[實用新型]微型光學掃描測距裝置、系統及光學測距系統

有效

• 申請號: 201420460856.2
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN204240979U
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 陳士凱;劉義春;李宇翔;黃玨珅;林凌
• 申請（專利權）人: 上海思嵐科技有限公司
• 主分類號: G01C3/10
• 分類號: G01C3/10
• 代理公司: 上海百一領御專利代理事務所(普通合伙) 31243
• 代理人: 馬育麟

技術領域

本實用新型涉及一種光學掃描測距裝置及系統，尤其涉及一種微型光學掃描測距裝置、系統及光學測距系統，通過減小基線，使裝置具有更小的設備尺寸，并通過使用單一的反光鏡片旋轉實現測距光束的掃描，并增加縱向掃描的視角范圍，使制造工藝更加簡單，可大幅提高設備的可靠性和工作壽命。

背景技術

光學掃描測距裝置是一種使用準直光束進行非接觸式目標物體掃描測距的設備。通過將用于測距的準直光束(如激光)進行一定范圍內的旋轉，即可實現對所在環境一定環境內物體進行掃描測距，并提取出環境的輪廓信息。相比超聲波、圖像檢測等手段，使用光學掃描測距裝置可以實現非常高的掃描測距精度，并且測距速度快。因此在工業和民用領域具有非常高的應用價值，目前廣泛的應用于機器人自主建圖與導航定位(SLAM)、3D場景重建、安防檢測等領域。

早期的光學掃描測距裝置使用了光學飛行時間測量原理(Time?of?Flight,TOF)的激光測距并配合多組光學鏡片實現掃描式測距。由于使用的TOF測距模塊尺寸較大，并且包含的多組光學鏡片需要在工作中保證精密的固定，因此給設計和生產這類掃描測距裝置帶來了很大挑戰，并導致這類掃描測距裝置的成本較高。同時，復雜的光學設備也增加了裝置的尺寸和重量。這些因素很大的限制了這類掃描測距裝置在成本和體積敏感的消費品領域應用。

為解決尺寸和成本問題，目前出現了使用三角測距方式的小型化光學掃描測距裝置。這類裝置將實現三角測距的激光器、成像透鏡、感光芯片等設備安裝在一可連續旋轉的平臺上實現測距光束的掃描。由于避免了使用復雜的光學鏡片，因此有效地降低了體積和成本。然而，為了實現對旋轉部件供電和通訊，這類裝置需要使用導電滑環等實現旋轉體間電信號傳遞的設備。這極大地影響了這類裝置的使用壽命，一般持續工作一年，就會出現機械磨損老化導致故障。此外，測距模塊整體旋轉也會因為離心力作用，對外界產生振動。持續的振動會干擾外部?系統的正常工作，也會使得掃描測距裝置內部出現零件松動的風險，降低了可靠性。

同時，傳統的掃描測距裝置只能實現一個二維平面內的輪廓掃描。這給諸如機器人自主環境壁障等應用帶來了不便。為了解決這個問題，現有的設計通過增加額外的掃描振鏡，實現測距光束在縱向高度上實現偏轉。也有的設計在縱向上設置多個測距模塊實現同時采集多個高度平面的掃描測距數據。這類設計又額外的增加了系統的復雜度、體積和成本。

此外，傳統三角法測距系統不易小型化，限制了其應用范圍，且感光芯片無法檢測出小于一個單位像素尺寸的位移變化，而這將影響三角測距模塊的測量解析度，又加之芯片技術的不斷發展，芯片的像素尺寸越來越小，對其配套的相應的光學系統的成像要求也越來越高，傳統的光學設備已不能完全滿足需求。如果既能保證激光測距儀器的精度和響應速度，又能縮小激光測距系統的尺寸，則可以極大的增加光學掃描測距裝置的應用范圍。

實用新型內容

本實用新型的主要目的在于提供一種微型光學掃描測距裝置，解決了傳統的光學掃描測距裝置存在的問題，相對于傳統的掃描測距裝置而言，該光學掃描測距裝置具有更小的體積、更輕的質量、更高的可靠性和更長的工作壽命。

本實用新型的另一目的在于提供一種微型光學掃描測距裝置，通過提供一個360°連續旋轉的反光鏡片和固定于裝置底座的一光學測距系統，實現非接觸式掃描測距，在縱向范圍上增加測距的視角范圍，同時減少了光學測距系統的摩擦和振動，增加了測距的可靠性，使測距精度提高，并延長了裝置的使用壽命。

本實用新型的另一目的在于提供一種微型光學掃描測距裝置，同時使用一小基線的光學測距模塊和一單一的反光鏡片，降低了裝置的復雜度，使得裝置的制造工藝更加簡單，易于生產制造，并降低了成本。

本實用新型的另一目的在于提供一種微型光學掃描測距裝置，通過使用小基線的光學測距系統，使得裝置具有更小的尺寸和更輕的質量，使得裝置可以應用于體積敏感的領域，增大了裝置的應用范圍。

本實用新型的另一目的在于提供一種微型光學掃描測距裝置，通過安裝一編碼器，計量所述反光鏡片旋轉的角度信息，用于獲取測距光束的角度信息，以進?一步獲取目標物體的環境信息。

本實用新型的另一目的在于提供一種微型光學掃描測距裝置，通過將反光鏡片安裝于光學測距系統上方，光學測距系統的準直光源發出的準直光束射向反光鏡片，改變光路結構，進而擴大掃描范圍。