JP2015514965A - 走査深度エンジン - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願の譲受人に譲渡されているPCT国際公開WO2012/020380号は、照射モジュールを含んでいるマッピングのための装置を記載しており、同PCT国際公開の開示をここに参考文献として援用する。このモジュールは、放射線のビームを発射するように構成されている放射線源と、ビームを受信し、選択されている角度範囲に亘ってビームを走査するように構成されている走査器と、を含んでいる。照射光学器は、走査ビームを投射して、関心領域に亘って広がるスポットのパターンを作成する。撮像モジュールが、関心領域中のオブジェクトへ投射されているパターンの画像を捕捉する。プロセッサが、オブジェクトの三次元(3D)マップを構築するために当該画像を処理する。
図1は、本発明の或る実施形態による、深度マッピングシステム20の概略絵図である。システムは、1つ又はそれ以上のオブジェクトを含んでいる関心体積(VOI)30中の3D光景情報を捕捉する走査深度エンジン22をベースにしている。この例では、オブジェクトは、少なくとも、ユーザー28の身体の諸部分を備えている。エンジン22は、深度データを包含する一連のフレームをコンピュータ24へ出力し、するとコンピュータは高位情報をマップデータから処理、抽出する。この高位情報は、例えば、コンピュータ24上を走るアプリケーションであってディスプレイスクリーン26を然るべく駆動するアプリケーションへ提供されるようになっていてもよい。
図3は、本発明の或る実施形態による光学ヘッド40の要素を示す概略絵図である。送信器44は、光のパルスを偏光ビームスプリッタ60へ向けて発射する。典型的に、送信器60の光の経路に直接入っているビームスプリッタの小区域のみは反射のために被覆されるが、ビームスプリッタの残部は戻される光が受信器48へ通過してゆくのを許容するように完全に透過性である(又は反射防止被覆が施されていることすらある)。送信器44からの光は、ビームスプリッタ60に反射し、次いで折り曲げミラー62によって走査用マイクロミラー46へ向けて方向付けられる。MEMS走査器64は、マイクロミラー46をX方向及びY方向に所望の走査周波数及び振幅で走査する。マイクロミラー及び走査器の詳細は付随する図に示されている。
図3に示されている様に、個々の光学的及び機械的構成要素から成る光学ヘッド40の組み立ては、精密整列を要し、費用が嵩まないとも限らない。代わりの実施形態では、精密な設置及び整列を要する全ての部分(例えば、光送信器、受信器、及び関連光学器)は、シリコン光学ベンチ(SiOB)又は他の型式のマイクロ光学ベンチ、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、又はガラス(Pyrex(登録商標))の様な半導体又はセラミック基板ベースのマイクロ光学ベンチ、の様なマイクロ光学基板上の単一集積型モジュールパッケージに組み合わせることができる。この手法は、費用を節約でき、深度エンジンを扱い易いものにすることができる。
本発明の或る実施形態によるビーム送信器170を概略的に描いている図11A−図11Cをこれより参照してゆく。図11Aはビーム送信器全体の側面図であり、図11B及び図11Cは、それぞれ、送信器170中に使用されているビーム生成器172の側面図及び後面図である。送信器170は、特に、上に説明されている型式の光学走査ヘッドに一体化させることのできる光電子工学式モジュールに使用するのに適しており、この種のモジュールが以下に更に説明されている。また一方で、この型式の送信器は、コンパクトなソースが強くて十分に制御されている出力ビームを生成することを要求される他の用途に使用することもできよう。
以上に説明されている実施形態は光景から戻される走査光を検出するのに単一の検出器要素(例えばAPD)を使用しているが、他の種類の検出器構成が代わりに使用されてもよい。例えば、光検出器の直線状アレイがこの目的に使用されてもよく、その場合には、光景からの光の捕集に使用されるミラーは、アレイの軸に直角をなす単一方向に走査するだけでよい。この同じ一次元走査ミラーを、検出器アレイの瞬時視野へ一筋のレーザー放射線を投射するのに使用することができる。その様なシステムは、更に、一次元走査に沿った走査パターン及び振幅を変更することによって1つの軸で実現させることのできるズーム機能性が見込まれる。
22 走査深度エンジン
24 コンピュータ
26 ディスプレイスクリーン
28 ユーザー
30 関心体積(VOI)
32、34、36 ウインドウ
38 ビーム
40 光学ヘッド
42 制御器(プロセッサ)
44 送信器
46 走査ミラー
48 受信器
50 深度処理論理
52 MEMS制御回路
53 レーザー駆動部
54 レーザー制御回路
55 受信器制御回路
56 アナログ/デジタル変換器(A2D)
57 パワー変換器
58 USBポート
60 偏光ビームスプリッタ
62 折り曲げミラー、折り返しミラー
64 MEMS走査器
68 半導体基板
70 スピンドル
72 支持体
74 スピンドル
76 回転子
78 磁心
80 導線コイル
82 マイクロミラーユニット
84 スピンドル
86 Y支持体
88 スピンドル
90 X支持体
92 スピンドル
100 光電子工学式モジュール
102 シリコン光学ベンチ(SiOB)
104 レーザーダイ
106 駆動部チップ
108 折り返しミラー
110 レンズ
112 プリズム
114 アバランシェ・フォトダイオード(APD)ダイ
116 トランスインピーダンス増幅器(TIA)
117 光電子工学式モジュール
118 ミラー
119 追加のレンズ要素
120 光電子工学式モジュール
122 台座
124 ビームスプリッタ
126 透明板
130 光電子工学式モジュール
134 ボールレンズ
135 溝
136 折り返しミラー
137 カバーガラス
138 ビーム拡大器
140 捕集レンズ
142 ビーム結合器
144 反射器
146 ビームスプリッタ
150 ビーム結合器
152 透明基板
154 反射性被覆
156 ビームスプリッタ性被覆
158 反射防止性被覆
160 光電子工学式モジュール
162 カバーガラス
164 コリメーションレンズ
166 捕集レンズ
170 ビーム送信器
172 ビーム生成器
175 コリメーションレンズ
176 マイクロレンズ
178 表面発光デバイス
180 光学基板
182 ビーム生成器
183 基板
184 透明ブランク
185 ワイヤボンド
186 ビーム送信器
188 ビーム生成器
190 光電子工学式モジュール
192 マイクロ光学基板
194 受信器
196 ビーム結合器
198 反射性被覆
200 ビームスプリッタ被覆
202 正面窓
204 裏面窓
210 光電子工学式モジュール
212 ビーム結合器
214 反射性被覆
216 ビームスプリッタ被覆
220 光電子工学式モジュール
220 二焦点レンズ
224 ビーム結合器
226 正面窓
228 裏面窓
230 送信ビーム
232 受信ビーム
Claims (92)
- マッピング装置において、
光のパルスを備えるビームを発射するように構成されている送信器と、
前記ビームを光景上の事前に定義されている走査範囲内に走査するように構成されている走査器と、
前記光景から反射される前記光を受信するように、及び前記光景中の点までの及び前記光景中の点からの前記パルスの飛行時間を指し示す出力を生成するように、構成されている受信器と、
前記走査器を制御して前記ビームに前記走査範囲内の選択されているウインドウ上を走査するよう仕向けるように、及び前記受信器の出力を処理して前記選択されているウインドウ内にある前記光景の部分の3Dマップを生成するように、連結されているプロセッサと、を備えている、マッピング装置。 - 前記プロセッサは、前記ビームの走査毎に走査するべき異なったウインドウを選択するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記プロセッサは、1回目の走査時の前記受信器の前記出力を処理して前記光景の第1の3Dマップを生成するように、及び2回目の走査時には前記第1の3Dマップの特徴に応えて優先的に走査するべき前記ウインドウを選択するように、構成されている、請求項2に記載の装置。
- 前記1回目の走査は前記走査器の前記走査範囲全体を網羅している、請求項3に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記第1の3Dマップ中のオブジェクトを識別するように、及び前記識別されたオブジェクトを包含するように前記ウインドウを定義するように、構成されている、請求項3又は4に記載の装置。
- 前記オブジェクトは、前記装置のユーザーの身体の少なくとも一部分を備えており、前記プロセッサは、前記1回目の走査時に前記ユーザーによって行われた身振りに応えて前記身体の前記部分を識別するように構成されている、請求項4に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記走査器を駆動して前記選択されているウインドウを前記1回目の走査に対比して増強された解像度で走査させるように構成されている、請求項3から6の何れか1項に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記走査器を駆動して前記2回目のウインドウを前記1回目の走査時より高いフレームレートで走査させるように構成されている、請求項3から6の何れか1項に記載の装置。
- 少なくとも数回の走査について、前記選択されているウインドウは前記事前に定義されている走査範囲内の中心にはない、請求項1から8の何れか1項に記載の装置。
- 前記走査器は、マイクロ電子機械システム(MEMS)技術を使用して作製されたマイクロミラーを備えており、前記送信器は前記ビームを前記マイクロミラーから前記光景に向けて反射するよう方向付けるように構成されている、請求項1から9の何れか1項に記載の装置。
- 前記マイクロミラーは、2つの軸周りに回転するように構成されており、前記プロセッサは、前記ウインドウを定義するために、前記軸のうちの少なくとも一方の軸周りの前記マイクロミラーの回転範囲を制御するように連結されている、請求項10に記載の装置。
- 前記マイクロミラーは、2つの軸周りに回転するように構成されており、前記プロセッサは、前記ウインドウを定義するために、前記軸のうちの少なくとも一方の軸周りの前記マイクロミラーの回転速さを変えるように連結されている、請求項10又は11に記載の装置。
- 前記マイクロミラーの回転範囲は、前記1回目の走査と前記2回目の走査の両方で同じであり、前記プロセッサは、前記2回目の走査時に前記マイクロミラーの前記選択されているウインドウ上を走査する速さが前記範囲の他の部分上よりも遅くなるよう前記軸の少なくとも一方の軸周りの前記回転速さを変えるように連結されている、請求項12に記載の装置。
- 前記走査器は、
基板であって、前記マイクロミラー及び支持体を、当該マイクロミラーを前記支持体へ第1の軸に沿って接続している第1スピンドル及び当該支持体を前記基板へ第2の軸に沿って接続している第2スピンドルと一体に、画定するようにエッチングされている基板と、
前記マイクロミラー及び前記支持体に前記第1スピンドル及び前記第2スピンドル周りに回転するよう仕向ける電磁式駆動部と、を備えている、請求項10から13の何れか1項に記載の装置。 - 前記電磁式駆動部は、
空隙を有する少なくとも1つの磁心及び前記磁心に巻かれている少なくとも1つのコイルを備える固定子組立体と、
前記マイクロミラー及び前記支持体が取り付けられていて、前記少なくとも1つのコイルを通して流される電流に応えて前記空隙内で動くように当該空隙中に懸下されている、少なくとも1つの回転子と、を備えている、請求項14に記載の装置。 - 前記少なくとも1つの磁心及び前記少なくとも1つの回転子は、2つの心及び当該心のそれぞれの空隙中に懸下されている2つの回転子を備えており、前記電磁式駆動部は、前記マイクロミラーがラスターパターンで走査するように前記2つの心のコイルに差動電流を流して当該マイクロミラー及び前記支持体に異なったそれぞれの速さで回転するよう仕向けるように構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記電磁式駆動部は、前記マイクロミラーに前記第1スピンドル周りに回転の共振周波数である第1の周波数で回転するよう仕向けるとともに、前記支持体に前記第2スピンドル周りに前記第1の周波数より低い第2の周波数で回転するよう仕向ける、請求項14から16の何れか1項に記載の装置。
- 前記第2の周波数は、回転の共振周波数ではない、請求項17に記載の装置。
- 前記支持体は、
前記第1スピンドルによって前記マイクロミラーへ接続されている第1支持体と、
前記第2スピンドルによって前記基板へ接続されている第2支持体と、
前記第1支持体を前記第2支持体へ接続している第3スピンドルと、を備えており、
前記電磁式駆動部は、前記第1支持体に前記第2支持体に対して前記第3スピンドル周りに回転するよう仕向けるように構成されている、請求項17又は18に記載の装置。 - 前記受信器は、前記光景からの前記マイクロミラーを介した前記反射光を受信するように構成されている検出器を備えている、請求項10から19の何れか1項に記載の装置。
- 前記装置は、前記送信器によって発射される前記ビームを前記マイクロミラーに向けて方向付ける一方で前記反射光が前記検出器に到達するのを許容するように位置付けられているビームスプリッタを備えており、前記発射ビームと前記反射光は、前記ビームスプリッタと前記マイクロミラーの間に平行であるそれぞれの光軸を有している、請求項20に記載の装置。
- 前記ビームスプリッタは、当該ビームスプリッタの表面の一部のみを覆う偏光反射性被覆でパターン形成されていて、前記表面の前記パターン形成された部分が前記送信器からのビームを遮り当該ビームを前記マイクロミラーに向けて反射するように位置付けられている、請求項21に記載の装置。
- 前記ビームスプリッタは、前記送信器の発射帯域の外の光が前記受信器に到達するのを防ぐように構成されている帯域通過被覆を当該ビームスプリッタの裏面に備えている、請求項22に記載の装置。
- 前記装置は、マイクロ光学基板を備えており、前記送信器と前記受信器は一体に前記マイクロ光学基板上に単一集積パッケージとして取り付けられている、請求項20から23の何れか1項に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記送信器によって発射される前記パルスのパワーレベルを、1つ又はそれ以上の以前のパルスへの応答における前記受信器からの前記出力のレベルに応じて可変に制御するように構成されている、請求項1から24の何れか1項に記載の装置。
- 光電子工学式モジュールにおいて、
マイクロ光学基板と、
前記マイクロ光学基板上に取り付けられていて少なくとも1つのレーザービームをビーム軸に沿って発射するように構成されているレーザーダイ、を備えるビーム送信器と、
受信器であって、前記マイクロ光学基板上に取り付けられていて前記モジュールによって当該受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイ、を備える受信器と、
前記レーザービーム及び前記受信光を前記ビーム軸が前記モジュールの外で前記捕集軸と整列するよう方向付けるように構成されているビーム結合光学器と、を備えている、光電子工学式モジュール。 - 前記ビーム結合光学器は、前記ビーム軸と前記捕集軸のどちらもが交差するビームスプリッタを備えている、請求項26に記載のモジュール。
- 前記ビーム軸と前記捕集軸はどちらも前記基板に対して直角をなし、前記ビーム結合光学器は、前記ビーム軸と前記捕集軸の一方を前記ビームスプリッタに向けて偏向させるように構成されている反射器を備えており、その結果、前記ビーム軸と前記捕集軸は異なったそれぞれの角度で前記ビームスプリッタに入射する、請求項27に記載のモジュール。
- 前記ビーム結合光学器は、互いに反対側の第1面と第2面を有する透明板を備えており、前記ビームスプリッタは前記第1面に形成され、前記反射器は前記第2面に形成されている、請求項28に記載のモジュール。
- 前記板は、前記ビーム送信器の発射帯域の外の前記受信光を除外するために前記面の一方に形成されているフィルタを備えている、請求項29に記載のモジュール。
- 前記ビーム結合光学器は、前記少なくとも1つのレーザービームをコリメートするように、及び前記受信光を前記検出器ダイへ集束させるように、構成されている少なくとも1つのレンズを備えている、請求項26から30の何れか1項に記載のモジュール。
- 前記少なくとも1つのレンズは、少なくとも1つのレーザービームを第1の開口を通してコリメートするように構成されており且つ前記受信光を前記第1の開口より大きい第2の開口を通して捕集するように構成されている二焦点レンズを備えている、請求項31に記載のモジュール。
- 前記レーザーダイは端面発光ダイであり、前記モジュールは、前記基板上に取り付けられていて前記レーザーダイからの前記少なくとも1つのレーザービームを反射して当該レーザービームを当該基板から離して方向付けるように構成されている折り返しミラーを備えている、請求項26から32の何れか1項に記載のモジュール。
- 前記基板には前記レーザーダイと前記折り返しミラーの間に溝が形成されており、前記モジュールは、前記溝に取り付けられていて前記少なくとも1つのレーザービームをコリメートするように構成されているボールレンズを備えている、請求項33に記載のモジュール。
- 前記ビーム送信器は、前記折り返しミラーからの反射後の前記少なくとも1つのレーザービームを捕集し拡大するように構成されているビーム拡大器を備えている、請求項34に記載のモジュール。
- 前記モジュールは、前記折り返しミラーからの反射後の前記少なくとも1つのレーザービームをコリメートするように前記基板上方に取り付けられているレンズを備えており、前記レンズは、前記レーザーダイの前記基板上への組み立てに先立って焦点距離を測定され、前記基板上での前記レーザーダイの前記折り返しミラーからの距離は、前記測定された焦点距離に応じて調節されている、請求項33から35の何れか1項に記載のモジュール。
- 前記レーザーダイは、垂直空洞表面発光レーザ(VCSEL)から成る第1のアレイを備え、前記ビーム送信器は、前記VCSELによって生成されるそれぞれのレーザービームを送信するためにそれぞれに当該VCSELと整列しているマイクロレンズから成る第2のアレイを備えている、請求項26から32の何れか1項に記載のモジュール。
- 前記VCSELは、それぞれのレーザービームに拡散するよう仕向けるために、前記マイクロレンズに対して内方にオフセットされている、請求項37に記載のモジュール。
- 前記VCSELは、前記それぞれのレーザービームに一斉にフォーカルウエストに収束するよう仕向けるために、前記マイクロレンズに対して外方にオフセットされている、請求項37に記載のモジュール。
- 前記VCSELと前記マイクロレンズは光学基板の互いに反対側の面に形成されている、請求項37から39の何れか1項に記載のモジュール。
- 前記光学基板は、前記VCSELの発射波長に透過性である半導体ウェーハを備えている、請求項40に記載のモジュール。
- 前記少なくとも1つのレーザービーム及び前記受信光は、前記モジュールの外の走査ミラーに当たるように方向付けられ、前記ミラーは、前記少なくとも1つのレーザービームと前記受信器の視野の両方を光景上に走査する、請求項26から41の何れか1項に記載のモジュール。
- マッピングのための方法において、
光のパルスを備えるビームを光景上の事前に定義されている範囲内に走査するように走査器を動作させる段階と、
前記光景から反射される前記光を受信し、前記光景中の点までの及び前記光景中の点からの前記パルスの飛行時間を指し示す出力を生成する段階と、
前記走査器を制御して前記ビームに前記走査範囲内の選択されているウインドウ上を走査するように仕向ける段階と、
前記受信器の前記出力を処理して前記選択されているウインドウ内にある前記光景の部分の3Dマップを生成する段階と、を備えている方法。 - 前記走査器を制御する段階は、前記ビームの走査毎に走査するべき異なったウインドウを選択する段階を備えている、請求項43に記載の方法。
- 前記出力を処理する段階は、前記ビームの1回目の走査時に受信される第1の出力を処理して前記光景の第1の3Dマップを生成する段階を備えており、
前記走査器を制御する段階は、2回目の走査時に前記第1の3Dマップの特徴に応えて優先的に走査するべき前記ウインドウを選択する段階を備えている、請求項44に記載の方法。 - 前記1回目の走査は前記走査範囲全体を網羅している、請求項45に記載の方法。
- 前記ウインドウを選択する段階は、前記第1の3Dマップ中のオブジェクトを識別する段階と、前記識別されたオブジェクトを包含するように前記ウインドウを定義する段階と、を備えている、請求項45又は46に記載の方法。
- 前記オブジェクトは、前記方法のユーザーの身体の少なくとも一部分を備えており、前記オブジェクトを識別する段階は、前記1回目の走査時に前記ユーザーによって行われる身振りに応えて前記身体の前記部分を識別する段階を備えている、請求項47に記載の方法。
- 前記走査器を制御する段階は、前記走査器を駆動して前記選択されているウインドウを前記1回目の走査に対比して増強された解像度で走査させる段階を備えている、請求項45から48の何れか1項に記載の方法。
- 前記走査器を制御する段階は、前記走査器を駆動して前記2回目のウインドウを前記1回目の走査時より高いフレームレートで走査させる段階を備えている、請求項45から48の何れか1項に記載の方法。
- 少なくとも数回の走査について、前記選択されているウインドウは前記事前に定義されている走査範囲内の中心にはない、請求項43から50の何れか1項に記載の方法。
- 前記走査器は、マイクロ電子機械システム(MEMS)技術を使用して作製されたマイクロミラーを備えており、前記走査器を動作させる段階は、前記ビームを前記マイクロミラーから前記光景に向けて反射するよう方向付ける段階を備えている、請求項43から51の何れか1項に記載の方法。
- 前記走査器を動作させる段階は、前記マイクロミラーを2つの軸周りに回転させる段階を備えており、前記走査器を制御する段階は、前記軸のうちの少なくとも一方の軸周りの前記マイクロミラーの回転範囲を制御する段階を備えている、請求項52に記載の方法。
- 前記走査器を動作させる段階は、前記マイクロミラーを2つの軸周りに回転させる段階を備えており、前記走査器を制御する段階は、前記ウインドウを定義するために、前記軸のうちの少なくとも一方の軸周りの前記マイクロミラーの回転速さを変える段階を備えている、請求項52又は53に記載の方法。
- 前記マイクロミラーの回転範囲は、前記1回目の走査と前記2回目の走査の両方で同じであり、前記軸のうちの少なくとも一方の軸周りの前記マイクロミラーの回転速さを変える段階は、前記2回目の走査時の前記回転速さを、前記マイクロミラーの前記選択されているウインドウ上を走査する速さが前記範囲の他の部分上よりも遅くなるように制御する段階を備えている、請求項54に記載の方法。
- 前記走査器は、基板であって、前記マイクロミラー及び支持体を、当該マイクロミラーを前記支持体へ第1の軸に沿って接続している第1スピンドル及び当該支持体を前記基板へ第2の軸に沿って接続している第2スピンドルと一体に、画定するようにエッチングされている基板を備えており、
前記走査器を動作させる段階は、電磁式駆動部を作動させて前記マイクロミラー及び前記支持体に前記第1スピンドル及び前記第2スピンドル周りを回転するよう仕向ける段階を備えている、請求項52から55の何れか1項に記載の方法。 - 前記電磁式駆動部は、空隙を有する少なくとも1つの磁心及び前記磁心に巻かれている少なくとも1つのコイルを備える固定子組立体と、前記マイクロミラー及び前記支持体が取り付けられている少なくとも1つの回転子と、を備えており、
前記走査器を動作させる段階は、前記回転子を前記空隙中に懸下して前記少なくとも1つのコイルに流される電流に応えて当該空隙内で動けるようにする段階を備えている、請求項56に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの磁心及び前記少なくとも1つの回転子は、2つの心及び当該心のそれぞれの空隙内に懸下されている2つの回転子を備えており、
前記電磁式駆動部を作動させる段階は、前記マイクロミラーがラスターパターンで走査するように、前記2つの心のコイルに差動電流を流して当該マイクロミラー及び前記支持体に異なったそれぞれの速さで回転するよう仕向ける段階を備えている、請求項57に記載の方法。 - 前記電磁式駆動部を作動させる段階は、前記マイクロミラーを前記第1スピンドル周りに回転の共振周波数である第1の周波数で回転させるとともに、前記支持体を前記第2スピンドル周りに前記第1の周波数より低い第2の周波数で回転させる段階を備えている、請求項56から58の何れか1項に記載の方法。
に記載の方法。 - 前記第2の周波数は、回転の共振周波数でない、請求項59に記載の方法。
- 前記支持体は、
前記第1スピンドルによって前記マイクロミラーへ接続されている第1支持体と、
前記第2スピンドルによって前記基板へ接続されている第2支持体と、
前記第1支持体を前記第2支持体へ接続している第3スピンドルと、を備えており、
前記電磁式駆動部を作動させる段階は、前記第1支持体に前記第2支持体に対して前記第3スピンドル周りに回転するよう仕向ける段階を備えている、請求項59又は60に記載の方法。 - 前記光を受信する段階は、前記光景からの前記マイクロミラーを介した前記反射光を受信するように検出器を位置付ける段階を備えている、請求項52から61の何れか1項に記載の方法。
- 前記光を受信する段階は、ビームスプリッタを、前記光のパルスから成る前記ビームを前記マイクロミラーに向けて方向付ける一方で前記反射光が前記検出器に到達するのを許容するように位置付ける段階を備えており、前記発射ビームと前記反射光は、前記ビームスプリッタと前記マイクロミラーの間に平行であるそれぞれの光軸を有している、請求項62に記載の方法。
- 前記ビームの送信器と前記検出器は一体にマイクロ光学基板上に単一集積パッケージとして取り付けられている、請求項63に記載の方法。
- 前記走査器を動作させる段階は、前記送信器によって発射される前記パルスのパワーレベルを、1つ又はそれ以上の以前のパルスへの応答における前記受信器からの前記出力のレベルに応じて可変に制御する段階を備えている、請求項43から64の何れか1項に記載の方法。
- 光電子工学式モジュールを作製するための方法において、
少なくとも1つのレーザービームをビーム軸に沿って発射するように構成されているレーザーダイを備えるビーム送信器をマイクロ光学基板上に取り付ける工程と、
受信器であって、前記モジュールによって当該受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイを備える受信器を、前記マイクロ光学基板上に取り付ける工程と、
ビーム結合光学器を、前記マイクロ光学基板に対して、前記レーザービーム及び前記受信光を前記ビーム軸が前記モジュールの外の前記捕集軸と整列するように方向付けるように位置付ける工程と、を備えている方法。 - 前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、ビームスプリッタを、前記ビーム軸と前記捕集軸の両方が当該ビームスプリッタを交差するように取り付ける工程を含んでいる、請求項66に記載の方法。
- 前記ビーム軸と前記捕集軸は、どちらも、前記基板に対して直角をなし、前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、反射器を、前記ビーム軸と前記捕集軸の一方を前記ビームスプリッタに向けて偏向し、その結果、当該ビーム軸と当該捕集軸が異なったそれぞれの角度で前記ビームスプリッタに入射するように、取り付ける工程を備えている、請求項67に記載の方法。
- 前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、互いに反対側の第1面と第2面を有する透明板を基板の上に取り付ける工程を備えており、前記ビームスプリッタは前記第1面に形成され、前記反射器は前記第2面に形成されている、請求項68に記載の方法。
- 前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、前記ビーム送信器の発射帯域の外にある前記受信光を除外するために前記板の前記面の一方に形成されているフィルタを使用して当該受信光をフィルタリングする工程を備えている、請求項69に記載の方法。
- 前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、少なくとも1つのレンズを前記基板の上に、前記少なくとも1つのレーザービームをコリメートするように及び前記受信光を前記検出器ダイへ集束させるように取り付ける工程を備えている、請求項66から70の何れか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのレンズは、少なくとも1つのレーザービームを第1の開口を通してコリメートし且つ前記受信光を前記第1の開口より大きい第2の開口を通して捕集する二焦点レンズを備えている、請求項71に記載の方法。
- 前記レーザーダイは端面発光ダイであり、前記方法は、前記レーザーダイからの前記少なくとも1つのレーザービームを反射して当該レーザービームを前記基板から離して方向付けるように折り返しミラーを前記基板上に取り付ける工程を備えている、請求項66から72の何れか1項に記載の方法。
- 前記基板の前記レーザーダイと前記折り返しミラーの間に溝を形成する工程と、前記少なくとも1つのレーザービームをコリメートするようにボールレンズを前記溝に取り付ける工程と、を備えている、請求項73に記載の方法。
- 前記ビーム送信器は、前記折り返しミラーからの反射後の前記少なくとも1つのレーザービームを捕集し拡大するように構成されているビーム拡大器を備えている、請求項74に記載の方法。
- 前記方法は、
前記折り返しミラーからの反射後の前記少なくとも1つのレーザービームをコリメートするようにレンズを前記基板上方に取り付ける工程と、
前記レーザーダイの前記基板上への組み立てに先立って前記レンズの焦点距離を測定する工程と、を備えており、
前記ビーム送信器を取り付ける工程は、前記基板上での前記レーザーダイの前記折り返しミラーからの距離を前記測定された焦点距離に応じて調節する工程を備えている、請求項73から75の何れか1項に記載の方法。 - 前記レーザーダイは、垂直空洞表面発光レーザ(VCSEL)から成る第1のアレイを備え、前記ビーム送信器を取り付ける工程は、マイクロレンズから成る第2のアレイを、当該マイクロレンズが前記VCSELによって生成されるそれぞれのレーザービームを送信するように、当該VCSELと整列させる工程を備えている、請求項66から72の何れか1項に記載の方法。
- 前記ビーム送信器を取り付ける工程は、前記それぞれのレーザービームに拡散するよう仕向けるために、前記VCSELを前記マイクロレンズに対して内方にオフセットさせる工程を備えている、請求項77に記載の方法。
- 前記ビーム送信器を取り付ける工程は、前記それぞれのレーザービームに一斉にフォーカルウエストに収束するよう仕向けるために、前記VCSELを前記マイクロレンズに対して外方にオフセットさせる工程を含んでいる、請求項77に記載の方法。
- 前記第2のアレイを整列させる工程は、前記VCSELと前記マイクロレンズを光学基板の互いに反対側の面に形成する工程を備えている、請求項77から79の何れか1項に記載の方法。
- 前記光学基板は、前記VCSELの発射波長に透過性である半導体ウェーハを備えている、請求項80に記載の方法。
- 前記方法は、前記少なくとも1つのレーザービーム及び前記受信光を、前記モジュールの外の走査ミラーに当たるように方向付ける工程を備えており、前記ミラーは、前記少なくとも1つのレーザービームと前記受信器の視野の両方を光景上に走査する、請求項66から81の何れか1項に記載の方法。
- ビーム生成デバイスにおいて、
光学的通過帯域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面に形成されていてそれぞれのレーザービームを前記通過帯域内の波長で前記基板を通して発射するように構成されている垂直空洞表面発光レーザ(VCSEL)から成る第1のアレイと、
前記VCSELによって生成される前記レーザービームを送信するために前記半導体基板の第2の面に当該VCSELとそれぞれ整列して形成されているマイクロレンズから成る第2のアレイと、を備えているビーム生成デバイス。 - 前記VCSELは、前記それぞれのレーザービームに拡散するよう仕向けるために前記マイクロレンズに対して内方にオフセットされている、請求項83に記載のデバイス。
- 前記VCSELは、前記それぞれのレーザービームに一斉にフォーカルウエストに収束するよう仕向けるために前記マイクロレンズに対して外方にオフセットされている、請求項83に記載のモジュール。
- 前記基板はGaAsを備えている、請求項83から85の何れか1項に記載のデバイス。
- 光電子工学式モジュールにおいて、
溝を形成されているマイクロ光学基板と、
前記マイクロ光学基板上に前記溝に隣接して取り付けられていてレーザービームを当該基板に平行なビーム軸に沿って発射するように構成されている端面発光レーザーダイを備えるビーム送信器と、
前記溝に取り付けられていて前記レーザービームをコリメートするように構成されているボールレンズと、
前記基板上に取り付けられていて前記ボールレンズを出てゆくコリメートされたレーザービームを反射して当該レーザービームを前記基板から離して方向付けるように構成されている折り返しミラーと、
前記折り返しミラーからの反射後の前記レーザービームを捕集し拡大するように構成されているビーム拡大器と、を備えている、光電子工学式モジュール。 - 光電子工学式モジュールを作製するための方法において、
マイクロ光学基板に溝を形成する工程と、
レーザービームをビーム軸に沿って発射するように構成されている端面発光レーザーダイを備えるビーム送信器を、前記ビーム軸が前記マイクロ光学基板に平行となるように、当該基板上に前記溝に隣接して取り付ける工程と、
前記レーザービームをコリメートするために前記ボールレンズを前記溝に取り付ける工程と、
前記ボールレンズを出てゆく前記コリメートされたレーザービームを前記基板から離して反射するために折り返しミラーを前記基板上に取り付ける工程と、
前記折り返しミラーからの反射後の前記レーザービームを捕集し拡大するためにビーム拡大器を当該折り返しミラー上方に取り付ける工程と、を備えている方法。 - 前記ビーム送信器、前記ボールレンズ、前記折り返しミラー、及び前記ビーム拡大器は、前記レーザーダイを通電することなく、前記モジュール中に整列され定位置に締結される、請求項88に記載の方法。
- マッピング装置において、
光のパルスを備えるビームを発射するように構成されている送信器と、
前記ビームを光景上に走査するように構成されている走査器と、
前記光景から反射される前記光を受信するように、及び前記光景中の点までの及び前記光景中の点からの前記パルスの飛行時間を指し示す出力を生成するように、構成されている受信器と、
前記ビームの1回目の走査時の前記受信器の前記出力を処理して前記光景の3Dマップを生成するとともに、前記送信器によって発射される前記パルスのパワーレベルを1つ又はそれ以上の以前のパルスへの応答における前記受信器からの前記出力のレベルに応じて制御するように、連結されているプロセッサと、を備えているマッピング装置。 - 前記プロセッサは、前記光景の異なった部分から受信される前記反射光の強度のばらつきを低減するべく前記パルスのパワーレベルを制御するように構成されている、請求項90に記載の装置。
- 前記1つ又はそれ以上の以前のパルスは、前記パワーレベルを評定し調節するために前記送信器によって発射される偵察パルス(scout pulses)を備えている、請求項90又は91に記載の装置。
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