CN101813777B - 测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测距装置，包括：反射装置，用以反射反射光、第一电磁组件，用以控制该反射装置定位在第一位置，包括激磁状态及不激磁状态，其中于该激磁状态时，产生磁场作用区、定位模块，用以控制该反射装置定位在第二位置、以及控制单元，对应感测信号控制该第一电磁组件为该激磁状态或该不激磁状态。本发明可以降低测距装置的体积，且藉由自动调整光路达到测量远距离及近距离能力。

Description

测距装置

技术领域

本发明涉及一种测距装置，尤其是一种可自动调整光路的测距装置。

背景技术

在现今离轴系统的测距装置，因为内部的光学系统是根据本身的测量范围而设计配置，所以因为光学系统的限制，使得测距装置的测量范围通常必须大于0.3m以上的某一段范围，原因在于当目标物在近距离时，例如是0.3m以内，由于光发射到目标物而反射回来的光入射角度太大，使得以原本的光学系统所导引的反射光RL无法到达光感测组件102，无法接收到反射光RL的信号，进而无法由该反射光RL的信号计算目标物的距离。

而现今技术中，亦有提出解决无法近距离测量的缺点的技术手段，利用移动接收装置的方式，调整接收装置的位置去接收各种角度入射的光信号，于美国专利号US005949531A的专利文献中，公开一种距离测量装置，是利用一弹片的一端装设有接收器，一端固设于装置本体，在该弹片下方装置有凸轮机构，该凸轮机构被驱动产生旋转时，因凸轮表面轮廓形状，会带动该弹片的上下变动，因此，藉由控制经过设计表面形状的凸轮，由其转动的角度量，就可以控制装设于该弹片一端的接收器产生上下位置的调整，而达到控制该接收器位置，以接收各种角度入射的光信号，但是，利用弹片及凸轮来控制接收器的位置变化，会需要较大的空间来设置弹片及凸轮，且弹片及凸轮会有材料的疲劳及磨损而造成定位点误差等等的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中测距装置的上述缺陷，提供一种测距装置，可自动调整光路而有较大量测范围的能力。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种测距装置，包括：反射装置，用以反射反射光、第一电磁组件，用以控制该反射装置定位在第一位置，包括激磁状态及不激磁状态，其中于该激磁状态时，产生磁场作用区、定位模块，用以控制该反射装置定位在第二位置、以及控制单元，对应感测信号控制该第一电磁组件为该激磁状态或该不激磁状态。

根据本发明所述的测距装置，更包括：

光发射组件，用以对目标物发射测量光；

光感测组件，用以感测该目标物反射该测量光的该反射光，并且对应产生该感测信号。

根据本发明所述的测距装置，该反射装置更包括导磁部及反射组件，其中该导磁部位于磁场作用区。

根据本发明所述的测距装置，该定位模块更包括：

第二电磁组件，包括激磁状态及不激磁状态，其中于该激磁状态时，产生磁场作用区。

根据本发明所述的测距装置，该控制单元更包括当该感测信号值小于默认值时，控制该第一电磁组件为该不激磁状态。

根据本发明所述的测距装置，该控制单元更包括当该感测信号值小于该默认值时，控制该第二电磁组件为该激磁状态、当该感测信号值高于该默认值时，控制该第一电磁组件为该激磁状态。

根据本发明所述的测距装置，该定位模块更包括定位柱。

根据本发明所述的测距装置，该定位模块更包括拉伸弹性组件，一端装设于该定位柱，另一端装设于该反射装置。

根据本发明所述的测距装置，更包括会聚透镜，用以将该反射光会聚在该反射装置。

本发明利用控制单元来比较感测信号值的大小是否低于默认值，以判定目标物的远近，当感测信号值低于默认值时，代表目标物在近距离，因此该控制单元控制该第一电磁组件为不激磁状态，使得该反射装置被定位在第二位置，因而改变光的行经路径，使得测距装置可以接收到足够强度的信号，而可据以计算出待测物的距离值。

本发明的测距装置可以具有较大的测量范围，且其所具有的反射装置在在位置改变动作所采用的手段，可以降低组件的磨耗，因此不易降低反射组件定位的准确度，进而提升使用的寿命。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出数个实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明第一实施例的测距装置硬件配置示意图。

图2是本发明第一实施例的反射装置104结构示意图。

图3是本发明第一实施例的测距装置在测量远距离目标物的光路示意图。

图4A是本发明第一实施例的测距装置在测量近距离目标物的光路示意图。

图4B是本发明第一实施例的测距装置在测量近距离目标物的修正光路示意图。

图5A是本发明第二实施例的测距装置在测量近距离目标物的光路示意图。

图5B是本发明第二实施例的测距装置在测量近距离目标物的修正光路示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，是本发明第一实施例的测距装置硬件配置示意图。本发明第一实施例的测距装置包括光发射组件101、光感测组件102、会聚透镜103、反射装置104、第一电磁组件105、定位模块106以及控制单元107。于本发明第一实施例中的测距装置是雷射测距仪10，用以对远距离及近距离的目标物进行测量操作，其中该近距离是指该测距装置在该光学系统内的各光学组件配置为固定时，该测距装置能量测到目标物的最短距离能力，于本发明实施例中，系假设距离在0.3mm以内，而该远距离系假设距离是超过0.3mm。

请参阅图3，是本发明第一实施例的测距装置在测量远距离目标物的光路示意图。本发明第一实施例的测距装置的该光发射组件101，用以对目标物发出测量光ML。于本实施例中，该光发射组件101是雷射二极管，用以在进行测距操作时，对目标物发出光信号做为该测量光ML，而该目标物的表面被该测量光ML照射到时，会反射该测量光ML而成为反射光RL。

该光感测组件102，用以感测由该目标物反射该测量光ML的该反射光RL，并且对应产生感测信号。该光感测组件102于本发明实施例中是雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，简称APD)，用以感测该反射光RL，并且可对应该反射光RL的强度，而输出对应的电信号。

会聚透镜103，用以将该反射光RL会聚在该反射装置104的反射组件1042。该会聚透镜103可以是凸透镜或非球面透镜，可将由该目标物反射的该反射光RL会聚在该反射装置104上，以增加该光感测组件102可接收该反射光RL的效率。

第一电磁组件105，用以控制该反射装置104定位在第一位置，包括激磁状态及不激磁状态，其中该第一电磁组件105为该激磁状态时，会产生磁场作用区。该第一电磁组件105可以对应第一控制信号而发生该激磁状态或该不激磁状态，其中该第一控制信号是电流，当该电流通过该第一电磁组件105的方向不同时，会使得该激磁状态产生磁性的改变，例如是S极或N极，意即产生吸力或排赤力。于本发明第一实施例中，该第一电磁组件105为电磁铁，以该激磁状态为产生磁吸力为例。

定位模块106，用以控制该反射装置104定位在第二位置。于本发明第一实施例中，该定位模块106包括第二电磁组件，于一实施例中，该第二电磁组件是电磁铁。

反射装置104，用以反射该反射光RL。该反射装置104被用来反射穿过该会聚透镜103的该反射光RL，且因为该反射装置104经过光学设计的设置，而与入射的光轴呈一倾斜角度，因此在该测距装置的测量距离内，例如是大于0.3mm以上的某一距离范围内，皆可将该反射光RL反射至该光感测组件102的位置。

请参阅图2，是本发明第一实施例的反射装置104结构示意图，该反射装置104是枢接于该测距装置的对应位置上，使得该反射装置104可绕着枢接点而产生摆动的动作。于本发明第一实施例中，该反射装置104包括导磁部1041及反射组件1042，其中该导磁部1041是装设于该反射装置104的至少一区域，且该导磁部1041于该反射装置104上的位置必须在该第一电磁组件105及该第二电磁组件的磁场区域内，藉由该第一电磁组件105或该第二电磁组件的激磁状态，与该导磁部1041相互作用，而控制该反射装置104定位在该第一位置或该第二位置。举例来说，当该第一电磁组件105为激磁状态时，产生磁吸力，并且在该第二电磁组件为不激磁状态时，装设于该反射装置104上的该导磁部1041会被该第一电磁组件105吸引，而使得该反射装置104被定位在第一位置。反之，当该第二电磁组件为激磁状态时，且该第一电磁组件105为不激磁状态时，该反射装置104被该第二电磁组件产生的磁吸力定位在该第二位置。由上述可知，该反射组件1042的倾斜角度可因为该反射装置104被定位在该第一位置或该第二位置时，而产生不同的倾斜角度变化，因此该反射光RL入射的角度亦对应产生变化，继而改变了该反射组件1042反射该反射光RL的出射光路，而改变了该反射光RL的行进路径。

控制单元107，对应该感测信号，控制该第一电磁组件105为该激磁状态或该不激磁状态。该控制单元107于接收到该感测信号后，将该感测信号值与已定义的一默认值进行比较，当该感测信号值低于该默认值时，该控制单元107发出该第一控制信号，而于该感测信号值高于该默认值时，该控制单元107发出该第二控制信号。于本发明第一实施例中，该控制单元107是微处理器(Micro Compute Processor，简称MCU)。于一实施例中，该控制单元107是数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、中央处理单元(central processing unit，CPU)、可编程逻辑组件(complex programmable logic device，CPLD)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或是系统单芯片(system on-chip，SOC)。于本实施例中，该默认值是于出厂前，经由实验取得代表适合该光感测组件接收的最低亮度数值，并且预先储存于储存媒体内，例如是电子可擦写可编程只读存储器(Electrically Erasable，Programmable Read-Only Memory，简称EEEPROM)或闪存(FLASH MEMORY)，于进行比较的程序中，由该控制单元107读出储存于该储存媒体内的该默认值。

请再参阅图3，藉以说明测距装置在测量远距离目标物时的光路情形。当该测距装置被启动，并进行对目标物测距的操作时，该光发射组件101会先发出该测量光ML，该目标物的表面被该测量光ML投射后，会将该测量光ML反射为该反射光RL，在经过该会聚透镜103后，该反射光RL将会聚在该反射装置104上。该反射装置104此时定位在该第一位置，并且该反射装置104的该反射组件1042将该反射光RL反射，而将该反射光RL投射在该光感测组件102上，以供该光感测组件102进行感测，而该光感测组件102会依据所感测的该反射光RL强度，对应输出该感测信号至该控制单元107。该控制单元107于接收到该感测信号时，将该感测信号值与该默认值进行比较，因为此时的反射光RL大部份的被投射在该光感测组件102上，因此该感测信号值将较高，并且高于该默认值。值得一提的是，该测距装置于每次的测距操作时，例如按下测量按钮，该控制单元107即产生并输出该第一控制信号至该第一电磁组件105，使该第一电磁组件105为激磁状态，藉由激磁状态所产生的磁力，将该反射装置104上的该导磁部1041吸住，使得该反射装置104定位在该第一位置，因此该反射装置104会被预设定位在该第一位置，而该反射装置104在该第一位置上时，该测距装置内的该光感测组件102可以接收到在0.3mm以上距离的目标物所反射的反射光RL，而该控制单元107依据该感测信号，计算出该目标物的距离。

请参阅图4A，是本发明第一实施例的测距装置在测量近距离目标物的光路示意图，用以说明测距装置在测量近距离目标物时的光路情形。当随着该目标物的距离愈近时，由该目标物反射的该反射光RL入射到该会聚透镜的入射角度(与该会聚透镜103光轴的夹角)将会愈大，因此，当该目标物距离小于预设的距离时，该反射装置104反射该反射光RL的反射角(与该反射装置104的法线夹角)会愈小，使得反射的该反射光RL偏离该光感测组件102，因而使得该控制单元107接收该光感测组件102输出的该感测信号值会愈来愈低。当该感测信号值低于该默认值时，该控制单元107无法依据该感测信号计算距离值。因此，该控制单元107于该感测信号值低于该默认值时，停止发出该第一控制信号，并发出该第二控制信号。

请参阅图4B，是本发明第一实施例的测距装置在测量近距离目标物的修正光路示意图，用以说明测距装置在测量近距离目标物时，藉由控制该反射装置104的定位位置，以改变光路的示意图。当该控制单元107停止发出该第一控制信号，并发出该第二控制信号时，该第一电磁组件105为不激磁状态且该第二电磁组件为激磁状态，因此，该第二电磁组件将该反射装置104的导磁部1041吸住，使该反射装置104定位在该第二位置。因为该反射装置104在该第二位置的倾斜角度较该第一位置的倾斜角度小，因此改变了该反射光RL入射该反射装置104的反射角，藉此将该反射的光路修正至该光感测组件102的位置，使得该光感测组件102可以接收到大部份的反射光RL，此时由光感测组件102输出的该感测信号值会大于该默认值，该控制单元107再依据该感测信号计算该目标物的距离。

请参阅图5A，是本发明第二实施例的测距装置在测量近距离目标物的光路示意图，与第一实施例相同的部份在此不再赘述，在本发明第二实施例的测距装置的该定位模块106包括定位柱1061及拉伸弹性组件1062，其中该拉伸弹性组件1062是同时装设于该反射装置104及该定位柱1061上。当该测距装置于进行测距操作时，该控制单元107控制该第一电磁组件105为激磁状态，将该反射装置104定位在该第一位置，此时该第一电磁组件105所产生的磁力大于该拉伸弹性组件1062的拉力。因近距离目标物测量时，该反射装置104反射的出射光路会远离该光感测组件102，因此该控制单元107接收的该感测信号值会低于该默认值。请参阅图5B，是本发明第二实施例的测距装置在测量近距离目标物的修正光路示意图，当该控制单元107接收的该感测信号值低于该默认值时，该控制单元107停止发出该第一控制信号，使该第一电磁组件105为不激磁状态，因此该反射装置104被该拉伸弹性组件1062拉回，而定位在该第二位置，而达到控制该反射装置104的倾斜角度，进而修正该反射光RL反射的光路。

本发明虽以数个实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的范围，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种测距装置，其特征在于，包括：

光发射组件，用以对目标物发射测量光；

反射装置，用以反射目标物的反射光；

光感测组件，用以感测该反射光，并且对应产生感测信号；

第一电磁组件，用以控制该反射装置定位在第一位置，包括激磁状态及不激磁状态，其中所述测距装置测量远距离目标物时，第一电磁组件处于该激磁状态，产生磁场作用区，使该反射装置定位在第一位置以将光线反射到光感测组件；

定位模块，用以控制该反射装置定位在第二位置，其中所述测距装置测量近距离目标物时，第一电磁组件处于不激磁状态，定位模块使该反射装置定位在第二位置以将光线反射到光感测组件；以及

控制单元，对应感测信号控制该第一电磁组件为该激磁状态或该不激磁状态。

2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该反射装置更包括导磁部及反射组件，其中该导磁部位于磁场作用区。

3.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该定位模块更包括：

第二电磁组件，包括激磁状态及不激磁状态，其中于该激磁状态时，产生磁场作用区。

4.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该控制单元更包括当该感测信号值小于默认值时，控制该第一电磁组件为该不激磁状态。

5.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，该控制单元更包括当该感测信号值小于默认值时，控制该第二电磁组件为该激磁状态、当该感测信号值高于默认值时，控制该第一电磁组件为该激磁状态。

6.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该定位模块更包括定位柱。

7.如权利要求6所述的测距装置，其特征在于，该定位模块更包括拉伸弹性组件，一端装设于该定位柱，另一端装设于该反射装置。

8.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，更包括会聚透镜，用以将该反射光会聚在该反射装置。

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