CN207081481U - 光学探测组件、探测器及激光测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光学探测组件，该光学探测组件包括：感光元件，感光元件被构造用于接收光学信号并将其转换为电学信号；以及导光部件，导光部件包括用于接收光束并将光束导向至感光元件的第一部分和用于接收光束并将光束导向至感光元件的第二部分。本实用新型利用了导光部件的光学特性，即该导光部件能够将其所接收到的光束导向至与之配套的感光元件之处，从而使得感光元件能够将该光学信号转换成电学信号，以便后续处理之用。依据本实用新型所提出的光学探测组件通过设置导光部件能够仅仅使用一套感光元件便能够实现不同位置的光学信号的处理，从而简化了现有技术中的光学探测组件的结构并且相应地降低了现有技术中的光学探测组件的制造成本。

Description

光学探测组件、探测器及激光测距系统

技术领域

本实用新型涉及距离测量以及定位领域，更为具体地涉及一种光学探测组件、一种包括该光学探测组件的用于和激光发射装置一起使用的探测器以及一种包括该探测器的激光测距系统。

背景技术

在现有技术中，专利公开文献CN101206113A公开了一种测距仪及其测距方法，依据该专利公开的测距仪是以旋转光源来提供具有一定预定转速的光束，然后再以接收器来侦测光束由接收器的第一位置旋转至第二位置时的时间差，并依据侦测的时间差与接收器的第一位置与第二位置之间距，来计算取得接收器至旋转光源间的距离。以以上所述的测距仪以及测距方法能够方便地在激光水平仪中实现距离量测的功能，从而增进工程人员的施工便利性。

具体而言，请参考图1所示，图1示出了根据该专利公开内容的一种测距仪的示意图。在图1中，为了增进工程人员施工的使利性，此测距仪10是建构在单轴旋转激光水平仪11及其接收器12上，使单轴旋转激光水平仪11不仅可以提供自动整平的旋转激光束13，以在施工墙面上投射出水平参考线之外，更可协助工程人员量测施工标示所需的距离。其中，接收器12上也可还包括遥控单轴旋转激光水平仪11的如转速等操作的遥控电路16，而成为遥控单轴旋转激光水平仪11的遥控器。在图1中，除了使用单轴旋转激光水平仪11构成的旋转光源，未提供以预定转速旋转的激光束13外，更应用接收器12来侦测激光束13由接收器12的第一位置14旋转至第二位直15时的时间差，以便可以依据时间差与第一位置14与第二位置15之间距，来计算取得接收器12至单轴旋转激光水平仪11间的距离。

从以上论述可知，该探测器组件包括独立的第一接收电路和第二接收电路，而且所述的第一接收电路与所述的第二接收电路分别包括：光传感器，用以接收所述的光束并输出电流讯号；转换电路，相接所述的光传感器，用以将所述的电流讯号转换为电压讯口；放大电路，耦接所述的转换电路，用以放大所述的电压讯号；以及比较器，相接所述的放大电路，用以将放大的所述的电压讯号与参考准位作比较，而输出代表侦测到所述的光束的电讯号。

这样一来，每个探测器组件必须包括至少两套光传感器、转换电路、放大电路以及比较器，这样的探测器组件制造成本高而且结构复杂。

实用新型内容

针对上述的技术问题，即现有技术中的每个探测器组件必须包括至少两套光传感器、转换电路、放大电路以及比较器从而使得这样的探测器组件制造成本高而且结构复杂，本实用新型的第一方面提出了一种光学探测组件，所述光学探测组件包括：

感光元件，所述感光元件被构造用于接收光学信号并将其转换为电学信号；以及

导光部件，所述导光部件包括用于接收光束并将所述光束导向至所述感光元件的第一部分和用于接收光束并将所述光束导向至所述感光元件的第二部分。

依据本实用新型所提出的光学探测组件通过设置导光部件能够仅仅使用一套感光元件便能够实现不同位置的光学信号的处理，从而有利地简化了现有技术中的光学探测组件的结构并且相应地降低了现有技术中的光学探测组件的制造成本。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还包括：

信号处理模块，所述信号处理模块被构造用于处理所述电学信号。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还包括：

放大电路，所述放大电路耦接在所述感光元件和所述信号处理模块之间并且被构造用于将源自所述感光元件的所述电学信号放大并输出给所述信号处理模块。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还包括：

滤波电路，所述滤波电路耦接在所述感光元件和所述信号处理模块之间并且被构造用于对源自所述感光元件的所述电学信号进行滤波。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述第一部分和所述第二部分被构造为位于所述导光部件上彼此相对的两个位置。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述第一部分被构造为最先接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分，所述第二部分被构造为最后接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述第一部分和所述第二部分之间的间距被设置为第一间距。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述感光元件被构造为光电感应器件。其中，所述光电感应器件包括电荷耦合元件(CCD)、雪崩光电二极管(APD)、硅光电池组或者太阳能电池组。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还包括计时模块，所述计时模块被构造为计算所述导光部件的所述第一部分和所述第二部分分别感测到所述光束之间的时间差。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述导光部件被构造为球面镜、自由曲面镜、非球面镜、导光柱、导光面、平面镜、导光棒、光纤或反射镜。

此外，本实用新型的第二方面还提供了一种用于和激光发射装置一起使用的探测器，所述探测器包括根据本实用新型的第一方面所述的光学探测组件。其中，所述光学探测组件的数量为至少两组，所述至少两组光学探测组件呈圆周状布置。

再者，本实用新型的第三方面还提供了一种激光测距系统，所述激光测距系统包括激光发射装置和根据本实用新型的第二方面所提出的探测器。

最后，本实用新型的第四方面还提供了激光测距方法，所述方法包括：

将上述的光学探测组件或上述的探测器所包括的光学探测组件竖直设置；

根据以第一转速旋转的激光经过所述光学探测器组件上的两个相距第一间距的位置的时间差、所述第一转速和所述第一间距计算所述光学探测组件和发射所述激光的激光发射装置之间的距离。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述方法还包括：

将所述光学探测组件的感光元件分为位于上半部分的第一分组和位于下半部分的第二分组；以及

根据以第一转速旋转的激光在所述第一分组和所述第二分组上的能量分布调整所述光学探测组件的位置以确定以第一转速旋转的激光所指示的水平面。

依据本实用新型所提出的光学探测组件通过设置导光部件能够仅仅使用一套感光元件便能够实现不同位置的光学信号的处理，从而有利地简化了现有技术中的光学探测组件的结构并且相应地降低了现有技术中的光学探测组件的制造成本。

附图说明

参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。

图1示出了一种根据现有技术的测距仪10的示意图；

图2示出了依据本实用新型的一个实施例的光学探测组件200的示意图；

图3示出了依据本实用新型的另一个实施例的光学探测组件300的示意图；

图4示出了依据本实用新型的又一个实施例的光学探测组件400的示意图；

图5示出了依据本实用新型的一个实施例的探测器500的示意图；以及

图6示出了依据本实用新型的一个实施例的激光测距方法600的流程图。

本实用新型的其它特征、特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

在此本申请的申请人希望明确，本申请上下文中所提及的术语“水平设置”和“竖直设置”均是指激光接收装置中所包含的感光元件的排列布置方式，其中术语“竖直设置”表示激光接收装置中所包含的诸如条状的感光元件大体上垂直于水平面设置，而术语“水平设置”则表示激光接收装置中所包含的诸如条状的感光元件大体上在同一水平面上设置。

针对图1中的每个探测器组件必须包括至少两套光传感器、转换电路、放大电路以及比较器从而使得这样的探测器组件制造成本高而且结构复杂这一技术问题，本实用新型提出了一种诸如图2至图4所示的新型的光学探测组件的结构，以下将结合图2至图4来分别介绍依据本实用新型所公开的光学探测组件的每个实施例，但是本领域的技术人员应当了解，图2至图4的实施例仅仅是示例性的，而非限制性的，其仅用于示例性地示出依据本实用新型的光学探测组件的可能的结构形式，而不旨在穷尽依据本实用新型的光学探测组件的所有可能的结构形式，本领域的技术人员能够在此技术之上在不超出本实用新型的构思的情况下对这些实施例作出改动，而改动后的变型形式仍然处于本实用新型的保护范围之内。

从图2中可以看出，依据本实用新型所提出的光学探测组件200包括感光元件210，该感光元件210被构造用于接收光学信号并将其转换为电学信号；此外，依据本实用新型所提出的光学探测组件200还包括导光部件220，该导光部件220包括用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分221、223和用于接收光束并将光束导向至感光元件210的第二部分222、224。由以上结构可知，依据本实用新型所提出的光学探测组件通过设置导光部件220能够仅仅使用一套感光元件210便能够实现不同位置221、222、223和224处的光学信号的处理，从而有利地简化了现有技术中的光学探测组件的结构并且相应地降低了现有技术中的光学探测组件的制造成本。

本实用新型利用了导光部件220的光学特性，即该导光部件220能够将其所接收到的光束导向至与之配套的感光元件210之处，从而使得感光元件210能够将该光学信号转换成电学信号，以便后续处理之用。

为了对感光元件210所产生电学信号进行处理，在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还包括信号处理模块，所述信号处理模块被构造用于处理所述电学信号。例如，该信号处理模块能够对所述电学信号进行诸如模数转换等操作，从而提高该电学信号的可传输性以及抗干扰性。

此外，为了进一步提高该电学信号的处理精度，在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还可以包括放大电路，所述放大电路耦接在所述感光元件和所述信号处理模块之间并且被构造用于将源自所述感光元件的所述电学信号放大并输出给所述信号处理模块。

再者，为了提高依据本实用新型所提出的光学探测组件中的电学信号的抗干扰性，在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还可以包括滤波电路，所述滤波电路耦接在所述感光元件和所述信号处理模块之间并且被构造用于对源自所述感光元件的所述电学信号进行滤波。本领域的技术人员应当了解，此处的滤波电路能够在电信号处理的时候进行滤波，以便提高依据本实用新型所提出的光学探测组件中的电学信号的抗干扰性，当然，本领域的技术人员也能够想到利用光学滤光片来滤除杂光或太阳光干扰，从而依据本实用新型所提出的光学探测组件中的电学信号的抗干扰性。

在依据本实用新型的一个实施例中，导光部件220为柱面透镜，其他非球面透镜也可以应用到本实施例中。所述第一部分和所述第二部分被构造为位于所述导光部件上彼此相对的两个位置。如图2所示，该导光部件220包括用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分223、221以及用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第二部分224、222，在该实施例中，用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分223和用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第二部分224构成一对测量点，而用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分221和用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第二部分222构成另一对测量点。当然，本领域的技术人员应当理解，用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分223可以和用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第二部分222构成一对测量点；相应地，用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分221可以和用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第二部分224构成一对测量点。在每次测量时，激光光束会依次经过一对测量点中的每个部分。以上的两对测量点的位置设置仅仅是示例性的而非限制性的，本领域的技术人员应当了解，第一部分223、221和第二部分224、222能够设置于导光部件上的任何合适的位置，只要这对测量点位置能够在光束划过该导光部件时能够在这对测量点处接收到该束激光并将其分别导向至感光元件即可。

在依据本实用新型的一个优选的实施例中，所述第一部分被构造为最先接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分，所述第二部分被构造为最后接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分。在图2所示的实施例中，该最先接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分例如为用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第一部分221，而最后接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分例如为用于接收光束并将光束导向至所述感光元件210的第二部分222，以这样的实施方式能够在最长的测量距离即最长的测量时间上进行测量，从而能够降低误差，进而提高测量精度。在依据本实用新型的一个实施例中，上述的感光元件被构造为光电感应器件。光电感应器件可以是电荷耦合元件(CCD)、雪崩光电二极管(APD)、硅光电池组或者太阳能电池组。

在依据本实用新型的一个实施例中，所述第一部分和所述第二部分之间的间距被设置为第一间距。在依据本实用新型的一个实施例中，所述光学探测组件还包括计时模块，所述计时模块被构造为计算所述导光部件的所述第一部分和所述第二部分分别感测到所述光束之间的时间差。此时，在知道发射激光模块的激光扫描速度以及该激光经过第一部分和第二部分之间的时间差的情况下，可以根据该第一间距来计算发射激光模块与该光学探测组件之间的距离。

图3示出了依据本实用新型的光学探测组件的另一个实施例300示意图。依据本实用新型所提出的光学探测组件300包括感光元件310，该感光元件310被构造用于接收光学信号并将其转换为电学信号；此外，依据本实用新型所提出的光学探测组件300还包括导光部件320，该导光部件包括用于接收光束并将光束导向至所述感光元件310的第一部分和用于接收光束并将光束导向至感光元件310的第二部分。从图中可以看出，依据图3所示出的实施例的光学探测组件300与依据图2所示出的实施例的光学探测组件200的区别在于：光学探测组件300所包含的导光部件320和光学探测组件200所包含的导光部件220的结构和形状不同，在图2中的导光部件220为半圆柱形的柱面透镜，光束透过柱面透镜折射导向到感光元件310上，而在图3中的导光部件320为柱面反射镜，柱面反射镜320将接收到的光束反射导向到感光元件310上。

图4示出了依据本实用新型的光学探测组件的又一个实施例400示意图。依据本实用新型所提出的光学探测组件400包括感光元件410，该感光元件410被构造用于接收光学信号并将其转换为电学信号；此外，依据本实用新型所提出的光学探测组件400还包括导光部件，该导光部件包括用于接收光束并将光束导向至所述感光元件410的第一部分和用于接收光束并将光束导向至感光元件410的第二部分。从图中可以看出，依据图4所示出的实施例的光学探测组件400与依据图2和图3所示出的实施例的光学探测组件200和300的区别在于：光学探测组件400所包含的导光部件和光学探测组件200和300所包含的导光部件220和320的结构和形状不同，在图2中的导光部件220为半圆柱形的柱面透镜，在图3中的导光部件320为柱面反射镜，而图4所示的导光部件为导光棒或光纤，在图4所示的实施例中包括六根导光棒或光纤，分别为导光棒或光纤421、422、423、424、425以及426。更为具体地说，可以在导光部件的第一部分和第二部分对称设置有若干导光棒的导入部分或光纤导光头4211、4212；4221、4222；4231、4232；4241、4242；4251、4252以及4261、4262，当光束经过时，光束由导光棒的导入部分或光纤导光头导入并传输至对应的感光元件410上。本领域的技术人员应当了解，此处示出的六根导光棒或光纤仅仅是示例性的，而非限制性的，依据本实用新型所示的光学探测组件当然可以包括多于或者少于六根导光棒或光纤。

由以上实施例可知，能够在本实用新型的构思中用作导光部件的元件例如能够被构造为球面镜、自由曲面镜、非球面镜、导光柱、导光面、平面镜、导光棒、光纤或反射镜等。

此外，本实用新型的第二方面还提供了一种用于和激光发射装置一起使用的探测器，所述探测器包括根据本实用新型的第一方面所述的光学探测组件。根据该第二方面，依据本实用新型的光学探测组件可以在和激光发射装置一起使用的探测器中，从而能够进行激光发射装置和探测器之间的距离的测量。

再者，本实用新型的第三方面还提供了一种激光测距系统，所述激光测距系统包括激光发射装置和根据本实用新型的第二方面所提出的探测器。根据第三方面，依据本实用新型的探测器可以和激光发射装置一起组成一个激光测距系统，从而能够进行激光发射装置和探测器之间的距离的测量。

图5示出了依据本实用新型的一个实施例的探测器500的示意图。从图中可以看出，该探测器500包括三组如图2所示的光学探测组件200a、200b以及200c，这三组光学探测组件200a、200b以及200c各自相差120度进行设置，本领域的技术人员应当理解，其他数量和角度布置的各组光学探测组件也是可行的，诸如图3和图4所示出的光学探测组件也能够进行相应的布置，形成如图5所示的发明构思的探测器500。这样的探测器500在使用时便能够不取决于探测器500的朝向地接收与之配套的诸如激光扫平仪的激光发射装置所发射的激光。在接收到激光发射装置所发射的激光之后便能够找到激光发射装置的激光所指示的水平面，并且能够相应地计算出激光发射装置和探测器500之间的距离。本领域的技术人员应当了解，图示的3组仅仅是示例性的而非限制性的，也就是说两组、四组或者更多组光学探测组件也是可行的，至少这些组光学探测组件呈圆周状布置，从而能够无死角地接收激光发射装置所发射到的激光便可。

以下结合图6进一步描述距离计算以及找到该激光所指示的水平面的方法。图6示出了依据本实用新型的一个实施例的激光测距方法600的流程图。从图6中可以看出，该方法至少包括以下两个步骤，即首先在方法步骤610中，将上述的光学探测组件200或上述的探测器500所包括的光学探测组件200a、200b、200c竖直设置；然后，在接下来的方法步骤620中根据以第一转速s旋转的激光经过所述光学探测器组件200/200a/200b/200c上的两个相距第一间距L的位置的时间差Δt、所述第一转速(据此可换算出旋转一周的时间T)和所述第一间距计算所述光学探测组件200/200a/200b/200c和发射所述激光的激光发射装置之间的距离D，此时，D＝L/2/tan(Δt/T*180°)。此外，该方法还包括将所述光学探测组件的感光元件分为位于上半部分的第一分组和位于下半部分的第二分组；以及根据以第一转速旋转的激光在所述第一分组和所述第二分组上的能量分布调整所述光学探测组件的位置以确定以第一转速旋转的激光所指示的水平面。

综上所述，依据本实用新型所提出的光学探测组件通过设置导光部件能够仅仅使用一套感光元件便能够实现不同位置的光学信号的处理，从而有利地简化了现有技术中的光学探测组件的结构并且相应地降低了现有技术中的光学探测组件的制造成本。而当该光学探测组件被使用在探测器之中时，能够使得激光发射装置和探测器之间的距离可被测量。

本领域技术人员应当理解，上面公开的各个实施例可以在不偏离实用新型实质的情况下做出各种变形和修改。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书来限定。

尽管已经描述了本实用新型的不同示例性的实施例，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够进行不同的改变和修改，其能够在并未背离本实用新型的精神和范畴的情况下实现本实用新型的优点中的一个或一些优点。对于那些在本领域技术中相当熟练的技术人员来说，执行相同功能的其他部件可以适当地被替换。应当了解，在此参考特定的附图解释的特征可以与其他附图的特征组合，即使是在那些没有明确提及此的情况中。此外，可以或者在所有使用恰当的处理器指令的软件实现方式中或者在利用硬件逻辑和软件逻辑组合来获得同样结果的混合实现方式中实现本实用新型的方法。这样的对根据本实用新型的方案的修改旨在被所附权利要求所覆盖。

Claims (13)

1.一种光学探测组件，其特征在于，所述光学探测组件包括：

感光元件，所述感光元件被构造用于接收光学信号并将其转换为电学信号；以及

导光部件，所述导光部件包括用于接收光束并将所述光束导向至所述感光元件的第一部分和用于接收光束并将所述光束导向至所述感光元件的第二部分。

2.根据权利要求1所述的光学探测组件，其特征在于，所述光学探测组件还包括：

信号处理模块，所述信号处理模块被构造用于处理所述电学信号。

3.根据权利要求2所述的光学探测组件，其特征在于，所述光学探测组件还包括：

放大电路，所述放大电路耦接在所述感光元件和所述信号处理模块之间并且被构造用于将源自所述感光元件的所述电学信号放大并输出给所述信号处理模块。

4.根据权利要求2所述的光学探测组件，其特征在于，所述光学探测组件还包括：

滤波电路，所述滤波电路耦接在所述感光元件和所述信号处理模块之间并且被构造用于对源自所述感光元件的所述电学信号进行滤波。

5.根据权利要求1所述的光学探测组件，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分被构造为位于所述导光部件上彼此相对的两个位置。

6.根据权利要求5所述的光学探测组件，其特征在于，所述第一部分被构造为最先接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分，所述第二部分被构造为最后接收所述光束并将所述光束导向至所述感光元件的部分。

7.根据权利要求5所述的光学探测组件，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分之间的间距被设置为第一间距。

8.根据权利要求1所述的光学探测组件，其特征在于，所述感光元件被构造为光电感应器件。

9.根据权利要求1所述的光学探测组件，其特征在于，所述光学探测组件还包括计时模块，所述计时模块被构造为计算所述导光部件的所述第一部分和所述第二部分分别感测到所述光束之间的时间差。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学探测组件，其特征在于，所述导光部件被构造为球面镜、自由曲面镜、非球面镜、导光柱、导光面、平面镜、导光棒、光纤或反射镜。

11.一种用于和激光发射装置一起使用的探测器，其特征在于，所述探测器包括根据权利要求1至10中任一项所述的光学探测组件。

12.根据权利要求11所述的探测器，其特征在于，所述光学探测组件的数量为至少两组，所述至少两组光学探测组件呈圆周状布置。

13.一种激光测距系统，其特征在于，包括激光发射装置和根据权利要求11或权利要求12所述的探测器。