CN217879777U - 透镜组件、激光测距装置及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种透镜组件、激光测距装置及移动机器人，涉及激光测距技术领域。该透镜组件包括支撑件以及与支撑件一体成型的发射透镜和接收透镜，如此使得在对支撑件进行装配时即可实现发射透镜和接收透镜的安装，避免对发射透镜和接收透镜单独安装，节省了装配时间，提高了装配效率，且仅需对支撑件进行装配，简化了安装过程。进一步地，发射透镜和接收透镜仅通过支撑件实现装配，避免增加其他装配结构，造成激光测距装置尺寸的增加。

Description

透镜组件、激光测距装置及移动机器人

技术领域

本实用新型涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种透镜组件、激光测距装置及移动机器人。

背景技术

激光测距装置是采用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动距离探测设备。激光测距装置包括激光发射系统和接收系统，激光器发射系统产生并发射光脉冲，照射物体上并反射回来，最终被接收系统所接收。接收系统获得光脉冲从发射到被反射回的传播时间，进而根据飞行时间法(TOF)得到测量距离。激光测距装置能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。

现有激光测距装置中的发射透镜和接收透镜需要单独安装，导致安装过程复杂，不利于提高装配效率。同时，需要为发射透镜和接收透镜的安装留有足够的空间，导致激光测距装置的整体尺寸较大。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种透镜组件、激光测距装置及移动机器人，旨在解决现有激光测距装置中发射透镜和接收透镜安装过程复杂且所需安装空间较大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案一为：

透镜组件，包括：

支撑件；

发射透镜，与所述支撑件一体成型，用于透过发射单元的发射光线；及

接收透镜，与所述支撑件一体成型，用于透过所述发射光线经过障碍物后反射的光线，使得所述反射的光线传输到接收单元。

在所述透镜组件的一些实施例中，所述发射透镜和所述接收透镜相对于所述支撑件的中心线对称。

在所述透镜组件的一些实施例中，所述接收透镜远离所述支撑件的一端与所述支撑件的距离为L1，所述发射透镜远离所述支撑件的一端与所述支撑件的距离为L2，其中，L1不等于L2。

在所述透镜组件的一些实施例中，所述接收透镜的焦距f范围为3mm-20mm。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案二为：

激光测距装置，包括：

如上所述的透镜组件；

发射单元；

接收单元；

外壳组件，设有收容空间和安装孔，所述安装孔与所述收容空间连通，所述发射单元和所述接收单元收容于所述收容空间；

所述支撑件设于所述安装孔，且所述发射透镜与所述发射单元对应设置，所述接收透镜与所述接收单元对应设置。

在所述激光测距装置的一些实施例中，所述接收透镜到所述接收单元之间的距离L，所述接收透镜的焦距为f，所述L与f的关系满足：f*(1-20％)≤L≤f*(1+20％)。

在所述激光测距装置的一些实施例中，所述外壳组件包括本体、发射光阑和接收光阑，所述收容空间和所述安装孔设于所述本体，所述发射光阑和所述接收光阑均收容于所述收容空间且与所述本体连接，所述发射透镜和所述发射单元分别设置在所述发射光阑的两侧，且均与所述发射光阑对应设置，所述接收透镜和所述接收单元分别设置在所述接收光阑的两侧，且均与所述接收光阑对应设置。

在所述激光测距装置的一些实施例中，所述发射光阑的横截面内径由靠近所述发射单元的一端朝靠近所述发射透镜的一端递增；

所述接收光阑的横截面内径由靠近所述接收单元的一端朝靠近所述接收透镜的一端递增。

在所述激光测距装置的一些实施例中，所述激光测距装置还包括电路板，所述发射单元与所述电路板电连接，所述接收单元与所述电路板电连接；或者

所述发射单元和所述接收单元集成封装为一收发模组，所述收发模组通过外接端口与所述电路板电连接。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案三为：

移动机器人，包括机器人本体及如上所述的激光测距装置，所述激光测距装置设于所述机器人本体。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

上述方案的透镜组件应用装备于激光测距装置及移动机器人中，除了保证发射光线和发射光线经过障碍物后反射的光线能够顺利通过透镜组件外，其自身还能够提高发射透镜和接收透镜的装配效率，避免激光测距装置需为发射透镜和接收透镜的安装留有足够的空间，有效降低激光测距装置的整体尺寸。具体而言，该透镜组件包括支撑件以及与支撑件一体成型的发射透镜和接收透镜，如此使得在对支撑件进行装配时即可实现发射透镜和接收透镜的安装，避免对发射透镜和接收透镜单独安装，节省了装配时间，提高了装配效率，且仅需对支撑件进行装配，简化了安装过程。进一步地，发射透镜和接收透镜仅通过支撑件实现装配，避免增加其他装配结构，造成激光测距装置尺寸的增加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

其中：

图1为一个实施例中激光测距装置的示意图；

图2为图1所示激光测距装置的爆炸结构示意图；

图3为图1所示激光测距装置的另一视角爆炸结构示意图；

图4为图1所示激光测距装置的主视图；

图5图4中A-A向剖视图；

图6为图1所示激光测距装置中透镜组件的示意图；

图7为图1所示激光测距装置中周向壁、发射光阑、接收光阑和隔板的装配示意图；

图8为图1所示激光测距装置中周向壁、发射光阑、接收光阑和隔板的另一视角装配示意图；

图9为另一个实施例中收发模组的结构示意图。

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，本领域普通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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

激光测距装置是采用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动距离探测设备。激光测距装置包括激光发射系统和接收系统，激光器发射系统产生并发射光脉冲，照射物体上并反射回来，最终被接收系统所接收。接收系统获得光脉冲从发射到被反射回的传播时间，进而根据飞行时间法(TOF)得到测量距离。激光测距装置能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。

现有激光测距装置中的发射透镜和接收透镜需要单独安装，导致安装过程复杂，不利于提高装配效率。同时，需要为发射透镜和接收透镜的安装留有足够的空间，导致激光测距装置的整体尺寸较大。

为解决上述技术问题本实用新型提供了一种透镜组件、激光测距装置及移动机器人。其中，移动机器人可为扫地机器人或洗地机器人，包括机器人本体及激光测距装置。进一步地，激光测距装置设于所述机器人本体，用于对机器人本体的外界进行激光扫描。

请一并结合图1至图3，现对本实用新型实施例提供的激光测距装置进行说明。该激光测距装置包括发射单元10、接收单元20、外壳组件30及透镜组件40。其中，如图4、图5、图7和图8所示，外壳组件30设有收容空间100和安装槽200。安装槽200与收容空间100连通。发射单元10和接收单元20收容于收容空间100。本实施例中，发射单元10用于发射光线。该发射光线可为点激光信号、线激光信号等激光信号。接收单元20用于接收发射光线经过障碍物后反射的光线。发射单元10和接收单元20的工作原理是先向目标物体发射发射光线，然后将接收的反射的光线与发射光线进行比较，进行处理后，获得目标物体的有关信息，比如目标距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数。进一步地，如图5和图6所示，透镜组件40包括支撑件41、发射透镜42及接收透镜43。发射透镜42与支撑件41一体成型，接收透镜43与支撑件41一体成型。发射透镜42用于透过发射单元10的发射光线。接收透镜43用于透过发射光线经过障碍物后反射的光线，使得反射的光线传输到接收单元20。进一步地，支撑件41设于安装槽200，以将发射透镜42和接收透镜43安装于外壳组件30，进而使得发射透镜42与发射单元10对应设置，接收透镜43与接收单元20对应设置，使得发射光线能够经过发射透镜42射向目标物体，目标物体反射回来的反射的光线能够经接收透镜43被接收单元20接收。支撑件41设于安装孔200能够保证外壳组件30位于安装槽200一侧的密封性，避免杂质进入收容空间100。

综上，实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：上述方案的透镜组件40应用装备于激光测距装置及移动机器人中，除了保证发射光线和发射光线经过障碍物后反射的光线能够顺利通过透镜组件40外，其自身还能够提高发射透镜42和接收透镜43的装配效率，避免激光测距装置需为发射透镜42和接收透镜43的安装留有足够的空间，有效降低激光测距装置的整体尺寸。具体而言，该透镜组件40包括支撑件41以及与支撑件41一体成型的发射透镜42和接收透镜43，如此使得在对支撑件41进行装配时即可实现发射透镜42和接收透镜43的安装，避免对发射透镜42和接收透镜43单独安装，节省了装配时间，提高了装配效率，且仅需对支撑件41进行装配，简化了安装过程。进一步地，发射透镜42和接收透镜43仅通过支撑件41实现装配，避免增加其他装配结构，造成激光测距装置尺寸的增加。

本实施例中，如图5和图6所示，支撑件41整体可由透光材质制成。可以理解为在其他实施例中，支撑件41在与发射透镜42和接收透镜43相对应的位置可通过采用透光材质制成或镂空结构实现光路的导通，而支撑件41的其他位置可通过透光材质制成或其他半透光、非透光材质制成。

在一个实施例中，请一并结合图5和图6，发射透镜42包括第一入光面421和第一出光面，第一入光面421为凸面且自支撑件41向发射单元10一侧外凸，第一出光面为平面且设于支撑件41。如此使得发射单元10发出的发射光线能够依次经过第一入光面421、第一出光面和支撑件41从激光测距装置射出并射向目标物体，以提升发射光线的准直性。

在一个实施例中，请继续参阅图5和图6，接收透镜43包括第二入光面和第二出光面431，第二入光面为平面且设于支撑件41，第二出光面431为凸面且自支撑件41向接收单元20一侧外凸。如此使得反射的光线能够依次经过支撑件41、第二入光面和第二出光面431后被接收单元20接收，以在被接收单元20接收前对反射的光线进行汇聚。

在一个实施例中，如图5所示，发射透镜42和接收透镜43相对于支撑件41的中心线OO`对称。可以理解为在其他实施例中，发射透镜42和接收透镜43也可相对于支撑件41的中心线OO`不对称，以保证发射透镜42与发射单元10对应设置，接收透镜43与接收单元20对应设置即可。

本实施例中，发射透镜42和接收透镜43的形状相同，例如接收透镜43远离支撑件41的一端与支撑件41的距离为L1，发射透镜42远离所述支撑件41的一端与所述支撑件41的距离为L2，L1等于L2。而在其他实施例中，接收透镜43远离支撑件41的一端与支撑件41的距离为L1，发射透镜42远离所述支撑件41的一端与所述支撑件41的距离为L2，其中，L1不等于L2。如此使得发射透镜42到发射单元10与接收透镜43到接收单元20之间的距离不等。而当接收透镜43相对与发射透镜42到发射单元10的距离更靠近或远离接收单元20时，接收透镜43能够产生离焦效果，使得接收到的反射的光线的光斑更大，单光子触发次数更多，提高信噪比。其中，上述离焦的距离范围为±10％。进一步地，接收透镜43的焦距f范围为3mm-20mm。接收透镜43到接收单元20之间的距离L，接收透镜43的焦距为f，L与f的关系满足：f*(1-20％)≤L≤f*(1+20％)。

在一个实施例中，请一并结合图5和图7，外壳组件30包括本体31、发射光阑32和接收光阑33。收容空间100和安装槽200设于本体31。发射光阑32和接收光阑33均收容于收容空间100且与本体31连接。发射透镜42和发射单元10分别设置在发射光阑32的两侧，且均与发射光阑32对应设置。本实施例中，发射透镜42和发射单元10均完全收容于发射光阑32，以在经过发射透镜42前消除发射光线的杂散光。可以理解为在其他实施例中，发射单元10至少部分收容于发射光阑32，以消除发射光线的杂散光。此外，在其他实施例中，发射单元10也可不收容于发射光阑32内，可通过在发射单元10和发射光阑32之间设置遮光结构，在保证发射单元10和发射光阑32之间光路导通的同时，避免外界杂光进入发射单元10和发射光阑32之间。进一步地，接收透镜43和接收单元20分别设置在接收光阑33的两侧，且均与接收光阑33对应设置。本实施例中，接收透镜43和接收单元20均完全收容于接收光阑33，以在被接收单元20接收前消除反射的光线的杂散光。可以理解为在其他实施例中，接收单元20至少部分收容于接收光阑33，以消除反射光线的杂散光。此外，在其他实施例中，接收单元20也可不收容于接收光阑33内，可通过在接收单元20和接收光阑33之间设置遮光结构，在保证接收单元20和接收光阑33之间光路导通的同时，避免外界杂光进入接收单元20和接收光阑33之间。

进一步地，本实施例中，通过发射光阑32和接收光阑33的设置能够避免杂散光对发射光线和反射的光线产生影响，进而提升激光测距装置的测距精度。同时，发射光阑32和接收光阑33的设置还能够将发射光线和反射的光线的光路分开，从而有效地避免了发射光线的光路漏光对反射的光线的影响，进一步提升激光测距装置的测距精度。此外，在一些实施例中，可在发射光阑32和接收光阑33之间设置隔开件，以将发射光线和反射的光线的光路分开，避免串扰。此时，发射透镜42和接收透镜43可不收容于发射光阑32和接收光阑33中，通过上述隔开件隔开光路即可。

在一个实施例中，请继续参阅图5和图7，发射光阑32的横截面内径由靠近发射单元10的一端朝靠近发射透镜42的一端递增。如此能够增大发射光阑32靠近发射透镜42一端的收容体积，以能够收容更大体积的发射透镜42，进一步提升发射透镜42的准直效果。同时，在提升发射透镜42容纳体积的同时，能够避免发射光阑32外径尺寸的增加，避免影响其他结构的安装和增加激光测距装置的整体体积。本实施例中，发射光阑32的横截面内径由靠近发射单元10的一端朝靠近发射透镜42的一端阶梯式递增。可以理解为在其他实施例中，发射光阑32的横截面内径由靠近发射单元10的一端朝靠近发射透镜42的一端连续平滑的逐渐递增。

在一个实施例中，请继续参阅图5和图7，接收光阑33的横截面内径由靠近接收单元20的一端朝靠近接收透镜43的一端递增。如此能够增大接收光阑33靠近接收透镜43一端的收容体积，以能够收容更大体积的接收透镜43，进一步提升接收透镜43的汇聚效果。同时，在提升接收透镜43容纳体积的同时，能够避免接收光阑33外径尺寸的增加，避免影响其他结构的安装和增加激光测距装置的整体体积。本实施例中，接收光阑33的横截面内径由靠近接收单元20的一端朝靠近接收透镜43的一端阶梯式递增。可以理解为在其他实施例中，接收光阑33的横截面内径由靠近接收单元20的一端朝靠近接收透镜43的一端连续平滑的逐渐递增。

在一个实施例中，请一并结合图2至图5，本体31包括周向壁311和底盖312。安装槽200设于周向壁311的一端。底盖312可拆连接于周向壁311的另一端且与周向壁311围设形成收容空间100。如此通过底盖312与周向壁311的可拆连接，能够方便发射单元10和接收单元20的安装，进一步节省激光测距装置的装配时间。同时，在发射单元10和/或接收单元20损坏时，可从底盖312一侧对发射单元10和/或接收单元20进行维修或更换，避免对支撑件41进行拆装，影响发射透镜42和接收透镜43的位置精度。

在一个实施例中，请一并结合如图2、图3和图5，激光测距装置还包括电路板50，发射单元10与电路板50电连接，接收单元20与电路板50电连接。本实施例中，如图5、图7和图8所示，外壳组件30还包括隔板34，隔板34收容于收容空间100且与本体31连接。发射光阑32靠近发射单元10的一端设于隔板34。接收光阑33靠近接收单元20的一端设于隔板34。如此使得发射光阑32和接收光阑33能够通过隔板34设于本体31，增加发射光阑32和接收光阑33与本体31之间的连接面积，提升发射光阑32和接收光阑33与本体31的连接稳定性。进一步地，隔板34上设有第一通孔300和第二通孔400，第一通孔300与发射光阑32连通，第二通孔400与接收光阑33连通。如图2、图3和图5所示，电路板50设于隔板34，以方便电路板50与本体31连接。进一步地，发射单元10与电路板50电连接且能够经第一通孔300收容于发射光阑32，接收单元20与电路板50电连接且能够经第二通孔400收容于接收光阑33。电路板50能够控制发射单元10发射光线和控制接收单元20反射的光线。同时可将第一通孔300和第二通孔400盖设，可与隔板34一同对发射光线和反射的光线进行遮挡，以对电路板50上的其他电子元件进行保护。

在另一种实施例中，也可省去隔板34，第一通孔300和第二通孔400直接设置于本体上，且分别和发射光阑32和接收光阑33对应，其他结构不变，在此不做赘述。

在另一个实施例中，如图9所示，发射单元10和接收单元20集成封装为一收发模组80，收发模组80通过外接端口与电路板50电连接。本实施例中，收发模组80包括壳体，发射单元10和接收单元20收容于壳体。壳体上还设有两个通孔结构，以分别对发射光线的光路和反射的光线的光路进行避让。

在一个实施例中，如图7所示，发射光阑32的周向与本体31连接，如此能够进一步增加发射光阑32与本体31之间的连接面积，进一步提升发射光阑32与本体31之间的连接稳定性；接收光阑33的周向与本体31连接，如此能够进一步增加接收光阑33与本体31之间的连接面积，进一步提升接收光阑33与本体31之间的连接稳定性。

在一个实施例中，如图8所示，隔板34背离安装孔200一侧设有第一凸起部341和第二凸起部342，第一通孔300贯穿第一凸起部341与发射光阑32连通，第二通孔400贯穿第二凸起部342与接收光阑33连通，如此使得在进行发射单元10和接收单元20安装时电路板50可设于第一凸起部341和第二凸起部342，以悬置于隔板34，形成间隔空间，有利于电路板50散热，提升电路板50的性能稳定性。同时，第一凸起部341和第二凸起部342上设有连接孔500，以方便与电路板50通过连接件连接。第一凸起部341和第二凸起部342能够能加隔板34与电路板50连接位置的尺寸，避免或减轻开设连接孔500对隔板34造成的破坏，保证其刚性稳定。本实施例中，连接件可为螺纹件，以方便电路板50与隔板34可拆连接。

在一个实施例中，请一并结合图1至图5，激光测距装置还包括线缆60。线缆60穿设于本体31，线缆60上设有与电路板50插接的插头70。如此通过线缆60的设置能够将电能和控制信号传输至收容空间100，以通过电路板50向发射单元10和接收单元20供电和发出控制信号。进一步地，线缆60与电路板50之间通过插头70插接，能够快速实现线缆60和电路板50的电连接，节省了装配时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.透镜组件(40)，其特征在于，包括：

支撑件(41)；

发射透镜(42)，与所述支撑件(41)一体成型，用于透过发射单元(10)的发射光线；及

接收透镜(43)，与所述支撑件(41)一体成型，用于透过所述发射光线经过障碍物后反射的光线，使得所述反射的光线传输到接收单元(20)。

2.据权利要求1所述的透镜组件(40)，其特征在于，所述发射透镜(42)和所述接收透镜(43)相对于所述支撑件(41)的中心线对称。

3.根据权利要求1所述的透镜组件(40)，其特征在于，所述接收透镜(43)远离所述支撑件(41)的一端与所述支撑件(41)的距离为L1，所述发射透镜(42)远离所述支撑件(41)的一端与所述支撑件(41)的距离为L2，其中，L1不等于L2。

4.根据权利要求1-3任一项所述的透镜组件(40)，其特征在于，所述接收透镜(43)的焦距f范围为3mm-20mm。

5.激光测距装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至4任一项所述的透镜组件(40)；

发射单元(10)；

接收单元(20)；

外壳组件(30)，设有收容空间(100)和安装槽(200)，所述安装槽(200)与所述收容空间(100)连通，所述发射单元(10)和所述接收单元(20)收容于所述收容空间(100)；

所述支撑件(41)设于所述安装槽(200)，且所述发射透镜(42)与所述发射单元(10)对应设置，所述接收透镜(43)与所述接收单元(20)对应设置。

6.根据权利要求5所述的激光测距装置，其特征在于，所述接收透镜(43)到所述接收单元(20)之间的距离L，所述接收透镜(43)的焦距为f，所述L与f的关系满足：f*(1-20％)≤L≤f*(1+20％)。

7.根据权利要求5所述的激光测距装置，其特征在于，所述外壳组件(30)包括本体(31)、发射光阑(32)和接收光阑(33)，所述收容空间(100)和所述安装槽(200)设于所述本体(31)，所述发射光阑(32)和所述接收光阑(33)均收容于所述收容空间(100)且与所述本体(31)连接，所述发射透镜(42)和所述发射单元(10)分别设置在所述发射光阑(32)的两侧，且均与所述发射光阑(32)对应设置，所述接收透镜(43)和所述接收单元(20)分别设置在所述接收光阑(33)的两侧，且均与所述接收光阑(33)对应设置。

8.根据权利要求7所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射光阑(32)的横截面内径由靠近所述发射单元(10)的一端朝靠近所述发射透镜(42)的一端递增；

所述接收光阑(33)的横截面内径由靠近所述接收单元(20)的一端朝靠近所述接收透镜(43)的一端递增。

9.根据权利要求5至8任一项所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置还包括电路板(50)，所述发射单元(10)与所述电路板(50)电连接，所述接收单元(20)与所述电路板(50)电连接；或者

所述发射单元(10)和所述接收单元(20)集成封装为一收发模组，所述收发模组通过外接端口与所述电路板(50)电连接。

10.移动机器人，其特征在于，包括机器人本体及如权利要求5至9任一项所述的激光测距装置，所述激光测距装置设于所述机器人本体。

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