扫描。此二维区域的扫描可以实现以下两个功能：1)在扫描装置的扫描范围内，设置不同形状的保护区域，当有物体进入该区域时，发出报警信号；2)在扫描装置的扫描范围内，扫描器输出每个测量点的距离，根据此距离信息，可以计算物体的外型轮廓，坐标定位。传统的激光扫描仪的扫描装置通常体积大，价格昂贵，扫描速度较慢，很难满足快速扫描成像的要求。

现有的激光扫描方式主要分为四种，包括电光扫描，声光扫描，光栅扫描和光机扫描。电光扫描和声光扫描由于是非机械扫描方式，因此具有无惯性扫描的特点。它们扫描速度快，但是声光扫描由于其原理的限制，使得当其为布拉格衍射时衍射角很小，因此其视场角也比较小，而当其不符合布拉格衍射条件时，衍射效率很低，极大地浪费了激光的能量。电光扫描角度也很小，且它对光存在损耗，透过率很低。光栅扫描视场角比较大，但是主要问题是衍射效率低，影响了整个扫描系统的透过率。

光机扫描分为很多种，包括多面棱镜扫描、振镜扫描、旋转反射镜扫描、光楔扫描、压电扫描、MEMS摆镜扫描和光纤扫描等。目前激光扫描仪系统中能够成熟应用的主要是光机扫描方式中的振镜扫描装置、旋转反射镜扫描和多面棱镜扫描装置。

如图3所示，振镜扫描的成行性好，重复性好，扫描效率高，但是由于其扫描角度越大，扫描频率就越低，所以它的扫描角度一般不大，约为10°～25°，在该视场角下，振镜扫描的扫描频率也较低。如图4所示，多面棱镜扫描装置由于马达的转速可以做到很高，所以扫描速度也通常比较快，且扫描角度大，稳定性好，但多面棱镜扫描装置体积大，配置成扫描系统的结构比较复杂，成本也比较高，由于多面棱镜加工工艺的限制，会影响反射光束的质量。而旋转反射镜扫描装置结构简单，可实现360°角度扫描，但收发光路经同一反射面，会造成不必要的光学遮挡，也容易在接收光路中引入杂散光干扰造成误判，如图5所示。此外，由于以上三种扫描方式都采用出射入射同光路设计，在出射光束质量不理想，光斑较大的条件下只能采用增加反射元件尺寸的方法来调节，影响了系统性能。而光纤扫描和MEMS摆镜扫描装置均处于研究阶段，难以应用于激光扫描仪中。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种结构简单，可靠性高，可覆盖360°扫描角度，分置发射接收光路以减少测量误判的激光扫描装置。

(二)技术方案

为了克服上述技术问题，本发明提出了一种激光扫描装置，该装置包括驱动装置、上光路折转元件和下光路折转元件，所述上光路折转元件和下光路折转元件固定在所述驱动装置的两端，所述驱动装置能够带动所述上光路折转元件和下光路折转元件旋转；

作为一种优选地实施方式，该装置还包括转子支撑组件和固定辅件，所述驱动装置通过所述转子支撑组件和所述固定辅件带动所述上光路折转元件和所述下光路折转元件旋转，实现出射光和入射光在水平面的360°周向扫描。

作为一种优选地实施方式，该装置还包括配重块，所述配重块用于匹配光路折转元件，使整个装置达到动平衡。

作为一种优选地实施方式，该装置还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于装置的上方，所述光电传感器位于装置下方。

作为一种优选地实施方式，所述激光源发出的出射光通过上光路折转元件折转能够沿水平方向射出。

作为一种优选地实施方式，该装置还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于装置的下方，所述光电传感器位于装置上方。

作为一种优选地实施方式，所述光电传感器通过下光路折转元件折转能够接收入射光。

作为一种优选地实施方式，所述入射光和出射光的光路通过所述上光路折转元件和所述下光路折转元件折转后的光路相互平行。

作为一种优选地实施方式，所述激光源发出的出射光通过上光路折转元件折转能够沿水平方向射出。

作为一种优选地实施方式，所述激光源的出射光斑尺寸与上光路折转元件通光口径一致。