TWI668413B - 可撓性光學測距裝置 - Google Patents

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Abstract

一種可撓性光學測距裝置包括一光學測距模組、一光纖接合器以及一光耦合模組。光學測距模組包括一光源、一光學接收器及一計算單元。光纖接合器設置並連結於光學測距模組與光耦合模組之間，光耦合模組包括一第一光纖、一二合一光耦合器、一光纖偵測頭及一第二光纖。其中一測距光束自光源出射後，依序行經第一光纖、二合一光耦合器，並經由光纖偵測頭出射至待測物後所反射回光纖偵測頭的一反射光束，反射光束經由二合一光耦合器進入第二光纖並行經至光學接收器後，光學接收器發出量測信號，使計算單元依據接收的量測信號並計算出待測物與光纖偵測頭的端面之間的距離。

Description

可撓性光學測距裝置
本發明係關於一種光學測距裝置，特別關於一種具有同軸測距功能且可任意彎曲光路的可撓性光學測距裝置。
傳統光學測距的原理是向待測目標出射一很細的雷射光束，再藉由光電元件接收待測目標反射的雷射光束，經由計算單元測定雷射光束從發射到接收的時間，從而計算出從測距裝置到待測目標之間的距離。這種傳統光學測距裝置設有一發光模組與一收光模組，這兩者固定在同一個基面線上，且受到光學測距裝置的大小所影響，使得發光模組的光點中心與收光模組的鏡頭中心具有一間距，當間距越短，表示傳統光學測距裝置可以量測較近距離的待測目標；反之，當發光模組的光點中心與收光模組的鏡頭中心之間的間距越長，表示傳統光學測距裝置須與待測目標之間的間距較長，才可以進行量測。一般而言，傳統光學測距裝置與待測目標間距要大於5公分以上，才可以進行量測，否則光學測距裝置的雷射光束發射至待測目標的反射的雷射光束，無法進入收光模組內。
除此之外，傳統光學測距裝置只能朝發光模組前方的直線方向進行測距，當偵測環境在一些工具機或輸送管線的內部時，發光模組發射的雷射光束無法隨意改變方向，造成測距的操作過程受到阻礙。
有鑑於此，如何提供一種可撓性光學測距裝置，可任意彎曲光路同時具有同軸測距的功能，以適應各種不友善的偵測環境，降低測距時的阻礙，為本領域的重要課題。
為達上述目的，本發明提供一種可撓性光學測距裝置，用以量測與一待測物之間的距離，可撓性光學測距裝置包括一光學測距模組、 一光纖接合器以及一光耦合模組。光學測距模組包括一光源、一光學接收器及一計算單元。光源提供一測距光束，光學接收器接收測距光束出射至待測物後所反射的一反射光束，並發出一量測信號。計算單元接收量測信號。光纖接合器設置並連結於光學測距模組與光耦合模組之間，光耦合模組包括一第一光纖、一二合一光耦合器、一光纖偵測頭及一第二光纖。第一光纖的一端藉由光纖接合器與光源對應設置。二合一光耦合器與第一光纖的另一端連接。光纖偵測頭設置於二合一光耦合器相對於第一光纖的一側。第二光纖的一端藉由光纖接合器與光學接收器對應設置，且第二光纖的另一端連接至二合一光耦合器相同於第一光纖的一側。其中測距光束自光源出射後，依序行經第一光纖、二合一光耦合器，並經由光纖偵測頭出射至待測物後所反射回光纖偵測頭的反射光束，反射光束經由二合一光耦合器進入第二光纖並行經至光學接收器後，光學接收器發出量測信號，使計算單元依據接收的量測信號並計算出待測物與光纖偵測頭的端面之間的距離。
在一實施例中，更包括一光路轉折筒套設於光纖偵測頭的一端，其中光路轉折筒包括轉折筒殼體以及一第一反射鏡。轉折筒殼體開設有一開孔，第一反射鏡設置於轉折筒殼體內並與光纖偵測頭及開孔對應設置。其中，測距光束經由光纖偵測頭出射，測距光束行經第一反射鏡後轉向並經由開孔出射至待測物，測距光束出射至待測物後所反射回開孔的反射光束，反射光束行經第一反射鏡後轉向並反射回光纖偵測頭。
在一實施例中，更包括一聚焦透鏡，設置於光纖偵測頭的端部或開孔內。
在一實施例中，聚焦透鏡為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組。
在一實施例中，第一反射鏡為45度反射鏡或轉折稜鏡。
在一實施例中，測距光束為雷射光束。
在一實施例中，第一光纖的一端與光源的一光點中心對應設置。
在一實施例中，更包括一接收鏡頭，設置於光學接收器與第 二光纖之間，其中第二光纖的一端與接收鏡頭的一鏡頭中心對應設置。
本發明更提供一種可撓性光學測距裝置，用以量測與一待測物之間的距離，可撓性光學測距裝置包括一光學測距模組、一光學密合器以及一第三光纖。光學測距模組包括一光源、一光學接收器及一計算單元。光源提供一測距光束，光學接收器接收測距光束出射至待測物後所反射的一反射光束，並發出一量測信號。計算單元接收量測信號。光學密合器包括一密合器殼體、一半反射穿透鏡及一第二反射鏡。密合器殼體開設有一第一開口、一第二開口及一第三開口。半反射穿透鏡設置於密合器殼體內，光源及第一開口位於同一軸線上，且半反射穿透鏡與第一開口對應設置。第二反射鏡設置於密合器殼體內，光學接收器及第二開口位於同一軸線上，且第二反射鏡與第二開口對應設置。第三光纖的兩端分別為一第一端及一第二端，第三光纖的第一端穿射第三開口並伸入密合器殼體內，且第一端與半反射穿透鏡對應設置。其中，測距光束自光源出射，穿透第一開口並行經至半反射穿透鏡後，部分的測距光束穿透半反射穿透鏡進入第三光纖的第一端，部分的測距光束經由第三光纖的第二端出射至待測物後所反射回第二端的反射光束，反射光束沿著第三光纖到達第一端後出射至半反射穿透鏡，部分的反射光束反射至第二反射鏡後轉向並經由第二開口出射至光學接收器，光學接收器發出量測信號，使計算單元依據接收的量測信號計算出待測物與第三光纖的第二端之間的距離。
在一實施例中，更包括一光路轉折筒，套設於第三光纖的第二端，其中光路轉折筒包括一轉折筒殼體以及一第三反射鏡。轉折筒殼體開設有一開孔。第三反射鏡設置於轉折筒殼體內並與第三光纖的第二端及開孔對應設置。其中，測距光束經由第三光纖的第二端出射，測距光束行經第三反射鏡後轉向並經由開孔出射至待測物，測距光束出射至待測物後所反射回開孔的反射光束，反射光束行經第三反射鏡後轉向並反射回第三光纖的第二端。
在一實施例中，更包括一聚焦透鏡，設置於第三光纖的第二端或開孔內。
在一實施例中，聚焦透鏡為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球 面透鏡組。
在一實施例中，更包括一接收鏡頭，設置於光學接收器與第二開口之間。
在一實施例中，第二反射鏡為45度反射鏡或轉折稜鏡。
在一實施例中，第三反射鏡為45度反射鏡或轉折稜鏡。
在一實施例中，測距光束為雷射光束。
在一實施例中，第三光纖的第一端與光源的一光點中心對應設置。
承上所述，本發明之可撓性光學測距裝置是利用光耦合模組的第一光纖、第二光纖或第三光纖與光學測距模組的光源和光學接收器對應設置，使可撓性光學測距裝置在進行偵測時，可任意彎曲光纖以調整光路行徑方向，以適應各種不友善的偵測環境，降低測距時的阻礙，同時更具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置與待測物之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。除此之外，藉由光路轉折筒可大幅改變光路行進方向的設計，使偵測環境即使為零件複雜的工具機或輸送管線內部，亦可先利用光纖伸入偵測環境抵達待測物鄰近處，再藉由光路轉折筒大幅改變光路行進方向以對待測物進行測距，可克服空間狹窄的測偵環境，且待測物的位置遠離光纖出光方向或光纖偵測頭出光方向。
1、5‧‧‧光學測距模組
11、51‧‧‧光源
12、52‧‧‧光學接收器
13、53‧‧‧計算單元
14、54‧‧‧接收鏡頭
141、541‧‧‧鏡頭中心
2‧‧‧光纖接合器
3‧‧‧光耦合模組
31‧‧‧第一光纖
32‧‧‧二合一光耦合器
33‧‧‧光纖偵測頭
34‧‧‧第二光纖
4、8‧‧‧光路轉折筒
41、81‧‧‧轉折筒殼體
411、811‧‧‧開孔
42‧‧‧第一反射鏡
6‧‧‧光學密合器
61‧‧‧密合器殼體
611‧‧‧第一開口
612‧‧‧第二開口
613‧‧‧第三開口
62‧‧‧半反射穿透鏡
63‧‧‧第二反射鏡
7‧‧‧第三光纖
71‧‧‧第一端
72‧‧‧第二端
82‧‧‧第三反射鏡
d1、d2、d3、d4‧‧‧距離
FL1、FL2、FL3、FL4‧‧‧聚焦透鏡
L1、L3、L5、L7‧‧‧測距光束
L11、L31、L51、L71‧‧‧光點中心
L2、L4、L6、L8‧‧‧反射光束
O1、O2、O3、O4‧‧‧待測物
OD1、OD2、OD3、OD4‧‧‧可撓性光學測距裝置
圖1A為本發明第一實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖。
圖1B為圖1A所示的光纖偵測頭與一聚焦透鏡配合的示意圖。
圖2A為本發明第二實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖。
圖2B為圖2A所示的光路轉折筒與一聚焦透鏡配合的示意圖。
圖3A為本發明第三實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖。
圖3B為圖3A所示的第三光纖與一聚焦透鏡配合的示意圖。
圖4A為本發明第四實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖。
圖4B為圖4A所示的光路轉折筒與一聚焦透鏡配合的示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種風扇，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
以下將介紹本發明第一實施例的可撓性光學測距裝置的基本架構及特徵，請同時參照圖1A及圖1B，圖1A為本發明第一實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖，圖1B為圖1A所示的光纖偵測頭與一聚焦透鏡配合的示意圖。此外，為清楚表示光路行進的方向，圖式中的測距光束L1以實線表示，反射光束L2以虛線表示，且測距光束L1與反射光束L2之間的間隔距離特別加寬表示，圖式中其間隔距離並非實際光路的比例。且為求圖式呈現簡潔並易於說明，省略第一光纖31內的反射光束L2的繪製，以清楚表達本實施例的主要光路。於實際上，反射光束L2從待測物O1反射回光纖偵測頭33後，會經由二合一光耦合器32同時進入第一光纖31及第二光纖34。
本發明第一實施例提供一種可撓性光學測距裝置OD1，用以量測與一待測物O1之間的距離d1。可撓性光學測距裝置OD1包括一光學測距模組1、一光纖接合器2以及一光耦合模組3。光學測距模組1包括一光源11、一光學接收器12及一計算單元13。光源11提供一測距光束L1，光學接收器12接收測距光束L1出射至待測物O1後所反射的一反射光束L2，並發出一量測信號後，使計算單元13依據接收的量測信號並計算出待測物O1與光纖偵測頭33的端面之間的距離d1。其中測距光束L1為波長為400奈米以下或1400奈米以上的不可見光波段的雷射光束，或是波長為400~780奈米的可見光波段的雷射光束。
光纖接合器2設置並連結於光學測距模組1與光耦合模組3之間，光耦合模組3包括一第一光纖31、一二合一光耦合器32、一光纖偵測頭33及一第二光纖34。第一光纖31的一端藉由光纖接合器2與光源11對應設置。二合一光耦合器32與第一光纖31的另一端連接。光纖偵測頭33設置於二合一光耦合器32相對於第一光纖31的一側。第二光纖34的一端藉由光纖接合器2與光學接收器12對應設置，且第二光纖34的另一端 連接至二合一光耦合器32相同於第一光纖31的一側。
接續將詳細介紹第一實施的可撓性光學測距裝置OD1的光路行進方向。在本實施例中，測距光束L1自光源11出射後，依序行經第一光纖31、二合一光耦合器32，並經由光纖偵測頭33出射至待測物O1後所反射回光纖偵測頭33的反射光束L2，反射光束L2經由二合一光耦合器32進入第二光纖34並行經至光學接收器12後，光學接收器12發出量測信號，使計算單元13依據接收的量測信號並計算出待測物O1與光纖偵測頭33的端面之間的距離d1。其中，測距光束L1經由光纖偵測頭33出射至待測物O1後所反射的反射光束L2經由相同光路反射回光纖偵測頭33，使本實施例的可撓性光學測距裝置OD1具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置OD1與待測物O1之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。此外，藉由本實施例的可撓性光學測距裝置OD1的同軸測距的特性，能使待測物O1與光纖偵測頭33的端面之間的距離d1能更精確地被計算單元13計算出來。
在本實施例中，第一光纖31的一端與光源11的一光點中心L11對應設置，使第一光纖31的一端與光源11的光點中心L11位於同一軸線上，可使第一光纖31能更精準接收光源11所發出的測距光束L1。此外，可撓性光學測距裝置OD1更包括一接收鏡頭14，接收鏡頭14設置於光學接收器12與第二光纖34之間，其中第二光纖34的一端與接收鏡頭14的一鏡頭中心141對應設置，使第二光纖34的一端與接收鏡頭14的鏡頭中心141位於同一軸線上。因此，出射於第二光纖34的反射光束L2經過接收鏡頭14的鏡頭中心141時，不會產生偏差(deviation)，能使光學接收器12更精準接收第二光纖34所發出的反射光束L2。
除此之外，如圖1B所示，可撓性光學測距裝置OD1更可包括一聚焦透鏡FL1，設置於可撓性光學測距裝置OD1的光學路徑發射的最末端處，在此處聚焦透鏡FL1設置於聚焦透鏡FL1設置於光纖偵測頭33的端部，其中聚焦透鏡FL1為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組，使出射於光纖偵測頭33的測距光束L1的能量集中，可擴大待測物O1與光纖偵測頭33的端面之間的可測得的距離d1的範圍。
第一實施的可撓性光學測距裝置，藉由測距光束及反射光束在光纖內的行進不受光纖彎曲而影響，因此在進行測距時，可任意沿伸或彎曲第一光纖使光纖偵測頭置於待測物的前方或與待測物貼合，即可進行偵測。本實施例的可撓性光學測距裝置可適應各種不友善的偵測環境，降低測距時的阻礙，同時更具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置與待測物之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。
以下將介紹本發明第二實施例的可撓性光學測距裝置的基本架構及特徵，請同時參照圖2A及圖2B，圖2A為本發明第二實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖，圖2B為圖2A所示的光路轉折筒與一聚焦透鏡配合的示意圖。此外，為清楚表示光路行進的方向，圖式中的測距光束L3以實線表示，反射光束L4以虛線表示，且測距光束L3與反射光束L4的間隔距離特別加寬表示，圖式中其間隔距離並非實際光路的比例。
第二實施例的可撓性光學測距裝置OD2的光學測距模組1、光纖接合器2以及光耦合模組3的設置與第一實施例的可撓性光學測距裝置OD1相同，唯一的不同是在第二實施例中，可撓性光學測距裝置OD2更包括一光路轉折筒4，光路轉折筒4套設於光纖偵測頭33的一端，其中光路轉折筒4包括轉折筒殼體41以及一第一反射鏡42。轉折筒殼體41開設有一開孔411，第一反射鏡42設置於轉折筒殼體41內並與光纖偵測頭33及開孔411對應設置，且第一反射鏡42為45度反射鏡或其他轉折稜鏡，會產生90度的光路轉折效果。其中更可依偵測環境和光學路徑的需求，更換不同角度的第一反射鏡42或其他轉折稜鏡，且轉折筒殼體41的開孔411與第一反射鏡42或其他轉折稜鏡對應設置。
以下將詳細介紹第二實施例的可撓性光學測距裝置OD2的光路行進方向。其中為清楚表示光路行進的方向，圖式中的測距光束L3以實線表示，反射光束L4以虛線表示，且測距光束L3與反射光束L4之間的間隔距離特別加寬表示，圖式中其間隔距離並非實際光路的比例。此外，在此處為求圖式呈現簡潔並易於說明，省略第一光纖31中的反射光束L4的繪製，以清楚表達本實施例的主要光路。於實際上，反射光束L4從待測物O2反射回光纖偵測頭33後，會經由二合一光耦合器32同時進入第一光 纖31及第二光纖34。
在本實施例中，測距光束L3自光源11出射後，依序行經第一光纖31、二合一光耦合器32，並經由光纖偵測頭33出射，測距光束L3行經第一反射鏡42後轉向並經由開孔411出射至待測物O2，測距光束L3出射至待測物O2後所反射回開孔411的反射光束L4，反射光束L4行經第一反射鏡42後轉向並反射回光纖偵測頭33後，反射光束L4經由二合一光耦合器32進入第二光纖34並行經至光學接收器12後，光學接收器12發出量測信號，使計算單元13依據接收的量測信號並計算出待測物O2與轉折筒殼體41的開孔411之間的距離d2。其中，測距光束L3經由光纖偵測頭33出射後，測距光束L3行經第一反射鏡42後轉向並經由開孔411出射至待測物O2所反射的反射光束L4會經由相同光路反射回光纖偵測頭33，使本實施例的可撓性光學測距裝置OD2具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置OD2與待測物O2之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。此外，本實施例的可撓性光學測距裝置OD2的同軸測距的特性，能使待測物O2與轉折筒殼體41的開孔411之間的距離d2能更精確地被計算單元13計算出來。
在本實施例中，第一光纖31的一端與光源11的一光點中心L31對應設置，使第一光纖31的一端與光源11的光點中心L31位於同一軸線上，可使第一光纖31能更精準接收光源11所發出的測距光束L3。此外，可撓性光學測距裝置OD2更包括一接收鏡頭14，接收鏡頭14設置於光學接收器12與第二光纖34之間，其中第二光纖34的一端與接收鏡頭14的一鏡頭中心141對應設置，使第二光纖34的一端與接收鏡頭14的鏡頭中心141位於同一軸線上。因此，出射於第二光纖34的反射光束L4經過接收鏡頭14的鏡頭中心141時，不會產生偏差(deviation)，能使光學接收器12更精準接收第二光纖34所發出的反射光束L4。
除此之外，如圖2B所示，可撓性光學測距裝置OD2更可包括一聚焦透鏡FL2，設置於可撓性光學測距裝置OD2的光學路徑發射的最末端處，在此處聚焦透鏡FL2設置於轉折筒殼體41的開孔411內，其中聚焦透鏡FL2為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組，使出射於光纖 偵測頭33的測距光束L3的能量集中，擴大待測物O2與轉折筒殼體41的開孔411之間的可測得的光學路徑距離d2的範圍。
第二實施的可撓性光學測距裝置，藉由測距光束及反射光束在光纖內的行進不受光纖彎曲而影響，因此在進行測距時，可任意沿伸或彎曲第一光纖使光纖偵測頭與光路轉折筒置於待測物的鄰近處，再利用光路轉折筒將大幅改變光路行進方向，即可進行偵測。本實施例的可撓性光學測距裝置可適應各種不友善的偵測環境，即使偵測環境即使為零件複雜的工具機或輸送管線內部，亦可先利用第一光纖伸入偵測環境抵達待測物鄰近處，再藉由光路轉折筒大幅改變光路行進方向以對待測物進行測距，可克服空間狹窄的測偵環境，以及待測物的位置與光纖偵測頭出光方向非同軸的情況，可降低測距時的阻礙。
以下將介紹本發明第三實施例的可撓性光學測距裝置的基本架構及特徵，請同時參照圖3A及圖3B，圖3A為本發明第三實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖，圖3B為圖3A所示的第三光纖與一聚焦透鏡配合的示意圖。此外，為清楚表示光路行進的方向，圖式中的測距光束L5以實線表示，反射光束L6以虛線表示，且測距光束L5與反射光束L6的間隔距離特別加寬表示，圖式中其間隔距離並非實際光路的比例。
第三實施例提供一種可撓性光學測距裝置OD3，用以量測與一待測物O3之間的距離d3，可撓性光學測距裝置OD3包括一光學測距模組5、一光學密合器6以及一第三光纖7。光學測距模組5包括一光源51、一光學接收器52及一計算單元53。光源51提供一測距光束L5，光學接收器52接收測距光束L5出射至待測物O3後所反射的一反射光束L6，並發出一量測信號，使計算單元53依據接收的量測信號並計算出待測物O3與第三光纖7的第二端72之間的距離d3。其中測距光束L5為波長為400奈米以下或1400奈米以上的不可見光波段的雷射光束，或是波長為400~780奈米的可見光波段的雷射光束。
光學密合器6包括一密合器殼體61、一半反射穿透鏡62及一第二反射鏡63。密合器殼體61開設有一第一開口611、一第二開口612及一第三開口613。半反射穿透鏡62設置於密合器殼體61內，光源51及 第一開口611位於同一軸線上，且半反射穿透鏡62與第一開口611對應設置。第二反射鏡63設置於密合器殼體61內，光學接收器52及第二開口612位於同一軸線上，且第二反射鏡63與第二開口612對應設置。第三光纖7的兩端分別為一第一端71及一第二端72，第三光纖7的第一端71穿射第三開口613並伸入密合器殼體61內，且第一端71與半反射穿透鏡62對應設置。其中第二反射鏡63為45度反射鏡或其他轉折稜鏡，會產生90度的光路轉折效果。其中更可依光學路徑的設計需求，更換不同角度的第二反射鏡63或其他轉折稜鏡，且第二開口612與第二反射鏡63或其他轉折稜鏡對應設置。
接續將詳細介紹第三實施的可撓性光學測距裝置OD3的光路行進方向。在本實施例中，測距光束L5自光源51出射後，穿透第一開口611並行經至半反射穿透鏡62後，部分的測距光束L5自半反射穿透鏡62產生反射(圖式未示)，而部分的測距光束L5穿透半反射穿透鏡62進入第三光纖7的第一端71。其中部分的測距光束L5經由第三光纖7的第二端72出射至待測物O3後所反射回第二端72的反射光束L6，反射光束L6沿著第三光纖7到達第一端71後出射至半反射穿透鏡62，部分的反射光束L6自半反射穿透鏡62產生透射(圖式未示)，而部分的反射光束L6反射至第二反射鏡63後轉向並經由第二開口612出射至光學接收器52，光學接收器52發出量測信號，使計算單元53依據接收的量測信號計算出待測物O3與第三光纖7的第二端72之間的距離d3。其中，測距光束L5經由第三光纖7的第二端72出射後，所反射的反射光束L6經由相同光路反射回第三光纖7的第二端72，使本實施例的可撓性光學測距裝置OD3具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置OD3與待測物O3之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。此外，藉由本實施例的可撓性光學測距裝置OD3的同軸測距的特性，能使待測物O3與第三光纖7的第二端72之間的距離d3能更精確地被計算單元53計算出來。
在本實施例中，第三光纖7的第一端71與光源51的一光點中心L51對應設置，使第三光纖7的第一端71與光源51的光點中心L51位於同一軸線上，可使第三光纖7能更精準接收光源51所發出的測距光束 L5。此外，可撓性光學測距裝置OD3更包括一接收鏡頭54，接收鏡頭54設置於光學接收器52與第二開口612之間。理想上，第二反射鏡63反射後的反射光束L6的行進路線會經過接收鏡頭54的一鏡頭中心541，因此反射光束L6經過接收鏡頭54的鏡頭中心541時，不會產生偏差(deviation)，能使光學接收器52更精準接第二反射鏡63反射後的反射光束L6。
如圖3B所示，可撓性光學測距裝置OD3更可包括一聚焦透鏡FL3，設置於可撓性光學測距裝置OD3的光學路徑發射的最末端處，在此處聚焦透鏡FL3設置於第三光纖7的第二端72，其中聚焦透鏡FL3為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組，使出射於光纖偵測頭的測距光束L5的能量集中，擴大待測物O3與第三光纖7的第二端72之間的可測得的距離d3的範圍。此外，聚焦透鏡FL3更可集中測距光束L5與反射光束L6的能量，可使測距光束L5克服行經半反射穿透鏡62產生的反射損耗，及反射光束L6克服行經半反射穿透鏡62產生的穿透損耗，使最後到達光學接收器52的反射光束L6的能量強度依然可供辨識。
第三實施的可撓性光學測距裝置，藉由測距光束及反射光束在光纖內的行進不受光纖彎曲而影響，因此在進行測距時，可任意沿伸或彎曲第三光纖，使第三光纖置於待測物的前方或與待測物貼合，即可進行偵測。本實施例的可撓性光學測距裝置可適應各種不友善且狹窄的偵測環境，降低測距時的阻礙，同時更具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置與待測物之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。
以下將介紹本發明第四實施例的可撓性光學測距裝置的基本架構及特徵，請同時參照圖4A及圖4B，圖4A為本發明第四實施例的一種可撓性光學測距裝置的示意圖，圖4B為圖4A所示的光路轉折筒與一聚焦透鏡配合的示意圖。此外，為清楚表示光路行進的方向，圖式中的測距光束L7以實線表示，反射光束L8以虛線表示，且測距光束L7與反射光束L8的間隔距離特別加寬表示，圖式中其間隔距離並非實際光路的比例。
第四實施例的可撓性光學測距裝置OD4的光學測距模組5、光學密合器6以及第三光纖7的設置與第三實施例的可撓性光學測距裝置OD3相同，唯一的不同是在第四實施例中，可撓性光學測距裝置OD4 更包括一光路轉折筒8，套設於第三光纖7的第二端72，其中光路轉折筒8包括一轉折筒殼體81以及一第三反射鏡82。轉折筒殼體81開設有一開孔811。第三反射鏡82設置於轉折筒殼體81內，第三反射鏡82與第三光纖7的第二端72及開孔811對應設置，且第三反射鏡82為45度反射鏡或其他轉折稜鏡，會產生90度的光路轉折效果。其中更可依偵測環境和光學路徑的需求，更換不同角度的第三反射鏡82或其他轉折稜鏡，且轉折筒殼體81的開孔811與第三反射鏡82或其他轉折稜鏡對應設置。
以下將詳細介紹第四實施例的可撓性光學測距裝置OD4的光路行進方向。在本實施例中，測距光束L7自光源51出射後，穿透第一開口611並行經至半反射穿透鏡62後，部分的測距光束L7自半反射穿透鏡62產生反射(圖式未示)，而部分的測距光束L7穿透半反射穿透鏡62進入第三光纖7的第一端71。其中部分的測距光束L7經由第三光纖7的第二端72出射，測距光束L7行經第三反射鏡82後轉向並經由開孔811出射至待測物O4，測距光束L7出射至待測物O4後所反射回開孔811的反射光束L8，反射光束L8行經第三反射鏡82後轉向並反射回第三光纖7的第二端72。反射光束L8沿著第三光纖7到達第一端71後出射至半反射穿透鏡62，部分的反射光束L8自半反射穿透鏡62產生透射(圖式未示)，而部分的反射光束L8反射至第二反射鏡63後轉向並經由第二開口612出射至光學接收器52，光學接收器52發出量測信號，使計算單元53依據接收的量測信號計算出待測物O4與轉折筒殼體81的開孔811之間的距離d4。其中，測距光束L7經由第三光纖7的第二端72出射後，測距光束L7行經第三反射鏡82後轉向並經由開孔811出射至待測物O4所反射的反射光束L8會經由相同光路反射回第三光纖7的第二端72，使本實施例的可撓性光學測距裝置OD4具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置OD4與待測物O4之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。此外，本實施例的可撓性光學測距裝置OD4的同軸測距的特性，能使待測物O4與轉折筒殼體81的開孔811之間的距離d4能更精確地被計算單元53計算出來。
在本實施例中，第三光纖7的第一端71與光源51的一光點中心L71對應設置，使第三光纖7的第一端71與光源51的光點中心L71 位於同一軸線上，可使第三光纖7能更精準接收光源51所發出的測距光束L7。此外，可撓性光學測距裝置OD4更包括一接收鏡頭54，接收鏡頭54設置於光學接收器52與第二開口612之間。理想上，第二反射鏡63反射後的反射光束L8的行進路線會經過接收鏡頭54的一鏡頭中心541，因此反射光束L8經過接收鏡頭54的鏡頭中心541時，不會產生偏差(deviation)，能使光學接收器52更精準接第二反射鏡63反射後的反射光束L8。
除此之外，如圖4B所示，可撓性光學測距裝置OD4更可包括一聚焦透鏡FL4，設置於可撓性光學測距裝置OD4的光學路徑發射的最末端處，在此處聚焦透鏡FL4設置於轉折筒殼體81的開孔811內，其中聚焦透鏡FL4為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組，使出射於光纖偵測頭的測距光束L7的能量集中，可擴大待測物O4與轉折筒殼體81的開孔811之間的可測得的距離d4的範圍。此外，聚焦透鏡FL4更可集中測距光束L7與反射光束L8的能量，可使測距光束L7克服行經半反射穿透鏡62產生的反射損耗，及反射光束L8克服行經半反射穿透鏡62產生的穿透損耗，使最後到達光學接收器52的反射光束L8的能量強度依然可供辨識。
第四實施的可撓性光學測距裝置，藉由測距光束及反射光束在光纖內的行進不受光纖彎曲而影響，因此在進行測距時，可任意沿伸或彎曲第三光纖使光纖偵測頭與光路轉折筒設置於待測物的鄰近處，再利用光路轉折筒將大幅改變光路行進方向，即可進行偵測。本實施例的可撓性光學測距裝置可適應各種不友善的偵測環境，即使偵測環境即使為零件複雜的工具機或輸送管線內部，亦可先利用第三光纖伸入偵測環境抵達待測物鄰近處，再藉由光路轉折筒大幅改變光路行進方向以對待測物進行測距，可克服空間狹窄的測偵環境，以及待測物的位置與光纖偵測頭出光方向非同軸的情況，可降低測距時的阻礙。
綜上所述，本發明之可撓性光學測距裝置是藉由測距光束及反射光束在光纖內的行進不受光纖彎曲影響的特性，使可撓性光學測距裝置在進行偵測時，可任意沿伸或彎曲第一光纖或第二光纖或第三光纖，使光纖偵測頭或第三光纖設置於待測物的前方或與待測物貼合，即可進行偵測。本發明的可撓性光學測距裝置可適應各種不友善且狹窄的偵測環境， 降低測距時的阻礙，同時更具有同軸測距的功能，可使可撓性光學測距裝置與待測物之間的最小間距不受限制，可達到零距離測量的功效。
除此之外，藉由光路轉折筒可大幅改變光路行進方向的設計，使偵測環境即使為零件複雜的工具機或輸送管線內部，亦可先利用第一光纖或第三光纖伸入偵測環境抵達待測物鄰近處，再藉由光路轉折筒大幅改變光路行進方向以對待測物進行測距，可克服空間狹窄的測偵環境，以及待測物的位置與光纖偵測頭出光方向非同軸的情況，可降低測距時的阻礙。
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。

Claims (17)

  1. 一種可撓性光學測距裝置，用以量測與一待測物之間的距離，包括：一光學測距模組，包括：一光源，提供一測距光束；一光學接收器，接收該測距光束出射至該待測物後所反射的一反射光束，並發出一量測信號；及一計算單元，接收該量測信號；一光纖接合器；以及一光耦合模組，該光纖接合器設置並連結於該光學測距模組與該光耦合模組之間，該光耦合模組包括：一第一光纖，該第一光纖的一端藉由該光纖接合器與該光源對應設置；一二合一光耦合器，與該第一光纖的另一端連接；一光纖偵測頭，設置於該二合一光耦合器相對於該第一光纖的一側；及一第二光纖，該第二光纖的一端藉由該光纖接合器與該光學接收器對應設置，且該第二光纖的另一端連接至該二合一光耦合器相同於該第一光纖的一側；其中，該測距光束自該光源出射後，依序行經該第一光纖、該二合一光耦合器，並經由該光纖偵測頭出射至該待測物後所反射回該光纖偵測頭的該反射光束，該反射光束經由該二合一光耦合器進入該第二光纖並行經至該光學接收器後，該光學接收器發出該量測信號，使該計算單元依據接收的該量測信號並計算出該待測物與該光纖偵測頭的端面之間的距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的可撓性光學測距裝置，更包括：一光路轉折筒，套設於該光纖偵測頭的一端，其中該光路轉折筒包括：一轉折筒殼體，該轉折筒殼體開設有一開孔；以及一第一反射鏡，設置於該轉折筒殼體內並與該光纖偵測頭及該開孔對應設置；其中，該測距光束經由該光纖偵測頭出射，該測距光束行經該第一反射 鏡後轉向並經由該開孔出射至該待測物，該測距光束出射至該待測物後所反射回該開孔的該反射光束，該反射光束行經該第一反射鏡後轉向並反射回該光纖偵測頭。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的可撓性光學測距裝置，更包括一聚焦透鏡，設置於該光纖偵測頭的端部或該開孔內。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的可撓性光學測距裝置，其中該聚焦透鏡為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的可撓性光學測距裝置，其中該第一反射鏡為45度反射鏡或轉折稜鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的可撓性光學測距裝置，其中該測距光束為雷射光束。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的可撓性光學測距裝置，其中該第一光纖的一端與該光源的一光點中心對應設置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的可撓性光學測距裝置，更包括一接收鏡頭設置於該光學接收器與該第二光纖之間，其中該第二光纖的一端與該接收鏡頭的一鏡頭中心對應設置。
  9. 一種可撓性光學測距裝置，用以量測與一待測物之間的距離，包括：一光學測距模組，包括：一光源，提供一測距光束；一光學接收器，接收該測距光束出射至該待測物後所反射的一反射光束，並發出一量測信號；及一計算單元，接收該量測信號；一光學密合器，包括：一密合器殼體，該密合器殼體開設有一第一開口、一第二開口及一第三開口；一半反射穿透鏡，設置於該密合器殼體內，該光源及該第一開口位於同一軸線上，且該半反射穿透鏡與該第一開口對應設置；及一第二反射鏡，設置於該密合器殼體內，該光學接收器及該第二開口位於同一軸線上，且該第二反射鏡與該第二開口對應設置；以及 一第三光纖，兩端分別為一第一端及一第二端，該第三光纖的該第一端穿射該第三開口並伸入該密合器殼體內，且該第一端與該半反射穿透鏡對應設置；其中，該測距光束自該光源出射，穿透該第一開口並行經至該半反射穿透鏡後，部分的該測距光束穿透該半反射穿透鏡進入該第三光纖的該第一端，部分的該測距光束經由該第三光纖的該第二端出射至該待測物後所反射回該第二端的該反射光束，該反射光束沿著該第三光纖到達該第一端後出射至該半反射穿透鏡，部分的該反射光束反射至該第二反射鏡後轉向並經由該第二開口出射至該光學接收器，該光學接收器發出該量測信號，使該計算單元依據接收的該量測信號計算出該待測物與該第三光纖的該第二端之間的距離。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的可撓性光學測距裝置，更包括：一光路轉折筒，套設於該第三光纖的該第二端，其中該光路轉折筒包括：一轉折筒殼體，該轉折筒殼體開設有一開孔；以及一第三反射鏡，設置於該轉折筒殼體內並與該第三光纖的該第二端及該開孔對應設置；其中，該測距光束經由該第三光纖的該第二端出射，該測距光束行經該第三反射鏡後轉向並經由該開孔出射至該待測物，該測距光束出射至該待測物後所反射回該開孔的該反射光束，該反射光束行經該第三反射鏡後轉向並反射回該第三光纖的該第二端。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述的可撓性光學測距裝置，更包括一聚焦透鏡，設置於該第三光纖的該第二端或該開孔內。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的可撓性光學測距裝置，其中該聚焦透鏡為雙凸透鏡組、平凸透鏡組或非球面透鏡組。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的可撓性光學測距裝置，更包括一接收鏡頭，設置於該光學接收器與該第二開口之間。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的可撓性光學測距裝置，其中該第二反射鏡為45度反射鏡或轉折稜鏡。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的可撓性光學測距裝置，其中該第三反射鏡為45度反射鏡或轉折稜鏡。
  16. 如申請專利範圍第9項所述的可撓性光學測距裝置，其中該測距光束為雷射光束。
  17. 如申請專利範圍第9項所述的可撓性光學測距裝置，其中該第三光纖的該第一端與該光源的一光點中心對應設置。
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