CN110687688A - 光学投射装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学投射装置，包括：一电路板；一半导体衬底，固定于所述电路板的其中一表面；一光源，固定于所述半导体衬底远离所述电路板的一表面；以及一光学器件，固定于所述半导体衬底远离所述电路板的表面，所述光学器件将所述光源收容于其中；其中，所述半导体衬底以及所述电路板在对应所述光源的位置开设有挖空区域，所述挖空区域贯穿所述半导体衬底以及所述电路板。

Description

光学投射装置
技术领域
本发明涉及一种用于深度相机中的光学投射装置。
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射装置，随着应用的不断扩展，光学投射装置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，光学投射装置组由电路板、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射装置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，最终导致光学投射装置所发出结构光变形失效。
发明内容
因此，有必要提供一种能解决上述问题的光学投射装置。
本发明实施例提供一种光学投射装置，包括：一电路板；一半导体衬底，固定于所述电路板的其中一表面；一光源，固定于所述半导体衬底远离所述电路板的一表面；以及一光学器件，固定于所述半导体衬底远离所述电路板的表面，所述光学器件将所述光源收容于其中；其中，所述半导体衬底以及所述电路板在对应所述光源的位置开设有挖空区域，所述挖空区域贯穿所述半导体衬底以及所述电路板。
与现有技术相比较，本发明提供的光学投射装置在使用时，所述光源在工作过程中产生的热量可先后经所述半导体衬底以及所述电路板上的挖空区域散热出去，使内部温度可以有效降低，避免所述光源产生的热量导致所述光学器件变形，进而保证成像品质，同时，由于散热能力增强，使其性能测试区域稳定，有利于提高生产良率。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的光学投射装置的结构示意图。
图2为图1所示的光学投射装置的爆炸图。
图3为图1的光学投射装置沿III-III方向的剖面示意图。
图4为图1所示的光学投射装置的半导体基板的结构示意图。
图5为图1所示的光学投射装置的电路板的结构示意图。
图6为本发明第二实施例中提供的光学投射装置的剖面示意图。
图7为图6所示的光学投射装置的半导体基板的结构示意图。
图8为图6所示的光学投射装置的电路板的结构示意图。
图9为本发明第二三实施例中提供的光学投射装置的剖面示意图。
图10为图9所示的光学投射装置的半导体基板的结构示意图。
图11为图9所示的光学投射装置的电路板的结构示意图。
符号说明
Figure BDA0001719850360000021
Figure BDA0001719850360000031
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座及其形成方法及光学投射装置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。
第一实施例
请参阅图1至5，为本发明提供的一种光学投射装置100。所述光学投射装置100包括电路板10、固定于所述电路板10的其中一表面上的一半导体衬底20、以及固定于所述半导体衬底20远离所述电路板10的一表面上的一光源30以及一光学器件40。
在本实施方式中，所述电路板10为软板、硬板或软硬结合板。优选地，所述电路板10为软硬结合板，包括一第一硬板部101、一第二硬板部102以及位于所述第一硬板部101与所述第二硬板部102之间的一软板部103，所述第二硬板部102的其中一表面安装有一电学连接部11。所述电学连接部11用于实现所述光学投射装置100与电子装置(图未示)之间的信号传输。所述电学连接部11可以是连接器或者金手指。一补强板12通过一第一胶粘层120固定于所述第一硬板部101的其中一表面。所述补强板12的材质为金属(如：不锈钢)。其中，所述电学连接部11与所述补强板12位于所述电路板10的不同表面上。
所述半导体衬底20通过一锡膏层24固定于所述第一硬板部101的表面。在本实施方式中，所述半导体衬底20的材质为陶瓷。
所述光源30通过一第二胶粘层31固定于所述半导体衬底20的中心位置。所述光源30用于发射光束。所述半导体衬底20在对应所述光源30的位置开设有多个相互平行的第一开槽22，每一第一开槽22贯穿所述半导体衬底20。所述第一硬板部101在与所述第一开槽22对应的位置开设有多个相互平行的第二开槽13，每一第二开槽13贯穿所述第一硬板部101。所述第一开槽22与所述第二开槽13的位置与数量一一对应。如此，所述光源30在工作过程中产生的热量可先后经所述第一开槽22、所述第二开槽13以及所述补强板12散热出去，从而提高所述光学投射装置100的散热效率。其中，所述第二开槽13的位置独立于所述电路板10的线路部分，即，所述第二开槽13并不影响所述电路板10的线路设计。
在本实施方式中，每一第一开槽22以及每一第二开槽13可均大致呈长方形。位于最外侧的两个第一开槽22的外边缘与所述光源30相对的两个边缘大致齐平。进一步地，每一第一开槽22中填充有第一导热硅胶23，所述第二开槽13中填充有第二导热硅胶14，所述第一导热硅胶23以及所述第二导热硅胶14能够进一步提高散热效果。
在本实施方式中，所述光源30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。所述半导体衬底20上还可设置多个电子元件21。所述电子元件21围绕所述光源30设置。所述电子元件21可以是电阻、电容、二极管、三极管、继电器、带电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等被动元件。
所述光学器件40包括一承载座41以及设置在所述承载座41中的一准直透镜42以及一衍射光学元件43(即，DOE)。
所述承载座41通过一第三胶粘层44粘贴于所述半导体衬底20上。所述承载座41中开设有一容置孔410，所述容置孔410用于将所述光源30以及所述电子元件21容置于其中。所述承载座41用于隔离外界自然光以及安置所述准直透镜42以及所述衍射光学元件43。
在本实施方式中，所述承载座41包括一大致呈方形的第一承载部411以及一大致呈圆形的第二承载部412。所述第一承载部411固定于所述半导体衬底20上，所述第二承载部412连接于所述第一承载部411远离所述半导体衬底20的一表面上。所述第一承载部411的宽度大于所述第二承载部412的宽度。所述容置孔410位于所述第一承载部411。所述准直透镜42位于所述第一承载部411以及所述第二承载部412之间，且封闭所述容置孔410远离所述半导体衬底20的一侧。所述准直透镜42用于接收及准直所述光源30发出的光束。其中，所述准直透镜42可与所述承载座41通过注塑工艺一体成型。所述第二承载部412远离所述第一承载部411的一侧向内凹陷而形成一沉槽4120。所述衍射光学元件43容置于所述沉槽4120中。所述衍射光学元件43用于将来自准直透镜42的光束经扩束后形成固定的光束图案并向外发射。
在本实施方式中，所述光学投射装置100还可包括一保护盖50，所述保护盖50盖设于所述承载座41远离所述半导体衬底20的一侧。即，所述保护盖50封闭所述沉槽4120以将所述衍射光学元件43密闭于所述沉槽4120中。
第二实施例
图6至图8为第二实施例提供的一种光学投射装置200。本实施例提供的光学投射装置200与第一实施例提供的光学投射装置100结构基本相同，其不同之处在于：
所述半导体衬底20在对应所述光源30的位置开设有一第一开口25，所述第一开口25贯穿所述半导体衬底20。所述第一硬板部101在与所述第一开口25对应的位置开设有多个相互平行的第二开口15，所述第二开口15贯穿所述第一硬板部101。其中，所述第二开口15的位置独立于所述电路板10的线路部分，即，所述第二开口15并不影响所述电路板10的线路设计。
在本实施方式中，所述第一开口25的形状与所述光源30的形状相同，且所述第一开口25的宽度稍小于所述光源30的宽度以使第一开口25的边缘将所述光源30支撑于所述半导体衬底20上。进一步地，所述第一开口25中填充有第一导热硅胶23，所述第二开口15中填充有第二导热硅胶14。
第三实施例
图9至图11为第三实施例提供的一种光学投射装置300。本实施例提供的光学投射装置300与第一实施例提供的光学投射装置100、200结构基本相同，其不同之处在于：
所述半导体衬底20在对应所述光源30的位置开设有多个第一通孔26，每一第一通孔26贯穿所述半导体衬底20。所述第一硬板部101在与所述第一通孔26对应的位置开设有多个相互平行的第二通孔16，每一第二通孔16贯穿所述第一硬板部101。其中，所述第二通孔16的位置独立于所述电路板10的线路部分，即，所述第二通孔16并不影响所述电路板10的线路设计。
在本实施方式中，每一第一通孔26以及每一第二通孔16可均大致呈圆形。所述第一通孔26与所述第二通孔16的数量可均为五个，其分别对应所述光源30的四个边角处以及中心位置。进一步地，每一第一通孔26中填充有第一导热硅胶23，所述第二通孔16中填充有第二导热硅胶14。
所述光学投射装置100、200、300在使用时，所述光源30在工作过程中产生的热量可先后经所述半导体衬底20以及所述电路板10上的挖空区域(即，第一实施例的开槽、第二实施例的开口以及第三实施例的通孔)散热出去，使内部温度可以有效降低，避免所述光源30产生的热量导致所述光学器件40变形，进而保证成像品质，同时，由于散热能力增强，使其性能测试区域稳定，有利于提高生产良率。
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 (12)

1.一种光学投射装置，包括：
一电路板；
一半导体衬底，固定于所述电路板的其中一表面；
一光源，固定于所述半导体衬底远离所述电路板的一表面；以及
一光学器件，固定于所述半导体衬底远离所述电路板的表面，所述光学器件将所述光源收容于其中；
其中，所述半导体衬底以及所述电路板在对应所述光源的位置开设有挖空区域，所述挖空区域贯穿所述半导体衬底以及所述电路板。
2.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述半导体衬底的挖空区域包括多个相互平行的第一开槽，所述电路板的挖空区域包括多个相互平行的第二开槽，所述第一开槽与所述第二开槽的位置与数量一一对应。
3.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述半导体衬底的挖空区域包括一第一开口，所述电路板的挖空区域包括一第二开口，所述第一开口以及所述第二开口的形状与所述光源的形状相同，所述第一开口的宽度小于所述光源的宽度以使第一开口的边缘将所述光源支撑于所述半导体衬底上。
4.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述半导体衬底的挖空区域包括多个第一通孔，所述电路板的挖空区域包括多个第二通孔，所述第一通孔以及所述第二通孔的位置与数量一一对应，所述第一通孔分别对应所述光源的边角处以及中心位置。
5.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述挖空区域中填充有导热硅胶。
6.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述电路板为软硬结合板，包括一第一硬板部、一第二硬板部以及位于所述第一硬板部与所述第二硬板部之间的一软板部，所述挖空区域位于所述第一硬板部，所述第二硬板部的其中一表面安装有一电学连接部。
7.如权利要求6所述的光学投射装置，其特征在于，一补强板通过一第一胶粘层固定于所述第一硬板部的其中一表面，所述补强板的材质为金属。
8.如权利要求6所述的光学投射装置，其特征在于，所述半导体衬底通过一锡膏层固定于所述第一硬板部，所述半导体衬底的材质为陶瓷。
9.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述光源通过一第二胶粘层固定于所述半导体衬底，所述光源为垂直腔面发射激光器。
10.如权利要求1所述的光学投射装置，其特征在于，所述光学器件包括一承载座以及设置在所述承载座中的一准直透镜以及一衍射光学元件，所述承载座通过一第三胶粘层粘贴于所述半导体衬底上，所述承载座中开设有一容置孔，所述容置孔用于将所述光源容置于其中。
11.如权利要求10所述的光学投射装置，其特征在于，所述承载座包括一第一承载部以及一第二承载部，所述第一承载部固定于所述半导体衬底上，所述第二承载部连接于所述第一承载部远离所述半导体衬底的一表面上，所述第一承载部的宽度大于所述第二承载部的宽度，所述容置孔位于所述第一承载部，所述准直透镜位于所述第一承载部以及所述第二承载部之间，且封闭所述容置孔远离所述半导体衬底的一侧，所述第二承载部远离所述第一承载部的一侧向内凹陷而形成一沉槽，所述衍射光学元件容置于所述沉槽中。
12.如权利要求11所述的光学投射装置，其特征在于，还包括一保护盖，所述保护盖盖设于所述承载座远离所述半导体衬底的一侧并封闭所述沉槽。
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