CN109387845A - 测距模块 - Google Patents

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Abstract

一种测距模块，包括光发射器、反射单元以及光接收器。该光发射器发出第一光束，其中物体反射该第一光束以形成第二光束。该反射单元进行摆动，从而反射该第一光束或该第二光束。该光接收器接收该第二光束，以计算出该测距模块与该物体间的距离。当该反射单元进行摆动时，基准线与通过该反射单元的轴线夹有第一角度或第二角度。当该基准线与该轴线夹有该第一角度，该第一光束被该反射单元反射至该物体。当该基准线与该轴线夹有该第二角度，使该第二光束被该反射单元反射至该光接收器。

Description

测距模块
技术领域
本发明有关于一种测距模块，特别是指一种将微振镜设置于收发光路上的测距模块。
背景技术
请参阅图1，现有的测距仪1包括望远系统15、接收系统11以及发射系统13。望远系统15包括物镜组3、棱镜组5、显示单元9以及目镜组7。物体(未绘示)发出的可见光由物镜组3进入望远系统15，通过棱镜组5后成像于显示单元9，以供使用者透过目镜组7观察该物体。与此同时，发射系统13发出激光束至该物体，而该物体反射该激光束至接收系统11。接收系统11接收后，发出讯号至测距仪1内部的电路，藉由测距仪1内部的处理器(未图示)计算，得到测距仪1到该物体间的距离，并显示于显示单元9上供使用者查看。
现有的测距仪1的测距模块至少都需要两个系统(亦即接收系统11以及发射系统13)构成，然而接收系统11以及发射系统13常具有的问题如下：1.体积太大。2.组件较多(亦即成本较高)。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的测距模块至少需要两个系统、体积较大且组件较多的缺陷，提供一种测距模块，藉由微振镜来整合测距模块内接收与发射二种系统的光路，取代非必要的光学组件，从而有效地缩减测距模块的体积。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种测距模块的一较佳实施例，包括光发射器、一摆动单元以及光接收器。该光发射器发出第一光束，其中物体反射该第一光束以形成第二光束。该反射单元进行摆动，从而反射该第一光束或该第二光束。该光接收器接收该第二光束，以计算出该测距模块与该物体间的距离。其中，基准线通过该物体以及该反射单元，轴线通过该反射单元，当该反射单元进行摆动时，该基准线与该轴线夹有第一角度或第二角度。当该光发射器发出该第一光束时，该基准线与该轴线夹有该第一角度，使该第一光束被该反射单元反射，沿着该基准线到达该物体。当该物体反射回该第二光束时，该基准线与该轴线夹有该第二角度，使该第二光束沿着该基准线到达该反射单元，被该反射单元反射至该光接收器。
在另一实施例中，其更包括透镜，该透镜包括穿透部。该第一光束沿着该基准线通过该穿透部到达该物体。该第二光束沿着该基准线通过该穿透部到达该反射单元。
在另一实施例中，其中该透镜更包括一反射部，该反射部围绕于该穿透部设置。该第一光束经由该反射部反射至该反射单元，以被该反射单元反射至该物体。该第二光束被该反射单元反射后，再经由该反射部反射至该光接收器。
在另一实施例中，其中该第一角度与该第二角度相加的角度范围较大约为该穿透部可穿透的角度范围。
在另一实施例中，其更包括处理单元，该处理单元连接于该光发射器、该反射单元或该光接收器。该处理单元控制该光发射器以第一频率发出该第一光束。该处理单元控制该反射单元以第二频率进行摆动，使该基准线与该轴线夹有该第一角度或该第二角度。该光接收器接收该第二光束，转换为电子讯号并传送至该处理单元，该处理单元接收该电子讯号，计算出该测距模块与该物体间的距离。
在另一实施例中，其中该第一频率至少为该第二频率的2倍。
在另一实施例中，其中该第一光束或该第二光束为不可见光。
在另一实施例中，其更包括感光组件，该感光组件接收该物体发出的第三光束，当该物体发出该第三光束时，该基准线与该轴线夹有第三角度，使该第三光束沿着该基准线到达该反射单元，被该反射单元反射至该感光组件。
在另一实施例中，其中该第三光束为可见光。
在另一实施例中，其中该反射单元为微振镜。
在另一实施例中，其中该光发射器为一雷射二极管(Laser Diode)。
在另一实施例中，其中该光接收器为一雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)。
实施本发明的测距模块，具有以下有益效果：藉由将反射单元设置于接收系统与发射系统的光路上，得以整合用于测距的接收系统与发射系统，从而达到缩减测距模块的体积、轻量化以及组装成本的效果。
附图说明
图1是现有测距仪的结构示意图。
图2是本发明测距模块其中一实施例的方块图。
图3A是本发明测距模块其中一实施例的结构示意图。
图3B是图3A中的测距模块接收第二光束的结构示意图。
图4是图3B中的测距模块设置于一圆柱形壳体的结构示意图。
图5是本发明测距模块其中另一实施例的方块图。
具体实施方式
请参阅图2，本发明其中一实施例测距模块10包括处理单元12、反射单元14、光发射器18、光接收器20以及透镜22(图3A及3B)。以下详细说明该等组件的组装与操作：
请参阅图3A及3B，于本实施例中，反射单元14、光发射器18以及光接收器20设置于壳体24内部的平面28上，而透镜22则设置于壳体24内部的凸缘26上。处理单元12连接于反射单元14、光发射器18以及光接收器20。光发射器18根据处理单元12的控制，以第一频率发出第一光束A(图3A)。其中，物体(未绘示)反射第一光束A以形成第二光束B。光接收器20用于接收第二光束B(图3B)，以供处理单元12计算出测距模块10与该物体间的距离。反射单元14也根据处理单元12的控制，以第二频率进行摆动，从而反射第一光束A或第二光束B(图3A及3B)。透镜22包括穿透部221以及反射部223。反射部223围绕于穿透部221设置，并用于反射第一光束A或第二光束B。另外，第一光束A或第二光束B通过穿透部221以被聚光。
除此之外，基准线C通过该物体、穿透部221以及反射单元14，轴线D通过反射单元14，轴线D垂直于反射单元。当反射单元14以该第二频率进行摆动时，基准线C与轴线D之间将会夹有第一角度α或第二角度β。
需特别说明的是，处理单元12藉由控制电流的大小，来调整轴线D与基准线C所夹的角度(亦即调整反射单元14的摆动方向与角度)。如图3A所示，光发射器18发出第一光束A的同时，处理单元12将控制反射单元14摆动至接收第一光束A的方向(亦即使基准线C与轴线D夹有第一角度α)。其中，第一光束A先被反射部223反射至反射单元14，再被反射单元14反射，并沿着基准线C通过穿透部221到达该物体。如图3B所示，该物体反射回第二光束B的同时，处理单元12将控制反射单元14摆动至接收第二光束B的方向(亦即使基准线C与轴线D夹有第二角度β)。其中，第二光束B沿着基准线C再次通过穿透部221到达反射单元14，并依序被反射单元14与反射部223反射至光接收器20。光接收器20接收第二光束B后，将光转换为一讯号传送至处理单元12，处理单元12接收该讯号从而计算出测距模块10与该物体间的距离。藉由上述结构设计，测距模块10得以整合用于测距的接收与发射二种系统，进而缩减体积以及降低成本。其中，第一角度α与第二角度β相加的角度范围于实施时较大可以是92±5％度(也就是约87.4～96.6度)或者更多，可依实际情况调整。除此之外，第一角度α与第二角度β相加的角度范围较大约为穿透部221可穿透的角度范围；其中在通常情况下，第一角度α等于第二角度β，因此在通常情况下，第一角度α最大可以是46度，最小可以是0度，也就是当反射单元14呈水平时，且反射单元14的中心点与目标物成一直线而与为反射单元的水平呈垂直时。(因为在通常情况下，光速远大于反射单元14的摆动频率，但若运用在外层空间卫星做地形扫描时，则因为距离变大，故当反射光束回来时，反射单元14可能已经偏转了，则可能会有第一角度α不等于第二角度β的情形发生，而这部分可以再藉由软件设计进行补正微调，以令量测的距离符合实际情况。)
其中，第一光束A或第二光束B为不可见光，反射单元14为微振镜，光发射器18为一雷射二极管(Laser Diode)，光接收器20为雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)。
请参阅图4，又于另一实施例中，前述测距模块10(图3B)可设置于装置(未绘示)内的圆柱形壳体30。圆柱形壳体30包括转轴32，使得测距模块10可围绕转轴32旋转。举例而言，该装置(例如扫地机器人)被放置在一空间(例如房间)里，并启动测距模块10开始绕着转轴32旋转。测距模块10在旋转的同时，还能发出第一光束A并接收第二光束B，以计算出其与周围该空间内物体(例如家具)的距离，从而建立起该空间的模型。值得注意的是，若反射单元14为微振镜，则其摆动的速度能达到一秒钟传输至少四万笔数据点，因此能快速地测量完测距模块10与该空间内物体的距离。同时，若光发射器18为雷射二极管，雷射二极管的发射频率(例如4096赫兹(Hz))至少为微振镜摆动频率(例如1150赫兹(Hz))的2倍以上(亦即第一光束A将被发射的比微振镜的摆动还要频繁)。即使如此，在微振镜摆动的过程中，部分的第一光束A还是可以持续地经由反射部223的反射到达微振镜，并被微振镜反射至测距模块10周围的物体，从而对周围的物体进行连续扫描的动作。其中，当雷射二极管的发射频率与微振镜的摆动频率的比值越大，扫描的准确度就会更高，其中，经查目前雷射二极管的发射频率甚至有高达200000赫兹(Hz)，也有2500赫兹(Hz)频率的，也就是说，雷射二极管的发射频率与微振镜的摆动频率的比值可能会有2～20倍的比值范围。
又于另一实施例中，测距模块10更可以整合现有用于观察该物体的望远系统，从而在测距的同时，取得该物体的影像供使用者观察。请参阅图5，本发明的另一实施例测距模块10包括处理单元12、反射单元14、感光组件16、光发射器18、光接收器20以及透镜22。
其中，感光组件16将被设置于上述平面28(图3A及3B)上。若沿着基准线C自该物体往测距模块10的方向观察，感光组件16、光发射器18以及光接收器20将以反射单元14为中心呈现一三角形状的设置。同样地，反射单元14将根据处理单元12的控制进行摆动，并用于反射第一光束A、第二光束B或该物体所发出的第三光束(未绘示)。处理单元12连接于感光组件16，而感光组件16用于接收该第三光束，以供处理单元12取得该物体的影像。
要注意的是，该第三光束的行进路线与上述第二光束B的行进路线(图3B)相似。举例而言，该物体发出该第三光束的同时，处理单元12将控制反射单元14摆动至接收该第三光束的方向(亦即使基准线C与轴线D夹有第三角度(未绘示))。其中，该第三光束沿着基准线C通过穿透部221到达反射单元14，并依序被反射单元14与反射部223反射至感光组件16。感光组件16接收该第三光束后，将光转换为另一讯号传送至处理单元12，处理单元12接收并处理该另一讯号从而取得该物体的影像，如此使用者便可从一目镜组(未绘示)或一显示单元(未绘示)观察该物体。其余组件的组装与操作如前述实施例，在此不赘述。
其中，该第三光束为可见光，感光组件16为感光耦合组件(Charge CoupledDevice，CCD)。
本发明测距模块10藉由将反射单元14设置于接收系统与发射系统的光路上，得以整合用于测距的接收系统与发射系统，从而达到缩减测距模块10的体积、轻量化以及组装成本的效果。除此之外，测距模块10还可应用于全方位距离侦测的装置(例如扫地机器人、自动驾驶或辅助驾驶的车用光达或倒车雷达)，从而快速地建立其该装置周围空间的模型。

Claims (10)

1.一种测距模块，其特征在于，包括：
光发射器，发出第一光束，其中物体反射该第一光束以形成第二光束；
反射单元，进行作动，从而反射该第一光束或该第二光束；
光接收器，接收该第二光束，以计算出该测距模块与该物体间的距离；
其中，基准线通过该物体以及该反射单元，轴线通过该反射单元，当该反射单元进行摆动时，该基准线与该轴线夹有第一角度或第二角度；
其中，当该光发射器发出该第一光束时，该基准线与该轴线夹有该第一角度，使该第一光束被该反射单元反射，沿着该基准线到达该物体；
其中，当该物体反射回该第二光束时，该基准线与该轴线夹有该第二角度，使该第二光束沿着该基准线到达该反射单元，被该反射单元反射至该光接收器。
2.如权利要求1所述的测距模块，其特征在于，其更包括透镜，该透镜包括穿透部；
其中，该第一光束沿着该基准线通过该穿透部到达该物体；
其中，该第二光束沿着该基准线通过该穿透部到达该反射单元。
3.如权利要求2所述的测距模块，其特征在于，该透镜更包括反射部，该反射部围绕于该穿透部设置；
其中，该第一光束经由该反射部反射至该反射单元，以被该反射单元反射至该物体；
其中，该第二光束被该反射单元反射后，再经由该反射部反射至该光接收器。
4.如权利要求2所述的测距模块，其特征在于，该第一角度与该第二角度相加的角度范围较大约为该穿透部可穿透的角度范围。
5.如权利要求1所述的测距模块，其特征在于，更包括处理单元，该处理单元连接于该光发射器、该反射单元或该光接收器；
其中，该处理单元控制该光发射器以第一频率发出该第一光束；
其中，该处理单元控制该反射单元以第二频率进行摆动，使该基准线与该轴线夹有该第一角度或该第二角度；
其中，该光接收器接收该第二光束，转换为电子讯号并传送至该处理单元，该处理单元接收该电子讯号，计算出该测距模块与该物体间的距离。
6.如权利要求5所述的测距模块，其特征在于，该第一频率至少为该第二频率的2倍。
7.如权利要求1所述的测距模块，其特征在于，该第一光束或该第二光束为不可见光。
8.如权利要求1所述的测距模块，其特征在于，更包括感光组件，该感光组件接收该物体发出的第三光束，当该物体发出该第三光束时，该基准线与该轴线夹有第三角度，使该第三光束沿着该基准线到达该反射单元，被该反射单元反射至该感光组件。
9.如权利要求8所述的测距模块，其特征在于，该第三光束为可见光。
10.如权利要求1所述的测距模块，其特征在于，该反射单元为微振镜。
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