光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学装置，包括可输出结构光的结构光产生单元、转换透镜模块、准直透镜以及壳体。该结构光产生单元包括至少一发光源以及光学元件组，至少一发光源用以产生复数光束，光学元件组具有一投射图案，且该投射图案被该复数光束穿透而输出该结构光。转换透镜模块位于至少一发光源与该光学元件组之间，可扩展该复数光束；准直透镜设置于该转换透镜模块的一侧，可准直被扩展的复数光束，使复数光束通过转换透镜模块以及准直透镜后投射至一投射面，而于该投射面上产生一结构光图案。转换透镜模块中的所有转换透镜具有负屈折力，使得投射面上的结构光图案的面积较广，且结构光产生单元以及转换透镜模块可被容置于厚度较小的壳体内。

Optical device

The invention provides an optical device, which comprises a structural light generating unit which can output structural light, a conversion lens module, a collimating lens and a shell. The structural light generating unit includes at least one light source and an optical element group, at least one light source is used to produce a complex beam, and the optical element group has a projective pattern, and the projective pattern is penetrated by the complex beam to output the structured light. The conversion lens module is located between at least one light source and the optical element group, and can extend the complex beam; the collimation lens is set on one side of the conversion lens module and can collimate the extended complex beam so that the complex beam is projected to a projective surface after the conversion lens module and the collimation lens, and the projection surface is produced on the projection surface. Give birth to a pattern of light. All conversion lenses in the conversion lens module have a negative bending force, which makes the structure light pattern on the projection surface wider, and the structure light generating unit and the conversion lens module can be placed in a small shell with a smaller thickness.

【技术实现步骤摘要】
光学装置
本专利技术关于一种光学装置，尤其关于一种可输出结构光的光学装置。
技术介绍
“结构光(StructureLight)”指的是具有特定形态的光，举例像是当光投射至远处的一屏幕时所呈现的线性化光束、条形化图案光束、格网状光束等等。随着光学技术的蓬勃发展，结构光可被设计成有着狭窄线宽的线形态、有着特定一致的面形态、有着特定较广角度的网格形态、甚至更复杂形态的光形，进而被应用于许多领域，如3D轮廓重现、距离量测、防伪辨识等。因此，结构光逐渐受到重视，且其相关技术亦被广泛地研究。请参阅图1，其为现有结构光产生单元的内部结构侧视示意图。结构光产生单元1包括发光源11、准直透镜12以及衍射光学元件(DiffractiveOpticalElement，DOE)13，发光源11可输出复数光束111，而准直透镜12设置于发光源11与衍射光学元件13之间，其功能为准直复数光束111，使复数光束111入射至衍射光学元件13。衍射光学元件13被嵌入一特定的图案(就是一投影图案131)，当复数光束111入射至投影图案131时，就会产生结构光。基于衍射理论，衍射光学元件13的功能能够实现，且因协同或部分协同的光会交互作用而形成新的光形式，而藉此能够呈现出相当复杂的图案。当复数光束111通过准直透镜12且通过投影图案131时，结构光产生单元1可输出对应于投影图案131的结构光110。接下来说明结构光产生单元1的运作情形。请参阅图2，其为现有结构光产生单元输出结构光的结构侧视示意图。结构光产生单元1因应其内部结构而产生结构光110，且当结构光110的光束111投射至投射面14时，投射面14会因应该些光束111而呈现出对应于结构光110的结构光图案15，亦即对应于投影图案131的结构光图案15。其中，结构光图案15为网格形态。由图2可看出，由结构光产生单元1所输出的结构光110具有光扩散角θ，且结构光110会随着其光束111行进的距离越远而扩散。因此，当投射面14与结构光产生单元1之间的距离较近时，投射面14上所呈现的结构光图案15a较小，其如图3A所示。反之，当投射面14与结构光产生单元1间的距离较远时，投射面14上所呈现的结构光图案15b较大，其如图3B所示。结构光图案的大或小何者较为适宜则视使用者应用情境而决定。而投射产生的结构光图案通常被要求要有较高质量。换言之，由入射的光束至转换成结构光的效率要高，其关键之一在于发光源11所输出的复数光束111的光束分布(或称光斑)涵盖到衍射光学元件13的投影图案131上的面积要能有效匹配。较佳者，复数光束111的光束分布略大于或等于投影图案131面积时，其效率最高，亦即复数光束111的光束分布与衍射光学元件13有效匹配。然而，随着科技的进步及使用者的需求变化，电子装置的外形必须轻薄，才可符合使用者的要求。请参阅图4，其为现有结构光产生单元不同配置的内部结构侧视示意图。图4显示出小体积的结构光产生单元2，结构光产生单元2包括发光源21、准直透镜22以及衍射光学元件23，结构光产生单元2的结构以及功能大致与结构光产生单元1相同，而该两者不同之处仅在于，准直透镜22的位置较接近于发光源21，且结构光产生单元2的厚度较小。虽然结构光产生单元2具有较小的厚度，但其发光源21与准直透镜22间的距离过小，使得入射至衍射光学元件23的复数光束211的光束分布较小。此时，为了使复数光束211的光束分布与衍射光学元件23有效匹配，衍射光学元件23的面积必须设计为较小的结构，因此，所产生的结构光图案则变小。另外，使用小面积的衍射光学元意味着对装置的组装公差要求会比较高，其将提升组装难度。因此，需要一种具有轻薄体积且光束的光束分布可与衍射光学元件有效匹配，以产生适当尺寸的结构光图案的光学装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种具备轻薄外形且能提供适当尺寸的结构光图案的光学装置。本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种具备轻薄外形且其光束的光束分布可与结构光产生单元的光学元件组有效匹配的光学装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光学装置，包括结构光产生单元、转换透镜模块、准直透镜以及壳体。该结构光产生单元用以输出一结构光(StructureLight)，该结构光产生单元包括至少一发光源以及光学元件组(例如衍射光学元件)，该至少一发光源用以产生复数光束；而该光学元件组具有一投射图案，且该投射图案被该复数光束穿透而输出该结构光。该转换透镜模块位于该至少一发光源与该光学元件组之间，用以扩展该复数光束，使该复数光束通过该转换透镜模块后投射至一投射面，而于该投射面上呈现一结构光图案；其中，该转换透镜模块中的所有转换透镜具有负屈折力(NegativeOpticalPower)。该准直透镜设置于该转换透镜模块的一侧，用以准直被扩展的该复数光束。该壳体用以容置该结构光产生单元、该转换透镜模块以及该准直透镜。较佳地，该转换透镜模块中的该转换透镜的数量为1，且该转换透镜模块的一光轴为一直线，该转换透镜沿该光轴的屈折力(OpticalPower)为负，其惯用符号为(－)，而该准直透镜的屈折力为正。较佳地，该转换透镜模块中的该转换透镜的数量为2，且该转换透镜模块的一光轴为一直线，该两个转换透镜由该至少一发光源至该光学元件组沿该光轴的屈折力依序为负、负，其惯用符号为(－，－)，而该准直透镜的屈折力为正。较佳地，该转换透镜模块中的该转换透镜的数量为3，且该转换透镜模块的一光轴为一直线，该三个转换透镜由该至少一发光源至该光学元件组沿该光轴的屈折力依序为负、负、负，其惯用符号为(－，－，－)，而该准直透镜的屈折力为正。较佳地，该转换透镜模块包括第一转换透镜、第二转换透镜以及第三转换透镜。该第一转换透镜接近于该至少一发光源，用以扩张该复数光束；该第二转换透镜，位于该第一转换透镜与该光学元件组之间，用以反射该复数光束。该第三转换透镜位于该第一转换透镜与该光学元件组之间，用以反射被该第二转换透镜反射的该复数光束；其中，该复数光束通过该第三转换透镜后投射至该准直透镜。较佳地，该转换透镜模块为一自由型透镜组，且该转换透镜模块的光轴非为一直线，而入射至该光学元件组的该复数光束与该光学元件组的一法向量间的夹角小于5度。较佳地，该第一转换透镜的一数值孔径(NumericalAperature，N.A.)小于0.8，且该复数光束呈现矩形分布或环状分布。较佳地，该第一转换透镜于一垂直方向上的一第一数值孔径小于0.6，而该第一转换透镜于一水平方向上的一第二数值孔径小于0.5，且该复数光束呈现矩形分布或环状分布。较佳地，该第一转换透镜为非对称于该转换透镜模块的光轴，且该第一转换透镜于一水平方向上的曲率与于一垂直方向上的曲率不同，以控制该复数光束的分布以及投射方向。较佳地，该第一转换透镜以及该准直透镜中的至少一者具有高抗反射镀膜(Anti-ReflectionCoating)，该第二转换透镜以及该第三转换透镜中的至少一者具有高反射镀膜(HighReflectiveCoating)，以控制该复数光束的分布以及投射方向。较佳地，该准直透镜为非对称于该转换透镜模块的光轴，且该准直透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，其特征在于，包括：结构光产生单元，用以输出一结构光，该结构光产生单元包括：至少一发光源，用以产生复数光束；以及光学元件组，具有一投射图案，且该投射图案被该复数光束穿透而输出该结构光；转换透镜模块，位于该至少一发光源与该光学元件组之间，用以扩展该复数光束，使该复数光束通过该转换透镜模块后投射至一投射面，而于该投射面上呈现一结构光图案；其中，该转换透镜模块中的所有转换透镜具有负屈折力；准直透镜，设置于该转换透镜模块的一侧，用以准直被扩展的该复数光束；以及壳体，用以容置该结构光产生单元、该转换透镜模块以及该准直透镜。

【技术特征摘要】
1.一种光学装置，其特征在于，包括：结构光产生单元，用以输出一结构光，该结构光产生单元包括：至少一发光源，用以产生复数光束；以及光学元件组，具有一投射图案，且该投射图案被该复数光束穿透而输出该结构光；转换透镜模块，位于该至少一发光源与该光学元件组之间，用以扩展该复数光束，使该复数光束通过该转换透镜模块后投射至一投射面，而于该投射面上呈现一结构光图案；其中，该转换透镜模块中的所有转换透镜具有负屈折力；准直透镜，设置于该转换透镜模块的一侧，用以准直被扩展的该复数光束；以及壳体，用以容置该结构光产生单元、该转换透镜模块以及该准直透镜。2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该转换透镜模块中的该转换透镜的数量为1，且该转换透镜模块的一光轴为一直线，该转换透镜沿该光轴的屈折力为负，而该准直透镜的屈折力为正。3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该转换透镜模块中的该转换透镜的数量为2，且该转换透镜模块的一光轴为一直线，该两个转换透镜由该至少一发光源至该光学元件组沿该光轴的屈折力依序为负、负，而该准直透镜的屈折力为正。4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该转换透镜模块中的该转换透镜的数量为3，且该转换透镜模块的一光轴为一直线，该三个转换透镜由该至少一发光源至该光学元件组沿该光轴的屈折力依序为负、负、负，而该准直透镜的屈折力为正。5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该转换透镜模块包括：第一转换透镜，接近于该至少一发光源，用以扩张该复数光束；第二转换透镜，位于该第一转换透镜与该光学元件组之间，用以反射该复数光束；以及第三转换透镜，位于该第一转换透镜与该光学元件组之间，用以反射被该第二转换透镜反射的该复数光束；其中，该复数光束通过该第三转换透镜后投射至该准直透镜。6.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，该转换透镜模块为一自由型透镜组，且该转换透镜模块的光轴非为一直线，而入射至该光学元件组的该复数光束与该光学元件组的一法向量间的夹角小于5度。7.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，该第一转换透镜的一数值孔径小于0.8，且该复数光束呈现矩形分布或环状分布。8.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，该第一转换透镜于一垂直方向上的一第一数值孔径小于0.6，而该第一转换透镜于一水平方向上的一第二数值孔径小于0.5，且该复数光束呈现矩形分布或环状分布。9.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，该第一转换透镜为非对称于该转换透镜模块的光轴，且该第一转换透镜于一水平方向上的曲率与于一垂直方向上的曲率不同，以控制该复数光束的分布以及投射方向。10.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志隆，颜智敏，
申请(专利权)人：高准精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71