一种基于TOF的大角度测距装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于TOF的大角度测距装置，包括TOF处理芯片、发射管、发射透镜、接收透镜和接收管；所述发射管和所述接收管通过PCB电路板分别与所述TOF处理芯片连接；所述发射透镜和所述接收透镜均采用大角度透镜，所述大角度透镜呈圆台状，所述圆台的下底面为波浪面，所述圆台的顶部为内凹的腔体，所述腔体周圈为圆柱形，所述腔体底部为向上凸起弧状结构。测距装置最终的探测区域由常规的±5°以内的圆锥形探测区域扩展为椭圆形的探测区域，保证在非探测方向上能量更集中，在探测方向上角度大，有效地解决了传统单点测距盲区大、探测范围小的问题，实现大角度、远距离测距的目的。

A large angle ranging device based on TOF

The utility model discloses a TOF-based large-angle ranging device, which comprises a TOF processing chip, a transmitting tube, a transmitting lens, a receiving lens and a receiving tube; the transmitting tube and the receiving tube are respectively connected with the TOF processing chip through a PCB circuit board; both the transmitting lens and the receiving lens adopt a large-angle lens. The large angle lens is in the shape of a circular table, the bottom and bottom of the circular table are wave surfaces, the top of the circular table is a concave cavity, the circumference of the cavity is cylindrical, and the bottom of the cavity is an upward convex arc structure. The ultimate detection area of ranging device is expanded from the conical detection area within the normal 65 The purpose of it.

【技术实现步骤摘要】
一种基于TOF的大角度测距装置
本技术涉及传感器领域，具体涉及一种基于TOF的大角度测距装置，应用于AGV、机器人等避障。
技术介绍
现今测距技术在工业领域广泛应用,一般的光电测距传感器包含发射装置、接收装置和对应的信号处理芯片，其中发射装置和接收装置中的透镜的出射面为平面，出射的光线不改变出射方向，近似为平行光,因此对应的探测角度较小，一般不超过±5°，对于探测角度以外的物体无法感知。应用于工业避障或者工业安全区域设定上，有较大的测量盲区，存在隐患。使用插件或者贴片LED作为光电测距发射装置的传感器对应的探测角度为圆锥形，虽然探测角度大，但是能量不集中，探测距离近。随着工业自动化、物联网蓬勃发展，常规的一维测距传感器已经不满足AGV、工业机器人等自动化设备的安全需求。而固态激光雷达、360°旋转激光测距装置存在成本高、体积大、安装限制多等问题，市场推广进程缓慢。因此需要提供大角度的测距装置以解决传统一维测距方向单一、盲区大的问题。
技术实现思路
为解决测距探测角度较小,盲区大的技术问题，本技术的目的在于提供一种基于TOF的大角度测距装置。本技术是通过以下技术方案实现的：一种基于TOF的大角度测距装置，包括TOF处理芯片、发射管、发射透镜、接收透镜和接收管；所述发射管和所述接收管通过PCB电路板分别与所述TOF处理芯片连接；在所述发射管的发射方向设置所述发射透镜，在所述接收管的接收方向设置所述接收透镜；所述发射透镜和所述接收透镜均采用大角度透镜，所述大角度透镜呈圆台状，所述圆台的下底面为波浪面，所述圆台的顶部为内凹的腔体，所述腔体周圈为圆柱形，所述腔体底部为向上凸起弧状结构。进一步的，所述波浪面为凸起和凹陷相间的竖条状结构，所述波浪面的波浪形状呈现凹凸圆弧形状。进一步的，所述发射管的发射方向正对所述大角度透镜的所述凸起弧状部位。进一步的，在所述PCB电路板上,所述发射管周围设置第一支撑圈支撑所述发射透镜,所述接收管周围设置第二支撑圈支撑所述接收透镜。进一步的，所述发射管的发射光线经所述波浪面竖条方向的出射光线近似为平行光。进一步的，所述发射管的发射光线经所述波浪面竖条的垂直方向的出射光线先汇聚在所述波浪面之前然后再发散。进一步的，所述发散的角度可通过所述波浪面的形状调节。本技术的有益效果在于：本技术提出一种基于TOF的大角度测距装置，发射透镜和接收透镜均采用大角度透镜，所述大角度透镜的出射面为波浪面，通过改变出射面波浪的形状来调节出射角度及光斑能量的均匀程度。测距装置最终的探测区域由常规的±5°以内的圆锥形探测区域扩展为椭圆形的探测区域，保证在非探测方向上能量更集中，在探测方向上角度大，有效地解决了传统单点测距盲区大、探测范围小的问题，实现大角度、远距离测距的目的。相对于旋转的激光雷达检测更稳定，结构更简单，且不用考虑机械寿命的问题；总的来说，本技术所提供的大角度测距装置低成本、小体积、简便易行。附图说明图1是本技术一种基于TOF的大角度测距装置结构示意图；图2是本技术一种基于TOF的大角度测距装置原理示意图；图3是本技术一种基于TOF的大角度测距装置爆炸示意图；图4是现有技术探测角度较小测试示意图；图5是大角度测距传感器测试示意图；图6是本技术大角度透镜结构示意图；图7是本技术大角度透镜剖面指示图；图8是本技术大角度透镜A-A剖面示意图；图9是本技术大角度透镜B-B剖面示意图；图10是本技术发射管与大角度透镜的A-A剖面结构示意图；图11是本技术发射管的发射光线经大角度透镜A-A剖面的出射光线图；图12是本技术发射管与大角度透镜的B-B剖面结构示意图；图13是本技术发射管的发射光线经大角度透镜B-B剖面的出射光线图；图14是本技术发射管的发射光线经大角度透镜的配光曲线图；图15是本技术发射管的发射光线经大角度透镜的空间能量分布图；具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细说明。参见图1～图3，一种基于TOF的大角度测距装置，包括发射管1、发射透镜3、接收透镜4、接收管2和PCB电路板5，其中PCB电路板5包括TOF信号处理芯片和相关处理电路。发射透镜3和接收透镜4均采用大角度透镜。发射管1和接收管2通过PCB电路板5分别与TOF信号处理芯片连接；发射管1周围设置第一支撑圈支撑发射透镜3,接收管2周围设置第二支撑圈支撑接收透镜4。本技术基于光飞行时间的测距方法，通过专用的TOF信号处理芯片，记录光由发射端发出、照射到靶面再返回到接收端的时间t，利用公式即可算出传感器到靶面的距离。如图4，当传感器探测角度较小时，会出现障碍物离传感器很近但是不能被探测到的情形，障碍物1距离传感器很近，但是由于不在探测范围内，无法被探测。如图5，使用大角度透镜制作的大角度测距传感器，可以扩展发射装置的覆盖范围，同时扩展接收装置的接收范围，进而实现大角度测距的目的。参见图6～9，大角度透镜呈圆台状，圆台的下底面为波浪面，也是光线出射面33；圆台的顶部为内凹的腔体，腔体周圈为圆柱形，腔体底部为向上凸起弧状结构，也是光线折射面31；圆台侧面为光线反射面32。出射面33为凸起和凹陷相间的竖条状结构，波浪面的波浪形状呈现凹凸圆弧形状。沿平行于竖条方向的直径A-A处做剖面，沿垂直于竖条方向的直径B-B处做剖面。A-A剖面，分别有折射面31A、反射面32A和出射面33A。B-B剖面，分别有折射面31B、反射面32B和出射面33B。如图3和图10～11，在A-A剖面上，发射管1的发射光正对大角度透镜的凸起弧状部位，经反射面32A和折射面31A后，最后通过出射面33A出射，出射面33在A-A截面处为直线，所以出射的光线不改变出射方向，近似为平行光。如图3和图12～13，在B-B剖面上，发射管1的发射光正对大角度透镜的凸起弧状部位，经反射面32B和折射面31B后，最后通过出射面33B出射，出射面33在B-B截面处为波浪线，出射的光线将汇聚在出射面33B前然后再发散，通过改变出射面33B波浪的形状来调节出射角度及光斑能量的均匀程度。如图14是本技术发射管的发射光线经大角度透镜的配光曲线图。如图15是本技术发射管的发射光线经大角度透镜的空间能量分布图，在水平方向的出射角度为±20°，在竖直方向的出射角度为±2°。以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TOF的大角度测距装置，其特征在于：包括TOF处理芯片、发射管、发射透镜、接收透镜和接收管；所述发射管和所述接收管通过PCB电路板分别与所述TOF处理芯片连接；在所述发射管的发射方向设置所述发射透镜，在所述接收管的接收方向设置所述接收透镜；所述发射透镜和所述接收透镜均采用大角度透镜，所述大角度透镜呈圆台状，所述圆台的下底面为波浪面，所述圆台的顶部为内凹的腔体，所述腔体周圈为圆柱形，所述腔体底部为向上凸起弧状结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于TOF的大角度测距装置，其特征在于：包括TOF处理芯片、发射管、发射透镜、接收透镜和接收管；所述发射管和所述接收管通过PCB电路板分别与所述TOF处理芯片连接；在所述发射管的发射方向设置所述发射透镜，在所述接收管的接收方向设置所述接收透镜；所述发射透镜和所述接收透镜均采用大角度透镜，所述大角度透镜呈圆台状，所述圆台的下底面为波浪面，所述圆台的顶部为内凹的腔体，所述腔体周圈为圆柱形，所述腔体底部为向上凸起弧状结构。2.根据权利要求1所述的一种基于TOF的大角度测距装置，其特征在于：所述波浪面为凸起和凹陷相间的竖条状结构，所述波浪面的波浪形状呈现凹凸圆弧形状。3.根据权利要求1所述的一种基于TOF的大角度测距装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许永童，
申请(专利权)人：上海兰宝传感科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31