一种基于三角法的激光测距传感器的制作方法

本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种基于三角法的激光测距传感器。

背景技术：

测量目标的距离在各领域都有广泛需求和应用，在数米范围内的距离测量，通常采用光学三角法的原理，原因在于短距离上三角法可以获得较高的距离测量精度，相对于测量单个点的距离，快速测量多个点的距离，能够提供更为强大的功能，近年来，基于结构光应用的3D成像已得到广泛应用，其实质还是利用三角法原理，除此之外，仅考虑测量线状区域内各目标点距离的传感器也出现了大量的产品，这些产品有采用时间飞行法测距结合机械扫描的方案，其问题在于在近距离上测距精度完全无法与三角法测距相比，也有采用线阵传感器利用三角法测距结合机械扫描的方案，其角度分辨率和帧率都不太高，应用会受到一定限制，利用面阵图像传感器，采用三角法测量的方法，可以获得角度分辨率更高且更为快速的测量，而且不需要机械扫描，采用面阵图像传感器结合线状光束照射实现多目标同时测距的方案有多种，原理上，单摄像头配合线状光束，或双摄像头配合线状光束，都可以实现，但都有一定的前提，就是结构上装调的精准度高及稳定可靠，这导致研发和生产上产生一定的困难。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于三角法的激光测距传感器，由线状激光束照射，基于光路转折元件和单个摄像头实现对照射区内的各目标点的距离进行测量，具有测量快速、调试简单、稳定可靠的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型一种基于三角法的激光测距传感器，包括光路转折元件、激光二极管、激光准直透镜、激光线扩展元件、摄像头和信号处理模块，其特征在于，所述激光二极管发出的激光经过激光准直透镜准直后再经过激光线扩展元件，形成水平展开的线状光束照射目标，所述光路转折元件包含有三个反射面和一个分光面，从被照射目标散射的光经过光路转折元件分两路进入摄像头，在所述摄像头的光传感面上产生目标的两个像。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述光路转折元件共具有三个反射面和一个分光面，光路的第一路经过两个45度反射面和分光面，第二路经过一个负45度反射面和分光面，分光面与负45度反光面之间有一个夹角，用于将第二路光所成像在Y向有一个偏移，分光面的分光比接近或等于1：1。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述激光二极管、激光准直透镜和激光线扩展元件产生激光水平线状光束，并水平出射，出射的高度位置为所述光路转折元件的两个光入射反射面中心高度的中间值。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述信号处理模块和处理摄像头电性连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述光路转折元件的两路光路路径长度相等，使两路像在水平方向的比例为1：1。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型是一种基于三角法的激光测距传感器，通过光路转折元件，实现了双摄像头测距的等效光路，这种光路结构中，被照射的目标点即使包含了不均匀的反射率，或者照射方向略有上下偏移，所额外造成的距离解算误差都几乎可忽略，而且由于采用单摄像头，大大降低了装调的难度，并保证了使用过程中的稳定性可靠性，且单幅图像就可以解算距离，信号处理的难度也大大降低，同时在水平方向角度分辨率高，数据更新率高。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的激光测距传感器的原理示意图；

图2是本实用新型的双摄像头的光路示意图；

图中：1、光路转折元件；2、激光二极管；3、激光准直镜；4、激光线扩展组件；5、摄像头；6、信号处理模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-2所示，本实用新型提供一种基于三角法的激光测距传感器，包括光路转折元件1、激光二极管2、激光准直透镜3、激光线扩展元件4、摄像头5和信号处理模块6，其特征在于，激光二极管2发出的激光经过激光准直透镜3准直后再经过激光线扩展元件4，形成水平展开的线状光束照射目标，光路转折元件1包含有三个反射面和一个分光面，从被照射目标散射的光经过光路转折元件1分两路进入摄像头5，在摄像头5的光传感面上产生目标的两个像。

进一步的，光路转折元件1共具有三个反射面和一个分光面，光路的第一路经过两个45度反射面和分光面，第二路经过一个负45度反射面和分光面，分光面与负45度反光面之间有一个夹角，用于将第二路光所成像在Y向有一个偏移，分光面的分光比接近或等于1：1，以上的过程可以通过光学等效处理，变成一个双摄像头三角法成像的光路结构。

激光二极管2、激光准直透镜3和激光线扩展元件4产生激光水平线状光束，并水平出射，出射的高度位置为光路转折元件1的两个光入射反射面中心高度的中间值，为使用测量提供便捷性。

信号处理模块6和处理摄像头5电性连接，信号处理模块6用于处理摄像头5输出的图像信号，解算出各个被照射目标点的距离，通过算法解算各X坐标上两个像点的Y坐标，并结合系统参数解算出对应的距离。

光路转折元件1的两路光路路径长度相等，使两路像在水平方向的比例为1：1，用在于使两个光路所成像在不考虑偏移影响的情况下尽可能地对称，光路转折元件1设置有足够的宽度，使经由光路转折元件1所成像的光路畅通。

具体的，本实用新型在使用的时候，激光二极管2经过非球面激光透镜后准直，经过第一个激光线扩展元件4比如激光一字镜后水平扩展成线状光束并水平出射照射目标，激光二极管2、非球面激光透镜和激光线扩展元件4置于光路转折元件1之前，从目标散射回来的光经光路转折元件1后进入摄像头5，产生两组像，信号处理模块6处理摄像头5输出的图像，解算对应于图像中各具有X坐标的目标点的距离，目标散射回来的光到达光路转折元件1由两个光路进入摄像头5，第一路经过一组两个平行的45度反射面后再经过分光面进入摄像头，第二路经过一个负45度反射面和分光面，分光面与负45度反光面之间有一个夹角，用于将第二路光所成像在Y向有一个偏移，以上的过程可以通过光学等效处理，变成一个双摄像头三角法成像的光路结构。

光路转折元件1的采用，使得采用一个摄像头5的情况下近似地产生了双摄像头三角法测距的等效结构，但由于实际是采用同一个摄像头5，避免了实际使用双摄像头时装调困难的问题，同时信号处理也比较简单，而且光路转折元件1可以做成一个牢固的整体件，原理上也保证了冲击振动对距离测量的影响可以极大地得到消除。

基于三角法原理，对应于任一指定的被照射目标点，在图像中将对应两个具有相同X坐标和不同Y坐标的亮点，求解这两个亮点的坐标差，就可以根据系统参数求解出这个目标点的距离，处理所有被照射的目标点，即可求解出视场内被线状激光照射的各目标点的距离。

该设备通过光路转折元件1，实现了双摄像头测距的等效光路，这种光路结构中，被照射的目标点即使包含了不均匀的反射率，或者照射方向略有上下偏移，所额外造成的距离解算误差都几乎可忽略，而且由于采用单摄像头5，大大降低了装调的难度，并保证了使用过程中的稳定性可靠性，且单幅图像就可以解算距离，信号处理的难度也大大降低，同时在水平方向角度分辨率高，数据更新率高。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。