CN1268948C - 接收光束模块 - Google Patents
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Abstract
一种接收光束模块，使大角度入射此模块的光束，收敛至一既定范围内。此接收光束模块具有一光导管，此光导管具有一接收端面、一发射端面及连接该接收端面与该发射端面的反射面。此光导管具有垂直接收端面与发射端面的一光轴，当光束以大角度自接收端面进入此光导管后，将自发射端面发射并汇聚于上述既定范围。此外，此接收光束模块可应用于测距装置，用以量测目标物的距离。尤其，当目标物与测距装置的距离极短时，仍可接收目标物反射的光束。
Description
技术领域
本发明涉及一种接收光束模块，特别涉及应用于测距装置内，接收目标物反射光束的接收光束模块。
背景技术
图1概要显示一种已知的光学测距装置，其已揭露于美国专利第6,441,887号。此光学测距装置1具有一发射组件2、一望远系统3与一接收系统4。参考图1，当发射组件2通过望远系统3朝向目标物发射一光束后，目标物反射此光束。接着，反射的光束进入此接收系统4。
图2A是概要显示图1的光学测距装置，量测位于100米处的目标物；及图2B是概要显示图1的光学测距装置，量测位于1米处的目标物。参考图1与图2A，接收系统4与望远系统3之间的间隔距离约为7cm，且目标物T距离光学测距装置1约为100米。因此，接收系统4、目标物T及望远系统3之间的夹角θ1约为0.0007rad。参考图1与图2B，接收系统4、目标物T及望远系统3之间的夹角θ2约为0.07rad。
然而，当夹角增加至0.07rad时，目标物T反射的光束Br2已不易进入接收系统4。一般而言，增加接收系统4的口径可使反射的光束Br2易于进入接收系统4中。然而，当反射光束Br2以大角度进入接收系统4后，此反射的光束Br2更不易通过物镜组收敛至光感测组件。
再者，美国专利第5,815,251号也揭露另一种光学测距装置。虽然其揭露许多种方法，用以接收目标物反射的光束；然而，其复杂的机械运作较难以实施。
发明内容
因此，本发明的目的，即在提供一种接收光束模块，并且此接收光束模块可应用于近距离量测的光学测距装置。
根据上述目的，本发明的接收光束模块包括一对物镜组、一光导管(light pipe)与一光感测组件。此对物镜组具有一光轴；以及光导管具有一接收端面、一发射端面及连接该接收端面与该发射端面的反射面。不平行于此光轴的一光束进入此对物镜组后，此对物镜组减少该光束与光轴的夹角。之后，光束自接收端面进入光导管中，并通过该反射面多次反射该光束。接着，自该光导管的发射端面发射的光束将汇聚于既定范围内，并且该光感测组件设置于该既定范围以便接收该光束。
此外，本发明的接收光束模块可应用于光学测距装置；其中，该光学测距装置还包括用以发射该光束的一光发射组件以及另一对物镜组。
本发明优选该光导管的反射面是由多个反射镜构成。
本发明优选该光导管是一实心透明柱，且该光导管的反射面具有反射薄膜。当光自该光导管的接收端面进入后，将通过反射行进，并且自发射端面离开该光导管。
本发明的一优点在于，该接收光束模块可将不同距离的光源汇聚至既定范围内。
附图说明
图1概要显示一种已知的光学测距装置，其已揭露于美国专利第6,441,887号；
图2A概要显示图1的光学测距装置，量测位于100米处的目标物；
图2B概要显示图1的光学测距装置，量测位于1米处的目标物；
图3是概要地显示不同角度进入一透镜的附图；
图4概要地说明利用一光导管，将不同角度入射的光束导引至既定范围内；
图5A概要显示本发明的一接收光束模块；
图5B概要显示本发明的另一接收光束模块；
图5C概要显示本发明的再一接收光束模块；
图6A概要显示应用本发明的接收光束模块的测距装置；
图6B概要显示应用本发明的接收光束模块的另一测距装置；
图7A至图7C概要显示各种光导管。
具体实施方式
本发明的前述以及其它技术内容、特点与优点，在以下配合参考附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的明白。在提出详细说明之前，要注意的是，在以下的说明中，类似的组件是以相同的编号来表示。
图3是概要地显示不同角度进入一正透镜的附图。如图3所示，A点与正透镜CV之间的距离为B点与正透镜CV之间的距离的两倍；且自A点发射的光线1a入射正透镜C点的入射角为B点发射的光线1b入射正透镜C点的入射角的一半。根据司涅尔定律(snell′s law)，A点的光线1a折射至光轴OA上的A′点，以及B点的光束1b折射至光轴OA上的B′点。因此，来自不同距离的光源的光束将被正透镜折射至不同的位置。于正透镜CV的光轴OA上，A′点与B′点之间的距离为L。
图4是概要地说明利用一光导管，将不同角度入射的光束导引至既定范围内。参考图4，一光导管10的长度大体等于L，并且具有一接收端面11、一发射端面12及连接该接收端面11与该发射端面12的反射面13。于本发明的实施例中，光导管10的接收端面11设置于B′点，以及发射端面12设置于A′点；此外，光导管10的光轴与该正透镜CV的光轴同轴。
如图4所示，来自A点的光束1a将根据司涅尔定律(snell′s law)通过正透镜CV；接着，光束1a自该接收端面11进入该光导管10内行进。最后，来自A点的光束1a将与光轴OA交会于A′点。
如图4所示，来自B点的光束1b亦将根据司涅尔定律(snell′s law)通过正透镜CV；接着，该光束1b与光轴OA交会于B′点。由于该B′点位于接收端面11，所以来自B点的光束1b进入该光导管10，并于该光导管10中反射行进。最后，根据图4所示的光线追迹，来自B点的光束1b再与光轴OA交会于A′点。因此，于本发明中，自不同位置发射的光束通过正透镜CV，并经由该光导管10反射行进；最后，皆与光轴OA交会于大体相同的位置。
图5A是概要显示本发明的一接收光束模块。如图5A所示，本发明的接收光束模块20具有一正透镜组21、一光导管10及一检知器22；其中，该正透镜组21与该光导管10是具有同轴的光轴OA。当与正透镜组21相隔不同距离处产生的光束1a、1b分别通过正透镜组21及光导管10后，与光轴OA交会于既定范围A′内后，检知器22设置于该处A′并接收不同距离的光源发射的光束1a、1b。参考图5A，该光束导管10使不同位置产生的光束1a、1b汇聚的范围大小，是不大于该检知器感测光束的面积大小。图5B是概要显示本发明的另一接收光束模块。如图5B所示，本发明的另一接收光束模块20′还具有一非球面透镜23，邻近于光导管10的发射端面12设置，用以将自光导管10发射的光束汇聚于更小的范围；因此，检知器22更可以接收近距离产生的光束。参考图5B，该非球面透镜23使不同位置产生的光束汇聚的范围大小，是不大于该检知器22感测光束的面积大小。图5C是概要显示本发明的再一接收光束模块。如图5B所示，本发明的另一接收光束模块20″更具有一凹面镜24，通过正透镜组21的光束1a、1b将通过该凹面镜24反射。接着，被反射的光束1a、1b自接收端面11进入该光导管10，并通过光导管10反射行进。之后，光束1a、1b自光导管10的发射端面12发射，且皆汇聚于检知器22上。于本发明中，该凹面镜最好是一非球面凹面镜，且自光导管10发射的光束汇聚于更小的范围；因此，检知器22更可以接收近距离产生的光束。
图6A是概要显示应用本发明的一接收光束模块的测距装置。如图6A所示，测距装置100的光学系统包括一发射光束模块30与上述接收光束模块20或20′。发射光束模块30又包含一光发射组件32与一准直组件31。当光发射组件32发射一窄波长光束1o后，该窄波长光束1o经由准直组件31形成准直窄波长光束11。准直的光束11朝向待测目标物(未显示)行进，并通过该目标物反射该准直的光束11；其中，部分反射的光束12经由正透镜组21进入接收光束模块20′中。如上所述，不论目标物与测距装置的距离为何，目标物反射的光束12通过该光导管10汇聚于既定范围内。之后，通过一非球面透镜23再缩小光点，并利用检知器22接收此光束12。图6B是概要显示应用本发明的接收光束模块的另一测距装置。如图6B所示，测距装置100′的光学系统包括一发射光束模块30与上述接收光束模块20″。发射光束模块30又包含一光发射组件32与一准直组件31。当光发射组件32发射一窄波长光束1o后，该窄波长光束1o经由准直组件31形成准直的窄波长光束11。准直的光束11朝向待测目标物(未显示)行进，并通过该目标物反射该准直的光束11；其中，部分反射的光束12经由正透镜组21进入接收光束模块20”中。如上所述，不论目标物与测距装置的距离为何，目标物反射的光束12通过凹面镜24、光导管10汇聚于既定范围内。之后，更可通过一非球面透镜23再缩小光点，并利用检知器22接收此光束12。
图7A至图7C是概要显示各种光导管。如图7A所示，光导管10′的接收端面11′的面积小于发射端面12′的面积；如图7B所示，光导管10的接收端面11的面积等于发射端面12的面积；如图7C所示，光导管10″的接收端面11″的面积大于发射端面12”的面积。于本发明中，光导管可为实心的柱状体，且该光导管的反射面具有反射薄膜。该光导管亦可为空心的柱状体，且其反射面是由多个反射镜构成。
归纳上述，本发明的接收光束模块可将不同角度进入该模块的光束，皆汇聚于既定范围内，其中此范围大小是不大于检知器的感测面积。因此，检知器可接收不同角度进入该接收光束模块的光束。
应用本发明的接收光束模块的测距装置，不论目标物与测距装置的距离为何，自测距装置发射且经由目标物反射的光束必定会进入该接收光束模块；因此，该测距装置一定可接收得目标物反射的光束。
以上仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (19)
1.一种接收光束模块，接收不同角度进入该接收光束模块的光束，其包括：
一正透镜组，具有一光轴，并将通过该正透镜组的光束分别与该光轴交会于一第一位置；
一光导管，其具有一接收端面、一发射端面以及连接该接收端面与该发射端面的反射面，并与上述正透镜组的光轴同轴，其中通过该正透镜组的光束皆进入该接收端面，并经由该反射面反射行进后，自该发射端面发射并再与该光轴交会于一第二位置；以及
一检知器，设置于上述第二位置，并接收自该发射端面发射的光束。
2.如权利要求1所述的接收光束模块，其中，该光导管的接收端面的面积等于该光导管的发射端面的面积。
3.如权利要求1所述的接收光束模块，其中，该光导管的接收端面的面积大于该光导管的发射端面的面积。
4.如权利要求1所述的接收光束模块，其中，该光导管的接收端面的面积小于该光导管的发射端面的面积。
5.如权利要求1所述的接收光束模块其中，还包括一凹面镜，用以将通过该正透镜组的光束反射至该光导管的该接收端面。
6.一种接收光束模块，接收不同角度进入该接收光束模块的光束，其包括：
一正透镜组，具有一光轴，并将通过该正透镜组的光束分别与该光轴交会于一第一位置；
一光导管，其具有一接收端面、一发射端面以及连接该接收端面与该发射端面的反射面，并与上述正透镜组的光轴同轴，其中通过该正透镜组的光束皆进入该接收端面，并经由该反射面反射行进后，自该发射端面发射并再与该光轴交会于一第二位置；
一非球面透镜，将通过上述第二位置的光束再与该光轴交会于一第三位置；以及
一检知器，设置于上述第三位置，并接收自该发射端面发射并交会于上述光轴的光束。
7.如权利要求6所述的接收光束模块，其中，该光导管的接收端面的面积等于该光导管的发射端面的面积。
8.如权利要求6所述的接收光束模块，其中，该光导管的接收端面的面积大于该光导管的发射端面的面积。
9.如权利要求6所述的接收光束模块，其中，该光导管的接收端面的面积小于该光导管的发射端面的面积。
10.一种测距装置，量测该测距装置与一目标物之间的距离，其包括：
一发射光束模块，包含：
一光发射组件，发射一窄波长光束；及
一准直组件，接收上述窄波长光束并朝向该目标物发射一准直的窄波长光束；
一接收光束模块，用以接收自该目标物反射的该窄波长光束，其包含：
一正透镜组，具有一光轴，其中通过该正透镜组的该窄波长光束分别与该光轴交会于一第一位置；
一光导管，其具有一接收端面、一发射端面以及连接该接收端面与该发射端面的反射面，并与上述正透镜组的光轴同轴，其中通过该正透镜组的窄波长光束皆进入该接收端面，并经由该反射面反射行进后，自该发射端面发射并再与该光轴交会于一第二位置；以及
一检知器，设置于上述第二位置，用以接收通过该既定范围的该窄波长光束。
11.如权利要求10所述的测距装置，其中，该光导管的接收端面的面积等于该光导管的发射端面的面积。
12.如权利要求10所述的测距装置，其中，该光导管的接收端面的面积大于该光导管的发射端面的面积。
13.如权利要求10所述的测距装置，其中，该光导管的接收端面的面积小于该光导管的发射端面的面积。
14.如权利要求10所述的测距装置其中，还包括一凹面镜，用以将通过该正透镜组的光束反射至该接收端面。
15.一种测距装置，量测该测距装置与一目标物之间的距离，其包括：
一发射光束模块，包含：
一光发射组件，发射一窄波长光束；及
一准直组件，接收上述窄波长光束并朝向该目标物发射一准直的窄波长光束；
一接收光束模块，用以接收自该目标物反射的该窄波长光束，其包含：
一正透镜组，具有一光轴，其中通过该正透镜组的该窄波长光束分别与该光轴交会于一第一位置；
一光导管，其具有一接收端面、一发射端面以及连接该接收端面与该发射端面的反射面，并与上述正透镜组的光轴同轴，其中通过该正透镜组的窄波长光束皆进入该接收端面，并经由该反射面反射行进后，自该发射端面发射并再与该光轴交会于一第二位置；
一非球面透镜，将通过上述第二位置的该窄波长光束再与该光轴交会于一第三位置；以及
一检知器，设置于上述第三位置，用以接收通过该既定范围的该窄波长光束。
16.如权利要求15所述的测距装置，其中，该光导管的接收端面的面积等于该光导管的发射端面的面积。
17.如权利要求15所述的测距装置，其中，该光导管的接收端面的面积大于该光导管的发射端面的面积。
18.如权利要求15所述的测距装置，其中，该光导管的接收端面的面积小于该光导管的发射端面的面积。
19.如权利要求15所述的测距装置其中，还包括一凹面镜，用以将通过该正透镜组的光束反射至该接收端面。
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