[發明專利]一種晶圓級光學系統及應用其的激光微型投影設備

有效

• 申請號: 201911256481.1
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN113031127B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 馬宏
• 申請（專利權）人: 覺芯電子（無錫）有限公司
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B26/08;G02B27/09
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

1.一種晶圓級光學系統，其特征在于，所述光學系統包括空間晶圓構成的光學框架結構和光學晶圓構成的光學透鏡結構；

所述空間晶圓構成的光學框架結構為多個半導體晶圓通過半導體加工技術堆疊形成的支撐結構，用于支撐所述光學晶圓構成的光學透鏡結構；

所述光學晶圓構成的光學透鏡結構與所述空間晶圓構成的光學框架結構鍵合；

所述光學晶圓構成的光學透鏡結構包括與所述空間晶圓鍵合的光學晶圓本體，以及在所述光學晶圓表面形成的光學結構;

所述光學透鏡結構還包括：

晶圓級連續可變焦透鏡和可變焦驅動結構；所述可變焦驅動結構用于在驅動力的作用下運動，以使所述可變焦透鏡的焦點位置發生連續的變化；

所述運動包括第一方向運動和第二方向運動；所述第一方向垂直于所述第二方向。

2.根據權利要求1所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述空間晶圓之間相互鍵合，通過改變所述空間晶圓的厚度來改變所述光學晶圓構成的光學透鏡結構之間的間距。

3.根據權利要求1所述的晶圓級光學系統，其特征在于，

空間晶圓構成的光學框架結構包括各類半導體晶圓；

和/或，

所述空間晶圓構成的光學框架結構上排布有硅通孔和金屬布線，以為光學系統提供驅動力；

和/或，

所述空間晶圓構成的光學框架結構為多個所述晶圓通過半導體加工技術堆疊形成的支撐結構，用于支撐、對準由所述光學晶圓構成的各光學透鏡結構。

4.根據權利要求1所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述光學晶圓表面形成的光學結構包括如下光學結構中的至少一種：

用于控制束型的柱狀透鏡；

用于準直的準直透鏡；

用于進行擴束的透鏡組；

用于構成復眼式光學積分器的透鏡陣列；

用于收束的聚光透鏡；

具有特定透過率的鏡面或者具有特定透過率的涂層。

5.根據權利要求4所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述用于構成復眼式光學積分器的透鏡陣列包括但不限于球狀的微透鏡陣列、柱狀透鏡陣列、菲涅爾透鏡陣列。

6.根據權利要求1所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述光學晶圓表面形成的光學結構包括：

第一透鏡，所述第一透鏡用于控制入光量；

和/或，第二透鏡，所述第二透鏡用于控制出射光束。

7.根據權利要求6所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述第一透鏡為具有特定透過率鏡面的平面鏡或者具有特定透過率涂層的平面鏡；

和/或，所述第二透鏡為控制出射光束寬度的凸透鏡。

8.根據權利要求1所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述晶圓級連續可變焦透鏡包括：

透鏡部和MEMS驅動部；

所述透鏡部包括，透鏡結構和鍵合結構；

所述MEMS驅動部包括，固定部和所述可變焦驅動結構；

所述鍵合結構與所述可變焦驅動結構相互鍵合；

所述可變焦驅動結構在驅動力的作用下與所述固定部產生連續的相對位移，以使得所述可變焦透鏡的焦點位置發生連續的變化。

9.根據權利要求8所述的晶圓級光學系統，其特征在于，所述固定部由SOI晶圓形成，所述SOI晶圓包括：

器件層（911）；

二氧化硅掩埋層（912）；

底部單晶硅襯底層（913）；

所述器件層用于定義并形成光學窗口、扭轉軸和梳齒結構；所述透鏡部的鍵合結構與器件層形成鍵合。

10.一種激光微型投影設備,其特征在于，所述設備包括：

激光器驅動信號驅動三色激光器組發出相應波長的激光光束，激光光束為RGB三色；所述三色激光器被放置在近處的如權利要求1-8中任一項所述的晶圓級光學系統準直；

每個激光器對應其出射方向的一個所述晶圓級光學系統；

準直后的三色激光光束經由合束器合束成合成光束。