[发明专利]图案化和泛光照明的投射

说明书

本公开涉及图案化和泛光照明的投射。一种光电子装置，其包括散热器，该散热器被成形为限定：基部；在该基部上方的第一高度处的第一平台；以及在该基部上方的不同于该第一高度的第二高度处的位于该第一平台旁边的第二平台。第一单片发射器阵列安装在第一平台上并被配置为发射第一光束。第二单片发射器阵列安装在第二平台上并被配置为发射第二光束。光学元件被配置为将第一光束和第二光束两者导向目标区域。

技术领域

本发明整体涉及光电子设备，尤其涉及光学辐射源。

背景技术

各种各样的便携式计算设备(在说明书中统称为“便携式设备”)，诸如智能电话、增强现实(AR)设备、虚拟现实(VR)设备、智能手表和智能眼镜，包括紧凑的光学辐射源。(如本说明书和权利要求书中所用的术语“光学射线”、“光学辐射”和“光”通常是指可见辐射、红外辐射和紫外辐射中的任一种和全部。)例如，一个源可发射泛光辐射，出于特征照明和识别的目的，从而用宽而均匀的照明对目标区域进行照明。例如，另一个源可投射图案化辐射，以便用点图案照明目标区域以用于该区域的三维(3D)映射。设计高功率光电子发射器诸如垂直腔面发射激光器(VCSEL)的主要挑战之一是有效的热耗散。此类设备在发射器活动区域中产生大量热，从而导致高发射器结温，这往往会降低VCSEL效率并导致在给定驱动电流下的光功率输出降低，使发射波长偏移，降低激光模式的质量，以及缩短工作寿命和可靠性。在VCSEL阵列设备中，低效热耗散导致发射器之间的温度不均匀性，从而导致发射器光学功率和阵列上的波长的变化。

响应于该问题，美国专利9735539(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种光电子设备，该光电子设备包括半导体基板，该半导体基板具有前侧和后侧并且具有至少一个腔，该至少一个腔从后侧延伸穿过半导体基板而接近前侧。至少一个光电子发射器形成于该半导体基板的前侧上，邻近该至少一个腔。导热材料至少部分地填充该至少一个腔并被配置为用作该至少一个光电子发射器的散热器。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了制造光学辐射源的改进设计和方法。

因此，根据本发明的一个实施方案，提供了光电子装置，该光电子装置包括散热器，该散热器被成形为限定：基部；在该基部上方的第一高度处的第一平台；以及在该基部上方的不同于第一高度的第二高度处的位于第一平台旁边的第二平台。第一单片发射器阵列安装在第一平台上并被配置为发射第一光束。第二单片发射器阵列安装在第二平台上并被配置为发射第二光束。光学元件被配置为将第一光束和第二光束两者导向目标区域。

在一个实施方案中，散热器包括金属。除此之外或另选地，散热器包括陶瓷材料。在所公开的实施方案中，散热器包括中心部分，该中心部分具有比围绕该中心部分的周边部分更大的热导率。

在一些实施方案中，散热器包括一体式材料件，该一体式材料件被成形用于限定该基部以及该第一平台和该第二平台。另选地，该散热器包括第一散热器材料件和第二散热器材料件，该第一散热器材料件被成形用于限定该基部，该第二散热器材料件安装在该第一散热器材料件上并限定该第二平台。

在本发明所公开的实施方案中，该第一单片发射器阵列和第二单片发射器阵列分别包括第一半导体基板和第二半导体基板以及分别设置在第一半导体基板和第二半导体基板上的第一多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)和第二多个VCSEL。

在一些实施方案中，该散热器相对于光学元件定位，使得第一单片发射器阵列位于该光学元件的后焦平面处，而第二单片发射器阵列从后焦平面轴向移位。在一个实施方案中，该光学元件被配置为聚焦第一光束以便将图案化辐射投射到目标区域上，并且使第二光束散焦以便将泛光辐射投射到目标区域上。另选地，该光学元件被配置为聚焦第一光束以便以第一聚焦质量将第一图案化辐射投射到目标区域上，并且使第二光束散焦以便以不同于第一聚焦质量的第二聚焦质量将第二图案化辐射投射到目标区域上。在所公开的实施方案中，第一光束以第一散度朝向目标区域投射，并且第二光束以大于第一散度的第二散度朝向目标区域投射。