TWI672481B

TWI672481B - 結構光投影機及三維影像感測模組

Info

Publication number: TWI672481B
Application number: TW107133364A
Authority: TW
Inventors: 蕭名淑; 劉逸穠
Original assignee: 奇景光電股份有限公司
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-09-21
Also published as: TW202007933A; US11067820B2; CN110784694B; CN110784694A; US20200041809A1

Abstract

一種結構光投影機，其包括光源、照射範圍控制裝置以及繞射光學元件。照射範圍控制裝置設置在來自光源的光束的傳遞路徑上。繞射光學元件設置在來自照射範圍控制裝置的光束的傳遞路徑上。照射範圍控制裝置適於控制傳遞至繞射光學元件的光束的照射範圍，以改變繞射光學元件被來自照射範圍控制裝置的光束照亮的區域的尺寸。亦提供一種使用所述結構光投影機的三維影像感測模組。

Description

結構光投影機及三維影像感測模組

本發明是有關於一種投影機及使用其的光源模組，且特別是有關於一種結構光投影機及使用其的三維影像感測模組。

相較於傳統的二維（two-dimensional；2D）影像感測技術，三維（three-dimensional；3D）影像感測技術除了擷取X-Y平面的資訊之外，還進一步擷取目標物的深度資訊（即Z軸方向上的資訊），因此不僅提高識別的準確性，還拓寬其應用領域。目前，三維影像感測技術主要可以分為立體視覺（stereo vision）、結構光（structured light）以及飛行時間（Time Of Flight；TOF）。與立體視覺和飛行時間技術相比，結構光技術具有深度識別的高準確性且適合短距離量測。因此，結構光技術已被廣泛使用於臉部識別（face recognition）、體感遊戲機（somatosensory game machine）、工業機器視覺檢驗（industrial machine vision inspection，例如AOI）以及其他應用領域。

結構光技術的運作原理是在目標物上投射結構光束，接著透過照相機擷取投射在目標物上的圖形（例如繞射圖形）。由於目標物的深度差異會導致投射在其上的繞射圖形產生形變，因此可以藉由比較目標物上的繞射圖形與原始繞射圖形（未形變的繞射圖形）之間的差異以獲得目標物的三維座標。然而，在使用結構光技術的傳統三維影像感測模組中，繞射圖形的解析度（例如點密度）與視場（Field Of View, FOV）是固定的且不可以在功能上調變。因此，在傳統技術中的單個三維影像感測模組不適合或不能夠測量需要不同解析度或視場的目標物的深度資訊。

本發明提供一種結構光投影機及三維影像感測模組，其可以在功能上調變解析度及視場。

本發明提供一種結構光投影機，其包括光源、照射範圍控制裝置以及繞射光學元件。照射範圍控制裝置設置在來自光源的光束的傳遞路徑上。繞射光學元件設置在來自照射範圍控制裝置的光束的傳遞路徑上。照射範圍控制裝置適於控制傳遞至繞射光學元件的光束的照射範圍，以改變繞射光學元件被來自照射範圍控制裝置的光束照亮的區域的尺寸。

本發明還提供一種三維影像感測模組，其包括上述的結構光投影機、影像感測器以及運算裝置。影像感測器適於擷取藉由光束照亮繞射光學元件的區域而產生在目標物上的繞射圖形的影像。運算裝置耦接至影像感測器，且根據擷取的影像計算目標物的深度資訊。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述光源是雷射光源。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述照射範圍控制裝置包括多個可調鏡頭。多個可調鏡頭依序設置在來自光源的光束的傳遞路徑上。每一個可調鏡頭具有可調的屈光力。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述照射範圍控制裝置包括可調鏡頭以及位置控制裝置。位置控制裝置適於控制可調鏡頭以及光源中的至少一個的位置。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述照射範圍控制裝置包括光準直元件以及可調孔徑光欄。可調孔徑光欄設置在來自光源的光束的傳遞路徑上。光準直元件設置在來自可調孔徑光欄的光束的傳遞路徑上。可調孔徑光欄具有可調孔徑。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述照射範圍控制裝置包括光準直元件、具有固定孔徑的孔徑光欄以及位置控制裝置。孔徑光欄設置在來自光源的光束的傳遞路徑上。光準直元件設置在來自孔徑光欄的光束的傳遞路徑上。位置控制裝置適於控制孔徑光欄、光準直元件以及光源中的至少一個的位置。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述繞射光學元件包括第一區域及圍繞第一區域的第二區域。被光束照亮第一區域而產生在目標物上的繞射圖形是第一繞射圖形，且被光束照亮第二區域而產生在目標物上的繞射圖形是第二繞射圖形。在結構光投影機的第一模式下，被來自照射範圍控制裝置的光束照亮的區域是由第一區域組成，且在目標物上產生第一繞射圖形。在結構光投影機的第二模式下，被來自照射範圍控制裝置的光束照亮的區域是由第一區域與第二區域組成，且在目標物上產生第一繞射圖形與第二繞射圖形。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述第一繞射圖形與第二繞射圖形不重疊，且在第一模式下產生的繞射圖形具有比在第二模式下產生的繞射圖形更小的視場。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述第一繞射圖形與第二繞射圖形重疊，且在第一模式下產生的繞射圖形具有比在第二模式下產生的繞射圖形更小的點密度。

在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的一實施例中，上述第一繞射圖形與第二繞射圖形部分重疊。在第一模式下產生的繞射圖形具有比在第二模式下產生的繞射圖形更小的視場，且在第一模式下產生的繞射圖形具有比在第二模式下產生的繞射圖形更小的點密度。

基於上述，在本發明的結構光投影機及三維影像感測模組的實施例中，藉由將照射範圍控制裝置設置在來自光源的光束的傳述路徑上以調變由光束照亮的繞射光學元件的區域，從而能夠在功能上調變繞射圖形的解析度及視場。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在所附圖式中，各個圖式表示用於特定示例性實施例中的方法、結構及/或材料的一般特徵。然而，附圖不限於以下實施例的結構或特徵，且此些附圖不應被解釋為限定或限制這些示例性實施例所涵蓋的特徵之範圍或性質。舉例來說，為清楚起見，可以縮小或放大膜層、區域和/或結構的相對厚度與位置。

在示例性實施例中，類似或相同的元件被賦予類似或相同的參考符號。因此，將省略對類似或相同的元件之材料、相對型態及效果的描述。

在以下示例性實施例中所列舉的三維影像感測模組除了適於擷取目標物的X-Y平面的資訊之外，還適於擷取目標物的深度資訊。也就是說，以下示例性實施例中所列舉的三維影像感測模組適於獲得目標物的三維座標（即x、y、z方向的座標）。

圖1A及圖1B分別是依照本發明的第一實施例的三維影像感測模組在第一模式及第二模式下的示意圖。請參照圖1A及圖1B，第一實施例的三維影像感測模組100包括結構光投影機110、影像感測器120以及運算裝置130。

結構光投影機110適於在不同模式下於目標物（未繪示）上投射具有不同視場的繞射圖形（例如DP1及DP12）。舉例來說，結構光投影機110適於在第一模式下於目標物上投射具有較小視場的繞射圖形（例如第一繞射圖形DP1），且在第二模式下於目標物上投射具有較大視場的繞射圖形DP12。

具體來說，結構光投影機110包括光源111、照射範圍控制裝置112以及繞射光學元件113。光源111適於提供用於辨認三維座標資訊的光束B。光源111例如是雷射光源。然而，可以依需求改變光源的類型。

照射範圍控制裝置112設置在來自光源111的光束B的傳遞路徑上，且繞射光學元件113設置在來自照射範圍控制裝置112的光束B的傳遞路徑上。照射範圍控制裝置112適於控制傳遞至繞射光學元件113的光束B的照射範圍IDR（例如在照射範圍控制裝置112與繞射光學元件113之間被四個箭頭所包圍的體積），以改變繞射光學元件113被來自照射範圍控制裝置112的光束B照亮的區域的尺寸。

具體而言，繞射光學元件113包括多個微結構，以在遠場（far field）中產生二維繞射圖形。微結構的設計為本領域所熟知，因此在此省略其描述。在本實施例中，繞射光學元件113包括第一區域R1以及圍繞第一區域R1的第二區域R2。在本實施例中，第一區域R1是方形，第二區域R1是圍繞方形的邊框，其中方形與邊框共用相同的中心軸（未繪示）。然而，可以依需求改變包含在繞射光學元件113中的區域形狀及區域數量。此外，可以依需求設計在每一個區域中的微結構的形狀與間距。

圖2A至圖2C分別是由光束B照亮圖1A與圖1B中的繞射光學元件113的第一區域R1、第二區域R2以及第一區域R1與第二區域R2所產生的繞射圖形的示意圖。如圖2A至圖2C所示，被光束照亮第一區域而在目標物上產生的繞射圖形是第一繞射圖形DP1，且被光束照亮第二區域而在目標物上產生的繞射圖形是第二繞射圖形DP2。在本實施例中，當光束B照亮第一區域R1及第二區域R2時，第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2不重疊。因此，被光束照亮第一區域與第二區域所產生的繞射圖形DP12是第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2的聯集，如圖2C所示。此外，對應於第一繞射圖形DP1的繞射圖形DP12中的區域RDP1的點密度與圖2A中的第一繞射圖形DP1的點密度相同，且對應於第二繞射圖形DP2的繞射圖形DP12中的區域RDP2的點密度與圖2B中的第二繞射圖形DP2的點密度相同。

請往回參照圖1A及圖1B。在本實施例中，在結構光投影機110的第一模式下，如圖1A所示，被來自照射範圍控制裝置112的光束B照亮的區域是由第一區域R1組成，且在目標物上產生如圖2A所示的第一繞射圖形DP1。在結構光投影機110的第二模式下，如圖1B所示，被來自照射範圍控制裝置112的光束B照亮的區域是由第一區域R1與第二區域R2組成，且在目標物上產生第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2。因此，在第一模式下產生的繞射圖形（即第一繞射圖形DP1）具有比在第二模式下產生的繞射圖形（即繞射圖形DP12）更小的視場。換句話說，第一實施例的第一模式與第二模式分別是窄視場模式與寬視場模式。

據此，三維影像感測模組100可以藉由切換模式產生具有期望視場的繞射圖形。具體來說，當目標物需要較小的視場以獲得三維座標時，例如當目標物距離三維影像感測模組100相對較遠時，可以將三維影像感測模組100切換至第一模式。另一方面，當目標物需要較大的視場以獲得三維座標時，例如當目標物距離三維影像感測模組100相對較近時，可以將三維影像感測模組100切換至第二模式。

在另一實施例中，繞射光學元件113可以被分成更多區域（例如共用相同中心軸的三個或更多個區域）。據此，三維影像感測模組100可以藉由切換模式來產生具有更多視場的繞射圖形。

下面參照圖3A至圖6B說明如何藉由照射範圍控制裝置控制光束的照射範圍。圖3A及圖3B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第一示意圖。請參照圖3A及圖3B，照射範圍控制裝置112可以包括多個可調鏡頭，例如可調鏡頭1121及可調鏡頭1122。圖3A及圖3B示意性地示出兩個可調鏡頭，但照射範圍控制裝置112中包含的可調鏡頭的數量並不限於此。應注意的是，可調鏡頭意味著焦距是可調的。

可調鏡頭1122及可調鏡頭1121依序設置在來自光源111的光束B的傳遞路徑上。可調鏡頭1122與可調鏡頭1121中的每一個具有可調的屈光力（refracting power）。舉例來說，可調鏡頭1122及可調鏡頭1121是液晶透鏡，且可以依據施加到其上的電壓調整其屈光力。可調鏡頭1122適於調整光束的發散，且可調鏡頭1121適於將光束準直化，以形成平行的光束B（或實質上平行的光束B）。

在第一模式下，如圖3A所示，來自光源111的光束B在依序穿過可調鏡頭1122及可調鏡頭1121後，傳遞至繞射光學元件113的第一區域R1。另一方面，在第二模式下，如圖3B所示，來自光源111的光束B在依序穿過可調鏡頭1122及可調鏡頭1121後，傳遞至繞射光學元件113的第一區域R1與第二區域R2。因此，在第二模式下的光束B具有比在第一模式下的光束B更寬的照射範圍。

圖4A及圖4B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第二示意圖。請參照圖4A及圖4B，照射範圍控制裝置112可以包括可調鏡頭1121與位置控制裝置1123。位置控制裝置1123適於控制可調鏡頭1121以及光源111中的至少一個的位置。

具體來說，當可調鏡頭1121與光源111之間的距離D變小時，傳遞至繞射光學元件113的光束B的照射範圍變小，且當可調鏡頭1121與光源111之間的距離D變大時，傳遞至繞射光學元件113的光束B的照射範圍變大。因此，透過位置控制裝置1123調變可調鏡頭1121與光源111之間的距離D可以控制來自可調鏡頭1121的光束B所照亮的區域。位置控制裝置1123可以是任何能夠移動上述列出的元件的裝置。舉例來說，位置控制裝置1123包括電動機，但本發明不限於此。

在本實施例中，距離D是藉由移動可調鏡頭1121但不改變光源111的位置來控制。替代地，可以藉由移動光源111但不改變可調鏡頭1121的位置來控制距離D。或者，可以藉由移動可調鏡頭1121及光源111來控制距離D。應注意的是，可調鏡頭1121應基於距離D的變化改變其焦距，以使光源111位於其焦點位置。如此一來，可調鏡頭1121可將光束準直化，以形成平行的光束B。

圖5A及圖5B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第三示意圖。請參照圖5A及圖5B，照射範圍控制裝置112可以包括光準直元件1125以及可調孔徑光欄1124。可調孔徑光欄1124設置在來自光源111的光束B的傳遞路徑上。光準直元件1125設置在來自可調孔徑光欄1124的光束B的傳遞路徑上。可調孔徑光欄1124具有可調孔徑AP。舉例來說，可調孔徑光欄1124包括電控光調變材料，例如電致變色材料（electrochromic material）或液晶材料，且可調孔徑光欄1124的可調孔徑AP可以依據施加於可調孔徑光欄1124上的電壓調整，但本發明不限於此。

可調孔徑AP越小，被可調孔徑光欄1124阻擋的光束B越多，因此傳遞至繞射光學元件113的光束B的照射範圍越窄。換句話說，調變可調孔徑AP的尺寸可以控制光束B照亮的繞射光學元件113的區域。

在其他實施例中，光準直元件1125可以與繞射光學元件113整合。如此，可以省略照射範圍控制裝置112中的光準直元件1125。

圖6A及圖6B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第四示意圖。請參照圖6A及圖6B，照射範圍控制裝置112可以包括光準直元件1125、具有固定的孔徑APF的孔徑光欄1126以及位置控制裝置1123。孔徑光欄1126設置在來自光源111的光束B的傳遞路徑上。光準直元件1125設置在來自孔徑光欄1126的光束B的傳遞路徑上。位置控制裝置1123適於控制孔徑光欄1126的位置。具體來說，在孔徑APF的尺寸是常數的情況下，光源111與孔徑光欄1126之間的距離D1越大，傳遞至繞射光學元件113的光束B的照射範圍越窄。此外，孔徑光欄1126與光準直元件1125之間的距離D2越小，傳遞至繞射光學元件113的光束B的照射範圍越窄。在其他實施例中，光準直元件1125可以與繞射光學元件113整合。如此，可以省略照射範圍控制裝置112中的光準直元件1125。

請往回參照圖1A及圖1B，影像感測器120適於擷取藉由光束B照亮繞射光學元件113的區域而產生（或投射）在目標物上的繞射圖形（例如第一繞射圖形DP1或繞射圖形DP12）的影像。舉例來說，影像感測器120包括電荷耦合裝置（Charge Coupled Device, CCD）或互補性金屬氧化半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS），但本發明不限於此。

運算裝置130耦接至影像感測器120以接收對應於擷取的影像的訊號S，且運算裝置130適於根據擷取的影像計算目標物的深度資訊。具體來說，運算裝置130可以以有線或無線的方式電性連接至影像感測器120。運算裝置130可以包括中央處理單元（Central Processing Unit, CPU）、資料處理單元（Data Processing Unit, DPU）或圖形處理單元（Graphics Processing Unit, GPU），以藉由比較目標物上的繞射圖形與原始的繞射圖形之間的差異來計算目標物的深度資訊。

基於上述，在結構光投影機110與三維影像感測模組100的第一實施例中，藉由將照射範圍控制裝置112設置在來自光源111的光束B的傳遞路徑上，以調變繞射光學元件113被光束B照亮的區域，使得能夠在功能上調變繞射圖形的視場。因此，三維影像感測模組100能夠獲得需要不同視場的目標物的三維座標（或測量深度資訊）。此外，由於結構光投影機110中的所有元件都可以設置在相同光軸上，因此可以更容易完成由運算裝置130進行的校準。另外，由於結構光投影機110中只需要一個繞射光學元件113，因此結構光投影機110可以具有低成本。

圖7A及圖7B分別是依照本發明的第二實施例的三維影像感測模組在第一模式及第二模式下的示意圖。圖8A至圖8C分別是由光束照亮圖7A與圖7B中的繞射光學元件的第一區域、第二區域以及第一區域與第二區域所產生的繞射圖形的示意圖。

請參照圖7A及圖7B，三維影像感測模組200類似於圖1A及圖1B中的三維影像感測模組100。三維影像感測模組200與三維影像感測模組100之間的主要差異為結構光投影機的設計。

具體來說，在三維影像感測模組200的結構光投影機210中，繞射光學元件113的第一區域R1與第二區域R2的微結構設計成使得光束B照亮第一區域R1所產生的第一繞射圖形DP1的尺寸相同於光束B照亮第二區域R2所產生的第二繞射圖形DP2的尺寸，而第一繞射圖形DP1的點密度（或點分佈）不同於第二繞射圖形DP2的點密度（或點分佈），如圖8A及圖8B所示。如此，當光束B照亮第一區域R1與第二區域R2時，第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2重疊，且光束B照亮第一區域R1與第二區域R2產生的繞射圖形DP12是第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2的疊加。因此，在第一模式下產生的繞射圖形（例如第一繞射圖形DP1）具有比在第二模式下產生的繞射圖形（例如繞射圖形DP12）更小的點密度。點密度越高，繞射圖形的解析度越高，因此三維影像感測模組200的識別能力（recognition ability）越高。換句話說，第二實施例的第一模式與第二模式分別是低解析度模式與高解析度模式。

據此，三維影像感測模組200可以藉由切換模式產生具有期望解析度的繞射圖形。具體來說，當目標物需要低解析度以獲得三維座標（特別是深度資訊）時，例如當目標物在測量範圍中具有相對稀疏的深度變化時，可以將三維影像感測模組200切換至第一模式。另一方面，當目標物需要高解析度以獲得三維座標（特別是深度資訊）時，例如當目標物在測量範圍中具有相對密集的深度變化時，可以將三維影像感測模組200切換至第二模式。

在另一實施例中，繞射光學元件213可以被分成更多區域（例如共用相同中心軸的三個或更多個區域），且據此，三維影像感測模組200可以藉由切換模式產生具有更多解析度的繞射圖形。

基於上述，在結構光投影機210與三維影像感測模組200的第二實施例中，藉由將照射範圍控制裝置112設置在來自光源111的光束B的傳遞路徑上，以調變繞射光學元件213被光束B照亮的區域，使得能夠在功能上調變繞射圖形的解析度。因此，三維影像感測模組200能夠獲得需要不同解析度的目標物的三維座標（或測量深度資訊）。此外，由於結構光投影機210的所有元件都可以設置在相同光軸上，因此可以更容易完成由運算裝置130進行的校準。另外，由於結構光投影機210中只需要一個繞射光學元件213，因此結構光投影機210可以具有低成本。

在上述實施例中，視場與點密度是個別地調變。然而，本發明不限於此。圖9A至圖9C分別是由光束照亮依照本發明的一實施例的繞射光學元件的第一區域、第二區域以及第二區域所產生的繞射圖形的示意圖。請參照圖9A至圖9C，可以依需求設計繞射光學元件的每一個區域中的微結構，使得第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2部分重疊（例如第一繞射圖形DP1與第二繞射圖形DP2之間重疊的面積等於第一繞射圖形DP1的面積）、在第一模式下產生的繞射圖形（例如第一繞射圖形DP1）具有比在第二模式下產生的繞射圖形（例如繞射圖形DP12）更小的視場，且在第一模式下產生的繞射圖形（例如第一繞射圖形DP1）具有比在第二模式下產生的繞射圖形（例如繞射圖形DP12）更小的點密度。換句話說，第一模式是窄視場與低解析度模式，而第二模式是寬視場與高解析度模式。

據此，使用上述繞射光學元件的三維影像感測模組可以藉由切換模式產生具有期望視場及解析度的繞射圖形。具體來說，當目標物需要小視場及/或低解析度以獲得三維座標（特別是深度資訊）時，可以將三維影像感測模組切換至第一模式。另一方面，當目標物需要大視場及/或高解析度以獲得三維座標（特別是深度資訊）時，可以將三維影像感測模組切換至第二模式。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧三維影像感測模組

110、210‧‧‧結構光投影機

111‧‧‧光源

112‧‧‧照射範圍控制裝置

1121、1122‧‧‧可調鏡頭

1123‧‧‧位置控制裝置

1124‧‧‧可調孔徑光欄

1125‧‧‧光準直元件

1126‧‧‧孔徑光欄

113、213‧‧‧繞射光學元件

120‧‧‧影像感測器

130‧‧‧運算裝置

AP‧‧‧可調孔徑

APF‧‧‧固定孔徑

B‧‧‧光束

D、D1、D2‧‧‧距離

DP1‧‧‧第一繞射圖形

DP2‧‧‧第二繞射圖形

DP12‧‧‧繞射圖形

IDR‧‧‧照射範圍

R1‧‧‧第一區域

R2‧‧‧第二區域

RDP1、RDP2‧‧‧區域

S‧‧‧訊號

圖1A及圖1B分別是依照本發明的第一實施例的三維影像感測模組在第一模式及第二模式下的示意圖。圖2A至圖2C分別是由光束照亮圖1A與圖1B中的繞射光學元件的第一區域、第二區域以及第一區域與第二區域所產生的繞射圖形的示意圖。圖3A及圖3B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第一示意圖。圖4A及圖4B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第二示意圖。圖5A及圖5B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第三示意圖。圖6A及圖6B分別是依照本發明的一實施例的結構光投影機中的光源與照射範圍控制裝置在第一模式及第二模式下的第四示意圖。圖7A及圖7B分別是依照本發明的第二實施例的三維影像感測模組在第一模式及第二模式下的示意圖。圖8A至圖8C分別是由光束照亮圖7A與圖7B中的繞射光學元件的第一區域、第二區域以及第一區域與第二區域所產生的繞射圖形的示意圖。圖9A至圖9C分別是由光束照亮依照本發明的一實施例的繞射光學元件的第一區域、第二區域以及第二區域所產生的繞射圖形的示意圖。

Claims

一種結構光投影機，包括：一光源；一照射範圍控制裝置，設置在來自所述光源的一光束的傳遞路徑上；以及一繞射光學元件，設置在來自所述照射範圍控制裝置的所述光束的傳遞路徑上，其中所述照射範圍控制裝置適於控制傳遞至所述繞射光學元件的所述光束的照射範圍，以改變所述繞射光學元件被來自所述照射範圍控制裝置的所述光束照亮的一區域的尺寸，所述繞射光學元件包括一第一區域及圍繞所述第一區域的一第二區域，被所述光束照亮所述第一區域而在一目標物上產生的繞射圖形是一第一繞射圖形，且被所述光束照亮所述第二區域而在所述目標物上產生的繞射圖形是一第二繞射圖形，其中在所述結構光投影機的一第一模式下，被來自所述照射範圍控制裝置的所述光束照亮的所述區域是由所述第一區域組成，且在所述目標物上產生所述第一繞射圖形；以及在所述結構光投影機的一第二模式下，被來自所述照射範圍控制裝置的所述光束照亮的所述區域是由所述第一區域與所述第二區域組成，且在所述目標物上產生所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形。
如申請專利範圍第1項所述的結構光投影機，其中所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形不重疊，且在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的視場。
如申請專利範圍第1項所述的結構光投影機，其中所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形重疊，且在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的點密度。
如申請專利範圍第1項所述的結構光投影機，其中所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形部分重疊，在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的視場，且在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的點密度。
一種三維影像感測模組，包括：一結構光投影機，包括：一光源；一照射範圍控制裝置，設置在來自所述光源的一光束的傳遞路徑上；以及一繞射光學元件，設置在來自所述照射範圍控制裝置的所述光束的傳遞路徑上，其中所述照射範圍控制裝置適於控制傳遞至所述繞射光學元件的所述光束的照射範圍，以改變所述繞射光學元件被來自所述照射範圍控制裝置的所述光束照亮的一區域的尺寸；一影像感測器，適於擷取藉由所述光束照亮所述繞射光學元件的所述區域而在一目標物上產生的一繞射圖形的一影像；以及一運算裝置，耦接至所述影像感測器，且根據擷取的所述影像計算所述目標物的深度資訊。
如申請專利範圍第5項所述的三維影像感測模組，其中所述光源是雷射光源。
如申請專利範圍第5項所述的三維影像感測模組，其中所述照射範圍控制裝置包括多個可調鏡頭，所述多個可調鏡頭依序設置在來自所述光源的所述光束的所述傳遞路徑上，且所述多個可調鏡頭的每一個具有可調的屈光力。
如申請專利範圍第5項所述的三維影像感測模組，其中所述照射範圍控制裝置包括一可調鏡頭以及一位置控制裝置，且所述位置控制裝置適於控制所述可調鏡頭以及所述光源中的至少一個的位置。
如申請專利範圍第5項所述的三維影像感測模組，其中所述照射範圍控制裝置包括一光準直元件以及一可調孔徑光欄，所述可調孔徑光欄設置在來自所述光源的所述光束的所述傳遞路徑上，所述光準直元件設置在來自所述可調孔徑光欄的所述光束的傳遞路徑上，且所述可調孔徑光欄具有可調孔徑。
如申請專利範圍第5項所述的三維影像感測模組，其中所述照射範圍控制裝置包括一光準直元件、具有固定的孔徑的一孔徑光欄以及一位置控制裝置，所述孔徑光欄設置在來自所述光源的所述光束的所述傳遞路徑上，所述光準直元件設置在來自所述孔徑光欄的所述光束的傳遞路徑上，且所述位置控制裝置適於控制所述孔徑光欄、所述光準直元件與所述光源中的至少一個的位置。
如申請專利範圍第5項所述的三維影像感測模組，其中所述繞射光學元件包括一第一區域及圍繞所述第一區域的一第二區域，被所述光束照亮所述第一區域而在所述目標物上產生的所述繞射圖形是一第一繞射圖形，且被所述光束照亮所述第二區域而在所述目標物上產生的所述繞射圖形是一第二繞射圖形，其中在所述結構光投影機的一第一模式下，被來自所述照射範圍控制裝置的所述光束照亮的所述區域是由所述第一區域組成，且在所述目標物上產生所述第一繞射圖形；以及在所述結構光投影機的一第二模式下，被來自所述照射範圍控制裝置的所述光束照亮的所述區域是由所述第一區域與所述第二區域組成，且在所述目標物上產生所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形。
如申請專利範圍第11項所述的三維影像感測模組，其中所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形不重疊，且在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的視場。
如申請專利範圍第11項所述的三維影像感測模組，其中所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形重疊，且在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的點密度。
如申請專利範圍第11項所述的三維影像感測模組，其中所述第一繞射圖形與所述第二繞射圖形部分重疊，在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的視場，且在所述第一模式下產生的所述繞射圖形具有比在所述第二模式下產生的所述繞射圖形更小的點密度。