[實用新型]一種光學測距模塊、光學掃描測距裝置和機器人

有效

• 申請號: 202020189715.7
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN211928172U
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 劉敬偉;廖燕鑌;陳志彬;余毅祥;黃運龍
• 申請（專利權）人: 國科光芯（海寧）科技股份有限公司
• 主分類號: G01S17/48
• 分類號: G01S17/48;G01S7/481
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 何家富

本實用新型公開了一種光學測距模塊、光學掃描測距裝置和機器人，所述光學測距模塊，包括：準直光源、感光芯片以及連接所述感光芯片的處理器電路，和至少兩個不同焦距的成像透鏡；所述成像透鏡至少包括第一成像透鏡和第二成像透鏡，所述第一成像透鏡的焦距較小，其光軸和準直光源的光軸成一個大于0°并小于90°的夾角，用于實現中近距離的測距；所述第二成像透鏡的焦距較大，其光軸于準直光源的光軸的夾角小于所述第一成像透鏡和準直光源的光軸的夾角；用于實現中遠距離的測距。本實用新型通過采用兩個不同焦距的成像透鏡，既能減小近距離的測距盲區，又能解決遠距離的質心跳動問題，提高了遠距離的測量精度。

技術領域

本實用新型涉及三角法激光雷達領域，尤其涉及一種基于三角法的光學測距模塊和光學掃描測距裝置。

背景技術

激光雷達具有結構相對簡單、高單色性、高方向性、相干性好、測量精度較高、空間分辨率高、探測距離遠、價格便宜等優點；已被廣泛地應用，應用范圍大至大氣、海洋和陸地進行高精度遙感探測的有效方法，小至家用智能掃地機器人導航避障。

目前機械式單線掃描激光雷達多采用三角法獲取距離信息。三角測距原理為：準直光源發射一束準直激光，光束照射到待測目標后發生漫反射，反射光束被鏡頭接收并成像在成像傳感器上，當光束照到不同距離的物體的反射光束從不同角度進入鏡頭，在成像傳感器上的成像光斑位置也不同，根據成像傳感器上光斑的位置可以得到對應距離信息。如圖1所示，待測目標距離準直光源距離可由如下公式求得：

q＝(f·s)/x (1)

L＝q/cos(β) (2)

對(1)式轉換成

x＝(f·s)/q (3)

再對(3)式對q求導得：

dq/dx＝-q2/(f·s) (4)

其中，q：系統至待測目標的距離，s：準直光源和成像透鏡的中心光軸的間距，L：準直光源至待測目標的距離，f：鏡頭焦距，x：光斑在成像傳感器上的位移量，β：激光出射方向與成像透鏡的中心光軸的夾角。

可以看出，當待測目標的距離變遠后，從成像傳感器獲得的像素點每移動一個單位距離，求出的距離值的跳變(質心跳動)會大幅增大，也即精度變低，所以，要保證dq控制在一定范圍內，那么就要求較大的f·s值，或者更小的傳感器分辨率dx。而由于結構小型化的需求以及現有成像傳感器的分辨率的限制，鏡頭焦距f需保持較大值，也即鏡頭的視場角受限，無法取很大，導致現有基于三角法測距的單個鏡頭的激光雷達測距存在較大的盲區，這會限制雷達的安裝位置和功能使用。

現有的激光雷達結構，采用鏡頭作為接收件核心成本高，且在安裝時需要調整鏡頭焦距安裝不易。

實用新型內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種超小盲區，又滿足小型化、低成本的基于三角法的光學測距模塊和光學掃描測距裝置。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種光學測距模塊，包括：準直光源、感光芯片以及連接所述感光芯片的信號處理電路，和至少兩個不同焦距的成像透鏡；所述成像透鏡至少包括第一成像透鏡和第二成像透鏡，所述第一成像透鏡的焦距較小，其中心光軸和準直光源的光軸成一個大于0°并小于90°的夾角；所述第二成像透鏡的焦距較大，其中心光軸于準直光源的光軸的夾角小于所述第一成像透鏡和準直光源的光軸的夾角；

所述第一成像透鏡設置在所述準直光源和所述第二成像透鏡之間，從而滿足：所述第一成像透鏡的中心光軸與所述準直光源間形成的第一間隔距離小于所述第二成像透鏡的中心光軸與所述準直光源間形成的第二間隔距離；