可测距的激光指示器及其相关方法
【专利摘要】一种可测距的激光指示器及其相关方法，其中该可测距的激光指示器包含有：至少第一激光光源以及第二激光光源，其中第一激光光源配合前方的第一光学元件产生圆锥形的第一锥形光束，第二激光光源配合前方的第二光学元件产生一圆锥形的第二锥形光束；光学元件，设置在第二激光光源前方，将第二激光光源的第二锥形光束衍生为多个第二锥形光束；当第一锥形光束与第二锥形光束投射于被测物表面时，该第一锥形光束投射出第一光图，该第二锥形光束投射出第二光图，该第一光图与第二光图随激光指示器与被测物表面的间距而改变其在被测物表面上的第一光图与第二光图的相交位置，由此指示位置、以及显示激光指示器和待测物表面的距离以及光图上两点的距离。
【专利说明】可测距的激光指示器及其相关方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种激光指示器，尤指一种可测距的激光指示器及其相关方法，该可测距的激光指示器以投射的激光，显示激光指示器和被测物之间的距离于投射的表面上，且同时可显示投射于待测物表面光图的直径长度量。本发明可应用于某些能感应被测物表面发出的能量信号的测量设备，例如红外线温度计。
【背景技术】
[0002]某二物距离及某二点长度测量方法，有用尺、声波、无线电波、光等方式。用尺测量的方式难以适用于过长的物体。以声波、无线电波进行测量，在被测物的测试区不易辨视。以光进行测量必须通过一电子电路配合光学镜片及快速测光的短暂发生时间，其技术及电子电路的成本高。
[0003]请参照图1，其显示一传统的激光指示器80，其在一表面81的投影为单点亮点。应用一低功率的激光二极管投射器，投射出一亮点，让使用者指示位置。
[0004]然而上述传统的激光指示器均未有显示激光指示器与投影处之间的距离，以及投影处的物体的长度的功能。
【发明内容】
[0005]本发明人鉴于传统激光指示器仅能显示光点而无法进行测距与度量长度，改进其不足与缺陷，进而发明出一种可测距的激光指示器及其相关方法。
[0006]本发明主要目的为提供一种可测距的激光指示器，包含有:
[0007]至少一激光光源，其中激光光源可产生一光束；
[0008]二光学元件，设置在激光光源前方，将该光束衍生为一第一锥形光束以及多个第二维形光束；
[0009]其中，当第一锥形光束与第二锥形光束投射于一被测物表面时，所述第一锥形光束投射出一第一光图，所述第二锥形光束投射出一第二光图，所述第一光图与第二光图随激光指示器与被测物表面之间距离而改变其在被测物表面上的第一光图与第二光图的相交位置，由此指示位置以及显示激光指示器和待测物表面的距离。
[0010]通过上述技术手段，本发明通过以二光束的光学几合特性，直接以激光光图显示被测的距离量于投射的表面上，及显示投影在待测物上的二光束点的长度。所以使用者在测量距离时，同时也观察到以激光光图显示的被测距离量，对使用者，尤其在黑暗处的使用，极为便利。
[0011]前述激光光源为单一个，且发出单一光束，所述单一光束分别经过两光学元件而分别投射出所述第一锥形光束与所述多个第二锥形光束。
[0012]前述激光光源为二个，分别为第一激光光源以及第二激光光源，且分别发出光束，所述两光束分别经过两光学元件而分别投射出所述第一锥形光束与所述多个第二锥形光束。[0013]前述光学元件是选自衍射光栅、全反射元件、镜片或其组合。
[0014]前述第一激光光源与第二激光光源为相同颜色。
[0015]前述第一激光光源与第二激光光源为不同颜色。
[0016]前述第一光图具有一实线的第一光圆。
[0017]前述第一光图具有一虚线的第一光圆。
[0018]前述第二光图为一多个同心的第二光圆。
[0019]前述第二光图为具有至少一个轴的刻度尺。
[0020]前述第一激光光源与第二激光光源为共轴。
[0021]本发明另一目的是提供一种测量二物体之间的距离的方法，包括下列步骤:
[0022]令一激光指示器产生二光束，并且投射光束到一被测物的表面；以及
[0023]其中一光束投影出具有单一光圆的第一光图，另一光束投影出具有多个第二光圆的第二圈光图以作为一刻度尺，此第一光图与第二光图随着激光指示器与被测物之间的距离而改变第一光圆所相 交的第二光圆，由此显示激光指示器和被测物表面之间的距离。
[0024]前述光学元件是选自衍射光栅、全反射元件、镜片或其组合。
[0025]前述距离指的是测量者和被测物的距离长度，及投射到被测物表面的二光圆重叠时，此时的光圆的直径长度。
[0026]前述第一锥形光束与第二锥形光束为平行同轴且具有不同的锥角度。
[0027]前述第一锥形光束与第二锥形光束为不同轴且具有不同的锥角度。
[0028]前述第一锥形光束与第二锥形光束为平行不同轴，且具有不同的锥角度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为显示一投影为单点亮点的传统激光指示器。
[0030]图2A到2E是本发明的激光光测距示意图。
[0031]图3A到3E是按照本发明投影出的第一光图与第二光图。
[0032]图3F是第一光图与第二光图共同构成的一量角器尺规刻度图形。
[0033]图3G是一激光模块与二衍射光栅元件的操作示意图。
[0034]图3H是根据图3G的光投射示意图，其中第一衍射光栅元件投射出第一光图，且第二衍射光栅元件投射出第二光图。
[0035]图31是一激光模块与一光学镜片的操作示意图。
[0036]图4A是按照本发明的立体外观图。
[0037]图4B是激光指示器的侧视图。
[0038]图5A到图5B是本发明应用于红外线温度量测装置的实体的立体外观图。
【符号说明】
[0039]10手持装置
[0040]40激光指示器41前盖
[0041]42外壳420腔室
[0042]44激光模块45电池
[0043]46电路板组件48后盖[0044]50红外线温度测量装置 500开孔
[0045]51聚焦反射镜52电热堆感应器
[0046]L1第一激光光源L2第二激光光源
[0047]B1第一锥形光束B2第二锥形光束
[0048]D距离D1距离
[0049]D2距离G1衍射光栅元件
[0050]G2衍射光栅兀件P1第一光图
[0051]P2第二光图X距离
[0052]X0距离X1距离
[0053]X3 距离
[0054]Θ 2夹角Θ i夹角。
【具体实施方式】
[0055]请参照图2A，本发明的可测距的激光指示器40具有至少二低功率激光光源以投射出二圆锥形光束，其圆锥形尖端点并非同一点，并且在其圆锥形角度改变之下产生了光学成像图。该低功率激光光源投射入一光学元件之后，可射出一光图。前述的光学元件可为一衍射光栅(diffraction grating)元件或其它光学元件(例如全像摄影元件(holographic element))及镜片，例如全反射镜片。
[0056]以下就图2A的激光指示器40进一步作详细说明:
[0057]将一第一激光光源L1置放于\处，所发出光线经过一光学元件后投射出一成形为圆锥形的第一锥形光束将一第二激光光源L2置放于X1处，所发出光线经过一光学兀件后投射出成形为圆锥形的第二锥形光束B2，第一锥形光束B1和第二锥形光束B2与X轴的夹角分别为Q1以及θ2。此外，激光指示器40与投射处的一被测物表面相距一距离X。
[0058]此外，也可以仅使用单一第一激光光源L1配合两光学元件，使发出的单一束光线分别经过两光学元件，以分别投射出第一光图P1与第二光图Ρ2。
[0059]tan θ =j/ (DjD2)(I)
[0060]tan Θ2=y/D2(2)
[0061](I)/(2)得出 tan Θ 2= (!+D1ZD2) tan Θ j(3)
[0062]若第一激光光源L1和第二激光光源L2的距离D1为定值，Θ 2改变时,第一锥形光束B1和第二锥形光束B2的交会处与第二激光光源L2距离D2也会改变。
[0063]一般状况下，第一锥形光束B1与第二锥形光束B2会分别投射出一第一光图P1以及一第二光图P2于一表面处，通常第一光图P1以及第二光图P2会共同呈现二同心光圆，分别为第一光圆以及第二光圆。当激光指示器40朝投射处表面的方向移动，也就是由Xtl处往X3移动时，此二同心光圆会互相靠近，当距离X等于距离D时，二光圆会合而为一。A
[0064]请进一步参照图2B、图2C、图2D以及图2E，激光指示器40可安装到一手持装置10上，第一光图P1与第二光图P2的关系说明如下:
[0065]请参照图2B，当X〈D时，第一光图P1与第二光图P2在墙壁上呈现二同心的第一光圆与第二光圆。对应夹角Θ i的第一光圆在外，对应夹角θ2的第二光圆在内。
[0066]请参照图2C，当X>D时，第一光图P1与第二光图P2在墙壁上呈现二同心的第一光圆与第二光圆。第一光圆在内，第二光圆在外。
[0067]请参照图2D，当X=D时，第一光图P1与第二光图P2在墙壁上呈现只有一光圆。第一光圆和第二光圆重合为一个光圆。
[0068]请参照图2E，令图2A中的第二激光光源，通过一衍射光栅元件，使第二光图P2产生η个第二光圆，该多个第二光圆所属圆锥光束的夹角分别为02a，02b,...θ2η。通过使用一遮罩，遮蔽第二光图P2的每个第二光圆的部分，只留下对应于X轴及Y轴的一小段，就成为图2Ε的刻度尺图形。若将X轴刻度量化为图2Α中的距离D，其刻度代表激光指示器40和被测物的距离。Y轴则可标示为与X轴不同的尺度，例如X轴标示的刻度为公分，X轴标示的刻度为英寸，因此，使用者可以先利用尺度大的刻度粗估被量测物体的大略尺寸，再以小尺度的刻度精准确认实际尺寸。
[0069]此外，本发明将会对激光指示器设计成:当上述第一光图P1重合第二光图P2的某一刻度时，该刻度必然准确，因此使用者不必考虑第一光图P1第二光图P2因为投影距离不同而放大缩小的问题。
[0070]图3Α显示第一光图P1构成的虚线光圆和第二光图P2构成的刻度尺与实线光圆相交的点，即为测量的距离。X刻度尺可量化为测量距离，Y刻度尺可量化为虚线光圆的直径。
[0071]图3Β是当实线光圆和刻度尺相交的点，即为测量的距离，X刻度尺可量化为测距，Y刻度尺可量化为实线光圆的直径。
[0072]图3C是多了一 Z刻度尺，配合图2Α中移动X1处的衍射光栅元件或镜片可做为X刻度尺或Y刻度尺的更精细刻度而显示。
[0073]图3D、图3Ε是二不同轴的第一锥形光束B1与第二锥形光束B2，第二锥形光束B2投影的第二光图P2形成距离刻度大小，刻度分别为由内往外递增以及由外往内递增。
[0074]图3F是第一光图P1与第二光图P2构成的量角器尺规刻度图形。
[0075]图3G显示一激光指示器40的实施例，其由第一衍射光栅元件G1及第二衍射光栅元件G2以及第一激光光源L1所组成。
[0076]请进一步参照图3Η，上述两衍射光栅元件GpG2分别投射出图3Η的第一光图P1与
第二光图Ρ2。
[0077]请进一步参照31，在另一激光指示器40的实施例中，两光学元件分别为一衍射光栅兀件G1以及一光学镜片Siq
[0078]请进一步参照图4Α，一具体化的激光指示器40作为范例而被用来说明本发明的内、夕卜部结构。本发明的激光指不器40是一手持式装置,包括有一前盖41、一外壳42、一后盖48、一激光模块44、一电池45以及一电路板组件46。该外壳42为中空，具有一腔室420用以置放该固定器43、激光模块44、电池45、以及电路板组件46。电路板组件46是放置各种为了完成功能的电子元件及电源开关。前盖41及后盖48可利用卡榫结合或螺丝结合到外壳42。通过具有弹性支撑物(例如泡沫橡胶)，将激光模块44固定于固定器43上。
[0079]此外，图4Β为激光指示器的侧视图，其中激光模块44内设置有一低功率激光二极管、一准直(collimating)镜片、以及-二衍射光栅(diffraction grating)元件。
[0080]通过图4A激光指示器40仅作为说明性范例，对于本发明可做出不同的修改，例如将图4A的前盖41改为不可旋转式或可替换的形式等等。
[0081]图5A到图5B显示了应用本发明的激光指示器40于红外线温度量测装置50的具体应用。
[0082]请参照图5A，该红外线温度量测装置50具有一聚焦反射镜51以及一电热堆感应器52，在聚焦镜面51上开设一开孔500，本发明的激光指示器40安装在开孔500上并且接收聚焦反射镜51所收集的红外线。
[0083]请进一步参照图5B，或也可将投射于被测表面的激光光圆，通过本发明的激光指示器40，标示出其被测区域的直径长度，或标示出测量者和被量测物表面的距离，如图5B。
[0084]此外，若是投射出的第一锥形光束与第二锥形光束，两者的锥心点共轴但不在同一点位置，及锥角角度不相等，此条件下，若是投射平面非垂直于投射光轴，可通过几何定理:在一立体空间，在同一平面上的一 A点和一圆，必可在圆上找到B点以及C点两点，其和A点同距，且B点、C点的位置是落在，经圆心的一直线和圆的二交点上。依此定理，旋转本发明的激光指示器，使其中一光圆和刻度尺的交点是对称于刻度尺中心点，此时刻度尺和光圆的交点，即为距离的正确特征值。
【权利要求】
1.一种可测距的激光指示器，其特征在于，包含有: 至少一激光光源,其中激光光源可产生一光束； 二光学元件，设置在激光光源前方，将所述光束衍生为一第一锥形光束以及多个第二锥形光束； 其中，当第一锥形光束与第二锥形光束投射于一被测物表面时，所述第一锥形光束投射出一第一光图，所述第二锥形光束投射出一第二光图，所述第一光图与第二光图随激光指示器与被测物表面之间的距离而改变其在被测物表面上的第一光图与第二光图的相交位置，由此指示位置以及显示激光指示器和待测物表面的距离。
2.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中激光光源为单一个，且发出单一光束，所述单一光束分别经过两光学元件而分别投射出所述第一锥形光束与所述多个第二锥形光束。
3.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中激光光源为二个，分别为第一激光光源以及第二激光光源，且分别发出光束，所述两光束分别经过两光学元件而分别投射出所述第一锥形光束与所述多个第二锥形光束。
4.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中所述光学元件是选自衍射光栅、全反射元件、镜片或其组合。
5.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第一激光光源与第二激光光源为相同颜色 。
6.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第一激光光源与第二激光光源为不同颜色。
7.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第一光图具有一实线的第一光圆。
8.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第一光图具有一虚线的第一光圆。
9.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第二光图为一多个同心的第二光圆。
10.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第二光图为具有至少一个轴的刻度尺。
11.如权利要求1所述的可测距的激光指示器，其特征在于，其中第一激光光源与第二激光光源为共轴。
12.一种测量二物体之间的距离的方法，其特征在于，包括下列步骤: 令一激光指示器产生二光束，并且投射光束到一被测物的表面；以及 其中一光束投影出具有单一光圆的第一光图，另一光束投影出具有多个第二光圆的第二圈光图以作为一刻度尺，此第一光图与第二光图随着激光指示器与被测物之间的距离而改变第一光圆所相交的第二光圆，由此显示激光指示器和被测物表面之间的距离。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中光学元件是选自衍射光栅、全反射元件、镜片或其组合。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中距离指的是测量者和被测物的距离长度，及投射到被测物表面的二光圆重叠时，此时的光圆的直径长度。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中第一锥形光束与第二锥形光束为平行同轴且具有不同的锥角度。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中第一锥形光束与第二锥形光束为不同轴且具有不同的锥角度。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中第一锥形光束与第二锥形光束为平行不同轴，且具有不同 的锥角度。
【文档编号】G01C3/00GK103994751SQ201310053537
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2013年2月19日
【发明者】柯信呈 申请人:力诚仪器有限公司