CN111279219A - 扫描模组、测距装置及移动平台 - Google Patents

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CN111279219A CN201980005250.5A CN201980005250A CN111279219A CN 111279219 A CN111279219 A CN 111279219A CN 201980005250 A CN201980005250 A CN 201980005250A CN 111279219 A CN111279219 A CN 111279219A
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Abstract

一种扫描模组(40),包括:扫描壳体(41)、第一驱动器(42)、第二驱动器(43)、第一光学元件(45)及第二光学元件(46),扫描壳体(41)包括第一支座(411)及第二支座(412)。第一支座(411)上形成有第一定位件(4112),第一驱动器(42)形成有第一收纳腔(4119),第一光学元件(45)安装在第一收纳腔(4119)内,第一驱动器(42)安装在第一支座(411)上且带动第一光学元件(45)绕第一旋转轴(4236)转动。第二支座(412)上形成有第二定位件(4122),第二驱动器(43)形成有第二收纳腔(4126),第二光学元件(46)安装在第二收纳腔(4126)内,第二驱动器(43)安装在第二支座(412)上且带动第二光学元件(46)绕第二旋转轴(4337)转动。第一支座(411)与第二支座(412)相接,第一定位件(4112)与第二定位件(4122)配合,以使第一旋转轴(4236)与第二旋转轴(4337)以预定距离平行间隔。

Description

扫描模组、测距装置及移动平台
技术领域
本申请涉及激光测距技术领域,特别涉及一种扫描模组、测距装置及移动平台。
背景技术
激光雷达通常包括多个电机及多个棱镜,棱镜安装在电机内并由电机带动转动,激光经过棱镜后会改变传播方向,进一步地,转动任意一个棱镜均可以改变激光的传播方向,然而,多个棱镜之间需要相互配合以使激光向期望的方向传播,难以定位多个棱镜之间的相对位置,导致激光雷达的测距精度下降。
发明内容
本申请的实施方式提供了一种扫描模组、测距装置及移动平台。
本申请实施方式提供一种扫描模组。所述扫描模组包括扫描壳体、第一驱动器、第二驱动器、第一光学元件及第二光学元件,所述扫描壳体包括第一支座及第二支座。所述第一支座上形成有第一定位件,所述第一驱动器形成有第一收纳腔,所述第一光学元件安装在所述第一收纳腔内,所述第一驱动器安装在所述第一支座上且带动所述第一光学元件绕第一旋转轴转动。所述第二支座上形成有第二定位件,所述第二驱动器形成有第二收纳腔,所述第二光学元件安装在所述第二收纳腔内,所述第二驱动器安装在所述第二支座上且带动所述第二光学元件绕第二旋转轴转动。所述第一支座与所述第二支座相接,所述第一定位件与所述第二定位件配合,以使所述第一旋转轴与所述第二旋转轴以预定距离平行间隔。
本申请实施方式提供一种测距装置。所述测距装置包括测距模组及上述实施方式所述的扫描模组,所述测距模组用于向所述扫描模组发射光脉冲,所述扫描模组用于改变所述光脉冲的传输方向后出射,经探测物反射回的光脉冲经过所述扫描模组后入射至所述测距模组,所述测距模组用于根据反射回的光脉冲确定所述探测物与所述距离探测装置之间的距离。
本申请实施方式提供一种移动平台。所述移动平台包括移动平台本体及上述实施方式所述的测距装置,所述测距装置安装在所述移动平台本体上。
本申请的扫描模组、测距装置及移动平台中,第一光学元件安装在第一驱动器内,第一驱动器安装在第一支座上,第二光学元件安装在第二驱动器内,第二驱动器安装在第二支座上,通过第一定位件与第二定位件的定位作用,第一光学元件与第二光学元件的旋转轴的位置不易发生偏移,保证测距装置的测距精度较高。
本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本申请某些实施方式的测距装置的部分分解示意图。
图2是图1所示的测距装置的部分立体结构示意图。
图3是图2所示的测距装置的部分立体分解示意图。
图4是图3所示的测距装置的支架的立体示意图。
图5是图3所示的测距装置的扫描模组的立体分解示意图。
图6是图3所示的测距装置的部分立体分解示意图。
图7是图5所示的扫描模组的三个支座的立体分解示意图。
图8是图5所示的扫描模组的三个支座另一视角的立体分解示意图。
图9是图4所示的扫描模组的部分结构的剖面示意图。
图10是图4所示的扫描模组的部分结构的剖面示意图。
图11是图10所示的扫描模组XI处的放大示意图。
图12是图10所示的扫描模组XII处的放大示意图。
图13和图14是某些实施方式的扫描模组的部分结构的剖面示意图。
图15是图9所示的扫描模组的转子的立体示意图。
图16是图9所示的扫描模组的转子另一视角的立体示意图。
图17和图18是某些实施方式的扫描模组的光路示意图。
图19是某些实施方式的扫描模组的相位角度的示意图。
图20是某些实施方式的扫描模组的光路示意图。
图21是图2所示的测距模组的俯视图。
图22是图21所示的测距模组沿着XXII-XXII线的剖面示意图。
图23是图22所示的测距模组中XXIII处的放大示意图。
图24是图22所示的测距模组中XXIV处的放大示意图。
图25是本申请某些实施方式的测距装置的测距原理示意图。
图26是本申请某些实施方式的测距装置的测距模组的电路示意图。
图27是本申请某些实施方式的测距装置的另一测距原理示意图。
图28是本申请某些实施方式的移动平台的平面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本申请。此外,本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请提供一种扫描模组40。扫描模组40包括扫描壳体41、第一驱动器42、第二驱动器43、第一光学元件45及第二光学元件46,扫描壳体41包括第一支座411及第二支座412。第一支座411 上形成有第一定位件4112,第一驱动器42形成有第一收纳腔4119,第一光学元45件安装在第一收纳腔4119内,第一驱动器42安装在第一支座411上且带动第一光学元件45绕第一旋转轴4236 转动。第二支座412上形成有第二定位件4122,第二驱动器43形成有第二收纳腔4126,第二光学元件46安装在第二收纳腔4126内,第二驱动器43安装在第二支座412上且带动第二光学元件46 绕第二旋转轴4337转动。第一支座411与第二支座412相接,第一定位件4112与第二定位件4122 配合,以使第一旋转轴4236与第二旋转轴4337以预定距离平行间隔。
第一光学元件45安装在第一驱动器42内,第一驱动器42安装在第一支座411上,第二光学元件46安装在第二驱动器42内,第二驱动器42安装在第二支座412上,通过第一定位件4112与第二定位件4122的定位作用,第一光学元件45与第二光学元件46的旋转轴的位置不易发生偏移,保证测距装置100的测距精度较高。
请参阅图1及图25,测距装置100包括底座10、盖体20、两个支架30、扫描模组40、多个柔性连接组件50、和测距模组60。两个支架30均固定在底座10上的相背两侧。扫描模组40与测距模组60间隔设置在底座10上并位于两个支架30之间,每个支架30通过至少两个柔性连接组件50 与扫描模组40连接。测距模组60用于向扫描模组40发射激光脉冲,扫描模组40用于改变激光脉冲的传输方向后出射,经探测物反射回来的激光脉冲经过扫描模组40后入射至测距模组60,测距模组60用于根据反射回来的激光脉冲确定探测物与测距装置100之间的距离。测距装置100可以通过测量测距装置100和探测物之间光传播的时间,即光飞行时间(Time-of-Flight,TOF),来探测探测物到测距装置100的距离。或者,测距装置100也可以通过其他技术来探测探测物到测距装置100的距离,例如基于相位移动(phase shift)测量的测距方法,或者基于频率移动(frequency shift) 测量的测距方法,在此不做限制。
请参阅图2和图3,底座10包括底座本体11、第一安装座12和第二安装座13,底座本体11 呈板状结构。第一安装座12和第二安装座13形成在底座本体11的顶部111上。第一安装座12可以为自底座本体11的顶部111凸出形成的安装壁,安装壁开设有第一底座安装孔121,第一底座安装孔121的轴线方向平行于底座本体11的顶部111。
请结合图22至图24,第二安装座13可以为自底座本体11的顶部111凸出形成的底座凸台,底座凸台上开设有底座安装槽131,底座安装槽131的底部开设有第二底座安装孔132,第二底座安装孔132的轴线方向垂直于底座本体11的顶部111,第二底座安装孔132的轴线方向垂直于第一底座安装孔121的轴线方向。本实施方式的底座本体11呈矩形板状结构,第一安装座12和第二安装座13的数量均为两个,两个第一安装座12分别位于底座本体11的相对两侧并关于底座本体11 的一对称面对称,两个第二安装座13也分别位于底座本体11的相对两侧并关于底座本体11的该对称面对称,同一侧的第一安装座12和第二安装座13沿着底座本体11的长边间隔设置,上述的对称面为平行于底座本体11的长边并垂直于底座本体11的短边的面。
请再参阅图1至图3,盖体20设置在底座10上并与底座10共同形成收容空间,盖体20包括盖体顶壁21及环形的盖体侧壁22。具体地,盖体顶壁21呈板状结构,盖体顶壁21的形状与底座本体11的形状相匹配。本实施例中,盖体顶壁21的形状与底座10的形状相匹配并呈矩形板状结构。盖体侧壁22自盖体顶壁21的一表面延伸形成,盖体侧壁22设置在盖体顶壁21的边缘并环绕盖体顶壁21。盖体侧壁22的远离盖体顶壁21的一端可通过螺纹连接、卡合、胶合、焊接等任意一种或多种方式相结合的方式安装在底座10上并环绕底座本体11的中心。本实施方式的盖体20通过锁紧件14固定在底座10上,更具体地,锁紧件14由底座10的底部一侧穿过底座本体11并与盖体侧壁22结合,锁紧件14可为螺钉。
盖体侧壁22包括第一盖体侧壁221及第二盖体侧壁222。第一盖体侧壁221与第二盖体侧壁 222位于盖体顶壁21的相对两端。一个示例中,第一盖体侧壁221和第二盖体侧壁222分别设置在盖体顶壁21的短边上。第一盖体侧壁221形成有透光区2211,第一盖体侧壁221除透光区2211之外的区域为非透光区2212,透光区2211用于供测距模组60发出的测距信号穿过。透光区2211可以由塑料、树脂、玻璃等透光率较高的材料制成,而非透光区2212可以由铜、铝等导热且透光率较低的金属制成,其中,较佳地,透光区2211可采用导热塑料,既满足了透光需求,又能满足散热需求。一个示例中,该透光区2211大致呈圆形状。一个示例中,该透光区2211大致呈矩形状,例如方形状。
请参阅图3及图4,支架30安装在底座10上。本申请实施方式中的支架30的数量为两个,两个支架30分别安装在底座10的相对两侧。每个支架30均包括固定臂31、连接臂33和结合臂32。
固定臂31包括多个固定部310和第二结合部313,固定臂31通过多个固定部310安装在底座 10上。本实施方式的固定部310的数量为两个,两个固定部310分别为第一固定部311和第二固定部312,第一固定部311和第二固定部312分别位于固定臂31的相对两端,第一固定部311和第二固定部312均与底座10刚性连接。第一固定部311和第二固定部312通过固定件36(例如锁紧螺钉)分别固定在底座10同一侧的第一安装座12和第二安装座13上具体地,第一固定部311设置在底座本体11上并位于安装壁的一侧,固定件36穿过第一底座安装孔121并与第一固定部311结合以将第一固定部311固定在第一安装座12上;第二固定部312设置在底座安装槽131内,固定件36穿过第二固定部312并与第二底座安装孔132结合以将第二固定部312安装在第二安装座13 上。第二结合部313位于第一固定部311和第二固定部312之间,第二结合部313与底座本体11 的顶部111相间隔,第二结合部313上开设在有支架安装孔,第二结合部313开设的支架安装孔定义为第二支架安装孔3131。
连接臂33的一端连接在第一固定部311上,连接臂33的另一端朝远离底座本体11的方向延伸。
结合臂32的一端连接在连接臂33的远离第一固定部311的一端,结合臂32的另一端朝远离固定臂31的一侧延伸并为自由端,结合臂32平行于底座本体11的顶部111。结合臂32的远离连接臂33的一端设置有第一结合部321,第二结合部313较第一结合部321更靠近底座本体11。第一结合部321上开设有支架安装孔,第一结合部321开设的支架安装孔定义为第一支架安装孔3211。一个示例中,第一固定部311的中心、第二固定部312的中心、第一结合部321的中心和第二结合部313的中心位于同一平面内。当测距装置100受到外界冲击而产生震动时,支架30及与支架30 连接的扫描模组40受到的转动力矩较小,该力矩的方向垂直于固定部310的中心、第一结合部321 的中心及第二结合部313的中心所在的平面,从而能够减小甚至避免因测距装置100受到外界冲击而产生翻转。
请一并参阅图3、图5、图9及图25,扫描模组40通过支架30安装在底座10上并收容在收容空间内,扫描模组40与底座10相间隔。扫描模组40包括扫描壳体41、第一驱动器42、第二驱动器43、第三驱动器44、第一光学元件45、第二光学元件46、第三光学元件47、控制器49a及检测器49b。其中,第一驱动器42用于驱动第一光学元件45运动,以改变经过第一光学元件45的激光脉冲的传输方向。第二驱动器43用于驱动第二光学元件46运动,以改变经过第二光学元件46的激光脉冲的传输方向。第三驱动器44用于驱动第三光学元件47运动,以改变经过第三光学元件47 的激光脉冲的传输方向。三个光学元件(第一光学元件45、第二光学元件46和第三光学元件47) 相互配合工作,能够用于改变光路的传播方向以及使得扫描模组40具有较大的视场。
一个示例中,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47可以包括透镜、反射镜、棱镜、振镜、光栅、液晶、光学相控阵(Optical Phased Array)或上述光学元件的任意组合。一个示例中,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47中的至少一个光学元件是具有不平行的出光面和入光面的光折射元件,在该光折射元件旋转时,可以将光束折射至不同方向出射。一个示例中,该光折射元件为楔形棱镜。
一个示例中,至少部分光学元件(第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47)是运动的,例如通过驱动器(第一驱动器42、第二驱动器43及第三驱动器44)来驱动该至少部分光学元件进行运动,该运动的光学元件可以在不同时刻将光束反射、折射或衍射至不同的方向。在一些实施例中,扫描模组40的多个光学元件可以绕共同的轴旋转或振动,每个旋转或振动的光学元件用于不断改变入射光束的传播方向。在一个实施例中,扫描模组40的多个光学元件可以以不同的转速旋转,或以不同的速度振动。在另一个实施例中,扫描模组40的至少部分光学元件可以以基本相同的转速旋转。在一些实施例中,扫描模块的多个光学元件也可以是绕不同的轴旋转。在一些实施例中,扫描模组40的多个光学元件也可以是以相同的方向旋转,或以不同的方向旋转;或者沿相同的方向振动,或者沿不同的方向振动,在此不作限制。
第一驱动器42、第二驱动器43及第三驱动器44可以驱动光学元件(第一光学元件45、第二光学元件46和第三光学元件47)的转动、振动、沿预定轨迹循环移动或者沿预定轨迹来回移动,在此不做限制。下面以光学元件(第一光学元件45、第二光学元件46和第三光学元件47)包括棱镜为例,进行举例描述。
扫描壳体41可以作为扫描模组40的外壳,扫描壳体41内可以用于安装第一驱动器42、第二驱动器43、第三驱动器44、第一光学元件45、第二光学元件46、第三光学元件47、控制器19a及检测器19b等元件。扫描壳体41可以是一体的整体结构,扫描壳体41也可以由多个分体结构组合而成,例如,请结合图6至图8,扫描壳体41可以包括第一支座411、第二支座412及第三支座413 中的至少任意两个的同时还包括第一安装部414及第二安装部415,例如扫描壳体41包括第一安装部414、第二安装部415、第一支座411及第二支座412;或者,扫描壳体41包括第一安装部414、第二安装部415、第二支座412及第三支座413;或者,扫描壳体41包括第一安装部414、第二安装部415、第一支座411及第三支座413;或者,扫描壳体41包括第一安装部414、第二安装部415、第一支座411、第二支座412及第三支座413。以下仅以扫描壳体41包括第一安装部414、第二安装部415、第一支座411、第二支座412及第三支座413为例进行描述。
请结合图5至图8,第一支座411可以用于安装第一驱动器42及第一光学元件45。第一支座 411可以是扫描壳体41上最远离测距模组60的一个支座。第一支座411包括第一支座本体4111。第一支座本体4111可以为中空的结构,中空的部分形成第一收容腔4119,在本申请实施例中,第一支座本体4111的外轮廓整体呈矩形,中空部分的形状可以是圆形,第一驱动器42及第一光学元件45可以安装在第一收容腔4119内。在本申请实施例中,第一支座本体4111包括第一支座顶面 4115及两个第一支座侧面4116,两个第一支座侧面4116分别位于第一支座本体4111的相背两侧并连接第一支座顶面4115。第一支座顶面4115开设有支座安装槽4117,支座安装槽4117的底面开设有壳体安装孔,支座安装槽4117的底面开设的壳体安装孔定义为第一壳体安装孔4118。
第二支座412可以用于安装第二驱动器43及第二光学元件46。第二支座412可以与第一支座 411相互配合,例如第二支座412套设在第一支座411内,第二支座412可以与第一支座411同轴设置或者不同轴设置。其中,第二支座412与第一支座411同轴设置指的是第二支座412的中轴线与第一支座411的中轴线重合,不同轴设置指的是第二支座412的中轴线与第一支座411的中轴线不重合,例如平行间隔或者以任意角度相交。第二支座412包括第二支座本体4121及凸出部4120。一个示例中,凸出部4120可用于将第二支座412安装在支架30上。第二支座本体4121可以为中空的结构,中空的部分形成第二收容腔4126,第二驱动器43及第二光学元件46可以安装在第二收容腔4126内。在本申请实施例中,第二支座本体4121包括第二支座底面41211及两个第二支座侧面41212,两个第二支座侧面41212分别位于第二支座本体4121的相背两侧并连接第二支座底面 41211,两个第二支座侧面41212分别与两个第一支座侧面4116对应。一个示例中,凸出部4120 可以设置在第一支座本体4111的靠近第二支座底面41211的位置上,可以理解,凸出部4120自第二支座侧面41212的靠近第二支座底面41211的位置向外延伸形成。凸出部4120开设有壳体安装孔,凸出部4120开设的壳体安装孔定义为第二壳体安装孔41201。
第三支座413可以用于安装第三驱动器44及第三光学元件47。第三支座413可以与第二支座 412相互配合,第三支座413可以套设在第二支座412内,第三支座413可以与第二支座412同轴设置或者不同轴设置。第三支座413包括第三支座本体4130,第三支座本体4130可以为中空的结构,中空的部分形成第三收容腔4134,第三驱动器44及第三光学元件47可以安装在第三收容腔 4134内。第三支座413与第一支座411可以分别设置在第二支座412的相背的两侧,测距模组60 发射的光脉冲可以先后穿过第三支座413、第二支座412及第一支座411后进入外界,被目标物体反射的光脉冲可以先后穿过第一支座411、第二支座412及第三支座413后再由测距模组60接收。第三支座本体4130包括相背的两个第三支座侧面4133。此时,第一支座411的相背两侧相对第二支座412对应的相背两侧及第三支座413对应的相背两侧均凸出以形成两个安装空间416。第三支座413的相背两侧可以不超出第二支座412对应的相背两侧,本实施例中,第三支座413的相背两侧分别与第二支座412对应的相背两侧齐平。第三支座413的相背两侧不超出第二支座412对应的相背两侧,从而便于第二安装座13形成在安装空间416内。在其他实施方式中,第三支座413的相背两侧也可以超出第二支座412对应的相背两侧,如此,便于第一安装座12形成在安装空间416 内。
第一安装部414可以位于第一支座411的远离底座10的一端,具体地,第一安装部414位于第一支座本体4111的靠近第一支座顶面4115的位置上。第一安装部414用于将第一支座411安装在支架30上。本申请的第一安装部414可以为第一支座本体4111的一部分,具体地,第一安装部 414可以为理解为第一支座本体4111上的形成支座安装槽4117和第一壳体安装孔4118的结构。在其他实施方式中,第一安装部414可以为设置在第一支座本体4111上的凸缘,该凸缘开设有第一壳体安装孔4118。
第二安装部415位于第二支座412的靠近底座10的一端,具体地,第二安装部415位于第二支座本体4121的靠近第二支座底面41211的位置上。第二安装座414用于将第二支座412安装在支架30上。本申请的第二安装部415可以为第二支座412的一部分,具体地,第二安装部415可以为凸出部4120。扫描壳体41可以通过第一安装座12和第二安装座13安装在支架30上。
请参阅图5,第一驱动器42安装在扫描壳体41内,具体地,第一驱动器42可以安装在第一收容腔4119内。第一驱动器42包括第一定子组件421、第一定位组件422及第一转子组件423。第一定子组件421可以与第一支座本体4111相对固定,第一定子组件421可用于驱动第一转子组件 423转动,第一定子组件421包括第一绕组本体及安装在第一绕组本体上的第一绕组。其中,第一绕组本体可以为定子铁芯,第一绕组可以为线圈。第一绕组在电流的作用下能够产生特定的磁场,通过改变电流的方向及强度可以改变磁场的方向和强度。第一定子组件421套设第一转子组件423 上。
第一转子组件423可以在第一定子组件421的驱动下转动。具体地,第一转子组件423包括第一转子4231,第一转子4231相对于第一定子组件421转动的轴线称为第一旋转轴4236,可以理解,第一旋转轴4236可以是实体的转轴,也可以是虚拟的转轴。第一转子4231包括第一磁轭4233a及第一磁铁4233b。第一磁铁4233b套设在第一磁轭4233a上并位于第一磁轭4233a与第一绕组之间,第一磁铁4233b产生的磁场与第一绕组产生的磁场相互作用并产生作用力,由于第一绕组被固定不动,则第一磁铁4233b在作用力下带动第一磁轭4233a转动。第一转子4231呈中空的形状,第一转子4231的中空的部分形成有第一收纳腔4235,激光脉冲可以穿过第一收纳腔4235而从扫描模组 40中穿过。具体地,第一收纳腔4235由第一转子4231的第一侧壁4234围成,更具体地,在本申请实施方式中,第一磁轭4233a可以呈中空的筒状,第一磁轭4233a的中空的部分形成第一收纳腔 4235,第一磁轭4233a的侧壁可以作为围成第一收纳腔4235的侧壁。当然,在其他实施方式中,第一收纳腔4235也可以不是形成在第一磁轭4233a上,也可以形成在第一磁铁4233b等结构上,第一侧壁4234也可以是第一磁铁4233b等结构的侧壁,在此不做限制。第一侧壁4234呈环状结构或者为一个环状结构的一部分。第一定子组件421的第一绕组可以呈环状并环绕在第一侧壁4234 的外表面。
第一定位组件422位于第一侧壁4234的外表面,第一定位组件422用于限制第一转子组件423 以固定的第一旋转轴4236为中心转动。第一定子组件421和第一定位组件422并列环绕在第一侧壁4234的外表面。第一定位组件422包括环形的第一轴承422,第一轴承422环绕在第一侧壁4234 的外表面。第一轴承422包括第一内环结构4221、第一外环结构4222及第一滚动体4223。第一内环结构4221与第一侧壁4234的外表面相互固定。第一外环结构4222与扫描壳体41相互固定,具体为第一外环结构4222与第一支座411相互固定。第一滚动体4223位于第一内环结构4221和第一外环结构4222之间,第一滚动体4223用于分别与第一外环结构4222和第一内环结构4221滚动连接。
第一光学元件45安装在第一收纳腔4235内,具体地,第一光学元件45可以与第一侧壁4234 配合安装并与第一转子4231固定连接,第一光学元件45位于激光脉冲的出射及入射光路上。第一光学元件45能够与第一转子4231绕第一旋转轴4236同步转动。第一光学元件45转动时可以改变经过第一光学元件45的激光的传输方向。
第二驱动器43安装在扫描壳体41内,具体地,第二驱动器43可以安装在第二收容腔4126内,第二驱动器43包括第二定子组件431、第二定位组件432及第二转子组件433。第二定子组件431 可以与第二支座本体4121相对固定,第二定子组件431可用于驱动第二转子组件433转动,第二定子组件431包括第二绕组本体及安装在第二绕组本体上的第二绕组。其中,第二绕组本体可以为定子铁芯,第二绕组可以为线圈。第二绕组在电流的作用下能够产生特定的磁场,通过改变电流的方向及强度可以改变磁场的方向和强度。
第二转子组件433可以在第二定子组件431的驱动下转动。具体地,第二转子组件433包括第二转子4331,第二转子4331相对于第二定子组件431转动的轴线称为第二旋转轴4337,可以理解,第二旋转轴4337可以是实体的转轴,也可以是虚拟的转轴。第二转子4331包括第二磁轭4333及第二磁铁4334。第二磁铁4334套设在第二磁轭4333上并位于第二磁轭4333与第二绕组之间,第二磁铁4334产生的磁场与第二绕组产生的磁场相互作用并产生作用力,由于第二绕组被固定不动,则第二磁铁4334在作用力下带动第二磁轭4333转动。第二转子4331呈中空的形状,第二转子4331 的中空的部分形成有第二收纳腔4336,激光脉冲可以穿过第二收纳腔4336而从扫描模组40中穿过。具体地,第二收纳腔4336由第二转子4331的第二侧壁4335围成,更具体地,在本申请实施方式中,第二磁轭4333可以呈中空的筒状,第二磁轭4333的中空的部分形成第二收纳腔4336,第二磁轭4333的侧壁可以作为围成第二收纳腔4336的侧壁。当然,在其他实施方式中,第二收纳腔4336 也可以不是形成在第二磁轭4333上,也可以形成在第二磁铁4334等结构上,第二侧壁4335也可以是第二磁铁4334等结构的侧壁,在此不做限制。第二侧壁4335呈环状结构或者为一个环状结构的一部分。第二定子组件431的第二绕组可以呈环状并环绕在第二侧壁4335的外表面。
第二定位组件432设置在第二转子4331上且位于第二定子组件431的远离第一转子组件423 的一侧。第二定位组件432用于限制第二转子组件433以固定的第二旋转轴4337为中心转动。第二定子组件431和第二定位组件432并列环绕在第二侧壁4335的外表面。第二定位组件432包括环形的第二轴承432,第二轴承432环绕在第二侧壁4335的外表面。第二轴承432包括第二内环结构4321、第二外环结构4322及第二滚动体4323。第二内环结构4321与第二侧壁4335的外表面相互固定。第二外环结构4322与扫描壳体41相互固定,具体为第二外环结构4322与第二支座412 相互固定。第二滚动体4323位于第二内环结构4321和第二外环结构4322之间,第二滚动体4323 用于分别与第二外环结构4322和第二内环结构4321滚动连接。
第二光学元件46安装在第二收纳腔4336内,具体地,第二光学元件46可以与第二侧壁4335 配合安装并与第二转子4331固定连接,第二光学元件46位于光源的出射光路上及回光的入射光路上。第二光学元件46能够与第二转子4331绕第二转轴同步转动。第二光学元件46转动时可以改变经过第二光学元件46的激光的传输方向。
第三驱动器44安装在扫描壳体41内,具体地,第三驱动器44可以安装在第三收容腔4134内。第三驱动器44包括第三定子组件441、第三定位组件442及第三转子组件443。第三定子组件441 可以与第三支座本体4130相对固定,第三定子组件441可用于驱动第三转子组件443转动,第三定子组件441包括第三绕组本体及安装在第三绕组本体上的第三绕组。其中,第三绕组本体可以为定子铁芯,第三绕组可以为线圈。第三绕组在电流的作用下能够产生特定的磁场,通过改变电流的方向及强度可以改变磁场的方向和强度。
第三转子组件443可以在第三定子组件441的驱动下转动。具体地,第三转子组件443包括第三转子4431,第三转子4431相对于第三定子组件441转动的轴线称为第三旋转轴4437,可以理解,第三旋转轴4437可以是实体的转轴,也可以是虚拟的转轴。第三转子4431包括第三磁轭4433及第三磁铁4434。第三磁铁4434套设在第三磁轭4433上并位于第三磁轭4433与第三绕组之间,第三磁铁4434产生的磁场与第三绕组产生的磁场相互作用并产生作用力,由于第三绕组被固定不动,则第三磁铁4434在作用力下带动第三磁轭4433转动。第三转子4431呈中空的形状,第三转子4431 的中空的部分形成有第三收纳腔4436,激光脉冲可以穿过第三收纳腔4436而从扫描模组40中穿过。具体地,第三收纳腔4436由第三转子4431的第三侧壁4435围成,更具体地,在本申请实施方式中,第三磁轭4433可以呈中空的筒状,第三磁轭4433的中空的部分形成第三收纳腔4436,第三磁轭4433的侧壁可以作为围成第三收纳腔4436的侧壁。当然,在其他实施方式中,第三收纳腔4436 也可以不是形成在第三磁轭4433上,也可以形成在第三磁铁4434等结构上,第三侧壁4435也可以是第三磁铁4434等结构的侧壁,在此不做限制。第三侧壁4435呈环状结构或者为一个环状结构的一部分。第三定子组件441的第三绕组可以呈环状并环绕在第三侧壁4435的外表面。
第三定位组件442设置在第三转子4431上,第三定位组件442位于第三定子组件441的靠近第二转子组件433的一侧,或者说,第三定位组件442相对于第三定子组件441更靠近第二转子组件433。第三定位组件442用于限制第三转子组件443以固定的第三旋转轴4437为中心转动。第三定子组件441和第三定位组件442并列环绕在第三侧壁4435的外表面。第三定位组件442包括环形的第三轴承442,第三轴承442环绕在第三侧壁4435的外表面。第三轴承442包括第三内环结构 4421、第三外环结构4422及第三滚动体4423。第三内环结构4421与第三侧壁4435的外表面相互固定。第三外环结构4422与扫描壳体41相互固定,具体为第三外环结构4422与第三支座413相互固定。第三滚动体4423位于第三内环结构4421和第三外环结构4422之间,第三滚动体4423用于分别与第三外环结构4422和第三内环结构4421滚动连接。
第三光学元件47安装在第三收纳腔4436内,具体地,第三光学元件47可以与第三侧壁4435 配合安装并与第三转子4431固定连接,第三光学元件47位于激光脉冲的出射及入射光路上。第三光学元件47能够与第三转子4431绕第三旋转轴4437同步转动。第三光学元件47转动时可以改变经过第三光学元件47的激光的传输方向。
请参阅图5及图25,控制器49a与驱动器(第一驱动器42、第二驱动器43、第三驱动器44) 连接,控制器49a用于依据控制指令控制驱动器驱动光学元件(第一光学元件45、第二光学元件 46、第三光学元件47)转动。具体地,控制器可以与绕组(第一绕组、第二绕组、第三绕组)连接,并用于控制绕组上的电流的大小及方向,以控制转子组件(第一转子组件423、第二转子组件433、第三转子组件443)的转动参数(转动方向、转动角度、转动持续时间等)以达到控制光学元件的转动参数的目的。在一个例子中,控制器49a包括电子调速器,控制器49a可以设置在电调板上。
请参阅图9,检测器49b用于检测光学元件的转动参数,光学元件的转动参数可以是光学元件的转动方向、转动角度及转动速度等。检测器49b的数量可以为多个,每个检测器49b包括码盘及光电开关。码盘与一个转子(第一转子4231或第二转子4331或第三转子4431)固定连接并与转子组件(第一转子组件423或第二转子组件433或第三转子组件443)同步转动,可以理解,由于光学元件与转子同步转动,则码盘与光学元件同步转动,通过检测码盘的转动参数则可以得到光学元件的转动参数。具体地,通过码盘与光电开关的配合可以检测码盘的转动参数。
当扫描壳体41(扫描模组40)安装在两个支架30上时,两个支架30分别位于两个第二支座侧面41212的外侧,并且两个支架30分别安装在两个安装空间416内。具体地,当两个支架30均安装在底座10上,并且扫描壳体41安装在两个支架30上时,第一安装座12和第二安装座13均位于安装空间416内,固定臂31、连接臂33、第一加强臂34和第二加强臂35均收容在安装空间 416内,结合臂32收容在支座安装槽4117内。扫描壳体41通过形成安装空间416,从而便于将支架30安装在安装空间416内以减小测距装置100的体积;进一步地,第一支座411开设支座安装槽4117,并将结合臂32收容在支座安装槽4117内能够进一步减小测距装置100的体积。
请参阅图21至图23,柔性连接组件50用于将扫描壳体41连接在支架30上,柔性连接组件 50使得扫描壳体41与底座10之间具有间隙以为扫描模组40提供振动空间。扫描模组40通过柔性连接组件50安装在支架30上,柔性连接组件50使得扫描模组40与底座10之间无直接接触,从而能够减少甚至避免扫描模组40的振动传递到底座10上,进而能够减少甚至避免扫描组件40的振动通过底座10传递到测距模组60上。
具体地,柔性连接组件50包括柔性连接件51和紧固件52,扫描壳体41和支架30通过柔性连接件51和紧固件52连接。具体地,每个柔性连接组件50均包括柔性的第一支撑部511、柔性的连接部513及柔性的第二支撑部512。第一支撑部511和第二支撑部512分别连接在连接部513的相对两端。柔性连接件51开设有贯穿第一支撑部511、连接部513及第二支撑部512的贯穿孔514。
每个支架30通过至少两个柔性连接组件50与扫描壳体41连接,至少两个柔性连接组件50包括第一柔性连接组件53和第二柔性连接组件54。
请参阅图23和图24,第一柔性连接组件53连接支架30(第一结合部321)及第一安装部414,具体地,第一柔性连接组件53的连接部513穿设在第一支架安装孔3211内,第一柔性连接组件53 的第一支撑部511和第二支撑部512分别位于第一结合部321的相背两侧,第一柔性连接组件53 的第二支撑部512位于第一结合部321与支座安装槽4117的底面之间,第一柔性连接组件53的紧固件52穿过贯穿孔514并与第一壳体安装孔4118的内壁结合,第一柔性连接组件53收容在支座安装槽4117内。第一支撑部511的横截面尺寸和第二支撑部512的横截面尺寸均大于第一支架安装孔3211的横截面尺寸,如此,当第二柔性连接组件54安装到第一支架安装孔3211内时,第一支撑部511位于紧固件52的端部与第一结合部321之间,第一支撑部512能够吸收由第一支座411 产生的并传递到紧固件52上的振动;第二支撑部512能够位于支座安装槽4117的底面与第一结合部321之间,第二支撑部512能够吸收第一支座411产生的振动并减少振动传递到支架30上。连接部513的横截面尺寸可以大于、小于或等于第一支架安装孔3211的横截面尺寸。
第二柔性连接组件54连接支架30(第二结合部313)及第二安装部415,具体地,第二柔性连接组件54的连接部513穿设在第二壳体安装孔41201内,第二柔性连接组件54的第一支撑部511 和第二支撑部512分别位于凸出部4120的相背两侧,第二柔性连接组件54的第一支撑部511位于凸出部4120与第二结合部313之间,第二柔性连接组件54的紧固件52穿过贯穿孔514并与第二支架安装孔3131的内壁结合。第一支撑部511的横截面尺寸和第二支撑部512的横截面尺寸均大于第二壳体安装孔41201的横截面尺寸,如此,当第二柔性连接组件54安装到第二支架安装孔3131 内时,第一支撑部511能够位于凸出部4120与第二结合部313之间,第一支撑部511能够吸收第二支座412产生的振动并减少振动传递到支架30上;第二支撑部512位于紧固件52的端部与第二结合部313之间,第二支撑部512能够吸收由第二支座412产生的并传递到紧固件52上的振动。连接部513的横截面尺寸可以大于、小于或等于第二壳体安装孔41201的横截面尺寸。由于第一结合部321位于支架30的远离底座10的一侧,第二结合部313位于支架30的靠近底座10一侧,扫描壳体41通过柔性连接件51连接在第一结合部321和第二结合部313上,因而,当测距装置100 受到外界冲击而产生震动时,扫描壳体41受到的转动力矩较小,该力矩的方向垂直于支架30所在的平面,从而能够减小甚至避免因测距装置100受到外界冲击而产生翻转。本申请的测距装置100 中的支架30固定在底座10上,扫描模组40通过柔性连接组件50安装在支架30上,柔性连接组件50使得扫描模组40与底座10之间无直接接触,从而能够减少甚至避免扫描模组40的振动传递到底座10上
请参阅图23,本实施例中,柔性连接件51的被经过贯穿孔514的轴线的面所截得的截面呈“工”字形。柔性连接件51可以是橡胶垫。
测距模组60设置在底座10上并与扫描模组40间隔设置,具体地,测距模组60刚性固定在底座10上,一些示例中,底座10可以为一体结构,扫描模组40与测距模组60安装在同一底座10 上。一些示例中,底座10可以为分体结构,测距模组60和扫描模组40安装在底座10的两个不同的分体结构上。由于扫描模组40与测距模组60间隔设置,因而能够减少甚至避免扫描模组40的振动传递到测距模组60上,从而提升了测距装置100的检测精度。由于测距模组60刚性固定在底座10上,扫描模组40的振动对测距模组60的影响很小,从而保证测距模组60和测距装置100整机安装相对位置的稳定性,进一步提高了检测精度。
请参阅图25和图27,测距模组60包括光源61、光路改变元件62、准直元件63、及探测器64。测距模组60中可以采用同轴光路,也即测距模组60出射的激光光束和经反射回来的激光光束在测距模组60内共用至少部分光路。或者,测距模组60也可以采用异轴光路,也即测距模组60出射的光束和经反射回来的光束在测距模组60内分别沿不同的光路传输。
请参阅图25,下面以测距模组60采用一种同轴光路来进行说明光源61、光路改变元件62、准直元件63、及探测器64。
光源61可以用于发射光脉冲序列,可选地,光源61发射出的光束为波长在可见光范围之外的窄带宽光束。在一些实施例中,光源61可以包括激光二极管(Laser diode),通过激光二极管发射纳秒级别的激光。例如,光源61发射的激光脉冲持续10ns。
准直元件63设置在光源61的出光光路上,用于准直从光源61发出的激光光束,即,对光源 61发出的激光光束准直,并将来自光源61的光脉冲准直后投射至扫描模组40。准直元件63位于光源61与扫描模组40之间。准直元件63还用于会聚经探测物反射、并经过扫描模组40的回光的至少一部分至探测器64。准直元件63可以是准直透镜或者是其他能够准直光束的元件。在一个实施例中,准直元件63上镀有增透膜,能够增加透射光束的强度。
光路改变元件62设置在光源61的出光光路上,用于将光源61的出射光路和探测器64的接收光路合并。具体地,光路改变元件62位于准直元件63的与扫描模组40相背的一侧。光路改变元件62可以为反射镜或半反半透镜。在一个例子中,光路改变元件62为小反射镜,能够将光源61 发出的激光光束的光路方向改变90度或其他角度。
探测器64与光源61放置于准直元件63的同一侧。一个示例中,探测器64与准直元件63正对。可以理解,扫描模组40可以将光脉冲序列在不同时刻改变至不同传输方向出射,经探测物反射回的光脉冲经过扫描模组40后可入射至探测器64,而探测器64可用于将穿过准直元件63的至少部分回光转换为电信号,电信号具体可以为电脉冲,探测器64还可基于电脉冲确定探测物与测距装置100之间的距离。
测距装置100工作时,光源61发出激光脉冲,该激光脉冲经光路改变元件62后被准直元件63 准直,准直后的激光脉冲被扫描模组40改变传输方向后出射并投射到探测物上,经探测物反射回的激光脉冲经过扫描模组40后至少一部分的回光被准直元件63会聚到探测器64上。探测器64将穿过准直元件63的至少部分回光转换为电信号脉冲。
请参阅图25和图26,本申请的测距装置100包括发射电路611、接收电路641、采样电路642 和运算电路643。发射电路611可以发射光脉冲序列(例如激光脉冲序列)。接收电路641可以接收经过被探测物反射的光脉冲序列,并对该光脉冲序列进行光电转换,以得到电信号,再对电信号进行处理之后可以输出给采样电路642采样电路642可以对电信号进行采样,以获取采样结果。运算电路643可以基于采样电路642的采样结果,以确定距离装置100与被探测物之间的距离。本实施例中,发射电路611包括光源61,探测器64包括接收电路641、采样电路642和运算电路643。
可选地,该测距装置100还可以包括控制电路644,该控制电路644可以实现对其他电路的控制,例如,可以控制各个电路的工作时间和/或对各个电路进行参数设置等。此时,探测器64还可包括控制电路644。
应理解,虽然图26示出的距离装置100中包括一个发射电路611、一个接收电路641、一个采样电路642和一个运算电路643,但是本申请实施例并不限于此,发射电路611、接收电路641、采样电路642、运算电路643中的任一种电路的数量也可以是至少两个,用于沿相同方向或分别沿不同方向出射至少两路光束;其中,该至少两束光路可以是同时出射,也可以是分别在不同时刻出射。一个示例中,该至少两个发射电路中的发光芯片封装在同一个模块中。例如,每个发射电路包括一个激光发射芯片,该至少两个发射电路中的激光发射芯片中的die封装到一起,容置在同一个封装空间中。
请参阅图27,下面以测距模组60采用第二种同轴光路来进行说明光源61、光路改变元件62、准直元件63、及探测器64。此时,准直元件63的结构及位置与第一种同轴光路中的准直元件63 的结构及位置相同,不同之处在于:光路改变元件62为大反射镜,该大反射镜包括反射面621,且该大反射镜的中间位置开设有通光孔。探测器64与光源61仍旧放置于准直元件63的同一侧,相较前述的第一种同轴光路,探测器64与光源61的位置互换,即,光源61与准直元件63正对,探测器64与反射面621相对,光路改变元件62位于光源61与准直元件63之间。
测距装置100工作时,光源61发出激光脉冲,该激光脉冲从光路改变元件62的通光孔穿过后被准直元件63准直,准直后的激光脉冲被扫描模组40改变传输方向后出射并投射到探测物上,经探测物反射回的激光脉冲经过扫描模组40后至少一部分的回光被准直元件63会聚到光路改变元件 62的反射面621上。反射面621将该至少一部分的回光反射至探测器64上,探测器64将该被反射的至少部分回光转换为电信号脉冲,测距装置100通过该电信号脉冲的上升沿时间和/或下降沿时间确定激光脉冲接收时间。如此,测距装置100可以利用脉冲接收时间信息和脉冲发出时间信息计算飞行时间,从而确定探测物到测距装置100的距离。本实施方式中,光路改变元件62的尺寸较大,能够覆盖光源61的整个视场范围,回光被光路改变元件62直接反射至探测器64,避免了光路改变元件62本身对回光光路的遮挡,增加了探测器64能够探测到回光的强度,提高了测距精度。
请结合图4和图22,在某些实施方式中,支架30还包括第一加强臂34,第一加强臂34的一端连接在第二固定部312上,第一加强臂34的另一端连接连接臂33的远离第一固定部311的一端,固定臂31、连接臂33和第一加强臂34共同围成一个三角形。在其他实施方式中,第一加强臂34 的一端连接在第二固定部312上,第一加强臂34的另一端连接在连接臂33的相背两端之间,此时,固定部310、第一加强臂34和部分连接臂33共同围成一个三角形。本实施方式的固定臂31、连接臂33、结合臂32和第一加强臂34位于同一平面内。本实施方式的支架30通过设置第一加强臂34,从而增强了支架30的强度,当测距装置100受到外界冲击时,支架30产生的晃动较小。
请结合图4和图22,在某些实施方式中,支架30还包括第一加强臂34和第二加强臂35。第一加强臂34的一端连接在第二固定部312上,第一加强臂34的另一端连接连接臂33,固定臂31、连接臂33和第一加强臂34共同围成一个三角形。第二加强臂35连接第一加强臂34及连接臂33,第二加强臂35位于第一加强臂34、固定臂31及连接臂33所围成的空间内。本实施方式的固定臂 31、连接臂33、结合臂32、第一加强臂34和第二加强臂35位于同一平面内。本实施方式的支架 30通过设置第一加强臂34和第二加强臂35,从而增强了支架30的强度,当测距装置100受到外界冲击时,支架30产生的晃动较小。
请结合图4和图22,在某些实施方式中,扫描壳体41包括相接的第一支座411及第二支座412,支架30包括依次连接的固定臂31、连接臂33及结合臂32,固定臂31固定在底座10上并位于第一支座411及第二支座412的同一侧。每个支架30通过至少两个柔性连接组件50与扫描壳体41 连接,至少两个柔性连接组件50包括第一柔性连接组件53和第二柔性连接组件54,第一柔性连接组件53连接结合臂32与第一支座411,第二柔性连接组件54连接固定臂31与第二支座412。此时,扫描壳体41可以不形成有安装空间416。本实施方式中结合臂32的长度较上述实施方式中结合臂32的长度可以做得更短,从而相较于上述实施方式中的支架30(支架30仅包括固定臂31、连接臂33和结合臂32,且支架30安装在安装空间416内),本实施方式的支架30的强度更大,从而能够减小因扫描模组40的振动而使支架30产生的晃动。
请结合图4和图22,在某些实施方式中,固定臂31包括第一固定部311、第二固定部312及第二结合部313,第一固定部311和第二固定部312位于固定臂31的相背两端并均固定在底座10 上,第一固定部311位于第一支座411的一侧,第二固定部312位于第二支座412的一侧,第二结合部313位于第一固定部311与第二固定部312之间,第二柔性连接组件54连接第二结合部313 与第二支座412。本实施方式中结合臂32的长度较上述实施方式中结合臂32的长度可以做得更短,从而相较于上述实施方式中的支架30(支架30仅包括固定臂31、连接臂33和结合臂32,且支架 30安装在安装空间416内),本实施方式的支架30的强度更大,从而能够减小因扫描模组40的振动而使支架30产生的晃动。
请结合图4和图22,在某些实施方式中,扫描壳体41包括相接的第一支座411及第二支座412,支架30包括固定臂31、连接臂33、结合臂32及第一加强臂34。固定臂31、连接臂33和结合臂 32依次连接。固定臂31固定在底座10上并位于第一支座411及第二支座412的同一侧。第一加强臂34的一端连接固定臂31的远离连接臂33的一端,第一加强臂34的另一端连接连接臂33的远离固定臂31的一端。每个支架30通过至少两个柔性连接组件50与扫描壳体41连接,至少两个柔性连接组件50包括第一柔性连接组件53和第二柔性连接组件54,第一柔性连接组件53连接结合臂32与第一支座411,第二柔性连接组件54连接固定臂31与第二支座412。在其他实施方式中,第一加强臂34的一端连接固定臂31的远离连接臂33的一端,第一加强臂34的另一端连接在连接臂33的相背两端之间。本实施方式中结合臂32的长度较上述实施方式中结合臂32的长度可以做得更短,从而相较于上述实施方式中的支架30(支架30仅包括固定臂31、连接臂33、结合臂32 和第一加强臂34,且支架30安装在安装空间416内),本实施方式的支架30的强度更大,从而能够减小因扫描模组40的振动而使支架30产生的晃动。
请结合图4和图22,在某些实施方式中,扫描壳体41包括相接的第一支座411及第二支座412,支架30包括固定臂31、连接臂33、结合臂32、第一加强臂34及第二加强臂35。固定臂31、连接臂33和结合臂32依次连接。固定臂31固定在底座10上并位于第一支座411及第二支座412的同一侧。第一加强臂34的一端连接固定臂31的远离连接臂33的一端,第一加强臂34的另一端连接在连接臂33上。第二加强臂35连接第一加强臂34及连接臂33,第二加强臂35位于第一加强臂 34及连接臂33所围成的空间内。每个支架30通过至少两个柔性连接组件50与扫描壳体41连接,至少两个柔性连接组件50包括第一柔性连接组件53和第二柔性连接组件54,第一柔性连接组件 53连接结合臂32与第一支座411,第二柔性连接组件54连接固定臂31与第二支座412。在其他实施方式中,第一加强臂34的一端连接固定臂31的远离连接臂33的一端,第一加强臂34的另一端连接在连接臂33的相背两端之间。本实施方式中结合臂32的长度较上述实施方式中结合臂32的长度可以做得更短,从而相较于上述实施方式中的支架30(支架30仅包括固定臂31、连接臂33、结合臂32、第一加强臂34和第二加强臂35,且支架30安装在安装空间416内),本实施方式的支架30的强度更大,从而能够减小因扫描模组40的振动而使支架30产生的晃动。
请结合图21至图24,在某些实施方式中,柔性连接件51还包括限位凸块515,限位凸块515 自第一支撑部511凸出。柔性连接件51从第二支撑部512一端安装至支架安装孔(第一支架安装孔3211)内或壳体安装孔(第二壳体安装孔41201)内,具体地,在安装柔性连接件51时,柔性的第二支撑部512在拉扯力的作用下能发生弹性形变并能够穿过第一支架安装孔3211或第二壳体安装孔41201。柔性连接件51设置限位凸块515,能够避免在将柔性连接件51安装在第一支架安装孔3211内或第二壳体安装孔41201内时,因为拉扯力过大而使第一支撑部511也穿过第一支架安装孔3211或第二壳体安装孔41201。
本实施例中,柔性连接组件50的数量至少为四个,每个支架30通过至少两个柔性连接组件50 与扫描壳体41连接并形成多个连接点,多个连接点在底座10上的投影形成一辅助面P(如图21 所示),扫描壳体41的重心(或扫描模组40的重心)位于辅助面P的中心,位于扫描壳体41同侧的多个连接点包括对角设置的两个连接点,对角设置的两个连接点形成一连接线L,连接线L的中点到底座10的距离与重心到底座10的距离相同。
请结合图21至图24,在某些实施方式中,每个支架30通过两个柔性连接组件50与扫描壳体 41连接并形成两个连接点,四个连接点在底座10上的投影形成辅助面P(如图21所示),位于扫描壳体41同侧的两个连接点对角设置并形成连接线L。用于连接将一个支架30与扫描壳体41连接的两个柔性连接组件50包括第一柔性连接组件53和第二柔性连接组件54,第一柔性连接组件53 连接第一结合部321和第一安装部414,第二柔性连接组件54连接第二结合部313和第二安装部 415。第一柔性连接组件53与第二柔性连接组件54的中心连线形成连接线L。连接线L的中点到底座10的距离与扫描壳体41的重心(或扫描模组40的重心)到底座10的距离相同,从而能够进一步减小扫描模组40的振动传递到底座10上,并且当测距装置100受到外界冲击而产生震动时,扫描壳体41受到的转动力矩较小,该力矩的方向垂直于固定部310的中心、第一结合部321的中心及第二结合部313的中心所在的平面,从而能够减小甚至避免因测距装置100受到外界冲击而产生翻转。
请结合图21至图24,在某些实施方式中,每个支架30通过四个柔性连接组件50与扫描壳体 41连接并形成四个连接点,八个连接点在底座10上的投影形成辅助面,位于扫描壳体41同侧的四个连接点两两相对角设置,两个对角设置的连接点形成第一连接线,另外两个对角设置的连接点形成第二连接线,第一连接线的中点到底座10的距离与重心到所述底座10的距离相同,第二连接线的中点到底座10的距离与重心到底座10的距离相同。此时,其中两个柔性连接组件50可以连接结合臂32和第一支座411,另外两个柔性连接组件50连接固定臂31和第二支座412。每个支架30 通过四个柔性连接组件50与扫描壳体41连接,从而能够将扫描壳体41更加稳固地安装在支架30 上。
请结合图21至图24,每个支架30形成的四个连接点包括第一连接点、第二连接点、第三连接点及第四连接点,第一连接点和第三连接点位于支架30的远离底座10的一侧,第二连接点和第三连接点位于支架30的靠近底座10的一侧,第四连接点较第二连接点更靠近第一连接点,依次连接第一连接点、第三连接点、第二连接点、第四连接点及第一连接点所形成的形状为矩形或平行四边形。此时,第一连接点与第二连接点连线形成第一连接线,第三连接点与第四连接点连线形成第二连接线,第一连接线的中点与第二连线的中点重合。每个支架30通过四个柔性连接组件50与扫描壳体41连接,从而能够将扫描壳体41更加稳固地安装在支架30上。
请参阅图7和图8,在某些实施方式中,第一支座411上形成有第一定位件4112。第二支座412 上形成有第二定位件4122。第一支座411与第二支座412相接,第一定位件4112与第二定位件4122 配合,以使第一旋转轴4236与第二旋转轴4337以预定距离平行间隔。由于第一光学元件45安装在第一驱动器42内,第一驱动器42安装在第一支座411上,第二光学元件46安装在第二驱动器 43内,第二驱动器43安装在第二支座412上,通过第一定位件4112与第二定位件4122的定位作用,第一光学元件45与第二光学元件46的旋转轴的位置不易发生偏移,测距装置100的测距精度较高。
其中,第一旋转轴4236与第二旋转轴4337间隔的预定距离可以依据扫描模组40实际的需求进行设置,在本申请实施例中,第一旋转轴4236与第二旋转轴4337重合,即,第一旋转轴4236 与第二旋转轴4337之间的预定距离为零。第一定位件4112可以形成在第一支座本体4111的靠近第二支座412的一端,第二定位件4122可以形成在第二支座本体4121的靠近第一支座411的一端,在安装时,可以通过第一定位件4112与第二定位件4122确定第一支座411与第二支座412的安装角度,仅在第一旋转轴4236与第二旋转轴4337重合时,第一支座411与第二支座412才能正确配合,即,第一定位件4112与第二定位件4122正确地配合在一起。
依据第一支座411与第二支座412的形状、结合方式等差异,第一定位件4112与第二定位件 4122的具体形式可以适当地作出调整,第一定位件4112与第二定位件4122可以分别为卡扣及卡槽,第一定位件4112与第二定位件4122可以分别为内螺纹及外螺纹等。
在如图8所示的例子中,第一定位件4112包括定位槽4114,第二定位件4122包括定位凸出 4127,定位凸出4127伸入定位槽4114内以相互配合。定位槽4114可以与第一收容腔4119相通,定位槽4114的深度方向可以与第一旋转轴4236的方向相同,定位凸出4127自第二支座本体4121 的一端延伸形成,定位凸出4127的延伸方向可以与第二旋转轴4337的方向相同。
具体地,请参阅图7和图8,定位槽4114的内壁呈环形或环形的一部分,定位凸出4127包括多个间隔的定位子凸出4127a,多个定位子凸出4127a的外壁组成环形或环形的一部分,多个定位子凸出4127a的外壁抵持定位槽4114的内壁。定位槽4114的内壁的中轴线可以与第一旋转轴4236 重合,多个定位子凸出4127a的外壁的中轴线可以与第二旋转轴4337重合。多个定位子凸出4127a 可以绕第二旋转轴4337的周向等角度间隔分布。多个定位子凸出4127a的外壁可以与定位槽4114 的内壁过盈配合,以使第一定位件4112与第二定位件4122配合后不易发生晃动。
请参阅图7和图8,在某些实施方式中,第二定位件4122形成在第二支座412的一端,第二支座412的另一端形成有第三定位件4123。第三支座413上形成有第四定位件4131,第三定位件4123 与第四定位件4131配合,以使第二旋转轴4337与第三旋转轴4437以预定距离平行间隔。由于第二光学元件46安装在第二驱动器43内,第二驱动器43安装在第二支座412上,第三光学元件47 安装在第三驱动器44内,第三驱动器44安装在第三支座413上,通过第三定位件4123与第四定位件4131的定位作用,第二光学元件46与第三光学元件47的旋转轴的位置不易发生偏移,测距装置的测距精度较高。
其中,第二旋转轴4337与第三旋转轴4437间隔的预定距离可以依据扫描模组40实际的需求进行设置,在本申请实施例中,第二旋转轴4337与第三旋转轴4437重合,即,第二旋转轴4337 与第三旋转轴4437之间的预定距离为零。同时,第一旋转轴4236、第二旋转轴4337与第三旋转轴 4437均可以重合设置,以使第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47组成的光路收光系统的收光效率较高。
第三定位件4123可以形成在第二支座本体4121的靠近第三支座413的一端,第四定位件4131 可以形成在第三支座本体4130的靠近第二支座412的一端,在安装时,可以通过第三定位件4123 与第四定位件4131确定第一支座411与第二支座412的安装角度,仅在第二旋转轴4337与第三旋转轴4437重合时,第二支座412与第三支座413才能正确配合,即,第三定位件4123与第四定位件4131正确地配合在一起。
依据第二支座412与第三支座413的形状、结合方式等差异,第三定位件4123与第四定位件 4131的具体形式可以适当地作出调整,第三定位件4123与第四定位件4131可以分别为卡扣及卡槽,第三定位件4123与第四定位件4131可以分别为内螺纹及外螺纹等。
在如图7和图8所示的例子中,第三定位件4123包括定位凹槽4128,第四定位件4131包括定位凸起4132,定位凸起4132伸入定位凹槽4128内以相互配合。定位凹槽4128可以与第二收容腔 4126相通,定位凹槽4128的深度方向可以与第二旋转轴4337的方向相同,定位凸起4132自第三支座本体4130的一端延伸形成,定位凸起4132的延伸方向可以与第三旋转轴4437的方向相同。
具体地,请参阅图7和图8,定位凹槽4128的内壁呈环形或环形的一部分,定位凸起4132包括多个间隔的定位子凸起4132a,多个定位子凸起4132a的外壁呈环形或环形的一部分,多个定位子凸起4132a的外壁抵持定位凹槽4128的内壁。定位凹槽4128的内壁的中轴线可以与第一旋转轴 4236重合,多个定位子凸起4132a的外壁的中轴线可以与第三旋转轴4437重合。多个定位子凸起 4132a可以绕第三旋转轴4437的周向等角度间隔分布。多个定位子凸起4132a的外壁可以与定位凹槽4128的内壁过盈配合,以使第三定位件4123与第四定位件4131配合后不易发生晃动。
请参阅图7,在某些实施方式中,第一支座411还包括支撑环4113,第一支座本体4111形成第一收容腔4119,支撑环4113自第一支座本体4111的内壁向收容腔延伸。如前述,第一支座本体4111为中空的结构,中空的部分形成第一收容腔4119,为了增加第一收容腔4119的体积,通常会使得第一支座本体4111的内壁设置得较薄,而这可能会导致第一支座本体4111的强度降低,在受到挤压和撞击时容易发生形变。支撑环4113自第第一支座本体4111的内壁向收容腔延伸,能够增加第一支座411整体的强度,第一支座411不易发生形变。在本申请实施例中,第一收容腔4119 呈圆筒状,支撑环4113也呈圆环状,支撑环4113可以保证第一收容腔4119的圆度。
请参阅图5和图7,在某些实施方式中,第一驱动器42安装在第一收容腔4119内,第一定子组件421与第一定位组件422分别安装在支撑环4113相背的两侧。在安装第一驱动器42时,可以从支撑环4113的一侧将第一定子组件421安装在第一收容腔4119内,从支撑环4113的另一侧将第一定位组件422安装在第一收容腔4119内,二者可以同时安装,而不需要从支撑环4113的同一侧安装第一定位组件422及第一定子组件421,提高安装效率。
请参阅图6和图9,在某些实施方式中,扫描模组40还包括预紧组件48。预紧组件48包括第一预紧件481及第二预紧件482。第一预紧件481固定在第一转子4231上,第二预紧件482固定在第二支座412上。第一预紧件481与第二预紧件482相对设置,且第一预紧件481与第二预紧件482 产生沿第一轴承422的轴向方向的相互作用力,以使第一内环结构4221与第一外环结构4222共同抵持第一滚动体4223。
可以理解,第二支座412与第一支座411相对固定,第一外环结构4222与第一支座411相对固定,即,第一外环结构4222与第二支座412相对固定。未设置预紧组件48之前,第一内环结构 4221与第一滚动体4223之间可能存在有游隙,游隙会导致第一内环结构4221在转动时,第一内环结构4221容易在第一轴承422的轴向上蹿动而产生噪音。设置预紧组件48后,第一预紧件481与第二预紧件482产生的相互作用力分别作用在第一内环结构4221与第二支座412上,第一内环结构4221在相互作用力的作用下抵持第一滚动体4223,消除第一轴承422的游隙,确保第一转轴转动平稳。
具体地,第一预紧件481与第二预紧件482之间的相互作用力可以是相互吸引力,也可以是相互排斥力。在本申请实施例中,第一预紧件481与第二预紧件482可以均由铁磁性特制制成,例如均为磁铁。通过将磁铁的同级相对可以产生上述的相互排斥力,通过将磁铁的异级相对可以产生上述的相互吸引力。
请参阅图6和图9,在某些实施方式中,第一预紧件481呈环状,第一预紧件481套设在第一转子4231上。第一预紧件481受到相互作用力后传递到第一转子4231上,再传递到第一内环结构 4221上。环状的第一预紧件481受到的相互作用力较均匀,避免第一内环结构4221发生倾斜。在另一个例子中,第一预紧件481也可以包括多个第一子预紧件,多个第一子预紧件沿第一转子4231 的周向等角度间隔设置。
请再参阅图6和图7,在某些实施方式中,第二预紧件482包括多个第二子预紧件482a,多个第二子预紧件482a沿第二支座412的周向等角度间隔设置。等角度间隔设置的第二预紧件482能为第一预紧件481提供较均匀的相互作用力。在另一个例子中,第二预紧件482与可以呈环状。在如图7所示的例子中,第二支座412包括朝向第一驱动器42的第一端面4124,第一端面4124上开设有容置槽4125,第二预紧件482至少部分收容在容置槽4125内。第二预紧件482容易固定在第二支座412上,且第二预紧件482不会从第二支座412中凸出太多而增加扫描模组40的轴向尺寸。
请参阅图9,在某些实施方式中,预紧组件48还包括第三预紧件483及第四预紧件484。第三预紧件483固定在第二转子4331上,第四预紧件484固定在第四转子上,第三预紧件483与第四预紧件484相对设置。第三预紧件483与第四预紧件484之间产生沿第二轴承432与第三轴承442 的轴向的相互作用力,以使第二内环结构4321与第二外环结构4322共同抵持第二滚动体4323,第三内环结构4421与第三外环结构4422共同抵持第三滚动体4423。
第二外环结构4322与第二支座412相互固定,第三外环结构4422与第三支座413相互固定,且第二支座412与第三支座413相互固定,则第二外环结构4322与第三外环结构4422相互固定。第三预紧件483与第四预紧件484之间的相互作用力首先分别作用在第二转子4331与第三转子4431 上,再分别传递到第二内环结构4321与第三内环结构4421上,使得第二内环结构4321抵持第二滚动体4323以消除第二轴承432的游隙,第三内环结构4421抵持第三滚动体4423以消除第三轴承442的游隙,保证第二轴承432与第三轴承442转动平稳。
具体地,第三预紧件483与第四预紧件484之间的相互作用力可以是相互吸引力,也可以是相互排斥力。在本申请实施例中,第三预紧件483与第四预紧件484可以均由铁磁性特制制成,例如均为磁铁。通过将磁铁的同级相对可以产生相互排斥力,通过将磁铁的异级相对可以产生相互吸引力。第三预紧件483可以呈环状并套设在第三转子4431上,第四预紧件484可以呈环状并套设在第四转子上。
在本申请实施例中,第一轴承422、第二轴承432及第三轴承442同轴设置。即,第一旋转轴 4236、第二旋转轴4337及第三旋转轴4437同轴设置。
请参阅图9,在某些实施方式中,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47依次并排设置。扫描模组40用于接收光脉冲,将光脉冲改变传播方向后出射,以及用于接收经物体反射回的光脉冲。其中,在改变光脉冲传播方向后出射的过程中,光脉冲先后经过第三光学元件47、第二光学元件46及第一光学元件45。在本申请实施例中,第一光学元件45的口径大于第三光学元件47的口径。
通过设置三个光学元件,三个光学元件可以组合的折射角度更多,且第一光学元件45的口径大于第三光学元件47的口径,第一光学元件45能够接收更多由物体反射回的光脉冲,且经过第二光学元件46的光脉冲能够被第一光学元件45偏转更大的角度,提高了扫描模组40的视场范围。
一个示例中,第一光学元件45的口径大于第二光学元件46的口径,且第二光学元件46的口径等于第三光学元件47的口径。安装第二光学元件46的第二驱动器43、及安装第三光学元件47 的第三驱动器44可以设置得一样,且安装第二驱动器43的第二支座412、及安装第三驱动器44的第三支座413的大小也可以设置得相近或相同。
在另外的实施例中,第一光学元件45的口径可以大于第二光学元件46的口径,且第二光学元件46的口径大于第三光学元件47的口径。光脉冲在出射的过程中,先后经过第三光学元件47、第二光学元件46及第一光学元件45,光脉冲能够被折射到的范围能够逐渐增大且不会被转子(第三转子4431、第二转子4331、第一转子4231)遮挡。当然,第一光学元件45的口径也可以等于第二光学元件46的口径,且第二光学元件46的口径大于第三光学元件47的口径。
请参阅图9,在某些实施方式中,第二转子4331伸入第一收纳腔4235内。具体地,可以是第二磁轭4333伸入到第收纳腔内,由于第一光学元件45安装在第一收纳腔4235内,第二光学元件 46安装在第二转子4331形成的第二收纳腔4336内,第二转子4331伸入第一收纳腔4235内,实际上可以使得第二光学元件46与第一光学元件45相对靠近,减小激光在第二光学元件46与第一光学元件45之间的光程。请参阅图9及图17,以出射激光为例,激光经过第二光学元件46后折射,由于第二光学元件46与第一光学元件45相对靠近,使得在相同折射角度下,激光照在第一光学元件45上的范围较小,避免激光照射到第一转子4231上而被遮挡,提高了出光和收光的效率,同时,还能够减小扫描模组40在轴向上的尺寸。在一个例子中,第二光学元件46至少部分伸入第一收纳腔4235内,使得第二光学元件46与第一光学元件45相互靠近,进一步提高出光和收光的效率。
请参阅图9和图12,在某些实施方式中,第一转子4231的内壁形成第一收纳腔4235,第一转子4231包括远离第二驱动器43的外端4239,外端4239与第一转子4231的内壁的相交处形成有避让倒角4230。形成避让倒角4230一方面不会削减第一转子4231沿轴向上的长度,使得第一定子组件421可以设置在第一磁轭4233a的外周面上,另一方面,形成避让倒角4230与有利于光线从避让倒角4230中经过,而不会被第一转子4231的内壁遮挡,提高扫描模组40出光和收光的效率。具体地,避让倒角4230的角度α可以是范围可以是(0,40]度,例如为10度、12度、15.5度、23 度、37度、40度等在该范围内的任意度数,如此,不会对第一转子4231的强度造成太大的削弱,对第一定子组件421有较好的支撑作用。
对应地,在接收经物体反射回的光脉冲的过程中,光脉冲先经过第一光学元件45后再经过第二光学元件46及第三光学元件47。在本申请实施例中,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47均为光折射元件,即,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学均能单独对经过的光产生折射作用,以改变光原有的传播方向。
在本申请实施例中,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47的光轴同轴设置,以使激光脉冲在被折射后不易被第一转子4231、第二转子4331或第三转子4431遮挡,提高扫描模组40的出光及入光效率。当然,在其他实施例中,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47的光轴也可以不是同轴设置,另外,还可以增设反射元件等器件,在此不作限制。
一个示例中,第一光学元件45与第二光学元件46之间的距离可以小于第二光学元件46与第三光学元件47之间的距离;或者第一光学元件45与第二光学元件46之间的距离可以等于或者大于第二光学元件46与第三光学元件47之间的距离。
在某些实施方式中,扫描模组40在水平方向上的视场角大于在竖直方向上的视场角,以使测距装置更容易探测到四周的待测物的深度信息。例如,扫描模组40在水平方向上的视场角为[60度, 80度]之间,例如为60度、65度、70度、71度、75度、75.8度、78度、80度等任意在上述范围内的角度;扫描模组40在竖直方向上的视场角位于[25度,35度]之间,例如为25度、26度、26.5 度、27.4度、28度、29度、32度、35度等任意在上述范围内的角度。在一个例子中,扫描模组40 的视场范围呈长条状,例如呈矩形,矩形的长边可以与水平线或者竖直线平行;或者椭圆形,椭圆的长轴可以与水平线或者竖直线平行。
在某些实施方式中,第二驱动器43能够转动以带动第二光学元件46绕第二旋转轴4337旋转,第三驱动器44能够转动以带动第三光学元件47绕第三旋转轴4437旋转。可以理解,第二驱动器 43与第三驱动器44能够被独立控制转动,则第二光学元件46可以与第三光学元件47同时旋转,旋转的方向和速度可以相同或不相同;也可以是第二光学元件46旋转且第三光学元件47不旋转;也可以是第二光学元件46不旋转且第三光学元件47旋转。第二光学元件46和/或第三光学元件47 在旋转的过程中,光脉冲由第二光学元件46和/或第三光学元件47改变至不同的方向出射。
进一步地,第一驱动器42能够转动以带动第一光学元件45绕第一旋转轴4236旋转。第一驱动器42、第二驱动器43及第三驱动器44均能够被独立控制转动,则第二光学元件46与第三光学元件47的转动速度及方向并不会影响第一光学元件45的转动速度及方向。
请参阅图17,在某些实施方式中,第一光学元件45的出光面与垂直于第一旋转轴4236的平面的夹角小于10度。另外,第三光学元件47的出光面与垂直于第三旋转轴4437的平面的夹角小于 10度。
或者说,第一光学元件45的出光面与第一旋转轴4236的夹角位于80度至90度之间。另外,第三光学元件47的出光面与第三旋转轴4437的夹角位于80度与90度之间。
在如图17所示的例子中,第一光学元件45的出光面与第一旋转轴4236垂直。第三光学元件 47出光面与第三旋转轴4437垂直。其中,出光面指的是在测距装置出射激光脉冲时,激光脉冲在穿过光学元件时最后穿过的表面,例如第一光学元件45的出光面指出射的激光脉冲穿过第一光学元件45时最后穿过的表面。第一光学元件45的出光面与第三旋转轴4437垂直,使得对于相同的出光面的面积,第一光学元件45的有效光接收面积较大。
可以理解,第一光学元件45、第二光学元件46及第三光学元件47并排设置,相邻的两个光学元件之间存在相对的表面及相背的表面。在如图17所示的例子中,第二光学元件46与第三光学元件47的相对的两个面平行。第二光学元件46与第三光学元件47的相对的两个面的距离位于[1.5 毫米,5毫米]之间,具体可以是1.5毫米、2毫米、2.7毫米、3.4毫米、4毫米、4.9毫米、5毫米等任意在上述范围内的取值。第一光学元件45与第二光学元件46的相对的两个面的距离位于[10 毫米,25毫米]之间,具体可以是10毫米、15毫米、17.3毫米、17.5毫米、20毫米、22.5毫米、 24毫米、25毫米等任意在上述范围内的取值。第一光学元件45与第三光学元件47相对的面不平行,第一光学元件45与第三光学元件47相对的面指第一光学元件45与第三光学元件47相互靠近的面。其中,相对的两个面的距离,可以是指相对的两个面之间,两个面与各自的光轴的交点之间的距离。
第一光学元件45、第二光学元件46与第三光学元件47均为楔形棱镜时,第二光学元件46与第三光学元件47的楔角可以位于[19度,21度]之间,例如19度、19.5度、20度、20.5度、20.8 度、21度等任意在上述范围内的取值。第二光学元件46与第三光学元件47的楔角可以相等,例如均为20度或者均为21度等,第二光学元件46与第三光学元件47的楔角也可以不相等,例如第二光学元件46的楔角为20度且第三光学元件47的楔角为21度。第一光学元件45的楔角位于[17度, 19度]之间,例如17度、17.7度、18度、18.3度、18.5度、19度等任意在上述范围内的取值。
请参阅图17和图20,第三光学元件47上远离第一光学元件45的面与第三光学元件47的光轴不垂直。其中,不垂直可以理解为倾斜,第三光学元件47的光轴可以与第三旋转轴4437重合,可以避免第三光学元件47上远离第一光学元件45的面将从测距模组60出射的光反射回探测器64,避免对探测器64接收的光造成干扰。
请参阅图18,在某些实施方式中,第二光学元件46与第三光学元件47对光脉冲的折射能力之差小于10度,例如折射能力之差为0度、2度、5度、7度、8.3度、10度等任意小于10度的范围。在一个例子中,第二光学元件46与第三光学元件47对光脉冲的折射能力相同,即,第二光学元件 46与第三光学元件47对光脉冲的折射能力之差为0度。其中,光学元件的折射能力指在入射光垂直入光面的情况下,出射光相比入射光的偏折角度。折射能力之差小于10度,可以是指在入射光垂直入光面的情况下,对入射光的偏折方向相同,但偏折角度之差小于10度;或者是偏折方向不同,但偏折方向的夹角小于10度。
第二光学元件46与第三光学元件47的材料可以是相同的,第二光学元件46与第三光学元件 47可以均为楔形棱镜,且二者的楔角可以相同。第二光学元件46与第三光学元件47的相背的两个面可以互相平行。
在旋转第二光学元件46与第三光学元件47时,第二光学元件46与第三光学元件47可以是等速反向旋转的,例如第二光学元件46正转且第三光学元件47以相同的速度反转,或者第二光学元件46反转且第三光学元件47以相同的速度正转。
在某些实施方式中,在第二光学元件46与第三光学元件47旋转的过程中,第二光学元件46 的相位角度与第三光学元件47的相位角度之和在一固定值附近浮动,浮动范围不超过20度。其中,相位角度指光折射元件的零位与一个基准方向之间的夹角。请参阅图18和图19,沿所述第二光学元件46及第三光学元件47的光轴的方向,基准方向可以由方向X所示,第二光学元件46的零位可以由μ1表示,第三光学元件47的零位可以由μ2表示,第二光学元件46的相位角度可以由θ1 表示,第三光学元件47的相位角度可以由θ2表示,第二光学元件46的相位角度与第三光学元件 47的相位角度之和可以由θ1+θ2表示。其中,相位角度形成在基准方向的逆时针方向为正,顺时针方向为负;或者相位角度形成在基准方向的顺时针方向为负,逆时针方向为正。
一个例子中,在第二光学元件46与第三光学元件47旋转的过程中,第二光学元件46的相位角度与第三光学元件47的相位角度之和为固定值。在另一个例子中,上述的基准方向为水平方向,第二光学元件46的相位角度与第三光学元件47的相位角度之和在0度附近浮动,能够使扫描模组 40扫描出沿水平方向延伸的带状视场,以使测距装置更适应于某些场景,例如更适应于自动驾驶汽车的避障。
请参阅图9和图10,本实施例中,第二转子4331的径向尺寸小于第一转子4231的径向尺寸。第二转子4331与第一转子4231同轴设置,即第二旋转轴4337与第一旋转轴4236重合。第二转子组件433与第一转子组件423沿相同的转轴的方向分布,并且第二转子组件433位于朝向第一转子组件423中的第一光学元件45的第一面453的位置。
第三转子4431的径向尺寸等于第二转子4331的径向尺寸,第三转子4431的轴向尺寸可以小于或等于或大于第二转子4331的轴向尺寸。第三转子4431与第二转子4331同轴设置,即第三旋转轴4437、第二旋转轴4337和第一旋转轴4236重合。第三转子组件443与第二转子组件433沿相同的转轴的方向分布,并且第三转子组件443位于朝向第二转子组件433中的第二光学元件46的第二面464的位置。
请参阅图9和图10,在本申请实施方式中,第一光学元件45形成有相背的第一面453及第二面454。第一面453相对于第一旋转轴4236倾斜,即第一面453与第一旋转轴4236的夹角不呈0 度或90度;第二面454与第一旋转轴4236垂直,即第二面454与第一旋转轴4236的夹角呈90度。
可以理解,由于第一面453与第二面454不平行,第一光学元件45的厚度不均匀,即第一光学元件45的厚度并不是处处相等的,存在厚度较大的位置及厚度较小的位置。在一个例子中,第一光学元件45包括第一端451及第二端452,第一端451与第二端452分别位于第一光学元件45 的径向方向上的两端。第一光学元件45的厚度沿一个方向逐渐增大,并且第一端451的厚度大于第二端452的厚度,或者说,第一光学元件45可以为楔镜(楔形棱镜)。
由于各光学元件本身的重量分布不均匀,当高速转动时,会导致容易晃动而不够平稳,进而限制了转动的速度。为解决这一技术问题,本申请实施例的一些实现方式中,通过降低扫描模组40 的重量和增加扫描模组40和重量的方式来改善扫描模组40的动平衡。
例如,当采用降低扫描模组40的重量的方式来改善扫描模组40的动平衡时,下面的一些实施例中通过在第一光学元件45和/或第一转子4231上形成缺口的方式以改善扫描模组40的动平衡。
下面将介绍第一光学元件45与第一转子4231的缺口的位置:
请参阅图9和图10,在一个例子中,缺口包括开设在第一光学元件45上的切角455,切角455 位于的第一端451的边缘位置,切角455与第一转子4231的第一侧壁4234的内表面相对并且位于第一光学元件45的远离第一光学元件45的光路的位置,或者说,切角455位于第一光学元件45 中光线不经过的位置。如此,切角455在改善扫描模组40的动平衡的情况下,亦不影响激光在第一光学元件45中传输。
请参阅图9和图10,在一个例子中,第一光学元件45包括第一区域与第二区域。第一区域与第二光学元件46相对,第二区域自第一区域延伸至第二光学元件46的周缘之外。缺口包括开设在第一光学元件45的第二区域上且靠近第一端的一侧的切角455。
请参阅图9和图10,在一个例子中,第一转子4231包括沿第一转子4231的第一旋转轴4236 方向分布的第三端4237a及第四端4237b,第三端4237a与第四端4237b相背设置,第一转子4231 的第三端4237a靠近第一光学元件45的第二面454,第一转子4231的第四端4237b靠近第一光学元件45的第一面453。缺口包括形成在第一转子4231的第一侧壁4234的内表面上的内切槽4234a,内切槽4234a靠近第一光学元件45的第一端451一侧,内切槽4234a相对第三端4237a更靠近第四端4237b,或者说,内切槽4234a自第三端4237a朝第四端4237b的方向延伸。在另一个例子中,内切槽4234a与切角455相对,内切槽4234a在第一旋转轴4236上的投影范围覆盖切角455在第一旋转轴4236上的投影范围。在另一个例子中,内切槽4234a的数量可以多个(大于或等于两个),多个内切槽4234a间隔设置。如此,能够避免单个面积较大的内切槽4234a对第一侧壁4234的强度造成较大的影响。
请参阅图9和图13,在一个例子中,第一转子4231包括沿第一转子4231的第一旋转轴4236 方向分布的第三端4237a及第四端4237b,第三端4237a与第四端4237b相背设置,第一转子4231 的第三端4237a靠近第一光学元件45的第二面454,第一转子4231的第四端4237b靠近第一光学元件45的第一面453。缺口包括形成在第一转子4231的第一侧壁4234的中部(外表面与内表面之间)的凹槽4234c,即凹槽4234c不贯穿第一侧壁4234的内表面与外表面。凹槽4234c靠近第一光学元件45的第一端451一侧,凹槽4234c相对第三端4237a更靠近第四端4237b,或者说,凹槽4234c 自第三端4237a朝第四端4237b的方向延伸。在另一个例子中,凹槽4234c的数量可以多个(大于或等于两个),多个凹槽4234c间隔设置。如此,能够避免单个面积较大的凹槽4234c对第一侧壁 4234的强度造成较大的影响。
请参阅图9和图13,在一个例子中,凹槽4234c在第一旋转轴4236上的投影范围覆盖切角在第一旋转轴4236上的投影范围。在另一个例子中,凹槽4234c在第一旋转轴4236上的投影范围覆盖内切槽4234a在第一旋转轴4236上的投影范围。在另一个例子中,凹槽4234c在第一旋转轴4236 上的投影范围均覆盖切角和内切槽4234a在第一旋转轴4236上的投影范围。
在一个例子中,第一转子4231包括沿第一转子4231的第一旋转轴4236方向分布的第三端4237a 及第四端4237b,第三端4237a与第四端4237b相背设置,第一转子4231的第三端4237a靠近第一光学元件45的第二面454,第一转子4231的第四端4237b靠近第一光学元件45的第一面453。缺口包括形成在第一转子4231的第一侧壁4234的外表面上的外切槽4234b,外切槽4234b靠近第一光学元件45的第一端451一侧,外切槽4234b相对第四端4237b更靠近第三端4237a,或者说,外切槽4234b自第四端4237b朝第三端4237a的方向延伸。在另一个例子中,外切槽4234b的数量可以多个(大于或等于两个),多个外切槽4234b间隔设置。如此,能够避免单个面积较大的外切槽 4234b对第一侧壁4234的强度造成较大的影响。
请参阅图10、图15和图16,在一个例子中,第一转子4231包括沿第一转子4231的第一旋转轴4236方向分布的第三端4237a及第四端4237b,第三端4237a与第四端4237b相背设置,第一转子4231的第三端4237a靠近第一光学元件45的第二面454,第一转子4231的第四端4237b靠近第一光学元件45的第一面453。第一转子4231的第一侧壁4234的外表面上沿径向向外延伸形成凸筋 4238,凸筋4238环绕第一转子4231的第一侧壁4234设置,凸筋4238相对第三端4237a更靠近第四端4237b。缺口包括开设在凸筋4238上的开口4238a,开口4238a靠近第一光学元件45的第一端 451一侧。在另一个例子中,开口4238a的数量可以多个(大于或等于两个),多个开口4238a间隔设置。如此,能够避免单个面积较大的开口4238a对凸筋4238的强度造成较大的影响。
在一个例子中,缺口(切角455、内切槽4234a、外切槽4234b、凹槽4234c和开口4238a)可以关于第三辅助面对称,第三辅助面为穿过第一旋转轴4236、第一端及第二端的平面。
如此,上述缺口的设置有利于降低第一光学元件45转动时由于厚度不均匀而引起的晃动,有利于整个第一转子组件423在转动时更加平稳。
请参阅图20,可以理解,上述缺口的位置为光路不经过位置,不影响光束的传播,不会降低光学元件的出光及收光效率。
当采用增加扫描模组40的重量的方式来改善扫描模组40的动平衡时,下面的一些实施例中通过在第一转子4231增添凸块4232的方式以改善扫描模组40的动平衡。
请参阅图9和图10,下面将介绍第一转子4231与凸块4232的位置:
第一转子组件423还包括凸块4232,凸块4232用于提高第一转子组件423转动时的动平稳。具体地,凸块4232设置在第一转子4231的第一侧壁4234上且位于第一收纳腔4235内,凸块4232 从第一侧壁4234向第一收纳腔4235的中心延伸,凸块4232向第一收纳腔4235的中心延伸的高度可以低于第一收纳腔4235的径向宽度的预定比例,预定比例可以是0.1、0.22、0.3、0.33等,以避免凸块4232遮挡第一收纳腔4235太多而影响激光脉冲的传输光路。
凸块4232可以与第一转子4231固定连接,从而实现凸块4232与第一转子4231同步转动。凸块4232可以与第一转子4231一体成型,例如通过注塑等工艺一体成型。凸块4232也可以与第一转子4231分体成型,凸块4232与第一转子4231分别成型后,再将凸块4232固定在第一转子4231 的第一侧壁4234上,如通过粘胶将凸块4232粘结在第一侧壁4234上,或者凸块4232通过紧固件例如螺钉固定在第一转子4231的第一侧壁4234上,其中,凸块4232的与第一侧壁4234贴合的表面为曲面。在本申请实施方式中,凸块4232与第一磁轭4233a同步转动,凸块4232与第一磁轭4233a 固定连接。
请参阅图10和图11,在一个例子中,凸块4232安装在第一收纳腔4235内时,凸块4232与第一光学元件45沿第一转子4231的径向分布,此时第一光学元件45的第一端451可以与第一侧壁 4234的内表面接触,第二端452与第一侧壁4234形成间隙,凸块4232伸入该间隙内。如此,由于第二端452与凸块4232位于第一旋转轴4236的同一侧,且第一端451与凸块4232位于第一旋转轴4236的相对的两侧,当第一光学元件45与第一转子组件423共同转动时,第一光学元件45与凸块4232形成的整体转动平稳,从而避免第一转子组件423发生晃动,有利于整个第一转子组件 423在转动时更加平稳。在另一个例子中,凸块4232与第一光学元件45间隔,凸块4232的朝向第一光学元件45的表面为平面。在另一个例子中,凸块4232在第一旋转轴4236上的投影范围覆盖第一光学元件45在第一旋转轴4236上的投影范围。
请参阅图14,在一个例子中,凸块4232安装在第一收纳腔4235内时,凸块4232与第一光学元件45沿第一转子4231的第一旋转轴4236方向并列设置,此时第一光学元件45的第一端451和第二端452均可以与第一侧壁4234的内表面接触,凸块4232可以与第一光学元件45相接触以使凸块4232尽可能地与第一光学元件45靠近。具体地,凸块4232位于第一光学元件45的第一面453 所在的一侧,凸块4232可以与第一光学元件45的第一面453抵持。在安装第一光学元件45时,当第一面453与凸块4232抵持,则可以认为第一光学元件45在第一收纳腔4235的深度方向上安装到位。更具体地,凸块4232包括凸块侧壁1232a,凸块侧壁1232a与第一面453抵持。在另一个例子中,第一光学元件45在第一旋转轴4236上的投影范围覆盖凸块4232在第一旋转轴4236上的投影范围。
在一个例子中,凸块4232安装在第一收纳腔4235内时,凸块4232与第一光学元件45沿第一转子4231的第一旋转轴4236方向并列设置,此时第一光学元件45的第一端451和第二端452均可以与第一侧壁4234的内表面接触,凸块侧壁1232a可以呈与第一旋转轴4236垂直的平板状,凸块侧壁1232a也可以呈阶梯状,以简化凸块4232与第一转子4231在一体成型时的工艺流程。凸块侧壁1232a还可以相对于第一旋转轴4236倾斜,即凸块侧壁1232a与第一旋转轴4236不垂直,在另一个例子中,凸块侧壁1232a的倾斜方向与第一面453的方向相同,凸块侧壁1232a与第一面453 贴合,使得凸块侧壁1232a与第一面453尽量靠近,以最大限度地发挥凸块4232的配重作用,减小凸块4232的高度,从而减小凸块4232对光路的遮挡。在另一个例子中,第一光学元件45在第一旋转轴4236上的投影范围覆盖凸块4232在第一旋转轴4236上的投影范围。
在一个例子中,凸块4232可以起到配重的作用,凸块4232与第一光学元件45同步转动,凸块4232与第二端452共同转动时相对于第一旋转轴4236的转矩,等于第一端451转动时相对于第一旋转轴4236的转矩,也即是说,凸块4232与第二端452共同转动时产生的转矩均能够与第一光学元件45的第一端451转动时产生的转矩相抵消,而不会影响第一转子4231的其余位置转动时的平稳性。
在一个例子中,凸块4232关于第三辅助面对称,第三辅助面为穿过第一旋转轴4236、第一端 451及第二端452的平面。在另一个例子中,凸块4232还可以关于第一辅助面对称,其中,第一辅助面为垂直于第一旋转轴4236且穿过第一面453的中心的平面。如此,凸块4232能够较好地与第一光学元件45能够更好地进行重量配合。
在一个例子中,凸块4232的密度大于第一转子4231的密度,使得凸块4232设置在第一收纳腔4235内时,在保证相同的质量,即相同的配重作用下,凸块4232的体积可以设置得较小,以减少凸块4232对通过第一收纳腔4235的激光脉冲的影响。在另一个例子中,凸块4232的密度还可以大于第一光学元件45的密度,以使相同凸块4232的体积可以设计得尽量小。
如此,上述凸块4232的设置有利于降低第一光学元件45转动时由于厚度不均匀而引起的晃动,有利于整个第一转子组件423在转动时更加平稳。
请参阅图14,在一个例子中,第一转子4231包括沿第一转子4231的第一旋转轴4236方向分布的第三端4237a及第四端4237b,第三端4237a与第四端4237b相背设置,第一转子4231的第三端4237a靠近第一光学元件45的第二面454,第一转子4231的第四端4237b靠近第一光学元件45 的第一面453。第一转子4231的第一侧壁4234的内表面开设有避让倒角4230,避让倒角4230靠近第三端4237a的一侧。如此,避让倒角4230不仅有利于第一光学元件45易于安装在第一收纳腔 4235内,而且还有利于增加第一光学元件45接收反射回来的激光脉冲的角度。
在一个例子中,第一转子4231包括沿第一转子4231的第一旋转轴4236方向分布的第三端4237a 及第四端4237b,第三端4237a与第四端4237b相背设置,第一转子4231的第三端4237a靠近第一光学元件45的第二面454,第一转子4231的第四端4237b靠近第一光学元件45的第一面453。第一转子4231还包括凸起4234d,凸起4234d设置在第一转子4231的第一侧壁4234的内表面上且靠近第三端4237a的一侧,第一端451安装在凸起4234d上。
在一个例子中,第一光学元件45上镀有增透膜,增透膜的厚度与光源发射出的激光脉冲的波长相等,能够减少激光脉冲穿过的第一光学元件45时的损耗。
请参阅图10,在本申请实施方式中,第二光学元件46形成有相背的第一面463及第二面464。第二光学元件46的第一面463朝向第一光学元件45的第一面453,并且第二光学元件46的第一面 463相对于第二旋转轴4337倾斜,即第一面463与第二旋转轴4337的夹角不呈0度或90度。第二光学元件46的第二面464与第一光学元件45的第一面453相背,并且第二光学元件46的第二面 464与第二旋转轴4337垂直,即第二面464与第二旋转轴4337的夹角呈90度,或者说,第二光学元件46的第二面464与第一光学元件45的第二面454平行。
可以理解,由于第二光学元件46的第一面463与第二面464不平行,第二光学元件46的厚度不均匀,即第二光学元件46的厚度并不是处处相等的,存在厚度较大的位置及厚度较小的位置。在一个例子中,第二光学元件46包括第一端461及第二端462,第一端461与第二端462分别位于第二光学元件46的径向方向上的两端。第二光学元件46的厚度沿一个方向逐渐增大。并且第一端 461的厚度大于第二端462的厚度,或者说,第二光学元件46可以为楔镜(楔形棱镜)。
由于楔镜本身的重量分布不均匀,当高速转动楔镜时,可能会导致整个扫描模组40容易晃动而不够平稳。为解决这一技术问题,本申请实施例的一些实现方式中,通过增加扫描模组40和重量的方式来改善扫描模组40的动平衡。例如,可以通过在第二转子4331内增添凸台4332的方式以改善扫描模组40的动平衡。
请参阅图10,在一个例子中,第二转子组件433还包括凸台4332,凸台4332设置在第二转子4331的第二侧壁4335上且位于第二收纳腔4336内,凸台4332用于提高第二转子组件433转动时的动平稳。具体地,凸台4332从第二侧壁4335向第二收纳腔4336的中心延伸,凸台4332向第二收纳腔4336的中心延伸的高度可以低于第二收纳腔4336的径向宽度的预定比例,预定比例可以是0.1、0.22、0.3、0.33等,以避免凸台4332遮挡第二收纳腔4336太多而影响激光脉冲的传输光路。
凸台4332可以与第二转子4331固定连接,从而实现凸台4332与第二转子4331同步转动。凸台4332可以与第二转子4331一体成型,例如通过注塑等工艺一体成型。凸台4332也可以与第二转子4331分体成型,凸台4332与第二转子4331分别成型后,再将凸台4332固定在第二转子4331 的第二侧壁4335上,如通过粘胶将凸台4332粘结在第二侧壁4335上,或者凸台4332通过紧固件例如螺钉固定在第二转子4331的第二侧壁4335上,其中,凸台4332的与第二侧壁4335贴合的表面为曲面。在本申请实施方式中,凸台4332与第二磁轭4333同步转动,凸台4332与第二磁轭4333 固定连接。
请参阅图10,在一个例子中,凸台4332安装在第二收纳腔4336内时,凸台4332与第二光学元件46沿第二转子4331的径向分布,此时第二光学元件46的第一端461可以与第二侧壁4335的内表面接触,第二端462与第二侧壁4335形成间隙,凸台4332伸入该间隙内。如此,由于第二端 462与凸台4332位于第二旋转轴4337的同一侧,且第一端461与凸台4332位于第二旋转轴4337 的相对的两侧,当第二光学元件46与第二转子组件433共同转动时,第二光学元件46与凸台4332 形成的整体转动平稳,从而避免第二转子组件433发生晃动,有利于整个第二转子组件433在转动时更加平稳。在另一个例子中,凸台4332与第二光学元件46间隔,凸台4332的朝向第二光学元件46的表面为平面。在另一个例子中,凸台4332在第二旋转轴4337上的投影范围覆盖第二光学元件46在第二旋转轴4337上的投影范围。
请参阅图14,在一个例子中,凸台4332安装在第二收纳腔4336内时,凸台4332与第二光学元件46沿第二转子4331的第二旋转轴4337方向并列设置,此时第二光学元件46的第一端461和第二端462均可以与第二侧壁4335的内表面接触,凸台4332可以与第二光学元件46相接触以使凸台4332尽可能地与第二光学元件46靠近。具体地,凸台4332位于第二光学元件46的第一面463 所在的一侧,凸台4332可以与第二光学元件46的第一面463抵持。在安装第二光学元件46时,当第一面463与凸台4332抵持,则可以认为第二光学元件46在第二收纳腔4336的深度方向上安装到位。更具体地,凸台4332包括凸台侧壁1332a,凸台侧壁1332a与第一面463抵持。在另一个例子中,第二光学元件46在第二旋转轴4337上的投影范围覆盖凸台4332在第二旋转轴4337上的投影范围。
请参阅图14,在一个例子中,凸台4332安装在第二收纳腔4336内时,凸台4332与第二光学元件46沿第二转子4331的第二旋转轴4337方向并列设置,此时第二光学元件46的第一端461和第二端462均可以与第二侧壁4335的内表面接触,凸台侧壁1332a可以呈与第二旋转轴4337垂直的平板状,凸台侧壁1332a也可以呈阶梯状,以简化凸台4332与第二转子4331在一体成型时的工艺流程。凸台侧壁1332a还可以相对于第二旋转轴4337倾斜,即凸台侧壁1332a与第二旋转轴4337 不垂直,在另一个例子中,凸台侧壁1332a的倾斜方向与第一面463的方向相同,凸台侧壁1332a 与第一面463贴合,使得凸台侧壁1332a与第一面463尽量靠近,以最大限度地发挥凸台4332的配重作用,减小凸台4332的高度,从而减小凸台4332对光路的遮挡。在另一个例子中,第二光学元件46在第二旋转轴4337上的投影范围覆盖凸台4332在第二旋转轴4337上的投影范围。
在一个例子中,凸台4332可以起到配重的作用,凸台4332与第二光学元件46同步转动,凸台4332与第二端462共同转动时相对于第二旋转轴4337的转矩,等于第一端461转动时相对于第二旋转轴4337的转矩,也即是说,凸台4332与第二端462共同转动时产生的转矩均能够与第二光学元件46的第一端461转动时产生的转矩相抵消,而不会影响第二转子4331的其余位置转动时的平稳性。
在一个例子中,凸台4332关于第三辅助面对称,第三辅助面为穿过第二旋转轴4337、第一端 461及第二端462的平面。在另一个例子中,凸台4332还可以关于第一辅助面对称,其中,第一辅助面为垂直于第二旋转轴4337且穿过第一面463的中心的平面。如此,凸台4332能够较好地与第二光学元件46能够更好地进行重量配合。
在一个例子中,凸台4332的密度大于第二转子4331的密度,使得凸台4332设置在第二收纳腔4336内时,在保证相同的质量,即相同的配重作用下,凸台4332的体积可以设置得较小,以减少凸台4332对通过第二收纳腔4336的激光脉冲的影响。在另一个例子中,凸台4332的密度还可以大于第二光学元件46的密度,以使相同凸台4332的体积可以设计得尽量小。
如此,上述凸台4332的设置有利于降低第二光学元件46转动时由于厚度不均匀而引起的晃动,有利于整个第二转子组件433在转动时更加平稳。
请参阅图10,在一个例子中,第二光学元件46上镀有增透膜,增透膜的厚度与光源发射出的激光脉冲的波长相等,能够减少激光脉冲穿过的第二光学元件46时的损耗。
在一个例子中,第二光学元件46的口径的大小为第一光学元件45的口径的大小的50%-70%。例如,两个光学元件(第一光学元件45和第二光学元件46)的口径大小的差值可以为50%,两个光学元件(第一光学元件45和第二光学元件46)的口径大小的差值可以为60%。如此,两个光学元件(第一光学元件45和第二光学元件46)的口径尺寸在适当的范围内有利于光线的传播。
请参阅图10,在本申请实施方式中,第三光学元件47形成有相背的第一面473及第二面474。第三光学元件47的第一面473与第二光学元件46的第二面464相背,并且第三光学元件47的第一面473相对于第三旋转轴4437倾斜,即第一面473与第三旋转轴4437的夹角不呈0度或90度。第三光学元件47的第二面474与第二光学元件46的第二面464相对,并且第三光学元件47的第二面474与第三旋转轴4437垂直,即第二面474与第三旋转轴4437的夹角呈90度,或者说,第三光学元件47的第二面474与第二光学元件46的第二面464平行,或者说,第三光学元件47的第二面474、第二光学元件46的第二面464以及第一光学元件45的第二面454三者相互平行。
可以理解,由于第三光学元件47的第一面473与第二面474不平行,第三光学元件47的厚度不均匀,即第三光学元件47的厚度并不是处处相等的,存在厚度较大的位置及厚度较小的位置。在一个例子中,第三光学元件47包括第一端471及第二端472,第一端471与第二端472分别位于第三光学元件47的径向方向上的两端。第三光学元件47的厚度沿一个方向逐渐增大。并且第一端 471的厚度大于第二端472的厚度,或者说,第三光学元件47可以为楔镜(楔形棱镜)。
由于楔镜本身的重量分布不均匀,当高速转动楔镜时,可能会导致整个扫描模组40容易晃动而不够平稳。为解决这一技术问题,本申请实施例的一些实现方式中,通过增加扫描模组40和重量的方式来改善扫描模组40的动平衡。例如,可以通过在第二转子4331内增添凸台4332的方式以改善扫描模组40的动平衡。
当采用增加扫描模组40的重量的方式来改善扫描模组40的动平衡时,可以通过在第三转子 4431内增添凸台4432的方式以改善扫描模组40的动平衡。
请参阅图10,在一个例子中,第三转子组件443还包括凸台4432,凸台4432设置在第三转子 4431的第三侧壁4435上且位于第三收纳腔4436内,凸台4432用于提高第三转子组件443转动时的动平稳。具体地,凸台4432从第三侧壁4435向第三收纳腔4436的中心延伸,凸台4432向第三收纳腔4436的中心延伸的高度可以低于第三收纳腔4436的径向宽度的预定比例,预定比例可以是 0.1、0.22、0.3、0.33等,以避免凸台4432遮挡第三收纳腔4436太多而影响激光脉冲的传输光路。
凸台4432可以与第三转子4431固定连接,从而实现凸台4432与第三转子4431同步转动。凸台4432可以与第三转子4431一体成型,例如通过注塑等工艺一体成型。凸台4432也可以与第三转子4431分体成型,凸台4432与第三转子4431分别成型后,再将凸台4432固定在第三转子4431 的第三侧壁4435上,如通过粘胶将凸台4432粘结在第三侧壁4435上,或者凸台4432通过紧固件例如螺钉固定在第三转子4431的第三侧壁4435上,其中,凸台4432的与第三侧壁4435贴合的表面为曲面。在本申请实施方式中,凸台4432与第三磁轭4433同步转动,凸台4432与第三磁轭4433 固定连接。
请参阅图10,在一个例子中,凸台4432安装在第三收纳腔4436内时,凸台4432与第三光学元件47沿第三转子4431的径向分布,此时第三光学元件47的第一端471可以与第三侧壁4435的内表面接触,第二端472与第三侧壁4435形成间隙,凸台4432伸入该间隙内。如此,由于第二端 472与凸台4432位于第三旋转轴4437的同一侧,且第一端471与凸台4432位于第三旋转轴4437 的相对的两侧,当第三光学元件47与第三转子组件443共同转动时,第三光学元件47与凸台4432 形成的整体转动平稳,从而避免第三转子组件443发生晃动,有利于整个第三转子组件443在转动时更加平稳。在另一个例子中,凸台4432与第三光学元件47间隔,凸台4432的朝向第三光学元件47的表面为平面。在另一个例子中,凸台4432在第三旋转轴4437上的投影范围覆盖第三光学元件47在第三旋转轴4437上的投影范围。
请参阅图14,在一个例子中,凸台4432安装在第三收纳腔4436内时,凸台4432与第三光学元件47沿第三转子4431的第三旋转轴4437方向并列设置,此时第三光学元件47的第一端471和第二端472均可以与第三侧壁4435的内表面接触,凸台4432可以与第三光学元件47相接触以使凸台4432尽可能地与第三光学元件47靠近。具体地,凸台4432位于第三光学元件47的第一面473 所在的一侧,凸台4432可以与第三光学元件47的第一面473抵持。在安装第三光学元件47时,当第一面473与凸台4432抵持,则可以认为第三光学元件47在第三收纳腔4436的深度方向上安装到位。更具体地,凸台4432包括凸台侧壁1432a,凸台侧壁1432a与第一面473抵持。在另一个例子中,第三光学元件47在第三旋转轴4437上的投影范围覆盖凸台4432在第三旋转轴4437上的投影范围。
请参阅图14,在一个例子中,凸台4432安装在第三收纳腔4436内时,凸台4432与第三光学元件47沿第三转子4431的第三旋转轴4437方向并列设置,此时第三光学元件47的第一端471和第二端472均可以与第三侧壁4435的内表面接触,凸台侧壁1432a可以呈与第三旋转轴4437垂直的平板状,凸台侧壁1432a也可以呈阶梯状,以简化凸台4432与第三转子4431在一体成型时的工艺流程。凸台侧壁1432a还可以相对于第三旋转轴4437倾斜,即凸台侧壁1432a与第三旋转轴4437 不垂直,在另一个例子中,凸台侧壁1432a的倾斜方向与第一面473的方向相同,凸台侧壁1432a 与第一面473贴合,使得凸台侧壁1432a与第一面473尽量靠近,以最大限度地发挥凸台4432的配重作用,减小凸台4432的高度,从而减小凸台4432对光路的遮挡。在另一个例子中,第三光学元件47在第三旋转轴4437上的投影范围覆盖凸台4432在第三旋转轴4437上的投影范围。
请参阅图14,在一个例子中,凸台4432可以起到配重的作用,凸台4432与第三光学元件47 同步转动,凸台4432与第二端472共同转动时相对于第三旋转轴4437的转矩,等于第一端471转动时相对于第三旋转轴4437的转矩,也即是说,凸台4432与第二端472共同转动时产生的转矩均能够与第三光学元件47的第一端471转动时产生的转矩相抵消,而不会影响第三转子4431的其余位置转动时的平稳性。
在一个例子中,凸台4432关于第三辅助面对称,第三辅助面为穿过第三旋转轴4437、第一端 471及第二端472的平面。在另一个例子中,凸台4432还可以关于第一辅助面对称,其中,第一辅助面为垂直于第三旋转轴4437且穿过第一面473的中心的平面。如此,凸台4432能够较好地与第三光学元件47能够更好地进行重量配合。
请参阅图14,在一个例子中,凸台4432的密度大于第三转子4431的密度,使得凸台4432设置在第三收纳腔4436内时,在保证相同的质量,即相同的配重作用下,凸台4432的体积可以设置得较小,以减少凸台4432对通过第三收纳腔4436的激光脉冲的影响。在另一个例子中,凸台4432 的密度还可以大于第三光学元件47的密度,以使相同凸台4432的体积可以设计得尽量小。
如此,上述凸台4432的设置有利于降低第三光学元件47转动时由于厚度不均匀而引起的晃动,有利于整个第三转子组件443在转动时更加平稳。
在一个例子中,第三光学元件47上镀有增透膜,增透膜的厚度与光源发射出的激光脉冲的波长相等,能够减少激光脉冲穿过的第三光学元件47时的损耗。
在一个例子中,两个光学元件(第二光学元件46和第三光学元件47)的口径大小的差值小于或等于各自口径大小的10%,例如,两个光学元件(第二光学元件46和第三光学元件47)的口径大小可以相同,两个光学元件(第二光学元件46和第三光学元件47)的口径大小的差值可以等于其中一个光学元件(第二光学元件46或第三光学元件47)的口径大小的10%。
请结合图9和图10,在一个例子中,扫描模组40不包括第三驱动器44和第三光学元件47,而是包括多个第二转子组件433、多个第二定子组件431及多个第二光学元件46。每个第二光学元件46安装在对应的一个第二转子组件433上,每个第二定子组件431用于驱动对应的一个第二转子组件433带动第二光学元件46转动。每个第二转子组件433、每个第二定子组件431及每个第二光学元件46可以为上述任一实施方式中的第二转子组件433、第二定子组件431及第二光学元件 46,在此不再具体描述。其中,本文中的“多个”均指至少两个或两个以上。激光光束经一个第二光学元件46改变方向后,还可以由另一个第二光学元件46再一次改变方向,以增加扫描模组40整体改变激光传播方向的能力,以扫描较大的空间范围,并且,可以通过设置不同的第二转子组件433 的转动方向和/或转动速度,使得激光光束扫描出预定的扫描形状。另外,每个第二转子组件433 都包括有凸台(1332/1432),每个凸台(1332/1432)固定在对应的第二转子组件433的第二侧壁4335上,以用于提高第二转子组件433转动时的动平衡。
多个第二转子组件433的第二旋转轴4337可以相同,多个第二光学元件46均绕该相同的第二旋转轴4337转动;多个第二转子组件433的第二旋转轴4337也可以不相同,多个第二光学元件46 绕不同的第二旋转轴4337转动。在另一个例子中,多个第二光学元件46还可以沿相同的方向振动、或者沿不同的方向振动,在此不做限制。
多个第二转子组件433能够以不同的转动速度相对于对应的第二定子组件431转动,以带动多个第二光学元件46以不同的转动速度转动;多个第二转子组件433也可以以不同的转动方向相对于对应的第二定子组件431转动,以带动多个第二光学元件46以不同的转动方向转动;多个第二转子组件433能够以大小相同且方向相反的速度转动。例如至少一个第二转子组件433相对于第二定子组件431正转,且至少一个第二转子组件433相对于第二定子组件431反转;至少一个第二转子组件433以第一速度相对于第二定子组件431转动,且至少一个第二转子组件433以第二速度相对于第二定子组件431转动,第一速度与第二速度可以相同也可以不同。
在一个例子中,第二转子组件433、第二定子组件431及第二光学元件46的数量均为两个。两个第二转子组件433同轴转动,并且两个第二转子组件433与第一转子组件423均同轴转动。其中一个第二光学元件46的第一面463朝向第一转子4231的第四端4237b且与第一光学元件45的第一面453相对,该第二光学元件46的第二面454朝向另一个光学元件的第二面454。
请参阅图28,本申请实施方式还提供一种移动平台1000,移动平台1000包括移动平台本体200 及上述任一实施方式的测距装置100。移动平台1000可以是无人飞行器、无人车、无人船等移动平台。一个移动平台1000可以配置有一个或多个测距装置100。测距装置100可以用于探测移动平台 1000周围的环境,以便于移动平台1000进一步依据周围的环境进行避障、轨迹选择等操作。
在本说明书的描述中,参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式,可以理解的是,上述实施方式是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (23)

1.一种扫描模组,其特征在于,包括扫描壳体、第一驱动器、第二驱动器、第一光学元件及第二光学元件,所述扫描壳体包括:
第一支座,所述第一支座上形成有第一定位件,所述第一驱动器形成有第一收纳腔,所述第一光学元件安装在所述第一收纳腔内,所述第一驱动器安装在所述第一支座上且带动所述第一光学元件绕第一旋转轴转动;及
第二支座,所述第二支座上形成有第二定位件,所述第二驱动器形成有第二收纳腔,所述第二光学元件安装在所述第二收纳腔内,所述第二驱动器安装在所述第二支座上且带动所述第二光学元件绕第二旋转轴转动;
所述第一支座与所述第二支座相接,所述第一定位件与所述第二定位件配合,以使所述第一旋转轴与所述第二旋转轴以预定距离平行间隔。
2.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述第一旋转轴与所述第二旋转轴重合。
3.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述第一定位件包括定位槽,所述第二定位件包括定位凸出,所述定位凸出伸入所述定位槽内以相互配合。
4.根据权利要求3所述的扫描模组,其特征在于,所述定位槽的内壁呈环形或环形的一部分,所述定位凸出包括多个间隔的定位子凸出,多个所述定位子凸出的外壁组成环形或环形的一部分,多个所述定位子凸出的外壁抵持所述定位槽的内壁。
5.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述扫描壳体还包括第三支座,所所述扫描模组还包括第三驱动器及第三光学元件,所述第三驱动器形成有第三收纳腔,所述第三光学元件安装在所述第三收纳腔内,所述第三驱动器安装在所述第三支座上且带动所述第三光学元件绕第三旋转轴转动。
6.根据权利要求5所述的扫描模组,其特征在于,所述第二支座位于所述第一支座与所述第三支座之间,所述第二定位件形成在所述第二支座的一端,所述第二支座的另一端形成有第三定位件,所述第三支座上形成有第四定位件,所述第三定位件与所述第四定位件配合,以使所述第二旋转轴与所述第三旋转轴以预定距离平行间隔。
7.根据权利要求6所述的扫描模组,其特征在于,所述第二旋转轴与所述第三旋转轴重合。
8.根据权利要求6所述的扫描模组,其特征在于,所述第三定位件包括定位凹槽,所述第四定位件包括定位凸起,所述定位凸起伸入所述定位凹槽内以相互配合。
9.根据权利要求8所述的扫描模组,其特征在于,所述定位凹槽的内壁呈环形或环形的一部分,所述定位凸起包括多个间隔的定位子凸起,多个所述定位子凸起的外壁呈环形或环形的一部分,多个所述定位子凸起的外壁抵持所述定位凹槽的内壁。
10.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述第一光学元件及所述第二光学元件均为光折射元件,所述第一光学元件的口径大于所述第二光学元件的口径。
11.根据权利要求5所述的扫描模组,其特征在于,所述第一光学元件与所述第二光学元件之间的距离,小于所述第二光学元件与所述第三光学元件之间的距离。
12.根据权利要求1或10所述的扫描模组,其特征在于,所述第一驱动器包括第一转子,所述第一转子形成所述第一收纳腔,所述第二驱动器包括第二转子,所述第二转子伸入所述第一收纳腔内。
13.根据权利要求12所述的扫描模组,其特征在于,所述第二光学元件至少部分伸入所述第一收纳腔内。
14.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述第一支座包括第一支座本体及支撑环,所述第一支座本体形成第一收容腔,所述支撑环自所述第一支座本体的内壁向所述第一收容腔延伸。
15.根据权利要求14所述的扫描模组,其特征在于,所述第一驱动器安装在所述第一收容腔内,所述第一驱动器包括第一定子组件、第一定位组件及第一转子组件,所述第一转子组件能够在所述第一定位组件的限制作用下相对于所述第一定子组件绕所述第一旋转轴转动,所述第一定子组件与所述第一定位组件分别安装在所述支撑环相背的两侧。
16.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述第一驱动器包括第一转子,所述第一转子的内壁形成第一收纳腔,所述第一转子包括远离所述第二驱动器的外端,所述外端与所述第一转子的内壁的相交处形成有避让倒角。
17.根据权利要求16所述的扫描模组,其特征在于,所述避让倒角的角度为(0,40]度。
18.根据权利要求1所述的扫描模组,其特征在于,所述第二驱动器包括第二转子组件,所述第二转子组件包括第二转子及凸台,所述第二转子形成所述第二收纳腔,所述凸台设置在所述第二转子的内壁上且位于所述第二收纳腔内;
所述第二光学元件包括第一端及第二端,所述第二光学元件的第一端与所述第二光学元件的第二端分别位于所述第二光学元件的径向方向上的两端,所述第二光学元件的第一端的厚度大于所述第二光学元件的第二端的厚度,所述第二光学元件的第二端与所述凸台相对并位于所述第二转子的旋转轴的同一侧,且所述第二光学元件的第一端与所述凸台位于所述第二旋转轴的相对的两侧。
19.根据权利要求18所述的扫描模组,其特征在于,所述第二光学元件与所述凸台间隔设置。
20.一种测距装置,包括:
权利要求1至19任意一项所述的扫描模组;及
测距模组,所述测距模组用于向所述扫描模组发射光脉冲,所述扫描模组用于改变所述光脉冲的传输方向后出射,经探测物反射回的光脉冲经过所述扫描模组后入射至所述测距模组,所述测距模组用于根据反射回的光脉冲确定所述探测物与所述距离探测装置之间的距离。
21.根据权利要求20所述的测距装置,其特征在于,所述测距模组包括光源和探测器,其中,所述光源用于出射光脉冲序列;
所述扫描模组用于将所述光脉冲序列在不同时刻改变至不同传输方向出射,经探测物反射回的光脉冲经过所述扫描模组后入射至所述探测器;
所述探测器用于根据所述反射回的光脉冲转换成电脉冲,并基于所述电脉冲确定所述探测物与所述测距装置之间的距离。
22.根据权利要求21所述的测距装置,其特征在于,所述测距模组还包括光路改变元件和准直元件;
所述光路改变元件位于所述准直元件背向所述扫描模组的一侧,用于将所述光源的出射光路和所述探测器的接收光路合并;
所述准直元件,用于将来自所述光源的光脉冲准直后投射至所述扫描模组,以及用于将来自所述扫描模组的光束汇聚至所述探测器。
23.一种移动平台,其特征在于,包括:
移动平台本体;及
权利要求20至22任意一项所述的测距装置,所述测距装置安装在所述移动平台本体上。
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