KR102139623B1 - 굴곡된 기판 상의 광 검출기 어레이 - Google Patents

굴곡된 기판 상의 광 검출기 어레이 Download PDF

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Abstract

일부 애플리케이션에서, 광학계에 의해 규정된 굴곡된 초점면 상의 정밀한 위치에 복수의 광 검출기를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 위치 결정을 달성하기 위해, 광 검출기는 평면 구성으로 되어 있는 가요성 기판 상의 원하는 위치에서 장착될 수 있다. 장착된 광 검출기를 갖는 가요성 기판은 그 후 굴곡된 초점면의 형상에 실질적으로 맞도록 성형될 수 있다. 이러한 성형은 적어도 2개의 클램핑 단편 사이에서 가요성 기판을 클램핑함으로써 달성될 수 있다. 적어도 2개의 클램핑 단편 사이에서 클램핑된 굴곡된 가요성 기판은, 광 검출기가 굴곡된 초점면 상의 원하는 3차원 위치에 위치되도록 광학계에 대해 위치될 수 있다.

Description

굴곡된 기판 상의 광 검출기 어레이{PHOTODETECTOR ARRAY ON CURVED SUBSTRATE}
본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 이 섹션에 설명된 자료는 본 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함됨으로써 종래 기술이라고 인정되지 않는다.
광 검출 및 레인징(LIDAR: light detection and ranging) 디바이스는 환경으로 광을 송신하고 LIDAR 디바이스를 향해 다시 환경 내의 객체들로부터 반사된 송신 광의 일부를 수신함으로써 그 환경 내의 객체들을 검출할 수 있다. 수신된 광은 하나 이상의 광 검출기에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, LIDAR 디바이스는 수신된 광을 하나 이상의 광 검출기로 포커싱하는 광학계(optical system)를 포함할 수 있다.
일 양태에서, 예시적인 실시예는 굴곡된 형상을 갖는 초점면을 규정하는 광학계, 가요성 기판, 가요성 기판 상에 장착된 복수의 광 검출기, 및 클램프를 포함하는 장치를 제공한다. 클램프는 적어도 제1 클램핑 단편(clamping piece) 및 제2 클램핑 단편을 포함한다. 제1 클램핑 단편은 초점면의 굴곡된 형상에 대응하는 볼록면을 갖는다. 제2 클램핑 단편은 초점면의 굴곡된 형상에 대응하는 오목면을 갖는다. 가요성 기판이 초점면의 굴곡된 형상을 실질적으로 맞도록 그리고 복수의 광 검출기의 각각의 광 검출기가 초점면 상의 각각에 위치에 있도록 클램프는 제1 클램핑 단편과 제2 클램핑 단편 사이에서 가요성 기판을 유지하도록 구성된다.
다른 양태에서, 예시적인 실시예는 방법을 제공한다. 본 방법은 각각의 광 검출기가 가요성 기판 상의 각각의 2차원 위치를 갖도록 복수의 광 검출기를 평면 구성의 가요성 기판 상에 장착하는 단계를 포함한다. 본 방법은 굴곡된 가요성 기판이 광학계에 의해 규정되는 굴곡된 초점면에 실질적으로 맞도록, 그 위에 복수의 광 검출기가 장착된 가요성 기판을 굴곡시키는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 방법은 복수의 광 검출기의 각각의 광 검출기가 초점면 상의 각각의 3차원 위치에 있도록 광학계에 대해 굴곡된 가요성 기판을 위치시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 예시적인 실시예는 각각의 광 검출기가 가요성 기판 상의 각각의 2차원 위치를 갖도록 평면 구성의 가요성 기판 상에 복수의 광 검출기를 장착하기 위한 수단, 굴곡된 가요성 기판이 광학계에 의해 규정된 굴곡된 초점면에 실질적으로 맞도록 그 위에 복수의 광 검출기가 장착된 가요성 기판을 굴곡시키기 위한 수단, 및 복수의 광 검출기의 각각의 광 검출기가 초점면 상의 각각의 3차원 위치에 있도록 광학계에 대하여 굴곡된 가요성 기판을 위치시키기 위한 수단을 포함하는 시스템을 제공한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 광학계 및 광학계에 의해 규정된 초점면에 위치된 광 검출기의 어레이를 포함하는 장치의 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 2개의 클램핑 단편 사이에 유지된 가요성 기판 상의 광 검출기의 어레이를 포함하는 조립체의 평면도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 도 2의 조립체의 측면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법의 흐름도이다.
후술하는 상세한 설명은 첨부 도면을 참조하여 개시된 시스템, 디바이스 및 방법의 다양한 특징 및 기능을 설명한다. 도면에서, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 유사한 기호는 유사한 구성 요소를 식별한다. 여기에 설명된 예시적인 시스템, 디바이스 및 방법 실시예는 한정적인 것으로 의도된 것이 아니다. 그 전체가 여기에서 고려되는, 개시된 시스템, 디바이스 및 방법의 특정 양태들이 폭넓게 다양한 다른 구성으로 배열 및 결합될 수 있다는 것은 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있다.
일부 애플리케이션에서, 광학계에 의해 규정된 굴곡된 초점면 상의 정확한 위치에 복수의 광 검출기(예를 들어, 애벌란치 포토다이오드(avalanche photodiode))를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 위치 결정을 달성하기 위해, 광 검출기는 평면 구성으로 되어 있는 가요성 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 다른 가요성 기판 상의 원하는 위치에 장착될 수 있다. 장착 프로세스는 기판 상의 광 검출기의 정확한 2차원 배치를 제공할 수 있는 다이 본더 머신(die bonder machine) 또는 다른 컴퓨터 제어 "픽 앤드 플레이스(pick and place)" 시스템을 사용하여 수행될 수 있다.
장착된 광 검출기를 갖는 가요성 기판은 그 후 굴곡된 초점면의 형상에 실질적으로 맞도록 성형(shaped)될 수 있다. 이러한 성형은 2개의 클램핑 단편 사이의 가요성 기판을 클램핑함으로써 달성될 수 있다. 하나의 클램핑 단편은 굴곡된 초점면의 형상에 대응하는 볼록면을 가질 수 있고, 다른 클램핑 단편은 굴곡된 초점면의 형상에 대응하는 오목면을 가질 수 있다. 가요성 기판이 클램핑 단편 사이에 유지될 때, 가요성 기판은 클램핑 단편의 볼록 및 오목면의 굴곡된 형상에 따른다.
클램프 단편들은 클램핑 단편들을 함께 볼트로 고정하거나 다른 수단에 의해 이들 사이에 가요성 기판과 함께 유지될 수 있다. 또한, 장부촉 핀(dowel pin)들이 클램핑 단편에 대한 가요성 기판의 원하는 횡방향 배치를 제공하기 위해 클램핑 단편과 가요성 기판 내의 대응하는 구멍들을 통해 삽입될 수 있다.
비한정적인 예시적인 애플리케이션은 광 검출 및 레인징(LIDAR) 시스템에서의 복수의 반환 광 펄스(returning light pulse)의 검출이다. LIDAR 시스템은 광의 입사 펄스를 환경에 송신하고, 환경 내의 하나 이상의 객체로부터 반사된 반환 펄스를 검출하고, 입사 펄스의 송신과 대응하는 반사된 펄스의 수신 사이의 시간 지연에 기초하여 하나 이상의 객체까지의 거리를 결정함으로써 그 환경에서의 하나 이상의 객체의 위치를 검출할 수 있다. 광의 입사 펄스를 송신하고 복수의 방향에서의 시간 지연을 측정함으로써, 환경의 "포인트 클라우드(point cloud)" 맵이 개발될 수 있다.
LIDAR는 단지 예시적인 애플리케이션이라는 것이 이해되어야 한다. 여기에 설명된 장치 및 방법은, 광 검출기가 굴곡된 초점면에서 광을 검출하는 데 사용되는 임의의 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
도 1은 광학계 및 광학계에 의해 규정된 굴곡된 초점면 상에 위치된 복수의 광 검출기를 포함하는 예시적인 장치(100)를 나타낸다. 이러한 예에서, 광학계는 비구면(120)과 환상면(130)을 갖는 렌즈(110)로서 도시된다. 렌즈(110)는 굴곡된 초점면(140) 상으로 광을 포커싱하도록 구성된다. 복수의 광 검출기(150)는, 광 검출기들(150)이 굴곡된 초점면(140) 상에 위치되도록 위치되어 굴곡되는 가요성 기판(160) 상에 장착된다.
장치(100)에서, 렌즈(110)는 광 검출기(150)에서 각각의 상이한 광 검출기로 상이한 방향으로부터 오는 광을 포커싱할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광(170)의 입사 빔은 굴곡된 초점면(140) 상의 대응하는 광 검출기(150a) 상의 초점으로 진입하도록 렌즈(110)에 의해 굴절된다. 렌즈(110)의 광축에 대해 각도를 가지고 있는 광(180)의 다른 입사 빔은, 굴곡된 초점면(140) 상의 대응하는 광 검출기(150b) 상의 초점으로 진입하도록 렌즈(110)에 의해 굴절된다.
도 1의 예에서는 광학계가 특정 형상을 갖는 렌즈(110)로서 도시되어 있지만, 광학계는 굴곡된 초점면을 제공하기 위한 다른 유형의 렌즈 및/또는 다른 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계는 하나 이상의 반사, 굴절 또는 회절 요소를 포함할 수 있다. 또한, 광학계는 하나 이상의 필터링 요소, 편광 요소 또는 광학적으로 비선형인 요소를 포함할 수 있다. 또한, 광학계는 하나 이상의 위에 열거된 각각의 광학 요소 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 언급되지 않은 광학 요소의 조합을 포함할 수 있다. 조합의 구성은 단일의 공통 광축을 갖거나 임의의 축에 대해 대칭일 필요는 없다.
또한, 광학계(예를 들어, 렌즈(110))는 다른 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템은 광학계를 통해 광을 송신하는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 또한, 광원에 의해 광학계를 통해 송신되고 환경에서의 객체에 의해 반사된 광이 광학계에 의해 그 대응하는 광 검출기 상으로 포커싱되도록, 각각의 광원은 광 검출기(150)에서 대응하는 광 검출기와 페어링될 수 있다.
도 1에 도시된 특정 초점면(140)은 단지 설명을 위해 사용되며, 광 검출기(150)의 가능한 배열 또는 광학계의 구성을 제한하려는 것이 아니다. 초점면(140)은 회전 축을 중심으로 대칭이거나 (도 1에 암시된 바와 같이) 대칭 평면(plane of symmetry)을 가질 필요는 없다. 사실상, 초점면(140)은 광학계에 의해 제공된 임의의 굴곡된 표면일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 가요성 기판(160) 상의 광 검출기(150)의 보통의 구성은 예시적인 일례로서의 기능을 하는 것으로 의도된 것이다. 일반적으로, 가요성 기판(160) 상의 광 검출기(150)의 배치는 일반적일 필요는 없으며, 특정 애플리케이션의 요건에 따른 임의의 패턴일 수 있다. 예를 들어, 장치(100)가 차량에 장착된 LIDAR 시스템의 일부인 경우, 차량의 환경에서 특정 관심 영역에 대해 더 높은 해상도의 정보를 갖는 것이 유용할 수 있다. 결과적으로, 광 검출기(150)는 특정 관심 영역에 대응하는 위치에서 가요성 기판(160) 상에 보다 조밀하게 분포될 수 있다.
도 2 및 3은, 광 검출기(210)의 어레이가 광학계(미도시)의 초점면에 대응하는 굴곡된 표면 상에 위치되는 비한정적인 예시적인 조립체(200)를 도시한다. 도 2는 조립체(200)의 평면도를 도시하고 도 3은 측면도를 도시한다. 조립체(200)는 가요성 PCB(220) 상에 장착되고 가요성 PCB(220) 상의 각각의 도전성 트레이스(230)에 접속된 광 검출기(210)의 어레이를 포함한다. 도전성 트레이스(230)는 가요성 PCB(220) 상의 커넥터(240)에 전기적으로 접속된다. 이 예에서, 광 검출기들(210)은 애벌란치 포토다이오드이며, 이들은 4개의 엇갈린 평행한 행(staggered parallel rows)으로 배열된다. 이러한 구성은, 각각의 광 검출기가 대응하는 광원과 페어링되는 LIDAR 시스템(미도시)의 복수의 광원에 대응할 수 있다.
일례에서, 조립체(200)는 렌즈와 함께 사용된다. 조립체(200)는, 렌즈 또는 다른 광학계가 굴곡된 초점면을 제공하는, 도 1에 도시된 장치(100)와 같은 장치에서 사용될 수 있다. 렌즈는 비구면 및 환상면을 가질 수 있다. 환상면은 광 검출기(210)의 행에 평행한 방향에 대응하는 제1 곡률 및 광 검출기(210)의 행에 수직인 방향에 대응하는 제2 곡률을 가질 수 있다.
가요성 PCB(220)는 상부 클램핑 단편(250)과 하부 클램핑 단편(260) 사이에서 클램핑되며, 클램핑 단편들은 볼트(270)에 의해 함께 고정된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 클램핑 단편(250)은 굴곡된 볼록면(255)을 포함하고, 하부 클램핑 단편(260)은 굴곡된 오목면(265)을 포함한다. 이러한 굴곡된 표면들은 서로에 그리고 초점면의 굴곡된 형상에 대응한다. 가요성 PCB(220)는 상부 클램핑 단편(250)과 하부 클램핑 단편(260) 사이에 그것을 배치하고 볼트(270)에 의해 클램핑 단편들을 함께 고정함으로써 초점면의 굴곡된 형상으로 형성된다. 그 형상이 광학계의 굴곡된 초점면에 대응하는 굴곡된 표면들 사이에 클램핑됨으로써, 가요성 PCB(220)는 렌즈 또는 다른 광학계의 굴곡된 초점면에 대응하는 공간의 굴곡된 형상에 위치되도록 그 위에 장착된 광 검출기들(210)을 위치시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정렬 구멍들(alignment holes)(280)의 쌍은 상부 클램핑 단편(250), 가요성 PCB(220)를 통해 하부 클램핑 단편(260)으로 연장할 수 있다. 정렬 구멍들(280)은 클램핑 단편(250, 260)에 대한 가요성 PCB(220)의 정렬을 기계적으로 고정하기 위해 대응하는 장부촉 핀을 수용할 수 있다. 또한, 장부촉 핀과 구멍의 시스템은 예시적인 장치(200)의 조립체에 도움이 되도록 역할을 할 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 장치(200)는 각각 단일의 머시닝된 컴포넌트인 상부 클램핑 단편(250) 및 하부 클램핑 단편(260)을 포함한다. 이는 실시예에서 사용되는 클램핑 단편의 형태를 한정하려는 것은 아니며; 가요성 기판을 굴곡된 형상의 초점면으로 형성하기 위해 상부 클램핑 단편의 컴포넌트들과 하부 클램핑 단편의 컴포넌트들이 가요성 기판 주위에 함께 고정될 수 있다면, 상부 클램핑 단편 및/또는 하부 클램핑 단편은 각각 하나 이상의 컴포넌트로 이루어질 수 있다.
예시적인 조립체(200)의 클램핑 단편(250, 260)은 볼트(270)를 사용하여 함께 고정되는 것으로 도시되지만, 이는 비한정적인 예로서 의도된 것이다. 클램핑 단편은 클립, 접착제, 용접, 외부 클램프, 자석 또는 자석들, 유압 또는 공기압의 외부 인가, 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 컴포넌트들을 부착하는 다른 방법 중 임의의 것을 포함하여 다른 수단에 의해 부착될 수 있다.
또한, 정렬 구멍(280)과 대응하는 장부촉 핀의 사용은 클램핑 단편(250, 260)에 대해 기판(220)을 위치시키는 비한정적인 예시적인 방식으로서 의도된 것이다. 구멍의 위치 및 개수는 예시적인 장치(200)와 다를 수 있다. 구멍은 클램핑 단편들 중 하나 또는 둘다를 완전히 또는 부분적으로 관통할 수 있다. 장부촉은 클램핑 단편으로부터 분리될 수 있거나 이들은 클램핑 단편들 중 하나 또는 둘다의 구성의 일부일 수 있다. 장부촉은 조립체의 일부로서 남아있을 수 있거나 제조 동안에만 사용되고 후에 제거될 수도 있다. 정렬 구멍 또는 장부촉 핀에 의존하지 않는, 클램핑 단편과 기판을 정렬하는 대안적인 방법도 사용될 수 있다.
일례에서, 예시적인 조립체(200)의 가요성 PCB(220) 상에 위치된 광 검출기 요소(210)는 애벌란치 포토다이오드이다. 다른 예에서, 광 검출기 요소는 포토트랜지스터, 애벌란치 포토트랜지스터, 포토다이오드, 광 전지, 포토레지스터, 초전 검출기, CMOS 능동 픽셀 센서, CCD 요소 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 임의의 다른 광 검출기 요소를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 광 검출기 요소는 하나의 유형의 센서만을 포함할 필요가 없으며, 상이한 유형들의 혼합을 포함할 수도 있다. 또한, 광 검출기는 전자기 스펙트럼의 가시광, 자외광 및/또는 적외광 부분의 광의 파장을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 검출기에 도달하는 파장을 제한하기 위해 광 검출기 위에 필터가 배치될 수 있다.
또한, 검출 시스템에 대한 광 검출기(210)의 전기적 접속은 가요성 PCB(220) 상의 각각의 도전성 트레이스(230) 및 커넥터(240)와 다른 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 광 검출기는 가요성 기판 또는 클램핑 단편과 독립적이거나 소정의 방식으로 이에 기계적 또는 전기적으로 결합될 수 있는 개별 배선 또는 케이블링에 의해 검출 시스템에 접속될 수 있다. 또한, 접속은 가요성 기판과 독립적이거나 가요성 기판 상에 패턴화될 수 있는 RF 마이크로스트립 라인에 의해 달성될 수 있다. 광 검출기는 또한 열거되지는 않았지만 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 방법에 의해 접속될 수 있다. 가요성 기판 상의 광 검출기의 장착은 예에서와 같이 각각의 트레이스와 결합함으로써 달성될 수 있거나, 접착제의 사용이나 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 방법에 의해 달성될 수 있다.
예시적인 조립체(200)의 광 검출기(210)는 엇갈린 평행한 행으로 일정한 간격으로 가요성 기판(220) 상에 배치되지만; 청구항의 실시예는 광학계의 광 필드의 원하는 샘플링에 따라 임의의 패턴으로 가요성 기판 상에 광 검출기를 배치할 수 있다. 배치는 단지 하나의 행 또는 복수의 행으로 이루어질 수 있으며; 행 내의 광 검출기의 배치는 규칙적이거나 임의의 간격을 가질 수 있다. 광 검출기는 정방형, 육각형, 또는 다른 규칙적 모자이크식 패턴(regularly tessellated pattern)으로 배치될 수 있거나 불규칙적인 패턴으로 배치될 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 예시적인 조립체(200)의 가요성 기판은 가요성 PCB(220)이다. 그러나, 다른 가요성 기판이 사용될 수 있다. 기판은 금속성일 수 있으며, 전기적인 노이즈로부터 광 검출기를 차폐하기 위해 접지면으로서의 역할을 하도록 구성될 수 있다. 또한, 가요성 기판은 광학계에 의해 규정되는 굴곡된 광학 표면에 맞도록 구부러질 수 있으며 광 검출기가 특정 위치에서 부착될 수 있는 다른 재료들로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 클램핑 단편(250, 260) 사이의 가요성 PCB(220)의 굴곡(curving)은 청구된 장치의 하나의 가능한 실시예를 예시하도록 의도된 것이다. 굴곡은 광학계의 굴곡된 초점면에 실질적으로 대응하는 임의의 곡선에 따른 것일 수 있다. 또한, 굴곡은 단지 한 방향으로 될 필요는 없으며, 구부러지는 가요성 기판의 능력에 따라 두 방향으로 될 수 있다. 굴곡은 기판 상의 광 검출기의 행 방향에 평행할 수 있거나 기판 상의 광 검출기의 배치에 대해 임의의 각도로 될 수 있다. 굴곡은 또한 복수의 방향으로 될 수 있다.
또한, 광학계의 초점면의 굴곡된 형상과 클램핑 단편에서의 PCB(220)의 굴곡된 형상 사이의 매칭의 정밀도는, 예를 들어 초점의 정밀도가 굴곡된 PCB(220) 상의 광 검출기(210)에서 어떻게 달성될 수 있는지에 의존하여 다를 수 있다. 예를 들어, 광 검출기(210) 상으로의 광의 포커싱의 부정확성의 특정량이 수용될 수 있도록 광 검출기(210)는 각각 충분히 큰 감광 영역을 가질 수 있다. 결과적으로, 광학계의 초점면에 대한 광 검출기(210)의 위치들 사이의 오프셋의 소정의 양이 허용될 수 있다.
도 4는 굴곡된 초점면 상의 각각의 3차원 위치에 광 검출기를 배치하기 위한 비한정적인 예시적인 방법(400)을 도시한다. 본 방법(400)은 평면 구성의 가요성 기판 상에 복수의 광 검출기를 장착하는 단계(블록 410), 굴곡된 가요성 기판이 광학계에 의해 규정된 초점면의 굴곡된 형상에 실질적으로 맞도록 가요성 기판을 굴곡시키는 단계(블록 420) 및 복수의 광 검출기의 각각의 광 검출기가 초점면 상의 각각의 3차원 위치에 있도록 광학계에 대해 굴곡된 가요성 기판을 위치시키는 단계(블록 430)를 포함한다.
방법(400)의 예시적인 구현에서, 평면 구성의 가요성 기판 상에 복수의 광 검출기를 장착하는 단계(블록 410)는 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 머신을 사용하여 가요성 PCB 상에 평행한 행으로 애벌란치 포토다이오드를 배치하고 나서 PCB 상의 각각의 도전성 트레이스에 포토다이오드를 다이-본딩(die-bonding)하는 단계를 포함한다. 행으로 광 검출기를 배치하는 것은 본 방법(400)의 예시적인 실시예로서 의도된 것이며 한정적인 것은 아니다. 광 검출기는 단일 행 또는 반복적인 정방형 또는 육각형의 패턴 또는 다른 패턴으로 배치될 수 있다.
방법(400)의 추가적인 예로서, 굴곡된 가요성 기판이 광학계에 의해 규정된 초점면의 굴곡된 형상에 실질적으로 맞도록 가요성 기판을 굴곡시키는 단계(블록 420)는 2개의 클램핑 단편 사이에 가요성 PCB를 클램핑하는 단계를 포함할 수 있다. 클램핑 단편들 중 하나의 클램핑 단편은 렌즈에 의해 제공되는 굴곡된 초점면의 형상에 대응하는 볼록면을 가지며, 다른 클램핑 단편은 굴곡된 초점면의 형상에 대응하는 오목면을 갖는다. 가요성 PCB 및 클램핑 단편은 대응하는 정렬 구멍을 포함한다. 클램핑 단편에 대한 가요성 PCB의 위치를 고정하기 위해 가요성 PCB와 클램핑 단편의 정렬 구멍을 통해 장부촉이 삽입된다. 그 후, 가요성 PCB는 클램핑 단편들 사이에서 가압됨으로써 굴곡된 초점면의 형상으로 형성된다. 그 후, 클램핑 단편은 함께 볼트로 고정된다. 이러한 작업은 가요성 PCB 상에 장착된 포토다이오드가 광학계의 초점면의 굴곡된 형상에 대응하는 공간에서 굴곡된 표면을 따라 놓이게 한다.
복수의 광 검출기의 각각의 광 검출기가 초점면 상의 각각의 3차원 위치에 있도록 광학계에 대해 굴곡된 가요성 기판을 위치시키는 예(블록 430)는 하우징 내의 하나의 위치에서 그 사이에 가요성 PCB가 유지된 클램핑 단편을 장착하는 단계와 하우징 내의 다른 위치에 광학 조립체를 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 위치들에 장착될 때, 가요성 PCB는 광학계에 의해 규정되는 굴곡된 초점면에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 하우징은 LIDAR 플랫폼의 일부일 수 있다. 일부 예에서, 광학계는 비구면과 환상면을 갖는 렌즈와 같은 렌즈를 포함할 수 있다.
가요성 PCB 상의 애벌란치 포토다이오드의 설명된 장착은 방법(400)의 비한정적인 예시적인 실시예로서 의도된 것이다. 예를 들어, 애벌란치 포토다이오드는 사용될 수 있는 광 검출기의 유형의 특정 예이다. 사용되는 광 검출기는 포토트랜지스터, 애벌란치 포토트랜지스터, 포토다이오드, 광 전지, 포토레지스터, 초전 검출기, CMOS 능동 픽셀 센서, CCD 요소 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 임의의 다른 광 검출기 요소를 포함할 수 있다. 또한, 가요성 기판 상에 장착된 광 검출기는 다수의 유형의 광 검출기를 포함할 수 있다. 광 검출기는 전자기 스펙트럼의 가시광, 자외광 및/또는 적외광 부분의 광의 파장을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 검출기에 도달하는 파장을 제한하기 위해 광 검출기 위에 필터가 배치될 수 있다.
또한, 가요성 기판은 가요성 PCB일 수 있거나, 전체적으로 또는 부분적으로 전기 도전성일 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 임의의 가요성 재료로 이루어질 수 있다. 예시적인 구현에서 사용되는 다이-본딩에 대한 대안으로서, 가요성 기판 상의 광 검출기의 장착은 접착제의 사용 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 장착 방법을 포함할 수 있다. 또한, 검출 시스템에 대한 광 검출기들의 전기 접속은 가요성 기판과 독립적이거나 이에 내장될 수 있는 개별 와이어들, 마이크로스트립 라인들 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 방법들을 포함할 수 있다.
두 개의 굴곡된 클램핑 단편 사이에 가요성 기판을 클램핑하는 것은 본 방법(400)의 단지 하나의 가능한 실시예이다. 예를 들어, 강성의 기계적 컴포넌트가 굴곡된 초점면의 굴곡된 형상에 대응하는 굴곡된 표면을 가질 수 있다. 가요성 기판 상에 장착된 광 검출기의 위치가 초점면의 굴곡된 형상에 실질적으로 맞도록 접착제가 강성 컴포넌트에 가요성 기판을 고정하는 데 사용될 수 있다. 다른 비한정적인 예는 그 곡선이 굴곡된 초점면의 굴곡된 형상과 일치하는 굴곡된 슬롯을 갖는 머시닝된 컴포넌트를 사용할 수 있다. 광 검출기가 굴곡된 초점면에 대응하는 굴곡된 표면 상에 위치되도록 광 검출기가 장착된 가요성 기판이 굴곡된 슬롯에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진, 특정 형상으로 가요성 기판을 굴곡시키고 그 굴곡을 유지하기 위한 임의의 방법이 청구된 바와 같이 기판을 광학계의 굴곡된 초점면의 형상으로 굴곡시키기 위해 채용될 수 있다.
마찬가지로, 광 검출기의 행에 평행한 방향을 따라 가요성 기판을 굴곡시키기 위해 클램핑 단편을 사용하는 것은 기판을 굴곡된 초점면의 형상에 맞도록 굴곡시키는 비한정적인 예로서 의도된 것이다. 기판은 광 검출기의 행에 수직인 방향으로 굴곡될 수 있거나 양쪽 방향으로 굴곡될 수 있다. 또한, 광 검출기의 위치가 광학계의 초점면의 굴곡된 형상에 대응하도록, 기판은 가요성 기판 상의 광 검출기의 배치에 대한 임의의 방향 또는 방향들로 굴곡될 수 있다.
클램핑 단편이 가요성 기판을 굴곡시키는 데 사용되는 경우, 예시적인 실시예에 설명된 바와 같이(즉, 볼트로) 서로 부착될 수 있거나 다른 방법에 의해 부착될 수 있다. 예를 들어, 클램핑 단편은 클립, 용접, 접착제, 자석이나 자석들, 유압 또는 공기압력, 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 부착 방법 중 임의의 것으로 부착될 수 있다.
도 4에 도시된 예시적인 실시예(400)의 단계의 순서는 단지 예시적인 목적으로 의도되며, 청구된 방법의 가능한 구현을 제한하지 않는다. 단계는 임의의 순서로 수행될 수 있거나, 단계는 동시에 일어날 수 있다.
다양한 예시적인 양태 및 예시적인 실시예가 여기에 개시되었지만, 다른 양태 및 실시예가 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 여기에 개시된 다양한 예시적인 양태 및 예시적인 실시예는 예시의 목적으로 의도된 것이며 한정적인 것으로 의도되지 않았으며, 진정한 범위 및 사상은 이하의 청구항에 의해 나타내어진다.

Claims (12)

  1. 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치로서,
    굴곡된 형상(curved shape)을 갖는 초점면을 규정하는 광학계;
    가요성 인쇄 회로 기판(PCB);
    상기 가요성 PCB 상에 장착된 복수의 광 검출기; 및
    적어도 제1 클램핑 단편(clamping piece) 및 제2 클램핑 단편을 포함하는 클램프
    를 포함하고,
    상기 제1 클램핑 단편은 상기 초점면의 상기 굴곡된 형상에 대응하는 볼록면을 갖고, 상기 제2 클램핑 단편은 굴곡된 상기 초점면의 상기 굴곡된 형상에 대응하는 오목면을 갖고, 상기 클램프는 상기 제1 및 제2 클램핑 단편들 사이에 상기 가요성 PCB를 유지하도록 구성되고 상기 제1 및 제2 클램핑 단편들은 상기 가요성 PCB가 상기 초점면의 상기 굴곡된 형상에 맞도록 그리고 상기 복수의 광 검출기 내 광 검출기들 각각이 상기 초점면 상의 각자의 위치에 있도록 부착되고,
    상기 복수의 광 검출기는 상기 가요성 PCB의 도전성 트레이스들에 전기적으로 접속되고, 상기 도전성 트레이스들은 상기 클램프로부터 연장되는 상기 가요성 PCB의 부분 상의 커넥터에 전기적으로 접속되는, 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출기 내 각각의 광 검출기는 각자의 애벌란치 포토다이오드(avalanche photodiode)를 포함하는, 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출기 내 광 검출기들은 복수의 행(rows)으로 배열되는, 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 렌즈를 포함하는, 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 렌즈는 비구면(aspheric surface) 및 환상면(toroidal surface)을 갖는, 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출기 내 광 검출기들은 복수의 행으로 배열되고, 상기 환상면은 상기 행들에 평행한 방향에서 제1 곡률, 그리고 상기 행들에 수직인 방향에서 제2 곡률을 갖는, 굴곡된 초점면 상에서 광을 검출하기 위한 장치.
  7. 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법으로서,
    각각의 광 검출기가 가요성 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 각자의 2차원 위치를 갖도록 하는 평면 구성으로 상기 가요성 PCB 상에 복수의 광 검출기를 장착하는 단계 - 상기 가요성 PCB 상에 상기 복수의 광 검출기를 장착하는 단계는 상기 가요성 PCB 내 도전성 트레이스들에 상기 복수의 광 검출기를 전기적으로 접속하는 단계를 포함하고, 상기 도전성 트레이스들은 상기 가요성 PCB의 부분 상의 커넥터에 전기적으로 접속됨 -;
    굴곡된 상기 가요성 PCB가 광학계에 의해 규정되는 초점면의 굴곡된 형상에 맞도록, 그 위에 장착된 상기 복수의 광 검출기를 갖는 상기 가요성 PCB를 굴곡시키는 단계 - 상기 가요성 PCB를 굴곡시키는 단계는, 상기 가요성 PCB의 부분 상의 상기 커넥터가 클램프로부터 연장되도록, 적어도 제1 클램핑 단편과 제2 클램핑 단편을 포함하는 상기 클램프 내에 상기 가요성 PCB를 클램핑하는 단계를 포함하고, 상기 제1 클램핑 단편은 상기 초점면의 상기 굴곡된 형상에 대응하는 볼록면을 갖고, 상기 제2 클램핑 단편은 상기 초점면의 상기 굴곡된 형상에 대응하는 오목면을 가짐 - ; 및
    상기 복수의 광 검출기 내 각각의 광 검출기가 상기 초점면 상의 각자의 3차원 위치에 있도록 상기 광학계에 대해 상기 굴곡된 가요성 PCB를 위치시키는 단계
    를 포함하는, 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출기 내 광 검출기들은 상기 가요성 PCB 상에 복수의 행으로 배열되는, 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가요성 PCB를 굴곡시키는 단계는 상기 행들에 평행한 방향으로 상기 가요성 PCB를 굴곡시키는 단계를 포함하는, 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가요성 PCB를 굴곡시키는 단계는 상기 행들에 수직인 방향으로 상기 가요성 PCB를 굴곡시키는 단계를 포함하는, 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 광학계는 렌즈를 포함하는, 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 렌즈는 비구면 및 환상면을 갖는, 굴곡된 초점면 상에 광 검출기들을 위치시키기 위한 방법.
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