CN216251624U - 激光投射器和结构光设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光投射器和结构光设备，其能够在降低产品成本的同时，满足产品的散热需求。该激光投射器包括：填孔式线路板，其中该填孔式线路板包括线路板主体、贯穿该线路板主体的多个过孔以及被填充于该过孔的导热元件；激光发射元件，其中该激光发射元件被可通电地设置于该填孔式线路板，用于通过该导热元件将经由该激光发射元件产生的热量传导出去；以及投射镜头，其中该投射镜头被对应地设置于该激光发射元件的发射路径，用于调制经由该激光发射元件发射的激光以进行投射。

Description

激光投射器和结构光设备

技术领域

本实用新型涉及结构光技术领域，特别是涉及一种低成本且高效散热的激光投射器和结构光设备。

背景技术

随着刷脸支付或智能门锁类等商业应用的普及，客户越来越需求低成本、高质量的结构光方案。而激光投射器作为结构光产品的核心器件，其性能的好坏将直接决定着结构光产品的质量。由于激光投射器会随着温度的升高而性能劣化，主要体现在光电转换效率降低，甚至会在温度超过70℃时出现产品损坏的风险，因此行业通用的做法是采用陶瓷基板进行散热。

然而，一方面现有的激光投射器需要陶瓷基板开模，这对产品灵活性不高，同时单价也非常高；另一方面在组装激光投射器时，需要先将VCSEL(英文：Vertical CavitySurface Emitting Laser；中文：垂直腔面发射激光器)通过W/B工艺连接到陶瓷基板上，再将陶瓷基板和软板通过贴附工艺组合在一起(此过程不适合小型化的模组设计)，最后进行其他部件的装配，这使得现有的激光投射器的成本非常高，造成其成本在结构光产品中的占比居高不下，这也是现有的结构光产品价格昂贵的主要原因之一，不利于结构光产品的推广和普及。

实用新型内容

本实用新型的一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其能够在降低产品成本的同时，满足产品的散热需求。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述激光投射器能够利用填孔式线路板来替代现有的陶瓷基板+软板的组合线路板，以便在保持较好的散热性能的同时，减少组装工艺，降低成本。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述激光投射器中所述填孔式线路板能够采用通用的线路板设计，只需要增加过孔并填充导热元件就能够实现较好的散热效果，这有助于大幅地降低产品成本。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述激光投射器中所述填孔式线路板的设计与普通FR4设计无区别，相比于陶瓷基板其单价得以大幅地降低。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述激光投射器中所述填孔式线路板能够通过增加大量的过孔，并在过孔内填镀铜，以大大增加线路板的导热性能，满足产品的散热要求。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述激光投射器中所述填孔式线路板能够采用实铜将过孔填满，并且所述过孔的孔径能够达到200um，以便实现高效的散热。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述激光投射器中所述填孔式线路板能够在VCSEL的正下方和与VCSEL相连的电源正极和地极处设置过孔，从而大幅地增加散热面积和体积，提高散热效率。

本实用新型的另一优势在于提供一种激光投射器和结构光设备，其中为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的激光投射器和结构光设备，同时还增加了所述激光投射器和结构光设备的实用性和可靠性。

为了实现本实用新型的上述至少一优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种激光投射器，包括：

填孔式线路板，其中所述填孔式线路板包括线路板主体、贯穿所述线路板主体的多个过孔以及被填充于所述过孔的导热元件；

激光发射元件，其中所述激光发射元件被可通电地设置于所述填孔式线路板，用于通过所述导热元件将经由所述激光发射元件产生的热量传导出去；以及

投射镜头，其中所述投射镜头被对应地设置于所述激光发射元件的发射路径，用于调制经由所述激光发射元件发射的激光以进行投射。

根据本申请的一个实施例，所述填孔式线路板具有贴装区域、连接区域以及位于所述贴装区域和所述连接区域之间的延伸区域，其中所述激光发射元件被对应地贴装于所述填孔式线路板的所述贴装区域，并且所述填孔式线路板的所述贴装区域布设有所述过孔，以使所述激光发射元件至少接触部分所述导热元件。

根据本申请的一个实施例，所述填孔式线路板的所述线路板主体包括第一覆铜层、第二覆铜层以及被叠置于所述第一覆铜层和所述第二覆铜层之间的主体层，其中所述过孔贯穿所述线路板主体的所述主体层，并且被填充于所述过孔的所述导热元件接触所述第一覆铜层和所述第二覆铜层。

根据本申请的一个实施例，所述线路板主体的所述第一覆铜层和所述第二覆铜层自所述贴装区域延伸至所述连接区域，并且所述填孔式线路板的所述连接区域和所述延伸区域布设有所述过孔。

根据本申请的一个实施例，所述线路板主体的所述第一覆铜层包括被间隔地布置的正极覆铜部和负极覆铜部，并且所述激光发射元件的正负极分别对应地电连接于所述正极覆铜部和所述负极覆铜部。

根据本申请的一个实施例，所述线路板主体进一步包括被叠置于所述第一覆铜层外侧的第一阻焊层和被叠置于所述第二覆铜层外侧的第二阻焊层。

根据本申请的一个实施例，所述导热元件为铜材，并且所述铜材填满所述过孔。

根据本申请的一个实施例，所述激光发射元件为VCSEL，并且所述VCSEL被焊接于所述填孔式线路板的所述贴装区域。

根据本申请的一个实施例，所述投射镜头包括镜座和被组装于所述镜座的准直镜和衍射光学元件，其中所述镜座被对应地安装于所述填孔式线路板，并且所述准直镜位于所述激光发射元件和所述衍射光学元件之间的光路中。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种结构光设备，包括：

上述任一项所述的激光投射器；

激光接收器；以及

设备主体，其中所述激光投射器和所述激光接收器被对应地设置于所述设备主体。

附图说明

图1为根据本实用新型的一个实施例的激光投射器的立体示意图；

图2示出了根据本实用新型的上述实施例的所述激光投射器的爆炸示意图；

图3示出了根据本实用新型的上述实施例的所述激光投射器的局部剖视示意图；

图4示出了根据本实用新型的上述实施例的所述激光投射器中填孔式线路板的局部放大示意图；

图5示出了根据本实用新型的上述实施例的所述填孔式线路板中过孔的分布示意图；

图6示出了根据本实用新型的上述实施例的所述填孔式线路板的线路排布示意图；

图7为根据本实用新型的一个实施例的结构光设备的框图示意图。

主要元件符号说明：1、激光投射器；10、填孔式线路板；101、贴装区域；102、连接区域；103、延伸区域；11、线路板主体；111、第一覆铜层；1111、正极覆铜部；1112、负极覆铜部；112、第二覆铜层；113、主体层；114、第一阻焊层；115、第二阻焊层；12、过孔；13、导热元件；131、铜材；14、连接器；20、激光发射元件；21、VCSEL；30、投射镜头；31、镜座；32、准直镜；33、衍射光学元件；40、温度传感器；41、NTC热敏电阻；2、激光接收器；3、设备主体。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了在保证较高散热性能的同时，降低激光投射器的成本，本申请提供了一种低成本、高效散热的激光投射器和结构光设备，其能够利用诸如铜等高导热性材料，在线路板主体上密布过孔以尽量提升过孔在线路板上的面积占比，不仅无需单价昂贵的陶瓷基板就能够获得很好的散热效果，而且只需要使用通用的线路板设计就能够获得所需的填孔式线路板，简化生产工序，降低成本。

具体地，参考附图1至图6所示，本实用新型的一实施例提供了一种激光投射器1，其可以包括填孔式线路板10、激光发射元件20以及投射镜头30。所述填孔式线路板10可以包括线路板主体11、贯穿所述线路板主体11的多个过孔12以及被填充于所述过孔12的导热元件13。所述激光发射元件20被可通电地设置于所述填孔式线路板10，用于通过所述导热元件13将经由所述激光发射元件20产生的热量传导出去。所述投射镜头30被对应地设置于所述激光发射元件20的发射路径，用于调制经由所述激光发射元件20发射的激光以进行投射。

值得注意的是，由于本申请的所述导热元件13被填充在贯穿所述线路板主体11的所述过孔12内，因此所述导热元件13能够将所述激光发射元件20产生的热量从所述线路板主体11的上侧传导至所述线路板主体11的下侧，进而散发出去，以在没有陶瓷基板的情况下实现高效散热，有助于降低成本。可以理解的是，现有的线路板虽然也可能存在过孔设计，但其仅在过孔的孔壁上电镀17um左右厚度的铜，只是为了实现电气导通的效果，而无法达到有效的散热。

更具体地，如图1至图3所示，所述填孔式线路板10可以具有贴装区域101、连接区域102以及位于所述贴装区域101和所述连接区域102之间的延伸区域103，其中所述激光发射元件20被对应地贴装于所述填孔式线路板10的所述贴装区域101，并且所述填孔式线路板10的所述贴装区域101布设有所述过孔12，以使所述激光发射元件20至少接触部分所述导热元件13，以强化所述填孔式线路板10的散热性能。可以理解的是，所述填孔式线路板10可以进一步包括被可通电地安装于所述连接区域102的连接器14，以便通过所述连接器14将所述填孔式线路板10与外部电源可通电地连接。

优选地，所述激光发射元件20被焊接于所述填孔式线路板10的所述贴装区域101，以便实现牢靠地贴装。

更优选地，如图4所示，所述填孔式线路板10的所述导热元件13被实施为铜材131，并且所述铜材131填满所述过孔12，以保证所述填孔式线路板10的高效散热。值得注意的是，在本申请的其他示例中，所述导热元件13还可以被实施为诸如银或导热硅胶等其他导热材料，本申请对此不再赘述。此外，当所述导热元件13被实施为所述铜材131时，由于所述铜材131不仅是好的导热材料，而且还是很好的导电材料，因此所述铜材131除了能够传导热量之外，还能够起到电气导通的效果。

可以理解的是，在本申请的上述实施例中，所述填孔式线路板10可以设计很多个所述过孔12，并且所述过孔12可以通过特殊工艺使用实铜将其填满，以保证高效散热。例如，可以先将铜镀于所述过孔12的孔壁，再填充铜材至所述过孔12内以充满所述过孔12，有助于大幅地增加线路板的导热性能，增加散热。

更优选地，所述填孔式线路板10的所述过孔12的孔径达到200um，以便实现更高效的散热。可以理解的是，所述填孔式线路板10的所述过孔12的孔径可以尽量做到最大化，并且所述过孔12被尽可能紧密地排列，以便增大所述过孔12在线路板上的面积占比，有助于实现更高效的散热。

根据本申请的上述实施例中，如图4至图6所示，所述填孔式线路板10的所述线路板主体11可以包括第一覆铜层111、第二覆铜层112以及被叠置于所述第一覆铜层111和所述第二覆铜层112之间的主体层113，其中所述过孔12贯穿所述线路板主体11的所述主体层113，并且被填充于所述过孔12的所述导热元件13接触所述第一覆铜层111和所述第二覆铜层112，以大幅地增大所述填孔式线路板10的散热面积，有助于增强散热效率。

优选地，所述线路板主体11的所述第一覆铜层111和所述第二覆铜层112从所述填孔式线路板10的所述贴装区域101延伸至所述连接区域102，并且所述填孔式线路板10的所述连接区域102和所述延伸区域103布设有所述过孔12，以增加所述过孔12的数量，有助于进一步增大所述填孔式线路板10的散热效率。

可选地，如图6所示，所述线路板主体11的所述第一覆铜层111包括被间隔地布置的正极覆铜部1111和负极覆铜部1112，并且所述激光发射元件20的正极和负极分别对应地电连接于所述第一覆铜层111的所述正极覆铜部1111和所述负极覆铜部1112，以借助所述第一覆铜层111来实现所述激光发射元件20与所述连接器14之间的电性连接。换言之，所述线路板主体11的所述第一覆铜层111在增大散热面积的同时，还能够实现所需的电气导通效果。

可选地，如图4所示，所述线路板主体11可以进一步包括被叠置于所述第一覆铜层111外侧的第一阻焊层114和被叠置于所述第二覆铜层112外侧的第二阻焊层115。也就是说，所述线路板主体11自上至下可以包括依次叠置的所述第一阻焊层114、所述第一覆铜层111、所述主体层113、所述第二覆铜层112以及所述第二阻焊层115。可以理解的是，所述第一阻焊层114和所述第二阻焊层115可以但不限于被实施为绿油墨或黑油墨。

值得注意的是，相比于陶瓷基板+FPC软板的线路板，本申请的所述填孔式线路板10具有一体式结构，即所述填孔式线路板10被实施为一体式过孔填铜线路板，其体积较小，特别适用于小型化的摄像模组。此外，在进行投射器组装时，本申请的所述激光投射器1也只需要先将所述激光发射元件20直接焊接于所述填孔式线路板10上，再进行其他部件(如所述投射镜头30)的装配即可，有助于减少组装工艺流程，降低生产成本，且有助于获得更高的良率。

根据本申请的上述实施例，如图2和图5所示，所述激光投射器1的所述激光发射元件20可以但不限于被实施为VCSEL21，其作为发光元件，也是发热元件，并且所述VCSEL21在工作时的发热量十分巨大，温度会很高，故其更需要本申请的所述填孔式线路板10进行散热降温，有助于降低投射器成本，便于推广和普及。可以理解的是，在本申请的其他实施例中，所述激光发射元件20还可以被实施为其他类型的激光发射器，本申请对此不再赘述。

此外，如图2和图3所示，本申请的所述激光投射器1的所述投射镜头30可以但不限于包括镜座31、被组装于所述镜座31的准直镜32和衍射光学元件33，其中所述镜座31被对应地安装于所述填孔式线路板10，并且所述准直镜32位于所述激光发射元件20和所述衍射光学元件33之间的光路中。这样，经由所述激光发射元件20发射的激光将先通过所述准直镜32的准直，再通过所述衍射光学元件33的衍射以形成结构光而投射出去。

进一步地，如图5所示，本申请的所述激光投射器1还可以包括温度传感器40，其中所述温度传感器40被对应地设置于所述填孔式线路板10，并且所述温度传感器40位于所述激光发射元件20的附近，用于测量所述激光发射元件20的周围温度，以便确实是否需要启动额外的散热设备，如散热风扇等。

值得注意的是，如图5所示，所述温度传感器40可以但不限于被实施为NTC热敏电阻41。当然，在本申请的其他示例中，所述温度传感器40还可以被实施为诸如热电偶等其他类型的温度传感器，本申请对此不再赘述。

优选地，所述NTC热敏电阻41被对应地焊接于所述线路板主体11的所述第一覆铜层111，并且所述NTC热敏电阻41的正负极分别对应地电连接于所述正极覆铜部1111和所述负极覆铜部1112，使得所述NTC热敏电阻41与所述填孔式线路板10进行电连接。

根据本申请的另一方面，本申请的一个实施例进一步提供了一种结构光设备。具体地，如图7所示，所述结构光设备可以包括上述激光投射器1、激光接收器2以及设备主体3，其中所述激光投射器1和所述激光接收器2被对应地设置于所述设备主体3，使得经由所述激光投射器1投射的结构光在被目标物体反射后被所述激光接收器2接收以成像，进而获得该目标物体的深度信息。

值得注意的是，所述结构光设备的所述设备主体3可以但不限于被实施为智能门锁，以借助所述激光投射器1和所述激光接收器2来实现人脸识别解锁功能。当然，在本申请的其他示例中，所述设备主体3还可以被实施为诸如智能手机、机器人、深度相机或支付设备等其他类型的设备，只要能够应用到本申请的所述激光投射器1即可，本申请对此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.激光投射器，其特征在于，包括：

填孔式线路板，其中所述填孔式线路板包括线路板主体、贯穿所述线路板主体的多个过孔以及被填充于所述过孔的导热元件；

激光发射元件，其中所述激光发射元件被可通电地设置于所述填孔式线路板，用于通过所述导热元件将经由所述激光发射元件产生的热量传导出去；以及

投射镜头，其中所述投射镜头被对应地设置于所述激光发射元件的发射路径，用于调制经由所述激光发射元件发射的激光以进行投射。

2.如权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述填孔式线路板具有贴装区域、连接区域以及位于所述贴装区域和所述连接区域之间的延伸区域，其中所述激光发射元件被对应地贴装于所述填孔式线路板的所述贴装区域，并且所述填孔式线路板的所述贴装区域布设有所述过孔，以使所述激光发射元件至少接触部分所述导热元件。

3.如权利要求2所述的激光投射器，其特征在于，所述填孔式线路板的所述线路板主体包括第一覆铜层、第二覆铜层以及被叠置于所述第一覆铜层和所述第二覆铜层之间的主体层，其中所述过孔贯穿所述线路板主体的所述主体层，并且被填充于所述过孔的所述导热元件接触所述第一覆铜层和所述第二覆铜层。

4.如权利要求3所述的激光投射器，其特征在于，所述线路板主体的所述第一覆铜层和所述第二覆铜层自所述贴装区域延伸至所述连接区域，并且所述填孔式线路板的所述连接区域和所述延伸区域布设有所述过孔。

5.如权利要求4所述的激光投射器，其特征在于，所述线路板主体的所述第一覆铜层包括被间隔地布置的正极覆铜部和负极覆铜部，并且所述激光发射元件的正负极分别对应地电连接于所述正极覆铜部和所述负极覆铜部。

6.如权利要求5所述的激光投射器，其特征在于，所述线路板主体进一步包括被叠置于所述第一覆铜层外侧的第一阻焊层和被叠置于所述第二覆铜层外侧的第二阻焊层。

7.如权利要求1至6中任一项所述的激光投射器，其特征在于，所述导热元件为铜材，并且所述铜材填满所述过孔。

8.如权利要求2至6中任一项所述的激光投射器，其特征在于，所述激光发射元件为VCSEL，并且所述VCSEL被焊接于所述填孔式线路板的所述贴装区域。

9.如权利要求1至6中任一项所述的激光投射器，其特征在于，所述投射镜头包括镜座和被组装于所述镜座的准直镜和衍射光学元件，其中所述镜座被对应地安装于所述填孔式线路板，并且所述准直镜位于所述激光发射元件和所述衍射光学元件之间的光路中。

10.结构光设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的激光投射器；

激光接收器；以及

设备主体，其中所述激光投射器和所述激光接收器被对应地设置于所述设备主体。

Images