本發(fā)明涉及一種激光測距技術，尤其涉及一種基于多個測距單元的掃描測距傳感器。

背景技術：

光學掃描測距是一種使用準直光束對目標物體進行非接觸式掃描測距的新技術，通過將用于測距的準直光束(如激光)進行一定范圍內的旋轉，即可實現對所在環(huán)境內物體進行掃描測距，并提取出環(huán)境的輪廓信息。相比超聲波、圖像檢測等手段，使用光學掃描測距技術可以實現非常高的測距精度，并且測距速度快。因此在工業(yè)和民用領域具有非常高的應用價值，目前廣泛的應用到諸如機器人自主建圖與導航定位(SLAM)、3D場景重建、安防檢測等領域。

在現有技術中，早期的掃描測距裝置使用了光學飛行時間測量原理(Time of Flight，TOF)的激光測距并配合多組光學鏡片實現掃描式測距。由于使用的TOF測距模塊尺寸較大，并且包含的多組光學鏡片需要在工作中保證精密的固定，因此給設計和生產這類掃描測距裝置帶來了很大挑戰(zhàn)，并導致這類掃描測距裝置的成本較高。同時，復雜的光學設備也增加了裝置的尺寸和重量。這些因素很大地限制這類掃描測距裝置在成本和體積敏感的消費品領域應用。此外，隨著機器人技術的發(fā)展，對測距裝置的尺寸要求亦越來越高，傳統(tǒng)的測距裝置在尺寸上仍然偏大，而且采用滑環(huán)方式供電和傳輸信號時，使用壽命也會大大降低。再者，掃描電機通過皮帶輪或齒輪帶動旋轉部分的測距單元旋轉時，皮帶輪或齒輪長時間運作后往往出現磨損，影響測距裝置的正常工作。

有鑒于此，如何設計一種新的掃描測距傳感器，以解決現有技術中的上述缺陷和不足，是業(yè)內相關技術人員亟待解決的一項課題。

技術實現要素：

針對現有技術中的光學掃描測距裝置所存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于多個測距單元的掃描測距傳感器。

依據本發(fā)明的一個方面，提供了一種掃描測距傳感器，所述掃描測距傳感器包括旋轉部件和固定部件，所述旋轉部件位于外側并圍繞所述固定部件旋轉，其中，

所述旋轉部件包括至少三個測距單元，每個測距單元包括一光發(fā)射模塊、一光接收模塊、一安裝結構件以及一信號處理電路，所述光發(fā)射模塊和所述光接收模塊設置于所述安裝結構件的一側，所述信號處理電路設置于所述安裝結構件的另一側，所述信號處理電路包括一信號發(fā)送單元；

所述固定部件包括底座及安裝于所述底座的信號接收單元，所述信號接收單元用于接收來自所述信號發(fā)送單元的測距信號；以及

無線供電模塊，包括發(fā)射線圈和接收線圈，所述發(fā)射線圈安裝于所述固定部件，所述接收線圈安裝于所述旋轉部件，藉由所述發(fā)射線圈和所述接收線圈之間的磁耦合來傳遞電能。

在其中的一實施例，所述信號發(fā)送單元和所述信號接收單元以光電方式、Wi-Fi方式、藍牙方式或磁耦合方式進行信號傳輸。

在其中的一實施例，所述光接收模塊包括光電二極管(PIN)、雪崩式光電二極管(APD)、光電倍增管(PMT)、電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體器件(CMOS)。

在其中的一實施例，所述旋轉部件包括三種類型的測距單元：脈沖測距單元、相位測距單元和三角測距單元。

在其中的一實施例，當所述掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第一數值范圍時，所述旋轉部件的脈沖測距單元投入工作；當所述掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第二數值范圍時，所述旋轉部件的相位測距單元投入工作；當所述掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第三數值范圍時，所述旋轉部件的三角測距單元投入工作。

在其中的一實施例，所述第三數值范圍小于所述第二數值范圍，且所述第二數值范圍小于所述第一數值范圍。

在其中的一實施例，所述信號處理電路還包括均值計算單元，用于連續(xù)采樣同一測距單元的N次測量數據并進行平均，以便將平均值作為所述測距信號，N大于或等于3。

在其中的一實施例，當所述掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第一數值范圍時，所述旋轉部件的脈沖測距單元和相位測距單元投入工作；當所述掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第二數值范圍時，所述旋轉部件的相位測距單元和三角測距單元投入工作；當所述掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第三數值范圍時，所述旋轉部件的三角測距單元投入工作。

在其中的一實施例，所述測距信號為不同類型的測距單元各自所測量數據的加權信號。

在其中的一實施例，所述掃描測距傳感器還包括一驅動電機，該驅動電機具有一轉子和一定子，所述轉子與所述旋轉部件相連接，所述定子與所述固定部件相連接。

在其中的一實施例，所述多個測距單元放置在同一平面且彼此相鄰設置，該平面位于所述定子和所述轉子之間且相互平行。

在其中的一實施例，所述光發(fā)射模塊包括光源和第一驅動電路，所述光源為發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)，所述光源的光譜為紫外光、可見光或紅外光。

在其中的一實施例，所述光源出射的光為連續(xù)光、脈沖光或調制光。

在其中的一實施例，所述光接收模塊包括光探測器和第二驅動電路，所述光探測器用于將所接收的光信號轉換為電信號，所述第二驅動電路與所述光探測器電性耦接。

采用本發(fā)明的掃描測距傳感器，其包括旋轉部件和固定部件，旋轉部件位于外側并圍繞固定部件旋轉。旋轉部件包括至少三個測距單元，每個測距單元包括一光發(fā)射模塊、一光接收模塊、一安裝結構件以及一信號處理電路，光發(fā)射模塊和光接收模塊設置于安裝結構件的一側，信號處理電路設置于安裝結構件的另一側，信號處理電路包括一信號發(fā)送單元。固定部件包括底座及安裝于底座的信號接收單元，信號接收單元用于接收來自信號發(fā)送單元的測距信號。無線供電模塊包括發(fā)射線圈和接收線圈，發(fā)射線圈安裝于固定部件，接收線圈安裝于旋轉部件，藉由發(fā)射線圈和接收線圈之間的磁耦合來傳遞電能。相比于現有技術，本發(fā)明的掃描測距傳感器融合了諸如三角測距、相位測距和脈沖測距等多種方式，從而能充分發(fā)揮不同類型的測距單元各自的最佳測距范圍，使得測距傳感器在近距離、中距離和遠距離均實現較高精度的距離測量。此外，本發(fā)明采用無線供電模塊替代現有技術中的滑環(huán)連接方式，可提高測距頻率和使用壽命。

附圖說明

讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實施方式以后，將會更清楚地了解本發(fā)明的各個方面。其中，

圖1示出依據本發(fā)明的一實施方式，基于多個測距單元的掃描測距傳感器的立體視圖；

圖2示出圖1的掃描測距傳感器的分解示意圖；

圖3A示出圖2的掃描測距傳感器的多個測距單元的主視圖；

圖3B示出圖2的掃描測距傳感器的多個測距單元的俯視圖；以及

圖4示出圖1的掃描測距傳感器中的單個測距單元的分解示意圖。

具體實施方式

為了使本申請所揭示的技術內容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。

下面參照附圖，對本發(fā)明各個方面的具體實施方式作進一步的詳細描述。

圖1示出依據本發(fā)明的一實施方式，基于多個測距單元的掃描測距傳感器的立體視圖。圖2示出圖1的掃描測距傳感器的分解示意圖。圖3A示出圖2的掃描測距傳感器的多個測距單元的主視圖。圖3B示出圖2的掃描測距傳感器的多個測距單元的俯視圖。圖4示出圖1的掃描測距傳感器中的單個測距單元的分解示意圖。

參照圖1、圖2、圖3A～圖3B以及圖4，在該實施方式中，本發(fā)明的掃描測距傳感器包括旋轉部件和固定部件。旋轉部件位于外側并圍繞固定部件旋轉。較佳地，該掃描測距傳感器還包括驅動電機，該驅動電機具有定子21和轉子23，轉子23與旋轉部件相連接，定子21與固定部件相連接。旋轉部件包括至少三個測距單元(如圖2中的數字標記1所示)，由測距單元10A、測距單元10B和測距單元10C構成。這些測距單元放置在同一平面且彼此相鄰設置，該平面位于定子21和轉子23之間且相互平行。

以測距單元10A、10B和10C中的任一測距單元為例，單個測距單元包括一光發(fā)射模塊121、一光接收模塊123、一安裝結構件125以及一信號處理電路127。光發(fā)射模塊121和光接收模塊123設置于安裝結構件125的一側，信號處理電路127設置于安裝結構件125的另一側。信號處理電路127包括一信號發(fā)送單元，該信號發(fā)送單元用來傳送測距信號。對應地，固定部件包括底座及安裝于底座的信號接收單元，該信號接收單元用于接收來自信號發(fā)送單元的測距信號。例如，信號發(fā)送單元和信號接收單元以光電方式、Wi-Fi方式、藍牙方式或磁耦合方式進行信號傳輸。信號發(fā)送單元為紅外二極管，信號接收單元為PIN二極管。此外，測距單元還可包括散熱部件，設置于光發(fā)射模塊和/或光接收模塊。

較佳地，旋轉部件包括三種類型的測距單元，即，脈沖測距單元、相位測距單元和三角測距單元。例如，測距單元10A根據三角法的光學測距原理來測量目標物體的距離；測距單元10B根據相位法的光學測距原理來測量目標物體的距離；測距單元10C根據脈沖法的光學測距原理來測量目標物體的距離。這是因為，傳統(tǒng)的光學掃描測距傳感器通常僅僅基于三角法或者相位法或者脈沖法進行測量，而這幾種測距方法各有優(yōu)缺點。舉例來說，三角測距法在近距離測量時的精度高，卻難以測得遠(如，在近距離時的精度可達到0.5mm，但測量距離最多僅為十幾米)。相位測距法的測量精度也較高，通常情況下，整個量程范圍內可保持小于1mm的精度，但是相位測距的量程范圍卻難以超過100米。脈沖測距法的測量距離遠、速度快，卻難以測得精確，通常情況下，脈沖法的量程范圍可以輕易到100米以上，但是其測量精度一般是厘米級別。從上述可知，本發(fā)明的掃描測距傳感器融合了三角測距、相位測距和脈沖測距等多種方式，從而能充分發(fā)揮不同類型的測距單元各自的最佳測距范圍，使得測距傳感器在近距離、中距離和遠距離均實現較高精度的距離測量。

無線供電模塊包括發(fā)射線圈30和接收線圈32。發(fā)射線圈30安裝于固定部件，接收線圈32安裝于旋轉部件，藉由發(fā)射線圈30和接收線圈32之間的磁耦合來傳遞電能。如此一來，本發(fā)明采用無線供電模塊替代現有技術中的滑環(huán)連接方式，可提高測距頻率和使用壽命。

在一具體實施例，當掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第一數值范圍時，旋轉部件的脈沖測距單元(諸如測距單元10C)投入工作。當掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第二數值范圍時，旋轉部件的相位測距單元(諸如測距單元10B)投入工作。當掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第三數值范圍時，旋轉部件的三角測距單元(諸如測距單元10A)投入工作。這里，第三數值范圍小于第二數值范圍，且第二數值范圍小于第一數值范圍。例如，第一數值范圍為100米以上，第二數值范圍為20米～100米，第三數值范圍為0～20米。此外，該信號處理電路還可包括均值計算單元，用于連續(xù)采樣同一測距單元的N次測量數據并進行平均，以便將平均值作為測距信號，N大于或等于3。

在一具體實施例，當掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第一數值范圍時，旋轉部件的脈沖測距單元和相位測距單元投入工作。當掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第二數值范圍時，旋轉部件的相位測距單元和三角測距單元投入工作。當掃描測距傳感器與目標物體之間的距離介于第三數值范圍時，旋轉部件的三角測距單元投入工作。此時，第一數值范圍與第二數值范圍彼此交疊，且第二數值范圍與第三數值范圍彼此交疊。例如，第一數值范圍為100米以上，第二數值范圍為15米～150米，第三數值范圍為0～20米。測距信號為不同類型的測距單元各自所測量數據的加權信號。

此外，光發(fā)射模塊121包括光源和第一驅動電路，光源為發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)，光源的光譜為紫外光、可見光或紅外光。光源出射的光可為連續(xù)光、脈沖光或調制光。

此外，光接收模塊123包括光探測器和第二驅動電路，光探測器用于將所接收的光信號轉換為電信號，第二驅動電路與光探測器電性耦接。光探測器為光電二極管(PIN)、雪崩式光電二極管(APD)、光電倍增管(PMT)、電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體器件(CMOS)。

采用本發(fā)明的掃描測距傳感器，其包括旋轉部件和固定部件，旋轉部件位于外側并圍繞固定部件旋轉。旋轉部件包括至少三個測距單元，每個測距單元包括一光發(fā)射模塊、一光接收模塊、一安裝結構件以及一信號處理電路，光發(fā)射模塊和光接收模塊設置于安裝結構件的一側，信號處理電路設置于安裝結構件的另一側，信號處理電路包括一信號發(fā)送單元。固定部件包括底座及安裝于底座的信號接收單元，信號接收單元用于接收來自信號發(fā)送單元的測距信號。無線供電模塊包括發(fā)射線圈和接收線圈，發(fā)射線圈安裝于固定部件，接收線圈安裝于旋轉部件，藉由發(fā)射線圈和接收線圈之間的磁耦合來傳遞電能。相比于現有技術，本發(fā)明的掃描測距傳感器融合了諸如三角測距、相位測距和脈沖測距等多種方式，從而能充分發(fā)揮不同類型的測距單元各自的最佳測距范圍，使得測距傳感器在近距離、中距離和遠距離均實現較高精度的距離測量。此外，本發(fā)明采用無線供電模塊替代現有技術中的滑環(huán)連接方式，可提高測距頻率和使用壽命。

上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明的具體實施方式作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權利要求書所限定的范圍內。