VCSEL窄发散度接近度传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110325878A(43)申请公布日2019.10.11(21)申请号201780087162.5(74)专利代理机构北京律诚同业知识产权代理有限公司1(22)申请日2017.12.281006代理人徐金国(30)优先权数据62/443,4022017.01.06US(51)Int.Cl.G01S17/10(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日H01S5/183(2006.01)2019.08.22(86)PCT国际申请的申请数据PCT/US2017/0687142017.12.28(87)PCT国际申请的公布数据WO2018/128904EN2018.07.12(71)申请人普林斯顿光电子股份有限公司地址美国新泽西州(72)发明人丘尼·高希吉恩-弗朗索瓦·瑟林权利要求书2页说明书6页附图11页(54)发明名称VCSEL窄发散度接近度传感器(57)摘要本发明公开一种接近度传感器，所述接近度传感器将来自垂直腔面发射激光器(VCSEL)的极窄发散光束用于照明源。可达成在0.5度到10度的范围内的窄发散光束以在小占据面积组件中提供高接近度感测准确度。一种减小光束发散度的方法是使用外部第三镜增加VCSEL谐振腔的长度。第二实施方式通过修改DBR镜和增益区域来延长VCSEL腔的长度。光学微透镜可与所述VCSEL耦合以准直输出光束并且减小所述光束发散度。这些光学微透镜可为单独光学元件或通过修改基板输出表面轮廓或添加透明层以与所述VCEL集成在一起。这些光束发散度减小方法并入到各种实施方式配置中以产生适用于移动电话和平板计算机的微型接近度传感器。CN110325878ACN110325878A权利要求书1/2页1.一种光学传感器模块，所述光学传感器模块包括：光源，所述光源包括可操作以产生穿过窗朝向对象引导的窄发散度源光束的VCSEL装置，所述窄发散度源光束具有不大于10度的半最大值全宽光束发散度；光学检测器，所述光学检测器用以感测从被所述窄发散度源光束照亮的所述对象反射回的光；和计算装置，所述计算装置可操作以至少部分地基于来自所述光学检测器的信号确定到所述对象的距离或所述对象的物理特性。2.如权利要求1所述的光学传感器模块，其中所述光学检测器被设置成使得从所述窗镜面反射的光不入射于所述光学检测器上。3.如权利要求2所述的光学传感器模块，其进一步包括设置在所述VCSEL装置与所述光学检测器之间的挡板。4.如权利要求1-3中任一项所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置包括具有通过相应隧道结二极管彼此隔开的多个增益段的增益区段。5.如权利要求4所述的光学传感器模块，其中所述增益区段中的每一个设置在对应于所述VCSEL装置的谐振腔驻波的相应最大强度点的位置处。6.如权利要求4所述的光学传感器模块，其中所述增益区段中的每一个被设置成使得每一VCSEL装置的谐振腔长度根据增益区段的数目在半波长上增加。7.如权利要求1-3中任一项所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置包括在第一DBR镜与第二DBR镜之间具有激光增益区段的腔，所述VCSEL装置另外包括在所述腔外部的第三镜，其中所述第一DBR镜和第二DBR镜具有使得所述VCSEL装置在没有所述第三镜的情况下不会发射激光的反射率。8.如权利要求7所述的光学传感器模块，其中所述第三镜包括部分反射涂层。9.如权利要求8所述的光学传感器模块，所述光学传感器模块具有小于5度的半最大值全宽光束发散度。10.如权利要求1-3中任一项所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置安装于基板的第一侧，所述VCSEL装置包括在第一DBR镜与第二DBR镜之间具有激光增益区段的相应腔，所述基板具有在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧上的第三镜。11.如权利要求1-3中任一项所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置上面包括会聚微透镜。12.如权利要求1所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置与光学检测器处于共同基板上。13.如权利要求12所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置被设置成使得所述窄发散度源光束穿过所述基板，且其中所述光学检测器被设置成使得从所述对象反射回的光在穿过所述基板之后被所述光学检测器检测到。14.如权利要求12所述的光学传感器模块，其中所述VCSEL装置处于所述基板的第一侧，且所述光学检测器处于所述基板的第二相对侧。15.如权利要求14所述的光学传感器模块，所述光学传感器模块被配置成使得在从所述对象反射回的光穿过所述基板之后，所述光学检测器检测到所述反射光。16.如权利要求14所述的光学传感器模块，所述光学传感器模块被配置成使得在从所2CN110325878A权利要求书2/2页述对象反射回的光穿