VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件制造技术

本发明专利技术公开了一种VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件，透镜具有设置芯片的腔体，腔体的开放口设置在透镜底部，所述腔体的腔壁包括第一折射曲面，所述透镜顶部形成第二折射曲面，所述第一折射曲面用于将所述芯片发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面；所述第二折射曲面用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果，如此避免光损失，提高光效率，提高产品安全性；透镜可以直接置于基座上，不用设计额外的托起结构。

【技术实现步骤摘要】
VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件
本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件。
技术介绍
目前，VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，垂直腔面发射激光器)芯片采用工程扩束器(Diffuser)进行扩束，该工程扩束器是在平板玻璃101表面粘接一高分子层102，利用微折射技术(包含折射和衍射)进行光线扩散，如图1所示。因平板玻璃101全反射较多，再加上高分子层102微结构会造成光损失，实际测试中，VCSEL芯片经工程扩束器扩束后的光学损失在10％以上，所以出光效率比较低。而且高分子层102容易高温熔融及脱落或者胶水浸润及污染物填充导致的失效，极强能量的激光光束直接照射出去，使用时存在人眼安全隐患。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种VCSEL扩束透镜，所述透镜具有一用于设置VCSEL芯片的腔体，所述腔体的开放口设置在所述透镜底部，所述腔体的腔壁包括第一折射曲面，所述透镜顶部形成第二折射曲面，所述第一折射曲面用于将所述芯片发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面；所述第二折射曲面用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果。<br>优选地，所述第一折射曲面在所述第一竖直平面内的轮廓为N次方曲线，所述第二折射曲面在所述透镜的长轴所在的第一竖直平面内的轮廓为M次方曲线，M为大于等于4的整数，N为大于等于2的整数；所述第一折射曲面与所述第二折射曲面之间的距离，在所述第一竖直平面内自长轴中心往两边逐渐增加。优选地，所述N次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H1/L1为1.2至1.5；所述M次方曲线具体为4次方曲线，其两侧最高点的高度与中间最低点的高度之比H21/H22为1.0至3.0。优选地，所述高度与长度之比H1/L1为1.31，所述高度之比H21/H22为2.17。优选地，所述第一折射曲面在所述透镜的短轴所在的第二竖直平面内的轮廓为R次方曲线，所述第二折射曲面在所述第二竖直平面内的轮廓为S次方曲线，R、S为大于等于2的整数；所述第一折射曲面与所述第二折射曲面之间的距离，在所述第二竖直平面内自短轴中心往两边逐渐减小。优选地，所述S次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H3/L3小于0.1；所述R次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H4/L4为0.1至0.5。优选地，所述高度与长度之比H3/L3为0.077，所述高度与长度之比H4/L4为0.13。优选地，所述腔体的整个腔壁由所述第一折射曲面和一对竖直平面组成，所述一对竖直平面正对设置且平行于透镜的长轴，所述第一折射曲面连接于所述一对竖直平面之间。优选地，所述透镜为注塑或者模压方式成型，其折射率n为大于1.4的透光胶。本专利技术另一方面构成一种VCSEL器件，包括VCSEL芯片、基座和扩束透镜，所述拓扩束透镜采用如前任一项所述的透镜，扩束透镜直接设置在所述基座上，所述芯片设置在所述基座上且位于所述腔体内。本专利技术的VCSEL扩束透镜以及VCSEL器件，具有以下有益效果：本专利技术利用两个折射曲面，进行两次长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的折射，对VCSEL芯片发出的光束进行扩束，将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果，相比于现有的扩束器可以在实现扩束的同时，避免光损失，提高光效率，而且可以完全解决现有技术中因为高分子层失效而导致极强能量的激光光束直接照射出去的隐患，提高产品安全性；而且，因为腔体可以设置VCSEL芯片，所以可以减少现有技术中扩束器的托起结构，本专利技术中的透镜可以直接置于基座上方，不用设计额外的托起结构。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：图1是现有技术中的VCSEL器件的结构示意图；图2是本专利技术VCSEL器件的结构示意图；图3是本专利技术VCSEL器件的长轴剖视图；图4是本专利技术透镜的长轴剖视图；图5是M次方曲线示意图；图6是N次方曲线示意图；图7是本专利技术VCSEL器件的短轴剖视图；图8是本专利技术透镜的短轴剖视图；图9是R次方曲线示意图；图10是S次方曲线示意图；图11是长轴光路图；图12是短轴光路图；图13是模拟结果光斑图；图14是极坐标下的模拟结果配光图；图15是笛卡尔坐标下的模拟结果配光图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的典型实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，本文中的长轴代表配光角度较大的那个方向，短轴代表配光角度较小的那个方向。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本专利技术的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。本专利技术总的构思是：构造一种VCSEL扩束透镜，所述透镜具有一用于设置VCSEL芯片的腔体，所述腔体的开放口设置在所述透镜底部，所述腔体的腔壁包括第一折射曲面，所述透镜顶部形成第二折射曲面，所述第一折射曲面用于将所述芯片发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面；所述第二折射曲面用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果。相比于现有的扩束器可以在实现扩束的同时，避免光损失，提高光效率，而且可以完全解决现有技术中因为高分子层失效而导致极强能量的激光光束直接照射出去的隐患，提高产品安全性；而且，因为腔体可以设置的VCSEL芯片，所以可以减少现有技术中扩束器的托起结构，本专利技术中的透镜可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VCSEL扩束透镜，其特征在于，所述透镜具有一用于设置VCSEL芯片(2)的腔体(10)，所述腔体(10)的开放口设置在所述透镜底部，所述腔体(10)的腔壁包括第一折射曲面(11)，所述透镜顶部形成第二折射曲面(12)，所述第一折射曲面(11)用于将所述芯片(2)发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面(12)；所述第二折射曲面(12)用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL扩束透镜，其特征在于，所述透镜具有一用于设置VCSEL芯片(2)的腔体(10)，所述腔体(10)的开放口设置在所述透镜底部，所述腔体(10)的腔壁包括第一折射曲面(11)，所述透镜顶部形成第二折射曲面(12)，所述第一折射曲面(11)用于将所述芯片(2)发出的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第一次折射，以使光束接近预设出光角度投射到所述第二折射曲面(12)；所述第二折射曲面(12)用于对投射到其上的光束进行长轴光束发散角度变大、短轴光束收拢角度变小的第二次折射，以将光束的出光角度整形到预设出光角度和光斑效果。


2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一折射曲面(11)在所述第一竖直平面内的轮廓为N次方曲线，所述第二折射曲面(12)在所述透镜的长轴所在的第一竖直平面内的轮廓为M次方曲线，M为大于等于4的整数，N为大于等于2的整数；
所述第一折射曲面(11)与所述第二折射曲面(12)之间的距离，在所述第一竖直平面内自长轴中心往两边逐渐增加。


3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述N次方曲线具体为2次方曲线，其高度与长度之比H1/L1为1.2至1.5；所述M次方曲线具体为4次方曲线，其两侧最高点的高度与中间最低点的高度之比H21/H22为1.0至3.0。


4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述高度与长度之比H1/L1为1.31，所述高度之比H21/H22为2.17。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，曹宇星，汪洋，
申请(专利权)人：瑞识科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44