CN114128065A - 包括增强的安全特征的发光模块 - Google Patents

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Abstract

封装光发射器模块可提供经改良安全特征以促成感测透射罩盖(22)中水分的存在或诸如裂缝的机械缺陷，如果没有以及时方式解决该缺陷或其他情境，则这可能导致由发射光(24)引起的安全危害。诸如不同导电迹线(20，22)的不同导电结构允许监测及检测机械缺陷与监测及检测由水分的存在引起的问题解耦。该解耦可允许针对可能导致安全危害的特定情境的检测优化该导电结构的每个的相应布置。

Description

包括增强的安全特征的发光模块
技术领域
本公开涉及包括增强的安全特征的发光模块。
背景技术
将包括用以记录三维图像、感测运动和/或手势的技术的新特征添加至智能电话、平板计算机及其他便携式计算装置。数字记录方法使用各种类型的微型照明器，该微型照明器与照相机交互以在三维区域中记录动态事件。这些照明器可具有各种形式且提供不同类型的功能。一些利用极短脉冲照明宽区域以进行记录飞行时间信息的光检测及测距(LIDAR)型测量。其他照明器是脉冲或连续波(CW)，且将结构化光图案投射至场景上。数字照相机记录结构化光图案的图像，且使用软件算法以自图案化图像中的修改确定三维场景信息。
适于微型照明器的一个技术是高功率垂直腔表面发射激光器(VCSEL)装置及阵列装置。这些装置可利用适于飞行时间应用的极快上升时间脉冲化。它们很小，但利用高效电光转换产生高功率激光束。然而，可将各种光学组件(例如，光学漫射器)放置于光束路径中以针对特定应用修改光束性质。
在一些情况中，裸VCSEL的光输出功率通常可高至使得其在损及光学组件的质量的事件中可能导致对人眼或皮肤的损害。因此，重要的是确保高功率激光照明器当在便携式计算装置中操作时符合激光安全规定。例如，照明器可为在正常操作条件下通过防止人过于接近照明器而维持眼睛安全操作的配件的部分。然而，在一些情况中，对光学结构的损害(例如，裂缝)(其修改用于安全操作的输出光束)或光学结构上水分或化学污染的存在可能导致安全危害。同样地，如果光学结构掉落或被移除，则可能损及安全。
发明内容
本公开描述封装照明及其他光发射器模块，其在一些情况中具有经改良安全特征且促成感测VCSEL或其他光源上方的透射罩盖中水分或裂缝的存在。
例如，在一个方面中，本公开描述一种包括可操作以产生具有特定波长的光的光发射器的设备。透射罩盖经安置以便与由光发射器发射的光的路径相交，其中该透射罩盖基本上对于由光发射器产生的光的波长透明。提供第一导电结构及第二导电结构(例如，导电迹线)。
在一些情况中，将第一导电结构安置于该透射罩盖的第一表面上，且将第二导电结构安置于该透射罩盖的第二表面上，其中该第二表面不同于该第一表面，且该第一表面及该第二表面的每一个与由光发射器产生的光的路径相交。在其他情况中，第一导电结构经安置于该透射罩盖的表面上，其中该表面与由光发射器产生的光的路径相交，且第二导电结构经安置于该透射罩盖的与该第一导电结构相同的一侧上且通过绝缘层而与该第一导电结构分离。
设备进一步包括控制器。第一导电结构及第二导电结构的每一个电耦合至控制器。控制器可操作以监测第一导电结构及第二导电结构的每一个的相应电特性，使得如果该第一导电结构或该第二导电结构中的特定一个的所监测特性改变达超过相应预定量，则该控制器调节由光源产生的光输出。在一些情况中，控制器驻留于封装本身中，而在其他情况中，其驻留于封装集成于其中的主机装置(例如，智能电话)中。如果感测到机械损害或水分，则控制器可在可发生眼睛或其他损害之前促成发射器电源的快速关断。如果控制器在模块内部，则模块可独立且立即关断发射器电源且无需依赖于电话制造商处理电路。
一些实施方式包括以下特征的一个或多个。例如，在一些情况中，第一导电结构经布置用于检测透射罩盖中的机械缺陷(例如，裂缝)，且第二导电结构经布置用于检测水分的存在。在一些情况中，控制器可操作以监测来自第一导电结构的针对电阻变化的信号，且可操作以监测来自第二导电结构的针对电容变化的信号。在一些实施方式中，控制器可操作以监测第一导电结构及第二导电结构的每一个的相应电特性，使得如果该第一导电结构或该第二导电结构中的特定一个的所监测特性改变达超过相应预定量，则该控制器导致由光源产生的光输出停止。
在一些情况中，第一导电结构或第二导电结构的至少一个由基本上对于由光发射器产生的光的波长透明的材料(例如，氧化铟锡(ITO))构成。这些导电结构可与由光源发射的光束的占用面积(footprint)至少部分重叠。在一些情况中，第一导电结构或第二导电结构的至少一个由基本上对于由光发射器产生的光的波长不透明的材料(例如，铬)构成。在此情况中，导电结构优选地不与由光源发射的光束的占用面积重叠。
提供不同导电结构允许监测及检测诸如裂缝的机械缺陷与监测及检测由水分的存在引起的问题解耦。解耦允许针对特定情境(例如，光学配件中裂缝的存在或封装中水分的存在)的检测优化导电结构(例如，迹线)的每一个的相应配置。在一些情况中，当存在各种类型的潜在危害时，这种解耦可通过促成对提供至光源的电力的调节而改良封装的安全。
其他方面、特征及优点根据以下具体实施方式、附图及权利要求将是显而易见的。
附图说明
图1是照明模块的剖面图。
图2A展示透射罩盖上的用于感测裂缝的导电迹线的示例。
图2B展示透射罩盖上的用于感测水分的导电迹线的示例。
图3是在其相对表面上包括迹线的透射罩盖的示意性侧视图。
图4展示用于感测裂缝的导电迹线的另一示例。
图5展示透射罩盖的相同侧上的用于感测水分及用于感测裂缝的导电迹线的示例。
具体实施方式
本公开描述用以促成对可能导致眼睛安全危害或其他风险的异常的检测的照明模块及技术。一般而言，可通过在安置于由VCSEL或其他光源发射的光束的路径中的透射罩盖的相对表面上或在一些情况中在相同表面上提供导电迹线而实施异常的检测。导电迹线可经配置例如使得迹线的第一个上的水分(例如，凝结)或迹线的第二个中的裂缝的存在导致可通过处理电路检测的电特性(例如，电连续性、电容和/或电阻率)的变化。在适当情境中(例如，在电特性的所检测变化指示可能危害到眼睛或皮肤安全的情况下)，处理电路可关闭或以其他方式调节(例如，减少)光发射器的光功率输出。
图1绘示了根据本公开的封装光发射器模块的示例。模制封装外壳14具有光源10安装于其中的腔。在以下论述中，假定光源10是VCSEL芯片。在一些实施方式中，光源10被实施为VCSEL阵列。此外，在一些情况中，光源10被实施为一个或多个发光二极管(LED)、红外(IR)LED、有机LED(OLED)、或红外(IR)激光器。一般而言，光源10可操作以依特定波长或在相对较窄波长范围(例如，红外)内发射光24。
可例如将光源10安装至铜引线框12或其他基板，诸如印刷电路板(PCB)。在此示例中，使用焊料或类似导电接合材料将光源10直接接合至导电衬垫(pad)26。这提供一个电触点(例如，阴极)以及提供导热路径。可使用线接合28制成至光源24的第二电触点(例如，阳极)。
将光学组件16安置于光源10上方以便与由光源产生的(若干)光束24的路径相交。光学组件16可包括例如微透镜阵列(MLA)、光学漫射器、透镜、折射或绕射光学元件、漫射器、光谱滤光器、偏光滤光器、和/或可操作以修改(若干)VCSEL输出光束24的光学特性的一些其他光学结构。如绘示示例中展示，可将光学组件16安置于封装的模制外壳14中的腔中。在其他实施方式中，可将光学组件16安置于封装的外壳外部。
如图1中进一步展示，模块包括安置于光学组件16上方的透射罩盖18。透射罩盖18及光学组件16一起形成光学配件。可例如由玻璃构成的罩盖18基本上对于由光源10产生的光透明。在图1的示例中，透射罩盖18的第一侧(例如，面向外或A侧)具有在其表面上的经布置以感测透射罩盖中的裂缝的第一导电结构(例如，迹线)22。此裂缝的存在可能造成例如眼睛安全危害。然而，罩盖18中的裂缝通常同样将导致迹线22中的裂缝，且通过监测迹线22的电阻，可检测到此裂缝的存在且可采取适当措施。透射罩盖18的第二侧(例如，面向内或B侧)具有在其表面上的经布置以感测透射罩盖的面向内表面上的水分的第二导电结构(例如，迹线)20。光学组件16上的水滴的存在可改变光学组件的光学性质且可造成眼睛安全危害(例如，在由VCSEL芯片发射的光笔直穿过MLA而未被MLA折射的情况下)。通过监测例如迹线20的电容，可检测到水分的存在且可采取适当措施。
提供不同迹线20、22允许监测及检测诸如裂缝的机械缺陷与监测及检测由水分的存在引起的问题解耦。解耦允许针对特定情境(例如，光学配件中裂缝的存在或封装中水分的存在)的检测优化迹线20、22的每一个的相应配置。在一些情况中，当存在各种类型的潜在危害时，这种解耦可通过促成对提供至光源10的电力的调节而改良封装的安全。
图2A及图2B展示根据一些实施方式的导电迹线20、22的进一步细节。优选地，迹线20、22的每一个由基本上对于由光源10产生的光的(若干)波长透明的导电材料构成。例如，在一些实施方式中，迹线20、22由基本上对于红外光透明的氧化铟锡(ITO)构成。在其他情况中，迹线20、22可由另一基本上透明且导电的材料构成。由于迹线20、22对于由光源10产生的光的(若干)波长透明，因此它们至少部分可与由光源10发射的(若干)光束的占用面积30相交而不干扰该(若干)所发射光束。透射罩盖18应足够厚使得两个ITO层之间存在最小干扰。在一些实施方式中，透射罩盖18具有至少300μm的厚度，但在一些情况中，小至100μm的厚度可为足够的。
可由连接至面向内侧(即，B侧)上的导电触点(例如，衬垫)34(参见图2B)的导电通孔32(参见图2A及图3)提供从罩盖18的面向外侧(即，A侧)上的迹线22至面向内侧(即，B侧)的电连接。面向内侧(即，B侧)上的迹线20连接至导电触点(例如，衬垫)36。因此，在绘示示例中，两个迹线20、22的电连接在透射罩盖18的面向内侧(即，B侧)上。在一些情况中，电绝缘层(例如，SiO2)保护ITO层20、22。电绝缘层中的开口提供对各种导电通孔及触点(例如，23、34及36)的通路。导电衬垫34、36可分别连接至适当电压(例如，接地及VCC)。取决于实施方式，两个迹线20、22可连接至单独或共同接地。
如图3中展示，各迹线20、22可形成例如通过引线框12连接至VCSEL电流驱动器控制器40或其他电子控制单元(ECU)的相应电路的部分。可提供电引线以将迹线20、22连接至引线框12。控制器40可驻留于封装本身中或驻留于封装集成于其中的主机装置(例如，智能电话)中。如果感测到机械损害或水分，则控制器可在可发生眼睛或其他损害之前促成发射器电源的快速关断。如果控制器在模块内部，则模块可独立且立即关断发射器电源且无需依赖于电话制造商处理电路。
控制器40可操作以监测各迹线20、22的相应电特性(例如，电阻或电容)。如果迹线20、22中的特定一个的所测量特性改变达到超过指定量(例如，达到超过指定阈值或超出指定范围)，则控制器40关闭或以其他方式调节(例如，减少)由光源10产生的光输出。例如，在一些情况中，控制器40监测罩盖18的面向外侧(即，A侧)上的迹线22的电阻的变化。如果对盖玻璃18发生机械或其他损害，使得迹线22中出现一个或多个裂缝或其他破裂，则该(若干)破裂将导致电阻或电导率的变化，这可通过控制器40进行检测。在一些实施方式中，迹线22经配置以检测具有约80μm或更大的宽度的裂缝。同样地，控制器40可监测罩盖18的面向内侧(即，B侧)上的迹线20的电容的变化。如果罩盖的面向内侧(即，B侧)上存在水或其他水分，则迹线20的电容将改变且可通过控制器40进行检测。
尽管形成对于由光源10产生的光的(若干)波长透明或至少基本上透明的材料的(若干)迹线20、22在一些应用中可为有利的，然在其他实施方式中，该(若干)迹线的至少一个可基本上对于由光源10产生的光的该(若干)波长不透明。图4绘示示例，其包括由盖玻璃18的一侧(例如，A侧)上的铬迹线22A构成的导电结构。假定光源10可操作以发射光谱的红外范围中的光，应将迹线22A安置于盖玻璃18的表面上，使得其不与由光源发射的光束的占用面积30重叠，这是因为铬通常对于红外辐射不透明。因此，应将迹线22A安置于由光源10发射的(若干)光束的光学路径外部。通过监测迹线22A的电阻的变化，可在从盖玻璃18的侧边缘开始传播的裂缝到达光学配件的光学敏感区域30之前检测该裂缝。
尽管在一些实施方式中，将期望在透射罩盖18的不同侧上提供相应迹线20、22(或22A)，但是如上文描述，在一些情况中可在罩盖18的相同侧上提供两个迹线。图5中绘示示例，其展示针对水分检测优化的第一导电迹线20，以及针对诸如罩盖18中的裂缝的缺陷的检测优化的第二导电迹线22A。迹线20、22A可例如通过诸如SiO2的绝缘层彼此分离。尽管两个迹线20、22A皆在透射罩盖18上，然而一个迹线可经安置为与罩盖直接接触，而第二迹线与罩盖间接接触。在所绘示示例中，相较于用于检测水分的迹线20，用于检测裂缝的迹线22A略微更接近透射罩盖18的表面。
此外，导电迹线不必一定由相同材料构成。因此，在图5的绘示示例中，用于水分检测的迹线20可由ITO或基本上对于红外光透明的另一材料构成，而用于罩盖18中的机械缺陷(例如，裂缝)的检测的迹线22A可由铬构成。此处同样地，提供不同迹线20、22A允许监测及检测诸如裂缝的机械缺陷与监测及检测由水分的存在引起的问题解耦。解耦允许针对特定情境(例如，光学配件中裂缝的存在或封装中水分的存在)的检测优化迹线20、22A的每一个的相应配置。在一些情况中，当存在各种类型的潜在危害时，这种解耦可通过促成对提供至光源10的电力的调节而改良封装的安全。
对于将两个迹线安置于透射罩盖18的相同侧上的实施方式，优化迹线的配置应考虑迹线的两个导电层之间的可能寄生相互作用。
可在数字电子电路中或在计算机软件、固件或硬件中实施本公开中描述的主题及功能操作的各个方面(例如，控制器40)。因此，本说明书中描述的主题的方面可被实施为一个或多个计算机程序产品，即，在计算机可读介质上编码以由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可为机器可读储存装置、机器可读储存基板、存储器装置、实现机器可读传播信号的物质的组合物、或它们的一个或多个的组合。除硬件以外，设备亦可包括针对所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，组成处理器固件的代码。
可例如通过执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行此说明书中描述的过程及逻辑流程(例如，通过控制器40监测)以通过对输入数据操作且产生输出而执行功能。亦可通过专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))执行过程及逻辑流程，且设备亦可经实施为所述专用逻辑电路。
适于执行计算机程序的处理器通过示例包括通用微处理器及专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或所述两者接收指令及数据。计算机的必要元件是用于执行指令的处理器及用于储存指令及数据的一个或多个存储器装置。适于储存计算机程序指令及数据的计算机可读介质包括全部形式的非易失性存储器、介质及存储器装置，包括(通过示例)：半导体存储器装置，例如，EPROM、EEPROM及闪存装置；磁盘，例如，内部硬盘或可移除盘；磁光盘；以及CDROM及DVD-ROM盘。处理器及存储器可通过专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
可将本公开中描述的封装光发射器模块安装于例如被并入智能电话、平板计算机、可穿戴装置、PDA、膝上型计算机、个人计算机、或其他便携式计算主机装置中的印刷电路板上。电连接提供用于光源10的激活/去激活信号、以及来自导电迹线20、22(或22A)的安全信号。一般而言，前述模块可用于广范围的应用中，诸如LIDAR、泛光照明器、点投射器、接近度传感器、3D传感器及照相机、汽车传感器等。
将容易明白各种修改且可对前述示例作出各种修改。在一些情况中，结合不同实施例描述的特征可被并入相同实施方式中，且可从一些实施方式中省略结合前述示例描述的各种特征。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
光发射器，其能够操作以产生具有特定波长的光；
透射罩盖，其经安置以便与由所述光发射器发射的光的路径相交，其中所述透射罩盖基本上对于由所述光发射器产生的光的所述波长透明；
第一导电结构，其经安置于所述透射罩盖的第一表面上；
第二导电结构，其经安置于所述透射罩盖的第二表面上，所述第二表面不同于所述第一表面，且所述第一表面及所述第二表面的每一个与由所述光发射器产生的所述光的路径相交；以及
控制器；
其中：
所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个电耦合至所述控制器，且
所述控制器能够操作以监测所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个的相应电特性，使得如果所述第一导电结构或所述第二导电结构中的特定一个的所监测特性改变达超过相应预定量，则所述控制器调节由所述光源产生的光输出。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个是导电迹线。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构经布置用于检测所述透射罩盖中的机械缺陷，且其中所述第二导电结构经布置用于检测水分的存在。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器能够操作以监测来自所述第一导电结构的针对电阻变化的信号，且其中所述控制器能够操作以监测来自所述第二导电结构的针对电容变化的信号。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述控制器能够操作以监测所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个的所述相应电特性，使得如果所述第一导电结构或所述第二导电结构中的特定一个的所监测特性改变达超过相应预定量，则所述控制器导致由所述光源产生的所述光输出停止。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的至少一个由基本上对于由所述光发射器产生的光的所述波长透明的材料构成。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的所述至少一个与由所述光源发射的光束的占用面积至少部分重叠。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的至少一个由ITO构成。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的至少一个由基本上对于由所述光发射器产生的光的所述波长不透明的材料构成。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的所述至少一个不与由所述光源发射的光束的占用面积重叠。
11.一种设备，包括：
光发射器，其能够操作以产生具有特定波长的光；
透射罩盖，其经安置以便与由所述光发射器发射的光的路径相交，其中所述透射罩盖基本上对于由所述光发射器产生的光的所述波长透明；
第一导电结构，其经安置于所述透射罩盖的表面上，其中所述表面与由所述光发射器产生的所述光的路径相交；
第二导电结构，其经安置于所述透射罩盖的与所述第一导电结构相同的一侧上且通过绝缘层而与所述第一导电结构分离；以及
控制器；
其中：
所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个电耦合至所述控制器，且
所述控制器能够操作以监测所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个的相应电特性，使得如果所述第一导电结构或所述第二导电结构中的特定一个的所监测特性改变达超过相应预定量，则所述控制器调节由所述光源产生的光输出。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个是导电迹线。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构经布置用于检测所述透射罩盖中的机械缺陷，且其中所述第二导电结构经布置用于检测水分的存在。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制器能够操作以监测来自所述第一导电结构的针对电阻变化的信号，且其中所述控制器能够操作以监测来自所述第二导电结构的针对电容变化的信号。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的设备，其中所述控制器能够操作以监测所述第一导电结构及所述第二导电结构的每一个的所述相应电特性，使得如果所述第一导电结构或所述第二导电结构中的特定一个的所监测特性改变达超过相应预定量，则所述控制器导致由所述光源产生的所述光输出停止。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的至少一个由基本上对于由所述光发射器产生的光的所述波长透明的材料构成。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的所述至少一个与由所述光源发射的光束的占用面积至少部分重叠。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的至少一个由ITO构成。
19.根据权利要求11-15中任一项所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的至少一个由基本上对于由所述光发射器产生的光的所述波长不透明的材料构成。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一导电结构或所述第二导电结构的所述至少一个不与由所述光源发射的光束的占用面积重叠。
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