摄像与照明装置的制作方法

本发明关于一种摄像与照明用的发光装置，特别是一种整合三维影像摄像和相因应的辅助照明的装置。

背景技术：

现代的电子装置，例如智能手机、智能手表或摄像装置，往往需要植入新功能，如手势控制、体感互动或3D或影像提取质量提升等等。在整合多种功能时，又必须兼顾整体体积的缩小。此外，整合多种功能的电子装置，除了便于携带移动外，操作所需的电力也是考虑因素之一，耗能过多等等的模式均不利于使用者而不易获得青睐。再者，这些新功能里往往需要相对应的照明装置，其照明范围需涵盖动作区域或摄像范围，使用情境变动则相对应的动作区域亦随之改变。在此同时，若照明区域不随之调整，恐造成影像提取质量下降(如照明区域过小)或电力浪费(如照明区域过大)。此外，各个装置如独立操作，运作方式对使用者而言恐过于复杂，亦易构成使用者使用上的障碍与不便，故宜避免之。简之，在同时追求光学效能的提升外，功耗与使用者便利性均为系统开发要考虑的项目。

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，提供一种摄像与照明装置，透过连动操作多个摄像模块和发光模块，可使得对应的光学效能因时因地而有所提升。

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，提供一种摄像与照明装置，其包括可连动操作的多个摄像模块和其所需发光模块，摄像模块的可视范围可被同步调整以达能量与电功率使用的最佳化效果。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述使用情境改变所造成的动作区域调整带来的质量变异与功耗问题，提供一种摄像与照明装置， 其可整合一般彩色摄像机(RGB camera)、三维影像侦测摄像机和其所需发光模块，并且连动操作一般彩色摄像机、三维影像侦测摄像机和其所需辅助照明发光模块以方便使用者操作。

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，提供一种摄像与照明装置，其可整合一般彩色摄像机、三维影像侦测摄像机，例如深度摄像机(depth camera)或时差测距摄像机(time of flight camera，TOF camera)和其所需发光模块，利用衍射元件透镜缩小整体体积，适用于携带移动式装置或穿戴装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种摄像与照明装置，包括：具有一第一变焦功能的第一摄像模块；具有一第二变焦功能的第二摄像模块；以及具有一第三变焦功能的发光模块，其中，该第一变焦功能、该第二变焦功能和该第三变焦功能是相互关联以连动操作该第一摄像模块、该第二摄像模块和该发光模块。

较佳地，第二摄像模块包括一时差测距(time-of-flight)二维或三维传感器，并且该发光模块包括：一同调(coherent)光源；或一部分同调光源(partial coherent)；或一同调光源和一非同调光源。

较佳地，该同调光源包括一激光器或一激光二极管。

较佳地，该非同调光源包括一发光二极管或一有机发光二极管。

较佳地，包括该部分同调光源的该发光模块还包括一激光器与一去同调(de-coherence)部件。

较佳地，该第一摄像模块、该第二摄像模块和该发光模块三者分别包括一透镜组，该透镜组包括：多个衍射光学元件透镜；或一衍射光学元件透镜和一折射透镜；或多个折射透镜；或一衍射光学元件透镜和一反射透镜；或一衍射光学元件透镜、一折射透镜和一反射透镜；或一折射透镜和一反射透镜；或多个反射透镜。

较佳地，该第一摄像模块的该透镜组被连动操作以变动该第一摄像模块的一第一可视范围；该第二摄像模块的该透镜组被连动操作以变动该第二摄像模块的一第二可视范围；以及该发光模块的该透镜组被连动操作以变动该发光模块的一光束扩散角。

较佳地，该第一可视范围或该第二可视范围的一全张角大小为20度、60度、90度或120度。

较佳地，该第二摄像模块包括一深度摄像机(depth camera)或是感应一第 一波长的一摄像机，并且该发光模块提供一结构光样式(structured lighting pattern)。

较佳地，该第一摄像模块、该第二摄像模块和该发光模块三者分别包括一透镜组，该透镜组包括：多个衍射光学元件透镜；或一衍射光学元件透镜和一折射透镜；或多个折射透镜；或一衍射光学元件透镜和一反射透镜；或一衍射光学元件透镜、一折射透镜和一反射透镜；或一折射透镜和一反射透镜；或多个反射透镜。

较佳地，该第一摄像模块的该透镜组被连动操作以变动该第一摄像模块的一第一可视范围；该第二摄像模块的该透镜组被连动操作以变动该第二摄像模块的一第二可视范围；以及该发光模块的该透镜组被连动操作以变动该发光模块的该结构光样式的一光束扩散角。

较佳地，该第一可视范围和该第二可视范围涵盖一场景，且该第一可视范围或该第二可视范围的一全张角大小为20度、60度、90度或120度。

较佳地，该结构光样式被以补缀的模式操作扫描该场景。

较佳地，该第一摄像模块包括一第一电源，该第一摄像模块被连动操作以开启或关闭该第一电源；该第二摄像模块包括一第二电源，该第二摄像模块被连动操作以开启或关闭该第二电源；以及该发光模块包括一透镜组，该透镜组被连动操作以变动该发光模块的一光束扩散角。

较佳地，该第一电源和该第二电源同时开启、同时关闭、依序开启、依序关闭或相互切换开启和关闭。

本发明摄像与照明装置，其包括具有变焦功能的多个摄像模块，以及和该些摄像模块中至少之一有关的一照明用的发光模块，其中该发光模块亦具有变焦功能或多功能组态。上述多个变焦功能或功能组态受控于相关的控制信号，使得对应的摄像模块和发光模块被连动操作以最佳化能量或电功率的使用，对应的光学效能亦因时因地而有所提升。而且，本发明摄像与照明装置可整合一般彩色摄像机、三维影像侦测摄像机和其所需发光模块，并且连动操作一般彩色摄像机、三维影像侦测摄像机和其所需辅助照明发光模块以方便使用者操作，解决使用情境改变所造成的动作区域调整带来的质量变异与功耗问题。

附图说明

图1为本发明的摄像与照明装置应用于一手持装置的立体示意图。

图2为本发明的摄像与照明装置的视角范围的立体示意图。

图3为本发明的摄像与照明装置应用于一手持装置的系统方块示意图。

图4为本发明的另一摄像与照明装置应用于一手持装置的立体示意图。

图5为本发明的摄像与照明装置的变焦次模块第一实施例示意图。

图6为本发明的摄像与照明装置的变焦次模块第二实施例示意图。

图7为本发明的摄像与照明装置的部分变焦次模块第三实施例示意图。

图8为本发明的摄像与照明装置的部分变焦次模块第四实施例示意图。

具体实施方式

以下所称的变焦功能(zooming function)，可以是指光学性质上的，例如可视范围的缩小(zoom-out)或放大(zoom-in)，也可以是其它性质的变大或变小，例如电流变大或变小。其次，关联的变焦功能意谓运作多个变焦功能是基于同一或相依的控制指示。

以下所称的达到连动(joint movement)或共轭式连动(conjugate movement)的效能或被连动或被共轭式连动操作，主要但不限地，意谓多个受控模块或受控次模块于接收相关的控制信号后，分别有一部分部件或元件的移动或状态改变，进而成就变动受控模块或受控次模块的一状态、一性质(property)或操作模式(operation type)。上述的状态，举例但不限地，例如电源关闭或开启；上述的性质，举例但不限地，可视范围放大或缩小比例、光束扩散角；操作模式则例如同步、间歇或补缀地扫描等等。

以下所称的电源次模块，主要但不限地，包括一电源以及其相关的控制电路，该对应的控制电路接收控制信号后，可与其它电源次模块同步或依一定的时序开启、关闭、或切换其对应的电源。其次，任一电源可提供交流或直流电流。

图1为本发明的摄像与照明装置应用于一手持装置的立体示意图。参照图1，包括一第一摄像模块12、一第二摄像模块14和一发光模块16的本发明的摄像与照明装置设置于一手持装置1的一表面11上。于一实施例中，第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16彼此相邻地位于表面11上的适当位置，但本发明不限于此种安排方式。图2为本发明的摄像与照明装置的视角范围的立体示意图。第一摄像模块12的一第一可视范围(field of view)由四条线121表示，第二摄像模块14的一第二可视范围由四条线141表示，而发光模块16具有由四条线161所表示的一光束扩散角。于此实施例中，第一摄像模块12的第一可视范围、第二摄像模块14的第二可视范围和发光模块16的光束扩散角涵 盖了同一场景5(scene)。本发明的特征之一是，第一摄像模块12的第一可视范围、第二摄像模块14的第二可视范围和发光模块16的光束扩散角可以同时或依序地变动后涵盖完全或接近完全重叠的场景5。于本发明中，以全张角15(diagonal field of view)来表示第一摄像模块12的第一可视范围和第二摄像模块14的第二可视范围，全张角15可以是20度、60度、90度或120度或其它值。

图3为本发明的摄像与照明装置应用于一手持装置的系统方块示意图。参照图3，第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16电连接(electrically coupled)到手持装置1的微控制单元18(microcontroller unit，MCU)，并与微控制单元18中的一应用处理器182(application processor，AP)沟通(communicate)。可以理解的，应用处理器182亦可独立于微控制单元18之外，此时第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16直接和应用处理器182沟通。其次，第一摄像模块12包括一第一变焦次模块122(zooming sub module)和一第一电源次模块126(power sub module)；第二摄像模块14包括一第二变焦次模块142、一感应次模块144(sensing sub module)和一第二电源次模块146；发光模块16则包括一第三变焦次模块162、一光源次模块164和一第三电源次模块166。

于一实施例中，第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162分别由一或多个透镜组成，并且可因应应用处理器182输出的控制信号移动一或多个透镜，使得第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16分别具有变焦功能。于本发明中，应用处理器182产生关联的控制信号181、控制信号183和控制信号185来控制第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162，使得第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162产生连动。是以，因为第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162的存在与连动，使得第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16具有变焦功能并成就一连动的效能，此连动的效能可例如前述的图2：第一摄像模块12的第一可视范围、第二摄像模块14的第二可视范围和发光模块16的光束扩散角范围涵盖完全或接近完全重叠的场景5。

除了第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162，关联的控制信号181、控制信号183和控制信号185亦可控制第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16内的其它次模块，即在第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16中产生连动的次模块不限于第一变焦次模块122、第 二变焦次模块142和第三变焦次模块162，故连动的效能不限于可视范围的变动或光束扩散角的变动。举例来说，控制信号181控制第一摄像模块12的第一电源次模块126的开启、关闭或切换。同时或依序地，控制信号183控制第二摄像模块14的第二电源次模块146的开启、关闭或切换；控制信号185控制发光模块16的第三电源次模块166的开启、关闭或切换，或是第三变焦次模块162的透镜变动以扩大或缩小光束扩散角。要说明的，控制信号181、控制信号183和控制信号185驱动第一摄像模块12、第二摄像模块14和发光模块16的连动亦非仅产生一种连动效能。以第一摄像模块12为例，控制信号181被第一摄像模块12接收来控制第一变焦次模块122或第一电源次模块126外，亦可以同时或依序控制第一变焦次模块122和第一电源次模块126，即控制信号181驱动第一摄像模块12内部两个以上的次模块产生变动；此同时或依序地，关联的控制信号183同时或依序驱动第二摄像模块14内部一或多个次模块的变动，并且关联的控制信号185同时或依序驱动发光模块16内部一或多个次模块的变动。

续参考图3，第一摄像模块12基本上为一可见光摄像元件，即接收第一可视范围中的反射、折射或衍射可见光，例如一般彩色的(如RGB)摄像部件(RGB camera member)。故除了第一变焦次模块122和第一电源次模块126之外，第一摄像模块12尚具有一般可见光摄像元件的其它元件(图上未绘)，例如感光耦合元件(Charge-coupled device，CCD)或互补金属氧化物半导体感应器(CMOS sensor)，于此不赘述。

再者，光源次模块164发出光束，并且由光源次模块164发出的光束经过反射、折射或衍射后可被第二摄像模块14接收。于一实施例中，光源次模块164包括发出一或多种特定波长的一同调光源，例如脉冲波形式的激光或激光二极管。可选择地，光源次模块164亦可包括发出一或多种定波长的一非同调光源，例如一发光二极管或一有机发光二极管。不限地，光源次模块164亦可包括发出一部分同调光光源，例如光源次模块164中包括一激光以及相位调变(phase modulation)或混合的一去同调部件(de-coherence member)。另外，光源次模块164发出的光束可以是一线光(linear light)或是据有特定样式的一结构光(structured lighting pattern)，发光模块16可透过第三变焦次模块162来变动线光或结构光的光束扩散角的大小或被操作的模式。所谓的第三变焦次模块162的被操作的模式，举例来说，控制信号185使得第三变焦次模块162产生连动；进而，光源次模块164依据第三变焦次模块162的连动或共轭式连动，以补缀方式(patched way)扫描对应的可视范围(与控制信号185关联的控制信号183 控制第二变焦次模块142后所调整的可视范围)，但本发明不限于此。

要说明的是，本发明的摄像与照明装置中的第一摄像模块12，基本上没有接收源自(derived from)发光模块16的光束，而是由第二摄像模块14接收与发光模块16发出的光束相关的反射光、折射光或衍射光。是以，第二摄像模块14可以是接收特定波长(第一波长)的摄像部件，例如红外线摄像机(IR camera)，其配备感测红外线波长的传感器；因此，感应次模块144可为一感测红外线波长的传感器。可选择地，第二摄像模块14可以是可比较发光模块16发出(emit)的光束和入射物体后被物体反射后的反射光的摄像部件，例如一时差测距摄像机(time-of-flight camera)，则感应次模块144可为一时差测距二维或三维传感器。又举例地，第二摄像模块14为一深度摄像机(depth camera)，则感应次模块144可为一光侦测器(photo detector)。

承上所述，第二摄像模块14的样式可配合发光模块16发出的光束以达到侦测发光模块16发出的光束之效，如图4所示，在手持装置2的表面21上暴露了第一摄像模块22、第二摄像模块24和发光模块26外，第二摄像模块24的感应次模块244亦被暴露于外，如此的设计和安排模块的位置的方式亦不脱离本发明的摄像与照明装置的应用方式。

图5为本发明的摄像与照明装置的变焦次模块第一实施例示意图。参照图5，第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162可分别包括一具有三片折射透镜：折射透镜32、折射透镜34和折射透镜36的三透镜组(triplet lens module)，即为一种由折射光学模式透镜(refractive-optical lens module)构成的三透镜组。于此实施例中，折射透镜32、折射透镜34和折射透镜36沿着主光轴7设置，折射透镜32、折射透镜34和折射透镜36可分别为平凸、双凸、双凹、平凹、凸凹等样式的透镜。于本发明中，折射透镜32、折射透镜34和折射透镜36的搭配可使得第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162具有相同的有效焦距长度(effective focal length)，即第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162可使光线成像于相同的一成像平面6上。当第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162接收到来自应用处理器的控制信号时，各自的折射透镜32、折射透镜34和折射透镜36可在主光轴7方向上移动以达到一致的连动效能：相同的场景大小和位置。

可以选择的，请参考图6，第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162可分别包括一具有三片衍射光学元件透镜：衍射光学元件透 镜42(diffractive optical element lens，DOE lens)、衍射光学元件透镜44和衍射光学元件透镜46的三透镜组，即一种由衍射光学模式透镜(diffractive-optical lens module)构成的三透镜组，其中，衍射光学元件可透过适当的方式，例如镀膜、显影、曝光、蚀刻等方式，形成于一透镜的表面上。要说明的是，衍射光学元件亦可仅形成于三片透镜中的一者，其作用是使通过透镜组的光形成特定的样式，例如结构光样式。

第二变焦次模块142和第三变焦次模块162亦可以是鱼眼模式的透镜组，请参考图7，透过凸轮曲线(cam curve)和数值表的设计，可将一衍射光学元件透镜54放置于鱼眼透镜组中适当的位置。可以理解的，衍射光学元件透镜可以是一或多个，如图8所示，衍射光学元件透镜62、64放置于一变焦透镜组中适当的位置，如此亦可成为第二变焦次模块142和第三变焦次模块162。可以理解的，如第一摄像模块12一般的彩色(RGB)摄像机亦可配备适当的鱼眼透镜组、广角透镜组或变焦透镜组，此部分为此领域普通技术人员所知，于此不赘述。

是以，第一变焦次模块122、第二变焦次模块142和第三变焦次模块162分别所包括的透镜组中透镜组合，举例但不限地，可以是多个衍射光学元件透镜、多个折射透镜、多个反射透镜、至少一衍射光学元件透镜和至少一折射透镜、至少一折射透镜和一反射透镜、至少一衍射光学元件透镜和至少一反射透镜、或至少一衍射光学元件透镜和一折射透镜及一反射透镜的组合。

依据上述，本发明摄像与照明装置的摄像模块和发光模块具有各自的变焦功能，并利用关联的控制信号使得它们连动或共轭连动，达到一起变动性质或状态之效，使得能源的运用达到最佳化；其次，本发明的摄像与照明装置利用衍射光学元件透镜节省摄像模块的体积大小，故本发明适用于携带式电子装置、移动式电子装置或穿戴式电子装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的范围内。