CN111048996A - 具有多组散布发射器的发射器阵列 - Google Patents

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Abstract

一种光学装置可以包括具有多个发射器组的发射器阵列。每一个发射器组可以相对于多个发射器组中的其他发射器组被独立地寻址，用于独立地产生激光。多个发射器组中的发射器可以散布在发射器阵列中，使得发射器阵列中的最小发射器至发射器距离小于任何发射器组中的最小发射器至发射器距离。

Description

具有多组散布发射器的发射器阵列
技术领域
本发明涉及发射器阵列，且更具体地涉及具有多组散布发射器的发射器阵列。
背景技术
发射器可包括垂直发射装置，例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。VCSEL是一种激光器，其中光束沿垂直于VCSEL表面的方向(例如从VCSEL表面垂直地)发射。多个发射器可以通过共用基板布置在发射器阵列中。
发明内容
根据一些实施方式，光学装置可以包括具有多个发射器组的发射器阵列，每一个发射器组相对于多个发射器组中的其他发射器组可独立寻址，用于独立地产生激光，且多个发射器组中的发射器散布在发射器阵列中，使得发射器阵列中的最小发射器至发射器距离小于任意发射器组中的最小发射器至发射器距离。
根据一些实施方式，光学装置可以包括具有第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器的发射器阵列，其中来自第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器的发射器散布在发射器阵列中，其中发射器阵列的任何两个邻近发射器之间的第一最小发射器至发射器距离小于第二最小发射器至发射器距离，第二最小发射器至发射器距离是第一多个发射器中的任何两个发射器之间的最小发射器至发射器距离，或是第二多个发射器中的任何两个发射器之间的最小发射器至发射器距离，或是第三多个发射器中的任何两个发射器之间的最小发射器至发射器距离，其中第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可独立寻址，用于独立产生激光。
根据一些可行的实施方式，垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列可以包括至少三组VCSEL，至少三组VCSEL中的第一组的VCSEL散布在至少三组VCSEL中的第二组的VCSEL之间，第二组VCSEL中的VCSEL散布在至少三组VCSEL中的第三组的VCSEL之间，且至少三组VCSEL中的第三组的VCSEL散布在至少三组VCSEL中的第一组的VCSEL之间，其中VCSEL阵列的至少三组VCSEL中的任何两个邻近VCSEL之间的第一最小发射器至发射器距离小于至少三组VCSEL中之任一组的两个VCSEL之间的第二最小发射器至发射器距离，其中VCSEL阵列配置为使得，至少三组VCSEL能彼此独立地产生激光。
根据一些可行的实施方式，一种方法可以包括提供一基板，激光器阵列形成在该基板上；在提供基板之后，在基板上或中形成激光器阵列的第一激光器、激光器阵列的第二激光器、和激光器阵列的第三激光器，使得：第一激光器散布在第二激光器之间，第二激光器散布在第三激光器之间，且第三激光器散布在第一激光器之间，激光器阵列中的任何两个邻近激光器之间的第一最小发射器至发射器距离小于第一激光器中的两个、第二激光器中的两个、或第三激光器中的两个之间的对应第二最小发射器至发射器距离，且第一激光器、第二激光器和第三激光器彼此电绝缘，用于独立地产生激光；和将第一激光器、第二激光器、和第三激光器电连接到对应电极。
附图说明
图1A和1B是分别显示了示例性垂直发射装置的俯视图和示例性垂直发射装置的截面图的示意图。
图2A-4是显示了本文所述的一个或多个示例性实施方式的示意图。
图5是用于形成具有多组散布发射器的发射器阵列的示例性过程的流程图。
图6是显示了发射器阵列的景深原理的示例图。
具体实施方式
示例性实施方式的以下详细描述参照了附随的附图。相同附图标记在不同附图中可以表示相同或相似的元件。
在发射器阵列用于结构光三维(3D)传感时，制造商会想要在单个管芯上封装更多发射器。然而，对于一些3D传感系统，必要的是将向一场景投射的各发射器区分开。来自发射器的光可以通过透镜和/或其他光学器件投射并再次在图像平面处聚焦。在图像平面，发射器将按其在管芯上的偏移成比例地表现出分离。然而，在靠近或远离图像平面(例如z-方向)的深度处，发射器的投射尺寸将增加并最终它们将彼此合并。图6是显示了发射器阵列的景深(depth-of-field)的这种原理的图。对于要在宽深度变化范围内进行工作的系统来说，光束发散度需要充分小且在发射器之间需要足够的间隔，因此相对于图像平面存在足够的景深，其中可以将各发射器进行区分。在发射器更接近地间隔开时，发射器的发射面积必须相应地减小，以避免发射区域的重叠太过靠近图像平面，即使发射区域在芯片本身上可能并未重叠也会是如此。进而，对于更小的发射面积，发射器的直径或尺寸(例如光孔)的变化需要减小，以便在各发射器(其通常通过单个接触被并行地驱动)的电流密度和输出功率方面保持固定百分比误差(例如小于+/-百分之20)。减小发射器阵列的发射器的直径和/或尺寸造成工艺成品率降低。发射器尺寸和成品率之间的这种权衡通常会限制芯片上的发射器间隔。本发明提供一种芯片设计，以克服这种限制。
本文所述的一些实施方式提供一种具有多组散布发射器的发射器阵列(例如与用在3D感测系统中的单组发射器所能实现的相比，其被选择为允许以更小的制造间隔和/或较宽范围的传感深度制造较大的发射器尺寸)。例如，本文所述的一些实施方式提供具有散布发射器组的发射器阵列，所述散布发射器组布置为使得每一组中邻近发射器之间的最小发射器至发射器距离(例如中心至中心的距离或间隔)基本上大于发射器阵列的邻近发射器之间的最小发射器至发射器距离。
具体地，与用在用于结构光的常规高密度发射器阵列中的发射器相比，本文所述的一些实施方式以高密度构造提供具有较大孔尺寸变化的较大发射器，和/或在较长景深上提供传感。例如，具有24微米(μm)的最小发射器至发射器距离的常规发射器阵列会需要具有7μm直径的发射器孔，以便避免邻近发射器在图像平面附近(例如5厘米(cm)远)投射的光斑重叠。为了确保屈光力和运行电流密度不会改变多于例如+/-百分之20，发射器尺寸变化需要小于+/-百分之10或+/-0.7μm。这种小的可允许发射器尺寸变化会降低产量。
本文所述的一些实施方式(且针对如上所述的例子)可以有助于使用一定图案构成的发射器，其具有24μm最小距离，但是具有大于7μm的尺寸(例如，12μm)，和+/-1.2μm(约示例性发射器尺寸的+/-百分之10)的孔尺寸公差，以确保电流密度和屈光力变化小于+/-百分之20，且使得来自邻近发射器的发射光斑不在距图像平面的给定距离中显著重叠。这种较大的可允许发射器尺寸变化可以增加产量。另外或替换地，本文所述的一些实施方式用于使用这样的发射器阵列，其在发射器之间具有相同最小距离(但是例如具有例如10μm的中间尺寸)，同时针对邻近发射器的发射光斑重叠，让景深从图像平面延伸超过例如5cm(例如到8cm)。
图1A和1B分别是显示了沿线X-X的示例性发射器100的俯视图和示例性发射器100的截面图150的示意图。如图1A所示，发射器100可以包括以发射器架构构造的一组发射层。在一些实施方式中，发射器100可以对应于本文所述的一个或多个垂直发射装置。
如图1A所示，发射器100可以包括植入保护层102，其在该例子中是圆形形状。在一些实施方式中，植入保护层102可以具有另一形状，例如椭圆形、多边形等。基于包括在发射器200中的植入材料部分(未示出)之间的空间限定植入保护层102。
如图1A中的中灰色和深灰色所示，发射器100包括欧姆金属层104(例如P型欧姆金属层或N型欧姆金属层)，其构造为部分环形形状(例如具有内半径和外半径)。中灰色区域显示了被发射器100的保护层(例如电介质层，钝化层，和/或诸如此类)覆盖的欧姆金属层104的区域，且深灰色区域显示了通过过孔106露出的欧姆金属层104的区域，如下文所述。如所示的，欧姆金属层104与植入保护层102重叠。这种构造例如可以在P型向上/顶部发射的发射器100的情况下使用。在底部发射的发射器100的情况下，该构造可以按照需要调整。
在图1A中未示出，发射器100包括保护层，过孔106在该保护层中形成(例如蚀刻出)。深灰色区域显示了欧姆金属层104的通过过孔106露出的区域(例如深灰色区域的形状可以是过孔106形状的结果)，而中灰色区域显示了欧姆金属层104的被保护层覆盖的区域。保护层可以覆盖所有发射器，而非过孔。如所示的，过孔106形成为部分环形形状(例如类似欧姆金属层104)，且形成在欧姆金属层104上方，使得保护层上的金属化部与欧姆金属层104接触。在一些实施方式中，过孔106和/或欧姆金属层104可以形成为另一形状，例如完全环形形状或分裂环形形状。
如进一步所示的，在欧姆金属层104的部分环形形状的内半径中，发射器100包括在发射器100的一部分中的光孔108。发射器100经由光孔108发出激光束。如进一步所示的，发射器100还包括电流局限孔110(例如通过发射器100的氧化层(未示出)形成的氧化物孔)。电流局限孔110形成在光孔108下方。
进一步如图1A所示，发射器100包括一组沟槽112(例如氧化沟槽)，且围绕植入保护层102的周向间隔开(例如等距，不等距)。沟槽112可以相对于光孔108定位得多近取决于应用情况，且通常受到植入保护层102、欧姆金属层104、过孔106、和制造公差的限制。
图1A所示的层的数量和布置方式作为例子提供。实践中，与图1A所示的相比，发射器100可以包括额外层、较少层、不同层、或不同布置的层。例如，尽管发射器100包括六个一组的沟槽112，但是，实际中，其他构造也是可以的，例如包括五个沟槽112、七个沟槽112、和/或诸如此类的紧凑发射器。在一些实施方式中，沟槽112可以围绕发射器100以形成凸台结构dt(见图1B)。作为另一例子，尽管发射器100是圆形的发射器设计，但是在实践中，其他设计可以使用，例如矩形发射器、六边形发射器、椭圆形发射器等。另外或替换地，发射器100的一组层(例如一层或多层)可以执行一个或多个功能，所述一个或多个功能被描述为被发射器100的另一组层执行。
应注意，尽管发射器100的设计被描述为包括VCSEL，但是其他实施方式也是可以的。例如，发射器100的设计可以应用于其他类型的光学装置的情况，例如发光二极管(LED)或其他类型的垂直发射(例如顶部发射或底部发射)光学装置。另外，发射器100的设计可以应用于具有任何波长、功率水平、发射模式(emission profile)和/或诸如此类的发射器。换句话说，发射器100不是专门用于具有给定性能特征的发射器。
如图1B所示的示例性截面图可以代表经过一对沟槽112或在其之间的发射器100的截面(例如图1A中的“X-X”标记的线所示)。如所示的，发射器100可以包括背侧阴极层128、基板层126、底部反射镜124、活性区域122、氧化层120、顶部反射镜118、植入绝缘材料116、保护层114(例如电介质钝化/反射镜层)和欧姆金属层104。如所示的，发射器100例如可以具有大约10μm的总高度。
背侧阴极层128可以包括与基板层126电接触的层。例如，背侧阴极层128可以包括经退火的金属化层，例如AuGeNi层、PdGeAu层等。
基板层126可以包括基部基板层，外延层在其上生长。例如，基板层126可以包括半导体层，例如GaAs层、InP层和/或类似层。
底部反射镜124可以包括发射器100的底部反射层。例如，底部反射镜124可以包括分布式布拉格反射器(DBR)。底部反射镜124显示为在绝缘材料116的左右部分之间且在活性区域122下方的白色区域。
活性区域122可以包括对电子进行局限并限定发射器100的发射波长的层。例如，活性层122可以是量子阱。
氧化层120可以包括氧化物层，其提供发射器100的光和电局限。在一些实施方式中，氧化层120可以因外延层的湿氧化而形成。例如，氧化层120可以是Al2O3层，其是由于AlAs或AlGaAs层的氧化形成的。沟槽112可以包括开口，其允许氧气(例如干燥氧气、湿润氧气)到达外延层，氧化层120从该外延层形成。
电流局限孔110可以包括通过氧化层120限定的旋光孔。电流局限孔110的尺寸可以例如为大约4μm到大约20μm的范围。在一些实施方式中，电流局限孔110的尺寸可以取决于围绕发射器100的沟槽112之间的距离。例如，沟槽112可以被蚀刻以露出外延层，氧化层120从该外延层形成。这里，在形成(例如沉积)保护层114之前，可以针对朝向发射器100的中心的特定距离(例如图1B中的do所示的)发生外延层的氧化，由此形成氧化层120和电流局限孔110。在一些实施方式中，电流局限孔110可以包括氧化物孔。另外或替换地，电流局限孔110可以包括与其他类型的电流局限技术(例如蚀刻凸台(etched mesa)、没有离子植入的区域、经平板印刷限定的内空腔凸台和再生长(regrowth)等)关联的孔。
顶部反射镜118可以包括发射器100的顶部反射层。例如，顶部反射镜118可以包括DBR。顶部反射镜118显示为绝缘材料116左右部分之间且在氧化层120上方的白色区域。
植入绝缘材料116可以包括提供电绝缘的材料。例如，植入绝缘材料116可以包括离子植入材料，例如氢/质子植入材料或相似的植入元素，以降低导电性。在一些实施方式中，植入绝缘材料116可以限定植入保护层102。
保护层114可以包括用作保护钝化层且可以用作额外DBR的层。例如，保护层114可以包括沉积(例如通过化学气相沉积，原子层沉积，或其他技术)在发射器100的一个或多个其他层上的一个或多个子层(例如电介质钝化层和/或反射层，SiO2层，Si3N4层，Al2O3层，或其他层)。
如所示的，保护层114可以包括一个或多个过孔106，其提供对欧姆金属层104的电介入。例如，过孔106可以形成为保护层114的蚀刻部分或保护层114的剥离部分。光孔108可以包括在电流局限孔110上方的一部分保护层114，光可以通过该部分发射。
欧姆金属层104可以包括进行电接触的层，电流可以通过该层流动。例如，欧姆金属层104可以包括Ti和Au层、Ti和Pt层和/或Au层等，电流可以流动通过这种层(例如通过接合盘(未示出)，该接合盘通过过孔106接触欧姆金属层104)。欧姆金属层104可以是P型、N型和/或诸如此类。欧姆金属层104的具体类型的选择可以取决于发射器的架构。欧姆金属层104可以提供金属和半导体之间的欧姆接触和/或可以提供非整流电结合和/或可以提供低电阻接触。
在一些实施方式中，可以使用一系列步骤制造发射器100。例如，底部反射镜124、活性区域122、氧化层120、和顶部反射镜118可以在基板层126上外延生长，此后可以在顶部反射镜118上沉积欧姆金属层104。接下来，沟槽112可以被蚀刻以露出氧化层120，以用于氧化。植入绝缘材料116可以经由离子植入形成，此后可以沉积保护层114。过孔106可以被蚀刻在保护层114中(例如用于露出欧姆金属层104，以进行接触)。可以执行电镀、晶种和蚀刻，此后可以让基板层126变薄和/或重叠(lapped)到目标厚度。最后，背侧阴极层128可以被沉积在基板层126的底侧上。
图1B所示层的数量、布置方式、厚度、顺序、对称性等是作为例子提供的。实践中，与图1B所示的相比，发射器100可以包括额外层、较少层、不同层、不同构造的层、或不同布置的层。另外或替换地，发射器100的一组层(例如一层或多层)可以执行一个或多个功能，其被描述为通过发射器100的另一组层执行，且任何层可以包括多于一个的层。
图2A-2D是显示了本文所述的一个或多个示例性实施方式200的示意图。图2A显示了管芯202(例如芯片，晶片的一部分和/或诸如此类)，其上已经形成了发射器阵列。例如，且如下所述，发射器阵列可以是具有多组散布发射器的发射器阵列。应注意，尽管本文所述的一些示例性实施方式是根据通过芯片外延侧发光的发射器阵列(顶部发射)进行描述的，但是本文所述的技术和设备适用于发出的光行进通过基板并到达管芯相反侧(底部发射)的发射器阵列。
如图2A所示，发射器阵列包括各种发射器204(显示为黑色、白色和带条纹的圆圈)。例如，发射器204可以包括激光器、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、垂直外部腔表面发射激光器(VECSEL)、发光二级管(LED)、光学装置和/或诸如此类。发射器204每一个可以被包括在发射器204的多个组205中的一组中。例如，通过黑色圆圈所示的发射器204可以是发射器204的第一组205-1，白色圆圈所示的发射器204可以是发射器204的第二组205-2，且带条纹圆圈所示的发射器204可以是发射器204的第三组205-3。在下文描述发射器204的各组205。
如图2A所示，管芯202可以包括多个电极206(例如显示为电极206-1通过206-3)，以为管芯202上的发射器阵列的发射器204提供电功率。额外电极可以位于管芯202的相反侧。每一个电极206可以是阳极或阴极。电极206可以向发射器阵列的发射器204的不同组205-X(其中X为发射器204的组的索引)分别提供电连接。例如，电极206-1可以向发射器204的第一组205-1提供电连接，电极206-2可以向发射器204的第二组205-2提供电连接，且电极206-3可以向发射器204的第三组205-3提供电连接。电极206也可以向发射器204的一个以上组205提供电连接(例如作为共用阴极或共享电极)。电极206可以向发射器204的特定组205-X而不向发射器204的其他组205-Y、205-Z(其中Y和Z表示并非X的组的索引)提供电功率(或电流)。例如，电极206-1可以向发射器204的第一组205-1提供电功率且可以不向发射器204的其他组205-3、205-2提供电功率。
发射器204的不同组205可以被独立地寻址，用于在操作期间独立产生激光。例如，发射器204的第一组205-1可以被独立地寻址，用于相对于形成在管芯202上的其他组205-2、205-3独立地产生激光(例如发射器204的第一组205-1可以被供电和/或可以相对于发射器204的第二组205-2和发射器204的第三组205-3独立地产生激光，和/或诸如此类)。独立可寻址性可以是基于分别在发射器204的各电极206-1、206-2、206-3和特定组205-1、205-2、205-3之间的单独电连接，如在本文其他位置详细描述的。
如附图标记208所示，来自不同组发射器204的发射器可以散布在彼此之间。例如，来自发射器204的205-1组的发射器204可以在来自发射器204的一个或多个其他组205-2、205-3的一个或多个发射器附近。继续参见前述例子，且参见附图标记208所示的特定发射器204，来自发射器204的第一组205-1的发射器204(如附图标记208的黑色圆圈所示)在来自发射器204的第二组205-2的两个发射器204(如黑色圆圈附近的两个白色圆圈所示，其中一个显示为连接至附图标记208)和来自发射器204的第三组205-3的发射器204(如黑色圆圈附近的带条纹圆圈，也显示为连接至附图标记208)附近。
发射器阵列205的两个邻近发射器204之间的第一最小发射器至发射器距离(也在本文称为“全局最小发射器至发射器距离”)可以小于发射器204的第一组205-1的两个发射器204之间、发射器204的第二组205-2的两个发射器204之间、或发射器204的第三组205-3的两个发射器204之间的对应第二最小发射器至发射器距离(也在本文称为“最小组内发射器至发射器距离”)。例如，附图标记208所示的黑色发射器204(来自发射器204的第一组205-1)和白色发射器204(来自发射器204的第二组205-2)或带条纹发射器204(来自发射器204的第三组205-3)之间的第一最小发射器至发射器距离可以小于发射器阵列的组205-1的两个邻近黑色发射器204之间的第二最小发射器至发射器距离。换句话说，两个邻近发射器204(其可以是发射器204的不同205-X、205-Y组)之间的成套发射器205的第一全局最小发射器至发射器距离可以小于发射器204的同一205-X组的两个邻近发射器204之间的第二最小发射器至发射器距离。如下文所述，在发射器204的同一组的情况下，来自发射器204的同一组205-X的两个发射器204可以靠近(例如如果第一发射器204和第二发射器204在发射器204的同一205-X组则在发射器204的组205-X的情况下第一发射器204靠近第二发射器204，且在该组中第一发射器204最靠近第二发射器204，或反之亦然，即使包括在发射器204的一个或多个其他组205-Y、205-Z中的一个或多个其他发射器204在第一发射器204和第二发射器204之间时也是如此)。Y和Z表示并非X的组的索引。
全局最小发射器至发射器距离和等于至少2的平方根的值的乘积可以小于一组发射器204的最小组内发射器至发射器距离。换句话说，最小组内发射器至发射器距离可以大于全局最小发射器至发射器距离的2的平方根倍。以此方式，与发射器204的同一组205-X的两个发射器204相比，发射器204的所有组205的组成中的发射器204可以彼此更靠近地间隔开。另外或替换地，相对于常规发射器阵列，组内(例如一组中)和全局最小发射器至发射器距离的差有助于针对管芯202的给定面积增加发射器尺寸，由此有助于管芯202的较宽制造公差，且因此通过更高的产生率而降低芯片成本。
在操作中，发射器阵列的发射器204的发射图案通过光学器件投射(且可以以多种图案重复)到一场景。场景可以包含各种表面和，且投射光斑图案能测量这些表面的3D轮廓。光斑发射图案在场景中的某处聚焦于图像平面上。不是所有的相关表面都将精确地位于图像平面处，而是可以在图像平面附近。在图像平面，光斑(即发射器204的图像)是其最小的尺寸，且在距图像平面的相对更近的距离处，将具有相对较大尺寸(且也靠近在一起)。尺寸和间隔的这种不同允许评估场景中的各种表面的深度。然而，在距图像平面一定距离处，发射图案的光斑将开始彼此合并，且各点将不再可区分，且不能进行深度传感。由此，沿垂直于图像平面的轴线存在一范围，在其上方可以进行深度传感。该范围在本文被称为传感器景深(sensor depth of field)。
用于发射器204的特定组205-X的最小发射器至发射器距离可以被选择为，在来自该组205-X的发射器204的光被投射到一场景中时避免发射光斑在特定景深(距图像平面的距离)处重叠。例如，通过保持来自发射器204的特定组205-X的最近发射器204之间的最小发射器至发射器间隔，本文所述的发射器204的组205-X的配置可以在仅组205-X用于在特定时间照射一场景时避免在距图像平面特定距离(或景深)处邻近发射器204之间的重叠。发射器至发射器距离可以是指评估发射器204之间距离(或间隔)的各种方式中的一种或多种。例如，发射器至发射器距离可以是中心至中心间隔、两个发射器204的光孔之间的距离(例如中心至中心距离)、两个发射器204的氧化物沟槽之间的距离(例如沟槽至沟槽距离)、和/或诸如此类。
在图2A中，发射器阵列具有发射器204的第一组205-1、发射器204的第二组205-2和发射器204的第三组205-3形成的发射器204的随机图案。结果，发射器阵列可以在发射器204的所有三个组同时产生激光时发射随机光斑图案。针对图2B-2D在下文描述发射器阵列的不同组发射器204的具体图案，且针对图3和4显示并在下文描述发射器阵列的发射器204的其他图案。
图2B显示了图2A所示的管芯202的发射器阵列的发射器204的第一组205-1，而没有显示发射器204的第二组205-2(图2A的白色圆圈)或发射器204的第三组205-3(图2A的带条纹圆圈)。如图2B所示，发射器204的第一组205-1中的发射器204以发射器204的随机图案布置。发射器204的随机图案是发射器204的、没有特定或可辩别的组织或顺序的图案(即其不被预测)。附图标记210显示了发射器204的第一组205-1中的、按发射器204的第一组205-1的第二最小发射器至发射器距离(例如最小组内发射器至发射器距离)分开的两个邻近发射器204。如本文其他位置所述的，该第二最小发射器至发射器距离可以大于发射器阵列的发射器204(例如发射器阵列中的任何发射器204)的不同组205的邻近发射器204之间的第一最小发射器至发射器距离。结果，在光仅从发射器204的第一组205-1投射到场景时，距发射器发生重叠所在图像平面的距离(这里称为景深)可以大于在来自所有发射器204的光投射到场景时的景深。
图2C显示了图2A所示的管芯202的发射器阵列的第二组发射器204，而没有显示第一组发射器204(图2A的黑色圆圈)或第三组发射器204(图2A的带条纹圆圈)。如图2C所示，第二组发射器204中的发射器204以发射器204的随机图案布置。附图标记212显示了第二组发射器204中的两个邻近发射器204之间的示例性对应第二最小发射器至发射器距离。如本文其他位置所述，该对应第二最小发射器至发射器距离可以大于发射器阵列的不同组发射器204中的邻近发射器204之间的第一最小发射器至发射器距离。结果，在产生激光时，第二组发射器204可以具有一景深，该景深比这样一种阵列更大，该阵列具有的发射器尺寸设置为，在所有发射器产生激光时能避免重叠。
图2D显示了图2A所示的管芯202的发射器阵列的第三组发射器204，而没有显示第一组发射器204(图2A的黑色圆圈)或第二组发射器204(图2A的白色圆圈)。如图2D所示，第三组发射器204中的发射器204以发射器204的随机图案布置。附图标记214显示了第三组发射器204中的两个邻近发射器204之间的示例性对应第二最小发射器至发射器距离。如本文其他位置所述，该对应第二最小发射器至发射器距离可以大于发射器阵列的不同组发射器204中的邻近发射器204之间的第一最小发射器至发射器距离。结果，在产生激光时，第三组发射器204可以具有的景深大于在所有发射器产生激光时的景深。
如针对图2B-2D所述的，第一组发射器204的、第二组发射器204、和第三组发射器204每一组可以以发射器的随机图案布置。此外，如针对的所述的，发射器阵列总体可以具有发射器204的随机图案。以此方式，发射器阵列可以具有用与第一组发射器204、第二组发射器204和第三组发射器204对应的发射器随机图案形成的发射器随机图案。此外，如图2B-2D所示，包括发射器阵列的发射器204的不同组可以具有发射器204的不同随机图案。这减少或消除可能因具有相同发射器204图案的发射器204的不同组且在该组同时产生激光时产生的传感问题。
以此方式，本文所述的一些实施方式提供一种管芯202，其包括多组发射器204和电极206，以提供与多组发射器204的电连接。例如，电极206可以配置为独立地为发射器204的对应组供电。此外，用多组发射器204形成的发射器阵列的两个邻近发射器(例如包括在不同组发射器204中的邻近发射器204)之间的第一最小发射器至发射器距离可以小于一组发射器204中的两个发射器之间的第二最小发射器至发射器距离。例如，第一最小发射器至发射器距离和二的平方根的乘积可以小于第二最小发射器至发射器距离。相对于常规发射器阵列，管芯202的该构造有助于在管芯202上更近距地封装较大的发射器204，同时减少或消除发射光斑在景深处的重叠。例如，第一最小发射器至发射器距离可以有助于发射器204的近距封装。此外，与对应第二最小发射器至发射器距离组合的不同组发射器204的独立和分离式激光产生可以减少或消除发射光斑在景深处的重叠。相对于常规发射器阵列，减少或消除发射光斑在景深处的重叠可以增加发射器阵列的景深(例如通过增加发射器阵列的发射光斑开始重叠时所作的图像深度)。此外，减少或消除发射光斑在景深处的重叠可以改善景深处的光学分辨率。
如上所述，图2A-2D仅仅作为一个或多个例子提供。其他例子可以与针对图2A-2D所述的不同。例如，虽然发射器204的三个不同组显示在2A-2D中且针对该图进行描述，其他示例性实施方式可以具有发射器204的不同数量的组。
图3显示本文所述的示例性实施方式300的图。图3显示了管芯202上发射器阵列的示例性构造，类似本文其他位置所述的。例如，发射器阵列可以包括彼此散布的多组发射器204和电极206，以提供与多组发射器204的电连接，类似本文其他位置所述的。每一组中发射器204的不规则图案可以有益于在发射器204的特定组的多个副本投射到场景中时定位图案。通常，具有结构光的3D传感不能使用光斑的均匀图案。
如附图标记310所示，发射器阵列例如可以包括三组发射器204。例如，三组发射器204可以包括黑色圆圈所示的第一组发射器204，白色圆圈所示的第二组发射器204，和带条纹/阴影圆圈所示的第三组发射器204。进一步如图3所示，多组发射器204可以以对应的非随机图案布置。发射器204的非随机图案是具有特定组织方式或顺序的发射器图案。例如，非随机图案可以包括用发射器204形成的网格图案、六边形图案、已知曲线图案、抛物线图案和/或其他类型的有组织或有序的图案。例如，且对于第一组(黑色)发射器204，第一组发射器204中的发射器204可以以列(附图标记320所示)和行(附图标记330所示)的二维图案布置。
进一步如图3所示，在一些实施方式中，第一组发射器204可以具有在第一组发射器204中的发射器204之间的不规则间隔。即，第一组发射器204中的成对发射器204之间的发射器至发射器距离在第一组发射器204中的成对发射器204间可以是不同的。例如，包括在第一组发射器204中的第一发射器204和包括在第一组发射器204中的第二发射器204(其靠近第一发射器204)之间的间隔可以不同于第一发射器204和包括在第一组发射器204中的第三发射器204(其靠近第一发射器204)之间的间隔。第二组发射器204和第三组发射器204可以以与针对第一组发射器204所述类似的方式布置。在一些实施方式中，一组发射器204可以在该组发射器204的发射器204之间具有规则间隔。即，第一组发射器204中的成对发射器204之间的发射器至发射器距离在该组发射器204的成对发射器204间可以是相同的。
如附图标记340所示，管芯202上的发射器阵列可以具有用多组发射器204形成的发射器204的非随机图案。例如，发射器阵列可以具有发射器204的非随机二维图案，其中发射器阵列中的发射器204以发射器204的行和列形成。此外，类似于多组发射器204，发射器阵列中的发射器204可以在发射器阵列中的发射器204之间具有不规则的间隔。
如上所述，图3是仅作为一个或多个例子提供的。其他例子可以与针对图3所述的不同。
图4是显示了本文所述的示例性实施方式400的图。图4显示了管芯202上发射器阵列的示例性构造，类似本文其他位置所述的。例如，发射器阵列可以包括彼此散布的多组发射器204和对应于多组发射器204的电极206，类似本文其他位置所述的。此外，图4显示了一种方式，其中用于发射器阵列中的发射器204的均匀非随机图案可用具有发射器204的对应非均匀图案的多组发射器204形成。
附图标记410显示了包括两组发射器204的发射器阵列。两组发射器204通过黑色圆圈和白色圆圈显示。如附图标记420所示，发射器204可以是交替发射器204的非随机图案(例如以每排和每列为基础)。
附图标记430显示了包括三组发射器204的发射器阵列，其中三组发射器204具有发射器204的对应非均匀图案。发射器204的非均匀图案是从发射器204的非随机图案中选择的发射器204的图案，使得所选择的发射器不具有可辩别的图案，如下所述。如附图标记440所示，为了形成具有发射器204的非随机图案(用具有发射器204的对应非均匀图案的多组发射器204形成)的发射器阵列，第三组发射器204(通过带条纹圆圈所示)可以从针对附图标记410所示的发射器阵列所述的第一组发射器204和/或第二组发射器204中选择。
进一步如附图标记440所示，选择用于第三组发射器204的发射器204可以形成发射器204的非均匀图案。例如，所选择的发射器204可以基于已经从发射器204的非随机图案中做出的选择不形成随机图案，且可以不具有可辩别的图案(例如使得所选择的发射器204不形成包括相似量发射器204的行和列，不形成具有特定形状的图案，和/或诸如此类)。如此，在选择第三组发射器204之后，第一组发射器204和第二组发射器204可以另外具有发射器204的对应非均匀图案。基于包括三个非均匀图案的发射器204，附图标记420所示的发射器阵列可以在不同组发射器204之间的发射器204图案中具有足够的差异性，以减少或消除由于包括带相似发射器204图案的两组发射器204的发射器阵列而可能发生于附图标记410所示的发射器阵列中的传感问题(例如在重复时完全均匀的图案难以定位，而非均匀图案会更容易定位)。在一些情况下，在附图标记420所示的发射器阵列中的一个或多个额外组发射器204可以进一步减少或消除传感问题。
在选择用于第三组发射器204的发射器204之前和之后，选择为被包括在第三组发射器204中的发射器204的量和/或位置可以取决于组间和组内发射器204的发射器至发射器距离。例如，会需要选择临界量的发射器204，使得发射器阵列的两个邻近发射器204之间的第一最小发射器至发射器距离大于任一组发射器204中的两个邻近发射器204之间的第二最小发射器至发射器距离，类似本文其他位置所述的。在图4所示的例子中，从发射器阵列中的整套发射器204的对角线发射器204中选择的成组发射器204意味着，给定组发射器中的发射器204之间的最小发射器至发射器距离大于或等于发射器阵列的整套发射器204中的发射器间的最小发射器至发射器距离的√2倍。明显的是，在考虑邻近发射器之间的中心至中心距离时，这种关系是存在的，因为在邻近发射器中心之间沿对角线的长度比水平或垂直方向的中心至中心间隔更长。在考虑发射器之间的距离(间隙)(例如其等于中心至中心间隔减去发射器直径)时，该比例变为大于√2，因为每一个距离小了固定的量。
如上所述，图4仅仅是作为例子提供的。其他例子可以与针对图4所述的不同。
应注意，尽管在图2A-2D、3和4显示和描述了组内图案和总体发射器阵列的具体例子，但是其他例子也是可以的。例如，发射器阵列的发射器204可以形成具有不规则的发射器至发射器间隔的发射器204的非随机图案(例如抛物线网格)，具有规则发射器至发射器间隔的发射器204的非随机图案，具有规则发射器至发射器间隔的随机图案，和/或诸如此类。通常，给定发射器阵列的发射器204可以具有本文所述的图案和间隔的任何组合。
图5是示例性过程500的流程图，其用于形成具有多组散布发射器204的发射器阵列。例如，图5显示了用于在如上所述的管芯202上制造发射器阵列的示例性过程500。
如图5所示，过程500可以包括提供要在其上形成发射器阵列的基板(图块510)。例如，过程500可以包括提供管芯(例如管芯202)，在其上形成发射器阵列(例如激光器阵列)。基板可以包括砷化镓(GaAs)基板和/或诸如此类。基板可以在基板上形成发射器阵列之前与晶片(例如GaAs晶片)分离。
进一步如图5所示，过程500可以包括在提供基板之后在基板上或中形成发射器阵列中的第一多个发射器、发射器阵列中的第二多个发射器、和发射器阵列中的第三多个发射器(图块520)。例如，过程500可以包括在提供基板之后在基板上或中形成第一多个发射器(例如第一组发射器204)、第二多个发射器(例如第二组发射器204)、和第三多个发射器(例如第三组发射器204)。为了形成多个发射器，各种外延层可以形成在基板上。多个发射器可以以一图案形成(例如二维例如网格图案、六边形图案、随机图案、非均匀图案、和/或诸如此类)。
在一些实施方式中，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以形成为使得第一多个发射器中的发射器散布在第二多个发射器之间，第二多个发射器中的发射器散布在第三多个发射器之间，且第三多个发射器中的发射器散布在第一多个发射器之间。例如，来自第一多个发射器的发射器可以在来自第二多个发射器和第三多个发射器的一个或多个发射器附近，且对于第二多个发射器和第三多个发射器也是如此。
在一些实施方式中，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以形成为使得，发射器阵列中的任何两个邻近发射器之间的第一最小发射器至发射器距离小于第一多个发射器中的两个之间的、第二多个发射器中的两个之间的、或第三多个发射器中的两个之间的对应第二最小发射器至发射器距离。例如，发射器阵列中的任何两个邻近发射器之间的第一最小发射器至发射器距离可以小于任何第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器中的两个发射器之间的第二最小发射器至发射器距离。作为具体例子，第一最小发射器至发射器距离和等于至少二的平方根的值的乘积可以小于第二最小发射器至发射器距离。
在一些实施方式中，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以形成为使得第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器彼此电绝缘，用于独立地产生激光。例如，多个发射器可以关联于金属化层(例如金金属化层，银金属化层，铜金属化层和/或诸如此类)，所述金属化层与对应于其他多个发射器的其他金属化层电绝缘。此外，发射器阵列可以关联于电极(例如电极206)，所述电极为第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器提供电连接，且所述电极可以为对应的多个发射器独立地提供电功率。
在一些实施方式中，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以以对应图案形成，且最终发射器阵列可以具有用对应图案形成的发射器图案。例如，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以以发射器的随机图案形成，使得发射器阵列具有发射器的随机图案，类似于针对图2A-2D所述的。另外或替换地，且作为另一例子，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以以发射器的非随机图案形成，使得发射器阵列包括在发射器阵列的发射器之间具有不规则间隔的发射器非随机图案，类似针对图3所述的。另外或替换地，和作为另一例子，第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以以发射器的非均匀图案形成，使得发射器阵列具有发射器的非随机图案，类似针对图4所述的。
进一步如图5所示，过程500可以包括将第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器电连接到对应电极(图块530)。例如，过程500可以包括在形成第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器之后将第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器电连接到对应电极。将第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器电连接到对应电极可以包括，在发射器阵列上形成对应于第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器的金属化层，以将第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器电连接到对应阳极。例如，金属化层可以彼此电绝缘，以有助于不同的多个发射器的独立供电和/或产生激光。
在一些实施方式中，形成第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以包括形成每一个第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器，使得发射器阵列具有发射器的随机图案。
在一些实施方式中，形成第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以包括以非随机图案形成每一个第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器，使得发射器阵列包括在发射器之间具有不规则间隔的发射器的非随机图案。
在一些实施方式中，形成第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以包括以发射器的非均匀图案形成每一个第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器，使得发射器阵列具有发射器的非随机图案。
在一些实施方式中，形成第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可以包括形成第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器，使得第一最小发射器至发射器距离和至少等于二的平方根的值的乘积小于第二最小发射器至发射器距离。
虽然图5显示了过程500的示例性图块，但是在一些实施方式中，与图5所示的图块相比，过程500可以包括额外的图块、更少的图块、不同的图块或不同布置的图块。另外或替换地，过程500中的两个或更多图块可以并行执行。
前文内容提供了展示和描述，但是目的不是要将实施方式穷尽或限制为所公开的确切形式。可以在上述内容的启发下或从具体实施方式的实施过程中做出改变和修改。
如在本文使用的术语“层”目的是被宽泛地理解为一层或多层且包括水平地、垂直地或以其他角度取向的层。
本文所述的一些实施方式与临界值有关。如在本文使用的，取决于上下文，满足临界值可以是指大于临界值、多于临界值、高于临界值、大于或等于临界值、小于临界值、少于临界值、低于临界值、小于或等于临界值、等于临界值等的情况。
即使特征的具体组合记载于权利要求中和/或公开在说明书中，这些组合的目的也不是限制本发明的可能实施方式。事实上，许多这些特征可以以权利要求中未具体记载和/或说明书中未具体公开的各种方式组合。虽然每一个从属权利要求可以直接从属于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括与权利要求书中每个其他权利要求组合的每个从属权利要求。
本文使用的元件、动作或指令都不应被理解为是关键或必不可少的，除非另有描述。进一步地，如本文使用的，冠词“一”目的包括一个或多个项目且可以与“一个或多个”替换使用。进一步地，如本文使用的，冠词“该或所述”目的包括与冠词“该或所述”连用的一个或多个项目且可以与“一个或多个”替换使用。进而，如本文使用的，术语“组”应是包括一个或多个项目(例如相关项目，非相关项目，相关项目和非相关项目的组合等)，且可以与“一个或多个”替换使用。在指仅一个项目的情况下，使用短语“仅一个”或相似用语。还有，如本文使用的，术语“具有”、“包括”、“包含”等应是开放性的术语。进一步地，短语“基于”应是“至少部分地基于”，除非另有说明。还有，如使用本文的，术语“或”目的是在连续使用时是包括性的且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如如果与“任一”或“仅一个”组合使用时)。
相关申请
本申请要求2018年10月12日提交的美国临时专利申请No.62/745,029的优先权，其内容通过引用全部合并于本文。

Claims (20)

1.一种光学装置，包括：
发射器阵列，包括多个发射器组，
每一个发射器组相对于所述多个发射器组中的其他发射器组可独立寻址，用于独立地产生激光，且
所述多个发射器组中的发射器散布在发射器阵列中，使得发射器阵列中的最小发射器至发射器距离小于任何发射器组中的最小发射器至发射器距离。
2.如权利要求1所述的光学装置，其中发射器阵列中的最小发射器至发射器距离与至少等于二的平方根的值的乘积小于任何发射器组中的最小发射器至发射器距离。
3.如权利要求1所述的光学装置，其中在发射器组中的仅一组产生激光时，任何发射器组中的最小发射器至发射器距离被选择为避免发射光斑在特定景深处重叠。
4.如权利要求1所述的光学装置，进一步包括:
多个电极，每一个向多个发射器组中的相应一组提供电连接，
其中多个电极每一个配置为与多个电极中的其他电极独立地向多个发射器组中的相应一组提供电功率。
5.如权利要求1所述的光学装置，其中多个发射器组中的一发射器组在发射器阵列中具有随机图案、在发射器阵列中具有非随机图案、具有发射器组中的发射器间的不规则间隔、具有发射器组中的发射器间的规则间隔、或在发射器阵列中具有非均匀图案。
6.如权利要求1所述的光学装置，其中发射器阵列具有用多个发射器组形成的发射器的随机图案，或用多个发射器组形成的发射器的非随机图案。
7.一种光学装置，包括：
发射器阵列，包括第一多个发射器，第二多个发射器，和第三多个发射器，
其中来自第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器的发射器散布在发射器阵列中，
其中发射器阵列中的任何两个邻近发射器之间的第一最小发射器至发射器距离小于第二最小发射器至发射器距离，
所述第二最小发射器至发射器距离是第一多个发射器中的任何两个发射器之间的最小发射器至发射器距离，或是第二多个发射器中的任何两个发射器之间的最小发射器至发射器距离，或是第三多个发射器中的任何两个发射器之间的最小发射器至发射器距离，
其中第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器可独立寻址，用于独立地产生激光。
8.如权利要求7所述的光学装置，其中第一最小发射器至发射器距离和至少等于二的平方根的值的乘积小于对应的第二最小发射器至发射器距离。
9.如权利要求7所述的光学装置，其中第二最小发射器至发射器距离被选择为在仅第一多个发射器、第二多个发射器或第三多个发射器中之一产生激光时避免发射光斑在特定景深处重叠。
10.如权利要求7所述的光学装置，进一步包括:
电极，向第一多个发射器、第二多个发射器、或第三多个发射器提供电连接，
其中电极配置为分别且彼此独立地向每一第一多个发射器、第二多个发射器、或第三多个发射器提供电功率。
11.如权利要求7所述的光学装置，其中每一第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器在发射器阵列中具有随机图案，且
其中发射器阵列具有用第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器形成的发射器的随机图案。
12.如权利要求7所述的光学装置，其中每一第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器在发射器阵列中具有非随机图案，且
其中发射器阵列包括在发射器阵列的发射器之间具有不规则间隔的发射器的非随机图案。
13.如权利要求7所述的光学装置，其中每一第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器具有发射器的非均匀图案，且
其中发射器阵列具有用第一多个发射器、第二多个发射器、和第三多个发射器形成的发射器的非随机图案。
14.一种垂直腔表面发射激光器VCSEL阵列，包括：
至少三组VCSEL，
其中，至少三组VCSEL中的第一组的VCSEL散布在至少三组VCSEL中的第二组的VCSEL之间，第二组VCSEL中的VCSEL散布在至少三组VCSEL中的第三组的VCSEL之间，且至少三组VCSEL中的第三组的VCSEL散布在至少三组VCSEL中的第一组的VCSEL之间，
其中，VCSEL阵列的至少三组VCSEL中的任何两个邻近VCSEL之间的第一最小发射器至发射器距离小于至少三组VCSEL中的任一组的两个VCSEL之间的第二最小发射器至发射器距离，
其中VCSEL阵列配置为使得至少三组VCSEL能彼此独立地产生激光。
15.如权利要求14所述的VCSEL阵列，其中第一最小发射器至发射器距离和至少等于二的平方根的值的乘积小于第二最小发射器至发射器距离。
16.如权利要求14所述的VCSEL阵列，其中至少三个多个VCSEL能在不同时刻产生激光。
17.如权利要求14所述的VCSEL阵列，进一步包括：
电极，向至少三组VCSEL提供电连接，
其中电极配置为彼此独立地提供电功率。
18.如权利要求14所述的VCSEL阵列，其中对应于至少三组VCSEL的VCSEL的图案不同于用于VCSEL阵列的VCSEL的图案。
19.如权利要求18所述的VCSEL阵列，其中VCSEL的图案是VCSEL的非均匀图案，且VCSEL的图案是VCSEL的非随机图案。
20.如权利要求14所述的VCSEL阵列，其中第二最小发射器至发射器距离被选择为在至少三组VCSEL中的仅一组产生激光时避免VCSEL的发射光斑在特定景深处重叠。
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