(57)【要約】  記載された様々な光電子モジュールは、光（例えば、可視域または非可視域の電磁放射線）を出射するように動作可能なエミッタと、エミッタによって出射された光を用いて光電子モジュール外側の対象物を照明するように、エミッタと位置合わせられたエミッタ光学組立体と、エミッタによって出射された１つ以上の波長の光を検出するように動作可能な検出器と、対象物によって反射された光を検出器に導くように、検出器と位置合わせられた検出器光学組立体とを含む。いくつかの実施形態において、光電子モジュールは、検出器の線形光電流応答を拡大またはシフトするための特徴を含む。
2018524802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子モジュールであって、
光を出射するように動作可能なエミッタと、
前記エミッタによって出射された光を用いて前記光電子モジュール外側の対象物を照明するように、前記エミッタと位置合わせられたエミッタ光学組立体と、
前記エミッタによって出射された１つ以上の波長の光を検出するように動作可能な検出器と、
前記対象物によって反射された光を前記検出器に導くように、前記検出器と位置合わせられた検出器光学組立体とを含み、
前記エミッタ光学組立体および前記エミッタは、前記検出器の線形光電流応答を拡大またはシフトするように動作可能であり、
前記検出器によって検出された前記線形光電流応答は、前記光電子モジュールと前記対象物との間の距離に相関させられる、光電子モジュール。
【請求項２】
前記エミッタ光学組立体は、アナモフィックレンズ素子を含み、
前記光学組立体および前記エミッタは、エミッタ視界を前記検出器に向かって偏向させるように動作可能である、請求項１に記載の光電子モジュール。
【請求項３】
前記光学組立体および前記エミッタは、横方向に変化する強度を有する照明光を前記対象物に投光するように動作可能である、請求項１に記載の光電子モジュール。
【請求項４】
前記エミッタ光学組立体は、離散的照明特徴を有する照明光を投光するように動作可能な光学素子を含む、請求項１に記載の光電子モジュール。
【請求項５】
前記光学素子は、回折光学素子を含む、請求項４に記載の光電子モジュール。
【請求項６】
前記離散的照明特徴の各々は、前記検出器によって検出される段階状の光電流応答を生成するように動作可能である、請求項４に記載の光電子モジュール。
【請求項７】
前記離散的照明特徴の少なくとも１つは、前記離散的照明特徴のうち別の照明特徴と異なる強度を有する、請求項４に記載の光電子モジュール。
【請求項８】
前記光電子モジュールから前記対象物に投光された照明光は、幾何学的形状または一連の形状を含む、請求項１に記載の光電子モジュール。
【請求項９】
光電子モジュールであって、
光を出射するように動作可能なエミッタと、
前記エミッタによって出射された光を用いて前記光電子モジュール外側の対象物を照明するように、前記エミッタと位置合わせられたエミッタ光学組立体と、
前記エミッタによって出射された１つ以上の波長の光を検出するように動作可能な検出器と、
前記対象物によって反射された光を前記検出器に導くように、前記検出器と位置合わせられた検出器光学組立体とを含み、
前記光電子モジュールは、第１モードおよび第２モードで動作可能であり、
前記第１モードにおいて、エミッタ視界と検出器視界との横向重なり部の増加は、前記対象物から反射され且つ前記検出器によって収集された光の強度の増加をもたらし、前記検出器の光電流応答は、前記光電子モジュールと前記対象物との間の距離に相関させられ、
前記第２モードにおいて、前記検出器は、前記対象物から反射された光に基づいて位相シフトを検出し、前記位相シフトは、前記光電子モジュールと前記対象物との間の距離に相関させられる、光電子モジュール。
【請求項１０】
前記光電子モジュールと前記対象物との間の距離が前記検出器の光電流応答の線形領域に相関させられた場合、前記光電子モジュールは、前記第１モードで動作し、
前記光電子モジュールと前記対象物との間の距離が前記検出器の光電流応答の非線形領域に相関させられた場合、前記光電子モジュールは、前記第２モードで動作する、請求項９に記載の光電子モジュール。
【請求項１１】
光電子モジュールであって、
光を出射するように動作可能な複数のエミッタと、
前記複数のエミッタによって出射された光を用いて前記光電子モジュール外側の対象物を照明するように、前記複数のエミッタと位置合わせられたエミッタ光学組立体と、
前記複数のエミッタによって出射された１つ以上の波長の光を検出するように動作可能な検出器と、
前記対象物によって反射された光を前記検出器に導くように、前記検出器と位置合わせられた検出器光学組立体とを含み、
前記光電子モジュールは、前記複数のエミッタのうち第１エミッタを作動して前記光電子モジュールからの第１距離範囲に位置する前記対象物を検出し、前記複数のエミッタのうち第２エミッタを作動して前記光電子モジュールからの第２距離範囲に位置する前記対象物を検出するように構成される、光電子モジュール。
【請求項１２】
前記複数のエミッタは、順次に作動するように動作可能である、請求項１１に記載の光電子モジュール。
【請求項１３】
前記複数のエミッタは、互いに異なる波長の光を出射するように動作可能である、請求項１１に記載の光電子モジュール。
【請求項１４】
前記検出器光学組立体および前記エミッタ光学組立体の上方に設けられたカバーガラスをさらに含む、請求項１１に記載の光電子モジュール。
【請求項１５】
前記カバーガラスの上面に設けられた分光フィルタをさらに含み、
前記分光フィルタは、前記検出器光学組立体および／または前記エミッタ光学組立体の上方に設けられる、請求項１４に記載の光電子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年６月３日に出願された米国仮特許出願第６２／１７０４１２号の優先権利益を主張し、その開示の全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本開示は、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
光電子モジュールは、エミッタおよび検出器を用いて、距離データ、例えば、光電子モジュールと対象物との間の距離を捕捉するように動作可能である。検出器は、エミッタによって出射され、対象物によって反射された光を検出することができる。検出器の応答、すなわち光電流応答は、対象物との距離に相関させられる。一部の距離範囲において、光電流応答は、距離に対して線形になる傾向がある。光電流応答の線形領域は、正確且つ精確な距離データを得るための理想範囲である。また、光電流応答の線形領域は、エミッタおよび検出器の効率の変動および／または対象物の反射率の変動に左右されない。したがって、上述したように、光電流応答が線形である距離の範囲を広げることが有利であろう。さらに、線形領域は、ゼロ距離の位置から開始しなくてもよい。しかしながら、場合によって、ゼロ距離の位置から開始するように線形領域をシフトすることが有利であり得る。例えば、光電流応答の線形領域を距離ゼロに近い位置にシフトした場合、短い距離（すなわち、距離データを捕捉するように動作可能な光電子モジュールと対象物との間の距離）を近距離でより正確且つ精確に測定し、決定することができる。さらに他の例において、非常に大きな距離から開始するように線形領域をシフトすることが有利であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
本開示は、光電子モジュール内の検出器の線形光電流応答を拡大またはシフトするための様々な実施形態を記載する。
【０００５】
例えば、一態様において、記載された様々な光電子モジュールは、光（例えば、可視域または非可視域の電磁放射線）を出射するように動作可能なエミッタと、エミッタによって出射された光を用いて光電子モジュール外側の対象物を照明するように、エミッタと位置合わせられたエミッタ光学組立体と、エミッタによって出射された１つ以上の波長の光を検出するように動作可能な検出器と、対象物によって反射された光を検出器に導くように、検出器と位置合わせられた検出器光学組立体とを含む。いくつかの実施形態において、光電子モジュールは、検出器の線形光電流応答を拡大またはシフトするように動作可能な要素を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態によれば、エミッタ光学組立体は、アナモルフィックレンズ素子を含む。いくつかの例において、アナモルフィックレンズ素子は、エミッタ視界を検出器に向かって偏向させる。また、いくつかの例において、対象物上の照明光の強度が横方向に変化する。
【０００７】
別の実施形態によれば、エミッタ光学組立体は、回折レンズ素子を含む。いくつかの例において、対象物上の照明光は、離散的照明特徴として現れる。また、いくつかの例において、各々の離散的照明特徴は、検出器によって検出される段階状の光電流応答を生成する。いくつかの実施形態において、各々の離散的照明特徴は、他の離散的照明特徴と同様の寸法を有する。また、いくつかの実施形態において、各々の離散的照明特徴または各々の離散的照明特徴の部分集合は、他の離散的照明特徴と異なる寸法を有してもよい。また、いくつかの例において、各々の離散的照明特徴または各々の離散的照明特徴の部分集合は、他の離散的照明特徴と異なる強度を有する。対象物上の照明光は、例えば、幾何学的形状または一連の形状を有することができる。
【０００８】
更なる実施形態によれば、光電子モジュールは、少なくともエミッタ光学組立体の上方に設けられたフィルタを含む。いくつかの例において、フィルタは、エミッタ光学組立体および検出器光学組立体の上方に設けられた分光フィルタである。分光フィルタは、例えば、エミッタおよび検出器光学組立体の上方のカバーガラスの上面に設けられてもよい。
【０００９】
別の実施形態によれば、エミッタ光学組立体は、ディフューザを含む。
別の態様によれば、光電子モジュールは、光を出射する複数のエミッタを含む。複数のエミッタのうち第１エミッタは、モジュールからの第１距離範囲に位置する対象物を検出するように動作可能であり、複数のエミッタのうち第２エミッタは、モジュールからの第２距離範囲に位置する対象物を検出するように動作可能である。いくつかの例において、複数のエミッタは、順次に作動するように動作可能である。また、いくつかの例において、複数のエミッタは、互いに異なる波長の光を出射する。
【００１０】
さらに別の態様によれば、光電子モジュールは、第１モードおよび第２モードで動作可能である。第１モードにおいて、エミッタ視界と検出器視界との横向重なり部の増加は、対象物から反射され且つ検出器によって収集された光の強度の増加をもたらし、検出器の光電流応答は、光電子モジュールと対象物との間の距離に相関させられる。第２モードにおいて、検出器は、対象物から反射された光に基づいて位相シフトを検出し、位相シフトは、光電子モジュールと対象物との間の距離に相関させられる。いくつかの例において、光電子モジュールと対象物との間の距離が検出器の光電流応答の線形領域に相関させられた場合、光電子モジュールは、第１モードで動作する。例えば、光電子モジュールと対象物との間の距離が検出器の光電流応答の非線形領域に相関させられた場合、光電子モジュールは、第２モードで動作することができる。
【００１１】
他の態様、特徴および利点は、以下の詳細な説明、添付の図面および特許請求の範囲から容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】距離測定を行うために動作可能な光電子モジュールを示す図である。
【図１Ｂ】対象物との距離に対する光電流応答を示す例示的なプロットである。
【図２Ａ】アナモルフィックエミッタ光学組立体を備えた光電子モジュールを示す図である。
【図２Ｂ】アナモルフィックエミッタ光学組立体を備えた光電子モジュールを示す図である。
【図３Ａ】回折エミッタ光学組立体を備えた光電子モジュールを示す図である。
【図３Ｂ】回折エミッタ光学組立体を備えた光電子モジュールを示す図である。
【図３Ｃ】回折エミッタ光学組立体に起因する例示的な照明特徴を示す図である。
【図３Ｄ】回折エミッタ光学組立体に起因する例示的な照明特徴を示す図である。
【図４Ａ】変調光源および復調画素を有し、第１動作モードで動作する光電子モジュールを示す図である。
【図４Ｂ】変調光源および復調画素を有し、第１動作モードで動作する光電子モジュールを示す図である。
【図４Ｃ】第２動作モードで動作する光電子モジュールを示す図である。
【図５Ａ】複数の光源からなるエミッタを備えた光電子モジュールを示す図である。
【図５Ｂ】複数の光源からなるエミッタを備えた光電子モジュールを示す図である。
【図５Ｃ】複数の光源からなるエミッタを備えた光電子モジュールを示す図である。
【図５Ｄ】複数の光源からなるエミッタを備えた光電子モジュールを示す図である。
【図６Ａ】距離データを取得するように動作可能な光電子モジュールの追加の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】距離データを取得するように動作可能な光電子モジュールの追加の実施形態を示す図である。
【図７Ａ】ディフューザを備えた光電子モジュールを示す図である。
【図７Ｂ】対象物との距離に対する光電流応答を示す例示的なプロットである。
【図８Ａ】３つの異なる温度で動作するフィルタを用いて実装された光電子モジュールの発光強度対発光波長を示す例示的なプロットである。
【図８Ｂ】フィルタを備えた光電子モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
図１Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール１００を示す。光電子モジュール１００は、基板１０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ１０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器１０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ１０１は、「光」と呼ぶことができる任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ１０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器１０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００１４】
エミッタ１０１および検出器１０２は、スペーサ１０４によって横方向に取り囲まれ得る。スペーサ１０４は、エミッタ１０１によって出射されおよび／または検出器１０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ１０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ１０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。
【００１５】
光電子モジュール１００は、エミッタ１０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体１０５と、検出器１０２と位置合わせられた検出器光学組立体１０６とをさらに含む。光学組立体１０５および１０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体１０５および１０６内の光学素子は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。
【００１６】
光学組立体１０５および１０６の各々は、絞り、フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体１０５および１０６は、スペーサ１０４に設けられまたは一体化されてもよい。光電子モジュール１００は、バッフル１０７をさらに含むことができる。バッフル１０７は、エミッタ１０１によって出射されおよび／または検出器１０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過であってもよい。バッフル１０７は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、バッフル１０７は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。いくつかの実施形態において、バッフル１０７は、迷光による不良影響を軽減することができる。さらに、バッフル１０７は、エミッタ視界１１１および検出器視界１１３を最適にすると共に、迷光が検出器に到達しないように実質的に防止する寸法（例えば、高さ、厚さ）を有するように構成することができる。
【００１７】
図１Ａは、距離ｚで光電子モジュール１００から離れている対象物１１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ１０１から出射され、エミッタ光学組立体１０５を透過する光は、エミッタ視界（ＦＯＶ：field-of-view）１１１に一致する。さらに、エミッタ視界１１１に一致し、対象物１１０に入射する光は、照明１１２を画定する。対象物１１０からの反射光は、検出器視界１１３内の検出器光学組立体１０６を透過し、検出器１０２によって検出することができる。エミッタ視界１１１と検出器視界１１３とが重なっている領域は、重なり領域１１４を画定する。重なり領域１１４の横方向の延在は、横向重なり部１１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部１１５から反射され、検出器１０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。例えば、対象物との距離ｚの増加は、重なり領域１１４の増加および横向重なり部１１５の増加をそれぞれもたらす。横向重なり部１１５の増加は、対象物１１０から反射され、検出器１０２によって収集される光の強度を増加することができる。距離範囲に対する検出器１０２の光電流応答は、光電子モジュール１００と対象物１１０との間の距離ｚに相関させることができる。
【００１８】
図１Ｂは、光電子モジュール１００と対象物１１０との間の距離ｚに対する検出器１０２の光電流応答を示す例示的なプロットである。この例示的なプロットは、概ね３つの区域を含む。第１区域は、距離ｚの約０〜１．０ｍｍの間に位置し、第２区域は、距離ｚの約１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの間に位置し、第３区域は、２．０ｍｍを超える距離ｚに位置する。他の例において、これらの区域は、異なる距離ｚに位置してもよい。さらに他の例において、異なる数の区域が存在してもよい。図示した例において、第１区域は、距離ｚに対して光電流の非線形増加を示し、第２区域は、距離ｚに対して光電流の線形増加を示し、第３区域は、距離ｚに対して光電流の非線形減少を示す。いくつかの実施形態において、第２区域によって示された光電流応答、具体的に距離ｚに対する線形応答は、距離データを取得するために特に有利であり得る。
【００１９】
（例えば、第２領域において）線形応答を生成するように構成された光電子モジュールは、改善した精度で距離データを測定することができる。例えば、同様の組立／製造プロセスによって製造された光電子モジュールは、（例えば、組立公差によって）本質的に寸法が変動する。寸法の変動は、図１Ｂに示されたプロットの左右方向のシフトをもたらすことができる。さらに、光電子モジュールの他の変動（例えば、エミッタ１０１および／または検出器１０２の効率の変動）は、図１Ｂに示されたプロットの上下方向のシフトをもたらすことができる。さらに、対象物の性質（例えば、対象物の反射率）の変動は、図１Ｂに示されたプロットの上下方向のシフトをもたらすことができる。上述した変動の一部（例えば、寸法の変動および／またはエミッタおよび／または検出器の効率の変動）は、較正手順によって軽減することができる。しかしながら、他の変動（例えば、対象物の反射率の変動）は、較正手順によって容易に軽減されない可能性がある。それにも拘わらず、第２区域、すなわち、上述した線形区域において、対象物１１０の反射率に関係なく、格別の精度で距離（特に距離の相対変化）を測定することができる。したがって、説明した多くの実施形態は、この線形区域を利用および／または拡大および／またはシフトすることによって、改善した精度で距離を測定することができる。
【００２０】
図２Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール２００を示す。光電子モジュール２００は、基板２０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ２０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器２０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ２０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ２０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器２０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００２１】
エミッタ２０１および検出器２０２は、スペーサ２０４によって横方向に取り囲まれ得る。スペーサ２０４は、エミッタ２０１によって出射されおよび／または検出器２０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ２０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ２０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。
【００２２】
光電子モジュール２００は、エミッタ２０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体２０５と、検出器２０２と位置合わせられた検出器光学組立体２０６とをさらに含む。光学組立体２０５および２０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体２０５および２０６内の光学素子は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。
【００２３】
光学組立体２０５および２０６の各々は、絞り、分光フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体２０５および２０６は、スペーサ２０４に設けられまたは一体化されてもよい。光電子モジュール２００は、バッフル２０７をさらに含むことができる。バッフル２０７は、エミッタ２０１によって出射されおよび／または検出器２０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。バッフル２０７は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、バッフル２０７は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。いくつかの実施形態において、バッフル２０７は、迷光による不良影響を軽減することができる。さらに、バッフル２０７は、エミッタ視界２１１および検出器視界２１３を最適にすると共に、迷光が検出器に到達しないように実質的に防止する寸法（例えば、高さ、厚さ）を有するように構成することができる。
【００２４】
図２Ａは、距離ｚで光電子モジュール２００から離れている対象物２１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ２０１から出射され、エミッタ光学組立体２０５を透過する光は、エミッタ視界２１１に一致する。さらに、エミッタ視界２１１に一致し、対象物２１０に入射する光は、照明２１２を画定する。対象物２１０からの反射光は、検出器視界２１３内の検出器光学組立体２０６を透過し、検出器２０２によって検出することができる。エミッタ視界２１１と検出器視界２１３とが重なっている領域は、重なり領域２１４を画定する。重なり領域２１４の横方向の延在は、横向重なり部２１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部２１５から反射され、検出器２０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。図２Ａに示された光電子モジュール２００のエミッタ光学組立体２０５は、アナモルフィックレンズを備える。アナモルフィックレンズは、エミッタ２０１から発する光を透過させるように動作可能である。透過光は、照明２１２を画定することができる（またはエミッタ光学組立体２０５の他の要素と協働して、照明２１２を画定することができる）。このような照明の一例は、図２Ｂに示されている。
【００２５】
図２Ｂは、アナモルフィックレンズを有するエミッタ光学組立体２０５を備えた光電子モジュール２００を示している。アナモルフィックレンズを有するエミッタ光学組立体２０５から出射された光は、エミッタ視界２１１に一致する。いくつかの実施形態において、図２Ｂに示すように、上述した検出器２０２の線形応答区域（すなわち、光電流が線形に変化する距離範囲）を増加させるために、エミッタ視界２１１を傾けることができる。例えば、（図２Ｂに示すように）検出器２０２に向かってエミッタ視界２１１を傾けることによって、線形区域の距離ｚの下限値を拡大および／またはシフトすることができる。すなわち、傾けられたエミッタ視界２１１は、より短い距離ｚで横向重なり部２１５を増加させることができる。
【００２６】
さらに、図２Ｂに示すように、エミッタ光学組立体２０５は、照明２１２を生成するように構成することができる。照明２１２は、特定の寸法ｄに一致する。例えば、寸法ｄは、照明２１２の横方向寸法に対して小さく（例えば、少量）てもよい。場合によって、寸法ｄは、エミッタ２０１から出射された光を特に効率的に利用するように構成することができる。また、線形区域を拡大するように照明２１２の強度を横方向に変化させることができる。さらに、他の実施形態において、線形区域の増加および／または線形区域のシフト（例えば、ゼロ距離の位置に近づける）および／またはエミッタ２０１から出射された光の特に効率的な利用を達成するように、照明２１２の寸法ｄおよび／または強度を変化させることができる。
【００２７】
図３Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール３００を示す。光電子モジュール３００は、基板３０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ３０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器３０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ３０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ３０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器３０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００２８】
エミッタ３０１および検出器３０２は、スペーサ３０４によって横方向に取り囲まれ得る。スペーサ３０４は、エミッタ３０１によって出射されおよび／または検出器３０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ３０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ３０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。
【００２９】
光電子モジュール３００は、エミッタ３０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体３０５と、検出器３０２と位置合わせられた検出器光学組立体３０６とをさらに含む。光学組立体３０５および３０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体３０５および３０６内の光学素子は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。
【００３０】
光学組立体３０５および３０６の各々は、絞り、分光フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体３０５および３０６は、スペーサ３０４に設けられまたは一体化されてもよい。光電子モジュール３００は、バッフル３０７をさらに含むことができる。バッフル３０７は、エミッタ３０１によって出射されおよび／または検出器３０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。バッフル３０７は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、バッフル３０７は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。いくつかの実施形態において、バッフル３０７は、迷光による不良影響を軽減することができる。さらに、バッフル３０７は、エミッタ視界３１１および検出器視界３１３を最適にすると共に、迷光が検出器に到達しないように実質的に防止する寸法（例えば、高さ、厚さ）を有するように構成することができる。
【００３１】
図３Ａは、距離ｚで光電子モジュール３００から離れている対象物３１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ３０１から出射され、エミッタ光学組立体３０５を透過する光は、エミッタ視界３１１に一致する。さらに、エミッタ視界３１１に一致し、対象物３１０に入射する光は、照明３１２を画定する。対象物３１０からの反射光は、検出器視界３１３内の検出器光学組立体３０６を透過し、検出器３０２によって検出することができる。エミッタ視界３１１と検出器視界３１３とが重なっている領域は、重なり領域３１４を画定する。重なり領域３１４の横方向の延在は、横向重なり部３１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部３１５から反射され、検出器３０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。図３Ａに示された光電子モジュール３００のエミッタ光学組立体３０５は、回折レンズ素子を備える。回折レンズ素子は、エミッタ３０１から発する光を透過させるように動作可能である。透過光は、照明３１２を画定することができる（またはエミッタ光学組立体３０５の他の要素と協働して照明３１２を画定することができる）。図３Ａにおいて、照明３１２は、記号上では複数の星として示される。照明３１２は、バー、ドット、円、楕円、またはそれらの各々の組み合わせなどの任意の幾何学的形状または一連の形状を有することができる。このような照明の一例は、図３Ａおよび図３Ｂに示されている。照明３１２は、離散的照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄを含むことができる。場合によって、離散的照明特徴は、段階状の光電流応答を生成することができる。各段階（すなわち、閾値電流）は、例えば、距離ｚにまたは距離ｚの特定の範囲に対応することができる。いくつかの実施形態において、段階状の光電流応答および／または離散的照明特徴は、較正ステップ（例えば、ウエハレベル／ウエハスケールで生成された光電子モジュール間のエミッタおよび／または検出器効率の差異／変動を軽減するように設計された較正ステップ）を行う必要性を省くことができる。
【００３２】
図３Ｂは、図３Ａに示す距離ｚに対して異なる距離ｚで配置された光電子モジュール３００および対象物３１０を示す図である。この例において、照明３１２は、記号上では複数の星（すなわち、照明特徴３１２Ａ〜３１２Ｄ）として示される。照明３１２は、バー、ドット、円、楕円、またはそれらの各々の組み合わせなどの任意の幾何学的形状または一連の形状を有することができる。この例において、１つの照明特徴３１２Ａは、図３Ａの重なり領域３１４内の対象物３１０上に投影される。２つの照明特徴３１２Ａおよび３１２Ｂは、重なり領域３１４内の対象物３１０上に投影される。したがって、横向重なり部３１５は、図３Ａに示された距離ｚよりも、図３Ｂに示された距離ｚで２倍の光を反射する。異なる実施形態において、線形区域の増加および／または線形区域のシフトおよび／またはエミッタ３０１から出射された光の特に効率的な利用を達成するように、照明特徴（例えば、３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄ）の数、間隔、形状、強度および寸法を構成することができる。
【００３３】
図３Ｃおよび図３Ｄは、異なる照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄを有する光電子モジュール３００を示す。照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄは、上述したように検出器３０２の線形応答領域（すなわち、光電流の線形変化をもたらす距離範囲）を増加させるように、互いに対して異なる距離ｌに一致することができる。また、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、エミッタ光学組立体３０５は、照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄを生成するように構成することができる。照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄは、特定の寸法ｄに一致する。検出器３０２の線形応答領域（すなわち、光電流の線形変化をもたらす距離範囲）を増加させるように、またはエミッタ３０１から出射された光を特に効率的に利用するように、図３Ｃに示すように、寸法ｄは、照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄに対して同様であってもよく、または図３Ｄに示すように、寸法ｄは、照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂおよび３１２Ｄの各々または一部に対して異なってもよい。また、各照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄの強度は、線形区域を増加するように互いに異なってもよい。さらに、他の実施形態において、照明特徴３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃおよび３１２Ｄの距離ｌと、寸法ｄまたは強度との両方を変更して、線形区域の増加および／または線形区域のシフトおよび／またはエミッタ３０１から出射された光の特に効率的な利用を達成することができる。
【００３４】
図４Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール４００を示す。光電子モジュール４００は、基板４０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ４０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器４０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ４０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ４０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器４０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００３５】
エミッタ４０１および検出器４０２は、スペーサ４０４によって横方向に取り囲まれ得る。スペーサ４０４は、エミッタ４０１によって出射されおよび／または検出器４０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ４０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ４０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。光電子モジュール４００は、エミッタ４０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体４０５と、検出器４０２と位置合わせられた検出器光学組立体４０６とをさらに含む。光学組立体４０５および４０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体４０５および４０６内の光学素子は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。
【００３６】
光学組立体４０５および４０６の各々は、絞り、分光フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体４０５および４０６は、スペーサ４０４に設けられまたは一体化されてもよい。光電子モジュール４００は、バッフル４０７をさらに含むことができる。バッフル４０７は、エミッタ４０１によって出射されおよび／または検出器４０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。バッフル４０７は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、バッフル４０７は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。いくつかの実施形態において、バッフル４０７は、迷光による不良影響を軽減することができる。さらに、バッフル４０７は、エミッタ視界４１１および検出器視界４１３を最適にすると共に、迷光が検出器に到達しないように実質的に防止する寸法（例えば、高さ、厚さ）を有するように構成することができる。
【００３７】
図４Ａは、距離ｚで光電子モジュール４００から離れている対象物４１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ４０１から出射され、エミッタ光学組立体４０５を透過する光は、エミッタ視界（ＦＯＶ：field-of-view）１１１に一致する。さらに、エミッタ視界４１１に一致し、対象物４１０に入射する光は、照明４１２を画定する。対象物４１０からの反射光は、検出器視界４１３内の検出器光学組立体４０６を透過し、検出器４０２によって検出することができる。エミッタ視界４１１と検出器視界４１３とが重なっている領域は、重なり領域４１４を画定する。重なり領域４１４の横方向の延在は、横向重なり部４１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部４１５から反射され、検出器４０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。この例において、光電子モジュール４００のエミッタ４０１は、変調光源（例えば、飛行時間法に使用された光源）として示され、光電子モジュール４００の検出器４０２は、復調センサ（例えば、飛行時間法に使用されたセンサ）として示される。
【００３８】
光電子モジュール４００は、２つの動作モードで動作することができる。第１動作モードにおいて、光電子モジュール４００は、上述したように距離データを取得することができる。すなわち、横向重なり部４１５の増加は、対象物４１０から反射され、検出器４０２によって収集される光の強度の増加をもたらすことができる。検出器４０２の距離範囲に対する光電流応答は、光電子モジュール４００と対象物４１０との間の距離ｚに相関させることができる。このような例は、図４Ａおよび図４Ｂに示される。すなわち、距離ｚが増加すると（図４Ａ〜図４Ｂ）、重なり領域４１４および横向重なり部４１５が増加する（図４Ａ〜図４Ｂ）。この実施形態において、（復調センサとして実装された）検出器４０２は、強度感度性モードで動作することができる。すなわち、上述したように、対象物４１０から反射され、検出器４０２に導かれる光の強度を用いて、距離を決定することができる。
【００３９】
第２動作モードにおいて、光電子モジュール４００は、飛行時間法に従って距離データを取得することができる。すなわち、この例では、エミッタ４０１から出射され、対象物４１０に入射し、その後検出器４０２（例えば、復調センサ）に反射された変調光は、位相シフトを受ける。位相シフトは、検出器４０２によって検出および記録され、距離ｚと相関させられる。第２動作モードは、上述した線形区域の外側、すなわち、線形区域の下限極値および上限極値を定義する特定の距離ｚの外側で作動させることができる。
【００４０】
例えば、図４Ｃは、線形区域の下限極値および上限極値を定義する距離ｚの外側の第３距離ｚ（例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示された距離よりも大きい）に位置する光電子モジュール４００を示す。この例において、重なり領域４１４は、対象物に入射する照明４１２と横向重なり部４１５とが実質的に等しくなるように十分に大きい。対象物に入射する照明４１２と横向重なり部４１５とが実質的に等しい距離ｚにおいて、第２動作モードで距離データを取得することができる。いくつかの実施形態において、上述した線形区域の外側で第２動作モードを作動させることができる。他の実施形態において、（例えば、較正を行うために）上述した線形区域内で第２動作モードを作動させることができる。この例において、エミッタ４０１および検出器４０２は、それぞれ、変調光源および復調センサとして実装される。しかしながら、他の実施形態において、エミッタ４０１および検出器４０２は、パルス飛行時間法または他の距離捕捉技術を用いて距離ｚを決定するように構成することができる。
【００４１】
図５Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール５００を示す。光電子モジュール５００は、基板５０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ５０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器５０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ５０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ５０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器５０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００４２】
エミッタ５０１および検出器５０２は、スペーサ５０４によって横方向に取り囲まれ得る。スペーサ５０４は、エミッタ５０１によって出射されおよび／または検出器５０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ５０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ５０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。光電子モジュール５００は、エミッタ５０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体５０５と、検出器５０２と位置合わせられた検出器光学組立体５０６とをさらに含む。光学組立体５０５および５０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体５０５および５０６内の光学素子は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。
【００４３】
光学組立体５０５および５０６の各々は、絞り、分光フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体５０５および５０６は、スペーサ５０４に設けられまたは一体化されてもよい。光電子モジュール５００は、バッフル５０７をさらに含むことができる。バッフル５０７は、エミッタ５０１によって出射されおよび／または検出器５０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。バッフル５０７は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、バッフル５０７は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。いくつかの実施形態において、バッフル５０７は、迷光による不良影響を軽減することができる。さらに、バッフル５０７は、エミッタ視界５１１および検出器視界５１３を最適にすると共に、迷光が検出器に到達しないように実質的に防止する寸法（例えば、高さ、厚さ）を有するように構成することができる。
【００４４】
図５Ａは、距離ｚで光電子モジュール５００から離れている対象物５１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。光電子モジュール５００は、第１光源５０１Ａおよび第２光源５０１Ｂからなるエミッタ５０１を含む。光電子モジュール５００は、第１光学領域５０５Ａおよび第２光学領域５０５Ｂからなるエミッタ光学組立体５０５をさらに含む。第１光源５０１Ａから出射された光は、エミッタ光学組立体５０５の第１光学領域５０５Ａを透過することができる。透過光は、第１エミッタ視界５１１Ａに一致する。第１発光体視界５１１Ａに一致し、対象物５１０に入射する光は、第１照明５１２Ａを画定する。また、第２光源５０１Ｂから出射された光は、エミッタ光学組立体５０５の第２光学領域５０５Ｂを透過することができる。透過光は、第２エミッタ視界５１１Ｂに一致する。第２エミッタ視界５１１Ｂに一致し、対象物５１０に入射する光は、第２照明５１２Ｂを画定する。
【００４５】
対象物５１０からの反射光は、検出器視界５１３内の検出器光学組立体５０６を透過し、検出器５０２によって検出することができる。第１エミッタ視界５１１Ａおよび／または第２エミッタ視界５１１Ｂと検出器視界５１３とが重なっている領域は、重なり領域５１４を画定する。重なり領域５１４の横方向の延在は、横向重なり部５１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部５１５から反射され、検出器５０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。例えば、対象物の距離ｚの増加は、重なり領域５１４の増加および横向重なり部５１５の増加をそれぞれもたらす。横向重なり部５１５の増加は、対象物５１０から反射され、検出器５０２によって収集される光の強度を増加することができる。距離範囲に対する検出器５０２の光電流応答は、光電子モジュール５００と対象物５１０との間の距離ｚに相関させることができる。エミッタ５０１は、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂから順次に光を出射するように動作可能である。例えば、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂの両方が同一波長の光を出射する実施形態において、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂの順次動作によって、上述した線形区域を増加させることができる。この例示的な実施形態は、図５Ａおよび図５Ｂに示される。第１エミッタ５０１Ａは、距離ｚまたは距離ｚの範囲で光を出射し、図５Ｂに示された第２エミッタ５０１Ｂは、別の距離ｚまたは距離ｚの範囲で光を出射する。
【００４６】
図５Ｃは、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂからなるエミッタ５０１を備える光電子モジュール５００Ｃの一例を示す。この例において、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂは、異なる波長の光を出射するように構成される。光電子モジュール５００は、第１光学領域５０５Ａおよび第２光学領域５０５Ｂからなるエミッタ光学組立体５０５をさらに含む。第１エミッタ５０１Ａから出射された光は、エミッタ光学組立体５０５の第１光学領域５０５Ａを透過することができる。透過光は、第１エミッタ視界５１１Ａに一致する。第１発光体視界５１１Ａに一致し、対象物５１０に入射する光は、第１照明５１２Ａを画定する。また、第２エミッタ５０１Ｂから出射された光は、エミッタ光学組立体５０５の第２光学領域５０５Ｂを透過することができる。透過光は、第２エミッタ視界５１１Ｂに一致する。第２エミッタ視界５１１Ｂに一致し、対象物５１０に入射する光は、第２照明５１２Ｂを画定する。
【００４７】
上述したように、対象物５１０からの反射光は、検出器視界５１３内の検出器光学組立体５０６を透過し、検出器５０２によって検出することができる。検出器５０２は、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂから出射された異なる波長の光を検出および区別するように構成することができる。検出器５０２は、例えばデュアル接合式フォトダイオードとして実装することができる。いくつかの例において、エミッタ５０１Ａおよび５０１Ｂを順次に作動することができ、他の例において、エミッタ５０１Ａおよび５０１Ｂを同時に作動することができる。図５Ｃに示された例示的な光電子モジュール５００Ｃは、上述した光電流応答の線形区域を増加させるように動作可能である。
【００４８】
図５Ｄは、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂからなるエミッタ５０１を備える光電子モジュール５００Ｄの一例を示す。この例において、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂは、異なる波長の光を出射するように構成される。光電子モジュール５００は、エミッタ光学組立体５０５をさらに含む。第１エミッタ５０１Ａから出射された光は、エミッタ光学組立体５０５を透過することができる。透過光は、第１エミッタ視界５１１Ａに一致する。第１エミッタ視界５１１Ａに一致し、対象物５１０に入射する光は、第１照明５１２Ａを画定する。また、第２エミッタ５０１Ｂから出射された光は、エミッタ光学組立体５０５を透過することができる。透過光は、第２エミッタ視界５１１Ｂに一致する。第２エミッタ視界５１１Ｂに一致し、対象物５１０に入射する光は、第２照明５１２Ｂを画定する。図５Ｄに示す例において、第１エミッタ視界５１１Ａおよび第２エミッタ視界５１１Ｂは、実質的に同様である。
【００４９】
上述したように、対象物５１０からの反射光は、検出器視界５１３内の検出器光学組立体５０６を透過し、検出器５０２によって検出することができる。検出器５０２は、第１エミッタ５０１Ａおよび第２エミッタ５０１Ｂから出射された異なる波長の光を検出および区別するように構成することができる。検出器５０２は、例えばデュアル接合式フォトダイオードとして実装することができる。いくつかの例において、エミッタ５０１Ａおよび５０１Ｂを順次に作動することができ、他の例において、エミッタ５０１Ａおよび５０１Ｂを同時に作動することができる。図５Ｄに示された例示的な光電子モジュール５００Ｄは、上述した光電流応答の線形区域を増加させるように動作可能である。
【００５０】
図６Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール６００を示す。光電子モジュール６００は、基板６０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ６０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器６０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ６０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ６０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器６０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００５１】
エミッタ６０１および検出器６０２は、スペーサ６０４によって横方向に囲まれることができる。スペーサ６０４は、エミッタ６０１によって出射されおよび／または検出器６０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ６０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ６０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。光電子モジュール６００は、エミッタ６０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体６０５と、検出器６０２と位置合わせられた検出器光学組立体６０６とをさらに含む。光学組立体６０５および６０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体６０５および６０６内の光学素子は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。
【００５２】
光学組立体６０５および６０６の各々は、絞り、フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光電子モジュール６００は、光学組立体ハウジング６０７をさらに含む。光学組立体６０５および６０６は、光学組立体ハウジング６０７内に設けられまたは一体化されてもよい。光学組立体ハウジング６０７は、エミッタ６０１によって出射されおよび／または検出器６０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。光学組立体ハウジング６０７は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、光学組立体ハウジング６０７は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。光電子モジュール６００は、カバーガラス６０８をさらに含むことができる。カバーガラス６０８は、実質的に透明な材料（例えば、無機ガラス、サファイア、アルミナ、またはポリマー材料などの他の実質的に透明な材料）を含むことができる。光電子モジュール６００は、絞り６０９をさらに含むことができる。絞り６０９は、実質的に不透明な材料（例えば、黒色クロム）を含むことができる。絞り６０９は、例えば、フォトリソグラフィ法を介してカバーガラス６０８上に形成することができる。更に他の実施形態において、絞り６０９は、カバーガラス６０８上に印刷することができ、またはレーザ黒化処理を介してカバーガラス６０８上に形成することができる。いくつかの実装において、絞り６０９は、迷光による不良影響を軽減することができる。
【００５３】
図６Ａは、距離ｚで光電子モジュール６００から離れている対象物６１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ６０１から出射され、エミッタ光学組立体６０５を通過する光は、エミッタ視界６１１に一致する。また、エミッタ視界６１１に一致し、対象物６１０に入射する光は、照明６１２を画定する。対象物６１０からの反射光は、検出器視界６１３内の検出器光学組立体６０６を透過し、検出器６０２によって検出される。エミッタ視界６１１と検出器視界６１３とが重なっている領域は、重なり領域６１４を画定する。重なり領域６１４の横方向の延在は、横向重なり部６１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部６１５から反射され、検出器６０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。例えば、対象物の距離ｚの増加は、重なり領域６１４の増加および横向重なり部６１５の増加をそれぞれもたらす。横向重なり部６１５の増加は、対象物６１０から反射され、検出器６０２によって収集される光の強度を増加することができる。距離範囲に対する検出器６０２の光電流応答は、光電子モジュール６００と対象物６１０との間の距離ｚに相関させることができる。
【００５４】
図６Ｂは、カバーガラス６０８の上面に設けられた分光フィルタ６１６を用いて距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール６００を示す。分光フィルタ６１６は、エミッタ６０１から出射された特定の波長または波長範囲の光に対して実質的に透過であるが、他の波長または波長範囲の光に対して実質的に非透過である。いくつかの例において、分光フィルタは、有機材料（例えば、フォトレジスト）として実装することができ、他の例において、分光フィルタは、無機材料（例えば、誘電体材料）として実装することができる。分光フィルタ６１６は、例えば、フォトリソグラフィ法によって形成されてもよい。他の例において、分光フィルタ６１６は、スパッタリングまたは他の堆積技術によって形成されてもよい。
【００５５】
図７Ａは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュール７００を示す。光電子モジュール７００は、基板７０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ７０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器７０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ７０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ７０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器７０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００５６】
エミッタ７０１および検出器７０２は、スペーサ７０４によって横方向に取り囲まれ得る。スペーサ７０４は、エミッタ７０１によって出射されおよび／または検出器７０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ７０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ７０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。光電子モジュール７００は、エミッタ７０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体７０５と、検出器７０２と位置合わせられた検出器光学組立体７０６とをさらに含む。光学組立体７０５および７０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体７０５および７０６内の光学素子は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。光学組立体７０５および７０６の各々は、絞り、フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体７０５および７０６は、スペーサ７０４内に設けられまたは一体化されてもよい。
【００５７】
図７Ａは、距離ｚで光電子モジュール７００から離れている対象物７１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ７０１から出射され、エミッタ光学組立体７０５を通過する光光は、エミッタ視界７１１に一致する。図７Ａに示された例示的な光電子モジュールにおいて、エミッタ光学組立体７０５は、ディフューザとして実装される。したがって、エミッタ視界７１１は、非常に大きい（例えば、１６０°よりも大きい）。対象物７１０からの反射光は、検出器視界７１３内の検出器光学組立体７０６を透過し、検出器７０２によって検出することができる。対象物７１０からの反射光は、検出器視界７１３内の検出器光学組立体７０６を透過し、検出器７０２によって検出することができる。重なり領域７１４の横方向の延在は、横向重なり部７１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部７１５から反射され、検出器７０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。例えば、対象物の距離ｚの増加は、重なり領域７１４の増加および横向重なり部７１５の増加をそれぞれもたらす。横向重なり部７１５の増加は、対象物７１０から反射され、検出器７０２によって収集される光の強度を増加することができる。距離範囲に対する検出器７０２の光電流応答は、光電子モジュール７００と対象物７１０との間の距離ｚに相関させることができる。いくつかの実施形態において、図７Ｂの点線（および矢印）によって描かれているように、非常に大きなエミッタ視界７１１は、線形応答区域を増加させることができる。図７Ｂは、典型的なエミッタ視界の光電流応答（黒い実線）およびエミッタ視界７１１の光電流応答（点線）を示す図である。この例において、線形応答区域は、非常に大きな視界７１１によって拡大される。
【００５８】
図８Ａは、３つの異なる温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）で動作するエミッタの発光強度対発光波長の例示的なプロットを示す。図８Ｂは、距離データを取得するように動作可能な光電子モジュールを示す。光電子モジュール８００は、基板８０３（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネートおよび／またはシリコン）に設けられたまたは一体化されたエミッタ８０１（例えば、発光ダイオード、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）と、検出器８０２（例えば、フォトダイオード、強度ピクセル、復調ピクセル、または前述した要素の任意のアレイまたは組み合わせ）とを含む。エミッタ８０１は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を出射するように構成することができる。また、エミッタ８０１は、変調光を出射するように構成することができる。さらに、検出器８０２は、任意の波長または任意の波長範囲の電磁放射線（例えば、近赤外線、中赤外線または遠赤外線のような可視または非可視放射線）を検出するように構成することができる。
【００５９】
エミッタ８０１および検出器８０２は、スペーサ８０４によって横方向に囲まれることができる。スペーサ８０４は、スペーサ８０４は、エミッタ８０１によって出射されおよび／または検出器８０２によって検出可能な波長の光に対して実質的に非透過である。スペーサ８０４は、例えば、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができ、実質的に不透明な充填材および／または低熱膨張充填材（例えば、カーボンブラックおよび／または無機充填材）をさらに含むことができる。また、スペーサ８０４は、実質的に不透明なウエハ（例えば、ＰＣＢガラス繊維ラミネート）から製造することができる。光電子モジュール８００は、エミッタ８０１と位置合わせられたエミッタ光学組立体８０５と、検出器８０２と位置合わせられた検出器光学組立体８０６とをさらに含む。光学組立体８０５および８０６の各々は、回折格子、マイクロレンズアレイ、レンズ、アナモフィックレンズ、プリズム、マイクロプリズムアレイおよび回折光学素子を含む光学素子のうち１つ、複数またはそれらの組み合わせを含むことができる。光学組立体８０５および８０６内の光学素子は、射出成形、真空射出成形または他の複製プロセスによって、硬化性ポリマー材料（例えば、エポキシ）から製造することができる。光学組立体１０５および１０６の各々は、絞り、フィルタ、スペーサ、位置合わせ機構、および対応の機能に関連する他の要素をさらに含むことができる。光学組立体８０５および８０６は、スペーサ８０４に設けられまたは一体化されてもよい。
【００６０】
図８Ａは、距離ｚで光電子モジュール８００から離れている対象物８１０（例えば、人物または人物の付属物）をさらに示す。エミッタ８０１から出射され、エミッタ光学組立体８０５を通過する光は、エミッタ視界（ＦＯＶ）８１１に一致する。また、エミッタ視界８１１に一致し、対象物８１０に入射する光は、照明８１２を画定する。対象物８１０からの反射光は、検出器視界８１３内の検出器光学組立体８０６を透過し、検出器８０２によって検出される。エミッタ視界８１１と検出器視界８１３とが重なっている領域は、重なり領域８１４を画定する。重なり領域８１４の横方向の延在は、横向重なり部８１５を画定する。いくつかの実施形態において、横向重なり部８１５から反射され、検出器８０２に導かれた光を用いて、距離を決定することができる。例えば、対象物の距離ｚの増加は、重なり領域８１４の増加および横向重なり部８１５の増加をそれぞれもたらす。横向重なり部８１５の増加は、対象物８１０から反射され、検出器８０２によって収集される光の強度を増加することができる。距離範囲に対する検出器８０２の光電流応答は、光電子モジュール８００と対象物８１０との間の距離ｚに相関させることができる。
【００６１】
光電子モジュール、例えば図８Ｂに示す光電子モジュールは、一定範囲の周囲温度／動作温度で動作することができる。エミッタ８０１の効率および発光波長は、周囲温度／動作温度に従って変動することができる。例えば、ＬＥＤとして実装されたエミッタの発光強度は、周囲／動作温度の上昇に伴って減少する可能性がある。また、発光波長は、周囲温度／動作温度の上昇に伴って増加する可能性がある。図８Ａは、このような例を示す。さらに、例えばフォトダイオードとして実装された検出器８０２の効率（例えば、感度）は、周囲温度／動作温度の上昇に伴って増加する可能性がある。したがって、光電流応答、特に上述した線形領域は、異なる動作／周囲温度に従って変動することができる。いくつかの実施形態において、このような変動は、測定距離ｚの誤差をもたらし、および／または検出器８０２によって収集された信号の複雑さおよび／または計算上の処理要件を増加させる可能性がある。
【００６２】
したがって、図８Ｂに示す光電子モジュール８００は、フィルタ８１６をさらに含む。この例において、フィルタは、特定の波長よりも大きい波長を通過させ、特定の波長よりも小さい波長を阻止または実質的に減衰するフィルタとして実装されてもよい。図８Ａに描かれた一点鎖線Ｐは、特定の波長に対応する。領域Ａ１、Ａ２およびＡ３は、一点鎖線Ｐ（下限）と温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３（上限）にそれぞれ対応する曲線とで囲まれた領域として定義される。いくつかの例において、領域Ａ１、Ａ２およびＡ３が実質的に等しくなるように、点線の特定の波長（ｘ切片）を決定する。他の例において、上述の光電流応答が異なる周囲温度／動作温度に対して実質的に不変であるように、一点鎖線Ｐの特定の波長（ｘ切片）を決定する。
【００６３】
上記の例に記載された光電子モジュールの様々な実装は、光電子モジュールの機能に関連するプロセッサ、他の電気部品または回路要素（例えば、トランジスタ、レジスタ、容量性素子および誘導性素子）をさらに含むことは、当業者にとって明白である。
【００６４】
本開示は、上記の様々な実施形態に関して詳細に説明されたが、上述した様々な特徴の組み合わせおよび／または減縮を含む他の実施形態も可能である。したがって、他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
2018524802.tif 000003
【図１Ｂ】
2018524802.tif 000004
【図２Ａ】
2018524802.tif 000005
【図２Ｂ】
2018524802.tif 000006
【図３Ａ】
2018524802.tif 000007
【図３Ｂ】
2018524802.tif 000008
【図３Ｃ】
2018524802.tif 000009
【図３Ｄ】
2018524802.tif 000010
【図４Ａ】
2018524802.tif 000011
【図４Ｂ】
2018524802.tif 000012
【図４Ｃ】
2018524802.tif 000013
【図５Ａ】
2018524802.tif 000014
【図５Ｂ】
2018524802.tif 000015
【図５Ｃ】
2018524802.tif 000016
【図５Ｄ】
2018524802.tif 000017
【図６Ａ】
2018524802.tif 000018
【図６Ｂ】
2018524802.tif 000019
【図７Ａ】
2018524802.tif 000020
【図７Ｂ】
2018524802.tif 000021
【図８Ａ】
2018524802.tif 000022
【図８Ｂ】
2018524802.tif 000023
【国際調査報告】
2018524802.tif 000024
2018524802.tif 000025
2018524802.tif 000026
2018524802.tif 000027
2018524802.tif 000028