TWM486066U - 結構光元件和包括結構光元件的光源模組 - Google Patents

結構光元件和包括結構光元件的光源模組 Download PDF

Info

Publication number
TWM486066U
TWM486066U TW103208136U TW103208136U TWM486066U TW M486066 U TWM486066 U TW M486066U TW 103208136 U TW103208136 U TW 103208136U TW 103208136 U TW103208136 U TW 103208136U TW M486066 U TWM486066 U TW M486066U
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
surface structure
structured
structured light
light source
Prior art date
Application number
TW103208136U
Other languages
English (en)
Inventor
Hong-Zong Laio
Ying-Yueh Chang
Original Assignee
Ahead Optoelectronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ahead Optoelectronics Inc filed Critical Ahead Optoelectronics Inc
Priority to TW103208136U priority Critical patent/TWM486066U/zh
Priority to CN201420252733.XU priority patent/CN203858382U/zh
Publication of TWM486066U publication Critical patent/TWM486066U/zh
Priority to US14/706,363 priority patent/US9684103B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/005—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along a single direction only, e.g. lenticular sheets
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

結構光元件和包括結構光元件的光源模組
本案屬於一種光學元件的領域，特別是屬於一種作為投光用途的結構光元件與其應用系統的領域。
3D空間物體量測技術可以用來偵測及分析待測物體形狀、外觀及距離。一般而言，3D空間物體量測是將光線投射到待測物體，並藉由光線的反射計算出物體在3D空間的距離，由於量測到的數據資料包含深度訊息，故常以深度影像(depth image)稱之。
捕捉物體深度影像的方法，基本上區分為接觸式和非接觸式，舉例來說，3D手勢感應控制(3D Gesture Sensing Control)屬於非接觸式，若依據量測技術之不同，3D手勢感應控制尚可區分為三大技術類型，包括結構光掃描(Structured Light Scanning)、時差測距(Time-of-Fight,ToF)與三角測距(Triangulation)。
結構光係指具有特定形狀模式的光線，此特定形狀模式的光線被投射到待測物體表面時會變形，因此，可用攝影機擷取受物體表面影響的變形結構光圖像訊息，其包括物體的距離、物體表面形狀變化或物體間隙等等。
因此，產生利於判讀的結構光對於3D手勢感應控制而言是很重要的課題之一。
依據上述，本案提供一種結構光元件，雷射光入射此結構光元件後產生不同亮度和不同寬窄但周期性出現的條紋以構成結構光。
依據上述，本案提供一種結構光元件，包括相對的一繞射光學元件(DOE)和波浪鏡結構，其可以消除使用傳統繞射光學元件的DC項(零級項，DC term)產生的過亮影響，因此可產生良好的結構光分布。
依據上述，本案提供一種結構光元件，包括相對的一繞射光學元件(Diffractive Optical Element,DOE)和一或多個波浪鏡結構，其對於入射光的波長較無選擇性，因此形成的結構光分布的光行為差異不大，增加了選用入射光的彈性。
依據上述，一種結構光元件，包括：一透光基體；一第一表面結構位於該透光基體的一第一側，其中，該第一表面結構包括一繞射光學元件；以及第二表面結構位於該透光基體的一第二側，該第一側和該第二側相對而立，其中，該第二表面結構包括一第一波浪鏡結構。
較佳地，該繞射光學元件包括複數條直線和曲線至少之一組成的一繞射紋路結構；或該繞射光學元件包括複數條直線和曲線至少之一組成的一繞射紋路結構，該些直線和曲線的寬度或長度彼此相同或不同；或該繞射光學元件包括複數條直線和曲線至少之一組成的一繞射紋路結構，該些直線和曲線的寬度和長度彼此相同或不同。
較佳地，該第一波浪鏡結構包括複數條第一圓弧柱體平行排 列；或該第一波浪鏡結構包括複數條第一圓弧柱體平行排列，且彼此相鄰接或不鄰接。
較佳地，結構光元件更包括一第二波浪鏡結構設置於該第二側。
較佳地，該第二波浪鏡結構包括複數條第二圓弧柱體平行排列，該些第二圓弧柱體不平行該些第一圓弧柱體。
較佳地，結構光元件更包括一第二波浪鏡結構，其與該第一波浪鏡結構相鄰而屬於該第二表面結構的一部分，其中，該第一波浪鏡結構的複數條平行第一圓弧柱體不平行該第二波浪鏡結構的複數條平行第二圓弧柱體。
較佳地，該透光基體、該第一表面結構和該第二表面結構為同一介質；或是該透光基體和該第二表面結構為同一介質。
較佳地，該第一表面結構和該第二表面結構為以UV膠形成。
依據上述，一種包括上述任一的結構光元件的光源模組，更包括：一雷射光光源；以及一容置該雷射光光源和該結構光元件的盒體，其中，該雷射光光源發出一雷射光通過該結構光元件後輸出至該盒體外。
1,4‧‧‧結構光元件
10,40‧‧‧透光基體
11‧‧‧繞射紋路結構
13,43‧‧‧第一圓弧柱體
12,42‧‧‧第一表面結構
14,44‧‧‧第二表面結構
46‧‧‧第二圓弧柱體
2‧‧‧單點光束
22‧‧‧點光束
24‧‧‧線光束
3‧‧‧結構光
5‧‧‧光源模組
51‧‧‧光源
52‧‧‧盒體
圖1為依據本案的第一實施例結構光元件的剖面圖。
圖2為依據本案的第一實施例結構光元件的透視立體示意圖。
圖3為本案之第一實施例的結構光元件的光線輸出示意圖。
圖4為依據本案的第二實施例結構光元件的透視立體示意 圖。
圖5為依據本案的結構光元件的光源模組側視示意圖。
圖1和圖2分別為依據本案的第一實施例結構光元件的剖面圖和透視立體示意圖。參照圖1和圖2，結構光元件1具有一透光基體10以及透光基體10相對的第一表面結構12和第二表面結構14。於第一實施例中，包括複數條直線和曲線至少之一組成的繞射紋路結構11構成第一表面結構12，其即包括一繞射光學元件(Diffractive Optical Element,DOE)結構，實際體現上，繞射紋路結構11的直線和曲線可分布以作為整個第一表面結構12，直線和曲線的排列密度可有不同的疏密程度。繞射紋路結構11的該些直線和曲線的寬度或長度或兩者可以彼此相同或不同。
其次，包括複數條第一圓弧柱體13平行排列而成的第二表面結構14則為一波浪鏡結構或柱狀鏡結構(lenticular structure)，其中複數個第一圓弧柱體13彼此相鄰接或是具有間隙。於第一實施例中，每一第一圓弧柱體13的柱體向Y軸方向延伸，複數個第一圓弧柱體13則向X軸方向排列，至於第一圓弧柱體13與繞射紋路結構11的關係待後再述。
圖3為本案之第一實施例的結構光元件的光線輸出示意圖。應用上，雷射入射光可從結構光元件1的第一表面結構12或第二表面結構14任一面進入。參考圖3，結構光元件1的第一表面結構12(繞射光學元件)用以將單點光束2(第一點光束)形成複數個點光束22(第二點光束)分布於透光基體10的任一截面中，經過第一表面結構12後的任一點光束22的點大小可以不同，亮度亦可不同。是以，結構光元件1的第一表面結構12用以將單點光束 2形成明暗分布的複數個點光束22(在透光基體10中)，即點光束2通過第一表面結構12後可形成一排的複數個點光束22，一排的複數個點光束22的各個光點大小、強度或密度分布以及位置是可以設計與指定的。再者，為達到後續形成結構光的分布，第一表面結構12分布會相對於第二表面結構14的波浪鏡結構或柱狀鏡結構而調整，以本實施例為例，單點光束2經過第一表面結構12而繞射而成的複數個點光束22(第二點光束)所形成的線狀分布是和第二表面結構14的波浪鏡結構的第一圓弧柱體13延伸方向相同，即複數個點光束22沿著Y軸的方向排列，但本案的第一表面結構12分布是可以被調整角度和紋路結構分布，使得複數個點光束22(第二點光束)所形成的線狀分布是和第二表面結構14的波浪鏡結構的第一圓弧柱體13呈現其他的角度，此其他角度，例如不為兩者正交的角度，是可被確保後續通過第二表面結構14(波浪鏡結構)後可形成所需的結構光分布。
接著，點光束2中的每一點通過結構光元件1的第二表面結構14(波浪鏡結構)後可形成一線光束24，因此，複數個點光束22通過第二表面結構14則形成複數條線光束24分布。由於複數個點光束22為具有不同點大小、不同亮度，因此形成的線光束24亦具有不同線寬度、不同亮度的分布，線光束24亦會依據位置的不同而有直線和曲線的型態。如此一來，複數條線光束24即形成條紋分布狀的結構光3。是以，結構光元件1的第二表面結構14用以將點光束22中的每一點展開為二維方向的線條光束或線帶(若點與點之間的距離較小而在巨觀上顯示成線帶)。如此經過明暗分布以及展開的處理，單點光束2可形成明暗條紋分布的結構光3。類似的，若單點光束2是從結構光元件1的第二表面結構14射入結構光元件1時，結構光元件1則是先對 單點光束2進行展開後再進行明暗分布。如此的結構光3可應用於3D手勢感應控制的投光系統、或是非破壞檢測的投光系統中，亦可與雷射光源結合成為雷射二極體光源模組，但本案不限於上述領域。
製作上，可以以一聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)等透明材料形成透光基體10，用塗布等適當方法將UV膠形成於透光基體10的相對而立的第一側和第二側後，再以該兩面UV膠分別形成於該第一側和第二側後形成了第一表面結構12和第二表面結構14。另一作法是，於一製作好的同一介質的波浪鏡(本案中的波浪鏡結構加上透光基體10)，於相對於波浪鏡結構的另一表面上形成UV膠層後，再於UV膠層製作出第一表面結構12。可選擇地，亦可製作同時具有繞射光學元件和波浪鏡結構的模具，利用射出成形製作出同一介質的本案的結構光元件。
圖4為依據本案的第二實施例結構光元件的透視立體示意圖。與第一實施例相較，結構光元件4的第一表面結構42相同於結構光元件1的第一表面結構12，於此不贅述。所不同者在於，結構光元件4具有一第二波浪鏡結構設置於透光基體40的第二側，例如和第二表面結構44相同的表面而與第一波浪鏡結構相鄰而成為第二表面結構44的一部分，其中，第二波浪鏡結構所包括的複數條平行的第二圓弧柱體46則不平行於第一圓弧柱體43；即，每一第二圓弧柱體46和每一第一圓弧柱體43的夾角不為0度或180度。其次，由於第二波浪鏡結構的存在，因此第一表面結構42的分布亦須相對調整以調整由第一表面結構42繞射出的光分布，如此方能使得單點光通過結構光元件4後(無論是從第一表面結構42或第二表面結構44入射)能成為所需的結構光，每一第二圓弧柱體46的弧曲率可與每一第一圓弧柱體43 的弧曲率相同或不同。如此的結構光元件4的作用與用途類似於結構光元件1，或是得到不同結構光分布的情形。
圖5為依據本案的結構光元件的光源模組側視示意圖。光源模組5，例如一雷射二極體模組，包括一光源51和結構光元件1或4設置於一盒體52中，其中光源51發出的光經過結構光元件1或4後才射出於盒體52外。於此實施例中，光源51為一雷射光，並且可以是可見或不可見光，將光源51和結構光元件1或4整合於盒體52中，可以減少盒體52的厚度，是很適合應用於薄型化的手持裝置或其他電子裝置中，直接輸出結構光，若配合手持裝置或其他電子裝置的偵測、感應元件，即可執行如3D手勢感應控制所需的投光系統。
本案的結構光元件具有以下的優點：(1)相較於一傳統具有相對的兩DOE結構的光學元件，本案的結構光元件可消除DC項(零級項，DC term)造成的過亮影響，形成良好的結構光分布，以利後續結構光掃描、演算和運用；(2)本案的結構光元件對入射光的選擇性低，因此可適用各種不同波長的雷射入射光，增加應用的範圍；(3)本案的結構光元件可直接整合光源，形成薄型化的光源模組，適用於現今追求薄型化的電子或手持裝置。
1‧‧‧結構光元件
10‧‧‧透光基體
11‧‧‧繞射紋路結構
13‧‧‧第一圓弧柱體
12‧‧‧第一表面結構
14‧‧‧第二表面結構

Claims (10)

  1. 一種結構光元件，包括：一透光基體；一第一表面結構，其位於該透光基體的一第一側，其中，該第一表面結構包括一繞射光學元件；以及一第二表面結構，其位於該透光基體的一第二側，該第一側和該第二側相對而立，其中，該第二表面結構包括一第一波浪鏡結構。
  2. 如請求項1所述的結構光元件，其中，該繞射光學元件包括複數條直線和曲線至少之一組成的一繞射紋路結構；或該繞射光學元件包括複數條直線和曲線至少之一組成的一繞射紋路結構，該些直線和曲線的寬度或長度彼此相同或不同；或該繞射光學元件包括複數條直線和曲線至少之一組成的一繞射紋路結構，該些直線和曲線的寬度和長度彼此相同或不同。
  3. 如請求項2所述的結構光元件，其中，該第一波浪鏡結構包括複數條平行排列的第一圓弧柱體；或該第一波浪鏡結構包括複數條平行排列的第一圓弧柱體，且彼此相鄰接或不鄰接。
  4. 如請求項3所述的結構光元件，更包括設置於該第二側的一第二波浪鏡結構。
  5. 如請求項4所述的結構光元件，其中，該第二波浪鏡結構包括複數條平行排列的第二圓弧柱體，該些第二圓弧柱體不平行該些第一圓弧柱體。
  6. 如請求項1或2所述的結構光元件，更包括一第二波浪鏡結構，其與該第 一波浪鏡結構相鄰而屬於該第二表面結構的一部分，其中，該第一波浪鏡結構的複數條平行的第一圓弧柱體不平行於該第二波浪鏡結構的複數條平行的第二圓弧柱體。
  7. 2、3、4或5所述的結構光元件，其中，該透光基體、該第一表面結構和該第二表面結構為同一介質；或是該透光基體和該第二表面結構為同一介質。
  8. 2、3、4或5所述的結構光元件，其中，該第一表面結構和該第二表面結構為以UV膠形成。
  9. 一種包括如請求項1所述的結構光元件的光源模組，更包括：一雷射光光源；以及容置該雷射光光源和該結構光元件的一盒體，其中，該雷射光光源發出一雷射光通過該結構光元件後輸出至該盒體外。
  10. 一種包括如請求項5所述的結構光元件的光源模組，更包括：一雷射光光源；以及容置該雷射光光源和該結構光元件的一盒體，其中，該雷射光光源發出一雷射光通過該結構光元件後輸出至該盒體外。
TW103208136U 2014-05-09 2014-05-09 結構光元件和包括結構光元件的光源模組 TWM486066U (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103208136U TWM486066U (zh) 2014-05-09 2014-05-09 結構光元件和包括結構光元件的光源模組
CN201420252733.XU CN203858382U (zh) 2014-05-09 2014-05-16 结构光元件和包括结构光元件的光源模块
US14/706,363 US9684103B2 (en) 2014-05-09 2015-05-07 Structured light generation device and light source module with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103208136U TWM486066U (zh) 2014-05-09 2014-05-09 結構光元件和包括結構光元件的光源模組

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TWM486066U true TWM486066U (zh) 2014-09-11

Family

ID=51608228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103208136U TWM486066U (zh) 2014-05-09 2014-05-09 結構光元件和包括結構光元件的光源模組

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9684103B2 (zh)
CN (1) CN203858382U (zh)
TW (1) TWM486066U (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105372905A (zh) * 2015-11-24 2016-03-02 深圳奥比中光科技有限公司 激光模组及图像信息捕获装置
US10241244B2 (en) 2016-07-29 2019-03-26 Lumentum Operations Llc Thin film total internal reflection diffraction grating for single polarization or dual polarization
CN108227231A (zh) * 2018-01-15 2018-06-29 深圳奥比中光科技有限公司 条纹投影模组

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4456336A (en) * 1981-10-06 1984-06-26 Minnesota Mining And Manufacturing Company High brightness internal reflector for liquid crystal displays and its method of fabrication
US7221512B2 (en) * 2002-01-24 2007-05-22 Nanoventions, Inc. Light control material for displaying color information, and images
US8000005B2 (en) * 2006-03-31 2011-08-16 Prysm, Inc. Multilayered fluorescent screens for scanning beam display systems
CH698965B1 (de) * 2006-11-16 2009-12-15 Baumer Electric Ag Optischer Sensor und Verfahren zum Homogenisieren eines Lichtstrahls.
MTP4305B (en) * 2010-09-03 2012-03-25 Securency Int Pty Ltd Optically variable device
JP5144841B1 (ja) * 2011-06-27 2013-02-13 パナソニック株式会社 撮像装置
GB201313363D0 (en) * 2013-07-26 2013-09-11 Rue De Int Ltd Security devices and method of manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
CN203858382U (zh) 2014-10-01
US20150323155A1 (en) 2015-11-12
US9684103B2 (en) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2831538B1 (en) Three dimensional camera and projector for same
CN203385981U (zh) 结构光的投影机
Heist et al. Array projection of aperiodic sinusoidal fringes for high-speed three-dimensional shape measurement
EP2593755B1 (en) Measurement system of a light source in space
JP5552296B2 (ja) 光学式タッチ装置及び遮光物の位置検出方法
US9599463B2 (en) Object detection device
EP3598063A1 (en) Overlapping pattern projector
JP2015524050A (ja) ターゲット物体の表面の深さをプロファイリングするための装置及び方法
CN109596062A (zh) 光学感测装置及结构光投射器
JP6070274B2 (ja) 拡散素子、照明光学系および計測装置
US10120196B2 (en) Optical device
KR20120109722A (ko) 회절 소자와 광원을 이용한 대상물의 거리 인식 장치
KR20210053980A (ko) 그리드 광 패턴들을 사용한 깊이 감지
TWI776898B (zh) 圖案產生裝置及其製造方法
TWM486066U (zh) 結構光元件和包括結構光元件的光源模組
TWI672481B (zh) 結構光投影機及三維影像感測模組
CN106597674B (zh) 光学装置
Heist et al. Experimental comparison of laser speckle projection and array projection for high-speed 3D measurements
TWI802574B (zh) 圖案產生裝置
JP6616650B2 (ja) 距離測定装置および方法
JP2007085732A (ja) 粒子パラメータ計測装置及び粒子パラメータ計測方法
JP6626552B1 (ja) マルチ画像プロジェクタ及びマルチ画像プロジェクタを有する電子デバイス
US20060209027A1 (en) Optical mouse with a light-interfering unit
TW201305881A (zh) 光學觸控模組及其光源模組
TWI582382B (zh) 光學裝置

Legal Events

Date Code Title Description
MK4K Expiration of patent term of a granted utility model