CN105445942A - 测距仪及其分合光棱镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测距仪及其分合光棱镜装置，其中分合光棱镜装置包括第一棱镜、第二棱镜、屋脊型棱镜及光学多层膜。当第一波长范围光束及第二波长范围光束入射第一棱镜后，将被全反射至光学多层膜，光学多层膜反射第一波长范围光束但是让第二波长范围光束通过而入射第二棱镜，第二波长范围光束入射第二棱镜后，将被全反射而射出第二棱镜。

Description

测距仪及其分合光棱镜装置

技术领域

本发明有关于一种测距仪及其分合光棱镜装置。

背景技术

已知的中国台湾专利案号TW594052揭露一种分合光棱镜组及应用此棱镜组的测距装置，其中的分合光棱镜组具有四个光出/入面，可使入射分合光棱镜组的红外波长光束经过一次全反射后，改变行进方向射出分合光棱镜组。另外，可使入射分合光棱镜组的可见光波长范围的影像光束经过一次反射及四次全反射后，不改变行进方向射出分合光棱镜组。或者，使入射分合光棱镜组的可见光波长范围的影像光束经过三次全反射后，改变行进方向射出分合光棱镜组。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的测距装置中光束须经过多次全反射、结构复杂的缺陷，提供一种测距仪及其分合光棱镜装置，其中的分合光棱镜装置可使入射的第二波长范围光束经由两次全反射后，由反方向射出分合光棱镜组，可简化测距仪中的接收器位置设计。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种分合光棱镜装置包括第一棱镜、第二棱镜、屋脊型棱镜及光学多层膜。第一棱镜包括第一面、第二面及第三面。第二棱镜包括第四面、第五面及第六面。屋脊型棱镜包括第七面、第八面及屋脊面。第七面面向第二面，第五面面向第三面。光学多层膜设置于第五面与第三面之间。当第一波长范围光束及第二波长范围光束由第一面入射第一棱镜后，第一波长范围光束及第二波长范围光束将被第二面全反射至光学多层膜，光学多层膜反射第一波长范围光束但是让第二波长范围光束通过而入射第二棱镜，第二波长范围光束由第五面入射第二棱镜后，将被第六面全反射改变行进方向，最后由第四面射出第二棱镜。

其中第三面与第五面胶合。

其中第二面与第七面胶合。

其中第一波长范围光束为可见光，第二波长范围光束为红外光。

本发明的测距仪包括发射器、物镜、分合光棱镜装置及接收器。第二波长范围光束是由发射器发出，经被测物反射后，与第一波长范围光束一起通过物镜而进入分合光棱镜装置，分合光菱镜装置将第一波长范围光束及第二波长范围光束导引至不同方向，使第二波长范围光束射向接收器。

其中第一波长范围光束为可见光，第二波长范围光束为红外光。

本发明的测距仪可更包括滤光片，设置于接收器与分合光棱镜装置之间，滤光片只允许第二波长范围光束通过。

本发明的测距仪可更包括透镜，透镜设置于发射器与被测物之间。

其中发射器为半导体雷射。

其中接收器为崩溃光二极管(APD)或光二极管(PD)。

本发明的测距仪可更包括透镜，透镜设置于接收器与该分合光棱镜装置之间。

本发明的测距仪可更包括目镜，设置于屋脊型棱镜旁，以通过目镜来观看被测物。

本发明的分合光棱镜装置包括第一棱镜、第二棱镜、屋脊型棱镜及光学多层膜。第一棱镜包括第一面、第二面及第三面。第二棱镜包括第四面、第五面及第六面，光学全反射膜覆于第六面。屋脊型棱镜包括第七面、第八面及屋脊面。第七面面向第二面，第五面面向第三面。光学多层膜设置于第五面与第三面之间。当第一波长范围光束及第二波长范围光束由第一面入射第一棱镜后，第一波长范围光束及第二波长范围光束将被第二面全反射至光学多层膜，光学多层膜反射第一波长范围光束但是让第二波长范围光束通过而入射第二棱镜，第二波长范围光束由第五面入射第二棱镜后，将被光学全反射膜全反射改变行进方向，最后由第四面射出第二棱镜。

其中第四面与第五面的夹角大致上为67.5度，第四面与第六面的夹角大致上为45度，第五面与第六面的夹角大致上为67.5度。

其中第三面与第五面胶合。

其中第二面与第七面胶合。

其中第一波长范围光束为可见光，第二波长范围光束为红外光。

本发明的测距仪包括发射器、物镜、分合光棱镜装置及接收器。第二波长范围光束是由发射器发出，经被测物反射后，与第一波长范围光束一起通过物镜而进入分合光棱镜装置，分合光菱镜装置将第一波长范围光束及第二波长范围光束导引至不同方向，使第二波长范围光束射向接收器。

其中第一波长范围光束为可见光，第二波长范围光束为红外光。

本发明的测距仪可更包括透镜，透镜设置于发射器与被测物之间。

其中发射器为半导体雷射。

其中接收器为崩溃光二极管(APD)或光二极管(PD)。

本发明的测距仪可更包括透镜，透镜设置于接收器与该分合光棱镜装置之间。

本发明的测距仪可更包括目镜，设置于屋脊型棱镜旁，以通过目镜来观看被测物。

本发明的测距仪及其分合光棱镜装置中，此分合光棱镜装置可使入射的第二波长范围光束经由两次全反射后，由反方向射出分合光棱镜组，其中的一次全反射是由棱镜表面镀覆的光学全反射膜所完成，可减少第二波长范围光束全反射时的能量损失，使测距仪测量距离的准确度提高，或者使测距仪的距离测量范围变大，另一方面，也可简化测距仪设计缩小测距仪体积。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。

附图说明

图1A是依据本发明的分合光棱镜装置的第一实施例的可见光光路示意图。

图1B是依据本发明的分合光棱镜装置的第一实施例的红外光光路示意图。

图2是依据本发明的测距仪的第一实施例的架构与光路示意图。

图3A是依据本发明的分合光棱镜装置的第二实施例的可见光光路示意图。

图3B是依据本发明的分合光棱镜装置的第二实施例的红外光光路示意图。

图3C是图3A的第二棱镜的各相临面的夹角角度示意图。

图4是依据本发明的测距仪的第二实施例的架构与光路示意图。

具体实施方式

请同时参阅图1A及图1B。图1A是依据本发明的分合光棱镜装置的一实施例的可见光光路示意图，图1B是依据本发明的分合光棱镜装置的一实施例的红外光光路示意图。如图1A所示，分合光棱镜装置10包括第一棱镜11、第二棱镜13、屋脊型棱镜15及光学多层膜17。第一棱镜11与第二棱镜13之间夹着光学多层膜17，光学多层膜17只允许红外光通过，可见光将被反射，第一棱镜11的第三面113与第二棱镜13的第五面132胶合。第一棱镜11的第二面112与屋脊型棱镜15的第七面151相对。

当可见光18入射第一棱镜11后，将直接穿透第一面111射向第二面112，射向第二面112的可见光18将发生全反射作用，使得可见光18改变行进方向射向第三面113及光学多层膜17，因为光学多层膜17只允许红外光通过，可见光将被反射，所以可见光18将被反射改变行进方向射向第二面112，且由第二面112射出第一棱镜11再射向屋脊型棱镜15，射向屋脊型棱镜15的可见光18将直接穿透第七面151，接着可见光18将分别于第八面152、屋脊面153及第七面151发生全反射作用改变行进方向，最后由第八面152射出屋脊型棱镜15。

请参考图1B，当红外光19入射第一棱镜11后，将直接穿透第一面111射向第二面112，射向第二面112的红外光19发生全反射作用，使得红外光19改变行进方向射向第三面113及光学多层膜17，因为光学多层膜17只允许红外光通过，可见光将被反射，所以红外光19将直接穿透面113及光学多层膜17射入第二棱镜13，射入第二棱镜13的红外光19将直将穿透第五面132，接着射向第六面133，再经第六面133发生全反射改变行进方向，最后由第四面131射出第二棱镜13。

综上所述，当可见光18及红外光19同时由第一面111入射分合光棱镜装置10后，可见光18及红外光19将被分光，朝不同方向前进，可见光18将从第八面152射出分合光棱镜装置10，且其行进方向没有改变，红外光19将从第四面131射出分光合光棱镜装置10，且改变其行进方向往反方向前进。也可以将红外光19由第四面131射入分合光棱镜装置10，最后由第一面111射出分合光棱镜装置10，且改变其行进方向往反方向前进，但是可见光18仍然从第一面111入射分合光棱镜装置10，再从第八面152射出分合光棱镜装置10，且其行进方向没有改变。也可以将不同方向的可见光及红外光合光后再朝同方向前进，当可见光18由第八面152入射分光合光棱镜装置10，最后将由第一面111射出分合光棱镜装置10，且其行进方向没有改变，当红外光19由第四面131射入分合光棱镜装置10，最后将由第一面111射出分合光棱镜装置10，且改变其行进方向往反方向前进，可见光18及红外光19都将朝同一方向前进。

请参考图2，图2是依据本发明的测距仪的一实施例的架构与光路示意图。测距仪20包括发射器21、接收器22、分合光棱镜装置23、透镜24、物镜25、滤光片26、透镜27及目镜28。分合光棱镜装置23包括第一棱镜231、第二棱镜232、屋脊型棱镜233及光学多层膜234。光学多层膜234介于第一棱镜231与第二棱镜232之间，第一棱镜231的第三面2313与第二棱镜232的第五面2322胶合，第一棱镜231的第二面2312与屋脊型棱镜233的第七面2331相对。透镜24设置于发射器21与被测物(未图示)之间。滤光片26设置于接收器22与第四面2321之间。透镜27设置于接收器22与滤光片26之间。目镜28设置于第八面2332旁边。

发射器21发出红外光211T，红外光211T通过透镜24后调整为准直的红外光211T再射向被测物。被测物可将入射的红外光211T反射，使红外光211R射向测距仪20。此外，被测物本身也会反射可见光，使可见光29射向测距仪20。射向测距仪20的红外光211R及可见光29先通过物镜25，再由第一面2311射入分合光棱镜装置23，分合光棱镜装置23可将红外光211R及可见光29分离，使红外光211R经由第四面2321射出分合光棱镜装置23，再通过滤光片26，滤光片26只让红外光211R通过其它光线将被滤除，最后经由透镜27聚焦入射接收器22，再经后续的数据处理即可将被测物距离算出。另一方面，可见光29将经由第八面2332射出分合光棱镜装置23，再通过目镜28，使用者可通过目镜28观看被测物影像。

上述实施例中的发射器21可为半导体雷射(SemiconductorLaser)，接收器22可为崩溃光二极管(APD)或光二极管(PD)。

上述实施例中，红外光211R及可见光29经由分合光棱镜装置23分离后，再分别入射接收器22及目镜28，然而可以了解到，若改变发射器21、接收器22、滤光片26、透镜24及透镜27与分合光棱镜装置23的相对位置，使发射器21所发出的红外光211T由第四面2321入射分合光棱镜装置23，再由第一面2311射出分合光棱镜装置23，接着穿透物镜25射向被测物，而由被测物反射回测距仪20的红外光211R，则直接穿过滤光片26及透镜27由接收器22接收，亦应属本发明的范畴。

请同时参阅图3A、图3B及图3C。图3A是依据本发明的分合光棱镜装置的第二实施例的可见光光路示意图，图3B是依据本发明的分合光棱镜装置的第二实施例的红外光光路示意图，图3C是图3A的第二棱镜的各相临面的夹角角度示意图。如图3A所示，分合光棱镜装置30包括第一棱镜31、第二棱镜33、屋脊型棱镜35及光学多层膜37。第一棱镜31与第二棱镜33之间夹着光学多层膜37，光学多层膜37只允许红外光通过，可见光将被反射，第一棱镜31的第三面313与第二棱镜33的第五面332胶合。第一棱镜31的第二面312与屋脊型棱镜35的第七面351相对，光学全反射膜36覆于第二棱镜33的第六面333，光学全反射膜36可将入射的红外光全反射。如图3C所示，第二棱镜33的第四面331与第五面332的夹角334等于67.5度、第四面331与第六面333的夹角336等于45度、第五面332与第六面333的夹角335等于67.5度。

当可见光38入射第一棱镜31后，将直接穿透第一面311射向第二面312，射向第二面312的可见光38将发生全反射作用，使得可见光38改变行进方向射向第三面313及光学多层膜37，因为光学多层膜37只允许红外光通过，可见光将被反射，所以可见光38将被反射改变行进方向射向第二面312，且由第二面312射出第一棱镜31再射向屋脊型棱镜35，射向屋脊型棱镜35的可见光38将直接穿透第七面351，接着可见光38将分别于第八面352、屋脊面353及第七面351发生全反射作用改变行进方向，最后由第八面352射出屋脊型棱镜35。

请参考图3B，当红外光39入射第一棱镜31后，将直接穿透第一面311射向第二面312，射向第二面312的红外光39发生全反射作用，使得红外光39改变行进方向射向第三面313及光学多层膜37，因为光学多层膜37只允许红外光通过，可见光将被反射，所以红外光39将直接穿透面313及光学多层膜37射入第二棱镜33，射入第二棱镜33的红外光39将直将穿透第五面332，接着射向第六面333，再经光学全反射膜36发生全反射改变行进方向，最后由第四面331射出第二棱镜33。

综上所述，当可见光38及红外光39同时由第一面311入射分合光棱镜装置30后，可见光38及红外光39将被分光，朝不同方向前进，可见光38将从第八面352射出分合光棱镜装置30，且其行进方向没有改变，红外光39将从第四面331射出分光合光棱镜装置30，且改变其行进方向往反方向前进。也可以将红外光39由第四面331射入分合光棱镜装置30，最后由第一面311射出分合光棱镜装置30，且改变其行进方向往反方向前进，但是可见光38仍然从第一面311入射分合光棱镜装置30，再从第八面352射出分合光棱镜装置30，且其行进方向没有改变。也可以将不同方向的可见光及红外光合光后再朝同方向前进，当可见光38由第八面352入射分光合光棱镜装置30，最后将由第一面311射出分合光棱镜装置30，且其行进方向没有改变，当红外光39由第四面331射入分合光棱镜装置30，最后将由第一面311射出分合光棱镜装置30，且改变其行进方向往反方向前进，可见光38及红外光39都将朝同一方向前进。

请参考图4，图4是依据本发明的测距仪的第二实施例的架构与光路示意图。测距仪40包括发射器41、接收器42、分合光棱镜装置43、透镜44、物镜45、透镜47及目镜48。分合光棱镜装置43包括第一棱镜431、第二棱镜432、屋脊型棱镜433及光学多层膜434。光学多层膜434介于第一棱镜431与第二棱镜432之间，第一棱镜431的第三面4313与第二棱镜432的第五面4322胶合，第一棱镜431的第二面4312与屋脊型棱镜433的第七面4331相对，光学全反射膜43231覆于第二棱镜432的第六面4323。透镜44设置于发射器41与被测物(未图示)之间。透镜47设置于接收器42与第四面4321之间。目镜48设置于第八面4332旁边。

发射器41发出红外光411T，红外光411T通过透镜44后调整为准直的红外光411T再射向被测物。被测物可将入射的红外光411T反射，使红外光411R射向测距仪40。此外，被测物本身也会反射可见光，使可见光49射向测距仪40。射向测距仪40的红外光411R及可见光49先通过物镜45，再由第一面4311射入分合光棱镜装置43后，红外光411R将被第二面4312全反射，接着穿透第三面4313、光学多层膜434及第五面4322，再经光学全反射膜43231全反射，最后由第四面4321射出分合光棱镜装置43，接着通过透镜47聚焦入射接收器42，再经后续的数据处理即可将被测物距离算出。另一方面，可见光49被第二面4312全反射后将再被光学多层膜434反射，最后由第二面4312射出第一棱镜431再射向屋脊型棱镜433，射向屋脊型棱镜433的可见光49将直接穿透第七面4331，接着可见光49将分别于第八面4332、屋脊面4333及第七面4331发生全反射作用改变行进方向，最后由第八面4332射出屋脊型棱镜433，再通过目镜48，使用者可通过目镜48观看被测物影像。

上述实施例中的红外光411R是经由光学全反射膜43231全反射而不是经由第六面4323全反射，使得红外光411R经全反射后能量损失较少，即接收器42所接收的红外光411R能量损失较少，可提升测距仪40的测量距离准确度。

上述实施例中的发射器41可为半导体雷射(SemiconductorLaser)，接收器42可为崩溃光二极管(APD)或光二极管(PD)。

上述实施例中，红外光411R及可见光49经由分合光棱镜装置43分离后，再分别入射接收器42及目镜48，然而可以了解到，若改变发射器41、接收器42、透镜44及透镜47与分合光棱镜装置43的相对位置，使发射器41所发出的红外光411T由第四面4321入射分合光棱镜装置43，接着经由光学全反射膜43231全反射，最后由第一面4311射出分合光棱镜装置43，接着穿透物镜45射向被测物，而由被测物反射回测距仪40的红外光411R，则直接穿过透镜47由接收器42接收，发射器41所发出的红外光411T是经由光学全反射膜43231全反射而不是经由第六面4323全反射，使得红外光411T经全反射后能量损失较少，即射向被测物的红外光411T能量损失较少，可提升测距仪40的距离测量范围，亦应属本发明的范畴。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种分合光棱镜装置，其特征在于，包括：

第一棱镜，该第一棱镜包括第一面、第二面以及第三面；

第二棱镜，该第二棱镜包括第四面、第五面以及第六面，该第五面面向该第三面；

屋脊型棱镜，该屋脊型棱镜包括第七面、第八面以及屋脊面，该第七面面向该第二面；以及

光学多层膜，该光学多层膜设置于该第五面与该第三面之间；

其中当第一波长范围光束以及第二波长范围光束由该第一面入射该第一棱镜后，该第一波长范围光束以及该第二波长范围光束将被该第二面全反射至该光学多层膜，该光学多层膜反射该第一波长范围光束但是让该第二波长范围光束通过而入射该第二棱镜，该第二波长范围光束由该第五面入射该第二棱镜后，将被该第六面全反射改变行进方向，最后由该第四面射出该第二棱镜。

2.如权利要求1所述的分合光棱镜装置，其特征在于，该第三面与该第五面胶合及该第二面与该第七面胶合。

3.如权利要求1所述的分合光棱镜装置，其特征在于，该第一波长范围光束为可见光，该第二波长范围光束为红外光。

4.一种测距仪，其特征在于，包括发射器、物镜、如权利要求1所述的分合光棱镜装置、以及接收器，其中该第二波长范围光束是由该发射器发出，经被测物反射后，与该第一波长范围光束一起通过该物镜而进入该分合光棱镜装置，该分合光菱镜装置将该第一波长范围光束以及该第二波长范围光束导引至不同方向，使该第二波长范围光束射向该接收器。

5.如权利要求4所述的测距仪，其特征在于，该第一波长范围光束为可见光，该第二波长范围光束为红外光。

6.如权利要求4所述的测距仪，其特征在于，更包括滤光片，设置于该接收器与该分合光棱镜装置之间，其中该滤光片只允许该第二波长范围光束通过。

7.如权利要求4所述的测距仪，其特征在于，更包括透镜，该透镜设置于该发射器与该被测物之间。

8.如权利要求4所述的测距仪，其特征在于，该发射器为半导体雷射及该接收器为崩溃光二极管或光二极管。

9.如权利要求4所述的测距仪，其特征在于，更包括透镜，该透镜设置于该接收器与该分合光棱镜装置之间。

10.如权利要求4所述的测距仪，其特征在于，更包括目镜，设置于该屋脊型棱镜旁，以通过该目镜来观看该被测物。

11.一种分合光棱镜装置，其特征在于，包括：

第一棱镜，该第一棱镜包括第一面、第二面以及第三面；

第二棱镜，该第二棱镜包括第四面、第五面以及第六面，该第五面面向该第三面，光学全反射膜覆于该第六面；

屋脊型棱镜，该屋脊型棱镜包括第七面、第八面以及屋脊面，该第七面面向该第二面；以及

光学多层膜，该光学多层膜设置于该第五面与该第三面之间；

其中当第一波长范围光束以及第二波长范围光束由该第一面入射该第一棱镜后，该第一波长范围光束以及该第二波长范围光束将被该第二面全反射至该光学多层膜，该光学多层膜反射该第一波长范围光束但是让该第二波长范围光束通过而入射该第二棱镜，该第二波长范围光束由该第五面入射该第二棱镜后，将被该光学全反射膜全反射改变行进方向，最后由该第四面射出该第二棱镜。

12.如权利要求11所述的分合光棱镜装置，其特征在于，该第四面与该第五面的夹角大致上为67.5度，该第四面与该第六面的夹角大致上为45度，该第五面与该第六面的夹角大致上为67.5度。

13.如权利要求11所述的分合光棱镜装置，其特征在于，该第三面与该第五面胶合及该第二面与该第七面胶合。

14.如权利要求11所述的分合光棱镜装置，其特征在于，该第一波长范围光束为可见光，该第二波长范围光束为红外光。

15.一种测距仪，其特征在于，包括发射器、物镜、如权利要求13所述的分合光棱镜装置、以及接收器，其中该第二波长范围光束是由该发射器发出，经被测物反射后，与该第一波长范围光束一起通过该物镜而进入该分合光棱镜装置，该分合光菱镜装置将该第一波长范围光束以及该第二波长范围光束导引至不同方向，使该第二波长范围光束射向该接收器。

16.如权利要求15所述的测距仪，其特征在于，该第一波长范围光束为可见光，该第二波长范围光束为红外光。

17.如权利要求15所述的测距仪，其特征在于，更包括透镜，该透镜设置于该发射器与该被测物之间。

18.如权利要求15所述的测距仪，其特征在于，该发射器为半导体雷射及该接收器为崩溃光二极管或光二极管。

19.如权利要求15所述的测距仪，其特征在于，更包括透镜，该透镜设置于该接收器与该分合光棱镜装置之间。

20.如权利要求15所述的测距仪，其特征在于，更包括目镜，设置于该屋脊型棱镜旁，以通过该目镜来观看该被测物。