JP2021529973A - 構造高さを低くしたレーザー装置 - Google Patents
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Abstract
Description
スマートフォン、ラップトップコンピューター、タブレット型コンピューター・・・のジェスチャーインターフェースまたは3Dスキャナーのような消費者用かつ携帯用アプリケーション、
ロボット工学、スポーツ、産業、照明・・・用のユーザーインターフェースまたは屋内ナビゲーション、
自動車の中範囲検出(駐車支援、安全な都市走行)用の最高仕様、および
高出力産業用アプリケーションをサポートするために、消費者用デバイス(例えばスマートフォン)、車両、ならびに高出力産業用アプリケーションで使用することができる。
レーザーアレイを提供するステップであって、レーザーアレイが、第1の規則的パターンに配置された多数のレーザーを含み、各レーザーが、第1光軸に垂直な少なくとも1つの方向の第1光軸に対して発散角θ/2を有する第1光軸の周りに同じレーザー発光プロファイルを発光するように構成されているステップと、
光学装置を提供するステップであって、光学装置が、ディフューザーを含み、ディフューザーが、第2の規則的パターンに配置された光学素子のアレイを含み、各光学素子が、第2光軸を含むステップと、
レーザー光が、各光学素子の各表面素子によって規定角度範囲内で受け取られると、画定視野内の基準面内の少なくとも1つの第1照明光軸に沿って規定照明パターンを提供するように各光学素子を配置するステップであって、規定角度範囲が、第2光軸に対して−θと+θの間、好ましくは−θ/2と+θ/2の間の角度の範囲以下であるステップと、
ディフューザーが、レーザーから受け取ったレーザー光を変換光に変換するように、レーザーと光学素子を相互に配置するステップであって、画定視野内の基準面内の第1照明光軸に沿った変換光の発光特性が、規定照明パターンと同じ特性によって特徴付けられるステップと
を含む。
n*p=m*L (1)
(ここで、pはレーザー130間のピッチであり、nはこの方向のレーザー130の数である一方、Lは光学素子直径またはピッチのサイズである。)
を満たす必要があるように構成されている。この場合、光学素子のピッチは光学素子の開口に等しい。光学素子21の数は、mで表される。すなわち、レーザーアレイのサイズがX=n_x*p_xである場合、光学素子直径Lと数は、整数個の光学素子21が、実質的に同じ長さL_X(±5%、好ましくは±2%、より好ましくは±1%)を有するように選択される必要がある。他の次元Yに対して同じ条件が満たされるべきであるが、レーザー130の数とピッチは異なる可能性がある。L_Yは、L_Xが固定された後に、所望のビームプロファイルの水平アスペクト比と垂直アスペクト比によって決定される。好ましくは、nとmは、等しくないが、整数だけずれている場合、ディフューザー140は、レーザー130の全発散角にあまり依存しない。Φは、レーザー光10の直径、またはレーザー130によって発光されるビームサイズである。レーザー130は、この実施形態では、平行なレーザー光(平行レーザー光)を発光する。したがって、直径Φは、レーザー130の発光面の横拡張と同一である。
n個のレーザーの後に、光学素子の端部に対するレーザーの位置が同じであると仮定する。これは、光学素子直径の(n−m)倍の絶対値に等しい距離を越えて位置がシフトすることを意味する。
光学素子。この条件に達すると、パターンが反復される。
jは、L>p(小さなビーム)の場合は正の整数(j=1、2、3…)であり、L<p(大きなビーム)の場合は負の整数(j=−1、−2、−3…)である。jの値は、レーザーの数nと光学素子の数m、特にnとmの差に依存し得る。
L=Φ/j+p (5)
を生じる。
21 光学素子
33 第1照明光軸(任意の単位)
35 強度(任意の単位)
41 単一の光学素子の照度(空間分布)
42 レーザー装置の照度(空間分布)
43 歪んだ照度
100 レーザー装置
101 基板
130 レーザー
135 光学コリメート構造
140 ディフューザー
150 変換レーザー光
200 飛行時間型カメラ
202 反射レーザー光
221 光検出器
230 電気ドライバー
235 インターフェース
240 光学装置
250 コントローラー
300 対象
410 レーザーアレイを提供するステップ
420 光学装置を提供するステップ
430 ディフューザーを配置するステップ
440 レーザーアレイを配置するステップ
p レーザーピッチ
L 光学素子直径
Φ レーザーコーンの直径
d レーザーとディフューザー間の距離
Δ サンプルピッチ
Claims (15)
- レーザーアレイと光学装置とを含むレーザー装置(100)であって、前記レーザーアレイが、第1の規則的パターンに配置された多数のレーザー(130)を含み、各レーザー(130)が、第1光軸に垂直な少なくとも1つの方向の第1光軸に対して発散角θ/2を有する第1光軸の周りに同じレーザー発光プロファイルを発光するように構成されており、各光学素子(21)が、第2光軸を含み、前記光学装置が、ディフューザー(140)を含み、前記ディフューザー(140)が、第2の規則的パターンに配置された光学素子(21)のアレイを含み、各光学素子(21)が、レーザー光(10)が、前記各光学素子(21)の各表面素子によって規定角度範囲内で受け取られると、画定視野(160)内の基準面内の少なくとも1つの第1照明光軸(33)に沿って規定照明パターンを提供するように構成されており、前記規定角度範囲は、前記第2光軸に対して−θから+θ、好ましくは−θ/2から+θ/2の角度範囲以下であり、前記レーザー(130)と前記光学素子(21)が、前記ディフューザー(140)が前記レーザー(130)から受け取ったレーザー光(10)を変換光(150)に変換するように、相互に配置されており、前記画定視野(160)内の基準面内の前記第1照明光軸(33)に沿った前記変換光(150)の発光特性が、前記規定照明パターンと同じ特性によって特徴付けられ、少なくともn個のレーザー(130)を含む少なくとも1つの第1列レーザー(130)が、レーザーピッチpで前記第1照明光軸に平行な第1軸に沿って配置されており、少なくともm個の光学素子(21)を含む少なくとも1つの第1列光学素子(21)が、前記第1軸に平行に配置されており、各光学素子(21)が、前記第1軸に平行な直径Lによって特徴付けられ、各光学素子(21)が、前記第1軸に平行な第1列光学素子(21)の全長が、直径Lを掛けた光学素子(21)の数で示されるように、隣接する光学素子(21)と物理的に接触しており、前記第1列光学素子(21)が、前記第1列レーザー(130)の動作中に前記第1列レーザー(130)からレーザー光(10)を受け取るように構成されており、前記光学素子の基準面内の前記第1軸に沿って前記レーザー(130)によって発光されたレーザー光(10)の直径が、Φによって示され、n個のレーザー(130)とm個の光学素子(21)が、偏差が±5%未満の条件n*p=m*Lを満たす、レーザー装置(100)。
- 前記変換光(150)の発光特性が、前記レーザー(130)と前記光学素子(21)間の横シフトに対して不変であり、前記横シフトが、前記第1照明光軸に平行である、請求項1に記載のレーザー装置(100)。
- 前記レーザー(130)の発光面と、前記レーザー光(10)を受け取る前記光学素子(21)の側面に対向する前記光学素子(21)の表面との間の距離が、300μm未満、好ましくは200μm未満、最も好ましくは100μm未満である、請求項1から2のいずれか一項に記載のレーザー装置(100)。
- 前記n個のレーザー(130)とm個の光学素子(21)が、±2%未満、より好ましくは±1%未満の偏差で条件n*p=m*Lを満たす、請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザー装置。
- 前記第1列レーザー(130)のレーザー(130)と前記第1列光学素子(21)の光学素子(21)が、偏差が±5%未満、より好ましくは±2%未満、最も好ましくは±1%未満の偏差で条件k*Φ=Lを満たす、請求項1から4のいずれか一項に記載のレーザー装置(100)。
- 各ピッチが、対応するレーザー(130)の位置を、前記第1軸に沿って、対応する光学素子(21)の端部に対して距離Δ≠0μmだけシフトする場合、前記第1列レーザー(130)のレーザー(130)と前記第1列光学素子(21)の光学素子(21)が、±5%未満、より好ましくは±2%未満、最も好ましくは±1%未満の偏差で、条件L=Φ/j+p(jは正または負の整数)を満たす、請求項1から4のいずれか一項に記載のレーザー装置(100)。
- 前記レーザー発光プロファイルが、前記第1光軸の周りに円対称である、請求項1から6のいずれか一項に記載のレーザー装置(100)。
- 前記レーザーが、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)であり、前記VCSELが、共通基板(101)上に配置されている、請求項7に記載のレーザー装置(100)。
- 前記垂直共振器面発光レーザーが、基板(101)を通してレーザー光(10)を発光するように構成されているボトムエミッション型VCSELであり、前記ディフューザー(140)が、前記垂直共振器面発光レーザーが提供される基板の側面に対向する基板(101)の表面上に提供される、請求項8に記載のレーザー装置(100)。
- 前記ディフューザー(140)が、前記基板(101)に組み込まれている、請求項9に記載のレーザー装置(100)。
- 前記垂直共振器面発光レーザーが、基板(101)から離れる方向にレーザー光(10)を発光するように構成されている上面発光型垂直共振器面発光レーザーであり、前記ディフューザー(140)が、前記垂直共振器面発光レーザーが提供される基板の側面の上部に提供される材料を含み、前記材料が、前記レーザー光(10)の波長範囲で透明である、請求項8に記載のレーザー装置(100)。
- 前記光学装置が、前記レーザー(130)と前記ディフューザー(140)間に配置された光学コリメート構造(135)を含み、前記光学コリメート構造(135)が、前記ディフューザーが、平行レーザー光(10)を変換レーザー光(150)に変換するように、前記レーザー光(10)を平行にするように構成されている、請求項1から9のいずれか一項に記載のレーザー装置(100)。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の少なくとも1つのレーザー装置(100)と、電気駆動電流を前記レーザー(130)に提供するための電気ドライバー(230)とを備える、発光装置。
- 請求項13に記載の発光装置または請求項1から12のいずれか一項に記載のレーザー装置(100)と、対象(300)によって反射された変換レーザー光(150)を検出するための光検出器(221)と、評価器とを含む飛行時間型カメラ(200)であって、前記評価器が、前記光検出器(221)によって検出された変換レーザー光(150)によって対象(300)までの距離を測定するように構成されている、飛行時間型カメラ(200)。
- レーザー装置(100)の製造方法であって、
レーザーアレイを提供するステップであって、前記レーザーアレイが、第1の規則的パターンに配置された多数のレーザー(130)を含み、各レーザー(130)が、第1光軸に垂直な少なくとも1つの方向の第1光軸に対して発散角θ/2を有する前記第1光軸の周りに同じレーザー発光プロファイルを発光するように構成されているステップと、
光学装置を提供するステップであって、前記光学装置がディフューザー(140)を含み、前記ディフューザー(140)が第2の規則的パターンに配置された光学素子(21)のアレイを含み、各光学素子(21)が第2光軸を含むステップと、
レーザー光(10)が、各光学素子(21)の各表面素子によって規定角度範囲内で受け取られると、画定視野(160)内の基準面内の少なくとも1つの第1照明光軸(33)に沿って規定照明パターンを提供するように各光学素子(21)を配置するステップであって、前記規定角度範囲が、前記第2光軸に対して−θと+θの間、好ましくは−θ/2と+θ/2の間の角度範囲以下であるステップと、
前記ディフューザー(140)が前記レーザー(130)から受け取ったレーザー光(10)を変換光(150)に変換するように、レーザー(130)と光学素子(21)を相互に配置するステップであって、前記画定視野(160)内の基準面内の前記第1照明光軸(33)に沿った前記変換光(150)の発光特性が、前記規定照明パターンと同じ特性によって特徴付けられるステップと、
少なくともn個のレーザー(130)を含む少なくとも1つの第1列レーザー(130)を、レーザーピッチpで前記第1照明光軸に平行な第1軸に沿って配置し、少なくともm個の光学素子(21)を含む少なくとも1つの第1列光学素子(21)を、前記第1軸に平行に配置するステップであって、各光学素子(21)が、前記第1軸に平行な直径Lによって特徴付けられ、各光学素子(21)が、前記第1軸に平行な前記第1列光学素子(21)の全長が、直径Lを掛けた光学素子(21)の数で示されるように、隣接する光学素子(21)と物理的に接触しているステップと、前記第1列光学素子(21)を、前記第1列レーザー(130)の動作中に前記第1列レーザー(130)からレーザー光(10)を受け取るように構成するステップであって、前記光学素子の基準面内の前記第1軸に沿って前記レーザー(130)によって発光された前記レーザー光(10)の直径が、Φによって示され、前記n個のレーザー(130)とm個の光学素子(21)が、偏差が±5%未満の条件n*p=m*Lを満たすステップと
を含む方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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