激光二极管投射模组的制作方法

本实用新型涉及一种激光二极管投射模组，特别是一种可用于结构光三维传感技术的激光二极管投射模组。

背景技术：

近些年来，结构光三维传感技术在消费电子、机器人、物流、工业检测等领域的应用越来越广泛。用于产生结构光的激光投射模组是结构光三维传感系统中的核心部件，其结构和功能对于结构光三维传感技术的实现有很大的影响。

采用激光二极管(ld，laserdiode)作为激光光源的结构光投射模组已经广为使用，然而现有的激光二极管投射模组并非没有缺陷。图1示出了一种常用的激光二极管投射模组的示意性结构图，该投射模组具有外壳1，其激光出射端安装有衍射光学元件2。激光二极管组件3安装在外壳1的内部，其发射的激光通过衍射光学元件2的调制，形成所需的结构光。由于激光二极管产生的激光具有较明显的发散特性，因此通常会在激光二关组件3与衍射光学元件2之间设置用于调节激光光束的会聚特性的额外的光学元件2a，例如准直透镜。激光二极管组件3的引线3a从模组外壳1的另一开口端伸出，用于与外部的驱动电源连接。激光二极管组件3通常采用市场上售卖的带有外壳3b的激光二极管器件。可以看到，现有的激光二极管投射模组集成度低、体积大，从而导致安装和使用不方便等问题。

因此，现有的激光二极管投射模组还有待改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型的激光二极管投射模组，其至少部分地克服了现有激光二极管投射模组的上述问题。

根据本实用新型实施例，提供了一种激光二极管投射模组，该模组包括：模组壳体，包括保持架和连接至保持架的一个开口端的基板；衍射光学元件，安装至所述保持架的另一个开口端；和激光二极管组件，设置在所述模组壳体内，用于发射激光，其中所述激光二极管投射模组还包括固定至所述基板上的柔性电路板，所述激光二极管组件固定在该柔性电路板上并与之电连接。

所述激光二极管组件可以包括激光二极管芯片和安装支架，所述安装支架可以具有位于其底面的第一安装表面和垂直于所述第一安装表面的第二安装表面，所述安装支架的第一安装表面贴合并固定在所述柔性电路板上，所述激光二极管芯片贴装在所述安装支架的第二安装表面上，以使得所述激光入射至所述衍射光学元件。

所述安装支架可以包括底板和垂直于所述底板的竖直板。

在一些实施例中，所述激光二极管组件包括激光二极管芯片和安装支架，所述柔性电路板上形成有焊孔，所述安装支架在其底面上设置有光源引脚，该光源引脚与安装在安装支架上的激光二极管芯片电连接，并且插入并焊接在所述柔性电路板的焊孔内。

在另一些实施例中，所述激光二极管组件包括激光二极管芯片和安装支架，所述柔性电路板上形成有焊盘，所述安装支架在其底面上设置有焊盘，该焊盘与安装在安装支架上的激光二极管芯片电连接，所述柔性电路板上的焊盘与所述安装支架的底面上的焊盘通过回流焊连接在一起。

优选地，所述柔性电路板与所述激光二极管组件之间设置有导热硅脂。

优选地，所述柔性电路板与所述基板之间设置有导热硅脂。

所述柔性电路板可以包括设置在所述模组壳体内的主体部分和从主体部分延伸到所述模组壳体外的延伸部分，所述延伸部分上设置有与设置在所述主体部分上的焊孔和/或焊盘电连接的连接器。优选地，所述柔性电路板的主体部分具有小于所述保持架的所述一个开口端的外形尺寸，所述基板与所述保持架之间直接密封连接。

优选地，所述保持架上形成有供所述柔性电路板穿过的开口，该开口利用密封胶被密封。

优选地，所述衍射光学元件与所述保持架之间密封地连接。

优选地，所述激光二极管组件为无外壳形式的组件。

优选地，所述衍射光学元件为针对发散光源设计的衍射光学元件。

优选地，所述激光二极管投射模组还包括设置在所述模组壳体内的、用于驱动所述激光二极管芯片的驱动芯片。更优选地，所述激光二极管投射模组还包括设置在所述模组壳体内的测光元件和/或测温元件。

根据本实用新型实施例的激光二极管投射模组，采用了新型的投射模组结构，提高了模组的集成度，有利于模组的小型化。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示意性地示出了一种现有的激光二极管投射模组；

图2a和图2b为根据本实用新型第一实施例的激光二极管投射模组的示意图，其中图2b为图2a所示激光二极管投射模组在位置a-a处截取的俯视剖视图；

图3a和图3b为根据本实用新型第二实施例的激光二极管投射模组的示意图，其中图3b为图3a所示激光二极管投射模组在位置b-b处截取的俯视剖视图；以及

图4为根据本实用新型第三实施例的激光二极管投射模组的示意图，其中仅示出了激光二极管投射模组的俯视剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图2a和图2b为根据本实用新型第一实施例的激光二极管投射模组100的示意图，其中图2b为图2a所示激光二极管投射模组在位置a-a处截取的俯视剖视图。如图所示，根据本实用新型第一实施例的激光二极管投射模组100包括模组壳体10、安装在模组壳体10的开口端上的衍射光学元件20、设置在模组壳体内用于发射激光的激光二极管组件30以及用于提供模组内外之间电连接的柔性电路板40。模组壳体10包括保持架11和连接至保持架的一个开口端的基板12。衍射光学元件20安装至保持架11的另一个开口端上。柔性电路板40一端位于模组壳体10的内部并固定到基板12上。激光二极管组件30安装和电连接在柔性电路板40的该端上，从而被固定安装在模组壳体10内。

根据本实用新型实施例的投射模组中，激光二极管组件30通过柔性电路板40以紧凑的结构与外部进行电连接，有利于模组的小型化。同时，激光二极管组件30相对于柔性电路板40，从而相对于基板12，被很好地固定定位，有利于提高激光二极管组件在模组中的安装精度。这使得在激光二极管投射模组的使用过程中，能够较少地甚至不需要对激光二极管发光位置进行矫正。

柔性电路板40可以包括设置在模组壳体10内的主体部分41和从主体部分41延伸到模组壳体10外的延伸部分42。延伸部分42上设置有用于与外部设备或电源连接的连接器42a。连接器42a与设置在柔性电路板40的主体部分41上的电极端子(例如焊孔、焊盘)通过柔性电路板40内部的导电线路电连通。

参见图2a，激光二极管组件30可以包括激光二极管芯片31和安装支架32。安装支架32具有位于其底面的第一安装表面(即底面)321和垂直于第一安装表面321的第二安装表面322。安装支架32的第一安装表面321贴合并固定在柔性电路板40的主体部分41上，激光二极管芯片31可以贴装在安装支架32的第二安装表面322上，以使得激光二极管芯片31发射的激光能够入射至衍射光学元件20。

如图所示，安装支架32可以包括底板和垂直于所述底板的竖直板。底板与竖直板可以为一体的，也可以是由分立的部件组装的。然而，应该理解的是，本实用新型在安装支架32的构造方面并不限于上述结构或任何其它可替代的结构。

根据本实施例的激光二极管投射模组100中，激光二极管组件30的安装支架32在其底面上设置有光源引脚32a，光源引脚32a与安装在安装支架32上的激光二极管芯片31电连接。相应地，柔性电路板40的主体部分41上形成有焊孔41a。如上所述，柔性电路板40的主体部分41上设置的焊孔41a与延伸部分42上的连接器42a是电连通的。激光二极管组件30的光源引脚32a被插入并焊接在柔性电路板40的焊孔41a中，从而与柔性电路板40位于模组壳体10外部的连接器42a电连通，以便与外部设备或电源电连接。

优选地，柔性电路板40的至少主体部分41具有一定的厚度，例如不小于0.5mm，优选在1-3mm之间。在一些示例中，柔性电路板40的主体部分41可以大于延伸部分42的厚度。光源引脚32a采用相应长度的引脚。这样有利于实现激光二极管组件30的光源引脚32a在焊孔41a内的稳固的安装和可靠的电连接。

优选地，柔性电路板40与安装支架32的底面321之间、以及柔性电路板40与基板之间，涂敷有导热硅脂。与如图1所示的现有的激光二极管投射模组相比，根据本实用新型实施例的投射模组增大了激光二极管组件30向外散热的接触面积，从而有利于改善模组的散热，提高散热性能，延长激光二极管的工作寿命。

此外，如图2a和图2b所示，柔性电路板40的主体部分41具有小于保持架11的开口的外形尺寸，基板12与保持架11之间直接密封连接。保持架11上形成有供柔性电路板40穿过的开口11a。开口11a优选利用密封胶被密封。优选地，衍射光学元件20与保持架11之间密封地连接。这样，根据本实用新型实施例的激光二极管投射模组能够具有气密的封装结构，减小外部环境中的水汽、尘埃、腐蚀物质等因素对内部元件的不利影响，提高模组的性能，延长模组的使用寿命。

由于根据本实用新型实施例的投射模组能够提供气密的模组封装，所以模组内的激光二极管组件能够采用无外壳形式的组件，即能够省略如图1所示的常用激光二极管组件中的外壳3b。省略激光二极管组件的外壳，不仅简化了构造，而且能够降低激光的损耗，并有利于激光二极管芯片的散热。

以上参照图2a和图2b介绍的、根据本实用新型第一实施例的激光二极管投射模组100中，激光二极管组件30与柔性电路板40之间通过引脚和焊孔方式彼此固定和电连接；然而，本实用新型并不限于此。根据本实用新型实施例的投射模组中，激光二极管组件与柔性电路板之间还可以采用其他的连接方式。

例如，图3a和图3b示出的根据本实用新型第二实施例的激光二极管投射模组200中，柔性电路板40的主体部分41上形成有焊盘41b；激光二极管组件30的安装支架32在其底面321上设置有焊盘32b，焊盘32b与安装在安装支架32上的激光二极管芯片31电连接；柔性电路板40上的焊盘41b与安装支架32的底面上的焊盘32b通过例如回流焊焊接并电连接在一起。

类似于根据本实用新型第一实施例的投射模组100，根据本实用新型第二实施例的投射模组200也有利于实现模组的小型化，以及有利于提高激光二极管组件在模组中的安装精度，在此不再赘述。

此外，在根据本实用新型实施例的激光二极管投射模组中，优选地，衍射光学元件20为针对激光二极管芯片所发射的激光束的发散度而设计的衍射光学元件。由于激光二极管属于发散光源，其产生的激光束具有发散光束的特性，因此传统上，在投射模组会额外使用例如准直透镜之类的光学元件(见图1所示透镜2a)来对激光束进行调整。而实际上，衍射光学元件，经过适当的二元光学设计和制作，不仅能够基于入射激光产生特定光强分布的结构光，而且还能够同时提供例如对激光的发散度进行调整的功能。本实用新型的发明人发现，在激光二极管投射模组中，通过针对模组中的激光二极管芯片的激光束的发散特性来设计衍射光学元件，可以通过单个衍射光学元件同时提供产生结构光和调整光束发散度的功能，从而可以省略如图1所示的额外的光学元件2a。显然，这有利于简化模组结构，减小体积和重量，实现投射模组的小型化和轻型化。

接下来，参照图4介绍根据本实用新型第三实施例的激光二极管投射模组300。图4示意性地示出了激光二极管投射模组300的俯视剖视图。在本实施例中，如图所示，投射模组300中进一步集成了用于驱动激光二极管芯片31的驱动芯片50、用于感测模组内温度的测温元件60和用于感测激光二极管芯片31的发光强度的测光元件70。驱动芯片50、测温元件60和测光元件70均被集成在模组壳体10内。在图4所示示例中，它们安装在柔性电路板40上。在另一些示例中，它们也可以直接设置在基板12上，并且可以至少部分地经由基板12电连接至柔性电路板40。

激光二极管(芯片)需要配合驱动电路来使用。现有技术中激光二极管投射模组仅具备激光投射的功能，激光二极管的驱动电路却需要在激光二极管投射模组之外另行提供，使得使用时投射模组及其外围电路等的体积大、连线复杂，不仅使用起来不方便，甚至有时还限制了模组的适用场合。根据本实用新型第三实施例，直接将用于驱动激光二极管的驱动芯片集成到投射模组300的模组壳体10中，这不仅仅为模组提供了相应的电源驱动功能，而且相对于在模组外提供驱动芯片或驱动电路的技术，模组300在结构上是高度集成化的，可以利用基板、柔性电路板等模组中已有的构件为驱动芯片提供电连接，对外提供简单的连接接口，从而具有整体封装的可靠的结构。可以理解，这样的激光二极管投射模组是非常便于使用的，相应地适用场合也更加广泛。

测温元件60和测光元件70可在投射模组300工作时实时地将模组的温度和发光强度反馈给驱动电路(驱动芯片50)。驱动电路则可以根据模组300的工作状态调整模组的发光方式。驱动电路中也可写入预先设定好的对应于投射模组300不同工作状态的不同驱动方式，例如不同的驱动电流、是否频闪、不同的频闪频率以及不同的脉冲占空比等。

根据本实施例，激光二极管投射模组300将用于实现结构光投射的元器件(包括激光二极管芯片和光学元件等)与激光器驱动电路(驱动芯片)、测温元件、测光元件集成在一起，使得投射模组300不但具有基本的结构光投射功能，还能够具有自动调节投射模组温度和发光强度的功能、以及激光二极管芯片的驱动控制功能。这使得在投射模组的使用中，不需要配合其它的外围设备，提高了系统的集成度和使用便捷性，并降低了使用成本。

应该理解的是，尽管图4所示示例中，激光二极管投射模组300同时集成了驱动芯片50、测温元件60和测光元件70，但是本实用新型并不限于此。根据本实用新型其它实施例的激光二极管投射模组也可以仅集成驱动芯片、测温元件60和测光元件70中的任何一个或两个。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。