CN104614925A - 投影装置与深度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影装置与深度测量系统，该投影装置包括至少一光源、至少一图案单元以及投影镜头。光源提供照明光束。图案单元具有固定不变的图案，且配置于照明光束的传输路径上，以将照明光束转换为图案光束。投影镜头配置于图案光束的传输路径上。光源提供至少一发光组合，图案光束对应地具有至少一图案组合。一种深度测量系统亦被提出。

Description

投影装置与深度测量系统

技术领域

本发明是有关于一种光学装置与测量系统，且特别是有关于一种投影装置与深度测量系统。 

背景技术

关于探索物体表面的形貌，编码结构光被认为是可靠的技术。结构光指的是一些具有特定图案的光，从最简单的线，面到格状等更复杂的图形都有。 

基本原理就是将结构光投射到物件或场景上，并从一个或多个视角取像。由于图案已被编码，取像的点和投射点之间的对应关系，可以很容易地找到。解码后的各点可以利用三角函数法求解物体的三维信息。应用实例包括目标距离检测、制造零件的检测、逆向工程、手势识别和三维地图的建立。 

结构光编码系统是基于投射一个单一的图案或一组的图案到测量场景上，之后由一个单一的摄像机或多个摄像机进行取像。图案都是经过专门设计，使编码代号被分配到一组像素上。每一个编码像素具有其自己的编码代号，所以从编码代号直接映射到对应的图案中像素的坐标。根据使用者的编码种类，区分为时间编码、空间编码和直接编码。其中最常使用的种类是基于时间的编码。时间编码(temporal encoding based systems)的优点是将多个不同的编码图案按时序先后投射到景物表面，以得到相应的编码图像序列。之后，将编码图像序列组合起来进行解码.它具有高准确度、高解析度等优点。 

在使用时间编码的情况下，一组图案需依时间次序投射到测量表面。过去最典型的投影装置是使用幻灯机，幻灯机需要机构切换幻灯片，造成体积庞大且笨重，使用操作较为不易，而近年常用的投影装置为采用硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,简称LCOS panel)或数字微镜元 件(digital micro-mirror device,简称DMD)的视频投影机，虽改善了笨重性，但投影机的设备不仅价值昂贵且只投影数个图案，故显得浪费。 

美国专利第5135308号公开一投影系统。美国专利第5636025号则公开一测量系统。美国专利第7397550号公开一种三维扫描装置。美国专利第5636025号公开一种测量系统。美国专利第6263234号公开一种使用视频投影机的投影系统。美国专利第7742633号公开一种快速建立足部三维形貌的装置。美国专利第4212073号公开一种图案投影机。美国专利第4641972、4657394号公开一种投影系统。美国专利第6977732号公开一种微型测量仪。美国专利第6509559号公开一种投影系统。美国专利第6577405号公开一种光栅投影机相位轮廓测量系统。其他应用实例包含美国专利第6501554号的三维扫描仪以及美国专利第6750899号的检测系统。中国台湾专利第I358525号公开一种应用条纹反射法测量物体表面形貌的方法。中国台湾专利第I358606号公开一种三维环场扫描装置。中国台湾专利第I371699号公开一种影像快速测量足部三维尺寸方法与装置。中国台湾专利第I372554号公开一种影像位移检测方法。中国台湾专利第M395155号公开一种动态物像取样装置。中国台湾专利第580556号公开一种物体表面三维形貌测量方法。 

发明内容

本发明提供一种投影装置与深度测量系统，具有较低的成本、较高的操作速度与较高的精确度。 

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。 

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，其包括至少一光源、至少一图案单元与投影镜头。至少一光源提供至少一照明光束。至少一图案单元具有固定不变的图案，且对应地配置于至少一照明光束的至少一传输路径上，以将至少一照明光束转换为至少一图案光束。投影镜头配置于图案光束的传输路径上。至少一光源提供至少一发光组合，至少一图案光束对应地具有至少一图案组合。 

本发明的一实施例提出一种深度测量系统，其适于测量待测物的深度。 深度测量系统包括上述的投影装置以及摄像装置。投影镜头用以将图案光束投射至待测物，以在待测物上形成参考图案。摄像装置用以获取参考图案。 

在本发明的一实施例中，图案单元包括穿透式图案单元或反射式图案单元的至少其一。 

在本发明的一实施例中，当光源的数量为多个且图案单元的数量为多个时，图案单元分成多个图案单元对，每一图案单元对包括穿透式图案单元与反射式图案单元，光源分成多个光源对，光源对分别与图案单元对相对应，每一光源对的其一光源与对应的图案单元对的反射式图案单元相对应，每一光源对的另一光源与对应的图案单元对的穿透式图案单元相对应。 

在本发明的一实施例中，光源包括激光光源、发光二极管、有机发光二极管、汞灯、卤素灯或其组合。 

在本发明的一实施例中，当光源的数量为多个时，照明光束的颜色不相同。 

在本发明的一实施例中，当光源的数量为多个时，投影装置还包括控制单元，控制单元电性连接至光源，以控制光源的发光组合。 

在本发明的一实施例中，当光源的数量为多个且图案单元的数量为多个时，投影装置还包括合光单元，合光单元配置于图案光束的传输路径上，且用以合并图案光束。在一实施例中，合光单元包括分色X棱镜、分色X板、偏振分光棱镜或偏振分光板。 

在本发明的一实施例中，当光源的数量为多个且图案单元的数量为多个时，投影装置还包括合光单元以及内部全反射棱镜。合光单元配置于照明光束的传输路径上，内部全反射棱镜配置于照明光束与图案光束的传输路径上。 

在本发明的一实施例中，深度测量系统还包括计算单元，计算单元电性连接至摄像装置，且用以根据摄像装置所获取的参考图案来计算出待测物的深度。 

本发明的实施例可以达到下列优点或功效的至少其中之一。在本发明的实施例的深度测量系统与投影装置中，通过光源的不同发光组合与图案单元的搭配，可使投影出的图案光束具有多种不同的组合。由于图案单元为成本较低的固定不变的图案，因此本发明的实施例的深度测量系统与投影装置可以在较低成本的情况下达到较高的操作速度与较高的精确度。 

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合 附图作详细说明如下。 

附图说明

图1A是本发明第一实施例的一种深度测量系统的结构示意图； 

图1B是图1A中的一种投影装置的结构示意图； 

图1C是采用格雷码编排的图案光束的示意图； 

图1D是采用正弦周期图案的图案光束的示意图； 

图1E是图1D的图案光束的强度对时间变化图； 

图2A是本发明第二实施例中深度测量系统的投影装置的示意图； 

图2B是另一实施例的投影装置中的部分示意图； 

图3是本发明第三实施例中深度测量系统的投影装置的示意图； 

图4是本发明第四实施例中深度测量系统的投影装置的示意图。 

附图标记说明 

100：深度测量系统； 

100a、200a、300a、400a：投影装置； 

10：待测物； 

120、120a、120b、120c、120a1、120a2、120b1、120b2、120c1、120c2：光源； 

B1、B1'、B1a、B1b、B1c、B1d、B1e、B1f：照明光束； 

B2、B2'、B2a、B2b、B2c、B2d、B2e、B2f：图案光束； 

140、140a、140a1、140a2、140a3、140b1、140b2、140b3：图案单元； 

150a、150a1、150a2、150a3、150a4、150a5、150a6：透镜； 

150b1、150b3：反射镜； 

150d1、150d2、150d3：四分之一波长板； 

160、170、170a、170b、170c：合光单元； 

160a、160b：第一分色膜、第二分色膜； 

180：投影镜头； 

190：内部全反射棱镜； 

220：摄像装置； 

240：控制单元； 

260：计算单元； 

T'：相位； 

S1、S2、S3：正弦周期图案； 

G1-8：格雷码图案； 

A、B、C、D、E、F、G、H：点。 

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。 

图1A是本发明第一实施例的一种深度测量系统的结构示意图，而图1B是图1A中的一种投影装置的结构示意图。请参照图1A，在本实施例中，深度测量系统100包括投影装置100a以及摄像装置220。深度测量系统100用以测量待测物10的表面深度，其中待测物10的深度可通过投影装置100a投射参考图案(容后详述)至待测物10上以及摄像装置220获取待测物10上的参考图案来求得。详细而言，投影装置100a用以将编码后的图案光束B2投影至待测物10表面上。本实施例的深度测量系统100还包括计算单元260，计算单元260电性连接至摄像装置220，用以根据摄像装置220所获取的待测物10上的图案光束B2的影像计算出待测物10的深度，例如是通过图案光束B2的解码结果以及三角法(triangulation)原理计算出待测物10的深度。 

请参照图1B，本实施例的投影装置100a包括多个光源120(例如是光源120a、120b及120c)、多个图案单元140(例如是图案单元140a1、140a2及140a3)、合光单元160以及投影镜头180。这些光源120分别提供多个照明光束B1。这些图案单元140具有固定不变的图案，且每一图案单元140配置于对应的照明光束B1的传输路径上，以将照明光束B1转换为图案光束B2。具体而言，在本实施例中，光源120包括光源120a、光源120b及光源120c，其中光源120a、120b及120c分别提供不同波段的照明光束B1a、B1b及B1c于不同的光传输路径上。光源120例如为发光二极管(light-emitting diode,简称LED)，然而，在其他实施例中，光源120亦可以是其他适当的光源，例 如激光光源、有机发光二极管、汞灯、卤素灯或其组合。此外，在本实施例中的图案单元140例如为穿透式图案单元，然而，本发明不以此为限，举例来说，在其他实施例中，可采用反射式图案单元或采用穿透式图案单元与反射式图案单元的组合。在本实施例中，图案单元140例如为遮光片、幻灯片或其他可使入射光束部分穿透及部分反射的光学元件。 

进一步而言，在本实施例中，投影装置100a的光源120a提供第一波段的照明光束B1a，其中照明光束B1a传输于第一光学路径上。照明光束B1a通过透镜150a1后而被传输至反射镜150b1，且反射镜150b1将照明光束B1a反射至穿透式图案单元140a1。而穿透式图案单元140a1配置于照明光束B1a的传输路径上，以将照明光束B1a转换为图案光束B2a。接着，图案光束B2a被传输至合光单元160。另外，光源120b提供第二波段的照明光束B1b，其中照明光束B1b传输于第二光学路径上，照明光束B1b通过透镜150a2后直接被传输至穿透式图案单元140a2，而穿透式图案单元140a2配置于照明光束B1b的传输路径上，以将照明光束B1b转换为图案光束B2b。接着，图案光束B2b被传输至合光单元160。此外，光源120c提供第三波段的照明光束B1c，其中照明光束B1c传输于第三光学路径上，照明光束B1c通过透镜150a3后而被传输至反射镜150b3，反射镜150b3将照明光束B1c反射至穿透式图案单元140a3。而穿透式图案单元140a3配置于照明光束B1c的传输路径上，以将照明光束B1c转换为图案光束B2c。接着，图案光束B2c被传输至合光单元160。 

承上述，合光单元160配置于图案光束B2a、B2b及B2c的传输路径上，且接收并传输图案光束B2a、B2b及B2c，以进一步将图案光束B2a、B2b及B2c合并。本实施例中的合光单元160例如为分色X棱镜，在其他实施例中，合光单元160例如为分色X板，本发明不以此为限。具体而言，合光单元160具有第一分色膜160a与第二分色膜160b，并配置于第一光学路径、第二光学路径及第三光学路径上，且图案光束B2a、B2b及B2c的波段不同。在本实施例中，合光单元160将图案光束B2a、B2b及B2c合并为图案光束B2，并传输至投影镜头180。详言之，图案光束B2a被第一分色膜160a反射至投影镜头180，且第一分色膜160a让图案光束B2b以及图案光束B2c穿透。另一方面，图案光束B2c被第二分色膜160b反射至投影镜头180，且第二分色膜160b让图案光束B2a以及图案光束B2b穿透。图案光束B2c则是穿透第一分 色膜160a与第二分色膜160b并传输至投影镜头180。 

另外，在本实施例中，至少一光源120发出照明光束B1，因而光源120可提供至少一发光组合，进而使合光单元160所传输的图案光束B2可对应地具有至少一图案组合。具体而言，在本实施例中，投影装置100a包括控制单元240，控制单元240电性连接至光源120a、120b及120c，以控制各光源120的发光组合。控制单元240控制各光源120分别于不同的传输路径发出三个照明光束B1a、B1b及B1c，照明光束B1a、B1b及B1c分别通过相对应的穿透式图案单元140a1、140a2、140a3后而分别转换为图案光束B2a、B2b及B2c，以使被合光单元160所合并的图案光束B2可同时包含图案光束B2a、B2b及B2c三者。或者，在其他实施例中，控制单元240控制三个光源120选择性地发出照明光束，例如三个光源120a、120b及120c中的任意一者发出照明光束，或三个光源120a、120b及120c中的任意二者发出照明光束，或三个光源120a、120b及120c皆发出照明光束。如此一来，由合光单元160所传输的图案光束可具有至少一种图案组合，即本实施例可提供B2a图案光束、B2b图案光束、B2c图案光束、B2a与B2b所构成的图案光束、B2a与B2c所构成的图案光束、B2b与B2c所构成的图案光束、B2a、B2b与B2c所构成的图案光束等七种图案组合。 

更进一步而言，请同时参照图1A与图1B，深度测量系统100中的投影装置100a的投影镜头180配置于来自合光单元160的所传输的图案光束B2的传输路径上，并用以将图案光束B2投影至待测物10。在本实施例中，深度测量系统100还包括计算单元260，计算单元260电性连接至摄像装置220。当投影装置100a将图案光束B2投射至待测物10表面上时，则深度测量系统100中的摄像装置220获取待测物10上的图案光束B2，并可进一步通过解码图案光束B2或运用三角法原理来计算出待测物10的深度。在本实施例中，由于图案单元140为固定不变的图案因而成本较低，因此本发明的实施例可以在低成本的情况下提高深度测量系统与投影装置的操作速度与精确度。 

请参照图1C，图1C是采用格雷码编排的图案光束的示意图，本实施例的图案光束采用格雷码(Gray code)编排，其中格雷码图案G1至格雷码图案G8可依序投影至待测物10的表面。然而，依格雷码方式编码的图案数量可依照实际上解析度的需求来增减图案的数量。在其他实施例中，例如可使 用九张格雷码图案，本发明不以此为限。 

请参照图1D，图1D是采用正弦周期图案的图案光束的示意图，本实施例的三个图案光束分别为彼此相差一特定相位差的正弦周期图案S1、S2及S3。举例而言，正弦周期图案S1、S2及S3两两之间的相位差例如为2π/3度。另外，本实施例的正弦周期图案S1、S2及S3依序投影至待测物10表面上。然而，本发明并不限制图案光束的样态，举例来说，图案光束也可以是上述图案的组合或其他编码图案。 

详细而言，请参照图1A及图1E，图1E是图1D的图案光束的强度对时间变化图。在图1D与图1E中，纵轴是光束穿透图案单元140的穿透率，而横轴是正弦周期图案上的位置。本实施例的投影装置100a中的三个光源120所提供三个照明光束B1分别经由三个图案单元140而产生具有正弦周期图案S1、S2及S3的图案光束B2a、B2b以及B2c，且依据三步相位移原理，使得原始的照明光束B1转换成包含特定编码信息与结构的图案光束B2，而后图案光束B2被投影至待测物10表面，摄像装置220通过获取待测物10表面上的影像并将获取结果传输至计算单元260，经计算后所获得相位T’与高度之间的对应关系及三角法原理可进一步得到待测物10的表面轮廓或计算出待测物10的深度。 

图2A是本发明第二实施例中深度测量系统的投影装置的示意图。请参照图2A，在本实施例中，投影装置200a中的光源120a1、120a2、120b1、120b2、120c1及120c2所发出的不同波段的照明光束B1a、B1b、B1c、B1d、B1e及B1f皆为偏振光束。投影装置200a还包括多个合光单元170a、170b及170c，合光单元170a、170b及170c为偏振分光器，且分别配置于来自不同的图案单元对的图案光束B2a、B2b、B2c、B2d、B2e及B2f的传输路径上，用以传输图案光束B2。合光单元170a、170b及170c位于对应的图案单元对与合光单元160之间的图案光束B2的传输路径上。详细而言，图案单元140分成多个图案单元对，每一图案单元对包括穿透式图案单元与反射式图案单元，即穿透式图案单元140a1与反射式图案单元140b1所构成的图案单元对、穿透式图案单元140a2与反射式图案单元140b2所构成的图案单元对以及穿透式图案单元140a3与反射式图案单元140b3所构成的图案单元对。此外，光源120具有分别与多个图案单元对相对应的多个光源对。举例而言，由光源120a1 及光源120a2所构成的光源对与由穿透式图案单元140a1与反射式图案单元140b1所构成的图案单元对相互对应，其中光源120a1与反射式图案单元140b1对应设置，而光源120a2与穿透式图案单元140a1对应设置；由光源120b1及光源120b2所构成的光源对与由穿透式图案单元140a2与反射式图案单元140b2所构成的图案单元对相互对应，其中光源120b1与穿透式图案单元140a2对应设置，而光源120b2与反射式图案单元140b2对应设置；由光源120c1及光源120c2所构成的光源对与由穿透式图案单元140a3与反射式图案单元140b3所构成的图案单元对相互对应，其中光源120c1与反射式图案单元140b3对应设置，而光源120c2与穿透式图案单元140a3对应设置。 

在本实施例中，合光单元170a、170b及170c例如为偏振分光棱镜，而在其他实施例中，合光单元170a、170b及170c也可以是偏振分光板。举例而言，本实施例的光源120a1提供照明光束B1a，且照明光束B1a例如为具有S偏振方向的偏振光。照明光束B1a通过透镜150a1后被传输至合光单元170a，合光单元170a可使照明光束B1a被反射至四分之一波长板150d1，其中四分之一波长板150d1配置于反射式图案单元140b1与合光单元170a之间。之后，照明光束B1a被传输至对应于光源120a1的反射式图案单元140b1，反射式图案单元140b1将照明光束B1a转换成图案光束B2a，且图案光束B2a被反射至四分之一波长板150d1并再次通过四分之一波长板150d1，此时图案光束B2a的光偏振方向为P偏振方向并在穿透合光单元170a后传输至合光单元160。另一方面，与光源120a1同属于同一光源对的另一光源120a2所发出的照明光束B1b为偏振光束且其偏振方向例如为S偏振方向。照明光束B1b通过透镜150a2后，接着通过相对应的图案单元对的穿透式图案单元140a1并被转换成图案光束B2b。接着图案光束B2b被传输至合光单元170a并被反射至合光单元160。图案光束B2a与图案光束B2b穿透合光单元160中的第一分光膜160b，且图案光束B2a与图案光束B2b两者皆被合光单元160中的第一分光膜160a反射至投影镜头180。 

另一光源对的光源120b2所发出的照明光束B1c被相对应的图案单元对的反射式图案单元140b2反射成图案光束B2c，且同一光源对的另一光源120b1所发出的照明光束B1d穿透相对应的图案单元对的穿透式图案单元140a2而形成图案光束B2d。详细而言，光源120b2提供照明光束B1c，且照 明光束B1c例如为具有S偏振方向的偏振光，通过透镜150a4后传输至合光单元170b。S偏振方向的照明光束B1c被合光单元170b反射并通过四分之一波长板150d2，其中四分之一波长板150d2配置于反射式图案单元140b2与合光单元170b之间。之后，照明光束B1c传输至对应于光源120b2的反射式图案单元140b2，照明光束B1c被反射式图案单元140b2转换成图案光束B2c，并再次通过四分之一波长板150d2。此时图案光束B2c的光偏振方向为P偏振方向并穿透合光单元170b后传输至合光单元160。另一方面，与光源120b2同属于同一光源对的另一光源120b1所发出的照明光束B1d且其偏振方向例如为S偏振方向。照明光束B1d通过透镜150a3后，接着穿透相对应的图案单元对的穿透式图案单元140a2而形成图案光束B2d。接着，图案光束B2d被传输至合光单元170b并被反射至合光单元160。图案光束B2c与图案光束B2d两者皆被合光单元160中的第二分光膜160b反射至投影镜头180，且图案光束B2c与图案光束B2d穿透合光单元160中的第一分光膜160a。 

又一光源对的光源120c1提供照明光束B1e，且照明光束B1e例如为具有S偏振方向的偏振光，通过透镜150a6后会传输至合光单元170c。S偏振方向的照明光束B1e被合光单元170c反射并通过四分之一波长板150d3，其中四分之一波长板150d3配置于反射式图案单元140b3与合光单元170c之间。之后，照明光束B1e传输至对应于光源120c1的反射式图案单元140b3，其将照明光束B1e转换成图案光束B2e且被反射式图案单元140b3反射，照明光束B1e接着再次通过四分之一波长板150d3。此时图案光束B2e的光偏振方向为P偏振方向并穿透合光单元170c后传输至合光单元160。另一方面，与光源120c1同属于同一光源对的另一光源120c2所发出的照明光束B1f，照明光束B1f为偏振光束且偏振方向例如为S偏振方向。照明光束B1f通过透镜150a5后，再穿透相对应的图案单元对的穿透式图案单元140a3而形成图案光束B2f。接着图案光束B2f被传输至合光单元170c并被反射至合光单元160。图案光束B2e与图案光束B2f穿透合光单元160中的第一分光膜160a与第二分光膜160b并传输至投影镜头180。基于上述，可知本实施例的深度测量系统通过不同波段的光源与图案单元的搭配，即可使投影至待测物上的图案光束具有至少一种组合。 

需说明的是，上述每一光源提供不同波段的照明光束B1a、B1b、B1c、 B1d、B1e及B1f例如为偏振光，但本发明不以此为限，即每一照明光束也可为非偏振光。此外，由于控制单元240控制可六个光源120a1、120a2、120b1、120b2、120c1及120c2选择性地发出照明光束，例如六个光源120a1、120a2、120b1、120b2、120c1及120c2中至少其一发出照明光束，如此一来，本实施例可提供六十三种图案组合。 

图2B是另一实施例的投影装置中的部分示意图。请参照图2A，光源120a1提供照明光束B1a，其中照明光束B1a例如为具有P偏振方向的偏振光束。照明光束B1a通过透镜150a1后被传输至合光单元170a，合光单元170a可使P偏振方向的光束穿透，因此P偏振方向的照明光束B1a穿透合光单元170a并通过四分之一波长板150d1，其中四分之一波长板150d1配置于反射式图案单元140b1与合光单元170a之间。之后，照明光束B1a被传输至对应于光源120a1的反射式图案单元140b1，反射式图案单元140b1将照明光束B1a转换成图案光束B2a且将图案光束B2a反射至四分之一波长板150d1，图案光束B2a再次通过四分之一波长板150d1，此时图案光束B2a的光偏振方向为S偏振方向并被合光单元170a反射后可再被传输至后续的合光单元(未示出)。 

图3是本发明第三实施例中深度测量系统的投影装置的示意图。请参照图3，在本实施例中，深度测量系统的投影装置300a包含的图案单元140皆为反射式图案单元140b1、140b2及140b3。在本实施例中，合光单元160包括第一分色膜160a及第二分色膜160b，合光单元170例如为分色X棱镜，然而在另一实施例中，合光单元170可为分色X板。合光单元170配置于来自光源120a、120b及120c的照明光束B1a、B1b及B1c的传输路径上，以将分别通过透镜150a1、150a2及150a3的照明光束B1a、B1b及B1c合并为照明光束B1’，照明光束B1’被传输至内部全反射棱镜190的点A附近，由于照明光束B1’的入射角与入射路径经过适当的设计而照明光束B1’的入射角得以大于临界角，如此使得照明光束B1’全反射至合光单元160中的点B附近。 

此外，在本实施例中的每一光源120a、120b及120c所发出的照明光束B1a、B1b及B1c的波段不相同，照明光束B1a、B1b及B1c的波段例如分别为第一波段、第二波段及第三波段。本实施例的第一波段、第二波段以及第三波段例如分别为蓝色、绿色以及红色，但本发明不以此为限，举例来说， 第一波段、第二波段以及第三波段也可分别为蓝色、绿色以及红色的其他组合。在本实施例中，合光单元160中的第一分色膜160a可使第三波段的光束反射且使第一波段与第二波段的光束穿透，然而在其他实施例中，第一分色膜160a可使第二波段的光束反射且使第一波段与第三波段的光束穿透；或者，第一分色膜160a也可使第一波段的光束反射且使第二波段与第三波段的光束穿透，本发明不以此为限。另外，由于本实施例的合光单元160中的第二分色膜160b可使第三波段的光束反射且使第二波段的光束穿透，因此当照明光束B1’传输至第一分色膜160a中的点B附近时，照明光束B1’中第三波段的照明光束B1c被第一分色膜160a反射至合光单元160中的点C附近，此时照明光束B1c的入射角大于临界角，因此照明光束B1c全反射至反射式图案单元140b1，照明光束B1c被反射式图案单元140b1转换成图案光束B2c并被反射回第一分色膜160a的点D附近。接着，图案光束B2c于点D附近再次反射并被传输至合光单元160之外。 

另一方面，照明光束B1’中的第一波段与第二波段于点B附近穿透第一分色膜160a并被传输至第二分色膜160b上的点E附近，第二分色膜160b使照明光束B1’中的第一波段的照明光束B1a反射且使第二波段的照明光束B1b穿透。进一步而言，照明光束B1b于点E附近穿透第二分色膜160b并被传输至反射式图案单元140b2，照明光束B1b被反射式图案单元140b2转换成图案光束B2b并被反射回第二分色膜160b的点H附近。接着，图案光束B2b于点H穿透第二分色膜160b及于点D附近穿透第一分色膜160a并被传输至合光单元160之外。 

另外，第一波段的照明光束B1a于第二分色膜160b上的点E附近反射至第一分色膜160a上的点F附近，由于此时照明光束B1a的入射角大于临界角，照明光束B1a于点F附近上全反射至反射式图案单元140b3。照明光束B1a被反射式图案单元140b3转换成图案光束B2a并再次被反射式图案单元140b3反射至第一分色膜160a上的点G附近，且此时再次因图案光束B2a的入射角大于临界角，图案光束B2a全反射至第二分色膜160b上的点H附近，第二分色膜160b将图案光束B2a反射传输至第一分色膜160a的点D附近，而后图案光束B2a于点D附近穿透第一分色膜160a并被传输至合光单元160之外。 

基于上述，被传输至合光单元160之外的图案光束B2’包含图案光束B2a、 B2b及B2c并穿透内部全反射棱镜190，而后再被传输至投影镜头180。此外，本实施例中的深度测量系统还包括控制单元240，控制单元240电性连接至光源120a、120b及120c，以控制各光源的发光组合。举例而言，在本实施例中，控制单元240可控制光源120a、120b及120c同时提供照明光束B1a、B1b及B1c；或者亦可控制光源120a、120b及120c的其中两者同时提供照明光束；或者更可控制光源120a、120b及120c的其中之一提供照明光束。在本实施例中，可以不需如数字微镜元件、硅基液晶面板、穿透式液晶面板或其他空间光调变器等昂贵的元件，亦可以不需用以切换幻灯片的可动机构部件。通过获取图案光束投影至待测物上的影像，即可得到待测物的轮廓或深度。 

图4是本发明第四实施例中深度测量系统的投影装置的示意图。请参照图4，在本实施例中，深度测量系统中的投影装置400a包含光源120、图案单元140a及投影镜头180。在本实施例中，光源120例如为发光二极管或其他非同调光源，即光源120可以不是激光光源，其中光源120提供照明光束B1。图案单元140a为穿透式图案单元。本实施例的投影装置400a可具有单一图案单元140a且可通过控制单元240控制单一光源120来达成，因此可降低生产成本。 

综上所述，本发明的实施例至少具有下列其中一个优点：在本发明的实施例的深度测量系统与投影装置中，通过光源的不同发光组合与图案单元的搭配，可使投影出的图案光束具有多种不同的组合。本发明的实施例中，深度测量系统与投影装置可通过不同波段的光源搭配对应的图案单元而使投影至待测物上的图案光束具有多种组合。由于图案单元为成本较低的固定不变的图案，且可以不需如数字微镜元件、硅基液晶面板、穿透式液晶面板或其他空间光调变器等昂贵的元件，亦可以不需用以切换幻灯片的可动机构部件。通过获取图案光束投影至待测物上的影像，即可得到待测物的轮廓或深度，并具有成本低廉、高精确度以及测量快速的特性。 

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 

Claims (11)

1.一种投影装置，其特征在于，包括：

至少一光源，提供至少一照明光束；

至少一图案单元，具有固定不变的图案，且对应地配置于该至少一照明光束的至少一传输路径上，以将该至少一照明光束转换为至少一图案光束；以及

投影镜头，配置于该至少一图案光束的至少一传输路径上，

其中，该至少一光源提供至少一发光组合，该至少一图案光束对应地具有至少一图案组合。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该至少一图案单元包括至少一穿透式图案单元或至少一反射式图案单元的至少其一。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当该至少一光源的数量为多个且该至少一图案单元的数量为多个时，该些图案单元分成多个图案单元对，每一该图案单元对包括穿透式图案单元与反射式图案单元，该些光源分成多个光源对，该些光源对分别与该些图案单元对相对应，每一该光源对的其一该光源与对应的该图案单元对的该反射式图案单元相对应，每一该光源对的另一该光源与对应的该图案单元对的该穿透式图案单元相对应。

4.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该至少一光源包括激光光源、发光二极管、有机发光二极管、汞灯、卤素灯或其组合。

5.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当该至少一光源的数量为多个时，该些照明光束的颜色不相同。

6.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当该至少一光源的数量为多个时，该投影装置还包括控制单元，该控制单元电性连接至该些光源，以控制该些光源的发光组合。

7.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当该至少一光源的数量为多个且该至少一图案单元的数量为多个时，该投影装置还包括：

合光单元，配置于该些图案光束的该些传输路径上，且用以合并该些图案光束。

8.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，该合光单元包括分色X棱镜、分色X板、偏振分光棱镜或偏振分光板。

9.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当该至少一光源的数量为多个且该至少一图案单元的数量为多个时，该投影装置还包括：

合光单元，配置于该些照明光束的该些传输路径上；以及

内部全反射棱镜，配置于该些照明光束与该些图案光束的该些传输路径上。

10.一种深度测量系统，适于测量待测物的深度，其特征在于，该深度测量系统包括：

如权利要求1至9中任一项所述的投影装置，其中，该投影镜头用以将该至少一图案光束投射至该待测物，以在该待测物上形成参考图案；以及

摄像装置，用以获取该参考图案。

11.根据权利要求10所述的深度测量系统，其特征在于，还包括计算单元，电性连接至该摄像装置，且用以根据该摄像装置所获取的该参考图案来计算出该待测物的深度。