JP2023508687A - センシングシステム - Google Patents

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Abstract

Figure 2023508687000001
センシングシステムであって、電磁放射を放出するように構成されたエミッタと、電磁放射を検出するように構成された検出器と、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品と、を備えるセンシングシステム。電子部品は、エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に配置されている。電子部品は、エミッタから検出器へ伝播する電磁放射の量を低減させる。電子部品は、センシングシステムを離れずにエミッタから検出器へ直接に伝播するはずの電磁放射の不要な検出を有利に低減させ、これにより、測定ノイズを低減させ、センシングシステムの精度を向上させる。センシングシステムは、飛行時間センシングシステムまたは近接センシングシステムの一部を形成しうる。センシングシステムは、携帯電話機のような電子デバイスの一部を形成してもよい。

Description

本開示は、電子デバイスでの使用に適したセンシングシステムに関し、限定するものではないが、特に携帯電話機での使用に適した飛行時間センシング（ToF sensing）システムまたは近接センシングシステムに関する。
図１Ａおよび図１Ｂに既知のセンシングシステム１００の例を示す。既知のセンシングシステム１００は、電磁放射を放出するように構成されたエミッタ１１０と、電磁放射を検出するように構成された検出器１２０と、を備える。エミッタ１１０は第１のダイ１３０に配置されており、検出器１２０は第２のダイ１４０に配置されている。第１のダイ１３０および第２のダイ１４０は基板１６０に配置されている。基板１６０は、電子デバイス（図示せず）のプリント回路基板（図示せず）の一部を形成しうる。基板１６０は、基板１６０を他の回路（例えば、センシングシステム１００および／または電子デバイスの１つ以上のプロセッサ）に電気的に接続する電気コンタクト１７０を備える。ダイ１３０，１４０は、ダイ１３０，１４０を基板１６０および他の回路（例えば、電子デバイスのプロセッサ）に電気的に接続する電気コンタクト１５０を備える。既知のセンシングシステム１００は、エミッタ１１０と検出器１２０との間に配置されたシールド１８０を備える。シールド１８０は、専ら、少なくとも一部の電磁放射がエミッタ１１０から検出器１２０へ直接に伝播しないように遮って検出器信号中のノイズを低減させるように機能する。既知のセンシングシステム１００は、エミッタ１１０および検出器１２０の動作波長（例えば、電磁放射の可視波長および／または赤外波長）に対して実質的に透明な第１のケーシング１８２および第２のケーシング１８４をさらに備える。第１のケーシング１８２は、検出器１２０を保護するように構成されており、入射する電磁放射を捉えて検出器１２０へ集束させるレンズ１８６を含む。第２のケーシング１８４は、エミッタ１１０を保護するように構成されている。既知のセンシングシステム１００は、電磁放射を検出器１２０へと透過させるように構成された第１のアパーチャ１９２と、エミッタ１１０によって放出された電磁放射がセンシングシステム１００から出ることができるように構成された第２のアパーチャ１９４と、を有するキャップ１９０をさらに備える。シールド１８０は、典型的にはプラスチックで作られており、第１のケーシング１８２および第２のケーシング１８４ならびにキャップ１９０がシールド１８０の上に設置される前に、センシングシステム１００に接着される。
既知のセンシングシステムに関連する１つ以上の問題に対処するセンシングシステムを提供すること、または有用な代替物を少なくとも提供することが、本開示の目的である。
概して、本発明は、センシングシステムであって、エミッタと、検出器と、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品と、を備えるセンシングシステムに関する。電子部品は、エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に配置されている。電子部品は、センシングシステムを離れずにエミッタから検出器へ直接に伝播してしまうはずの電磁放射の量を遮る（例えば、吸収する、かつ／または方向転換させる）。電子部品は、有利なことに、センシングシステムの回路と相互作用するというその標準機能を果たすだけでなく、少なくとも一部の電磁放射がエミッタから検出器へ直接に伝播するのを遮る。これにより、既知のセンシングシステムのシールドが不要となり、よりコンパクトなセンシングシステムが有利に可能となる。本発明によるセンシングシステムは、既知のセンシングシステムよりも少なくとも１つ少ない部品を備え、これにより、センシングシステムが簡素化され、その製造コストが低減する。電子部品は、エミッタから検出器への見通し線を少なくとも部分的に遮るように、サイズ決定、形成および配置されうる。電子部品は、エミッタによって放出され、検出器によって検出される電磁放射の波長に対して実質的に不透明な（例えば、入射放射の約９０％以上を遮る）材料を含んでよい。
本開示の一態様によれば、電磁放射を放出するように構成されたエミッタと、電磁放射を検出するように構成された検出器と、を備えるセンシングシステムが提供される。センシングシステムは、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品をさらに備える。電子部品は、エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に配置されている。電子部品は、エミッタから検出器へ伝播する電磁放射の量を低減させる。
既知のセンシングシステムは、エミッタと検出器との間に配置されたシールドを備える。シールドの専らの目的は、エミッタから検出器へ直接に伝播する電磁放射の検出を低減させることである。シールドは、このことを、電子部品に入射する放射の少なくとも一部を遮る（例えば、方向転換させるかつ／または吸収する）ことによって行う。既知のセンシングシステムは、その電子的な機能に専ら使用される電子部品も含む。エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に電子部品を配置することにより、電子部品は、センシングシステムの回路と相互作用するというその標準機能を果たすだけでなく、センシングシステムを離れずにエミッタから検出器へ伝播する電磁放射の検出を低減させる。これによりシールドが不要となり、既知のセンシングシステムよりもコンパクトなセンシングシステムが有利に可能となる。センシングシステムは、既知のセンシングシステムよりも少なくとも１つ少ない部品を備え、これにより、センシングシステムが簡素化され、その製造コストが低減される。
電子部品は、エミッタから検出器へ直接に伝播する電磁放射の量を低減させうる。電子部品は、エミッタと検出器との間の見通し線を少なくとも部分的に遮るように構成されてもよい。センシングシステムを離れずにエミッタから検出器へ直接に伝播する電磁放射の検出を低減させることで、センシングシステムを使用して行われる測定の精度が有利に向上する。これは、エミッタから検出器に直接に伝播する（すなわち、センシングシステムを離れず、またセンシングされるべき物体と相互作用しない）放射が、測定ノイズの一因となるためである。検出器は、エミッタを離れ、光学アパーチャを介してセンシングシステムから出て、１つ以上の外部物体と相互作用し（例えば、そこから反射し）、検出のために検出器へ戻る電磁放射を検出するのに適している。
センシングシステムは、飛行時間センシングシステムおよび／または近接センシングシステムであってよい。
エミッタは、例えば携帯電話機のような電子デバイスへの組み込みに適した任意の種類の電磁放射源であってよい。エミッタは、ダイオードまたは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface-emitting laser）のようなレーザであってもよい。
検出器は、例えば携帯電話機のような電子デバイスへの組み込みに適した任意の形態の光検出器であってよい。検出器は、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：single photon avalanche diode）のようなフォトダイオードであってもよい。
電子部品は、受動型（例えば、コンデンサ、インダクタ、抵抗器、変圧器、変換器など）、能動型（例えば、トランジスタ、ダイオード、電源、静電放電デバイスなど）および／または電気機械型（例えば、スイッチ、圧電素子、ヒューズ、コネクタなど）であってよい。
電子部品は、回路の電圧を少なくとも部分的に安定させるように、かつ／または回路に作用するフィールドの影響を低減させるように構成されたコンデンサを備えることができる。
既知のセンシングシステムでは、コンデンサのような電子部品は、一般に、センシングシステムの回路と同じダイまたは基板に見当たらない。本発明のセンシングシステムのコンデンサは、エミッタから検出器へ直接に伝播する電磁放射の量を低減させることと、回路の電圧を少なくとも部分的に安定させる、かつ／または回路に作用するフィールドの影響を低減させることとの少なくとも２つの機能を有利に提供する。フィールドは電場でありうる。フィールドは磁場でもありうる。フィールドは電磁場であることもある。フィールドは、外部フィールド、すなわちセンシングシステムの外側に発生するフィールドであることもある。フィールドは、内部フィールド、例えば回路を通過する電流によって発生する磁場であることもある。
電子部品は、回路のフィルタとして機能するように構成されたインダクタを備えることができる。
電子部品は、回路のプルアップ抵抗器またはプルダウン抵抗器として機能するように構成された抵抗器を備えることができる。
電子部品は、回路のＲＣフィルタとして機能するように構成された、抵抗器およびコンデンサを備えることができる。
電子部品は、回路に作用するフィールドの影響を低減させるように構成されたダイオードを備えることができる。
センシングシステムは、センシングシステムの回路を収容するように構成されたダイを備えることができる。電子部品は、ダイに配置されうる。
ダイは、集積回路として使用するためのＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）部品を備えていてよい。ダイは、プリント回路基板の基板に配置されてもよい。コンデンサが、それが相互作用するように構成される回路の近くに配置されるほど、電子部品と回路との間の電気抵抗が小さくなり、電子部品の性能が高くなる。
回路は、センシングシステムの集積回路を備えることができる。ダイが集積回路を収容してもよい。
エミッタおよび検出器がダイに配置されていてもよい。
センシングシステムは、ダイとセンシングシステムのプリント回路基板との間に電気的接続をもたらすように構成された基板を備えることができる。エミッタは、基板に配置されていてよい。検出器は、ダイに配置されていてよい。エミッタがダイに配置されてもよい。検出器が基板に配置されてもよい。
電子部品が回路（例えば、エミッタおよび／または検出器を収容するダイおよび／または基板）の近くに配置されるほど、電子部品と回路との間の電気抵抗が小さくなりうる。電気抵抗を低減させることで、電子部品の性能が有利に向上する。例えば、電子部品がコンデンサを備える場合、回路の電圧を安定させる、かつ／または回路に作用するフィールドの影響を低減させるコンデンサの能力が、回路と同じダイおよび／または基板にコンデンサを配置することによって向上しうる。
センシングシステムは、電子部品とセンシングシステムとの間に設けられた充填物を含むことができる。
充填物は、インクを含みうる。充填物は、電子部品をセンシングシステムに固定するように構成された接着剤を含みうる。充填物は、エミッタによって放出され、検出器によって検出される放射の波長に対して実質的に不透明であってよい。充填物は、エミッタから検出器へ直接に伝播する電磁放射の量を有利にさらに低減させうる。
センシングシステムは、電子部品を受容するように構成された電極を備えることができる。充填物は、電子部品を電極に取り付けるように構成された導電性接着剤を含んでいてよい。
センシングシステムは、電子部品を受容するように構成された２つの電極を備えうる。電子部品は、センシングシステムの電極に接続するように構成された２つの電極を備えてもよい。
センシングシステムは、電気コンタクトと、電子部品を電気コンタクトに接続するように構成された導電コネクタと、を備えることができる。充填物は、電子部品をセンシングシステムに取り付けるように構成された非導電性接着剤を含んでいてよい。このセンシングシステムは、有利なことに、他のセンシングシステムよりも安価に製造されうる。
センシングシステムは飛行時間センシングシステムであってよい。センシングシステムは近接センシングシステムであってもよい。
電子デバイスはセンシングシステムを備えることができる。電子デバイスは、携帯電話機やタブレットコンピュータのようなモバイル電子デバイスであってよい。電子デバイスは、自動車製造業で使用されるような、自動製造システムまたはロボットシステムなどの産業用電子デバイスであってもよい。電子デバイスは、住宅またはビルを自動化するための自動化システムの一部を形成しうる。
電磁放射を放出および検出する方法は、センシングシステムを使用することを含みうる。
本開示の第２の態様によれば、センシングシステムを製造する方法であって、電磁放射を放出するように構成されたエミッタを設けることと、電磁放射を検出するように構成された検出器を設けることと、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品を設けることと、エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に電子部品を配置することと、を含む方法が提供される。電子部品は、エミッタから検出器へ伝播する電磁放射の量を低減させる。
最後に、ここに開示する本センシングシステムは、少なくとも、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品がエミッタと検出器との間に少なくとも部分的に配置されるという新規の手法を利用している。電子部品は、エミッタから検出器へ伝播する電磁放射の量を低減させる。
好ましい実施形態の簡単な説明
本開示のいくつかの実施形態について、ここで添付図面を参照して、例としてのみ説明する。
既知のセンシングシステムを概略的に示す側断面図である。 既知のセンシングシステムを概略的に示す分解図である。 電子部品を備える既知のプリント回路基板の一部分を上方から見て概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるセンシングシステムを上方から見て概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるセンシングシステムを側方から見た断面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による代替的なセンシングシステムを上方から見て概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による代替的なセンシングシステムを側方から見た断面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるセンシングシステムを製造する方法を示す図である。
一般に、本開示は、電子デバイスでの使用に適したセンシングシステムを提供する。センシングシステムは、電磁放射を放出するように構成されたエミッタと、電磁放射を検出するように構成された検出器と、を備える。センシングシステムは、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品も備える。電子部品は、エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に配置されている。電子部品は、少なくとも一部の放射が、センシングシステムを離れずにエミッタから検出器へ直接に伝播することを妨げる。電子部品は、エミッタと検出器との間の見通し線を少なくとも部分的に遮ることができる。電子部品は、エミッタと検出器との間の見通し線を完全に遮ってもよい。
解決策のいくつかの例を添付の図に示す。
図３Ａは、本発明の一実施形態によるセンシングシステム３００を上方から見た図を概略的に示す。図３Ｂは、図３Ａのセンシングシステム３００を側方から見た断面図を概略的に示す。センシングシステム３００は、エミッタ３１０および検出器３２０を備える。エミッタ３１０は、電磁放射を放出するように構成されている。エミッタ３１０は、電子デバイスへの組み込みに適した任意の種類の電磁放射源、例えば、ダイオードまたは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のようなレーザであってよい。検出器３２０は、電磁放射を検出するように構成されている。検出器３２０は、エミッタ３１０によって放出された電磁放射を、電磁放射がセンシングシステム３００から出て、外部物体と相互作用し（例えばそこから反射し）、伝播して検出器３２０に戻った後に検出するように構成されていてよい。検出器３２０は、任意の形態の光検出器、例えば、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）のようなフォトダイオードとすることができる。センシングシステム３００は、飛行時間センシングシステムまたは近接センシングシステムであってよい。センシングシステム３００は、例えば携帯電話機やタブレットコンピュータのような電子デバイスへの組み込みに適するものでありうる。
飛行時間センシングシステムは、エミッタ３１０が電磁放射を放出し、その電磁放射の少なくとも一部が、検出のために伝播して検出器３２０に戻る前に１つ以上の外部物体と相互作用する（例えば、そこから反射する）ことを含みうる。エミッタ３１０による放射の放出と検出器３２０による放射の検出との間の時間を測定して、電子デバイスと１つ以上の外部物体との間の距離を既知の光速を使用して決定することができる。飛行時間センシングシステムは、比較的高い精度の測定に使用されうる。例えば、カメラを備える携帯電話機に飛行時間センシングシステムを組み込んだ場合、飛行時間センシングシステムは、カメラの焦点を調節して物体の画像を向上させるために、カメラと外部物体との間の距離を決定するために使用されうる。飛行時間センシングシステムの代替的な使用としては、自動車産業、ロボット工学、製造業、および自動化プロセスにおける使用が挙げられる。飛行時間センシングシステムの場合、センシングシステム３００は、エミッタ３１０に近接して配置された第２の検出器（図示せず）をさらに備えてよい。第２の検出器は、飛行時間センシングシステムのためのバックグラウンド電磁放射の基準検出値を提供するように構成されてもよい。
センシングシステム３００は、代替的に、エミッタ３１０が電磁放射を放出し、その少なくとも一部がセンシングシステム３００から出て、センシングのために検出器３２０に入射する前に１つ以上の外部物体と相互作用する（例えば、そこから反射する）、近接センシングシステムであってもよい。エミッタ３１０によって放出された放射の量は、電子デバイスと１つ以上の外部物体との間の距離を決定するために、検出器３２０によって検出された放射の量と比較することができる。近接センシングシステムは、比較的低い精度の測定に使用されうる。例えば、タッチスクリーンを備える携帯電話機に近接センシングシステムを組み込んだ場合、近接センシングシステムは、タッチスクリーンの入力表示を変更して通話中に不要な入力コマンドを避けるために、電話がユーザの耳に近接して置かれているかを判定するために使用されうる。
センシングシステム３００は、センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品３３０をさらに備える。電子部品３３０は、受動素子（例えば、コンデンサ、インダクタ、抵抗器、変圧器、変換器など）、能動素子（例えば、トランジスタ、ダイオード、電源、静電放電デバイスなど）および／または電気機械素子（例えば、スイッチ、圧電素子、ヒューズ、コネクタなど）を備えうる。例えば、電子部品３３０は、回路の電圧を少なくとも部分的に安定させるように構成されたコンデンサを備えていてよい。センシングシステムの動作中、回路の両端間で電圧が意図せずに変化する場合がある。意図しない電圧の変化の例示的な原因としては、電源による不要な電力変動、回路内のリップル電圧、センシングシステムの電流引き込み量の変化および／またはセンシングシステムが一部を形成する電子デバイスの電流引き込み量の変化、および／または回路内の非ゼロ抵抗および／またはインダクタンスによる回路の両端間での電圧の変化が挙げられる。コンデンサは、一般に、電流の変化がコンデンサによって少なくとも部分的に打ち消されるように、局所的な電圧源および／またはシンクとして機能しうる。代替的にかつ／または付加的に、コンデンサは、回路に作用するフィールドの影響（例えば、外部および／または内部の電磁干渉）を低減させるように構成されてもよい。すなわち、コンデンサは、センシングシステム３００のその電磁環境との電磁適合性を向上させるように構成されていてよい。例えば、外部磁場が回路内に不要な電流を発生させることにより、センシングシステム３００の動作に悪影響を及ぼす場合がある。代替的にまたは付加的に、動作中、センシングシステム３００の回路は、回路内に不要な電流を生じさせうる内部磁場を発生させる場合もある。コンデンサは、回路に作用する不要な電流を少なくとも部分的に打ち消すように機能することができる。
別の例として、電子部品３３０は、インダクタを備えていてもよい。インダクタは、例えば、センシングシステム３００の回路のフィルタとして機能するように構成されていてよい。例えば、インダクタは、特定の周波数が回路の特定の部分に作用するのを防ぐために、ある範囲の交流周波数をフィルタ除去するように構成されていてよい。
さらなる例として、電子部品３３０は、抵抗器を備えていてもよい。抵抗器は、例えば、センシングシステム３００の回路のプルアップ抵抗器またはプルダウン抵抗器として機能するように構成されていてよい。すなわち、抵抗器は、回路の入力部および／または出力部において十分に限定された電圧を提供するように構成されていてよい。
別の例として、電子部品は、センシングシステム３００の回路のフィルタネットワーク（すなわち、ＲＣフィルタ）として機能するように構成された、抵抗器およびコンデンサを備えていてもよい。
さらなる例として、電子部品３３０は、ダイオードを備えていてもよい。ダイオードは、例えば、回路に作用するフィールドの影響（例えば、外部および／または内部電磁干渉）を低減させるように構成されていてよい。すなわち、ダイオードは、センシングシステム３００のその電磁環境との電磁適合性を向上させるように構成されていてよい。ダイオードは、回路に作用する不要な電流の影響を少なくとも部分的に打ち消すように機能しうる。
図１Ａ、図１Ｂを再び参照すると、既知のセンシングシステム１００は、エミッタ１１０と検出器１２０との間に配置されたシールド１８０を含む。シールド１８０の専らの目的は、エミッタ１１０から検出器１２０へ電磁放射が直接に伝播するのを少なくとも部分的に遮ることである。
図２は、コンデンサ２３０を備える既知のプリント回路基板２００の一部分を上方から見た図を概略的に示す。プリント回路基板２００は、図１Ａおよび図１Ｂに示されている既知のセンシングシステムと同じダイ２４０および／または同じ基板（図示せず）を共有することができる。プリント回路基板２００は、複数の信号入力部および出力部２２０を有する集積回路２１０を備える。第１の電圧源接続部２６０および第２の電圧源接続部２６５、グラウンド接続部２７０および導電路２５０が、集積回路２１０への電気エネルギおよび信号の供給を可能にする。コンデンサ２３０は、センシングシステム（図２には図示せず）の外側に、センシングシステムから離れてプリント回路基板２００に設けられている。コンデンサ２３０は、（例えば、集積回路２１０の電圧を安定させるために）集積回路２１０と相互作用するという専らの機能を有する。コンデンサ２３０は、製造公差（例えば、プリント回路基板２００の製造に使用されるピックアンドプレースツールの精度）によって決定される距離（例えば、約３００μｍ）だけ集積回路２１０から離間されていてよい。
図３Ａおよび図３Ｂを再び参照すると、エミッタ３１０と検出器３２０との間に少なくとも部分的に電子部品３３０を配置することにより、電子部品３３０は、センシングシステム３００の回路と相互作用するというその標準機能を果たすだけでなく、エミッタ３１０から検出器３２０に直接に伝播する電磁放射の量を低減させる。これにより、既知のセンシングシステムのシールドが不要となり、既知のセンシングシステム１００と比べてよりコンパクトなセンシングシステム３００を有利に実現することができる。本発明によるセンシングシステム３００は、既知のセンシングシステム１００よりも少なくとも１つ少ない部品を備え、これにより、センシングシステム３００が簡素化され、その製造コストが低減される。電子部品３３０は、エミッタ３１０と検出器３２０との間の見通し線を少なくとも部分的に遮るように構成されうる。エミッタ３１０から検出器３２０に直接に伝播する放射の量を減らすことで、検出器信号から不要なノイズを除去することによってセンシングシステム３００の精度が有利に向上する。
電子部品３３０は、エミッタ３１０によって放出され、検出器３２０によって検出される放射の波長に対して実質的に不透明な１つ以上の材料を含みうる。例えば、エミッタ３１０および検出器３２０はそれぞれ、電磁放射の可視および／または赤外波長を放出および検出するように構成可能である。例えば、エミッタ３１０および検出器３２０はそれぞれ、約８００ｎｍ～約１０００ｎｍの範囲内の波長を有する放射を放出および検出するように構成されてよい。いくつかの実施形態では、エミッタ３１０および検出器３２０が、センシングシステム３００によって使用される放射が肉眼で検出できないよう、非可視波長の放射を放出および検出することが好ましい場合がある。
電子部品３３０は、エミッタ３１０から検出器３２０に直接に伝播するはずの放射を少なくとも部分的に遮るようにサイズ決定、形成および配置されている。電子部品３３０は、エミッタ３１０と検出器３２０との間の見通し線または照明フィールドの全体を実質的に遮るようにサイズ決定、形成および配置されてよい。したがって、電子部品３３０のサイズ、形状および位置は、センシングシステム３００の幾何学的形状に少なくとも部分的に依存しうる。例えば、電子部品３３０のサイズ、形状および位置は、エミッタ３１０のサイズ、形状および位置、検出器３２０のサイズ、形状および位置、ならびに／または放出された放射が伝播しうるエミッタ３１０と検出器３２０との間の空間に基づいて選択されうる。センシングシステム３００の様々な部品の寸法および幾何学的形状が異なる使用例の間で大きく変化しうることが理解されよう。概して、電子部品３３０は、エミッタ３１０から検出器３２０への放射の経路を少なくとも部分的に遮るように、サイズ決定、形成および配置されている。電子部品３３０は、標準的なサイズの標準的な電子部品であってもよい。例えば、電子部品は、長さ約１．０ｍｍ、幅約０．５ｍｍの０４０２インペリアルコンデンサであってよく、または長さ約０．６ｍｍ、幅約０．３ｍｍの０２０１インペリアルコンデンサであってもよい。
放射がエミッタ３１０を離れる角度の範囲および／または放射が検出器３２０に入りうる角度の範囲によっても、電子部品３３０のサイズ、形状および位置が少なくとも部分的に決定されうる。概して、電子部品３３０の高さは、エミッタ３１０の高さよりも大きくてよい。
電子部品３３０のサイズ、形状および位置は、好ましくは、エミッタ３１０によって放出され、センシングシステム３００から出ない電磁放射が、検出器３２０に到達することを電子部品３３０によって妨げるように選択される。センシングシステム３００は一般に、エミッタ３１０によって放出された放射の測定部分がセンシングシステム３００から出て、外側の環境と相互作用し（例えば、物体から反射し）、センシングシステム３００に戻って検出器３２０によって検出されるように構成されている。電子部品３３０は、放射の測定部分が検出器３２０に到達することを妨げない。
センシングシステム３００は、図１Ａおよび図１Ｂに示すキャップ１９０のようなキャップを備えていてよい。キャップの一部分は、電子部品３３０の上面に接し、これにより、放射がエミッタ３１０から検出器３２０に直接に伝播するのを実質的に妨げるように形成されうる。センシングシステム３００は、図１Ａおよび図１Ｂに示す第１のケーシング１８２および第２のケーシング１８４のような第１のケーシングおよび第２のケーシング（図示せず）も備えていてよい。
図３Ａおよび図３Ｂの例では、電子部品３３０、エミッタ３１０および検出器３２０は、単一のダイ３４０に配置されている。ダイ３４０は、センシングシステム３００の回路（例えば、集積回路）を収容するように構成されている。ダイ３４０は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）回路を備えていてよい。ダイ３４０は、プリント回路基板（図示せず）の基板（図示せず）に配置されていてもよい。センシングシステム３００の回路（例えば、ダイ３４０）の近くに電子部品３３０を配置するほど、電子部品３３０とセンシングシステム３００の回路との間の電気抵抗が低くなりうる。これにより、電子部品３３０の性能が向上しうる。センシングシステム３００の回路と同じダイ３４０および／または基板（図示せず）に電子部品３３０を配置することにより、前記構成要素の間の導電路の長さが既知のセンシングシステムと比べて低減する。これにより、導電路に関連する電気抵抗が既知のセンシングシステムと比べて低減し、電子部品３３０の性能が既知のセンシングシステムと比べて有利に向上する。
ダイは、製造が比較的高価となるセンシングシステム３００の部品でありうるので、比較的薄い（例えば、約２ｍｍ未満の）ダイ３４０を維持することが好ましい場合がある。したがって、より大きな電子部品３３０（例えば、コンデンサ）をエミッタ３１０と検出器３２０との間に少なくとも部分的に配置することが有利となりうる。なぜなら、より小さな部品を収容するためにダイ３４０の厚さを増大させることなく、より小さな電子部品（例えばダイオード）をダイ３４０に組み込むことができるからである。
ダイ３４０は、センシングシステム３００を他の電子装置、例えば、センシングシステム３００を組み込む電子デバイス（図示せず）のプロセッサに電気的に接続するための電気コンタクト３５０を備える。センシングシステム３００は、エミッタ３１０を受容するように構成されたエミッタ電極３１５を備える。エミッタ電極３１５は、ダイ３４０に配置されている。センシングシステム３００は、電子部品３３０を受容するように構成された２つの電極３３２，３３４をさらに備える。電極３３２，３３４は、ダイ３４０に配置されている。電極３３２，３３４は、電子部品３３０とセンシングシステム３００との間の接触面積を、ワイヤボンディングのような導電コネクタを使用する場合と比べて増大させることができる。これにより、電子部品３３０とセンシングシステム３００との間の電気的接続が、電子部品３３０をセンシングシステム３００に電気的に接続する他の方法と比べて有利に向上しうる。電極３３２，３３４は、例えば金プレートを備えることができる。電子部品３３０自体が、センシングシステム３００の電極３３２，３３４に接触するための２つの電極（図示せず）を備えていてもよい。センシングシステム３００は、代替的に、２つの電気コンタクトと、電子部品３３０を電気コンタクトに接続する、電子部品３３０から間隔を置いた２つの導電コネクタ（図４Ａおよび図４Ｂに示す電子部品コンタクト４３２，４３４ならびに第１および第２の導電コネクタ４３６，４３８など）と、を備えていてもよい。
電子部品３３０とセンシングシステム３００との間には、充填物３３８が設けられてもよい。充填物３３８は、センシングシステム３００から離れずにエミッタ３１０から検出器３２０へ直接に向かう電磁放射の伝播をさらに低減させるように構成されうる。充填物３３８は、電子部品３３０をセンシングシステム３００に固定するように構成されたインクおよび／または接着剤を含みうる。図３Ａおよび図３Ｂの例では、充填物３３８は、電子部品３３０と電極３３２，３３４との間の導電性接着剤を含む。導電性接着剤は、電子部品３３０をセンシングシステム３００に取り付ける、電子部品３３０と電極３３２，３３４との間に導電路を設ける、センシングシステム３００を離れずにエミッタ３１０から検出器３２０へ直接に伝播するはずの電磁放射の検出をさらに低減する、などの複数の機能を有利に提供する。
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一実施形態による代替的なセンシングシステム４００の上方から見た図および側方から見た断面図を概略的に示す。図４Ａおよび図４Ｂのセンシングシステム４００は、図３Ａおよび図３Ｂのセンシングシステム３００と共通の多くの特徴を共有している。センシングシステム４００は、エミッタ４１０および検出器４２０を備える。エミッタ４１０は、電磁放射を放出するように構成されている。エミッタ４１０は、任意の種類の電磁放射源、例えば、ダイオードまたは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のようなレーザであってよい。検出器４２０は、電磁放射を検出するように構成されている。検出器４２０は、エミッタ４１０によって放出された電磁放射を、センシングシステム４００によってセンシングされるべき物体と電磁放射が相互作用した（例えば、そこから反射した）後に検出するように構成されていてよい。検出器４２０は、任意の形態の光検出器、例えば、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）のようなフォトダイオードであってよい。センシングシステム４００は、携帯電話機またはタブレットコンピュータのような電子デバイスの一部を形成するのに適している。センシングシステム４００は、上述したように、飛行時間センシングシステムまたは近接センシングシステムであってよい。
センシングシステム４００は、センシングシステム４００の回路と相互作用するように構成された電子部品４３０を備える。電子部品４３０は、上述したように、受動素子、能動素子および／または電気機械素子であってよい。例えば、電子部品４３０は、回路の電圧を少なくとも部分的に安定させるように、かつ／またはセンシングシステム４００の回路に作用するフィールドの影響（例えば、外部電磁干渉）を低減させるように構成されたコンデンサを備えてもよい。
電子部品４３０は、エミッタ４１０と検出器４２０との間に少なくとも部分的に配置されている。エミッタ４１０と検出器４２０との間に少なくとも部分的に電子部品４３０を配置することにより、電子部品４３０は、センシングシステム４００の回路と相互作用するというその標準機能を果たすだけでなく、エミッタ４１０から検出器４２０へ直接に伝播するはずの電磁放射の検出を低減させる。これにより、既知のセンシングシステムと比べて、コンパクトでありかつ簡素化されかつ比較的安価なセンシングシステム４００が有利に実現される。電子部品４３０は、エミッタ４１０と検出器４２０との間の見通し線を少なくとも部分的に遮るように構成されうる。電子部品４３０は、エミッタ４１０と検出器４２０との間の見通し線を完全に遮るように構成されていてもよい。
上述したように、図４Ａおよび図４Ｂのセンシングシステム４００の電子部品４３０は、エミッタ４１０によって放出され、検出器４２０によって検出される放射の波長に対して電子部品４３０を実質的に不透明にする異なる材料で形成されていてもよい。
上述したように、電子部品４３０のサイズ、形状および／または位置は、エミッタ４１０のサイズ、形状および位置、検出器４２０のサイズ、形状および位置、ならびに放射が伝播しうるエミッタ４１０と検出器４２０との間の空間に少なくとも部分的に依存しうる。電子部品４３０のサイズ、形状および／または位置は、エミッタ４１０から検出器４２０へ直接に伝播する電磁放射の量が低減するように選択される。すなわち、電子部品４３０は、エミッタ４１０から検出器４２０へ直接に伝播するはずの電磁放射を吸収する、かつ／または方向転換させるように機能する。
センシングシステム４００は、図１Ａおよび図１Ｂに示されているキャップ１９０のようなキャップ（図４Ａおよび図４Ｂには図示せず）を備えることができる。キャップの一部分が、電子部品４３０に接して、放射がエミッタ４１０から検出器４２０へ直接に伝播するのを実質的に妨げるように形成されうる。センシングシステム４００は、図１Ａおよび図１Ｂに示されている第１のケーシング１８２および第２のケーシング１８４のような第１のケーシングおよび第２のケーシング（図示せず）を備えていてもよい。
図４Ａおよび図４Ｂの例では、電子部品４３０および検出器４２０は、単一のダイ４４０に配置されており、エミッタ４１０およびダイ４４０は、単一の基板４６０に配置されている。電子部品４３０、エミッタ４１０および検出器４２０を同じ基板に有することで、電子部品４３０は、センシングシステム４００の回路の近くに保たれる。これにより、有利なことに、電子部品４３０とセンシングシステム４００の回路との間の電気抵抗が低減し、これによって電子部品４３０の性能が向上する。例えば、電子部品４３０がコンデンサを備える場合、電圧を安定させ、かつ／またはセンシングシステム４００の回路に作用するフィールドの影響（例えば、外部または内部の電磁干渉）を低減させる、コンデンサの性能が向上しうる。
図４Ａおよび図４Ｂの例では、センシングシステム４００は、ダイ４４０の電子部品４３０から間隔を置いた第１の電子部品コンタクト４３２および第２の電子部品コンタクト４３４と、電子部品４３０を電子部品コンタクト４３２，４３４に接続する第１の導電コネクタ４３６および第２の導電コネクタ４３８と、を備える。センシングシステム４００は、代替的に、電子部品４３０を受容するように構成された２つの電極（図３Ａおよび図３Ｂに示す電極３３２，３３４など）を備えていてよく、これによって、第１の導電コネクタ４３６および第２の導電コネクタ４３８が不要となる。
センシングシステム４００は、エミッタ４１０から検出器４２０へ電磁放射が直接に伝播するのをさらに妨げるために、電子部品４３０とセンシングシステム４００との間に設けられた充填物（図示せず）を含むこともできる。図４Ａおよび図４Ｂの例では、充填物は、電子部品４３０とセンシングシステム４００との間の非導電性接着剤を含む。
ダイ４４０は、センシングシステム４００を基板４６０の電気コンタクト４７０に電気的に接続するための電気コンタクト４５０を備える。基板４６０は、集積回路のような他の電子装置、例えば電子デバイスのプロセッサ（図示せず）にセンシングシステム４００を接続するために、例えば基板４６０の底面に、さらなる電気コンタクト（図示せず）を備えていてよい。基板４６０は、エミッタ４１０を受容するように構成されたエミッタ電極４１５を備える。
図５は、本発明の一実施形態によるセンシングシステムを製造する方法を示す。方法の第１のステップＳ１は、電磁放射を放出するエミッタを設けることを含む。方法の第２のステップＳ２は、電磁放射を検出する検出器を設けることを含む。方法の第３のステップＳ３は、センサの回路と相互作用する電子部品を設けることを含む。方法の第４のステップＳ４は、エミッタによって放出され、検出器によって検出される電磁放射の量を低減するために、エミッタと検出器との間に少なくとも部分的に電子部品を配置することを含む。
方法はまた、ダイを設けること、基板を設けること、およびダイを基板に取り付けることを含んでもよい。ダイはエミッタを備えていてよい。基板がエミッタを備えていてもよい。ダイと基板との間の電気的接続は例えばワイヤボンディングを使用して設けられてよく、検出器および電子部品がダイに設けられていてもよい。検出器およびエミッタのための第１のケーシングおよび第２のケーシングが設けられてもよく、電子部品に接するようにキャップが配置されてもよい。キャップは、ケーシングを所定位置に保持するために、センシングシステムに接着されてもよい。
本開示の実施形態は、例えば、消費財（例えば、携帯電話機またはタブレットコンピュータ）、住宅およびビルオートメーションシステム、製造システムおよび生産ライン、ロボット工学、自動車および他の産業における電子デバイスの飛行時間または近接センサを含む、多くの異なる用途で採用することができる。
当業者は、先の説明および添付の特許請求の範囲において、「上方に」、「沿って」、「側」のような位置用語が添付図面に示すような概念的図解を参照していることを理解するであろう。これらの用語は参照の便宜上で使用されており、限定的な性質となることを意図していない。したがって、これらの用語は、添付図面に示すような向きにあるときの物体を参照していると理解されるべきである。
本開示について、上記のような好ましい実施形態の観点から説明してきたが、これらの実施形態は例示にすぎず、特許請求の範囲はこれらの実施形態に限定されないと理解されるべきである。当業者は、本開示をふまえて変更および代替を行うことができ、それらは、添付の特許請求の範囲に含まれることが企図されている。本明細書に開示または図示した各特徴を、単独でまたは本明細書に開示もしくは図示した任意の他の特徴と適切に組み合わせて、任意の実施形態に組み込むこともできる。
１００ 既知のセンシングシステム
１１０ エミッタ
１２０ 検出器
１３０ 第１のダイ
１４０ 第２のダイ
１５０ 電気コンタクト（ダイ）
１６０ 基板
１７０ 電気コンタクト（基板）
１８０ シールド
１８２ 第１のケーシング
１８４ 第２のケーシング
１８６ レンズ
１９０ キャップ
１９２ 第１のアパーチャ
１９４ 第２のアパーチャ
２００ 既知のプリント回路基板
２１０ 集積回路
２２０ 入力部／出力部
２３０ コンデンサ
２４０ ダイ
２５０ 導電路
２６０ 第１の電圧源接続部
２６５ 第２の電圧源接続部
２７０ グラウンド接続部
３００ センシングシステム
３１０ エミッタ
３１５ エミッタ電極
３２０ 検出器
３３０ 電子部品
３３２ 第１の電極
３３４ 第２の電極
３３８ 充填物
３４０ ダイ
３５０ 電気コンタクト
４００ センシングシステム
４１０ エミッタ
４１５ エミッタ電極
４２０ 検出器
４３０ 電子部品
４３２ 第１の電子部品コンタクト
４３４ 第２の電子部品コンタクト
４３６ 第１の導電コネクタ
４３８ 第２の導電コネクタ
４４０ ダイ
４５０ 電気コンタクト（ダイ）
４６０ 基板
４７０ 電気コンタクト（基板）
Ｓ１～Ｓ４ 第１、第２、第３および第４の方法ステップ

Claims (18)

  1. センシングシステムであって、前記センシングシステムは、
    電磁放射を放出するように構成されたエミッタと、
    電磁放射を検出するように構成された検出器と、
    前記センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品と、
    を備え、
    前記電子部品は、前記エミッタと前記検出器との間に少なくとも部分的に配置されており、前記電子部品は、前記エミッタから前記検出器へ伝播する電磁放射の量を低減させる、
    センシングシステム。
  2. 前記電子部品は、前記回路の電圧を少なくとも部分的に安定させるように、かつ／または、前記回路に作用するフィールドの影響を低減させるように構成されたコンデンサを備える、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  3. 前記電子部品は、前記回路のフィルタとして機能するように構成されたインダクタを備える、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  4. 前記電子部品は、前記回路のプルアップ抵抗器またはプルダウン抵抗器として機能するように構成された抵抗器を備える、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  5. 前記電子部品は、前記回路のＲＣフィルタとして機能するように構成された抵抗器およびコンデンサを備える、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  6. 前記電子部品は、前記回路に作用するフィールドの影響を低減させるように構成されたダイオードを備える、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  7. 前記センシングシステムは、前記センシングシステムの前記回路を収容するように構成されたダイを備え、前記電子部品は、前記ダイに配置されている、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  8. 前記エミッタおよび前記検出器は、前記ダイに配置されている、
    請求項７記載のセンシングシステム。
  9. 前記センシングシステムは、前記ダイと前記センシングシステムのプリント回路基板との間に電気的接続をもたらすように構成された基板を備え、前記エミッタは、前記基板に配置されており、前記検出器は、前記ダイに配置されている、
    請求項７記載のセンシングシステム。
  10. 前記センシングシステムは、前記電子部品と前記センシングシステムとの間に設けられた充填物を含む、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  11. 前記センシングシステムは、前記電子部品を受容するように構成された電極を備え、前記充填物は、前記電子部品を前記電極に取り付けるように構成された導電性接着剤を含む、
    請求項１０記載のセンシングシステム。
  12. 前記センシングシステムは、電気コンタクトと、前記電子部品を前記電気コンタクトに接続するように構成された導電コネクタと、を備え、前記充填物は、前記電子部品を前記センシングシステムに取り付けるように構成された非導電性接着剤を含む、
    請求項１０記載のセンシングシステム。
  13. 前記センシングシステムは、飛行時間センシングシステムである、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  14. 前記センシングシステムは、近接センシングシステムである、
    請求項１記載のセンシングシステム。
  15. 請求項１記載のセンシングシステムを備える電子デバイス。
  16. 前記電子デバイスは、携帯電話機である、
    請求項１５記載の電子デバイス。
  17. 電磁放射を放出および検出する方法であって、請求項１記載のセンシングシステムを使用することを含む、方法。
  18. センシングシステムを製造する方法であって、前記方法は、
    電磁放射を放出するように構成されたエミッタを設けるステップと、
    電磁放射を検出するように構成された検出器を設けることと、
    前記センシングシステムの回路と相互作用するように構成された電子部品を設けるステップと、
    前記エミッタと前記検出器との間に少なくとも部分的に前記電子部品を配置するステップと、
    を含み、
    前記電子部品は、前記エミッタから前記検出器へ伝播する電磁放射の量を低減させる、
    方法。
JP2022539258A 2019-12-26 2020-12-16 センシングシステム Active JP7431979B2 (ja)

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