一种光学透镜、光学测距装置及测距方法、测距系统制造方法及图纸

技术编号:15689554 阅读:185 留言:0更新日期:2017-06-24 01:13
为了解决非同轴光学结构测距装置的探测盲区,本申请公开了一种小型光学测距装置以及测距方法、测距系统、TIR透镜。其中涉及的一种小型光学测距装置,包括红外光发射模块、接收模块、信号处理与控制模块,信号处理与控制模块分别与红外光发射模块和接收模块相连接,红外光发射模块发射红外探测光,遇到物体被反射,接收模块接收被物体反射的红外探测光,将光信号转换为电信号,信号处理与控制模块基于飞行时间法计算所述小型光学测距装置与物体之间的距离,在红外光发射模块发出的红外探测光光路上,设置有TIR透镜,所述TIR透镜具有导光结构,所述导光结构为一凹槽,该凹槽位于TIR透镜的出光面靠近接收模块一侧的位置。

An optical lens, an optical distance measuring device, a ranging method and a ranging system are provided

In order to solve the detection blind zone of the non coaxial optical structure distance measuring device, the utility model discloses a minitype optical distance measuring device, a ranging method, a ranging system and a TIR lens. A small optical ranging device involved, including infrared transmitting module, receiving module, signal processing and control module, signal processing and control module is respectively connected with the infrared transmitting module and receiving module is connected with the infrared emission module emits infrared probe, encountered object is reflected by the infrared receiving module receives the reflected probe, the optical signals are converted to electrical signals, signal processing and control module based on time of flight method to calculate the small optical distance between the device and the distance of the object, light light path exploration in infrared infrared emission module issued, equipped with a TIR lens, the TIR lens has a light guide structure, the light guide structure a groove, the groove is located in a smooth TIR lens near the side position of the receiving module.

【技术实现步骤摘要】
一种光学透镜、光学测距装置及测距方法、测距系统
本申请涉及一种小型光学测距装置,尤其涉及一种基于飞行时间法(TimeofFlight,简称TOF)的小型光学测距装置,以及一种光学透镜、一种测距系统。
技术介绍
现有技术中,最常见的光学测距方法为三角测距法,主要采用激光光源发出探测光。在采用激光光源的三角测距方法或者采用单点光源的飞行时间方法测距中,在探测复杂物体,比如草丛等物体,由于激光光源或者单点光源的高准直性,用于低空飞行器探测自身与地面的高度时,测距结果会产生很大波动。另外,在现有的光学测距方法中,发出的探测光光束通常与接收装置所接收的返回光束不在同一光轴上,并且,发出的探测光光束通常为接近准直的光束,这样的结构会导致当障碍物与测距装置的距离很近时,接收装置视场角内的障碍物不能被探测光束照射到,会出现探测盲区,从而使得测距装置对近距离内的障碍物测距不准确或者无法探测到。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足:光学测距装置近距离存在探测盲区,根据本申请的一个方面,提供了一种光学透镜,一种小型光学测距装置及测距方法,一种测距系统。本申请所涉及的一种小型光学测距装置,包括红外光发射模块、接收模块、信号处理与控制模块,其中,信号处理与控制模块分别与红外光发射模块和接收模块相连接,红外光发射模块发射红外探测光,遇到物体被反射,接收模块接收被物体反射的红外探测光,将光信号转换为电信号,信号处理与控制模块基于飞行时间法计算所述小型光学测距装置与物体之间的距离,在红外光发射模块发出的红外探测光光路上,设置有TIR透镜,所述TIR透镜具有导光结构,所述导光结构为一凹槽,该凹槽位于TIR透镜的出光面靠近接收模块一侧的位置。进一步地,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为直条形状的凹槽。进一步地,所述直条形状的凹槽垂直于接收模块接收视场光轴与TIR透镜光轴共同所在的平面。本申请的其中一个方面,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为弧形形状的凹槽。本申请的其中一个方面,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为圆弧形状的凹槽。本申请的其中一个方面,所述弧形形状的凹槽或者圆弧形状的凹槽,以接收模块接收视场光轴与TIR透镜光轴共同所在的平面呈几何对称。本申请的其中一个方面,所述凹槽的凹陷面为弧面、四分之一圆柱面或者为斜平面。本申请的其中一个方面,所述直条形状的凹槽的深度以TIR透镜的圆心向接收模块方向依次变浅,所述直条形状的凹槽的靠近TIR透镜圆心侧为一直面,所述直面与TIR透镜的出光面垂直。本申请的其中一个方面,所述弧形形状或者圆弧形形状的凹槽的深度以TIR透镜的圆心为中心向外方向依次变浅,所述弧形形状或者圆弧形形状的凹槽的靠近TIR透镜圆心侧为一直面,所述直面与TIR透镜的出光面垂直。根据本申请的另一方面,提供了一种光学透镜,一种TIR透镜,所述TIR透镜具有导光结构,所述导光结构为一凹槽,该凹槽位于TIR透镜的出光面,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为直条形状的凹槽或者弧形形状的凹槽。进一步地,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为圆弧形状的凹槽。本申请的其中一个方面,所述凹槽的凹陷面为弧面、四分之一圆柱面或者为斜平面。本申请的其中一个方面,所述直条形状的凹槽的深度以TIR透镜的圆心向所述直条形状凹槽的垂直方向依次变浅,所述直条形状的凹槽的靠近TIR透镜圆心侧为一直面,所述直面与TIR透镜的出光面垂直。本申请的其中一个方面,所述弧形形状或者圆弧形形状的凹槽的深度以TIR透镜的圆心为中心向外方向依次变浅,所述弧形形状或者圆弧形形状的凹槽的靠近TIR透镜圆心侧为一直面,所述直面与TIR透镜的出光面垂直。根据本申请的另一方面,提供了一种测距系统,所述测距系统包括装置主体和以上之一所述的小型光学测距装置,所述小型光学测距装置固定于装置主体之上,用于探测装置主体与周围环境中物体之间的距离。进一步地,所述装置主体为移动服务机器人、扫地机器人、或飞行器。本申请的其中一个方面,所述装置主体为飞行器,所述小型光学测距装置设置于飞行器的下方,并且与飞行器中的飞行控制模块相连接,所述小型光学测距装置测量自身与地面间的高度,将高度数据传输给飞行器的飞行控制模块,飞行控制模块控制飞行器的飞行高度。根据本申请的另一方面,提供了一种小型光学测距装置的测距方法,信号处理与控制模块调制红外光发射模块发射红外探测光,遇到物体被反射;接收模块接收被物体反射的红外探测光,将光信号转换为电信号;信号处理与控制模块分别与红外光发射模块和接收模块相连接,信号处理与控制模块基于飞行时间法计算所述小型光学测距装置与物体之间的距离;在红外光发射模块发出的红外探测光光路上,设置有以上之一所述的TIR透镜,所述TIR透镜具有凹槽,所述凹槽位于TIR透镜的出光面靠近接收模块一侧的位置,减小测距盲区。本申请基于飞行时间法的小型光学测距装置:采用基于TOF方法的测距技术,计算公式为:其中,D为所计算的距离值,C为光在真空中的速度,f为调制信号的频率,DCS0~DCS3为信号采样幅值,发出的探测光为经过调制的矩形或者正弦信号,在距离计算过程中由于进行了相减的计算,可以滤除背景光的干扰;并且测距装置还可以根据探测出的环境光强,变换信号光强,以此提高信噪比,因此拥有室外抗强光特性。由于在TIR透镜上设置有导光结构,有效减小了测距装置近距离的探测盲区。附图说明图1是本申请小型光学测距装置整体结构方框示意图。图2是本申请小型光学测距装置测距盲区示意图。图3是本申请TIR透镜结构其中一实施例示意图。图4是本申请TIR透镜结构另一实施例示意图。图5是本申请TIR透镜其中一实施例的截面示意图。图6是本申请具有导光结构的TIR透镜对测距盲区的减小示意图。具体实施方式本申请提供了一种小型光学测距装置,如附图1所示,包括红外光发射模块10、接收模块20、信号处理与控制模块30。其中,所述信号处理与控制模块30分别与红外光发射模块10和接收模块20相连接。在其中的一个实施例中,在红外光发射模块发出红外探测光的光路上还设置有TIR透镜40。当小型光学测距装置接收到工作指令后,信号处理与控制模块30发送调制信号到红外光发射模块10,红外光发射模块10发出经过调制信号调制的红外探测光,该红外探测光出射到外部需要探测的环境中。红外探测光遇到物体(即障碍物)后被反射,接收模块20收到被反射的红外探测光,接收模块将光信号转换为电信号,信号处理与控制模块30依据接收模块转换的电信号,基于飞行时间法计算所述小型光学测距装置与物体之间的距离。其中,红外光发射模块10上固定设置有红外光源,所述红外光源发出具有一定横截面积的发散红外探测光光束。在优选的实施例中,所述红外光源为LED光源。由于红外光源发出具有一定横截面积的发散红外探测光光束,但是光源具有较大发散角,为了将红外光源发出的发散光会聚,以小发散角/或者平行发射出,在优选的实施例中,还在红外光源发出的红外探测光光路上,设置有TIR(全内反射)透镜40。由于红外光发射模块10与接收模块20为非同轴结构,因此,如附图2所示,在接收模块的接收视场A与经过TIR透镜出射的红外探测光B之间存在探测盲区C。为了减小红外光发射模块与接收模块间的探测盲区C,本申请的一个方本文档来自技高网...
一种光学透镜、光学测距装置及测距方法、测距系统

【技术保护点】
一种小型光学测距装置,包括红外光发射模块、接收模块、信号处理与控制模块,其中,信号处理与控制模块分别与红外光发射模块和接收模块相连接,红外光发射模块发射红外探测光,遇到物体被反射,接收模块接收被物体反射的红外探测光,将光信号转换为电信号,信号处理与控制模块基于飞行时间法计算所述小型光学测距装置与物体之间的距离,其特征在于,在红外光发射模块发出的红外探测光光路上,设置有TIR透镜,所述TIR透镜具有导光结构,所述导光结构为一凹槽,该凹槽位于TIR透镜的出光面靠近接收模块一侧的位置。

【技术特征摘要】
1.一种小型光学测距装置,包括红外光发射模块、接收模块、信号处理与控制模块,其中,信号处理与控制模块分别与红外光发射模块和接收模块相连接,红外光发射模块发射红外探测光,遇到物体被反射,接收模块接收被物体反射的红外探测光,将光信号转换为电信号,信号处理与控制模块基于飞行时间法计算所述小型光学测距装置与物体之间的距离,其特征在于,在红外光发射模块发出的红外探测光光路上,设置有TIR透镜,所述TIR透镜具有导光结构,所述导光结构为一凹槽,该凹槽位于TIR透镜的出光面靠近接收模块一侧的位置。2.根据权利要求1所述的小型光学测距装置,其特征在于,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为直条形状的凹槽。3.根据权利要求2所述的小型光学测距装置,其特征在于,所述直条形状的凹槽垂直于接收模块接收视场光轴与TIR透镜光轴共同所在的平面。4.根据权利要求1-3之一所述的小型光学测距装置,其特征在于,所述凹槽的凹陷面为弧面、四分之一圆柱面或者为斜平面。5.根据权利要求1-3之一所述的小型光学测距装置,其特征在于,所述直条形状的凹槽的深度以TIR透镜的圆心向接收模块方向依次变浅,所述直条形状的凹槽的靠近TIR透镜圆心侧为一直面,所述直面与TIR透镜的出光面垂直。6.一种TIR透镜,其特征在于,所述TIR透镜具有导光结构,所述导光结构为一凹槽,该凹槽位于TIR透镜的出光面,所述凹槽在TIR透镜的出光面表面形成为直条形状的凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员:王瑞郑凯李远
申请(专利权)人:北醒北京光子科技有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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