DE112021007116T5

DE112021007116T5 - Optisches modul und abstandsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE112021007116T5
Application number: DE112021007116.5T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kobayashi; Tatsuya Oiwa; Jialun XU; Motoi Kimura
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-12-21
Also published as: US20240111030A1; JPWO2022176389A1; CN116888494A; WO2022176389A1

Abstract

Die Auflösung soll verbessert werden, während die Anzahl von in einem optischen Modul angeordneten lichtemittierenden Elementen unterdrückt wird.Das optische Modul ist mit einem optischen Element versehen, das einen vom lichtemittierenden Element emittierten Lichtstrahl in einen im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Winkelbreite umwandelt, und einem Beugungselement, das den Lichtstrahl beugt, um ihn in eine Vielzahl von Lichtstrahlen zu trennen. Das Beugungselement erzeugt gebeugte Lichter in n Richtungen, und ein Winkel θx, der zwischen einer Beugungsrichtung und einer Seite in einer Richtung ausgebildet ist, in der das lichtemittierende Element angeordnet ist, erfüllt tan-1(b/3a). Ein Beugungswinkel φxdes gebeugten Lichts erfüllt m · sqrt ( (3φa) ^2 + (φb^2) / (2 (2n + 1)). Man beachte, dass φa und φb Winkeldifferenzen von zwei Lichtstrahlen sind, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b herbeigeführt werden. Darüber hinaus ist n eine natürliche Zahl und ist m eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf ein optisches Modul. Konkret bezieht sich diese auf ein optisches Modul, das ein Ziel mit einem Lichtstrahl bestrahlt, und eine Abstandsmessvorrichtung, die das optische Modul nutzt.
HINTERGRUNDTECHNIK
Ein optisches Modul, das ein Ziel mit einem Lichtstrahl bestrahlt, wird zur Messung eines Abstands mittels der Laufzeit (ToF), Formerkennung eines Objekts und dergleichen verwendet. Wenn punktförmiges Licht von solch einem optischen Modul emittiert wird, hängt dessen Auflösung von der Anzahl an Punkten ab. Im Gegensatz dazu ist eine Technologie der Mehrweg-Korrektur zum Korrigieren eines Einflusses von reflektiertem Licht von einem anderen Objekt als dem Ziel bekannt. Beispielsweise wird ein Kamerasystem vorgeschlagen, das eine Mehrweg-Korrektur durch Umschalten zwischen einer gleichmäßigen Bestrahlung und einer Punkt-Bestrahlung durchführt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1) .
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Offengelegte US-Patentveröffentlichung Nr. 2013/0148102 Beschreibung
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wie oben beschrieben wurde, nimmt, wenn die Anzahl lichtemittierender Elemente erhöht wird, um die Auflösung zu verbessern, ein Beitragsverhältnis eines Schwellenstroms der Laseroszillation zu und nimmt die elektro-optische Umwandlungseffizienz ab. Darüber hinaus gibt es eine Grenze für eine Anordnung der lichtemittierenden Elemente mit engen Intervallen, und die Fläche der Lichtemissionseinheit nimmt zu. Wenn darüber hinaus die Anzahl an Spots bzw. Punkten zunimmt, wird es schwierig, die oben beschriebene Mehrweg-Korrektur durchzuführen.
Die vorliegende Technologie wurde im Hinblick auf solch eine Situation entwickelt, und deren Ziel besteht darin, die Auflösung zu verbessern, während die Anzahl von im optischen Modul angeordneten lichtemittierenden Elementen unterdrückt wird.
LÖSUNG FÜR DIE PROBLEME
Die vorliegende Technologie dient zum Lösen des oben beschriebenen Problems, und deren erster Aspekt ist ein optisches Modul und eine Abstandsmessvorrichtung, die eine Lichtemissionseinheit enthält, die in einem Array zweidimensional angeordnete lichtemittierende Elemente enthält, und ein Beugungselement, das einen von jedem der lichtemittierenden Elemente emittierten Lichtstrahl beugt und den Lichtstrahl in eine Vielzahl von Lichtstrahlen trennt, worin die Lichtemissionseinheit eine Struktur aus einer Vielzahl von Arrays basierend auf einer Struktur aufweist, bei der die lichtemittierenden Elemente an Eckpunkten eines Vierecks, dessen einander gegenüberliegende Seiten parallel zueinander sind, und an einem Punkt angeordnet sind, an dem sich diagonale Linien des Vierecks schneiden, worin ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer ersten Richtung auf a festgelegt ist und ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer zweiten Richtung, die zur Seite der ersten Richtung orthogonal ist, auf b festgelegt ist, das Beugungselement gebeugtes Licht bzw. gebeugte Lichter in n Richtungen (n ist eine natürliche Zahl) erzeugt, wobei ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite in der ersten Richtung gebildeter Winkel θx $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a)$
erfüllt und ein Beugungswinkel φxdes gebeugten Lichts $φ x = m \cdot sqrt ((3 φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1))$
erfüllt, wenn Winkeldifferenzen von zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände (engl.: inter-light emission distances) a und b erzeugt werden, auf φa bzw. (φb festgelegt werden und m auf eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 gesetzt wird. Dies führt zu dem Effekt, dass das Beugungselement gebeugte Lichter in den n Richtungen erzeugt.
Darüber hinaus kann der erste Aspekt ferner ein optisches Element umfassen, das den von dem lichtemittierenden Element emittierten Lichtstrahl in einen im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Winkelbreite umwandelt. Dies führt zu dem Effekt, dass dem Beugungselement ein geeigneter Lichtstrahl zugeführt wird, selbst wenn es sich bei dem vom lichtemittierenden Element emittierten Lichtstrahl nicht um den im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl oder den Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Winkelbreite handelt.
Darüber hinaus kann der erste Aspekt ferner eine Lichtdetektionseinheit umfassen, die reflektiertes Licht von einem Ziel in Bezug auf den Lichtstrahl detektiert. Dies führt zu dem Effekt, dass das reflektierte Licht vom Ziel in Bezug auf den emittierten Lichtstrahl detektiert wird.
Darüber hinaus kann im ersten Aspekt die Lichtemissionseinheit eine Schalteinheit enthalten, die die lichtemittierenden Elemente schaltet, um Licht zwischen zumindest zwei Sätzen zu emittieren. Dies führt zu dem Effekt, dass das Bestrahlungsmuster gewechselt bzw. umgeschaltet wird.
Darüber hinaus kann im ersten Aspekt jedes der lichtemittierenden Elemente zumindest zwei aktive Schichten in einer longitudinalen Richtung enthalten. Dies führt zu dem Effekt, dass die Intensität des von jedem der lichtemittierenden Elemente emittierten Lichts verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung 10 in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Beleuchtungseinheit 100 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines von einer Lichtemissionseinheit 110 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie emittierten Lichts veranschaulicht.
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration der Lichtemissionseinheit 110 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
5 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes strukturelles Beispiel eines lichtemittierenden Elements 111 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites strukturelles Beispiel des lichtemittierenden Elements 111 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters eines Beugungselements 114 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das ein strukturelles Beispiel eines Beugungselements 134 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der lichtemittierenden Elemente 111 in der Lichtemissionseinheit 110 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für gebeugtes Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
12 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (ein Fall, in dem das Beugungselement 134 nicht vorgesehen ist) in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
13 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 1) in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
14 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 2) in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
15 ist ein Diagramm, das ein strukturelles Beispiel des Beugungselements 134 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für gebeugtes Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
18 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 1) in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
19 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 2) in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
20 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 3) in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
21 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 4) in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 in einer Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
24 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 2) in der Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
25 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (um 180 Grad gedreht) in der Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
27 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
28 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 1) in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
29 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 2) in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
30 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 3) in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
31 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 4) in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
32 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 5) in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
33 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 6) in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
34 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
35 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
36 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel für ein Lichtbestrahlungs-Punktmuster (m = 3) in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
37 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (m = 6) in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
38 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch das lichtemittierende Element 111 in einer ersten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
39 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der ersten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
40 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch das lichtemittierende Element 111 in einer zweiten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
41 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der zweiten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
42 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Lichtemissionseinheit 110 in einem ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
43 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel eines Laser-Treibers 118 zum Ansteuern der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
44 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel eines Laser-Treibers 118 zum Ansteuern der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
45 ist Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 auf einer X-Seite in dem ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
46 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 auf der X-Seite im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
47 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch ein lichtemittierendes Element 111 auf einer Y-Seite im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
48 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das gebeugte Licht durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 auf der Y-Seite im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
49 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (Licht wird nur auf der X-Seite emittiert) im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
50 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (Licht wird nur auf der Y-Seite emittiert) im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
51 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters (Licht wird auf sowohl der X-Seite als auch der Y-Seite emittiert) im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
52 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Betriebszeitsteuerung einer Lichtemissionssteuerung der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
53 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel für eine Gruppierung der lichtemittierenden Elemente 111 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
54 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel für eine Gruppierung der lichtemittierenden Elemente 111 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
55 ist ein Diagramm, das ein drittes Beispiel für eine Gruppierung der lichtemittierenden Elemente 111 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
56 ist ein Diagramm, das ein viertes Beispiel für eine Gruppierung der lichtemittierenden Elemente 111 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
57 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Beleuchtungseinheit 100 in einem zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
58 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten eines Lichtstrahls im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
59 ist ein Diagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel der Lichtemissionseinheit 110 im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
60 ist ein Diagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel der Lichtemissionseinheit 110 im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
61 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Modi zum Ausführen der vorliegenden Technologie (worauf hier im Folgenden als Ausführungsformen verwiesen wird) werden im Folgenden beschrieben. Die Beschreibung wird in der folgenden Reihenfolge gegeben.

1. Erstes Anwendungsbeispiel (Beispiel für eine Teilung von Licht in drei durch ein Beugungselement)
2. Zweite Ausführungsform (Beispiel für eine Teilung von Licht in fünf durch ein Beugungselement)
3. Dritte Ausführungsform (Beispiel für eine Teilung von Licht in sieben durch ein Beugungselement)
4. Vierte Ausführungsform (Beispiel für eine Teilung von Licht in neun durch ein Beugungselement)
5. Fünfte Ausführungsform (Variante)
6. Sechste Ausführungsform (Anwendungsbeispiel)

<1. Erste Ausführungsform>
[Konfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung]
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Gesamtkonfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung 10 in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Die Entfernungsmessvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung, die einen Abstand zu einem Bestrahlungsziel 20 misst, indem das Bestrahlungsziel 20 mit Beleuchtungslicht bestrahlt und davon reflektiertes Licht empfangen wird. Die Entfernungsmessvorrichtung 10 ist mit einer Beleuchtungseinheit 100, einer Lichtempfangseinheit 200, einer Steuerungseinheit 300 und einer Entfernungsmesseinheit 400 versehen.
Die Beleuchtungseinheit 100 erzeugt Bestrahlungslicht synchron mit einem Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp einer Rechteckwelle von der Steuerungseinheit 300. Es reicht aus, dass das Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp ein periodisches Signal ist, und dieses ist nicht auf die Rechteckwelle beschränkt. Beispielsweise kann es sich bei dem Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp um eine Sinuswelle handeln.
Die Lichtempfangseinheit 200 empfängt das reflektierte Licht, das vom Bestrahlungsziel 20 reflektiert wurde, und detektiert jedes Mal, wenn eine Periode eines vertikalen Synchronisationssignals VSYNC verstreicht bzw. abläuft, die Menge des empfangenen Lichts innerhalb der Periode. In der Lichtempfangseinheit 200 ist eine Vielzahl von Pixel-Schaltungen in Form eines zweidimensionalen Gitters angeordnet. Die Lichtempfangseinheit 200 stellt der Entfernungsmesseinheit 400 Bilddaten (Einzelbild bzw. Frame) bereit, die der Menge des empfangenen Lichts dieser Pixel-Schaltungen entsprechen. Man beachte, dass die Lichtempfangseinheit 200 ein Beispiel für eine in den Ansprüchen angeführte Lichtdetektionseinheit ist.
Die Steuerungseinheit 300 steuert die Beleuchtungseinheit 100 und die Lichtempfangseinheit 200. Die Steuerungseinheit 300 erzeugt das Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp und stellt dieses der Beleuchtungseinheit 100 und der Lichtempfangseinheit 200 bereit.
Die Entfernungsmesseinheit 400 misst den Abstand zum Bestrahlungsobjekt 20 mittels eines ToF-Verfahrens auf der Basis der Bilddaten. Die Entfernungsmesseinheit 400 misst den Abstand für jede Pixel-Schaltung und erzeugt eine Tiefenkarte, die einen Abstand zu einem Objekt als Gradationswert für jedes Pixel angibt. Diese Tiefenkarte wird für beispielsweise eine Bildverarbeitung zum Durchführen einer Unschärfebearbeitung eines Grads entsprechend einem Abstand, einer Autofokus-(AF-)Verarbeitung, um einen Brennpunkt einer Fokuslinse gemäß einem Abstand zu erhalten, und dergleichen verwendet.
[Konfiguration einer Beleuchtungseinheit]
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration der Beleuchtungseinheit 100 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Die Beleuchtungseinheit 100 ist mit einer Lichtemissionseinheit 110, einer Kollimatorlinse 113 und Beugungselementen 114 und 134 versehen. Die Kollimatorlinse 113 und die Beugungselemente 114 und 134 sind in dieser Reihenfolge auf einem optischen Weg des von der Lichtemissionseinheit 110 emittierten Lichts angeordnet. Man beachte, dass die Reihenfolge der Anordnung nicht auf diese beschränkt ist.
Die Kollimatorlinse 113 ist ein optisches Element, das einen von der Lichtemissionseinheit 110 emittierten Lichtstrahl in einen im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Winkelbreite kollimiert. Die Kollimatorlinse 113 ist nicht auf eine allgemeine optische Linse beschränkt, solange diese ein Element mit einer kollimierenden Funktion ist. Beispielsweise ist es auch möglich, eine Fresnel-Linse oder eine Meta-Linse anzuordnen. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem von der Lichtemissionseinheit 110 emittiertes Licht im Wesentlichen paralleles Licht ist und jeweils in eine gewünschte Richtung emittiert wird, eine optische Komponente zum Kollimieren weggelassen werden. Man beachte, dass die Kollimatorlinse 113 ein Beispiel für ein in den Ansprüchen angeführtes optisches Element ist.
Die Beugungselemente 114 und 134 sind Elemente, die den Lichtstrahl beugen, um ihn in eine Vielzahl von Lichtstrahlen zu trennen. Das Beugungselement 114 führt eine Kachelung in 3 × 3 wie später beschrieben durch. Das Beugungselement 134 erzeugt gebeugtes Licht einer vorbestimmten Ordnung, wie später beschrieben wird. Man beachte, dass in diesem Beispiel angenommen wird, dass die Beugungselemente 114 und 134 als Vorder- und Rückseiten integriert sind, sie aber auch separate Komponenten sein können. Man beachte, dass das Beugungselement 114 weggelassen werden kann. Darüber hinaus können Funktionen der Beugungselemente 114 und 134 auf der gleichen Ebene ausgebildet sein. Die Richtung eines Beugungsgitters kann um 180 Grad gedreht sein. Das heißt, eine in dieser Ausführungsform beschriebene Beugungsrichtung kann um 180 Grad gedreht sein.
Die Lichtemissionseinheit 110 wird von einer Halteeinheit 121 gehalten, und die Kollimatorlinse 113, das Beugungselement 114 und das Beugungselement 134 werden von einer Halteeinheit 122 gehalten. Die Halteeinheit 121 ist mit beispielsweise einer Kathodenelektrodeneinheit 123 und zwei Anodenelektrodeneinheiten 124 und 125 auf einer Oberfläche versehen, die einer Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der die Lichtemissionseinheit 110 gehalten wird.
Die Lichtemissionseinheit 110 ist beispielsweise ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser, der eine Vielzahl lichtemittierender Elemente enthält. Die Vielzahl lichtemittierender Elemente ist in einem Array auf einem Substrat angeordnet. In diesem Beispiel sind optische Wege eines von drei lichtemittierenden Elementen emittierten Lichts schematisch repräsentativ veranschaulicht; aber tatsächlich wird, wie in 3 veranschaulicht ist, Licht einer großen Anzahl lichtemittierender Elemente in Richtung des Bestrahlungsziels 20 emittiert.
[Konfiguration einer Lichtemissionseinheit]
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Licht veranschaulicht, das von der Lichtemissionseinheit 110 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie emittiert wird.
Die Lichtemissionseinheit 110 hat eine Größe von beispielsweise 1 cm im Quadrat. In der Lichtemissionseinheit 110 sind beispielsweise etwa 300 bis 600 lichtemittierende Elemente 111 angeordnet. Die Lichtemissionseinheit 110 weist beispielsweise eine Lichtleistung bzw. Lichtabgabe von 1 bis 5 W auf. Es wird angenommen, dass die Wellenlänge beispielsweise 940 nm beträgt, aber als weiteres Beispiel auch 850 nm oder 1,5 µm betragen kann.
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration der Lichtemissionseinheit 110 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Die Lichtemissionseinheit 110 ist beispielsweise ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) vom vorderseitig emittierenden Typ, der eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 enthält. Die Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 ist auf einem Substrat 130 vom n-Typ ausgebildet. Das Substrat 130 ist auf einem Komponenten integrierenden Substrat 119 montiert. Das Komponenten integrierende Substrat 119 kann einen Laser-Treiber 118 zum Ansteuern der Lichtemissionseinheit 110 enthalten. Man beachte, dass das Substrat 130 nicht auf den n-Typ beschränkt ist und ein Substrat vom p-Typ oder ein hochohmiges Substrat sein kann.
Man beachte, dass, obgleich hierin ein Beispiel für den VCSEL vom vorderseitig emittierenden Typ veranschaulicht ist, auch ein VCSEL vom rückseitig emittierenden Typ verwendet werden kann. Darüber hinaus ist die Anmeldung nicht auf den VCSEL beschränkt und ist es auch möglich, sie auf eine Konfiguration anzuwenden, in der eine Vielzahl stirnseitig emittierender Laser angeordnet ist.
[Struktur eines lichtemittierenden Elements]
5 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes strukturelles Beispiel des lichtemittierenden Elements 111 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Die Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 ist auf dem Substrat 130 in einem Array angeordnet. Jedes der lichtemittierenden Elemente 111 umfasst eine Halbleiterschicht 140, die eine untere Bragg-Spiegelschicht bzw. verteilte Bragg-Reflektor-(DBR-)Schicht 141, eine untere Abstandshalterschicht 142, eine aktive Schicht 143, eine obere Abstandshalterschicht 144, eine obere DBR-Schicht 145 und eine Kontaktschicht 146 in dieser Reihenfolge auf einer Seite der vorderen Oberfläche des Substrats 130 umfasst. Ein oberer Bereich der Halbleiterschicht 140, konkret ein Teil der unteren DBR-Schicht 141, die untere Abstandshalterschicht 142, die aktive Schicht 143, die obere Abstandshalterschicht 144, die obere DBR-Schicht 145 und die Kontaktschicht 146 bilden eine säulenförmige Mesa-Struktur bzw. Mesa 147. In der Mesa 147 bildet die Mitte der aktiven Schicht 143 ein lichtemittierendes Gebiet 143A. Darüber hinaus ist die obere DBR-Schicht 145 mit einer Stromeinengungsschicht 148 und einer Pufferschicht 149 versehen.
Das Substrat 130 ist beispielsweise ein GaAs-Substrat vom n-Typ. Beispiele für eine Störstelle vom n-Typ umfassen beispielsweise Silizium (Si), Selen (Se) oder dergleichen. Die Halbleiterschicht 140 enthält jeweils beispielsweise einen AlGaAs-basierten Verbindungshalbleiter. Bei dem AlGaAs-basierten Verbindungshalbleiter handelt es sich hier um einen Verbindungshalbleiter, der zumindest Aluminium (Al) und Gallium (Ga) unter den Elementen der Gruppe 3B des Periodensystems in Kurzfassung und zumindest Arsen (As) unter den Elementen der Gruppe 5B des Periodensystems in Kurzfassung enthält. Man beachte, dass andere Materialien je nach der Wellenlänge ebenfalls verwendet werden können.
Auf einer oberen Oberfläche der Kontaktschicht 146, bei der es sich um eine obere Oberfläche der Mesa 147 handelt, ist eine ringförmige obere Elektrode 151, die eine Lichtemissionsöffnung 151A einschließt, ausgebildet. Darüber hinaus ist auf einer seitlichen Oberfläche und einer peripheren Oberfläche der Mesa 147 eine Isolierschicht ausgebildet. Die obere Elektrode 151 ist durch Draht-Bonding über ein Elektroden-Pad mit einer auf einer vorderen Oberfläche der Halteeinheit 121 vorgesehenen Elektrodeneinheit verbunden und ist mit den Anodenelektrodeneinheiten 124 und 125 verbunden, die auf einer rückseitigen Oberfläche der Halteeinheit 121 vorgesehen sind.
Eine untere Elektrode 152 ist auf einer rückseitigen Oberfläche des Substrats 130 vorgesehen. Die untere Elektrode 152 ist mit der auf der rückseitigen Oberfläche der Halteeinheit 121 vorgesehenen Kathodenelektrodeneinheit 123 elektrisch verbunden.
Man beachte, dass, obgleich ein Beispiel, bei dem die Kathodenelektrode als gemeinsame Elektrode eingerichtet ist und die Anodenelektrode getrennt vorgesehen ist, in diesem Beispiel beschrieben wird, es je nach der Struktur des lichtemittierenden Elements 111 auch möglich ist, die Anodenelektrode zur gemeinsamen Elektrode zu machen und die Kathodenelektrode getrennt vorzusehen.
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites strukturelles Beispiel des lichtemittierenden Elements 111 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Das lichtemittierende Element 111 des zweiten Konfigurationsbeispiels ist ein VCSEL vom Typ mit mehreren Übergängen und hat eine Struktur, bei der eine P-DBR-Schicht 171, eine aktive Schicht 172, ein Tunnelübergang 173, eine aktive Schicht 174 und eine N-DBR-Schicht 175 von einer Emissionsseite aus in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Das heißt, zwei pn-Übergänge sind verbunden, und aktive Schichten (aktive Gebiete) 172 und 174, die eine Laseroszillationswellenlänge emittieren, sind in einer vertikalen Richtung dazwischen gestapelt. Indem man auf diese Weise eine Vielzahl aktiver Schichten 172 und 174 vorsieht, kann ein von jedem der lichtemittierenden Elemente 111 abgegebenes Licht verbessert werden (siehe Zhu Wenjun, et. al: „Analysis of the Operating Point of a Novel Multiple-Active Region Tunneling-Regenerated Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser", Proc. of International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology, Bd. 6, S. 1306-1309, 2001). Entsprechend diesem VCSEL vom Typ mit mehreren Übergängen ist es möglich, Größe und Kosten des Elements zu reduzieren. Man beachte, dass, obgleich im zweiten strukturellen Beispiel weggelassen, ähnlich dem ersten strukturellen Beispiel eine Abstandshalterschicht, eine Pufferschicht, eine Stromeinengungsschicht, eine Mesa, eine Lichtemissionsöffnung, eine obere Elektrodenschicht und eine untere Elektrodenschicht in der Nähe der aktiven Schicht vorgesehen sein können.
Da in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie Punktlicht durch das Beugungselement 134 geteilt wird, ist es möglich, die Anzahl der Punkte zu erhöhen, während die Lichtintensität des Punktlichts beibehalten oder gesteigert wird, durch Kombinieren mit dem VCSEL vom Typ mit mehreren Übergängen. Daher können dann sowohl die Genauigkeit der Entfernungsmessung als auch die Auflösung der Entfernungsmessung erfüllt werden.
[Kachelung]
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters des Beugungselements 114 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Das Beugungselement 114 trennt jeden der Lichtstrahlen, die von der Lichtemissionseinheit 110 emittiert und dann durch die Kollimatorlinse 113 kollimiert werden, in eine Vielzahl von Lichtstrahlen. In diesem Beispiel werden für jeden der Lichtstrahlen in einem zentralen Viereck Repliken in acht vertikalen, horizontalen und schrägen Richtungen erzeugt und wird eine Kachelung (engl.: tiling) in 3 × 3 durchgeführt.
Im Gegensatz dazu erzeugt das Beugungselement 134 für jeden der auf diese Weise durch das Beugungselement 114 gekachelten Lichtstrahlen gebeugtes Licht einer vorbestimmten Ordnung.
[Struktur eines Beugungselements]
8 ist ein Diagramm, das ein strukturelles Beispiel des Beugungselements 134 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass das Licht durch das Beugungselement 134 in drei geteilt wird. Deshalb nutzt das Beugungselement 134 ein Beugungsgitter, das erhalten wird, indem feine parallele Schlitze auf einer Ebene aus Glas und dergleichen vorgesehen werden. Daher erzeugt das Beugungselement 134 gebeugtes Licht in einer Richtung für das Bestrahlungsmuster des Beugungselements 114, das oben beschrieben wurde.
[Anordnung eines lichtemittierenden Elements]
9 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel der lichtemittierenden Elemente 111 in der Lichtemissionseinheit 110 in der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der Lichtemissionseinheit 110 angeordnet. Die Lichtemissionseinheit 110 hat eine Struktur aus einer Vielzahl von Arrays basierend auf einer Struktur, bei der die lichtemittierenden Elemente 111 an Eckpunkten A, B, C und D eines Vierecks, dessen einander gegenüberliegende Seiten zueinander parallel sind, und einem Punkt O, an dem sich dessen diagonale Linien schneiden, angeordnet sind. Es wird angenommen, dass ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen 111 auf einer Seite AB (DC) in einer Richtung auf a festgelegt wird, ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen 111 auf einer Seite AD (BC), die dazu orthogonal ist, auf b festgelegt wird und ein durch zwei diagonale Linien gebildeter Winkel AOB auf θo festgelegt wird.
[Gebeugtes Licht]
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts bzw. der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass n = 1 gilt, das heißt das gebeugte Licht in einer Richtung erzeugt wird. Das Beugungselement 134 erzeugt positives gebeugtes Licht 711 erster Ordnung und negatives gebeugtes Licht 712 erster Ordnung für das von einem lichtemittierenden Element 111 am oben beschriebenen Punkt C emittierte Licht. Daher werden insgesamt zwei gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt.
Ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a) .$
Wenn Winkeldifferenzen der beiden Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf cpa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φxdes gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((3 φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1)) .$
Man beachte, dass eine Beugungseinheit m eine Einheit ist, die den Beugungswinkel definiert und eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 ist. Diese Beugungseinheit m ist wünschenswerterweise: $m < 2 n + 1.$
12 bis 14 sind Diagramme, die spezifische Beispiele eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. Die lichtemittierenden Elemente 111 sind hier in 11 × 21 in einem Array angeordnet. 12 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem das Beugungselement 134 nicht vorgesehen ist. 13 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem das Beugungselement 134 vorgesehen ist und die Beugungseinheit m auf 1 eingestellt ist. 14 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem das Beugungselement 134 vorgesehen ist und die Beugungseinheit m auf 2 eingestellt ist.
Da zwei gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt werden, nimmt auf diese Weise die Anzahl der Punkte durch das Licht nullter Ordnung durch das lichtemittierende Element 111 selbst und das positive gebeugte Licht erster Ordnung und das negative gebeugte Licht erster Ordnung, die durch das Beugungselement 134 erzeugt werden, um das Dreifache zu. Darüber hinaus werden die Abstände zwischen den Punkten gleichmäßig gehalten. Daher kann die Auflösung bei der Entfernungsmessung verbessert werden.
Darüber hinaus nimmt mit zunehmendem Wert der Beugungseinheit m die Anzahl der Punkte in einem peripheren Bereich ab, so dass der Wert der Beugungseinheit m wünschenswerterweise kleiner ist. Die Beugungseinheit m = 1 ist besonders wünschenswert. Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem der Beugungswinkel klein ist und es schwierig ist, den Beugungswinkel und die Effizienz des Beugungselements 134 zu steuern, auch möglich, die Beugungseinheit m größer auszulegen.
Man beachte, dass in einem Fall, in dem das Beugungselement 134 vorgesehen ist, nicht wenig gebeugtes Licht hoher Ordnung erzeugt wird. Da in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie das gebeugte Licht hoher Ordnung mit dem Licht nullter Ordnung oder dem positiven gebeugten Licht erster Ordnung und dem negativen gebeugten Licht erster Ordnung von einem anderen lichtemittierenden Element überlappt, fungiert dieses effektiv als das Punktlicht.
<2. Zweite Ausführungsform>
In dieser zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel zum Teilen von Licht in fünf durch das Beugungselement 134 beschrieben. Man beachte, dass die Konfiguration mit Ausnahme des Beugungselements 134 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist, die oben beschrieben wurde, so dass deren detaillierte Beschreibung unterlassen wird.
[Struktur eines Beugungselements]
15 ist ein Diagramm, das ein strukturelles Beispiel des Beugungselements 134 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der zweiten Ausführungsform wird angenommen, dass das Licht durch das Beugungselement 134 in fünf geteilt wird. Daher wird als das Beugungselement 134 ein beugendes bzw. diffraktives optisches Element (DOE) verwendet, das erhalten wird, indem die Form eines feinen Gitters auf einer Ebene aus Glas und dergleichen ausgebildet wird. Das Beugungselement 134 erzeugt gebeugtes Licht bzw. gebeugte Lichter in zwei Richtungen für das Bestrahlungsmuster des Beugungselements 114, das oben beschrieben wurde.
[Gebeugtes Licht]
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der zweiten Ausführungsform wird angenommen, dass n = 2 gilt, das heißt die gebeugten Lichter in zwei Richtungen erzeugt werden. Das Beugungselement 134 erzeugt ein positives gebeugtes Licht erster Ordnung und ein negatives gebeugtes Licht erster Ordnung in jeder der beiden Richtungen für das Licht, das von einem lichtemittierenden Element 111 am Punkt C emittiert wird, der oben beschrieben wurde. Daher werden insgesamt vier gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt.
Ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung ausgebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = tan - 1 (b/3a) .$
Wenn Winkeldifferenzen der beiden Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel (φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((3 φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen einer anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (- 3 b/a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der beiden Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel (φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt (φ a2 + (3φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Man beachte, dass, wie oben beschrieben wurde, die Beugungseinheit m eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 ist.
18 bis 21 sind Diagramme, die spezifische Beispiele eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschreiben. 18 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 1 gesetzt ist. 19 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 2 gesetzt ist. 20 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 3 gesetzt ist. 21 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 4 gesetzt ist.
Da auf diese Weise vier gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt werden, nimmt die Anzahl der Punkte durch Licht nullter Ordnung, die positiven gebeugten Lichter erster Ordnung und die negativen gebeugten Lichter erster Ordnung um das Fünffache zu. Darüber hinaus werden die Abstände zwischen den Punkten gleichmäßig gehalten. Daher kann die Auflösung bei der Entfernungsmessung weiter verbessert werden.
Überdies nimmt mit zunehmendem Wert der Beugungseinheit m die Anzahl der Punkte in einem peripheren Bereich ab, so dass der Wert der Beugungseinheit m wünschenswerterweise kleiner ist. Die Beugungseinheit m = 1 ist besonders wünschenswert. Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem der Beugungswinkel klein ist und es schwierig ist, den Beugungswinkel und die Effizienz des Beugungselements 134 zu steuern, auch möglich, die Beugungseinheit m größer auszulegen.
[Variante]
22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 in einer Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Bei dieser Variante erfüllt ein durch eine Beugungsrichtung und die Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θx: $θ x = {tan}^{- 1} (b/2a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der beiden Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach einer Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((2 φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen einer anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (- 2 b/a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt (φ a2 + (2 φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Man beachte, die Beugungseinheit m eine natürliche Zahl ist, die ein Vielfaches von 2 mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 ist. Diese Beugungseinheit m ist wünschenswerterweise: $m < 2 n + 1.$
24 bis 25 sind Diagramme, die spezifische Beispiele eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der Variante der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. 24 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 2 gesetzt ist. 25 veranschaulicht ein Beispiel, wenn es im Beispiel in 24 um 180 Grad gedreht ist. 25 veranschaulicht ein Muster ähnlich jenem in 18 der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde.
<3. Dritte Ausführungsform>
In dieser dritten Ausführungsform wird ein Beispiel zum Teilen des Lichts in sieben durch das Beugungselement 134 beschrieben. Man beachte, dass die Konfiguration mit Ausnahme des Beugungselements 134 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist, die oben beschrieben wurde, so dass deren detaillierte Beschreibung unterlassen wird.
[Gebeugtes Licht]
26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 27 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der dritten Ausführungsform wird angenommen, dass n = 3 gilt, das heißt die gebeugten Lichter in drei Richtungen erzeugt werden. Das Beugungselement 134 erzeugt positives gebeugtes Licht erster Ordnung und negatives gebeugtes Licht erster Ordnung in jeder der drei Richtungen für das Licht, das von einem lichtemittierenden Element 111 an dem Punkt C emittiert wird, der oben beschrieben wurde. Daher werden insgesamt sechs gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt.
Ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf cpa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((3 φ a) 2 + φ b 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen einer anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (5b / a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt (φ a 2 + (5 φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen einer noch anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (- 4 b / 2a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((2 φ a) 2 + (4φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Man beachte, dass, wie oben beschrieben wurde, die Beugungseinheit m eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 ist.
28 bis 33 sind Diagramme, die spezifische Beispiele eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. 28 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 1 gesetzt ist. 29 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 2 gesetzt ist. 30 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 3 gesetzt ist. 31 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 4 gesetzt ist. 32 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 5 gesetzt ist. 33 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 6 gesetzt ist.
Da auf diese Weise sechs gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt werden, nimmt die Anzahl der Punkte durch Licht nullter Ordnung, die positiven gebeugten Lichter erster Ordnung und die negativen gebeugten Lichter erster Ordnung um das Siebenfache zu. Darüber hinaus werden die Abstände zwischen den Punkten gleichmäßig gehalten. Daher kann die Auflösung bei der Entfernungsmessung weiter verbessert werden.
Darüber hinaus nimmt mit zunehmendem Wert der Beugungseinheit m die Anzahl der Punkte in einem peripheren Bereich ab, so dass der Wert der Beugungseinheit m wünschenswerter kleiner ist. Die Beugungseinheit m = 1 ist besonders wünschenswert. Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem der Beugungswinkel klein ist und es schwierig ist, den Beugungswinkel und die Effizienz des Beugungselements 134 zu steuern, auch möglich, die Beugungseinheit m größer auszulegen.
<4. Vierte Ausführungsform>
In dieser vierten Ausführungsform wird ein Beispiel zum Teilen von Licht in neun durch das Beugungselement 134 beschrieben. Man beachte, dass die Konfiguration mit Ausnahme des Beugungselements 134 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist, die oben beschrieben wurde, so dass deren detaillierte Beschreibung unterlassen wird.
[Gebeugtes Licht]
34 ist Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 35 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der vierten Ausführungsform wird angenommen, dass n = 4 gilt, das heißt die gebeugten Lichter in vier Richtungen erzeugt werden. Das Beugungselement 134 erzeugt positives gebeugtes Licht erster Ordnung und negatives gebeugtes Licht erster Ordnung in jeder der vier Richtungen für das Licht, das von einem lichtemittierenden Element 111 an dem Punkt C emittiert wird, der oben beschrieben wurde. Daher werden insgesamt achte gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt.
Ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θx erfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (b / 3a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((3 φ a) 2 + φ b 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen einer anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θx erfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (4b / 2a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((2 φ a) 2 + (4 φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen einer anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θx erfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (- 3b / a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((φ a} 2 + (3 φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Ein zwischen noch einer anderen Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θx erfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (- 2b / 4a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = m \cdot sqrt ((4 φ a) 2 + (2 φ b) 2) / (2 (2 n + 1)) .$
Man beachte, dass die Beugungseinheit m eine natürliche Zahl ist, die ein Vielfaches von 3 mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 ist. Diese Beugungseinheit m ist wünschenswerterweise: $m < 2 n + 1.$
36 und 37 sind Diagramme, die spezifische Beispiele eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. 36 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 3 gesetzt ist. 37 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem die Beugungseinheit m auf 6 gesetzt ist.
Da auf diese Weise acht gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt werden, nimmt die Anzahl der Punkte durch Licht nullter Ordnung, die positiven gebeugten Lichter erster Ordnung und die negativen gebeugten Lichter erster Ordnung um das Neunfache zu. Darüber hinaus werden die Abstände zwischen den Punkten gleichmäßig gehalten. Daher kann die Auflösung bei der Entfernungsmessung weiter verbessert werden.
Darüber hinaus nimmt mit zunehmendem Wert der Beugungseinheit m die Anzahl der Punkte in einem peripheren Bereich ab, so dass der Wert der Beugungseinheit m wünschenswerter kleiner ist. Die Beugungseinheit m = 3 ist besonders wünschenswert. Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem der Beugungswinkel klein ist und es schwierig ist, den Beugungswinkel und die Effizienz des Beugungselements 134 zu steuern, auch möglich, die Beugungseinheit m größer auszulegen.
<5. Variante>
Hier wird eine Variante der oben beschriebenen vierten Ausführungsform beschrieben. Das heißt, ein weiteres Beispiel wird beschrieben, bei dem das Licht durch das Beugungselement 134 in neun geteilt wird. Man beachte, dass die Konfiguration mit Ausnahme des Beugungselements 134 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist, die oben beschrieben wurde, so dass deren detaillierte Beschreibung unterlassen wird.
[Erste Variante]
38 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch das lichtemittierende Element 111 in einer Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der ersten Variante wird angenommen, dass n = 4 gilt, das heißt die gebeugten Lichter in vier Richtungen erzeugt werden. Das Beugungselement 134 erzeugt positives gebeugtes Licht erster Ordnung und negatives gebeugtes Licht erster Ordnung in jeder der vier Richtungen für das Licht, das von einem lichtemittierenden Element 111 an dem Punkt C emittiert wird, der oben beschrieben wurde. Daher werden insgesamt acht gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt.
Ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (b / a) .$
Wenn Winkeldifferenzen der zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = 3 \cdot sqrt (φ a2 + φ b2) / (2 (2 n + 1)) .$
39 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der ersten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Da auf diese Weise acht gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt werden, nimmt die Anzahl der Punkte durch Licht nullter Ordnung, die positiven gebeugten Lichter erster Ordnung und die negativen gebeugten Lichter erster Ordnung um das Neunfache zu. Darüber hinaus werden die Abstände zwischen den Punkten gleichmäßig gehalten. Daher kann die Auflösung bei einer Entfernungsmessung weiter verbessert werden.
[Zweite Variante]
40 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch das lichtemittierende Element 111 in einer zweiten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der zweiten Variante wird angenommen, dass n = 4 gilt, das heißt die gebeugten Lichter in vier Richtungen erzeugt werden. Das Beugungselement 134 erzeugt positives gebeugtes Licht erster Ordnung und negatives gebeugtes Licht erster Ordnung in jeder der vier Richtungen für das Licht, das von einem lichtemittierenden Element 111 am Punkt C emittiert wird, der oben beschrieben wurde. Daher werden insgesamt acht gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt.
Ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite AB (CD) in einer Richtung gebildeter Winkel θxerfüllt: $θ x = {tan}^{- 1} (b/2a) .$
Wenn die Winkeldifferenzen zwischen den zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, nach der Kollimation durch die Kollimatorlinse 113 auf φa bzw. φb festgelegt werden, erfüllt ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts: $φ x = 6 \cdot sqrt ((2 φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1)) .$
41 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters in der zweiten Variante der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Da auf diese Weise acht gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt werden, nimmt die Anzahl der Punkte durch Licht nullter Ordnung, die positiven gebeugten Lichter erster Ordnung und die negativen gebeugten Lichter erster Ordnung um das Neunfache zu. Darüber hinaus werden die Abstände zwischen den Punkten gleichmäßig gehalten. Daher kann die Auflösung bei der Entfernungsmessung weiter verbessert werden.
<6. Anwendungsbeispiel>
[Erstes Anwendungsbeispiel>
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Anzahl der Punktlichter erhöht, indem das Punktlicht durch das Beugungselement 134 geteilt wird. In diesem ersten Anwendungsbeispiel sind die lichtemittierenden Elemente 111, die Licht emittieren, in Gruppen (Sätze) unterteilt, und werden die lichtemittierende Elemente 111, die Licht emittieren, in zeitgeteilter Weise geschaltet. Daher kann ein Lichtemissionsmuster nach Bedarf geändert werden. Das heißt, das Umschalten der Lichtemission ermöglicht Mehrweg-Gegenmaßnahmen, während die Auflösung verbessert wird.
[Konfiguration einer Lichtemissionseinheit]
42 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Die Lichtemissionseinheit 110 in diesem Anwendungsbeispiel gruppiert die in einem Array angeordneten lichtemittierenden Elemente 111 in Einheiten von Spalten bzw. spaltenweise in eine X-Seite (lichtemittierende Elementgruppen X1 bis X9) und eine Y-Seite (lichtemittierende Elementgruppen Y1 bis Y9). Dann sind ein X-seitiges Elektroden-Pad 161 und ein Y-seitiges Elektroden-Pad 162 getrennt bereitgestellt. Daher können die X-Seite und die Y-Seite der lichtemittierenden Elemente 111 unabhängig angesteuert werden.
In diesem Beispiel sind die lichtemittierenden Elementgruppen X1 bis X9 und die lichtemittierenden Elementgruppen Y1 bis Y9 auf dem Substrat 130 mit einer rechteckigen Form abwechselnd angeordnet. Man beachte, dass ein Beispiel, bei dem die lichtemittierenden Elementgruppen X1 bis X9 und die lichtemittierenden Elementgruppen Y1 bis Y9 abwechselnd angeordnet sind, hierin beschrieben ist, aber keine Einschränkung besteht. Beispielsweise kann die Anzahl der Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 je nach der gewünschten Anzahl und Position von Lichtemissionspunkten und eines gewünschten Betrags der Lichtabgabe wahlfrei in einem Array angeordnet werden.
43 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel eines Laser-Treibers 118 zum Ansteuern der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Im ersten Beispiel ist der Laser-Treiber 118 gemeinsam auf der X-Seite und der Y-Seite der lichtemittierenden Elemente 111 angeordnet und wird die Lichtemission im lichtemittierenden Element 111 durch Öffnen und Schließen eines Schalters 117 gesteuert. Das heißt, durch Einschalten eines der zwei Schalter 117 und Ausschalten des anderen ist es möglich, zwischen der X-Seite und der Y-Seite der lichtemittierenden Elemente 111 umzuschalten. Man beachte, dass der Schalter 117 ein Beispiel für eine in den Ansprüchen angeführte Schaltereinheit ist.
44 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel eines Laser-Treibers 118 zum Ansteuern der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In diesem zweiten Beispiel ist der Laser-Treiber 118 zum Ansteuern sowohl der X-Seite als auch der Y-Seite der lichtemittierenden Elemente 111 getrennt vorgesehen. Das heißt, einer der zwei Laser-Treiber 118 wird genutzt, um die lichtemittierenden Elemente 111 auf der X-Seite anzusteuern, und der andere wird genutzt, um die lichtemittierenden Elemente 111 auf der Y-Seite anzusteuern. Indem man die Laser-Treiber 118 auf diese Weise getrennt bereitstellt, können Ansteuerungsbedingungen wie etwa Strom und Spannung individuell gesteuert werden.
Man beachte, dass das Umschalten der Lichtemission zwischen der X-Seite und der Y-Seite der lichtemittierenden Elemente 111 durch den Schalter 117 auch in diesem Fall durchgeführt werden kann. Obgleich die Konfiguration der gemeinsamen Kathodenschaltung in diesem Beispiel beschrieben wird, ist auch eine gemeinsame Anodenschaltung möglich und kann der Laser-Treiber 118 in jeder Anode angeordnet und durch Betrieb jedes Laser-Treibers geschaltet werden.
[Gebeugtes Licht]
45 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 auf der X-Seite im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 46 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 auf der X-Seite im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 47 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des gebeugten Lichts durch ein lichtemittierendes Element 111 auf der Y-Seite im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. 48 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der gebeugten Lichter durch eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 auf der Y-Seite im Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In diesem Beispiel erzeugt ähnlich der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform das Beugungselement 134 das positive gebeugte Licht erster Ordnung und das negative gebeugte Licht erster Ordnung in jeder der zwei Richtungen für das Licht, das von einem lichtemittierenden Element 111 emittiert wird. Daher werden insgesamt vier gebeugte Lichter für ein lichtemittierendes Element 111 erzeugt. Falls die lichtemittierenden Elemente 111 auf der X-Seite und die lichtemittierenden Elemente 111 auf der Y-Seite abwechselnd geschaltet werden, um Licht zu emittieren, wird auch deren gebeugtes Licht gleichzeitig umgeschaltet.
49 bis 51 sind Diagramme, die spezifische Beispiele eines Lichtbestrahlungs-Punktmusters im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. 49 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem zugelassen wird, dass nur die lichtemittierenden Elemente 111 auf der X-Seite Licht emittieren. 50 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem zugelassen wird, dass nur die lichtemittierenden Elemente 111 auf der Y-Seite Licht emittieren. 51 veranschaulicht ein Beispiel eines Falls, in dem zugelassen wird, dass die lichtemittierenden Elemente 111 auf sowohl auf der X-Seite als auch der Y-Seite Licht emittieren.
[Betrieb]
52 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Betriebszeitsteuerung einer Lichtemissionssteuerung der Lichtemissionseinheit 110 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass eine Frequenz der Frame-Anzeige 30 Hz beträgt. Das heißt, eine Anzeigezeit pro Frame beträgt 33,3 ms. Jeder Frame ist in eine Vielzahl von Blöcken unterteilt. Ein Kopf jedes Blocks ist eine Periode eines Testimpulses einer automatischen Leistungssteuerung (APC), und eine Lichtemission wird entsprechend einem Signal eines entsprechenden Blocks anschließend durchgeführt.
Als ein Aspekt der Lichtemissionssteuerung des lichtemittierenden Elements 111 können beispielsweise die folgenden drei Verfahren erwähnt werden. In einem ersten Verfahren wird eine Lichtemission abwechselnd auf der X-Seite und der Y-Seite für jeden Frame durchgeführt. Deshalb ist es möglich, den Stromverbrauch pro Frame zu reduzieren. Darüber hinaus ist es möglich, eine Lichtleistung bzw. Lichtabgabe in einem Frame zu erhöhen, um einen Abstand für die Entfernungsmessung zu erweitern und die Genauigkeit einer Entfernungsmessung zu verbessern. Auf diese Weise kann eine Entfernungsmessung mit verbesserter Auflösung unter Verwendung von zwei Frames durchgeführt werden.
In einem zweiten Verfahren wird eine Lichtemission abwechselnd auf der X-Seite und der Y-Seite für jeden Block durchgeführt. Darüber hinaus wird in einem dritten Verfahren, bei dem es sich um ein Zwischenverfahren zwischen dem ersten Verfahren und dem zweiten Verfahren, die oben beschrieben wurden, handelt, eine Lichtemission abwechselnd geschaltet auf der X-Seite und der Y-Seite für jede Vielzahl von Blöcken durchgeführt.
Durch solch ein Umschalten der Lichtemission wird bei einer Lichtpunkt-Bestrahlung einer Seite Licht (Mehrweglicht), das so unregelmäßig reflektiert wird, dass es von einem anderen Objekt als einem Ziel zurückkehrt, unter Verwendung eines nicht mit dem Lichtpunkt bestrahlten Gebiets detektiert. Dann ist es auch möglich, einen Entfernungsmessfehler aufgrund des Mehrwegs zu korrigieren, indem ein Einfluss des detektierten Mehrweg-Lichts von einem Entfernungsmesswert subtrahiert wird, der durch die Lichtpunkt-Bestrahlung erhalten wurde.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass die X-Seite und die Y-Seite abwechselnd geschaltet werden; es ist aber auch möglich, unter nur der X-Seite, nur der Y-Seite und sowohl der X-Seite als auch der Y-Seite zwischen allein der X-Seite und sowohl der X-Seite als auch der Y-Seite oder zwischen nur der Y-Seite und sowohl der X-Seite als auch der Y-Seite umzuschalten. Beispielsweise ist es unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs denkbar, dass in einem Fall, in dem die Lichtabgabe pro lichtemittierendem Element 111 bei einem kurzen Abstand gering sein kann, beide Licht emittieren, und in einem Fall, in dem die Lichtabgabe pro lichtemittierendem Element 111 bei einem großen Abstand hoch sein soll, nur eines von ihnen Licht emittiert. Dies macht es möglich, eine Entfernungsmessung mit hoher Auflösung bei kurzer Entfernung und eine Entfernungsmessung mit hoher Abstandsgenauigkeit bei großer Entfernung durchzuführen.
[Schalten für jeden Bereich]
53 bis 55 sind Diagramme, die ein Beispiel für eine Gruppierung der lichtemittierenden Elemente 111 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen.
Im Beispiel in 53 wird ein Fall angenommen, in dem ein Bereich für jede Vielzahl von Spalten (in diesem Beispiel zwei Spalten) gebildet wird und das Schalten für jeden Bereich durchgeführt wird. Im Beispiel in 54 wird ein Fall angenommen, in dem ein Frame ferner vertikal in zwei unterteilt ist, um viereckige Bereiche zu bilden, und ein Schalten für jeden Bereich durchgeführt wird. Im Beispiel in 55 wird ein Fall angenommen, in dem er in drei vertikal unterteilt ist und ein Schalten für jeden Bereich durchgeführt wird.
Wenn die Anzahl der Punkte erhöht wird und die Lichtintensität pro Punkt beibehalten wird, besteht die Möglichkeit, dass der Stromverbrauch so zunimmt, dass eine Sicherheitsnorm zum Schützen des Auges überschritten wird. Diesbezüglich kann durch Umschalten der Lichtemission in Einheiten der Bereiche eine flexible Einstellung vorgenommen werden. Das Umschalten der Lichtemission kann für jeden Frame durchgeführt werden oder kann für jeden Block oder dergleichen im Frame durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Position eines Ziels zu erkennen, dessen Entfernungsmessung beabsichtigt ist, und den Bereich Licht emittieren zu lassen.
56 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel einer Gruppierung der lichtemittierenden Elemente 111 im ersten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In diesem Beispiel wird ein Beispiel veranschaulicht, bei dem eine Gruppierung für je zwei Spalten mit einer zwischen zwei Spalten verschachtelten Spalte durchgeführt wird. Beispielsweise bilden die erste und die dritte Spalte einen Bereich A1, bilden die zweite und die vierte Spalte einen Bereich A2, bilden die fünfte und siebte Spalte einen Bereich A3, bilden die sechste und achte Spalte einen Bereich A4, bilden die neunte und elfte Spalte einen Bereich A5 und bilden die zehnte und zwölfte Spalte einen Bereich A6. Daher kann das Umschalten einer Lichtemission für je zwei Spalten gesteuert werden. Daher ist es möglich, den Stromverbrauch durch Umschalten der Bereiche zu reduzieren und die Lichtabgabe innerhalb der Sicherheitsnorm des Lasers zu erhöhen, während Mehrweg-Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
[Zweites Anwendungsbeispiel]
In diesem Beispiel wird eine Strahlformungsfunktion zwischen der Lichtemissionseinheit 110 und der Kollimatorlinse 113 in der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen.
[Konfiguration einer Beleuchtungseinheit]
57 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration der Beleuchtungseinheit 100 im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In diesem zweiten Anwendungsbeispiel ist die Beleuchtungseinheit 100 mit der Lichtemissionseinheit 110, einem Mikrolinsen-Array 116, der Kollimatorlinse 113 und den Beugungselementen 114 und 134 versehen. Das Mikrolinsen-Array 116, das erhalten wird, indem eine Vielzahl von Linsen in einem Array angeordnet wird, hat die Strahlformungsfunktion.
Das Mikrolinsen-Array 116 ist auf einer oberen Oberfläche der Lichtemissionseinheit 110 ausgebildet. Die Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 der Lichtemissionseinheit 110 umfasst eines, auf dessen oberer Oberfläche die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 ausgebildet ist, und eines, auf dessen oberer Oberfläche die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 nicht ausgebildet ist. In einem Fall, in dem die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 auf der oberen Oberfläche ausgebildet ist, wird Bestrahlungslicht vom lichtemittierenden Element 111 zu einer gleichmäßigen Bestrahlung. Im Gegensatz dazu wird in einem Fall, in dem die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 auf der oberen Oberfläche nicht ausgebildet ist, das Bestrahlungslicht vom lichtemittierenden Element 111 zu einer Punkt-Bestrahlung.
58 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhaltens eines Lichtstrahls im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Ein von jedem einer Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 emittierter Laserstrahl wird in einem Fall, in dem die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 auf dessen oberer Oberfläche ausgebildet ist, durch dessen Linsenoberfläche gebrochen und bildet beispielsweise einen virtuellen Lichtemissionspunkt im Mikrolinsen-Array 116. In diesem Fall werden die Lichtemissionspunkte der Vielzahl lichtemittierender Elemente 111 in Richtung der optischen Achse verschoben und defokussiert und überlagern sie sich auf den von benachbarten lichtemittierenden Elementen 111 emittierten Lichtstrahlen, wodurch eine gleichmäßige Bestrahlung erfolgt. Im Gegensatz dazu tritt in einem Fall, in dem die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 nicht auf der oberen Oberfläche ausgebildet ist, die Brechung durch die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 nicht auf und wird das Bestrahlungslicht vom lichtemittierenden Element 111 zu einer Punkt-Bestrahlung. Daher ist es in der Beleuchtungseinheit 100 möglich, zwischen der Punkt-Bestrahlung und einer gleichmäßigen Bestrahlung umzuschalten, indem zwischen einer Lichtemission von einem, auf dessen oberer Oberfläche die Linse des Mikrolinsen-Arrays 116 ausgebildet ist, und einer Lichtemission von einem ohne die ausgebildete Linse umgeschaltet wird.
59 ist ein Diagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel der Lichtemissionseinheit 110 im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Im ersten Konfigurationsbeispiel emittieren, wenn sowohl die lichtemittierenden X-Elemente als auch die lichtemittierenden Y-Elemente Licht emittieren, vier Ecken und ein Punkt, an dem sich gegenüberliegende Ecken schneiden, Licht.
60 ist ein Diagramm, das eine zweites Konfigurationsbeispiel der Lichtemissionseinheit 110 im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In diesem zweiten Konfigurationsbeispiel unterscheidet sich die Anzahl lichtemittierender Elemente von zwei Gruppen von jener in dem oben beschriebenen ersten Konfigurationsbeispiel. Im zweiten Konfigurationsbeispiel ist eine Länge zwischen den lichtemittierenden Elementen auf der X-Seite doppelt so groß wie jene auf der Y-Seite. In diesem Fall ist es wünschenswert, ein Muster eines Beugungsgitters auf der Basis einer Periode auf der X-Seite mit einem breiten Intervall lichtemittierender Elemente auszubilden.
In diesem Beispiel ist die Anzahl lichtemittierender Elemente auf einer Punkt-Bestrahlungsseite gering, ist ein Intervall zwischen Punkten, mit denen das Ziel bestrahlt wird, verbreitert und kann ein Bereich ohne Bestrahlung zwischen den Punkten, um Mehrweg-Gegenmaßnahmen zu ergreifen, ausreichend gewährleistet werden. Das heißt, wenn der Lichtemissionseinheit 110 die gleiche Leistung bereitgestellt wird, kann die Lichtabgabe in jedem der lichtemittierenden Elemente 111 erhöht werden und ist die Anzahl lichtemittierender Elemente 111 auf der Seite gleichmäßiger Bestrahlung groß, sodass eine gleichmäßigere Lichtintensitätsverteilung erhalten werden kann.
61 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bestrahlungsmusters im zweiten Anwendungsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
In der Zeichnung veranschaulicht a das Bestrahlungsmuster auf der Punkt-Seite. In der Zeichnung veranschaulicht b das Bestrahlungsmuster auf der Seite mit gleichmäßiger Bestrahlung.
Auf diese Weise ist es gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technologie, indem man das Punktlicht durch das Beugungselement 134 teilt, möglich, die Auflösung zu verbessern, während die Anzahl von in einem optischen Modul angeordneten lichtemittierenden Elementen 111 unterdrückt wird. Darüber hinaus können die Intervalle der Punktlichter vereinheitlicht werden. Überdies ist es möglich, den Einfluss von gebeugtem Licht hoher Ordnung zu reduzieren.
Man beachte, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele sind, um die vorliegende Technologie zu verkörpern, und es eine Korrespondenzbeziehung zwischen den Sachverhalten in den Ausführungsformen und den Sachverhalten gibt, die die Erfindung in den Ansprüchen spezifizieren. Ähnlich gibt es eine Korrespondenzbeziehung zwischen den Sachverhalten, die die Erfindung in den Ansprüchen spezifizieren, und den Sachverhalten in den Ausführungsformen der vorliegenden Technologie mit den gleichen Bezeichnungen. Die vorliegende Technologie ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann mit verschiedenen Varianten der Ausführungsform verkörpert werden, ohne von deren Geist abzuweichen.
Man beachte, dass die in dieser Beschreibung beschriebenen Effekte nur Beispiele sind und nicht auf diese beschränkt sind; es kann auch einen anderen Effekt geben.
Man beachte, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.

(1) Ein optisches Modul, umfassend:
- eine Lichtemissionseinheit, die in einem Array zweidimensional angeordnete lichtemittierende Elemente enthält; und
- ein Beugungselement, das einen von jedem der lichtemittierenden Elemente emittierten Lichtstrahl beugt und den Lichtstrahl in eine Vielzahl von Lichtstrahlen trennt, worin
- die Lichtemissionseinheit eine Struktur aus einer Vielzahl von Arrays basierend auf einer Struktur aufweist, bei der die lichtemittierenden Elemente an Eckpunkten eines Vierecks, dessen einander gegenüberliegende Seiten zueinander parallel sind, und an einem Punkt angeordnet sind, an dem sich diagonale Linien des Vierecks schneiden, worin ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer ersten Richtung auf a festgelegt ist und ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer zweiten Richtung, die zur Seite der ersten Richtung orthogonal ist, auf b festgelegt ist,
- das Beugungselement gebeugte Lichter in n Richtungen (n ist eine natürliche Zahl) erzeugt, worin ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite in der ersten Richtung gebildeter Winkel θx $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a)$
  erfüllt und ein Beugungswinkel (φx des gebeugten Lichts $φ x = m \cdot sqrt ((3φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1))$
  erfüllt, wenn Winkeldifferenzen von zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, auf (φa bzw. (φb festgelegt werden und m auf eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 gesetzt wird.
(2) Das optische Modul gemäß dem oben beschriebenen (1), ferner umfassend:
- ein optisches Element, das den vom lichtemittierenden Element emittierten Lichtstrahl in einen im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Winkelbreite umwandelt.
(3) Das optische Modul gemäß dem oben beschriebenen (1) oder (2), ferner umfassend:
- eine Lichtdetektionseinheit, die reflektiertes Licht von einem Ziel in Bezug auf den Lichtstrahl detektiert.
(4) Das optische Modul gemäß einem der oben beschriebenen (1) bis (3), worin die Lichtemissionseinheit eine Schalteinheit enthält, die die lichtemittierenden Elemente schaltet, um Licht zwischen zumindest zwei Sätzen zu emittieren.
(5) Das optische Modul gemäß einem der oben beschriebenen (1) bis (4), worin jedes der lichtemittierenden Elemente zumindest zwei aktive Schichten in einer longitudinalen Richtung enthält.
(6) Eine Abstandsmessvorrichtung, umfassend:
- eine Lichtemissionseinheit, die in einem Array zweidimensional angeordnete lichtemittierende Elemente enthält;
- ein Beugungselement, das einen von jedem der lichtemittierenden Elemente emittierten Lichtstrahl beugt und den Lichtstrahl in eine Vielzahl von Lichtstrahlen trennt;
- eine Lichtdetektionseinheit, die von einem Ziel reflektiertes Licht in Bezug auf den Lichtstrahl detektiert; und
- eine Entfernungsmesseinheit, die einen Abstand zum Ziel aus dem Lichtstrahl und dem reflektierten Licht misst, worin
- die Lichtemissionseinheit eine Struktur einer Vielzahl von Arrays basierend auf einer Struktur aufweist, bei der die lichtemittierenden Elemente an Eckpunkten eines Vierecks, dessen einander gegenüberliegende Seiten zueinander parallel sind, und an einem Punkt angeordnet sind, an dem sich diagonale Linien des Vierecks schneiden, worin ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer ersten Richtung auf a festgelegt ist und ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer zweiten Richtung, die zur Seite in der ersten Richtung orthogonal ist, auf b festgelegt ist,
- das Beugungselement gebeugte Lichter in n Richtungen (n ist eine natürliche Zahl) erzeugt, worin ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite in der ersten Richtung gebildeter Winkel θx $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a)$
  erfüllt und ein Beugungswinkel (φx des gebeugten Lichts $φ x = m \cdot sqrt ((3φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1))$
  erfüllt, wenn Winkeldifferenzen von zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, auf (φa bzw. (φb festgelegt werden und m auf eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 gesetzt wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

10: Entfernungsmessvorrichtung
20: Bestrahlungsziel
100: Beleuchtungseinheit
110: Lichtemissionseinheit
111: lichtemittierendes Element
113: Kollimatorlinse
114: Beugungselement
117: Schalter
118: Laser-Treiber
119: Komponenten integrierendes Substrat
121, 122: Halteeinheit
123: Kathodenelektrodeneinheit
124, 125: Anodenelektrodeneinheit
130: Substrat
134: Beugungselement
161, 162: Elektroden-Pad
200: Lichtempfangseinheit
300: Steuerungseinheit
400: Entfernungsmesseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2013/0148102 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Zhu Wenjun, et. al: „Analysis of the Operating Point of a Novel Multiple-Active Region Tunneling-Regenerated Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser“, Proc. of International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology, Bd. 6, S. 1306-1309, 2001 [0036]

Claims

Optisches Modul, aufweisend: eine Lichtemissionseinheit, die in einem Array zweidimensional angeordnete lichtemittierende Elemente enthält; und ein Beugungselement, das einen von jedem der lichtemittierenden Elemente emittierten Lichtstrahl beugt und den Lichtstrahl in eine Vielzahl von Lichtstrahlen trennt, worin die Lichtemissionseinheit eine Struktur aus einer Vielzahl von Arrays basierend auf einer Struktur aufweist, bei der die lichtemittierenden Elemente an Eckpunkten eines Vierecks, dessen einander gegenüberliegende Seiten zueinander parallel sind, und an einem Punkt angeordnet sind, an dem sich diagonale Linien des Vierecks schneiden, worin ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer ersten Richtung auf a festgelegt ist und ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer zweiten Richtung, die zur Seite der ersten Richtung orthogonal ist, auf b festgelegt ist, das Beugungselement gebeugte Lichter in n Richtungen (n ist eine natürliche Zahl) erzeugt, worin ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite in der ersten Richtung gebildeter Winkel θx $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a)$
erfüllt und ein Beugungswinkel (φx des gebeugten Lichts $φ x = m \cdot sqrt ((3φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1))$
erfüllt, wenn Winkeldifferenzen von zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, auf φa bzw. φb festgelegt werden und m auf eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 gesetzt wird.
Optisches Modul nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein optisches Element, das den vom lichtemittierenden Element emittierten Lichtstrahl in einen im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Winkelbreite umwandelt.
Optisches Modul nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Lichtdetektionseinheit, die reflektiertes Licht von einem Ziel in Bezug auf den Lichtstrahl detektiert.
Optisches Modul nach Anspruch 1, wobei die Lichtemissionseinheit eine Schalteinheit enthält, die die lichtemittierenden Elemente schaltet, um Licht zwischen zumindest zwei Sätzen zu emittieren.
Optisches Modul nach Anspruch 1, wobei jedes der lichtemittierenden Elemente zumindest zwei aktive Schichten in einer longitudinalen Richtung enthält.
Abstandsmessvorrichtung, aufweisend: eine Lichtemissionseinheit, die in einem Array zweidimensional angeordnete lichtemittierende Elemente enthält; ein Beugungselement, das einen von jedem der lichtemittierenden Elemente emittierten Lichtstrahl beugt und den Lichtstrahl in eine Vielzahl von Lichtstrahlen trennt; eine Lichtdetektionseinheit, die von einem Ziel reflektiertes Licht in Bezug auf den Lichtstrahl detektiert; und eine Entfernungsmesseinheit, die einen Abstand zum Ziel aus dem Lichtstrahl und dem reflektierten Licht misst, worin die Lichtemissionseinheit eine Struktur einer Vielzahl von Arrays basierend auf einer Struktur aufweist, in der die lichtemittierenden Elemente an Eckpunkten eines Vierecks, dessen einander gegenüberliegende Seiten zueinander parallel sind, und an einem Punkt angeordnet sind, an dem sich diagonale Linien des Vierecks schneiden, worin ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer ersten Richtung auf a festgelegt ist und ein Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen auf einer Seite in einer zweiten Richtung, die zur Seite in der ersten Richtung orthogonal ist, auf b festgelegt ist, das Beugungselement gebeugte Lichter in n Richtungen (n ist eine natürliche Zahl) erzeugt, worin ein zwischen einer Beugungsrichtung und der Seite in der ersten Richtung gebildeter Winkel θx $θ x = {tan}^{- 1} (b/3a)$
erfüllt und ein Beugungswinkel φx des gebeugten Lichts $φ x = m \cdot sqrt ((3φ a) 2 + φ b2) / (2 (2 n + 1))$
erfüllt, wenn Winkeldifferenzen von zwei Lichtstrahlen, die durch die Zwischen-Lichtemissionsabstände a und b erzeugt werden, auf φa bzw. φb festgelegt werden und m auf eine natürliche Zahl mit Ausnahme eines ganzzahlig Vielfachen von 2n + 1 gesetzt wird.