CN207301331U - 一种三角法激光测距传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三角法激光测距传感器，包括激光测距传感器，激光测距传感器包括激光二极管，激光二极管发射的激光经准直后，通过激光线扩展组件变为线状激光束，小部分光经过光路转折元件送入摄像头，在图像中产生一条水平线，用作距离解算的基线。本实用新型的光路转折元件将照射激光分小部分进入摄像头，结合激光线扩展组件在摄像头中形成一条基准线，如果激光照射方向偏上或偏下，目标点所成的像和基准线都会随之向同一方向偏移，而且在一般所能达到的安装精度范围内两个偏移量几乎相等，解算方式中是求Y坐标差，这就在原理上保证了装配上的简单及使用上的抗冲击振动的能力，从而保证了稳定性可靠性。

Description

一种三角法激光测距传感器

技术领域

本实用新型涉及到光学距离检测技术领域，主要涉及到激光测距传感技术，具体为一种三角法激光测距传感器。

背景技术

测量目标的距离在各领域都有广泛需求和应用，在数米范围内的距离测量，通常采用光学三角法的原理，根本原因在于短距离上光学三角法可以获得较高的距离测量精度，相对于测量单个点的距离，快速测量多个点的距离，能够提供更为强大的功能，近年来，基于结构光应用的3D成像已得到广泛应用，其实质还是利用光学三角法原理，除此之外，仅考虑测量线状区域内各目标点距离的传感器也出现了大量的产品，这些产品有采用时间飞行法测距结合机械扫描的方案，其问题在于在近距离上测距精度完全无法与光学三角法测距相比，也有采用线阵传感器利用光学三角法测距结合机械扫描的方案，其角度分辨率和帧率都不太高，应用会受到一定限制，利用面阵图像传感器，采用光学三角法测量的方法，可以获得角度分辨率更高且更为快速的测量，而且不需要机械扫描，显然具有相当的优势，采用面阵图像传感器结合线状光束照射实现多目标同时测距的方案有多种，原理上，单摄像头配合线状光束，或双摄像头配合线状光束，都可以实现，但都有一定的前提，就是结构上装调的精准度高及稳定可靠，这导致研发和生产上产生一定的困难，因此急需一款具有测量快速、调试简单、稳定可靠的光学距离检测仪器。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种三角法激光测距传感器，该距离传感器具有测量快速、调试简单、稳定可靠的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型一种三角法激光测距传感器，包括激光测距传感器，所述激光测距传感器包括：光路转折元件、激光二极管、激光准直透镜、激光线扩展组件、摄像头、滤光片和信号处理模块，所述激光二极管发出的激光经过激光准直透镜准直后再经过激光线扩展组件，形成线状光束，再经过光路转折元件，所述光路转折元件包括第一分光面和第二分光面，进入到所述光路转折元件中的光束在第一个分光面处被分为两个部分，小部分光束经过所述第二分光面被反射进入摄像头，另大部分光束穿过所述第一分光面照射被测目标，在所述被测目标处经反射进入摄像头，由所述第二分光面反射进入到摄像头中的光束，会在摄像头中产生一条水平线，所述摄像头和信号处理模块电性连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述激光线扩展组件包括第一激光扩展元件和第二激光扩展元件，所述第二激光扩展元件位于第一激光扩展元件的一侧，所述第一激光扩展元件靠近激光准直透镜，所述第二激光扩展元件靠近被测目标。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述第一激光扩展元件和第二激光扩展元件可为具有光束展开功能的器件。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述光路转折元件可为镀膜棱镜胶合结构。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述第一分光面和第二分光面之间夹角小于90度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过光路转折元件，为利用被测目标像解算距离提供一条实际存在的基准线，且解算过程是采用求Y坐标差，使激光照射方向在一定的范围内允许具有任意性，大大降低了装调的难度，并保证了使用过程中的稳定性可靠性，加上只需要一个摄像头，且单幅图像就可以解算距离，信号处理的难度也大大降低，同时，在水平方向角度分辨率高，数据更新率高。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的整体结构及其原理示意图；

图2是本实用新型的光学转折元件的结构示意图；

图3是本实用新型的光学转折元件的A向视图；

图4是本实用新型的激光线扩展组件俯视图；

图中：1、光路转折元件；11、第一分光面；12、第二分光面；2、激光二极管；3、激光准直透镜；4、激光线扩展组件；41、第一激光扩展元件；42、第二激光扩展元件；5、摄像头；6、滤光片；7、信号处理模块；8、被测目标；9、激光测距传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-4所示，本实用新型提供一种三角法激光测距传感器，包括激光测距传感器9，激光测距传感器9包括光路转折元件1、激光二极管2、激光准直透镜3、激光线扩展组件4、摄像头5、滤光片6和信号处理模块7，激光二极管2发出的激光经过激光准直透镜3准直后再经过激光线扩展组件4，形成线状光束，再经过光路转折元件1，光路转折元件1包含有第一分光面11和第二分光面12，在第一个分光面11处，线状光束被分为两个部分，小部分射向第二分光面12，另外大部分透过光路转折元件1后照射被测目标8，在第二分光面处12，来自第一个分光面11反射的激光又有小部分被再次反射进入摄像头5，而由目标反射回来的光则大部分透过进入摄像头5，经光路转折元件1送入摄像头5的光会在图像中产生一条水平线，这条线可以作为距离解算的基准线，而基于三角法原理，各个被照射被测目标8点所成的像在图像中的Y坐标值与这些目标点到传感器的距离之间存在确定的关系，对于任一被激光照射的被测目标8点，只要精确求解其在图像中的Y坐标，并对基准线上对应X坐标的点的Y坐标精准求解，两个Y坐标值相减，得到Y坐标之差的相对准确的值，就可以解算出该目标点的距离值，同样的处理方式处理所有被照射的目标点，即可求解出视场内被线状激光照射的被测目标8的距离。

进一步的，激光线扩展组件4包括第一激光扩展元件41和第二激光扩展元件42，第二激光扩展元件42位于第一激光扩展元件41的一侧，第一激光扩展元件41靠近激光准直透镜3，第二激光扩展元件42靠近被测目标8，第一激光扩展元件41将激光水平扩展，并在第二激光线扩展元件42位置处展开成一条足够宽的水平线，其宽度对应摄像头5的视场要不小于图像在水平方向对应的视场，第二激光线扩展元件4再次水平展宽，第一激光扩展元件41和第二激光扩展元件42构成的激光线扩展组件3使得经过光路转折元件1的光能够在摄像头5图像中产生从左至右覆盖的水平基准线。

第一激光扩展元件41和第二激光扩展元件42可为具有光束展开功能的器件，第一激光扩展元件41和第二激光扩展元件42具体可为光栅或者一字镜，也可以采用它们的组合，同时相关参数应确保图像中所形成的基准线是平滑的。

光路转折元件1可为镀膜棱镜胶合结构，第一分光面11和第二分光面12的结构关系能得到较为精确的保证，对于设计好的角度，加工总会有一个小的角度偏差，实际的加工角度可以通过简单定标来加以确认并在解算时消除其影响，光路转折元件1要有足够的宽度，以配合激光线扩展组件3，使摄像头5图像中的解算基准线能够从左至右覆盖。

第一分光面11和第二分光面12之间夹角小于90度，使图像中作为基准的线相对于理想90情况下有一个Y向偏移，其作用是避免在距离较远的情况下目标点的像与基准线上对应点的Y坐标差太小而导致处理上的问题。

光路转折元件1包括第一分光面11和第二分光面12，第一分光面11和第二分光面12透射率高而反射率低，使转折进入摄像头5形成的基准线图像清晰明亮但不能饱和，而对透射而言，无论是激光出射还是被测目标8散射光入射，都相当于通过一个透明均匀的平行平板。

信号处理模块7处理摄像头5输出的图像信号，通过算法解算各X坐标上目标点对应像点的Y坐标及基准线上对应的Y坐标，并结合相关的参数解算出对应的距离，在处理摄像头5输出的图像信号中的基准线时，必须考虑到在光路转折元件引起的倒像问题，结合算法和定标方式加以解决。

具体的，光路转折元件1将照射光分小部分进入摄像头5，结合激光线扩展组件1在摄像头5中形成一条基准线，如果激光照射方向偏上或偏下，被测目标8点成的像和基准线都会随之向同一方向偏移，而且在一般所能达到的安装精度范围内两个偏移量几乎相等，另一方面，解算方式中是求Y坐标差，这就在原理上保证了装配上的简单及使用上的抗冲击振动的能力，从而保证了稳定性可靠性。

本实用新型通过光路转折元件1，为利用被测目标8像解算距离提供一条实际存在的基准线，且解算过程是采用求Y坐标差，使激光照射方向在一定的范围内允许具有任意性，大大降低了装调的难度，并保证了使用过程中的稳定性可靠性，加上只需要一个摄像头5，且单幅图像就可以解算距离，信号处理的难度也大大降低，同时在水平方向角度分辨率高，数据更新率高。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三角法激光测距传感器，包括激光测距传感器(9)，其特征在于，所述激光测距传感器(9)包括：光路转折元件(1)、激光二极管(2)、激光准直透镜(3)、激光线扩展组件(4)、摄像头(5)、滤光片(6)和信号处理模块(7)，所述激光二极管(2)发出的激光经过激光准直透镜(3)准直后再经过激光线扩展组件(4)，形成线状光束，再经过光路转折元件(1)，所述光路转折元件(1)包括第一分光面(11)和第二分光面(12)，进入到所述光路转折元件(1)中的光束在第一个分光面(11)处被分为两个部分，小部分光束经过所述第二分光面(12)被反射进入摄像头(5)，另大部分光束穿过所述第一分光面(11)照射被测目标(8)，在所述被测目标(8)处经反射进入摄像头(5)，由所述第二分光面(12)反射进入到摄像头(5)中的光束，会在摄像头(5)中产生一条水平线，所述摄像头(5)和信号处理模块(7)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种三角法激光测距传感器，其特征在于，所述激光线扩展组件(4)包括第一激光扩展元件(41)和第二激光扩展元件(42)，所述第二激光扩展元件(42)位于第一激光扩展元件(41)的一侧，所述第一激光扩展元件(41)靠近激光准直透镜(3)，所述第二激光扩展元件(42)靠近被测目标(8)。

3.根据权利要求2所述的一种三角法激光测距传感器，其特征在于，所述第一激光扩展元件(41)和第二激光扩展元件(42)可为具有光束展开功能的器件。

4.根据权利要求1所述的一种三角法激光测距传感器，其特征在于，所述光路转折元件(1)可为镀膜棱镜胶合结构。

5.根据权利要求1所述的一种三角法激光测距传感器，其特征在于，所述第一分光面(11)和第二分光面(12)之间夹角小于90度。