CN204388836U - 一种激光测距传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光测距传感器，包括基座、激光发射器、扫描单元、图像处理单元、数据处理单元；所述扫描单元包括一与所述基座连接的电机和与所述电机相连的棱镜，所述电机固定在所述基座上；所述棱镜与所述电机同步旋转，反射扫描所述激光发射器发出的光束；所述图像处理单元包括一普通CCD图像传感器和一柱凹镜；所述数据处理单元与所述电机相连，记录所述棱镜旋转的角度信息。相对于传统的激光测距传感器而言，该激光测距传感器的测量精度和灵敏度更高、体积更小、质量更轻、成本更低、工作寿命更长，在低成本智能消费领域有很大的应用价值。

Description

一种激光测距传感器

技术领域

本实用新型涉及一种激光测距传感器，属于传感器制造技术领域。

背景技术

移动机器人在移动过程中要对周围的环境进行感知，建立地图及导航。因此移动机器人必须要有一个有效的传感器来进行感测、映射(mapping)及避障。目前，激光测距传感器以测量范围广、灵敏度高等特点成为移动机器人测距装置的首选。通常激光测距装置包括呈一定角度设置的激光发射器和图像传感器，图像传感器接收激光发射器发射的光线从周边障碍物反馈回来的光线。根据镜头的不同规格，其测距范围也有所不同，因此需要根据激光测距装置测距范围的需求，采用合适规格且与图像传感器适配的镜头，这样使得激光测距装置的成本太高，复杂的光学设备也增加了测距装置的体积，这些原因大大限制了激光测距传感设备在普通消费机器人，如清洁机器人领域的应用。

针对尺寸和成本问题，出现了基于三角测距的小型化激光测距装置。这类装置将实现三角测距的激光器、成像透镜、感光芯片等设备安装在一可连续旋转的平台上实现测距光束的扫描。该类装置避免使用复杂的光学镜片，有效地降低了体积和成本。然而，为了实现对旋转部件供电和通讯，这类装置需要使用导电滑环等实现旋转体间电信号传递的设备，极大地影响了这类装置的使用寿命。

此外，传统三角测距系统不易小型化加之芯片技术的不断发展，与其配套的光学系统的成像要求也越来越高，传统的光学设备已不能完全满足需求。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述技术存在的缺陷，提供一种激光测距传感器，解决了传统的激光测距传感器存在的问题，相对于传统的激光测距传感器而言，该激光测距传感器的测量精度和灵敏度更高、体积更小、质量更轻、成本更低、工作寿命更长。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，一种激光测距传感器，其特征在于：包括基座、激光发射器、扫描单元、图像处理单元、数据处理单元；所述扫描单元包括一与所述基座连接的电机和与所述电机相连的棱镜，所述电机固定在所述基座上；所述棱镜与所述电机同步旋转，反射扫描所述激光发射器发出的光束；所述图像处理单元包括一普通CCD图像传感器和一柱凹镜；所述数据处理单元与所述电机相连，记录所述棱镜旋转的角度信息。

所述激光测距传感器进一步包括一固定结构，所述激光发射器与图像处理单元固定于该固定结构上，该固定结构与所述基座成垂直状态设置；

所述固定结构上设置有使棱镜上的折射光线通过的孔状结构，孔状结构的尺寸大小根据所述棱镜上的折射光线的扫描范围设定。

所述柱凹镜安装在所述普通CCD图像传感器的前端，用以发散目标物体反射回来的光线。

所述的扫描单元进一步的包括一支撑圆盘，用于方便安装所述棱镜和数据处理单元，该支撑圆盘固定安装在所述电机上，并跟随电机进行同步旋转。

所述的棱镜和数据处理单元固定安装在所述支撑圆盘上。

所述的数据处理单元可以为码盘、光电编码器或磁编码器。

综上所述，本实用新型提供一种激光测距传感器，该传感器通过激光发射器发出光束照射到旋转的棱镜上，经旋转棱镜折射的光束照射到目标物体上，从目标物体上反射的光束经过图像处理单元把光信号转换为电信号，数据处理单元输出此时反射光束的角度信息，经过相关计算得到待测距离信息。

本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型通过一旋转的电机带动棱镜同步旋转进行扫描测距，扩大了测距的视场角范围，避免传统测距系统的摩擦和振动，延长了激光测距传感器的使用寿命。

2)本实用新型提供的激光测距传感器，同时使用一普通CCD图像传感器和一单一的棱镜，简化了制造工艺，大大降低了制造成本。

3)本实用新型提供的激光测距传感器，安装激光发射器和图像处理单元的固定结构与固定扫描单元的基座成垂直状态，使得传感器整体体积更小，整个传感器长度约为5～10㎝，宽度约为2㎝。

4)本实用新型通过将一柱凹镜安装在普通CCD图像传感器前端，用于发散物体发射回来的光线，扩大了普通CCD图像传感器的成像范围，提高了测距精度。

附图说明

图1为本实用新型所述的激光测距传感器结构示意图

图2为三角测距原理图

图3为本实用新型所述的激光测距传感器的电路原理图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如附图1所示，一种激光测距传感器，包括基座1、激光发射器2、扫描单元11、图像处理单元12、数据处理单元6；所述扫描单元11包括一与所述基座1连接的电机3和与所述电机相连的六棱镜4，所述电机3固定在所述基座1上；所述六棱镜4与所述电机3同步旋转，反射扫描所述激光发射器2发出的光束；所述图像处理单元12包括一普通CCD图像传感器5和一柱凹镜8；所述数据处理单元6与所述电机3相连，记录所述六棱镜4旋转的角度信息。

所述的激光测距传感器进一步包括一固定结构9，所述激光发射器2与图像处理单元12固定于该固定结构9上，该固定结构9与所述基座1成垂直状态；固定结构9上设置有使棱镜上的折射光线通过的孔状结构10，孔状结构10的尺寸大小根据折射光线的扫描范围设定。

所述柱凹镜8安装在所述普通CCD图像传感器5的前端，用以发散目标物体反射回来的光线；扫描单元11进一步的包括一支撑圆盘7，用于方便安装所述六棱镜4和数据处理单元6，该支撑圆盘7固定安装在所述电机3上，并跟随电机3进行同步旋转；六棱镜4和数据处理单元6固定安装在所述支撑圆盘7上，数据处理单元6可以为码盘、光电编码器或磁编码器。

上述所述的激光测距传感器上的六棱镜可以替换为三棱镜、四棱镜或八棱镜等。

上述所述的激光测距传感器长度约为5～10㎝，宽度约为2㎝。

结合附图1、图2及图3，本实用新型所述的激光测距传感器通过激光发射器2发出光束照射到旋转的六棱镜4上，经旋转棱镜4折射的光束照射到目标物体O上，从目标物体O上反射的光束经过图像处理单元12把光信号转换为电信号，数据处理单元6输出此时反射光束的角度信息，采用三角测距法计算待测距离信息。

图2为三角测距原理图，其中L表示旋转棱镜，O表示目标物体，P表示成像；调整好激光发射器与图像传感器的位置，这样激光光束跟某些射线是平行的。利用相似三角形的原理，得出待测距离d:

$d=\frac{f\×s}{x}$

其中，s为图像传感器到棱镜的距离，f为成像焦距，x可以通过物体反射回来的光线与棱镜发射的光线平行的线测量。

图3为本实用新型所述激光测距传感器电路原理图。

前述实施例和优点仅是示例性的，并不应被理解为限制本公开。本实用新型可容易地应用于其它类型的设备。此外，本公开的示例性实施例的描述是解释性的，并不限制权利要求的范围，许多的替换、修改和变化对于本领域技术人员来说是明显的。

Claims (7)

1.一种激光测距传感器，其特征在于：包括基座、激光发射器、扫描单元、图像处理单元、数据处理单元；所述扫描单元包括一与所述基座连接的电机和与所述电机相连的棱镜，所述电机固定在所述基座上；所述棱镜与所述电机同步旋转，反射扫描所述激光发射器发出的光束；所述图像处理单元包括一普通CCD图像传感器和一柱凹镜；所述数据处理单元与所述电机相连，记录所述棱镜旋转的角度信息。

2.根据权利要求1所述的激光测距传感器，其特征在于：所述激光测距传感器进一步包括一固定结构，所述激光发射器与图像处理单元固定于该固定结构上；

其中，所述固定结构与所述基座成垂直状态设置；

所述固定结构上设置有使棱镜上的折射光线通过的孔状结构。

3.根据权利要求2所述的激光测距传感器，其特征在于：所述孔状结构的尺寸大小根据所述棱镜的折射光线的扫描范围设定。

4.根据权利要求1所述的激光测距传感器，其特征在于：所述柱凹镜安装在所述普通CCD图像传感器的前端，用以发散目标物体反射回来的光线。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的激光测距传感器，其特征在于：所述的扫描单元进一步的包括一支撑圆盘，用于方便安装所述棱镜和数据处理单元；

其中，所述支撑圆盘固定安装在所述电机上，并跟随电机进行同步旋转。

6.根据权利要求5所述的激光测距传感器，其特征在于：所述的棱镜和数据处理单元固定安装在所述支撑圆盘上。

7.根据权利要求6所述的激光测距传感器，其特征在于：所述的数据处理单元可以为码盘、光电编码器或磁编码器。