図面 (/)

技術 縦方向アライメント機構を含む発光体および光検出モジュール

出願人 ヘプタゴン・マイクロ・オプティクス・プライベート・リミテッド
発明者 リール,ペーターロッシ,マルクスペレス・カレロ,ダニエルグロール,マティアスドロン,モシェベイキン,ドミトリーボウチルークス,フィリップ
出願日 2015年7月22日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2017-503532
公開日 2017年8月17日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-523467
状態 特許登録済
技術分野 半導体レーザ レンズ鏡筒
主要キーワード 配列マーク ビーム形成要素 対向接触面 バッフル壁 取付けアセンブリ 配列機構 透過性プレート 照準機構
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題・解決手段

本開示は発光体または光検出器のような光電装置のために非常に正確で安定したパッケージングをもたらすことの可能な様々なモジュールを説明する。モジュールは光電装置と光電装置上に配置された光学要素または光学アセンブリとの間の正確な距離を確立するために、モジュールの組立中、必要に応じ、機械加工可能な縦方向アライメント機構を含む。

概要

背景

背景
さまざまな家庭用電気製品および他の装置は正確な光の照射作用に設計されたパッケージされた発光体を含む。そのようなモジュールの空間的な寸法は、たとえば、最適な距離において、光学要素および発光体要素が正確に位置づけられるよう、概ね高い正確性で制御される必要がある、こうして、モジュールは最適な性能のための非常に小さな空間(的寸法)および光学上の(たとえば焦点距離誤差を有するべきである。しかしながら、その使用、たとえば、パッケージされた発光体モジュール内の接着剤と附属支持構造固有製造誤差のような他の要素は、しばしば許容不能な水準まで誤差を広げる。以上の問題は光検出器にも同様に当てはまる

いくつかの適用例において、発光体モジュールは様々な問題を生じ得る比較的大きな温度範囲(たとえば−20℃から70℃)にわたって最適な光学性能を発揮する必要がある。第一に、光学要素および支持構造の空間的な寸法は温度によって変化するかもしれない。第二に、光学要素の反射性指標も温度によって変化するかもしれない。後者の変化は焦点距離の変化をもたらし、発光体モジュールの乏しい性能を生じるかもしれない。さらに、モジュールはしばしば良い熱伝導が必要となる。

概要

本開示は発光体または光検出器のような光電装置のために非常に正確で安定したパッケージングをもたらすことの可能な様々なモジュールを説明する。モジュールは光電装置と光電装置上に配置された光学要素または光学アセンブリとの間の正確な距離を確立するために、モジュールの組立中、必要に応じ、機械加工可能な縦方向アライメント機構を含む。

目的

いかなるときでも、縦方向アライメント機構108の1つの機能はカバー110と発光体102との間に正確に規定されたギャップを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

発光体または光検知器モジュール組立方法であって、基板上に取り付けられた光電装置を横方向に取り囲むハウジングを提供するステップを備え、前記光電装置は発光または光検知のために操作可能であり、前記方法はさらに、接着剤を用いて前記光電装置の適所に第1の光学要素部を固定するステップを備え、前記光学要素は前記光電装置から発されたあるいはこれにより検知可能な光に対して実質的に透過性を有し、1または複数の縦方向アライメント機構が前記光学部を前記ハウジングと分離し、1または複数の前記縦方向アライメント機構のいずれの接合面にも接着剤は提供されず、前記方法はさらに、前記光学要素を前記光電装置上の適所に固定するのに先立ち以下のステップを実行し、モジュールの光学軸の方向に高さを指示する1または複数の計測を行い、前記光電装置と前記光学要素との間の特定された距離を実現するために前記1または複数の計測に基づく量だけ少なくとも1つの表面を機械加工し、前記少なくとも1つの前記機械加工された表面は、特定の縦方向アライメント機構の接触面または、前記光学要素が前記光電装置上の適所に固定されたとき特定の縦方向アライメント機構の前記接触面と直接接触する対向する接触面、の少なくとも1つを含む、方法。

請求項2

前記1またはそれ以上の縦方向アライメント機構は前記光学要素の表面上に位置し、前記縦方向アライメント機構の少なくとも1つの接触面は、前記光電装置と前記光学要素との間の特定された距離を達成するために前記光電装置上の適所に前記光学要素を固定するに先立ち、前記1または複数の測定に基づく量だけ機械加工される、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記1またはそれ以上の縦方向アライメント機構は前記ハウジングの表面からの突起として提供され、前記縦方向アライメント機構の少なくとも1つの接触面は、前記光電装置と前記光学要素との間の特定された距離を達成するために前記光電装置上の適所に前記光学要素を固定するに先立ち、前記1または複数の測定に基づく量だけ機械加工される、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記光電装置上の適所に前記光学要素を固定するに先立ち、前記1または複数の測定に基づく量だけ、対向する接触面を機械加工するステップを含む、請求項1から3のいずれか1つに記載の方法。

請求項5

前記光学要素の前記側縁部が接着剤によって前記ハウジングの内側に面する表面に取り付けられるよう接着剤を提供するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記光電装置により近く前記光学要素の側面から突き出す突起が、前記1またはそれ以上の縦方向アライメント機構とは異なり、前記ハウジングの表面に取り付けられるよう、接着剤を提供するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

前記光電装置により近く前記光学要素の側面から突き出す第1の突起が、前記第1および第2の突起は前記1または複数の縦方向アライメント機構とは異なり、前記ハウジングの表面から突き出す第2の突起に取り付けられるよう接着剤を提供するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項8

接着剤を用いて前記第1の光学要素上の適所に第2の光学要素を固定するステップをさらに含み、前記第2の光学要素は前記光電装置から発されあるいはこれにより検知可能な光に対して実質的に透過性を有し、前記1または複数の縦方向アライメント機構は前記第2の光学要素を前記第1の光学要素と分離し、前記接着剤は前記1または複数の縦方向アライメント機構のいずれの接合面にも提供されず、方法は前記第2の光学要素を前記第1の光学要素上の適所に固定するに先立ち以下のステップの実行をさらに含み、前記光電装置と前記第2の光学要素との間の特定の距離を達成するために少なくとも1つの表面を機械加工するステップ、前記少なくとも1つの機械加工された表面は以下の1つを含む、特定の第2の縦方向アライメント機構の接触面または、前記第2の光学要素が前記第1の光学要素上の適所に固定されたとき前記特定の第2の縦方向アライメント配列表面の前記接触面と直接接触する対向する第2の接触面、請求項1から7のいずれか1つに記載の方法。

請求項9

前記1または複数の第2の縦方向アライメント機構は前記第2の光学要素の表面上に適用され、前記第2の縦方向アライメント機構の少なくとも1つの接触面は前記光電装置と前記第2の光学要素との間の特定された距離を達成するために前記第2の光学要素を適所に固定するに先立ち機械加工される、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記第2の光学要素を前記第1の光学要素上の適所に固定するに先立ち、前記対向する第2の接触面の機械加工を含む、請求項9に記載の方法。

請求項11

発光体または光検知モジュールであって、基板上に取り付けられた光電装置を備え、前記光電装置は発光または光検知のために操作可能であり、モジュールはさらに、前記光電装置を横方向に取り囲み前記モジュールのための側壁として役立つハウジングと、前記光電装置上の光学要素とを備え、前記光学要素は前記光電装置から発されまたはこれによって検知可能な光に対して実質的に透過性を有し、モジュールはさらに、前記光学要素を前記ハウジングから分離する1または複数の縦方向アライメント機構を備え、前記光学要素は前記1または複数の縦方向アライメント機構と直接接触する、モジュール。

請求項12

前記1または複数の縦方向アライメント機構は前記ハウジングと同じ素材で構成される、請求項11に記載のモジュール。

請求項13

前記1または複数の縦方向アライメント機構は前記ハウジングと一体的なピースとして形成される、請求項11に記載のモジュール。

請求項14

前記光学要素の側縁部は接着剤によって前記ハウジングの内側に面する表面に取り付けられる、請求項11から13のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項15

前記モジュールは前記光学要素を横方向に取り囲む非透過性の側壁を含む、請求項11に記載のモジュール。

請求項16

前記光学要素の前記側縁部は非透過性素材により横方向に包み込まれる、請求項11に記載のモジュール。

請求項17

前記光学要素の表面から前記ハウジングの方に向かうがこれには届かない、下側に突き出す少なくとも1つの突起をさらに含み、それぞれの突起は接着剤によって前記ハウジングの表面に付着される、請求項11に記載のモジュール。

請求項18

前記突起は前記1または複数の縦方向アライメント機構の少なくとも1つと一体的なピースとして形成され、同じ素材で構成される、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記光学要素の側縁部は前記突起と一体的なピースとして形成され、同一の素材で構成される非透過性素材内に横方向に包み込まれる、請求項18に記載のモジュール。

請求項20

1または複数の第2の縦方向アライメント機構を含み、それぞれの機構はハウジングから突出して前記光学要素から突き出す前記縦方向アライメント機構の対応する1つとそれぞれ並列するか、直接接触する、請求項11に記載のモジュール。

請求項21

前記カバーの側表面から前記ハウジングに向かって下方向に延びる少なくとも1つの突き出した突起と、前記ハウジングから前記光学要素に向かって突き出す少なくとも1つの第2の突起とを含み、それぞれの第2の突起は、接着剤によって、前記光学要素から突き出す前記突起の対応する1つに取り付けられる、請求項20に記載のモジュール。

請求項22

それぞれの第2の縦方向アライメント機構およびそれぞれの第2の突起は前記ハウジングと、一体的なピースとして形成され、同じ素材で構成される、請求項21に記載のモジュール。

請求項23

前記光学要素から突き出すそれぞれの縦方向アライメント機構は、前記光学要素から突き出す突起の対応する1つと、一体的なピースとして形成されるか、同じ素材で構成される、請求項22に記載のモジュール。

請求項24

前記光学要素は非透過性素材内に横方向に包み込まれる、請求項20から23のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項25

前記光学要素は前記光電装置上に配置された第1の光学アセンブリの一部である、請求項11から24のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項26

前記第1の光学アセンブリ上に配置された第2の光学要素を含み、前記第2の光学要素は前記光電装置から発されまたはこれにより検知可能な光に対して実質的に透過性を有する、請求項25に記載のモジュール。

請求項27

前記第2の光学要素は前記第1の光学アセンブリの前記光学要素および前記第2の光学要素と直接接触する1または複数の縦方向アライメント機構によって前記第1の光学アセンブリの前記光学要素から分離される、請求項26に記載のモジュール。

請求項28

前記ハウジングは第1の内側棚部と第2の内側棚部を含み、前記縦方向アライメント機構は前記第1の内側棚部と前記光学要素との間に配置されて前記第1の内側棚部と前記光学要素と直接接触し、前記モジュールは、前記光電装置上の第2の光学要素をさらに含み、前記光電装置から発されあるいはこれによって検知可能な光に対して前記第2のカバーは実質的に透過性を有し、前記モジュールは、前記第2の部と前記第2の光学要素との間に配置されて前記第2の棚部と前記第2の光学要素と直接接触する1または複数の第2の縦方向アライメント機構をさらに含む、請求項11に記載のモジュール。

請求項29

前記第2の棚部は前記第1の棚よりも大きな外周を有し前記第1の棚部よりも前記光電装置からより遠くに位置する、請求項28に記載のモジュール。

請求項30

双方の光学要素の側縁部は接着剤によって前記ハウジングのそれぞれの内側に面する表面に取り付けられる、請求項28または29に記載のモジュール。

請求項31

前記光学要素から突き出す前記縦方向アライメント機構の対応する1つの側表面と当接する側表面を有する1または複数の横方向整列機構を含み、それぞれの横方向整列機構は前記ハウジングから突出し前記ハウジングと一体的なピースとして、また同じ素材で形成される、請求項11に記載のモジュール。

請求項32

前記基板は銅合金で構成される、請求項11から31のいずれか1つに記載されたモジュール。

請求項33

前記ハウジングはセラミック充填物を有する射出成形されたエポキシまたは射出成形された金属で構成される、請求項11から32のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項34

前記光電装置は垂直共振器レーザーまたはレーザーダイオードを備える、請求項11から33のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項35

前記光電装置はイメージセンサを備える、請求項11から33のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項36

前記光学要素はガラス製である、請求項11から35のいずれか1つに記載のモジュール。

請求項37

自動照準機構をさらに含む、請求項11から36のいずれかに記載のモジュール。

請求項38

光パターン投射する照明投射モジュールであって、前記モジュールは、以下を含む第1のアセンブリを備え、発光のために操作可能な光電装置と、マスクを含む光学要素とを含み、前記光電装置は前記光学要素を通じて光を送信するよう配置され、前記モジュールは、以下を含む光学アセンブリをさらに備え、1または複数の光学要素と、前記マスクを含む前記光学要素と直接接触する1または複数の縦方向アライメント機構を有する第1のスペーサとを含み、前記第1のスペーサはまた前記第1のアセンブリの一部を形成し前記光電装置を横方向に取り囲む第2のスペーサに固定される、照明投射モジュール。

請求項39

前記第1のスペーサは接着剤により前記第2のスペーサに固定される、請求項38に記載の照明投射モジュール。

請求項40

前記マスクを含む前記光学要素は1または複数の透明窓を有しそれぞれの窓は前記光電装置のそれぞれの配列マークを有して配列される、請求項38または39に記載の照明投射モジュール。

請求項41

前記マスクを含む前記光学要素は接着剤によって前記第2のスペーサに固定され、前記マスクを含む前記光学要素は1または複数のUV透過性の窓をさらに含みそれぞれの窓は前記第1のスペーサを前記第2のスペーサに固定する前記接着剤の少なくとも一部の上に配置される、請求項38から40のいずれか1つに記載の照明投射モジュール。

請求項42

前記マスクは透過性基板上の黒クロムマスクを備える、請求項38から41のいずれか1つに記載の照明投射モジュール。

請求項43

前記光学アセンブリはレンズバーレル内に1または複数のレンズを含み、前記第1のスペーサと前記レンズバーレルは単一の一体的なピースを形成する、請求項38から42のいずれか1つに記載の照明投射モジュール。

技術分野

0001

技術分野
本開示は発光体および光検出モジュールに関する。

背景技術

0002

背景
さまざまな家庭用電気製品および他の装置は正確な光の照射作用に設計されたパッケージされた発光体を含む。そのようなモジュールの空間的な寸法は、たとえば、最適な距離において、光学要素および発光体要素が正確に位置づけられるよう、概ね高い正確性で制御される必要がある、こうして、モジュールは最適な性能のための非常に小さな空間(的寸法)および光学上の(たとえば焦点距離誤差を有するべきである。しかしながら、その使用、たとえば、パッケージされた発光体モジュール内の接着剤と附属支持構造固有製造誤差のような他の要素は、しばしば許容不能な水準まで誤差を広げる。以上の問題は光検出器にも同様に当てはまる

0003

いくつかの適用例において、発光体モジュールは様々な問題を生じ得る比較的大きな温度範囲(たとえば−20℃から70℃)にわたって最適な光学性能を発揮する必要がある。第一に、光学要素および支持構造の空間的な寸法は温度によって変化するかもしれない。第二に、光学要素の反射性指標も温度によって変化するかもしれない。後者の変化は焦点距離の変化をもたらし、発光体モジュールの乏しい性能を生じるかもしれない。さらに、モジュールはしばしば良い熱伝導が必要となる。

発明が解決しようとする課題

0004

要約
この開示は非常に正確で安定した発光体または光検出光電装置のためのパッケージングを提供可能な様々なモジュールを説明する。モジュールは、必要があれば、モジュールの組立中、光電装置と光学要素または光学アセンブリとの間の正確な距離を確立するために、機械加工可能な縦方向アライメント機構を含む。他の特徴は、いくつかのケースにおいて、たとえば、比較的幅広い温度範囲において、光学ビームの改善された焦点合わせの促進を手助け可能である。

課題を解決するための手段

0005

たとえば、ある態様において、発光体および光検出モジュールを組み立てる方法が説明される。方法は基板上に取り付けられた光電装置を横方向に取り囲むハウジングの提供と接着剤を用いた光電装置上の適所に第1の光学要素の固定を含む。光電装置は、たとえば、発光体または光検出体として実装される。光学要素は光電装置によって発されたあるいはこれにより検知可能な光に対して実質的に透過性を有する。1またはそれ以上の縦方向アライメント機構は光学要素をハウジングの表面から離す。接着剤は、しかしながら、縦方向アライメント機構のどの接触部分にも適用されない。方法は光学要素を光電装置上の適所に固定する前にいくつかのステップの実行を含み得る。特に、光学要素を光電装置上の適所に固定する前に、モジュールの光学軸方向に高さを表示する1またはそれ以上の計測がなされ得る。さらに、光電装置と光学要素との特定の距離を達成するために、計測の数値によって、少なくとも1つの表面が機械加工され得る。機械加工された表面は少なくとも1つの(i)特に縦方向アライメント機構の接触面、または(ii)光学要素が光電装置の適所に固定されたときに特に縦方向アライメント機構の接触面と直接接触する対向接触面を含み得る。

0006

カスタマイズされた(たとえば機械加工)縦方向アライメント機構を含む発光体および光検出モジュールの様々な変形が同様に説明される。たとえば、発光体モジュールまたは光検出モジュールは基板上に取り付けられ、発光または光検出のために操作可能な光電装置を含み得る。ハウジングは光電措置を横方向に取り囲みモジュールのための側壁として役立つ。光学要素は光電装置上に配置され実質的に光電装置からの発された光またはこれにより検知可能な光に対して透過性を有する。1またはそれ以上の縦方向アライメント機構が光学要素をハウジングから分離し、光学要素は1またはそれ以上の縦方向アライメント機構と直接接触する。

0007

様々な実装は1またはそれ以上の以下の利点を提供する。たとえば、同じケースにおけるモジュールは光電装置および光学要素の間の距離が数ミクロン以内の望ましい値(たとえば±5μmでいくつかのケースでは±3μm以内)となるよう正確なz高を提供し得る。特に、カスタマイズ可能な縦方向アライメント機構は望ましいz高を達成するために組み立て過程中に機械加工可能である。z高上の接着剤の潜在的な逆効果を回避する様々なアプローチが説明される。少なくとも1つのガラスで構成された要素および/または自動照準機構を組み込んだような他の特徴はさらに、z高のずれの補正を手助け可能である。追加的な特徴(たとえば銅合金基板上への光電取付)もまた広い範囲の温度にわたって良好なモジュール機能保証を手助け可能である。この開示で説明された技術およびモジュールは、こうして、光学ビームの改善された照準合わせの維持の達成を促進可能である。

0008

他の態様によれば、光パターン投射する照明投射機は発光のために操作可能な光電装置およびマスクを含む光学要素を含む第1のアセンブリを含む。光電装置は光学要素を通じて光を送信するよう配置される。モジュールはまた1またはそれ以上の光学要素とマスクを含む光学要素と直接接触する1またはそれ以上の縦方向アライメント機構を有する第1のスペーサを含む。第1のスペーサはまた第1のアセンブリの一部を形成し光電装置を横方向に取り囲む第2のスペーサに固定される。

0009

1またはそれ以上の以下の特徴はいくつかの実装に含まれる。たとえば、第1のスペーサは第2のスペーサに接着剤で固定される。マスクを含む光学要素は光電装置上でそれぞれの配列マークを有して配列される1またはそれ以上の透明な窓を有し得る。そのような窓は光電装置を有する光学アセンブリの配列を促進可能である。マスクを含む光学要素は接着剤によって第2のスペーサに固定され第1のスペーサを第2のスペーサに固定する接着剤の少なくとも一部にわたってそれぞれ配置される1またはそれ以上のUV透過性の窓を含むことができる。UV透過性の窓はモジュールの組立の最中に接着剤のUV硬化を促進可能である。いくつかのケースにおいて、マスクは透過性基板上に黒いクロムマスクを備える。

0010

他の態様、特徴および利点は以下の詳細な説明、添付の図面および請求の趣旨から明らかとなろう。

図面の簡単な説明

0011

パッケージされた発光体モジュールの断面図である。
パッケージされた発光体モジュールの断面図である。
パッケージされた発光体モジュールの断面図である。
発光体とカバーとの間のz高を設定する個別に縦方向アライメント機構を含むモジュールの上面図である。
1またはそれ以上の縦方向アライメント機構を有するモジュールの組立の例を図示する。
1またはそれ以上の縦方向アライメント機構を有するモジュールの組立の例を図示する。
望ましいz高を得るために機械加工され得る表面の部分拡大図である。
望ましいz高を得るために機械加工され得る表面の部分拡大図である。
望ましいz高を得るために機械加工され得る表面の部分拡大図である。
他の発光モジュールの断面図である。
図5Aの拡大図である。
さらに他の発光モジュールの断面図である。
図6Aの拡大図である。
他の発光モジュールの断面図である。
図7Aの拡大図である。
さらに他の発光モジュールの断面図である。
図8Aの拡大図である。
光学アセンブリの堆積を含む発光体モジュールの断面図である。
図9A展開図である。
図9Aの展開図である。
光学アセンブリの堆積を含む他の発光体モジュールの断面図である。
図10Aの部分拡大図である。
光学アセンブリの堆積を含むさらなる発光体モジュールの例である。
縦方向および横方向のアライメント機構を含むモジュールの部分拡大図である。
縦方向および横方向のアライメント機構を含むモジュールの部分拡大図である。
縦方向および横方向のアライメント機構を含む他のモジュールの部分拡大図である。
縦方向および横方向のアライメント機構を含む他のモジュールの部分拡大図である。
発光体モジュールを組み立てるステップを含むフローチャートである。
少なくとも1つのガラスで形成された光学部分を含むモジュールの例である。
自動照準合わせアセンブリを含むモジュールの例である。
照明投射機の例である。
図17の照明投射機の組立の例である。
図17の照明投射機の組立の例である。
図17の照明投射機の組立の例である。
照明投射機の他の例を示す。

実施例

0012

詳細な説明
図1Aに図示されたように、パッケージされた発光モジュール100はリードフレームなどの基板104に取り付けられた発光体102のための非常に正確で安定したパッケージングを提供可能である。発光体102は一貫した、指向性の、スペクトルで規定された発光(たとえば垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)またはレーザーダイオード)の種類でもよい。いくつかの実装において、発光体102は赤外線(IR)光または可視範囲のスペクトルの光を発するために操作可能である。発光体102の操作可能な温度が比較的高くなるにつれて、リードフレームまたは他の基板104は低い熱膨張を呈する銅合金のような素材で構成され得る。そのような素材は比較的高い熱伝導性を有し、それゆえ、同時にモジュールのための良い熱管理をもたらし得る。たとえば、主に銅(その熱伝導性は約260W/(mK))で構成された基板は速やかにモジュールから外部への熱の伝導を促進し、これにより熱膨張による寸法の変化を防止する。

0013

発光体102およびリードフレーム104を横方向に取り囲むハウジング106はモジュールの側壁として役立つ。好ましくは、ハウジング106はまた低い熱膨張を呈する素材(たとえばセラミック充填剤を有する射出成形されたエポキシまたは射出成形された金属)で構成される。いくつかのケースにおいて、ハウジングの内側を向く表面107は基板104の表面に対して一定角度傾き、その内部に発光体102の位置する円錐形状または逆ピラミッド形状のスペース109を規定する。透過性のカバー110である(またはそれを含む)、回折要素またはその他の光学要素は発光体102上に配置されハウジング106のメイン本体とカバー110とを分離する1またはそれ以上の縦方向アライメント機構(たとえばスタッドまたはスペーサ)108に支持される。いくつかのケースにおいてカバー110はガラスまたはサファイアのような透明な無機素材で構成されてもよい。そのような素材を使用する利点はレンズ素材と比較して熱膨張の比較的低い係数を有する点である。モジュールからの光の漏れを防止または低減するために、カバー110の側縁部112はカバー110を横方向に取り囲む非透過性の壁114によって保護され得る。壁114は、たとえば、射出成形によって形成され得てハウジング106の本体を有する(そしてそれと同じ素材で形成され得る)一体的なピースとして形成され得る。

0014

いくつかのケースにおいて、図1Bに示されるように、カバー110の側縁部112は非透過性のカプセル材料116に埋め込まれている。壁114またはカプセル性材料116は、たとえば、ハウジング106と同じ素材で構成される。いくつかのケースにおいて、図1Cに示されるように、レンズ118などの1またはそれ以上のビーム形成要素はカバー110の1または双方の表面に提供される。ビーム形成要素118および透過性カバー110は合わせて光学アセンブリを構成する。いくつかの例において、カバー110を横方向に取り囲む側壁114はカバー110の外側表面を超えて延びバッフルとして役立つ。

0015

いくつかの実装において、縦方向アライメント機構108はカバー縁部全体の近くに提供される。他の例において、複数(たとえば3つ)の個別の縦方向アライメント機構108が提供される(図2参照)。いかなるときでも、縦方向アライメント機構108の1つの機能はカバー110と発光体102との間に正確に規定されたギャップを提供することである。

0016

モジュールの組立中、縦方向アライメント機構108は、必要に応じて、高さを調節しその後カバー110と発光体102との間の正確に事前指定された距離を達成するために、機械加工可能である。たとえば、いくつかのケースにおいて、縦方向アライメント機構108は射出成型により形成され、ハウジング106を有する(そして同じ素材で形成される)一体的なピースとして形成される(図3A参照)。縦方向アライメント機構が機械加工されるかどうかおよびその程度を決定するためにモジュールの組立中様々な手段が実行可能である。いくつかの例において、機械加工の量は、たとえば傾斜を補正するために、1つの縦方向アライメント機構108から次のものとで変化する。必要に応じて、縦方向アライメント機構を、望ましい高さに機械加工した後、カバー110は縦方向アライメント機構108に直接接触して位置づけ可能である。カバー110と発光体102との間の正確な引き離しを提供するために、カバー110は接着剤によって縦方向アライメント機構108に付着されない。代わりに、接着剤はたとえば、カバー110の側縁部とハウジング106および/または側壁114との間のエリア120に提供可能である(図1C参照)。このおよび他の実装における適切な接着剤の例はUV硬化可能なエポキシである。

0017

いくつかの例において、縦方向アライメント機構108は最初にカバー110の発光体側上に(たとえば折り返しにより)提供されその後、必要であれば、ハウジング上に直接接触して位置づけられる前に、望ましい高さに機械加工される(図3B参照)。この技術の利点は縦方向アライメント機構108はハウジング106と別に機械加工可能であり、それにより生じ得る発光体102の汚染回避可能である点にある。

0018

いくつかのケースにおいて、縦方向アライメント機構108の表面の機械加工に加えて、あるいはこれに代えて、ハウジング106の表面が機械加工可能である。図4Aから図4Cは特定のz高(すなわち発光体102と光学要素110との間の距離)を達成するために機械加工可能な表面122、124の例を図示する部分拡大図である。表面122は縦方向アライメント機構108の接触面であり、表面124は対向する接触面である。これらの図はまたカバー110をハウジング106上に適所に(すなわちカバー110の側縁部に)固定するための接着剤130の位置の例を図示する。

0019

いくつかの例において、接着チャネル126は図5Aおよび図5Bに示されるように、それぞれの縦方向アライメント機構108に隣接して提供される。接着チャネル126は縦方向アライメント機構108とカバー110の発光体側表面から下方向に突出し縦方向アライメント機構108より少し短い突起128の間に位置することができる。突起128は、たとえば、射出成形により一体的なピースとして、縦方向アライメント機構108と同じ素材で構成されて形成可能である。組立中、カバー110がハウジング上に位置したとき、縦方向アライメント機構108の発光体側表面は発光体102とカバー110の間の望ましい高さを確立するためにハウジング106の表面と直接接触して位置する。突起128の発光体側表面とハウジング106の表面の間の接着剤130はカバー110を適所に固定する。

0020

好ましくは、チャネル126の形状および寸法は接着剤130が縦方向アライメント機構108と下にあるハウジング106の表面との間に入り込む防止に役立つ。特に、接着剤の縦方向アライメント機構の素材への毛管力および湿潤性は接着剤を縦方向アライメント機構から離し続けることに役立ち得る。接着剤および縦方向アライメント機構の間の接触角度、およびチャネル寸法は、この目標を考慮に入れて設計可能である。

0021

いくつかの実装において、図6Aおよび図6Bに示されるように、接着チャネル126に隣接する突起128はまたカバー110の側縁部を横方向に取り囲むカプセル化素材116と一体的なピースとして(そして同じ素材で構成されて)形成可能である。他の実装にあるように、縦方向アライメント機構108の高さは、必要があれば、その高さを減らす機械加工によってカスタマイズ可能である。最終的なモジュールにおいて、それぞれの縦方向アライメント機構108は発光体102とカバー110との間の望ましい高さを提供するためにハウジング106上に(すなわち縦方向アライメント機構とハウジングの間の接合部分に接着剤なしで)直接乗る。カバー110の側縁部を包み込む素材116がモジュールからの光の漏れを防止するにつれて、いくつかの例においてバッフル壁は省略可能である。にもかかわらず、いくつかの例において、カバー110と縦方向アライメント機構108の横方向のアライメントを促進可能なバッフル壁114の提供はまだ有益であるかもしれない。

0022

図7Aおよび図7Bに図示されたように、いくつかの実装は第2の縦方向アライメント機構132と第2の突起134を含み、それぞれハウジング106の上側表面から突き出す。それぞれの第2の縦方向アライメント機構132はカバー110から突き出す対応する縦方向アライメント機構108と列をなす。上側および下側縦方向アライメント機構108、132の1つまたは両方の表面は、必要に応じて、対応する対向面が互いに当接して直接接触される前に望ましい高さに機械加工可能である。さらに、それぞれの第2の突起134は対応する突起128と列をなす。しかしながら、突起128、134は互いに直接接触されることはない。代わりに、突起128、134は、それぞれ、カバー110をハウジング106上の適所に固定するために接着剤により互いに付着される上側および下側取付け機構として役立つ。上側および下側取付けチャネル126A、126Bは接着剤130が縦方向アライメント機構108、132に近づきすぎて流れるのを防止するのに役立ち得る。こうして、上側および下側縦方向アライメント特徴108、132の合計高は発光体102とカバー110との正確に特定された距離の達成に役立ち、突起128、134および接着剤130はカバー110をハウジング110に固定する。

0023

図8Aおよび図8Bは第2の縦方向アライメント機構132と第2の突起134を含む他のモジュールの例を図示し、それぞれハウジング106の上側表面から突き出す。こうして、図7Aおよび図7Bのモジュールのように図8Aおよび図8Bのモジュールは上側および下側縦方向アライメント機構を両方含む。さらに、図8Aおよび図8Bのモジュールのカバー110の側縁部は縦方向アライメント機構108および突起128と一体的なピースとして(そして同じ素材で構成されて)形成可能な不透明素材116によって横方向に包み込まれる。カバー110の側縁部を包み込む素材116がモジュールからの光の漏れを防止するにつれて、バッフル壁114はいくつかの例において省略されてもよい。

0024

カスタマイズ可能な縦方向アライメント機構はまた次から次へと複数の光学アセンブリに積み重ねられて使用可能である。1つの例が図9Aに図示され、第1および第2の光学アセンブリ140、142の積み重ねを含むモジュールを示す。光学アセンブリ140、142は上側アセンブリ142の透過性プレート110の発光体側表面にある1または複数のカスタマイズ可能な縦方向アライメント機構148と互いに分離されてもよい。縦方向アライメント機構148の発光体側表面は下側アセンブリ140の透過性プレート110の発光体側表面上に直接(すなわち接着剤なしで)乗る。図9Bに示されたように、いくつかの実装において、下側光学アセンブリ140はハウジング106から延びる縦方向アライメント機構132上に位置し、その後上側アセンブリ142は下側アセンブリ140上に位置する。光学アセンブリ140、142は、たとえば、図4Aに図示されるように、接着剤を用いて光学要素110の側縁部とモジュールの上側側壁114との間の適所に固定可能である。光学アセンブリ140、142をハウジング106上に位置するに先立ち、1または複数の縦方向アライメント面122、124、150は発光体102からの距離が具体化された数値となるよう機械加工可能である。いくつかの実装において、図9Cに示されるように、光学アセンブリ140、142は互いに積み重ねられ、その後全体の積み重ねが縦方向アライメント機構132上に位置することが可能である。

0025

いくつかのケースにおいて、図10Aに示されたように、上側光学アセンブリ142の縦方向アライメント機構148は、下側光学アセンブリ140の縦方向アライメント機構108が下側棚154上に乗るように、ハウジング106の上側棚152上に直接乗ることができる。図10Bに図示されたように、縦方向アライメント機構108、148の1または複数の面122、124、150または152、154は、必要に応じて、発光体102とそれぞれの光学アセンブリとの間の望ましい相対距離を提供するために光学アセンブリ140、142の位置づけに先立ち機械加工可能である。光学アセンブリ140、142は、たとえば、接着剤130によってその側縁部とハウジング106の内側に面する表面との間の適所に固定可能である。

0026

図11に図示されたように、光学アセンブリ140、142の積み重ねはまた図7Aおよび図8Bに関して説明された特徴(すなわち縦方向アライメント機構108/148と透過性プレート110の発光体側から突き出す対応する突起128/158の間に形成された接着チャネル)のいくつかを用いてハウジング上に位置づけ可能である。また、いくつかのケースにおいて、光学要素110の側縁部は、図8Aに関連して上で説明された、不透明素材によって包み込まれることができる。縦方向アライメント機構108、132、148の1または複数の接触面122、124、150は、必要に応じて、発光体102とそれぞれの光学アセンブリとの間の望ましい距離を達成するために光学アセンブリ140、142の位置づけに先立って機械加工可能である。先に説明された例のように、接触面122、124、150上には接着剤がなく、発光体102への距離が正確に確立可能である。代わりに、接着剤は突起134、128、158の表面に提供可能である。

0027

縦方向アライメント機構(たとえば108、132)に加えて、いくつかの実装は、たとえば、図12Aおよび図12Bに示されたように、横方向アライメント機構160を含む。横方向アライメント機構160は、たとえば、低位の縦方向アライメント機構132およびハウジング106と一体的なピースとして(および同じ素材で構成されて)形成可能である。特に、横方向アライメント機構160はハウジングから隣の下側縦方向アライメント機構132に突き出す突起の形状をとることも可能である。横方向アライメント機構160は上側縦方向アライメント機構108の下側縦方向アライメント機構132上への位置づけを促進可能である。最終的なモジュールにおいて、それぞれの横方向アライメント機構160の側面は対応する上側縦方向アライメント機構108の側面と直接接触する。さらに、横方向アライメント機構160は表面122、124の機械加工から生じる微粒子から発光体102の保護を助け得る。いくつかのケースにおいて、光学アセンブリの層の積み重ねが提供可能である。図13Aに示されたように、上側光学要素110Aは縦方向アライメント機構(たとえばスタッドまたはスペーサ)148により下側光学要素110Bと分離可能である。縦方向アライメント機構148の接触面150は発光体102と上側光学要素110Aとの間の望ましい距離を達成するために下側光学要素110Bと接触させるに先立ち機械加工可能である。他の例において、図13Bに図示されたように、両方のカバー110A、110Bの側縁部は不透明素材116により包み込むことができる。ここでも、カプセル化素材116は縦方向アライメント機構108および突起128と一体的なピースとして(そして同じ素材で構成されて)形成可能である。いくつかのケースにおいて、横方向アライメント機構は省略されてもよい。

0028

以上に詳細に述べた説明から明らかなように、縦方向アライメント機構の接触面、あるいはそれが置かれる棚またはその他の表面は、モジュール内の発光体と光学要素との間の距離を正確な規定を実現するために機械加工可能である。必要とされる機械加工の程度は、たとえば、組立過程中なされる様々な計測に基づくことが可能である。全体の過程は、いくつかのケースにおいて、自動化されるかもしれない。

0029

以上の実装において、縦方向アライメント機構(たとえば108、132、148)は、たとえば、単一の連続的なスペーサまたは複数の個別のスタッド/スペーサのいずれかで実装可能である(図2参照)。

0030

以上に説明された様々な例に示されたように、モジュールの組立中、発光体102上の適所に光学要素(たとえばカバー110または光学アセンブリ140、142)の固定に先立ち1または複数の計測を行うことが可能である(図14ブロック202参照)。計測はモジュールの光学軸(すなわち図1の矢印111に平行)の方向において高さを指示的であり得る。たとえば、計測は光学要素の焦点長の計測を含んでもよく、および/またはハウジングおよび/または縦方向アライメント機構の高さが機械加工に先立ちまたは機械加工中に計測されてもよい。光学上の測定に基づき、1または複数の表面は、必要に応じ、発光体と光学要素(ブロック204)の間の正確に特定された距離を確立するために、機械加工可能である。機械加工された表面は縦方向アライメント機構および/または縦方向アライメント機構のための対向する接触面(すなわち光学要素が発光体上の適所に固定された際縦方向アライメント機構の接触面と当接する面)を含んでもよい。光学要素が発光体上の適所に固定された際縦方向アライメント機構の接触面と当接する面「対向接触面」と称されるかもしれないがこの面は必ずしも面が機械加工された際縦方向アライメント機構の接触面と対向する必要はない。機械加工(もしあれば)の実行の後、光学要素は1または複数の縦方向アライメント機構が光学要素をモジュールのハウジングと分離し光学要素が適所に固定されるよう(ブロック206)光学要素は発光体上に位置する。接着剤は縦方向アライメント機構のどの接触面にも使用されない。代わりに、光学要素は接着剤が他の位置(たとえば光学要素の側縁部に沿ったり分離された接着剤付着面に)に提供することによってハウジングに固定可能である。いくつかの実装において、複数のモジュールはウェハレベル過程を使用して平行して組み立て可能である。

0031

いくつかの実装において、以上の縦方向アライメント機構を含むモジュールは広い温度範囲にわたって比較的安定的な正確にパッケージされた発光体モジュールを提供する他の機構も含むことが可能である。たとえば、光学要素(たとえば110、140、142)はいくつかの実施形態において、熱の導入による寸法変化(たとえばz高の変化)を低減するためにポリマー素材で構成可能であるけれども、1またはそれ以上の光学要素は、ほとんどのポリマーよりも典型的に低い熱膨張を有するガラスで構成可能である。一つの例は図15に図示され、第1の光学要素140がポリマー素材で構成されたモジュールを示す。モジュールはまたガラスレンズで構成された第2の光学要素を含む。

0032

熱膨張によって生じる寸法変化をさらに和らげるために、いくつかの実装は自動照準機構164を含む(図16参照)。自動照準機構164は、たとえば、調整可能なレンズまたは圧電性要素として実装可能である。自動照準機構は単独またはガラス光学要素および/またはカスタマイズ可能な縦方向アライメント特徴と組み合わせて使用して発光モジュールに非常に正確で正しい光学性能をもたらすことができる。以上で説明された様々な実装内で説明された他の特徴はまた同一のモジュールに組み合わせ可能である。

0033

様々な電気接続が発光体からまたは発光体にもたらすことが可能である。そのような電気接続は、たとえば、ハウジング106を通じる導電バイアスおよび/またはハウジング106の内側または外側表面上の電気的に導電性コーティングの形態の接続を含んでもよい。ワイヤリングは、たとえば、発光体102と基板104との間に電気接続をもたらし得る。電気パッドまたは基板104の背面側における他の接続は、たとえば、プリント回路板上で発光体モジュールとともに取り付けられてもよい、他の装置またはモジュールとの接続を促進可能である。

0034

いくつかの実装において、モジュールはマスク(たとえば透過性基板110上の黒クロムマスク)を有する光学要素を含むことができる。そのような実装の例は以下に詳細に説明される。

0035

図17は照明投射機400の他の例を図示する。高い性能の光投射照射を発するために、好ましくは正確な配列が以下の通りなされるべきである:(1)光学アセンブリ420の焦点長はマスク412の表面上に当たるべきであり、(2)アセンブリ420の(中心)光学軸422は発光体(たとえばVCSEL102)の(中心)光学軸424と一致すべきである。以上に議論したように、接着層の厚さは正確に制御することができない。したがって、光学アセンブリ420は高さZ(すなわちマスク412と光学アセンブリとの距離)を直接機械接続を介して正確に規定可能な縦方向アライメント機構416Aを有する第1のスペーサ406Aが提供される。さらに、光学アセンブリ420は発光要素(たとえばVCSEL102)のためのハウジングの一部を形成する第1のスペーサ406Aおよび第2のスペーサ406Bの間に適用された接着剤417Aを介して適所に固定可能である。第1のスペーサ406Aは、図17の例に図示されるように、光学アセンブリ420の鏡筒442から分離して形成可能であり、あるいは図19の例に示されるように、鏡筒442と一体的な単一ピースとして形成可能である。

0036

VCSEL102の光学軸424を有するアセンブリ420の光学軸422の配列における一つの試みは組み立て中、マスク412を含む光学要素はVCSELアセンブリに取り付けられ、光学アセンブリ420は次にVCSEL/マスクアセンブリに取り付けられる。こうして、VCSEL102は配列の目的のためにマスク412を通じてみることができないという問題が生じ得る。この問題を緩和するために、光学アセンブリ420がVCSELアセンブリ450に付着されたときにVCSEL102上に配列マーク428が見えるよう透明な配列窓418がマスク412を含む光学要素内に組み込まれ得る。光学アセンブリ20はこうしてVCSEL102に正確に配列されることができる。

0037

図18A図18B図18Cはモジュール400を組み立てるためのプロセスの例を図示する。VCSEL102は、たとえば、サブ取付け432上の金属(たとえば銅)トレース430を含み得る、サブ取付けアセンブリ上に取り付けられる。金属トレース430上でVCSEL102の水平配列を促進するために、配列機構429が金属トレース430のVCSEL側上に提供可能である。

0038

図18Aにさらに図示されるように第2のスペーサ406Bの表面416Bは金属トレース430のVCSEL側表面と当接する(すなわち直接機械的接触する)。望まれれば、表面416Bはより正確な縦方向アライメントをもたらすためにあらかじめ機械加工可能である。スペーサ406Bはこうして縦方向アライメント機構(すなわち表面416B)を含む。スペーサ406Bはまた接着剤417Cによってサブ取付け432に固定可能である。好適に、図示された例において、接着剤417CはVCSEL102と近接しすぎない。さらに、スペーサ406Bと機械トレース430の間の直接の機械接触は高さ/厚さを変化させ得る介入層がないのでより正確な高さをもたらすことが可能である。

0039

図18Aにさらに示されるように、横方向にVCSEL102を取り囲む第2のスペーサ406Bは、マスク412をVCSEL/サブ取付けアセンブリから分離する。マスク412を含む光学要素は、たとえば、UV放射によって硬化可能な、接着剤417Bによって第2のスペーサ406Bに固定可能である。マスク412内のUV透過性窓419は接着剤417BがUV放射を用いて硬化されるのを許容する。図18Aは最終的なVCSELアセンブリ450を示す。

0040

図18Bに示されるように、光学アセンブリ420は透過性カバー110上でバーレル442によって保持される1または複数の光学要素(たとえばレンズ)440を含むことができる。図示された例において、第1のスペーサ406Aは透過性カバー110を横方向に取り囲む。他のケースにおいて、図19に示されたように、第1のスペーサ406Aはバーレル442と統合された単一のピースとして形成可能である。そのようなケースにおいて、透過性のカバー110は省略されてもよい。

0041

光学アセンブリ420とマスク412との間の距離は光学アセンブリ420の焦点レンズがマスク412の平面と一致するよう慎重に制御されるべきである。こうして、いくつかのケースにおいて、スペーサ406Aの高さは、たとえば、図18における水平破線446によって示されたように、機械加工にとってカスタマイズ可能である。機械加工はまた、必要があれば、傾斜補正のために使用可能である。いくつかのケースにおいて、スペーサ406Aはさらなる寸法上のカスタマイズが不要となるよう十分な正確性をもって製造可能である。第1のスペーサ406Aはこうして縦方向アライメント機構(すなわち表面416A)を含む。

0042

次に、光学アセンブリ420はVCSELアセンブリ450に取り付けられる。光学アセンブリ420の(中心)光学軸422の位置が決定される。また、VCSEL102の(中心)光学軸の位置が、たとえば、VCSEL102の表面上の配列窓418および配列マーク428を用いて決定される。光学アセンブリ420はまた、たとえば、レンズ440上の1または複数の配列マーク428である、1または複数の配列マーク428を含んでもよい。2つのアセンブリ420、450は、たとえば、エポキシなどの(図18A参照)接着剤417Aにより、その後互いに固定される(図18C参照)。特に、第1および第2のスペーサ406A、406Bはエポキシ407Aを介して他方に固定可能である。スペーサ406Aの縦方向アライメント機構(すなわち表面416A)は高さZを正確に規定するため(図17)および光学アセンブリ420とマスク412との間の距離を正確に固定するためにマスク412の光学アセンブリ側表面と当接する(すなわち直接機械的接触する)。

0043

以上の例は発光体を含むモジュールの文脈の中で説明されたが、いくつかの実装においてモジュールは光検知器などの異なる種類の活性光電装置を含んでもよい。たとえば、装置102が発光体であることに代えて、感光要素(すなわちピクセル)の列を含むイメージセンサでもよい。光検知器を含むモジュールの文脈において、以上に説明された様々な機構は、たとえば、レンズの焦点長がイメージセンサ上にくるよう正しいz高に確立にあたって有利であり得る。他の特徴(たとえば透過性カバー110の側縁部を取り囲む不透明カプセル素材の提供)は逸れた光がイメージセンサに影響するのを防止するのに有用かもしれない。

0044

「透過性」「非透過性」「不透明」などの用語はこの開示においては光電装置から発されたあるいはこれにより検知可能な光の波長と関連する。こうして、本開示の文脈においては、非透過性あるいは不透明な素材または要素は他の波長の光をほとんどあるいはまったく減衰せずに通過させてもよい。同様に、光電装置から発されたあるいはこれにより検知可能な光に透過性のある素材または要素は他の波長の光の通過を許さなかったりそのような他の波長の光を著しく減衰してもよい。

0045

ここで説明されたモジュールは幅広い家電製品および/または特にバイオ装置、携帯ロボット調査カメラカムコーダノート型コンピュータタブレット型コンピュータ、およびデスクトップ型コンピュータなどの他の電子装置と統合されてもよい。

0046

他の実装は請求項の範囲内である。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ