DE202022003129U1

DE202022003129U1 - Entfernungsmessgerät, Lidar, und mobiler Roboter

Info

Publication number: DE202022003129U1
Application number: DE202022003129.7U
Authority: DE
Original assignee: Shenzhen Camsense Technologies Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Camsense Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2024-12-23
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: EP4047388A1; EP4047388B1; EP4047388C0; JP2022128450A; JP7430886B2; US20220268899A1

Abstract

Entfernungsmessgerät (100), das eine Laseremissionseinheit (10), eine erste Empfangseinheit (20), eine zweite Empfangseinheit (30) und eine Recheneinheit (40) umfasst, wobei
die Laseremissionseinheit (10) dazu konfiguriert ist, Laserimpuls an ein Zielobjekt, dessen Entfernung gemessen werden soll, zu emittieren;
die erste Empfangseinheit (20) dazu konfiguriert ist, den von dem Zielobjekt reflektierten Laserimpuls zu empfangen und ein entsprechendes erstes Signal zu erzeugen;
die zweite Empfangseinheit (30) dazu konfiguriert ist, den von dem Zielobjekt reflektierten Laserimpuls zu empfangen und ein entsprechendes zweites Signal zu erzeugen; und die Recheneinheit (40) dazu konfiguriert ist, das erste Signal und das zweite Signal zu empfangen und jeweils Entfernungsberechnung und -bestimmung gemäß einem Dreiecksentfernungsprinzip bzw. einem Flugzeitprinzip durchzuführen; wobei das erste Signal zum Berechnen und Bestimmen einer ersten Entfernung gemäß dem Dreiecksentfernungsprinzip verwendet wird; das zweite Signal zum Berechnen und Bestimmen einer zweiten Entfernung gemäß dem Flugzeitprinzip verwendet wird; dadurch gekennzeichnet, dass
das Entfernungsmessgerät ferner das folgende Merkmal (a) oder Merkmal (b) umfasst:
(a) das Entfernungsmessgerät umfasst ferner eine Leiterplatte (50), wobei die erste Empfangseinheit (20), die zweite Empfangseinheit (30) und die Laseremissionseinheit (10) alle auf der Leiterplatte (50) an unterschiedlichen Positionen eingerichtet sind;
(b) mindestens zwei der Laseremissionseinheit (10), der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) auf unterschiedlichen Leiterplatten eingerichtet sind.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das technische Gebiet der Entfernungsmessung und insbesondere auf ein Entfernungsmessgerät, ein Lidar, das das Entfernungsmessgerät aufweist, und einen mobilen Roboter, der das Entfernungsmessgerät aufweist.
Stand der Technik
Mit der Miniaturisierung der Komponenten und Teile und den niedrigen Kosten wird die räumliche Positionierungstechnologie immer beliebter. Die räumliche Positionierungstechnologie kann im Bereich der autonomen Navigation eingesetzt werden, zum Beispiel bei mobilen Haushaltsrobotern, unbemannten Luftfahrzeugen, unbemannten Fahrzeugen und dergleichen. In der räumlichen Positionierungstechnologie ist die optische Positionierungstechnologie wegen ihrer hohen Präzision und schnellen Reaktion weit verbreitet.
In der optischen Positionierungstechnologie schließt das gängigste Entfernungsmessgerät im Wesentlichen eine lichtemittierende Baugruppe und eine lichtempfangende Baugruppe ein. Das mit dem Entfernungsmesser verbundene Verfahren ist in der Regel ein Dreiecksverfahren, bei dem die Messdistanz und - präzision moderat sind, die Reaktion schnell ist und die Hardwarekosten relativ gering sind. Daher verwenden die meisten optischen Positionierungsgeräte für Verbraucher, wie beispielsweise Lidars für Bodenwischroboter, weitgehend das Dreiecksprinzip.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Entfernungsmessgerät 1 aus dem Stand der Technik dargestellt. Das Entfernungsmessgerät 1 kann auf dem Prinzip der Dreiecksentfernungsmessung basieren und schließt hauptsächlich eine Laseremissionsbaugruppe 2 und eine Bildsensorbaugruppe 3 ein. Das Messprinzip des Entfernungsmessgeräts 1 besteht darin, dass der Laser durch die Laseremissionsbaugruppe 2 emittiert wird, das vom Ziel reflektierte Licht von der Bildsensorbaugruppe 3 durch eine Lichtempfangsbaugruppe 4 erfasst wird und eine Signalantwort an einer bestimmten Flächenposition der Bildsensorbaugruppe 3 erzeugt wird.
Das Entfernungsmessgerät 1 kann ferner einen Modulträger 7 mit einer Basis 5 und einer oberen Abdeckung 6 aufweisen. Der Modulträger 7 ist so konfiguriert, dass die Laseremissionsbaugruppe 2, die Lichtempfangsbaugruppe 4 und die Bildsensorbaugruppe 3 darauf montiert werden können.
Obwohl der Entfernungsmesser, der das Dreiecksprinzip verwendet, eine hohe Messpräzision für kurze Entfernungen aufweist, ist die Messpräzision für lange Entfernungen schlecht, was die Anwendung des Entfernungsmessgeräts, der das Dreiecksprinzip verwendet, für eine Messung über lange Entfernungen schwierig macht. WO 2020/098771 A1 offenbart ein Laserradarsystem, umfassend mehrere Sendeempfangsmodule zum Senden von Impulslaserstrahlen und zum Empfangen von Echosignalen, die von einem zu erfassenden Ziel reflektiert werden, der Impulslaserstrahlen; und mindestens ein Scanmodul zum Reflektieren der von den mehreren Sendeempfangsmodulen gesendeten Impulslaserstrahlen in einen dreidimensionalen Raum und zum Reflektieren der Echosignale an entsprechende Sendeempfangsmodule, wobei die mehreren Sendeempfangsmodule nebeneinander angeordnet sind und das Scanmodul an einer Seite der mehreren Sendeempfangsmodule angeordnet ist, die Impulslaser der mehreren Sendeempfangsmodule alle dem mindestens einen Scanmodul zugewandt sind, jedes Sendeempfangsmodul entsprechend ein Teilsichtfeld erfasst und mehrere Teilsichtfelder durch Sichtfeldspleißung ein Gesamtsichtfeld des Laserradarsystems bilden. EP2711667 offenbart eine Entfernungsmessungsvorrichtung, die einen Sender und zwei Empfänger auf einer Seite des Senders umfasst.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Entfernungsmessgerät bereit, das Folgendes einschließt: eine Laseremissionseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserimpuls auf ein zu entfernendes Zielobjekt aussendet; eine erste Empfangseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den von dem Zielobjekt reflektierten Laserimpuls empfängt und ein entsprechendes erstes Signal erzeugt; eine zweite Empfangseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den von dem Zielobjekt reflektierten Laserimpuls empfängt und ein entsprechendes zweites Signal erzeugt; und eine Recheneinheit, die so konfiguriert ist, dass sie das erste Signal und das zweite Signal empfängt und eine Entfernungsberechnung und -bestimmung nach einem Triangulations- bzw. einem Flugzeitprinzip durchführt; wobei das erste Signal zum Berechnen und Bestimmen einer ersten Entfernung nach dem Dreiecksentfernungsprinzip verwendet wird; das zweite Signal zum Berechnen und Bestimmen einer zweiten Entfernung nach dem Flugzeitprinzip verwendet wird. Das Entfernungsmessgerät schließt ferner folgendes Merkmal (a) oder Merkmal (b) ein:

(a) das Entfernungsmessgerät umfasst ferner eine Leiterplatte, wobei die erste Empfangseinheit, die zweite Empfangseinheit und die Laseremissionseinheit alle auf der Leiterplatte an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind; (b) mindestens zwei der Laseremissionseinheit, die erste Empfangseinheit und die zweite Empfangseinheit auf unterschiedlichen Leiterplatten und einem reflektierenden Spiegel angeordnet sind, der so konfiguriert ist, dass er den von dem Zielobjekt reflektierten Impulslaser zu mindestens einer der ersten Empfangseinheit und der zweiten Empfangseinheit reflektiert; wobei eine der ersten Empfangseinheit und der zweiten Empfangseinheit links oder rechts von der Laseremissionseinheit angeordnet ist; die andere der ersten Empfangseinheit und der zweiten Empfangseinheit hinter der Laseremissionseinheit angeordnet ist und der reflektierende Spiegel so konfiguriert ist, dass er den von dem Zielobjekt reflektierten Impulslaser zu der anderen der ersten Empfangseinheit und der zweiten Empfangseinheit reflektiert; die andere der ersten Empfangseinheit und der zweiten Empfangseinheit vertikal oder schräg angeordnet ist; und die eine der ersten Empfangseinheit und der zweiten Empfangseinheit und die Laseremissionseinheit auf derselben Leiterplatte oder auf verschiedenen Leiterplatten angeordnet sind.

Vorzugsweise sind die erste Empfangseinheit (20) und die zweite Empfangseinheit (30) auf zwei Seiten der Laseremissionseinheit (10) angeordnet; oder die erste Empfangseinheit (20) und die zweite Empfangseinheit (30) sind auf der gleichen Seite der Laseremissionseinheit (10) angeordnet.
Vorzugsweise ist die Recheneinheit (40) konfiguriert, um: das erste Signal nach dem Dreiecksentfernungsprinzip zu analysieren, um den ersten Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät zu erfahren, und das zweite Signal nach dem Flugzeitprinzip zu analysieren, um den zweiten Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät zu erfahren; und einen Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät in gewichteter Art und Weise nach dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand zu bestimmen.
Vorzugsweise stehen eine optische Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10) und eine optische Achse (X5) der zweiten Empfangseinheit (30) beide senkrecht zur Leiterplatte (50); wobei das Entfernungsmessgerät ferner eine erste Linse (21) umfasst, die es dem reflektierten Impulslaser ermöglicht, die erste Empfangseinheit (20) zu passieren und auf diese projiziert zu werden.
Vorzugsweise steht eine optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) senkrecht zur Leiterplatte (50), eine optische Achse (X1) der ersten Linse (21) und die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) sind parallel und versetzt, und die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) ist weiter von der optischen Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10) entfernt als die optische Achse (X1) der ersten Linse (21); oder die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) ist senkrecht zu der Leiterplatte (50), und die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) schneidet sich sowohl mit der optischen Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) als auch mit der optischen Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10), und die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) geht durch eine Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit (20); oder die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) schneidet sich mit der optischen Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10), und die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) verläuft durch eine Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit (20) und steht senkrecht dazu.
Vorzugsweise umfasst das Entfernungsmessgerät ferner eine zweite Linse (31), durch die der reflektierte Impulslaser hindurchtreten und auf die zweite Empfangseinheit (30) projiziert werden kann; das Entfernungsmessgerät umfasst ferner eine dritte Linse (11), durch die der emittierte Impulslaser hindurchtreten kann; und die dritte Linse (11) ist an einem dritten Rahmen (12) angebracht, der an der Leiterplatte (50) befestigt ist.
Vorzugsweise umfasst das Entfernungsmessgerät ferner eine erste Linse (21), die es dem reflektierten Impulslaser ermöglicht, die erste Empfangseinheit (20) zu durchdringen und auf diese projiziert zu werden, wobei die erste Linse (21) an einem ersten Rahmen (22) angebracht ist und der erste Rahmen (22) an dem dritten Rahmen (12) angebracht ist; und/oder das Entfernungsmessgerät ferner eine zweite Linse (31) umfasst, durch die der reflektierte Impulslaser hindurchtreten und auf die zweite Empfangseinheit (30) projiziert werden kann, wobei die zweite Linse (31) auf einem zweiten Rahmen (32) montiert ist und der zweite Rahmen (32) auf dem dritten Rahmen (12) montiert ist.
Vorzugsweise umfasst die erste Empfangseinheit (20) einen optischen CMOS- oder CCD-Sensor; und/oder die zweite Empfangseinheit (30) umfasst eine Einzelphotonen-Avalanche-Diode oder eine Avalanche-Fotodiode oder eine schnelle Fotodiode.
Vorzugsweise sind die Laseremissionseinheit (10), die erste Empfangseinheit (20) und die zweite Empfangseinheit (30) jeweils auf einer ersten Leiterplatte (51), einer zweiten Leiterplatte (52) und einer dritten Leiterplatte (53) angeordnet.
Vorzugsweise umfasst das Entfernungsmessgerät ferner eine Befestigungsstruktur (70), die die erste Leiterplatte (51), die zweite Leiterplatte (52) und die dritte Leiterplatte (53) relativ festhält; oder die Laseremissionseinheit (10) und die erste Empfangseinheit (20) sind auf einer vierten Leiterplatte (54) angeordnet, und die zweite Empfangseinheit (30) ist auf einer dritten Leiterplatte (53) angeordnet; und das Entfernungsmessgerät umfasst ferner eine Befestigungsstruktur (70), die die vierte Leiterplatte (54) und die dritte Leiterplatte (53) relativ festhält; oder die Laseremissionseinheit (10) und die zweite Empfangseinheit (30) sind auf einer fünften Leiterplatte (55) angeordnet, und die erste Empfangseinheit (20) ist auf der zweiten Leiterplatte (52) angeordnet; und das Entfernungsmessgerät umfasst ferner eine Befestigungsstruktur (70), die die fünfte Leiterplatte (55) und die zweite Leiterplatte (52) relativ festhält.
Vorzugsweise ist eine der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) oben oder unten mit der Laseremissionseinheit (10) angeordnet, und die andere der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) ist links oder rechts mit der Laseremissionseinheit (10) angeordnet; die verschiedenen Leiterplatten sind so angeordnet, dass sie parallel zueinander sind; oder mindestens zwei der verschiedenen Leiterplatten sind so angeordnet, dass sie nicht parallel sind.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Lidar bereit, das Folgendes einschließt: eines der oben genannten Entfernungsmessgeräte; und ein rotierendes Schwenk-Neige-Gerät. Das Schwenk-Neige-Gerät schließt eine Basis, eine Drehscheibe, einen Übertragungsmechanismus und ein Entfernungsmessgerät ein, wobei die Drehscheibe drehbar auf der Basis montiert ist, das Entfernungsmessgerät auf der Basis montiert ist, der Übertragungsmechanismus die Drehscheibe mit dem Entfernungsmessgerät verbindet und das Entfernungsmessgerät auf der Drehscheibe angeordnet ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen mobilen Roboter bereit, der eines der oben genannten Lidars einschließt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine oder mehrere Implementierungen werden durch die entsprechenden begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. Diese beispielhaften Beschreibungen stellen keine Einschränkung der Ausführungsformen dar. Die Elemente mit den gleichen Bezugsnummern in den Zeichnungen sind als ähnliche Elemente gekennzeichnet, und wenn nicht anders angegeben, stellen die Zeichnungen in den beigefügten Zeichnungen keine Maßstabsbegrenzung dar.

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Entfernungsmessgeräts aus dem Stand der Technik.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Entfernungsmessgerätes, das durch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Entfernungsmessgeräts, das in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
4 ist eine schematische Ansicht eines optischen Pfades des Entfernungsmessgerätes von 3.
5 ist eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät, das in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
6 ist eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät, das in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
7 ist eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät, das in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
8 ist eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät, das in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
9 ist eine weitere schematische Draufsicht auf das Entfernungsmessgerät, das in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
10 ist eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät, das in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
11 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Entfernungsmessgeräts, das in einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
12 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Entfernungsmessgeräts, das in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
13 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Entfernungsmessgeräts, das in einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Lidars, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
15 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Lidars von 14.

Detaillierte Beschreibung
Um das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern, wird eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Offenbarung durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und spezifischen Ausführungsformen gegeben. Es ist zu beachten, dass ein Element, das als „an einem anderen Element befestigt“ bezeichnet wird, direkt an dem anderen Element angebracht sein kann oder dass ein oder mehrere Zwischenelemente dazwischen liegen können. Wenn ein Element als „verbunden“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, kann es direkt mit dem anderen Element verbunden sein oder es können ein oder mehrere Zwischenelemente dazwischen liegen. Die Begriffe „vertikal“, „horizontal“, „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „innen“, „außen“, „unterhalb“ usw., wie sie in der Beschreibung verwendet werden, weisen auf die Ausrichtung oder Positionsbeziehung hin, die auf der in den Zeichnungen gezeigten Ausrichtung oder Positionsbeziehung basiert, und dienen nur der Einfachheit der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung und der Vereinfachung der Beschreibung, anstatt anzuzeigen oder zu implizieren, dass die Vorrichtung oder das Element eine bestimmte Ausrichtung aufweisen oder in einer bestimmten Ausrichtung konstruiert und betrieben werden muss, und können daher nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung verstanden werden. Ferner dienen die Begriffe „erster“ und „zweiter“ usw. nur der Beschreibung und sind nicht als Hinweis auf eine relative Bedeutung zu verstehen.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Die in der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendeten Begriffe dienen nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung zu verstehen. Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Punkte ein.
Ferner können die technischen Merkmale verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die im Folgenden beschrieben werden, miteinander kombiniert werden, solange sie nicht miteinander in Konflikt geraten.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 werden eine schematische perspektivische Ansicht und eine schematische Schnittansicht eines Entfernungsmessgeräts 100 gezeigt, das durch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Das Entfernungsmessgerät 100 kann vor allem eine Laseremissionseinheit 10, eine erste Empfangseinheit 20, eine zweite Empfangseinheit 30, eine Recheneinheit 40 und eine Leiterplatte 50 einschließen. Die Laseremissionseinheit 10, die erste Empfangseinheit 20, die zweite Empfangseinheit 30 und die Recheneinheit 40 sind alle mit der Leiterplatte 50 verbunden, um Signalübertragung, Steuerung und ähnliches zu realisieren.
Die Laseremissionseinheit 10 ist so konfiguriert, dass sie Impulslaser auf ein Zielobjekt emittiert, das in Reichweite ist. Die Laseremissionseinheit 10 kann als Laserdiode ausgeführt sein, die Laserpulse zur Entfernungsmessung aussendet. Der von der Laseremissionseinheit 10 emittierte Impulslaser kann ein Hochfrequenzimpulslaser sein, zum Beispiel ein Impulslaser mit 1 kHz oder mehr. Die Laseremissionseinheit 10, wie beispielsweise eine Laserdiode, kann auf der Leiterplatte 50 durch Löten montiert oder integral auf der Leiterplatte 50 angeordnet sein. Die optische Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 kann senkrecht zur Leiterplatte 50 angeordnet sein. Eine Steuervorrichtung zur Steuerung des von der Laseremissionseinheit 10 emittierten Laserpulses kann auf der Leiterplatte 50 angebracht werden, und eine solche Steuervorrichtung kann in die Recheneinheit 40 integriert werden, sodass die Recheneinheit 40 zu einem Hauptsteuergerät wird. Es ist klar, dass in anderen bevorzugten Ausführungsformen auch andere Geräte, die Laseremissionen abgeben können, als Laseremissionseinheit 10 verwendet werden können.
Die erste Empfangseinheit 20 ist so konfiguriert, dass sie den vom Zielobjekt reflektierten Impulslaser empfängt und ein entsprechendes erstes Signal erzeugt; das erste Signal dient zur Berechnung und Bestimmung der Entfernung nach dem Prinzip der trigonometrischen Entfernungsmessung, d.h. das erste Signal wird an die Recheneinheit 40 übertragen, damit die Recheneinheit 40 die Entfernungsberechnung und -bestimmung nach dem ersten Signal und nach dem Prinzip der trigonometrischen Entfernungsmessung durchführt. Die erste Empfangseinheit 20 kann durch Schweißen auf der Leiterplatte 50 montiert werden oder integral auf der Leiterplatte 50 angeordnet sein. Die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 kann senkrecht zur Leiterplatte 50 angeordnet sein, und die erste Empfangseinheit 20 kann ein entsprechendes fotoelektrisches Signal erzeugen und es über einen Weg auf der Leiterplatte 50 an die Recheneinheit 40 übertragen, wenn sie einen vom Zielobjekt reflektierten Laserimpuls erfasst. Die Recheneinheit 40 kann das fotoelektrische Signal nach dem Prinzip der trigonometrischen Entfernungsmessung analysieren und berechnen, um die Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 zu ermitteln.
Das Prinzip der trigonometrischen Entfernungsmessung besteht darin, dass die Laseremissionseinheit 10 einen Laser emittiert und das reflektierte Licht nach der Bestrahlung eines Zielobjekts von der ersten Empfangseinheit 20, zum Beispiel einem linearen CCD (Charge Coupled Device), empfangen wird, und da die Laseremissionseinheit 10 und die erste Empfangseinheit 20 einen gewissen Abstand voneinander haben, werden Zielobjekte in verschiedenen Entfernungen an verschiedenen Positionen auf der ersten Empfangseinheit 20, zum Beispiel dem linearen CCD, nach optischen Wegen abgebildet; ferner kann die Entfernung zwischen dem gemessenen Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 durch Berechnung nach der trigonometrischen Formel abgeleitet werden.
Die zweite Empfangseinheit 30 ist so konfiguriert, dass sie den vom Zielobjekt reflektierten Impulslaser empfängt und ein entsprechendes zweites Signal erzeugt; das zweite Signal dient zur Berechnung und Bestimmung der Entfernung nach dem Flugzeitprinzip, d. h. das zweite Signal wird an die Recheneinheit 40 übertragen, damit die Recheneinheit 40 die Entfernung nach dem zweiten Signal und nach dem Flugzeitprinzip berechnet und bestimmt. Wobei sich die zweite Empfangseinheit 30 von der ersten Empfangseinheit 20 unterscheiden kann; zum Beispiel schließt die zweite Empfangseinheit 30 eine Einzelphotonen-Avalanche-Diode (SPAD) ein; SPAD ist ein einzigartig gestalteter Bildsensor, bei dem jedes Pixel ein elektronisches Element hat; wenn ein einzelnes Photon, Photon genannt, an einem Pixel ankommt, wird es „mehrfach überlagert“, um einen einzigen großen elektrischen Impuls zu erzeugen; die Funktion, mehrere Elektronen in einem einzelnen Photon zu erzeugen, stellt viele Vorteile bereit, wie beispielsweise eine hochpräzise Entfernungsmessung und eine höhere Empfindlichkeit während der Bildaufnahme und so weiter. Die zweite Empfangseinheit 30 kann durch Schweißen auf der Leiterplatte 50 montiert werden oder integral auf der Leiterplatte 50 angeordnet sein. Die optische Achse X5 der zweiten Empfangseinheit 30 kann senkrecht zur Leiterplatte 50 angeordnet sein. Die zweite Empfangseinheit 30 kann, wenn sie den vom Zielobjekt reflektierten Laserimpuls erfasst, ein entsprechendes fotoelektrisches Signal erzeugen und es über eine Leitung auf der Leiterplatte 50 an die Recheneinheit 40 übertragen. Die Recheneinheit 40 kann das fotoelektrische Signal nach dem Flugzeitprinzip (TOF) analysieren und berechnen, um die Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 zu ermitteln.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Flugzeitprinzip darin besteht, dass die Laseremissionseinheit 10 einen Laserpuls aussendet und die Sendezeit von einem Zeitgeber aufgezeichnet wird, und dass nach der Bestrahlung des Zielobjekts das reflektierte Licht von der zweiten Empfangseinheit 30 empfangen wird und die Empfangszeit vom Zeitgeber aufgezeichnet wird; die Subtraktion der beiden Zeiten ergibt die „Flugzeit“ des Lichts, und da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, kann die Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 leicht berechnet werden, nachdem die Geschwindigkeit und die Zeit bekannt sind.
Wie oben beschrieben, ist die Recheneinheit 40 so konfiguriert, dass sie das erste Signal und das zweite Signal empfängt und eine Entfernungsberechnung und - bestimmung nach dem Dreiecksentfernungsprinzip bzw. dem Flugzeitprinzip durchführt.
Die Recheneinheit 40 kann zum Beispiel so eingerichtet sein, dass sie die folgende Operation durchführt.
Die Recheneinheit 40 kann das erste Signal nach dem Dreiecksprinzip analysieren, um einen ersten Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 zu ermitteln, und das zweite Signal nach dem Flugzeitprinzip analysieren, um einen zweiten Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 zu ermitteln; außerdem kann die Recheneinheit 40 den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 gewichtet nach dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand bestimmen.
In einem Beispiel kann die Recheneinheit 40 den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 bestimmen, indem sie in erster Linie den zweiten Abstand annimmt, wenn der erste Abstand und der zweite Abstand beide über einem ersten festgelegten Abstand liegen. Der erste eingestellte Abstand kann zum Beispiel 10 Meter betragen. Wenn der erste Abstand 11 Meter und der zweite Abstand 12 Meter beträgt, bestimmt die Recheneinheit 40 den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 als 12 Meter. Denn wenn der Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 relativ groß ist, ist die nach dem Flugzeitprinzip berechnete Entfernung relativ genau. Natürlich kann bei der gewichteten Berechnung auch der erste Abstand berücksichtigt werden; außerdem können die Gewichte des ersten und des zweiten Abstands bei der gewichteten Berechnung nach Experimenten bestimmt werden.
In einem Beispiel kann die Recheneinheit 40 den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 bestimmen, indem sie in erster Linie den ersten Abstand annimmt, wenn der erste Abstand und der zweite Abstand beide unter einem zweiten Sollabstand liegen, wobei der zweite Sollabstand kleiner ist als der erste Sollabstand. Der erste eingestellte Abstand kann zum Beispiel 5 Meter betragen. Wenn der erste Abstand 4 Meter und der zweite Abstand 3 Meter beträgt, bestimmt die Recheneinheit 40 den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 als 4 Meter. Denn wenn der Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 relativ gering ist, ist die nach dem Dreiecksprinzip berechnete Entfernung relativ genau. Natürlich kann bei der gewichteten Berechnung auch der zweite Abstand berücksichtigt werden; außerdem können die Gewichte des ersten und des zweiten Abstands bei der gewichteten Berechnung nach Experimenten bestimmt werden.
In einem Beispiel kann die Recheneinheit 40, wenn der erste Abstand und der zweite Abstand beide größer als der zweite eingestellte Abstand und kleiner als der erste eingestellte Abstand sind, einen gewichteten Durchschnitt über den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 durchführen, indem sie den ersten Abstand und den zweiten Abstand übernimmt, um das Endergebnis zu bestimmen. Wenn zum Beispiel der erste Abstand 8 Meter und der zweite Abstand 9 Meter beträgt, bestimmt die Recheneinheit 40 den Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 als Durchschnitt von 9 plus 8, also 8,5 Meter. Denn wenn der Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät 100 in der Mitte liegt, wird der gewichtete Mittelwert aus den beiden nach dem Dreiecksentfernungsprinzip und dem Flugzeitprinzip berechneten Abständen durchgeführt, sodass ein genauerer Abstand ermittelt werden kann. Bei der gewichteten Berechnung können die Gewichte des ersten Abstands und des zweiten Abstands bei der gewichteten Berechnung nach Experimenten bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, kann das Entfernungsmessgerät 100 ferner eine erste Linse 21 einschließen, durch die der vom Zielobjekt reflektierte Impulslaser hindurchgeht und auf die erste Empfangseinheit 20 projiziert wird. Die erste Linse 21 kann auf einem ersten Rahmen 22 montiert werden, der an der Leiterplatte 50 befestigt werden kann, so dass sich die erste Linse 21 im Wesentlichen oberhalb der ersten Aufnahmeeinheit 20 befindet. Der vom Zielobjekt zurückgeworfene Laserimpuls kann durch die erste Linse 21 fokussiert und kollimiert werden, bevor er von der ersten Empfangseinheit 20 erfasst wird. Darüber hinaus kann die erste Linse 21 eine asphärische Linse sein, wie beispielsweise eine asphärische Glaslinse; daher kann durch die Verwendung einer asphärischen Linse, d. h. die Verwendung einer einzigen Linse für die Linse der ersten Empfangseinheit 20, die Struktur des Kameraobjektivs des Entfernungsmessgeräts effektiv vereinfacht werden, und der Zusammenbau ist bequem, sodass die Kosten für den Zusammenbau der ersten Empfangseinheit 20 und des gesamten Entfernungsmessgeräts effektiv reduziert werden können.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, können die optische Achse X1 der ersten Linse 21 und die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 parallel und versetzt angeordnet sein, d. h. die erste Empfangseinheit 20 ist in Bezug auf die erste Linse 21 vorgespannt. Außerdem ist die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 weiter von der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 entfernt als die optische Achse X1 der ersten Linse 21. Zum Beispiel kann die optische Achse X1 der ersten Linse 21 eine zentrale Achse davon sein, die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 kann eine Achse sein, die durch den zentralen Punkt der ersten Empfangseinheit 20 und senkrecht dazu verläuft, und die optische Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 kann die zentrale Achse davon sein. Zum Beispiel befinden sich in der in 3 gezeigten Ausführungsform die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 und die optische Achse X1 der ersten Linse 21 beide auf der linken Seite der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10, und die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 verschiebt sich weiter nach links als die optische Achse X1 der ersten Linse 21. Darüber hinaus können sich die erste Empfangseinheit 20 und die erste Linse 21 auch auf der rechten Seite der Laseremissionseinheit 10 befinden; zu diesem Zeitpunkt befinden sich die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 und die optische Achse X1 der ersten Linse 21 beide auf der rechten Seite der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10, und die optische Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 verschiebt sich weiter nach rechts als die optische Achse X1 der ersten Linse 21. In Verbindung mit der Darstellung in 4 werden in einem kurzen Messbereich, da der von der Laseremissionseinheit 10 emittierte Laser L auf das Zielobjekt gestrahlt wird, die verschiedenen reflektierten Lichter L1, L2, L3 usw. größtenteils in Richtung der ersten Empfangseinheit 20 weg von der Laseremissionseinheit 10 projiziert, nachdem sie die erste Linse 21 passiert haben. Die Vorspannung der ersten Empfangseinheit 20 von der Seite der Laseremissionseinheit 10 weg maximiert daher die Nutzung der Sensorzielfläche der ersten Empfangseinheit 20.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, kann das Entfernungsmessgerät 100 ferner eine zweite Linse 31 einschließen, durch die der vom Zielobjekt reflektierte Impulslaser hindurchgeht und auf die zweite Empfangseinheit 30 projiziert wird. Die zweite Linse 31 kann auf einem zweiten Rahmen 32 montiert werden, der an der Leiterplatte 50 befestigt werden kann, sodass sich die zweite Linse 31 oberhalb der zweiten Aufnahmeeinheit 30 befindet. Die optische Achse X6 der zweiten Linse 31 kann so angeordnet sein, dass sie senkrecht zur Leiterplatte 50 steht und mit der optischen Achse X5 der zweiten Aufnahmeeinheit 30 übereinstimmt; alternativ kann die zweite Linse 31 als einstellbarer Abschnitt angeordnet sein, und die optische Achse X6 der zweiten Linse 31 kann auch nicht vollständig mit der optischen Achse X5 der zweiten Aufnahmeeinheit 30 übereinstimmen, wenn die zweite Linse 31 auf einen bevorzugten Effekt eingestellt ist. Der vom Zielobjekt reflektierte Laserimpuls kann von der zweiten Linse 31 fokussiert und kollimiert werden, bevor er von der zweiten Empfangseinheit 30 erfasst wird. Zum Beispiel kann die optische Achse X6 der zweiten Linse 31 eine zentrale Achse davon sein, und die optische Achse X5 der zweiten Empfangseinheit 30 kann eine Achse sein, die durch den zentralen Punkt der zweiten Empfangseinheit 30 und rechtwinklig dazu verläuft.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, kann das Entfernungsmessgerät 100 ferner eine dritte Linse 11 einschließen, durch die der emittierte Impulslaser hindurchgeht und auf das Zielobjekt projiziert wird. Die dritte Linse 11 kann auf einem dritten Rahmen 12 montiert werden, der an der Leiterplatte 50 befestigt werden kann, sodass sich die dritte Linse 11 oberhalb der Laseremissionseinheit 10 befindet. Die optische Achse X4 der dritten Linse 11 kann so angeordnet werden, dass sie senkrecht zur Leiterplatte 50 steht und mit der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 zusammenfällt; alternativ kann die optische Achse X4 der dritten Linse 11 auch nicht mit der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 zusammenfallen, weil die optische Achse X4 der dritten Linse 11 etwas höher als die optische Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein kann, um den Laserneigungswinkel leicht nach oben zu verlagern. Der von der Laseremissionseinheit 10 emittierte Laserimpuls kann durch die dritte Linse 11 nach außen übertragen werden, die in der Lage ist, den durch sie hindurchtretenden Laserimpuls zu fokussieren und zu kollimieren. Die optische Achse X4 der dritten Linse 11 kann zum Beispiel die zentrale Achse sein.
Die erste Linse 21, die zweite Linse 31 und die dritte Linse 11 können linsenförmig sein, und sie können auch mit weiteren Linsen kombiniert werden. Die dritte Linse 11 kann zum Beispiel auch mit einer oder mehreren Linsen zu einer Linsengruppe kombiniert werden, um den von der Laseremissionseinheit 10 emittierten Laserimpuls zu fokussieren und zu kollimieren und dann nach außen zu übertragen. Die zweite Linse 31 kann auch mit einer oder mehreren Linsen zu einer Linsengruppe kombiniert werden, um den vom Zielobjekt reflektierten Laserimpuls zu fokussieren und zu kollimieren, bevor der Laserimpuls von der zweiten Empfangseinheit 30 erfasst wird. Außerdem kann in einer Ausführungsform, bei der die optische Achse X1 der ersten Linse 21 und die optische Achse X2 der ersten Aufnahmeeinheit 20 versetzt angeordnet sind, eine einzige erste Linse 21 oberhalb der ersten Aufnahmeeinheit 20 angeordnet werden. Die Brennweite der ersten Linse 21 kann kleiner oder gleich 16 mm sein und beispielsweise 16 mm, 14 mm, 12 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7,5 mm, 7 mm, 6 mm oder 5 mm usw. betragen.
Ferner können der erste Rahmen 22, der zweite Rahmen 32 und der dritte Rahmen 12 voneinander unabhängige Komponenten sein. Alternativ können, wie in 2 und 3 gezeigt, der zweite Rahmen 32 und der dritte Rahmen 12 ein einteiliges Element sein und einen Raum zur Aufnahme des ersten Rahmens 22 bilden; dementsprechend kann der erste Rahmen 22 auf einem solchen einteiligen Element montiert werden, das dann auf der Leiterplatte 50 befestigt wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, kann die erste Empfangseinheit 20 einen optischen CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder einen optischen CCD-Sensor einschließen; ferner kann die zweite Empfangseinheit eine Avalanche-Fotodiode (APD) oder eine schnelle Fotodiode einschließen. In dem Entfernungsmessgerät 100 der vorliegenden Anmeldung wird ein reflektiertes Lichtsignal durch die erste Linse 21 fokussiert und dann auf die Oberfläche projiziert, beispielsweise auf die Oberfläche, auf der sich die erste Empfangseinheit 20 eines optischen CMOS- oder CCD-Sensors befindet, im Brennpunktabstand hinter der ersten Linse 21, wobei die Oberfläche der ersten Empfangseinheit 20 im Allgemeinen senkrecht zur optischen Achse der ersten Linse 21 steht; das reflektierte Lichtsignal einen Projektionspunkt auf der Oberfläche der ersten Empfangseinheit 20 erzeugt; die Positionskoordinate des Projektionspunktes auf der Abbildungsfläche der ersten Empfangseinheit 20 durch photoelektrische Signalumwandlung durch die erste Empfangseinheit 20 erhalten werden kann. Der optische CMOS- oder CCD-Sensor kann durch die fotoelektrische Umwandlungsfunktion der fotoelektrischen Vorrichtung ein Lichtbild auf einer Fotooberfläche in ein elektrisches Signal umwandeln, das in einem entsprechenden proportionalen Verhältnis zum Lichtbild steht. Die erste Empfangseinheit 20 kann auf der Leiterplatte 50 durch eine leitende Verbindung wie Schweißen, Löten oder ähnliches angebracht werden. Die erste Empfangseinheit 20 kann auch mit jeder Art von leitender Verbindung mit der Leiterplatte 50 verbunden werden, beispielsweise mit einem leitenden Klebstoff, einem leitenden Gummi, einem Federkontakt, einer flexiblen Leiterplatte, einem Bonddraht oder einer Steckverbindung (THT) usw., oder einer Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen, wie in 2 und 3 gezeigt, können die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Empfangseinheit 30 auf beiden Seiten der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein; dementsprechend sind auch der erste Rahmen 22 und der zweite Rahmen 32 auf beiden Seiten des dritten Rahmens 12 angeordnet. Da viele Radarprodukte, die von Entfernungsmessgeräten eingesetzt werden, wasser- und staubdichte Anforderungen aufweisen, muss eine lichtdurchlässige Dichtungsabdeckung außerhalb des Radars angebracht werden. Die Dichtungsabdeckung kann jedoch einen Brechungseffekt auf dem optischen Pfad erzeugen, sodass der Lichtfleck, der die Signale sendet und empfängt, zusätzlich zur Abschwächung verformt werden kann, was im Allgemeinen zu demselben Effekt wie bei einem zylindrischen Spiegeleffekt führt, wodurch sich der Lichtfleck horizontal ausdehnt und vertikal verengt. Dementsprechend strahlt in der Ausführungsform die Laseremissionseinheit 10 den Laser von der Mitte aus, sodass sich der Lichtfleck symmetrisch ausdehnt, ohne dass es zu einer Schwerpunktverschiebung des Lichtflecks kommt, indem die Laseremissionseinheit 10 in der Mitte angeordnet wird. Im Gegensatz dazu führt die Laseremissionseinheit 10, wenn sie an einer Randposition angeordnet ist, zu einer asymmetrischen Ausdehnung des Lichtflecks, wodurch der Schwerpunkt des Lichtflecks verzerrt wird.
In anderen Ausführungsformen kann die Anordnung der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 und der Laseremissionseinheit 10 geändert werden; beispielsweise können die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Empfangseinheit 30 auf der gleichen Seite der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen, wie in 2 und 3 gezeigt, kann die Leiterplatte 50 eine gedruckte Leiterplatte sein, die ein Substrat einschließen kann, das aus den folgenden Materialien hergestellt werden kann: Cu-Legierungen wie Messing und Bronze; rostfreier Stahl, insbesondere niedrig legierter rostfreier Stahl; Magnesiumlegierungen; Aluminium; Aluminiumlegierungen, insbesondere Aluminium-Knetlegierungen wie EN AW-6061 und dergleichen. Darüber hinaus kann das Substrat der Leiterplatte 50 aus Glas, Glaskeramik oder Keramik und ähnlichen Materialien hergestellt werden. Wenn das Substrat der Leiterplatte 50 aus einem Metallmaterial besteht, kann die Wärme gut abgeleitet werden, um der thermischen Spannung entgegenzuwirken.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird dieselbe Leiterplatte 50 verwendet, was die Struktur kompakt macht und die Montage und Abstandseinstellung zwischen den Komponenten erleichtert. In einigen anderen Ausführungsformen können mindestens zwei der Laseremissionseinheit 10, der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 auch auf verschiedenen Platinen angeordnet sein, um sich an unterschiedliche Anforderungen an die strukturelle Anordnung anzupassen.
Zum Beispiel zeigt 5 eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät 100, das durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Das in der zweiten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100 ist im Wesentlichen dasselbe wie das in der ersten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100, mit folgendem Unterschied: In der zweiten Ausführungsform sind die Laseremissionseinheit 10, die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Empfangseinheit 30 auf einer ersten Leiterplatte 51, einer zweiten Leiterplatte 52 bzw. einer dritten Leiterplatte 53 angeordnet. Die erste Leiterplatte 51, die zweite Leiterplatte 52 und die dritte Leiterplatte 53 können jeweils unabhängige Leiterplatten sein und durch Drähte zur Signalübertragung verbunden sein. Durch die Anordnung verschiedener erster Leiterplatten 51, zweiter Leiterplatten 52 und dritter Leiterplatten 53 können die Positionen der Laseremissionseinheit 10, der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 unabhängig voneinander angeordnet werden; die zweite Leiterplatte 52 und/oder die dritte Leiterplatte 53 können beispielsweise höher als die erste Leiterplatte 51 angeordnet werden, um die Position der ersten Empfangseinheit 20 und/oder der zweiten Empfangseinheit 30, die sich auf der zweiten Leiterplatte 52 und/oder der dritten Leiterplatte 53 in dem Entfernungsmessgerät 100 befinden, anzuheben; alternativ können die erste Leiterplatte 51, die zweite Leiterplatte 52 und die dritte Leiterplatte 53 auf der gleichen horizontalen Höhe angeordnet werden.
In der zweiten Ausführungsform kann das Entfernungsmessgerät 100 ferner eine erste Linse 21, eine zweite Linse 31 und eine dritte Linse 11 einschließen, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähneln. Die Beziehung zwischen der optischen Achse X1, der optischen Achse X6 und der optischen Achse X4 der ersten Linse 21, der zweiten Linse 31 und der dritten Linse 11 sowie der optischen Achse X2, der optischen Achse X5 und der optischen Achse X3 der ersten Empfangseinheit 20, der zweiten Empfangseinheit 30 und der Laseremissionseinheit 10 kann denselben Anordnungsmodus aufweisen wie bei der ersten Ausführungsform. Außerdem kann, wie in 5 gezeigt, die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X2 der ersten Aufnahmeeinheit 20 zusammenfallen.
Ferner kann das Entfernungsmessgerät 100 eine Befestigungsstruktur 70 einschließen, um die erste Leiterplatte 51, die zweite Leiterplatte 52 und die dritte Leiterplatte 53 relativ fest zu halten. Bei der Befestigungsstruktur 70 kann es sich um eine einteilige Struktur oder um eine Struktur handeln, in der mehrere Elemente zusammengefügt sind, solange die erste Leiterplatte 51, die zweite Leiterplatte 52 und die dritte Leiterplatte 53 relativ fest gehalten werden können. Darüber hinaus dient die Befestigungsstruktur 70 auch dazu, die erste Linse 21, die zweite Linse 31 und die dritte Linse 11 zu befestigen.
Unter Bezugnahme auf 6 eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät 100, das durch eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Das in der dritten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100 ist im Wesentlichen dasselbe wie das in der ersten oder zweiten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100, mit folgendem Unterschied: In der dritten Ausführungsform sind die Laseremissionseinheit 10 und die erste Empfangseinheit 20 auf einer vierten Leiterplatte 54 angeordnet, und die zweite Empfangseinheit 30 ist auf der dritten Leiterplatte 53 angeordnet. Das heißt, die vierte Leiterplatte 54 entspricht dem Ersatz der ersten Leiterplatte 51 und der zweiten Leiterplatte 52 in der zweiten Ausführungsform durch eine einzige Leiterplatte. Die vierte Leiterplatte 54 und die dritte Leiterplatte 53 können jeweils unabhängige Leiterplatten sein und durch Drähte zur Signalübertragung verbunden sein. Durch die Anordnung verschiedener vierter Leiterplatten 54 und dritter Leiterplatten 53 kann die Position der zweiten Empfangseinheit 30 unabhängig voneinander festgelegt werden. Beispielsweise kann die dritte Leiterplatte 53 höher als die vierte Leiterplatte 54 angeordnet werden, um die Position der zweiten Empfangseinheit 30, die sich auf der dritten Leiterplatte 53 befindet, im Entfernungsmessgerät 100 anzuheben; alternativ können die vierte Leiterplatte 54 und die dritte Leiterplatte 53 auf derselben horizontalen Höhe angeordnet werden.
Ferner kann in das Entfernungsmessgerät 100 eine Befestigungsstruktur 70 eingeschlossen sein, die die vierte Leiterplatte 54 und die dritte Leiterplatte 53 relativ festhält. Die Befestigungsstruktur 70 in der dritten Ausführungsform kann derjenigen in der zweiten Ausführungsform ähnlich sein und wird hier nicht näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 7 eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät 100, das durch eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Das in der vierten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100 ist im Wesentlichen dasselbe wie das in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100, mit folgendem Unterschied: In der vierten Ausführungsform sind die Laseremissionseinheit 10 und die zweite Empfangseinheit 30 auf einer fünften Leiterplatte 55 angeordnet, und die erste Empfangseinheit 20 ist auf der zweiten Leiterplatte 52 angeordnet. Das heißt, die fünfte Leiterplatte 55 entspricht dem Ersatz der dritten Leiterplatte 53 und der ersten Leiterplatte 51 in der zweiten Ausführungsform durch eine einzige Leiterplatte. Die fünfte Leiterplatte 55 und die zweite Leiterplatte 52 können jeweils unabhängige Leiterplatten sein und durch Drähte zur Signalübertragung verbunden sein. Durch die unterschiedliche Anordnung der fünften Leiterplatte 55 und der zweiten Leiterplatte 52 kann die Position der ersten Empfangseinheit 20 unabhängig voneinander festgelegt werden; beispielsweise kann die zweite Leiterplatte 52 höher als die fünfte Leiterplatte 55 angeordnet werden, um die Position der ersten Empfangseinheit 20, die sich auf der zweiten Leiterplatte 52 befindet, im Entfernungsmessgerät 100 anzuheben; alternativ können die fünfte Leiterplatte 55 und die zweite Leiterplatte 52 auf der gleichen horizontalen Höhe angeordnet werden.
Ferner kann in das Entfernungsmessgerät 100 eine Befestigungsstruktur 70 eingeschlossen sein, die die fünfte Leiterplatte 55 und die zweite Leiterplatte 52 relativ festhält. Die Befestigungsstruktur 70 in der vierten Ausführungsform kann der Befestigungsstruktur 70 in der zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform ähnlich sein und wird hier nicht im Detail beschrieben.
Ferner können in dem Entfernungsmessgerät 100 der oben beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsform die verschiedenen Leiterplatten parallel zueinander angeordnet sein. Zum Beispiel können die erste Leiterplatte 51, die zweite Leiterplatte 52 und die dritte Leiterplatte 53 durch die Befestigungsstruktur 70 parallel zueinander montiert und angeordnet werden.
Alternativ dazu sind in dem Entfernungsmessgerät 100 der oben beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsform mindestens zwei der verschiedenen Leiterplatten nichtparallel angeordnet. Zum Beispiel kann die zweite Leiterplatte 52 oder die dritte Leiterplatte 53 durch die Befestigungsstruktur 70 nicht parallel zur ersten Leiterplatte 51 montiert und angeordnet werden. In einer Ausführungsform sind die erste Linse 21, die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Leiterplatte 52 jeweils schräg in Bezug auf die erste Leiterplatte 51 angeordnet, so dass sich die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 schneidet, wobei die optische Achse X1 der ersten Linse 21 durch die Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit 20 verläuft und senkrecht zu dieser steht und die optische Achse X1 der ersten Linse 21 durch die zweite Leiterplatte 52 verläuft und senkrecht zu dieser steht. Zum Beispiel kann die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 zusammenfallen. Der Winkel, in dem sich die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 schneidet, kann zum Beispiel im Bereich von 3 Grad bis 30 Grad liegen, zum Beispiel 3 Grad, 5 Grad, 8 Grad, 10 Grad, 15 Grad, 20 Grad, 25 Grad, 30 Grad usw. Der Anordnungsmodus maximiert auch die Nutzung der Sensorzieloberfläche der ersten Empfangseinheit 20.
Ferner kann das Entfernungsmessgerät 100 der zweiten bis vierten Ausführungsform auch die oben beschriebene Recheneinheit 40 einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie das erste und das zweite Signal empfängt und die Berechnung und Bestimmung des Abstands nach dem Dreiecksprinzip bzw. dem Flugzeitprinzip durchführt. Die Recheneinheit 40 kann der Recheneinheit in der ersten Ausführungsform ähnlich sein, mit folgendem Unterschied: Die Recheneinheit 40 kann mit allen Leiterplatten in einer der zweiten Ausführungsform bis zur vierten Ausführungsform verbunden sein, um die Übertragung, Steuerung usw. des Signals zu realisieren. Darüber hinaus kann die Recheneinheit 40 auf der ersten Leiterplatte 51, der zweiten Leiterplatte 52, der dritten Leiterplatte 53, der vierten Leiterplatte 54 oder der fünften Leiterplatte 55 montiert werden.
Die Laseremissionseinheit 10, die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Empfangseinheit 30 können in der oben beschriebenen Ausführungsform alle in einer geraden Linie angeordnet sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann eine der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 mit der Laseremissionseinheit 10 nach oben oder unten angeordnet sein, und die andere der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 kann mit der Laseremissionseinheit 10 nach links oder rechts angeordnet sein.
Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf die 8 und 9 sind zwei schematische Draufsichten eines Entfernungsmessgeräts 100, das durch eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird, dargestellt. Das in der fünften Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100 ist im Wesentlichen dasselbe wie das in der ersten bis vierten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100; zum Beispiel sind die Laseremissionseinheit 10, die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Empfangseinheit 30 in der fünften Ausführungsform alle auf derselben Leiterplatte 50 angeordnet; alternativ sind mindestens zwei der Laseremissionseinheit 10, der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 auf verschiedenen Leiterplatten angeordnet; oder wenn verschiedene Leiterplatten verwendet werden, sind die verschiedenen Leiterplatten parallel zueinander angeordnet, oder mindestens zwei der verschiedenen Leiterplatten sind nicht parallel angeordnet; alternativ schließt das Entfernungsmessgerät 100 ferner eine Recheneinheit 40 ein, die so konfiguriert ist, dass sie das erste Signal und das zweite Signal empfängt und eine Abstandsberechnung und - bestimmung nach dem Dreiecksentfernungsprinzip bzw. dem Flugzeitprinzip durchführt. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von dem Entfernungsmessgerät 100, das von der ersten bis zur vierten Ausführungsform bereitgestellt wurde, dadurch, dass in der fünften Ausführungsform die erste Empfangseinheit 20 oberhalb der Laseremissionseinheit 10 und die zweite Empfangseinheit 30 auf der linken Seite der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein kann.
In einigen anderen Ausführungsformen kann die erste Empfangseinheit 20 unterhalb der Laseremissionseinheit 10 und die zweite Empfangseinheit 30 auf der rechten Seite der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein. Alternativ kann die zweite Empfangseinheit 30 über oder unter der Laseremissionseinheit 10 und die erste Empfangseinheit 20 links oder rechts von der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Anordnung der ersten Empfangseinheit 20, zum Beispiel eines optischen CMOS-Sensors oder eines optischen CCD-Sensors, oberhalb und unterhalb der Laseremissionseinheit 10 die folgenden vorteilhaften Effekte aufweist. Erstens, da das Entfernungsmessgerät 100 in der lichtdurchlässigen Abdeckung angeordnet ist, bewirkt die lichtdurchlässige Abdeckung, dass der Lichtfleck auf einer Barriere aufgespalten wird, nachdem sich der Lichtfleck in horizontaler Richtung ausgedehnt hat, was sich auf die Extraktionsgenauigkeit auswirkt und den Berechnungsfehler ferner erhöht; dementsprechend führt die Anordnung der ersten Empfangseinheit 20 und der Laseremissionseinheit 10 nach oben oder unten dazu, dass die Laserschwerpunktberechnung von einer horizontalen Richtung in eine vertikale Richtung wechselt, und daher wird die Berechnung nicht durch den Lichtfleck, der die Barriere aufspaltet, beeinflusst. Zweitens sind die erste Empfangseinheit 20 und die Laseremissionseinheit 10 so angeordnet, dass das Problem der Mehrwegreflexion effektiver vermieden werden kann; denn da die gerade Linie, die durch die optische Achse der Laseremissionseinheit 10 und die optische Achse der ersten Empfangseinheit 20 verläuft, nicht parallel zur horizontalen Ebene ist, wird das erste reflektierte Licht, das durch das von der Laseremissionseinheit 10 emittierte Licht gebildet wird, das in unterschiedlichen Abständen auf die Barriereflächen trifft, immer auf einer festen Höhe des Bildsensors der ersten Empfangseinheit 20 bleiben; es für den größten Teil des zweiten reflektierten Lichtstrahls, der durch den Mehrweg erzeugt wird, schwierig sein wird, die optische Achse der ersten Empfangseinheit 20 für die Bildgebung zu passieren; selbst wenn ein kleiner Teil auf verschiedenen Zeilenhöhen des Bildsensors abgebildet wird, indem er die erste Empfangseinheit 20 passiert, können Informationen anderer Mehrwegreflexionen effektiv gefiltert werden, indem Informationen über eine bestimmte Zeile erfasst werden.
Ferner führt die vertikale Anordnung der ersten Empfangseinheit 20, zum Beispiel eines optischen CMOS-Sensors oder eines optischen CCD-Sensors, und der Laseremissionseinheit 10 zu einer hohen Strukturierungshöhe, die für einige spezifische Anwendungsszenarien (zum Beispiel bei der Anwendung auf den Bodenwischroboter) einen strukturellen Erscheinungseffekt aufweisen kann, da die relevante Struktur für die trigonometrische Entfernungsmessung eine bestimmte Grundlinienhöhe erfordert. Die Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die Höhe durch ein reflektierendes strukturelles Design reduzieren, wie im Folgenden speziell beschrieben.
Zum Beispiel zeigt 10 eine schematische Draufsicht auf ein Entfernungsmessgerät 100, das durch eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Das in der sechsten Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100 ist im Wesentlichen dasselbe wie das von der ersten bis zur fünften Ausführungsform bereitgestellte Entfernungsmessgerät 100; beispielsweise schließt das Entfernungsmessgerät 100 ferner eine Recheneinheit 40 ein, die so konfiguriert ist, dass sie das erste Signal und das zweite Signal empfängt und eine Abstandsberechnung und - bestimmung nach dem Dreiecksentfernungsprinzip bzw. dem Flugzeitprinzip durchführt. Diese sechste Ausführungsform unterscheidet sich von dem Entfernungsmessgerät 100, das von der ersten bis zur fünften Ausführungsform bereitgestellt wurde, dadurch, dass das Entfernungsmessgerät 100 in der sechsten Ausführungsform ferner einen reflektierenden Spiegel 73 einschließt, der so konfiguriert ist, dass er den vom Zielobjekt reflektierten Impulslaser zu mindestens einer der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 reflektiert.
Durch die Anordnung des reflektierenden Spiegels 73 ist es möglich, die Montagepositionen der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 flexibler zu gestalten. Zum Beispiel ist eine der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 links oder rechts von der Laseremissionseinheit 10 angeordnet; die andere der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 ist hinter der Laseremissionseinheit 10 angeordnet, und der Reflexionsspiegel 73 ist so konfiguriert, dass er den vom Zielobjekt reflektierten Impulslaser zu der anderen der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 reflektiert. In der in 10 gezeigten Ausführungsform kann die zweite Empfangseinheit (siehe die zweite Empfangseinheit 30 in 8) links oder rechts neben der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein; die erste Empfangseinheit 20 kann hinter der Laseremissionseinheit 10 angeordnet sein, und der Reflexionsspiegel 73 ist so konfiguriert, dass er den vom Zielobjekt reflektierten Impulslaser zur ersten Empfangseinheit 20 reflektiert.
Wie in 10 gezeigt, handelt es sich bei den beiden gestrichelt dargestellten Komponenten um die erste Empfangseinheit 20 und die erste Linse 21, die angeordnet werden müssen, wenn der reflektierende Spiegel 73 nicht verwendet wird. Dies entspricht in der Tat den in 8 und 9 gezeigten Strukturen. In der sechsten Ausführungsform kann jedoch durch die Anordnung des reflektierenden Spiegels 73 die vertikale Höhe der Laseremissionseinheit 10 und der ersten Empfangseinheit 20, wie beispielsweise eines optischen CMOS-Sensors oder eines optischen CCD-Sensors, verringert werden; außerdem kann die erste Empfangseinheit 20 an anderen Positionen im Entfernungsmessgerät 100 angeordnet werden.
Ferner kann in der sechsten Ausführungsform die andere der ersten Empfangseinheit 20 und der zweiten Empfangseinheit 30 vertikal oder schräg angeordnet sein. Wenn beispielsweise der Reflexionsspiegel 73 den vom Zielobjekt reflektierten Impulslaser zur ersten Empfangseinheit 20 reflektiert, ist die erste Empfangseinheit 20 hinter der Laseremissionseinheit 10 angeordnet, und die erste Empfangseinheit 20 ist vertikal oder schräg angeordnet.
Ferner ist in der sechsten Ausführungsform die erste Empfangseinheit 20 oder die zweite Empfangseinheit 30 links oder rechts von der Laseremissionseinheit 10 angeordnet, und die Laseremissionseinheit 10 kann auf der gleichen Leiterplatte oder auf verschiedenen Leiterplatten angeordnet sein. Es ist leicht zu verstehen, dass bei der Anordnung von vorne und hinten die erste Empfangseinheit 20 oder die zweite Empfangseinheit 30 hinter der Laseremissionseinheit 10 und die Laseremissionseinheit 10 auf verschiedenen Leiterplatten angeordnet werden müssen.
Unter Bezugnahme auf 11 wird eine schematische Schnittansicht eines Entfernungsmessgeräts 100 bereitgestellt, das einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht. Das Entfernungsmessgerät 100 in dieser Ausführungsform kann im Wesentlichen dasselbe sein wie das in 2 bis 4 gezeigte Entfernungsmessgerät 100, mit dem Unterschied, dass die Richtung der optischen Achse X1 der ersten Linse 21 in 11 geändert ist. Insbesondere ist die erste Linse 21 so angeordnet, dass sie in Bezug auf die Leiterplatte 50 schräg steht, sodass sich die optische Achse X1 der ersten Linse 21 sowohl mit der optischen Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 als auch mit der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 schneidet und die optische Achse X1 der ersten Linse 21 durch die Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit 20 verläuft. Zum Beispiel kann sich die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 auf der Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit 20 schneiden; der Winkel, in dem sich die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 und der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 schneidet, kann zum Beispiel im Bereich von 3 Grad bis 30 Grad liegen, zum Beispiel 3 Grad, 5 Grad, 8 Grad, 10 Grad, 15 Grad, 20 Grad, 25 Grad, 30 Grad usw. Der Anordnungsmodus maximiert auch die Nutzung der Sensorzieloberfläche der ersten Empfangseinheit 20. Es wird hier darauf hingewiesen, dass das Merkmal der siebten Ausführungsform auch für die Ausführungsformen von 5 bis 10 gilt.
Unter Bezugnahme auf 12 wird eine schematische Schnittansicht eines Entfernungsmessgeräts 100 bereitgestellt, das einer achten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht. Das Entfernungsmessgerät 100 in dieser Ausführungsform kann im Wesentlichen dasselbe sein wie das in 2 bis 4 gezeigte Entfernungsmessgerät 100, mit dem Unterschied, dass die Richtung der optischen Achse X1 der ersten Linse 21 und die Richtung der optischen Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 in 11 beide geändert sind. Insbesondere sind sowohl die erste Linse 21 als auch die erste Empfangseinheit 20 so angeordnet, dass sie schräg zur Leiterplatte 50 stehen, so dass die optische Achse X1 der ersten Linse 21 die optische Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 schneidet und die optische Achse X1 der ersten Linse 21 durch die Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit 20 verläuft und senkrecht dazu steht. Zum Beispiel kann die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X2 der ersten Empfangseinheit 20 zusammenfallen. Der Winkel, in dem sich die optische Achse X1 der ersten Linse 21 mit der optischen Achse X3 der Laseremissionseinheit 10 schneidet, kann zum Beispiel im Bereich von 3 Grad bis 30 Grad liegen, zum Beispiel 3 Grad, 5 Grad, 8 Grad, 10 Grad, 15 Grad, 20 Grad, 25 Grad, 30 Grad usw. Der Anordnungsmodus kann auch die Nutzung der Sensorzieloberfläche der ersten Empfangseinheit 20 maximieren. Es wird hier darauf hingewiesen, dass das Merkmal der achten Ausführungsform auch für die Ausführungsformen von 5 bis 10 gilt.
Unter Bezugnahme auf 13 wird eine schematische Schnittansicht eines Entfernungsmessgeräts 100 bereitgestellt, das einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht. Das Entfernungsmessgerät 100 in dieser Ausführungsform kann im Wesentlichen dasselbe sein wie das in 2 bis 4 gezeigte Entfernungsmessgerät 100, mit dem Unterschied, dass der erste Rahmen 22, der zweite Rahmen 32 und der dritte Rahmen 12 in 13 verändert sind. Insbesondere in der in 13 gezeigten Ausführungsform kann der dritte Rahmen 12 als Hauptrahmen auf der Leiterplatte 50 montiert werden, und der erste Rahmen 22 und der zweite Rahmen 32 sind jeweils auf dem dritten Rahmen 12 montiert. Der erste Rahmen 22 kann beispielsweise ein Außengewinde aufweisen, um drehbar in einem Gewindeloch des dritten Rahmens 12 befestigt zu werden; der zweite Rahmen 32 kann einen Einführungsabschnitt oder einen Eingriffsabschnitt aufweisen, um in ein Einführungsloch des dritten Rahmens 12 eingeführt zu werden oder mit einem entsprechenden Eingriffsabschnitt des dritten Rahmens 12 verbunden zu werden. Nach dem obigen Modus können die erste Linse 21 und die zweite Linse 31 bequem eingestellt werden, d. h. durch Trennen des ersten Rahmens 22 und des zweiten Rahmens 32, die mit der ersten Linse 21 und der zweiten Linse 31 montiert sind, und des dritten Rahmens 12, der der Hauptrahmen ist, ist es möglich, die relativen Positionen der ersten Linse 21 und der ersten Empfangseinheit 20 und die relativen Positionen der zweiten Linse 31 und der zweiten Empfangseinheit 30 während der Montage einzustellen und sie dann nach der Einstellung mit einem Bindemittel wie Klebstoff zu fixieren. Es wird hier darauf hingewiesen, dass das Merkmal der neunten Ausführungsform auch für die Ausführungsformen von 5 bis 10 gilt.
In dem Entfernungsmessgerät 100, das durch die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird, ist das Entfernungsmessgerät 100 der Anwendung durch die Kombination der Vorteile des TOF-Entfernungsmessgeräts und des trigonometrischen Entfernungsmessgeräts für die Messung von großen Entfernungen und kurzen Entfernungen mit hoher Messgenauigkeit geeignet, da das TOF-Entfernungsmessgerät die Merkmale einer hohen Präzision für große Entfernungen und einer geringen Präzision für kurze Entfernungen aufweist und das trigonometrische Entfernungsmessgerät eine hohe Präzision für kurze Entfernungen und eine geringe Präzision für große Entfernungen hat. Darüber hinaus kann das Entfernungsmessgerät 100, das durch die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird, die Strukturierung kompakter gestalten und gleichzeitig die Messung von langen und kurzen Entfernungen berücksichtigen.
Unter Bezugnahme auf 14 und 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht bzw. eine perspektivische Explosionsansicht eines Lidars 200 dargestellt, das durch eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Wie in 14 und 15, kann das Lidar 200 hauptsächlich eines der oben beschriebenen Entfernungsmessgeräte 100 und ein Schwenk-Neige-Gerät 60 einschließen.
Das Schwenk-Neige-Gerät 60 kann eine Basis 61, eine Drehscheibe 62, einen Übertragungsmechanismus 63 und ein Antriebsgerät 64 einschließen. Die Drehscheibe 62 ist drehbar an der Basis 61 befestigt, das Entfernungsmessgerät 64 ist an der Basis 61 befestigt, der Übertragungsmechanismus 63 verbindet die Drehscheibe 62 mit dem Entfernungsmessgerät 64, und das Entfernungsmessgerät 100 ist auf der Drehscheibe 62 bereitgestellt.
Die Laseremissionseinheit 10 des Entfernungsmessgeräts 100 ist so konfiguriert, dass sie ein optisches Signal des Lasers emittiert, die erste Empfangseinheit 20 und die zweite Empfangseinheit 30 sind so konfiguriert, dass sie das von dem zu messenden Ziel reflektierte optische Signal empfangen und das optische Signal über die Leiterplatte 50 in die Recheneinheit 40 eingeben, die Recheneinheit 40 dient zur Analyse und Verarbeitung des eingegebenen optischen Signals, der Übertragungsmechanismus 63 dient zur Übertragung von Energie zwischen dem Antriebsgerät 64 und der Drehscheibe 62, und das Antriebsgerät 64 dient zur Ausgabe von Energie, um die Drehscheibe 62 um die Drehachse zu drehen. Dementsprechend kann der 360°-Scanbetrieb des Lidars 200 durch die Anordnung des Schwenk-Neige-Geräts 60 realisiert werden.
Ferner schließt das Schwenk-Neige-Gerät 60 ein Ablenkblech 65 ein. Die Basis 61 ist mit einer Aufnahmenut versehen, die Drehscheibe 62 ist drehbar an der Basis 61 angebracht und deckt einen Teil der Aufnahmenut ab, die Drehscheibe 62 kann sich relativ zur Basis 61 um die Drehachse drehen, und der Befestigungsabschnitt der Drehscheibe 62 kann über ein Lager 6201 drehbar an der Basis 41 angebracht werden; die Drehscheibe 65 ist an der Basis 61 angebracht und deckt den anderen Teil der Aufnahmenut ab, d. h. die Drehscheibe 62 und die Drehscheibe 65 decken die Kerbe der Aufnahmenut gemeinsam ab, um zu verhindern, dass Fremdkörper aus der Kerbe der Aufnahmenut in die Aufnahmenut gelangen. Das Antriebsgerät 64 ist auf einer von der Aufnahmenut abgewandten Seite der Basis 61 angebracht, der Übertragungsmechanismus 63 verbindet die Drehscheibe 62 mit dem Antriebsgerät 64, und der Übertragungsmechanismus 63 ist in der Aufnahmenut untergebracht. Durch diese Anordnung kann verhindert werden, dass externe Störstoffe in die Aufnahmenut eindringen und die Arbeit des Übertragungsmechanismus 63 beeinflussen, so dass das Phänomen, dass das Lidar 200 aufgrund der externen Störstoffe nicht normal arbeiten kann, vermieden wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 14 und 15 gezeigt, schließt das Schwenk-Neige-Gerät 60 ferner eine Schale 66 ein, die die drehbare Basis 62 abschirmt und fest mit ihr verbunden ist, und das Entfernungsmessgerät 100 ist in der Schale 66 untergebracht. Die Schale 66 kann mit einer ersten Durchgangsbohrung 661, einer zweiten Durchgangsbohrung 662 und einer dritten Durchgangsbohrung 663 versehen sein. Das erste Durchgangsloch 661 und das zweite Durchgangsloch 662 können der ersten Empfangseinheit 20 bzw. der zweiten Empfangseinheit 30 entsprechen, das dritte Durchgangsloch 663 kann der Laseremissionseinheit 10 entsprechen, das dritte Durchgangsloch 663 dient dazu, das von der Laseremissionseinheit 10 emittierte optische Signal in das Innere der Schale 66 abstrahlen zu lassen, das erste Durchgangsloch 661 dazu dient, dass das von dem zu messenden Objekt reflektierte optische Signal in das Innere der Schale 66 gelangt und von der ersten Empfangseinheit 20 empfangen wird, und das zweite Durchgangsloch 662 dazu dient, dass das von dem zu messenden Objekt reflektierte optische Signal in das Innere der Schale 66 gelangt und von der zweiten Empfangseinheit 30 empfangen wird. Alternativ kann die Schale 66 eine geschlossene Struktur aufweisen, d. h. das erste Durchgangsloch 661, das zweite Durchgangsloch 662 und das dritte Durchgangsloch 663 sind nicht angeordnet, sondern es wird eine feste Struktur angenommen, durch die der Laser eindringen kann; auf diese Weise können Verunreinigungen am Eindringen in die Schale 66 gehindert werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Lidar 200 ferner ein Bedienfeld einschließen, das elektrisch mit der Laseremissionseinheit 10, der Leiterplatte 50 und der Antriebsvorrichtung 64 verbunden ist. Das Bedienfeld kann dazu dienen, die Laseremissionseinheit 10 so anzusteuern, dass sie ein Lasersignal aussendet, das Signal über die Leiterplatte 50 zu übertragen und die Drehscheibe 62 über das Antriebsgerät 64 in Rotation zu versetzen. Alternativ kann die Steuerplatine auch mit der Platine 50 als eine einzelne Platine integriert werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt auch einen mobilen Roboter mit dem Lidar 200 ein, der durch eine der oben beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt wird.
Es ist zu beachten, dass die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung und die begleitenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigen, aber die vorliegende Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen implementiert werden und ist nicht auf die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Diese bevorzugten Ausführungsformen sind nicht als zusätzliche Einschränkungen des Inhalts der vorliegenden Offenbarung gedacht, und der Zweck des Bereitstellens dieser bevorzugten Ausführungsformen ist es, das Verständnis der Offenbarung der vorliegenden Offenbarung gründlicher und umfassender zu machen. Darüber hinaus können die oben genannten technischen Merkmale weiterhin miteinander kombiniert werden, um verschiedene bevorzugte, oben nicht aufgeführte Ausführungsformen zu bilden, die alle im Rahmen der in der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Offenbarung betrachtet werden; ferner werden Modifikationen und Änderungen für diejenigen, die in Anbetracht der obigen Erläuterungen über normale Fachkenntnisse verfügen, auftreten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020/098771 A1 [0006]
EP 2711667 [0006]

Claims

Entfernungsmessgerät (100), das eine Laseremissionseinheit (10), eine erste Empfangseinheit (20), eine zweite Empfangseinheit (30) und eine Recheneinheit (40) umfasst, wobei die Laseremissionseinheit (10) dazu konfiguriert ist, Laserimpuls an ein Zielobjekt, dessen Entfernung gemessen werden soll, zu emittieren; die erste Empfangseinheit (20) dazu konfiguriert ist, den von dem Zielobjekt reflektierten Laserimpuls zu empfangen und ein entsprechendes erstes Signal zu erzeugen; die zweite Empfangseinheit (30) dazu konfiguriert ist, den von dem Zielobjekt reflektierten Laserimpuls zu empfangen und ein entsprechendes zweites Signal zu erzeugen; und die Recheneinheit (40) dazu konfiguriert ist, das erste Signal und das zweite Signal zu empfangen und jeweils Entfernungsberechnung und -bestimmung gemäß einem Dreiecksentfernungsprinzip bzw. einem Flugzeitprinzip durchzuführen; wobei das erste Signal zum Berechnen und Bestimmen einer ersten Entfernung gemäß dem Dreiecksentfernungsprinzip verwendet wird; das zweite Signal zum Berechnen und Bestimmen einer zweiten Entfernung gemäß dem Flugzeitprinzip verwendet wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessgerät ferner das folgende Merkmal (a) oder Merkmal (b) umfasst: (a) das Entfernungsmessgerät umfasst ferner eine Leiterplatte (50), wobei die erste Empfangseinheit (20), die zweite Empfangseinheit (30) und die Laseremissionseinheit (10) alle auf der Leiterplatte (50) an unterschiedlichen Positionen eingerichtet sind; (b) mindestens zwei der Laseremissionseinheit (10), der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) auf unterschiedlichen Leiterplatten eingerichtet sind.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die erste Empfangseinheit (20) und die zweite Empfangseinheit (30) an zwei Seiten der Laseremissionseinheit (10) eingerichtet sind; oder die erste Empfangseinheit (20) und die zweite Empfangseinheit (30) auf derselben Seite der Laseremissionseinheit (10) eingerichtet sind.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (40) dazu konfiguriert ist: das erste Signal gemäß dem Dreiecksentfernungsprinzip zu analysieren, um die erste Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät zu erfahren, und das zweite Signal gemäß dem Flugzeitprinzip zu analysieren, um die zweite Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät zu erfahren; und eine Entfernung zwischen dem Zielobjekt und dem Entfernungsmessgerät in einer gewichteten Weise gemäß der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung bestimmen.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: eine optische Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10) und eine optische Achse (X5) der zweiten Empfangseinheit (30) beide zu der Leiterplatte (50) senkrecht stehen; wobei das Entfernungsmessgerät ferner eine erste Linse (21) umfasst, die es dem reflektierten Laserimpuls erlaubt durchzugehen und zu der ersten Empfangseinheit (20) projiziert zu werden.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass: eine optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) zu der Leiterplatte (50) senkrecht steht, eine optische Achse (X1) der ersten Linse (21) und die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) parallel und versetzt sind, und die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) weiter von der optischen Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10) entfernt ist als die optische Achse (X1) der ersten Linse (21); oder die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) zu der Leiterplatte (50) senkrecht steht, und die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) sowohl die optische Achse (X2) der ersten Empfangseinheit (20) als auch die optische Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10) schneidet, und die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) durch eine Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit (20) durchgeht; oder die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) die optische Achse (X3) der Laseremissionseinheit (10) schneidet, und die optische Achse (X1) der ersten Linse (21) durchgeht und zu einer Empfangsoberfläche der ersten Empfangseinheit (20) senkrecht steht.
Entfernungsmessgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass: das Entfernungsmessgerät ferner eine zweite Linse (31) umfasst, die es dem reflektierten Laserimpuls erlaubt durchzugehen und zu der zweiten Empfangseinheit (30) projiziert zu werden; das Entfernungsmessgerät ferner eine dritte Linse (11) zum Durchgehen für emittierten Laserimpuls umfasst; und die dritte Linse (11) auf einen dritten Rahmen (12) montiert ist, der an der Leiterplatte (50) befestigt ist.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass: das Entfernungsmessgerät ferner eine erste Linse (21) umfasst, die es dem reflektierten Laserimpuls erlaubt durchzugehen und zu der ersten Empfangseinheit (20) projiziert zu werden, wobei die erste Linse (21) auf einem ersten Rahmen (22) montiert ist, und der erste Rahmen (22) auf dem dritten Rahmen (12) montiert ist; und/oder das Entfernungsmessgerät ferner eine zweite Linse (31) umfasst, die es dem reflektierten Laserimpuls erlaubt durchzugehen und zu der zweiten Empfangseinheit (30) projiziert zu werden, wobei die zweite Linse (31) auf einem zweiten Rahmen (32) montiert ist, und der zweite Rahmen (32) auf dem dritten Rahmen (12) montiert ist.
Entfernungsmessgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass: die erste Empfangseinheit (20) einen optischen CMOS- oder CCD-Sensor umfasst; und/oder die zweite Empfangseinheit (30) eine Einzelphotonen-Avalanche-Diode oder eine Avalanche-Fotodiode oder eine schnelle Fotodiode umfasst.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Laseremissionseinheit (10), die erste Empfangseinheit (20) und die zweite Empfangseinheit (30) jeweils auf einer ersten Leiterplatte (51), einer zweiten Leiterplatte (52) und einer dritten Leiterplatte (53) eingerichtet sind.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass: das Entfernungsmessgerät ferner eine Montagestruktur (70) umfasst, die die erste Leiterplatte (51), die zweite Leiterplatte (52) und die dritte Leiterplatte (53) relativ fix hält; oder die Laseremissionseinheit (10) und die erste Empfangseinheit (20) auf einer vierten Leiterplatte (54) eingerichtet sind, und die zweite Empfangseinheit (30) auf einer dritten Leiterplatte (53) eingerichtet ist; und das Entfernungsmessgerät ferner eine Montagestruktur (70) umfasst, die die vierte Leiterplatte (54) und die dritte Leiterplatte (53) relativ fix hält; oder die Laseremissionseinheit (10) und die zweite Empfangseinheit (30) auf einer fünften Leiterplatte (55) eingerichtet sind, und die erste Empfangseinheit (20) auf der zweiten Leiterplatte (52) eingerichtet ist; und das Entfernungsmessgerät ferner eine Montagestruktur (70) umfasst, die die fünfte Leiterplatte (55) und die zweite Leiterplatte (52) relativ fix hält.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: eine der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) mit der Laseremissionseinheit (10) nach oben oder nach unten eingerichtet ist, und die andere der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) links oder rechts mit der Laseremissionseinheit (10) eingerichtet ist; die unterschiedlichen Leiterplatten eingerichtet sind, um zueinander parallel zu sein; oder mindestens zwei der unterschiedlichen Leiterplatten eingerichtet sind, um nicht parallel zu sein.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das Entfernungsmessgerät ferner Folgendes umfasst: einen Reflexionsspiegel (73), der dazu konfiguriert ist, den Laserimpuls, der von dem Zielobjekt reflektiert wird, an mindestens eine der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) zu reflektieren.
Entfernungsmessgerät (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass: eine der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) links oder rechts mit der Laseremissionseinheit (10) eingerichtet ist; die andere der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) hinter der Laseremissionseinheit (10) eingerichtet ist, und der Reflexionsspiegel (73) dazu konfiguriert ist, den Laserimpuls, der von dem Zielobjekt reflektiert wird, zu der anderen der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) zu reflektieren; die andere der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) vertikal oder schräg platziert ist; und die eine der ersten Empfangseinheit (20) und der zweiten Empfangseinheit (30) und der Laseremissionseinheit (10) auf derselben Leiterplatte oder auf unterschiedlichen Leiterplatten eingerichtet sind.
Lidar (200), dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: das Entfernungsmessgerät nach einem der Ansprüche 1-13; und einen Dreh-Schwenk-Neiger (60), der eine Basis (61), eine Drehplatte (62), einen Übertragungsmechanismus (63) und ein Antriebsgerät (64) umfasst, wobei die Drehplatte (62) drehbar an der Basis (61) montiert ist, das Antriebsgerät (64) an der Basis (61) montiert ist, der Übertragungsmechanismus (63) die Drehplatte (62) mit dem Antriebsgerät (64) verbindet, und die Entfernungsmessvorrichtung an der Drehplatte (62) eingerichtet ist; wobei der Dreh-Schwenk-Neiger (60) ferner ein Gehäuse (66) umfasst, das eine feste Struktur ist, die in der Lage ist, Laserlicht zu übertragen.
Mobiler Roboter, dadurch gekennzeichnet, dass er das Lidar (200) nach Anspruch 14 umfasst.