用于深度相机的VCSEL阵列制造技术

公开了与包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备的飞行时间(TOF)深度相机有关的各实施例。在一个实施例中，TOF深度相机包括具有安装表面的热沉、安装在所述安装表面上的照明模块以及安装到所述安装表面的图像传感器。照明模块包括印刷电路板(PCB)、被配置为生成照明光来照明图像环境的VCSEL阵列设备以及被配置为将工作电流传递给VCSEL阵列设备的驱动器。VCSEL阵列设备和驱动器被安装到PCB。图像传感器被配置成检测从所述图像环境反射的照明光的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景为了使用飞行时间(TOF)深度相机来适当地对相对大的环境(例如起居室)成像，具有高峰值功率和具有锐边定义的快速调制速度的近红外光源可以被使用。具体而言，高峰值功率可以提供足够的光以适当地照明整个环境。而且，具有锐边定义的快速调制速度可以提供对从所述环境返回的光的精确深度测量。概述公开了与包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备的飞行时间(TOF)深度相机有关的各实施例。在一个实施例中，TOF深度相机包括具有安装表面的热沉、安装在所述安装表面上的照明模块以及安装到所述安装表面的图像传感器。照明模块包括印刷电路板(PCB)、被配置为生成照明光来照明图像环境的VCSEL阵列设备以及被配置为将工作电流传递给VCSEL阵列设备的驱动器。VCSEL阵列设备和驱动器被安装到PCB。图像传感器被配置成检测从所述图像环境反射的照明光的至少一部分。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本
技术实现思路
并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。而且，所要求保护的主题不限于解决该公开的任一部分中所注的任何或全部缺点的实现方式。附图简述图1示出根据本公开的一实施例在基台上芯片(chip-on-submount(CoS))配置中的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备。图2示意性地示出根据本公开的一实施例的VCSEL阵列设备的顶视图。图3示意性地示出图2的VCSEL阵列设备的横截面图。图4示意性地示出根据本公开的一实施例的飞行时间(TOF)深度相机。图5示意性地示出根据本公开的另一实施例的TOF深度相机。图6示意性地示出了图5的TOF深度相机的照明模块的顶视图。图7显示根据本公开的一实施例的计算系统和自然用户输入(NUI)接口系统。详细描述本公开涉及包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备的飞行时间(TOF)深度相机。更具体而言，本公开涉及包括在一个封装中的VCSEL阵列设备以及相关联的驱动器电路的TOF深度相机，所述封装可以促进相对于其他TOF深度相机配置而言减少的工作温度和更低的电感。图1示出根据本公开的一实施例在基台上芯片(CoS)配置中的VCSEL阵列设备100。VCSEL阵列设备100包括安装在基台104上的VCSEL芯片102。VCSEL芯片包括多个VCSEL发射器106。多个VCSEL发射器106中的每个独立地发射相干光并共同地无条理地对组合的光束做出贡献。具体而言，每个发射器将光强度取代场幅度来加入到光束。因此，可以增加照明均匀性特性(例如斑点噪声抑制、衍射伪像和莫尔条纹(Moiréfringes)的减少)，这可以简化通过在TOF深度相机中的某种强度分布将激光分布到视野中的照明光学器件的设计。多个VCSEL发射器106可以被二维地安置在VCSEL芯片的光发射表面108上。多个VCSEL发射器106在垂直于光发射表面108的方向中发射光。多个VCSEL发射器106可以在设计上等同以简化VCSEL芯片的制造。但是，在不背离本公开的范围的情况下，一个或多个VCSEL发射器可以在尺寸或形状上改变。将理解，多个VCSEL发射器可以以任何适当的方式被安置在光发射表面108上。在所示出的示例中，根据高效使用VCSEL芯片的表面积的六边形图案来安置所述多个VCSEL发射器。在另一个示例中，可以根据不同的图案来安置所述多个VCSEL发射器。在另一个示例中，可以任意地安置所述多个VCSEL发射器。VCSEL芯片102被安装到基台104以便利于VCSEL芯片在TOF深度相机的印刷电路板(PCB)上的表面安装。基台104可以具有匹配VCSEL芯片102以帮助提供高度可靠的设备操作的热膨胀系数(CTE)。将理解所述基台由任意合适的热传导材料制成，以使热量从VCSEL芯片上耗散掉以便促进更低的工作温度。在一个示例中，VCSEL芯片包括砷化镓。在一个示例中，基台包括氮化铝。在基台中使用的材料的其他非限制性示例包括，但不局限于，硅和铜。基台104包括可以将VCSEL芯片电连接到其的阳极110和阴极112。在所示实施例中，阳极110和阴极112位于基台104的同一侧上。电极和/或基台的顶面可以被金属化以便与VCSEL芯片电连接。具体而言，VCSEL芯片102可以例如通过结合处理被结合到阴极112。而且，构成阵列的所述多个VCSEL发射器可以通过多个结合线114平行地电连接到阳极110。在一些实施例中，所述电极(例如阳极和阴极)可以被定位在基台的相对侧上。例如，在其中基台是由铜制成的示例中，VCSEL芯片可以被直接连接到基台的表面上的阴极，并且所述VCSEL发射器阵列可以被电连接到基台的相对侧上的阳极。出于几种原因，VCSEL阵列设备可以在在其他照明源之上的TOF深度相机中实现。例如，相对于多个发光二极管(LED)光源而言，VCSEL阵列设备可以以更高的转换效率提供更高的功率输出。VCSEL阵列设备的高功率输出对于适当地照明相对大的环境来说可以是有用的。相反，多个LED光源可能不能够适当地照明大的环境。而且，相对于多个LED光源的锐边定义，VCSEL阵列设备可以以高速的信号调制提供更锐边定义。锐边定义可以增加深度检测的精确性。相反，由于提供了更少锐边定义，多个LED光源可以具有减少的深度检测精确性。在另一个示例中，多个边发射激光二极管(EELD)可以被用作TOF深度相机中的光源以实现期望的峰值功率和调制速度。然而，因为这些二极管沿边发射光，适当地使发射的光成形的光学器件的安排可以更加复杂且比VCSEL阵列设备的安排相对更不稳健。在一个特定示例中，由于安装面与发射面在同一平面内，EELD配置可以具有2度的发射光的指向误差。另一方面，具有平面表面、安装到平面表面和发射正交于安装面的光的VCSEL阵列设备可以具有大约0.5度的指向误差。相对于VCSEL配置而言，EELD配置可能需要要附加的光学器件以校正更大的指向误差。因此，这样的TOF深度相机的封装成本(且更具体而言为光学器件的成本)可能比包括VCSEL阵列设备的TOF深度相机的成本更高。图2示意性地示出根据本公开的一实施例的VCSEL阵列设备200的顶视图。VCSEL阵列设备200中的可以与VCSEL阵列设备100的那些组件实质相同的各组件以相同方式来标识且不再进一步描述。然而，将注意到在本公开的不同实施例中以相同方式标识的各组件可以是至少部分不同的。VCSEL阵列设备包括安装在基台204的同一侧上的VCSEL芯片202和多个
焊盘206。所述多个焊盘206可以被用于将PCB电连接到VCSEL芯片202和/或物理地将PCB连接到基台204。具体而言，所述多个焊盘206可以便利于将VCSEL阵列设备200安装到PCB的下侧。换句话说，VCSEL阵列设备可以被定位在PCB之后，这样，VCSEL阵列设备在PCB和TOF深度相机中的热沉之间。在这样的配置中，VCSEL阵列设备可以通过延伸穿过PCB的一个开口发射光束。这种配置的一个示例在图5中示出，并在下面进一步详细描述。图3示意性地示出图2的VCSEL阵列设备200的横截面图。VCSEL阵列设备可以可选地包括加固物层208。加固物层208可以被定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置成从被照明光照明的图像环境收集图像数据的飞行时间(TOF)深度相机，所述TOF深度相机包括：具有安装表面的热沉；被安装到所述热沉的所述安装表面的照明模块，所述照明模块包括：印刷电路板(PCB)，被配置为生成照明所述图像环境的照明光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备，所述VCSEL阵列设备被安装到所述PCB，以及被配置为将工作电流传递给所述VCSEL阵列设备的驱动器，所述驱动器被安装到所述PCB并通过所述PCB被电连接到所述VCSEL阵列设备；以及被安装到所述热沉的所述安装表面的图像传感器，所述图像传感器被配置成检测从所述图像环境反射的照明光的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.10 US 14/177,1571.一种被配置成从被照明光照明的图像环境收集图像数据的飞行时间(TOF)深度相机，所述TOF深度相机包括：具有安装表面的热沉；被安装到所述热沉的所述安装表面的照明模块，所述照明模块包括：印刷电路板(PCB)，被配置为生成照明所述图像环境的照明光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备，所述VCSEL阵列设备被安装到所述PCB，以及被配置为将工作电流传递给所述VCSEL阵列设备的驱动器，所述驱动器被安装到所述PCB并通过所述PCB被电连接到所述VCSEL阵列设备；以及被安装到所述热沉的所述安装表面的图像传感器，所述图像传感器被配置成检测从所述图像环境反射的照明光的至少一部分。2.如权利要求1所述的TOF深度相机，其特征在于，所述VCSEL阵列设备包括VCSEL芯片和基台，所述基台包括定位在所述基台的同一侧上的阳极和阴极，并且其中所述VCSEL芯片被结合到所述阴极并通过多个结合线被电连接到所述阳极。3.如权利要求2所述的TOF深度相机，其特征在于，所述阳极和所述阴极被定位在所述基台的同一侧上。4.如权利要求2所述的TOF深度相机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·玛萨尔卡，M·T·德普伊，Z·朱，S·卡努玛拉，E·P·法勒，B·M·肯特，J·W·门松戴斯，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US