測(cè)距裝置及測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種測(cè)距裝置，且特別是有關(guān)于一種光學(xué)的測(cè)距裝置以及測(cè)距方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，三維(three dimens1n)測(cè)距裝置已被廣泛應(yīng)用于距離的測(cè)量，其原理是借助鐳射發(fā)射器發(fā)出特定的測(cè)量光束，再借助影像感測(cè)元件感測(cè)此測(cè)量光束的光學(xué)資訊(例如感測(cè)到光束的時(shí)間、光束的位置、光束的形狀、光束的大小、光束的強(qiáng)度、光束的相位等)，從而解析出三維測(cè)距裝置的檢測(cè)范圍內(nèi)的各物體的距離。
[0003]現(xiàn)有測(cè)距裝置的可檢測(cè)距離都是固定而無(wú)法改變的。但在實(shí)際應(yīng)用中，隨著應(yīng)用環(huán)境的不同，常常需要改變測(cè)距裝置的可檢測(cè)距離，因此現(xiàn)有測(cè)距裝置無(wú)法滿足應(yīng)用需求。
[0004]另一方面，當(dāng)檢測(cè)較遠(yuǎn)的物體的距離時(shí)，照射到物體的光束的能量較弱，所以如果要使現(xiàn)有測(cè)距裝置具有較遠(yuǎn)的可檢測(cè)距離，就需要配置較高功率的發(fā)光元件。但是，使用高功率發(fā)光元件會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有測(cè)距裝置的制作成本增加，同時(shí)也不利于節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種測(cè)距裝置，其可在不提高發(fā)光元件的功率的前提下增加可檢測(cè)距離。
[0006]本發(fā)明還提供一種測(cè)距方法，其可在不提高發(fā)光元件的功率的前提下增加可檢測(cè)距離。
[0007]本發(fā)明另提供一種測(cè)距裝置，其具有可檢測(cè)距離能調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為達(dá)上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出一種測(cè)距裝置，其具有檢測(cè)范圍，且此測(cè)距裝置測(cè)量此檢測(cè)范圍內(nèi)的至少一物體的距離。此測(cè)距裝置包括發(fā)光元件、擴(kuò)散元件、調(diào)節(jié)元件以及影像感測(cè)元件。發(fā)光元件發(fā)射光束。擴(kuò)散元件配置于光束的傳遞路徑上，并將光束轉(zhuǎn)換成具有特定圖案的測(cè)距光束，以照射至物體。調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)入射至擴(kuò)散元件的光束的入射位置與入射角。影像感測(cè)元件具有視場(chǎng)(field of view, FOV)，且此視場(chǎng)涵蓋檢測(cè)范圍。
[0009]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的調(diào)節(jié)元件包括驅(qū)動(dòng)件，此驅(qū)動(dòng)件連接于發(fā)光元件，以轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)光元件。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的驅(qū)動(dòng)件為馬達(dá)或微機(jī)電元件(microelectromechanical systems device, MEMS device)。
[0011]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的調(diào)節(jié)元件包括反射件以及驅(qū)動(dòng)件。反射件配置于擴(kuò)散元件與發(fā)光元件之間，以將光束反射至擴(kuò)散元件。驅(qū)動(dòng)件連接于反射件，以轉(zhuǎn)動(dòng)反射件。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的測(cè)距裝置更包括聚焦鏡頭，此聚焦鏡頭配置于發(fā)光元件與擴(kuò)散元件之間，且位于光束的傳遞路徑上。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的聚焦鏡頭為變焦鏡頭。
[0014]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的測(cè)距裝置更包括移動(dòng)件，此移動(dòng)件連接于擴(kuò)散元件，并帶動(dòng)擴(kuò)散元件移動(dòng)。
[0015]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的發(fā)光元件為鐳射發(fā)射器或發(fā)光二極管。
[0016]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的擴(kuò)散元件為擴(kuò)散片、繞射元件或均光片。
[0017]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的測(cè)距光束的第一中心軸與影像感測(cè)元件的視場(chǎng)的第二中心軸平行。
[0018]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的測(cè)距光束的第一中心軸與影像感測(cè)元件的視場(chǎng)的第二中心軸之間有夾角。
[0019]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的測(cè)距裝置更包括分光元件，配置于擴(kuò)散元件與影像感測(cè)元件之間。
[0020]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，通過(guò)上述的分光元件的部分測(cè)距光束的第一中心軸與影像感測(cè)元件的被上述的分光元件轉(zhuǎn)折后的視場(chǎng)的第二中心軸平行或重疊。
[0021]為達(dá)上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出一種測(cè)距方法，適用于前述的測(cè)距裝置。此測(cè)距方法包括以下步驟。首先，將檢測(cè)范圍分成多個(gè)檢測(cè)區(qū)域。然后，借助調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)入射至擴(kuò)散元件的光束的入射位置與入射角，以使測(cè)距光束依序照射至這些檢測(cè)區(qū)域，并借助影像感測(cè)元件感測(cè)測(cè)距光束于這些檢測(cè)區(qū)域的多個(gè)光學(xué)資訊。之后，根據(jù)這些光學(xué)資訊判斷位于檢測(cè)范圍內(nèi)的物體的距離。
[0022]為達(dá)上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出一種測(cè)距裝置，其具有檢測(cè)范圍，且此測(cè)距裝置測(cè)量此檢測(cè)范圍內(nèi)的至少一物體的距離。此測(cè)距裝置包括發(fā)光元件、擴(kuò)散元件、聚焦鏡頭以及影像感測(cè)元件。發(fā)光元件發(fā)射光束。擴(kuò)散元件配置于光束的傳遞路徑上，并將光束轉(zhuǎn)換成具有特定圖案的測(cè)距光束，以照射至物體。聚焦鏡頭配置于發(fā)光元件與擴(kuò)散元件之間，且位于光束的傳遞路徑上。聚焦鏡頭的焦距以及擴(kuò)散元件與聚焦鏡頭之間的距離至少其中之一是可變的。影像感測(cè)元件具有視場(chǎng)，且此視場(chǎng)涵蓋檢測(cè)范圍。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)距裝置以及測(cè)距方法因?qū)y(cè)距裝置的檢測(cè)范圍分成多個(gè)檢測(cè)區(qū)域，并借助調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)入射至擴(kuò)散元件的光束的入射位置與入射角，以使光束依序照射這些檢測(cè)區(qū)域而進(jìn)行距離測(cè)量。如此，可在不增加發(fā)光元件的功率的情形下增加可檢測(cè)距離。此外，本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置中，由于聚焦鏡頭的焦距以及擴(kuò)散元件與聚焦鏡頭之間的距離至少其中之一是可變的，所以能達(dá)到可檢測(cè)距離能夠調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，以使測(cè)距裝置更能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。
[0024]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的測(cè)距裝置的立體示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的測(cè)距方法的流程圖。
[0027]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中分割檢測(cè)范圍的示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置的俯視示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置的俯視示意圖。
[0030]圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置的俯視示意圖。
[0031]圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置的俯視示意圖。
[0032]圖8為本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置的俯視示意圖。
[0033]圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例的測(cè)距裝置的俯視示意圖。
[0034]【主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0035]22:檢測(cè)區(qū)域101:檢測(cè)范圍103:第一中心軸
[0036]100、100a、100b、100c、10cU10eUOOf:測(cè)距裝置
[0037]105:第二中心軸 105’:轉(zhuǎn)折后的視場(chǎng)的第二中心軸
[0038]110:發(fā)光元件112:光束112a:測(cè)距光束
[0039]120:擴(kuò)散元件130、130b:調(diào)節(jié)元件132:驅(qū)動(dòng)件
[0040]134:反射件140:影像感測(cè)元件 142:視場(chǎng)
[0041]142’:轉(zhuǎn)折后的視場(chǎng)150:聚焦鏡頭160:移動(dòng)件
[0042]170:分光元件α:夾角
【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的測(cè)距裝置的立體示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的測(cè)距裝置100具有檢測(cè)范圍101，用于測(cè)量檢測(cè)范圍101內(nèi)的至少一物體的距離。測(cè)距裝置100包括發(fā)光元件110、擴(kuò)散元件120、調(diào)節(jié)元件130以及影像感測(cè)元件140。發(fā)光元件110發(fā)射光束112。擴(kuò)散元件120配置于光束112的傳遞路徑上，并將光束112轉(zhuǎn)換成具有特定圖案的測(cè)距光束112a，以照射至物體。調(diào)節(jié)元件130調(diào)節(jié)入射至擴(kuò)散元件120的光束112的入射位置與入射角。影像感測(cè)元件140具有涵蓋檢測(cè)范圍101的視場(chǎng)142。
[0044]上述的發(fā)光元件110例如是鐳射發(fā)射器、發(fā)光二極管或其他合適的發(fā)光元件，而擴(kuò)散元件120例如是擴(kuò)散片、繞射元件或均光片等，但不以此為限。此外，本實(shí)施例的調(diào)節(jié)元件130例如是驅(qū)動(dòng)件(如馬達(dá)或微機(jī)電元件等)，其連接發(fā)光元件110。此調(diào)節(jié)元件130驅(qū)使發(fā)光元件110繞X軸及Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)入射至擴(kuò)散元件120的光束112的入射位置與入射角，進(jìn)而改變測(cè)距光束112a照射在檢測(cè)范圍101內(nèi)的位置。
[0045]上述的影像感測(cè)元件140可為電荷親合元件(charged coupled device)或金氧半影像感測(cè)元件(CMOS image sensor)等，但不以此為限。在本實(shí)施例中，測(cè)距光束112a具有第一中心軸103，而影像感測(cè)元件140的視場(chǎng)142具有第二中心軸105，且第一中心軸103與第二中心軸105之間例如具有一夾角α，此夾角α例如是小于90度。當(dāng)測(cè)距光束112a照射于物體時(shí)會(huì)在物體表面形成特定的斑點(diǎn)(speckle pattern)，而影像感測(cè)元件140可感測(cè)到檢測(cè)范圍101的測(cè)距光束112a的光學(xué)資訊(例如感測(cè)到測(cè)距光束112a的時(shí)間、測(cè)距光束112a的位置、測(cè)距光束112a的形狀、測(cè)距光束112a的大小、測(cè)距光束112a的強(qiáng)度、測(cè)距光束112a的相位等)，如此即可根據(jù)這些光學(xué)資訊來(lái)解析物體的距離。此外，在發(fā)光元件110與擴(kuò)散元件120之間亦可設(shè)置聚焦鏡頭150。
[0046]下文將配合圖式說(shuō)明本實(shí)施例的測(cè)距裝置100的測(cè)距方法。圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的測(cè)距方法的流程圖，而圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中分割檢測(cè)范圍的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3，本實(shí)施例的測(cè)距方法包括下列步驟。首先，如步驟SllO及圖3所示，將檢測(cè)范圍101分成多個(gè)檢測(cè)區(qū)域22。舉例來(lái)說(shuō)，檢測(cè)范圍101被分成nXn個(gè)檢測(cè)區(qū)域22(i，j)，其中η為正整數(shù)，i為小于或等于η的正整數(shù)，j為小于或等于η的正整數(shù)。
[0047]然后，如步驟S120所示，借助調(diào)節(jié)元件130調(diào)節(jié)入射至擴(kuò)散元件120的光束112的入射位置與入射角，以使測(cè)距光束112a依序照射至這些檢測(cè)區(qū)域22，并借助影像感測(cè)元件140感測(cè)測(cè)距光束112a于這些檢測(cè)區(qū)域22的多個(gè)光學(xué)資訊。具體而言，本實(shí)施例例如是