TWI582382B - 光學裝置 - Google Patents

Description

光學裝置

本發明係關於一種光學裝置，尤其關於一種用以提供結構光(structure light)之光學裝置。

隨著電子工業的演進以及工業技術的蓬勃發展，各種電子設備大都朝著輕便、易於攜帶的方向進行開發與設計，以利使用者隨時隨地應用於行動商務或娛樂休閒等用途。而又由於近年來機、光、電的整合與應用受到重視的程度日益增加，因此各式各樣的光學裝置(如影像擷取裝置、發光裝置等)正廣泛地延伸至各種產品上，如智慧型手機、穿戴式電子裝置等體積小且方便攜帶的可攜式電子設備，故使用者得以於有需求時隨時取出並進行使用，不僅具有重要的商業價值，更讓一般大眾的日常生活增添色彩。

再者，隨著生活品質的提升，人們希望電子設備具有更多元化的功能，也因此對於應用在電子設備上的光學裝置產生更多的訴求；而為了因應此些訴求，現已有一些相關於結構光 (structure light)的技術被提出；例如本案申請人在申請號為104115679的台灣專利申請中揭露了利用光學裝置輸出結構光對受測表面進行偵測，以獲得受測表面的距離與平坦度，又例如本案申請人也在申請號為104115677的台灣專利申請中揭露了利用光學裝置輸出雙結構光對受測標的進行偵測以獲得準確的深度資訊。

然而，為了因應日益增加的需求，電子設備上就必須隨著增加分別輸出不同結構光的多個光學裝置，以相應地提供各種功能，但此將導致電子設備的體積無法有效朝向輕、薄、短小的趨勢發展，故如何於不擴大電子設備之體積的前提下使電子設備所能提供的功能更加多元化，已儼然成為一個重要的課題。

本發明之一目的在提供一種光學裝置，特別是一種可同時產生輸出多個相同形式或不同形式之結構光(structure lighting)的光學裝置，而由於本發明以單一光學裝置就能產生輸出多個相同形式或不同形式的結構光，因此應用本發明光學裝置的電子設備可於僅設置單一光學裝置的情況下提供多種不同的功能，並有助於電子設備朝向輕、薄、短小的趨勢發展。此外，本發明光學裝置還可透過提高多個結構光的的相干性(coherent)而使分別相對應於該些結構光之多個結構光圖案的交疊處呈現複數干涉條紋(interference fringe)，藉以應用於提升空間性(spatial)識別的解析度及/或時間性(temporal)識別的解析度。

於一較佳實施例中，本發明提供一種光學裝置，包括：一發光模組，用以提供一來源光束；一第一結構光(structure light)產生模組；一第二結構光產生模組；以及一分光單元，設置於該發光模組、該第一結構光產生模組以及該第二結構光產生模組之間，且用以於該來源光束入射至該分光單元時將該來源光束分為朝該第一結構光產生模組之方向行進的一第一光束以及朝該第二結構光產生模組之方向行進的一第二光束；其中，該第一光束係於通過該第一結構光產生模組後形成一第一結構光，而該第二光束係於通過該第二結構光產生模組後形成一第二結構光。

於一較佳實施例中，該發光模組包括一發光源，且該發光源包括一雷射二極體(LD)、一發光二極體(LED)以及一有機發光二極體(OLED)中之至少一者。

於一較佳實施例中，該發光模組更包括一準直單元(collimating unit)，其係設置於該發光源以及該分光單元之間，用以準直該準直單元所接收之光束並予以傳送至該分光單元。

於一較佳實施例中，該發光模組更包括一光束擴張單元(beam expansion unit)，其係設置於該發光源以及該準直單元之間，用以擴張所接收之光束並予以傳送至該準直單元。

於一較佳實施例中，該來源光束包括具有一第一波長區間之光束、具有一第二波長區間之光束以及具有一熱感應波 長區間之光束中之至少一者。

於一較佳實施例中，該分光單元係為一多邊形塊狀分光元件，且該多邊形塊狀元件至少具有一第一表面以及一第二表面；其中，該第一表面以及該第二表面之間形成有一稜線，且該多邊形塊狀元件係以該稜線面對該來源光束之入射方向的方式設置，以供該來源光束中之一部分者入射至該第一表面並產生反射而形成該第一光束，並供該來源光束中之一另一部分者入射至該第二表面並產生反射而形成該第二光束。

於一較佳實施例中，該多邊形塊狀元件係呈一多邊形椎狀體或一多邊形柱狀體。

於一較佳實施例中，該分光單元具有一非球面(aspheric)表面，且該非球面表面具有一頂部；其中，該分光單元係以該頂部面對該來源光束之入射方向的方式設置，以供該來源光束入射至該非球面表面並產生反射，以形成該第一光束以及該第二光束。

於一較佳實施例中，該第一結構光產生模組包括一第一結構光輸出單元，且該第一結構光輸出單元係由一第一繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)、一第一折射式光學元件以及一第一反射式光學元件中之至少一者所組成。

於一較佳實施例中，該第一結構光產生模組更包括一第一準直單元(collimating unit)，其係設置於該第一結構光輸出單元以及該分光單元之間，用以準直來自該分光單元之該第一光束並予以傳送至該第一結構光輸出單元。

於一較佳實施例中，該第二結構光產生模組包括一 第二結構光輸出單元，且該第二結構光輸出單元係由一第二繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)、一第二折射式光學元件以及一第二反射式光學元件中之至少一者所組成。

於一較佳實施例中，該第二結構光產生模組更包括一第二準直單元(collimating unit)，其係設置於該第二結構光輸出單元以及該分光單元之間，用以準直來自該分光單元之該第二光束並予以傳送至該第二結構光輸出單元。

於一較佳實施例中，光學裝置更包括一殼體，其用以容置該發光模組以及該分光單元，並具有一第一輸出埠以及一第二輸出埠；其中，該第一結構光產生模組以及該第二結構光產生模組係分別設置於該第一輸出埠以及該第二輸出埠。

於一較佳實施例中，該第一結構光產生模組以及該第二結構光產生模組中之至少一者係呈一薄膜狀。

於一較佳實施例中，當該第一結構光投射至一投射面時，該投射面上呈現一第一結構光圖案，且該第一結構光圖案包括一點(point)圖形組、一條紋(stripe)圖形組以及一網格(grid)圖形組中之至少一者。

於一較佳實施例中，當該第二結構光投射至一投射面時，該投射面上呈現一第二結構光圖案，且該第二結構光圖案包括一點(point)圖形組、一條紋(stripe)圖形組以及一網格(grid)圖形組中之至少一者。

於一較佳實施例中，該分光單元更用以於該來源光束入射至該分光單元時供該來源光束中之一部份者穿過其中以形成一第三光束並向外輸出。

於一較佳實施例中，該第一結構光以及該第二結構光係彼此同調相干(coherent)且投射至一投射面，用以使該投射面上呈現至少一干涉條紋(interference fringe)。

於一較佳實施例中，該發光模組包括一發光源，且該第一結構光圖案以及該第二結構光圖案係於一同調長度L(coherence length)內交疊，以使該投射面上呈現該至少一干涉條紋，而該同調長度L滿足下列關係式： 其中；Δλ為該發光源之一有效頻譜線寬(effective spectral linewidth)，c為一光速，n為一介質折射率。

於一較佳實施例中，該第一結構光以及該第二結構光係依據一預定時間序列而彼此間歇性同調相干，以使該投射面間歇性呈現該至少一干涉條紋。

於一較佳實施例中，該至少一干涉條紋係供一空間性(spatial)識別及/或一時間性(temporal)識別。

1A‧‧‧光學裝置

1B‧‧‧光學裝置

1C‧‧‧光學裝置

1D‧‧‧光學裝置

1E‧‧‧光學裝置

1F‧‧‧光學裝置

1G‧‧‧光學裝置

1H‧‧‧光學裝置

11‧‧‧殼體

12A‧‧‧發光模組

12E‧‧‧發光模組

12F‧‧‧發光模組

13A‧‧‧第一結構光產生模組

13G‧‧‧第一結構光產生模組

14A‧‧‧第二結構光產生模組

14G‧‧‧第二結構光產生模組

15‧‧‧分光單元

15A‧‧‧分光單元

15B‧‧‧分光單元

15C‧‧‧分光單元

15D‧‧‧分光單元

16‧‧‧第一導光單元

17‧‧‧第二導光單元

81*‧‧‧第一結構光圖案

81**‧‧‧第一結構光圖案

82**‧‧‧第二結構光圖案

82*‧‧‧第二結構光圖案

83‧‧‧干涉條紋

91‧‧‧第一投射面

92‧‧‧第二投射面

93‧‧‧投射面

111‧‧‧第一輸出埠

112‧‧‧第二輸出埠

121‧‧‧發光源

122‧‧‧準直單元

123‧‧‧光束擴張單元

131‧‧‧第一結構光輸出單元

132‧‧‧第一準直單元

141‧‧‧第二結構光輸出單元

142‧‧‧第二準直單元

151‧‧‧第一表面

151*‧‧‧第一表面

152‧‧‧第二表面

152*‧‧‧第二表面

153‧‧‧第三表面

156‧‧‧非球面表面

157‧‧‧非球面表面的頂部

158‧‧‧五邊形錐狀體的頂部

159‧‧‧稜線

L‧‧‧來源光束

L’‧‧‧第一部份來源光束

L”‧‧‧第二部份來源光束

L1‧‧‧第一光束

L1’‧‧‧光束

L11‧‧‧第一光束

L12‧‧‧第一光束

L1*‧‧‧第一結構光

L2‧‧‧第二光束

L2’‧‧‧光束

L21‧‧‧第二光束

L22‧‧‧第二光束

L2*‧‧‧第二結構光

圖1：係為本發明光學裝置於一第一較佳實施例之運作示意圖。

圖2：係為圖1所示光學裝置之部份結構的配置概念示意圖。

圖3A：係為呈帶狀(stripe-like)之結構光圖案的一較 佳概念示意圖。

圖3B：係為呈渦流環狀(vortex ring)之結構光圖案的一較佳概念示意圖。

圖3C：係為呈網格狀之結構光圖案的一較佳概念示意圖。

圖3D：係為呈多條平行條紋排列狀之結構光圖案的一較佳概念示意圖。

圖3E：係為多個點圖形排列成矩形狀之結構光圖案的一較佳概念示意圖。

圖3F：係為呈矩形面狀之結構光圖案的一較佳概念示意圖。

圖4：係為本發明光學裝置於一第二較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。

圖5：係為本發明光學裝置於一第三較佳實施例之分光單元的結構概念示意圖。

圖6：係為本發明光學裝置本發明光學裝置於一第四較佳實施例之運作示意圖。

圖7：係為圖6所示光學裝置之分光單元的結構概念示意圖。

圖8：係為本發明光學裝置於一第五較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。

圖9：係為本發明光學裝置於一第六較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。

圖10：係為本發明光學裝置於一第七較佳實施例之 部份結構的配置概念示意圖。

圖11：係為本發明光學裝置於一第八較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。

圖12：係為呈現在圖11所示投射面上之第一結構光圖案、第二結構光圖案以及複數干涉條紋的概念示意圖。

請參閱圖1與圖2，圖1為本發明光學裝置於一第一較佳實施例之運作示意圖，圖2為圖1所示光學裝置之部份結構的配置概念示意圖。光學裝置1A包括殼體11、發光模組12A、第一結構光L1*(structure light)產生模組13A、第二結構光產生模組14A以及分光單元15A，且殼體11用以容置發光模組12A以及分光單元15A，並具有分別供第一結構光產生模組13A以及第二結構光產生模組14A設置於其上的第一輸出埠111以及第二輸出埠112；其中，分光單元15A設置於發光模組12A、第一結構光產生模組13A以及第二結構光產生模組14A之間，用以於發光模組12A所提供之來源光束L入射至分光單元15A時將來源光束L分為朝第一結構光產生模組13A之方向行進的第一光束L1以及朝第二結構光產生模組14A之方向行進的第二光束L2，且來源光束L、第一光束L1以及第二光束L2中之任一者皆可呈一單光束(single beam)形式或一複數光束(multiple beams)形式。

再者，發光模組12A包括發光源121，且發光源121可由雷射二極體(LD)、發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED) 以及類似於雷射二極體、發光二極體、有機發光二極體等半導體類的其它發光元件中的至少一者所組成；其中，發光源121所提供的來源光束L中可包括具有第一波長區間的光束及/或具有第二波長區間的光束。舉例來說，發光源121所提供的光束可包括可見光束、不可見光束(如紫外光束、紅外光束、近紅外光束或遠紅外光束等)以及具有熱感應波長區間的光束。

於本較佳實施例中，分光單元15A係為一三邊形柱狀體(三角柱)，並具有第一表面151、第二表面152以及第三表面153，且第一表面151以及第二表面152之間形成有一稜線159；其中，第一表面151以及第二表面152皆為具有高反射特性的表面，例如塗佈有高反射膜(high reflection coating)，且分光單元15A是以其稜線159面對來源光束L之入射方向的方式設置，因此來源光束L中會有第一部份來源光束L’以及第二部份來源光束L”分別入射至第一表面151以及第二表面152，且入射至第一表面151的第一部份來源光束L’會於第一表面151上產生反射並形成第一光束L1，而入射至第二表面152的第二部份來源光束L”會於第二表面152上產生反射並形成第二光束L2。

又，第一結構光產生模組13A包括第一結構光輸出單元131，且第一結構光輸出單元131係為一第一繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)，其供第一光束L1通過其中而形成向外輸出的第一結構光L1*，而於第一結構光L1*投射至第一投射面91時，第一投射面91上會呈現第一結構光圖案81*；同樣地，第二結構光產生模組14A包括第二結構光輸出單元141，且第二結構光輸出單元141係為一第二繞射光學元件，其供第二光束L2 通過其中而形成向外輸出的第二結構光L2*，而於第二結構光L2*投射至第二投射面92時，第二投射面92上會呈現第二結構光圖案82*。較佳者，但不以此為限，第一繞射光學元件以及第二繞射光學元件可分別被設計呈薄膜狀，藉以微小化光學裝置1A的體積。

再者，第一繞射光學元件以及第二繞射光學元件皆係依據實際應用需求而被設計，用以分別對通過其中的第一光束L1以及第二光束L2進行光束整形(beam shaping)，進而使向外輸出的第一結構光L1*以及第二結構光L2*得以彈性變化，因此分別呈現在第一投射面91以及第二投射面92上的第一結構光圖案81*以及第二結構光圖案82*是可被設計，且第一結構光圖案81*以及第二結構光圖案82*可被設計成相同或不同。

惟，圖1所示第一結構光圖案81*以及第二結構光圖案82*係僅為實施例，並不以圖1所示為限；舉例來說，第一結構光圖案或第二結構光圖案可包括一點(point)圖形組、一條紋(stripe)圖形組以及一網格(grid)圖形組中的至少一者。以下再以圖3A~圖3F舉例說明結構光圖案的6種實施態樣，但實際應用上並不以此為限。圖3A示意了帶狀(stripe-like)的結構光圖案，圖3B示意了渦流環狀(vortex ring)的結構光圖案，圖3C示意了網格狀的結構光圖案，圖3D示意了多條平行條紋排列狀的結構光圖案，圖3E示意了多個點圖形排列成矩形狀的結構光圖案，圖3F示意了矩形面狀的結構光圖案。

此外，如何透過設計第一繞射光學元件以及第二繞射光學元件而使得分別通過其中並輸出的第一結構光L1*以及第 二結構光L2*符合使用者的需求，係為熟知本技藝人士所知悉，故在此即不再予以贅述。

當然，上述僅為實施例，產生第一結構光L1*以及第二結構光L2*的方式並不以上述為限，舉例來說，亦可變更設計第一結構光輸出單元131是由第一折射式光學元件(圖未示)以及第一反射式光學元件(圖未示)中的至少一者所組成，以供通過其中的第一光束L1形成第一結構光L1*，同樣地，亦可變更設計第二結構光輸出單元141是由第二折射式光學元件(圖未示)以及第二反射式光學元件(圖未示)中的至少一者所組成，以供通過其中的第二光束L2形成第二結構光L2*。

請參閱圖4，其為本發明光學裝置於一第二較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1B大致類似於前述第一較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述第一較佳實施例的不同處在於，分光單元15B的第一表面151*以及第二表面152*具有特定的穿透率，例如塗佈有特定穿透率的薄膜，且該特定穿透率的數值係依據實際應用需求而設定，因此入射至第一表面151*的來源光束L’會有一部份在第一表面151*上產生反射並形成第一光束L1，而另一部份(L1’)則會穿過第一表面151*且往第三表面153的方向行進，同樣地，入射至第二表面152*的來源光束L”會有一部份在第二表面152*上產生反射並形成第二光束L2，而另一部份(L2’)則穿過第二表面152*且往第三表面153的方向行進；其中，於本較佳實施例中，殼體(圖未示，可參考圖1)還具有第三輸出埠(圖未示)，用以供穿過分光單元15A之第三表面153的光束L1’、L2’通過而 向外輸出。可選擇地，第三輸出埠處還可供設置一第三結構光產生模組(圖未示)，藉以使通過其中的來源光束L1’、L2’形成第三結構光。

請參閱圖5，其為本發明光學裝置於一第三較佳實施例之分光單元的結構概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置大致類似於前述各較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述各較佳實施例的不同處在於，分光單元15C為一五邊形錐狀體(五角椎)，並具有第一表面151、第二表面152、第三表面153、第四表面154以及第五表面155，且分光單元15C是以五邊形錐狀體的頂部158(第一表面~第五表面151~155之交接處所形成的頂點)面對來源光束L之入射方向的方式設置，因此來源光束L中會有第一部份來源光束L’、第二部份來源光束L”、第三部份來源光束(圖未示)、第四部份來源光束(圖未示)以及第五部份來源光束(圖未示)分別入射至第一表面151、第二表面152、第三表面153、第四表面以及第五表面，並進而分別於第一表面151、第二表面152、第三表面153、第四表面以及第五表面上產生反射而形成第一光束L1、第二光束L2、第三光束(圖未示)、第四光束(圖未示)以及第五光束(圖未示)。

其中，於本較佳實施例中，殼體(圖未示，可參考圖1)還具有對應於分光單元15C之第三表面153且供第三結構光產生模組(圖未示，但同理於圖2所示之第一結構光產生模組13A與第二結構光產生模組14A)設置於其上的第三輸出埠(圖未示)、對應於分光單元15C之第四表面154且供第四結構光產生模組(圖未示，但同理於圖2所示之第一結構光產生模組13A與第二結構光 產生模組14A)設置於其上的第四輸出埠(圖未示)以及對應於分光單元15C之第五表面155且供第五結構光產生模組(圖未示，但同理於圖2所示之第一結構光產生模組13A與第二結構光產生模組14A)設置於其上的第五輸出埠(圖未示)，因此本較佳實施例的光學裝置可朝不同(五個)方向向外輸出多個(五個)結構光(圖未示)。

當然，上述皆僅為實施例，分光單元15A、15B、15C的形狀與結構並不以上述為限，分光單元可依據實際應用需求而被設計成任一多邊形塊狀元件，如多邊形椎狀體或多邊形柱狀體等。

請參閱圖6與圖7，圖6為本發明光學裝置本發明光學裝置於一第四較佳實施例之運作示意圖，圖7為圖6所示光學裝置之分光單元的結構概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1D大致類似於前述各較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述各較佳實施例的不同處在於，分光單元15D具有一非球面(aspheric)表面156，分光單元15D是以非球面表面156的頂部157面對來源光束L之入射方向的方式設置，以供來源光束L’、L”入射至非球面表面156並產生反射，以形成第一光束L1以及第二光束L2，進而於向外輸出第一結構光L1*以及第二結構光L2*後分別在第一投射面91上以及第二投射面92上呈現第一結構光圖案81*以及第二結構光圖案82*。

請參閱圖8，其為本發明光學裝置於一第五較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1E大致類似於前述各較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述各較佳實施例的不同處在於，發光模 組12E更包括一準直單元(collimating unit)122，其係設置於發光源121以及分光單元15之間，用以使發光源121所輸出之來源光束L彼此平形並予以傳送至分光單元15。

特別說明的是，由於未被準直的來源光束入射至分光單元15時會有部份的來源光束是無法被利用，故在本較佳實施例中，透過準直單元122準直發光源121所輸出的來源光束L’、L”，使得來源光束L’、L”皆能夠彼此平形地入射至分光單元15，進而提升光學裝置1E的光使用效率。

請參閱圖9，其為本發明光學裝置於一第六較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1F大致類似於前述第五佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述第五較佳實施例的不同處在於，發光模組12F還包括一光束擴張單元(beam expansion unit)123，其係設置於發光源121以及準直單元122之間，用以擴張發光源121所輸出之來源光束L’、L”，並予以傳送至準直單元122，藉此增廣光的可用面積範圍

請參閱圖10，其為本發明光學裝置於一第七較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1G大致類似於前述各較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述各較佳實施例的不同處在於，第一結構光產生模組13G更包括設置於第一結構光輸出單元131以及分光單元15之間的第一準直單元132，且第二結構光產生模組14G更包括設置於第二結構光輸出單元141以及分光單元15之間的第二準直單元142；其中，第一準直單元132係用以準直來自分光單 元15的第一光束L11、L12並予以傳送至第一結構光輸出單元131，而第二準直單元142則用以準直來自分光單元15的第二光束L21、L22並予以傳送至第二結構光輸出單元141。

特別說明的是，由於未被準直的第一光束入射至第一結構光輸出單元131時會有部份的第一光束是無法被利用，且未被準直的第二光束入射至第二結構光輸出單元141時亦會有部份的第二光束是無法被利用，故於本較佳實施例中，在第一結構光輸出單元131以及分光單元15之間設置第一準直單元132以及在第二結構光輸出單元141以及分光單元15之間設置第二準直單元142，可提升光學裝置1G的光使用效率。

請參閱圖11與圖12，圖11為本發明光學裝置於一第八較佳實施例之部份結構的配置概念示意圖，圖12為呈現在圖11所示投射面上之第一結構光圖案、第二結構光圖案以及複數干涉條紋的概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1H大致類似於前述各較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述各較佳實施例的不同處在於，光學裝置1H還包括設置於殼體(圖未示，可參考圖1)外的第一導光單元16以及第二導光單元17，且第一導光單元16以及第二導光單元17用以分別導引第一結構光L1**以及第二結構光L2**投射至同一投射面93而使投射面93上呈現第一結構光圖案81**以及第二結構光圖案82**；於本較佳實施例中，第一結構光L1**以及第二結構光L2**係彼此同調相干(coherent)，因此投射面93上之第一結構光圖案81**以及第二結構光圖案82**的交疊處會呈現複數干涉條紋(interference fringe)83。

進一步而言，由於第一結構光L1**以及第二結構光L2**皆來自同一發光源121，故透過控制發光源121的輸出，可提高第一結構光L1**以及第二結構光L2**的同調性以及同調長度(coherence length)，進而增加第一結構光L1**以及第二結構光L2**的相干性(coherent)。

再者，於第一結構光圖案81**以及第二結構光圖案82**之交疊處所產生之複數干涉條紋83係遠細於第一結構光L1**以及第二結構光L2**，且由於前述說明已提過第一結構光圖案81**以及第二結構光圖案82**可分別被設計，故任二相鄰之干涉條紋的間距能被控制在極小的範圍，如0.1公厘(mm)以下，因此該些干涉條紋83可提供光學裝置1H或使用者對細節的分辨能力，即解析度，藉以應用於各種空間性(spatial)的識別，也就是透過提升空間解析度(spatial resolution)而對各種物件進行更精細的識別，例如物件位置與方向的識別、大小尺寸的識別或3D高度差距的識別等。

較佳者，但並不以此為限，本較佳實施例還使第一結構光圖案81**以及第二結構光圖案82**於一同調長度L(coherence length)內交疊，藉以使第一結構光圖案81**以及第二結構光圖案82**之交疊處所產生的複數干涉條紋83更為窄細，而同調長度L係滿足下列關係式： 其中；Δλ為該發光源之一有效頻譜線寬(effective spectral linewidth)，c為一光速，n為一介質折射率。

而除了上述空間性的識別外，由於第一結構光L1*以及第二結構光L2*亦可被控制依據一預定時間序列而彼此間歇性同調相干，進而使投射面93上的多個干涉條紋83是間歇性的出現，因此該些干涉條紋還能夠應用於時間性(temporal)的識別，例如於多個預設的不同時間點啟動發光源121一段時間再予以關閉，因此在該些不同的時間點上，干涉條紋83才會呈現在投射面93並持續一段時間，直到發光源121被關閉，如此可應用於對物件或生物體在不同時段的響應(response)予以監控與識別。

此外，有關於如何使第一結構光L1*以及第二結構光L2*彼此同調相干，例如透過分別控制第一結構光L1*與第二結構光L2*的波長或光程等，以及如何使第一結構光L1*以及第二結構光L2*依據預定時間序列而彼此間歇性同調相干，皆係為熟知本技藝人士所知悉，故在此即不再予以贅述。

根據以上的說明，由於本發明可透過單一光學裝置產生輸出多個相同形式或不同形式的結構光，因此應用本發明光學裝置的電子設備可於僅設置單一光學裝置的情況下提供多種不同的功能，並有助於電子設備朝向輕、薄、短小的趨勢發展，實具產業利用價值。

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。

1A‧‧‧光學裝置

13A‧‧‧第一結構光產生模組

14A‧‧‧第二結構光產生模組

15A‧‧‧分光單元

121‧‧‧發光源

131‧‧‧第一結構光輸出單元

141‧‧‧第二結構光輸出單元

151‧‧‧第一表面

152‧‧‧第二表面

153‧‧‧第三表面

159‧‧‧稜線

L’‧‧‧第一部份來源光束

L”‧‧‧第二部份來源光束

L1‧‧‧第一光束

L1*‧‧‧第一結構光

L2‧‧‧第二光束

L2*‧‧‧第二結構光

Claims (21)

1. 一種光學裝置，包括：一發光模組，用以提供一來源光束；一第一結構光(structure light)產生模組；一第二結構光產生模組；以及一分光單元，設置於該發光模組、該第一結構光產生模組以及該第二結構光產生模組之間，且用以於該來源光束入射至該分光單元時將該來源光束分為朝該第一結構光產生模組之方向行進的一第一光束以及朝該第二結構光產生模組之方向行進的一第二光束；其中，該第一光束係於通過該第一結構光產生模組後形成一第一結構光，而該第二光束係於通過該第二結構光產生模組後形成一第二結構光，且該第一結構光之投射方向不同於該第二結構光之投射方向，用以增加該光學裝置所產生輸出之結構光範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該發光模組包括一發光源，且該發光源包括一雷射二極體(LD)、一發光二極體(LED)以及一有機發光二極體(OLED)中之至少一者。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學裝置，其中該發光模組更包括一準直單元(collimating unit)，其係設置於該發光源以及該分光單元之間，用以準直該準直單元所接收之光束並予以傳送至該分光單元。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，其中該發光模組更包括一光束擴張單元(beam expansion unit)，其係設置於該發光源以及該準直單元之間，用以擴張所接收之光束並予以傳送至該準直單元。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該來源光束包括具有一第一波長區間之光束、具有一第二波長區間之光束以及具有一熱感應波長區間之光束中之至少一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該分光單元係為一多邊形塊狀分光元件，且該多邊形塊狀元件至少具有一第一表面以及一第二表面；其中，該第一表面以及該第二表面之間形成有一稜線，且該多邊形塊狀元件係以該稜線面對該來源光束之入射方向的方式設置，以供該來源光束中之一部分者入射至該第一表面並產生反射而形成該第一光束，並供該來源光束中之一另一部分者入射至該第二表面並產生反射而形成該第二光束。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學裝置，其中該多邊形塊狀元件係呈一多邊形椎狀體或一多邊形柱狀體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該分光單元具有一非球面(aspheric)表面，且該非球面表面具有一頂部；其中，該分光單元係以該頂部面對該來源光束之入射方向的方式設置，以 供該來源光束入射至該非球面表面並產生反射，以形成該第一光束以及該第二光束。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第一結構光產生模組包括一第一結構光輸出單元，且該第一結構光輸出單元係由一第一繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)、一第一折射式光學元件以及一第一反射式光學元件中之至少一者所組成。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學裝置，其中該第一結構光產生模組更包括一第一準直單元(collimating unit)，其係設置於該第一結構光輸出單元以及該分光單元之間，用以準直來自該分光單元之該第一光束並予以傳送至該第一結構光輸出單元。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第二結構光產生模組包括一第二結構光輸出單元，且該第二結構光輸出單元係由一第二繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)、一第二折射式光學元件以及一第二反射式光學元件中之至少一者所組成。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學裝置，其中該第二結構光產生模組更包括一第二準直單元(collimating unit)，其係設置於該第二結構光輸出單元以及該分光單元之間，用以準直來自該分光單元之該第二光束並予以傳送至該第二結構光輸出單元。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括一殼體，其用以容置該發光模組以及該分光單元，並具有一第一輸出埠以及一第二輸出埠；其中，該第一結構光產生模組以及該第二結構光產生模組係分別設置於該第一輸出埠以及該第二輸出埠。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第一結構光產生模組以及該第二結構光產生模組中之至少一者係呈一薄膜狀。
15. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中當該第一結構光投射至一投射面時，該投射面上呈現一第一結構光圖案，且該第一結構光圖案包括一點(point)圖形組、一條紋(stripe)圖形組以及一網格(grid)圖形組中之至少一者。
16. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中當該第二結構光投射至一投射面時，該投射面上呈現一第二結構光圖案，且該第二結構光圖案包括一點(point)圖形組、一條紋(stripe)圖形組以及一網格(grid)圖形組中之至少一者。
17. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該分光單元更用以於該來源光束入射至該分光單元時供該來源光束中之一部份者穿過其中以形成一第三光束並向外輸出。
18. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第一結構光以及該第二結構光係彼此同調相干(coherent)且投射至一投射面，用以使該投射面上呈現至少一干涉條紋(interference fringe)。
19. 如申請專利範圍第18項所述之光學裝置，其中該發光模組包括一發光源，且該第一結構光圖案以及該第二結構光圖案係於一同調長度L(coherence length)內交疊，以使該投射面上呈現該至少一干涉條紋，而該同調長度L滿足下列關係式： 其中；△λ為該發光源之一有效頻譜線寬(effective spectral linewidth)，c為一光速，n為一介質折射率。
20. 如申請專利範圍第18項所述之光學裝置，其中該第一結構光以及該第二結構光係依據一預定時間序列而彼此間歇性同調相干，以使該投射面間歇性呈現該至少一干涉條紋。
21. 如申請專利範圍第18項所述之光學裝置，其中該至少一干涉條紋係供一空間性(spatial)識別及/或一時間性(temporal)識別。