TWM565774U - 投光裝置 - Google Patents

Abstract

本揭露提出一種投光裝置，包含殼體、基座、發光元件、感光元件、繞射元件以及透鏡元件。殼體具有底板以及側壁。側壁圍繞底板而定義出容置空間以及與底板相對的開口。基座設置於容置空間中，且具有鄰接的平躺部以及直立部。平躺部位於底板上，且直立部由底板往開口延伸。發光元件設置於直立部上，且具有第一出光口以及第二出光口，其中第一出光口面朝開口且第二出光口面朝平躺部。感光元件設置於平躺部上，且位於第二出光口下方。繞射元件覆蓋殼體的開口。透鏡元件位於繞射元件與發光元件之間。

Description

投光裝置

本揭露提出一種投光裝置。

目前的三維感測裝置主要使用點發射器(dot projector)作為光源。一般的點發射器包含有雷射光源、準直鏡、以及繞射光學元件。雷射光源發出的光線通過準直鏡後打在繞射光學元件上，並經由繞射原理形成多個光點打在待測物上。

然而目前的點發射器的零組件較多，組裝及製造上複雜且體積龐大。另一方面內部雷射光源隨著使用時間、外部環境等影響，其出光功率不夠穩定。因此如何解決上述問題，為本領域的重要課題之一。

本揭露提出一種投光裝置，包含殼體、基座、發光元件、感光元件、繞射元件以及透鏡元件。殼體具有底板以及側壁。側壁圍繞底板而定義出容置空間以及與底板相對的開口。基座設置於容置空間中，且具有鄰接的平躺部以及直立部。平躺部位於底板上，且直立部由底板往開口延伸。發光元 件設置於直立部上，且具有第一出光口以及第二出光口，其中第一出光口面朝開口且第二出光口面朝平躺部。感光元件設置於平躺部上，且位於第二出光口下方。繞射元件覆蓋殼體的開口。透鏡元件位於繞射元件與發光元件之間。

在一些實施方式中，平躺部具有傾斜面而直立部具有垂直面，傾斜面與直立面夾有一鈍角。

在一些實施方式中，殼體的側壁具有平台結構，且透鏡元件由平台結構支撐。

在一些實施方式中，投光裝置更包含黏膠層，位於平台結構與透鏡元件之間。

在一些實施方式中，殼體的側壁具有平台結構，且繞射元件由平台結構支撐。

在一些實施方式中，投光裝置更包含黏膠層，其位於平台結構與繞射元件之間。

在一些實施方式中，基座包含有複數個導通電路，而底板包含有複數個接點。接點透過導通電路電性連接發光元件以及感光元件。發光元件及APC IC透過導電金屬線連接至基座上之導通電路。

在一些實施方式中，投光裝置更包含APC IC。APC IC位於基座的平躺部，且電性連接感光元件以及發光元件。

在一些實施方式中，投光裝置更包含焊接件。和接件位於發光元件與直立部之間。

本揭露所提出的投光裝置，由於基座具有鄰接的 平躺部與直立部而呈L型，且發光元件設置於直立部上，感光元件設置於平躺部上，因此能作為可監控光強度的直射光源。藉由上述基座、發光元件與感光元件之配置，可讓投光裝置具有體積小、製作及組裝容易等優點。

100‧‧‧投光裝置

110‧‧‧殼體

111‧‧‧底板

112‧‧‧側壁

112a‧‧‧第一平台結構

112b‧‧‧第二平台結構

120‧‧‧基座

121‧‧‧平躺部

121a‧‧‧傾斜面

122a‧‧‧垂直面

122‧‧‧直立部

130‧‧‧發光元件

130a‧‧‧第一出光口

130b‧‧‧第二出光口

140‧‧‧感光元件

150‧‧‧繞射元件

160‧‧‧透鏡元件

170‧‧‧黏膠層

180‧‧‧導通電路

190‧‧‧接點

200‧‧‧電性連接線

2-2‧‧‧線段

A‧‧‧鈍角

bd‧‧‧焊接件

IC‧‧‧控制電路元件

O‧‧‧開口

S‧‧‧容置空間

APC IC‧‧‧自動功率控制積體電路

第1圖繪示依據本揭露一實施方式之投光裝置的立體圖。

第2圖繪示第1圖中投光裝置沿著線段2-2的剖面圖。

第3圖繪示第1圖中投光裝置內部的感光元件以及控制電路板IC的局部立體圖。

第4圖繪示第1圖的投光裝置中控制電路板控制發光元件的流程圖。

以下將以圖式揭露本新型之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本新型。也就是說，在本新型部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。並且，除非有其他表示，在不同圖式中相同之元件符號可視為相對應的元件。這些圖式之繪示是為了清楚表達這些實施方式中各元件之間的連接關係，並非繪示各元件的實際尺寸。

請參照第1圖以及第2圖。第1圖繪示依據本揭露一實施方式之投光裝置100的立體圖。第2圖繪示第1圖中投光裝置100沿著線段2-2的剖面圖。

如第1圖以及第2圖所示，投光裝置100包含一殼體110、基座120、發光元件130、感光元件140、繞射元件150以及透鏡元件160。殼體110具有底板111以及側壁112，側壁112圍繞底板111而定義出容置空間S以及與底板111相對的開口O。基座120設置於容置空間S中，且具有鄰接的平躺部121以及直立部122，其中平躺部121位於底板111上，而直立部122由底板111往開口O延伸。發光元件130設置於直立部122上，且具有第一出光口130a以及第二出光口130b，其中第一出光口130a面朝開口O且第二出光口130b面朝平躺部121。感光元件140設置於平躺部121上，且位於第二出光口130b下方。繞射元件150覆蓋殼體110的開口O。透鏡元件160位於繞射元件150與發光元件130之間。

如第1圖以及第2圖所示，在本實施方式中殼體110的底板111為矩形，使殼體110整體呈現立方柱的形狀，而立方柱中與底板111相對的一個面為開口O。開口O連通殼體110內部容置空間S與殼體110外部的空間，設置於容置空間S內的發光元件130可以經由開口O投射光線至投光裝置100的外部。在其他實施方式中，亦可採用不同外形的殼體110，舉例而言，底板111可以為圓形、梯形、三角形、或其他適當之幾何形狀。

如第2圖所示，容置空間S內設置有基座120。從 側面來看，本實施方式中的基座120呈現L型。也就是說，平躺部121沿著底板111所在平面延伸，而直立部122沿著垂直於底板111的方向延伸。在使用焊接方法將基座120固定至殼體110時，可將平躺部121焊接至底板111上。

由於基座120具有鄰接的平躺部121與直立部122而呈L型，且發光元件130設置於直立部122上，感光元件140設置於平躺部121上，因此能作為可監控光強度的直射光源。藉由上述基座120、發光元件130與感光元件140之配置，可讓投光裝置100具有體積小、製作及組裝容易等優點。

如第2圖所示，平躺部121的厚度往遠離直立部122的方向漸縮。由於平躺部121的一個側面固定至底板111上，因此相對於該側面的另一側面為一傾斜面121a。傾斜面121a與底板111不平行。直立部122具有一個連接至傾斜面121a的垂直面122a。垂直面122a垂直底板111，因此傾斜面121a與垂直面122a之間夾有一個鈍角A。在本實施方式中，傾斜面121a與底板111之間的夾角約為12度，而鈍角A約為102度。

由於感光元件140設置於傾斜面121a上，因此感光元件140用以接收第二出光口130b所發出光線的表面亦不平行於底板111。一般而言，由第二出光口130b所發出的一部分光線會被感光元件140所吸收，而一部分則會被反射。在本實施方式中，被反射的光線會往傾斜面121a傾斜的方向偏移，因此不會反射至發光元件130的第二出光口130b，避免了發光元件130的元件發光特性受到反射光之干擾。

如第2圖所示，發光元件130設置於直立部122的垂直面122a上，其第一出光口130a與第二出光口130b發出的光線垂直於底板111，而感光元件140設置於平躺部121的傾斜面121a上並位於第二出光口130b的下方。在本實施方式中，感光元件140與一個控制電路元件(integrated circuit,IC)整合為一個自動功率控制積體電路(automatic performance control integrated circuit,APC IC)。發光元件130或APC IC運作時會產生熱能，與其鄰接的基座120升溫後會產生形變。若是形變過大，基座120會對固定於其上的元件造成破壞。為了避免上述問題，在本實施方式中的基座120由熱膨脹係數較低的材料製作，諸如陶瓷、耐燃等級為FR4以上的樹酯材料、矽、或類似物。如此一來，可以避免發光元件130或APC IC運作時產生的熱能導致基座120產生劇烈形變。

舉例而言，可藉由焊接方法直接將發光元件130焊接至直立部122的垂直面122a上。也就是說，發光元件130與直立部122之間僅具有一個焊接件bd。焊接件bd可為金錫合金或其他焊接材料。本領域通常知識者可依據實務需求採用不同的方法將發光元件130設置於基座120上，並不以上述為限。

在本實施方式中，發光元件130為平面方向出光的雷射二極體(laser diode,LD)。平面出光的雷射二極體在一個方向的兩側皆會發出光線，其中一側發出光線的強度與另一側發出光線的強度之間具有函數關係。因此若能得知其中一個出光口發出光線的強度，則可推得另一個出光口發出光線的強度。具體而言，在本實施方式中可藉由感光元件140偵測發光 元件130在第二出光口130b所發出光線的強度，以此推得發光元件130在第一出光口130a所發出光線的強度。

在本實施方式中，感光元件140為光電二極體(photo diode,PD)。在其他實施方式中，亦可採用感光偶和元件(charged-coupled device,CCD)、互補式金屬氧化物半導體主動像素傳感器(CMOS active pixel sensor)、或其他類型能偵測光強度的元件。感光元件140位於第二出光口130b下方，配置以接收第二出光口130b發出的光線。也就是說，第二出光口130B發出之光線，部分投影在位於傾斜面121a上的感光元件140所在範圍內。

請參照第3圖以及第4圖。第3圖繪示第1圖中投光裝置100內部的感光元件140以及APC IC的局部立體圖。第4圖繪示第1圖的投光裝置100中APC IC控制發光元件130的流程圖。在本實施方式中，投光裝置100的APC IC位於基座120的平躺部121的傾斜面121a上，且電性連接感光元件140以及發光元件130。控制電路元件IC可以依據感光元件140所偵測到的光線強度推算出發光元件130的第一出光口130a所發出光線的強度，並依據該強度控制發光元件130的發光功率。

舉例而言，當外部環境的溫度、濕度、或發光元件130本身的使用壽命等等因素使第一出光口130a所發出光線的強度低於一個預設值時，控制電路元件IC將會控制發光元件130，使其提高發光功率，直到第一出光口130a所發出光線的強度到達該預設值為止。在一些情形下，若第一出光口130a所發出的光線強度高於一個預設值，則控制電路元件IC將會控 制發光元件130，使其降低發光功率，直到第一出光口130a所發出光線的強度降至該預設值為止。藉由以上設計，投光裝置100可以維持相當穩定的出光強度。

如上文所述，第二出光口130b所發出的光線係用以監控第一出光口130a的出光強度。因此在使用平面出光的雷射發光二極體作為發光元件130的實施方式中，可以使用光強度較弱的一端作為第二出光口130b，並用光強度較強的一端作為第一出光口130a。然本領域通常技藝者可依據實務需求進行調整，並不以上述為限。

請參閱第2圖，發光元件130、感光元件140以及APC IC之間可藉由多種方式電性連接。舉例而言，在本實施方式中的控制電路元件IC與感光元件140係製作於同一塊電路板上，因此兩者得以電性連接。而基座120內部包含有導通電路180，使得控制電路元件IC得以透過導通電路180電性連接至發光元件130。

如第2圖所示，導通電路180除了在基座120內電性連接發光元件130、感光元件140以及控制電路元件IC外，亦可連接至投光裝置100外部。舉例而言，在本實施方式中的殼體110的底板111上還包含有多個接點190，該些導通電路180進一步穿過底板111並連接至該些接點190。如此一來，該些接點190可透過導通電路180連接至投光裝置100內部的發光元件130、感光元件140以及控制電路元件IC。舉例而言，該些接點190可連接至外部電源，允許外部電源供應工作電壓至發光元件130、感光元件140與控制電路元件IC。在採用陶 瓷製作殼體110與基座120的實施方式中，可以直接在殼體110與基座120的成型過程中製作(例如塗佈)導通電路180，與現有製程相容，無須付出額外成本。

在本實施方式中，亦藉由電性連接線200連接投光裝置100內部的各個元件。如第2圖所示，電性連接線200由控制電路元件IC表面電性連接至發光元件130，以使兩者電性連接。電性連接線200亦可由控制電路元件IC表面電性連接至位於基座120中的導通電路180。舉例而言，基座120的傾斜面121a上亦具有接點190，導通電路180透過接點190電性連接至電性連接線200。

如第2圖所示，第一出光口130a與第二出光口130b相對，朝向開口O發出光線，該光線會依序經過透鏡元件160以及繞射元件150，最後成為投光裝置100所發出的矩陣式光點。由於雷射二極體發出的光線具有較大發散角(舉例而言，光線的發散角介於7度至20度之間)，因此需要經過透鏡元件160將光線的發散角縮小，使其能準直入射至繞射元件150的大部分表面上。

如第2圖所示，殼體110的側壁112上具有第一平台結構112a，其用以支撐透鏡元件160。且第一平台結構112a與透鏡元件160之間還設置有黏膠層170，防止透鏡元件160脫離殼體110。在本實施方式中，第一平台結構112a為側壁112的一個段差，使得透鏡元件160上方的容置空間S寬度大於透鏡元件160下方的容置空間S寬度。

如第2圖所示，殼體110的側壁112上還具有第二 平台結構112b，其用以支撐繞射元件150。且第二平台結構112b與繞射元件150之間還設置有黏膠層170，防止繞射元件150脫離殼體110。在本實施方式中，第二平台結構112b為側壁112的另一個段差，使得殼體110的開口O寬度大於繞射元件150下方的容置空間S寬度。

如第1圖以及第2圖所示，繞射元件150為一個透明層，其包含許多具有週期性的微結構。通過該些微結構的光線會因繞射效應形成週期性的光點，如此一來達成了投光裝置100投放矩陣式光點的功能。具體而言，繞射元件150可為各式光學繞射元件(diffractive optical element,DOE)，其可由各式透明材料製作，諸如玻璃、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、對苯二甲酸酯乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)等等。

綜上所述，本揭露所提出的投光裝置，由於使用了具電路導通功能之低熱膨脹係數的材料製作殼體以及L型基座，因此大幅縮小了投光裝置的整體尺寸。另一方面，藉由將導通電路整合於殼體與基座中，免除了在製造過程中需要額外進行針腳對位的程序，大幅增加了自動生產的可行性。最後，藉由在基座上設計有傾斜面，使得發光元件所發出的光線不會被感光元件反射回發光元件，避免了發光元件之發光特性受到反射光之干擾。

本揭露已由範例及上述實施方式描述，應了解本新型並不限於所揭露之實施方式。相反的，本新型涵蓋多種更動及近似之佈置(如，此領域中之通常技藝者所能明顯得知 者)。因此，附加之請求項應依據最寬之解釋以涵蓋所有此類更動及近似佈置。

Claims (9)

1. 一種投光裝置，包含：一殼體，具有一底板以及一側壁，該側壁圍繞該底板而定義出一容置空間以及與該底板相對的一開口；一基座，設置於該容置空間中，且具有鄰接的一平躺部以及一直立部，其中該平躺部位於該底板上，且該直立部由該底板往該開口延伸；一發光元件，設置於該直立部上，且具有一第一出光口以及一第二出光口，其中該第一出光口面朝該開口且該第二出光口面朝該平躺部；一感光元件，設置於該平躺部上，且位於該第二出光口下方；一繞射元件，覆蓋該殼體的該開口；以及一透鏡元件，位於該繞射元件與該發光元件之間。
2. 如請求項第1所述之投光裝置，其中該平躺部具有一傾斜面而該直立部具有一垂直面，該傾斜面與該直立面夾有一鈍角。
3. 如請求項第1所述之投光裝置，其中該殼體的該側壁具有一平台結構，且該透鏡元件由該平台結構支撐。
4. 如請求項第3所述之投光裝置，更包含：一黏膠層，位於該平台結構與該透鏡元件之間。
5. 如請求項第1所述之投光裝置，其中該殼體的該側壁具有一平台結構，且該繞射元件由該平台結構支撐。
6. 如請求項第5所述之投光裝置，更包含：一黏膠層，位於該平台結構與該繞射元件之間。
7. 如請求項第1所述之投光裝置，其中該基座包含有複數個導通電路，而該底板包含有複數個接點，該些接點透過該些導通電路電性連接該發光元件以及該感光元件。
8. 如請求項第7所述之投光裝置，更包含：一控制電路元件，位於該基座的該平躺部，且電性連接該感光元件以及該發光元件。
9. 如請求項第1所述之投光裝置，更包含：一焊接件，位於該發光元件與該直立部之間。