TW201814363A - 光學裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種光學裝置，包括可輸出結構光之結構光產生單元、轉換透鏡模組、準直透鏡以及殼體。轉換透鏡模組可擴展結構光產生單元所產生之複數光束，準直透鏡可準直被擴展之複數光束，使複數光束通過轉換透鏡模組以及準直透鏡後投射至一投射面，而於該投射面上產生一結構光圖案。轉換透鏡模組中之所有轉換透鏡具有負屈折力，使得投射面上之結構光圖案的面積較廣，且結構光產生單元以及轉換透鏡模組可被容置於厚度較小的殼體內。

Description

光學裝置

本發明係關於一種光學裝置，尤其關於一種可輸出結構光之光學裝置。

「結構光(Structure Light)」指的是具有特定形態的光，舉例像是當光投射至遠處的一螢幕時所呈現的線性化光束、條形化圖案光束、格網狀光束等等。隨著光學技術的蓬勃發展，結構光可被設計成有著狹窄線寬的線形態、有著特定一致的面形態、有著特定較廣角度的網格形態、甚至更複雜形態的光形，進而被應用於許多領域，如3D輪廓重現、距離量測、防偽辨識等。因此，結構光逐漸受到重視，且其相關技術亦被廣泛地研究。

請參閱圖1，其為習知結構光產生單元之內部結構側視示意圖。結構光產生單元1包括發光源11、準直透鏡12以及繞射光學元件(Diffractive Optical Element，DOE)13，發光源11可輸出複數光束111，而準直透鏡12設置於發光源11以及繞射光學元件13之間，其功能為準直複數光束111，使複數光束111入射至 繞射光學元件13。繞射光學元件13被嵌入一特定的圖案(就是一投影圖案131)，當複數光束111入射至投影圖案131時，就會產生結構光。基於繞射理論，繞射光學元件13的功能能夠實現，且因協同或部份協同的光會交互作用而形成新的光形式，而藉此能夠呈現出相當複雜的圖案。當複數光束111通過準直透鏡12且通過投影圖案131時，結構光產生單元1可輸出對應於投影圖案131之結構光110。

接下來說明結構光產生單元1之運作情形。請參閱圖2，其為習知結構光產生單元輸出結構光之結構側視示意圖。結構光產生單元1因應其內部結構而產生結構光110，且當結構光110的光束111係投射至投射面14時，投射面14會因應該些光束111而呈現出對應於結構光110之結構光圖案15，亦即對應於投影圖案131的結構光圖案15。其中，結構光圖案15係為網格形態。由圖2可看出，由結構光產生單元1所輸出的結構光110具有光擴散角θ，且結構光110會隨著其光束111行進的距離越遠而擴散。因此，當投射面14與結構光產生單元1之間的距離較近時，投射面14上所呈現的結構光圖案15a較小，其如圖3A所示。反之，當投射面14與結構光產生單元1間之距離較遠時，投射面14上所呈現的結構光圖案15b較大，其如圖3B所示。

結構光圖案之大或小何者較為適宜則端視使用者應用情境而決定。而投射產生的結構光圖案通常被要求要有較高品質。換言之，由入射的光束至轉換成結構光的效率要高，其關鍵之一在於發光源11所輸出之複數光束111的光束分佈(或稱光斑)涵蓋到繞射光學元件13之投影圖案131上的面積要能有效匹配。 較佳者，複數光束111的光束分佈略大於或等於投影圖案131面積時，其效率最高，亦即複數光束111的光束分佈與繞射光學元件13有效匹配。

然而，隨著科技的進步及使用者的需求，電子裝置之外型必須輕薄，才可符合使用者的要求。請參閱圖4，其為習知結構光產生單元不同配置之內部結構側視示意圖。圖4顯示出小體積之結構光產生單元2，結構光產生單元2包括發光源21、準直透鏡22以及繞射光學元件23，結構光產生單元2之結構以及功能大致與結構光產生單元1相同，而該兩者不同之處僅在於，準直透鏡22之位置較接近於發光源21，且結構光產生單元2之厚度較小。雖然結構光產生單元2具有較小的厚度，但其發光源21與準直透鏡22間的距離過小，使得入射至繞射光學元件23的複數光束211之光束分佈較小。此時，為了使複數光束211的光束分佈與繞射光學元件23有效匹配，繞射光學元件23的面積必須設計為較小的結構，因此，所產生之結構光圖案則變小。另外，使用小面積的繞射光學元意謂著對裝置的組裝公差要求會比較高，其將提升組裝難度。

因此，需要一種具有輕薄體積且光束的光束分佈可與繞射光學元件有效匹配，以產生適當尺寸的結構光圖案之光學裝置。

本發明之一目的在提供一種光學裝置，其可具備輕薄外型且可提供適當尺寸的結構光圖案。

本發明之另一目的在提供一種光學裝置，其可具備輕薄外型且其光束的光束分佈可與結構光產生單元之光學元件組有效匹配。

於一較佳實施例中，本發明提供一種光學裝置，包括一結構光產生單元、一轉換透鏡模組以及一殼體。該結構光產生單元用以輸出一結構光，該結構光產生單元包括至少一發光源以及一光學元件組(例如繞射光學元件)，至少一發光源以產生複數光束，而該光學元件組具有一投射圖案，且該投射圖案被該複數光束穿透而輸出該結構光。該轉換透鏡模組位於該至少一發光源以及該光學元件之間，用以擴展該複數光束，使該複數光束通過該轉換透鏡模組後投射至一投射面，而於該投射面上呈現一結構光圖案；其中，該轉換透鏡模組中之所有轉換透鏡具有負屈折力。該準直透鏡設置於該轉換透鏡模組之一側，用以準直被擴展之該複數光束。該殼體用以容置該結構光產生單元、該轉換透鏡模組以及該準直透鏡。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為1，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該轉換透鏡沿該光軸之屈折力為負，其慣用符號為(-)，而該準直透鏡之屈折力為正。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為2，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該二轉換 透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之屈折力依序為負、負，其慣用符號為(-，-)，而該準直透鏡之屈折力為正。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為3，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該三轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之屈折力依序為負、負、負，其慣用符號為(-，-，-)，而該準直透鏡之屈折力為正。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組包括一第一轉換透鏡、一第二轉換透鏡以及一第三轉換透鏡。該第一轉換透鏡接近於該至少一發光源，用以擴張該複數光束，而該第二轉換透鏡位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射該複數光束。該第三轉換透鏡位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射被該第二轉換透鏡反射之該複數光束；其中，該複數光束通過該第二轉換透鏡後投射至該準直透鏡。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組係為一自由型透鏡組，且該轉換透鏡模組之光軸非為一直線，而入射至該光學元件組之該複數光束與該光學元件組之一法向量間之夾角小於5度。

於一較佳實施例中，該第一轉換透鏡之一數值孔徑小於0.8，且該複數光束呈現一矩形分佈或一環狀分佈。

於一較佳實施例中，該第一轉換透鏡於一垂直方向上之一第一數值孔徑小於0.6，而該第一轉換透鏡於一水平方向上之一第二數值孔徑小於0.5，且該複數光束呈現一矩形分佈或一環狀分佈。

於一較佳實施例中，該第一轉換透鏡為非對稱於該光軸，且該第一轉換透鏡於一水平方向上之曲率與一垂直方向上之一曲率不同，以控制該複數光束之分佈以及投射方向。

於一較佳實施例中，該準直透鏡為非對稱於該光軸，且該準直透鏡於一水平方向上之曲率與一垂直方向上之一曲率不同，以控制該複數光束之分佈以及投射方向。

於一較佳實施例中，該第一轉換透鏡以及該準直轉換透鏡中之至少一者具有高抗反射鍍膜，該第二轉換透鏡以及該第三轉換透鏡中之至少一者具有高反射鍍膜，以控制該複數光束之分佈以及投射方向。

於一較佳實施例中，本發明光學裝置更包括一空間濾波器，設置於該準直透鏡以及該光學元件組之間，或設置於該至少一發光源以及該轉換透鏡模組之間，用以過濾該複數光束中之雜訊。

於一較佳實施例中，該光學元件組包括對應於該結構光圖案之一繞射光學元件、一折射式光學元件以及一折射式陣列光學元件中之至少一者。

於一較佳實施例中，該殼體之厚度小於4毫米。

於一較佳實施例中，該殼體之厚度小於6毫米。

於一較佳實施例中，本發明更提供一種光學裝置，包括一結構光產生單元、一轉換透鏡模組以及一殼體。該結構光產生單元用以輸出一結構光，該結構光產生單元包括至少一發光源以及一光學元件組，至少一發光源以產生複數光束，而該光學元件組具有一投射圖案，且該投射圖案被該複數光束穿透而輸出 該結構光。該轉換透鏡模組位於該至少一發光源以及該光學元件之間，用以擴展該複數光束，使該複數光束通過該轉換透鏡模組後投射至一投射面，而於該投射面上呈現一結構光圖案。該準直透鏡設置於該轉換透鏡模組之一側，用以準直被擴展之該複數光束。該殼體用以容置該結構光產生單元、該轉換透鏡模組以及該準直透鏡；其中，該殼體之厚度小於4毫米。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為1，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該轉換透鏡沿該光軸之屈折力為負，而該準直透鏡之屈折力為正。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為2，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該二轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之屈折力依序為負、負，而該準直透鏡之屈折力為正。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為3，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該三轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之屈折力依序為負、負、負，而該準直透鏡之屈折力為正。

於一較佳實施例中，該轉換透鏡模組包括一第一轉換透鏡、一第二轉換透鏡以及一第三轉換透鏡。該第一轉換透鏡接近於該至少一發光源，用以擴張該複數光束，而該第二轉換透鏡位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射該複數光束。該第三轉換透鏡位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射被該第二轉換透鏡反射之該複數光束；其中，該複數光束通過該第二轉換透鏡後投射至該準直透鏡面。

1、2、31、41、51、61‧‧‧結構光產生單元

3、4、5、6‧‧‧光學裝置

11、21、311、411、511、611‧‧‧發光源

12、22、34、44、54、64、72‧‧‧準直透鏡

13、23‧‧‧繞射光學元件

14、35、45、56、66‧‧‧投射面

15、15a、15b、3151、4151、5151、6151‧‧‧結構光圖案

32、42、52、62‧‧‧轉換透鏡模組

33、43、53、63‧‧‧殼體

55、65‧‧‧空間濾波器

110、315、415、515、615‧‧‧結構光

111、211、313、413、513、613‧‧‧光束

131、314、414、514、614‧‧‧投影圖案

312、412、512、612‧‧‧光學元件組

321、421、521、621‧‧‧第一轉換透鏡

322、422、622‧‧‧第二轉換透鏡

323、623‧‧‧第三轉換透鏡

A1、A2、A3、A4‧‧‧光軸

θ‧‧‧擴散角

圖1：係為習知結構光產生單元之內部結構側視示意圖。

圖2：係為習知結構光產生單元輸出結構光之結構側視示意圖。

圖3A~3B：係為習知結構光產生單元所輸出結構光於不同距離所產生之結構光圖案之示意圖。

圖4：習知結構光產生單元不同配置之內部結構側視示意圖。

圖5：係為本發明光學裝置於第一較佳實施例之結構側視示意圖。

圖6：係為本發明光學裝置於第二較佳實施例之結構側視示意圖。

圖7：係為本發明光學裝置於第三較佳實施例之結構側視示意圖。

圖8：係為本發明光學裝置於第四較佳實施例之結構側視示意圖。

圖9：係為本發明光學裝置於第五較佳實施例之結構側視示意圖。

鑑於習知技術之問題，本發明提供一種可解決習知技術問題之光學裝置。請參閱圖5，其為本發明光學裝置於第一較佳實施例之結構側視示意圖。光學裝置3包括結構光產生單元31、轉換透鏡模組32、殼體33以及準直透鏡34，而殼體33可容置結構光產生單元31、轉換透鏡模組32以及準直透鏡34於其中。結構光產生單元31包括至少一個發光源311以及光學元件組312，發光源311位於轉換透鏡模組32之一側，其可產生複數光束313。光學元件組312位於轉換透鏡模組32之另一側，其具有投射圖案314，使得複數光束313穿透投射圖案314而輸出相對應之結構光315。於本較佳實施例中，發光源311係包括雷射二極體(LD)、發光二極體(LED)以及有機發光二極體(OLED)中之至少一者，且發光源係所輸出之光束為具有第一波長區間之光束、具有第二波長區間之光束以及具有熱感應波長區間之光束中之至少一者。

轉換透鏡模組32位於發光源311以及光學元件組312之間，其功能為可擴展複數光束313，使複數光束313通過轉換透鏡模組32、準直透鏡34以及光學元件組312後，可投射至殼體33之外的投射面35，而於投射面35上呈現結構光圖案3151。其中，轉換透鏡模組32之光軸A1係為直線。圖5顯示出轉換透鏡模組32中之轉換透鏡的數量為3，也就是說，轉換透鏡模組32包括第一轉換透鏡321、第二轉換透鏡322以及第三轉換透鏡323，第一轉換透鏡321、第二轉換透鏡322以及第三轉換透鏡323可擴展複數光束313，使複數光束313之分佈較廣。而準直透鏡34設置於轉換透鏡模組32之另一側且位於第三轉換透鏡323以及 光學元件組312之間，其功能為準直被擴展之複數光束313，使複數光束313盡可能地與光軸A1平行。

於本較佳實施例中，該三個轉換透鏡321、322、323由發光源311至光學元件組312沿光軸A1之屈折力(Optical Power)依序為負、負、負，以(-，-，-)表示之，而準直透鏡34之屈折力為正。光學元件組312包括對應於結構光圖案3151之繞射光學元件(Diffractive Optical Element，DOE)、折射式光學元件以及折射式陣列光學元件中之至少一者。

本發明光學裝置3採用皆具有負屈折力之三個轉換透鏡321、322、323，而可擴展複數光束313，以產生較廣的光束分佈。再利用具有正屈折力之準直透鏡34來準直被擴展的複數光束313。當光束分佈較廣之複數光束313入射光學元件組312時，複數光束313穿透光學元件組312上之投射圖案314而形成結構光315，且結構光315投射至投射面35上而呈現出對應於投射圖案314之較廣的結構光圖案3151。由於本發明光學裝置3係藉由皆具有負屈折力之三個轉換透鏡321、322、323以及具有正屈折力之準直透鏡34，而可準直以及擴展複數光束313，故本發明光學裝置不需如傳統的克卜勒(Kepler)透鏡配置需要較大的殼體才可容納之，因此本發明光學裝置可於維持輕薄外型的殼體的前提下，產生適當的或較大的結構光圖案。其中，殼體33之厚度小於6毫米(mm)，較佳者，殼體33之厚度係可小於4毫米。

再者，本發明更提供與上述不同作法之第二較佳實施例。請參閱圖6，其為本發明光學裝置於第二較佳實施例之結構側視示意圖。光學裝置4包括結構光產生單元41、轉換透鏡模組 42、殼體43以及準直透鏡44，且結構光產生單元41包括至少一個發光源411以及光學元件組412，而光學元件組412具有投射圖案414。本較佳實施例之光學裝置4的結構大致上與上述第一較佳實施例之光學裝置3相同，且相同之處不再贅述，至於其不同之處在於，轉換透鏡模組42之結構。

轉換透鏡模組42位於發光源411以及光學元件組412之間，其功能為可擴展發光源411所輸出之複數光束413，使複數光束413通過轉換透鏡模組42以及準直透鏡44後投射至殼體43之外的投射面45，而結構光415於投射面45上呈現結構光圖案4151。其中，轉換透鏡模組42之光軸A2係為直線。圖6顯示出轉換透鏡模組42中之轉換透鏡的數量為2，也就是說，轉換透鏡模組42包括第一轉換透鏡421以及第二轉換透鏡422，第一轉換透鏡421以及第二轉換透鏡422可擴展複數光束413，使複數光束413之分佈較廣。而準直透鏡44則可準直複數光束413，使複數光束413盡可能地與光軸A2平行。於本較佳實施例中，該二個轉換透鏡421、422由發光源411至光學元件組412沿光軸A2之屈折力依序為負、負，以(-，-)表示之，而準直透鏡44之屈折力為正。

再者，本發明更提供與上述不同作法之第三較佳實施例。請參閱圖7，其為本發明光學裝置於第三較佳實施例之結構側視示意圖。光學裝置5包括結構光產生單元51、轉換透鏡模組52、殼體53、準直透鏡54以及空間濾波器55，且結構光產生單元51包括至少一個發光源511以及光學元件組512，而光學元件組512具有投射圖案514。本較佳實施例之光學裝置5的結構大致 上與上述第一較佳實施例之光學裝置3相同，且相同之處不再贅述，至於其不同之處有二，第一，轉換透鏡模組52之結構，第二，本較佳實施例之光學裝置5更包含有空間濾波器55。

首先，轉換透鏡模組52位於發光源511以及光學元件組512之間，其功能為可擴展發光源511所輸出之複數光束513，使複數光束513通過轉換透鏡模組52以及準直透鏡54後投射至殼體53之外的投射面56，而結構光515於投射面56上呈現結構光圖案5151。其中，轉換透鏡模組52之光軸A3係為直線。圖7顯示出轉換透鏡模組52中之轉換透鏡的數量為1，故轉換透鏡模組52中之轉換透鏡521可擴展複數光束513，使複數光束513之分佈較廣，接下來被擴展之複數光束513可藉由通過準直透鏡54而可準直複數光束513，使複數光束513盡可能地與光軸A3平行。於本較佳實施例中，該轉換透鏡521之屈折力為負，以(-)表示之，而準直透鏡54之屈折力為正。

其次，空間濾波器55設置於準直透鏡54以及光學元件組512之間，其功能為過濾複數光束513中之雜訊。其僅為例示，但非以此為限，於另一較佳實施例中，空間濾波器亦可設置於發光源以及轉換透鏡模組之間。需特別說明的是，空間濾波器55之設置係為了過濾雜訊，但其並非指轉換透鏡模組52中之轉換透鏡的數量較少會增加雜訊，僅說明光學裝置5亦可於需要時設置空間濾波器55於其中，而與轉換透鏡模組52中之轉換透鏡的數量無關。

此外，本發明更提供與上述不同作法之第四較佳實施例。請參閱圖8，其為本發明光學裝置於第四較佳實施例之結構 側視示意圖。光學裝置6包括結構光產生單元61、轉換透鏡模組62、殼體63、準直透鏡64以及空間濾波器65，且結構光產生單元61包括至少一個發光源611以及光學元件組612，而光學元件組612具有投射圖案614。本較佳實施例之光學裝置6的結構大致上與上述第一較佳實施例之光學裝置3相同，且相同之處不再贅述，至於其不同之處在於，轉換透鏡模組62之結構。

轉換透鏡模組62位於發光源611以及光學元件組612之間，其功能為可擴展發光源611所輸出之複數光束613，使複數光束613通過轉換透鏡模組62以及準直透鏡64後投射至殼體63之外的投射面66，而結構光615於投射面66上呈現結構光圖案6151。轉換透鏡模組62包括第一轉換透鏡621、第二轉換透鏡622以及第三轉換透鏡623，第一轉換透鏡621接近於發光源611，其可擴張複數光束613。第二轉換透鏡622位於第一轉換透鏡621以及準直透鏡64之間，其可反射複數光束613，第三轉換透鏡623亦位於第一轉換透鏡621以及準直透鏡64之間，其可反射經過第二轉換透鏡622之複數光束613，且使複數光束613入射至準直透鏡64。

於本較佳實施例中，轉換透鏡模組62係為自由型(Free-form)透鏡組，且轉換透鏡模組62之光軸A4非為直線，經由準直透鏡64而被準直後的複數光束613與光學元件組612之法向量N間的夾角小於5度，較佳者，複數光束613與光學元件組612之法向量(與光學元件組612垂直的向量)平行。

轉換透鏡模組62中，第一轉換透鏡621之數值孔徑(Numerical Aperature，N.A.)小於0.8，且因應轉換透鏡模組62的 設計，使得複數光束613可呈現不同的光束分佈，例如可為矩形分佈或環狀分佈。

另外，第一轉換透鏡621以及準直透鏡64具有高抗反射鍍膜(Anti-Reflection Coating)，以減少被第一轉換透鏡621以及準直透鏡64反射的光量，而可提升穿透第一轉換透鏡621以及準直透鏡64的光量。另一方面，第二轉換透鏡622以及第三轉換透鏡623具有高反射鍍膜(High Reflective Coating)，而可具有反射功能，且可控制複數光束613之光束分佈以及投射方向。其中，第二轉換透鏡622以及第三轉換透鏡623亦可以設有高反射鍍膜之物件取代之。

藉由本較佳實施例中之自由型透鏡組形態的轉換透鏡模組62亦可擴張及準直複數光束614，而輸出較廣的結構光615，且可於投射面66上呈現對應於投射圖案614之結構光圖案6151。同時，殼體63之厚度係可小於4毫米，以具有輕薄的外型。另外，於複數光束613於轉換透鏡模組62中行進的過程中，有可能產生雜訊，故於轉換透鏡模組62以及光學元件組612之間設置空間濾波器65，以過濾雜訊。

需特別說明的是，自由型透鏡組形態的轉換透鏡模組亦可採用以下設計：第一轉換透鏡於垂直方向上之第一數值孔徑小於0.6，而第一轉換透鏡於水平方向上之第二數值孔徑小於0.5，也就是說，第一轉換透鏡可使用非對稱於光軸的設計，因此，第一轉換透鏡於水平方向上之曲率與垂直方向上之曲率不同，以控制複數光束之光束分佈以及投射方向。抑或是，準直透鏡為非對稱於光軸的設計，且準直透鏡於水平方向上之曲率與垂直方向 上之曲率不同，以控制複數光束之光束分佈以及投射方向。其中，因應非對稱於光軸的第一轉換透鏡或準直透鏡之結構，使得輸出於轉換透鏡模組的複數光束發生偏移光軸之情形，故光學元件組可配合偏移的複數光束以偏移方式設置，而可輸出不偏移的結構光。

另外，本發明光學裝置可因應不同應用場合而採用不同形態的轉換透鏡模組，圖9顯示出不同實施態樣的自由型透鏡組形態的轉換透鏡模組72以及準直透鏡73，以與其光學元件組712互相匹配，而可產生所需要的結構光。

需特別說明的是，本發明光學裝置中所使用之發光源並非限定僅能使用小型發光源、符合近軸(Paraxial)光學定義之發光源、具有小發光角度之發光源、朗伯特(Lambertian)光源、高斯(Gaussian)光源或均勻光源等，換言之，本發明光學裝置亦可使用與上述多種光源不同形式之光源。例如：大型發光源、非符合近軸光學定義之發光源、具有大發光角度之發光源、非朗伯特光源、非高斯光源或非均勻光源之蝠翼(Bat-wing)光源或Arc-like光源等。

根據上述可知，本發明光學裝置藉由具有負屈折力的轉換透鏡模組及正屈折力的準直透鏡而可於有限厚度的殼體內有效擴展及準直複數光束，以輸出較廣的結構光且可呈現出較廣的結構光圖案。或者，亦可採用自由型透鏡組形態的轉換透鏡模組，其也可達成輕薄外型的殼體之實施，且產生適當尺寸的結構光圖案之功效。其中，發光源所產生的光束可被擴展，與其互相匹配之光學元件組的投射圖案面積則不需縮小，故可解決高組裝 公差要求的問題，而易於組裝。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

Claims (19)

1. 一種光學裝置，包括：一結構光產生單元，用以輸出一結構光(Structure Light)，該結構光產生單元包括：至少一發光源，用以產生複數光束；以及一光學元件組，具有一投射圖案，且該投射圖案被該複數光束穿透而輸出該結構光；一轉換透鏡模組，位於該至少一發光源以及該光學元件之間，用以擴展該複數光束，使該複數光束通過該轉換透鏡模組後投射至一投射面，而於該投射面上呈現一結構光圖案；其中，該轉換透鏡模組中之所有轉換透鏡具有負屈折力(Negative Optical Power)；一準直透鏡，設置於該轉換透鏡模組之一側，用以準直被擴展之該複數光束；以及一殼體，用以容置該結構光產生單元、該轉換透鏡模組以及該準直透鏡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為1，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該轉換透鏡沿該光軸之屈折力(Optical Power)為負，而該準直透鏡之屈折力為正。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為2，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該二轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之 屈折力依序為負、負，而該準直透鏡之屈折力為正。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為3，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該三轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之屈折力依序為負、負、負，而該準直透鏡之屈折力為正。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組包括：一第一轉換透鏡，接近於該至少一發光源，用以擴張該複數光束；一第二轉換透鏡，位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射該複數光束；以及一第三轉換透鏡，位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射被該第二轉換透鏡反射之該複數光束；其中，該複數光束通過該第三轉換透鏡後投射至該準直透鏡。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組係為一自由型透鏡組，且該轉換透鏡模組之光軸非為一直線，而入射至該光學元件組之該複數光束與該光學元件組之一法向量間之夾角小於5度。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光學裝置，其中該第一轉換透鏡之一數值孔徑(Numerical Aperature，N.A.)小於0.8，且該複數光束呈現一矩形分佈或一環狀分佈。
8. 如申請專利範圍第5項所述之光學裝置，其中該第一轉換透鏡於一垂直方向上之一第一數值孔徑小於0.6，而該第一轉換透鏡於一水平方向上之一第二數值孔徑小於0.5，且該複數光束呈現一矩 形分佈或一環狀分佈。
9. 如申請專利範圍第5項所述之光學裝置，其中該第一轉換透鏡為非對稱於該轉換透鏡模組之光軸，且該第一轉換透鏡於一水平方向上之曲率與一垂直方向上之一曲率不同，以控制該複數光束之分佈以及投射方向。
10. 如申請專利範圍第5項所述之光學裝置，其中該第一轉換透鏡以及該準直透鏡中之至少一者具有高抗反射鍍膜(Anti-Reflection Coating)，該第二轉換透鏡以及該第三轉換透鏡中之至少一者具有高反射鍍膜(High Reflective Coating)，以控制該複數光束之分佈以及投射方向。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該準直透鏡為非對稱於該轉換透鏡模組之光軸，且該準直透鏡於一水平方向上之曲率與一垂直方向上之一曲率不同，以控制該複數光束之分佈以及投射方向。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括一空間濾波器，設置於該準直透鏡以及該光學元件組之間，或設置於該至少一發光源以及該轉換透鏡模組之間，用以過濾該複數光束中之雜訊。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該光學元件組包括對應於該結構光圖案之一繞射光學元件(Diffractive Optical Element，DOE)、一折射式光學元件以及一折射式陣列光學元件中之至少一者。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該殼體之厚度小於6毫米(mm)。
15. 一種光學裝置，包括：一結構光產生單元，用以輸出一結構光，該結構光產生單元包括：至少一發光源，用以產生複數光束；以及一光學元件組，具有一投射圖案，且該投射圖案被該複數光束穿透而輸出該結構光；一轉換透鏡模組，位於該至少一發光源以及該光學元件之間，用以擴展該複數光束，使該複數光束通過該轉換透鏡模組後投射至一投射面，而於該投射面上呈現一結構光圖案；一準直透鏡，設置於該轉換透鏡模組之一側，用以準直被擴展之該複數光束；以及一殼體，用以容置該結構光產生單元、該轉換透鏡模組以及該準直透鏡；其中，該殼體之厚度小於4毫米。
16. 如申請專利範圍第15項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為1，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該轉換透鏡沿該光軸之屈折力為負，而該準直透鏡之屈折力為正。
17. 如申請專利範圍第15項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為2，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該二轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸之屈折力依序為負、負，而該準直透鏡之屈折力為正。
18. 如申請專利範圍第15項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組中之該轉換透鏡之數量為3，且該轉換透鏡模組之一光軸係為一直線，該三轉換透鏡由該至少一發光源至該光學元件組沿該光軸 之屈折力依序為負、負、負，而該準直透鏡之屈折力為正。
19. 如申請專利範圍第15項所述之光學裝置，其中該轉換透鏡模組包括：一第一轉換透鏡，接近於該至少一發光源，用以擴張該複數光束；一第二轉換透鏡，位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射該複數光束；以及一第三轉換透鏡，位於該第一轉換透鏡以及該光學元件組之間，用以反射被該第二轉換透鏡反射之該複數光束；其中，該複數光束通過該第三轉換透鏡後投射至該準直透鏡。