CN106094406B - 一种激光扫描投影模组的cob封装简化方法及模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组，使用激光器芯片作为光源，所述激光器芯片与扫描振镜封装在同一块COB基板上，准直镜面、反射镜面、扩束镜面及出光窗使用同一光学材质一次成型制成集成封装盖板，将所述集成封装盖板与所述COB基板组合成为激光扫描投影模组。本发明的有益效果是：彻底解决了传统激光扫描/投影模组装配繁琐、精度差、体积大的问题。使激扫描投影模组封装过程极大简化，由于盖板集成了反射镜与透射镜，可由模具一次制作成型，并保持各功能器件极高的位置精度。在封装时，只需确保将盖板与基板进行准确对位，即可保证整个模组的有效封装。

Description

一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组
技术领域
本发明涉及微光机电领域，特别涉及一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组。
背景技术
将激光扫描/投影模组集成到智能设备上进行应用是未来一种主流发展趋势。当前激光扫描/投影模组光源采用TO激光器，且扫描振镜立体放置，导致模组封装体积较大，限制了其在很多领域的应用。传统激光扫描/投影模组中，激光器、透镜、扫描振镜以及出光窗等器件均独立存在，需分别封装，导致工艺流程繁琐，效率底下，极易因为某一个原件的封装缺陷导致模组产品无法正常使用，成品良率较低，对大规模生产带来很高的成本压力。
发明内容
为了实现上述发明目的，本发明提供了激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组，实现激光扫描投影模组的精简化。
技术方案表现为，通过将准直透镜、反射透镜、扩束透镜、出光窗整合在整个模组的盖板上，使用激光器芯，并将其与扫描振镜封装在一块COB基板上，将整个模组简化为两个部件。通过以上方式减少了模组需要的体积。
一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法，使用激光器芯片作为光源，所述激光器芯片与扫描振镜封装在同一块COB基板上，准直镜面、反射镜面、扩束镜面及出光窗使用同一光学材质一次成型制成集成封装盖板，将所述集成封装盖板与所述COB基板组合成为激光扫描投影模组。
将所述准直镜面、反射镜面、扩束镜面、出光窗用同一种光学材料一次成型制作而成为集成封装盖板，所述准直镜面作为入射面，所述扩束镜面作为出射面，所述反射镜面将由激光器芯片入射至所述准直镜面的光束折转至所述扩束镜面后，经所述扩束镜面出射之后通过所述扫描振镜反射至出光窗。
所述扩束镜面为只有一个方向弯曲的非球面柱面系统，使入射光准直光束在子午方向聚焦，弧矢光线继续保持准直状态，经过焦点位置后成为具有一定发散角度的线形光束；所述扫描振镜的中心轴与扩束镜面的焦点重合；所述激光器芯片与所述扫描振镜以0°—45°的角度在所述COB基板上进行封装。
一种激光扫描投影模组的COB封装简化模组，包括控制系统，还包括设置在COB封装基板上的激光器芯片和扫描振镜，以及罩扣在所述激光器芯片和扫描振镜上的集成封装盖板，所述集成封装盖板上设置正对激光器芯片的准直镜面，准直镜面一侧的反射镜面和反射镜面一侧的扩束镜面，以及出光窗。
所述的集成封装盖板将准直镜面、反射镜面、扩束镜面、出光窗为同一种光学材料一次成型制作，反射镜面介于准直镜面与扩束镜面之间，准直镜面与扩束镜面为非共轴曲面，分别处于不同的平面内，通过反射镜面转接光路，使得封装模组器件空间结构更紧凑。
所述COB基板由高热导率的陶瓷或金属材料制成；所述激光器与所述扫描振镜在0～45°范围内任一角度贴装。出光窗与水平面成45°角，也可根据使用需求按照其他角度进行制作。该出光窗可在集成封装盖板上进行表面剖光处理得到，也可直接在集成封装盖板上开孔嵌入其他光学材料以实现出光作用。出光窗设计与扫描振镜反射光的光线垂直。
所述激光器，其波长覆盖可见光与红外光波段，该激光器出光光束为高斯光束。
所述反射镜面进行金属镀膜处理，所述镀膜以消光系数大，光学性质稳定的金属作为金属膜材料，在可见光区域使用用铝或银材料，红外光区域使用金、银或铜材料；所述金属膜外层附加电介质膜。
所述扫描振镜的中心轴与所述扩束镜面的焦点重合。
所述盖板除所述准直镜面、反射镜面、扩束镜面组成的异形透镜与所述出光窗之外的区域做雾化处理。
本发明技术方案有如下特点：
1、将传统TO激光器替换为激光器芯片，使之和扫描振镜共同进行封装到COB基板上，极大的减小激光扫描/投影模组的体积；
2、采用COB基板，无需再另外制作PCB板，经COB封装后，将激光器芯片与扫描振镜模组化，可直接使用，无需考虑其他工艺设计，在生产效率、热阻、应用及成本上均有极大优势；
4、将传统的透镜分解为准直镜面、反射镜面、扩束镜面，使之与出光窗一起集成到封装盖板上，使用同种光学材质一次加工成型，各器件的位置具有极高精度，极大减少封装步骤流程，可直接使用；
5、除准直镜面、反射镜面、扩束镜面以及出光窗表面外，盖板其他区域进行雾化处理，避免引入外界其他杂光的干扰；
6、对反射镜面进行镀膜处理，提高其反射率，镀膜材质根据所用光源类型决定。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提出的一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组，彻底解决了传统激光扫描/投影模组装配繁琐、精度差、体积大的问题。使激扫描投影模组封装过程极大简化，由于盖板集成了反射镜与透射镜，可由模具一次制作成型，并保持各功能器件极高的位置精度。在封装时，只需确保将盖板与基板进行准确对位，即可保证整个模组的有效封装。基于COB技术的微型激光扫描/投影模组，采用激光器芯片来替换传统的TO激光器，使之与振镜平铺封装到COB基板上，减少对空间的占用；激光准直镜面、反射镜、扩束镜面、出光窗等器件均一次加工成型，集成到封装盖板上，可保证盖板具有良好的密封性，并且各光学镜面之间位置精确，能够实现高效率、高良率封装，极大的减少了生产成本。基于COB技术的封装工艺，可使模组成品尺寸锐减到微米级别，使之便于微型化集成到各种智能设备当中，得到大范围应用。
附图说明
图1为本发明整体模组简化示意图。
图2为本发明透镜封装集成盖板示意图。
图3为本发明准直镜面效果示意主视图。
图4为本发明准直镜面效果示意俯视图
图5为本发明扩束镜面效果示意主视图。
图6为本发明扩束镜面效果示意俯视图
图7为本发明COB封装示意图。
图8为本发明COB封装模组整体示意图。
其中，附图标记为：102、激光器芯片；104、准直镜面；106、反射镜面；108、扩束镜面；110、扫描振镜；112、出光窗；114、控制系统。
具体实施方式
针对传统激光扫描投影模组封装体积较大，限制了其在很多领域问题，本发明提供一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组。
实施例一：
参见图1至图8，本发明是一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法及模组：
一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法，使用激光器芯片作为光源，所述激光器芯片与扫描振镜封装在同一块COB基板上，准直镜面、反射镜面、扩束镜面及出光窗使用同一光学材质一次成型制成集成封装盖板，将所述集成封装盖板与所述COB基板组合成为激光扫描投影模组。
将所述准直镜面、反射镜面、扩束镜面、出光窗用同一种光学材料一次成型制作而成为集成封装盖板，所述准直镜面作为入射面，所述扩束镜面作为出射面，所述反射镜面将由激光器芯片入射至所述准直镜面的光束折转至所述扩束镜面后，经所述扩束镜面出射之后通过所述扫描振镜反射至出光窗。
所述扩束镜面为只有一个方向弯曲的非球面柱面系统，使入射光准直光束在子午方向聚焦，弧矢光线继续保持准直状态，经过焦点位置后成为具有一定发散角度的线形光束；所述扫描振镜的中心轴与扩束镜面的焦点重合；所述激光器芯片与所述扫描振镜以0°—45°的角度在所述COB基板上进行封装。
一种激光扫描投影模组的COB封装简化模组，包括COB封装基板，激光器芯片102，扫描振镜110，集成封装盖板，盖板中包括准直镜面104、反射镜面106、扩束镜面108、出光窗112等结构，控制系统114。COB封装基板上直接印刷线路，对激光器芯片102和扫描振镜110进行芯片级贴装，极大的减小模组厚度。无需在模组内部使用PCB板，减少焊接次数，提高封装模组电器特性的可靠性。COB基板采用具有较高热导率的陶瓷或金属，散热充分，能保证芯片的质量和寿命。激光器芯片102与扫描振镜110的为水平放置贴片封装。
集成封装盖板将准直镜面104、反射镜面106、扩束镜面108、出光窗112等器件集成一体，且为同一种光学材料一次成型得到，针对不同的透射/反射镜面进行对应的光学表面加工处理。集成后，根据光束传播的顺序，反射镜面106介于准直镜面104与扩束镜面108之间，准直镜面104与扩束镜面108为非共轴曲面，分别处于不同的平面内，通过反射镜面106转接光路，使得封装模组器件空间结构更紧凑。
反射镜面106对于以任意角度入射的光具有高反射能力。根据使用光源的类型，在反射面镀膜处理。本模组使用光源波长范围包括可见光与红外光，镀膜优先考虑消光系数较大，光学性质较稳定的金属作为金属膜材料。在可见光区域可选用铝或银，红外光区域可选用金、银或铜。由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以可进一步用电介质膜加以保护。
出光窗112与水平面成45°角，该出光窗可在盖板上进行表面剖光处理得到，也可直接在盖板上开孔嵌入其他光学材料以实现出光作用。出光窗设计与扫描振镜110的反射光光线垂直。
激光器芯片102发出的光线依次经过准直镜面104，反射镜面106、扩束镜面108，扫描振镜110，出光窗112。
模组内各组件位置关系是，激光器102出射的具有一定发散角的激光后入射到准直镜面104准直，准值后便于在后续光路传播中光束不发生变形，进而避免了光束整形设计的难度。准直光束入射到反射镜106进行光路折转，经光路折转，压缩了光束传播路径，从而减小模组空间尺寸，利用反射面可避免引入新的对光型的干扰因素，同时可以很容易实现将光束引入到与准直镜面不在同一光轴上的扩束镜面108，扩束镜面设计为只有一个方向弯曲的非球面柱面系统，使准直光束在子午方向聚焦，弧矢光线继续保持准直状态，经过焦点位置后成为具有一定发散角度的线形光束。扫描振镜110放置在扩束镜面的焦点处，经扩束镜的光束先汇聚投射到扫描振镜，再经扫描振镜反射发散，从出光窗112出光投射在目标区域，控制系统114是用于控制激光器和扫描振镜。
激光器芯片102，其波长覆盖可见光与红外光波段，根据实际使用需求选择激光器功率，该激光器出光光束为高斯光束，大小满足汇聚透镜和扩束透镜入射光斑要求。
准直镜面104，其首先对入射的高斯光束进行准直，以便在后续的光路种进行光型调控。
反射镜面106，通过镀膜使其对入射的光束具有较高的反射率。为确保装置的体积形状，可以在一些组件中间增加反射镜数量来改变光束前进方向，以改变组件的位置。
扩束镜面108，将光束能量调制，使得光束在水平方向具有一定的发散角，形成一条线形光斑，且光斑中间部分与边缘部分能量分布基本一致。
扫描振镜110，至少在一个方向上可扭转振动，其出光范围内不应有物体遮挡。
出光窗112，开窗区域能满足扫描光束出光要求。
控制系统114，应该当具备激光器能量调制功能，扫描振镜110振动的控制功能和扫描振镜110扭转角度信息提取功能，可以在外部指令或内部指令的控制下控制扫描振镜110运动和激光器芯片102的亮度，以便实现特定的光幕图案。控制系统114可以在装置外部，与最终产品结合在一起。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光扫描投影模组的COB封装简化方法，其特征在于，使用激光器芯片作为光源，所述激光器芯片与扫描振镜封装在同一块COB基板上，准直镜面、反射镜面、扩束镜面及出光窗使用同一光学材质一次成型制成集成封装盖板，将所述集成封装盖板与所述COB基板组合成为激光扫描投影模组；
所述准直镜面作为入射面，所述扩束镜面作为出射面，所述反射镜面将由激光器芯片入射至所述准直镜面的光束折转至所述扩束镜面后，经所述扩束镜面出射之后通过所述扫描振镜反射至出光窗。
2.根据权利要求1所述的激光扫描投影模组的COB封装简化方法，其特征在于，所述扩束镜面为只有一个方向弯曲的非球面柱面系统，使入射光准直光束在子午方向聚焦，弧矢光线继续保持准直状态，经过焦点位置后成为具有一定发散角度的线形光束；所述扫描振镜的中心轴与扩束镜面的焦点重合；所述激光器芯片与所述扫描振镜以0°—45°的角度在所述COB基板上进行封装。
3.一种激光扫描投影模组的COB封装简化模组，包括控制系统，其特征在于：还包括设置在COB封装基板上的激光器芯片(102)和扫描振镜(110)，以及罩扣在所述激光器芯片(102)和扫描振镜上(110)的集成封装盖板，所述集成封装盖板上设置正对激光器芯片(102)的准直镜面(104)，准直镜面(104)一侧的反射镜面(106)和反射镜面(106)一侧的扩束镜面(108)，以及出光窗(112)；所述准直镜面(104)作为入射面，所述扩束镜面(108)作为出射面，所述反射镜面(106)将由激光器芯片(102)入射至所述准直镜面(104)的光束折转至所述扩束镜面(108)后，经所述扩束镜面(108)出射之后通过所述扫描振镜(110)反射至出光窗(122)。
4.如权利要求3所述的激光扫描投影模组的COB封装简化模组，其特征在于：所述的集成封装盖板将准直镜面(104)、反射镜面(106)、扩束镜面(108)、出光窗(122)用同一种光学材料一次成型制作，反射镜面(106)介于准直镜面(104)与扩束镜面(108)之间，准直镜面(104)与扩束镜面(108)为非共轴曲面，分别处于不同的平面内，通过反射镜面(106)转接光路，使得封装模组器件空间结构更紧凑。
5.如权利要求3所述的激光扫描投影模组的COB封装简化模组，其特征在于：所述COB基板由金属材料制成；所述激光器(102)与所述扫描振镜(110)在0～45°范围内任一角度贴装。
6.根据权利要求3所述的激光扫描投影模组的COB封装简化模组，其特征在于，所述激光器(102)，其波长覆盖可见光与红外光波段，该激光器出光光束为高斯光束。
7.根据权利要求6所述的激光扫描投影模组的COB封装简化模组，其特征在于，所述反射镜面(106)进行镀膜处理，所述镀膜为金属膜材料，在可见光区域使用用铝或银材料，红外光区域使用金、银或铜材料；所述金属膜外层附加电介质膜。
8.根据权利要求3所述的激光扫描投影模组的COB封装简化模组，其特征在于，所述扫描振镜(110)的中心轴与所述扩束镜面(108)的焦点重合。
9.根据权利要求3中所述的激光扫描投影模组的COB封装简化模组，其特征在于，所述盖板除所述准直镜面、反射镜面、扩束镜面组成的异形透镜与所述出光窗(112)之外的区域做雾化处理。
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