JP6291632B1

JP6291632B1 - 赤外線レーザ照明装置

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Publication number: JP6291632B1
Application number: JP2017540236A
Authority: JP
Inventors: ヨアキムウィルヘルムヘルミッグ; ピーターホーヴェン; デルクロエットロバートファン; ホルガーモーンチ
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Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2018-03-14
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Also published as: BR112017017536A2; JP2018511785A; WO2016131658A1; EP3259612A1; US10416289B2; CN107250841A; RU2672767C1; CN107250841B; EP3259612B1; US20180038944A1

Abstract

本発明は、赤外線波長スペクトルにおいて三次元配置250を照明するための照明装置100を記載する。照明装置100は、少なくとも1つのレーザ装置105を備える第1のレーザ装置群110と、少なくとも1つのレーザ装置105を備える少なくとも第2のレーザ装置群120とを備える。第1および第2のレーザ装置群110,120は、互いに独立して動作するようになっている。第1のレーザ装置群110は、第1の放射特性を有するレーザ光を放出するように適合され、第2のレーザ装置群120は、第1の放射特性と異なる第2の放射特性を有するレーザ光を放射する。本発明は、このような照明装置100を備える距離検出装置150およびカメラシステム300をさらに説明する。異なる放射特性は、三次元配置250の深さを補償するか、または考慮に入れるために使用されることができる。三次元配置250の異なる部分は、異なる態様で第1および第2の放射特性によって照明されてもよい。

Description

本発明は、赤外線波長スペクトルにおける三次元配置を照明するための照明装置、距離検出装置、およびこのような照明装置を含むカメラシステムに関する。本発明はさらに、赤外線波長スペクトルにおける三次元配置を照明する方法に関する。

US2012/0038903A1は、シーンの照明を適応的に制御するための方法およびシステムを開示している。特に、シーンが照明され、シーンから反射された光が検出される。シーン内の異なる領域に対応する複数ピクセル検出器の異なるピクセルによって受け取られる光強度のレベルに関する情報、および/またはシーン内の領域に対する範囲に関する情報が受信される。この情報は、シーン内の照明レベルを制御するためのフィードバック信号として使用される。より詳細には、シーンの異なる領域は、フィードバック信号に応じて異なるレベルの照明を提供されることができる。

照明に使用される光源は、レーザアレイであってもよい。

本発明の目的は、改良された赤外線照明装置を提供することである。照明装置は、カメラシステム及び飛行時間に基づく距離検出装置に適している。

第1の態様によれば、赤外線波長スペクトルにおける三次元配置を照明するための照明装置が提案される。照明装置は、少なくとも1つのレーザ装置を含む少なくとも第1のグループのレーザ装置と、少なくとも1つのレーザ装置を含む少なくとも第2のグループのレーザ装置とを有する。レーザ装置の第1および第2のグループは、互いに独立して動作するように適応されている。レーザ装置の第1のグループは、第1の放射特性を有するレーザ光を放射するように適応されている。レーザ装置の第2のグループは、第1の放射特性とは異なる第2の放射特性を有するレーザ光を放射するように適合される。第1および第2の放射特性は、発散角、偏光、放射パルス長、モード選択および強度のうちの少なくとも1つから選択されることができる。
レーザの第1および第2のグループは、例えば、レーザ装置の放射面上に設けられ得る浅い表面格子によって、放射に影響を与えるように修正されてもよい。浅い表面格子は、例えばレーザ装置のレーザキャビティにおけるリング状レーザモードまたは集中レーザモードを可能にするモード選択に使用することができる。レーザ装置は、好ましくは、750nm以上3000nm以下の波長範囲のレーザ光を放出する端面発光レーザダイオードまたは垂直キャビティ面発光レーザ（VCSEL）のような半導体レーザダイオードであってもよい。

レーザ装置の第1および第2のグループは、異なる偏光方向を放射することができる。偏光方向は、表面格子または適切な光フィードバックによって固定されてもよい。

照明装置は、少なくとも1つのレーザ装置を含む2つ、3つ、4つまたはそれ以上のグループのレーザ装置を含むことができる。異なる放射特性は、三次元配置の改善された照明を可能にすることができる。三次元配置は、照明装置によって照明されるシーンを含むことができる。異なる放射特性は、シーンの深度を補償するかまたは考慮するために使用され得る。三次元配置の異なる部分は、第1、第2、第3等の放射特性によって異なって照射されてもよい。

レーザ装置の異なるグループの独立した制御は、動的に変化する状況において特に有利であり得る。さらに、反射された光に対してレーザ装置の異なるグループの放射特性を適合させるために、電荷結合素子などの光検出器によるフィードバックを可能にすることができる。この場合、放出されるレーザ光を、三次元配置の構造に、さらには三次元配置の要素の表面特性に、適合させることが可能である。

例えば、レーザ装置の第1および/または第2のグループに平行に配置された三次元配置の第1の表面が、レーザ装置の第1および/または第2のグループによって放射されるレーザ光を受け取る三次元配置の第2の表面よりも少ない、レーザ装置の第1のおよび/または第2のグループによって放射されるレーザ光を受け取るように、第1および第2の放射特性が適応される。第2の面は、レーザ装置の第1および第2のグループに対して傾斜角を持って配置される。受け取られるレーザ光は、傾斜角を考慮して決定される。

このように、受光されるレーザ光の強度は、三次元配置の要素の表面の相対的な位置に対する第1および第2またはそれ以上の放射特性の独立した制御によって適合させることができる。

レーザデバイスのそれぞれグループは、あらゆる角度の下で観察されるがあらゆる方向に十分なパワーを持つ目に安全な装置を目指して、例えば、三次元配置の中央部分を、大きな角度の部分とは異なって、照明することができる。多くの場合、眼の安全限界は、前方方向の上限（ピーク放射）を設定するので、パワーを比較的低いレベルに制限し、外側部分での光レベルを不十分にしてしまう。したがって、外側部分は、例えば主に、中央部分によって受け取られるレーザ光とは異なるレーザ装置のグループによって提供されることができるより多くのレーザ光を受け取ることができる。

照明装置は、レーザ装置の第1のグループのレーザ装置が第1の発散角を有するレーザ光を放射するように、第1の放射特性を変更するように適合された第1の光学装置を含むことができる。レーザ装置の第2のグループのレーザ装置は、第1の発散角とは異なる第2の発散角を有するレーザ光を発するように適合される。

照明装置は、レーザ装置の第2のグループのレーザ装置が第2の発散角を有するレーザ光を放射するように、第2の放射特性を変更するように適合された第2の光学装置をさらに備えてもよい。第1および/または第2の光学装置は、マイクロレンズのアレイを備えることができる。

発散角は、レーザ装置によって放射されるレーザ光の強度が、レーザ装置によって放射される最大強度の1/e2（eはオイラー数）に達するところの、レーザ装置の放射円錐の2つの対向する点の間の角度として定義される。

レーザ装置の第1および第2のグループのレーザ装置は、レーザ装置の第1および第2のグループのレーザ装置の発散角が異なるように選択されることができる。これは、例えば、レーザキャビティの異なる直径（例えば、VCSELの場合にはメサの直径）によって行うことができる。光学装置は、照明装置の用途に応じて発散角を適合させるために独立した手段として使用されてもよい。

例えば、定められた物体が照射されなければならない領域を照射するために、広い発散角を有する第1の放射特性を使用することが有利であり得る。より小さな発散角を有する第2の放射特性および任意選択で第3の放射特性を用いて、その物体の周りの領域を照射することができる。異なる発散角を組み合わせたレーザ装置の異なるグループの独立した制御を用いて、三次元配置の前景における物体および背景における周囲の物体の十分な照明を提供することができる。これは、例えば、高い反射性のある前景物体がコントラストを悪化させ、背景物体の認識を妨げる可能性がある監視アプリケーションの場合に有利であり得る。

レーザ装置の第1のグループとレーザ装置の第2のグループは、好ましくは、1つの共通のチップ配置として配置される。レーザ装置は、好ましくは垂直共振器面発光レーザ（VCSEL）であってもよい。共通のチップ配置は、異なるレーザ装置を有する2つのチップを組み立てるためのマウント構造を含むことができる。レーザ装置の第1のグループは、マウント構造上に配置された第1のレーザ装置アレイチップにより構成され、レーザ装置の第2のグループは、マウント構造上に配置された第2のレーザ装置アレイチップで構成されることができる。レーザ装置の第1および第2のグループのレーザ装置、より具体的にはVCSELは、閾値、開口数等の点で異なることができる。従って、レーザ装置（VCSEL）の設定によってレーザ装置の第1及び第2のグループの放射特性を適合させることが可能である。

照明装置の第1のグループのレーザ装置および第2のグループのレーザ装置は、代わりに、共通のチップ上に配置されてもよく、レーザ装置の第1グループとレーザ装置の第2グループは1つの共通接点層を共有し、レーザ装置の第1のグループは第1の電気接点に電気的に接続され、レーザ装置の第2のグループは第2の電気接点に電気的に接続される。このような一体化された構成は、照明装置の簡単で安価な製造を可能にする。共通チップは、対応する電気接点を有するレーザ装置の3つ、4つまたはそれ以上のグループを含むことができる。レーザ装置のグループの各々は、第1、第2、第3などの電気接点によって独立して制御されることができる。レーザ装置のグループのうちの1つ以上は、それぞれの放射特性を適合させるために、マイクロレンズ、ミラーなどのアレイのような光学装置と組み合わされてもよい。

レーザ装置の第1のグループのレーザ装置は、第1の放射特性のレーザ光を放射するために、第1の幾何学的配置で配置されることができ、レーザ装置の第2のグループのレーザ装置は、第2の放射特性のレーザ光を放射するために、第1の幾何学的配置とは異なる第2の幾何学的配置で配置されることができる。幾何学的配置は、互いに対して第1および第2のレーザデバイスアレイチップの相対配置を含むことができる。

レーザ装置の1つのグループのレーザ装置は、例えば、円形配置で配置されることができ、レーザ装置の別のグループのレーザ装置は、矩形配置で配置されることができる。レーザ装置間の距離は異なっていてもよい。レーザ装置の第1のグループのレーザ装置は、矩形のアレイパターンで配置されることができ、レーザ装置の第2のグループのレーザアレイは、六角形のアレイパターンで配列されることができる。

レーザ装置の第1のグループのレーザ装置は、第1の開口特性を有し、レーザ装置の第2のグループのレーザ装置は、第1の開口特性とは異なる第2の開口特性を有してもよい。開口特性は、例えば、開口の直径及び形状を含むことができる。

照明装置は、駆動回路を含むことができる。駆動回路は、レーザ装置の第1のグループを第1の駆動電流で、レーザ装置の第2のグループを第1の駆動電流とは異なる第2の駆動電流で、駆動するように適合されている。駆動回路は、上述した照明装置の任意の実施形態と組み合わせられることができる。駆動回路は、レーザ装置の2つ以上のグループの独立した制御を可能にすることができる。駆動回路は、光センサと組み合わせられて、照明装置によるシーンの照明中に光センサによって提供される測定データに基づくフィードバックループを可能にすることができる。

本発明の第2の態様によれば、距離検出装置が提供される。距離検出装置は、少なくとも1つの上述の照明装置と、レーザ装置の第1および/または第2のグループによって放射されて反射されたレーザ光を受光するように構成された少なくとも1つの光検出器を有する。距離検出装置はさらに評価器を含む。評価器は、反射されたレーザ光を識別するように適合され、評価器はさらに、反射レーザ光の受光時点とレーザ光の放射時点との間の飛行時間を決定するように適合される。

駆動回路は、レーザ装置の少なくとも1つのグループが、100ns未満、好ましくは50ns未満、より好ましくは20ns未満のパルス長の短いレーザパルスを放出するように適合される。レーザパルスの繰り返し率は、それぞれのレーザパルスの識別が可能になるようにさらに適合される。後者は予想される距離に依存する。パルス列の繰り返し率が10〜100MHz程度のパルス列と、数Hz〜kHz程度の異なるパルス列の繰り返し率とを位相シフト法で用いることができる。飛行時間測定に使用されるレーザパルスのグループは、レーザパルスの識別を簡単にし、飛行時間の評価を改善するために、所定の偏光などの特定の放射特性を有するレーザ光を放射することができる。レーザ装置の1つ以上のグループは、飛行時間測定に加えて照明目的のために使用されてもよい。照明装置のレーザ装置の1つ、2つ、3つまたはそれ以上のグループをデュアルモードで使用することができ、短いレーザパルスは第1の時間期間において距離検出に使用されることができ、異なる、殊に、長いレーザパルスが、要求される放射特性を有するレーザ光を提供するために、第2の時間期間において照明のために使用されることができる。距離測定の結果は、距離検出装置に含まれる照明装置によって放射される光によって作成される場合がある画像を改善するために使用され得る。背景物体の明るさは、例えば、距離測定の結果によって適合されることができる。

第3の態様によれば、上記いずれかの実施形態による照明装置を含むカメラシステムが提供される。カメラシステムは、カメラ装置と光センサを有し、光センサは、駆動回路によって駆動されるときに、第1のグループのレーザ装置が第1の放射特性を有するレーザ光を放射し、第2のグループのレーザ装置が第2の放射特性を有するレーザ光を放射するように、照明装置を制御するための光学センサデータを提供するように適合される。

カメラシステムは、照明装置によって放射されるレーザ光が光センサによって提供される光センサデータによって適合されるようにフィードバックループを含むことができる。光センサは、カメラ装置に一体化された部品（例えば、電荷結合素子もしくはカメラチップ）であっても、別個の光センサ（例えば、2つ以上のフォトダイオード）であってもよい。フィードバックループは、均一照明に関して画質を最適化するために使用されてもよい。シーンの背景を照明するレーザ装置のグループの放射特性は、例えば、背景が暗すぎる場合、より多くのレーザ光を放射するように適合されてもよい。

代替的にまたは追加的に、カメラシステムは、距離測定の結果によって画質を改善するために使用され得る上記の距離検出装置を有することができる。

さらなる態様によれば、赤外線波長スペクトルにおける三次元配置を照明する方法が提供される。この方法は、
少なくとも1つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第1のグループによって前記三次元配置の少なくとも第1の部分を照明するステップであって、レーザ装置の第1のグループによって放射されるレーザ光は第1の放射特性によって特徴付けられるステップと、
少なくとも1つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第2のグループによって前記三次元配置の少なくとも第2の部分を独立して照明するステップであって、レーザ装置の第2のグループによって放射されるレーザ光は、第1の放射特性とは異なる第2の放射特性によって特徴付けられるステップとを有する。

三次元配置の第1の部分および第2の部分は、重複していても、または同一であってもよい。第1の部分は、第2の部分のサブセットであってもよく、その逆であってもよい。レーザ装置の第1および/または第2のグループは、第1および/または第2の部分が独立して照明されるように制御される。レーザ装置の第1のグループによって放射されるレーザ光の強度は、例えば、レーザ装置の第2のグループによって放射されるレーザ光の強度が一定に保たれるときに、変更されてもよい。

さらなる態様によれば、距離を測定する方法が提供される。この方法は、
少なくとも1つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第1のグループによって前記三次元配置の少なくとも第1の部分を照明するステップであって、レーザ装置の第1のグループによって放射されるレーザ光は第1の放射特性によって特徴付けられるステップと、
少なくとも1つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第2のグループによって前記三次元配置の少なくとも第2の部分を独立して照明するステップであって、レーザ装置の第2のグループによって放射されるレーザ光は、第1の放射特性とは異なる第2の放射特性によって特徴付けられるステップと、
第1および/または第2のグループのレーザ装置によってレーザ光を放射する時点と、放射されたレーザ光の反射レーザ光を受ける時点との間の時間を決定することによって第1および/または第2部分までの距離が決定されることができるように、第1および/または第2のレーザ装置群を制御するステップと、
第1および第２のグループのレーザ装置によるレーザ光の放射と放射されたレーザ光の反射されたレーザ光の受光との間の時間によって、第1および/または第2部分までの距離を決定するステップとを有する。

レーザ装置の少なくとも1つのグループは、100ns未満、好ましくは50ns未満、より好ましくは20ns未満のパルス長を有する短いレーザパルスを放射することができる。レーザパルスの繰り返し率は、受け取られるレーザ光の明確な識別を可能にするためにそれぞれのレーザパルスの識別が可能になるようにさらに適合される。飛行時間測定に使用されるレーザパルスのグループは、レーザパルスの識別を簡単にし、飛行時間の評価を改善するために、偏光のような特定の放射特性を有するレーザ光を放射することができる。レーザ装置の1つ以上のグループは、飛行時間測定に加えて照明目的のために使用されてもよい。照明装置のレーザ装置の1つ、2つ、3つまたはそれ以上のグループをデュアルモードで使用することができ、短いレーザパルスは第1の時間期間において距離検出に使用されることができ、異なる、殊に、長いレーザパルスが、要求される放射特性を有するレーザ光を提供するために、第2の時間期間において照明のために使用されることができる。

さらなる態様によれば、上記のようなカメラシステムを駆動する方法が提供される。この方法は、
少なくとも1つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第1のグループによって前記三次元配置の少なくとも第1の部分を照明するステップであって、レーザ装置の第1のグループによって放射されるレーザ光は第1の放射特性によって特徴付けられるステップと、
少なくとも1つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第2のグループによって前記三次元配置の少なくとも第2の部分を独立して照明するステップであって、レーザ装置の第2のグループによって放射されるレーザ光は、第1の放射特性とは異なる第2の放射特性によって特徴付けられるステップと、
前記第1および/または第2のグループのレーザ装置によって放射された反射レーザ光を用いて前記三次元配置の画像を受け取るステップと、
-画像の品質を分析するステップと、
画像の品質に基づいて第1および/または第2のグループのレーザ装置を制御するステップと、を有する。

カメラシステムは、照明装置によって放射されるレーザ光が光センサによって提供される光センサデータによって適合されるようにフィードバックループを含むことができる。光センサは、画像を受け取るためのカメラ装置に一体化された部品（例えば、電荷結合素子もしくはカメラチップ）であっても、別個の光センサ（例えば、2つ以上のフォトダイオード）であってもよい。フィードバックループは、均一照明に関して画質を最適化するために使用されてもよい。シーンを照明するレーザ装置のグループの放射特性は、例えば、前景と背景の要素との間のコントラストが悪い場合に、適合されてもよい。

この方法は、さらに、上述のように三次元配置における1つまたは複数の物体までの距離を決定するステップを含むことができる。距離に関する情報は、レーザ装置の2つ以上のグループによって放射される光の適合によって画質を改善するために使用されてもよい。オブジェクトへの距離に関する情報は、ソフトウェアツールを使用して画像を自動的に修正するために、代替的にまたは追加的に使用されてもよい。

請求項1から12の照明装置および15の方法は、特に、従属請求項に規定されているような、同様のおよび/または同一の実施形態を有することを理解されたい。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことを理解されたい。

さらなる有利な実施形態を以下に定義する。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになるであろう。
本発明は、添付の図面を参照した実施形態に基づいて例として説明される。
照明装置の第1の実施形態の上面原理図。照明装置の第2の実施形態の上面原理図。照明装置の第3の実施形態の上面原理図。照明装置の第4の実施形態の上面原理図。照明装置の第5の実施形態の側面原理図。照明装置の第6の実施形態の側面原理図。照明装置の第7の実施形態の側面原理図。距離検出装置の一実施形態の原理図。異なる照明および距離測定シーケンスの一実施形態の原理図。カメラシステムの一実施形態の原理図。照明装置を駆動するための駆動スキームの一実施形態の原理図。三次元配置を照明する方法の一実施形態の原理図。図面において、同様の番号は全体を通して同様のオブジェクトを指す。図中のオブジェクトは、必ずしも縮尺通りに描かれていない。

本発明の様々な実施形態を、図面を用いて説明する。

図1は、照明装置100の第1の実施形態の上面原理図を示す。照明装置100は、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第1のグループ110と、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第2のグループ120とを有する。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120は、共通のチップ上に配置されている。レーザ装置の第1のグループ110は、共通電極（図示せず）および第1の電気接点115を介して電気的に接触されることができる。レーザ装置の第2のグループ120は、共通電極および第2の電気接点125を介して電気的に接触されることができる。レーザ装置110,120の第1および第2のグループは、第1および第2の電気接点115,125によって個々に制御されることができる。レーザ装置の第1のグループ110のレーザ装置105は、第1の直径を有する開口部を備えるVCSELである。レーザ装置の第2のグループ120のレーザ装置105は、第1の直径より小さい第2の直径を有する開口部を備えるVCSELである。レーザ装置の第1のグループ110の第1の放射特性およびレーザ装置の第2のグループ120の第2の放射特性は、例えば、開口部の直径の違いによる発散角に関して異なる。第1および第2の放射特性は、第1および第2の電気接点115,125ならびに共通電極を介して提供される異なる駆動電流（振幅、パルス形状、パルス長など）によってさらに変更することができる。

図2は、照明装置100の第2の実施形態の上面原理図を示す。第2の実施形態に係る照明装置の構成は、第1の実施形態と非常に類似している。レーザ装置の第1のグループ110は、搭載構造200上に配置された第1のレーザ装置アレイチップ210に含まれる。レーザ装置の第2のグループ120は、同じ搭載構造200上に配置された第2のレーザ装置アレイチップ220に含まれる。共通の搭載構造200は、非常に異なる放射特性を有するレーザ装置の非常に異なるグループ110,120の組み合わせを可能にすることができる。例えば、レーザ装置の第1のグループ110をVCSELで構成し、レーザ装置の第2のグループ120をサイドエミッタで構成することが可能である。さらに、第1および第2のレーザ装置アレイチップ210,220を、出射面が平行でないように互いに傾けて配置することも可能である。物体までの距離が異なるように、第1および第2のレーザ装置アレイチップ210,220を異なるレベルに配置することが、さらなる選択肢であり得る。

図3は、照明装置100の第3の実施形態の上面原理図を示す。照明装置100は、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第1のグループ110と、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第2のグループ120とを備え、それらは、レーザ装置105の交互のラインで配置されている。レーザ装置の第2のグループ120の3つのラインのレーザ装置105が、レーザ装置の第1のグループの2つのラインのレーザ装置105によって分離されている。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120は、共通のチップ上に配置されている。レーザ装置の第1のグループ110は、共通電極（図示せず）および第1の電気接点115を介して電気的に接触されることができる。レーザ装置の第2のグループ120は、共通電極および第2の電気接点125を介して電気的に接触されることができる。レーザ装置110,120の第1および第2のグループは、第1および第2の電気接点115,125によって個々に制御されることができる。レーザ装置の第1のグループ110のレーザ装置105は、第1の直径を有する開口部と、放射されるレーザ光の第1の偏光を提供する表面格子とを備えるVCSELである。レーザ装置の第2のグループ120のレーザ装置105は、第1の直径より大きい第2の直径を有する開口と、第1の偏光に垂直な放射されるレーザ光の第2の偏光を提供する表面格子とを有するVCSELである。レーザ装置の第1のグループ110の第1の放射特性と、レーザ装置の第2のグループ120の第2の放射特性は、開口の直径の違い、および、レーザ装置の第1または第2のグループ110,120によって放射されるレーザ光の異なる偏光に起因して異なる。

図4は、照明装置100の第4の実施形態の上面原理図を示す。照明装置100は、六角形のパターンに配置された7つのレーザ装置105を有するレーザ装置の第1のグループ110を含み、6つのレーザ装置105が六角形の中央に配置された1つのレーザ装置を取り囲んでいる。照明装置100は、二次パターンで配置されたレーザ装置105を有するレーザ装置の第2のグループ120をさらに有する。レーザ装置の第2のグループ120のレーザ装置105はさらに、列で配置されており、レーザ装置105の数は、レーザ装置の第2のグループ120の中央に向けて段階的に減少する。レーザ装置の第1グループ110のレーザ装置105は、レーザ装置の第2グループの110の中央に配置され、レーザ装置の第1グループ110のレーザ装置105は、レーザ装置の第2のグループ120のレーザ装置105により、左、右および上を囲まれる。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120は、共通のチップ上に配置されている。レーザ装置の第1のグループ110は、共通電極（図示せず）および第1の電気接点115を介して電気的に接触されることができる。レーザ装置の第2のグループ120は、共通電極および第2の電気接点125を介して電気的に接触されることができる。レーザ装置110,120の第1および第2のグループは、第1および第2の電気接点115,125によって個々に制御されることができる。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、同じ開口を有するVCSELである。レーザ装置の第1のグループ110のVCSELは、放射されるレーザ光の第1の偏光を提供する表面格子を含む。レーザ装置の第1のグループ110の第1の放射特性及びレーザ装置の第2のグループ120の第2の放射特性は、VCSELの異なる幾何学的配置（VCSEL間の距離および二次パターン対六角形パターン）、ならびに、レーザ装置の第1のグループ110によって放射されるレーザ光の第1の偏光に起因して異なる。

図5は、照明装置100の第5の実施形態の側面原理図を示す。照明装置100は、レーザ装置105を有するレーザ装置の第1のグループ110と、レーザ装置105を有するレーザ装置の第2のグループ120と、レーザ装置105を有するレーザ装置の第3のグループ120とを有する。レーザ装置の第1、第2及び第3のグループ110,120,130は、共通のチップ上に配置されている。レーザ装置の第1、第2および第3のグループ110,120,130のレーザ装置105は、メサの直径が異なるVCSELである。レーザ装置の第1、第2および第3のグループ110,120,130のレーザ装置105は、レーザ装置のそれぞれのグループ110,120,130の隣接するレーザ装置105がそれぞれ異なる距離（ピッチ）を有するように配置されている。レーザ装置の第1、第2および第3のグループ110,120,130の放射特性は、メサの異なる直径、異なる閾値電流およびピッチに起因して異なる。レーザ装置の第1、第2および第3のグループ110,120,130のレーザ装置105は、異なる発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第1のグループ110の発散角は、第1の光学装置112によってさらに変更され、その結果、レーザ装置105は、狭い発散角を有するレーザ光を放射する。レーザ装置の第2のグループ120の発散角は、第2の光学装置122によって変更され、レーザ装置105は広い発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第1、第2および第3のグループ110,120,130は、別個の第1、第2および第3の電気接点（図示せず）によって個別にアドレス指定されることができる。

図6は、照明装置100の第6の実施形態の側面原理図を示す。照明装置100は、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第1のグループ110と、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第2のグループ120とを有する。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120は、共通のチップ上に配置されている。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、メサの直径が異なるVCSELである。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、レーザ装置のそれぞれのグループ110,120の隣接するレーザ装置105が互いに対して同じ距離（ピッチ）を有するように配置される。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、異なる発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第1のグループ110の発散角は、第1の光学装置112（マイクロレンズのアレイ）によって変更され、レーザ装置105は狭い発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第2のグループ120の発散角は、第2の光学装置122（マイクロレンズのアレイ）によって変更され、レーザ装置105は広い発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120には、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120の共通チップと共に搭載構造200上に配置された駆動回路140によって、第1および第2の駆動電流が個別に供給される。第1および第2の駆動電流は、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120の共通電極（図示せず）ならびに別個の第1および第2の電気接点（図示せず）を介して供給される。

図7は、照明装置100の第7の実施形態の側面原理図を示す。照明装置100は、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第1のグループ110と、レーザ装置105を備えたレーザ装置の第2のグループ120とを有する。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120は、共通のチップ上に配置されている。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、メサの直径が異なるVCSELである。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、レーザ装置のそれぞれのグループ110,120の隣接するレーザ装置105が互いに対して異なる距離（ピッチ）を有するように配置される。レーザ装置の第1のグループ110のレーザ装置105は、レーザ装置の第2のグループ120のレーザ装置105の周りにリング状に配置されている。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120のレーザ装置105は、異なる発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第1のグループ110の発散角は、第1の光学装置112（マイクロレンズのアレイ）によって変更され、レーザ装置105は狭い発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第2のグループ120の発散角は、第2の光学装置122（マイクロレンズのアレイ）によって変更され、レーザ装置105は広い発散角でレーザ光を放射する。レーザ装置の第1および第2のグループ110,120には、駆動回路（図示せず）によって第1および第2の駆動電流が個別に供給される。第1および第2の駆動電流は、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120の共通電極（図示せず）ならびに別個の第1および第2の電気接点（図示せず）を介して供給される。第1および第2の放射特性は、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120に平行に配置された三次元配置250の第1の表面252が、レーザ装置の第2のグループ120によって特に放射される少ないレーザ光を受けとり、三次元配置250の第2の表面254が、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120によって放射されたレーザ光を受け取るように、適合される。第2の表面は、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120に対して傾斜角256で配置される。第2の面254に受光されるレーザ光は、傾斜角256を考慮して計算される。傾斜角256は、レーザ装置の第1および第2のグループ110,120と本質的に平行な領域に対する第2の表面254の投射を計算するために使用される。レーザ装置のグループ110,120の異なる発散角および個々の制御は、第1および第2の表面252,254の互いに対する輝度を適合させることを可能にする。

図8は、距離検出装置150の一実施形態の原理図を示す。距離検出装置150は、1つの照明装置100を備える。照明装置100は、3つの異なる放射特性を有する3つのレーザ装置のグループを有する。距離検出装置150は、レーザ装置の1つまたは複数のグループによって放射された反射レーザ光を受光するように適合された光検出器155をさらに有する。距離検出装置150は、評価器160をさらに有する。評価装置160は、照明装置100および光検出器155と結合される。評価器160は、反射されたレーザ光を識別するように構成されている。評価装置160はさらに、照明装置100（例えば、定義されたパターンを有するパルスの開始）および光検出器155（例えば、定義されたパターンを有するパルスの受信の開始）から受信される電気信号によって、反射レーザ光の受光時とレーザ光の放射時との間の飛行時間を決定するように適合されている。あるいは、評価器160は、時刻t1において照明装置100から放射パターンのみを取得し、時間t2において光検出器155から受光パターンを得ることができる。パターンが比較され、両方のパターンが同一である場合、t2とt1との間の時間差は、それぞれのレーザパルスの時間として解釈される。

図9は、異なる照明および距離測定シーケンスの一実施形態の原理図を示す。上側のシーケンスは、図8に示す距離検出装置150のレーザ装置の第1のグループによって放射される第1のパルスシーケンス412および第1の照明シーケンス414を示す。短いレーザパルスの第1のパルスシーケンス412は距離検出に使用され、第1の照明シーケンス414は三次元配置の第1の部分を照明するために使用される。中央のシーケンスは、図8に示す距離検出装置150の第2のグループのレーザ装置によって放射される第2の照明シーケンス424を示す。第2の照明シーケンス424は、三次元配置の第2の部分を照明するために使用される。下側のシーケンスは、図8に示す距離検出装置150のレーザ装置の第3のグループによって放射される第2のパルスシーケンス432および第3の照明シーケンス434を示す。短いレーザパルスの第2のパルスシーケンス432は、距離検出に使用され、第3の照明シーケンス434は、三次元配置の第3の部分を照明するために使用される。

図10は、カメラシステム300の一実施形態の原理図を示す。カメラシステムは、レーザ装置の2つのグループを有する照明装置100と、カメラ装置340と、光学センサと、カメラコントローラ345とを有する。光センサ350は、カメラ装置340および照明装置100に結合されたカメラコントローラに光センサデータを提供するように適合されている。光センサデータは、レーザ装置の第1および第2のグループの第1および第2の放射特性を適合させるために照明装置100を制御するために使用される。カメラコントローラ345は、照明装置100の第1および第2の照明特性およびカメラ装置340の感度を考慮に入れたフィードバックループを可能にする。

図11は、図10に示すカメラシステム300の照明装置100を駆動するための駆動方式の実施形態の原理図を示す。レーザ装置の第1および第2のグループは、対応する駆動回路が開始パルス456を受信した後、第1および第2の放射特性452,454でレーザ光を放射し始める。第1グループのレーザ装置は、駆動回路が第1停止パルス458を受信した後、レーザ光の放射を停止する。第1の放射特性452は、レーザ光を放射する相対的に短い時間によって特徴付けられる。第2グループのレーザ装置は、駆動回路が第2停止パルス460を受信した後、レーザ光の放射を停止する。第2の放射特性454は、レーザ光を放射する比較的長い時間によって特徴付けられる。第1の放射特性452は、例えば、開始パルス456と第1の停止パルス458との間の時間の間、シーンの背景を通過する物体を照射するために使用されてもよい。

図12は、三次元配置を照明する方法の一実施形態の原理図を示す。ステップ510において、三次元配置250の少なくとも第1の部分は、少なくとも1つのレーザ装置105を含むレーザ装置の少なくとも第1のグループ110で照明され、レーザ装置の第1のグループ110によって放射されるレーザ光は、第1の放射特性によって特徴付けられる。ステップ520において、三次元配置250の少なくとも第2の部分は、少なくとも1つのレーザ装置105を含むレーザ装置の少なくとも第2のグループ120により独立に照明され、レーザ装置の第2のグループ120によって放射されるレーザ光は、第1の放射特性と異なる第2の放射特性により特徴付けられる。

本発明の基本的な思想は、750nmを超える波長の赤外線波長範囲において三次元配置を照明するための柔軟で簡単な照明装置を提供することである。好ましくはVCSELであるレーザ装置の少なくとも２つのグループが、照明装置に対して異なる距離において三次元配置の要素の均一な照明を提供するために、少なくとも２つの異なる放射特性で、三次元配置の部分または全体を照明するために使用される。

本発明は、図面および上記の説明において詳細に図示され説明されているが、そのような図示および説明は、図解および例示的なものにすぎず、限定的ではないとみなされるべきである。

本開示を読むことにより、他の改変が当業者には明らかであろう。そのような改変は、当技術分野で既に知られており、本明細書において既に記載された特徴の代わりに、またはそれに加えて使用され得る他の特徴を含み得る。

開示された実施形態に対するバリエーションは、図面、開示および添付の特許請求の範囲の研究から、当業者によって理解され得、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という単語は、他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」または「an」は、複数の要素またはステップを除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

100 照明装置
105 レーザ装置
110 レーザ装置の第1のグループ
112 第1の光学装置
115 第1の電気接点
120 レーザ装置の第2のグループ
122 第2の光学装置
125 第2の電気接点
130 レーザ装置の第3のグループ
140 駆動回路
150 距離検出装置
155 光検出器
160 評価器
200 搭載構造
210 第1のレーザ装置アレイチップ
220 第2のレーザ装置アレイチップ
250 三次元配置
252 第1の表面
254 第2の表面
256 傾斜角
300 カメラシステム
340 カメラ装置
345 カメラコントローラ
350 光学センサ
412 第1のパルスシーケンス
414 第1の点灯シーケンス
424 第2の点灯シーケンス
432 第2のパルスシーケンス
434 第3の点灯シーケンス
452 第1の放射特性
454 第2の放射特性
456 開始パルス
458 第1の停止パルス
460 第2の停止パルス
510 レーザ装置の第1のグループを用いて照明するステップ
520 レーザ装置の第2のグループを用いて照明するステップ

Claims

赤外波長スペクトラムにおいて三次元配置を照明するための照明装置であって、
少なくとも１つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第1のグループと、少なくとも１つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第２のグループと、
を有し、
レーザ装置の前記第1および第2のグループは、互いに対して独立して動作し、
レーザ装置の前記第1のグループは、第1の放射特性でレーザ光を放射し、
レーザ装置の前記第2のグループは、前記第1の放射特性と異なる第2の放射特性でレーザ光を放射し、
当該照明装置は、レーザ装置の前記第1のグループのレーザ装置が第1の発散角でレーザ光を放射するように前記第1の放射特性を変更する第1の光学装置を有し、
レーザ装置の前記第2のグループのレーザ装置は、前記第1の発散角とは異なる第2の発散角でレーザ光を放射し、
前記第1および第2の放射特性は、前記三次元配置の異なる部分を異なって照明するように前記第1および第2の発散角により適合され、
前記三次元配置の第2の表面がレーザ装置の前記第1および／または第2のグループにより放射されるレーザ光を受け取るときに、レーザ装置の前記第1および第2のグループに平行に配置された前記三次元配置の第1の表面が、レーザ装置の前記第1および／または第2のグループにより放射される少ないレーザ光を受け取るように、前記第1および第2の放射特性が前記第1および第2の発散角により適合される、照明装置。
前記第2の表面は、レーザ装置の前記第1および第2のグループに対してある傾斜角で配置され、前記照明装置は駆動回路を有し、前記駆動回路は、レーザ装置の前記第1のグループを第1の駆動電流で駆動し、レーザ装置の前記第2のグループを前記第1の駆動電流とは異なる第2の駆動電流で駆動し、前記三次元配置により反射されるレーザ光は、前記照明装置に含まれるセンサにより測定され、前記駆動回路は、前記センサにより測定されたレーザ光に基づいて前記センサにより生成されるフィードバック信号により前記第1および第2の放射特性を制御する、請求項１に記載の照明装置。
レーザ装置の前記第2のグループのレーザ装置が前記第2の発散角でレーザ光を放射するように前記第2の放射特性を変更する第2の光学装置を有する、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
レーザ装置の前記第１のグループおよびレーザ装置の前記第2のグループが、１つの共通のチップ上に配置される、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
前記レーザ装置がVCSELである、請求項４に記載の照明装置。
レーザ装置の前記第1のグループが、搭載構造上に配置される第1のレーザ装置アレイチップにより構成され、レーザ装置の前記第2のグループが、前記搭載構造上に配置される第2のレーザ装置アレイチップにより構成される、請求項５に記載の照明装置。
レーザ装置の前記第1のグループおよびレーザ装置の前記第2のグループが、共通のチップ上に配置され、レーザ装置の前記第1のグループおよびレーザ装置の前記第2のグループが１つの共通の接点層を共有し、レーザ装置の前記第1のグループが第1の電気接点に電気的に接続され、レーザ装置の前記第2のグループが第2の電気接点に電気的に接続される、請求項５に記載の照明装置。
レーザ装置の前記第1のグループのレーザ装置は第1の幾何学的配置で配置され、レーザ装置の前記第２のグループのレーザ装置は前記第1の幾何学的配置と異なる第2の幾何学的配置で配置される、請求項６または請求項７に記載の照明装置。
レーザ装置の前記第1のグループのレーザ装置は第1の開口特性を有し、レーザ装置の前記第2のグループのレーザ装置は、前記第1の開口特性とは異なる第2の開口特性を有する、請求項６または請求項７に記載の照明装置。
請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの照明装置と、
レーザ装置の前記第1および／または第2のグループにより放射された反射レーザ光を受け取る少なくとも１つの光検出器と、を有する距離検出装置であって、当該距離検出装置はさらに評価器を有し、前記評価器は、前記反射レーザ光を特定し、前記反射レーザ光の受け取りの時点と前記レーザ光の放射の時点との間の飛行時間を測定する、距離検出装置。
請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の照明装置を有するカメラシステムであって、当該カメラシステムはカメラ装置と光センサを有し、前記光センサは、前記駆動回路により駆動されたときに、レーザ装置の前記第1のグループが前記第1の放射特性でレーザ光を放射し、レーザ装置の前記第2のグループが前記第2の放射特性でレーザ光を放射するように、前記照明装置を制御するための光センサデータを提供する、カメラシステム。
赤外波長スペクトラムにおいて三次元配置を照明する方法であって、
少なくとも１つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第1のグループにより前記三次元配置の少なくとも第1の部分を照明するステップであって、レーザ装置の前記第1のグループにより放射されるレーザ光は第1の放射特性により特徴付けられるステップと、
レーザ装置の前記第1のグループのレーザ装置が第1の発散角でレーザ光を放射するように、第1の光学装置により前記第1の放射特性を変更するステップと、
少なくとも１つのレーザ装置を含むレーザ装置の少なくとも第2のグループにより前記三次元配置の少なくとも第2の部分を独立に照明するステップであって、レーザ装置の前記第2のグループにより放射されるレーザ光は、前記第1の放射特性とは異なる第2の放射特性により特徴付けられ、前記第2の放射特性は前記第1の発散角とは異なる第2の発散角により特徴付けられるステップと、
前記三次元配置の異なる部分が異なって照明されるように、前記第1および第2の放射特性を前記第1および第2の発散角により適合させるステップと、
を有し、
前記三次元配置の第2の表面がレーザ装置の前記第1および／または第2のグループにより放射されるレーザ光を受け取るときに、レーザ装置の前記第1および第2のグループに平行に配置された前記三次元配置の第1の表面が、レーザ装置の前記第1および／または第2のグループにより放射される少ないレーザ光を受け取るように、前記第1および第2の放射特性が前記第1および第2の発散角により適合される、方法。