[实用新型]微型光学扫描测距装置、系统及光学测距系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学扫描测距装置及系统，尤其涉及一种微型光学扫描测距装置、系统及光学测距系统，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。

背景技术

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 Flight,TOF)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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型的另一目的在于提供一种微型光学扫描测距装置，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。

本实用新型的另一目的在于提供一种微型光学扫描测距装置，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。