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CN115327555A - 光学装置 - Google Patents

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CN115327555A CN202110506859.XA CN202110506859A CN115327555A CN 115327555 A CN115327555 A CN 115327555A CN 202110506859 A CN202110506859 A CN 202110506859A CN 115327555 A CN115327555 A CN 115327555A
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邓孔欣
范晏榕
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Abstract

一种光学装置，包括测距模块，该测距模块包括第一聚光单元、光发射单元及光接收单元。第一聚光单元包括光轴，该第一聚光单元沿该光轴设置孔洞。其中，该第一聚光单元、该光发射单元及该光接收单元沿该光轴依序排列。该光发射单元发射光线经该孔洞至物体，经该物体反射及该第一聚光单元汇聚，由该光接收单元接收后产生电讯号。

Description

光学装置
技术领域
本发明有关于一种光学装置，特别是有关于一种可有效提高近端的测距精度以及测距范围可达到360度的光学装置。
背景技术
旋转式测距仪的光发射器与光接收器有共轴与不共轴两种设置方式。采共轴方式的测距仪，在测距时仅有上方的45度反射镜旋转，其他部份不动，因需预留讯号线的信道以控制上方的反射镜，所以测距范围无法达到360度。而采不共轴方式的测距仪，虽然旋转测距范围可达360度，但因光发射器与光接收器不共轴，在近端会有测距盲区，使测距值的误差会比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术中的测距仪测距范围较小或者测距值误差较大的缺陷,提供一种镜头模块,其测距范围较大且误差较小。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是,提供一种光学装置包括测距模块，该测距模块包括第一聚光单元、光发射单元及光接收单元。第一聚光单元包括光轴，该第一聚光单元沿该光轴设置孔洞。其中，该第一聚光单元、该光发射单元及该光接收单元沿该光轴依序排列。该光发射单元发射光线经该孔洞至一物体，经该物体反射及该第一聚光单元汇聚，由该光接收单元接收后产生电讯号。
本发明的光学装置可更包括控制模块，令该光发射单元发射该光线，然后从该接收单元接收该电讯号，再计算令该光发射单元发射该光线与由该光接收单元接收该电讯号的时间差，进而得到该物体与该光学装置的距离。
光学装置可更包括驱动模块，用于驱动该测距模块旋转，进而使该测距模块之该第一聚光单元、该光发射单元及该光接收单元同步旋转；更包括套筒，该套筒设于该光发射单元与该聚光单元之间，其中该套筒为前后相通且中空的筒状物，该套筒的后端靠近该光发射单元，该套筒的前端靠近该聚光单元。
其中该第一聚光单元可包括双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜；更包括：罩体，该罩体设于该聚光单元跟该物体之间，该罩体具有朝向该聚光单元的内侧面；套筒，为一前后相通且中空的筒状物，该套筒的后端靠近该光发射单元，该发射套筒的前段则穿设且通过该孔洞而靠近或抵接于该罩体的内侧面。
本发明的光学装置可更包括控制模块，用于使该驱动模块作动以驱动该测距模块旋转，使该光发射单元发射该光线，然后从该光接收单元接收该电讯号，再计算令该光发射单元发射该光线与由该光接收单元接收该电讯号的时间差，进而得到该物体与该光学装置的距离。
其中该测距模块可更包括第二聚光单元，设置于该光轴上以及在该光发射单元及该光接收单元之间，用以将经该第一聚光单元汇聚的光线更进一步汇聚在该光接收单元上。
本发明的光学装置可更包括驱动模块，用于驱动该测距模块旋转，进而使该第一聚光单元、该光发射单元、该第二聚光单元及该光接收单元同步旋转。
其中该测距模块可绕一旋转轴旋转，且该旋转轴垂直于该光轴。
其中该第二聚光单元可包括双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。
其中该测距模块可更满足任一条件式0.05<d1/d2<0.3；0.05<D1/D2<0.3，其中d1为该孔洞的直径，d2为该第一聚光单元的直径，D1为该光发射单元与该第一聚光单元之间的距离，D2为该第二聚光单元的出光面与该第一聚光单元的出光面之间的距离。
实施本发明的光学装置，具有以下有益效果：其测距范围较大且误差较小。
附图说明
图1是依据本发明的光学装置的第一实施例的示意图。
图2是依据本发明的光学装置的第二实施例的示意图。
图3显示图2测距模块中的聚光单元及光发射单元之间的距离。
具体实施方式
请参阅图1，图1是依据本发明的光学装置的第一实施例的示意图。本发明的光学装置2包括测距模块21、驱动模块22以及控制模块23。底下详细说明各组件的构造及动作：
测距模块21包括聚光单元211、光发射单元213以及光接收单元215。在本实施例中，聚光单元211为一平凸透镜(也可改为双凸透镜或凹凸透镜等其他聚光透镜)，聚光单元211沿其光轴L1设置孔洞212。值得注意的是，聚光单元211、光发射单元213及光接收单元215沿光轴L1依序排列。
测距时，控制模块23使驱动模块22作动，以驱动测距模块21产生旋转，亦即聚光单元211、光发射单元213及光接收单元215绕着旋转轴L2同步旋转，另一方面控制模块23令光发射单元213发射一光线，穿过聚光单元211的孔洞212而到达物体1，光线被物体1反射回到光学装置2，经聚光单元211汇聚，而后被光接收单元215所接收，光接收单元215在接收反射光后将其转换成电讯号，并以无线方式传送给控制模块23，控制模块23将命令该光发射单元发射该光线与由该光接收单元收到讯号的时间差，利用算式“距离等于光速乘上时间”，进而计算得到物体1与光学装置2的距离。
在本实施例中，旋转轴L2与聚光单元211的光轴L1互为垂直。
由于光发射单元213及光接收单元215为共轴，因此在近端不会产生盲区，可有效提高近端的测距精度。另一方面，光接收单元215的讯号以无线方式传送给控制模块23，不需要预留讯号线的通道，因此本发明的光学装置可360度旋转，测距范围可达到360度。
本实施例的光发射单元213可为雷射二极管(Laser Diode,LD)或其他光源。光接收单元215可为光电二极管(photoelectric diode,PD)、光电倍增管(photomultipliertube,PMT)、电荷耦合组件(charge coupled device,CCD)、累崩式光电二极管(avalanchephotodiode,APD)、或单光子崩溃二极管(single-photon avalanche diode,SPAD)等光侦测器。
本实施例的控制模块23可为微处理器(Micro Controller Unit,MCU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、中央处理器(Center Processing Unit,CPU)、现场可程序门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或复杂可程序逻辑组件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)等。
本实施例的驱动模块22可为一马达或其他动力输出装置。
其中，该测距模块21可更包括有罩体24，该罩体24设于该聚光单元211跟物体1之间，该罩体24具有朝向该聚光单元211的内侧面以及朝向该物体1的外侧面，为了避免该光发射单元213发射的该光线会被该罩体的内侧面反射而影响该光接收单元215的接收，因此，还可以在该光发射单元213与该聚光单元211之间再增设套筒25，其中该套筒25为前后相通且中空的筒状物，该套筒25的后端朝向该光发射单元213，且该套筒25的前段则延伸穿设且通过该孔洞212而靠近或抵接于该罩体24的内侧面，将可以大幅度降低发射的光束在该罩体24的内侧面反射的可能性；或者，该套筒(未图示)的后端朝向该光发射单元213，该套筒的前端朝向该聚光单元211，以确保该光发射单元213发射的该光线可以准直的通过该孔洞212，如此也是能够降低发射的光束在该罩体24的内侧面反射的可能性。
请参阅图2，图2是依据本发明的光学装置的第二实施例的示意图。本实施例与第一实施例不同处在于测距模块21更包括另一聚光单元217，此聚光单元217设置在光接收组件215前面，用以将经聚光单元211汇聚的光线更进一步汇聚在光接收单元215上。与聚光单元211相同，聚光单元217可为平凸透镜、双凸透镜或凹凸透镜等聚光透镜。至于本实施例其余部份因与第一实施例相同故省略其说明。其中，该测距模块21更包括准直单元(未图标)，设置于该光轴L1上以及在该光发射单元213及该聚光单元211之间，使该光发射单元213发射的该光线准直经该孔洞212，如此该光发射单元213发射的该光线将可以准直的通过该孔洞212，而降低发射的光束发散的可能，也进而降低进入该聚光单元211的可能，而降低发射光束与反射光束相互干扰之可能；其中，该光发射单元213的该光线自一发射端发射出，该准直单元设在靠近该光发射单元213的发射端，其中，该光发射单元213与该准直单元可以封装整合成单一组件，其中因为该光发射单元213与该准直单元可以封装整合成该单一组件，故在组件组装上，已经可以先确定该光发射单元213与该准直单元的同心或同轴关系，故就主要剩下该聚光单元217与该光接收组件215的同心/同轴以及相对于该单一组件的同心/同轴的组装，因此本案会相较于该光发射单元与该准直单元非封装整合该单一组件的实施例，较易组装及调整。
另外，聚光单元211的大小会受到孔洞212大小的影响，如果聚光单元211的面积不够大，将降低其收光能力，进而影响测距模块21的测距范围。本发明只开设一小的孔洞212，让准直后的光线通过，可使聚光单元211能保有最大的面积，也就是有最大的聚光效果，可以增加测距范围(增加收集反射回来的讯号)，为达此目的，本发明测距模块21满足底下任一条件式：
0.05<d1/d2<0.3
其中d1为孔洞212的直径，d2为聚光单元211的直径。
另外，本发明测距模块21更满足底下条件式：
0.05<D1/D2<0.3
其中D1为光发射单元213与聚光单元211之间的距离，D2为聚光单元217的出光面与聚光单元211的出光面之间的距离。
请参阅表一，表一所示为四个实例可验证上述条件式(1)、(2)，其中长度单为公厘(mm)。
表一
Figure BDA0003058740330000051
虽然本发明已以实施方式揭露如上，但其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：
测距模块，包括：
第一聚光单元，包括光轴，该第一聚光单元沿该光轴设置孔洞；
光发射单元；
光接收单元；
其中，该第一聚光单元、该光发射单元及该光接收单元沿该光轴依序排列；
其中，该光发射单元发射光线经该孔洞至一物体，经该物体反射及该第一聚光单元汇聚，由该光接收单元接收后产生电讯号。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，更包括控制模块，令该光发射单元发射该光线，然后从该接收单元接收该电讯号，再计算令该光发射单元发射该光线与由该光接收单元接收该电讯号的时间差，进而得到该物体与该光学装置的距离。
3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，更包括驱动模块及套筒，该驱动模块用于驱动该测距模块旋转，进而使该测距模块的该第一聚光单元、该光发射单元及该光接收单元同步旋转；该套筒设于该光发射单元与该聚光单元之间，其中该套筒为前后相通且中空的筒状物，该套筒的后端靠近该光发射单元，该套筒的前端靠近该聚光单元。
4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该第一聚光单元包括双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜；该光学装置更包括：罩体，该罩体设于该聚光单元跟该物体之间，该罩体具有朝向该聚光单元的内侧面；套筒，为前后相通且中空的筒状物，该套筒的后端靠近该光发射单元，该发射套筒的前段则穿设且通过该孔洞而靠近或抵接于该罩体的内侧面。
5.如权利要求3所述的光学装置，其特征在于，更包括控制模块，用于使该驱动模块作动以驱动该测距模块旋转，使该光发射单元发射该光线，然后从该光接收单元接收该电讯号，再计算令该光发射单元发射该光线与由该光接收单元接收该电讯号的时间差，进而得到该物体与该光学装置的距离。
6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该测距模块更包括第二聚光单元，设置于该光轴上以及在该光发射单元及该光接收单元之间，用以将经该第一聚光单元汇聚的光线更进一步汇聚在该光接收单元上；其中，该测距模块更包括准直单元，设置于该光轴上以及在该光发射单元及该第一聚光单元之间，使该光发射单元发射的该光线准直经该孔洞；其中，该测距模块满足底下条件式：
0.05<d1/d2<0.3
其中d1为该孔洞的直径，d2为该第一聚光单元的直径。
7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于，更包括驱动模块，用于驱动该测距模块旋转，进而使该第一聚光单元、该光发射单元、该第二聚光单元、该准直单元及该光接收单元同步旋转；其中，该光发射单元的该光线自发射端发射出，该准直单元设在该光发射单元的发射端。
8.如权利要求3或7所述的光学装置，其特征在于，该测距模块绕一旋转轴旋转，且该旋转轴垂直于该光轴。
9.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于，该第二聚光单元包括双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。
10.如权利要求1项或第6所述的光学装置，其特征在于，该测距模块更满足底下至少一条件式：
0.05<d1/d2<0.3
0.05<D1/D2<0.3
其中d1为该孔洞的直径，d2为该第一聚光单元的直径，D1为该光发射单元与该第一聚光单元之间的距离，D2为该第二聚光单元的出光面与该第一聚光单元的出光面之间的距离。
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