定位光束发射装置、定位光束发射设备以及定位系统的制作方法

本发明涉及定位领域，特别是涉及一种定位光束发射装置、定位光束发射设备以及定位系统。

背景技术：

室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，可以解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。激光定位技术是一种常见的室内定位技术，该方案是通过在定位空间内搭建发射激光的定位光束发射装置，对定位空间进行激光扫射，在待定位物体上设计多个激光接收感应器，并在接收端对数据进行运算处理，直接输出三维位置坐标信息。其定位流程可以由图1所示。

为了不影响待定位物体的正常定位，待定位物体在定位空间内移动时，需要保证设置在待定位物体上的激光接收感应器都能够接收到定位光束。由此，需要使得在激光定位过程中，定位光束发射装置所扫射的定位光束能够基本覆盖整个定位空间，从而对定位光束发射装置的结构以及定位光束发射装置的安装具有一定的要求。

现有的定位光束发射装置结构比较简单，在将其安装在定位空间内时，其扫射的定位光束不能覆盖整个定位空间，会在定位空间中产生盲区，从而会对正常的定位造成影响。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种定位光束发射装置、定位光束发射设备以及定位系统，其可以解决由于定位光束发射装置的结构和安装而产生的盲区问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种定位光束发射装置，用于以预定的扫射周期向定位空间扫射定位光束，该定位光束发射装置包括：

第一光束扫射机构，具有第一扫射转轴，从第一光束扫射机构出射的第一定位光束绕第一扫射转轴转动，第一定位光束为具有第一张角的第一一字光扇面，第一一字光扇面与第一扫射转轴不垂直，第一一字光扇面下侧的第一边缘与第一扫射转轴之间具有第一夹角α，10°≤α≤30°，第一一字光扇面上侧的第二边缘与第一扫射转轴之间具有第二夹角β，α＜β，并且α+β≤90°。

优选地，α＝20°。

优选地，第一光束扫射机构包括：第一光源，用于发射点状激光；第一反射镜，用于反射第一光源发出的点状激光；以及第一波浪镜，从第一反射镜反射的反射光入射到第一波浪镜后出射，形成第一一字光扇面，第一一字光扇面的第一一字光扇面的第一张角γ≥90°，第一反射镜和第一波浪镜的布置姿态被设置为使得，10°≤α≤30°且α＜β。

优选地，第一反射镜的反射面与竖直方向的夹角在30°到45°之间，第一波浪镜与竖直方向的夹角在0°到30°之间。

优选地，第一波浪镜的入射面和出射面垂直于第一一字光扇面的对称轴。

优选地，该定位光束发射装置还可以包括：外壳，外壳上设有窗口，第一光束扫射机构绕第一扫射转轴匀速旋转，周期为扫射周期，窗口使得在扫射周期的基本上四分之一期间内第一定位光束从窗口出射，其它时间第一定位光束被外壳遮挡。

优选地，该定位光束发射装置还可以包括：第二光束扫射机构，具有第二扫射转轴，从第二光束扫射机构出射的第二定位光束绕第二扫射转轴转动，第二定位光束为具有第二张角的第二一字光扇面，第二一字光扇面与第二扫射转轴不垂直，其中，第二光束扫射机构与第一光束扫射机构的相对位置固定，第一光束扫射机构和第二光束扫射机构扫射定位光束的时期不同，第二扫射转轴平行于水平面，与第一扫射转轴处于同一平面内且与第一扫射转轴垂直，第二张角大于或等于90°。

优选地，第二光束扫射机构可以包括：第二光源，用于发射点状激光；第二反射镜，用于反射第二光源发出的点状激光；以及第二波浪镜，从第二反射镜反射的反射光入射到第二波浪镜后出射，形成第二一字光扇面，第二一字光扇面的第二张角大于或等于90°。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种定位光束发射设备，包括：上文述及的定位光束发射装置，其中，第一扫射转轴与竖直方向平行；和底座，与水平面具有预定的倾斜度，定位光束发射装置适于安装在底座上，其中，预定的倾斜度被设置为，在将定位光束发射装置安装在底座上时，第一扫射转轴与竖直方向具有第三夹角θ，|α-θ|≤5°。

优选地，θ基本上等于α。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种定位系统，包括：上文述及的定位光束发射设备，布置在定位空间中顶部的边角位置时，第一扫射转轴向定位空间内部倾斜。

综上，基于本发明提供的定位光束发射装置，通过将其以特定的方式进行安装就可以使得扫射的定位光束能够基本覆盖整个定位空间。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了现有的激光定位方案的实现流程。

图2示出了将定位光束发射装置安装在定位空间内时产生的一种盲区示意图。

图3示出了将定位光束发射装置安装在定位空间内时产生的另一种盲区示意图。

图4示出了根据本发明一实施例的定位光束发射装置的结构示意图。

图5示出了第一定位光束的发生装置的结构示意图。

图6示出了图5所示的装置的一种具体布置姿态示意图。

图7示出了一种将定位光束发射装置安装在定位空间内时的状态示意图。

图8示出了第一扫射转轴和第一一字光扇面之间的位置关系示意图。

图9示出了本发明另一实施例的定位光束发射装置的结构示意图。

图10示出了根据本发明一实施例的定位光束发射设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如背景技术部分所述，在使用激光定位技术对待定位物体进行定位时，定位光束发射装置在每个扫射周期内所扫射的定位光束应能够基本覆盖整个定位空间，以使得待定位物体在定位空间内移动时，设置在待定位物体上的激光接收感应器都能够接收到定位光束。

进一步地，在定位空间被扩展成多个定位空间时，每个定位空间内都需要设有定位光束发射装置。此时，为了避免激光重叠区域(激光重叠区域，即同时有不同定位光束发射装置所扫射的定位光束到达的区域)的干扰，每个定位空间内的定位光束发射装置所扫射的定位光束应在尽量不覆盖与其相邻的其它定位空间的同时，能够基本覆盖其所在的子定位空间。

基于上述考虑，本发明提出了一种特殊结构的定位光束发射装置。通过将本发明的定位光束发射装置以一定的方式安装在定位空间，可以实现定位光束发射装置所扫射的定位光束能够基本覆盖整个定位空间。另外，在定位空间为多个时，也可以实现每个定位空间内的定位光束发射装置所扫射的定位光束应能够基本覆盖其所在的定位空间并且尽量不覆盖与其相邻的其它定位空间。

在对本发明的定位光束发射装置的结构进行说明前，首先就本发明的定位光束发射装置的发明机理进行说明。

以定位光束发射装置横向扫射定位光束为例，一般将定位光束发射装置设置在定位空间的顶部，在定位光束发射装置的扫射转轴与竖直方向平行时，定位光束发射装置所扫射的定位光束的上边界可以接近定位空间的顶部，而定位光束发射装置所扫射的定位光束的下边界与竖直方向具有一定的夹角，使得定位光束发射装置所安装的角落底部存在较大盲区。

为此，一般将定位光束发射装置与垂直墙面方向成一定角度(通常为45°)斜向下安装。如图2所示，可以将定位光束发射装置100与墙面成一定角度安装在墙角A处，这种情况下，能够消除定位光束发射装置所在角落(即墙角A)处的盲区，但是在与定位光束发射装置相邻的两个角落处(即墙角B和墙角C)就会存在很大盲区。参见图2，可以看见与定位光束发射装置安装角落相邻的两个角落处(即墙角B和墙角C)有很大盲区，盲区可达到1米左右，也就是说当人走到这两个角落举起手臂，其手臂就无法实现定位。另外，这种情况下，定位光束发射装置所扫射的定位光束会覆盖与其所在的定位空间相邻的定位空间的部分区域，从而会造成激光重叠区域。

发明人注意到，可以通过减小定位光束发射装置100与垂直墙面的安装角度，使得定位光束的扫射范围向斜上方提起，从而使得图2中的盲区变小(可以小到不影响定位)，但是在定位光束发射装置100的安装位置的下部(即角落A的下部)会出现新的盲区。图3示出了将定位光束发射装置100斜向上提起时，在角落A的下部造成的盲区的尺寸示意图，如图3所示，盲区尺寸可以达到1.3m左右。

为此，发明人经过深入研究后发现，可以通过调整从定位光束发射装置出射的定位光束的中心轴与扫射转轴的夹角，然后配合一定的安装方式，来消除盲区，即使得在定位光束发射装置绕扫射转轴转动的过程中，从定位光束发射装置出射的定位光束能够基本覆盖整个定位空间。

下面首先就本发明的定位光束发射装置本身可以具有的结构特征进行说明。

图4示出了根据本发明一实施例的定位光束发射装置的结构示意图。

参见图4，本发明实施例的定位光束发射装置包括第一光束扫射机构1，第一光束扫射机构1具有第一扫射转轴11。从第一光束扫射机构1出射的第一定位光束绕第一扫射转轴11转动，第一定位光束为具有第一张角的第一一字光扇面12(参见图中扇形区域所示)，第一一字光扇面12与第一扫射转轴11不垂直。这样，在第一一字光扇面12绕第一扫射转轴11转动的过程中，第一一字光扇面12就可以扫过一个立体区域。本发明的目的就是使得在第一一字光扇面12绕第一扫射转轴11转动的过程中，其扫射的立体区域基本上覆盖整个定位空间。

具体来说，第一一字光扇面12下侧的第一边缘121与第一扫射转轴11之间具有第一夹角α，第一一字光扇面12上侧的第二边缘122与第一扫射转轴11之间具有第二夹角β，第一一字光扇面12具有第一张角γ。其中，10°≤α≤30°，α＜β，并且α+β≤90°。

图5示出了第一定位光束的发生装置的结构示意图。

参见图5，可以使用第一光源2、第一反射镜3、第一波浪镜4产生第一定位光束。

其中，第一光源2、第一反射镜3、第一波浪镜4绕第一扫射转轴转动(即第一光源2、第一反射镜3、第一波浪镜4可以设置在定位光束发射装置内部)。第一光源2用于发射点状激光，第一反射镜3用于反射第一光源2发出的点状激光。从第一反射镜3反射的反射光入射到第一波浪镜后4出射，形成第一一字光扇面12。第一波浪镜4的入射面和出射面垂直于第一一字光扇面12的对称轴123。

通过改变第一反射镜3和第一波浪镜4的布置姿态，可以调节第一夹角α的数值以及第二夹角β的数值。这里优选地，第一反射镜3和第一波浪镜4的布置姿态被设置为使得，10°≤α≤30°且α＜β。

其中，第一张角γ的数值与所选用的第一波浪镜4的光学特性有关。通过选取合适的第一波浪镜4可以使得第一张角γ≥90°。

图6示出了图5所示的装置的一种具体布置姿态示意图。

参见图6，第一反射镜3和第一波浪镜4可以设置在第一光束扫射机构1内部，共同围绕第一扫射转轴转动。其中，第一光束扫射机构1的第一扫射转轴可以是第一光束扫射机构1的中轴线13，即第一光束扫射机构1可以围绕中轴线13转动。在第一光束扫射机构1内第一反射镜3的上方可以布置第一光源(图中未示出)，第一光源也可以围绕第一扫射转轴(即中轴线13)转动。另外，根据第一反射镜3和第一波浪镜4的布置姿态的不同，第一光源设置的位置也可以不同，这里不再赘述。

第一反射镜3的反射面(即图中所示的第一反射镜3上的阴影区域)可以与第一扫射转轴(即中轴线13)呈一定的夹角，如可以呈30°到45°之间的夹角。第一波浪镜4的入射面(即图中所示的第一波浪镜4上的阴影区域)与第一扫射转轴(即中轴线13)也可以呈一定的夹角，如可以呈0°到30°之间的夹角。此时，从第一波浪镜4出射的第一一字光扇面12的对称轴123与第一扫射转轴(即中轴线13)不是正交的。

由此，通过调节第一反射镜3的反射面与第一扫射转轴之间的夹角以及第一波浪镜4与第一扫射转轴之间的夹角，可以调整从第一波浪镜4出射的第一一字光扇面12的对称轴123与第一扫射转轴之间的夹角，以使得α＜β，并且10°≤α≤30°。其中，可以通过选取合适的第一波浪镜4以使得第一张角γ≥90°。

至此，结合图4至图6详细说明了本发明的定位光束发射装置的结构。基于本发明所提供的定位光束发射装置，可以以一定的安装方式将其布置在定位空间内，以使得在第一扫射转轴转动的过程中，第一定位光束的有效照射范围能够基本上覆盖定位光束发射装置所在的定位空间。

下面就将本发明所提供的定位光束发射装置布置在定位空间内的一种可行的具体布置方式进行说明。

本发明所提供的定位光束发射装置中的第一光束扫射机构1可以横向扫射。如图7所示，对于形状为长方体或正方体的定位空间，可以将定位光束发射装置布置在定位空间的顶部角落处，这样，定位光束发射装置中的第一光束扫射机构只需要从一个竖直面扫到另一个竖直面(即在90°范围内进行扫射)就可以实现向整个定位扫射定位光束。例如，在将定位光束发射装置布置在图7所示的定位空间的左上角时，定位光束发射装置中的第一光束扫射机构只需要从abfe平面旋转至abcd平面。

其中，如上文所述，在定位光束发射装置中的第一光束扫射机构旋转的过程中，需要使得从第一光束扫射机构出射的第一定位光束的有效照射范围能够基本上覆盖定位光束发射装置所在的定位空间，也就是第一一字光扇面绕第一扫射转轴转动的过程中，其扫射的立体区域基本上覆盖整个定位空间。

为此，可以将定位光束发射装置向定位空间内部倾斜向下设置，以使得定位光束发射装置中的第一光束扫射机构的扫射转轴(即第一扫射转轴)与竖直方向具有一定的夹角。如图8所示，CD表示第一扫射转轴，AC表示墙面，FE为第一一字光扇面上侧的第二边缘，FG为第一一字光扇面下侧的第一边缘，EH为第一一字光扇面对称轴。

CD(第一扫射转轴)与AC(竖直墙面)具有第三夹角θ，通过调节第一光束扫射机构的布置姿态，可以使得|α-θ|≤5°，这里优选地θ基本上等于α。

如图8所示，第一一字光扇面的张角∠FEG可以为90°，在角ACD为20°时，第一一字光扇面的对称轴EH与第一扫射转轴CD的夹角约为65°。此时，第一一字光扇面上侧的第二边缘EF靠近天花板，第一一字光扇面下侧的第一边缘FG基本上平行于竖直方向。由此，就可以使得在第一光束扫射机构旋转的过程中，第一一字光扇面所扫过的区域能够基本上覆盖其所在的定位空间，较少地覆盖与其所在的定位空间向邻近的其它定位空间。

综上，基于本发明所提供的定位光束发射装置，通过一定的安装方式将其安装在定位空间内，可以使得定位光束发射装置所扫射的定位光束能够基本覆盖其所在的定位空间，并且还可以在覆盖其所在的定位空间的同时，较少地覆盖与其所在的定位空间向邻近的其它定位空间。

至此，结合图7、图8对本发明的定位光束发射装置的布置方式做了详细说明。基于上述布置方式，本发明的定位光束发射装置还可以具有其它结构形式。

图9示出了本发明另一实施例的定位光束发射装置的结构示意图。

参见图9，本发明实施例的定位光束发射装置还可以包括外壳6，外壳6上设有窗口21，第一光束扫射机构1绕第一扫射转轴11匀速旋转，周期为扫射周期，窗口21使得在扫射周期的基本上四分之一期间内第一定位光束从窗口21出射，其它时间第一定位光束被外壳6遮挡。这样，在将定位光束发射装置布置在定位空间的顶部角落处时，可以实现定位光束发射装置仅向其所在的定位空间扫射定位光束。

图10示出了根据本发明一实施例的定位光束发射设备的结构示意图。

参见图10，本发明实施例的定位光束发射设备可以包括图9所示的定位光束发射装置和底座7。

其中，定位光束发射装置中的第一光束扫射机构1的第一扫射转轴11与竖直方向平行。底座7与水平面具有预定的倾斜度，定位光束发射装置适于安装在底座7上，其中，预定的倾斜度被设置为，在将定位光束发射装置安装在底座7上时，第一扫射转轴11与竖直方向具有第三夹角θ，|α-θ|≤5°。这里，优选地，θ基本上等于α。

对于图10所示的定位光束发射设备来说，可以将其布置在定位空间中顶部的边角位置，并使得第一扫射转轴向定位空间内部倾斜。

由此，本发明还提供了一种包括图10所示的定位光束发射设备的定位系统。其中，在将定位光束发射设备布置在定位空间中顶部的边角位置时，定位光束发射设备中的第一扫射转轴向定位空间内部倾斜。

至此，详细说明了本发明的定位光束发射装置以及将本发明的定位光束发射装置安装在定位空间中的具体方式。另外，本发明的定位光束发射装置还可以包括第二光束扫射机构。第二光束扫射机构的扫射转轴和第一光束扫射机构的扫射转轴具有不为零的夹角，并且第二光束扫射机构和第一光束扫射机构扫射定位光束的时期不同。

具体来说，从第二光束扫射机构出射的第二定位光束绕第二扫射转轴转动，第二定位光束为具有第二张角的第二一字光扇面，第二一字光扇面与第二扫射转轴不垂直，其中，第二光束扫射机构与第一光束扫射机构的相对位置固定，第一光束扫射机构和第二光束扫射机构扫射定位光束的时期不同，第二扫射转轴平行于水平面，与第一扫射转轴处于同一平面内且与第一扫射转轴垂直，第二张角大于或等于90°。

因此，在将包含第一光束扫射机构和第二光束扫射机构的定位光束发射装置安装在定位空间中时，第一光束扫射机构可以负责左右扫射(横向扫射)第二光束扫射机构可以负责上下扫射(纵向扫射)。其中，在采用上文述及的安装方式将定位光束发射装置安装在定位空间中时，由于第二扫射转轴与第一扫射转轴处于同一平面内且与第一扫射转轴垂直。因此，在第一扫射转轴倾斜一定角度时，第二扫射转轴仍旧与水平方向平行。不影响第二光束扫射机构扫射的第二定位光束的扫射范围。

其中，第二光束扫射机构的结构与第一光束扫射机构的结构类似，只是扫射转轴的方向不同。因此，这里仅对第二光束扫射机构的结构做了简要说明，对于其中涉及的细节部分可参考上文结合图4至图6的相关描述。另外，第二光束扫射机构中产生第二定位光束的部分的结构与图5所示装置结构基本相同，也可以是通过一个光源、一个反射镜以及一个波浪镜产生第二定位光束的，这里不再赘述。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的定位光束发射装置、定位光束发射设备以及定位系统。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。