多线激光器及清洁设备的制作方法

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1.本公开涉及激光探测技术领域，具体而言，涉及一种多线激光器及清洁设备。

背景技术：

2.随着技术进步，诸如agv机器人、服务机器人、清洁机器人等移动机器人在工业现场、商业场所和居民家庭等场景已得到广泛使用。当前自主移动机器人一般采用双目视觉避障方案、3d tof避障方案和线激光避障方案。其中线激光避障方案，因其成本较低，测量精度相对较高，逐步成为诸如清扫机器人等消费类移动机器人的优选避障方案。线激光避障装置中，线激光器发出的线状激光的方向(线状激光倾斜角)和数量，是决定避障效果的重要因素。

技术实现要素：

3.本公开一些实施例提供一种多线激光器，所述多线激光器包括：
4.壳体；
5.基板，设置在所述壳体内，所述基板上设置n个激光光源，其中n为正整数，且n≥2；
6.准直部件，设置在所述壳体内，配置为将所述激光光源发射的激光进行准直；以及
7.整形部件，设置在所述壳体内，所述整形部件包括n个整形区域，分别配置为对所述n个激光光源发射的经准直后的n束激光进行整形以形成线状激光。
8.在一些实施例中，所述n个整形区域中的每一个为垂直整形区域、水平整形区域和倾斜整形区域中的一个。
9.在一些实施例中，所述激光光源发射的激光经过所述准直部件后投射至所述整形部件上形成的光斑落入所述激光光源对应的整形区域内。
10.在一些实施例中，所述光斑的位置及尺寸由其对应的激光光源的位置、出光方向、所述准直部件的特性、所述准直部件与整形部件之间的距离中的至少一个确定。
11.在一些实施例中，所述基板和所述整形部件位于所述准直部件的两侧，所述基板位于所述准直部件的焦平面上，所述基板与所述准直部件的光轴垂直设置。
12.在一些实施例中，所述基板的中心或基板上两个激光光源的中心对称点位于所述准直部件的光轴上。
13.在一些实施例中，相邻整形区域之间设置有消光器。
14.在一些实施例中，所述多线激光器还包括消光筒，配置为容置所述基板、准直部件以及整形部件。
15.在一些实施例中，所述激光光源配置为分时发射激光和/或同时发射激光。
16.在一些实施例中，相互平行的线状激光对应的激光光源同时发射激光；相互交叉的线状激光对应的激光光源分时发射激光。
17.在一些实施例中，所述整形区域包括鲍威尔棱镜、柱面镜和波浪镜中的至少一个。
18.本公开一些实施例提供一种清洁设备，所述清洁设备包括前述实施例所述的多线
激光器。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
20.图1为本公开一些实施例提供的清洁设备的避障场景示意图；
21.图2为本公开一些实施例提供的清洁设备的避障场景示意图；
22.图3为本公开一些实施例提供的多线激光器的结构示意图；
23.图4为本公开一些实施例中提供的基板的结构示意图；
24.图5为本公开一些实施例提供的多线激光器的结构示意图；以及
25.图6为本公开一些实施例提供的清洁设备的避障场景示意图。
具体实施方式
26.为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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它实施例，都属于本公开保护的范围。
27.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
28.本领域中，单线激光避障装置一般难以满足复杂环境的避障要求，而多线激光避障装置需要集成多个单线激光器，大幅增加成本和集成难度，消费类产品无法接受。具体地，清洁设备，例如扫地机器人、扫拖一体机等通常会采用线激光避障方案，线激光避障装置中，线激光器发出的线状激光的方向(线状激光倾斜角)和数量，是决定避障效果的重要因素。图1为本公开一些实施例提供的清洁设备的避障场景示意图。如图1所示，自动清洁设备200，例如为扫地机器人，在作业面300，例如为地面上自动行走。自动清洁设备200基于采用线激光避障执行避障。线激光避障装置斜向下发射一条与作业面水平的线状激光，若水平线状激光照射在障碍物上，水平线状激光会形成折点，通过与水平线状激光的打地部分对比，确认障碍物的距离，根据距离信息避让障碍物。
29.采用上述方式的避障方案，只能识别地面上的障碍物，对于地面悬空且悬空高度低于清扫机器人的障碍物无法识别，可能造成碰撞。另外采用上述的避障方案，线状激光打地距离相对较远，一般超过200mm，该距离下三角法测距原理精度相对较低，无法识别高度较低的障碍物，可能造成碰撞。
30.图2为本公开一些实施例提供的清洁设备的避障场景示意图。如图2所示，自动清洁设备200，例如为扫地机器人，在作业面300，例如为地面上自动行走。自动清洁设备200基
于采用垂直双线激光避障执行避障。线激光避障装置发射两条与地面垂直的线状激光，如垂直线状激光上存在障碍物，光线会形成折点，通过与线状激光的打地部分对比，确认障碍物的距离和高度，根据距离及高度信息避让障碍物。
31.采用上述方式的避障方案，存在水平方向盲区，如图中
①
、
②
和
③
的位置线激光无法覆盖，若存在障碍物会导致移动机器人无法避开，发生碰撞。垂直双线激光方案需要2颗单线激光器件分别装配在清扫机器人中线两侧，2颗单线激光成本较高，且安装调试复杂。
32.相关技术中可以通过增加线激光装置的数量来实现更加精确地避障，例如采用水平线状激光、竖直线状激光等配合的方式来实现多线激光避障。但是采用该种避障方案，会增加线激光器的数量，导致成本过高。
33.本公开提供一种多线激光器，所述多线激光器包括：基板，所述基板上设置n个激光光源，其中n为正整数，且n≥2；准直部件，配置为将所述激光光源发射的光进行准直；以及整形部件，所述整形部件包括n个整形区域，分别配置为对所述n个激光光源发射的经准直后的n束激光进行整形以形成多线激光。采用集成技术形成多线激光器，将多个激光光源集成在同一基板上，各激光光源发出的激光对应同一整形部件的不同区域以整形成不同的线状激光，降低多线激光器的尺寸及成本。
34.下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
35.图3为本公开一些实施例提供的多线激光器的结构示意图。如图3所示，本公开一些实施例提供一种多线激光器100，用于发射多条线状激光，其可以设置在清洁设备200上用于执行避障操作。所述多线激光器100包括壳体以及设置在壳体内的基板10、准直部件20以及整形部件30。
36.基板10，例如为陶瓷基板，所述基板10上设置n个激光光源11，其中n为正整数，且n≥2。激光光源11配置为发射点状激光束，图3中示例性示出了两个激光光源11，即第一激光光源111和第二激光光源112。第一激光光源111和第二激光光源112分别发射一束点状激光。在一些实施例中，如图3所示，第一激光光源111和第二激光光源112分别位于基板10的两个相对的端部处。
37.在一些实施例中，所述激光光源11包括但不限于垂直腔面发射激光光源(vertical-cavity surface-emitting laser，简称vcsel)和/或边缘发射激光光源(edge emitting laser简称eel)。所述激光光源11发射的激光波长包括但不限于808nm、850nm、905nm和/或940nm等。n个激光光源11集成键合在基板10上，它们的种类、功率和波长可以相同，也可以不同。
38.在一些实施例中，所述激光光源11可共阳或共阴连接，激光光源11另一端连接光源驱动电路。
39.准直部件20配置为将所述激光光源11发射的激光进行准直，避免点状激光发散，准直部件20例如为准直透镜或者准直透镜组。准直透镜例如为平凸透镜。在一些实施例，准直透镜或者准直透镜组的材质包括但不限于pc(聚碳酸酯)、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)和或玻璃，其表面可以蒸镀增透膜，提高激光的利用率。
40.整形部件30包括n个整形区域31，分别配置为对所述n个激光光源11发射的经准直后的n束激光进行整形以形成多线激光。图3中示例性示出了两个整形区域31，即第一整形区域311和第二整形区域312。第一整形区域311和第二整形区域312分别与第一激光光源
111和第二激光光源112对应。在一些实施例中，如图3所示，第一整形区域311和第二整形区域312分别位于整形部件30的两端部处。第一整形区域311接收第一激光光源111发射的第一点状激光，并将该第一点状激光整形为第一线状激光。第二整形区域312接收第二激光光源112发射的第二点状激光，并将该第二点状激光整形为第二线状激光。
41.本案中的点状激光指的是激光在垂直于其传播方向上的截面的形态为点状，线状激光在垂直于其传播方向上的截面的形态为线状。
42.在一些实施例中，所述n个整形区域31中的每一个为所述垂直整形区域、水平整形区域和倾斜整形区域中的一个。垂直整形区域可以将点状激光整形为垂直线状激光出射，垂直线状激光指的是激光在垂直于其传播方向上的截面上的线型为垂直于地面的线型。水平整形区域可以将点状激光整形为水平线状激光出射，水平线状激光指的是激光在垂直于其传播方向上的截面上的线型为平行于地面的线型。倾斜整形区域可以将点状激光整形为倾斜线状激光出射，倾斜线状激光指的是激光在垂直于其传播方向上的截面上的线型为倾斜于地面的线型，倾斜线状激光可以包括多个具有不同倾斜角度的线型，倾斜角度例如为30
°
、45
°
60
°
等。
43.在一些实施例中，如图3所示，第一整形区域311例如为垂直整形区域，其可以将来自第一激光光源111的经过准直部件20准直后的第一点状激光整形为垂直线状激光并发射，即第一线状激光为垂直线状激光。第二整形区域312例如为水平整形区域，其可以将来自第二激光光源112的经过准直部件20准直后的第二点状激光整形为水平线状激光并发射，即第二线状激光为水平线状激光。
44.图4为本公开一些实施例中提供的基板的结构示意图，其示例性的示出了基板上的激光光源的位置。在基板的表面内构建坐标系，例如，如图4所示，以基板的中点为原点，水平方向为x轴方向，竖直方向为y轴方向。如此可以清晰明确地标识激光光源11在基板10上的设置位置。激光光源11在坐标系内的坐标可以代表激光光源11在基板10上的位置。
45.在一些实施例中，如图4所示，基板10例如为正方形，在其他实施例中，基板还可以长方形、菱形、圆形等其他形状。
46.在一些实施例中，激光光源11可以设置在基板10上的任意位置，图4示出了激光光源11在基板10上的一些位置，例如激光光源11可以沿x轴设置，还可以沿y轴设置，亦可以设置在正方形基板10的对角线上。图4中所示的了激光光源11在基板10上的一些位置是示例性的，其并非是穷举。本领域技术人员可以理解的是，激光光源11还可以设置在基板10上的其他位置。
47.在一些实施例中，所述激光光源11发射的激光经过所述准直部件20后投射至所述整形部件30上形成的光斑落入所述激光光源11对应的整形区域31内。激光光源11的数量与整形部件30的整形区域31的数量相同，激光光源11与整形部件30的整形区域31一一对应。每个激光光源11发生的点状激光经过准直部件20准直后照射在所述整形部件30上形成的光斑位于与该激光光源11对应的整形区域31内。该整形区域31可以将接收到的经过准直后的点状激光整形成线状激光并发射。
48.在一些实施例中，所述光斑的位置及尺寸由其对应的激光光源11的位置、出光方向、所述准直部件20的特性、所述准直部件20与整形部件30之间的距离中的至少一个确定。结合图3和图4所示，可以根据实际需要设计激光光源11的在基板10上位置、出光方向，整形
部件30上整形区域31的划分，基板10、准直部件20、以及整形部件30之间的相对位置关系，使得各激光光源11发射的点状激光基本上完全落入该激光光源11对应的整形区域31内，由此可以获得预期的多个线状激光。
49.在一些实施例中，如图3所示，所述基板10和所述整形部件30位于所述准直部件20的两侧，所述基板10位于所述准直部件20的焦平面上，所述基板10与所述准直部件20的光轴垂直设置。如此设置，可使得位于基板10上的激光光源11出射的点状激光经过准直部件20后形成准直的平行光束，由此克服激光光源11出射的点状激光的发散的问题。在一些实施例中，如图3所示，所述基板10的中心位于所述准直部件20的光轴上。在一些实施例中，基板10中包括多个激光光源，配置其中两个光源的中心对称点位于所述准直部件20的光轴上。
50.在一些实施例中，如图3所示，第一激光光源111朝向准直部件20的中心出射第一点状激光，第一点状激光的光束倾斜角θ1＝arctg h1/f，其中h1为第一激光光源111与基板10中点之间的距离，即第一激光光源111与准直部件20的光轴之间的距离，f为准直部件20的焦距。第一点状激光在自第一激光光源111向准直部件20传输过程中，由于其第一激光光源111的发散角度，第一点状激光在垂直于其传输方向上的光斑会随着远离第一激光光源111逐渐变大，第一点状激光逐渐发散，第一点状激光经过准直部件20，例如准直透镜后，会形成准直的平行光束，经过准直后的第一点状激光在垂直于其传输方向上的光斑的尺寸保持不变，即第一点状激光不再发散。当经过准直后的第一点状激光达到整形部件30时，其投射至所述整形部件30上形成的光斑落入第一激光光源111对应的第一整形区域311内，光斑面积小于或基本等于第一整形区域311的面积。经过准直后的第一点状激光经第一整形区域311整形例如形成垂直线状激光出射。
51.在一些实施例中，如图3所示，第二激光光源112朝向准直部件20的中心出射第二点状激光，第二点状激光的光束倾斜角θ2＝arctg h2/f，其中h2为第二激光光源112与基板10中点之间的距离，即第二激光光源112与准直部件20的光轴之间的距离，f为准直部件20的焦距。第二点状激光在自第二激光光源112向准直部件20传输过程中，由于其第二激光光源112的发散角度，第二点状激光在垂直于其传输方向上的光斑会随着远离第二激光光源112逐渐变大，第二点状激光逐渐发散，第二点状激光经过准直部件20，例如准直透镜后，会形成准直的平行光束，经过准直后的第二点状激光在垂直于其传输方向上的光斑的尺寸保持不变，即第二点状激光不再发散。当经过准直后的第二点状激光达到整形部件30时，其投射至所述整形部件30上形成的光斑落入第二激光光源112对应的第二整形区域312内，光斑面积小于或基本等于第二整形区域312的面积。经过准直后的第二点状激光经第二整形区域312整形例如形成水平线状激光出射。
52.图5为本公开一些实施例提供的多线激光器的结构示意图。图5所示的多线激光器与图3所示的多线激光器的结构部分相同，相同部分不再赘述，以下具体描述两者的不同部分。
53.如图5所示，图3中示例性示出了两个整形区域31，即第一整形区域311、第二整形区域312以及第三整形区域313。第一整形区域311、第三整形区域313以及第二整形区域312在纵向上依次相邻设置。第一整形区域311接收第一激光光源111发射的第一点状激光，并将该第一点状激光整形为第一线状激光，例如为垂直线状激光。第二整形区域312接收第二
激光光源112发射的第二点状激光，并将该第二点状激光整形为第二线状激光，例如为水平线状激光。第三整形区域313可以接收第三激光光源发射的第三点状激光，并将该第三点状激光整形为第三线状激光，例如为倾斜线状激光。
54.在一些实施例中，相邻整形区域31之间设置有消光器41，例如为消光板。所述消光器可使用金属或非金属材料，金属材料例如为铝合金并光学黑化处理，非金属材料例如为pc、pps或pet等并光学黑化处理。消光器表面进行消光处理，例如设置消光螺纹，喷涂消光漆等。具体地，如图5所示，第一整形区域311与第三整形区域313之间以及第二整形区域312与第三整形区域313之间均设置有消光器41，其基本上平行于整形部件30的光轴设置，例如自整形部件20朝向准直部件20延伸，其用以阻隔、反射和吸收准直光束入射到整形区域31后产生的杂散光，同时可以避免杂散光在相邻整形区域31之间产生串扰。
55.在一些实施例中，如图5所示，多线激光器100还可以包括消光筒42，用于容置所述基板10、准直部件20以及整形部件30。消光筒42可使用金属或非金属材料，金属材料例如为铝合金并光学黑化处理，非金属材料例如为pc、pps或pet等并光学黑化处理。消光筒42内壁表面进行消光处理，例如设置消光螺纹，喷涂消光漆等。用以吸收准直部件20前后的杂散光以及消光器41未能消除的杂散光，提高过线激光器的出光质量。
56.如图5所示，消光筒42靠近整形部件30的端部为敞口，多线激光器产生的线状激光经该敞出。消光筒42靠近基板10端部为封闭的，防止外界光进入消光筒42内对多线激光器的工作造成不良影响。在其他实施例中，消光筒42靠近基板10端部亦可以为敞口。
57.在一些实施例中，所述激光光源11中的至少部分被配置为分时发射激光和/或同时发射激光。结合图3至图5，基板10上的激光光源11可以由光源驱动电路进行控制，光源驱动电路可以为外接的外部驱动电路，也可以是集成在基板10上的内部驱动电路。光源驱动电路可以控制各激光光源的发射时间和持续脉宽，从控制各激光光源对应的线状激光的出射。
58.在一些实施例中，根据设计需要，激光光源11可以配置为分时发射激光，使得出射的线状激光不会相互干扰。
59.在一些实施例中，根据设计需要，激光光源11可以配置为同时发射激光，可以提高线状激光的检测效率。
60.在一些实施中，根据设计需要，激光光源11中的部分光源可被配置为分时发射激光、另一部分光源同时发射激光。
61.在一些实施例中，相互平行的线状激光对应的激光光源同时发射激光；相互交叉的线状激光对应的激光光源分时发射激光。例如多条平行线状激光对应的激光光源同时发射激光，多条垂直线状激光对应的激光光源同时发射激光，多条倾斜角度相同的倾斜线状激光对应的激光光源同时发射激光。平行线状激光、垂直线状激光以及倾斜线状激光对应的激光光源分时发射激光，它们发射激光的时间如存在间隔，它们的激光脉冲不交叠。
62.在一些实施例中，所述整形区域包括鲍威尔棱镜、柱面镜和波浪镜中的至少一个。以波浪镜为例，不同整形区域31对应的波浪形貌可以相同可以不同。整形区域31的整形特性与波浪形貌相关。例如具有沿水平方向延伸的波浪形貌的整形区域可以将点状激光整形为垂直线状激光，具有沿垂直方向延伸的波形貌的整形区域可已经可以将点状激光整形为水平线状激光。
63.本公开通过芯片键合技术和光学透镜优化设计，使得多线激光器的尺寸可大幅缩小，降低集成难度；多线激光器通过在陶瓷基板上增设激光光源芯片的数量实现多线方案，光学透镜成本和结构件成本无明显增加。
64.本公开一些实施例提供一种清洁设备，所述清洁设备前述实施例所述的多线激光器100。
65.图6为本公开一些实施例提供的清洁设备的避障场景示意图。如图6所示，自动清洁设备200’，例如为扫地机器人，在作业面300，例如为地面上自动行走。自动清洁设备200’基于采用水平单线结合垂直双线激光避障执行避障，如图6所示，a表示水平线状激光、b和c表示垂直线状激光。在其他实施例中，自动清洁设备200’还可以增加倾斜线状激光来进避障。采用不同线状激光来执行避障可以消除避障盲区，同时提高避障精度。
66.最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
67.以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种多线激光器，其特征在于，所述多线激光器包括：壳体；基板，设置在所述壳体内，所述基板上设置n个激光光源，其中n为正整数，且n≥2；准直部件，设置在所述壳体内，配置为将所述激光光源发射的激光进行准直；以及整形部件，设置在所述壳体内，所述整形部件包括n个整形区域，分别配置为对所述n个激光光源发射的经准直后的n束激光进行整形以形成线状激光。2.根据权利要求1所述的多线激光器，其中，所述n个整形区域中的每一个为垂直整形区域、水平整形区域和倾斜整形区域中的一个。3.根据权利要求1或2所述的多线激光器，其中，所述激光光源发射的激光经过所述准直部件后投射至所述整形部件上形成的光斑落入所述激光光源对应的整形区域内。4.根据权利要求3所述的多线激光器，其中，所述光斑的位置及尺寸由其对应的激光光源的位置、出光方向、所述准直部件的特性、所述准直部件与整形部件之间的距离中的至少一个确定。5.根据权利要求1或2所述的多线激光器，其中，所述基板和所述整形部件位于所述准直部件的两侧，所述基板位于所述准直部件的焦平面上，所述基板与所述准直部件的光轴垂直设置。6.根据权利要求5所述的多线激光器，其中，所述基板的中心或基板上中两个激光光源的中心对称点位于所述准直部件的光轴上。7.根据权利要求1或2所述的多线激光器，其中，相邻整形区域之间设置有消光器。8.根据权利要求1或2所述的多线激光器，其中，所述多线激光器还包括消光筒，配置为容置所述基板、准直部件以及整形部件。9.根据权利要求1或2所述的多线激光器，其中，所述激光光源中的至少部分被配置为分时发射激光和/或同时发射激光。10.根据权利要求9所述的多线激光器，其中，相互平行的线状激光对应的激光光源同时发射激光；相互交叉的线状激光对应的激光光源分时发射激光。11.根据权利要求1或2所述的多线激光器，其中，所述整形区域包括鲍威尔棱镜、柱面镜和波浪镜中的至少一个。12.一种清洁设备，其特征在于，所述清洁设备包括权利要求1至11中任一项所述的多线激光器。

技术总结

一种多线激光器及清洁设备，所述多线激光器包括：壳体，基板，设置在所述壳体内，所述基板上设置N个激光光源，其中N为正整数，且N≥2；准直部件，设置在所述壳体内，配置为将所述激光光源发射的激光进行准直；以及整形部件，设置在所述壳体内，所述整形部件包括N个整形区域，分别配置为对所述N个激光光源发射的经准直后的N束激光进行整形以形成线状激光。直后的N束激光进行整形以形成线状激光。直后的N束激光进行整形以形成线状激光。