本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光結(jié)構(gòu)，特別是一種發(fā)出結(jié)構(gòu)光的裝置。

背景技術(shù)：

中國臺灣新型專利號M490043提出一種可投影出多個圖形的投影裝置，其包括有一外框體、一安裝于該外框體內(nèi)一側(cè)端的光源模塊單元、一安裝于該外框體內(nèi)并與該光源單元成間隔的衍射光學單元，此投影裝置可投影出多個圖形，藉此可克服現(xiàn)有投影裝置只能投射出單一虛擬圖形的缺失。

雖然上述的投影裝置可克服單一投影圖形的單調(diào)，然其體積對于現(xiàn)代的穿戴裝置、可攜式通信裝置、攝像裝置或偵測裝置而言，仍有改進的空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種發(fā)光裝置，其光學部件直接固定覆蓋多個光源芯片，降低整個發(fā)光裝置的高度和體積，適合應用于穿戴裝置上。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種發(fā)光裝置，可作為激光二極管模塊，利用膜層狀的光學部件來準直多道激光束以及轉(zhuǎn)換激光束形成特定樣式的結(jié)構(gòu)光，可應用于攜帶和移動的攝像或偵測裝置。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種激光二極管模塊，包括多個激光光源芯片，搭配具有衍射光學元件的光學部件，將點狀激光束準直化以及導光成白光或彩色的結(jié)構(gòu)光樣式。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種發(fā)光裝置，包括：基板，該基板包括一電路區(qū)塊；固定于該基板上的多個光源芯片，該基板的該電路區(qū)塊和該些光源芯片運作有關(guān)；固定于該基板上的蓋體，該蓋體覆蓋住該些光源芯片，該蓋體包括一表面；以及固定于該蓋體的該表面的光學件，其中， 該些光源芯片發(fā)出的多道光束通過該光學件后形成一結(jié)構(gòu)光樣式。

較佳地，該些光源芯片發(fā)出的該些光束包括多道激光束，該些激光束的波長包括紫外光、可見光、近紅外光、遠紅外光或熱輻射波段或上述波長的組合。

較佳地，該些激光束的波長為紅光、綠光和藍光波長的組合。

較佳地，該光學件以單層膜、多層膜或復合膜層的形式貼附于該蓋體的該表面上。

較佳地，該表面是朝向該些光源芯片的一內(nèi)表面或暴露于外的一外表面，或包括該內(nèi)表面和該外表面兩者。

較佳地，該外表面上的該光學件到該基板設(shè)置該些光源芯片的一表面的距離不超過3毫米(mm)。

較佳地，該光學件包括設(shè)置于該外表面的衍射光學元件(diffractive optical element)，該外表面提供該光束一數(shù)值孔徑(numerical aperture)小于0.65的出光面。

較佳地，該光學件包括導光透鏡(guiding lens)或衍射光學元件(diffractive optical element)，或包括該導光透鏡和該衍射光學元件兩者。

較佳地，該導光透鏡包括楔形彎曲導光元件(wedge-bending light guider)。

較佳地，該些光源芯片中相鄰兩者的距離小于1.0毫米。

較佳地，該蓋體的該表面為一平面或一曲面。

較佳地，該電路區(qū)塊包括驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路同步或不同步地驅(qū)動該些光源芯片運作，藉以變動該結(jié)構(gòu)光樣式的范圍和樣式。

較佳地，該電路區(qū)塊包括一驅(qū)動電路以及一個或多個感光部件，或者，該電路區(qū)塊包括一驅(qū)動電路以及多個感光部件。

較佳地，該多個感光部件感應不同波長。

較佳地，該些光源芯片排列為一圓形時，該圓形的直徑不大于5.0毫米。

本發(fā)明還提供一種激光二極管模塊，包括：基板；固定于該基板上的多個光源芯片；以及覆蓋于該些光源芯片上的光學部件，該光學部件具有一衍射結(jié)構(gòu)，其中，該些光源芯片發(fā)出的多道激光束通過該衍射結(jié)構(gòu)后形成一結(jié)構(gòu)光樣式。

較佳地，該些光源芯片發(fā)出的該些激光束的波長包括紫外光、可見光、近紅外光、遠紅外光或熱輻射波段或上述波長的組合。

較佳地，該些激光束的波長包括紅光、綠光和藍光波段的組合。

較佳地，該光學部件包括蓋體，該衍射結(jié)構(gòu)以單層膜、多層膜或復合膜層 的形式貼附于該蓋體朝向該些光源芯片的一內(nèi)表面、暴露于外的一外表面、或該內(nèi)表面和該外表面兩者。

較佳地，當該衍射結(jié)構(gòu)貼附于該外表面時，該衍射結(jié)構(gòu)的頂點到該基板固定該些光源芯片的一表面的距離不超過3毫米(mm)，或者，當該衍射結(jié)構(gòu)貼附于該內(nèi)表面時，該外表面到該基板固定該些光源芯片的該表面的距離不超過3毫米(mm)。

較佳地，該光學部件還包括導光透鏡，該導光透鏡固定于該蓋體的該內(nèi)表面或該外表面，該導光透鏡和該衍射結(jié)構(gòu)位于不同表面。

較佳地，該光學部件提供該些激光束一數(shù)值孔徑小于0.65的出光面。

較佳地，該光學部件提供該些激光束一數(shù)值孔徑小于0.5的出光面。

較佳地，該些光源芯片的多個光軸彼此平行或差異小于5度。

較佳地，該光學部件還包括楔形彎曲導光元件，該衍射結(jié)構(gòu)和該楔形彎曲導光元件貼附于該蓋體朝向該些光源芯片的一內(nèi)表面或暴露于外的一外表面，該衍射結(jié)構(gòu)和該楔形彎曲導光元件位于不同表面，該楔形彎曲導光元件的傾斜角小于15度。

較佳地，該些光源芯片中任兩相鄰的光源芯片的距離小于1.0毫米，或是該些光源芯片排列為一圓形時，該圓形的直徑不大于5.0毫米。

較佳地，該基板還包括驅(qū)動該些光源芯片的驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路同步或不同步地驅(qū)動該些光源芯片運作，藉以變動該結(jié)構(gòu)光樣式的范圍和樣式。

較佳地，該結(jié)構(gòu)光樣式為亂點分布、對稱非交錯條狀分布、非對稱非交錯條狀分布、對稱交錯條狀分布或非對稱交錯條狀分布，當該驅(qū)動電路同時啟動該些光源芯片時，該亂點分布的亂點密度增加或范圍變大；該對稱非交錯條狀分布的密度或該非對稱非交錯條狀分布的光條密度增加或分布范圍變大；以及該對稱交錯條狀分布的密度或該非對稱交錯條狀分布的光條密度增加或分布范圍變大。

較佳地，該結(jié)構(gòu)光樣式為亂點分布、對稱非交錯條狀分布、非對稱非交錯條狀分布、對稱交錯條狀分布或非對稱交錯條狀分布，當該驅(qū)動電路非同步地順序啟動該些光源芯片時，該結(jié)構(gòu)光樣式掃描相關(guān)聯(lián)的一視角區(qū)塊的部分或全部。

本發(fā)明的發(fā)光裝置的光學部件直接固定于具有光源芯片的基板上，覆蓋多個光源芯片，降低了整個發(fā)光裝置的高度和體積，適合應用于穿戴裝置、攜帶和移動的攝像或偵測裝置；該發(fā)光裝置包括多個光源芯片，組合多道激光，能 夠產(chǎn)生白光或色彩豐富的彩色結(jié)構(gòu)光；該發(fā)光裝置利用具有衍射結(jié)構(gòu)的光學部件直接準直多道激光束，降低整個裝置的高度和體積。且本發(fā)明的發(fā)光裝置利用具有衍射結(jié)構(gòu)的光學部件直接固定于具有多個光源芯片的基板上，可作為激光二極管模塊，以減少整個模塊的高度和體積，適合應用于小體積的裝置上；且該激光二極管模塊包括多個光源芯片，搭配具有衍射結(jié)構(gòu)的光學部件，將點狀激光束準直化以及導光成白光或彩色的結(jié)構(gòu)光樣式；此外，該激光二極管模塊可利用膜層狀的光學部件來準直多道激光束以及轉(zhuǎn)換激光束形成特定樣式的結(jié)構(gòu)光，可應用于攜帶和移動的攝像或偵測裝置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基板與光源芯片的俯視部分示意圖。

圖2為沿著圖1的線A-A’的剖面示意圖。

圖3為圖1中本發(fā)明的基板、光源芯片與光學部件的第一配置剖面示意圖。

圖4為圖1中本發(fā)明的基板、光源芯片、感應部件與光學部件的第二配置剖面示意圖。

圖5為圖1中本發(fā)明的基板、光源芯片、感應部件與光學部件的第三配置剖面示意圖。

圖6為本發(fā)明的基板、光源芯片、反射鏡與光學部件的第四配置剖面示意圖。

圖7為本發(fā)明的發(fā)光裝置發(fā)出的結(jié)構(gòu)光樣式和視角的立體示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明以下所稱的基板，可以整個為一硬式印刷電路板(printed circuit board,PCB)，其上可以包括許多執(zhí)行特定功能的電路區(qū)塊，或是更包括聯(lián)系此些電路區(qū)塊的導線?？梢赃x擇的，基板可以是硬式印刷電路板和軟板(flexible circuit board)的組合，或是硬式印刷電路板和其它非硬式印刷電路板的組合，例如金屬散熱板、藍寶石基板等。本發(fā)明所稱的電路區(qū)塊，由若干導線、主被動元件，例如一或多個感光部件、光學元件，或是更包括集成電路等所組成，其中主要是包括可執(zhí)行驅(qū)動芯片功能的驅(qū)動電路?；迳弦嗫砂ㄆ渌木€路、主被動元件，例如一或多個感光部件、光學元件，或是更包括其它集成電路。

本發(fā)明以下所稱的光源芯片(light chip)，可以是發(fā)出激光的芯片，例如半導體激光芯片。進一步說，本發(fā)明的光源芯片發(fā)出特定波長的激光，例如紫外 光、可見光、紅外光、近紅外光、中紅外光(Middle Infra-Red，MIR)等，可見光的部分，至少包括紅光、綠光以及藍光。可以選擇的，光源芯片可包括發(fā)出熱輻射波段(thermal band)的激光，或是發(fā)出上述所有特定波長的組合的激光。又，光源芯片的種類亦可依所需配置為邊射型激光(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。

本發(fā)明以下所稱的光學部件(optical member)，是可以接收光、執(zhí)行特定轉(zhuǎn)換功能后再輸出光的部件。除此之外，此光學部件可以覆蓋住固定于基板上的本發(fā)明的全部或部分的光源芯片；其中，當光學部件覆蓋住光源芯片時，可以與光源芯片保持若干的間隙。又，光學部件可以包括一蓋體和一固定于蓋體上的光學件(optical component)；其中，光學件可以是直接在蓋體的結(jié)構(gòu)上以物理或化學的方式制作出的光學結(jié)構(gòu)，或是其它材料以貼附、黏貼或其它適當?shù)姆绞焦潭ㄓ谏w體上。是以，蓋體、光學件或光學部件是可透光的，舉例但不限地，蓋體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、氟鈣化合物(CaF2)、氟化鈣晶體、藍寶石、硅石、石英玻璃、水晶、玻璃或樹脂等等。光學件則可以是由蓋體的材料直接做出，或是一鍍膜貼附于蓋體上；其中，鍍膜可以單層膜、多層膜或復合膜層。

又，本發(fā)明的光學部件的形狀可以配合欲覆蓋的光源芯片的排列以及兼顧輸出入光的功能，其可以是圓柱體、多角柱體或其它適合的形狀。其次，光學部件可以以適當?shù)姆绞焦潭ㄓ诨迳?，舉例但不限地，光學部件可以為一插件插入基板的插件孔中，或是透過黏著結(jié)構(gòu)固定于基板上。

圖1為本發(fā)明的基板與光源芯片的俯視部分示意圖，圖2為沿著圖1的線A-A’的剖面示意圖。請參考圖1和圖2，發(fā)光裝置1的基板10包括一電路區(qū)塊11，并且四個光源芯片12、14、16和18固定于基板10上，其中，四個光源芯片12、14、16和18的光軸基本上是彼此平行的，例如圖2上所示的光軸121、141和181彼此平行且垂直基板10，本發(fā)明的光軸121、141和181倆倆之間的差異不大于5度；另外，本發(fā)明不限于光源芯片的光軸垂直基板，可因設(shè)計或使用所需，將光源芯片的光軸與基板呈一夾角設(shè)置，即光源芯片的出光面與基板呈一傾斜角。再者，因四個光源芯片12、14、16和18可以是邊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的發(fā)光面所定義的光軸亦可以是透過基板10上的其它光學元件，例如反射鏡(圖上未繪)， 導引成垂直基板10的光軸121、141和181(光源芯片16的光軸未繪)。其次，于一實施例中，光源芯片12和16彼此的距離P小于1.0毫米(mm)，也就是說，被固定于基板10上的兩光源芯片的距離小于1.0毫米。可以選擇的定義是，此些光源芯片排列成圓形O，則此圓形O的直徑不超過5.0毫米，以達等效面積夠小進而達到小體積的效果。再者，電路區(qū)塊11和光源芯片12、14、16和18的運作有關(guān)，例如包括光源芯片12、14、16和18的驅(qū)動電路，驅(qū)使光源芯片12、14、16和18發(fā)出激光點光束。除了電路區(qū)塊11外，基板10上尚可包括一或多個其它的光學元件固定于其上，例如一或多個光二極管17(photodiode)或其它感應部件或感應元件，其中，光二極管17、感應部件或感應元件可以感測不同波長的光?？梢赃x擇的，光二極管17或其它感應元件在體積夠小的情況下，亦可以固定于光源芯片12、14、16或18上。

圖3為圖1中本發(fā)明的基板、光源芯片與光學部件的配置剖面示意圖。請參考圖1和圖3，光學部件20固定于基板10上，其中，光學部件20包括覆蓋于光源芯片12、14、16和18上的一蓋體22。蓋體22具有朝向光源芯片12、14、16和18的一內(nèi)表面221以及暴露于外的一外表面223，其中，內(nèi)表面221和外表面223可以為一平面或曲面，而蓋體22的內(nèi)表面221與光源芯片12、14、16和18保持一間距。光學部件20更包括一光學件24，于一實施例中，光學件24，例如一以衍射光學元件(Diffractive Optical Elements，DOE)作為導光透鏡(guiding lens)的光學件，位于蓋體22的外表面223，光學件24的頂點到基板10設(shè)置光源芯片的表面的距離L不超過3毫米(mm)。

如前所述，為了降低光學部件20的高度，光學件24可以以膜狀或?qū)訝畹男问叫纬捎谏w體22上，或是利用物理或化學的方式直接于蓋體22的外表面223上做出來。其次，光源芯片12、14和18(包括此視角未見的光源芯片16)發(fā)出的多道光束122、142和182可通過光學部件20的光學件24后形成一結(jié)構(gòu)光樣式26，隨著光學件24的衍射結(jié)構(gòu)的不同，尤其是一種準直光束的衍射結(jié)構(gòu)的不同，可以產(chǎn)生不同樣式的結(jié)構(gòu)光樣式26。可以選擇的，如圖4所示，光學件34可以位于蓋體32的內(nèi)表面321上，此時蓋體32的外表面323到基板10設(shè)置光源芯片的表面的距離L不超過3毫米(mm)。另外，基板10上的光二極管17亦可以被覆蓋于蓋體32中。依據(jù)上述，包括蓋體的光學部件覆蓋于光源芯片的上方；光學部件接收光源芯片所發(fā)出的激光束后，準直該些激光束并轉(zhuǎn)換該些激光束成特定樣式的結(jié)構(gòu)光以及輸出該結(jié)構(gòu)光。本發(fā)明的光學部件的蓋體提供一出光面，光學部件的出光面的數(shù)值孔徑(numerical aperture)小于0.65，或再 嚴格些可小于0.5，或謂光學部件的出光面有至少0.1毫米(mm)的有效大小以提供足夠的輸出面輸出結(jié)構(gòu)光。

可以選擇的，如圖5所示，光學部件40包括形成于蓋體42的外表面423的衍射結(jié)構(gòu)44以及固定于蓋體42的內(nèi)表面421的導光透鏡48。導光透鏡48亦可為鍍膜或直接制作于蓋體42上的結(jié)構(gòu)，其可以導引光源芯片12、14和18(包括此視角未見的光源芯片16)發(fā)出的多道光束122、142和182。再者，光二極管17或感應部件或感應元件可不被蓋體42覆蓋。可以理解的，本發(fā)明的導光透鏡48不限于圖5的典型導光元件，亦可以是楔形彎曲導光元件(wedge-bending light guider)，并藉由楔形彎曲導光元件平移或?qū)д庠葱酒?2、14和18(包括此視角未見的光源芯片16)發(fā)出的多道光束122、142和182，舉例來說，利用傾斜角為15度的楔形彎曲導光元件導正從光源芯片發(fā)出時有光差異5度的光束122、142和182。

圖6為本發(fā)明的基板、光源芯片、反射鏡與光學部件的第四配置剖面示意圖。參考圖6，基板10上固定的光源芯片52和54的發(fā)光面并非垂直于光源芯片固定基板10的表面，因此，兩反射鏡55亦被固定于基板10上并且分別對應光源芯片52和54。蓋體62則覆蓋住光源芯片52、54和兩反射鏡55，光學件64則位于蓋體62的外表面。于此實施例中，兩反射鏡55分別將光源芯片52、54所發(fā)出的光束導引成垂直于光源芯片固定基板10的表面的光束522、542。

圖7為本發(fā)明的發(fā)光裝置發(fā)出的結(jié)構(gòu)光樣式和視角的立體示意圖。請同時參考圖1、圖3和圖7，發(fā)光裝置1距離地面的高度為H，與發(fā)光裝置1發(fā)出的結(jié)構(gòu)光樣式26關(guān)聯(lián)的一視角區(qū)塊66和發(fā)光裝置1的距離為距離D。結(jié)構(gòu)光樣式26可以是靜態(tài)或動態(tài)的，規(guī)則或是不規(guī)則的，其中動態(tài)的可以是樣式本身的移動、轉(zhuǎn)動、放大、縮小等變化，亦可以是樣式范圍的變動。透過驅(qū)動電路(在電路區(qū)塊11中)的驅(qū)動方式的不同，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)光樣式26。于一實施例中，驅(qū)動電路注入電流以啟動光源芯片12、14、16和18的時間和運作方式可同步或非同步，此種情形可形成結(jié)構(gòu)光樣式26的范圍及樣式本身的變動，或是掃描部分或全部的一關(guān)聯(lián)視角區(qū)塊66，其中，結(jié)構(gòu)光樣式26的面積可大于、等于或小于視角區(qū)塊66。驅(qū)動電路方式改變結(jié)構(gòu)光樣式的掃描，舉例來說，驅(qū)動電路以非同步地順序的方式依序啟動光源芯片12、14、16和18時，與本發(fā)明形成的結(jié)構(gòu)光樣式關(guān)聯(lián)的一關(guān)聯(lián)視角區(qū)塊66可被部分或全部掃描。

舉例來說，結(jié)構(gòu)光樣式26為一亂點分布，若驅(qū)動電路同步驅(qū)動光源芯片12、14、16和18時，結(jié)構(gòu)光樣式26的亂點密度可被增加，或是亂點分布的范圍可 變大。類似的，若結(jié)構(gòu)光樣式26為對稱非交錯條狀分布或非對稱非交錯條狀分布，則當驅(qū)動電路同步驅(qū)動光源芯片12、14、16和18時，可以增加結(jié)構(gòu)光樣式26的光條密度或分布范圍；若結(jié)構(gòu)光樣式26為對稱交錯條狀分布或非對稱交錯條狀分布，則當驅(qū)動電路同步驅(qū)動光源芯片12、14、16和18時，亦可以增加結(jié)構(gòu)光樣式26的光條密度或分布范圍。又，若驅(qū)動電路以非同步地順序的方式依序啟動光源芯片12、14、16和18時，結(jié)構(gòu)光樣式26掃描視角區(qū)塊66的全部或部分。

是以，本發(fā)明的發(fā)光裝置具有以下的優(yōu)點：(1)、利用具有衍射光學元件結(jié)構(gòu)的光學部件直接準直多道激光束，降低整個裝置的高度和體積；(2)、包括多個光源芯片，組合多道激光，能夠產(chǎn)生白光或色彩豐富的彩色結(jié)構(gòu)光；(3)、光學部件直接固定于具有光源芯片的基板上，因此適合應用于穿戴裝置、攜帶和移動的攝像或偵測裝置。

此外，本發(fā)明的發(fā)光裝置可應用于激光二極管模塊，以減少整個模塊的高度和體積，適合小體積的裝置。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要求范圍，因此凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。