本發(fā)明關(guān)于一種光學(xué)裝置及其發(fā)光裝置,尤其是關(guān)于一種應(yīng)用于可攜式電子裝置的光學(xué)裝置及其發(fā)光裝置。
背景技術(shù):
近年來,隨著電子工業(yè)的演進(jìn)以及工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,各種電子裝置設(shè)計(jì)及開發(fā)的走向逐漸朝輕便、易于攜帶的方向發(fā)展,以利使用者隨時(shí)隨地應(yīng)用于移動(dòng)商務(wù)、娛樂或休閑等用途。舉例而言,各式各樣的影像擷取裝置正廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,例如智能型手機(jī)、穿戴式電子裝置等可攜式電子裝置,其具有體積小且方便攜帶的優(yōu)點(diǎn),使用者得以于有使用需求時(shí)隨時(shí)取出并進(jìn)行影像擷取并儲(chǔ)存,或進(jìn)一步透過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至互聯(lián)網(wǎng)之中,不僅具有重要的商業(yè)價(jià)值,更讓一般大眾的日常生活更添色彩。
再者,隨著生活質(zhì)量的提升,人們對(duì)影像擷取裝置所擷取的影像有更多的訴求,舉例來說,人們希望所獲得的影像可為3D立體影像,且該3D立體影像包括有準(zhǔn)確的深度(depth)信息,再舉例來說,人們希望可攜式電子裝置具有距離量測(cè)的功能,進(jìn)而可進(jìn)行手勢(shì)辨識(shí)。而有關(guān)的深度信息的量測(cè)或距離的量測(cè),目前可透過飛行時(shí)間量距法(Time of Flight,TOF)、單一結(jié)構(gòu)光(structure light)量距法或雙鏡頭(dual camera)量距法來獲得,惟其皆為本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知悉,在此及不再予以贅述。
然而,雖然飛行時(shí)間量距法所獲得的量測(cè)結(jié)果具有較佳的準(zhǔn)確性,但其如要推廣到面或多點(diǎn)情鏡應(yīng)用時(shí)在軟件運(yùn)算上極為復(fù)雜,多需引入特定運(yùn)算芯片與集成電路(IC),故功率消耗量大,運(yùn)算成本也高,此外,飛行時(shí)間量距法還因容易受到環(huán)境亮度的影響,使得其在外界光害大的情況下所能獲得的量測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較低;而雙鏡頭量距法在軟件運(yùn)算上也有相當(dāng)程度的復(fù)雜性,并不較為簡易,且功率消耗量以及運(yùn)算成本因?yàn)槭褂秒p鏡,雖與飛行時(shí)間法相比較有 優(yōu)勢(shì),但其對(duì)平滑表面的量距表現(xiàn)較差,因此對(duì)平滑表面所獲得的量測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較低;又,由于單一結(jié)構(gòu)光量距法是透過對(duì)影像中的光形畸變(distortion)的偵測(cè)而獲得深度信息或距離信息,故其量測(cè)結(jié)果亦容易受到環(huán)境亮度的影響,也就是說,在外界光害大的情況下所能獲得的量測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較低。
根據(jù)以上的說明可知,現(xiàn)有可用以獲得3D立體影像的深度信息、可用以進(jìn)行3D立體重建或可用以距離量測(cè)而進(jìn)行手勢(shì)辨識(shí)的可攜式電子裝置及其影像擷取裝置(光學(xué)裝置)仍具有改善的空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,提供一種可利用至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)光對(duì)受測(cè)標(biāo)的進(jìn)行距離(深度信息)量測(cè)的光學(xué)裝置及其發(fā)光裝置,以帶來高量距準(zhǔn)確性且其量測(cè)結(jié)果也不易受到環(huán)境亮度影響的效果。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種發(fā)光裝置,包括第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元以及第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元,該第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元用以提供一第一結(jié)構(gòu)光(structure light),且該第一結(jié)構(gòu)光投射至一受測(cè)標(biāo)的而使相對(duì)應(yīng)于該第一結(jié)構(gòu)光的一第一圖案(pattern)組合中的至少一第一圖案呈現(xiàn)在該受測(cè)標(biāo)的上;該第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元用以提供一第二結(jié)構(gòu)光,且該第二結(jié)構(gòu)光投射至該受測(cè)標(biāo)的而使相對(duì)應(yīng)于該第二結(jié)構(gòu)光的一第二圖案組合中的至少一第二圖案呈現(xiàn)在該受測(cè)標(biāo)的上,而該第二結(jié)構(gòu)光的一第二光軸方向不同于該第一結(jié)構(gòu)光的一第一光軸方向;其中,該受測(cè)標(biāo)的上所呈現(xiàn)的該至少一第一圖案與該至少一第二圖案之間具有至少一相對(duì)位置關(guān)系,且該至少一相對(duì)位置關(guān)系是用以獲得該受測(cè)標(biāo)的的至少一深度距離。
較佳地,該第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元包括第一發(fā)光源以及相應(yīng)于該第一圖案組合的第一透鏡組,且該第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元包括第二發(fā)光源以及相應(yīng)于該第二圖案組合的第二透鏡組。
較佳地,該第一發(fā)光源包括激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)以及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)中的至少一者。
較佳地,該第一發(fā)光源用以輸出具有一熱感應(yīng)波長區(qū)間的光束。
較佳地,該第二發(fā)光源包括激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)以及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)中的至少一者。
較佳地,該第二發(fā)光源用以輸出具有一熱感應(yīng)波長區(qū)間的光束。
較佳地,該發(fā)光裝置還包括殼體,該殼體用以供該第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元以及該第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元中的至少一者設(shè)置于其中,且該殼體為一表面貼裝元件(SMD)。
較佳地,該第一發(fā)光源用以輸出具有一第一波長的光束及/或具有一第二波長的光束。
較佳地,該具有該第一波長的光束為可見光束,而該具有該第二波長的光束為不可見光束。
較佳地,該第二發(fā)光源用以輸出具有一第一波長的光束及/或具有一第二波長的光束。
較佳地,該具有該第一波長的光束為可見光束,而該具有該第二波長的光束為不可見光束。
較佳地,該第一結(jié)構(gòu)光以及該第二結(jié)構(gòu)光分別呈第一錐形以及第二錐形。
較佳地,該第一錐形包括圓錐形、橢圓錐形或方錐形。
較佳地,該第二錐形包括圓錐形、橢圓錐形或方錐形。
較佳地,該至少一第一圖案包括至少一點(diǎn)圖案,及/或該第二圖案包括至少一線圖案或至少一矩形圖案。
本發(fā)明還提供一種光學(xué)裝置,包括發(fā)光裝置以及感應(yīng)單元,該發(fā)光裝置用以提供一第一結(jié)構(gòu)光(structure light)以及一第二結(jié)構(gòu)光,且該第一結(jié)構(gòu)光以及該第二結(jié)構(gòu)光分別投射至一受測(cè)標(biāo)的而使相對(duì)應(yīng)于該第一結(jié)構(gòu)光的一第一圖案(pattern)組合中的至少一第一圖案以及相對(duì)應(yīng)于該第二結(jié)構(gòu)光的一第二圖案組合中的至少一第二圖案分別呈現(xiàn)在該受測(cè)標(biāo)的上;其中,該第二結(jié)構(gòu)光的一第二光軸方向不同于該第一結(jié)構(gòu)光的一第一光軸方向;該感應(yīng)單元用以感應(yīng)該受測(cè)標(biāo)的上所呈現(xiàn)的該至少一第一圖案與該至少一第二圖案;其中,該受測(cè)標(biāo)的上所呈現(xiàn)的該至少一第一圖案與該至少一第二圖案之間具有至少一相對(duì)位置關(guān)系,且該至少一相對(duì)位置關(guān)系是用以獲得該受測(cè)標(biāo)的的至少一深度距離。
較佳地,該發(fā)光裝置包括至少一發(fā)光源、相應(yīng)于該第一圖案組合的第一透鏡組以及相應(yīng)于該第二圖案組合的第二透鏡組,且該至少一發(fā)光源輸出的多個(gè)第一光束經(jīng)過該第一透鏡組后形成該第一結(jié)構(gòu)光,而該至少一發(fā)光源輸出的多個(gè)第二光束經(jīng)過該第二透鏡組后形成該第二結(jié)構(gòu)光。
較佳地,該至少一發(fā)光源包括激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)以及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)中的至少一者。
較佳地,該至少一發(fā)光源用以輸出具有一熱感應(yīng)波長區(qū)間的光束。
較佳地,該多個(gè)第一光束包括具有一第一波長的光束及/或具有一第二波長的光束。
較佳地,該多個(gè)第二光束包括具有一第一波長的光束及/或具有一第二波長的光束。
較佳地,該第一結(jié)構(gòu)光以及該第二結(jié)構(gòu)光分別呈第一錐形以及第二錐形。
較佳地,該第一錐形包括圓錐形、橢圓錐形或方錐形。
較佳地,該第二錐形包括圓錐形、橢圓錐形或方錐形。
較佳地,該至少一第一圖案包括至少一點(diǎn)圖案,及/或該至少一第二圖案包括至少一線圖案或至少一矩形圖案。
較佳地,該發(fā)光裝置以及該感應(yīng)單元被整合于一電路板(PCB)。
較佳地,該光學(xué)裝置應(yīng)用于可攜式電子裝置。
本發(fā)明利用至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)光對(duì)受測(cè)標(biāo)的進(jìn)行距離(深度信息)量測(cè),量距準(zhǔn)確性高,且量測(cè)結(jié)果不易受到環(huán)境亮度的影響,應(yīng)用于可攜式電子裝置時(shí),使得可攜式電子裝置能夠擷取3D立體影像,并提供3D立體重建以及手勢(shì)辨識(shí)的功能。
附圖說明
圖1:為本發(fā)明光學(xué)裝置于一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)概念示意圖。
圖2:為圖1所示的發(fā)光裝置及其第一結(jié)構(gòu)光與第二結(jié)構(gòu)光于另一視角的概念示意圖。
圖3:為圖2所示第一結(jié)構(gòu)光與第二結(jié)構(gòu)光投射至受測(cè)標(biāo)的而使受測(cè)標(biāo)的上呈現(xiàn)第一圖案與第二圖案的概念示意圖。
圖4A:為感應(yīng)單元于受測(cè)標(biāo)的位于第一結(jié)構(gòu)光以及第二結(jié)構(gòu)光的交錯(cuò)區(qū)域中的一第一位置時(shí)所擷取的影像的一較佳概念示意圖。
圖4B:為感應(yīng)單元于受測(cè)標(biāo)的位于第一結(jié)構(gòu)光以及第二結(jié)構(gòu)光的交錯(cuò)區(qū)域中的一第二位置時(shí)所擷取的影像的一較佳概念示意圖。
圖5:為本發(fā)明光學(xué)裝置應(yīng)用于可攜式電子裝置的一較佳結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1與圖2,圖1為本發(fā)明光學(xué)裝置于一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)概念示意圖,圖2為圖1所示的發(fā)光裝置及其第一結(jié)構(gòu)光與第二結(jié)構(gòu)光于另一視角的概念示意圖,圖3為圖2所示第一結(jié)構(gòu)光與第二結(jié)構(gòu)光投射至受測(cè)標(biāo)的而使受測(cè) 標(biāo)的上呈現(xiàn)第一圖案與第二圖案的概念示意圖。
光學(xué)裝置1包括發(fā)光裝置11以及感應(yīng)單元12,發(fā)光裝置11用以提供可投射至一受測(cè)標(biāo)的81而使受測(cè)標(biāo)的81上呈現(xiàn)第一圖案(pattern)組合21中的至少一第一圖案211的第一結(jié)構(gòu)光(structure light)113以及用以提供可投射至受測(cè)標(biāo)的81而使受測(cè)標(biāo)的81上呈現(xiàn)第二圖案組合22中的至少一第二圖案221的第二結(jié)構(gòu)光114,且第一結(jié)構(gòu)光113的光軸1131(第一光軸)的方向與第二結(jié)構(gòu)光114的光軸1141(第二光軸)的方向不同。
再者,感應(yīng)單元12包括可見光感測(cè)單元121以及不可見光感測(cè)單元122,并用以感應(yīng)受測(cè)標(biāo)的81上所呈現(xiàn)的至少一第一圖案211與至少一第二圖案221,而受測(cè)標(biāo)的81上所呈現(xiàn)的至少一第一圖案211與至少一第二圖案221之間具有至少一相對(duì)位置關(guān)系,且該至少一相對(duì)位置關(guān)系是用以獲得受測(cè)標(biāo)的81的至少一深度距離,稍后以圖3與圖4A-4B進(jìn)一步詳述。
于本較佳實(shí)施例中,發(fā)光裝置11包括第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元111以及第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元112,且第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元111包括第一發(fā)光源1111以及第一透鏡組1112。第一發(fā)光源1111可包括激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)以及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)中的至少一者,及/或第一發(fā)光源1111還可包括類似于激光二極管、發(fā)光二極管以及有機(jī)發(fā)光二極管等半導(dǎo)體類的其它發(fā)光單元。又,第一發(fā)光源1111是用以輸出多個(gè)光束91,且光束91可為具有第一波長的光束(如可見光束)及/或具有第二波長的光束(如不可見光束或具有熱感應(yīng)波長區(qū)間的光束)。而第一透鏡組1112則至少包括有相應(yīng)于第一圖案組合21的一光學(xué)元件(圖未示,如衍射元件),并供第一發(fā)光源1111所輸出的光束91通過其中,以進(jìn)而使第一結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元111產(chǎn)生輸出具有第一圖案組合21并呈第一錐形的第一結(jié)構(gòu)光113。
其中,雖然本較佳實(shí)施例的第一結(jié)構(gòu)光113所呈的第一錐形為一圓錐形,但其亦可為一橢圓錐形或一方錐形等,而上述透過第一透鏡組1112及其光學(xué)元件產(chǎn)生第一結(jié)構(gòu)光113的方式僅為一實(shí)施例,并為本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知悉,故在此即不再予以贅述,且產(chǎn)生第一結(jié)構(gòu)光113的方式也并不以上述為限。
再者,第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元112包括第二發(fā)光源1121以及第二透鏡組1122。第二發(fā)光源1121可包括激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)以及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)中的至少一者,及/或第二發(fā)光源1121還可包括類似于激光二極管、發(fā)光二極管以及有機(jī)發(fā)光二極管等半導(dǎo)體類的其它發(fā)光單元。又,第二 發(fā)光源1121輸出多個(gè)光束92,且光束92可為具有第三波長的光束(如可見光束)及/或具有第四波長的光束(如不可見光束或具有熱感應(yīng)波長區(qū)間的光束)。而第二透鏡組1122則至少包括有相應(yīng)于第二圖案組合22的另一光學(xué)元件(圖未示,如衍射元件),并供第二發(fā)光源1121所輸出的光束92通過其中,以進(jìn)而使第二結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元112產(chǎn)生輸出具有第二圖案組合22并呈第二錐形的第二結(jié)構(gòu)光114。
同樣地,雖然本較佳實(shí)施例的第二結(jié)構(gòu)光114所呈的第二錐形為一圓錐形,但其亦可為一橢圓錐形或一方錐形等,而上述透過第二透鏡組1122及其光學(xué)元件產(chǎn)生第二結(jié)構(gòu)光114的方式僅為一實(shí)施例,并為本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知悉,故在此即不再予以贅述,且產(chǎn)生第二結(jié)構(gòu)光114的方式也并不以上述為限。
當(dāng)然,上述僅為實(shí)施例,發(fā)光源的數(shù)量、透鏡組的數(shù)量以及感應(yīng)單元的數(shù)量皆可依據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求而進(jìn)行任何均等的變更設(shè)計(jì),舉例來說,感應(yīng)單元的數(shù)量可為多個(gè),用以分別接收具有不同波長及/或不同方位與指向的光束。而可選擇地,上述第一發(fā)光源1111以及第二發(fā)光源1121可為同一發(fā)光源,且發(fā)光裝置11更可包括一表面貼裝元件(SMD)形式的殼體115,用以供第一發(fā)光源1111、第一透鏡組1112、第二發(fā)光源1121及/或第二透鏡組1122固設(shè)于其中,以提升可靠度并達(dá)到保護(hù)的功效。此外,發(fā)光裝置11以及感應(yīng)單元12還能夠被整合在同一電路板(PCB)上。
接下來說明本發(fā)明透過第一結(jié)構(gòu)光113以及第二結(jié)構(gòu)光114進(jìn)行測(cè)距(深度距離)的原理。請(qǐng)同步參閱圖1與圖2,由圖2所示可知,于本較佳實(shí)施例中,相應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)光113的第一圖案組合21包括多個(gè)第一圖案211(即多個(gè)點(diǎn)圖案),而相應(yīng)于第二結(jié)構(gòu)光114的第二圖案組合22包括由多個(gè)第二圖案212(即多個(gè)橫/直線圖案)所組成的多個(gè)矩形圖案。又,由于第一結(jié)構(gòu)光113的光軸1131(第一光軸)的方向與第二結(jié)構(gòu)光114的光軸1141(第二光軸)的方向不同,故呈第一錐形的第一結(jié)構(gòu)光113與呈第二錐形的第二結(jié)構(gòu)光114之間會(huì)具有一交錯(cuò)區(qū)域A(見圖1中的斜線區(qū)域),使得位于交錯(cuò)區(qū)域A中的受測(cè)標(biāo)的81上呈現(xiàn)有第一圖案組合21中的至少部分以及第二圖案組合22中的至少部分,并且受測(cè)標(biāo)的81上所呈現(xiàn)的至少一第一圖案211與至少一第二圖案221之間的至少一相對(duì)位置關(guān)系會(huì)因應(yīng)其所在位置不同而有所變化,而藉由這樣的變化便可快速且精確地推得受測(cè)標(biāo)的81的深度距離。
舉例來說,請(qǐng)先參閱圖4A與圖4B,圖4A為感應(yīng)單元于受測(cè)標(biāo)的位于第一 結(jié)構(gòu)光以及第二結(jié)構(gòu)光的交錯(cuò)區(qū)域中的一第一位置時(shí)所擷取的影像的一較佳概念示意圖,圖4B為感應(yīng)單元于受測(cè)標(biāo)的位于第一結(jié)構(gòu)光以及第二結(jié)構(gòu)光的交錯(cuò)區(qū)域中的一第二位置時(shí)所擷取的影像的一較佳概念示意圖。為了方便說明,圖4A與圖4B所示的受測(cè)標(biāo)的82為同一受測(cè)標(biāo)的且呈平面形式,也就是說,若受測(cè)標(biāo)的82位于同一位置,則受測(cè)標(biāo)的82上每一區(qū)塊皆與感應(yīng)單元12具有近乎相同的距離;由圖4A與圖4B可知,多個(gè)第一圖案211(即多個(gè)點(diǎn)圖案)以及多個(gè)第二圖案221(即多個(gè)線圖案)的相對(duì)位置關(guān)系會(huì)因應(yīng)受測(cè)標(biāo)的82位于第一位置或位于第二位置而不同。
例如,當(dāng)受測(cè)標(biāo)的82位于第一結(jié)構(gòu)光113以及第二結(jié)構(gòu)光114的交錯(cuò)區(qū)域A中的一第一位置時(shí),感應(yīng)單元12所擷取的影像71中的受測(cè)標(biāo)的82上的點(diǎn)圖案X1與線圖案L1的間距為D11,點(diǎn)圖案X2與線圖案L2的間距為D21;而當(dāng)受測(cè)標(biāo)的82位于第一結(jié)構(gòu)光113以及第二結(jié)構(gòu)光114的交錯(cuò)區(qū)域A中的一第二位置時(shí),感應(yīng)單元12所擷取的影像72中的受測(cè)標(biāo)的82上的點(diǎn)圖案X1與線圖案L1的間距為D12,點(diǎn)圖案X2與線圖案L2的間距為D22;其中,間距D11不同于間距D12,間距D21不同于間距D22,而根據(jù)間距D11、間距D21及/或當(dāng)受測(cè)標(biāo)的82在第一位置時(shí)其它點(diǎn)圖案與線圖案的間距,即可推得第一位置的深度距離(如透過查表的方式推得),同樣地,根據(jù)間距D12、間距D22及/或當(dāng)受測(cè)標(biāo)的82在第二位置時(shí)其它點(diǎn)圖案與線圖案的間距,即可快速推得第二位置的深度距離(如透過查表的方式推得),如此一來,還能進(jìn)而獲得第一位置與第二位置的深度差距。
依據(jù)同樣的原理,請(qǐng)?jiān)俣葏㈤唸D3,圖3所示受測(cè)標(biāo)的81為一手體,且手體因呈現(xiàn)一手勢(shì)而使得手體上的每一區(qū)塊與感應(yīng)單元12的距離皆不盡相同,但經(jīng)由以上的說明可知,透過感應(yīng)單元12擷取受測(cè)標(biāo)的81的影像,可擷取到受測(cè)標(biāo)的81上所映像出的多個(gè)第一圖案211以及多個(gè)第二圖案221,再透過多個(gè)第一圖案211以及多個(gè)第二圖案221之間的多個(gè)相對(duì)位置關(guān)系,即可獲得手體上的每一區(qū)塊的深度距離;當(dāng)然,上述手體上的每一區(qū)塊大小(即能夠被解析的程度)取決于第一圖案211的樣式及/或第二圖案221的樣式,例如線圖案與線圖案之間的間距越小,及/或點(diǎn)圖案與點(diǎn)圖案之間的間距越小,可使手體上的每一區(qū)塊被解析的越精細(xì)。
請(qǐng)參閱圖5,其為本發(fā)明光學(xué)裝置應(yīng)用于可攜式電子裝置的一較佳結(jié)構(gòu)示意圖。可攜式電子裝置4可為手機(jī)、平板電腦或穿戴式裝置,但不以上述為限,并包括發(fā)光裝置11以及感應(yīng)單元12,而發(fā)光裝置11以及感應(yīng)單元12如同上述 說明,在此即不再予以贅述。是以,可攜式電子裝置4能夠擷取3D立體影像、并提供3D立體重建以及手勢(shì)辨識(shí)的功能。而根據(jù)以上的說明,本發(fā)明光學(xué)裝置1的量距準(zhǔn)確性佳,且其量測(cè)結(jié)果也不易受到環(huán)境亮度的影響,因此能為可攜式電子裝置4帶來更實(shí)質(zhì)的效益。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要求范圍,因此凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾,均應(yīng)包含于本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。