CN219915934U - 激光测距装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供一种激光测距装置和电子设备，涉及激光器技术领域，能够提高激光能量的利用率和测量精度，且降低结构复杂度。激光测距装置包括激光二极管、发射组件和光电二极管。发射组件设置于激光二极管发射激光的光路上，被配置为将激光二极管发射的光束发射至被测物体；发射组件包括第一反射镜，第一反射镜的反射面为自由曲面。光电二极管被配置为接收被测物体反射的光束。上述激光测距装置用于实现激光测距功能。

Description

激光测距装置和电子设备

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，特别涉及一种激光测距装置和电子设备。

背景技术

采用激光器进行测距的激光测距装置，在激光测距过程中，激光测距装置发出经调制的近红外光，遇物体后反射，激光测距装置通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄物体与激光测距装置之间的距离。

目前，大多数激光测距装置的光学总长较长，激光光束容易发生散射产生杂光，影响测距结果；并且，由于光学总长较长，光路上需要设置较多的光学器件，导致光能损失，降低激光利用率，进一步影响测距结果。

实用新型内容

本申请的实施例提供一种激光测距装置和电子设备，能够提高激光能量的利用率和测量精度，且降低激光测距装置的结构复杂度。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种激光测距装置。激光测距装置包括激光二极管、发射组件和光电二极管。发射组件设置于激光二极管发射激光的光路上，被配置为将激光二极管发射的光束发射至被测物体；发射组件包括第一反射镜，第一反射镜的反射面为自由曲面。光电二极管被配置为接收被测物体反射的光束。

上述实施例中，在激光二极管与被测物体之间设置具有自由曲面的第一反射镜，通过第一反射镜调节激光二极管发射的光束照射至被测物体上的光量，提高激光二极管发射激光的利用率，提高激光测距装置对与被测物体之间距离的测量精度。并且，通过较少的光学元件，降低激光二极管、被测物体和光电二极管之间的光学总长，降低激光二极管发射激光的损耗，进一步提高激光二极管发射激光的利用率，提高对激光测距装置与被测物体之间距离的测量精度。

在一些示例中，第一反射镜的自由曲面的曲率半径范围为50mm～500mm。

在一些示例中，第一反射镜与所述激光二极管之间的距离范围为2mm～9mm。

在一些示例中，发射组件还包括至少一个第一透镜。至少一个第一透镜设置于激光二极管与第一反射镜之间。

在一些示例中，发射组件还包括至少一个第二透镜，至少一个第二透镜设置于第一反射镜与被测物体之间。

在一些示例中，发射组件还包括第三反射镜，第三反射镜设置于激光二极管与第一反射镜之间；或者，第三反射镜设置于第一反射镜与被测物体之间。

在一些示例中，激光测距装置还包括接收组件。接收组件设置于光电二极管与被测物体之间，接收组件被配置为接收被测物体反射的光束，并将反射的光束传输至光电二极管。接收组件包括至少一个第三透镜和/或第二反射镜。

在一些示例中，第二反射镜设置于被测物体与光电二极管之间，被配置为将被测物体反射的光束传输至光电二极管；或者，在接收组件包括至少一个第三透镜的情况下，第二反射镜设置于至少一个第三透镜与光电二极管之间，被配置为将穿过至少一个第三透镜的光束传输至光电二极管。

在一些示例中，第二反射镜的反射面为自由曲面。

在一些示例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜为准直透镜。

第二方面，本申请提供一种电子设备。该电子设备包括如上述第一方面中任一示例所述的激光测距装置和处理器。处理器被配置为控制激光测距装置进行测距。

本申请的实施例提供的电子设备包括上述第一方面提供的激光测距装置，因此具有上述激光测距装置的全部有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请的实施例提供的具有激光测距功能的电子设备的结构图；

图2为本申请的实施例提供的激光测距装置的一种结构图；

图3为本申请的实施例提供的第一反射镜的结构图；

图4为本申请的实施例提供的激光测距装置的另一种结构图；

图5为本申请的实施例提供的激光测距装置的又一种结构图；

图6为本申请的实施例提供的激光测距装置的又一种结构图；

图7为本申请的实施例提供的激光测距装置的又一种结构图；

图8为本申请的实施例提供的激光测距装置的又一种结构图；

图9为本申请的实施例提供的激光测距装置的又一种结构图；

图10为本申请的实施例提供的激光测距装置的又一种结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请一些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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，否则本文所用的所有科技术语都具有与本领域普通技术人员公知的含义相同的含义。在本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

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。由此，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多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请的实施例提供一种具有激光测距功能的电子设备。例如，自动导引车、机器人、激光测距仪等具有激光测距功能的电子设备。本申请对激光测距装置100的应用场景不做限制。

在一些示例中，如图1所示，电子设备为激光测距仪1000。激光测距仪1000包括壳体1001，以及位于壳体1001内的激光测距装置100(图中未示出)和处理器(图中未示出)。在本示例中，壳体1001具有出光口W，用于透过激光。激光测距装置100是实现激光传输和感应功能的结构。处理器被配置为控制激光测距装置进行测距及对测量的数据进行处理。例如，处理器包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、微控制单元(MicroControl Unit，简称MCU)或现场可程式门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)中的任一种。

以下实施例将对激光测距装置100的结构进行示例性说明。

如图2所示，本申请的一些实施例提供一种激光测距装置100。激光测距装置100的结构简单，光学总长较短，能够实现快速、准确的测距。

激光测距装置100包括激光二极管10、发射组件20和光电二极管30。

激光二极管10是在通电状态下发射激光光束的二极管器件。激光二极管10的型号和发射激光的波长可根据需求选择设置。

发射组件20设置于激光二极管10发射激光的光路上，被配置为将激光二极管10发射的光束发射至被测物体200。发射组件20包括第一反射镜21，第一反射镜21的反射面为自由曲面。可以理解的是，自由曲面是指，相对于旋转对称的光学面，所有非对称的光学面称为自由曲面。旋转对称的光学面是指，通过光学面上的某一点进行一定角度的旋转后，可以原光学面重合的光学面。

光电二极管30被配置为接收被测物体反射的光束。示例的，光电二极管30包括雪崩光电二极管。

在激光二极管10与被测物体200之间设置具有自由曲面的第一反射镜21，通过第一反射镜21调节激光二极管10发射的光束照射至被测物体200上的光量，提高激光二极管10发射激光的利用率，从而提高激光测距装置100测量与被测物体200之间距离的测量精度。并且，通过第一反射镜21调节激光光束的传播方向，使用光学元件较少，降低激光二极管10、被测物体200和光电二极管30三者之间的光学总长，且降低激光二极管10发射激光在光路上的能量损失，以提高激光二极管10发射激光的利用率，提高对激光测距装置100与被测物体200之间距离的测量精度。

在一些示例中，如图3所示，第一反射镜21与激光二极管10之间的距离L范围为2mm～9mm。例如，第一反射镜21与激光二极管10之间的距离L为2mm、5mm或9mm。这样设置第一反射镜21的自由曲面与激光二极管10之间的距离，有利于调节激光二极管10照射至第一反射镜21的自由曲面上的光束的角度，提高激光二极管10发射的激光光束照射至发射组件20的光量，提高激光光束利用率，进而提高检测精度。

在一些示例中，如图3所示，第一反射镜21的自由曲面的曲率半径R范围为50mm～500mm。例如，第一反射镜21的自由曲面的曲率半径R为50mm、150mm、200mm、300mm或500mm。可以理解的是，曲率半径是指自由曲面内任意一点的曲率大小。由于自由曲面上不同位置的曲率不同，曲率中心也不同。例如，如图3所示，第一反射镜21的自由曲面上的局部G到圆心O的曲率半径R为100mm。通过设置自由曲面不同位置的曲率，将发散式的光线进行聚拢，提高激光利用率。

上述第一反射镜21的自由曲面的面型的参数特征满足取下公式：

其中，Z为自由曲面的矢高量，(x，y)为自由曲面上点的x，y坐标，x，y和z共同构成点三维坐标；c为曲面顶点曲率；k为圆锥系数；AiEi是自由曲面高次项的系数，i、N是自由曲面高次项的系数的脚标；曲面顶点曲率半径R＝1/c。

示例的，如图1所示，激光测距仪1000的出光口W的归一化半径NR为50mm～120mm。例如，归一化半径NR为100mm、110mm或120mm。此处，设置激光测距仪1000的出光口的归一化半径NR为100mm。基于上述自由曲面的面型的公式，第一反射镜21与激光二极管10之间的距离L为7mm。可以理解的是，距离L是指激光二极管10与第一反射镜21的几何中心之间的距离。

参数	本申请实施例的参数取值范围
		R/单位mm	-500～-50/50～500
k	0～0.05
		X1Y0/单位mm	-5～0
X0Y1/单位mm	-500～-200
		X2Y0/单位mm	-500～-200
X1Y1/单位mm	-20～0
		X0Y2/单位mm	-500～-200
X3Y0/单位mm	-30～0
		X2Y1/单位mm	-200～0
X1Y2/单位mm	-20～0

其中，X1Y0代表高次项A1E0(x，y)，即X1Y0*x¹*y⁰；X0Y1代表高次项A0E1(x，y)即X0Y1*x⁰*y¹；X3Y1代表高次项A3E1(x，y)，即X3Y1*x³*y¹；依次类推，本实施例仅示例部分参数。

基于上述参数取值范围，第一反射镜21对激光二极管10发射的激光的利用率可达到90％以上，且激光二极管10照射至第一反射镜21的自由曲面的发散角小于5mrad。

由于激光二极管10发射的光束存在快轴和慢轴的差别，快轴所在方向是垂直于激光二极管表面的方向(即激光传播方向)，慢轴所在方向是平行于激光二极管表面的方向，快轴的发散角小，而慢轴的发散角大，因此，激光二极管10照射在平面上形成的光斑形状通常为椭圆形。

基于此，本实施例通过设置第一反射镜21的自由曲面的曲率，使得激光二极管10照射至自由曲面并反射至被测物体200所形成的光斑的形状近似为圆形。这样，能够降低激光二极管10发射的激光的快轴和慢轴的发散角的差别，降低每束激光光线反射至光电二极管30的时间的差异，提高测距精度。并且，通过上述自由曲面的面型的设置，能够减少光学元件的数量，且降低激光光线反射方向的光学总长，降低光路上的能量损耗，有利于提高激光利用率，进而提高测距精度。

在一些示例中，如图4和图5所示，发射组件20还包括至少一个第一透镜22。至少一个第一透镜22设置于激光二极管10与第一反射镜21之间。

示例的，如图5所示，发射组件20包括三个依次排列的第一透镜22。其中，三个依次排列的第一透镜22的主轴重叠。和/或，沿远离第一反射镜21且靠近激光二极管10的方向，三个第一透镜22的尺寸逐渐增大。

这样，三个依次排列的第一透镜22的主轴重叠，有利于实现分别穿过三个第一透镜22的光线沿同一轴线递进式聚拢，提高照射至第一反射镜21的自由曲面上的光强，以便于由第一反射镜21将更强的光束反射至被测物体200，有利于提高测距精度。以及，沿远离第一反射镜21且靠近激光二极管10的方向，三个第一透镜22的尺寸逐渐增大，使得更多激光光线穿过距离激光二极管10最近的一个第一透镜22，并依次穿过三个第一透镜22，提高激光利用率，进而提高测距精度。

示例的，第一透镜22为准直透镜。准直透镜能够将穿过的每一条光线变成一束平行的准直光束，降低每束激光光线反射至光电二极管的时间的差异，提高测距精度。

在一些示例中，如图4和图6所示，发射组件20还包括至少一个第二透镜23，至少一个第二透镜23设置于第一反射镜21与被测物体200之间。

示例的，如图6所示，发射组件20包括三个依次排列的第二透镜23。其中，三个依次排列的第二透镜23的主轴重叠。和/或，沿远离第一反射镜21且靠近被测物体200的方向，三个第二透镜23的尺寸逐渐减小。

这样，三个依次排列的第二透镜23的主轴重叠，有利于实现分别穿过三个第二透镜23的光线沿同一轴线递进式聚拢，提高照射至被测物体200的光强，有利于提高测距精度。以及，沿远离第一反射镜21且靠近被测物体200的方向，三个第二透镜23的尺寸逐渐减小，使得由第一反射镜21反射的激光光束更多的穿过距离第一反射镜21最近的一个第二透镜23，并依次穿过三个第二透镜23，降低激光光束的发散角，提高测距精度。

示例的，第二透镜23为准直透镜。准直透镜能够将穿过的每一条光线变成一束平行的准直光束，降低每束激光光线反射至光电二极管30的时间的差异，提高测距精度。

在一些示例中，如图7所示，发射组件20还包括第三反射镜24，第三反射镜24设置于激光二极管10与第一反射镜21之间。或者，第三反射镜24设置于第一反射镜21与被测物体200之间。

第三反射镜24可以用于改变激光二极管10发射激光的光路，以适用于不同结构的激光测距装置。以及，第三反射镜24可以采用具有自由曲面的反射镜，提高激光光线的利用率。

在一些示例中，如图8所示，激光测距装置100还包括接收组件40。接收组件40设置于光电二极管30与被测物体200之间，接收组件40被配置为接收被测物体200反射的光束，并将反射的光束传输至光电二极管30。

接收组件40包括至少一个透镜和/或至少一个反射镜，用于调节激光光线的方向，以及提高被测物体200反射至光电二极管30的光量。

在一些示例中，如图8所示，接收组件40包括至少一个第三透镜41。例如，接收组件40包括三个依次排列的第三透镜41，三个依次排列的第三透镜41的主轴重叠，和/或，沿远离光电二极管30且靠近被测物体200的方向，三个第三透镜41的尺寸逐渐增大。

这样，三个依次排列的第三透镜41的主轴重叠，有利于实现分别穿过三个第三透镜41的光线沿同一轴线递进式聚拢，提高照射至光电二极管30的光强，有利于提高检测精度。以及，沿远离光电二极管30且靠近被测物体200的方向，三个第三透镜41的尺寸逐渐增大，使得被测物体200反射的光线更多的穿过距离被测物体200最近的一个第三透镜41，并依次穿过三个第三透镜41，提高光电二极管30的获取的光量，及降低杂散光光线照射至光电二极管30的时间差，进一步提高检测精度。

例如，第三透镜41为准直透镜。准直透镜能够将穿过的光线变成一束平行的准直光束，降低每束激光光线反射至光电二极管30的时间的差异，提高测距精度。

在另一些示例中，如图9所示，接收组件40包括第二反射镜42。第二反射镜设置于所述被测物体200与光电二极管30之间，被配置为将被测物体200反射的光束传输至光电二极管30。第二反射镜42能够调节被测物体200反射的激光光线的角度，提高被测物体200反射至光电二极管30的激光光量，提高测距精度。并且，第二反射镜42能够改变被测物体200反射的激光光线的方向，扩大光电二极管30可设置位置的范围，有利于扩大激光测距装置100的应用场景。

在又一些示例中，如图10所示，接收组件40包括一个第三透镜41和第二反射镜42。第二反射镜42设置于至少一个第三透镜41与光电二极管30之间，被配置为将穿过至少一个第三透镜41的光束传输至光电二极管30。具体效果参考上述实施例。示例的，第二反射镜42的反射面可以为自由曲面。第二反射镜42的自由曲面的面型可参考上述第一反射镜21的自由曲面的面型进行设计，本申请对此不做限制。

在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种激光测距装置，其特征在于，包括：

激光二极管；

发射组件，设置于所述激光二极管发射激光的光路上，被配置为将所述激光二极管发射的光束发射至被测物体；所述发射组件包括第一反射镜，所述第一反射镜的反射面为自由曲面；

光电二极管，被配置为接收所述被测物体反射的光束。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述第一反射镜的自由曲面的曲率半径范围为50mm～500mm。

3.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述第一反射镜与所述激光二极管之间的距离范围为2mm～9mm。

4.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射组件还包括至少一个第一透镜，所述至少一个第一透镜设置于所述激光二极管与所述第一反射镜之间。

5.根据权利要求4所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射组件还包括至少一个第二透镜，所述至少一个第二透镜设置于所述第一反射镜与所述被测物体之间。

6.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射组件还包括第三反射镜，所述第三反射镜设置于所述激光二极管与所述第一反射镜之间；或者，所述第三反射镜设置于所述第一反射镜与所述被测物体之间。

7.根据权利要求5所述的激光测距装置，其特征在于，还包括：

接收组件，设置于所述光电二极管与所述被测物体之间，被配置为接收所述被测物体反射的光束，并将所述反射的光束传输至所述光电二极管；

所述接收组件包括至少一个第三透镜和/或第二反射镜。

8.根据权利要求7所述的激光测距装置，其特征在于，所述第二反射镜设置于所述被测物体与所述光电二极管之间，被配置为将所述被测物体反射的光束传输至所述光电二极管；

或者，

在所述接收组件包括至少一个第三透镜的情况下，所述第二反射镜设置于所述至少一个第三透镜与所述光电二极管之间，被配置为将穿过所述至少一个第三透镜的光束传输至所述光电二极管。

9.根据权利要求7所述的激光测距装置，其特征在于，所述第二反射镜的反射面为自由曲面。

10.根据权利要求7所述的激光测距装置，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜为准直透镜。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1～10中任一项所述的激光测距装置；

处理器，被配置为控制所述激光测距装置进行测距。