一種激光測距傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種激光測距傳感器，屬于傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 移動機器人在移動過程中要對周圍的環(huán)境進行感知，建立地圖及導航。因此移動 機器人必須要有一個有效的傳感器來進行感測、映射（mapping)及避障。目前，激光測距傳 感器以測量范圍廣、靈敏度高等特點成為移動機器人測距裝置的首選。通常激光測距裝置 包括呈一定角度設(shè)置的激光發(fā)射器和圖像傳感器，圖像傳感器接收激光發(fā)射器發(fā)射的光線 從周邊障礙物反饋回來的光線。根據(jù)鏡頭的不同規(guī)格，其測距范圍也有所不同，因此需要根 據(jù)激光測距裝置測距范圍的需求，采用合適規(guī)格且與圖像傳感器適配的鏡頭，這樣使得激 光測距裝置的成本太高，復雜的光學設(shè)備也增加了測距裝置的體積，這些原因大大限制了 激光測距傳感設(shè)備在普通消費機器人，如清潔機器人領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003] 針對尺寸和成本問題，出現(xiàn)了基于三角測距的小型化激光測距裝置。這類裝置將 實現(xiàn)三角測距的激光器、成像透鏡、感光芯片等設(shè)備安裝在一可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的平臺上實現(xiàn)測 距光束的掃描。該類裝置避免使用復雜的光學鏡片，有效地降低了體積和成本。然而，為了 實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)部件供電和通訊，這類裝置需要使用導電滑環(huán)等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體間電信號傳遞的設(shè) 備，極大地影響了這類裝置的使用壽命。
[0004] 此外，傳統(tǒng)三角測距系統(tǒng)不易小型化加之芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，與其配套的光學 系統(tǒng)的成像要求也越來越高，傳統(tǒng)的光學設(shè)備已不能完全滿足需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的在于針對上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種激光測距傳感器，解 決了傳統(tǒng)的激光測距傳感器存在的問題，相對于傳統(tǒng)的激光測距傳感器而言，該激光測距 傳感器的測量精度和靈敏度更高、體積更小、質(zhì)量更輕、成本更低、工作壽命更長。
[0006] 本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種激光測距傳感器，其特征在于：包括 基座、激光發(fā)射器、掃描單元、圖像處理單元、數(shù)據(jù)處理單元；所述掃描單元包括一與所述基 座連接的電機和與所述電機相連的棱鏡，所述電機固定在所述基座上；所述棱鏡與所述電 機同步旋轉(zhuǎn)，反射掃描所述激光發(fā)射器發(fā)出的光束；所述圖像處理單元包括一普通CCD圖 像傳感器和一柱凹鏡；所述數(shù)據(jù)處理單元與所述電機相連，記錄所述棱鏡旋轉(zhuǎn)的角度信息。
[0007] 所述激光測距傳感器進一步包括一固定結(jié)構(gòu)，所述激光發(fā)射器與圖像處理單元固 定于該固定結(jié)構(gòu)上，該固定結(jié)構(gòu)與所述基座成垂直狀態(tài)設(shè)置；
[0008] 所述固定結(jié)構(gòu)上設(shè)置有使棱鏡上的折射光線通過的孔狀結(jié)構(gòu)，孔狀結(jié)構(gòu)的尺寸大 小根據(jù)所述棱鏡上的折射光線的掃描范圍設(shè)定。
[0009] 所述柱凹鏡安裝在所述普通CCD圖像傳感器的前端，用以發(fā)散目標物體反射回來 的光線。
[0010] 所述的掃描單元進一步的包括一支撐圓盤，用于方便安裝所述棱鏡和數(shù)據(jù)處理單 元，該支撐圓盤固定安裝在所述電機上，并跟隨電機進行同步旋轉(zhuǎn)。
[0011] 所述的棱鏡和數(shù)據(jù)處理單元固定安裝在所述支撐圓盤上。
[0012] 所述的數(shù)據(jù)處理單元可以為碼盤、光電編碼器或磁編碼器。
[0013] 綜上所述，本實用新型提供一種激光測距傳感器，該傳感器通過激光發(fā)射器發(fā)出 光束照射到旋轉(zhuǎn)的棱鏡上，經(jīng)旋轉(zhuǎn)棱鏡折射的光束照射到目標物體上，從目標物體上反射 的光束經(jīng)過圖像處理單元把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)據(jù)處理單元輸出此時反射光束的角度 信息，經(jīng)過相關(guān)計算得到待測距離信息。
[0014] 本實用新型具有如下有益效果：
[0015] 1)本實用新型通過一旋轉(zhuǎn)的電機帶動棱鏡同步旋轉(zhuǎn)進行掃描測距，擴大了測距的 視場角范圍，避免傳統(tǒng)測距系統(tǒng)的摩擦和振動，延長了激光測距傳感器的使用壽命。
[0016] 2)本實用新型提供的激光測距傳感器，同時使用一普通CXD圖像傳感器和一單一 的棱鏡，簡化了制造工藝，大大降低了制造成本。
[0017] 3)本實用新型提供的激光測距傳感器，安裝激光發(fā)射器和圖像處理單元的固定 結(jié)構(gòu)與固定掃描單元的基座成垂直狀態(tài)，使得傳感器整體體積更小，整個傳感器長度約為 5~10 cm，寬度約為2 cm。
[0018] 4)本實用新型通過將一柱凹鏡安裝在普通CCD圖像傳感器前端，用于發(fā)散物體發(fā) 射回來的光線，擴大了普通CCD圖像傳感器的成像范圍，提高了測距精度。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型所述的激光測距傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
[0020] 圖2為三角測距原理圖
[0021] 圖3為本實用新型所述的激光測距傳感器的電路原理圖
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0023] 如附圖1所示，一種激光測距傳感器，包括基座1、激光發(fā)射器2、掃描單元11、圖像 處理單元12、數(shù)據(jù)處理單元6 ;所述掃描單元11包括一與所述基座1連接的電機3和與所 述電機相連的六棱鏡4,所述電機3固定在所述基座1上；所述六棱鏡4與所述電機3同步 旋轉(zhuǎn)，反射掃描所述激光發(fā)射器2發(fā)出的光束；所述圖像處理單元12包括一普通CCD圖像 傳感器5和一柱凹鏡8 ;所述數(shù)據(jù)處理單元6與所述電機3相連，記錄所述六棱鏡4旋轉(zhuǎn)的 角度信息。
[0024] 所述的激光測距傳感器進一步包括一固定結(jié)構(gòu)9,所述激光發(fā)射器2與圖像處理 單元12固定于該固定結(jié)構(gòu)9上，該固定結(jié)構(gòu)9與所述基座1成垂直狀態(tài)；固定結(jié)構(gòu)9上設(shè) 置有使棱鏡上的折射光線通過的孔狀結(jié)構(gòu)10,孔狀結(jié)構(gòu)10的尺寸大小根據(jù)折射光線的掃 描范圍設(shè)定。
[0025] 所述柱凹鏡8安裝在所述普通CCD圖像傳感器5的前端，用以發(fā)散目標物體反射 回來的光線；掃描單元11進一步的包括一支撐圓盤7,用于方便安裝所述六棱鏡4和數(shù)據(jù) 處理單元6,該支撐圓盤7固定安裝在所述電機3上，并跟隨電機3進行同步旋轉(zhuǎn)；六棱鏡 4和數(shù)據(jù)處理單元6固定安裝在所述支撐圓盤7上，數(shù)據(jù)處理單元6可以為碼盤、光電編碼 器或磁編碼器。
[0026] 上述所述的激光測距傳感器上的六棱鏡可以替換為三棱鏡、四棱鏡或八棱鏡等。
[0027] 上述所述的激光測距傳感器長度約為5~10 cm，寬度約為2cm。
[0028] 結(jié)合附圖1、圖2及圖3,本實用新型所述的激光測距傳感器通過激光發(fā)射器2發(fā) 出光束照射到旋轉(zhuǎn)的六棱鏡4上，經(jīng)旋轉(zhuǎn)棱鏡4折射的光束照射到目標物體O上，從目標物 體O上反射的光束經(jīng)過圖像處理單元12把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)據(jù)處理單元6輸出此時 反射光束的角度信息，采用三角測距法計算待測距離信息。
[0029] 圖2為三角測距原理圖，其中L表示旋轉(zhuǎn)棱鏡，O表示目標物體，P表示成像；調(diào)整 好激光發(fā)射器與圖像傳感器的位置，這樣激光光束跟某些射線是平行的。利用相似三角形 的原理，得出待測距離d:
【主權(quán)項】
1. 一種激光測距傳感器，其特征在于：包括基座、激光發(fā)射器、掃描單元、圖像處理單 元、數(shù)據(jù)處理單元；所述掃描單元包括一與所述基座連接的電機和與所述電機相連的棱鏡， 所述電機固定在所述基座上；所述棱鏡與所述電機同步旋轉(zhuǎn)，反射掃描所述激光發(fā)射器發(fā) 出的光束；所述圖像處理單元包括一普通CCD圖像傳感器和一柱凹鏡；所述數(shù)據(jù)處理單元 與所述電機相連，記錄所述棱鏡旋轉(zhuǎn)的角度信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距傳感器，其特征在于：所述激光測距傳感器進一步 包括一固定結(jié)構(gòu)，所述激光發(fā)射器與圖像處理單元固定于該固定結(jié)構(gòu)上； 其中，所述固定結(jié)構(gòu)與所述基座成垂直狀態(tài)設(shè)置； 所述固定結(jié)構(gòu)上設(shè)置有使棱鏡上的折射光線通過的孔狀結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測距傳感器，其特征在于：所述孔狀結(jié)構(gòu)的尺寸大小根 據(jù)所述棱鏡的折射光線的掃描范圍設(shè)定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距傳感器，其特征在于：所述柱凹鏡安裝在所述普通 CCD圖像傳感器的前端，用以發(fā)散目標物體反射回來的光線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的激光測距傳感器，其特征在于：所述的掃描單元進 一步的包括一支撐圓盤，用于方便安裝所述棱鏡和數(shù)據(jù)處理單元； 其中，所述支撐圓盤固定安裝在所述電機上，并跟隨電機進行同步旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光測距傳感器，其特征在于：所述的棱鏡和數(shù)據(jù)處理單元 固定安裝在所述支撐圓盤上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光測距傳感器，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)處理單元可以為 碼盤、光電編碼器或磁編碼器。
【專利摘要】本實用新型提供了一種激光測距傳感器，包括基座、激光發(fā)射器、掃描單元、圖像處理單元、數(shù)據(jù)處理單元；所述掃描單元包括一與所述基座連接的電機和與所述電機相連的棱鏡，所述電機固定在所述基座上；所述棱鏡與所述電機同步旋轉(zhuǎn)，反射掃描所述激光發(fā)射器發(fā)出的光束；所述圖像處理單元包括一普通CCD圖像傳感器和一柱凹鏡；所述數(shù)據(jù)處理單元與所述電機相連，記錄所述棱鏡旋轉(zhuǎn)的角度信息。相對于傳統(tǒng)的激光測距傳感器而言，該激光測距傳感器的測量精度和靈敏度更高、體積更小、質(zhì)量更輕、成本更低、工作壽命更長，在低成本智能消費領(lǐng)域有很大的應(yīng)用價值。
【IPC分類】G01C3-00
【公開號】CN204388836
【申請?zhí)枴緾N201520108309
【發(fā)明人】廖鴻宇, 孫放, 明安龍
【申請人】北京雷動云合智能技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月13日