CN209446958U - 一种功能化模组、感测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学和电子技术领域，提供了一种功能化模组，用于装配具有特定功能的芯片。所述功能化模组包括功能芯片、电路板、散热基板及装配框。所述功能芯片设置在散热基板上。所述电路板贴合在所述散热基板上。所述电路板上开设有与功能芯片对应的通孔以使得电路板贴合在散热基板上时所述功能芯片收容在该通孔内。安装有所述功能芯片和所述电路板的散热基板组装在所述装配框的其中一端部上。本实用新型还提供一种感测装置及设备。

Description

一种功能化模组、感测装置及设备

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种功能化模组、感测装置及设备。

背景技术

现有感测装置的功能化模组因散热要求较高通常采用陶瓷基板，陶瓷基板上下表面需要镀上金属膜层进行电连接，外接的软性电路板还需要另外加钢片进行补强。这会导致功能化模组的结构复杂，成本高，尺寸大，也不符合模组小型化的趋势要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种功能化模组、感测装置及设备，可以简化模组结构，减少成本并减小模组尺寸。

本实用新型实施方式提供一种功能化模组，用于装配具有特定功能的芯片。所述功能化模组包括功能芯片、电路板、散热基板及装配框。所述功能芯片设置在散热基板上。所述电路板贴合在所述散热基板上。所述电路板上开设有与功能芯片对应的通孔以使得电路板贴合在散热基板上时所述功能芯片收容在该通孔内。安装有所述功能芯片和所述电路板的散热基板组装在所述装配框的其中一端部上。

在其他实施方式中，所述散热基板上形成有与电路板上的通孔相对应的凸台。所述凸台由散热基板设有功能芯片的第一表面沿散热基板的厚度方向延伸而成。所述功能芯片设置在该凸台上。

在其他实施方式中，所述电路板选自印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中的一种及其组合。

在其他实施方式中，所述散热基板的材料选自陶瓷或金属。

在其他实施方式中，所述功能化模组为光学投影模组。所述功能芯片为发光芯片。所述光学投影模组还包括光学元件。所述发光芯片发出的光束经过光学元件调制后形成能够在目标物上投射出预设图案的图案光束。

在其他实施方式中，所述发光芯片包括多个不规则分布的发光体以发出光强度不规则分布的光束，所述光学元件复制出多个所述不规则分布发光体对应的光斑图案并在预设的扩展角度范围内展开而形成投射在被测目标物上不规则分布的光斑图案。

或者，所述发光芯片包括多个按照预设的相同间隔均匀分布的发光体以发出光强度均匀分布的光束，所述光学元件将沿预设方向排列的发光体的光场相互融合以投射出规则排布的条纹图案。

或者，所述发光芯片为一个单孔宽面型垂直腔面发射激光器以发出光强度均匀分布的光束，所述光学元件将均匀光场进行重新排布形成能够投射不规则分布光斑图案的图案光束。

或者，所述发光芯片包括用于发出光强度均匀分布的泛光光束的第一发光区域和用于发出能够投射出预设图案的图案光束的第二发光区域，所述不同区域内的发光体被独立地控制发光，所述光学元件与第一区域对应的部分将发光芯片发出的光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束，所述光学元件与第二区域对应的部分将发光芯片发出的光束重新排布形成能够投射出预设图案的图案光束。

在其他实施方式中，所述光学元件包括光束偏转件。所述光束偏转件将发光芯片所发出的光束的投射方向由第一方向改变为与第一方向不同的第二方向。

在其他实施方式中，所述功能化模组为一感测模组，用于感测在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像获取被测标的物的相关三维信息，所述功能芯片为半导体图像传感器芯片，所述感测模组还包括光学元件，所述光学元件包括滤光片和对焦透镜，所述光学元件将被测目标物上所述特定图像的反射光束会聚到所述光学感测芯片上成像。

本实用新型实施方式提供一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括如上述实施方式所述的光学投影模组及如上述实施方式所述的感测模组。所述光学投影模组在目标物上投射出预设的光图案。所述感测模组感测在被测目标物上投射的特定光图像并通过分析所述特定光图像获取被测标的物的相关三维信息。

本实用新型实施方式提供一种设备，包括上述实施方式所述的感测装置。所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。

本实用新型实施方式所提供的功能化模组、感测装置及设备可以简化模组结构，减少成本并减小模组尺寸。

本实用新型实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型实施方式的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图2是图1中所述发光芯片另一种实施方式的结构示意图。

图3是图1中所述发光芯片另一种实施方式的结构示意图。

图4是图1中所述发光芯片另一种实施方式的结构示意图。

图5是图1中所述发光芯片另一种实施方式的结构示意图。

图6是本实用新型第二实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图7是本实用新型第三实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图8是本实用新型第四实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图9是本实用新型第五实施方式提供的感测装置的结构示意图。

图10是本实用新型第六实施方式提供的设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或示例用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本实用新型，其本身不指示所讨论的各种实施方式和/或设定之间的特定关系。此外，本实用新型在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本实用新型技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本实用新型的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本实用新型的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本实用新型的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本实用新型之重点。

如图1所示，本实用新型第一实施方式提供了一种功能化模组1，用于装配具有特定功能的芯片以组成可执行对应特定功能的模组。所述功能化模组1 包括功能芯片10、电路板12、散热基板14及装配框16。所述功能芯片10和电路板12设置在散热基板14上。所述功能芯片10与电路板12连接以通过电路板与外界传输信号。所述功能芯片10、电路板12及散热基板14组装在所述装配框16内以形成可执行对应功能的模组。所述装配框16对功能芯片10和电路板12等起到保护和支撑的作用。

在本实施方式中，所述功能化模组1为一光学投影模组1，用于在目标物上投射出预设的光图案以感测目标物的三维信息。所述功能芯片10为发光芯片 10。所述光学投影模组1还包括光学元件18。

所述发光芯片10发出具有特定波长的原始光束。所述原始光束经过光学元件18的调制后形成能够在目标物上投射出预设图案的图案光束。所述图案光束用于感测被测目标物的三维信息，所述原始光束的可以为红外或近红外光束，波长范围为750纳米(Nanometer,nm)至1650nm。

所述发光芯片10包括多个发光体100。所述发光体100可以为半导体激光器。优选地，所述发光体100为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，在所述半导体基底上通过光刻和蚀刻等工艺制成。所述发光体100根据投射原理可以呈现不同的排布规律。

如图2所示，在本实施方式中，所述发光体100不规则分布，以发出光强度不规则分布的原始光束。所述不规则分布指的是所述发光体100的分布密度相对均匀，但所述发光体100的不同局部区域之间互不相关，每个局部区域的发光体100排布具有较高的唯一性。

如图3所示，在其他实施方式中，所述发光芯片20的多个发光体200还可以按照预设的相同间隔均匀分布，以发出光强度均匀分布的原始光束。

如图4所示，在其他实施方式中，所述发光芯片30还可以为一个单孔宽面型VCSEL。所述单孔宽面型VCSEL只有一个发光孔，但发光孔径较大，数十倍于第一实施方式中作为发光体100的其中一个VCSEL。所述单孔宽面型 VCSEL的发光效果等同于发光强度均匀的面光源。

如图5所示，在其他实施方式中，所述发光芯片40还包括多个不同发光区域，比如：用于发出光强度均匀分布的泛光光束的第一发光区域42和用于发出能够投射出预设图案的图案光束的第二发光区域44。所述第二发光区域位于发光芯片40的中间位置。所述第一发光区域42围绕所述第二发光区域44对称分布。所述不同区域内的发光体400分别按照不同的分布规律形成在同一个半导体基底46上并可以被独立地控制发光。比如：所述第一发光区域42内的发光体400按照预设的相同间隔均匀分布，第二发光区域44内的发光体400不规则分布或按照预设的相同间隔均匀分布；或者所述第一发光区域42和第二发光区域44内的发光体400均为所述单孔宽面型VCSEL。

可以理解的是，具有不同的发光体100分布规律的发光芯片10需要搭配对应的光学元件18来实现投射预设光图案的功能。

所述散热基板14由高导热率的硬质材料制成，比如：陶瓷或金属等。所述散热基板14为薄型板状体，包括沿厚度方向相互平行设置的第一表面140及第二表面142。所述功能芯片10通过导热胶设置在散热基板14的第一表面140 上。所述散热基板14可以与外部的热传结构相连接，以将功能芯片10工作时所产生的热量对外传导。此外，所述散热基板14还作为电路板12的加强结构，以使得整个模组满足组装所需要的强度要求。

所述电路板12与功能芯片10相连接以给功能芯片10供电并控制功能芯片 10的工作。所述电路板12选自印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中的一种及其组合。所述电路板12对应散热基板14上设置有功能芯片10的位置开设有通孔120。所述电路板12贴合在散热基板14上并使得所述安装在散热基板 14上的功能芯片10收容在所述通孔120内。所述功能芯片10通过打线与电路板12上对应的信号端相连接。

所述安装有功能芯片10和电路板12的散热基板14组装在所述装配框16 的其中一端部上。在本实施方式中，所述装配框16为与所述发光芯片10、电路板12和散热基板14组装的镜筒16。所述发光芯片10被罩在镜筒10内的空间。所述光学元件18设置在镜筒16内所述发光芯片10出光侧的投射光路中以对发光芯片10所发出的原始光束进行调制。

所述光学元件18包括光束调整件180及图案生成件182。所述光束调整件 180用于调整从发光芯片10所发出的原始光束使其满足预设的孔径大小和准直度的要求。所述光束调整件180包括但不限于准直透镜及扩束镜。所述图案生成件182通过对应设置的光学微结构183对光束的光场进行重新排布来形成能够投射出预设图案的图案光束。所述光学微结构183包括但不限于衍射光学纹路、微透镜阵列、光栅及其组合。

可以理解的是，所述光学元件18的设置根据所述发光芯片10上的发光体 100的分布进行搭配，以实现投射出预设光图案的功能。例如：若所述发光体 100不规则分布，则所述图案生成件182通过对应设计的光学微结构183复制出多个所述不规则分布发光体100对应的光斑图案并在预设的扩展角度范围内展开而形成投射在被测目标物上不规则分布的光斑图案。若所述发光体200按照预设的相同间隔均匀分布，则所述图案生成件182通过对应设计的光学微结构183将沿预设方向排列的发光体的光场相互融合以形成投射出规则排布条纹图案的图案光束。若所述发光芯片30发出的是强度均匀分布的光场，则所述图案生成件182通过对应设计的光学微结构183将均匀光场进行重新排布形成能够投射不规则分布光斑图案的图案光束。若所述发光芯片40包括用于发出光强度均匀分布的泛光光束的第一发光区域42和用于发出能够投射出预设图案的图案光束的第二发光区域44，则所述光学元件18与第一区域42对应的部分将发光芯片40发出的光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束，所述光学元件18 与第二区域44对应的部分将发光芯片40发出的光束重新排布形成能够投射出预设图案的图案光束。

如图6所示，本实用新型第二实施方式提供了一种功能化模组2，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述散热基板24上形成有与电路板22上的通孔220相对应的凸台240。所述凸台240由散热基板24 设有功能芯片20的第一表面240沿散热基板24的厚度方向延伸而成。所述电路板22与散热基板24进行贴合时可以通过相互配合的凸台240与通孔220可以快速准确地定位。所述发光芯片20通过导热胶设置在散热基板24的所述凸台240上。所述凸台240所在位置的厚度较散热基板24的其他部位更厚，因此散热速度更快，设置在凸台240上的发光芯片20的热量可以更快地发散。

如图7所示，本实用新型第三实施方式提供了一种功能化模组3，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述光学元件38包括光束偏转件384。所述光束偏转件384将发光芯片30所发出的光束的投射方向由第一方向改变为与第一方向不同的第二方向。

在本实施方式中，所述第一方向与第二方向大致垂直。例如：所述第一方向为水平方向，所述第二方向Y为竖直方向。或者，所述第一方向X也可为竖直方向，所述第二方向Y为水平方向。本实用新型对第一方向X和第二方向Y 并不做具体的限制。

可以理解的是，所述光束调整件380、光束偏转件384和图案生成件382 沿光路的排列顺序不做具体限制，可以根据发光芯片30的发光特性及各个光学元件38的光学特性进行调整。

如图8所示，本实用新型第四实施方式提供了一种功能化模组4，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述功能化模组4为一感测模组4，用于感测在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像获取被测标的物的相关三维信息。所述功能芯片40为光学感测芯片40。所述光学元件48包括滤光片480和对焦透镜482。所述光学元件48将被测目标物上所述特定图像的反射光束会聚到所述光学感测芯片40上成像。

在本实施方式中，所述光学感测芯片40为半导体图像传感器芯片，比如：互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS) 或者电荷耦合器(Charge Coupled Device，CCD)。

如图9所示，本实用新型第五实施方式提供了一种感测装置50，其用于感测被测目标物的三维信息。所述空间信息包括但不限于被测目标物表面的三维信息、被测目标物在空间中的位置信息、被测目标物的尺寸信息等其他与被测目标物相关的三维立体信息。所感测到的被测目标物的空间信息可被用于识别被测目标物或构建被测目标物的三维立体模型。

所述感测装置50包括如上述第一至三实施例所提供的光学投影模组1及如上述第四实施放肆所提供的感测模组4。所述光学投影模组1用于投射特定光束至被测目标物上进行感测识别。所述感测模组4用于感测所述光学投影模组 1在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像来感测被测标的物的相关空间信息。

在本实施方式中，所述感测装置50为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。

如图10所示，本实用新型第六实施方式提供一种设备60，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏、门、交通工具、机器人、自动数控机床等。所述设备60包括至少一个上述第五实施方式所提供的感测装置50。所述设备 60用于根据该感测装置50的感测结果来对应执行相应的功能。所述相应功能包括但不限于识别使用者身份后解锁、支付、启动预设的应用程序、避障、识别使用者脸部表情后利用深度学习技术判断使用者的情绪和健康情况中的任意一种或多种。

在本实施方式中，所述感测装置50为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。所述设备60为装有所述3D脸部识别装置的手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏等电子终端、门、交通工具、安检、出入境等涉及进出权限的设备。

与现有技术相比，本实用新型所提供的功能化模组、感测装置及设备，采用简单轻薄化的结构满足芯片的散热要求，具有低成本、轻薄化的有益效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功能化模组，其特征在于：用于装配具有特定功能的芯片，所述功能化模组包括功能芯片、电路板、散热基板及装配框，所述功能芯片设置在散热基板上，所述电路板贴合在所述散热基板上，所述电路板上开设有与功能芯片对应的通孔以使得电路板贴合在散热基板上时所述功能芯片收容在该通孔内，安装有所述功能芯片和所述电路板的散热基板组装在所述装配框的其中一端部上。

2.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述散热基板上形成有与电路板上的通孔相对应的凸台，所述凸台由散热基板设有功能芯片的第一表面沿散热基板的厚度方向延伸而成，所述功能芯片设置在该凸台上。

3.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述电路板选自印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中的一种及其组合。

4.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述散热基板的材料选自陶瓷或金属。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的功能化模组，其特征在于，所述功能化模组为光学投影模组，所述功能芯片为发光芯片，所述光学投影模组还包括光学元件，所述发光芯片发出的光束经过光学元件调制后形成能够在目标物上投射出预设图案的图案光束。

6.如权利要求5所述的功能化模组，其特征在于，所述发光芯片包括多个不规则分布的发光体以发出光强度不规则分布的光束，所述光学元件复制出多个所述不规则分布发光体对应的光斑图案并在预设的扩展角度范围内展开而形成投射在被测目标物上不规则分布的光斑图案；或

所述发光芯片包括多个按照预设的相同间隔均匀分布的发光体以发出光强度均匀分布的光束，所述光学元件将沿预设方向排列的发光体的光场相互融合以投射出规则排布的条纹图案；或

所述发光芯片为一个单孔宽面型垂直腔面发射激光器以发出光强度均匀分布的光束，所述光学元件将均匀光场进行重新排布形成能够投射不规则分布光斑图案的图案光束；或

所述发光芯片包括用于发出光强度均匀分布的泛光光束的第一发光区域和用于发出能够投射出预设图案的图案光束的第二发光区域，所述不同区域内的发光体被独立地控制发光，所述光学元件与第一区域对应的部分将发光芯片发出的光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束，所述光学元件与第二区域对应的部分将发光芯片发出的光束重新排布形成能够投射出预设图案的图案光束。

7.如权利要求5所述的功能化模组，其特征在于：所述光学元件包括光束偏转件，所述光束偏转件将发光芯片所发出的光束的投射方向由第一方向改变为与第一方向不同的第二方向。

8.如权利要求1-4中任意一项所述的功能化模组，其特征在于，所述功能化模组为一感测模组，用于感测在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像获取被测标的物的相关三维信息，所述功能芯片为半导体图像传感器芯片，所述感测模组还包括光学元件，所述光学元件包括滤光片和对焦透镜，所述光学元件将被测目标物上所述特定图像的反射光束会聚到所述光学感测芯片上成像。

9.一种感测装置，其特征在于：用于感测被测目标物的三维信息，其包括如权利要求5所述的光学投影模组及如权利要求8所述的感测模组，所述光学投影模组在目标物上投射出预设的光图案，所述感测模组感测在被测目标物上投射的特定光图像并通过分析所述特定光图像获取被测标的物的相关三维信息。

10.一种设备，其特征在于：包括权利要求9所述的感测装置，所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。