专利名称：测距装置及测距方法
技术领域：
本发明是有关于一种测距装置，且特别是有关于一种光学的测距装置以及测距方法。
背景技术：
近年来，三维(three dimension)测距装置已被广泛应用于距离的测量，其原理是借助镭射发射器发出特定的测量光束，再借助影像感测元件感测此测量光束的光学资讯 (例如感测到光束的时间、光束的位置、光束的形状、光束的大小、光束的强度、光束的相位等)，从而解析出三维测距装置的检测范围内的各物体的距离。现有测距装置的可检测距离都是固定而无法改变的。但在实际应用中，随着应用环境的不同，常常需要改变测距装置的可检测距离，因此现有测距装置无法满足应用需求。另一方面，当检测较远的物体的距离时，照射到物体的光束的能量较弱，所以如果要使现有测距装置具有较远的可检测距离，就需要配置较高功率的发光元件。但是，使用高功率发光元件会导致现有测距装置的制作成本增加，同时也不利于节约能源与环境保护。
发明内容
本发明提供一种测距装置，其可在不提高发光元件的功率的前提下增加可检测距
1 O本发明还提供一种测距方法，其可在不提高发光元件的功率的前提下增加可检测距离。本发明另提供一种测距装置，其具有可检测距离能调整的优点。为达上述优点，本发明提出一种测距装置，其具有检测范围，且此测距装置测量此检测范围内的至少一物体的距离。此测距装置包括发光元件、扩散元件、调节元件以及影像感测元件。发光元件发射光束。扩散元件配置于光束的传递路径上，并将光束转换成具有特定图案的测距光束，以照射至物体。调节元件调节入射至扩散元件的光束的入射位置与入射角。影像感测元件具有视场(field of view，F0V)，且此视场涵盖检测范围。在本发明的一实施例中，上述的调节元件包括驱动件，此驱动件连接于发光元件， 以转动发光元件。在本发明的一实施例中，上述的驱动件为马达或微机电元件(microelectro mechanical systems device, MEMS device)0在本发明的一实施例中，上述的调节元件包括反射件以及驱动件。反射件配置于扩散元件与发光元件之间，以将光束反射至扩散元件。驱动件连接于反射件，以转动反射件。在本发明的一实施例中，上述的测距装置更包括聚焦镜头，此聚焦镜头配置于发光元件与扩散元件之间，且位于光束的传递路径上。在本发明的一实施例中，上述的聚焦镜头为变焦镜头。
在本发明的一实施例中，上述的测距装置更包括移动件，此移动件连接于扩散元件，并带动扩散元件移动。在本发明的一实施例中，上述的发光元件为镭射发射器或发光二极管。在本发明的一实施例中，上述的扩散元件为扩散片、绕射元件或均光片。在本发明的一实施例中，上述的测距光束的第一中心轴与影像感测元件的视场的第二中心轴平行。在本发明的一实施例中，上述的测距光束的第一中心轴与影像感测元件的视场的第二中心轴之间有夹角。在本发明的一实施例中，上述的测距装置更包括分光元件，配置于扩散元件与影像感测元件之间。在本发明的一实施例中，通过上述的分光元件的部分测距光束的第一中心轴与影像感测元件的被上述的分光元件转折后的视场的第二中心轴平行或重叠。为达上述优点，本发明提出一种测距方法，适用于前述的测距装置。此测距方法包括以下步骤。首先，将检测范围分成多个检测区域。然后，借助调节元件调节入射至扩散元件的光束的入射位置与入射角，以使测距光束依序照射至这些检测区域，并借助影像感测元件感测测距光束于这些检测区域的多个光学资讯。之后，根据这些光学资讯判断位于检测范围内的物体的距离。为达上述优点，本发明提出一种测距装置，其具有检测范围，且此测距装置测量此检测范围内的至少一物体的距离。此测距装置包括发光元件、扩散元件、聚焦镜头以及影像感测元件。发光元件发射光束。扩散元件配置于光束的传递路径上，并将光束转换成具有特定图案的测距光束，以照射至物体。聚焦镜头配置于发光元件与扩散元件之间，且位于光束的传递路径上。聚焦镜头的焦距以及扩散元件与聚焦镜头之间的距离至少其中之一是可变的。影像感测元件具有视场，且此视场涵盖检测范围。本发明实施例的测距装置以及测距方法因将测距装置的检测范围分成多个检测区域，并借助调节元件调节入射至扩散元件的光束的入射位置与入射角，以使光束依序照射这些检测区域而进行距离测量。如此，可在不增加发光元件的功率的情形下增加可检测距离。此外，本发明另一实施例的测距装置中，由于聚焦镜头的焦距以及扩散元件与聚焦镜头之间的距离至少其中之一是可变的，所以能达到可检测距离能够调整的优点，以使测距装置更能满足实际应用的需求。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合附图，作详细说明如下。
图1为本发明一实施例的测距装置的立体示意图。图2是本发明一实施例的测距方法的流程图。图3是本发明一实施例中分割检测范围的示意图。图4为本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。图5为本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。图6为本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。
夹持部121c紧固套筒20外侧面21螺接部221内螺纹221a紧固部222杆件200,300
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作一具体介绍。请參阅图1及图2，所示为本发明的接头装置100的示意图，所述接头装置100包 括一个夹头10以及ー个紧固套筒20。所述夹头10包括一个螺纹部11以及ー个与所述螺纹部12相连的夹爪部12。所 述螺纹部11为柱状，其外侧面上形成有外螺纹111。所述夹爪部12包括多个相互分离的夹 爪121，所述多个夹爪121围成ー个环形且每两个相邻夹爪121之间间隔相等距离。所述每 一个夹爪121 —端与所述螺纹部20 —端端部固定相连，另一端朝远离所述螺纹部20的端 面的方向延伸。所述每ー个夹爪121包括ー个朝向所围成环形的圆心的内表面121a以及 ー个与所述内表面121a相背的外表面121b。所述外表面121b相对于所述螺纹部11的轴 心呈一定倾斜角度，且沿远离所述螺纹部11端面的方向上，所述外表面121b与所述螺纹部 11轴心之间的垂直距离逐渐増大，使得所述夹爪部12外部整体呈锥状。所述内表面121a 包括ー个靠近所述夹爪121末端的夹持部121c，所述夹持部121c与所述螺纹部11轴心之 间大致平行。所述多个夹爪121均具有一定的弾性，使得所述夹爪121能够相互靠拢或者 相互散开。所述紧固套筒20呈中空筒状，其包括一个外侧面21以及ー个内侧面(图未标 示)。所述内侧面包括一个螺接部221以及ー个与所述螺接部221相连的紧固部222。所 述螺接部221所围成的内部空间为柱状，所述螺接部221上形成有与所述螺纹部11的外螺 纹111相适配的内螺纹221a。所述紧固部222所围成的内部空间为截锥状，且在远离所述 螺接部221的一端具有较大的直径。请ー并參阅图1至图3，所述接头装置100在组装时，所述紧固套筒20套设于所述 夹头10上，其中，所述螺纹部11与所述螺接部221通过所述外螺纹111与所述内螺纹221a 相互螺纹连接，所述紧固部222套设于夹爪部12外围。通过旋动所述紧固套筒20可使所 述紧固部222靠近或者远离所述夹爪部12，当所述紧固部222靠近所述夹爪部12运动吋， 可以压迫所述夹爪121相互靠拢，当所述紧固部222远离所述夹爪部12运动吋，所述夹爪 121在其自身弾性作用下可以相互散开。一般地，所述夹头10的螺纹部11远离所述夹爪部12的一端与一个杆件(或管 件)200相连，所述螺纹部11与所述杆件200的连接方式可以为一体成型，胶合连接以及焊 接等。所述杆件200通过所述夹头装置100与另ー个杆件(或管件)300相连。连接时，旋 动所述紧固套筒20使所述紧固部22远离所述夹爪部12，使得所述夹爪部12的夹爪121相 互散开；将所述杆件300的一端插入所述夹爪部12内，旋动所述紧固套筒20使所述紧固部
然后，如步骤S120所示，借助调节元件130调节入射至扩散元件120的光束112 的入射位置与入射角，以使测距光束11 依序照射至这些检测区域22，并借助影像感测元件140感测测距光束11 于这些检测区域22的多个光学资讯。具体而言，本实施例例如
是使测距光束11 依序照射至第一行的检测区域22(1，j)(其中j = 1，2......n)，再依
次照射至第二行的检测区域22 (2，j)(其中j = 1,2......η)，依次类推，再依次照射至第
η行的检测区域22 (n，j)(其中j = 1，2......η)。至此，整个检测范围101均被测距光束
112a照射到。在测距光束11 依次照射各个检测区域22的过程中，可借助影像感测元件 140感测测距光束11 于这些检测区域22的多个光学资讯。之后，如步骤S130所示，根据影像感测元件140感测到的光学资讯判断位于检测范围101内的物体的距离。上述的步骤SllO至S130可通过电连接至发光元件110、调节元件130及影像感测元件140的控制元件(图未示)来操控。此外，控制元件内亦可储存有多个参考资讯，以借助比较这些参考资讯与影像感测元件140感测到的光学资讯来判断出物体的距离。这些参考资讯例如是测距光束11 照射在位于已知距离的物体时，影像感测元件140所感测到的光学资讯。需说明的是，图1所绘示的测距范围101所处的平面例如是测距装置100所能测量到的最远距离，并非限定物体必需处于该平面才能被量测到。举例来说，当预定照射在检测区域22(1，1)的测距光束11 在传递至该平面的前就照射到物体时，则此物体的距离也可被量测到。在本实施例的测距装置100及其测距方法中，由于借助调节元件130调整光束112 入射扩散元件120的入射位置与入射角，使测距光束11 能依序照射在检测范围101的多个检测区域22。如此，照射在单一检测区域22的测距光束11 的照射范围较小，能量也较强，因此本实施例的测距装置100及其测距方法可在不提高发光元件110的功率的前提下增加可检测距离。此外，由于本实施例的测距装置100及其测距方法是采用分区测量的方式，所以可检测出物体的不同部分相对于测距装置100的距离，进而推算出物体的轮廓。当然，采用分区测量的方式亦可分别检测出位于检测范围101内的多个物体的距离。值得一提的是，在另一实施例中，聚焦镜头150可为变焦镜头。借助调整聚焦镜头 150的焦距可改变光束112的聚焦位置，以改变测距光束11 照射到物体时的光斑大小，进而达到改变测距装置100的可检测距离的功效。图4是本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。请参照图4，本实施例的测距装置IOOa与上述的测距装置100相似，差别处在于测距装置IOOa的聚焦镜头150是定焦镜头，且测距装置IOOa更包括连接于扩散元件120的移动件160，而此移动件160带动扩散元件120移动。具体而言，移动件160可带动扩散件120朝接近或远离聚焦镜头150的方向移动，以改变测距光束11 照射到物体时的光斑大小，进而达到改变测距装置IOOa的可检测距离的功效。值得一提的是，在另一实施例的测距装置中，聚焦镜头150可为变焦镜头，而扩散元件120与聚焦镜头150之间的距离也是可变的。如此，可借助改变聚焦镜头150的焦距及/或移动扩散元件120来改变测距装置的可检测距离。图5为本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。请参照图5，本实施例的测距装置IOOb与上述的测距装置100相似，差别处在于调节元件。测距装置IOOb的调节元件 130b包括驱动件132以及反射件134。反射件134配置于扩散元件120与发光元件110之间，以将光束112反射至扩散元件120。驱动件132连接于反射件134，以转动反射件134， 进而改变入射至扩散元件120的光束112的入射位置与入射角，以达到分区测距的功效。此驱动件132可为马达、微机电元件或其他合适的驱动件。图6为本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。请参照图6，本实施例的测距装置IOOc与测距装置100的区别在于影像感测元件140的摆设角度。在本实施例中，测距光束11 的第一中心轴103与影像感测元件140的视场的第二中心轴105平行。图7为本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。请参照图7，本实施例的测距装置IOOd与上述的测距装置100的区别在于测距装置IOOd更包括分光元件170。分光元件170配置于扩散元件120与影像感测元件140之间，且分光元件170可使部分光线穿透， 并反射部分光线。在本实施例中，测距光束11 是由穿透分光元件170的部分光束112所形成，而视场142’是由被分光元件170转折的部分影像感测元件140的视场142所形成。由于分光元件170的作用，影像感测元件140的视场142会被分光元件170转折， 被分光元件170转折后的视场是以标号142’来标示。在本实施例中，视场142’的第二中心轴105’例如是平行测距光束11 的第一中心轴103。在另一实施例中，视场142’的第二中心轴105，可与测距光束11 的第一中心轴103重叠。上述多个实施例的测距装置100a、100b、100c、IOOd与测距装置100具有相似的优
点，在此将不再重述。图8是本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。请参照图8，本实施例的测距装置IOOe与上述的测距装置100相似，差别处在于测距装置IOOe省略了调节元件130，且测距装置IOOe的聚焦镜头150为变焦镜头。也就是说，测距装置IOOe不具分区检测的功能，但具有可检测距离能调整的优点。图9是本发明另一实施例的测距装置的俯视示意图。请参照图9，本实施例的测距装置IOOf与上述的测距装置IOOa相似，差别处在于测距装置IOOf省略了调节元件130，但扩散元件120具有一个移动件160。也就是说，测距装置IOOf不具分区检测的功能，但具有可检测距离能调整的优点。在另一实施例的测距装置中，聚焦镜头150可为变焦镜头，且扩散元件120与聚焦镜头150之间的距离是可变的。如此，可借助改变聚焦镜头150的焦距及/或移动扩散元件120来改变测距装置的可检测距离。综上所述，本发明的测距装置以及测距方法至少具有下列优点其中之一1.本发明的测距装置以及测距方法因将测距装置的检测范围分成多个检测区域， 并借助调节元件调节入射至扩散元件的光束的入射位置与入射角，以使光束依序照射这些检测区域而进行距离测量。如此，可在不增加发光元件的功率的情形下增加测距范围及可检测距离。2.本发明的测距装置中，由于聚焦镜头的焦距以及扩散元件与聚焦镜头之间的距离至少其中之一是可变的，所以能达到可检测距离能调整的优点，以使测距装置更能满足实际应用的需求。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种测距装置，具有一个检测范围，用于测量该检测范围内的至少一个物体的距离， 其特征在于，该测距装置包括一个发光元件，发射光束；一个扩散元件，配置于该光束的传递路径上，该扩散元件将该光束转换成具有特定图案的测距光束，以照射至该物体；一个调节元件，调节入射至该扩散元件的该光束的入射位置与入射角；以及一个影像感测元件，具有一个视场，该视场涵盖该检测范围。
2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该调节元件包括一个驱动件，连接于该发光元件，以转动该发光元件。
3.如权利要求2所述的测距装置，其特征在于，该驱动件为一个马达或一个微机电元件。
4.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该调节元件包括一个反射件，配置于该扩散元件与该发光元件之间，以将该光束反射至该扩散元件；以及一个驱动件，连接于该反射件，以转动该反射件。
5.如权利要求4所述的测距装置，其特征在于，该驱动件为一个马达或一个微机电元件。
6.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，更包括一个聚焦镜头，配置于该发光元件与该扩散元件之间，且位于该光束的传递路径上。
7.如权利要求6所述的测距装置，其特征在于，该聚焦镜头为变焦镜头。
8.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，更包括一个移动件，连接于该扩散元件，该移动件带动该扩散元件移动。
9.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该发光元件为镭射发射器或发光二极管。
10.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该扩散元件选自扩散片、绕射元件或均光片。
11.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该测距光束的第一中心轴与该影像感测元件的该视场的第二中心轴平行。
12.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该测距光束的第一中心轴与该影像感测元件的该视场的第二中心轴之间有一个夹角。
13.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，更包括一个分光元件，配置于该扩散元件与该影像感测元件之间。
14.如权利要求13所述的测距装置，其特征在于，通过该分光元件的部分该测距光束的第一中心轴与该影像感测元件的被该分光元件转折后的该视场的第二中心轴平行或重叠。
15.一种测距方法，适用于权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该测距方法包括 将该检测范围分成多个检测区域；借助该调节元件调节入射至该扩散元件的该光束的入射位置与入射角，以使该测距光束依序照射至该些检测区域，并借助该影像感测元件感测该测距光束于该些检测区域的多个光学资讯；以及根据该些光学资讯判断位于该检测范围内的物体的距离。
16.一种测距装置，具有一检测范围，用于测量该检测范围内的至少一个物体的距离， 其特征在于，该测距装置包括一个发光元件，发射光束；一个扩散元件，配置于该光束的传递路径上，该扩散元件将该光束转换成具有特定图案的测距光束，以照射至该物体；一个聚焦镜头，配置于该发光元件与该扩散元件之间，且位于该光束的传递路径上，该聚焦镜头的焦距以及该扩散元件与该聚焦镜头之间的距离至少其中之一是可变的；以及一个影像感测元件，具有一个视场，该视场涵盖该检测范围。
17.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，该聚焦镜头为变焦镜头。
18.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，更包括一个移动件，连接于该扩散元件，该移动件带动该扩散元件移动。
19.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，该发光元件为镭射发射器或发光二极管。
20.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，该扩散元件选自扩散片、绕射元件或均光片。
21.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，该测距光束的第一中心轴与该影像感测元件的该视场的第二中心轴平行。
22.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，该测距光束的第一中心轴与该影像感测元件的该视场的第二中心轴之间有一个夹角。
23.如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，更包括一个分光元件，配置于该扩散元件与该影像感测元件之间。
24.如权利要求23所述的测距装置，其特征在于，通过该分光元件的部分该测距光束的第一中心轴与该影像感测元件的被该分光元件转折后的该视场的第二中心轴平行或重
全文摘要
一种测距装置，具有检测范围，测量此检测范围内的至少一物体的距离。此测距装置包括发光元件、扩散元件、调节元件以及影像感测元件。发光元件发射光束。扩散元件配置于光束的传递路径上，并将光束转换成具有特定图案的测距光束，以照射至物体。调节元件调节入射至扩散元件的光束的入射位置与入射角。影像感测元件具有视场，且视场涵盖检测范围。此测距装置具有较远的检测距离。本发明另提出一种运用此测距装置进行测距的方法以及另一种测距装置。
文档编号G01C3/00GK102384736SQ201010269040
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者古人豪, 杨恕先, 陈信嘉, 黄森煌 申请人:原相科技股份有限公司