TW202111392A - 三維感測裝置、發光模組及其控制方法 - Google Patents

三維感測裝置、發光模組及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一種三維感測裝置，適於感測一待測物。三維感測裝置包含發光模組以及感測模組。發光模組包含發光元件、光學元件組及驅動電路。驅動電路耦接於發光元件，用於至少點亮第一發光區及第二發光區其中之一者，其中驅動電路可決定第二發光區的發光功率。發光模組選擇性發射擴散光線及結構光斑至少其中之一。感測模組相鄰於發光模組，用於感測經待測物反射的擴散光線及結構光斑至少其中之一。

Description

三維感測裝置、發光模組及其控制方法
本發明是有關一種感測裝置、發光模組及其控制方法，尤其是適於移動設備的三維感測裝置、發光模組及其控制方法。
近年來三維圖像獲取技術開始應用於移動設備如智慧手機的攝像頭而具有多功能應用，例如：人臉辨識作為解除屏鎖應用、距離量測應用等。
然而，發明人認識到，受限於移動設備的機構設計的有限空間，特別是在前置攝像頭的設計與應用在實際上仍有所不足，導致在不同使用環境下，所獲取影像有顯著的質量差異，因此在使用上仍有所限制。
有鑒於此，本發明一些實施例提出三維感測裝置、發光模組及其控制方法，適於感測三維的待測物，以解決三維感測裝置在不同使用環境下的測距及三維辨識應用所存在的問題。
依據本發明一些實施例，三維感測裝置適於感測一待測物。三維感測裝置包含發光模組以及感測模組。發光模組包含發光元件、光學元件組及驅動電路。發光元件包含第一發光區和第二發光區，其中第一發光區具有用於輸出第一光線的多個第一發光單元，第二發光區包含多個工作子區，且每個工作子區具有用於輸出第二光線的多個第二發光單元。光學元件組包含分別對應於第一發光區和第二發光區的第一光學元件和第二光學元件，其中第一光學元件用於接收第一光線並輸出擴散光線，第二光學元件用於接收第二光線並輸出結構光斑。驅動電路耦接於發光元件，驅動電路用於至少點亮第一發光區及第二發光區其中之一者，其中驅動電路透過點亮該些工作子區至少其中之一來決定第二發光區的發光功率。感測模組相鄰於發光模組，感測模組用於感測經待測物反射的擴散光線及結構光斑至少其中之一。
依據本發明一些實施例，更包含：處理模組，耦接於感測模組，用於依據經反射的擴散光線及該結構光斑至少其中之一產生待測物的三維圖像。
依據本發明一些實施例，處理模組還耦接於驅動電路，該處理模組並依據經反射的該結構光斑計算出該待測物相對於該三維感測裝置的物距，依據物距輸出一控制訊號，驅動電路依據控制訊號決定第二發光區中被點亮的至少一該些工作子區。
依據本發明一些實施例，第一光學元件包含擴散片，第二光學元件包含繞射光學元件。
依據本發明一些實施例，第二發光區還包含不發光的連接子區，其中連接子區將第二發光區界定出該些工作子區。
依據本發明一些實施例，發光元件包含垂直腔面發射光雷射元件。
依據本發明一些實施例，多個第一發光單元呈規則分布，多個第二發光單元呈不規則分布。
依據本發明一些實施例，至少二個該些工作子區的面積大小彼此相異。
依據本發明一些實施例，發光模組適於三維感測裝置。發光模組包含發光元件、光學元件組及驅動電路。發光元件包含第一發光區和第二發光區，其中第一發光區具有用於輸出第一光線的多個第一發光單元，第二發光區包含多個工作子區，且每個工作子區具有用於輸出第二光線的多個第二發光單元。光學元件組包含分別對應於第一發光區和第二發光區的第一光學元件和第二光學元件，其中第一光學元件用於接收第一光線並輸出擴散光線，第二光學元件用於接收第二光線並輸出結構光斑。驅動電路耦接於發光元件，驅動電路用於至少點亮第一發光區及第二發光區其中之一者，其中驅動電路透過點亮該些工作子區至少其中之一來決定第二發光區的發光功率。
依據本發明一些實施例，第一光學元件包含擴散片，第二光學元件包含繞射光學元件。
依據本發明一些實施例，第二發光區還包含不發光的連接子區，其中連接子區將第二發光區界定出該些工作子區。
依據本發明一些實施例，發光元件包含垂直腔面發射光雷射元件。
依據本發明一些實施例，多個第一發光單元呈規則分布，多個第二發光單元呈不規則分布。
依據本發明一些實施例，至少二個該些工作子區的面積大小彼此相異。
依據本發明一些實施例，適於三維感測一待測物的發光模組控制方法包含以下步驟：藉由驅動電路至少點亮發光元件的第一發光區及第二發光區其中之一者，第二發光區包含多個工作子區，透過點亮該些工作子區至少其中之一來決定第二發光區的發光功率，其中第一發光區具有用於輸出第一光線的多個第一發光單元，且每個工作子區具有用於輸出第二光線的多個第二發光單元；當第一發光區被點亮時，光學元件組的第一光學元件接收第一光線並輸出擴散光線；當第二發光區被至少局部點亮時，光學元件組的第二光學元件接收第二光線並輸出結構光斑；以及，感測模組感測經待測物反射的擴散光線及結構光斑至少其中之一。
依據本發明一些實施例，還包含以下步驟：當第一發光區被點亮或第二發光區被至少局部點亮時，藉由處理模組依據經反射的擴散光線或結構光斑產生待測物的三維圖像。
依據本發明一些實施例，處理模組還依據經反射的結構光斑計算出待測物相對於包含發光模組的三維感測裝置的物距，依據物距輸出一控制訊號，驅動電路依據控制訊號決定第二發光區中被點亮的至少一該些工作子區。
依據本發明一些實施例，第一光學元件包含擴散片，第二光學元件包含繞射光學元件。
據此，三維感測裝置主要是利用具有相異發光圖案及發光特性的第一發光區和第二發光區，通過驅動電路單獨或同時點亮第一發光區及第二發光區至少其中之一，可適應性提供不同環境下所需的光線，接著，感測模組接受經反射的擴散光線及結構光斑至少其中之一，並轉換為光強度訊號，以供裝置後續進行三維辨識應用。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下仍可實施。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。
圖1為本發明一實施例的三維感測裝置的功能方塊示意圖。圖2A為本發明一實施例的三維感測裝置的側視示意圖。圖2B為本發明一實施例的發光元件的俯視示意圖。
請一並參照圖1至圖2B，本發明一實施例之三維感測裝置包含發光模組10以及感測模組20。舉例而言，三維感測裝置是諸如：智慧手機、平板電腦等移動設備的前置或後置攝像頭，用於獲取待測物A的三維圖像或量測待測物A至三維感測裝置間的距離及深度，其中待測物A可為但不限於：物體、動物或人臉。
發光模組10包含發光元件12、光學元件組14及驅動電路16，其中發光元件12電性連接於驅動電路16。發光元件12包含第一發光區120和第二發光區122，舉例而言，如圖2B所繪示，由發光元件12的頂部視之，發光元件12的表面可進一步區分出第一發光區120和第二發光區122，且第一發光區120和第二發光區122彼此相鄰而整合為一，例如：二者集成於同一晶片。也就是說，在一些實施例中，第一發光區120和第二發光區122位於同一晶片，發光元件12包含此晶片。但本發明不限於此，在另一些實施例中，第一發光區120和第二發光區122也可以位於不同晶片，發光元件12包含這些不同晶片。舉例而言，發光元件可為垂直腔面發射光雷射元件(VCSEL)、雷射二極體、發光二極體(LED)或有機發光二極體(OLED)，但不限於此。
請繼續參照圖2B，在本實施例中，第一發光區120具有多個第一發光單元1200，且多個第一發光單元1200呈規則分布，所述規則分布例如可以是陣列式(array)分佈，舉例而言，發光元件12表面位於第一發光區120具有規則排列的多個開孔，對應多個第一發光單元1200，供輸出第一光線L1。藉此，第一發光區120受驅動電路16控制點亮，並朝向光學元件組14輸出第一光線L1作為均勻點光源，驅動電路16更可透過調控驅動電壓/電流，進而改變第一光線L1的發光功率等光特性。
另一方面，第二發光區122包含例如多個工作子區122a、122b、122c、122d，但工作子區的數量不限於圖2B所例示的4個，第二發光區122具有多個第二發光單元1220，且多個第二發光單元1220呈不規則分布，所述不規則分布例如可以是隨機(random)分布，舉例而言，發光元件12表面位於第二發光區122具有隨機排列的多個開孔對應於多個第二發光單元1220，供輸出第二光線L2。藉此，第二發光區122受驅動電路16控制被至少局部點亮，並朝向光學元件組14輸出第二光線L2作為散斑點光源。不同於第一發光區120僅具有一個發光區域的設計，第二發光區122具有多個工作子區122a、122b、122c、122d，每個工作子區122a、122b、122c、122d的面積大小彼此相同、相異，或至少二個工作子區122a、122b、122c、122d的面積大小彼此相異。在一些實施例中，第二發光區122可受驅動電路16控制，選擇性點亮至少其中之一或多個工作子區122a、122b、122c、122d，亦即第二發光區122被至少局部點亮，藉此，第二發光區122適應性調整、改變發光區域的數量及發光總面積，進而改變第二光線L2的發光圖案及發光功率等光特性。換言之，驅動電路16透過點亮該些工作子區122a、122b、122c、122d至少其中之一來決定第二發光區122的發光功率。
由上可知，第一發光區120與第二發光區122具有不同的表面發光圖案及光特性，藉此，發光元件12可適應性提供不同環境下所適合的工作光源，舉例而言，當待測物A距離三維感測裝置相對較遠時，第二發光區122可被點亮全部或大部份工作子區，以輸出較高光功率的第二光線L2，當待測物A距離三維感測裝置相對較近時，第二發光區122可被局部點亮一個工作子區122a，並可節約電力。於一實施例中，第一光線L1及第二光線L2包含但不限於紅外光線。
請繼續參照圖2A，由側視觀察三維感測裝置，光學元件組14包含第一光學元件140和第二光學元件142，且第一光學元件140和第二光學元件142在鉛錘方向上分別對應於第一發光區120和第二發光區122。在本實施例中，第一光學元件140和第二光學元件142彼此相鄰而整合為一，例如但不限於：集成於同一透光基材。進一步言，光學元件組14具有可透光性，其中第一光學元件140接收來自第一發光區120的第一光線L1，並輸出擴散光線L10，第二光學元件142接收來自第二發光區122的第二光線L2，並輸出結構光斑L20。舉例而言，第一光學元件140為擴散片(Diffuser)，且第二光學元件142為繞射光學元件(DOE, Diffractive Optical Element)，但不限於此。
請一並參照圖1及圖2A，驅動電路16耦接於發光元件12，所述耦接表示二元件之間是通過直接或間接電性連接。驅動電路16可供應發光元件12所需工作電壓/電流，且驅動電路16至少點亮第一發光區120及第二發光區122其中之一者，舉例而言，驅動電路16僅點亮第一發光區120以輸出第一光線L1，而第一光學元件140接收第一光線L1並輸出擴散光線L10至待測物A，或者是，驅動電路16僅點亮第二發光區122以輸出第二光線L2，而第二光學元件142接收第二光線L2並輸出結構光斑L20至待測物A，但不限於此。
感測模組20相鄰於發光模組10，且感測模組20接收外部光線，並轉變為光強度訊號。承前所述，當發光模組10輸出擴散光線L10至待測物A，則感測模組20接受的該外部光線即為經待測物A反射的擴散光線L10；然而，當發光模組10輸出結構光斑L20至待測物A，則感測模組20接受的該外部光線即為經待測物A反射的結構光斑L20。簡言之，感測模組20感測經待測物A反射的擴散光線L10及結構光斑L20至少其中之一。具體而言，感測模組20為例如但不限於CMOS感測器或是CCD感測器等傳感器。
依據上述結構，三維感測裝置主要是利用具有相異發光圖案及發光特性的第一發光區120和第二發光區122，通過驅動電路16單獨或同時點亮第一發光區120及第二發光區122至少其中之一，可適應性提供不同環境下所需的光線，接著，感測模組20接受經反射的擴散光線L10及結構光斑L20至少其中之一，轉變不同的光強度訊號，以供裝置後續進行三維辨識應用。舉例而言，在實際應用中，使用者以三維感測裝置進行感測的場景可能同時包含遠景(例如：較遠的建築物)及近景(例如：人臉)，而擴散光線適於感測遠景，結構光斑適於感測近景(說明如後)，藉此可實現在同一三維感測裝置上，針對感測場景中的遠景及近景同時進行感測，達到較精準的三維圖像辨識應用。但本發明不限於此，在其他只包含遠景的場景或是只包含近景的場景中，驅動電路也可以只點亮第一發光區或第二發光區，使得感測模組只接受到經反射的擴散光線或結構光斑。
在至少一實施例中，三維感測裝置更包含處理模組30。處理模組30耦接於感測模組20，且處理模組30接收感測模組20所輸出的該電訊號。在一示範例中，處理模組30依據經反射的擴散光線L10，通過例如飛時測距(Tof)演算法，生成待測物A的三維圖像，供三維圖像辨識應用，又或者，處理模組30依據經反射的結構光斑L20，通過例如深度演算法，生成待測物A的三維圖像，供三維圖像辨識應用。其中，飛時測距(Tof)演算法的原理是利用光線反射時間的計算來達到三維圖像辨識的功能，而深度演算法的原理是利用光線反射角度的計算來達到三維圖像辨識的功能。因此，採用飛時測距(Tof)演算法作為計算基礎的擴散光線對於遠景的感測效果較為優異，而採用深度演算法作為計算基礎的結構光斑對於近景的感測效果較為優異，藉此，本發明一些實施例可實現在同一三維感測裝置上，針對感測場景中的遠景及近景同時進行感測，達到較精準的三維圖像辨識應用。
除此之外，在近景的應用場景中，還可能出現不同的情况，說明如下。在一些實施例中，處理模組30還耦接於驅動電路16，處理模組30並依據經反射的結構光斑L20計算出待測物A相對於三維感測裝置的物距，依據物距輸出一控制訊號E。然而，前述物距數據，不限於通過前述經處理模組30所計算出，也可以藉由與三維感測裝置配置於同一移動設備上的距離感測器，獲取待測物A相對於三維感測裝置的物距。藉此，發光元件12可依據物距，適應性提供不同環境下所適合的擴散光線或結構光斑，舉例而言，當待測物A距離三維感測裝置位於近景中相對較遠的位置時，驅動電路16依據控制訊號E決定第二發光區122中該些工作子區122a、122b、122c、122d被全部或大部份點亮，使發光模組10輸出較高光功率的結構光斑L20，當待測物A距離三維感測裝置位於近景中相對較近的位置時，驅動電路16依據控制訊號E決定第二發光區122中該些工作子區122a、122b、122c、122d至少其中之一被點亮，使發光模組10輸出較低光功率的結構光斑L20。
在一些實施例中，發光模組10與感測模組20彼此相鄰且位於同一水平面。在一些實施例中，三維感測裝置還包含一基板40，發光模組10與感測模組20並排於基板40上，也可以說，發光模組10與感測模組20位於同一基板40上，如圖2A所例示。
請繼續參照圖2B，在一些實施例中，第二發光區122包含多個工作子區122a、122b、122c、122d以及連接子區1222。其中連接子區1222是不發光區域，且連接子區1222位於多個工作子區122a、122b、122c、122d之間，予以區隔出每個工作子區122a、122b、122c、122d的位置、範圍及面積大小等幾何形態。換言之，第二發光區122通過連接子區1222界定出空間分離的多個工作子區122a、122b、122c、122d，以實現上述第二發光區122被至少局部點亮的技術方案。在一些實施例中，連接子區1222內不包含第二發光單元1220。
請參照圖2C，在其他實施例中，第一發光區120內的多的第一發光單元1200呈不規則分布，只要相對應的第一光學元件140具有良好的光學特性，例如是勻光效果較佳的擴散片，則發光模組10仍然可以產生均勻的擴散光線L10。藉此，發光元件12上均為不規則分布的第一發光單元1200及第二發光單元1220，而無需特地區分為規則排列區域及不規則排列區域，可簡化制程及降低生產成本。
請一並參照圖1至圖3，本發明另一實施例的適於三維感測一待測物的發光模組控制方法包含以下步驟。首先，藉由驅動電路16至少點亮發光元件12的第一發光區120及第二發光區122其中之一者，第二發光區122包含多個工作子區122a、122b、122c、122d，透過點亮該些工作子區122a、122b、122c、122d至少其中之一來決定第二發光區122的發光功率，其中第一發光區120具有用於輸出第一光線L1的多個第一發光單元1200，且每個工作子區122a、122b、122c、122d具有用於輸出第二光線L2的多個第二發光單元1220(S1)。
在步驟S1的一些實施例中，第一發光區120與第二發光區122具有不同的表面發光圖案及光特性，藉此，發光元件12可適應性提供不同環境下所適合的工作光源，舉例而言，如同前述，當待測物A距離三維感測裝置位於近景中相對較遠的位置時，第二發光區122可被點亮全部或大部份工作子區，以輸出較高光功率的第二光線L2，當待測物A距離三維感測裝置位於近景中相對較近的位置時，第二發光區122可被局部點亮一個工作子區122a，並可節約電力，相關詳細技術內容、優點功效及衍生實施例已如前述。
其次，當第一發光區120被點亮時，光學元件組14的第一光學元件140接收第一光線L1並輸出擴散光線L10(S21)；然而，當第二發光區122被至少局部點亮時，光學元件組14的第二光學元件142接收第二光線L2並輸出結構光斑L20(S22)。舉例而言，在步驟S21的一示範例中，藉由例如但不限於擴散片作為第一光學元件140以接收來自第一發光區120的第一光線L1，並輸出擴散光線L10；在步驟S22的一示範例中，藉由例如但不限於繞射光學元件作為第二光學元件142以接收來自第二發光區122的第二光線L2，相關詳細技術內容、優點功效及衍生實施例已如前述。
隨後，感測模組20感測經待測物A反射的擴散光線L10及結構光斑L20至少其中之一(S3)。在步驟S3的一些實施例中，感測模組20接收外部光線，並轉變為光強度訊號。承前所述，當發光模組10輸出擴散光線L10至待測物A，則感測模組20接受的該外部光線即為經待測物A反射的擴散光線L10；然而，當發光模組10輸出結構光斑L20至待測物A，則感測模組20接受的該外部光線即為經待測物A反射的結構光斑L20，相關詳細技術內容、優點功效及衍生實施例已如前述。
依據上述說明，適於三維感測一待測物的發光模組控制方法主要是利用驅動電路16單獨或同時點亮發光元件12中第一發光區120及第二發光區122至少其中之一，藉由對應的光學元件組14輸出對應的擴散光線L10及結構光斑L20，可適應性提供不同環境下所需的光線，接著，感測模組20接受經反射的擴散光線L10及結構光斑L20至少其中之一，轉變不同的光強度訊號，以供裝置後續進行三維辨識應用光斑。
在一些實施例中，當第一發光區120被點亮時，藉由處理模組30依據經反射的擴散光線L10，通過例如飛時測距(Tof)演算法，生成待測物A的三維圖像，供進行三維圖像辨識程序；以及當第二發光區122被至少局部點亮時，藉由處理模組30依據經反射的結構光斑L20，通過例如深度演算法，生成待測物A的三維圖像，供進行三維圖像辨識程序。
如同前述，在近景的應用場景中，還可能出現不同的情况。請參照圖1及圖2A，在一些實施例中，處理模組30還依據經反射的結構光斑L20計算出待測物A相對於包含該發光模組的三維感測裝置的物距，依據物距輸出一控制訊號E，驅動電路16依據控制訊號E決定第二發光區122的該些工作子區122a、122b、122c、122d至少其中之一被點亮。然而，前述物距數據，不限於通過前述經處理模組30所計算出，詳如前述。
綜上所述，根據本發明一些實施例所述的三維感測裝置、發光模組及其控制方法，主要是利用具有相異發光圖案及發光特性的第一發光區120和第二發光區122，通過驅動電路16單獨或同時點亮第一發光區120及第二發光區122至少其中之一，藉由對應的光學元件組14輸出對應的擴散光線L10及結構光斑L20，可適應性提供不同環境下所需的光線，接著，感測模組20接受經反射的擴散光線L10及結構光斑L20至少其中之一，轉變不同的光強度訊號，以供後續三維辨識應用。藉由上述設計，三維感測裝置可小巧地配置於移動設備的有限空間，並提供多種不同的發光圖案、面積及功率等光學變化，以解決在不同使用環境下的測距及三維圖像辨識應用所存在的問題。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
A:待測物 E:控制訊號 L1:第一光線 L2:第二光線 L10:擴散光線 L20:結構光斑 S1、S21、S22、S3:步驟 10:發光模組 12:發光元件 120:第一發光區 1200:第一發光單元 122:第二發光區 122a、122b、122c、122d:工作子區 1220:第二發光單元 1222:連接子區 14:光學元件組 140:第一光學元件 142:第二光學元件 16:驅動電路 20:感測模組 30:處理模組 40:基板
[圖1] 為本發明一實施例的三維感測裝置的功能方塊示意圖。 [圖2A] 為本發明一實施例的三維感測裝置的側視示意圖。 [圖2B] 為本發明一實施例的發光元件的俯視示意圖。 [圖2C] 為本發明另一實施例的發光元件的俯視示意圖。 [圖3] 為本發明一實施例的適於三維感測一待測物的發光模組控制方法的流程示意圖。
E:控制訊號
10:發光模組
12:發光元件
14:光學元件組
16:驅動電路
20:感測模組
30:處理模組

Claims (18)

  1. 一種三維感測裝置，適於感測一待測物，包含： 一發光模組，包含： 一發光元件，包含一第一發光區和一第二發光區，其中該第一發光區具有用於輸出一第一光線的多個第一發光單元，該第二發光區包含多個工作子區，且每個該工作子區具有用於輸出一第二光線的多個第二發光單元； 一光學元件組，包含分別對應於該第一發光區和該第二發光區的一第一光學元件和一第二光學元件，其中該第一光學元件用於接收該第一光線並輸出一擴散光線，該第二光學元件用於接收該第二光線並輸出一結構光斑；以及 一驅動電路，耦接於該發光元件，用於至少點亮該第一發光區及該第二發光區其中之一者，其中該驅動電路透過點亮該些工作子區至少其中之一來決定該第二發光區的發光功率；以及 一感測模組，相鄰於該發光模組，用於感測經該待測物反射的該擴散光線及該結構光斑至少其中之一。
  2. 如請求項1所述之三維感測裝置，更包含： 一處理模組，耦接於該感測模組，用於依據經反射的該擴散光線及該結構光斑至少其中之一產生該待測物的一三維圖像。
  3. 如請求項2所述之三維感測裝置，其中該處理模組還耦接於該驅動電路，該處理模組並依據經反射的該結構光斑計算出該待測物相對於該三維感測裝置的一物距，依據該物距輸出一控制訊號，該驅動電路依據該控制訊號決定該第二發光區中被點亮的至少一該些工作子區。
  4. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該第一光學元件包含擴散片，該第二光學元件包含繞射光學元件。
  5. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該第二發光區還包含不發光的連接子區，其中該連接子區將該第二發光區界定出該些工作子區。
  6. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該發光元件包含垂直腔面發射光雷射元件。
  7. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該多個第一發光單元呈規則分布，該多個第二發光單元呈不規則分布。
  8. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中至少二個該些工作子區的面積大小彼此相異。
  9. 一種發光模組，適於三維感測裝置，包含： 一發光元件，包含一第一發光區和一第二發光區，其中該第一發光區具有用於輸出一第一光線的多個第一發光單元，該第二發光區包含多個工作子區，且每個該工作子區具有用於輸出一第二光線的多個第二發光單元； 一光學元件組，包含分別對應於該第一發光區和該第二發光區的一第一光學元件和一第二光學元件，其中該第一光學元件用於接收該第一光線並輸出一擴散光線，該第二光學元件用於接收該第二光線並輸出一結構光斑；以及 一驅動電路，耦接於該發光元件，用於至少點亮該第一發光區及該第二發光區其中之一者，其中該驅動電路透過點亮該些工作子區至少其中之一來決定該第二發光區的發光功率。
  10. 如請求項9所述之發光模組，其中該第一光學元件包含擴散片，該第二光學元件包含繞射光學元件。
  11. 如請求項9所述之發光模組，其中該第二發光區還包含不發光的一連接子區，其中該連接子區將該第二發光區界定出該些工作子區。
  12. 如請求項9所述之發光模組，其中該發光元件包含垂直腔面發射光雷射元件。
  13. 如請求項9所述之發光模組，其中該多個第一發光單元呈規則分布，該多個第二發光單元呈不規則分布。
  14. 如請求項9所述之發光模組，其中至少二個該些工作子區的面積大小彼此相異。
  15. 一種適於三維感測一待測物的發光模組控制方法，包含以下步驟： 藉由一驅動電路至少點亮一發光元件的一第一發光區及一第二發光區其中之一者，該第二發光區包含多個工作子區，透過點亮該些工作子區至少其中之一來決定該第二發光區的發光功率，其中該第一發光區具有用於輸出一第一光線的多個第一發光單元，且每個該工作子區具有用於輸出一第二光線的多個第二發光單元； 當該第一發光區被點亮時，一光學元件組的一第一光學元件接收該第一光線並輸出一擴散光線； 當該第二發光區被至少局部點亮時，該光學元件組的一第二光學元件接收該第二光線並輸出一結構光斑；以及 一感測模組感測經該待測物反射的該擴散光線及該結構光斑至少其中之一。
  16. 如請求項15所述之發光模組控制方法，還包含以下步驟： 當該第一發光區被點亮或該第二發光區被至少局部點亮時，藉由一處理模組依據經反射的該擴散光線或該結構光斑產生該待測物的一三維圖像。
  17. 如請求項16所述之發光模組控制方法，其中該處理模組還依據經反射的該結構光斑計算出該待測物相對於包含該發光模組的一三維感測裝置的一物距，依據該物距輸出一控制訊號，該驅動電路依據該控制訊號決定該第二發光區中被點亮的至少一該些工作子區。
  18. 如請求項15所述之發光模組控制方法，其中，該第一光學元件包含擴散片，該第二光學元件包含繞射光學元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8301027B2 (en) * 2008-05-02 2012-10-30 Massachusetts Institute Of Technology Agile-beam laser array transmitter
CN101603821A (zh) * 2008-06-13 2009-12-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 影像测量仪及影像测量仪的对焦方法
US10244181B2 (en) * 2009-02-17 2019-03-26 Trilumina Corp. Compact multi-zone infrared laser illuminator
KR101733422B1 (ko) * 2009-08-20 2017-05-10 코닌클리케 필립스 엔.브이. 구성 가능한 강도 분포를 갖는 레이저 장치
KR101761815B1 (ko) * 2010-02-11 2017-07-27 삼성전자주식회사 3차원 디스플레이 장치의 백라이트 유닛 제어 방법 및 백라이트 유닛의 분할 제어가 가능한 3차원 디스플레이 장치
TWI479391B (zh) * 2012-03-22 2015-04-01 Wistron Corp 光學式觸控裝置及判斷觸控座標之方法
TWI452404B (zh) * 2013-01-04 2014-09-11 Lustrous Electro Optic Co Ltd 具有投光角度自動調整功能的影像擷取系統
US9322901B2 (en) 2013-02-20 2016-04-26 Maxim Integrated Products, Inc. Multichip wafer level package (WLP) optical device
US8761594B1 (en) * 2013-02-28 2014-06-24 Apple Inc. Spatially dynamic illumination for camera systems
TWI507729B (zh) * 2013-08-02 2015-11-11 Quanta Comp Inc 頭戴式視覺輔助系統及其成像方法
CN204831219U (zh) * 2015-04-27 2015-12-02 宁波频泰光电科技有限公司 手持三维扫描装置和移动终端
TWI630431B (zh) * 2016-08-26 2018-07-21 光寶電子（廣州）有限公司 用於捕捉立體影像的裝置及系統
CN107424188B (zh) * 2017-05-19 2020-06-30 深圳奥比中光科技有限公司 基于vcsel阵列光源的结构光投影模组
CN207365904U (zh) * 2017-06-01 2018-05-15 深度创新科技（深圳）有限公司 三维重建装置及设备
CN209167785U (zh) * 2018-07-30 2019-07-26 深圳阜时科技有限公司 一种光学投影模组
CN208874676U (zh) 2018-07-30 2019-05-17 深圳阜时科技有限公司 一种图像获取装置、身份识别装置及电子设备
CN209044288U (zh) * 2018-09-08 2019-06-28 深圳阜时科技有限公司 一种光学组件、光学投影模组、感测装置及设备
CN111123537A (zh) * 2018-11-01 2020-05-08 北京驭光科技发展有限公司 光投射模组以及具有其的图像采集系统和三维传感系统
CN209570754U (zh) * 2018-11-01 2019-11-01 北京驭光科技发展有限公司 光投射模组以及具有其的图像采集系统和三维传感系统
CN110493400B (zh) * 2019-08-28 2021-11-02 Oppo广东移动通信有限公司 投射模组及终端

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