结构光投射系统技术方案

本发明专利技术提供一种结构光投射系统，包括基板、半导体激光芯片、第一光学模块以及第二光学模块。半导体激光芯片电性连接于基板上，且第一光学模块设置于基板上，第二光学模块设置于第一光学模块上。通过将第一光学模块以一次光学设计方式直接封装设置于基板上，藉此改善光学模块的光轴的偏差率及校正时间，藉以提升制造良率。

【技术实现步骤摘要】
结构光投射系统
本专利技术涉及一种光学系统，尤其涉及一种结构光投射系统。
技术介绍
随着光学技术的蓬勃发展，结构光(structuredlight)进而被应用于许多领域，例如：3D轮廓重现、距离测量、防伪识别等领域，然而，现有的技术中，结构光的产生方式大多是由发光模块、透镜转换模块、准直透镜以及绕射光学元件(diffractiveopticalelement,DOE)组成，例如中国台湾专利技术专利号第I608252号“光学装置”乙案中所揭示，壳体内包括准直透镜、转换透镜模块与光学元件组，且转换透镜模块是由多片不同屈光度的光学镜片以适当的间隔组合堆叠而成，因此，壳体内至少具有五片以上的光学镜片，当多片不同屈光度的光学镜片组合时，各光学镜片的光学中心轴(opticalaxis)需要精密对齐以避免解析度降低的问题，且各转换光学镜片也需要以一定间距排列组合而成，故将耗费许多的工序与精密校正，导致产量无法提高，成本也难以下降，又，当转换透镜模块内的多个光学镜片在相互堆叠时，倘若其中一光学镜片的中心轴产生偏移时，将影响转换透镜模块整体光学效果，进而影响制造良率；此外，因转换透镜模块上的各个镜片都具备各自独立的光轴，因此当一光学镜片堆叠在另一片光学镜片上时，会因为镜片层数增加，而导致光轴对准的误差的累积，使得制造良率更低，且无法达到薄型化的效果。此外，现有的技术中，大都采用晶圆级光学镜头封装(WaferlensPackaging,WLP)制成，即为一种直接建立在“III-V三五族化合物半导体”基板上的封装制程，然而，其制造成本昂贵且设计不易，易导致终端产品易出现稳定度问题。
技术实现思路
有鉴于上述的问题，本专利技术人依据多年来从事相关产品研发的经验，针对光学领域与封装技术进行研究及分析，期能设计出符合上述需求的实体产品；缘此，本专利技术提供一种通过一次光学(primaryoptics)设计来简化光学元件的光轴对准次数，藉此提升结构光投射系统的精密度及制造良率。本专利技术提供一种结构光投射系统，其中，包括：非半导体材料的基板，具有安装面；半导体激光芯片，用以产生至少光束，组设于所述安装面上且具有第一光轴；第一光学模块，配置于所述至少一光束的传递路径上，具有第二光轴，且包括光学透镜，所述光学透镜具有出光面，所述光学透镜与所述半导体激光芯片之间无空气间隙；以及第二光学模块，设置于所述第一光学模块上且具有第三光轴，所述第二光学模块包括中空壳体与至少一绕射光学元件，所述至少一绕射光学元件配置所述至少一光束的传递路径上，且将所述至少一光束转换成结构光，其中，所述第一光学模块容置于所述中空壳体内，且沿着所述第一光轴射出的光束继续依序沿着所述第二光轴与所述第三光轴传递。本专利技术的实施例通过将第一光学模块以一次光学设计方式，简化第二光学模块的光学镜片的层数，藉此降低光轴对准的误差率，以提升产品制造良率。进一步地，该半导体激光芯片用于产生波长落在750至1000纳米的范围内的红外光，较佳地，可用于产生波长落在790至830纳米的范围内、波长落在830至870纳米的范围内或波长落在900至1000纳米的范围内的红外光。进一步地，该第一光学模块的至少一光学透镜的屈光度可为正或负，且该至少一光学透镜具有出光面，其用以扩展或会聚半导体激光芯片产生的光束，以改变其路径。进一步地，该半导体激光芯片具有第一光轴，该第一光学模块具有第二光轴，该第二光学模块具有第三光轴，当半导体激光芯片与各光学模块相互组设完成后，各光轴之间呈同一轴心。进一步地，该第一光轴与第二光轴之间的误差偏值小于等于20微米。进一步地，该第二光轴与第三光轴之间的误差偏值小于等于50微米。进一步地，该第一光轴、该第二光轴与第三光轴之间的误差偏值小于等于50微米。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，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术的一实施例的结构光投射系统的结构分解图；图2为图1的结构光投射系统的剖面示意图；图3为本专利技术的另一实施例的结构光投射系统的剖面示意图；图4为本专利技术的又一实施例的结构光投射系统的剖面示意图；图5为图4的结构光投射系统中的半导体激光芯片与反射元件的立体示意图。附图标记说明10、10b：结构光投射系统101：基板1011：安装面102、302：半导体激光芯片1021：第一光轴1022：镜像103：第一光学模块1031：光学透镜1032：第二光轴1033：出光面104、104a：第二光学模块1041：壳体1042：绕射光学元件1043：光学元件1045：第三光轴1046：接合部40：反射元件41：反射面L：光束L1：输出光束L2：准直光束L3：结构光P：投射面θ1：夹角θ2：发散角W：长度S：距离具体实施方式图1为本专利技术的一实施例的结构光投射系统的结构分解图。图2为图1的结构光投射系统的剖面示意图。请参阅图1与图2，如图所示，结构光投射系统10包含基板101、半导体激光芯片102、第一光学模块103以及第二光学模块104，其中，基板101可为非半导体材料或半导体材料制成，所述的非半导体材料可为金属基板、陶瓷基板、或玻纤基板(例如FR-4、FR-5、G-10或G-11)等，但不局限于此，该基板101具有安装面1011，半导体激光芯片102是电性组设于该基板101的安装面1011上，其具有第一光轴1021，半导体激光芯片102是用以产生可见或不可见光，例如:激光二极管(laserdiode，LD)、垂直腔面射型激光(vertical-cavitysurface-emittinglaser,VCSEL)芯片、边射型激光(edgeemittinglaser,EEL)等，但不以此为限，该半导体激光芯片102可产生波长落在约700至1000纳米(nanometer,nm)的范围内的红外线不可见光或产生波长落在约380至780nm的范围内的可见光(例如:波长落在450-480nm的范围内的蓝光、波长落在500-560nm的范围内的绿光或波长落在600-700nm的范围内的红光)，又，第一光学模块103以模塑(molding)方式设置于安装面1011上，该第一光学模块103具有第二光轴1032，其包含光学透镜1031，该光学透镜1031的屈光度(refractivepower)为正(或为负)，且该光学透镜1031具有出光面1033，具体而言，该光学透镜1031的材料选自环氧树脂、压克力树脂、硅树脂或硅胶，且折射率是落在1.4至1.6的范围内，较佳地落在1.4至1.43的范围内或落在1.5至1.53的范围内，但不以此为限，出光面1033设计可为球面、非球面、弧形面、抛物面、双曲面及自由曲面中任一种，进一步地，该非球面的方程式例如为:其中，r为非球面曲线上的点与光轴的距离；z为非球面深度，即非球面上距离光轴为r的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面，两者间的垂直距离；c为密切球面(osculatingsphere)的半径的倒数，也就是接近光轴处的曲率半径；k为圆锥系数(conicconstant)；ai为第i阶非球面系数。c＝1/R，其中R为接近光轴处的曲率半径。在一实施例中，k<0且1.5毫米≦R≦5毫米。光学透镜1031直接封装覆盖在半导体激光芯片102上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构光投射系统，包括：非半导体材料的基板，具有安装面；半导体激光芯片，用以产生至少一光束，组设于所述安装面上且具有第一光轴；第一光学模块，配置于所述至少一光束的传递路径上，具有第二光轴，且包括光学透镜，所述光学透镜具有出光面，所述光学透镜与所述半导体激光芯片之间无空气间隙；以及第二光学模块，设置于所述第一光学模块上且具有第三光轴，所述第二光学模块包括中空壳体与至少一绕射光学元件，所述至少一绕射光学元件配置所述至少一光束的传递路径上，且将所述至少一光束转换成结构光，其中，所述第一光学模块容置于所述中空壳体内，且沿着所述第一光轴射出的光束继续依序沿着所述第二光轴与所述第三光轴传递。

【技术特征摘要】
2018.04.16 TW 107113144;2019.03.14 TW 1081090141.一种结构光投射系统，包括：非半导体材料的基板，具有安装面；半导体激光芯片，用以产生至少一光束，组设于所述安装面上且具有第一光轴；第一光学模块，配置于所述至少一光束的传递路径上，具有第二光轴，且包括光学透镜，所述光学透镜具有出光面，所述光学透镜与所述半导体激光芯片之间无空气间隙；以及第二光学模块，设置于所述第一光学模块上且具有第三光轴，所述第二光学模块包括中空壳体与至少一绕射光学元件，所述至少一绕射光学元件配置所述至少一光束的传递路径上，且将所述至少一光束转换成结构光，其中，所述第一光学模块容置于所述中空壳体内，且沿着所述第一光轴射出的光束继续依序沿着所述第二光轴与所述第三光轴传递。2.根据权利要求1所述的结构光投射系统，其中，所述光学透镜以模塑方式设置于所述安装面上，并覆盖封装于所述半导体激光芯片。3.根据权利要求2所述的结构光投射系统，其中，所述壳体一端成型有接合部，所述接合部设置于所述安装面上，所述绕射光学元件相对设置于所述接合部的壳体的另一端。4.根据权利要求3所述的结构光投射系统，其中，所述第二光学模块还包括至少一光学元件，至少一所述光学元件设置于所述第一光学模块与所述绕射光学元件之间。5.根据权利要求4所述的结构光投射系统，其中，所述光学透镜的所述出光面用以将所述光束朝所述光学元件射入，所述光束经由所述光学元件折射后产生至少一准直光束，并朝所述绕射光学元件射入，所述准直光束经由所述绕射光学元件衍射后，在投射面上呈现多个绕射光点。6.根据权利要求4所述的结构光投射系统，其中，所述壳体厚度小于5mm。7.根据权利要求5所述的结构光投射系统，其中，所述绕射光学元件与所述投射面之间的距离落在从300cm至500cm的范围内。8.根据权利要求5所述的结构光投射系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孝文，童义兴，
申请(专利权)人：立碁电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71