(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ビームを発生するためのレーザ空胴をもっていて、基板上に製造されているダイオードレーザと、
前記測定ビームを動作面内で収束させるため、及び自己混合効果を発生させるために対象物によって後方散乱された測定ビーム光を前記レーザ空胴で収束させるための収束手段と、
自己混合効果を測定するための、フォトダイオード及び付随する信号処理回路を有する手段と、
を含む少なくとも一つの光センサを有する光センサ・モジュールであって、前記ダイオードレーザは、当該ダイオードレーザの前記基板に対して透過性がある波長のレーザ光を、該基板を通して発し、前記収束手段は、前記基板であって、該基板の一方の側に前記ダイオードレーザが製造されている前記基板の他方の側に配置されていることを特徴とする、測定装置用の光センサ・モジュール。
【請求項２】
発された測定ビームの方向に、キャリア、前記フォトダイオード、及び縦型空胴表面発光レーザ（VCSEL）タイプの前記ダイオードレーザを順番に有し、前記基板は、前記フォトダイオードに対向する側に前記ダイオードレーザが製造されていることを特徴とする、請求項１に記載の光センサ・モジュール。
【請求項３】
少なくとも2個のダイオードレーザが単一の前記収束手段に対して、これらダイオードレーザからの前記測定ビームが該収束手段を異なるエリアで通過するよう配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の光センサ・モジュール。
【請求項４】
前記キャリアはモジュール・カプセルのベースを構成し、該モジュール・カプセルは反対側で透明なプレートによって閉じられていることを特徴とする、請求項３に記載の光センサ・モジュール。
【請求項５】
前記収束手段は回折収束手段であること、及び前記カプセルは透明材料で満たされ、前記透明材料の上側は前記透明なプレートを形成することを特徴とする、請求項４に記載の光センサ・モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の光センサ・モジュールが用いられていることを特徴とする、光センサが組み込まれたハウジングを有する測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の光センサ・モジュールを有する、コンピュータ用のマウス。
【請求項８】
基板上にダイオードレーザのアレイを、該ダイオードレーザが、該基板に対して透過性がある波長のレーザ光を、該基板を通して発するよう構成されるように、ウェハ規模で製造するステップと、
前記基板であって、該基板の一方の側に前記ダイオードレーザが製造されている前記基板の他方の側に光収束要素を設けるステップと、
必要な数のダイオードレーザをもつダイオードレーザのセットを得るために、前記ダイオードレーザのアレイをスライスするステップと、
前記ダイオードレーザのアレイに対応するフォトダイオードのアレイを、ウェハ規模で製造するステップと、
前記ダイオードレーザのセットを、対応する前記フォトダイオードのセット上に配置し、両セットを一緒に固定するステップと、
前記ダイオードレーザ／前記フォトダイオードが組み合わされたセットを個々に得るために、前記フォトダイオードのアレイをスライスするステップと、
必要数の前記ダイオードレーザ及び前記フォトダイオードをもつ個々のモジュール装置を得るために、前記セットを、測定された信号のデータ処理のため、及び前記ダイオードレーザを制御するための、ウェハ規模で製造された複数のICのアレイの一つと組み合わせるステップと、
前記モジュール装置をキャリア上に取り付け、カプセル化するステップと、
を含むことを特徴とする、光センサ・モジュールを製造する方法。
【請求項９】
一つの前記モジュール装置に属する前記フォトダイオードのセットの各々に、一つの光収束要素が設けられる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ビームを発生するためのレーザ空胴をもつダイオードレーザと、測定ビームを動作面内で収束させるための、及び自己混合効果を発生させるために、測定ビーム光をレーザ空胴内で収束させるための収束手段と、フォトダイオード及び付随する信号処理回路を有する、自己混合効果を測定するための手段と、を含む少なくとも1個の光センサを有する、測定装置用の光センサ・モジュールに関する。本発明は、斯様な光センサ・モジュールを製造する方法にも関する。斯様な測定装置は、対象物及び装置の、互いに対する動きに基づいた光学入力装置でもよいが、しかし、種々異なるタイプの測定器の一部を形成していてもよい。前記動作面とは、照射光を受光し、前記対象物の後方散乱面が位置する面を意味すると理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
自己混合効果を用いる光学入力装置は、米国特許公報US 6,707,027において説明されており、当該特許は本出願人の名において出願された。この公報は測定原理を説明し、センサ・デバイスの複数の実施例及びアプリケーションを記述しており、当該アプリケーションは、例えば、コンピュータ・マウスを含んでいる。
【０００３】
外部反射器、即ち対象物がダイオードレーザの前に配置され、外部空胴が得られる場合、レーザの自己混合が起きる。入力装置の場合、人間の指又は机面でもよいのだが、装置及び対象物のお互いの動きによって、外部空胴の同調が生じる。斯様な同調は、レーザの平衡条件の再調整を生じ、したがってレーザ出力パワーの検出可能な変化を生じる。これらの変化又は変動は、レーザ光の波長の半分に等しい距離以上の対象物の移動の関数として、反復される。これは、レーザの変動の周波数が対象物の速度、即ち外部反射器の速度と比例するようになることを意味する。レーザの自己混合に基づいた測定装置は高感度と高精度とを示し、これは、レーザ空胴に再び入る後方散乱光がレーザ光の変調周波数を決定し、当該レーザ空胴内で増幅されるとの事実に起因していると言える。レーザは、位相検波器、及び増幅器として作用する。この態様にて、高い受信感度が、光学フィルタ又は干渉計などの複雑な装置のような、追加の手段を使用せずに得られる。
【０００４】
2個のダイオードレーザを備えているこのタイプの光センサ・モジュールは、斯様なモジュールを含む入力装置の動きの測定、二つの相互に直角な（X及びY）方向、及びいかなる中間の方向に対する対象物の動きの測定も可能にする。斯様なモジュールはZ-方向の運動をすでに検出することができるにもかかわらず、3個のダイオードレーザをもつモジュールはZ-方向の運動のより正確な検出ができるので、第3のダイオードレーザを使用することが好ましい。これは、3本のレーザビームを直交するように、又はそれらが検出面で120度の角度を成すように、相互に配置することによって実現されることができる。斯様な入力装置は、例えばディスプレー上のアイコンを選択する目的で、ディスプレイパネルを横切るカーソルを案内するため、又は動かすために使われることができる。
【０００５】
好ましくは、本入力装置において使用されるダイオードレーザは、縦型空胴表面発光レーザ（VCSEL：面発光レーザ）である。斯様なレーザのレーザ空胴の長さ方向、及び照射方向は、その基板に対して直角である。より従来からあるエッジ発光のレーザと比較して、VCSELは、非常に小さいサイズ及び低コストで製造されることができるとの長所、並びにレーザビームの断面が楕円形ではなく、円形であるという長所を示す。さらに、自己混合効果は、この種のレーザではかなり顕著である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の入力装置のコンセプトは非常に価値があることが判明し、斯様な装置を備えたコンピュータの光学マウスは、成功裡に製造され、市場に導入された。しかしながら、このコンピュータ・マウスは、ハイエンドタイプである。その小ささ、精度、及び信頼性からみて、光センサ・モジュールは、ローエンドのコンピュータ・マウス、及び他の大量生産のアプリケーションにも非常に適している。斯様なアプリケーションに対して、より低い性能をもつ既存の装置の価格の観点から、光センサ・モジュールのコストが主要な問題となる。したがって、光センサ・モジュールのコストを顕著に減じる強い必要性がある。モジュールの主な要素の数が減らされることができないので、コスト削減は、より安価な製造工程を用いてのみ実現されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、より低い性能をもっている既存の装置と価格競合となるように、かなり低いコストで製造されることができる、上記のパラグラフで規定された光センサ・モジュールを供することである。
【０００８】
本発明によれば、このセンサ・モジュールは、ダイオードレーザが、当該ダイオードレーザの基板を透過するような波長のレーザ光を発するように構成されている点を特徴とする
【０００９】
本発明は、当該基板がレーザ光に対して透過性がある場合、ダイオードレーザの後面で発された照射光が、ここでは測定ビーム光として用いられることができるとの知見に基づいている。これは、創意に富んだ光センサ・モジュールの再設計を可能にする。この再設計は、複数の創意に富んだ手段を含むことができ、これはセンサ・モジュールの、より簡単で、より安価な製造を可能にする。
【００１０】
好ましくは光センサ・モジュールは、ダイオードレーザが960 nmと980 nmとの間の波長、より好ましくはおよそ970 nmの波長を伴う照射光を発することを更に特徴とする。今日、コンピュータ用のマウスに含まれている光センサ・モジュールは、およそ850 nmで照射光を発するVCSELを使用している。このVCSELの基板（通常GaAs）は、この波長に対しては透過性がない。この結果、コンパクトなモジュールを得るために、測定ビームの変動を測定するためのフォトダイオード又はフォトトランジスタが、基板の前側（エピ側）に配置されねばならない。これは例えば、VCSEL層内でのダイオード構造又はトランジスタ構造の一体化によって、実現されることができる。しかしながら、これは複雑であり、従ってモジュールの製造工程にコストを加える。本発明によるレーザ波長を使用することによって、前方へ発されたレーザ光、及び後ろへ発されたレーザ光の両方が、ビームを測定するためか、又は測定ビームの変動を測定するために使われることができる。これは、従来からある個別部品であり、低コストなフォトダイオード構造が用いられることを可能にする。
【００１１】
光センサ・モジュールの実際的な実施例は、測定ビームの発光方向に、キャリア、フォトダイオード、及びフォトダイオードとは反対の向きにある基板をもつVCSELタイプのダイオードレーザを、順番に有する点を更に特徴とする。
【００１２】
キャリアとは、その上にモジュール要素が取り付けられる基板を意味し、当該モジュールの電気的接続のために、例えば入力装置などの装置の一部を形成している外付け部品と接続する要素を有し、モジュールは当該キャリア内に組み込まれている、と理解されたい。好ましくは、この実施例は更に、当該キャリアが印刷回路基板（PCB)であるという点を特徴とする。
【００１３】
斯様な印刷回路基板（PCB）は柔軟性を供し、上方又は下方への結合ピンの使用、及び/又はSMD（表面実装型装置）タイプのモジュール部品の使用を可能にする。
【００１４】
知られているように、光センサ・モジュールは、フォトダイオードからの信号を処理し、ダイオードレーザを制御するためのASIC（特定用途向けIC）を有する。本発明のモジュールでは、ASICは、キャリアとフォトダイオードとの間に配置されている。フォトダイオードがキャリアに直接取り付けられ、ASICはキャリア上の別の場所に配置されることも可能である。実現するのがより容易で、従ってより安価であるので、後者の構成が好まれる。
【００１５】
創意に富んだ使用がVCSELの上面、即ち基板が平らで自由面であるという事実に成された、光センサ・モジュールの好ましい実施例は、収束手段がダイオードレーザの基板側に配置されるという点を特徴とする。これは、収束手段が、ビームの出射位置に配置されることを意味する。収束手段をVCSEL-基板の自由面上に配置することは、後ほど説明されるように、かなりの製造上の長所を提供する。
【００１６】
収束手段は、ガラス又はプラスチックのような、湾曲面をもつ、一つ又はこれより多くの透明材料で形成された屈折レンズでもよい。収束手段は、通常の屈折レンズよりも薄型であるフレネルレンズであることも可能であり、フレネルレンズは、レンズを、各環状部分の間に不連続性を有する、複数の同心の環状部分に分割することによって作られる。収束手段は、格子又はゾーンプレートのような回折要素でもよい。振幅格子及び位相格子の両方が、使用されることができる。ブレーズ構造が、光の損失を無視できるオーダーに最小化するために用いられることができる。ブレージングは、回折光学ではよく知られた技術であり、溝のジオメトリが、不必要な方向への照射光を犠牲にして、必要とする方向、又は必要とする回折次数をもつ照射光の量を増すよう適応されている手段である。ブレーズ構造は、溝壁の傾斜を適応させることによって実現されることができる。斜行した溝壁を有する溝は、種々異なる高さで種々異なる幅をもっている溝、即ち製造するのがより容易なステップ状の溝によって模擬されることができる。したがって、光センサ・モジュールの好ましい実施例は、収束手段が基板面にあり、平面の代りに、ステップ状の断面をもつ溝構造によって構成されているという点を特徴とする。
【００１７】
光センサ・モジュールは、二つ以上の方向の動きを測定するために、2個以上のダイオードレーザと、付随するフォトダイオードとを有してもよい。原理的には、1個のダイオードレーザ当たり1個のレンズが、モジュール内で用いられることができる。斯様なモジュールの好ましい費用対効果がある実施例は、しかしながら、単一の収束手段に対して少なくとも2個のダイオードレーザが、ダイオードレーザからの測定ビームが当該収束手段を異なるエリアで通過するよう、配置されるという点を特徴とする。このように、光センサ・モジュールは、使用されるダイオードレーザの数、及び測定ビームの数にかかわりなく、1個の収束手段、即ち1個のマイクロレンズのみを必要とする。
【００１８】
モジュール・カプセルの反対側が透明なプレートによって閉じられている光センサ・モジュールは、キャリアがモジュール・カプセルの底面を構成することを更に特徴とする。このプレートは、（複数の）測定ビームに対する窓を形成している。この窓は、もはやレンズ機能をもたないので、現在市場に出ている光センサ・モジュールのレンズキャップの場合のように、当該プレートは実質的により低コストな要素である。創意に富むことには、当該プレートは、レーザ光の増大した波長によって生じる、波動周波数の減少を補正するために用いることができる。更に、このプレートは静電（ESD）破壊電圧を増し、従って、より高電圧での滅失を防止し、センサ構成部品の機械的な保護の役目をする。加えて、パッケージは、概して導電性の無いプレートの周囲の、いかなるESD放電もセンサに損害を与えることなく接地面に導通されるよう、パッケージのベースに、又はパッケージベースの上に、接地された導電性の金属リングを好ましくは有することが望ましい。更に、透明プレートは、接地面へのESD放電の導通をサポートするために、部分的に導電性があるように作られることができる。
【００１９】
代替的には、回折の収束手段を有して、上側がプレートを形成している光センサ・モジュールは、モジュール・カプセルが透明材料で満たされている点を特徴としてもよい。（回析レンズ、又は屈折レンズの何れかとして形成された）収束手段がGaAs基板内でエッチングされるとき、及び射出成形材料が基板材料よりも小さな屈折率をもつとき、この実施例は特に魅力的である。射出成形された透明材料、例えばプラスチックは、透明プレートの機能を果たし、このプレートに対する、より安価な代替品である。センサ・モジュールが具体的なアプリケーションに適応することができるよう、要求のあり次第、追加の受動素子又は能動素子、例えばコンデンサを収容するための空間が残されるように、キャリア（PCB）及びモジュール・カプセルが構成されることができる。
【００２０】
本発明は、光センサ・モジュールを製造する方法にも関する。前記方法は、
−  ダイオードレーザのアレイをウェハ規模で大量製産するステップと、
−  必要な数のダイオードレーザをもつダイオードレーザのセットを得るために、ダイオードレーザのアレイをスライスするステップと、
−  ダイオードレーザのアレイに対応するフォトダイオードのアレイを、ウェハ規模で大量生産するステップと、
−  ダイオードレーザのセットを対応するフォトダイオードのセット上に配置し、両セットを一緒に固定するステップと、
−  組み合わされたダイオードレーザ／フォトダイオードのセットを個々に得るために、フォトダイオードのアレイをスライスするステップと、
−  必要数のダイオードレーザ及びフォトダイオードをもった個々のモジュール装置を得るために、測定された信号をデータ処理するため、及びダイオードレーザを制御するための、ウェハ規模で大量製産された（複数の）ICのアレイのうちの一つと、得られた前記セットを組み合わせるステップと、
−  モジュール装置をキャリア上に取り付け、及びこれをカプセル化するステップと、を含む点を特徴とする。
【００２１】
好ましくは、本方法は、レーザアレイをスライスする前に、1個のモジュール装置に属するレーザのセットの各々に、一つの照射光収束要素を供する中間のステップによって特徴づけられる。この中間のステップが、本発明の基本的な特徴である。収束要素、即ちモジュールのレンズ要素は、当該レンズ要素が非常に低コストとなるよう、ウェハ規模のプロセスを用いて、このように大量生産される。例えば、屈折マイクロレンズは、よく知られた複製プロセス又は射出成形プロセスによって生産されることができる。微量のレンズ材料が、基板の裏側のレーザダイオード・ウェハの必要とされるエリアに置かれ、成型要素を用いて成形され、熱又は紫外線の照射によって硬化されることができる。回折レンズの場合には、溝は、よく知られたリソグラフィ・プロセスを用いて生成されることができる。
【００２２】
好ましくは当該方法は、二つのアレイを互いに固定するステップが、フリップチップ・プロセス用いて実行されるという点を更に特徴とする。このプロセスはよく知られた、低コストのプロセスであり、このプロセスは、自己位置合わせするという追加の長所をもっている。
【００２３】
ダイオードレーザのセットが、対応するアレイのフォトダイオードのセットに取り付けられたあと、モジュール装置の光学的な品質は、（フォトダイオードの）ウェハ規模でこれらを精査することによって決定されることができる。斯様な構成においては、ダイオードレーザの正面側は、フォトダイオードの光感度の高いエリアに面し、ダイオードレーザの後面は、使用時には、測定されるべき対象物に面している。この精査の手順は、各々がダイオードレーザ、フォトダイオード、及びレンズ素子を有する、モジュール装置の選択を可能にし、複数のASICのテストにパスしたモジュール装置のみが、取り付けられることができ、カプセル化される。この態様にて、モジュール装置全体の収率損失のコストが、複数のVCSEL、フォトダイオード、及びレンズ自体の収率損失に限定される。
【００２４】
（複数の）ダイオードレーザ、（複数の）フォトダイオード、及びレンズ素子のセットをIC（ASIC）と組み合わせるステップは、各セットをICに取り付け、ICウェハをスライスする、ICのウェハに対してセットを配置するステップを含む。
【００２５】
最初に、ICウェハをスライスし、個々のICをキャリア上に配置することも可能である。その後、（複数の）レーザダイオード、（複数の）フォトダイオード、及びレンズ素子のセットが、キャリア上のICの上、又はICの隣の何れかに配置されることができる。後者の場合、フォトダイオードの対極が正面側に接触することができるよう、注意が払われねばならない。この方法を適用すると、フォトダイオードの後面、及びICの正面側の金メッキが省略されることができる。
【００２６】
本発明によるセンサ・モジュールが、入力装置のコストを減じることを可能にし、これによりアプリケーションの分野を拡大するので、本発明は、入力装置にも実施されるし、又は斯様な入力装置が含まれる機器にも実施される。当該入力装置が用いられることができる機器は、例えば、デスクトップPC若しくはノートパソコン用のマウス、ノートパソコン、携帯電話、パーソナル携帯情報機器（PDA）、及び携帯ゲーム・コンピュータである。本発明は、例えば、対象物までの距離、又は、対象物の動き、液体の動き、及び液体内の粒子の動きを測定するための業務用の測定機器に使用されることもできる。概して、本発明は、レーザの自己混合効果が使われるアプリケーションで用いられることができる。
【００２７】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、これ以降説明される実施例と、関連した図とを参照して明らかになるであろうし、解明されることであろう。 
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】概観的に、及び断面図にて、本発明による光センサ・モジュールを示す。
【図２】概観的に、及び断面図にて、本発明による光センサ・モジュールの一部を詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
明快さの理由で、図に示される光センサ・モジュールのさまざまな要素が、縮尺通りではないことを強調しておく。
【００３０】
図1では、測定装置の使用に適する光センサ・モジュール1が、模式的に示されている。前記モジュールは、ダイオードレーザ3及びフォトダイオード4から成る光センサ2を有し、当該フォトダイオード4は、実際にはダイオードレーザ3用のキャリアとして機能する。両者は機械的及び電気的に相互に接続されている。本発明の好ましい実施例によれば、前記ダイオードレーザ3は、縦型空胴表面発光レーザ（VCSEL）である。図2を用いて詳述されるように、図1に示された実施例の前記ダイオードレーザ3は、動作時は2本のレーザビームを発するように設計されている。フォトダイオード4は、シリコン・ピン・ダイオードとして形成されている。ダイオードレーザ3の、フォトダイオード4とは反対側の面には、単一のマイクロレンズの形態をしている収束手段5が設けられている。当該収束手段5は、センサ・モジュールの動作時には、両方のレーザビームを収束させ、これらのレーザビームを直角方向に偏向させる。ダイオードレーザ、フォトダイオード、及び収束手段の組合せが、しばしば「光学エンジン」として呼称されることに留意されたい。
【００３１】
光学エンジンは、フォトダイオード4を介してASIC 6に、電気的及び機械的に接続されている。前記ASIC 6は、必要とされる、付随する信号処理回路を有し、また、キャリア7に、電気的及び機械的に接続されている。本実施例では、前記キャリア7は印刷回路基板、即ちPCBとして形成され、この図示された構成では、当該キャリア7は、モジュール・カプセルの底部として機能する。PCB（図示せず）上の、及びPCB内にある回路パターンは、センサの必要とされる信号出力を外部へと提供する。前記カプセルは、一つ又はこれより多くの側壁8を更に有し、当該側壁8は、どのような必要とされる形ででも設計されることができ、プラスチック材料、又は金属で作られることができる。カプセルの内部に、フィルタコンデンサ9のような追加の電気受動素子が、PCB上に存在してもよい。
【００３２】
本発明の本実施例では、センサのカプセルは、プレート10も具備しており、当該プレート10は、動作の際にダイオードレーザ3によって発生された測定ビームの波長を透過し、前記測定ビームに対する窓として作用する。ここでは示されていない異なる実施例において、前記透明なプレート10は、カプセルを満たす透明材料と置き換えられた。斯様な実施例では、プレート10のみならず、壁8もまた、モジュールから省略されることができる。
【００３３】
発明された光センサ・モジュールの動作の間、ダイオードレーザ3は、特定の動作面（図示せず）に（単一の）収束手段5を用いて結像される2本のレーザビームを生成する。動作面での相互干渉で、光の一部が後方に散乱され、レーザ空胴内に在る光の自己混合を生じる。フォトダイオード4は、この自己混合された光を測定し、光学信号を電気信号へと変換する。当該電気信号は、その後、ASIC 6へ転送され、必要な信号処理が行われる。結果として生じた信号は、PCBの回路パターンを介して外部へと供給される。
【００３４】
図2では、2個のダイオードレーザ3、単一のフォトダイオード4、及び収束手段5から成る光学エンジンが、より詳細に概観的に示されている。ダイオードレーザ3は、GaAsの単結晶基板12上に、GaAs層、AlxGa1-xAs層、及びInyGa1-yAs層（0≦x、y≦1）がエピタキシャル成長した多層構造を有する。多層構造の外側の一部は鏡として作用するが、多層構造の中間部では、動作時に、レーザビームが発生される。本発明の重要な部分によれば、複数の層の厚み及び組成物は、発生されたレーザ光が、基板12を透過する波長をもつよう選択された。ここで説明された実施例において、この事は、レーザ光の波長がおよそ950 nmよりも長いことを意味する。単結晶のGaAsは、この波長の照射光に対して透過性がある。
【００３５】
加えて、レーザ光は、フォトダイオード4として用いられている低コストのシリコン検出器で、好ましくは検出可能でなければならない。990 nmまでの波長が、この要件を満たす。更に、VCSELの活性層を製造するのに必要とする歪が考慮されなければならない。VCSELレーザは非常に短い空胴をもち、複数の量子井戸を、レーザが動作するために必要とされる光学的な利得を供するために、必要とする。各量子井戸層は、全歪が装置の寿命と折衷する欠陥につながることができるように、歪ませられる。980 nmで動作し、単一の（又は、時折2個の）量子井戸のみを必要とする、広く使われている端面発光装置とは対照的に、VCSELの活性層の歪の量は、好ましくは減じられるべきである。この理由で、およそ970 nmの波長が好まれる、というのは、このより短い波長では活性層の歪がより低いからである。効率の良い自己混合のため、及び高いフォトダイオード電流を得るために（多数の光子が発され、レーザ空胴に戻されて受信されることができるように）、レーザミラーの反射率は比較的低くあるべきことが、さらに、実現されなければならない。これは、順に、励起閾値に達するために、活性層からの高い利得を必要とし、追加の量子井戸を必要とすることがある。この理由により、基板は透過性があり（960 nmを超える）、活性層の歪は（980 nmまでに）制御され、波長はSi検出器によって効率的に検出できるように、好ましいレーザ波長が選択される。本発明はまた、より短い波長で透過性であることができる代替の基板の使用を含むこと、又は、より短い波長での透過性が可能なように、当該基板の除去さえ、意識されなければならない。
【００３６】
発生したレーザビームは、2箇所の具体的な場所で二つのレーザ3から出射することができるのみである。これら2本のレーザビームは、図2で点線11及び点線13によって概観的に示されている。ダイオードレーザ3の空胴内における2本の測定レーザビームの発生の後、これらのビームは基板12を通過し、マイクロレンズの形態で設計された単一の収束手段5を介して出射する。相互干渉の後、照射光の一部がそれぞれのダイオードレーザ3へと後方散乱され、この照射光は、そこで発生したレーザ光と混合する。この混合によって、発されたレーザ光の光強度の変動が生じ、当該強度変動が、フォトダイオード4の光に敏感なエリア14を介して測定される。この光に敏感なエリア14は、好ましくはビーム幅よりも大きくなければならない。フォトダイオード4では、光に敏感なエリア14で受信された光学信号が電気信号へと変換され、変換された信号は、電気伝導路15を介して外部へと伝えられる。測定を最適化するために、反射防止層19が、光に敏感なエリア14の表面に設けられる。
【００３７】
図2はまた、ダイオードレーザの構造が、フォトダイオード4と結合されたフリップチップであることを示している。この結合構成において、前記ダイオードレーザの構造部は、導電性の金属スタッド16、同18を介してフォトダイオード4へと接続されている。これらのスタッドは両方とも、VCSELダイオードレーザ3の過熱を防止するための放熱器と同様、電気的な接続を供する。スタッド16及び同18と、VCSELダイオードレーザ3の陰極及び陽極との間には抵抗接触がある。
【００３８】
上記のレーザセンサ・モジュールは、以下の創意に富んだ方法を介して製造された。好ましい製造方法においては、フォトダイオードのウェハ、又はウェハの区画が、これらの受光素子のウェハ上に設けられたソルダーバンプと共に製造される。次に、VCSELのウェハが製造され、これらは基板側に、レンズなどの光学的な収束手段を具備している。これらのVCSELのウェハはさいの目に切断され、（各々が光学的な回析手段を含む）レーザ・チップへと切り離される。これらのチップは、フォトダイオード・ウェハ（区画）のソルダーバンプ上に置かれる。次に、これらの接触部は、ダイオードレーザ／フォトダイオードのセットを得るために、一緒に半田付けされる。
【００３９】
前に記したように、ダイオードレーザ基板の自由表面上への収束手段の提供が、本発明の主要部分である。これらの収束手段は、基板面に直接作られることができるか、又は基板面上に置かれることができるかのどちらかである。基板内にある収束手段は、GaAs基板のエッチングを介して実現され、これは本来かなり高価な手順である。自由基板上に置かれる収束手段は、（UV硬化可能なラッカー樹脂による）複製プロセス、又は印刷プロセスを用いて実現される。特に興味深いのは、予め規定されたレンズ構造を有するガラス・ウェハが、GaAs基板に使用されるプロセスである。最適な結果を得るために、前記自由表面を研磨することが好ましい。レンズとGaAs基板との間のインターフェース上での所望されない内部反射を減じるために、反射防止コーティングが、好ましくは適用される。
【００４０】
好ましい方法においては、ダイオードレーザ／フォトダイオードの光電子特性のテストが、受光素子のウェハレベルで実施される。これは、臨界因子をテストするための、低コストのウェハレベルの精査装置の使用を可能にし、他のプロセス・ステップでの大部分のテスト要件を取り除く。VSELウェハ上での、及びアセンブルされた製品レベルでの、斯様なテストステップを取り除くことが、本発明の目的である。半田付けを許容しなければならないが、固着又は精査を許容する必要がない、小さな金属パッドをVCSEL上で使用することが、本発明の更なる目的である。これはVCSELのチップサイズの減少に至り、したがって、顕著なコスト削減が実現されることができる。受光素子のウェハ又は受光素子のチップが、小さなVCSELに対して、テスト及び固着ができるキャリアとして用いられる。受光素子のウェハは、次に、パッケージに取り付けられることができる、別々の検出器／レーザ／レンズ・ユニットへと、さいの目に切断され、完全なレーザセンサ・モジュールを形成するためにASICと接続される。
【００４１】
本発明が図及び前述の説明にて詳細に例示され、説明された一方、斯様な例示及び説明は、例示的又は典型的であると看做され、拘束性はないと看做される。本発明は、開示された実施例に限定されることはない。図、開示物、及び添付の請求項の学習から、開示された実施例に対する他のバリエーションが、請求された本発明を実施する際に当業者によって理解され、遂行されることができる。請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを除外することはなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を除外することはない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが、有効に使用されることができないとは示していない。請求項中のいかなる基準符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【図１】
0005753686.tif 000002
【図２】
0005753686.tif 000003