[实用新型]一种环形反射结构的激光三角测距传感器

说明书

本实用新型提供一种环形反射结构的激光三角测距传感器，通过环形反射镜将被测目标表面的激光光斑进行360°环形反射，经过镜头之后成像到相机的像面之上，并形成一个圆环。该成像圆环的直径与目标的被测距离成对应关系，由此可以实现激光测距。当激光指向性出现变化时，该成像圆环的位置也随之改变，但是成像圆环的直径并不会发生变化，由此可以从原理上彻底克服激光指向性变化的影响。该方法不仅可以彻底解决激光指向性问题，而且可以显著提高测距精度。该测距传感器可以采用通用的工业级镜头与相机，成本低、易于实现。传感器整体结构呈轴对称，具有更广泛的实用性和通用性。

技术领域

本实用新型涉及一种测距传感器。具体地，是一种可以克服激光指向性变化的环形反射结构激光三角测距传感器。

背景技术

激光测距方法一般有四种原理：激光飞行时间法（ToF）、激光相位差法、激光三角法和激光共焦法。飞行时间法利用激光脉冲的飞行时间实现目标距离的测量，它仅适合于远距离测量，近距离测量时精度较低；相位差法是利用激光连续波动相位差实现目标距离测量，适合终端距离测距，但是精度仍然很低；激光三角法是一种基于激光三角测距原理实现目标距离的测量，它具有高精度、量程大等卓越特性，成为短距离高精度测距的首选方法；激光共焦发是利用激光色散原理实现目标距离测量，其特点是绝对精度极高，但是量程也极小，应用受限明显。

对于激光三角测距传感器而言，激光束是其工作介质，也是测距基准。当激光束出现指向性变化时，将导致测量光斑成像位置的变化，从而带来测量误差。特别是对于采用半导体激光器的情形下，其指向性同时存在抖动和漂移，进行同时影响测距型互感器的重复精度和稳定性。

有学者对经典的激光三角测距结构进行扩展，建立了左右两个对称的结构，从两个方向上对被测物体进行测量。这种方案可以削弱激光束指向性变化的影响，但是并不能彻底消除。特别是当采用左右两个不同的光电器件时，补偿效果将大打折扣。与此同时，这种对称结构的系统复杂、价格高、实现难度大，难于推广应用。

发明内容

本实用新型针对现有激光三角测距传感器对激光指向性变化敏感的严重缺陷，提出一种环形反射结构的方法，采用环形反射镜将被测目标表面的激光光斑进行360°环形反射，通过镜头之后成像到相机的像面之上，并形成一个圆环。该成像圆环的直径与目标的被测距离成对应关系，由此可以实现激光测距。当激光指向性出现变化时，该成像圆环的位置也随之改变，但是成像圆环的直径并不会发生变化，由此可以从原理上彻底克服激光指向性变化的影响。该方法不仅可以彻底解决激光指向性问题，而且可以显著提高测距精度。该传感器可以采用通用的工业级镜头与相机来构建，成本低、易于实现。传感器整体结构呈轴对称，具有更广泛的实用性和通用性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的环形反射结构激光三角测距传感器的特殊之处在于，所述的传感器包括相机、镜头、激光器、聚焦镜、反射镜、滤光片等几个部分，其中：

所述的相机为工业级面阵相机，位于传感器的最上端，负责将光信号转变为图像信号；

所述的镜头为工业级镜头，安装于相机上，负责将反射镜反射的光信号成像到相机的像面之上；

所述的激光器为工业级半导体激光器，位于镜头下端，激光器光轴与镜头的光轴同轴，并保持一段距离，用于产生激光束，并投向聚焦镜；

所述的聚焦镜为聚焦准直镜组，其光轴与激光器和镜头光轴同轴，负责将激光器产生的发散激光束进行聚焦，投射到被测目标表面并形成激光光斑，同时具有一定的准直功能；

所述的反射镜为环形反射镜，其光轴与聚焦镜、激光器和镜头的光轴同轴，其内圆柱表面具有高反射率，可从360°方向将激光光斑进行反射，并投向镜头；

所述的滤光片为窄带滤光片，中心内波长与激光器的中心波长一致，可以滤除其他波长环境光的干扰。