TW201348728A - 雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其係包括一雷射光管，懸設於一旋轉盤之中心位置的正上方，向下射出雷射光；一光投射模組，包含至少二反射鏡片，將雷射光管所射出之雷射光反射至一目標物；一鏡頭，設於旋轉盤上，接收從目標處反射之雷射光；以及一電路板，設於旋轉盤下方，鏡頭所接收之雷射光照射在電路板上之一感光元件上產生至少一光電訊號，使電路板能藉由光電訊號判斷目標物之距離。

Description

雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構

本發明係有關一種無電氣接觸點之訊號傳輸之技術，特別是指一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構。

按，雷射測距原理為利用雷射對目標發射一串光束，目標物將雷射光反射回到發射位置，得出光束往返所用時間，或偵測出光電訊號所呈現的變化，即可換算成距離。因此，雷射測距裝置需包含一雷射光管發射雷射光束，並包含一鏡頭做為接收器接收反射光，再以積體電路晶片(IC)計算反射光電訊號上的差異或雷射光管發射時間與鏡頭接收反射光波之時間差，目前更有可360度旋轉之雷射測距裝置，可大範圍測距。

然而，此種可360度旋轉的雷射測距裝置係在旋轉盤上承載雷射光管及鏡頭電路，雷射光管及鏡頭光感測器的線路都設在旋轉盤上，因此若以電線接點方式提供電力容易因旋轉盤轉動而使接點磨耗積垢造成接觸不良纏，維修時需將整個雷射測距裝置換新，很難單就供電部分進行維修；再者，此種雷射測距裝置上通常需要至少二個電路板，分別處理雷射光管、鏡頭之輸出及輸入訊號，因此線路接點眾多，經過長時間快速地轉動，不易確保每一接觸點的電氣接觸性仍可保持新品般的狀態。

有鑑於此，本發明係在針對上述之缺失，提出一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，以克服該等問題，具體架構及其實施方式將詳述於下。

本發明之主要目的在提供一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其係利用雷射光束折射、反射原理進行距離偵測，因此可改變需在旋轉盤上裝設光束收發電路之傳統方式。

本發明之另一目的在提供一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其係將雷射光管懸設於旋轉盤上方，旋轉盤轉動時雷射光管不動，可免除須從旋轉盤上提供電力的問題。

本發明之另一目的在提供一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其係利用多個反射鏡片精準放置將雷射光反射出去，或是利用一條光纖將雷射光直接導向一反射片，利用單一反射片將雷射光射出。

為達上述之目的，本發明提供一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，包括一雷射光管、一光投射模組、一鏡頭及一電路板，其中雷射光管懸設於一旋轉盤之中心位置的正上方，向下射出雷射光；光投射模組及鏡頭設於旋轉盤上，且光投射模組中之第一反射片位於雷射光管之正下方，將雷射光管所射出之雷射光反射到光投射模組中之第二反射片上，再反射至一目標處；鏡頭接收從目標處反射之雷射光，透過設在旋轉盤下方之一第三反射片將雷射光反射到旋轉盤下方的電路板，且雷射光照射在電路板上之一感光元件上產生至少一光電訊號，使電路板藉由光電訊號判斷目標物之距離。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明提供一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其係在雷射測距裝置上以光學方式傳輸訊號，免除電線和活動式接觸點，讓雷射測距裝置經長久旋轉後不會有電氣接觸不良的隱憂。

第1A圖及第1B圖分別為本發明中第一實施例有組合式外蓋及無組合式外蓋之立體圖。如圖所示，在本發明第一實施例中，雷射測距裝置包含一基座11，其上設有一旋轉盤10及一支架126，並有由二半圓13a、13b所組成之一組合式外蓋13覆蓋在旋轉盤10外。

支架126係跨越外殼11的兩端呈橋狀，於支架126的中間設有一可調式雷射管夾座124，下方有一雷射光管12設在可調式雷射管夾座124中，且雷射光管12以電線26連接至外部電源，此電線26可服貼 在支架126上，而雷射光管12取得外部電源後朝正下方射出雷射光，正下方為旋轉盤10的圓心。

在旋轉盤10上設有一鏡頭14、一鏡頭夾片142一可調式鏡頭座144、一第一反射片162、二第二反射片164a、164b及一第三反射片166，此可調式鏡頭座144及鏡頭夾片142位於旋轉盤10的中間位置且二者相連，鏡頭14設在鏡頭夾片142上，擷取反射回的雷射光；第一反射片164及第二反射片164a、164b構成第一實施例中之光投射模組，其中第一反射片162設於可調式鏡頭座144上且位於雷射光管12的正下方，第一反射片162與水平面有一夾角，在此實施例中夾角為45度，可將雷射光反射到第二反射片164a上，而第二反射片164a及164b與水平面垂直，且第二反射片164a的法線與入射的雷射光具有一夾角，可將雷射光再反射到第二反射片164b上，第二反射片164b的法線與入射的雷射光同樣具有另一夾角，將雷射光向外反射出去，例如射向一目標物。第三反射片166設於第一反射鏡162之背面，目標物所反射之雷射光透過鏡頭14射在第三反射片166上，第三反射片166再將雷射光向下反射，由於旋轉盤10的圓心處及正下方的外殼11皆是空洞，因此第三反射片166可將雷射光向下反射出旋轉盤10及外殼11，特別的是，此第三反射片166與第一反射片162可為同一鏡片，經特殊處理後可雙面反射，或是第三反射片166與第一反射片162為背對背黏合之不同鏡片。

在外殼11的下方設有一電路板18，其上設有一感光元件182，此感光元件182正位於旋轉盤10及外殼11的空洞下方，因此第三反射片166所反射的雷射光便照射在感光元件182上，產生至少一光電訊號，電路板18藉由光電訊號差異，並以光電訊號之強弱及方位做為計算目標物與雷射測距裝置之間距離的依據。

於旋轉盤10旁設有一馬達20，一傳動皮帶22繞過馬達20及旋轉盤12，使馬達20旋轉時帶動旋轉盤10旋轉，使鏡頭14可360度掃描攝影。而基座11於馬達20的對面位置設有一轉度偵測器24，另在 旋轉盤10之外側設有複數明暗間隔之刻度，轉度偵測器24感應明暗的變化以由此得知旋轉盤10旋轉的角度為何，傳送到電路板18，電路板18再將旋轉角度與感光元件182上感應到的光電訊號相結合，計算出目標物與雷射測距裝置之間的方位距離。

組合式外蓋13為二半圓13a、13b所組成，其中心點設有一入射孔132，此入射孔132位於雷射光管12之正下方，雷射光透過入射孔132照射到第一反射片162上；組合式外蓋13前側設有一出光孔134及一接收孔136，被第二反射片164b反射的雷射光係從出光孔134射出，而目標物所反射回的雷射光則從接收孔136被鏡頭14接收。

因此，本發明第一實施例之光學路徑如下所述：雷射光管12射出雷射光，從入射孔132穿過組合式外蓋13射在第一反射片162上；第一反射片162將雷射光反射到第二反射片164a，第二反射片164a再將雷射光反射到另一第二反射片164b，第二反射片164b將雷射光向目標物射出；鏡頭14接收被目標物所反射回的雷射光，且雷射光穿過鏡頭14射在第三反射片166上，被第三反射片166向下反射到電路板18之感光元件182上，完成光學路徑。

第2A圖為本發明第一實施例之俯視圖，由圖中可看出二第二反射片164a、164b之擺放角度；第2B圖為本發明第一實施例之前視圖，馬達20擋在電路板(圖中未示)前方，因此可避免感光元件受到目標物所反射的雷射光干擾；第2C圖為本發明第一實施例之側面剖視圖，由圖中可清楚看出雷射光管12、第一反射片162、第三反射片166及感光元件182在同一垂直的光學路徑上，且旋轉盤10及外殼皆有空洞可讓雷射光貫穿射在感光元件182上，此外，亦可看出第一反射片162及第三反射片166之相對位置關係，此圖中為二者背對背貼合之示意圖，然二者亦可為經特殊處理、一體成型的雙面反射鏡。

另外也可將第2A圖所示第一實施例中的164a、164b融合成如第3A圖之單片式的三菱鏡170，或將第2A圖中之第二反射片164a做成如第3B圖所示之較大面積的凹面鏡171，而第二反射片164b則往前 移動擺放．如此將鏡片做些變形安排．同樣可使由雷射光管12射出的光束．經以上的光學路徑投射到目標物。

第4圖為本發明雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構之第二實施例且無組合式外蓋之立體圖，在此實施例中不需第一反射片，因此光投射模組中僅具有一第二反射片164c，在雷射光管12下方設有一條光纖28，而雷射光管12直接將雷射光射入光纖28，光纖28再將光線導向第二反射片164c，接著第二反射片164c將雷射光反射至一目標物；雷射光被目標物反射回來後之光學路徑與第一實施例相同。

在本發明中，由於雷射光管並沒有設在旋轉盤上，因此雷射光管的電線不會因旋轉盤旋轉而與其他線路纏繞在一起，也沒使用到活動性電氣接點，且由於雷射光管的位置正好在旋轉盤的圓心上，第一反射片又位於雷射光管的正下方，使旋轉盤不管如何旋轉都不會影響雷射光管與光投射模組之間的光學路徑。

綜上所述，本發明提供之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構係將雷射光管懸設於旋轉盤的上方，並以多片反射片去反射雷射光，以光學路徑判斷目標物的距離，免除在旋轉盤上設置電路板及連接線、轉動接點等，簡化結構，更進一步增加雷射測距裝置的壽命。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧旋轉盤

11‧‧‧基座

12‧‧‧雷射光管

124‧‧‧可調式雷射管夾座

126‧‧‧支架

13‧‧‧組合式外蓋

13a‧‧‧半圓

13b‧‧‧半圓

132‧‧‧入射孔

134‧‧‧出光孔

136‧‧‧接收孔

14‧‧‧鏡頭

142‧‧‧鏡頭夾片

144‧‧‧可調式鏡頭座

162‧‧‧第一反射片

164a、164b、164c、170、171‧‧‧第二反射片

166、171a‧‧‧第三反射片

18‧‧‧電路板

182‧‧‧感光元件

20‧‧‧馬達

22‧‧‧傳動皮帶

24‧‧‧轉度偵測器

26‧‧‧電線

28‧‧‧光纖

第1A圖及第1B圖分別為本發明中第一實施例有組合式外蓋及無組合式外蓋之立體圖。

第2A圖為本發明中第一實施例之俯視圖。

第2B圖及第2C圖分別為本發明中第一實施例之前視圖及側面剖視圖。

第3A圖為本發明第一實施例中以三稜鏡做為第二反射片之俯視圖。

第3B圖為本發明第一實施例中以凹面鏡做為第二反射片之俯視圖。

第4圖為本發明中第二實施例之立體圖。

10‧‧‧旋轉盤

11‧‧‧基座

12‧‧‧雷射光管

124‧‧‧可調式雷射管夾座

126‧‧‧支架

14‧‧‧鏡頭

142‧‧‧鏡頭夾片

144‧‧‧可調式鏡頭座

162‧‧‧第一反射片

164a、164b‧‧‧第二反射片

166‧‧‧第三反射片

18‧‧‧電路板

182‧‧‧感光元件

20‧‧‧馬達

22‧‧‧傳動皮帶

24‧‧‧轉度偵測器

26‧‧‧電線

Claims (19)

1. 一種雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，包括：一雷射光管，靜止懸設於一旋轉盤之中心位置的正對位置，並射出雷射光；一光投射模組，包含至少二反射鏡片，將該雷射光管所射出之雷射光投射至一目標物；一鏡頭，設於該旋轉盤上，接收從該目標處反射之一雷射光；以及一電路板，靜止設於該旋轉盤之相對位置，該鏡頭所接收之雷射光照射在該電路板上之一感光元件上產生至少一光電訊號，使該電路板藉由該至少一光電訊號判斷該目標物之距離。
2. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，更包括一基座，該基座的一中空心軸圓周上卡住該旋轉盤，於該基座邊緣兩相對位置處設橋狀之一支架，該支架之中心位置設有一可調式雷射管夾座，該雷射光管係利用該可調式雷射管夾座固定於該支架上。
3. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該雷射管射出之雷射光準確照射於該旋轉盤在轉動時之一圓心上。
4. 如請求項3所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該鏡頭之一主軸(Principle axis)和該旋轉盤之該圓心的垂直虛線會相交。
5. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該光投射模組中更包括一第一反射片及至少一第二反射片，該第一反射片設於該旋轉盤上、該雷射光管之正下方，將該雷射光管所射出之雷射光反射至該至少一第二反射片，該至少一第二反射片再將雷射光反射至該目標物。
6. 如請求項2所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該旋轉盤係設置於該基座上。
7. 如請求項2所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，更包括一組合式外蓋，其設置於該基座上覆蓋該旋轉盤，且該組合式外蓋之中心點設有一入射孔，該入射孔位於該雷射光管之正下方，雷射光透 過該入射孔照射向該光投射模組。
8. 如請求項7所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該組合式外蓋之側邊設有一出光孔及一接收孔，該光投射模組所射出之雷射光係從該出光孔射向該目標物，而該目標物所反射之雷射光則從該接收孔射向該鏡頭。
9. 如請求項5所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該旋轉盤上設有一可調式鏡頭座及一鏡頭夾片，以放置該第一反射片及該鏡頭，且該第一反射片之傾斜角度可調整。
10. 如請求項5所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該第一反射片與水平線之夾角為45度。
11. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，更包括一馬達，其設於該旋轉盤之側邊，一傳動皮帶繞過該馬達之軸心與該旋轉盤連接，使該馬達之該軸心旋轉時，帶動該旋轉盤旋轉。
12. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該旋轉盤之外側有複數明暗間隔之刻度，該基座上設有一轉度偵測器以擷取該旋轉盤之外側影像，依據該等刻度之明暗變化判斷該旋轉盤之一旋轉角度。
13. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該旋轉盤旋轉時，該光電訊號之光點會在該感光元件的範圍內移動。
14. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該電路板係設於該基座之底部，並連接至一外部設備，將該目標物之距離傳送至該外部設備。
15. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該雷射光管透過一組電線連接至一外部電源，且該組電線係設於該基座之該支架上。
16. 如請求項5所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該至少一第二反射片之數量為二片時，該雷射光經三次反射才射向該目標物之方向。
17. 如請求項1所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該光投射模組中該至少二反射鏡片之數量為二片時，更包括一光纖，其一端連接該雷射光管以接收雷射光，另一端則對準該至少二反射鏡片的其中之一，將雷射光射向該反射鏡片後，該反射鏡片直接將雷射光反射向該目標物之方向。
18. 如請求項5所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該光反射模組更包括一第三反射片，其設於該第一反射鏡之背面，該目標物所反射之雷射光透過該鏡頭射在該第三反射片上，再利用該第三反射片向下反射到該電路板之該感光元件上。
19. 如請求項18所述之雷射測距裝置之光學訊號傳輸結構，其中該第三反射片與該第一反射片可為同一鏡片，經特殊處理後可雙面反射，或是該第三反射片與該第一反射片為背對背黏合之不同鏡片。