[发明专利]用于提供高效平行光线的准直系统

说明书

提供了一种准直系统，其包括至少一个玻璃基板(11、12)和存在于基板(11、12)的至少一个侧面上的至少一个聚合物透镜(1、2、3、4)。还提供了一种组件，其包括准直系统、至少一个光源(22)和至少一个光源基板(21)。又提供了一种制造准直系统的方法，以及准直系统的用途，特别是用于3D成像及感测、距离测量、深度测量、面部识别和/或物体识别。

技术领域

本发明涉及一种准直系统。本发明提供了一种高效的平行光线系统，优选地用于深度测量或3D成像及感测。该准直系统包括至少一个玻璃基板和存在于基板的至少一个侧面上的至少一个聚合物透镜。本发明还涉及一种包括准直系统、至少一个光源以及至少一个光源基板的组件。本发明还涉及一种制造准直系统的方法以及该准直系统的用途，特别是用于3D成像及感测、距离测量、深度测量、面部识别、物体识别、动画、3D建模、3D扫描、移动支付、指纹传感器、增强现实/虚拟现实和/或面部美容。

背景技术

准直透镜的原理如图1所示。在理想的准直仪中，光源置于焦点位置S。光像S’在无限远处。来自准直仪的光是完全平行的。但是，实际上，因为每个组件都有公差，所以光源无法完全位于焦点位置，来自准直仪的光线也并不完全平行。存在孔径角θ，其为光路和光轴之间的角度，其可以代表由准直透镜产生的光线的平行度。孔径角θ越小，由准直透镜产生的光线越平行。

随着消费型电子产品(尤其是智能手机)的快速发展，越来越多的光学应用成为关注的焦点。准直透镜广泛地用于为3D成像及感测、面部识别以及距离测量等应用提供平行光线。这些透镜允许用户控制其设置的视野、采集效率以及空间分辨率，并允许用户配置照明及用来采样的采集角。

消费型电子产品每个元件需要低价、低功耗以及小尺寸来将其集成到当前产品中。晶圆级封装(WLP)是处理带有大量连接至外界的输入/输出的复杂集成电路(IC)的理想方案。可能还需要集成各种封装级别的电路功能，例如微处理和图形处理、现场可编程门阵列(FPGA)逻辑、动态和静态存储器、射频(RF)和模拟以及感测和驱动等，从而能够提供完整的系统。

如今，WLP工艺被广泛用于制造前置摄像头。各个光学组件与间隔件及有时与滤光片组合堆叠在一起，从而形成由数千个光学器件组成的单个晶圆尺寸的堆栈。然后将这些晶圆级光学器件(WLO)与图像传感器堆叠在一起，来制造摄像头。然而，关键技术还是在透明基板上复制UV聚合物。

相同的方法用于制造晶圆级准直透镜。但是，树脂和基板的可用性会受到限制。为了避免材料冲突，利用相同的材料制造常用WLO的透镜和基板。为了适应指定的应用，准直系统应具有良好的热导率、小尺寸以及高效率。

虽然先前的公开已经揭示了准直透镜中的不同结构部件或晶圆级封装方法或如何实现识别的光学设计，但是没有公开关于组件材料的有利选择。

虽然WO 2017/176213 A1示出了WLP方法，但是没有公开玻璃基板及聚合物透镜的组合。反而，由聚合物制成的基板是优选的。玻璃可以与聚合物以复合材料的形式结合存在于基板中。然而，建议将由玻璃制成的晶圆仅作为载体晶圆，即与实际基板不同且不具有任何聚合物透镜的晶圆。

WO 2017/039535 A1示出了一种WLO的制造方法，其公开的光学元件具有显著不同的结构，并且基于两个棱镜的一定设置。此外，其甚至没有公开玻璃基板和聚合物透镜的组合。

US 2017/0047362 A1公开了：厚度在整个光路中非常重要，并使用间隔件来调节总厚度。但是没有公开玻璃基板和聚合物透镜的组合。

然而，迄今为止，特别是不在与较高热负荷相关联的应用中，例如在将垂直腔表面发射激光器(VCSEL)或边缘发射激光器用作光源的应用中，还未实现高度平行的光。特别地，在产生高强度和高对比度光线的情况下，这种激光器会产生高温。热膨胀效应会导致焦点位置发生变化，从而使来自透镜的光线相互之间无法充分平行。

发明内容