CN112914433A - 一种激光设备及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种激光设备及扫地机器人，包括：底座，包括一固定区；激光体，设置在所述固定区内，所述激光体包括一激光器；壳体，设置在所述底座上，包括透光区和容纳区；光学元件，设置在所述容纳区内；其中，所述透光区朝向所述激光体的一面为凸面；其中，所述底座与所述壳体通过精细螺纹匹配，通过旋转所述底座，以调整所述激光器至所述凸面的距离；其中，所述激光器发射的激光束依次穿过所述凸面和所述光学元件，以形成线光斑；其中，所述激光器发射的激光束覆盖所述凸面。本发明提出的激光设备结构简单，制造成本低。

Description

一种激光设备及扫地机器人

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种激光设备及扫地机器人。

背景技术

目前，扫地机器人多采用点状激光器，大多数点状激光器可以采用LED或边发射激光器。由于单个LED发光功率低，且光束发散角大，如果通过提高功率密度来提高测距精度，则需要复杂的光学设计和更大的运行电流。当使用边发射激光器时，因边发射激光器的光斑为椭圆形，其进行光学整形的难度较大，因此对边发射激光器的贴装精度要求很高，导致制造成本升高，良率也会下降。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种激光设备及扫地机器人，该激光设备使用垂直面发射激光器，同时该可以降低激光设备的生产成本，同时还可以提高扫地机器人测距精度和测距效率。

为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种激光设备，包括：

底座，包括一固定区；

激光体，设置在所述固定区内，所述激光体包括一激光器；

壳体，设置在所述底座上，包括透光区和容纳区；

光学元件，设置在所述容纳区内，且所述光学元件的平面平行于所述激光器；

其中，所述透光区朝向所述激光体的一面为凸面；

其中，所述底座与所述壳体通过精细螺纹匹配，通过旋转所述底座，以调整所述激光器至所述凸面的距离；

其中，所述激光器发射的激光束依次穿过所述凸面和所述光学元件，以形成线光斑；

其中，所述激光器发射的激光束覆盖所述凸面。

进一步地，所述激光体通过胶水固定在所述固定区内，所述底座和所述壳体通过胶水固定。

进一步地，所述激光体包括：

透明封装体；

正极引脚，设置在所述透明封装体内，并延伸至所述透明封装体外侧；

负极引脚，设置在所述透明封装体内，并延伸至所述透明封装体外侧；

其中，所述激光器设置在所述负极引脚上，且所述激光器通过金线连接所述正极引脚。

进一步地，所述激光器位于所述透明封装体的中心轴上。

进一步地，所述透明封装体包括第一柱体和第二柱体，所述第二柱体同轴设置在所述第一柱体上。

进一步地，所述第一柱体的直径大于所述第二柱体的直径，所述第一柱体上设置有磨平面，所述磨平面靠近所述负极引脚或所述正极引脚。

进一步地，所述凸面为曲面，所述激光器至所述曲面的距离为8-12mm。

进一步地，在旋转所述底座时，所述激光器处于工作状态。

进一步地，所述精细螺纹设置在所述底座的顶部，所述底座的顶部设置在所述壳体内。

本发明还提出一种扫地机器人，包括：

机壳；

至少一激光设备，设置在所述机壳中，所述激光设备包括：

底座，包括一固定区；

激光体，设置在所述固定区内，所述激光体包括一激光器；

壳体，设置在所述底座上，包括透光区和容纳区；

光学元件，设置在所述容纳区内，且所述光学元件的平面平行于所述激光器；

其中，所述透光区朝向所述激光体的一面为凸面；

其中，所述底座与所述壳体通过精细螺纹匹配，通过旋转所述底座，以调整所述激光器至所述凸面的距离；

其中，所述激光器发射的激光束依次穿过所述凸面和所述光学元件，以形成线光斑；

其中，所述激光器发射的激光束覆盖所述凸面。

综上所述，本发明提出一种激光设备及扫地机器人，通过将垂直腔面发射激光器设置在负极引脚上，然后通过金线使得垂直腔面发射激光器与正极引脚连接，然后在垂直腔面发射激光器上形成透明封装体，即垂直腔面发射激光器位于透明封装体内，从而形成激光体；然后通过胶水将激光体固定在底座内，然后在底座上设置壳体；壳体可以包括透光区和容纳区，透光区的顶部可以设置成凸面，即在激光体的上方形成凸透镜；容纳区内可以设置光学元件。由于底座的顶部设置有精细螺纹，通过旋转该底座，可以调整垂直腔面发射激光器与凸面的距离，即调整垂直腔面发射激光器与凸透镜的距离。当在旋转该底座时，垂直腔面发射激光器可以处于工作状态，因此将远处光斑的质量调整至最优时，可以通过胶水固定底座和壳体，从而可以提高测距精度和效率。因此当激光束依次通过凸透镜和光学元件时，凸透镜对激光束进行准直，光学元件对激光束进行整形，可以形成线光斑，因此可以增大测距模组的视场角，提高测距效率。本发明中激光设备结构紧凑，调试简单，方便批量生产，因此可以减少生产成本。

附图说明

图1：本发明中激光设备的示意图。

图2：本发明中底座的示意图。

图3：本发明中激光体的示意图。

图4：本发明中图3的俯视图。

图5：本发明中壳体的示意图。

图6：本发明中光学元件的俯视图。

图7：本发明中光学元件整形光斑的示意图。

图8：本发明中一字形光斑的示意图。

图9：本发明中扫地机器人的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提出一种激光设备100，该激光设备100可以包括底座110，激光体120和壳体130。激光体120可以设置在底座110内，底座110的顶部可以设置在壳体130内，因此激光体120内的激光器发射的激光束可以通过壳体130出射。

如图2所示，图2显示为底座110的结构图，该底座110的底部可以包括一固定区111，因此可以将激光体120设置在该固定区111内，例如通过胶水将激光体120固定在固定区111内。该底座110例如为透明塑料，例如为聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，透明尼龙，聚对苯二甲酸乙二醇脂等材料。

如图1-图2所示，底座110的顶部可以设置在壳体130内，例如在底座110的顶部设置精细螺纹112，在壳体130的内壁上设置有与精细螺纹112相匹配的螺纹，因此可以通过精细螺纹112将底座110旋入壳体130内，然后在将胶水注入底座110与壳体130之间，从而可以将底座110固定在壳体130内。由于在底座110的顶部设置精细螺纹112，因此可以精准的调整底座110的位置，从而可以慢慢的调整底座110与壳体130内的凸透镜132的距离，也就是说在旋转底座110(调节精细螺纹112的旋进深度)时，底座110内的激光体120处于工作状态，因此当旋转底座110时，激光体120与凸透镜132的距离逐渐变化，因此当激光束照射在凸透镜132上时，通过专用红外相机或光束质量分析仪观测远距离光斑，然后调节精细螺纹112的旋进深度，从而使得形成的光斑达到实际要求，然后可以通过胶水将底座110固定在壳体130内。

如图3-图4所示，在本实施例中，激光体120可以包括透明封装体121和激光器126，激光器126可以设置在透明封装体121内。在形成激光体120时，首先将激光器126设置在负极引脚124上，即将激光器126的负极通过点胶的方式固定在负极引脚124上，然后通过金线127将激光器126的正极与正极引脚125连接。因此通过正极引脚125和负极引脚124形成了闭合回路。金线127可以具有含金量高、材质较软、易变形、导电性好以及散热性好的特点。在将激光器126固定在负极引脚124上后，且通过金线127将激光器126与正极引脚125连接之后，然后在激光器126上涂覆透明树脂，从而形成透明封装体121，也就是说透明封装体121包覆负极引脚124和正极引脚125的顶部，也就是包覆激光器126和金线127。该透明封装体121可以包括第一柱体122和第二柱体123。第二柱体123位于第一柱体122上。第二柱体123的直径可以小于第一柱体122的直径。第二柱体123用于包覆激光器126，激光器126可以位于第二柱体123的中心轴上。第一柱体122用于分别负极引脚124和正极引脚125。从图3-图4中可以看出，在第一柱体122上设置有一磨平面128，磨平面128可以和第二柱体123相切，磨平面128例如位于激光器126的一侧，例如位于负极引脚124的一侧，即磨平面128靠近负极引脚124，因此可以通过磨平面128来区分负极引脚124和正极引脚125。当然，磨平面128也位于正极引脚125的一侧。在一些实施例中，还可以将负极引脚124和正极引脚125设置不同的长度，从而区分正极引脚125和负极引脚124。在一些实施例中，还可以通过TO封装的方式来封装激光器126。

如图3所示，在本实施例中，负极引脚124和正极引脚125的材料例如为铜或铜合金，该负极引脚124和正极引脚125可以具有导电性强，散热性好，支撑性强的特点。该激光器126例如为垂直腔面发射激光器。

如图1-图2和图4所示，在本实施例中，在底座110上还设置有壳体130，即底座110位于壳体130内。该壳体130可以包括透光区131和容纳区133。底座110位于透光区131内，由于底座110的顶部设置有精细螺纹112，同时在透光区131的内壁上设置有与精细螺纹112相匹配的螺纹，因此通过旋转底座110，也就是调节精细螺纹112的旋进深度，从而可以慢慢的调整激光体120至透光区131顶部的距离，也就是调整激光器126与透光区131顶部的距离。本实施例通过精细螺纹112，可以得到高光束质量的点光斑，因此在远距离处光斑依然保持高功率密度，从而可以保证测距的精度。

如图3和图4所示，本实施例将透光区131的顶部设置成凸面132，也就是在透光区131的顶部形成凸透镜，也就是在透光区131的顶部形成凸-平透镜。当将底座110设置在透光区131内时，通过旋转底座110，从而可以调整激光器126至凸透镜的距离，凸透镜可以准直激光束，从而可以调整光斑的形状，因此光斑的形状达到要求时，即可通过胶水将底座110固定在透光区131内。在本实施例中，凸面132可以为曲面，其曲率半径的范围是4.8±0.5mm，激光器126至凸面132的距离可以为10±2mm(亦即曲面的焦距范围为10±2mm)，例如当该壳体130的折射率为1.53时，该凸面132(准直透镜)的焦距为10mm，该凸面132的曲率半径为5.312mm。在本实施例中，激光器126至凸面132的距离为该凸面132的焦距，可以提高准直效果。

如图5和图6所示，在本实施例中，在壳体130的顶部还设置有容纳区133，容纳区133可以位于透光区131的正上方；同时在容纳区133内还可以设置光学元件140，因此当激光束经过凸透镜和光学元件140之后，可以形成一字线光斑，十字线光斑或其他形状的光斑。本实施例中在壳体130中设置有凸透镜，即采用高强度透明塑料进行一体成型注塑形成壳体130。由于在壳体130内形成有凸透镜，因此不需要在壳体130外部再次形成凸透镜，因此该壳体130可以简化器件的结构。需要说明的是，在制造壳体130之前，可以根据激光器126的发光孔径大小和激光束发散角，来设计凸透镜的各个参数，然后在通过注塑工艺形成壳体130。当然，还可以对壳体130进行黑化处理，从而防止激光漏出。

如图3和图5-图6所示，在本实施例中，当底座110固定在透光区131内时，即激光器126位于透光区131内时，通过点亮激光器126时，激光器126发射激光束首先通过凸面132(凸透镜)，然后在通过光学元件140，从而可以形成一字线光斑或其他形状的光斑。本实施例中，光学元件140例如为光栅或波浪镜。光学元件140的平面朝向且平行于激光器126，也就是说光学元件140的平面朝向且平行于发光平面。需要说明的是，本实施例首先通过凸透镜来准直激光束，然后在通过光学元件140来获得最终的光斑形状。本实施例将光学元件140设置在壳体130内，可以简化器件的结构，从而使得激光设备100的结构更加简单。

如图3-图8所示，当将光学元件140通过胶水固定在壳体130内时，通过点亮激光器126，激光器126发射激光束，激光束经过凸透镜和光学元件140。该光学元件140可以为波浪镜，即光学元件140包括多个柱状镜，这些柱状镜的曲率半径可以相同。在本实施例中，光学元件140的波浪镜朝向激光器126，光学元件140的平面(波浪面的相对面)平行于激光器126，即光学元件140的平面平行于发光平面。当激光器126发射激光束之后，由于激光器126具有一定的发散角，因此当激光束经过并可以覆盖准直透镜134(即透光区顶部的凸面)时，准直透镜134将激光束准直成平行的激光束，平行的激光束在经过光学元件140之后，使得光线在Y方向进行扩束，但是在X方向上保持准直，从而形成一字线光斑150。本实施例在获得高质量准直光束之后，通过学元件140对光斑进行整形，因此获得高均匀度，准直度的线光斑，因此可以增加测距模组的视场角，提高测距效率。

如图3和图7-图8所示，在本实施例中，为了得到较好的线形光斑，本实施例可以将激光器126到准直透镜134的距离设置成该准直透镜134的焦距，光学元件140与准直透镜134的距离可以任意设置。由于光学元件140中柱状镜的曲率半径相同，因此可以使得准直后的激光束经过光学元件140可以具有相同的发散角，因此可以获得均匀的光束。

如图9所示，本实施例还提出一种扫地机器人200，该扫地机器人200可以包括一机壳160，在机壳160内设置至少一个激光设备100，该激光设备100可以发射线形光斑，从而提高扫地机器人200的测距效率，提高扫地机器人200的避障效果。

如图1所示，该激光设备100也可以应用于激光指示笔，光电传感器，3D扫描，激光雷达等多个领域中。

综上所述，本发明提出一种激光设备，通过将垂直腔面发射激光器设置在负极引脚上，然后通过金线使得垂直腔面发射激光器与正极引脚连接，然后在垂直腔面发射激光器上形成透明封装体，即垂直腔面发射激光器位于透明封装体内，从而形成激光体；然后通过胶水将激光体固定在底座内，然后在底座上设置壳体；壳体可以包括透光区和容纳区，透光区的顶部可以设置成凸面，即在激光体的上方形成凸透镜；容纳区内可以设置光学元件。由于底座的顶部设置有精细螺纹，通过旋转该底座，可以调整垂直腔面发射激光器与凸面的距离，即调整垂直腔面发射激光器与凸透镜的距离。当在旋转该底座时，垂直腔面发射激光器可以处于工作状态，因此将远处光斑的质量调整至最优时，可以通过胶水固定底座和壳体，从而可以提高测距精度和效率。因此当激光束依次通过凸透镜和光学元件时，光学元件对激光束进行整形，可以形成线光斑，因此可以增大测距模组的视场角，提高测距效率和测距精度。本发明中激光设备结构紧凑，调试简单，方便批量生产，因此可以减少生产成本。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种激光设备，其特征在于，包括：

底座，包括一固定区；

激光体，设置在所述固定区内，所述激光体包括一激光器；

壳体，设置在所述底座上，包括透光区和容纳区；

光学元件，设置在所述容纳区内，且所述光学元件的平面平行于所述激光器；

其中，所述透光区朝向所述激光体的一面为凸面；

其中，所述底座与所述壳体通过精细螺纹匹配，通过旋转所述底座，以调整所述激光器至所述凸面的距离；

其中，所述激光器发射的激光束依次穿过所述凸面和所述光学元件，以形成线光斑；

其中，所述激光器发射的激光束覆盖所述凸面。

2.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于，所述激光体通过胶水固定在所述固定区内，所述底座和所述壳体通过胶水固定。

3.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于，所述激光体包括：

透明封装体；

正极引脚，设置在所述透明封装体内，并延伸至所述透明封装体外侧；

负极引脚，设置在所述透明封装体内，并延伸至所述透明封装体外侧；

其中，所述激光器设置在所述负极引脚上，且所述激光器通过金线连接所述正极引脚。

4.根据权利要求3所述的激光设备，其特征在于，所述激光器位于所述透明封装体的中心轴上。

5.根据权利要求3所述的激光设备，其特征在于，所述透明封装体包括第一柱体和第二柱体，所述第二柱体同轴设置在所述第一柱体上。

6.根据权利要求5所述的激光设备，其特征在于，所述第一柱体的直径大于所述第二柱体的直径，所述第一柱体上设置有磨平面，所述磨平面靠近所述负极引脚或所述正极引脚。

7.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于，所述凸面为曲面，所述激光器与所述曲面的距离为8-12mm。

8.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于，在旋转所述底座时，所述激光器处于工作状态。

9.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于，所述精细螺纹设置在所述底座的顶部，所述底座的顶部设置在所述透光区内，所述固定区设置在所述底座的底部。

10.一种扫地机器人，其特征在于，包括：

机壳；

至少一激光设备，设置在所述机壳中，所述激光设备包括：

底座，包括一固定区；

激光体，设置在所述固定区内，所述激光体包括一激光器；

壳体，设置在所述底座上，包括透光区和容纳区；

光学元件，设置在所述容纳区内，且所述光学元件的平面平行于所述激光器；

其中，所述透光区朝向所述激光体的一面为凸面；

其中，所述底座与所述壳体通过精细螺纹匹配，通过旋转所述底座，以调整所述激光器至所述凸面的距离；

其中，所述激光器发射的激光束依次穿过所述凸面和所述光学元件，以形成线光斑；

其中，所述激光器发射的激光束覆盖所述凸面。

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