[发明专利]一种二维扫描测距装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光应用及实时在线测量技术领域，尤其涉及一种基于激光及MEMS扫描振镜的二维扫描测距装置，可以实现现场实时距离测量的功能。

背景技术

激光由于具有单色性好、方向性强、亮度高等特点已广泛应用于社会生活的各个方面，而激光测距技术更是激光应用技术领域的一个重要方面。

传统在线距离测量的装置一般只能实现单点测量的功能，不能满足日益进步的制造系统或检测测量系统的要求。

近年来，随着科技的进步，扫描式激光测距技术也逐渐成熟。目前，已知的二维扫描测距系统由激光器、光学系统、光电元件、计算电路及旋转机构组成。激光器发射光束照射到被测物体上，反射光束经光学系统处理后在光电元件上形成光斑，根据光斑在光电元件上的位置便可测量当前被测物体的距离，同时旋转机构带动上述各部分旋转，便可实现二维扫描测距的功能。一般上述实现二维扫描测距功能的系统中的旋转机构为电机，这就导致无法进一步小型化。同时，由于电机控制本身存在的高速转动工作条件下转速的控制问题无法实现高速测距。

发明内容

为了克服现有二维测距系统不能小型化，高速测量及在线实时测距仅能单点测距的不足，本发明设计了一种在线二维测距装置，该装置基于MEMS扫描振镜，不仅能够实现二维高速测量，同时还可以实时计算距离并输出的功能，而且有利于实现测距系统的小型化。该装置包括：

中央处理单元，用于协调各单元工作，测距数据处理；

激光发射单元，用于发射激光光束，并照射到MEMS扫描振镜上；

扫描单元，用于将激光发射单元发射的激光束反射出去形成扇形扫描面；

光学单元，用于将从障碍物反射回来的光进行整形汇聚，并滤除环境光等光噪声；

接收单元，用于接收被测物反射回来的激光，并将光斑的位置信息输出。

所述的中央处理单元包括：中央处理器及周边电路，负责实时控制激光发射单元、扫描单元及接收单元的工作，并实时计算测量数据、输出距离信息。

所述的激光发射单元包括：激光管和准直部件，激光管发射的激光经准直部件后形成准直性较好的激光光束，照射到MEMS扫描振镜上。

所述的扫描单元包括：MEMS扫描振镜及驱动电路，MEMS扫描振镜在驱动电路的作用下绕旋转轴做往复运动，将照射到其上的激光光束反射出去形成扇形区域，同时将转动的角度信息输出给中央处理单元。

所述的光学单元包括：透镜和滤光片，被测物对照射到其上的激光光束做漫反射，透镜负责收集漫反射光线，并在接收单元表面聚焦成光斑。滤光片负责滤除除照射激光以外的环境光噪声。

所述的接收单元包括：线阵CMOS及周边电路，线阵CMOS在周边电路的作用下将光信号转换成电信号，并输出光斑的位置信息给中央处理单元。

所述的激光发射单元发射的光束光轴与MEMS扫描振镜的中心重合。

所述的光学单元与接收单元的光轴重合。

所述的光束、光学单元与接收单元在同一光学平面内。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：中央处理单元控制激光器发射激光光束，光束照射到MEMS扫描振镜上，MEMS扫描振镜在中央处理单元的控制下做扫描动作，被MEMS扫描振镜反射的激光光束路径形成张角与MEMS振镜机械角相关的扇形区域，某一时刻，激光束照射到被测物体上，反射光束经光学系统聚焦后在线阵CMOS表面形成光斑，中央处理单元根据光斑在线阵CMOS表面的位置便可实时计算当前被测物体的距离，MEMS扫描振镜的扫描动作可以保证实现扇形区域内的二维扫描测距功能。

本发明的优点是，可以实现小型化，高速的在线二维测距功能。适用于对安装尺寸及高速测距或实时性有较高要求的应用场景。

附图说明

图1是本发明的装置系统构成图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是本发明的实体构造图。

附图标记说明：

图中，1.激光器，2.MEMS振镜，3.线阵CMOS，4.透镜，5.被测障碍物，6.滤光片,7.准直部件。

具体实施方式

在图1中，二维扫描测距装置由中央处理单元、激光发射单元、扫描单元、接收单元和光学单元构成，中央单元控制激光发射单元的激光光束发射、扫描单元的扫描频率及幅值，同时，扫描单元将MEMS扫描振镜的实时角度反馈给中央处理单元，接收单元接收经光学单元整形后的激光光束，并将光斑位置输出给中央处理单元，由中央处理单元实时计算距离信息。