CN218240394U

CN218240394U - 一种线激光器、测距装置和机器人

Info

Publication number: CN218240394U
Application number: CN202222409721.0U
Authority: CN
Inventors: 梁伶; 曾广玺
Original assignee: Shenzhen Camsense Technologies Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Huanchuang Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2032-09-09

Abstract

本实用新型实施例提供一种线激光器、测距装置和机器人，包括LED光源、准直单元和整形单元；整形单元和准直单元均设于LED光源的出光侧；其中，LED光源发出的光线经准直单元准直后、再经整形单元整形成一字型光束。该线激光器通过LED光源作为发射源，能提高波长范围和降低成本。

Description

一种线激光器、测距装置和机器人

技术领域

本实用新型实施例涉及测距技术领域，特别涉及一种线激光器、测距装置和机器人。

背景技术

随着电子技术的不断进步，各式各样的、具有一定智能化程度的机器人也开始不断的涌现，例如扫地机器人、自动驾驶小车等逐渐进入到人们的日常生活之中。

而为了支持机器人的智能化操作，需要在机器人上配置雷达进行避障或测距，然而，现有的测距装置通常采用激光光源，其波长范围受到限制，且成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种线激光器、测距装置和机器人，采用LED光源作为发射光源，从而提高波长范围、以及降低成本。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是提供一种线激光器，包括LED光源、准直单元和整形单元；所述整形单元和所述准直单元均设于所述LED光源的出光侧；其中，所述LED光源发出的光线经所述准直单元准直后、再经所述整形单元整形成一字型光束。

在一些实施例中，所述整形单元包括多个鲍威尔棱镜排列得到的第一棱镜阵列，所述第一棱镜阵列所在的直线与所述LED光源中心指向所述准直单元中心所在的直线垂直；或者，所述整形单元包括多个鲍威尔棱镜排列得到的第二棱镜阵列，所述第二棱镜阵列所在的直线与所述LED光源中心指向所述准直单元中心所在的直线共轴。

在一些实施例中，所述鲍威尔棱镜具有第一曲面；所述第一曲面靠近所述LED光源设置，或者，所述第一曲面背离所述LED光源设置。

在一些实施例中，所述第一棱镜阵列中各个鲍威尔棱镜的参数值相同，所述第二棱镜阵列中各个鲍威尔棱镜的参数值不同。

在一些实施例中，所述准直单元包括多个准直镜排列得到的第三棱镜阵列，所述第三棱镜阵列所在的直线与所述LED光源中心指向所述整形单元中心所在的直线共轴。

在一些实施例中，沿着所述LED光源的出光方向，所述第三棱镜阵列中各个准直镜的尺寸逐渐增大。

在一些实施例中，所述LED光源的中心、所述准直单元的中心和所述整形单元的中心共轴。

在一些实施例中，所述整形单元包括波浪镜，所述波浪镜具有波浪面；所述波浪面靠近所述LED光源设置，或者，所述波浪面远离所述LED光源设置。

第二方面，本实用新型实施例提供一种测距装置，所述测距装置包括如第一方面任一项所述的线激光器，以及接收器；所述接收器用于接收经所述线激光器发射、并经待测物反射的光线。

第三方面，本实用新型实施例提供一种机器人，该机器人包括如第二方面所述的测距装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种线激光器、测距装置和机器人，包括LED光源、准直单元和整形单元；所述整形单元和所述准直单元均设于所述LED光源的出光侧；其中，所述LED光源发出的光线经所述准直单元准直后、再经所述整形单元整形成一字型光束。该线激光器通过LED光源作为发射源，能提高波长范围和降低成本。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种线激光器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种线激光器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种线激光器的结构示意图；

图4是图3的一种俯视光路示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种LED光源发出的光线的光斑示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种LED光源发出的光线经过准直单元后的光斑示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种准直后光线经过3mm厚度的第一棱镜阵列后的光斑示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种准直后光线经过2mm厚度的第一棱镜阵列后的光斑示意图；

图9是本实用新型实施例提供的另一种准直后光线经过2mm厚度的第一棱镜阵列后的光斑示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本实用新型实施例提供一种线激光器，该激光器包括LED光源10、准直单元20和整形单元30；所述整形单元30和所述准直单元20均设于所述LED光源10的出光侧；其中，所述LED光源10发出的光线经所述准直单元20准直后、再经所述整形单元30整形成一字型光束。

具体的，请参阅图1，准直单元20和整形单元30依次沿LED光源10发出的光线所在的方向设于LED光源10的出光侧，此时，LED光源发出的光线经过准直单元20准直后、再经过整形单元30整形；或者，整形单元30和准直单元20依次沿LED光源10发出的光线所在的方向设于LED光源10的出光侧，此时，LED光源发出的光线经过整形单元30整形后、再经过准直单元20准直。

其中，LED光源10包括至少一个LED，该LED能通电发出可见光、红外线或紫外线，LED光源10可通过选取能发出同一波长的LED来发出同一波长的光线，或者，通过选取能发出不同波长的LED来发出不同波长的光线，可见，该线激光器通过选取LED作为发射源，可扩大波长范围，另外，LED比激光成本低，从而可降低雷达的成本。

另外，该线激光器中，通过整形单元30将LED光源10发出的光线整形成一字型光束后照射在待测物表面上，其中，LED光源10发出的光线的长宽比大于或等于1：1。实际应用中，LED光源10发出的光线的长宽比可为2：1、3：1等。一字型光束的长宽比大于LED光源10发出的光线的长宽比，这样，通过该线激光器增大LED光源10发出的光线的长宽比，从而增大了测量面积，提高了光线的利用率。

在其中一些实施例中，请参阅图1和图2，整形单元30包括多个鲍威尔棱镜31排列得到的第一棱镜阵列，第一棱镜阵列所在的直线与LED光源10的中心指向准直单元20中心所在的直线垂直。通过第一棱镜阵列，可对光束进行整形成一字型光束。其中，第一棱镜阵列中的鲍威尔棱镜31的数量可根据实际需要进行设置，在此不需要进行设置。

在其中一些实施例中，整形单元包括多个鲍威尔棱镜排列得到的第二棱镜阵列，第二棱镜阵列所在的直线与LED光源中心指向准直单元中心所在的直线共轴。具体的，请参阅图3，该整形单元包括由第一鲍威尔棱镜32和第二鲍威尔棱镜33排列得到的第二棱镜阵列，该第二棱镜阵列所在的直线与LED光源10的中心指向准直单元20的中心所在的直线共轴。请参阅图4，可见整形单元使用鲍威尔棱镜能将光线整形长宽比较大的一字型光束、且均匀性较好。在上述设置方式中，同样可利用第二棱镜阵列中的各个鲍威尔棱镜对光束进行整形成一字型光束。关于第二棱镜阵列中的鲍威尔棱镜数量可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，鲍威尔棱镜具有第一曲面；第一曲面靠近LED光源设置，或者，第一曲面背离LED光源设置。具体的，当整形单元包括第一棱镜阵列时，第一棱镜阵列具有波浪面S1和平面S2，波浪面S1呈现波浪形状，请参阅图1，第一棱镜阵列的波浪面S1可靠近LED光源10设置、平面S2可远离LED光源10设置，此时，进光面为第一棱镜阵列的波浪面S1；或者，请参阅图2，第一棱镜阵列的波浪面S1可远离LED光源10设置、平面S2可靠近LED光源10设置，此时，进光面为第一棱镜阵列的平面S2。当整形单元包括第二棱镜阵列时，第二棱镜阵列中的各鲍威尔棱镜的进光面可根据实际需要进行设置，例如，请参阅图3，第二棱镜阵列中的各鲍威尔棱镜的曲面均可靠近LED光源10设置、各鲍威尔棱镜的平面均可远离LED光源10设置。实际应用中，可根据实际需要设置第一棱镜阵列和第二棱镜阵列中的各鲍威尔棱镜的进光面，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

另外，当LED光源、整形单元和第一棱镜阵列依次设置时，请参阅图5-图9，可见LED光源的光斑经过第一棱镜阵列整形后，能形成长宽比较大的光束，且请参阅图8和图9，图8中的第一棱镜阵列的进光面为平面，图9中的第一棱镜阵列的进光面为波浪面，可发现当进光面为波浪面时，能减少能量损失。

在其中一些实施例中，第一棱镜阵列中各个鲍威尔棱镜的参数值相同，第二棱镜阵列中各个鲍威尔棱镜的参数值不同。其中，参数值包括半径和二次曲面系数。具体的，在利用光学设计软件进行设置时，可将第一棱镜阵列的波浪面设置为变形非球面，且为凸面，Y子午线的二次曲面系数为-2、半径为0.3。通过上述设置，可得到一具有变形非球面的第一棱镜阵列。实际应用中，第一棱镜阵列和第二棱镜阵列中的各鲍威尔棱镜中的参数值可根据实际需要进行设置，在此不做限定。

在其中一些实施例中，准直单元包括多个准直镜排列得到的第三棱镜阵列，第三棱镜阵列所在的直线与LED光源中心指向整形单元中心所在的直线共轴。通过设置多个准直镜，能对LED光源发出的光线进行准直，使准直后的光线为平行光，后续能提高光束经整形单元后的整形效果。

在其中一些实施例中，沿着LED光源的出光方向、第三棱镜阵列中各个准直镜的尺寸逐渐增大。可以理解的是，当光线经过一次准直后，光线的直径将增大，通过上述设置，可提高对光线的准直效果。

在其中一些实施例中，LED光源10的中心、准直单元20的中心和整形单元30的中心共轴。通过使三者中心共轴，可以提高光束整形效果。

在其中一些实施例中，整形单元包括波浪镜，波浪镜具有波浪面；波浪面靠近LED光源设置，或者，波浪面远离LED光源设置。具体的，波浪镜可由多个鲍威尔棱镜阵列形成，从而使在侧面观察波浪镜时，波浪面呈现波浪形状。波浪镜还具有一平面，在设置时，波浪镜的平面可远离LED光源设置，波浪镜的波浪面靠近LED光源设置，此时，进光面为波浪镜的波浪面。或者，波浪镜的波浪面可远离LED光源设置，波浪镜的平面靠近LED光源设置，此时，进光面为波浪镜的平面。实际应用中，可根据实际需要设置波浪镜的进光面，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

第二方面，本实用新型实施例提供一种测距装置，所述测距装置包括如第一方面任一项所述的线激光器，以及接收器；所述接收器用于接收经所述线激光器发射、并经待测物反射的光线。该线激光器具有如第一方面任意一项实施例所述的线激光器相同的结构与功能，在此不再赘述。在本实施例中，接收器用于接收经待测物的表面反射回的光线，通过接收回的光线确定与待测物之间的距离，从而使得后续可用以避障或测距。

第三方面，本实用新型实施例提供一种机器人，该机器人包括如第二方面所述的测距装置。该测距装置具有如第二方面任意一项实施例所述的测距装置相同的结构与功能，在此不再赘述。机器人可以是扫地机器人或服务机器人等一切需要避障或测距的机器人。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：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；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；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范围。

Claims

1.一种线激光器，其特征在于，包括LED光源、准直单元和整形单元；

所述整形单元和所述准直单元均设于所述LED光源的出光侧；

其中，所述LED光源发出的光线经所述准直单元准直后、再经所述整形单元整形成一字型光束。

2.根据权利要求1所述的线激光器，其特征在于，所述整形单元包括多个鲍威尔棱镜排列得到的第一棱镜阵列，所述第一棱镜阵列所在的直线与所述LED光源中心指向所述准直单元中心所在的直线垂直；或者，

所述整形单元包括多个鲍威尔棱镜排列得到的第二棱镜阵列，所述第二棱镜阵列所在的直线与所述LED光源中心指向所述准直单元中心所在的直线共轴。

3.根据权利要求2所述的线激光器，其特征在于，所述鲍威尔棱镜具有第一曲面；

所述第一曲面靠近所述LED光源设置，或者，所述第一曲面背离所述LED光源设置。

4.根据权利要求2所述的线激光器，其特征在于，所述第一棱镜阵列中各个鲍威尔棱镜的参数值相同，所述第二棱镜阵列中各个鲍威尔棱镜的参数值不同。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的线激光器，其特征在于，所述准直单元包括多个准直镜排列得到的第三棱镜阵列，所述第三棱镜阵列所在的直线与所述LED光源中心指向所述整形单元中心所在的直线共轴。

6.根据权利要求5所述的线激光器，其特征在于，沿着所述LED光源的出光方向，所述第三棱镜阵列中各个准直镜的尺寸逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的线激光器，其特征在于，所述LED光源的中心、所述准直单元的中心和所述整形单元的中心共轴。

8.根据权利要求1所述的线激光器，其特征在于，所述整形单元包括波浪镜，所述波浪镜具有波浪面；

所述波浪面靠近所述LED光源设置，或者，所述波浪面远离所述LED光源设置。

9.一种测距装置，其特征在于，所述测距装置包括如权利要求1-8任一项所述的线激光器，以及接收器；

所述接收器用于接收经所述线激光器发射、并经待测物反射的光线。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的测距装置。