CN210199305U - 一种扫描模组、测距装置及可移动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种扫描模组、测距装置及可移动平台，所述扫描模组包括至少一个光学元件和至少一个驱动器，至少一个所述光学元件用于改变由测距模组发射的光束的传播方向，至少一个所述驱动器用于驱动至少一个所述光学元件中的目标光学元件进行运动，至少一个所述光学元件包括第一光学元件，所述第一光学元件相对于至少一个所述光学元件中的其它光学元件靠近所述光束进入所述扫描模组的位置，且所述第一光学元件用于准直所述光束以及改变准直后的光束的传播方向。因此，根据本实用新型的扫描模组、测距装置及可移动平台可以实现以较低的成本获得较高的光学特性，且有效缩减体积。

Description

一种扫描模组、测距装置及可移动平台

技术领域

本实用新型涉及测距技术领域，尤其涉及扫描模组、测距装置及可移动平台。

背景技术

激光雷达和激光测距是对外界的感知系统，可以获知发射方向上的空间距离信息。激光雷达是利用激光束对周围物体进行感知的设备，以点云数据的形式反映周围物体的位置及形貌，具有测量分辨率高、速度快，体积小、重量轻等特点。机械扫描式激光雷达是被广泛应用的一种激光雷达,可以实现高速扫描，包括：转镜扫描、振镜扫描、光楔扫描等。其中，激光雷达中一般采用半导体激光器作为光源，但半导体激光器的出射光束发散角一般会比较大，因而在采用光学机械旋转扫描方式的激光雷达进行扫描时均会对激光进行准直以及改变其传播方向，使得激光雷达内部包括准直透镜和多个光楔。这些核心光学器件组件价格都颇为昂贵，由于硬件成本高，导致量产困难，且稳定性也有待提升。

因此，现有技术中的机械旋转式激光雷达存在光学器件成本高、体积大且性能不稳定的问题，限制了机械旋转式激光雷达的发展。

实用新型内容

考虑到上述问题而提出了本实用新型。本实用新型提供了一种扫描模组、测距装置及可移动平台，以解决激光雷达中的光学器件成本高、体积大且性能不稳定的问题。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种扫描模组，所述扫描模组包括：

至少一个光学元件和至少一个驱动器，至少一个所述光学元件用于改变由测距模组发射的光束的传播方向，至少一个所述驱动器用于驱动至少一个所述光学元件中的目标光学元件进行运动，至少一个所述光学元件包括第一光学元件，所述第一光学元件相对于至少一个所述光学元件中的其它光学元件靠近所述光束进入所述扫描模组的位置，且所述第一光学元件用于准直所述光束以及改变准直后的光束的传播方向。

可选地，所述第一光学元件包含曲面和第一斜面，所述曲面为所述第一光学元件针对所述光束的入光面，所述第一斜面为所述第一光学元件针对所述准直后的光束的出光面。

可选地，至少一个所述光学元件还包括第二光学元件，所述第二光学元件用于改变所述第一光学元件的输出光束的传播方向。

可选地，所述第二光学元件包括相对的非平行的一对表面，所述第二光学元件的厚度沿至少一个径向变化。

可选地，所述第二光学元件包含平面和第二斜面；

其中，所述第二斜面为所述第二光学元件中靠近所述第一光学元件的面，所述平面为所述第二光学元件中远离所述第一光学元件的面，或者，所述平面为所述第二光学元件中靠近所述第一光学元件的面，所述第二斜面为所述第二光学元件中远离所述第一光学元件的面。

可选地，所述曲面包括球面或非球面。

可选地，所述球面包括凸球面或凹球面。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供了一种测距装置，包括：

如本实用新型实施例的第一方面所述的扫描模组；

测距模组，所述测距模组用于向所述扫描模组发射光束，所述扫描模组用于改变所述光束的传播方向后出射，经探测物反射回的光束经过所述扫描模组后入射至所述测距模组，所述测距模组用于根据反射回的光束确定所述探测物与所述测距装置之间的距离。

可选地，所述测距模组包括发射器，所述发射器用于发射所述光束；

所述扫描模组中的第一光学元件设置于所述发射器的出射光路上，用于准直从所述发射器发射的光束。

可选地，所述测距模组包括发射器和第三光学元件，所述发射器用于发射所述光束；

所述第三光学元件设置于所述发射器的出射光路上，用于准直从所述发射器发射的光束；

所述第一光学元件设置在所述第三光学元件的出射光路上，用于准直所述第三光学元件输出的光束。

可选地，所述第三光学元件包括相对的非平行的一对表面，所述第三光学元件的一对表面包含至少一个曲面。

根据本实用新型实施例的第三方面，提供了一种测距装置，包括：

扫描模组和测距模组，所述测距模组用于向所述扫描模组发射光束，经探测物反射回的光束经过所述扫描模组后入射至所述测距模组，所述测距模组用于根据反射回的光束确定所述探测物与所述测距装置之间的距离，其特征在于，所述测距装置还包括一光学元件，所述光学元件用于准直所述测距模组发射的所述光束以及改变准直后的光束的传播方向，所述光学元件设于所述扫描模组或所述测距模组中。

可选地，所述光学元件包含曲面和斜面，所述曲面为所述光学元件针对所述光束的入光面，所述斜面为所述光学元件针对所述准直后的光束的出光面。

根据本实用新型实施例的第四方面，提供了一种可移动平台，包括：

平台本体；以及

如本实用新型实施例的第二方面或第三方面所述的测距装置，安装在所述平台本体上。

本实用新型实施例的扫描模组、测距装置及可移动平台，通过改变光学元件的形状使光学元件之间的设置更加紧凑，实现以较低的成本获得较高的光学特性，且有效缩减整个装置的体积，有利于提高整个装置的性能。

附图说明

通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型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，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是一种测距装置的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种测距装置的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的另一种测距装置的示意图；

图4是一种测距装置的示意性框图；

图5是一种测距装置采用同轴光路的一种实施例的示意图。

具体实施方式

为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于本实用新型中描述的本实用新型实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。

机械扫描式激光雷达利用机械扫描控制激光在空间中的运动实现激光扫描功能。激光雷达中，包含光学元件的光学模块控制激光在系统中的传播方向及汇聚发散，所以光学元件的结构形式决定了整个激光雷达系统的结构形式，光学元件对整个激光雷达系统的成本、体积以及性能有很大的影响。

参见图1，图1示出了一种测距装置的示意图。如图1所示，测距装置100包括扫描模组110和测距模组120，测距模组120包括光源LD1和光学元件L11，扫描模组110包括光学元件L12、L13，以及用于驱动所述光学元件L12、L13的驱动器。其中，光学元件L11、L12、L13均位于光源LD1的一侧。光源LD1用于产生并发射光束，光束经过所述光学元件L11、L12、L13后，光束被准直且其光路被改变，发射至不同的方向；驱动器驱动所述光学元件L12、L13中的目标光学元件，以实现在不同方向的扫描，形成扫描视场。

在一个实施例中，光源LD1可以发射激光束。光源LD1发射出的激光束为波长在可见光范围之外的窄带宽光束。

在一个实施例中，所述光源LD1(Laser Diode)可以是半导体激光器。

在一个实施例中，所述光学元件L11可以是准直元件L11，用于准直光源LD1发射的光束，将光源LD1发出的光束准直为平行光。

在一个实施例中，所述光学元件L12、L13可以是光楔，用于改变经过准直元件L11准直后的平行光的传输方向并投射至外界环境。

图1所示的测距装置100中采用单独的准直元件(如光学元件L11)对光源产生的光束进行准直，为了保证良好的准直效果在实际应用中对准直元件(例如单透镜)的准直要求较高，采用多个光学元件使得扫描模组的体积较大，机械结构复杂。为了满足现在日益增长的降低成本、结构紧凑以及简单化的需求，基于上述考虑，本实用新型提出了一种扫描模组。参见图2，图2示出了本实用新型实施例的一种测距装置的示意图。如图2所示，所述测距装置200包括：光源LD2(测距模组包括光源LD2)和扫描模组210。

其中，扫描模组210包括至少一个光学元件和至少一个驱动器(未示出)，至少一个所述光学元件用于改变由测距模组发射的光束的传播方向，至少一个所述驱动器用于驱动至少一个所述光学元件中的目标光学元件进行运动，至少一个所述光学元件包括第一光学元件L21，所述第一光学元件L21相对于至少一个所述光学元件中的其它光学元件靠近所述光束进入所述扫描模组210的位置，且所述第一光学元件L21用于准直所述光束以及改变准直后的光束的传播方向。其中，光束包括诸如激光脉冲。

其中，通过对光学元件的形状进行改进，将准直元件和改变光束方向的元件一体化成能够同时实现二者的功能的单个元件即第一光学元件L21，第一光学元件L21既可以对光束进行准直又可以改变光束的传播方向，相对于仅能对光束准直或仅能改变光束的传播方向的光学元件，第一光学元件L21可以进一步降低扫描模组的成本，使扫描模组的结构简单化、紧凑。

可选地，所述第一光学元件L21包含曲面和第一斜面，所述曲面为所述第一光学元件L21针对所述光束的入光面，所述第一斜面为所述第一光学元件L21针对所述准直后的光束的出光面。所示第一光学元件L21的这种结构可以同时对入射的光束进行准直和改变准直后的光束的传播方向，由于采用一个第一光学元件即可达到两个仅能实现一种功能的光学元件的效果，有利于减少扫描模组的光学元件个数，使得扫描模组的结构更加简单，进一步缩小扫描模组和测距装置的体积。

可选地，所述曲面包括球面或非球面。当所述第一光学元件的曲面为非球面时，其成像效果好，可以消除各种像差，有利于减少光学元件的个数；当所述第一光学元件的曲面为球面时，加工成本低；可以根据实际需要来选择采用球面或非球面以兼顾平衡成像效果以及加工成本。可选地，所述球面包括凸球面或凹球面。其中，凸球面或凹球面的屈光度不同，凸球面可以聚焦光线，凹球面可以发散光线，可以根据实际需要来选择凸球面或凹球面来形成需要的光路。

在一个实施例中，再次参见图2，图2中的第一光学元件L21包含曲面和第一斜面，光源LD2发射的光束，通过第一光学元件L21的曲面进入第一光学元件L21，经过第一光学元件L21准直和改变光束的方向后，变为平行光由第一光学元件L21的第一斜面射出。其中，所述第一光学元件的形状可以理解为是将图1中的准直元件L11和光学元件L12一体化，准直元件L11是准直透镜，光学元件L12是光楔，将光楔L12的平面端加工成准直透镜L11曲面的面型，光楔L12的斜面不变可以得到第一光学元件L21，采用上述结构可以有效缩减扫描模组的体积，有利于激光雷达装置的机构紧凑或简单化。

在此需要说明的是，上述第一光学元件的具体形状仅为示例，所述第一光学元件还包括其它形状的可以同时实现对光束进行准直和改变光束的传播方向的光学元件，在此不做限制。

可选地，至少一个所述光学元件还包括第二光学元件L22，所述第二光学元件L22用于改变所述第一光学元件L21的输出光束的传播方向。其中，第一光学元件L21相对于第二光学元件L22靠近光源LD2，也即，靠近LD2发射出的光束进入扫描模组210的位置。

可选地，所述第二光学元件L22包括相对的非平行的一对表面，所述第二光学元件的厚度沿至少一个径向变化。

可选地，所述第二光学元件L22包含平面和第二斜面；其中，所述第二斜面为所述第二光学元件L22中靠近第一光学元件L21的面，所述平面为所述第二光学元件L22中远离第一光学元件L21的面，或者，所述平面为所述第二光学元件L22中靠近第一光学元件L21的面，所述第二斜面为所述第二光学元件L22中远离第一光学元件L21的面。

其中，第一光学元件L21出射的平行光束经过第二光学元件L22后，光路的方向发生改变，采用第一光学元件L21和第二光学元件L22的配合可以实现对任意方向出射光束。可以理解，第一光学元件和第二光学元件的个数可以根据实际情况进行设置，在此不做限制。

可选地，所述第二光学元件可以是光楔、凸透镜、凹透镜、反射镜或其它改变光路的光学元件。

其中，再次参见图2，第一光学元件L21的输出光束进入所述第二光学元件L22的平面或斜面，以改变所述第一光学元件L21的输出光束的传播方向。驱动器驱动第一光学元件L21、第二光学元件L22中的目标光学元件，以实现在不同方向的扫描，形成扫描视场。在实际应用中，根据需要获得的扫描视场不同，光学元件是否固定或转动的速度均不同，目标光学元件是需要驱动器驱动以获得一定转速的光学元件。图2中，可以根据需要采用驱动器对第一光学元件L21和/或第二光学元件L22以相同或不同的速度进行驱动，以获得相应的扫描视场。可选地，驱动器可以包括电机或其他驱动装置。

由前述可知，图2中所示的测距装置200与图1中所示的测距装置100相比，减少了光学元件的个数，使得扫描模组210和测距装置200的结构简单、体积更小，从而降低了扫描模组210和测距装置200的成本。而为了保证良好的准直效果在实际应用中对光学元件的准直要求较高，也就是说，对第一光学元件的曲面要求较高，而为了进一步降低加工成本又能兼顾准直效果，所述扫描模组还可以将图1和图2中所述的方案结合，进一步在保证准直效果的同时降低成本。基于上述考虑，参见图3，图3示出了本实用新型实施例的一种测距装置的示意图。如图3所示，相比图1所示，图3中保留了图1中的准直元件L11，将图1中的光学元件L12替代为图2中的第一光学元件L22；相比图2所示，图3中在图2中的第一光学元件L22与光源LD3之间增加了第三光学元件L31。图3中所示的测距装置由于第三光学元件L31(即保留的准直元件)和第一光学元件L32都可以起到准直作用，也就是说图3中的结构会对LD3发射的光束进行两次准直，其准直效果好于仅进行一次准直，那么每次准直的要求可以降低使得对光学元件的曲面要求降低以节约曲面的加工成本。所以，图3中的测距装置与图1中所示的测距装置相比，准直效果更好且成本更低；与图2中所示的测距装置相比，准直效果更好。

参见图3，本实用新型实施例提供了一种测距装置300，包括：

如本实用新型实施例提供的所述的扫描模组310；

测距模组320，所述测距模组320用于向所述扫描模组310发射光束(如激光脉冲)，所述扫描模组310用于改变所述光束的传播方向后出射，经探测物反射回的光束经过所述扫描模组310后入射至所述测距模组320，所述测距模组320用于根据反射回的光束确定所述探测物与所述测距装置300之间的距离。

可选地，所述测距模组320包括光源LD3，所述光源LD3用于发射所述光束(如激光脉冲)；所述扫描模组310中的第一光学元件L32设置于所述光源LD3的出射光路上，用于准直从所述光源LD3发射的光束。

可选地，所述测距模组320包括光源LD3和第三光学元件L31，所述光源LD3用于发射所述光束；

所述第三光学元件L31设置于所述光源LD3的出射光路上，用于准直从所述光源LD3发射的光束；

所述第一光学元件L32设置于所述第三光学元件L31的出射光路上，用于准直所述第三光学元件L31输出的光束。

可选地，所述第三光学元件L31包括相对的非平行的一对表面，所述第三光学元件的一对表面包含至少一个曲面。

在一个实施例中，所述第三光学元件L31可以包括两个曲面。

可选地，所述光源LD3可以是发射器，例如，半导体激光器。

在一个实施例中，参见图3，所述扫描模组310包括：至少一个光学元件和至少一个驱动器(未示出)；至少一个所述光学元件用于改变由测距模组320发射的光束的传播方向，至少一个所述驱动器用于驱动至少一个所述光学元件中的目标光学元件进行运动，至少一个所述光学元件包括第一光学元件L32，所述第一光学元件L32相对于至少一个所述光学元件中的其它光学元件靠近所述光束进入所述扫描模组310的位置，且所述第一光学元件L32用于准直所述光束以及改变准直后的光束的传播方向。

可选地，所述扫描模组310还包括第二光学元件L33，所述第二光学元件L33用于改变所述第一光学元件L32的输出光束的传播方向。

可选地，所述第二光学元件L33包括相对的非平行的一对表面，所述第二光学元件L33的厚度沿至少一个径向变化。

可选地，所述第二光学元件L33包含平面和第二斜面；其中，所述第二斜面为所述第二光学元件L33中靠近第一光学元件L32的面，所述平面为所述第二光学元件L33中远离第一光学元件L32的面，或者，所述平面为所述第二光学元件L33中靠近第一光学元件L32的面，所述第二斜面为所述第二光学元件L33中远离第一光学元件L32的面。

其中，第一光学元件L32出射的平行光束经过第二光学元件L33后，光路的方向发生改变，采用第一光学元件L32和第二光学元件L33的配合可以实现对任意方向出射光束。可以理解，第一光学元件和第二光学元件的个数可以根据实际情况进行设置，在此不做限制。

可选地，所述第二光学元件可以是光楔、凸透镜、凹透镜、反射镜或其它改变光路的光学元件。

在一个实施例中，参见图3，第三光学元件L31、第一光学元件L32、第二光学元件L33均位于光源LD3的一侧，第三光学元件L31可以是包含曲面和平面的准直元件，所述第三光学元件L31的平面作为光源LD3发射的光束的入光面，与光源LD3相对，所述第三光学元件L31的曲面作为光源LD3发射的光束的出光面，与第一光学元件L32中针对由测距模组320发射的光束(即光源LD3发射的光束)的入光面相对；第一光学元件L32包含曲面和第一斜面，所述第一光学元件L32的曲面为所述第一光学元件L32中针对由测距模组320发射的光束(即光源LD3发射的光束)的入光面，与所述第三光学元件L31出射准直后的且由光源LD3发射的光束的面相对，所述第一斜面为所述第一光学元件中针对由测距模组320发射的光束(即光源LD3发射的光束)出光面，且相对所述曲面靠近所述第二光学元件L33；所述第二光学元件L33可以是包含平面和第二斜面的光楔，所述第二光学元件L33的平面或第二斜面均可以作为入光面或出光面。

光源LD3发射光束，光束经过第三光学元件L31的平面进入所述第三光学元件L31，所述第三光学元件L31对所述光束进行准直后所述光束变为平行光束由所述第三光学元件L31的曲面射出；然后通过第一光学元件L32的曲面进入所述第一光学元件L32，所述第一光学元件L32对所述光束进行准直以及改变其传播的方向后，经过再次准直和改变方向的光束由所述第一光学元件L32的第一斜面射出；然后通过第二光学元件L33的一面进入所述第二光学元件L33，所述第二光学元件L33改变所述光束的传播方向后，由所述第二光学元件L33的另一面射出。驱动器驱动所述第一光学元件L32、所述第二光学元件L33中的目标光学元件，以实现在不同方向的扫描，形成扫描视场。

在光学元件的制造工艺中，非球面的加工成本比较高，而类似于球面的加工成本相对比较低。由于上述实施例中保留了第三光学元件L31进行准直，在光束的传播过程中，经过第三光学元件L31和第一光学元件L32两次准直，可以获得稳定的良好的准直效果，则可以相应的降低每一次准直过程对光学元件的曲面的要求，从而可以实现降低相应光学元件的曲面加工要求，达到降低成本的目的。

可选地，所述第三光学元件L31和/或第一光学元件L32的曲面可以是球面或非球面。其中，所述球面可以是凸球面或凹球面。可以理解，所述准直元件和/或第一光学元件的曲面的材料和具体面型参数可以根据实际情况和需要进行设置，在此不做限制。

在一个实施例中，所述第三光学元件L31和第一光学元件L32的曲面均采用球面，此时像差和球差更小，可以以较低的成本获得较高的光学特征。

可以理解，第一光学元件的设置位置除了本实用新型各个实施例说明的内容，其也可以应用于测距模组中。也即，具有准直以及改变光束的传播方向的光学元件可以设置于扫描模组中，也可以设置于测距模组中。

具体的，本实用新型还提供了一种测距装置，该测距模组包括：扫描模组和测距模组，所述测距模组用于向所述扫描模组发射光束，经探测物反射回的光束经过所述扫描模组后入射至所述测距模组，所述测距模组用于根据反射回的光束确定所述探测物与所述测距装置之间的距离，所述测距装置还包括一光学元件，所述光学元件用于准直所述测距装置发射的所述光束以及改变准直后的光束的传播方向，所述光学元件设于所述扫描模组或所述测距模组中。其中，该测距装置中与上述本实用新型的两个实施例中的测距装置的相同或相似内容可以沿用上述说明，同时，所述光学元件的内容可以参照上述本实用新型的两个实施例中的第一光学元件的相应内容，此处不再赘述。

需要说明的是，本文中各个实施例中的起到相同或相似作用的元件或元件的组合均可以相互替代。如，图2和图3所示的实施例中与如下图4、图5中起到相同或相似作用的元件或元件的组合，同样可以用于图4、图5所示的实施例中。如第一光学元件、第二光学元件、第三光学元件及其组合、扫描模组、测距模组均可以替代图4、图5所示实施例中作用相同或相似的部分。同时，图4、图5所示实施例也可以辅助说明与本实用新型各个实施例中的相同或相似的部分，例如，应用场景。其中，关于图4、图5所示的内容可以参考后面的内容。

本实用新型提供的测距装置可以用于感测外部环境信息，例如，环境目标的距离信息、方位信息、反射强度信息、速度信息等。一种实现方式中，测距装置可以通过测量测距装置和探测物之间光传播的时间，即光飞行时间(Time-of-Flight，TOF)，来探测探测物到测距装置的距离。或者，测距装置也可以通过其他技术来探测探测物到测距装置的距离，例如基于相位移动(phase shift)测量的测距方法，或者基于频率移动(frequency shift)测量的测距方法，在此不做限制。

为了便于理解，以下将结合图4所示的测距装置400对测距的工作流程进行举例描述。

如图4所示，测距装置400可以包括发射电路410、接收电路420、采样电路430和运算电路440。

发射电路410可以发射光脉冲序列(例如激光脉冲序列)。接收电路420可以接收经过被探测物反射的光脉冲序列，并对该光脉冲序列进行光电转换，以得到电信号，再对电信号进行处理之后可以输出给采样电路430。采样电路430可以对电信号进行采样，以获取采样结果。运算电路440可以基于采样电路430的采样结果，以确定测距装置400与被探测物之间的距离。

可选地，该测距装置400还可以包括控制电路450，该控制电路450可以实现对其他电路的控制，例如，可以控制各个电路的工作时间和/或对各个电路进行参数设置等。

应理解，虽然图4示出的测距装置中包括一个发射电路、一个接收电路、一个采样电路和一个运算电路，用于出射一路光束进行探测，但是本申请实施例并不限于此，发射电路、接收电路、采样电路、运算电路中的任一种电路的数量也可以是至少两个，用于沿相同方向或分别沿不同方向出射至少两路光束；其中，该至少两束光路可以是同时出射，也可以是分别在不同时刻出射。一个示例中，该至少两个发射电路中的发光芯片封装在同一个模块中。例如，每个发射电路包括一个激光发射芯片，该至少两个发射电路中的激光发射芯片中的d i e封装到一起，容置在同一个封装空间中。

一些实现方式中，除了图4所示的电路，测距装置400还可以包括扫描模组(未示出)，用于将发射电路出射的至少一路激光脉冲序列改变传播方向出射。

其中，可以将包括发射电路410、接收电路420、采样电路430和运算电路440的模组，或者，包括发射电路410、接收电路420、采样电路430、运算电路440和控制电路450的模组称为测距模组，该测距模组可以独立于其他模组，例如，扫描模组。

测距装置中可以采用同轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内共用至少部分光路。例如，发射电路出射的至少一路激光脉冲序列经扫描模组改变传播方向出射后，经探测物反射回来的激光脉冲序列经过扫描模组后入射至接收电路。或者，测距装置也可以采用异轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内分别沿不同的光路传输。图5示出了一种测距装置采用同轴光路的一种实施例的示意图。

测距装置500包括测距模组510，测距模组510包括发射器503(可以包括上述的发射电路)、准直元件504、探测器505(可以包括上述的接收电路、采样电路和运算电路)和光路改变元件506。测距模组510用于发射光束，且接收回光，将回光转换为电信号。其中，发射器503可以用于发射光脉冲序列。在一个实施例中，发射器503可以发射激光脉冲序列。可选的，发射器503发射出的激光束为波长在可见光范围之外的窄带宽光束。准直元件504设置于发射器的出射光路上，用于准直从发射器503发出的光束，将发射器503发出的光束准直为平行光出射至扫描模组。准直元件还用于会聚经探测物反射的回光的至少一部分。该准直元件504可以是准直透镜或者是其他能够准直光束的元件。

在图5所示实施例中，通过光路改变元件506来将测距装置内的发射光路和接收光路在准直元件504之前合并，使得发射光路和接收光路可以共用同一个准直元件，使得光路更加紧凑。在其他的一些实现方式中，也可以是发射器503和探测器505分别使用各自的准直元件，将光路改变元件506设置在准直元件之后的光路上。

在图5所示实施例中，由于发射器503出射光束的光束孔径较小，测距装置所接收到的回光的光束孔径较大，所以光路改变元件可以采用小面积的反射镜来将发射光路和接收光路合并。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以采用带通孔的反射镜，其中该通孔用于透射发射器503的出射光，反射镜用于将回光反射至探测器505。这样可以减小采用小反射镜的情况中小反射镜的支架会对回光的遮挡。

在图5所示实施例中，光路改变元件偏离了准直元件504的光轴。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以位于准直元件504的光轴上。

测距装置500还包括扫描模组502。扫描模组502放置于测距模组510的出射光路上，扫描模组502用于改变经准直元件504出射的准直光束519的传输方向并投射至外界环境，并将回光投射至准直元件504。回光经准直元件504汇聚到探测器505上。

在一个实施例中，扫描模组502可以包括至少一个光学元件，用于改变光束的传播路径，其中，该光学元件可以通过对光束进行反射、折射、衍射等等方式来改变光束传播路径。例如，扫描模组502包括透镜、反射镜、棱镜、振镜、光栅、液晶、光学相控阵(OpticalPhased Array)或上述光学元件的任意组合。一个示例中，至少部分光学元件是运动的，例如通过驱动模块来驱动该至少部分光学元件进行运动，该运动的光学元件可以在不同时刻将光束反射、折射或衍射至不同的方向。在一些实施例中，扫描模组502的多个光学元件可以绕共同的轴509旋转或振动，每个旋转或振动的光学元件用于不断改变入射光束的传播方向。在一个实施例中，扫描模组502的多个光学元件可以以不同的转速旋转，或以不同的速度振动。在另一个实施例中，扫描模组502的至少部分光学元件可以以基本相同的转速旋转。在一些实施例中，扫描模组的多个光学元件也可以是绕不同的轴旋转。在一些实施例中，扫描模组的多个光学元件也可以是以相同的方向旋转，或以不同的方向旋转；或者沿相同的方向振动，或者沿不同的方向振动，在此不作限制。

在一个实施例中，扫描模组502包括第一光学元件514和与第一光学元件514连接的驱动器516，驱动器516用于驱动第一光学元件514绕转动轴509转动，使第一光学元件514改变准直光束519的方向。第一光学元件214将准直光束219投射至不同的方向。在一个实施例中，准直光束519经第一光学元件改变后的方向与转动轴509的夹角随着第一光学元件514的转动而变化。在一个实施例中，第一光学元件514包括相对的非平行的一对表面，准直光束519穿过该对表面。在一个实施例中，第一光学元件514包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第一光学元件514包括楔角棱镜，对准直光束519进行折射。

在一个实施例中，扫描模组502还包括第二光学元件515，第二光学元件515绕转动轴509转动，第二光学元件515的转动速度与第一光学元件514的转动速度不同。第二光学元件515用于改变第一光学元件514投射的光束的方向。在一个实施例中，第二光学元件515与另一驱动器517连接，驱动器517驱动第二光学元件515转动。第一光学元件514和第二光学元件515可以由相同或不同的驱动器驱动，使第一光学元件514和第二光学元件515的转速和/或转向不同，从而将准直光束519投射至外界空间不同的方向，可以扫描较大的空间范围。在一个实施例中，控制器518控制驱动器516和517，分别驱动第一光学元件514和第二光学元件515。第一光学元件514和第二光学元件515的转速可以根据实际应用中预期扫描的区域和样式确定。驱动器516和517可以包括电机或其他驱动器。

在一个实施例中，第二光学元件515包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第二光学元件515包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第二光学元件515包括楔角棱镜。

一个实施例中，扫描模组502还包括第三光学元件(图未示)和用于驱动第三光学元件运动的驱动器。可选地，该第三光学元件包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第三光学元件包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第三光学元件包括楔角棱镜。第一、第二和第三光学元件中的至少两个光学元件以不同的转速和/或转向转动。

扫描模组502中的各光学元件旋转可以将光投射至不同的方向，例如光511和513的方向，如此对测距装置500周围的空间进行扫描。当扫描模组502投射出的光511打到被探测物501时，一部分光被探测物501沿与投射的光511相反的方向反射至测距装置500。被探测物501反射的回光512经过扫描模组502后入射至准直元件504。

探测器505与发射器503放置于准直元件504的同一侧，探测器505用于将穿过准直元件504的至少部分回光转换为电信号。

一个实施例中，各光学元件上镀有增透膜。可选的，增透膜的厚度与发射器503发射出的光束的波长相等或接近，能够增加透射光束的强度。

一个实施例中，测距装置中位于光束传播路径上的一个元件表面上镀有滤光层，或者在光束传播路径上设置有滤光器，用于至少透射发射器所出射的光束所在波段，反射其他波段，以减少环境光给接收器带来的噪音。

在一些实施例中，发射器503可以包括激光二极管，通过激光二极管发射纳秒级别的激光脉冲。进一步地，可以确定激光脉冲接收时间，例如，通过探测电信号脉冲的上升沿时间和/或下降沿时间确定激光脉冲接收时间。如此，测距装置500可以利用脉冲接收时间信息和脉冲发出时间信息计算TOF，从而确定被探测物501到测距装置500的距离。

测距装置500探测到的距离和方位可以用于遥感、避障、测绘、建模、导航等。在一种实施例中，本实用新型实施例的测距装置可应用于可移动平台，测距装置可安装在可移动平台的平台本体。具有测距装置的可移动平台可对外部环境进行测量，例如，测量可移动平台与障碍物的距离用于避障等用途，和对外部环境进行二维或三维的测绘。在某些实施例中，可移动平台包括无人飞行器、汽车、遥控车、机器人、相机中的至少一种。当测距装置应用于无人飞行器时，平台本体为无人飞行器的机身。当测距装置应用于汽车时，平台本体为汽车的车身。该汽车可以是自动驾驶汽车或者半自动驾驶汽车，在此不做限制。当测距装置应用于遥控车时，平台本体为遥控车的车身。当测距装置应用于机器人时，平台本体为机器人。当测距装置应用于相机时，平台本体为相机本身。

本实用新型通过提供上述光扫描模组、测距装置以及可移动平台，通过改变光学元件的形状使光学元件之间的设置更加紧凑，实现以较低的成本获得较高的光学特性，且有效缩减整个装置的体积，有利于提高整个装置的性能。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种扫描模组，所述扫描模组包括至少一个光学元件和至少一个驱动器，至少一个所述光学元件用于改变由测距模组发射的光束的传播方向，至少一个所述驱动器用于驱动至少一个所述光学元件中的目标光学元件进行运动，其特征在于，至少一个所述光学元件包括第一光学元件，所述第一光学元件相对于至少一个所述光学元件中的其它光学元件靠近所述光束进入所述扫描模组的位置，且所述第一光学元件用于准直所述光束以及改变准直后的光束的传播方向。

2.如权利要求1所述的扫描模组，其特征在于，所述第一光学元件包含曲面和第一斜面，所述曲面为所述第一光学元件针对所述光束的入光面，所述第一斜面为所述第一光学元件针对所述准直后的光束的出光面。

3.如权利要求1或2所述的扫描模组，其特征在于，至少一个所述光学元件还包括第二光学元件，所述第二光学元件用于改变所述第一光学元件的输出光束的传播方向。

4.如权利要求3所述的扫描模组，其特征在于，所述第二光学元件包括相对的非平行的一对表面，所述第二光学元件的厚度沿至少一个径向变化。

5.如权利要求4所述的扫描模组，其特征在于，所述第二光学元件包含平面和第二斜面；

其中，所述第二斜面为所述第二光学元件中靠近所述第一光学元件的面，所述平面为所述第二光学元件中远离所述第一光学元件的面，或者，所述平面为所述第二光学元件中靠近所述第一光学元件的面，所述第二斜面为所述第二光学元件远离所述第一光学元件的面。

6.如权利要求2所述的扫描模组，其特征在于，所述曲面包括球面或非球面。

7.如权利要求6所述的扫描模组，其特征在于，所述球面包括凸球面或凹球面。

8.一种测距装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-7中任一项所述的扫描模组；

测距模组，所述测距模组用于向所述扫描模组发射光束，所述扫描模组用于改变所述光束的传播方向后出射，经探测物反射回的光束经过所述扫描模组后入射至所述测距模组，所述测距模组用于根据反射回的光束确定所述探测物与所述测距装置之间的距离。

9.如权利要求8所述的测距装置，其特征在于，所述测距模组包括发射器，所述发射器用于发射所述光束；

所述扫描模组中的第一光学元件设置于所述发射器的出射光路上，用于准直从所述发射器发射的光束。

10.如权利要求8所述的测距装置，其特征在于，所述测距模组包括发射器和第三光学元件，所述发射器用于发射所述光束；

所述第三光学元件设置于所述发射器的出射光路上，用于准直从所述发射器发射的光束；

所述第一光学元件设置在所述第三光学元件的出射光路上，用于准直所述第三光学元件输出的光束。

11.如权利要求10所述的测距装置，其特征在于，所述第三光学元件包括相对的非平行的一对表面，所述第三光学元件的一对表面包含至少一个曲面。

12.一种测距装置，包括扫描模组和测距模组，所述测距模组用于向所述扫描模组发射光束，经探测物反射回的光束经过所述扫描模组后入射至所述测距模组，所述测距模组用于根据反射回的光束确定所述探测物与所述测距装置之间的距离，其特征在于，所述测距装置还包括一光学元件，所述光学元件用于准直所述测距模组发射的所述光束以及改变准直后的光束的传播方向，所述光学元件设于所述扫描模组或所述测距模组中。

13.如权利要求12所述的测距装置，其特征在于，所述光学元件包含曲面和斜面，所述曲面为所述光学元件针对所述光束的入光面，所述斜面为所述光学元件针对所述准直后的光束的出光面。

14.一种可移动平台，其特征在于，包括：

平台本体；以及

如权利要求8-11任一所述的测距装置或如权利要求12-13任一项所述的测距装置，安装在所述平台本体上。

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