TW201917359A - 利用紅外光波狀光柵之光學系統 - Google Patents

Abstract

一種利用紅外光波狀光柵之光學系統，其包括發射裝置、紅外光波狀光柵以及接收裝置。發射裝置發射紅外光並鄰近接收裝置。紅外光波狀光柵包括底面以及橫截面形狀為波狀的頂面。發射裝置發射紅外光至底面時，紅外光折射進入至紅外光波狀光柵內，並於紅外光行進至頂面時產生第一反射光和第一折射光，重複前述光線行進，最終產生最後反射光和最後折射光，第一折射光至最後折射光匯聚成匯聚折射光且其截面形狀為長條形狀。當外部物件進入長條形狀的範圍時，外部物件反射匯聚折射光至紅外光波狀光柵並經由其折射匯聚折射光至接收裝置。

Description

利用紅外光波狀光柵之光學系統

本發明關於一種光學系統，特別是，一種利用紅外光波狀光柵之光學系統。

近來紅外光檢測日益普及且被大量廣泛使用，例如：氣體檢測、糖酸度檢測或外觀檢測，相對於紫外光而言，紅外光的波長較長而能量較低，對人體造成的傷害較小，但由於紅外光的發散方向為各個方向，需用許多光學元件聚焦於物件上做檢測，當然也可利用紅外光雷射做檢測，從而減少光學元件的使用，但紅外光雷射的同調性和準直性較強，可能會因此傷害到人體。

綜觀前述，本發明之發明者思索並設計一種利用紅外光波狀光柵之光學系統，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種利用紅外光波狀光柵之光學系統，用以解決習知技術中所面臨之問題。

基於上述目的，本發明提供一種利用紅外光波狀光柵之光學系統，其包括發射裝置、紅外光波狀光柵以及接收裝置。發射裝置發射紅外光，並鄰近接收裝置。紅外光波狀光柵包括底面以及頂面。底面和頂面相隔一厚度，底面為平坦平面，頂面為崎嶇平面且其橫截面形狀為波狀。其中，發射裝置發射紅外光至底面時，紅外光折射進入至紅外光波狀光柵內並行進至頂面，此時，紅外光部分反射和部分折射，從而產生第一反射光和第一折射光，第一反射光入射至底面並反射行進至頂面，第一反射光部分反射和部分折射，從而產生第二反射光和第二折射光，重複前述的光線行進，最終產生最後反射光和最後折射光，第一折射光至最後折射光匯聚成匯聚折射光，匯聚折射光的截面形狀為長條形狀，且當外部物件進入長條形狀的範圍時，外部物件反射匯聚折射光至紅外光波狀光柵，反射的匯聚折射光經由紅外光波狀光柵折射至接收裝置。

較佳地，接收裝置及發射裝置的放置角度為-45度至+45度之間。

較佳地，更包括控制電路，控制電路電性連接接收裝置及發射裝置以提供電能，並根據接收裝置的狀況適當地控制紅外光的光強度。

較佳地，更包括置放台，置放台提供發射裝置及接收裝置放置並固定其位置。

較佳地，更包括光學載波器，光學載波器電性連接發射裝置並為紅外光加上載波頻率，使紅外光變為紅外光載波，抵抗外部干擾和雜訊。

較佳地，載波頻率的範圍為30kHz到60kHz。

較佳地，更包括光學截波器，光學截波器設置於紅外光波狀光柵和發射裝置之間並為紅外光加上截波頻率，使紅外光變為一紅外光截波，抵抗外部干擾和雜訊。

較佳地，紅外光波狀光柵包括複數個波狀單元，複數個波狀單元週期性排列設置。

較佳地，紅外光波狀光柵的材料為壓克力。

承上所述，本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統，其可具有一或多個下述優點：

(1) 本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統，利用一個紅外光波狀光柵完成紅外光檢測，而不需許多光學元件進行紅外光檢測，降低製造成本。

(2) 本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統，藉由光學載波器或光學截波器為紅外光加上載波頻率或截波頻率，以抵抗外部干擾和雜訊，更能區別出發射裝置發射的紅外光。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

如第1圖及第2圖所示，其為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第一實施例的光路圖及本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第一實施例的結構圖。於此實施例中，利用紅外光波狀光柵之光學系統包括發射裝置10、紅外光波狀光柵20以及接收裝置30。發射裝置10發射紅外光IR，並鄰近接收裝置30。紅外光波狀光柵20包括底面21以及頂面22。底面21和頂面22相隔一厚度d1，底面21為平坦平面，頂面22為崎嶇平面且其橫截面形狀為一波狀。其中，發射裝置10發射紅外光IR至底面21時，紅外光IR折射進入至紅外光波狀光柵20內並行進至頂面22，此時，紅外光IR部分反射和部分折射，從而產生第一反射光R1和第一折射光N1，第一反射光R1入射至底面21並反射行進至頂面22，第一反射光R1部分反射和部分折射，從而產生第二反射光R2和第二折射光N2，重複前述的光線行進，最終產生最後反射光RL和最後折射光NL，第一折射光N1至最後折射光NL匯聚成匯聚折射光SL，匯聚折射光SL的截面形狀為長條形狀。當外部物件40進入長條形狀的範圍時，外部物件40反射匯聚折射光SL至紅外光波狀光柵20，反射的匯聚折射光SL經由紅外光波狀光柵20折射至接收裝置30，接收裝置30感知到前方有外部物件40的存在。此外，接收裝置30及發射裝置10的放置角度為-45度至+45度之間，接收裝置30及發射裝置10並未限定水平放置，而能傾斜放置接收裝置30及發射裝置10，接收裝置30能偵測的距離為60公分，能感測鄰近接收裝置30的外部物件40。

另外，更包括置放台50和控制電路60。置放台50提供發射裝置10及接收裝置30放置並固定其位置，固定紅外光IR的入射角度和反射的匯聚折射光SL之入射至接收裝置30的角度，增加偵測的準確度。控制電路60電性連接接收裝置30及發射裝置10，以提供電能並控制紅外光IR的光強度，並能根據接收裝置30的接收匯聚折射光SL的狀況控制調整紅外光IR的光強度。舉例來說，當反射的匯聚折射光SL太弱時，可利用控制電路60調整紅外光IR的強度，增加反射的匯聚折射光SL的光強度；當反射的匯聚折射光SL太強時，可利用控制電路60調整紅外光IR的強度，降低反射的匯聚折射光SL的光強度。

如第3圖所示，其為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第二實施例的方塊圖。於本實施例中，相同元件符號之元件，其配置與前述類似，其類似處於此便不再加以贅述。

較佳地，設置光學載波器70於發射裝置10，光學載波器70電性連接發射裝置10並為紅外光IR加上載波頻率，使紅外光IR變為紅外光載波，或是設置光學截波器80於紅外光波狀光柵20和發射裝置10之間，為紅外光IR加上截波頻率，使紅外光IR變為紅外光截波，兩者皆能抵抗外部干擾或雜訊，增加接收裝置30感測的準確度。此外，載波頻率的範圍為30kHz到60kHz，較佳為38kHz，同理，截波頻率的範圍也可為30kHz到60kHz，較佳為38kHz。

如第4圖所示，其為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第三實施例的紅外光波狀光柵結構圖。於本實施例中，相同元件符號之元件，其配置與前述類似，其類似處於此便不再加以贅述。

值得一提的是，紅外光波狀光柵20包括複數個波狀單元23，複數個波狀單元23週期性排列設置，可設計複數個波狀單元23排列週期以改變匯聚折射光SL的長條形狀的大小，調整感測區域的範圍，也可設計各波狀單元23的傾斜角度，改變第一折射光N1至最後折射光NL的各折射角，間接改變匯聚折射光SL射向外部物件40的角度，本發明所列舉的設計為例示性而並未侷限於此，只要設計能改變匯聚折射光SL的長條形狀或射向外部物件40的角度即可。此外，紅外光波狀光柵20的材料為壓克力，只要材料於紅外光範圍為高穿透率即可，例如：聚碳酸酯(polycarbonate,PC)，並未侷限於本發明所列舉的範圍。

如第5圖所示，其為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第四實施例之應用實例圖。於本實施例中，相同元件符號之元件，其配置與前述類似，其類似處於此便不再加以贅述。

於此實施例，將說明本發明的應用實例如下。如第5圖所示，自走型機器人90的各處皆設置本發明，其中，自走型機器人90的行走部分設置許多本發明，利用本發明偵測前方是否有外部物件40，偵測範圍為匯聚折射光SL的長條形狀的範圍，自走型機器人90利用本發明偵測外部物件的敘述如下：當外部物件40位於匯聚折射光SL的長條形狀的範圍時，外部物件40反射匯聚折射光SL，反射的匯聚折射光SL經由紅外光波狀光柵20到接收裝置30，接收裝置30接收反射的匯聚折射光SL並回傳偵測資訊至自走型機器人90，自走型機器人90得知前方有外部物件40的存在，自走型機器人90讓其行走部分轉向，以避免自走型機器人90摔落。

當然也可於自走型機器人90的頭部設置本發明，並搭配偵測音訊的音訊裝置說明如下：當音訊裝置偵測到外部聲音時，自走型機器人90的頭部轉向並傳達偵測訊號至本發明，本發明的發射裝置10發射紅外光IR偵測前方是否有人，舉例來說，當偵測前方有人靠近時，亦即，匯聚折射光SL打到人臉，人臉反射匯聚折射光SL至紅外光波狀光柵20，反射的匯聚折射光SL經由紅外光波狀光柵20行進至接收裝置30，接收裝置30回傳偵測資訊至自走型機器人90，自走型機器人90得知有人靠近並與人打招呼。

綜上所述，本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統透過紅外光波狀光柵20將紅外光IR變為匯聚折射光SL，擴大偵測範圍，並透過光學載波器70或光學截波器80減少外部訊號干擾或雜訊，增加偵測的精準度，另包括控制電路60，根據接收裝置30的接收匯聚折射光SL的狀況調整紅外光IR的光強度，以增加或減少反射的匯聚折射光SL的光強度，讓接收裝置30能準確地接收反射的匯聚折射光SL。總而言之，本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統具有如上述的優點，透過單一的紅外光波狀光柵20即達成紅外光偵測的功能，減少製造成本。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧發射裝置

20‧‧‧紅外光波狀光柵

21‧‧‧底面

22‧‧‧頂面

23‧‧‧波狀單元

30‧‧‧接收裝置

40‧‧‧外部物件

50‧‧‧置放台

60‧‧‧控制電路

70‧‧‧光學載波器

80‧‧‧光學截波器

90‧‧‧自走型機器人

d1‧‧‧厚度

IR‧‧‧紅外光

N1‧‧‧第一折射光

N2‧‧‧第二折射光

NL‧‧‧最後折射光

R1‧‧‧第一反射光

R2‧‧‧第二反射光

RL‧‧‧最後反射光

SL‧‧‧匯聚折射光

第1圖為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第一實施例的光路圖。

第2圖為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第一實施例的結構圖。

第3圖為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第二實施例的方塊圖。

第4圖為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第三實施例的紅外光波狀光柵結構圖。

第5圖為本發明之利用紅外光波狀光柵之光學系統之第四實施例之應用實例圖。

Claims (9)

1. 一種利用紅外光波狀光柵之光學系統，其包括： 一發射裝置，發射一紅外光； 一紅外光波狀光柵，包括一底面以及一頂面，該底面和該頂面相隔一厚度，該底面為一平坦平面，該頂面為一崎嶇平面且該頂面的橫截面形狀為一波狀；以及 一接收裝置，鄰近該發射裝置； 其中，該發射裝置發射該紅外光至該底面時，該紅外光折射進入至該紅外光波狀光柵內並行進至該頂面，此時，該紅外光部分反射和部分折射，從而產生一第一反射光和一第一折射光，該第一反射光入射至該底面並反射行進至該頂面，該第一反射光部分反射和部分折射，從而產生一第二反射光和一第二折射光，重複前述的光線行進，最終產生一最後反射光和一最後折射光，該第一折射光至該最後折射光匯聚成一匯聚折射光，該匯聚折射光的截面形狀為一長條形狀，且當一外部物件進入該長條形狀的範圍時，該外部物件反射該匯聚折射光至該紅外光波狀光柵，反射的該匯聚折射光經由該紅外光波狀光柵折射至該接收裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，其中，該接收裝置的一放置角度及該發射裝置的一放置角度皆為-45度至+45度之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，更包括一控制電路，該控制電路電性連接該接收裝置及該發射裝置，以提供電能並控制該紅外光的光強度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，更包括一置放台，該置放台提供該發射裝置及該接收裝置放置並固定其位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，更包括一光學載波器，該光學載波器電性連接該發射裝置並為該紅外光加上一載波頻率，使該紅外光變為一紅外光載波。
6. 如申請專利範圍第5項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，其中該載波頻率的範圍為30kHz到60kHz。
7. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，更包括一光學截波器，該光學截波器設置於該紅外光波狀光柵和該發射裝置之間並為該紅外光加上一截波頻率，使該紅外光變為一紅外光截波。
8. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，其中該紅外光波狀光柵包括複數個波狀單元，該複數個波狀單元週期性排列設置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之利用紅外光波狀光柵之光學系統，其中該紅外光波狀光柵的材料為壓克力。