測距裝置及測距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種測距裝置，且特別是有關(guān)于一種光學(xué)的測距裝置以及測距方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，三維(three dimens1n)測距裝置已被廣泛應(yīng)用于距離的測量，其原理是借助鐳射發(fā)射器發(fā)出特定的測量光束，再借助影像感測元件感測此測量光束的光學(xué)資訊(例如感測到光束的時間、光束的位置、光束的形狀、光束的大小、光束的強度、光束的相位等)，從而解析出三維測距裝置的檢測范圍內(nèi)的各物體的距離。
[0003]現(xiàn)有測距裝置的可檢測距離都是固定而無法改變的。但在實際應(yīng)用中，隨著應(yīng)用環(huán)境的不同，常常需要改變測距裝置的可檢測距離，因此現(xiàn)有測距裝置無法滿足應(yīng)用需求。
[0004]另一方面，當(dāng)檢測較遠(yuǎn)的物體的距離時，照射到物體的光束的能量較弱，所以如果要使現(xiàn)有測距裝置具有較遠(yuǎn)的可檢測距離，就需要配置較高功率的發(fā)光元件。但是，使用高功率發(fā)光元件會導(dǎo)致現(xiàn)有測距裝置的制作成本增加，同時也不利于節(jié)約能源與環(huán)境保護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種測距裝置，其可在不提高發(fā)光元件的功率的前提下增加可檢測距離。
[0006]本發(fā)明還提供一種測距方法，其可在不提高發(fā)光元件的功率的前提下增加可檢測距離。
[0007]本發(fā)明另提供一種測距裝置，其具有可檢測距離能調(diào)整的優(yōu)點。
[0008]為達上述優(yōu)點，本發(fā)明提出一種測距裝置，其具有檢測范圍，且此測距裝置測量此檢測范圍內(nèi)的至少一物體的距離。此測距裝置包括發(fā)光元件、擴散元件、調(diào)節(jié)元件以及影像感測元件。發(fā)光元件發(fā)射光束。擴散元件配置于光束的傳遞路徑上，并將光束轉(zhuǎn)換成具有特定圖案的測距光束，以照射至物體。調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)入射至擴散元件的光束的入射位置與入射角。影像感測元件具有視場(field of view, FOV)，且此視場涵蓋檢測范圍。
[0009]在本發(fā)明的一實施例中，上述的調(diào)節(jié)元件包括驅(qū)動件，此驅(qū)動件連接于發(fā)光元件，以轉(zhuǎn)動發(fā)光元件。
[0010]在本發(fā)明的一實施例中，上述的驅(qū)動件為馬達或微機電元件(microelectromechanical systems device, MEMS device)。
[0011]在本發(fā)明的一實施例中，上述的調(diào)節(jié)元件包括反射件以及驅(qū)動件。反射件配置于擴散元件與發(fā)光元件之間，以將光束反射至擴散元件。驅(qū)動件連接于反射件，以轉(zhuǎn)動反射件。
[0012]在本發(fā)明的一實施例中，上述的測距裝置更包括聚焦鏡頭，此聚焦鏡頭配置于發(fā)光元件與擴散元件之間，且位于光束的傳遞路徑上。
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，上述的聚焦鏡頭為變焦鏡頭。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，上述的測距裝置更包括移動件，此移動件連接于擴散元件，并帶動擴散元件移動。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，上述的發(fā)光元件為鐳射發(fā)射器或發(fā)光二極管。
[0016]在本發(fā)明的一實施例中，上述的擴散元件為擴散片、繞射元件或均光片。
[0017]在本發(fā)明的一實施例中，上述的測距光束的第一中心軸與影像感測元件的視場的第二中心軸平行。
[0018]在本發(fā)明的一實施例中，上述的測距光束的第一中心軸與影像感測元件的視場的第二中心軸之間有夾角。
[0019]在本發(fā)明的一實施例中，上述的測距裝置更包括分光元件，配置于擴散元件與影像感測元件之間。
[0020]在本發(fā)明的一實施例中，通過上述的分光元件的部分測距光束的第一中心軸與影像感測元件的被上述的分光元件轉(zhuǎn)折后的視場的第二中心軸平行或重疊。
[0021]為達上述優(yōu)點，本發(fā)明提出一種測距方法，適用于前述的測距裝置。此測距方法包括以下步驟。首先，將檢測范圍分成多個檢測區(qū)域。然后，借助調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)入射至擴散元件的光束的入射位置與入射角，以使測距光束依序照射至這些檢測區(qū)域，并借助影像感測元件感測測距光束于這些檢測區(qū)域的多個光學(xué)資訊。之后，根據(jù)這些光學(xué)資訊判斷位于檢測范圍內(nèi)的物體的距離。
[0022]為達上述優(yōu)點，本發(fā)明提出一種測距裝置，其具有檢測范圍，且此測距裝置測量此檢測范圍內(nèi)的至少一物體的距離。此測距裝置包括發(fā)光元件、擴散元件、聚焦鏡頭以及影像感測元件。發(fā)光元件發(fā)射光束。擴散元件配置于光束的傳遞路徑上，并將光束轉(zhuǎn)換成具有特定圖案的測距光束，以照射至物體。聚焦鏡頭配置于發(fā)光元件與擴散元件之間，且位于光束的傳遞路徑上。聚焦鏡頭的焦距以及擴散元件與聚焦鏡頭之間的距離至少其中之一是可變的。影像感測元件具有視場，且此視場涵蓋檢測范圍。
[0023]本發(fā)明實施例的測距裝置以及測距方法因?qū)y距裝置的檢測范圍分成多個檢測區(qū)域，并借助調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)入射至擴散元件的光束的入射位置與入射角，以使光束依序照射這些檢測區(qū)域而進行距離測量。如此，可在不增加發(fā)光元件的功率的情形下增加可檢測距離。此外，本發(fā)明另一實施例的測距裝置中，由于聚焦鏡頭的焦距以及擴散元件與聚焦鏡頭之間的距離至少其中之一是可變的，所以能達到可檢測距離能夠調(diào)整的優(yōu)點，以使測距裝置更能滿足實際應(yīng)用的需求。
[0024]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明一實施例的測距裝置的立體示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明一實施例的測距方法的流程圖。
[0027]圖3是本發(fā)明一實施例中分割檢測范圍的示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明另一實施例的測距裝置的俯視示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明另一實施例的測距裝置的俯視示意圖。
[0030]圖6為本發(fā)明另一實施例的測距裝置的俯視示意圖。
[0031]圖7為本發(fā)明另一實施例的測距裝置的俯視示意圖。
[0032]圖8為本發(fā)明另一實施例的測距裝置的俯視示意圖。
[0033]圖9為本發(fā)明另一實施例的測距裝置的俯視示意圖。
[0034]【主要元件符號說明】
[0035]22:檢測區(qū)域101:檢測范圍103:第一中心軸
[0036]100、100a、100b、100c、10cU10eUOOf:測距裝置
[0037]105:第二中心軸 105’:轉(zhuǎn)折后的視場的第二中心軸
[0038]110:發(fā)光元件112:光束112a:測距光束
[0039]120:擴散元件130、130b:調(diào)節(jié)元件132:驅(qū)動件
[0040]134:反射件140:影像感測元件 142:視場
[0041]142’:轉(zhuǎn)折后的視場150:聚焦鏡頭160:移動件
[0042]170:分光元件α:夾角
【具體實施方式】
[0043]圖1為本發(fā)明一實施例的測距裝置的立體示意圖。請參照圖1，本實施例的測距裝置100具有檢測范圍101，用于測量檢測范圍101內(nèi)的至少一物體的距離。測距裝置100包括發(fā)光元件110、擴散元件120、調(diào)節(jié)元件130以及影像感測元件140。發(fā)光元件110發(fā)射光束112。擴散元件120配置于光束112的傳遞路徑上，并將光束112轉(zhuǎn)換成具有特定圖案的測距光束112a，以照射至物體。調(diào)節(jié)元件130調(diào)節(jié)入射至擴散元件120的光束112的入射位置與入射角。影像感測元件140具有涵蓋檢測范圍101的視場142。
[0044]上述的發(fā)光元件110例如是鐳射發(fā)射器、發(fā)光二極管或其他合適的發(fā)光元件，而擴散元件120例如是擴散片、繞射元件或均光片等，但不以此為限。此外，本實施例的調(diào)節(jié)元件130例如是驅(qū)動件(如馬達或微機電元件等)，其連接發(fā)光元件110。此調(diào)節(jié)元件130驅(qū)使發(fā)光元件110繞X軸及Z軸轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)入射至擴散元件120的光束112的入射位置與入射角，進而改變測距光束112a照射在檢測范圍101內(nèi)的位置。
[0045]上述的影像感測元件140可為電荷親合元件(charged coupled device)或金氧半影像感測元件(CMOS image sensor)等，但不以此為限。在本實施例中，測距光束112a具有第一中心軸103，而影像感測元件140的視場142具有第二中心軸105，且第一中心軸103與第二中心軸105之間例如具有一夾角α，此夾角α例如是小于90度。當(dāng)測距光束112a照射于物體時會在物體表面形成特定的斑點(speckle pattern)，而影像感測元件140可感測到檢測范圍101的測距光束112a的光學(xué)資訊(例如感測到測距光束112a的時間、測距光束112a的位置、測距光束112a的形狀、測距光束112a的大小、測距光束112a的強度、測距光束112a的相位等)，如此即可根據(jù)這些光學(xué)資訊來解析物體的距離。此外，在發(fā)光元件110與擴散元件120之間亦可設(shè)置聚焦鏡頭150。
[0046]下文將配合圖式說明本實施例的測距裝置100的測距方法。圖2是本發(fā)明一實施例的測距方法的流程圖，而圖3是本發(fā)明一實施例中分割檢測范圍的示意圖。請參照圖1至圖3，本實施例的測距方法包括下列步驟。首先，如步驟SllO及圖3所示，將檢測范圍101分成多個檢測區(qū)域22。舉例來說，檢測范圍101被分成nXn個檢測區(qū)域22(i，j)，其中η為正整數(shù)，i為小于或等于η的正整數(shù)，j為小于或等于η的正整數(shù)。
[0047]然后，如步驟S120所示，借助調(diào)節(jié)元件130調(diào)節(jié)入射至擴散元件120的光束112的入射位置與入射角，以使測距光束112a依序照射至這些檢測區(qū)域22，并借助影像感測元件140感測測距光束112a于這些檢測區(qū)域22的多個光學(xué)資訊。具體而言，本實施例例如是