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TWI700543B - 光學投射裝置 - Google Patents

光學投射裝置 Download PDF

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TWI700543B
TWI700543B TW107132856A TW107132856A TWI700543B TW I700543 B TWI700543 B TW I700543B TW 107132856 A TW107132856 A TW 107132856A TW 107132856 A TW107132856 A TW 107132856A TW I700543 B TWI700543 B TW I700543B
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李帥鵬
李靜偉
陳信文
丁盛傑
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鴻海精密工業股份有限公司
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Abstract

本發明實施例提供一種光學投射裝置，包括一半導體襯底、一光源及一光學器件。所述半導體襯底，用於支撐所述光源以及所述光學器件；所述光學器件包括一承載座，所述承載座設有一容置孔以將所述光源收容於其中，所述承載座上開設有至少一逃氣孔，每一逃氣孔中收容有一熱傳導件。

Description

光學投射裝置
本發明涉及電子及光學器件領域，尤其涉及一種光學投射裝置。
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，谷歌的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射裝置，隨著應用的不斷擴展，光學投射裝置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，光學投射裝置組由電路板、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射裝置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，最終導致光學投射裝置所發出結構光變形失效。
有鑑於此，本發明提供一種具有良好散熱效果且能夠增強其穩定性的光學投射裝置。
一種光學投射裝置，包括：一半導體襯底；一光源，固定於所述半導體襯底的表面；以及一光學器件，固定於所述半導體襯底具有所述光源的表面，所述光學器件包括一承載座，所述承載座設有一容置孔以將所述光源收 容於其中，所述承載座上開設有至少一逃氣孔，每一逃氣孔中收容有一熱傳導件。
本發明提供的光學投射裝置在使用時，所述光源在工作過程中產生的熱量可將所述熱傳導件散發出去，使內部溫度可以有效降低，避免所述光源30產生的熱量導致所述光學器件變形，進而保證成像品質，同時，由於散熱能力增強，使其性能測試區域穩定，有利於提高生產良率。
10:電路板
11:電學連接部
12:補強板
20:半導體襯底
21:電子元件
30:光源
40:光學器件
41:承載座
42:准直透鏡
43:第一衍射光學元件
44:膠粘層
45:逃氣孔
46:熱傳導件
47:膠粘劑
50:第二衍射光學元件
100:光學投射裝置
101:第一硬板部
102:第二硬板部
103:軟板部
410:容置孔
411:第一承載部
412:第二承載部
451:第一類逃氣孔
452:第二類逃氣孔
461:第一類熱傳導件
462:第二類熱傳導件
4110:側壁
4120:沉槽
4511:第一逃氣孔部
4512:第二逃氣孔部
4521:第三逃氣孔部
4522:第四逃氣孔部
4611:第一熱傳導部
4612:第二熱傳導部
4621:第三熱傳導部
4622:第四熱傳導部
4623:散熱鰭片
圖1是本發明一較佳實施方式的光學投射裝置的結構示意圖。
圖2是圖1所示的光學投射裝置的爆炸圖。
圖3是圖1所示的光學投射裝置的另一角度的爆炸圖。
圖4為圖1所示的光學投射裝置沿IV-IV方向的剖面示意圖。
圖5為圖1所示的光學投射裝置沿V-V方向的剖面示意圖。
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係，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1-5，本發明一較佳實施方式提供一種光學投射裝置100，所述光學投射裝置100包括一電路板10、固定於所述電路板10的其中一表面上的一半導體襯底20、以及固定於所述半導體襯底20遠離所述電路板10的一表面上的一光源30以及一光學器件40。
在本實施方式中，所述電路板10為軟板、硬板或軟硬結合板。優選的，所述電路板10為軟硬結合板，包括一第一硬板部101、一第二硬板部102以及位於所述第一硬板部101與所述第二硬板部102之間的一軟板部103。所述第二硬板部102的其中一表面安裝有一電學連接部11。所述電學連接部11用於實現所述光學投射裝置100與電子裝置(圖未示)之間的信號傳輸。所述電學連接部11可以是連接器或者金手指。一補強板12固定於所述第一硬板部101的其中一表面。所述補強板12的材質為金屬(如：不銹鋼)。其中，所述電學連接部11與所述補強板12位於所述電路板10的不同表面上。
所述半導體襯底20固定於所述第一硬板部101的表面。在本實施方式中，所述半導體襯底20的材質為陶瓷。在本實施方式中，所述半導體襯底20遠離所述第一硬板部101的表面安裝有多個電子元件21。所述電子元件21可以是電阻、電容、二極體、三極管、繼電器、帶電可擦可程式設計唯讀記憶體(EEPROM)等被動元件。
所述光源30固定於所述半導體襯底20的中心位置。所述光源30用於發射光束。在本實施方式中，所述光源30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。所述電子元件21圍繞所述光源30設置。
所述光學器件40包括一承載座41以及設置在所述承載座41中的一準直透鏡42、一第一衍射光學元件43以及一第二衍射光學元件50(即，DOE)。
所述承載座41藉由一膠粘層44粘貼於所述半導體襯底20上。所述承載座41中開設有一容置孔410，所述容置孔410用於將所述光源30以及所述電子元件21容置於其中。所述承載座41用於隔離外界自然光以及安置所述准直透鏡42、所述第一衍射光學元件43以及所述第二衍射光學元件50。
在本實施方式中，所述承載座41包括一大致呈方形的第一承載部411以及一大致呈圓形的第二承載部412。所述第一承載部411固定於所述半導 體襯底20上，所述第二承載部412連接於所述第一承載部411遠離所述半導體襯底20的一表面上。所述第一承載部411的寬度大於所述第二承載部412的寬度。所述容置孔410位於所述第一承載部411。所述准直透鏡42位於所述第一承載部411以及所述第二承載部412之間，且封閉所述容置孔410遠離所述半導體襯底20的一側。所述准直透鏡42用於接收及准直所述光源30發出的光束。 其中，所述准直透鏡42可與所述承載座41藉由注塑工藝一體成型。所述第二承載部412遠離所述第一承載部411的一側向內凹陷而形成一沉槽4120。所述第一衍射光學元件43以及所述第二衍射光學元件50均容置於所述沉槽4120中，且所述第一衍射光學元件43位於所述准直透鏡42與所述第二衍射光學元件50之間。所述第一衍射光學元件43以及所述第二衍射光學元件50用於將來自准直透鏡42的光束經擴束後形成固定的光束圖案並向外發射。
所述第一承載部411包括多個首尾依次連接的側壁4110，所述側壁4110共同圍設以形成容置孔410。至少一逃氣孔45開設於所述側壁4110。每一逃氣孔45中收容有一熱傳導件46。所述熱傳導件46可藉由膠粘劑47粘貼於所述逃氣孔45中。所述熱傳導件46可採用散熱效果較好的材質製成，如金屬。
在本實施方式中，所述逃氣孔45包括第一類逃氣孔451以及第二類逃氣孔452。對應地，所述熱傳導件46包括第一類熱傳導件461以及第二類熱傳導件462。所述第一類熱傳導件461容置於所述第一類逃氣孔451中。所述第二類熱傳導件462容置於所述第二類逃氣孔452中。
所述第一類逃氣孔451的開設方向相較於所述側壁4110所在的平面傾斜，從而有利於增加所述第一類熱傳導件461的散熱面積，有利於提高散熱效率。所述第一類逃氣孔451包括相互連接的一第一逃氣孔部4511以及一第二逃氣孔部4512，所述第一逃氣孔部4511靠近所述側壁4110的內側設置，所述第二逃氣孔部4512靠近所述側壁4110的外側設置。所述第一類熱傳導件461包括相互連接的第一熱傳導部4611以及第二熱傳導部4612，所述第一熱傳導部4611收容於所述第一逃氣孔部4511中，所述第二熱傳導部4612收容於所述第 二逃氣孔部4512中，所述第二逃氣孔部4512的寬度大於所述第二熱傳導部4612的厚度以在所述第二逃氣孔部4512以及所述第二熱傳導部4612之間形成一第一間隙(圖未標)，所述第一間隙用於容納所述膠粘劑47。
所述第二類逃氣孔452的開設方向平行於所述側壁4110所在的平面且垂直於所述半導體襯底20所在的平面。所述第二類逃氣孔452包括相互連接的一第三逃氣孔部4521以及一第四逃氣孔部4522，所述第三逃氣孔部4521靠近所述半導體襯底20設置，所述第四逃氣孔部4522遠離所述半導體襯底20設置。所述第二類熱傳導件462包括相互連接的第三熱傳導部4621以及第四熱傳導部4622。所述第三熱傳導部4621收容於所述第三逃氣孔部4521中，所述第四熱傳導部4622收容於所述第四逃氣孔部4522中。所述第四熱傳導部4622包括相互平行設置的多個散熱鰭片4623，所述散熱鰭片4623凸伸出所述第一承載部411，這利於增加所述散熱鰭片4623的散熱面積，提高散熱效果。所述第四熱傳導部4622與所述第四逃氣孔部4522之間形成一第二間隙(圖未標)，所述第二間隙用於容納所述膠粘劑47。
所述光學投射裝置100在使用時，所述光源30在工作過程中產生的熱量可將所述熱傳導件46散發出去，使內部溫度可以有效降低，避免所述光源30產生的熱量導致所述光學器件40變形，進而保證成像品質，同時，由於散熱能力增強，使其性能測試區域穩定，有利於提高生產良率。
最後需要指出，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。
30:光源
41:承載座
42:准直透鏡
43:第一衍射光學元件
47:膠粘劑
50:第二衍射光學元件
410:容置孔
451:第一類逃氣孔
461:第一類熱傳導件
4511:第一逃氣孔部
4512:第二逃氣孔部
4611:第一熱傳導部
4612:第二熱傳導部

Claims (8)

  1. 一種光學投射裝置，其改良在於：包括：一半導體襯底；一光源，固定於所述半導體襯底的表面；以及一光學器件，固定於所述半導體襯底具有所述光源的表面，所述光學器件包括一承載座，所述承載座設有一容置孔以將所述光源收容於其中，所述承載座上開設有至少一逃氣孔，每一逃氣孔中收容有一熱傳導件；其中，所述承載座包括第一承載部以及第二承載部，所述第一承載部固定於所述半導體襯底上，所述第二承載部連接於所述第一承載部遠離所述半導體襯底的一表面上，所述第一承載部的寬度大於所述第二承載部的寬度，所述第一承載部包括多個首尾依次連接的側壁，所述側壁共同圍設以形成所述容置孔，所述逃氣孔開設於所述側壁。
  2. 如請求項1所述的光學投射裝置，其中，所述熱傳導件為金屬材質，所述熱傳導件藉由膠粘劑固定於所述逃氣孔中。
  3. 如請求項2所述的光學投射裝置，其中，所述逃氣孔包括第一類逃氣孔，所述熱傳導件包括第一類熱傳導件，所述第一類逃氣孔的開設方向相較於所述側壁所在的平面傾斜，所述第一類熱傳導件容置於所述第一類逃氣孔中，所述第一類逃氣孔包括相互連接的第一逃氣孔部以及第二逃氣孔部，所述第一逃氣孔部靠近所述側壁的內側設置，所述第二逃氣孔部靠近所述側壁的外側設置，所述第一類熱傳導件包括相互連接的第一熱傳導部以及第二熱傳導部，所述第一熱傳導部收容於所述第一逃氣孔部中，所述第二熱傳導部收容於所述第二逃氣孔部中，所述第二逃氣孔部的寬度大於所述第二熱傳導部的厚度以在所述第二逃氣孔部以及所述第二熱傳導部之間形成一第一間隙，所述第一間隙用於容納所述膠粘劑。
  4. 如請求項3所述的光學投射裝置，其中，所述逃氣孔還包括第二類逃氣孔，所述熱傳導件包括第二類熱傳導件，所述第二類逃氣孔的開設方 向平行於所述側壁所在的平面且垂直於所述半導體襯底所在的平面，所述第二類熱傳導件收容於所述第二類逃氣孔中，所述第二類逃氣孔包括相互連接的第三逃氣孔部以及第四逃氣孔部，所述第三逃氣孔部靠近所述半導體襯底設置，所述第四逃氣孔部遠離所述半導體襯底設置，所述第二類熱傳導件包括相互連接的第三熱傳導部以及第四熱傳導部，所述第三熱傳導部收容於所述第三逃氣孔部中，所述第四熱傳導部收容於所述第四逃氣孔部中，所述第四熱傳導部包括相互平行設置的多個散熱鰭片，所述散熱鰭片凸伸出所述第一承載部，所述第四熱傳導部與所述第四逃氣孔部之間形成一第二間隙，所述第二間隙用於容納所述膠粘劑。
  5. 如請求項1所述的光學投射裝置，其中，所述光學器件還包括一準直透鏡、一第一衍射光學元件以及一第二衍射光學元件，所述准直透鏡位於所述第一承載部以及所述第二承載部之間，且封閉所述容置孔遠離所述半導體襯底的一側，所述第二承載部遠離所述第一承載部的一側向內凹陷而形成一沉槽，所述第一衍射光學元件以及所述第二衍射光學元件均容置於所述沉槽中，且所述第一衍射光學元件位於所述准直透鏡與所述第二衍射光學元件之間。
  6. 如請求項1所述的光學投射裝置，其中，還包括一電路板，所述電路板位於所述半導體襯底遠離所述光源以及所述光學器件的另一表面。
  7. 如請求項6所述的光學投射裝置，其中，所述電路板為軟硬結合板，包括一第一硬板部、一第二硬板部以及位於所述第一硬板部與所述第二硬板部之間的一軟板部，所述第二硬板部的其中一表面安裝有一電學連接部。
  8. 如請求項1所述的光學投射裝置，其中，所述光源為垂直腔面發射雷射器。
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