光学投影装置及应用其的深度相机制造方法及图纸

技术编号:18552332 阅读:159 留言:0更新日期:2018-07-28 09:59
本发明专利技术提供一种光学投影装置及应用其的深度相机,包括具有散热功能的底座、光发射芯片和光束生成器,所述底座包括加强底板和电路板;所述光发射芯片为VCSEL芯片,所述VCSEL芯片包括:半导体衬底和至少二个VCSEL光源排列在半导体衬底上,所述VCSEL芯片发射的所述第一光束与所述VCSEL光源排列的样式一致;光束生成器包括镜座、透镜和衍射光学元件或者包括镜座和扩散器。应用这种光学投影装置的深度相机包括光学投影装置、图像采集装置和处理器或包括光学投影装置、光束接收装置和处理器。本发明专利技术的光学投影装置具有体积小、散热性能高且结构稳定的特点,能够做为深度相机的一部分被集成到微型计算设备中。

【技术实现步骤摘要】
光学投影装置及应用其的深度相机
本专利技术涉及光学及电子
,尤其涉及一种光学投影装置及应用其的深度相机。
技术介绍
深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互,与目前被广泛使用的RGB相机相比,深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果,微软的KINECT、奥比中光的ASTRA是其中的代表。另外,谷歌的tango项目致力于将深度相机带入移动设备,如平板、手机,以此带来完全颠覆的使用体验,比如可以实现非常真实的AR游戏体验,可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。深度相机中的核心部件是光学投影装置,随着应用的不断扩展,光学投影装置将向越来越小的体积以及越来越高的性能不断进化。一般地,光学投影装置由电路板、光源等部件组成,目前晶圆级大小的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列光源使得光学投影装置的体积可以减小到被嵌入到手机等微型电子设备中。现有技术中,可以将VSCEL制作在半导体衬底上,并将半导体衬底与柔性电路板(FPC)进行连接,为了解决散热问题,还引入了半导体致冷器(TEC)。TEC可以很好的对光源发热进行控制,但由于本身的功耗较高,且占用较大的体积,使得这种形式的光学投影装置的体积以及功耗仍不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决提供现有技术中光学投影装置体积与散热效果二者不能兼得的问题,提供一种光学投影装置及应用其的深度相机。为解决上述技术问题,本专利技术采用以下技术方案:一种光学投影装置,其特征在于,包括:底座,所述底座具有散热性能;光发射芯片,所述光发射芯片安装在所述底座上与所述底座电性连接并用于发射第一光束;光束生成器,所述光束生成器安装在所述底座上并用于接收所述第一光束并向外投射出第二光束。优选地,所述底座包括:加强底板,所述加强底板具有导热和支撑功能;电路板,所述电路板与所述加强底板连接;优选地,所述光发射芯片为VCSEL芯片,所述VCSEL芯片包括:半导体衬底;至少二个VCSEL光源排列在半导体衬底上;所述VCSEL芯片发射的所述第一光束与所述VCSEL光源排列的样式一致。优选地,所述光束生成器包括:镜座,所述镜座安装在所述底座上;透镜,所述透镜安装在所述镜座上用于准直所述第一光束;衍射光学元件,所述衍射光学元件安装在所述镜座上用于接收经所述透镜准直后的所述第一光束并向外投射出所述第二光束。优选地,所述光束生成器包括:镜座,所述镜座安装在所述底座上;扩散器,所述扩散器安装在所述镜座上用于将所述第一光束扩散后向外投射出所述第二光束。优选地,所述加强底板为具有导热导电性质的硬质底板或具有导热性质的硬质底板。优选地,所述电路板中间有孔洞,所述光发射芯片的大小小于所述孔洞的大小;所述光发射芯片置于所述孔洞中且底部与所述加强底板导热连接;所述光发射芯片的两个电极分别与所述电路板及所述加强底板导电连接,所述加强底板与所述电路板导电连接;或所述光发射芯片的两个电极与电路板导电连接。优选地,所述电路板为印制电路板、柔性电路板、软硬结合板中的一种或结合。优选地,所述电路板上设有多个焊盘,所述焊盘与所述底座或/和所述光发射芯片导电连接。优选地,所述镜座包括上、下镜座,所述下镜座安装在所述底座上,所述上镜座中固定了所述透镜与所述衍射光学元件且与下镜座连接,所述连接可以用来调整所述光束生成器与所述光发射芯片之间的距离。优选地,所述镜座包括上、下镜座,其中所述下镜座安装在所述底座上,所述上镜座中固定了所述扩散器且与下镜座连接,所述连接可以用来调整所述光束生成器与所述光发射芯片之间的距离。优选地,所述透镜为微透镜阵列,与所述衍射光学元件被设计成单个光学元件。优选地,所述深度相机用于获取被测目标的深度图像。本专利技术的有益效果在于提供了一种光学投影装置及应用其的深度相机,光学投影装置包括具有散热性能的底座、光发射芯片和光束生成器,使光学投影装置具有体积小、散热性能高且结构稳定的特点,能够做为深度相机的一部分被集成到微型计算设备中。【附图说明】图1是本专利技术实施例结构光深度相机系统的侧视图。图2是本专利技术实施例的TOF深度相机系统的侧视图。图3是本专利技术实施例的光学投影装置的侧视图。图4是本专利技术实施例的垂直腔面激光发射器的结构示意图。图5是本专利技术实施例的VCSEL芯片主视图。图6是本专利技术实施例的光学投影装置底座示意图。图7是本专利技术实施例的光学投影装置底座的主视图。图8是本专利技术实施例的光学投影装置底座的俯视图,其中图8-a是本专利技术实施例的光学投影装置底座的加强底板为导热导电性质的硬质底板的底座俯视图,图8-b是本专利技术实施例的光学投影装置底座的加强底板为导热性质的硬质底板的底座俯视图。图9是本专利技术实施例的光学投影装置的示意图。其中,1-处理器,2-主板,3-光学投影装置,4-图像采集装置,5-接口,6-RGB相机,7-进光窗口,8-光束接收装置,9-光脉冲,10-底座,11-光源,13-上镜座,14-下镜座,15-透镜,16-衍射光学元件(DOE),17-底部电极,18-半导体衬底,19-P型半导体反射镜,20-有源层,21-限制层,22-N型,23-顶部电极,24-VCSEL光源,25-VCSEL阵列芯片,26-电路板,27-加强底板,28-焊盘,29-金线。【具体实施方式】本专利技术提出一种光学投影装置及应用其的深度相机。以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。实施例中将对光学投影装置应用其的深度相机进行说明,但并不意味着这种光学投影装置仅能应用在深度相机中,任何其他装置中凡是直接或间接利用该方案都应被包含在本专利技术的权利要求中。实施例1如图1所示的基于结构光的深度相机侧面示意图。基于结构光的深度相机主要组成部件有光学投影装置3、图像采集装置4、主板2以及处理器1,在一些深度相机中还配备了RGB相机6。光学投影装置3、图像采集装置4以及RGB相机6一般被安装在同一个深度相机平面上,且处于同一条基线,每个装置或相机都对应一个进光窗口108。一般地,处理器1被集成在主板2上,而光学投影装置3与图像采集模型4通过接口5与主板连接,在一种实施例中所述的接口为FPC接口。其中,光学投影装置3用于向目标空间中投射经编码的结构光图案,图像采集装置采集到该结构光图像后通过处理器的处理从而得到目标空间的深度图像。在一个实施例中,结构光图像为红外激光散斑图案,图案具有颗粒分布相对均匀但具有很高的局部不相关性,这里的局部不相关性指的是图案中各个子区域都具有较高的唯一性。对应的图像采集装置4为与光学投影装置3对应的红外相机。利用处理器获取深度图像具体地指接收到由图像采集装置采集到的散斑图案后,通过计算散斑图案与参考散斑图案之间的偏离值来进一步得到深度图像。实施例2如图2所示的是基于时间飞行原理(TOF)的深度相机侧面示意图。基于时间飞行原理(TOF)的深度相机的主要组成部分也是光学投影装置3`与光束接收装置8,另外也包括主板2、处理器1、RGB相机6。光学投影装置3、图像采集装置4以及RGB相机6一般被安装在同一个深度相机平面上,且处于同一条基线,与主板之间的连接可以选取FPC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学投影装置,其特征在于,包括:底座,所述底座具有散热性能;光发射芯片,所述光发射芯片安装在所述底座上与所述底座电性连接并用于发射第一光束;光束生成器,所述光束生成器安装在所述底座上并用于接收所述第一光束并向外投射出第二光束。

【技术特征摘要】
1.一种光学投影装置,其特征在于,包括:底座,所述底座具有散热性能;光发射芯片,所述光发射芯片安装在所述底座上与所述底座电性连接并用于发射第一光束;光束生成器,所述光束生成器安装在所述底座上并用于接收所述第一光束并向外投射出第二光束。2.如权利要求1所述的光学投影装置,其特征在于,所述底座包括:加强底板,所述加强底板具有导热和支撑功能;电路板,所述电路板与所述加强底板连接。3.如权利要求1所述的光学投影装置,其特征在于,所述光发射芯片为VCSEL芯片,所述VCSEL芯片包括:半导体衬底;至少二个VCSEL光源排列在半导体衬底上;所述VCSEL芯片发射的所述第一光束与所述VCSEL光源排列的样式一致。4.如权利要求1所述的光学投影装置,其特征在于,所述光束生成器包括:镜座,所述镜座安装在所述底座上;透镜,所述透镜安装在所述镜座上用于准直所述第一光束;衍射光学元件,所述衍射光学元件安装在所述镜座上用于接收经所述透镜准直后的所述第一光束并向外投射出所述第二光束。5.如权利要求1所述的光学投影装置,其特征在于,所述光束生成器包括:镜座,所述镜座安装在所述底座上;扩散器,所述扩散器安装在所述镜座上用于将所述第一光束扩散后向外投射出所述第二光束。6.如权利要求2所述的光学投影装置,其特征在于,所述加强底板为具有导热导电性质的硬质底板或具有导热性质的硬质底板。7.如权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄杰凡李福茂黄源浩肖振中刘龙许星
申请(专利权)人:深圳奥比中光科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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