JP6568065B2 - 調節可能な偏光を有するレーザデバイス - Google Patents

Description

本発明は、調節可能な偏光を有するレーザデバイス、斯様なレーザデバイスを有するセンサデバイス及び光学検出システムに関する。本発明は、更に、オブジェクトの三次元形状を決定する方法に関する。

ＷＯ０１／０５００８Ａ１は、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のレーザ放出の偏光の制御を開示している。更に、単一の処理ステップにおけるＶＣＳＥＬの全体のアレイに渡る一次元格子構造による同じ偏光の偏光制御されたＶＣＳＥＬのアレイの製作が述べられている。

述べられたアレイにはフレキシビリティが欠如しており、従って、潜在的なアプリケーションは制限される。

それ故、本発明の目的は、改良されたフレキシビリティをもつ改良されたレーザデバイスを提供することである。

第１の態様によれば、レーザ発光体のアレイ及び制御ユニットを有するレーザデバイスが提案される。前記アレイは、少なくともレーザ発光体の第１のサブアレイ及びレーザ発光体の第２のサブアレイを有し、第１のサブアレイは、第１の偏光のレーザ光を放射し、第２のサブアレイは、第１の偏光とは異なる第２の偏光のレーザ光を放射する。第１のサブアレイ及び／又は第２のサブアレイは、レーザ発光体のサブセットを有する。制御ユニットは、アレイにより放射されるレーザ光の偏光が制御され得るように第１のサブアレイ及び第２のサブアレイを制御するように適合される。少なくとも、第１のサブセットにより放射されたレーザ光は、第２のサブセットにより放射されたレーザ光に対して干渉性がない。制御ユニットは、放射されたレーザ光のコヒーレンスが制御され得るように第１のサブアレイ及び／又は第２のサブアレイのレーザ発光体のサブセットを独立して制御するように更に適合される。

レーザ発光体は、好ましくは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は側面発光体としての半導体レーザである。ＶＣＳＥＬは、異なる偏光のレーザ光を放射するＶＣＳＥＬのアレイが各ＶＣＳＥＬ上の発光面の上部の表面格子によって生成され得るように、ウエハスケールで生成され得るという利点を有し得る。ＶＣＳＥＬの多数の表面格子は、１つのエッチングステップにおいて生成され得る。側面発光体は、これらが本質的に偏向されるという利点を有し得る。それ故、規定された偏光のレーザ発光体を得るために追加の技術的な手段は必要とされない。

第１のサブアレイ及び第２のサブアレイは、１つのチップ上で一体化されてもよい。前記チップは、第１の偏光のレーザ光を放射するレーザデバイスの第１の隣接エリアと第２の偏光のレーザ光を放射するレーザデバイスの第２の隣接エリアとを有してもよい。前記チップは、３、４又はそれ以上の偏光のレーザ光を放射するレーザ発光体のサブアレイを有する３、４又はそれ以上の隣接エリアを有してもよい。隣接エリア上に設けられる２又はそれ以上のサブアレイは同じ偏光のレーザ光を放射することが可能であってもよい。斯様な隣接エリアは、第１及び第２の偏光のレーザ光を放射するレーザデバイスの正方形、矩形、三角形又はライン又はストライプであってもよい。

代わりに、サブアレイは、前記チップ上で同じエリアを共有してもよい。隣接するレーザ発光体は、この場合、異なる偏光のレーザ光を放射してもよい。例えば市松模様状又は六角形のパターンで設けられる異なる偏光のレーザ光を放射する２つの異なる種類のレーザ発光体のみがあってもよい。代替アプローチにおいて、異なる偏光のレーザ光を放射する３、４又はそれ以上のレーザ発光体は、反復的な順序のラインにおいて、又は、２若しくはそれ以上のラインにおいて続いて設けられてもよい。複数のラインにおけるレーザ発光体のシーケンスは、シフトされてもよく、又は、順序が変えられてもよい。それ故、異なる偏光のレーザ光を放射するレーザ発光体のパターンは規則的であってもよく、又は、不規則であってもよい。互いの隣に異なる偏光のレーザ光を放射するレーザ発光体を設けることは、異なる偏光のレーザドットのパターンが追加の光学要素を伴うことなくオブジェクト上へ直接投射され得るという利点を有し得る。レンズの単純な配列は、レーザドットの斯様なパターンを広げるのに十分であり得る。

代わりに、規定された偏光のレーザ光を放射するレーザ発光体のサブアレイは、異なるチップ上に設けられてもよい。この場合、異なる偏光は、アレイ内で使用されるチップ又はサブアレイの数及びそれぞれのアプリケーションのために必要とされる偏光の数に依存して、例えば４５°、９０°、１２０°又は他の角度で互いに対してチップの方向を変えることにより可能にされ得る。

制御ユニットは、サブアレイを互いに対して独立して制御してもよい。それ故、レーザデバイスにより放射されるレーザ光の偏光は、（第１のサブアレイだけがレーザ光を放射する）第１の偏光のレーザ光から、（双方のサブアレイが同じ強度のレーザ光を放射する）偏光を伴わないレーザ光へ、また、（第２のサブアレイだけがレーザ光を放射する）第２の偏光のレーザ光へと継続的に変えられてもよい。右の角度下の追加の偏光子が追加されてもよく、従って、偏光が、右と左との間で循環して偏向するよう切り替えられてもよい。より洗練された制御は、２つだけのサブアレイの場合でも偏光角の連続的な変更を可能にする各サブアレイのレーザデバイスのコヒーレント結合により可能にされてもよい。

サブアレイのレーザ発光体は、サブセットに設けられる。サブセットは、コントローラによって独立して制御される。後者は、各レーザ発光体の制御と比較して、レーザデバイスの簡略化された制御を可能にしてもよい。サブセットのレーザデバイスは、サブアレイにより放射されるレーザ光のコヒーレンスが制御可能になり得るように、コヒーレントに結合されてもよい。コヒーレントなレーザデバイスのサブセットは、この場合、規定された偏光のコヒーレントなレーザ光を放射してもよく、これにより、サブアレイの２又はそれ以上のサブセットは、これらがレーザ光を同時に放射するようにコントローラによって制御される場合に、規定された偏光の非干渉レーザ光を放射する。

異なる偏光の幾つかのサブアレイは、レーザデバイスのコントローラによってそれぞれのサブアレイ上で切り替わることにより２つより多い偏光のレーザ光を放射することを可能にしてもよい。各サブアレイに供給される電力は、連続的な手段において制御可能であってもよい。更に、コントローラによって、レーザ発光体の一部のみに給電することが可能であってもよく、又は、サブアレイの単一のレーザに給電することも可能であってもよい。コントローラは、外部電源又は内部電源（例えば、バッテリ）に接続されるだろう。

センサデバイスは、前述したレーザデバイス及び検出器を有してもよい。検出器は、オブジェクトによる放射されたレーザ光の反射の後にサブアレイにより放射されるレーザ光の異なる偏光を検出するように適合されてもよい。検出器は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）のようなカメラチップ及び偏光フィルタを有してもよい。偏光フィルタは、固定されてもよく、又は、制御モジュールによって制御可能であってもよい。制御可能な偏光フィルタは、カメラチップにより受信されたレーザ光の偏光を自動的に調整することを可能にしてもよい。また、偏光フィルタを伴うことなく検出器を用いることが可能であってもよい。制御モジュールは、この場合、偏光フィルタが必要とされない態様で異なる偏光のレーザ光を提示するように適合されてもよい。制御信号は、例えば、レーザデバイスによって提示されてもよく、レーザ光の偏光が制御信号によって識別されるように検出器によって受信されてもよい。制御信号は、レーザ光のそれぞれの偏光を識別するために、例えばセンサデバイスが結合される分析ユニット又はセンサの制御モジュールによって、後の処理において用いられてもよい。オブジェクトは、偏光を変えるレーザ光によって照射されてもよく、放射されたレーザ光の偏光に関する情報との組み合わせにおいて反射されたレーザ光の強度の局所的バリエーションがオブジェクトの表面特性の分析を可能にしてもよい。

代替アプローチにおいて、偏光ビームスプリッタ及び２つのカメラチップが用いられる。偏光ビームスプリッタは、２つの偏光のレーザ光の強度が独立して検出され得るように、第１の偏光のレーザ光を第１のカメラチップに伝達し、第２の偏光のレーザ光を第２のカメラチップに伝達するように構成されてもよい。この場合、レーザデバイスは、２つの異なる好ましい直交偏光のレーザ光のみを供給してもよい。偏光ビームスプリッタは、直交偏光を有する２つの偏光フィルタと組み合わせたビームスプリッタであってもよい。

光学検出システムは、前述したレーザデバイスを有してもよい。光学検出システムは、更に、レシーバ及び処理ユニットを有する。処理ユニットは、１又はそれ以上のメモリデバイスを含む任意の種類のプロセッサ、マイクロプロセッサ又はコンピュータであってもよい。レーザデバイスは、少なくとも第１の偏光を有するレーザ光の第１のサブパターンと第２の偏光を有するレーザ光の第２のサブパターンとを有するレーザ光のパターンを放射するように適合されてもよい。レシーバは、オブジェクトにより反射された、レーザデバイスにより放射された第１及び第２のサブパターンを受信するように適合されてもよく、処理ユニットは、反射された第１及び第２のサブパターンによってオブジェクトの形状を決定するように適合されてもよい。

レシーバは、例えば、カメラチップ及び規定された偏光の偏光フィルタを有してもよい。処理ユニットは、レーザデバイスの制御ユニットと通信してもよい。レーザデバイスは、異なる偏光を有するドットのパターンを放射し、それぞれの情報を処理ユニットと交換してもよく、従って、処理ユニットは、それぞれのパターンに関する情報が通知される。各パターンは、例えばパターンの放射の前に、レーザデバイスによって放射された固有の識別子を有してもよく、従って、処理ユニットは、それぞれのパターンがレシーバによって受信されたときに通知される。制御ユニットは、パターンを変えるように更に適合されてもよい。それ故、処理ユニットは、多数の異なるパターンに基づいて放射されたパターン及び受信したパターンに関する情報を比較することによりオブジェクトの形状を決定することができてもよい。

検出器は、代替アプローチにおいて、制御可能な偏光フィルタを有する検出器を有してもよい。レーザデバイスは、この場合、一定のパターンを放射してもよく、制御モジュールは、異なる偏光のレーザ光が異なる時間に制御可能な偏光を通過させ得るように制御可能な偏光フィルタの設定を変えてもよい。放射されたパターンに関する情報、受信したパターンの歪み及び制御可能な偏光フィルタの設定に関するパターンのドットの強度は、オブジェクトの形状を決定するために処理ユニットによって用いられてもよい。

光学検出システムは、オブジェクトの画像を記録するためのカメラを更に有してもよい。処理ユニットは、オブジェクトの決定された形状及びオブジェクトの画像に基づいてオブジェクトの三次元画像を決定するように適合されてもよい。従来のカメラによって与えられた情報は、オブジェクトの決定された形状と組み合わせられてもよい。それ故、オブジェクトの現実的な三次元画像を供給することが可能であってもよい。更に、レシーバの前における偏光フィルタの使用は、周囲光の強度を５０％まで低減し、従って、パターンのコントラストが向上し得る。前記パターンは、好ましくは、レーザ光のパターンがカメラによる画像のレコーディングを妨害しないように、画像と異なる波長（例えば、カメラにより記録された可視スペクトルと比較した赤外線スペクトル）において放射される。

本発明の他の態様によれば、オブジェクトの形状を決定する方法が提供される。本方法は、少なくとも第１の偏光を有するレーザ光の第１のサブパターンと第２の偏光を有するレーザ光の第２のサブパターンとを有するレーザ光のパターンを放射するステップと、第１のサブアレイ及び／又は第２のサブアレイのレーザ発光体のサブセットを独立して制御することによって、制御ユニットによりレーザ光のコヒーレンスを制御するステップであって、少なくとも第１のサブセットにより放射されたレーザ光は第２のサブセットにより放射されたレーザ光に対して干渉性がない、ステップと、オブジェクトにより反射されたレーザ光のパターンのレーザ光を受信するステップと、第１及び第２のサブパターンの受信したレーザ光を用いてオブジェクトの形状を決定するステップとを有する。

第１及び第２のサブパターンによって供給される情報は、サブパターンにおけるレーザ光の異なる偏光を介して追加の情報に与えることにより、オブジェクトの形状の決定を向上させ得る。

本方法は、時間において変化する、レーザ光のパターンを供給する追加のステップと、前記オブジェクトの形状が前記変化に関する情報に基づいて決定されるように前記情報を処理ユニットに供給するステップとを有してもよい。

代替アプローチにおいて、本方法は、異なる偏光のレーザ光がオブジェクトに関する追加の情報を与えるためにフィルタリングされ得るように、制御可能な偏光フィルタの設定を変えるステップを有する。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の、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が理解されるべきである。

更に有利な実施形態が以下で規定される。

本発明のこれらの及び他の態様は、後述される実施形態から明らかになり、これらを参照して説明されるだろう。

本発明は、添付図面を参照して実施形態に基づいて、例によって、述べられるだろう。

第１のレーザデバイスの主要な略図を示す。 第１のレーザアレイの主要な略図を示す。 第２のレーザアレイの主要な略図を示す。 第２のレーザデバイスの主要な略図を示す。 センサデバイスの主要な略図を示す。 光学検出システムの主要な略図を示す。 異なる偏光を有するレーザ光のラインのパターンによって照射されたオブジェクトの主要な略図を示す。 オブジェクトの形状を決定する方法の主要な略図を示す。

図中、類似の数字はこの文書において類似のオブジェクトに言及する。図中のオブジェクトは、実寸で描かれているわけではない。

本発明の種々の実施形態は、図面によって説明されるだろう。

図１は、第１のレーザデバイス１０の主要な略図を示している。レーザデバイス１０は、制御ユニット２００とレーザ発光体１００のアレイ５０とを有する。レーザ発光体１００は、第１の偏光のレーザ光１１１を放射するレーザ発光体の第１のサブアレイ１１０と、第２の偏光のレーザ光１２２を放射するレーザ発光体の第２のサブアレイ１２０とにおいて構成される。レーザ発光体１００は、例えば、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、これは、それぞれのＶＣＳＥＬにより放射されたレーザ光の偏光をセットするためにＶＣＳＥＬのレーザ発光表面上に設けられた格子を有する。制御ユニット２００（マイクロプロセッサ又は同種のもの）は、レーザ発光体１１０，１２０の第１及び第２のサブアレイを独立して制御するように適合される。レーザ発光体の第１のサブアレイ１１０は、例えば、レーザ発光体の第２のサブアレイ１２０が給電されていない時間ｔ_１において給電されてもよい。ｔ_１の後の時間ｔ_２において、レーザ発光体の第１のサブアレイ１１０が給電されていないときに、レーザ発光体の第２のサブアレイ１２０が給電される。また、制御ユニットは、ゼロパワーとフルパワーとの間の各中間パワーレベルにおいてレーザ発光体１１０，１２０の第１及び第２のサブアレイの各々に給電するように適合されてもよい。更に、双方のサブアレイは、同時に給電されてもよい。それ故、放射されたレーザ光１１１，１２２の偏光状態は、連続的手段において制御されてもよい。

図２は、レーザアレイ５０のＶＣＳＥＬ１００が設けられ、取り付けられたチップ６０を示している。レーザ発光体１１０，１２０の第１及び第２のサブアレイは、市松パターンで設けられ、第１の偏光のレーザ光１１１及び第１の偏光に対して直角か又はこれに直交する第２の偏光のレーザ光１２２を放射する。市松パターンも、例えば六角形のパターン又は同種のものも、それぞれのサブアレイの放射と重なり合うために光学要素は必要とされないという利点を有し得る。アレイ５０における単一のＶＣＳＥＬがコヒーレントに結合されない限り、アレイ放射の偏光は、２つの直交する偏光方向において偏光されたものと偏光の変化する度合いを伴う偏光されていない放射との間においてのみ変化され得る。追加の偏光子は、右の角度下で追加されてもよく、従って、偏光は、左と右との間で循環的に偏光されるよう切り替えられ得る。同じ偏光を放射するアレイ５０における全ての要素の放射をコヒーレントに結合するための追加の手段は、偏光の角度を継続的に変えることを可能にするだろう。ＶＣＳＥＬのコヒーレントな結合のための斯様な手段は、例えば、J. Baier, U. Weichmann; Extended cavity semiconductor laser device with increased intensity, US 2010/0265975 A1において述べられる。

代わりに、隣り合うレーザ発光体１００が異なる偏光のレーザ光を放射する場合、２つを超えるサブアレイがチップ６０上に設けられてもよい。レーザ発光体１００の偏光は、例えば、３つのサブアレイの場合には１２０°の間で段階的に変化してもよく、４つのサブアレイの場合には、偏光は、４５°の間で変化してもよい。このように、多数の異なる偏光状態が考えられる。異なる偏光を有するレーザ発光体１００の不規則なパターンを有することが可能であってもよい。後者は、１つのエッチングステップにおいて異なる表面格子を与えることにより各ＶＣＳＥＬにより放射されるレーザ光の偏光を規定するために１つのマスクしか必要とされないように、ウェーハ処理において生成されたＶＣＳＥＬによって容易に可能にされ得る。サブアレイの偏光は、制御ユニット２００のメモリデバイスにおいて格納されてもよく、又は、較正手順において規定された偏光状態のレーザ光のみを受信する適切な検出器によって決定されてもよい。アレイ５０のレーザ発光体１００により放射されたレーザ光は、適切な光学要素によって操作されてもよい。レンズは、例えば、放射されたレーザ光のビームを広げるために用いられてもよい。ミラーは、完全なビームの方向又はビームの部分を変えるために用いられてもよい。

図３は、アレイ５０におけるレーザ発光体１００の代替配列を示している。第１の偏光のレーザ光を放射するレーザ発光体１０５の５つのサブセットを有する第１のチップ１１５、及び、第２の偏光のレーザ光を放射するレーザ発光体１０５の５つのサブセットを有する第２のチップ１２５が示されている。レーザ発光体１０５の各サブセットは独立して駆動され得る。サブセット毎のレーザ発光体１００の数及び偏光毎のサブセットの数は、サブセットがオン／オフにしか切り替えられない場合において、アレイ５０によって放射されたレーザ光の偏光について制御の程度を決定してもよい。後者は、アレイ５０を制御するために必要とされる制御ユニット２００の複雑性を制限してもよい。連続制御は、レーザ発光体１０５の各サブセットに供給される電力が連続的な手段において制御され得る場合に可能にされてもよい。レーザ発光体１００は、この場合、偏光されたレーザ光を放射する端面発光レーザダイオードである。１５の端面発光レーザは、第１のチップ１１５上に設けられ、更なる１５個は、第２のチップ１２５上に設けられ、端面発光レーザによって放射されるレーザ光の偏光に対して位置調整される。第２のチップ上に設けられたレーザ発光体１００によって放射されたレーザ光の偏光は、第１のチップ１１５に取り付けられた端面発光レーザと比較して端面発光レーザを９０°だけねじることにより、９０°だけねじられる。代わりに、レーザ発光体は、レーザ発光体１１０，１２０の各サブアレイ上の放射の偏光に対して同様に設けられてもよい。後者は、第１又は第２のチップ１１５，１２５のより長い側面に関する放射されたレーザ光の偏光が同じであってもよいことを意味する。放射されたレーザ光の偏光は、第１及び第２のチップ１１５，１２５を互いに対してねじることによってねじられてもよい。チップの形状は、この場合、サブアレイを配列するために用いられてもよい。正三角形の形状を有するレーザ発光体１００を有するチップは、適切な回路基板上でチップを単純に回すことによる容易な手段で３つの異なる偏光のレーザ光を供給するために用いられてもよい。チップの形状は、放射されたレーザ光の考えられる偏光の数を決定してもよい。代わりに、それぞれの目的のために必要とされる放射されたレーザ光の非常に異なる偏光を与えるために、方形又は円形チップを与え、これらのチップを回路基板又はベースチップ上に設けることが可能であってもよい。アレイ５０、サブアレイ１１０，１２０又はサブセット１０５毎のレーザ発光体１００のサイズ及び数は、放射されたレーザ光のコヒーレンスを制御するために用いられてもよい。コヒーレントに結合されたレーザ発光体１００だけがコヒーレントなレーザ光を放射する。それ故、コヒーレンスは、コヒーレントに結合されていないサブセット１０５又はサブアレイを用いることによって、制御ユニット２００によって制御されてもよい。コヒーレントに結合されていないアレイ５０において単一のレーザ発光体１００を組み合わせることが有利であってもよい。

図４は、図３に示されたアレイ５０を有するレーザデバイス１０を示している。制御ユニット２００は、サブセットを単純にオン又はオフに切り替えることにより、レーザ発光体１０５の各サブセットを制御する。レーザデバイス１０は、レーザ発光体１１０，１２０の第１及び第２のサブアレイにより放射されたレーザ光を重畳するために、光学デバイス１５０を更に有する。光学デバイス１５０は、例えば、レーザ光の交互の偏光を有するレーザスポットの重畳された市松パターンを与えるために２つの回折要素を有してもよい。代わりに、ミラー、半透明ミラー及びレンズの配列が同様のパターンを与えるために用いられてもよい。

加えて又は代わりに、隣り合うラインのレーザ光の異なる偏光を有するラインのパターンを与えるために投射レンズが用いられてもよい。前記ラインは、基準表面に対して垂直又は水平方向に投射されてもよい。投射レンズ及び／又は追加の光学要素は、例えばラインのパターンが垂直と水平との間で切り替えられ得るように、切り替え可能であってもよい。更に、より洗練されたパターン及び切り替え状態が、適切な光学デバイス１５０によって可能にされてもよい。光学デバイス１５０の切り替えは、制御ユニット２００によって制御されてもよい。代わりに、追加の制御デバイスが、光学デバイス１５０の切り替えを制御するために用いられてもよい。図４に示された実施形態のフレームワークにおいて述べられた光学デバイス１５０は、図１に示されたレーザデバイス１０により放射されたレーザビームのパターンを切り替えることを可能にするために用いられてもよい。

図５は、本発明の一実施形態によるセンサデバイス３００の主要な略図を示している。センサデバイス３００は、例えば前述したようなレーザデバイス１０を有する。レーザデバイス１０は、第１の偏光及びこの第１の偏光と直交する第２の偏光のレーザ光を放射する。レーザ光は、オブジェクト５００により反射され、調節可能な偏光フィルタ３３０を通過した後にカメラチップ３２０により受信される。カメラチップ３２０及び偏光フィルタ３３０は、検出器３１０の部分である。制御モジュール３４０は、検出器３２０を制御し、この検出器３１０によって受信した測定結果を格納するためのメモリデバイス（図示省略）を有する。偏光フィルタを通過するレーザ光の偏光は、例えば、制御モジュール３４０によって調整されてもよい。

制御モジュール３４０は、代替アプローチにおいて、レーザデバイス１０を制御するように適合されてもよい。これは、レーザデバイス１０の制御ユニット２００を介して生じてもよい。この場合、制御ユニット２００は、制御モジュール３４０によってトリガされてもよい。制御モジュール３４０は、レーザデバイス１０が時間ｔ_１において第１の偏光のレーザ光を放射するとともに後の時間ｔ_２において第２の偏光のレーザ光を放射するように、レーザデバイス１０を制御してもよい。制御モジュール３４０は、この場合、規定された偏光のレーザ光がいつ放射されるかを知ってもよく、オブジェクト５００までの距離が知られている場合には、それぞれのレーザ光が検出器によって受信される時間が計算されてもよい。オブジェクト５００までの距離は、センサデバイス３００の特定のアプリケーションにおいて固定されてもよいが、他のアプリケーションにおいて、距離測定が必要とされてもよい。斯様な距離測定は、例えば、飛行時間測定によって、又は、制御モジュール３４０によって制御され得る適切な距離センサ（図示省略）を用いたレーザ自己混合によって実行されてもよい。斯様な場合、偏光フィルタ３３０は無関係であるかもしれない。制御モジュール３４０は、規定された偏光を伴うレーザ光の放射の時間と既知の距離に基づいてそれぞれのレーザ光を受信する時間とに基づいてレーザ光の偏光を決定する。未知の距離の場合に距離センサを省くことが可能であってもよい。制御モジュール３４０は、例えば、レーザデバイス１０により放射されたレーザ光の各偏光に対して特有であるレーザパルスの固有のシーケンスを放射してもよい。検出器３１０は、レーザパルスのシーケンスによって、受信したレーザ光のそれぞれの偏光を決定する。従って、偏光フィルタ３３０もオブジェクト５０までの距離についての如何なる認識も必要ではないかもしれない。レーザ光の測定ビームを識別するこのアプローチは、放射されたレーザ光が例えば前述されたような規定された偏光又は規定されたコヒーレンスのような或る手段において特徴付けられるそれぞれの場合において用いられてもよい。制御モジュール３４０及び制御ユニット２００は、レーザデバイス１０及び検出器３１０の双方を制御する１つのデバイスであってもよい。センサデバイス３００は、レーザ光をオブジェクト５００に指向又は集光するように適合される機械的要素及び／又は光学的要素を更に有してもよい。レーザデバイス１０及び／又は検出器３１０は、例えば、１又はそれ以上の軸の周りで回転可能であってもよい。

センサデバイス３００は、例えば携帯端末診断法のようなバイオセンサアプリケーションにおいて用いられてもよい。このバイオセンサは、明視野検出と暗視野検出との間で切り替わる単純な手段を与える。一方の偏光からの反射された光が信号（明視野）をもたらす一方で、他方の偏光は任意の信号（暗視野）をもたらさないだろう。表面上の粒子は、レーザデバイス１０により放射されるレーザ光を散乱させ、レーザ光の偏光を変えるだろう。従って、これらは、明視野検出における暗いスポットとして、及び、暗視野検出における信号として見られる。このような方法で、検出の双方の手段が用いられ、高感度に達する。

センサデバイス３００のための可能な用途のより多くの例は、分光学及びセンシングの分野において見出され得る。明視野検出と暗視野検出との間の単純な切り替えの能力は、これらのアプリケーションの感度を増大させるために用いられてもよい。斯様なセンサデバイス３００のためのアプリケーションの他の分野は、光化学である。ここで、異なる化学反応は、励起の偏光を変えることにより導かれ得る。

図６は、光学検出システム４００の主要な略図を示している。光学検出システム４００は、異なる偏光をもつレーザ光のパターンを放射するレーザデバイス１０を有する。前記パターンは、図７に示された異なる偏光のレーザ光の交互のラインを有するラインパターンであってもよい。図７は、ラインパターンを伴うレーザデバイス１０によって照射されたシリンダを示している。第１のサブパターン５１０は、オブジェクト５００が配置される表面と平行な第１の偏光のレーザ光と、オブジェクト５００が配置される表面と直交する第２の偏光のレーザ光の第２のサブパターン５２０とを有する。

代わりに、隣り合うレーザスポットに関する異なる偏光を有するレーザスポットのドットパターンは、レーザデバイス１０によって放射されてもよい。前記パターンは、規則的であってもよく、又は、不規則であってもよい。光学検出システム４００は、（例えばオブジェクト５００により反射されたレーザ光を受信するためのカメラチップとしての）レシーバ４２０と、制御可能な偏光子４４０とを更に有する。制御可能な偏光子４４０は、レーザデバイス１０により放射されたレーザ光の異なる偏光の間で、処理ユニット４３０によって切り替えられる。処理ユニット４３０は、前述したセンサデバイスに関して述べられたものと同じ又は同様の手段において、レーザデバイス１０、レシーバ４２０及び制御可能な偏光子４４０を制御するために用いられてもよい。処理ユニット４００は、オブジェクト５００の形状によりもたらされるパターンの歪みに基づいてオブジェクト５００の三次元形状を決定するように更に適合されてもよい。レーザ光の偏光は、放射されたパターンの特徴を改良するために用いられる。これは、三角形分割による三次元検出のための構造化された光を用いた既知のアプローチと比較して、三次元オブジェクトの改良された検出を可能にし得る。異なる偏光が追加の情報をパターンに追加するためである。とりわけ、後の順序において異なる偏光の例えば垂直及び平行ラインのパターンを変えることは、水平及び垂直方向におけるオブジェクト５００の形状に関する情報を与えることにより前記検出を改良し得る。偏光を用いることはコントラストを増大させ得る。調節可能な偏光フィルタ４４０によりブロックされる偏光の光は測定を妨害しないためである。更に、前述された多数の異なる偏光の既知であるが特に固有のパターンが、三次元オブジェクト上に投射されてもよい。規定された偏光の異なるスポットは、調節可能な偏光フィルタ４４０を通過した後に、レシーバ４２０によって検出されてもよい。２つを超える偏光が用いられる場合、受信したレーザ光の強度が追加の情報として用いられてもよい。調節可能な偏光フィルタ４４０と平行でない偏光を有する反射されたレーザ光の規定された部分のみが、調節可能な偏光フィルタ４４０を通過し、レシーバ４２０によって受信されるためである。また、レーザ発光体１００、レーザ発光体１０５のサブセット又はサブアレイを適宜制御することにより２又はそれ以上の偏光を有するレーザ光のサブパターンを後に送ることも可能であり得る。処理ユニット４３０は、移動オブジェクト５００の形状でさえも決定され得るように、レシーバ４２０により受信されたパターンを処理してもよい。それ故、移動オブジェクト５００の三次元フィルムが与えられてもよい。

図５に示された光学検出デバイスは、オブジェクト５００の従来の画像を受信するためのオプショナルなカメラ４５０を更に有する。レーザデバイス１０は、赤外線スペクトル範囲におけるレーザ光を放射するＶＣＳＥＬのようなレーザ発光体１００を有し得る。それ故、レーザパターンは、カメラ４５０による従来の画像の記録を妨害しない。更に、オブジェクト５００により反射されて制御可能な偏光フィルタ４４０を通過する周囲光は５０％まで減衰され、これにより、制御可能な偏光フィルタ４４０と同一線上にあるレーザ光は、減衰することなくフィルタを通過する。それ故、周囲光に関する受信したパターンのコントラストは改良され得る。加えて、レーザ発光体１００のスペクトル範囲外の周囲光がレシーバ４２０によって受信された信号に寄与しないように、スペクトルフィルタがレシーバ４２０に追加されてもよい。レーザ発光体１００としてＶＣＳＥＬを用いることは、製造工程における適切なエッチングマスクを用いることにより隣り合うＶＣＳＥＬｓの開口の形状が異なり得るという追加の利点を有し得る。ＶＣＳＥＬの開口は、この追加の手段が更なる情報をレーザ光のパターンに追加するために用いられ得るように、投射されたレーザドットの形式に影響する。

図８は、オブジェクト５００の形状を決定する方法の主要な略図を示している。ステップ６０５において、少なくとも第１の偏光５１０を有するレーザ光の第１のサブパターンと第２の偏光５２０を有するレーザ光の第２のサブパターンとを有するレーザ光のパターンが与えられる。ステップ６１０において、オブジェクト５００により反射されたレーザ光のパターンのレーザ光が受信される。ステップ６１５において、オブジェクト５００の形状は、受信したレーザ光に基づいて決定される。

本発明が図面及び前述の説明において詳細に示され、述べられた一方で、斯様な図及び説明は、例証又は例示的であり、限定的ではないものと見なされるべきである。

本開示を読みとることから、他の変形が当業者にとって明らかになるだろう。斯様な変形は、従来技術において既に知られている他の特徴、及び、ここで既に述べられた特徴の代わりに又はそれに加えて用いられ得る他の特徴を含んでもよい。

開示された実施形態のバリエーションは、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、当業者により理解され、遂行され得る。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数の要素又はステップを除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有効に用いられ得ないことを示すものではない。

請求項中の任意の参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

１０ レーザデバイス
５０ アレイ
６０ チップ
１００ レーザ発光体
１０５ レーザ発光体のサブセット
１１０ レーザ発光体の第１のサブアレイ
１１１ 第１の偏光のレーザ光
１１５ 第１のチップ
１２０ レーザ発光体の第２のサブアレイ
１２２ 第２の偏光のレーザ光
１２５ 第２のチップ
１５０ 光学デバイス
２００ 制御ユニット
３００ センサデバイス
３１０ 検出器
３２０ カメラチップ
３３０ 偏光フィルタ
３４０ 制御モジュール
４００ 光学検出システム
４２０ レシーバ
４３０ 処理ユニット
４５０ カメラ
４４０ 調節可能な偏光フィルタ
５００ オブジェクト
６０５ レーザ光のパターンを放射するステップ
６１０ オブジェクトにより反射されたレーザ光のパターンのレーザ光を受信するステップ
６１５ オブジェクトの形状を決定するステップ

Claims (13)

1. レーザ発光体のアレイ及び制御ユニットを有するレーザデバイスであって、
   前記アレイは、少なくともレーザ発光体の第１のサブアレイ及びレーザ発光体の第２のサブアレイを有し、前記第１のサブアレイは、第１の偏光のレーザ光を放射し、前記第２のサブアレイは、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光のレーザ光を放射し、
   前記第１のサブアレイ及び／又は前記第２のサブアレイは、前記レーザ発光体のサブセットを有し、
   前記制御ユニットは、前記アレイにより放射されるレーザ光の偏光が変えられ得るように前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイを制御するように適合され、
   前記制御ユニットは、前記第１のサブアレイ及び／又は前記第２のサブアレイのレーザ発光体のサブセットを独立して制御するように更に適合され、
   少なくとも、第１のサブセットにより放射されたレーザ光は、第２のサブセットにより放射されたレーザ光に対して干渉性がなく、前記制御ユニットが、少なくとも第１のサブセットと少なくとも第２のサブセットを用いて前記レーザデバイスにより放射されたレーザ光のコヒーレンスを制御するように適応される、レーザデバイス。
2. 前記レーザ発光体は、偏光されたレーザ光を放射するための格子を有する垂直キャビティ面発光レーザである、請求項１に記載のレーザデバイス。
3. 前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイは、１つのチップ上で一体化される、請求項２に記載のレーザデバイス。
4. 前記第１のサブアレイは、第１のチップ上に設けられ、前記第２のサブアレイは、第２のチップ上に設けられる、請求項１又は請求項２に記載のレーザデバイス。
5. 前記第１のサブアレイのレーザ発光体及び前記第２のサブアレイのレーザ発光体は、市松模様又は六角形のパターンで構成される、請求項３に記載のレーザデバイス。
6. 前記アレイは、複数のサブアレイを有し、
   各サブアレイは、異なる偏光のレーザ光を放射し、
   前記制御ユニットは、各サブアレイを独立して制御するように適合される、請求項１又は請求項２に記載のレーザデバイス。
7. 請求項１−６のうちいずれか一項に記載のレーザデバイスと、前記サブアレイにより放射されてオブジェクトにより反射されたレーザ光の異なる偏光を検出するように適合される検出器とを有する、センサデバイス。
8. 前記検出器は、カメラチップ及び偏光フィルタを有する、請求項７に記載のセンサデバイス。
9. 前記偏光フィルタは、制御可能な偏光フィルタであり、
   前記検出器は、カメラにより受信されたレーザ光の偏光が自動的に調整され得るように前記偏光フィルタを制御するように適合される制御モジュールを有する、請求項８に記載のセンサデバイス。
10. 請求項１−６のうちいずれか一項に記載のレーザデバイスと、レシーバと、処理ユニットとを有する光学検出システムであって、
    前記レーザデバイスは、少なくとも第１の偏光を有するレーザ光の第１のサブパターンと第２の偏光を有するレーザ光の第２のサブパターンとを有するレーザ光のパターンを放射するように適合され、
    前記レシーバは、オブジェクトにより反射された、前記レーザデバイスにより放射された前記第１のサブパターン及び前記第２のサブパターンを受信するように適合され、
    前記処理ユニットは、反射された第１及び第２のサブパターンによって前記オブジェクトの形状を決定するように適合される、光学検出システム。
11. 制御可能な偏光フィルタを更に有し、
    前記処理ユニットは、前記制御可能な偏光フィルタによって、前記レシーバにより受信されたレーザ光の偏光を制御するように適合される、請求項１０に記載の光学検出システム。
12. 前記オブジェクトの画像を記録するためのカメラを更に有し、
    前記処理ユニットは、前記オブジェクトの決定された形状及び前記オブジェクトの画像に基づいて前記オブジェクトの三次元画像を決定するように適合される、請求項１０に記載の光学検出システム。
13. オブジェクトの形状を決定する方法であって、
    少なくとも第１の偏光を有するレーザ光の第１のサブパターンと第２の偏光を有するレーザ光の第２のサブパターンとを有するレーザ光のパターンを放射するステップと、
    第１のサブアレイ及び／又は第２のサブアレイのレーザ発光体のサブセットを独立して制御することによって、制御ユニットによりレーザ光のコヒーレンスを制御するステップであって、少なくとも第１のサブセットにより放射されたレーザ光は第２のサブセットにより放射されたレーザ光に対して干渉性がない、ステップと、
    オブジェクトにより反射されたレーザ光のパターンのレーザ光を受信するステップと、
    前記第１のサブパターン及び前記第２のサブパターンの受信したレーザ光を用いて前記オブジェクトの形状を決定するステップとを有する、方法。

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