TWM522358U - 具有校正功能的雷射測距裝置 - Google Patents

Description

具有校正功能的雷射測距裝置

本創作在於提供一種雷射測距裝置，尤指一種具有校正功能的雷射測距裝置。

近年來，雷射測距法已被廣泛地應用於距離的測量，而雷射測距裝置亦成為距離測量的重要工具，而三角量測法為雷射測距的習知技術，其由雷射光源所射出的雷射光束投射在一目標物的表面，從該目標物的表面所反射的反射光束通過一聚光透鏡由一光接收器接收，藉由該光接收器的輸出信號，透過處理器的函式計算，即可獲得目標物與雷射光源的距離。

雷射三角量測法的優勢為速度快，每秒可達2KHz的頻率範圍，但是目前掃地機、機器人等裝置使用雷射測距裝置時，因原理限制，此方式應用於遠距離4m以上時，對於像素點的算法，要求位置精度非常的敏感，其零組件容易因溫度、應力等變化，對遠距離造成量測距離的誤差。

綜上所述，本創作人有感上述缺失可改善，乃特潛心研究並配合學理之應用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之創作。

本創作所要解決的技術問題，在於提供一種具有校正功能的 雷射測距裝置，可以補償雷射測距裝置的誤差，達到三角量測自我校正之目的。

為了解決上述的技術問題，本創作提供一種具有校正功能的雷射測距裝置，包括：一本體；一第一雷射光源，該第一雷射光源設置於該本體上，該第一雷射光源包含第一雷射二極體；一第一光接收器，該第一光接收器設置於該本體上，該第一光接收器包含第一光接收元件；以及一校正模組，該校正模組設置於該本體上，該校正模組包含一第二雷射光源及一第二光接收器，該第二雷射光源包含第二雷射二極體，該第二光接收器包含第二光接收元件，該校正模組用於校正量測的誤差。

為了解決上述的技術問題，本創作還提供一種具有校正功能的雷射測距裝置，包括：一本體；一第一雷射光源，該第一雷射光源設置於該本體上，該第一雷射光源包含第一雷射二極體；一第一光接收器，該第一光接收器設置於該本體上，該第一光接收器包含第一光接收元件；以及一校正模組，該校正模組設置於該本體上，該校正模組包含一第二光接收器，該第二光接收器包含第二光接收元件，該校正模組用於校正量測的誤差。

本創作至少具有下列的優點：

本創作雷射測距裝置，於其內部增加一個校正模組，於開機時量測固定或動態距離位置訊息，來補償雷射測距裝置像素點誤差偏移，達到三角量測自我校正之目的。是以，本創作的雷射測距裝置，可以解決零組件受溫度、應力等變化造成量測精度影響的問題，對遠距離也不會造成量測距離的誤差，以提升其量測精度。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

1‧‧‧本體

11‧‧‧第一皮帶輪

2‧‧‧第一雷射光源

21‧‧‧第一雷射二極體

22‧‧‧第一透鏡

3‧‧‧第一光接收器

31‧‧‧第一光接收元件

32‧‧‧第二透鏡

4‧‧‧校正模組

41‧‧‧第二雷射光源

411‧‧‧第二雷射二極體

412‧‧‧第三透鏡

42‧‧‧第二光接收器

421‧‧‧第二光接收元件

422‧‧‧第四透鏡

5‧‧‧電路板

6‧‧‧掃地機

61‧‧‧馬達

62‧‧‧第二皮帶輪

63‧‧‧皮帶

L1、L2、L3、L4‧‧‧光軸

r‧‧‧夾角

圖1為本創作具有校正功能的雷射測距裝置第一實施例的示意圖。

圖2為本創作具有校正功能的雷射測距裝置第二實施例的示意圖。

圖3為本創作具有校正功能的雷射測距裝置第三實施例的示意圖。

[第一實施例]

請參閱圖1，本創作提供一種具有校正功能的雷射測距裝置，其可應用於掃地機、機器人(robot)或無人搬運車等具有自動移動功能的裝置上。該雷射測距裝置包括一本體1、一第一雷射光源2、一第一光接收器3及一校正模組4。本實施例於目前雷射測距裝置的結構下，增加一雷射尺模組，用來時時或開機時校正三角量測遠距離的誤差。

該本體1的結構並不限制，該本體1可用於承載第一雷射光源2、第一光接收器3及校正模組4，該本體1可以適當的設置於掃地機、機器人或無人搬運車等裝置上，但不限於此。

該第一雷射光源2設置於本體1上，該第一雷射光源2包含第一雷射二極體21，也可以進一步包含第一透鏡22，且該第一雷射光源2電性連接於一電路板5，亦即第一雷射二極體21電性連接於電路板5。電路板5可設置於本體1上，電路板5可包含處理器等電子元件，惟第一雷射光源2的構造並不限制。該第一雷射光源2可由電路板5進行供電，該第一雷射光源2的第一雷射二極體21被驅動時，可以射出雷射光束，並將雷射光束投射在一目標物的表面。

該第一光接收器3設置於本體1上，該第一光接收器3包含第一光接收元件31，也可以進一步包含第二透鏡32，該第一光接收元件31可為CMOS影像感測元件(CMOS Image Sensor)等，且該第一光接收器3電性連接於電路板5，亦即第一光接收元件31 電性連接於電路板5，惟第一光接收器3的構造並不限制。第一光接收器3的光軸L2與第一雷射光源2的光軸L1呈傾斜狀，使第一光接收器3的光軸L2與第一雷射光源2的光軸L1之間可形成一夾角r。從該目標物的表面所反射的反射光束通過第二透鏡32聚光後由第一光接收器3的第一光接收元件31接收，以便藉由該第一光接收器3的輸出信號，透過處理器的函式計算，利用三角量測法即可獲得該目標物與該雷射測距裝置的距離。

該校正模組4設置於本體1上，該校正模組4較佳但不限制設於第一雷射光源2與第一光接收器3之間。該校正模組4可包含一第二雷射光源41及一第二光接收器42，以構成一個雷射尺量測模組。該校正模組4電性連接於電路板5，亦即該校正模組4的第二雷射光源41及第二光接收器42電性連接於電路板5。

該第二雷射光源41設置於本體1上，該第二雷射光源41包含一第二雷射二極體411，也可以進一步包含第三透鏡412，且該第二雷射光源41電性連接於電路板5，亦即第二雷射二極體411電性連接於電路板5。該第二雷射光源41可由電路板5進行供電，該第二雷射光源41的第二雷射二極體411被驅動時，可以射出雷射光束，並將雷射光束投射在該目標物的表面。

該第二光接收器42設置於本體1上，該第二光接收器42包含一第二光接收元件421，也可以進一步包含第四透鏡422，該第二光接收元件421可為崩潰光二極體(Avalanche Photo diode，APD)或光二極體(Photo diode，PD)等，且該第二光接收器42電性連接於電路板5，亦即第二光接收元件421電性連接於電路板5，惟第二光接收器42的構造並不限制。進一步的，第二雷射光源41的光軸L3及第二光接收器42的光軸L4可與第一雷射光源2的光軸L1相互平行，但不限於此。校正模組4(第二雷射光源41及第二光接收器42)的前端也可進一步凸出於第一雷射光源2的前端及第一光接收器3的前端，所述的前端是指面向該目標物的一端。

從該目標物的表面所反射的反射光束通過第四透鏡422聚光後由第二光接收器42的第二光接收元件421接收，以便藉由該第二光接收器42的輸出信號，利用飛行時間法(Time of Flight，TOF)校正三角量測遠距離的誤差。所述的飛行時間法(TOF)對於遠距離的測量相當有用，雷射可具有高方向性與高亮度的特性，可以在發射雷射處接收到目標物的反射光，若所發出的雷射光屬於脈衝式，則所接收到的反射光也屬於脈衝式，因此可以藉由測量發射到接收雷射脈衝的時間差來計算目標物與該雷射測距裝置的距離。

本創作雷射測距裝置，於其內部增加一個校正模組4，於開機時量測固定或動態距離位置訊息，來補償雷射測距裝置像素點誤差偏移，達到三角量測自我校正之目的。是以，本創作的雷射測距裝置，可以解決零組件受溫度、應力等變化造成量測精度影響的問題，對遠距離也不會造成量測距離的誤差，以提升其量測精度。

[第二實施例]

請參閱圖2，本實施例的雷射測距裝置包括一本體1、一第一雷射光源2、一第一光接收器3及一校正模組4，與第一實施例的差異僅在於，本實施例的校正模組4包含一第二光接收器42，而將第一實施例的第二雷射光源41予以省略。本實施例的第二光接收器42設置於本體1上，該第二光接收器42可包含第二光接收元件421及第四透鏡422，該第二光接收元件421可為崩潰光二極體(Avalanche Photo diode，APD)或光二極體(Photo diode，PD)等，且該第二光接收器42電性連接於電路板5，惟第二光接收器42的構造並不限制。

該第一雷射光源2的第一雷射二極體21被驅動時，可以射出雷射光束，並將雷射光束投射在一目標物的表面，從該目標物的表面所反射的反射光束通過第二透鏡32聚光後由第一光接收器3 的第一光接收元件31接收，以便藉由該第一光接收器3的輸出信號，透過處理器的函式計算，利用三角量測法即可獲得目標物與該雷射測距裝置的距離。

本實施例的第二光接收器42配合第一雷射光源2使用，亦即本實施例的校正模組4使用第一雷射光源2作為光源，而省略第二雷射光源41。本實施例的校正模組4可設於第一雷射光源2與第一光接收器3之間，該校正模組4靠近第一雷射光源2，且校正模組4(第二光接收器42)的前端也可與第一雷射光源2的前端齊平(包含大致齊平)，但不予以限制。進一步的，第二光接收器42的光軸L4可與第一雷射光源2的光軸L1相互平行。該第一雷射光源2的第一雷射二極體21被驅動時，可以射出雷射光束，並將雷射光束投射在目標物的表面，從該目標物的表面所反射的反射光束通過第四透鏡422聚光後由第二光接收器42的第二光接收元件421接收，以便藉由該第二光接收器42的輸出信號，利用飛行時間法(TOF)校正三角量測遠距離的誤差。本實施例省略第二雷射光源41，可使整體構造簡化，成本較為降低。

[第三實施例]

請參閱圖3，本實施例揭示該雷射測距裝置應用於掃地機6，該本體1可轉動的設置一掃地機6上，該掃地機6可設有吸塵機構或刷輪機構等，以便用於吸塵及掃地等操作，因該掃地機6屬於習知技術，且本創作並不限制掃地機6的結構，故不予以詳述。該本體1的外緣設有一第一皮帶輪11，掃地機6上設置有一馬達61及一第二皮帶輪62，第二皮帶輪62連接於馬達61，第二皮帶輪62可被馬達61驅動旋轉，且第一皮帶輪11與第二皮帶輪62之間連接一皮帶63，因此第二皮帶輪62被馬達61驅動旋轉時，可以通過皮帶63及第一皮帶輪11傳動該雷射測距裝置旋轉，使該雷射測距裝置可作出360度環繞掃描的動作，以達到快速掃描及測距之目的。

惟以上所述僅為本創作之較佳實施例，非意欲侷限本創作的專利保護範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本創作的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧本體

2‧‧‧第一雷射光源

21‧‧‧第一雷射二極體

22‧‧‧第一透鏡

3‧‧‧第一光接收器

31‧‧‧第一光接收元件

32‧‧‧第二透鏡

4‧‧‧校正模組

41‧‧‧第二雷射光源

411‧‧‧第二雷射二極體

412‧‧‧第三透鏡

42‧‧‧第二光接收器

421‧‧‧第二光接收元件

422‧‧‧第四透鏡

5‧‧‧電路板

L1、L2、L3、L4‧‧‧光軸

r‧‧‧夾角

Claims (10)

1. 一種具有校正功能的雷射測距裝置，包括：一本體；一第一雷射光源，該第一雷射光源設置於該本體上，該第一雷射光源包含第一雷射二極體；一第一光接收器，該第一光接收器設置於該本體上，該第一光接收器包含第一光接收元件；以及一校正模組，該校正模組設置於該本體上，該校正模組包含一第二雷射光源及一第二光接收器，該第二雷射光源包含第二雷射二極體，該第二光接收器包含第二光接收元件，該校正模組用於校正量測的誤差。
2. 如請求項1所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該校正模組設於該第一雷射光源與該第一光接收器之間，且該校正模組的前端凸出於該第一雷射光源的前端及該第一光接收器的前端。
3. 如請求項1所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該第一光接收元件為CMOS影像感測元件，該第二光接收元件為崩潰光二極體或光二極體。
4. 如請求項1所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該第一光接收器的光軸與該第一雷射光源的光軸呈傾斜狀，該第一光接收器的光軸與該第一雷射光源的光軸之間形成一夾角。
5. 如請求項4所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該第二雷射光源的光軸及該第二光接收器的光軸與該第一雷射光源的光軸相互平行。
6. 一種具有校正功能的雷射測距裝置，包括：一本體；一第一雷射光源，該第一雷射光源設置於該本體上，該第一雷射光源包含第一雷射二極體； 一第一光接收器，該第一光接收器設置於該本體上，該第一光接收器包含第一光接收元件；以及一校正模組，該校正模組設置於該本體上，該校正模組包含一第二光接收器，該第二光接收器包含第二光接收元件，該校正模組用於校正量測的誤差。
7. 如請求項6所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該校正模組設於該第一雷射光源與該第一光接收器之間，該校正模組靠近該第一雷射光源，該校正模組的前端與該第一雷射光源的前端齊平。
8. 如請求項6所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該第一光接收元件為CMOS影像感測元件，該第二光接收元件為崩潰光二極體或光二極體。
9. 如請求項6所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該第一光接收器的光軸與該第一雷射光源的光軸呈傾斜狀，該第一光接收器的光軸與該第一雷射光源的光軸之間形成一夾角。
10. 如請求項9所述之具有校正功能的雷射測距裝置，其中該第二光接收器的光軸與該第一雷射光源的光軸相互平行。