JP7119271B2 - レーザダイオードパッケージモジュールおよび距離検出装置、電子機器 - Google Patents
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Description
第1の面を有する基板と、
カバーとの間に収容空間を形成する前記基板の第1の面に設けられたカバーであって、前記基板に対向する面に光透過領域を少なくとも部分的に設けたカバーと、
前記収容空間内に設けられたレーザダイオードダイと、
前記収容空間内に設けられた反射面であって、前記レーザダイオードダイの出射光を、前記反射面を経て反射させた後に前記光透過領域を通過して出射させるために用いられる反射面と、
を備えるレーザダイオードパッケージモジュールを提供する。
前記反射面は、具体的には、前記半導体の、異方性を利用してエッチングを行って作製して得られた傾斜面であるか、あるいは、前記反射面は、前記半導体の、異方性を利用してエッチングを行って作製して得られた傾斜面にコーティングされた反射膜を備える。
前記浅溝は、前記底面の鋭角の縁部に設けられるとともに、前記半導体の底面から前記半導体の頂面に向かって一部の深さだけ凹んでいる。
リードを介して前記導電性接着層を前記基板上のパッドに電気的に接続することで、前記第1の電極を引き出すかの少なくとも1つである。
前記レーザダイオードパッケージモジュールの基板の第1の面と一定の挟角を呈する方向でレーザパルスを出射するために用いられ、前記挟角は90°未満である前記レーザダイオードパッケージモジュールと、
前記光透過領域の外側に設けられ、前記光透過領域から出射される出射光をコリメートするために用いられるコリメーティングレンズと、
前記光透過領域の外側に設けられ、前記光透過領域から出射される出射光の光路を変更するために用いられ、前記レーザダイオードパッケージモジュールからのレーザパルスを、前記コリメーティングレンズの中心軸に略沿った方向で前記コリメーティングレンズに入射させる第1の光路変更素子と、
を備えた距離検出装置を提供する。
前記コリメーティングレンズの光軸からずれており、前記光透過領域から出射される出射光を前記コリメーティングレンズに反射するための第1の反射鏡を備えている。
前記第1の反射鏡は前記コリメーティングレンズの中心軸上に位置しており、前記レーザダイオードパッケージモジュールが出射するレーザパルスを、前記コリメーティングレンズの中心軸に略沿った方向に反射するために用いられる。
前記レーザ送信装置が、
中央部に光透過領域が設けられている第2の反射鏡、第3の反射鏡、および検出器をさらに備えており、
前記第2の反射鏡は前記コリメーティングレンズと前記第1の反射鏡との間に設けられ、前記第1の反射鏡に反射された光ビームが通過するのを許容し、かつ、前記コリメーティングレンズが集光した戻り光を前記第3の反射鏡に反射するために用いられ、
前記第3の反射鏡はそれぞれ前記第2の反射鏡および前記検出器と対向して設けられ、前記第2の反射鏡に反射された前記戻り光を前記検出器に反射するために用いられ、
前記検出器は、受信した光信号を電気信号に変換するために用いられ、前記電気信号は、前記検出物と前記距離検出装置の距離を測定するために用いられる。
第1の面を有する基板と、
カバーとの間に収容空間を形成する前記基板の第1の面に設けられたカバーであって、前記基板に対向する面に光透過領域を少なくとも部分的に設けたカバーと、
前記収容空間内に設けられたレーザダイオードダイと、
前記収容空間内に設けられた反射面であって、前記レーザダイオードダイの出射光を、前記反射面を経て反射させた後に前記光透過領域を通過して出射させるために用いられる反射面と、
を備える。
以下、図1、図2、図3A~図3D、図4A~図4Iを参照しながら、本発明のレーザダイオードパッケージモジュールの具体的な実施例について詳細に説明する。矛盾しない場合、下記の実施例および実施形態中の特徴は、互いに組み合わせることができる。
(1)単層基板:一方の面だけが銅で被覆されており他方の面が銅で被覆されてない回路基板。通常、部品は、銅で被覆されてない面に配置され、銅で被覆されている面は主に配線と溶接に用いられる。
次に、図5A~図5Bと図6A~図6Cを参照しながら、本発明のパッケージモジュール構造のもう1つの実施例について記述する。ここで、重複を避けるため、本実施例では、基板400の構造および材料、レーザダイオードダイ403、カバー本体407、光透過板408等と、前記実施例1中のいくつかの同じ特徴の記述については、いずれも前記実施例1を参照することができる。ここでは無用な記述は繰り返さない。本実施例と前記実施例1との違いは、前記パッケージモジュールが備える異方性の半導体の構造が異なっている点にある。
次に、図7A~図7C、図8A~図8Cおよび図9A~図9Dを参照しながら、本発明のパッケージモジュール構造のさらにもう1つの実施例について記述する。ここで、重複を避けるため、本実施例では、基板400の構造および材料、反射膜502、レーザダイオードダイ503、カバー本体507、光透過板508、基板金属層5041、5042等と、前記実施例1および実施例2中のいくつかの同じ特徴の記述については、いずれも前記実施例1および実施例2を参照することができる。ここでは無用な記述は繰り返さない。本実施例と前記実施例1との違いは、実施例1中の異方性の半導体を本実施中のガラスに置き換えている点にある。
図10に示すように、本発明が提供する距離検出装置800は、光送信モジュール810と反射光受信モジュール820とを備えている。ここで、光送信モジュール810は、実施例1、実施例2、または実施例3中の少なくとも1つのレーザダイオードパッケージモジュールを備えており、光信号を送信するために用いられ、かつ、光送信モジュール810が送信する光信号が距離検出装置800の視野角FOVをカバーし、反射光受信モジュール820は、光送信モジュール810が送信する光が測定対象物体に当たった後に反射された光を受信し、前記測定対象物体から距離検出装置800までの距離を計算するために用いられる。以下、図10を参照しながら、光送信モジュール810およびその動作原理について記述する。
科学技術の発展に伴い、検出および測定技術が各種分野に応用されている。レーザレーダは外界に対する感知システムであり、外界の立体3次元情報を知ることができ、カメラ等の、外界に対する平面感知方式に限定されることはなくなった。その原理は、レーザパルス信号を外へ能動的に送信し、反射されて戻ってきたパルス信号を検出し、送信─受信の間の時間差に基づいて、被測定物体の距離を判断し、光パルスの送信角度情報を結び付ければ、3次元深度情報を再構成して知ることができる、というものである。
Claims (48)
- 第1の面を有する基板と、
カバーとの間に収容空間を形成する前記基板の第1の面に設けられたカバーであって、前記基板に対向する面に光透過領域を少なくとも部分的に設けたカバーと、
前記収容空間内に設けられたレーザダイオードダイと、
前記収容空間内の前記基板上に前記レーザダイオードダイの出射面と対向して設けられる異方性構造を有する半導体と、
前記収容空間内に設けられた反射面であって、前記レーザダイオードダイの出射光を、前記反射面を経て反射させた後に前記光透過領域を通過して出射させるために用いられる反射面と、
を備え、
前記反射面は、前記半導体の前記異方性構造の傾斜面であるか、あるいは、前記反射面は、前記半導体の前記異方性構造の傾斜面にコーティングされた反射膜を備え、
前記半導体の前記異方性構造の底面の鋭角の箇所に切り欠きまたは浅溝が設けられ、
前記切り欠きは、前記半導体の前記異方性構造の、底部鋭角の一部を除去して形成した切り欠きであり、
前記浅溝は、前記異方性構造の前記底面の鋭角の縁部に設けられるとともに、前記半導体の前記異方性構造の前記底面から前記半導体の前記異方性構造の頂面に向かって一部の深さだけ凹んでいる、レーザダイオードパッケージモジュール。 - 前記レーザダイオードダイの出射光は前記反射面を経て反射された後、前記基板の前記第1の面と略垂直な方向で前記光透過領域を通過して出射される請求項1に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記半導体は半導体ウェハを含む請求項1または2に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記半導体はシリコンであり、前記傾斜面と前記半導体の前記異方性構造の底面との間の挟角が略54.74°である請求項1または2に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードパッケージモジュール内に、少なくとも2つの斜設された反射面が設けられており、各々の反射面が、少なくとも1つの前記レーザダイオードダイの出射面に対向して設けられることで、各々の前記レーザダイオードダイの出射光が前記反射面を経て反射された後、前記光透過領域を通過して出射されるようにする請求項1に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記各々の反射面が、少なくとも2つの、並んで配置されたレーザダイオードダイの出射面に対向して設けられることで、各々の前記レーザダイオードダイの出射光が前記反射面を経て反射された後、前記光透過領域を通過して出射されるようにする請求項5に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記少なくとも2つの斜設された反射面は、前記半導体の前記異方性構造の異なる傾斜面上に設けられる請求項5に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記2つの斜設された反射面は、前記半導体の前記異方性構造上の、対称に設けられた、背向する2つの傾斜面上に設けられる請求項7に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードパッケージモジュールは、異方性構造を有する少なくとも2つの半導体を備えており、前記少なくとも2つの斜設された反射面は、前記少なくとも2つの半導体のそれぞれの前記異方性構造の傾斜面上にそれぞれ設けられる請求項5に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 同一の反射面に対向する複数の前記レーザダイオードダイが、前記基板の第1の面上に等間隔に配置される請求項6に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 同一の反射面に対向する各々の前記レーザダイオードダイの出射面と前記反射面との間の距離が等しい請求項6に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記半導体の前記異方性構造は、底部に位置する第1の部分と、前記第1の部分の一部の表面上に位置する第2の部分とを備えており、前記反射面は前記第2の部分の少なくとも1つの傾斜面上に設けられる請求項1または2に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードダイは前記反射面外側の前記第1の部分の表面に実装され、前記レーザダイオードダイの出射面が前記反射面に対向して設けられるようにする請求項12に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記反射膜は金属層を備えており、前記反射面上の金属層は、さらに伸びて、前記反射面外側の、前記第1の部分が露出している一部の表面を被覆し、前記金属層の、前記第1の部分の表面上に位置する部分が、前記レーザダイオードダイの底面と電気的に接続するために用いられる請求項13に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードダイは、前記第1の部分の表面上の前記反射膜の一部の表面を被覆し、前記反射膜がリードによって、前記基板上に位置するパッドと電気的に接続されることで、前記レーザダイオードダイの底面上の電極を引き出す請求項14に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記半導体はSOIウェハであり、前記SOIウェハの埋め込み酸化物層と、前記埋め込み酸化物層の下方に位置するシリコン層とが前記第1の部分となり、前記SOIウェハの、前記埋め込み酸化物層の一部の表面上に位置するシリコン層が前記第2の部分となる請求項12に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードパッケージモジュールはガラスをさらに備えており、前記反射面は、前記ガラスの傾斜面にコーティングされた前記反射膜を備えている請求項1に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 2つの斜設された反射面が前記ガラス上の背向する2つの傾斜面上にそれぞれ設けられ、各々の反射面が、少なくとも1つの前記レーザダイオードダイの出射面に対向して設けられることで、各々の前記レーザダイオードダイの出射光が前記反射面を経て反射された後、前記光透過領域を通過して出射されるようにする請求項17に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記ガラスは三角錐あるいは三角錐台状を呈し、斜設された3つの反射面が前記ガラス上の3つの傾斜面上にそれぞれ設けられ、各々の前記反射面が、少なくとも1つの前記レーザダイオードダイの出射面に対向して設けられることで、各々の前記レーザダイオードダイの出射光が前記反射面を経て反射された後、前記光透過領域を通過して出射されるようにする請求項17に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記反射面は凹面である請求項1に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードダイの出射光の方向が、前記反射面の底辺に対して垂直である請求項1に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記反射面が設けられた半導体とガラスとの少なくとも1つと、前記レーザダイオードダイとが、いずれも前記基板の第1の面に実装される請求項1から21のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードパッケージモジュールはコリメート素子をさらに備えており、速軸方向における光ビームの発散角を小さくするために用いられ、前記コリメート素子は、前記レーザダイオードダイと前記反射面との間に設けられることで、前記レーザダイオードダイの出射光が前記コリメート素子を経た後に前記反射面に至るようにする請求項1から22のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記コリメート素子が前記基板の前記第1の面に実装される請求項23に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記コリメート素子が円柱レンズであり、前記円柱レンズの曲面が前記レーザダイオードダイの出射面に対向することで、前記レーザダイオードダイの出射光を前記円柱レンズの曲面上に照射させる請求項23に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記円柱レンズの曲面寸法が、前記レーザダイオードダイから発される出射光が前記円柱レンズ上に照射されるスポットの寸法よりも大きい請求項25に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記円柱レンズが前記基板上に実装される表面が平面であるか、前記円柱レンズの頂面が平面であるかの少なくとも1つである請求項25に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードダイは、互いに対向して設けられた第1の電極と第2の電極とを備えており、前記第1の電極が所在する表面が、前記基板の第1の面に実装される請求項1から27のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記第1の電極は、導電性接着層を介して前記基板の第1の面に実装される請求項28に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記第2の電極は、リードを介して前記基板に電気的に接続される請求項28に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記基板の第1の面に複数の前記レーザダイオードダイを実装し、各々の前記レーザダイオードダイの前記第1の電極が、1つの導電性接着層に対応して前記基板の第1の面に実装される請求項28に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 同一の前記反射面に対向する複数の前記レーザダイオードダイの前記第2の電極が、リードを介して前記基板上の同一のパッドに電気的に接続される請求項28に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記導電性接着層の面積が前記レーザダイオードダイの底面面積よりも大きいか、
リードを介して前記導電性接着層を前記基板上のパッドに電気的に接続することで、前記第1の電極を引き出すかの少なくとも1つである請求項29に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。 - 前記カバーは、窓を有するU字形または四角形のカバー本体と、前記窓を封止被覆する光透過板とを備えていることで前記光透過領域を形成し、前記レーザダイオードダイの出射光が前記光透過板を経て出射されるか、または、前記カバーは、すべて光を透過する板状構造である請求項1から33のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記カバー本体は前記基板の前記第1の面上に固設されている請求項34に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記カバー本体の材料は金属、樹脂またはセラミックを含む請求項34に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードパッケージモジュールは前記レーザダイオードダイの送信を制御するための駆動チップをさらに備えており、前記駆動チップは前記収容空間内に設けられ、前記駆動チップは前記基板の第1の面に実装される請求項1から36のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードパッケージモジュールが、はんだペースト実装されたデバイスをさらに備えており、前記はんだペースト実装されたデバイスは前記収容空間の外に設けられる請求項1から37のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記はんだペースト実装されたデバイスは、抵抗器とコンデンサとを備えており、前記抵抗器とコンデンサとは、はんだペーストにより前記収容空間の外の前記基板の第1の面に実装される請求項38に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記基板はPCB基板またはセラミック基板を含む請求項1から39のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記導電性接着層の材料は、導電性の銀ペースト、はんだ、または導電性のダイ連結フィルムを含む請求項29、31および33のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記反射膜は金と銀のうち少なくとも一種を含む請求項1から41のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 前記レーザダイオードダイの底面は前記収容空間内に実装され、そして、前記レーザダイオードダイの側面が出光し、かつ、前記レーザダイオードダイの出射光が前記基板の第1の面と略平行である請求項1に記載のレーザダイオードパッケージモジュール。
- 請求項1~43のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュールであって、前記レーザダイオードパッケージモジュールの基板の第1の面と一定の挟角を呈する方向でレーザパルスを出射するために用いられ、前記挟角は90°未満であるレーザダイオードパッケージモジュールと、
前記光透過領域の外側に設けられ、前記光透過領域から出射される出射光をコリメートするために用いられるコリメーティングレンズと、
前記光透過領域の外側に設けられ、前記光透過領域から出射される出射光の光路を変更するために用いられ、前記レーザダイオードパッケージモジュールからのレーザパルスを、前記コリメーティングレンズの中心軸に略沿った方向で前記コリメーティングレンズに入射させる第1の光路変更素子と、
を備えている距離検出装置。 - 前記第1の光路変更素子は、
前記コリメーティングレンズの光軸からずれており、前記光透過領域から出射される出射光を前記コリメーティングレンズに反射するための第1の反射鏡を備えている請求項44に記載の距離検出装置。 - 前記レーザダイオードパッケージモジュールは前記コリメーティングレンズの中心軸の一つの側に位置しており、かつ、前記レーザダイオードパッケージモジュール中の基板の第1の面が前記コリメーティングレンズの中心軸に略平行であり、
前記第1の反射鏡は前記コリメーティングレンズの中心軸上に位置しており、前記レーザダイオードパッケージモジュールが出射するレーザパルスを、前記コリメーティングレンズの中心軸に略沿った方向に反射するために用いられる請求項45に記載の距離検出装置。 - 前記コリメーティングレンズは、検出物に反射された戻り光の少なくとも一部を集光するためにさらに用いられ、
前記距離検出装置が、
中心に光透過領域が設けられている第2の反射鏡、第3の反射鏡、および検出器をさらに備えており、
前記第2の反射鏡は前記コリメーティングレンズと前記第1の反射鏡との間に設けられ、前記第1の反射鏡に反射された光ビームが通過するのを許容し、かつ、前記コリメーティングレンズが集光した戻り光を前記第3の反射鏡に反射するために用いられ、
前記第3の反射鏡はそれぞれ前記第2の反射鏡および前記検出器と対向して設けられ、前記第2の反射鏡に反射された前記戻り光を前記検出器に反射するために用いられ、
前記検出器は、受信した光信号を電気信号に変換するために用いられ、前記電気信号は、前記検出物と前記距離検出装置の距離を測定するために用いられる請求項45に記載の距離検出装置。 - 請求項1~43のいずれか一項に記載のレーザダイオードパッケージモジュールを備えており、無人機、自動車またはロボットを含む電子機器。
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