TWI551846B - 感測元件及光學測距系統 - Google Patents

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Description

感測元件及光學測距系統
本發明係有關一種感測元件，更特別有關一種可應用於距離量測或是手勢辨識的感測元件及光學測距系統。
一般來說，距離量測系統(Distance measurement system,DMS)通常會使用光源，並利用光源之光束被物體反射回來的能量來計算物體的距離。傳統上，可使用三角定位的方式，或是飛行時間(Time of flight,TOF)的技術方案來計算距離，然而採用上述方式所花費的成本與系統的尺寸相對來說都會較高。
另外，手勢(gesture)辨識的開發基礎通常可使用3D影像先消除背景影像以取出前景物件影像，其中這樣的技術會使用到兩顆影像感測器，如此一來，手勢辨識模組的尺寸與成本同樣地便無法有效地獲得縮減。
基於上述，本發明說明主要是利用相位偵測(phase detection)的技術取得3D影像，而且無需額外打光(上述飛行時間法需要打光)，且本發明說明之技術方案可只使用單顆影像感測器，便可達到偵測距離及手勢辨識之應用。
有鑑於此，本發明說明提出一種感測元件及光學測距系統，其具有低成本、尺寸小以及高偵測精確度之優點。
本發明說明提供一種光學測距系統，包含一透鏡、一感測元件及一處理單元。該感測元件用以擷取穿透該透鏡之光線並輸出一影像圖框並包含陣列排列的複數感測像素區，其中每一該等感測像素區包含一 第一像素、一第二像素、一第一遮蔽層、一第二遮蔽層及至少一微透鏡。該第二像素於一預設方向鄰接該第一像素。該第一遮蔽層設置在該第一像素之上並具有一第一開孔，其中該第一開孔之一孔徑從該第一像素之一中心沿該預設方向增加。該第二遮蔽層設置在該第二像素之上並具有一第二開孔，其中該第二開孔與該第一開孔之形狀於該預設方向成鏡像對稱。該至少一微透鏡設置在該第一遮蔽層及該第二遮蔽層與該透鏡間。該處理單元用以根據該影像圖框產生對應該等第一像素之一第一子圖框及對應該等第二像素之一第二子圖框，並根據該第一子圖框及該第二子圖框計算至少一物件距離。
本發明說明另提供一種感測元件，包含陣列排列的複數感測像素區，其中每一該等感測像素區包含一第一像素、一第二像素、一第一遮蔽層、一第二遮蔽層及至少一微透鏡。該第二像素於一預設方向鄰接該第一像素。該第一遮蔽層設置在該第一像素之上並具有一第一開孔，其中該第一開孔之一孔徑從該第一像素之一中心沿該預設方向增加。該第二遮蔽層設置在該第二像素之上並具有一第二開孔，其中該第二開孔與該第一開孔之形狀於該預設方向成鏡像對稱。該至少一微透鏡，設置在該第一遮蔽層及該第二遮蔽層之上。
本發明說明另提供一種光學測距系統，包含一透鏡、一感測元件及一處理單元。該感測元件用以擷取穿透該透鏡之光線並輸出一影像圖框並包含陣列排列的複數感測像素區，其中每一該等感測像素區包含一第一像素、一第二像素、一第三像素、一第四像素、一第一遮蔽層、一第二遮蔽層、一第三遮蔽層、一第四遮蔽層及四個微透鏡。該第一遮蔽層設置在該第一像素之上並具有一第一開孔，其中該第一開孔之一孔徑從該第一像素之一中心沿一第一方向增加。該第二遮蔽層設置在該第二像素之上並具有一第二開孔，其中該第二開孔與該第一開孔之形狀於該第一方向成鏡像對稱。該第三遮蔽層設置在該第三像素之上並具有一第三開孔，其中該第三開孔之一孔徑從該第三像素之一中心沿一第二方向增加。該第四遮蔽層設置在該第四像素之上並具有一第四開孔，其中該第四開孔與該第三開孔之形狀於該第二方向成鏡像對稱。該四個微透鏡分別設置在該第一遮蔽層、該第二遮蔽層、該第三遮蔽層及該第四遮蔽層與該透鏡間。該處 理單元用以根據該影像圖框產生對應該等第一像素之一第一子圖框、對應該等第二像素之一第二子圖框、對應該等第三像素之一第三子圖框及對應該等第四像素之一第四子圖框，並根據該第一子圖框、該第二子圖框、該第三子圖框及該第四子圖框估測至少兩物件距離。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此先述明。
1‧‧‧光學測距系統
10‧‧‧透鏡
12‧‧‧感測元件
14‧‧‧處理單元
9‧‧‧物件
AS‧‧‧感測像素區
D1‧‧‧第一投影距離
D2‧‧‧第二投影距離
D3‧‧‧第三投影距離
D4‧‧‧第四投影距離
F1‧‧‧第一子圖框
F2‧‧‧第二子圖框
F3‧‧‧第三子圖框
F4‧‧‧第四子圖框
I1‧‧‧第一成像位置
I2‧‧‧第二成像位置
I3‧‧‧第三成像位置
I4‧‧‧第四成像位置
IF‧‧‧影像圖框
LM‧‧‧微透鏡
O1‧‧‧第一開孔
O2‧‧‧第二開孔
O3‧‧‧第三開孔
O4‧‧‧第四開孔
P1‧‧‧第一像素
P2‧‧‧第二像素
P3‧‧‧第三像素
P4‧‧‧第四像素
R1‧‧‧第一參考線
R2‧‧‧第二參考線
R3‧‧‧第三參考線
R4‧‧‧第四參考線
R、G、B‧‧‧像素
S1‧‧‧第一遮蔽層
S2‧‧‧第二遮蔽層
S3‧‧‧第三遮蔽層
S4‧‧‧第四遮蔽層
第1圖為本發明第一實施例之光學測距系統之示意圖。
第2A圖為第1圖之光學測距系統之感測元件之俯視圖。
第2B圖為第2A圖之局部放大圖。
第3圖為本發明一實施例之光學測距系統之感測元件之示意圖。
第4圖為本發明第一實施例之處理單元根據影像圖框估測物件距離之示意圖。
第5A圖為本發明第二實施例之光學測距系統之感測元件之俯視圖。
第5B圖為本發明第二實施例之處理單元根據影像圖框估測物件距離之示意圖。
第6A~8B圖為具有不同形狀之開孔之感測像素區之示意圖。
第9圖為本發明第三實施例之光學測距系統之感測元件之俯視圖。
參照第1圖所示，其顯示本發明第一實施例之光學測距系統1之示意圖。該光學測距系統1包含一透鏡10、一感測元件12及一處理單元14。本實施例中，該光學測距系統1係用以估測至少一物件距離，例如，當一物件9進入該光學測距系統1之一有效量測範圍時，該光學測距系統1可估測該物件9相對該光學測距系統1之至少一距離(詳述於後)。
必須說明的是，圖1僅繪示一物件(亦即該物件9)用以說 明本實施例，但本發明不限於此。某些實施例中，出現在該光學測距系統1之該有效量測範圍之複數物件皆可被估測距離。某些實施例中，該物件9具有一不平整表面，此時該光學測距系統1可估測該物件9之該不平整表面上不同位置相對該光學測距系統1之複數距離，藉以取得三維影像資訊。
該透鏡10用以聚光，例如該物件9所反射之光。該透鏡10例如透過間隙子(spacer)與該感測元件12維持一固定距離，但不限於此。其他實施例中，該透鏡10可透過一殼體或一支撐部與該感測元件12維持該固定距離。此外，雖然第1圖僅繪示一個透鏡10，但本發明不限於此。其他實施例中，該透鏡10可以是一個包含複數透鏡的透鏡組。
該感測元件12用以擷取穿透該透鏡10之光線並輸出一影像圖框IF。該感測元件12例如可為一電荷耦合元件(CCD)影像感測器、一互補金氧半導體(CMOS)影像感測器或其他可用以感測光能量之感測器。該感測元件12包含陣列排列的複數感測像素區AS，其中每一該等感測像素區AS包含一第一像素P1、一第二像素P2、一第一遮蔽層S1、一第二遮蔽層S2及至少一微透鏡LM。
請同時參照第1、2A及2B圖，接著說明每一該等感測像素區AS之各個元件。第2A圖為第1圖之該感測元件12之俯視圖，其中並未繪示該至少一微透鏡LM。如第2A圖所示，本實施例之該第二像素P2於一預設方向(例如X方向)鄰接該第一像素P1。此外，本實施例中，該第一像素P1與該第二像素P2之形狀為正方形，但不限於此。其他實施例中，該第一像素P1與該第二像素P2之形狀可為圓形或長方形。雖然第2A圖顯示該感測元件12具有6×5個感測像素區AS，但不限於此，該感測像素區AS的數量可視實際應用而定。
第2B圖為第2A圖之局部放大圖，於此顯示為一個感測像素區AS。該第一遮蔽層S1設置在該第一像素P1之上並具有一第一開孔O1，其中該第一開孔O1之一孔徑從該第一像素P1之一中心沿該預設方向增加或單調增加。該第二遮蔽層S2設置在該第二像素P2之上並具有一第二開孔O2，其中該第二開孔O2與該第一開孔O1之形狀於該預設方向(例如X方向)成鏡像對稱。也就是說，該第二開孔O2之一孔徑從該第二像素P2之一中心沿該預設方向之相反方向增加。必須說明的是，該第一遮蔽層S1及該第二 遮蔽層S2係用以遮蔽穿透該微透鏡LM之的一部份光線，而未被遮蔽的另一部份光線則可穿透該第一遮蔽層S1之該第一開孔O1及該第二遮蔽層S2之該第二開孔O2而抵達該第一像素P1及該第二像素P2。
可以瞭解的是，第2B圖之該第一遮蔽層S1與該第一開孔O1之一第一面積加總相等於該第一像素P1的面積；該第二遮蔽層S2與該第二開孔O2之一第二面積加總相等於該第二像素P2的面積，但不限於此。其他實施例中，該第一面積加總及該第二面積加總分別略大於該第一像素P1及該第二像素P2的面積以避免漏光。
該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2可以是CMOS製程中的第一道金屬層至第十道金屬層之間的任兩層，或以其他可遮光之材料所形成。
一實施例中，以金屬材料形成該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2之後，通常會覆蓋一絕緣層或一保護層(passivation layer)在該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2上。此時，該絕緣層或該保護層較佳為透光材料所形成，以致於該第一開孔O1及該第二開孔O2具有高穿透率。可以瞭解的是，該絕緣層或該保護層可防止灰塵進入該第一像素P1及該第二像素P2以避免影響感光效率。
本實施例中，雖然第1圖繪示該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2與該第一像素P1及該第二像素P2相距一距離(例如透過保護層或介電層以形成該距離)，該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2較佳靠近該第一像素P1及該第二像素P2。其他實施例中，該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2可分別塗布或直接覆蓋於該第一像素P1及該第二像素P2之上。
該至少一微透鏡LM設置在該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2與該透鏡10之間，例如於第1圖所示，每一該等感測像素區AS包含兩個微透鏡LM，且該兩微透鏡LM分別對位於該第一像素P1及該第二像素P2。此時，透過該兩微透鏡LM及鏡像對稱之該第一開孔O1及該第二開孔O2之配置，該第一像素P1及該第二像素P2可分別接收到不同相位的入射光束以進行相位偵測。
必須說明的是，透過上述微透鏡及開孔的配置，在該第一像素P1及該第二像素P2接收入射光束時，靠近該第一像素P1及該第二像素 P2之中心所分別接收的入射光之間的相位差並不明顯；相反的，靠近該第一像素P1及該第二像素P2之邊緣所分別接收的入射光之間的相位差則較大。因此，對於該第一開孔O1，相對該第一像素P1邊緣之該孔徑較佳大於相對該第一像素P1中心之該孔徑。也就是說，該第一開孔O1之該孔徑從該第一像素P1中心沿該預設方向增加。據此，可提昇相位偵測的精確度。
可以瞭解的是，由於該第一開孔O1之該孔徑從該第一像素P1中心沿該預設方向增加，該第一開孔O1的面積會小於該第一像素P1面積的一半，例如第2B圖所示。同時，該第一開孔O1及該第二開孔O2的面積應大於一預設面積以致於該感測元件12所擷取之該影像圖框IF保有一可接受的訊號雜訊比(SNR)。較佳地，該第一開孔O1的面積為該第一像素P1面積的5%~45%。
由於該微透鏡LM具有對稱結構，其他實施例中，每一該等感測像素區AS可僅包含一個微透鏡LM。此時，該微透鏡LM係同時對位於該第一開孔O1及該第二開孔O2，如第3圖所示。此外，該等微透鏡LM與該等遮蔽層之間可形成一保護層。
請同時參照第1、2A及4圖，其中第4圖為該處理單元14根據影像圖框IF估測物件距離之示意圖。該處理單元14例如為一數位訊號處理器(DSP)或一處理電路，並電性連接該感測元件12。在該感測元件12輸出該影像圖框IF(例如相對第2A圖之6×10的像素陣列)至該處理單元14之後，該處理單元14用以根據該影像圖框IF產生對應該等第一像素P1一第一子圖框F1及對應該等第二像素P2之一第二子圖框F2。例如，當該影像圖框IF對應第2A圖之感測元件的6×5個感測像素區AS(亦即6×10的像素陣列)時，6×5個該等第一像素P1及6×5個該等第二像素P2所感測之灰階值資訊可分別用以產生該第一子圖框F1及該第二子圖框F2。
一般而言，當該物件9相對該光學測距系統1為準焦(in focus)時，該感測元件12所擷取之該影像圖框IF中會出現一個清晰的物件影像。而且，在該處理單元14根據該影像圖框IF所產生之該第一子圖框F1及該第二子圖框F2中，該物件9所對應的成像位置大致相同。也就是說，當該物件9分別在該第一子圖框F1及該第二子圖框F2中所形成的成像位置互相重疊時(亦即兩者間的距離為0)。此時，介於該物件9該光學測距系 統1間的直線距離可定義為一參考距離L0。
然而，當該物件9相對該光學測距系統1為失焦(out of focus)時，該感測元件12所擷取之該影像圖框IF中則會出現兩個物件影像且分別在該第一子圖框F1及該第二子圖框F2中形成一第一成像位置I1及一第二成像位置I2，如第4圖所示。此時，該第一子圖框F1及該第二子圖框F2中垂直於該預設方向之一中心線可分別定義為一第一參考線R1及一第二參考線R2。接著，該處理單元14分別計算該第一成像位置I1至該第一參考線R1之一第一投影距離D1及該第二成像位置I2至該第二參考線R1之一第二投影距離D2。
必須說明的是，假設該第一成像位置I1及該第二成像位置I2重疊時，該參考距離L0為已知，此時該第一投影距離D1及該第二投影距離D2皆為0。由於該物件9與該光學測距系統1間之距離與該物件9在該第一子圖框F1所產生之該第一成像位置I1之該第一投影距離D1(或與該物件9在該第二子圖框F2所產生之該第二成像位置I2之該第二投影距離D2)呈一預設關係，例如線性關係或非線性關係，該光學測距系統1可事先儲存該參考距離L0及該預設關係至一儲存單元。據此，該處理單元14可根據該第一成像位置I1及該第二成像位置I2估測至少一物件距離(亦即該物件9相對該光學測距系統1的距離)。
一實施例中，該處理單元14可根據該第一投影距離D1與該第二投影距離D2之一差值(例如D1-D2)估測該至少一物件距離。例如，可根據該差值與該物件9相對該光學測距系統1之距離的相對關係事先建立一查找表(look-up table)，例如下表1所示(其中物件距離L2>L0>L1)，並儲存於該儲存單元之中。
另一實施例中，該差值與該物件9相對該光學測距系統1 之距離的相對關係可形成一直線方程式，並儲存在該記憶單元之中，但不限於此。簡言之，本發明之該光學測距系統1之處理單元14可根據該第一子圖框F1之該第一成像位置I1及該第二子圖框F2之該第二成像位置I2計算至少一物件距離，相較於習知距離感測系統(DMS)須使用打光的方式，本實施例之該光學測距系統1無須打光，且可僅使用數量較少的第一像素P1及第二像素P2偵測到物件距離，從而具有低成本與小體積之優點。
相較於本發明第一實施例之該感測像素區AS包含兩個鏡像對稱的像素(亦即該第一像素P1及該第二像素P2)，本發明第二實施例之感測像素區AS可包含超過兩個像素，例如包含四個像素。請同時參照第1、5A及5B圖，其中第5A圖為本發明第二實施例之感測元件之俯視圖，第5B圖為本發明第二實施例之處理單元根據影像圖框估測物件距離之示意圖。本發明第二實施例之一光學測距系統1包含一透鏡10、一感測元件12及一處理單元14，其中該透鏡10之功效已於第一實施例中說明，故於此不再贅述。
該感測元件12用以擷取穿透該透鏡10之光線及輸出一影像圖框(例如第5B圖所示之一影像圖框IF，其相對第5A圖之8×12的像素陣列)，並包含陣列排列的複數感測像素區AS，其中每一該等感測像素區AS包含一第一像素P1、一第二像素P2、一第三像素P3及一第四像素P4，如第5A圖所示。
每一該等感測像素區AS另包含一第一遮蔽層S1、一第二遮蔽層S2、一第三遮蔽層S3及一第四遮蔽層S4。該第一遮蔽層S1設置在該第一像素P1之上並具有一第一開孔O1，其中該第一開孔O1之一孔徑從該第一像素P1之一中心沿一第一方向(例如X方向)增加或單調增加。該第二遮蔽層S2設置在該第二像素P2之上並具有一第二開孔O2，其中該第二開孔O2與該第一開孔O1之形狀於該第一方向成鏡像對稱。該第三遮蔽層S3設置在該第三像素P3之上並具有一第三開孔O3，其中該第三開孔O3之一孔徑從該第三像素P3之一中心沿一第二方向(例如Y方向)增加或單調增加。該第四遮蔽層S4設置在該第四像素P4之上並具有一第四開孔O4，其中該第四開孔O4與該第三開孔O3之形狀於該第二方向成鏡像對稱。
本實施例中，該第一方向(例如X方向)垂直於該第二方 向(例如Y方向)，但本發明不限於此。
接著，四個微透鏡(未繪示)分別設置在該第一遮蔽層S1、該第二遮蔽層S2、該第三遮蔽層S3及該第四遮蔽層S4與該透鏡10間，例如分別設置在該等遮蔽層S1~S4之上，並對位於該第一像素P1、該第二像素P2、該第三像素P3及該第四像素P4，其中該等微透鏡與第一實施例之該等微透鏡LM具有相同功效，故於此不再贅述。
必須說明的是，本實施例之該第一開孔O1及該第二開孔O2分別與第一實施例之該第一開孔O1及該第二開孔O2具有相同形狀及功效。然而，與第一實施例不同的是，本實施例之該感測像素區AS另包含該第三開孔O3、該第四開孔O4及其分別對應的像素及遮蔽層。可以瞭解的是，同時將該第三遮蔽層S3及該第四遮蔽層S4以該感測像素區AS為軸心逆時針旋轉90度之後，旋轉後之該第三遮蔽層S3及該第四遮蔽層S4分別與該第一遮蔽層S1及該第二遮蔽層S2具有相同形狀。同時，旋轉之後之該第三開孔O3及該第四開孔O4分別與該第一開孔O1及該第二開孔O2具有相同形狀)。因此，該第三開孔O3及該第四開孔O4可於該第二方向達成該第一開孔O1及該第二開孔O2之相同功效。
接著，該處理單元14除了可根據該影像圖框IF產生對應該等第一像素P1之一第一子圖框F1及對應該等第二像素P2之一第二子圖框F2，另可產生對應該等第三像素P3之一第三子圖框F3及對應該等第四像素P4之一第四子圖框F4，並根據該第一子圖框F1之一第一成像位置I1、該第二子圖框F2之一第二成像位置I2、該第三子圖框F3之一第三成像位置I3及該第四子圖框F4之一第四成像位置I4估測至少兩物件距離。
例如，該第一子圖框F1及該第二子圖框F2分別具有垂直該第一方向(例如X方向)之一中心線並定義為一第一參考線R1及一第二參考線R2，該第三子圖框F3及該第四子圖框F4分別具有垂直該第二方向(例如Y方向)之一中心線並定義為一第三參考線R3及一第四參考線R4。該處理單元14則計算該第一成像位置I1至該第一參考線R1之一第一投影距離D1、該第二成像位置I2至該第二參考線R2之一第二投影距離D2、該第三成像位置I3至該第三參考線R3之一第三投影距離D3以及該第四成像位置I4至該第四參考線R4之一第四投影距離D4，並根據該第一投影距離D1與該第二 投影距離D2之一第一差值及該第三投影距離D3與該第四投影距離D4之一第二差值估測該至少兩物件距離，其中該處理單元14估測物件距離的方式已於本發明第一實施例及第4圖中說明，故於此不再贅述。
此外，由於本實施例之感測元件12之該第三遮蔽層S3與該第一遮蔽層S1具有相同形狀，該第三遮蔽層S3之一第三開孔O3必然與該第一遮蔽層S1之一第一開孔O1具有相同形狀及面積，如第5A圖顯示為三角形，但本發明不限於此。一實施例中，該第一開孔O1與該第三開孔O3具有相同面積但不具有相同形狀，例如該第一開孔O1為一梯形，該第三開孔O3為一半圓形，而該梯形與該半圓形之面積為相同。
本發明實施例中，對於感測像素區之遮蔽層所包含的開孔的形狀並沒有特定限制，只要開孔的孔徑沿著對應的像素中心沿一預設方向增加即可。例如，第6A圖中，該第一開孔O1之孔徑從該第一像素P1的中心沿一第一方向(例如X方向)指數遞增。可以瞭解的是，由於該第二開孔O2與該第一開孔O1於該第一方向成鏡像對稱，該第二開孔O2之孔徑從該第二像素P2的中心沿該第一方向的相反方向(例如-X方向)指數遞增。再者，當感測像素區包含四個感測像素時，如第6B圖所示，該第三開孔O3之孔徑則從該第三像素P3的中心沿一第二方向(例如Y方向)指數遞增，而該第四開孔O4之孔徑從該第四像素P4的中心沿該第二方向的相反方向(例如-Y方向)指數遞增。
一實施例中，該第一開孔O1、該第二開孔O2、該第三開孔O3及該第四開孔O4的形狀為半圓形，如第7A及7B圖所示。
一實施例中，該第一開孔O1、該第二開孔O2、該第三開孔O3及該第四開孔O4的形狀為梯形，如第8A及8B圖所示。
本發明說明中，每一該等感測像素區AS(例如包含該第一像素P1、該第二像素P2、該第三像素P3及該第四像素P4)可為獨立製作的光感測像素，或者可為同一像素陣列中相鄰或不相鄰的光感測像素，並無特定限制。某些實施例中，可於一像素陣列選擇部分像素以作為該等感測像素區AS，而其他像素可用以執行其他功能。
例如，請參照第9圖，其為具有紅(R)、綠(G)、藍(B)三種感測像素的感測元件。一部分的G像素上分別設置有一遮蔽層及一微 透鏡，其中該遮蔽層包含一開孔(例如本發明第一實施例中形狀為三角形的第一開孔O1及第二開孔O2)。而其他部份的G像素、R像素及B像素上則不設置遮蔽層及微透鏡。此時，該部份的G像素可用以擷取包含物件深度資訊的影像圖框，其他像素則用以擷取包含二維影像資訊的影像圖框。
此外，由於本實施例之光學測距系統1可只使用少量的感測像素(例如該第一像素P1及該第二像素P2)即可反推該物件9之位置，換言之，若本實施例之光學測距系統1包含更多數量的感測像素，例如300×300、600×600、900×900的感測像素陣列，便可獲得該物件9之更多位置資訊，進而建構出該物件9的3D影像。
必須說明的是，上述實施例中的數值，例如投影距離、差值等，僅用以說明而非用以限定本發明說明。
綜上所述，習知距離量測系統及手勢辨識系統需要較高的成本及尺寸，且通常需要另外提供一光源。因此，本發明說明提出一種感測元件及光學測距系統(第1圖)，其利用鏡像對稱的感測像素對擷取影像以進行相位偵測，藉以判斷物體的二維、三維位置以及位置變化，且由於無需使用光源，因此具有低成本及尺寸小之優點。
雖然本發明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧光學測距系統
10‧‧‧透鏡
12‧‧‧感測元件
14‧‧‧處理單元
9‧‧‧物件
AS‧‧‧感測像素區
IF‧‧‧影像圖框
LM‧‧‧微透鏡
P1‧‧‧第一像素
P2‧‧‧第二像素
S1‧‧‧第一遮蔽層
S2‧‧‧第二遮蔽層

Claims (20)

  1. 一種光學測距系統，包含：一透鏡；一感測元件，用以擷取穿透該透鏡之光線並輸出一影像圖框，該感測元件包含陣列排列的複數感測像素區，其中每一該等感測像素區包含：一第一像素；一第二像素，於一預設方向鄰接該第一像素；一第一遮蔽層，設置在該第一像素之上並具有一第一開孔，其中該第一開孔之一孔徑從該第一像素之一中心沿該預設方向增加；一第二遮蔽層，設置在該第二像素之上並具有一第二開孔，其中該第二開孔與該第一開孔之形狀於該預設方向成鏡像對稱；及至少一微透鏡，設置在該第一遮蔽層及該第二遮蔽層與該透鏡間；以及一處理單元，用以根據該影像圖框產生對應該等第一像素之一第一子圖框及對應該等第二像素之一第二子圖框，並根據該第一子圖框及該第二子圖框計算至少一物件距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學測距系統，其中每一該等感測像素區包含一個微透鏡，該微透鏡同時對位該第一開孔及該第二開孔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學測距系統，其中每一該等感測像素區包含兩微透鏡，該兩微透鏡分別對位該第一像素及該第二像素。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學測距系統，其中該第一遮蔽層及該第二遮蔽層分別塗布或覆蓋於該第一像素及該第二像素之上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學測距系統，其中該第一開孔之面積為該第一像素之面積的5%~45%。
  6. 如申請專利範圍第1至5項其中一項所述之光學測距系統，其中該第一開孔及該第二開孔之形狀為三角形、梯形或半圓形。
  7. 如申請專利範圍第1至5項其中一項所述之光學測距系統，其中該第一開孔之該孔徑從該第一像素之該中心沿該預設方向指數遞增。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學測距系統，其中該處理單元另計算該第一子圖框之一第一成像位置至一第一參考線之一第一投影距離及該第二子圖框之一第二成像位置至一第二參考線之一第二投影距離，並根據該第一投影距離與該第二投影距離之一差值估測該至少一物件距離。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學測距系統，另包含：一儲存單元，用以儲存該差值與該物件距離之一預設關係。
  10. 一種感測元件，包含陣列排列的複數感測像素區，其中每一該等感測像素區包含： 一第一像素；一第二像素，於一預設方向鄰接該第一像素；一第一遮蔽層，設置在該第一像素之上並具有一第一開孔，其中該第一開孔之一孔徑從該第一像素之一中心沿該預設方向增加；一第二遮蔽層，設置在該第二像素之上並具有一第二開孔，其中該第二開孔與該第一開孔之形狀於該預設方向成鏡像對稱；及至少一微透鏡，設置在該第一遮蔽層及該第二遮蔽層之上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之感測元件，其中該第一遮蔽層及該第二遮蔽層分別塗布或覆蓋於該第一像素及該第二像素之上。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之感測元件，其中該第一開孔之面積為該第一像素之面積的5%~45%。
  13. 如申請專利範圍第10至12項其中一項所述之感測元件，其中該第一開孔及該第二開孔之形狀為三角形、梯形或半圓形。
  14. 如申請專利範圍第10至12項其中一項所述之感測元件，其中該第一開孔之該孔徑從該第一像素之該中心沿該預設方向指數遞增。
  15. 一種光學測距系統，包含：一透鏡； 一感測元件，用以擷取穿透該透鏡之光線並輸出一影像圖框，該感測元件包含陣列排列的複數感測像素區，其中每一該等感測像素區包含：一第一像素、一第二像素、一第三像素及一第四像素；一第一遮蔽層，設置在該第一像素之上並具有一第一開孔，其中該第一開孔之一孔徑從該第一像素之一中心沿一第一方向增加；一第二遮蔽層，設置在該第二像素之上並具有一第二開孔，其中該第二開孔與該第一開孔之形狀於該第一方向成鏡像對稱；一第三遮蔽層，設置在該第三像素之上並具有一第三開孔，其中該第三開孔之一孔徑從該第三像素之一中心沿一第二方向增加；一第四遮蔽層，設置在該第四像素之上並具有一第四開孔，其中該第四開孔與該第三開孔之形狀於該第二方向成鏡像對稱；及四個微透鏡，分別設置在該第一遮蔽層、該第二遮蔽層、該第三遮蔽層及該第四遮蔽層與該透鏡間；以及一處理單元，用以根據該影像圖框產生對應該等第一像素之一第一子圖框、對應該等第二像素之一第二子圖框、對應該等第三像素之一第三子圖框及對應該等第四像素 之一第四子圖框，並根據該第一子圖框、該第二子圖框、該第三子圖框及該第四子圖框估測至少兩物件距離。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之光學測距系統，其中該第一開孔與該第三開孔具有相同形狀或相同面積。
  17. 如申請專利範圍第15或16項所述之光學測距系統，其中該第一開孔及該第三開孔之形狀為三角形、梯形或半圓形。
  18. 如申請專利範圍第15或16項所述之光學測距系統，其中該第一開孔及該第三開孔之該孔徑分別從該第一像素及該第三像素之該中心沿該第一方向及該第二方向指數遞增。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之光學測距系統，其中該處理單元另計算該第一子圖框之一第一成像位置至一第一參考線之一第一投影距離、該第二子圖框之一第二成像位置至一第二參考線之一第二投影距離、該第三子圖框之一第三成像位置至一第三參考線之一第三投影距離及該第四子圖框之一第四成像位置至一第四參考線之一第四投影距離，並根據該第一投影距離與該第二投影距離之一第一差值及該第三投影距離與該第四投影距離之一第二差值估測該至少兩物件距離。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之光學測距系統，其中該第一方向垂直於該第二方向。
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