TWM520147U

TWM520147U - 光學裝置

Info

Publication number: TWM520147U
Application number: TW104220622U
Authority: TW
Inventors: 陳志隆; 顏智敏
Original assignee: 高準精密工業股份有限公司
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-04-11

Description

光學裝置

本創作係關於一種光學裝置，尤其關於一種用以提供結構光(structured 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，也因此對於設置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(structured 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，相關於結構光的技術大都需與用以感應結構光圖案的感應單元相搭配才得以使其應用被具體實施，但在現有的技術中，由於光學裝置中的發光單元以及感應單元皆為被獨立設置的分離元件，因此光學裝置的體積或設置有該光學裝置之電子設備的體積不容易朝向輕、薄、短小的趨勢發展。是以，如何於微型化電子設備之體積的前提下，使結構光的技術還能被應用於電子設備中以進而提供更多元化的功能，已儼然成為一個重要的課題。

本創作之一目的在提供一種光學裝置，特別是一種能夠輸出結構光以提供多元化功能的光學裝置，且由於光學裝置中的發光單元以及感應單元被整合為一體，故所佔據的空間有限，有利於光學裝置或設置有光學裝置的電子設備朝向輕、薄、短小的趨勢發展。

於一較佳實施例中，本創作提供一種光學裝置，包括：一結構光產生單元；一發光單元，包括至少一發光源，且該至少一發光源用以輸出一光束，而該光束係於通過該結構光產生單元後形成一結構光(structured light)；其中，於該結構光投射至一物體時，該物體上呈現一結構光圖案(pattern)；一感應單元，用以提供一感應功能；以及一基板；其中，該發光單元以及該感應單元係被設置於該基板而整合為一體。

於一較佳實施例中，該感應功能包括一熱感應功能、一電感應功能、一磁感應功能、一光感應功能以及一結構光圖案感應功能中之至少一者。

於一較佳實施例中，該感應單元係為一互補式金屬氧化物半導體元件(CMOS)、一光度感應元件(ALS)、一光感二極體(photodiode)、近接感測元件(proximity sensor)或一熱感應元件。

於一較佳實施例中，光學裝置更包括一控制單元，其電連接於該發光單元以及該感應單元之間，並依據該感應單元之一感應結果而對該發光單元進行控制。

於一較佳實施例中，該至少一發光源包括複數發光源，且該複數發光源中之至少一者係經由該控制單元之控制而依據一預定序列輸出該光束或停止輸出該光束。

於一較佳實施例中，該至少一發光源包括至少一發光晶片(chip)或至少一發光晶粒(die)。

於一較佳實施例中，該至少一發光源包括一雷射二極體(LD)、一發光二極體(LED)、一有機發光二極體(OLED)以及一熱光源(thermal source)中之至少一者。

於一較佳實施例中，該至少一發光源包括複數發光源，且該些發光源係圍繞於該感應單元之周邊。

於一較佳實施例中，該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，該結構光產生單元包括一繞射光學元件(DOE)、一陣列柱狀透鏡組(lenticular lens)以及一陣列微透鏡組(micro-lens array)中之至少一者。

於一較佳實施例中，光學裝置更包括一準直透鏡組，其設置於該發光單元以及該結構光產生單元之間，用以準直來自該發光單元之該光束並予以傳送至該結構光產生單元。

於一較佳實施例中，該發光單元係依據一預定序列輸出該光束或停止輸出該光束。

於一較佳實施例中，該感測單元係依據一預定序列提供該感應功能或停止提供該感應功能。

於一較佳實施例中，光學裝置更包括一殼體，用以容置並固定該結構光產生單元、該發光單元以及該感應單元。

於一較佳實施例中，該基板具有一高低落差、或該基板係由複數基材所層疊而成、或該基板之複數基材中之一基材係為一接地層。

於一較佳實施例中，光學裝置係應用於一可攜式電子設備。

1‧‧‧光學裝置

1A‧‧‧光學裝置

1B‧‧‧光學裝置

1C‧‧‧光學裝置

1D‧‧‧光學裝置

2‧‧‧可攜式電子設備

8‧‧‧結構光圖案

9‧‧‧物體

11‧‧‧發光單元

12‧‧‧結構光產生單元

13‧‧‧感應單元

14‧‧‧控制單元

15‧‧‧基板

15’‧‧‧基板

16‧‧‧準直透鏡組

17‧‧‧殼體

110‧‧‧發光源

111‧‧‧發光源

112‧‧‧發光源

113‧‧‧發光源

114‧‧‧發光源

115‧‧‧發光源

116‧‧‧發光源

117‧‧‧發光源

118‧‧‧發光源

151‧‧‧基材

152‧‧‧基材

153‧‧‧基材

L1‧‧‧光束

L2‧‧‧結構光

S‧‧‧訊號

圖1：係為本創作光學裝置於一第一較佳實施例之結構概念示意圖。

圖2：係為圖1所示光學裝置之基板、發光單元以及感應單元於另一視角的結構概念示意圖。

圖3：係為本創作光學裝置於一第二較佳實施例之結構概念示意圖。

圖4：係為本創作光學裝置於一第三較佳實施例之基板、發光單元以及感應單元的結構概念示意圖。

圖5：係為本創作光學裝置於一第四較佳實施例之結構概念示意圖。

圖6：係為本創作光學裝置應用於可攜式電子裝置的一較佳結構示意圖。

請參閱圖1與圖2，圖1為本創作光學裝置於一第一較佳實施例之結構概念示意圖，圖2為圖1所示光學裝置之基板、發光單元以及感應單元於另一視角的結構概念示意圖。光學裝置1A包括發光單元11、結構光產生單元12、感應單元13、控制單元14以及基板15，且控制單元14電連接於發光單元11以及感應單元13之間，而感應單元13與發光單元11則被設置於同一基板15而整合為一體。

再者，發光單元11包括多個發光源110~118，且任一發光源110~118可為雷射二極體(LD)、發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)、熱光源或類似於雷射二極體、發光二極體、有機發光二極體等半導體類的其它發光元件；其中，發光單元11所輸出的光束L1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，任一發光源110~118所輸出的光束L1可為可見光束、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)或具有熱感應波長區間的光束。此外，任一發光源110~118可為發光晶片(chip)的型式，亦可為發光晶粒(die)的型式，且該些發光源110~118係圍繞於感應單元13的周邊。惟，上述僅為一實施例，發光源110~118的數量、型式以及發光源110~118與感應單元13之間的相對位置關係不以上述為限。

又，結構光產生單元12係供發光單元11所提供的光束L1通過，並予以進行光束整形(beam shaping)以形成向外輸出的結構光(structured light)L2，且於結構光L2投射至物體9上時，物體9上會呈現結構光圖案(pattern)8；其中，結構光產生單元12可依據實際應用需求而被設計，藉此使向外輸出的結構光L2以及物體9上所呈現的結構光圖案8得以彈性變化，於本較佳實施例中，結構光產生單元12包括繞射光學元件(DOE)、陣列柱狀透鏡組(lenticular lens)以及陣列微透鏡組(micro-lens array)中的至少一者，但不以上述為限；而如何透過設計結構光產生單元12而使得通過結構光產生單元12並輸出的結構光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。

再者，感應單元13係因應實際情況而提供所需的感應功能，例如感應呈現在物體9上之結構光圖案8所產生的變化，抑或是對光學裝置1A的使用環境進行熱感應、電感應、磁感應或光感應等，亦即感應單元13是用來感應來自光學裝置1A外界的訊號S(如熱訊號、電訊號、磁訊號、光訊號等)。於本較佳實施例中，感應單元13包括互補式金屬氧化物半導體元件(CMOS)、光度感應元件(ALS)、光感二極體(photodiode)、近接感測元件(proximity sensor)以及熱感應元件中的至少一者，但並不以上述為限。

其中，控制單元14係依據感應單元13的感應結果而對發光單元11進行控制，且任一發光源110~118皆可經由控制單元14的控制而依據一預定序列輸出光束L1或停止輸出光束L1，也就是說任一發光源110~118可經由控制單元14的控制而於特定時間區間輸出光束L1，並於另一特定時間區間停止輸出光束L1。此外，感應單元13亦可經由控制單元14的控制而依據一預定序列提供感應功能或停止提供感應功能。

請參閱圖3，其為本創作光學裝置於一第二較佳實施例之結構概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1B大致類似於第一較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與第一佳實施例的不同處在於，光學裝置1B還包括一準直透鏡組16，其設置於發光單元11以及結構光產生單元12之間，用以準直來自發光單元11的光束L1並予以傳送至結構光產生單元12。進一步而言，由於未被準直的光束入射至結構光產生單元12時會有部份的光束是無法被利用，故於本較佳實施例中，透過準直透鏡組16準直發光單元11所輸出的光束L1，使得複數光束 L1皆能夠彼此平形地入射至結構光產生單元12，進而提升光學裝置1B的光使用效率。

請參閱圖4，其為本創作光學裝置於一第三較佳實施例之基板、發光單元以及感應單元的結構概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1C大致類似於前述第一與第二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與第二佳實施例的不同處在於，基板15’具有高低落差，並由複數基材151~153所層疊而成，且基板15’中的其中一層基材151係為接地層。

請參閱圖5，其為本創作光學裝置於一第四較佳實施例之結構概念示意圖。其中，本較佳實施例之光學裝置1D大致類似於前述第一~第三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~第三佳實施例的不同處在於，光學裝置1D還包括一殼體17，且殼體17係用來容置並固定結構光產生單元12、發光單元11、感應單元13以及控制單元14。

請參閱圖5，其為本創作光學裝置應用於可攜式電子裝置的一較佳結構示意圖。圖5示意了可攜式電子設備2上設置有如上述第一或第二較佳實施例所述的光學裝置1，且可攜式電子設備2可為手機、平板電腦或穿戴式裝置，但不以上述為限。此外，熟知本技藝人士皆可由圖5的教示而依據實際需求將本創作光學裝置1應用至其他電子設備上。

特別說明的是，由於本創作光學裝置中的感應單元與發光單元是被整合為一體，並非是分別獨立設置的分離元件，因此感應單元與發光單元所佔據的總空間有限，有利於光學裝置或設置有光學裝置的電子設備朝向輕、薄、短小的趨勢發展，同時還能經由結構光帶來更多元化的功能。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，並非用以限定本創作之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本創作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。