点阵投影器结构以及利用点阵投影器结构撷取图像的方法与流程

本发明有关于光学领域，尤其是一种可改变照射角度的点阵投影器结构，以及上述点阵投影器结构撷取图像的方法。

背景技术：

随着科技进步，手机已成为现代人不可或缺的随身物品之一，因此对于个人手机内资料的保护技术，也不断地被研究与发展。

近年来，通过发展3d立体影像感测技术，具有人脸辨识功能的电子产品也逐渐出现于市面上。以手机为例，目前具有人脸辨识功能的手机，至少包含有泛光照射器、点阵投影器与红外线摄像头等装置。已知手机进行人脸辨识的流程，大致上依序包含有三步骤，分别为接近感测(判断是否有物体接近手机)、泛光照射器感测以及点阵投影器感测。其中值得注意的是，泛光照射器的感测方式，包含通过泛光照射器发出一较大照射角度的光源(例如红外线)，投射至一物体(例如人脸)的表面，接着由红外线摄像头接收从物体反射回来的光源，并且经由处理器等元件经计算后，粗略地判定该物体是否为人脸。当确定物体为人脸之后，点阵投影器发出多个光点(例如数千至数万个)投影至人脸上，搭配红外线摄像头接收反射的光点变化，计算出虚拟人脸表面轮廓，用以精细判断所检测的人脸是否为手机的使用者本人或其他经过认证的人物。

对于点阵投影器而言，一点阵投影机至少包含有一光源发射器以及一绕射光学元件(diffractiveopticalelements，doe)，光源发射器产生的光源通过绕射光学元件后，将产生多个光点照射至物体或人脸。对于同一绕射光学元件，在单位面积内所能产生出固定能量的光点数量有限。若需要扩大检测范围，以辨识较大的物体时(例如，环境重现技术)，则需要增加点阵投影器的投射角度。但是，若利用扩散镜等元件直接放大点阵投影器的照射角度，由于照射总能量为固定，因此每一单位面积内各光点的能量以及光点密度都会相应减小，如此一来将影响红外线摄像头接收反射的光点变化，进而降低检测及重建虚拟物体的精确度。另一方面，若采用精细度更高的绕射光学元件(例如，单位面积内可以产生更多光点)，则整体制作成本也随之提高。

技术实现要素：

本发明提供一种点阵投影器结构，包含一可动基座，一光源发射器，位于该可动基座上方，一准直镜(collimator)，位于该光源发射器的一前端方向，一绕射光学元件(diffractiveopticalelements)，位于该光源发射器的该前端方向，以及一致动器，连接该可动基座，其中可通过提供一信号至该致动器，以改变该可动基座的倾斜角度。

本发明另提供一种利用一点阵投影器结构撷取图像的方法，包含提供一点阵投影器结构，其中该点阵投影器结构至少包含有一可动基座，一红外线摄像头，位于该可动基座旁，一光源发射器，位于该可动基座上方，一准直镜(collimator)，位于该光源发射器的一前端方向，一绕射光学元件(diffractiveopticalelements)，位于该光源发射器的该前端方向，以及一致动器，连接该可动基座，其中可通过提供一信号至该致动器，以改变该可动基座的倾斜角度。接着该点阵投影器的该光源发射器发出一光源，该光源经该绕射光学元件后产生多个光点投射至一物体的一第一部位，且各该光点经该物体反射后，被该红外线摄像头所检测，并连接至一计算系统产生一第一图像，然后通过启动该致动器，以调整该可动基座的倾斜角度，以及在该可动基座的倾斜角度被调整后，该点阵投影器的该光源发射器发出的该光源，经该绕射光学元件后产生多个光点投射至该物体的一第二部位，且各该光点经该物体反射后，被该红外线摄像头所检测，并连接至该计算系统产生一第二图像。

本发明将点阵投影器设置于可动基座上，通过致动器改变可动基座的倾斜角度，使得点阵投影器的照射方向可以改变。当检测一较大物体而需要更大的照射角度时，可利用扫描的方式将图像分段撷取，再于计算系统中将各分段的图像整合成所需图像。如此一来，在不降低检测精细度的情况下，也不需要提供高精度的绕射光学元件，仍可以扩大点阵投影器的照射角度。

附图说明

图1是本发明点阵投影器的结构示意图；

图2是利用本发明所提出的点阵投影器撷取图像的方法示意图。

【代表图的符号简单说明】

1点阵投影器

10光源发射器

12光源

12’光点

14准直镜

16绕射光学元件

20可动基座

22传动支撑结构

24致动器

26支撑支架

30物体

40红外线摄像头

50计算系统

a1、b1照射角度

p、p1、p2、p3光点变化图像

r1、r2、r3区域

具体实施方式

为使本领域技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。

为了方便说明，本发明的各图式仅为示意以更容易了解本发明，其详细的比例可依照设计的需求进行调整。在文中所描述对于图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员皆应能理解其指物件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围，在此容先叙明。

请参考图1，其绘示本发明点阵投影器的结构示意图。本发明的点阵投影器结构1包含有一光源发射器10，此处定义光源发射器发出光源(例如可见光、红外线等)的方向为一前端。在光源发射器10朝向前端方向发射一光源12，一准直镜(collimator)14以及一绕射光学元件(diffractiveopticalelements，doe)16沿着前端方向设置，位于光源12的路径上。其中准直镜14位于光源发射器10以及绕射光学元件16之间。也就是说，当光源12由光源发射器10发出之后，将会依序经过准直镜(collimator)14以及绕射光学元件16。其中光源12较佳为雷射光，但不限于此，准直镜14的主要作用就是将原本发向不同方向的光线汇聚成平行光，而平行光源(即通过准直镜14之后的光源12)通过绕射光学元件16时，将会产生多个(例如数千或数万个)光点12’。该些光点投影至物体(例如人脸)并被反射，搭配红外线摄像头接收反射后的光点变化，即可计算出虚拟人脸轮廓，并与认证过的人脸信息进行比对。

另外，光源发射器10设置于可动基座20上，可动基座20包含有一传动支撑结构22，因此可动基座20可通过传动支撑结构22，在一固定范围内进行一定角度内的倾斜或旋转。而可动基座20下方设置有致动器24，在本发明中，致动器24可能为电控装置，例如音圈电机(voicecoilmotor，vcm)、微机电系统(microelectromechanicalsystem，mems)或记型合金(shapememoryalloys,sma)等，但本发明的致动器24不以此为限，其余可通过信号控制产生结构变化的装置也可以适用于本发明所述的致动器。致动器24连接一控制晶片(图未示)，而控制晶片发出一信号控制致动器24，进而改变可动基座20的角度。更详细而言，以本实施例为例，致动器24包含一音圈电机，其包含有四个支撑支架26，其中可控制每个支撑支架26分别伸长或缩短。因此当特定的支撑支架26伸长后则推动可动基座20，造成可动基座20产生倾斜(举例来说，当右方的支撑支架26伸长，则造成可动基座20可能会往左方倾斜)。除此之外，本发明的可动基座20不仅可以朝向单一方向(例如水平方向)倾斜，也可以朝向不同的方向(例如垂直方向)倾斜。因此，通过控制致动器24，位于可动基座20上的光源发射器10的照射角度也可以产生依照需求而改变。换句话说，通过倾斜可动基座20，光源发射器10的照射角度可以增大。当需要扩大点阵投影器的照射角度以检测较大物体时(例如环境重现)，此时点阵投影器可利用扫描的方式，依次扫过大型物体的所有范围。

图2绘示利用本发明所提出的点阵投影器10撷取图像的方法示意图。首先，提供点阵投影器1，此处的点阵投影器1例如为第1图中所示的点阵投影器，包含有可动基座以及致动器，因此可依照需求改变点阵投影器1的照射角度。接着，提供一物体30，此处的物体30假设为一较大体积的物体，因此其范围超出原先点阵投影器1的照射角度(此处指点阵投影器1在固定的状态下最大的照射角度，举例来说，例如为70度)。此时，控制点阵投影器1的照射角度，依序扫描物体30的不同范围，举例来说，本实施例中将物体30分成区域r1、区域r2与区域r3，而点阵投影器1的照射角度则依序扫描过上述区域r1、区域r2与区域r3。其中区域r1、区域r2与区域r3可以部份互相重叠，或是彼此之间不重叠。点阵投影器1发出多个光点投射至区域r1后，被区域r1反射的光点变化被红外线摄像头40所接收，并且红外线摄像头40连接至一计算系统50。在此将经区域r1反射并被红外线摄像头40所接收的光点变化图像定义为p1。同样地，点阵投影器1发出多个光点投射至区域r2后，被区域r2反射的光点变化被红外线摄像头40所接收，在此将经区域r2反射并被红外线摄像头40所接收的光点变化图像定义为p2。点阵投影器1发出多个光点投射至区域r3后，被区域r3反射的光点变化被红外线摄像头40所接收，在此将经区域r3反射并被红外线摄像头40所接收的光点变化图像定义为p3。上述三个光点变化图像p1、p2、p3分别储存于计算系统50内，接着计算系统50将光点变化图像p1、p2、p3整合成一完整光点变化图像a，并且根据完整光点变化图像p，重建一虚拟物体轮廓。本发明提供的点阵投影器，比起已知的点阵投影器，其照射角度的总和可明显增加，以本实施例为例，若点阵投影器1为固定，照射角度总合a1约为70度，而通过扫描的方式，照射角度总合b1约为100度以上。

此外，图2中的点阵投影器1仅以单一方向进行扫描(例如水平方向)，但在本发明的其他实施例中，可同时进行不同方向的扫瞄，例如以水平以及垂直方向进行扫描，如此可进一步扩大点阵投影器的照射角度，其也属于本发明的涵盖范围内。

本发明将点阵投影器设置在可动基座上，因此点阵投影器可以利用扫描的方式检测大型物体，同时由于单位照射面积内的光点数量并未改变，因此本发明也不会降低检测物体的精确度。已知的点阵投影器，仅能照射固定角度，若需要精确地检测物体(例如人脸)，则需要搭配精细的绕射光学元件，举例来说，光源通过绕射光学元件时，大约需要产生3万个光点，方能精确地判断人脸轮廓。相较于已知的点阵投影器，本发明可以用较低精度的绕射光学元件取代高价位的高精度绕射光学元件，举例来说，光源通过绕射光学元件时，大约只需要产生数千至1万个以下的光点。以本实施例为例，光源通过绕射光学元件后产生的光点数量小于1万个，甚至可以小于5千个光点。后续再搭配扫描的方式，仍可达到检测完整物体的目的。由于不需要制作高精度的绕射光学元件，因此整体制作成本也可以降低。

综上所述，本发明特征在于，将点阵投影器设置于可动基座上，通过致动器改变可动基座的角度，使得点阵投影器的照射方向可以改变。当需要扩大照射角度以检测一较大物体时，可利用扫描的方式将图像分段撷取，再于计算系统中将各分段的图像整合成所需图像。如此一来，在不降低检测精细度的情况下，也不需要提供高精度的绕射光学元件，仍扩大点阵投影器的照射角度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。