CN219143095U - 一种微型镜头探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微型镜头探测装置，该微型镜头探测装置包括激光发射装置、超表面结构、点云采集装置和上位机；激光发射装置包括垂直腔面发射激光器阵列，用于发射激光光束；超表面结构为由芯片结构组成的二维阵列平面，集成于激光发射装置表面，用于对激光光束进行准直整形，使激光光束探测目标对象；点云采集装置设于目标对象反射回来的激光光束路径位置，用于采集激光光束，并将激光光束转变为点云信号，根据点云信号计算目标对象的位置，定位目标对象。该微型镜头探测装置功能丰富，识别精准，便于用户操作处理。

Description

一种微型镜头探测装置

技术领域

本实用新型涉及光电探测领域，具体地，涉及一种微型镜头探测装置。

背景技术

目前的微型镜头探测装置的光源主要采用光纤激光器，半导体激光器或固体激光器，采用准直镜头对发射光束进行准直整形，扫描方式主要采用反射镜，塔镜或卵形螺旋扫描，但现有微型镜头探测装置体积大，扫描速度低，成像质量差，功率低，探测距离近。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为新型半导体激光器具有体积小、圆形输出光斑、发散角小、功耗低、价格低廉、垂直表面出光、易集成为大面积阵列等优点，另外集成超表面由一种亚波长的金属或者全介质材料构成，光通过超表面能产生相位突变，可利用此性质调控光场的振幅、相位、偏振态，通过将垂直腔面发射激光器(VCSEL)与附加相位结构超表面集成在一起，具有成本低、连续的相位覆盖高功率转换效率的优点。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本实用新型提供了一种微型镜头探测装置，通过在垂直腔面发射激光器的表面集成超表面结构，对激光光束进行准直和整形，实现目标对象的精准定位，解决了现有微型镜头探测装置体积大、扫描速度低、成像质量差、功率低和探测距离近的缺点。

(二)技术方案

本实用新型实施例一个方面提供了一种微型镜头探测装置，包括：激光发射装置、超表面结构、点云采集装置和上位机，其中，所述激光发射装置包括垂直腔面发射激光器阵列，用于发射激光光束；所述超表面结构为由芯片结构组成的二维阵列平面，集成于所述激光发射装置表面，用于对所述激光光束进行准直整形，使所述激光光束探测目标对象；所述点云采集装置设于所述目标对象反射回来的激光光束路径位置，用于采集所述激光光束，并将所述激光光束转变为点云信号；所述点云采集装置活动连接于所述激光发射装置上，使所述点云采集装置可以沿所述激光发射装置发生转动；所述点云采集装置可以根据所述目标对象反射回来的激光光束路径自由调节所述点云采集装置自身位置；所述上位机与所述点云采集装置连接，用于根据所述点云信号计算所述目标对象的位置，定位所述目标对象。

所述激光发射装置发射的激光光束经过所述超表面结构准直整形后发射至所述目标对象上，然后所述目标对象进一步反射该激光光束，所述点云采集装置负责采集并识别目标对象反射回来的激光光束，对目标对象实现精准定位。

在本实用新型一实施例中，所述垂直腔面发射激光器包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔；所述激光工作物质设于所述泵浦源一端，用于发出激光；所述泵浦源用于激励所述激光形成激光光束；所述光学谐振腔与所述泵浦源连接，用于放大并振荡所述激光光束；所述激光光束垂直于所述光学谐振腔表面射出。

在本实用新型一实施例中，所述点云采集装置包括：辅助器件和光束接收器，其中，所述辅助器件，设于所述光束接收器一端，用于聚焦所述激光光束；所述光束接收器包括光学接收系统和光电探测器；所述光学接收系统与所述辅助器件连接，用于采集所述激光光束；所述光电探测器用于把所述激光光束转变为点云信号。

在本实用新型一实施例中，所述辅助器件采用透镜或透镜组。

在本实用新型一实施例中，所述光束接收器采用雪崩光电二极管；雪崩光电二极管具有小型、不需要高压电源的优点，且灵敏度高、速度快、能使系统的探测性能获得大的改善。

在本实用新型一实施例中，所述光束接收器呈阵列分布；阵列分布能更高效的采集激光光束。

在本实用新型一实施例中，所述激光发射装置的激光光束发散角为10°～40°。

在本实用新型一实施例中，所述激光阵列的激光光束波长为375nm～1650nm。

在本实用新型一实施例中，所述点云采集装置与所述激光发射装置铰接连接。

(三)有益效果

本实用新型实施例提供的一种微型镜头探测装置，通过在垂直腔面发射激光器的表面集成超表面结构，对激光光束进行准直和整形，实现目标对象的精准定位，该微型镜头探测装置具有体积小，图形清晰的优点，另外该微型镜头探测装置功能丰富，识别精准，便于用户操作处理，具有重要的社会应用价值。

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做简单的介绍，显而易见的，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它的附图。

图1示意性示出了本实用新型实施例提供的微型镜头探测装置的结构图。

图2示意性示出了本实用新型实施例提供的微型镜头探测装置的工作流程图。

【附图标记】

1-激光发射装置；2-超表面结构；3-点云采集装置；31-辅助器件；32-光束接收器；4-上位机；5-目标对象。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例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做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。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，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子系统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。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

图1示意性示出了本实用新型实施例提供的微型镜头探测装置的结构图。

如图1所示，本实用新型的第一实施例提供了一种微型镜头探测装置，包括：激光发射装置1、超表面结构2、点云采集装置3和上位机4，其中，所述激光发射装置1包括垂直腔面发射激光器阵列，用于发射激光光束；所述垂直腔面发射激光器包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔；所述激光工作物质设于所述泵浦源一端，用于发出激光；所述泵浦源用于激励所述激光形成激光光束；所述光学谐振腔与所述泵浦源连接，用于放大并振荡所述激光光束；所述激光光束垂直于所述光学谐振腔表面射出；所述超表面结构2为由芯片结构组成的二维阵列平面，集成于所述激光发射装置1表面，用于对所述激光光束进行准直整形，使所述激光光束探测目标对象5；所述点云采集装置3设于所述目标对象5反射回来的激光光束路径位置，用于采集所述激光光束，并将所述激光光束转变为点云信号；所述点云采集装置3活动连接于所述激光发射装置1上，使其可以沿所述激光发射装置1发生转动；所述点云采集装置3可以根据所述目标对象5反射回来的激光光束路径自由调节云采集装置3自身位置；所述上位机4与所述点云采集装置3连接，用于根据所述点云信号计算所述目标对象5的位置，定位所述目标对象5。

该激光发射装置1发射的激光光束经过所述超表面结构2准直整形后发射至所述目标对象5上，然后所述目标对象5进一步反射该激光光束，所述点云采集装置3负责采集并识别目标对象5反射回来的激光光束，对目标对象5实现精准定位。

在上述实施例的基础上，该点云采集装置3包括：辅助器件31和光束接收器32，其中，所述辅助器件31，设于所述光束接收器32一端，用于聚焦所述激光光束；所述光束接收器32包括光学接收系统和光电探测器；所述光学接收系统与所述辅助器件31连接，用于采集所述激光光束；所述光电探测器用于把所述激光光束转变为点云信号。

在上述实施例的基础上，该辅助器件31采用透镜或透镜组，目标对象反射回来的激光光束需要先通过辅助器件31聚成小光斑后再进入光束接收器32。

在上述实施例的基础上，该光束接收器32采用雪崩光电二极管(APD)，雪崩光电二极管(APD)具有小型、不需要高压电源的优点，且灵敏度高、速度快、能使系统的探测性能获得大的改善。

在上述实施例的基础上，该光束接收器32呈阵列分布，阵列分布能更高效的采集激光光束。

在上述实施例的基础上，该激光发射装置1的激光光束发散角为10°～40°。

在上述实施例的基础上，该激光发射装置1的激光光束波长为375nm～1650nm，本实施例中优选波长为905nm，其在空气中传播比较稳定，激光安全阈值高。

在上述实施例的基础上，该点云采集装置3与激光发射装置1铰接连接，这样有利于点云采集装置3可以根据目标对象5反射回来的激光光束路径自由调节其位置。其中，该铰接方式可以为该点云采集装置3通过铰接轴铰接于激光发射装置1下端一固定位置处，该点云采集装置3可以围绕该铰接轴上下旋转相应角度以寻找激光光束的位置；另外该铰接方式还可以为：在该铰接轴上设有一滑块，再在激光发射装置1上设一道与该滑块能相互配合的滑槽，使该滑块可以带着点云采集装置3整体沿激光发射装置1前后滑动，这样一来点云采集装置3在沿铰接轴转动的同时还可以整体沿激光发射装置1滑动，能更高效的采集激光光束。

在上述实施例的基础上，该超表面结构2为由芯片结构组成的超薄二维阵列平面，其材料由亚波长的金属或者全介质材料构成，光通过其表面能产生相位突变，体积小，厚度薄，可以实现对激光光束的振幅、相位、传播模式、偏振态等方面的有效调控。激光发射装置1直接投射出去的激光光束难以满足激光测距要求，需要超表面结构2来进行扩大出射激光光束的光斑尺寸并准直整形。

本实用新型实施例提供的微型镜头探测装置，通过在垂直腔面发射激光器的表面集成超表面结构2，对激光光束进行准直和整形，实现目标对象5的精准定位。该微型镜头探测装置具有体积小，图形清晰的优点，另外该微型镜头探测装置功能丰富，识别精准，便于用户操作处理，具有重要的社会应用价值。

图2示意性示出了本实用新型实施例提供的微型镜头探测装置的工作流程图。

如图2所示，本实用新型实施例提供的微型镜头探测装置的工作流程为：首先开启微型镜头探测装置，激光发射装置1发射的激光光束经过超表面结构2准直整形后发射至目标对象5上，然后目标对象5进一步反射该激光光束，点云采集装置3负责采集并识别目标对象5反射回来的激光光束，对目标对象5实现精准定位；其中，该点云采集装置3中的辅助器件31对目标对象5反射回来的散射激光光束先进行聚焦，光束接收器32采集经过辅助器件31的激光光束并将该激光光束转变为点云信号，最后由上位机4对点云信号做进一步处理，上位机中的操控软件计算点云数据，对目标对象5进行精准识别并标注。

尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本实用新型，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。

本领域技术人员可以理解，本实用新型的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本实用新型中。特别地，在不脱离本实用新型精神和教导的情况下，本实用新型的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本实用新型的范围。

尽管已经参照本实用新型的特定示例性实施例示出并描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型进行形式和细节上的多种改变。因此，本实用新型的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (9)

1.一种微型镜头探测装置，其特征在于，包括：激光发射装置(1)、超表面结构(2)、点云采集装置(3)和上位机(4)，其中，

所述激光发射装置(1)包括垂直腔面发射激光器阵列，用于发射激光光束；

所述超表面结构(2)为由芯片结构组成的二维阵列平面，集成于所述激光发射装置(1)表面，用于对所述激光光束进行准直整形，使所述激光光束探测目标对象(5)；

所述点云采集装置(3)设于所述目标对象(5)反射回来的激光光束路径位置，用于采集所述激光光束，并将所述激光光束转变为点云信号；所述点云采集装置(3)活动连接于所述激光发射装置(1)上，使所述点云采集装置(3)可以沿所述激光发射装置(1)发生转动；所述点云采集装置(3)可以根据所述目标对象(5)反射回来的激光光束路径自由调节所述点云采集装置(3)自身位置；

所述上位机(4)与所述点云采集装置(3)连接，用于根据所述点云信号计算所述目标对象(5)的位置，定位所述目标对象(5)。

2.根据权利要求1所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔；所述激光工作物质设于所述泵浦源一端，用于发出激光；所述泵浦源用于激励所述激光形成激光光束；所述光学谐振腔与所述泵浦源连接，用于放大并振荡所述激光光束；所述激光光束垂直于所述光学谐振腔表面射出。

3.根据权利要求1所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述点云采集装置(3)包括：辅助器件(31)和光束接收器(32)，其中，

所述辅助器件(31)，设于所述光束接收器(32)一端，用于聚焦所述激光光束；

所述光束接收器(32)包括光学接收系统和光电探测器；所述光学接收系统与所述辅助器件(31)连接，用于采集所述激光光束；所述光电探测器用于把所述激光光束转变为点云信号。

4.根据权利要求3所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述辅助器件(31)采用透镜或透镜组。

5.根据权利要求3所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述光束接收器(32)采用雪崩光电二极管。

6.根据权利要求3所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述光束接收器(32)呈阵列分布。

7.根据权利要求1所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述激光发射装置(1)的激光光束发散角为10°～40°。

8.根据权利要求1所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述激光发射装置(1)的激光光束波长为375nm～1650nm。

9.根据权利要求1所述的微型镜头探测装置，其特征在于，所述点云采集装置(3)与所述激光发射装置(1)铰接连接。

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