KR102079833B1 - 광 전자 모듈 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

광 전자 모듈 및 이를 포함하는 장치 Download PDF

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빌 케터넨
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헵타곤 마이크로 옵틱스 피티이. 리미티드
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Abstract

광 전자 모듈(1)은 광을 검출하기 위한 검출 부재(D)를 포함하는 검출 채널(30) 및 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능한 광을 방출하기 위한 방출 부재(E)를 포함하는 방출 채널(20)을 포함한다. 여기서, 상기 방출 채널로부터의 광의 방출을 위한 방사선 분포 특성은 회전 비대칭이고; 및/또는 상기 검출 채널 상에 입사하는 광의 상기 검출 채널에서의 검출을 위한 감도 분포 특성은 회전 비대칭이고; 및/또는 상기 방출 채널로부터의 광의 방출을 위한 중심 또는 주 방출 방향과 상기 검출 채널 상에 입사하는 광의 검출을 위한 중심 또는 주 검출 방향은 서로 평행하지 않게 정렬되고; 및/또는 채널 중 적어도 제1 채널은: e1) 광학 축(A2, A2'; A3, A3')을 각각 갖는 적어도 2개의 수동 광학 소자(52, 52'; 53, 53') - 여기서 이들 소자는 이들 광학 축이 일치하지 않도록 배열됨 - ; e2) 광학 축을 갖는 적어도 하나의 수동 광학 소자(52, 52',53, 53') - 여기서 이 소자는 이 광학 축이 상기 제1 채널에 포함된 검출 또는 방출 부재의 각각의 검출 및 방출의 중심 축(c2; c3)과 일치하지 않도록 그 제1 채널에 각각 포함된 검출 부재(D) 및 방출 부재(E)에 대해 배열됨 - ; e3) 회전 비대칭 빔 형성 소자 또는 그 일부를 구성하는 적어도 하나의 수동 광학 소자(52, 52', 53, 53'); 및 e4) 제1 채널에 각각 들어오고 나가는 광의 주 방향(m2; m3) 또는 중심 방향(c2; c3)이 상기 제1 채널 내의 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자의 존재 없이 상기 제1 채널에 들어오고 나가는 광의 그러한 방향에 대해 정렬되는 것을 달성하도록 배열된 적어도 하나의 수동 광학 소자(52, 52', 53, 53') 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

광 전자 모듈 및 이를 포함하는 장치{OPTO-ELECTRONIC MODULE AND DEVICES COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광 전자의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소형화된 광 전자 소자(miniaturized opto-electronic components)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광 전자 모듈 및 이러한 모듈을 포함하는 응용 기기(appliances) 및 전자 장치에 관한 것이고, 특히 이 모듈은 광 검출기 및 광 방출기를 포함하고, 보다 구체적으로 이 모듈은 근접 검출기를 포함하거나 근접 검출기이다. 본 발명은 청구 범위의 시작 구문에 따른 장치에 관한 것이다.
용어들의 정의(Definition of Terms)
"능동 광학 소자(active optical component)": 광 감지 또는 광 방출 소자. 예를 들어, 포토다이오드, 영상 센서, LED, OLED, 레이저 칩. 능동 광학 소자는 베어 다이(bare die)로서 또는 패키지 내에 즉, 패키지된 소자로서 존재할 수 있다.
"수동 광학 소자(passive optical component)": 렌즈, 프리즘, 미러, 또는 광학 시스템과 같은 굴절 및/또는 회절 및/또는 (내부 및/또는 외부) 반사에 의해 광을 재지향하는 광학 소자이고, 광학 시스템은 구경 조리개, 영상 화면, 홀더와 같은 기계적 요소를 또한 가능하게 포함하는 그러한 광학 소자의 모음이다.
"광 전자 모듈(opto-electronic module)": 적어도 하나의 능동 및 적어도 하나의 수동 광학 소자가 포함된 소자.
"웨이퍼(wafer)": 실질적으로 디스크형 또는 플레이트형 품목, 한 방향(z 방향 또는 수직 방향)에서의 그것의 연장 길이는 다른 2개의 방향(x 방향 및 y 방향 또는 수평 방향)에서의 연장 길이에 비해 작다. 일반적으로, (비어 있지 않은) 웨이퍼 위에는, 복수의 유사한 구조 또는 품목이 전형적으로 직사각형 그리드 상에서, 그 안에 배열되거나 설치된다. 웨이퍼는 개구 또는 홀을 가질 수 있고, 웨이퍼는 심지어 그 수평 영역의 주 부분 내에 재료가 없을 수 있다. 웨이퍼는 임의의 수평 형태를 가질 수 있고, 둥근 형태 및 직사각형 형태가 매우 통상적이다. 많은 문맥에서, 웨이퍼는 지배적으로 반도체 재료로 이루어지는 것으로 이해되지만, 본 특허 출원에서는 이것은 명시적으로 제한되지 않는다. 따라서, 웨이퍼는 지배적으로, 예를 들어 반도체 재료, 폴리머 재료, 금속 및 폴리머를 포함하는 합성 재료 또는 폴리머 및 유리 재료로 이루어질 수 있다. 특히, 열 경화성 또는 UV 경화성 폴리머 등의 경화가능한 재료가 본 발명과 관련하여 관심이 되는 웨이퍼 재료이다.
"수평(lateral)": "웨이퍼" 참조
"수직(vertical)": "웨이퍼" 참조
"광(light)": 가장 일반적으로 전자기 방사선(electromagnetic radiation); 보다 특정적으로 전자기 스펨트럼의 적외, 가시, 또는 자외 부분의 전자기 방사선. 본 특허 출원에서, 전자기 스펙트럼의 적외 부분의 전자기 방사선이 특히 관심을 받고 있다.
현대의 스마트폰과 같은 요즘의 핸드헬드 전자 장치에서, 예를 들어, 장치의 LCD 화면의 배경 조명을 끄거나 그렇지 않으면 장치의 터치 화면의 동작을 가능하게 하는 용량성 소자의 동작을 중지하기 위해 근접 센서가 널리 사용된다. 이러한 근접 센서는 장치의 수화기 근처에 전형적으로 있게 되고 가까운 물체로부터 반사된 적외선(IR) 광을 검출함으로써 화면 가까이에 사용자의 볼 또는 귀가 존재한다는 것을 인식할 수 있다. 이러한 반사된 IR 광의 검출 시에, 원하는 액션이 개시될 수 있다. IR 광은 근접 센서에 포함될 수 있는 LED에 의해 전반적으로 방출될 수 있다.
별도의 광 방출기와 조합되어야 하는 상용화된 근접 센서는, 예를 들어, 미국 텍사주의 Silicon Laboratories Inc(www.silabs.com)의 Infrared Sensor Sil141, 미국 텍사주의 Texas Advanced Optoelectronic Solution Inc.(www.taosinc.com)의 Light-to-Digital Converter with Proximity Sensing TSL2771, 및 미국 캘리포니아주의 Capella Microsystems Inc.(www.capellamicro.com)의 I2C Proximity Sensor with Ambient Light Sensor and Interrupt CM3623이다.
IR LED 및 2개의 포토다이오드를 포함하는 상용화된 근접 센서는, 예를 들어, OSRAM Opto Semiconductors(www.osram-os.com)의 SFH 7773이고, 예를 들어, (www.osram-os.com에서 구할 수 있는) 그의 2011년 8월 23일자의 응용 노트를 참조.
US 2009/159900 A1으로부터, IR 송신 다이 및 IR 수신 다이뿐만 아니라 이 다이들 중 하나 위에 각각 배열된 2개의 렌즈를 포함하는 근접 센서가 공지되어 있다.
US 2010/0327164 A1으로부터, 제조 중에 그 광 방출기 다이스 및 광 검출기 다이스가 이들 다이스 상에 렌즈를 형성하도록 트랜스퍼 몰딩 기술을 사용하여 오버몰딩되는 근접 센서가 공지되어 있다.
특히, 에너지 절약 동작이 보장되어야 할 때, 안전한 근접 검출을 달성하는 것이 관건일 수 있다. 또한, 어떤 근접 센서는 소정의 응용에 대해서는 너무 크다.
본 발명의 하나의 목적은 특히 소형 광 전자 모듈, 특히, 대응하는 근접 센서를 제공하는 것이다. 또한, 적어도 하나의 그러한 광 전자 모듈을 포함하는 전자 회로, 적어도 하나의 그러한 광 전자 모듈을 포함하는 전자 광학계 배열 및 적어도 하나의 그러한 광 전자 모듈을 포함하는 장치가 제공될 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 에너지 절약 광 전자 모듈, 특히, 대응하는 근접 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 안전한 동작을 하는 광 전자 모듈, 특히, 대응하는 근접 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 근접하는 것을 특히 안전하게 검출하는 방식을 만드는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광 전자 모듈을 효율적으로 대량 생산하는 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광 전자 모듈이 전기 광학 배열 내에 및/또는 장치 내에 장착될 때 행해질 테스팅 작업을 줄일 가능성을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 높은 감도의 광 전자 모듈을 제공하는 것이다.
다른 목적들이 이하의 설명 및 실시예들로부터 드러난다.
이들 목적 중 적어도 하나는 특허 청구 범위에 따른 장치 및 방법에 의해 적어도 부분적으로 달성된다.
광 전자 모듈의 분야에서 중요한 점은, 특히, 근접 센서의 경우에, 누화(cross-talk)를 피하는 것이다. 누화는 모듈의 안전한 동작을 방해할 수 있다. 누화는 방출된 광 중에서 원하지 않은 경로를 통해 진행한 광이 검출될 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 광 전자 모듈이 반사성 또는 부분적 반사성이고, 보다 특정적으로 투명 플레이트, 예를 들어, 광 전자 모듈을 포함하는 장치의 커버 유리와 같이 투명하지만 무반사가 아닌 물체 아래에 위치하면, 상기 물체를 통과한 광만이 검출되어야 하기 때문에, 상기 반사를 포함하는 이 경로는 원하지 않은 경로임에도 불구하고 반사된 광이 검출되는 식으로 그 물체에서 반사가 일어날 수 있다.
광 전자 모듈에서 빔을 형성하는 특정한 방식이 누화 문제를 해결 또는 완화하거나 또는 적어도 해결 또는 완화하는데 기여할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
여기서 사용된 빔 형성(beam shaping)이란 용어는 - 방출 빔 형성이라고 할 수 있는 - 방출된 광을 형성하는 보다 일반적인 의미에서 빔을 형성하는 것뿐만 아니라, 빔 형성의 검출의 의미에서 빔 형성하는 것을 포함한다. 후자는 검출될 빔의 형성을 지칭하거나 또한 검출 감도의 형성을 말하기도 한다. 광 방출 배열에 의해 방출된 광의 세기의 각도 분포를 설명하는, 광 방출 배열에, 예를 들어, "방향성 방사선 특성(directional radiation characteristic)"을 배정할 가능성과 완전히 유사하게, 각기 다른 방향으로부터 광 검출 배열에 입사하고 광 검출 배열에 의해 검출된 광에 대한 감도의 각도 분포를 설명하는 "방향성 감도 특성(directional sensitivity characteristic)"을 광 검출 배열에 배정할 수 있다. (광 방출 배열로부터의 광의 방출을 위한) 방출 방향과 유사하게, (광 검출 배열에 의한 광의 검출을 위한) 검출 방향을 정의할 수 있고, 후자는 검출된 광이 광 검출 배열에 침투하는 방향을 지칭한다. 반전된 광 경로 또는 시간 반전의 견지에서 생각하면 개념을 이해하는데 도움이 될 수 있다.
빔 형성은 일반적으로 수동 광학 소자가 행하는, 광 빔의 광을 재지향하는 것을 포함하는 것에 주목한다. 일반적으로, 재지향된 광은 다음에 여전히 광 빔에 포함된다. 적어도 본 발명을 특정한 관점에서 볼 때, 광 빔으로부터의 광의 단순한 제거는 (수동 광학 소자가 행하는 것이 아닌) 빔 형성을 구성하지 않는데, 즉, 빔 형성은 순수한 구경식(vignetting)의 경우, 즉, 예를 들어, 조리개를 사용하여 단지 광이 광 빔으로부터 제거되는 경우를 포함하지 않는다. 수동 광학 소자는 다른 효과 이외에 적어도, 예를 들어, 렌즈, 프리즘 또는 다른 수동 광학 소자를 고려한다.
본 발명의 제1 양상에서, 본 발명은 방출된 광의 특성 및/또는 광 검출 특성의 관점에서 고려된다.
본 발명의 제2 양상에서, 본 발명은, 하나 이상의 소자의 특성 및/또는 그들의 상호 배열을 지칭할 수 있는, 광 전자 모듈의 소자의 특성의 관점에서 고려된다.
본 발명의 일반화된 관점에서, 이들 2개의 양상은 그들이 밀접하게 서로 관련되기 때문에 의미있는 것으로, 요약된다. 소자들은 방출된 광 및/또는 광 검출의 원하는 특성을 달성하도록 선택되고/되거나 배열될 수 있고, 반대로, 방출된 광 및/또는 광 검출의 원하는 특성은 광 전자 모듈의 소자를 그에 따라 선택하고/하거나 배열함으로써 달성될 수 있다.
일반화된 관점에서, 광 전자 모듈은
― 광을 검출하기 위한 검출 부재를 포함하는 검출 채널; 및
― 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능한 광을 방출하기 위한 방출 부재를 포함하는 방출 채널을 포함하고;
본 발명의 상기 제1 및/또는 제2 양상 중 하나 이상의 경우에 적용된다.
본 발명의 제1 양상에서, 각기 다른 경우들이 구별될 수 있다. 이들 중 하나 이상이 동시에 제공될 수 있다.
경우 A)로서 지칭되는, 제1 양상의 제1 경우에, 특징 A)는 다음을 적용한다:
A) 상기 방출 채널로부터의 광의 방출에 대한 방사선 분포 특성이 회전 비대칭이다.
"방사선 분포 특성(radiation distribution characteristic)"은 방출된 광의 세기 분포, 보다 특정적으로 방출된 광의 세기의 공간 의존성을 기술하는 함수를 특징짓는다.
특정한 관점에서, 방출된 광은 그것의 각도 세기 분포에 대해 특징지어 진다. 경우 A')로서 지칭되는, 그 경우에, 특징 A)는 특징 A')로 대체될 수 있다:
A') 상기 방출 채널로부터의 광의 방출에 대한 방향성 방사선 특성이 회전 비대칭이다.
"방향성 방사선 특성(directional radiation characteristic)"은 각도 세기 분포, 보다 특정적으로 방출된 광의 세기의 각도 의존성을 기술하는 함수를 특징짓는다.
적절한 방사선 분포 특성(또는, 보다 구체적으로, 방향성 방사선 특성)을 선택하면, 광 전자 모듈의 개량된 또는 특히 안전한 동작이 달성가능하다. 보다 특정적으로, 방출 채널로부터 검출 채널로의 누화가 최소화되거나 또는 억제될 수 있다. 회전 비대칭 특성이 정확히 어떻게 설계되거나 선택되느냐는 전형적으로 광 전자 모듈이 설치되는 특정한 주변에 달려 있다. 또한, 특징 A) 또는 A')의 제공은, 동일한 성능을 유지하거나 또는 훨씬 더 좋은 성능을 달성하면서, 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 가능하게 할 수 있다. 소형 설계는, 광 전자 모듈의 안전한 동작을 유지하면서, 방출 채널과 검출 채널을 서로 더 가깝게 배열할 가능성으로 인해 특히 달성될 수 있다.
경우 B)로서 지칭되는, 제1 양상의 제2 경우에, 특징 B)는 다음을 적용한다:
B) 상기 검출 채널 상에 입사하는 광의 상기 검출 채널에서의 검출을 위한 감도 분포 특성이 회전 비대칭이다.
광 방출과 광 검출 간의 전술한 논리적 대칭으로 인해, 검출 채널은, 상기 요약된 방출-검출-유사 개념을 참조하여, 방출 채널과 유사하게 다루어질 수 있다. 따라서:
"감도 분포 특성(sensitivity distribution characteristic)"은 광의 검출을 위한 감도의 분포, 보다 특정적으로 광의 검출을 위한 감도의 공간적 의존성을 기술하는 함수를 특징짓는다.
특정한 관점에서, 감도는 그것의 각도 분포(즉, 검출된 광의 각도 분포)에 대해 특징지어 진다. 경우 B')로서 지칭되는, 그 경우에, 특징 B)가 특징 B')로 대체될 수 있다.
B') 상기 검출 채널 상에 입사하는 광의 상기 검출 채널에서의 검출을 위한 방향성 감도 특성이 회전 비대칭이다.
"방향성 감도 특성(directional sensivity characteristic)"은 각도 광 감도 분포, 보다 특정적으로 광의 검출을 위한 감도의 각도 의존성을 기술하는 함수를 특징짓는다.
방출 채널과 검출 채널 간의 유사성으로 인해, 반복을 피하기 위해서, 특징 B), B')에 의해 달성가능한 효과들을 위해, 상기 경우 A), A')가 참조된다.
경우 C)로서 지칭되는, 제1 양상의 제3 경우에, 특징 C)은 다음을 적용한다:
C) 상기 방출 채널로부터의 광의 방출을 위한 중심 방출 방향과 상기 검출 채널 상에 입사하는 광의 검출을 위한 중심 검출 방향이 서로 평행하지 않게 정렬된다.
달리 명시적으로 말하지 않는다면, "평행(parallel)"이라는 용어는 때때로 "반평행(antiparallel)"으로서 지칭된다.
"중심 방출 방향(central emission direction)"하에서, 우리는 방향성 방출 특성의 가중 평균의 결과인 평균 방향을 이해한다.
"중심 검출 방향(central detection direction)"하에서, 우리는 방향성 감도 특성의 가중 평균의 결과인 평균 방향을 이해한다.
이들 방향이 서로 평행하지 않은 조건에서, 개량된, 또는 특히, 광 전자 모듈의 특히 안전한 동작이 달성가능하다. 보다 구체적으로, 방출 채널로부터 검출 채널로의 누화가 최소화되거나 또는 억제될 수 있다. 이들 방향이 서로 정확히 어떻게 정렬되느냐는 전형적으로 광 전자 모듈이 설치되는 특정한 주변에 달려 있다. 또한, 특징 C)의 제공은, 동일한 또는 훨씬 더 좋은 성능을 유지하면서, 광 전자 모듈의 소형 설계를 가능하게 할 수 있다. 소형 설계는 특히 광 전자 모듈의 안전한 동작을 유지하면서, 방출 채널과 검출 채널을 서로 더 가깝게 배열할 가능성으로 인해 달성될 수 있다.
전형적인 상황에서, (광이 광 전자 모듈로부터 방출되는) 방출 채널의 출력에서 시작하는 화살표와 (광이 검출 채널에서 검출되기 위해 광 전자 모듈에 들어가는) 검출 채널의 입력에서 시작하는 화살표를 보면, 중심 방출 방향과 중심 검출 방향이 각각 갈라지도록, 즉 그들의 상호 거리는 광 전자 모듈로부터의 거리가 증가할수록 증가하도록 제공되는 것이 유리할 수 있다. 소형의 안전하게 동작하는 광 전자 모듈은 이 방식으로 달성가능할 수 있다. 특히, 상기 화살표들은 실질적으로 공통 평면에 있고 갈라지도록 제공될 수 있다.
경우 D)로서 지칭되는, 제1 양상의 제4 경우에, 특징 D)는 다음을 적용한다:
D) 상기 방출 채널로부터의 광의 방출을 위한 주 방출 방향과 상기 검출 채널 상에 입사하는 광의 검출을 위한 주 검출 방향이 서로 평행하지 않게 정렬된다.
(상술한 바와 같이, "평행"이라는 용어는 때때로 "반평행"으로서 지칭된다.)
"주 방출 방향(main emission direction)"하에서, 우리는 최대 광 세기가 방출되는 그 방향을 이해한다.
"주 검출 방향(main detection direction)"하에서, 우리는 검출 감도가 최대인 (입사 광의) 방향을 이해한다.
이들 "주 방향"이 서로 평행하지 않다는 조건은 "중심 방향"에 대해 상술한 것과 일반적으로 동일한 효과를 초래하게 할 수 있다. 그러므로, 반복을 피하기 위해서, 특징 D)에 의해 달성가능 효과들을 위해, 상기 경우 C)가 참조된다.
본 발명의 제2 양상에서, 각기 다른 경우들이 구별될 수 있다. 이들 중 하나 이상이 동시에 제공될 수 있다. 방출 채널 및 검출 채널 중 적어도 하나에 파괴된 대칭 또는, 보다 특정적으로, "탈중심(de-centered) 광학 배열" 또는 "탈중심화(de-centering) 광학 배열"을 갖는 광학 배열 또는 "부분적으로 시프트된 광학 소자"를 갖는 광학 배열 또는 적어도 하나의 "중심에서 벗어난(off-center) 광학 소자"를 갖는 광학 배열을 제공함으로써 제2 양상을 특징으로 하는 것을 적어도 근사적으로 시도할 수 있다. 제2 양상을 표현하는 보다 구체적이고 정확한 방식이 다음의 경우 e1) 내지 e4)에서 정의된다.
이들 경우 중 모두에서, 하나 이상의 수동 광학 소자가 언급된다. 이들은 대부분의 경우에 회절 또는 굴절 소자이지만, 또한 반사 소자일 수도 있다. 전형적으로, 하나 이상의 렌즈 요소(굴절 또는 오히려 회절)가 제공되어 이들 수동 광학 소자를 구현할 것이지만, 다른 수동 광학 소자, 예를 들어, 하나 이상의 프리즘이 또한 제공될 수 있다. 조리개와 같은 광의 일부만 배제하는 기계적 요소는 그 자체로 수동 광학 소자를 구성하지 않는다는 점에 주목한다.
일반적으로, 제2 양상에서 언급되는 상기 하나 이상의 수동 광학 소자는 각각 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재와 거리를 두고 배열된다.
제2 양상의 제1 경우에서, 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 중 적어도 제1 채널이
e1) 각각 광학 축을 갖는 적어도 2개의 수동 광학 소자를 포함하고, 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자는 상기 적어도 2개의 광학 축이 일치하지 않도록 배열된다.
여기서, 2개의 수동 광학 소자는 서로에 대해 "시프트되거나(shifted)" 또는 "중심에서 벗어나(off-center)" 있다. 경우 e1)의 특정한 배열은 방출되고 검출된 광에 대한 특정한 광학 경로를 각각 생성 및 동시에 제거하게 한다. 이런 방식으로, 광 전자 모듈의 개량되고, 특히, 안전한 동작이 달성가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 방출 채널로부터 검출 채널로의 누화가 최소화되거나 또는 억제될 수 있다. 상기 광학 축이 최적하게 어떻게 정확히 정렬되느냐는 전형적으로 광 전자 모듈이 설치되는 특정한 주변에 달려 있다. 전형적으로, 상기 광학 축은 서로 떨어져 있고 평행으로 정렬된다.
또한, 경우 e1)의 제공은, 동일하거나 또는 훨씬 더 좋은 성능을 유지하면서, 광 전자 모듈의 소형 설계를 가능하게 할 수 있다. 소형 설계는, 광 전자 모듈의 안전한 동작을 유지하면서, 방출 채널과 검출 채널을 서로 더 가깝게 배열할 가능성으로 인해 특히 달성될 수 있다.
제2 양상의 제2 경우에서, 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 중 적어도 제1 채널은
e2) 광학 축을 갖는 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자는, 상기 광학 축이 상기 제1 채널에 각자 포함된 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재의 검출 및 방출의 중심 축과 각자 일치하지 않도록, 상기 제1 채널에 각자 포함된 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재에 대해 배열된다.
여기서, 경우 e2)에서, (검출 부재에서의) 광 검출 및 (방출 부재에서의) 광 방출은 각각 수동 광학 소자에 대해 "중심에서 벗어나" 있다. 달성가능한 효과는 위의 경우 e1)과 일반적으로 동일하다. 그러므로, 경우 e2)의 달성가능한 효과를 위해, 경우 e1)의 상술한 효과가 참조된다.
"방출의 중심 축(central axis of emission)"하에, 우리는, 가중 평균의 견지에서, 그 선이 방출된 광 세기가 최대라는 것을 이해한다. 예를 들어, 방출 부재가 직사각형의 균일하게 방출하는 광학적으로 활성인 표면을 가지면, 그 방출의 중심 축은 직사각형에 수직이고 직사각형의 중심을 통과하는 선이다.
"검출의 중심 축(central axis of detection)"하에, 유사하게 그리고 상기 요약된 방출-검출-유사 개념을 고려하여, 우리는, 가중 평균의 견지에서, 그 선이 광 감도가 최대라는 것을 이해한다. 예를 들어, 검출 부재가 직사각형의 균일하게 감지하는 광학적으로 활성인 표면을 가지면, 그 검출의 중심 축은 그 직사각형에 수직이고 직사각형의 중심을 통과하는 선이다.
제2 양상의 제3 경우에, 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 중 적어도 제1 채널은
e3) 회전 비대칭 빔 형성 요소 또는 회전 비대칭 형성 요소의 일부, 특히 회전 비대칭 렌즈 또는 회전 비대칭 렌즈의 일부를 구성하는 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함한다.
여기서, 각각의 (제1) 채널은 예를 들어, 렌즈 또는 렌즈 요소, 예를 들어 비구면 렌즈 또는 렌즈 요소일 수 있는 회전 비대칭 빔 형성 요소로 인해 "탈중심 광학 배열"을 포함한다. 달성가능한 효과는 위의 경우 e1)과 일반적으로 동일하다. 그러므로, 경우 e3)의 달성가능한 효과를 위해, 경우 e1)의 상술한 효과가 참조된다.
제2 양상의 제4 경우에서, 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 중 적어도 제1 채널은
e4) 상기 제1 채널에 각자 들어오고 나가는 광의 주 방향 또는 중심 방향은, 상기 제1 채널 내에 적어도 하나의 수동 광학 소자가 존재하지 않고 상기 제1 채널에 각자 들어오고 나가는 광의 주 방향 및 중심 방향에 대해 각자 각을 이루는 것을 달성하도록 배열된 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함한다.
여기서, 수동 광학 소자, 예를 들어 프리즘은 각각의 (제1) 채널에서의 광학 배열의 대칭의 파괴를 달성한다. 특히, 상기 주 또는 중심 방향이 각을 이루는 방식은 상기 경우 C)에서 설명된 것과 같은 갈라지는(diverging) 중심 방출 방향 및 중심 검출 방향 및/또는 상기 경우 D)에서 설명된 것과 같은 갈라지는 주 방출 방향 및 주 검출 방향을 생성하도록 선택될 수 있다. 달성가능한 효과는 상기 경우 e1)과 일반적으로 동일하다. 그러므로, 경우 e3)의 달성가능한 효과를 위해, 경우 e1)의 상술한 효과가 참조된다.
하나의 또는 둘 다의 채널 내의 적어도 하나의 렌즈 요소의 제공은, 본 발명의 제2 양상뿐만 아니라 제1 양상에서, 광 전자 모듈의 안전한 동작 및/또는 광 전자 모듈의 저 에너지 소비에 기여하는데, 왜냐하면 이것은 각각 방출 채널로부터 방출된 광 및 검출 채널에 들어오는 광의 매우 효율적인 사용을 가능하게 하기 때문이다. 그리고 각각의 채널에서의 광학 배열의 "탈중심화(de-centering)" 또는 대칭 파괴(symmetry breaking)에 기여하는 경우들 e1) 내지 e3) 중 하나 또는 가능하다면 또한 e4)에서 언급된 수동 광학 소자의 하나 이상이 렌즈 또는 렌즈 요소로서 구현된다면, 이것은 특히 소형 광 전자 모듈을 설계할 가능성에 기여할 수 있다.
여러가지 보다 구체적인 실시예가 이하 설명된다. 달리 말하지 않거나 논리적으로 불가능하지 않다면, 이들은 본 발명의 제1 및/또는 제2 양상에 배정된 경우 또는 경우들에 관계없이, 상술한 경우들 A) 내지 D) 및 e1) 내지 e4) 중 어느 하나 이상에 적용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 전반적으로 검출가능한 상기 광은 스펙트럼의 적외선 부분의 광이다.
앞서 언급된 실시예와 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 방출 부재는 발광 다이오드(LED)를 포함하거나, 특히, 발광 다이오드이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 그것은 레이저를 포함할 수 있다. 방출 부재는 패키지된 소자, 또는 다르게는 패키지되지 않은 소자일 수 있고, 이 패키지되지 않은 소자의 제공은 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 달성할 수 있도록 할 수 있다. 패키지된 LED와 같은 패키지된 광원은 보통 "blob" 즉, 광원의 활성 광학 표면을 적어도 덮는 투명 재료(방출된 광에 적어도 투명한)의 거의 방울형 부분(drop-shaped portion)을 포함한다. 이러한 "blob"는 방출 부재 상에 있을 수 있거나 없을 수 있다. 패키지된 방출 부재에서, 반사 배플과 같은 반사기가 포함되거나 포함되지 않을 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서,
― 방출 채널의 출력 및 검출 채널의 입력을 포함하는 선 상으로의 상기 방출 채널의 중심 방출 방향 또는 주 방출 방향의 투영은 검출 채널의 입력으로부터 떨어져 포인팅하는 벡터를 생성하고;
― 방출 채널의 출력 및 검출 채널의 입력을 포함하는 선 상으로의 상기 검출 채널의 중심 검출 방향 또는 주 검출 방향의 투영은 방출 채널의 출력으로부터 떨어져 포인팅하는 벡터를 생성하는 것 중 적어도 하나이다.
특히, 둘 다 수행된다.
중심 및/또는 주 방향의 이러한 정렬을 제공하는 것은 광 전자 모듈의 개량된 및 특히, 특별히 안전한 동작을 달성가능하게 할 수 있다. 보다 구체적으로, 방출 채널로부터 검출 채널로의 누화가 최소화될 수 있거나 또는 억제될 수 있다. 이들 방향이 서로에 대해 정확히 어떻게 정렬되느냐는 전형적으로 광 전자 모듈이 설치되는 특정한 주변에 달려 있다. 또한, 방향의 설명된 정렬은, 동일하거나 또는 훨씬 더 좋은 성능을 유지하면서, 광 전자 모듈의 소형 설계를 가능하게 할 수 있다. 소형 설계는, 광 전자 모듈의 안전한 동작을 유지하면서, 방출 채널과 검출 채널을 서로 더 가깝게 배열할 가능성으로 인해 특히 달성될 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 광 전자 모듈은 근접 센서이다. 근접 센서에서, 본 발명의 설명된 양상 및 설명된 경우가 특히 유익할 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 광 전자 모듈은
― 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재가 배열되는 하우징을 포함한다.
이 방식으로, 광 전자 모듈의 구성요소의 거리 및 상호 배열이 잘 정의되고 매우 정확할 수 있으므로, 광 전자 모듈 내측의 광 경로 및 광 전자 모듈 외측의 광 경로도 부분적으로 또한 특히 잘 정의되고 정확할 수 있다. 이것은 광 전자 모듈의 취급을 상당히 간소화시키고 광 전자 모듈의 다른 장치에 또는 다른 장치 내에의 장착 및 조립을 용이하게 하고 광 전자 모듈이 구현된 이후에 테스팅 요구를 상당히 감소하게 할 수 있다.
마지막으로 언급된 실시예를 참조하는 하나의 실시예에서, 방출 및 검출 채널은 상기 하우징에 제공된 분리된 칸(separate compartments)에 설치되도록 한다. 이것은 채널 간의 누화를 감소시킬 수 있고 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 가능하게 할 수 있다.
2개의 마지막으로 언급된 실시예 중 하나 또는 둘 다를 참조하는 하나의 실시예에서, 상기 하우징의 형태는 제1 평면을 규정하고,
― 상기 방출 채널로부터의 광의 방출을 위한 방사선 세기 분포; 및
― 상기 광 전자 모듈 상에 입사하는 광의 상기 광 검출 부재에 의한 검출을 위한 방사선 감도 분포 중 적어도 하나는
상기 제1 평면에 수직인 임의의 표면에 대해 비대칭이고, 특히 둘 다 적용된다. 이 제1 평면은 전형적으로 방출 채널의 출력 및 검출 채널의 입력이 포함되는 평면이다.
방사선 세기 분포(radiation intensity distribution)는 후자가 전자에 의해 지정된 현상의 수학적 또는 기능적 설명이라는 점에서 방사선 분포 특성과 관련된다.
방사선 감도 분포(radiation sensitivity distribution)는 후자가 전자에 의해 지정된 현상의 수학적 또는 기능적 설명이라는 점에서 감도 분포 특성과 관련된다.
이것은 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 제공할 가능성 및/또는 광 전자 모듈을 특히 안전하게 동작시키는 것에 기여할 수 있다.
마지막으로 언급된 실시예를 참조하는 하나의 실시예에서, 제2 평면에서, 각각 나가고 들어오는 광을 각각 참조하는 상기 방사선 세기 분포 및 방사선 감도 분포의 그 부분은 상기 제1 평면에 수직인 임의의 표면에 대해 비대칭이고, 상기 제2 평면은 상기 제1 평면에 수직이고 상기 방출 채널의 출력 및 상기 검출 채널의 입력을 서로 연결하는 선을 포함한다.
이것은 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 제공할 가능성 및/또는 광 전자 모듈을 특히 안전하게 동작시키는 것에 기여할 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 광 전자 모듈의 구성요소는 경우들 A),B),C),D) 중 적어도 하나가 적용되도록 구성 및 배열되고, 특히 상기 구성요소는 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함한다. 이것이 경우들 A),B),C),D) 중 하나 이상을 달성하는 품격있는 방식이다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 경우들 e1) 내지 e4) 중 적어도 하나는 경우들 A) 내지 E) 중 적어도 하나가 적용되도록 적용된다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 경우들 A) 및 B)가 적용된다. 이것은 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 제공할 가능성 및/또는 광 전자 모듈을 특히 안전하게 동작시키는 것에 기여할 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 방출 채널 및 검출 채널 각각에서, 경우들 e1) 내지 e4) 중 적어도 하나가 적용된다. 이것은 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 제공할 가능성 및/또는 광 전자 모듈을 특히 안전하게 동작시키는 것에 기여할 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 중 하나, 특히 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 둘 다는 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자는 경우들 e1) 내지 e4) 중 하나 이상에서 언급된 수동 광학 소자와 동일하거나 다르고, 특히 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자는 렌즈 요소이다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 검출 및 방출 채널 중 적어도 하나는 적어도 한쪽 면(one side)이 절단된 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함한다. 실제로, 이 "절단된 렌즈(cut lens)" 양상은 본 발명의 제1 및/또는 제2 양상과 조합될 수 있거나, 반드시 조합될 필요가 없는, 본 발명의 다른 양상(제3 양상)을 구성할 수 있다. 이것은, 동일한 성능을 유지하거나 또는 훨씬 더 좋은 성능을 달성하면서, 광 전자 모듈의 특히 소형 설계를 실현가능하게 할 수 있다. 소형 설계는, 특히, 광 전자 모듈의 안전한 동작을 유지하면서, 방출 채널과 검출 채널을 서로 가깝게 배열할 가능성으로 인해 달성될 수 있다.
앞서 언급된 실시예를 참조하는 하나의 실시예에서, 상기 한쪽 면은 각각의 다른 채널과 마주하는 면(side)이다. 이것은 방출 채널과 검출 채널을 특히 서로 가깝게 하게 할 수 있다.
2개의 마지막으로 언급된 실시예 중 하나 또는 둘 다를 참조하는 하나의 실시예에서, 상기 절단은 상기 렌즈 요소의 광학 축과 평행한 평면에 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재가 장착되는 기판을 포함하고, 특히 상기 기판은 인쇄 회로 기판이다. 이것은 광 전자 모듈의 효율적인(특히 웨이퍼 레벨) 제조를 용이하게 할 수 있다. 기판(또는 인쇄 회로 기판)은 광 전자 모듈의 외측과의 하나 이상(전형적으로 적어도 2개, 대신에 적어도 4개)의 전기적 접촉을 제공할 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함하는 광학계 부재를 포함하고, 특히 경우 e2) 또는 경우 e3) 또는 경우 e4)의 경우에, 적어도 하나의 수동 광학 소자는 각각의 경우에 언급된 그 적어도 하나의 수동 광학 소자이고, 경우 e1)의 경우에, 상기 광학계 부재는 경우 e1)에서 언급된 적어도 2개의 수동 광학 소자를 포함한다.
광학계 부재의 설치는 광 전자 모듈의 효율적인(특히 웨이퍼 레벨) 제조를 용이하게 할 수 있다.
앞서 언급된 실시예를 참조하는 하나의 실시예에서, 상기 광학계 부재는 광 전자 모듈에 포함된 모든 수동 광학 소자를 포함한다. 이것은 광 전자 모듈의 제조를 상당히 간소화시키고 우수한 정렬 정밀도를 달성하게 할 수 있다.
2개의 마지막으로 언급된 실시예 중 하나 또는 둘 다를 참조하는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 스페이서 부재를 더 포함한다. 이 스페이서 부재는, 앞서 언급된 기판이 제공되는 경우에, 상기 기판과 상기 광학계 부재 사이에 배열될 수 있다.
스페이서 부재의 설치는 광 전자 모듈의 효율적인(특히 웨이퍼 레벨) 제조를 용이하게 할 수 있다.
이러한 스페이서 부재는 상기 광학계 부재와 상기 기판 사이의 잘 정해진 거리를 제공하기 위해 설치될 수 있다. 이 방식으로, 하나 또는 둘 다의 채널에서, 각각의 채널 내의 적어도 하나의 수동 광학 소자와 검출 부재 및 방출 부재 각각 사이의 잘 정해진 수직 거리가 보장될 수 있다.
3개의 마지막으로 언급된 실시예 중 하나 이상을 참조하는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 상기 광학계 부재 옆에 배열되고 상기 광 전자 모듈의 하우징의 일부를 형성하는 배플 부재(baffle member)를 더 포함한다. 이러한 배플 부재(특히 그 수직면)는 위에 더 설명된 제1 평면을 묘사할 수 있다. 이러한 배플 부재는, 예를 들어 광 전자 모듈을 장치에 또는 장치 내에 조립할 때, 광 전자 모듈을 물체에 부착하기 위해 사용될 수 있다. 배플 부재는 광 전자 모듈의 방출 및 검출 광학계를 위한 기준으로서 사용가능할 수 있다. 바꾸어 말하면, 광 전자 모듈을 장착하고 조립하는 것이 배플 부재로 인해, 예를 들어 배플 부재에 있는 광 전자 모듈을 물체 또는 장치에 부착함으로써 간소화될 수 있고 특히 고정밀도로 달성될 수 있다. 물체 및 장치가, 각각 (부착 영역에서) 충분히 잘 정해지고 정밀한 기하 구조를 가질 때, 고정밀 광학 배열 또는 장치가 용이하게 얻어질 수 있다. 재생가능한 고정밀 광학 배열 또는 장치가 개별적인 테스팅의 필요성을 없앨 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 상기 검출 채널과 상기 방출 채널은 물리적으로 분리되고, 특히 상기 물리적 분리는 상기 방출 부재에 의해 방출되어 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능하고 광 전자 모듈 내에 남아 있는 광이 검출 채널에 들어오지 못하고 상기 검출 부재에 의해 검출될 수 없도록 구성된다. 이것은 광 전자 모듈의 안전한 동작 및 특히 소형 광 전자 모듈을 만들 가능성에 기여할 수 있다.
특히, 광 전자 모듈은 적어도 하나의 스페이서, 광학계 부재, 배플 부재 및 기판(상기 참조)을 포함하게 제공될 수 있고, 이들 모두는 예를 들어 위에 더 언급된 분리된 칸을 제공하기 위해서, 상기 물리적 분리를 구성하는 것에 기여한다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 제어부, 예를 들어 집적 회로를 포함하고, 특히 이 제어부는 상기 검출 부재에 의해 발생된 검출 신호에 따라 상기 방출 부재를 제어하고/하거나 제어 신호를 출력하기 위해 제공된다. 이러한 광 전자 모듈은 특히 강력하고 사용하기 쉽다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 다른 검출 부재를 포함한다. 예를 들어, 검출 부재는 다른(중첩 또는 비중첩) 스펙트럼 범위를 감지할 수 있고, 예를 들어, 검출 부재 중 하나는 주변 광(주변 광 감지)을 검출하기 위해 제공되고, 다른 하나는 근접 센서로서 적외선 감지를 위해 제공될 수 있다. 이것은 광 전자 모듈을 다기능으로 할 수 있고/있거나 광 전자 모듈로부터 보다 상당한 출력을 제공하게 할 수 있다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광 전자 모듈은 다른 방출 부재를 포함한다. 예를 들어, 방출 부재는 다른(중첩 또는 비중첩) 스펙트럼 범위의 광을 방출할 수 있다. 이것은 광 전자 모듈을 다기능으로 할 수 있고/있거나 광 전자 모듈로부터 보다 상당한 출력을 제공하게 할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 전자 모듈을 포함하는 전자 회로를 포함한다.
하나의 실시예에서, 전자 회로는 상기 적어도 하나의 광 전자 모듈이 장착되는 인쇄 회로 기판을 포함한다.
앞서 언급된 실시예를 참조하는 하나의 실시예에서, 전자 회로는 예를 들어 상기 전자 회로에 동작가능하게 접속된 디스플레이 조명을 제어하고/하거나 상기 전자 회로에 동작가능하게 접속된 터치 화면과 같은 입력부를 제어하고/하거나 음성 인식과 관련한 음향의 사용자 입력과 같은 사용자 입력 채널을 작동/개시 또는 작동/작동 중지하기 위해 상기 적어도 하나의 광 전자 모듈에 동작가능하게 접속된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 사용자에 의해 이루어진 제스쳐를 검출하고 구별하기 위해 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있고, 이 경우에, 일반적으로 다수의 근접 센서, 예를 들어 근접 센서의 어레이가 사용될 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 전자 모듈 또는 본 발명에 따른 전자 회로를 포함하고, 또한 상기 적어도 하나의 광 전자 모듈이 물체의 부착 영역에서 부착되는 물체를 포함하는 전자 광학계 배열을 포함하며, 적어도 상기 부착 영역의 일부 내에서, 상기 물체는 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능한 광에 대해 투명하다.
전자 광학계 배열의 하나의 실시예에서, 적어도 상기 부착 영역 내에서, 상기 물체는 일반적으로 플레이트형이다. 이것은 예측가능한 동작으로 잘 정해진 전자 광학계 배열의 제조를 용이하게 할 수 있다. 특히, 상기 물체는 일반적으로 플레이트형으로 제공될 수 있다.
앞서 언급된 실시예와 조합될 수 있는 전자 광학계 배열의 하나의 실시예에서, 상기 검출 채널과 상기 방출 채널 및 상기 물체는 상기 방출 채널로부터 방출되고 상기 물체에서 한 번의 내부 반사를 겪은 광이 상기 검출 부재의 광학적으로 활성인 표면에 도달하지 않은 경로를 통해서만 전파하도록 구성되고 배열된다.
여기서, 경우들 A) 내지 D) 중 하나 이상 및/또는 경우들 e1) 내지 e4) 중 하나 이상이 이것을 달성하기 위해 제공될 수 있다. 그리고, 이것은 광 전자 모듈의 예측가능하고 안전한 동작을 달성하는 것을 가능하게 할 수 있고, 심지어는 광 전자 모듈은 특히 소형일 수 있다. 이것에 의해 누화가 피해지거나 적어도 많이 감소될 수 있다.
"광학적으로 활성인 표면(optically active surface)"은 검출 부재의 감광 영역이거나, 또는 방출 부재의 경우에, 방출 부재의 발광 영역이다. 바꾸어 말하면, 광학적으로 활성인 표면은 각각, 광이 방출되고 검출가능하게 되기 위해서 광이 도달하여야 하는 부재의 그 표면 부분을 지정한다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 전자 광학계 배열의 하나의 실시예에서, 상기 물체는 제1 면 및 일반적으로 그의 맞은편인 제2 면을 갖고, 상기 광 전자 모듈은 상기 제1 면에 부착된다. 여기서, 특히, 상기 제2 면에서의 상기 물체의 표면은 상기 물체 내측에서 전파하는 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능한 광이 적어도 부분적으로 상기 표면에 의해 내부적으로 반사될 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 내부 반사는 일반적으로 정반사를 포함하거나 실질적으로 정반사이다.
이것은 본 발명이 응용을 찾을 수 있고, 본 발명이 구현되지 않는다면 누화가 안전한 동작을 저해할 수 있는 전형적인 상황을 설명한다.
앞서 언급된 실시예 중 하나 이상과 조합될 수 있는 전자 광학계 배열의 하나의 실시예에서, 상기 물체는 투명 플레이트이고, 특히 투명 유리 플레이트 또는 투명 폴리머 플레이트이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 전자 모듈 또는 본 발명에 따른 전자 회로 또는 본 발명에 따른 전자 광학계 배열을 포함하는 장치를 포함한다. 이러한 장치는 전형적으로 전자 장치 및/또는 전자 광학계 장치이다.
장치의 하나의 실시예에서, 장치는 핸드헬드 장치, 특히 핸드헬드 통신 장치, 보다 특정적으로 스마트폰이다. 이것은 또한, 예를 들어, 핸드헬드 음악 재생 장치일 수 있다.
이러한 장치에서, 광 전자 모듈 및 특히 근접 센서가 일반적으로 유용하게 적용될 수 있다.
마지막으로 언급된 실시예와 조합될 수 있는 장치의 하나의 실시예에서, 장치는 사진기, 특히 포토 카메라 또는 비디오 카메라이다. 이러한 장치에서, 광 전자 모듈 및 특히 근접 센서가 일반적으로 유용하게 적용될 수 있다.
2개의 마지막으로 언급된 실시예 중 하나 또는 둘 다와 조합될 수 있는 장치의 하나의 실시예에서, 장치는 본 발명에 따른 전자 광학계 배열을 포함하고, 상기 물체는 상기 장치의 하우징의 적어도 일부이다. 특히, 물체는 상기 장치의 커버 유리이다.
위에 이미 언급된 본 발명의 제3 양상은 적어도 특정한 관점에서
― 제1 광학 채널;
― 제2 광학 채널을 포함하는 광 전자 모듈로 나타내질 수 있고,
상기 제1 및 제2 광학 채널 중 적어도 하나는 광학 구조를 포함하고, 다음 중 하나 이상이 적용된다:
― 회전 비대칭 빔 형성 요소 또는 회전 비대칭 형성 요소의 일부를 구성하는 상기 광학 구조 - 특히 상기 광학 구조가 회전 비대칭 빔 형성 요소 또는 회전 비대칭 형성 요소의 일부를 구성하는 수동 광학 소자임 - ;
― 회전 비대칭 렌즈 또는 회전 비대칭 렌즈의 일부를 구성하는 상기 광학 구조 - 특히 상기 광학 구조가 회전 비대칭 렌즈 또는 회전 비대칭 렌즈의 일부를 구성하는 수동 광학 소자임 - ;
― 비원형 조리개를 갖는 수동 광학 소자, 특히 비원형 렌즈 조리개를 갖는 렌즈 또는 렌즈 요소를 구성하는 상기 광학 구조;
― 잘린 원의 형상을 묘사하는 조리개를 갖는 수동 광학 소자, 특히 잘린 원의 형상을 묘사하는 렌즈 또는 렌즈 요소를 구성하는 상기 광학 구조;
― 그 일부가 직선으로 대체된 원의 형상을 묘사하는 조리개를 갖는 수동 광학 소자, 특히 그 일부가 직선으로 대체된 원의 형상을 묘사하는 렌즈 또는 렌즈 요소를 구성하는 상기 광학 구조;
― 잘린 렌즈 또는 렌즈 요소를 구성하는 상기 광학 구조 - 특히 상기 렌즈 또는 렌즈 요소는 직선을 따라 잘림 - ;
― 절단된 광학 구조, 특히 절단된 렌즈 또는 렌즈 요소인 상기 광학 구조;
― 적어도 한쪽 면(one side)에서 절단된 렌즈 또는 렌즈 요소인 상기 광학 구조;
― 비원형 에지, 특히 원형 에지부 및 또한 비원형 에지부를 포함하는 에지를 갖는 렌즈 또는 렌즈 요소를 구성하는 상기 광학 구조 - 보다 구체적으로 상기 비원형 에지부는 직선을 묘사함 - .
앞서 언급된 실시예를 참조하는 하나의 실시예에서, 각각
― 상기 잘린 원의 잘린 면은 각각의 다른 채널과 마주하고;
― 상기 조리개의 상기 직선은 각각의 다른 채널과 마주하고;
― 상기 잘린 렌즈 또는 렌즈 요소의 잘린 부분은 각각의 다른 채널과 마주하고;
― 상기 절단된 광학 구조의 절단된 부분은 각각의 다른 채널과 마주하고;
― 상기 렌즈 또는 렌즈 요소가 절단된 상기 적어도 한쪽 면은 각각의 다른 채널과 마주하고;
― 상기 비원형 에지는 각각의 다른 채널과 마주한다. 이것은 방출 채널과 채널들이 특히 서로 가깝도록 할 수 있다.
상기로부터 분명한 바와 같이, 본 발명은 우수한 성능을 갖는 소형화된 광 전자 모듈을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 설명된 광 전자 모듈의 전형적인 치수는 하나의 측면 방향에서 기껏해야 8㎜, 특정적으로 기껏해야 5㎜, 보다 특정적으로 기껏해야 4㎜이고, 이에 수직인 측면 방향에서 기껏해야 5㎜, 특정적으로 기껏해야 4㎜, 보다 특정적으로 기껏해야 3㎜에 (측면으로) 달한다. 이에 직각으로, 즉, 수직으로, 광 전자 모듈은 전형적으로 기껏해야 2.5㎜, 보다 특정적으로 기껏해야 1.6㎜ 연장한다. 광 전자 모듈은 웨이퍼 스케일로 대량 생산되기에 아주 적합하다. 광 전자 모듈의 웨이퍼 레벨 제조 및 그들의 설계 및 조성에 관한 다양한 상세 및 실시예가 본 특허 출원에 설명되지 않지만, 2011년 7월 19일자 출원된 출원 번호 61/509,346의 미국 가특허 출원에 설명되어 있다. 그러므로, 출원 번호 61/509,346을 갖는 상기 미국 가특허 출원은 여기 본 특허 출원에 참조로 병합된다. 광 전자 모듈을 제조하기에 유용한 웨이퍼의 전형적인 치수도 상기 출원에 개시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예 및 장점이 종속 청구항 및 도면으로부터 드러난다.
이하, 본 발명은 예들 및 포함된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 광 전자 모듈, 전자 회로, 전자 광학계 배열 및 광 전자 모듈을 포함하는 장치의 개략적인 단면도.
도 2는 광 전자 모듈, 전자 광학계 배열 및 광의 개략적인 단면도.
도 3은 광 전자 모듈, 전자 광학계 배열 및 광의 개략적인 단면도.
도 4는 광 전자 모듈 및 분포 특성의 개략적인 단면도.
도 5는 광 전자 모듈 및 분포 특성의 개략적인 단면도.
도 6은 광 전자 모듈, 전자 회로 및 장치의 개략적인 단면도.
도 7은 도 6의 모듈의 구성요소의 다양한 개략적인 단면도.
도 8은 도 6의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택을 형성하기 위한 웨이퍼의 개략적인 단면도.
도 9는 도 6의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택의 개략적인 단면도.
도 10은 광 전자 모듈, 전자 회로 및 장치의 개략적인 단면도.
도 11은 광 전자 모듈, 전자 회로 및 장치의 개략적인 단면도.
도 12는 광 전자 모듈의 사시도.
도 13은 광 전자 모듈의 구성요소의 개략적인 단면도.
도 14는 광학 부재를 2개의 시야에서 본 개략적인 도시도.
설명된 실시예는 예로서만 제시된 것이고 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 광 전자 모듈(1), 상기 광 전자 모듈(1)을 포함하는 전자 회로(70), 상기 광 전자 모듈(1) 및 물체(18)를 포함하는 전자 광학계 배열(40), 및 상기 전자 회로(70) 및 상기 전자 광학계 배열(40)뿐만 아니라 상기 광 전자 모듈(1)을 포함하는 장치(10)의 개략적인 단면도를 도시한다.
장치(10)는 전자 장치이고, 특히 핸드헬드 장치, 예를 들어, 핸드헬드 음악 재생 장치, 휴대형 컴퓨팅 장치, 사진기, 이동 통신 장치 등일 수 있다.
장치(10)는 하우징(15)을 포함하고, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 전자 모듈(1)이 하우징(15)에, 보다 구체적으로 물체(18)에 의해 형성되는 하우징(15)의 그 부분에 직접 부착되는 것이 가능하다. 물체(18)는 적어도 부분적으로 투명하고, 적어도 광 전자 모듈(1)이 부착되는 영역 위에서, 일반적으로 플레이트형이다. 물체(1)는, 예를 들어, 장치(10)의 커버 유리일 수 있다.
전자 광학계 배열(40)은 상기 광 전자 모듈(1) 및 상기 물체(18)를 포함하거나 또는 심지어는 실질적으로 이들로 구성된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 광 전자 모듈(1)과 물체(18) 사이의 상호작용이 특히 중요할 수 있다.
상기 전자 회로(70)는 광 전자 모듈(1) 및 광 전자 모듈(1)과 전자 소자(81) 등의 다른 소자가 장착되는 인쇄 회로 기판(9)을 포함한다.
광 전자 모듈(1)은 그것이 근접 센서라고 가정하여 설명되지만, 광 전자 모듈(1)은 또한 다른 광 전자 소자, 예를 들어, 주변 광 센서 등일 수 있다.
광 전자 모듈(1)은 방출 채널(20) 및 검출 채널(30)을 포함한다. 방출 채널(20)은 광, 예를 들어 적외선 광을 방출하기 위한 방출 부재(E)를 포함한다. 검출 채널(30)은 광, 예를 들어 적외선 광을 검출하기 위한 검출 부재를 포함한다. 방출 부재(E)에 의해 방출가능한 광의 적어도 (스펙트럼의) 일부는 일반적으로 검출 부재(D)에 의해 검출가능하고, 즉, 그것이 검출 부재(D)에 도달하면 검출 부재(D)에 의해 검출가능하다. 방출 부재(E)는 예를 들어, LED 또는 레이저 등의 발광기(light emitter)일 수 있고, 검출 부재(D)는 예를 들어, 포토다이오드 등의 검출기일 수 있다.
근접 센서로서 기능하는 경우에, 사람의 신체의 일부, 예를 들어, 볼, 머리털, 귀 등의 표면(60)의 광 전자 모듈(1)로의 접근은 방출 채널(20)로부터 방출되고(도 1의 위로 향하는 빈 화살표 참조) (일반적으로 근사적인 램버트 반사성을 갖는) 표면(60)으로부터 반사된 다음 검출 채널(30)에 들어오는(도 1의 아래로 향하는 빈 화살표 참조) 광을 검출함으로써 검출가능하고, 검출 부재(D)에 의해 검출된다. 전형적으로, 방출 부재(E)는 광 펄스를 방출한다. 광 전자 모듈(1)의 고감도 및 적절하고 안전한 동작을 달성하기 위해, 방출 채널(20)로부터 나오지만 광 전자 모듈(1)에서 떠나지 못한 광의 검출 채널(30)에서의 검출은 일반적으로 피해 져야 한다.
검출 채널(30)에 들어와서 전자 광학계 배열(40)에서 나가지 않은 광이 검출 부재(D)에 의해 검출되는 것을 피하기 위해서, 파괴된 대칭의 광학 배열 또는 "탈중심 광학 배열" 또는 "탈중심화 광학 배열" 또는 "부분적으로 시프트된 광학 소자"를 갖는 광학 배열 또는 그와 유사한 광학 배열의 설치가 제공될 수 있고, 또한 위의 "발명의 내용"에서의 본 발명의 "제2 양상"을 참조한다. 다른 관점에서, 이것은 방출 채널(20) 및 검출 채널(30)에서 방출되고/되거나 검출된 광의 특성이 각각 적합하게 선택되도록 함으로써 달성될 수 있고, 또한 위의 "발명의 내용"에서의 본 발명의 "제1 양상"을 참조한다.
광 전자 모듈(1)은 상기 채널(20 및 30)이 예를 들어, 2개의 분리된 칸을 형성함으로써 형성되는 하우징(11)을 포함한다. 하우징(11)은 광 전자 모듈(1)의 측면 또는 바닥에 침범하여 광 전자 모듈(1) 내로 광이 들어오는 것을 저지하도록 설계될 수 있다. 그리고, 예를 들어, (도 1에 도시한 바와 같은) 바닥에서, 인쇄 회로 기판(9), 예를 들어 부착된 솔더 볼(7)과의 전기적 접촉을 이루기 위해 광 전자 모듈(1)의 전기적 접촉이 제공될 수 있다.
일반적으로 불투명 재료 또는 적절히 코팅된 재료로 이루어진 절연 부재(19)는 방출 채널(20)로부터 검출 채널(30)로 광이 직접적으로 전파하는 것을 저지하기 위해 제공되고, 절연 부재(19)는 이후 설명(또한 도 6, 7, 10, 11 참조)으로부터 분명한 바와 같이 다양한 구성요소로 구성될 수 있다.
방출 채널(20)은 방출 부재(E)에 대해 적합하게 선택되고/되거나 적합하게 배열된 방출 광학계(emission optics; 25)를 포함하는데, 방출 광학계(25)는, 도 1에 도시한 바와, 같이 렌즈 부재, 예를 들어 합성 렌즈 등의 수동 광학 소자(L2)를 포함할 수 있거나 심지어는 그 자체일 수 있다. 수동 광학 소자(L2)의 렌즈 요소의 모든 광학 축(A2, A2')과 방출 부재(E)의 방출의 중심 축(AE)을 일치시키는 일반적인 설정 대신에, 이 축들 중 하나 이상이 도 1에 도시한 바와 같이 일치하지 않는다.
검출 채널(30)은, 도 1의 예에서, 검출 부재(D)에 대해 적합하게 선택되고/되거나 적합하게 배열된 검출 광학계(35)를 포함하고 그에 대응하여 설계되고, 검출 광학계(35)는 도 1에 도시한 바와 같이, 렌즈 부재, 예를 들어 합성 렌즈 등의 수동 광학 소자(L3)를 포함할 수 있거나 심지어는 그 자체일 수 있다. 수동 광학 소자(L3)의 렌즈 요소의 모든 광학 축(A3, A3')과 검출 부재(D)의 검출의 중심 축 (AD)을 일치시키는 일반적인 설정 대신에, 이 축들 중 하나 이상이 도 1에 도시한 바와 같이 일치하지 않는다. 도 1에 도시한 바와 같이, 채널(20 및 30)에서의 광학 설정은 상호 미러 대칭일 수 있다.
채널(20 및 30) 중 단지 하나에서의 축의 이러한 불일치를 제공하는 것이 원칙적으로 충분할 수 있지만, 일반적으로, 채널(20 및 30) 둘 다에 제공된다면 안전한 동작이 더 잘 보장될 수 있다. 물론, 도 1에 도시한 것과 같은 미러 대칭 설정이 제공될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전자 광학계 배열(40)에서 빠져 나지지 않고 검출 채널(30)로 들어올 것 같은 방출 부재(E)에 의해 방출된, 방출 부재(E)에서 시작하는 두꺼운 점선으로 참조되는 광은 물체(18)의 상부 표면에서 내부 반사된 다음 결국 절연 부재(19) 상에서 끝난다. 보통 완전히 중심과 일치하고 (방출 광학계(25) 및 방출 부재(E)의) 회전 대칭인 설정이 선택되었다면, 광은 상기 상부 표면에서 반사한 후 검출 채널(30)에 들어갈 수 있어 검출되었을 것이므로, 채널(20과 30) 간의 원하지 않은 누화가 일어났을 것이다. 유사하게, 검출 측의 검출 부재(D)에서 끝나는 두꺼운 점선을 참조하면, 방출 채널(20)에 가능하면 가까운 곳에서 나와 물체(18)의 상기 상부 표면에서 반사되는 검출 부재(D)에 의해 간신히 검출가능한 광은 절연 부재(19) 상의 한 위치로부터 나와야 하는데, 실제로 광이 나오지 않는다. (물체(18) 내측에서의 3중 내부 반사와 같은) 광의 3중 반사는 남아 있는 광을 너무 약하게 하여 광 전자 모듈(1)에 대해 문제를 일으키는 세기의 손실(a loss of intensity)을 야기하는 것으로 추정된다.
도 1의 실시예에서 제공가능한 것과 같은 광학계(25, 35) 및 수동 광학 소자(L2, L3)를 실현하는 방식이 도 6 내지 도 11을 참조하여 이하 설명될 것이다.
따라서, 채널(20 및 30) 중 하나 또는 둘 다의 독특한 설계로 인해, 물체(18)에서의 내부 반사를 통한 그들 사이의 누화가 성공적으로 피해질 수 있다. 여기서, 광 전자 모듈(1)의 수평 치수(x; y)는 비교적 작고(채널(20과 30)을 멀리 떨어지게 위치시키면 또한 누화가 감소하지만 광 전자 모듈(1)의 수평 치수가 증가한다는 점에 주목), 렌즈 또는 렌즈 요소의 설치로 인한 광(방출 채널(E)로부터 방출된 광 및 검출 채널(30)에 침범하여 검출되는 광)의 효율적인 사용 때문에 고감도가 달성될 수 있다는 것은 주목할 만하다.
도 1에 도시한 실시예에서, 특히 유용한 장점의 조합을 제공할 수 있는 특정한 특징 조합이 실현된다. 이 특징 조합은
― 방출 및 검출 채널은 적어도 실질적으로 미러 대칭 설계를 갖고, 보다 특정적으로
- 대응하는 능동 광학 소자의 배열(검출 부재 및 방출 부재; 보다 구체적으로 각각의 능동 광학 소자의 광학적으로 활성인 표면의 정렬을 참조)에 대해 및
- 수동 광학 소자(예를 들어, 렌즈 요소)의 배열 및 설계에 대해, 및
- 하우징 또는 하우징 소자의 배열에 대해서도 가능하게 그렇고;
각각의 채널에서:
― 2개의 광학 구조, 보다 구체적으로 2개의 볼록 렌즈 요소가 제공되고, 그들의 광학 축은 적어도 실질적으로 수직 정렬되고;
― 각각의 채널에 포함된 각각의 능동 광학 소자(검출 부재; 방출 부재)로부터 더 멀리 있는 각각의 광학 구조가 채널 내의 각각의 능동 광학 소자(검출 부재; 방출 부재)에 대해 적어도 실질적으로 온-축(on-axis)이고, 보다 정확하게는, 상기 광학 구조의 각각의 광학 축은 축 중심과 적어도 실질적으로 일치하고 각각의 광학적으로 활성인 표면에 수직이고;
― 상기 광학 구조에서의 절단된 면은 실질적으로 각각의 다른 채널 쪽을 향하고;
― 각각의 채널 내에 포함된 (각각의 능동 광학 소자에 더 가까운) 다른 각각의 광학 구조(검출 부재; 방출 부재)는 앞서 언급된 일치하는 축과 오프-축(off-axis)이고, 보다 구체적으로는, 이 광학 구조의 광학 축은, 앞서 언급된 일치하는 축에 대해, 다른 채널로부터 멀리 시프트된다.
도 2 및 도 3은 광 전자 모듈(1), 전자 광학계 배열(40) 및 전자 광학계 배열(40) 내의 광의 개략적인 단면도이다. 보다 정확하게는, 물체(18)의 상부 표면에서 반사한 후 광 전자 모듈(1)에 침범하는 광이 어떻게 진행하고 검출 부재(D)에 의해 검출되지 않는 지를 여기에 도시한다.
도 2에서, 좌측의 반사된 화살표는 도 1과 관련하여 이미 논의된 것과 같은 광을 표시한다. 우측의 반사된 화살표는, 물체(18)에서 내부 반사된 후에, 광이 검출 채널(30)에 들어올 수 있지만, 검출 광학계(35)에는 들어오지 않아서 검출 부재(D)에 도달하지 않을 가능성을 표시한다.
도 3에서, 광이 물체(18)에서 내부 반사된 후에 검출 채널(D) 및 검출 광학계(35)에 광이 들어오지만, 그럼에도 불구하고 검출 부재(D)에 도달하지 않는 경우를 도시한다.
도 4 및 도 5는 광 전자 모듈(1) 및 분포 특성의 개략적인 단면도이다. 도 4에서, 양측 채널(20 및 30)에서, 분포 특성은 수직 방향(z)에 대해 회전 대칭이 아니고; 도 5에서, 방출 채널(20)의 회전 비대칭 방사선 분포 특성이 도시되고; (도 5에는 도시되지 않은) 검출 채널은 유사한 또는 상이한 광학 설정을 가질 수 있다. 도 4 및 5에서, 각각의 채널(20 및 30) 위에, 각각, 방향성 방사선 특성 및 방향성 감도 특성이 각각 개략적으로 도시된다. 도 4의 경우에, 이들 특성은 회전 대칭이지만, 수직 축(z)에 대해서는 아니다. 그러므로, 주 방출 축(m2)과 중심 방출 축(c2)은 축(m3)과 축(c3)과 같이 일치한다. 도 4의 하부뿐만 아니라 상부에서 알 수 있는 바와 같이, 방출 채널(20)의 축(c2, m2)은 검출 채널(30)의 축(c3, m3)으로부터 갈라지고; 두꺼운 점선으로 도시된 바와 같이, 각각, 방출된 광 및 검출 감도의 근사적인 외부 경계가 수직 축 주위에서 대칭인 경우에 대해 (각각의 다른 채널로부터 떨어져) 밖으로 향해 기울어진다. 이것은 누화 억제에 기여할 수 있다.
도 5에서, 주 방출 방향(m2)이 수직(z)과 일치하더라도, 방사선 분포 특성은 회전 대칭이 아니다. 또한 이것도 누화 억제에 기여할 수 있다. 주 방출 방향(m2)도 또한 z축과 일치하지 않도록 선택될 수 있다.
도 4 및 도 5에서, 방출 채널(20)의 출력(21) 및 검출 채널(30)의 입력(31)의 근사적 위치가 표시된다.
도 6은 광 전자 모듈(1), 전자 회로(70) 및 장치(10)의 개략적인 단면도를 도시한다. 일반적으로, 도 6 내지 9 및 그들의 설명에 대하여, 2011년 7월 19일자의 상기 언급된 병합된 미국 가출원 61/509,346을 참조한다. 거기서, 도 6 내지 도 9는 주로 도 1 내지 도 4에 대응하지만, 채널(20, 30) 중 하나 또는 둘 다에서의 파괴된 대칭 또는 "탈중심 광학 배열" 또는 "탈중심화 광학 배열" 또는 "부분적으로 시프트된 광학 소자"를 갖는 광학 배열 또는 그와 유사한 것을 도시하도록 조정되고 앞서 논의된 특정한 광 분포에 이르게 할 수 있다. 따라서, 제조에 관한 상세 및 상기 언급된 것을 제외한 구성요소가 상기 미국 가출원 61/509,346으로부터 취해질 수 있다. 오직 몇 가지 점만 다음에 본 출원에서 명시적으로 논의된다.
도 6에서, 방출 채널에서는, 방출 부재(E)의 중심 축 방출(AE)은 수동 광학 소자(L2)의 일치하는 광학 축(A2, A2')에 평행하게 시프트되고, 검출 채널에서는, 검출 부재(D)의 중심 축 방향(AD)은 수동 광학 소자(L3)의 일치하는 광학 축(A3, A3')에 평행하게 시프트된다.
수동 광학 소자(L2 및 L3)는 각각 광학 구조(52 및 52', 및 53 및 53')를 포함하는 합성 광학 구조이고; 보다 구체적으로 L2 및 L3은 각각 렌즈 요소(52 및 52', 및 53 및 53')를 포함하는 합성 렌즈이다.(상기 미국 가출원 61/509,346에서, 광학 구조 및 렌즈 요소는 각각 참조 번호(5)로만 지칭된다.)
광 전자 모듈(1)의 다음의 구성요소: 기판(P), 분리 부재(S)(스페이서로도 지칭될 수 있음), 광학계 부재(O) 및 배플 부재(B)는 광 전자 모듈(1)의 하우징(11)에 기여한다. 이들은 모두 일반적으로 플레이트형이고 또한 보통은 일반적으로 직사각형이다. 이것은 또한 도 6의 모듈의 구성요소의 여러가지 개략적인 단면도를 도시한 도 7로부터 분명하고; 참조 번호 s1 내지 s5은 보기가 도 6의 어디서 취해진 것인지를 표시하고, 도 6의 빈 화살표는 보기의 방향을 표시한다. 광 전자 모듈(1)의 다음의 구성요소: 분리 부재(S)(스페이서로도 지칭될 수 있음), 광학계 부재(O) 및 배플 부재(B)는 광 전자 모듈(1)의 절연 부재(19)로도 지칭되는 것에 기여한다.
도 8은 도 6의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택을 형성하기 위한 웨이퍼 BW(배플 웨이퍼), OW(광학계 웨이퍼), SW(스페이서 웨이퍼), 및 PW(기판 웨이퍼)의 개략적인 단면도를 도시한다. 배플 웨이퍼(BW)는 투명 영역(3), 예를 들어 개구를 갖고; 스페이서 웨이퍼(SW)는 개구(4)를 갖고; 광학계 웨이퍼(OW)는 투명 요소(6) 및 차단 부분(또는 불투명 부분)(b)을 갖고, 투명 요소(6)를 각각 포함하는 수동 광학 소자(L2 및 L3)는 광학계 웨이퍼(OW)의 투명 부분(t)에 제공된다.
도 9는 도 6의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택(1)의 개략적인 단면도를 도시한다.
물론, 광 전자 모듈(1)을 제조하는 다른 방식 및 또한 광 전자 모듈(1)을 설계하는 다른 방식을 선택하는 것이 일반적으로 가능하다.
도 10 및 도 11은 도 6에 도시한 것과 유사하게, 광 전자 모듈(1), 전자 회로(70) 및 장치(10)의 개략적인 단면도를 도시한다. 그러나 여기서, 적합한 광 및 감도 분포를 제공하는 다른 방식이 도시된다. 광 전자 모듈의 다른 특성 및 그것의 제조가능성에 있어서, 이들 실시예는 도 6 내지 9의 것과 일반적으로 동일하다.
도 10에서, 양측 채널에서, 하나의 광학 구조 또는 렌즈 요소(각각 52 및 53')는 각각 방출 부재(E) 및 검출 부재(D)에 대해 중심에 있는 반면, 다른 광학 구조 또는 렌즈 요소(각각 52' 및 53)는 그들에 대해 중심에서 벗어나는데, 각각의 축(A2, A2', A3, A3', AE, AD)를 참고한다. 또한, 광학 구조 또는 렌즈 요소(52' 및 53)는 절단된다. 이들은 도 10에서 y-z 평면에 따른 절단에 의해 한쪽 면에서의 측면 연장 길이를 감소시킨다. 이것은 공간을 절약할 수 있고 방출 채널과 검출 채널을 서로 더 가깝게 이동시키는 것을 가능하게 하고 광 전자 모듈(1)의 측면 연장 길이를 감소시켜, 광 전자 모듈(1)의 전체적인 설계를 소형으로 만들 수 있다.
광학 구조의 시프트된 위치는 각각 적합한 세기 및 감도 분포 특성을 존재하게 하여, 광 전자 모듈(1)이 물체, 예를 들어 도 1 내지 3에 도시한 물체(18)와 함께 사용될 때 누화를 억제할 수 있다. 광학 구조가 렌즈이면, 방출 부재(E)에 의해 방출된 광 및 검출 부재(D)의 감도를 특히 효율적으로 사용하게 할 수 있다. 절단은 절단하지 않으면 크기 제약으로 인해 수용될 수 없었던 광학 구조의 사용을 가능하게 할 수 있고, 이것은 물체에서의 반사(예를 들어, 도 1 내지 도 3 참조)를 통해 누화를 일으킬 수 있는 경로를 따라 광이 진행하는 것을 억제하는 것에 기여할 수 있다. 그러므로, 이 절단은 또한 각각의 채널의 광학 구조가 중심화되는(시프트되지 않은) 경우에도, 보다 특정적으로 그들 각각의 광학 축이 일치하지 않은 경우에 (특히 누화를 억제함으로써) 유익할 수 있다.
도 11에서, 방출 채널(20)에서, 광학 구조(52)는 프리즘 요소로서 구현된다. 이 프리즘 요소는 중심 및 주 방출 방향이 검출 채널(30)로부터 멀리 떨어져 포인팅하는 성분을 포함하게 한다. 이 방식으로, 물체에서의 반사(예를 들어, 도 1 내지 도 3 참조)를 통한 누화가 억제가능할 수 있다. 검출 채널(30)에서, 광학 구조(53)는 비구면 렌즈와 같은 회전 비대칭 렌즈이다. 이 렌즈는 검출 채널의 회전 비대칭 감도 분포를 야기하여, 예를 들어, 주 및 중심 검출 방향이 방출 채널로부터 멀리 떨어져 포인팅하는 성분을 갖게 한다.
도 6, 도 10, 및 도 11에 도시된 본 발명의 제1 및 제2 양상("발명의 내용" 참조)을 달성하는 다양한 방식을 여기에 도시된 것 이외의 다른 방식으로 조합하는 것이 가능하다. 단지 간결성을 위해, 다른 그러한 방식들이 도 10 및 도 11에서의 채널(20 및 30)에서 조합된 방식으로 도시된다. 어떤 상황에서는 도 1 및 도 6에 도시된 것과 같이, 방출 및 검출 채널에 대해 대칭인 설계를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 대칭 설계 역시 도 10 또는 도 11에 도시된 방출 및 검출 채널 중 어느 하나에 기초하여 제공될 수 있다. 그리고, 도 11뿐만 아니라 도 10에서, 하부 위치에 상부 광학 구조(52, 53)를 배열하고 반대로 상부 위치에 하부 광학 구조(52', 53')를 배열하는 것이 또한 가능하다. 그리고, 도면에 도시된 것과 다르게 구성된 수동 광학 소자(L2, L3)를 제공하는 것이 또한 가능한데, 예를 들어, 수동 광학 소자가 비합성 요소이고/이거나 x-y 평면에 평행한 평면을 묘사하는 상부 또는 하부 측을 갖는다. 물론, 채널 내의 (적어도) 3개의 축이 일치하지 않는 하나 또는 양측 채널에 제공하고/하거나 (적어도) 2개의 축이 일치하지 않는 채널에 제공하는 것이 또한 가능하고 또한 회전 비대칭 수동 광학 소자(이를테면, 프리즘으로서, 도 11의 참조 번호(52)를 참조, 또는 회전 비대칭 렌즈로서, 도 11의 참조 번호(53)를 참조)를 제공하는 것이 가능하다.
수평으로 수(some) 밀리미터보다 크지 않고 수직으로 몇(a couple of) 밀리미터보다 크지 않은 전형적으로 예상된 광 전자 모듈(1)의 작은 크기를 고려하면, (수평 방향에서, x축을 따르는 도시된 실시예에서) 축의 시프트, 예를 들어 다른 렌즈 요소의 광학 축 또는 방출 및 검출의 중심 축 각각에 대한 렌즈 요소의 광학 축의 시프트는 보통 200㎛ 미만, 대신에 100㎛ 미만 및 더 특정적으로 60㎛ 미만 및 보통 5㎛ 보다 크고, 더 특정적으로 10㎛ 보다 크다.
도 12는 일반적으로 도 1, 도 6, 도 10 및 도 11과 관련하여 논의된 것과 같이 구성되고/되거나 제조될 수 있는 광 전자 모듈(1)의 사시도를 도시한다. 절단된 렌즈 또는 절단된 렌즈 요소의 설치의 유용성은 도 12로부터 분명하다. 또한 배플 부재(B) 내의 D형 투명 영역(3)의 설치의 유용성은 도 12로부터 분명하다. (투명 영역(3) 내에 개구를 갖는) 배플 부재(B)의 노출된 평탄 표면은 광 전자 모듈(1)을 물체, 예를 들어 도 1 내지 도 3에 도시된 물체(18)와 같은 물체에 잘 부착하기 위해 잘 사용될 수 있다.
도 13은 광 전자 모듈(1)의 구성요소, 즉 방출 부재(E) 및 검출 부재(D)가 그 위에 장착되고 또한 그 위에 제어부(8)가 장착된 기판(P)의 개략적인 단면도를 도시한다. 제어부(8)는 예를 들어, 집적 회로로서 실현될 수 있다. 제어부(8)는 방출 부재(E) 및 검출 부재(D)에 동작가능하게 접속되고 방출 부재(E)를 제어하기 위해 제공될 수 있고 검출 부재(D)로부터 신호를 수신할 수 있다. 특히, 제어부(8)는 방출 부재(E)로부터의 광의 방출을 제어할 수 있고 검출 부재(D)로부터 검출 신호를 수신할 수 있다. 제어부(8)는 또한 검출 부재(D)에 의해 출력된 검출 신호에 따라 제어 신호를 출력하기 위해 구성될 수 있다.
도 14는 2개의 보기에서의 광학계 부재(O)의 개략적인 도시인데, 상부의 단면도이고, 위에서 본 상면도이다. 이 광학계 부재(O)는 예를 들어, 도 12에 도시된 것과 같은 광 전자 모듈(1)에 사용될 수 있는 것일 수 있고, 도시된 것과 같이, 한쪽 면에만 제공되는 것 대신에 부재(O)의 양쪽 면에 수동 광학 소자를 제공하는 것이 가능하다. 2개의 수동 광학 소자(L2, L3)(보다 구체적으로 렌즈 요소(L2, L3))는 투명 부분(t) 위에 존재한다. 이들 둘 다는 절단된 렌즈 또는 잘린 렌즈이고, 직선을 따라 절단 또는 잘린다. 이들 선 및 대응하는 에지(5e) 및 에지 표면(5s)은 각각의 다른 채널을 향하므로 또한 서로 마주한다.
렌즈(또는 렌즈 요소)(L2 및 L3) 둘 다는, 한 부분이 각각의 직선으로 대체된 원의 형상을 묘사하는 렌즈 조리개를 갖는다. 이것은 (수평 평면에서) 문자 "D"형을 적어도 근사적으로 묘사하는 형상을 이루게 한다. 따라서 이러한 전형적으로 구면 렌즈의 광학 축은 서로 매우 가까울 수 있다.
상기로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 제1(광 분포 관련) 및/또는 제2(소자 관련) 양상의 실현을 구현하는 여러가지 방식이 있다. 소정의 유리한 광 분포 및/또는 감도 분포가 능동 및 수동 광학 소자의 하나 이상의 구현 및/또는 배열에 의해 실현될 수 있다. 그리고 소정의 소자 및/또는 그들의 배열은 특정한 유리한 광 및/또는 감도 분포를 실현가능하게 할 수 있다. (광 방출 및 광 검출을 위해) 유리한 빔 형성이 어떻게 적용될 수 있는지가 입증되었다. 인접한(부분적으로) 반사 표면에서의 반사는 방출 채널로부터 검출 채널로의 누화가 생기는 것을 방지할 수 있다. 추가적인 누화 최소화는 절연 부재를 갖는 적합하게 설계된 하우징 및/또는 채널을 위한 분리된 칸을 형성하는 하우징을 제공함으로써 달성될 수 있다.
하나 또는 양측 채널 내의 하나 이상의 렌즈 요소(회절 또는 굴절)의 설치는 고 감도 및 안전 동작과 저 전력 소비에 기여할 수 있는데, 왜냐하면 방출된 광이 시준될 수 있고/있거나, 검출하기 위한 광이 큰 입체 각도로부터 모일 수 있기 때문이다.
하나의 광 전자 모듈에서 방출 부재 및 검출 부재 둘 다의 설치는 전자 광학 배열 및 장치 내에 각각 광 전자 모듈의 상당히 간단화된 통합에 기여할 수 있고, 배플 부재에 의해 제공되는 것과 같은 통합된 기계적 정지부의 설치도 또한 그에 기여한다. 이들 각각 및 특히 기계적 정지부 및 방출 부재와 검출 부재의 통합 둘다의 설치는 또한 각각 전자 광학 배열 및 장치 내에 광 전자 모듈의 고정밀 정렬을 달성하는 간단화된 방식에 기여한다. 광 전자 모듈이 부착되는 장치 및/또는 물체는 충분히 고정밀이고 또는 충분히 잘 정해지고, 그에 따라 광 전자 모듈이 설계되었다면, 광 전자 모듈은 고 정밀도로 용이하게 통합된다. 이 산업적인 생산은 개별적인 테스팅을 불필요하게 하고; 장치에 부착된 각각의 광 전자 모듈이 규격에 따라 잘 동작하는 것으로 추정될 수 있다.
충분한 감도 및 충분한 누화 억제로 안전한 동작을 달성하는 것은 광 전자 모듈의 구성요소의 고 정렬 정밀도를 요구하지만, 이러한 고 정렬 정밀도는 표시된 웨이퍼 레벨 제조 방법을 표시된 대로 이용할 수 있는 단계에 이르게 할 수 있다.

Claims (33)

  1. 광 전자 모듈로서,
    ― 광을 검출하기 위한 검출 부재를 포함하는 검출 채널; 및
    ― 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능한 광을 방출하기 위한 방출 부재를 포함하는 방출 채널
    을 포함하고;
    상기 검출 부재 및 상기 방출 부재는 동일한 기판에 장착되며,
    상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 각각은 제각기,
    각자의 광학 축을 각각 갖는 적어도 2개의 수동 광학 소자들 - 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자들은, 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자들의 상기 각자의 광학 축들이 일치하지 않도록 배열됨 -; 및
    상기 검출 또는 방출 채널들 중 적어도 하나 내의 상기 수동 광학 소자들 중에서, 회전 비대칭 빔 형성 요소를 구성하는 적어도 하나를 포함하고,
    상기 방출 부재에 의해 방출되는 광이 상기 방출 채널의 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자들 둘 다를 거쳐 지나는 경로를 따라 진행하도록, 상기 방출 채널의 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자들을 배열하며,
    상기 모듈로 들어가고 상기 검출 부재에 의해 검출가능한 광이 상기 검출 채널의 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자들 둘 다를 지나는 경로를 따라 진행하도록, 상기 검출 채널의 상기 적어도 2개의 수동 광학 소자들을 배열하는,
    광 전자 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 전자 모듈은 근접 센서인 광 전자 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 전자 모듈은
    ― 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재가 배열되는 하우징을 포함하는 광 전자 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징의 형태는 제1 평면을 규정하고,
    ― 상기 방출 채널로부터의 광의 방출을 위한 방사선 세기 분포; 및
    ― 상기 광 전자 모듈 상에 입사하는 광의 상기 검출 부재에 의한 검출을 위한 방사선 감도 분포 중 적어도 하나는
    상기 제1 평면에 수직인 임의의 표면에 대해 비대칭인 광 전자 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 검출 채널 내의 적어도 하나의 수동 광학 소자는 상기 검출 부재의 검출의 중심 축과 일치하지 않는 광학 축을 갖는 광 전자 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방출 채널 내의 적어도 하나의 수동 광학 소자는 상기 방출 부재의 중심 축과 일치하지 않는 광학 축을 갖는 광 전자 모듈.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출 또는 방출 채널들 중 적어도 하나는 각자의 다른 채널과 마주하는 한 면이 절단된 렌즈 요소를 포함하는 광 전자 모듈.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재가 장착되는 기판을 포함하는 광 전자 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 수동 광학 소자를 포함하는 광학계 부재를 포함하고, 상기 광 전자 모듈은 상기 광학계 부재를 상기 기판으로부터 분리하는 스페이서 부재를 더 포함하는 광 전자 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광학계 부재 옆에 배열되고 상기 광 전자 모듈의 하우징의 일부를 형성하는 배플 부재(baffle member)를 더 포함하는 광 전자 모듈.
  13. 제1항에 있어서, 상기 방출 부재에 의해 방출되어 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능하고 상기 광 전자 모듈 내에 남아 있는 광이 상기 검출 채널에 들어오지 못하고 상기 검출 부재에 의해 검출될 수 없도록, 상기 검출 채널과 상기 방출 채널이 물리적으로 분리되는 광 전자 모듈.
  14. 제1항에 있어서, 상기 검출 또는 방출 채널들 중 적어도 하나 내의 상기 수동 광학 소자들 중 적어도 하나는,
    ― 회전 비대칭 렌즈 또는 렌즈 요소;
    ― 비원형 렌즈 조리개를 갖는 렌즈 또는 렌즈 요소;
    ― 잘린 원의 형상을 묘사하는 렌즈 또는 렌즈 요소;
    ― 그 일부가 직선으로 대체된 원의 형상을 묘사하는 렌즈 또는 렌즈 요소;
    ― 잘린 렌즈 또는 렌즈 요소;
    ― 절단된 렌즈 또는 렌즈 요소; 또는
    ― 그 일부가 직선을 묘사하는 비원형 에지를 갖는 렌즈 또는 렌즈 요소
    중 적어도 하나를 구성하는 광 전자 모듈.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자는 구면 렌즈인 광 전자 모듈.
  17. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자는 굴절 렌즈 또는 렌즈 요소인 광 전자 모듈.
  18. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 소자는 평면 볼록(plane-convex) 렌즈 또는 렌즈 요소인 광 전자 모듈.
  19. 제14항에 있어서, 상기 검출 채널 및 상기 방출 채널 각각은 회전 비대칭 빔 형성 요소를 구성하는 수동 광학 소자를 포함하는 광 전자 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    ― 상기 검출 및 방출 채널들 내의 상기 렌즈 또는 렌즈 요소의 각자의 잘린 원들의 잘린 면들은 서로 마주하거나;
    ― 상기 검출 및 방출 채널들 내의 상기 렌즈 또는 렌즈 요소의 각자의 직선들은 서로 마주하거나;
    ― 상기 검출 및 방출 채널들 내의 상기 렌즈 또는 렌즈 요소의 각자의 잘린 부분들은 서로 마주하거나;
    ― 상기 검출 및 방출 채널들 내의 상기 렌즈 또는 렌즈 요소의 각자의 절단된 부분들은 서로 마주하거나;
    ― 상기 검출 및 방출 채널들 내의 상기 렌즈 또는 렌즈 요소의 절단된 각자의 면들은 서로 마주하거나;
    ― 상기 검출 및 방출 채널들 내의 상기 렌즈 또는 렌즈 요소의 각자의 비원형 에지들은 서로 마주하는 광 전자 모듈.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제1항에 따른 광 전자 모듈과, 상기 광 전자 모듈이 장착되는 인쇄 회로 기판을 포함하는 전자 회로.
  24. 삭제
  25. 제1항에 따른 적어도 하나의 광 전자 모듈을 포함하는 전자 광학계 배열.
  26. 제25항에 있어서, 상기 전자 광학계 배열은 물체의 부착 영역에서 상기 물체와 부착되고, 적어도 상기 부착 영역 내에서 상기 물체는 전반적으로 플레이트형인(plate-shaped) 전자 광학계 배열.
  27. 제26항에 있어서, 상기 검출 채널과 상기 방출 채널 및 상기 물체는, 상기 방출 채널로부터 방출되고 상기 물체에서 한 번의 내부 반사를 겪은 광이 상기 검출 부재의 광학적으로 활성인 표면에 도달하지 않은 경로를 통해서만 전파하도록 구성 및 배열되는 전자 광학계 배열.
  28. 제26항에 있어서, 상기 물체는 제1 면(first side)을 갖고, 전반적으로 그의 맞은편에 제2 면(second side)을 갖고, 상기 광 전자 모듈은 상기 제1 면에 부착되고, 상기 제2 면에서의 상기 물체의 표면은 상기 물체 내측에서 전파하는 상기 검출 부재에 의해 전반적으로 검출가능한 광이 적어도 부분적으로 상기 표면에 의해 내부적으로 반사될 수 있도록 구성되는 전자 광학계 배열.
  29. 제26항에 있어서, 상기 물체는 투명 플레이트인 전자 광학계 배열.
  30. 제1항에 따른 광 전자 모듈을 포함하는 장치로서, 상기 장치는 핸드헬드 장치인 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 장치는 핸드헬드 통신 장치인 장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 장치는 스마트 폰인 장치.
  33. 제30항에 있어서, 제16항에 따른 광 전자 모듈을 포함하고, 상기 광 전자 모듈은 물체에 부착되고, 상기 물체는 상기 장치의 하우징의 적어도 일부인 장치.
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