TWI499799B - 測距儀及其分合光稜鏡裝置 - Google Patents

Description

測距儀及其分合光稜鏡裝置

本發明係有關於一種測距儀及其分合光稜鏡裝置。

已知的中華民國專利案號TW594052揭露一種分合光稜鏡組及應用此稜鏡組之測距裝置，其中的分合光稜鏡組具有四個光出/入面，可使入射分合光稜鏡組的紅外波長光束經過一次全反射後，改變行進方向射出分合光稜鏡組。另外，可使入射分合光稜鏡組的可見光波長範圍的影像光束經過一次反射及四次全反射後，不改變行進方向射出分合光稜鏡組。或者，使入射分合光稜鏡組的可見光波長範圍的影像光束經過三次全反射後，改變行進方向射出分合光稜鏡組。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種測距儀及其分合光稜鏡裝置，此分合光稜鏡裝置可使入射的第二波長範圍光束經由兩次全反射後，由反方向射出分合光稜鏡組，其中的一次全反射係由稜鏡表面鍍覆的光學全反射膜所完成，可減少第二波長範圍光束全反射時之能量損失，使測距儀測量距離之準確度提高，或者使測距儀之距離測量範圍變大，另一方面，也可簡化測距儀設計縮小測距儀體積。

本發明之分合光稜鏡裝置包括一第一稜鏡、一第二稜鏡、 一屋脊型稜鏡及一光學多層膜。第一稜鏡包括一第一面、一第二面及一第三面。第二稜鏡包括一第四面、一第五面及一第六面，一光學全反射膜覆於第六面。屋脊型稜鏡包括一第七面、一第八面及一屋脊面。第七面面向第二面，第五面面向第三面。光學多層膜設置於第五面與第三面之間。當一第一波長範圍光束及一第二波長範圍光束由第一面入射第一稜鏡後，第一波長範圍光束及第二波長範圍光束將被第二面全反射至光學多層膜，光學多層膜反射第一波長範圍光束但是讓第二波長範圍光束通過而入射第二稜鏡，第二波長範圍光束由第五面入射第二稜鏡後，將被光學全反射膜全反射改變行進方向，最後由第四面射出第二稜鏡。

其中第四面與第五面之夾角大致上為67.5度，第四面與第六面之夾角大致上為45度，第五面與第六面之夾角大致上為67.5度。

其中第三面與第五面膠合。

其中第二面與第七面膠合。

其中第一波長範圍光束為可見光，第二波長範圍光束為紅外光。

本發明之測距儀包括一發射器、一物鏡、一分合光稜鏡裝置及一接收器。第二波長範圍光束係由發射器發出，經一被測物反射後，與第一波長範圍光束一起通過物鏡而進入分合光稜鏡裝置，分合光菱鏡裝置將第一波長範圍光束及第二波長範圍光束導引至不同方向，使第二波長範圍光束射向接收器。

其中第一波長範圍光束為可見光，第二波長範圍光束為紅外光。

本發明之測距儀可更包括一透鏡，透鏡設置於發射器與被測物之間。

其中發射器為一半導體雷射。

其中接收器為一崩潰光二極體(APD)或光二極體(PD)。

本發明之測距儀可更包括一透鏡，透鏡設置於接收器與該分合光稜鏡裝置之間。

本發明之測距儀可更包括一目鏡，設置於屋脊型稜鏡旁，以通過目鏡來觀看被測物。

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。

10、23‧‧‧分合光稜鏡裝置

11、231‧‧‧第一稜鏡

111、2311‧‧‧第一面

112、2312‧‧‧第二面

113、2313‧‧‧第三面

13、232‧‧‧第二稜鏡

131、2321‧‧‧第四面

132、2322‧‧‧第五面

133、2323‧‧‧第六面

134、135、136‧‧‧夾角

15、233‧‧‧屋脊型稜鏡

151、2331‧‧‧第七面

152、2332‧‧‧第八面

153、2333‧‧‧屋脊面

16、23231‧‧‧光學全反射膜

17、234‧‧‧光學多層膜

18、29‧‧‧可見光

19、211T、211R‧‧‧紅外光

20‧‧‧測距儀

21‧‧‧發射器

22‧‧‧接收器

24、27‧‧‧透鏡

25‧‧‧物鏡

28‧‧‧目鏡

第1A圖係依據本發明之分合光稜鏡裝置之一實施例的可見光光路示意圖。

第1B圖係依據本發明之分合光稜鏡裝置之一實施例的紅外光光路示意圖。

第1C圖係第1A圖之第二稜鏡之各相臨面的夾角角度示意圖。

第2圖係依據本發明之測距儀之一實施例的架構與光路示意圖。

請同時參閱第1A圖、第1B圖及第1C圖。第1A圖係依據本發明之分合光稜鏡裝置之一實施例的可見光光路示意圖，第1B圖係依據本發明之分合光稜鏡裝置之一實施例的紅外光光路示意圖，第1C圖係第1A圖之第二稜鏡之各相臨面的夾角角度示意圖。如第1A圖所示，分合光稜鏡裝置10包括一第一稜鏡11、一第二稜鏡13、一屋脊型稜鏡15及一光學多層膜17。第一稜鏡11與第二稜鏡13之間夾著光學多層膜17，光學多層膜17只允許紅外光通過，可見光將被反射，第一稜鏡11之第三面113與第二稜鏡13之第五面132膠合。第一稜鏡11之第二面112與屋脊型稜鏡15之第七面151相對，一光學全反射膜16覆於第二稜鏡13之第六面133，光學全反射膜16可將入射的紅外光全反射。如第1C圖所示，第二稜鏡13之第四面131與第五面132之夾角134等於67.5度、第四面131與第六面133之夾角136等於45度、第五面132與第六面133之夾角135等於67.5度。

當一可見光18入射第一稜鏡11後，將直接穿透第一面111射向第二面112，射向第二面112的可見光18將發生全反射作用，使得可見光18改變行進方向射向第三面113及光學多層膜17，因為光學多層膜17只允許紅外光通過，可見光將被反射，所以可見光18將被反射改變行進方向射向第二面112，且由第二面112射出第一稜鏡11再射向屋脊型稜鏡15，射向屋脊型稜鏡15的可見光18將直接穿透第七面151，接著可見光18將分別於第八面152、屋脊面153及第七面151發生全反射作用改變行進方向，最後由第八面152射出屋脊型稜鏡15。

請參考第1B圖，當一紅外光19入射第一稜鏡11後，將直 接穿透第一面111射向第二面112，射向第二面112的紅外光19發生全反射作用，使得紅外光19改變行進方向射向第三面113及光學多層膜17，因為光學多層膜17只允許紅外光通過，可見光將被反射，所以紅外光19將直接穿透面113及光學多層膜17射入第二稜鏡13，射入第二稜鏡13的紅外光19將直將穿透第五面132，接著射向第六面133，再經光學全反射膜16發生全反射改變行進方向，最後由第四面131射出第二稜鏡13。

綜上所述，當可見光18及紅外光19同時由第一面111入射分合光稜鏡裝置10後，可見光18及紅外光19將被分光，朝不同方向前進，可見光18將從第八面152射出分合光稜鏡裝置10，且其行進方向沒有改變，紅外光19將從第四面131射出分光合光稜鏡裝置10，且改變其行進方向往反方向前進。也可以將紅外光19由第四面131射入分合光稜鏡裝置10，最後由第一面111射出分合光稜鏡裝置10，且改變其行進方向往反方向前進，但是可見光18仍然從第一面111入射分合光稜鏡裝置10，再從第八面152射出分合光稜鏡裝置10，且其行進方向沒有改變。也可以將不同方向的可見光及紅外光合光後再朝同方向前進，當可見光18由第八面152入射分光合光稜鏡裝置10，最後將由第一面111射出分合光稜鏡裝置10，且其行進方向沒有改變，當紅外光19由第四面131射入分合光稜鏡裝置10，最後將由第一面111射出分合光稜鏡裝置10，且改變其行進方向往反方向前進，可見光18及紅外光19都將朝同一方向前進。

請參考第2圖，第2圖係依據本發明之測距儀之一實施例的架構與光路示意圖。測距儀20包括一發射器21、一接收器22、一分合光稜鏡裝置23、一透鏡24、一物鏡25、一透鏡27及一目鏡28。分合光稜鏡 裝置23包括一第一稜鏡231、一第二稜鏡232、一屋脊型稜鏡233及一光學多層膜234。光學多層膜234介於第一稜鏡231與第二稜鏡232之間，第一稜鏡231之第三面2313與第二稜鏡232之第五面2322膠合，第一稜鏡231之第二面2312與屋脊型稜鏡233之第七面2331相對，一光學全反射膜23231覆於第二稜鏡232之第六面2323。透鏡24設置於發射器21與被測物(未圖示)之間。透鏡27設置於接收器22與第四面2321之間。目鏡28設置於第八面2332旁邊。

發射器21發出一紅外光211T，紅外光211T通過透鏡24後調整為準直的紅外光211T再射向被測物。被測物可將入射的紅外光211T反射，使一紅外光211R射向測距儀20。此外，被測物本身也會反射可見光，使一可見光29射向測距儀20。射向測距儀20的紅外光211R及可見光29先通過物鏡25，再由第一面2311射入分合光稜鏡裝置23後，紅外光211R將被第二面2312全反射，接著穿透第三面2313、光學多層膜234及第五面2322，再經光學全反射膜23231全反射，最後由第四面2321射出分合光稜鏡裝置23，接著通過透鏡27聚焦入射接收器22，再經後續的資料處理即可將被測物距離算出。另一方面，可見光29被第二面2312全反射後將再被光學多層膜234反射，最後由第二面2312射出第一稜鏡231再射向屋脊型稜鏡233，射向屋脊型稜鏡233的可見光29將直接穿透第七面2331，接著可見光29將分別於第八面2332、屋脊面2333及第七面2331發生全反射作用改變行進方向，最後由第八面2332射出屋脊型稜鏡233，再通過目鏡28，使用者可通過目鏡28觀看被測物影像。

上述實施例中的紅外光211R係經由光學全反射膜23231全反射而不是經由第六面2323全反射，使得紅外光211R經全反射後能量損失較少，即接收器22所接收的紅外光211R能量損失較少，可提升測距儀20之測量距離準確度。

上述實施例中的發射器21可為半導體雷射(Semiconductor Laser)，接收器22可為崩潰光二極體(APD)或光二極體(PD)。

上述實施例中，紅外光211R及可見光29經由分合光稜鏡裝置23分離後，再分別入射接收器22及目鏡28，然而可以了解到，若改變發射器21、接收器22、透鏡24及透鏡27與分合光稜鏡裝置23之相對位置，使發射器21所發出的紅外光211T由第四面2321入射分合光稜鏡裝置23，接著經由光學全反射膜23231全反射，最後由第一面2311射出分合光稜鏡裝置23，接著穿透物鏡25射向被測物，而由被測物反射回測距儀20的紅外光211R，則直接穿過透鏡27由接收器22接收，發射器21所發出的紅外光211T係經由光學全反射膜23231全反射而不是經由第六面2323全反射，使得紅外光211T經全反射後能量損失較少，即射向被測物的紅外光211T能量損失較少，可提升測距儀20之距離測量範圍，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‧‧‧分合光稜鏡裝置

11‧‧‧第一稜鏡

15‧‧‧屋脊型稜鏡

111‧‧‧第一面

151‧‧‧第七面

112‧‧‧第二面

152‧‧‧第八面

113‧‧‧第三面

153‧‧‧屋脊面

13‧‧‧第二稜鏡

16‧‧‧光學全反射膜

17‧‧‧光學多層膜

18‧‧‧可見光

131‧‧‧第四面

132‧‧‧第五面

133‧‧‧第六面

Claims (12)

1. 一種分合光稜鏡裝置包括：一第一稜鏡，該第一稜鏡包括一第一面、一第二面以及一第三面；一第二稜鏡，該第二稜鏡包括一第四面、一第五面以及一第六面，該第五面面向該第三面，一光學全反射膜覆於該第六面；一屋脊型稜鏡，該屋脊型稜鏡包括一第七面、一第八面以及一屋脊面，該第七面面向該第二面；以及一光學多層膜，該光學多層膜設置於該第五面與該第三面之間；其中當一第一波長範圍光束以及一第二波長範圍光束由該第一面入射該第一稜鏡後，該第一波長範圍光束以及該第二波長範圍光束將被該第二面全反射至該光學多層膜，該光學多層膜反射該第一波長範圍光束但是讓該第二波長範圍光束通過而入射該第二稜鏡，該第二波長範圍光束由該第五面入射該第二稜鏡後，將被該光學全反射膜全反射改變行進方向，最後由該第四面射出該第二稜鏡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之分合光稜鏡裝置，其中該第四面與該第五面之夾角大致上為67.5度，該第四面與該第六面之夾角大致上為45度，該第五面與該第六面之夾角大致上為67.5度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之分合光稜鏡裝置，其中該第三面與該第五面膠合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之分合光稜鏡裝置，其中該第二面與該第七面膠合。
5. 如申請專利範圍第1項所述之分合光稜鏡裝置，其中該第一波長範圍光束為可見光，該第二波長範圍光束為紅外光。
6. 一種測距儀，包括一發射器、一物鏡、一如申請專利範圍第1項所述之分合光稜鏡裝置、以及一接收器，其中該第二波長範圍光束係由該發射器發出，經一被測物反射後，與該第一波長範圍光束一起通過該物鏡而進入該分合光稜鏡裝置，該分合光菱鏡裝置將該第一波長範圍光束以及該第二波長範圍光束導引至不同方向，使該第二波長範圍光束射向該接收器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之測距儀，其中該第一波長範圍光束為可見光，該第二波長範圍光束為紅外光。
8. 如申請專利範圍第6項所述之測距儀，其更包括一透鏡，該透鏡設置於該發射器與該被測物之間。
9. 如申請專利範圍第6項所述之測距儀，其中該發射器為一半導體雷射。
10. 如申請專利範圍第6項所述之測距儀，其中該接收器為一崩潰光二極體(APD)或光二極體(PD)。
11. 如申請專利範圍第6項所述之測距儀，其更包括一透鏡，該透鏡設置於該接收器與該分合光稜鏡裝置之間。
12. 如申請專利範圍第6項所述之測距儀，其更包括一目鏡，設置於該屋脊型稜鏡旁，以通過該目鏡來觀看該被測物。