一种旋转反射头、激光扫描装置的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其是指一种旋转反射头、激光扫描装置。

背景技术：

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

现有的传统的机械式光扫描机构包括：振镜式扫描和棱柱式扫描：

其中振镜式扫描结构是采用两片往复运动的反射镜，其中激光束先射入到第一块反射镜，并经第一块反射镜反射后摄入到第二块反射镜，再经第二块反射镜反射后射入扫描区域；其中第一块反射镜可以绕第一轴转动，而第二块反射镜可以绕第二轴转动，且第一轴与第二轴成一预设角度；这样的结构可以使得两块反射镜各自绕其轴转动时，相互协同将入手的激光束反射到不同的位置，这样就可以实现对一个预定面积的扫描区域分别进行检测。这种振镜式扫描结构的每个反射镜都需要各自绕其轴转动，因此如果想要实现比较精确地检测时就需要设备整体非常稳定，因此对于环境的要求比较高，无法在车载环境下或是比较复杂的环境下使用。

传统镜面棱柱式扫描可以如图1、图3所示的，其设有一个具有n个侧反射面的旋转反射头，以将入射的激光束反射到扫描区域；设置多个侧反射面是为了提高检测效率和扩大扫描面积。具体而言，如图1、图3所示的为具有6个侧反射面(即n＝6)的一种激光反射头，也就是每一个侧反射面相对于中心的旋转轴形成一个60°的扇形中心角。如图1、图3所示的，在入射光线不变且旋转反射头绕其中心轴转动时，每一个扇形中心角为60°的侧反射面可以将入射光线反射到一个中心角为120°的水平扫描范围，具体如图3所示。

技术实现要素：

针对现有技术中的入射光线在经过旋转反射头进行反射后形成的扫描区域为120°左右的范围，导致检测范围并不足够大。本发明实施例的目的是提出一种结构简单合理且检测范围更大的旋转反射头、激光扫描装置。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种旋转反射头，所述旋转反射头包括能够沿旋转轴转动的至少一个旋转头本体，且其中所述每一旋转头本体设有n个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面，其中n为不等于零的正整数；且其中至少一个侧反射面为与所述旋转轴形成一预设角度的反射面。

进一步的，所述侧反射面为所述旋转反射头一个完整的侧表面；或

所述该旋转反射头本体的一个侧表面的一部分；所述侧表面包括r×s个侧反射面，其中r≥1且s≥1。

进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与旋转头本体的旋转轴之间的位置相对固定；当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入一个侧反射面的各个反射点并被分别反射到扫描区域；其中所述旋转头本体在旋转时，所述侧反射面的形状满足以下条件：当旋转头本体在旋转到预定位置以使入射光线照射到一个反射点时，该反射点的法线朝向预定方向。

进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，且入射光线的延长线与旋转轴相交，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为所述入射光线与所述旋转轴形成的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。

进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为同时平行于入射光线和旋转轴的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。

进一步的，其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面上的投影，与第二参考平面之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面为平行于所述旋转轴的朝向扫描区域的方向延伸的平面，或所述第一参考平面为所述旋转轴所在的朝向扫描区域的方向延伸的平面，其中所述第二参考平面为垂直于所述第一参考平面的平面。

进一步的，所述旋转头本体的n个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面分别与所述旋转轴形成一相同或不完全相同或完全不相同的预设角度；

或

当n≥2时，所述n个侧反射面中的至少两个侧反射面与所述旋转轴之间具有不同的预设角度。

进一步的，所述旋转头本体的侧反射面为内凹的曲面形，或是外凸的曲面形。

进一步的，所述旋转反射头还包括用于驱动所述旋转头本体绕所述旋转轴转动的转动驱动机构，所述转动驱动机构驱动所述旋转头本体绕所述旋转轴转动以使入射光线依次经所述旋转头本体的各个侧反射面反射到扫描区域。

进一步的，所述旋转反射头还包括用于驱动所述旋转头本体沿着所述旋转轴移动的移动驱动机构，所述移动驱动机构驱动所述旋转头本体沿所述旋转轴移动。

进一步的，所述侧反射面的表面形状通过以下方法获得：

1)建立3维空间直角坐标系o-xyz，o为原点，并以一通过位于xoz平面上从原点出发的矢量为入射光线表示矢量，记为矢量oa＝{x1,0,z1}，该矢量方向角为α1,β1,γ1；其中α1设为入射光线与第二参考平面的夹角，β1＝0，γ1设为入射光线与旋转轴的夹角；以矢量ob＝{x2,y2,z2}为在第二参考平面的投影与第一参考平面夹角最大时的希望的出射光线表示矢量，其方向角为α2,β2,γ2；以矢量oc＝{x0,y0,z0}表示出射光线和入射光线对应的反射镜面法线矢量，其方向角为α,β,γ；

2)由于oa,ob,oc共面，则行列式

因为oc与oa,ob的夹角相等，则

(cosα1·cosα2)cosα+(cosβ1·cosβ2)cosβ+

(cosγ1-cosγ2)cosγ＝0

且

cos²α+cos²β+cos²γ＝1

3)由于矢量oa,ob为已知矢量，因此可根据以上三个等式求出α,β,γ；即可得到该侧反射面绕旋转轴旋转时，出射光线在第二参考平面的投影与第一参考平面夹角最大时的希望的出射光线的法线矢量；

4)以yoz平面为镜面反射平面，oa为入射光线表示矢量，此时出射光线矢量位于面xoz上，记为od；od与面xoy的夹角，也就是od与x轴夹角，设为出射光线在第一参考平面上的投影与第二参考平面的希望夹角；

5)将所述侧反射面的一层分割为w段子面，将第一个子面的法线方向设为od，第w个子面的法线方向设为oc；并将w段子面中其他面的法线从od方向到oc方向的渐变拟合，即可得到所述侧反射面的一层的形状；

6)利用拟合好的每一层的形状拟合出所述侧反射面的曲面形的形状。

进一步的，所述侧反射面的表面形状通过以下方法获得：

1)利用3d建模软件建立第一参考平面、第二参考平面及旋转轴，并设定好入射光线，在第一参考平面上的入射光线上选取一点作为第一反射点a；以a点为起点在第一参考平面上画一条线段ab；以通过线段ab与第一参考平面正交的面为反射面，调整该线段的方向，使得以a点为反射点的出射光线(位于第一参考平面上)与第二参考平面的夹角为期望夹角θ；线段ab与第二参考平面的夹角为γ；

2)以a点为起点垂直于第一参考平面的方向画一直线段或曲线ac；

3)在3d建模软件中将线ab、线ac同步绕旋转轴旋转使得c点位于第一参考平面上；

4)在第一参考平面上以c点为起点，沿与第二参考平面夹角θ的方向画一条与线段ab等长的线段cd；该线段与第二平面夹角记为θ1；

5)利用3d建模软件在3维立体空间构建曲面abcd；

6)将曲面abcd导入光学仿真软件中；，并在光学仿真软件中建立第一第二参考平面及入射光线；

7)在光学软件中测量曲面abcd沿旋转轴旋转时，c点位于第一参考平面时，入射光线在曲面abcd上的出射光线在第一参考平面上的投影与第二参考平面的夹角记为β；

8)如果β与θ不一致，则在3d建模软件中调整θ1,重新构建曲面abcd,并且此时曲面abcd上从线段ab到线段cd之间所有的线条与第二参考平面的夹角设置为从γ到θ1渐变；

9)将曲面abcd更新至光学仿真软件中，重新测量β；

10)重复步骤7)至9)直到β＝θ；

11)曲面abcd即为所述侧反射面的表面形状。

进一步的，所述侧反射面的表面形状通过以下方法获得：

将所述侧反射面的一层分割为w段子面，并确定每一子面中的反射点；其中两个子面上的反射点之间具有预设间隔；根据所述侧反射面与入射光线的角度，确定每一子面上的反射点的法线，以使旋转头本体在转动到入射光线照射到该反射点时，所述反射点的法线朝向预设方向；

利用确定好的w段子面的形状拟合出所述侧反射面的一层的形状；

利用拟合好的每一层的形状拟合出所述侧反射面的曲面形的形状。

进一步的，所述旋转反射头包括至少两个旋转头本体，且所述所有旋转头本体层叠设置。

同时，本发明实施例还提出了一种激光扫描装置，包括旋转反射头和入射光线发射机构，其中所述旋转反射头的结构如前任一项所述的旋转反射头，且所述光线发射机构用于发射该入射光线。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种旋转反射头、激光扫描装置，可以通过结构更为合理扩大扫描范围，从而提高检测的效率。

附图说明

图1是镜面旋转多面体效果示意图；

图2是标准弧面旋转多面体效果示意图；

图3是6棱镜面体反射角度示意图；

图4是本发明6曲面体反射角度示意图；

图5是本发明单曲面体结构及水平面扫描示意图；

图6是本发明单曲面体改变入射角度垂直扫描示意图；

图7是本发明双曲面体结构及水平和垂直扫描示意图；

图8是本发明3曲面体结构及水平和垂直扫描示意图；

图9是本发明5面曲面体及水平和垂直扫描示意图；

图10是本发明4面曲面体及水平和垂直扫描示意图；

图11是本发明6面曲面体及水平和垂直扫描示意图；

图12是本发明8面曲面体及水平和垂直扫描示意图；

图13是本发明12面曲面体及水平和垂直扫描示意图；

图14是本发明8蜂窝状曲面体及水平和垂直扫描示意图；

图15是本发明多个曲面体叠层结构及水平和垂直扫描示意图；

图16是平面或标准圆弧面旋转多面体，反射光束反射点位起始及结束位置的垂直出射角角度差示意图；

图17是本发明反射点位起始及结束位置的垂直出射角示意图；

图18是本发明实施例中一种确定第一参考平面和第二参考平面方法的示意图。

附图符号说明：

1.希望的出射光束；2.测定的出射光束；3.垂直方向上的角度差；4.第一参考平面；5.第二参考平面。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

现有技术中的旋转反射头都采用平面的侧反射面，这样结构的旋转反射头导致旋转反射头的水平扫描范围的贡献有限的问题，本发明实施例提出了一种旋转反射头，以更好的增大射光线在经过旋转反射头反射到扫描区域时产生水平扫描区域的范围。

如图4所示的，本发明实施例提出了一种旋转反射头，所述旋转反射头包括能够沿旋转轴转动的至少一个旋转头本体，且其中所述每一旋转头本体设有n个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面；且其中至少一个侧反射面为与所述旋转轴形成一预设角度的反射面。

在本发明实施例中，预设角度＞0°，也就是说至少一个侧反射面是与垂直面成一不等于0°的角度的一个倾斜的侧反射面。在本发明的另一个实施例中，预设角度≥0°，也就是说可以有一个或多个侧反射面是平行于旋转轴的，而其他的侧反射面与旋转轴之间的预设角度不做限定，可以为0°或其他角度；即其中一个或多个侧反射面为垂直面，其他侧反射面可以为倾斜面或垂直面。

在本发明的上述实施例中，采用曲面形的侧反射面能够更好地增加扫描区域在水平方向的范围，提高激光雷达的检测范围对于成本控制来说是极其重要的。如图4所示的，在采用了曲面形的侧反射面后，在不增大一个侧反射面的中心角的前提下增加扫描范围。以下可以利用现有的如图1-图3所示的为具有6个侧反射面的结构为例，其中每一个侧反射面相对于中心的旋转轴形成一个60°的扇形中心角。正如背景技术中介绍的，现有的平面的侧反射面在入射光线不变且旋转反射头绕其中心轴转动时，每一个扇形中心角为60°的侧反射面可以将入射光线反射到一个中心角为120°的水平扫描范围，具体如图3所示。而采用了本发明实施例中的曲面形的侧反射面的结构，如图4所示的，经过实验发现可以将其扫描范围扩大到140°-160°。同时，所述n个弧形侧反射面中的至少两个具有不同的倾斜的预设角度，能够使得在该旋转反射头在旋转时，通过不同倾斜的预设角度的侧反射面来检测不同的水平检测范围；该原理将在随后进行解释。

在本发明实施例中，全文中所述的侧反射面的定义为：该侧反射面可以为一个如图5-图13所示的，该侧反射面是旋转反射头的一个完整的侧表面；该侧反射面还可以为一个如图14所示的，是该旋转反射头的一个完整的侧表面的一部分。如图14所示的，该侧反射面为该旋转反射头本体的一个侧表面的一部分，即所述侧表面包括r×s个侧反射面，其中r≥1且s≥1。也就是说，如图14所述的该旋转反射头包括多个侧表面，其中每一个侧表面都包括r×s个侧反射面，且每一个侧反射面都为曲面形的，同时每一个侧反射面都可以为与旋转轴具有预设的角度的倾斜的侧反射面。

进一步的，所述旋转头本体的n个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面分别与所述旋转轴形成一相同或不完全相同或完全不相同的预设角度；

或

当n≥2时，所述n个侧反射面中的至少两个侧反射面具有不同的倾斜的预设角度。

其中所述旋转头本体的n个沿所述旋转轴的周向设置的曲面形的侧反射面分别与所述旋转轴形成一相同或不完全相同或完全不相同的预设角度。也就是说，侧反射面分别与所述旋转轴形成一相同的预设角度是指：如果该旋转头本体有多个侧反射面时，这些侧反射面的倾斜角度可以相同。侧反射面分别与所述旋转轴形成一不完全相同的预设角度是指：如果该旋转头本体有多个侧反射面时，这些侧反射面的倾斜角度可以有一部分相同，而其他部分不相同；例如，有两个面的倾斜角度为θ1，而其他的面的角度为θ2、θ3、θ4…….。侧反射面分别与所述旋转轴形成一完全不相同的预设角度是指：如果该旋转头本体有多个侧反射面时，这些侧反射面的倾斜角度全部不相同；例如，有n个侧反射面的倾斜角度为θ1、θ2、θ3、θ4…….θn。当然，还可以包括以下情况：如果该旋转头本体有多个侧反射面时，这些侧反射面中的一些是倾斜的，而其他是不倾斜的；例如，有一个面的倾斜角度为θ1＝0，而其他的面的角度为θ2、θ3、θ4…….都不等于0。而这些倾斜的侧反射面的倾斜角度可以如前所述的。当然，也可以是所有侧反射面与旋转轴的预设角度都为0°，本发明实施例并不对此作出限定。

其中当n≥2时，这n个曲面形的侧反射面中的至少两个曲面形的侧反射面具有不同的倾斜的预设角度。也就是说，当该旋转反射头的旋转头本体具有两个或两个以上的侧反射面时，这些旋转反射头的所有侧反射面的倾斜角不完全相同。

可以理解的，在旋转反射头的每一个侧反射面都可以将入射光线反射到一个扫描区域；当然该旋转反射头是在旋转的，由于所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定的，因此在随着旋转反射头转动时，入射光线会依次射入该曲面形的侧反射面上的预定的多l个反射点，从而形成l条反射光线。如图5-图15所示的，为了更清晰的说明本发明实施例的技术方案，图中都示出了一个虚拟或是真实的检测参考面，以使这l条反射光线在该检测参考面上形成光斑。如图5-图15所示的，每一个侧反射面的l个反射点将入射光线反射形成l条反射光线，而这l条反射光线在该检测参考面上形成l个光斑。

由于所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定的，因此在旋转头本体转动时，入射光线会依次射入每一个侧反射面的预定的多l个反射点。由于该旋转头本体设有n个曲面形的侧反射面，每一个曲面形的侧反射面都会形成l条反射光线；因此该旋转头本体每转动一周，就会形成n×l条反射光线。当n个曲面形的侧反射面具有不同的倾斜角度时，则每一个的侧反射面可以形成不同高度的l条反射光线，如图8-图13所示的就是具有n个曲面形的侧反射面的旋转头本体旋转一周后形成的n层反射光线，且每一层都具有ln条反射光线；其中ln中的n≥n≥1。其中对于每一侧反射面，其对应的l条反射光线可以相同也可以不同，也就是说调整入射光线的入射频率或是调整旋转头本体的转速都可以实现：不同的侧反射面具有不同的反射光线数量。在本发明实施例中，其中可以有两个或多个侧反射面具有相同的倾斜角度，这样具有相同倾斜角度的侧反射面会扫描同一层。在具体应用中，可以对于比较重要的部分相应的可以设置两个或两个以上的具有相同的倾斜角度的侧反射面，以增加对该层的扫描频率。当然，也可以让所有侧反射面的倾斜角度都不相同，以逐一扫描对应的面扫描区域。

在本发明实施例中，所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定的，是指入射光线在扫过一个侧反射面的期间，入射光线与旋转轴之间的三维角度不会发生改变，因此入射光线和旋转轴之间可以形成唯一的第一参考平面。这样可以保证入射光线在被同一个侧反射面反射后，形成如图5-图15所示的任一层的l条反射光线。在本发明实施例中是限定了入射光线在扫过同一个侧反射面的时候该入射光线与旋转轴之间相对固定；这样使得同一侧反射面形成的l条反射光线是在同一层中，以提高检测的可控制性。当然，还可以设定为旋转头本体在旋转一周的过程中，该入射光线与旋转轴之间相对固定，即三维角度都保持不变。在本发明的一种实施方式中，为了使得能够通过一个旋转头本体产生多层的反射光线，可以使得旋转头本体在旋转完一周之后，该入射光线与旋转头本体之间的位置改变一次。也就是如图8-图13所示的，在旋转完一周之后形成了n层反射光线；然后如图6所示的，入射光线改变入射角度以使得该入射光线照射到n个侧反射面的不同位置，从而形成高度不同的另外n层反射光线，从而实现在竖直方向上每改变一次入射光线的入射角度就会通过n个侧反射面形成n层入射光线；这样的就可以通过改变入射光线的位置来产生n×p层扫描的入射光线，其中p为入射光线的入射角度改变的次数。当然，还可以使得入射光线不变而改变旋转头本体的位置，以实现通过n个侧反射面形成n×p层扫描的入射光线；即旋转头本体在旋转完一周后，控制旋转头本体上升/下降预定高度，以使入射光线在旋转头本体的下一周转动时照射到每一侧反射面的不同高度位置来产生n×p层扫描的入射光线，其中p为入射光线的入射角度改变的次数；在本例子中p为旋转头本体上升/下降的次数。

当然，入射光线改变角度而旋转头本体不升/降，或是入射光线不变而旋转头本体升/降，这两种结构下入射光线与旋转轴之间的位置都是相互固定的。当然，本领域技术人员可以理解，还可以采用其他方式来改变入射光线与所述旋转旋转轴之间的位置相对固定的前提下改变入射光线与一个侧反射面之间的相对位置进行改变，这些其他方式都在本发明的保护范围之内。同时本发明实施例中的旋转头本体是指旋转头本体与入射光线之间具有位置相互转动的关系，也就是入射光线保持不动且使得旋转头本体转动以使入射光线依次射入旋转头本体的各个侧反射面；或是旋转头本体保持不动而入射光线绕旋转头本体转动以使入射光线依次射入旋转头本体的各个侧反射面；或是旋转头本体和入射光线都发生移动且两者之间存在相对位置变化，从而使得入射光线依次射入旋转头本体的各个侧反射面。这些其他方式都在本发明的保护范围之内。

同时，如图1-图3所示的采用平面的侧反射面的现有结构，还具有一个问题：这种旋转反射头在转动时，平面的侧反射面所形成的扫描范围并不是一个平面。也就是如图16所示的，其反射光束垂直出射角和反射点位于该面起始及结束位置的垂直出射角不同，有一个角度差，实际测定的出射光束1记为γ与期望的出射光束2记为ε存在一个角度，导致在垂直方向上的角度差3记为θ，即θ＝ε-γ。

这是由于侧反射面是正对扫描区域时，此时入射光线在照射到侧反射面上的一个反射点，而该反射点的法线是与对扫描区域成一确定角度α1的，一般来说是垂直的,α1＝90°。由于侧反射面是一个平面，当旋转反射头转动时，其他反射点的法线与对扫描区域成一确定角度αn一定不等于α1。这就导致随着旋转反射头的转动，入射光线在经过整个侧反射面反射后其所形成的扫描区域就发生了形变。如图16所示的可以看出，在入射光线经过旋转反射头反射后在一个检测参考面上形成的光斑为一个中间位置与两边位置不在同一条直线上的扫描区域。在试验中发明人发现，该形变可以达到θ≈20°。这样可以理解的，如果检测参考面距离旋转反射头越远，则这些夹角为20°的反射光线形成的光斑之间的距离就越大，也就是两边位置与中间位置的形变越严重。

在本发明的一个实施例中，所述每一曲面形的侧反射面都具有预设形状。当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入一个侧反射面的各个反射点并被分别反射到扫描区域；其中所述旋转头本体在旋转时，所述侧反射面的形状满足以下条件：当旋转头本体在旋转到预定位置以使入射光线照射到一个反射点时，该反射点的法线朝向预定方向。在本实施例中，可以通过很多种方式拟合出这一曲面形的形状，使得该旋转反射头的一个侧反射面上的一个横截面上的各个反射点，在被入射光线照射到该反射点的时候，该反射点的法线都是朝向相同的方向的。这种情况下可以使得该旋转反射头旋转时，入射光线依次射入到多个反射点而被反射到扫描区域后形成的多条反射光线形成了一个如图5所示的l条反射光线。

在本发明的另一个实施例中，所述每一曲面形的侧反射面都具有预设形状。当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面4上的投影，与第二参考平面5之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面4为所述入射光线与所述旋转轴形成的平面，其中所述第二参考平面5为垂直于所述第一参考平面4的平面。如图18所示的，这种形状的曲面形的侧反射面可以将反射光线以相同的角度反射到检测区域，这就很好的解决了现有技术中的平面的侧反射面形成l条反射光线是如图16所示的形成一个发散角的问题。也就是说，采用本发明实施例的结构可以确保每一个侧反射面反射形成的l条反射光线在第一参考平面4上的投影之间是相互平行的，而不像是现有技术中那样形成的l条反射光线之间是存在一定夹角的。这样即使l条反射光线之间存在着很小的高度差，则即使检测参考面距离该旋转反射头很远，也不会导致这l条反射光线之间发散；而现有技术中由于l条反射光线之间存在夹角，这样就导致检测参考面越远则l条反射光线之间距离越大。在本实施例中，第一参考平面4为所述入射光线与所述旋转轴形成的平面，也就是说入射光线一定与旋转轴之间有交点，这样才能使得入射光线与所述旋转轴共面以形成第一参考平面4。

在本发明的又一个实施例中，所述每一曲面形的侧反射面都具有预设形状。其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面4上的投影，与第二参考平面5之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面4为同时平行于入射光线和旋转轴的平面，其中所述第二参考平面5为垂直于所述第一参考平面4的平面。在本实施例中，所述入射光线与所述旋转轴没有交点的时候，是指入射光线与所述旋转轴不共面。其中所述第一参考平面4为同时平行于入射光线和旋转轴的平面，可以确定出。也就是说，由于入射光线一定是经过侧反射面反射后射入检测区域的，因此该第一参考平面4是沿着旋转轴的方向形成，并朝向检测区域延伸的一个面。当然，在第一参考平面4是朝向检测区域中心延伸的时候，形成的l条反射光线之间的距离是最小的，也就是同一层的l条反射光线在检测参考面上形成的光斑也就越趋向于一条直线。当然，本发明实施例中并不限定该第一参考平面4一定是朝向检测区域的中心延伸的，也可以与中心成一预定夹角；但是可以理解的，随着夹角的增大，该l条反射光线之间的距离也会增大，则同一层的l条反射光线在检测参考面上形成的光斑也就形变越大。当然，这些种结构都在本发明的保护范围之内。

在本发明的再又一个实施例中，所述每一曲面形的侧反射面都具有预设形状。其中所述侧反射面具有预设形状，且所述入射光线与所述旋转轴之间的位置相对固定，当所述侧反射面绕所述旋转轴转动时，所述入射光线依次射入当前的侧反射面的各个预设的反射点并被分别反射到扫描区域后形成至少两条反射光线，其中所述每一条反射光线在第一参考平面4上的投影，与第二参考平面5之间的夹角为一固定值，其中所述第一参考平面4为所述旋转轴所在的朝向检测区域的方向延伸的平面，其中所述第二参考平面5为垂直于所述第一参考平面4的平面。在本实施例中，第一参考平面4为所述入射光线与所述旋转轴没有交点的时候，是指入射光线与所述旋转轴不共面。也就是说，该第一参考平面4是沿着旋转轴的方向形成，并朝向检测区域延伸的一个面。当然，在第一参考平面4是朝向检测区域中心延伸的时候，形成的l条反射光线之间的距离是最小的，也就是同一层的l条反射光线在检测参考面上形成的光斑也就越趋向于一条直线。当然，本发明实施例中并不限定该第一参考平面4一定是朝向检测区域的中心延伸的，也可以与中心成一预定夹角；但是可以理解的，随着夹角的增大，该l条反射光线之间的距离也会增大，则同一层的l条反射光线在检测参考面上形成的光斑也就形变越大。当然，这些种结构都在本发明的保护范围之内。

其中，当旋转反射头旋转到一个侧反射面时，随着旋转反射头的旋转，该入射光线依次射入当前的侧反射面的反射点，这些反射点被称为预设的反射点。

在本发明实施例中，该侧反射面的曲面形可以通过很多种方法获得，本发明实施例中并不对此进行限定。以下为本发明实施例中的几种可能的实现方式，以作为示例性的进行说明以使得本领域内技术人员可以理解，这些方法都可以拟合出本发明实施例中所需的侧反射面的曲面形的形状。当然，这几种可能的实现方式都是举例说明，可以拟合出曲面形的形状的方法有很多种，而本发明实施例中并不限定是用哪一种方式拟合出曲面形的形状。

其中一种方法为穷举法：也就是在穷举出入射光线在入射到一个侧反射面的一层时，将该层上的每一个点都计算出其法线，以调整该点的形状以使旋转头本体在转动到入射光照射到该反射点时，所述反射点的法线朝向预设方法。在确定出每一层的每一个点的形状之后，则可以拟合出该层的曲线形的形状；当确定出每一层的曲线形形状之后，就可以拟合出整个曲面形的侧反射面的形状。

其中另一种方法为分段穷举法，也就是根据旋转反射头的转速或是入射光线的频率，将侧反射面的一层分割为w段，其中每一个段的中心点为一个反射点，且两个反射点之间具有预设间隔；根据所述侧反射面与入射光的角度，确定每一段中的反射点的法线，以使旋转头本体在转动到入射光照射到该反射点时，所述反射点的法线朝向预设方法；利用确定好的w段的形状拟合出所述侧反射面的一层的形状。然后利用每一层的形状拟合出所述侧反射面的曲面形的形状。

其中又一种方法为通过以下公式拟合出侧反射面的曲面形的形状：

1)建立3维空间直角坐标系o-xyz，o为原点，并以一通过位于xoz平面上从原点出发的矢量为入射光线表示矢量，记为矢量oa＝{x1,0,z1}，该矢量方向角为α1,β1,γ1；其中α1设为入射光线与第二参考平面的夹角，β1＝0，γ1设为入射光线与旋转轴的夹角；以矢量ob＝{x2,y2,z2}为在第二参考平面的投影与第一参考平面夹角最大时的希望的出射光线表示矢量，其方向角为α2,β2,γ2；以矢量oc＝{x0,y0,z0}表示出射光线和入射光线对应的反射镜面法线矢量，其方向角为α,β,γ；

2)由于oa,ob,oc共面，则行列式

因为oc与oa,ob的夹角相等，则

(cosα1-cosα2)cosα+(cosβ1·cosβ2)cosβ+

(cosγ1-cosγ2)cosγ＝0

且

cos²α+cos²β+cos²γ＝1

3)由于矢量oa,ob为已知矢量，因此可根据以上三个等式求出α,β,γ；即可得到该侧反射面绕旋转轴旋转时，出射光线在第二参考平面的投影与第一参考平面夹角最大时的希望的出射光线的法线矢量；

4)以yoz平面为镜面反射平面，oa为入射光线表示矢量，此时出射光线矢量位于面xoz上，记为od；od与面xoy的夹角，也就是od与x轴夹角，设为出射光线在第一参考平面上的投影与第二参考平面的希望夹角；

5)将所述侧反射面的一层分割为w段子面，将第一个子面的法线方向设为od，第w个子面的法线方向设为oc；并将w段子面中其他面的法线从od方向到oc方向的渐变拟合，即可得到所述侧反射面的一层的形状；

6)利用拟合好的每一层的形状拟合出所述侧反射面的曲面形的形状。

其中再又一种方法为通过现有的软件拟合出侧反射面的曲面形的形状：

1)利用3d建模软件建立第一参考平面、第二参考平面及旋转轴，并设定好入射光线，在第一参考平面上的入射光线上选取一点作为第一反射点a；以a点为起点在第一参考平面上画一条线段ab；以通过线段ab与第一参考平面正交的面为反射面，调整该线段的方向，使得以a点为反射点的出射光线(位于第一参考平面上)与第二参考平面的夹角为期望夹角θ；线段ab与第二参考平面的夹角为γ；

2)以a点为起点垂直于第一参考平面的方向画一直线段或曲线ac；

3)在3d建模软件中将线ab、线ac同步绕旋转轴旋转使得c点位于第一参考平面上；

4)在第一参考平面上以c点为起点，沿与第二参考平面夹角θ的方向画一条与线段ab等长的线段cd；该线段与第二平面夹角记为θ1；

5)利用3d建模软件在3维立体空间构建曲面abcd；

6)将曲面abcd导入光学仿真软件中；，并在光学仿真软件中建立第一第二参考平面及入射光线；

7)在光学软件中测量曲面abcd沿旋转轴旋转时，c点位于第一参考平面时，入射光线在曲面abcd上的出射光线在第一参考平面上的投影与第二参考平面的夹角记为β；

8)如果β与θ不一致，则在3d建模软件中调整θ1,重新构建曲面abcd,并且此时曲面abcd上从线段ab到线段cd之间所有的线条与第二参考平面的夹角设置为从γ到θ1渐变；

9)将曲面abcd更新至光学仿真软件中，重新测量β；

10)重复步骤7)至9)直到β＝θ；

11)曲面abcd即为所述侧反射面的表面形状。

本领域内技术人员可以理解，前述的三种方式都可以拟合出曲面形的形状。当然这三种方式都只是举例说明，而并非对本发明实施例的范围的限定。

在本发明实施例中，该侧反射面可以为一个如图5-图13所示的，侧反射面是旋转反射头的一个完整的侧表面；或是该侧反射面可以为一个如图14所示的，该从旋转反射头的一个完整的侧表面的一部分。如图14所示的，这种结构的旋转反射头的一个侧表面可以包括r×s个侧反射面，其中r≥1且s≥1。在前述的分段穷举法稍加变形，就可以获得如图14所示的旋转反射头，也就是每一个分段都成为一个侧反射面，而多个分段一起不经过拟合就直接作为共同形成旋转反射头的一个侧表面所包括r×s个侧反射面。当然，穷举法也可以用于获取图14所示的旋转反射头，且利用算法和利用软件的两种实施方式也可以用于获取图14所示的旋转反射头。

如图5所示的是入射光线不变的情况；旋转反射头在绕旋转轴转动时，入射光线在照射到弧形侧反射面的w个横截面中的一个横截面上的多个不同的反射点时，被反射到扫描区域形成多条反射光线，其中每一个侧反射面在一次反射过程中形成的l条反射线在检测区域内形成一个平面，或是两个或两个以上相互平行的平面。如图5所示的，该检测点成一条直线，或是多条相互平行的直线。

在理想状态下，可以拟合出一个完美的侧反射面以使每一条反射光线在预定面上形成的光斑都在同一条直线上。但是基于效率和成本考虑，如果同一侧反射面所形成的每一条反射光线在预定面上形成的光斑都在两条或两条以上相互平行的直线上，而直线之间的距离小于光斑即可实现在车载雷达和其他不需要极其精确的检测领域下使用。事实上除了实验室环境下，其他工程实现领域下都并不需要如此极其精确的检测结果。经过发明人的实验发现，以车载雷达为例，通常在工业实现上所需的检测距离下，在检测区域内形成的反射光线在极限检测距离对应的平面上形成的光斑一般为2mm左右，而侧反射面的中心位置的反射光线与两侧形成的反射光线，即使不在同一平面上，其距离也不会超过0.2mm的平行光线。特别是，现有技术中所形成的反射光线通常是在侧反射面的中心位置的反射光线形成的反射光线与两侧形成的反射光线之间形成一个夹角，这样距离越远则夹角所形成的距离差越大。而本发明中是相互平行的反射光线，这样无论距离多远，反射光线之间的距离是不变的，其扫描准确性大大提高了。通常而言，入射光线照射到在弧形侧反射面的中心位置和两侧位置形成的反射光线可能不在同一面上，但是由于入射光线在照射到各个反射点的时候，该反射点的法线方向一定是朝向相同的方向的；这样同一个侧反射面在一次转动中形成的反射光线也都是平行的，从而保证了检测区域的稳定性。

在本发明实施例中，该旋转反射头的旋转头本体设有n个沿所述旋转轴的周向设置的弧形侧反射面。其中如图6所示的是只有一个弧形侧反射面。如图7所示的为四面体的旋转反射头具有两个侧反射面：侧反射面a和侧反射面b；而另外两个侧面并非侧反射面。而如图8为具有三个侧反射面的旋转反射头；图9为具有五个侧反射面的旋转反射头；图10为具有四个侧反射面的旋转反射头；图11为具有六个侧反射面的旋转反射头；图12为具有八个侧反射面的旋转反射头；图13为具有12个侧反射面的旋转反射头。上述这些结构都是每一侧反射面都为平滑过渡的弧形侧反射面；而图14为采用蜂窝状的侧反射面的结构，其具有n＝8个侧反射面，且每一个侧反射面具有m层，每一层的形状可以不完全相同；这样就可以根据特定的对于检测区域的需求来形成不同的反射光线以形成一个光斑阵列。

如图6所示的是只有一个侧反射面，而入射光线改变入射角度；这样在旋转反射头转动时，可以形成不同直线的检测点。具体来说，一般在使用时是当入射光线照射到侧反射面的一层时，形成的反射光线在第一参考平面上的投影是相互平行的。然后改变入射光线的入射角度，此时就可以使得入射光线照射到该侧反射面的不同高度的层；还可以入射光线不变而使得旋转反射头升降，也可以使得入射光线照射到该侧反射面的不同高度的层。

如图7-图14所示的是该旋转反射头具有n个侧反射面，且n≥2时。在本发明实施例中，当n≥2时，所述n个弧形侧反射面中的至少两个弧形侧反射面具有不同的倾斜的预设角度。

上述的图7-图14所示的旋转反射头的n个侧反射面都是内凹的曲面形的侧反射面；但是本领域内技术人员可以理解，还可以采用外凸的曲面形的侧反射面来实现；这些结构都属于本发明实施例中所限定的“曲面形的侧反射面”。

图15是多个旋转反射头的实施例，这些旋转反射头同轴设置并通过对应多个入射光线分别朝向所述多个旋转反射头，从而一次性就形成多条由检测点形成的直线。

在本发明的一个实施例中，为了使得扫描区域不仅限于水平扫描范围，该旋转反射头还可以上下移动，这样就可以将入射光线反射到不同层，从而形成一个具有预设宽度和高度的扫描区域。而上述的图7-图15的各种旋转反射头都可以沿旋转轴上下移动，从而形成改变与入射光线的夹角，而与入射光线之间形成的不同夹角都会各自形成不同高度的由检测点组成的直线。因此改变旋转反射头的高度，就可以改变入射光线与旋转反射头的夹角。当然，还可以通过改变入射光线的方式来实现改变入射光线与旋转反射头的夹角；也就是如图6所示的结构。

其中，该旋转反射头的n个侧面可以都是侧反射面，也可以并不都是侧反射面。

如图7所示的旋转反射头是四面体，且其中两个面是侧反射面；在本发明的一个实施例中，这两个侧反射面的倾斜角度是不同的。这样在旋转反射头转动时，由于两个侧反射面的倾斜角度不同，同样的入射角度下的两个不同倾斜角度的侧反射面后产生的检测点可以形成两条不同的直线。如图7所示的，当入射光线照射到侧反射面a的一个横截面时，此时就形成了如图7中所示的a对应的一条直线上的多个检测点。然后旋转反射头转动到侧反射面b朝向到入射光线时，就形成了如图8中所示的b对应的一条直线上的多个检测点。这样在旋转反射头不断转动时，就通过各个面形成多条直线内的检测点。

如图7-图14所示的是该旋转反射头具有n个侧反射面，在本发明实施例中该n个侧反射面的形状可以相同，也可以不同。具体而言，在一些实施例中，该n个侧反射面可以为不对应的，即这些侧反射面的面积不完全相同，其中的一个或数个侧面的面积大于其他侧面；或是所有侧面的面积相同(也就是每一个侧面相对于旋转轴具有相同的扇形角度)，形成一个正n面体的旋转反射头。在一些实施例中，这些侧反射面的弧形表面的形状可以相同，也可以不完全相同。在一些实施例中，这些侧反射面的倾斜角度也可以完全不相同。

其中，不同的侧反射面具有不同的倾斜角度，也是为了实现侧反射面与入射光线之间改变夹角。以图8所示的三面体为例，如果三个侧反射面的倾斜角度都不相同，在旋转反射头不升降而只旋转时，三个不同的侧反射面就可以如图8所示的形成三条相互平行的由反射光线形成的面扫描区域；而面扫描区域之间的距离，由侧反射面的倾斜角之间的差值决定。如图7-图15所示的，形成的面扫描区域的数量与旋转反射头具有的侧反射面的数量有关。当旋转反射头具有n个侧反射面时，旋转反射头每旋转一周就形成n个面扫描区域侧反射面。当然，不同倾斜角度的侧反射面形成的面扫描区域也是不相同的。

当然了，本发明实施例中并不限定所有的侧反射面都具有不同的倾斜角度；例如图8所示的三面体为例，其中可以有两个侧反射面的倾斜角度相同，而第三个侧反射面的倾斜角度不同。可以理解，相同倾斜角度的侧反射面所形成的面扫描区域是重叠在一起的。这样对于多个侧反射面的旋转反射头，由于每旋转一周的时间比较长，则可以对于重点扫描区域的位置所对应的倾斜角度，设置多个具有相同倾斜角度和形状的侧反射面。这样可以更为频繁的扫描该重点扫描区域。

当然以上这些都是本发明实施例的可选方式，本发明实施例中并不对此作出限定。

本发明实施例针对现有的棱柱式扫描和振镜式扫描的核心弊端，有别于镜面棱柱扫描，旋转反射头为一个多曲面体旋转装置。本发明实施例的多曲面体旋转装置包含了围绕旋转轴设置的的一个或一个以上的曲面形的侧反射面。这些曲面形的侧反射面用于反射入射光束，每个曲面形的侧反射面有多个预设的反射点，在该旋转反射头随绕旋转轴旋转到入射光线照射到一个反射点时，该反射点的法线方向是朝向一个预定方向的。也就是说，在入射光线照射到任意一个预设的反射点后形成的反射光线，一定被朝向一个预定方向延伸。

该旋转多曲面体装置可以实现以下功能：

当旋转反射头绕旋转轴运动时，同样的一束入射光束分别射入每一反射曲面，这样相比较现有技术的平面的侧反射面，可以获得更大的水平扫描范围。

如图4所示，6曲面体反射后，水平方向上扫描的区域的中心角度可以超过180度，相比镜面棱柱的扫描范围大大增加。

如图5所示，本实施例旋转反射头结构及水平面扫描，旋转反射头包含旋转轴和1个曲面形的侧反射面。旋转反射头绕旋转轴旋转，入射光束照射曲面体表面，装置旋转的情况下能进行水平方向上直线逐点扫描，实现水平面扫描。通过设置反射曲面的形状可扩大水平及垂直方向的扫描范围。

如图6所示，本实施例的旋转反射头不升降，而是改变入射光线的角度，从而使得入射光线能够照射到旋转反射头的侧反射面的不同高度的“层”上，从而实现一个侧反射面形成多层在第一参考平面上的投影相互平行的反射光线。

如图7所示，本实施例旋转反射头包含旋转轴和2个反射曲面，旋转反射头绕旋转轴运动。旋转反射头绕轴旋转，入射光束依次射入旋转反射头的不同侧反射面。在本发明的一个实施例中，两个侧反射面与旋转轴的夹角不完全相同，这样就可以在旋转反射头的一圈旋转时形成与2层反射光线，也就是每一个侧反射面都形成一层反射光线。然后通过调整入射光的角度或是调整旋转反射头的高度，每调整一次后，就可以在旋转反射头旋转一周后形成2条不同高度的反射光线层。

如图8-9所示，分别是本实施例为3曲面、5曲面体的旋转反射头。如图10-13所示，分别是本实施例4面、6面、8面、12面的旋转反射头。

如图14所示，本实施例8蜂窝状曲面体及水平和垂直扫描，旋转反射头分别包含旋转轴、8蜂窝状反射曲面，旋转反射头绕旋转轴运动。

本实施例8蜂窝状曲面体其水平面扫描和垂直方向上扫描与实施例4基本相同，通过设置各个反射曲面凹进与突出的形状，扩大水平及垂直方向的扫描范围。

如图15所示，是多个旋转反射头的光束反射装置叠加，本实施例采用3个8曲面体层叠，层叠后的曲面分别为a面、b面、c面、d面、e面、f面、g面、h面。位于a面的3个层叠多曲面体，在三个入射光源入射后，形成a面的3条扫描轨迹；层叠旋转体转至b面时，形成b面的3条扫描轨迹，其位置在a面扫描轨迹的下方；之后依次完成其余各个反射曲面的扫描。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。