CN216956365U - 激光测距装置、激光雷达及移动设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光测距装置、激光雷达及移动设备，其中激光测距装置包括：包括发射模组、接收模组以及电路板；发射模组用于向外发射激光；接收模组用于接收激光光斑信号；接收模组包括非对称镜片、光学探测器，光学探测器设于电路板上，非对称镜片与光学探测器相向设置，且非对称镜片与光学探测器之间形成光接收通道。本实用新型提供的技术方案中，采用补偿透镜，通过透镜放大某一段远距离位置在探测器上光斑成像位置，增大其光斑的分布面积，解决因距离远导致成像夹角差异小难计算的问题，从而在保留近距测量的精度同时，提高系统远距精度。

Description

激光测距装置、激光雷达及移动设备

技术领域

本实用新型涉及激光领域，尤其涉及一种激光测距装置、激光雷达及移动设备。

背景技术

激光测距(laser distance measuring)是以光学发射器作为光源进行测距。

激光三角测距法作为低成本的激光雷达设计方案，其采用相似三角形方法实现对被测物体的高精度、非接触测量，可获得高精度、高性价比的应用效果，成为服务机器人导航的首选方案。

但正是由于采用相似三角形方法来对物体进行测量，随着物体的测量距离越来越远，其分布在探测器上的光斑越来越密集，最终导致其测量的精度会越来越差。

因此现有技术还有待于进一步发展。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种激光测距装置、激光雷达及移动设备。

本实用新型的第一方面，提供一种激光测距装置，包括发射模组、接收模组以及电路板；

所述发射模组用于向外发射激光；

所述接收模组用于接收激光光斑信号；

所述接收模组包括非对称镜片、光学探测器，所述光学探测器设于所述电路板上，所述非对称镜片与所述光学探测器相向设置，且所述非对称镜片与所述光学探测器之间形成光接收通道。

可选地，所述非对称镜片包括第一镜面、第二镜面、第三镜面、第四镜面；

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，并从所述第二镜面或所述第四镜面射出，所述第一镜面与所述第四镜面不对称。

可选地，光学探测器包括第一探测区域和第二探测区域；

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，并从所述第二镜面射出，所述第一探测区域接收所述激光光斑信号；

或者，

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，并从所述第四镜面射出，所述第二探测区域接收所述激光光斑信号。

可选地，所述非对称镜片为一体成型。

可选地，所述非对称镜片包括第一镜面、第二镜面、第三镜面、第四镜面、第五镜面；

所述第五镜面与所述第二镜面相向设置；

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，依次经过所述第二镜面、所述第五镜面，并从所述第四镜面射出。

可选地，所述非对称镜片包括透镜镜组与部分补偿透镜；

所述补偿透镜用于将所述透镜镜组激光光斑信号之间的间隔放大，且所述补偿透镜位于靠近所述探测器的一侧；

所述透镜镜组包括一个或多个透镜镜组；

所述第五镜面贴合或不贴合于所述第二镜面设置。

可选地，所述补偿透镜为凹透镜，所述凹透镜边缘至所述第三镜面的距离与所述发射模组的光路偏折角度有关。

可选地，所述发射模组包括发光元件、准直透镜组以及支架；

所述发光元件与所述准直透镜组固定于所述支架内，所述支架形成光发射通道，所述发射模组与所述电路板进行电连接；

或者，

所述发光元件设于所述电路板上，所述准直透镜组与所述发光元件相向设置并固定于所述支架上，所述支架设置于所述电路板上，所述支架形成光发射通道。

根据本实用新型的第二方面，提供一种激光雷达，所述激光雷达包括本实用新型第一方面所述的激光测距装置。

根据本实用新型的第三方面，提供一种移动设备，所述移动设备包括本实用新型第二方面所述的激光雷达。

本实用新型提供的技术方案中，采用补偿透镜，通过透镜放大某一段远距离位置在探测器上光斑成像位置，增大其光斑的分布面积，解决因距离远导致成像夹角差异小难计算的问题，从而在保留近距测量的精度同时，提高系统远距精度。

附图说明

图1为现有技术中激光测距装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中一种激光测距装置的示意图。

图3为本实用新型实施例中另一种激光测距装置的示意图。

透镜镜组1；光学探测器2；补偿透镜3；光路4；第一镜面11；第二镜面12；第三镜面14；第四镜面15；第五镜面13；第一探测区域21；第二探测区域22。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

如图1所示，激光三角测距法主要是通过激光器以一定的角度θ射出一束激光，经过沿激光方向距离为d的待测物体漫反射，经过接收透镜被探测器接收。探测器外型一般为长条的CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)，可以是线阵或者面阵，由激光光斑信号在探测器位上成像的位置，计算出待测物体与激光测距装置的实际距离。

具体地，参考图1，接收透镜至探测器焦距为f，待测物体离透镜镜组的垂直距离为q，激光发射端中心和接收透镜中心的距离为S，过透镜中心做平行于激光发射方向的虚线，与探测器的交点位置可根据θ角度以及相似三角形原理可以计算得出，可记为探测器参考基线，激光器发射激光，发射激光接触到待测物体后进行漫反射被探测器接收，而激光在探测器上成像的位置到参考基线的距离为X。由图1可知q，d，θ，X，f，S等组成一定三角关系，于是有：f/x＝q/S,则q＝f*S/X；又因为sinθ＝q/d,则d＝q/sinθ；所以 d＝f*S/X*sinθ，从而可以得出测距数值。

激光测距装置通过三角测距法在近距离下的测量精度能达到很高，这是由于探测器有大半的探测面积是用来接收近距离激光光斑信号，从而能够很清晰的知道各个光斑点落入探测器上的具体位置，但是随着距离越来越远，其测量的精度会越来越差，这是因为三角测距法的测量和角度有关，随着距离增加，入射激光与焦距f之间的角度差异会越来越小，在探测器上的位置差别也越来越小，以致于测量的待测物体在超过某个距离时，探测器几乎无法分辨待测物体的实际距离。

请参阅图2与图3，图2与图3分别为本实用新型实施例中一种激光测距装置的示意图。

本实用新型提供的一种激光测距装置，包括：发射模组、接收模组以及电路板。发射模组用于向外发射激光；接收模组用于接收激光光斑信号。接收模组包括非对称镜片、光学探测器2，光学探测器2设于电路板(图中为示出)上，非对称镜片与光学探测器2相向设置，且非对称镜片与光学探测器2 之间形成光接收通道。

进一步地，发射模组包括发光元件、准直透镜组以及支架；发光元件与准直透镜组固定于支架内，支架形成光发射通道，发射模组与电路板进行电连接，以便于在生产制造过程中调节发射模组倾斜角度。在另一实施例中，发光元件直接设于电路板上，准直透镜组与发光元件相向设置并固定于支架上，支架设置于电路板上，支架形成光发射通道，其中，准直透镜组可以为光楔棱镜与准直透镜组成，以便于是发射的激光光路方向发生偏转角度。

由于发射模组及电路板为常见的装置结构，未进行图示；为便于理解本实用新型的核心内容，仅对激光测距装置的接收模组进行图示说明。

其中透镜镜组1组件为等效透镜，不代表为单镜片，可以由多个透镜组成。在本实用新型的一个实施例中，非对称镜片包括透镜镜组1与部分补偿透镜3。补偿透镜3用于将透镜镜组1激光光斑信号之间的间隔放大，且补偿透镜3位于靠近探测器的一侧。

图3所示，透镜镜组1与补偿透镜3贴合设置的实施例，将透镜镜组1 与补偿透镜3相互贴合，例如胶合；如图3所示，在另一种实施方式中，透镜镜组1与补偿透镜3为一体成型。需要说明的是，图2与图3中中间水平线为中央分割线，为示意作用。

具体的，在图2所示的实施例中，非对称镜片包括第一镜面11、第二镜面12、第三镜面14、第四镜面15。其中，第一镜面11、第二镜面12为透镜镜组1的镜面，第三镜面14、第四镜面15为补偿透镜3的镜面。激光光斑信号从第一镜面11进入，并从第二镜面12或第四镜面15射出，第一镜面11与第四镜面15不对称。光学探测器2包括第一探测区域21和第二探测区域22；

激光光斑信号从第一镜面11进入，并从第二镜面12射出，第一探测区域 21接收激光光斑信号。或者，激光光斑信号从第一镜面11进入，并从第四镜面15射出，第二探测区域22接收激光光斑信号。

具体的，补偿透镜3位于靠近探测器的一侧，补偿透镜3包括凹透镜，补偿透镜3用于将透镜镜组1折射光线之间的间隔放大，透镜镜组1包括凸透镜。凹透镜的作用是将经过透镜镜组1后的光线分散，从而达到将光线间隔放大的目的，这样光线在探测器上的光斑距离变大，可以更好地识别，解决了度差异会越来越小，在光学探测器2上的位置差别也越来越小的问题。

进一步地，在图3所示的实施例中，非对称镜片包括透镜镜组1与部分补偿透镜3。补偿透镜3用于将透镜镜组1激光光斑信号之间的间隔放大，且补偿透镜3位于靠近探测器的一侧，透镜镜组1包括一个或多个透镜镜组1。

非对称镜片包括第一镜面11、第二镜面12、第三镜面14、第四镜面15、第五镜面13。其中，第一镜面11、第二镜面12、第三镜面14为透镜镜组1 的镜面，第四镜面15、第五镜面13为补偿透镜3的镜面。其中，第五镜面13 贴合或不贴合于第二镜面12设置，第五镜面13与第二镜面12相向设置，激光光斑信号从第一镜面11进入，依次经过第二镜面12、第五镜面13，并从第四镜面15射出。

进一步地，透镜镜组1包括凸透镜，补偿透镜3为凹透镜，凹透镜边缘至第三镜面14的距离与发射模组的光路4偏折角度有关，具体可以根据需求设置。

结合图2与图3所示，透镜镜组1的左侧为不同探测距离返回的光线，不同距离待测物体上返回的光斑通过透镜镜组1汇聚，成像在光学探测器2成像面上。光线从第二镜面12或第四镜面15射出的不同偏折角度代表打在光学探测器2不同位置，补偿透镜3为凹透镜，可根据不同要求决定其孔径，根据光路4结构等一系列因素选用，补偿透镜3可以采取分离或者胶合的形式。凹透镜成像性质，决定它可以通过发散的原理，将光线之间的间隔放大，最终使在光学探测器2上成像间隔增大，一定程度解决了三角测距中随着探测距离增加，在光学探测器2上的位置差别也越来越小，以致于在超过某个距离后，光学探测器2几乎无法分辨问题，从而提高了激光测距装置远距离探测精度，增大了最远探测距离，同时补偿透镜3的孔径也可以根据自己需求决定，近距的测量精度可以得到保留。

在图2和图3中，补偿透镜3与透镜镜组1的上半部等高，可以理解的是，也可以设置补偿透镜3与透镜镜组1的下半部等高。即所示补偿透镜3可以位于透镜镜组1的上半部或者下半部。

通过采用补偿透镜3，通过透镜放大某一段远距离位置在探测器上光斑成像位置，增大其光斑的分布面积，解决因距离远导致成像夹角差异小难计算的问题，从而在保留近距测量的精度同时，提高系统远距精度。

本实用新型还提供一种激光雷达，包括图2与图3所示的任一种激光测距装置。其中激光测距装置的发射模组包括发光元件、准直透镜组以及支架；发光元件与准直透镜组固定于支架内，支架形成光发射通道，发射模组与电路板进行电连接；

或者，发光元件设于电路板上，准直透镜组与发光元件相向设置并固定于支架上，支架设置于电路板上，支架形成光发射通道。

本实用新型还提供一种激光雷达，激光雷达包括上述如图2与图3中的激光测距装置。

本实用新型还提供一种移动设备，包括常见的机器人，有扫地机器人、服务机器人、工业机器人、AGV车或建图导航车等。移动设备包括本体以及激光雷达，激光雷达包括图2与图3中的激光测距装置。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本实用新型采用补偿透镜，将某一段特定距离回来的光斑在探测器上成像的位置进行改变，通过透镜放大某一段远距离位置在探测器上光斑成像位置，增大其光斑的分布面积，从而，在保留近距测量的精度同时，提高系统远距精度。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光测距装置，其特征在于，包括：发射模组、接收模组以及电路板；

所述发射模组用于向外发射激光；

所述接收模组用于接收激光光斑信号；

所述接收模组包括非对称镜片、光学探测器，所述光学探测器设于所述电路板上，所述非对称镜片与所述光学探测器相向设置，且所述非对称镜片与所述光学探测器之间形成光接收通道。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述非对称镜片包括第一镜面、第二镜面、第三镜面、第四镜面；

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，并从所述第二镜面或所述第四镜面射出，所述第一镜面与所述第四镜面不对称。

3.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，所述光学探测器包括第一探测区域和第二探测区域；

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，并从所述第二镜面射出，所述第一探测区域接收所述激光光斑信号；

或者，

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，并从所述第四镜面射出，所述第二探测区域接收所述激光光斑信号。

4.根据权利要求2至3任一项所述的激光测距装置，其特征在于，所述非对称镜片为一体成型。

5.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述非对称镜片包括第一镜面、第二镜面、第三镜面、第四镜面、第五镜面；

所述第五镜面与所述第二镜面相向设置；

所述激光光斑信号从所述第一镜面进入，依次经过所述第二镜面、所述第五镜面，并从所述第四镜面射出。

6.根据权利要求5所述的激光测距装置，其特征在于，所述非对称镜片包括透镜镜组与部分补偿透镜；

所述补偿透镜用于将所述透镜镜组激光光斑信号之间的间隔放大，且所述补偿透镜位于靠近所述探测器的一侧；

所述透镜镜组包括一个或多个透镜镜组；

所述第五镜面贴合或不贴合于所述第二镜面设置。

7.根据权利要求6所述的激光测距装置，其特征在于，所述补偿透镜为凹透镜，所述凹透镜边缘至所述第三镜面的距离与所述发射模组的光路偏折角度有关。

8.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射模组包括发光元件、准直透镜组以及支架；

所述发光元件与所述准直透镜组固定于所述支架内，所述支架形成光发射通道，所述发射模组与所述电路板进行电连接；

或者，

所述发光元件设于所述电路板上，所述准直透镜组与所述发光元件相向设置并固定于所述支架上，所述支架设置于所述电路板上，所述支架形成光发射通道。

9.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括权利要求1至8任一项所述的激光测距装置。

10.一种移动设备，其特征在于，所述移动设备包括权利要求9所述的激光雷达。

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