CN111133641A - 人眼安全vcsel照明器封装件 - Google Patents

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Abstract

描述了一种微型照明器，其适于装配到诸如手机和平板电脑的移动电子装置中。本发明的特征通过使用单个模制结构克服了当前微型照明器的复杂性问题，该模制结构包括所有电馈通连接件并且具有为准确安装光学部件所必需的特征。该模制结构包括激光安全连接件，其在照明器以可导致传播对人眼不安全的照明器光束的形式受损时提供电中断信号。在可替换的操作中，该照明器在对象过于靠近照明器并且可能接收到不安全的VCSEL照明器光束时提供信号。该激光安全特征被集成到模制照明器封装件中，使得可省略实现此功能的单独电连接结构。

Description

人眼安全VCSEL照明器封装件
相关申请的交叉引用
本申请请求于2017年2月24日递交的申请号为62/463,345的美国临时申请的优先权的权益，其内容通过引用整体并于本文。
技术领域
本公开涉及人眼安全VCSEL照明器封装件。
背景技术
手机和平板正引入新的特征，包括记录三维图像、感测运动和姿势等的技术。数字记录方法使用各种不同类型的微型照明器，这些微型照明器与相机交互从而记录三维区域中的动态事件。这些照明器可具有各种不同形式并且履行不同类型的功能。一些照明器以极短脉冲进行广域照明从而用于LIDAR型测量，该LIDAR型测量记录飞行时间信息。另一些照明器是脉冲调制的或CW照明器，并且将结构化的光图案投射到场景中。数字相机记录该结构化的光图案的图像，然后使用软件算法、根据图案图像的修改来确定三维场景信息。
照明器安装在诸如手机和平板的移动装置中，因此需要具有较小的尺寸，高度通常为3mm或更小，横向尺寸通常为数毫米。这些照明器必须被设计以进行高产量低成本的制造，并且还用于以低成本装配到其即将应用的装置中。这意味着该照明器应兼容于高产量电子表面安装装配实践。
适用于微型照明器的一种技术是大功率VCSEL器件和阵列器件。可使用适用于飞行时间应用的快速上升时间对这些大功率VCSEL器件和阵列器件进行脉冲调制。这些大功率VCSEL器件和阵列器件是小型的，但可生成具有有效电光转换的大功率激光光束。输出光束通常是高准直的，然而，可在光束中放置各种不同的光学部件以将光束属性修改至特定应用。
大功率激光照明器的一个问题在于确保其在移动装置中运行时满足激光安全规则。在一种情形下，照明器可能处于这样的装配中，该装配在正常操作下通过防止任何人过于靠近照明器而维持人眼安全操作。然而，如果该装配受损或者如果有技术人员进行部件维护，则会有人过于靠近照明器。本发明包括安全特征，如果有人位于照明器的人眼安全区域内，则该安全特征提供电气互锁信号。控制器可使用此信号立即关断VCSEL。
另一种情形下，在处理照明器本身的过程中，其可能会受到损伤或接收冲击。该损伤或冲击会破坏照明器并且允许发射非安全等级的照明。本发明包括激光安全特征，使得在照明器中任何光学部件受损的情况下提供电气互锁信号从而关断VCSEL。
发明内容
本公开描述了人眼安全VCSEL照明器封装件。例如，在一方面中，一种VCSEL照明器模块包括至少一个VCSEL器件以及设置在该至少一个VCSEL器件上方的光学元件。光学元件被布置在该至少一个VCSEL的输出光束的光路中，并且可操作为修改输出光束的特征。该模块还包括至少一个光学探测器，该至少一个光学探测器被布置为接收并感测从光学元件反射或反向散射的VCSEL辐射。控制电路耦接至该至少一个VCSEL和该至少一个光学探测器，其中该控制电路可操作为监控来自至少一个光学探测器的一个或多个输出信号，并且响应于确定由该至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射的强度存在至少预定变化而关断该至少一个VCSEL的驱动电流。在一些实施方式中，确定从该光学部件反射或反向散射并且入射到该至少一个光学探测器上的VCSEL辐射的强度存在至少预定变化表示：该光学元件至少部分脱位或受损。
在另一方面中，一种VCSEL照明器模块包括至少一个VCSEL器件和设置在该至少一个VCSEL器件上方的光学元件。该光学元件被布置在该至少一个VCSEL的输出光束的光路中，并且可操作为修改输出光束的特征。该模块还包括至少一个光学探测器，该至少一个光学探测器被布置为接收并感测从模块外部的对象反射的VCSEL辐射。控制电路耦接至该至少一个VCSEL和该至少一个光学探测器，其中该控制电路是可操作为监控来自至少一个光学探测器的一个或多个输出信号，并且响应于确定由该至少一个光学探测器感测到的该VCSEL辐射超出预定阈值而关断该至少一个VCSEL的驱动电流。在一些实施方式中，确定由该至少一个光学探测器感测到的该VCSEL辐射超出该预定阈值表示：从该模块出射的VCSEL光束不满足人眼安全水平。
一些实施方式包括以下特征中的一个或多个特征。例如，模块可包括封装件，至少一个VCSEL和至少一个光学探测器安装在该封装件中，该封装件包括侧壁，其中该光学部件附接至侧壁。该封装件可包括模制的腔结构，该腔结构具有位于腔内的电接触焊盘，封装件还包括电馈通连接件，电馈通连接件延伸通过腔结构的底座并且延伸至底座外侧的接触焊盘。在一些情形下，底座外侧的接触焊盘被配置为用于表面安装至印刷电路板。在一些情况下，至少一个VCSEL包括表面安装VCSEL，该表面安装VCSEL的非发射侧上具有触点，该触点直接电接合至腔内的接触焊盘。电馈通连接件和接触焊盘可由例如铜或铝构成。模制的腔结构可至少部分由例如承受表面安装工艺温度的热固塑料构成。
在一些实施方式中，该封装件将VCSEL器件包围在密封环境中。该模块可包括印刷电路板，其中该封装件和该控制电路安装在该印刷电路板上。
光学元件可包括例如扩散透镜、微透镜阵列、菲涅耳光学结构和衍射光学元件中的至少一种。在一些情形下，光学元件可至少部分地透射该至少一个VCSEL的输出光束。
控制电路是可操作的，从而基于监控来自该至少一个光学探测器的一个或多个输出信号，来确定由该至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射的强度是否已发生至少预定变化和/或确定由该至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射是否超出预定阈值。
根据另一方面，一种用于操作VCSEL照明器模块的方法包括：监控来自模块中的至少一个光学探测器的一个或多个输出信号；以及响应于确定由该至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射的强度存在至少预定变化或者确定由该至少一个光学探测器感测到的该VCSEL辐射超出预定阈值，而关断该至少一个VCSEL的驱动电流。
一些实施方式包括以下特征中的一个或多个特征。例如，该确定可表示：从该模块中的光学部件反射或反向散射并且入射到该至少一个光学探测器上的VCSEL辐射的强度存在至少预定变化。在一些情况下，该确定表示：该模块中的与来自至少一个VCSEL的输出光束的光路相交的光学元件至少部分脱位或受损。而且，在一些情况下，该确定表示：从该模块出射的VCSEL光束不满足人眼安全水平。该方法可包括：响应于确定被该模块外部的对象反射并且随后由该至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射超出该预定阈值，而关断驱动电流。
在一些实施方式中，基本的VCSEL照明器包括模制封装件，模制封装件具有侧壁，光学部件接合至侧壁。这种装配包围该VCSEL并且将光学部件置于VCSEL输出光束中，以修改传播特性，从而形成适用于照明应用的VCSEL照明光束。该光学部件可减少VCSEL照明光束的亮度和准直度，使得其对于人眼是安全的。由此，如果该光学部件脱位或移位，来自VCSEL的直接输出光束将造成不再具有人眼安全性的状况。在出现这种情况时生成可用信号是重要的，使得控制器可关断驱动电流从而禁用VCSEL输出光束。
如下文中更详细描述的，在一些情形下，可通过在封装件中包括一个或多个邻近于VCSEL设置的光电探测器来获得激光人眼安全信号。在一实施例中，光电探测器被置为接收被VCSEL输出光束的光路中的光学部件部分地反射的辐射。用于照明器的正常操作的光电探测器信号被记录在VCSEL驱动器控制单元中。如果光学部件受损或者从封装件中脱位，则反射的辐射的强度和方向将发生变化，并且会改变来自光电探测器的光学信号。这种变化可能是光电探测器信号的增加或减少。VCSEL控制器记录信号中的这种变化，然后VCSEL控制器将关断VCSEL驱动电流，从而关断VCSEL输出光束。
在另一实施例中，光电探测器被放置为接收从VCSEL照明光束的光路中的对象或物体反射的辐射。光电探测器信号被记录在VCSEL驱动器控制电路中。创建事先校验水平(prior calibration level)，其对应于入射的VCSEL照明光束处于人眼安全水平阈值时的光电探测器信号。如果光电探测器信号低于此阈值水平，则控制器正常操作VCSEL。如果光电探测到的信号增长至或者高于该阈值水平，则意味着该对象或物体正在接收高于人眼安全水平的VCSEL照明光束辐射，并且控制器被编程，使得立即关断VCSEL电流驱动。光电探测器连接至封装件中的其他焊盘，并且这些焊盘与封装件底部上邻近于VCSEL连接焊盘的焊盘连接。
这种微型封装件的装配导致VCSEL照明器模块在底部上具有四个或更多个电焊盘，其可通过表面安装焊接至印刷电路板或者焊接至手机、平板或类似移动装置中使用的类似电路介质。该电连接提供对VCSEL器件的激活，并且还提供对来自光电探测器的激光安全信号的激活。以此方式，可使用与系统中其他电子部件相同的工艺同时装配该照明器封装件。
其他方面、特征和优势将通过以下详细说明书、附图和权利要求书而清楚易懂。
附图说明
在详细的说明书中呈现了描绘本发明的广义框架的不同方面，结合附图、将更好地理解并领会该详细的说明书，附图中：
图1A至图1D示出了现有技术领域中VCSEL器件的示例。其包括简单的顶部和底部发射VCSEL器件、扩展以及外部的三镜VCSEL器件。
图2描绘了一种新型大功率顶部发射VCSEL设计，其包括由隧道结二极管分隔的多个量子阱的多个增益组。
图3示出了该新型大功率VCSEL设计的底部发射版本。
图4(a)和图4(b)示出了前述VCSEL中的任意一个可如何布置成制造在公共基板上的阵列。这提供了用于相同亮度的更高的输出光束功率。
图5(a)和图5(b)为微型VCSEL封装件的示意图。该模制结构具有从内侧向底部外侧的馈电焊盘。
图6A和图6B示出了VCSEL封装件的激光安全特征的一种实施例。光电探测器与该VCSEL并排安装。光电探测器被布置为接收从光学部件背向反射的辐射。
图7A和图7B示出了与图6A和图6B相同的封装件，其中该封装件底部的视图示出了用于表面安装焊接的VCSEL与光电探测器的电焊盘。
图8A和图8B示出了激光安全中断的操作。如果光学部件部分地或者整个从封装结构脱落，则光学背向反射强度和方向改变，以更改光电探测器输出信号。
图9示出了照明器如何表面安装到具有集成电路VCSEL控制器的印刷电路板上。
图10示出了人眼安全VCSEL照明器的可替换配置。光电探测器被布置为接收从VCSEL辐射所照射的人反射回来的辐射。
图11A和图11B示出了照明器封装件中的多个光电探测器，用于感测照明何时超出人眼安全水平。
具体实施方式
将通过使用示意性实施例描绘本发明的各个不同方面来呈现该原理的广义框架，并且将在不同附图中表现该广义框架。为了进行清楚简单的说明，每个实施例仅包括少数方面。然而，来自不同实施例的不同方面可在本发明的一个或多个实施例中进行组合或分别实施。对于本领域技术人员而言显而易见的但并未明确示出或描述的、落入本发明的该广义框架内的各代表性实施例的许多不同组合和子组合不应视为被排除。
对于本领域技术人员而言，在此公开的该原理的这些和其它优势将是显而易见的。存在包括可用于照明器封装件中的单个发射器和发射器阵列的多种类型的VCSEL器件。接下来将对其进行描述，并且将包含所有这些类型的VCSEL以作为本发明的一部分。
图1示出了可用于构建封装式照明模块的各种类型的VCSEL以及VCSEL阵列100。图1A示出了顶部发射VCSEL，其中VCSEL结构101制造在基板102的顶部上，并且输出光束109从器件顶部射出。VCSEL结构101包括底部DBR高反射镜103和透射输出光束109的顶部DBR部分反射镜106。这两个镜子构成激光谐振腔并且其间为增益区104。增益区104由多个量子阱的群组或堆叠构成，并且这些量子阱通常由电极108与107之间流动的电流激活。在一些设计中，通过在这些量子阱上照射激光光束来激活该量子阱，从而以光学方式喷射载流子。在通过电流激活的VCSEL中，开口105用于将电流集中在中心区域。此开口通常由氧化形成，不过例如离子注入的其它技术可用于在开口周围形成电绝缘区域
图1B示出了可替换的底部发射VCSEL 100，其中VCSEL结构110制造在基板102的底侧上，并且底部DBR镜103被制成为是部分反射的而顶部镜106被制成为是高反射的，使得输出光束109透过该基板102。这具有以下优势：该VCSEL结构可直接与热沉接触并接合，以更有效地冷却。
图1C描绘了三镜扩展腔VCSEL 100。第三镜112形成在基板表面上，使得激光谐振腔111的长度增加。这具有以下优势：以更少的横模形成发散性更低的输出光束，从而生成亮度更高的输出光束。图1D中示出了此VCSEL的外部腔版本，其中第三镜113是分立部件，该分立部件允许使用长得多的腔长度111。可使用顶部发射或底部发射VCSEL配置来制造外部腔VCSEL。
在较新的VCSEL设计中，使用量子阱223的多个堆叠来获得更高增益、更大的输出光束功率以及更高的效率。在各堆叠之间使用隧道结224来分隔各堆叠。图2中描绘了顶部发射版本的细节。VCSEL包括位于基板202上的外延生长层结构。两个腔镜为具有多个交替的高折射率层和低折射率层的DBR镜203、206。底部反射器203被制成高反射的，而顶部反射器206被制成部分透射的。
底部反射器上方是增益部分221，其由多组量子阱233构成。取决于具体的设计配置，每组量子阱233可具有2至4个或者更多个量子阱。多个量子阱的每个组位于激光腔模式的波腹或最大光强处。这产生了对激光模式的最大增益应用。
在图2的示例中存在三组量子阱223。隧道结224位于这些组的量子阱223之间。这些隧道结224是非常薄的Pn结，使得载流子可以穿过(或隧道贯通)结势垒。隧道结位于激光腔模式的节点处，从而最小化任意吸收效果。由此，在图2的示例中存在两个隧道结224。由于存在三组量子阱，因此与标准VCSEL相比，增益大三倍，并且增益部分的长度也长三倍。对于相同激活电流，这还产生了多达三倍的更高输出光束功率。
图3示出了大功率VCSEL器件的另一配置。在此示例中，VCSEL被配置为底部发射器件，其中输出光束309通过底部DBR镜303获取并且透过基板302。在此情况下，顶部DBR镜306是高反射的而底部DBR镜303是部分反射的。在此实施例中，增益区322具有三个组的多个量子阱323以及两个中间隧道结324。存在两个电流开口305以限制电流。使用两个开口可以在更长的增益区中提供改善的电流流动。
对于顶部发射VCSEL，基板202可被薄化，并且在一些配置中该基板202可被整体移除。这改善了从增益区向底部触点208的热转移。对于底部发射VCSEL，也可移除基板302；不过，移除的原因不同，移除基板302可以减少基板中的光吸收。这对于基板吸收率较高的短波长VCSEL而言是重要的。
这些以及许多其他配置是可行的，并且在王等人于2015年4月29日递交的申请号为14/700,010的美国专利申请以及高希等人于2016年3月4日递交的申请号为62/303,632的美国临时专利申请中公开了更多细节。这些申请的内容由本申请的一些发明人共同创作，由新泽西州默瑟维尔(Mercerville)的普林斯顿光电子公司共同拥有，并且其全文通过引用并入与此。
本领域技术人员将明白，针对使用上述少数示例的许多不同的微型照射器应用，可使用各种高速和CW多量子阱组VCSEL和VCSEL阵列配置及类型。这包括具有不同数量组的VCSEL，各组具有多个量子阱。
图4示出了二维方形形式的VCSEL阵列440的示例，其具有制造在公共基板442上的16个VCSEL。可使用许多不同的形式，包括六边形甚或随机分布，从而实现输出与应用的照明需求之间的最佳匹配。各VCSEL可一起被激活或者可提供分立的电连接件，以使得可以以各种不同序列或模式激活单独的或者成组的VCESL。取决于应用所需的具体照明模式，这些组可被分割或交错。
较小的VCSEL可能更有效，而构造阵列是创建更大功率的VCSEL同时维持高效率的理想方法。而且，通过具有多个VCSEL发射器，减少了相干斑，这是因为多个VCSEL器件彼此不相干。最终，使用VCSEL阵列增加了照明光束功率，而导致亮度未提高太多，这是因为功率与发光面积和发散角的乘积之间的比率没有增加。这意味着可增加照明光束功率并且同时仍保持人眼安全功率水平。
已开发了使用VCSEL器件的微型照明器的示例，并且在Tong Chen等人创作的、于2017年1月24日公告的第9,553,423B2号美国专利中进行了描述。此专利的内容由本申请的一些发明人共同创作，由新泽西州默瑟维尔的普林斯顿光电子公司共同拥有，并且其全文通过引用并入与此。本发明的实施例通过使用单个模制结构克服了当前微型照明器的复杂性问题，该模制结构包括所有电焊盘馈通件，并且具有安装光学部件所必需的特征。
模制封装结构具有腔，VCSEL器件安装在该腔中。该腔具有用于连接至VCSEL底部触点的两个或更多个电焊盘，并且这些焊盘是与封装结构底部连接的电馈通件，以提供表面安装焊接电焊盘。焊盘中的一个还可提供VCSEL触点的直接安装，从而额外地提供冷却VCSEL的热路径。使用与第二焊盘连接的焊线来获得VCSEL第二连接。如果VCSEL被配置为与底部上的两个触点均进行表面安装，则其可直接表面安装到封装件中的内部焊盘上而无需焊线触点。
模制封装结构具有指定高度的侧壁，侧壁上安装有一个或多个光学部件以用于修改VCSEL输出光束属性。设计侧壁高度，使得当将光学部件附接在此高度时，从光学部件射出的照明光束具有期望的照明模式。将光学部件接合至该结构还可为VCSEL提供气密或激光安全密封。
图5中描绘了基本的微型照明封装件。模制封装结构551具有腔，VCSEL器件500安装到该腔内；这可为单个VCSEL或阵列。该封装件具有导电馈通件555、556，导电馈通件内侧上具有用于VCSEL的焊盘并且外侧上具有用于表面安装焊接至印刷电路板的焊盘。在此示例中，通过使用焊锡或者类似的导电接合材料，将VCSEL直接接合至焊盘555中的一个。这提供了一个电触点并且提供了热传导路径。通过使用与第二或更多个焊盘556连接的焊线557，形成与VCSEL连接的第二或更多个电触点。如果VCSEL阵列在非发射侧具有多个触点，则对应的多个焊盘用于将VCSEL阵列焊接到封装件中。
光学部件552接合至封装件551的侧壁的顶部。光学部件可为扩散器、透镜、微透镜阵列、衍射光学元件或一些其他的用于修改VCSEL输出光束509的特性558的功能性结构553。功能性结构553可形成在光学部件的顶表面或底表面上，或者可为内部具有功能的整体结构，诸如渐变折射率结构。通过模制封装件的侧壁的设计参数来确定光学部件的高度554和横向位置，以使得此对准无需空间或其他额外的零部件。
图6中描绘了用于获取激光安全信号的布置。光电探测器661安装在VCSEL旁边并且与VCSEL对准，从而接收从光学部件652反射的、来自VCSEL的输出光束辐射665。光学部件可不具有涂层，或者具有被设计为提供期望的反射系数的薄膜涂层。具有用于与光电探测器电连接的两个接触焊盘662和663。这些接触焊盘通过封装件651连接至该封装件底部上的接触焊盘。此光电探测器还可用作用于控制VCSEL的输出光束功率的监控探测器。本领域技术人员将明白，可替换地，光电探测器可与VCSEL制造在同一基板上，这会产生更紧凑的照明器封装件。
图7是同一封装件751的示意图，其示出了底部视图，该底部视图描绘了电焊盘755、756、762和763的典型布置。此照明器封装件是可表面安装的，并且可使用高产量制造电子装配工艺而焊接至印刷电路板。该封装件将连接至提供VCSEL驱动电流的控制器。此控制器包括监控光电探测器信号的功能，并且被编程在从光电探测器接收到表示非人眼安全状况的异常信号时关断VCSEL驱动电流。
图8例示了照明器封装件的激光安全功能。VCSEL结合光学部件将在与该封装件具有指定距离的位置处提供满足规定人眼安全水平的输出照明光束。通常，照明器安装在外壳中，并且外壳的周界处于人眼安全距离，使得靠近或者接触该外壳的人不会遭受超出人眼安全水平的VCSEL输出光束。然而，如果光学部件受损或者从封装件脱位，则本身具有发散并且具有高辐照度的全部或者部分VCSEL输出光束可传播到封装件和外壳之外。于是，靠近外壳的人将会暴露于可能超出人眼安全水平的照明光束。
参见图8A，其示出了与封装件部分脱位881的光学部件852。图8A示出了向上倾斜的光学部件，然而该光学部件也可横向移位或者折断，其中该光学部件的部分是倾斜的或者横向移位的，从而完全或部分地避开VCSEL光束809。所有这些可能的变化的效果导致被反射865到光电探测器861上的VCSEL输出光束的变化。光电探测器信号的变化可能是不利的，甚或是有利的，这取决于光学部件如何受损或脱位。VCSEL驱动控制器可监控该光电探测器信号，并且可在接收到此信号变化之后关断对VCSEL的驱动电流。
图8B示出了照明器封装件的更具灾变性的损伤，其中该光学部件与封装件完全分离882。在此情形下，很有可能的是，小得多的反射强度将落在该光电探测器上。该结果是基本相同的，即VCSEL控制器的探测器信号会发生变化，于是控制器将关断VCSEL电流。
图9例示了完成的模块将如何与照明器和VCSESL驱动电流控制器装配在一起。照明器通过电接触焊盘955、956、962和963而表面安装焊接992到印刷电路板991。VCSEL电流驱动控制IC 996表面安装焊接997到印刷电路板。在实践中，两个部件可通过相同的操作被表面安装焊接；这还可包括在整个系统中焊接许多其他部件。印刷电路板具有与照明器匹配的电焊盘以及具有适当的导电路径以使其互相连接的IC。印刷电路板上还可存在其他电焊盘或连接件，以用于与整个系统的其他部件连接。
图10中例示了用于感测人眼安全状况的可替换方法。其使用了在封装件1051中彼此邻近设置的同样的VCSEL 1000和光电探测器1061。在本发明的此实施例中，并不探测从光学部件反射的VCSEL输出光束，直接探测从对象1071或物体反射1072的VCSEL照明光束。在控制器中校准该光电探测器信号，使得：如果反射的照明器光束超出阈值，则该控制器关断VCSEL驱动电流。校准该控制器阈值，以使其对应于与可能将该对象暴露于超出人眼安全水平的VCSEL照明光束的照明器之间的物距1073。在此布置中，可减小光学部件的反射率，使得其反射的信号不会与对象反射信号混淆。然而，这不是必要的，并且控制器可被编程以评估来自两种事件的光电探测器信号。记录照明器受到的损伤可能是整个系统的重要特征。还可通过使用时域滤波或频域滤波将光学部件和对象的反射率与外界光区分开。
前述讨论描述了单个光电探测器的使用，然而，如图11中的示例示意性示出的，可使用多个光电探测器1161、1174。在此示例中，在VCSEL器件1100周围安装三个光电探测器。光电探测器可接收从光学部件1165、1177反射的VCSEL输出光束或者从视场中的对象反射的照明光束，或二者皆有。使用多个光学探测器实现了评估人眼安全状况的灵活性，提供了冗余并且改善了可靠性。
当在相对于VCSEL器件1100的不同距离的位置处放置多个光电探测器1161和1174时，根据VCSEL器件的唯一反射光束轮廓，光电探测器1161和1174将接收不同等级的信号。可使用差分信号作为光束整形光学元件的互锁判断。与此同时，来自对象或物体1171的外部反射将在1161和1174上生成均匀的响应偏移。由此可识别不同的故障模式。
每个光电探测器在封装件中具有电焊盘1162、1163、1175和1176，使得实现与每个光电探测器的单独连接。在一些情况下，两个光电探测器触点中的一个触点1175可由多个光电探测器共享。
鉴于前述说明，显而易见的是，可基于将使用该人眼安全照明器封装件的产品的应用和装配需要，来设计和制造该人眼安全照明器封装件的许多不同配置。尽管已经参照少数优选实施例描述了本发明的广义框架，但基于照明器应用所需的具体VCSEL或VCSEL阵列，可通过应用在此描述的各元件的组合和子组合而配置其他实施例。具有和不具有不同光学结构和光学镜的不同实施例的变型和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，其他实施方式也落入权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种VCSEL照明器模块，包括：
至少一个VCSEL器件；
设置在所述至少一个VCSEL器件上方的光学元件，所述光学元件被布置在所述至少一个VCSEL的输出光束的路径中并且可操作为修改所述输出光束的特性；
至少一个光学探测器，被布置为接收并且感测从所述光学元件反射或反向散射的VCSEL辐射；
控制电路，耦接至所述至少一个VCSEL和所述至少一个光学探测器，其中所述控制电路可操作为监控来自所述至少一个光学探测器的一个或多个输出信号，并且响应于确定由所述至少一个光学探测器感测到的所述VCSEL辐射的强度存在至少预定变化，而关断所述至少一个VCSEL的驱动电流。
2.如权利要求1所述的VCSEL照明器模块，其中，确定从所述光学部件反射或反向散射并且入射到所述至少一个光学探测器上的所述VCSEL辐射的强度存在至少预定变化表示：所述光学元件至少部分脱位或受损。
3.一种VCSEL照明器模块，包括：
至少一个VCSEL器件；
设置在所述至少一个VCSEL器件上方的光学元件，所述光学元件被布置在所述至少一个VCSEL的输出光束的路径中并且可操作为修改所述输出光束的特性；
至少一个光学探测器，被布置为接收并感测从所述模块外部的对象反射的VCSEL辐射；
控制电路，耦接至所述至少一个VCSEL和所述至少一个光学探测器，其中所述控制电路可操作为监控来自所述至少一个光学探测器的一个或多个输出信号，并且响应于确定由所述至少一个光学探测器感测到的所述VCSEL辐射超出预定阈值，而关断所述至少一个VCSEL的驱动电流。
4.如权利要求3所述的VCSEL照明器模块，其中，确定由所述至少一个光学探测器感测到的所述VCSEL辐射超出所述预定阈值表示：从所述模块出射的VCSEL光束不满足人眼安全水平。
5.如权利要求1至4中任一项所述的VCSEL照明器模块，包括封装件，所述至少一个VCSEL和所述至少一个光学探测器安装在所述封装件中，所述封装件包括侧壁，其中所述光学部件附接至所述侧壁。
6.如权利要求5所述的VCSEL照明器模块，其中，所述封装件包括模制的腔结构，所述腔结构具有位于所述腔内的电接触焊盘，所述封装件进一步包括电馈通连接件，所述电馈通连接件延伸通过所述腔结构的底座并且延伸至所述底座的外侧上的接触焊盘。
7.如权利要求6所述的VCSEL照明器模块，其中，所述底座的所述外侧上的所述接触焊盘被配置为用于表面安装至印刷电路板。
8.如权利要求6所述的VCSEL照明器模块，其中，所述至少一个VCSEL包括表面安装VCSEL，所述表面安装VCSEL的非发射侧上具有触点，所述触点直接电接合至所述腔内的所述接触焊盘。
9.如权利要求6所述的VCSEL照明器模块，其中，所述电馈通连接件和所述接触焊盘由铜或铝构成。
10.如权利要求6所述的VCSEL照明器模块，其中，所述模制的腔结构至少部分由承受表面安装工艺温度的热固塑料构成。
11.如权利要求6至10中任一项所述的VCSEL照明器模块，其中，所述封装件将所述VCSEL器件包围在密封环境中。
12.如权利要求5所述的VCSEL照明器模块，包括印刷电路板，其中所述封装件和所述控制电路安装在所述印刷电路板上。
13.如前述权利要求中任一项所述的VCSEL照明器模块，其中，所述光学元件包括扩散透镜、微透镜阵列、菲涅耳光学结构和衍射光学元件中的至少一种。
14.如前述权利要求中任一项所述的VCSEL照明器模块，其中，所述光学元件至少部分地透射所述至少一个VCSEL的所述输出光束。
15.如权利要求1至2中任一项所述的VCSEL照明器模块，其中，所述控制电路可操作为基于监控来自所述至少一个光学探测器的所述一个或多个输出信号，确定由所述至少一个光学探测器感测到的所述VCSEL辐射的强度的所述至少预定变化是否已发生。
16.如权利要求3至4中任一项所述的VCSEL照明器模块，其中，所述控制电路可操作为基于监控来自所述至少一个光学探测器的所述一个或多个输出信号，确定由所述至少一个光学探测器感测到的所述VCSEL辐射是否超出所述预定阈值。
17.一种用于操作VCSEL照明器模块的方法，所述方法包括：
监控来自所述模块中的至少一个光学探测器的一个或多个输出信号；以及
响应于确定由所述至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射的强度存在至少预定变化或者确定由所述至少一个光学探测器感测到的所述VCSEL辐射超出预定阈值，而关断所述至少一个VCSEL的驱动电流。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述确定表示：从所述模块中的光学部件反射或反向散射并且入射到所述至少一个光学探测器上的VCSEL辐射的强度存在至少预定变化。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述确定表示：所述模块中的与来自所述至少一个VCSEL的输出光束的路径相交的光学元件至少部分脱位或受损。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述确定表示：从所述模块出射的VCSEL光束不满足人眼安全水平。
21.如权利要求20所述的方法，包括：响应于确定被所述模块外部的对象反射并且随后由所述至少一个光学探测器感测到的VCSEL辐射超出所述预定阈值，而关断所述驱动电流。
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