定位光束髮射裝置、定位光束髮射設備以及定位系統的製作方法

2023-06-15 08:21:31 3

本發明涉及定位領域，特別是涉及一種定位光束髮射裝置、定位光束髮射設備以及定位系統。

背景技術：

室內定位技術作為衛星定位的輔助定位，可以解決衛星信號到達地面時較弱、不能穿透建築物的問題。雷射定位技術是一種常見的室內定位技術，該方案是通過在定位空間內搭建發射雷射的定位光束髮射裝置，對定位空間進行雷射掃射，在待定位物體上設計多個雷射接收感應器，並在接收端對數據進行運算處理，直接輸出三維位置坐標信息。其定位流程可以由圖1所示。

為了不影響待定位物體的正常定位，待定位物體在定位空間內移動時，需要保證設置在待定位物體上的雷射接收感應器都能夠接收到定位光束。由此，需要使得在雷射定位過程中，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束能夠基本覆蓋整個定位空間，從而對定位光束髮射裝置的結構以及定位光束髮射裝置的安裝具有一定的要求。

現有的定位光束髮射裝置結構比較簡單，在將其安裝在定位空間內時，其掃射的定位光束不能覆蓋整個定位空間，會在定位空間中產生盲區，從而會對正常的定位造成影響。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種定位光束髮射裝置、定位光束髮射設備以及定位系統，其可以解決由於定位光束髮射裝置的結構和安裝而產生的盲區問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種定位光束髮射裝置，用於以預定的掃射周期向定位空間掃射定位光束，該定位光束髮射裝置包括：

第一光束掃射機構，具有第一掃射轉軸，從第一光束掃射機構出射的第一定位光束繞第一掃射轉軸轉動，第一定位光束為具有第一張角的第一一字光扇面，第一一字光扇面與第一掃射轉軸不垂直，第一一字光扇面下側的第一邊緣與第一掃射轉軸之間具有第一夾角α，10°≤α≤30°，第一一字光扇面上側的第二邊緣與第一掃射轉軸之間具有第二夾角β，α＜β，並且α+β≤90°。

優選地，α＝20°。

優選地，第一光束掃射機構包括：第一光源，用於發射點狀雷射；第一反射鏡，用於反射第一光源發出的點狀雷射；以及第一波浪鏡，從第一反射鏡反射的反射光入射到第一波浪鏡後出射，形成第一一字光扇面，第一一字光扇面的第一一字光扇面的第一張角γ≥90°，第一反射鏡和第一波浪鏡的布置姿態被設置為使得，10°≤α≤30°且α＜β。

優選地，第一反射鏡的反射面與豎直方向的夾角在30°到45°之間，第一波浪鏡與豎直方向的夾角在0°到30°之間。

優選地，第一波浪鏡的入射面和出射面垂直於第一一字光扇面的對稱軸。

優選地，該定位光束髮射裝置還可以包括：外殼，外殼上設有窗口，第一光束掃射機構繞第一掃射轉軸勻速旋轉，周期為掃射周期，窗口使得在掃射周期的基本上四分之一期間內第一定位光束從窗口出射，其它時間第一定位光束被外殼遮擋。

優選地，該定位光束髮射裝置還可以包括：第二光束掃射機構，具有第二掃射轉軸，從第二光束掃射機構出射的第二定位光束繞第二掃射轉軸轉動，第二定位光束為具有第二張角的第二一字光扇面，第二一字光扇面與第二掃射轉軸不垂直，其中，第二光束掃射機構與第一光束掃射機構的相對位置固定，第一光束掃射機構和第二光束掃射機構掃射定位光束的時期不同，第二掃射轉軸平行於水平面，與第一掃射轉軸處於同一平面內且與第一掃射轉軸垂直，第二張角大於或等於90°。

優選地，第二光束掃射機構可以包括：第二光源，用於發射點狀雷射；第二反射鏡，用於反射第二光源發出的點狀雷射；以及第二波浪鏡，從第二反射鏡反射的反射光入射到第二波浪鏡後出射，形成第二一字光扇面，第二一字光扇面的第二張角大於或等於90°。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種定位光束髮射設備，包括：上文述及的定位光束髮射裝置，其中，第一掃射轉軸與豎直方向平行；和底座，與水平面具有預定的傾斜度，定位光束髮射裝置適於安裝在底座上，其中，預定的傾斜度被設置為，在將定位光束髮射裝置安裝在底座上時，第一掃射轉軸與豎直方向具有第三夾角θ，|α-θ|≤5°。

優選地，θ基本上等於α。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種定位系統，包括：上文述及的定位光束髮射設備，布置在定位空間中頂部的邊角位置時，第一掃射轉軸向定位空間內部傾斜。

綜上，基於本發明提供的定位光束髮射裝置，通過將其以特定的方式進行安裝就可以使得掃射的定位光束能夠基本覆蓋整個定位空間。

附圖說明

通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述以及其它目的、特徵和優勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了現有的雷射定位方案的實現流程。

圖2示出了將定位光束髮射裝置安裝在定位空間內時產生的一種盲區示意圖。

圖3示出了將定位光束髮射裝置安裝在定位空間內時產生的另一種盲區示意圖。

圖4示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射裝置的結構示意圖。

圖5示出了第一定位光束的發生裝置的結構示意圖。

圖6示出了圖5所示的裝置的一種具體布置姿態示意圖。

圖7示出了一種將定位光束髮射裝置安裝在定位空間內時的狀態示意圖。

圖8示出了第一掃射轉軸和第一一字光扇面之間的位置關係示意圖。

圖9示出了本發明另一實施例的定位光束髮射裝置的結構示意圖。

圖10示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射設備的結構示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，並且能夠將本公開的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。

如背景技術部分所述，在使用雷射定位技術對待定位物體進行定位時，定位光束髮射裝置在每個掃射周期內所掃射的定位光束應能夠基本覆蓋整個定位空間，以使得待定位物體在定位空間內移動時，設置在待定位物體上的雷射接收感應器都能夠接收到定位光束。

進一步地，在定位空間被擴展成多個定位空間時，每個定位空間內都需要設有定位光束髮射裝置。此時，為了避免雷射重疊區域(雷射重疊區域，即同時有不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束到達的區域)的幹擾，每個定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束應在儘量不覆蓋與其相鄰的其它定位空間的同時，能夠基本覆蓋其所在的子定位空間。

基於上述考慮，本發明提出了一種特殊結構的定位光束髮射裝置。通過將本發明的定位光束髮射裝置以一定的方式安裝在定位空間，可以實現定位光束髮射裝置所掃射的定位光束能夠基本覆蓋整個定位空間。另外，在定位空間為多個時，也可以實現每個定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束應能夠基本覆蓋其所在的定位空間並且儘量不覆蓋與其相鄰的其它定位空間。

在對本發明的定位光束髮射裝置的結構進行說明前，首先就本發明的定位光束髮射裝置的發明機理進行說明。

以定位光束髮射裝置橫向掃射定位光束為例，一般將定位光束髮射裝置設置在定位空間的頂部，在定位光束髮射裝置的掃射轉軸與豎直方向平行時，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的上邊界可以接近定位空間的頂部，而定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的下邊界與豎直方向具有一定的夾角，使得定位光束髮射裝置所安裝的角落底部存在較大盲區。

為此，一般將定位光束髮射裝置與垂直牆面方向成一定角度(通常為45°)斜向下安裝。如圖2所示，可以將定位光束髮射裝置100與牆面成一定角度安裝在牆角A處，這種情況下，能夠消除定位光束髮射裝置所在角落(即牆角A)處的盲區，但是在與定位光束髮射裝置相鄰的兩個角落處(即牆角B和牆角C)就會存在很大盲區。參見圖2，可以看見與定位光束髮射裝置安裝角落相鄰的兩個角落處(即牆角B和牆角C)有很大盲區，盲區可達到1米左右，也就是說當人走到這兩個角落舉起手臂，其手臂就無法實現定位。另外，這種情況下，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束會覆蓋與其所在的定位空間相鄰的定位空間的部分區域，從而會造成雷射重疊區域。

發明人注意到，可以通過減小定位光束髮射裝置100與垂直牆面的安裝角度，使得定位光束的掃射範圍向斜上方提起，從而使得圖2中的盲區變小(可以小到不影響定位)，但是在定位光束髮射裝置100的安裝位置的下部(即角落A的下部)會出現新的盲區。圖3示出了將定位光束髮射裝置100斜向上提起時，在角落A的下部造成的盲區的尺寸示意圖，如圖3所示，盲區尺寸可以達到1.3m左右。

為此，發明人經過深入研究後發現，可以通過調整從定位光束髮射裝置出射的定位光束的中心軸與掃射轉軸的夾角，然後配合一定的安裝方式，來消除盲區，即使得在定位光束髮射裝置繞掃射轉軸轉動的過程中，從定位光束髮射裝置出射的定位光束能夠基本覆蓋整個定位空間。

下面首先就本發明的定位光束髮射裝置本身可以具有的結構特徵進行說明。

圖4示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射裝置的結構示意圖。

參見圖4，本發明實施例的定位光束髮射裝置包括第一光束掃射機構1，第一光束掃射機構1具有第一掃射轉軸11。從第一光束掃射機構1出射的第一定位光束繞第一掃射轉軸11轉動，第一定位光束為具有第一張角的第一一字光扇面12(參見圖中扇形區域所示)，第一一字光扇面12與第一掃射轉軸11不垂直。這樣，在第一一字光扇面12繞第一掃射轉軸11轉動的過程中，第一一字光扇面12就可以掃過一個立體區域。本發明的目的就是使得在第一一字光扇面12繞第一掃射轉軸11轉動的過程中，其掃射的立體區域基本上覆蓋整個定位空間。

具體來說，第一一字光扇面12下側的第一邊緣121與第一掃射轉軸11之間具有第一夾角α，第一一字光扇面12上側的第二邊緣122與第一掃射轉軸11之間具有第二夾角β，第一一字光扇面12具有第一張角γ。其中，10°≤α≤30°，α＜β，並且α+β≤90°。

圖5示出了第一定位光束的發生裝置的結構示意圖。

參見圖5，可以使用第一光源2、第一反射鏡3、第一波浪鏡4產生第一定位光束。

其中，第一光源2、第一反射鏡3、第一波浪鏡4繞第一掃射轉軸轉動(即第一光源2、第一反射鏡3、第一波浪鏡4可以設置在定位光束髮射裝置內部)。第一光源2用於發射點狀雷射，第一反射鏡3用於反射第一光源2發出的點狀雷射。從第一反射鏡3反射的反射光入射到第一波浪鏡後4出射，形成第一一字光扇面12。第一波浪鏡4的入射面和出射面垂直於第一一字光扇面12的對稱軸123。

通過改變第一反射鏡3和第一波浪鏡4的布置姿態，可以調節第一夾角α的數值以及第二夾角β的數值。這裡優選地，第一反射鏡3和第一波浪鏡4的布置姿態被設置為使得，10°≤α≤30°且α＜β。

其中，第一張角γ的數值與所選用的第一波浪鏡4的光學特性有關。通過選取合適的第一波浪鏡4可以使得第一張角γ≥90°。

圖6示出了圖5所示的裝置的一種具體布置姿態示意圖。

參見圖6，第一反射鏡3和第一波浪鏡4可以設置在第一光束掃射機構1內部，共同圍繞第一掃射轉軸轉動。其中，第一光束掃射機構1的第一掃射轉軸可以是第一光束掃射機構1的中軸線13，即第一光束掃射機構1可以圍繞中軸線13轉動。在第一光束掃射機構1內第一反射鏡3的上方可以布置第一光源(圖中未示出)，第一光源也可以圍繞第一掃射轉軸(即中軸線13)轉動。另外，根據第一反射鏡3和第一波浪鏡4的布置姿態的不同，第一光源設置的位置也可以不同，這裡不再贅述。

第一反射鏡3的反射面(即圖中所示的第一反射鏡3上的陰影區域)可以與第一掃射轉軸(即中軸線13)呈一定的夾角，如可以呈30°到45°之間的夾角。第一波浪鏡4的入射面(即圖中所示的第一波浪鏡4上的陰影區域)與第一掃射轉軸(即中軸線13)也可以呈一定的夾角，如可以呈0°到30°之間的夾角。此時，從第一波浪鏡4出射的第一一字光扇面12的對稱軸123與第一掃射轉軸(即中軸線13)不是正交的。

由此，通過調節第一反射鏡3的反射面與第一掃射轉軸之間的夾角以及第一波浪鏡4與第一掃射轉軸之間的夾角，可以調整從第一波浪鏡4出射的第一一字光扇面12的對稱軸123與第一掃射轉軸之間的夾角，以使得α＜β，並且10°≤α≤30°。其中，可以通過選取合適的第一波浪鏡4以使得第一張角γ≥90°。

至此，結合圖4至圖6詳細說明了本發明的定位光束髮射裝置的結構。基於本發明所提供的定位光束髮射裝置，可以以一定的安裝方式將其布置在定位空間內，以使得在第一掃射轉軸轉動的過程中，第一定位光束的有效照射範圍能夠基本上覆蓋定位光束髮射裝置所在的定位空間。

下面就將本發明所提供的定位光束髮射裝置布置在定位空間內的一種可行的具體布置方式進行說明。

本發明所提供的定位光束髮射裝置中的第一光束掃射機構1可以橫向掃射。如圖7所示，對於形狀為長方體或正方體的定位空間，可以將定位光束髮射裝置布置在定位空間的頂部角落處，這樣，定位光束髮射裝置中的第一光束掃射機構只需要從一個豎直面掃到另一個豎直面(即在90°範圍內進行掃射)就可以實現向整個定位掃射定位光束。例如，在將定位光束髮射裝置布置在圖7所示的定位空間的左上角時，定位光束髮射裝置中的第一光束掃射機構只需要從abfe平面旋轉至abcd平面。

其中，如上文所述，在定位光束髮射裝置中的第一光束掃射機構旋轉的過程中，需要使得從第一光束掃射機構出射的第一定位光束的有效照射範圍能夠基本上覆蓋定位光束髮射裝置所在的定位空間，也就是第一一字光扇面繞第一掃射轉軸轉動的過程中，其掃射的立體區域基本上覆蓋整個定位空間。

為此，可以將定位光束髮射裝置向定位空間內部傾斜向下設置，以使得定位光束髮射裝置中的第一光束掃射機構的掃射轉軸(即第一掃射轉軸)與豎直方向具有一定的夾角。如圖8所示，CD表示第一掃射轉軸，AC表示牆面，FE為第一一字光扇面上側的第二邊緣，FG為第一一字光扇面下側的第一邊緣，EH為第一一字光扇面對稱軸。

CD(第一掃射轉軸)與AC(豎直牆面)具有第三夾角θ，通過調節第一光束掃射機構的布置姿態，可以使得|α-θ|≤5°，這裡優選地θ基本上等於α。

如圖8所示，第一一字光扇面的張角∠FEG可以為90°，在角ACD為20°時，第一一字光扇面的對稱軸EH與第一掃射轉軸CD的夾角約為65°。此時，第一一字光扇面上側的第二邊緣EF靠近天花板，第一一字光扇面下側的第一邊緣FG基本上平行於豎直方向。由此，就可以使得在第一光束掃射機構旋轉的過程中，第一一字光扇面所掃過的區域能夠基本上覆蓋其所在的定位空間，較少地覆蓋與其所在的定位空間向鄰近的其它定位空間。

綜上，基於本發明所提供的定位光束髮射裝置，通過一定的安裝方式將其安裝在定位空間內，可以使得定位光束髮射裝置所掃射的定位光束能夠基本覆蓋其所在的定位空間，並且還可以在覆蓋其所在的定位空間的同時，較少地覆蓋與其所在的定位空間向鄰近的其它定位空間。

至此，結合圖7、圖8對本發明的定位光束髮射裝置的布置方式做了詳細說明。基於上述布置方式，本發明的定位光束髮射裝置還可以具有其它結構形式。

圖9示出了本發明另一實施例的定位光束髮射裝置的結構示意圖。

參見圖9，本發明實施例的定位光束髮射裝置還可以包括外殼6，外殼6上設有窗口21，第一光束掃射機構1繞第一掃射轉軸11勻速旋轉，周期為掃射周期，窗口21使得在掃射周期的基本上四分之一期間內第一定位光束從窗口21出射，其它時間第一定位光束被外殼6遮擋。這樣，在將定位光束髮射裝置布置在定位空間的頂部角落處時，可以實現定位光束髮射裝置僅向其所在的定位空間掃射定位光束。

圖10示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射設備的結構示意圖。

參見圖10，本發明實施例的定位光束髮射設備可以包括圖9所示的定位光束髮射裝置和底座7。

其中，定位光束髮射裝置中的第一光束掃射機構1的第一掃射轉軸11與豎直方向平行。底座7與水平面具有預定的傾斜度，定位光束髮射裝置適於安裝在底座7上，其中，預定的傾斜度被設置為，在將定位光束髮射裝置安裝在底座7上時，第一掃射轉軸11與豎直方向具有第三夾角θ，|α-θ|≤5°。這裡，優選地，θ基本上等於α。

對於圖10所示的定位光束髮射設備來說，可以將其布置在定位空間中頂部的邊角位置，並使得第一掃射轉軸向定位空間內部傾斜。

由此，本發明還提供了一種包括圖10所示的定位光束髮射設備的定位系統。其中，在將定位光束髮射設備布置在定位空間中頂部的邊角位置時，定位光束髮射設備中的第一掃射轉軸向定位空間內部傾斜。

至此，詳細說明了本發明的定位光束髮射裝置以及將本發明的定位光束髮射裝置安裝在定位空間中的具體方式。另外，本發明的定位光束髮射裝置還可以包括第二光束掃射機構。第二光束掃射機構的掃射轉軸和第一光束掃射機構的掃射轉軸具有不為零的夾角，並且第二光束掃射機構和第一光束掃射機構掃射定位光束的時期不同。

具體來說，從第二光束掃射機構出射的第二定位光束繞第二掃射轉軸轉動，第二定位光束為具有第二張角的第二一字光扇面，第二一字光扇面與第二掃射轉軸不垂直，其中，第二光束掃射機構與第一光束掃射機構的相對位置固定，第一光束掃射機構和第二光束掃射機構掃射定位光束的時期不同，第二掃射轉軸平行於水平面，與第一掃射轉軸處於同一平面內且與第一掃射轉軸垂直，第二張角大於或等於90°。

因此，在將包含第一光束掃射機構和第二光束掃射機構的定位光束髮射裝置安裝在定位空間中時，第一光束掃射機構可以負責左右掃射(橫向掃射)第二光束掃射機構可以負責上下掃射(縱向掃射)。其中，在採用上文述及的安裝方式將定位光束髮射裝置安裝在定位空間中時，由於第二掃射轉軸與第一掃射轉軸處於同一平面內且與第一掃射轉軸垂直。因此，在第一掃射轉軸傾斜一定角度時，第二掃射轉軸仍舊與水平方向平行。不影響第二光束掃射機構掃射的第二定位光束的掃射範圍。

其中，第二光束掃射機構的結構與第一光束掃射機構的結構類似，只是掃射轉軸的方向不同。因此，這裡僅對第二光束掃射機構的結構做了簡要說明，對於其中涉及的細節部分可參考上文結合圖4至圖6的相關描述。另外，第二光束掃射機構中產生第二定位光束的部分的結構與圖5所示裝置結構基本相同，也可以是通過一個光源、一個反射鏡以及一個波浪鏡產生第二定位光束的，這裡不再贅述。

上文中已經參考附圖詳細描述了根據本發明的定位光束髮射裝置、定位光束髮射設備以及定位系統。

以上已經描述了本發明的各實施例，上述說明是示例性的，並非窮盡性的，並且也不限於所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的範圍和精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施例。