[发明专利]应用于三维场景测量的激光扫描装置和激光扫描方法

说明书

本发明公开了一种应用于三维场景测量的激光扫描装置和激光扫描方法，包括光源、激光相位调制器、光栅、反射镜、透镜、测距受光部和成像受光部组成；所述激光相位调制器和光栅组成激光偏转部对激光进行调制，取代了传统的转镜偏转的方法，可以实现高频的激光扫描。本发明采用激光相位调制器和光栅的组合取代转镜，对光束进行偏转扫描，扫描频率只受限于相位调制器的调制频率，可达到GHz量级，且偏转部件不存在机械运动，一方面避免了部件惯性带来的启动延迟，另一方面避免了运动摩擦对装置寿命的影响。

技术领域

本发明涉及激光扫描领域，具体涉及一种应用于三维场景测量的激光扫描装置和激光扫描方法。

背景技术

激光扫描装置是一种利用特定器件将光源发出的激光进行方向偏转，从而实现对目标物进行一维或二维扫描的装置。结合测距部件和成像部件，可对目标物进行三维成像。目前该技术应用于地形探测、自动驾驶及三维模型快速生成等方面。

当前实现激光扫描的方法主要是使用电机驱动的可旋转反射镜(转镜，参考专利文献200710153106.5)对激光束进行周期性偏转，从而实现扫描。但受限于电机的驱动转速，转镜方法的扫描频率最高只能达到MHz量级。同时受限于运动部件的惯性，其启动时间较长。且机械运动无法避免摩擦损耗带来的寿命限制。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种应用于三维场景测量的激光扫描装置，包括：

用于发出脉冲激光的光源；

位于激光光路上的用于调制激光方向偏转的激光调制单元；

反射镜，其将激光调制单元调节后的激光进行反射并沿大致水平方向射出扫描目标物，同时将从目标物反射回的光束反射至成像受光部和测距受光部进行目标物的三维成像。

优选的是，所述激光调制单元包括：用于调制激光水平偏转角的水平轴调制单元，其位于激光光路上；

用于调制激光竖直偏转角的竖直轴调制单元，其位于水平轴调制单元调制后的激光光路上。

优选的是，所述水平轴调制单元包括依次位于脉冲激光光路上的水平轴相位调制器和水平轴光栅；所述竖直轴调制单元包括依次位于脉冲激光光路上的竖直轴相位调制器和竖直轴光栅。

优选的是，所述水平轴光栅和竖直轴光栅的刻线方向相互垂直，其偏转激光的偏转面相互垂直。

优选的是，还包括：第一半透半反镜，其位于激光调制单元和反射镜之间的激光光路上，并将激光调制单元调制后的激光透射至反射镜；所述反射镜将激光进行反射并沿大致水平方向射出扫描目标物；

透镜，其位于第一半透半反镜的反射光路上；

第二半透半反镜，其位于透镜的透射光路上；

其中，所述成像受光部位于第二半透半反镜的透射光路上；所述测距受光部位于第二半透半反镜的反射光路上；所述反射镜将从目标物反射回的光束反射至第一半透半反镜的反射面，并水平反射至透镜；所述透镜将目标物光束透射至第二半透半反镜；从第二半透半反镜透射的光束进入成像受光部、反射的光束进入测距受光部。

优选的是，所述第二半透半反镜至成像受光部和至测距受光部的距离相同。

优选的是，所述反射镜上连接有用于驱动反射镜的反射镜驱动单元。

本发明还提供一种采用上述的应用于三维场景测量的激光扫描装置进行激光扫描的方法，包括以下步骤：

步骤一、设水平轴相位调制器对激光的相位调制函数为竖直轴相位调制器激光的相位调制函数为则出射光的水平偏转角α(t)和竖直偏转角β(t)分别为：