一种微型光学扫描测距装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种微型光学扫描测距装置及方法，包括固定于装置底座，且由一成像透镜、一准直光源以及一感光芯片和一处理电路构成的一小基线光学测距系统，实现非接触式的高精度测距；还包括安装于所述测距系统上方的一可连续旋转的反光镜片，接收所述准直光源发射的准直光束，其中，测距模块中光源发出的准直光束始终保持与镜片旋转中轴线平行，实现扫描测距并在纵向范围上增加测距的视角范围，以及用于测量所述反光镜片方位角的一编码器，用于获取测距光束的角度信息。相比于现有设计，该光学扫描测距装置具有更小的体积以及更轻的重量，成本低，并无需测距电子设备进行旋转，可大幅提高设备的可靠性和工作寿命。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，包括固定于装置底座，且由一成像透镜、一准直光源以及一感光芯片和一处理电路构成的一小基线光学测距系统，实现非接触式的高精度测距；还包括安装于所述测距系统上方的一可连续旋转的反光镜片，接收所述准直光源发射的准直光束，其中，测距模块中光源发出的准直光束始终保持与镜片旋转中轴线平行，实现扫描测距并在纵向范围上增加测距的视角范围，以及用于测量所述反光镜片方位角的一编码器，用于获取测距光束的角度信息。相比于现有设计，该光学扫描测距装置具有更小的体积以及更轻的重量，成本低，并无需测距电子设备进行旋转，可大幅提高设备的可靠性和工作寿命。【专利说明】
本专利技术涉及一种光学扫描测距装置及方法，尤其涉及一种微型光学扫描测距装置及相应的扫描测距方法，通过减小基线，使装置具有更小的设备尺寸，并通过使用单一的反光镜片旋转实现测距光束的扫描，并增加纵向扫描的视角范围，使制造工艺更加简单，可大幅提高设备的可靠性和工作寿命。
技术介绍
光学扫描测距装置是一种使用准直光束进行非接触式目标物体扫描测距的设备。通过将用于测距的准直光束(如激光)进行一定范围内的旋转，即可实现对所在环境一定环境内物体进行扫描测距，并提取出环境的轮廓信息。相比超声波、图像检测等手段，使用光学扫描测距装置可以实现非常高的扫描测距精度，并且测距速度快。因此在工业和民用领域具有非常高的应用价值，目前广泛的应用于机器人自主建图与导航定位(SLAM)、3D场景重建、安防检测等领域。 早期的光学扫描测距装置使用了光学飞行时间测量原理(Time of Flight1TOF)的激光测距并配合多组光学镜片实现扫描式测距。由于使用的TOF测距模块尺寸较大，并且包含的多组光学镜片需要在工作中保证精密的固定，因此给设计和生产这类扫描测距装置带来了很大挑战，并导致这类扫描测距装置的成本较高。同时，复杂的光学设备也增加了装置的尺寸和重量。这些因素很大的限制了这类扫描测距装置在成本和体积敏感的消费品领域应用。 为解决尺寸和成本问题，目前出现了使用三角测距方式的小型化光学扫描测距装置。这类装置将实现三角测距的激光器、成像透镜、感光芯片等设备安装在一可连续旋转的平台上实现测距光束的扫描。由于避免了使用复杂的光学镜片，因此有效地降低了体积和成本。然而，为了实现对旋转部件供电和通讯，这类装置需要使用导电滑环等实现旋转体间电信号传递的设备。这极大地影响了这类装置的使用寿命，一般持续工作一年，就会出现机械磨损老化导致故障。此外，测距模块整体旋转也会因为离心力作用，对外界产生振动。持续的振动会干扰外部系统的正常工作，也会使得扫描测距装置内部出现零件松动的风险，降低了可靠性。 同时，传统的扫描测距装置只能实现一个二维平面内的轮廓扫描。这给诸如机器人自主环境壁障等应用带来了不便。为了解决这个问题，现有的设计通过增加额外的扫描振镜，实现测距光束在纵向高度上实现偏转。也有的设计在纵向上设置多个测距模块实现同时采集多个高度平面的扫描测距数据。这类设计又额外的增加了系统的复杂度、体积和成本。 此外，传统三角法测距系统不易小型化，限制了其应用范围，且感光芯片无法检测出小于一个单位像素尺寸的位移变化，而这将影响三角测距模块的测量解析度，又加之芯片技术的不断发展，芯片的像素尺寸越来越小，对其配套的相应的光学系统的成像要求也越来越高，传统的光学设备已不能完全满足需求。如果既能保证激光测距仪器的精度和响应速度，又能缩小激光测距系统的尺寸，则可以极大的增加光学扫描测距装置的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种微型光学扫描测距装置，解决了传统的光学扫描测距装置存在的问题，相对于传统的扫描测距装置而言，该光学扫描测距装置具有更小的体积、更轻的质量、更高的可靠性和更长的工作寿命。 本专利技术的另一目的在于提供一种微型光学扫描测距装置，通过提供一个360°连续旋转的反光镜片和固定于装置底座的一光学测距系统，实现非接触式扫描测距，在纵向范围上增加测距的视角范围，同时减少了光学测距系统的摩擦和振动，增加了测距的可靠性，使测距精度提高，并延长了装置的使用寿命。 本专利技术的另一目的在于提供一种微型光学扫描测距装置，同时使用一小基线的光学测距模块和一单一的反光镜片，降低了装置的复杂度，使得装置的制造工艺更加简单，易于生产制造，并降低了成本。 本专利技术的另一目的在于提供一种微型光学扫描测距装置，通过使用小基线的光学测距系统，使得装置具有更小的尺寸和更轻的质量，使得装置可以应用于体积敏感的领域，增大了装置的应用范围。 本专利技术的另一目的在于提供一种微型光学测距装置，通过安装一编码器，计量所述反光镜片旋转的角度信息，用于获取测距光束的角度信息，以进一步获取目标物体的环境信息。 本专利技术的另一目的在于提供一种微型光学测距装置，通过将反光镜片安装于光学测距系统上方，光学测距系统的准直光源发出的准直光束射向反光镜片，改变光路结构，进而扩大扫描范围。 本专利技术的另一目的在于提供一种小基线光学测距系统，包括一成像透镜、一感光芯片和一准直光源，其中所述感光芯片和所述成像透镜光轴之间保持一个非90°的夹角，以保证在使用大焦距镜头的情况下使得所述成像透镜始终能在所述感光芯片表面清晰成像。 本专利技术的另一目的在于提供一种光学扫描测距系统，包括至少一光学测距系统，一反光镜片和一转盘，其中所述光学测距系统固定不动，所述反光镜片随着所述转盘的转动而进行360°转动，以扩大扫描范围，获取更多的环境信息。 本专利技术的另一目的在于提供一种光学扫描测距方法，使一感光芯片与一成像透镜的中心光轴之间保持一大于0°并小于90°的夹角，使得基线缩小。 本专利技术的另一目的在于提供一种光学扫描测距方法，通过提供一可连续旋转的反光镜片，接收准直光束，改变准直光束的光路分布，在无需安装多个测距模块和扫描振镜的情况下，就可以扩大扫描范围，并增加纵向扫描测距的视角范围，操作简单、可靠性强、测距精度高。 本专利技术的另一目的在于提供一种光学扫描测距方法，在使用小基线光学测距系统的情况下，使准直光束直接射向目标物体，扫描物体的环境信息。 为满足本专利技术的以上目的和优势以及本专利技术的其他目的和优势，本专利技术提供一种微型光学扫描测距装置，包括一底座；一光学测距系统，安装于所述底座；一扫描模块，其包括一转盘和倾斜地连接于所述转盘的一反光镜片，其中所述反光镜片位于所述光学测距系统的上方，所述转盘可转动地连接于所述底座；和一数据处理模块，连接于转盘和所述底座，计量所述反光镜片旋转的角度信息。其中所述光学测距系统固定于所述底座。 进一步地，所述数据处理模块为一编码器，包括一编码器码盘和一脉冲感应元件，其中所述编码器码盘固定于所述转盘，所述脉冲感应元件固定于所述底座，且所述脉冲感应元件位于所述编码器码盘附近不产生接触的空间处，在本优选实施例中，安装于所述编码器码盘的上方一距离处。 所述微型光学测距系统进一步包括安装于所述底座的一动力模块，其包括一动力部件和一传动部件，其中所述传动部件连接于所述动力部件和所述转盘，得以使所述动力部件施加动力给所述转盘，促使所述转盘的转动。 更进一步地，所述光学测距系统包括一成像透镜、一感光芯片、一准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型光学扫描测距装置，其特征在于，包括：一底座；一小基线光学测距系统，安装于所述底座；一扫描模块，其包括一转盘和倾斜地连接于所述转盘的一反光镜片，其中所述反光镜片位于所述光学测距系统的上方，所述转盘可转动地连接于所述底座；和一数据处理模块，连接于所述转盘和所述底座，计量所述反光镜片旋转的角度信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈士凯，刘义春，李宇翔，黄珏珅，林凌，
申请(专利权)人：上海思岚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31