TWI476427B - 測距儀 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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Description

測距儀
本發明係有關於一種測距儀，尤其是指一種具有夜視功能之測距儀。
一般測距儀可針對被測物發出一訊號，此訊號傳至被測物表面時將被反射回到測距儀，測距儀內部的訊號接收裝置接收到此反射訊號後，即可利用訊號往返被測物所需時間換算出被測物距離。近年來隨著半導體雷射(Semiconductor Laser)的大幅進展，以雷射光為訊號的雷射測距儀大量出現，但是此種測距儀無法在夜間或周遭環境光源不足時使用，對於在夜間或周遭環境光源不足時仍有測距需求的使用者往往造成不便。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種測距儀，其在夜間或周遭環境光源不足時仍具備測距功能，有別於一般測距儀無法於夜間或周遭環境光源不足時使用，且簡化了光學系統設計，以降低生產成本。
本發明之測距儀包括一雷射發射器、一紅外光發射 裝置、一雷射接收器、一物鏡、一影像感測裝置、一稜鏡裝置及一顯示裝置。雷射發射器發出至少一雷射光至一被測物。紅外光發射裝置發出一紅外光至被測物。雷射接收器接收由被測物反射回來的雷射光。物鏡接收由被測物反射的雷射光、紅外光及一可見光。影像感測裝置接收物鏡所攝取的紅外光及可見光並產生一影像訊號。稜鏡裝置設置於物鏡與影像感測裝置之間，稜鏡裝置接收通過物鏡的可見光、紅外光及雷射光，且將可見光及紅外光導引至相同方向，雷射光導引至不同方向，使可見光及紅外光射向影像感測裝置，雷射光射向雷射接收器。顯示裝置顯示由影像感測裝置所攝取的被測物之影像。
本發明之測距儀可更包括一第一準直透鏡，第一準直透鏡設置於雷射發射器與被測物之間。
其中雷射發射器為一半導體雷射。
本發明之測距儀可更包括一第二準直透鏡，第二準直透鏡設置於紅外光發射裝置與被測物之間。
其中雷射接收器為一崩潰光二極體(APD)。
其中稜鏡裝置包括二片三角稜鏡，稜鏡裝置呈矩形狀。
其中一三角稜鏡更包括一光學薄膜，光學薄膜覆於此三角稜鏡之一表面，光學薄膜反射雷射光且只允許紅 外光及可見光通過。
其中二片三角稜稜各具有一相對應之斜面，光學薄膜鍍於其中之一片三角稜稜之斜面。
其中稜鏡裝置與雷射接收器之間更包括一濾波片，濾波片只允許雷射光通過。
其中兩片三角稜鏡之間更包括一濾波片，濾波片反射雷射光且只允許紅外光及可見光通過。
其中稜鏡裝置與雷射接收器之間更包括一濾波片，濾波片只允許雷射光通過。
其中影像感測裝置為一電荷耦合元件(CCD)或者為一互補式金氧半導體(CMOS)影像感測元件。
本發明之測距儀可更包括一對焦透鏡，對焦透鏡設置於稜鏡裝置與影像感測裝置之間。
其中顯示裝置為一液晶顯示器(LCD)或者為一有機發光二極體(OLED)或者為一主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)以顯示該被測物距離。
本發明之測距儀可更包括一目鏡，設置於顯示裝置旁，以通過目鏡來觀看顯示裝置。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
請參閱第1圖，第1圖係依據本發明之測距儀之第一實施例之示意圖。如圖所示，測距儀10包括一雷射發射器12、一紅外光發射裝置14、一雷射接收器16、一物鏡18、一影像感測裝置20、一稜鏡裝置22、一顯示裝置24、一第一準直透鏡26、一第二準直透鏡28、一對焦透鏡30及一目鏡32。稜鏡裝置22包括一第一三角稜鏡221及一第二三角稜鏡222，第一三角稜鏡221或第二三角稜鏡222之一表面鍍覆有一光學薄膜2211，本實施例中，第一三角稜稜221和第二三角稜稜222各具有一相對應於彼此之斜面，光學薄膜2211可選擇性的鍍在第一三角稜稜221或第二三角稜稜222之斜面。
雷射發射器12、第一準直透鏡26、物鏡18、稜鏡裝置22及雷射接收器16構成測距儀10的雷射發射與接收系統。物鏡18、稜鏡裝置22、對焦透鏡30及影像感測裝置20構成測距儀10的影像擷取系統。紅外光發射裝置14、第二準直透鏡28、物鏡18、稜鏡裝置22、對焦透鏡30及影像感測裝置20構成測距儀10的夜視系統。顯示裝置24及目鏡32構成測距儀10的顯示系統。
當使用環境為白天或光源充足時，將物鏡18對向一被測區域(未圖示)，經由影像擷取系統擷取被測區域 影像，再傳送至顯示系統供使用者檢視，使用者依所檢視的被測區域影像將測距儀10對準其中一被測物(未圖示)。接著雷射發射與接收系統發出一雷射光12T至被測物，並且接收由被測物反射的一反射雷射光12R，再經後續的資料處理，將測出的被測物距離傳送至顯示系統供使用者檢視。
以下將說明使用環境為白天或光源充足時之光學路徑。如第1圖所示，使用時將物鏡18對向被測區域，被測區域反射一可見光V10，使可見光V10射向物鏡18，可見光V10通過物鏡18後繼續射入稜鏡裝置22，稜鏡裝置22包括第一三角稜鏡221及第二三角稜鏡222，第一三角稜鏡221之斜邊表面鍍覆有光學薄膜2211，光學薄膜2211只允許可見光、紅外光通過，但是不允許雷射光通過，入射光學薄膜2211的雷射光將被反射，所以可見光V10將直接通過稜鏡裝置22射入對焦透鏡30，最後到達影像感測裝置20，影像感測裝置20接收來自被測區域的可見光V10後，可將此被測區域的光學影像轉換成一影像訊號，影像訊號再輸出至顯示裝置24，顯示裝置24旁邊設有目鏡32，使用者的眼睛可透過目鏡32檢視顯示裝置24所呈現的被測區域影像。再調整測距儀10使測距儀10正確對準被測區域中的被測物。
雷射發射器12發出雷射光12T，雷射光12T先通 過第一準直透鏡26，第一準直透鏡26可將原本是往外發散的雷射光12T變成準直的雷射光12T，再射向被測物，被測物可將雷射光12T反射，使一反射雷射光12R射向測距儀10，射向測距儀10的反射雷射光12R先通過物鏡18再射入稜鏡裝置22，稜鏡裝置22包括第一三角稜鏡221及第二三角稜鏡222，第一三角稜鏡221之斜邊表面鍍覆有光學薄膜2211，光學薄膜2211只允許可見光、紅外光通過，但是不允許雷射光通過，入射光學薄膜2211的雷射光將被反射，所以反射雷射光12R將被光學薄膜2211反射，使反射雷射光12R射向雷射接收器16，雷射接收器16接收反射雷射光12R後，再經後續的資料處理將測出的被測物距離顯示於顯示裝置24，使用者再透過目鏡32檢視顯示裝置24所呈現的被測物距離資料。
當使用環境為夜間或光源不足時，無法經由影像擷取系統擷取被測區域影像，所以無法透過顯示裝置24觀察被測區域影像，也就無法準確對準被測物，所以大部份的測距儀於夜間或光源不足時都無法使用，即使勉強使用，也可能量測誤差過大失去準確性。所以當使用環境為夜間或光源不足，無法由影像擷取系統擷取被測區域影像以供使用者對準被測物時，就需使用夜視系統擷取被測區域之紅外光影像以供使用者對準被測物。同樣的將物鏡18對向被測區域，經由夜視系統擷 取被測區域紅外光影像，再傳送至顯示系統供使用者檢視，使用者依所檢視的被測區域紅外光影像將測距儀10對準其中的被測物。接著雷射發射與接收系統發出一雷射光12T至被測物，並且接收由被測物反射的一反射雷射光12R，再經後續的資料處理，將測出的被測物距離傳送至顯示系統供使用者檢視。
以下將說明使用環境為夜間或光源不足時之光學路徑。如第1圖所示，使用時將物鏡18對向被測區域，紅外光發射裝置14發出一紅外光14T，紅外光14T先通過第二準直透鏡28，第二準直透鏡28可將原本是往外發散的紅外光14T變成準直的紅外光14T，再射向被測物，被測物可將紅外光14T反射，使一反射紅外光14R射向測距儀10，射向測距儀10的反射紅外光14R先通過物鏡18再射入稜鏡裝置22，稜鏡裝置22包括第一三角稜鏡221及第二三角稜鏡222，第一三角稜鏡221之斜邊表面鍍覆有光學薄膜2211，光學薄膜2211只允許可見光、紅外光通過，但是不允許雷射光通過，入射光學薄膜2211的雷射光將被反射，所以反射紅外光14R將直接通過光學薄膜2211射入對焦透鏡30，最後到達影像感測裝置20，影像感測裝置20接收來自被測區域的反射紅外光14R後，可將此被測區域的紅外光學影像轉換成一影像訊號，影像訊號再輸出至顯示裝置24，顯示裝置24旁邊 設有目鏡32，使用者的眼睛可透過目鏡32檢視顯示裝置24所呈現的被測區域之紅外光影像，再調整測距儀10使測距儀10正確對準被測區域中的被測物。
接著雷射發射器12發出雷射光12T，雷射光12T先通過第一準直透鏡26，第一準直透鏡26可將原本是往外發散的雷射光12T變成準直的雷射光12T，再射向被測物，被測物可將雷射光12T反射，使一反射雷射光12R射向測距儀10，射向測距儀10的反射雷射光12R先通過物鏡18再射入稜鏡裝置22，稜鏡裝置22包括第一三角稜鏡221及第二三角稜鏡222，第一三角稜鏡221之斜邊表面鍍覆有光學薄膜2211，光學薄膜2211只允許可見光、紅外光通過，但是不允許雷射光通過，入射光學薄膜2211的雷射光將被反射，所以反射雷射光12R將被光學薄膜2211反射，使反射雷射光12R射向雷射接收器16，雷射接收器16接收反射雷射光12R後，再經後續的資料處理將測出的被測物距離顯示於顯示裝置24，使用者再透過目鏡32檢視顯示裝置24所呈現的被測物距離資料。
請參閱第2圖，第2圖係依據本發明之測距儀之第二實施例之示意圖。如圖所示，測距儀50包括一雷射發射器52、一紅外光發射裝置54、一雷射接收器56、一物鏡58、一影像感測裝置60、一稜鏡裝置62、一顯示裝置64、一第一準直透鏡66、一第二準直透鏡68、 一對焦透鏡70及一目鏡72。稜鏡裝置62包括一第一三角稜鏡621、一濾波片622及一第二三角稜鏡623。濾波片622設置於第一三角稜鏡621與第二三角稜鏡623之間，濾波片622只允許可見光、紅外光通過，但是不允許雷射光通過，入射濾波片622的雷射光將被反射，其功能與第一實施例中的光學薄膜2211相似。
另外，本實施例在使用環境為白天或光源充足時與使用環境為夜間或光源不足時，其使用方式與相對應的光學路徑皆與第一實施例相似，因此省略其說明。
上述實施例中的雷射發射器12、52可為半導體雷射(Semiconductor Laser)。雷射接收器16、56可為崩潰光二極體(APD)。影像感測裝置20、60可為電荷耦合元件(CCD)或者為互補式金氧半導體(CMOS)影像感測元件。顯示裝置24、64可為液晶顯示器(LCD)或者為有機發光二極體(OLED)或者為主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)。
上述實施例中，反射雷射光12R、52R直接射入雷射接收器16、56，然而可以了解到，若加入一濾波片置於稜鏡裝置22、62與雷射接收器16、56之間，此濾波片只允許反射雷射光12R、52R通過，亦應屬本發明之範疇。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、50‧‧‧測距儀
12、52‧‧‧雷射發射器
14、54‧‧‧紅外光發射裝置
16、56‧‧‧雷射接收器
18、58‧‧‧物鏡
20、60‧‧‧影像感測裝置
22、62‧‧‧稜鏡裝置
221、621‧‧‧第一三角稜鏡
2211‧‧‧光學薄膜
222、623‧‧‧第二三角稜鏡
24、64‧‧‧顯示裝置
26、66‧‧‧第一準直透鏡
28、68‧‧‧第二準直透鏡
30、70‧‧‧對焦透鏡
32、72‧‧‧目鏡
622‧‧‧濾波片
12T、52T‧‧‧雷射光
12R、52R‧‧‧反射雷射光
14T、54T‧‧‧紅外光
14R、54R‧‧‧反射紅外光
V10、V20‧‧‧可見光
第1圖係依據本發明之測距儀之第一實施例之示意圖。
第2圖係依據本發明之測距儀之第二實施例之示意圖。
10‧‧‧測距儀
12‧‧‧雷射發射器
14‧‧‧紅外光發射裝置
16‧‧‧雷射接收器
18‧‧‧物鏡
20‧‧‧影像感測裝置
22‧‧‧稜鏡裝置
221‧‧‧第一三角稜鏡
2211‧‧‧光學薄膜
222‧‧‧第二三角稜鏡
24‧‧‧顯示裝置
26‧‧‧第一準直透鏡
28‧‧‧第二準直透鏡
30‧‧‧對焦透鏡
32‧‧‧目鏡
12T‧‧‧雷射光
12R‧‧‧反射雷射光
14T‧‧‧紅外光
14R‧‧‧反射紅外光
V10‧‧‧可見光

Claims (12)

  1. 一種測距儀，包括：一雷射發射器，該雷射發射器發出至少一雷射光至一被測物；一紅外光發射裝置，該紅外光發射裝置發出一紅外光至該被測物；一雷射接收器，該雷射接收器接收由該被測物反射回來的該雷射光；一物鏡，該物鏡接收由該被測物反射的該雷射光、該紅外光以及一可見光；一影像感測裝置，接收該物鏡所攝取的該紅外光以及該可見光並產生一影像訊號；一稜鏡裝置，設置於該物鏡與該影像感測裝置之間，該稜鏡裝置接收通過該物鏡的該可見光、該紅外光以及該雷射光，且將該可見光以及該紅外光導引至相同方向，該雷射光導引至不同方向，使該可見光以及該紅外光射向該影像感測裝置，該雷射光射向該雷射接收器；以及一顯示裝置，顯示由該影像感測裝置所攝取的該被測物之影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測距儀，其更包括一第一準直透鏡，該第一準直透鏡設置於該雷射發射器 與該被測物之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之測距儀，其更包括一第二準直透鏡，該第二準直透鏡設置於該紅外光發射裝置與該被測物之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之測距儀，其中該稜鏡裝置包括二片三角稜鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之測距儀，其中一三角稜鏡更包括一光學薄膜，該光學薄膜覆於一該三角稜鏡之一表面，該光學薄膜反射該雷射光且只允許該紅外光以及該可見光通過。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之測距儀，其更包括一濾波片，設置於該等三角稜鏡之間，該濾波片反射該雷射光且只允許該紅外光以及該可見光通過。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之測距儀，其更包括一濾波片，設置於該稜鏡裝置與該雷射接收器之間，該濾波片只允許該雷射光通過。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之測距儀其更包括一對焦透鏡，該對焦透鏡設置於該稜鏡裝置與該影像感測裝置之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之測距儀，其更包括一目鏡，設置於該顯示裝置旁，以通過該目鏡來觀看該顯示裝置。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之測距儀，該顯示裝置係顯示該被測物距離。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之測距儀，其中該稜鏡裝置呈矩形狀。
  12. 如申請專利範圍第5項所述之測距儀，其中該二片三角稜鏡各具有一相對應之斜面，且該光學薄膜鍍於其中之一該三角稜鏡之斜面。
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