阅读说明：本技术 自动功率控制光点发射器 (Automatic power control light spot emitter ) 是由 黄忠民 谢佳宏 林俊廷 吴明倬 方铭辉 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：一种自动功率控制光点发射器,包含：一壳罩,其上依序具有一容置空间及一位于容置空间上方的平台,并盖于基板上,使自动功率控制IC、激光二极管及光反射元件位于壳罩内,且容置空间及平台位于自动功率控制IC、激光二极管及光反射元件的上方；一准直镜；以及一绕射光学元件,黏着于壳罩的平台上；激光二极管投射一激光在光反射元件上,使光反射元件将激光垂直射出于准直镜至绕射光学元件,让绕射光学元件可产生数个光点,以自动功率控制IC的检光二极管侦测杂散光,形成一可读取的检光讯号,检光讯号回授控制激光二极管的输出而调整激光所射出的功率比例,并以激光所射出的功率比例而控制绕射光学元件的各光点发射。(an automatic power control optical spot emitter comprising: a shell, which is provided with an accommodating space and a platform above the accommodating space in sequence and covers the substrate, so that the automatic power control IC, the laser diode and the light reflecting element are positioned in the shell, and the accommodating space and the platform are positioned above the automatic power control IC, the laser diode and the light reflecting element; a collimating mirror; and a diffractive optical element adhered to the platform of the housing; the laser diode projects a laser on the light reflection element, so that the light reflection element vertically emits the laser to the diffraction optical element from the collimating mirror, the diffraction optical element can generate a plurality of light spots, the stray light is detected by the light detection diode of the automatic power control IC to form a readable light detection signal, the output of the laser diode is fed back and controlled by the light detection signal to adjust the power proportion emitted by the laser, and the emission of each light spot of the diffraction optical element is controlled by the power proportion emitted by the laser.)

自动功率控制光点发射器

技术领域

本发明是有关一种自动功率控制光点发射器，其检光讯号回授控制激光二极管的输出而调整激光所射出的功率比例，并以激光所射出的功率比例而控制绕射光学元件的各光点发射。

背景技术

激光二极管的发光强度，亦受到驱动电流量及温度影响，当驱动电流越高光强度越高，则组件温度越高及光衰减值越大，且在激光二极管启动后，而轻微电压变化会造成电流变化量剧烈变化，亦需要自动功率控制激光二极管的发光强度，如图1所示，其揭示在USPatent No.7,177,333，为一种激光二极管模块10，包含：一散热座(heat sink)11，具有一凹槽111，且其背面设有第1接脚12a、第2接脚12b及第3接脚(图未示)；一固定座(mount)13，凸设在该散热座11表面，并与该接地(GND)的第2接脚12b连接；一次固定座(submount)131，设在该固定座13内侧，供一激光二极管(laser diode)14接合；一检光二极管(photodiode)15，设于该散热座11上；一金属外壳(cap)17，其顶面具备一玻璃窗171，并底缘接合在该散热座11上方；一APC电路16，将自动功率控制电路设制成电路板或IC样态，并内建封装在该金属外壳17内，利用打线与该第1接脚12a、该第2接脚12b及该第3接脚与该激光二极管14、该检光二极管15连接，据以形成激光二极管的电压驱动组件，虽该激光二极管模块10可靠度高，但体积大而难以整合至应用端，且无法使用半导体表面黏着技术(SMT)达到快速自动化生产。

次者，目前3D感测技术主要使用结构光(structure light)技术，现有感测用组件一般采用光点发射器(dot projector)，如图2所示，其揭示在US Patent No.8,829,406，为一种光点发射器20，包含：一辐射源组件21，包括一激光二极管211及一检光二极管212，该激光二极管211输出一激光(L₁)及该检光二极管212检测一反射光(N₁)，该辐射源组件21安装在一基座22上，且该激光二极管211安装在一次固定座(submount)213上，该次固定座213被固定至一壳座(packagestem)214上，该壳座214位于一管壳215内，该管壳215的上侧设有一窗216；一外壳23，容置该辐射源组件21，并设有一出射窗231；一准直镜(co11imatinglens)24，容置在该外壳23内；一绕射光学元件(diffractive optical elements，DOEs)25，容置在该外壳23内；一连接器26，耦接该辐射源组件21。该光点发射器20的主要运作方式为该激光(L₁)经过该准直镜24，并通过该绕射光学元件25，形成多个光点投影于欲辨识的物体上，再经由摄像机(camera)撷取影像，辨识3D深度信息，但体积大而组装复杂不容易，且该辐射源组件21无法使用半导体表面黏着技术达到快速自动化生产。

但查，该激光二极管模块10与该光点发射器20皆无法使用半导体表面黏着技术达到快速自动化生产，且该激光二极管模块10需整合该散热座11、该第1接脚12a、第2接脚12b及第3接脚、该固定座13、该次固定座131、该激光二极管14、该检光二极管15、该APC电路16及该金属外壳17，以致体积较大，若该激光二极管模块10取代该光点发射器20的辐射源组件21，再整合该光点发射器20的基座22、外壳23、准直镜24、绕射光学元件25及连接器26，不仅组装更加复杂，体积也更加庞大。是以，本发明人有鉴于上揭问题点，构思一种自动功率控制光点发射器，为本发明所欲解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种自动功率控制光点发射器，其以基板整合具有检光二极管的自动功率控制IC、固定座、激光二极管、光反射元件、壳罩、准直镜及绕射光学元件，用以解决先前技术组装更加复杂、体积也更加庞大及无法使用半导体表面黏着技术达到快速自动化生产的问题点，进而具有组装简易、体积轻薄及生产成本低的功效；其以激光二极管、具有检光二极管的自动功率控制IC及光反射元件，即可形成可回授控制的激光，进而激光所射出的功率比例而控制绕射光学元件的各光点发射的功效；其自动功率控制IC内建光回授控制及温度补偿，以达到稳定激光的输出，且自动功率控制IC内建保护电路，以增加可靠度，进而提升光点输出稳定及可靠输出的功效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自动功率控制光点发射器，包括：一基板；一自动功率控制IC，其具有一检光二极管，并固定于该基板上；一固定座，固定在该基板上；一激光二极管，固定在该固定座上，并耦接该自动功率控制IC；一光反射元件，固定在该激光二极管的前方；一壳罩，其上依序具有一容置空间及一位于该容置空间上方的平台，并盖于该基板上，使该自动功率控制IC、该激光二极管及该光反射元件位于该壳罩内，且该容置空间及该平台位于该自动功率控制IC、该激光二极管及该光反射元件的上方；一准直镜，固置在该壳罩的容置空间内，使该准直镜位于该自动功率控制IC、该激光二极管及该光反射元件的上方；以及一绕射光学元件，黏着于该壳罩的平台上，使该绕射光学元件位于该准直镜的上方；借此，该激光二极管投射一激光在该光反射元件上，使该光反射元件将该激光垂直射出于该准直镜至该绕射光学元件，让该绕射光学元件可产生数个光点，且该激光在该壳罩内经由反射产生一杂散光，并以该自动功率控制IC的检光二极管侦测该杂散光，形成一可读取的检光讯号，该检光讯号回授控制该激光二极管的输出而调整该激光所射出的功率比例，并以该激光所射出的功率比例而控制该绕射光学元件的各该光点发射。

依据前揭特征，该自动功率控制IC设有一供应电压接点、一接地接点、一电流设定接点、一检光二极管输出接点及一激光二极管输出接点。

依据前揭特征，该自动功率控制IC的电路架构还包括该供应电压接点串联耦接该检光二极管与并联耦接一电阻及一第一ESD电路，且该第一ESD电路并联耦接一接地端；一逻辑电路，分别串联耦接该电阻及该电流设定接点；一电流放大电路，串联耦接该检光二极管；一误差放大器，并联耦接该电流放大电路；一保护电路，并联耦接该误差放大器，并具有一参考电压单元、一过温保护单元及一低电压锁定单元；一电晶体，分别串联耦接该误差放大器、该激光二极管输出接点及该接地端；一电流监控电路，并联耦接该接地端；一第二ESD电路，分别并联耦接该电流设定接点及该接地端；一第三ESD电路，分别并联耦接该电流设定接点及该接地端；一可变电阻，分别串联耦接该检光二极管输出接点及该接地端；该激光二极管分别串联耦接该供应电压接点及该激光二极管输出接点。

依据前揭特征，该自动功率控制IC的电路架构还包括一缓启动电路，用以防止启动时的过电流。

依据前揭特征，当该逻辑电路判断该电流设定接点设定在高电平时，则该电流监控电路的电流值设定为100mA，或当该逻辑电路判断该电流设定接点设定在低电平时，则该电流监控电路的电流值设定为300mA。

依据前揭特征，当该逻辑电路判断该电流设定接点设定在高电平时，则该参考电压单元的电压值设定为0.55V，及当该逻辑电路判断该电流设定接点设定在低电平时，则该参考电压单元的电压值设定为1.1V；该过温保护单元的温度值设定为大于165度及小于135度；该低电压锁定单元的电压值设定为小于2.3V及大于2.5V。

依据前揭特征，该可变电阻的电阻值范围设定在35Kohm至1Kohm，该可变电阻的电阻值设定为6Kohm，而对应该检光二极管的电流值设定为90uA。

依据前揭特征，该第一ESD电路、该第二ESD电路及该第三ESD电路的人体模型值设定为大于及等于2KV；该第一ESD电路、该第二ESD电路及该第三ESD电路的机械模型值设定为大于及等于200V。

依据前揭特征，该基板具有一第一表面及相反侧的一第二表面，该第一表面设有一第一导电垫及该第二表面设有一第二导电垫，且该基板由电路板所构成，使该基板内形成内部导线，令该第一导电垫与第二导电垫相互耦接，该第一导电垫分别以数个外部导线耦接该自动功率控制IC与该激光二极管芯片及该第二导电垫耦接一外部电路。

依据前揭特征，该准直镜为单一透镜或微透镜数组。

依据前揭特征，该壳罩的材质选自铜、不锈钢或铝其中之一。

依据前揭特征，该基板的第一表面设置一金属外框，该金属外框框住该自动功率控制IC、该固定座及该光反射元件，且该金属外框上设置一黏着层，该黏着层黏着固定该壳罩的底面。

依据前揭特征，该金属外框的材料选自镍金或镍钯金。

依据前揭特征，该黏着层的材料选自胶材或金属。

依据前揭特征，该胶材选自硅胶或环氧树脂。

依据前揭特征，该金属选自金锡、银铜、锡银铜或铟。

依据前揭特征，该壳罩的容置空间内还包括一压环结构，该压环结构具有一环凹座及一位于该环凹座内的压环，该环凹座的外环面铆合固定至该壳罩的容置空间内、该环凹座承放该准直镜及该环凹座设有一光反射孔，并以该准直镜的中央凸面的位置、该光反射孔的位置及该光反射元件的位置垂直相对应，且该压环的内环面套固该准直镜的中央凸面与该压环的底环面压紧该准直镜的环平面。

依据前揭特征，该平台位在该壳罩内，使该平台形成一嵌槽。

借助上揭技术手段，其以该基板整合具有该检光二极管的自动功率控制IC、该固定座、该激光二极管、该光反射元件、该壳罩、该准直镜及该绕射光学元件，又该激光二极管、具有该检光二极管的自动功率控制IC及该光反射元件，即可形成可回授控制的该激光，再该自动功率控制IC内建光回授控制及温度补偿，以达到稳定该激光的输出，且该自动功率控制IC内建该保护电路，进而具有组装简易、体积轻薄、生产成本低、该激光所射出的功率比例而控制该绕射光学元件的各该光点发射、该光点输出稳定及可靠输出的功效。

本发明的有益效果是，其以基板整合具有检光二极管的自动功率控制IC、固定座、激光二极管、光反射元件、壳罩、准直镜及绕射光学元件，用以解决先前技术组装更加复杂、体积也更加庞大及无法使用半导体表面黏着技术达到快速自动化生产的问题点，进而具有组装简易、体积轻薄及生产成本低的功效；其以激光二极管、具有检光二极管的自动功率控制IC及光反射元件，即可形成可回授控制的激光，进而激光所射出的功率比例而控制绕射光学元件的各光点发射的功效；其自动功率控制IC内建光回授控制及温度补偿，以达到稳定激光的输出，且自动功率控制IC内建保护电路，以增加可靠度，进而提升光点输出稳定及可靠输出的功效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有激光二极管模块的示意图。

图2是现有点发射器的示意图。

图3A是本发明的分解立体图。

图3B是本发明的组合立体图。

图3C是图3B中3C-3C的断面剖视图。

图4A是本发明另一较佳实施例的分解立体图。

图4B是本发明另一较佳实施例的组合立体图。

图4C是图4B中4C-4C的断面剖视图。

图5是本发明自动功率控制IC的俯视图。

图6是本发明自动功率控制IC的电路图。

图7是本发明自动功率控制IC的电路架构图。

图中标号说明：

30A、30B 自动功率控制光点发射器

301 黏着层

31 基板

311 第一表面

3111 第一导电垫

3112 金属外框

312 第二表面

3121 第二导电垫

32 自动功率控制IC

321 检光二极管

33 固定座

34 激光二极管

35 光反射元件

36 壳罩

361 容置空间

362 平台

363 底面

37 准直镜

371 中央凸面

372 环平面

38 绕射光学元件

39 压环结构

391 环凹座

3911 外环面

3912 光反射孔

392 压环

3921 内环面

3922 底环面

W 外部导线

O 外部电路

L₂ 激光

N₂ 杂散光

C 光点

S 检光讯号

T 电晶体

R 电阻

G 接地端

U 保护电路

U₁ 参考电压单元

U₂ 过温保护单元

U₃ 低电压锁定单元

P₁ 供应电压接点

P₂ 接地接点

P₃ 电流设定接点

P₄ 检光二极管输出接点

P₅ 激光二极管输出接点

E₁ 第一ESD电路

E₂ 第二ESD电路

E₃ 第三ESD电路

LE 逻辑电路

CA 电流放大电路

EA 误差放大器

CM 电流监控电路

VR 可变电阻

SS 缓启动电路

具体实施方式

首先，请参阅图3A～图3C及图5～图7所示，本发明一种自动功率控制光点发射器30A较佳实施例，其包含：一基板31，本实施例中，该基板31具有一第一表面311及相反侧的一第二表面312，该第一表面311设有一第一导电垫3111及该第二表面312设有一第二导电垫3121，且该基板31由电路板所构成，使该基板31内形成内部导线，令该第一导电垫3111与第二导电垫3121相互耦接，该第二导电垫3121耦接一外部电路O，但不限定于此。

一自动功率控制IC32，其具有一检光二极管321，以该第一导电垫3111耦接该自动功率控制IC32，并固定于该基板31上，本实施例中，该自动功率控制IC32设有一供应电压接点(P₁)、一接地接点(P₂)、一电流设定接点(P₃)、一检光二极管输出接点(P₄)及一激光二极管输出接点(P₅)，但不限定于此。

一固定座33，固定在该基板31上。

一激光二极管34，固定在该固定座33上，并耦接该自动功率控制IC32，本实施例中，该第一导电垫3111分别以数个外部导线W耦接该自动功率控制IC32与该激光二极管芯片34，但不限定于此。

一光反射元件35，固定在该激光二极管34的前方。

一壳罩36，其上依序具有一容置空间361及一位于该容置空间361上方的平台362，并盖于该基板31上，使该自动功率控制IC32、该激光二极管34及该光反射元件35系位于该壳罩36内，且该容置空间361及该平台362位于该自动功率控制IC32、该激光二极管34及该光反射元件35的上方，本实施例中，该壳罩36的材质选自铜、不锈钢或铝其中之一，但不限定于此。

承上，该基板31的第一表面311设置一金属外框3112，该金属外框3112框住该自动功率控制IC32、该固定座33及该光反射元件35，且该金属外框3112上设置一黏着层301，该黏着层301黏着固定该壳罩36的底面363，本实施例中，该黏着层301的材料选自胶材或金属，该胶材选自硅胶(silicone)或环氧树脂(epoxy)其中任一所构成与该金属选自金锡(AuSn)、银铜(AgCu)、锡银铜(SnAgCu，SAC)或铟(Indium)其中任一所构成，但不限定于此。

一准直镜37，固置在该壳罩36的容置空间361内，使该准直镜37位于该自动功率控制IC32、该激光二极管34及该光反射元件35的上方，本实施例中，该准直镜37为单一透镜或微透镜数组其中的一所构成，但不限定于此。

一绕射光学元件38，黏着于该壳罩36的平台362上，使该绕射光学元件38位于该准直镜37的上方。

另一较佳实施例中，图4A～图4C及图5～图7所示，一种自动功率控制光点发射器30B，其包含：该基板31、该自动功率控制IC32、该固定座33、该激光二极管34、该光反射元件35、该壳罩36、该准直镜37、该绕射光学元件38及该壳罩36的容置空间361内还包括一压环结构39，该压环结构39具有一环凹座391及一位于该环凹座391内的压环392所构成，该环凹座391的外环面3911铆合固定至该壳罩36的容置空间361内、该环凹座391承放该准直镜37及该环凹座391设有一光反射孔3912，并以该准直镜37的中央凸面371的位置、该光反射孔3912的位置及该光反射元件35的位置垂直相对应，且该压环392的内环面3921套固该准直镜37的中央凸面371与该压环392的底环面3922压紧该准直镜37的环平面372与该平台362位在该壳罩36内，使该平台362形成一嵌槽，但不限定于此。

基于上述的构成，上述两个较佳实施例的态样，其差异仅在于该平台362的高度不同与该压环结构39的有无，并皆可达到该激光二极管34投射一激光(L₂)在该光反射元件35上，使该光反射元件35将该激光(L₂)垂直射出于该准直镜37至该绕射光学元件38，让该绕射光学元件38可产生数个光点(C)，且该激光(L₂)在该壳罩36内经由反射产生一杂散光(N₂)，并以该自动功率控制IC32的检光二极管321侦测该杂散光(N₂)，形成一可读取的检光讯号(S)，该检光讯号(S)回授控制该激光二极管34的输出而调整该激光(L₂)所射出的功率比例，并以该激光(L₂)所射出的功率比例而控制该绕射光学元件38的各该光点(C)发射。

此外，该自动功率控制IC32的电路架构更包括该供应电压接点(P₁)串联耦接该检光二极管321与并联耦接一电阻(R)及一第一ESD电路(E₁)，且该第一ESD电路(E₁)并联耦接一接地端(G)，本实施例中，该供应电压接点(P₁)所供应电压值为2.8V，但不限定于此。

一逻辑电路(LE)，分别串联耦接该电阻(R)及该电流设定接点(P₃)。

一电流放大电路(CA)，串联耦接该检光二极管321。

一误差放大器(EA)，并联耦接该电流放大电路(CA)。

一保护电路(U)，并联耦接该误差放大器(EA)，并具有一参考电压单元(U₁)、一过温保护单元(U₂)及一低电压锁定单元(U₃)，本实施例中，当该逻辑电路(LE)判断该电流设定接点(P₃)设定在高电平时，则该参考电压单元(U₁)的电压值设定为0.55V，及当该逻辑电路(LE)判断该电流设定接点(P₃)设定在低电平时，则该参考电压单元(U₁)的电压值设定为1.1V；该过温保护单元(U₂)的温度值设定为大于165度及小于135度；该低电压锁定单元(U₃)的电压值设定为小于2.3V及大于2.5V，但不限定于此。

一电晶体(T)，分别串联耦接该误差放大器(EA)、该激光二极管输出接点(P₅)及该接地端(G)。

一电流监控电路(CM)，并联耦接该接地端(G)，本实施例中，当该逻辑电路(LE)判断该电流设定接点(P₃)设定在高电平时，则该电流监控电路(CM)的电流值设定为100mA，或当该逻辑电路(LE)判断该电流设定接点(P₃)设定在低电平时，则该电流监控电路(CM)的电流值设定为300mA，但不限定于此。

一第二ESD电路(E₂)，分别并联耦接该电流设定接点(P₃)及该接地端(G)。

一第三ESD电路(E₃)，分别并联耦接该电流设定接点(P₃)及该接地端(G)，本实施例中，该第一ESD电路(E₁)、该第二ESD电路(E₂)及该第三ESD电路(E₃)的人体模型(human bodymodel，HBM)值设定为大于及等于2KV；该第一ESD电路(E₁)、该第二ESD电路(E₂)及该第三ESD电路(E₃)的机械模型(machine model，MM)值设定为大于及等于200V，但不限定于此。

一可变电阻(VR)，分别串联耦接该检光二极管输出接点(P₄)及该接地端(G)。

该激光二极管34分别串联耦接该供应电压接点(P₁)及该激光二极管输出接点(P₅)，本实施例中，该可变电阻(VR)的电阻值范围设定在35Kohm至1Kohm，该可变电阻(VR)的电阻值设定为6Kohm，而对应该检光二极管321的电流值设定为90uA，但不限定于此。

一缓启动电路(SS)，用以防止启动时的过电流。

基于上述的构成，其以该基板31整合具有该检光二极管321的自动功率控制IC32、该固定座33、该激光二极管34、该光反射元件35、该壳罩36、该准直镜37及该绕射光学元件38，又该激光二极管34、具有该检光二极管321的自动功率控制IC32及该光反射元件35，即可形成可回授控制的该激光(L₂)，再该自动功率控制IC32内建光回授控制及温度补偿，以达到稳定该激光(L₂)的输出，且该自动功率控制IC32内建该保护电路(U)，亦具有过电流保护(over current protection)、过温保护(over temperature protection)或瞬时保护(transient protection)，进而具有组装简易、体积轻薄、生产成本低、该激光(L₂)所射出的功率比例而控制该绕射光学元件38的各该光点(C)发射、该光点(C)输出稳定及可靠输出的功效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起中请。