TWI719387B - 投影機、具有投影機的電子裝置、以及用來取得影像資料之深度資訊的方法 - Google Patents

投影機、具有投影機的電子裝置、以及用來取得影像資料之深度資訊的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種投影機，其中該投影機包含一發光裝置、具有一漫射器部分與一透鏡部分的一透鏡模組、以及一繞射光學元件。在該投影機的操作中，該發光裝置係用來產生至少一雷射光，且該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以照亮一視野，而該至少一雷射光穿透該透鏡部分與該繞射光學元件以產生複數個小點。

Description

投影機、具有投影機的電子裝置、以及用來取得影像資料之 深度資訊的方法
本發明係關於一投影機，尤指一種具有一繞射光學元件的投影機。
為了取得三維影像，一電子裝置可使用一投影機將一特殊圖樣投影至一周圍環境中的一物體，並使用攝影機來擷取具有該物體且帶有該特殊圖樣的影像，且該攝影機擷取到的影像係藉由一處理器來分析以取得該影像的深度資訊。另外，為了辨識擷取到的影像的內容，電子裝置可另使用一光照明器來增加環境光以使得擷取到的影像更加清晰。然而，設定該電子裝置中的該投影機與該光照明器會增加設計負擔以及製造成本。
因此，本發明之一目的在於提供一種投影機，其能同時充當該照明器以及圖樣產生器，以解決上述問題。
依據本發明一實施例，本發明揭露一種投影機，其中該投影機包含一發光裝置、具有一漫射器(diffuser)部分與一透鏡部分的透鏡模組、以及一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)。在該投影機的操作中，該發光裝置係用來產生至少一雷射光，而該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以照亮一視野，且該至少一雷射光穿透該透鏡部分與該繞射光學元件以產生複數個小點。
依據本發明一實施例，本發明提供一種具有一投影機以及一攝影機模組的電子裝置，其中該投影機包含一發光裝置、具有一漫射器部分與一透鏡部分的透鏡模組、以及一繞射光學元件。在該投影機的操作中，該發光裝置係用來產生至少一雷射光，而該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以照亮一視野，且該至少一雷射光穿透該透鏡部分與該繞射光學元件以產生複數個小點，以產生該投影機之一輸出影像至一周圍環境。該攝影機模組係用來擷取該周圍環境的區域以產生影像資料。
依據本發明一實施例，本發明揭露一種用來取得影像資料之深度資訊的方法，其中該方法包含：控制一投影機將具有一均勻照明且帶有複數個小點的一輸出影像投影至一周圍環境；擷取該周圍環境的區域以產生對應於該輸出影像的該影像資料；以及分析該影像資料以取得該影像資料的該深度資訊。
100、610:投影機
110:發光裝置
120:透鏡模組
130:繞射光學元件
310:透鏡
320:微透鏡陣列
410:第一雷射發射器
420:第二雷射發射器
600:電子裝置
620:攝影機模組
630:處理器
700、702、704、706:步驟
第1圖為依據本發明一實施例之一投影機的示意圖。
第2圖繪示該投影機於本發明一實施例中的輸出圖樣。
第3圖繪示於本發明一實施例中之一透鏡模組。
第4圖繪示於本發明一實施例中之一發光裝置。
第5圖繪示於本發明一實施例中之該發光裝置及該透鏡模組所產生的準直雷射光以及被分散的光。
第6圖為依據本發明一實施例之一電子裝置的示意圖。
第7圖為依據本發明一實施例之用來取得影像資料之深度資訊的方法流程圖。
第1圖為依據本發明一實施例之投影機100的示意圖。如第1圖所示，投影機100包含一發光裝置110、一透鏡模組120以及一繞射光學元件130。在本實施例中，發光裝置110可為一雷射二極體或一垂直共振腔表面發射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)以產生紅外雷射光，該透鏡模組120包含一漫射器部分以及一透鏡部分，而繞射光學元件130可充當一圖樣產生器，且繞射光學元件130可被壓印(imprinted)在透鏡模組120之一基板上。
在投影機100的操作中，發光裝置110係用來產生至少一雷射光，且該雷射光穿透透鏡模組120的該漫射器部分與繞射光學元件130以產生一均勻照明，而該雷射光穿透透鏡模組120的該透鏡部分與繞射光學元件130以產生複數個小點，來產生該投影機100之一輸出影像。第2圖繪示投影機100於本發明一實施例中的輸出圖樣。如第2圖所示，該均勻照明充當一背景照明以增加環境光，而該均勻照明中之該複數個小點(其與繞射光學元件130的圖樣類似)係供三維影像的產生之用。另外，第2圖所示之該複數個小點的排列只是為了說明之目的，即該複數個小點(繞射光學元件圖樣)可具有任意其它適當的排列。
在本實施例中，該均勻照明以及該複數個小點係同時產生，即投影機100能充當該照明器以及該圖樣產生器。因此，具有投影機100的電子裝置的設計變得更簡單且彈性，且相較於相關技術中之具有各自獨立的圖樣產生器與照明器的電子裝置，在製造成本上亦具有優勢。
第3圖繪示於本發明一實施例中之透鏡模組120。透鏡模組120包含一單一透鏡諸如透鏡310以及一微透鏡陣列320，其中透鏡310係位於透鏡模組120的一角落並充當透鏡模組120的該透鏡部分，而微透鏡陣列320充當透鏡模組120的該漫射器部分。
第4圖繪示於本發明一實施例中之發光裝置110。第4圖所示之發光裝置110係具有一第一雷射發射器410與複數個第二雷射發射器420(第4圖中有三 十個第二雷射發射器420)的一垂直共振腔表面發射型雷射。在本實施例中，該第一雷射發射器410係設置於對應第3圖所示之透鏡310的中心的位置，而該複數個第二雷射發射器420係設置於與第一雷射發射器410相距遙遠的位置以避免透鏡310接收到該複數個第二雷射發射器420所產生的雷射光。以第5圖為例，只有第一雷射發射器410會產生雷射光至透鏡模組120的透鏡310，而透鏡310並未接收到該複數個第二雷射發射器420所產生的任何雷射光。即該複數個第二雷射發射器420所產生的雷射光全部都被微透鏡陣列320分散或漫射。
在第2至5圖的實施例中，第一雷射發射器410所產生的雷射光被透鏡310聚焦以產生一準直雷射光，且繞射光學元件130接收該準直雷射光以產生第2圖所示之該複數個小點。另外，該複數個第二雷射發射器420所產生的雷射光被微透鏡陣列320分散或漫射，且被分散的光穿透繞射光學元件130以產生背光照明(由於該背光照明的繞射光學元件圖樣過於微弱，並不會在第2圖所示之操作中被辨識)。
需注意的是，第3圖所示之透鏡模組120以及第4圖所示之發光裝置110只是為了說明之目的。在本發明其它實施例中，透鏡模組120可具有兩個以上的透鏡310以用來聚焦接收到的雷射光，及/或透鏡310可配置在不同的位置(例如，透鏡模組120的中心或者另一角落)，及/或發光裝置110可具有兩個以上的第一雷射發射器410以用來產生複數個雷射光至透鏡310。另外，第一雷射發射器410以及該些第二雷射發射器420可不同時開啟。只要發光裝置110以及透鏡模組120被設計成同時產生該準直雷射光與被分散的光，發光裝置110以及透鏡模組120可具有不同的架構。
第6圖為依據本發明一實施例之電子裝置600的示意圖。如第6圖所示，電子裝置600為一智慧型手機，且電子裝置600包含一投影機610、一攝影機模組620以及一處理器630。在本實施例中，投影機610可為投影機100，且係被 內嵌(embedded)在電子裝置600的背側，且投影機610係用來將帶有特殊圖樣(該繞射光學元件圖樣)的紅外輸出影像投影至一周圍環境中的一物體。接著，攝影機模組620擷取在該周圍環境中帶有該特殊圖樣的該物體以產生影像資料。最後，處理器630分析該影像資料以取得該影像資料的深度資訊(即該物體的深度資訊)，以產生一三維影像。
在第6圖所示之實施例中，投影機610係內嵌在電子裝置600的背側。然而，在另一實施例中，投影機610以及該攝影機模組能位於該電子裝置的正面。
第7圖為依據本發明一實施例之用來取得影像資料之深度資訊的方法流程圖。參考第1至7圖，其流程如下。
步驟700：流程開始。
步驟702：控制一投影機將具有一均勻照明且帶有複數個小點的一輸出影像投影至一周圍環境。
步驟704：擷取該周圍環境的區域以產生對應於該輸出影像的影像資料。
步驟706：分析該影像資料以取得該影像資料的深度資訊。
簡要歸納本發明，在本發明的投影機中，該投影機能同時充當該照明器以及該圖樣產生器，即該投影機所投影的輸出影像具有一均勻照明且帶有複數個小點，其中該均勻照明能增加背景光而該複數個小點能用來產生該三維影像。因此，具有該投影機的電子裝置的設計變得更簡單且有彈性，且相較於相關技術中之具有各自獨立的圖樣產生器與照明器的電子裝置，本發明在製造成本上亦具有優勢。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:投影機
110:發光裝置
120:透鏡模組
130:繞射光學元件

Claims (14)

  1. 一種投影機，包含：一發光裝置，用來產生至少一雷射光；一透鏡模組，具有一漫射器(diffuser)部分與一透鏡部分；以及一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；其中該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以照亮一視野，且該至少一雷射光穿透該透鏡部分與該繞射光學元件以產生複數個小點；其中該透鏡模組具有充當該透鏡部分的一單一透鏡，該單一透鏡係在該透鏡模組的一角落，且該透鏡模組的其它區域係充當該漫射器部分的一微透鏡陣列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以產生一均勻照明，且該均勻照明以及該複數個小點充當該投影機之一輸出影像。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之投影機，其中該均勻照明以及該複數個小點同時地被輸出至該投影機之一周圍環境。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之投影機，其中關於該投影機之該輸出影像，該複數個小點係在該均勻照明的一區域內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該漫射器部分係一微透鏡陣列。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該發光裝置係具有複數個雷射發射器的一垂直共振腔表面發射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)以用來產生複數個雷射光。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之投影機，其中在該複數個雷射發射器中，只有一部分雷射發射器產生雷射光至該透鏡模組之該透鏡部分，而該透鏡部分並未接收到由該複數個雷射發射器中的其它部分雷射發射器所產生的雷射光。
  8. 一種電子裝置，包含：一投影機，包含：一發光裝置，用來產生至少一雷射光；一透鏡模組，具有一漫射器(diffuser)部分與一透鏡部分；以及一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；其中該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以照亮一視野，且該至少一雷射光穿透該透鏡部分與該繞射光學元件以產生複數個小點，以產生該投影機之一輸出影像至一周圍環境；以及一攝影機模組，用來擷取該周圍環境的區域以產生影像資料；其中該透鏡模組具有充當該透鏡部分的一單一透鏡，該單一透鏡係在該透鏡模組的一角落，且該透鏡模組的其它區域係充當該漫射器部分的一微透鏡陣列。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中該至少一雷射光穿透該 漫射器部分與該繞射光學元件以產生一均勻照明，且該均勻照明以及該複數個小點同時地被輸出至該投影機之該周圍環境。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，其中關於該投影機之該輸出影像，該複數個小點係在該均勻照明的一區域內。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中該漫射器部分係一微透鏡陣列。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中該發光裝置係具有複數個雷射發射器的一垂直共振腔表面發射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)以用來產生複數個雷射光。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中在該複數個雷射發射器中，只有一部分雷射發射器產生雷射光至該透鏡模組之該透鏡部分，而該透鏡部分並未接收到由該複數個雷射發射器中的其它部分雷射發射器所產生的雷射光。
  14. 一種用來取得影像資料之深度資訊的方法，包含：控制一投影機將具有一均勻照明且帶有複數個小點的一輸出影像投影至一周圍環境；擷取該周圍環境的區域以產生對應於該輸出影像的該影像資料；以及分析該影像資料以取得該影像資料的該深度資訊；其中控制該投影機將具有該均勻照明且帶有該複數個小點的該輸出影像 投影至該周圍環境的步驟包含：使用一發光裝置產生至少一雷射光；提供具有一漫射器(diffuser)部分與一透鏡部分的一透鏡模組；以及提供一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；其中該至少一雷射光穿透該漫射器部分與該繞射光學元件以產生該均勻照明，且該至少一雷射光穿透該透鏡部分與該繞射光學元件以產生該複數個小點；其中該透鏡模組具有充當該透鏡部分的一單一透鏡，該單一透鏡係在該透鏡模組的一角落，且該透鏡模組的其它區域係充當該漫射器部分的一微透鏡陣列。
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