本實(shí)用新型涉及光學(xué)掃描技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種脈沖式測距多層掃描光學(xué)掃描傳感器。

背景技術(shù)：

測距型光學(xué)掃描傳感器也被稱為測距型激光雷達(dá)，需要以一定的掃描頻率(例如50Hz)完成對使用環(huán)境的一個或者多個特定的空間截面上的物體的距離測量，一種基本的測量方法是“飛行時間測量法”。

飛行時間測量法是指激光雷達(dá)在特定的空間角度上發(fā)射激光脈沖，同時探測在此空間角度上的被測目標(biāo)表面反射的激光脈沖，計(jì)算激光脈沖從發(fā)射到被反射回來的飛行時間，通過時間-距離轉(zhuǎn)換得到距離值，如圖1中所示。

目前的脈沖式測距多層掃描激光雷達(dá)在同一個旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝多個有源測距裝置，每一個測距裝置均包括激光發(fā)射部分和激光接收部分，測距裝置和激光雷達(dá)的非旋轉(zhuǎn)部分之間通過金屬摩擦式導(dǎo)電滑環(huán)來實(shí)現(xiàn)供電和信號傳輸。每個測距裝置發(fā)射的激光光束的光軸的傾斜角各不相同，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)開始旋轉(zhuǎn)后，每個測距裝置發(fā)射的激光光束的光軸都形成了一層圓錐掃描面，從而能夠以多層錐面方式對被測環(huán)境進(jìn)行三維掃描。

目前的多層掃描激光雷達(dá)存在的問題如下：

旋轉(zhuǎn)負(fù)載質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)速和掃描頻率較低，功耗較高；

金屬摩擦式導(dǎo)電滑環(huán)可靠性不高，使用壽命有限；

需要多個光電接收組件，且接收組件在光路上需要與激光發(fā)射組件一一精確對應(yīng)，裝調(diào)難度較大，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種光學(xué)掃描傳感器，以期能夠有效減輕目前的多層掃描激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)無源旋轉(zhuǎn)負(fù)載，同時能夠有效簡化激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高掃描頻率、降低成本的目的。此外，本實(shí)用新型所公開的激光雷達(dá)還能夠?qū)崿F(xiàn)掃描頻率成倍增加的單層平面掃描。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所公開的光學(xué)掃描傳感器，包括：

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸稱為中心軸；

位于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下方、在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動下旋轉(zhuǎn)的棱錐形反射鏡，所述棱錐形反射鏡的底面與所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)部件相連，所述棱錐形反射鏡的側(cè)面為平面反射鏡，稱為側(cè)反射鏡，每個所述側(cè)反射鏡的左右兩側(cè)不同高度上各具有一個延伸出棱錐體以外的延伸反射區(qū)，位置較高的所述延伸反射區(qū)稱為高位延伸反射區(qū)，位置較低的所述延伸反射區(qū)稱為低位延伸反射區(qū)；

位于所述棱錐形反射鏡下方，沿圓周均勻排布的且與所述側(cè)反射鏡個數(shù)相同的多個激光發(fā)射器組，所述激光發(fā)射器組排布圓周的圓心位于所述中心軸上，且所述發(fā)射器組排布圓周所在的平面與所述中心軸垂直，每個所述激光發(fā)射器組包括沿所述中心軸徑向排布且間距相等的外側(cè)和內(nèi)側(cè)兩個激光發(fā)射器，外側(cè)發(fā)射器與所述高位延伸反射區(qū)對應(yīng)且稱為高位激光發(fā)射器，內(nèi)側(cè)發(fā)射器與所述低位延伸反射區(qū)對應(yīng)且稱為低位激光發(fā)射器，所述高位激光發(fā)射器和低位激光發(fā)射器的發(fā)射光軸指向所述側(cè)反射鏡且均與所述中心軸平行；

位于所述棱錐形反射鏡下方的接收透鏡，所述接收透鏡用于匯聚由被測目標(biāo)反射，并由所述側(cè)反射鏡再次反射的激光光束，所述接收透鏡的光軸與所述中心軸重合；

位于所述接收透鏡下方的接收電路板，所述接收電路板上設(shè)置有一個光敏接收點(diǎn)，所述光敏接收點(diǎn)位于所述接收透鏡的焦點(diǎn)上。

優(yōu)選的，所述棱錐形反射鏡的底面所在的平面與所述中心軸垂直，且與各所述側(cè)反射鏡所在的平面相交截出的多邊形為正多邊形，此正多邊形的中心位于所述中心軸上。

優(yōu)選的，所述側(cè)反射鏡與所述中心軸之間的夾角稱為側(cè)反射鏡的傾斜角，各所述側(cè)反射鏡的傾斜角按預(yù)定的遞增幅度從最小值增加到最大值。

優(yōu)選的，所述側(cè)反射鏡的傾斜角沿所述棱錐形反射鏡的周向依次由最小值增加到最大值。

優(yōu)選的，各所述高位延伸反射區(qū)均位于其所屬的所述側(cè)反射鏡的左側(cè)，各所述低位延伸反射區(qū)均位于其所屬的所述側(cè)反射鏡的右側(cè)。

或者，各所述高位延伸反射區(qū)均位于其所屬的所述側(cè)反射鏡的右側(cè)，各所述低位延伸反射區(qū)均位于其所屬的所述側(cè)反射鏡的左側(cè)。

優(yōu)選的，所有所述高位延伸反射區(qū)沿所述中心軸方向在所述激光發(fā)射器組排布圓周所處的平面上的投影形狀均相同，所有所述低位延伸反射區(qū)沿所述中心軸方向在所述激光發(fā)射器組排布圓周所處的平面上的投影形狀也相同。

優(yōu)選的，其中一個所述側(cè)反射鏡的傾斜角為45°。

優(yōu)選的，所述側(cè)反射鏡的遞增幅度不大于1°。

優(yōu)選的，各個所述側(cè)反射鏡的傾斜角均相等。

優(yōu)選的，相鄰的兩個所述側(cè)反射鏡所在的平面的交線稱為所述棱錐形反射鏡的側(cè)棱線，當(dāng)所述棱錐形反射鏡旋轉(zhuǎn)且所述側(cè)棱線轉(zhuǎn)至任意一所述激光發(fā)射器組正上方時，所述側(cè)棱線一側(cè)的所述高位延伸反射區(qū)能夠完整遮擋該所述激光發(fā)射器組的所述高位激光發(fā)射器發(fā)射的激光光束，所述側(cè)棱線另一側(cè)的所述低位延伸反射區(qū)能夠完整遮擋該所述激光發(fā)射器組的所述低位激光發(fā)射器發(fā)射的激光光束。

優(yōu)選的，全部所述高位激光發(fā)射器和所述低位激光發(fā)射器發(fā)射的激光光束的形狀均相同。

可選的，全部所述高位延伸反射區(qū)和所述低位延伸反射區(qū)沿所述中心軸方向在所述激光發(fā)射器組排布圓周所處的平面上的投影形狀相同。

優(yōu)選的，全部所述激光發(fā)射器組中的所述高位激光發(fā)射器并發(fā)發(fā)射，并同時關(guān)閉，全部所述激光發(fā)射器組中的所述低位激光發(fā)射器并發(fā)發(fā)射，并同時關(guān)閉，且任意一個所述激光發(fā)射器組中，所述高位激光發(fā)射器和所述低位激光發(fā)射器交替發(fā)射。

優(yōu)選的，當(dāng)所述棱錐形反射旋轉(zhuǎn)，且任意一個所述激光發(fā)生器組位于其中一個所述側(cè)反射鏡的下方一側(cè)時，若該所述側(cè)反射鏡的所述高位延伸反射區(qū)與所述激光發(fā)射器組同側(cè)，則此所述激光發(fā)生器組的所述高位激光發(fā)射器執(zhí)行發(fā)射；若所述側(cè)反射鏡的所述低位延伸反射區(qū)與所述激光發(fā)射器組同側(cè)，則所述激光發(fā)生器組的所述低位激光發(fā)射器執(zhí)行發(fā)射。

優(yōu)選的，當(dāng)所述激光發(fā)生器組位于任意一所述側(cè)反射鏡的下方中央位置時，所述高位激光發(fā)射器和所述低位激光發(fā)射器的發(fā)射狀態(tài)輪換。

優(yōu)選的，當(dāng)相鄰的兩個所述側(cè)反射鏡所在的平面的交線形成的側(cè)棱線轉(zhuǎn)至任意一所述激光發(fā)生器組的正上方時，所述高位激光發(fā)射器和所述低位激光發(fā)射器的發(fā)射狀態(tài)輪換。

優(yōu)選的，還包括位于所述棱錐形反射鏡和所述接收電路板之間的安裝基座，所述激光發(fā)射器組和所述接收透鏡設(shè)置在所述安裝基座上。

采用幾何光學(xué)的方法可以推導(dǎo)出，本實(shí)用新型所公開的光學(xué)掃描傳感器中，設(shè)側(cè)反射鏡的個數(shù)是N，且其傾斜角各不相同，當(dāng)棱錐形反射鏡旋轉(zhuǎn)一周時，各激光發(fā)射器組在各側(cè)反射鏡上形成了N層傾斜角各不相同、方位角張角為(360/N)°的掃描扇錐面，全部掃描扇錐面拼接成了N層傾斜角各不相同的完整的圓錐面，從而實(shí)現(xiàn)了多層錐面掃描。

本實(shí)用新型所公開的光學(xué)掃描傳感器中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上僅設(shè)置了無源的棱錐形反射鏡，激光發(fā)射器和反射光的接收組件均未設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，并且只有一套光電接收組件。由于該激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)僅帶動反射鏡旋轉(zhuǎn)，因此該激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)負(fù)載為無源負(fù)載，質(zhì)量顯著降低，可以顯著提高轉(zhuǎn)速和掃描頻率，有效降低了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的磨損和整機(jī)功耗，提高了激光雷達(dá)的使用壽命；同時還取消了導(dǎo)電滑環(huán)，提高了整機(jī)可靠性；此外，由于全部激光發(fā)射器發(fā)射的激光脈沖的反射光都由一套光電接收組件接收，有效降低了整機(jī)裝調(diào)難度，降低了成本；最后，如果將棱錐形反射鏡的各側(cè)反射鏡的傾斜角全部設(shè)置為45°，還可以實(shí)現(xiàn)更高掃描頻率的單層平面掃描，如果側(cè)反射鏡的個數(shù)是N，此時的單層平面掃描頻率為多層錐面掃描頻率的N倍。

附圖說明

圖1為飛行時間測量法的基本原理示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中所公開的光學(xué)掃描傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為雷達(dá)坐標(biāo)系和方向向量的空間角定義；

圖4為本實(shí)用新型所公開的光學(xué)掃描傳感器的光路原理圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中所公開的光學(xué)掃描傳感器的掃描面原型示意圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中所公開的側(cè)反射鏡的形狀及發(fā)射反射區(qū)示意圖；

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例中所公開的光學(xué)掃描傳感器的掃描面示意圖。

其中，01為待測目標(biāo)，02為脈沖發(fā)射組件，03為計(jì)時器，04為脈沖接收組件，1為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，2為反射鏡支架，3為側(cè)反射鏡，4為高位延伸反射區(qū)，5為低位延伸反射區(qū)，6為高位激光發(fā)射器，7為低位激光發(fā)射器，8為接收透鏡，9為安裝基座，10為接收電路板，11為光敏接收點(diǎn)，12為高位反射區(qū)，13為低位反射區(qū)，14為高位發(fā)射光斑，15為低位發(fā)射光斑，T1為1號激光發(fā)射器組，T2為2號激光發(fā)射器組，T3為3號激光發(fā)射器組，T4為4號激光發(fā)射器組，S_1,1為1號激光發(fā)射器組的第一掃描層，S_1,2為1號激光發(fā)射器組的第二掃描層，S_1,3為1號激光發(fā)射器組的第三掃描層，S1,4為1號激光發(fā)射器組的第四掃描層，S_2,1為2號激光發(fā)射器組的第一掃描層，S_2,2為2號激光發(fā)射器組的第二掃描層，S_2,3為2號激光發(fā)射器組的第三掃描層，S_2,4為2號激光發(fā)射器組的第四掃描層，HS_1,1為1號激光發(fā)射器組的第一高位掃描層，HS_1,2為1號激光發(fā)射器組的第二高位掃描層，HS_1,3為1號激光發(fā)射器組的第三高位掃描層，HS_1,4為1號激光發(fā)射器組的第四高位掃描層，LS_1,1為1號激光發(fā)射器組的第一低位掃描層，LS_1,2為1號激光發(fā)射器組的第二低位掃描層，LS_1,3為1號激光發(fā)射器組的第三低位掃描層，LS_1,4為1號激光發(fā)射器組的第四低位掃描層，HS_2,1為2號激光發(fā)射器組的第一高位掃描層，HS_2,2為2號激光發(fā)射器組的第二高位掃描層，HS_2,3為2號激光發(fā)射器組的第三高位掃描層，HS_2,4為2號激光發(fā)射器組的第四高位掃描層，LS_2,1為2號激光發(fā)射器組的第一低位掃描層，LS_2,2為2號激光發(fā)射器組的第二低位掃描層，LS_2,3為2號激光發(fā)射器組的第三低位掃描層，LS_2,4為2號激光發(fā)射器組的第四低位掃描層。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的目的是提供一種多層光學(xué)掃描傳感器，以期能夠有效減輕目前的多層掃描激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)無源旋轉(zhuǎn)負(fù)載，同時能夠有效簡化激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高掃描頻率、降低成本的目的。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

需要進(jìn)行說明的是，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，光學(xué)掃描傳感器也稱為激光雷達(dá)或者雷達(dá)。

首先對雷達(dá)坐標(biāo)系和方向向量的空間角進(jìn)行定義，如圖3所示。圖3中為雷達(dá)的右手系三維坐標(biāo)系，Z軸方向?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸方向，Y軸方向?yàn)榧す饫走_(dá)的正前方，X軸為掃描橫向方向。方向向量P與Z軸的夾角β稱為傾斜角，P在XY平面上的正投影與X軸的夾角ω稱為方位角，下文中沿用上述空間角概念。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中所公開的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖，該激光雷達(dá)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、棱錐形反射鏡、安裝基座、激光發(fā)射器組、接收透鏡及接收電路板。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動件通常為軸式電機(jī)，棱錐形反射鏡的底面與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)部件相連并被旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)，其側(cè)反射面將激光脈沖偏轉(zhuǎn)后發(fā)射出去，同時被測目標(biāo)反射回的激光光束經(jīng)同一個側(cè)反射面偏轉(zhuǎn)后送入接收透鏡，由接收透鏡匯聚在接收電路板的光敏接收點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)掃描測距。

需要進(jìn)行說明的是，本實(shí)施例中的上、下概念是相對于Z軸方向而言的，在Z軸方向上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所在的方位定義為上方，接收電路板所在的方位定義為下方。

相比于現(xiàn)有的多層掃描技術(shù)，本實(shí)施例中的核心改進(jìn)點(diǎn)在于，采用了棱錐形反射鏡和多組激光發(fā)射器。采用幾何光學(xué)的方法可以推導(dǎo)出，本實(shí)用新型所公開的激光雷達(dá)中，設(shè)側(cè)反射鏡的個數(shù)是N，且其傾斜角各不相同，當(dāng)棱錐形反射鏡旋轉(zhuǎn)一周時，每個激光發(fā)射器組在各側(cè)反射鏡上形成了N層傾斜角各不相同、掃描方位角范圍為(360/N)°的基本掃描扇錐面S_i,j，其中i為激光發(fā)射器組編號，j為層號(也就是反射鏡編號),如圖5所示(僅展示了1號和2號激光發(fā)射器組所形成的掃描面)，全部N╳N個掃描扇錐面拼接成了N層傾斜角各不相同的完整的圓錐面，從而實(shí)現(xiàn)了多層錐面掃描。

為了保證掃描分辨率，各個側(cè)反射鏡的傾斜角按預(yù)定的增幅從最小值增加到最大值，為了設(shè)計(jì)和制造的方便，側(cè)反射鏡的傾斜角沿棱錐形反射鏡的周向依次由最小值增加到最大值。

棱錐形反射鏡的底面所在的平面與所述中心軸垂直，且與各側(cè)反射鏡所在的平面相交截出的多邊形為正多邊形，此正多邊形的中心位于中心軸上，以保證每個掃描扇面所對應(yīng)的方位角范圍均相等，并與激光發(fā)射器組匹配。

如果將棱錐形反射鏡的各側(cè)反射鏡的傾斜角全部設(shè)置為45°，此時每層圓錐掃描面都成為平行于XY平面的平面掃描面且全部重合，整體掃描方式成為單層平面掃描，且掃描頻率為多層錐面掃描頻率的N倍。

進(jìn)一步的，若錐形多棱鏡的N個反射面被設(shè)計(jì)成了N/K個不同的傾斜角，K為正整數(shù)，那么每種傾斜角的反射面的個數(shù)就為K個，掃描面會重合形成K個圓錐掃描面，當(dāng)該激光雷達(dá)的掃描頻率為f時，重合形成的單個圓錐掃描面的實(shí)際掃描頻率為Kf，是原始旋轉(zhuǎn)掃描頻率的K倍，這同樣實(shí)現(xiàn)了在360°范圍內(nèi)的多層高速掃描。

當(dāng)激光發(fā)射器發(fā)射的激光光束打中棱錐形反射鏡的側(cè)棱線時，會產(chǎn)生兩個方向的出射光路，造成測量失效。為解決此問題，棱錐形反射鏡的側(cè)反射鏡被設(shè)計(jì)成特殊形狀，具有分置在棱錐形反射鏡的每一個側(cè)反射鏡中心線左右兩側(cè)的高位延伸反射區(qū)和低位延伸反射區(qū)，相應(yīng)的，每一個激光發(fā)射器組也設(shè)計(jì)了高位激光發(fā)射器和低位激光發(fā)射器，高低位延伸反射區(qū)與激光發(fā)射器組的高低位激光發(fā)射器的空間位置相匹配，在棱錐形反射鏡的側(cè)棱線旋轉(zhuǎn)至激光發(fā)射器組正上方時，高位延伸反射區(qū)可將高位激光發(fā)射器所發(fā)射的光斑完整覆蓋，低位延伸反射區(qū)可將低位激光發(fā)射器所發(fā)射的光斑完整覆蓋，同時每一個激光發(fā)射器組內(nèi)的激光發(fā)射器均采用高低位交替的發(fā)射方法，確保了每一次測量發(fā)射的激光光束只會被一個側(cè)反射鏡完整反射，形成單一的反射光路，實(shí)現(xiàn)了在相鄰側(cè)反射鏡之間的掃描方位角的無縫循環(huán)過渡，如圖6、圖7所示。高位延伸區(qū)和低位延伸區(qū)在左右兩側(cè)的位置可以互換，但需保證高位延伸反射區(qū)和低位延伸反射區(qū)在各個側(cè)反射鏡中的位置相同，否則相鄰側(cè)反射鏡的延伸反射區(qū)會發(fā)生空間位置沖突。

圖6示出了側(cè)反射鏡的基本形狀和發(fā)射反射區(qū)劃分。每個側(cè)反射鏡的發(fā)射反射區(qū)域沿中心線分為分置于左右兩側(cè)的弧形的上下兩層，上層稱之為高位反射區(qū)，負(fù)責(zé)反射高位激光發(fā)射器發(fā)射的激光光束，下層稱之為低位反射區(qū)，負(fù)責(zé)反射低位激光發(fā)射器發(fā)射的激光光束，反射區(qū)的高度至少為發(fā)射光束打中側(cè)反射鏡時光斑的高度，同時，高低位反射區(qū)分別向外側(cè)至少延伸出發(fā)射光束在此高度上一個光斑的寬度，延伸出的區(qū)域即為高位延伸反射區(qū)和低位延伸反射區(qū)。

為與高低位反射區(qū)和延伸反射區(qū)相匹配，每個激光發(fā)射器組的高位和低位兩個發(fā)射器的光軸需沿Z軸徑向排布，內(nèi)側(cè)發(fā)射器(靠近Z軸的發(fā)射器，即低位激光發(fā)射器)對應(yīng)側(cè)反射鏡的低位反射區(qū)和低位延伸反射區(qū)，外側(cè)發(fā)射器(遠(yuǎn)離Z軸的發(fā)射器，即高位激光發(fā)射器)對應(yīng)側(cè)反射鏡的高位反射區(qū)和高位延伸反射區(qū)。這樣，當(dāng)棱錐形反射鏡的側(cè)棱線旋轉(zhuǎn)至激光發(fā)射器組上方時，高位激光發(fā)射器和低位激光激光發(fā)射器發(fā)射的光束都不會打中側(cè)棱線，而是會完整打中高位延伸反射區(qū)或低位延伸反射區(qū)，確保了此處反射光路的唯一性。

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)開始旋轉(zhuǎn)時，高低位發(fā)射器交替發(fā)射，次序如下：假定旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速開始正常測量時，激光發(fā)生器組與高位延伸反射區(qū)位于側(cè)反射鏡的同側(cè)，此時首先由全部高位激光發(fā)射器執(zhí)行并發(fā)發(fā)射，掃描方位角范圍為(180/N)°，形成N╳N個高位掃描扇錐面HS_i,j，光敏接收點(diǎn)對N╳N個高位掃描扇錐面HS_i,j進(jìn)行測量；然后高低位發(fā)射組件執(zhí)行輪換，由全部低位激光發(fā)射器執(zhí)行并發(fā)發(fā)射，測量的掃描角度范圍為(180/N)°，形成N╳N個低位掃描扇錐面LS_i,j，光敏接收點(diǎn)對N╳N個低位掃描扇錐面LS_i,j進(jìn)行測量；反之亦然。輪換時機(jī)為：每當(dāng)側(cè)反射鏡的中線(垂直于側(cè)反射鏡底邊且過底邊中點(diǎn)的直線)或棱錐反射鏡的側(cè)棱線轉(zhuǎn)至激光發(fā)射器組的正上方時，高低位激光發(fā)射器執(zhí)行發(fā)射輪換，也就是說，若高位激光發(fā)射器先前處于發(fā)射狀態(tài)，低位激光發(fā)射器先前處于停止?fàn)顟B(tài)，那么在中線或側(cè)棱線轉(zhuǎn)至激光發(fā)射器組的正上方時，高位激光發(fā)射器停止發(fā)射，低位激光發(fā)射器開始執(zhí)行發(fā)射，反之亦然。

高位和低位反射區(qū)分別負(fù)責(zé)左右各(180/N)°的掃描范圍，當(dāng)棱錐形反射鏡旋轉(zhuǎn)一周時，每個側(cè)反射鏡會形成2N個傾斜角相同、方位角范圍都是(180/N)°的高低交錯的掃描扇錐面，如圖7中所示(僅展示了1號和2號激光發(fā)射器組所形成的掃描面)，此時，圖5中的每個基本掃描扇錐面S_i,j都分解為兩個傾斜角相同且方位角范圍相鄰的扇錐面HS_i,j和LS_i,j，全部側(cè)反射鏡的N╳2N個掃描扇錐面按高低交錯的方式完成了360°范圍內(nèi)傾斜角各不相同的N層錐面掃描，這樣就確保了360°全部方位角掃描范圍內(nèi)的掃描完整性，實(shí)現(xiàn)了無縫掃描。HS_i,j和LS_i,j的高度差異為高低位激光發(fā)射器的光軸間距，這個間距很小，相對于激光雷達(dá)的量程可以忽略不計(jì)。

上述實(shí)施例中的并發(fā)發(fā)射是指幾乎同時發(fā)射，但存在微小時間間隔。任意兩個激光發(fā)射器不應(yīng)當(dāng)在同一時刻進(jìn)行發(fā)射，因?yàn)殡S著各發(fā)射方向上的被測目標(biāo)距離的不同，有可能導(dǎo)致到達(dá)光敏接收點(diǎn)的不同被測目標(biāo)反射光脈沖重疊，進(jìn)而導(dǎo)致測量紊亂。一般情況下，各高位激光發(fā)射器和各低位激光發(fā)射器發(fā)射時間間隔可以設(shè)置的很小，例如1μs(150米最大測量距離時)，就可以避免被測目標(biāo)反射光脈沖重疊的問題。

由于所有的激光發(fā)射器的發(fā)射光軸均與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸和接收透鏡的光軸平行，因此被測目標(biāo)反射回的激光光束經(jīng)側(cè)反射鏡偏轉(zhuǎn)后的光路完全相同，都會被接收透鏡匯聚到其焦點(diǎn)位置上，因此只需要一組光電接收部件即可完成全部測量，如圖4所示。

本實(shí)用新型所公開的光學(xué)掃描傳感器中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上僅設(shè)置了無源的棱錐形反射鏡，激光發(fā)射器和反射光的接收組件均未設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，并且只有一套光電接收組件。由于該激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)僅帶動反射鏡旋轉(zhuǎn)，因此該激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)負(fù)載為無源負(fù)載，質(zhì)量顯著降低，可以顯著提高轉(zhuǎn)速和掃描頻率，有效降低了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的磨損和整機(jī)功耗，提高了激光雷達(dá)的使用壽命；同時還取消了導(dǎo)電滑環(huán)，提高了整機(jī)可靠性；此外，由于全部激光發(fā)射器發(fā)射的激光脈沖的反射光都由一套光電接收組件接收，有效降低了整機(jī)裝調(diào)難度，降低了成本；最后，還可以實(shí)現(xiàn)掃描頻率倍增的單層平面掃描。

圖2中所公開的激光雷達(dá)其棱錐形反射鏡有5個側(cè)反射鏡，每個側(cè)反射鏡的傾斜角均不相同，其中一個為45°，傾斜角遞增幅度為1°，因此其可以形成1個平面掃描面和4個錐面掃描層，錐面傾斜角分別為92°、94°、96°和98°。相應(yīng)的，激光發(fā)射器組有5組，每組包括一個高位激光發(fā)射器和一個低位激光發(fā)射器。出于外觀和制造方面的考慮，反射鏡支架的底面被設(shè)計(jì)成了圓形。如果將每個側(cè)反射鏡的傾斜角都設(shè)置為45°，原來的5個掃描面重合成了1個平面掃描面，這時的掃描模式是單層平面掃描，掃描頻率是錐面掃描的5倍。

從設(shè)計(jì)和制造的角度考慮，本實(shí)用新型實(shí)施例中全部的高位延伸反射區(qū)和低位延伸反射區(qū)沿中心軸方向在激光發(fā)射器組排布圓周所處的平面上的投影均相同，另外，全部的高位激光發(fā)射器和低位激光發(fā)射器的光斑形狀也都相同，這可以簡化設(shè)計(jì)和制造的成本。

以上對本實(shí)用新型中的光學(xué)掃描傳感器進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。