CN219392269U - 采用双光源发射的激光测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种采用双光源发射的激光测距装置，涉及激光测距技术领域，该种采用双光源发射的激光测距装置包括透镜组件、PCBA电路板和机体外壳，该透镜组件包括第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜；该PCBA电路板包括第一激光驱动电路、第二激光驱动电路、感应激光接收电路、信号补偿单元、iTOF运算单元、激光切换电路和外部连接端口；该透镜组件和PCBA电路板设置于机体外壳内；通过采用透镜组件采用一体式连接结构，使得生产安装更便捷，提高了生产效率，降低了生产成本；通过第一发射准直透镜和第二发射准直透镜使得可见光与不可见光皆可测距，二者可相互印证测距准确度。

Description

采用双光源发射的激光测距装置

技术领域

本实用新型涉及激光测距领域技术，尤其是指一种采用双光源发射的激光测距装置。

背景技术

激光测距模块大多采用离轴设计方式，一路激光发射一路光接收，将激光发射及光接收处在同一面内，当发射端将准直后的激光信号发射出去，打到被测物体上会产生漫反射，部分反射光会原路返回被邻近接收端接收给光传感器，利用iTOF或者dTOF方式可计算出模块与被测物体之间的距离；激光发射与光接收越临近，近距离测距盲区越小。

一般的激光发射的准直使用单个透镜准直或者多个透镜组合准直，或者直接使用已准直好的激光模组，在接收端侧采用独立的透镜将被反射回来的光信号进行聚焦，聚焦后的光信号被光传感器转化为电信号，经过微控制器算法运算得出光程距离，从而实现光测距。要得到最佳效果，就得保证接收透镜能将更多发射反射光聚焦到传感器上，传统方式是先确定发射端光束方向，然后在接收端做一个固定焦平面，将发射端光束打到一个较远位置高反射物体上，激光将被反射回来被透镜聚焦到焦平面内，这时微调接收传感器在焦平面内移动，使其转化为电信号达到最大时，然后点胶固定接收传感器，从而构建出测距模块的光学架构；在实际应用中，如果模块是红外光光源，人眼无法看见激光路径，需要红外摄像机辅助或者增加可见光光束做激光路径参考；如果模块是可见光光源，在一些应用中又不希望看到光点，光源反而影响了用户体验。

以上激光测距模块因其组装形式，体积会比较大，近距离盲区也会比较大，发射准直成本比较高，安装夹具也复杂，工人需要培训才能上岗，点胶固定也存受热软化脱胶在偏焦的情况，会导致传感器接收信号偏小，量程不够或者精度差；为了避免可见光对人眼视角影响，测距光源大多使用不可见光激光光源，在现场安装添加红外辅助会很笨重不灵活；使用可见光光束做激光光源，在一些应用中客户又不希望看到光点影响视觉体验；因此，针对此现状，迫切需要开发一种采用双光源发射的激光测距装置，以满足实际使用的需要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种采用双光源发射的激光测距装置，其通过采用透镜组件采用一体式连接结构，使得生产安装更便捷，提高了生产效率，降低了生产成本；通过第一发射准直透镜用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜用于850nm不可见激光准直，使得可见光680nm与不可见光850nm皆可测距，二者可相互印证测距准确度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种采用双光源发射的激光测距装置，其包括透镜组件、PCBA电路板和机体外壳，该透镜组件包括用于第一激光准直的第一发射准直透镜、用于第二激光准直的第二发射准直透镜和用于接收第一激光及第二激光的反射光束并聚焦到感应激光上的接收透镜；该第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜一体式连接；该PCBA电路板包括第一激光驱动电路、第二激光驱动电路、感应激光接收电路、信号补偿单元、iTOF运算单元、激光切换电路和外部连接端口；该透镜组件和PCBA电路板设置于机体外壳内。

作为一种优选方案：所述第一发射准直透镜对第一激光进行准直，该第二发射准直透镜对第二激光准直；该第一激光驱动电路和第二激光驱动电路分别用于独立点亮并调制激光，该接收透镜将反射光束聚焦到感应激光接收电路上，该信号补偿单元对反射光束进行光电转化解调后送入iTOF运算单元计算光的行程，得出被测物体与模块之间的距离，通过外部连接端口进行传送。

作为一种优选方案：所述第一发射准直透镜用于680nm红色可见激光准直；所述第二发射准直透镜用于850nm不可见激光准直。

作为一种优选方案：所述第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜的相邻连接位置设置有用于隔离光干扰的消光栅格，所述透镜组件外侧壁采用磨砂处理并设置有吸光材料。

作为一种优选方案：所述PCBA电路板上设置有用于发射680nm红色可见激光的第一激光管、用于发射850nm不可见激光的第二激光管和用于感应680nm红色可见激光及850nm不可见激光的光敏二极管。

作为一种优选方案：所述第一激光管的发光中心线、第二激光管的发光中心线和光敏二极管的接收光线中心线彼此相平行。

作为一种优选方案：所述第一激光管的中心位置与第二激光管的中心位置之间的距离等于第一发射准直透镜的中心位置与第二发射准直透镜的中心位置之间的距离；第二激光管的中心位置与光敏二极管的中心位置之间的距离等于第二发射准直透镜的中心位置与接收透镜的中心位置之间的距离。

作为一种优选方案：所述第一发射准直透镜的中心轴、第二发射准直透镜的中心轴和接收透镜的中心轴相平行。

作为一种优选方案：所述感应激光接收电路为光电二极管接收电路。

作为一种优选方案：所述外部连接端口包括电源端口和数据交互端口。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，通过采用透镜组件采用一体式连接结构，使得生产安装更便捷，提高了生产效率，降低了生产成本；通过第一发射准直透镜用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜用于850nm不可见激光准直，使得可见光680nm与不可见光850nm皆可测距，二者可相互印证测距准确度，可根据应用环境选择单一光源进行距离测量或感应；通过设置消光栅格，而外侧壁做磨砂处理，并喷涂高吸光材料，有效隔离第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜彼此之间光干扰；使得第一发射准直透镜和第二发射准直透镜结构更紧凑，减小测距近端盲区；通过采用iTOF激光测距芯片进行计算光的行程，电路简单，响应速度快，精度高；第一激光驱动电路、第二激光驱动电路和感应激光接收电路均位于同一PCBA电路板上，使得整体更加集成化，组装更加便捷，提高生产效率，降低成本；采用数据交互端口通信，接口简单，可灵活与外部MCU的数据交互。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型之采用双光源发射的激光测距装置第一视角立体结构示意图；

图2为本实用新型之采用双光源发射的激光测距装置第二视角立体结构示意图；

图3为本实用新型之采用双光源发射的激光测距装置工作原理示意图；

图4为本实用新型之采用双光源发射的激光测距装置工作原理流程图。

附图标识说明：

图中：A、第一发射准直透镜；B、第二发射准直透镜；C、接收透镜；2、第二激光管；3、第一激光管；4、光敏二极管；5、PCBA电路板；6、接收透镜视场角及对应靶面接收区域；7、不可见光850nm激光准直夹角；8、可见光680nm激光准直夹角；9、被测物靶面；10、透镜组件；11、外部连接端口。

具体实施方式

本实用新型如图1至图4所示，一种采用双光源发射的激光测距装置，其包括透镜组件10、PCBA电路板5和机体外壳，该透镜组件10包括用于第一激光准直的第一发射准直透镜A、用于第二激光准直的第二发射准直透镜B和用于接收第一激光及第二激光的反射光束并聚焦到感应激光上的接收透镜C；其中：

该第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C一体式连接；该PCBA电路板5包括第一激光驱动电路、第二激光驱动电路、感应激光接收电路、信号补偿单元、iTOF运算单元、激光切换电路和外部连接端口11；该透镜组件10和PCBA电路板5设置于机体外壳内。

第一激光驱动电路、第二激光驱动电路和感应激光接收电路均位于同一PCBA电路板5上，使得整体更加集成化，组装更加便捷，提高生产效率，降低成本。

第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C采用光学级PMMA注塑为一体，使三个透镜成一体式连接结构，且第一发射准直透镜A的中心轴、第二发射准直透镜B的中心轴和接收透镜C的中心轴彼此平行；该第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C的相对应焦距根据发射第一激光的光源、第二激光的光源、接收感应激光的接收传感器及机体外壳安装间距设计调整。

透镜组件10采用一体式连接结构，使得生产安装更便捷，提高了生产效率，降低了生产成本。

第一发射准直透镜A和第二发射准直透镜B分别用于680nm红色可见激光准直和850nm不可见激光准直，接收透镜C用于反射光源接收聚焦到接收传感器上；机体外壳采用黑色塑料注塑而成。

该第一发射准直透镜A对第一激光进行准直，该第二发射准直透镜B对第二激光准直；该第一激光驱动电路和第二激光驱动电路分别用于独立点亮并调制激光，该第一激光和第二激光不可同时发射；该接收透镜C将反射光束聚焦到感应激光接收电路上，该信号补偿单元对反射光束进行光电转化解调后送入iTOF运算单元计算光的行程，得出被测物体与模块之间的距离，通过外部连接端口11进行传送。

该第一发射准直透镜A用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜B用于850nm不可见激光准直。

通过采用红色680nm可见光和850nm不可见光作为测距光源，使用双光源测距，红色680nm可用于可视测距，850nm不可见光用于不可视测距，两路光源可灵活切换，可满足用户可视或不可视场景，且两路激光可相互印证被测距离精确性，避免测不准的问题；整体结构体积小巧，质量轻，成本低廉，生产组装快捷；可应用于停车位检测，车距雷达，物距监测，空间尺寸测量等产品。

第一发射准直透镜A用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜B用于850nm不可见激光准直，准直后680nm射出激光的红点可用于距离测量及路径指示；准直后850nm不可见光激光用于距离测量；680nm激光对应的第一激光驱动电路及850nm激光对应的第二激光驱动电路用于点亮激光并调制，调制后的激光通过第一发射准直透镜A和第二发射准直透镜B准直后打到被测物体上，在被测物体发生漫反射，部分激光被反射回来，通过接收透镜C将反射回来的这部分激光聚焦到感应激光接收电路上，经过光电转化解调，送入iTOF运算单元计算光的行程，得出被测物体与模块之间的距离，然后通过外部连接端口11传送给外部设备或系统。

通过第一发射准直透镜A用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜B用于850nm不可见激光准直，使得可见光680nm与不可见光850nm皆可测距，二者可相互印证测距准确度，可根据应用环境选择单一光源进行距离测量或感应。

该第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C的相邻连接位置设置有用于隔离光干扰的消光栅格，该透镜组件10外侧壁采用磨砂处理并设置有吸光材料。

通过设置消光栅格，而外侧壁做磨砂处理，并喷涂高吸光材料，有效隔离第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C彼此之间光干扰；使得第一发射准直透镜A和第二发射准直透镜B结构更紧凑，减小测距近端盲区。

该PCBA电路板5上设置有用于发射680nm红色可见激光的第一激光管3、用于发射850nm不可见激光的第二激光管2和用于感应680nm红色可见激光及850nm不可见激光的光敏二极管4。

该第一激光管3的发光中心线、第二激光管2的发光中心线和光敏二极管4的接收光线中心线彼此相平行。

该第一激光管3的中心位置与第二激光管2的中心位置之间的距离等于第一发射准直透镜A的中心位置与第二发射准直透镜B的中心位置之间的距离；第二激光管2的中心位置与光敏二极管4的中心位置之间的距离等于第二发射准直透镜B的中心位置与接收透镜C的中心位置之间的距离。

第一激光管3、第二激光管2和光敏二极管4均位于同一PCBA电路板5上，当PCBA电路板5与透镜组件10平行放置时，对应中心轴重合，调整其平行间距，使第一激光管3、第二激光管2的发光中心线和光敏二极管4都在有效焦平面上，如此在组装上只需保证机体外壳结构公差，保证第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C焦距就可得到最优的光学效果；由于透镜组件10及应用电路均为一体化设计，整体只需关注组装模块机体外壳设计精度；而且根据应用场景光学可调整第一发射准直透镜A、第二发射准直透镜B和接收透镜C的相对应直径及焦距，可减小机体外壳尺寸，使得整体结构更精简，尺寸小。

该第一发射准直透镜A的中心轴、第二发射准直透镜B的中心轴和接收透镜C的中心轴相平行。

该感应激光接收电路为光电二极管接收电路。

该外部连接端口11包括电源端口和数据交互端口；采用数据交互端口通信，接口简单，可灵活与外部MCU的数据交互，可提供给用户进行二次开发。

其工作模式：实际应用中可见光680nm激光准直夹角8远远小于不可见光850nm激光准直夹角7，接收透镜视场角及对应靶面接收区域6；可认为可见光680nm激光准直包含于不可见光850nm激光准直路径之中，因此可见光680nm激光准直发出可见光可用于测距还可做为不可见光测距参考点，可见光680nm激光或不可见光850nm激光打到被测物靶面9以后发生漫反射，部分反射光信号落入接收透镜C路径，被透镜组件10接收；该信号补偿单元对反射光束进行光电转化解调后送入iTOF运算单元计算光的行程，得出被测物体与模块之间的距离，其结果通过外部连接端口11输出到外部设备或者后台。

第一激光驱动电路用于驱动680nm激光管发光；第二激光驱动电路用于驱动850nm激光管发光；激光切换电路用于680nm或850nm激光选择；感应激光接收电路用于将接收的激光进行光电转化；信号补偿单元用于处理接收电信号的增益温漂和零点漂移以及相位偏移补偿；iTOF运算单元对接收到的信号与调制信号相位比较从而间接得出光程运动时间，然后换算为距离；外部连接端口11用于将距离数传输到外部，外部设备也可通过外部连接端口11对iTOF运算单元进行配置，实现光源切换，光功率控制；电源端口用于对整个PCBA电路板5供电输入。

通过采用iTOF激光测距芯片进行计算光的行程，电路简单，响应速度快，精度高。

该采用双光源发射的激光测距装置的使用方法及原理如下：

第一发射准直透镜用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜用于850nm不可见激光准直，准直后680nm射出激光的红点可用于距离测量及路径指示；准直后850nm不可见光激光用于距离测量；680nm激光对应的第一激光驱动电路及850nm激光对应的第二激光驱动电路用于点亮激光并调制，调制后的激光可各自独立通过第一发射准直透镜和第二发射准直透镜准直后打到被测物体上，在被测物体发生漫反射，部分激光被反射回来，通过接收透镜将反射回来的这部分激光聚焦到感应激光接收电路上，经过光电转化解调，送入iTOF运算单元计算光的行程，得出被测物体与模块之间的距离，然后通过外部连接端口传送给外部设备或系统。

本实用新型的设计重点在于，通过采用透镜组件采用一体式连接结构，使得生产安装更便捷，提高了生产效率，降低了生产成本；通过第一发射准直透镜用于680nm红色可见激光准直；该第二发射准直透镜用于850nm不可见激光准直，使得可见光680nm与不可见光850nm皆可测距，二者可相互印证测距准确度，可根据应用环境选择单一光源进行距离测量或感应；通过设置消光栅格，而外侧壁做磨砂处理，并喷涂高吸光材料，有效隔离第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜彼此之间光干扰；使得第一发射准直透镜和第二发射准直透镜结构更紧凑，减小测距近端盲区；通过采用iTOF激光测距芯片进行计算光的行程，电路简单，响应速度快，精度高；第一激光驱动电路、第二激光驱动电路和感应激光接收电路均位于同一PCBA电路板上，使得整体更加集成化，组装更加便捷，提高生产效率，降低成本；采用数据交互端口通信，接口简单，可灵活与外部MCU的数据交互。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：包括透镜组件、PCBA电路板和机体外壳，该透镜组件包括用于第一激光准直的第一发射准直透镜、用于第二激光准直的第二发射准直透镜和用于接收第一激光及第二激光的反射光束并聚焦到感应激光上的接收透镜；该第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜一体式连接；该PCBA电路板包括第一激光驱动电路、第二激光驱动电路、感应激光接收电路、信号补偿单元、iTOF运算单元、激光切换电路和外部连接端口；该透镜组件和PCBA电路板设置于机体外壳内。

2.根据权利要求1所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于；所述第一发射准直透镜对第一激光进行准直，该第二发射准直透镜对第二激光准直；该第一激光驱动电路和第二激光驱动电路分别用于独立点亮并调制激光；该接收透镜将反射光束聚焦到感应激光接收电路上，该信号补偿单元对反射光束进行光电转化解调后送入iTOF运算单元计算光的行程，得出被测物体与模块之间的距离，通过外部连接端口进行传送。

3.根据权利要求1所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述第一发射准直透镜用于680nm红色可见激光准直；所述第二发射准直透镜用于850nm不可见激光准直。

4.根据权利要求1所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述第一发射准直透镜、第二发射准直透镜和接收透镜的相邻连接位置设置有用于隔离光干扰的消光栅格，所述透镜组件外侧壁采用磨砂处理并设置有吸光材料。

5.根据权利要求3所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述PCBA电路板上设置有用于发射680nm红色可见激光的第一激光管、用于发射850nm不可见激光的第二激光管和用于感应680nm红色可见激光及850nm不可见激光的光敏二极管。

6.根据权利要求5所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述第一激光管的发光中心线、第二激光管的发光中心线和光敏二极管的接收光线中心线彼此相平行。

7.根据权利要求5所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述第一激光管的中心位置与第二激光管的中心位置之间的距离等于第一发射准直透镜的中心位置与第二发射准直透镜的中心位置之间的距离；第二激光管的中心位置与光敏二极管的中心位置之间的距离等于第二发射准直透镜的中心位置与接收透镜的中心位置之间的距离。

8.根据权利要求1所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述第一发射准直透镜的中心轴、第二发射准直透镜的中心轴和接收透镜的中心轴相平行。

9.根据权利要求1所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述感应激光接收电路为光电二极管接收电路。

10.根据权利要求1所述的采用双光源发射的激光测距装置，其特征在于：所述外部连接端口包括电源端口和数据交互端口。