TWM605138U - 主動式對準系統 - Google Patents

Abstract

本創作係提供一種主動式對準系統，用以組裝雷射模組，主動式對準系統包括定位單元、感測單元以及電性連接於定位單元與感測單元之間的控制單元，且感測單元用以感測通過光學鏡片的雷射光束而獲得一受測圖案，而控制單元用以依據受測圖案而驅動定位單元移動光學鏡片直至受測圖案符合一檢測標準。

Description

主動式對準系統

本創作係涉及光學領域，尤其係關於一種主動式對準系統。

由於雷射光源有較大的光電轉換效率，且雷射光源所輸出之雷射光束具有能量高、波長一致、單一頻率以及準直性佳的光學特性，故雷射光源逐漸地被廣泛應用。請參閱圖1與圖2，圖1為習知雷射模組之部分結構的剖面概念示意圖，圖2為圖1所示雷射模組之部分結構的立體分解示意圖。習知的雷射模組1包括外殼體10、內殼體11、基板12、雷射單元13、反射光學元件15、準直光學元件16、繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)17以及陶瓷板14，且基板12用以承載雷射單元13、陶瓷板14、外殼體10以及內殼體11，而雷射單元13設置於陶瓷板14上以電性連接於基板12；其中，內殼體11設置於外殼體10的容置空間內，且準直光學元件16以及繞射光學元件17分別固定於內 殼體11以及外殼體10上，使得準直光學元件16在垂直方向上是位於基板12以及繞射光學元件17之間。

再者，當雷射單元13接收電力後，雷射單元13可提供複數雷射光束L1，且該些雷射光束L1會往反射光學元件15的方向行進，並於投射至反射光學元件15上後被反射光學元件15反射而朝準直光學元件16以及繞射光學元件17的方向行進。其中，準直光學元件16用以準直被反射光學元件15所反射而來的雷射光束L1，使通過準直光學元件16的雷射光束L1以較佳的入射方向入射至繞射光學元件17，而繞射光學元件17則用以對通過準直光學元件16後的雷射光束L1進行光束整型，使該些雷射光束L1形成結構光並予以向外投射。

特別說明的是，雷射模組1零件組成較多，除了增加組裝上的複雜度，亦成為提升組裝精度的屏障；舉例來說，於組裝雷射模組1的過程中，將準直光學元件16固設於反射光學元件15上方時可能會發生定位的偏差，而將繞射光學元件17固設於準直光學元件16上方時亦可能發生定位的偏差，顯然地，各元件的堆疊組成將導致整體偏差不斷擴大，其精度僅約略落在微米級的程度，使得雷射模組1所投射的結構光無法滿足實際使用需求。

其中，現有的校正手段為，透過微機械加工(micro machining)進行機械切割的方式切割承載準直光學元件16之載體(即內殼體11)的底部(即與基板12的連接處)，使準直光學元件16位於準焦的位置與姿態，同樣亦透過微機械加工(micro machining)進行機械切割的方式切割承載繞射光學元件17之載體(即外殼體 10)的底部(即與基板12的連接處)，使繞射光學元件17位於準焦的位置與姿態。然而，上述微機械加工(micro machining)進行機械切割的方式所能提升的精度仍然有限，亦約略落在微米級的程度，且需透過極為昂貴的精密加工機進行，並且不適用於大量生產。

本創作之主要目的在提供一種用於組裝雷射模組的主動式對準系統，藉此提高雷射模組的製造精度並減少製造成本，且適用於大量生產。

於一較佳實施例中，本創作提供一種主動式對準系統，用以組裝一雷射模組，該雷射模組包括至少一光學鏡片以及一雷射單元，且該雷射單元所產生之一雷射光束於通過該少一光學鏡片後向外投射，其中，該主動式對準系統包括：

一定位單元，用以移動該至少一光學鏡片；

一第一感測單元，用以感測通過該至少一光學鏡片之該雷射光束而獲得一受測圖案；以及

一控制單元，電性連接於該定位單元以及該第一感測單元之間，用以依據該受測圖案而驅動該定位單元移動該至少一光學鏡片直至該受測圖案符合一檢測標準。

於一較佳實施例中，該雷射模組還包括一反射光學元件，且該雷射單元係為一邊射型雷射單元；其中，該反射光學元件用以反射該邊射型雷射單元所產生之該雷射光束，使該雷射 光束朝該至少一光學鏡片之方向行進。

於一較佳實施例中，該雷射單元為一垂直共振腔面射型雷射單元(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，且該垂直共振腔面射型雷射單元所產生之該雷射光束朝該至少一光學鏡片之方向行進。

於一較佳實施例中，該定位單元係為一六軸定位單元。

於一較佳實施例中，該至少一光學鏡片包括一準直光學元件，且該準直光學元件用以準直通過該準直光學元件之該雷射光束。

於一較佳實施例中，該檢測標準包括一光點大小檢測標準、一光點形狀檢測標準及/或一光點位置檢測標準。

於一較佳實施例中，該第一感測單元係為一光束分析儀(beam profiler)。

於一較佳實施例中，該雷射模組還包括一內殼體，且該內殼體用以供該準直光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該內殼體而移動該準直光學元件。

於一較佳實施例中，該主動式對準系統還包括一第二感測單元，其電性連接於該控制單元，並用以拍攝該準直光學元件；其中，該控制單元還用以依據該第二感測單元之一拍攝結果而驅動該定位單元移動該準直光學元件，使該準直光學元件位於以該雷射單元之所在處為定位參考的一標準位置並處於一標準姿態。

於一較佳實施例中，該雷射模組還包括一內殼體， 且該內殼體用以供該準直光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該內殼體而移動該準直光學元件。

於一較佳實施例中，該準直光學元件係先被該定位單元移動而位於以一系統自訂參考標準為定位參考的一預定位置並處於一預定姿態，再被該定位單元置於該內殼體上。

於一較佳實施例中，該第二感測單元包括至少三個攝像機，且該至少三個攝像機分別位於該準直光學元件之不同方向上。

於一較佳實施例中，該至少一光學鏡片包括一繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)，用以對通過其中之該雷射光束進行光束整型，而使該雷射光束形成一結構光。

於一較佳實施例中，該檢測標準包括一特徵點數量(dot count)檢測標準、一對比度(contrast)檢測標準、一照明視場(field of illumination)檢測標準、一熱點(hot spot)檢測標準、一圖案角度(pattern angle)檢測標準、一零階光束(zero order)檢測標準、一能量均勻度(power uniformity)檢測標準及/或一幾何與圖案重心位置(geometrical & pattern mass center)檢測標準。

於一較佳實施例中，該第一感測單元包括一被投射面以及一攝像模組，且該被投射面設置於該繞射光學元件以及該攝像模組之間；其中，該攝像模組係於該結構光投射至該被投射面時進行攝像以獲得該受測圖案。

於一較佳實施例中，該雷射模組還包括一外殼體，且該外殼體用以供該繞射光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該外殼體而移動該繞射光學元件。

於一較佳實施例中，該主動式對準系統還包括一第二感測單元，其電性連接於該控制單元，並用以拍攝該繞射光學元件；其中，該控制單還用以依據該第二感測單元之一拍攝結果而驅動該定位單元移動該繞射光學元件，使該繞射光學元件位於一標準位置並處於一標準姿態。

於一較佳實施例中，該至少一光學鏡片還包括位於該繞射光學元件下方之一準直光學元件，且該雷射模組還包括用以供該準直光學元件設置於其上之一內殼體；其中，該控制單用以依據該第二感測單元之該拍攝結果而驅動該定位單元移動該繞射光學元件，使該繞射光學元件位於以該內殼體及/或該準直光學元件之所在處為定位參考的該標準位置並處於該標準姿態。

於一較佳實施例中，該第二感測單元包括至少三個攝像機，且該至少三個攝像機分別位於該繞射光學元件之不同方向上。

於一較佳實施例中，該雷射模組還包括一外殼體，且該外殼體用以供該繞射光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該外殼體而移動該繞射光學元件。

於一較佳實施例中，該第二感測單元對該外殼體進行拍攝以供後續進行一殼體表面分析。

於一較佳實施例中，主動式對準系統還包括至少一鏡面元件，且該至少一鏡面元件設置於該外殼體之鄰近處；其中，該第二感測單元對該外殼體及/或該至少一鏡面元件進行拍攝以供後續進行一殼體表面分析。

於一較佳實施例中，該繞射光學元件係先被該定位 單元移動而位於以一系統自訂參考標準為定位參考的一預定位置並處於一預定姿態，再被該定位單元置於該外殼體上。

1:雷射模組

2:雷射模組

3:主動式對準系統

4:雷射模組

10:外殼體

11:內殼體

12:基板

13:雷射單元

14:陶瓷板

15:反射光學元件

16:準直光學元件

17:繞射光學元件

20:外殼體

21:內殼體

22:基板

23:雷射單元

24:陶瓷板

25:反射光學元件

26:準直光學元件

27:繞射光學元件

31:第一感測單元

32:第二感測單元

33:定位單元

34:控制單元

35:電力單元

36:鏡面元件

41:雷射單元

42:投射結構

43:繞射光學元件

311:光束分析儀

312:攝像模組

313:被投射面

321:攝像機

322:攝像機

323:攝像機

324:攝像機

325:攝像機

326:攝像機

331:六軸定位單元

332:六軸定位單元

333:六軸定位單元

334:六軸定位單元

I1:受測圖案

I2:受測圖案

L1:雷射光束

L2:雷射光束

L3:雷射光束

S11:步驟

S12:步驟

S201:步驟

S202:步驟

S203:步驟

S204:步驟

S205:步驟

S206:步驟

S207:步驟

S208:步驟

S209:步驟

S210:步驟

S211:步驟

S212:步驟

S213:步驟

S214:步驟

S215:步驟

S216:步驟

圖1：係為習知雷射模組之部分結構的剖面概念示意圖。

圖2：係為圖1所示雷射模組之部分結構的立體分解示意圖。

圖3：係為應用本案主動式對準系統進行組裝之雷射模組於一較佳實施例之部分結構的剖面概念示意圖。

圖4：係為圖3所示雷射模組之部分結構的立體分解示意圖。

圖5：係為本案主動式對準系統於一較佳實施例之方塊概念示意圖。

圖6A：係為利用利用圖5所示主動式對準系統將準直光學元件組裝至內殼體上的第一階段實施概念示意圖。

圖6B：係為利用圖5所示主動式對準系統將準直光學元件組裝至內殼體上的第二階段實施概念示意圖。

圖7A：係為利用圖5所示主動式對準系統對準直光學元件進行粗調定位的一較佳實施概念示意圖。

圖7B：係為利用圖5所示主動式對準系統對準直光學元件進行細調定位並予以組裝至雷射模組的一較佳實施概念示意圖。

圖8A：係為受測圖案於準直光學元件位於非準焦的位置與姿態時的一較佳概念示意圖。

圖8B：係為受測圖案於準直光學元件位於準焦的位置與姿態時的一較佳概念示意圖。

圖9A：係為利用圖5所示主動式對準系統將繞射光學元件組裝至外殼體上的第一階段實施概念示意圖。

圖9B：係為利用圖5所示主動式對準系統將繞射光學元件組裝至外殼體上的第二階段實施概念示意圖。

圖10A：係為利用圖5所示主動式對準系統對繞射光學元件進行粗調定位的一較佳實施概念示意圖。

圖10B：係為利用圖5所示主動式對準系統對繞射光學元件進行細調定位並予以組裝至雷射模組的一較佳實施概念示意圖。

圖11：係為受測圖案於繞射光學元件位於準焦的位置與姿態時的一較佳概念示意圖。

圖12：係為主動式對準方法的一較佳方塊流程示意圖。

圖13A：係為主動式對準方法的一較佳方塊流程示意圖。

圖13B：係為主動式對準方法的一較佳方塊流程示意圖。

圖14：係為光學式定位與機械式定位之定位公差與組裝成本的相對關係示意圖。

圖15：係為應用本案主動式對準系統進行組裝之雷 射模組於一較佳實施例之部分結構的剖面概念示意圖。

本創作之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本創作之內容而進行多種之改變與修改。

首先說明應用本案主動式對準系統(Active Alignment Sysem)進行組裝的雷射模組。請參閱圖3與圖4，圖3為應用本案主動式對準系統進行組裝之雷射模組於一較佳實施例之部分結構的剖面概念示意圖，圖4為圖3所示雷射模組之部分結構的立體分解示意圖。雷射模組2包括外殼體20、內殼體21、基板22、雷射單元23、陶瓷板24、反射光學元件25、準直光學元件26以及繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)27，且基板22用以承載雷射單元23、陶瓷板24、外殼體20以及內殼體21，而雷射單元23設置於陶瓷板24上以電性連接於基板22；其中，內殼體21設置於外殼體20的容置空間內，且準直光學元件26以及繞射光學元件27分別固定於內殼體21以及外殼體20上，使得準直光學元件26在垂直方向上是位於基板22以及繞射光學元件27之間。

再者，於本較佳實施例中，雷射單元23為邊射型雷射單元，當雷射單元23接收電力後，雷射單元23可提供複數雷射光束L2，且該些雷射光束L2會往反射光學元件25的方向行進，並於投射至反射光學元件25上後被反射光學元件25反射而朝準直光學元件26以及繞射光學元件27的方向行進。其中，準直光學元件26用以準直被反射光學元件25所反射而來的雷射光束L2，使通過準直光學元件26的雷射光束L2以較佳的入射方向入射至繞射光學元件27，而繞射光學元件27則用以對通過準直光學元件26後的雷射光束L2進行光束整型，使該些雷射光束L2形成結構光並予以向外投射。

接下來說明本案主動式對準系統。請參閱圖5，其為本案主動式對準系統於一較佳實施例之方塊概念示意圖。主動式對準系統3包括第一感測單元31、第二感測單元32、定位單元33以及控制單元34，且控制單元34電性連接於第一感測單元31、第二感測單元32以及定位單元33之間，其中，定位單元33用以移動光學鏡片(如準直光學元件26或繞射光學元件27)，且第一感測單元31用以感測通過光學鏡片的雷射光束而獲得受測圖案，而第二感測單元32用以拍攝光學鏡片。

再者，於組裝雷射模組2的過程中，控制單元34係先依據第二感測單元32的拍攝結果而驅動定位單元33移動光學鏡片，使光學鏡片位於一標準位置並處於一標準姿態而完成初步的粗調定位，再依據第一感測單元31所獲得的受測圖案而驅動定位單元33移動光學鏡片直至受測圖案符合一檢測標準，藉此完成細調定位，以供後續進行固定程序。

以下詳細說明雷射模組2的組裝過程。請參閱圖6A與圖6B，圖6A為利用圖5所示主動式對準系統將準直光學元件組裝至內殼體上的第一階段實施概念示意圖，圖6B為利用圖5所示主動式對準系統將準直光學元件組裝至內殼體上的第二階段實施概念示意圖。於本較佳實施例中，第二感測單元32包括三個攝像機325，而定位單元33包括可對準直光學元件26進行六軸移動的六軸定位單元334。惟，第二感測單元32以及定位單元33的實施態樣與數量並不以上述為限。

圖6A示意了於主動式對準系統3將準直光學元件26組裝至內殼體21上的第一階段過程中，六軸定位單元334係先移動準直光學元件26至三個攝像機325之間，使三個攝像機325分別位於準直光學元件26的下方鄰近處、後方鄰近處與側方鄰近處，接著，該些攝像機325分別對準直光學元件26進行拍攝，且該些攝像機325的拍攝結果會回傳至控制單元34，使控制單元34獲得相關的控制回饋，並據以驅動六軸定位單元334移動準直光學元件26，直到準直光學元件26位於以一系統自訂參考標準為定位參考的預定位置並處於預定姿態(如角度姿態)。於本較佳實施例中，下方的攝像機325用來確認準直光學元件26於XY平面上的位置，而後方與側方的攝像機325則用來確認準直光學元件26的平行度(flatness)。

圖6B示意了於主動式對準系統3將準直光學元件26組裝至內殼體21上的第二階段過程中，設置於準直光學元件26上方的攝像機326用以對準直光學元件26以及內殼體21進行拍攝，且攝像機326的拍攝結果會回傳至控制單元34，使控制單 元34獲得相關的控制回饋，並據以驅動六軸定位單元334移動準直光學元件26，直到準直光學元件26對準內殼體21並使準直光學元件26置於內殼體21上。

其中，於上述圖6A與圖6B所示主動式對準系統3將準直光學元件26定位至內殼體21上之前，準直光學元件26或內殼體21會先被進行一上膠作業而使得準直光學元件26或內殼體21上具有膠體，而經過上述圖6A與圖6B所示主動式對準系統3將準直光學元件26定位至內殼體21上之後，膠體會接著被進行固化程序(如紫外線固化程序等)而使得準直光學元件26固定於內殼體21上。

請參閱圖7A與圖7B，圖7A為利用圖5所示主動式對準系統對準直光學元件進行粗調定位的一較佳實施概念示意圖，圖7B為利用圖5所示主動式對準系統對準直光學元件進行細調定位並予以組裝至雷射模組的一較佳實施概念示意圖。於本較佳實施例中，第一感測單元31包括光束分析儀(beam profiler)311，且第二感測單元32包括三個攝像機321，而定位單元33包括可對準直光學元件26進行六軸移動的六軸定位單元331。其中，由於準直光學元件26已先被組裝至內殼體21上，故於本較佳實施例中，六軸定位單元331係經由移動內殼體21而移動準直光學元件26。惟，第一感測單元31、第二感測單元32以及定位單元33的實施態樣與數量並不以上述為限。

圖7A示意了於主動式對準系統3對準直光學元件26進行粗調定位的過程中，六軸定位單元331係先移動內殼體21及固定於其上的準直光學元件26至三個攝像機321之間，使三個 攝像機321分別位於準直光學元件26的上方鄰近處、後方鄰近處與側方鄰近處，接著，該些攝像機321分別對內殼體21及固定於其上的準直光學元件26進行拍攝，且該些攝像機321的拍攝結果會回傳至控制單元34，使控制單元34獲得相關的控制回饋，並據以驅動六軸定位單元331移動內殼體21及固定於其上的準直光學元件26，直到內殼體21及固定於其上的準直光學元件26位於以雷射單元23之所在處為定位參考的標準位置並處於標準姿態(如角度姿態)，至此已完成粗調定位的程序。於本較佳實施例中，上方的攝像機321用來確認內殼體21及固定於其上的準直光學元件26於XY平面上的位置，而後方與側方的攝像機321則用來確認內殼體21及固定於其上的準直光學元件26的平行度(flatness)。

圖7B示意了於主動式對準系統3對準直光學元件26進行細調定位的過程中，光束分析儀311設置於雷射模組2的上方鄰近處，而控制單元34驅動與其電性相連的電力單元35提供電力予雷射模組2，使雷射單元23提供雷射光束L2，且於雷射光束L2經由反射光學元件25的反射而朝準直光學元件26的方向行進並通過準直光學元件26後，位於準直光學元件26上方的光束分析儀311感測通過準直光學元件26的雷射光束L2而獲得受測圖案I1，控制單元34再依據受測圖案I1而驅動六軸定位單元331移動內殼體21及固定於其上的準直光學元件26，直到光束分析儀311所獲得的受測圖案I1符合檢測標準，其中，當受測圖案I1符合檢測標準時，代表準直光學元件26位於準焦的位置與姿態，可準備進行後續固定內殼體21的程序。

進一步而言，於上述圖7A與圖7B所示主動式對準 系統3將內殼體21及其上的準直光學元件26定位至雷射模組2之前，內殼體21或基板22會先被進行一上膠作業而使得內殼體21或基板22上具有膠體，而經過圖7A與圖7B所示主動式對準系統3將內殼體21及其上的準直光學元件26定位至雷射模組2上之後，膠體會接著被進行固化程序(如紫外線固化程序等)而使得內殼體21被固定於雷射模組2上。

此外，有關上述用於定位準直光學元件26之受測圖案I2的檢測標準進一步說明如下。請參閱圖8A與圖8B，圖8A為受測圖案於準直光學元件位於非準焦的位置與姿態時的一較佳概念示意圖，圖8B受測圖案於準直光學元件位於準焦的位置與姿態時的一較佳概念示意圖。由圖8A與圖8B所示可知，受測圖案I1中光點的大小、形狀以及位置皆會因應準直光學元件26所處之位置與姿態的不同而有所改變，因此，於本較佳實施例中，檢測標準包括光點大小檢測標準、光點形狀檢測標準及/或光點位置檢測標準，透過對受測圖案I1中光點的大小、形狀及/或位置的檢測即可作為判斷準直光學元件26是否位於準焦位置與姿態的依據。惟，檢測標準的設計並不以上述為限，熟知本技藝人士可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。

請參閱圖9A與圖9B，圖9A為利用圖5所示主動式對準系統將繞射光學元件組裝至外殼體上的第一階段實施概念示意圖，圖9B為利用圖5所示主動式對準系統將繞射光學元件組裝至外殼體上的第二階段實施概念示意圖。於本較佳實施例中，第二感測單元32包括三個攝像機322，而定位單元33包括可對繞射光學元件27進行六軸移動的六軸定位單元332。惟，第二感測單 元32以及定位單元33的實施態樣與數量並不以上述為限。

圖9A示意了於主動式對準系統3將繞射光學元件27組裝至外殼體20上的第一階段過程中，六軸定位單元332係先移動繞射光學元件27至三個攝像機322之間，使三個攝像機322分別位於繞射光學元件27的下方鄰近處、後方鄰近處與側方鄰近處，接著，該些攝像機322分別對繞射光學元件27進行拍攝，且該些攝像機322的拍攝結果會回傳至控制單元34，使控制單元34獲得相關的控制回饋，並據以驅動六軸定位單元332移動繞射光學元件27，直到繞射光學元件27位於以一系統自訂參考標準為定位參考的預定位置並處於預定姿態(如角度姿態)。於本較佳實施例中，下方的攝像機322用來確認繞射光學元件27於XY平面上的位置，而後方與側方的攝像機322則用來確認繞射光學元件27的平行度(flatness)。

圖9B示意了於主動式對準系統3將繞射光學元件27組裝至外殼體20上的第二階段過程中，設置於繞射光學元件27上方的攝像機323用以對繞射光學元件27以及外殼體20進行拍攝，且攝像機323的拍攝結果會回傳至控制單元34，使控制單元34獲得相關的控制回饋，並據以驅動六軸定位單元332移動繞射光學元件27，直到繞射光學元件27對準外殼體20並使繞射光學元件27置於外殼體20上。

其中，於上述圖9A與圖9B所示主動式對準系統3將繞射光學元件27定位至外殼體20上之前，繞射光學元件27或外殼體20會先被進行一上膠作業而使得繞射光學元件27或外殼體20上具有膠體，而經過上述圖9A與圖9B所示主動式對準系統 3將繞射光學元件27定位至外殼體20上之後，膠體會接著被進行固化程序(如紫外線固化程序等)而使得繞射光學元件27固定於外殼體20上。

請參閱圖10A與圖10B，圖10A為利用圖5所示主動式對準系統對繞射光學元件進行粗調定位的一較佳實施概念示意圖，圖10B為利用圖5所示主動式對準系統對繞射光學元件進行細調定位並予以組裝至雷射模組的一較佳實施概念示意圖。於本較佳實施例中，第一感測單元31包括攝像模組312以及被投射面313，且第二感測單元32包括三個攝像機324，而定位單元33包括可對繞射光學元件27進行六軸移動的六軸定位單元333；其中，由於繞射光學元件27已先被組裝至外殼體20上，故於本較佳實施例中，六軸定位單元333係經由移動外殼體20而移動繞射光學元件27。惟，第一感測單元31、第二感測單元32以及定位單元33的實施態樣與數量並不以上述為限。

圖10A示意了於主動式對準系統3對繞射光學元件27進行粗調定位的過程中，六軸定位單元333係先移動外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27至三個攝像機324之間，使三個攝像機324分別位於繞射光學元件27的上方鄰近處、後方鄰近處與側方鄰近處，接著，該些攝像機324分別對外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27進行拍攝，且該些攝像機324的拍攝結果會回傳至控制單元34，使控制單元34獲得相關的控制回饋，並據以驅動六軸定位單元333移動外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27，直到外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27位於以內殼體21及/或準直光學元件26之所在處為定位參考的標準位置 並處於標準姿態(如角度姿態)，至此已完成粗調定位的程序。於本較佳實施例中，上方的攝像機324用來確認外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27於XY平面上的位置，而後方與側方的攝像機324則用來確認外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27的平行度(flatness)。

較佳者，但不以此為限，主動式對準系統3還包括位於外殼體20之鄰近處並用以成像至少部分外殼體20的一或多個鏡面元件36，且於該些攝像機324對外殼體20及其鄰近處的鏡面元件36進行拍攝時，控制單元34還可依據該些攝像機324的拍攝結果而對外殼體20進行殼體表面分析，進而判斷外殼體20是否刮傷或損壞。

圖10B示意了於主動式對準系統3對繞射光學元件27進行細調定位的過程中，攝像模組312以及被投射面313設置於雷射模組2的上方鄰近處，且投射面313位於繞射光學元件27以及攝像模組312之間，而控制單元34驅動與其電性相連的電力單元35提供電力予雷射模組2，使雷射單元23提供雷射光束L2，且於雷射光束L2經由反射光學元件25的反射而朝準直光學元件26與繞射光學元件27的方向行進、並依序通過準直光學元件26與繞射光學元件27而形成結構光後，位於被投射面313上方的攝像模組312會對投射至被投射面313的結構光進行攝像以獲得受測圖案I2，控制單元34再依據受測圖案I2而驅動六軸定位單元333移動外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27，直到攝像模組312所獲得的受測圖案I2符合檢測標準，其中，當受測圖案I2符合檢測標準時，代表繞射光學元件27位於準焦的位置與姿態， 可準備進行後續固定外殼體20的程序。

進一步而言，於上述圖10A與圖10B所示主動式對準系統3將外殼體20及其上的繞射光學元件27定位至雷射模組2之前，外殼體20或基板22會先被進行一上膠作業而使得外殼體20或基板22上具有膠體，而經過圖10A與圖10B所示主動式對準系統3將外殼體20及其上的繞射光學元件27定位至雷射模組2上之後，膠體會接著被進行固化程序(如紫外線固化程序等)而使得外殼體20被固定於雷射模組2上。

此外，有關上述用於定位繞射光學元件27之受測圖案I2的檢測標準進一步說明如下。請參閱圖11，其為受測圖案於繞射光學元件位於準焦的位置與姿態時的一較佳概念示意圖。其中，受測圖案I2的對比度(contrast)、照明視場(field of illumination)、熱點(hot spot)、圖案角度(pattern angle)、能量均勻度(power uniformity)、幾何與圖案重心位置(geometrical & pattern mass center)、零階(zero order)光束的表現以及特徵點的數量(dot count)皆會因應繞射光學元件27所處之位置與姿態的不同而有所改變，因此，於本較佳實施例中，檢測標準包括數量檢測標準、對比度檢測標準、照明視場檢測標準、熱點檢測標準、圖案角度檢測標準、零階光束檢測標準、能量均勻度檢測標準及/或幾何與圖案重心位置檢測標準，透過對受測圖案I2中對比度、照明視場、熱點、圖案角度、能量均勻度、幾何與圖案重心位置、零階光束之表現及/或特徵點之數量的檢測即可作為判斷繞射光學元件27是否位於準焦位置與姿態的依據。惟，檢測標準的設計並不以上述為限，熟知本技藝人士可依據實際應用需求而進行任何均等的 變更設計。

綜合以上的說明，組裝雷射模組的主動式對準方法(Active Alignment Method)如圖12所示。主動式對準方法包括：步驟S11，感測通過光學鏡片的雷射光束而獲得受測圖案；以及步驟S12，依據受測圖案而移動光學鏡片直至受測圖案符合檢測標準。

於本較佳實施例中，用於組裝雷射模組2的主動式對準方法可被更進一步表示如圖13A與圖13B所示。主動式對準方法包括：

步驟S201，利用至少三個攝像機325拍攝準直光學元件26，且該些攝像機325分別位於準直光學元件26的不同方向上；

步驟S202，依據步驟S201的拍攝結果而利用六軸定位單元334移動準直光學元件26，直至準直光學元件26位於以一系統自訂參考標準為定位參考的預定位置並處於預定姿態；

步驟S203，利用攝像機326拍攝準直光學元件26以及內殼體21；

步驟S204，依據步驟S203的拍攝結果而移動準直光學元件26，使準直光學元件26對準內殼體21並置於內殼體21上；

步驟S205，利用至少三個攝像機321拍攝內殼體21及固定於其上的準直光學元件26，且該些攝像機321分別位於準直光學元件26的不同方向上；

步驟S206，依據步驟S205的拍攝結果而利用六軸定位單元331移動內殼體21及固定於其上的準直光學元件26，直至內殼體21及固定於其上的準直光學元件26位於以雷射單元23之所在處為定位參考的標準位置並處於標準姿態；

步驟S207，利用光束分析儀311感測通過準直光學元件26的雷射光束L2而獲得受測圖案I1；

步驟S208，依據步驟S207所獲得的受測圖案I1而移動內殼體21及固定於其上的準直光學元件26，直至受測圖案I1符合用於定位準直光學元件26的檢測標準；

步驟S209，利用至少三個攝像機322拍攝繞射光學元件27，且該些攝像機322分別位於繞射光學元件27的不同方向上；

步驟S210，依據步驟S209的拍攝結果而利用六軸定位單元332移動繞射光學元件27，直至繞射光學元件27位於一系統自訂參考標準為定位參考的預定位置並處於預定姿態；

步驟S211，利用攝像機323拍攝繞射光學元件27以及外殼體20；

步驟S212，依據步驟S211的拍攝結果而移動繞射光學元件27，使繞射光學元件27對準外殼體20並置於外殼體20上；

步驟S213，利用至少三個攝像機324拍攝外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27，且該些攝像機324分別位於繞射光學元件27的不同方向上；

步驟S214，依據步驟S213的拍攝結果而利用六軸定位單元333移動外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27，直至外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27位於以內殼體21及/或準直光學元件26之所在處為定位參考的標準位置並處於標準姿態；

步驟S215，於雷射光束L2通過繞射光學元件27而形成結構光並投射至被投射面313時，利用攝像模組312進行攝像以獲得受測圖案I2；以及

步驟S216，依據步驟S215所獲得的受測圖案I2而移動外殼體20及固定於其上的繞射光學元件27，直至受測圖案I2符合用於定位繞射光學元件27的檢測標準。

特別說明的是，相較於先前技術，本案於組裝雷射模組的過程中利用光學式的主動式對準系統對光學鏡片的位置與姿態進行定位與校正，可大幅提高組裝精度至奈米等級並減少組裝成本，適合大量生產。進一步而言，請參閱圖14，其為光學式定位與機械式定位之定位公差與組裝成本的相對關係示意圖。圖13示意了，於定位公差在0.025釐米以下時，採用光學式定位所需的成本比起採用機械式定位所需之成本節省百分之10以上。

此外，雖然上述說明中是以具有邊射型雷射單元、反射光學元件、準直光學元件以及繞射光學元件的雷射模組作為釋例，但應用本創作主動式對準系統進行組裝的雷射模組並不以上述為限，熟知本技藝人士皆可經由上述實施例所獲得之啟示而依據實際情況將其應用於組裝各種實施態樣的雷射模組。

舉例來說，請參閱圖15，其為應用本案主動式對準系統進行組裝之雷射模組於一較佳實施例之部分結構的剖面概念示意圖。雷射模組4包括雷射單元41、投射結構42以及繞射光學元件43，且雷射單元41為垂直共振腔面射型雷射單元(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，而投射結構42設置於雷射單元41以及繞射光學元件43之間，並具有至少一光學鏡片(圖未示)，其中，當雷射單元41接收電力後，雷射單元41可提供複數雷射光束L3，且該些雷射光束L3會往投射結構42的方向行進，再經由光學鏡片的導引而往繞射光學元件43的方向行進，最後於 通過繞射光學元件43後形成結構光並予以向外投射。

同樣地，於組裝雷射模組4的過程中，投射結構42及/或其中的光學鏡片可經由本案主動式對準系統而與雷射單元41相對位，而繞射光學元件45亦可經由本案主動式對準系統而與投射結構42及/或其中的光學鏡片相對位，如此亦可大幅提高雷射模組4的組裝精度並減少組裝成本。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，並非用以限定本創作之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本創作所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

2:雷射模組

20:外殼體

21:內殼體

23:雷射單元

25:反射光學元件

26:準直光學元件

27:繞射光學元件

34:控制單元

35:電力單元

312:攝像模組

313:被投射面

333:六軸定位單元

I2:受測圖案

L2:雷射光束

Claims (22)

1. 一種主動式對準系統，用以組裝一雷射模組，該雷射模組包括至少一光學鏡片以及一雷射單元，且該雷射單元所產生之一雷射光束於通過該少一光學鏡片後向外投射，其中，該主動式對準系統包括：

   一定位單元，用以移動該至少一光學鏡片；

   一第一感測單元，用以感測通過該至少一光學鏡片之該雷射光束而獲得一受測圖案；以及

   一控制單元，電性連接於該定位單元以及該第一感測單元之間，用以依據該受測圖案而驅動該定位單元移動該至少一光學鏡片直至該受測圖案符合一檢測標準。
2. 如申請專利範圍第1項所述之主動式對準系統，其中該雷射模組還包括一反射光學元件，且該雷射單元係為一邊射型雷射單元，其中，該反射光學元件用以反射該邊射型雷射單元所產生之該雷射光束，使該雷射光束朝該至少一光學鏡片之方向行進；抑或是該雷射單元為一垂直共振腔面射型雷射單元(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，且該垂直共振腔面射型雷射單元所產生之該雷射光束朝該至少一光學鏡片之方向行進。
3. 如申請專利範圍第1項所述之主動式對準系統，其中該定位單元係為一六軸定位單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之主動式對準系統，其中該至少一光學鏡片包括一準直光學元件，且該準直光學元件用以準直通過該準直光學元件之該雷射光束。
5. 如申請專利範圍第4項所述之主動式對準系統，其中該檢測標準包括一光點大小檢測標準、一光點形狀檢測標準及/或一光點位置檢測標準。
6. 如申請專利範圍第4項所述之主動式對準系統，其中該第一感測單元係為一光束分析儀(beam profiler)。
7. 如申請專利範圍第4項所述之主動式對準系統，其中該雷射模組還包括一內殼體，且該內殼體用以供該準直光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該內殼體而移動該準直光學元件。
8. 如申請專利範圍第4項所述之主動式對準系統，其中該主動式對準系統還包括一第二感測單元，其電性連接於該控制單元，並用以拍攝該準直光學元件；其中，該控制單元還用以依據該第二感測單元之一拍攝結果而驅動該定位單元移動該準直光學元件，使該準直光學元件位於以該雷射單元之所在處為定位參考的一標準位置並處於一標準姿態。
9. 如申請專利範圍第8項所述之主動式對準系統，其中該雷射模 組還包括一內殼體，且該內殼體用以供該準直光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該內殼體而移動該準直光學元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之主動式對準系統，其中該準直光學元件係先被該定位單元移動而位於以一系統自訂參考標準為定位參考的一預定位置並處於一預定姿態，再被該定位單元置於該內殼體上。
11. 如申請專利範圍第8項所述之主動式對準系統，其中該第二感測單元包括至少三個攝像機，且該至少三個攝像機分別位於該準直光學元件之不同方向上。
12. 如申請專利範圍第1項所述之主動式對準系統，其中該至少一光學鏡片包括一繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)，用以對通過其中之該雷射光束進行光束整型，而使該雷射光束形成一結構光。
13. 如申請專利範圍第12項所述之主動式對準系統，其中該檢測標準包括一特徵點數量(dot count)檢測標準、一對比度(contrast)檢測標準、一照明視場(field of illumination)檢測標準、一熱點(hot spot)檢測標準、一圖案角度(pattern angle)檢測標準、一零階光束(zero order)檢測標準、一能量均勻度(power uniformity)檢測標準及/或一幾何與圖案重心位置(geometrical & pattern mass center)檢測 標準。
14. 如申請專利範圍第12所述之主動式對準系統，其中該第一感測單元包括一被投射面以及一攝像模組，且該被投射面設置於該繞射光學元件以及該攝像模組之間；其中，該攝像模組係於該結構光投射至該被投射面時進行攝像以獲得該受測圖案。
15. 如申請專利範圍第12項所述之主動式對準系統，其中該雷射模組還包括一外殼體，且該外殼體用以供該繞射光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該外殼體而移動該繞射光學元件。
16. 如申請專利範圍第12項所述之主動式對準系統，其中該主動式對準系統還包括一第二感測單元，其電性連接於該控制單元，並用以拍攝該繞射光學元件；其中，該控制單還用以依據該第二感測單元之一拍攝結果而驅動該定位單元移動該繞射光學元件，使該繞射光學元件位於一標準位置並處於一標準姿態。
17. 如申請專利範圍第16項所述之主動式對準系統，其中該至少一光學鏡片還包括位於該繞射光學元件下方之一準直光學元件，且該雷射模組還包括用以供該準直光學元件設置於其上之一內殼體；其中，該控制單元用以依據該第二感測單元之該拍攝結果而驅動該定位單元移動該繞射光學元件，使該繞射光學元件位於以該內殼體及/或該準直光學元件之所在處為定位參考的該標準位置 並處於該標準姿態。
18. 如申請專利範圍第16項所述之主動式對準系統，其中該第二感測單元包括至少三個攝像機，且該至少三個攝像機分別位於該繞射光學元件之不同方向上。
19. 如申請專利範圍第16項所述之主動式對準系統，其中該雷射模組還包括一外殼體，且該外殼體用以供該繞射光學元件設置於其上；其中，該定位單元係經由移動該外殼體而移動該繞射光學元件。
20. 如申請專利範圍第19項所述之主動式對準系統，其中該第二感測單元對該外殼體進行拍攝以供後續進行一殼體表面分析。
21. 如申請專利範圍第19項所述之主動式對準系統，還包括至少一鏡面元件，且該至少一鏡面元件設置於該外殼體之鄰近處；其中，該第二感測單元對該外殼體及/或該至少一鏡面元件進行拍攝以供後續進行一殼體表面分析。
22. 如申請專利範圍第19項所述之主動式對準系統，其中該繞射光學元件係先被該定位單元移動而位於以一系統自訂參考標準為定位參考的一預定位置並處於一預定姿態，再被該定位單元置於該外殼體上。

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