光发射模块及相机模组的制作方法

1.本技术涉及深度相机模组领域，具体地，涉及适用于深度相机模组的光发射模块以及用于降低光发射模块激光外泄风险的保护壳体。


背景技术：

2.随着光学三维测量技术的逐渐成熟，其应用领域越来越为广泛。近年来，光学三维测量技术也逐渐应用于例如安防、监控、医疗、生物、智能机器人、智能家居等众多领域。
3.飞行时间(tof)技术是三维光学测量技术中较具有代表性的一种。tof技术的基本原理是，主动光源发射经调制的光线，遇物体反射后被tof设备捕获，而后tof设备通过计算光线发射和反射时间差或相位差来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息。此外，再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。
4.tof设备中需要使用到发射红外辐射光的主动光源，而如果红外辐射光外泄则有可能对人眼及皮肤造成损伤。现有的tof设备通常设计有对电路监控防护等措施，但是对于例如由外力撞击而导致的壳体脱落并进而导致红外辐射光外泄的防护并不完善。


技术实现要素：

5.一方面，本技术提供了这样一种光发射模块，其包括电路板、光发射单元和壳体。光发射单元可以设置在电路板上。壳体可以与电路板形成容置光发射单元的腔体。在壳体的与电路板相对的一个表面上可设置有通孔结构。壳体可以具有内嵌在壳体中的至少两条导线，每条导线的两端均可以从壳体的边缘部分引出并与电路板电连接。
6.在一些实施方式中，光发射单元可以是vcsel阵列。
7.在一些实施方式中，通孔结构可以具有与vcsel阵列相对应的形状。
8.在一些实施方式中，壳体可以由塑料材质形成。
9.在一些实施方式中，壳体可以通过嵌件成型工艺一体成型。
10.在一些实施方式中，至少两条导线可以与形成在电路板上的焊盘结构焊接导通。
11.在一些实施方式中，至少两条导线可以在壳体的边缘部分处形成突起结构，并且至少两条导线可以通过形成在壳体的边缘部分处的突起结构与形成在电路板上的凹槽结构卡扣连接。
12.在一些实施方式中，至少两条导线可以布设成在壳体内彼此平行。
13.在一些实施方式中，光发射模块还可以包括控制器，控制器用于控制供电电源向光发射单元供电的电连接的接通和关断。
14.在一些实施方式中，控制器可以集成在电路板上。
15.在一些实施方式中，控制器可以被配置成：响应于至少两条导线中的任一条导线的断开，切断供电电源向光发射单元供电的电连接。
16.另一方面，本技术还提供了这样一种相机模组，其包括光接收模块和如上所描述
的光发射模块。光接收模块用于接收由光发射单元发射并被场景返回的光线。
17.在一些实施方式中，光接收模块可以包括透镜单元和图像传感器。透镜单元可以包括至少一个透镜。图像传感器用于将所接收到的光信号转换成电信号。
18.根据本技术的实施方式，可以提供了一种对例如由外力撞击而导致光发射模块的壳体破损或脱落并进而导致激光外泄的防护方案。通过在光发射模块的壳体中内置导线，并将导线连接到控制回路，可以使得控制回路能够响应于导线的断裂或脱落而切断激光单元的电源，从而有效地避免激光外泄。
附图说明
19.通过参照以下附图进行的详细描述，本技术的实施方式的以上及其它优点将变得显而易见，附图旨在示出本技术的示例性实施方式而非对其进行限制。在附图中：
20.图1示意性示出了根据本技术实施方式的光发射模块；
21.图2示意性示出了根据本技术实施方式的壳体的立体图；
22.图3a至图3c示意性示出了根据本技术实施方式的内置在壳体中的导线；
23.图4示意性示出了根据本技术实施方式的电路板和光发射单元；
24.图5示意性示出了根据本技术实施方式的用于控制供电电源向光发射单元供电的控制回路；以及
25.图6a和图6b示意性示出了根据本技术实施方式的相机模组的框图。
具体实施方式
26.为了更好地理解本技术，将参照附图对本技术的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本技术的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本技术的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
27.应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本技术的教导的情况下，下文中讨论的第一导线可被称作第二导线，同样地，第二导线也可被称作第一导线。
28.应理解的是，在本技术中，当元件或层被描述为在另一元件或层“上”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、直接连接至或联接至另一元件或层，或者可存在介于中间的元件或层。当元件称为“直接位于”另一元件或层“上”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，不存在介于中间的元件或层。在说明书全文中，相同的标号指代相同的元件。如本文中使用的，用语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
29.还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/ 或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。此外，当诸如“... 中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“可以”表示“本技术的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
30.除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与
本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过于形式化意义解释，除非本文中明确如此限定。
31.以下参照附图来对本技术的各个方面进行更详细的说明。
32.图1示意性示出了根据本技术实施方式的光发射模块100。
33.参见图1，光发射模块100可以包括光发射单元110(见图4)、电路板120和壳体130。壳体130可以设置在电路板120上，并且能够与电路板120形成容置光发射单元110的腔体。光发射单元110可以设置在电路板120上并且位于壳体130与电路板120形成的腔体中，从而光发射单元110可以被壳体130至少部分地包围。壳体130可以形成为大致长方体的形状，但本技术不限于此。
34.图2示意性示出了根据本技术实施方式的壳体130的立体图，以及图3a和图3c示意性示出了根据本技术实施方式的内嵌在壳体130 中的两条或更多条导线134。
35.参见图2至图3c，壳体130可以包括主体131。主体131可以由塑料材质形成。使用由塑料材质形成的壳体，可有效避免壳体内部的带电信号与外界器件的短接。另外，塑料材质更有利于导线内嵌，这将在下文中进一步描述。
36.在主体131的一个表面上，设置有通孔结构132。通孔结构132 可以具有与光发射单元110的发射表面相对应的形状。在一些实施方式中，通孔结构132的开口尺寸可以略小于光发射单元110的发射表面的尺寸，从而以有效地收束发射光线。由光发射单元110发射的光线可以通过通孔结构132照向目标物体。在主体131上还可以设置有凹口结构135，以便于壳体130的安装和拆卸。
37.在一些实施方式中，在壳体130的整个内表面上可以镀制有黑膜，可以起到有效阻挡由光发射单元110发射的激光从除通孔结构132之外的部分外泄的作用。通过这样的设置，使得由光发射单元110发射的激光仅能够通过通孔结构132照向目标物体。
38.壳体130可以包括内嵌在壳体130内的至少两条导线134。每一条导线134的两端均从壳体130的边缘部分136引出并且与电路板120 电连接。导线134与电路板120的电连接方式将在下文中进一步描述。
39.在壳体130包括两条导线134的情况下，两条导线134的端部可以分别从边缘部分136的四个角引出。如图2所示，导线134的端部可以在边缘部分136处形成第一导线引出部133a、第二导线引出部 133b、第三导线引出部133c和第四导线引出部133d。在另一些实施方式中，在壳体130包括两条以上的导线134的情况下，导线134的端部在边缘部分136处形成的导线引出部可以沿壳体130的长度方向或宽度方向排列，如图3c所示。
40.内嵌在壳体130中的多条导线134可以彼此平行的布置。例如，两条或更多条导线134可以沿壳体130的长度方向或宽度方向彼此平行的布置。导线134的布置方式不限于图3a至图3c所示出的形式，任何能够实现本技术目的的导线134的布置形式均应当包括在本技术的范围中。
41.壳体130可以通过嵌件成型工艺一体成型。在成型过程中，可以将预先准备的导线134装入模具，然后注入树脂以与导线134接合固化，从而一体成型。使用塑料材质形成壳体130更有利于导线134的内嵌。导线134可以与熔融状态的塑料接合固化，从而一体成型。
42.图4示意性示出了根据本技术实施方式的光发射单元110和电路板120。
43.光发射单元110可以通过多个焊盘(未示出)安装到电路板120。光发射单元110可以被配置成通过通孔结构132发射照明光。
44.在一些实施方式中，光发射单元110可以是垂直腔面发射激光器 (vcsel)阵列。vcsel因具有较小的远场发射角，具备发射光束窄且圆、耦合效率高等特点，可以实现高封装密度和低阈值电流，因此， vcsel阵列被广泛地应用于tof深度相机模组。
45.vcsel阵列可以被配置成生成光束以照向目标物体。通常， vcsel阵列可以包括多个vcsel发射器。多个vcsel发射器可以被二维地安置在电路板120上，并且在垂直于电路板120的方向中发射光。多个vcsel发射器可以以任何适当的方式被安置在电路板120 上，例如，可以使用矩形阵列或六边形阵列等排列方式安置多个 vcsel发射器。
46.光发射单元110还可以包括光源驱动电路，以用于驱动光源产生调制光。在一些实施方式中，光发射单元110还可以包括温度检测电路，以用于检测光源温度。温度检测电路可以包括热敏电阻。采用热敏电阻检测光源温度，可以直接得到例如vcsel周边的温度，测量更准确，并且可以有效节省器件数量、电路板上排布空间及模组内的空间。
47.电路板120可以是印刷电路板(pcb)。印刷电路板可以包括任何合适的材料。例如，印刷电路板可以由具有高热传导率的材料制成。电路板120上可以设置有用于连接光发射单元110的多个焊盘。在一些实施方式中，电路板120上还可以设置有用于连接导线134的多个焊盘，这将在下文中进一步描述。
48.电路板120可以通过设置在其上的连接结构121与导线134电连接。设置在电路板120上的连接结构121数量可以与形成在壳体130 的边缘部分136处的导线引出部的数量相同。在一些实施方式中，连接结构121可以是焊盘结构。导线134通过导线引出部与焊盘结构焊接导通，即，导线134与电路板120采用接触点焊盘设计。
49.在另一些实施方式中，连接结构121还可以形成为凹槽结构。此时，导线134的导线引出部可以形成为与该凹槽结构相对应的突起结构。导线134通过突起结构与形成在电路板上的凹槽结构卡扣连接。在这种情况下，导线引出部所形成的突起结构可以由易于导电的金属体形成。
50.图5示意性示出了根据本技术实施方式的用于控制供电电源向光发射单元110供电的控制回路。
51.光发射模块100可以包括第一控制器130(见图6a)。控制器130 可用于控制供电电源(未示出)向光发射单元110供电的电连接的接通和关断。在一些实施方式中，控制器130可以集成在电路板120上。控制器130可以被配置成响应于至少两条导线134中的任一条导线的断开，切断供电电源向光发射单元110供电的电连接。
52.图5示出了控制器130用于控制供电电源向光发射单元110供电的控制回路。需要说明的是，图5仅示意性示出了对应于两条导线134 的电路情况。当导线134的数量多于两条时，控制回路中的与门具有与导线134的数量对应的输入端。
53.用于控制供电电源向光发射单元110供电的控制回路采用与电路形式，使得任意一条导线134的断裂或脱落均可以导致控制回路做出切断供电电源向光发射单元110供电的响应。
54.参见图5，第一导线134可以具有阻值r1，第二导线134可以具有阻值r2。每条导线均可以通过独立的输入端连接到与门。另外，每条导线还通过电阻rs1、rs2等分别接地。图5
中的a、b、c和d这四个示意点可以分别对应于第一导线引出部133a、第二导线引出部 133b、第三导线引出部133c和第四导线引出部133d，或者分别对应于第一导线引出部133a、第三导线引出部133c、第二导线引出部133b 和第四导线引出部133d，这取决于导线134的布置方式。
55.在使用中，如果r1和r2中的任一者断开，输入给与门的输入信号状态均会发生变化，进而导致输出到驱动控制部分的使能信号状态发生变化，从而实现关断供电电源向光发射单元110供电的电连接。如此，例如外力撞击而导致的导线断裂或壳体脱落均可以被快速地反馈至控制回路，控制回路响应于所接收到的信号切断光发射单元110 的电连接，从而可以有效地防止激光外泄，以达到安全防护的效果。
56.本技术还提供了一种相机模组。图6a和图6b示意性示出了根据本技术实施方式的相机模组10的框图。
57.参见图6a和图6b，相机模组10可以包括光发射模块100和光接收模块200。相机模组10可以是tof深度相机。光发射模块100 可以用于向目标物体提供主动光源(如，激光)，而光接收模块200 可以用于接收由光发射单元110发射的并被场景返回的光线。相机模组10的光发射模块100可以是如上文中所描述的光发射模块。
58.光接收模块200可以包括透镜单元210和图像传感器220。透镜单元210可以包括至少一个透镜，以将被目标物体返回的光线平稳过渡至图像传感器220。图像传感器220用于将所接收到的光信号转换成电信号。图像传感器220可以是例如电荷耦合元件(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。
59.光接收模块200可以包括第二控制器230(见图6a)。第二控制器230可以对图像传感器220接收的信号进行处理，进而结合光信号以及反射信号分析、计算得到目标物体距离相机模组10的距离信息，同时获得带有深度信息的图像信息。另外，第二控制器230可以将关于目标物体的深度信息输出到其他计算设备。在如图6a所示的实施方式中，光发射模块100和光接收模块200可以分别包括第一控制器 130和第二控制器230。
60.在一些实施方式中，如图6b所示，相机模组10可以包括独立的控制模块300。控制模块300分别与光发射模块100和光接收模块200 电连接，并且控制模块300能够集成第一控制器130和第二控制器230 的功能。
61.控制模块300或第二控制器230还可以包括接口单元，接口单元可以用于相机模组10与各种外围设备以串行方式通信以交换信息。外围设备可以是flashram、网络控制器、mcu等。接口单元包括spi 接口，使得相机模组10可以方便地传输数据并且易于与外部的控制主机建立通信。接口单元还可以包括电源接口，以用于连接外部电源设备。
62.根据本技术的相机模组10在获取目标物体的3d图像的具体原理如下：光发射模块100中的光发射单元110产生预定调制频率的光信号，并照向目标物体；照向目标物体的光信号中的一部分被目标物体反射；反射信号被光接收模块200接收，通过透镜单元210入射至图像传感器220；图像传感器220接收光线，将光信号转变为电信号；控制器接收来自图像传感器220的电信号，并对照射至目标物体的入射光和反射光信号进行分析、处理，进而得到目标物体的3d图像以及距离信息。
63.根据本技术的光发射模块及包括该光发射模块的相机模组应用了内嵌有导线的壳体，从而能够通过识别导线的通断情况来识别壳体是否有受外力撞击或脱落。当识别导
线断开时，根据本技术的光发射模块及包括该光发射模块的相机模组能够快速关断供电电源向光发射单元供电的电连接，从而可以有效地避免激光外泄，以达到安全防护的效果。
64.以上描述仅为本技术的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术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。例如上述特征与本技术中公开的(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。