TWI703396B - 承載結構及其形成方法及光學投影模組 - Google Patents

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Abstract

一種光學投影模組，包括：電路板；電連接地設置於所述電路板上、且用於發射光束的光源以及設置於所述電路板上的光學器件，所述光學器件包括承載結構，所述承載結構包括平板及自所述平板周緣垂直向下延伸的側壁，所述側壁圍合所述平板形成容納腔，所述容納腔罩設所述光源，所述側壁包括內表面；所述側壁的所述內表面上形成有散熱層且所述散熱層還延伸暴露於所述容納腔外，所述散熱層為金屬導電材質。

Description

承載結構及其形成方法及光學投影模組
本發明涉及一種用於深度相機中的承載結構及其形成方法及包括所述承載結構的光學投影模組。
深度相機可以獲取目標的深度資訊借此實現3D掃描、場景建模、手勢交互，與目前被廣泛使用的RGB相機相比，深度相機正逐步受到各行各業的重視。例如利用深度相機與電視、電腦等結合可以實現體感遊戲以達到遊戲健身二合一的效果。另外，穀歌的tango項目致力於將深度相機帶入移動設備，如平板、手機，以此帶來完全顛覆的使用體驗，比如可以實現非常真實的AR遊戲體驗，可以使用其進行室內地圖創建、導航等功能。
深度相機中的核心部件是光學投影模組，隨著應用的不斷擴展，光學投影模組將向越來越小的體積以及越來越高的性能上不斷進化。一般地，光學投影模組組由電路板、光源以及光學器件等部件組成，目前晶圓級大小的垂直腔面發射雷射器(VCSEL)陣列光源使得光學投影模組的體積可以減小到被嵌入到手機等微型電子設備中。一般地，將VSCEL製作在半導體襯底上，並將半導體襯底與柔性電路板(FPC)進行連接。但是，VCSEL在通電工作時溫度較高，熱量上傳至光學器件時難以快速散出，VCSEL產生的熱量很容易致使 光學器件變形，最終導致光學投影模組所發出結構光變形失效。因此擁有較高的散熱性也是光學投影模組的必要性能。
因此，有必要提供一種能克服以上技術問題的承載結構及其形成方法及包括所述承載結構的光學投影模組。
本發明目的在於提供一種能解決上述問題的承載結構及其形成方法及包括所述承載結構的光學投影模組。
一種光學投影模組，包括：電路板；電連接地設置於所述電路板上、且用於發射光束的光源以及設置於所述電路板上的光學器件，所述光學器件包括承載結構，所述承載結構包括平板及自所述平板周緣垂直向下延伸的側壁，所述側壁圍合所述平板形成容納腔，所述容納腔罩設所述光源，所述側壁包括內表面；所述側壁的所述內表面上形成有散熱層且所述散熱層還延伸暴露於所述容納腔外，所述散熱層為金屬導電材質。
在一個優選實施方式中，所述側壁上形成多個所述散熱層，多個所述散熱層之間相互間隔，所述側壁還包括與所述內表面垂直連接的底端面以及垂直連接所述底端面的外表面，且每個所述散熱層還從所述底端面延伸形成於與所述底端面連接的外表面，所述散熱層在所述內表面的寬度、底端面的寬度及外表面的寬度一致。
在一個優選實施方式中，所述平板包括上表面，所述承載結構還包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部開設有與所述容納腔相通的接收腔，所述準直透鏡及所述繞射光學元件位於所述接收腔；所述承載結構還包括導電線路，所述導電線路是多個所述散熱層中的至少一個所述散熱層自所述容納腔的外表面延伸至所述收容部的外表面及頂端面形成。
在一個優選實施方式中，所述收容部的外表面及頂端面的散熱層的寬度遠小於所述散熱層在所述外表面的寬度。
在一個優選實施方式中，所述電路板上設置有控制單元，所述控制單元與所述光源電性連接，用於監測及控制所述光源發出的功率。
在一個優選實施方式中，所述光學器件還包括用於接收及準直所述光束的準直透鏡及用於將所述光束經擴束後形成固定的光束圖案並向外發射的繞射光學元件，所述繞射光學元件背離所述準直透鏡的表面設置有導電膜，所述電路板上設置有導電部，與所述導電線路連接的所述散熱層與所述導電部接觸，以使所述導電膜與所述電路板電性導通。
一種承載結構，所述承載結構用於承載準直透鏡，所述承載結構包括平板及自平板周緣垂直向下延伸的側壁，所述側壁圍合所述平板形成容納腔，所述側壁包括內表面；所述側壁的所述內表面上形成有散熱層且所述散熱層還延伸暴露於所述容納腔外，所述散熱層為金屬導電材質。
在一個優選實施方式中，所述平板還包括上表面，所述承載結構還包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部開設有與所述容納腔相通的接收腔，所述準直透鏡位於所述接收腔，所述承載結構還包括導電線路，所述導電線路是所述散熱層自所述容納腔的底端面延伸至所述收容部的外表面及頂端面形成。
一種承載結構的形成方法包括：將雷射可啟動的熱塑性塑膠通過注塑方法製成承載體，所述承載體包括側壁，所述側壁的底部形成有容納腔；利用雷射照射所述側壁的內表面及連接內表面的底端面上的預定位置，以產生用於形成散熱層的第一佈局路徑；清潔帶有所述第一佈局路徑的所述承載體； 將清潔後的所述承載體置於金屬電解液進行化學電鍍以在所述第一佈局路徑形成所述散熱層，所述散熱層形成於所述內表面及底端面且暴露於所述容納腔外，以得到所述承載結構。
在一個優選實施方式中，所述平板還包括上表面，所述承載結構還包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部開設有與所述容納腔相通的接收腔，在用雷射照射所述側壁形成所述第一佈局路徑的同時還包括用雷射照射所述收容部的外表面形成第二佈局路徑，所述第二佈局路徑是自所述第一佈局路徑的末端延伸至所述收容部的頂端面，且在化學電鍍形成所述散熱層的同時在第二佈局路徑處形成導電線路。
與現有技術相比較，本發明提供的承載結構及其形成方法形成的承載結構，包括形成在側壁的內表面、外表面及連接內表面及外表面的散熱層，將此承載結構用於光學投影模組中，光學投影模組包括的光源產生的熱量可以通過所述側壁的內表面、外表面及連接內表面及外表面的散熱層快速散發，避免了光源產生的熱量使光學器件變形，從而提高了光學投影模組的品質。
100:光學投影模組
10:電路板
30:光學器件
33:繞射光學元件
12:主體部
14:延伸部
301:平板
320:側壁
330:收容部
323:內表面
34:導電膜
36:第一導電部
106:第二導電部
350:散熱層
450:導電線
20:光源
31:承載結構
32:準直透鏡
15:電連接器
16:被動元件
17:控制單元
322:容納腔
332:接收腔
324:底端面
336:頂端面
325、335:外表面
101:膠體
103:第一佈局路徑
105:第二佈局路徑
圖1為本發明第一實施例提供的光學投影模組的立體圖。
圖2為圖1所示的光學投影模組的爆炸圖。
圖3為圖1的光學投影模組包括的承載結構的結構圖。
圖4為圖1所示的光學投影模組的剖面圖。
下面將結合附圖，對本發明提供的承載結構及其形成方法及光學投影模組進一步的詳細的說明。
需要說明的是，當元件被稱為“固定於”、“設置於”或“安裝於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者間接在該另一個元件上。當一個元件被稱為是“連接於”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或間接連接至該另一個元件上。另外，連接即可以是用於固定作用也可以是用於電路連通作用。
需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
請參閱圖1至4，為本發明提供的一種光學投影模組100。所述光學投影模組100包括電路板10、電連接地設置於所述電路板10上的光源20、以及設置在所述電路板10上的光學器件30。
所述電路板10為硬板、軟板或者軟硬結合版。所述電路板10包括主體部12以及與所述主體部12連接的延伸部14。主體部12用於設置所述光源20及光學器件30。所述延伸部14用於設置電連接器15，電連接器15用於實現光學投影模組100與電子裝置之間的信號傳輸。
所述光源20周圍還設置有多個被動元件16。被動元件16包括電阻、電容、電感等電子元件。
所述電路板10上還設置有控制單元17，所述控制單元17與所述光源20電性連接，用於監測及控制所述光源發出的功率。
所述光源20設置在所述主體部12的中間位置且用於發射光束。所述光源20為垂直腔面發射雷射器(VCSEL)，其能夠向外投射830nm或者950nm的紅外光束。將VCSEL作為光源擁有體積小、光源發射角小、穩定性好等優點，用來作為光學投影模組的光源時能減小整體的體積。所述光源20包括半導體襯底及以陣列的形式佈置在所述半導體襯底上的VCSEL光源。在同一個半導體襯 底上同時製造多個VCSEL光源能提高光源功率，也可以大幅提高製造效率。VCSEL晶片目前可以達到晶圓級的尺度，即可以在1mm2的晶片上佈置成百上千個VCSEL光源。
對光源的控制可以有不同的模式，晶片上所有的VCSEL光源被同步控制打開與關閉，或者，晶片上的VCSEL被獨立或分組控制以產生不同的光照密度。在一些實施例中，採用第一種模式，即晶片上所有的VCSEL光源被同步控制打開與關閉。在另一些實施例中，可以採用第二種模式，即晶片上的VCSEL光源被獨立或分組控制以產生不同的光照密度。VCSEL光源的形式及排列按照具體的應用需求可以有多種，比如均勻規則地排列或者以一定的不相關圖案進行不規則排列。
請參閱圖2，所述光學器件30包括：承載結構31、設置在所述承載結構31中的準直透鏡32及繞射光學元件33。
所述承載結構31可通過膠粘、鑲嵌等方式固定在所述電路板10上，用於隔離外界自然光以及安置準直透鏡等光學元件。在本實施方式中，所述承載結構31通過設置在所述電路板周緣的膠體101固定在所述主體部12且罩設所述光源20。
請一併參閱圖3，所述承載結構31包括平板301、自平板301周緣垂直向下延伸的側壁320及自平板301的部分上表面垂直延伸形成的收容部330。所述側壁320圍合所述平板301形成容納腔322。所述容納腔322罩設所述光源20。
所述收容部330包括有與所述容納腔322相通的接收腔332，所述準直透鏡32及所述繞射光學元件33設置於所述接收腔332。光源20發出的光束依次入射至準直透鏡32及繞射光學元件33。
在本實施方式中，側壁320形成的所述容納腔322大致呈方形形狀。在其它實施方式中，所述容納腔322也可以為圓形。所述側壁320包括內表面323、連接所述內表面323的底端面324以及連接底端面324的外表面325。
所述側壁320上形成有散熱層350。所述散熱層350的材質為導電材質，優選地，是金屬導電材質，如此，是為了在實現散熱的同時還能實現導電，所述散熱層350是通過雷射直接成型(Laser Direct Structuring,LDS)技術形成。
在本實施方式中，所述側壁320上形成多個間隔的散熱層350。每個所述散熱層350為U型形狀，也即散熱層350從所述內表面323延伸覆蓋至底端面324及所述外表面325。所述散熱層350在內表面323的寬度、底端面324的寬度及外表面325的寬度一致。優選地，請參閱圖4，所述散熱層350在所述內表面323的高度是稍低於所述散熱層350在所述外表面325上的高度的。設置散熱層350的好處是：光源20產生的熱量會先傳輸至內表面的散熱層350、然後通過底端面324及所述外表面325的所述散熱層350及時散發至所述側壁320外，避免光學投影模組100所發出結構光變形失效。使所述內表面323的高度是稍低於所述散熱層350形成在所述外表面325上的高度，是進一步改善散熱效果。
多個所述散熱層350中的至少一個所述散熱層350自所述容納腔322的外表面325延伸至所述收容部330的外表面335及所述收容部330的頂端面336。形成在所述收容部330的外表面335及所述收容部330的頂端面336的散熱層350定義為導電線路450。在本實施方式中，兩個相對較長的側壁320上的散熱層350從容納腔322的外表面325延伸至所述收容部330的外表面335及所述收容部的頂端面336以構成導電線路450。所述導電線路450的寬度是自所述散熱層350收窄後形成，所以其寬度遠小於所述散熱層350在所述側壁320外表面的寬度。
所述準直透鏡32設置在所述接收腔332中，用於接收及準直所述光源20發出的光束。所述準直透鏡32的數量為1個或者多個。所述繞射光學元件33用於將來自所述準直透鏡32的所述光束經擴束後形成固定的光束圖案並向外發射。
所述繞射光學元件33的上表面設置有導電膜34及與所述導電膜34電性連接的第一導電部36，所述導電膜34為氧化銦錫(ITO)形成。導電膜34可以電鍍形成在所述繞射光學元件33的表面。所述電路板10上設置有與導電線路450對應的第二導電部106。第一導電部36可以為焊墊或者金手指，第二導電部106為導電膠。
當承載結構31設置在電路板10的主體部12上時，底端面324的散熱層350接觸所述第二導電部106，所述側壁320外表面325的散熱層350由於一直延伸至收容部330的頂端面336，頂端面336的導電線路450通過第一導電部36與導電膜34電性接觸導通。散熱層350與導電線路450是一體形成的，從而，導電膜34通過第一導電部36、導電線路450、散熱層350、第二導電部106與電路板10電性導通。
可以理解，散熱層350與導電線路450在所述承載結構31的外表面之間並沒有絕對的界限，保證散熱的效果基礎上能實現導電即可。
所述導電膜34用於偵測所述光源20發出的光功率。所述光學投影模組100一般用於人臉識別。當導電膜34偵測到光功率時，會將此光功率傳輸至電路板10，電路板10上設置有反饋回路，所述反饋回路對所述光功率進行判斷，若光功率對人眼有傷害時，電路板10上的控制模組會調節光源20發出的功率至合適範圍以避免傷害人眼。
所述光學投影模組100在使用時，也即在形成深度相機時，需要在電路板10上設置採集模組(圖未示)以及處理器，所述採集模組及光學投影模組100分別具有進光口，所述光學投影模組100用於向目標空間中投射經編碼的結構光圖案，採集模組採集到該結構光圖像後通過所述處理器處理以得到目標空間的深度圖像。
本發明的承載結構31可以通過如下方法形成：
第一步：將雷射可啟動的熱塑性塑膠通過注塑方法製成承載體，所述承載體包括平板301及自所述平板301周緣向下延伸的側壁320，所述側壁 320圍合所述平板301形成容納腔322；以及包括位於平板301上表面的接收腔332；所述接收腔332用於承載鏡頭模組或者光學鏡片；
第二步：利用雷射照射所述側壁320的內表面323及連接內表面323的底端面324、所述側壁320的外表面325、所述收容部330的外表面335及頂端面336上的預定位置，以產生用於形成散熱層的第一佈局路徑103及用於導電的第二佈局路徑105；第二佈局路徑105自第一佈局路徑103的終止端延伸至所述接收腔332的頂端面336。
第三步：清潔由於雷射加工帶有所述第一佈局路徑103及第二佈局路徑105的所述承載體產生的碎屑；
第四步：將清潔後的所述承載體置於金屬電解液進行化學電鍍以在所述第一佈局路徑103形成所述散熱層350；第二佈局路徑105形成導電線路450，以得到所述承載結構31。如此，使導電線路450延伸至所述頂端面336，是為了使所述導電線路450通過一個導電墊，在本發明中，是指第一導電部36就可以與導電膜34電性導通，而無需額外設置導線。
如此，用於散熱的散熱層350及用於導電的導電線路450(散熱層的延伸)可以同時形成，節省了分別製作用於散熱的散熱結構及導電線路的工序，如此，節約了製造成本。
綜上所述，本發明提供的承載結構31，及其形成方法形成的承載結構31及包括所述承載結構31的光學投影模組100，由於承載結構31包括側壁320，側壁320上形成有散熱層350，具體地，散熱層350形成在側壁的內表面323、外表面325、連接內表面323及外表面325的底端面324上，且散熱層350的寬度收窄後形成延伸至接收腔332的頂端面336的導電線路450，散熱層350用於導熱，導電線路450用於導電，並且所述散熱層350為金屬導電材質，也即散熱層350可導電，將此承載結構用於光學投影模組中，光學投影模組包括的光源產生的熱量可以通過所述側壁的內表面、外表面及連接內表面及外表 面的散熱層快速散發，避免了光源產生的熱量使光學器件變形，從而提高光學投影模組的品質的同時，結構也更簡潔。
可以理解的是，以上實施例僅用來說明本發明，並非用作對本發明的限定。對於本領域的普通技術人員來說，根據本發明的技術構思做出的其它各種相應的改變與變形，都落在本發明請求項的保護範圍之內。
100:光學投影模組
10:電路板
30:光學器件
33:繞射光學元件
12:主體部
14:延伸部
301:平板
320:側壁
330:收容部
34:導電膜
36:第一導電部
106:第二導電部
350:散熱層
450:導電線

Claims (7)

  1. 一種光學投影模組，包括：電路板；電連接地設置於所述電路板上、且用於發射光束的光源以及設置於所述電路板上的光學器件，所述光學器件包括承載結構，所述承載結構包括平板及自所述平板周緣垂直向下延伸的側壁，所述側壁圍合所述平板形成容納腔，所述容納腔罩設所述光源，所述側壁包括內表面；所述側壁的所述內表面上形成有多個散熱層且每個所述散熱層還延伸暴露於所述容納腔外，所述散熱層為金屬導電材質；多個所述散熱層之間相互間隔，所述側壁還包括與所述內表面垂直連接的底端面以及垂直連接所述底端面的外表面，且每個所述散熱層還從所述底端面延伸形成於與所述底端面連接的外表面，所述散熱層在所述內表面的寬度、底端面的寬度及外表面的寬度一致。
  2. 如請求項1所述的光學投影模組，其中：所述平板包括上表面，所述承載結構還包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部開設有與所述容納腔相通的接收腔，所述光學器件還包括用於接收及準直所述光束的準直透鏡及用於將所述光束經擴束後形成固定的光束圖案並向外發射的繞射光學元件，所述準直透鏡及所述繞射光學元件位於所述接收腔；所述承載結構還包括導電線路，所述導電線路是多個所述散熱層中的至少一個所述散熱層自所述容納腔的外表面延伸至所述收容部的外表面及頂端面形成。
  3. 如請求項2所述的光學投影模組，其中：所述導電線路的寬度遠小於所述散熱層的寬度。
  4. 如請求項3所述的光學投影模組，其中：所述電路板上設置有控制單元，所述控制單元與所述光源電性連接，用於監測及控制所述光源發出的功率。
  5. 如請求項4所述的光學投影模組，其中：所述繞射光學元件背離所述準直透鏡的表面設置有導電膜，所述電路板上設置有導電部，與所述導 電線路連接的所述散熱層與所述導電部接觸，以使所述導電膜與所述電路板電性導通。
  6. 一種承載結構，所述承載結構用於承載準直透鏡，所述承載結構包括平板及自平板周緣垂直向下延伸的側壁，所述側壁圍合所述平板形成容納腔，所述側壁包括內表面；所述側壁的所述內表面上形成有多個散熱層且每個所述散熱層還延伸暴露於所述容納腔外，所述散熱層為金屬導電材質；多個所述散熱層之間相互間隔，所述側壁還包括與所述內表面垂直連接的底端面以及垂直連接所述底端面的外表面，且每個所述散熱層還從所述底端面延伸形成於與所述底端面連接的外表面，所述散熱層在所述內表面的寬度、底端面的寬度及外表面的寬度一致。
  7. 如請求項6所述的承載結構，其中：所述平板還包括上表面，所述承載結構還包括自部分所述上表面延伸形成的收容部，所述收容部開設有與所述容納腔相通的接收腔，所述準直透鏡位於所述接收腔，所述承載結構還包括導電線路，所述導電線路是所述散熱層自所述容納腔的底端面延伸至所述收容部的外表面及頂端面形成。
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