JP2024515661A - 受信装置及びレーザーレーダー - Google Patents

Abstract

受信装置（１００２）及びレーザーレーダーであり、ここで、受信装置（１００２）は、回路基板（１００）と、回路基板（１００）に位置し、光信号を電気信号に変換するための複数の受信ユニット（１０１）と、回路基板（１００）から突出し、且つ複数の受信ユニット（１０１）を囲んで配置され、受信ユニット（１０１）を収容するキャビティ（１０３）を形成するパッケージ側壁（１０２）と、パッケージ側壁（１０２）に位置し、且つキャビティ（１０３）を被覆するパッケージ層（１０４）と、を備える。レーザーレーダーは、発光ビーム（Ｌ）を提供するための発光装置（１００１）と、発光ビーム（Ｌ）が目標物（１００３）を通過して形成されたエコービーム（Ｌ’）を探知するための受信装置（１００２）と、を備える。受信装置（１００２）の実装難易度を低減させ、これによって受信装置（１００２）の実装速度を向上させ、更に実装効率を向上させた。

Description

本発明は、レーザー探知分野に関し、特に受信装置及びレーザーレーダーに関する。

レーザーレーダー（ＬＩＤＡＲ）は自動運転において路肩検出、障害物識別及びリアルタイム測位と地図作成（ＳＬＡＭ）等の重要な役割を果たしている。レーザーレーダーは、目標位置（距離及び角度）、運動状態（速度、振動及び姿勢）及び形状を正確に測定し、目標を探知、識別、区別及び追跡することができる。測定速度が早く、精度が高く、及び測距が遠い等の利点があるため、レーザーレーダーは自動運転車等の分野において広く用いられている。

具体的には、ＬＩＤＡＲシステムは発光装置及び受信装置を備える。発光装置は発光パルスを生成し、前記発光パルスは目標物に入射して反射され、且つエコービームを生成し、最終的に前記エコービームは受信装置によって受信される。受信装置は、発光パルスが発光されるから受信されるまでの伝送時間を正確に測定する。光パルスは光速で伝送され、且つ光速は知られているものであるため、伝送時間は、目標物とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離に変換することができる。

公開技術のレーザーレーダーにおける受信装置の光路図である図１を参照する。前記受信装置１０は、少なくとも光学アセンブリ１５、アパーチャー層１４、コリメーティングレンズ１３、フィルタ１２及び光電センサ１１を備える。ここで、光学アセンブリ１５は、エコービーム１６を収束するためのものである。アパーチャー層１４及びコリメーティングレンズ１３は、各光電センサ１１に入射する入射光の方向が同じであるように、光電センサ１１の入射光の角度を制御するためのものである。フィルタ１２は、探知不要な波長の光を遮断するためのものである。光電センサ１１は、光信号を電気信号に変換するためのものである。

レーザーレーダーにおいて、光電センサ１１は、通常、シリコン光電子増倍管（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ，ＳｉＰＭ）であり、よく用いられている高感度光電検出部品である。ＳｉＰＭは、複数の単一光子アバランシェダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ，ＳＰＡＤ）からなるアレイである。ＳｉＰＭ作動状態時の回路図を示す図２を参照する。ＳｉＰＭ内の各ＳＰＡＤ像素ユニット１２は並列的に接続され、パラレルに作動することができる。したがって、一部のＳＰＡＤ１３がトリガーされた後、残りのＳＰＡＤ１３は依然として作動することができる。引き続き図２を参照すると、各ＳＰＡＤ像素ユニット１２が並列してＳｉＰＭの総出力端となり、ＳｉＰＭ出力端の信号は、トリガーされたすべてのＳＰＡＤのパルス信号の重畳であり、これによってＳｉＰＭはＳＰＡＤの感度と、一定のダイナミックレンジとの両方を有する。且つ、ＳＰＡＤの数が多いほど、ダイナミックレンジが高くなる。

パッケージされていないＳｉＰＭは、外部環境の温度、不純物及び物理的な作用力に影響されやすく、破損しやすいため、密閉スペースに封入し、対応するピンを引き出し、プリント回路基板に適用する必要がある。一方、ＳＰＡＤの数が多いほど、ＳｉＰＭアレイの密度が高くなり、これによってＳｉＰＭアレイは、非常に多くの高密度に配置されたピンを有し、実装の難易度を増大させた。公開技術における受信装置は、更に表面実装（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＭＴ）プロセスを用いてＳｉＰＭアレイをプリント回路基板に溶接する。ここで表面実装プロセスは、ピンなし又はリード線が短い部品をプリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ，ＰＣＢ）の表面又は他の基板の表面に実装し、且つ溶接して組み立てるという技術である。更にＳＭＴ方式を用いてパッケージする場合、光を光電センサに投射するには、パッケージ構造上で窓を開ける必要があり、これは高密度及び高精度のＳｉＰＭアレイ実装に対して難易度を更に増大させた。

しかしながら、公開技術における受信装置には、実装が容易ではないため、実装速度が遅いという問題が存在する。

本発明が解決する問題は、受信装置の実装難易度を低減させ、受信装置の実装速度及び実装効率を向上させる受信装置及びレーザーレーダーを提供することである。

上記技術的問題を解決するために、本発明は、レーザーレーダーのための受信装置であって、回路基板と、前記回路基板に位置し、光信号を電気信号に変換するための複数の受信ユニットと、前記回路基板から突出し、且つ前記複数の受信ユニットを囲んで配置され、前記受信ユニットを収容するキャビティを形成するパッケージ側壁と、前記パッケージ側壁に位置し、且つ前記キャビティを被覆するパッケージ層と、を備える、受信装置を提供する。

選択的に、前記パッケージ層には貫通穴があり、前記受信装置は、前記パッケージ層に配置され、且つ前記貫通穴を被覆するフィルタを更に備える。

選択的に、前記受信装置は、光学アセンブリを更に備え、前記複数の受信ユニットの光探知面は、前記光学アセンブリの焦点面に位置する。

選択的に、前記受信装置は、焦点面を有する光学アセンブリを更に備え、前記複数の受信ユニットの光探知面は、受信ビームの伝送方向に前記焦点面の下流に位置する。

選択的に、前記貫通穴は光学アセンブリの焦点面に位置する。

選択的に、前記パッケージ側壁の高さは、受信ビームが前記貫通穴を通過して前記光探知面での最大入射角が１５～２０度となるように設定される。

選択的に、前記受信ユニットは、前記電気信号を受信及び処理するための周辺回路に接続される。

選択的に、前記受信ユニットに電気的に接続され、又は前記周辺回路は前記パッケージ側壁外の回路基板に位置し、前記受信装置は電気的接続構造によって前記周辺回路に接続される。

選択的に、前記フィルタは、前記貫通穴に近接する中心領域と、前記中心領域の周辺に位置する少なくとも１つの環状領域とを含み、前記中心領域と環状領域のめっき被膜材料が異なり、前記フィルタは、中心領域から環状領域への方向において、めっき被膜材料に対応する中心波長が徐々に大きくなる。

選択的に、前記フィルタは前記パッケージ層の前記受信ユニットに向かう面に位置し、又は、前記フィルタは前記パッケージ層の前記受信ユニットに背向する面に位置する。

選択的に、前記フィルタは前記パッケージ層に貼り付けられる。

選択的に、前記回路基板、パッケージ側壁、パッケージ層のうちの１つ又はすべては独立した部品であり、又は、前記回路基板、パッケージ側壁、パッケージ層は一体化構造である。

選択的に、前記回路基板と前記パッケージ側壁は一体化構造であり、前記パッケージ層は独立した部品である。

選択的に、前記回路基板及び前記パッケージ側壁はプリント回路基板であり、前記キャビティの底部に位置する回路基板には周辺回路が形成されており、前記複数の受信ユニットに電気的に接続される。

選択的に、前記パッケージ層は前記キャビティを被覆するアパーチャー絞りを含む。

選択的に、前記パッケージ側壁と前記パッケージ層は一体化構造であり、前記回路基板は独立した部品である。

選択的に、前記一体化構造の材料は絶縁材料又は金属材料である。

選択的に、前記回路基板、パッケージ側壁、パッケージ層はいずれも独立した部品であり、前記回路基板はプリント回路基板であり、前記パッケージ側壁は絶縁側壁であり、前記パッケージ層は金属層である。

選択的に、前記複数の受信ユニットは行列状に配列され、又は、前記複数の受信ユニットは行方向又は列方向において交差的に配列される。

それに応じて、本発明の実施例は、発光ビームを提供するための発光装置と、前記発光ビームが目標物を通過して形成されたエコービームを探知するための本発明の実施例で提供される受信装置と、を備える、レーザーレーダーを更に提供する。

選択的に、前記発光装置は多点垂直共振器型面発光レーザー、又は、単点垂直共振器型面発光レーザーである。

選択的に、前記発光装置は、それぞれ発光ビームを提供するための複数の発光ユニットを備え、前記レーザーレーダーは前記発光ユニットに対応する複数の受信装置を備え、複数の受信装置は、各受信装置の電気信号を受信及び処理するための周辺回路に接続される。

従来技術と比べて、本発明は以下の利点を有する。

本発明の受信装置は、パッケージ側壁及びパッケージ層によって前記受信ユニットを前記回路基板にパッケージする。一方で、前記受信ユニットは、前記回路基板との電気的接続を容易に実現するために、前記回路基板に直接配置される。他方で、パッケージ側壁及びパッケージ層は、前記受信ユニットを収容するためのキャビティを構成し、受信ユニットと外界との隔離を実現した。また、パッケージ側壁及びパッケージ層の高さ、厚さ、透光度及び穴の有無等のパラメータの調整によって、受信ユニットの光学的パラメータに対する外部光学システムの要求に適応可能である。したがって、本発明の受信装置は構造が簡単であり、且つ受信装置の実装難易度を低減させ、受信装置の実装速度及び実装効率を向上させた。

公開技術のレーザーレーダーにおける受信装置の光路図である。 公開技術における光電センサの回路図である。 本発明の第１実施例の受信装置の側面模式図である。 図３に示す受信装置の平面図である。 本発明の第２実施例の受信装置の平面図である。 本発明の第３実施例の受信装置の平面図である。 本発明の第４実施例の受信装置の平面図である。 本発明の第５実施例の受信装置の平面図である。 本発明の第６実施例の受信装置の側面図である。 本発明の第７実施例の受信装置の側面図である。 本発明の第８実施例の受信装置の側面図である。 本発明の第９実施例の受信装置の側面図である。 本発明の第１０実施例の受信装置におけるフィルタの模式図である。 フィルタのブルーシフト特性の原理である。 図１４に示す受信装置の部分側面図である。 本発明のレーザーレーダーの一実施例の模式図である。 本発明の実施例のレーザーレーダーにおける発光装置の模式図である。 本発明の実施例のレーザーレーダーにおける他の発光装置の模式図である。

背景技術に記載されているとおり、従来技術の光電センサには、実装難易度が高いという問題が存在する。

上記技術的問題を解決するために、本発明の実施例は、レーザーレーダーのための受信装置であって、回路基板と、前記回路基板に位置し、光信号を電気信号に変換するための複数の受信ユニットと、前記回路基板から突出し、且つ前記複数の受信ユニットを囲んで配置され、前記受信ユニットを収容するキャビティを形成するパッケージ側壁と、前記パッケージ側壁に位置し、且つ前記キャビティを被覆するパッケージ層と、を備える、受信装置を提供する。

本発明の実施例の受信装置は、パッケージ側壁及びパッケージ層によって前記受信ユニットを前記回路基板にパッケージする。一方で、前記受信ユニットは、前記回路基板との電気的接続を容易に実現するために、前記回路基板に直接配置される。他方で、パッケージ側壁及びパッケージ層は、前記受信ユニットを収容するためのキャビティを構成し、受信ユニットと外界との隔離を実現した。また、パッケージ側壁及びパッケージ層の高さ、厚さ、透光度及び穴の有無等のパラメータの調整によって、受信ユニットの光学的パラメータに対する外部光学システムの要求に適応可能である。したがって、本発明の受信装置は構造が簡単であり、且つ受信装置の実装難易度を低減させ、受信装置の実装速度及び実装効率を向上させた。

本発明の上記目的、特徴及び利点をより明らかで分かりやすくするために、以下において、図面を参照しながら本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。

本発明の第１実施例の受信装置の側面模式図を示す図３を参照する。前記受信装置はレーザーレーダーに応用され、エコービームを探知するためのものである。本実施例の受信装置は、回路基板１００、受信ユニット１０１、パッケージ側壁１０２及びパッケージ層１０４を備え、且つ前記回路基板１００及び前記パッケージ側壁１０２は一体化構造であり、前記パッケージ層１０４は独立した部品である。

ここで、回路基板１００はプリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ，ＰＣＢ）であり、前記回路基板１００には、受信ユニット１０１と周辺回路又は他の電気部品との間の電気的接続を実現するための接続ワイヤが形成されている。

受信装置には周辺回路が更に形成されており、前記複数の受信ユニット１０１は周辺回路に接続され、受信ユニット１０１によって形成された前記電気信号は前記周辺回路に伝送され、周辺回路によって前記電気信号を受信及び処理する。

例えば、周辺回路は電源スイッチ回路、多重化回路、信号増幅回路、信号サンプリング回路のうちの１つ又は複数であってもよい。ここで、電源スイッチ回路は各受信ユニットに対してストローブ電力供給を行うためのものであり、多重化回路は複数の受信ユニットのうちの１つを選択して信号出力を行うためのものであり、信号増幅回路は受信ユニットによって生成された電気信号を増幅させるためのものであり、信号サンプリング回路は増幅された電気信号をサンプリングするためのものである。

本実施例では、回路基板１００には前記周辺回路が更に形成されており、より具体的には、パッケージ側壁の内部に位置する回路基板１００には前記周辺回路が形成されており、周辺回路の接続端は前記回路基板１００の表面から露出し、前記受信装置の構造集積度を向上させる。又は、回路基板１００の構造を簡略化するために、前記回路基板１００の下方にも前記受信ユニット１０１に電気的に接続された周辺回路を貼り付けることができる。

他の実施例では、周辺回路は前記パッケージ側壁１０２の外側の回路基板に位置してもよく、前記受信装置は電気的接続構造（例えば接続プラグ、配線構造又はワイヤボンディング等）によって前記周辺回路に接続されることは説明必要である。

複数の受信ユニット１０１は前記回路基板１００に位置し、光信号を電気信号に変換するために用いられる。前記受信ユニット１０１は光探知面（例えば感光面）を含み、レーザーレーダーのエコービームは前記光探知面に入射し、探知を実現する。

受信装置は、エコービームを収束するための光学アセンブリ（図示せず）を更に含んでもよいことは説明必要である。本実施例では、前記複数の受信ユニット１０１の光探知面は前記光学アセンブリの焦点面に位置し、これによって探知光の強度を向上させ、更に受信装置の探知精度を向上させる。

本実施例では、前記受信ユニット１０１はパッケージされるべき単一のＳｉＰＭであり、複数のＳｉＰＭは、アレイ（ＳｉＰＭ Ａｒｒａｙ）として配列された後にパッケージされ、受信装置を構成する。パッケージ過程において、パッケージされるべき単一のＳｉＰＭの各接続端と周辺回路との電気的接続を実現する。また、本発明の実施例における受信装置は、パッケージされるべき光電デバイスの光学性能を考慮する必要もある点で集積回路とは異なる。

パッケージ時、受信ユニット１０１を回路基板１００に直接貼り付け、受信ユニット１０１と回路基板１００上の対応する接続端との電気的接続を実現することができる。本実施例では、受信ユニット１０１はパッケージされるべき単一のＳｉＰＭであり、前記回路基板１００はＰＣＢ板である。

具体的には、事前にＰＣＢ板上で接着剤ディスペンスするように、対応位置に導電性又は非導電性接着剤（例えば銀ペースト）及び金スズはんだを配置し、更に高精度のマウンターを用いて、パッケージされるべき単一のＳｉＰＭをＰＣＢ板上の接続されるべき端子に吸着することができる。ＳｉＰＭアレイに対して、上記ステップに従って対応位置にＳｉＰＭを１つずつ実装し、ＳｉＰＭアレイを形成することができる。例えば、単列に配列されたＳｉＰＭアレイに対して、垂直方向（列方向）に上記ステップに従ってＳｉＰＭを１つずつ実装し、一列のＳｉＰＭアレイを形成することができる。このような方式の実装精度が高く、且つ実装難易度が低い。

本実施例の受信装置におけるパッケージ側壁１０２は回路基板１００と集積された一体化構造である。具体的には、前記パッケージ側壁１０２は回路基板１００の表面から突出したＰＣＢ板である。前記パッケージ側壁１０２は前記複数の受信ユニット１０１を囲んで配置され、前記受信ユニット１０１を収容するキャビティ１０３を形成し、これによって回路基板１００に対して平行な面で受信ユニット１０１に対するシールを実現する。前記キャビティ１０３底部のＰＣＢ板には周辺回路が形成されている。

実際の応用において、ＰＣＢ凹溝を形成するようにＰＣＢ板をカスタマイズすることができる。ＰＣＢ凹溝における凹溝の底部にある水平部分は前記回路基板１００として用いられ、ＰＣＢ凹溝の側壁部分は回路基板１００から突出して配置されるパッケージ側壁１０２として用いられる。

実装時、パッケージされるべき複数の受信ユニット１０１を一定の配列方式に従ってＰＣＢ凹溝に配置し、且つ実装後に、受信ユニット１０１の各接続端はワイヤボンディング１０５又は他の方式によって周辺回路との電気的接続を実現する。

パッケージ層１０４は、前記パッケージ側壁１０２上に位置し、且つ前記キャビティ１０３を被覆し、これによって回路基板１００に対して垂直な方向（即ちＨ方向）に受信ユニット１０１に対するシールを実現する。

本実施例では、前記パッケージ層１０４はアパーチャー絞りである。アパーチャー絞りは光学システムにおけるエコービームを制限する役割を果たす部品であり、本実施例では、ＳｉＰＭを用いて、わずかのエコービームでも探知できるため、前記アパーチャー絞りはほとんどのエコービームを遮断することができ、現像視界を限定し、環境光及び迷光を抑制する役割を果たし、更に受信ユニットをシールする役割を果たすことができる。

前記パッケージ層１０４には、前記受信ユニット１０１に投射するエコービームを収束するための複数の貫通穴１０６が形成されている。具体的には、前記パッケージ層１０４は前記キャビティを被覆するアパーチャー絞りであり、且つ前記アパーチャー絞りにおける開孔の位置は前記受信ユニット１０１の感光面の位置に対応する。ここで位置で対応するということは、アパーチャー絞りにおけるアパーチャーの中心と感光面の中心は、回路基板１００に対して垂直な方向に重なることを意味し、これによってアパーチャー絞りを通過するより多くの光を受信ユニット１０１によって探知することができ、受信装置の探知精度を向上させた。

本発明の実施例では、パッケージ側壁１０２の高さＨはアパーチャー絞りと受信ユニット１０１との間の距離をも決定し、よって受信ユニット１０１に投射される入射光の入射角αを定義することにも用いられる。

引き続き図３を参照する。本実施例では、前記受信装置は、前記パッケージ層１０４に配置され、且つ前記貫通穴１０６を被覆するフィルタ１０７を更に備え、前記フィルタ１０７は、探知不要な光を遮断し、検出されるべき光を通過させるためのものである。

本実施例では、前記フィルタ１０７は貼り付けの方式によって、前記パッケージ層１０４の前記受信ユニット１０１に背向する面に固定される。

実際の応用において、複数の受信ユニット１０１は、通常、前記回路基板１００に配列され、且つ行列状に配列された部品であり、前記フィルタ１０７は、列方向に沿ったストライプ状のダイヤフラムであってもよく、即ち同一列の受信ユニット１０１は１つのフィルタ１０７を共用し、これによって受信装置の構造を簡略化することができる。

本発明の実施例では、フィルタ１０７はパッケージ層１０４に固定され、それに応じて、パッケージ側壁１０２の高さＨは、更にフィルタ１０７と受信ユニット１０１との間の距離を決定する。

以上から、パッケージ側壁１０２の高さＨはキャビティ１０３のスペースサイズを定義するためのものだけでなく、受信装置の光学性能（エコービームの受信ユニット１０１の感光面での入射角α）にも影響する。

具体的には、貫通穴１０６が一定である場合、高さＨを変えると、入射角αを変えることができる。又は、高さＨが一定である場合、貫通穴１０６のサイズを変えると、入射角αを変えることができる。

貫通穴１０６のサイズが一定である場合、パッケージ側壁１０２の高さＨが大きすぎると、入射角αが小さすぎ、パッケージ側壁１０２の高さＨが小さすぎると、スペースサイズが小さくなり、受信ユニット１０１のパッケージに影響する。前記パッケージ側壁Ｈの高さは、受信ビームが前記貫通穴を通過して前記光探知面での最大入射角αが１５～２０度となるように設定される。

図３に示す受信装置の平面図を示す図４を参照する。本実施例では、回路基板１００に位置し、キャビティ内にパッケージされている受信ユニット１０１は単一のＳｉＰＭであり、且つ１つのパッケージ側壁１０２によって回路基板１００内にパッケージされている複数のＳｉＰＭはアレイに配列される。

本実施例の受信装置の１つのパッケージユニットは２Ｎ個のＳｉＰＭを含み、且つ２Ｎ個のＳｉＰＭは２列Ｎ行の行列状に配列される。

具体的には、各ＳｉＰＭはいずれもアノード（Ｃａｔｈｏｄｅ）、カソード（Ａｎｏｄｅ）１０８及び出力端（ＦＡＳＴＯＵＴ）１０９を含み、各列のＳｉＰＭが共通アノードであることを例として、ＳｉＰＭの共通端アノードは回路基板１００に向かう面に位置し、回路基板１００と接触式の電気的接続を採用することができる。一方、非共通端カソード１０８及び出力端１０９はそれぞれ前記回路基板１００に位置する端子であり、２つの端子はワイヤボンディング１０５の方式によって周辺回路との電気的接続を実現することができ、それにより、複数の受信ユニット１０１のパッケージを実現する。

本発明の第２実施例の受信装置の平面図を示す図５を参照する。本実施例における前記受信ユニット５０１も単一のＳｉＰＭであり、図４に示す実施例との相違点は、本実施例では２Ｎ個のＳｉＰＭは２列のように配列され、且つ２列のＳｉＰＭは交差的に配列されることである。

本発明受信装置のパッケージ方式は、２Ｎ個のＳｉＰＭをパッケージすることができるだけでなく、より多くのＳｉＰＭをパッケージすることもできることは説明必要である。

他の実施例では、探知区別率の要求に該当するという前提の下で、１つのパッケージユニットに位置するＳｉＰＭの数はより多くてもよく、且つ配列方式は他の変形であってもよい。

上記実施例では、複数のパッケージされるべきＳｉＰＭをアレイに配列してから個別にパッケージし、ＰＣＢ板には複数の個別にパッケージされているＳｉＰＭアレイがある（図４及び５に示すように）ことは説明必要である。他の実施例では、ＰＣＢでのパッケージされるべきすべてのＳｉＰＭを全体的にパッケージすることもできる。本発明の第３実施例の受信装置の平面図を示す図６を参照する。本実施例と第１実施例との相違点は、本実施例では、前記受信ユニット４０１はＳｉＰＭアレイ（ＳｉＰＭ Ａｒｒａｙ）であることである。前記ＳｉＰＭアレイは複数のＳｉＰＭを含む。図面を簡潔化するために、ここでＳｉＰＭアレイ内の各ＳｉＰＭをすべて図示していないことは説明必要である。前記ＳｉＰＭアレイ内の複数のＳｉＰＭは行列状に配列（図４に示す配列方式）することができ、又は隣接列のＳｉＰＭは交差的に配列（図５に示す配列方式）することができる。回路基板４００に位置し、且つ１つのキャビティ内にパッケージされている受信ユニット４０１はＳｉＰＭアレイであり、且つ１つのパッケージ側壁４０２によって回路基板４００内にパッケージされている受信ユニット４０１の数は２つであり、２つのＳｉＰＭアレイは列方向において交差的に配列される。

他の実施例では、２つの受信ユニット４０１は一行に配列することもできる。

本発明の受信装置のパッケージ方式は、２つのＳｉＰＭアレイをパッケージできるだけでなく、より多くのＳｉＰＭアレイもパッケージできることは説明必要である。本発明の第４実施例の受信装置の平面図を示す図７を参照する。本実施例では、前記受信ユニット２０１はＳｉＰＭアレイであり、１つのパッケージ側壁２０２によって回路基板２００にパッケージされている受信ユニット２０１の数は２Ｎ個（Ｎは１より大きい自然数）であり、且つ２列に配列され、各列はＮ個のＳｉＰＭアレイを含む。２Ｎ個のＳｉＰＭアレイは列方向に交差的に配列される。

本発明の第５実施例の受信装置の平面図を示す図８を参照する。本実施例では、前記受信ユニット３０１はＳｉＰＭアレイであり、図７との相違点は、２列Ｎ行の受信ユニット３０１は行列（Ｎ行２列の行列）式に配列されることである。

回路基板、パッケージ側壁及びパッケージ層は囲んで１つのパッケージユニットとなり、それに応じて、他の実施例では、探知区別率の要求に該当するという前提の下で、１つのパッケージユニットに位置するＳｉＰＭアレイの数はより多くあってもよく、且つ配列方式も交差的配列、行列状配列に制限されなくてもよい。例えば、受信ユニットは３列、４列であってもよく、受信ユニットは行方向において交差的に配列されてもよい。第１実施例では、回路基板とパッケージ側壁は一体化構造であり、パッケージ層は独立した部品であることは説明必要である。本発明の実施例は回路基板、パッケージ側壁、パッケージ層の独立性及び一体化を制限しない。具体的には、本発明の実施例の受信装置における前記回路基板、パッケージ側壁、パッケージ層のうちの１つ又はすべては独立した部品であり、又は、前記回路基板、パッケージ側壁、パッケージ層は一体化構造である。

本発明の第６実施例の受信装置の側面図を示す図９を参照する。本発明の実施例と第１実施例との共通点について説明を省略し、本発明の実施例と第１実施例との相違点は、前記パッケージ側壁７０２と前記パッケージ層７０４は一体化構造であり、前記回路基板７００は独立した部品であることである。具体的には、パッケージ側壁７０２と前記パッケージ層７０４の一体化構造はシールカバーを構成し、前記受信ユニット７０１を回路基板７００にシールする。

パッケージ側壁７０２及び前記パッケージ層７０４は全プラスチック製の構造であってもよく、且つ射出成形工程によって形成される。前記パッケージ層７０４における貫通穴７０５は射出成形時に併せて形成することができ、貫通穴７０５を備えたパッケージ層７０４は絞りの役割を果たすことができる。

他の実施例では、パッケージ側壁と前記パッケージ層の一体化構造は他の材料であってもよく、例えば、パッケージ側壁とパッケージ層の一体化構造は金属材料、又は、ＰＣＢ材料であってもよいことは説明必要である。

また、貫通穴は他の形成方式があってもよい。例えば、パッケージ層全体を形成した後、パッケージ層に穴を開ける（例えば、レーザーで穴を開けるか、又は、めっき被膜した後にパターン化する）という方式によって前記貫通穴を形成することができる。

本実施例と第１実施例とのもう１つの相違点は、本実施例ではフィルタ７０６は前記パッケージ層７０４の前記受信ユニット７０１に向かう面に位置することである。フィルタ７０６はシールカバーの内部に固定され、後続のプロセスにおけるフィルタが抜ける確率を低減することができる。

実際のパッケージ過程において、受信ユニット７０１を回路基板７００に貼り付け、且つワイヤボンディングを完了した後、前記パッケージ層７０４の貫通穴７０５の位置での内壁にフィルタ７０６を貼り付け、その後、一体化構造のパッケージ側壁７０２と前記パッケージ層７０４を前記回路基板７００に貼り付け又は係着し、更に受信ユニット７０１のシールを実現する。

フィルタ７０６は、前記パッケージ層７０４の前記受信ユニット７０１に背向する面に位置してもよく、一体化構造のパッケージ側壁７０２と前記パッケージ層７０４が回路基板７００に固定された後、前記フィルタ７０６を貼り付けることができることは説明必要である。

本発明の第７実施例の受信装置の側面図を示す図１０を参照する。本発明の実施例と第１実施例との共通点について説明を省略し、本発明の実施例と第１実施例との相違点は、前記回路基板８００、パッケージ側壁８０２及び前記パッケージ層８０４はいずれも独立した部品であることである。このように、各部品は、他の部品の材料によって制限されず、自身の機能に応じてより好適な材料を選択して形成することができ、より優れた柔軟性を有する。

本実施例では、前記回路基板８００はプリント回路基板であり、前記パッケージ側壁８０２はプラスチック等の絶縁側壁であり、前記パッケージ層８０４は金属層である。他の実施例では、パッケージ側壁は金属、ＰＣＢであってもよく、パッケージ層はプラスチックであってもよい。

それに応じて、前記フィルタ８０６は前記パッケージ層８０４の前記受信ユニット８０１に向かう面に位置してもよく、又は、前記フィルタ８０６は前記パッケージ層８０４の前記受信ユニット８０１に背向する面に位置してもよい。

本発明の第８実施例の受信装置の側面図を示す図１１を参照する。本実施例と第７実施例は、いずれも前記パッケージ側壁９０２と前記パッケージ層９０４が一体化構造であり、前記回路基板９００が独立した部品であるという方式を採用する。その相違点は、本実施例では、前記パッケージ側壁９０２及び前記パッケージ層９０４は金属材料を用いることである。

金属材料を用いる場合、半導体プロセスによって前記一体化構造を形成することができ、半導体プロセスはパッケージ側壁９０２及びパッケージ層９０４の厚さを薄くすることができ、これによってパッケージ構造のサイズを小さくすることができ（回路基板での投影面積及び回路基板の垂直方向での高さはいずれも小さくなる）、更に受信装置において配列できるパッケージユニットの密度を増大させる。

また、厚さを薄くした場合、一体化構造と回路基板９００との接着性を向上させるために、固定延在部９０３によって一体化構造と回路基板９００との貼合面の面積を増大させることができる。具体的には、プロセスにおいて金属層を堆積する時に、キャリア基板にも一部の金属材料を堆積することによって、固定延在部９０３を形成することができる。前記固定延在部９０３によって一体化構造を前記回路基板９００に貼り付け、固定延在部９０３と回路基板９００との接触面積が大きいため、より多くの接着剤をコーティングすることができ、これによって受信装置の固着強度を増大させる。

それに応じて、本実施例では、前記フィルタ９０６は前記パッケージ層９０４の前記受信ユニット９０１に向かう面に位置してもよく、又は、前記フィルタ９０６は前記パッケージ層９０４の前記受信ユニット９０１に背向する面に位置する。

本発明の第９実施例の受信装置の側面図を示す図１２を参照する。本実施例と第１実施例との相違点は、本実施例では、前記複数の受信ユニット１１１の光探知面は、受信ビームの伝送方向に光学アセンブリの焦点面の下流に位置することである。

受信ユニット１１１の光探知面を光学アセンブリの焦点面に配置する場合、それに応じて、受信ビーム（即ちレーザーレーダーのエコービーム）の焦点面での現像面積が小さいことは説明必要である。受信ユニット１１１がＳｉＰＭであることを例として、現像面積が小さいため、ＳｉＰＭにおいてトリガーされたＳＰＡＤの数が少なく、それに応じて、光電探知のダイナミックレンジが制限され、飽和状態になりやすくなる。また、トリガーされたＳＰＡＤ数が少なさすぎると、大きなパルス離散性を生じやすくなるため、測距精度が劣るという問題をもたらし、これはより良い性能を達成するために多くの測定を必要とされる。

一方、本発明の実施例では、受信ユニット１１１の光探知面を光学アセンブリの焦点面の下流位置に配置することによって、光探知面上のスポットを焦点はずしの状態にし、このように、エコービームはＳｉＰＭにおいてより広い面積をカバーすることができ、これによってより多くのＳＰＡＤを配置し、更にＳｉＰＭの性能を向上させることができる。

具体的には、本発明の実施例の受信装置において、パッケージ層１１４の貫通穴１１５は光学アセンブリの焦点面に位置し、それに応じて、受信ビーム１１６の伝送方向において、前記受信ユニット１１１の光探知面は前記焦点面の下流に位置する。

また、本実施例では、パッケージ側壁１１２は回路基板１１０とパッケージ層１１４との間に位置し、パッケージ側壁１１２の高さは光探知面と焦点面との距離を決定するためのものであるため、受信ビームの発散角度を調整することができ、更に光探知面上のスポットのサイズを調整することができる。

本発明の第１０実施例の受信装置におけるフィルタの模式図を示す図１３を参照する。本実施例と第１０実施例との相違点は、フィルタ１２６は前記貫通穴に近接する中心領域１と、前記中心領域１の周辺に位置する少なくとも１つの環状領域２、３とを含み、前記中心領域１及び環状領域２、３のめっき被膜材料が異なり、フィルタ１２６は、中心領域１から環状領域２、３への方向において、めっき被膜材料に対応する中心波長が徐々に大きくなることである。

本発明の実施例はフィルタを分割することによって、異なる角度の入射光の中心波長がオフセットするという問題を解決し、更にフィルタを通過して受信ユニットに到達する光の波長差を小さくすることができる。

以下において、図１４に示す線グラフを参照しながら本発明の実施例のフィルタの作動原理を説明する。図１４の横座標は入射角であり、縦座標は中心波長のオフセットである。曲線Ａ、Ｂは、それぞれ異なるフィルタサンプルをテストする結果に対応しており、入射角が徐々に大きくなるにつれて、フィルタを通過する中心波長が小さくなる。例えば、曲線Ａに対応するフィルタについて、入射角が０度である場合、フィルタの中心波長は８８４ｎｍであり、入射角が１５度である場合、フィルタ中心波長は８８１ｎｍであり、即ち中心波長は３ｎｍ小さくした。曲線Ｂに対応するフィルタについて、入射角が０度である場合、フィルタ中心波長は８８４ｎｍであり、入射角が１５度である場合、フィルタ中心波長は８８１.５ｎｍであり、即ち中心波長は２.５ｎｍ小さくした。このような現象はフィルタのブルーシフト特性であり、即ちフィルタの中心波長は入射角が大きくなるにつれて、短波方向にオフセットする。

パッケージ層における貫通穴の光線はフィルタの異なる位置において異なる入射角を有することができるため、ブルーシフト特性により、異なる入射角の光は同じフィルタを通過する時に、通過した波長はオフセットする。それに応じて、本発明の実施例は、フィルタの異なる領域に異なるめっき被膜材料を配置することによって、入射角が小さく貫通穴に近接する中心領域は、めっき被膜に対応する中心波長が短くなり、入射角が大きく貫通穴から離れた外周の環状領域は、フィルタのめっき被膜に対応する中心波長が長くなり、それにより、ブルーシフト特性によるフィルタ中心波長のオフセットを制限することができる。

図１３を図１５に示す受信装置の部分側面図と組み合わせて参照すると、本発明の実施例では、入射角が５度以内の領域は中心領域１であり、該領域は第１めっき被膜材料を採用し、入射角が５～１０度の領域は中心領域１以外の第１環状領域２であり、前記第１環状領域２は第２めっき被膜材料を採用し、入射角が１０～１５度の領域は第１環状領域２以外の第２環状領域３であり、前記第２環状領域３は第３めっき被膜材料を採用する。第３めっき被膜材料に対応する中心波長は第２めっき被膜材料に対応する中心波長よりも大きく、第２めっき被膜材料に対応する中心波長は第１めっき被膜材料の中心波長よりも大きい。本発明の実施例は異なる入射角領域に異なるめっき被膜を配置することによって、フィルタの異なる領域の中心波長のオフセットを１ｎｍより小さくする。

本発明の実施例は、大きな入射角によって広いダイナミックレンジを得ることができ、また、フィルタのめっき被膜配置によってブルーシフト特性を低減させ、背景光をよりよく制限し、受信装置の探知精度を向上させた。

上記技術的問題を解決するために、本発明の実施例はレーザーレーダーを更に提供する。本発明のレーザーレーダーの一実施例の模式図を示す図１６を参照する。前記レーザーレーダーは、発光ビームＬを提供するための発光装置１００１と、発光ビームが目標物１００３を通過して形成されたエコービームＬ’を探知するための本発明の実施例で提供される受信装置１００２と、を備える。

本発明の実施例のレーザーレーダーの受信装置は受信装置の実装難易度を低減させ、受信装置の実装速度及び実装効率を向上させた。

本発明の実施例のレーザーレーダーの発光装置の模式図を示す図１７を参照する。前記発光装置は単点垂直共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ－Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ，ＶＣＳＥＬ）である。具体的には、前記発光装置２０は発光点２００を含む。５層接合の単一スポットＶＣＳＥＬを例として、パワー密度は１平方ミリメートル当たり５キロワットに達することができる。マルチスポットＶＣＳＥＬレーザーと比較して、単一スポットＶＣＳＥＬはパワー密度においてより大きな利点がある。

本発明の実施例のレーザーレーダーにおける他の発光装置の模式図を示す図１８を参照する。前記発光装置はマルチスポット垂直共振器型面発光レーザーである。

具体的には、前記発光装置３０は、それぞれ発光ビームを提供するための複数の発光ユニット３００を備える。それに応じて、レーザーレーダーは、前記発光ユニットに対応する複数の受信装置を更に備える。複数の受信装置は、各受信装置の電気信号を受信及び処理するための周辺回路に接続される。これによってレーザーレーダー測距を実現する。

具体的には、複数のＶＣＳＥＬレーザーは受信装置におけるＳｉＰＭに一対一に対応して、ＶＣＳＥＬレーザーアレイを形成する。前記ＶＣＳＥＬレーザーアレイはエリアアレイ、リニアアレイのように配列されてもよく、配列方式はＳｉＰＭの配列方式と一致する。

また、他の実施例では、複数のＶＣＳＥＬレーザー（例えば２つ）が１つのＳｉＰＭに対応する方式を採用することもできる。

マルチスポットＶＣＳＥＬレーザーの全体的なパワー密度は、１平方ミリメートルあたり１キロワットに達することができ、且つマルチスポットＶＣＳＥＬの発光効率が高く、帯域幅がより狭く、温度ドリフトがより小さい。狭いフィルタにおいて、小さいパワーで同じ測距能力を達成することができ、レーザーレーダー測距における人の目の安全性には有利である。

本発明は、以上のように開示されているが、それらに限定されるものではない。当業者にとって、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更が可能である。したがって、本発明の保護範囲は、請求項で限定される範囲に準じるべきである。本発明は、以上のように開示されているが、それらに限定されるものではない。当業者にとって、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更が可能である。したがって、本発明の保護範囲は、請求項で限定される範囲に準じるべきである。

Claims (21)

1. レーザーレーダーのための受信装置であって、
   回路基板と、
   前記回路基板に位置し、光信号を電気信号に変換するための複数の受信ユニットと、
   前記回路基板から突出し、且つ前記複数の受信ユニットを囲んで配置され、前記受信ユニットを収容するキャビティを形成するパッケージ側壁と、
   前記パッケージ側壁に位置し、且つ前記キャビティを被覆するパッケージ層と、を備える受信装置。
2. 前記パッケージ層には貫通穴があり、
   前記パッケージ層に配置され且つ前記貫通穴を被覆するフィルタを更に備える請求項１に記載の受信装置。
3. 光学アセンブリを更に備え、
   前記複数の受信ユニットの光探知面は、前記光学アセンブリの焦点面に位置する、請求項１に記載の受信装置。
4. 焦点面を有する光学アセンブリを更に備え、
   前記複数の受信ユニットの光探知面は、受信ビームの伝送方向に前記焦点面の下流に位置する、請求項２に記載の受信装置。
5. 前記貫通穴は光学アセンブリの焦点面に位置する、請求項４に記載の受信装置。
6. 前記パッケージ側壁の高さは、受信ビームが前記貫通穴を通過して前記光探知面での最大入射角が１５～２０度となるように設定される、請求項４又は５に記載の受信装置。
7. 前記受信ユニットは、前記電気信号を受信及び処理するための周辺回路に接続され、
   前記周辺回路は前記パッケージ側壁内の回路基板に位置し前記受信ユニットに電気的に接続されるか、又は、前記周辺回路は前記パッケージ側壁外の回路基板に位置し、前記受信装置は電気的接続構造によって前記周辺回路に接続される、請求項１に記載の受信装置。
8. 前記フィルタは、前記貫通穴に近接する中心領域と、前記中心領域の周辺に位置する少なくとも１つの環状領域とを含み、前記中心領域と環状領域のめっき被膜材料が異なり、
   前記フィルタは、中心領域から環状領域への方向において、めっき被膜材料に対応する中心波長が徐々に大きくなる、請求項２に記載の受信装置。
9. 前記フィルタは前記パッケージ層の前記受信ユニットに向かう面に位置するか、又は、前記フィルタは前記パッケージ層の前記受信ユニットに背向する面に位置する、請求項２に記載の受信装置。
10. 前記フィルタは前記パッケージ層に貼り付けられる、請求項２に記載の受信装置。
11. 前記回路基板と前記パッケージ側壁と前記パッケージ層のうちの１つ又はすべては独立した部品であるか、又は、前記回路基板と前記パッケージ側壁と前記パッケージ層は一体化構造である、請求項１に記載の受信装置。
12. 前記回路基板と前記パッケージ側壁は一体化構造であり、前記パッケージ層は独立した部品である、請求項１１に記載の受信装置。
13. 前記回路基板及び前記パッケージ側壁はプリント回路基板であり、前記キャビティの底部に位置する回路基板には周辺回路が形成されており、前記複数の受信ユニットに電気的に接続される、請求項１２に記載の受信装置。
14. 前記パッケージ層は、前記キャビティを被覆するアパーチャー絞りを含む、請求項１３に記載の受信装置。
15. 前記パッケージ側壁と前記パッケージ層は一体化構造であり、前記回路基板は独立した部品である、請求項１１に記載の受信装置。
16. 前記一体化構造の材料は絶縁材料又は金属材料である、請求項１５に記載の受信装置。
17. 前記回路基板と前記パッケージ側壁と前記パッケージ層はいずれも独立した部品であり、前記回路基板はプリント回路基板であり、前記パッケージ側壁は絶縁側壁であり、前記パッケージ層は金属層である、請求項１１に記載の受信装置。
18. 前記複数の受信ユニットは行列状に配列され、又は、前記複数の受信ユニットは行方向又は列方向において交差して配列される、請求項１に記載の受信装置。
19. 発光ビームを提供するための発光装置と、
    前記発光ビームが目標物を通過して形成されたエコービームを探知するための請求項１から１８のいずれか一項に記載の受信装置と、を備えるレーザーレーダー。
20. 前記発光装置は、多点垂直共振器型面発光レーザー、又は、単点垂直共振器型面発光レーザーである、請求項１９に記載のレーザーレーダー。
21. 前記発光装置は、それぞれ発光ビームを提供するための複数の発光ユニットを備え、
    前記レーザーレーダーは前記発光ユニットに対応する複数の受信装置を備え、前記複数の受信装置は、各受信装置の電気信号を受信及び処理するための周辺回路に接続される、請求項１９に記載のレーザーレーダー。

Images