JP2018512745A - レーザー投影モジュール - Google Patents

Abstract

レーザー投影モジュールであって、レーザー投影モジュールカバーを含み、このカバーは、このカバー内にキャビティを画定するための上部部分、底部部分、及び１つ以上の側部部分を含み、その上部部分は光学レンズに結合するように構成されている。リードフレームは、レーザー投影モジュールの底部カバー部分に少なくとも部分的に一体化され、このリードフレームは、カバーに対して外側リードフレーム部分及び内側リードフレーム部分を含み、その内側リードフレーム部分は、キャビティ内の内側リードフレーム部分の１つの領域におけるレーザーダイオードアセンブリに結合するように構成されている。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本開示は、米国仮出願第６２／１３９,４０９号、発明の名称「レーザー投影モジュール（ＬＡＳＥＲ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＭＯＤＵＬＥ）」、２０１５年３月２７日出願の優先権を主張しており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

本開示は、レーザー投影モジュールのための装置、システム、及び方法に関する。更に詳しくは、本開示は、改善された製造可能性を有する単純化された構成を含む３次元（３Ｄ）走査デバイスのためのレーザー投影モジュールのための装置、システム、及び方法に関する。

レーザー走査は、可視又は不可視のレーザービームの制御された偏向に関係し、走査されたレーザービームは光造形機、ラピッドプロトタイピング、材料加工機、レーザー彫刻機、老眼治療用の眼科レーザシステム、共焦点顕微鏡法、レーザープリンタ、レーザーショー、レーザーＴＶ、ライダー（ＬＩＤＡＲ）、バーコードスキャナなどに使用されている。レーザー走査は、レーザービームの制御された操作に続いて、あらゆる指向方向での距離測定を伴うこともある。しばしば３Ｄ物体走査や３Ｄレーザー走査と称されるこの技術は、物体、建築物、風景の形を迅速に捕捉するために使用される。レーザーレンジファインダーは、レーザービームを使用して物体までの距離を測定するデバイスである。

レーザースキャナは、一般にはレーザービームを操作するために可動ミラーを使用する。ビームの操作は、１次元、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）とすることができる。３Ｄ操作又は焦点位置決めのために、これは、サーボ制御されたレンズシステム、又は「フォーカスシフタ」又は「ｚ−シフタ」を使用して行うことができる。さらに、レーザースキャナのミラーは、周期的な動作（例えば、バーコードスキャナ又は共振ガルバノスキャナのミラーポリゴンの回転）又は自由に指定可能な動作（例えば、サーボ制御ガルバノスキャナ）を受けることができる。走査動作を制御するために、スキャナは、一般にモータ又はガルバノメータへの適切な電流を所望の角度又は位相に対して提供するロータリエンコーダ及び制御電子機器を使用する。ソフトウェアシステムは、通常は走査動作を制御し、３Ｄ走査が実施される場合には、測定データの収集も制御する。

従来のレーザーモジュール設計の問題点の幾つかは、高価で複雑な印刷回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）及びカスタム設計用具、工具及び機器を必要とする相互接続を必要とすることである。このように、従来のレーザーモジュール設計は複雑な工程を伴う過度に長いサイクル時間を有し、完全自動化をもたらさない。したがって、完全に自動化し得る単純化された製造のためのレーザーモジュール設計を効率的かつ簡単に構成する装置、システム、及び方法の必要性が存在する。

したがって、幾つかの例示的な実施態様においては、レーザー投影モジュールのための装置、システム、及び方法が開示されており、これはレーザー投影モジュールカバーを含み、これは、上部部分、底部部分、及びカバー内にキャビティを画定する１つ以上の側部を含み、上部部分は光学レンズに結合するように構成され、レーザー投影モジュールの底部カバー部分に少なくとも部分的に一体化されたリードフレームとを含み、そのリードフレームは、カバーに対して外側リードフレーム部分と内側リードフレーム部分とを含み、その内側リードフレーム部分は、キャビティ内の内側リードフレーム部分の１つの領域におけるレーザーダイオードアセンブリに結合するように構成されている。レーザー投影モジュールはさらに、レーザー投影モジュールカバーの上部部分及び光学レンズの下に結合された回折光学素子と、レンズからの射出光を受光し、受光した光を光学レンズへ反射するように構成されたレンズ及びミラー／プリズムとを含む。

幾つかの例示的な実施態様においては、レーザーダイオードアセンブリは、レーザーダイオードと、サブマウント部分上のチップと、ヒートシンクと、ダイ取り付けパッド部分とを備え、レーザーダイオードアセンブリは、内部リードフレーム部分にワイヤーボンディングされている。レーザーダイオードアセンブリのヒートシンクは、レーザー投影モジュールカバーの内側又は外側に構成することもできる。幾つかの例示的な実施態様においては、レーザーダイオードアセンブリは、カバーのキャビティ内のダイ取り付けパッド部分に結合されたレーザーダイオードサブマウントに結合されたレーザーダイオードを含む。

したがって、開示された実施態様は、レーザー投影モジュール及びデバイスの製造を改善する装置、システム、及び方法を提供する。これらの実施態様は、既知の技術に対して機能的な改善を提供することができ、以下の詳細な説明からより明らかになる他の有利な特徴を提供することができる。

本開示は、本明細書の以下の詳細な説明、及び説明のみのために与えられて本開示を限定するものではない添付図面からより完全に理解されるであろう。

図１は、例示的な実施態様の下にリードフレーム、カバー及びレーザー投影構成要素を含むレーザー投影モジュールの上面図を示す。

図２は、リードフレーム、カバー及びレーザー投影構成要素を含むレーザー投影モジュールの側面図を示し、例示的な実施態様の下にヒートシンク構成要素はカバーの内側に配置されている。

図３は、リードフレーム、カバー及びレーザー投影構成要素を含むレーザー投影モジュールの側面図を示し、例示的な実施態様の下にヒートシンク構成要素はカバーの外側に配置されている。

図４は、例示的な実施態様の下にレーザー投影モジュール及びカバーアセンブリの上面図を示す。

図５は、例示的な実施態様の下に図４のレーザー投影モジュール及びカバーアセンブリの側面図を示す。

図６Ａ−６Ｆは、レーザーダイオードを収容するように構成されたレーザー投影モジュールで使用するためのサブマウントの様々な実施態様を示す。

図７は、例示的な実施態様の下にプリズム構成と共にサブマウントを利用するレーザー投影モジュールの側面図を示す。

図８は、例示的な実施態様の下にモジュールリードフレーム及びカバーリードフレームと共にサブマウントを利用するレーザー投影モジュールの上面図を示す。

図９は、例示的な実施態様の下にレーザー投影モジュールに使用するように構成されたリードフレームを示す。

図１０は、例示的な実施態様の下にレーザー投影モジュールのカバーに使用するためのカバーリードフレームを示す。

図１１は、例示的な実施態様の下にレーザー投影モジュールの組み立て方法を示す図である。

図１２は、例示的な実施態様の下に組み立てられたレーザー投影モジュールの３次元斜視図を示す。

本明細書で提供される図面及び説明は、本明細書で説明されるデバイス、システム、及び方法の明確な理解に関連する態様を例示するために簡略化されているが、明瞭にするために、典型的な類似デバイス、システム、及び方法に見られ得る他の態様は除外されている。したがって、当業者は、本明細書に記載のデバイス、システム、及び方法を実施するために、他の要素及び／又は操作が望ましい及び／又は必要であることを認識することができる。しかしながら、そのような要素及び操作は当技術分野で知られており、本開示のより良い理解を容易にしないので、そのような要素及び操作についての議論はここでは提供されないことがある。しかしながら、本開示は、当業者に知られている説明された態様に対する全てのそのような要素、変形、及び修正を本質的に含むものとみなされる。

例示的な実施態様は、本開示が充分に徹底的であり、開示された実施態様の範囲を当業者に完全に伝えるように、全体を通して提供される。本開示の実施態様のこの完全な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、及び方法の例など、多くの特定の詳細が説明される。それにも関わらず、特定の開示された詳細が採用される必要はなく、例示的な実施態様は異なる態様で具現化され得ることは、当業者には明らかであろう。このように、例示的な実施態様は、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。幾つかの例示的な実施態様では、周知の処理、周知のデバイス構造、及び周知の技術を詳細には説明しないことがある。

本明細書で使用する用語は、特定の例示的な実施態様のみを説明するためのものであり、限定することを意図したものではない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことが意図されている。「備え」、「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は、包括的であり、従って、記載された特徴、整数値、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定し、整数値、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの追加を含むが、これらに限定されるものではない。本明細書に記載されたステップ、処理及び操作は、優先的に性能の順序として特定されない限り、必ずしも議論又は図示された特定の順序でそれぞれの性能を必要とすると解釈されるべきではない。付加的又は代替的なステップを用いることもできることも理解されたい。

或る要素又は層が、他の要素又は層に対して「上に」、「係合している」、「接続されている」、又は「結合している」と言及されている場合、これは他の要素又は層に対して直接上にあっても、接続されていても、又は結合されていてもよく、又は介在する要素又は層が存在してもよい。対照的に、或る要素が他の要素又は層に「直接上に」、「直接に係合している」、「直接に接続されている」又は「直接に結合している」と言及されている場合、介在する要素又は層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様の方式（例えば、「間」対「直接間」、「隣接」対「直接隣接」など）で解釈されるべきである。本明細書で使用される場合、「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目の１つ又は複数の任意の及び全ての組み合わせを含む。

第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、構成要素、領域、層及び／又は区画を説明するために本明細書で使用することができるが、これらの要素、構成要素、領域、層及び／又は区画はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、或る要素、構成要素、領域、層、又は区画を他の要素、構成要素、領域、層又は区画と区別するためにのみ使用されることがある。「第１」、「第２」及び他の数値的な用語のような用語は、文脈によって明白に示されない限り、順番若しくは順序を意味するものではない。したがって、以下で説明する第１の要素、構成要素、領域、層又は区画は、例示的な実施態様の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層又は区画と称することができる。

さらに、当業者であれば、本明細書の特定の図及び開示は特定の数値、値、寸法及び／又は範囲を提供することができるが、これらは単に例示のために提供されているものであり、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の適切な代替及び／又は追加の数、値、寸法及び／又は範囲を他の用途に使用することができることを理解されたい。

ここで図１を参照すると、例示的な実施態様の下にレーザー投影モジュールアセンブリ１００が示されており、これは、カバー１２０と、カバー１２０の外側に構成された外側リードフレーム部分１０２を有するリードフレーム（例えば、９００、図９参照）と、カバー１２０の内側に構成された内側リードフレーム部分１０４とを含む。一実施態様では、リードフレーム（１０２−１０４）は、ニッケル−パラジウム（ＮｉＰＤ）メッキを有する銅リードフレームを含むことができる。図から明らかなように、内側リードフレーム部分１０４は、光ダイオードアセンブリに結合されたフレーム部分を有する曲折フレームとして構成してもよく、これは、図１の例では、ダイ取り付けパッド（ＤＡＰ）部分１０６を備え、これにはヒートシンク１０８と、レーザーダイオード１１２を収容するように構成されたサブマウント部分１１０上のチップ（ＣｏＳ）とが重ねられている。

レーザーダイオード１１２及びＣｏＳ部分１１０は、ワイヤーボンディング（１２２）を介して内側リードフレーム部分１０４に電気的に接続することができる。レンズ１１４は、マウント１１８Ａ及び１１８Ｂを介してアセンブリ１００に結合され、レーザーダイオード１１２からの光をミラー１１６へ通過させて、アセンブリ１００のカバー１２０の外側へ反射させるように構成されている。幾つかの例示的な実施態様では、内側リードフレーム部分１０４は、カバー１２０の側部から延伸するダミーリード線を含むことができる（内側リードフレーム部分１０４から延伸する点線として図示される）。

幾つかの例示的な実施態様では、レーザー投影モジュール１００は、スマートフォンのような小型若しくは携帯型デバイスにおける使用のために小型化することができる。一例では、構成部品の寸法（Ｈ×Ｌ×Ｗ）は以下のように、レーザーダイオード１１２が寸法（０．１４×１．０×０．２２５ｍｍ）を有し、ＣｏＳ部分１１０が寸法（０．２３×１．６０×０．６５ｍｍ）を有し、ヒートシンク１０８が寸法（２．０×２．２×１．８ｍｍ）を有し、ＤＡＰ部分１０６が寸法（０．０２５×２．２×３．０ｍｍ）を有し、ミラーが寸法（０．３×２．２×４．８ｍｍ）を有し、レンズ１１４が寸法（３．８ｍｍ×２．７×６．３ｍｍ）を有する。

図２は、カバー壁２０６、２１２の外側に位置する外側リードフレーム部分１０２Ａと、カバー壁２０６、２１２の内側に位置する内側リードフレーム部分１０４Ａとを有するリードフレームを含むレーザー投影アセンブリ２００の側面図を示す。図２の実施形態においては、ヒートシンク１０８がキャビティ領域２１４の内部に存在するように構成されている。ヒートシンク１０８を収容するために、内側リードフレーム部分１０４Ａは、レーザーダイオード１１２及びＣｏＳ部分１１０へのより有利なワイヤーボンディングを可能にする延長部分１０４Ｃを含むことができる。内側リードフレーム部分１０４ＡはＤＡＰ部分１０６Ａへ結合され、このＤＡＰ部分は、この例ではキャビティ２１４の内部に構成されたヒートシンク１０８の下側に構成されている。

レンズ１１４は、図２に示すように、レーザーダイオード１１２からミラー１１６へ光を通過させ、回折光学素子２０４及び光学カバー２０２を介してアセンブリ１００のカバー１２０の外側へ反射させるように構成されてもよい。幾つかの例示的な実施態様では、光学カバー又はレンズ２０２は、光学ガラスを含む。他の例示的な実施態様では、光学カバー２０２は、プラスチック又はポリマー材料を含むことができ、光学用途に応じて、適切な光学コーティングをさらに含むことができる。回折光学素子２０４は、干渉及び回折によって動作してミラー１１６からのパターン化された又は任意の光分布を生成する薄い位相要素として構成されてもよく、バイナリ及び／又はアナログ位相プロファイルで構成されてもよい。回折光学素子２０４は、回折レンズ、ビームスプリッタ（スポットアレイ）、回折拡散器、及び補正板を含むことができるが、これらに限定されるものではない。回折レンズは、従来のレンズ系における要素の数を減らし、色収差を補正する際に特殊な材料の必要性を排除するために使用することができる。回折レンズは、λ／（ｎ−１）に等しい全深度高さを有する非常に薄い要素として構成することができ、λは動作波長であり、ｎは屈折率である。回折レンズは、レンズの縁部に向かって細くなる一連の領域から構成されてもよい。

ビームスプリッタ（又はスポットアレイ）回折光学素子２０４は、レーザーダイオード１１２からのレーザービームをスポットのアレイに分割するように構成することができる。この場合、回折光学素子２０４に入射する概ねコリメートされたビームはアレイ（例えば、１Ｄ、２Ｄなど）に分離される。ビームスプリッタを生成する回折素子は、スポットの所望の分布を生成する所定の形状で構成された格子と考えることができる。回折式照明システムのような特定の特殊な用途のために制御された照明を提供するために、拡散型拡散素子（２０４）を拡散器として使用することもできる。回折拡散器の（屈折拡散器と比較した）利点の１つは、動作波長における入射ビームサイズに対応する回折限界スポットと同じ幅の鋭い強度減衰である。幾つかの実施態様では、特定の波面が光学系の或る点で必要とされるが、何らかの理由で実際の波面は所望の形状を示さない。理想からの波面偏差が一貫して繰り返し可能である場合には、所望の波面を生成するようにアパーチャの様々な点で適切な位相遅延を誘起することによって波面を補正するために、補正板を２０４に導入することができる。

回折光学素子２０４及びガラスカバー２０２は、第１の上部カバー部分２０８及び第２の上部カバー部分２１０の隆起の上部に取り付けてもよい。幾つかの例示的な実施態様では、第１のトップカバー部分２０８はカバー壁２０６に結合され、第２のトップカバー部分２１０はカバー壁２１２に結合されてもよい。他の例示的な実施態様では、第１の上部カバー部分２０８及びカバー壁２０６は、単一のカバー部分として一体化することができ、第２の上部カバー部分２１０及びカバー壁２１２は、別の単一のカバー部分として一体化することができる。カバー部分（２０６〜２１０）は、組み立て処理中に内側リードフレーム部分１０４Ａと一体化され得るカバーベース２１６に結合し得る。

ここで図３を参照すると、レーザー投影アセンブリ３００の実施態様が示されており、これは、ヒートシンク１０８がレーザー投影アセンブリカバーの外側に構成され、キャビティ３１４内の潜在的な熱蓄積を有利に低減することができる点を除いて、図２の実施態様に類似する。ヒートシンク１０８が上昇すると、外側リードフレーム部分１０２Ｂは、ヒートシンク１０８の上の点まで上昇し、ライトダイオードアセンブリへのワイヤーボンディングを単純化し、内側リードフレーム部分１０４Ｂは、レーザー投影アセンブリ３００のキャビティ３１４内へＤＡＰ１０６Ｂに延伸し、レンズ１１４及びミラー１１６を収容するキャビティ領域内の内側リードフレーム部分１０４Ｂに戻る。図２と同様に、内側リードフレーム部分１０４Ｂは、組み立て処理中にカバーベース２１６と一体化することができ、さらに、上昇した外側リード部分１０２Ｂに結合された内側リードフレーム部分１０４Ｂを所定位置に保持するための支持体２１６Ｂを含む。

ここで図４を参照すると、例示的な実施態様によるレーザー投影アセンブリ４００のカバー４１０の上面図が示されている。先の実施態様と同様に、レーザー投影アセンブリ４００は、ＰＣＢと相互接続するように図示されているように、能動リード（４０２）、ダミーリード（４０６）及びタイバー４０４と共に動作するように構成された外側リードフレーム部分１０２を有するリードフレームを備える。当業者には、リードフレーム（１０２、１０４）用のダミーリード４０６は、レーザー投影アセンブリカバー４１０の一方の側から延在するように構成されてもよく（図４の如し）、又はレーザー投影アセンブリカバーの複数の側から延在するように構成されてもよい（図１の如し；点線を参照）。他の実施態様のように、外側リードフレーム部分１０２は、内側リードフレーム部分１０４に結合され、これはレンズ１１４、ミラー１１６、及び光ダイオードアセンブリを電気的に接続するように構成され、図４の例では、ヒートシンク１０８及びレーザーダイオード１１２によって覆われた金属リードフレームダイ取り付けパッド（ＭＬＦＤＡＰ）部分４０６を含む。一実施態様では、ＭＬＦ材料は、２４５〜３０５μｍの厚さを有する銅からなる。

図４のカバー４１０は、上部カバー部分及び他の構成要素を収容するように有利に構成されたカバー壁棚部を有するように構成されている。図４の例では、光ダイオードアセンブリ（１０８，１１２，４０６）及びレンズ１１４の上に構成されたカバー部分は、カバー４１０の少なくとも２つの内壁を覆って延在し、上部カバー部分を着座させて結合する隆起４１２を有する。ミラー１１６上に構成されたカバー部分は、カバー４１０の少なくとも２つの内壁を覆って延在する第１の隆起部４１４及び第２の隆起部４１６を有し、これらは光学カバーと回折光学素子とを着座させて結合する。

図５は、図４のレーザー投影アセンブリの側面図５００を示し、ここで、カバー又はハウジング４１０は、カバー壁５０２−５０４を支持するベースカバー５０８を備える。カバー壁５０２は、上部カバー５０６を収容して結合するように構成された棚部４１２を備え、上部カバーは、カバー壁５０４の棚部４１４，４１６に対応する棚部４１４，４１６を含むように作成されている。図から明らかなように、回折光学素子２０４は、棚部４１６に着座して結合し、棚部４１４に着座して収容された光学カバー２０２で覆われている。

図５の実施形態は、露出されたダイ取り付けパッド５１０も備え、これは、この例では、レーザー投影アセンブリ５００のキャビティ５１４内のヒートシンク１０８の構成のために、光ダイオード１１２及び関連する回路への電気的接続のためのアクセスを提供するために使用される。ヒートシンク１０８がハウジングの外側に構成される（例えば、図３参照）状況では、露出したダイ取り付けパッド５１０は必要ではない。

ここで図６Ａ〜図６Ｆを参照すると、図示のように正極導電性フィルム６０２及び負極導電性フィルム６０４でコーティングされ得るレーザーダイオードサブマウント６００の様々な例示的な実施態様が示されている。一実施態様では、導電性フィルムは０．０２５ｍｍ未満の厚さであってもよい。レーザーダイオードサブマウント６００は、図示のようにワイヤーボンディング１２２されたレーザーダイオード１１２を結合するように構成することができる。一実施態様では、レーザーダイオードサブマウント６００は、アルミニウムニッケル（ＡｌＮｉ）から作成され、ニッケル−金（ＮｉＡｕ）でメッキされてもよい。レーザーダイオードサブマウントは、金−錫（ＡｕＳｎ）はんだ（例えば、金８０％、錫２０％）を用いて他の部品とはんだ付けされてもよい。一実施態様では、レーザーダイオードサブマウントは、電気的接続を容易にするためのビア６０２を有するように構成することができる。

次に図７を参照すると、レーザー投影モジュールアセンブリ７００のキャビティ７０４内に構成された取り付けられた光ダイオード１１２を有するレーザーダイオードサブマウント６００を含むレーザー投影モジュールアセンブリ７００の例示的な実施態様が示される。ダイオードサブマウント６００は、ＤＡＰ部分１０６又はリードフレーム１０４の他の適切な部分に接着されてもよく、照明された光は、レンズ７０４を通ってプリズム７０６に進み、このプリズムは、光を回折光学素子２０４及び光学カバー２０２を通じてレーザー投影モジュールアセンブリ７００の外側の領域へ反射する。

図７の実施形態においては、回折光学素子２０４は、光学カバー２０２から離間させてもよい。この空間は、２つの要素を分離するカバー棚部７０２によって画定することができ、回折光学素子２０４は、カバー棚部７０２の底部に接着され、光学カバー２０２はカバー棚部７０２の上部に着座して結合する。プリズム７０６は、光を屈折させる平坦で研磨された表面を有する透明な光学素子として構成することができる。プリズム７０６の平坦な面の少なくとも２つは、それらの間の角度を有し、三角形の基部及び長方形の辺を有する三角柱のような幾何学的形状を含むことができる。プリズム７０６は、設計された波長に対して透明である任意の材料から作成されてもよく、これはガラス、プラスチック及び蛍石を含むが、これらに限定されるものではない。

図８を参照すると、例示的な実施形態の下に図７のレーザー投影モジュールアセンブリの上面図８００が示されており、レーザーサブモジュール６００は、領域８０６に接着剤を用いて結合／固定されるレンズ７０４と共に所定の位置に結合／固定（例えば、表面装着、接着など）され、接着剤は低温接着剤、スナップ硬化接着剤及び／又はＵＶ硬化接着剤を含むが、これらに限定されない。図８の実施態様には、リードフレーム（１０２，１０４）とカバーリードフレーム８０４も示されており、これについては図９−１０に関連して以下に説明する。

図９は、本明細書に開示された実施態様の何れかに適したリードフレーム９００を示しており、リードフレーム外側部分１０２は、カバー（又は「パッケージ」）９０４の縁の外側に構成されたリードフレーム９００部分として規定され、内側リードフレーム部分１０４は、カバー（又は「パッケージ」）９０４の縁の内側に構成されたリードフレーム部分として規定し得る。図１の実施態様に関連して上述したように、図１に示すように、内側リードフレーム部分１０４は、内側リードフレーム部分１０４の少なくとも一部に曲折した経路を有して形成され、光ダイオード投影部品を収容及び／又は接続するように構成されている。幾つかの非限定的な例示的な実施態様では、リードフレーム９００は、低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、１０−１２ミル（０．２５４−０．３０５ｍｍ）の厚さを有する適切な金属（例えば銅）から形成し得る。他の例示的な実施態様では、リードフレームは、ニッケル−パラジウム−金（ＮｉＰｄＡｕ）メッキで予めメッキされたパラジウム材料から形成されてもよい。リードフレーム９００は、単一の行として構成されてもよく、複数の行を含んでいてもよい。当業者には、本開示においては多数の構成が意図されており、本明細書に開示される特定の構成に限定されないことが理解される。

図１０は、本明細書で開示される実施態様の何れかで利用し得るカバーリードフレーム１０００を示す。幾つかの例示的な実施態様では、カバーリードフレーム１００は、上部カバー部分（例えば、２０８，２１０）を固定するために使用することができる。図９のリードフレームと同様に、カバーリードフレーム１０００は、低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、１０−１２ミル（０．２５４−０．３０５ｍｍ）の厚さを有する適切な金属（例えば、銅）から形成することができる。他の例示的な実施態様では、リードフレームは、ニッケル−パラジウム−金（ＮｉＰｄＡｕ）メッキで予めメッキされたパラジウム材料から形成してもよい。リードフレーム１０００は、単一の行として構成されてもよく、複数の行を含んでいてもよい。当業者には、本開示においては多数の構成が意図されており、本明細書に開示される特定の構成に限定されないことが理解される。

ここで図１１を参照すると、一実施態様の下にレーザー投影モジュールを製作するための例示的な方法１１００が開示されている。この方法はブロック１１０２で始まり、リードフレーム（例えば、９００、１０００）は、ブロック１１０４で実行されるカバー成形中に製作されて組み込まれる。カバー成型は、リードフレームをカバー成型に結合することができる開放キャビティカバーを規定するようにプラスチックを使用して実施することができる。ブロック１１０６において、光ダイオード（例えば、１１２）を取り付けて組み立てることができる。サブマウントが使用されない状況では、光ダイオード（例えば、１１２）は、サブマウント上のチップ（ＣｏＳ）部分（例えば、１１０）、ヒートシンク（例えば、１０８）及びダイ取り付けパッド（ＤＡＰ）部分（例えば、１０６）に組み立てることができる。これらの構成要素の順序は、ヒートシンク（例えば、１０８）がカバーのキャビティの内側又は外側に構成されるかどうか（例えば、図２及び図３を参照）に依存している。光ダイオードアセンブリは、熱伝導性エポキシ又は他の適切な材料を用いて結合して、ワイヤーボンディングすることができる。

レーザーダイオードサブマウント（例えば、６００）が使用される場合、サブマウントは、先ずブロック１１０８でリードフレーム及びカバーに結合され、続いてレーザーダイオード（例えば、１１２）の取り付けがなされる。ブロック１１１０において、ミラー又はプリズムは、非導電性の接着剤を使用してモジュールに取り付けられ、続いてブロック１１１２でレンズの取り付け及び能動的なアライメントがなされる。能動的なアライメントのために使用し得る１つの技術は、レンズセル及びレンズ自体が比較的狭い直径公差で製造される機械的アラインメントを含む。ハウジングのセル壁とレンズの外径との間の間隙は、最小限の分離のために設計することができる。レンズは通常はハウジング内で中心合わせされ、複数（例えば、３つ）の等しい厚さのシムがセル壁とレンズとの間に挿入される。接着剤が塗布され、この接着剤が硬化すると、シムは通常はアセンブリから取り外される。

代替的又は追加的に、レンズは、保持リングのようなハードウェアで定位置に保持することができる。機械的アライメント方法は、このアセンブリ技術を達成するために、シム及び中心合わせ処理を含む光学系及び機構の固有の公差に依存する。ブロック９０４においてＵＶ硬化性接着剤でレンズを所定位置にスポット硬化させ、次いでＲＴＶ室温加硫又は熱硬化接着剤の何れかを用いて最終接着をなすことができる。

他の例示的な実施態様では、ブロック１１１２における能動的レンズアライメントは、レンズがレンズセルに挿入される光学的アライメントを含み、その位置は、レンズ表面の反射戻り値又は透過戻り値の何れかを監視することによって能動的に定位置に移動される。反射においては、レンズ表面からの曲率中心を使用することができる。光学戻りを提供するために、オートコリメータを使用することができる。伝送時には、それはレンズの焦点である。幾つかの例示的な実施態様では、フィゾー干渉計を組み込み、干渉縞パターンを監視することによって、高い精度を得ることができる。幾つかの例示的な実施態様では、能動的なアラインメントソフトウェアは、レンズを整列させるように最適化され、その搭載面上のレンズの位置を調整することによって、光軸をセルの機械軸に対して微調整することができる。機械的アライメント方法とは異なり、能動的光学方法は、特定の構成要素の属性を非常に厳しい公差に保つ必要性が低い。

レンズが整列され、硬化されると、回折光学素子（例えば、２０４）及び光学カバー（例えば、２０２）が取り付けられる。回折光学素子及び光学カバーは、非導電性接着剤を用いて結合してもよい。使用されるヒートシンク（例えば、１０８）構成に応じて、ヒートシンクは、はんだ又は熱伝導性エポキシ又は他の適切な材料を使用して、ブロック１１１６においてダイ取り付けパッド（例えば、１０６）に取り付け得る。ブロック１１１８において、レーザー投影モジュールは、はんだ付け（例えば、複数のセンサヘッドを備えたレーザーはんだ付け）によって取り付けてもよく、或いはレーザー投影モジュールをＰＣＢに適切に結合してもよく、ブロック１１２０において最終試験を受ける。

図１２は、例示的な実施態様の下で組み立てられたレーザー投影モジュール１２００の３次元斜視図を示す。この例におけるレーザー投影モジュール１２００は、図７−図８に関して上述に示した例示的な構成から組み立てることができる。この例では、回折光学素子（例えば、２０４）は、２つの要素を分離するカバー棚部７０２を利用して、光学カバー（例えば、２０２）から離間させてもよい。プリズム７０６は、光を屈折させる平坦で研磨された表面を有する透明な光学素子として構成することができる。レーザーサブモジュール６００は、接着剤を用いて結合／固定することができるレンズ７０４と共に所定の位置に結合／固定され（例えば、表面装着、接着など）、接着剤としては低温接着剤、スナップ硬化接着剤及び／又はＵＶ硬化接着剤を含むが、これらに限定されるものではない。図１２の実施態様には、上述したリードフレーム（１０２，１０４）及びカバーリードフレーム８０４も示されている。

当業者には、本開示は比較的低いｚ高さ（例えば、＜６ｍｍ）を有する光投影モジュールのための様々な有利な構成を提供し、これは製造がより容易であり、従ってより速いサイクル時間、低い機器コスト、良好なレーザー安全性、能動部品の良好な接続性、及び高い信頼性を提供することが明らかである。幾つかの有利な特徴は、基板をベースプレートとして使用し、このベースプレート上に素子を配置／整列させることによって達成することができる。次いで、能動素子をベースプレートに接続して光投影モジュールを形成することができ、このモジュールは単にＰＣＢに接続することができる。また、本明細書の幾つかの実施態様は、概ね長方形形状を有する光投影モジュールカバーを示すが、当業者には、任意の適切な三次元形状を使用できることが理解される。

上述の詳細な説明においては、本開示における簡潔さのために、個々の実施態様において様々な特徴が一緒にグループ化されていることが分かる。本開示の方法は、後に請求される実施態様が各請求項に明示的に記載されたものよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈すべきではない。

さらに、本開示の説明は、当業者が開示された実施態様を製作又は使用することを可能にするために提供される。本開示の様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本開示の要旨又は範囲から逸脱することなく、他の変形例に適用される。従って、本開示は、本明細書に記載された実施例及び設計に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。すなわち、以下の特許請求の範囲は、本明細書でなされる例示的な開示に照らして、それぞれの最も広い範囲が与えられるべきである。

Claims (20)

1. レーザー投影モジュールであって、
   レーザー投影モジュールカバーであり、このカバー内にキャビティを画定するための上部部分、底部部分、及び１つ以上の側部部分を含み、前記上部部分は光学レンズに結合するように構成されているレーザー投影モジュールカバーと、
   前記レーザー投影モジュールの前記底部カバー部分に少なくとも部分的に一体化されたリードフレームとを備え、このリードフレームは、前記カバーに対して外側リードフレーム部分及び内側リードフレーム部分を含み、その内側リードフレーム部分は、前記キャビティ内の内側リードフレーム部分の１つの領域でレーザーダイオードアセンブリに結合するように構成されているレーザー投影モジュール。
2. 請求項１のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザーダイオードアセンブリは、レーザーダイオードと、サブマウント部分上のチップと、ヒートシンクと、ダイ取り付けパッド部分とを含むレーザー投影モジュール。
3. 請求項２のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザーダイオードアセンブリは、前記内側リードフレーム部分にワイヤーボンディングされているレーザー投影モジュール。
4. 請求項２のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザーダイオードアセンブリの前記ヒートシンクは、前記レーザー投影モジュールカバーの外側にあるように構成されているレーザーダイオード投影モジュール。
5. 請求項４のレーザーダイオード投影モジュールにおいて、前記ダイ取り付けパッド部分は、露出部分を含むレーザーダイオード投影モジュール。
6. 請求項２のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザーダイオードアセンブリの前記ヒートシンクは、前記レーザー投影モジュールカバーの前記キャビティ内にあるように構成されているレーザーダイオード投影モジュール。
7. 請求項１のレーザーダイオード投影モジュールにおいて、前記レーザーダイオードアセンブリは、前記カバーの前記キャビティ内のダイ取り付けパッド部分に結合されたレーザーダイオードサブマウントに結合されたレーザーダイオードを含むレーザー投影モジュール。
8. 請求項１のレーザーダイオード投影モジュールにおいて、前記内側リードフレーム部分の一部が曲折経路を形成するレーザー投影モジュール。
9. 請求項１のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザー投影モジュールカバーの前記上部部分及び前記光学レンズの下に結合された回折光学素子をさらに備えるレーザー投影モジュール。
10. 請求項９のレーザー投影モジュールにおいて、前記回折光学素子は、回折レンズ、ビームスプリッタ、回折拡散器及び補正板のうちの１つを含むレーザー投影モジュール。
11. 請求項１のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザーダイオードアセンブリからの光放射を受けるように構成されたレンズをさらに備えるレーザー投影モジュール。
12. 請求項１１のレーザー投影モジュールにおいて、前記レンズからの光放射を受け取り、この受け取った光を前記光学レンズに反射するように構成されたミラーをさらに備えるレーザー投影モジュール。
13. 請求項１１のレーザー投影モジュールにおいて、前記レンズからの光放射を受け取り、この受け取った光を前記光学レンズに反射するように構成されたプリズムをさらに備えるレーザー投影モジュール。
14. 請求項１のレーザー投影モジュールにおいて、前記レーザー投影モジュールカバーの上部に結合されるように構成されたカバーリードフレームをさらに備えるレーザー投影モジュール。
15. 請求項１のレーザー投影モジュールにおいて、前記リードフレームは、少なくとも１つの能動リードと、少なくとも１つのダミーリードと、タイバーとを含むレーザー投影モジュール。
16. レーザー投影モジュールを組み立てる方法であって、
    レーザー投影モジュールカバーを形成し、このカバーは、このカバー内にキャビティを画定する上部部分、底部部分、及び１つ以上の側部部分を含み、前記上部部分は光学レンズに結合するように構成され、
    リードフレームを形成し、このリードフレームは、前記カバーに対して外側リードフレーム部分と内側リードフレーム部分とを含み、
    前記形成されたリードフレームを前記レーザー投影モジュールの前記底部カバー部分に少なくとも部分的に一体化し、
    レーザーダイオードアセンブリを、前記レーザー投影モジュールの前記キャビティ内の前記内側リードフレーム部分の１つの領域に結合し、
    前記レーザー投影モジュールカバーを前記リードフレームに結合することを含む方法。
17. 請求項１６の方法において、前記レーザー投影モジュールカバーを前記リードフレームに結合する前に、レンズと、ミラー及びプリズムの一方とを、前記内部リードフレーム部分に結合することをさらに含む方法。
18. 請求項１６の方法において、前記光学レンズと回折光学素子とを前記レーザー投影モジュールカバーの前記上部部分に結合することをさらに含む方法。
19. 請求項１６の方法において、レーザーダイオードアセンブリを結合することは、レーザーダイオードと、サブマウント部分上のチップと、ヒートシンクと、ダイ取り付けパッド部分とを結合し、前記レーザーダイオードアセンブリを前記内部リードフレーム部分にワイヤーボンディングすることを含む方法。
20. 請求項１６の方法において、レーザーダイオードアセンブリを結合することは、前記カバーの前記キャビティ内のダイ取り付けパッド部分に結合されたレーザーダイオードサブマウントに結合されたレーザーダイオードを結合することを含む方法。

Images