TW201823674A - 鐳射測距裝置 - Google Patents

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Abstract

一種鐳射測距裝置，其包括鐳射發射模組、一個准直透鏡、一個聚光透鏡、鐳射接收模組、第一微機電系統及第二微機電系統，該第一微機電系統可轉動地設置在准直透鏡遠離鐳射發射模組的一側，該第二微機電系統可轉動地設置在聚光透鏡的遠離鐳射接收模組的一側，該第一微機電系統具有第一反射面，該第二微機電系統具第二反射面。

Description

鐳射測距裝置
本發明涉及一種鐳射測距裝置。
鐳射具有高速、高方向性、高單色性和相干性等優點，因而被廣泛的應用於各種測距裝置中。隨著有關器件和技術的發展，鐳射測距裝置在高精度和成像方面佔有絕對優勢，其測距精度可以達到釐米甚至毫米級。
鐳射測距裝置一般包括鐳射發射模組、准直透鏡、聚光透鏡、鐳射接收模組、訊號處理模組等。鐳射測距裝置一般利用飛行時間（TOF，Time of flight）測量原理，由鐳射發射模組發出脈衝鐳射，經准直透鏡准直後照射被測物體表面，鐳射經由被測物體反射後穿過聚光透鏡，最後被光接收裝置接收，測量發射脈衝鐳射和接收脈衝鐳射之間的時間間隔，即可計算出待測物體的距離：L=ct/2，其中，L為鐳射測距裝置與待測物體之間的距離，c為光速，t為發射脈衝鐳射和接收脈衝鐳射之間的時間間隔。
習知的鐳射測距裝置一般藉由馬達帶動反射鏡、鐳射發射模組或鐳射接收模組轉動來增大鐳射測距裝置的視場角。然而，馬達的體積較大，且工作時會產生振動及噪音。
有鑑於此，有必要提供一種新的鐳射測距裝置，以解決上述問題。
一種鐳射測距裝置，用於測量待測物體與鐳射測距裝置之間的距離，該鐳射測距裝置包括鐳射發射模組、一個准直透鏡、一個聚光透鏡及鐳射接收模組，所述鐳射測距裝置還包括第一微機電系統及第二微機電系統，該第一微機電系統可轉動地設置在准直透鏡遠離鐳射發射模組的一側，該第二微機電系統可轉動地設置在聚光透鏡的遠離鐳射接收模組的一側，該第一微機電系統具有一第一反射面，該第一反射面用於反射鐳射發射模組所發射的鐳射，該第二微機電系統具有一第二反射面，該第二反射面用於將由待測物體表面反射回的鐳射反射至鐳射接收模組。
優選的，所述第一微機電系統的第一反射面上設置有二維掃描反射陣列。
優選的，所述第二微機電系統的第二反射面上設置有二維掃描反射陣列。
優選的，所述第一微機電系統的第一反射面具有一與准直透鏡的光軸垂直相交的第一軸線及一垂直該第一軸線的第二軸線，該第一軸線及第二軸線均在第一反射面所在的平面內，所述第一微機電系統帶動第一反射面圍繞該第一軸線或第二軸線轉動。
優選的，所述第二微機電系統的第二反射面具有一與聚光透鏡的光軸垂直相交的第三軸線及一垂直該第三軸線的第四軸線，該第三軸線及第四軸線均在第二反射面所在的平面內，所述第二微機電系統帶動第二反射面繞該第三軸線或第四軸線轉動。
優選的，所述第一微機電系統內設置有用於驅動第一微機電系統轉動的微型電機。
優選的，所述第二微機電系統內設置有用於驅動第二微機電系統轉動的微型電機。
優選的，所述鐳射發射模組包括一第一基板及固定在該第一基板上的用於發射脈衝鐳射的至少一鐳射二極體，該鐳射二極體設置在第一基板的鄰近准直透鏡的一側。
優選的，所述鐳射接收模組包括一第二基板及固設在該第二基板上的用於接收鐳射的至少一光電二極體，該光電二極體設置在第二基板的鄰近聚光透鏡的一側。
優選的，所述鐳射測距裝置還包括一間隔部，該間隔部包括一固定板及垂直固定在該固定板上的間隔板，該間隔板設置在第一微機電系統與第二微機電系統之間。
所述鐳射測距裝置包括第一微機電系統及第二微機電系統，該第一微機電系統具有一第一反射面，該第二微機電系統具有一第二反射面，該第一微機電系統及第二微機電系統可以以預定的角度及時間間隔轉動，從而改變第一反射面及第二反射面所面向的方向，使第一反射面將光線反射至不同的方向，使第二反射面可以接收到來自不同方向反射回來的光線並將光線反射至聚光透鏡，如此，可以有效的增大鐳射測距裝置的視場角（測距範圍或鐳射可照射範圍），且僅使用一個准直透鏡及一個聚光透鏡即可獲得較大的視場角。此外，微機電系統具有小型化的特點，所占空間小，可以有效減小鐳射測距裝置的體積，且微機電系統所產生的震動及噪音小，使用壽命長。
請結合參閱圖1，本發明較佳實施方式提供一種鐳射測距裝置100，其用於測量前方待測物體200與鐳射測距裝置100之間的距離。該鐳射測距裝置100包括鐳射發射模組10、一個准直透鏡20、第一微機電系統（MEMS）30、第二微機電系統40、一個聚光透鏡50及鐳射接收模組60。
所述鐳射發射模組10用於發射鐳射，所述鐳射接收模組60用於接收由待測物體200的表面反射的鐳射。該第一微機電系統30具有一第一反射面31，該第一反射面31與准直透鏡20的光軸OA的夾角為銳角，該第一反射面31用於將鐳射發射模組10發射的鐳射反射至待測物體的表面。該第二微機電系統40具有一第二反射面41，該第二反射面41與聚光透鏡50的光軸OB的夾角為銳角，該第二反射面41用於將由待測物體200表面反射來的光進一步反射至鐳射接收模組60上。
所述鐳射測距裝置100的光線傳播路徑為，鐳射由鐳射發射模組10發射，經准直透鏡20會聚後，照射在第一微機電系統30的第一反射面31上，由第一反射面31反射至待測物體200的表面，再經待測物體200反射後照射在第二微機電系統40的第二反射面41上，由第二反射面41反射，再經聚光透鏡50會聚後進入鐳射接收模組60。
所述鐳射發射模組10包括一第一基板11及固定在該第一基板11上的至少一鐳射二極體12。該鐳射二極體12用於發射脈衝鐳射。該第一基板11為電路基板。
所述准直透鏡20設置在所述第一基板11的設置有鐳射二極體12的一側，且位於鐳射發射模組10與第一微機電系統30之間。所述准直透鏡20與所述第一基板11設置有鐳射二極體12的表面相對，該准直透鏡20用於會聚由鐳射發射模組10發射的鐳射，以使儘量多的鐳射照射至第一微機電系統30的第一反射面31上。
所述第一微機電系統30的第一反射面31上設置有二維掃描反射陣列。請參閱圖1，以准直透鏡20的光軸OA所在的方向作為X軸，以垂直X軸向上的方向作為Z軸，以同時垂直該X軸與Z軸的方向作為Y軸，建立坐標系。所述第一微機電系統30的第一反射面31具有一沿Y軸所在方向的第一軸線及一垂直該第一軸線的第二軸線（圖未示），該第一軸線及第二軸線均在第一反射面31所在的平面內。該第一軸線與准直透鏡20的光軸OA垂直相交。所述第一微機電系統30可以帶動第一反射面31圍繞該第一軸線或第二軸線轉動，從而使第一反射面31將光線反射到不同的方向，使鐳射測距裝置100具有較大的視場角（測距範圍或鐳射可照射範圍）。
所述第二微機電系統40的第二反射面41上設置有二維掃描反射陣列。所述第二微機電系統40的第二反射面41具有一沿Y軸所在方向的第三軸線及一垂直該第三軸線的第四軸線（圖未示），該第三軸線及第四軸線均在第二反射面41所在的平面內。該第三軸線與聚光透鏡50的光軸OB垂直相交。所述第二微機電系統40可以帶動第二反射面41圍繞該第三軸線或第四軸線轉動，從而使來自更多方向的反射光照射至第二反射面41上，並由該第二反射面41反射至鐳射接收模組60上，從而使鐳射測距裝置100具有較大的視場角。
在所述鐳射測距裝置100工作時，所述第一微機電系統30以預設的角度及預設的時間間隔圍繞第一軸線或第二軸線反復轉動，或以預設的角度及預設的時間間隔交替的圍繞第一軸線和第二軸線反復轉動，以使第一微機電系統30對鐳射進行掃描反射。所述第二微機電系統40以預設的角度及預設的時間間隔圍繞第三軸線或第四軸線反復轉動，或以預設的角度及預設的時間間隔交替的圍繞第三軸線和第四軸線反復轉動，以使第二微機電系統40掃描接收由待測物體200反射回來的光線，並將光線反射至會聚透鏡模組50。
在至少一實施例中，所述第一微機電系統30內設置有微型電機（圖未示），該微型電機用於驅動第一微機電系統30轉動。所述第二微機電系統40內也設置有微型電機（圖未示），該微型電機用於驅動第二微機電系統40轉動。
所述聚光透鏡50設置在第二微機電系統40與鐳射接收模組60之間，用於會聚由第二微機電系統40反射過來的光線，以使更多的光線反射至鐳射接收模組60上。
所述鐳射接收模組60包括一第二基板61及固設在該第二基板61上的至少一光電二極體62。該第二基板61的設置有光電二極體62的表面與聚光透鏡50相對，該光電二極體62用於接收由聚光透鏡會聚的脈衝鐳射。該光電二極體62固定在第二基板61的鄰近聚光透鏡50的一側。該第二基板61為電路基板。
所述准直透鏡20及所述聚光透鏡50可以為雙凸透鏡、平凸透鏡等可以會聚光線的透鏡。所述准直透鏡20及所述聚光透鏡50的材質可以為玻璃或塑膠。
所述鐳射測距裝置100還包括一訊號處理模組。該訊號處理模組為常規應用於鐳射測距裝置訊號處理模組。該訊號處理模組用於控制整個鐳射測距裝置100的工作，並分別與鐳射發射模組10及鐳射接收模組60連接，控制和記錄鐳射發射模組10發射脈衝鐳射及鐳射接收模組60接收脈衝鐳射的過程，測量鐳射從鐳射二極體12發射到光電二極體62接收的總時間，再根據距離計算公式L=ct/2計算所測量的待測物體的距離。
所述鐳射測距裝置100還包括一間隔部70，該間隔部70包括一固定板71及垂直固定在該固定板71上的間隔板72。該間隔板72設置在第一微機電系統30與第二微機電系統40之間，用於將第一微機電系統30與第二微機電系統40間隔開來，以儘量避免由帶測物體200反射的光線反射至第一微機電系統30的表面所產生的干擾。所述第一微機電系統30和第二微機電系統40可以分別固定在間隔板72相對兩側的固定板71上。
本發明的鐳射測距裝置100包括第一微機電系統30及第二微機電系統40，該第一微機電系統30的具有一第一反射面31，該第二微機電系統40具有一第二反射面41，該第一微機電系統30及第二微機電系統40可以以預定的角度及時間間隔轉動，從而改變第一反射面31及第二反射面41所面向的方向，使第一反射面31將光線反射至不同的方向，使第二反射面41可以接收到來自不同方向反射回來的光線並將光線反射至聚光透鏡50，如此，可以有效的增大鐳射測距裝置100的視場角，且僅使用一個准直透鏡20及一個聚光透鏡50即可獲得較大的視場角。此外，微機電系統具有小型化的特點，所占空間小，可以有效減小鐳射測距裝置100的體積，且微機電系統所產生的震動及噪音小，使用壽命長。
另外，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明申請專利範圍的保護範圍。
100‧‧‧鐳射測距裝置
10‧‧‧鐳射發射模組
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧鐳射二極體
20‧‧‧准直透鏡
30‧‧‧第一微機電系統
31‧‧‧第一反射面
40‧‧‧第二微機電系統
41‧‧‧第二反射面
50‧‧‧聚光透鏡
60‧‧‧鐳射接收模組
61‧‧‧第二基板
62‧‧‧光電二極體
70‧‧‧間隔部
71‧‧‧固定板
72‧‧‧間隔板
200‧‧‧待測物體
圖1為本發明較佳實施例的鐳射測距裝置的示意圖。
無
無

Claims (10)

  1. 一種鐳射測距裝置，用於測量待測物體與鐳射測距裝置之間的距離，該鐳射測距裝置包括鐳射發射模組、一個准直透鏡、一個聚光透鏡及鐳射接收模組，其改良於，所述鐳射測距裝置還包括第一微機電系統及第二微機電系統，該第一微機電系統可轉動地設置在准直透鏡遠離鐳射發射模組的一側，該第二微機電系統可轉動地設置在聚光透鏡的遠離鐳射接收模組的一側，該第一微機電系統具有一第一反射面，該第一反射面用於反射鐳射發射模組所發射的鐳射，該第二微機電系統具有一第二反射面，該第二反射面用於將由待測物體表面反射回的鐳射反射至鐳射接收模組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述第一微機電系統的第一反射面上設置有二維掃描反射陣列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述第二微機電系統的第二反射面上設置有二維掃描反射陣列。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述第一微機電系統的第一反射面具有一與准直透鏡的光軸垂直相交的第一軸線及一垂直該第一軸線的第二軸線，該第一軸線及第二軸線均在第一反射面所在的平面內，所述第一微機電系統帶動第一反射面圍繞該第一軸線或第二軸線轉動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述第二微機電系統的第二反射面具有一與聚光透鏡的光軸垂直相交的第三軸線及一垂直該第三軸線的第四軸線，該第三軸線及第四軸線均在第二反射面所在的平面內，所述第二微機電系統帶動第二反射面繞該第三軸線或第四軸線轉動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述第一微機電系統內設置有用於驅動第一微機電系統轉動的微型電機。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述第二微機電系統內設置有用於驅動第二微機電系統轉動的微型電機。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述鐳射發射模組包括一第一基板及固定在該第一基板上的用於發射脈衝鐳射的至少一鐳射二極體，該鐳射二極體設置在第一基板的鄰近准直透鏡的一側。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述鐳射接收模組包括一第二基板及固設在該第二基板上的用於接收鐳射的至少一光電二極體，該光電二極體設置在第二基板的鄰近聚光透鏡的一側。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的鐳射測距裝置，其中，所述鐳射測距裝置還包括一間隔部，該間隔部包括一固定板及垂直固定在該固定板上的間隔板，該間隔板設置在第一微機電系統與第二微機電系統之間。
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