[发明专利]一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置和方法

权利要求书

1.一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，所述测量装置集成安装在激光雷达内部，测量装置包括：激光器(8)、准直透镜(9)、分光棱镜(10)、聚焦透镜(11)、衍射光栅(14)和激光光斑探测元件，

所述的衍射光栅(14)位于激光雷达的扫描振镜的后表面上，从激光器(8)发射的激光经准直透镜(9)后入射至分光棱镜(10)，通过分光棱镜(10)反射至扫描振镜后表面的衍射光栅(14)上，形成零级衍射光束和正一级衍射光束；所述的零级衍射光束和正一级衍射光束分别穿过分光棱镜(10)，经聚焦透镜(11)聚焦后入射至激光光斑探测元件上，由激光光斑探测元件接收到零级衍射光斑和正一级衍射光斑。

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，所述的衍射光栅和激光雷达的扫描振镜为一体式结构，所述扫描振镜的前表面镀有反射膜(15)，扫描振镜的后表面镀有衍射光栅(14)。

3.根据权利要求2所述的一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，所述的衍射光栅为反射式衍射光栅。

4.根据权利要求2所述的一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，所述的扫描振镜(6)能够在空间转动，在初始状态下，从激光器(8)发射的激光经准直透镜(9)和分光棱镜(10)后垂直入射至扫描振镜后表面的衍射光栅(14)上。

5.根据权利要求1所述的一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，所述的激光光斑探测元件包括并排设置的第一激光光斑探测器(12)和第二激光光斑探测器(13)，所述第一激光光斑探测器(12)设置于聚焦透镜(11)的焦点处，第二激光光斑探测器(13)沿正一级衍射光束的偏转方向设置在第一激光光斑探测器(12)一侧。

6.根据权利要求5所述的一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，所述的扫描振镜(6)、分光棱镜(10)、聚焦透镜(11)和第一激光光斑探测器(12)沿光轴设置在同一条直线上。

7.根据权利要求5所述的一种激光雷达扫描振镜三维角度测量装置，其特征在于，聚焦透镜(11)与扫描振镜(6)后表面之间的距离等于聚焦透镜(11)的焦距。

8.一种采用权利要求6所述的装置对激光雷达扫描振镜三维角度进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初始状态下，从激光器(8)发射的激光经准直透镜(9)后入射至分光棱镜(10)，通过分光棱镜(10)反射至扫描振镜后表面的衍射光栅(14)上，形成零级衍射光束和正一级衍射光束，从衍射光栅反射的正一级衍射光束与零级衍射光束之间形成偏转角；

步骤2：所述零级衍射光束垂直反射至分光棱镜(10)，并穿过分光棱镜(10)后垂直入射至聚焦透镜(11)，经会聚后在第一激光光斑探测器(12)的中心位置处形成零级衍射光斑，记录初始状态下的零级衍射光斑位置A₀；

所述正一级衍射光束以一定角度反射至分光棱镜(10)，并穿过分光棱镜(10)后入射至聚焦透镜(11)，经会聚后的正一级衍射光束与零级衍射光束平行，在第二激光光斑探测器(13)的中心位置处形成正一级衍射光斑，记录初始状态下的正一级衍射光斑位置B₀；

步骤3：设置扫描振镜的绕动方向，所述扫描振镜在驱动机构带动下绕定轴转动，记录实时转动过程中的零级衍射光斑和正一级衍射光斑的位置变化实现旋转角度的实时测量。

9.根据权利要求8所述的对激光雷达扫描振镜三维角度进行测量的方法，其特征在于，所述扫描振镜绕定轴旋转的角度计算公式为：

其中，B_t为t时刻正一级衍射光斑的位置，|B₀B_t|为t时间段内正一级衍射光斑变化的距离，θ_t为t时刻扫描振镜绕定轴旋转的角度，f为聚焦透镜(11)的焦距。