CN218240398U - 一种dtof接收装置、测距系统和机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供一种DTOF接收装置、测距系统和机器人，该DTOF接收装置包括衰减单元、聚焦单元、滤光单元和DTOF感光单元；其中，聚焦单元与DTOF感光单元间隔预设距离设置；衰减单元和滤光单元沿第一方向设于DTOF感光单元的感光侧，第一方向为DTOF感光单元指向聚焦单元所在的方向；DTOF感光单元用于接收经待测物的表面反射、并经衰减单元衰减、聚焦单元聚焦和滤光单元滤光后透射的光线，并根据光线产生电信号。在该DTOF接收装置中，通过衰减单元对经待测物的表面反射至DTOF感光单元的光线进行衰减，可以减少DTOF感光单元的过曝现象。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种DTOF接收装置、测距系统和机器人。
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多种不同类型的传感器。其中，用于检测障碍物距离的测距传感器是机器人对周边环境感知所必不可少的。
现有的测距系统一般采用DTOF原理进行测距，在其接收装置中，通常SPAD阵列作为感光单元，然而SPAD的灵敏度很高，为了能测量较远的距离，激光发射功率较高，但这种会导致测量较近距离时，感光单元接收到的光强较强，容易发生过曝现象。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种DTOF接收装置、测距系统和机器人，能减少DTOF感光单元的过曝现象。
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DTOF接收装置，DTOF接收装置包括衰减单元、聚焦单元、滤光单元和DTOF感光单元；所述聚焦单元与所述DTOF感光单元间隔预设距离设置；所述衰减单元和所述滤光单元沿第一方向设于所述DTOF感光单元的感光侧，所述第一方向为所述DTOF感光单元指向所述聚焦单元所在的方向；其中，所述DTOF感光单元用于接收经待测物的表面反射、并经所述衰减单元、所述聚焦单元和所述滤光单元透射的光线，并根据所述光线产生电信号；所述衰减单元用于衰减所述光线；所述聚焦单元用于聚焦所述光线；所述滤光单元用于过滤所述光线。
在一些实施例中，所述衰减单元包括衰减片。
在一些实施例中，所述衰减片为圆形或多边形。
在一些实施例中，所述衰减片上开设有供所述光线通过的通孔。
在一些实施例中，所述通孔为圆形或多边形。
在一些实施例中，所述衰减单元的中心、所述聚焦单元的中心、所述滤光单元的中心和所述DTOF感光单元的中心共轴。
在一些实施例中，所述DTOF接收装置还包括接收镜筒；所述衰减单元、所述聚焦单元、所述滤光单元和所述DTOF感光单元均设于所述接收镜筒内。
在一些实施例中，所述滤光单元包括滤光片，所述聚焦单元包括聚焦镜片。
第二方面，本实用新型实施例提供一种测距系统，该测距系统包括发射装置、以及如第一方面任意一项所述的DTOF接收装置；所述发射装置用于发射光线至所述待测物的表面。
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任意一项所述的测距系统。
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DTOF接收装置、测距系统和机器人，该DTOF接收装置包括衰减单元、聚焦单元、滤光单元和DTOF感光单元；其中，聚焦单元与DTOF感光单元间隔预设距离设置；衰减单元和滤光单元沿第一方向设于DTOF感光单元的感光侧，第一方向为DTOF感光单元指向聚焦单元所在的方向。在该DTOF接收装置中，通过衰减单元对经待测物的表面反射至DTOF感光单元的光线进行衰减，可以减少DTOF感光单元的过曝现象。
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测距系统的结构框图；
图2是本实用新型实施例提供的一种DTOF接收装置的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种衰减片的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的另一种衰减片的结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的又一种衰减片的结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的再一种衰减片的结构示意图；
图7是本实用新型实施例提供的一种DTOF感光单元的感光示意图；
图8是本实用新型实施例提供的另一种DTOF感光单元的感光示意图。
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。
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请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，不是用于限制本申请。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，均在本申请的保护范围之内。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。
本实用新型提供一种测距系统，请参阅图1，该测距系统1包括DTOF接收装置100和发射装置200，其中，发射装置200用于发射光线L1至待测物300的表面，DTOF接收装置100用于接收经待测物300的表面反射的光线L2。在该测距系统1中，通过测量发射装置200发射光线L1的时刻与DTOF接收装置100接收到反射光L2的时刻之间的时间间隔，即光线的飞行时间，从而可得到与待测物的表面之间的距离。
为了减少在DTOF接收装置100中的感光单元的过曝现象，本实用新型实施例提供一种DTOF接收装置、测距系统和机器人，能够减少DTOF感光单元的过曝现象，提高测距系统的动态响应。
第一方面，本实用新型实施例提供一种DTOF接收装置100，请参阅图2，该DTOF接收装置包括聚焦单元10、衰减单元20、滤光单元30和DTOF感光单元40。其中，聚焦单元10与DTOF感光单元40间隔预设距离设置；衰减单元20和滤光单元30沿第一方向设于DTOF感光单元40的感光侧，第一方向为DTOF感光单元40指向聚焦单元10所在的方向。所述DTOF感光单元40用于接收经待测物的表面反射、并经所述衰减单元20、所述聚焦单元10和所述滤光单元30透射的光线L2，并根据所述光线L2产生电信号。所述衰减单元20用于衰减所述光线L2；所述聚焦单元10用于聚焦所述光线L2；所述滤光单元30用于过滤所述光线L2。
具体的，如图2所示，DTOF感光单元40、滤光单元30、衰减单元20和聚焦单元10依次沿第一方向设置；或者，DTOF感光单元40、衰减单元20、滤光单元30和聚焦单元10依次沿第一方向设置；或者，DTOF感光单元40、滤光单元30、聚焦单元10和衰减单元20依次沿第一方向设置；或者，DTOF感光单元40、聚焦单元10、滤光单元30和衰减单元20依次沿第一方向设置；或者，DTOF感光单元40、衰减单元20、聚焦单元10和滤光单元30依次沿第一方向设置；或者，DTOF感光单元40、聚焦单元10、衰减单元20和滤光单元30依次沿第一方向设置。可见，实际应用中，可自由设置聚焦单元10、衰减单元20和滤光单元30的顺序，从而提高DTOF接收装置的设计自由度。其中，预设距离可根据实际需要进行设置，在此不做限定。可见，实际应用中，聚焦单元10的位置可根据聚焦单元10的焦距进行设置，衰减单元20和滤光单元30的顺序可自由设置，从而提高DTOF接收装置的设计自由度。其中，预设距离可根据实际需要进行设置，在此不做限定。
在该DTOF接收装置中，待测物的表面反射的光线L2可经聚焦单元10聚焦、衰减单元20衰减、滤光单元30滤光后到达DTOF感光单元40，当待测物的表面距离DTOF接收装置较近时，通过衰减单元20对较强的反射光线进行衰减，使其能量衰减，从而减少近距离反射的光线对DTOF感光单元40的过曝现象，使测距系统在远近距离有合适的收光量，提高动态响应。
在其中一些实施例中，该DTOF接收装置还包括接收镜筒，其中，聚焦单元、衰减单元、滤光单元和DTOF感光单元均设于接收镜筒内。通过设置接收镜筒，可固定和保护各器件。
在其中一些实施例中，所述衰减单元20包括衰减片或者是其他一切合适的可用于衰减光强的光衰减器。衰减片通过利用物质对光的吸收特性、制成片状，从而可以将光强衰减。其对不同波长的光线的衰减比例可根据实际需要进行调整，在此不做限定。
在其中一些实施例中，请参阅图3或图4，所述衰减片为圆形或多边形。其中，多边形可以是四边形、五边形等。
在其中一些实施例中，所述衰减片上开设有供所述光线通过的通孔。具体的，所述通孔为圆形或多边形。其中，多边形可以是四边形、五边形等。如，请参阅图5，衰减片20为四边形、内部通孔21为四边形，即衰减片20为方形环状；或者，请参阅图6，衰减片20为圆形、内部通孔21为圆形，即衰减片20为圆形环状。
例如，当使用图6所示的圆形环状衰减片时，当待测物表面与DTOF感光单元之间的距离为4米以上时，即反射光线从远距离反射回DTOF感光单元，反射光线经衰减片衰减后，请参阅图7，其光斑O1都在DTOF感光单元40的接收面中心，其衰减程度较小甚至不衰减；而当待测物表面与DTOF感光单元之间的距离拉近到1米左右时，即反射光线从近距离反射回DTOF感光单元，反射光线较强、其经衰减片衰减后，请参阅图8，其光斑O2在DTOF感光单元40的边缘。可见，该DTOF接收装置在距离待测物的表面较远时，衰减片对光线衰减的比例较弱甚至不发生衰减，从而保证测量远距离的精确度，而该DTOF接收装置在距离待测物的表面较近时，能利用衰减片对近距离反射的较强的光线进行衰减，从而减少DTOF感光单元40的过曝情况，使其得到优化，即该DTOF接收装置在测量远近距离都有合适的收光量，提高了测量远近距离的精确效果，系统动态响应好。
在其中一些实施例中，衰减单元的中心、聚焦单元的中心、滤光单元的中心和DTOF感光单元的中心共轴。通过使四者中心共轴，可以提高测量精确度。
在其中一些实施例中，所述DTOF感光单元40包括单光子雪崩光电二极管(SinglePhoton Avalanche Diode，SPAD)阵列、硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)阵列和雪崩光电二极管(avalanche photodiode，APD)阵列中的其中一种。其中，SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管；SiPM是一种新型的光电探测器件，由工作在盖革模式的雪崩二极管阵列组成，具有增益高、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑等特点；APD指的是在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。
在其中一些实施例中，所述滤光单元包括滤光片或者是其他一切合适的可以选择性透射不同波长的光的器件。滤光片可用于透射发射装置发射的光线的波长的光线，并吸收除发射装置发射的光线的波长以外的其他波长的光线，通过设置滤光片，可以减少其他波长的光线的干扰，提高DTOF接收装置的准确性。
在其中一些实施例中，所述聚焦单元包括聚焦镜片。具体的，聚焦镜片可以为非球面镜片或者是其他一切合适的镜片。实际应用中，聚焦单元还可以包括聚焦镜头组，其至少包括一个聚焦镜片。
第二方面，本实用新型实施例提供一种测距系统，该测距系统包括发射装置、以及如第一方面任意一项所述的DTOF接收装置；所述发射装置用于发射光线至待测物的表面。该DTOF接收装置具有如第一方向任意一项所述的DTOF接收装置相同的结构与功能，在此不再赘述。
第三方面，本实用新型实施例提供一种机器人，该机器人包括如第一方面任意一项所述的测距系统。该测距系统具有如第一方面任意一项实施例所述的测距系统相同的结构与功能，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 (10)
1.一种DTOF接收装置，其特征在于，包括衰减单元、聚焦单元、滤光单元和DTOF感光单元；
所述聚焦单元与所述DTOF感光单元间隔预设距离设置；所述衰减单元和所述滤光单元沿第一方向设于所述DTOF感光单元的感光侧，所述第一方向为所述DTOF感光单元指向所述聚焦单元所在的方向；
其中，所述DTOF感光单元用于接收经待测物的表面反射、并经所述衰减单元、所述聚焦单元和所述滤光单元透射的光线，并根据所述光线产生电信号。
2.根据权利要求1所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述衰减单元包括衰减片。
3.根据权利要求2所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述衰减片为圆形或多边形。
4.根据权利要求2或3所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述衰减片上开设有供所述光线通过的通孔。
5.根据权利要求4所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述通孔为圆形或多边形。
6.根据权利要求1所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述衰减单元的中心、所述聚焦单元的中心、所述滤光单元的中心和所述DTOF感光单元的中心共轴。
7.根据权利要求1所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述DTOF接收装置还包括接收镜筒；
所述衰减单元、所述聚焦单元、所述滤光单元和所述DTOF感光单元均设于所述接收镜筒内。
8.根据权利要求1所述的DTOF接收装置，其特征在于，所述滤光单元包括滤光片，所述聚焦单元包括聚焦镜片。
9.一种测距系统，其特征在于，包括发射装置、以及如权利要求1-8任意一项所述的DTOF接收装置；
所述发射装置用于发射光线至所述待测物的表面。
10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的测距系统。
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