CN205656309U - 小型红外测距装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种小型红外测距装置：包括外壳、红外光发射模块、光电测距模块及电路板，固定于电路板上的光电测距模块通过电路板发送调制信号到红外光发射模块，红外光发射模块中的LED光源发出经过调制的红外探测光束，红外探测光束遇到被测物体后被反射，光电测距模块收到经过反射的红外光，基于飞行时间法计算所述小型红外测距装置与被测物体之间的距离。本申请的小型红外测距装置体积小、重量轻、耗能低，且具有室外抗环境光特性，测量的数据平滑，尤其应用于飞行器的定高测量与飞行器的地形跟随。
Description
技术领域
本申请涉及一种光电测距装置，尤其涉及一种基于飞行时间（Time of Flight，简称TOF）法的小型红外测距装置，特别地用于测量飞行器与地面间的高度、飞行器的地形跟随。
背景技术
现有技术中，最常见的光学测距方法为三角测距法，主要采用激光光源发出探测光。但是，采用三角测量法：（1）受环境光的影响较大，在室外工作时，不能准确测量距离，在强的日光下几乎无法工作；（2）需要将激光光源与测距单元设置成具有一定的角度与距离且处于同一平面内的支撑结构，这样就限制了结构的设计，使得测距装置的体积较大。
另外，在采用激光光源的三角测距方法或者采用单点光源的飞行时间方法测距中，在探测复杂物体，比如草丛等物体，由于激光光源或者单点光源的高准直性，用于低空飞行器探测自身与地面的高度时，测距结果会产生很大波动。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本申请提供了一种基于飞行时间法的红外测装置。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种小型红外测距装置，包括外壳、红外光发射模块、光电测距模块、及电路板，所述电路板固定于外壳内部；固定于电路板上的光电测距模块通过电路板发送调制信号到红外光发射模块，红外光发射模块发出经过调制信号调制的红外探测光束，红外探测光束遇到被测物体后被反射，光电测距模块收到经过反射的红外光，基于飞行时间法计算所述小型红外测距装置与被测物体之间的距离。
进一步地，红外光发射模块上固定设置有红外光源，该红外光源为LED光源。
进一步地，从外壳发出的红外探测光束具有2度的发散角。
进一步地，光电测距模块具有2度的接收视场角。
在其中的一实施例中，红外光发射模块所发出的红外探测光光路上设置有红外光发射透镜，该红外光发射透镜固定于外壳内部；光电测距模块的接收红外光光路上设置有红外光接收透镜，该红外光接收透镜固定于外壳内部。
在其中的一实施例中，红外光发射透镜和红外光接收透镜为会聚透镜，所述红外光发射透镜和红外光接收透镜设置有中心波长为850nm的带通滤波膜。
在其中的一实施例中，光电测距模块固定设置有测距芯片EPC600、EPC610或EPC660。
在其中的一实施例中，光电测距模块包括红外光接收传感器，红外光接收传感器为单独一个传感器、或者为由多个独立工作传感器构成的平面阵列传感器。
在其中的一实施例中，小型红外测距装置用于确定飞行器与地面间的高度。
在其中的一实施例中，小型红外测距装置用于飞行器地形跟随。
在其中的一实施例中，小型红外测距装置具有IP65、IP66或者IP67等级的防水防护功能。
本申请基于飞行时间法的小型红外测距装置：（1）使得红外光发射模块与光电测距模块不需要固定的角度要求，使得结构设计简单，占用空间小，且没有驱动电机等装置，功耗小；（2）采用的LED光源发出具有一定面积的探测光，光电测距模块的红外光接收视场角为2度，能够探测一定面积区域内的距离信息，光电测距模块的传感器收集了一定视场角范围内的反射红外光，同时进行了空间分辨率上的平均，相当于对探测区域进行了平均距离值的探测，当探测例如草丛等复杂物体时，具有得到平滑的距离值；（3）由于采用基于TOF的测距技术，计算公式为：
其中，D为所计算的距离值，C为光在真空中的速度，f为调制信号的频率，DCS0~DCS3为信号采样幅值，发出的探测光为经过调制的矩形或者正弦信号，在距离计算过程中由于进行了相减的计算，DCS0-DCS2和DCS3-DCS1可以滤除背景光的干扰；并且测距装置还可以根据探测出的环境光强，变换信号光强，以此提高信噪比，因此拥有室外抗强光特性。
附图说明
图1是本申请小型红外测距装置整体结构示意图。
图2是本申请小型红外测距装置内部结构示意图。
图3是本申请小型红外测距装置工作光路示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种小型红外测距装置，如附图1-3所示，该小型红外测距装置包括：外壳1、红外光发射模块2、光电测距模块3、电路板4，电路板固定于外壳内部；
外壳上具有使光束通过的透光孔。外壳内部固定设置有红外光发射模块，该红外光发射模块与电路板相连接，电路板中具有用于红外光发射模块供电及控制的电路。
当小型红外测距装置接收到工作指令后，固定于电路板上的光电测距模块通过电路板发送调制信号到红外光发射模块，在驱动电路协议下驱动红外光发射模块上的红外光源，红外光发射模块发出经过调制信号调制的峰值波长在850nm的红外探测光束，该红外探测光束通过外壳上的透光孔，照射到外部需要探测的环境中。红外探测光束遇到被测物体后被反射，经过物体反射的外探测光通过外壳上的另外透光孔，射入外壳内部。固定于电路板上的光电测距模块收到经过反射的红外光，基于飞行时间法计算所述小型红外测距装置与被测物体之间的距离。由于采用了飞行时间法，可以探测到环境中距小型红外测距装置15米处的被测物体。另外，通过控制调制信号的频率，测量装置的探测距离进一步扩展。
其中，红外光发射模块2上固定设置的红外光源为发光二极管LED光源。其中在优选的实施例中，LED光源个数为2个或者更多。在优选的实施例中，红外光发射模块中具有4个红外LED光源。
由于LED光源具有较大发散角，为了将LED发出的发散光会聚，以小发散角发射出外壳，在优选的实施例中，还在LED发出的光路上、且在外壳内部，设置有红外光发射透镜5，通过优化红外光发射透镜5的直径、厚度及曲率半径，经过红外光发射透镜后，由LED发出的红外探测光的发散角减小到2度或者更小，该射向环境中的红外探测光具有一定的横截面积。通过对红外光法和透镜的设计，将红外探测光的发散角控制在2度。其中，红外光发射透镜5为会聚透镜。由于红外探测光具有一定的横截面积，对探测区域相当于进行了平均距离值的探测，当测量例如草丛等复杂物体时，具有平滑的距离值。
为了将更多的被物体反射的外探测光收集到光电测距模块，在光电测距模块的接收红外光光路上设置有红外光接收透镜6，该红外光接收透镜6为会聚透镜，将被物体反射回的红外探测光聚焦到光电测距模块上。在优选的实施例中，红外光接收透镜为前后设置的两片会聚透镜。光电测距模块的接收视场角为2度。
在优选的实施例中，为了减少环境光的干扰，在可选的实施例中，在红外光发射透镜和红外光接收透镜都设置有红外光滤波膜，优选为中心波长为850nm的带通滤波膜，其中带宽为44±5nm。
其中，光电测距模块中设置有测距芯片，在优选的实施例中，该测距芯片为EPC600、或者为EPC610、或者为EPC660。
其中，光电测距模块3包括红外光接收传感器， 红外光接收传感器为单独一个传感器、或者为由多个独立工作传感器构成的平面阵列传感器。在其中的一实施例中，传感器上设置有中心波长为850nm的带通滤波膜。
在其中一实施例中，小型红外测距装置用于行走机器人、扫地机器人、或无人机，或者类似的智能机器移动设备。
在其中一实施例中，小型红外测距装置用于测量飞行器与地面间的高度。
在其中一实施例中，小型红外测距装置用于飞行器地形跟随。
在其中一实施例中，在飞行器的使用过程中会遇到潮湿或者雨水等环境，通过外壳的设计，使得该小型红外测距装置具有IP65、IP66或者IP67的防水防护等级。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小型红外测距装置，包括外壳、红外光发射模块、光电测距模块、及电路板，所述电路板固定于外壳内部；
其特征在于，固定于电路板上的光电测距模块通过电路板发送调制信号到红外光发射模块，所述红外光发射模块发出经过调制的红外探测光束，红外探测光束遇到被测物体后被反射，光电测距模块收到经过反射的红外光，基于飞行时间法计算所述小型红外测距装置与被测物体之间的距离。
2. 根据权利要求1所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述红外光发射模块上固定设置有红外光源，所述红外光源为LED光源。
3. 根据权利要求2所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述从外壳发出的红外探测光束具有2度的发散角，光电测距模块具有2度的接收视场角。
4. 根据权利要求1-3之一所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述红外光发射模块所发出的红外探测光光路上设置有红外光发射透镜，该红外光发射透镜固定于外壳内部；所述光电测距模块的接收红外光光路上设置有红外光接收透镜，该红外光接收透镜固定于外壳内部。
5. 根据权利要求4所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述红外光发射透镜和红外光接收透镜为会聚透镜，所述红外光发射透镜和红外光接收透镜设置有中心波长为850nm的带通滤波膜。
6. 根据权利要求1-3之一所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，光电测距模块固定设置有测距芯片EPC600、EPC610或EPC660。
7. 根据权利要求1-3之一所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述光电测距模块包括红外光接收传感器，所述红外光接收传感器为单独一个传感器、或者为由多个独立工作传感器构成的平面阵列传感器。
8. 根据权利要求1-3之一所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述小型红外测距装置用于确定飞行器与地面间的高度。
9. 根据权利要求1-3之一所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述小型红外测距装置用于飞行器地形跟随。
10. 根据权利要求1-3之一所述的一种小型红外测距装置，其特征在于，所述小型红外测距装置具有IP65、IP66或者IP67等级的防水防护功能。
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| CN106526613A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-03-22 | 苏州穿山甲机器人股份有限公司 | 机器人的大面积防撞机构 |
| CN106772408A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 北醒（北京）光子科技有限公司 | 一种固态面阵探测装置及探测方法 |
| CN108345000A (zh) * | 2017-01-24 | 2018-07-31 | 北醒（北京）光子科技有限公司 | 一种具有面阵光电传感器的探测方法 |
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| CN113126111A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | Oppo广东移动通信有限公司 | 飞行时间模组和电子设备 |
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