CN217543551U

CN217543551U - 一种vcsel模组

Info

Publication number: CN217543551U
Application number: CN202221607855.7U
Authority: CN
Inventors: 霍轶杰; 施展; 郭栓银; 李含轩; 陈晓迟
Original assignee: Vertilite Co Ltd
Current assignee: Vertilite Co Ltd
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2032-06-17

Abstract

本实用新型实施例公开了一种VCSEL模组。VCSEL模组包括:VCSEL光源，VCSEL光源包括至少一个发光区，发光区用于出射第一图案激光光束以及位于第一图案激光光束的传播路径上的透镜单元，透镜单元用于接收第一图案激光光束并调节第一图案激光光束形成第二图案激光光束，第二图案激光光束形成图案化光斑；其中，图案化光斑的形状为发光区轮廓的形状呈预设比例调整后的形状。通过调节VCSEL光源的发光区形状使其出射第一图案激光光束，并经过透镜单元调节形成第二图案激光光束，使得第二图案激光光束形成的图案化光斑的形状与发光区轮廓的形状相同或相近，避免复杂的结构设计，形成图案化光斑，简化制作难度，降低制作成本。

Description

一种VCSEL模组

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种VCSEL模组。

背景技术

目前，基于VCSEL芯片的图案投影装置，对于形成特定形状的光斑，通常采用VCSEL芯片匹配特定形状衍射光学元件(diffractive optical element,DOE)形成，VCSEL芯片包括VCSEL阵列，VCSEL阵列出射的光线进行准直处理，并经过DOE产生激光束的图像，进而投影至目标表面形成图案化光斑。对于VCSEL阵列内包括多个发射端，每个发射端出射单独的激光光束，多个发射端出射的激光光束之间是不相干的，且在空间上是分布排列的，因此，针对VCSEL阵列对应设计衍射光学元件存在极大的困难；对于VCSEL阵列进行单孔设计解决激光光束的相干性问题，此时需要较大的功率驱动VCSEL芯片的发光孔出射激光光束，但存在孔内电流密度和光强不均匀等问题，严重影响VCSEL芯片的散热效果。开发基于VCSEL芯片的结构简单且能实现较为复杂图案光斑的图案投影装置当前的研究热点。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种VCSEL模组，以实现获取图案化的出射光斑，简化模组结构，降低制作难度。

本实用新型实施例提供一种VCSEL模组，包括:

VCSEL光源，所述VCSEL光源包括至少一个发光区，所述发光区用于出射第一图案激光光束；

透镜单元，位于所述第一图案激光光束的传播路径上，用于接收所述第一图案激光光束并调节所述第一图案激光光束形成第二图案激光光束，所述第二图案激光光束形成图案化光斑；

其中，所述图案化光斑的形状为所述发光区轮廓的形状呈预设比例调整后的形状。

可选的，所述VCSEL光源包括多个所述发光区；

任意两个所述发光区独立设置。

可选的，存在两个所述发光区的发光亮度不同。

可选的，所述发光区包括阳极电极和阴极电极，所述阳极电极和所述阴极电极均位于VCSEL光源上。

可选的，所述VCSEL模组还包括阳极信号输入端子，所述阳极信号输出端子与所述VCSEL光源独立设置；

所述阳极电极通过键合线与所述阳极信号输出端子电连接。

可选的，所述VCSEL光源包括多个所述发光区，多个所述发光区中的阴极电极一体设置。

可选的，所述VCSEL模组还包括位于所述VCSEL光源与所述透镜单元之间的焦平面，所述焦平面与所述VCSEL光源之间的间距为离焦量Δz，其中，|Δz|＜0.1mm。

可选的，所述透镜单元包括旋转对称的非球面透镜，所述图案化光斑包括至少一个光斑分部；

所述发光区的长宽比为K1，与所述发光区对应的所述光斑分部的长宽比为K2，其中，K1＝K2。

可选的，所述透镜单元包括旋转非对称的自由曲面透镜，所述图案化光斑包括至少一个光斑分部；

所述发光区的长宽比为K1，与所述发光区对应的所述光斑分部的长宽比为K2，其中，K1＜K2。

可选的，所述透镜单元包括投影透镜、旋转对称透镜或非对称自由曲面透镜中的至少一种。

本实用新型提供的VCSEL模组，包括:VCSEL光源，VCSEL光源包括至少一个发光区，发光区用于出射第一图案激光光束以及位于第一图案激光光束的传播路径上的透镜单元，透镜单元用于接收第一图案激光光束并调节第一图案激光光束形成第二图案激光光束，第二图案激光光束形成图案化光斑；其中，图案化光斑的形状为发光区轮廓的形状呈预设比例调整后的形状。通过调节VCSEL光源的发光区形状使其出射第一图案激光光束，并经过透镜单元调节形成第二图案激光光束，使得第二图案激光光束形成的图案化光斑的形状与发光区轮廓的形状相同或相近，避免复杂的结构设计，形成图案化光斑，简化制作难度，降低制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本实用新型的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本实用新型的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本实用新型的权利要求范围之内。

图1为本实用新型实施例提供的一种VCSEL模组的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL模组的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL模组的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种VCSEL光源的俯视结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的俯视结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的俯视结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本实用新型实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本实用新型的技术方案，显然，所描述的实施例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所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种VCSEL模组的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL模组的结构示意图，如图1和图2所示，VCSEL模组100包括:VCSEL光源101，VCSEL光源101包括至少一个发光区102，发光区102用于出射第一图案激光光束1021；透镜单元103，位于第一图案激光光束1021的传播路径上，用于接收第一图案激光光束1021并调节第一图案激光光束1021形成第二图案激光光束1031，第二图案激光光束1031形成图案化光斑104；其中，图案化光斑104的形状为发光区102轮廓的形状呈预设比例调整后的形状。

其中，VCSEL光源101包括至少一个发光区102，发光区102用于出射第一图案激光光束1021，发光区102的轮廓形状可以由VCSEL光源101制备过程中进行预设图案化的发光孔设计得到，可以保证最终由发光区102出射的激光光束呈现预设图案出射，如图1所示，VCSEL光源101包括三个发光区102且三个发光区102独立设置，发光区102的轮廓形状为F形；如图2所示，VCSEL光源101包括一个发光区102，发光区102的轮廓形状为十字形。发光区102的轮廓形状可以为矩形、三角形、圆形、椭圆形、一字形、十字形等规则图形或不规则图形等，发光区102的轮廓形状可以根据实际设计需求进行选择，本实用新型实施例不做具体限定。透镜单元103可以包括单片透镜或是多片透镜的组合，透镜单元103可以包括投影透镜、透镜旋转对称透镜或非对称自由曲面透镜中的至少一种，合理选择透镜的类型，可以保证对VCSEL光源101的发光区102出射的第一图案激光光束1021的调节效果，进而保证经透镜单元103出射的第二图案激光光束1031能够形成效果更好的图案化光斑104，进而保证图案化光斑104的后续使用效果，提高用户使用体验。透镜单元103中透镜类型的选择，可以根据实际的设计需求进行选择，本实用新型实施例不做具体限定。图中示例性的以透镜单元103为投影透镜进行展示，透镜单元103位于第一图案激光光束1021的传播路径上，透镜单元103可以具备对激光光束进行准直、汇聚、平移、旋转等功能，透镜单元103用于接收第一图案激光光束1021并调节第一图案激光光束1021形成第二图案激光光束1031，透镜单元103可以调节第一图案激光光束1021的出射方向或第一图案激光光束1021的发散程度，以形成第二图案激光光束出射，使得第二图案激光光束1031形成图案化光斑104。最终经第二图案激光光束1031形成的图案化光斑104的形状与发光区102轮廓的形状相似，图案化光斑的形状为发光区轮廓的形状呈预设比例调整后的形状，预设比例可以为1:1、1:1.5、1:2、1:5等，具体的预设比例可以根据实际设计需求进行选择，本实用新型实施例不做具体限定，即将图案化光斑104的形状为发光区102轮廓的形状放大，使得图案化光斑104的形状的尺寸与发光区102轮廓的形状的尺寸不同，保证通过对发光区102进行图案化设置，进而通过透镜单元103，即可实现最终形成与发光区102轮廓形状相匹配的图案化光斑，降低VCSEL模组的设计难度，实现获取特定形状的图案化光斑，实现图案化光斑在测距，引导，指示等领域应用。

本实用新型实施例通过VCSEL光源101设置有图案化的发光区，发光区出射的第一图案激光光束经透镜单元调节形成第二图案激光光束出射，第二图案激光光束形成与发光区102轮廓形状相匹配的图案化光斑，有效简化VCSEL模组的结构，降低工艺难度，实现特定形状图案化光斑的获取。

图3为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL模组的结构示意图，如图1和图3所示，可选的，VCSEL光源101包括多个发光区102；任意两个发光区102独立设置。

其中，VCSEL光源101包括多个发光区102，发光区102可以各自独立设置，如图1中VCSEL光源101的形状，或是至少两个发光区102独立设置，剩余部分发光区102连续设置，如图3中VCSEL光源101的形状，具体发光区102的设置方式可以根据实际设计需求进行选择，本实用新型不做具体限定。对于独立的发光区102可以由单独的阴极和阳极控制，进而实现发光区102的分区点亮，保证图案化光斑104的成像效果，进而保证图案化光斑104的使用效果。

继续参考图1，可选的，存在两个发光区102的发光亮度不同。

其中，VCSEL光源101包括多个发光区102，发光区102可以独立设置，可以对各个独立设置的发光区102由相同的电流信号、电压信号或是电流注入密度控制，使得各个发光区102的发光亮度相同；对于独立设置的发光区102还可以分别由不同的电流信号、电压信号或是不同的电流注入密度控制，使得发光区102出射不同发光亮度的第一图案激光光束1021，进而使得由多个独立的发光区102组成的VCSEL光源101对应形成的图案化光斑104的发光亮度不均匀。保证利用图案化光斑104进行成像，测距、指示等需求，保证使用效果，提升用户的使用体验。

图4为本实用新型实施例提供的一种VCSEL光源的俯视结构示意图，图5为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的俯视结构示意图，图6为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的俯视结构示意图，如图4、图5和图6所示，可选的，发光区102包括阳极电极105和阴极电极106，阳极电极105和阴极电极106均位于VCSEL光源101上。

其中，VCSEL光源101制作过程中，在衬底上沉积阴极金属层以用作阴极电极106，多个发光区102的阴极电极106可以为同一层金属也可以为不同层金属，具体设置可以根据实际设计需求进行选择。如图4所示，不同发光区的阴极电极106不同层设置；如图5和图6所示，不同发光区的阴极电极106同层设置。位于阴极电极106远离衬底一侧包括绝缘层，例如氮化硅，可以沉积在P型反射器区域的顶面，在绝缘层上蚀刻多个过孔。如图5所示，沉积阳极金属层，同一阳极金属层可以同时连续覆盖多个过孔，实现多个发光区102的串联，经阳极金属层通入电流或电压，即可实现多个发光区102的同时点亮。如图6所示，阳极金属层可以仅覆盖过孔，相邻过孔之间不通过阳极金属层接触，使得各个发光区102独立，形成独立的阳极电极105，阳极电极105分别与接入不同的电流信号或电压信号，即可实现各个发光区102的分区点亮，且各个发光区102的亮度可以调节。VCSEL光源101的发光区102的具体设置方式可以根据实际设计需求进行选择，本实用新型实施例不做具体限定。

继续参考图4、图5和图6，可选的，VCSEL模组100还包括阳极信号输入端子107，阳极信号输出端子与VCSEL光源101独立设置；阳极电极105通过键合线1071与阳极信号输出端子107电连接。

其中，在VCSEL模组100中设置阳极信号输入端子107，阳极信号输入端子107可以为金属PAD，用于接入外部输入的电流信号或电压信号。阳极信号输入端子107独立于VCSEL光源101的外部，为保证经阳极信号输入端子107输入的信号可以由VCSEL光源101的发光区102接收，可以通过键合线1071分别与阳极信号输入端子107和发光区102的阳极电极105电连接，键合线1071可以为金属材料或导电材料，保证电连接效果。如图5所示，同一阳极信号输入端子107可以分别与发光区102的阳极电极105电连接，实现同一阳极信号输入端子107同时控制多个发光区102点亮。如图4和图6，对不同的发光区102的阳极电极105对应设置不同的阳极信号输出端子，每个发光区102均由其对应的阳极信号输出端子进行控制点亮，进而实现各个发光区102的分区点亮以及各个发光区102的发光亮度控制。

继续参考图5和图6，可选的，VCSEL光源101包括多个发光区102，多个发光区102中的阴极电极106一体设置。

其中，VCSEL光源101包括多个发光区102，每个发光区102中的阴极电极106可以一体设置，共用同一层金属层，简化制备工艺，提高制作效率，同时保证VCSEL光源101中各个发光区102的正常使用。

图7为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL光源的结构示意图，如图7所示，可选的，VCSEL模组100还包括位于VCSEL光源101与透镜单元103之间的焦平面108，焦平面108与VCSEL光源101之间的间距为离焦量Δz，其中，|Δz|＜0.1mm。

其中，示例性的以图7为例，对于VCSEL光源101包括三个发光区102，三个发光区102独立设置，为保证最终形成的图案化光斑104的形状连续性，可以适当调节VCSEL光源101与焦平面108之间的间距，使得VCSEL光源101的出光面存在一定程度的离焦，保证最终形成的图案化光斑104的形状连续。由于离焦量Δz增大，形成的图案化光斑104的面积增大，同时会造成图案化光斑104会越来越模糊，为保证图案化光斑104的成像效果，需要控制焦平面108与VCSEL光源101之间的离焦量满足|Δz|＜0.1mm。

可选的，图8为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL模组的结构示意图，透镜单元103包括旋转对称的非球面透镜，图案化光斑104包括至少一个光斑分部；发光区102的长宽比为K1，与发光区102对应的光斑分部的长宽比为K2，其中，K1＝K2。

其中，如图8所示，当透镜单元103为旋转对称的非球面透镜，图案化光斑104包括至少一个光斑分部；发光区102的长宽比K1等于发光区102对应的光斑分部的长宽比K2，使得图案化光斑104的形状与发光区102轮廓的形状相似，示例性的以图1为例，对于VCSEL光源101包括三个发光区102，三个发光区102独立设置，对应形成的图案化光斑104的形状与发光区102的轮廓形状相同，均为F型，且图案化光斑104的三个光斑分部1041相互独立，同时透镜单元103为旋转对称的非球面透镜，经发光区102出射的第一图案激光光束1021经透镜单元103调节后以第二图案激光光束1031出射，并形成图案化光斑104，发光区102的长宽比K1为1:66，与发光区102对应的光斑分部1041的长宽比K2也为1:66，即示例性的当需要图案化光斑104为1°×60°的线光斑且长宽比为1：66时，可以设计发光区102的宽度为10μm，长度需要做到660μm即可实现。

可选的，图9为本实用新型实施例提供的另一种VCSEL模组的结构示意图，透镜单元103包括旋转非对称的自由曲面透镜，图案化光斑104包括至少一个光斑分部；发光区102的长宽比为K1，与发光区102对应的光斑分部的长宽比为K2，其中，K1＜K2。

其中，透镜单元103可以为旋转非对称的自由曲面透镜，图案化光斑104包括至少一个光斑分部；发光区102的长宽比K1小于与发光区102对应的光斑分部的长宽比K2，使得图案化光斑104的形状的尺寸大于发光区102轮廓的形状的尺寸，即透镜单元103接收第一图案激光光束1021并对第一图案激光光束1021进行拉伸、压缩后形成第二图案激光光束1031。如图9所示，经透镜单元103在长轴方向上对第一图案激光光束1021进行拉伸，以使得第二图案激光光束1031的长宽比更大。即当透镜单元103为旋转非对称的自由曲面透镜时，对发光区102出射的第一图案激光光束1021进行拉伸、压缩或准直等的调节以形成第二图案激光光束1031，进而形成图案化光斑104，因此，发光区102的长宽比K1小于与发光区102对应的光斑分部1041的长宽比K2，可以在一定程度上降低发光区102的长宽比的要求，同时降低VCSEL模组的制备难度，当需要图案化光斑104为1°×80°的线光斑且长宽比为1：88时，可以设计发光区102的宽度为10μm，长度需要做到200μm即可实现。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种VCSEL模组，其特征在于，包括:

2.根据权利要求1所述的VCSEL模组，其特征在于，所述VCSEL光源包括多个所述发光区；

任意两个所述发光区独立设置。

3.根据权利要求2所述的VCSEL模组，其特征在于，存在两个所述发光区的发光亮度不同。

4.根据权利要求1所述的VCSEL模组，其特征在于，所述发光区包括阳极电极和阴极电极，所述阳极电极和所述阴极电极均位于所述VCSEL光源上。

5.根据权利要求4所述的VCSEL模组，其特征在于，所述VCSEL模组还包括阳极信号输入端子，所述阳极信号输出端子与所述VCSEL光源独立设置；

所述阳极电极通过键合线与所述阳极信号输出端子电连接。

6.根据权利要求4所述的VCSEL模组，其特征在于，所述VCSEL光源包括多个所述发光区，多个所述发光区中的阴极电极一体设置。

7.根据权利要求1所述的VCSEL模组，其特征在于，所述VCSEL模组还包括位于所述VCSEL光源与所述透镜单元之间的焦平面，所述焦平面与所述VCSEL光源之间的间距为离焦量Δz，其中，|Δz|＜0.1mm。

8.根据权利要求1所述的VCSEL模组，其特征在于，所述透镜单元包括旋转对称的非球面透镜，所述图案化光斑包括至少一个光斑分部；

9.根据权利要求1所述的VCSEL模组，其特征在于，所述透镜单元包括旋转非对称的自由曲面透镜，所述图案化光斑包括至少一个光斑分部；

10.根据权利要求1所述的VCSEL模组，其特征在于，所述透镜单元包括投影透镜、旋转对称透镜或非对称自由曲面透镜中的至少一种。