CN105572812B - 表面固定型激光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面固定型激光模组，包括壳体、边射型激光二极管单元、反射光学件以及容置于壳体内并整合边射型激光二极管单元的基座，且基座具有暴露于基座和壳体外的至少一表面传输结构供电子信号通过其中，而边射型激光二极管单元所提供激光光束被反射光学件反射以通过壳体的开口。本发明表面固定型激光模组具有较小的厚度，能够有效减小其所应用的电子装置的整体体积，适合应用在手持装置、穿戴式装置等轻、薄、短小设计的电子设备上。

Description

表面固定型激光模组
技术领域
本发明关于一种激光模组，尤其关于一种表面固定元件型的激光模组。
背景技术
请参阅图1，其为现有激光模组的部分结构透视示意图。现有激光模组1是采用同轴封装(TO CAN)的形式，包括遮罩11、基座12、激光二极管13、光感二极管14、散热件15、第一焊脚16以及第二焊脚17，且散热件15以及光感二极管14固设于基座12上，而激光二极管13则设置在散热件15上；其中，激光二极管13以及光感二极管14分别透过电线19、18而连接于第一焊脚16以及第二焊脚17，且第一焊脚16以及第二焊脚17分别向下穿过基座12并凸出于外，其用来穿过一外部的电路板(图未示)的穿孔以进而被焊接在电路板上，如此一来，激光模组1与电路板之间就可进行电子信号的传递。
再者，遮罩11设置于基座12上，用来包罩激光二极管13、光感二极管14以及散热件15，且遮罩11具有一开口111，并供一准直透镜安置其上；当激光二极管13经由第一焊脚16而接收电力时可提供激光光束L1，且大部分的激光光束L11会往遮罩11的开口111方向行进，并于经过准直透镜10后向外输出，而少部分的激光光束L12则往光感二极管14的方向投射，以供光感二极管14进行光侦测；其中，光感二极管14于侦测的过程中会产生侦测信号，并使该些侦测信号经由第二焊脚17传输至电路板，供后续相关的控制程序使用。
特别说明的是，以往为了将激光模组1焊接在电路板，激光模组1上需额外设置用来穿过电路板的第一焊脚16与第二焊脚17；然而，这类焊脚有其最小尺寸的限制，否则焊脚就容易因外力而被折断，但如此封装方式导致激光模组1无法有效的微小化，更遑论将其应用于手持装置、穿戴式装置等轻、薄、短小的设计的电子设备上。
再者，现有的激光模组1在整合光学元件(如准直透镜10)时因其本身结构的限制往往造成所占空间过大，亦是无法达成小型化要求的原因之一。另，现有的激光模组1大都是以单一发光源为主，因而无法满足现今电子设备所需的多光源或多波长的需求，进而局限了手持装置、穿戴式装置等电子设备的快速发展；根据以上的说明，现有的激光模组1仍有待改善。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种表面固定元件(surface mounted device，SMD)型的激光模组，使其所应用的电子装置的整体体积得以缩小，而又由于激光模组的壳体内使用反射光学件改变边射型激光二极管单元所提供的激光光束的传输路径，令表面固定型激光模组的厚度更能有效降低，故适合应用在手持装置、穿戴式装置等轻、薄、短小的设计的电子设备上。
本发明要解决的技术问题之一在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种整合衍射光学元件的表面固定型激光模组，使得激光衍射投影的效果得以发挥，且激光模组还可具有多个边射型激光二极管单元，因此能满足现今电子设备所需的多光源或多波长的需求，进而加速手持装置、穿戴式装置等电子设备的发展。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种表面固定型激光模组，其包括壳体、基座、边射型激光二极管单元以及反射光学件，该壳体其具有一开口；该基座容置于该壳体内并具有暴露于该基座和该壳体外的至少一表面传输结构以供至少一电子信号通过其中；该边射型激光二极管单元固定于该基座并提供至少一激光光束；该反射光学件供该至少一激光光束中的一第一部分投射至其上，并反射该至少一激光光束的该第一部分使该第一部分通过该壳体的该开口。
较佳地，该表面固定型激光模组还包括设置于该基座的光感二极管单元，且该边射型激光二极管单元位于该反射光学件与该光感二极管单元之间；其中，该至少一激光光束中的一第二部分投射至该光感二极管单元以供该光感二极管单元进行侦测。
较佳地，该表面固定型激光模组还包括至少一光学元件，且该边射型激光二极管单元位于该基座与该至少一光学元件之间；其中，该至少一光学元件用以对被该反射光学件反射的激光光束进行光学处理。
较佳地，该至少一激光光束中的一中心激光光束于从该边射型激光二极管单元的一发光区域的一中心处投射至该反射光学件上后被垂直反射，以朝该至少一光学元件的一光心的方向行进。
较佳地，该至少一光学元件包括一准直光学元件，用以准直被该反射光学件反射的激光光束。
较佳地，该至少一光学元件还包括一衍射光学元件，用以对通过该准直光学元件的激光光束进行光束整形并予以向外输出。
较佳地，该准直光学元件的一第一光轴与该衍射光学元件的一第二光轴之间的距离小于0.2毫米。
较佳地，该准直光学元件的一第一光轴与该衍射光学元件的一第二光轴之间的夹角小于2.5度。
较佳地，该准直光学元件以及该衍射光学元件整合为单一光学结构。
较佳地，该准直光学元件的一有效焦距f满足下列条件：0.5毫米<f<3毫米。
较佳地，该准直光学元件的一数值孔径N.A.满足下列条件：N.A.<0.5。
较佳地，该反射光学件包括一反射镜，且该反射镜具有一非球面型表面。
较佳地，该非球面型表面为双锥面(biconic)，以修正该表面固定型激光模组所输出的一光斑形状。
较佳地，该非球面型表面用以供该至少一激光光束的该第一部分投射至其上并予以反射而使该至少一激光光束的该第一部分沿着与该准直光学元件的一第一光轴的误差角小于2度的方向行进。
较佳地，该至少一光学元件上涂布一抗反射膜(anti-reflection coating)。
较佳地，该至少一表面传输结构包括至少一电垫片或至少一接脚。
较佳地，该表面固定型激光模组还包括一另一边射型激光二极管单元以及一另一反射光学件；其中，该边射型激光二极管单元和该另一边射型激光二极管单元所提供的任一激光光束于投射至该反射光学件和该另一反射光学件中的至少一者后被反射，以通过该壳体的该开口。
较佳地，该边射型激光二极管单元包括多个激光二极管芯片，以提供多个激光光束。
较佳地，该表面固定型激光模组还包括设置于该基座外的光感二极管单元以及导光元件，且该导光元件用以导引该至少一激光光束中的一第二部分往该光感二极管单元行进，以供该光感二极管单元进行侦测。
本发明将激光模组设计为表面固定元件的形式表面，使其所应用的电子装置的整体体积得以缩小，而又由于激光模组的壳体内使用反射光学件改变边射型激光二极管单元所提供的激光光束的传输路径，令表面固定元件型激光模组的厚度更能有效降低，故适合应用在手持装置、穿戴式装置等轻、薄、短小的设计的电子设备上；而且，本发明还可使得激光衍射投影的效果得以发挥，且其激光模组还可具有多个边射型激光二极管单元，因此能满足现今电子设备所需的多光源或多波长的需求，进而加速手持装置、穿戴式装置等电子设备的发展。
附图说明
图1：为现有激光模组的部分结构示意图。
图2：为本发明表面固定型激光模组于一第一较佳实施例的外观结构示意图。
图3：为图2所示表面固定型激光模组的立体分解示意图。
图4：为图2所示表面固定型激光模组的部分结构主视图。
图5：为本发明表面固定型激光模组于一第二较佳实施例的部分结构的结构示意图。
图6：为本发明表面固定型激光模组于一第三较佳实施例的部分结构的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图2～图4，图2为本发明表面固定型激光模组于一第一较佳实施例的外观结构示意图，图3为图2所示表面固定型激光模组的立体分解示意图，图4为图2所示表面固定型激光模组的部分结构主视图。表面固定型激光模组2包括壳体21、基座22、边射型激光二极管(edge-emitting type LD)单元23、光感二极管(PD)单元24、反射光学件25以及多个光学元件26，且基座22容置于壳体21内，其承载一或多个边射型激光二极管单元23、光感二极管单元24以及反射光学件25，并可以提供一平坦表面或具有底面的凹穴来固定一或多个边射型激光二极管单元23、光感二极管单元24以及反射光学件25；其中，基座22具有暴露于基座22和壳体21外的多个表面传输结构221，其厚度远小于基座22与壳体21的厚度，并可透过锡膏焊接于电路板上(图未示)，使得来自表面固定型激光模组2的电子信号可藉由通过表面传输结构221而传输进入电路板，而来自电路板的电子信号亦可藉由通过表面传输结构221而传输进入表面固定型激光模组2；较佳者，表面传输结构221可以电垫片的形式或接脚的形式呈现，但不以上述为限。再者，除了固定于基座22外，上述的反射光学件25亦可被固定于壳体21中适当的位置。另外，本发明中的反射光学件25，广义地可包括反射镜、固定反射镜的固定机构，或更包括调整反射镜角度的调整机构，图上仅为示意，实际体现时，反射镜、固定机构和调整机构可皆固定于基座22或壳体21，或是分别固定于不同处。又，虽然图示上的基座22是以长方体的形式呈现，但不以此为限，应用上可依据实际需求而设计。
又，壳体21及/或基座22可提供散热，壳体21具有一开口211，其中开口211的圆形形状和大小不限图上所示，亦可为其它形状和大小，主要让非透光的壳体21内的激光光束能够通过到达外界。再者，该多个光学元件26设置于开口211处或开口211的邻近处，而边射型激光二极管单元23包括一激光二极管芯片231，其在水平方向上是位于反射光学件25与光感二极管单元24之间，在垂直方向上则是位于基座22与该多个光学元件26之间；其中，边射型激光二极管单元23于接收电力(如经由表面传输结构221接收电力)后可提供多个激光光束L2，且该些激光光束L2的第一部分(主要部分)光束L21是往反射光学件25的方向行进，以于投射至反射光学件25上后被反射光学件25反射而朝壳体21的开口211行进，进而供该多个光学元件26进行光学处理并向外输出；另外，该些激光光束L2的第二部分(次要部分)光束L22则往光感二极管单元24的方向投射，以供光感二极管单元24进行光侦测，且光感二极管单元24于侦测的过程中会产生侦测信号，并使该些侦测信号经由表面传输结构221向外传输，供后续相关的控制程序使用。
于本较佳实施例中，该多个光学元件26包括一准直光学元件261以及一衍射光学元件262(diffractive optical element，DOE)，且准直光学元件261固设于壳体21的开口211处，而衍射光学元件262则位于准直光学元件261的上方，并固设于壳体21上的凹槽212处；其中，准直光学元件261用以准直被反射光学件25反射的激光光束L21，使通过准直光学元件261的激光光束L21以较佳的入射方向入射至衍射光学元件262，而衍射光学元件262则用以对通过准直光学元件261的激光光束L21进行光束整形并予以向外输出。一般来说，透过衍射光学元件262的纹路设计，可使表面固定型激光模组2成为特定结构光源的产生器，并可发挥激光衍射投影的效果；惟，衍射光学元件本身为本技术领域普通技术人员所知悉，在此即不再予以赘述。
较佳者，准直光学元件261及/或衍射光学元件262上可分别涂布有抗反射膜(anti-reflection coating)以提高光穿透率，且准直光学元件261的有效焦距f以及数值孔径N.A.分别满足下列条件：0.5毫米<f<3毫米，N.A.<0.5，但不以上述为限。
再者，反射光学件25至少包括一反射镜251，且反射镜251具有一非球面型表面，如双锥面(biconic)，用以使投射至其上的激光光束L21能够沿着与准直光学元件261的光轴2611(第一光轴)的误差角小于2度的方向行进，且非球面型表面还具有修正表面固定型激光模组2所输出的光斑形状的功效。于较佳的情况下，该些激光光束L21中的一中心激光光束L211是于从边射型激光二极管单元23的发光区域的中心处投射至反射镜251上后被垂直向上反射，以朝该些光学元件26的光心2612、2622(光线通过此些点的前后方向不变)的方向行进。再者，本发明考虑反射光学件25造成的误差而使得中心激光光束L211无法确实地被垂直反射时，则令准直光学元件261的光轴2611与衍射光学元件262的光轴2621(第二光轴)之间的偏移量以小于0.2毫米为佳，且准直光学元件261的光轴2611与衍射光学元件262的光轴2621之间的夹角以小于2.5度为佳。
又，于另一较佳实施例中，准直光学元件261与衍射光学元件262整合为单一光学结构；可选择地，一板体设置于准直光学元件261与衍射光学元件262之间，且为了克服因准直光学元件261与衍射光学元件262的整合所造成的误差，板体采用不同于准直光学元件261以及衍射光学元件262的材质，以对激光光束L21的穿透方向进行修正并提高光穿透率。
特别说明的是，本发明设计将边射型激光二极管单元23的激光二极管芯片231以平行于基座22的方式设置，使得激光二极管芯片231所提供的激光光束L21是以近乎水平的方式入射至反射光学件25上，再透过反射光学件25使入射其上的激光光束L21近乎垂直向上反射而从壳体21的开口211向外输出，藉此有效降低激光模组2的厚度，而又由于本发明将激光模组设计为表面固定元件(surface mounted device，SMD)的形式，更能有效缩小整体体积，俾使其应用于手持装置、穿戴式装置等轻、薄、短小的设计的电子设备上。
当然，上述仅为实施例，本技术领域普通技术人员可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计，举例来说，可变更设计为，将反射光学件25固定在非基座22处，如固设在壳体21内的适当处；再举例来说，虽然上述实施例中表面固定型激光模组仅包括单一边射型激光二极管单元23以及单一反射光学件25，但可变更设计为如图5所示。请参阅图5，其为本发明表面固定型激光模组于一第二较佳实施例的部分结构的结构示意图。该第二较佳实施例的表面固定型激光模组大致类似于前述第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述；而本较佳实施例与前述较佳实施例的不同处在于，基座22上包括多个边射型激光二极管单元23以及多个反射光学件25作适当的配置，可搭配同一光感二极管单元24，则任一边射型激光二极管单元23的激光二极管芯片所提供的任一激光光束皆可于被相对应的反射光学件25反射后朝壳体21的开口211的方向行进以向外输出。同理，当单一个边射型激光二极管单元23具有多个激光二极管芯片231时亦可利用相似的方式达到本发明的目的。
又举例来说，虽然上述实施例中表面固定型激光模组的光感二极管单元24皆是设置于基座22上，但可变更设计为如图6所示。请参阅图6，其为本发明表面固定型激光模组于一第三较佳实施例的部分结构的结构示意图。本较佳实施例的表面固定型激光模组大致类似于前述第一与第二较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述；而本较佳实施例与前述较佳实施例的不同处在于，光感二极管单元24是设置于基座22的外侧，且表面固定型激光模组更包括导光元件27，用以于激光光束L2的部分光束入射至其上时导引光束L2往光感二极管单元24行进，进而使得设置于基座22外侧的光感二极管单元24可进行光侦测，如同前述实施例的说明，光感二极管单元24于侦测的过程中会产生侦测信号，供后续相关的控制程序使用。
于本较佳实施例中，光感二极管单元24可以是一平面式(planar type)光感二极管单元或一丘状式(dome type)光感二极管单元，而导光元件27可以是一光反射元件或一衍射光学元件(DOE)，并可被设计呈一薄膜状或以涂料(coating)的方式形成。惟上述仅为一实施例，光感二极管单元的形式、导光元件的位置、形式及其形成方式并不以上述为限。
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专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种表面固定型激光模组，其特征在于，包括：
壳体，其具有一开口；
基座，容置于该壳体内并具有暴露于该基座和该壳体外的至少一表面传输结构以供至少一电子信号通过其中；其中，该至少一表面传输结构包括至少一电垫片；
边射型激光二极管单元，固定于该基座并提供至少一激光光束；
反射光学件，供该至少一激光光束中的一第一部分投射至其上，并反射该至少一激光光束的该第一部分使该第一部分通过该壳体的该开口；以及
至少一光学元件，该边射型激光二极管单元位于该基座与该至少一光学元件之间，而该至少一光学元件用以对被该反射光学件反射的激光光束进行光学处理；其中，该至少一光学元件包括一准直光学元件以及一衍射光学元件，该准直光学元件位于该反射光学件与该衍射光学元件之间，用以准直被该反射光学件反射的激光光束，而该衍射光学元件具有一纹路设计，用以对通过该准直光学元件的激光光束进行光束整形，而使通过该准直光学元件的激光光束成为特定结构光并向该壳体的该开口外输出，以进行激光衍射投影。
2.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该表面固定型激光模组还包括设置于该基座的光感二极管单元，且该边射型激光二极管单元位于该反射光学件与该光感二极管单元之间；其中，该至少一激光光束中的一第二部分投射至该光感二极管单元以供该光感二极管单元进行侦测。
3.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该至少一激光光束中的一中心激光光束于从该边射型激光二极管单元的一发光区域的一中心处投射至该反射光学件上后被垂直反射，以朝该至少一光学元件的一光心的方向行进。
4.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该准直光学元件的一第一光轴与该衍射光学元件的一第二光轴之间的距离小于0.2毫米。
5.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该准直光学元件的一第一光轴与该衍射光学元件的一第二光轴之间的夹角小于2.5度。
6.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该准直光学元件以及该衍射光学元件整合为单一光学结构。
7.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该准直光学元件的一有效焦距f满足下列条件：0.5毫米<f<3毫米。
8.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该准直光学元件的一数值孔径N.A.满足下列条件：N.A.<0.5。
9.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该反射光学件包括一反射镜，且该反射镜具有一非球面型表面。
10.如权利要求9所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该非球面型表面为双锥面，以修正该表面固定型激光模组所输出的一光斑形状。
11.如权利要求9所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该非球面型表面用以供该至少一激光光束的该第一部分投射至其上并予以反射而使该至少一激光光束的该第一部分沿着与该准直光学元件的一第一光轴的误差角小于2度的方向行进。
12.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该至少一光学元件上涂布一抗反射膜。
13.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该表面固定型激光模组还包括一另一边射型激光二极管单元以及一另一反射光学件；其中，该边射型激光二极管单元和该另一边射型激光二极管单元所提供的任一激光光束于投射至该反射光学件和该另一反射光学件中的至少一者后被反射，以通过该壳体的该开口。
14.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该边射型激光二极管单元包括多个激光二极管芯片，以提供多个激光光束。
15.如权利要求1所述的表面固定型激光模组，其特征在于，该表面固定型激光模组还包括设置于该基座外的光感二极管单元以及导光元件，且该导光元件用以导引该至少一激光光束中的一第二部分往该光感二极管单元行进，以供该光感二极管单元进行侦测。
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