CN109254293B - 超声波测距装置和方法、使用该装置的结构光设备及终端 - Google Patents

Abstract

本公开是关于超声波测距装置和方法、使用该装置的结构光设备及终端，能够应用于结构光技术中进行测距。该超声波测距装置包括：超声波发射端，用于产生超声波；声道，超声波发射端产生的超声波经过声道传输到出音孔；出音孔，用于向超声波测距装置外部发射经过声道传输过来的超声波；超声波接收端，用于接收发射出去的超声波被物体反射回到超声波测距装置的超声波；测距模块，用于基于开始产生超声波的时刻及接收到被物体反射回来的超声波的时刻，计算超声波测距装置与物体之间的距离；能量传感器，用于感测超声波发射端产生的超声波中未被出音孔发射出去的超声波能量；超声波发射端还基于能量传感器感测到的能量调整所产生的超声波能量。

Description

超声波测距装置和方法、使用该装置的结构光设备及终端

技术领域

本公开涉及电子技术领域，尤其涉及一种超声波测距装置和方法、使用该装置的结构光设备及终端。

背景技术

相关技术中，已经将结构光技术应用于手机终端中。结构光技术的一个关键技术是距离测量，通过该距离测量可以知道物体与手机之间的距离，也可以知道何时打开结构光功能以便扫描物体。目前，结构光技术中常用的测距方法有红外测距方法和激光测距方法。

红外测距方法的缺点是：(1)需要在手机的玻璃盖板上开孔，而且对孔的透光率有要求；(2)对红外发射端与手机的玻璃盖板之间的距离有要求；(3)红外的测距距离是有限的。

激光测距方法虽然可以减小手机的玻璃盖板上的开孔面积，而且测距的距离也较远，但是对激光发射端与手机的玻璃盖板之间的距离是有要求的。

另外，不论是红外还是激光，都会被人眼感官到，会对人眼有一定的危害。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种超声波测距装置和方法、使用该装置的结构光设备及终端。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种超声波测距装置，包括：超声波发射端，用于产生超声波；声道，其中所述超声波发射端产生的超声波经过所述声道被传输到出音孔；所述出音孔，用于向所述超声波测距装置外部发射经过所述声道传输过来的超声波；超声波接收端，用于接收发射出去的超声波被物体反射回到所述超声波测距装置的超声波；测距模块，用于基于所述超声波发射端开始产生超声波的时刻以及所述超声波接收端接收到被所述物体反射回来的超声波的时刻，来计算所述超声波测距装置与所述物体之间的距离；能量传感器，用于感测所述超声波发射端产生的超声波中未被所述出音孔发射出去的超声波的能量；所述超声波发射端还用于基于所述能量传感器感测到的能量来调整所产生的超声波的能量。

可选地，所述能量传感器被设置在所述声道中。

可选地，所述出音孔为锥状结构。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种结构光设备，该结构光设备包括根据本公开第一实施例所述的超声波测距装置。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种便携式终端，该便携式终端包括：根据本公开第一实施例所述的超声波测距装置；位于所述便携式终端的玻璃屏幕上的开孔，其中，从所述超声波测距装置的出音孔发射出去的超声波经过所述开孔被发射到所述便携式终端外部。

可选地，该便携式终端还包括：位于所述开孔位置处的防尘网，用于避免异物经过所述开孔进入所述便携式终端内部。

可选地，所述便携式终端还包括清洁器，所述清洁器位于所述防尘网处，用于清洁所述防尘网上的异物。

可选地，所述清洁器为扬声器。

根据本公开实施例的第四方面，提供一种便携式终端，该便携式终端包括根据本公开第二实施例所述的结构光设备。

根据本公开实施例的第五方面，提供一种超声波测距方法，该方法包括：由超声波发射端产生超声波；将所述超声波发射端产生的超声波经过声道传输到出音孔；从所述出音孔向外部发射经过所述声道传输过来的超声波；感测所述超声波发射端产生的超声波中未被所述出音孔发射出去的超声波的能量；基于感测到的能量来调整所述超声波发射端产生的超声波的能量；由超声波接收端接收发射出去的超声波被物体反射回来的超声波；基于所述超声波发射端开始产生超声波的时刻以及所述超声波接收端接收到被所述物体反射回来的超声波的时刻，计算与所述物体之间的距离。

上述技术方案具有如下优点。(1)由于能量传感器能够感测超声波发射端产生的超声波中未被出音孔发射出去的超声波的能量，超声波发射端则能够基于能量传感器感测到的能量来调整所产生的超声波的能量，所以即使使用根据本公开实施例的超声波测距装置的便携式终端(例如手机)的玻璃屏幕上的开孔很小，仍然能够通过调整超声波发射端所产生的超声波的能量大小来确保有足够多的超声波能量从玻璃屏幕开孔中发射出去，进而确保超声波接收端能够接收到足够量的超声波，这样既能够实现使用根据本公开实施例的超声波测距装置的结构光设备在手机等便携式终端上的应用，又能够确保玻璃屏幕上的开孔不会影响手机等便携式终端的美观(因为开孔可以做到很小)。(2)能够测试的距离很远，而且测距的覆盖面也较大。(3)对超声波测距装置1与手机等便携式终端的玻璃盖板之间的距离没有严格的要求。(4)由于超声波是一种短波，具有人无法感官到的特点，所以不会对人眼产生危害。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种超声波测距装置的示意框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种超声波测距装置的剖面图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种便携式终端的透视图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种超声波测距方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1示出根据本公开一种实施例的超声波测距装置的示意框图，如图1所示，该超声波测距装置1包括超声波发射端11、声道12、出音孔13、超声波接收端14、测距模块15和能量传感器16。

超声波发射端11，用于产生超声波。超声波发射端11实际上是声源。超声波发射端11产生的超声波经过声道12被传输到出音孔13。

出音孔13，用于向所述超声波测距装置1外部发射经过所述声道12传输过来的超声波。

超声波接收端14，用于接收发射出去的超声波被物体反射回到所述超声波测距装置1的超声波。由于超声波是高频短波，其沿直线传播的特性非常好，当遇到物体或者障碍物时，超声波会被反射回超声波接收端14。

测距模块15，用于基于所述超声波发射端11开始产生超声波的时刻以及所述超声波接收端14接收到被所述物体反射回来的超声波的时刻，来计算所述超声波测距装置1与所述物体之间的距离。例如，假设超声波发射端11是在T1时刻开始产生超声波的，超声波接收端14是在T2时刻接收到被物体反射回来的超声波，超声波的声速是V，则超声波测距装置1与物体之间的距离L为：L＝(T2-T1)V/2，其中T2-T1是超声波从产生到被反射回来所经历的时长。

能量传感器16，用于感测所述超声波发射端11产生的超声波中未被所述出音孔13发射出去的超声波的能量。

超声波发射端11，还用于基于所述能量传感器16感测到的能量来调整所产生的超声波的能量。

上述技术方案具有如下优点。(1)由于能量传感器16能够感测超声波发射端11产生的超声波中未被出音孔13发射出去的超声波的能量，超声波发射端11则能够基于能量传感器16感测到的能量来调整所产生的超声波的能量，所以即使使用根据本公开实施例的超声波测距装置的便携式终端(例如手机)的玻璃屏幕上的开孔很小，仍然能够通过调整超声波发射端11所产生的超声波的能量大小来确保有足够多的超声波能量从玻璃屏幕开孔中发射出去，进而确保超声波接收端14能够接收到足够量的超声波，这样既能够实现使用根据本公开实施例的超声波测距装置的结构光设备在手机等便携式终端上的应用，又能够确保玻璃屏幕上的开孔不会影响手机等便携式终端的美观(因为开孔可以做到很小)。(2)能够测试的距离很远，而且测距的覆盖面也较大。(3)对超声波测距装置1与手机等便携式终端的玻璃盖板之间的距离没有严格的要求。(4)由于超声波是一种短波，具有人无法感官到的特点，所以不会对人眼产生危害。

可选地，所述能量传感器16可以被设置在所述声道12中，以使根据本公开实施例的超声波测距装置1的结构更为紧凑。而且，可以将能量传感器16与从超声波发射端11发射出来的超声波相隔离，以避免影响能量传感器16的感测结果。

可选地，所述出音孔13为锥状结构。图2示意性地示出了根据本公开实施例的超声波测距装置1的剖面图。从图中可以看出，出音孔13为锥状结构，这样就能够使被发射出去的超声波的覆盖面积更大，更有利于精准测距。另外，虽然图2中示出出音孔13位于超声波发射端11与超声波接收端14之间，但是实际上，也可以是超声波发射端11位于超声波接收端14与出音孔13之间。也就是说，本公开对出音孔13、超声波发射端11、超声波接收端14这三者之间的空间位置关系不做限制，只要能够实现本公开实施例的发明目的即可。

根据本公开的又一实施例，提供一种结构光设备，该结构光设备可以包括根据本公开实施例描述的超声波测距装置1。

根据本公开的又一实施例，提供一种便携式终端，该便携式终端包括根据本公开实施例所述的结构光设备。

图3示出根据本公开又一实施例的便携式终端100的示意透视图，如图3所示，该便携式终端100包括：根据本公开实施例描述的超声波测距装置1；位于所述便携式终端100的玻璃屏幕1001上的开孔1002，其中，从所述超声波测距装置1的出音孔发射出去的超声波经过所述开孔1002被发射到所述便携式终端100的外部。另外，图3中，超声波测距装置1的虚线框表示该超声波测距装置1是位于玻璃屏幕1001的下面。

上述技术方案具有如下优点。(1)由于超声波测距装置1的能量传感器能够感测超声波测距装置1的超声波发射端产生的超声波中未被超声波测距装置1的出音孔发射出去的超声波的能量，超声波测距装置1的超声波发射端则能够基于超声波测距装置1能量传感器感测到的能量来调整所产生的超声波的能量，所以即使便携式终端1(例如手机)的玻璃屏幕1001上的开孔1002很小，仍然能够通过调整超声波发射端所产生的超声波的能量大小来确保有足够多的超声波能量从玻璃屏幕1001的开孔1002中发射出去，进而确保超声波测距装置1的超声波接收端能够接收到足够量的超声波，这样既能够实现使用根据本公开实施例的超声波测距装置的结构光设备在手机等便携式终端1上的应用，又能够确保玻璃屏幕1001上的开孔1002不会影响手机等便携式终端1的美观(因为开孔1002可以做到很小)。例如，假设能量传感器感测到的超声波能量很大，这说明开孔1002中有异物堵塞或者是超声波发射端发射的超声波能量不够大，那么就需要超声波发射端调整其发射超声波的能量的大小。(2)超声波测距装置1能够测试的距离很远，而且测距的覆盖面也较大。(3)对超声波测距装置1与手机等便携式终端1的玻璃屏幕1001之间的距离没有严格的要求。(4)由于超声波是一种短波，具有人无法感官到的特点，所以不会对人眼产生危害。

由于便携式终端100的玻璃屏幕1001上具有开孔1002，所以灰尘等异物有可能会通过开孔1002进入便携式终端100的内部，进而有可能会堵塞超声波测距装置1的出音孔进而影响超声波的发射效率。所以为了避免灰尘等异物进入便携式终端100的内部以及避免超声波的发射效率受到影响，根据本公开实施例的便携式终端100还包括位于所述开孔1002位置处的防尘网(未示出)，用于避免异物(例如灰尘)经过所述开孔1002进入所述便携式终端100的内部，有效地避免超声波测距装置1的出音孔被堵塞。

可选地，所述便携式终端100还包括清洁器(未示出)，所述清洁器位于所述防尘网处，用于清洁所述防尘网上的异物(例如灰尘)。如果防尘网上堆积了诸如灰尘等的异物，那么也会影响超声波的发射效率，所以通过增加防尘网，也能够有效地确保超声波测距装置1的超声波发射效率。

可选地，所述清洁器可以为扬声器。当防尘网上的灰尘增加到一定程度时，就可以打开扬声器，以将部分灰尘震到防尘网外面。

图4示出根据本公开又一实施例的超声波测距方法，其特征在于，该方法包括：

在步骤S41中，由超声波发射端产生超声波；

在步骤S42中，将所述超声波发射端产生的超声波经过声道传输到出音孔；

在步骤S43中，从所述出音孔向外部发射经过所述声道传输过来的超声波；

在步骤S44中，感测所述超声波发射端产生的超声波中未被所述出音孔发射出去的超声波的能量；

在步骤S45中，基于感测到的能量来调整所述超声波发射端产生的超声波的能量；

在步骤S46中，由超声波接收端接收发射出去的超声波被物体反射回来的超声波；

在步骤S47中，基于所述超声波发射端开始产生超声波的时刻以及所述超声波接收端接收到被所述物体反射回来的超声波的时刻，计算与所述物体之间的距离。

上述技术方案具有如下优点。(1)由于能量传感器能够感测超声波发射端产生的超声波中未被出音孔发射出去的超声波的能量，超声波发射端则能够基于能量传感器感测到的能量来调整所产生的超声波的能量，所以即使便携式终端(例如手机)的玻璃屏幕上的开孔很小，仍然能够通过调整超声波发射端所产生的超声波的能量大小来确保有足够多的超声波能量从玻璃屏幕开孔中发射出去，进而确保超声波接收端能够接收到足够量的超声波，这样既能够实现使用根据本公开实施例的超声波测距方法的结构光设备在手机等便携式终端上的应用，又能够确保玻璃屏幕上的开孔不会影响手机等便携式终端的美观(因为开孔可以做到很小)。(2)能够测试的距离很远，而且测距的覆盖面也较大。(3)由于超声波是一种短波，具有人无法感官到的特点，所以不会对人眼产生危害。

关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关超声波测距装置的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种超声波测距装置，其特征在于，包括：

超声波发射端，用于产生超声波；

声道，其中所述超声波发射端产生的超声波经过所述声道被传输到出音孔；

所述出音孔，用于向所述超声波测距装置外部发射经过所述声道传输过来的超声波；

超声波接收端，用于接收发射出去的超声波被物体反射回到所述超声波测距装置的超声波；

测距模块，用于基于所述超声波发射端开始产生超声波的时刻以及所述超声波接收端接收到被所述物体反射回来的超声波的时刻，来计算所述超声波测距装置与所述物体之间的距离；

能量传感器，该能量传感器设置在所述声道中并与从所述超声波发射端发射出来的超声波相隔离，该能量传感器用于感测所述超声波发射端产生的超声波中未被所述出音孔发射出去的超声波的能量；

所述超声波发射端还用于基于所述能量传感器感测到的能量来调整所产生的超声波的能量。

2.根据权利要求1所述的超声波测距装置，其特征在于，所述出音孔为锥状结构。

3.一种结构光设备，其特征在于，该结构光设备包括根据权利要求1至2中任一权利要求所述的超声波测距装置。

4.一种便携式终端，其特征在于，该便携式终端包括：

根据权利要求1至2中任一权利要求所述的超声波测距装置；

位于所述便携式终端的玻璃屏幕上的开孔，其中，从所述超声波测距装置的出音孔发射出去的超声波经过所述开孔被发射到所述便携式终端外部。

5.根据权利要求4所述的便携式终端，其特征在于，该便携式终端还包括：位于所述开孔位置处的防尘网，用于避免异物经过所述开孔进入所述便携式终端内部。

6.根据权利要求5所述的便携式终端，其特征在于，所述便携式终端还包括清洁器，所述清洁器位于所述防尘网处，用于清洁所述防尘网上的异物。

7.根据权利要求6所述的便携式终端，其特征在于，所述清洁器为扬声器。

8.一种便携式终端，其特征在于，该便携式终端包括根据权利要求3所述的结构光设备。

9.一种超声波测距方法，其特征在于，该方法包括：

由超声波发射端产生超声波；

由声道将所述超声波发射端产生的超声波传输到出音孔；

从所述出音孔向外部发射经过所述声道传输过来的超声波；

由能量传感器感测所述超声波发射端产生的超声波中未被所述出音孔发射出去的超声波的能量，其中，所述能量传感器设置在所述声道中并与从所述超声波发射端发射出来的超声波相隔离；

由所述超声波发射端基于所述能量传感器感测到的能量来调整所述超声波发射端产生的超声波的能量；

由超声波接收端接收发射出去的超声波被物体反射回来的超声波；

由测距模块基于所述超声波发射端开始产生超声波的时刻以及所述超声波接收端接收到被所述物体反射回来的超声波的时刻，计算与所述物体之间的距离。