CN106289065B - 侦测方法以及应用该侦测方法的光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种侦测方法以及应用该侦测方法的光学装置。该光学装置包括结构光产生单元以及感应判断单元，结构光产生单元用以提供投射至一受测表面的一结构光(structure light)，且于结构光投射至受测表面时，受测表面上会呈现一受测图案(pattern)以及一受测光点；而感应判断单元用以感应受测表面上所呈现的受测图案以及受测光点，并依据所感应的受测图案的变形程度而判断受测表面是否平坦，以及依据所感应的受测光点的面积而获得受测表面与光学装置之间的距离。本发明的侦测方法用以侦测一受测表面是否平坦以及该受测表面的一距离。藉此，本发明可利用结构光对受测表面进行距离以及平坦度量测，以降低量测的复杂度。

Description

侦测方法以及应用该侦测方法的光学装置

技术领域

本发明关于一种光学装置，尤其是关于一种提供侦测功能的光学装置。

背景技术

近年来，随着电子工业的演进以及工业技术的蓬勃发展，各种电子装置设计及开发的走向逐渐朝轻便、易于携带的方向发展，以利使用者随时随地应用于移动商务、娱乐或休闲等用途。举例而言，各式各样的影像撷取装置正广泛应用于各种领域，例如智能型手机、穿戴式电子装置、空拍装置等电子装置，其具有体积小且方便携带的优点，使用者得以于有使用需求时随时取出并进行影像撷取并储存，或进一步透过移动网络上传至互联网之中，不仅具有重要的商业价值，更让一般大众的日常生活更添色彩。

再者，随着生活质量的提升，人们对影像撷取装置所能提供的功能有更多的诉求，举例来说，人们希望从所拍摄的影像中获得距离信息，甚至是可从影像中判断其内容物的表面平坦度信息，而上述距离信息以及表面平坦度信息对于许多应用领域是非常重要的，例如空拍装置的降落控制。

进一步而言，现有空拍装置是透过设置于其上的激光测距仪测量其与欲降落的表面的距离，而后空拍装置再依据激光测距仪所量测到的距离而进行降落控制。惟，单一激光测距仪仅可获得单点(欲降落的表面上的一点)的距离信息，而若是为了要提升降落质量，就必须在空拍装置上装设多个激光测距仪，才得以获得欲降落的表面上的多个点与空拍装置的距离，并进而判断欲降落的表面的平坦度，但这显然提高了空拍装置的成本，还会增加控制计算的复杂度。

根据以上的说明可知，现有量测距离信息与表面平坦度的方法以及应用该方法的电子装置仍具有改善的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种可利用结构光对受测表面进行距离以及平坦度量测的侦测方法及光学装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光学装置，包括结构光产生单元以及感应判断单元，该结构光产生单元用以提供投射至一受测表面的一结构光(structure light)，其中，于该结构光投射至该受测表面时，该受测表面上呈现一受测图案(pattern)以及一受测光点；该感应判断单元用以感应该受测表面上所呈现的该受测图案以及该受测光点，并依据所感应的该受测图案的一变形程度而判断该受测表面是否平坦，以及依据所感应的该受测光点的一面积而获得该受测表面与该光学装置之间的一距离。

较佳地，该结构光产生单元包括发光源以及相应于该受测图案及/或该受测光点的透镜组。

较佳地，该发光源包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)以及有机发光二极管(OLED)中的至少一者。

较佳地，该发光源用以输出具有一热感应波长区间的光束。

较佳地，该发光源用以输出具有一第一波长的光束及/或具有一第二波长的光束。

较佳地，该具有该第一波长的光束为可见光束，而该具有该第二波长的光束为不可见光束。

较佳地，该结构光产生单元以及该感应判断单元共享单一光学路径窗口。

较佳地，该光学装置还包括至少一透镜组，该至少一透镜组被设置于该结构光产生单元的一光学路径上，用以改变该受测表面上所呈现的该受测图案的大小；及/或该至少一透镜组被设置于该感应判断单元的一光学路径上，用以改变该感应判断单元的一视场角。

较佳地，该受测图案包括栅状图案以及发散辐射状图案中的至少一者。

较佳地，该受测图案为对称状图案。

较佳地，该受测光点是由扩散型光束投射至该受测表面所形成。

较佳地，该变形程度包括扭曲变形程度、歪斜变形程度以及错位变形程度中的至少一者。

较佳地，该光学装置应用于一可携式电子装置或一空拍装置。

本发明还提供一种侦测方法，用以侦测一受测表面是否平坦以及该受测表面的一距离，该侦测方法包括：

投射一结构光(structure light)至该受测表面，其中，于该结构光投射至该受测表面时，该受测表面上呈现一受测图案(pattern)以及一受测光点；以及

感应该受测表面上所呈现的该受测图案以及该受测光点，并依据所感应的该受测图案的一变形程度而判断该受测表面是否平坦，以及依据所感应的该受测光点的一面积而获得该受测表面的该距离。

较佳地，该侦测方法还包括：提供一发光源以及相应于该受测图案及/或该受测光点的一透镜组以进行该投射该结构光至该受测表面的步骤。

较佳地，该发光源包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)以及有机发光二极管中的至少一者。

较佳地，该发光源用以输出具有一热感应波长区间的光束。

较佳地，该发光源用以输出具有一第一波长的光束及/或具有一第二波长的光束。

较佳地，该具有该第一波长的光束为可见光束，而该具有该第二波长的光束为不可见光束。

较佳地，该受测图案包括栅状图案以及发散辐射状图案中的至少一者。

较佳地，该受测图案为对称状图案。

较佳地，该受测光点是由扩散型光束投射至该受测表面所形成。

较佳地，该变形程度包括扭曲变形程度、歪斜变形程度以及错位变形程度中的至少一者。

较佳地，该侦测方法应用于一可携式电子装置或一空拍装置。

本发明利用结构光对受测表面进行距离以及平坦度量测，量测结构及过程简单，易于实现，可减少侦测受测表面是否平坦以及与受测表面的距离过程的复杂度，还能降低其所应用的电子装置的成本。此外，本发明的发光源还能够因应不同的材质的受测表面而提供相对应波长的光束，以进而提升判断与测量的准确性。

附图说明

图1：为本发明光学装置于一第一较佳实施例的结构概念示意图。

图2：为图1所示结构光于投射至受测表面时受测表面上所呈现的受测图案以及受测光点的概念示意图。

图3A：为当光学装置与受测表面间隔一第一距离时感应判断单元所感应呈现在受测表面上的受测图案以及多个受测光点的概念示意图。

图3B：为当光学装置与受测表面间隔一第二距离时感应判断单元所感应呈现在受测表面上的受测图案以及多个受测光点的概念示意图。

图3C：为当受测表面为平坦表面时感应判断单元所感应呈现在受测表面上的受测图案以及多个受测光点的概念示意图。

图3D：为当受测表面为非平坦表面时感应判断单元所感应呈现在受测表面上的受测图案以及多个受测光点的概念示意图。

图4：为本发明光学装置于一第二较佳实施例的结构概念示意图。

图5：为本发明光学装置于一第三较佳实施例的结构概念示意图。

图6：为本发明光学装置于一第四较佳实施例的结构概念示意图。

图7：为受测图案为一发散辐射状图案的一较佳示意图。

图8：为受测图案为一斜对称状图案的一较佳示意图。

图9：为本发明光学装置应用于空拍装置时于一较佳实施例的空拍装置的底面示意图。

图10：为本发明光学装置应用于可携式电子装置的一较佳结构示意图。

图11：为本发明侦测方法于一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

请参阅图1与图2，图1为本发明光学装置于一第一较佳实施例的结构概念示意图，图2为图1所示结构光于投射至受测表面时受测表面上所呈现的受测图案以及受测光点的概念示意图。光学装置1包括结构光产生单元11以及感应判断单元12，结构光产生单元11提供可投射至一受测表面81的一结构光91(structure light)，且当结构光91投射至该受测表面81时，该受测表面81上呈现受测图案2(pattern)以及多个受测光点3。

于本较佳实施例中，结构光产生单元11包括一发光源111以及一第一透镜组112，且发光源111可包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)以及有机发光二极管(OLED)中的至少一者，及/或发光源111还可包括类似于激光二极管、发光二极管以及有机发光二极管等半导体类的其它发光单元。又，发光源111是用以输出多个光束92，且光束92可为具有第一波长的光束(如可见光束)及/或具有第二波长的光束(如不可见光束或具有热感应波长区间的光束)，而第一透镜组112则至少包括有相应于受测图案2以及受测光点3的光学元件(图未示，如衍射元件)，并供发光源111所输出的光束92通过其中，以进而使结构光产生单元11产生输出的结构光91于投射至受测表面81时，受测表面81上可呈现受测图案2以及多个受测光点3。此外，于本较佳实施例中，受测图案2为一栅状(grid)图案，而每一受测光点3则为扩散型光束投射至受测表面81上所形成的光点，且每一扩散型光束的扩散角不限定相同。

再者，感应判断单元12包括可见光感测单元(图未示)及/或不可见光感测单元(图未示)，且用以感应受测表面81上所呈现的受测图案2与受测光点3，并依据所感应的受测光点3的面积大小而获得受测表面81与光学装置1之间的距离，以及依据所感应的受测图案2的一变形程度而判断受测表面81是否平坦。

进一步而言，由于受测光点3为扩散型光束投射至受测表面81上所形成的光点，因此当受测表面81与光学装置1之间的距离越远，受测表面81上所呈现的受测光点3的面积就随之越大。举例来说，请参阅图3A与图3B，图3A为当光学装置1与受测表面81间隔一第一距离时感应判断单元12所感应呈现在受测表面81上的受测图案2A以及多个受测光点3A的概念示意图，图3B为当光学装置1与受测表面81间隔一第二距离时感应判断单元12所感应呈现在受测表面81上的受测图案2B以及多个受测光点3B的概念示意图。比较图3A以及图3B可知，由于图3A所示受测光点3A的面积小于图3B所示受测光点3B的面积，因此图3A所示受测表面81与光学装置1之间的距离小于图3B所示受测表面81与光学装置1之间的距离。

显然地，根据感应判断单元12所感应的呈现在受测表面81上的受测光点3的面积，即能计算获得受测表面81与光学装置1之间的距离。而获得受测光点3的面积的方式，除了可直接计算受测光点3在感应判断单元12的感光元件(图未示)上所占的像素(pixel)值外，亦可透过受测光点3与受测图案2上的任一指定子图案的间距来判断，例如，由于图3A所示受测光点3A的面积小于图3B所示受测光点3B的面积，因此图3A所示受测光点3A与受测图案2A(栅状图案)的横线条L1的间距D1会大于图3B所示受测光点3与受测图案2B(栅状图案)的横线条L2的间距D2，由此可知，透过分别计算受测光点3A、3B与受测图案2A、2B(栅状图案)的横线条L1、L2的间距D1、D2可推得受测光点3的面积。惟，上述仅为实施例，获得受测光点3的面积的方式并不以上述为限。

接下来请参阅图3C与图3D，图3C为当受测表面81为平坦表面时感应判断单元12所感应呈现在受测表面81C上的受测图案2C以及多个受测光点3C的概念示意图，图3D为当受测表面81D为非平坦表面时感应判断单元12所感应呈现在受测表面81上的受测图案2D以及多个受测光点3D的概念示意图。比较图3C以及图3D可知，当受测表面81C为平坦表面时，受测图案2C可工整呈现在受测表面81C上，而当受测表面81D为非平坦表面时，受测图案2D会因应受测表面81D凸凹不平而产生变形。显然地，分别根据感应判断单元12所感应的呈现在受测表面81C、81D上的受测图案2C、2D的变形程度，即能判断受测表面81C、81D是否平坦；其中，变形程度可包括扭曲变形程度、歪斜变形程度以及错位变形程度中的至少一者，但不以上述为限。

请参阅图4，其为本发明光学装置于一第二较佳实施例的结构概念示意图。本较佳实施例的光学装置1’大致类似于本发明第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述，而本较佳实施例与前述第一较佳实施例不同之处在于，于第一较佳实施例中，结构光产生单元11以及感应判断单元12分别使用不同的光学路径窗口14、13，而于第二较佳实施例中，结构光产生单元11以及感应判断单元12共享单一光学路径窗口15。

详言之，于第二较佳实施例中，光学装置1’更包括一光路改变元件16(如分光镜)，其设置于结构光产生单元11与感应判断单元12之间，用以改变结构光产生单元11所输出的光束92的路径，使得结构光产生单元11以及感应判断单元12具有共同的光轴93，因此结构光产生单元11以及感应判断单元12可共享单一光学路径窗口15，如此一来，当光学装置1’距离受测平面81较远时，感应判断单元12更能准确地感应受测平面81上的受测图案2以及受测光点3，特别是受测平面81的边缘处(即距离光轴93较远处)。

请参阅图5，其为本发明光学装置于一第三较佳实施例的结构概念示意图。本较佳实施例的光学装置1”大致类似于本发明第二较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述，而本较佳实施例与前述第二较佳实施例不同之处在于，光学装置1”更包括一第二透镜组17，其位于结构光产生单元11与感应判断单元12的光学路径上，并位于光学路径窗口15的邻近处，藉以改变受测表面81上所呈现的受测图案2的大小以及感应判断单元12的视场角(FOV)。

请参阅图6，其为本发明光学装置于一第四较佳实施例的结构概念示意图。本较佳实施例的光学装置1”’大致类似于本发明第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述，而本较佳实施例与前述第一较佳实施例不同之处在于，光学装置1更包括一第二透镜组18以及一第三透镜组19，且第二透镜组18以及第三透镜组19分别位于感应判断单元12以及结构光产生单元11的光学路径上；其中，第二透镜组18用以改变感应判断单元12的视场角，而第三透镜组19用以改变受测表面81上所呈现的受测图案2的大小。

特别说明的是，于第三较佳实施例中，第二透镜组17是可选择地于某些特定情况下才被控制移动至结构光产生单元11以及感应判断单元12的光学路径上，且于第四较佳实施例中，第二透镜组18以及第三透镜组19是可选择地于某些特定情况下才分别被控制移动至感应判断单元12以及结构光产生单元11的光学路径上。

举例来说，以第四较佳实施例而言(第三较佳实施例亦同理适用)，上述特定情况可包括：当光学装置1距离受测表面81较远时，感应判断单元12能够感应到的完整的受测图案2以及所有的受测光点3，但当光学装置1距离受测表面81越来越近时，由于感应判断单元12的视场角不会改变，感应判断单元12能够感应到的范围逐渐缩小，也就是仅能够感应到的部分的受测图案2或部分的受测光点3，导致无法据以获得受测表面81与光学装置1之间的距离或判断受测表面81是否平坦的情况，此时即可透过控制第二透镜组18移动至感应判断单元12的光学路径上来增加感应判断单元12的视场角，抑或是透过控制第三透镜组19移动至结构光产生单元11的光学路径上来改变受测表面81上所呈现的受测图案2的大小，以使感应判断单元12能够感应到的完整的受测图案2以及所有的受测光点3，进而可获得受测表面81与光学装置1之间的距离以及判断受测表面81是否平坦。

此外，虽然上述多个较佳实施例中的受测图案皆为栅状(grid)图案，但并不以此为限，受测图案可为本技术领域普通技术人员依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计，例如受测图案2可为图7所示的发散辐射状图案，又例如受测图案可为图8所示的斜对称状图案。

请参阅图9，其为本发明光学装置应用于空拍装置于一较佳实施例的空拍装置的底面示意图。空拍装置7的底面71设置有起降脚架72以及光学装置1，且光学装置1包括结构光产生单元11以及感应判断单元12，而结构光产生单元11以及感应判断单元12如同上述说明，在此即不再予以赘述。是以，空拍装置7可透过光学装置1而精确地获得其与欲降落的表面的距离以及欲降落的表面的平坦度，进而提升其降落质量。

请参阅图10，其为本发明光学装置应用于可携式电子装置的一较佳结构示意图。可携式电子装置6可为手机、平板电脑或穿戴式装置，但不以上述为限，并包括光学装置1，且光学装置1包括结构光产生单元11以及感应判断单元12，而结构光产生单元11以及感应判断单元12如同上述说明，在此即不再予以赘述。是以，可携式电子装置6可透过光学装置1而精确地获得其所欲使用的表面的距离以及平坦度。补充说明的是，图9以及图10仅为本发明光学装置1的应用实施例，本技术领域普通技术人员皆可由图9以及图10的教示而依据实际需求将本发明光学装置1应用至其它电子装置上。

根据以上的说明，侦测受测表面是否平坦以及与受测表面的距离的侦测方法可参考如图11所示的流程图。其中，侦测方法包括：步骤P1，投射一结构光至受测表面，其中，于结构光投射至受测表面时，受测表面上会呈现受测图案以及受测光点；以及步骤P2，感应受测表面上所呈现的受测图案以及受测光点，并依据所感应的受测图案的变形程度而判断受测表面是否平坦，以及依据所感应的受测光点的面积而获得与受测表面之间的距离。

由上述各较佳实施例的说明可知，本发明侦测方法可减少侦测受测表面是否平坦以及与受测表面的距离过程的复杂度，还能降低其所应用的电子装置的成本。补充说明的是，由于不同受测表面可能具有不同的材质，且不同的材质对热感应波长或红外线的反应不一，因此本发明的发光源还能够因应不同的材质的受测表面而提供相对应波长的光束，以进而提升判断与测量的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：

结构光产生单元，用以提供投射至一受测表面的一结构光，其中，于该结构光投射至该受测表面时，该受测表面上呈现一受测图案以及一受测光点；

感应判断单元，用以感应该受测表面上所呈现的该受测图案以及该受测光点，并依据所感应的该受测图案的一变形程度而判断该受测表面是否平坦，以及依据所感应的该受测光点的一面积而获得该受测表面与该光学装置之间的一距离；以及

光路改变元件，用以使该结构光产生单元以及该感应判断单元共享该光学装置与该受测表面之间的光轴。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该结构光产生单元包括发光源以及相应于该受测图案及/或该受测光点的透镜组。

3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，该发光源包括激光二极管、发光二极管以及有机发光二极管中的至少一者；及/或

该发光源用以输出具有一热感应波长区间的光束。

4.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，该发光源用以输出具有一第一波长的光束及/或具有一第二波长的光束。

5.如权利要求4所述的光学装置，其特征在于，该具有该第一波长的光束为可见光束，而该具有该第二波长的光束为不可见光束。

6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该结构光产生单元以及该感应判断单元共享单一光学路径窗口。

7.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还包括至少一透镜组，该至少一透镜组被设置于该结构光产生单元的一光学路径上，用以改变该受测表面上所呈现的该受测图案的大小；及/或该至少一透镜组被设置于该感应判断单元的一光学路径上，用以改变该感应判断单元的一视场角。

8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该受测图案包括栅状图案以及发散辐射状图案中的至少一者；及/或

该受测图案为对称状图案。

9.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该受测光点是由扩散型光束投射至该受测表面所形成。

10.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该变形程度包括扭曲变形程度、歪斜变形程度以及错位变形程度中的至少一者。

11.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置应用于一可携式电子装置或一空拍装置。

12.一种侦测方法，用以侦测一受测表面是否平坦以及该受测表面的一距离，其特征在于，该侦测方法包括：

透过一光学装置的一结构光产生单元投射一结构光至该受测表面，其中，于该结构光投射至该受测表面时，该受测表面上呈现一受测图案以及一受测光点；以及

透过该光学装置的一感应判断单元感应该受测表面上所呈现的该受测图案以及该受测光点，并依据所感应的该受测图案的一变形程度而判断该受测表面是否平坦，以及依据所感应的该受测光点的一面积而获得该受测表面的该距离，其中，透过该光学装置的一光路改变元件，使该结构光产生单元以及该感应判断单元共享该光学装置与该受测表面之间的光轴。

13.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，该侦测方法还包括：

透过该结构光产生单元的一发光源以及相应于该受测图案及/或该受测光点的一透镜组以进行该投射该结构光至该受测表面的步骤。

14.如权利要求13所述的侦测方法，其特征在于，该发光源包括激光二极管、发光二极管以及有机发光二极管中的至少一者；及/或

该发光源用以输出具有一热感应波长区间的光束。

15.如权利要求13所述的侦测方法，其特征在于，该发光源用以输出具有一第一波长的光束及/或具有一第二波长的光束。

16.如权利要求15所述的侦测方法，其特征在于，该具有该第一波长的光束为可见光束，而该具有该第二波长的光束为不可见光束。

17.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，该受测图案包括栅状图案以及发散辐射状图案中的至少一者；及/或

该受测图案为对称状图案。

18.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，该受测光点是由扩散型光束投射至该受测表面所形成。

19.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，该变形程度包括扭曲变形程度、歪斜变形程度以及错位变形程度中的至少一者。

20.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，该侦测方法应用于一可携式电子装置或一空拍装置。

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