CN110275371A - 投影装置及其制造方法以及深度信息装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一投影装置及其制造方法以及深度信息装置。该投影装置包括一发光组件和一透镜组件。该发光组件包括一电路板、一发光元件以及一底座。该电路板包括一硬质电路板和一与该硬质电路板可导通地连接的柔性电路板。该发光元件被可导通地连接于该硬质电路板,用于发出一光束。该底座被贴装于该电路板,其中该底座由金属材料制成,以通过该底座散发该发光元件产生的热量。该透镜组件被设置于该发光组件的发光路径,用于调整该发光元件所发出的光束。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域,更具体地涉及一投影装置及其制造方法以及深度信息装置。
背景技术
深度相机作为一种深度信息装置,能够获取一目标对象的深度信息,借此用户可以实现诸如三维扫描、人脸识别、机器视觉、动作追踪和场景建模等功能。由于深度相机能带给用户不同于二维相机的体验,因此深度相机正受到各行各业的重视。
激光投射模组作为深度相机中的核心部件,是深度相机获取深度信息不可缺少的部件,通常由线路板、发光元件以及光学元件组成。该激光投射模组的发光元件通常为采用半导体材料制作而成的光源。比如VCSEL(垂直腔面发射激光器)光源,因其易于集成大面积的激光阵列,故VCSEL光源特别适合散斑结构光方案中。然而,由于发光元件(例如VCSEL光源)在工作时不断产生光和热,同时存在功耗较高的情况。特别是在工作一段时间后,该发光元件将产生大量的热量。而现有的激光投射模组结构无法及时地排除大量的热量,使得所产生的热能被大量累积在激光投射模组内,进而对发光元件和光学元件造成性能上的改变,这不仅会影响该激光投射模组的投射质量,还可能会造成该激光投射模组的安全使用问题。
由于激光投射模组不仅要求良好的散热性能,而且随着深度相机越来越多地朝向轻薄化和高性能的方向发展,激光投射模组也向着更小的尺寸、更佳的性能发展,因此行业期待一种性能更优的激光投射模组结构。
发明内容
本发明的一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其具有良好的散热性能,以避免热量在所述投影装置或所述深度信息装置中累积。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其能够增强所述投影装置的散热性能,以防所述投影装置的投影性能因热量的累积而发生改变。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述投影装置的一发光组件采用了陶瓷基板+柔性电路板+底座的结构,以增强所述投影装置的散热性能,进而防止所述投影装置的投影性能因热量的累积而发生改变。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述投影装置的一发光组件采用了陶瓷基板+柔性电路板的结构,以藉由陶瓷基板来增强所述投影装置的散热性能,进而防止所述投影装置的投影性能因热量的累积而发生改变。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件的所述底座由诸如金属等散热性良好的材料制成,以通过所述底座将热量散发至外界,进而增强所述投影装置的散热性能。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件的一陶瓷基板和一柔性电路板采用回流焊的方式实现电连接,以增强所述陶瓷基板和所述柔性电路板之间的导热效率。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件的所述陶瓷基板能够提供一平整的安装基准面,供安装所述发光组件的一发光元件,以保证所述发光元件所发出的光线与所述透镜组件的入光表面具有一致的夹角。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件的所述底座能够提供一平整的安装基准面,供安装所述发光组件的一发光元件,以保证所述发光元件所发出的光线具有较好的一致性。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的的一些实施例中,所述发光组件的所述柔性电路板被设置于所述陶瓷基板和所述底座之间,以防所述柔性电路板因受到外界应力而发生弯曲,从而确保所述投影装置具备良好的投射质量。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述柔性电路板被设置于所述陶瓷基板的一端,以使所述陶瓷基板能直接与所述底座连接,而取消了经由所述柔性电路板传导热量的过程,以进一步增强所述投影装置的散热性能。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述柔性电路板被设置于所述陶瓷基板的一上侧,不仅无需考虑所述底座与所述柔性电路板之间的相互关系,而且还能够确保所述底座与所述陶瓷基板之间具有良好的导热效果。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件的一发光元件通过导电银胶与所述陶瓷基板连接,以提高热量由所述发光元件到所述陶瓷基板的传递效率,进而增强所述投影装置的散热性能。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述陶瓷基板的三边尺寸均大于所述柔性电路板的相对应的三边尺寸,以防因尺寸上的误差而导致所述柔性电路板偏离出所述陶瓷基板。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述投影装置还包括一承载元件,所述承载元件被设置于一发光组件和一透镜组件之间,以提供足够的调整空间,通过调整两者之间的位置关系来确保所述透镜组件位于所述发光组件的发光路径上。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在制作所述投影装置的过程中,先将电子元器件通过第一次回流焊焊接于所述陶瓷基板,然后再将带有电子元器件的所述陶瓷基板通过第二次回流焊焊接于所述柔性电路板,能够有效地避免因柔性电路板存在不平整而造成所述电子元器件的贴附倾斜,以保证所述电子元器件的安装精度,同时也能够提高所述投影装置的组装效率。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在制作所述投影装置的过程中,所述第二次回流焊的焊接区温度低于所述第一次回流焊的焊接区温度,使得在进行第二次回流焊时,在第一次回流焊中固化的焊锡不会再次融化,以防出现所述电子元器件起翘的现象。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件还包括一模制基座,所述模组基座形成于所述陶瓷基板,以防在模制成型时因模制材料内部应力的作用而造成所述模制基座曲翘的现象。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述投影装置的一透镜组件的一DOE元件上设有ITO镀膜,所述ITO镀膜可通电地连接于所述发光组件的所述柔性电路板,以增强所述投影装置的投射性能。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光组件包括一发光元件、一电路板和一底座,其中所述电路板具有一通孔,以使所述通孔适于容纳所述发光元件,并且所述发光元件被贴装于所述底座,以通过所述底座散失所述发光元件产生的热量,从而保证所述投影装置能正常工作。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述底座进一步包括一第一底座和一第二底座,其中所述第二底座通过绝缘层与所述第一底座连接,且所述第二底座提供所述电路板中的电路接地作用,从而提高所述激光投射模组的电磁兼容性和信号抗干扰的能力。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述电路板进一步包括一柔性电路板和一硬质电路板,其中所述硬质电路板为一陶瓷基板,且所述陶瓷电路板通过一导电层与所述柔性电路板连接,所述导电层材料优选为焊接用锡料,以使所述电路板具有良好的散热性能。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中,在本发明的一些实施例中,所述发光元件被置于所述电路板的所述通孔中,从而所述投影装置的光学总长的不变的情况下可以减少所述投影装置的尺寸。
本发明的另一目的在于提供一投影装置及其制造方法以及深度信息装置,其中所述深度信息装置包括一投影装置和一接收装置,其中所述投影装置适于向外界投影图案化的光线,所述接收装置用于获取包括投影在目标上经调制后的图案的图像,以获取包括目标的深度信息。
为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点,本发明提供了一投影装置,包括:
一发光组件,其中所述发光组件包括:
一电路板,其中所述电路板包括一硬质电路板和一与所述硬质电路板可导通地连接的柔性电路板;
一发光元件,其中所述发光元件被可导通地连接于所述硬质电路板,用于发出一光束;以及
一底座,其中所述底座被贴装于所述电路板,并且所述底座由金属材料制成,以通过所述底座散发所述发光元件产生的热量;和
一透镜组件,其中所述透镜组件被设置于所述发光组件的发光路径,用于调整所述发光元件所发出的光束。
在本发明的一些实施例中,所述硬质电路板为一陶瓷基板。
在本发明的一些实施例中,所述柔性电路板位于所述陶瓷基板和所述底座之间,其中所述柔性电路板通过一锡层与所述陶瓷基板可导通地连接,所述底座通过一粘接层被贴附于所述柔性电路板。
在本发明的一些实施例中,所述柔性电路板和所述底座被间隔地设置于所述陶瓷基板的底侧,并且所述底座通过一粘接层被直接贴装于所述陶瓷基板。
在本发明的一些实施例中,所述柔性电路板和所述底座分别位于所述陶瓷基板的相反侧,并且所述底座通过一粘接层被直接贴装于所述陶瓷基板。
在本发明的一些实施例中,所述粘接层由导电材料制成,以通过所述粘接层将所述底座与所述电路板可导通地连接,以使所述底座作为所述投影装置的一接地极。
在本发明的一些实施例中,所述透镜组件包括一准直透镜、一光学衍射元件以及一镜筒,其中所述准直透镜和所述光学衍射元件被设置于所述镜筒,并且所述镜筒被安装于所述陶瓷基板,以保证所述准直透镜和所述光学衍射元件位于所述发光元件的发光路径。
在本发明的一些实施例中,所述发光组件还包括一模制基座,其中所述模制基座被成型于所述陶瓷基板,并且所述模制基座具有一与所述发光元件相应的通光孔,其中所述镜筒被安装于所述模制基座。
在本发明的一些实施例中,所述透镜组件还包括一ITO膜和一金属件,其中所述ITO膜被设置于所述光学衍射元件,所述金属件被设置以导通地连接所述ITO膜和所述陶瓷基板。
在本发明的一些实施例中,所述电路板还具有一贯设的开口,其中所述发光元件被容纳于所述电路板的所述开口,并且所述发光元件被直接贴装于所述底座。
在本发明的一些实施例中,所述底座包括一第一底座、一第二底座和一绝缘层,其中所述绝缘层被设置于所述第一底座和所述第二底座之间,并将所述发光元件安装于所述第一底座。
在本发明的一些实施例中,所述底座的所述第一底座被内嵌于所述电路板的所述开口,并且所述第一底座通过一导电件与所述电路板可通电地连接,其中所述底座的所述第二底座被设置以支撑所述电路板,并且所述第二底座与所述电路板可导通地连接,以使所述第二底座作为所述投影装置的一接地极。
在本发明的一些实施例中,所述第二底座包括一底座主体和一突起部,其中所述底座主体呈一平板状,以支撑所述电路板和所述第一底座,其中所述突起部自所述底座主体的外周一体地向上延伸,并且所述透镜组件的所述镜筒安装于所述突起部。
在本发明的一些实施例中,所述底座的所述第一底座包括一发光元件支撑部和至少一延伸部,其中所述发光元件支撑部位于所述电路板的所述开口处,并且所述发光元件被贴装于所述发光元件支撑部,其中每一所述延伸部自所述支撑部一体地向外延伸,以支撑所述电路板。
在本发明的一些实施例中,所述第一底座还包括一镜筒支撑部,其中所述镜筒支撑部与所述发光元件支撑部通过所述延伸部一体地连接,并且所述镜筒被安装于所述镜筒支撑部。
根据本发明的另一方面,本发明还提供了一投影装置,包括:
一发光组件,其中所述发光组件包括:
一电路板,其中所述电路板具有一贯设的开口;
一发光元件,其中所述发光元件被设置于所述电路板的所述开口,并且所述发光元件与所述电路板可导通地连接,用于发出一光束;以及
一底座,其中所述底座被贴装于所述电路板,并将所述发光元件直接贴装于所述底座,其中所述底座由金属材料制成,以通过所述底座直接散发所述发光元件产生的热量;和
一透镜组件,其中所述透镜组件被设置于所述发光组件的发光路径,用于调整所述发光元件所发出的光束。
根据本发明的另一方面,本发明还提供了一深度信息装置,包括:
上述任一所述的投影装置,其中所述投影装置用于投射一光束至一目标对象;和
至少一接收装置,其中所述接收装置用于接收经该目标对象发射回的光束,以供获得该目标对象的深度信息。
根据本发明的另一方面,本发明还提供了一投影装置的制造方法,包括步骤:
可导通地贴装一发光组件的一发光元件于一电路板的一陶瓷基板;
贴装所述发光组件的一底座于所述电路板的一规定位置,以制成所述发光组件,其中所述底座由金属材料制成,以通过所述底座散发所述发光元件产生的热量;以及
对应地贴装一透镜组件于所述发光组件,并且所述透镜组件位于所述发光组件的发光路径,以制成一投影装置。
在本发明的一些实施例中,还包括步骤:
藉由一第一次回流焊,焊接一组电子元器件于所述陶瓷基板;
涂覆一锡料于所述电路板的一柔性电路板上相对应的一柔性电路板焊垫;以及
藉由一第二次回流焊,焊接所述陶瓷基板至所述柔性电路板的相应位置,使得所述锡料被融化以在所述陶瓷基板的一陶瓷基板焊垫和所述柔性电路板的所述柔性电路板焊垫之间形成一锡层,以导通地连接所述陶瓷基板和所述柔性电路板。
根据本发明的另一方面,本发明还提供了一投影装置的制造方法,包括步骤:
贴装一发光组件的一底座于一电路板的一规定位置,其中所述底座由金属材料制成;
贴装所述发光组件的一发光元件于所述底座,并且所述发光元件被容纳于所述电路板的一开口内,以制成所述发光组件;以及
对应地贴装一透镜组件于所述发光组件,并且所述透镜组件位于所述发光组件的发光路径,以制成一投影装置。
通过对随后的描述和附图的理解,本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势,通过下述的详细说明,附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1是根据本发明的一第一较佳实施例的一深度信息装置的示意图。
图2是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述深度信息装置的一投影装置的剖视示意图。
图3是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的局部放大剖视示意图。
图4是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的仰视示意图。
图5A和图5B分别是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的制造过程示意图。
图6是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的一第一变形实施方式的剖视示意图。
图7A和图7B是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的一第二变形实施方式的示意图。
图8A至图8C是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的一第三变形实施例方式的示意图。
图9是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的一第四变形实施方式的剖视示意图。
图10是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的一第五变形实施方式的剖视示意图。
图11是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述投影装置的制造方法的流程示意图。
图12是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述深度信息装置的制造方法的流程示意图。
图13是根据本发明的一第二较佳实施例的一深度信息装置的示意图。
图14是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述深度信息装置的一投影装置的剖视示意图。
图15是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一第一变形实施方式的剖视示意图。
图16是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一第二变形实施方式的剖视示意图。
图17是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一第三变形实施方式的剖视示意图。
图18是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一第四变形实施方式的剖视示意图。
图19A是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一底座的一第一底座的一第一个替代实施方式的示意图。
图19B是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述第一底座的一第二个替代实施方式的示意图。
图19C是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述第一底座的一第三个替代实施方式的示意图。
图19D是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述第一底座的一第四个替代实施方式的示意图。
图20是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一第五变形实施方式的剖视示意图。
图21是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一电路板的制造步骤示意图。
图22A是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述电路板的结构示意图。
图22B是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述电路板的第一替代实施方式的示意图。
图22C是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述电路板的第二替代实施方式的示意图。
图22D是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的所述电路板的第三替代实施方式的示意图。
图23是根据本发明的上述第二较佳实施例的所述投影装置的一第六变形实施方式的剖视示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是,在本发明的揭露中,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系,其仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”,即在一个实施例,一个元件的数量可以为一个,而在另外的实施例中,该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个,否则术语“一”并不能理解为唯一或单一,术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考本发明的说明书附图之图1至图12所示,依据本发明的一第一较佳实施例的一深度信息装置被阐明。如图1所示,所述深度信息装置包括一投影装置1、至少一接收装置2和一处理系统3,其中所述投影装置1能产生并投射一光束或图案至目标对象,所述接收装置2能接收经该目标对象反射回的该光束或图案,所述处理系统3能处理所述接收装置2所接收到的光束或图案,以获得该目标对象的深度信息,比如获得该目标对象的深度图像(即3D图像)。本领域技术人员应当理解,尽管在附图之图1至图12和接下来的描述中以所述深度信息装置仅包括一个所述接收装置2为例,阐述本发明的所述深度信息装置的特征和优势,但是图1至图12和接下来的描述中揭露的所述深度信息装置仅为举例,其并不构成对本发明的内容和范围的限制,例如,在所述深度信息装置的其他示例中,所述接收装置2的数量也可以为两个,其中一个所述接收装置2用于接收经该目标对象反射回的该光束或图案,以获取该目标对象的深度信息,而另一个所述接收装置2能够采集并获取该目标对象的颜色信息,从而使得所述深度信息装置能够同时获取该目标对象的深度信息和颜色信息,以获得该目标对象的彩色深度图像。
值得注意的是,所述深度信息装置和所述投影装置1能够适用于各种应用场景,比如手势识别、人脸识别、物体识别、场景识别、三维还原、机器视觉等等,并且随着科技的发展和生活水平的提高,所述投影装置1不仅能够被集成于诸如计算机、电脑、机器人等大型设备中,而且还逐渐趋向于被集成于诸如智能手机、Ipad等等便携式的小型电子设备中,以满足市场对诸如智能手机、Ipad等等便携式的小型电子设备的多功能化、智能化、轻薄化以及高性能化的需求。
具体地,如图1和图2所示,所述投影装置1包括一发光组件100和一透镜组件200,其中所述透镜组件200被设置于所述发光组件100的发光路径,用于接收并调整所述发光组件100发出的光束,以形成适于产生深度图像的光束,例如,带有编码图案的光束或带有散斑图案的光束,在本发明中对其图案类型不做限制。
应当理解,当所述透镜组件200包括如结构光投射模组所需的光学衍射元件(DOE)和准直镜时,所述投影装置1则被实施为一结构光投射模组,用于产生并投影出编码图案或散斑图案至目标空间中,以便所述接收装置2和所述处理系统3获取该目标对象的深度图像;当所述透镜组件200包括如飞行时间投射模组(TOF投射模组)所需的透镜时,所述投影装置1则被实施为一TOF投射模组,用于产生并投射出被调制后的光束至目标空间中,以便所述接收装置2和所述处理系统3获取该目标对象的深度图像。
值得一提的是,尽管在说明书附图中和接下来的描述中以所述投影装置1为一散斑结构光投射模组(即形成散斑图案的投影装置)为例,阐述本发明的所述投影装置的特征和优势,但本领域技术人员可以理解的是,在说明书附图以及接下来描述中揭露的所述投影装置仅为举例,其并不构成对本发明的内容和范围的限制,例如,在所述投影装置的其他示例中,所述投影装置也可以被实施为诸如一编码结构光投射模组(即形成编码图案的投影装置)或一TOF投射模组(即形成调制光束的投影装置)等等之类的其他投射模组。应当理解,所述投影装置1的所述透镜组件200可以包括任何公知的用于激光投射模组的光学组件,在此不再赘述。
在本发明中,以形成散斑图案的投影装置为例,如图2所示,所述发光组件100包括一发光元件110,用于产生带有基础光点图像的光束。所述投影装置1的所述透镜组件200包括至少一准直透镜210、至少一光学衍射元件220以及一镜筒230,其中所述准直透镜210和所述光学衍射元件220被设置于所述镜筒230中,所述镜筒230被设置于所述发光组件100,以使所述准直透镜210和所述光学衍射元件220被保持于所述发光组件100的发光路径。所述准直透镜210适于准直所述发光组件100所发出的光线,以形成一平行光束。所述光学衍射元件220作为分束器,用于产生并投影该带有基础光点图像的光束的多个副本至目标空间中,以便所述接收装置2和所述处理系统3获取该目标对象的深度图像。
优选地,所述发光元件110被实施为一垂直腔面激光器(即VCSEL)。由于所述垂直腔面激光器具有体积小、光源发生角小、稳定性好等优点,因此所述投影装置1中通常选择垂直腔面激光器作为所述投影装置1的发光元件,以减小所述投影装置1的整体体积,并提高所述投影装置1的识别精度。然而,由于所述垂直腔面激光器在工作时功耗较大、发热较多,为了确保所述投影装置1的正常工作,需要对所述垂直腔面激光器进行高效地散热,因此本发明针对投影装置中所述垂直腔面激光器的散热问题,对投影装置的结构进行了改进,从而提高所述投影装置1的散热性,以避免热量在所述投影装置或所述深度信息装置中累积。
进一步地,如图2所示,所述发光组件100还包括一电路板120和一底座130。所述电路板120与所述发光元件110可导通地连接,供为所述发光元件110提供电能并控制所述发光元件110的发光状态。所述底座130由诸如金属等散热性良好的材料制成,以作为所述发光组件100的一散热底座,并且所述底座130被设置以支撑所述电路板120,以通过所述底座130来散发所述发光元件110所产生的热量,从而提高所述投影装置1的散热性能。
更具体地,所述发光组件100的所述电路板120包括一柔性电路板122和一硬质电路板125,其中所述柔性电路板122与所述硬质电路板125可导通地连接,并且所述发光元件110被可导通地设置于所述硬质电路板125。由于相比于所述柔性电路板122,所述硬质电路板125具有良好的平整度,使得所述硬质电路板125能为所述发光元件110提供一平整的安装基准面,以保证所述发光元件110所发出的光线具有良好的一致性,并且能与所述透镜组件200的入光表面具有一致的夹角。
优选地,所述硬质电路板125被实施为一陶瓷基板(以下以所述陶瓷基板代替所述硬质电路板125进行描述)。
由于在现有的投影模组中,大规模使用的电路板通常是由树脂及增强材料作为基板材料,该类材料的散热性能一般不佳。特别是在结构光投影模组封装领域中,由于发光元件在工作时产生了大量的热量,基于树脂基材的电路板散热无法满足要求,并且在工作时累积大量的热量后,容易对所述发光元件、所述透镜组件例如准直透镜等造成变形或性能改变的情况,从而影响所述投影装置的寿命和稳定性,因此PCB板越来越不能满足现在的散热量大的电子元件封装中。
而所述陶瓷基板125一般是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面(单面或双面)上的特殊工艺板,以使所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能,高导热特性,优异的软钎焊性和高的附着强度,并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形,具有很大的载流能力,因此本发明使用所述陶瓷基板125作为所述电路板120的所述硬质电路板,能够提高所述电路板120的散热效果,以防所述电路板120和所述发光元件110因累积过多的热量而造成性能的改变。
举例地,以氮化铝材料的所述陶瓷基板125为例,所述氮化铝陶瓷基板125具有大于170W/(m.K)的导热系数,而以环氧树脂材料所制的PCB板为例,该环氧树脂材料的PCB板导热系数一般在0.2-0.8W/(m.K)范围内,因此所述氮化铝陶瓷基板125相较于该环氧树脂材料的PCB板有很好的导热性能。
更优选地,所述陶瓷基板125的厚度被实施为0.25~0.35mm,使得所述陶瓷基板125的厚度不仅能够保证了所述陶瓷基板125具有高效的散热效率,而且又在设计上保证了所述陶瓷基板125的整体强度,不至于所述陶瓷基板125因太薄而容易受到破坏。
应当理解,由于所述陶瓷基板125本身具有高效的散热效率,使得所述发光元件110所产生的热量直接经由所述陶瓷基板125进行散热,因此,在本发明的一些其他实施例中,所述投射装置1的所述发光组件100仅包括所述发光元件110和所述电路板120,而不包括所述底座130,以通过所述电路板120的所述陶瓷基板125将所述发光元件110所产生的热量直接散发至环境中。
根据本发明的所述第一较佳实施例,如图2和图3所示,所述陶瓷基板125包括一平整的芯片贴装区域1253和一边缘区域1254,其中所述芯片贴装区域1253和所述边缘区域1254一体地成型,并且所述边缘区域1254位于所述芯片贴装区域1253的外部。所述发光元件110被贴装于所述陶瓷基板125的所述芯片贴装区域1253,以保证被贴装于所述芯片贴装区1253的所述发光元件110的平整性,进而确保所述发光元件110所发出的光束具有较高的一致性。所述透镜组件200的所述镜筒230被对应地设置于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254,以便将所述准直透镜210和所述光学衍射元件220保持于所述发光组件100的发光路径。
优选地,如图2所示,所述陶瓷基板125还包括一组陶瓷基板焊垫1251和一组导电通道1252,其中所述陶瓷基板焊垫1251分别被设置于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的上下表面,所述导电通道1252分别被贯穿地形成于位于所述边缘区域1254的上下表面上相对应的两所述陶瓷基板焊垫1251之间,用于可导通地连接所述陶瓷基板125的相对应的所述陶瓷基板焊垫1251。应当理解,所述导电通道1252可被实施为一内部填充有导电油墨或金属糊剂的陶瓷基板通孔,以便通过所述导电通道1252将所述陶瓷基板125的上下表面上的两所述陶瓷基板焊垫1251稳定地且可导通地连接。
值得注意的是,如图3所示,所述投影装置1的所述电路板120进一步包括一组电子元器件123,其中每一所述电子元器件123适于通过诸如SMT(Surface Mount Technology)工艺被相互间隔地贴装于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254。值得一提的是,所述电子元器件123和所述发光元件110可以分别位于所述陶瓷基板125的同侧或者相反侧,例如在本发明的所述第一较佳实施例中,所述电子元器件123和所述发光元件110均位于所述陶瓷基板125的上表面,并通过焊接的方式将所述电子元器件123安装于所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251,以便将所述电子元器件123可导通地安装于所述陶瓷基板125。另外,在本发明的所述投影装置1中,所述电子元器件123的类型可以不受限制,例如所述电子元器件123能够被实施为电阻、电容、驱动器件等等。
更优选地,所述发光组件100还包括一导电银胶层170,其中所述导电银胶层170位于所述发光元件110和所述陶瓷基板125的所述芯片贴装区域1253之间,以通过所述导电银胶层170将所述发光元件110牢靠地贴装于所述芯片贴装区域1253。
此外,一般地,所述垂直腔面激光器(VCSEL)作为所述发光元件110时,所述发光元件110通常包括一顶部电极111(P极,正极)和一底部电极112(N极,负极)。而由于所述导电银胶层170不仅具有较强的粘接性能,用于将所述发光元件110与所述陶瓷基板125牢靠地连接,而且还具有良好的导电性能,以便通过所述导电银胶层170将所述发光元件110的所述底部电极112与所述陶瓷基板125可导通地连接,此时只需要使用一引线126将所述发光元件110的所述顶部电极111与所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251可导通地连接,就能够将所述发光元件110可导通地贴附于所述陶瓷基板125,以简化所述发光组件100的组装过程。
本领域技术人员应当理解,所述引线126的类型可以不受限制,例如所述引线126可以是金线,即在所述发光元件110被贴装于所述陶瓷基板125的所述芯片贴装区域1253之后,通过打金线工艺能够使所述引线126导通所述发光元件110和所述陶瓷基板125。尽管如此,在其他实施例中,所述引线126也可以是其他类型的引线126,例如银线、铜线等等,以通过所述引线126将所述发光元件110和所述陶瓷基板125导通即可。
值得注意的是,所述导电银胶层170还具有良好的导热性能,以便将所述发光元件110所产生的热量高效地传递至所述陶瓷基板125,以通过所述陶瓷基板125传递或散发所述发光元件110产生的热量,以防该热量在所述发光元件110处累积而影响所述发光元件110的发光性能,比如所述发光元件110在工作过程中由于温度过高而产生温漂现象。
值得一提的是,在本发明的所述第一较佳实施例中,如图3所示,所述柔性电路板122被设置于所述陶瓷基板125和所述底座130之间,并且所述柔性电路板122和所述陶瓷基板125采用回流焊的方式实现可导通地连接,并在所述柔性电路板122和所述陶瓷基板125之间形成一锡层1222,以提高所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间的热量传递效率。具体地,在所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251和所述柔性电路板122的一柔性电路板焊垫1221之间涂覆的锡料在回流焊时被融化成液态,该液态锡料被冷却固化后形成所述锡层1222,以导通地连接所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122。
优选地,所述锡层1222的厚度被实施为25~55um,以使所述锡层1222在保证所述陶瓷基板125与所述柔性电路板122之间具有足够的连接强度的情况下,还能够最大限度地增强所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间的热量传递效率。
本领域技术人员应当理解,在现有技术中,所述陶瓷基板125通常通过ACF胶与所述柔性电路板122进行电连接,因该ACF胶采用胶带的方式进行涂覆、压合以及加温粘接,而胶带本身具有规则的尺寸和厚度控制,在工艺上也要求该ACF胶的粘接面积,因此对所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122上的焊垫设计也要求是规则涉及,这样才能使该ACF胶起到良好的粘接性和导通效果。然而,对于某些焊垫较多且焊垫排列复杂的情况下,利用该ACF角的工艺就难以实现所述陶瓷基板125与所述柔性电路板122进行良好地连接,但在本发明中,通过回流焊的工艺就能够完全解决该ACF胶所遇到的问题。
此外,在导热性能的比较上,该回流焊所选用的锡料要比ACF胶的导热性能要好,由于ACF胶的填充物主要有环氧树脂和亚克力材料,这两种材料的导热系数一般在0.19~0.8W/(m.K),而锡的导热系数在67W/(m.K)左右,因此通过本实施例中的回流焊工艺流程,制得了在所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间起到连接作用的所述锡层1222,而锡作为导热系数较好的介质,能够更快地将所述陶瓷基板125处的热量传递至所述柔性电路板122,因而能够使得所述投影装置100具有良好的散热性能。
值得注意的是,虽然采用回流焊的方式在所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间形成了比该ACF胶的导热系数更高的所述锡层1222,而为了保证所述发光组件100具有足够的散热性能,因此还需要将所述柔性电路板122的厚度控制在一定尺寸内,以防所述柔性电路板122阻挡热量在所述陶瓷基板125和所述底座130之间传递。
优选地,所述柔性电路板122的厚度被实施为0.1~0.2mm,以在确保所述柔性电路板122满足结构强度和导电性能的要求的情况下,最大限度地减小所述柔性电路板122在所述陶瓷基板125和所述底座130之间形成的热阻,从而使得所述投影装置1具有更好的散热性能。
根据本发明的所述第一较佳实施例,如图3所示,所述发光组件100还包括被设置于所述柔性电路板122和所述底座130之间的一粘接层180,以通过所述粘接层180将所述柔性电路板122与所述底座130牢靠地连接在一起,进而将所述柔性电路板122稳定地保持于所述陶瓷基板125和所述底座130之间,以便保持所述柔性电路板122的平整。此外,所述粘接层180还能够提高所述柔性电路板122和所述底座130之间的热量传递效率,以便将所述柔性电路板122处的热量快速地传递至所述底座130,从而防止所述柔性电路板122因累积热量而发生曲翘现象。
优选地,如图3所示,所述粘接层180被实施为由诸如导电银胶等等之类的导电材料制成,以形成一导电粘接层181,以在保证所述柔性电路板122和所述底座130之间具有足够连接强度的情况下,还能够提高所述柔性电路板122和所述底座130之间的热量传递效率,以便将所述柔性电路板122处的热量快速地传递至所述底座130。
值得注意的是,由于所述导电粘接层181具有良好的导电性能,使得所述底座130能够通过所述导电粘接层181与所述柔性电路板122的零电势点处的所述柔性电路板焊垫1221可导通地连接,因此所述底座130能够被作为整个电路的零电势电极(即地级),使得所述底座130可与电子设备外壳接触,以达到接地的效果。也就是说,本发明中的所述投射装置1无需再通过一个金属外壳以实现接地的效果,仅通过所述与电路地极连接的底座130即可实现电路接地,从而得以减小所述投射装置1的尺寸,并且可以达到电磁屏蔽的效果,防止外界信号的干扰,提高所述投影装置1的稳定性。
更优选地,所述底座130被实施为一钢板,使得所述底座130不仅具有良好的散热性能,以增强所述投影装置1的散热性能,而且还具有良好的导电性能,其中当所述底座130与所述电路板120的零电势点可导通地连接时,所述底座130能被作为整个电路的零电势电极(即地级),使得所述底座130可与电子设备外壳接触,以达到良好的接地效果,从而提高所述投影装置1的稳定性能。
最优选地,所述钢板130(即所述底座130)的厚度被实施为0.3~0.8mm,以使该厚度既能够保证所述钢板130能处于更好的散热状态,又能够确保所述钢板130具有足够的强度,以使所述钢板130为所述电路板120的所述柔性电路板122提供稳定地支撑,以防所述柔性电路板122发生翘曲现象。
在本发明的所述第一较佳实施例中,如图4所示,通常所述陶瓷基板125具有一矩形形状,由于所述陶瓷基板125通过回流焊的工艺与所述柔性电路板122连接,因此为了预防因尺寸上的误差而导致所述柔性电路板122偏离出所述陶瓷基板125,故在本发明中所述陶瓷基板125的三边与所述柔性电路板122的相应的三边之间预留一第一安全距离S1,并且所述柔性电路板122的一端的尺寸小于所述陶瓷基板125的尺寸。换句话说,由于所述柔性电路板122的宽度尺寸和所述陶瓷基板125的宽度尺寸相差不大,在所述柔性电路板122的一端与所述陶瓷基板125连接时,所述柔性电路板122的另一端从所述陶瓷基板125的一边向外延伸,因此在确保所述柔性电路板122的所述一端的尺寸小于所述陶瓷基板125的尺寸的同时,还需确保所述柔性电路板122的所述一端的三边尺寸分别小于所述陶瓷基板125的相对应的三边尺寸。
优选地,所述柔性电路板122的所述一端的三边与所述陶瓷基板125的相对应的三边之间的所述第一安全距离S1被实施为0.05~0.125mm,以在防止所述柔性电路板122偏移出所述陶瓷基板125的同时,也能够尽可能增加所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间的接触面积,即增加所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间的传热面积,进而增强所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间的热量传递效率。
同理,如图4所示,所述底座130的尺寸小于所述柔性电路板122的所述一端的尺寸,并且所述底座130的三边分别与所述柔性电路板122的所述一端的相应三边之间预留一第二安全距离S2,以防因尺寸上的误差而导致所述底座130偏移出所述柔性电路板122。此外,所述底座130的剩余一边与所述陶瓷基板125的相应的一边之间也预留所述第二安全距离S2,以防因尺寸上的误差而导致所述底座130偏移出所述陶瓷基板125,进而保证所述底座130为所述电路板120提供稳定的支撑力。
优选地,所述第二安全距离S2被实施为0.05~0.125mm,以在防止所述底座130偏移出所述柔性电路板122的同时,也能够尽可能增加所述底座130和所述柔性电路板122之间的接触面积,即增加所述底座130和所述柔性电路板122之间的传热面积,进而增强所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122之间的热量传递效率。
值得注意的是,由于所述投影装置1的投射性能与所述发光组件100和所述透镜组件200之间的组装精度有很大的关系,也就是说,所述投影装置1的所述发光元件110的中心区域与所述透镜组件200的中心区域对应后才能保证所述投影装置1所投影的光线信息能够正确地被所述接收装置2接收后处理,以获得高质量的深度信息图像,因此在本发明中,如图3所示,所述发光组件100还包括在所述镜筒230和所述陶瓷基板125之间设置的一承载胶层190,以通过所述承载胶层190将所述镜筒230牢靠地设置于所述陶瓷基板125。
应当理解,由于所述承载胶层190的存在使得所述镜筒230与所述陶瓷基板125之间存在调整空间,以使所述投影装置1能够实现后期的主动校准,以达到调整所述投影装置1的光轴的对应关系,使得所述投影装置1经主动校准后的各项参数都达标。在本发明的所述第一较佳实施例中,所述承载胶层190的厚度优选地被实施为100~300um,以便在主动校准时,所述承载胶层190能够保证足够的调整空间,使得在校准时不会因为所述承载胶层190的厚度不足而导致所述镜筒230和所述陶瓷基板125之间所需的调整量大于所述承载胶层190的厚度,进而造成所述镜筒230与所述陶瓷基板125发生碰撞,以影响主动校准的效果。
进一步地,如图2所示,所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254包括一陶瓷基板内侧部12541、一陶瓷基板连接部12542以及一陶瓷基板外侧部12543,其中所述陶瓷基板内侧部12541位于所述芯片贴装区域1253的外围,所述陶瓷基板连接部12542向内和向外分别延伸以连接于所述陶瓷基板内侧部12541和所述陶瓷基板外侧部12543,所述陶瓷基板焊垫1251被设置于所述陶瓷基板连接部12542。换言之,所述电子元器件123被贴装于所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板连接部12542。
值得一提的是,在本发明中,将所述陶瓷基板125的被用于设置所述陶瓷基板焊垫1251的区域定义为所述陶瓷基板连接部12542,将所述陶瓷基板125的从所述陶瓷基板连接部12542到所述芯片感光区域1251的区域定义为所述陶瓷基板内侧部12541,将所述陶瓷基板125的从所述陶瓷基板连接部12542到所述陶瓷基板125的外边沿的区域定义为所述陶瓷基板外侧部12543。换言之,从俯视角度来看所述陶瓷基板125,从内向外依次是所述芯片贴装区域1253、所述陶瓷基板内侧部12541、所述陶瓷基板连接部12542和所述陶瓷基板外侧部12543。
值得注意的是,在本发明的所述第一较佳实施例中,所述承载胶层190被设置于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的所述陶瓷基板外侧部12543,使得在所述镜筒230通过所述承载胶层190被安装于所述陶瓷基板125时,所述镜筒230位于所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板外侧部12543,以防所述镜筒230接触或损坏所述陶瓷基板焊垫1251和所述电子元器件230。与此同时,所述镜筒230还将所述电子元器件123包围在所述镜筒230内,以起到保护所述电子元器件230的作用。
参考附图之图5A和图5B所示,是根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影装置1的制造过程的示意图,本领域技术人员应当理解,在附图5A和图5B中示出的所述投影装置1的制造过程仅为示例,用于阐述本发明的特征和优势,其并不构成对本发明的内容和范围的限制。
具体来说,在附图5A中,将所述电子元器件123分别间隔地贴装于一陶瓷基板阵列124的上表面,并且所述电子元器件123分别位于所述陶瓷基板阵列124上不同的贴装位置。优选地,所述电子元器件123经过第一次回流焊被焊接于所述陶瓷基板阵列124,以便将所述电子元器件123与所述陶瓷基板阵列124牢靠地且可导通地连接。更优选地,所述第一次回流焊中的焊接区温度范围被实施为183~300℃,焊接时间被实施为10~120秒,以保证所述第一次回流焊具有良好的焊接质量。
在附图5A中,沿着预设位置,切割所述陶瓷基板阵列124,以使所述陶瓷基板阵列124形成带有所述电子元器件123的每一所述陶瓷基板125,其中所述电子元器件123位于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254。应当理解,在本发明的其他实施例中,也可以先将所述陶瓷基板阵列124切割成单一的所述陶瓷基板125,然后再将所述电子元器件123经过第一次回流焊被焊接于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254。
在附图5B中,先在所述柔性电路板122的所述柔性电路板焊垫1221处涂覆一锡膏,以便在所述陶瓷基板125被贴附于所述柔性电路板122时,所述锡膏位于所述柔性电路板焊垫1221和所述陶瓷基板焊垫1251之间,为后续的回流焊工序做好准备。应当理解,在本发明的其他实施例中,也可以先将所述锡膏涂覆于所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251,还可以将所述锡膏分别涂覆于所述柔性电路板122的所述柔性电路板焊垫1221和所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251,以实现在所述陶瓷基板125被贴附于所述柔性电路板122时,所述锡膏位于所述柔性电路板焊垫1221和所述陶瓷基板焊垫1251之间即可。
在附图5B中,将所述陶瓷基板125的下表面贴附于所述柔性电路板122的规定位置,以使所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251与涂覆有所述锡膏的所述柔性电路板焊垫1221对准并接触,并通过第二次回流焊工艺完成所述陶瓷基板125与所述柔性电路板122的可导通地连接。具体地,在所述第二次回流焊过程中,位于所述陶瓷基板焊垫1251和所述柔性电路板焊垫1221之间的所述锡膏在回流焊的作用下被加热以融化成液态,接着该液态锡膏被冷却凝固以在所述陶瓷基板焊垫1251和所述柔性电路板焊垫1221之间形成所述锡层1222,从而通过所述锡层1222可导通地连接所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122。应当理解,在本发明的其他实施例中,所述柔性电路板122也可以与所述陶瓷基板125的上表面贴合,以通过回流焊工艺将所述陶瓷基板125和所述柔性电路板122可导通地连接。
优选地,所述第二次回流焊中的焊接区温度范围被实施为183~300℃,焊接时间被实施为10~120秒,以保证所述第二次回流焊具有良好的焊接质量。
值得一提的是,所述第二次回流焊的焊接区温度优选地低于所述第一次回流焊的焊接区温度,以防在进行所述第二次回流焊的过程中,不会使所述第一次回流焊中已经固化的焊锡因再次融化而造成所述电子元器件123出现起翘的现象。举例地,所述第一次回流焊所使用的锡料为无铅锡膏,而所述第二次回流焊所使用的锡料为有铅锡膏(比如,所述有铅锡膏中锡的含量为63%,铅的含量为37%),由于所述无铅锡膏的熔点为217℃,所述有铅锡膏的熔点为183℃,从而使得在所述第二次回流焊的焊接区温度为183℃时,足以使所述有铅锡膏融化以执行焊接工序,而不会使所述第一次回流焊中已经固化的所述无铅锡膏再次融化,从而能够有效地避免所述电子元器件123发生起翘的问题。本领域技术人员应当理解,本发明中的回流焊的焊接区温度是指在一般回流焊工艺流程中使锡料融化的温度区域。
在附图5B中,将所述发光元件110贴附于所述陶瓷基板125的所述芯片贴装区域1253,并将所述发光元件110与所述陶瓷基板125可导通地连接。具体地,通过一导电银胶层170将所述发光元件110的所述底部电极112牢靠地且可导通地贴装于所述陶瓷基板125的所述芯片贴装区域1253,并通过一引线126将所述发光元件110的所述顶部电极111可导通地连接于所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251,从而将所述发光元件110可导通地安装于所述陶瓷基板125。应当理解,在本发明的其他实施例中,所述发光元件110和所述电子元器件123可以同步地被贴装于所述陶瓷基板阵列124,也可以在第二次回流焊之前将所述发光元件110贴附于所述陶瓷基板125,然后在所述第二次回流焊之后,再通过所述引线126将所述发光元件110与所述陶瓷基板125导通地连接,以防所述回流焊工艺损坏已经连接好的所述引线126。
在附图5B中,通过一粘接层180将所述底座130贴附于所述柔性电路板122,以制成所述投影装置1的所述发光组件100。优选地,所述粘接层180为诸如所述导电银胶层170等等之类的导电粘接层181,以通过所述导电粘接层181将所述柔性电路板122的所述零电势点与所述底座130可导通地连接,以使所述底座130作为所述投影装置1的地级,以防发生信号干扰,从而提高所述投影装置1的安全性和稳定性。
在附图5B中,通过一承载胶层190将所述透镜组件200的所述镜筒230贴装于所述发光组件100的所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254,并调整所述透镜组件200的所述镜筒230与所述陶瓷基板125的相对位置,以保证所述透镜组件200准确地位于所述发光元件110的发光路径,从而制成高质量的所述投影装置1。优选地,所述承载胶层190被形成于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的所述陶瓷基板外侧部12543,以防被设置于所述承载胶层190上的所述镜筒230接触并损坏位于所述边缘区域1254的所述陶瓷基板连接部12542处的所述电子元器件123和所述陶瓷基板焊垫1251。
附图6示出了根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影装置1的第一个变形实施方式,其中所述投影装置1的所述发光组件100的所述底座130不被作为所述投影装置1的接地极,也就是说,在本发明的这个变形实施方式中所述底座130不与所述柔性电路板122的零电势点可导通地连接。具体地说,所述发光组件100的所述粘接层180被实施为由诸如热熔胶等之类的绝缘材料制成,以形成一绝缘粘接层182,以在所述底座130通过所述绝缘粘接层182被贴装于所述柔性电路板122时,所述底座130与所述柔性电路板122互不导通。
本领域技术人员应当理解,所述绝缘粘接层182不限于被实施为所述热熔胶,还可以被实施为具有导热、绝缘且具有粘接性能的其他材料,在本发明中不再赘述。当然,在本发明的其他实施例中,所述柔性电路板122上与所述底座130直接接触的区域也可以不设置任何所述柔性电路板焊垫1221,因此就算所述粘接层180被实施为所述导电粘接层181,则所述底座130也不会与所述柔性电路板122形成可导通地连接。
附图7A和图7B示出了根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影装置1的第二个变形实施方式,其中所述陶瓷基板125进一步具有一贴装端1255和一自所述贴装端1255一体地延伸的连接端1256,其中所述陶瓷基板125的所述芯片贴装区域1253位于所述陶瓷基板125的所述贴装端1255,所述柔性电路板122在所述陶瓷基板125的所述连接端1256处与所述陶瓷基板125的下表面可导通地连接,以在所述陶瓷基板125的所述贴装端1255的下表面预留一空间,以便将所述底座130与所述陶瓷基板125直接粘接在一起,并使所述底座130和所述柔性电路板122均与所述陶瓷基板125的同一侧连接。
换句话说,所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的一边一体地向外延伸以形成所述陶瓷基板125的所述连接端1256,以在所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254上留有与所述柔性电路板122连接的位置,使得所述柔性电路板122和所述底座130能够被并排地贴装于所述陶瓷基板125的同一侧(即所述陶瓷基板125的下表面),并且所述底座130与所述发光元件110被相对应地设置于所述陶瓷基板125的相反侧,而所述柔性电路板122和所述底座130互不重叠,从而能够有效地避免所述柔性电路板122阻碍所述陶瓷基板125和所述底座130之间的热量传递,以增强所述投影装置1的散热效果。
本领域技术人员应当理解,由于所述柔性电路板122就不会存在于所述底座130和所述陶瓷基板125之间,也就是说,在整个散热过程中,取消了所述陶瓷基板125处的热量经由所述柔性电路板122传导给所述底座130的过程,因此所述第二变形实施方式能大幅提高所述投影装置1的散热性能。与此同时,由于所述底座130不需要被贴装于所述柔性电路板122上,因此所述底座130的宽度尺寸不需要小于所述柔性电路板122的宽度,也就是说,能够增大所述底座130的横向尺寸以增加所述底座130的散热面积,从而进一步增加所述投影装置1的散热性能。
优选地,如图7B所示,所述底座130的宽度尺寸与所述柔性电路板122的宽度尺寸相等,并且在所述底座130和所述柔性电路板122均被贴装于所述陶瓷基板125时,所述柔性电路板122的两边与所述陶瓷基板125的相应的两边之间预留所述第一安全距离S1,所述底座130的三边与所述陶瓷基板125的相应的三边之间预留所述第二安全距离S2,所述底座130的剩余一边与所述柔性电路板122之间预留一第三安全距离S3,以防所述底座130和所述柔性电路板122因安装误差而偏移出所述陶瓷基板125,同时也能够避免所述底座130与所述柔性电路板122因相互重叠而影响所述陶瓷基板125与所述底座130之间的热量传递效率。
更优选地,所述第一和第二安全距离S1、S2均被实施为0.05~0.125mm,所述第三安全距离S3被实施为0.75~4mm。
由于所述底座130和所述柔性电路板122被并排地贴装于所述陶瓷基板125的底侧,因此,所述底座130的厚度需要大于所述柔性电路板122的厚度,以使所述底座130的底面作为所述投影装置1的整体支撑面,进而保证所述投影装置1的所述发光组件100和所述透镜组件200具有很好的平整度。优选地,所述底座130的厚度被实施为大于0.3mm,以保证所述柔性线路板122的下表面高于所述底座130的底面,从而确保所述投影装置1的支撑面为所述底座130的所述底面。
附图8A至图8C示出了根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影装置1的第三个变形实施方式。相比于根据本发明的所述第一较佳实施例的所述第二个变形实施例方式,所述第三个变形实施方式的所述投影装置1的不同之处在于:所述柔性电路板122和所述底座130分别被贴装于所述陶瓷基板125的相反两侧。具体来说,所述柔性电路板122在所述陶瓷基板125的所述连接端1256处与所述陶瓷基板125的上表面可导通地连接,并且所述底座130与所述陶瓷基板125的下表面直接粘接在一起,以使所述底座130和所述柔性电路板122分别与所述陶瓷基板125的相反两侧(即所述陶瓷基板125的上表面和下表面)连接。
值得注意的是,由于所述柔性电路板122被设置于所述陶瓷基板125的上表面,而所述底座130被设置于所述陶瓷基板125的下表面,因此在设置所述底座130时,无需考虑所述底座130和所述柔性电路板122之间的相互关系,以使所述底座130能够与所述陶瓷基板125的整个下表面粘接在一起,以最大限度地增加所述底座130与所述陶瓷基板125之间的热量传递面积,进而增强所述投影装置1的散热性能。此外,由于所述陶瓷基板125的下表面仅粘接有所述底座130,因此所述底座130厚度的选择不受所述柔性电路板122的厚度的影响,使得所述底座130的厚度可以小于0.3mm,仍能够确保所述投影装置1的支撑面为所述底座130的底面。
优选地,如图8B所示,所述底座130的四边与所述陶瓷基板125的相对应的四边之间预留所述第二安全距离S2,以在保证所述底座130不会偏移出所述陶瓷基板125的情况下,尽可能增大所述底座130的横向尺寸,以增加所述投影装置1的散热面积。具体地,所述第二安全距离S2优选地被实施为0.05~0.125mm。
进一步地,如图8C所示,
所述柔性电路板122的两边与所述陶瓷基板125的相对应的两边之间预留所述第一安全距离S1,以防所述柔性电路板122在与所述陶瓷基板125连接时因尺寸误差而偏移出所述陶瓷基板125。具体地,所述第一安全距离S1被实施为0.05~0.125mm。
应当理解,所述底座130可以通过所述导电粘接层181与所述陶瓷基板125可导通地连接,以使所述底座130被实施为所述投影装置1的接地极;当然,所述底座130还可以通过所述绝缘粘接层182与所述陶瓷基板125绝缘地连接,以通过所述底座130散发来自所述陶瓷基板125的热量。
附图9示出了根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影装置1的第四个变形实施方式,其中所述投影装置1的所述发光组件100还包括一模制基座150,其中所述模制基座150被设置于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254,以便将所述透镜组件200的所述镜筒230组装于所述模制基座150,以防所述镜筒230触碰或损坏被设置于所述陶瓷基板125上的所述电子元器件123和所述引线126。具体地,本发明的所述模制基座150通过模制工艺被一体成型于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的上表面,使得所述模制基座150与所述陶瓷基板125一体地结合,而不需要诸如粘结胶来连接所述模制基座150和所述陶瓷基板125。应当理解,由于所述陶瓷基板125具有较强的耐热性能,因此在形成所述模制基座150时,所述陶瓷基板125能够承受住高温的模制材料的应力,而不会造成所述陶瓷基板125发生弯曲或变形的问题。
进一步地,如图9所示,所述模制基座150具有一通光孔151,其中所述模制基座150的所述通光孔151与所述发光元件110相对应,以使所述发光元件110所发出的光束得以通过所述通光孔151到达所述透镜组件200,也就是说,所述模制基座150的所述通光孔151位于所述发光元件110的发光路径上,以防所述模制基座150阻挡所述发光元件110所发出的光束。
优选地,在模制工艺中,所述模制基座150被一体成型于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的所述陶瓷基板连接部12542的一部分和所述陶瓷基板外侧部12543,以使所述模制基座150在成型后包覆位于所述边缘区域1254的所述陶瓷基板连接部12542处的每一所述电子元器件123,以藉由所述模制基座150隔离相邻的所述电子元器件123。
在本发明的所述投影装置1中,通过所述模制基座150在成型后包覆每个所述电子元器件123的方式具有很多的优势,首先,所述模制基座150包覆每个所述电子元器件123,以使相邻所述电子元器件123之间不会出现相互干扰的不良现象,即便是相邻所述电子元器件123的距离较近时也能够保证所述投影装置1的投射品质,这样,可以使小面积的所述陶瓷基板125上能够被贴装更多数量的所述电子元器件123,从而使所述投影装置1的结构更加的紧凑,以有利于在控制所述投影装置1的尺寸的基础上提高所述投影装置1的投射品质;其次,所述模制基座150包覆每个所述电子元器件123,从而在水平方向上,在所述模制基座150和每个所述电子元器件123之间都不需要预留安全距离,以能够减少所述投影装置的尺寸。第三,所述模制基座150包覆每个所述电子元器件123,从而在所述模制基座150和所述陶瓷基板125之间不需要使用胶水进行连接和调平,以有利于降低所述投影装置1的高度尺寸。第四,所述模制基座150包覆每个所述电子元器件123,在后续运输和组装所述投影装置1以形成所述投影装置1的过程中,所述模制基座150可以防止所述电子元器件123晃动和脱落,从而有利于保证所述投影装置1的结构稳定性。第五,所述模制基座150包覆每个所述电子元器件123,在后续运输和组装所述投影装置1以形成所述投影装置的过程中,能够防止污染物污染每个所述电子元器件123,从而保证所述投影装置1的投射品质。第六,所述模制基座150包覆所述电子元器件123后能够将所述电子元器件123与空气隔绝,通过这样的方式,能够减缓所述电子元器件123的金属部分的氧化速度,有利于提高所述电子元器件123和所述投影装置1的环境稳定性。
应当理解,在本发明的其他实施例中,所述模制基座150还可以被成型于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的所述陶瓷基板外侧部12543,以防在模制过程中,高温的模制材料因接触或冲压而损坏所述电子元器件123。当然,所述模制基座150还可以被成型于所述陶瓷基板125的所述边缘区域1254的所述陶瓷基板内侧部12541的一部分、所述陶瓷基板连接部12542以及所述陶瓷基板外侧部12543,以便进一步减小所需的所述陶瓷基板125的面积,进而减小所述投影装置1的尺寸。
附图10示出了根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影装置1的第五个变形实施方式,其中所述投影装置1的所述透镜组件200还包括一被设置于所述光学衍射元件220的ITO膜240和一被设置于所述镜筒230的金属件250,并通过所述金属件250将所述ITO膜240和所述陶瓷基板125可导通地连接,用于通过所述陶瓷基板125为所述ITO膜240提供电能,从而通过所述ITO膜240提高所述投射装置1的投射品质。
具体地,所述金属件250通过内嵌工艺被嵌入所述镜筒230,并且所述金属件250具有一第一引脚和一第二引脚,其中所述金属件250的所述第一引脚与所述光学衍射元件220的所述ITO膜240连接,所述金属件250的所述第二引脚与所述陶瓷基板125的所述陶瓷基板焊垫1251连接,以通过所述金属件250导通地连接所述ITO膜240和所述陶瓷基板125。与此同时,与所述第二引脚连接的所述陶瓷基板焊垫1251通过所述导电通道1252和与所述柔性电路板123连接的所述陶瓷基板焊垫1251可导通地连接,以便将所述ITO膜240与所述柔性电路板123可导通地连接。
根据本发明的另一方面,本发明的所述第一较佳实施例还提供了一投影装置的制造方法。具体地,如图11所示,所述投影装置的制造方法包括步骤:
(a)可导通地贴装一发光组件100的一发光元件110于一电路板120的一陶瓷基板125;
(b)导通地连接所述电路板120的一柔性电路板122和所述陶瓷基板125;
(c)贴装所述底座130于所述电路板120的规定位置,以形成所述发光组件100,其中所述底座130为一钢板,以通过所述底座130散发来自所述电路板120的热量;以及
(d)对应地贴装一透镜组件200于所述发光组件100的所述陶瓷基板125,以使所述透镜组件200位于所述发光组件100的发光路径,进而制成一投影装置1。
应当理解,在本发明的所述投影装置的制造方法中,所述步骤(a)不一定必须在所述步骤(b)之前被执行,而只需保证所述步骤(a)在所述步骤(d)之前被完成即可。
更具体地,如图11所示,所述步骤(b)包括步骤:
(b1)藉由一第一次回流焊,焊接至少一电子元器件123于所述陶瓷基板125;
(b2)涂覆一锡料于所述柔性电路板122上相对应的一柔性电路板焊垫1221;以及
(b3)藉由一第二次回流焊,焊接所述陶瓷基板125至所述柔性电路板122上的相应位置,以在所述陶瓷基板125的一陶瓷基板焊垫1251与所述柔性电路板122上相应的所述柔性电路板焊垫1221之间形成一锡层1222。
优选地,在所述步骤(b)中,所述第二次回流焊的焊接区温度低于所述第一次回流焊的焊接区温度。
在本发明的所述第一较佳实施例中,所述步骤(c)包括步骤:藉由一粘接层180,粘接所述底座130于所述电路板120的所述柔性电路板122,以使所述柔性电路板122位于所述底座130和所述陶瓷基板125之间。
在本发明的其他实施例中,所述步骤(c)可以包括步骤:藉由一粘接层180,粘接所述底座130于所述电路板120的所述陶瓷基板125,以使所述底座130直接与所述陶瓷基板125连接。
根据本发明的所述第一较佳实施例,所述投影装置的制造方法还包括步骤:
藉由一第一次回流焊,分别焊接一组电子元器件123于一陶瓷基板阵列124的预设位置;和
切割所述陶瓷基板阵列124,以形成带有所述电子元器件123的所述陶瓷基板125。
根据本发明的另一方面,如图12所示,本发明进一步提供了一深度信息装置的制造方法,包括步骤:
(i)可导通地贴装一发光组件100的一发光元件110于一电路板120的一陶瓷基板125;
(ii)导通地连接所述电路板120的一柔性电路板122和所述陶瓷基板125;
(iii)贴装所述底座130于所述电路板120的规定位置,以形成所述发光组件100,其中所述底座130为一钢板,以通过所述底座130散发来自所述电路板120的热量;
(iv)对应地贴装一透镜组件200于所述发光组件100的所述陶瓷基板125,以使所述透镜组件200位于所述发光组件100的发光路径,进而制成一投影装置1;以及
(v)组装所述投影装置1、一接收装置2以及一处理系统3,使得所述投影装置1和所述接收装置2均与所述处理系统3可通电地连接,以制成一深度信息装置,供获取一目标对象的深度信息。
参考本发明的说明书附图之图13至图23所示,依据本发明的一第二较佳实施例的一深度信息装置被阐明。在本发明的所述第二较佳实施例中,所述深度信息装置获取深度信息的原理如图13所示,所述深度信息装置的所述投影装置1A产生并投影编码图案或散斑图案至目标空间中,以便图像接收设备2和处理系统3成目标的深度图像,也就是所说的3D图像。所述投影装置1A适用于各种场景,例如,手势识别、人脸识别、物体识别、场景识别等。随着科技的发展以及生活水平的提高,投影装置1不仅被集成与电脑等较大型设备中,还逐渐趋向于被集成于手机等便携式的小型电子设备当中,以满足市场对手机等便携式电子设备的多功能化、智能化、高性能化需求。由于垂直腔面激光器(VCSEL)具有体积小、光源发射角小、稳定性好等优点,因此投影装置中通常选择VCSEL作为发光元件,以减小整体的体积,提高识别精度。然而VCSEL在工作时功耗较大、发热较多,因此本发明针对投影装置中VCSEL的散热问题,对投影装置结构进行了改进,从而提高了所述投射组件及投射装置的散热性,并且保证其电信号的稳定性。
如图14所示,依据本发明的一第二较佳实施例的所述投影装置1A将被阐述。所述投影装置1A包括一发光组件100A及一透镜组件200。所述透镜组件200被设置并固定于所述发光组件100A,以适于接收所述发光组件100A发出的光束并调整该光束以形成适于产生深度图像的光束,例如,带有编码图案的光束或带有散斑图案的光束,在本发明中对其图案类型不做限制。
在本实施例中,以形成散斑图案的投影装置为例。所述发光组件100A包括一发光元件110A,所述发光元件110A被实施为一垂直腔面激光器(VCSEL),其适于产生带有基础光点图案的光束。所述透镜组件200包括至少一准直透镜210、至少一光学衍射元件220(以下简称DOE220)及一镜筒230,所述准直透镜210及DOE220被设置于所述镜筒230中,所述镜筒230使得所述准直透镜210及DOE220被保持于所述发光组件100的光学路径。所述准直透镜210适于对激光器发出的光线进行准直,以形成平行光束。所述DOE220作为分束器,其产生并投影基础光点图案的多个副本至目标空间中,以便图像接收设备和处理系统形成目标的深度图像。
进一步地,所述发光组件100A还包括一电路板120A,所述电路板120A与所述发光元件110A电连接,从而为所述发光元件110A提供电量并控制其发光状态。所述发光组件100A进一步包括一底座130A,所述电路板120A及所述发光元件110A被设置于所述底座130A,所述底座130A由金属等散热性良好的材料制成,从而提高所述投影装置的散热性能。应当理解,所述电路板120A可以被实施为各种现有的电路板(比如线路板,PCB板,铝基板或高频板等等),在本实施例中不进行限制。
由于传统的电路板材料的导热性能较差,为了进一步的提高所述投影装置1A的散热性能,在本发明的所述第二较佳实施例中,如图14所示,所述发光组件100A的所述电路板120A具有开槽设计,也就是说,所述电路板120A具有一适于容纳所述发光元件110A的开口121A,所述开口121A为一通孔式的开口,也就是说,被设置于所述电路板120A的所述开口121A中的所述发光元件110A,其底部与所述底座130A直接接触,从而使得所述发光元件110A发出的热能直接通过所述底座130A传递至外界环境,由此进一步的提高所述投影装置1A的散热性能,避免在其工作的过程中由于温度过高而产生温飘现象,甚至导致所述透镜组件200的镜片由于高温产生变形或导致其他结构(比如电路等)由于高温发生失效,从而提高了所述投影装置1A的寿命及稳定性。本领域技术人员应当理解,由于所述电路板120A具有开槽设计,使得所述发光元件110A能被直接贴装于所述底座130A,以通过所述底座130A散发所述发光元件110A产生的热量,因此所述第二较佳实施例中的所述电路板120A的选择就不受电路板的导热性能的限制和影响,也就是说,所述电路板120A可以选择诸如陶瓷基板等之类具有良好导热性能的电路板,也可以选择诸如PCB板等等之类导热性能较差的电路板。
一般地,VCSEL的所述发光元件110A包括一顶部电极111A(P极,正极)和一底部电极112A(N极,负极),故在现有的技术中,所述发光元件110A的所述正极111A通过一引线126A电连接于所述电路板120A,所述发光元件110A的所述负极112A通过由金属制成的底座130A电连接于电路板120A,但是在这种设计中,由于所述底座120A的表面积较大,从而所述发光元件110A的负极信号将由该底座130A辐射至外界环境,该负极信号将影响所述深度信息装置的其他元器件的工作。同时,所述底座130A也将作为一个信号接收器,接收来自其他电子元器件的辐射信号,从而影响到所述发光元件110A的工作。
出于上述问题的考虑,附图15示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的一第一个变形实施方式,其中所述投影装置1A的所述底座130A包括一第一底座131A和一第二底座132A,所述第一底座131A被支撑于所述第二底座132A,所述发光元件110A被安装于所述第一底座131A,且所述发光元件110A的所述底部电极112A通过所述第一底座131A电连接于所述电路板120A。另一方面,所述第二底座132A电连接于所述电路板120A的零电势点,从而所述第二底座132A将作为整个电路的零电势电极,也就是地级,所述第二底座120A也可与所述深度信息装置的外壳接触,从而达到接地的效果,也就是说,本发明中的投射装置1A无需再通过一个金属外壳以实现接地的效果。仅通过与电路地极连接的所述第二底座132A即可实现电路接地,从而得以减小所述投射装置1A的尺寸,且可以达到电磁屏蔽的效果,防止外界信号的干扰,提高所述投影装置1A的稳定性。
进一步地,所述第一底座131A与所述第二底座132A之间设有一绝缘层133A,从而使得所述发光元件110A的所述负极112A与电路地极隔离,防止电路短路。值得一提的是,如图15所示,所述第一底座131A的表面积小于所述第二底座132A,由此降低了前述的信号辐射的风险。
具体地,在所述发光元件110A与所述第一底座131A之间设置导电材料,实现所述发光元件110A的所述负极131A与所述第一底座131A之间的电连接。例如,锡膏等导电性及导热性良好的材料。可以理解的是,也可以使用导电银胶等导电材料。所述第一底座131A的上表面具有适于安装所述发光元件110A形状。通常地,所述发光元件110A被设置为方形,故在本发明的一个实施例中,所述发光元件110A与所述第一底座131A均为方形。
可以理解的是,根据需要,所述发光元件110A与所述第一底座131A也可被设置为其他形状。所述发光元件110A与所述第一底座131A的组合体被容纳于所述电路板120A的所述开口121A中,从而所述开口121A具有适于容纳所述发光元件110A与所述第一底座131A的形状。故在本实施例中,所述开口131A的形状也呈方形,安装于所述第一底座131A的所述发光元件110A的上表面可以高于所述电路板120A的上表面,也可以平行或低于所述电路板120A的上表面,其取决于所述第一底座131A的厚度以及所述发光元件110A的厚度。
优选地,所述第一底座131A的上表面的面积等于或略大于所述发光元件110A的底面积,从而使两者的接触面积达到最大,提高散热效率。
进一步地,在本发明的所述第二较佳实施例的所述第一个实施方式中,如图15所示,通过在所述第一底座131A侧面或底面预设置一导电件140A,例如,锡膏,将设有所述导电件140A的所述第一底座131A安装于所述电路板120A的所述开口121A后,通过回流焊等合适的工艺,使得锡膏融化,从而导通所述第一底座131A与所述电路板120A的侧面或底面焊点,以实现所述发光元件110A的所述负极112A与所述电路板120A之间的电连接。本领域人员可以理解的是,所述导电件140A也可以被预设置于所述电路板120A的开口121A处的侧面或底面焊点处。所述导电件140A也可以被实施为导电银胶等其他导电材料。
附图16示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的一第二个变形实施方式,其中所述第一底座131A与所述电路板120A之间可以通过引线126A实现电连接,也就是说,所述第一底座131A的上表面的表面积至少要大于所述发光元件110A,并使得所述引线126A的一端具有足够的空间电连接于所述第一底座131A,且使得所述引线126A得以通过所述开口121A到达所述电路板120A,使得其另一端得以与所述电路板120A电连接。
附图17示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的一第三个变形实施方式,其中所述第一底座131A被内嵌于所述电路板120A的开口121A中,所述底座131A与所述电路板120A之间的间隙被一介电层150A填充,在本实施例中所述导电件140A通过铜溅镀等方式形成一铜层160A于所述电路板120A、所述第一底座131A及所述介电层150A的上表面,从而实现所述电路板120A与所述第一底座131A之间的电连接。在本实施例中,所述第一底座131A的上表面优选地齐平于所述电路板120A的上表面。
具体地,在本实施方式中,所述底座130A与所述电路板120A的安装顺序是:首先将所述电路板120A安装于所述第二底座132A,通过锡膏、导电银胶等实现所述第二底座132A与所述电路板120A的零电势点之间的电连接,而后在所述第二底座132A上的第一底座131A的安装区域设置所述绝缘层133A,再将所述第一底座131A安装于设有所述绝缘层133A的所述第二底座132A上。可以理解的是,该安装顺序也可以是在一基板上组装并固定所述第一底座131A与所述电路板120A,在将该组合体安装于所述第二底座132A。
进一步地,所述镜筒230被安装于所述电路板120A,由此将所述准直透镜210和所述DOE220保持于所述发光组件100A的光束路径。由于所述底座130A于所述电路板120A的底部为所述电路板提供支撑,从而加强了所述电路板120A的结构强度,防止所述电路板120A受到外界应力后弯曲,从而影响投射质量。此外,由于所述底座130A由金属等具有高强度、高平整度的材料制成,从而提高了所述电路板120A的平整度,进而降低了所述镜筒230的安装难度,进一步提高了所述投射装置1A的投射质量。
附图18示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的一第四个变形实施方式。与附图15所示的根据本发明的所述第二较佳实施例的所述第一个变形实施方式相比,根据本发明的所述第二较佳实施例的所述第四个变形实施方式中的所述投影装置1A,除了所述投影装置1A的所述底座130A的所述第二底座132A的结构有所不同之外,所述投影装置1A的其他结构均与根据本发明的所述第二较佳实施例的所述第一个变形实施方式中的投影装置1相同。
具体地,所述投影装置1A的所述第二底座132A包括一底座主体1321A和一突起部1322A,所述底座主体1321A呈一平板状,供支撑所述电路板120A和所述第一底座131A,所述突起部1322A自所述底座主体1321A的外周一体地向上延伸,其中所述突起部1322A的上表面的形状和大小能与所述镜筒230适配,因此在本实施方式中,所述镜筒230被安装于所述第二底座132A的所述突起部1322A,由于供安装所述发光元件110A的所述第一底座131A与供安装所述镜筒230的所述突起部1322A均有金属材料通过冲压等合适的工艺制成,以保证所述第一底座131A的安装表面与所述突起部1322A的表面之间的平行度,因此能够保证所述透镜组件230的光轴与所述发光组件100A的光轴保持平行,从而提高了所述投影装置1A的投影质量,并且降低了所述投影装置1A的组装难度。
附图19A示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第一底座131A的一第一替代实施方式。如图19A所示,在本发明的所述第一替代实施方式中,除了所述底座130A的所述第一底座131A的结构与根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A中的所述第一底座131A的结构不同之外,所述投影装置1A的其他结构均与根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A相同,因此所述投影装置1A的其他结构在此不再赘述。
具体地,所述第一底座131A包括一发光元件支撑部1311A和至少一延伸部1312A。所述发光元件支撑部1311A被设置于所述电路板120A的所述开口121A处,供支撑并电连接所述发光元件110A的所述负极112A,每一所述延伸部1312A自所述支撑部1311A一体地向外延伸,以形成中心对称的形状,以使所述电路板120A被稳定地支撑于所述底座130A的所述第一底座131A的所述延伸部1312A,从而实现垫高所述电路板120A的目的。
举例地,如图19A所示,所述延伸部1312A分别自所述发光元件支撑部1311A的四角向外延伸至同一长度,并且所述电路板120A被支撑于所述第一底座131A。由此,所述延伸部1312A的均匀形状得以保证所述电路板120A的平整度,也就是说所述延伸部1312A得以均匀的垫高所述电路板120A。在本替代实施方式中,所述第一底座131A通过所述延伸部1312A与所述电路板120A电连接,也就是说,所述导电件140A被设置于所述延伸部1312A与所述电路板120A之间。可以理解的是,在本发明的其他实施例中,所述导电件140A的位置也可以是与所述第二较佳实施例中所述导电件140A的位置相同,也就是位于所述发光元件支撑部1311A与电路板120A之间。
附图19B示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第一底座131A的一第二替代实施方式,其中四个所述延伸部1312A自所述发光元件支撑部1311A的四边中点处延伸至同一长度,以保证所述电路板120A的平整度,也就是说所述延伸部1312A得以均匀的垫高所述电路板120A。
附图19C示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第一底座131A的一第三替代实施方式,其中所述第一底座131A还包括一镜筒支撑部1313A,所述镜筒支撑部1313A与所述发光元件支撑部1311A通过两个所述延伸部1312A一体地连接,所述镜筒230被安装于所述镜筒支撑部1313A。
优选地,所述镜筒支撑部1313A呈环状结构,以环绕于所述电路板120A的外侧,也就是说,所述电路板120A被内嵌于所述第一底座131A中。与此同时,本替代实施方式中的所述第一底座131A进一步提高了所述镜筒230的安装面与所述发光元件110A的安装面之间的平行度。
附图19D示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第一底座131A的一第三替代实施方式,其中所述第一底座131A仅具有一个所述延伸部1312A,以通过一个所述延伸部1312一体地连接所述镜筒支撑部1313A与所述发光元件支撑部1311A,以简化所述第一底座131A的结构。
附图20示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的一第五个变形实施方式。相比于根据本发明的所述第二较佳实施例的所述第二个变形实施方式,本变形实施方式中的所述投影装置1A除了所述电路板120A的结构不同之外,所述投影装置1A的其余结构都可参考根据本发明的所述第二较佳实施例的所述第二个变形实施方式,在此不再赘述。
具体地,如图20所示,所述投影装置1A的所述发光组件100A的所述电路板120A包括一柔性电路板122A和一硬质电路板125A,其中所述硬质电路板125A通过一锡层1222A与所述柔性电路板122A可导通地连接,并且所述硬质电路板125A和所述柔性电路板122A均开设有一通孔,以在所述硬质电路板125A与所述柔性电路板122A被贴装在一起时形成所述电路板120A的所述开口121A,以容纳所述发光元件110A。
值得一提的是,所述柔性电路板122A被设置于所述底座130A和所述硬质电路板125A之间,使得所述柔性电路板122A的一侧面贴附于所述底座130A。由于所述底座130A优选为金属等散热好且平整的材料,因此所述底座130A提供给所述柔性电路板122A一平整面,以防所述柔性电路板122A发生弯曲或曲翘。此外,由于所述硬质电路板125A也能提供给所述透镜组件230一平整的安装基准,以便保证所述透镜组件230位于所述发光组件100A的发光路径。
优选地,所述硬质电路板125A被实施为一陶瓷基板125A,以下以所述陶瓷基板125A代替硬质电路板125A进行描述。所述陶瓷基板125A一般是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面(单面或双面)上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能,高导热特性,优异的软钎焊性和高的附着强度,并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形,具有很大的载流能力。现在投影模组以及摄像模组的大规模使用的电路板由树脂及增强材料作为基板材料,该类材料的散热性能一般不佳。在高频摄像模组,结构光投影模组封装领域中,由于电子元件工作时产生了大量的热,基于树脂基材的电路板散热无法满足要求。因此PCB板越来越不能满足现在的散热量大的电子元件封装中。在工作时因为热量累积后,容易对发光元件、光学元件例如镜片等造成变形或性能改变的情况,从而影响所述投影装置的寿命和稳定性。
以氮化铝材料的陶瓷基板125A为例,氮化铝陶瓷基板具有大于170W/(m.K)的导热系数,而以环氧树脂材料所制的PCB板为例,环氧树脂材料的PCB板导热系数一般在0.2-0.8W/(m.K)范围内,因此氮化铝陶瓷基板相较于环氧树脂材料的PCB板有很好的导热性能。
由于陶瓷基板125A具有很高的平整度,而柔性电路板122A的平整度不是很高,因此若将所述陶瓷基板125A先于柔性电路板122A连接后,再安装电子元器件123A,容易因所述柔性电路板122A可能存在的不平整而造成的电子元器件123A贴附倾斜的情况。
为了保证所述电子元器件123A的安装精度,同时也为了提高所述电路板120A的组装效率,本发明提出组装所述陶瓷基板125A和所述柔性电路板122A的技术方案。如图21所示,所述电路板120A的组装方法包括步骤:
(A)将一电子元器件123A经过第一次回流焊焊接于一陶瓷基板阵列124A;
(B)将所述陶瓷基板阵列124A进行切割,以形成单独的陶瓷基板125A;
(C)在一柔性电路板上122A的对应的柔性电路板焊垫1221涂覆一锡膏;以及
(D)将所述陶瓷基板125A贴附于所述柔性电路板122A的规定位置,并通过第二次回流焊融化所述锡膏,以在所述陶瓷基板125A与所述柔性电路板122A之间形成一锡层1222,使得所述陶瓷基板125A与所述柔性电路板122A被导通地连接。
值得注意的是,在所述步骤(A)中,所述陶瓷基板阵列124A可以是先开设有上下贯通开口121A的陶瓷基板125A,也可以是没有预先开设有上下贯通开口121A的陶瓷基板125A。附图21上的虚线表示所述开口121A的位置及形状,并且虚线表示所述开口121A可有可无,且开设所述开口121A步骤的次序不会影响本实施例中所述组装方法的有益效果,也就是说开设所述开口121A的步骤可以是上诉任意步骤之前或之后。
优选地,所述第一次回流焊的焊接区的温度范围在183~300℃,时间为10~120秒;所述第二次回流焊的焊接区温度范围在183~300℃,时间为10~120秒。
更优选地,在所述步骤(D)中,所述第二次回流焊的焊接区温度优选地被设置为比步骤(A)第一次回流焊的焊接区温度要低的温度。举例地,所述步骤(A)中所述第一次回流焊采用一无铅锡膏,所述无铅锡膏熔点在217℃,那么所述第二次回流焊优选地采用比217℃低的锡膏材料比较好,比如一有铅锡膏(其中锡的含量为63%,铅的含量为37%,其熔点为183℃),从而使得所述第二次回流焊的焊接区温度在183℃时,足以使所述有铅锡膏融化后焊接,且不会使所述第一次焊接已经固化的焊锡再次融化出现所述电子元器件123起翘的现象。本发明中的回流焊的焊接区温度指的是一般回流焊工艺流程中使锡膏融化的温度区域。
经过上述组装方法得到了所述陶瓷基板125A、所述锡层1222A和所述柔性电路板122A的结构,以通过所述锡层1222A实现所述陶瓷基板125A与所述柔性电路板122A电性连接的作用,也就是说,所述锡层1222A作为所述陶瓷基板焊垫1251A与所述柔性电路板焊垫1221A连接需要导电介质。本领域技术人员应当理解,在现有技术中,所述陶瓷基板125A通过ACF胶与所述柔性电路板122A进行连接,因该ACF胶采用胶带的方式进行涂覆、压力和加温粘接,胶带本身具有规则的尺寸和厚度控制,在工艺上也要求ACF胶带的粘接面积。因此相应的陶瓷基板与柔性电路板的焊垫设计也要求是规则设计,这样才能起到良好的粘接性和导通效果。
然而,对于某些焊垫较多且焊垫排列复杂的情况下,利用ACF胶的工艺难以实现所述陶瓷基板125A和所述柔性电路板122A优良连接的作用。本发明利用回流焊工艺先在所述陶瓷基板阵列上124A安装所述电子元器件123A,其中所述电子元器件123A可以包括一般的电容、电阻外,还可以包括例如VCSEL这类发光元件,在所述陶瓷基板阵列124A上实现所述电子元器件123A的安装,然后将切割后的单体陶瓷基板125A安装在所述柔性电路板122A上可以极大地提高工艺效率,实现了批量式的组装流程。
在导热性能比较上,回流焊所选用的锡料要比ACF胶的导热性能要好,由于ACF胶的填充物主要有环氧树脂和亚克力材料,这两种材料的导热系数一般在0.19-0.8W/(m.K),而锡的导热系数在67W/(m.K)左右。通过本实施例中的工艺流程,制得了主要由锡起到所述硬质电路板125A和所述柔性电路板122A的连接作用,锡作为导热系数较好的介质,能够更快地将产生的热量进行传递,因而能够具有良好的散热性能。
如图22A所示,依据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第五个变形实施方式中所述电路板120A的结构将被阐明,其中所述电路板120A的所述硬质电路板125A通过锡层1222A与所述柔性电路板122A电性连接的同时又保证了足够的连接强度,并且在所述硬质电路板121A和所述柔性电路板122A预先设有一上下贯通的开口,以形成所述电路板120A的所述开口121A,使得所述开口121A适于容纳所述发光元件110A。
附图22B示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第五个变形实施方式中所述电路板120A的一第一替代实施方式,其中所述硬质电路板125A通过所述锡层1222A与所述柔性电路板122A导通地连接,并且在所述硬质电路板121A和所述柔性电路板122A没有预先设有一上下贯通的开口。因此,可以在所述硬质电路板121A和所述柔性电路板122A连接在一起之后,再在所述硬质电路板121A和所述柔性电路板122A上设置上下贯通的通孔,以形成所述电路板120A的所述开口121A,使得所述开口121A适于容纳所述发光元件110A。
附图22C示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第五个变形实施方式中所述电路板120A的一第二替代实施方式,其中所述硬质电路板125A通过所述锡层1222A与所述柔性电路板122A连接在所述硬质电路板125A的一端,并且所述柔性电路板122A被贴附于所述硬质电路板125A的下侧,其中在所述硬质电路板125A的另一端开设有一贯通的开口,以形成所述电路板130A的所述开口121A。应当理解,在所述电路板120A的所述第二替代实施方式中,无需在所述柔性电路板122A上开口,以保护了所述柔性电路板122C的内部电路的完整性,使得所述柔性电路板122A仅作为向终端输送电子信号的作用。
附图22D示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的所述第五个变形实施方式中所述电路板120A的一第三替代实施方式,其中所述柔性电路板122A贴附于所述硬质电路板125A的上侧。
附图23示出了根据本发明的所述第二较佳实施例的所述投影装置1A的一第六个变形实施方式,其中所述投影装置1A的所述发光组件100A除了包括所述发光元件110A、所述电路板120A及所述底座130A之外,还进一步包括一模制基座150A。所述模制基座150A形成于所述电路板120A的上表面,其通过模制工艺一体地结合所述电路板120A以及被设置于所述电路板120A上的电子元器件123A(根据需要可以是控制芯片、电容、电阻、晶振等元器件)。
优选地,所述模制基座150A在所述第二底座131A与所述电路板120A结合后形成于所述电路板120A上表面,由此所述第二底座131A在形成所述模制基座150A时为所述电路板120A提供支撑,防止其受到高温的模制材料的应力发生弯曲、变形。
进一步的,所述模制基座150A具有一通光孔151A,其中所述通光孔151A与所述电路板120A的所述开口121A及所述发光元件110A相对应,从而使得所述发光元件110A发出的光束得以通过所述通光孔151A到达所述透镜组件200。
更优选地,所述模制基座150A的所述通光孔151A的长宽尺寸大于所述电路板120A的所述开口121A,并使得所述电路板120A上用以电连接所述发光元件110A的焊垫不被所述模制基座150A覆盖,从而该焊垫在形成所述模制基座150A后通过打引线的方式与所述发光元件120A电连接,也就是说,所述发光元件110A在形成所述模制基座150A后再安装于所述第一底座132A,以防在所述模制基座150A成型的过程中,损坏或污染所述发光元件110A。
在所述第六个变形实施方式中,所述镜筒230被安装于所述模制基座150A的上表面,一方面,由于所述模制基座150A具有较高的平整度,从而降低了所述镜筒230的安装难度,保证了所述透镜组件200的光轴与所述发光组件100A的光轴之间的平行度;另一方面,所述模制基座150A具有较高的强度,从而进一步的加强了所述电路板120A的结构强度,提升了所述投影装置1A的稳定性。
本领域的技术人员应理解,上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明,在没有背离所述原理下,本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (20)
1.一投影装置,其特征在于,包括:
一发光组件,其中所述发光组件包括:
一电路板,其中所述电路板包括一硬质电路板和一与所述硬质电路板可导通地连接的柔性电路板;和
一发光元件,其中所述发光元件被可导通地连接于所述硬质电路板,用于发出一光束;
一底座,其中所述底座被贴装于所述电路板,并且所述底座由金属材料制成,以通过所述底座散发经由所述电路板传递来的热量;以及
一透镜组件,其中所述透镜组件被设置于所述发光组件的发光路径,用于调整所述发光元件所发出的光束。
2.如权利要求1所述的投影装置,其中,所述硬质电路板为一陶瓷基板。
3.如权利要求2所述的投影装置,其中,所述柔性电路板位于所述陶瓷基板和所述底座之间,其中所述柔性电路板通过一锡层与所述陶瓷基板可导通地连接,所述底座通过一粘接层被贴附于所述柔性电路板。
4.如权利要求2所述的投影装置,其中,所述柔性电路板和所述底座被间隔地设置于所述陶瓷基板的底侧,并且所述底座通过一粘接层被直接贴装于所述陶瓷基板。
5.如权利要求2所述的投影装置,其中,所述柔性电路板和所述底座分别位于所述陶瓷基板的相反侧,并且所述底座通过一粘接层被直接贴装于所述陶瓷基板。
6.如权利要求3~5中任一所述的投影装置,其中,所述粘接层由导电材料制成,以通过所述粘接层将所述底座与所述电路板可导通地连接,以使所述底座作为所述投影装置的一接地极。
7.如权利要求3~5中任一所述的投影装置,其中所述透镜组件包括一准直透镜、一光学衍射元件以及一镜筒,其中所述准直透镜和所述光学衍射元件被设置于所述镜筒,并且所述镜筒被安装于所述陶瓷基板,以保证所述准直透镜和所述光学衍射元件位于所述发光元件的发光路径。
8.如权利要求7所述的投影装置,其中,所述发光组件还包括一模制基座,其中所述模制基座被成型于所述陶瓷基板,并且所述模制基座具有一与所述发光元件相应的通光孔,其中所述镜筒被安装于所述模制基座。
9.如权利要求7所述的投影装置,其中,所述透镜组件还包括一ITO膜和一金属件,其中所述ITO膜被设置于所述光学衍射元件,所述金属件被设置以导通地连接所述ITO膜和所述陶瓷基板。
10.如权利要求1~5所述的投影装置,其中,所述电路板还具有一贯设的开口,其中所述发光元件被容纳于所述电路板的所述开口,并且所述发光元件被直接贴装于所述底座。
11.如权利要求10所述的投影装置,其中,所述底座包括一第一底座、一第二底座和一绝缘层,其中所述绝缘层被设置于所述第一底座和所述第二底座之间,并将所述发光元件安装于所述第一底座。
12.如权利要求11所述的投影装置,其中,所述底座的所述第一底座被内嵌于所述电路板的所述开口,并且所述第一底座通过一导电件与所述电路板可通电地连接,其中所述底座的所述第二底座被设置以支撑所述电路板,并且所述第二底座与所述电路板可导通地连接,以使所述第二底座作为所述投影装置的一接地极。
13.如权利要求12所述的投影装置,其中,所述第二底座包括一底座主体和一突起部,其中所述底座主体呈一平板状,以支撑所述电路板和所述第一底座,其中所述突起部自所述底座主体的外周一体地向上延伸,并且所述透镜组件的所述镜筒安装于所述突起部。
14.如权利要求11所述的投影装置,其中,所述底座的所述第一底座包括一发光元件支撑部和至少一延伸部,其中所述发光元件支撑部位于所述电路板的所述开口处,并且所述发光元件被贴装于所述发光元件支撑部,其中每一所述延伸部自所述支撑部一体地向外延伸,以支撑所述电路板。
15.如权利要求14所述的投影装置,其中,所述第一底座还包括一镜筒支撑部,其中所述镜筒支撑部与所述发光元件支撑部通过所述延伸部一体地连接,并且所述镜筒被安装于所述镜筒支撑部。
16.一投影装置,其特征在于,包括:
一发光组件,其中所述发光组件包括:
一电路板,其中所述电路板具有一通孔式的开口;
一发光元件,其中所述发光元件被设置于所述电路板的所述开口,并且所述发光元件与所述电路板可导通地连接,用于发出一光束;以及
一底座,其中所述底座被贴装于所述电路板,并且所述发光元件被直接贴装于所述底座,其中所述底座由金属材料制成,以通过所述底座直接散发所述发光元件产生的热量;和
一透镜组件,其中所述透镜组件被设置于所述发光组件的发光路径,用于调整所述发光元件所发出的光束。
17.一深度信息装置,其特征在于,包括:
如权利要求1~16中任一所述的投影装置,其中所述投影装置用于投射一光束至一目标对象;和
至少一接收装置,其中所述接收装置用于接收经该目标对象发射回的光束,以供获得该目标对象的深度信息。
18.一投影装置的制造方法,其特征在于,包括步骤:
可导通地贴装一发光组件的一发光元件于一电路板的一陶瓷基板;
贴装所述发光组件的一底座于所述电路板的一规定位置,以制成所述发光组件,其中所述底座由金属材料制成,以通过所述底座散发所述发光元件产生的热量;以及
对应地贴装一透镜组件于所述发光组件,并且所述透镜组件位于所述发光组件的发光路径,以制成一投影装置。
19.如权利要求18所述的投影装置的制造方法,还包括步骤:
藉由一第一次回流焊,焊接一组电子元器件于所述陶瓷基板;
涂覆一锡料于所述电路板的一柔性电路板上相对应的一柔性电路板焊垫;以及
藉由一第二次回流焊,焊接所述陶瓷基板至所述柔性电路板的相应位置,使得所述锡料被融化以在所述陶瓷基板的一陶瓷基板焊垫和所述柔性电路板的所述柔性电路板焊垫之间形成一锡层,以导通地连接所述陶瓷基板和所述柔性电路板。
20.一投影装置的制造方法,其特征在于,包括步骤:
贴装一发光组件的一底座于一电路板的一规定位置,其中所述底座由金属材料制成;
贴装所述发光组件的一发光元件于所述底座,并且所述发光元件被容纳于所述电路板的一通孔式的开口内,以制成所述发光组件;以及
对应地贴装一透镜组件于所述发光组件,并且所述透镜组件位于所述发光组件的发光路径,以制成一投影装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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