JP6214552B2 - 光電子モジュールおよびそれを備える装置 - Google Patents

Description

本発明はオプトエレクトロニクスの分野、より具体的には縮小された光電子コンポーネントに関する。より特定的には、本発明は光電子モジュールならびにこのモジュール、特にモジュールが光検出器および発光エミッタを含み、特定的にはモジュールが近接ディテクタを含むまたは近接ディテクタであるようなモジュールを備える機器および電子デバイスに関する。本発明はクレームの冒頭の節に従う装置に関する。

用語の定義
「能動光学コンポーネント」：光を感知するまたは光を放射するコンポーネント。たとえば、フォトダイオード、画像センサ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、レーザチップ。能動光学コンポーネントはむき出しのダイとして、またはパッケージ内、すなわちパッケージ化されたコンポーネントとして、存在し得る。

「受動光学コンポーネント」：レンズ、プリズム、鏡、または光学システムなどの、屈折および／または回折および／または（内部および／または外部）反射によって光の方向を変える光学コンポーネントであって、光学システムは、開口絞り、画像スクリーン、ホルダなどの機械的エレメントをも含み得るこのような光学コンポーネントの集まりである。

「光電子モジュール」：少なくとも１つの能動光学コンポーネントおよび少なくとも１つの受動光学コンポーネントが含まれるコンポーネント。

「ウェハ」：実質的に円板状のまたは板状の要素であって、一方向（ｚ方向または縦方向）の延長は、他の２方向（ｘおよびｙ方向、または横方向）の延長よりも小さい。通常、（非ブランク）ウェハ上には、複数の類似の構造体または項目が、典型的には矩形のグリッドで、配置されるまたは中に設けられる。ウェハは開口または穴を有してもよく、ウェハはその横方向領域の主要部分に材料を含まなくてもよい。ウェハの側面形状は任意であり、丸い形状および矩形形状が一般的である。多くの文脈では、ウェハは半導体材料からなっていることが一般的であるが、本特許出願ではこれに限定されない。したがって、ウェハは一般的に、たとえば半導体材料、高分子材料、金属およびポリマを含む、またはポリマおよびガラス材を含む複合材料からなり得る。特に、熱硬化性または紫外線硬化性ポリマなどの硬化可能材料は、本発明に関連して対象となるウェハ材である。

「横」：「ウェハ」参照。
「縦」：「ウェハ」参照。

「光」：最も一般的には、電磁放射、より特定的には、電磁スペクトルの赤外線部分、可視部分、または紫外線部分の電磁放射。本特許出願において、電磁スペクトルの赤外線部分の電磁放射が特に対象となる。

発明の背景
近代的スマートフォンといった現代の携帯エレクトロニックデバイスでは、装置のＬＣＤスクリーンの背景照明を切るために、または不活性化されなければ装置のタッチスクリーンが動作可能となる容量性素子を不活性化するために、近接センサが広く用いられている。このような近接センサは典型的には装置のイヤフォン近くにあり、近くにあるものから反射された赤外線（ＩＲ）光を検出することにより、画面近くにいるユーザの頬または耳の外観を認識することができる。このような反射されたＩＲ光を検出すると、所望の動作を始めることができる。ＩＲ光は近接センサに含まれ得るＬＥＤによって一般に放射される。

別個の光エミッタと組合せられる商業的に入手可能な近接センサは、たとえば米国、テキサス州、Silicon Laboratories IncのInfrared Sensor Si1141(www.silabs.com)、米国、テキサス州、Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc.のLight-to-Digital Converter with Proximity Sensing TSL2771(www.taosinc.com) 、および米国、カリフォルニア州のCapella Microsystems Inc のI²C Proximity Sensor with Ambient Light Sensor and Interrupt CM3623 (www.capellamicro.com)の近接センサである。

ＩＲ ＬＥＤおよび２つのフォトダイオードを含む商業的に入手可能な近接センサは、たとえばOSRAM Opto Semiconductors の SFH 7773 (www.osram-os.com) である。たとえば、２０１１年８月２３日付のApplication Note参照 (www.osram- os.comで閲覧可）。

ＵＳ ２００９／１５９９００Ａ１から、ＩＲトランスミッションダイおよびＩＲレシーバダイと、各々が１つのダイ上に配置される２つのレンズとを含む、近接センサが既知である。

ＵＳ ２０１０／０３２７１６４ Ａ１の近接センサは、製造の際光エミッタのダイおよび光検出器のダイが外側被覆され、これらのダイ上にレンズを形成するようトランスファ成形技術を用いて形成される。

特に省エネ運転を保証しなければならない場合に、安全な近接検出を達成するには問題がある。さらに、一部の近接センサは特定の用途には大きすぎる。

発明の概要
本発明の目的は、特に小さい光電子モジュール、特定的には対応する近接センサを提供することである。さらに、少なくともこのような光電子モジュールを１つ含む電子回路、少なくともこのような光電子モジュールを１つ含む電気光学配置、および少なくともこのような光電子モジュールを１つ含む装置が提供される。

本発明の別の目的は、特に省エネの光電子モジュール、特定的には対応する近接センサを提供することである。

本発明の別の目的は、特に安全な動作を有する光電子モジュール、特定的には対応する近接センサを提供することである。

本発明の別の目的は、近接を特に安全に検出する方法をもたらすことである。
本発明の別の目的は、光電子モジュールを効率的に大量生産する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、光電子モジュールが電気光学配置および／または装置に取付けられる場合のテスト作業を減らす可能性を提供することである。

本発明の別の目的は、特に感度が高い光電子モジュールを提供することである。
さらなる目的は、以下の説明および実施の形態から明らかとなる。

これらの目的の少なくとも１つは、特許請求項に従う装置および方法によって少なくとも部分的に達成される。

光電子モジュールの分野において、特定的には近接センサの場合において、重要な事項はクロストークを回避することである。クロストークは、モジュールの安全な動作を妨げ得る。クロストークは、不所望な経路に沿って伝えられた放射光が検出された場合に起こり得る。たとえば、光電子モジュールが、反射性のまたは部分的に反射性の、特定的には透明プレートといった透明であるが無反射ではない物体、たとえば光電子モジュールを含む装置のカバーガラスの下にある場合、反射がその物体で起こってその反射光は検出されるが、前記物体を通過した光のみが検出されるべきなので、この反射を含む経路は不所望な経路である場合に起こり得る。

光電子モジュールでの光を整形する特定の方法により、このクロストークの問題を解消するもしくは軽減する、または少なくともこのクロストークの問題の解消もしくは軽減に寄与することがわかった。

ここで用いられる光の整形の用語は、放射ビーム整形と呼ばれる放射された光の整形というようなより一般的な意味のビーム整形だけでなく、検出ビームの整形の意味をも含む。後者は、検出するべきビームの整形を指し、検出感度の整形であるとも言える。たとえば「方向性照射特性」を光放射配置に割り当てることができること、すなわち光放射配置によって放射された光の強度の角度分布を記載することとまったく同様に、光検出配置に「方向性感度特性」を割り当てることができ、これは異なる方向から光検出配置に入射し、かつ光検出配置によって検出される光の感度の角度的分布を記載することである。放射方向（光放射配置からの光の放射について）と同様に、検出方向（光検出配置による光の検出について）を規定することができ、後者は検出光が光検出配置に当たった方向を指す。この概念を理解するには、逆の光路または時間反転の観点で考えるとよい。

ビーム整形は通常光ビームの再方向付けを含み、これは受動光学コンポーネントが行なうものである。通常、方向が変えられた光は光ビームに含まれる。本発明を特定の視点から見ると、光ビームから光を単に除去することはビーム整形をなすものではない（かつ受動光学コンポーネントが行なうものではない）。すなわち、ビーム整形は純粋な口径食を含まない、すなわち、たとえばアパーチャを用いて光ビームから単に光を除去する場合を含まない。受動光学コンポーネントは、少なくとも付加的に他の効果を有する、たとえばレンズ、プリズム、または他の受動光学コンポーネントが考えられる。

本発明の第１の局面において、本発明は放射光の特性および／または光検出特性の観点から見ている。

本発の第２の局面において、本発明は光電子モジュールのコンポーネントの特性の観点から見ており、これは１つ以上のコンポーネントの特性および／またはその相互配置を指し得る。

本発明の総括的観点から、これら２つの局面はまとめられている。これらは互いに密接に関連するので意味がある。コンポーネントは、放射光および／または光検出の所望な特性を達成するよう選択および／または配置でき、またその逆に、放射光および／または光検出の所望な特性は、対応して光電子モジュールのコンポーネントを選択および／または配置することによって達成できる。

総括的な観点から、光電子モジュールは以下を備える：
−光を検出するための検出部材を含む検出チャネル；および
−前記検出部材によって一般に検出可能である光を放射するための放射部材を含む放射チャネル。

ここでは、本発明の第１および／または第２の局面の１つ以上のケースが適用される。
本発明の第１の局面において、異なるケースが区別され得る。これらのうちの１つ以上を同時に提供することができる。

ケースＡ）と呼ばれる、第１の局面の第１のケースでは、以下の特徴Ａ）が適用される：
Ａ）前記放射チャネルからの光の放射の放射分布特性は非回転対称である。

「放射分布特性」は放射光の強度分布を特徴付ける。より特定的には放射された光の強度の空間的依存性を記載する関数である。

特定の観点において、放射光はその角度強度分布について特徴付けられる。ケースＡ′）と呼ばれるこの場合、特徴Ａ）は特徴Ａ′）に置換えられる：
Ａ′）前記放射チャネルからの光の放射の方向性放射特性は、非回転対称である。

「方向性放射特性」は角度光強度分布を特徴付ける。より特定的には放射された光の強度の角度的依存を記載する関数である。

適切な放射分布特性（または、より具体的には方向性放射特性）を選択すると、光電子モジュールの改良されたまたは特定的には安全な動作が達成できる。より特定的には、放射チャネルから検出チャネルへのクロストークを最小にするまたは抑制することができる。非回転対称特性を典型的にどのように設計または選択するかは、光電子モジュールが設置される特定の環境に依存する。さらに、特徴Ａ）またはＡ′）の提供により、光電子モジュールの特に小さい設計が可能になりながら、同じ性能を保持するまたはより優れた性能さえも達成できる。より小さい設計は、放射チャネルおよび検出チャネルが互いにより近く配置できることによって得られるが、光電子モジュールの安全な動作も維持できる。

ケースＢ）と呼ばれる、第１の局面の第２のケースでは、以下の特徴Ｂ）が適用される：
Ｂ）前記検出チャネルに入射される光について、前記検出チャネルで検出するための感度分布特性は、非回転対称である。

光放射および光検出の間の上記の論理的対称性により、検出チャネルは放射チャネルと類似して扱うことができる。上記の放射−検出類似性概念参照。したがって：
「感度分布特性」は、光を検出するための感度の分布を特徴付ける。より特定的には、光を検出するための感度の空間的依存性を記載する関数である。

特定の観点において、感度は角度分布に対して特徴付けられる（すなわち検出光の角度分布）。ケースＢ′）と呼ばれるその場合、特徴Ｂ）は以下の特徴Ｂ′）によって置換えられる:
Ｂ′）前記検出チャネルに入射される光について、前記検出チャネルで検出するための方向性感度特性は、非回転対称である。

「方向性感度特性」は角度光感度分布を特徴付ける。より特定的には光を検出するための感度の角度依存性を記載する関数である。

放射チャネルと検出チャネルとの間の類似性により、繰り返しを避けるために、特徴Ｂ）、Ｂ′）によって達成できる効果については、ケースＡ）、Ａ′）参照。

ケースＣ）と呼ばれる、第１の局面の第３のケースでは、以下の特徴Ｃ）が適用される：
Ｃ）前記放射チャネルからの光の放射のための中央放射方向と、前記検出チャネルに入射される光の検出のための中央検出方向とは互いに平行に配列されない。

そうでないと明記されないかぎり、「平行」の用語は時には「逆平行」と呼ばれるものをも含む。

「中央放出方向」とは、方向性放射特性の加重平均から得られる平均方向であると理解される。

「中央検出方向」とは、方向性感度特性の加重平均から得られる平均方向であると理解される。

これらの方向が互いに平行でないとして、光電子モジュールの改良された、または特定的には、特に安全な動作が達成可能である。より特定的には、放射チャネルから検出チャネルへのクロストークを最小化または抑制することができる。正確にこれらの方向が互いにどのように配列されるかについては、光電子モジュールが設置される特定の環境に典型的に依存する。さらに、特徴Ｃ）を提供することにより、光電子モジュールのより小さい設計が可能になりながら、同じ性能を保持するまたはより優れた性能さえも達成できる。より小さい設計は、放射チャネルおよび検出チャネルが互いにより近く配置できることによって特に得られるが、光電子モジュールの安全な動作も維持できる。

典型的な状況において、中央放射方向および中央検出方向は、放射チャネルの出力（光が光電子モジュールから放射されるところ）で始まる、および検出チャネルの入力（検出チャネルで検出されるために、光が光電子モジュールに入るところ）で始まる矢印としてそれぞれ見た場合、発散することが有利である。すなわち、互いの距離は光電子モジュールから離れるにつれ大きくなることが有利である。このような態様で、小型の安全に動作する光電子モジュールを得ることができる。特に、前記矢印は実質的に共通の面にあり、発散するように設ける。

ケースＤ）と呼ばれる、第１の局面の第４のケースでは、以下の特徴Ｄ）が適用される：
Ｄ）前記放射チャネルからの光の放射の主要放射方向と前記検出チャネルに入射される光の検出のための主要検出方向とは、互いに平行に配列されない。

（上記のように、「平行」の用語は時には「逆平行」と呼ばれるものをも含む）。
「主要放射方向」とは、最大強度の光が出力される方向であると理解される。

「主要検出方向」とは、（入射光の）検出感度が最大である方向であると理解される。
これら「主要方向」が互いに平行でないことは、上記の「中央方向」で記載した同じ効果を概してもたらし得る。繰り返しを避けるために、特徴Ｄ）によって得られる効果については、上記のケースＣ）参照。

本発明の第２の局面において、異なるケースを区別し得る。これらのうちの１つ以上を同時に提供することができる。第２の局面を少なくともおおよそ特徴付けるには、放射チャネルおよび検出チャネルの少なくとも一方において、対称が崩れた光学配置、より特定的には「偏心された光学配置」、もしくは「偏心光学配置」、または「部分的にずれた光学コンポーネント」を有する光学配置、もしくは少なくとも１つの「中心から外れた光学コンポーネント」を有する光学配置を提供することである。第２の局面を表わすより具体的かつ正確な方法は、以下のケースｅ１）からｅ４）として定義される。

どのケースでも、１つ以上の受動光学コンポーネントが記載される。ほとんどの場合、これらは回折または屈折コンポーネントであるが、反射コンポーネントでもあり得る。典型的に、これら受動光学コンポーネントを実現するものとして１つ以上のレンズ素子（回折またはやや屈折）が設けられるが、他の受動光学コンポーネント、たとえば１つ以上のプリズム、を提供することもできる。アパーチャのように、光の一部を除外するだけの機械的素子自体は、受動光学コンポーネントを構成しない。

一般に、第２の局面で言及される前記１つ以上の受動光学コンポーネントは、前記検出部材および前記放射部材のそれぞれに対して距離を置いて配置される。

第２の局面の第１のケースでは、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの少なくとも第１の一方は以下を含む、
ｅ１）各々が光軸を有する少なくとも２つの受動光学コンポーネントであって、前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントは前記少なくとも２つの光軸が一致しないよう配置されている。

ここで、２つの受動光学コンポーネントは互いに対して「ずれている」または「中心から外れている」。ケースｅ１）の特定の配置は、放出光および検出光の特定の光路を作成し、同時に消失させる。このような態様で、光電子モジュールの改良された、特定的にはより安全な動作を得ることができる。より特定的には、放射チャネルから検出チャネルへのクロストークを最小にする、または抑制することができる。前記光軸がどのように最適に配置されるかは、光電子モジュールが設置される特定の環境に依存する。典型的に、前記光軸は互いに対して離れて、かつ平行に配列される。

さらに、ケースｅ１）を提供することにより、光電子モジュールのより小さい設計が可能になりながら、同じ性能を保持するまたはより優れた性能さえも達成できる。このより小さい設計は、放射チャネルおよび検出チャネルが互いにより近く配置できることによって特に得られるが、光電子モジュールの安全な動作も維持できる。

第２の局面の第２のケースでは、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの少なくとも第１の一方は以下を含む、
ｅ２）光軸を有する少なくとも１つの受動光学コンポーネントであって、前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントは、前記第１のチャネルに含まれる前記検出部材および前記放射部材のそれぞれに対して配置され、前記光軸は、前記第１のチャネルに含まれる前記検出部材および前記放射部材のそれぞれの検出および放射の中心軸と一致しない。

ここで、ケースｅ２）では、（検出部材の）光検出および（放射部材の）光放射はそれぞれ受動光学コンポーネントに対して「中心から外れている」。得られる効果は、一般に上記のケースｅ１）と同様である。したがって、ケースｅ２）の得られる効果については、ケースｅ１）の上記の効果参照。

「放射の中心軸」とは、荷重平均の観点から、放射された光の強度が最大である線であると理解される。たとえば、放射部材が矩形の均一に放射される光学能動面を有するのなら、その放射中心軸は、矩形に垂直であり、かつ矩形の中心を通る線である。

「検出の中心軸」とは、上記の概略的に示された放射−検出類似概念と類似しておよびその概念を考慮して、荷重平均の観点から、光感度が最大である線であると理解される。たとえば、検出部材が矩形の均一な感度の光学能動面を有するのなら、その検出の中心軸は、矩形に垂直であり、かつ矩形の中心を通る線である。

第２の局面の第３のケースでは、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの少なくとも第１の一方は以下を含む、
ｅ３）非回転対称ビーム形成エレメントまたは非回転対称形成エレメントの一部をなす、少なくとも１つの受動光学エレメント、特定的には非回転対称レンズまたは非回転対称レンズの一部。

ここで、それぞれの（第１の）チャネルは、たとえばレンズまたはレンズ素子、たとえば非球面レンズまたはレンズ素子であり得る、非回転対称ビーム形成エレメントにより、「偏心された光学配置」を含む。得られる効果は、一般に上記のケースｅ１）と同様である。したがって、ケースｅ３）の得られる効果については、ケースｅ１）の上記の効果参照。

第２の局面の第４のケースでは、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの少なくとも第１の一方は以下を含む、
ｅ４）少なくとも１つの受動光学コンポーネントであって、前記第１のチャネルにそれぞれ入出力される光の主要方向または中央方向は、前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントがない前記第１のチャネルにそれぞれ入出力される光の主要方向または中央方向それぞれに対して角度付けられるよう配置されている。

ここで、たとえばプリズムである受動光学コンポーネントは、それぞれの（第１の）チャネルの光学配置の対称性を崩させる。特に、前記主要または中央方向が角度付けられる態様は、上記のケースＣ）で記載されたような発散する中央放射方向および中央検出方向をもたらすように、および／または上記のケースＤ）で記載されたような発散する主要放射方向および主要検出方向をもたらすよう、選択できる。得られる効果は、一般に上記のケースｅ１）と同様である。したがって、ケースｅ３）の得られる効果については、ケースｅ１）の上記の効果参照。

一方のまたは両方のチャネル内に少なくとも１つのレンズ素子を設けることは、本発明の第１の局面および第２の局面において、光電子モジュールの安全な動作、および／または光電子モジュールの低いエネルギ消費に寄与する。なぜなら、これは放射チャネルから放射された光および検出チャネルに入る光を非常に有効に用いることができるからである。さらに、それぞれのチャネルでの光学配置の「偏心」または対称性を崩させるケースｅ１）からｅ３）のいずれかまたは場合によりｅ４）に言及された１つ以上の受動光学コンポーネントが、レンズまたはレンズ素子として実施されるのなら、これは特に小型の光電子モジュールを設計できることに寄与する。

さまざまなより具体的実施の形態が以下に説明される。特に言わないかぎり、または論理的に不可能でないかぎり、これらは本発明の第１および／または第２の局面に対するケースのどちらであっても、上記のケースＡ）からＤ）およびｅ１）からｅ４）のいずれかに適用することができ、
一実施の形態において、前記一般に検出可能な光は、スペクトルの赤外線部分の光である。

上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記放射部材は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、または特定的には発光ダイオードである。代替的に、または付加的に、レーザを含むことができる。放射部材はパッケージ化されたコンポーネント、または代替的にパッケージ化されていないコンポーネントであり、後者の場合では、特に小型の光電子モジュールの設計を可能にする。パッケージ化されたＬＥＤのようなパッケージ化された光源はしばしば「ブロブ」を含む、すなわち光源の能動光学面を少なくとも被覆する透明材料（少なくとも放射された光に対して透過性を有する）のほぼドロップ形状部を含む。このような「ブロブ」は放射部材にあるかもしれないし、ないかもしれない。パッケージ化された放射部材では、反射バッフルなどのような反射体を含んでも、含まなくてもよい。

上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、以下のうちの少なくとも一方を備える：
−放射チャネルの出力および検出チャネルの入力を含む線上への、前記放射チャネルの中央放射方向または主要放射方向の投影は、検出チャネルの入力から離れる方向に向くベクトルをもたらす：
−放射チャネルの出力および検出チャネルの入力を含む線上への、前記検出チャネルの中央検出方向または主要検出方向の投影は、放射チャネルの出力から離れた方向に向くベクトルをもたらす。

特定的に、上記の両方を備える。
このような中央および／または主要方向の配列により、改良された、特に、より特定的に安全な動作の光電子モジュールを可能にする。より特定的には、放射チャネルから検出チャネルへのクロストークを最小化または抑制することができる。正確にこれらの方向が互いにどのように配列されるかについては、光電子モジュールが設置される特定の環境に典型的に依存する。さらに、上記の方向の配列は、光電子モジュールのより小さい設計を可能にしながら、同じ性能を保持するまたはより優れた性能さえも達成できる。より小さい設計は、放射チャネルおよび検出チャネルが互いにより近く配置できることによって特に得られるが、光電子モジュールの安全な動作も維持できる。

上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記光電子モジュールは近接センサである。近接センサにおいて、本発明の記載された局面および記載されたケースは特に利点をもたらす。

上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記光電子モジュールは、
−前記検出部材および前記放射部材が配置されるハウジングを含む。

これにより、光電子モジュールの構成要素の距離および互いの配列を明確に定めおよび非常に精度よくでき、光電子モジュール内の光路、および光電子モジュールの外の光路の一部も、より特定的には明確に定めおよび非常に精度よくできる。これは光電子モジュールの扱いを著しく簡単にし、光電子モジュールの他の装置への取り付けおよび組立を容易にし、光電子モジュールが実施されたあとのテスト要件を著しく減らす。

最後に記載した実施の形態に従う一実施の形態において、放射チャネルおよび検出チャネルは、前記ハウジング内に設けられる別個の区画内に設けられる。これはチャネル間のクロストークを減らし、光電子モジュールの特に小型の設計を可能にする。

最後に記載した２つの実施の形態に従う一実施の形態において、前記ハウジングの形状は第１の面を規定し、
−前記放射チャネルからの光の放射のための放射強度分布、および
−前記光電子モジュールに入射される光が前記検出部材によって検出されるための放射感度分布
のうちの少なくとも一方は、前記第１の面の任意の面法線に対して非対称であり、特定的には上記の両方が適用される。この第１の面は典型的には放射チャネルの出力および検出チャネルの入力が含まれる面である。

放射強度分布は、放射分布特性に関連し、後者は前者によって指定される現象の数学的または機能的記述である。

放射感度分布は、感度分布特性に関連し、後者は前者によって指定される現象の数学的または機能的記述である。

これは、光電子モジュールの特定的に小型の設計および／または特に安全に動作する光電子モジュールを提供できる可能性に寄与する。

最後に記載した実施の形態に従う一実施の形態において、第２の面における出力および入力光に従う前記放射強度分布および放射感度分布の部分は、前記第１の面の任意の面法線に対して非対称であり、前記第２の面は前記第１の面に対して垂直であり、前記放射チャネルの出力および前記検出チャネルの入力を相互接続する線を含む。

これは、光電子モジュールの特定的に小型の設計および／または特に安全に動作する光電子モジュールを提供できる可能性に寄与する。

前に記載した実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記光電子モジュールの構成要素は、ケースＡ）、Ｂ）、Ｃ）、およびＤ）の少なくとも１つが適用されるよう構成および配置され、特定的には前記構成要素は少なくとも１つの受動光学コンポーネントを含む。これは１つ以上のケースＡ）、Ｂ）、Ｃ）、およびＤ）を達成する優れた方法である。

前に記載した実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、ケースＡ）からＥ）の少なくとも１つが適用されるよう、ケースｅ１）からｅ４）の少なくとも１つが適用される。

前に記載した実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記ケースＡ）およびＢ）が適用される。これは、光電子モジュールの特に小型の設計および／または特に安全に動作する光電子モジュールを提供できる可能性に寄与する。

前に記載した実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記放射チャネルおよび検出チャネルの各々において、ケースｅ１）からｅ４）の少なくとも１つが適用される。これは、光電子モジュールの特定的に小型の設計および／または特に安全に動作する光電子モジュールを提供できる可能性に寄与する。

前に記載した実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの一方は、特定的には前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの両方は、少なくとも１つの受動光学コンポーネントを含み、前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントは、ケースｅ１）からｅ４）で取上げられた受動光学コンポーネントと同一または異なり、特定的には、前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントはレンズ素子である。

前に記載した実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記検出チャネルおよび放射チャネルの少なくとも一方は、少なくとも一方側が切断される少なくとも１つのレンズ素子を含む。この「切断されたレンズ」の局面は、本発明の別の局面（第３の局面）をなすことができ、これは本発明の第１および／または第２の局面と組合せることができるが、必ずしも組合せる必要はない。これにより、光電子モジュールの特に小さい設計が可能になりながら、同じ性能を保持するまたはより優れた性能さえも達成できる。より小さい設計は、放射チャネルおよび検出チャネルが互いにより近く配置できることによって得られるが、光電子モジュールの安全な動作も維持できる。

前に述べた実施の形態に従う一実施の形態において、前記側はそれぞれの他方のチャネルに面する側である。これにより、放射チャネルおよび検出チャネルを特に互いに近くに配置することができる。

最後に記載した２つの実施の形態の一方または両方に従う一実施の形態において、前記切断は、前記レンズ素子の光軸に平行な面にある。

前に述べた実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、光電子モジュールは前記検出部材および前記放射部材が取付けられる基板を含み、特定的には前記基板は印刷回路基板である。これは光電子モジュールの有効な（特にウェハレベルでの）製造を促進する。基板（または印刷回路基板）は、外部に対する光電子モジュールの１つ以上（典型的には、少なくとも２つ、むしろ少なくとも４つ）の電気接続をもたらすことができる。

上記の１つ以上の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、光電子モジュールは、少なくとも１つの受動光学コンポーネントを含む光学部材を含み、特定的にはケースｅ２）、またはケースｅ３）、またはケースｅ４）の場合、前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントはそれぞれのケースで記載した少なくとも１つの受動光学コンポーネントであり、さらにケースｅ１）の場合、前記光学部材は、ケースｅ１）で記載した少なくとも２つの受動光学コンポーネントを含む。

光学部材の提供は、光電子モジュールの効率のよい（特にウェハレベルの）製造を促進することができる。

前に述べた実施の形態に従う一実施の形態において、前記光学部材は光電子モジュールに含まれるすべての受動光学コンポーネントを含む。これは光電子モジュールの製造を著しく簡単にし、優れた配列精度を達成することができる。

最後に記載した２つの実施の形態の一方または両方に従う一実施の形態において、光電子モジュールはさらにスペーサ部材を含む。このスペーサ部材は、上記の基板が設けられた場合、前記基板と前記光学部材との間に配置することができる。

このようなスペーサ部材の提供は、光電子モジュールの効率のよい（特にウェハレベルの）製造を促進することができる。

このようなスペーサ部材は、前記光学部材と前記基板との間に明確に定めた距離を提供するために設けることができる。この態様により、一方または両方のチャネルにおいて、それぞれのチャネルの少なくとも１つの受動光学コンポーネントと検出部材および放射部材との間の明確な縦の距離を確実にすることができる。

最後に記載した３つの実施の形態の１つ以上に従う一実施の形態において、光電子モジュールは、前記光学部材の隣に配置され、前記光電子モジュールのハウジングの一部を形成するバッフル部材をさらに含む。このようなバッフル部材（特定的にはその縦面）は上記の第１の面を規定することができる。このようなバッフル部材は、たとえば光電子モジュールをある装置に対してまたは装置の中に組立てる場合に、光電子モジュールをある物体に取付けるために用いることができる。バッフル部材は、光電子モジュールの放射および検出光学系の基準として用いることができる。すなわち、光電子モジュールの取り付けおよび組立を簡単にすることができ、バッフル部材のおかげで特に高精度で達成することができる。たとえば、バッファ部材によって光電子モジュールをある物体または装置に取付けることができる。その物体および装置それぞれが（取付領域において）十分に明確に定められかつ正確なジオメトリを有する場合、高精度の光学配置または装置を容易に得ることができる。再現可能な高精度の光学配置または装置は、個々のテストの必要をなくす。

１つ以上の上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルは物理的に分離され、特定的には、前記放射部材によって放射され、前記検出部材によって一般に検出可能でありかつ光電子モジュール内に留まる光が、検出チャネルに入って前記検出部材によって検出されないよう、前記物理的分離がなされる。これは光電子モジュールの安全な動作に寄与し、特に小型の光電子モジュールを作製できる可能性に寄与する。

より特定的に、光電子モジュールは、少なくとも１つのスペーサ、光学部材、バッフル部材、および基板（上記参照）を含み、これらすべては前記物理的分離をなすために、たとえば上記の別個の区画を提供するために、寄与する。

上記の１つ以上の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、光電子モジュールは制御部、たとえば集積回路を含み、特定的にはこの制御部は、前記放射部材を制御するために、および／または前記検出部材によって生成された検出信号に依存して制御信号を出力するために、設けられる。このような光電子モジュールは、特に有力であり、使いやすい。

１つ以上の上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、光電子モジュールはさらに別の検出部材を含む。たとえば、検出部材は異なるスペクトル範囲（重畳または非重畳）に感度を有するようになる。たとえば、１つの検出部材は周囲の光（周囲光感知）を検出するために設けることができ、他の検出部材は、近接センサとして赤外線を感知するために設けることができる。これにより光電子モジュールは多機能となり、および／または光電子モジュールからより著しい出力を提供することができる。

１つ以上の上記の実施の形態と組合せることができる一実施の形態において、光電子モジュールは別の放射部材を含む。たとえば、放射部材は異なるスペクトル範囲（重畳または非重畳）の光を出すことができる。これにより光電子モジュールは多機能となり、および／または光電子モジュールからより著しい出力を提供することができる。

本発明は、電子回路をも含み、この電子回路は本発明に従う少なくとも１つの光電子モジュールを含む。

一実施の形態において、電子回路は印刷回路基板を含み、その上に前記少なくとも１つの光電子モジュールが取付けられる。

上記実施の形態に従う一実施の形態において、電子回路は前記少なくとも１つの光電子モジュールに動作可能に接続される制御部を含み、これはたとえば前記電子回路に動作可能に接続されるディスプレイ照明を制御するために、および／または前記電子回路に動作可能に接続されるタッチスクリーンのような入力部を制御するために、および／または音声認識に係る音響ユーザ入力といったユーザ入力チャネルを活性化／開始もしくは活性化／不活性化するためにある。前記制御部はユーザが行なうジェスチャを検出および区別化するために付加的にまたは代替的に用いることができ、この場合、一般に近接センサを複数、たとえば近接センサのアレイを用いる。

本発明はさらに、発明に従う少なくとも１つの光電子モジュール、または発明に従う電子回路を含む電気光学配置を含み、さらに前記少なくとも１つの光電子モジュールが取付けられる物体を含み、それは前記物体の取付領域で取付けられ、前記取付領域の少なくとも一部において、前記物体は前記検出部材によって一般に検出可能である光を透過する。

電気光学配置の一実施の形態において、前記物体は少なくとも前記取付領域において一般に板状である。これは予期可能な動作で明確に定められた電気光学配置の製造を促進する。特定的には、前記物体は一般に板状である。

上記の実施の形態と組合せることができる電気光学配置の一実施の形態において、前記検出チャネル、前記放射チャネル、および前記物体は、前記放射チャネルから出力され、前記物体で単一の内部反射を受ける光が、前記検出部材の光学的に能動な面に達しない経路上にのみ伝搬されるよう、構成および配置される。

ここでは、これを達成するために、ケースＡ）からＤ）および／またはケースe１）からe４）を提供することができる。そして、これにより、光電子モジュールの予測可能な安全な動作を達成することができ、光電子モジュールは特に小型であり得る。これにより、クロストークを回避することができる、または少なくとも大部分は減少される。

「光学的に能動な面」は、検出部材の感光性領域であり、放射部材の場合には、放射部材の発光領域である。すなわち、光学能動面は、光が放たれ、検出するために光が到達しなければならない部材の表面部分を指す。

上記の１つ以上の実施の形態と組合せることができる電気光学配置の一実施の形態において、前記物体は第１の側と概して反対側に第２の側とを有し、前記光電子モジュールは前記第１の側に取付けられる。そこでは、特に、前記第２の側の前記物体の表面は、前記検出部材によって一般に検出可能であり、前記物体内で伝搬される光が、少なくとも部分的に、前記表面から内部反射されるよう、構成され得る。前記内部反射は通常鏡面反射を含む、または実質的に鏡面反射である。

これは本発明が適用でき、かつ本発明が実施されなければ安全な動作を損なうクロストークの典型的な状況である。

前記１つ以上の実施の形態と組合せることができる電気光学配置の一実施の形態において、前記物体は透明板、特に透明なガラス板または透明なポリマー板である。

本発明はさらに、本発明に従う少なくとも１つの光電子モジュール、または本発明に従う電子回路、または本発明に従う電気光学配置を含む装置を備える。このような装置は典型的に電子および／または光電子装置である。

装置の一実施の形態において、装置は携帯装置、特に携帯の通信装置、より特定的にはスマートフォンである。さらに、たとえば携帯の音楽再生装置であり得る。

このような装置において、光電子モジュール、特定的には近接センサが一般に有用に適用される。

最後に記載した実施の形態と組合せることができる装置の一実施の形態において、装置は撮像装置、特定的にはフォトカメラ、またはビデオカメラである。このような装置において、光電子モジュール、特定的には近接センサが、一般に有用に適用される。

最後に記載した２つの実施の形態の一方または両方と組合せることができる装置の一実施の形態において、当該装置は本発明に従う電気光学配置を含み、前記物体は前記装置のハウジングの少なくとも一部である。特定的には、前記物体は前記装置のカバーガラスである。

既に言及した本発明の第３の局面は、少なくとも特定の観点において、光電子モジュールで表わすことができ、光電子モジュールは
−第１の光学チャネル；
−第２の光学チャネル；
を含み、前記第１および第２の光学チャネルの少なくとも一方は、光学構造体を含み、以下の１つ以上が適用される：
−前記光学構造体は、非回転対称ビーム形成素子または非回転対称形成素子の一部をなし、特定的には前記光学構造体は、非回転対称ビーム形成素子または非回転対称形成素子の一部をなす受動光学コンポーネントであり；
−前記光学構造体は、非回転対称レンズまたは非回転対称レンズの一部をなし、特定的には前記光学構造体は非回転対称レンズまたは非回転対称レンズの一部をなす受動光学コンポーネントであり；
−前記光学構造体は、非円形アパーチャを有する受動光学コンポーネントをなし、特定的には非円形レンズアパーチャを有するレンズまたはレンズ素子であり；
−前記光学構造体は、切取られた円の形状を規定するアパーチャを有する受動光学コンポーネントをなし、特定的には切取られた円の形状を規定するレンズまたはレンズ素子であり；
−前記光学構造体は、一部が直線によって置換えられている円の形状を規定するアパーチャを有する受動光学コンポーネントをなし、特定的には一部が直線によって置換えられている円の形状を規定するレンズまたはレンズ素子であり；
−前記光学構造体は、切取られたレンズまたはレンズ素子をなし、特定的には前記レンズまたはレンズ素子は、直線に沿って切取られ；
−前記光学構造体は切断された光学構造体であり、特定的には切断されたレンズまたはレンズ素子であり；
−前記光学構造体は、少なくとも一方側が切断されたレンズまたはレンズ素子であり；
−前記光学構造体は、非円形のエッジ、特定的には円形のエッジ部と、さらに非円形のエッジ部とを有する、非円形のエッジを含むレンズまたはレンズ素子をなし、より具体的には、前記非円形のエッジ部は直線を規定する。

上記の実施の形態に従う一実施の形態において、
−前記切取られた円の切取られた側は、それぞれの他方のチャネルに面し；
−前記アパーチャの前記直線は当該それぞれの他方のチャネルに面し；
−前記切取られたレンズまたはレンズ素子の切取られた部分は当該それぞれの他方のチャネルに面し；
−前記切断された光学構造体の切断された部分は、当該それぞれの他方のチャネルに面し；
−前記レンズまたはレンズ素子が切取られた前記少なくとも一方側は当該それぞれの他方のチャネルに面し；および
−前記非円形のエッジは、当該それぞれの他方のチャネルに面する。

これにより、放射チャネルおよびそれぞれのチャネルを特に互いに近く配置することができる。

上記から明らかなように、本発明は優れた性能を有する小型化された光電子モジュールを提供することができる。上記の光電子モジュールの典型的な寸法（横）は、一横方向において８ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下、より特定的に４ｍｍ以下であり、これに垂直な横方向において５ｍｍ以下、特に４ｍｍ以下、より特定的に３ｍｍ以下である。これに対して垂直に、すなわち縦方向において、光電子モジュールは典型的に２．５ｍｍ以下で、より特定的には１．６ｍｍ以下で延在する。光電子モジュールは、ウェハスケールで大量生産するのに適する。光電子モジュールのウェハレベルの製造について、ならびにその設計および組成のさまざまな詳細および実施の形態は、本特許出願では記載されていないが、２０１１年７月１９日に出願された、出願番号が第６１／５０９，３４６号である米国特許仮出願に記載されている。したがって、出願番号第６１／５０９，３４６号の前記米国仮特許出願は、引用により本特許出願に援用される。光電子モジュールを製造するのに用いることができるウェハの典型的な寸法も前記出願に開示されている。

本発明のさらなる実施の形態および利点は、従属クレームおよび図面から得られる。
図面の簡単な説明
以下において、本発明は実施例および添付される図面により、より詳細に説明される。図面は以下のとおりである。

光電子モジュール、電子回路、電気光学配置、および光電子モジュールを含む装置の概略断面図である。 光電子モジュール、電気光学配置、および光の概略断面図である。 光電子モジュール、電気光学配置、および光の概略断面図である。 光電子モジュールおよび分布特性の概略断面図である。 光電子モジュールおよび分布特性の概略断面図である。 光電子モジュール、電子回路、および装置の概略断面図である。 図６のモジュールの構成要素のさまざまな概略断面図である。 図６のモジュールを複数製造するための、ウェハスタック形成用のウェハの概略断面図である。 図６のモジュールを複数製造するための、ウェハスタックの概略断面図である。 光電子モジュール、電子回路、および装置の概略断面図である。 光電子モジュール、電子回路、および装置の概略断面図である。 光電子モジュールの斜視図である。 光電子モジュールの構成要素の概略断面図である。 ２つのビューでの光学部材の概略図である。

記載の実施の形態は例示であって、本発明を限定するものではない。
発明の詳細な説明
図１は光電子モジュール１、前記光電子モジュール１を含む電子回路７０、前記光電子モジュール１および物体１８を含む電気光学配置４０、ならびに前記光電子モジュール１、前記電子回路７０、および前記電気光学配置４０を含む装置１０の概略断面図である。

装置１０は電子装置であり、より特定的には携帯装置、たとえば携帯の音楽再生装置、携帯コンピューティング装置、撮像装置、移動通信装置などであり得る。

装置１０はハウジング１５を含み、図１に示されるように、光電子モジュール１を直接ハウジング１５に、具体的には物体１８によって形成されるハウジング１５の部分に接続することができる。物体１８は少なくとも部分的に透明であり、少なくとも光電子モジュール１が取付けられる領域において、一般に板状である。物体１は、たとえば装置１０のカバーグラスであり得る。

電気光学配置４０は、前記光電子モジュール１および前記物体１８を含む、または実質的に前記光電子モジュール１および前記物体１８によって構成される。以下で説明するように、光電子モジュール１と物体１８との相互作用は特に重要であり得る。

前記電子回路７０は、光電子モジュール１と、光電子モジュール１および電子コンポーネント１８といった他のコンポーネントが取付けられる印刷回路基板９とを含む。

光電子モジュール１は近接センサとして説明されるが、光電子モジュール１は他の光電子コンポーネント、たとえば周辺光センサなどであり得る。

光電子モジュール１は、放射チャネル２０および検出チャネル３０を含む。放射チャネル２０は、光、たとえば赤外光を放射するための放射部材Ｅを含む。検出チャネル３０は光、たとえば赤外光を検出するための検出部材を含む。放射部材Ｅによって放射可能な光の（スペクトルの）少なくとも一部は、検出部材Ｄによって一般に検出可能、すなわち、検出部材Ｄに達したとしたら検出部材Ｄによって検出可能である。放射部材Ｅは発光体、たとえばＬＥＤまたはレーザであり得る。検出部材Ｄは検出器、たとえばフォトダイオードであり得る。

近接センサとして機能するためには、人体の一部の表面６０、たとえば頬、髪、耳が光電子モジュール１に近くにあることは、放射チャネル２０から出力され（図１において上向き方向の白抜き矢印）、表面６０で反射され（一般にほぼランバート反射を有する）、次に検出チャネル３０に入り（図１における下向き白抜き矢印参照）、検出部材Ｄによって検出される光によって検出可能である。典型的に、放射部材Ｅは光パルスを出す。放射チャネル２０から発するが、光電子モジュール１から出ない、検出チャネル３０での光の検出は、光電子モジュール１の高い感度および適切かつ安全な動作を達成するためには、避けなければならない。

検出チャネル３０に入り、電気光学配置４０から出ていない光が検出部材Ｄによって検出されるのを避けるために、対称が崩れた光学配置、または「偏心された光学配置」、または「偏心光学配置」、または「部分的にずれた光学コンポーネント」もしくは類似したものを有する光学配置を提供することができる。上記の「発明の概要」の箇所の本発明の「第２の局面」参照。別の観点から見ると、これは放射チャネル２０および検出チャネル３０のそれぞれの放射された光および／または検出された光の特性が適切に選択されることを確実にすることによって達成できる。上記の「発明の概要」の箇所の本発明の「第１の局面」参照。

光電子モジュール１は、たとえば２つの別個の区画を形成することにより、前記チャネル２０および３０が形成されるハウジング１１を含む。ハウジング１１は、光電子モジュール１の側面または底面に当たるような光が、光電子モジュール１に入るのを妨げるよう設計できる。さらに、（図１に示されるように）たとえば底面において、印刷回路基板９との電気的接続をなすために、たとえば取付けられたはんだボール７により、光電子モジュール１の電気的接続を提供することができる。

透明でない材料、または適切に被覆された材料からなる隔離部材１９が設けられ、放射チャネル２０から検出チャネル３０への光の直接伝搬を妨げる。隔離部材１９は、以下の説明から明らかなように、さまざまな構成要素からなり得る（さらに、図６、図７、図１０、および図１１参照）。

放射チャネル２０は、放射部材Ｅに対して適切に選択されるおよび／または適切に配置される放射光学系２５を含み、放射光学系２５は、図１に示されるように、レンズ部材、たとえば複合レンズといった受動光学コンポーネントＬ２を含む、または受動光学コンポーネントＬ２であり得る。受動光学コンポーネントＬ２のレンズ素子のすべての光軸Ａ２，Ａ２′と放射部材Ｅの放射中心軸ＡＥとが一致している一般的な制御部を有する代わりに、図１に示されるように、１つまたは複数の軸は一致しない。

検出チャネル３０は、図１の例では、対応して設計され、検出部材Ｄに対して適切に選択および／または適切に配置される検出光学系３５を含み、検出光学系３５は、図１に示されるように、レンズ部材、たとえば複合レンズといった受動光学コンポーネントＬ３を含む、または受動光学コンポーネントＬ３であり得る。受動光学コンポーネントＬ３のレンズ素子のすべての光軸Ａ３，Ａ３′と検出部材Ｄの検出中心軸ＡＤとが一致している一般的なセットアップを有する代わりに、図１に示されるように、１つまたは複数の軸は一致しない。図１に示されるように、チャネル２０および３０の光学セットアップは互いに鏡面対称である。

原理的には、このような一致しない軸を、チャネル２０および３０の一方のみに設けることで十分であるが、一般にこれをチャネル２０および３０の両方に設けると、安全な動作がより確実となる。もちろん、図１に示されるような鏡対称のセットアップを設けることはできるが、設ける必要はない。

図１に示されるように、電気光学配置４０から出ることなく検出チャネル３０に入る可能性のある、放射部材Ｅによって出力される光、すなわち放射部材Ｅから始まる太い点線は、物体１８の上面で内部反射され、隔離部材１９で終わる。もし通常の完全に中央付けられた回転対称のセットアップ（放射光学系２５および放射部材Ｅ）が選択されたのなら、光は前記上面での反射のあと検出チャネル３０に入り検出されてしまうので、チャネル２０とチャネル３０との間に不所望のクロストークをなすことになる。同様に、検出側を見ると、すなわち検出部材Ｄで終わる太い破線を参照すると、放射チャネル２０からできるだけ近く出力されながら、物体１８の前記上面で反射され検出部材Ｄではほとんど検出できない光は、隔離部材１９の場所から出ることになり、そこでは実際には光は出力されない。光が３回反射（たとえば物体１８内の３回の内部反射）されると、その強度損失により、残りの光は弱くなりすぎて、光電子モジュール１に問題を与える。

図１の実施の形態において提供できるような光学系２５、３５および受動光学コンポーネントＬ２，Ｌ３を実現する方法は、以下で図６から図１１に関連して説明される。

チャネル２０および３０の一方または両方の特定の設計により、物体１８の内部反射によるチャネル間のクロストークはうまく回避できる。ここでは、光電子モジュール１の横寸法（ｘ；ｙ）は相対的に小さく（チャネル２０および３０を離れて位置付けることもクロストークを減らすことができるが、光電子モジュール１の横の寸法を増加させることになる）、レンズまたはレンズ素子を設けることにより、光を有効に使用することができる（放射チャネルＥから出力される光および検出されるために、検出チャネル３０に入射する光）のおかげで、高感度を得ることができる。

図１に示される実施の形態において、特定の特徴の組合せを実現することができ、これは特に有用な利点の組合せを提供し得る。この特徴の組合せは以下を備える：
−放射チャネルおよび検出チャネルは少なくとも実質的に鏡対称の設計を有し、より特定的には
−対応する能動光学コンポーネントの配置（検出部材および放射部材；より特定的には該当する能動光学コンポーネントの光学能動面の配置を指す）について、
−受動光学コンポーネント（たとえばレンズ素子）の配置および設計について、および
−場合により、ハウジングまたはハウジングコンポーネントの配置について、であり、さらに
各チャネルにおいて：
−２つの光学構造体、より特定的には２つの凸レンズ素子が設けられ、その光軸は少なくとも実質的に縦に配列され、ここでは
−それぞれのチャネルに含まれるそれぞれの能動光学コンポーネント（検出部材；放射部材）から離れているそれぞれの光学構造体は、チャネル内のそれぞれの能動光学コンポーネントと少なくとも実質的に軸上であり、より正確には、前記光学構造体のそれぞれの光軸は、それぞれの光学能動面の中央を通りかつ垂直である軸と少なくとも実質的に一致し；および
−前記光学構造体の切断された面は、それぞれの他方のチャネルに実質的に面し；
−それぞれのチャネルに含まれる他方のそれぞれの光学構造体（それぞれの能動光学コンポーネントにより近い）（検出部材；放射部材）は、上記の一致する軸に対して軸外であり、より特定的には、この光学構造体の光軸は、上記の一致する軸に対して、他方のチャネルから離れてずれている。

図２および図３は、光電子モジュール１、電気光学配置４０、および電気光学配置４０での光の概略断面図である。より正確には、物体１８の上面で反射されたあとの光電子モジュール１に当たる光がどのように進み、検出部材Ｄによって検出されないかが示される。

図２において、左側の反射矢印は、図１に関連して既に説明した光を示す。右側の反射矢印は、物体１８で内部反射されたあと、光が検出チャネル３０に入るが、検出光学系３５に入らないので、検出部材Ｄに到達しない光を示す。

図３では、物体１８で内部反射されたあと、検出チャネルＤおよび検出光学系３５に入るが、検出部材Ｄに達しない光の事例を示す。

図４および図５は、光電子モジュール１および分布特性の概略断面図である。図４では、チャネル２０および３０の両方において、分布特性は縦方向（ｚ）に対して回転対称ではなく；図５では、放射チャネル２０の非回転対称放射分布特性が示され；検出チャネル（図５では示されていない）は同様のまたは異なる光学的セットアップを有することができる。図４および図５では、それぞれのチャネル２０および３０の上に、方向性放射特性および方向性感度特性が概略的に示される。図４の場合、これらの特性は回転対称であるが、縦軸（ｚ）に対しては回転対称ではない。したがって、主要放射軸ｍ２および中心放射軸ｃ２は、軸ｍ３およびｃ３のように、一致する。図４の上および下の部分からわかるように、放射チャネル２０の軸ｃ２およびｍ２は、検出チャネル３０の軸ｃ３およびｍ３から逸れ；太い点線で示されるように、放射された光および検出感度のおおよその外境界は、縦軸を中心として対称である場合に比べて外方向に傾斜する（それぞれの他方のチャネルから離れる方向）。これはクロストークの抑制に寄与する。

図５では、放射分布特性は、主要放射方向ｍ２が縦（ｚ）と一致するが、回転対称ではない。これも、クロストークの抑制に寄与し得る。主要放射方向ｍ２はｚ軸と一致しないようにも選択できる。

図４および図５において、放射チャネル２０の出力２１および検出チャネル３０の入力３１のおおよその位置が示される。

図６は、光電子モジュール１、電子回路７０、および装置１０の概略断面図である。一般に、図６から図９およびその説明については、２０１１年７月１９日の上記の引用された米国特許仮出願第６１／５０９，３４６号参照。図６から図９はだいたい図１から図４に対応するが、両方のチャネル２０，３０において、対称性が崩れていること、または「偏心された光学配置」または「偏心光学配置」または「部分的にずれた光学コンポーネント」もしくは類似のものを有する光学配置を示すために調整されており、これは上記の特定の光分布をもたらし得る。したがって、製造についての詳細であって、上記の例外を伴って、構成は前記米国特許仮出願第６１／５０９，３４６号から得られる。本願では、いくつかの点だけが以下で明記される。

図６では、放射チャネルにおいて、放射部材Ｅの中心軸放射ＡＥは、受動光学コンポーネントＬ２の一致する光軸Ａ２、Ａ２′に対して平行にずれ、検出チャネルにおいて、検出部材Ｄの中心軸検出ＡＤは、受動光学コンポーネントＬ３の一致する光軸Ａ３、Ａ３′に対して平行にずれている。

受動光学コンポーネントＬ２およびＬ３は、光学構造体５２および５２′、ならびに５３および５３′を含む複合光学構造体である。具体的には、Ｌ２およびＬ３は、それぞれレンズ素子５２および５２′、ならびに５３および５３′を含む複合レンズである。（前記米国特許仮出願第１／５０９，３４６号では、それぞれの光学構造体およびレンズ素子は参照符号５だけで示されている）。

光電子モジュール１の以下の構成要素は光電子モジュール１のハウジング１１に寄与する：基板Ｐ、分離部材Ｓ（スペーサとも呼ぶ）、光学部材Ｏ、およびバッフル部材Ｂ。これらはすべて概して板状であり、通常は概して矩形である。これは図６のモジュールの構成要素のさまざまな概略断面図を示す図７からも明らかである。参照符号ｓ１からｓ５は図６でのビューを示し、図６の白抜き矢印はビューの方向を示す。光電子モジュール１の以下の構成要素は、光電子モジュール１の隔離部材１９とも呼ばれるものに寄与する：分離部材Ｓ（スペーサとも呼ぶ）、光学部材Ｏ、およびバッフル部材Ｂ。

図８は、図６のモジュールを複数製造するためのウェハスタック形成用のウェハＢＷ（バッフルウェハ）、ＯＷ（オプティクスウェハ）、ＳＷ（スペーサウェハ）、およびＰＷ（基板ウェハ）の概略断面を示す。バッフルウェハＢＷは透過領域３、たとえば開口を有する。スペーサウェハＳＷは開口４を有する。オプティクスウェハＯＷは透明素子６および遮蔽部（または非透明部）ｂを含み、透明素子６をそれぞれ含む受動光学コンポーネントＬ２およびＬ３は、オプティクスウェハＯＷの透過部分ｔに設けられる。

図９は、図６のモジュールを複数製造するためのウェハスタック１の概略断面図である。

もちろん、光電子モジュール１を製造するために他の方法、および光電子モジュール１を設計する他の方法を選択することもできる。

図１０および図１１は、図６と同様に、光電子モジュール１、電子回路７０、および装置１０の概略断面図を示すが、ここでは、適切な光および感度分布を与える他の態様が示される。光電子モジュールおよびその製造についての他の特性については、これらの実施の形態は一般に図６から図９に示されたものと同じである。

図１０では、両方のチャネルにおいて、１つの光学構造体またはレンズ素子（５２および５３′）は、放射部材Ｅおよび検出部材Ｄそれぞれに対して中央付けられ、別の光学構造体またはレンズ素子（５２′および５３）はそれぞれに対して中心から外れている。それぞれの軸Ａ２、Ａ２′、Ａ３、Ａ３′、ＡＥおよびＡＤ参照。さらに、光学構造体またはレンズ素子５２′および５３は切断されている。一方側において横方向の長さが減少しており、図１０ではｙ−ｚ面に沿って切断されている。これはスペースを節約し、放射チャネルおよび検出チャネルを互いに近くに移動させることができ、光電子モジュール１の横方向の長さを減らし、それにより光電子モジュール１のより小さい全体的な設計を可能にする。

光学構造体のずらされた位置付けにより、適切な強度および感度分布特性を得ることができ、これは光電子モジュール１がある物体、たとえば図１から図３に示される物体１８とともに用いられた場合のクロストークを抑制できる。光学構造体がレンズであれば、放射部材Ｅによって放射された光および検出部材Ｄの感度を特に有用に用いることができる。切断により、切落されなければサイズの理由により収納することができない光学構造体を使用できるようになり、物体での反射によりクロストークをもたらし得る経路に沿って進む光の抑制に寄与できる（たとえば、図１から図３参照）。こうして、切断は、それぞれのチャネルの光学構造体が中央付けられていない（ずらされていない）、より特定的にはそれぞれの光軸が一致しない場合でも、利点をもたらし得る（より特定的には、クロストークを抑止する）。

図１１において、放射チャネル２０内では、光学構造体５２はプリズム素子として実現される。このプリズム素子は、中央および主要放射方向が検出チャネル３０から離れるよう方向付けるコンポーネントを含むようにする。このような態様で、物体での反射によるクロストーク（たとえば図１から図３参照）を抑制することができる。検出チャネル３０では、光学構造体５３は非球面レンズといった回転対称ではないレンズである。このレンズは検出チャネルの回転対称ではない感度分布をもたらす。たとえば、主要および中央検出方向では放射チャネルから離れるよう方向付けるコンポーネントを含む。

図６、図１０および図１１に示される本発明の第１および第２の局面（「発明の概要」の箇所参照）を達成するさまざまな態様の組合せは、ここに示されている態様以外の態様で組合せることも可能である。説明を簡潔にするために、異なる態様は、図１０および図１１のチャネル２０および３０において組合せられた態様で示される。図１および図６に示されるように、放射および検出チャネルについて対称である設計を設けることは、特定の状況において有利であり得る。対称性のある設計は、図１０または図１１に示される放射チャネルおよび検出チャネルのいずれかに基づき提供できる。さらに、図１０および同様に図１１において、より低い位置に上部光学構造体（５２，５３）を配置し、その逆に下部光学構造体（５２′，５３′）を上側の位置に配置することもできる。さらに、図面に示されているものと異なって構成される受動光学コンポーネントＬ２，Ｌ３を提供することもできる。たとえば、受動光学コンポーネントは複合素子ではない、および／またはｘ−ｙ面に平行な面を規定する上または下側を有し得る。もちろん、一方のまたは両方のチャネルにおいて、チャネルでの（少なくとも）３本の軸が一致しない、および／またはチャネルに（少なくとも）２本の一致しない軸を設けることもでき、さらに非回転対称の受動光学コンポーネント（たとえばプリズム、図１１の参照符号５２、または非回転対称のレンズ、図１１の参照符号５３を参照）を設けることもできる。

横が数ミリメートル以下であり、縦が２、３ミリメートル以下の典型的に企図される光電子モジュール１の小さいサイズに鑑み、軸のずれる量（横方向、例示的実施の形態ではｘ軸に沿う）、たとえばレンズ素子の光軸が、別のレンズ素子の光軸または放射および検出の中心軸に対する移動の量は、一般に２００μｍ未満、どちらかと言えば１００μｍ未満、より特定的には６０μｍ未満であり、かつ一般に５μｍより大きい、より特定的には１０μｍより大きい。

図１２は、図１、図６、図１０および図１１に関連して説明されたように、構造化および／または製造できる光電子モジュール１の斜視図である。切断されたレンズまたは切断されたレンズ素子を設けることの有用性は図１２から明らかである。さらに、バッフル部材ＢにＤ形状の透明領域３を設けることの有用性も、図１２から明らかである。バッフル部材Ｂの露出した平坦面（透明領域３に開口を有する）は、光電子モジュール１をある物体、たとえば図１から図３に示される物体１８のような物体への明確な取り付けのために用いることができる。

図１３は、光電子モジュール１の構成要素の概略断面である。すなわち、放射部材Ｅおよび検出部材Ｄが上に取付けられる基板Ｐと、上に取付けられる制御部８とが示される。制御部８はたとえば集積回路として実現できる。制御部８は放射部材Ｅおよび検出部材Ｄと動作可能に接続され、放射部材Ｅを制御し、検出部材Ｄから信号を受取るために設けることができる。特定的には、制御部８は、放射部材Ｅからの光の放射を制御し、検出部材Ｄから検出信号を受取ることができる。制御部８は、検出部材Ｄから出力される検出信号に依存して制御信号を出力するよう構成され得る。

図１４は光学部材Ｏを２つのビューで概略的に示し、上が断面図であり、下が上面図である。この光学部材Ｏは、図１２で示される光電子モジュール１で使用できるようなものであり、図示されているように受動光学コンポーネントを部材Ｏの一方側だけではなく、両側に設けることができる。２つの受動光学コンポーネントＬ２，Ｌ３（具体的には、レンズ素子Ｌ２，Ｌ３）が透過部ｔにある。その両方は切断レンズまたは切取られたレンズであり、直線に沿って切断または切取られている。これらの線ならびに対応するエッジ５ｅおよびエッジ面５ｓは、他方のチャネルのそれぞれに面するので、互いに向いあうことになる。

レンズ（またはレンズ素子）Ｌ２およびＬ３は両方とも、それぞれ直線によって置換えられている部分の円の形状を規定するレンズアパーチャを有する。これは（横面において）、大文字Ｄを少なくともほぼ規定する形状をもたらす。これら典型的球面レンズの光軸は互いに非常に近くあり得る。

上記から明らかであるように、本発明の第１の局面（光分布関連）および／または第２の局面（コンポーネント関連）を実施するさまざまな方法がある。特定の利点がある光分布および／または感度分布は、能動および受動光学コンポーネントの実施および／または配置によって実現することができる。そして、その特定のコンポーネントおよび／または配置は、特定の利点のある光および／または感度分布を実現可能にする。有益な光整形（光放出および光検出のため）がどのように適用されるかが示された。近くの（部分的）反射面での反射は、放射チャネルから検出チャネルへのクロストークを生成するのを防止することができる。クロストークをさらに減らすことは、隔離部材を有する適切に設計されたハウジングおよび／またはチャネル用に別個の区画を形成するハウジングを設けることによって得られる。

一方または両方のチャネルに１つ以上のレンズ素子（回折および屈折）を設けることは、高い感度および安全な動作ならびに低い消費電力に寄与する。なぜなら、放射光はコリメートすることができ、および／または検出用の光は大きい立体角から得られるからである。

１つの光電子モジュール内に放射部材および検出部材の両方を設けることは、電気光学配置および装置での光電子モジュールの統合について著しい簡略化をもたらし、バッフル部材によって提供されるような、統合された機械的ストップの提供は一層簡略化に寄与する。機械的ストップならびに放射部材および検出部材の統合の各々、より特定的には両方を設けることは、電気光学配置および装置での光電子モジュールの配列を高精度に達成する簡単な方法を提供する。光電子モジュールが装着される装置および／または物体が十分に高い精度または十分に明確に定められており、かつ光電子モジュールがこれに従って設計されているのなら、光電子モジュールは高い精度で容易に統合できる。これは工業上の生産において個別のテストを不要とする。装置に取付けられる各光電子モジュールは仕様書通りに働くと考えることができる。

十分な感度および十分にクロストークが抑制された安全な動作を得ることは、光電子モジュールの構成要素の配列が高い精度で行なわれることを必要とするが、このような高い精度の配列は、示されているウェハレベルの製造方法を利用することによって、達成することができる。

Claims (26)

1. 光電子モジュールであって、
   −光を検出するための検出部材を含む検出チャネルと、
   −前記検出部材によって一般に検出可能な光を放射するための放射部材を含む放射チャネルとを備え、
   前記検出部材および前記放射部材は、同じ基板上に搭載され、
   前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの各々は、それぞれ、
   各々がそれぞれの光軸を有する少なくとも２つの受動光学コンポーネントを含み、前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントは、前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントのそれぞれの光軸が一致しないよう配置されており、
   非回転対称ビーム形成エレメントをなす前記検出チャネルまたは前記放射チャネルの少なくとも１つにおける前記受動光学コンポーネントの少なくとも１つを含み、
   前記放射チャネルの前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントは、前記放射部材によって放射される光が前記放射チャネルの前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントの両方を通って通過する経路に沿って進行するように配置され、
   前記検出チャネルの前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントは、前記モジュールに入り前記検出部材によって検出可能な光が前記検出チャネルの前記少なくとも２つの受動光学コンポーネントの両方を通って通過する経路に沿って進行するように配置される、光電子モジュール。
2. 前記光電子モジュールは近接センサである、請求項１に記載の光電子モジュール。
3. 前記光電子モジュールは、
   −前記検出部材および前記放射部材が配置されるハウジングを含む、請求項１または２に記載の光電子モジュール。
4. 前記ハウジングの形状は第１の面を規定し、
   −前記放射チャネルからの光の放射のための放射強度分布、および
   −前記光電子モジュールに入射される光が前記検出部材によって検出されるための放射感度分布、
   のうちの少なくとも一方は、前記第１の面の任意の面法線に対して非対称である、請求項３に記載の光電子モジュール。
5. 前記検出チャネルまたは前記放射チャネルの少なくとも一方は、それぞれの他方チャネルに面する側が切断されたレンズ素子を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の光電子モジュール。
6. 前記検出部材および前記放射部材が取付けられる基板を備え、前記基板は印刷回路基板である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光電子モジュール。
7. 少なくとも１つの受動光学コンポーネントを含む光学部材を備え、前記光電子モジュールはさらに、前記基板から前記光学部材を分離するスペーサ部材を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電子モジュール。
8. 前記光学部材の隣に配置され、かつ前記光電子モジュールのハウジングの壁の一部を形成するバッフル部材をさらに備える、請求項７に記載の光電子モジュール。
9. 前記放射部材によって放射され前記検出部材によって一般に検出可能でありかつ前記光電子モジュール内に留まる光が、検出チャネルに入って前記検出部材によって検出されないように、前記検出チャネルおよび前記放射チャネルは物理的に分離されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の光電子モジュール。
10. 前記検出チャネルまたは前記放射チャネルの少なくとも１つにおいて前記受動光学コンポーネントの少なくとも１つは、
    −非回転対称レンズまたはレンズ素子；
    −非円形レンズアパーチャを有するレンズまたはレンズ素子；
    −切取られた円の形状を規定するレンズまたはレンズ素子；
    −一部が直線によって置換えられている円の形状を規定するレンズまたはレンズ素子；
    −切取られたレンズまたはレンズ素子；
    −切断されたレンズまたはレンズ素子；または
    −非円形のエッジを含むレンズまたはレンズ素子であって、前記非円形のエッジ部は直線を規定する、
    のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の光電子モジュール。
11. 前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントは球面レンズである、請求項１０に記載の光電子モジュール。
12. 前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントは屈折レンズまたはレンズ素子である、請求項１０または１１に記載の光電子モジュール。
13. 前記少なくとも１つの受動光学コンポーネントは平凸レンズまたはレンズ素子である、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の光電子モジュール。
14. 前記検出チャネルおよび前記放射チャネルの各々は、非回転対称ビーム形成素子をなす受動光学コンポーネントを含む、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の光電子モジュール。
15. −前記検出チャネルおよび前記放射チャネルにおける前記レンズまたはレンズ素子のそれぞれの切取られた円の切取られた側は、互いに面し；
    −前記検出チャネルおよび前記放射チャネルにおける前記レンズまたはレンズ素子のそれぞれの直線は互いに面し；
    −前記検出チャネルおよび前記放射チャネルにおける前記レンズまたはレンズ素子のそれぞれの切取られた部分は互いに面し；
    −前記検出チャネルおよび前記放射チャネルにおける前記レンズまたはレンズ素子のそれぞれの切断された部分は、互いに面し；
    −前記検出チャネルおよび前記放射チャネルにおける前記レンズまたはレンズ素子が切取られたそれぞれの側は互いに面し；または
    −前記検出チャネルおよび前記放射チャネルにおける前記レンズまたはレンズ素子のそれぞれの非円形のエッジは、互いに面する、請求項１４に記載の光電子モジュール。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に従う光電子モジュールと、
    前記光電子モジュールが取付けられる印刷回路基板とを備える、電子回路。
17. 電気光学配置であって、
    請求項１もしくは２に記載の光電子モジュールと、
    前記光電子モジュールが取付けられる物体とを備え、前記取付は前記物体の取付領域で行なわれ、前記取付領域の少なくとも一部において、前記物体は前記検出部材によって一般に検出可能な光を透過する、電気光学配置。
18. 少なくとも前記取付領域において、前記物体は概して板状である、請求項１７に記載の電気光学配置。
19. 前記検出チャネル、前記放射チャネル、および前記物体は、前記放射チャネルから放射されかつ前記物体内で単一内部反射される光が、前記検出部材の光学能動面に達しない経路上にのみ伝搬されるよう、構成および配置される、請求項１７または１８に記載の電気光学配置。
20. 前記物体は第１の側および概して反対側に第２の側を有し、前記光電子モジュールは前記第１の側に取付けられ、前記第２の側での前記物体の表面は、前記検出部材によって一般に検出可能であり前記物体内で伝搬される光が、少なくとも部分的に、前記表面によって内部反射されるよう、構成される、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の電気光学配置。
21. 前記物体は、透明板である、請求項１７から２０のいずれか１項に記載の電気光学配置。
22. 前記物体は、透明なガラス板または透明なポリマー板である、請求項２１に記載の電気光学配置。
23. 装置であって、
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の光電子モジュールを備え、前記装置は、携帯装置である、装置。
24. 前記装置は、携帯通信装置である、請求項２３に記載の装置。
25. 前記装置は、スマートフォンである、請求項２４に記載の装置。
26. 前記装置は、撮像装置である、請求項２３から２５のいずれか１項に記載の装置。

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