[发明专利]结构光投射系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种结构光投射系统。

背景技术

随着光学技术的蓬勃发展，结构光(structured light)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(diffractive opticalelement,DOE)组成，例如中国台湾发明专利号第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(optical axis)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(Wafer lens Packaging,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。

发明内容

有鉴于上述的问题，本发明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，本发明提供一种通过一次光学(primary optics)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。

本发明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。本发明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。