CN106444243A - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光装置，该发光装置包括基板、多个光源芯片、盖板以及光学件。该基板包括一电路区块，该多个光源芯片固定于该基板上，该基板的该电路区块和该些光源芯片运作有关。该盖体固定于该基板上，覆盖住该些光源芯片，该盖体包括一表面。该光学件固定于该盖体的该表面，其中，该些光源芯片发出的多道光束通过该光学件后形成一结构光样式。本发明的发光装置利用盖体直接固定于具有多个光源芯片的基板上，覆盖多个光源芯片，可以减少整个装置的高度和体积，适合应用于小体积的装置上，且该发光装置可作为激光二极管模块。

Description

发光装置

技术领域

本发明关于一种发光结构，特别是一种发出结构光的装置。

背景技术

中国台湾新型专利号M490043提出一种可投影出多个图形的投影装置，其包括有一外框体、一安装于该外框体内一侧端的光源模块单元、一安装于该外框体内并与该光源单元成间隔的衍射光学单元，此投影装置可投影出多个图形，藉此可克服现有投影装置只能投射出单一虚拟图形的缺失。

虽然上述的投影装置可克服单一投影图形的单调，然其体积对于现代的穿戴装置、可携式通信装置、摄像装置或侦测装置而言，仍有改进的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种发光装置，其光学部件直接固定覆盖多个光源芯片，降低整个发光装置的高度和体积，适合应用于穿戴装置上。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种发光装置，可作为激光二极管模块，利用膜层状的光学部件来准直多道激光束以及转换激光束形成特定样式的结构光，可应用于携带和移动的摄像或侦测装置。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种激光二极管模块，包括多个激光光源芯片，搭配具有衍射光学元件的光学部件，将点状激光束准直化以及导光成白光或彩色的结构光样式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种发光装置，包括：基板，该基板包括一电路区块；固定于该基板上的多个光源芯片，该基板的该电路区块和该些光源芯片运作有关；固定于该基板上的盖体，该盖体覆盖住该些光源芯片，该盖体包括一表面；以及固定于该盖体的该表面的光学件，其中，该些光源芯片发出的多道光束通过该光学件后形成一结构光样式。

较佳地，该些光源芯片发出的该些光束包括多道激光束，该些激光束的波长包括紫外光、可见光、近红外光、远红外光或热辐射波段或上述波长的组合。

较佳地，该些激光束的波长为红光、绿光和蓝光波长的组合。

较佳地，该光学件以单层膜、多层膜或复合膜层的形式贴附于该盖体的该表面上。

较佳地，该表面是朝向该些光源芯片的一内表面或暴露于外的一外表面，或包括该内表面和该外表面两者。

较佳地，该外表面上的该光学件到该基板设置该些光源芯片的一表面的距离不超过3毫米(mm)。

较佳地，该光学件包括设置于该外表面的衍射光学元件(diffractive opticalelement)，该外表面提供该光束一数值孔径(numerical aperture)小于0.65的出光面。

较佳地，该光学件包括导光透镜(guiding lens)或衍射光学元件(diffractiveoptical element)，或包括该导光透镜和该衍射光学元件两者。

较佳地，该导光透镜包括楔形弯曲导光元件(wedge-bending light guider)。

较佳地，该些光源芯片中相邻两者的距离小于1.0毫米。

较佳地，该盖体的该表面为一平面或一曲面。

较佳地，该电路区块包括驱动电路，该驱动电路同步或不同步地驱动该些光源芯片运作，藉以变动该结构光样式的范围和样式。

较佳地，该电路区块包括一驱动电路以及一个或多个感光部件，或者，该电路区块包括一驱动电路以及多个感光部件。

较佳地，该多个感光部件感应不同波长。

较佳地，该些光源芯片排列为一圆形时，该圆形的直径不大于5.0毫米。

本发明还提供一种激光二极管模块，包括：基板；固定于该基板上的多个光源芯片；以及覆盖于该些光源芯片上的光学部件，该光学部件具有一衍射结构，其中，该些光源芯片发出的多道激光束通过该衍射结构后形成一结构光样式。

较佳地，该些光源芯片发出的该些激光束的波长包括紫外光、可见光、近红外光、远红外光或热辐射波段或上述波长的组合。

较佳地，该些激光束的波长包括红光、绿光和蓝光波段的组合。

较佳地，该光学部件包括盖体，该衍射结构以单层膜、多层膜或复合膜层的形式贴附于该盖体朝向该些光源芯片的一内表面、暴露于外的一外表面、或该内表面和该外表面两者。

较佳地，当该衍射结构贴附于该外表面时，该衍射结构的顶点到该基板固定该些光源芯片的一表面的距离不超过3毫米(mm)，或者，当该衍射结构贴附于该内表面时，该外表面到该基板固定该些光源芯片的该表面的距离不超过3毫米(mm)。

较佳地，该光学部件还包括导光透镜，该导光透镜固定于该盖体的该内表面或该外表面，该导光透镜和该衍射结构位于不同表面。

较佳地，该光学部件提供该些激光束一数值孔径小于0.65的出光面。

较佳地，该光学部件提供该些激光束一数值孔径小于0.5的出光面。

较佳地，该些光源芯片的多个光轴彼此平行或差异小于5度。

较佳地，该光学部件还包括楔形弯曲导光元件，该衍射结构和该楔形弯曲导光元件贴附于该盖体朝向该些光源芯片的一内表面或暴露于外的一外表面，该衍射结构和该楔形弯曲导光元件位于不同表面，该楔形弯曲导光元件的倾斜角小于15度。

较佳地，该些光源芯片中任两相邻的光源芯片的距离小于1.0毫米，或是该些光源芯片排列为一圆形时，该圆形的直径不大于5.0毫米。

较佳地，该基板还包括驱动该些光源芯片的驱动电路，该驱动电路同步或不同步地驱动该些光源芯片运作，藉以变动该结构光样式的范围和样式。

较佳地，该结构光样式为乱点分布、对称非交错条状分布、非对称非交错条状分布、对称交错条状分布或非对称交错条状分布，当该驱动电路同时启动该些光源芯片时，该乱点分布的乱点密度增加或范围变大；该对称非交错条状分布的密度或该非对称非交错条状分布的光条密度增加或分布范围变大；以及该对称交错条状分布的密度或该非对称交错条状分布的光条密度增加或分布范围变大。

较佳地，该结构光样式为乱点分布、对称非交错条状分布、非对称非交错条状分布、对称交错条状分布或非对称交错条状分布，当该驱动电路非同步地顺序启动该些光源芯片时，该结构光样式扫描相关联的一视角区块的部分或全部。

本发明的发光装置的光学部件直接固定于具有光源芯片的基板上，覆盖多个光源芯片，降低了整个发光装置的高度和体积，适合应用于穿戴装置、携带和移动的摄像或侦测装置；该发光装置包括多个光源芯片，组合多道激光，能够产生白光或色彩丰富的彩色结构光；该发光装置利用具有衍射结构的光学部件直接准直多道激光束，降低整个装置的高度和体积。且本发明的发光装置利用具有衍射结构的光学部件直接固定于具有多个光源芯片的基板上，可作为激光二极管模块，以减少整个模块的高度和体积，适合应用于小体积的装置上；且该激光二极管模块包括多个光源芯片，搭配具有衍射结构的光学部件，将点状激光束准直化以及导光成白光或彩色的结构光样式；此外，该激光二极管模块可利用膜层状的光学部件来准直多道激光束以及转换激光束形成特定样式的结构光，可应用于携带和移动的摄像或侦测装置。

附图说明

图1为本发明的基板与光源芯片的俯视部分示意图。

图2为沿着图1的线A-A’的剖面示意图。

图3为图1中本发明的基板、光源芯片与光学部件的第一配置剖面示意图。

图4为图1中本发明的基板、光源芯片、感应部件与光学部件的第二配置剖面示意图。

图5为图1中本发明的基板、光源芯片、感应部件与光学部件的第三配置剖面示意图。

图6为本发明的基板、光源芯片、反射镜与光学部件的第四配置剖面示意图。

图7为本发明的发光装置发出的结构光样式和视角的立体示意图。

具体实施方式

本发明以下所称的基板，可以整个为一硬式印刷电路板(printed circuit board,PCB)，其上可以包括许多执行特定功能的电路区块，或是更包括联系此些电路区块的导线。可以选择的，基板可以是硬式印刷电路板和软板(flexible circuitboard)的组合，或是硬式印刷电路板和其它非硬式印刷电路板的组合，例如金属散热板、蓝宝石基板等。本发明所称的电路区块，由若干导线、主被动元件，例如一或多个感光部件、光学元件，或是更包括集成电路等所组成，其中主要是包括可执行驱动芯片功能的驱动电路。基板上亦可包括其它的线路、主被动元件，例如一或多个感光部件、光学元件，或是更包括其它集成电路。

本发明以下所称的光源芯片(light chip)，可以是发出激光的芯片，例如半导体激光芯片。进一步说，本发明的光源芯片发出特定波长的激光，例如紫外光、可见光、红外光、近红外光、中红外光(Middle Infra-Red，MIR)等，可见光的部分，至少包括红光、绿光以及蓝光。可以选择的，光源芯片可包括发出热辐射波段(thermal band)的激光，或是发出上述所有特定波长的组合的激光。又，光源芯片的种类亦可依所需配置为边射型激光(edge emitting laser，EEL)芯片或垂直共振腔面射型激光(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)芯片。

本发明以下所称的光学部件(optical member)，是可以接收光、执行特定转换功能后再输出光的部件。除此之外，此光学部件可以覆盖住固定于基板上的本发明的全部或部分的光源芯片；其中，当光学部件覆盖住光源芯片时，可以与光源芯片保持若干的间隙。又，光学部件可以包括一盖体和一固定于盖体上的光学件(optical component)；其中，光学件可以是直接在盖体的结构上以物理或化学的方式制作出的光学结构，或是其它材料以贴附、黏贴或其它适当的方式固定于盖体上。是以，盖体、光学件或光学部件是可透光的，举例但不限地，盖体的材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl meth acrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、K9、BK7、氟钙化合物(CaF2)、氟化钙晶体、蓝宝石、硅石、石英玻璃、水晶、玻璃或树脂等等。光学件则可以是由盖体的材料直接做出，或是一镀膜贴附于盖体上；其中，镀膜可以单层膜、多层膜或复合膜层。

又，本发明的光学部件的形状可以配合欲覆盖的光源芯片的排列以及兼顾输出入光的功能，其可以是圆柱体、多角柱体或其它适合的形状。其次，光学部件可以以适当的方式固定于基板上，举例但不限地，光学部件可以为一插件插入基板的插件孔中，或是透过黏着结构固定于基板上。

图1为本发明的基板与光源芯片的俯视部分示意图，图2为沿着图1的线A-A’的剖面示意图。请参考图1和图2，发光装置1的基板10包括一电路区块11，并且四个光源芯片12、14、16和18固定于基板10上，其中，四个光源芯片12、14、16和18的光轴基本上是彼此平行的，例如图2上所示的光轴121、141和181彼此平行且垂直基板10，本发明的光轴121、141和181俩俩之间的差异不大于5度；另外，本发明不限于光源芯片的光轴垂直基板，可因设计或使用所需，将光源芯片的光轴与基板呈一夹角设置，即光源芯片的出光面与基板呈一倾斜角。再者，因四个光源芯片12、14、16和18可以是边射型激光芯片或垂直共振腔面射型激光芯片，故由光源芯片12、14、16和18的发光面所定义的光轴亦可以是透过基板10上的其它光学元件，例如反射镜(图上未绘)，导引成垂直基板10的光轴121、141和181(光源芯片16的光轴未绘)。其次，于一实施例中，光源芯片12和16彼此的距离P小于1.0毫米(mm)，也就是说，被固定于基板10上的两光源芯片的距离小于1.0毫米。可以选择的定义是，此些光源芯片排列成圆形O，则此圆形O的直径不超过5.0毫米，以达等效面积够小进而达到小体积的效果。再者，电路区块11和光源芯片12、14、16和18的运作有关，例如包括光源芯片12、14、16和18的驱动电路，驱使光源芯片12、14、16和18发出激光点光束。除了电路区块11外，基板10上尚可包括一或多个其它的光学元件固定于其上，例如一或多个光二极管17(photodiode)或其它感应部件或感应元件，其中，光二极管17、感应部件或感应元件可以感测不同波长的光。可以选择的，光二极管17或其它感应元件在体积够小的情况下，亦可以固定于光源芯片12、14、16或18上。

图3为图1中本发明的基板、光源芯片与光学部件的配置剖面示意图。请参考图1和图3，光学部件20固定于基板10上，其中，光学部件20包括覆盖于光源芯片12、14、16和18上的一盖体22。盖体22具有朝向光源芯片12、14、16和18的一内表面221以及暴露于外的一外表面223，其中，内表面221和外表面223可以为一平面或曲面，而盖体22的内表面221与光源芯片12、14、16和18保持一间距。光学部件20更包括一光学件24，于一实施例中，光学件24，例如一以衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)作为导光透镜(guiding lens)的光学件，位于盖体22的外表面223，光学件24的顶点到基板10设置光源芯片的表面的距离L不超过3毫米(mm)。

如前所述，为了降低光学部件20的高度，光学件24可以以膜状或层状的形式形成于盖体22上，或是利用物理或化学的方式直接于盖体22的外表面223上做出来。其次，光源芯片12、14和18(包括此视角未见的光源芯片16)发出的多道光束122、142和182可通过光学部件20的光学件24后形成一结构光样式26，随着光学件24的衍射结构的不同，尤其是一种准直光束的衍射结构的不同，可以产生不同样式的结构光样式26。可以选择的，如图4所示，光学件34可以位于盖体32的内表面321上，此时盖体32的外表面323到基板10设置光源芯片的表面的距离L不超过3毫米(mm)。另外，基板10上的光二极管17亦可以被覆盖于盖体32中。依据上述，包括盖体的光学部件覆盖于光源芯片的上方；光学部件接收光源芯片所发出的激光束后，准直该些激光束并转换该些激光束成特定样式的结构光以及输出该结构光。本发明的光学部件的盖体提供一出光面，光学部件的出光面的数值孔径(numerical aperture)小于0.65，或再严格些可小于0.5，或谓光学部件的出光面有至少0.1毫米(mm)的有效大小以提供足够的输出面输出结构光。

可以选择的，如图5所示，光学部件40包括形成于盖体42的外表面423的衍射结构44以及固定于盖体42的内表面421的导光透镜48。导光透镜48亦可为镀膜或直接制作于盖体42上的结构，其可以导引光源芯片12、14和18(包括此视角未见的光源芯片16)发出的多道光束122、142和182。再者，光二极管17或感应部件或感应元件可不被盖体42覆盖。可以理解的，本发明的导光透镜48不限于图5的典型导光元件，亦可以是楔形弯曲导光元件(wedge-bendinglight guider)，并藉由楔形弯曲导光元件平移或导正光源芯片12、14和18(包括此视角未见的光源芯片16)发出的多道光束122、142和182，举例来说，利用倾斜角为15度的楔形弯曲导光元件导正从光源芯片发出时有光差异5度的光束122、142和182。

图6为本发明的基板、光源芯片、反射镜与光学部件的第四配置剖面示意图。参考图6，基板10上固定的光源芯片52和54的发光面并非垂直于光源芯片固定基板10的表面，因此，两反射镜55亦被固定于基板10上并且分别对应光源芯片52和54。盖体62则覆盖住光源芯片52、54和两反射镜55，光学件64则位于盖体62的外表面。于此实施例中，两反射镜55分别将光源芯片52、54所发出的光束导引成垂直于光源芯片固定基板10的表面的光束522、542。

图7为本发明的发光装置发出的结构光样式和视角的立体示意图。请同时参考图1、图3和图7，发光装置1距离地面的高度为H，与发光装置1发出的结构光样式26关联的一视角区块66和发光装置1的距离为距离D。结构光样式26可以是静态或动态的，规则或是不规则的，其中动态的可以是样式本身的移动、转动、放大、缩小等变化，亦可以是样式范围的变动。透过驱动电路(在电路区块11中)的驱动方式的不同，可以调整结构光样式26。于一实施例中，驱动电路注入电流以启动光源芯片12、14、16和18的时间和运作方式可同步或非同步，此种情形可形成结构光样式26的范围及样式本身的变动，或是扫描部分或全部的一关联视角区块66，其中，结构光样式26的面积可大于、等于或小于视角区块66。驱动电路方式改变结构光样式的扫描，举例来说，驱动电路以非同步地顺序的方式依序启动光源芯片12、14、16和18时，与本发明形成的结构光样式关联的一关联视角区块66可被部分或全部扫描。

举例来说，结构光样式26为一乱点分布，若驱动电路同步驱动光源芯片12、14、16和18时，结构光样式26的乱点密度可被增加，或是乱点分布的范围可变大。类似的，若结构光样式26为对称非交错条状分布或非对称非交错条状分布，则当驱动电路同步驱动光源芯片12、14、16和18时，可以增加结构光样式26的光条密度或分布范围；若结构光样式26为对称交错条状分布或非对称交错条状分布，则当驱动电路同步驱动光源芯片12、14、16和18时，亦可以增加结构光样式26的光条密度或分布范围。又，若驱动电路以非同步地顺序的方式依序启动光源芯片12、14、16和18时，结构光样式26扫描视角区块66的全部或部分。

是以，本发明的发光装置具有以下的优点：(1)、利用具有衍射光学元件结构的光学部件直接准直多道激光束，降低整个装置的高度和体积；(2)、包括多个光源芯片，组合多道激光，能够产生白光或色彩丰富的彩色结构光；(3)、光学部件直接固定于具有光源芯片的基板上，因此适合应用于穿戴装置、携带和移动的摄像或侦测装置。

此外，本发明的发光装置可应用于激光二极管模块，以减少整个模块的高度和体积，适合小体积的装置。

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范围内。

Claims (29)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

基板，该基板包括一电路区块；

固定于该基板上的多个光源芯片，该基板的该电路区块和该些光源芯片运作有关；

固定于该基板上的盖体，该盖体覆盖住该些光源芯片，该盖体包括一表面；以及

固定于该盖体的该表面的光学件，其中，该些光源芯片发出的多道光束通过该光学件后形成一结构光样式。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该些光源芯片发出的该些光束包括多道激光束，该些激光束的波长包括紫外光、可见光、近红外光、远红外光或热辐射波段或上述波长的组合。

3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该些激光束的波长为红光、绿光和蓝光波长的组合。

4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该光学件以单层膜、多层膜或复合膜层的形式贴附于该盖体的该表面上。

5.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，该表面是朝向该些光源芯片的一内表面或暴露于外的一外表面，或包括该内表面和该外表面两者。

6.如权利要求5所述的发光装置，其特征在于，该外表面上的该光学件到该基板设置该些光源芯片的一表面的距离不超过3毫米。

7.如权利要求5所述的发光装置，其特征在于，该光学件包括设置于该外表面的衍射光学元件，该外表面提供该光束一数值孔径小于0.65的出光面。

8.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该光学件包括导光透镜或衍射光学元件，或包括该导光透镜和该衍射光学元件两者。

9.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，该导光透镜包括楔形弯曲导光元件。

10.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该些光源芯片中相邻两者的距离小于1.0毫米。

11.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该盖体的该表面为一平面或一曲面。

12.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该电路区块包括驱动电路，该驱动电路同步或不同步地驱动该些光源芯片运作，藉以变动该结构光样式的范围和样式。

13.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该电路区块包括一驱动电路以及一个或多个感光部件，或者，该电路区块包括一驱动电路以及多个感光部件。

14.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，该多个感光部件感应不同波长。

15.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该些光源芯片排列为一圆形时，该圆形的直径不大于5.0毫米。

16.一种激光二极管模块，其特征在于，包括：

基板；

固定于该基板上的多个光源芯片；以及

覆盖于该些光源芯片上的光学部件，该光学部件具有一衍射结构，其中，该些光源芯片发出的多道激光束通过该衍射结构后形成一结构光样式。

17.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该些光源芯片发出的该些激光束的波长包括紫外光、可见光、近红外光、远红外光或热辐射波段或上述波长的组合。

18.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该些激光束的波长包括红光、绿光和蓝光波段的组合。

19.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该光学部件包括盖体，该衍射结构以单层膜、多层膜或复合膜层的形式贴附于该盖体朝向该些光源芯片的一内表面、暴露于外的一外表面、或该内表面和该外表面两者。

20.如权利要求19所述的激光二极管模块，其特征在于，当该衍射结构贴附于该外表面时，该衍射结构的顶点到该基板固定该些光源芯片的一表面的距离不超过3毫米，或者，当该衍射结构贴附于该内表面时，该外表面到该基板固定该些光源芯片的该表面的距离不超过3毫米。

21.如权利要求19所述的激光二极管模块，其特征在于，该光学部件还包括导光透镜，该导光透镜固定于该盖体的该内表面或该外表面，该导光透镜和该衍射结构位于不同表面。

22.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该光学部件提供该些激光束一数值孔径小于0.65的出光面。

23.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该光学部件提供该些激光束一数值孔径小于0.5的出光面。

24.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该些光源芯片的多个光轴彼此平行或差异小于5度。

25.如权利要求24所述的激光二极管模块，其特征在于，该光学部件还包括楔形弯曲导光元件，该衍射结构和该楔形弯曲导光元件贴附于该盖体朝向该些光源芯片的一内表面或暴露于外的一外表面，该衍射结构和该楔形弯曲导光元件位于不同表面，该楔形弯曲导光元件的倾斜角小于15度。

26.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该些光源芯片中任两相邻的光源芯片的距离小于1.0毫米，或是该些光源芯片排列为一圆形时，该圆形的直径不大于5.0毫米。

27.如权利要求16所述的激光二极管模块，其特征在于，该基板还包括驱动该些光源芯片的驱动电路，该驱动电路同步或不同步地驱动该些光源芯片运作，藉以变动该结构光样式的范围和样式。

28.如权利要求27所述的激光二极管模块，其特征在于，该结构光样式为乱点分布、对称非交错条状分布、非对称非交错条状分布、对称交错条状分布或非对称交错条状分布，当该驱动电路同时启动该些光源芯片时，

该乱点分布的乱点密度增加或范围变大；

该对称非交错条状分布的密度或该非对称非交错条状分布的光条密度增加或分布范围变大；以及

该对称交错条状分布的密度或该非对称交错条状分布的光条密度增加或分布范围变大。

29.如权利要求27所述的激光二极管模块，其特征在于，该结构光样式为乱点分布、对称非交错条状分布、非对称非交错条状分布、对称交错条状分布或非对称交错条状分布，当该驱动电路非同步地顺序启动该些光源芯片时，该结构光样式扫描相关联的一视角区块的部分或全部。