TWI791896B - 用於提供高效平行光之準直系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種準直系統。本發明提供一種較佳應用於深度測量或3D成像及感測之高效平行光系統。該準直系統包括至少一玻璃基板(11、12)及存在於基板(11、12)之至少一側面上之至少一聚合物透鏡(1、2、3、4)。本發明進一步係關於一種包含該準直系統、至少一光源(22)及至少一光源基板(21)的組件。本發明亦關於一種製造準直系統之方法及該準直系統之用途，特定言之用於3D成像及感測、距離測量、深度測量、臉部識別及/或物件識別。

Description

用於提供高效平行光之準直系統
本發明係關於一種準直系統。本發明提供一種較佳應用於深度測量或3D成像及感測之高效平行光系統。該準直系統包括至少一玻璃基板及存在於基板之至少一側面上之至少一聚合物透鏡。本發明進一步係關於一種包含該準直系統、至少一光源及至少一光源基板的組件。本發明亦關於一種製造準直系統之方法及該準直系統之用途，特定言之用於3D成像及感測、距離測量、深度測量、臉部識別、物件識別、動畫、3D建模、3D掃描、行動支付、指紋感測器、擴增實境(Augment Reality)/虛擬實境(Virtual Reality)及/或臉部美化。
準直透鏡的原理示於圖1。在理想的準直器中，光源係置於焦點位置S。光影像S’在無限遠處。來自準直器的光係完全平行的。然而，實際上，歸因於存在於各組件中的容限，光源無法完全位在焦點位置。來自準直器的光不完全相互平行。存在一孔徑角(aperture angle)θ。其係光徑與光軸之間的角度。其可代表由準直器透鏡所產生之光的平行性。孔徑角θ愈小，則由準直透鏡產生愈多平行光。
隨著消費型電子裝置(尤其智慧型手機)的快速成長， 愈來愈多的光學應用成為注目焦點。廣泛地使用準直透鏡來提供用於諸如3D成像及感測、臉部識別及距離測量之應用的平行光。此等透鏡容許使用者控制其設置的視野、收集效率及空間解析度，及組構照明及用來取樣的收集角。
消費型電子產品的每個元件需要低價、低功率及小尺寸來將其整合至當前產品中。當處理具有大量與外部世界之輸入/輸出連接的複雜積體電路(IC)時，晶圓級封裝(WLP)係一種良好的解決方案。亦可能需要整合封裝層級的異類電路功能，諸如微處理及圖像處理、現場可程式閘陣列(field-programmable gate array；FPGA)邏輯、動態及靜態記憶體、射頻(RF)及類比、及感測及致動，以能夠提供完整系統。
WLP製程目前被廣泛用於前置攝像機製造。個別的光學組件與間隔件及有時與濾光器組合堆疊，從而產生由數千個光學元件組成的單一晶圓尺寸堆疊。此等晶圓級光學元件(WLO)隨後與影像感測器一起堆疊從而產生攝像機。然而，關鍵技術係在透明基板上的UV聚合物複製。
相同的製造方法被利用於晶圓級準直透鏡。然而，關於樹脂及基板的可供用性存在限制。習知之WLO係針對透鏡及基板兩者使用相同材料製造以避免材料衝突。為適用於指示應用，準直系統應具有良好的導熱性、小尺寸及優良效率。
先前的公開案已揭露準直透鏡內之不同結構部件或晶圓級封裝方法或如何達成識別的光學設計。但並未揭示關於組件材料的有利選擇。
WO 2017/176213 A1顯示WLP方法。然而，並未揭 示玻璃基板及聚合物透鏡的組合。反而，由聚合物製成之基板為較佳。玻璃可與聚合物呈複合材料之形式組合存在於基板中。然而，由玻璃製成之晶圓僅被提出作為載體晶圓，即作為不同於實際基板且不具有任何聚合物透鏡的晶圓。
WO 2017/039535 A1顯示WLO之製造方法。其中揭示之光學元件具有相當不同的結構且係基於兩稜鏡的一定配置。再者，其甚至未揭示玻璃基板及聚合物透鏡之組合。
US 2017/0047362 A1揭示厚度對整體光路徑相當重要及使用間隔件來調整總厚度。然而，並未揭示玻璃基板及聚合物透鏡之組合。
然而，迄今為止尚未達成高度平行光，特定而言未於與相當高熱負荷相關聯的應用中，例如其中使用垂直腔表面發射雷射(VCSEL)或邊緣發射雷射作為光源的應用中。此雷射將產生高溫，特定而言在其產生高強度及高對比光的情況中。熱膨脹效應導致焦點位置改變，以致來自透鏡的光未充分地相互平行。
因此，本發明之一目的為克服先前技藝之缺點。特定而言，本發明之一目的為提供一種不昂貴但適用於包括VCSEL之應用中的準直系統。本發明之一目的亦係提供一種提供高效平行光的準直系統。該準直系統應具有低溫度變化及低熱變形。
結果為達成此目的，組合玻璃基板及聚合物透鏡係有利的。此外，控制玻璃及聚合物相對於彼此的CTE及導熱性兩者係特別相關。特定而言，應選擇導熱性，以降低溫度變化。特定而言，應選擇CTE以致降低溫度變化對光學效能的影響，以致即使 於該等條件下仍藉由準直系統提供高度平行光。
準直系統可例如用於TOF(飛行時間)、結構光及立體視覺的技術解決方案。
該等目的係藉由申請專利範圍之標的物來解決。該等目的特定而言藉由一種準直系統來解決，其包括至少一玻璃基板及存在於基板之至少一側面上之至少一聚合物透鏡，其中該準直系統具有低於15°之孔徑角θ，其中聚合物之CTE(在30至40℃之溫度範圍內)與玻璃之CTE(在30至40℃之溫度範圍內)的比係至多40，且其中玻璃之導熱性(在89℃之溫度下)與聚合物之導熱性(在89℃之溫度下)之間的差值係至多1.1W/(m*K)。
本發明之準直系統包括至少一玻璃基板及存在於基板之至少一側面上之至少一聚合物透鏡。較佳地，聚合物透鏡係直接黏附至玻璃基板。換言之，較佳在聚合物透鏡與玻璃基板之間不存在黏著劑層或中間層。然而，在某些具體例中，在玻璃基板與聚合物透鏡之間可存在一或多個中間層。
聚合物透鏡包含聚合物材料，較佳以至少90重量%、更佳至少95重量%、更佳至少98重量%、更佳至少99重量%之含量。較佳地，聚合物透鏡基本上由聚合物材料所組成。因此，其他組分至多係以不多於0.1重量%之量作為雜質存在。特定而言，聚合物透鏡不為包含含量超過0.1重量%之其他材料的複合材料。
較佳地，玻璃基板基本上由玻璃所組成。因此，其他組分較佳至多係以不多於0.1重量%之量作為雜質存在。特定而言，玻璃基板較佳不為包含含量超過0.1重量%之除玻璃外之其他材料的複合材料。在一些具體例中，可將塗層，特定而言Cr塗層， 塗覆至不具有透鏡之基板區域中的玻璃基板。該塗層可有利於降低雜散光。
準直系統具有低於15°、較佳低於10°、更佳低於5°、更佳低於2°、更佳低於1°、更佳低於0.5°、更佳低於0.1°、更佳低於0.01°之孔徑角θ。
本發明基於玻璃基板及至少一聚合物透鏡之組合展示先前技藝問題的解決方案。可將聚合物透鏡壓印於玻璃基板上且其易於成型。玻璃與聚合物材料相比係低CTE材料。其具有低溫度變化。同時，玻璃與聚合物相比於抗變形性質上具有優勢。玻璃具有大硬度及溫度抗性。
然而，組合玻璃基板及聚合物透鏡用於準直系統並不平常。重要地，需謹記須進行材料選擇以致焦距及光強度不受損。特定而言，即使在與提高溫度相關聯之包括VCSEL之應用中亦應藉由準直系統提供高度平行光。本發明人已發現經由將玻璃基板及聚合物透鏡組合於準直系統中的解決方案。值得注意地，需極度謹慎地選擇用於玻璃基板之玻璃。為獲得具有優異性質，特定而言產生高度平行光的準直系統，以下影響因素變得特別相關。
如前所述，準直系統的基板可能遭遇到極大量的熱，特定而言於包括VCSEL之應用中產生的熱。因此，如基板材料具有高導熱性係有利的。從材料觀點來看，金屬具有最佳的導熱性，但其不為透明的，玻璃係於透明群組中的良好導熱性材料，玻璃具有較聚合物好得多的導熱性，其將較聚合物更有效率地降低溫度變化。重要地，本發明之準直系統包含玻璃基板。再者，本發明之準直系統可包含一或多個間隔件，較佳玻璃間隔件。間隔件，特定而 言玻璃間隔件，尤其有用於其中準直系統包含多於一個玻璃基板(例如兩個玻璃基板)的具體例。間隔件，特定而言玻璃間隔件，較佳設置於兩玻璃基板之間。此使得兩個玻璃基板能夠彼此間隔開且將其於準直系統中定位在彼此相距一定距離處。較佳地，間隔件係玻璃間隔件。較佳地，玻璃間隔件具有與玻璃基板相同的玻璃組成。由光學觀點來看及此外為使準直系統中之潛在機械應力(例如在熱負荷下由不同膨脹性質所產生者)減至最小，此係有利的。因此，如文中描述玻璃性質或玻璃組成特徵，則此較佳係指玻璃基板之玻璃及視情況存在之玻璃間隔件的玻璃。再者，如本說明提及「聚合物」，則除非另外指示，否則此係指聚合物透鏡之聚合物。間隔件之材料較佳係選自由玻璃、聚合物、陶瓷及金屬所組成之群。更佳地，間隔件係玻璃間隔件。
較佳地，玻璃在89℃之溫度下之導熱性係在0.7至1.4W/(m*K)、更佳0.75至1.3W/(m*K)、更佳0.85至1.25W/(m*K)、更佳1.0至1.2W/(m*K)之範圍內。
較佳地，聚合物在89℃之溫度下之導熱性係在0.05至0.6W/(m*K)、更佳0.1至0.5W/(m*K)、更佳0.15至0.4W/(m*K)、更佳0.2至0.3W/(m*K)之範圍內。
導熱性較佳係根據ISO 22007-2：2015(E)來測定。
如玻璃之導熱性與聚合物之導熱性之間的差值不過大，則其係有利的。此對於即使在提高熱負荷下提供高度平行光係尤其有利的。玻璃在89℃之溫度下之導熱性與聚合物在89℃之溫度下之導熱性之間的差值係至多1.1W/(m*K)、較佳至多1.0W/(m*K)、更佳至多0.95W/(m*K)、更佳至多0.9W/(m*K)、更佳 至多0.85W/(m*K)。
再者，如玻璃之CTE(溫度範圍30至40℃)相當低，則其係有利的。重要地，CTE愈低，則厚度及折射率於熱衝擊時的改變愈低。因此，相較於較高的CTE，較低的CTE亦與熱衝擊時焦點位置的較小改變相關聯。較佳地，玻璃之CTE(在30至40℃之溫度範圍內)係至多15ppm/K，更佳至多12ppm/K，更佳至多10ppm/K。
如聚合物之CTE(溫度範圍30至40℃)不過大，以避免因溫度變化所引起之材料性質的較大改變亦係有利的。然而，適當的聚合物一般具有與本發明玻璃之CTE相比實質上較大的CTE。較佳地，聚合物之CTE(在30至40℃之溫度範圍內)係小於200ppm/K，更佳小於150ppm/K。
CTE(特定而言玻璃之CTE)較佳係根據ISO 7991：1987(E)測定。CTE(特定而言聚合物之CTE)亦可根據ISO 11359-2：1999(en)測定。熟悉技藝人士知曉其他用來測定CTE的適當選項。
聚合物的小CTE基於另一原因亦係有利的。事實上，如聚合物之CTE與玻璃之CTE的差值相當低係有利的。換言之，聚合物之CTE與玻璃之CTE的比不應超過特定值。此將降低於玻璃基板及聚合物透鏡組裝後由溫度變化所引起的應力。值得注意地，高應力將提高在稍後方粒切製(dicing)製程中的龜裂比(crack ratio)。再者，聚合物之CTE與玻璃之CTE的低差值亦有利於即使在提高之熱負荷下提供高度平行光。聚合物之CTE(在30至40℃之溫度範圍內)與玻璃之CTE(在30至40℃之溫度範圍內)的比係至 多40，較佳至多30，更佳至多25，更佳至多20，更佳至多15，更佳至多10。
整個準直系統的尺寸相當重要，尤其在消費型電子裝置中。市場趨勢係愈薄愈佳。值得注意地，玻璃係提供作為具有較薄厚度之基板之足夠強度的良好材料。較佳地，玻璃基板之厚度係在30μm至1000μm、更佳50μm至800μm、更佳70μm至700μm、更佳100μm至600μm之範圍內。在一些較佳具體例中，玻璃基板之厚度係至多400μm，更佳至多300μm，更佳至多250μm，更佳至多200μm。
較佳地，間隔件(特定而言玻璃間隔件)之厚度係在45μm至1000μm、更佳75μm至1000μm、更佳100μm至1000μm之範圍內。較佳地，間隔件(特定而言玻璃間隔件)之厚度係經選擇，使得玻璃基板彼此間隔開一距離，該距離使得可能存在於一基板之面對另一基板之一側面上之聚合物透鏡既不與另一基板直接實體接觸，亦不與可能設置於其上之聚合物透鏡接觸。
如玻璃具有低厚度變化，特定而言低局部厚度變化(LTV)及/或低總厚度變化(TTV)亦係有利的。玻璃基板及/或間隔件(特定而言玻璃間隔件)之厚度變化亦影響焦點位置，使得較大變化與較大孔徑角θ及因此與較少平行光相關聯。LTV係基板及/或間隔件之表面一側面內之最高點與最低點之間的差值。因此，LTV描述局部厚度波動，其係表面上之表面品質的特徵。較佳地，玻璃基板及/或間隔件(特定而言玻璃間隔件)於25mm2之表面上的LTV係小於5μm，更佳小於2μm。
應明瞭TTV(總厚度變化)係玻璃基板及/或間隔件 之表面上相對於其側面之最高與最低突起之間的差值。因此，TTV描述玻璃基板及/或間隔件內部的厚度變化。較佳地，玻璃基板及/或間隔件(特定而言玻璃間隔件)之TTV係小於40μm，更佳小於30μm，更佳小於20μm，更佳小於16μm，更佳小於14μm，更佳小於12μm，更佳小於10μm，更佳小於8μm，更佳小於6μm，更佳小於4μm。較佳地，TTV係根據SEMI MF 1530GBIR測定。
另一重要態樣係折射率nd。大折射率nd可降低總封裝尺寸，但聚合物透鏡材料很難得到高折射率nd。較佳地，聚合物透鏡之聚合物具有在1.40至1.60、更佳1.42至1.58、更佳1.44至1.56、更佳1.45至1.55、更佳1.46至1.54範圍內之折射率nd。
較佳地，玻璃具有在1.45至1.90、更佳1.46至1.80、更佳1.47至1.70、更佳1.48至1.65、更佳1.49至1.60、更佳1.50至1.54範圍內之折射率nd。
玻璃及聚合物材料之折射率的低差值達成特別良好的光學效能。否則，於兩材料間之邊界上的光損耗使光強度減弱，其將減損於應用中的成像品質。此外，低的各別差值亦有利於達成高度平行光。較佳地，玻璃之折射率nd與聚合物之折射率nd的差低於0.5，更佳低於0.4，更佳低於0.3，更佳低於0.2，更佳低於0.1，更佳低於0.06，更佳低於0.05，更佳低於0.04，更佳低於0.03，更佳低於0.02，更佳低於0.01。
另一重要態樣係玻璃基板與聚合物透鏡之間的結合強度。特定而言，聚合物透鏡應於準直系統的壽命期間充分地黏附至玻璃基板。結合強度例如可經由選擇有利的玻璃表面性質，特定而言提高玻璃被聚合物潤濕之彼等性質來提高。較佳地，本發明之 玻璃具有表面粗糙度Ra<1nm。
較佳地，於玻璃基板與聚合物透鏡之間，特定言之於玻璃基板與聚合物透鏡間之清潔表面上達成接觸角<25°。
根據本發明之某些態樣，玻璃基板之玻璃可經切割、方粒切製、塗布、化學強化、蝕刻及/或結構化。
較佳地，本發明之玻璃基板及聚合物透鏡具有透光率>90%，特定而言在380nm至1200nm之波長範圍內，以致達成特別良好的光學性質。如於本說明中所使用之術語「透光率」係指總透光率，因此係指與最初施加之光強度相比於玻璃基板及/或聚合物透鏡後方之光強度的百分比。
較佳地，玻璃係選自由矽酸鹽玻璃(特定而言鈉鈣玻璃)、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃及鋁硼矽酸鹽玻璃所組成之群。硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃及鈉鈣玻璃為特佳。
在本發明之較佳具體例中，玻璃較佳包含在所指示範圍內(以重量%計)的以下組分：
Figure 108134087-A0101-12-0010-1
在本發明之較佳具體例中，玻璃較佳包含在所指示範圍內(以重量%計)的以下組分：
Figure 108134087-A0101-12-0011-2
在本發明之較佳具體例中，玻璃較佳包含在所指示範圍內(以重量%計)的以下組分：
Figure 108134087-A0101-12-0011-3
在本發明之較佳具體例中，玻璃較佳包含在所指示範圍內(以重量%計)的以下組分：
Figure 108134087-A0101-12-0011-6
在本發明之較佳具體例中，玻璃較佳包含在所指示範 圍內(以重量%計)的以下組分：
Figure 108134087-A0101-12-0012-8
在前述玻璃組成物中，可以0至2重量%之量使用As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F及/或CeO2作為精製劑。
較佳地，聚合物透鏡之聚合物係樹脂，其較佳選自由環氧樹脂及丙烯酸系樹脂所組成之群。環氧樹脂為特佳。特佳的聚合物係選自由DELO KATIOBOND OM614、DELO KATIOBOND AD VE 18499及DELO KATIOBOND OM VE 110021所組成之群的環氧樹脂。該等環氧樹脂係由DELO Industrial Adhesives(Windach,Germany)提供。
如前所述，本發明係關於一種準直系統，其包括至少一玻璃基板及存在於基板之至少一側面上之至少一聚合物透鏡。
本發明之玻璃基板較佳具有片材或碟片或板的形式。換言之，基板之長度及寬度較佳與其厚度相比實質上地較大，或在圓形基底區域之情況中，直徑與基板之厚度相比實質上較大。術語「實質上較大」較佳意指基板的長度及寬度或直徑與其厚度相比大至少5倍，更佳至少10倍，更佳至少20倍，更佳至少30倍，更佳至少40倍，更佳至少50倍。該等片材狀基板具有兩個主表面， 其亦可稱為基板的「側面」。因此，該等基板具有兩個側面。
較佳地，聚合物透鏡係設置在基板的兩個側面上。更佳地，在玻璃基板之兩側面之各者上之聚合物透鏡的數目相等。較佳地，聚合物透鏡係經設置成使位在基板一側面上之各透鏡於基板之另一側面上具有對應透鏡。較佳地，對應透鏡係基本上相互對準的透鏡。換言之，對應透鏡較佳係位在基板之相對側面上之透鏡具有相同光學軸或彼此偏差位在基板表面上之透鏡直徑之至多10%、更佳至多5%、更佳至多2%、更佳至多1%的光學軸。
準直系統中之聚合物透鏡的總數係至少1，較佳至少2，更佳至少3，更佳至少4，更佳至少6個聚合物透鏡。較佳地，位於基板一側面上之聚合物透鏡的總數係至少1，較佳至少2，更佳至少3，更佳至少4，更佳至少6，更佳至少10，更佳至少20，更佳至少30，更佳至少40，更佳至少50。較佳地，位於基板兩側面之各者上之聚合物透鏡的總數係至少1，較佳至少2，更佳至少3，更佳至少4，更佳至少6，更佳至少10，更佳至少20，更佳至少30，更佳至少40，更佳至少50。
較佳地，準直系統包含兩個玻璃基板。較佳地，兩個玻璃基板由一間隔件(特定言之由一玻璃間隔件)隔開。較佳地，玻璃間隔件具有與玻璃基板相同的玻璃組成。較佳地，間隔件(特定言之玻璃間隔件)在存在於由間隔件(特定言之玻璃間隔件)隔開之玻璃基板上之聚合物透鏡的位置處具有孔洞。該等孔洞由於其避免間隔件(特定言之玻璃間隔件)與聚合物透鏡實體接觸而係有利的。
在某些具體例中，準直系統可進一步包含至少一光導。光導可有利於改變光學路徑。
本發明亦係關於一種組件，其包含本發明之準直系統且進一步包含至少一光源、較佳雷射光源、更佳垂直腔表面發射雷射(VCSEL)及至少一光源基板、較佳雷射光源基板、更佳VCSEL基板，其中該光源、較佳雷射光源、更佳VCSEL係設置於光源基板、較佳雷射光源基板、更佳VCSEL基板的一側面上。較佳地，雷射光源基板、較佳雷射光源基板、更佳VCSEL基板係透過黏著劑連接至準直系統之一玻璃基板。該組件亦可稱為光學組件。較佳地，光源、較佳雷射光源、更佳VCSEL之最大發射波長係在700nm至1200nm、更佳700nm至1000nm、更佳800nm至1000nm、更佳825nm至950nm之範圍內。特佳的光源、較佳雷射光源、更佳VCSEL在840至860nm之範圍內或在930至950nm之範圍內最大地發射。在840至860nm最大地發射之光源、較佳雷射光源、更佳VCSEL尤其有用於臉部/物件識別，特定言之用於偵測臉或人。在930至950nm最大地發射之光源、較佳雷射光源、更佳VCSEL可有用於降低環境光的影響。
本發明亦係關於一種製造本發明之準直系統之方法，該方法包括以下步驟：
a)提供至少一玻璃基板，
b)將至少一聚合物透鏡定位於基板之至少一側面上。
較佳地，將聚合物透鏡定位於基板上之步驟包括以下步驟：
b1)在預定位置處將液態聚合物樹脂滴於基板上，
b2)固化聚合物樹脂。
較佳地，聚合物樹脂係利用UV光或熱固化。更佳地， 聚合物樹脂係利用UV光固化。
本發明亦係關於本發明之準直系統用於3D成像及感測、距離測量、深度測量、臉部識別、物件識別、動畫、3D建模、3D掃描、行動支付、指紋感測器、擴增實境/虛擬實境及/或臉部美化之用途。
1‧‧‧聚合物透鏡
2‧‧‧聚合物透鏡
3‧‧‧聚合物透鏡
4‧‧‧聚合物透鏡
11‧‧‧玻璃基板
12‧‧‧玻璃基板
21‧‧‧光源基板，特定而言VCSEL(垂直腔表面發射雷射)基板
22‧‧‧光源，特定而言VCSEL
23‧‧‧黏著劑
24‧‧‧間隔件，特定而言玻璃間隔件
101‧‧‧光發射器
102‧‧‧準直透鏡
201‧‧‧微透鏡陣列
202‧‧‧玻璃基板
203‧‧‧聚合物透鏡
S‧‧‧焦點位置
S’‧‧‧光影像
θ‧‧‧孔徑角
圖1示意性地顯示準直透鏡102(以垂直上下箭頭指示)之原理。光發射器101(指示為圓)存在於準直透鏡102的焦點位置S。光影像的位置以S’指示。光徑角θ係顯示為光徑(以箭頭指示)與光軸(以水平虛線指示)之間的角度，且其可代表由準直透鏡102所產生之光的平行性。
圖2示意性地顯示微透鏡陣列201的頂視圖。複數個聚合物透鏡203設置於圓形玻璃基板202上。
圖3示意性地顯示包含本發明之準直系統之組件之一部分的橫截面圖。準直系統可包含複數個如圖2所示之聚合物透鏡。然而，為更佳理解起見，圖3僅顯示一個該種聚合物透鏡1。聚合物透鏡1係設置於玻璃基板11之上側面上。玻璃基板11之下側面通過黏著劑23連接至VCSEL(垂直腔表面發射雷射)基板21的上側面。組件進一步包含設置於VCSEL基板21之上側面上的VCSEL 22。
圖4示意性地顯示包含本發明之準直系統之組件之一部分的橫截面圖。圖4之準直系統與圖3之準直系統的不同處在於圖4之準直系統包含一個位於玻璃基板11之上側面上的聚合物透鏡2及另一個位於玻璃基板11之下側面上的聚合物透鏡1。聚合物透鏡2 及聚合物透鏡1彼此對準。聚合物透鏡2及聚合物透鏡1具有相同的光軸(未顯示光軸)。玻璃基板11之下側面通過黏著劑23連接至VCSEL基板21的上側面。組件進一步包含設置於VCSEL基板21之上側面上的VCSEL 22。
圖5示意性地顯示包含本發明之準直系統之組件之一部分的橫截面圖。圖5之準直系統包含兩個玻璃基板11、12。聚合物透鏡4係設置於上方玻璃基板12之上側面上。聚合物透鏡3係設置於上方玻璃基板12之下側面上。聚合物透鏡2係設置於下方玻璃基板11之上側面上。聚合物透鏡1係設置於下方玻璃基板11之下側面上。聚合物透鏡彼此對準且具有相同的光軸(未顯示光軸)。下方玻璃基板11之下側面通過黏著劑23連接至VCSEL基板21的上側面。組件進一步包含設置於VCSEL基板21之上側面上的VCSEL 22。上方玻璃基板12及下方玻璃基板11由間隔件24，特定言之由玻璃間隔件24隔開。間隔件24，特定言之玻璃間隔件24，包含用於容納聚合物透鏡3及2的凹部。間隔件24(特定而言玻璃間隔件24)之厚度係經選擇，使得玻璃基板12及11彼此間隔開一距離，該距離使得聚合物透鏡3及2不彼此直接實體接觸。如圖5所示之透鏡3及2具有匹配的曲線形狀。此可幫助降低色差。
[實施例] [實施例1]
利用以下材料選擇模擬如圖3所示之準直模組：
玻璃基板具有以下組成(玻璃1)：
Figure 108134087-A0101-12-0017-9
聚合物透鏡材料：DELO OM614
操作溫度25℃至60℃
注射光波長：940nm
原始透鏡尺寸：弦長2mm及0.2mm高度
Figure 108134087-A0101-12-0017-11
模擬結果：
孔徑角θ=0.00156°
因此，利用玻璃1與OM614聚合物透鏡之組合達成相當低的孔徑角。
[實施例2]
利用以下材料選擇模擬如圖3所示之準直模組：
玻璃基板具有以下組成(玻璃2)：
Figure 108134087-A0101-12-0017-12
Figure 108134087-A0101-12-0018-15
聚合物透鏡材料：DELO OM614
操作溫度25℃至60℃
注射光波長：940nm
原始透鏡尺寸：弦長2mm及0.2mm高度
Figure 108134087-A0101-12-0018-16
模擬結果：
孔徑角θ=0.00164°
因此，利用玻璃2與OM614聚合物透鏡之組合達成相當低的孔徑角。
[實施例3]
利用以下材料選擇模擬如圖3所示之準直模組：
玻璃基板具有以下組成(玻璃3)：
Figure 108134087-A0101-12-0018-29
Figure 108134087-A0101-12-0019-14
聚合物透鏡材料：DELO OM614
操作溫度25℃至60℃
注射光波長：940nm
原始透鏡尺寸：弦長2mm及0.2mm高度
Figure 108134087-A0101-12-0019-13
模擬結果：
孔徑角θ=0.00257°
因此，利用玻璃3與OM614聚合物透鏡之組合達成相當低的孔徑角。
101‧‧‧光發射器
102‧‧‧準直透鏡
S‧‧‧焦點位置
S’‧‧‧光影像
θ‧‧‧孔徑角

Claims (39)

  1. 一種準直系統，其包括至少一玻璃基板(11、12)及存在於該基板(11、12)之至少一側面上之至少一聚合物透鏡(1、2、3、4)，其中該準直系統具有低於15°之孔徑角θ，其中該聚合物之CTE與該玻璃之CTE的比係至多40，且其中該玻璃之導熱性與該聚合物之導熱性之間的差值係至多1.1W/(m*K)。
  2. 如請求項1之準直系統，其中，該等聚合物透鏡(1、2、3、4)之總數係至少2。
  3. 如請求項2之準直系統，其中，該等聚合物透鏡(1、2、3、4)係根據規則格柵分佈於該基板(11、12)之側面上。
  4. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該等聚合物透鏡(1、2、3、4)係存在於該基板(11、12)之兩側面上。
  5. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該等聚合物透鏡(1、2、3、4)係由選自由環氧樹脂及丙烯酸系樹脂所組成之群之聚合物所組成。
  6. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃係選自由矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃及鋁硼矽酸鹽玻璃所組成之群。
  7. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃包含在所指示範圍內以重量%計的以下組分：
    Figure 108134087-A0101-13-0001-17
    Figure 108134087-A0101-13-0002-18
  8. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃包含在所指示範圍內以重量%計的以下組分：
    Figure 108134087-A0101-13-0002-19
  9. 如請求項1至6中至少一項之準直系統，其中，該玻璃包含在所指示範圍內以重量%計的以下組分：
    Figure 108134087-A0101-13-0002-21
  10. 如請求項1至8中至少一項之準直系統，其中，該玻璃包含在所指示範圍內以重量%計的以下組分：
    Figure 108134087-A0101-13-0003-22
  11. 如請求項1至6中至少一項之準直系統，其中，該玻璃包含在所指示範圍內以重量%計的以下組分：
    Figure 108134087-A0101-13-0003-23
  12. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該準直系統包含兩個玻璃基板(11、12)。
  13. 如請求項12之準直系統，其中，該兩個玻璃基板(11、12)係由一玻璃間隔件(24)隔開。
  14. 如請求項13之準直系統，其中，該玻璃間隔件(24)具有與該等玻璃基板(11、12)相同的玻璃組成。
  15. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，在該玻璃基板 (11、12)之兩側面之各者上之聚合物透鏡(1、2、3、4)的數目相等。
  16. 如請求項15之準直系統，其中，該等聚合物透鏡(1、2、3、4)係經設置成使在該基板(11、12)之一側面上之各個透鏡(1、2、3、4)於該基板(11、12)之另一側面上具有對應透鏡(1、2、3、4)。
  17. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該準直系統具有低於10°之孔徑角θ。
  18. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃之導熱性係在0.7至1.4W/(m*K)之範圍內。
  19. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該聚合物之導熱性係在0.05至0.6W/(m*K)之範圍內。
  20. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃之導熱性與該聚合物之導熱性之間的差值係至多1.0W/(m*K)。
  21. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃之CTE係至多15ppm/K。
  22. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該聚合物之CTE係小於200ppm/K。
  23. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該聚合物之CTE與該玻璃之CTE之比係至多30。
  24. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃基板(11、12)之厚度係在30μm至1000μm之範圍內。
  25. 如請求項8至19中至少一項之準直系統，其中，該玻璃間隔件(24)之厚度係在45μm至1000μm之範圍內。
  26. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃基板(11、12)及/或玻璃間隔件(24)於25mm2之表面上的局部厚度變化 LTV係小於5μm。
  27. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃基板(11、12)及/或玻璃間隔件(24)之總厚度變化TTV係小於40μm。
  28. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該聚合物透鏡(1、2、3、4)之聚合物具有在1.40至1.60之範圍內的折射率nd。
  29. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃具有在1.45至1.90之範圍內的折射率nd。
  30. 如前述請求項中至少一項之準直系統，其中，該玻璃之折射率nd與該聚合物之折射率nd相差低於0.5。
  31. 一種組件，其包含前述請求項中至少一項之準直系統，其中該組件進一步包含至少一光源(22)及至少一光源基板(21)，其中該光源(22)係設置於該光源基板(21)之一側面上。
  32. 如請求項31之組件，其中，該光源基板(21)係透過一黏著劑(23)連接至該準直系統之一玻璃基板(11、12)。
  33. 如請求項31或32之組件，其中，該光源(22)之最大發射波長係在700nm至1000nm之範圍內。
  34. 如請求項31至33中至少一項之組件，其中，該光源(22)係雷射光源(22)且其中該光源基板(21)係雷射光源基板(21)。
  35. 如請求項31至34中至少一項之組件，其中，該光源(22)或該雷射光源(22)係垂直腔表面發射雷射(VCSEL)(22)且其中該光源基板(21)或該雷射光源基板(21)係VCSEL基板(21)。
  36. 一種製造請求項1至30中至少一項之準直系統之方法，該方法包括以下步驟：
    a)提供至少一玻璃基板(11、12)，
    b)將至少一聚合物透鏡(1、2、3、4)定位於該基板之至少一側面上。
  37. 如請求項36之方法，其中，該將聚合物透鏡(1、2、3、4)定位於該基板(11、12)上之步驟包括以下步驟：
    b1)在預定位置處將液態聚合物樹脂滴於該基板(11、12)上，
    b2)固化該聚合物樹脂。
  38. 如請求項37之方法，其中，該聚合物樹脂係利用UV光固化。
  39. 一種請求項1至30中至少一項之準直系統之用途，其係用於3D成像及感測、距離測量、深度測量、臉部識別、物件識別、動畫、3D建模、3D掃描、行動支付、指紋感測器、擴增實境/虛擬實境及/或臉部美化。
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