CN110398876A - 承载结构及其形成方法及光学投影模组 - Google Patents

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Abstract

一种光学投影模组，包括：电路板；电连接地设置于所述电路板上、且用于发射光束的光源以及设置于所述电路板上的光学器件，所述光学器件包括承载结构，所述承载结构包括平板及自所述平板周缘垂直向下延伸的侧壁，所述侧壁围合所述平板形成容纳腔，所述容纳腔罩设所述光源，所述侧壁包括内表面；所述侧壁的所述内表面上形成有散热层且所述散热层还延伸暴露于所述容纳腔外，所述散热层为金属导电材质。

Description

承载结构及其形成方法及光学投影模组
技术领域
本发明涉及一种用于深度相机中的承载结构及其形成方法及包括所述承载结构的光学投影模组。
背景技术
深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果。另外，谷歌的tango项目致力于将深度相机带入移动设备，如平板、手机，以此带来完全颠覆的使用体验，比如可以实现非常真实的AR游戏体验，可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。
深度相机中的核心部件是光学投影模组，随着应用的不断扩展，光学投影模组将向越来越小的体积以及越来越高的性能上不断进化。一般地，光学投影模组组由电路板、光源以及光学器件等部件组成，目前晶圆级大小的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列光源使得光学投影模组的体积可以减小到被嵌入到手机等微型电子设备中。一般地，将VSCEL制作在半导体衬底上，并将半导体衬底与柔性电路板(FPC)进行连接。但是，VCSEL在通电工作时温度较高，热量上传至光学器件时难以快速散出，VCSEL产生的热量很容易致使光学器件变形，最终导致光学投影模组所发出结构光变形失效。因此拥有较高的散热性也是光学投影模组的必要性能。
因此，有必要提供一种能克服以上技术问题的承载结构及其形成方法及包括所述承载结构的光学投影模组。
发明内容
本发明目的在于提供一种能解决上述问题的承载结构及其形成方法及包括所述承载结构的光学投影模组。
一种光学投影模组，包括：电路板；电连接地设置于所述电路板上、且用于发射光束的光源以及设置于所述电路板上的光学器件，所述光学器件包括承载结构，所述承载结构包括平板及自所述平板周缘垂直向下延伸的侧壁，所述侧壁围合所述平板形成容纳腔，所述容纳腔罩设所述光源，所述侧壁包括内表面；所述侧壁的所述内表面上形成有散热层且所述散热层还延伸暴露于所述容纳腔外，所述散热层为金属导电材质。
在一个优选实施方式中，所述侧壁上形成多个所述散热层，多个所述散热层之间相互间隔，所述侧壁还包括与所述内表面垂直连接的底端面以及垂直连接所述底端面的外表面，且每个所述散热层还从所述底端面延伸形成于与所述底端面连接的外表面，所述散热层在所述内表面的宽度、底端面的宽度及外表面的宽度一致。
在一个优选实施方式中，所述平板包括上表面，所述承载结构还包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述光学器件还包括用于接收及准直所述光束的准直透镜及用于将所述光束经扩束后形成固定的光束图案并向外发射的衍射光学元件，所述收容部开设有与所述容纳腔相通的接收腔，所述准直透镜及所述衍射光学元件位于所述接收腔；所述承载结构还包括导电线路，所述导电线路是多个所述散热层中的至少一个所述散热层自所述容纳腔的外表面延伸至所述收容部的外表面及顶端面形成。
在一个优选实施方式中，所述收容部的外表面及顶端面的散热层的宽度远小于所述散热层在所述外表面的宽度。
在一个优选实施方式中，所述电路板上设置有控制单元，所述控制单元与所述光源电性连接，用于监测及控制所述光源发出的功率。
在一个优选实施方式中，所述衍射光学元件背离所述准直透镜的表面设置有导电膜，所述电路板上设置有导电部，与所述导电线路连接的所述散热层与所述导电部接触，以使所述导电膜与所述电路板电性导通。
一种承载结构，所述承载结构用于承载准直透镜，所述承载结构包括平板及自平板周缘垂直向下延伸的侧壁，所述侧壁围合所述平板形成容纳腔，所述侧壁包括内表面；所述侧壁的所述内表面上形成有散热层且所述散热层还延伸暴露于所述容纳腔外，所述散热层为金属导电材质。
在一个优选实施方式中，所述平板还包括上表面，所述承载结构还包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部开设有与所述容纳腔相通的接收腔，所述准直透镜位于所述接收腔，所述承载结构还包括导电线路，所述导电线路是所述散热层自所述容纳腔的底端面延伸至所述收容部的外表面及顶端面形成。
一种承载结构的形成方法包括：
将激光可激活的热塑性塑料通过注塑方法制成承载体，所述承载体包括侧壁，所述侧壁的底部形成有容纳腔；
利用激光照射所述侧壁的内表面及连接内表面的底端面上的预定位置，以产生用于形成散热层的第一布局路径；
清洁带有所述布局路径的所述承载体；
将清洁后的所述承载体置于金属电解液进行化学电镀以在所述第一布局路径形成所述散热层，所述散热层形成于所述内表面及底端面且暴露于所述容纳腔外，以得到所述承载结构。
在一个优选实施方式中，所述平板还包括上表面，所述承载结构还包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部开设有与所述容纳腔相通的接收腔，在用激光照射所述侧壁形成所述第一布局路径的同时还包括用激光照射所述收容部的外表面形成第二布局路径，所述第二布局路径是自所述第一布局路径的末端延伸至所述收容部的顶端面，且在化学电镀形成所述散热层的同时在第二布局路径处形成导电线路。
与现有技术相比较，本发明提供的承载结构及其形成方法形成的承载结构，包括形成在侧壁的内表面、外表面及连接内表面及外表面的散热层，将此承载结构用于光学投影模组中，光学投影模组包括的光源产生的热量可以通过所述侧壁的内表面、外表面及连接内表面及外表面的散热层快速散发，避免了光源产生的热量使光学器件变形，从而提高了光学投影模组的品质。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的光学投影模组的立体图。
图2为图1所示的光学投影模组的爆炸图。
图3为图1的光学投影模组包括的承载结构的结构图。
图4为图1所示的光学投影模组的剖面图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明提供的承载结构及其形成方法及光学投影模组进一步的详细的说明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至4，为本发明提供的一种光学投影模组100。所述光学投影模组100包括电路板10、电连接地设置于所述电路板10上的光源20、以及设置在所述电路板10上的光学器件30。
所述电路板10为硬板、软板或者软硬结合版。所述电路板10包括主体部12以及与所述主体部12连接的延伸部14。主体部12用于设置所述光源20及光学器件30。所述延伸部14用于设置电连接器15，电连接器15用于实现光学投影模组100与电子装置之间的信号传输。
所述光源20周围还设置有多个被动元件16。被动元件16包括电阻、电容、电感等电子元件。
所述电路板10上还设置有控制单元17，所述控制单元17与所述光源20电性连接，用于监测及控制所述光源发出的功率。
所述光源20设置在所述主体部12的中间位置且用于发射光束。所述光源20为垂直腔面发射激光器(VCSEL)，其能够向外投射830nm或者950nm的红外光束。将VCSEL作为光源拥有体积小、光源发射角小、稳定性好等优点，用来作为光学投影模组的光源时能减小整体的体积。所述光源20包括半导体衬底及以阵列的形式布置在所述半导体衬底上的VCSEL光源。在同一个半导体衬底上同时制造多个VCSEL光源能提高光源功率，也可以大幅提高制造效率。VCSEL芯片目前可以达到晶圆级的尺度，即可以在1mm2的芯片上布置成百上千个VCSEL光源。
对光源的控制可以有不同的模式，芯片上所有的VCSEL光源被同步控制打开与关闭，或者，芯片上的VCSEL被独立或分组控制以产生不同的光照密度。在一些实施例中，采用第一种模式，即芯片上所有的VCSEL光源被同步控制打开与关闭。在另一些实施例中，可以采用第二种模式，即芯片上的VCSEL光源被独立或分组控制以产生不同的光照密度。VCSEL光源的形式及排列按照具体的应用需求可以有多种，比如均匀规则地排列或者以一定的不相关图案进行不规则排列。
请参阅图2，所述光学器件30包括：承载结构31、设置在所述承载结构31中的准直透镜32及衍射光学元件33。
所述承载结构31可通过胶粘、镶嵌等方式固定在所述电路板10上，用于隔离外界自然光以及安置准直透镜等光学元件。在本实施方式中，所述承载结构31通过设置在所述电路板周缘的胶体101固定在所述主体部12且罩设所述光源20。
请一并参阅图3，所述承载结构31包括平板301、自平板301周缘垂直向下延伸的侧壁320及自平板301的部分上表面垂直延伸形成的收容部330。所述侧壁320围合所述平板301形成容纳腔322。所述容纳腔322罩设所述光源20。
所述收容部330包括有与所述容纳腔322相通的接收腔332，所述准直透镜32及所述衍射光学元件33设置于所述接收腔332。光源20发出的光束依次入射至准直透镜32及衍射光学元件33。
在本实施方式中，侧壁320形成的所述容纳腔322大致呈方形形状。在其它实施方式中，所述容纳腔322也可以为圆形。所述侧壁320包括内表面323、连接所述内表面323的底端面324以及连接底端面324的外表面325。
所述侧壁320上形成有散热层350。所述散热层350的材质为导电材质，优选地，是金属导电材质，如此，是为了在实现散热的同时还能实现导电，所述散热层350是通过激光直接成型(Laser Direct Structuring,LDS)技术形成。
在本实施方式中，所述侧壁320上形成多个间隔的散热层350。每个所述散热层350为U型形状，也即散热层350从所述内表面323延伸覆盖至底端面324及所述外表面325。所述散热层350在内表面323的宽度、底端面324的宽度及外表面325的宽度一致。优选地，请参阅图4，所述散热层350在所述内表面323的高度是稍低于所述散热层350在所述外表面325上的高度的。设置散热层350的好处是：光源20产生的热量会先传输至内表面的散热层350、然后通过底端面324及所述外表面325的所述散热层350及时散发至所述侧壁320外，避免光学投影模组100所发出结构光变形失效。使所述内表面323的高度是稍低于所述散热层350形成在所述外表面325上的高度，是进一步改善散热效果。
多个所述散热层350中的至少一个所述散热层350自所述容纳腔322的外表面325延伸至所述收容部330的外表面335及所述收容部330的顶端面336。形成在所述收容部330的外表面335及所述收容部330的顶端面336的散热层350定义为导电线路450。在本实施方式中，两个相对较长的侧壁320上的散热层350从容纳腔322的外表面325延伸至所述收容部330的外表面335及所述收容部的顶端面336以构成导电线路450。所述导电线路450的宽度远小于所述散热层350在所述侧壁320外表面的宽度。
所述准直透镜32设置在所述接收腔332中，用于接收及准直所述光源20发出的光束。所述准直透镜32的数量为1个或者多个。所述衍射光学元件33用于将来自所述准直透镜32的所述光束经扩束后形成固定的光束图案并向外发射。
所述衍射光学元件33的上表面设置有导电膜34及与所述导电膜34电性连接的第一导电部36，所述导电膜34为氧化铟锡(ITO)形成。导电膜34可以电镀形成在所述衍射光学元件33的表面。所述电路板10上设置有与导电线路450对应的第二导电部106。第一导电部36可以为焊垫或者金手指，第二导电部106为导电胶。
当承载结构31设置在电路板10的主体部12上时，底端面324的散热层350接触所述第二导电部106，所述侧壁320外表面325的散热层350由于一直延伸至收容部330的顶端面336，顶端面336的导电线路450通过第一导电部36与导电膜34电性接触导通。散热层350与导电线路450是一体形成的，从而，导电膜34通过第一导电部36、导电线路450、散热层350、第二导电部106与电路板10电性导通。
可以理解，散热层350与导电线路450在所述承载结构31的外表面之间并没有绝对的界限，保证散热的效果基础上能实现导电即可。
所述导电膜34用于侦测所述光源20发出的光功率。所述光学投影模组100一般用于人脸识别。当导电膜34侦测到光功率时，会将此光功率传输至电路板10，电路板10上设置有反馈回路，所述反馈回路对所述光功率进行判断，若光功率对人眼有伤害时，电路板10上的控制模块会调节光源20发出的功率至合适范围以避免伤害人眼。
所述光学投影模组100在使用时，也即在形成深度相机时，需要在电路板10上设置采集模组(图未示)以及处理器，所述采集模组及光学投影模组100分别具有进光口，所述光学投影模组100用于向目标空间中投射经编码的结构光图案，采集模组采集到该结构光图像后通过所述处理器处理以得到目标空间的深度图像。
本发明的承载结构31可以通过如下方法形成：
第一步：将激光可激活的热塑性塑料通过注塑方法制成承载体，所述承载体包括平板301及自所述平板301周缘向下延伸的侧壁320，所述侧壁320围合所述平板301形成容纳腔322；以及包括位于平板301上表面的接收腔332；所述接收腔332用于承载镜头模组或者光学镜片；
第二步：利用激光照射所述侧壁320的内表面323及连接内表面323的底端面324、所述侧壁320的外表面325、所述收容部330的外表面335及顶端面336上的预定位置，以产生用于形成散热层的第一布局路径103及用于导电的第二布局路径105；第二布局路径105自第一布局路径103的终止端延伸至所述接收腔332的顶端面336。
第三步：清洁由于激光加工带有所述第一布局路径103及第二布局路径105的所述承载体产生的碎屑；
第四步：将清洁后的所述承载体置于金属电解液进行化学电镀以在所述第一布局路径103形成所述散热层350；第二布局路径105形成导电线路450，以得到所述承载结构31。如此，使导电线路450延伸至所述顶端面336，是为了使所述导电线路450通过一个导电垫，在本发明中，是指第一导电部36就可以与导电膜34电性导通，而无需额外设置导线。
如此，用于散热的散热层350及用于导电的导电线路450(散热层的延伸)可以同时形成，节省了分别制作用于散热的散热结构及导电线路的工序，如此，节约了制造成本。
综上所述，本发明提供的承载结构31，及其形成方法形成的承载结构31及包括所述承载结构31的光学投影模组100，由于承载结构31包括侧壁320，侧壁320上形成有散热层350，具体地，散热层350形成在侧壁的内表面323、外表面325、连接内表面323及外表面325的底端面324上，且散热层350的宽度收窄后形成延伸至接收腔332的顶端面336的导电线路450，散热层350用于导热，导电线路450用于导电，并且所述散热层350为金属导电材质，也即散热层350可导电，将此承载结构用于光学投影模组中，光学投影模组包括的光源产生的热量可以通过所述侧壁的内表面、外表面及连接内表面及外表面的散热层快速散发，避免了光源产生的热量使光学器件变形，从而提高光学投影模组的品质的同时，结构也更简洁。
对于本领域的技术人员来说可以在本发明技术构思内做其他变化，但是，根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学投影模组，包括：电路板；电连接地设置于所述电路板上、且用于发射光束的光源以及设置于所述电路板上的光学器件，所述光学器件包括承载结构，所述承载结构包括平板及自所述平板周缘垂直向下延伸的侧壁，所述侧壁围合所述平板形成容纳腔，所述容纳腔罩设所述光源，所述侧壁包括内表面；所述侧壁的所述内表面上形成有散热层且所述散热层还延伸暴露于所述容纳腔外，所述散热层为金属导电材质。
2.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于：所述侧壁上形成多个所述散热层，多个所述散热层之间相互间隔，所述侧壁还包括与所述内表面垂直连接的底端面以及垂直连接所述底端面的外表面，且每个所述散热层还从所述底端面延伸形成于与所述底端面连接的外表面，所述散热层在所述内表面的宽度、底端面的宽度及外表面的宽度一致。
3.如权利要求2所述的光学投影模组，其特征在于：所述平板包括上表面，所述承载结构还包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述光学器件还包括用于接收及准直所述光束的准直透镜及用于将所述光束经扩束后形成固定的光束图案并向外发射的衍射光学元件，所述收容部开设有与所述容纳腔相通的接收腔，所述准直透镜及所述衍射光学元件位于所述接收腔；所述承载结构还包括导电线路，所述导电线路是多个所述散热层中的至少一个所述散热层自所述容纳腔的外表面延伸至所述收容部的外表面及顶端面形成。
4.如权利要求3所述的光学投影模组，其特征在于：所述导电线路的宽度远小于所述散热层的宽度。
5.如权利要求4所述的光学投影模组，其特征在于：所述电路板上设置有控制单元，所述控制单元与所述光源电性连接，用于监测及控制所述光源发出的功率。
6.如权利要求5所述的光学投影模组，其特征在于：所述衍射光学元件背离所述准直透镜的表面设置有导电膜，所述电路板上设置有导电部，与所述导电线路连接的所述散热层与所述导电部接触，以使所述导电膜与所述电路板电性导通。
7.一种承载结构，所述承载结构用于承载准直透镜，所述承载结构包括平板及自平板周缘垂直向下延伸的侧壁，所述侧壁围合所述平板形成容纳腔，所述侧壁包括内表面；所述侧壁的所述内表面上形成有散热层且所述散热层还延伸暴露于所述容纳腔外，所述散热层为金属导电材质。
8.如权利要求7所述的承载结构，其特征在于：所述平板还包括上表面，所述承载结构还包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部开设有与所述容纳腔相通的接收腔，所述准直透镜位于所述接收腔，所述承载结构还包括导电线路，所述导电线路是所述散热层自所述容纳腔的底端面延伸至所述收容部的外表面及顶端面形成。
9.一种承载结构的形成方法，包括：
将激光可激活的热塑性塑料通过注塑方法制成承载体，所述承载体包括平板及自平板周缘垂直向下延伸的侧壁，所述侧壁围合所述平板形成容纳腔；
利用激光照射所述侧壁的内表面及连接内表面的底端面上的预定位置，以产生用于形成散热层的第一布局路径；
清洁带有所述第一布局路径的所述承载体；
将清洁后的所述承载体置于金属电解液进行化学电镀以在所述第一布局路径形成所述散热层，所述散热层形成于所述侧壁且暴露于所述容纳腔外，以得到所述承载结构。
10.如权利要求9所述的承载结构的形成方法，其特征在于：所述平板还包括上表面，所述承载结构还包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部开设有与所述容纳腔相通的接收腔，在用激光照射所述侧壁形成所述第一布局路径的同时还包括用激光照射所述收容部的外表面形成第二布局路径，所述第二布局路径是自所述第一布局路径的末端延伸至所述收容部的顶端面，且在化学电镀形成所述散热层的同时在第二布局路径处形成导电线路。
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