发光装置的制作方法

本发明关于一种发光装置，特别是关于一种可以投射出结构光图案的发光装置。

背景技术：

结构光(structure light)指的是具有特定形态的光，而随着光学技术的蓬勃发展，其可被设计成线形态、面形态、网格形态、甚至更复杂形态的光形，并进而被应用在许多的领域，如3D轮廓重现、距离量测、防伪辨识、体感互动与新颖造型设计与应用等等，而传统的警示标识也得以更延伸应用于诸如需无污染等医疗或生医环境应用等等，因此结构光的重要性已逐渐地提升，且其相关技术被广泛地研究与开发。

结构光产生单元发射出一结构光，当结构光投射至标的物时，标的物的表面会呈现结构光图案。标的物的表面所呈现的结构光图案是被拿来判断空间信息的重要辨识特征，然而，就目前市面上大多数发光装置而言，标的物的表面上所呈现的结构光图案，不论是线形态、面形态、网格形态等等，不会随着时间而有投影位置上的变化。因此导致对应的投射范围可能不够大，又或者导致投射内容不够多样性，以致于在结构光图案的应用上受到局限，而无法满足后续在空间信息精准计算上的需要。此外，若是使用微机电系统透过可动光学模块来辅助产生结构光图案，会有高功耗的缺点，又因为是动件(moving parts)，所以组装公差要求高，常导致生产时良率(yield)低与耐久性较差，而以上所述均为此技术领域所亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种可依时序于一投射面的不同位置投射出结构光图案的发光装置，能为空间信息精确计算提供足够的资源，提高分辨率。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种无需采用动件而可产生结构光图案的发光装置，能够降低消耗功率，提高组装良率与耐久性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种发光装置，包括结构光产生单元以及控制单元。该结构光产生单元包括多个发光源以及一光学元件组，该多个发光源所发出的光线通过该光学元件组，该多个发光源中的一第一发光源于一投射面上的一第一位置投影出一第一结构光图案(structured lighting pattern)，该多个发光源中的一第二发光源于该投射面上的一第二位置投影出一第二结构光图案，该第一位置不同于该第二位置。该控制单元信号连接于该结构光产生单元，并控制该多个发光源中的该第一发光源以及该第二发光源依时序发光，以使该投射面上依时序呈现该第一结构光图案以及该第二结构光图案。

较佳地，该控制单元可程序化(programmable)地开启及关闭每一该发光源。

较佳地，该多个发光源为线性排列，且该控制单元沿该线性排列的顺序轮流且周期性开启及关闭该多个发光源；抑或，该多个发光源为线性排列，且该控制单元不沿该线性排列的顺序轮流，但周期性开启及关闭该多个发光源。

较佳地，该多个发光源为环形排列，且该控制单元沿该环形排列的顺序轮流且周期性开启及关闭该多个发光源；抑或，该多个发光源为环形排列，且该控制单元不沿该环形排列的顺序轮流，但周期性开启及关闭该多个发光源。

较佳地，该多个发光源规则散布排列于二次元的一平面上；抑或，该多个发光源规则散布排列于三次元的一曲面或空间里。

较佳地，该多个发光源包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)以及热光源(thermal source)中的至少一者。

较佳地，该光学元件组包括相应于该第一结构光图案以及该第二结构光图案的多个光学片，每一该光学片为一衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)、一折射式光学元件以及一反射式光学元件其中之一。

较佳地，该折射式光学元件为一多孔(multiple aperture)透镜、一柱状透镜(lenticular lens)或一阵列透镜(lens array)。

较佳地，该多个光学片的数量相同于该多个发光源的数量，且该多个光学片与该多个发光源相对应地设置。

较佳地，该结构光产生单元还包括多个准直透镜，每一该准直透镜设置于 相对应的该发光源与该光学元件组之间，用以准直该发光源所发出的光线并予以传送至该光学元件组。

较佳地，该光学元件组的一出光口侧与该多个发光源的直线距离或该发光装置的总高度小于7毫米(mm)。

较佳地，该发光装置还包括壳体，该壳体承载该光学元件组；其中，该光学元件组与该多个发光源具有固定相对组态或固定距离，抑或，该光学元件组与该多个发光源具有可程序化调动的相对组态或相对距离。

较佳地，该发光装置还包括感应单元，该感应单元感应位于该投射面上不同位置的该第一结构光图案以及该第二结构光图案，而相应产生一信号。

较佳地，该控制单元根据该信号可程序化地开启及关闭每一该发光源。

较佳地，该多个发光源皆设于一板体层，且该多个发光源与该板体层电性导通；其中，该板体层热稳定(thermally stabilize)该多个发光源，抑或，该板体层不热稳定(thermally stabilize)该多个发光源。

较佳地，该多个发光源以及该控制单元皆设于一板体层，且该多个发光源以及该控制单元与该板体层电性导通；其中，该板体层热稳定(thermally stabilize)该多个发光源以及该控制单元，抑或，该板体层不热稳定(thermally stabilize)该多个发光源以及该控制单元。

较佳地，该多个发光源以及该控制单元皆设于一板体层，该多个发光源以及该控制单元与该板体层电性导通，且该板体层设置有至少一感应单元以侦测感应产生一信号并回馈至该控制单元；其中，该板体层热稳定(thermally stabilize)该多个发光源、该控制单元以及该至少一感应单元，抑或，该板体层不热稳定(thermally stabilize)该多个发光源、该控制单元以及该至少一感应单元。

本发明的发光装置设置有多个发光源，藉由控制该多个发光源的发光时序，使得投射面上随时间依序呈现出不同位置或不同形状的结构光图案，如此在后续执行空间信息精确计算时，可产生足够供计算的资源，以提高分辨率，由此亦可扩展结构光图案的应用性。并且相较于微机电系统驱动可动光学模块，本发明在光学器件设置上无需采用动件，因此亦具备有大幅降低功率消耗、提高组装良率与耐用性的优点，同时亦减省整体体积的占用。

附图说明

图1为本发明第一实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。

图2为本发明第一实施例的第一发光源以及第二发光源在实行发光照射时的时间坐标示意图。

图3为本发明第二实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。

图4为本发明第二实施例的第一发光源、第二发光源、第三发光源、第四发光源在实行发光照射时的时间坐标示意图。

图5为本发明第三实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。

图6为本发明第四实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。

图7为本发明第五实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明第一实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。

本发明第一实施例的发光装置包括结构光产生单元1以及控制单元2，控制单元2信号连接于结构光产生单元1，以控制结构光产生单元1的发光时序。本发明的结构光产生单元1包括多个发光源11a、11b以及一光学元件组13，每一发光源11a、11b所发出的光线会通过光学元件组13，以向外投射出而形成结构光图案(structured lighting pattern)。于本发明第一实施例中，结构光产生单元1包括两个发光源11a、11b，但此数量仅为本实施例方便说明的列举，并非做一限制。

如图1所示，结构光产生单元1包括一第一发光源11a、一第二发光源11b以及一光学元件组13，第一发光源11a以及第二发光源11b所发出的光线经光学元件组13后向外照射，并可于一投射面P上(一般为一物体的表面)投射出结构光图案。第一发光源11a以及第二发光源11b并列设置于一电路基板11上(示意位置可参图1中自电路基板11所引出气球状内的另一视角)，且由于第一发光源11a以及第二发光源11b本身在位置设置上的不同(可以是二次元平面位置的不同或三次元空间位置的不同)，故第一发光源11a所发出的光线经光学元件组13后，会相应于投射面P上的一第一位置投影出一第一结构光图案S1，且第二发光源11b所发出的光线经光学元件组13后，会相应于投射面P上的一第二位置投影出一第二结构光图案S2。

其中，控制单元2与电路基板11信号连接，以供控制单元2依一时序可程序化控制第一发光源11a以及第二发光源11b发光，使得投射面P上会依该时序而呈现第一结构光图案S1以及第二结构光图案S2，也会造成视觉位置上的改变。因此，若将本发明能呈现出多样的结构光图案的发光装置，更进一步搭配结合于一感应单元(详述于后)，即可充分作为后续在空间信息精准计算所需的处理及应用。

接下来详细讲述第一发光源11a以及第二发光源11b依时序发光的实施态样。图2为本发明第一实施例的第一发光源11a以及第二发光源11b在实行发光照射时的时间坐标示意图，请参阅图2，于时间区段t1时，第一发光源11a执行发光(ON)且第二发光源11b停止发光(OFF)，于时间区段t2时，第一发光源11a停止发光(OFF)且第二发光源11b执行发光(ON)，待时间区段t3时又回到了第一发光源11a执行发光(ON)且第二发光源11b停止发光(OFF)，并依此规则轮替下去而轮流发光，故使得位于投射面P上第一位置的第一结构光图案S1以及位于投射面P上第二位置的第二结构光图案S2会轮流出现。于本实施态样中，第一发光源11a以及第二发光源11b为发光时间互相不重叠地轮替发光。在图1的投射面P上，第一结构光图案S1以虚线绘示，第二结构光图案S2以实线绘示，以表示于此时间，第一发光源11a停止发光，且第二发光源11b执行发光并投射出第二结构光图案S2于投射面P上。不过当然，第一发光源11a以及第二发光源11b的发光时间若为部分重叠而轮替发光，亦属可以施行的设置。

详细而言，光学元件组13包括至少一光学片，以供第一发光源11a以及第二发光源11b所发出的光线行经并向外照射产生结构光图案。于本实施例中，光学片的数量相同于发光源的数量，即为两个光学片(一第一光学片13a以及一第二光学片13b)，且发光源11a、11b与光学片13a、13b一一相对应设置。再者，光学片13a、13b上的图刻决定结构光图案的生成图案，换句话说，第一结构光图案S1的生成是基于光线通过一第一光学片13a，而第二结构光图案S2的生成是基于光线通过一第二光学片13b。于第一实施例中，由于第一光学片13a以及一第二光学片13b上的图刻相同，故第一结构光图案S1的图形会相同于第二结构光图案S2的图形，于本实施例中，第一结构光图案S1以及第二结构光图案S2的图形是以多条直条线形态作举例呈示，其有投射位置上的差异， 但此仅为一列举，而不做一限制。

于此需特别说明者为，每一光学片可为一衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)、一折射式光学元件以及一反射式光学元件其中之一。其中，该折射式光学元件可为一多孔(multiple aperture)透镜、一柱状透镜(lenticular lens)、或一阵列透镜(lens array)。至于光学元件组，其可被一壳体(图未示)所承载，使得光学元件组13与发光源11a、11b可以具有固定相对组态或固定距离，抑或，光学元件组13与发光源11a、11b可以具有可程序化调动的相对组态或相对距离。且于一较佳实施例中，光学元件组13的一出光口侧与发光源11a、11b的直线距离小于7毫米(mm)。

此外，发光源则可为一激光二极管(LD)、一发光二极管(LED)、一有机发光二极管(OLED)以及热光源(thermal source)其中之一，此属较佳选择的设置。

进一步来说，结构光产生单元1更包括至少一准直透镜，以供准直自第一发光源11a以及第二发光源11b发出的光线。于本实施例中，准直透镜的数量相同于发光源11a、11b或光学片13a、13b的数量，即为两个准直透镜(一第一准直透镜12a以及一第二准直透镜12b)，且一个准直透镜12a、12b相对应设置于一个发光源11a、11b与相应的一个光学片13a、13b之间，用以准直发光源11a、11b所发出的光线并予以传送至光学片13a、13b。经光学片13a、13b后光线继续向外发射，而于投射面P上的不同位置投射形成第一结构光图案S1以及第二结构光图案S2。

在实际应用上，本发明发光装置更包括一感应单元A或与外界的一感应单元A电性连接，感应单元A负责感应投射面P上位于不同位置的第一结构光图案S1以及第二结构光图案S2，侦测感应产生一信号，并将该信号传送至控制单元2做比对，以作为后续在空间信息精准计算的所需。更甚者，可以根据该信号，使控制单元2可程序化地开启及关闭每一发光源11a、11b。

图3为本发明第二实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。本发明第二实施例相似于第一实施例，第二实施例的发光装置包括结构光产生单元3以及控制单元4，且控制单元4信号连接于结构光产生单元3，以控制结构光产生单元3的发光态样。本发明的结构光产生单元3包括多个发光源31a～31d以及一光学元件组33，每一发光源31a～31d所发出的光线会通过光学元件组33， 以便于向外投射出而形成结构光图案。与第一实施例不同的是，第二实施例的结构光产生单元3包括四个发光源31a～31d，且此四个发光源(第一发光源31a、第二发光源31b、第三发光源31c以及第四发光源31d)为环形排列地设置于一电路基板31上，故四个发光源31a、31b、31c、31d所发出的光线经光学元件组33后，即于投射面P上的四个位置投影出结构光图案。

其中，控制单元4可程序化地控制沿该环形方向的顺序轮流且周期性开启及关闭该些发光源31a～31d，使投射面P上沿该环形方向的顺序轮流被投射出第一结构光图案Q1、第二结构光图案Q2、第三结构光图案Q3以及第四结构光图案Q4。抑或者是，控制单元4可程序化地控制不沿该环形方向的顺序(即乱序)轮流但周期性开启及关闭该些发光源31a～31d，使投射面P上不沿该环形方向的顺序(即乱序)被投射出第一结构光图案Q1、第二结构光图案Q2、第三结构光图案Q3以及第四结构光图案Q4。

图4为本发明第二实施例的第一发光源、第二发光源、第三发光源以及第四发光源在实行发光照射时的时间坐标示意图，请参阅图4，第二实施例中的四个发光源依时序发光的实施态样相似于第一实施例。于时间区段t1’时，只有第一发光源31a执行发光(ON)且另外三个发光源31b～31d停止发光(OFF)，于时间区段t2’时，只有第二发光源31b执行发光(ON)且另外三个发光源31a、31c～31d停止发光(OFF)，于时间区段t3’时，只有第三发光源31c执行发光(ON)且另外三个发光源31a～31b、31d停止发光(OFF)，于时间区段t4’时，只有第四发光源31d执行发光(ON)且另外三个发光源31a～31c停止发光(OFF)，待时间区段t5’时又回到了第一发光源31a执行发光(ON)且另外三个发光源31b～31d停止发光(OFF)，并依此规则轮替下去而轮流发光，故使得位于投射面P上第一位置的第一结构光图案Q1、第二位置的第二结构光图案Q2、第三位置的第三结构光图案Q3以及第四位置的第四结构光图案Q4会轮流出现于投射面P上。于本实施态样中，第一发光源31a、第二发光源31b、第三发光源31c以及第四发光源31d为发光时间互相不重叠地轮替发光，但第一发光源31a、第二发光源31b、第三发光源31c以及第四发光源31d的发光时间亦可为部分重叠而轮替发光，此亦属可施行的设置。

相似于第一实施例，光学元件组33包括至少一光学片，以供每一发光源31a～31d所发出的光线行经并向外照射产生结构光图案。于本实施例中，光学片 的数量相同于发光源31a～31d的数量，即为四个光学片33a～33d，且发光源与光学片一一相对应设置。再者，光学片33a～33d上的图刻决定结构光图案的生成图案，于第二实施例中，结构光图案是以多个点状散布的形态作举例呈示。也由于第一发光源31a、第二发光源31b、第三发光源31c以及第四发光源31d本身设置的位置不同，故第一结构光图案Q1、第二结构光图案Q2、第三结构光图案Q3以及第四结构光图案Q4会分别于投射面P上投射于不同的投影位置。

进一步来说，结构光产生单元3更包括至少一准直透镜，以供准直自每一发光源发出的光线。于本实施例中，准直透镜的数量相同于发光源或光学片的数量，即为四个准直透镜32a～32d，且一个准直透镜32a～32d相对应设置于一个发光源31a～31d与相应的一个光学片33a～33d之间，用以准直发光源31a～31d所发出的光线并予以传送至光学片33a～33d。经光学片33a～33d后光线继续向外发射。

图5为本发明第三实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。本发明第三实施例相似于第一实施例，第三实施例的发光装置包括结构光产生单元5以及控制单元6，控制单元6信号连接于结构光产生单元5，以供控制结构光产生单元5的发光时序。本发明的结构光产生单元5包括多个发光源51a以及一光学元件组53，每一发光源51a所发出的光线会通过光学元件组53，以便于向外投射出而形成结构光图案。与第一实施例不同的是，第三实施例的结构光产生单元5包括九个发光源51a，且此九个发光源51a为呈阵列排列地设置于一电路基板51上，其中，控制单元6可程序化地依一发光顺序开启及关闭该些发光源51a，也因此于投射面P上会应该发光顺序而于不同位置投射形成不同的结构光图案R1～R9。

相似于第一实施例，光学元件组53包括至少一光学片53a，以供每一个发光源51a发出的光线行经并向外照射产生结构光图案。于本实施例中，光学片53a的数量相同于发光源51a的数量，即为九个光学片53a，且发光源51a与光学片53a一一相对应设置。此外，光学片53a上的图刻决定结构光图案的生成图案，于第三实施例中，每一个发光源51a发出的光线行经相对应的光学片53a并向外照射产生结构光图案的图形皆为不同。但当然每一个发光源51a发出的光线行经对应的光学片53a并向外照射产生结构光图案的图形皆为相同，或是，每一个发光源51a发出的光线行经对应的光学片53a并向外照射产生结构光图案 的图形中至少二个相同，皆属可行的设置。

进一步来说，结构光产生单元5更包括至少一准直透镜52a，以供准直自每一发光源51a发出的光线。于本实施例中，准直透镜52a的数量相同于发光源51a或光学片53a的数量，即为九个准直透镜52a，且一个准直透镜52a相对应设置于一个发光源51a与相应的一个光学片53a之间，用以准直发光源51a所发出的光线并予以传送至光学片53a。

除此之外，发光源51a的排列包括线性排列(比如3*3阵列中上方列)，故控制单元6可沿该线性方向的顺序轮流且周期性开启及关闭该些发光源51a；抑或，该些发光源仍为线性排列，但控制单元6不沿该线性方向的顺序轮流但周期性开启及关闭该些发光源51a，亦属可行的设置。

图6为本发明第四实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。本发明第四实施例相似于第三实施例，第四实施例的发光装置包括结构光产生单元7以及控制单元8。与第三实施例的不同在于，第四实施例的每一个发光源71a上皆配置有一感应器71b，感应器71b会直接感测相应发光源71a所投射出的结构光图案，并感应产生一信号而回馈至控制单元8，并且，发光源71a及感应器71b皆设于一板体层72上，并与该板体层72电性导通。板体层72可提供良好的保护屏障的作用或电性导通的作用，或稳定器件的工作温度的作用。其中，该板体层可以热稳定(thermally stabilize)该多个发光源71a，抑或不热稳定(thermally stabilize)该多个发光源71a。此外，在其他实施方式中，控制单元亦可与发光源一同设置于该板体层上。

图7为本发明第五实施例的发光装置在实行发光照射时的概念示意图。本发明第五实施例相似于第三实施例，第五实施例的发光装置包括结构光产生单元90以及控制单元91。第五实施例与第三实施例的不同仅在于第五实施例的结构光产生单元90未设置准直透镜。藉由省略准直透镜的设置可更进一步使得发光装置整体的厚度减小，使得发光装置在装设上有更大的弹性空间。

综上所述，本发明的发光装置特别搭配设置有可程序化控制发光的多个发光源，藉由控制发光源的发光时序，使得投射面上随时间依序呈现出不同位置或不同形状的结构光图案，如此在后续执行空间信息计算时，即可产生足够供计算的资源，以提高分辨率，且由此亦可扩展结构光图案的应用性。并且相较于微机电系统驱动可动光学模块，本发明在光学器件设置上无需采用动件，因 此亦具备有大幅降低功率消耗、提高组装良率与耐用性的优点，同时亦减省整体体积的占用。

上述实施例仅为示例性说明本发明的原理及其功效，以及阐释本发明的技术方案，而非用于限制本发明的保护范围。任何本技术领域普通技术人员在不违背本发明的技术原理及精神的情况下可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围。因此，本发明的权利保护范围应如其权利要求范围所列。