(57)【要約】  本発明の一実施形態は、第１および第２の伝導性層の間に挟まれる絶縁材料の層を有するコネクターと、第１の伝導性層および絶縁層を通って延在する凹部内に着座し、かつ、第１および第２の伝導性層に電気的に接続される、電力を受けるための第１の電気接点および第２の電気接点を有する半導体光源と、を備える、低インダクタンスの光源モジュールを提供する。
2014514781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の伝導性層および第２の伝導性層の間に挟まれる絶縁材料の層を備え、かつ、前記第１の伝導性層および前記絶縁層を通って延在して前記第２の伝導性層の一領域(a region)を露出させる(expose)凹部(recess)を内部に形成されたコネクターと、
光を放出させるように前記光源を励起するための電力を受けるための第１および第２の電気接点を有する半導体光源と
を備え、
前記光源が前記凹部内に着座し(seats)、かつ、前記第１の伝導性層に電気的に接続される前記第１の電気接点と、前記第２の伝導性層の前記露出される領域に電気的に接続される前記第２の電気接点とを有する、
光源モジュール。
【請求項２】
前記第２の電気接点が、伝導性媒体により前記第２の伝導性層の前記露出される領域に直接に接着される(bonded)、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記第1の電気接点が、前記凹部の縁部(edge)に沿って、前記第１の伝導性層の一領域に接続される、請求項１または請求項２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記第１の電気接点が、約０．５ｍｍ以下の長さを有する少なくとも１つのボンドワイヤーにより、前記第１の伝導性層に電気的に接続される、請求項３に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記伝導性層を間に挟みかつ前記第１および第２の伝導性層にそれぞれ接着される第１および第２の追加の絶縁層を備える、前記請求項のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記層が約０．５ｍｍ以下の厚さを有する、前記請求項のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記コネクターが、前記光源が光を放出する方向に実質的に沿う方向において、約５ｍｍ以下の高さを有する、前記請求項のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項８】
前記コネクターが、前記光源が光を放出するときの方向に対して実質的に垂直な方向において、約３ｍｍ以下の幅を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項９】
前記コネクターが約３ｎＨ（ナノヘンリー）以下のインダクタンスを有することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
前記請求項のいずれか１項に記載の光源モジュールと、
前記光源モジュールが中に着座する凹部を有するチューブと、
前記光源モジュールから光を受けて前記受けた光を平行にする、前記チューブ内に着座させられるレンズと、
前記レンズからの平行にされた光を受けて前記受けた光を拡散させる、前記チューブ内に着座させられるディフューザーと
を備える照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]高周波数で繰り返される光パルスの列を生成するように構成される照明システムが、物理学、化学および生物学における超高速プロセスを研究するための、ストロボスコープの高速写真撮影ランプとして使用される。このような照明システムはまた、撮像されるシーン内のフィーチャまでの距離を測定するための、ＴＯＦ三次元（３Ｄ）カメラとしばしば称される、飛行時間（ＴＯＦ）カメラの光パルスを生成するのに使用される。
【背景技術】
【０００２】
[0002]「ＴＯＦ−３Ｄ」カメラは、シーンの「距離画像」と従来では称される画像を取得することによりシーン内のフィーチャまで距離を決定し、このシーンは、カメラからフィーチャまで移動してさらにカメラに戻ってくる光が移動する時間を決定するように処理され得る。距離画像および光の速度から決定される、フィーチャまで到達して戻ってくる光の往復飛行時間および光の速度が、フィーチャまでの距離を決定するのに使用される。
【０００３】
[0003]一部のＴＯＤ−３Ｄカメラでは、飛行時間を決定するために処理されるのに適する距離画像を取得するために、光源が、シーンを照明するために短継続時間の光パルスの列を送出する。光パルス列の各光パルスが送出されて所定の遅延時間が経過した後、短露光時間でカメラのシャッターが開かれる。露光時にシーン内のフィーチャによって反射されてカメラに到達する光パルスからの光が、カメラにより、カメラのフォトセンサーのピクセル上に撮像される。所与のピクセルによって記録される列内のすべての光パルスからの光量が、所与のピクセル上に撮像されるフィーチャまで到達して戻ってくる光の往復飛行時間を決定するのに使用され、そこからフィーチャまで距離が決定される。
【０００４】
[0004]ＴＯＦ−３Ｄによって撮像されるシーンを照明するための、光源によって送出される光パルス列内の光パルス、および、ＴＯＦ−３Ｄカメラの露光時間は、数ナノ秒程度の短さの継続時間であってよく、その繰返し周波数は１メガヘルツ（ＭＨｚ）より大きくてよい。さらに、送出された光パルスからの、シーン内のフィーチャによって反射される光量は一般に制限される。その結果、許容される信号／ノイズ比（ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ（ＳＮＲ））を有する、ピクセル上に撮像されるフィーチャから利用可能な反射光が、フィーチャまでの距離を決定するのに十分ではない可能性がある。
【０００５】
[0005]光源によって提供される光の強度を増大させることによって、許容可能な距離画像を取得するのに利用可能な光を制限する要因を補償することは、一般に、技術面およびコスト面において困難である。コストの考慮事項、ならびに、光源およびカメラを許容される動作温度で維持するための熱放散の必要条件により、一般に、光源によって提供される照明の強度が制限される。光源によって提供される光パルスの、上述したように１メガヘルツ（ＭＨｚ）を超える可能性がある高繰返し率によって生じる高速スイッチングの需要と、システムの電子構成要素および光学構成要素が小さいフットプリントを有するという一般的な需要とにより、困難さが増す。電気構成要素のフットプリントは従来、構成要素が占める回路ボードの領域の大きさとして称されている。回路の占有量が考察に関連する特性である場合、構成要素によって占有される大きさがその構成要素のフットプリントであると理解されてよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願の実施例は、例えば、低インダクタンスの光源モジュールに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0006]本発明の一実施形態は、半導体光源と、光源を機械的に支持しかつ電源に電気的な接続するための導体を提供する低インダクタンスの電気コネクターとを備える光源モジュールを提供する。電気コネクターは、第１の電気伝導性層と第２の電気伝導性層との間に挟まれる絶縁材料の層を備える。コネクター内に形成される凹部が第1の伝導性層および絶縁層を通過して延在し、それにより、第２の伝導性層の一領域が露出される。光源が、第２の伝導性層の露出領域に電気的に接触して短い伝導性リードにより第１の伝導性層に電気的に接続されるように、凹部内に着座する。伝導性層は比較的広く、また、間隔が詰まっており、光源を電源に接続するためのコネクターとして機能する。電源によって提供される電流が導体内を流れ、さらに、光源から実質的に反対方向に導体内を流れる。反対方向に電流を運搬するように構成される詰まった間隔の広い導体が、光源を電源に接続するための低インダクタンスの接続を可能とする。
【０００８】
[0007]低インダクタンスの接続は、光源に電力供給するための電源から利用可能なエネルギーを光源により効率的に使用することに貢献し、この光源はまた、高繰返し率で短い光パルスを生成するように動作するときに高周波数で光源をスイッチオンおよびスイッチオフすることに付随する可能性がある過渡電圧の変動（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｗｉｎｇ）を低減するように動作する。また、広い導体は、光源が動作することにより発生する熱を効率的に放散するための熱伝導性チャンネルを形成する。
【０００９】
[0008]本発明の一実施形態では、コネクターが印刷回路ボード（ＰＣＢ）に容易に接続されるように構成され、その結果、導体は、光源に電力供給するためのおよび／または光源を調整するための回路に接続されるＰＣＢ内の伝導性トラックに接触する。コネクターは、有利に小さいフットプリントを有するようにフォーマッティングされ得る。本発明の一実施形態では、コネクターが、所望される視野を照明するための光のビームを提供するように、光源によって提供される光を構成および誘導するための光学素子を備えるレンズチューブに結合され得る。この層構成のコネクターより、複数の光源モジュールを比較的効率的かつ安価に同時に製造することが促進される。
【００１０】
[0009]この発明の概要は概念の一選択肢を単純な形態で紹介することを目的として提供されるものであり、これらは発明を実施するための形態において以下でさらに説明される。この発明の概要は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図されず、また、特許請求される主題の範囲を限定するのに使用されることも意図されない。
【００１１】
[00010]本発明の非限定的な実施例が、次の段落に列記される添付の図を参照しながら以下で説明される。２つ以上の図に現れる同一の構造、要素または部分は、概して、それらが現れるすべての図において同一の参照符号が付される。これらの図に示される構成要素および特徴の寸法は提示されるものを明瞭にするために便宜的に選択されるものであり、必ずしも正確な縮尺では示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】[00011]本発明の実施形態による、低インダクタンスの電気コネクターに搭載される光源を備える光源モジュールを示す概略図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、低インダクタンスの電気コネクターに搭載される光源を備える光源モジュールを示す概略図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、低インダクタンスの電気コネクターに搭載される光源を備える光源モジュールを示す概略図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態による、低インダクタンスの電気コネクター搭載される光源を備える光源モジュールを示す概略図である。
【図２】[00012]本発明の一実施形態による、レンズチューブに結合される、図１Ａに示される光源モジュールを示す一部切欠概略図である。
【図３】[00013]本発明の一実施形態による、図２に示されるモジュールと同様の光源モジュールを駆動させるための回路を示す概略図である。
【図４Ａ】[00014]図４Ａは、本発明の一実施形態による、図１Ａ〜１Ｄに示される光源モジュールと同様の複数の光源モジュールを同時に製造するための製造プロセスの段階を示す概略図である。図４Ｂは、本発明の一実施形態による、図１Ａ〜１Ｄに示される光源モジュールと同様の複数の光源モジュールを同時に製造するための製造プロセスの段階を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[00015]詳細な説明の以下の段落では、本発明の実施形態による光源モジュールおよびその構成要素が、図１Ａおよび１Ｂを参照しながら考察され、それらの図に示される光源モジュールの特徴および構成要素の例示的な寸法を提供する数値的な例が与えられる。図１Ａに示される光源モジュールは図２ではレンズチューブに搭載されて概略的に示され、レンズチューブの特徴および光源モジュールに対合される特徴が考察される。次いで、光源を動作させることおよび光源に電力供給することが図３を参照しながら説明される。図１Ａおよび１Ｂに示される光源モジュールと同様の複数の光源モジュールを実質的に同時に製造するための方法が、図４を参照しながら説明される。
【００１４】
[00016]本考察では、特に言及しない限り、本発明の一実施形態の特徴（複数可）の状態または関係性を修飾する「実質的に」および「約」などの形容詞は、その状態または関係性が、意図される用途において、その実施形態の動作で許容される許容差内にあるものとして定義されることを意味することを理解されたい。
【００１５】
[00017]図１Ａは、半導体光源５０が搭載される低インダクタンスのコネクター３０を備える光源モジュール２０を概略的に示す。光源５０は、ＴＯＦ−３Ｄカメラで使用されるための、高繰返し率で短い光パルスを提供するように動作することができる、例として、レーザーダイオード、垂直共振器型面発光レーザー（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ（ＶＣＳＥＬ））、および／または、端面発光レーザーを備えることができる。例として、図１Ａおよびそれに続く図では、光源５０は端面発光ダイオードレーザー光源と想定される。
【００１６】
[00018]コネクター３０は、第１の導体３１および第２の導体３３にそれぞれ挟まれる、セラミック、ガラス、適切な重合体などの絶縁材料の層３２、または、印刷回路ボードなどの複合材料の層を備える。導体３１および３３は任意の適切な伝導性材料から形成され得、任意選択で、銅または銀などの金属または金属合金のシートから作られるか、あるいはニッケル、パラジウムまたは金でメッキされる銅から作られる。導体は、エポキシまたは接着剤などの種々の接着材料のいずれかを使用して絶縁層３２に接着される。任意選択で、コネクター３０は２つの絶縁「ショルダー」３５および３７を備え、これらはそれぞれ導体３１および３３に接着されて示されており、これは、任意選択で、接着剤またはエポキシを含む接着材料の層３６によってなされる。ショルダー３５、導体３１および絶縁層３２内の材料は、以下では第１の導体３１の「接触」領域４１と称される領域４１を露出するための比較的小さい「段状」の凹部４０を形成するように除去される。この凹部は、以下では第２の導体の搭載領域４２と称される領域を露出するように第２の導体３３まで延在する。
【００１７】
[00019]光源５０は凹部４０内に着座し、伝導性接着剤またはエポキシを使用して第２の導体３３の搭載領域４２に接着され、その結果、光源のカソード（図示せず）が第２の導体に電気的に接続される。ボンドワイヤー５２が、光源のアノード（図示せず）を接触領域４１に電気的に接続させてさらにはそれにより第１の導体３１に電気的に接続させる。凹部４０の寸法は、ボンドワイヤー５２が比較的短くなるように比較的小さく作られる。任意選択で、ボンドワイヤーは、伝導性材料のリボン形状の比較的平坦なストリップである。
【００１８】
[00020]ショルダー３５および３７の下の、絶縁層３２ならびに導体３１および３３を備えるサンドイッチの一部分４４が、光源に電力供給するためのおよび／または光源を調整するための駆動回路に導体を接続するために適合するソケット内に挿入されるための雄型プラグとして機能する。任意選択で、適合するソケットはＰＣＢ内に含まれるソケットであり、部分４４がソケット内に挿入されると、導体３１および３２が、光源に電力供給するためのおよび／または光源を調整するための駆動回路に接続されるＰＣＢ上の電力トレースに電気的に接触される。ショルダー３５および３７は、導体３１および３３がソケット内に挿入されるときの深さを制限するように動作することができ、ソケット内でコネクターを機械的に安定させるのを補助するためにソケットの縁部上に着座してよい。光源５０に電力供給するためのおよび／または光源５０を調整するための駆動回路によって提供される電流が、導体３１および３３のうちの一方に沿って光源５０内まで「上方」に流れ、さらに、光源を離れて、導体３１および３３のうちの一方に沿って駆動回路に戻るように「下方」に流れる。
【００１９】
[00021]図１Ｂは、光源モジュール２０内の絶縁層３２に取って代わる絶縁層１３２を除いて、光源モジュール２０と同一の光源モジュール２０の変更形態１２０を概略的に示す。絶縁層１３２は、光源５０に対して電力供給を行うときの導体間での電気破壊に対する保護を向上させるために導体３１および３２を越えるように延在する境界領域１３３を有する。
【００２０】
[00022]図１Ｃは、光源モジュール２０内の絶縁ショルダー３５および３７に取って代わる絶縁ショルダー１３５および１３７を除いて、光源モジュール２０と同一の光源モジュール２０の別の変更形態１２２を概略的に示す。
【００２１】
[00023]図１Ｄは、表面実装技術（ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳＭＴ））を使用してＰＣＢに容易に設置されるように適合される光源モジュール１２２の変更形態１５０を概略的に示す。光源モジュール１５０は、任意選択で、ショルダー１３５および１３７の下方まで延在する光源モジュール１２２内の部分４４を除去することを除いて、光源モジュール１２２と同一であり、その結果、層３１、３２、３３が、それぞれ、ショルダー１３５および１３７の底縁部表面１４０と同一平面である縁部表面１４１、１４２および１４３を有する。光源モジュール１５０は、ＰＣＢの表面上にモジュールを配置することによりＰＣＢに対して容易に表面実装され得、その結果、縁部表面１４１および１４３がＰＣＢ上の伝導性パッドに接触し、縁部表面をパッドにろう付けする。
【００２２】
[00024]導体のインダクタンスは導体の長さが減少するにつれて概して線形的に減少し、また、これは、導体の幅の逆の対数でもある。反対方向に電流を運搬する平行な導体を有するように構成される回路のインダクタンスは、導体の間の距離が減少するにつれて、減少する。本発明の一実施形態に従い、導体３１および３３を比較的短くかつ広く作りその間隔を密集させ、さらには、反対方向に電流を運搬するように導体を構成することにより、導体３０が、光源５０を電源に接続するための比較的低いインダクタンスを有するという特徴をもつようになる。比較的短くかつ広いボンドワイヤー５２を用いて、光源を導体３３に直接電気的に接続されさらに導体３１に直接に電気的に接続されるように凹部４０を構成することにより、コネクター３０のインダクタンスを低減することにさらに寄与する。光源５０に電流を提供することに加えて、短くかつ広い導体３１および３３はまた、動作中に光源が発生させる熱を除去するためのヒートシンクおよび熱導体として機能する。
【００２３】
[00025]本発明の一実施形態により、コネクター３０などの低インダクタンスのコネクターを使用して光源５０を電源に接続することは、高繰返し率で光パルスを発生させるように光源を調整することにおいて有利であり、概して、電源から光源への利用可能なエネルギーの使用効率が向上する。
【００２４】
[00026]電源を光源に電気的に接続させるコネクター内のインダクタンスは、光源をオンおよびオフにすることができる速さを制限することに寄与し、したがってその結果、光源によって提供され得る光パルスの短さ、およぎ光バルスが繰り返され得る速さを制限することに寄与する。また、高繰返し率で短い継続時間の光パルスを発生させるように動作する高速スイッチング回路のインダクタンスは、回路を可能性として損傷させるような過渡電圧を回路内に発生させることに寄与する可能性がある。また、インダクタンスは、電源に提供される電圧と電流との間に望ましくない位相差を発生させる傾向があり、この位相差は、結合される電源がエネルギーを光源に結合するときの効率を低下させる。光源を電源に結合させるために低インダクタンスのコネクターを用意することにより、可能性としてパフォーマンスを制限するようなインダクタンスの効果が軽減される傾向がある。
【００２５】
[00027]数値的な例として、本発明の一実施形態では、コネクター３０が、約５ｍｍ以下の高さ”Ｈ”、および、約４ｍｍ以下の幅”Ｗ”を有する。任意選択で、Ｈは約２．５ｍｍ以下となる。Ｗは約３ｍｍ以下であってもよい。本発明の一実施形態では、Ｈは約３．６ｍｍに等しく、Ｗは約２、８ｍｍに等しい。別の一実施形態では、Ｈは約１．８ｍｍに等しく、Ｗは約２ｍｍに等しい。
【００２６】
[00028]本発明の一実施形態では、絶縁層３２、導体３１および３３、ならびに、絶縁ショルダー３５および３６は、それぞれ、約０．５ｍｍ以下の厚さを有する。任意選択で、これらの厚さは約０．４ｍｍ以下である。本発明の一実施形態では、これらの厚さは約０．３ｍｍ以下である。導体３１および３３は約０．１ｍｍから約０．２ｍｍの間の厚さを有することができる。絶縁層３２および絶縁ショルダー３５および３７は約０．２ｍｍから約０．３ｍｍの間の厚さを有することができる。任意選択で、接着層３６が約０．２ｍｍ以下の厚さを有する。任意選択で、接着層の厚さは約０．１５ｍｍに等しい。
【００２７】
[00029]凹部４０は、共に使用される特定のモデルの光源５０を収容する寸法を有しかつ光源を導体３３の搭載領域４２および導体３１の接続領域４１に電気的に接続させるような寸法を有するように構成すると、例示の凹部４０は、ショルダー絶縁体３５内で、Ｈに平行な高さおよびＷに平行な幅を有し、これらはそれぞれが約１ｍｍおよび約１．５ｍｍ以下である。任意選択で、搭載領域４２が、それぞれ約１ｍｍおよび約１．１ｍｍ以下の高さおよび幅を有する（それぞれ、ＨおよびＷに平行である）。本発明の一実施形態では、凹部４０は、絶縁ショルダー３５内で、それぞれ、約０．８ｍｍおよび約１．２ｍｍに等しい高さおよび幅を有し、搭載領域４２は正方形であり、一辺の長さが約０．８ｍｍに等しい。絶縁ショルダー３５および３７は任意選択で約１．６ｍｍ以下の高さを有する。
【００２８】
[00030]本発明の一実施形態では、光源５０を導体３１に接続させるボンドワイヤー５２は約０．７５ｍｍに以下の長さを有する。任意選択で、ボンドワイヤーは０．５ｍｍ以下である。本発明の一部の実施形態では、ボンドワイヤー５２は約０．４ｍｍ以下の長さを有する。
【００２９】
[00031]本発明の一実施形態では、コネクター３０は、約３ｎＨ（ナノヘンリー）以下のインダクタンスを有することを特徴とする。本発明の一部の実施形態では、コネクター３０は約２．５ｎＨ以下のインダクタンスを有することを特徴とする。それぞれ約２．６ｍｍおよび約４．５ｍｍに等しい高さＨおよび幅Ｗを有する導体３１および３３の場合、コネクター３０は、光パルスを放出するために光源５０を制御する回路に約２．３ｎＨ以下のインダクタンスを提供する。上述した寸法のコネクターを特徴付けるインダクタンスは従来の導体の構成のインダクタンスより小さく、従来の導体の構成は、通常、約４ｎＨ以上のインダクタンスを有することを特徴とする。
【００３０】
[00032]本発明の一実施形態では、光源モジュール２０は、所望の照明パターンを提供するように構成される照明システムを提供するために光源５０から光を受けてその光を形づくるための光学素子に結合される。例として、図３が、本発明の一実施形態による光源モジュール２０を備える照明システム２００の一部切欠斜視図を概略的に示す。
【００３１】
[00033]照明システム２００が、環状レンズフレーム２０６に設置されるコリメーティングレンズ２０４と、長方形のディフューザー２０８とを任意選択で有するレンズチューブ２０２を備える。レンズチューブ２０２は、例として、アルミニウムなどの金属あるいはポリスチレンまたはポリスチレン重合体などの高衝撃プラスチックから製造されてよく、一方の端部がレッジ２１１で形成される円状ルーメン２１０を有するように形成される。レンズフレーム２０６がレッジ２１１上に着座し、当技術分野で既知の種々の方法およびデバイスのいずれかを使用して定位置で維持され得る。例えば、レンズフレームは、任意選択で、ルーメン２１０内にプレス嵌合され、および／または、適切な接着剤またはエポキシによりレッジ２１１に接着される。ディフューザー２０８が、任意選択で、レンズチューブ２０２内に形成される長方形凹部２１４のレッジ２１２上に着座し、任意選択で凹部内にプレス嵌合され、および／または、接着材料を使用してレッジに接着される。
【００３２】
[00034]光源モジュール２０は、光源モジュールを受けて挿入されるのに適合する形状および深さを有するレンズチューブ２０２内に形成される凹部２２０内に着座し、その結果、光源モジュールは凹部内で固定され、実質的に雄型プラグ４４のみがレンズチューブ２０２から突出する。光源モジュールは種々の方法およびデバイスのいずれかを使用して凹部２２０内で固定され得、例えば、凹部内にプレス嵌合されることによりおよび／あるいはエポキシまたは接着剤を使用して凹部の表面に接着されることにより、固定され得る。照明システム２００は、光源５０に電力供給するための電力を受けるための適切なソケット内にプラグ接続され得、これは、絶縁ショルダー３５および３７の下方を延在する光源モジュールのプラグ４４をソケット内に挿入することによりなされ得る。
【００３３】
[00035]本発明の一実施形態では、コリメーティングレンズ２０４が、波形矢印５１で概して示される光源５０からの光を受け、その光を平行にし、その光をディフューザー２０８まで誘導する。光源からの光５１は、光源から出て光源から離れるようにコーン状の光（図示せず）として伝播し、これは通常は円形断面を有さないが、細長い概して楕円形の断面を示す。ディフューザー２０８は、光源からの楕円形断面の光５１を受け入れるために、任意選択で、図３に示されるように長方形である。ディフューザー２０８および光源モジュール２０は凹部２１４および２２０によりレンズチューブ２０２内で位置決めされて位置合わせされ、その結果、ディフューザー２０８および光源２０がそれぞれ、ディフューザーの長い寸法が光源５０からの光の楕円形断面の長軸に実質的に平行になるように、保持される。ディフューザー２０８は、任意選択で、光源５０から受ける光をピラミッド形のコーン状の光ビームとなるように構成し、その外枠が、コーンビームを参照するのにも使用される参照符号の破線２２０で概して示されており、それにより所望される視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ（ＦＯＶ））（図示せず）が照明されるようになる。任意選択で、コーンビーム２２０は、３Ｄ−ＴＯＦカメラのＦＯＶを照明するように構成される。
【００３４】
[00036]本発明の一実施形態によると、照明システム２００などの照明システムのフットフリントが比較的小さいことが特徴である。数値的な例として、本発明の一実施形態では、照明システム２００は約９ｍｍ以下の高さＨ２００を有する。任意選択で、Ｈ２００は約６ｍｍ以下となる。照明システムの最大幅Ｗ２００は約６ｍｍ以下である。本発明の一部の実施形態では、Ｗ２００は４ｍｍ以下である。
【００３５】
[00037]図３は、本発明の一実施形態による、光バルス３０２の列を送出させることを目的として、照明システムに電力供給して照明システムを制御するための回路３００に結合される照明システム２００を概略的に示しており、これは、パルスがパルス幅”ＰＷ”および繰返し周波数”ν”を有することを特徴とする。これらのパルスは照明システム２００から離れてコーンビーム２２０として伝播する。
【００３６】
[00038]回路３００は、地面に接続される第１の負端子３２１と、導体３１に接続される第２の正端子３２２とを有する電源３２０を備える。導体３３がスイッチ３２６に接続される。ドライバー２３８が、導体３３を接地に接続させたり導体３３を接地との接続から切り離したりするためにスイッチを選択的に制御する。スイッチ３２６が導体３３を接地に接続している場合、電流が電源３２０から光源５０を通るように流れ、光源が光を放出する。スイッチ３２６が導体３３を接地から切り離すと、光源５０を通って流れる電流が止まり、光源が光を放出するのを止める。スイッチ３２６は、パルス幅ＰＷに対する立ち上がり時間および立ち下がり時間が短いことを特徴とし、かつ、光源５０ならびに導体３１および３３による回路３００に寄与する抵抗およびインダクタンスと比較して比較的小さい抵抗およびインダクタンスを有することを特徴とするスイッチである。
【００３７】
[00039]ドライバー３２８が、任意選択で、繰返しオンおよびオフにするためにパルス列３３０によって概略的に示される入力信号に応答してスイッチ３２６を制御し、それにより、繰返し周波数νで継続時間ＰＷの間だけ導体３３を接地に接続する。その結果、照明システム２００が、ＰＷに実質的に等しいパルス幅を有する光パルス３０２を繰返し周波数νで送出する。本発明の一実施形態の、以下で与えられる例として、強度Ｉ、光パルス幅ＰＷおよび送出繰返し周波数νが、ＴＯＦ３Ｄカメラによりシーンの距離画像を取得するための光パルスを提供するのに適する。
【００３８】
[00040]本発明の一実施形態では、ＰＷは約２０ｎｓ以下である。任意選択で、ＰＷは約１５ｎｓ以下である。本発明の一部の実施形態では、ＰＷは約５ｎｓである。任意選択で、繰返し周波数νは２５０ｋＨｚ以上である。本発明の一部の実施形態では、νは約１ＭＨｚ以上である。任意選択で、繰返し率は約５ＭＨｚ以上である。
【００３９】
[00041]ＴＯＦ３Ｄカメラで使用されるのに適する本発明の一実施形態の例として、光源５０は端面発光レーザーであり、任意選択で、ＯＳＲＡＭ  Ｏｐｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  Ｉｎｃ．によって市販されるカタログナンバーＳＰＬ−ＰＬ８５−３のレーザーであり、これは約８５０ｎｍ（ナノメートル）に等しいＩＲ波長の光パルスを提供する。スイッチ３２６は、Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって市販されるカタログナンバーＦＤＭＳ８６９２のＭＯＳＦＥＴなどの酸化金属半導体電界効果トランジスター（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）であってよい。スイッチＦＤＭＳ８６９２は、約１０ｍΩ（ミリオーム）以下の抵抗および約０．５ｎＨ（ナノヘンリー）以下のインダクタンスを有する。このスイッチは、立ち上がり時間および立ち下がり時間をそれぞれ有するオン状態（伝導状態）とオフ状態（非伝導状態）との間のスイッチング速度がそれぞれ約３ｎｓ（ナノ秒）未満であることを特徴とする。任意選択で、スイッチ３２６は、約１５ｎｓに等しいパルス幅Ｐｗおよび約０．５ＭＨＺに等しい繰返し周波数νを有する光パルスを生成するようにＳＰＬ−ＰＬ８５−３レーザーを制御するためにバルス列３３０によってオンおよびオフにされる。
【００４０】
[00042]ＴＯＦ３Ｄカメラで使用される場合、光バルス３０２は、８ｎｓ（ＦＷＨＭ）のパルス幅および０．５ＭＨＺの繰返し周波数の場合で約２５ワットのピークパワーを有してよく、約９０ｍＷ（ミリワット）の光電力を提供する。照明システム２００が上で参照したように２．３ｎＨに等しいインダクタンスを有すると仮定すると、電源３２０が約３００ｍＷの電力を照明システムに提供する。したがって、この照明システムが電力を光電力に変換するときの効率は約３０％である。さらに、本発明の一実施形態によるコネクター３０の構成ではインダクタンスがさらに低下することにより、その低下の大きさに対して実質的に線形的に効率を向上させることができる。
【００４１】
[00043]約４ｎＨに等しいインダクタンスを有し、等しい繰返し周波数で等しい光パルスを生成する従来の照明システムは、一般に、電力を光エネルギーに変換するときの効率は約２７％未満を示す。したがって、導体３０および４０として示されるような、本発明の一実施形態による導体の構成は、約２６％から約３３％の間のエネルギー変換における向上をもたらす。
【００４２】
[00044]図１Ａおよび１Ｂに示される光源モジュール２０および１２０などの本発明の一実施形態による複数の光源モジュールは、そのデザインにより、比較的効率的に同時に製造され得る。
【００４３】
[00045]例えば、伝導性層および絶縁層が一体に接着され得、それにより、２つの外側絶縁層４３５および４３７を備える図５Ａに概して示されるようなスタック４００が形成され、これらの２つの外側絶縁層の間には、絶縁層４３２によって分離される２つの伝導性層４３１および４３３が挟まれる。次いで、スタック４００が処理され得、それにより、スタックの第１の側から、凹部４０、導体３１、および絶縁ショルダー３５の行と列の規則正しいアレイが形成され、スタックの第２の側から、絶縁ショルダー３５およびコンダクター３１のアレイの鏡像である、絶縁ショルダー３７（図１Ａおよび１Ｂ）および導体３３の行と列のアレイが形成される。これらのアレイは当技術分野で既知である種々の方法およびデバイスのいずれかを使用して形成され得る。例えば、これらのアレイは、リソグラフィプロセス、化学エッチング、レーザーアブレーションおよび／または微小加工によって形成され得る。アレイを形成した後、ピックアンドプレイスプロセスおよびボンドワイヤー接続プロセスを使用して光源５０が導体３１および３３に接続され得る。図５Ｂに概略的に示される、得られる光源モジュール２０のアレイが絶縁層４３２上に形成されて接続され、次いで、光源モジュールを分離させるためにさいの目に切られ得る。
【００４４】
[00046]本出願の説明および特許請求の範囲では、各々の動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」および「有する（ｈａｖｅ）」ならびにそれらの活用変化は、その動詞の目的語（複数可）がその動詞の主語（複数可）の構成要素、要素または部分を必ずしも完全に列記してない、ことを示すのに使用される。
【００４５】
[00047]本出願における本発明の実施形態の説明は例として提供されるものであり、本発明の範囲を限定することを意図されない。説明される実施形態は別の特徴も含み、それらのすべてが本発明のすべての実施形態で必要となるわけではない。一部の実施形態は特徴の一部のみまたは特徴の考えられる組み合わせの一部のみを利用する。説明される本発明の実施形態の変更形態、および、説明される実施形態で言及される特徴の多様な組み合わせを含む本発明の実施形態を、当業者であれば思いつくであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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