光学感测装置及结构光投射器制造方法及图纸

一种光学感测装置，适用于使用结构光来侦测物体，光学感测装置包括结构光投射器以及传感器。结构光投射器包括光源以及至少一个光束倍增膜。光源用以发出光束。至少一个光束倍增膜设置在光束的传递路径上，且由具各向异性折射率的材料制成，其中由光源所发出的光束通过至少一个光束倍增膜后产生多个分离的光束，以形成结构光。传感器用以感测从物体反射的结构光。一种结构光投射器也被提出。

Optical Sensor and Structured Light Projector

An optical sensing device is suitable for detecting objects with structured light. The optical sensing device includes a structured light projector and a sensor. The structured light projector comprises a light source and at least one beam multiplier film. A light source is used to emit light. At least one beam multiplier film is arranged on the transmission path of the beam and is made of materials with anisotropic refractive index, in which the beam emitted by the light source generates multiple separate beams after passing through at least one beam multiplier film to form a structured light. Sensors are used to sense structured light reflected from objects. A structured light projector is also proposed.

【技术实现步骤摘要】
光学感测装置及结构光投射器
本专利技术涉及一种感测装置以及光投射器，且特别涉及一种光学感测装置以及结构光(structuredlight)投射器。
技术介绍
结构光三维感测装置通过投射光图案于物体上并且感测此图案的形变来测量该物体的表面轮廓，结构光三维感测装置因其同时感测多个点而不是每次一个点而有快速与精准的优点。而为了产生光图案，可将衍射光学组件用于例如为激光束的单色光，而将激光束分割为多个光束，以形成结构光。然而，这些分割后的光束的光强度并不相近。此外，当衍射光学组件与激光光源之间的配置并不合适时，对应于直接传递的光强度(即零阶光的强度)可能会太强而导致安全性的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学感测装置以及结构光投射器，其使用简单且有效的方式去倍增激光束以形成结构光。本专利技术的实施例提出一种光学感测装置，适用于使用结构光来侦测物体，光学感测装置包括结构光投射器以及传感器。结构光投射器包括光源以及至少一个光束倍增膜。光源用以发出光束。至少一个光束倍增膜设置在光束的传递路径上，且由具各向异性折射率的材料制成，其中由光源所发出的光束通过至少一个光束倍增膜后产生多个分离的光束，以形成结构光。传感器用以感测从物体反射的结构光。本专利技术的实施例提出一种结构光投射器，其包括光源、至少两个光束倍增膜以及波片。光源用以发出光束。至少两个光束倍增膜设置在光束的传递路径上，且由具各向异性折射率的材料制成，其中由光源所发出的光束通过至少两个光束倍增膜的任何一个后产生多个分离的光束，以形成结构光。波片设置于该至少两个光束倍增膜两相邻者之间，其中光束通过波片后，光束的偏振态从线偏振被改变为圆偏振或是椭圆偏振。本专利技术的另一实施例提出一种结构光投射器，其包括光源以及至少两个光束倍增膜。光源用以发出光束。至少两个光束倍增膜设置于光束的传递路径上，其中由光源所发出的光束通过至少两个光束倍增膜的任何一个后产生多个分离的光束，以形成结构光，且至少两个光束倍增膜的光轴相对于从光源所发出的光束的传递方向倾斜。基于上述，本专利技术实施例的结构光投射器包括由具各向异性折射率的材料制成的至少一个光束倍增膜。由于由光源所发出的光束被至少一个光束倍增膜分割为对应于多个偏振方向的多个光束，因此本专利技术实施例的结构光投射器通过使用简单的结构而能有效的产生结构光。此外，本专利技术实施例所提出的光学感测装置使用上述的结构光投射器，因此可通过简单且有效的方式而产生结构光。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。附图说明图1绘示为依照本专利技术的实施例的光学感测装置的剖面示意图。图2绘示为图1的结构光投射器的剖面示意图。图3绘示为于光束倍增膜中的光传递的剖面示意图。图4A以及图4B绘示为依照本专利技术一些实施例的结构光投射器所产生的光图案的示意图。图5A以及图5B绘示为依照本专利技术的实施例的结构光投射器于不同视点的剖面示意图。图6绘示为依照本专利技术的实施例的结构光投射器的剖面示意图。具体实施方式图1绘示为依照本专利技术的实施例的光学感测装置的剖面示意图。图2绘示为图1的结构光投射器的剖面示意图。首先，请参照图1，本实施例的光学感测装置10适用于使用结构光SL来侦测物体12，光学感测装置10包括结构光投射器100以及传感器14。结构光投射器100用以产生结构光SL。传感器14用以感测从物体12所反射的结构光SL。此外，光学感测装置10可更包括设置于传感器14前方的镜头16。在本实施例中，物体12例如是人脸、手或是具有三维表面轮廓的物体。当结构光SL投射在物体12上时，结构光SL的光图案可能会因物体12的凹凸表面而形变，传感器14感测于物体12上的光图案的形变而用以计算物体12表面的深度，即与传感器14的相机的距离。接着，请参照图2，结构光投射器100包括光源110以及至少一个光束倍增膜120(例如，图2绘示一个光束倍增膜120)。光源110用以发出光束L。光束倍增膜120设置在光束L的传递路径上，且由具各向异性折射率的材料制成，其中由光源110所发出的光束L通过光束倍增膜120后产生多个分离的光束(例如绘示于图3)，以形成结构光SL。于本实施例中，光束倍增膜120可为柔性膜(flexiblefilm)，例如由类似于液晶显示器的补偿膜的卷对卷(roll-to-roll)制程所制成。于本实施例中，光束倍增膜120可为单轴相位延迟膜(uniaxialretardationfilm)、双轴相位延迟膜(biaxialretardationfilm)或斜轴相位延迟膜(obliqueaxialretardationfilm)，但本专利技术不以此为限。此外，光束倍增膜120的光轴A1相对于从光源110所发出的光束L的传递方向TD(例如图2的左右方向)倾斜角度θ1，也就是说，光轴A1不平行或垂直于传递方向TD，例如，角度θ1可为大于0度且小于90度，或是大于90度且小于180度。以下将介绍光束倍增膜120的光学机制。图3绘示为于光束倍增膜中的光传递的剖面示意图。请参照图3，当无偏振的光束L入射至光束倍增膜120a，例如为单轴相位延迟膜，光束L被分割为沿不同路径的寻常光束(ordinarybeam)L1以及非常光束(extraordinarybeam)L2，寻常光束L1具有垂直于参考平面(例如为平行于YZ平面)的偏振方向PD1，此参考平面为光束倍增膜120a的光轴A的倾斜角θ所在的平面，且非常光束L2具有垂直于偏振方向PD1的偏振方向PD2。光束倍增膜120a的厚度d、相对于光束L的传递方向TD的光束倍增膜120a的光轴A的倾斜角θ以及寻常光束L1与非常光束L2之间的横向位移D满足关系式：D＝d×tanα以及其中α为在光束倍增膜120a里的寻常光束L1与非常光束L2之间的夹角，且ne和no分别为光束倍增膜120a的非常折射率(extraordinaryrefractiveindex)和寻常折射率(ordinaryrefractiveindex)。藉由通过设置光束倍增膜120a的光轴A相对于光束L的传递方向TD倾斜，一道光束L可被分割为两道光束，因此，通过所设计的多层膜，一道光束L可被分割为多道光束。此外，每一道寻常光束L1以及非常光束L2的光强度约为原来的光束L的光强度的50％，因此，本专利技术实施例的结构光投射器能够产生具有多道强度相近的光束的结构光。在本实施例中，光源110可例如为边射型激光(edgeemittinglaser)或垂直共振腔面射型激光(vertical-cavitysurface-emittinglaser,VSCEL)，但本专利技术不以此为限。如果光源110为边射型激光，边射型激光以及光束倍增膜120可用以模拟为垂直共振腔面射型激光。如果光源110为垂直共振腔面射型激光，则垂直共振腔面射型激光以及光束倍增膜120可用以模拟较小节距(pitch)的垂直共振腔面射型激光，以实现较高密度的照射点且没有因照射点之间的微小节距而产生的散热问题，此模拟出的较小节距的垂直共振腔面射型激光有益于垂直共振腔面射型激光的可靠度以及分辨率。请再参照图2，结构光投射器100更包括衍射光学组件130以及波片140。衍射光学组件130用以执行光束成形与光束倍增的至少其中之一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学感测装置，适用于使用结构光来侦测物体，其特征在于，所述光学感测组件包括：结构光投射器，包括：光源，用以发出光束；以及至少一个光束倍增膜，设置在所述光束的传递路径上，且由具各向异性折射率的材料制成，其中由所述光源所发出的所述光束通过所述至少一个光束倍增膜后产生多个分离的光束，以形成所述结构光；以及传感器，用以感测从所述物体反射的所述结构光。

【技术特征摘要】
2017.11.27 US 62/590,662;2018.05.03 US 15/970,8561.一种光学感测装置，适用于使用结构光来侦测物体，其特征在于，所述光学感测组件包括：结构光投射器，包括：光源，用以发出光束；以及至少一个光束倍增膜，设置在所述光束的传递路径上，且由具各向异性折射率的材料制成，其中由所述光源所发出的所述光束通过所述至少一个光束倍增膜后产生多个分离的光束，以形成所述结构光；以及传感器，用以感测从所述物体反射的所述结构光。2.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述至少一个光束倍增膜的光轴相对于从所述光源所发出的所述光束的传递方向倾斜一个角度。3.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述结构光投射器更包括衍射光学组件，用以执行光束成形与光束倍增的至少其中之一，且所述至少一个光束倍增膜设置在所述光源与所述衍射光学组件之间。4.根据权利要求3所述的光学感测装置，其特征在于，所述结构光投射器更包括波片，设置于所述至少一个光束倍增膜与所述衍射光学组件之间，其中所述光束通过所述波片后，所述光束的偏振态从线偏振被改变为圆偏振或是椭圆偏振。5.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述结构光投射器更包括透镜模块，设置在所述光束的传递路径上，且所述透镜模块用以执行光束成形与光束准直化的至少其中之一。6.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述至少一个光束倍增膜包括单轴相位延迟膜、双轴相位延迟膜或斜轴相位延迟膜。7.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述至少一个光束倍增膜包括柔性膜。8.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述至少一个光束倍增膜的数量为两个以上，且所述结构光投射器更包括波片，设置于所述两个以上的光束倍增膜的相邻两者之间，其中所述光束通过所述波片后，所述光束的偏振态从线偏振被改变为圆偏振或是椭圆偏振。9.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述至少一个光束倍增膜的数量为两个以上，且所述两个以上的光束倍增膜的光轴相对于从所述光源所发出的所述光束的传递方向倾斜不同的角度。10.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述光源包括边射型激光或垂直共振腔面射型激光。11.一种结构光投射器，其特征在于，包括：光源，用以发出光束；至少两个光束倍增膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏山，陈燕晟，
申请(专利权)人：源奇科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71