JP2017523467A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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
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の固有の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。

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の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。

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。

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。

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の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。

他の態様によれば、光パターンを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。

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。

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。

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の展開図である。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の汚染を回避可能である点にある。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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または棚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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

「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。

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、携帯型ロボット、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。

他の実装は請求項の範囲内である。

Claims (43)

1. 発光体または光検知器モジュールの組立方法であって、
   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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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の棚部と前記第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。
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。
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。
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。
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。
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。
34. 前記光電装置は垂直共振器面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。
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。
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。
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。
38. 光パターンを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。
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。
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。
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。
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。
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。

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