CN212571686U - 主动式对准*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种主动式对准***，用以组装激光模组，该激光模组包括光学镜片以及产生激光光束的激光单元。主动式对准***包括定位单元、感测单元以及电性连接于定位单元与感测单元之间的控制单元，且定位单元用以移动光学镜片；感测单元用以感测通过光学镜片的激光光束而获得一受测图案；而控制单元用以依据受测图案而驱动定位单元移动光学镜片直至受测图案符合一检测标准。本实用新型具有提高激光模组的制造精度并减少制造成本的优点，且适用于大量生产。

Description

主动式对准***

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其是关于一种主动式对准***。

背景技术

由于激光光源有较大的光电转换效率，且激光光源所输出的激光光束具有能量高、波长一致、单一频率以及准直性佳的光学特性，故激光光源逐渐地被广泛应用。请参阅图1与图2，图1为习知激光模组的部分结构的剖面概念示意图，图2为图1所示激光模组的部分结构的立体分解示意图。习知的激光模组1包括外壳体10、内壳体11、基板12、激光单元13、反射光学元件15、准直光学元件16、衍射光学元件(diffractive optical element，DOE)17以及陶瓷板14，且基板12用以承载激光单元13、陶瓷板14、外壳体10以及内壳体11，而激光单元13设置于陶瓷板14上以电性连接于基板12；其中，内壳体11设置于外壳体10的容置空间内，且准直光学元件16以及衍射光学元件17分别固定于内壳体11以及外壳体10上，使得准直光学元件16在垂直方向上是位于基板12以及衍射光学元件17之间。

再者，当激光单元13接收电力后，激光单元13可提供复数激光光束L1，且这些激光光束L1会往反射光学元件15的方向行进，并于投射至反射光学元件15上后被反射光学元件15反射而朝准直光学元件16以及衍射光学元件17的方向行进。其中，准直光学元件16用以准直被反射光学元件15所反射而来的激光光束L1，使通过准直光学元件16的激光光束L1以较佳的入射方向入射至衍射光学元件17，而衍射光学元件17则用以对通过准直光学元件16后的激光光束L1进行光束整形，使这些激光光束L1形成结构光并予以向外投射。

特别说明的是，激光模组1零件组成较多，除了增加组装上的复杂度，亦成为提升组装精度的屏障；举例来说，于组装激光模组1的过程中，将准直光学元件16固设于反射光学元件15上方时可能会发生定位的偏差，而将衍射光学元件17固设于准直光学元件16上方时亦可能发生定位的偏差，显然地，各元件的堆叠组成将导致整体偏差不断扩大，其精度仅约略落在微米级的程度，使得激光模组1所投射的结构光无法满足实际使用需求。

其中，现有的校正手段为，透过微机械加工(micro machining)进行机械切割的方式切割承载准直光学元件16的载体(即内壳体11)的底部(即与基板12的连接处)，使准直光学元件16位于准焦的位置与姿态，同样亦透过微机械加工(micro machining)进行机械切割的方式切割承载衍射光学元件17的载体(即外壳体10)的底部(即与基板12的连接处)，使衍射光学元件17位于准焦的位置与姿态。然而，上述微机械加工(micro machining)进行机械切割的方式所能提升的精度仍然有限，亦约略落在微米级的程度，且需透过极为昂贵的精密加工机进行，并且不适用于大量生产。

实用新型内容

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，提供一种用于组装激光模组的主动式对准***，借此提高激光模组的制造精度并减少制造成本，且适用于大量生产。

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主动式对准***，用以组装一激光模组，该激光模组包括至少一光学镜片以及一激光单元，且该激光单元所产生的一激光光束于通过该至少一光学镜片后向外投射，其中，该主动式对准***包括：一定位单元，用以移动该至少一光学镜片；一第一感测单元，用以感测通过该至少一光学镜片的该激光光束而获得一受测图案；以及一控制单元，电性连接于该定位单元以及该第一感测单元之间，用以依据该受测图案而驱动该定位单元移动该至少一光学镜片直至该受测图案符合一检测标准。

较佳地，该激光模组还包括一反射光学元件，且该激光单元为一边射型激光单元；其中，该反射光学元件用以反射该边射型激光单元所产生的该激光光束，使该激光光束朝该至少一光学镜片的方向行进。

较佳地，该激光单元为一垂直共振腔面射型激光单元(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL)，且该垂直共振腔面射型激光单元所产生的该激光光束朝该至少一光学镜片的方向行进。

较佳地，该定位单元为一六轴定位单元。

较佳地，该至少一光学镜片包括一准直光学元件，且该准直光学元件用以准直通过该准直光学元件的该激光光束。

较佳地，该检测标准包括一光点大小检测标准、一光点形状检测标准及/或一光点位置检测标准。

较佳地，该第一感测单元为一光束分析仪(beam profiler)。

较佳地，该激光模组还包括一内壳体，且该内壳体用以供该准直光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该内壳体而移动该准直光学元件。

较佳地，该主动式对准***还包括一第二感测单元，该第二感测单元电性连接于该控制单元，并用以拍摄该准直光学元件；其中，该控制单元还用以依据该第二感测单元的一拍摄结果而驱动该定位单元移动该准直光学元件，使该准直光学元件位于以该激光单元的所在处为定位参考的一标准位置并处于一标准姿态。

较佳地，该激光模组还包括一内壳体，且该内壳体用以供该准直光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该内壳体而移动该准直光学元件。

较佳地，该准直光学元件是先被该定位单元移动而位于以一***自订参考标准为定位参考的一预定位置并处于一预定姿态，再被该定位单元置于该内壳体上。

较佳地，该第二感测单元包括至少三个摄像机，且该至少三个摄像机分别位于该准直光学元件的不同方向上。

较佳地，该至少一光学镜片包括一衍射光学元件(diffractive opticalelement，DOE)，该衍射光学元件用以对通过其中的该激光光束进行光束整形，而使该激光光束形成一结构光。

较佳地，该检测标准包括一特征点数量(dot count)检测标准、一对比度(contrast)检测标准、一照明视场(field of illumination)检测标准、一热点(hot spot)检测标准、一图案角度(pattern angle)检测标准、一零阶光束(zero order)检测标准、一能量均匀度(power uniformity)检测标准及/或一几何与图案重心位置(geometrical&pattern mass center)检测标准。

较佳地，该第一感测单元包括一被投射面以及一摄像模组，且该被投射面设置于该衍射光学元件以及该摄像模组之间；其中，该摄像模组是于该结构光投射至该被投射面时进行摄像以获得该受测图案。

较佳地，该激光模组还包括一外壳体，且该外壳体用以供该衍射光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该外壳体而移动该衍射光学元件。

较佳地，该主动式对准***还包括一第二感测单元，该第二感测单元电性连接于该控制单元，并用以拍摄该衍射光学元件；其中，该控制单元还用以依据该第二感测单元的一拍摄结果而驱动该定位单元移动该衍射光学元件，使该衍射光学元件位于一标准位置并处于一标准姿态。

较佳地，该至少一光学镜片还包括位于该衍射光学元件下方的一准直光学元件，且该激光模组还包括用以供该准直光学元件设置于其上的一内壳体；其中，该控制单元用以依据该第二感测单元的该拍摄结果而驱动该定位单元移动该衍射光学元件，使该衍射光学元件位于以该内壳体及/或该准直光学元件的所在处为定位参考的该标准位置并处于该标准姿态。

较佳地，该第二感测单元包括至少三个摄像机，且该至少三个摄像机分别位于该衍射光学元件的不同方向上。

较佳地，该激光模组还包括一外壳体，且该外壳体用以供该衍射光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该外壳体而移动该衍射光学元件。

较佳地，该第二感测单元对该外壳体进行拍摄以供后续进行一壳体表面分析。

较佳地，主动式对准***还包括至少一镜面元件，且该至少一镜面元件设置于该外壳体的邻近处；其中，该第二感测单元对该外壳体及/或该至少一镜面元件进行拍摄以供后续进行一壳体表面分析。

较佳地，该衍射光学元件是先被该定位单元移动而位于以一***自订参考标准为定位参考的一预定位置并处于一预定姿态，再被该定位单元置于该外壳体上。

本实用新型主动式对准***能够于组装激光模组的过程中对光学镜片的位置与姿态进行定位与校正，从而大幅提高激光模组的组装精度并减少组装成本，适合大量生产。

附图说明

图1：为习知激光模组的部分结构的剖面概念示意图。

图2：为图1所示激光模组的部分结构的立体分解示意图。

图3：为应用本实用新型主动式对准***进行组装的激光模组于一较佳实施例的部分结构的剖面概念示意图。

图4：为图3所示激光模组的部分结构的立体分解示意图。

图5：为本实用新型主动式对准***于一较佳实施例的方块概念示意图。

图6A：为利用图5所示主动式对准***将准直光学元件组装至内壳体上的第一阶段实施概念示意图。

图6B：为利用图5所示主动式对准***将准直光学元件组装至内壳体上的第二阶段实施概念示意图。

图7A：为利用图5所示主动式对准***对准直光学元件进行粗调定位的一较佳实施概念示意图。

图7B：为利用图5所示主动式对准***对准直光学元件进行细调定位并予以组装至激光模组的一较佳实施概念示意图。

图8A：为受测图案于准直光学元件位于非准焦的位置与姿态时的一较佳概念示意图。

图8B：为受测图案于准直光学元件位于准焦的位置与姿态时的一较佳概念示意图。

图9A：为利用图5所示主动式对准***将衍射光学元件组装至外壳体上的第一阶段实施概念示意图。

图9B：为利用图5所示主动式对准***将衍射光学元件组装至外壳体上的第二阶段实施概念示意图。

图10A：为利用图5所示主动式对准***对衍射光学元件进行粗调定位的一较佳实施概念示意图。

图10B：为利用图5所示主动式对准***对衍射光学元件进行细调定位并予以组装至激光模组的一较佳实施概念示意图。

图11：为受测图案于衍射光学元件位于准焦的位置与姿态时的一较佳概念示意图。

图12：为主动式对准方法的一较佳方块流程示意图。

图13A：为主动式对准方法的一较佳方块流程示意图。

图13B：为主动式对准方法的一较佳方块流程示意图。

图14：为光学式定位与机械式定位的定位公差与组装成本的相对关系示意图。

图15：为应用本实用新型主动式对准***进行组装的激光模组于一较佳实施例的部分结构的剖面概念示意图。

具体实施方式

本实用新型的实施例将借由下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中普通技术人员所知的形态。本领域的普通技术人员可依据本实用新型的内容而进行多种的改变与修改。

首先说明应用本实用新型主动式对准***(Active Alignment Sysem)进行组装的激光模组。请参阅图3与图4，图3为应用本实用新型主动式对准***进行组装的激光模组于一较佳实施例的部分结构的剖面概念示意图，图4为图3所示激光模组的部分结构的立体分解示意图。激光模组2包括外壳体20、内壳体21、基板22、激光单元23、陶瓷板24、反射光学元件25、准直光学元件26以及衍射光学元件(diffractive optical element，DOE)27，且基板22用以承载激光单元23、陶瓷板24、外壳体20以及内壳体21，而激光单元23设置于陶瓷板24上以电性连接于基板22；其中，内壳体21设置于外壳体20的容置空间内，且准直光学元件26以及衍射光学元件27分别固定于内壳体21以及外壳体20上，使得准直光学元件26在垂直方向上是位于基板22以及衍射光学元件27之间。

再者，于本较佳实施例中，激光单元23为边射型激光单元，当激光单元23接收电力后，激光单元23可提供复数激光光束L2，且这些激光光束L2会往反射光学元件25的方向行进，并于投射至反射光学元件25上后被反射光学元件25反射而朝准直光学元件26以及衍射光学元件27的方向行进。其中，准直光学元件26用以准直被反射光学元件25所反射而来的激光光束L2，使通过准直光学元件26的激光光束L2以较佳的入射方向入射至衍射光学元件27，而衍射光学元件27则用以对通过准直光学元件26后的激光光束L2进行光束整形，使这些激光光束L2形成结构光并予以向外投射。

接下来说明本实用新型主动式对准***。请参阅图5，其为本实用新型主动式对准***于一较佳实施例的方块概念示意图。主动式对准***3包括第一感测单元31、第二感测单元32、定位单元33以及控制单元34，且控制单元34电性连接于第一感测单元31、第二感测单元32以及定位单元33之间，其中，定位单元33用以移动光学镜片(如准直光学元件26或衍射光学元件27)，且第一感测单元31用以感测通过光学镜片的激光光束而获得受测图案，而第二感测单元32用以拍摄光学镜片。

再者，于组装激光模组2的过程中，控制单元34是先依据第二感测单元32的拍摄结果而驱动定位单元33移动光学镜片，使光学镜片位于一标准位置并处于一标准姿态而完成初步的粗调定位，再依据第一感测单元31所获得的受测图案而驱动定位单元33移动光学镜片直至受测图案符合一检测标准，借此完成细调定位，以供后续进行固定程序。

以下详细说明激光模组2的组装过程。请参阅图6A与图6B，图6A为利用图5所示主动式对准***将准直光学元件组装至内壳体上的第一阶段实施概念示意图，图6B为利用图5所示主动式对准***将准直光学元件组装至内壳体上的第二阶段实施概念示意图。于本较佳实施例中，第二感测单元32包括三个摄像机325，而定位单元33包括可对准直光学元件26进行六轴移动的六轴定位单元334。惟，第二感测单元32以及定位单元33的实施态样与数量并不以上述为限。

图6A示意了于主动式对准***3将准直光学元件26组装至内壳体21上的第一阶段过程中，六轴定位单元334是先移动准直光学元件26至三个摄像机325之间，使三个摄像机325分别位于准直光学元件26的下方邻近处、后方邻近处与侧方邻近处，接着，这些摄像机325分别对准直光学元件26进行拍摄，且这些摄像机325的拍摄结果会回传至控制单元34，使控制单元34获得相关的控制回馈，并据以驱动六轴定位单元334移动准直光学元件26，直到准直光学元件26位于以一***自订参考标准为定位参考的预定位置并处于预定姿态(如角度姿态)。于本较佳实施例中，下方的摄像机325用来确认准直光学元件26于XY平面上的位置，而后方与侧方的摄像机325则用来确认准直光学元件26的平行度(flatness)。

图6B示意了于主动式对准***3将准直光学元件26组装至内壳体21上的第二阶段过程中，设置于准直光学元件26上方的摄像机326用以对准直光学元件26以及内壳体21进行拍摄，且摄像机326的拍摄结果会回传至控制单元34，使控制单元34获得相关的控制回馈，并据以驱动六轴定位单元334移动准直光学元件26，直到准直光学元件26对准内壳体21并使准直光学元件26置于内壳体21上。

其中，于上述图6A与图6B所示主动式对准***3将准直光学元件26定位至内壳体21上之前，准直光学元件26或内壳体21会先被进行一上胶作业而使得准直光学元件26或内壳体21上具有胶体，而经过上述图6A与图6B所示主动式对准***3将准直光学元件26定位至内壳体21上之后，胶体会接着被进行固化程序(如紫外线固化程序等)而使得准直光学元件26固定于内壳体21上。

请参阅图7A与图7B，图7A为利用图5所示主动式对准***对准直光学元件进行粗调定位的一较佳实施概念示意图，图7B为利用图5所示主动式对准***对准直光学元件进行细调定位并予以组装至激光模组的一较佳实施概念示意图。于本较佳实施例中，第一感测单元31包括光束分析仪(beam profiler)311，且第二感测单元32包括三个摄像机321，而定位单元33包括可对准直光学元件26进行六轴移动的六轴定位单元331。其中，由于准直光学元件26已先被组装至内壳体21上，故于本较佳实施例中，六轴定位单元331是经由移动内壳体21而移动准直光学元件26。惟，第一感测单元31、第二感测单元32以及定位单元33的实施态样与数量并不以上述为限。

图7A示意了于主动式对准***3对准直光学元件26进行粗调定位的过程中，六轴定位单元331是先移动内壳体21及固定于其上的准直光学元件26至三个摄像机321之间，使三个摄像机321分别位于准直光学元件26的上方邻近处、后方邻近处与侧方邻近处，接着，这些摄像机321分别对内壳体21及固定于其上的准直光学元件26进行拍摄，且这些摄像机321的拍摄结果会回传至控制单元34，使控制单元34获得相关的控制回馈，并据以驱动六轴定位单元331移动内壳体21及固定于其上的准直光学元件26，直到内壳体21及固定于其上的准直光学元件26位于以激光单元23的所在处为定位参考的标准位置并处于标准姿态(如角度姿态)，至此已完成粗调定位的程序。于本较佳实施例中，上方的摄像机321用来确认内壳体21及固定于其上的准直光学元件26于XY平面上的位置，而后方与侧方的摄像机321则用来确认内壳体21及固定于其上的准直光学元件26的平行度(flatness)。

图7B示意了于主动式对准***3对准直光学元件26进行细调定位的过程中，光束分析仪311设置于激光模组2的上方邻近处，而控制单元34驱动与其电性相连的电力单元35提供电力予激光模组2，使激光单元23提供激光光束L2，且于激光光束L2经由反射光学元件25的反射而朝准直光学元件26的方向行进并通过准直光学元件26后，位于准直光学元件26上方的光束分析仪311感测通过准直光学元件26的激光光束L2而获得受测图案I1，控制单元34再依据受测图案I1而驱动六轴定位单元331移动内壳体21及固定于其上的准直光学元件26，直到光束分析仪311所获得的受测图案I1符合检测标准，其中，当受测图案I1符合检测标准时，代表准直光学元件26位于准焦的位置与姿态，可准备进行后续固定内壳体21的程序。

进一步而言，于上述图7A与图7B所示主动式对准***3将内壳体21及其上的准直光学元件26定位至激光模组2之前，内壳体21或基板22会先被进行一上胶作业而使得内壳体21或基板22上具有胶体，而经过图7A与图7B所示主动式对准***3将内壳体21及其上的准直光学元件26定位至激光模组2上之后，胶体会接着被进行固化程序(如紫外线固化程序等)而使得内壳体21被固定于激光模组2上。

此外，有关上述用于定位准直光学元件26的受测图案I2的检测标准进一步说明如下。请参阅图8A与图8B，图8A为受测图案于准直光学元件位于非准焦的位置与姿态时的一较佳概念示意图，图8B受测图案于准直光学元件位于准焦的位置与姿态时的一较佳概念示意图。由图8A与图8B所示可知，受测图案I1中光点的大小、形状以及位置皆会因应准直光学元件26所处的位置与姿态的不同而有所改变，因此，于本较佳实施例中，检测标准包括光点大小检测标准、光点形状检测标准及/或光点位置检测标准，透过对受测图案I1中光点的大小、形状及/或位置的检测即可作为判断准直光学元件26是否位于准焦位置与姿态的依据。惟，检测标准的设计并不以上述为限，本技术领域普通技术人员可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计。

请参阅图9A与图9B，图9A为利用图5所示主动式对准***将衍射光学元件组装至外壳体上的第一阶段实施概念示意图，图9B为利用图5所示主动式对准***将衍射光学元件组装至外壳体上的第二阶段实施概念示意图。于本较佳实施例中，第二感测单元32包括三个摄像机322，而定位单元33包括可对衍射光学元件27进行六轴移动的六轴定位单元332。惟，第二感测单元32以及定位单元33的实施态样与数量并不以上述为限。

图9A示意了于主动式对准***3将衍射光学元件27组装至外壳体20上的第一阶段过程中，六轴定位单元332是先移动衍射光学元件27至三个摄像机322之间，使三个摄像机322分别位于衍射光学元件27的下方邻近处、后方邻近处与侧方邻近处，接着，这些摄像机322分别对衍射光学元件27进行拍摄，且这些摄像机322的拍摄结果会回传至控制单元34，使控制单元34获得相关的控制回馈，并据以驱动六轴定位单元332移动衍射光学元件27，直到衍射光学元件27位于以一***自订参考标准为定位参考的预定位置并处于预定姿态(如角度姿态)。于本较佳实施例中，下方的摄像机322用来确认衍射光学元件27于XY平面上的位置，而后方与侧方的摄像机322则用来确认衍射光学元件27的平行度(flatness)。

图9B示意了于主动式对准***3将衍射光学元件27组装至外壳体20上的第二阶段过程中，设置于衍射光学元件27上方的摄像机323用以对衍射光学元件27以及外壳体20进行拍摄，且摄像机323的拍摄结果会回传至控制单元34，使控制单元34获得相关的控制回馈，并据以驱动六轴定位单元332移动衍射光学元件27，直到衍射光学元件27对准外壳体20并使衍射光学元件27置于外壳体20上。

其中，于上述图9A与图9B所示主动式对准***3将衍射光学元件27定位至外壳体20上之前，衍射光学元件27或外壳体20会先被进行一上胶作业而使得衍射光学元件27或外壳体20上具有胶体，而经过上述图9A与图9B所示主动式对准***3将衍射光学元件27定位至外壳体20上之后，胶体会接着被进行固化程序(如紫外线固化程序等)而使得衍射光学元件27固定于外壳体20上。

请参阅图10A与图10B，图10A为利用图5所示主动式对准***对衍射光学元件进行粗调定位的一较佳实施概念示意图，图10B为利用图5所示主动式对准***对衍射光学元件进行细调定位并予以组装至激光模组的一较佳实施概念示意图。于本较佳实施例中，第一感测单元31包括摄像模组312以及被投射面313，且第二感测单元32包括三个摄像机324，而定位单元33包括可对衍射光学元件27进行六轴移动的六轴定位单元333；其中，由于衍射光学元件27已先被组装至外壳体20上，故于本较佳实施例中，六轴定位单元333是经由移动外壳体20而移动衍射光学元件27。惟，第一感测单元31、第二感测单元32以及定位单元33的实施态样与数量并不以上述为限。

图10A示意了于主动式对准***3对衍射光学元件27进行粗调定位的过程中，六轴定位单元333是先移动外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27至三个摄像机324之间，使三个摄像机324分别位于衍射光学元件27的上方邻近处、后方邻近处与侧方邻近处，接着，这些摄像机324分别对外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27进行拍摄，且这些摄像机324的拍摄结果会回传至控制单元34，使控制单元34获得相关的控制回馈，并据以驱动六轴定位单元333移动外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27，直到外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27位于以内壳体21及/或准直光学元件26的所在处为定位参考的标准位置并处于标准姿态(如角度姿态)，至此已完成粗调定位的程序。于本较佳实施例中，上方的摄像机324用来确认外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27于XY平面上的位置，而后方与侧方的摄像机324则用来确认外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27的平行度(flatness)。

较佳者，但不以此为限，主动式对准***3还包括位于外壳体20的邻近处并用以成像至少部分外壳体20的一或多个镜面元件36，且于这些摄像机324对外壳体20及其邻近处的镜面元件36进行拍摄时，控制单元34还可依据这些摄像机324的拍摄结果而对外壳体20进行壳体表面分析，进而判断外壳体20是否刮伤或损坏。

图10B示意了于主动式对准***3对衍射光学元件27进行细调定位的过程中，摄像模组312以及被投射面313设置于激光模组2的上方邻近处，且投射面313位于衍射光学元件27以及摄像模组312之间，而控制单元34驱动与其电性相连的电力单元35提供电力予激光模组2，使激光单元23提供激光光束L2，且于激光光束L2经由反射光学元件25的反射而朝准直光学元件26与衍射光学元件27的方向行进、并依序通过准直光学元件26与衍射光学元件27而形成结构光后，位于被投射面313上方的摄像模组312会对投射至被投射面313的结构光进行摄像以获得受测图案I2，控制单元34再依据受测图案I2而驱动六轴定位单元333移动外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27，直到摄像模组312所获得的受测图案I2符合检测标准，其中，当受测图案I2符合检测标准时，代表衍射光学元件27位于准焦的位置与姿态，可准备进行后续固定外壳体20的程序。

进一步而言，于上述图10A与图10B所示主动式对准***3将外壳体20及其上的衍射光学元件27定位至激光模组2之前，外壳体20或基板22会先被进行一上胶作业而使得外壳体20或基板22上具有胶体，而经过图10A与图10B所示主动式对准***3将外壳体20及其上的衍射光学元件27定位至激光模组2上之后，胶体会接着被进行固化程序(如紫外线固化程序等)而使得外壳体20被固定于激光模组2上。

此外，有关上述用于定位衍射光学元件27的受测图案I2的检测标准进一步说明如下。请参阅图11，其为受测图案于衍射光学元件位于准焦的位置与姿态时的一较佳概念示意图。其中，受测图案I2的对比度(contrast)、照明视场(field of illumination)、热点(hot spot)、图案角度(pattern angle)、能量均匀度(power uniformity)、几何与图案重心位置(geometrical&pattern mass center)、零阶(zero order)光束的表现以及特征点的数量(dot count)皆会因应衍射光学元件27所处的位置与姿态的不同而有所改变，因此，于本较佳实施例中，检测标准包括数量检测标准、对比度检测标准、照明视场检测标准、热点检测标准、图案角度检测标准、零阶光束检测标准、能量均匀度检测标准及/或几何与图案重心位置检测标准，透过对受测图案I2中对比度、照明视场、热点、图案角度、能量均匀度、几何与图案重心位置、零阶光束的表现及/或特征点的数量的检测即可作为判断衍射光学元件27是否位于准焦位置与姿态的依据。惟，检测标准的设计并不以上述为限，本技术领域普通技术人员可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计。

综合以上的说明，组装激光模组的主动式对准方法(Active Alignment Method)如图12所示。主动式对准方法包括：步骤S11，感测通过光学镜片的激光光束而获得受测图案；以及步骤S12，依据受测图案而移动光学镜片直至受测图案符合检测标准。

于本较佳实施例中，用于组装激光模组2的主动式对准方法可被更进一步表示如图13A与图13B所示。主动式对准方法包括：

步骤S201，利用至少三个摄像机325拍摄准直光学元件26，且这些摄像机325分别位于准直光学元件26的不同方向上；

步骤S202，依据步骤S201的拍摄结果而利用六轴定位单元334移动准直光学元件26，直至准直光学元件26位于以一***自订参考标准为定位参考的预定位置并处于预定姿态；

步骤S203，利用摄像机326拍摄准直光学元件26以及内壳体21；

步骤S204，依据步骤S203的拍摄结果而移动准直光学元件26，使准直光学元件26对准内壳体21并置于内壳体21上；

步骤S205，利用至少三个摄像机321拍摄内壳体21及固定于其上的准直光学元件26，且这些摄像机321分别位于准直光学元件26的不同方向上；

步骤S206，依据步骤S205的拍摄结果而利用六轴定位单元331移动内壳体21及固定于其上的准直光学元件26，直至内壳体21及固定于其上的准直光学元件26位于以激光单元23的所在处为定位参考的标准位置并处于标准姿态；

步骤S207，利用光束分析仪311感测通过准直光学元件26的激光光束L2而获得受测图案I1；

步骤S208，依据步骤S207所获得的受测图案I1而移动内壳体21及固定于其上的准直光学元件26，直至受测图案I1符合用于定位准直光学元件26的检测标准；

步骤S209，利用至少三个摄像机322拍摄衍射光学元件27，且这些摄像机322分别位于衍射光学元件27的不同方向上；

步骤S210，依据步骤S209的拍摄结果而利用六轴定位单元332移动衍射光学元件27，直至衍射光学元件27位于以一***自订参考标准为定位参考的预定位置并处于预定姿态；

步骤S211，利用摄像机323拍摄衍射光学元件27以及外壳体20；

步骤S212，依据步骤S211的拍摄结果而移动衍射光学元件27，使衍射光学元件27对准外壳体20并置于外壳体20上；

步骤S213，利用至少三个摄像机324拍摄外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27，且这些摄像机324分别位于衍射光学元件27的不同方向上；

步骤S214，依据步骤S213的拍摄结果而利用六轴定位单元333移动外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27，直至外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27位于以内壳体21及/或准直光学元件26的所在处为定位参考的标准位置并处于标准姿态；

步骤S215，于激光光束L2通过衍射光学元件27而形成结构光并投射至被投射面313时，利用摄像模组312进行摄像以获得受测图案I2；以及

步骤S216，依据步骤S215所获得的受测图案I2而移动外壳体20及固定于其上的衍射光学元件27，直至受测图案I2符合用于定位衍射光学元件27的检测标准。

特别说明的是，相较于背景技术，本实用新型于组装激光模组的过程中利用光学式的主动式对准***对光学镜片的位置与姿态进行定位与校正，可大幅提高组装精度至纳米等级并减少组装成本，适合大量生产。进一步而言，请参阅图14，其为光学式定位与机械式定位的定位公差与组装成本的相对关系示意图。图14示意了，于定位公差在0.025毫米以下时，采用光学式定位所需的成本比起采用机械式定位所需的成本节省百分之10以上。

此外，虽然上述说明中是以具有边射型激光单元、反射光学元件、准直光学元件以及衍射光学元件的激光模组作为释例，但应用本实用新型主动式对准***进行组装的激光模组并不以上述为限，本技术领域普通技术人员皆可经由上述实施例所获得的启示而依据实际情况将其应用于组装各种实施态样的激光模组。

举例来说，请参阅图15，其为应用本实用新型主动式对准***进行组装的激光模组于一较佳实施例的部分结构的剖面概念示意图。激光模组4包括激光单元41、投射结构42以及衍射光学元件43，且激光单元41为垂直共振腔面射型激光单元(Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL)，而投射结构42设置于激光单元41以及衍射光学元件43之间，并具有至少一光学镜片(图未示)，其中，当激光单元41接收电力后，激光单元41可提供复数激光光束L3，且这些激光光束L3会往投射结构42的方向行进，再经由光学镜片的导引而往衍射光学元件43的方向行进，最后于通过衍射光学元件43后形成结构光并予以向外投射。

同样地，于组装激光模组4的过程中，投射结构42及/或其中的光学镜片可经由本实用新型主动式对准***而与激光单元41相对位，而衍射光学元件45亦可经由本实用新型主动式对准***而与投射结构42及/或其中的光学镜片相对位，如此亦可大幅提高激光模组4的组装精度并减少组装成本。

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权利要求范围内。

Claims (22)

1.一种主动式对准***，用以组装一激光模组，该激光模组包括至少一光学镜片以及一激光单元，且该激光单元所产生的一激光光束于通过该至少一光学镜片后向外投射，其特征在于，该主动式对准***包括：

一定位单元，用以移动该至少一光学镜片；

一第一感测单元，用以感测通过该至少一光学镜片的该激光光束而获得一受测图案；以及

一控制单元，电性连接于该定位单元以及该第一感测单元之间，用以依据该受测图案而驱动该定位单元移动该至少一光学镜片直至该受测图案符合一检测标准。

2.如权利要求1所述的主动式对准***，其特征在于，该激光模组还包括一反射光学元件，且该激光单元为一边射型激光单元，其中，该反射光学元件用以反射该边射型激光单元所产生的该激光光束，使该激光光束朝该至少一光学镜片的方向行进；或者，该激光单元为一垂直共振腔面射型激光单元，且该垂直共振腔面射型激光单元所产生的该激光光束朝该至少一光学镜片的方向行进。

3.如权利要求1所述的主动式对准***，其特征在于，该定位单元为一六轴定位单元。

4.如权利要求1所述的主动式对准***，其特征在于，该至少一光学镜片包括一准直光学元件，且该准直光学元件用以准直通过该准直光学元件的该激光光束。

5.如权利要求4所述的主动式对准***，其特征在于，该检测标准包括一光点大小检测标准、一光点形状检测标准及/或一光点位置检测标准。

6.如权利要求4所述的主动式对准***，其特征在于，该第一感测单元为一光束分析仪。

7.如权利要求4所述的主动式对准***，其特征在于，该激光模组还包括一内壳体，且该内壳体用以供该准直光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该内壳体而移动该准直光学元件。

8.如权利要求4所述的主动式对准***，其特征在于，该主动式对准***还包括一第二感测单元，该第二感测单元电性连接于该控制单元，并用以拍摄该准直光学元件；其中，该控制单元还用以依据该第二感测单元的一拍摄结果而驱动该定位单元移动该准直光学元件，使该准直光学元件位于以该激光单元的所在处为定位参考的一标准位置并处于一标准姿态。

9.如权利要求8所述的主动式对准***，其特征在于，该激光模组还包括一内壳体，且该内壳体用以供该准直光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该内壳体而移动该准直光学元件。

10.如权利要求9所述的主动式对准***，其特征在于，该准直光学元件是先被该定位单元移动而位于以一***自订参考标准为定位参考的一预定位置并处于一预定姿态，再被该定位单元置于该内壳体上。

11.如权利要求8所述的主动式对准***，其特征在于，该第二感测单元包括至少三个摄像机，且该至少三个摄像机分别位于该准直光学元件的不同方向上。

12.如权利要求1所述的主动式对准***，其特征在于，该至少一光学镜片包括一衍射光学元件，该衍射光学元件用以对通过其中的该激光光束进行光束整形，而使该激光光束形成一结构光。

13.如权利要求12所述的主动式对准***，其特征在于，该检测标准包括一特征点数量检测标准、一对比度检测标准、一照明视场检测标准、一热点检测标准、一图案角度检测标准、一零阶光束检测标准、一能量均匀度检测标准及/或一几何与图案重心位置检测标准。

14.如权利要求12所述的主动式对准***，其特征在于，该第一感测单元包括一被投射面以及一摄像模组，且该被投射面设置于该衍射光学元件以及该摄像模组之间；其中，该摄像模组是于该结构光投射至该被投射面时进行摄像以获得该受测图案。

15.如权利要求12所述的主动式对准***，其特征在于，该激光模组还包括一外壳体，且该外壳体用以供该衍射光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该外壳体而移动该衍射光学元件。

16.如权利要求12所述的主动式对准***，其特征在于，该主动式对准***还包括一第二感测单元，该第二感测单元电性连接于该控制单元，并用以拍摄该衍射光学元件；其中，该控制单元还用以依据该第二感测单元的一拍摄结果而驱动该定位单元移动该衍射光学元件，使该衍射光学元件位于一标准位置并处于一标准姿态。

17.如权利要求16所述的主动式对准***，其特征在于，该至少一光学镜片还包括位于该衍射光学元件下方的一准直光学元件，且该激光模组还包括用以供该准直光学元件设置于其上的一内壳体；其中，该控制单元用以依据该第二感测单元的该拍摄结果而驱动该定位单元移动该衍射光学元件，使该衍射光学元件位于以该内壳体及/或该准直光学元件的所在处为定位参考的该标准位置并处于该标准姿态。

18.如权利要求16所述的主动式对准***，其特征在于，该第二感测单元包括至少三个摄像机，且该至少三个摄像机分别位于该衍射光学元件的不同方向上。

19.如权利要求16所述的主动式对准***，其特征在于，该激光模组还包括一外壳体，且该外壳体用以供该衍射光学元件设置于其上；其中，该定位单元是经由移动该外壳体而移动该衍射光学元件。

20.如权利要求19所述的主动式对准***，其特征在于，该第二感测单元对该外壳体进行拍摄以供后续进行一壳体表面分析。

21.如权利要求19所述的主动式对准***，其特征在于，该主动式对准***还包括至少一镜面元件，且该至少一镜面元件设置于该外壳体的邻近处；其中，该第二感测单元对该外壳体及/或该至少一镜面元件进行拍摄以供后续进行一壳体表面分析。

22.如权利要求19所述的主动式对准***，其特征在于，该衍射光学元件是先被该定位单元移动而位于以一***自订参考标准为定位参考的一预定位置并处于一预定姿态，再被该定位单元置于该外壳体上。

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