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特表2022-525426ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-13
(54)【発明の名称】ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成
(51)【国際特許分類】
G01S 7/484 20060101AFI20220506BHJP
G02B 13/00 20060101ALI20220506BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20220506BHJP
【ＦＩ】
G01S7/484
G02B13/00
G01S7/481 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021556688
(86)(22)【出願日】2020-03-24
(85)【翻訳文提出日】2021-11-17
(86)【国際出願番号】 US2020024483
(87)【国際公開番号】W WO2020198235
(87)【国際公開日】2020-10-01
(31)【優先権主張番号】62/823,406
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518379544
【氏名又は名称】セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100137969
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 憲昭
(74)【代理人】
【識別番号】100104824
【弁理士】
【氏名又は名称】穐場 仁
(74)【代理人】
【識別番号】100121463
【弁理士】
【氏名又は名称】矢口 哲也
(72)【発明者】
【氏名】マッコード，マーク アームストロング
(72)【発明者】
【氏名】カランバー，ロジャー デイヴィッド
(72)【発明者】
【氏名】ペイ，ジュン
(72)【発明者】
【氏名】ニールセン，ヘンリック ケー．
【テーマコード（参考）】
2H087
5J084
【Ｆターム（参考）】
2H087KA19
2H087KA22
2H087LA22
2H087LA25
2H087RA44
2H087RA45
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA03
5J084BA06
5J084BA07
5J084BA20
5J084BA36
5J084BA48
5J084BB02
5J084BB04
5J084CA03
(57)【要約】
ライダーシステムは、第１の光学レンズと、第１の光学レンズの光軸に沿って第１の光学レンズから離間された、１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージを含む。それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に、第１のベストフォーカスの表面上にあるように、それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージが、それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置された複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含む。ライダーシステムは、第２の光学レンズと、第２の光学レンズの光軸に沿って第２の光学レンズから離間された、１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージをさらに含む。それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に、第２のベストフォーカスの表面上にあるように、それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージが、それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置された複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含む。
【選択図】図１５Ｂ
【選択図】図１５Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の光軸と、第１のレンズの中心と、第１のベストフォーカスの表面によって特徴づけられる第１の光学レンズと、１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージは、前記第１の光軸に沿って前記第１の光学レンズから離間され、それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージは、複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントのそれぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に前記第１のベストフォーカスの表面上にあるように、前記それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置された前記複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含む、１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージと、
第２の光軸と、第２のレンズの中心と、第２のベストフォーカスの表面によって特徴づけられる第２の光学レンズと、
１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージは、前記第２の光軸に沿って前記第２の光学レンズから離間され、それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージは、複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントのそれぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に前記第２のベストフォーカスの表面上にあるように、前記それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置された前記複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含む、１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージと、
を備える、ライダーシステム。
【請求項2】
前記第１のベストフォーカスの表面および前記第２のベストフォーカスの表面のそれぞれが湾曲している、請求項１に記載のライダーシステム。
【請求項3】
前記複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントのそれぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが、実質的に前記第１のレンズの中心に向けられるように、前記複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、前記それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置され、前記複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントのそれぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが、実質的に前記第２のレンズの中心に向けられるように、前記複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、前記それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置される、請求項１に記載のライダーシステム。
【請求項4】
前記それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージが、第１の表面実装デバイス（ＳＭＤ）パッケージを備え、前記それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージが、第２のＳＭＤパッケージを備える、請求項１に記載のライダーシステム。
【請求項5】
第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）および第２のプリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備え、前記１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージが、機械的および電気的に前記第１のＰＣＢに結合され、前記１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージが、機械的および電気的に第２のＰＣＢに結合される、請求項４に記載のライダーシステム。
【請求項6】
前記第１のＰＣＢは、前記１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージがマウントされる第１の曲面を有し、前記第２のＰＣＢは、前記１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージがマウントされる第２の曲面を有する、請求項５に記載のライダーシステム。
【請求項7】
プリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備え、前記１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージおよび、前記１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージが、機械的および電気的に前記ＰＣＢに結合される、請求項４に記載のライダーシステム。
【請求項8】
前記１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージが、複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージを含み、前記１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージが、複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージを含む、前記ライダーシステムであって、前記ライダーシステムが、複数の第１のファセットを有する第１のインターポーザであって、前記複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージが前記第１のインターポーザにマウントされ、それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージが、前記複数の第１のファセットのそれぞれのファセットに配置される、第１のインターポーザと、
複数の第２のファセットを有する第２のインターポーザであって、前記複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージが前記第２のインターポーザにマウントされ、それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージが、前記複数の第２のファセットのそれぞれのファセットに配置される、第２のインターポーザと、
をさらに備える、請求項４に記載のライダーシステム。
【請求項9】
１つまたは複数の平面プリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備え、前記第１のインターポーザおよび前記第２のインターポーザが前記１つまたは複数の平面ＰＣＢにマウントされる、請求項８に記載のライダーシステム。
【請求項10】
前記複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントが複数の第１の光源を含み、前記複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントが複数の第２の検出器を含む、請求項１に記載のライダーシステム。
【請求項11】
前記複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、第１の光源のセットおよび第１の検出器のセットを含み、前記複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、第２の光源のセットおよび第２の検出器のセットを含む、請求項１に記載のライダーシステム。
【請求項12】
ライダーシステムのためのオプトエレクトロニクスパッケージであって、前記ライダーシステムは、光軸と、レンズの中心と、ベストフォーカスの表面によって特徴付けられる光学レンズを備え、前記オプトエレクトロニクスパッケージは、前記光軸に沿って前記光学レンズから離間された基板と、
それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に前記光学レンズの前記ベストフォーカスの表面上にあるように、前記基板上に配置される複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントと、
を備える、オプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項13】
前記第１のベストフォーカスの表面および前記第２のベストフォーカスの表面のそれぞれが湾曲している、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項14】
前記それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが、実質的に前記レンズの中心に向けられるように、前記それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが前記基板上に配置される、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項15】
プリント回路基板（ＰＣＢ）に機械的および電気的に結合するための表面実装デバイス（ＳＭＤ）パッケージとして構成される、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項16】
前記複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、複数の光源または複数の検出器を含む、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項17】
前記複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、光源のセットおよび検出器のセットを含む、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項18】
前記基板が複数のファセットによって特徴付けられる表面を有し、前記それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが前記複数のファセットのそれぞれのファセット上に配置される、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項19】
ライダーシステムのためのオプトエレクトロニクスパッケージであって、前記ライダーシステムは、光軸と、レンズの中心と、ベストフォーカスの表面によって特徴付けられる光学レンズを備え、前記オプトエレクトロニクスパッケージは、前記光軸に沿って前記光学レンズから離間された基板と、
それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが、実質的に前記レンズの中心に向けられるように、前記基板上に配置される複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを備える、オプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項20】
プリント回路基板（ＰＣＢ）に機械的および電気的に結合するための表面実装デバイス（ＳＭＤ）パッケージとして構成される、請求項１９に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項21】
前記複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、複数の光源または複数の検出器を含む、請求項１９に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項22】
前記複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが、光源のセットおよび検出器のセットを含む、請求項１９に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。
【請求項23】
前記基板が上面および側面を有し、前記光源のセットが前記側面に配置され、前記検出器のセットが前記上面に配置される、請求項２２に記載のオプトエレクトロニクスパッケージ。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、「ＭＯＵＮＴＩＮＧ ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＩＮ ＬＩＤＡＲ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する２０１９年３月２５日に出願された米国仮出願第６２/８２３，４０６号の利益および優先順位を主張し、その全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
[0001]本出願は、「ＭＯＵＮＴＩＮＧ ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＩＮ ＬＩＤＡＲ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する２０１９年３月２５日に出願された米国仮出願第６２/８２３，４０６号の利益および優先順位を主張し、その全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
[0002]三次元センサは、自律車両、ドローン、ロボット工学、セキュリティアプリケーションなどに適用され得る。走査型ライダーセンサは、安価でそのようなアプリケーションに適した高い角度分解能を達成し得る。ライダーセンサは、レーザビームを放射するための光源や、反射したレーザビームを検出するための検出器などのオプトエレクトロニクスコンポーネントを含み得る。また、ライダーセンサのオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成を改善する必要がある。
【発明の概要】
【0003】
[0003]いくつかの実施形態によれば、ライダーシステムは、第１の光軸によって特徴付けられる第１の光学レンズと、第１のレンズの中心と、第１のベストフォーカスの表面と、第１の光軸に沿って第１の光学レンズから離間された１つまたは複数の第１のオプトエレクトロニクスパッケージとを備える。それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージは、それぞれの第１のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置された複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含むが、これは複数の第１のオプトエレクトロニクスコンポーネントのそれぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に第１のベストフォーカスの表面上にあるようにするためである。ライダーシステムは、第２の光軸によって特徴付けられる第２の光学レンズと、第２のレンズの中心と、第２のベストフォーカスの表面と、第２の光軸に沿って第２の光学レンズから離間された１つまたは複数の第２のオプトエレクトロニクスパッケージとをさらに備える。それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージは、それぞれの第２のオプトエレクトロニクスパッケージ上に配置された複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含むが、これは複数の第２のオプトエレクトロニクスコンポーネントのそれぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に第２のベストフォーカスの表面上にあるようにするためである。
【0004】
[0004]いくつかの実施形態によれば、ライダーシステム用のオプトエレクトロニクスパッケージが提供される。ライダーシステムは、光軸によって特徴付けられる光学レンズと、レンズの中心と、ベストフォーカスの表面とを備える。オプトエレクトロニクスパッケージは、光軸に沿って光学レンズから離間した基板と、それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントの表面が、実質的に光学レンズのベストフォーカスの表面上にあるように基板上に配置された複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを備える。
【0005】
[0005]いくつかの実施形態によれば、ライダーシステム用のオプトエレクトロニクスパッケージが提供される。ライダーシステムは、光軸によって特徴付けられる光学レンズと、レンズの中心と、ベストフォーカスの表面とを備える。オプトエレクトロニクスパッケージは、光軸に沿って光学レンズから離間された基板と、それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネントが実質的にレンズの中心に向けられるように、基板上に配置された複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントとを備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】いくつかの実施形態による、三次元イメージングのためのライダーセンサを概略的に示す。
【図2】いくつかの実施形態による、例示的なライダーシステムを概略的に示す。
【図3】いくつかの実施形態による、走査型ライダーシステムを概略的に示す。
【図4】いくつかの実施形態による、レンズ面湾曲を考慮に入れることができ得る走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図5】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図6】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図7】いくつかのさらなる実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図8】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図9】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図10】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図11】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図12】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。
【図13】いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の上面図を概略的に示す。
【図15A】いくつかの実施形態による、ライダーシステム用のオプトエレクトロニクスパッケージの断面図を示す。
【図16】いくつかの実施形態による、ライダーシステム用のオプトエレクトロニクスパッケージの斜視図を示す。
【図17A】いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージの断面図を概略的に示す。
【図18A】いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージの端面図を示す。
【図18B】いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージの端面図を示す。
【図19】いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージの下側を示す。
【図20】いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージを示す。
【図21A】いくつかの実施形態による、ライダーシステムのための二次元オプトエレクトロニクスアレイを例示的に示す。
【図21B】いくつかの実施形態による、二次元オプトエレクトロニクスアレイを示す。
【図22A】いくつかの実施形態による、ライダーシステムのための二次元オプトエレクトロニクスアレイの断面図および斜視図のそれぞれを例示的に示す。
【図22B】いくつかの実施形態による、ライダーシステムのための二次元オプトエレクトロニクスアレイの断面図および斜視図のそれぞれを例示的に示す。
【図23】いくつかの実施形態による二次元オプトエレクトロニクスアレイを示す。
【図24A】いくつかの実施形態による、二次元オプトエレクトロニクスアレイで利用され得るいくつかの例示的なＳＭＤパッケージの端面図を概略的に示す。
【図24B】いくつかの実施形態による、二次元オプトエレクトロニクスアレイで利用され得るいくつかの例示的なＳＭＤパッケージの端面図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0007】
[0034]ライダーシステムは、光線を放射するための光源（例えば、光源）のアレイを含み得、これは、放射レンズを通して標的シーンに投影され得る。何らかの形式の走査機構を使用して、標的シーン全体の光線を走査し得る。ライダーシステムは、標的シーンから反射された戻り光線を収集し、それらを検出器のアレイに集束させるための受信レンズを含み得る。いくつかの実施形態では、光源は、放射レンズからの像面湾曲を最小化するために、放射レンズから異なる距離にマウントされ得る。代替的または追加的に、それぞれの光源は、光線をより最適に投射するために、実質的に放射レンズの中心を指すように配向され得る。同様に、検出器もまた、受信レンズから様々な距離に取り付けられ、それぞれの検出器の検出面の法線が実質的に受信レンズの中心を指すように配向され得る。大量生産では、光源と検出器を低コストで正確に自動配置する必要がある。
【0008】
[0035]いくつかの実施形態では、２つ以上の光源や検出器のアレイが、表面実装デバイス（ｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔ ｄｅｖｉｃｅ：ＳＭＤ）パッケージに配置される。ＳＭＤパッケージは、プリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）に直接はんだ付けするように設計され得る。光源や検出器は、放射レンズまたは受信レンズの像面湾曲の影響を軽減するために、異なる高さでＳＭＤパッケージ内に配置され得る。代替的または追加的に、光源や検出器は、それらが実質的に放射レンズまたは受信レンズの中心に向けられるように配向され得る。
【0009】
[0036]図１は、いくつかの実施形態による、三次元イメージングのためのライダーセンサ１００を概略的に示す。ライダーセンサ１００は、放射レンズ１３０及び受信レンズ１４０を含む。ライダーセンサ１００は、実質的に放射レンズ１３０の後焦点面に配置された、光源１１０ａを含む。光源１１０ａは、放射レンズ１３０の後焦点面のそれぞれの放射位置から、レーザパルス１２０を放射するように動作する。放射レンズ１３０は、ライダーセンサ１００の前方に配置された物体１５０に向けて、レーザパルス１２０をコリメートして導くように構成されている。光源１１０ａの所与の放射位置について、コリメートされたレーザパルス１２０’は、対応する角度で物体１５０に向けて導かれる。
【0010】
[0037]コリメートされたレーザパルス１２０’の一部は、物体１５０から受信レンズ１４０に向かって反射される。受信レンズ１４０は、物体１５０で反射されたレーザパルスの一部１２２を、受信レンズ１４０の焦点面の対応する検出位置に集束させるように構成されている。ライダーセンサ１００は、実質的に、受信レンズ１４０の焦点面に配置された検出器１６０ａをさらに含む。検出器１６０ａは、物体１５０から反射されたレーザパルス１２０の一部１２２を、対応する検出位置で受信及び検出するように構成されている。検出器１６０ａの対応する検出位置は、光源１１０ａのそれぞれの放射位置と光学的に共役である。
【0011】
[0038]レーザパルス１２０は、短い持続時間、例えば１０ｎｓパルス幅であってもよい。ライダーセンサ１００は、光源１１０ａ及び検出器１６０ａに結合された、プロセッサ１９０をさらに含む。プロセッサ１９０は、放射から検出までのレーザパルス１２０の飛行時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）を求めるように構成されている。レーザパルス１２０は光速で伝わるため、ライダーセンサ１００と物体１５０との間の距離が、求められた飛行時間に基づいて求められてもよい。
【0012】
[0039]ＦＯＶ全体にわたってレーザビーム１２０’をスキャンする１つの方法は、光源１１０ａを、放射レンズ１３０の後焦点面内で放射レンズ１３０に対して横方向に移動させることである。例えば、光源１１０ａは、図１に示されるように、放射レンズ１３０の後焦点面における複数の放射位置へとラスタスキャンされてもよい。光源１１０ａは、複数の放射位置で複数のレーザパルスを放射してもよい。それぞれの放射位置で放射された各レーザパルスは、放射レンズ１３０によってコリメートされ、それぞれの角度で物体１５０に向けて導かれて、物体１５０の表面上の対応する点に当たる。したがって、光源１１０ａが、放射レンズ１３０の後焦平面のある一定の領域内でラスタスキャンされるにつれて、物体１５０上の対応する物体領域がスキャンされる。検出器１６０ａは、図１に示されるように、受信レンズ１４０の焦点面における、複数の対応する検出位置に位置付けられるように、ラスタスキャンされてもよい。検出器１６０ａをスキャンすることは、典型的には光源１１０ａをスキャンすることと同期して実行され、そのため、検出器１６０ａと光源１１０ａは、任意の所与の時間において、常に互いと光学的に共役である。リサージュパターンなどの他のスキャンパターンも可能である。
【0013】
[0040]それぞれの放射位置で放射される各レーザパルスの飛行時間を求めることによって、ライダーセンサ１００から物体１５０の表面上の対応する各点までの距離が求められてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ１９０は、各放射位置における光源１１０ａの位置を検出する、位置エンコーダと結合されている。放射位置に基づいて、コリメートされたレーザパルス１２０’の角度が、求められてもよい。物体１５０の表面上の対応する点のＸ－Ｙ座標は、ライダーセンサ１００に対する角度、およびライダーセンサ１００までの距離に基づいて求められてもよい。したがって、物体１５０の三次元イメージは、ライダーセンサ１００から物体１５０の表面上の様々な点までの測定された距離に基づいて構築されてもよい。いくつかの実施形態では、三次元イメージは、点群、すなわち物体１５０の表面上の点のＸ、Ｙ及びＺ座標の集合として、表現されてもよい。
【0014】
[0041]いくつかの実施形態では、戻りレーザパルス１２２の強度が、測定されて、同じ放射点からの後続のレーザパルスの出力を調整するために使用される。検出器の飽和を防止し、眼の安全を改善し、または総消費電力を低減するためである。レーザパルスの出力は、レーザパルスの持続時間、レーザに印加される電圧もしくは電流、またはレーザに電力供給するために使用されるコンデンサに蓄積される電荷を多様にすることによって、多様にされてもよい。後者の場合では、コンデンサに蓄積される電荷は、コンデンサへの充電時間、充電電圧、または充電電流を多様にすることによって、多様にされてもよい。いくつかの実施形態では、イメージにもう１つの次元を加えるために、強度も使用されてもよい。例えば、イメージには、Ｘ、Ｙ及びＺ座標、さらには反射率（又は明るさ）が含まれていてもよい。
【0015】
[0042]ライダーセンサ１００の画角（ａｎｇｕｌａｒ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ：ＡＦＯＶ）は、光源１１０ａのスキャン範囲、及び放射レンズ１３０の焦点距離に基づいて、次のように推定されてもよい。
式中、ｈは、光源１１０ａのある一定の方向に沿ったスキャン範囲であり、ｆは、放射レンズ１３０の焦点距離である。所与のスキャン範囲ｈに対して、より短い焦点距離は、より広いＡＦＯＶをもたらすであろう。所与の焦点距離ｆに対して、より大きいスキャン範囲は、より広いＡＦＯＶをもたらすであろう。いくつかの実施形態では、ライダーセンサ１００は、放射レンズ１３０の後焦平面にアレイとして配置された複数の光源を含んでいてもよく、そのため、それぞれの個々の光源のスキャン範囲を比較的小さく保ちながら、全部合わせたより大きなＡＦＯＶが実現され得る。したがって、ライダーセンサ１００は、受信レンズ１４０の焦点面にアレイとして配置された複数の検出器を含んでいてもよく、各検出器は、それぞれの光源と共役であり得る。例えば、ライダーセンサ１００は、図１に示されるように、第２の光源１１０ｂおよび第２の検出器１６０ｂを含んでいてもよい。他の実施形態では、ライダーセンサ１００は、４つの光源および４つの検出器、または８つの光源および８つの検出器を含んでいてもよい。一実施形態では、ライダーセンサ１００は、４×２アレイとして配置された８つの光源、および４×２アレイとして配置された８つの検出器を含んでいてもよく、そのため、ライダーセンサ１００は、垂直方向におけるそのＡＦＯＶよりも、水平方向においてより広いＡＦＯＶを有し得る。様々な実施形態によれば、ライダーセンサ１００の全部合わせたＡＦＯＶは、放射レンズの焦点距離、各光源のスキャン範囲、および光源の数に応じて、約５度～約１５度、又は約１５度～約４５度、又は約４５度～約１２０度の範囲であってもよい。
【数1】
式中、ｈは、光源１１０ａのある一定の方向に沿ったスキャン範囲であり、ｆは、放射レンズ１３０の焦点距離である。所与のスキャン範囲ｈに対して、より短い焦点距離は、より広いＡＦＯＶをもたらすであろう。所与の焦点距離ｆに対して、より大きいスキャン範囲は、より広いＡＦＯＶをもたらすであろう。いくつかの実施形態では、ライダーセンサ１００は、放射レンズ１３０の後焦平面にアレイとして配置された複数の光源を含んでいてもよく、そのため、それぞれの個々の光源のスキャン範囲を比較的小さく保ちながら、全部合わせたより大きなＡＦＯＶが実現され得る。したがって、ライダーセンサ１００は、受信レンズ１４０の焦点面にアレイとして配置された複数の検出器を含んでいてもよく、各検出器は、それぞれの光源と共役であり得る。例えば、ライダーセンサ１００は、図１に示されるように、第２の光源１１０ｂおよび第２の検出器１６０ｂを含んでいてもよい。他の実施形態では、ライダーセンサ１００は、４つの光源および４つの検出器、または８つの光源および８つの検出器を含んでいてもよい。一実施形態では、ライダーセンサ１００は、４×２アレイとして配置された８つの光源、および４×２アレイとして配置された８つの検出器を含んでいてもよく、そのため、ライダーセンサ１００は、垂直方向におけるそのＡＦＯＶよりも、水平方向においてより広いＡＦＯＶを有し得る。様々な実施形態によれば、ライダーセンサ１００の全部合わせたＡＦＯＶは、放射レンズの焦点距離、各光源のスキャン範囲、および光源の数に応じて、約５度～約１５度、又は約１５度～約４５度、又は約４５度～約１２０度の範囲であってもよい。
【0016】
[0043]光源１１０ａは、紫外、可視、又は近赤外の波長範囲のレーザパルスを放射するように構成されてもよい。各レーザパルスのエネルギーは、マイクロジュール程度であってもよく、これは、通常、ＫＨｚ範囲の繰返し率において眼に安全であると考えられる。約１５００ｎｍを超える波長で動作する光源については、眼は、それらの波長では焦点が合わないため、エネルギーレベルは、より高いものであることができる。検出器１６０ａは、シリコン・アバランシェ・フォトダイオード、光電子増倍管、ＰＩＮダイオード、又は他の半導体センサを含んでもよい。
【0017】
[0044]ライダーセンサ１００の角度分解能は、効果的に回折限界であることができ、これは、次のように推定されてもよい。
θ＝１．２２λ／Ｄ,
式中、λは、レーザパルスの波長、Ｄは、レンズ開口の直径である。角度分解能はまた、光源１１０ａの放射領域のサイズ、並びにレンズ１３０及び１４０の収差に依存してもよい。様々な実施形態によれば、ライダーセンサ１００の角度分解能は、レンズのタイプに応じて、約１ｍｒａｄ～約２０ｍｒａｄ（約０．０５～１．０度）の範囲であってもよい。
θ＝１．２２λ／Ｄ,
式中、λは、レーザパルスの波長、Ｄは、レンズ開口の直径である。角度分解能はまた、光源１１０ａの放射領域のサイズ、並びにレンズ１３０及び１４０の収差に依存してもよい。様々な実施形態によれば、ライダーセンサ１００の角度分解能は、レンズのタイプに応じて、約１ｍｒａｄ～約２０ｍｒａｄ（約０．０５～１．０度）の範囲であってもよい。
【0018】
[0045]図２は例示的なライダーシステム２００を概略的に示す。ライダーシステム２００は放射レンズ２３０と受信レンズ２４０の２つのレンズを含んでもよい。放射レンズ２３０および受信レンズ２４０のそれぞれは、複数のレンズ素子を含む、複合レンズであってもよい。放射レンズ２３０および受信レンズ２４０は、レンズマウント２２０にマウントされてもよい。放射レンズ２３０および受信レンズ２４０が取り付けられたレンズマウント２２０は、本明細書ではレンズアセンブリと呼ばれ得る。
【0019】
[0046]ライダーシステム２００はまた、１つまたは複数の光源２１０（例えば、光源）および１つまたは複数の検出器２６０（例えば、図２に示されるような４つの光源２１０および４つの検出器２６０）を含んでいてもよい。光源２１０は、オプトエレクトロニクスボード２５０にマウントされてもよく、放射レンズ２３０の後ろに配置されてもよい（例えば、放射レンズ２３０の焦点面）。検出器２６０はオプトエレクトロニクスボード２５０にマウントされてもよく、受信レンズ２４０の後ろに配置されてもよい（例えば、受信レンズ２４０の焦点面）。オプトエレクトロニクスボード２５０であって、その上にマウントされた光源２１０および検出器２６０を有するものは、本明細書ではオプトエレクトロニクスアセンブリと呼ばれる場合がある。
【0020】
[0047]図１を参照して上記で論じたように、それぞれの光源２１０ａおよび対応する検出器２６０ａは、それぞれの光源２１０ａの位置が対応する検出器２６０ａの位置と光学的に共役になるように、オプトエレクトロニクスボード２５０上に配置される。したがって、それぞれの光源２１０ａによって放射された光線は、放射レンズ２３０によって投射またはコリメートされ得、ライダーシステム２００の前に置かれた物体により反射され得る。そして、反射光線は、受信レンズ２４０によって対応する検出器２６０ａに集束され得る。
【0021】
[0048]いくつかの実施形態では、レンズアセンブリは、図２に示されるように、一対のフレクシャ２７０ａおよび２７０ｂを介してベース２０２に柔軟に取り付けられ得る。一対のフレクシャ２７０ａおよび２７０ｂのそれぞれについての、一方の端部は、ベース２０２に取り付けられており、もう一方の端部は、レンズアセンブリ２２０に取り付けられている。一対のフレクシャ２７０ａ及び２７０ｂは、ボイス・コイル・モータなどの、アクチュエータ２０４（本明細書では駆動機構とも呼ばれる）に結合されてもよい。アクチュエータ２０４は、コントローラ２０６によって制御されて一対のフレクシャ２７０ａ及び２７０ｂが平行四辺形のように左又は右にそらされることを引き起こしてもよく、そのようにして、図２における両側矢印によって示されるように、レンズアセンブリ２２０を左または右に移動させてもよい。放射レンズ２３０の横方向の移動は、光源２１０によって放射されたレーザビームが、ライダーシステム２００の前方のＦＯＶ全体にわたってスキャンされることを引き起こしてもよい。放射レンズ２３０および受信レンズ２４０を含むレンズアセンブリ２２０全体が、単一のユニットとして移動されるため、レンズアセンブリ２２０が、スキャンされるとき、光源２１０と検出器２６０との間の光学的共役関係が、維持される。
【0022】
[0049]図２は、レンズアセンブリ２２０を移動させるための２つのロッド形状のフレクシャ２７０ａ及び２７０ｂを示しているが、他のフレクシャ機構又はステージが、使用されてもよい。例えば、スプリング及び空気軸受などが、使用されてもよい。いくつかの実施形態では、駆動機構２０４は、ボイス・コイル・モータ（ｖｏｉｃｅ ｃｏｉｌ ｍｏｔｏｒ：ＶＣＭ）および圧電アクチュエータなどを含んでいてもよい。高いスキャン周波数では、一対のフレクシャ２７０ａ及び２７０ｂ、並びに駆動機構２０４は、電力要件を最小化するために、その共鳴周波数で、またはその共鳴周波数の近くで動作させられてもよい。
【0023】
[0050]走査は他の方法で達成されてもよい。例えば、レンズアセンブリは固定され得るが、オプトエレクトロニクスボード２５０は、レンズアセンブリに対して（例えば、一組の屈曲部を介して）走査され得る。いくつかの実施形態では、走査は、放射レンズ２３０、受信レンズ２４０、光源２１０、および検出器２６０を包含する回転プラットフォームを使用して実施され得る。あるいは、回転する多角形ミラー、または１つまたは複数の振動ミラーを使用してもよい。
【0024】
[0051]ライダーシステム２００は、複数の光源２１０および複数の検出器２６０を備え得る。複数の光源２１０は、一次元または二次元アレイのいずれかとして配置され得る（例えば、二次元のアレイの場合、用紙に対し垂直方向に互いにオフセットされた１つまたは複数の行が存在し得る）。同様に、複数の検出器２６０は一次元または二次元のアレイいずれかに配置され得る。
【0025】
[0052]図３は、いくつかの実施形態による走査型ライダーシステム３００を概略的に示す。図２に示されているライダーシステム２００と同様に、ライダーシステム３００もまた、２つのレンズ（第１のレンズ３３０および第２のレンズ３４０）を含む。第１のレンズ３３０および第２のレンズ３４０は、レンズマウント３２０にマウントされ得る。第１のレンズ３３０は、第１の光軸３３２を有し、第２のレンズ３４０は、第１の光軸３３２に実質的に平行な第２の光軸３４２を有する。ライダーシステム３００は、複数の光源３１０および複数の検出器３６０をさらに備える。光源３１０および検出器３６０は、オプトエレクトロニクスボード３５０にマウントされ得る。
【0026】
[0053]ここで、図２に示されるライダーシステム２００のように、すべての光源３１０を一方のレンズの後ろに置き、すべての検出器３６０をもう一方のレンズの後ろに置く代わりに、第１の光源のセット３１０ａおよび第１の検出器のセット３６０ａは、第１のレンズ３３０の焦点面に配置され、第２の光源のセット３１０ｂおよび第２の検出器のセット３６０ｂは、第２のレンズ３４０の焦点面に配置される。第１のレンズ３３０の後ろの第１の光源のセット３１０ａおよび第１の検出器のセット３６０ａは、第１のトランシーバアレイと呼ばれ得る。同様に、第２のレンズ３４０の後ろの第２の光源のセット３１０ｂおよび第２の検出器のセット３６０ｂは、第２のトランシーバアレイと呼ばれ得る。したがって、第１のレンズ３３０および第２のレンズ３４０のそれぞれは、放射レンズおよび受信レンズの両方として機能する。ゆえに、第１のレンズ３３０および第２のレンズ３４０は、トランシーバレンズと呼ばれ得る。
【0027】
[0054]第２の検出器のセット３６０ｂのそれぞれの検出器３６０ｂは、第１のレンズ３３０の焦点面上の第１の光源のセット３１０ａの対応する光源３１０ａのそれぞれの位置と光学的に共役である、第２のレンズ３４０の焦点面上のそれぞれの検出器位置に配置されるが、これは、第２の検出器のセット３６０ｂのそれぞれの検出器３６０ｂが、第１の光源のセット３１０ａの対応する光源３１０ａにより放射され、第１のレンズ３３０および第２のレンズ３４０の前に置かれた、１つまたは複数の物体（図３に示されていない）により反射される光線を検出可能にするためである。
【0028】
[0055]同様に、第１の検出器のセット３６０ａのそれぞれの検出器３６０ａは、第２のレンズ３４０の焦点面上の第２の光源のセット３１０ｂの対応する光源３１０ｂのそれぞれの位置と光学的に共役である、第１のレンズ３３０の焦点面上のそれぞれの検出器位置に配置されるが、これは、第１の検出器のセット３６０ａのそれぞれの検出器３６０ａが、第２の光源のセット３１０ｂの対応する光源３１０ｂにより放射され、１つまたは複数の物体により反射される光源を検出可能にするためである。
【0029】
[0056]いくつかの実施形態によれば、複数の光源や複数の検出器は、レンズの像面湾曲を説明する構成でプラットフォーム上にマウントされ得る。「像面湾曲」または「ペッツバール像面湾曲」とも呼ばれる像面湾曲は、光軸に対して垂直な平坦な物体を、平らな像面に適切に焦点を合わせることができない光学収差を表す。fはレンズの焦点距離であり、すべての平面波面がレンズから距離fの点に集束される単一要素レンズシステムを考えてみる。このレンズをフラットイメージセンサーから距離fに置くと、光軸の近くの画像ポイントは完全に焦点が合っている可能性があるが、軸から外れた光線はイメージセンサーの前に焦点が合う可能性がある。撮像面が球形の場合、それほど大きな問題にはなり得ない。最新のレンズ設計、たとえば複数のレンズ要素を利用するレンズ設計では、像面湾曲をある程度最小化（または「像面平坦化」）でき得るが、像面湾曲がいくらか残り得る。
【0030】
[0057]レンズの像面湾曲が存在し、図２に示されるように、複数の光源２１０が平面にマウントされている場合、光軸から離れて配置された光源２１０によって放射されたレーザパルスは、放射レンズ２３０の像面湾曲のために、放射レンズ２３０によって完全にコリメートされないかもしれない。同様に、図２に示されるように、複数の検出器２６０が平面上にマウントされている場合、物体から反射されたレーザパルスは、受信レンズ２４０の像面湾曲のために光軸から離れて配置されている検出器の受信レンズ２４０によって、完全に焦点が合わないかもしれない。
【0031】
[0058]図４は、いくつかの実施形態による、レンズ面湾曲を考慮に入れることができる走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。光学レンズ４１０は、レンズホルダー４２０にマウントされ得る。レンズ４１０は、レンズの中心４１４を通過する光軸４１２、およびレンズ４１０から距離ｆにあるベストフォーカス４１６の表面（ｆはレンズ４１０の焦点距離である）によって特徴付けられ得る。ベストフォーカス４１６の表面は、上で論じたように像面湾曲のために湾曲することができ得、レンズ４１０の湾曲した「焦点面」と呼ばれ得る。複数の光源４３０は、光軸４１２に沿ってレンズ４１０からほぼ距離ｆに配置されたプラットフォーム４４０の表面４４２にマウントされ得る。いくつかの実施形態では、プラットフォーム４４０の表面４４２は、レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面に実質的に一致する湾曲形状を有し得るが、これは、複数の光源４３０のそれぞれの放射表面４３２が、レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面にほぼ位置し得るためである。この構成で複数の光源４３０をマウントすることにより、たとえ光源４３０が光軸４１２から離れて配置されていても、各光源４３０によって放射されるレーザパルスは、レンズ４１０によってほぼ完全にコリメートされ得る。
【0032】
[0059]例えば、レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面が球形であると仮定すると、プラットフォーム４４０の表面４４２は、各光源４３０の放射面４３２がレンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面上に実質的に位置し得るように、球形を有するように構成され得る。レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面が、楕円形、円錐形、または波状など、球形以外の湾曲した形状を有する場合、プラットフォーム４４０の表面４４２は、それに応じて形作られ得る。
【0033】
[0060]同様に、図４に示される複数の光源４３０は、複数の検出器で置き換え得るが、これは、複数の検出器４３０のそれぞれの検出面４３２が、実質的に、レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面に位置し得るようにするためである。この構成では、物体から反射されたレーザパルスは、検出器４３０がレンズ４１０の光軸４１２から離れて配置されている場合でも、各検出器４３０の検出面４３２でレンズ４１０により、ほぼ完璧に近い焦点にもたらされ得る。
【0034】
[0061]いくつかの実施形態では、複数の光源および複数の検出器が同じレンズを共有し得る。戻り光の一部が検出器によって遮断されるように、検出器はそれらの対応するレーザに近接して配置されてもよい。レーザの横、前、または後ろのいずれかに配置することが可能である。レーザビームは通常狭い角度分布を持ち、レンズの中央部分のみを利用するため、球面収差などの特定のレンズ収差を使用して、レンズの外側部分から検出器まで、出力レーザビームの焦点特性を過度に乱すことなく、いくらかの戻り光を向けることができる。別の設計では、ビームスプリッタを利用して、出射光束と入射光束を分離し得る。これにより、レーザと検出器は、空間で物理的に重なることなく、レンズの共役点を共有できるようになる。
【0035】
[0062]図５は、他のいくつかの実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ここで、プラットフォーム５４０は、平面５４２を有し得、複数の光源（または検出器）４３０は、プラットフォーム５４０の平面５４２上にマウントされ得る。それぞれの光源４３０の放射面４３２が、実質的に、レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面上に位置し得るように、複数の光源４３０は、レンズ４１０の光軸４１２に対するそれらの位置に応じて、様々な高さｈを有してもよい。例えば、ベストフォーカス４１６の球形の表面の場合、図５に示されるように、光軸４１２から遠い光源４３０は、光軸４１２に近い光源４３０の高さよりもさらに高くてもよく、これはベストフォーカス４１６の表面の曲率を占めるためである。一例として、それぞれの光源４３０（または検出器ダイ）は、パッケージの底部からそれぞれの高さｈにダイを配置する、それぞれの表面実装パッケージに配置されてもよい。それぞれの高さｈは、光軸４１２に対する光源４３０（または検出器ダイ）の位置に応じて変化し得る。その後、パッケージは、それぞれのダイがレンズ４１０の像点に正しく配置されるように配置および位置づけられたプリント回路基板にはんだ付けされる。
【0036】
[0063]図６は、他のいくつかの実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ここで、複数の光源（または検出器）４３０は、実質的に同じ高さｈを有してもよい。しかし、プラットフォーム６４０は、それぞれの光源４３０の放射面４３２がレンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面上に実質的に位置し得るように、階段状のプロファイルを有する表面６４２を有し得る。
【0037】
[0064]いくつかの実施形態では、光源および検出器は、レンズの起こり得る歪みおよび口径食も考慮した構成でマウントされ得る。図７は、いくつかのさらなる実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。図４に示される取り付け方法と同様に、複数の光源（または検出器）４３０は、それぞれの光源４３０の放射面４３２が、実質的に、レンズ４１０のベストフォーカス４１６の表面上に位置づけられるよう、プラットフォーム４４０の曲面４４２上にマウントされ得る。さらに、それぞれの光源４３０の放射面４３２の法線が実質的にレンズの中心４１４に向き得るように、複数の光源４３０は様々な角度で傾斜する。この構成では、光軸４１２から離れて配置された光源４３０によって放射されたレーザパルスは、最小の歪みおよび口径食でレンズ４１０によってコリメートされ得る。「レンズの中心」という用語は、レンズ４１０の光学中心を指す場合があることを理解されたい。レンズの中心４１４は、レンズ４１０が薄いレンズとして特徴付けられる場合、レンズ４１０の幾何学的中心であり得る。一部の複合レンズは部分的にテレセントリックであり得、その場合、レーザ放射または検出器表面の法線の優先配向は、レンズの幾何学的中心ではなく、通常、レンズの光軸に近い角度にあるレンズの光学的中心を指す場合がある。
【0038】
[0065]いくつかの実施形態では、複数の検出器はプラットフォーム４４０の平面にマウントされ得る。いくつかの他の実施形態では、複数の検出器はプラットフォーム４４０の曲面４４２にマウントされ得るが、これは、各検出器の検出面が、実質的にレンズの中心４１４に向けるようにするためである。したがって、最適な検出効率を達成するために、画像光線が、検出器の検出面に実質的に垂直な検出器に衝突し得る。
【0039】
[0066]図８は、いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ここで、プラットフォーム８４０は、各ファセット８４４の法線が実質的にレンズ４１０のレンズの中心４１４を指すように、様々な向きを有する複数のファセットを含む表面８４２を有し得る。複数の光源のそれぞれは、垂直共振器面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）などの面発光レーザ、またはその光がパッケージに対して垂直に放射されるような向きでパッケージにマウントされた側面発光レーザを含み得る。
【0040】
[0067]図９は、いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ここで、複数の光源９３０は、平面９４２を備えたプラットフォーム９４０にマウントされる。それぞれの光源９３０の放射面９３２の法線が実質的にレンズの中心４１４の方を向くように、複数の光源９３０は、光軸４１２に対するそれぞれの光源９３０の位置に応じて、様々な高さｈおよび様々な表面傾斜角を有し得る。
【0041】
[0068]図１０は、いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ここで、複数の光源１０３０は、実質的に平坦な表面１０４２を備えたプラットフォーム１０４０にマウントされる。それぞれの光源１０３０の放射面４３２の法線が実質的にレンズの中心４１４の方を向くように、複数の光源１０３０は、実質的に同じ高さｈを有することができるが、レンズの光軸４１２に対するそれぞれの光源１０３０の位置に応じて、表面傾斜角が変化する。図示のように、それぞれの光源１０３０の放射面１０３２は、実質的にレンズ４１０の焦点面１０１６に位置し得る。
【0042】
[0069]図１１は、いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ここで、複数の光源１１３０は、実質的に平坦な表面１０４２を備えたプラットフォーム１０４０にマウントされる。それぞれの光源１１３０の発光面１１３２の法線が実質的にレンズの中心４１４の方を向くように、それぞれの複数の光源１１３０は、それぞれの傾斜角度で傾斜し得る。図示のように、それぞれの光源１１３０の放射面１１３２は、実質的にレンズ４１０の焦点面１０１６に位置し得る。
【0043】
[0070]図１２は、いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の断面図を概略的に示す。ライダーシステムは、第１のレンズ１２１０および第２のレンズ１２２０を含み得る。第１のレンズ１２１０は、レンズの中心１２１４を有し、第１の方向に沿った第１の光軸１２１２およびベストフォーカス１２１６の第１の表面によって特徴付けられる。第２のレンズ１２２０は、レンズの中心１２２４を有し、第１の光軸１２１２に実質的に平行な第２の光軸１２２２およびベストフォーカス１２２６の第２の表面によって特徴付けられる。
【0044】
[0071]ライダーシステムは、プラットフォーム１２５０にマウントされた複数の表面放射光源１２３０および複数の検出器１２４０をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、プラットフォーム１２５０は、プリント回路基板である。プラットフォーム１２５０は、第１の方向に沿って、第１のレンズ１２１０および第２のレンズ１２２０から離間されている。いくつかの実施形態では、プラットフォーム１２５０は、複数の第１のファセット１２５４を含む表面１２５２（実質的に紙に垂直な方向、例えば、Ｚ方向に延びる）を有し得る。それぞれの表面放射光源１２３０は、それぞれの第１のファセット１２５４にマウントされ得る。それぞれの光源１２３０の放射面１２３２が、実質的に第１のレンズ１２１０の第１のベストフォーカス１２１６の表面にあり、その法線が、実質的に、第１のレンズ１２１０のレンズの中心１２１４に向かうように複数の第１のファセット１２５４を配置、配向されてよい。プラットフォーム１２５０の表面１２５２は、複数の第２のファセット１２５６をさらに含み得る。それぞれの検出器１２４０は、それぞれの第２のファセット１２５６にマウントされ得る。複数の第２のファセット１２５６は、それぞれの検出器１２４０の検出面１２４２が、対応する光源１２３０のそれぞれの位置と光学的に共役である、第２のレンズ１２２０の第２のベストフォーカス１２２６の表面上のそれぞれの位置にあるように配置されてもよい。複数の第２のファセット１２５６は、検出面１２４２の法線が実質的に第２のレンズ１２２０のレンズの中心１２２４を指し得るように配向されてもよい。
【0045】
[0072]図１３は、いくつかの他の実施形態による、走査型ライダーシステムにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントの取り付け構成の上面図を概略的に示す。ここで、プラットフォーム１３５０（例えば、プリント回路基板）は、ＸＹ平面に平面１３５２（例えば、紙の平面）、およびＺ方向に延びるエッジ表面１３５４（例えば、紙に対して垂直方向）を有し得る。図１４は、図１３に示されるように、複数の光源１２３０およびその上にマウントされた複数の検出器１２４０を備えたプラットフォーム１３５０の斜視図を概略的に示す。複数のエッジ放射光源１３３０のそれぞれは、エッジ放射光源を含み得る。それぞれの光源１３３０の放射面１３３２が実質的に第１のレンズ１２１０のベストフォーカス１２１６の表面にあり、その法線が実質的に第１のレンズ１２１０のレンズの中心１２１４に向くように、複数の光源１３３０は、円弧に沿ったアレイとして、プラットフォーム１３５０の平面１３５２上に配置され得る。プラットフォーム１３５０のエッジ面１３５４は、複数のファセット１３５６を含み得る。それぞれの検出器１２４０は、エッジ表面１３５４のそれぞれのファセット１３５６にマウントされ得る。複数のファセット１３５６は、それぞれの検出器１２４０の検出面１２４２が、対応する光源１３３０のそれぞれの位置と共役である第２のレンズ１２２０のベストフォーカス１２２６の表面上のそれぞれの位置にあるように配置されてもよい。複数の第２のファセット１３５６は、検出面１２４２の法線が実質的に第２のレンズ１２２０のレンズの中心１２２４を指すように配向されてもよい。
【0046】
[0073]ライダーシステムの大量生産では、個々の光源と検出器を望ましい位置と方向に正確に配置するのに時間がかかる場合がある。したがって、光源および検出器を、低コストで正確に自動配置する必要がある。いくつかの実施形態では、光源や検出器のアレイは、表面実装デバイス（ＳＭＤ）パッケージに配置される。ＳＭＤパッケージは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に直接はんだ付けするように設計し得る。光源や検出器は、放射レンズまたは受信レンズの像面湾曲の影響を軽減するために、異なる高さでＳＭＤパッケージ内に配置され得、また、図４から図１４を参照して上で論じたように、それらが実質的に放射レンズまたは受信レンズの中心を指すように配向され得る。
【0047】
[0074]図１５Ａは、いくつかの実施形態による、ライダーシステム用のオプトエレクトロニクスパッケージ１５１０の断面図を示す。図１５Ｂは、オプトエレクトロニクスパッケージ１５１０の斜視図を示す。図１５Ａを参照すると、ライダーシステムは光学レンズ１５０２を含む。例えば、光学レンズ１５０２は、図１に示されるライダーシステム１００の放射レンズ１３０または受信レンズ１４０であり得る。光学レンズ１５０２は、光軸１５０８、レンズの中心１５０６、およびベストフォーカスの表面１５０４によって特徴付けられ得る。単一要素の光学レンズが図１５Ａに示されているが、光学レンズ１５０２は、複数の光学要素を含む複合レンズを含み得ることに留意されたい。厚いレンズまたは複合レンズの場合、「レンズの中心」という用語は、光学レンズ１５０２の主点を指し得る。「ベストフォーカスの表面」という用語は、光学レンズ１５０２の「焦点面」を指し得る。「焦点面」は、像面湾曲のために湾曲し得る。ベストフォーカスの表面１５０４は、実質的に球面として図１５Ａに示されているが、ベストフォーカスの表面１５０４は、球形以外の形状を有し得ることに留意されたい。例えば、複合レンズの場合、ベストフォーカスの表面１５０４は、複雑または不規則な形状を有し得る。
【0048】
[0075]オプトエレクトロニクスパッケージ１５１０は、光軸１５０８に沿って光学レンズ１５０２から離間された基板１５２０と、その中に埋め込まれた複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０とを含み得る。それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０の表面１５３２が、光学レンズ１５０２のベストフォーカスの表面１５０４上にあるように、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０は、特定の高さで基板１５２０上に配置され得る。それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０は、光源または検出器であり得る。この構成でオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０を配置することにより、光学レンズ１５０２の像面湾曲の影響を軽減し得る。例えば、オプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０が光源である場合、光源によって放射されたレーザビームは、たとえ光源が光学レンズ１５０２の光軸１５０８から離れて配置されていても、光学レンズ１５０２によって比較的良好にコリメートされ得る。同様に、オプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０が検出器である場合、戻りレーザビームは、光学レンズ１５０２によって検出器の表面１５３２上に比較的良好に集束され得る。代替的または追加的に、それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０が実質的にレンズの中心１５０６を指すように、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０は、特定の配向で基板１５２０上に配置され得る。部分的または完全にテレセントリックであるレンズの場合、レーザ（または検出器）から有効レンズの中心までのこの角度は、レンズから物体までの角度とは異なる場合があり得る。
【0049】
[0076]４つのオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０が、図１５Ａに示されるオプトエレクトロニクスパッケージ１５１０に示され、５つのオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０が、図１５Ｂに示されるオプトエレクトロニクスパッケージ１５１０に示されることに留意されたい。オプトエレクトロニクスパッケージ１５１０におけるオプトエレクトロニックコンポーネント１５３０の数は、ライダーシステムの必要性および設計に応じて、より小さくまたはより大きく変化し得る。
【0050】
[0077]いくつかの実施形態では、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０は、複数の光源を含み得る。そのような場合、光学レンズ１５０２は、図１に示されるライダーシステム１００における放射レンズ１３０などの放射レンズとして機能し得る。いくつかの実施形態では、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０は、複数の検出器を含み得る。このような場合、光学レンズ１５０２は、図１に示されるライダーシステム１００の受信レンズ１４０などの受信レンズとして機能し得る。
【0051】
[0078]いくつかの実施形態では、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０は、図３に示されるライダーシステム３００のトランシーバアレイと同様に、１つまたは複数の光源および１つまたは複数の検出器を含み得る。このような場合、オプトエレクトロニクスパッケージ１５１０は、トランシーバパッケージと呼ばれ得る。
【0052】
[0079]図１６は、いくつかの実施形態による、ライダーシステム用のオプトエレクトロニクスパッケージ１６１０の斜視図を示す。オプトエレクトロニクスパッケージ１６１０は、第１の表面１６２２と、第１の表面１６２２の反対側にある第２の表面１６２４（図１６の図からは見えない）とを含む基板１６２０を含む。オプトエレクトロニクスパッケージ１６１０は、基板１６２０の第１の表面１６２２にマウントされた複数の光源１６３０と、基板１６２０の第２の表面１６２４にマウントされた複数の検出器１６４０とを含む。
【0053】
[0080]同じパッケージ内に光源１６３０と検出器１６４０の両方を含むオプトエレクトロニクスパッケージ１６１０は、いくつかの利点を提供し得る。例えば、光源１６３０と検出器１６４０との間のより正確な位置合わせを可能にし得る。さらに、光源１６３０および検出器１６４０のより高い充填密度を達成し得る。また、光源１６３０および検出器１６４０を散在させることにより、光源１６３０は、より広い領域に効果的に分散され得、これは、目の安全限界を超えることなく、より高い総光パワーレベルを可能にし得る。
【0054】
[0081]いくつかの実施形態では、オプトエレクトロニクスパッケージ１５１０は、表面実装デバイス（ＳＭＤ）パッケージとして構成され得る。例えば、ワイヤボンド、導電性エポキシ、またははんだを使用して、それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネント１５３０（例えば、レーザまたは検出器）をＳＭＤパッケージに電気的に接続することができる。次に、ＳＭＤパッケージ内の金属トレースを、パッケージの下部にある金属パッドまたはコンタクトピンに接続して、ＳＭＤをプリント回路基板（ＰＣＢ）１５４０にはんだ付け可能にする。
【0055】
[0082]図１７Ａは、いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージ１７００の断面図を概略的に示す。図１７Ｂは、ＳＭＤパッケージ１７００の端面図を示す。ＳＭＤパッケージ１７００は、基板１７２０と、上記で論じたように、特定の高さおよび向きで基板１７２０上に配置された複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１７３０（例えば、光源や検出器）を含む。いくつかの実施形態では、オプトエレクトロニクスコンポーネント１７３０は、半導体チップを含み得る。
【0056】
[0083]基板１７２０の底部は、その上に形成されたはんだパッド１７３４を有し得る。それぞれのオプトエレクトロニクスコンポーネント１７３０は、ビア１７３９を介し、基板１７２０を通り、はんだパッド１７３４に電気的に接続されたワイヤボンド１７３２を有し得る。ＳＭＤパッケージ１７００は、ＰＣＢボード１７４０に取り付けられ得る。ＰＣＢボード１７４０の上面は、基板１７２０の底部のはんだパッド１７３４に対応するはんだパッド１７３６がその上に形成され得る。したがって、ＳＭＤパッケージ１７００は、基板１７２０の底部のはんだパッド１７３４と、ＰＣＢ１７４０の上部のはんだパッド１７３６との間のはんだ１７３８を介して、ＰＣＢボード１７４０に機械的および電気的に結合され得る。ＳＭＤパッケージ１７００は、大量生産用に、自動ピックアンドプレースロボットおよびウェーブはんだ付け技術を使用して、ＰＣＢ１７４０の表面にはんだ付けされるように設計され得る。
【0057】
[0084]ＳＭＤパッケージ１７００は、エポキシ、プラスチックなどのような透明な封止材１７５０によって封止され得る。封止材１７５０は、ＳＭＤパッケージ１７００の上部および側面を覆い得る。封止材１７５０は、オプトエレクトロニクスコンポーネント１７３０を環境から保護し得る。いくつかの実施形態では、オプトエレクトロニクスコンポーネント１７３０上の領域は、光源がＳＭＤパッケージ１７００から光を放射し得、検出器がＳＭＤパッケージ１７００に光を受け取り得るため、保護ガラスプレートで覆われているか、または保護されていないままであってもよい。いくつかの実施形態では、ＳＭＤパッケージ１７００はまた、レーザビームをコリメートするか、またはレーザビームを成形するのを助ける（例えば、それらをより幾何学的に対称にする）ためのレンズを含み得る。いくつかの実施形態では、ＳＭＤパッケージ１７００はまた、例えば、太陽光および他の不要な光が検出器を妨害するのを遮断するためのフィルタを含み得る。
【0058】
[0085]図１８Ａは、いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージ１８００の端面図を示す。ＳＭＤパッケージ１８００は、複数の光源１８３０（例えば、ページに垂直な方向にアレイとして配置される）および複数の検出器１８４０（例えば、ページに垂直な方向にアレイとして配置される）を含むトランシーバパッケージを含み得る。光源１８３０および検出器１８４０は、基板１８２０の上面にマウントされ得る。いくつかの実施形態では、それぞれの光源１８３０の高さは、それぞれの検出器１８４０の高さとは異なっていてもよい。そのような場合、基板１８２０の上面は、それぞれの光源１８３０の上面およびそれぞれの検出器１８４０の上面が、トランシーバレンズの同じ平面上にあるようにするため（例えば、ベストフォーカスの表面）、階段状であってもよい。
【0059】
[0086]図１８Ｂは、いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージ１８５０の端面図を示す。ＳＭＤパッケージ１８５０は、光源１８３０が基板１８２０の側壁に取り付けられていることを除いて、図１８Ａに示されているＳＭＤパッケージ１８００と同様である。光源１８３０は、それぞれの光源１８３０の上面およびそれぞれの検出器１８４０の上面が、トランシーバレンズの同じ平面（例えば、ベストフォーカスの表面）上にあるように配置してもよい。
【0060】
[0087]図１９は、いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージ１９００の下側を示す。ＳＭＤパッケージ１９００は、ＰＣＢにはんだ付けするために、その底面にはんだパッド１９３６を含む。ＳＭＤパッケージ１９００は、オプトエレクトロニクスコンポーネントをカバーする透明なプラスチックまたはガラスカバー１９５０を含み得る。
【0061】
[0088]図２０は、いくつかの実施形態によるＳＭＤパッケージ２０００を示す。ここで、ＳＭＤパッケージ２０００は、ＰＣＢにはんだ付けするために、はんだパッドの代わりに金属リード２０３６を含む。
【0062】
[0089]一部のライダー実装では、光源の二次元アレイと検出器の二次元アレイを使用してもよい。いくつかの実施形態によれば、複数のＳＭＤパッケージで、オプトエレクトロニクスコンポーネントの一次元アレイを含むそれぞれのＳＭＤパッケージを、ＰＣＢボード上に配置して、二次元アレイを形成してもよい。
【0063】
[0090]図２１Ａは、いくつかの実施形態による、ライダーシステムのための例示的な二次元オプトエレクトロニクスアレイ２１００を示す。オプトエレクトロニクスアレイ２１００は、ＰＣＢ２１４０に取り付けられた複数のＳＭＤパッケージ２１１０を含み得る。それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０は、図１５Ｂに示されるオプトエレクトロニクスパッケージ１５１０と同様に、オプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０（例えば、光源または検出器、または光源と検出器の組み合わせ）の一次元アレイを含む。ＰＣＢ２１４０は、湾曲するが（例えば、円筒面のように）、これは、異なるＳＭＤパッケージ２１１０のすべてのオプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０が、それらの表面が光学レンズ２１０２のベストフォーカスの表面上にあるか、または実質的にレンズの中心２１０６の方を向くようにするためである。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ２１４０は、可撓性ＰＣＢを含み得る。
【0064】
[0091]図２１Ｂは、二次元オプトエレクトロニクスコンポーネントアレイ２１００を示しており、それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０は、オプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０をカバーする透明な封止材２１５０を含む。
【0065】
[0092]図２２Ａおよび図２２Ｂは、いくつかの実施形態による、ライダーシステムのための例示的な二次元オプトエレクトロニクスアレイ２２００の断面図および斜視図をそれぞれ示す。図２１に示される二次元オプトエレクトロニクスアレイ２１００と同様に、二次元オプトエレクトロニクスアレイ２２００は、複数のＳＭＤパッケージ２１１０を含む。それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０は、図１５Ｂに示されるオプトエレクトロニクスパッケージ１５１０と同様に、オプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０（例えば、光源または検出器、または光源と検出器の組み合わせ）の一次元アレイを含む。ここで、複数のＳＭＤパッケージ２１１０は、インターポーザ２２２０にはんだ付けされる。インターポーザ２２２０は、複数のファセット２２２２を有する。それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０は、それぞれのファセット２２２２にマウントされる。複数のファセット２２２２は、異なるＳＭＤパッケージ２１１０のすべてのオプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０が、光学レンズ２１０２のベストフォーカスの表面上にあるそれらの表面を有するか、または実質的にレンズの中心２１０６の方を向き得るように、特定の高さと角度で製造される。次に、インターポーザ２２２０がＰＣＢ２２４０（例えば、平面ＰＣＢ）にはんだ付けされ得る。インターポーザ２２２０は、ＳＭＤパッケージ２１１０をＰＣＢ２２４０に電気的に結合するための電気的相互接続（図示せず）を備えた金属パッドを含み得る。ワイヤ・ボンディングや導電性エポキシなどの他の電気接続方法も使用してもよい。あるいは、最初にインターポーザ２２２０がＰＣＢ２２４０に取り付けられてもよく、次にＳＭＤパッケージ２１１０がインターポーザ２２２０に取り付けられてもよい。
【0066】
[0093]図２３は、いくつかの実施形態による二次元オプトエレクトロニクスアレイ２３００を示す。二次元オプトエレクトロニクスアレイ２３００は、図２２Ａから図２２Ｂに示される二次元オプトエレクトロニクスアレイ２２００に類似している。ここで、インターポーザ２３００は、階段状ファセット２３２２を有する。それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０は、オプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０をカバーする透明な封止材２１５０を含む。それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０は、所望の角度で傾斜した傾斜面を有する基板を含み得るが、これは、異なるＳＭＤパッケージ２１１０のすべてのオプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０が、実質的にレンズの中心２１０６を指すようにするためである。
【0067】
[0094]図２４Ａおよび２４Ｂは、いくつかの実施形態による二次元オプトエレクトロニクスアレイ２３００で利用され得る、いくつかの例示的なＳＭＤパッケージ２４１０および２４２０の端面図を概略的に示す。ＳＭＤパッケージ２４１０および２４２０のそれぞれは、基板２４１２または２４２２にマウントされたオプトエレクトロニクスコンポーネント２４０２の一次元アレイを含み得る（オプトエレクトロニクスコンポーネント２４０２のアレイは、ページに垂直な方向に沿って分布している）。基板２４１２および２４２２のそれぞれは、傾斜面２４１４または２４２４を有する。表面傾斜角αは、光軸に対するＳＭＤパッケージ２４１０または２４２０の位置に応じて変化し得る。例えば、光軸の近くに配置されたＳＭＤパッケージ２４１０は、図２４Ａに示されるように比較的小さい傾斜角αを有し得、光軸から遠くに配置されたＳＭＤパッケージ２４２０は、図２４Ｂに示されるように、比較的大きな傾斜角αを有し得る。ＳＭＤパッケージ２４１０または２４２０は、透明カバー２４０４で覆われ得、チップベース２４１２または２４２２上にはんだパッド２４０６および２４０８を含み得る。基板２４１２または２４２２の高さｈは、いくつかの実施形態によれば同じであり得る。例えば、図２３に示されるように、それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０におけるオプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０の高さは、それぞれのファセット２３２２の高さによって正しく設定され得る。いくつかの実施形態では、基板２４１２または２４２２の高さｈは、光軸に対するＳＭＤパッケージ２４１０または２４２０の位置に応じて変化し得る。例えば、ＳＭＤパッケージ２４１０および２４２０は、インターポーザ２３００なしで、図２３に示されるＰＣＢ２２４０に直接はんだ付けされ得る。それぞれのＳＭＤパッケージ２１１０におけるオプトエレクトロニクスコンポーネント２１３０の高さは、それぞれのＳＭＤパッケージ２４１０または２４２０の基板２４１２または２４２２の高さｈによって正しく設定され得る。
【0068】
[0095]本明細書に記載されている例および実施形態は、例示の目的だけのためであることと、そのことに照らした様々な修正または変更が、当業者に示唆されるであろうし、本出願の趣旨および範囲並びに添付の特許請求の範囲に含まれることとなることも、理解される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【国際調査報告】