CN111856767A - 测距仪及其显示器镜组装置 - Google Patents

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Abstract

一种测距仪及其显示器镜组装置。显示器镜组装置包括显示器、透镜组及分合光棱镜装置。显示器发出第一波长范围光束。透镜组包括入光面及出光面，第一波长范围光束由入光面入射透镜组，由出光面射出透镜组。分合光棱镜装置包括第一棱镜及第二棱镜。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、第六面、第七面及第八面，第五面面向第三面。透镜组及分合光棱镜装置满足以下条件：0.80％≤E1/E0≤0.95％；其中，E0是从显示器发射的第一波长范围光束的能量，E1则是第一波长范围光束经过透镜组后的能量。

Description

测距仪及其显示器镜组装置
技术领域
本发明有关于一种测距仪及其显示器镜组装置。
背景技术
现今的测距仪包含显示器以显示被测物距离等信息，其中目镜可以同时看到目标物、背景及显示器的信息，但是已知的包含显示器的测距仪，无法既提供明亮清晰的目标物及显示器信息又不影响背景颜色造成视觉效果不良。足见已知的包含显示器的测距仪已经无法满足现今的需求，需要有另一种新架构的测距仪，才能同时提高显示器亮度又不影响背景颜色。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种测距仪及其显示器镜组装置，可同时提高显示器的亮度又不影响背景颜色，对视觉效果有极大改善。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是,提供一种显示器镜组装置包括显示器、透镜组及分合光棱镜装置。显示器发出第一波长范围光束。透镜组包括入光面及出光面，第一波长范围光束由入光面入射透镜组，由出光面射出透镜组，入光面包括一光线有效径。分合光棱镜装置包括第一棱镜及第二棱镜。第一棱镜包括第一面、第二面及第三面，一光学多层膜覆于第三面。第二棱镜包括第四面、第五面、第六面、第七面及第八面，第五面面向第三面，第八面包括另一光线有效径。其中当第二波长范围光束由第一面入射第一棱镜后，第二波长范围光束将被第二面全反射至光学多层膜，光学多层膜反射部份的第二波长范围光束，使第二波长范围光束由第二面射出第一棱镜，当第一波长范围光束自透镜组射出后，自第八面入射第二棱镜后，由第五面射出第二棱镜，再由光学多层膜入射第一棱镜，光学多层膜让部份的第一波长范围光束通过，最后第一波长范围光束由第二面射出第一棱镜，其中第二波长范围光束与第一波长范围光束在第二面重合。透镜组及分合光棱镜装置满足以下条件：0.80％≤E1/E0≤0.95％；其中，E0是从显示器发射的第一波长范围光束的一能量，E1则是第一波长范围光束经过透镜组后的一能量。
其中透镜组包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，第二透镜位于第一透镜与第三透镜之间，第一透镜包括第一入光面，第一入光面为透镜组的入光面，该入光面包括一光线有效径，第三透镜包括第三出光面，第三出光面为透镜组的出光面，第一波长范围光束由第一透镜的第一入光面入射透镜组，由第三透镜的第三出光面射出透镜组，透镜组及分合光棱镜装置满足以下任一条件：1.10≤Dout/TTL≤1.25；0.60≤Din/TTL≤0.75；其中，Dout为第八面的一光线有效径，Din为入光面的光线有效径，TTL为入光面至出光面于光轴上的间距。
其中第一透镜、第二透镜及第三透镜满足以下条件0.28≤Din/f123≤0.35；其中，Din为入光面的光线有效径，f123为第一透镜、第二透镜及第三透镜的组合有效焦距。
其中第一透镜、第二透镜及第三透镜满足以下条件：0.50≤Dout/f123≤0.57；其中，Dout为第八面的光线有效径，f123为第一透镜、第二透镜及第三透镜的组合有效焦距。
其中出光面和光轴相交于第二交点，入光面的光线有效径的最外缘与第二交点连成第一虚拟边，第一虚拟边与光轴形成第一夹角，第一夹角满足以下条件：15度≤第一夹角≤17度。
其中入光面和光轴相交于第一交点，出光面的光线有效径的最外缘与第一交点连成第二虚拟边，第二虚拟边与光轴形成第二夹角，第二夹角满足以下条件：8度≤第二夹角≤31度。
其中分合光棱镜装置可更包括屋脊型棱镜，屋脊型棱镜包括第九面、第十面及屋脊面，第九面面向第二面。其中当第三波长范围光束由第一面入射第一棱镜后，第三波长范围光束将被第二面全反射至光学多层膜，光学多层膜让第三波长范围光束通过，使第三波长范围光束由第五面入射第二棱镜，再由第七面射出第二棱镜。其中当第一波长范围光束由第二面射出第一棱镜，再由第九面入射屋脊型棱镜。
其中显示器镜组装置满足以下任一条件：2.10度/mm≤A1/TTL≤2.30度/mm；3.95度/mm≤A2/TTL≤4.40度/mm；其中，A1为第一夹角，TTL为入光面至出光面沿着光轴的间距，A2为第二夹角。
其中该光学多层膜反射部份的该第一波长范围光束与该第二波长范围光束，且该光学多层膜让该第三波长范围光束通过，其中该第一波长范围光束与该第二波长范围光束皆为可见光，而该第三波长范围光束则为红外光。
本发明的测距仪包括光发射器、物镜、显示器镜组装置、目镜及光接收器。其中第二波长范围光束由一被测物发出，第三波长范围光束由光发射器发出再经被测物反射，第二波长范围光束与第三波长范围光束一起通过物镜而入射分合光棱镜装置，分合光菱镜装置将第二波长范围光束及第三波长范围光束导引至不同方向，使第二波长范围光束入射目镜，使第三波长范围光束入射光接收器。其中第一波长范围光束入射分合光棱镜装置，使第一波长范围光束与第二波长范围光束一起入射目镜。
实施本发明的测距仪及其显示器镜组装置，具有以下有益效果：可同时提高显示器的亮度又不影响背景颜色，对视觉效果有极大改善。
附图说明
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。
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。
图1C是图1A的第二棱镜的各相临面的夹角角度示意图。
图2A是依据本发明的测距仪的一实施例的架构与红外光光路示意图。
图2B是依据本发明的测距仪的一实施例的架构与可见光光路示意图。
图3是图2A、2B的显示器镜组装置的局部放大示意图。
具体实施方式
以下说明内容中，可见光2可视为第二波长范围光束，红外光201R可视为第三波长范围光束，可见光71可视为第一波长范围光束。
请同时参阅图1A及图1B及图1C。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，图1C是图1A的第二棱镜的各相临面的夹角角度示意图。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及屋脊型棱镜15。第一棱镜11包括第一面111、第二面112及第三面113，第三面113镀覆一光学多层膜17，光学多层膜17允许红外光通过，可见光将部份穿透部份被反射。第二棱镜13包括第四面131、第五面132、第六面133、第七面134及第八面135，第二棱镜13的第五面132面向第一棱镜11的第三面113且胶合。屋脊型棱镜15包括第九面151、第十面152及屋脊面153，屋脊型棱镜15的第九面151面向第一棱镜11的第二面112。如图1C所示，第二棱镜13的第四面131与第五面132的夹角136等于101.45度、第五面132与第六面133的夹角137等于90度、第六面133与第七面134的夹角138等于112.5度、第七面134与第八面135的夹角139等于135度、第八面135与第四面131的夹角140等于101.05度。
当一可见光2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2将发生全反射，使得可见光2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允许红外光通过，可见光将部份穿透部份被反射，所以部份的可见光2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再入射屋脊型棱镜15，射向屋脊型棱镜15的可见光2将直接穿透第九面151，接着可见光2将分别于第十面152、屋脊面153及第九面151发生全反射改变行进方向，最后由第十面152射出屋脊型棱镜15。
当另一可见光71由第八面135入射第二棱镜13后，将直接射向第五面132、光学多层膜17及第三面113，可见光71将直接穿透第五面132，因为光学多层膜17允许红外光通过，可见光将部份穿透部份被反射，所以部份的可见光71将穿透光学多层膜17，由第三面113入射第一棱镜11，最后由向第二面112射出第一棱镜11再入射屋脊型棱镜15，射向屋脊型棱镜15的可见光71将直接穿透第九面151，接着可见光71将分别于第十面152、屋脊面153及第九面151发生全反射改变行进方向，最后由第十面152射出屋脊型棱镜15。
上述可见光2与可见光71在第二面112重合。
请参考图1B，当一红外光201R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201R发生全反射，使得红外光201R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允许红外光通过，可见光将部份穿透部份被反射，所以红外光201R将直接穿透第三面113及光学多层膜17，由第五面132入射第二棱镜13，射入第二棱镜13的红外光201R将直接穿透第七面134，由第七面134射出第二棱镜13。
综上所述，当可见光2及红外光201R同时由第一面111入射分合光棱镜装置10，可见光2及红外光201R最后将被分光朝不同方向前进，可见光2将从第十面152射出分合光棱镜装置10，其行进方向没有改变，红外光201R将从第七面134射出分光合光棱镜装置10，其行进方向改变。
请同时参阅图1B及图2A，图2A是依据本发明的测距仪的一实施例的架构与红外光光路示意图。测距仪1包括光发射器20、准直镜21、物镜30、目镜40、光接收器50、反射镜60及显示器镜组装置70。显示器镜组装置70包括分合光棱镜装置10、透镜组72、显示器73及反射镜75。透镜组72包括光圈ST、第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78。测距仪1使用时由光发射器20发出一红外光201T，红外光210T通过准直镜21后调整为准直的红外光201T再射向一被测物(未图示)。被测物可将入射的红外光201T反射，使一红外光201R射向测距仪1。射向测距仪1的红外光201R先通过物镜30，再由第一棱镜11的第一面111入射分合光棱镜装置10，红外光201R将被第二面112全反射，接着穿透第三面113、光学多层膜17及第五面132，最后由第七面134射出分合光棱镜装置10，接着藉由反射镜60反射，最终入射光接收器50，再经后续的数据处理即可将被测物距离算出显示在显示器73。
请同时参阅图1A及图2B，图2B是依据本发明的测距仪的一实施例的架构与可见光光路示意图。被测物(未图示)本身会反射可见光，使一可见光2射向测距仪1。射向测距仪1的可见光2先通过物镜30，再由第一棱镜11的第一面111射入分合光棱镜装置10，可见光2将被第二面112全反射射向第三面113及光学多层膜17，光学多层膜17将部份的可见光2反射，最后由第二面112射出第一棱镜11再入射屋脊型棱镜15，射向屋脊型棱镜15的可见光2将直接穿透第九面151，接着可见光2将分别于第十面152、屋脊面153及第九面151发生全反射改变行进方向，最后由第十面152射出屋脊型棱镜15，再入射目镜40，使用者可通过目镜40观看被测物影像。
显示器73发出一可见光71，可见光71先经反射镜75反射改变行进方向依序入射光圈ST、第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78，再由第二棱镜13的第八面135入射分合光棱镜装置10，最后由第十面152射出屋脊型棱镜15且成像于焦平面3，使用者可通过目镜40观看焦平面3的成像，即使用者可由目镜40看见显示器73所显示的被测物距离。
请参考图3，图3是图2A、2B的透镜组72的局部放大示意图。透镜组72沿着一光轴OA从入光侧至出光侧依序包括光圈ST、第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78。第一透镜76包括第一入光面S3及第一出光面S4，第二透镜77包括第二入光面S5及第二出光面S6，第三透镜78包括一第三入光面S7及第三出光面S8，第一入光面S3即为透镜组72的入光面，第三出光面S8即为透镜组72的出光面。DL为透镜组72的口径，Din为第一透镜76的第一入光面S3的光线有效径，Dout为第二棱镜13的第八面135的光线有效径，第一入光面S1和光轴OA相交于第一交点P1，第三出光面S8的光线有效径的最外缘与第一交点P1连成第二虚拟边LN2，第二虚拟边LN2与光轴OA形成第二夹角A2，第三出光面S8和光轴OA相交于第二交点P2，第一入光面S3的光线有效径的最外缘与第二交点P2连成第一虚拟边LN1，第一虚拟边LN1与光轴OA形成第一夹角A1。来自显示器73的可见光71将先通过光圈ST，再由第一入光面S3入射第一透镜76，最后由第三出光面S8射出第三透镜78。另外，光圈ST、第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78所组成的透镜组72至少满足底下其中任一条件：
Figure BDA0002038984870000071
其中，E0为显示器73发射的可见光71的能量，E1为可见光71通过透镜组72后的一能量，Din为第一入光面S3的光线有效径，Dout为第二棱镜13的第八面135的光线有效径，TTL为第一入光面S3至第三出光面S8于光轴OA上的间距，f123为第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78的组合有效焦距，A1为第一夹角，A2为第二夹角。藉由改变DL、Din、Dout及至少满足条件(1)至条件(11)其中一条件的设计，可有效提高显示器镜组装置70的目视亮度(透过目镜40观看)且不影响背景颜色。底下将提出两种实施例说明不同的DL、Din、Dout值及条件(1)至条件(11)的值对显示器镜组装置70的目视亮度的影响。
上述条件中，若条件(1)修改为85％≤E1/E0≤93％则有较佳效果。
上述条件中，若条件(2)修改为0.64≤Din/TTL≤0.71则有较佳效果。
上述条件中，若条件(4)修改为0.29≤Din/f123≤0.32则有较佳效果。
上述条件中，若条件(8)修改为2.25度/mm≤A1/TTL≤2.26度/mm则有较佳效果。
上述条件中，若条件(9)修改为4.15度/mm≤A2/TTL≤4.32度/mm则有较佳效果。
上述条件中，若条件(11)修改为1.87度/mm＜A2/f123＜1.94度/mm则有较佳效果。
请参考表一，表一为第一实施例中透镜组72的各透镜的相关参数表，表一数据显示，第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78的组合有效焦距f123等于15.8045mm、第一入光面S3至第三出光面S8于光轴OA上的间距TTL等于7.121mm。
表一
Figure BDA0002038984870000081
表二为条件(2)至条件(11)中各参数值及条件(2)至条件(11)的计算值，由表二可知，第一实施例的透镜组72皆能满足条件(2)至条件(11)的要求。
表二
D<sub>L</sub> 9.4mm D<sub>in</sub> 4.56mm D<sub>out</sub> 8.4mm
A<sub>1</sub> 16.01度 A<sub>2</sub> 29.56度
D<sub>in</sub>/TTL 0.64 D<sub>out</sub>/TTL 1.18 D<sub>in</sub>/f<sub>123</sub> 0.29
D<sub>out</sub>/f<sub>123</sub> 0.53 A<sub>1</sub>/TTL 2.25度/mm A<sub>2</sub>/TTL 4.15度/mm
A<sub>1</sub>/f<sub>123</sub> 1.01度/mm A<sub>2</sub>/f<sub>123</sub> 1.87度/mm
请参考表三，表三为第二实施例中透镜组72的相关参数表，表三数据显示，第一透镜76、第二透镜77及第三透镜78的组合有效焦距f123等于15.7745mm、第一入光面S3至第三出光面S8于光轴OA上的间距TTL等于7.091mm。
表三
Figure BDA0002038984870000091
表四为条件(2)至条件(11)中各参数值及条件(2)至条件(11)的计算值，由表四可知，第二实施例的透镜组72皆能满足条件(2)至条件(11)的要求。
表四
D<sub>L</sub> 9.4mm D<sub>in</sub> 5.02mm D<sub>out</sub> 8.4mm
A<sub>1</sub> 16.01度 A<sub>2</sub> 30.65度
D<sub>in</sub>/TTL 0.71 D<sub>out</sub>/TTL 1.18 D<sub>in</sub>/f<sub>123</sub> 0.32
D<sub>out</sub>/f<sub>123</sub> 0.53 A<sub>1</sub>/TTL 2.26度/mm A<sub>2</sub>/TTL 4.32度/mm
A<sub>1</sub>/f<sub>123</sub> 1.01度/mm A<sub>2</sub>/f<sub>123</sub> 1.94度/mm
请参考表五，表五为第一实施例、第二实施例中，不同DL、Din及Dout值对显示器镜组装置70的目视亮度之比较表,其中亮度的单位可以用流明(lumen,lm)或者用瓦(Watt,W)等单位,本发明将以瓦作为亮度的单位说明。由表五可知，可见光71通过透镜组72前后的能量比值符合条件(1):0.80％≤E1/E0≤0.95％。第一实施例中，可见光71通过透镜组72前的能量E0为63瓦，通过透镜组72后的能量E1为0.54瓦。第二实施例中，可见光71通过透镜组72前的能量E0为63瓦，通过透镜组72后的能量E1为0.59瓦。可得到第一实施例及第二实施例的E1/E0分别为0.85％及0.93％，足见增大第一入光面S3的光线有效径、增大第二棱镜13的第八面135的光线有效径或至少满足条件(1)至条件(11)其中一条件的设计可有效提升显示器镜组装置70的目视亮度。
表五
项目 D<sub>L</sub>(mm) D<sub>in</sub>(mm) D<sub>out</sub>(mm) E<sub>0</sub>(瓦) E<sub>1</sub>(瓦) E<sub>1</sub>/E<sub>0</sub>
第一实施例 9.4 4.56 8.4 63 0.54 0.85％
第二实施例 9.4 5.02 8.4 63 0.59 0.93％
上述实施例中的显示器73可为液晶显示器(LCD)或者为有机发光二极管(OLED)。
上述实施例中的光发射器20可为半导体雷射(Semiconductor Laser)，光接收器50可为崩溃光二极管(APD)或光二极管(PD)。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，但其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种显示器镜组装置，其特征在于，包括：
显示器，该显示器发出第一波长范围光束；
透镜组，该透镜组包括入光面以及出光面，该第一波长范围光束由该入光面入射该透镜组，由该出光面射出该透镜组；以及
分合光棱镜装置，该分合光棱镜装置包括:
第一棱镜，该第一棱镜包括第一面、第二面以及第三面，一光学多层膜覆于该第三面；以及
第二棱镜，该第二棱镜包括第四面、第五面、第六面、第七面以及第八面，该第五面面向该第三面；
其中当第二波长范围光束由该第一面入射该第一棱镜后，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，该光学多层膜反射部份的该第二波长范围光束，使该第二波长范围光束由该第二面射出该第一棱镜，当该第一波长范围光束自该透镜组射出后，自该第八面入射该第二棱镜后，由该第五面射出该第二棱镜，再由该光学多层膜入射该第一棱镜，该光学多层膜让部份的该第一波长范围光束通过，最后该第一波长范围光束由该第二面射出该第一棱镜，其中该第二波长范围光束与该第一波长范围光束在该第二面重合；
其中该透镜组以及该分合光棱镜装置满足以下条件：
0.80％≤E1/E0≤0.95％；
其中，E0是从该显示器发射的该第一波长范围光束的一能量，E1则是该第一波长范围光束经过该透镜组后的一能量。
2.如权利要求1所述的显示器镜组装置，其特征在于，该透镜组包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，该第二透镜位于该第一透镜与该第三透镜之间，该第一透镜包括第一入光面，该第一入光面为该透镜组的该入光面,该入光面包括一光线有效径，该第三透镜包括第三出光面，该第三出光面为该透镜组的该出光面，该第一波长范围光束由该第一透镜的该第一入光面入射该透镜组，由该第三透镜的该第三出光面射出该透镜组，该透镜组以及该分合光棱镜装置满足以下任一条件：
1.10≤Dout/TTL≤1.25；
0.60≤Din/TTL≤0.75；
其中，Dout为该第八面的一光线有效径，Din为该入光面的该光线有效径，TTL为该入光面至该出光面于该光轴上的间距。
3.如权利要求1或2所述的显示器镜组装置，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜以及该第三透镜满足以下条件：
0.28≤Din/f123≤0.35；
其中，Din为该入光面的该光线有效径，f123为该第一透镜、该第二透镜以及该第三透镜的组合有效焦距。
4.如权利要求1或2所述的显示器镜组装置，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜以及该第三透镜满足以下条件：
0.50≤Dout/f123≤0.57；
其中，Dout为该第八面的该光线有效径，f123为该第一透镜、该第二透镜以及该第三透镜的组合有效焦距。
5.如权利要求1或2所述的显示器镜组装置，其特征在于，该出光面和该光轴相交于第二交点，该入光面的该光线有效径的最外缘与该第二交点连成第一虚拟边，该第一虚拟边与该光轴形成第一夹角，该第一夹角满足以下条件：
15度≤第一夹角≤17度。
6.如权利要求1或2所述的显示器镜组装置，其特征在于，该入光面和该光轴相交于第一交点，该出光面的该光线有效径的最外缘与该第一交点连成第二虚拟边，该第二虚拟边与该光轴形成第二夹角，该第二夹角满足以下条件：
28度≤第二夹角≤31度。
7.如权利要求1或2所述的显示器镜组装置，其特征在于，该分合光棱镜装置，更包括：
屋脊型棱镜，该屋脊型棱镜包括第九面、第十面以及屋脊面，该第九面面向该第二面；
其中当第三波长范围光束由该第一面入射该第一棱镜后，该第三波长范围光束将被该第二面全反射至该光学多层膜，该光学多层膜让该第三波长范围光束通过，使该第三波长范围光束由该第五面入射该第二棱镜，再由该第七面射出该第二棱镜；
其中当该第一波长范围光束由该第二面射出该第一棱镜，再由该第九面入射该屋脊型棱镜。
8.如权利要求5所述的显示器镜组装置，其特征在于，该显示器镜组装置满足以下任一条件：
2.10度/mm≤A1/TTL≤2.30度/mm；
3.95度/mm≤A2/TTL≤4.40度/mm；
其中，A1为该第一夹角，TTL为该入光面至该出光面沿着该光轴的间距，A2为该第二夹角。
9.如权利要求7所述的显示器镜组装置，其特征在于，该光学多层膜反射部份的该第一波长范围光束与该第二波长范围光束，且该光学多层膜让该第三波长范围光束通过，其中该第一波长范围光束与该第二波长范围光束皆为可见光，而该第三波长范围光束则为红外光。
10.一种测距仪，其特征在于，包括：
光发射器；
物镜；
如权利要求7所述的显示器镜组装置；
目镜；以及
光接收器；
其中该第二波长范围光束由一被测物发出，该第三波长范围光束由该光发射器发出再经该被测物反射，该第二波长范围光束与该第三波长范围光束一起通过该物镜而入射该分合光棱镜装置，该分合光菱镜装置将该第二波长范围光束以及该第三波长范围光束导引至不同方向，使该第二波长范围光束入射该目镜，使该第三波长范围光束入射该光接收器；
其中该第一波长范围光束入射该分合光棱镜装置，使该第一波长范围光束与该第二波长范围光束一起入射该目镜。
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