CN212872896U - 一种激光测距装置及其机器人设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种激光测距装置，包括本体，还包括设置在本体内部的激光发射模块、发射透镜、接收透镜、光电探测器以及距离确定模块，其中，发射透镜用于接收测距激光，并对测距激光进行准直；接收透镜用于接收从障碍物反射的散射激光，并对散射激光进行汇聚；其中，接收透镜的形状为平凸非球面形状，且焦距小于二十毫米；光电探测器用于接收从接收透镜传输的汇聚后的散射激光，并根据汇聚后的散射激光产生电信号，以将电信号传输至距离确定模块；距离确定模块用于根据测距激光的发射时间和电信号获取时间，确定激光测距装置与障碍物的距离。本实用新型能对近距离物体散射出视场较大的散射光进行汇聚，减小近距离盲区，提高测距范围。

Description

一种激光测距装置及其机器人设备

技术领域

本实用新型实施例涉及激光测距领域，尤其涉及一种激光测距装置及其机器人设备。

背景技术

激光雷达作为机器人的眼睛，在测距领域中起着重要的作用。目前市面上的激光雷达大多采用同轴的收发结构，装配工艺较为复杂，成本较高。而收发异轴结构的激光雷达，装配工艺简单，成本较低，因此受到越来越多用户的追捧。

但是异轴激光雷达由于自身独特的结构特点，存在不可消除的扫描盲区，这就导致激光雷达的测距范围大大缩小，且测距的可靠性和准确性较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种激光测距装置及其机器人设备，以解决激光测距的测距范围较小，且测距的可靠性和准确性较低的问题。

本实用新型实施例提供了一种激光测距装置，包括本体，所述激光测距装置还包括设置在所述本体内部的激光发射模块、发射透镜、接收透镜、光电探测器以及距离确定模块，其中，所述激光发射模块用于通过内部设置的激光二极管发射测距激光；所述发射透镜与所述激光发射模块垂直方向放置，用于接收所述测距激光，并对所述测距激光进行准直，以将准直后的测距激光传输至障碍物；所述接收透镜与所述发射透镜水平方向放置，用于接收从所述障碍物传输的散射激光，并对所述散射激光进行汇聚；其中，所述散射激光是由所述测距激光散射产生的，所述接收透镜的形状为平凸非球面形状，且焦距小于二十毫米；所述光电探测器与所述接收透镜垂直方向放置，用于接收从所述接收透镜传输的汇聚后的散射激光，并根据汇聚后的散射激光产生电信号，以将所述电信号传输至所述距离确定模块；所述距离确定模块与所述光电探测器及所述激光发射模块相连，用于从所述激光发射模块获取所述测距激光的发射时间，以及从所述光电探测器获取所述电信号并确定电信号获取时间，以根据所述测距激光的发射时间和所述电信号获取时间，确定所述激光测距装置与所述障碍物的距离。

本实用新型还提供一种机器人设备，其特征在于，包括激光测距装置。

本实用新型通过将激光测距装置本体内包括的接收透镜的形状，设置为平凸非球面形状，且焦距小于二十毫米，由于平凸非球面镜片以及短焦距镜片的特性，因此可以对近距离物体散射出的视场较大的散射光进行汇聚，减小了近距离盲区，提高了测距范围，同时也提高了测距的可靠性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例一中的一种激光测距装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二中的一种激光测距装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三中的一种激光测距装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

申请人在研发过程中发现，近距离障碍物产生的散射光入射到激光测距雷达的接收镜头的角度较大，超过了接收镜头的视场角，散射光汇聚不到接收芯片上，接收芯片产生不了电信号，导致盲区产生，导致测距的可靠性和准确性较低。

实施例一

图1是本实用新型实施例一中的一种激光测距装置的结构示意图，本实施例可适用于测量障碍物距离的情况。如图1所示，该激光测距装置具体包括：

本体，还包括设置在所述本体内部的激光发射模块100、发射透镜101、接收透镜102、光电探测器103以及距离确定模块104，其中，所述激光发射模块100用于通过内部设置的激光二极管发射测距激光；所述发射透镜101与所述激光发射模块100垂直方向放置，用于接收所述测距激光，并对所述测距激光进行准直，以将准直后的测距激光传输至障碍物；所述接收透镜102与所述发射透镜101水平方向放置，用于接收从所述障碍物传输的散射激光，并对所述散射激光进行汇聚；其中，所述散射激光是由所述测距激光散射产生的，所述接收透镜102的形状为平凸非球面形状，且焦距小于二十毫米；所述光电探测器103与所述接收透镜102垂直方向放置，用于接收从所述接收透镜102传输的汇聚后的散射激光，并根据汇聚后的散射激光产生电信号，以将所述电信号传输至所述距离确定模块104；所述距离确定模块104与所述光电探测器103及所述激光发射模块100相连，用于从所述激光发射模块100获取所述测距激光的发射时间，以及从所述光电探测器103获取所述电信号并确定电信号获取时间，以根据所述测距激光的发射时间和所述电信号获取时间，确定所述激光测距装置与所述障碍物的距离。

其中，激光发射模块100内部安装有激光二极管，激光二极管的类型包括但不限于单异质结激光二极管、双异质结激光二极管和量子阱激光二极管，激光发射模块100控制激光二极管工作以发射测距激光，该测距激光优选的波长为905nm，该波长的测距激光穿透性和稳定性较好。

发射透镜101用于接收激光发射模块100发射的测距激光，并对测距激光进行准直，准直的作用是将发散的测距激光变成平行的测距激光，从而减小激光测距结果的误差，提高了测距结果的准确性。可选的，发射透镜101的形状为平凸形状或双凸形状中的一种，发射透镜101采用平凸形状或双凸形状的好处在于，发散角较小，能量集中，便于远距离传输。

经过发射透镜101准直后的测距激光通过激光测距装置的出口，照射向障碍物，并在障碍物表面发生散射产生散射激光，散射激光会被接收透镜102接收，接收透镜102对散射激光进行汇聚，以增强散射激光能量，并将汇聚后的散射激光传输至光电探测器103。接收透镜102的形状为平凸非球面形状，且为短焦距透镜，优选的焦距小于20mm，由于平凸非球面透镜和短焦距透镜的特性，可以对近距离障碍物散射出的视场较大的散射光进行汇聚，减小了近距离盲区，提高了测距范围。

经过接收透镜102汇聚后的散射激光传输至光电探测器103，光电探测器103的类型包括但不限于光子探测器和热探测器，光电探测器103受到散射激光的辐射，启动工作将光信号转换为可识别的电信号，并将该电信号传输至与光电探测器103相连的距离确定模块104中。

距离确定模块104与光电探测器103及激光发射模块100相连，当激光发射模块100发射测距激光时，距离确定模块104从激光发射模块100处获取发射时间；当电信号传输至距离确定模块104后，距离确定模块104确定电信号的获取时间，并根据现有的激光测距方法，根据所述发射时间以及所述电信号的获取时间，确定时间差值，再根据时间差值以及激光在空气中传输的速度，确定激光测距装置与障碍物的距离。

本实施例提供的一种激光测距装置，通过将激光测距装置本体内包括的接收透镜102的形状，设置为平凸非球面形状，且焦距小于二十毫米，由于平凸非球面镜片以及短焦距镜片的特性，因此可以对近距离物体散射出的视场较大的散射光进行汇聚，减小了近距离盲区，提高了测距范围，同时也提高了测距的可靠性和准确性。

申请人在研发过程中发现，现有的激光测距雷达中若发射透镜和接收透镜处于同一水平线上，且发射透镜和接收透镜中心点之间的距离过大时，就会造成测距盲区，且该距离越大盲区越大。

实施例二

图2是本实用新型实施例二中的一种激光测距装置的结构示意图，本实施例可适用于测量障碍物距离的情况。如图2所示，该激光测距装置具体包括：

在上述实施例一的基础上，可选的，所述本体由发射镜筒105和接收镜筒106构成，所述激光发射模块100和发射透镜101设置于所述发射镜筒105内部，所述接收透镜102、光电探测器103以及距离确定模块104设置于所述接收镜筒106内部；其中，所述发射镜筒105和接收镜筒106用于支撑结构。通过设置发射镜筒105和接收镜筒106，使得激光测距装置发射测距激光和接收散射激光能够分开进行，避免在同一内部结构下存在相互干扰的问题。

申请人在研发过程中发现，当激光发射模块100发出的不同发散角的激光，激光传输到发射镜筒105内壁，会发生发射，反射光通过发射透镜101形成杂散光，而杂散光会影响近距离的探测效果。

在上述实施例一的基础上，可选的，还包括设置于发射镜筒105内部的吸光层，吸光层使用黑色吸光材料，并涂覆在发射镜筒105内壁，用于减小甚至消除所述准直后的测距激光中的杂散光。

通过在发射镜筒105内部设置吸光层，减小了杂散光的影响，提高激光测距的精度。

在上述实施例一的基础上，可选的，所述接收透镜102的中心点与所述发射透镜101的中心点之间的距离小于十五毫米。激光发射模块发射的激光波长为905nm，从而激光测距装置可测量距离大于20m的障碍物。

通过将接收透镜102和发射透镜101中心点之间的距离设置小于十五毫米，能够避免中心点距离过大导致测距盲区过大的问题。

在上述实施例一的基础上，可选的，还包括设置于所述接收镜筒106内部的滤光片107，所述滤光片107设置于所述接收透镜102与所述光电探测器103之间，且与所述接收透镜102和所述光电探测器103垂直方向放置，用于消除所述散射激光中包含的自然光。

其中，滤光片107对散射激光进行滤光，只留下905nm的激光。通过在接收镜筒106内部的滤光片107，消除自然光对光电探测器103的干扰，从而提高了激光测距结果的可靠性和准确性。

实施例三

图3是本实用新型实施例三中的一种激光测距装置的结构示意图图。在本实施例中，在激光测距装置中还包括与光学探测器301连接的I/V转换电路302，放大电路303、整形电路304和控制器305。

光学探测器30可接收对应激光信号，并能够将激光信号转换为电信号，I/V转换电路302与光学探测器30的输出端连接，可将上述电信号由电流信号转换为电压信号，放大电路303与I/V转换电路302的输出端连接，可将电压信号进行放大处理，整形电路304与放大电路303的输出端连接，能够将放大处理后的电压信号进一步进行整形处理，控制器305的回波接收端与整形电路304的输出端连接，能够获取整形处理后的电压信号，并能够根据该电压信号对电压信号进行分析和处理，能够识别电压信号(激光信号)对应的激光发射单元，从而识别出激光发射单元所代表的具体方位和具体距离，从而获取目标或物体的具体细节内容。其中，整形电路提高了输出波形的稳定性，消除了激光信号回波抖动带来的误差，提高了计时测距精度。并且能够有效消除激光信号的抖动误差，并消除杂散信号和高频寄生信号，提高激光接收系统的探测精度和可靠性

本实用新型实施例还提供一种机器人设备。机器人设备包括本实用新型任意实施例的激光测距装置。机器人设备可以为送餐机器人，也可以为银行服务机器人、盲人导航机器人、教育机器人、工业机器人等，本实施例对此不作特殊限定。本实施例机器人设备包括本实用新型任意实施例提供的激光测距装置所有的技术特征，同时也具备其所具有的全部技术效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种激光测距装置，包括本体，其特征在于，所述激光测距装置还包括设置在所述本体内部的激光发射模块、发射透镜、接收透镜、光电探测器以及距离确定模块，其中，

所述激光发射模块用于通过内部设置的激光二极管发射测距激光；

所述发射透镜与所述激光发射模块垂直方向放置，用于接收所述测距激光，并对所述测距激光进行准直，以将准直后的测距激光传输至障碍物；

所述接收透镜与所述发射透镜水平方向放置，用于接收从所述障碍物反射的散射激光，并对所述散射激光进行汇聚；其中，所述散射激光是由所述测距激光散射产生的，所述接收透镜的形状为平凸非球面形状，且焦距小于二十毫米；

所述光电探测器与所述接收透镜垂直方向放置，用于接收从所述接收透镜传输的汇聚后的散射激光，并根据汇聚后的散射激光产生电信号，以将所述电信号传输至所述距离确定模块；

所述距离确定模块与所述光电探测器及所述激光发射模块相连，用于从所述激光发射模块获取所述测距激光的发射时间，以及从所述光电探测器获取所述电信号并确定电信号获取时间，以根据所述测距激光的发射时间和所述电信号获取时间，确定所述激光测距装置与所述障碍物的距离。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述本体由发射镜筒和接收镜筒构成，所述激光发射模块和发射透镜设置于所述发射镜筒内部，所述接收透镜、光电探测器以及距离确定模块设置于所述接收镜筒内部；其中，所述发射镜筒和接收镜筒用于支撑结构。

3.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，所述接收透镜的中心点与所述发射透镜的中心点之间的距离小于十五毫米。

4.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，还包括设置于所述发射镜筒内部的吸光层，用于消除所述准直后的测距激光中的杂散光。

5.根据权利要求4所述的激光测距装置，其特征在于，所述吸光层为黑色吸光材料，被途覆至所述发射镜筒内部。

6.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，还包括设置于所述接收镜筒内部的滤光片，所述滤光片设置于所述接收透镜与所述光电探测器之间，且与所述接收透镜和所述光电探测器垂直方向放置，用于消除所述散射激光中包含的自然光。

7.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射透镜的形状为平凸形状或双凸形状中的一种。

8.根据权利要求3所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光发射模块发射的激光波长905nm，从而所述激光测距装置可测量距离大于20m的障碍物。

9.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，还包括：激光驱动电路、信号处理电路；

所述激光驱动电路用于向所述激光发射模块提供驱动；

所述信号处理电路用于对接收到所述电信号进行转换、放大和整形处理。

10.一种机器人设备，其特征在于，包括权利要求1-9所述的激光测距装置。

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