半导体激光-衍射光学元件模组的制作方法

专利名称:半导体激光-衍射光学元件模组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种半导体激光-衍射光学元件模组，其包括激光光源模组、衍射光学元件以及壳体，该激光光源模组输出一非准直点光束；该衍射光学元件接收来自该激光光源模组的该非准直点光束，并将该非准直点光束调制输出成为一带有光信息的光，其中，该衍射光学元件包括透明基板以及形成于该透光基板的一第一面的微结构；该壳体容置该激光光源模组和该衍射光学元件，该带有光信息的光射出该壳体外。本实用新型利用该可接收一非准直点光束的衍射光学元件来配合发射该非准直点光束的激光光源模组，如此可尽可能地缩短激光光源模组和衍射光学元件之间的间距，使得整个半导体激光-衍射光学元件模组的长度可以缩短。
【专利说明】半导体激光-衍射光学元件模组

【技术领域】
[0001]本实用新型有关半导体激光-衍射光学元件模组的领域，特别是有关整合半导体激光及衍射光学元件模组的领域。

【背景技术】
[0002]智能手机等移动装置是现代人生活中不可缺少的配备，在大尺寸触控板的设计趋势下，移动装置可以有足够的空间容纳所需的元件。然而，除了大尺寸触控板，轻且薄型化的外观也是移动装置的主流设计。因此，当移动装置中的若干元件因功能等因素而必须以特定方式设置于移动装置中时，此些元件的厚度或尺寸大小和移动装置的薄度将有直接的关系，例如目前市售的智能手机，其镜头模组的厚度大于智能手机的厚度，故容置于智能手机中的镜头模组，其所在的位置通常会凸出于智能手机的盖体，影响智能手机的美观。
[0003]除了镜头模组外，愈来愈多的迹象显示，具有投影功能的元件整合入智能手机是设计趋势之一。图1为一般投影所需的光源设计的侧面示意图。请参考图1，一般的半导体激光器12发出点光束13，准直镜14接收点光束13并将点光束13准直化成为准直光束15，再由衍射光学元件(DOE) 16接收准直光束15将之衍射后输出所需的衍射光17。上述的光源架构中，半导体激光器12和准直镜14间的工作距离特定且需要高准确度，因此增加了组装成本。此外，需要上述三种元件的光源，其整体长度或厚度亦可观，恐难以容置于轻薄化的移动装置上。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种整合衍射光学元件的半导体激光-衍射光学元件模组，该衍射光学元件可接收并处理非准直化光束，故应用于投影光源时，可以减少原本所需准直镜的透镜和组装成本。
[0005]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种整合衍射光学元件的半导体激光-衍射光学元件模组，该衍射光学元件和半导体激光之间无需设置一般的准直镜，因此减少了架构整体的长度，适合应用于如智能手机的移动装置。
[0006]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种整合衍射光学元件的半导体激光-衍射光学元件模组，其包括制作于衍射光学元件上的一凹面镜结构，具扩束的功能，使得光束能于短距离内到达衍射光学元件面时，有足够的光束面积打在衍射光学元件面上。
[0007]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种整合衍射光学元件的半导体激光-衍射光学元件模组，利用不需具准直的光源的衍射光学元件，可以产生所需的衍射出光配置。
[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种半导体激光-衍射光学元件模组，其包括激光光源模组、衍射光学元件以及壳体，该激光光源模组输出一非准直点光束；该衍射光学元件接收来自该激光光源模组的该非准直点光束，并将该非准直点光束调制输出成为一带有光信息的光，其中，该衍射光学元件包括透明基板以及形成于该透光基板的一第一面的微结构；该壳体容置该激光光源模组和该衍射光学元件，其中，该带有光信息的光射出该壳体外。
[0009]较佳地，该微结构衍射该非准直点光束。
[0010]较佳地，形成有该微结构的该第一面为一平面或一曲面。
[0011]较佳地，该微结构分布于该第一面的一部分或全部上。
[0012]较佳地，该微结构位于该第一面的外侧以暴露于该第一面外，或者，该微结构位于该第一面的内侧。
[0013]较佳地，该衍射光学元件还包括可扩束的功能结构，该可扩束的功能结构形成或设置于该透光基板的一第二面，并且该非准直点光束通过该可扩束的功能结构，该可扩束的功能结构包括一凹面镜。
[0014]较佳地，该激光光源模组和该衍射光学元件保持一间距，该间距为O或不为O。
[0015]较佳地，该壳体于该非准直点光束的一光轴方向的一长度不大于6毫米。
[0016]较佳地，该壳体于该非准直点光束的一光轴方向的一长度不大于4毫米。
[0017]本实用新型还提供一种半导体激光-衍射光学元件模组，其包括激光光源模组以及衍射光学元件，该激光光源模组输出一非准直点光束；该衍射光学元件接收来自该激光光源模组的该非准直点光束，并将该非准直点光束调制输出成为一带有光信息的光。
[0018]较佳地，该半导体激光-衍射光学元件模组还包括容置该激光光源模组和该衍射光学元件的壳体。
[0019]较佳地，该衍射光学元件包括透明基板以及形成于该透光基板的一第一面的微结构，该微结构衍射该非准直点光束。
[0020]较佳地，形成有该微结构的该第一面为一平面或一曲面。
[0021]较佳地，该微结构分布于该第一面的一部分或全部上。
[0022]较佳地，该微结构位于该第一面的外侧以暴露于该第一面外，或者，该微结构位于该第一面的内侧。
[0023]较佳地，该第一面朝向该激光光源模组，或者，该第一面朝向该半导体激光-衍射光学元件模组外。
[0024]较佳地，该衍射光学元件还包括可扩束的功能结构，该可扩束的功能结构形成或设置于该透光基板的一第二面，并且该非准直点光束通过该可扩束的功能结构。
[0025]较佳地，该可扩束的功能结构包括以半导体制程加工成或以精密加工成一几何光学面的一凹透镜。
[0026]较佳地，该第一面介于该激光光源模组和该第二面之间，或者该第二面介于该激光光源模组和该第一面之间。
[0027]较佳地，该激光光源模组和该衍射光学元件保持一间距，该间距为O或不为O。
[0028]本实用新型还提供一种衍射光学元件，其包括透光基板以及接收非准直激光点光束的微结构，其中，该微结构形成于该透光基板上。
[0029]较佳地，该衍射光学元件的该微结构位于该透光基板的一第一面，该衍射光学元件还包括可扩束的功能结构，该可扩束的功能结构位于该透光基板的一第二面。
[0030]较佳地，该衍射光学元件的该微结构分布于该第一面的一部分或全部上。
[0031]较佳地，该衍射光学元件的该可扩束的功能结构包括分布于部分或全部该第二面上的一凹透镜。
[0032]本实用新型的衍射光学元件不需具准直的光源，而可接收并处理非准直化光束，应用于投影光源时，可以减少原本所需准直镜的透镜和组装成本；该衍射光学元件上还可设置可扩束的功能结构，从而具有扩束功能，使得光束能于短距离内到达衍射光学元件面时，有足够的光束面积打在衍射光学元件面上。藉由该衍射光学元件，本实用新型的半导体激光-衍射光学元件模组，省略了现有的衍射光学元件和激光光源模组之间需放置的准直光学元件，甚至可将衍射光学元件贴附于激光光源模组上，由此可缩短整个模组于平行光轴方向上的长度，同时降低整个模组的材料和组装成本，适合应用于薄型化的移动或穿戴装置上。
[0033]为了能进一步了解本实用新型为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明及附图。本实用新型的目的、特征或特点，当可由此得到一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用以对本实用新型加以限制者。

【附图说明】

[0034]图1为一般投影所需的光源设计的侧面示意图。
[0035]图2为本实用新型的一半导体激光-衍射光学元件模组设计实施例的侧面示意图。
[0036]图3为本实用新型的衍射光学元件一实施例的放大侧面示意图。
[0037]图4为本实用新型的衍射光学元件一实施例的放大侧面示意图。
[0038]图5为本实用新型的衍射光学元件一实施例的放大侧面示意图。
[0039]图6为本实用新型的衍射光学元件一实施例的放大侧面示意图。

【具体实施方式】
[0040]本实用新型的衍射光学元件和整合该衍射光学元件的半导体激光-衍射光学元件模组，适合应用于智能手机等移动装置上作为激光光源。以目前而言，利用TO-CAN封装的激光器，适合于智能手机的半导体激光模组的尺寸为6X6X7毫米(长X宽X厚)，将来更演进至4X6X4毫米。因此，本实用新型的整合该衍射光学元件的半导体激光-衍射光学元件模组的厚度将可以压缩至4毫米以下。如果进一步使用表面固定型元件(SurfaceMount Device, SMD)封装的激光器，激光模组厚度更可降到2毫米，足够手持装置使用，并且激光模组也可直接于印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)上，利用传统打件方式生产。
[0041]其次，由一般激光光源发出的激光束为一非准直的点光束，现有技术多利用一准直镜将此非准直的点光束准直化为平行光后才会入射其它光学元件。本实用新型以下所述的非准直光，是指由一般激光光源发出的激光束，在入射本实用新型的衍射光学元件前未经过任何的准直化，其一般具有不等于O度的光束发散角(beam divergence)。本实用新型可应用的发出非准直的点光束的激光光源，举例但不限地，例如常见半导体边射型激光器(edge emitting laser)、垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)或其它种类的激光光源。
[0042]图2为本实用新型的一半导体激光-衍射光学元件模组设计实施例的侧面示意图。请参考图2，半导体激光-衍射光学元件模组2包括一激光光源模组22以及一衍射光学元件24，半导体激光-衍射光学元件模组2可更包括容置激光光源模组22以及衍射光学元件24的一壳体23。于本实施例中，激光光源模组22的非准直点光束25由激光光源模组22的一窗口 221射出，其中窗口 221可以为激光光源模组22的一开口，或是在开口有其它不具准直功能的元件(图上未绘)，例如防尘用的一透明保护片或灌胶。可以理解的，激光光源模组22亦可提供一表面，或如垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)的光源阵列，以发出多个非准直点光束25。
[0043]其次，衍射光学元件24设置于激光光源模组22上以使非准直点光束25入射衍射光学元件24，其中，激光光源模组22本身或和衍射光学元件24之间并未有任何具准直化功能的光学元件或结构介入。又，衍射光学元件24和激光光源模组22之间可具有一间距L，其中间距L可以是O或不为0，亦谓衍射光学元件24可以完全贴附于激光光源模组22上，或是与激光光源模组22保持一距离。是以，本实用新型的衍射光学元件24可以完全贴附于激光光源模组22上，故使得衍射光学元件24和激光光源模组22的总长度T (平行非准直点光束25光轴方向上的长度)可以缩短到很小，进而使得壳体23的厚度U亦可以缩短以达到上述的4毫米以下。
[0044]再者，非准直点光束25入射并经过衍射光学元件24的衍射处理后便成为具有二或二以上维度的带有光信息的光27，带有光信息的光27射出半导体激光-衍射光学元件模组2之外后便可以投影至任何适当的着光面或空间上。可以理解的，由于带有光信息的光27是经过衍射光学元件24的调制，因此光信息的亮度可以依设计需求很均匀或有灰度的变化，不会出现设计条件外的突兀亮点。除了带有较大亮度的光信息外，带有光信息的光27亦可以带有亮度较弱的背景光，并且即使是背景光的亮度也是均匀或缓变的。
[0045]图3、4、5为本实用新型的衍射光学元件不同实施例的放大侧面示意图。请参考图3、4、5，本实用新型的衍射光学元件34、44、54可以以适当的透光材料为透光基板28，在透光基板28的至少任一表面制作或形成衍射纹路或图样的微结构。以图3来看，透光基板28的第一面341朝向激光光源模组，带有光信息的光则由透光基板28的第二面343射出，则具有接收非准直点光束的衍射纹路或图样的微结构36制作于透光基板28的第一面341上，第二面343则可为无微结构，其中微结构36可以是UV固化胶层制作暴露于第一面341上或蚀刻制作纹路于第一面341外侧。图4则和图3相反，朝向激光光源模组的第一面441不具衍射功能，第二面443则包括可接收非准直点光束的衍射纹路或图样的微结构46并产生衍射图像。图5中的第一面541和第二面543则皆包括接收非准直点光束的衍射纹路或图样的微结构56。此外，要说明的是，衍射光学元件34、44、54的第一面或第二面皆可以分别为平面或是有弧度或曲率的面。另外，非准直点光束的衍射纹路或图样的微结构可以分布或形成于透光基板的一部分或全部表面。
[0046]除了制作衍射纹路或图样的微结构外，本实用新型的衍射光学元件仍可包括其它功能的功能面。图6为本实用新型的衍射光学元件另一实施例的放大侧面示意图。请参考图6，衍射光学元件64亦以透光材料为透光基板28，其朝向激光光源模组的第一面641具有或包括一可扩束的结构或形状642，例如以半导体制程DOE制作或精密加工制作的几何光学面的一凹透镜结构，带有光信息的光则由包括衍射纹路或图样的微结构66的第二面643射出，其作用在于扩大入射的非准直点光束大小，使得经过微结构66的光束可以有较大着光面积，才能接受较多的波前调制信息，进而投射出较细腻的图样。可以理解的，如此的可扩束的结构或形状亦可以分布于透光基板的一部分或整个表面。
[0047]依据上述，对于整个半导体激光-衍射光学元件模组而言，省略现有的衍射光学元件和激光光源模组之间需放置的准直光学元件，甚至将衍射光学元件贴附于激光光源模组上，本实用新型的半导体激光-衍射光学元件模组可缩短整个模组于平行光轴方向上的长度，同时降低整个模组的材料和组装成本，适合应用于薄型化的移动或穿戴装置上。
[0048]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的权利要求范围，因此凡其它未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本实用新型的范围内。
【权利要求】
1.一种半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，包括: 激光光源模组，其输出一非准直点光束； 衍射光学元件，其接收来自该激光光源模组的该非准直点光束，并将该非准直点光束调制输出成为一带有光信息的光，其中，该衍射光学元件包括透光基板以及形成于该透光基板的一第一面的微结构；以及 壳体，其容置该激光光源模组和该衍射光学元件，其中，该带有光信息的光射出该壳体外。2.如权利要求1所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该微结构衍射该非准直点光束。3.如权利要求1或2所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，形成有该微结构的该第一面为一平面或一曲面。4.如权利要求1或2所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该微结构分布于该第一面的一部分或全部上。5.如权利要求1或2所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该微结构位于该第一面的外侧以暴露于该第一面外，或者，该微结构位于该第一面的内侧。6.如权利要求1或2所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该衍射光学元件还包括可扩束的功能结构，该可扩束的功能结构形成或设置于该透光基板的一第二面，并且该非准直点光束通过该可扩束的功能结构，该可扩束的功能结构包括一凹面镜。7.如权利要求1或2所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该激光光源模组和该衍射光学元件保持一间距，该间距为O或不为O。8.如权利要求1或2所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该壳体于该非准直点光束的一光轴方向的一长度不大于6毫米。9.如权利要求7所述的半导体激光-衍射光学元件模组，其特征在于，该壳体于该非准直点光束的一光轴方向的一长度不大于4毫米。
【文档编号】G02B27-42GK204269928SQ201420731427
【发明者】廖宏荣, 张颖岳, 颜智敏 [申请人]华锦光电科技股份有限公司