TWI812360B

TWI812360B - 光學裝置及其稜鏡模組（三）

Info

Publication number: TWI812360B
Application number: TW111127367A
Authority: TW
Inventors: 劉華唐; 羅勝; 車駿偉; 劉斌
Original assignee: 大陸商信泰光學（深圳）有限公司; 亞洲光學股份有限公司
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2023-08-11
Also published as: TW202405497A

Abstract

本發明提供一種光學裝置及其稜鏡模組。其中稜鏡模組包括一第一稜鏡、一第二稜鏡、一薄膜以及一導光單元。薄膜設置在第一稜鏡與第二稜鏡之間。一第一可見光進入該第一稜鏡，通過該薄膜而進入該第二稜鏡，然後離開該第二稜鏡而到達該導光單元，再被該導光單元反射至眼睛。在另一方面，一第二可見光通過該導光單元而到達該眼睛。

Description

光學裝置及其稜鏡模組(三)

本發明係有關於一種光學裝置及其稜鏡模組。

目前測距儀使用的是施密特-別漢稜鏡組，但為了兼顧發射/接收系統和顯示系統的配置，需要增加額外的稜鏡組用於分光，將會增加測距儀整體的寬度和高度。同時施密特-別漢稜鏡組若採用離軸結構，稜鏡組的體積要求會比較大，導致成本增加。所以需要提出一種新的架構解決這些問題。

有鑑於此，本發明目的在於提供一種光學裝置及其稜鏡模組，其具有更為緊湊的構造，同時由於體積縮小，使得顯示系統光路縮短，能夠提高其亮度。

依據本發明其中一實施例的稜鏡模組包括一第一稜鏡、一第二稜鏡、一薄膜以及一導光單元。第一稜鏡包括一第一面、一第二面以及一第三面，該第二面鄰接該第一面，該第三面鄰接該第二面且與該第一面相對。第二稜鏡包括一第四面、一第五面以及一第六面，該第四面朝向該第一稜鏡，該第六面鄰接該第四面，該第五面鄰接該第四面且與該第六面相對。薄膜設於該第三面以及該第四面之間。導光單元包括一第七面以及一第八面。其中，一第一可見光經由該第一面進入該第一稜鏡，被該第二面反射，依序通過該第三面以及該薄膜，經由該第四面進入該第二稜鏡，被該第五面反射，通過該第六面而離開該第二稜鏡，到達該導光單元，再被該導光單元的第七面反射。其中，一第二可見光經由該第八面進入該導光單元，然後由該第七面離開該導光單元。

在另一實施例中，一不可見光經由該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第三面以及該第二面反射，然後經由該第一面離開該第一稜鏡，而該不可見光在進入該第一稜鏡時的行進方向和離開該第一稜鏡時的行進方向互相平行。

在另一實施例中，該薄膜讓該第一可見光通過但反射該不可見光。

在另一實施例中，一目標物反射一不可見光至該稜鏡模組，經由該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第二面以及該第三面反射，然後經由該第一面離開該第一稜鏡。

依據本發明其中一實施例的光學裝置包括一前述的稜鏡模組以及一顯示器。該顯示器產生該第二可見光。被該導光單元的第七面反射的該第一可見光和由該第七面離開該導光單元的該第二可見光重疊。

在另一實施例中，稜鏡模組包括一第一稜鏡、一第二稜鏡以及一薄膜。第一稜鏡包括一第一面、一第二面以及一第三面，該第二面鄰接該第一面，該第三面鄰接該第二面且與該第一面相對。第二稜鏡包括一第四面，該第四面朝向該第一稜鏡的第三面。薄膜設於該第三面以及該第四面之間。其中，一不可見光經由該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第三面以及該第二面反射，然後經由該第一面離開該第一稜鏡。該薄膜反射該不可見光回到該第一稜鏡。

在另一實施例中，光學裝置包括一前述的稜鏡模組、一光發射器以及一光接收器。光發射器產生進入該第一稜鏡的該不可見光。光接收器接收經由該第一面離開該第一稜鏡然後被一目標物反射回到該光學裝置的的該不可見光。其中，該不可見光在進入該第一稜鏡時的行進方向和離開該第一稜鏡時的行進方向互相平行。

在另一實施例中，稜鏡模組包括一第一稜鏡、一第二稜鏡以及一薄膜。第一稜鏡包括一第一面、一第二面以及一第三面，該第二面鄰接該第一面，該第三面鄰接該第二面且與該第一面相對。第二稜鏡包括一第四面，該第四面朝向該第一稜鏡的第三面。薄膜設於該第三面以及該第四面之間。其中，一目標物反射一不可見光至該稜鏡模組，經由該第一面進入該第一稜鏡，依序被該第二面以及該第三面反射，然後經由該第一面離開該第一稜鏡。其中，該薄膜反射該不可見光回到該第一稜鏡。

在另一實施例中，光學裝置包括一前述的稜鏡模組、一光發射器以及一光接收器。光發射器產生該不可見光至該目標物。光接收器接收經由該第一面離開該第一稜鏡的該不可見光。其中，該不可見光至該目標物的行進方向和離開該第一稜鏡時的行進方向互相平行。

1:雙筒望遠測距儀

10、10’:稜鏡模組

11、11’:第一稜鏡

12、12’:第二稜鏡

13、13’:導光單元

21、21’:目鏡單元

22、22’:物鏡單元

24:光發射器

25:光接收器

26:顯示器

27:透鏡組

28、28’:視場光闌

111、111’:第一面

112、112’:第二面

113、113’:第三面

114、114’:第九面

121、121’:第四面

122、122’:第五面

123、123’:第十面

124、124’:第六面

131:第七面

132:第八面

L1:第一可見光

L2:不可見光

L3:第二可見光

第1圖顯示本發明的其中一實施例的稜鏡模組及其第一可見光路。

第2圖顯示第1圖的稜鏡模組以及其不可見光路。

第3圖顯示第1圖的稜鏡模組以及其第二可見光路。

第4圖係本發明稜鏡模組應用於一雙筒望遠測距儀的架構示意圖。

本發明的稜鏡模組包括至少一第一稜鏡、至少一第二稜鏡、至少一薄膜以及至少一導光單元，請參閱第1圖，本發明的其中一實施例的稜鏡模組10包括二第一稜鏡11、11’、二第二稜鏡12、12’、二薄膜31、31’以及二導光單元13、13’，各元件構造詳述如下：

第一稜鏡11包括一第一面111、一第二面112、一第三面113以及一第九面114，其中第一面111背向第二稜鏡12，第二面112同時鄰接第一面111和第三面113，第三面113朝向第二稜鏡12，第九面114同時鄰接第一面111和第三面113，因此第一面111與第三面113相對，第二面112與第九面114相對。

第二稜鏡12包括一第四面121、一第五面122、一第十面123以及一第六面124，其中第四面121朝向第一稜鏡11，第五面122同時鄰接第四面121與第十面123，第十面123背向第一稜鏡11，第六面124同時鄰接第十面113與第四面121，因此第四面121與第十面123相對，第五面122與第六面124相對。

薄膜31設置在第一稜鏡11與第二稜鏡12之間，具體而言，薄膜31設置在第三面113與第四面121之間。其中薄膜31可先形成在第三面113上，然後再將第一稜鏡11與第二稜鏡12貼合。又，薄膜31允許可見光通過但反射不可見光。

第一稜鏡11’與第一稜鏡11形狀對稱，因此第一稜鏡11’也包括一第一面111’、一第二面112’、一第三面113’以及一第九面114’，其中第一面111’背向第二稜鏡12’，第二面112’同時鄰接第一面111’和第三面113’，第三面113’朝向第二稜鏡12’，第九面114’同時鄰接第一面111’和第三面113’，因此第一面111與第三面113相對，第二面112與第九面114相對。

第二稜鏡12’與第二稜鏡12形狀對稱，因此第二稜鏡12’包括一第四面121’、一第五面122’、一第十面123’以及一第六面124’，其中第四面121’朝向第一稜鏡11’，第五面122’同時鄰接第四面121’與第十面123’，第十面123’背向第一稜鏡11’，第六面124’同時鄰接第十面113’與第四面121’，因此第四面121’與第十面123’相對，第五面122’與第六面124’相對。

相類似的，薄膜31’設置在第一稜鏡11’與第二稜鏡12’之間，具體而言，薄膜31’夾置在第三面113’與第四面121’之間。

導光單元13設置在第二稜鏡12旁且包括相反的第七面131以及第八面132。另一導光單元13’設置在第二稜鏡12’旁且包括相反的第七面131’以及第八面132’。在本實施例中，導光單元13、13’為傾斜設置的玻璃平板。

本發明稜鏡模組10可應用在各式光學裝置中(例如望遠鏡等)讓使用者來觀察四周環境，第一可見光(例如環境光)L1將經由第一面111、111’進入第一稜鏡11、11’，經第二面112、112’反射，依序穿過第三面113、113’、薄膜31、31’以及第四面121、121’而進入第二稜鏡12、12’，經第五面125、125’反射，再穿過第六面124、124’而離開第二稜鏡12、12’後到達導光單元13、13’，再由第七面131、131’反射至使用者眼睛。值得注意的是，在一些實施例中，稜鏡模組10可以只包括一第一稜鏡11(或11’)、一第二稜鏡12(或12’)、一薄膜31(或31’)以及一導光單元13(或13’)，同樣能接收並導引第一可見光以進行觀測。

本發明稜鏡模組10可搭配光發射器以及光接收器來使用，在觀察目標物的時候還能更進一步量測目標物的距離。請參閱第2圖所示不可見光路，光發射器24發射一不可見光(例如測距光)L2，經第一面111進入第一稜鏡11，於第三面113反射至第二面112，再經第二面112反射，通過第一面111而離開第一稜鏡11，到達一目標物(未圖示)，然後經該目標物反射回來，通過第一面111’而進入另一第一稜鏡11’，經第二面112’反射至第三面113’，於第三面113’再次反射而經由第一面111’離開第一稜鏡11’，然後由光接收器25接收。如此一來，利用不可見光L2發射及接收的時間差，即可計算得到該目標物的距離(距離=光速×時間差÷2)。值得注意的是，不可見光L2在進入第一稜鏡11、11’時的行進方向和離開第一稜鏡11、11’時的行進方向互相平行。另外，藉由薄膜31、31’的設置，能使不可見光L2在到達第三面113、113’時幾乎全部反射回到第一稜鏡11、11’。

其中光發射器24可為一雷射二極體(Laser Diode,LD)或其他光源)。光接收器25可為一光電二極體(photoelectric diode,PD)、一光電倍增管(photomultiplier tube,PMT)、電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)、累崩式光電二極體(avalanche photodiode,APD)、或單光子崩潰二極體(single-photon avalanche diode,SPAD)等光偵測器。

本發明稜鏡模組10可搭配顯示器來使用，提供一些重要訊息給使用者參考，如第3圖所示，一顯示器26發出第二可見光L3(內含量測距離等訊息)，經透鏡組27以及導光單元13到達使用者眼睛，供使用者參考。具體言之，第二可見光L3係依序穿過導光單元13的第八面132以及第七面131然後到達使用者眼睛。值得注意的是，由第七面131離開導光單元13的第二可見光L3和前述觀察環境時於導光單元13的第七面131反射的第一可見光L1相重疊。

其中顯示器26可為有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、或液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)等顯示裝置。

請參閱第4圖，第4圖係本發明稜鏡模組應用於一雙筒望遠測距儀的架構示意圖。如圖所示，雙筒望遠測距儀1包括一光發射部以及一光接收部，其中光發射部包括一物鏡單元22、一光發射器24、一稜鏡模組10、一顯示器26、一透鏡組27、一視場光闌(Field Stop)28、以及一目鏡單元21。光接收部包括一物鏡單元22’、一光接收器25、一稜鏡模組10’、一視場光闌28’、以及一目鏡單元21’。

當使用者利用此雙筒望遠測距儀1觀察周圍環境時，第一可見光可經由物鏡單元22、22’、稜鏡模組10、10’、視場光闌28、28’、目鏡單元21、21’到達使用者眼睛進行觀察，同時光發射器24發射一不可見光，經稜鏡模組10、物鏡單元22而到達目標物(未圖示)，經目標物反射回到雙筒望遠測距儀1，再經物鏡單元22’、稜鏡模組10’而到達光接收器25，再利用不可見光發射及接收的時間差計算得到該目標物的距離。在另一方面，顯示器26可產生一第二可見光，經透鏡組27、導光單元13、視場光闌28、目鏡單元21而到達使用者眼睛，將重要訊息(例如量測距離等)提供給使用者參考。

綜上所述，本發明的稜鏡模組利用至少二稜鏡搭配至少一導光單元，當應用於一光學裝置時，可實現望遠光學系統、光發射系統/光接收系統、以及顯示系統的分光，使光學裝置整體結構更為緊湊，同時由於體積縮小，還能使顯示系統光路縮短，因而提高其亮度。

以上所述本發明的實施例並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。