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TW202111969A - 包括增強的安全特徵的發光模組 - Google Patents

包括增強的安全特徵的發光模組 Download PDF

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TW202111969A
TW202111969A TW109124271A TW109124271A TW202111969A TW 202111969 A TW202111969 A TW 202111969A TW 109124271 A TW109124271 A TW 109124271A TW 109124271 A TW109124271 A TW 109124271A TW 202111969 A TW202111969 A TW 202111969A
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conductive
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席爾文 葛拉司曼
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Abstract

封裝光發射器模組可提供經改良安全特徵以促成感測一透射罩蓋中水分的存在或諸如一裂縫之一機械缺陷，若未以一及時方式解決該缺陷或其他情境，則此可導致由發射光引起之一安全危害。諸如不同導電跡線之不同導電結構允許監測及偵測機械缺陷與監測及偵測由水分的該存在引起之問題脫鉤。該脫鉤可允許針對可導致一安全危害之特定情境之偵測最佳化該等導電結構之各者之各自組態。

Description

包括增強的安全特徵的發光模組
本發明係關於包括增強的安全特徵的發光模組。
將包括用以攝錄三維影像、感測運動及/或手勢之技術的新特徵添加至智慧型電話、平板電腦及其他攜帶型運算裝置。數位攝錄方法使用各種類型之微型照明器，該等微型照明器與攝影機互動以在三維區域中攝錄動態事件。此等照明器可具有各種形式且提供不同類型之功能。一些運用極短脈衝照明一寬區域以進行攝錄飛行時間資訊之光偵測及測距(LIDAR)型量測。其他照明器係脈衝或連續波(CW)，且將結構化光圖案投射至一場景上。數位攝影機攝錄結構化光圖案之一影像，且使用軟體演算法以自圖案化影像中之修改判定三維場景資訊。
適於微型照明器的一個技術係高功率垂直腔體表面發射雷射(VCSEL)裝置及陣列裝置。此等裝置可運用適於飛行時間應用之極快上升時間脈衝化。其等係小的，但運用高效電光轉換產生高功率雷射光束。然而，可將各種光學組件(例如，一光學漫射體)放置於光束路徑中以針對特定應用修改光束性質。
在一些情況中，一裸VCSEL之光輸出功率通常可高至使得其在損及光學組件之品質之事件中可能導致對人眼或皮膚之損害。因此，重要的係確保高功率雷射照明器當在攜帶型運算裝置中操作時符合雷射安全規定。舉例而言，照明器可為在正常操作條件下藉由防止人過於接近照明器而維持眼睛安全操作之一總成之部分。然而，在一些情況中，對光學結構之損害(例如，裂縫) (其修改用於安全操作之輸出光束)或光學結構上水分或化學污染的存在可能導致安全危害。同樣地，若光學結構掉落或被移除，則可能損及安全。
本發明描述封裝照明及其他光發射器模組，其等在一些例項中具有經改良安全特徵且促成感測VCSEL或其他光源上方之一透射罩蓋中水分或一裂縫的存在。
舉例而言，在一個態樣中，本發明描述一種包括可操作以產生具有一特定波長之光之一光發射器的設備。一透射罩蓋經安置以便與由光發射器發射之光之一路徑相交，其中該透射罩蓋實質上對於由光發射器產生之光之波長透明。提供第一導電結構及第二導電結構(例如，導電跡線)。
在一些例項中，將一第一導電結構安置於透射罩蓋之一第一表面上，且將一第二導電結構安置於該透射罩蓋之一第二表面上，其中該第二表面不同於該第一表面，且該第一表面及該第二表面之各者與由光發射器產生之光之一路徑相交。在其他例項中，將一第一導電結構安置於透射罩蓋之一表面上，其中該表面與由光發射器產生之光之一路徑相交，且一第二導電結構經安置於該透射罩蓋之與該第一導電結構相同之側上且藉由一絕緣層而與該第一導電結構分離。
設備進一步包括一控制器。第一導電結構及第二導電結構之各者電耦合至控制器。控制器可操作以監測第一導電結構及第二導電結構之各者之一各自電氣特性，使得若該第一導電結構或該第二導電結構之一特定者之所監測特性改變達超過一各自預定量，則該控制器調節由光源產生之一光輸出。在一些例項中，控制器駐留於封裝本身中，而在其他例項中，其駐留於封裝整合於其中之一主機裝置(例如，智慧型電話)中。若感測到機械損害或水分，則控制器可在可發生眼睛或其他損害之前促成發射器電源之快速關斷。若控制器在模組內部，則模組可獨立且立即關斷發射器電源且無需依賴於電話製造商處理電路。
一些實施方案包括以下特徵之一或多者。舉例而言，在一些情況中，第一導電結構經配置用於偵測透射罩蓋中之一機械缺陷(例如，一裂縫)，且第二導電結構經配置用於偵測水分的存在。在一些例項中，控制器可操作以監測來自第一導電結構之針對一電阻變化之信號，且可操作以監測來自第二導電結構之針對一電容變化之信號。在一些實施方案中，控制器可操作以監測第一導電結構及第二導電結構之各者之各自電氣特性，使得若該第一導電結構或該第二導電結構之一特定者之所監測特性改變達超過一各自預定量，則該控制器導致由光源產生之光輸出停止。
在一些情況中，第一導電結構或第二導電結構之至少一者由實質上對於由光發射器產生之光之波長透明的一材料(例如，氧化銦錫(ITO))構成。此等導電結構可與由光源發射之一光束之一佔用面積至少部分重疊。在一些例項中，第一導電結構或第二導電結構之至少一者由實質上對於由光發射器產生之光之波長不透明的一材料(例如，鉻)構成。在此情況中，導電結構較佳地不與由光源發射之一光束之一佔用面積重疊。
提供不同導電結構允許監測及偵測諸如裂縫之機械缺陷與監測及偵測由水分的存在引起之問題脫鉤。脫鉤允許針對特定情境(例如，光學總成中裂縫的存在或封裝中水分的存在)之偵測最佳化導電結構(例如，跡線)之各者之各自組態。在一些例項中，當存在各種類型之潛在危害時，此脫鉤可藉由促成對提供至光源之電力之調節而改良封裝之安全。
將從以下詳細描述、隨附圖式及發明申請專利範圍容易於明白其他態樣、特徵及優勢。
本發明描述用以促成對可能導致一眼睛安全危害或其他風險之異常之偵測的照明模組及技術。一般而言，可藉由在安置於由一VCSEL或其他光源發射之光束之路徑中之一透射罩蓋之相對表面上或在一些情況中在相同表面上提供導電跡線而實施異常之偵測。導電跡線可經組態舉例而言使得跡線之一第一者上之水分(例如，凝結)或跡線之一第二者中之一裂縫的存在導致可藉由處理電路偵測之一電氣特性(例如，電連續性、電容及/或電阻率)之變化。在適當情境中(例如，在電氣特性之一所偵測變化指示可能危害到眼睛或皮膚安全的情況下)，處理電路可關閉或以其他方式調節(例如，減少)光發射器之光功率輸出。
圖1繪示根據本發明之一封裝光發射器模組之一實例。一模製封裝外殼14具有一光源10安裝於其中之一腔體。在以下論述中，假定光源10係一VCSEL晶片。在一些實施方案中，光源10經實施為一VCSEL陣列。此外，在一些例項中，光源10經實施為一或多個發光二極體(LED)、紅外(IR) LED、有機LED (OLED)、或紅外(IR)雷射。一般而言，光源10可操作以依一特定波長或在一相對較窄波長範圍(例如，紅外)內發射光24。
可將光源10安裝舉例而言至一銅引線框12或其他基板，諸如一印刷電路板(PCB)。在此實例中，使用焊料或類似導電接合材料將光源10直接接合至一導電襯墊26。此提供一個電接點(例如，一陰極)以及提供導熱路徑。可使用線接合28製成至光源24之一第二電接點(例如，一陽極)。
將一光學組件16安置於光源10上方以便與由光源產生之(若干)光束24之路徑相交。光學組件16可包括舉例而言一微透鏡陣列(MLA)、一光學漫射體、一透鏡、一折射或繞射光學元件、一漫射體、一光譜濾光器、一偏光濾光器、及/或可操作以修改(若干)VCSEL輸出光束24之光學特性的一些其他光學結構。如繪示實例中展示，可將光學組件16安置於封裝之模製外殼14中之一腔體中。在其他實施方案中，可將光學組件16安置於封裝之外殼外部。
如圖1中進一步展示，模組包括安置於光學組件16上方的一透射罩蓋18。透射罩蓋18及光學組件16一起形成一光學總成。可舉例而言由玻璃構成之罩蓋18實質上對於由光源10產生之光透明。在圖1之實例中，透射罩蓋18之一第一側(例如，面向外或A側)具有在其表面上之經配置以感測透射罩蓋中之一裂縫的一第一導電結構(例如，一跡線) 22。此一裂縫的存在可能造成舉例而言一眼睛安全危害。然而，罩蓋18中之一裂縫通常同樣將導致跡線22中之一裂縫，且藉由監測跡線22之電阻，可偵測到此一裂縫的存在且可採取適當措施。透射罩蓋18之第二側(例如，面向內或B側)具有在其表面上之經配置以感測透射罩蓋之面向內表面上之水分的一第二導電結構(例如，一跡線) 20。光學元件16上之水滴之存在可改變光學元件之光學性質且可造成一眼睛安全危害(例如，在由VCSEL晶片發射之光筆直穿過MLA而未被MLA折射的情況下)。藉由監測舉例而言跡線20之電容，可偵測到水分的存在且可採取適當措施。
提供不同跡線20、22允許監測及偵測諸如裂縫之機械缺陷與監測及偵測由水分的存在引起之問題脫鉤。脫鉤允許針對特定情境(例如，光學總成中裂縫的存在或封裝中水分的存在)之偵測最佳化跡線20、22之各者之各自組態。在一些例項中，當存在各種類型之潛在危害時，此脫鉤可藉由促成對提供至光源10之電力之調節而改良封裝之安全。
圖2A及圖2B展示根據一些實施方案之導電跡線20、22之進一步細節。較佳地，跡線20、22之各者由實質上對於由光源10產生之光之(若干)波長透明的一導電材料構成。舉例而言，在一些實施方案中，跡線20、22由實質上對於紅外光透明的氧化銦錫(ITO)構成。在其他例項中，跡線20、22可由另一實質上透明且導電材料構成。由於跡線20、22對於由光源10產生之光之波長透明，故其等至少部分可與由光源10發射之(若干)光束之佔用面積30相交而不干擾該(等)發射光束。透射罩蓋18應足夠厚使得兩個ITO層之間存在最小干擾。在一些實施方案中，透射罩蓋18具有至少300 μm之一厚度，但在一些例項中，小至100 μm之一厚度可為足夠的。
可由連接至面向內側(即，B側)上之導電接點(例如，襯墊) 34 (參見圖2B)之導電通孔32 (參見圖2A及圖3)提供從罩蓋18之面向外側(即，A側)上的跡線至面向內側(即，B側)之電連接。面向內側(即，B側)上之跡線20連接至導電接點(例如，襯墊) 36。因此，在繪示實例中，兩個跡線20、22之電連接在透射罩蓋18之面向內側(即，B側)上。在一些情況中，一電絕緣層(例如，SiO2 )保護ITO層20、22。電絕緣層中之開口提供對各種導電通孔及接點(例如，23、34及36)之接達。導電襯墊34、36可分別連接至適當電壓(例如，接地及VCC )。取決於實施方案，兩個跡線20、22可連接至單獨或一共同接地。
如圖3中展示，各跡線20、22可形成舉例而言藉由引線框12連接至一VCSEL電流驅動器控制器40或其他電子控制單元(ECU)之一各自電路之部分。可提供電引線以將跡線20、22連接至引線框12。控制器40可駐留於封裝本身中或駐留於封裝整合於其中之一主機裝置(例如，智慧型電話)中。若感測到機械損害或水分，則控制器可在可發生眼睛或其他損害之前促成發射器電源之快速關斷。若控制器在模組內部，則模組可獨立且立即關斷發射器電源且無需依賴於電話製造商處理電路。
控制器40可操作以監測各跡線20、22之一各自電氣特性(例如，電阻或電容)。若跡線20、22之一特定者之所量測特性改變達超過一指定量(例如，達超過一指定臨限值或超出一指定範圍)，則控制器40關閉或以其他方式調節(例如，減少)由光源10產生之光輸出。舉例而言，在一些例項中，控制器40監測罩蓋18之面向外側(即，A側)上之跡線22之電阻的變化。若對蓋玻璃18發生機械或其他損害，使得跡線22中出現一或多個裂縫或其他破裂，則該(等)破裂將導致電阻或電導率之變化，此可藉由控制器40進行偵測。在一些實施方案中，跡線22經組態以偵測具有約80 μm或更大之一寬度之裂縫。同樣地，控制器40可監測罩蓋18之面向內側(即，B側)上之跡線20之電容的變化。若罩蓋之面向內側(即，B側)上存在水或其他水分，則跡線20之電容將改變且可藉由控制器40進行偵測。
儘管形成對於由光源10產生之光之(若干)波長透明或至少實質上透明之一材料之(若干)跡線20、22在一些應用中可為有利的，然在其他實施方案中，該(等)跡線之至少一者可實質上對於由光源10產生之光之該(等)波長不透明。圖4繪示一實例，其包括由蓋玻璃18之一側(例如，A側)上之一鉻跡線22A構成之一導電結構。假定光源10可操作以發射光譜之紅外範圍中之光，應將跡線22A安置於蓋玻璃18之表面上，使得其不與由光源發射之光束之佔用面積30重疊，此係因為鉻通常對於紅外輻射不透明。因此，應將跡線22A安置於由光源10發射之(若干)光束之光學路徑外部。藉由監測跡線22A之電阻之變化，可在開始自蓋玻璃18之一側邊緣傳播之裂縫到達光學總成之光學敏感區域30之前偵測該等裂縫。
儘管在一些實施方案中，將期望在透射罩蓋18之不同側上提供各自跡線20、22 (或22A)，然如上文描述，在一些情況中可在罩蓋18之相同側上提供兩個跡線。圖5中繪示一實例，其展示針對水分偵測最佳化之一第一導電跡線20，且針對諸如罩蓋18中之一裂縫之缺陷之偵測最佳化一第二導電跡線22A。跡線20、22A可舉例而言藉由諸如SiO2 之一絕緣層彼此分離。儘管兩個跡線20、22A皆在透射罩蓋18上，然跡線之一者可經安置為與罩蓋直接接觸，而第二跡線與罩蓋間接接觸。在所繪示實例中，相較於用於偵測水分之跡線20，用於偵測裂縫之跡線22A略微更接近透射罩蓋18之表面。
此外，導電跡線不必一定由相同材料構成。因此，在圖5之繪示實例中，用於水分偵測之跡線20可由ITO或實質上對於紅外光透明之另一材料構成，而用於罩蓋18中之機械缺陷(例如，裂縫)之偵測之跡線22A可由鉻構成。此處同樣地，提供不同跡線20、22A允許監測及偵測諸如裂縫之機械缺陷與監測及偵測由水分的存在引起之問題脫鉤。脫鉤允許針對特定情境(例如，光學總成中裂縫的存在或封裝中水分的存在)之偵測最佳化跡線20、22A之各者之各自組態。在一些例項中，當存在各種類型之潛在危害時，此脫鉤可藉由促成對提供至光源10之電力之調節而改良封裝之安全。
對於將兩個跡線安置於透射罩蓋18之相同側上的實施方案，最佳化跡線之組態應考量跡線之兩個導電層之間之可能寄生相互作用。
可在數位電子電路中或在電腦軟體、韌體或硬體中實施本發明中描述之標的及功能操作之各個態樣(例如，控制器40)。因此，本說明書中描述之標的之態樣可經實施為一或多個電腦程式產品，即，在一電腦可讀媒體上編碼以由資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作之電腦程式指令之一或多個模組。電腦可讀媒體可為一機器可讀儲存裝置、一機器可讀儲存基板、一記憶體裝置、實現一機器可讀傳播信號之一物質組合物、或其等之一或多者之一組合。除硬體以外，設備亦可包括針對所討論之電腦程式創建一執行環境的程式碼，例如，組成處理器韌體之程式碼。
可舉例而言藉由執行一或多個電腦程式之一或多個可程式化處理器執行此說明書中描述之程序及邏輯流程(例如，藉由控制器40監測)以藉由對輸入資料操作且產生輸出而執行功能。亦可藉由專用邏輯電路(例如，一FPGA (場可程式化閘陣列)或一ASIC (特定應用積體電路))執行程序及邏輯流程，且設備亦可經實施為該專用邏輯電路。
適於執行一電腦程式之處理器藉由實例包括通用微處理器及專用微處理器兩者，及任何種類之數位電腦之任一或多個處理器。通常，一處理器將從一唯讀記憶體或一隨機存取記憶體或該兩者接收指令及資料。一電腦之必要元件係用於執行指令之一處理器及用於儲存指令及資料之一或多個記憶體裝置。適於儲存電腦程式指令及資料之電腦可讀媒體包括全部形式之非揮發性記憶體、媒體及記憶體裝置，包括(藉由實例)：半導體記憶體裝置，例如，EPROM、EEPROM及快閃記憶體裝置；磁碟，例如，內部硬磁碟或可移除磁碟；磁光碟；及CD ROM及DVD-ROM光碟。處理器及記憶體可藉由專用邏輯電路補充或併入專用邏輯電路中。
可將本發明中描述之封裝光發射器模組安裝於舉例而言被併入一智慧型電話、平板電腦、穿戴式裝置、PDA、膝上型電腦、個人電腦、或其他攜帶型運算主機裝置中之一印刷電路板上。電連接提供用於光源10之啟動/撤銷啟動信號、及來自導電跡線20、22 (或22A)之安全信號。一般而言，前述模組可用於廣範圍之應用中，諸如LIDAR、泛光照明器、點投射器、近接感測器、3D感測器及攝影機、汽車感測器、及其他。
將容易明白各種修改且可對前述實例作出各種修改。在一些情況中，結合不同實施例描述之特徵可被併入相同實施方案中，且可自一些實施方案省略結合前述實例描述之各種特徵。因此，其他實施方案在發明申請專利範圍之範疇內。
10:光源 12:引線框 14:模製封裝外殼 16:光學組件 18:透射罩蓋 20:第二導電結構/跡線/第一導電跡線 22:第一導電結構/跡線 22A:第二導電跡線 24:光束 26:導電襯墊 28:線接合 30:佔用面積/光學敏感區域 32:導電通孔 34:導電接點/導電襯墊 36:導電接點/導電襯墊 40:垂直腔體表面發射雷射(VCSEL)電流驅動器控制器
圖1係一照明模組之一剖面圖。
圖2A展示一透射罩蓋上之用於感測一裂縫之一導電跡線之一實例。
圖2B展示一透射罩蓋上之用於感測水分之一導電跡線之一實例。
圖3係在其相對表面上包括跡線之透射罩蓋之一示意性側視圖。
圖4展示用於感測一裂縫之一導電跡線之另一實例。
圖5展示一透射罩蓋之相同側上之用於感測水分及用於感測一裂縫之導電跡線之一實例。
10:光源
12:引線框
14:模製封裝外殼
16:光學組件
18:透射罩蓋
20:第二導電結構/跡線/第一導電跡線
22:第一導電結構/跡線
24:光束
26:導電襯墊
28:線接合

Claims (20)

  1. 一種設備，其包含： 一光發射器，其可操作以產生具有一特定波長之光； 一透射罩蓋，其經安置以便與由該光發射器發射之光之一路徑相交，其中該透射罩蓋實質上對於由該光發射器產生之光之該波長透明； 一第一導電結構，其經安置於該透射罩蓋之一第一表面上； 一第二導電結構，其經安置於該透射罩蓋之一第二表面上，該第二表面不同於該第一表面，且該第一表面及該第二表面之各者與由該光發射器產生之該光之一路徑相交；及 一控制器； 其中： 該第一導電結構及該第二導電結構之各者電耦合至該控制器，且 該控制器可操作以監測該第一導電結構及該第二導電結構之各者之一各自電氣特性，使得若該第一導電結構或該第二導電結構之一特定者之該所監測特性改變達超過一各自預定量，則該控制器調節由該光源產生之一光輸出。
  2. 如請求項1之設備，其中該第一導電結構及該第二導電結構之各者係一導電跡線。
  3. 如請求項1或2中任一項之設備，其中該第一導電結構經配置用於偵測該透射罩蓋中之一機械缺陷，且其中該第二導電結構經配置用於偵測水分的存在。
  4. 如請求項3之設備，其中該控制器可操作以監測來自該第一導電結構之針對一電阻變化之信號，且其中該控制器可操作以監測來自該第二導電結構之針對一電容變化之信號。
  5. 如請求項1至4中任一項之設備，其中該控制器可操作以監測該第一導電結構及該第二導電結構之各者之該各自電氣特性，使得若該第一導電結構或該第二導電結構之一特定者之該所監測特性改變達超過一各自預定量，則該控制器導致由該光源產生之該光輸出停止。
  6. 如請求項1至5中任一項之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之至少一者由實質上對於由該光發射器產生之光之該波長透明的一材料構成。
  7. 如請求項6之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之該至少一者與由該光源發射之一光束之一佔用面積至少部分重疊。
  8. 如請求項1至7中任一項之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之至少一者由ITO構成。
  9. 如請求項1至5中任一項之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之至少一者由實質上對於由該光發射器產生之光之該波長不透明的一材料構成。
  10. 如請求項9之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之該至少一者不與由該光源發射之一光束之一佔用面積重疊。
  11. 一種設備，其包含： 一光發射器，其可操作以產生具有一特定波長之光； 一透射罩蓋，其經安置以便與由該光發射器發射之光之一路徑相交，其中該透射罩蓋實質上對於由該光發射器產生之光之該波長透明； 一第一導電結構，其經安置於該透射罩蓋之一表面上，其中該表面與由該光發射器產生之該光之一路徑相交； 一第二導電結構，其經安置於該透射罩蓋之與該第一導電結構相同之一側上且藉由一絕緣層而與該第一導電結構分離；及 一控制器； 其中： 該第一導電結構及該第二導電結構之各者電耦合至該控制器，且 該控制器可操作以監測該第一導電結構及該第二導電結構之各者之一各自電氣特性，使得若該第一導電結構或該第二導電結構之一特定者之該所監測特性改變達超過一各自預定量，則該控制器調節由該光源產生之一光輸出。
  12. 如請求項11之設備，其中該第一導電結構及該第二導電結構之各者係一導電跡線。
  13. 如請求項11或12中任一項之設備，其中該第一導電結構經配置用於偵測該透射罩蓋中之一機械缺陷，且其中該第二導電結構經配置用於偵測水分的存在。
  14. 如請求項13之設備，其中該控制器可操作以監測來自該第一導電結構之針對一電阻變化之信號，且其中該控制器可操作以監測來自該第二導電結構之針對一電容變化之信號。
  15. 如請求項11至14中任一項之設備，其中該控制器可操作以監測該第一導電結構及該第二導電結構之各者之該各自電氣特性，使得若該第一導電結構或該第二導電結構之一特定者之該所監測特性改變達超過一各自預定量，則該控制器導致由該光源產生之該光輸出停止。
  16. 如請求項11至15中任一項之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之至少一者由實質上對於由該光發射器產生之光之該波長透明的一材料構成。
  17. 如請求項16之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之該至少一者與由該光源發射之一光束之一佔用面積至少部分重疊。
  18. 如請求項11至17中任一項之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之至少一者由ITO構成。
  19. 如請求項11至15中任一項之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之至少一者由實質上對於由該光發射器產生之光之該波長不透明的一材料構成。
  20. 如請求項19之設備，其中該第一導電結構或該第二導電結構之該至少一者不與由該光源發射之一光束之一佔用面積重疊。
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