TWI745938B - 光學裝置及其稜鏡模組 - Google Patents

Abstract

一種稜鏡模組，包括一第一稜鏡以及一第二稜鏡。該第一稜鏡包括一第一面、一第二面、一第三面以及一第四面。該第二稜鏡包括一第五面、一第六面以及一第七面，其中，該第二稜鏡的該第七面鄰近於該第一稜鏡的該第三面。其中，一物體所發出的一第一光束通過該稜鏡模組，且進入該稜鏡模組前的該第一光束與離開該稜鏡模組的該第一光束並非同軸。本發明更提供一種光學裝置，其包括一物鏡組、上述的稜鏡模組以及一目鏡組。

Description

光學裝置及其稜鏡模組

本發明係有關於一種光學裝置及其稜鏡模組，特別是指一種雷射測距儀及其稜鏡模組。

請參閱第1圖，傳統的測距儀10包括一物鏡組(未繪示)、一稜鏡模組11、一有機發光二極體12、一光發射器13、一光接收器(未繪示)以及一目鏡組(未繪示)。稜鏡模組11設置於該物鏡組與該目鏡組之間，並包括一第一稜鏡14、一第二稜鏡15以及一第三稜鏡16，其中，第一稜鏡14貼合於第二稜鏡15，而第三稜鏡16鄰近於第二稜鏡15。有機發光二極體12與光發射器13則設置於靠近第一稜鏡14的一側。其中，第二稜鏡15與第三稜鏡16組成一別漢稜鏡組。

操作時，一物體(未繪示)所發出的一第一光束A依序通過該物鏡組、第二稜鏡15、第三稜鏡16與該目鏡組，以供使用者觀看該物體的影像。有機發光二極體12所發出的一第二光束B被一反射鏡17反射，並依序通過第一稜鏡14、第二稜鏡15、第三稜鏡16與該目鏡組，以供使用者觀看有機發光二極體12所產生的影像資訊以及十字標線等。光發射器13所發出的一第三光束C藉由另一反射鏡18、第一稜鏡14、第二稜鏡15與該物鏡組到達該物體，並被該物體反射回該光接收器，以計算出該物體距離測距儀10的距離。

於上述結構中，稜鏡模組11中的別漢稜鏡組(由第二稜鏡15 與第三稜鏡16組成)一般常有漏光的問題，影響了搭載稜鏡模組11的測距儀10的成像品質。由於稜鏡模組11在如第1圖所示的Y方向上具有較大的尺寸，導致搭載稜鏡模組11的測距儀10的體積太大。若測距儀10中的該物鏡組與該目鏡組要採用非同軸的設計，稜鏡模組11會具有更大的體積，導致搭載稜鏡模組11的測距儀10的體積又更大。第二光束B在通過稜鏡模組11時被反射的次數較多，導致有機發光二極體12所產生的影像的亮度被降低。此外，光收發器13所發出的第三光束C的有效徑與有機發光二極體12所發出的第二光束B的有效徑相互干涉，導致光收發器13所發出的第三光束C的能量減弱。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種光學裝置-測距儀，其藉由新穎結構的稜鏡模組，來縮減體積與提高成像品質，同時保證顯示單元所產生的影像的亮度與光發射器所發出的光束的能量是足夠高的。

本發明的其中一實施例之稜鏡模組，包括一第一稜鏡、一第二稜鏡以及一第一膜。該第一稜鏡包括一第一面、一第二面、一第三面以及一第四面，其中該第四面分別跟第二面及第一面鄰接，且該第一面分別跟第四面及第三面鄰接。該第二稜鏡包括一第五面、一第六面以及一第七面，其中，該第二稜鏡的該第七面鄰近於該第一稜鏡的該第三面。該第一膜設於該第三面跟第七面之間。其中，一物體所發出的一第一光束從該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第二面與該第三面反射，並從該第四面離開該第一稜鏡，其中該第一光束被該第一膜反射而往第四面前進。

在另一實施例中，一光學裝置包括一物鏡組、一上述稜鏡模組以及一目鏡組，其中該第一稜鏡為一五角屋脊稜鏡；其中該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，其中該第二稜鏡之第五面跟第七面鄰接。該稜 鏡模組設置於該物鏡組與該目鏡組之間，該第一光束依序通過該物鏡組、該稜鏡模組與該目鏡組，且該物鏡組的一中心軸與該目鏡組的一中心軸相互平行而不重疊。

在另一實施例中，一光學裝置包括一物鏡組、一稜鏡模組以及一目鏡組。該稜鏡模組包括一第一稜鏡、一第二稜鏡以及一第一膜。該第一稜鏡包括一第一面、一第二面、一第三面以及一第四面。該第二稜鏡包括一第五面、一第六面以及一第七面，其中，該第二稜鏡的該第七面鄰近於該第一稜鏡的該第三面。該第一膜設於該第三面跟第七面之間。一物體所發出的一第一光束從該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第二面與該第三面反射，並從該第四面離開該第一稜鏡，其中該第一光束被該第一膜反射而往第四面前進。該稜鏡模組設置於該物鏡組與該目鏡組之間，該第一光束依序通過該物鏡組、該稜鏡模組與該目鏡組，且該物鏡組的一中心軸與該目鏡組的一中心軸相互平行而不重疊。

在另一實施例中，該光學裝置更包括一第一反射單元，設置於該第一稜鏡的該第一面的一側，其中，該第一光束通過該物鏡組，被該第一反射單元反射至該稜鏡模組。

在另一實施例中，該光學裝置更包括一顯示單元，用以發出一第二光束，其中，該第二光束從該第五面進入該第二稜鏡，被該第六面反射，依序通過該第七面與該第三面進入該第一稜鏡，從該第四面離開該第一稜鏡，並通過該目鏡組。

在另一實施例中，該光學裝置更包括一第二膜，該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，並用以反射該第一光束且使該第二光束通過該第一膜，而該第二膜形成於該第二稜鏡的該第六面，並用以反射該第二光束。

在另一實施例中，該光學裝置更包括一第二反射單元以及一透鏡單元，其中，該第二反射單元設置於該第二稜鏡的該第五面的一側，該顯示單元、該透鏡單元與該第二反射單元沿著平行於該第二稜鏡的該第五面的一軸依序排列，而該第二光束通過該透鏡單元，被該第二反射單元反射至該稜鏡模組。

在另一實施例中，該光學裝置更包括一光發射器以及一光接收器，其中，該光發射器用以發出一第三光束，而該光接收器用以接收被該物體反射的該第三光束，以計算出該物體與該光學裝置之間的距離。其中，當該光發射器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束從該第六面進入該第二稜鏡，依序通過該第七面與該第三面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，並從該第一面離開該第一稜鏡，通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，並被該光接收器接收。其中，當該光接收器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，再次通過該物鏡組，從該第一面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，依序通過該第三面與該第七面進入該第二稜鏡，從該第六面離開該第二稜鏡，並被該光接收器接收。

在另一實施例中，該稜鏡模組更包括一第一膜以及一第二膜，該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，並用以反射該第一光束且使該第三光束通過該第一膜，而該第二膜形成於該第二稜鏡的該第六面，並該第三光束通過該第二膜，其中該第一光束及該第三光束皆會通過該第一稜鏡。

在另一實施例中，該光學裝置更包括一光發射器以及一光接收器，其中，該光發射器用以發出一第三光束，而該光接收器用以接收被 該物體反射的該第三光束，以計算出該物體與該光學裝置之間的距離。當該光發射器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束從該第六面進入該第二稜鏡，依序通過該第七面與該第三面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，並從該第一面離開該第一稜鏡，通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，並被該光接收器接收。當該光接收器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，再次通過該物鏡組，從該第一面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，依序通過該第三面與該第七面進入該第二稜鏡，從該第六面離開該第二稜鏡，並被該光接收器接收。其中該稜鏡模組更包括一第一膜以及一第二膜，該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，並用以反射該第一光束且使該第三光束通過該第一膜，而該第二膜形成於該第二稜鏡的該第六面，並該第三光束通過該第二膜，其中該第一光束、第二光束及該第三光束皆會通過該第一稜鏡。

10、100:測距儀

11、20:稜鏡模組

12:有機發光二極體

13、40:光發射器

14、25:第一稜鏡

15、34:第二稜鏡

16:第三稜鏡

17、18:反射鏡

21:第一面

22:第二面

23:第三面

24:第四面

30:顯示單元

31:第五面

32:第六面

33:第七面

42:光接收器

50:透鏡單元

60:第一反射單元

70:第二反射單元

81:第一膜

82:第二膜

92:目鏡組

94:物鏡組

200:物體

A:第一光束

B:第二光束

C:第三光束

L1、L2:中心軸

L3:軸

第1圖為傳統的測距儀的結構示意圖。

第2A~2C圖為本發明的第一實施例的測距儀的結構示意圖。

第3圖為本發明的第一實施例的測距儀的結構示意圖，其中標示出目鏡組、物鏡組的中心軸以及透鏡單元的軸。

本發明光學裝置的第一實施例為一測距儀，其包括二光學系統，此二光學系統的差別僅在於其中一光學系統內設置光發射器，而另一光學系統設置光接收器，至於其他元件及配置方式則都相同，為求簡潔， 底下僅以其中一光學系統配合圖式作詳細說明。

請參閱第2A~2C圖所示本發明的第一實施例的測距儀100其中一部分，其包括一物鏡組94、一稜鏡模組20、一顯示單元30、一光發射器40、一透鏡單元50、一第一反射單元60、一第二反射單元70以及一目鏡組92(測距儀100另一部分的元件及配置方式皆相同，差別只在於將光發射器40改為光接收器42)。其中，一物體200所發出的一第一光束A依序通過該物鏡組94、稜鏡模組20與該目鏡組92，顯示單元30所發出的一第二光束B依序通過透鏡單元50、稜鏡模組20與該目鏡組92，光發射器40所發出的一第三光束C依序通過稜鏡模組20與該物鏡組94到達該物體200，被該物體200反射回測距儀100，並被該光接收器42接收。如此設置的話，使用者藉由該目鏡組92可觀看該物體200的影像與顯示單元30所產生的影像，並得知該物體200距離測距儀100的距離，其中該測距儀100可以是雙筒測距儀也可以是單筒測距儀。以下詳細說明測距儀100的構造與操作：

稜鏡模組20設置於該物鏡組與94該目鏡組92之間，且包括一第一稜鏡25以及一第二稜鏡34。於第一實施例中，第一稜鏡25為一屋脊五稜鏡，且包括一第一面21、一第二面22、一第三面23以及一第四面24，其中，第二面22上形成全反射膜，第一面21與第四面24上形成減反膜，第三面23上形成一第一膜81，而該第一膜81係用以反射第一光束A，同時又容許第二光束B與第三光束C通過。第二稜鏡34為一半五稜鏡，且包括一第五面31、一第六面32以及一第七面33，其中，第五面31上形成減反膜，第六面32上形成一第二膜82，而該第二膜82係用以反射第二光束B，同時又容許第三光束C通過。

具體而言，第一稜鏡25的第四面24朝向該目鏡組92，第二稜鏡34的第七面33鄰近於第一稜鏡25的第三面23，而第二稜鏡34的第六面32 朝向該物鏡組94。相較於習知的稜鏡模組，本發明的稜鏡模組20在平行於第一稜鏡25的第四面24的方向(或如第2A~2C圖所示的Y方向)上具有較小的尺寸。由於未於結構中使用別漢稜鏡組，本發明的稜鏡模組20相較於習知的稜鏡模組更能避免漏光情況的發生。如此設置的話，能保證設置裝載有稜鏡模組20的測距儀100獲得較小的體積以及較佳的成像品質。又如第2A~2C圖所示，第一反射單元60設置於第一稜鏡25的第一面21的一側，光發射器40設置於第二稜鏡34的第六面32的一側，而第二反射單元70設置於第二稜鏡34的第五面31的一側。此外如第3圖所示，顯示單元30、透鏡單元50與第二反射單元70沿著平行於第二稜鏡34的第五面31的一軸L3依序排列，且透鏡單元50位於顯示單元30與第二反射單元70之間。

於第一實施例中，第一反射單元60為反射鏡或轉向稜鏡，顯示單元30為有機發光二極體(OLED)或液晶顯示器(LCD)或其他顯示器，第一光束A為可見光束，第二光束B為影像光束，而第三光束C則為雷射光束或不可見光束。

如第2A圖所示，當該物體200所發出的第一光束A進入測距儀100後，第一光束A通過該物鏡組94，被第一反射單元60反射至稜鏡模組20，從第一面21進入第一稜鏡25，依序被第二面22與第三面23反射，並從第四面24離開第一稜鏡25。最終，離開稜鏡模組20的第一光束A會通過該目鏡組92，以供使用者觀看該物體200的影像。值得注意的是，第一反射單元60與第一稜鏡25相隔一距離，使得被第一反射單元60反射前的第一光束A與離開稜鏡模組20的第一光束A並非同軸。因此，測距儀100中的該物鏡組94與該目鏡組92得以在不增加稜鏡模組20之體積的情況下採用非同軸的設計，換言之，如第3圖所示，該物鏡組94的一中心軸L2與該目鏡組92的一中心軸L1僅僅相互平行而不重疊。如此設置的話，測距儀100(例如雙筒測距 儀)的眼幅得以縮小，同時又具有較小的體積。

如第2B圖所示，顯示單元30所發出的第二光束B通過透鏡單元50，被第二反射單元70反射至稜鏡模組20，從第五面31進入第二稜鏡34，被第六面32反射，依序通過第七面33與第三面23進入第一稜鏡25，並從第四面24離開第一稜鏡25。最終，離開稜鏡模組20的第二光束B會通過該目鏡組92，以供使用者觀看顯示單元30所產生的影像。相較於習知的稜鏡模組，第二光束B在通過稜鏡模組20時被反射的次數較少，使得顯示單元30所產生的影像的亮度得以提高。

如第2C圖所示，光發射器40所發出的第三光束C從第六面32進入第二稜鏡34，依序通過第七面33與第三面23進入第一稜鏡25，被第二面22反射，並從第一面21離開第一稜鏡25。離開稜鏡模組20的第三光束C會被第一反射單元60反射，通過該物鏡組94，並離開測距儀100以到達該物體200。最終，第三光束C會被該物體200反射而回到測距儀100，並被該光接收器42接收，以計算出該物體200與測距儀100之間的距離。藉由稜鏡模組20的幫助，得以避免光發射器40所發出的第三光束C的有效徑與顯示單元30所發出的第二光束B的有效徑相互干涉。相較於習知的稜鏡模組，光發射器40所發出的第三光束C的能量得以提高。

於第二實施例中，光發射器40與該光接收器42的位置互換。也就是說，該光接收器42設置於第二稜鏡34的第六面32的一側。操作時，光發射器40發出的第三光束C被該物體200反射，依序通過該物鏡組94與稜鏡模組20，以到達該光接收器42。具體而言，通過該物鏡組94的第三光束C被第一反射單元60反射，從第一面21進入第一稜鏡25，被第二面22反射，依序通過第三面23與第七面33進入第二稜鏡34，從第六面32離開第二稜鏡34，並到達該光接收器42。該光接收器42接收被該物體200反射的第三光束 C，使得測距儀得以計算出該物體200與測距儀100之間的距離。其餘設置與操作與第一實施例相似，在此不贅述。

於第三實施例中，不採用第2B圖所述的第二光束B路徑，而是改為使用者直接觀看顯示單元30來獲取其影像資訊。至於其他設置與操作與第一、二實施例相似，在此不贅述。

其中，該稜鏡模組20基本上包括該第一稜鏡25，包括第一面21、第二面22、第三面23以及第四面24，第二稜鏡34，包括第五面31、第六面32以及第七面33，其中，該第二稜鏡34的該第七面33鄰近於該第一稜鏡25的該第三面23，該第一膜81，設於該第三面23跟第七面33之間，其中，一物體200所發出的第一光束A從該第一面21進入該第一稜鏡25，依序被該第二面22與該第三面23反射，並從該第四面24離開該第一稜鏡25，其中該第一光束A被該第一膜81反射而往第四面24前進，藉由新穎結構的稜鏡模組20，來縮減體積與提高成像品質，具體而言，第二稜鏡34的第七面33鄰近於第一稜鏡25的第三面23。相較于現有的稜鏡模組，本發明的稜鏡模組20在平行於第一稜鏡25的第四面24的方向(或如圖2A~2C所示的Y方向)上具有較小的尺寸。由於未於結構中使用別漢稜鏡組，本發明的稜鏡模組20相較于現有的稜鏡模組更能避免漏光情況的發生。如此設置的話，能保證設置裝載有稜鏡模組20的測距儀100獲得較小的體積以及較佳的成像品質。而且該第一光束A在通過稜鏡模組20時被反射的次數僅2次，且僅在第一稜鏡25內進行反射，進而避免該物體200所產生的第一光束A的亮度被降低。

20:稜鏡模組

21:第一面

22:第二面

23:第三面

24:第四面

25:第一稜鏡

30:顯示單元

31:第五面

32:第六面

33:第七面

34:第二稜鏡

40:光發射器

42:光接收器

50:透鏡單元

60:第一反射單元

70:第二反射單元

81:第一膜

82:第二膜

92:目鏡組

94:物鏡組

100:測距儀

200:物體

A:第一光束

Claims (10)

1. 一種稜鏡模組，包括：

   一第一稜鏡，包括一第一面、一第二面、一第三面以及一第四面，其中該第四面分別跟第二面及第一面鄰接，且該第一面分別跟第四面及第三面鄰接；以及

   一第二稜鏡，包括一第五面、一第六面以及一第七面，其中，該第二稜鏡的該第七面鄰近於該第一稜鏡的該第三面；

   一第一膜，設於該第三面跟第七面之間；及

   其中，一物體所發出的一第一光束從該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第二面與該第三面反射，並從該第四面離開該第一稜鏡，其中該第一光束被該第一膜反射而往第四面前進。
2. 一光學裝置，包括：

   一物鏡組；

   一如申請專利範圍第1項所述的稜鏡模組，其中該第一稜鏡為一五角屋脊稜鏡；其中該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，其中該第二稜鏡之第五面跟第七面鄰接；以及

   一目鏡組；

   其中，該稜鏡模組設置於該物鏡組與該目鏡組之間，該第一光束依序通過該物鏡組、該稜鏡模組與該目鏡組，且該物鏡組的一中心軸與該目鏡組的一中心軸相互平行而不重疊。
3. 一光學裝置，包括：

   一物鏡組；

   一稜鏡模組，包括：

   一第一稜鏡，包括一第一面、一第二面、一第三面以及一第四面； 以及

   一第二稜鏡，包括一第五面、一第六面以及一第七面，其中，該第二稜鏡的該第七面鄰近於該第一稜鏡的該第三面；

   一第一膜，設於該第三面跟第七面之間；及

   其中，一物體所發出的一第一光束從該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第二面與該第三面反射，並從該第四面離開該第一稜鏡，其中該第一光束被該第一膜反射而往第四面前進；以及

   一目鏡組；

   其中，該稜鏡模組設置於該物鏡組與該目鏡組之間，該第一光束依序通過該物鏡組、該稜鏡模組與該目鏡組，且該物鏡組的一中心軸與該目鏡組的一中心軸相互平行而不重疊。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的光學裝置，其更包括一第一反射單元，設置於該第一稜鏡的該第一面的一側，其中，該第一光束通過該物鏡組，被該第一反射單元反射至該稜鏡模組。
5. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的光學裝置，其更包括一顯示單元，用以發出一第二光束，其中，該第二光束從該第五面進入該第二稜鏡，被該第六面反射，依序通過該第七面與該第三面進入該第一稜鏡，從該第四面離開該第一稜鏡，並通過該目鏡組。
6. 如申請專利範圍第5項所述的光學裝置，其中該稜鏡模組更包括一第二膜，該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，並用以反射該第一光束且使該第二光束通過該第一膜，而該第二膜形成於該第二稜鏡的該第六面，並用以反射該第二光束。
7. 如申請專利範圍第5項所述的光學裝置，其更包括一第二反射單元以及一透鏡單元，其中，該第二反射單元設置於該第二稜鏡的該第五面的一 側，該顯示單元、該透鏡單元與該第二反射單元沿著平行於該第二稜鏡的該第五面的一軸依序排列，而該第二光束通過該透鏡單元，被該第二反射單元反射至該稜鏡模組。
8. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的光學裝置，其更包括一光發射器以及一光接收器，其中，該光發射器用以發出一第三光束，而該光接收器用以接收被該物體反射的該第三光束，以計算出該物體與該光學裝置之間的距離；

   其中，當該光發射器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束從該第六面進入該第二稜鏡，依序通過該第七面與該第三面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，並從該第一面離開該第一稜鏡，通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，並被該光接收器接收；

   其中，當該光接收器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，再次通過該物鏡組，從該第一面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，依序通過該第三面與該第七面進入該第二稜鏡，從該第六面離開該第二稜鏡，並被該光接收器接收。
9. 如申請專利範圍第8項所述的光學裝置，其中該稜鏡模組更包括一第一膜以及一第二膜，該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，並用以反射該第一光束且使該第三光束通過該第一膜，而該第二膜形成於該第二稜鏡的該第六面，並該第三光束通過該第二膜，其中該第一光束及該第三光束皆會通過該第一稜鏡。
10. 如申請專利範圍第5項所述的光學裝置，其更包括一光發射器以及一光接收器，其中，該光發射器用以發出一第三光束，而該光接收器用以接 收被該物體反射的該第三光束，以計算出該物體與該光學裝置之間的距離；

    其中，當該光發射器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束從該第六面進入該第二稜鏡，依序通過該第七面與該第三面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，並從該第一面離開該第一稜鏡，通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，並被該光接收器接收；

    其中，當該光接收器設置於該第二稜鏡的該第六面的一側時，該第三光束通過該物鏡組，離開該光學裝置而到達該物體，被該物體反射而又回到該光學裝置，再次通過該物鏡組，從該第一面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，依序通過該第三面與該第七面進入該第二稜鏡，從該第六面離開該第二稜鏡，並被該光接收器接收；

    其中該稜鏡模組更包括一第一膜以及一第二膜，該第一膜形成於該第一稜鏡的該第三面，並用以反射該第一光束且使該第三光束通過該第一膜，而該第二膜形成於該第二稜鏡的該第六面，並該第三光束通過該第二膜，其中該第一光束、第二光束及該第三光束皆會通過該第一稜鏡。

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