[發(fā)明專利]光學(xué)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610896699.3
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN107957625A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志隆;顏智敏
• 申請（專利權(quán)）人: 高準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G02B27/46
• 代理公司: 深圳市德力知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所44265
• 代理人: 張睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明關(guān)于一種光學(xué)裝置，尤其關(guān)于一種可輸出結(jié)構(gòu)光的光學(xué)裝置。

背景技術(shù)

“結(jié)構(gòu)光(Structure Light)”指的是具有特定形態(tài)的光，舉例像是當(dāng)光投射至遠(yuǎn)處的一屏幕時所呈現(xiàn)的線性化光束、條形化圖案光束、格網(wǎng)狀光束等等。隨著光學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，結(jié)構(gòu)光可被設(shè)計成有著狹窄線寬的線形態(tài)、有著特定一致的面形態(tài)、有著特定較廣角度的網(wǎng)格形態(tài)、甚至更復(fù)雜形態(tài)的光形，進(jìn)而被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如3D輪廓重現(xiàn)、距離量測、防偽辨識等。因此，結(jié)構(gòu)光逐漸受到重視，且其相關(guān)技術(shù)亦被廣泛地研究。

請參閱圖1，其為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1包括發(fā)光源11、準(zhǔn)直透鏡12以及衍射光學(xué)元件(Diffractive Optical Element，DOE)13，發(fā)光源11可輸出復(fù)數(shù)光束111，而準(zhǔn)直透鏡12設(shè)置于發(fā)光源11與衍射光學(xué)元件13之間，其功能為準(zhǔn)直復(fù)數(shù)光束111，使復(fù)數(shù)光束111入射至衍射光學(xué)元件13。衍射光學(xué)元件13被嵌入一特定的圖案(就是一投影圖案131)，當(dāng)復(fù)數(shù)光束111入射至投影圖案131時，就會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光。基于衍射理論，衍射光學(xué)元件13的功能能夠?qū)崿F(xiàn)，且因協(xié)同或部分協(xié)同的光會交互作用而形成新的光形式，而藉此能夠呈現(xiàn)出相當(dāng)復(fù)雜的圖案。當(dāng)復(fù)數(shù)光束111通過準(zhǔn)直透鏡12且通過投影圖案131時，結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1可輸出對應(yīng)于投影圖案131的結(jié)構(gòu)光110。

接下來說明結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1的運(yùn)作情形。請參閱圖2，其為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元輸出結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1因應(yīng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光110，且當(dāng)結(jié)構(gòu)光110的光束111投射至投射面14時，投射面14會因應(yīng)該些光束111而呈現(xiàn)出對應(yīng)于結(jié)構(gòu)光110的結(jié)構(gòu)光圖案15，亦即對應(yīng)于投影圖案131的結(jié)構(gòu)光圖案15。其中，結(jié)構(gòu)光圖案15為網(wǎng)格形態(tài)。由圖2可看出，由結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1所輸出的結(jié)構(gòu)光110具有光擴(kuò)散角θ，且結(jié)構(gòu)光110會隨著其光束111行進(jìn)的距離越遠(yuǎn)而擴(kuò)散。因此，當(dāng)投射面14與結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1之間的距離較近時，投射面14上所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)光圖案15a較小，其如圖3A所示。反之，當(dāng)投射面14與結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1間的距離較遠(yuǎn)時，投射面14上所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)光圖案15b較大，其如圖3B所示。

結(jié)構(gòu)光圖案的大或小何者較為適宜則視使用者應(yīng)用情境而決定。而投射產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光圖案通常被要求要有較高質(zhì)量。換言之，由入射的光束至轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)光的效率要高，其關(guān)鍵之一在于發(fā)光源11所輸出的復(fù)數(shù)光束111的光束分布(或稱光斑)涵蓋到衍射光學(xué)元件13的投影圖案131上的面積要能有效匹配。較佳者，復(fù)數(shù)光束111的光束分布略大于或等于投影圖案131面積時，其效率最高，亦即復(fù)數(shù)光束111的光束分布與衍射光學(xué)元件13有效匹配。

然而，隨著科技的進(jìn)步及使用者的需求變化，電子裝置的外形必須輕薄，才可符合使用者的要求。請參閱圖4，其為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元不同配置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。圖4顯示出小體積的結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元2，結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元2包括發(fā)光源21、準(zhǔn)直透鏡22以及衍射光學(xué)元件23，結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元2的結(jié)構(gòu)以及功能大致與結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元1相同，而該兩者不同之處僅在于，準(zhǔn)直透鏡22的位置較接近于發(fā)光源21，且結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元2的厚度較小。雖然結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元2具有較小的厚度，但其發(fā)光源21與準(zhǔn)直透鏡22間的距離過小，使得入射至衍射光學(xué)元件23的復(fù)數(shù)光束211的光束分布較小。此時，為了使復(fù)數(shù)光束211的光束分布與衍射光學(xué)元件23有效匹配，衍射光學(xué)元件23的面積必須設(shè)計為較小的結(jié)構(gòu)，因此，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光圖案則變小。另外，使用小面積的衍射光學(xué)元意味著對裝置的組裝公差要求會比較高，其將提升組裝難度。

因此，需要一種具有輕薄體積且光束的光束分布可與衍射光學(xué)元件有效匹配，以產(chǎn)生適當(dāng)尺寸的結(jié)構(gòu)光圖案的光學(xué)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種具備輕薄外形且能提供適當(dāng)尺寸的結(jié)構(gòu)光圖案的光學(xué)裝置。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種具備輕薄外形且其光束的光束分布可與結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元的光學(xué)元件組有效匹配的光學(xué)裝置。