一种用于低成本激光测距的光学模组制造技术

本发明专利技术公开了一种用于低成本激光测距的光学模组，包括激光发射模块、激光接收模块和信号处理模块；所述激光发射模块，用于向目标物体发射准直的脉冲激光并记录激光发射时间；所述激光接收模块，用于接收所述目标物体反射的脉冲激光并记录激光接收时间；所述信号处理模块，用于获取所述激光发射时间和所述激光接收时间，并根据所述激光发射时间和所述激光接收时间计算出所述激光发射模块到所述目标物体之间的距离。本发明专利技术能同时兼顾远距离测量、高精度探测和低成本量产等优点，能广泛地应用于移动机器人、无人机以及自动驾驶车辆上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测距领域，尤其涉及一种用于低成本激光测距的光学模组。
技术介绍
最近几年，“无人驾驶”成为科技工作者关注度日益剧增的领域，并逐渐为普通民众所了解、熟悉。尤其是谷歌公司所开展的为世人瞩目的无人驾驶技术，其核心模块就是基于Velydone所生产的3D激光雷达，实时对周围物体进行扫描测距，对驾驶外界环境进行监控，从而规避障碍物，实现安全驾驶。无人驾驶、无人机以及移动机器人智能化的迫切需求，催生了普通消费级激光雷达的迅猛发展。利用激光探测周围环境，实现利用激光实现测距的方式包括利用三角测量法、飞行时间测量法和相位测量法，其中三角测量法在消费级领域较为成熟，例如目前较为流行的扫地机器人，这种方式实现的成本较低，但缺点在于，探测距离较近，应用领域具有局限性，尤其是不能应对室外的强光环境。目前主流研究的激光雷达，实现对目标物体距离探测的方式，是基于飞行时间来计算的。原理简单来说就是，激光测距仪在工作时向目标发射激光束的时间记为t1，发出的激光源被远处目标物体反射，由光电元件接收到此光信号时的时间记为t2，则从激光发射处到目标物体的这段距离D，可以由公式计算得到：D＝(t2-t1)·C/2其中C为光速。利用激光飞行时间原理，可以实现远距离的探测。这意味着可以将其应用到行驶的车辆上，来探测驾驶环境，计算周围物体与车辆之间的距离，从而根据此信息实时调整当前的驾驶状态，实现无人驾驶。但目前基于飞行时间的激光测距的光学器件或装置价格昂贵，不能实现低成本的量产且存在探测精度较低的问题，导致其不能广泛地应用于无人机或自动驾驶车辆上。综上，如何同时兼顾远距离测量、高精度探测和低成本量产，在激光测距领域内并没有较好的解决方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何克服现有的激光测距产品不能同时兼顾远距离测量、高精度探测和低成本量产的缺陷。为了解决这一问题，本专利技术提供了一种用于低成本激光测距的光学模组，包括激光发射模块、激光接收模块和信号处理模块；所述激光发射模块，用于向目标物体发射准直的脉冲激光并记录激光发射时间；所述激光接收模块，用于接收所述目标物体反射的脉冲激光并记录激光接收时间；所述信号处理模块，用于获取所述激光发射时间和所述激光接收时间，并根据所述激光发射时间和所述激光接收时间计算出所述激光发射模块到所述目标物体之间的距离。进一步地，所述激光发射模块包括脉冲激光发射源、电子发射控制单元和激光发射准直透镜单元，所述电子发射控制单元用于触发所述脉冲激光发射源向所述目标物体发射激光并记录激光发射时间，所述激光发射准直透镜单元用于准直所述激光。进一步地，所述激光发射准直透镜单元包括准直透镜、固定发射镜筒和可伸缩调焦发射镜筒，所述准直透镜安装在所述可伸缩调焦发射镜筒的一端，所述可伸缩调焦发射镜筒的另一端与所述固定发射镜筒螺纹连接。进一步地，所述激光接收模块包括雪崩光电二极管、电子接收控制单元和激光接收聚焦透镜单元，所述激光接收聚焦透镜单元用于接收所述目标物体反射的激光并将其聚焦到所述雪崩光电二极管上，所述雪崩光电二极管用于在所述电子接收控制单元的控制下将光信号转化为电信号，所述电子接收控制单元还用于记录激光接收时间。进一步地，所述激光接收聚焦透镜单元包括聚焦透镜、固定接收镜筒和可伸缩调焦接收镜筒，所述聚焦透镜安装在所述可伸缩调焦接收镜筒的一端，所述可伸缩调焦接收镜筒的另一端与所述固定接收镜筒螺纹连接。进一步地，所述激光接收模块还包括用于过滤杂光的窄带滤光片，所述窄带滤光片设置在所述固定接收镜筒和所述雪崩光电二极管之间。具体地，所述固定接收镜筒靠近所述雪崩光电二极管的端部设置有一卡槽，所述窄带滤光片设置在所述卡槽内。进一步地，所述脉冲激光发射源和所述雪崩光电二极管均设置在一壳体内，所述壳体的同一侧设置有固定所述脉冲激光发射源的第一通孔和安装所述雪崩二极管的第二通孔。具体地，所述激光发射准直透镜单元和所述激光接收聚焦透镜单元分别固定在所述壳体的同一侧，所述激光发射准直透镜单元的位置与所述第一通孔的位置相对应，所述激光接收聚焦透镜单元的位置与所述第二通孔的位置相对应；所述壳体的另一侧设置有控制部，所述信号处理模块、所述电子发射控制单元和所述电子接收控制单元均安装在所述控制部内，所述电子发射控制单元和所述电子接收控制单元分别与所述信号处理模块电连接。进一步地，所述壳体通过旋转装置与一基座转动连接，所述旋转装置包括定子、转子和旋转轴，所述定子用于固定在所述基座上并以电磁感应的方式带动所述转子旋转；所述旋转轴用于固定连接所述转子和所述壳体，并在所述转子的驱动下带动所述壳体转动。本专利技术的用于低成本激光测距的光学模组，具有如下有益效果：1、相比于成熟消费级市场的基于三角测量法而实现的近距离激光测量，本专利技术利用高频次的脉冲激光从发射到被目标物体反射并被接收的飞行时间，计算激光发射处到目标物体的实际距离，该脉冲激光在发射处通过激光发射准直透镜单元进行准直，集中光束能量，在传输过程中不至于光线过于发散而能量迅速下降，能够实现室内外距离探测以及实现远距离或超远距离的测量。2、本专利技术的脉冲激光束在发射处通过电子发射控制单元记录发射时间，被目标物体发射后会通过激光接收聚焦透镜单元进行接收、聚焦、过滤和转换并由电子接收控制单元记录接收时间，即本专利技术通过单独的电子控制单元分别控制激光的发射和接收时间，并对激光做准直、聚焦、过滤等处理，探测精度较高。3、本专利技术模块化的方案，可实现消费级低成本产品的量产，从而可以广泛应用于移动机器人、无人机或自动驾驶车辆上。4、本专利技术不仅可以实现一维单点激光测距，还可以在此基础上扩展为二维激光扫描测距，应用范围广泛，实用性强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术的各个模块之间的结构框图；图2是本专利技术一维结构示意图；图3是本专利技术的二维结构示意图；图4是本专利技术的可伸缩调焦发射镜筒的侧视图；图5是本专利技术的可伸缩调焦发射镜筒的俯视图。其中，图中附图标记对应为：1-激光发射模块，11-脉冲激光发射源，12-电子发射控制单元，13-激光发射准直透镜单元，131-准直透镜，132-固定发射镜筒，133-可伸缩调焦发射镜筒，2-激光接收模块，21-雪崩光电二极管，22-电子接收控制单元，23-激光接收聚焦透镜单元，231-聚焦透镜，232-固定接收镜筒，233-可伸缩调焦接收镜筒，24-窄带滤光片，3-信号处理模块，4-目标物体，5-壳体，51-第一通孔，52-第二通孔，53-控制部，6-旋转装置，61-定子，62-转子，63-旋转轴，7-基座。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：如图1所示，本专利技术公开了一种用于低成本激光测距的光学模组，包括激光发射模块1、激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低成本激光测距的光学模组，其特征在于，包括激光发射模块(1)、激光接收模块(2)和信号处理模块(3)；所述激光发射模块(1)，用于向目标物体(4)发射准直的脉冲激光并记录激光发射时间；所述激光接收模块(2)，用于接收所述目标物体(4)反射的脉冲激光并记录激光接收时间；所述信号处理模块(3)，用于获取所述激光发射时间和所述激光接收时间，并根据所述激光发射时间和所述激光接收时间计算出所述激光发射模块(1)到所述目标物体(4)之间的距离。

【技术特征摘要】
1.一种用于低成本激光测距的光学模组，其特征在于，包括激光发射模块(1)、激光接收模块(2)和信号处理模块(3)；所述激光发射模块(1)，用于向目标物体(4)发射准直的脉冲激光并记录激光发射时间；所述激光接收模块(2)，用于接收所述目标物体(4)反射的脉冲激光并记录激光接收时间；所述信号处理模块(3)，用于获取所述激光发射时间和所述激光接收时间，并根据所述激光发射时间和所述激光接收时间计算出所述激光发射模块(1)到所述目标物体(4)之间的距离。2.根据权利要求1所述的用于低成本激光测距的光学模组，其特征在于，所述激光发射模块(1)包括脉冲激光发射源(11)、电子发射控制单元(12)和激光发射准直透镜单元(13)，所述电子发射控制单元(12)用于触发所述脉冲激光发射源(11)向所述目标物体(4)发射激光并记录激光发射时间，所述激光发射准直透镜单元(13)用于准直所述激光。3.根据权利要求2所述的用于低成本激光测距的光学模组，其特征在于，所述激光发射准直透镜单元(13)包括准直透镜(131)、固定发射镜筒(132)和可伸缩调焦发射镜筒(133)，所述准直透镜(131)安装在所述可伸缩调焦发射镜筒(133)的一端，所述可伸缩调焦发射镜筒(133)的另一端与所述固定发射镜筒(132)螺纹连接。4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的用于低成本激光测距的光学模组，其特征在于，所述激光接收模块(2)包括雪崩光电二极管(21)、电子接收控制单元(22)和激光接收聚焦透镜单元(23)，所述激光接收聚焦透镜单元(23)用于接收所述目标物体(4)反射的激光并将其聚焦到所述雪崩光电二极管(21)上，所述雪崩光电二极管(21)用于在所述电子接收控制单元(22)的控制下将光信号转化为电信号，所述电子接收控制单元(22)还用于记录激光接收时间。5.根据权利要求4所述的用于低成本激光测距的光学模组，其特征在于，所述激光接收聚焦透镜单元(23)包括聚焦透镜(231)、固定接收镜筒(232)和可伸缩调焦接收镜筒(233)，所述聚焦透镜(231)安装在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄波，熊小刚，陈四海，罗栋，郑富瑜，李鹏，
申请(专利权)人：深圳市微觉未来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44