TWM566819U - 結構光圖案投射器 - Google Patents

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蔡朝旭
朱秋蘭
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迪鵬光電科技股份有限公司
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Abstract

一種結構光圖案投射器，包括提供球面波形式的複數個雷射發光點的 一多點光源模組、透鏡元件和繞射光學元件。複數雷射發光點排列成一具有特定規則性之發光點排列圖案，發光點排列圖案經過透鏡元件成像和繞射光學元件複製成複數個後，在遠處成像的相鄰二該發光點排列圖案之間彼此部分重疊，該特定規則性發光點排列圖案使得重疊部分之光點具非規則性，且重疊程度不同時所產生之非規則圖案也不同，藉由DOE的設計，各處相鄰之重疊程度可以不同，因此可以產生不重複的非規則圖案。

Description

結構光圖案投射器
本案是關於一種以雷射點組成圖案產生器的領域，尤其是一種以多點作為光源的結構光圖案投射器。
繞射光學元件(Diffractive Optical Element,DOE)可將雷射光複製成多個相同的光點分布圖案後投射在遠處，此些相同的光點分布圖案可拚接成一大的投射圖案。然，由於每個光點分布圖案相同，即在橫向和垂直向都是重複性的圖案，因此，當應用於結構光時，在演算深度時可能出現錯誤訊息，需予以調整。
本案提供一種結構光圖案投射器，其使用多點式光源來投射出沒有重複性或出現重複性之距離大於發光點排列圖案的單位寬度的距離。
本案提供一種結構光圖案投射器，多點式光源發出的光通過繞射光學元件(Diffractive Optical Element,DOE)後投射出多個重複的發光點排列圖案，此些發光點排列圖案之間可以有不同的重疊方式來產生不同的非規則投射圖案。
本案提供一種結構光圖案投射器，透過依規則或非規則排列的一維/二維發光點，可以產生不重複的非規則投射圖案，利於深度演算的準確性。
本案提供一種結構光圖案投射器，設計DOE使得重複的多點光源排列圖樣兩兩重疊的相對位置都不同時，便可產生都不重複的非規則圖案或重複圖案之間的距離大於發光點排列圖案的單位長度的圖案。
依據上述，一種結構光圖案投射器，包含：一多點式光源，包括多個發光點，其中該些發光點則排列形成一具有一特定規則性的發光點排列圖案；一透鏡元件，將該發光點排列圖案投射在遠處成像；及一繞射光學元件(DOE)，將成像之該發光點排列圖案複製為複數個，其中，在遠處成像的相鄰二該發光點排列圖案之間彼此部分重疊形成至少一重疊部分，該具有該特定規則性的發光點排列圖案使得該重疊部分的複數個投射光點的排列具非規則性。
依據上述，一種結構光圖案投射器，包含：一多點式光源，其包括多個發光點，其中該些發光點則排列形成一具有一特定規則性的發光點排列圖案；及一繞射光學元件(DOE)，其設置於該多點式光源前方以接受該些發光點發出的複數光束，其中，該繞射光學元件成像該發光點排列圖案以及複製成像的該發光點排列圖案為複數個，其中，在遠處成像的相鄰二該發光點排列圖案之間彼此部分重疊形成至少一重疊部分，該具有該特定規則性的發光點排列圖案使得該重疊部分的複數個投射光點的排列具非規則性。
一例中，該些發光點排列圖案的至少二個重疊部分的橫方向或/及垂直方向的寬度不同；或是該些發光點排列圖案的複數個重疊部分的橫方向或/及垂直方向的寬度不同。
一例中，該特定規則性包括在一橫方向或/和一垂直方向上以一間隔漸增、一間隔漸減、一間隔交互漸減、一間隔交互漸增或一隨機方式排列。
一例中，該些發光點排列圖案的至少二個重疊部分的光點分布圖案不同。
一例中，該些發光點的一排列方向係與一橫方向或一垂直方向夾一角度。
一例中，該角度介於0度和22.5度之間。
一例中，該些發光點以一同心圓排列方式排列，使得該發光點排列圖案為一同心圓點分布圖案。
一例中，該特定規則性包括一規則矩陣排列該些發光點，該繞射光學元件複製該發光點排列圖案並使該些發光點排列圖案彼此之間部分重疊以增加光點密度，同一位置之重疊圖案數量大於等於2
一例中，該發光點排列圖案分成至少二部份，每一該部分具有該特定規則性，且該二部分的該些發光點排列方向夾一個角度，該繞射光學元件複製使得任一該部分均可緊密相接為一大圖，該二大圖重疊為一複合大圖。
一例中，該特定規則性為包括在一橫方向或/和一垂直方向上以一等間距、一間隔漸增、一間隔漸減、一間隔交互漸減、一間隔交互漸增或一隨機方式排列。
一例中，該多點式光源為一面射型雷射(Vcsel)。
一例中，該透鏡元件介於該多點式光源與該繞射光學元件之間，或是該繞射光學元件介於該多點式光源與該透鏡元件之間。
一例中，該透鏡元件為一繞射式透鏡。
1、3、5‧‧‧結構光圖案投射器
6‧‧‧投射光點分布
10‧‧‧光源
11、11a、11b、15、21、21a、21b、21c、21d、31、41、41a、41b、51、51a、51b、61、71、81、91‧‧‧發光點排列圖案
13、17、23、27a、27b、33、37、43、53、63、73、83‧‧‧光點分布圖案
16‧‧‧雷射點光束
18‧‧‧成像光束
19‧‧‧發光面
20‧‧‧繞射光學元件
25a‧‧‧第一發光點排列圖案
25b‧‧‧第二發光點排列圖案
30‧‧‧透鏡元件
31a、31b‧‧‧一維排列
32‧‧‧繞射式透鏡
50‧‧‧遠處
12a、12b、12c、12d、12e、12f‧‧‧發光點
54、56、58、60、62、64、66、74、76‧‧‧第二圖案
L‧‧‧軸
X、Y‧‧‧軸
X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3、Y4‧‧‧座標軸
x‧‧‧間隔
d‧‧‧級數
θ‧‧‧角度
圖1為本案的結構光圖案投射器的各部件配置和光束方向的第一實施例的側面示意圖。
圖2為本案的結構光圖案投射器之多點光源排列之第一實施例和投射後的光點分布圖案的部分光點正面示意圖。
圖3為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第二實施例的正面示意圖。
圖4為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第三實施例的正面示意圖。
圖5為本案的結構光圖案投射器之光源是圖3的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第一實施例的正面示意圖。
圖6為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第四實施例的正面示意圖。
圖7則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖6的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第二實施例的正面示意圖。
圖8為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第五實施例的正面示意圖。
圖9則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖8的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第三實施例的正面示意圖。
圖10為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第六實施例的正面示意圖。
圖11則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖10的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第四實施例的正面示意圖。
圖12為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第七實施例的正面示意圖。
圖13則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖12的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第五實施例的正面示意圖。
圖14為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第八實施例的正面示意圖。
圖15則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖14的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第六實施例的正面示意圖。
圖16為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第九實施例的正面示意圖。
圖17為本案的結構光圖案投射器之光源是圖16的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第七實施例的正面示意圖。
圖18為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第十實施例的正面示意圖。
圖19為本案的結構光圖案投射器之光源是圖18的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第八實施例的正面示意圖。
圖20為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第十一實施例的正面示意圖。
圖21為本案的結構光圖案投射器之光源是圖20的第一部分發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案的正面示意圖。
圖22為本案的結構光圖案投射器之光源是圖20的第二部分發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案的正面示意圖。
圖23為本案的結構光圖案投射器之光源是圖20的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案的正面示意圖。
圖24為本案的結構光圖案投射器的各部件配置和光束方向的第二實施例的側面示意圖。
圖25為本案的結構光圖案投射器的各部件配置和光束方向的第三實施例的側面示意圖。
圖26為本案的結構光圖案投射器的繞射光學元件設計原理的示意圖。
本案以下所述的目標處為一特定著光面，其可以是經過繞射光學元件(DOE)後雷射光點分布投射的一平面、弧面、曲面或凹凸不一的輪廓，以下的實施例以平面做說明，而一般的觀察者，無論是人或是攝像機(camera)皆可看到在目標處之雷射光點所形成的圖案、亂點分布、多點規則排列等視覺效果。為方便說明，以下實施例將以圖式將各部分以不同比例放大說明，圖式各部分的比例並非用以限制本案的創作精神。
以下所稱的多點光源模組，其係發出多道雷射點光束的雷射發光點。原則上，本案應用的每一雷射點光束為球面波，就同一發光平面(光束發射共同面)來看，剛離開同一發光平面(光束發射共同面)的多道雷射點光束係以同一發光平面的法線方向發出，故此謂本案的多道雷射點光束的球面波或平面波彼此平行但不重疊。但可理解的，雷射點光束為具有發光角的光，是以，在發光平面(光束發射共同面)到繞射光學元件(DOE)之間，具有發光角的多道雷射點光束是有交錯的情形。實現上，本案的每一雷射點光束可由一垂直共振腔面射雷射 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)提供，一垂直共振腔面射雷射經由開孔位置的安排可提供本案的多道雷射點光束，開孔數量、大小和排列是可以設計的。另外，本案以下所謂開孔的點光源，也可更細膩的建立小面光源的波前真實分布模型，更精確地做相位調制，故以下所稱的點光源係涵蓋小面光源，若和繞射光學元件接受多道雷射點光束入射的接收面來比較，發出點光源的開孔的孔大小為幾微米或幾十微米等級，而繞射光學元件接受多道雷射點光束入射的接收面則為1*1或數平方毫米(mm2)的等級。
圖1為本案的結構光圖案投射器的各部件配置和光束方向的第一實施例的側面示意圖。結構光圖案投射器1包括一光源10、一透鏡元件30和一繞射光學元件20，其中，透鏡元件30和繞射光學元件20二者以一間隔距離設置在光源10所發出的多點光源球面波的發射方向路徑上，透鏡元件30和一繞射光學元件20之間的間距則較短或可貼近彼此。為方便說明，光源10、透鏡元件30和繞射光學元件20和遠處50沿著L軸間隔設置者。於第一實施例中，光源10包括複數個發光點發出複數道球面波形式的雷射點光束16，多個發光點在光源10上是排列形成一具有一特定規則性的發光點排列圖案。其次，透鏡元件30可將發光點排列圖案投射在遠處成像，繞射光學元件20則可將成像的發光點排列圖案複製為複數個。是以，成像光束18投射於遠處50，形成由複數個發光點排列圖案排列所組成的一光點分布圖案。發光點排列圖案以及複數個發光點排列圖案的排列方式將於後詳述。
圖2為本案的結構光圖案投射器之多點光源排列之第一實施例和投射後的光點分布圖案的部分光點正面示意圖。參考圖1和圖2，光源10上具有複數個發光點，每一發光點可發出一道球面波形式的雷射點光束，該些雷射點光束 組合以構成光源10所提供的複數道球面波形式的雷射點光束16。光源10的發光面可利用一垂直共振腔面射雷射的複數個雷射開孔來實現。其次，於圖2中，該些發光點排列具有特定規則性，發光點以間隔等差級數的規則排列，例如發光點12a、12b、12c、12d、12e、12f等等依序排列，相鄰的發光點12a和發光點12b之間的間隔定義為”x”，則發光點12b和發光點12c之間的間隔則為”x+d”；發光點12c和發光點12d之間的間隔則為”x+2d”；發光點12d和發光點12e之間的間隔則為”x+3d”；發光點12e和發光點12f之間的間隔則為”x+4d”，以此類推，因此，圖2所示的發光點排列圖案11為間隔等差級數的光點排列。要說明的是，此例中的”x”和”d”的值為大於0的數值，任二相鄰的發光點的間隔差值亦不限於整數倍的”d”。可以理解的，上述數值是以圖2中最左邊的發光點為基準點為說明，當以不同位置的發光點為基準點說明時，”x”和”d”的值亦可以是小於0的數值，本案不以正數值為限。
續參考圖1和圖2，該些發光點透過透鏡元件30和繞射光學元件20的成像和複製後，在遠處50投射出複數個發光點排列圖案11a、11b排列所組成的光點分布圖案，其中，發光點排列圖案11a、11b分別包括該些發光點12a、12b、12c、12d、12e、12f等，並且發光點排列圖案11a、11b相鄰且之間彼此部分重疊。於圖2中，發光點排列圖案11a、11b在Y軸方向上相鄰，並且在X軸方向部分重疊，其中發光點排列圖案11a的發光點12d和發光點排列圖案11b的發光點12a對準。可以理解的，在一維方向上(X軸)的重疊方式不限於圖2所示，發光點排列圖案11b的發光點12a也可以和發光點排列圖案11a的其他發光點對準，特徵在於：發光點排列圖案11b的發光點12a不和發光點排列圖案11a的發光點12a對準，如此才可以形成遠處50之相對非規則的光點分布圖案13。另，要說明的是，在形成亂度相對 大的光點分布圖案考量下，可將發光點排列圖案11a、11b的發光點的對準位置設定為非整數的位置，甚至在Y軸(垂直)方向進行不同程度的重疊或錯位，如此即可增加光點分布圖案13的亂度。
圖3和圖4分為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第二和第三實施例的正面示意圖。如圖3所示，將圖2的一列發光點(在X軸方向排成一列)展開成二維矩陣即形成圖3的發光點排列圖案21，其中以圖3所示左下角為基準點，則X軸和Y軸方向分別為發光點的間隔漸增的排列，或謂發光點在X軸和Y軸方向上分別依照等差數列的規則排列。是以，圖3中是以彼此垂直的二方向上展開發光點的排列成為一二維矩陣；但本案不以此為限，如圖4所示，發光點的一維排列31a和31b交錯(interlaced)而形成具有曲折(zigzag)效果的發光點排列圖案3l。
圖5為本案的結構光圖案投射器之光源是圖3的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第一實施例的正面示意圖。請參考圖3和圖5，光點分布圖案23的一部分具有發光點排列圖案21a、21b、21c、21d，其中二相鄰的發光點排列圖案於X軸和Y軸(橫向和垂直向)二方向皆有部分重疊。其次，發光點排列圖案的重疊部分可異於彼此，例如圖5上所示，發光點排列圖案21a和發光點排列圖案21b的重疊部分的長和寬不同於發光點排列圖案21b和發光點排列圖案21c的重疊部分的長和寬；同理，發光點排列圖案21b和發光點排列圖案21c的重疊部分的長和寬不同於發光點排列圖案21c和發光點排列圖案21d的重疊部分的長和寬，以此類推。除了重疊部分的長和寬不同之外，上述各重疊部分的範圍內的光點分布圖案並不相同。是以，光點分布圖案23內不會出現塊狀重複的光點分布圖案，即光點分布圖案23內不會有重複性，是適合應用於演算深度的領域。可 以理解的，圖5中的發光點排列圖案21a、21b、21c、21d的其他部分亦有和其他發光點排列圖案相鄰且可具有不同的重疊部分，於此未繪出。
圖6為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第四實施例的正面示意圖。和圖3相同的，圖6亦以圖之左下角為基準點，則X軸和Y軸方向分別為發光點的間隔先漸減後漸增的排列。也可謂發光點由發光點排列圖案41的中心向X軸和Y軸方向上分別依照等差數列的規則排列。可以理解的，發光點排列圖案41的排列規則亦可採用圖4的交錯排列，於此不贅述。圖7則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖6的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第二實施例的正面示意圖。請參考圖6和圖7，光點分布圖案33的一部分具有相鄰的發光點排列圖案41a和發光點排列圖案41b以二維方向皆部分重疊的方式排列，如此形成非規則排列的光點分布。
圖8為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第五實施例的正面示意圖，圖9則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖8的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第三實施例的正面示意圖。參考圖8和圖9，圖8以圖之左下角為基準點，則X軸和Y軸方向分別為發光點的間隔先漸增後漸減的排列以形成發光點排列圖案51，經過成像和複製後投射成光點分布圖案43，光點分布圖案43的一部分具有相鄰的發光點排列圖案51a和發光點排列圖案51b以二維方向皆部分重疊的方式排列構成。
圖10為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第六實施例的正面示意圖，圖11則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖10的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第四實施例的正面示意圖。參考圖10和圖11，圖10以圖之左下角為基準點，發光點排列圖案61之X軸方向為發光點的間隔先漸 增後漸減的特定規則性，Y軸方向則為發光點的間隔先漸減後漸增的特定規則性，光點分布圖案53的一部分具有相鄰的二發光點排列圖案61以二維方向皆部分重疊的方式排列構成。
圖12為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第七實施例的正面示意圖，圖13則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖12的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第五實施例的正面示意圖。參考圖12和圖13，發光點排列圖案71之X軸方向為發光點的間隔隨機特定規則性，Y軸方向則為發光點的間隔先漸增後漸減的特定規則性，光點分布圖案63的一部分具有相鄰的二發光點排列圖案71以二維方向皆部分重疊的方式排列構成。
是以，上述實施例中，發光點排列圖案在一維或二維方向上可依據一段變化(漸增或漸減)或二段變化(漸增和漸減)，但本案不以此為限，應用時，當光源的發光點數量足夠時，是可以採用多段變化的。其次，發光點所的特定規則性可以是等距、間距漸增、間距漸減、間距交互漸減漸增或隨機間距，此特定規則性可應用於一維方向或二維方向。另，同一光源的複數個發光點在不同維度方向上的特定規則性也可相同或不同，甚至出現如錯位之第三維度方向上的排列。
圖14為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第八實施例的正面示意圖，圖15則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖14的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第六實施例的正面示意圖。參考圖14和圖15，發光點排列圖案81之二個軸方向皆為發光點的間隔先漸增後漸減的特定規則性，但相對於水平X軸而言旋轉一角度θ，角度θ可介於0度至22.5度。光點分布圖 案73的一部分具有相鄰的二發光點排列圖案81以二維方向皆部分重疊的方式排列構成。
圖16為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第九實施例的正面示意圖，圖17則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖16的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第七實施例的正面示意圖。參考圖16和圖17，光源的發光點排列圖案91是以光源發光面的幾何中心為基準點，發光點依照同心圓等間距向外間隔的特定規則性，光點分布圖案83的一部分具有相鄰的二發光點排列圖案91以二維方向皆部分重疊的方式排列構成。
圖18為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第十實施例的正面示意圖，圖19則為本案的結構光圖案投射器之光源是圖18的發光點排列圖案所投射出的部分光點分布圖案第八實施例的正面示意圖。參考圖18和圖19，以圖之左下角為基準點，則X軸和Y軸方向分別為發光點的等距間隔的排列以形成發光點排列圖案15，光點分布圖案17的一部分具有相鄰的二發光點排列圖案15以二維方向皆部分重疊的方式排列構成。當二發光點排列圖案15重疊的部分愈多或是同一位置之重疊圖案數量大於等於2時，則光點分布圖案17的局部區域的光點也就愈高，如此的優點在於解決無法做出高密度發光點的光源時，採用投射時增大重疊部分或增加同一位置重疊圖案的數量來提高投射光點分布密度，進而提高投射之結構光點的高密度分布，其中光點分布圖案17的光點密度遠高於光源的發光點分布密度。
另，本案上述的發光點排列圖案可應用於光源的整個發光面，也可以結合二個以上的發光點排列圖案應用於光源的整個發光面。圖20為本案的結構光圖案投射器之發光點排列圖案的第十一實施例的正面示意圖。參考圖20，光 源的整個發光面19可分成二個相鄰部分，其中第一部分具有第一發光點排列圖案25a，第二部分則具有第二發光點排列圖案25b。透過透鏡元件的成像和繞射元件的複製，繞射光學元件複製多個發光點排列圖案，並使這些發光點排列圖案部分重疊，其中一個特例為第一部分之發光點排列圖案25a和第二部分之發光點排列圖案25b的形狀及大小相同，且繞射光學元件使得任一部分均可單獨緊密相接為一大圖，例如將複數個第一發光點排列圖案25a以拼接方式構成如圖21的投射光點分布圖案27a，以及將複數個第二發光點排列圖案25b以拼接方式構成如圖22的投射光點分布圖案27b，兩大圖重疊為一複合大圖，最後顯示的投射光點分布圖案將如圖23的投射光點分布圖案37(來自投射光點分布圖案27a和投射光點分布圖案27b的重疊)，如此仍可達到本案產生結構光點分布圖案的目的。
又，本案的結構光圖案投射器的各部件配置並不限於圖1所示。圖24為本案的結構光圖案投射器的各部件配置和光束方向的第二實施例的側面示意圖。在圖24中，結構光圖案投射器3的繞射光學元件20設置於光源10和透鏡元件30之間，其中透鏡元件30和繞射光學元件20之間的間距仍為較短或可貼近彼此。圖25為本案的結構光圖案投射器的各部件配置和光束方向的第三實施例的側面示意圖。於圖25中，結構光圖案投射器5以繞射式透鏡32取代一般光學式透鏡，如此一來，繞射式透鏡32和繞射光學元件20可製作在同一基材的相對的二表面上，其中，可以是繞射式透鏡32或繞射光學元件20面對光源10。可以理解的，繞射式透鏡32和繞射光學元件20亦可分設於不同基板上，於此不贅述。另，本案亦可採用兼具複製光點和透鏡成像功能的繞射光學元件，如此可更精簡本案之結構光圖案投射器的部件數目以及整體大小。
圖26為本案的結構光圖案投射器的繞射光學元件設計原理的示意圖。為方便說明，單一發光點經過DOE後投射至某一距離的投射光點分布6上可由座標軸X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4來定義說明。如圖26所示，座標軸X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4的交會處的點是原來的光點分布位置。習知在此位置，DOE所複製的多點光源光點分布圖案會以相同相對位置重疊，座標軸X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4的交會處的點的密度代表圖案的重疊區域大小。在本案中，黑色點(即未位在座標軸X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4的交會處的點)為調整後之光點分布位置，讓各點之(xi,yj)不同，可以使得重疊的相對位置均不同，產生的非規則圖案不重複，或至少讓相鄰的(xi,yj)不同，可以使得不重複的範圍盡量擴大。
依據上述，本案的結構光圖案投射器可以產生適合深度演算和分布密度高的投射點。光源的複數個發光點排列形成一具有特定規則性的發光點排列圖案，此發光點排列圖案經過複製和成像投射後形成光點分布圖案。透過設計DOE，使相鄰二發光點排列圖案可部分重疊以及重疊部分的大小的調整，可以僅在一維方向上不出現重複的光點分布圖案，或是在二維方向上皆不出現重複的光點分布圖案，或是所投射的光點分布圖案內、或是重複圖案的之間的距離大於發光點排列圖案的單位長度。
又，本案上述光源的發光點排列圖案排列具有特定規則性，然光源的發光點排列圖案若是非規則排列，亦可透過成像和複製使相鄰二發光點排列圖案部分重疊，來達到投射光點分布圖案的重複圖案區塊之間的距離大於發光點排列圖案投射的單元圖案的目的。
以上所述僅為本創作的較佳實施例，並非用以限定本創作的權利要求範圍，因此凡其他未脫離本創作所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含于本創作的範圍內。

Claims (26)

  1. 一種結構光圖案投射器，包含：一多點式光源，包括多個發光點，其中該些發光點排列形成一具有一特定規則性的發光點排列圖案；一透鏡元件，將該發光點排列圖案投射在遠處成像；及一繞射光學元件(DOE)，將成像之該發光點排列圖案複製為複數個，其中，在遠處成像的相鄰二該發光點排列圖案之間彼此部分重疊形成至少一重疊部分，該具有該特定規則性的發光點排列圖案使得該重疊部分的複數個投射光點的排列具非規則性。
  2. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點排列圖案的至少二個重疊部分的橫方向或/及垂直方向的寬度不同；或是該些發光點排列圖案的複數個重疊部分的橫方向或/及垂直方向的寬度不同。
  3. 如請求項2所述的結構光圖案投射器，其中，該特定規則性包括在一橫方向或/和一垂直方向上以一間隔漸增、一間隔漸減、一間隔交互漸減、一間隔交互漸增或一隨機方式排列。
  4. 如請求項3所述的結構光圖案投射器，其中，該間隔漸增方式或該間隔漸減方式為一等差數列變化。
  5. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點排列圖案的至少二個重疊部分的光點分布圖案不同。
  6. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點的一排列方向係與一橫方向或一垂直方向夾一角度。
  7. 如請求項6所述的結構光圖案投射器，其中，該角度以介於0度和22.5度之間為最佳。
  8. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點以一同心圓排列方式排列，使得該發光點排列圖案為一同心圓點分布圖案。
  9. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該特定規則性包括一規則矩陣排列該些發光點，該繞射光學元件複製該發光點排列圖案並使該些發光點排列圖案彼此之間部分重疊以增加光點密度，同一位置之重疊圖案數量大於等於2。
  10. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該發光點排列圖案分成至少二部份，每一該部分具有該特定規則性，且該二部分的該些發光點排列方向夾一個角度，該繞射光學元件複製使得任一該部分均可緊密相接為一大圖，該二大圖重疊為一複合大圖。
  11. 如請求項10所述的結構光圖案投射器，其中，該特定規則性為包括在一橫方向或/和一垂直方向上以一等間距、一間隔漸增、一間隔漸減、一間隔交互漸減、一間隔交互漸增或一隨機方式排列。
  12. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該多點式光源為一面射型雷射(Vcsel)。
  13. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該透鏡元件介於該多點式光源與該繞射光學元件之間，該多點式光源發出的光線先經過該透鏡元件再經過該繞射光學元件。
  14. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該繞射光學元件介於該多點式光源與該透鏡元件之間，該多點式光源發出的光線先經過該繞射光學元件再經過該透鏡元件。
  15. 如請求項1所述的結構光圖案投射器，其中，該透鏡元件為一繞射式透鏡。
  16. 一種結構光圖案投射器，包含：一多點式光源，其包括多個發光點，其中該些發光點則排列形成一具有一特定規則性的發光點排列圖案；及一繞射光學元件(DOE)，其設置於該多點式光源前方以接受該些發光點發出的複數光束，其中，該繞射光學元件成像該發光點排列圖案以及複製成像的該發光點排列圖案為複數個，其中，在遠處成像的相鄰二該發光點排列圖案之間彼此部分重疊形成至少一重疊部分，該具有該特定規則性的發光點排列圖案使得該重疊部分的複數個投射光點的排列具非規則性。
  17. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點排列圖案的至少二個重疊部分的橫方向或/及垂直方向的寬度不同；或是該些發光點排列圖案的複數個重疊部分的橫方向或/及垂直方向的寬度不同。
  18. 如請求項17所述的結構光圖案投射器，其中，該特定規則性包括在一橫方向或/和一垂直方向上以一間隔漸增、一間隔漸減、一間隔交互漸減、一間隔交互漸增或一隨機方式排列。
  19. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點排列圖案的至少二個重疊部分的光點分布圖案不同。
  20. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點的一排列方向係與一橫方向或一垂直方向夾一角度。
  21. 如請求項20所述的結構光圖案投射器，其中，該角度介於0度和22.5度之間。
  22. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該些發光點以一同心圓排列方式排列，使得該發光點排列圖案為一同心圓點分布圖案。
  23. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該特定規則性包括一規則矩陣排列該些發光點，該繞射光學元件複製該發光點排列圖案並使該些發光點排列圖案彼此之間部分重疊以增加光點密度，同一位置之重疊圖案數量大於等於2。
  24. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該發光點排列圖案分成至少二部份，每一該部分具有該特定規則性，且該二部分的該些發光點排列方向夾一個角度，該繞射光學元件複製使得任一該部分均可緊密相接為一大圖，該二大圖重疊為一複合大圖。
  25. 如請求項24所述的結構光圖案投射器，其中，該具有該特定規則性為包括在一橫方向或/和一垂直方向上以一等間距、一間隔漸增、一間隔漸減、一間隔交互漸減、一間隔交互漸增或一隨機方式排列。
  26. 如請求項16所述的結構光圖案投射器，其中，該多點式光源為一面射型雷射(Vcsel)。
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