CN112729226A - 一种光学透镜及利用该透镜测距的测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学透镜及利用该透镜测距的测距方法，该光学透镜包括第一透光部和分布于所述第一透光部一面且横阵列分布或竖阵列分布的凸起透光单元。所述第一透光部和阵列分布的凸起透光单元所形成的光路径满足：光源所发出的光线从所述第一透光部非凸面进入，通过阵列分布的凸起透光单元射出，在被照物上分散成多条等间距分布或等差角分布的不连续光线。本发明的光学透镜结构简便，通过本发明光学透镜制务的测距装置，能够精准的计算出被测物与透镜之间的距离，相较于传统的测距装置，极大的减少了生产成本，提高测距精度。

Description

一种光学透镜及利用该透镜测距的测距方法

技术领域

本发明涉及一种光学透镜及利用该透镜测距的测距方法。

背景技术

光学扫描测距装置是一种使用准直光束，通过三角测距、飞行时间(TimeofFlight，简称TOF)等方法测量距离的设备。目前，通常的光学扫描测距装置包括：光发射模块、光学镜头、接收并处理信号的芯片、电机及滑环。光发射模块发出光束，经过准直的光束发射到被测物体表面，反射到接收芯片上，通过测量发射到接收之间的时间，已知光速，即可求出被测物体到装置的距离。

考虑到人眼安全以及成本等原因，采用LED作为光发射装置的光源成为比较理想的选择。由于LED的发光面积普遍较大，发光角度也较大(发射模型基本满足朗伯体)，如果用常规凸透镜等聚光透镜，准直到小角度需要较大的焦距和较大的外部直径，对集成化、小型化造成很大的难度。

因此，有必要研发一种新型的光学透镜来解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题在于提供了一种光学透镜及利用该透镜测距的测距方法，设计该光学透镜的目的是为了更容易测距，节省测距类产品的成本。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：本发明的一种光学透镜，该光学透镜包括：

第一透光部；

分布于所述第一透光部一面且横阵列分布或竖阵列分布的凸起透光单元，所述第一透光部和阵列分布的凸起透光单元所形成的光路径满足：光源所发出的光线从所述第一透光部非凸面进入，通过阵列分布的凸起透光单元射出，在被照物上分散成多条等间距分布或等差角分布的不连续光线。

进一步的，所述光学透镜一体成型或由两组或两组以上的结构透镜贴合而成。

进一步的，所述第一透光部包括平面透镜、平凹透镜和凹凸透镜的一种。

进一步的，所述阵列分布的凸起透光单元包括表面为弧面的第一凸条结构、表面为棱面的第二凸条结构和截面为等腰梯形的第三凸条结构的一种。

进一步的，每两个相邻的凸起透光单元之间无间隙。

本发明的一种光学透镜的测距方法，包括权利要求1-5任意一项所述的光学透镜。

进一步的，该测距方法包括以下步骤：

步骤一，取所述光学透镜一件、光源一件和被照物一件，所述被照物的被射面为平面；

步骤二，将所述光源垂直的置于所述光学透镜的第一透光部入光面；

步骤三，所述光源发出的光，从所述第一透光部进入，再经所述光学透镜的多个凸起透光单元传输射出；

步骤四，步骤三中的射出的光照于所述被照物的平面，在平面上显示出多条等间距分布或等差角分布的不连续光线；

步骤五，设光源透镜总厚度为a，两个相邻的凸起透光单元顶端之间的间距为dx，并测量某一节的不连续光线外端至中心段的不连续光线的中点距离dh，通过公式：

dL＝(a乘以dh-a乘以dx)/dx；

得出所述光源透镜至所述被照物之间的距离。

进一步的，所述光学透镜一体成型或由两组或两组以上的结构透镜贴合而成。

进一步的，所述第一透光部包括平面透镜、平凹透镜和凹凸透镜的一种。

进一步的，所述阵列分布的凸起透光单元包括表面为弧面的第一凸条结构、表面为棱面的第二凸条结构和截面为等腰梯形的第三凸条结构的一种，每两个相邻的凸起透光单元之间无间隙。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明的光学透镜结构简便，通过本发明光学透镜制务的测距装置，能够精准的计算出被测物与透镜之间的距离，相较于传统的测距装置，极大的减少了生产成本，提高测距精度。

附图说明

图1为本发明光学透镜的结构及其折射光结构图。

图2为本发明形成阵列的凸起透光单元结构示意图。

图3为本发明在被照物上形成的不连续光线示意图。

图4为本发明光源所发出的光结构示意图。

图5为本发明第一透光部为平凹透镜的结构示意图。

图6为本发明第一透光部为凹凸透镜的结构示意图。

图7为本发明凸起透光单元表面为棱面的结构示意图。

图8为本发明凸起透光单元的截面为等腰梯形的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1，本发明的具体结构如下：

请参照附图1-8，本发明的一种光学透镜，该光学透镜包括：

第一透光部21；

分布于所述第一透光部21一面且横阵列分布或竖阵列分布的凸起透光单元22，所述第一透光部21和阵列分布的凸起透光单元22所形成的光路径满足：光源所发出的光线从所述第一透光部21非凸面进入，通过阵列分布的凸起透光单元22射出，在被照物3上分散成多条等间距分布或等差角分布的不连续光线31。

本实施例的一种优选技术方案：所述光学透镜一体成型或由两组或两组以上的结构透镜贴合而成。

本实施例的一种优选技术方案：所述第一透光部21包括平面透镜、平凹透镜和凹凸透镜的一种。

平面透镜的作用是，当入射光平行射入时，其发出的光仍然为平行光。

如图5-6所示，图5中所示的是平凹透镜，该平凹透镜一面为凹面，另一面为平面，所述平凹透镜具有负的焦距，被用于发散一束平行光，其与凸起透光单元22结合，会提高不连续光线31的间距。如图6所示，图6是凹凸透镜，凹凸透镜的一面为凹面，另一面为凸面，凹凸透镜能够将入射的光线发散，其与凸起透光单元22结合，会极大的提高不连续光线的间距。

本实施例的一种优选技术方案：所述阵列分布的凸起透光单元22包括表面为弧面的第一凸条结构、表面为棱面的第二凸条结构和截面为等腰梯形的第三凸条结构的一种。

本实施例的一种优选技术方案：每两个相邻的凸起透光单元22之间无间隙。

实施例2：

一种光学透镜的测距方法，该测距方法包括以下步骤：

步骤一，取所述光学透镜一件、光源1一件和被照物3一件，所述被照物3的被射面为平面；

步骤二，将所述光源1垂直的置于所述光学透镜的第一透光部21入光面；

步骤三，所述光源1发出的光，从所述第一透光部21进入，再经所述光学透镜的多个凸起透光单元22传输射出；

步骤四，步骤三中的射出的光照于所述被照物3的平面，在平面上显示出多条等间距分布或等差角分布的不连续光线31；

步骤五，设光源透镜总厚度为a，两个相邻的凸起透光单元22顶端之间的间距为dx，并测量某一节的不连续光线31外端至中心段的不连续光线31的中点距离dh，通过公式：

dL＝(a乘以dh-a乘以dx)/dx；

得出所述光源透镜至所述被照物3之间的距离。如图4所示，光源1发射后，有两条光线经两个相邻的凸起透光单元22射出，其中一个光线过与光源1相平的凸起透光单元22，并从凸起透光单元22的弧顶端射出，其射出的光线为与所述第一透光部21垂直的光线，另一光线经另一凸起透光单元22的弧顶端射出至被照物3。被照物3上形成不连续光线31，测量dh值，将图4中的两个相邻的凸起透光单元22弧顶端相连，相连的线段长度为dx值。相连的线段平行于dh段长度，通过比例dx/dh＝a/(a+dL)，通过计算，得出dL＝(a乘以dh-a乘以dx)/dx。

因此，应用本发明的测距方法，能够精准的测量光源透镜至被照物的距离，本发明能够应用到许多测距装置，减少成本，而且测量精度得以保证。

本实施例的一种优选技术方案：所述光学透镜一体成型或由两组或两组以上的结构透镜贴合而成。

本实施例的一种优选技术方案：所述第一透光部21包括平面透镜、平凹透镜和凹凸透镜的一种。

本实施例的一种优选技术方案：所述阵列分布的凸起透光单元22包括表面为弧面的第一凸条结构、表面为棱面的第二凸条结构和截面为等腰梯形的第三凸条结构的一种，每两个相邻的凸起透光单元22之间无间隙。凸起透光单元22不同的折射结构能够在被照物3上形成不同的光照效果。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学透镜，其特征在于，该光学透镜包括：

第一透光部(21)；

分布于所述第一透光部(21)一面且横阵列分布或竖阵列分布的凸起透光单元(22)，所述第一透光部(21)和阵列分布的凸起透光单元(22)所形成的光路径满足：光源所发出的光线从所述第一透光部(21)非凸面进入，通过阵列分布的凸起透光单元(22)射出，在被照物(3)上分散成多条等间距分布或等差角分布的不连续光线(31)。

2.根据权利要求1所述的一种光学透镜，其特征在于，所述光学透镜一体成型或由两组或两组以上的结构透镜贴合而成。

3.根据权利要求1所述的一种光学透镜，其特征在于，所述第一透光部(21)包括平面透镜、平凹透镜和凹凸透镜的一种。

4.根据权利要求1所述的一种光学透镜，其特征在于，所述阵列分布的凸起透光单元(22)包括表面为弧面的第一凸条结构、表面为棱面的第二凸条结构和截面为等腰梯形的第三凸条结构的一种。

5.根据权利要求1所述的一种光学透镜，其特征在于，每两个相邻的凸起透光单元(22)之间无间隙。

6.一种光学透镜的测距方法，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的光学透镜。

7.根据权利要求6所述的一种光学透镜的测距方法，其特征在于，该测距方法包括以下步骤：

步骤一，取所述光学透镜一件、光源(1)一件和被照物(3)一件，所述被照物(3)的被射面为平面；

步骤二，将所述光源(1)垂直的置于所述光学透镜的第一透光部(21)入光面；

步骤三，所述光源(1)发出的光，从所述第一透光部(21)进入，再经所述光学透镜的多个凸起透光单元(22)传输射出；

步骤四，步骤三中的射出的光照于所述被照物(3)的平面，在平面上显示出多条等间距分布或等差角分布的不连续光线(31)；

步骤五，设光源透镜总厚度为a，两个相邻的凸起透光单元(22)顶端之间的间距为dx，并测量某一节的不连续光线(31)外端至中心段的不连续光线(31)的中点距离dh，通过公式：

dL＝(a乘以dh-a乘以dx)/dx；

得出所述光源透镜至所述被照物(3)之间的距离。

8.根据权利要求7所述的一种光学透镜的测距方法，其特征在于，所述光学透镜一体成型或由两组或两组以上的结构透镜贴合而成。

9.根据权利要求7所述的一种光学透镜的测距方法，其特征在于，所述第一透光部(21)包括平面透镜、平凹透镜和凹凸透镜的一种。

10.根据权利要求7所述的一种光学透镜的测距方法，其特征在于，所述阵列分布的凸起透光单元(22)包括表面为弧面的第一凸条结构、表面为棱面的第二凸条结构和截面为等腰梯形的第三凸条结构的一种，每两个相邻的凸起透光单元(22)之间无间隙。

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