本實(shí)用新型涉及雷達(dá)測(cè)距領(lǐng)域，具體涉及一種提高整機(jī)效率的無(wú)盲區(qū)同軸裝置以及一種紅外測(cè)距裝置。

背景技術(shù)：

無(wú)盲區(qū)同軸光學(xué)測(cè)距裝置是一種使用分光鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)測(cè)距的設(shè)備。目前，通常的光學(xué)測(cè)距裝置包括：光發(fā)射模塊、準(zhǔn)直鏡片、光學(xué)接收鏡頭、接收并處理信號(hào)的芯片等。發(fā)射單元和接收單元通常垂直安裝，通過(guò)分光鏡的分光作用（通常半透半反鏡），達(dá)到發(fā)射和接收共軸的目的，見(jiàn)圖1。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理為發(fā)射單元發(fā)出經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直光束照射到被測(cè)物體表面，經(jīng)過(guò)被測(cè)表面的漫反射（通常為朗伯散射），被接收鏡頭接收，會(huì)聚到接收芯片上，通過(guò)測(cè)量發(fā)射到接收之間的時(shí)間差，已知光速，即可求出被測(cè)物體到裝置的距離。目前廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、環(huán)境檢測(cè)、定高等。

但是，由于分光鏡（半透半反鏡）的原理性問(wèn)題，導(dǎo)致從發(fā)射單元出射的光經(jīng)過(guò)分光鏡后有50%的損耗，接收單元經(jīng)過(guò)分光鏡后依然存在50%的損耗，最后被探測(cè)芯片接收到的能量會(huì)衰減嚴(yán)重，特別是對(duì)能量要求高的場(chǎng)合，這種系統(tǒng)所帶來(lái)的測(cè)量距離的減小將是巨大的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種提高整機(jī)光利用效率的無(wú)盲區(qū)同軸裝置，在分光鏡一定的距離安裝全反射鏡，從而可以達(dá)到無(wú)盲區(qū)的目的，同時(shí)增加對(duì)光的利用效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案：

一種同軸裝置，包括：接收單元、發(fā)射單元、分光鏡和反射鏡，發(fā)射單元發(fā)射光束到分光鏡上，一部分光被分光鏡反射形成光束a，另一部分透過(guò)分光鏡被反射鏡反射形成光束b，光束a和光束b在空氣中傳播遇到物體被反射回分光鏡和反射鏡，接收單元接收反射光。

可選地，所述接收單元包括：感光芯片，會(huì)聚透鏡或者透鏡組，其中所述會(huì)聚透鏡或者透鏡組設(shè)置于所述感光芯片的接收光路上。

可選地，所述發(fā)射單元包括：光源，光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組，其中所述光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組設(shè)置于所述發(fā)射單元光源的光路上。

可選地，所述接收單元和所述發(fā)射單元的光軸垂直，并分別與所述分光鏡成45度放置，所述反射鏡平行于所述分光鏡。

可選地，所述接收單元的接收光路上設(shè)置有接收鏡頭，所述接收單元的接收鏡頭視場(chǎng)角大于發(fā)射單元的發(fā)散角。

可選地，所述發(fā)射單元中的光源為激光光源或LED光源。

可選地，所述裝置可在光束a的發(fā)出光路上放置兩個(gè)相互平行且與所述分光鏡成90度夾角的第一補(bǔ)償反射鏡和第二補(bǔ)償反射鏡，兩個(gè)補(bǔ)償反射鏡之間的距離等于所述分光鏡和所述反射鏡之間的距離。

可選地，所述第一補(bǔ)償反射鏡和所述第二補(bǔ)償反射鏡組成的光程差消除模塊可整體繞著接收單元的接收主光軸旋轉(zhuǎn)的位置上固定設(shè)置。

可選地，所述發(fā)射單元的光軸和所述接收單元的光軸小于90度放置，所述分光鏡與所述反射鏡平行設(shè)置。

一種紅外測(cè)距裝置，包括外殼、同軸裝置、信號(hào)處理單元，所述同軸裝置為上述實(shí)施例之一所述的同軸裝置，所述同軸裝置和所述信號(hào)處理單元設(shè)置于所述外殼內(nèi)部，所述信號(hào)處理單元與接收單元相連接，所述信號(hào)處理單元根據(jù)接收單元的信號(hào)數(shù)據(jù)，基于飛行時(shí)間法，計(jì)算自身與障礙物之間的距離。

優(yōu)選的，所述紅外測(cè)距裝置用于無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人以及移動(dòng)機(jī)器人中。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為：

滿足遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)發(fā)射能量損失較少，近距離時(shí)得益于分光片的共軸結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到無(wú)盲區(qū)的效果。設(shè)置光程差消除模塊，解決系統(tǒng)裝置造成的光程差。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)盲區(qū)同軸光學(xué)測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中的無(wú)盲區(qū)同軸光學(xué)測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中的消除基線影響的無(wú)盲區(qū)同軸光學(xué)測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中的具有夾角的光軸結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上，平行于分光鏡一定的距離安裝全反射鏡。通過(guò)分光鏡，會(huì)產(chǎn)生與接收共軸的反射出去的光束a，產(chǎn)生的另一部分透射光經(jīng)過(guò)反射鏡的反射，生成光束b。由于發(fā)散角的存在，在一定的距離后，兩束光束會(huì)逐漸的接近和重合，達(dá)到極低光學(xué)損耗發(fā)射的目的。同時(shí)，兼顧了同軸方案的優(yōu)點(diǎn)，從而可以達(dá)到無(wú)盲區(qū)的目的，見(jiàn)圖2。

在圖2中，此光學(xué)測(cè)距裝置的同軸裝置包括：接收單元1、發(fā)射單元2、分光鏡3、反射鏡4。該同軸裝置為紅外測(cè)距雷達(dá)中的一部分，在紅外測(cè)距雷達(dá)工作過(guò)程中，發(fā)射單元2發(fā)出紅外探測(cè)光，該紅外探測(cè)光入射到分光鏡3上，其中一部分光被分光鏡3反射，形成光束a，另一部分光透過(guò)分光鏡3，射向反射鏡4，反射鏡4將光束反射形成光束b，光束a和光束b出射到外部環(huán)境中，遇到障礙物被反射。被障礙物反射回的光束分別射向分光鏡3和反射鏡4，其中，直接射向分光鏡3的光束部分透過(guò)，入射到接收單元1，其中被障礙物反射回的一部分反射光射向反射鏡4的光束經(jīng)過(guò)反射鏡4反射后射向分光鏡3，被分光鏡3反射的光束射入到接收單元1中。接收單元1接收被分光鏡3反射和透射的光束，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。紅外測(cè)距雷達(dá)中的信號(hào)處理單元根據(jù)接收單元1的信號(hào)數(shù)據(jù)，基于飛行時(shí)間法，計(jì)算自身與障礙物之間的距離。

發(fā)射單元2包括主動(dòng)光源，具有光束準(zhǔn)直的透鏡或者透鏡組。該主動(dòng)光源為激光或者LED。接收單元1包括感光芯片，會(huì)聚透鏡或者透鏡組。接收單元和發(fā)射單元主光軸垂直放置，并分別與分光鏡45度放置，平行于分光鏡安裝全反射鏡。該分光鏡為半透半反鏡?？蛇x的，在圖2中的接收單元1與發(fā)射單元2的位置可以互換。

發(fā)射單元2發(fā)出探測(cè)光束，射向分光鏡3。光束通過(guò)分光鏡3，其中一部分會(huì)產(chǎn)生與接收單元1共軸的反射出去的光束a，由發(fā)射單元2發(fā)出的另一部分光束透過(guò)分光鏡3，該透射光經(jīng)過(guò)反射鏡4的反射，生成光束b。由于發(fā)散角的存在，在一定的距離后，兩束光束會(huì)逐漸的接近和重合。在此實(shí)施例中，由發(fā)射單元2發(fā)出的全部探測(cè)光束，分別形成光束a和光束b發(fā)射到外部環(huán)境中，發(fā)射單元2所發(fā)出的探測(cè)光束全部被利用，達(dá)到極低光學(xué)損耗發(fā)射的目的。同時(shí)，兼顧了同軸方案的優(yōu)點(diǎn)，可以達(dá)到無(wú)盲區(qū)的目的。

在其中的一實(shí)施例中，在發(fā)射單元2的發(fā)射光路上設(shè)置有光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組。該光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組設(shè)置于分光鏡3與發(fā)射單元2之間?？蛇x地，該光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組還可以設(shè)置于光束a和光束b的出射光路上。光束a與光束b通過(guò)光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組后，射向外部環(huán)境中，如果選用該方案，該光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組同時(shí)也起到了將由障礙物反射回的探測(cè)光會(huì)聚的作用，使得接收單元1能夠接收到更多的被障礙物反射會(huì)的探測(cè)光束。光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組，把具有大的發(fā)散角的主動(dòng)光源（激光二極管、LED等）進(jìn)行光學(xué)上的準(zhǔn)直，達(dá)到較小的發(fā)散角。該光束準(zhǔn)直透鏡或者透鏡組，包括球面、非球面透鏡組合以及非對(duì)稱(chēng)自由曲面透鏡，也可以是二元衍射光學(xué)器件（Diffractive Optical Elements，DOE）。

所述的分光鏡是半透半反鏡，反射率和透過(guò)率各50%。所述分光鏡也可以是不同反射透射比的分光鏡。

所述的分光鏡的透射反射比，可以通過(guò)實(shí)際需要解決盲區(qū)的大小來(lái)進(jìn)行配比，以達(dá)到最大的光能利用率。由于發(fā)射光的透過(guò)率很高，整機(jī)的效率主要取決于接收單元的通過(guò)分光鏡的損耗，因此可以增加分光鏡的透射反射比，來(lái)顯著增加遠(yuǎn)距離時(shí)的光能利用率。

接收單元1包括感光芯片，會(huì)聚透鏡或者透鏡組。在接收單元1的感光芯片接收光路上，設(shè)置會(huì)聚透鏡或者透鏡組。優(yōu)選地，所述會(huì)聚透鏡或者透明組為接收鏡頭。所述會(huì)聚透鏡或者透鏡組將被分光鏡3反射向接收單元1中感光芯片的光線成像和/或會(huì)聚。所述會(huì)聚透鏡或者透鏡組設(shè)置于接收單元1的感光芯片與分光鏡3之間?？蛇x地，所述會(huì)聚透鏡或者透鏡組設(shè)置于光束a出射的光路上，如果采用如此設(shè)置，該會(huì)聚透鏡或者透鏡組同時(shí)起到將由分光鏡3反射的光束a準(zhǔn)直的作用。所述的接收單元的接收鏡頭，需要有大于發(fā)射單元2中光源發(fā)散角的視場(chǎng)角（Field of View，F(xiàn)OV），在遠(yuǎn)距離時(shí)可以有效的利用還未完全重合的兩束光a和b，達(dá)到最大的光能利用率。

所述的反射鏡是全反射鏡，需要與分光鏡平行放置，且中心的基線距離需要盡量變小，以最大限度的減小兩束光接近的距離，提高利用率。

所述的反射鏡，可以通過(guò)鍍高反膜等提高反射率。

所述的同軸裝置，會(huì)造成一些等于反射鏡4與分光鏡3之間的基線距離的光程差問(wèn)題，在一些要求不高的場(chǎng)合，配合較小的基線，影響可以忽略。

在其他的實(shí)施例中，如圖3所示，所述的系統(tǒng)裝置造成的光程差的問(wèn)題，可以通過(guò)引入額外的兩片補(bǔ)償反射鏡進(jìn)行解決。第一補(bǔ)償反射鏡5與第二補(bǔ)償反射鏡6組成光程差消除模塊7，第一補(bǔ)償反射鏡5和第二補(bǔ)償反射鏡6之間引入的光程差與之前系統(tǒng)造成的光程差相抵消。第一補(bǔ)償反射鏡5和第二補(bǔ)償反射鏡6之間的距離等于分光鏡3和反射鏡4之間的基線距離。第一補(bǔ)償反射鏡5與第二補(bǔ)償反射鏡6平行設(shè)置。第一補(bǔ)償反射鏡5和第二補(bǔ)償反射鏡6與所述分光鏡3成90度夾角。

第一補(bǔ)償反射鏡5與第二補(bǔ)償反射鏡6組成的光程差消除模塊7，可整體繞著接收單元1的接收主光軸旋轉(zhuǎn)的位置上固定設(shè)置，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩束出射光束a’和光束b之間的夾角最小，從而減小同軸裝置的探測(cè)盲區(qū)。

所述的光程差消除的光學(xué)元件，不僅僅限于反射鏡，也可以是棱鏡、特殊的光學(xué)材料等。

如圖4所示，所述的發(fā)射單元光軸和接收單元光軸不僅限于垂直放置，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整夾角。

在可選的實(shí)施例中，反射鏡4與分光鏡3可以不平行設(shè)置，而成小的角度，只需要滿足光束a與光束b的出射方向相近，能夠出射向同一方向上的障礙物?；蛘哒{(diào)整反射鏡4與分光鏡3的夾角，使得光束a與光束b聚集，使得在照射到障礙物上時(shí)，光束a與光束b接近照射到同一區(qū)域。

一種紅外測(cè)距裝置，包括外殼、同軸裝置、信號(hào)處理單元，所述同軸裝置為上述實(shí)施例之一所述的同軸裝置，所述同軸裝置和所述信號(hào)處理單元設(shè)置于所述外殼內(nèi)部，所述信號(hào)處理單元與接收單元相連接，所述信號(hào)處理單元根據(jù)接收單元的信號(hào)數(shù)據(jù)，基于飛行時(shí)間法，計(jì)算自身與障礙物之間的距離。優(yōu)選的，所述紅外測(cè)距裝置用于無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人以及移動(dòng)機(jī)器人中。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。