CN218788573U - 一种微型准直结构vcsel器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型准直结构VCSEL器件，属于VCSEL的技术领域，其主要技术方案是，包括：载体；VCSEL芯片；所述VCSEL芯片安装在所述载体上；准直结构；所述准直结构包括扩束层和表面凸层，所述表面凸层安装在所述扩束层上，所述扩束层安装在所述载体上，所述VCSEL芯片发出的光线依次经过所述扩束层和所述表面凸层后射出。本申请利用扩束层和表面凸层达到扩束准直的目的，结构更加简单、成本更低，且本申请利用出光圆径能够将出光无序变为有序，减少无序光线的干扰，同时提高了出光率，出光更加均匀。

Description

一种微型准直结构VCSEL器件

技术领域

本实用新型涉及VCSEL技术领域，具体地，主要涉及一种微型准直结构VCSEL器件。

背景技术

随着3D Sensing技术的发展应用，VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器)再次掀起了热潮。因其发光角度小、光耦合效率高、光传输稳定、抗干扰性强广发应用于人脸识别、安防监控、3D消费电子成像、光传输、LOT等领域。

由于VCSEL发光角度小，中心位置光强高，若不经过处理，可能出现手电筒效应或者暗角现象，导致红外过曝。

目前，VCSEL的光线矫正主要是采用DOE光衍片对光线扩束准直，如授权公告号为CN216214797U的中国实用新型专利文件公开了一种量子高反射率VCSEL激光器件，其主要技术方案是，包括壳体，壳体内部底端设有固定装置，通过固定装置连接有激光模块,激光模块上方从下往上依次设有位于壳体内部腔体的准直镜头和DOE扩散片。

但是，采用DOE扩散片进行出光，会导致部分光线在壳体内产生滞留，影响出光率；且该方式成本较高，不利于企业的成本管理。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种微型准直结构VCSEL器件，以解决现有技术中VCSEL器件因激光扩束准直导致出光率低、成本高的问题。

本实用新型公开的一种微型准直结构VCSEL器件，包括：载体；VCSEL芯片；所述VCSEL芯片安装在所述载体上；准直结构；所述准直结构包括扩束层和表面凸层，所述表面凸层安装在所述扩束层上，所述扩束层安装在所述载体上，所述VCSEL芯片发出的光线依次经过所述扩束层和所述表面凸层后射出。

优选地，所述准直结构还包括出光圆径，所述出光圆径安装在所述扩束层上；所述VCSEL芯片发出的光线照射在所述出光圆径内以及所述出光圆径外的所述扩束层上，且所述VCSEL芯片照射到的所述出光圆径外的所述扩束层上设置有反射层。

优选地，所述载体上设置有反光杯，所述反光杯具有侧壁和底面，所述底面为安装面，所述VCSEL芯片安装在所述安装面上，所述安装面上设置有反射银层。

优选地，所述反光杯的侧壁上设置有反射锯齿。

优选地，所述反光杯在所述载体上设置有开口，所述反光杯在所述载体上的开口的边缘设置有支撑肩，所述扩束层安装在所述支撑肩上。

优选地，所述扩束层与所述支撑肩之间设置有固定胶。

优选地，所述表面凸层设置有多个，所述VCSEL芯片的数量与所述表面凸层的数量相同，所述出光圆径的数量与所述表面凸层的数量相同，所述表面凸层与所述VCSEL芯片之间一一对应，所述表面凸层与所述出光圆径之间一一对应。

优选地，所述表面凸层沿纵向和横向排列形成矩形阵列。

优选地，所述出光圆径与所述表面凸层同轴线设置。

优选地，所述反光杯为圆台形空腔结构。

本申请的有益效果在于：

第一方面，当VCSEL芯片通电发光时，VCSEL芯片发出的光可以依次穿过扩束层和表面凸层后射出，实现降低中心光强从而扩束的目的，扩束层可以根据实际需要选用不同折射率的材料，或者通过改变其厚度以调节光线出光角度；扩束层与具有利用介质的折射率的差异改变出光角度的性质的表面凸层相互配合，对光线的出射角度再次进行垂直校正，可以满足做出不同封装结构的实际需求，达到扩束准直的目的，结构更加简单、成本更低；

第二方面，VCSEL芯片照射到出光圆径外的光线被反射层反射后，到达反射锯齿或者安装面上能够再次被反射，直到能够进入出光圆径的内圈为止，因此，出光圆径、反射层、反射锯齿以及反射银层保证了光线能够从出光圆径所限定的范围内射出，有利于减少、阻止不同VCSEL芯片发光单元发生光线重合，且限制了出光的途径，使光线只能从出光圆径处射出，将出光无序变为有序，减少无序光线的干扰，同时提高了出光率，出光更加均匀。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的剖视图；

图2为准直结构对光线进行扩束准直的示意图；

图3为反光杯内光线的反射情况示意图；

图4为准直结构的立体图一；

图5为准直结构的立体图二。

附图标记说明：1、载体；11、出光面；12、反光杯；121、支撑肩；122、反射锯齿；13、安装面；131、反射银层；2、准直结构；21、扩束层；211、固定胶；22、反射层；23、表面凸层；24、出光圆径；3、VCSEL芯片。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参照图1，为本实用新型公开的一种微型准直结构VCSEL器件，包括载体1、准直结构2和VCSEL芯片3，其中，载体1具有一个平面作为出光面11，载体1在出光面11上开设有凹陷状的反光杯12，反光杯12为圆台状的腔体，反光杯12在出光面11上的开口的面积大于反光杯12底面的面积，反光杯12的底面为安装面13，用于安装VCSEL芯片3，反光杯12在出光面11上的开口的边缘设置有支撑肩121，支撑肩121为台阶状结构，用于安装准直结构2。

参照图1-5，准直结构2包括扩束层21、反射层22、表面凸层23和出光圆径24，其中，扩束层21为板状结构，扩束层21的形状与反光杯12在出光面11上的开口的形状相同，在本实施例中该形状为矩形，扩束层21的边缘安装在支撑肩121上，且扩束层21与支撑肩121之间设置有固定胶211，使得扩束层21整体将反光杯12在出光面11上的开口封闭；反射层22设置在扩束层21朝向安装面13的表面上，反射层22采用高反射率的材料制作，用于反射光线。

参照图1、图4和图5，表面凸层23设置在扩束层21背离安装面13的表面上，表面凸层23为圆形的凸起，表面凸层23设置有多个，多个表面凸层23在扩束层21上沿着横向和纵向两个方向均匀排布形成矩形阵列，相应地，安装面13上设置有与表面凸层23数量相同的上述VCSEL芯片3，沿着垂直于出光面11的法线方向上，每个表面凸层23均有单独的一个VCSEL芯片3与其对应，且每个VCSEL芯片3也均有单独的一个表面凸层23与其对应，VCSEL芯片3通过键合线与载体1内部的电路形成电性导通，当VCSEL芯片3通电发光时，VCSEL芯片3发出的光可以依次穿过扩束层21和表面凸层23后射出，实现降低中心光强从而扩束的目的，扩束层21可以根据实际需要选用不同折射率的材料，或者通过改变其厚度以调节光线出光角度；扩束层21与具有利用介质的折射率的差异改变出光角度的性质的表面凸层23相互配合，对光线的出射角度再次进行垂直校正，可以满足做出不同封装结构的实际需求，达到扩束准直的目的，结构更加简单、成本更低。

参照图1、图4和图5，出光圆径24设置在扩束层21朝向安装面13的表面上，出光圆径24为圆筒状结构，出光圆径24的外径与表面凸层23的直径相同，沿着垂直于出光面11的法线方向上，每个表面凸层23均有单独的一个出光圆径24与其对应，且每个出光圆径24也均有单独的一个表面凸层23与其对应，出光圆径24与表面凸层23同轴心设置；反射层22在扩束层21上设置的位置遵循如下的规则：在每个出光圆径24所包围的范围内均不设置上述的反射层22，而在出光圆径24所包围的范围之外设置上述的反射层22，从而自VCSEL芯片3发出的激光分为两个部分，其中一部分直接经过每个出光圆径24所包围的范围内出光，而另一部分首先照在出光圆径24所包围范围之外的反射层22上，被反射层22反射到反光杯12的侧壁或安装面13上。

参照图1和图3，反光杯12的侧壁上设置有均匀排列的反射锯齿122，反射锯齿122的表面涂覆有高反光材料，从而照射到反射锯齿122上的光能够被反射锯齿122反射，另外，安装面13上设置有反射银层131，照射到安装面13上的光也能够被反射银层131所反射，因此，VCSEL芯片3照射到出光圆径24外的光线被反射层22反射后，到达反射锯齿122或者安装面13上能够再次被反射，直到能够进入出光圆径24的内圈为止，因此，出光圆径24、反射层22、反射锯齿122以及反射银层131保证了光线能够从出光圆径24所限定的范围内射出，有利于减少、阻止不同VCSEL芯片3发光单元发生光线重合，且限制了出光的途径，使光线只能从出光圆径24处射出，将出光无序变为有序，减少无序光线的干扰，同时提高了出光率。

本实用新型的实施原理和有益效果是：

第一方面，当VCSEL芯片3通电发光时，VCSEL芯片3发出的光可以依次穿过扩束层21和表面凸层23后射出，实现降低中心光强从而扩束的目的，扩束层21可以根据实际需要选用不同折射率的材料，或者通过改变其厚度以调节光线出光角度；扩束层21与具有利用介质的折射率的差异改变出光角度的性质的表面凸层23相互配合，对光线的出射角度再次进行垂直校正，可以满足做出不同封装结构的实际需求，达到扩束准直的目的，结构更加简单、成本更低；

第二方面，VCSEL芯片3照射到出光圆径24外的光线被反射层22反射后，到达反射锯齿122或者安装面13上能够再次被反射，直到能够进入出光圆径24的内圈为止，因此，出光圆径24、反射层22、反射锯齿122以及反射银层131保证了光线能够从出光圆径24所限定的范围内射出，有利于减少、阻止不同VCSEL芯片3发光单元发生光线重合，且限制了出光的途径，使光线只能从出光圆径24处射出，将出光无序变为有序，减少无序光线的干扰，同时提高了出光率，出光更加均匀。

上仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，包括：

载体(1)；

VCSEL芯片(3)；所述VCSEL芯片(3)安装在所述载体(1)上；

准直结构(2)；所述准直结构(2)包括扩束层(21)和表面凸层(23)，所述表面凸层(23)安装在所述扩束层(21)上，所述扩束层(21)安装在所述载体(1)上，所述VCSEL芯片(3)发出的光线依次经过所述扩束层(21)和所述表面凸层(23)后射出。

2.根据权利要求1所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述准直结构(2)还包括出光圆径(24)，所述出光圆径(24)安装在所述扩束层(21)上；

所述VCSEL芯片(3)发出的光线照射在所述出光圆径(24)内以及所述出光圆径(24)外的所述扩束层(21)上，且所述VCSEL芯片(3)照射到的所述出光圆径(24)外的所述扩束层(21)上设置有反射层(22)。

3.根据权利要求2所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述载体(1)上设置有反光杯(12)，所述反光杯(12)具有侧壁和底面，所述底面为安装面(13)，所述VCSEL芯片(3)安装在所述安装面(13)上，所述安装面(13)上设置有反射银层(131)。

4.根据权利要求3所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述反光杯(12)的侧壁上设置有反射锯齿(122)。

5.根据权利要求3或4所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述反光杯(12)在所述载体(1)上设置有开口，所述反光杯(12)在所述载体(1)上的开口的边缘设置有支撑肩(121)，所述扩束层(21)安装在所述支撑肩(121)上。

6.根据权利要求5所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述扩束层(21)与所述支撑肩(121)之间设置有固定胶(211)。

7.根据权利要求2-4任一所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述表面凸层(23)设置有多个，所述VCSEL芯片(3)的数量与所述表面凸层(23)的数量相同，所述出光圆径(24)的数量与所述表面凸层(23)的数量相同，所述表面凸层(23)与所述VCSEL芯片(3)之间一一对应，所述表面凸层(23)与所述出光圆径(24)之间一一对应。

8.根据权利要求7所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述表面凸层(23)沿纵向和横向排列形成矩形阵列。

9.根据权利要求7所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述出光圆径(24)与所述表面凸层(23)同轴线设置。

10.根据权利要求3或4所述的微型准直结构VCSEL器件，其特征在于，所述反光杯(12)为圆台形空腔结构。

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