JP2022534950A - 画角に伴って照射波長を変更するアクティブ照射システム - Google Patents

画角に伴って照射波長を変更するアクティブ照射システム Download PDF

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Abstract

アクティブ照射装置は、視野を照射するように構成された放出源を備える。放出源は、１つ以上のエミッタ素子を含み、それによって照射される視野のそれぞれの部分に基づいて変動するそれぞれの波長を有する光信号を出力するように構成されている。光信号のそれぞれの波長は、それぞれの画角についての、検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域等の検出モジュールの光学特性の変動に従って視野のそれぞれの画角にわたって変動し得る。関連する撮像装置及び方法も論述される。【選択図】図１

Description

本開示は、包括的には、撮像に関し、より詳細には、アクティブ照射ベース撮像に関する。
［優先権の主張］
本出願は２０１９年５月２８日に米国特許商標庁に出願された米国仮特許出願第６２／８５３，２８３号からの優先権の利益を主張し、その開示は、引用することにより、その全体が本明細書の一部をなすものとする。
アクティブ照射ベース撮像は、距離測定、深さプロファイリング、構造化照射、及び３Ｄ撮像（例えば、本明細書においてライダとも称される、光による検出と測距（ＬＩＤＡＲ、ライダ））を含む多くの応用において使用される。タイム・オブ・フライト（ＴｏＦ：time of flight）３Ｄ撮像システムは、間接ＴｏＦ（ｉＴｏＦ：indirect ToF）システム又は直接ＴｏＦシステムとして類別することができる。
直接ＴｏＦ測定は、ＬＩＤＡＲシステムのエミッタ素子による放射の放出と、ＬＩＤＡＲシステムの検出器素子による、物体又は他の標的からの反射後の放射（本明細書において、エコー信号とも称される）の検知との間の時間の長さを測定することを含む。この時間の長さから、標的までの距離を求めることができる。間接ＴｏＦ測定は、放出信号に対するエコー信号の位相遅延又は位相シフトを測定することを含む。標的までの距離は、戻りエコー信号の検出された位相シフトから計算することができる。
相対的に狭いスペクトル帯域幅を有する照射源を有するアクティブ照射撮像システムの場合、狭帯域スペクトルフィルタは、撮像システムの照射源の波長における光の検出を抑制することなく、検出器上に入射し得る他のソース（例えば、太陽光源又は他の周囲光源）からの放射の検出を削減するために、撮像光学システムの検出器側において使用され得る。撮像システム以外のソースからのそのような光は、本明細書において背景光と総称される場合がある。
本明細書に記載のいくつかの実施の形態は、１つ以上の光エミッタ素子（面発光レーザダイオード又は端面発光レーザダイオード等の半導体レーザを含み、本明細書において、エミッタと総称する）及び／又は１つ以上の光検出器素子（アバランシェフォトダイオード及び単一光子アバランシェ検出器（ＳＰＡＤ：single-photon avalanche detectors）を含むフォトダイオード等の半導体光検出器を含み、本明細書において、検出器と総称する）を含むアクティブ照射ベース撮像システムを提供する電子回路を含む方法、システム、及びデバイスを提供する。
いくつかの実施の形態によれば、アクティブ照射装置は、視野を照射するように構成された放出源を備える。該放出源は、１つ以上のエミッタ素子を含み、それによって照射される前記視野のそれぞれの部分に基づいて変動するそれぞれの波長を有する光信号を出力するように構成される。
いくつかの実施の形態において、前記視野の前記それぞれの部分は、それぞれの画角を含んでもよく、前記光信号の前記それぞれの波長は、前記画角の１つ以上の中心角度における第１の波長と、前記第１の波長よりも高いか又は該第１の波長よりも低い、前記画角の１つ以上の周辺角度における第２の波長とを含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、前記光信号の前記それぞれの波長は、前記画角の前記１つ以上の中心角度から前記画角の前記１つ以上の周辺角度に段階的に又は連続的に低下させてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記光信号の前記それぞれの波長は、前記視野の前記それぞれの部分にわたる前記光信号に対応する前記それぞれの波長を有する戻り信号を受信するように構成される検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域の変動に従って変動し得る。
いくつかの実施の形態において、前記装置は、前記視野を撮像するように構成される１つ以上の検出器素子を備えてもよく、前記１つ以上の検出器素子の光路内に前記検出器側スペクトルフィルタ素子を備えてもよい。前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、該検出器側スペクトルフィルタ素子の前記通過帯域内にある前記それぞれの波長を有する前記戻り信号を前記１つ以上の検出器素子に通過させるように構成されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の中心角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号との干渉を防止し、及び／又は前記１つ以上の周辺角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号との干渉を防止するように構成されてもよい。例えば、前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の周辺角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成され得るとともに、前記１つ以上の中心角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成され得る。
いくつかの実施の形態において、前記放出源は、エミッタアレイ内の前記エミッタ素子のそれぞれの空間的ロケーションに基づいて変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を放出するように構成される複数の前記エミッタ素子を含む該エミッタアレイを備えてもよい。前記それぞれの空間的ロケーションは、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記エミッタアレイは、前記エミッタ素子に非ネイティブである基板を備えてもよく、前記エミッタ素子は、前記光信号の前記それぞれの波長に基づいて、前記基板上の前記それぞれの空間的ロケーションに組み付けられてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記エミッタ素子は、前記基板上に転写印刷されてもよく、前記エミッタ素子のうちの少なくとも１つは、残留テザー部分を備える。
いくつかの実施の形態において、前記それぞれの空間的ロケーションのそれぞれは、前記光信号の前記それぞれの波長に基づく同じビン又は同じ波長範囲に対応する前記エミッタ素子のサブセットを含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、前記エミッタ素子は、発光ダイオード又はレーザダイオードであってもよい。いくつかの実施の形態において、前記レーザダイオードは、垂直共振器面発光レーザダイオード及び／又は端面発光レーザダイオードであってもよい。
いくつかの実施の形態において、前記放出源は、前記１つ以上のエミッタ素子の光路内にあるフィルタ素子を備えてもよい。該フィルタ素子は、該フィルタ素子の表面に沿ったそれぞれの位置において変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成されてもよい。前記それぞれの位置は、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記１つ以上のエミッタ素子は、第１の波長範囲内の第１の波長を有する前記光信号を放出するように構成される１つ以上の広帯域光源を含んでもよく、前記フィルタ素子は、前記第１の波長範囲よりも狭いそれぞれの第２の波長範囲内の第２の波長を有する前記光信号を出力するように構成されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記フィルタ素子は、前記１つ以上のエミッタ素子との界面に沿った、その１つ以上のコンポーネント間の不均一な間隙を画定する空間的変動性帯域通過フィルタであってもよいし、該空間的変動性帯域通過フィルタを含んでもよい。
いくつかの実施の形態によれば、アクティブ照射装置を製造する方法は、視野を照射するように構成される放出源を設けるステップを含む。前記放出源は、１つ以上のエミッタ素子を含み、それによって照射される前記視野のそれぞれの部分に基づいて変動するそれぞれの波長を有する光信号を出力するように構成されている。
いくつかの実施の形態において、前記放出源を設けるステップは、エミッタアレイにおける前記エミッタ素子のそれぞれの空間的ロケーションに基づいて変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を放出するように構成されている複数の前記エミッタ素子を有する該エミッタアレイを形成することを含んでもよく、前記それぞれの空間的ロケーションは、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記エミッタアレイを形成することは、前記エミッタ素子に非ネイティブである基板を設けることと、前記エミッタ素子を、それによって放出される前記光信号の前記それぞれの波長に基づく前記それぞれの空間的ロケーションにおいて前記基板上に組み付けることとを含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、前記エミッタ素子を組み付けることは前記エミッタ素子を前記基板上に転写印刷することを含んでもよく、前記エミッタ素子のうちの少なくとも１つは残留テザー部分を備えてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記それぞれの空間的ロケーションのそれぞれは、前記光信号の前記それぞれの波長に基づく同じビン又は同じ波長範囲に対応する前記エミッタ素子のサブセットを含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、前記放出源を設けるステップは、前記１つ以上のエミッタ素子の光路内にフィルタ素子を設けることを含んでもよい。該フィルタ素子は、該フィルタ素子の表面に沿ったそれぞれの位置において変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成されてもよく、前記それぞれの位置は、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記１つ以上のエミッタ素子は、第１の波長範囲内の第１の波長を有する前記光信号を放出するように構成される１つ以上の広帯域光源を含んでもよく、前記フィルタ素子は、前記第１の波長範囲よりも狭いそれぞれの第２の波長範囲内の第２の波長を有する前記光信号を出力するように構成されてもよい。
いくつかの実施の形態において、前記方法は、前記視野の前記それぞれの部分にわたる前記光信号に対応する前記それぞれの波長を有する戻り信号を受信するように構成される１つ以上の検出器素子と、前記１つ以上の検出器素子の光路内にある検出器側スペクトルフィルタ素子とを備える検出モジュールを設けるステップを更に含んでもよい。前記光信号の前記それぞれの波長は、前記検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域の変動に従って変動し得る。
いくつかの実施の形態において、前記視野の前記それぞれの部分は、それぞれの画角を含んでもよい。前記光信号の前記それぞれの波長は、前記画角の１つ以上の中心角度における第１の波長と、前記第１の波長よりも高いか又は該第１の波長よりも低い、前記画角の１つ以上の周辺角度における第２の波長とを含んでもよい。前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の周辺角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成され得るとともに、前記１つ以上の中心角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成され得る。
いくつかの実施の形態によれば、アクティブ照射ベース撮像装置は、放出源と、検出モジュールとを備える。前記放出源は、視野を照射するために光信号を出力するように構成された１つ以上のエミッタ素子を含み、前記検出モジュールは、前記視野を撮像するように構成された１つ以上の検出器素子を備える。前記放出源は、それぞれの画角についての前記検出モジュールの光学特性の変動に従って前記視野の前記それぞれの画角にわたって変動するそれぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成される。
いくつかの実施の形態において、前記それぞれの波長は、前記画角の１つ以上の中心角度における第１の波長と、前記第１の波長よりも高いか又は該第１の波長よりも低い、前記画角の１つ以上の周辺角度における第２の波長とを含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、前記それぞれの波長は、前記画角の前記１つ以上の中心角度から前記画角の前記１つ以上の周辺角度に段階的に又は連続的に低下してもよい。
いくつかの実施の形態において、前記検出モジュールは、前記１つ以上の検出器素子の光路内にあり、スペクトルフィルタ素子の通過帯域内である前記それぞれの波長を有する戻り信号を、前記１つ以上の検出器素子に通過させるように構成されているスペクトルフィルタ素子を更に備えてもよい。前記検出モジュールの前記光学特性は、前記それぞれの画角についての前記スペクトルフィルタ素子の前記通過帯域を含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、前記スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の周辺角度において該スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成され得るとともに、前記１つ以上の中心角度において該スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成され得る。
いくつかの実施の形態において、前記放出源は、エミッタアレイ内の前記エミッタ素子のそれぞれの空間的ロケーションに基づいて変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を放出するように構成される複数の前記エミッタ素子を含む該エミッタアレイを備えてもよく、前記それぞれの空間的ロケーションは、前記それぞれの画角を照射するように配置されている。付加的に又は代替的に、前記放出源は、前記１つ以上のエミッタ素子の光路内にあり、フィルタ素子の表面に沿ったそれぞれの位置において変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成される該フィルタ素子を備えてもよく、前記それぞれの位置は、前記それぞれの画角を照射するように配置されている。
いくつかの実施の形態において、少なくとも１つの制御回路は、それぞれの画角にわたって光信号のそれぞれの波長を変動するために、及び／又はそれぞれの画角についての検出モジュールの光学特性の変動を制御するために、放出源及び／又は検出モジュールを（例えば、そのそれぞれの温度を制御することによって）制御するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態による他のデバイス、装置及び／又は方法は、以下の図面及び詳細な説明を検討することで当業者には明らかとなるであろう。全てのそのような追加の実施形態も、上記実施形態のありとあらゆる組み合わせに加えて、この説明内に含まれるとともに本発明の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
本開示のいくつかの実施形態による例示のライダシステム又は回路を示すブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態による、放出波長の画角依存変動を提供するための視野の照射の例を示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態による、アレイ内の位置に従って異なる放出波長を有するそれぞれの光信号を出力するように構成されたエミッタを含むエミッタアレイを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、画角に伴って変動する放出波長を有するそれぞれの光信号を出力するように構成されるエミッタ側フィルタ素子とともに１つ以上のエミッタを含む放出源を示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、画角に伴って変動する放出波長を有するそれぞれの光信号を選択的に受容するように構成される検出器側フィルタ素子と、視野を撮像するように構成される１つ以上の検出器との例示の実施態様を示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、放出波長の画角又は位置依存変動に基づいて動作するように構成される放出源及び検出モジュールを備えるアクティブ照射システムの例示の動作を示すブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態による、放出源の動作と協働する検出器側フィルタの例示の通過帯域特性を示すグラフである。 本開示のいくつかの更なる実施形態による、放出源の動作と協働する検出器側フィルタの例示の通過帯域特性を示すグラフである。 本開示のまた更なる実施形態による、放出源の動作と協働する検出器側フィルタの例示の通過帯域特性を示すグラフである。 入射の角度に伴う検出器側フィルタの通過帯域の予測シフトの一例を示すグラフである。 例示の干渉タイプ検出器側フィルタの場合の入射の角度に伴う通過帯域の差又はシフトを示すグラフである。 視野にわたるフィルタ径要件の差を示すグラフである。 開口絞りにおけるフィルタの使用と比較した、光学システムの画角又は瞳角度を低下させる効果及び検出器側フィルタサイズの対応する変化を示すグラフである。
以下の詳細な説明において、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために数多くの具体的な詳細が記載される。ただし、当業者であれば、これらの具体的な詳細がなくとも本開示を実施し得ることが理解されるであろう。いくつかの事例において、既知の方法、手順、構成要素及び回路については、本開示を不明瞭にしないように詳細に説明しない。本明細書に開示される全ての実施形態を個別に実施すること、又は任意の方法及び／又は組み合わせで組み合わせることができることが意図される。１つの実施形態に関して説明される態様は、異なる実施形態に関して具体的に説明されていなくとも異なる実施形態に組み込んでもよい。すなわち、全ての実施形態及び／又は任意の実施形態の特徴を、任意の方法及び／又は組み合わせで組み合わせることができる。
本開示のいくつかの実施形態は、本明細書においてライダの応用及びシステムに関して説明される。あるライダシステムは、エミッタのアレイ及び検出器のアレイを備える場合があり、又は、このシステムは、単一のエミッタ及び検出器のアレイを有するか、又は、エミッタのアレイ及び単一の検出器を有する場合がある。本明細書において説明されるように、１つ以上のエミッタがエミッタユニットを規定してもよく、１つ以上の検出器が検出器ピクセルを規定してもよい。フラッシュライダシステムは、エミッタ素子のアレイ又はアレイのサブセットから光を視野又はシーンにわたって短い継続時間（パルス）放出することによって、画像を取得してもよい。非フラッシュ又はスキャニングライダシステムは、視野又はシーンにわたる光放出を（連続的に）ラスタ走査することによって、例えば、点走査又は線走査を使用して、点ごとに必要なパワーを放出し、順次に走査して視野全体を再構築することによって、画像フレームを生成してもよい。
本明細書においてライダシステムにおける応用に関して主に説明されるが、本開示の実施形態はライダ応用に限定されることは決してないことが理解されるであろう。例えば、本開示の実施形態は、セキュリティカメラ（例えば、暗闇における撮像のための赤外線（ＩＲ）照射を使用する）、軍事応用（例えば、ミサイル誘導）、及び／又は、可視波長範囲内又は可視スペクトル外（例えば、ＩＲベース撮像）を問わず、アクティブ照射を使用する（例えば、照射源のブラインド状態（blinding）を防止する）他の撮像システムにおいて使用され得る。より一般的には、本開示の実施形態は、非アクティブ照射又はエネルギーの除去が望まれ得る任意のアクティブ照射システムに適用され得る。
本開示の実施形態に従って動作し得るアクティブ照射システムを含むＬＩＤＡＲ応用におけるＴｏＦ測定システム又は回路１００の一例が図１に示されている。ライダシステム又は回路１００は、（複数のエミッタ１１５ｅを含むエミッタアレイ１１５を含むものとして示される）照射又は放出源１５と（複数の検出器１１０ｄを含む検出器アレイ１１０を含むものとして示される）検出モジュール１０とのタイミングを制御する制御回路１０５とタイミング発生器又はドライバ回路１１６とを備える。検出器１１０ｄは、ＴｏＦセンサ（例えば、ＳＰＡＤ等の単一光子検出器のアレイ）を含む。エミッタアレイ１１５のエミッタ素子１１５ｅのうちの１つ以上は、タイミング生成器又はドライバ回路１１６によって制御される時間及び周波数で（本明細書において、光信号、エミッタ信号、又は光放出と総称される）光学照射パルス又は連続波信号をそれぞれ放出するエミッタユニットを規定してもよい。特定の実施形態において、エミッタ１１５ｅは、パルス光源、例えば、ＬＥＤ又はレーザ（例えば、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ））であってもよい。光信号は、標的１５０から反射されて戻り、検出器アレイ１１０の１つ以上の検出器素子１１０ｄによって規定される検出器ピクセルによって検知される。制御回路１０５は、直接ＴｏＦ測定技法又は間接ＴｏＦ測定技法を使用して、エミッタアレイ１１５から標的１５０に進み検出器アレイ１１０の検出器１１０ｄに戻る行程にわたる照射パルスのＴｏＦを測定及び／又は計算するピクセルプロセッサを実施してもよい。
ドライバ電子機器１１６は、それぞれ、１つ以上のエミッタ素子に対応してもよく、それぞれ、マスタクロックを基準としたタイミング制御信号、及び／又はエミッタ素子１１５ｅによって、例えばエミッタ素子１１５ｅへのピーク駆動電流を制御することによって、出力される光のピークパワーを制御するパワー制御信号に応答して動作されてもよい。いくつかの実施形態において、エミッタアレイ１１５におけるエミッタ素子１１５ｅのそれぞれは、それぞれのドライバ回路１１６に接続され、これらのドライバ回路によって制御される。他の実施形態において、エミッタアレイ１１５におけるエミッタ素子１１５ｅ（例えば、互いに空間的に近接するエミッタ素子１１５ｅ）のそれぞれのグループは、同じドライバ回路１１６に接続されてもよい。ドライバ回路又は回路部１１６は、エミッタ１１５ｅから出力される（光放出信号とも称される）光信号の変調周波数、タイミング及び振幅／パワーレベルを制御するように構成される１つ以上のドライバトランジスタを備えてもよい。
例えばエミッタアレイ１１５の視野にわたって出力される光を増大及び／又は調整するための、エミッタ側フィルタ素子１１３（例えば、ファブリペロー干渉計）、ディフューザ１１４、及び（本明細書において照射光学素子と総称される）プリズム又は格子２１４も示されている。照射光学素子は、個々の又はグループのエミッタ素子１１５ｅの照射野が有意に重なることがないことを確実にするようにエミッタ素子１１５ｅから出力される光の十分に低いビーム発散を提供し、かつ依然として観測者に目の安全性を提供するようにエミッタ素子１１５ｅから出力される光の十分に大きいビーム発散を提供するように構成することができる。
エミッタ素子１１５ｅから出力された光によって照射された標的１５０から反射された光の検知又は検出は、検出器アレイ１１０を含む受信機／検出モジュール又は回路１０を使用して実行される。いくつかの実施形態において、検出器アレイ１１０は、検出器ピクセルのアレイを含む（各検出器ピクセルは、１つ以上の検出器１１０ｄ、例えば、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）等の単一光子検出器を含む）。ＳＰＡＤベース検出器アレイは、高感度及びタイミング分解能が望まれる撮像応用では固体検出器として使用されてもよい。受信機光学素子１１２（例えば、ＦＯＶ １９０にわたって光を収集する１つ以上のレンズ）、及び（タイミング回路１０６を含む）受信機電子機器は、検出器アレイ１１０の全て又は一部を給電、イネーブル、及びディスエーブルするとともに、そこにタイミング信号を提供するように構成される。検出器ピクセルは、少なくともナノ秒の精度で活性化又は非活性化することができ、個々にアドレス指定可能、グループ別にアドレス指定可能、及び／又は大域的にアドレス指定可能であってもよい。受信機光学素子１１２は、ライダシステムによって撮像することができる最大ＦＯＶ １９０から光を収集するように構成されるマクロレンズ、検出ピクセルの収集効率を改善するマイクロレンズ、及び／又は迷光の検出を低減又は防止する反射防止コーティングを含み得る。
検出器アレイ１１０の検出器１１０ｄは、タイミング回路１０６に接続される。タイミング回路１０６は、エミッタアレイ１１５のドライバ回路部１１６に位相ロックされてもよい。検出器１１０ｄのそれぞれ又は検出器のグループの感度は、制御されてもよい。例えば、検出器素子が逆バイアスフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＰＩＮダイオード、及び／又はガイガモードアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を含む場合、逆バイアスが調整されてもよく、それによって、オーババイアスが高くなると感度が高くなる。検出器素子１１０ｄがＣＣＤ、ＣＭＯＳフォトゲート、及び／又は光子混合デバイス（ｐｍｄ）等の集積デバイスを含む場合、電荷集積時間は、集積時間が長くなると感度が高くなるように調整されてもよい。
図１に示されるように、検出器１１０ｄの光路内に（本明細書において検出器側フィルタ素子又はフィルタとも称される）スペクトルフィルタ１１１が設けられてもよい。検出器側フィルタ１１１は、エミッタ１１５ｅから出力される光放出に対応する波長範囲の「信号」光が通過して検出器１１０ｄに向かう（すなわち、検出器側フィルタ１１１の通過帯域に対応する光の通過を可能にする）ことを許可し、かつ（エミッタから出力される光信号とは異なる、検出側フィルタ１１１の通過帯域外である波長の）非信号又は背景光の通過を阻止又は防止してもよい。それゆえ、背景光除去を増大又は最大化するために、検出器側フィルタ１１１の通過帯域は可能な限り狭いことが有利であり得る。
エミッタ１１５ｅのうちの１つ以上からの光放出は、１つ以上の標的１５０に衝突して反射され、反射光は、検出器１１０ｄのうちの１つ以上によって（例えば、本明細書において収集光学素子と総称される、１つ以上のレンズ１１２、ミラー、及び／又は検出器側フィルタ素子１１１を介して）光信号（本明細書において戻り信号、エコー信号、又はエコーとも称される）として検出され、電気信号表現に変換され、（例えば、タイム・オブ・フライト（ＴｏＦ）に基づいて）処理されて視野１９０の３Ｄ点群表現１７０が規定される。放出野は、波長を、放出源１５の法線又は光軸に対する角度にマッピングする。いくつかの実施形態において、放出源１５は、それぞれが異なる放出波長を有する２つ以上のエミッタ素子１１５ｅと、エミッタ素子１１５ｅから出力された合成スペクトルの放出野を十分に均質化するように構成されたディフューザ１１４と、視野１９０にわたる異なる方向又は角度に異なるスペクトル成分又は波長を向けるように構成された（プリズム又は格子等の）光学素子２１４と、任意選択的に、放出ビーム／光信号の発散角を制御する更なる光学素子とを備えてもよい。本明細書において説明される実施形態において、ビーム／光信号の発散角は、波長対角度マッピングが遠視野内に維持され、それと同時に依然として目の安全性を維持するように、十分に狭くなるように維持されてもよい。本開示の実施形態によるライダシステム１００の動作は、図１に示される制御回路１０５等の１つ以上のプロセッサ又はコントローラによって実行されてもよい。
本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、検出器側フィルタ１１１が検出器１１０ｄの光路内で使用される場合、検出器側フィルタ１１１上の光の入射の角度に伴う検出器側フィルタ１１１の通過帯域のシフトが存在し得るという理解から生じ得る。例えば、干渉タイプ検出器側フィルタ（例えば、フィルタ開口部にわたって同じ通過帯域を有する平坦誘電体フィルタ）の場合、通過帯域のシフトは、入射の角度に伴う検出器側フィルタ材料を通した路長の変化に起因し得る。すなわち、検出器１１０ｄによる検出のために検出器側フィルタ１１１を通過することが許可される光の波長は、（本明細書において入射角度又は入射の角度（ＡＯＩ）とも称される）フィルタ１１１の表面上の入射光の角度に伴って変動し得る。本明細書において説明されるように、フィルタ１１１における又はフィルタ１１１上の入射角度は、（フィルタ１１１の表面に対して直交であり得る）フィルタ１１１の光軸に対して規定される。
特に、コリメートビームの角度が光干渉フィルタの法線面から傾斜されるので、透過スペクトルは、「青色シフト」される可能性があり、すなわち、スペクトル特徴は、より短い波長にシフトし得る。この角度シフトは、入射の角度が増大するのに伴ってより顕著になり、この角度シフトは、以下の定式を使用して、コリメート光において及び比較的小さい入射の角度について計算することができる。
Figure 2022534950000002
 ここで、λθは、入射角度θにおける関心特徴に対応する波長であり、λｏは、法線入射における関心特徴に対応する波長であり、ｎｏは、入射媒体の屈折率であり、ｎｅｆｆは、光フィルタの実効屈折率である。いくつかの実施形態において、物体は、無限遠にあると近似することができ、角度θ（３Ｄ ＦｏＶにおける方位角）において物体から到達する反射光は、この反射光の波長が上記の式を満たす場合にのみ、フィルタを通過して透過される。
図７は、入射の角度に伴う検出器側フィルタの通過帯域の予測シフトの一例を示すグラフである。図７の例に示されるように、１．７５の実効屈折率を有する検出器側フィルタは、０度の入射角度において９３７ナノメートル（ｎｍ）に中心が合わされる約５ｎｍの通過帯域７０５を有する（ここで、通過帯域７０５は、下側曲線／カットオン波長７０１と上側曲線／カットオフ波長７０２との間で画定される）。カットオン波長７０１とカットオフ波長７０２との間の面積は、０度～１０度の入射角度の範囲にわたる検出器側フィルタの通過帯域の変化を示している。図７は、約９３７ｎｍの中心波長を有する、放出源から出力される２ｎｍ幅光信号７１５の放出帯域幅も示している。図７に示されるように、約±６度（又はソース及びカットオン波長が互いに近い場合±７度）の入射角度を上回ると、放出源から出力される光信号７１５は、フィルタによって減衰され始める。
図８は、例示の干渉タイプ検出器側フィルタの入射の角度に伴う通過帯域の差又はシフトを示すグラフである。特に、図８は、例示の干渉タイプ検出器側フィルタの２つの入射の角度（角度１ ８０１及び角度２ ８０２）における通過帯域の典型的な差又はシフトを示すために波長対光透過量を示している。図８に示すように、破線によって示される波長（例えば、約９３７ｎｍの波長）を有する入射光８１５は、角度２ ８０２に対する角度１ ８０１における通過帯域の±６度～７度のシフトに起因して、フィルタの光軸に対する角度２ ８０２において入射する場合、フィルタによって通過することができない。
上記で言及されたように、背景光除去を増大又は最大化するために、検出器側フィルタの通過帯域は可能な限り狭いことが有利であり得る。検出器側フィルタの通過帯域が背景光の阻止のために適切に狭いことを確実にするために、光学システムのビームサイズを（例えば、追加のレンズ／収集光学素子を使用して）拡大して、検出器側フィルタ表面における入射角度を低下させてもよい。しかしながら、大きい入口開口及び大きい視野を有するシステムの場合、このビーム拡大により、フィルタ開口（及びそれゆえ、光学システム全体）のサイズが法外に大きくなり得る。例えば、撮像システムがθの視野、並びに所望のｆ値（すなわち、ｆ／ｎと表現される、入口開口の径に対する焦点長の比）及び倍率の場合のαの入口開口を有し、かつフィルタ受容角度がφである場合、フィルタ開口Ｆ径は、以下のようにスケーリングする。
Figure 2022534950000003
 図９は、α＝２５ｍｍ入口開口及び５度のフィルタ受容角度の場合の、±１０度～±３０度の視野のｆ／１システム（すなわち、１のｆ値を有する）についてのフィルタ径Ｆ要件（ミリメートル（ｍｍ）単位）を示すグラフである。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、開口絞り１０９９におけるフィルタの使用と比較した、光学システムの検出側を通る画角又は瞳角度の低下（及び検出器側フィルタサイズの対応する増大）の効果を示すグラフである。検出器側において、画角は、（図１０Ａ及び図１０Ｂにおけるｙ軸に沿った）検出システムの光軸に対するフィールド内の点からの光線によって画定される角度を指し得る。各フィールド点は、典型的には、光を円錐角又は立体角に反射し、この立体角の一部分は、（レンズ１０１２ａ、１０１２ｂ、１０１２ｃとして示される）光学システムと交差し、この一部分内からの光は、システム内の画像平面上に集束される。画像平面は、単一の画角の光を集束へともたらすシステム内の任意の平面を指し得る。画像平面における対応する立体角のサイズは、この画像平面における倍率に依存することができる。開口平面は、全てのフィールドについての主光線が互いに、及びシステムの光軸と交差するシステム内の平面を指し得る。開口平面における角度の範囲は、この開口平面におけるビームサイズの倍率に依存し得る。
図１０Ａにおいて、検出器平面（すなわち、検出器の受光表面）よりも大きい（図示される干渉フィルタ１０１１において集束する光によって示される）中間画像平面を生成するために、レンズ１０１２ａ、１０１２ｂ、１０１２ｃ及び干渉フィルタ１０１１の組み合わせを含む光学システムが使用され、フィールド位置ごとのこの画像平面における立体角が検出器平面における対応する立体角よりも小さくなる。より小さい範囲の入射角度を有するこの中間画像平面に干渉フィルタ１０１１を配置することができ、更なる光学素子１０１２ｂ、１０１２ｃは、検出器１０１０上へのこの画像平面を縮小するのに使用することができる。
図１０Ｂにおいて、システムに入るビーム径よりも大きい中間画像平面を（図示される干渉フィルタ１０１１において）生成するために、レンズ１０１２ａ、１０１２ｂ、１０１２ｃ及び干渉フィルタ１０１１の組み合わせを含む光学システムが使用され、この中間開口平面における角度の範囲が画角の範囲よりも小さくなる。より小さい範囲の入射角度を有するこの中間画像平面に干渉フィルタ１０１１を配置することができ、更なる光学素子１０１２ｃは、この中間開口を通るコリメートビームを検出器１０１０上に集束するのに使用することができる。
上記で言及されたように、狭帯域誘電体フィルタの欠点は、それらの狭い受容角度（低い開口数）であり、これにより、システムの光スループットが制限される。エネルギー損失を低減するために、システム内で光スループット又はエタンデュ（開口面積及び開口数の積に基づくものであり得る）が保存されるべきである。（例えば、限られたエミッタパワー又は物体の低反射性又は物体の長距離に起因して）光が欠乏するシステムは、相対的に大きい収集開口を要求する場合がある。広い視野の場合、エタンデュも相対的に大きくなることがある。フィルタ平面において、開口数は相対的に小さい場合があるので、エタンデュを維持することは、フィルタ開口が非常に大きいことを必要とすることがあり、それによってサイズ及び費用が増大する。
本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、視野を制限することなく、システムの開口数を制限することなく、及び検出器側フィルタ及び光学システムが法外に大きくなることなく、狭通過帯域検出器側フィルタ（例えば、約１５ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、又は約３ｎｍの通過帯域を有する）を利用するアクティブ照射撮像システムの性能を改善することを対象とする。いくつかの従来の手法は、適した吸収フィルタを使用すること、視野を減少させること、システムの開口数を低下させること、フィルタの開口サイズを増大させること、及び／又は湾曲したフィルタ基板の使用を含み得る。
対照的に、本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、放出源１５から出力される照射波長（本明細書において放出波長とも称される）が、いくつかの実施形態においては視野にわたる対応する角度についての光検出モジュール１０（限定されないが、検出器側レンズ１１２、検出器側フィルタ１１１、及び／又は他の検出側光学素子を含む）の光学特性の変動（例えば、通過帯域の変動）に基づいて、視野にわたる角度に伴って変動するように、光放出源１５（限定されないが、エミッタアレイ１１５のエミッタ素子１１５ｅ、及び／又は、エミッタ側レンズ及び／又はエミッタ側フィルタ１１３を含む他のエミッタ側光学素子を含む）を構成することによって、上記の問題及び／又は他の問題に対処し得る。本明細書において説明されるように、視野は、放出源及び／又は検出モジュールのそれぞれの光軸に対する、放出源によって照射される及び／又は検出モジュールによって撮像される角度範囲（例えば、１８０度）を指し得る。ＦＯＶは、本明細書において「画角」とも称されるそれぞれの角度、及び、放出源及び／又は検出モジュールの光軸に対する、画角のうちの１つ以上を含む角度範囲又は部分範囲を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、放出源から出力される光の波長は、例えばエミッタアレイの異なる部分において光の異なる波長を出力するエミッタを配置することによって、ＦＯＶの各画角についての検出器側フィルタの通過帯域に一致するか又は別様に対応するように、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ＦＯＶのその各画角において変動するように構成することができる。波長指向性放出源を形成するいくつかの方法及びデバイスが、図３Ａ及び図３Ｂにおいて例示として示されている。複数の十分に小さい放出源が、レンズの焦点面ｆに配置される。各エミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’から発する光線は、光軸からの各エミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’の距離に対応する主光線角度を有するレンズ３１４によってコリメートされる。例えば、エミッタがＶＣＳＥＬであり、かつ中心ＶＣＳＥＬの波長が周辺ＶＣＳＥＬの波長よりも長い場合、０度方向は、周辺方向よりも長い波長の光信号を用いて照射される。
波長指向性放出源を形成する他の方法及びデバイスは、エミッタアレイ３１５ｃの光路内に１つ以上の光学素子３１３（空間的変動性帯域通過フィルタ素子等）を配置することによって、図３Ｃにおいて例示として示されている。そのようなフィルタ素子は、エネルギー効率が劣る場合がある。なぜならば、そのフィルタ素子は、フィルタの通過帯域外の光を透過することができないためである。別の実施形態において、光学素子３１３は、異なるスペクトル成分が異なる方向に向けられ、かつ関心スペクトル帯域内の全てのエネルギーが標的を照射するのに使用されるように、エミッタ３１５ｃの光路内に配置されるプリズム、回折格子又は別の類似の素子であってもよい。スペクトル分布は、以下で説明されるように、受信機又は検出モジュールの光軸に関して対称であってもよい。
本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、放出源は、上述された角度シフト式に従う角度依存スペクトルを有する光信号を出力するように構成されてもよく、それにより、放出角度スペクトルは、検出器側フィルタの角度スペクトルに一致し、それによって、検出器側フィルタの受容角度が実効的に増大する。したがって、検出器側フィルタ開口は、視野の全てのフィールド又は部分について固定の放出波長を有するシステムと比較して、同じフィルタ帯域幅（例えば、同じ通過帯域）についてより小さくすることができる。照射波長のこの変動は、連続的なものとすることもできるし、異なる波長ステップの帯域又はゾーンを有する離散的なものとすることもできる。
いくつかの実施形態において、検出器側フィルタの通過帯域は、ＦＯＶの各画角において放出源から出力される光の波長に一致するか又は別様に対応するように変動するように構成されてもよい。すなわち、検出器側フィルタは、放出源から出力される光と同じ、波長と方向との間の対応関係を有する光を透過するように構成及び位置決めされてもよい。例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、異なる入射の角度に伴って変動する通過帯域を有するスペクトルフィルタ素子４１１は、ＦＯＶの各画角における光をＦＯＶのその画角についての検出器側フィルタの変動する通過帯域に一致又は別様に対応させることができるように、放出源からの光の変動する波長からは独立して又はこれと組み合わせて使用されてもよい。
図２Ａ及び図２Ｂは、本明細書において説明される実施形態による、放出波長の画角依存変動を提供するための視野の照射の例を示す概略図である。特に、図２Ａは、ＦＯＶ ２９０のそれぞれの画角にわたる（それぞれの放出波長λ１、λ２、λ３を含む）放出波長の離散的又は段階的変動を提供するように構成される放出源２１５ａを示し、一方、図２Ｂは、ＦＯＶ ２９０にわたる画角（ここで、陰影は、λ１～λ３の波長範囲の連続変動を示す）に伴う放出波長の連続変動を提供するように構成される放出源２１５ｂを示している。放出波長の段階的な変動又は連続変動は、機械的に及び／又は光学的に達成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、放出波長の離散的又は段階的な変動は、機械的に、例えば、ＦＯＶ ２９０のそれぞれの部分又は画角を照射するためにエミッタ１１５ｅのそれぞれのグループを配置する（ただし、各エミッタ１１５ｅは放出波長λ１、λ２、λ３のうちのそれぞれ１つを有する光を放出するように構成される）ことによって、実施されてもよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＶ ２９０にわたる放出波長の連続変動は、光学的に、例えば、エミッタ１１５ｅの光路内に空間的変動性帯域通過フィルタを配置することによって、実施されてもよい。放出源２１５ａ、２１５ｂは、図１の放出源１１３、１１４、及び／又は１１５のうちの１つ以上を含むか又は別様に代表してもよい。
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、放出源２１５ａ、２１５ｂは、ＦＯＶの中心角度又は部分にわたるλ１の波長を有する光、ＦＯＶの周辺角度又は部分にわたるλ３の波長を有する光、及び、中心角度と周辺角度との間のＦＯＶの角度又は部分にわたるλ２の波長を有する光を放出する。波長λ１は、波長λ２よりも大きくてもよく、波長λ２は、波長λ３よりも大きくてもよい。放出源２１５ａ、２１５ｂによって提供される放出波長の画角依存変動は、図１のフィルタ１１１等の検出器側フィルタの画角依存通過帯域特性に基づいて選択されてもよく、又はこれに別様に対応してもよい。３つの放出波長λ１、λ２、λ３は、単なる例示として示されており、本開示の実施形態は、所望の放出波長範囲にわたる画角に伴って変動する光放出のより少数の又はより多数の波長を出力するように構成される放出源を含んでもよいことが理解される。
図３Ａ及び図３Ｂは、本明細書において説明されるいくつかの実施形態による、アレイ３１５ａ内の位置に従って異なる放出波長を有するそれぞれの光信号を出力するように構成されたエミッタ３１５ｅを含むエミッタアレイ３１５ａ及び光学素子３１４を備える放出源を示している。エミッタアレイ３１５ａ及びエミッタ３１５ｅは、図１のエミッタアレイ１１５及びエミッタ１１５ｅを含むか又は別様に代表してもよい。特に、図３Ａ及び図３Ｂは、図２Ａに示される放出波長の離散的変動を提供する放出源２１５ａの例示の実施態様を示し得る。
図３Ａに示されるように、エミッタアレイ３１５ａは、エミッタアレイ３１５ａ内のエミッタ素子３１５ｅのそれぞれの空間的ロケーション３０１、３０２、３０３に基づいて異なるそれぞれの波長を有するそれぞれの光信号を出力するように配置された複数のエミッタ素子３１５ｅ’、３１５ｅ’’、３１５ｅ’’’（まとめて３１５ｅ）を含む。特に、第１の波長λ１の光信号を出力するように構成されるエミッタ３１５ｅ’は、エミッタアレイ３１５ａの中心又は第１の領域３０１内の位置に配置され、第２の波長λ２の光信号を出力するように構成されるエミッタ３１５ｅ’’は、第１の領域３０１に対する周辺であるエミッタアレイ３１５ａの第２の領域３０２内の位置に配置され、第３の波長λ３の光信号を出力するように構成されるエミッタ３１５ｅ’’’は、第２の領域３０２及び第１の領域３０１の双方に対する周辺であるエミッタアレイ３１５ａの第３の領域３０３内の位置に配置される。
エミッタ素子３１５ｅは、空間的ロケーション３０１、３０２、３０３が照射するように配置される視野の部分又は角度にわたって異なる放出波長λ１、λ２、λ３が変動するように、例えば、（図１の検出モジュール１０等の）検出器によって撮像される視野の対応する部分又は角度にわたる（図１のフィルタ１１１等の）検出器側スペクトルフィルタの通過帯域の変動に対応するように、エミッタアレイ３１５ａ内の空間的ロケーション３０１、３０２、３０３に組み付けられるか又は別様に配置される。すなわち、異なる放出特性を有するエミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’、及び３１５’’’は、検出側光学素子の通過帯域特性に基づいて、エミッタアレイ３１５ａのそれぞれの領域３０１、３０２、及び３０３にグループ化するとともに組み付けることができ、視野のそれぞれの部分における標的から反射された光の異なる波長が検出側光学素子の通過帯域の変動に対応するそれぞれの入射の角度において受信されるようになっている。
エミッタ３１５ｅから出力される光の異なる放出波長λ１、λ２、λ３は、エミッタアレイ３１５ａ内の配置について個々に又はグループにおいて測定されてもよい。いくつかの実施形態において、エミッタ３１５ｅは、それらのそれぞれの放出波長λ１、λ２、λ３に基づいてグループ化又は「柱状化（binned）」されてもよい。検出器側フィルタの通過帯域は入射の角度が増大するにつれて数ナノメートルだけしか変動し得ないので、エミッタ３１５ｅは、相対的に小さい（例えば、互いの数ナノメートル内である）放出波長λ１、λ２、λ３間の差を有する狭帯域光源であってもよい。例えば、９３０ｎｍ～９３１ｎｍの公称放出波長（室温における）を用いるエミッタ３１５ｅ’は、放出波長λ１に関連付けられた１つのビンから提供されてもよく、９３１ｎｍ～９３２ｎｍの放出波長を用いるエミッタ３１５ｅ’’は、放出波長λ２に関連付けられた別のビンから提供されてもよく、約９３２ｎｍ～９３３ｎｍの放出波長を用いるエミッタ３１５ｅ’’’は、放出波長λ３に関連付けられた更に別のビンから提供されてもよく、以下同様である。すなわち、異なる放出波長λ１、λ２、λ３は、３ｎｍ未満、２ｎｍ未満、又は更には約１ｎｍ以下の波長範囲をそれぞれ表してもよい。放出波長λ１、λ２、λ３に関連付けられた異なるビンからのエミッタは、図３Ａに示されるような空間的配置を有する共通の基板３００に取り付けられてもよく、エミッタアレイ３１５ａを提供するために共通の基板上で電気的に相互接続されてもよい。
いくつかの実施形態において、エミッタ３１５ｅは、個々のウェハから又は同じウェハ上の異なるロケーションからダイシングされてもよく、共通の基板３００上に取り付けられ、電気的に相互接続されてもよい。すなわち、エミッタ３１５ｅが組み付けられる共通の基板３００は、エミッタ３１５ｅが形成されたそれぞれの基板とは異なる非ネイティブ基板であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ転写印刷（ＭＴＰ）技法を使用してエミッタ３１５ｅを共通の基板３００上にピックアンドプレースしてもよい。したがって、エミッタ３１５ｅのうちの１つ以上は、ＭＴＰプロセスの前にエミッタ３１５ｅを元の基板又はウェハに以前固定していた残留テザー部分を有し得る。そのようなＭＴＰ技法を使用するエミッタアレイの製造は、Burroughsらに対する米国特許出願公開第２０１８／０３０１８７２号明細書に記載されており、この開示は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。いくつかの実施形態において、まずエミッタ３１５ｅをプリント回路基板等の基板に取り付け、そして、図３Ａに示されるような空間配置を有する共通の基板３００に置き、ドライバ／制御回路部及び電源に電気接続してもよい。
いくつかの実施形態において、エミッタアレイ３１５ａは、エミッタ３１５ｅとして発光ダイオードのアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態において、エミッタアレイ３１５ａは、エミッタ３１５ｅとして垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態において、エミッタアレイ３１５ａは、エミッタ３１５ｅとして側面発光レーザダイオード又は端面発光レーザダイオードのアレイを含んでもよい。エミッタアレイ３１５ｅがＶＣＳＥＬ又はＬＥＤである場合、それぞれの放出波長は、ウェハレベル上で又はウェハレベルにおいて、例えば、各エミッタ３１５ｅのそれぞれの放出波長を決定するためにウェハプローブシステムを使用して、エミッタ３１５ｅにマッピングされてもよい。
図３Ｂに示されるように、（例示を簡単にするために２つのエミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’を参照して示される）エミッタは、レンズ３１４の焦点面ｆに配置される。各エミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’から放出される光信号は、光軸３１７からの各エミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’の距離に対応する主光線角度を有するレンズ３１４によってコリメートされる。例えば、エミッタ３１５ｅ’、３１５ｅ’’がＶＣＳＥＬであり、かつ中心に配置されたＶＣＳＥＬ ３１５ｅ’の波長が周辺ＶＣＳＥＬ ３１５ｅ’’の波長よりも長い場合、１つ以上の周辺方向を照射するために出力される光信号の波長（λ２）よりも長い波長（λ１）の光信号を用いて０度方向が照射されてもよい。
図３Ｃは、本明細書において説明されるいくつかの実施形態による、ＦＯＶ ３９０にわたる角度に伴って変動する放出波長を有するそれぞれの光信号を出力するように構成されるエミッタ側フィルタ素子３１３とともに１つ以上のエミッタ３１５ｃを備える放出源を示している。
エミッタ３１５ｃ及びエミッタ側フィルタ３１３は、図１のエミッタ１１５ｅ及びフィルタ１１３を含むか又は別様に代表してもよい。特に、図３Ｂは、図２Ｂに示された放出波長の連続変動を提供する放出源２１５ｂの例示の実施態様を示し得る。エミッタ３１５ｃは、１つ以上のＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ、又はエミッタアレイ３１５ａを参照して上記で説明された他のエミッタを含んでもよい。例えば、エミッタ３１５ｃは、いくつかの実施形態において約８ｎｍ以上の波長範囲にわたる光放出を提供する広帯域光源を含んでもよく、一方、狭帯域光源は、約２ｎｍ以下の波長範囲にわたる光放出を提供してもよい。しかしながら、広帯域対狭帯域を定義する例示の範囲は、応用、視野、及び／又は光放出の電磁スペクトルの部分に依存して本明細書において説明される実施形態において変動し得ることが理解されるであろう。例えば、エミッタ３１５ｃからの光放出が５３０ｎｍ範囲内にある実施形態において、エミッタ３１５ｃからの光放出が９４０ｎｍ範囲内にある実施形態よりも３倍～６倍狭いエミッタ側フィルタ３１３が使用されてもよく、広帯域及び狭帯域の放出に対応する波長の範囲は、上記で言及されたものとは異なり得る。
いくつかの実施形態において、エミッタ側フィルタ３１３は、フィルタ３１３の１つ以上の次元に沿って離散的又は連続的に変動するスペクトル特性を提供するように構成される線形変動性フィルタであってもよい。図３Ｃにおいて、エミッタ側フィルタ３１３は、空間的変動性帯域通過フィルタ、例えば、（例えば、複数の離散界面からのファブリペロー反射に基づく）ファブリペローフィルタ及び／又は（例えば、シリカ等の多孔性酸化物に基づく空間的に変動する屈折率を有する）線形変動性ルゲート（rugate）フィルタとして示されている。いくつかの実施形態において、フィルタ３１３は、多重スタック（multi-stack）又はマルチ共振器（multi-cavity）ファブリペロー干渉計であってもよく、これは、光信号を透過するように構成されてもよい。１つの実施形態において、フィルタは、多重スタックファブリペローフィルタであってもよい。そのようなフィルタの場合、エミッタ３１５ｃからの到来するエミッタ光は、一群の角度で提供されてもよく、各角度において、異なる波長（例えば、λ１、λ２、λ３）は、フィルタ３１３によって透過される。
図３Ｃにおいて、例示のエミッタ側フィルタ３１３は、表面３１３ｓ間及び／又はフィルタ３１３とエミッタ３１５ｃとの間の１つ以上の間隙３１３ｇを画定する（例えば、ウェッジ形状オプティカルフラット又は薄いミラーとして示される）平行反射表面３１３ｓを有するファブリペロー干渉計として示される。間隙３１３ｇは、視野３９０に対向するエミッタ側フィルタ３１３の表面にわたって変動する。エミッタ側フィルタ３１３は、放出源にわたる（例えば、エミッタ３１５ｃのアレイにわたる）及び視野３９０の対応する部分にわたる位置の関数として変動する放出波長λ１、λ２、λ３を透過するように構成されてもよい。
図３Ｃに示されるように、空間的変動性帯域通過フィルタ３１３は、エミッタ３１５ｃから第１の放出波長又は波長範囲λを有する光信号を受信するとともに、空間的変動性帯域通過フィルタ３１３の（例えば、空間的変動性フィルタ３１３の光軸３１７に対する）表面に沿った位置の関数として視野３９０のそれぞれの部分／画角にわたって変動するそれぞれの波長（例えば、λ１、λ２、λ３）を有するそれぞれの光信号を出力するように構成される。例えば、エミッタ３１５ｃから出力される光信号は、広帯域放出波長範囲λを有してもよく、一方、空間的変動性帯域通過フィルタ３１３は、ＦＯＶ３９０を照射するために配置されるフィルタ３１３の表面に沿って変動する異なる狭帯域放出波長範囲λ１、λ２、λ３を有するそれぞれの光信号を出力してもよい。
空間的変動性帯域通過フィルタ３１３の１つ以上の表面３１３ｓ間の間隙又は距離３１３ｇは、それらの間の界面に沿って不均一であることで、エミッタ３１５ｃの光共振器（optical cavity）への後方反射を削減又は防止しながらλ１～λ３の範囲にわたる放出波長の変動を提供してもよい。したがって、光放出の波長λ１～λ３は、視野３９０のそれぞれの部分又は角度における標的から反射された光の異なる波長が視野３９０の角度又は部分にわたる検出器側スペクトルフィルタ素子の帯域通過の変動に対応するそれぞれの入射の角度において検出側光学素子によって受信されるように、（空間的変動性帯域通過フィルタ３１３の表面に沿った）位置及び（光軸３７０に対する）角度の関数として変動し得る。いくつかの実施形態において、機械的に実施される放出変動（例えば、図３Ａのエミッタアレイ３１５によって提供される）は、エミッタアレイ３１５から放出される光信号の離散的又は段階的放出変動が空間的変動性帯域通過フィルタ３１３によってＦＯＶ３９０にわたって更に変動され得るように、光学的に実施される放出変動（例えば、図３Ｂのフィルタ３１３によって提供される）と組み合わされてもよい。
図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書において説明されるいくつかの実施形態による、検出器側フィルタ素子４１１と、視野４９０を撮像するように構成される１つ以上の検出器４１０ｄとの例示の実施態様を示している。検出器４１０ｄ及び検出器側フィルタ４１１は、図１の検出器１１０ｄ及びフィルタ１１１を含むか又は別様に代表してもよい。例えば、検出器４１０ｄは、図１の検出器アレイ１１０等のアレイにおいて配置されてもよい。
図４Ａに示されるように、スペクトルフィルタ４１１は、検出器４１０ｄの光路内に設けられ、検出器４１０ｄにフィルタ４１１の通過帯域内の波長を有する光を透過するように構成される。検出器側フィルタ４１１の通過帯域は、当該検出器側フィルタ４１１上の（例えば、検出側光学素子の光軸４１８に対する）光の入射の角度に伴って変動し得るので、本明細書において説明される放出源（例えば、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上記で説明されたような放出源）は、画角に対応するＦＯＶ ４９０の部分に位置する標的からのエコー信号が検出器側フィルタ４１１の通過帯域の変動に対応する入射の角度において受信されるように（すなわち、それぞれの画角についての検出器側フィルタ４１１の入射の角度に伴う通過帯域の変化に一致するように）、それぞれの画角にわたって異なる波長（例えば、波長λ１～λ３）を有する光信号を向ける。
したがって、図４Ｂに示されるように、本開示の実施形態による検出器側フィルタ素子４１１は、（例示を簡単にするために２つの波長λ１及びλ２を参照して示される）波長及び入射の（例えば、検出モジュールの光軸４１８に対する）方向又は角度の双方に基づいて光信号を選択的に受容する（通過を許可するか又は可能にする）か又は除去する（通過を阻止するか又は防止する）ように構成されてもよい。図４Ｂの例において、検出器側フィルタ４１１は、視野の中心部分又は角度から受信又は入射したときに第１の波長λ１のエコー信号を透過するように構成され、視野の周辺部分又は角度から受信又は入射したときに第２の波長λ２のエコー信号を透過するように構成される。逆に、検出器側フィルタ４１１は、視野の周辺部分又は角度から受信又は入射したときに第１の波長λ１のエコー信号を阻止するように構成され、視野の中心部分又は角度から受信又は入射したときに第２の波長λ２のエコー信号を阻止するように構成される。したがって、本開示の実施形態による検出器側フィルタ素子４１１は、図５を参照して以下で説明されるように、マルチパスの方向及び波長に基づく消去を提供するのに使用されてもよい。
図５は、本開示のいくつかの実施形態による、放出波長の画角又は位置依存変動に基づいて動作するように構成される放出源及び検出モジュールを備えるアクティブ照射システムの例示の適用例を示すブロック図である。特に、放出源は視野のそれぞれの部分又は角度にわたって変動するそれぞれの放出波長を有する光信号を出力するように構成されてもよいので、検出モジュールは、それに応じて、視野のそれらのそれぞれの部分又は角度から受信されるそれぞれの放出波長のエコー信号を選択的に受容又は除去するように構成されてもよく、検出モジュールは、マルチパスに対処するのに使用され得る。例えば、ライダシステム１００が反射表面５５０（例えば、窓）の近位全体にある物体１５０を照射する場合、物体１５０から反射された光を、表面５５０（物体１５０とは異なる方位角において視野内に位置決めされ得る）に向け、その後反射してライダシステム１００に戻ってもよい。したがって、本開示の実施形態による放出源及び検出モジュールがなければ、ライダシステムは、物体１５０が反射表面５５０の方向にあり、物体１５０とライダシステムとの間の実際の距離よりも遠い距離に位置すると判断し得る。
対照的に、本開示の実施形態は、特定の波長の光信号を用いて放出源によって照射される視野の部分又は角度とは異なる又は別様に対応しない視野の部分又は角度から受信されるときに、それらの特定の波長の光信号を選択的に除去するように構成される検出器モジュールを備える、アクティブ照射ベース撮像システム１００を提供する。すなわち、検出器側フィルタは、視野の周辺部分から受信されるか又は入射する場合、視野の中心部分に向けて放出される波長の光信号を除去する（又は逆も然りである）ように構成されてもよく、それゆえ、マルチパス問題が低減又は防止される。
特に、図５の例に示されるように、第１の波長λ１を有する光信号は、（例示として、自動車として示される）物体１５０が位置する視野の第１の（例えば、中心）部分又は角度に向けられ、一方、第２の波長λ２を有する光信号は、（高反射の建築物として示される）別の反射表面５５０が位置する視野の第２の（例えば、周辺）部分又は角度に向けられる。第１の波長λ１を有する照射光の反射すなわちエコー信号は、自動車１５０から反射してライダシステム１００に戻り、したがって、自動車１５０の方向及び距離を正しく測定するのにライダシステム１００によって使用されてもよい。特に、ライダシステム１００の検出器側フィルタは、視野の中心部分又は角度から受信されるときに、第１の波長λ１の光を受容するように構成される。しかしながら、（λ１’として示される）第１の波長の反射光の一部は、視野の周辺部分又は角度からライダシステム１００に反射される前に、建築物５５０に向け直される。本開示の実施形態がなければ、ライダシステムは、視野の周辺部分において建築物５５０の方向、かつ自動車１５０及び／又は建築物５５０よりも遠い範囲における物体を識別し得る。しかしながら、本開示の実施形態によるアクティブ照射ベース撮像を含むライダシステム１００では、検出器側フィルタは、視野の周辺部分又は角度から入射する第２の波長λ２の光信号を受容するように構成されるが、マルチパス光λ１’を阻止するように、視野の周辺部分又は角度から入射する第１の波長λ１’の光信号を除去する（「Ｘ」によって示される）ように構成される。
本明細書において説明されるアクティブ照射ベース撮像システムは、同様に他の応用において使用することができる。例えば、放出波長の画角又は位置依存変動に基づいて動作するように構成される放出源及び検出モジュールを備えるアクティブ照射システムを、干渉軽減に使用することができる。特に、検出モジュールは視野の各方向又は部分における特定の相対的に狭帯域の波長範囲のみを撮像するので、他の照射（例えば、別のアクティブ照射システム）からの光信号の検出の尤度は、大幅に低下し得る。
別の例示の応用として、本明細書において説明されるような放出波長の画角又は位置依存変動に基づいて動作するように構成される検出モジュールを、能動的干渉防止に使用することができる。特に、視野の各方向又は部分における特定の相対的に狭帯域の波長範囲のみを撮像することによって、本明細書において説明されるような検出モジュールは、（例えば、検出モジュールに向けて動作波長範囲内のエネルギーを放出することによって検出モジュールを「ブラインド状態に」するように意図される照射源から）能動的干渉を低減又は防止するように構成されてもよい。そのような能動的干渉防止は、例えば、軍事応用において使用されてもよい。
図６Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、放出源と協働して動作するときの（本明細書において説明されるフィルタ１１１又は４１１等の）検出器側フィルタの例示の通過帯域特性を示すグラフである。図６Ａの検出器側フィルタは、図７を参照して論述されるフィルタと類似のものであってもよく、ただし、下側曲線６０１ａ（カットオン波長）と上側曲線６０２ａ（カットオフ波長）との間の面積は、０度～１０度の範囲にわたる入射の角度に伴う検出器側フィルタの通過帯域６０５ａの変化を示している。
図６Ａの例において示されるように、検出器側フィルタは、０度の入射角度において９３７ナノメートル（ｎｍ）に中心が合わされた（下側曲線／カットオン波長６０１ａと上側曲線／カットオフ波長６０２ａとの間で画定される）約５ｎｍの通過帯域６０５ａを有する。図６Ａにおいて、放出源は、本明細書において説明される実施形態による、視野にわたる光信号６１５ａ、６１５ａ’の放出波長を変動するように構成される。特に、図６Ａに示される放出源は、検出器側フィルタの０度～約６度の入射の角度に（すなわち、エコー信号が検出器側フィルタの光軸に対する検出器側フィルタの表面上に入射するような画角において）対応する視野の角度にわたる（約９３６ｎｍの中心波長を有する）第１の放出波長又は範囲λ１を有する光信号６１５ａ、及び検出器側フィルタの約６度～１０度の入射の角度についての（約９３４ｎｍの中心波長を有する）第２の放出波長又は範囲λ２を有する光信号６１５ａ’を放出する。したがって、図７の光放出７１５と比較して、本明細書において説明されるいくつかの実施形態による放出源は、標的から反射された信号光の検出が、検出器側フィルタ通過帯域が変化してもＦＯＶにわたって維持されるように、検出器側フィルタの通過帯域６０５ａの実際の変化又は予測変化に基づいて画角に伴って変動する光放出６１５ａ、６１５ａ’を提供し得る。
図６Ｂは、本開示のいくつかの更なる実施形態による、放出源と協働して動作するときの（本明細書において説明されるフィルタ１１１又は４１１等の）検出器側フィルタの例示の通過帯域特性を示すグラフである。特に、図６Ｂの検出器側フィルタは、図６Ａのフィルタと同様の下側曲線／カットオン波長６０１ｂと上側曲線／カットオフ波長６０２ｂとの間で画定される通過帯域６０５ｂを有し得るが、それぞれの角度ゾーン又は画角にわたって放出波長のより大きい変動を提供するように構成される本明細書において説明される実施形態による放出源と併せて使用される。
特に、図６Ｂに示される放出源は、検出器側フィルタの０度～約３．５度の入射の角度に対応する視野の角度にわたる（約９３７ｎｍの中心波長を有する）第１の放出波長又は範囲λ１と、検出器側フィルタの約３．５度～６．５度の入射の角度に対応する視野の角度にわたる（約９３５ｎｍの中心波長を有する）第２の放出波長又は範囲λ２と、検出器側フィルタの約６．５度～８．５度の入射の角度に対応する視野の角度にわたる（約９３４ｎｍの中心波長を有する）第３の放出波長又は範囲λ３と、検出器側フィルタの約８．５度～１０度の入射の角度に対応する視野の角度にわたる（約９３３ｎｍの中心波長を有する）第４の放出波長又は範囲λ４とを有する光信号６１５ｂ、６１５ｂ’、６１５ｂ’’、６１５ｂ’’’を放出する。図６Ｂに示されるように、本明細書において説明される実施形態による放出源によって出力されるそれぞれの光信号は、検出器側フィルタの通過帯域６０５ｂの実際の変化又は予測変化に基づいて画角に伴って変動しかつ（例えば、いくつかの実施形態において約１ｎｍ以下だけ）重複するλ１、λ２、λ３、及び／又はλ４についてのそれぞれの放出波長範囲を有してもよい。
図６Ｃは、本開示のまた更なる実施形態による、放出源と協働して動作するときの（本明細書において説明されるフィルタ１１１又は４１１等の）検出器側フィルタの例示の通過帯域特性を示すグラフである。特に、図６Ｃの検出器側フィルタは、図６Ｂのフィルタと同様の下側曲線／カットオン波長６０１ｃと上側曲線／カットオフ波長６０２ｃとの間で画定される通過帯域６０５ｃを有してもよい。通過帯域６０５ｃは、それぞれの画角にわたって放出源によって提供される光信号６１５ｃの放出波長λの変動に対応するように構成される。すなわち、放出源は、視野にわたる方向の関数として連続的に変化する波長を有する光信号を出力するように構成されてもよく、検出器側フィルタのカットオン波長６０１ｃとカットオフ波長６０２ｃとの間で画定される通過帯域は、同様に、放出源から出力される光信号６１５ｃと同じ、方向ごとの波長を有する光を透過するように構成されてもよい。
これに応じて、本開示のいくつかの実施形態において、アクティブ照射システム及び関連の動作方法は、ＦＯＶを照射するように構成された１つ以上のエミッタ素子を含む放出源と、放出源の動作を制御するように構成された制御回路とを備える。放出源は、放出波長の角度依存変動を提供するために視野のそれぞれの部分又は角度に基づいて変動するそれぞれの波長を有する（例えば、視野の中心角度における第１の波長と、第１の波長とは異なる、視野の周辺角度における第２の波長とを有する）光信号を出力するように構成される。いくつかの実施形態において、ＦＯＶのそれぞれの画角又は角度範囲にわたって出力される光信号のそれぞれの波長は、ＦＯＶのそれぞれの画角又は角度範囲を撮像する検出モジュールの光学特性（例えば、１つ以上の検出器素子の光路内の検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域）の変化に対応する。それぞれの波長は、視野の中心角度から視野の周辺角度に段階的又は連続的に低下させてもよい。
いくつかの実施形態において、エミッタアレイは、視野の異なる角度にわたって異なる波長を有する光信号を出力するように構成される。エミッタアレイは、異なるビンからの、又は（異なる放出波長に基づくそれぞれの空間位置における）共通の基板に取り付けられるとともに電気的に相互接続された異なる放出波長を別様に有するエミッタを含んでもよい。エミッタは、ＦＯＶのそれぞれの画角又は角度範囲にわたって出力される光信号のそれぞれの波長が、ＦＯＶのそれぞれの画角又は角度範囲を撮像する検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域の変化に対応するような、基板上の空間的配置を有してもよい。
いくつかの実施形態において、エミッタアレイは、発光ダイオードのアレイ又はＶＣＳＥＬのアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態において、エミッタアレイは、側面発光レーザダイオード又は端面発光レーザダイオードのアレイを含んでもよい。ＶＣＳＥＬ又はＬＥＤの場合、いくつかの実施形態において、それぞれの放出波長は、ウェハ上又は別様にウェハレベルで（すなわち、ダイシング又はシンギュレーション前に）エミッタ素子にマッピングされる。
いくつかの実施形態において、空間的変動性帯域通過フィルタ素子は、エミッタアレイの光路内に挿入されるか又は別様に設けられる。１つ以上のエミッタは、１つ以上の広帯域光源であってもよい。いくつかの実施形態において、空間的変動性帯域通過フィルタ素子の１つ以上の素子間の間隙又は距離は、それらの間の界面に沿って又は別様にエミッタアレイの表面に沿って可変又は不均一であってもよく、フィルタは、ＦＯＶのそれぞれの画角又は角度範囲にわたって出力される光信号のそれぞれの波長が、ＦＯＶのそれぞれの画角又は角度範囲を撮像する検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域の変化に対応するように、アレイにわたる位置の関数として変動するそれぞれの波長を有する光信号を透過するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、空間的変動性帯域通過フィルタ素子は、アレイにわたって変動する間隙を有するファブリペロー干渉計であってもよい。
いくつかの実施形態において、スペクトルフィルタ素子は、十分な背景光がＴｏＦセンサにおいて十分に高い信号対雑音比を可能にするために除去されるように、視野を撮像するように構成される検出器又は検出器アレイの光路内に挿入されるか又は別様に設けられる。検出器アレイは、スペクトルフィルタ素子によって検出器素子に提供される光に応答してそれぞれの検出信号を出力するように構成される１つ以上の検出器素子を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、検出器側スペクトルフィルタ素子は、放出波長を含む帯域通過フィルタであってもよい。すなわち、スペクトルフィルタ素子は、ライダエミッタ素子から出力される光信号のそれぞれの波長を含む波長範囲の光が検出器アレイに向けて当該スペクトルフィルタ素子を通過することを許可し、かつエミッタ素子から出力されるそれぞれの波長以外の波長を有する光信号の通過を低減又は阻止又は防止するように構成されてもよい。スペクトルフィルタ素子は、実質的に平坦な又は平らな表面を有してもよく、実質的に平坦な又は平らな表面は、検出器の１つ以上の表面に対応してもよい。スペクトルフィルタ素子の通過帯域は、当該スペクトルフィルタ素子上への光の入射の角度に伴って変動してもよく、視野のそれぞれの部分にわたって変動するそれぞれの波長は、それらの波長が向けられる先の視野のそれぞれ部分に基づいてスペクトルフィルタ素子の通過帯域に空間的に対応してもよい。
いくつかの実施形態において、１つ以上の制御回路は、視野のそれぞれの部分又は角度にわたる放出源の放出波長の変動を提供するように構成されてもよい。例えば、１つ以上の制御回路は、視野の対応する部分又は角度について所望の波長シフト（例えば、それぞれの領域に位置決めされたエミッタから出力される光信号の温度依存波長シフト）を提供するために、放出源の１つ以上の領域において（例えば、エミッタアレイの個々の行及び／又は列において）温度を制御するように構成されてもよい。例えば、それぞれの温度を変更し、及び／又は領域間の温度勾配を提供するために、加熱及び／又は冷却素子（例えば、熱電素子）を、放出源の１つ以上の領域に設けるとともに、制御回路からの信号に応答して能動的に制御してもよい。いくつかの実施形態において、制御回路は、各エミッタの温度を個々に制御するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、制御回路は、エミッタアレイの第１の領域において実質的に一定のベースライン温度を維持し、かつエミッタアレイの第１の領域から１つ以上の他の領域までの温度勾配を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、放出源のベースライン温度は、ドリフトを許可されてもよいが、制御回路は、ベースライン温度からの温度勾配を制御するように構成されてもよく、温度依存ベースラインエミッタ波長を追跡するために（例えば、検出器側フィルタの温度を制御することによって）検出器側フィルタ素子の（例えば、中心波長又は法線入射における波長を制御することによって）検出モジュールの通過帯域特性を制御するように更に構成されてもよい。
本明細書において説明される実施形態による、画角に伴う照射波長変動を提供する放出源のいくつかの利点は、検出器側スペクトルフィルタリングを使用して背景光を減衰し得るアクティブ照射撮像システムのための撮像光学素子のサイズ及び／又はコストの低下を含み得る。それゆえ、本明細書において説明される特定の実施形態は、放出源からの放射の減衰を低下させ及び／又は回避しながら、背景光を低減するフィルタを含むシステムの動作の利点を提供し得る。
本明細書に記載するライダシステム及びアレイは、例えば、ＡＤＡＳ（先進運転支援システム：Advanced Driver Assistance Systems）、自律走行車、ＵＡＶ（無人航空機：unmanned aerial vehicles）、産業オートメーション、ロボティクス、バイオメトリクス、モデリング、拡張現実及び仮想現実、３Ｄマッピング並びにセキュリティに適用され得る。いくつかの実施形態において、エミッタアレイのエミッタ素子は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。いくつかの実施形態において、例えば、Burroughsらに対する米国特許出願公開第２０１８／０３０１８７２号明細書に記載されているように、エミッタアレイは、何千もの別個のエミッタ素子が直列に及び／又は並列に電気的に接続されている非ネイティブ基板を備えてもよく、ドライバ回路が、エミッタアレイのそれぞれの行及び／又は列に隣接して非ネイティブ基板上に集積されたドライバトランジスタによって実装される。
本明細書において、例示の実施形態を示す添付図面を参照して、様々な実施形態について説明した。しかしながら、これらの実施形態は、異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に示す実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、当業者に本発明の概念を十分に伝えるように提供される。本明細書に記載した例示の実施形態並びに全体的な原理及び特徴に対する様々な変更形態が容易に明らかとなるであろう。図面において、層及び領域のサイズ及び相対サイズは、正確な尺度で示されてはおらず、場合によっては、明確にするために誇張されている可能性がある。
例示の実施形態は、主に、特定の実施態様において提供された特定の方法及びデバイスに関して記載している。しかしながら、それらの方法及びデバイスは、他の実施態様で有効に動作し得る。「例示の実施形態」、「１つの実施形態」及び「別の実施形態」等の言い回しは、同じか又は異なる実施形態とともに複数の実施形態を指す場合がある。実施形態について、或る特定の構成要素を有するシステム及び／又はデバイスに関して説明してきた。しかしながら、そうしたシステム及び／又はデバイスは、示したものより少ないか又は追加の構成要素を含んでもよく、本発明の概念の範囲から逸脱することなく、それらの構成要素の配置及びタイプの変形形態を作成してもよい。例示の実施形態について、或る特定のステップ又は動作を有する特定の方法に関してもまた記載してきた。しかしながら、そうした方法及びデバイスは、異なる及び／又は追加のステップ／動作、並びに、例示の実施形態と矛盾しない異なる順序でのステップ／動作を有する、他の方法に対しても有効に動作し得る。したがって、本発明の概念は、示した実施形態に限定されるようには意図されておらず、本明細書に記載した原理及び特徴と一貫する最も広い範囲が与えられるべきである。
要素が別の要素「上」にある、別の要素に「接続される」又は「結合される」と言うとき、その要素はその別の要素の直接上にあるか、直接接続されるか、若しくは直接結合されることができるか、又は介在する要素が存在する場合があることも理解されよう。対照的に、要素が別の要素の「直接上にある」、別の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と言うとき、介在する要素は存在しない。
本明細書において、第１、第２等の用語を用いて様々な要素について記載している場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことも理解されよう。これらの用語は、或る要素を別の要素と区別するためにのみ用いられる。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。
さらに、図面に示されるような或る要素の別の要素に対する関係を説明するために、本明細書において「下側」又は「底部」及び「上側」又は「上部」のような相対語が用いられる場合がある。相対語は、図面に示される向きに加えて、デバイスの種々の向きを包含することが意図されていることは理解されよう。例えば、図のうちの１つにおいてデバイスが裏返しにされている場合には、他の要素の「下側」にあると説明される要素は、これらの他の要素の「上側」に向けられることになる。それゆえ、例示的な用語「下側」は、図の特定の向きに応じて、「下側」及び「上側」の両方の向きを包含することができる。同様に、図のうちの１つにおいてデバイスが裏返しにされている場合には、他の要素の「下方」又は「真下」にあると説明される要素は、これらの他の要素の「上方」に向けられることになる。それゆえ、例示的な用語「下方」又「真下」は、上方及び下方の両方の向きを包含することができる。
本明細書における本発明の説明に用いられる術語は、特定の実施形態を説明することを目的としたものにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲において使用されるように、単数形「一（"a", "an"）」及び「その（"the"）」は、文脈上明確にそうでないことが示されていない限り、単数だけでなく複数のものを含むことが意図されている。
本明細書において用いられる用語「及び／又は」は、関連した列挙項目の１つ以上のもののありとあらゆる可能な組み合わせを指し、それらの組み合わせを包含することも理解されるであろう。用語「含む」及び／又は「備える」は、本明細書において用いられるとき、記載された特徴、完全体、ステップ、動作、要素／素子、及び／又は構成要素／成分の存在を明記するものであるが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素／素子、構成要素／成分、及び／又はそれらの群の存在も追加も排除するものでないことが更に理解されるであろう。
本明細書において、本発明の理想化された実施形態（及び中間の構造体）の概略図である図を参照して、本発明の実施形態について説明している。したがって、例えば製造技法及び／又は公差の結果としての図の形状からの変動が予期される。したがって、図に示す領域は本質的には概略的であり、それらの形状は、デバイスの領域の実際の形状を示すようには意図されておらず、本発明の範囲を限定するようには意図されていない。
別段の定めがない限り、科学技術用語を含む、本発明の実施形態を開示する際に用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有し、本発明が記述される時点において知られている特定の定義に必ずしも限定されない。したがって、これらの用語は、その時点の後に作成された同義語を含むことができる。一般的に用いられる辞書において定義されるような用語は、本明細書において、及び関連技術の文脈においてそれらの用語が意味するのと一致する意味を有するように解釈されるべきであり、本明細書において明らかに定義されない限り、理想的な、又はあまりにも形式張った意味に解釈されないことは更に理解されよう。本明細書において言及される全ての刊行物、特許出願、特許及び他の参考文献は、その全体が、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
本明細書において、上記の説明及び図面に関連して多くの異なる実施形態が開示されてきた。これらの実施形態の全ての組み合わせ及び部分的組み合わせをそのまま説明し示すことは、過度に繰り返しが多くわかりにくいものとなることが理解されよう。したがって、図面を含む本明細書は、本明細書において説明される本発明の実施形態並びにそれらを作成し用いる方式及びプロセスの全ての組み合わせ及び部分的組み合わせの完全な明細書を構成すると解釈されるものとし、任意のそのような組み合わせ又は部分的組み合わせに対する特許請求を支持するものとする。
本明細書において本発明を様々な実施形態に関して説明してきたが、本発明の原理の範囲及び趣旨内で更なる変形及び変更を行うことができることが理解されるであろう。具体的な用語が採用されているが、それらは、一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定を目的とするものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に示されている。

Claims (32)

  1. １つ以上のエミッタ素子を含み、視野を照射するように構成された放出源を備えており、該放出源は、それによって照射される前記視野のそれぞれの部分に基づいて変動するそれぞれの波長を有する光信号を出力するように構成されている、アクティブ照射装置。
  2. 前記視野の前記それぞれの部分はそれぞれの画角を含み、前記光信号の前記それぞれの波長は、前記画角の１つ以上の中心角度における第１の波長と、前記第１の波長よりも高いか又は該第１の波長よりも低い、前記画角の１つ以上の周辺角度における第２の波長とを含む、請求項１に記載のアクティブ照射装置。
  3. 前記光信号の前記それぞれの波長は、前記画角の前記１つ以上の中心角度から前記画角の前記１つ以上の周辺角度に段階的に又は連続的に低下する、請求項２に記載のアクティブ照射装置。
  4. 前記光信号の前記それぞれの波長は、前記視野の前記それぞれの部分にわたる前記光信号に対応する前記それぞれの波長を有する戻り信号を受信するように構成される検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域の変動に従って変動する、請求項２に記載のアクティブ照射装置。
  5. 前記視野を撮像するように構成される１つ以上の検出器素子と、
    前記検出器側スペクトルフィルタ素子と
    を更に備え、前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の検出器素子の光路内にあり、該検出器側スペクトルフィルタ素子の前記通過帯域内にある前記それぞれの波長を有する前記戻り信号を、前記１つ以上の検出器素子に通過させるように構成されている、請求項４に記載のアクティブ照射装置。
  6. 前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の中心角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号、及び／又は前記１つ以上の周辺角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号との干渉を防止するように構成されている、請求項５に記載のアクティブ照射装置。
  7. 前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の周辺角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成されるとともに、前記１つ以上の中心角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成されている、請求項６に記載のアクティブ照射装置。
  8. 前記放出源は、エミッタアレイ内の前記エミッタ素子のそれぞれの空間的ロケーションに基づいて変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を放出するように構成される複数の前記エミッタ素子を含む該エミッタアレイを備えており、前記それぞれの空間的ロケーションは、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のアクティブ照射装置。
  9. 前記エミッタアレイは、前記エミッタ素子に対して非ネイティブである基板を備え、前記エミッタ素子は、前記光信号の前記それぞれの波長に基づいて、前記基板上の前記それぞれの空間的ロケーションに組み付けられている、請求項８に記載のアクティブ照射装置。
  10. 前記エミッタ素子は前記基板上に転写印刷されており、前記エミッタ素子のうちの少なくとも１つは残留テザー部分を備えている、請求項９に記載のアクティブ照射装置。
  11. 前記それぞれの空間的ロケーションのそれぞれは、前記光信号の前記それぞれの波長に基づく同じビン又は同じ波長範囲に対応する前記エミッタ素子のサブセットを含むものである、請求項８に記載のアクティブ照射装置。
  12. 前記エミッタ素子は発光ダイオード又はレーザダイオードを含み、任意選択的に、前記レーザダイオードは、垂直共振器面発光レーザダイオード及び／又は端面発光レーザダイオードを含む、請求項８に記載のアクティブ照射装置。
  13. 前記放出源は、前記１つ以上のエミッタ素子の光路内にあり、フィルタ素子の表面に沿ったそれぞれの位置において変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成される該フィルタ素子を備え、前記それぞれの位置は、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のアクティブ照射装置。
  14. 前記１つ以上のエミッタ素子は、第１の波長範囲内の第１の波長を有する前記光信号を放出するように構成される１つ以上の広帯域光源を含み、前記フィルタ素子は、前記第１の波長範囲よりも狭いそれぞれの第２の波長範囲内の第２の波長を有する前記光信号を出力するように構成されている、請求項１３に記載のアクティブ照射装置。
  15. 前記フィルタ素子は、前記１つ以上のエミッタ素子との界面に沿った、その１つ以上のコンポーネント間の不均一な間隙を画定する空間的変動性帯域通過フィルタを含む、請求項１３に記載のアクティブ照射装置。
  16. １つ以上のエミッタ素子を含み、視野を照射するように構成される放出源を設けるステップを含み、該放出源は、それによって照射される前記視野のそれぞれの部分に基づいて変動するそれぞれの波長を有する光信号を出力するように構成されている、アクティブ照射装置を製造する方法。
  17. 前記放出源を設けるステップは、エミッタアレイにおける前記エミッタ素子のそれぞれの空間的ロケーションに基づいて変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を放出するように構成される複数の前記エミッタ素子を含む該エミッタアレイを形成することを含み、前記それぞれの空間的ロケーションは、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置されている、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記エミッタアレイを形成することは、
    前記エミッタ素子に非ネイティブである基板を設けることと、
    前記エミッタ素子を、それによって放出される前記光信号の前記それぞれの波長に基づく前記それぞれの空間的ロケーションにおいて前記基板上に組み付けることと
    を含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記エミッタ素子を組み付けることは前記エミッタ素子を前記基板上に転写印刷することを含み、前記エミッタ素子のうちの少なくとも１つは残留テザー部分を備えている、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記それぞれの空間的ロケーションのそれぞれは、前記光信号の前記それぞれの波長に基づく同じビン又は同じ波長範囲に対応する前記エミッタ素子のサブセットを含む、請求項１８に記載の方法。
  21. 前記放出源を設けるステップは、
    前記１つ以上のエミッタ素子の光路内にフィルタ素子を設けることを含み、該フィルタ素子は、該フィルタ素子の表面に沿ったそれぞれの位置において変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成され、前記それぞれの位置は、前記視野の前記それぞれの部分を照射するように配置される、請求項１６に記載の方法。
  22. 前記１つ以上のエミッタ素子は、第１の波長範囲内の第１の波長を有する前記光信号を放出するように構成される１つ以上の広帯域光源を含み、前記フィルタ素子は、前記第１の波長範囲よりも狭いそれぞれの第２の波長範囲内の第２の波長を有する前記光信号を出力するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記視野の前記それぞれの部分にわたる前記光信号に対応する前記それぞれの波長を有する戻り信号を受信するように構成される１つ以上の検出器素子と、前記１つ以上の検出器素子の光路内にある検出器側スペクトルフィルタ素子とを備える検出モジュールを設けるステップを更に含み、
    前記光信号の前記それぞれの波長は、前記検出器側スペクトルフィルタ素子の通過帯域の変動に従って変動するものである、請求項１６～２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記視野の前記それぞれの部分は、それぞれの画角を含み、
    前記光信号の前記それぞれの波長は、前記画角の１つ以上の中心角度における第１の波長と、前記第１の波長よりも高いか又は該第１の波長よりも低い、前記画角の１つ以上の周辺角度における第２の波長とを含み、
    前記検出器側スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の周辺角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成されるとともに、前記１つ以上の中心角度において該検出器側スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成されている、請求項２３に記載の方法。
  25. 視野を照射するために光信号を出力するように構成された１つ以上のエミッタ素子を含む放出源と、
    前記視野を撮像するように構成された１つ以上の検出器素子を備える検出モジュールと
    を備えてなり、前記放出源は、それぞれの画角についての前記検出モジュールの光学特性の変動に従って前記視野の前記それぞれの画角にわたって変動するそれぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成されている、アクティブ照射ベース撮像装置。
  26. 前記それぞれの波長は、前記画角の１つ以上の中心角度における第１の波長と、前記第１の波長よりも高いか又は該第１の波長よりも低い、前記画角の１つ以上の周辺角度における第２の波長とを含む、請求項２５に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
  27. 前記それぞれの波長は、前記画角の前記１つ以上の中心角度から前記画角の前記１つ以上の周辺角度に段階的に又は連続的に低下する、請求項２６に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
  28. 前記検出モジュールは、前記１つ以上の検出器素子の光路内にあり、スペクトルフィルタ素子の通過帯域内にある前記それぞれの波長を有する戻り信号を、前記１つ以上の検出器素子に通過させるように構成されている該スペクトルフィルタ素子を更に備えており、前記検出モジュールの前記光学特性は、前記それぞれの画角についての前記スペクトルフィルタ素子の前記通過帯域を含む、請求項２６に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
  29. 前記スペクトルフィルタ素子は、前記１つ以上の周辺角度において該スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第１の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成されるとともに、前記１つ以上の中心角度において該スペクトルフィルタ素子上に入射する、前記第２の波長を有する前記戻り信号を阻止するように構成されている、請求項２８に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
  30. 前記放出源は、
    エミッタアレイ内の前記エミッタ素子のそれぞれの空間的ロケーションに基づいて変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を放出するように構成される複数の前記エミッタ素子を含む該エミッタアレイを備え、前記それぞれの空間的ロケーションは、前記それぞれの画角を照射するように配置されている、請求項２５～２９のいずれか一項に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
  31. 前記放出源は、前記１つ以上のエミッタ素子の光路内にあり、フィルタ素子の表面に沿ったそれぞれの位置において変動する前記それぞれの波長を有する前記光信号を出力するように構成される該フィルタ素子を備え、前記それぞれの位置は、前記それぞれの画角を照射するように配置されている、請求項２５～３０のいずれか一項に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
  32. 前記それぞれの画角にわたる前記光信号の前記それぞれの波長を変動させるために前記放出源の温度を制御し、及び／又は、前記それぞれの画角についての前記検出モジュールの前記光学特性の前記変動を提供するために前記検出モジュールの温度を制御するように構成されている少なくとも１つの制御回路を更に備える、請求項２５～２９のいずれか一項に記載のアクティブ照射ベース撮像装置。
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