KR20220012319A - 필드 각도에 따라 조명 파장을 변화시키기 위한 능동 조명 시스템들 - Google Patents

필드 각도에 따라 조명 파장을 변화시키기 위한 능동 조명 시스템들 Download PDF

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KR20220012319A
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알리스테어 수네스 고먼
호드 핀클스테인
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센스 포토닉스, 인크.
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Abstract

능동 조명 장치는 시야를 조명하도록 구성된 방출 소스를 포함한다. 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소를 포함하고, 광학 신호들에 의해 조명될 시야의 각각의 부분들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된다. 광학 신호들의 각각의 파장들은 각각의 필드 각도들에 대한, 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역과 같은, 검출 모듈의 광학 특성들의 변화들에 따라 시야의 각각의 필드 각도들에 걸쳐 변화될 수 있다. 관련 이미징 장치 및 방법들이 또한 논의된다.

Description

필드 각도에 따라 조명 파장을 변화시키기 위한 능동 조명 시스템들
우선권 주장
본 출원은 2019년 5월 28일자로 미국 특허 상표청에 출원된 미국 가특허 출원 제62/853,283호로부터 우선권을 주장하고, 이의 개시는 본원에 전체적으로 참조로 포함된다.
분야
본 개시는 일반적으로 이미징에 관한 것으로, 더 구체적으로 능동 조명 기반 이미징에 관한 것이다.
능동 조명 기반 이미징은 범위 검색, 뎁스 프로파일링, 구조화된 조명, 및 3D 이미징(예를 들어, 광 검출 및 레인징(Light Detection and Ranging)(LIDAR), 또한 본원에 라이다로 지칭됨)을 포함하는 다수의 적용에 사용된다. 비행 시간(Time of flight)(ToF) 3D 이미징 시스템들은 간접 ToF(iToF) 또는 직접 ToF 시스템들로서 카테고리화될 수 있다.
직접 ToF 측정은 LIDAR 시스템의 방출기 요소에 의해 방사선을 방출하는 것과, LIDAR 시스템의 검출기 요소에 의해 객체 또는 다른 타깃(또한 본원에 에코 신호로 지칭됨)으로부터의 반사 후에 방사선을 감지하는 것 사이에서 시간 길이를 측정하는 것을 포함한다. 이 시간 길이로부터, 타깃까지의 거리가 결정될 수 있다. 간접 비행 시간 측정은 방출된 신호에 대해 에코 신호의 위상 지연 또는 위상 시프트를 측정하는 것을 포함한다. 타깃까지의 거리는 복귀 에코 신호의 검출된 위상 시프트로부터 계산될 수 있다.
상대적으로 좁은 스펙트럼 대역폭을 갖는 조명원들을 갖는 능동 조명 이미징 시스템들에 대해, 협대역 스펙트럼 필터는 이미징 시스템의 조명원들의 파장들에서 광의 검출을 억제하지 않고, 검출기 상에 입사될 수 있는 다른 소스들(예를 들어, 태양 또는 다른 주변 광원들)로부터의 방사선의 검출을 감소시키기 위해 이미징 광학 시스템의 검출기 측에서 사용될 수 있다. 이미징 시스템과 다른 소스들로부터의 이러한 광은 일반적으로 본원에 배경 광으로 지칭될 수 있다.
본원에 설명된 일부 실시예들은 하나 이상의 광 방출기 요소(표면-방출 또는 에지-방출 레이저 다이오드들과 같은, 반도체 레이저들을 포함하고; 일반적으로 본원에 방출기들로 지칭됨) 및/또는 하나 이상의 광 검출기 요소(아발란치 포토다이오드들 및 단일 광자 아발란치 검출기들(single-photon avalanche detectors)(SPADs)을 포함하여, 포토다이오드들과 같은, 반도체 광검출기들을 포함하고; 일반적으로 본원에 검출기들로 지칭됨)를 포함하는 능동 조명 기반 이미징 시스템을 제공하는 전자 회로들을 포함하는 방법들, 시스템들, 및 디바이스들을 제공한다.
일부 실시예들에 따르면, 능동 조명 장치는 시야를 조명하도록 구성된 방출 소스를 포함한다. 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소를 포함하고 광학 신호들에 의해 조명될 시야의 각각의 부분들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 시야의 각각의 부분들은 각각의 필드 각도들을 포함할 수 있고, 광학 신호들의 각각의 파장들은 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도에서의 제1 파장, 및 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도에서의 제1 파장보다 더 크거나 더 작은 제2 파장을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도로부터 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도로 광학 신호들의 각각의 파장들은 단계적 또는 연속적 방식으로 감소할 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 신호들의 각각의 파장들은 시야의 각각의 부분들에 걸쳐 광학 신호들에 대응하는 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 수신하도록 구성되는 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 따라 변화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 시야를 이미징하도록 구성되는 하나 이상의 검출기 요소를 포함할 수 있고, 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내의 검출기 측 스펙트럼 필터 요소를 포함할 수 있다. 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 그것의 통과대역 내에 있는 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 하나 이상의 검출기 요소에 허용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들과의 간섭을 방지하고/하거나, 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들과의 간섭을 방지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출 소스는 방출기 어레이 내의 방출기 요소들의 각각의 공간 위치들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 복수의 방출기 요소를 갖는 방출기 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 공간 위치들은 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 어레이는 방출기 요소들에 비-고유한 기판을 포함할 수 있고, 방출기 요소들은 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 각각의 공간 위치들에서 기판 상에 조립될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 요소들은 기판 상에 전사 인쇄될 수 있고, 방출기 요소들 중 적어도 하나는 잔여 테더(tether) 부분을 포함한다.
일부 실시예들에서, 각각의 공간 위치들 각각은 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 동일한 빈 또는 동일한 파장 범위에 대응하는 방출기 요소들의 서브세트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 요소들은 발광 다이오드들 또는 레이저 다이오드들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 다이오드들은 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드들 및/또는 에지-방출 레이저 다이오드들일 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소의 광학 경로 내에 있는 필터 요소를 포함할 수 있다. 필터 요소는 필터 요소의 표면을 따라 각각의 위치들에서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있다. 각각의 위치들은 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 방출기 요소는 제1 파장 범위 내의 제1 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광대역 광원을 포함할 수 있고, 필터 요소는 제1 파장 범위보다 더 좁은 각각의 제2 파장 범위들 내의 제2 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 필터 요소는 하나 이상의 방출기 요소와의 인터페이스를 따라 그것의 하나 이상의 구성요소 사이에 불균일한 갭을 정의하는 공간 가변 대역통과 필터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 능동 조명 장치를 제조하는 방법은 시야를 조명하도록 구성되는 방출 소스를 제공하는 단계를 포함한다. 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소를 포함하고, 광학 신호들에 의해 조명될 시야의 각각의 부분들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 방출 소스를 제공하는 단계는 방출기 어레이 내의 방출기 요소들의 각각의 공간 위치들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 복수의 방출기 요소를 갖는 방출기 어레이를 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 각각의 공간 위치들은 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 어레이를 형성하는 단계는 방출기 요소들에 비-고유한 기판을 제공하는 단계, 및 방출기 요소들에 의해 방출될 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 각각의 공간 위치들에서 기판 상에 방출기 요소들을 조립하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 요소들을 조립하는 단계는 기판 상에 방출기 요소들을 전사 인쇄하는 단계를 포함할 수 있고, 방출기 요소들 중 적어도 하나는 잔여 테더 부분을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 공간 위치들 각각은 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 동일한 빈 또는 동일한 파장 범위에 대응하는 방출기 요소들의 서브세트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출 소스를 제공하는 단계는 하나 이상의 방출기 요소의 광학 경로 내에 필터 요소를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 필터 요소는 필터 요소의 표면을 따라 각각의 위치들에서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있고, 각각의 위치들은 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 방출기 요소는 제1 파장 범위 내의 제1 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광대역 광원을 포함할 수 있고, 필터 요소는 제1 파장 범위보다 더 좁은 각각의 제2 파장 범위들 내의 제2 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법은 시야의 각각의 부분들에 걸쳐 광학 신호들에 대응하는 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 수신하도록 구성되는 하나 이상의 검출기 요소, 및 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내의 검출기 측 스펙트럼 필터 요소를 갖는 검출 모듈을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 광학 신호들의 각각의 파장들은 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 따라 변화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시야의 각각의 부분들은 각각의 필드 각도들을 포함할 수 있다. 광학 신호들의 각각의 파장들은 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도에서의 제1 파장, 및 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도에서의 제1 파장보다 더 크거나 더 작은 제2 파장을 포함할 수 있다. 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 능동 조명 기반 이미징 장치는 방출 소스 및 검출 모듈을 포함한다. 방출 소스는 시야를 조명하기 위해 광학 신호들을 출력하도록 구성된 하나 이상의 방출기 요소를 포함하고, 검출 모듈은 시야를 이미징하도록 구성된 하나 이상의 검출기 요소를 포함한다. 방출 소스는 각각의 필드 각도들에 대한 검출 모듈의 광학 특성들의 변화들에 따라 시야의 각각의 필드 각도들에 걸쳐 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 각각의 파장들은 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도에서의 제1 파장, 및 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도에서의 제1 파장보다 더 크거나 더 작은 제2 파장을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도로부터 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도로 각각의 파장들은 단계적 또는 연속적 방식으로 감소할 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출 모듈은 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내에 있고 그것의 통과대역 내의 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 하나 이상의 검출기 요소에 허용하도록 구성된 스펙트럼 필터 요소를 추가로 포함할 수 있다. 검출 모듈의 광학 특성들은 각각의 필드 각도들에 대한 스펙트럼 필터 요소의 통과대역을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 스펙트럼 필터 요소는 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출 소스는 방출기 어레이 내의 방출기 요소들의 각각의 공간 위치들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 복수의 방출기 요소를 포함하는 방출기 어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 공간 위치들은 각각의 필드 각도들을 조명하도록 배열된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소의 광학 경로 내에 있고 필터 요소의 표면을 따라 각각의 위치들에서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 필터 요소를 포함할 수 있으며, 각각의 위치들은 각각의 필드 각도들을 조명하도록 배열된다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 제어 회로는 각각의 필드 각도들에 걸쳐 광학 신호들 각각의 파장들을 변화시키기 위해 (예를 들어, 그 각각의 온도들을 제어함으로써) 방출 소스 및/또는 검출 모듈을 제어하고/하거나 각각의 필드 각도들에 대한 검출 모듈의 광학 특성들의 변화들을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따른 다른 디바이스들, 장치, 및/또는 방법들은 다음의 도면들 및 상세한 설명의 검토 시에 본 기술분야의 통상의 기술자에게 분명해질 것이다. 모든 이러한 추가적인 실시예들은 위의 실시예들의 임의의 및 모든 조합들에 추가적으로, 이 설명 내에 포함되고, 발명의 범위 내에 있고, 첨부 청구항들에 의해 보호되는 것으로 의도된다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예들에 따라 예시적인 라이다 시스템 또는 회로를 예시하는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 방출 파장의 필드 각도 의존 변화를 제공하기 위해 시야의 조명의 예들을 예시하는 개략도들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 어레이 내의 위치에 따른 상이한 방출 파장들을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력하도록 구성된 방출기들을 포함하는 방출기 어레이를 예시한다.
도 3c는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 필드 각도에 따라 변화되는 방출 파장들을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 방출기 측 필터 요소를 갖는 하나 이상의 방출기를 포함하는 방출 소스를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 필드 각도에 따라 변화되는 방출 파장들을 갖는 각각의 광학 신호들을 선택적으로 수락하도록 구성되는 검출기 측 필터 요소 및 시야를 이미징하도록 구성되는 하나 이상의 검출기의 예시적인 구현들을 예시한다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 방출 파장의 필드 각도 의존 또는 위치 의존 변화에 기초하여 동작하도록 구성되는 방출 소스들 및 검출 모듈들을 포함하는 능동 조명 시스템들의 예시적인 동작들을 예시하는 블록도이다. 도 6a는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 방출 소스들의 동작과 합동하여 검출기 측 필터의 예시적인 통과대역 특성들을 예시하는 그래프이다.
도 6b는 본 개시의 일부 추가 실시예들에 따라 방출 소스들의 동작과 합동하여 검출기 측 필터의 예시적인 통과대역 특성들을 예시하는 그래프이다.
도 6c는 본 개시의 더 추가 실시예들에 따라 방출 소스들의 동작과 합동하여 검출기 측 필터의 예시적인 통과대역 특성들을 예시하는 그래프이다.
도 7은 입사 각도에 따른 검출기 측 필터의 통과대역의 예상된 시프트의 일 예를 예시하는 그래프이다.
도 8은 예시적인 간섭 유형 검출기 측 필터에 대한 입사 각도들에 따른 통과대역의 차이들 또는 시프트들을 예시하는 그래프이다.
도 9는 시야에 걸친 필터 직경 요건들의 차이들을 예시하는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 애퍼처 조리개에서의 필터의 사용과 비교하여 광학 시스템의 필드 또는 동공 각도들을 감소시키는 효과들 및 검출기 측 필터 크기의 대응하는 변화들을 예시하는 그래프들이다.
다음의 상세한 설명에서, 다수의 특정 상세는 본 개시의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 특정 상세들 없이 실시될 수 있다는 점이 본 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 것이다. 일부 사례들에서, 널리 공지된 방법들, 절차들, 구성요소들 및 회로들은 본 개시를 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않았다. 본원에 개시된 모든 실시예들은 개별적으로 구현되거나 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있는 것이 의도된다. 일 실시예에 대해 설명된 양태들은 상이한 실시예들에서 통합될 수 있지만 이에 대해 구체적으로 설명되지 않을 수 있다. 즉, 임의의 실시예들의 모든 실시예들 및/또는 특징들은 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들은 라이다 적용들 및 시스템들을 참조하여 본원에 설명된다. 라이다 시스템은 방출기들의 어레이 및 검출기들의 어레이, 또는 단일 방출기 및 검출기들의 어레이를 갖는 시스템, 또는 방출기들의 어레이 및 단일 검출기를 갖는 시스템을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 하나 이상의 방출기는 방출기 유닛을 정의할 수 있고, 하나 이상의 검출기는 검출기 픽셀을 정의할 수 있다. 플래시 라이다 시스템은 시야 또는 장면에 걸쳐 짧은 지속들(펄스들) 동안 방출기 요소들의 어레이, 또는 어레이의 서브세트로부터 광을 방출함으로써 이미지들을 취득할 수 있다. 비-플래시 또는 스캐닝 라이다 시스템은 예를 들어, 지점 스캔 또는 라인 스캔을 사용하여 지점당 필요한 전력을 방출하고 순차적으로 스캔하여 전체 시야를 재구성하기 위해, 시야 또는 장면에 걸쳐 광 방출을 (연속적으로) 래스터 스캐닝함으로써 이미지 프레임들을 발생시킬 수 있다.
라이다 시스템들에서의 적용을 참조하여 주로 본원에 설명되지만, 본 개시의 실시예들은 라이다 적용들로 결코 제한되지 않는다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 본 개시의 실시예들은 가시 파장 범위들 내에 있든 가시 스펙트럼 외부에 있든(예를 들어, IR 기반 이미징이든), 보안 카메라들(예를 들어, 야간(darkness)에 이미징하기 위해 적외선(IR) 조명을 사용함), 군사 적용들(예를 들어, 미사일 유도), 및/또는 능동 조명을 사용하는 다른 이미징 시스템들(예를 들어, 조명원의 블라인딩을 방지하기 위함)에 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 본 개시의 실시예들은 비-능동 조명 또는 에너지의 제거가 요구될 수 있는 임의의 능동 조명 시스템에 적용될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따라 동작할 수 있는 능동 조명 시스템들을 포함하는 LIDAR 적용에서의 ToF 측정 시스템 또는 회로(100)의 일 예는 도 1에 도시된다. 라이다 시스템 또는 회로(100)는 조명 또는 방출 소스(15)(복수의 방출기(115e)를 포함하는 방출기 어레이(115)를 포함하는 것으로 예시됨) 및 검출 모듈(10)(복수의 검출기(110d)를 포함하는 검출기 어레이(110)를 포함하는 것으로 예시됨)의 타이밍을 제어하는 제어 회로(105) 및 타이밍 발생기 또는 드라이버 회로(116)를 포함한다. 검출기들(110d)은 비행 시간 센서들(예를 들어, SPAD들과 같은, 단일 광자 검출기들의 어레이)을 포함한다. 방출기 어레이(115)의 방출기 요소들(115e) 중 하나 이상은 타이밍 발생기 또는 드라이버 회로(116)에 의해 제어되는 시간 및 주파수에서 광학 조명 펄스들 또는 연속파 신호들(일반적으로 본원에 광학 신호들, 방출기 신호들, 또는 광 방출로 지칭됨)을 각각 방출하는 방출기 유닛들을 정의할 수 있다. 특정 실시예들에서, 방출기들(115e)은 펄스화된 광원들, 예컨대 LED들 또는 레이저들(예컨대 수직 공동 표면 방출 레이저들(VCSEL들))일 수 있다. 광학 신호들은 타깃(150)으로부터 다시 반사되고, 검출기 어레이(110)의 하나 이상의 검출기 요소(110d)에 의해 정의되는 검출기 픽셀들에 의해 감지된다. 제어 회로(105)는 직접 또는 간접 ToF 측정 기술들을 사용하여, 방출기 어레이(115)로부터 타깃(150)으로 그리고 다시 검출기 어레이(110)의 검출기들(110d)로의 여정 상에서 조명 펄스의 비행 시간을 측정하고/하거나 계산하는 픽셀 프로세서를 구현할 수 있다.
드라이버 전자기기들(116)은 하나 이상의 방출기 요소에 각각 대응할 수 있고, 예를 들어, 방출기 요소들(115e)에 대한 피크 구동 전류를 제어함으로써, 방출기 요소들(115e)에 의해 광 출력의 피크 전력을 제어하는 마스터 클록 및/또는 전력 제어 신호들을 참조하여 타이밍 제어 신호들에 응답하여 각각 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기 어레이(115) 내의 방출기 요소들(115e) 각각은 각각의 드라이버 회로(116)에 연결되고 이에 의해 제어된다. 다른 실시예들에서, 방출기 어레이(115) 내의 방출기 요소들(115e)(예를 들어, 서로 공간적으로 근접하는 방출기 요소들(115e))의 각각의 그룹들은 동일한 드라이버 회로(116)에 연결될 수 있다. 드라이버 회로 또는 회로망(116)은 또한 광학 방출 신호들로 지칭되는, 방출기들(115e)로부터 출력되는 광학 신호들의 변조 주파수, 타이밍, 및 진폭/전력 레벨을 제어하도록 구성된 하나 이상의 드라이버 트랜지스터를 포함할 수 있다.
방출기 측 필터 요소(113)(예를 들어, 파브리-페로 간섭계), 확산기(114), 및 프리즘 또는 격자(214)(일반적으로 본원에 조명 광학기기들로 지칭됨)는 예를 들어, 방출기 어레이(115)의 시야에 걸쳐 광 출력을 증가시키고/시키거나 조정하기 위해 또한 예시된다. 조명 광학기기들은 방출기 요소들(115e)의 개개 또는 그룹들의 조명의 필드들이 상당히 중첩하지 않는 것을 보장하기 위해 방출기 요소들(115e)로부터 광 출력의 충분히 낮은 빔 발산을 제공하고, 게다가 관찰자들에게 눈 안전을 제공하기 위해 방출기 요소들(115e)로부터 광 출력의 충분히 큰 빔 발산을 제공하도록 구성될 수 있다.
방출기 요소들(115e)로부터의 광 출력에 의해 조명되는 타깃(들)(150)으로부터 반사되는 광의 감지 또는 검출은 검출기 어레이(110)를 포함하는, 수신기/검출 모듈 또는 회로(10)를 사용하여 수행된다. 일부 실시예들에서, 검출기 어레이(110)는 검출기 픽셀들의 어레이를 포함한다(각각의 검출기 픽셀은 하나 이상의 검출기(110d), 예를 들어, 단일 광자 검출기들, 예컨대 단일 광자 아발란치 다이오드들(SPADs)을 포함함). SPAD 기반 검출기 어레이들은 고감도 및 타이밍 해상도가 요구되는 이미징 적용들에서 고체 상태 검출기들로서 사용될 수 있다. 수신기 광학기기들(112)(예를 들어, FOV(190)에 걸쳐 광을 수집하기 위한 하나 이상의 렌즈), 및 수신기 전자기기들(타이밍 회로(106)를 포함함)은 검출기 어레이(110)의 전부 또는 부분들을 전력 공급, 인에이블, 및 디스에이블하고 이에 타이밍 신호들을 제공하도록 구성된다. 검출기 픽셀들은 적어도 나노초 정밀도로 활성화되거나 비활성화될 수 있고, 개별적으로 어드레스가능하고/하거나, 그룹에 의해 어드레스가능하고/하거나, 전반적으로 어드레스가능할 수 있다. 수신기 광학기기들(112)은 라이다 시스템에 의해 이미징될 수 있는 가장 큰 FOV(190)로부터의 광을 수집하도록 구성되는 매크로 렌즈, 검출 픽셀들의 수집 효율을 개선하기 위한 마이크로렌즈들, 및/또는 미광의 검출을 감소시키거나 방지하기 위한 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다.
검출기 어레이(110)의 검출기들(110d)은 타이밍 회로(106)에 연결된다. 타이밍 회로(106)는 방출기 어레이(115)의 드라이버 회로(116)에 위상 고정될 수 있다. 검출기들(110d) 또는 검출기들의 그룹들 각각의 감도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 검출기 요소들이 역 바이어스 포토다이오드들, 아발란치 포토다이오드들(APD), PIN 다이오드들, 및/또는 가이거 모드 아발란치 다이오드들(SPADs)을 포함할 때, 역 바이어스는 조정될 수 있으며, 그것에 의해, 오버바이어스가 더 높을수록, 감도가 더 높아진다. 검출기 요소들(110d)이 CCD, CMOS 포토게이트, 및/또는 광자 혼합 디바이스(photon mixing device)(pmd)와 같은 통합 디바이스들을 포함할 때, 전하 통합 시간은 더 긴 통합 시간이 더 높은 감도로 전환되도록 조정될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 필터(111)(또한 본원에 검출기 측 필터 요소 또는 필터로 지칭됨)는 검출기(들)(110d)의 광학 경로 내에 제공될 수 있다. 검출기 측 필터(111)는 방출기들(115e)로부터 출력되는 광 방출에 대응하는 파장 범위(들)의 '신호' 광이 검출기(들)(110d)를 통과하는 것(즉, 검출기 측 필터(111)의 통과대역에 대응하는 광의 통과를 허용하는 것), 및 (검출기 측 필터(111)의 통과대역 외부에 있는, 방출기들로부터 출력되는 광학 신호들과 상이한 파장들의) 비-신호 또는 배경 광의 통과를 차단하거나 방해하는 것을 허가할 수 있다. 따라서, 검출기 측 필터(111)의 통과대역은 배경 광 거부를 증가시키거나 최대화하기 위해, 가능한 한 좁은 것이 유리할 수 있다.
방출기들(115e) 중 하나 이상의 광 방출은 하나 이상의 타깃(150)에 충돌하고 이 타깃에 의해 반사되며, 반사된 광은 광학 신호(또한 본원에 복귀 신호, 에코 신호, 또는 에코로 지칭됨)로서 검출기들(110d) 중 하나 이상에 의해(예를 들어, 일반적으로 본원에 수집 광학기기들로 지칭되는, 하나 이상의 렌즈(112), 미러, 및/또는 검출기 측 필터 요소(111)를 통해)에 검출되고, 전기 신호 표현으로 변환되고, (예를 들어, 비행 시간에 기초하여) 처리되어 시야(190)의 3-D 포인트 클라우드 표현(170)을 정의한다. 방출 필드는 파장을 방출 소스(15)의 수직 또는 광학 축에 대한 각도로 매핑한다. 일부 실시예들에서, 방출 소스(15)는 상이한 방출 파장을 각각 갖는, 하나보다 많은 방출기 요소(115e), 방출기 요소들(115e)로부터 출력되는 조합된 스펙트럼의 방출 필드를 충분히 균질화하도록 구성된 확산기(114), 시야(190)에 걸쳐 상이한 방향들 또는 각도들에서 상이한 스펙트럼 구성요소들 또는 파장들을 지향시키도록 구성된 광학 요소(214)(예컨대 프리즘 또는 격자), 및 방출된 빔들/광학 신호들의 발산 각도를 제어하는 임의로 추가적인 광학기기들를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 실시예들에서, 빔들/광학 신호들의 발산 각도는 눈 안전을 여전히 유지하면서, 파장-대-각도 매핑이 원거리 필드에서 유지되도록 충분히 좁게 유지될 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따른 라이다 시스템들(100)의 동작들은 도 1에 도시된 제어 회로(105)와 같은, 하나 이상의 프로세서 또는 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다.
본원에 설명된 일부 실시예들은 검출기 측 필터(111)가 검출기(들)(110d)의 광학 경로에 사용될 때, 광의 입사 각도에 따라 검출기 측 필터(111)의 통과대역에 시프트가 있을 수 있다는 실현으로부터 발생할 수 있다. 예를 들어, 간섭 유형 검출기 측 필터(예를 들어, 필터 애퍼처를 가로질러 동일한 통과 대역을 갖는 평평한 유전체 필터)에 대해, 통과대역의 시프트는 입사 각도에 따라 검출기 측 필터 재료를 통한 가변적 경로 길이로 인할 것일 수 있다. 즉, 검출기(들)(110d)에 의한 검출을 위해 검출기 측 필터(111)를 통과하도록 허용되는 광의 파장들은 필터(111)의 표면 상의 입사 광의 각도(또한 본원에 입사 각도 또는 입사의 각도(AOI)로 지칭됨)에 따라 변화될 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 필터(111)에서의 또는 필터 상의 입사 각도들은 필터(111)의 광학 축(필터(111)의 표면에 직교할 수 있음)에 대해 정의된다.
특히, 시준된 빔의 각도가 광학 간섭 필터의 수직 표면으로부터 떨어진 곳에 경사지므로, 전송 스펙트럼은 "청색 시프트"될 수 있으며, 즉, 스펙트럼 특징들은 더 짧은 파장들로 시프트될 수 있다. 이 각도 시프트는 증가적 입사 각도에 따라 더 현저해지고, 다음의 식을 사용하여 시준된 광으로 그리고 상대적으로 작은 입사 각도들에 대해 계산될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, λθ는 입사 각도(θ)에서의 관심 특징에 대응하는 파장이고; λo은 수직 입사에서의 관심 특징에 대응하는 파장이고; no은 입사 매체의 굴절률이고; neff는 광학 필터의 유효 굴절률이다. 일부 실시예들에서, 객체들은 무한대로 근사될 수 있으며, 각도(θ)(3-D FoV에서의 방위 각도)로 객체로부터 도달하는 반사된 광은 반사된 광의 파장들이 위의 식을 충족하면 필터를 통해서만 투과될 것이다.
도 7은 입사 각도에 따른 검출기 측 필터의 통과대역에서 예상된 시프트의 일 예를 예시하는 그래프이다. 도 7의 예에 도시된 바와 같이, 1.75의 유효 굴절률을 갖는 검출기 측 필터는 0 도의 입사 각도에서 937 nm에 집중되는 약 5 나노미터(nm)의 통과대역(705)을 갖는다(여기서, 통과대역(705)은 하부 곡선/컷 온 파장(701)과 상부 곡선/컷 오프 파장(702) 사이에 정의됨). 컷 온 파장(701)과 컷 오프 파장(702) 사이의 구역은 0 내지 10 도의 입사 각도들의 범위에 걸쳐 검출기 측 필터에 대한 통과대역의 변화들을 예시한다. 도 7은 또한 약 937 nm의 중심 파장과 함께, 방출 소스로터 출력되는 2 nm 폭 광학 신호(715)에 대한 방출 대역폭을 예시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 약 ±6 도(또는 소스 및 컷 온 파장이 함께 더 가까우면 ±7 도)의 입사 각도 초과에서, 방출 소스로부터 출력되는 광학 신호(715)는 필터에 의해 감쇠되기 시작한다.
도 8은 예시적인 간섭 유형 검출기 측 필터에 대한 입사 각도에 따른 통과대역의 차이들 또는 시프트들을 예시하는 그래프이다. 특히, 도 8은 예시적인 간섭 유형 검출기 측 필터에 대한 2개의 입사 각도(각도 1(801) 및 각도 2(802))에서 통과대역의 전형적인 차이 또는 시프트를 예시하기 위해 광 투과의 파장 대 양을 예시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 파선에 의해 표시된 파장(예를 들어, 약 937 nm의 파장)을 갖는 입사 광(815)은 각도 2(802) 대 각도 1(801)에서 통과대역의 ±6 내지 7 도 시프트로 인해, 필터의 광학 축에 대한 각도 2(802)에서 입사되면 필터에 의해 통과되지 않을 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 검출기 측 필터의 통과대역은 배경 광 거부를 증가시키거나 최대화하기 위해, 가능한 한 좁은 것이 유리할 수 있다. 검출기 측 필터의 통과대역이 배경 광의 차단을 위해 적절히 좁은 것을 보장하기 위해, 광학 시스템에서의 빔 크기들은 검출기 측 필터 표면에서 입사 각도를 감소시키기 위해 (예를 들어, 추가적인 렌즈들/수집 광학기기들을 사용하여) 확대될 수 있다. 그러나, 큰 입구 애퍼처 및 큰 시야를 갖는 시스템에 대해, 이 빔 배율은 필터 애퍼처(및 따라서, 전체 광학 시스템)가 크기에 있어서 엄청나게 크게 되는 것을 초래할 수 있다. 예를 들어, 이미징 시스템이 θ의 시야, 및 원하는 f-수(즉, f/n으로 표현된, 초점 길이 대 입구 애퍼처의 직경의 비) 및 배율에 대한
Figure pct00002
의 입구 애퍼처를 갖고, 필터 수용 각도가
Figure pct00003
이면, 이때 필터 애퍼처 F 직경이 이하와 같이 스케일링된다:
Figure pct00004
도 9는
Figure pct00005
= 25 mm의 입구 애퍼처 및 5 도의 필터 수용 각도에 대한 +/-10 내지 +/- 30 도 시야로부터 f/1 시스템(즉, 1의 f-수를 가짐)에 대한 필터 직경(F) 요건들(밀리미터(mm))을 예시하는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 애퍼처 조리개(1099)에서의 필터의 사용과 비교하여 광학 시스템의 검출 측을 통한 필드 또는 동공 각도들을 감소시키는 효과들(및 검출기 측 필터 크기의 대응하는 증가)를 예시하는 그래프들이다. 검출기 측에서, 필드 각도는 검출 시스템의 광학 축(도 10a 및 도 10b에서 y-축을 따름)에 대한 필드 지점으로부터의 광선에 의해 정의되는 각도를 지칭할 수 있다. 각각의 필드 지점은 전형적으로 광을 원뿔 각도 또는 입체 각도로 반사시키고, 이 입체 각도의 일부는 광학 시스템(렌즈들(1012a, 1012b, 1012c)로 예시됨)과 교차하고 이 부분 내로부터의 광은 시스템 내의 이미지 평면 위로 집중된다. 이미지 평면은 단일 필드 각도에 광이 집중되게 하는 시스템에서의 임의의 평면을 지칭할 수 있다. 이미지 평면에서의 대응하는 입체 각도의 크기는 이 이미지 평면에서의 배율에 의존할 수 있다. 애퍼처 평면은 모든 필드들에 대한 주 광선들이 서로 교차하고 시스템의 광학 축과 교차하는 시스템에서의 평면을 지칭할 수 있다. 애퍼처 평면에서의 각도들의 범위는 이 애퍼처 평면에서의 빔 크기의 배율에 의존할 수 있다.
도 10a에서, 렌즈들(1012a, 1012b, 1012c) 및 간섭 필터(1011)의 조합을 포함하는 광학 시스템은 검출기 평면(즉, 검출기의 광 수용 표면)보다 더 큰 중간 이미지 평면(예시된 간섭 필터(1011))에 집중된 광에 의해 표시됨)을 생성하기 위해 사용되어, 각각의 필드 위치에 대한 이 이미지 평면에서의 입체 각도를 검출기 평면에서의 대응하는 입체 각도보다 더 작게 한다. 간섭 필터(1011)는 입사 각도들의 더 작은 범위를 갖는 이 중간 이미지 평면에 배치될 수 있으며, 추가 광학기기들(1012b, 1012c)은 이 이미지 평면을 검출기(1010) 위로 축소하기 위해 사용될 수 있다.
도 10b에서, 렌즈들(1012a, 1012b, 1012c) 및 간섭 필터(1011)의 조합을 포함하는 광학 시스템은 시스템에 진입하는 빔 직경보다 더 큰 (예시된 간섭 필터(1011)에서의) 중간 애퍼처 평면을 생성하기 위해 사용되어, 이 중간 애퍼처 평면에서의 각도들의 범위를 필드 각도들보다 더 작게 한다. 간섭 필터(1011)는 입사 각도들의 더 작은 범위를 갖는 이 중간 애퍼처 평면 배치될 수 있고, 추가 광학기기들(1012c)은 시준된 빔들을 이 중간 애퍼처를 통해 검출기(1010) 위로 집중하기 위해 사용될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 협대역 유전체 필터들의 결점은 그들의 좁은 수용 각도(낮은 수치 애퍼처)이며, 이는 시스템의 광 처리량을 제한한다. 광 처리량 또는 에텐듀(애퍼처 구역 및 수치 애퍼처의 곱에 기초할 수 있음)는 에너지 손실을 감소시키기 위해 시스템에 보존되어야 한다. 광이 없는 시스템은 (예를 들어, 객체의 제한된 방출기 전력 또는 낮은 반사율 또는 객체의 장거리로 인해) 상대적으로 큰 수집 애퍼처를 필요로 할 수 있다. 에텐듀는 또한 넓은 시야를 위해 상대적으로 클 수 있다. 필터 평면에서, 수치 애퍼처는 상대적으로 작을 수 있으므로, 에텐듀를 유지하기 위해서는 필터 애퍼처가 매우 큰 것을 필요로 할 수 있으며, 그것에 의해 크기 및 비용을 증가시킨다.
본원에 설명된 일부 실시예들은 시야를 제한하는 것 없이, 시스템의 수치 애퍼처를 제한하는 것 없이, 그리고 검출기 측 필터 및 광학 시스템이 엄청나게 커지는 것 없이, 좁은 통과대역 검출기 측 필터들(예를 들어, 약 15 nm 미만, 약 10 nm 미만, 약 5 nm 미만, 또는 약 3 nm 미만의 통과대역들을 가짐)을 이용하는 능동 조명-이미징 시스템들에서 성능을 개선하는 것에 관한 것이다. 일부 종래의 접근법들은 적절한 흡수 필터를 사용하는 것, 시야를 감소시키는 것, 시스템의 수치 애퍼처를 감소시키는 것, 필터의 애퍼처 크기를 증가시키는 것, 및/또는 만곡된 필터 기판의 사용을 포함할 수 있다.
대조적으로, 본원에 설명된 일부 실시예들은 방출 소스(15)로부터 출력되는 조명 파장들(또한 본원에 방출 파장들로 지칭됨)이 일부 실시예들에서 시야에 걸친 대응하는 각도들에 대한 광학 검출 모듈(10)(검출기 측 렌즈들(112), 검출기 측 필터들(111), 및/또는 다른 검출 측 광학 요소들을 포함하지만 이들에 제한되지 않음)의 광학 특성들의 변화들(예를 들어, 통과대역의 변화들)에 기초하여, 시야에 걸친 각도에 따라 변화되도록 광학 방출 소스(15)(방출기 측 렌즈들 및/또는 방출기 측 필터들(113)을 포함하여, 방출기 어레이(115)의 방출기 요소들(115e) 및/또는 다른 방출기 측 광학 요소들을 포함하지만 이들에 제한되지 않음)를 구성함으로써 위의 및/또는 다른 문제들을 처리할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 시야는 방출 소스에 의해 조명되고/되거나 방출 소스 및/또는 검출 모듈의 각각의 광학 축에 대한 검출 모듈에 의해 이미징되는 각도 범위(예를 들어, 180 도)를 지칭할 수 있다. FOV는 방출 소스 및/또는 검출 모듈의 광학 축에 대해, 또한 본원에 "필드 각도들"로 지칭되는 각각의 각도들뿐만 아니라, 필드 각도들 중 하나 이상을 포함하는 각도 범위들 또는 서브범위들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출 소스들로부터의 광 출력의 파장들은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 방출기 어레이의 상이한 부분들 내에 광의 상이한 파장들을 출력하는 방출기들을 배열함으로써 FOV의 그러한 필드 각도에 대한 검출기 측 필터의 통과대역과 매칭하거나 그렇지 않으면 통과대역에 대응하기 위해, FOV의 각각의 필드 각도에서 변화되도록 구성될 수 있다. 파장-방향 방출 소스를 형성하기 위한 일부 방법들 및 디바이스들은 도 3a 및 도 3b에 예로서 도시된다. 다수의 충분히 작은 방출 소스는 렌즈의 초점면(f)에 배치된다. 각각의 방출기(315e', 315e")에서 방산되는 광선들은 렌즈(314)에 의해 시준될 것이며, 주 광선 각도는 광학 축으로부터 각각의 방출기(315e', 315e")의 거리에 대응한다. 예를 들어, 방출기들이 VCSEL들이고 중심 VCSEL의 파장이 주변 VCSEL의 것보다 더 길면, 이때 0 도 방향은 주변 방향보다 더 긴 파장의 광학 신호들로 조명될 것이다.
파장-방향 방출 소스를 형성하기 위한 다른 방법들 및 디바이스들은 방출기 어레이(315c)의 광학 경로 내에 하나 이상의 광학 요소(313)(예컨대 공간 가변 대역통과 필터 요소)를 배열함으로써, 도 3c에 예로서 도시된다. 이러한 필터 요소는 필터 요소가 필터의 통과 대역 외부에 광을 투과하지 않을 수 있기 때문에 덜 에너지 효율적일 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 요소(313)는 상이한 스펙트럼 구성요소들이 상이한 방향들로 지향되고 관심 스펙트럼 대역 내의 모든 에너지가 사용되어 타깃을 조명하도록 방출기들(315c)의 광학 경로 내에 배치되는 프리즘, 회절 격자 또는 다른 유사한 요소일 수 있다. 스펙트럼 분포는 아래에 설명되는 바와 같이, 수신기 또는 검출 모듈의 광학 축에 대해 대칭일 수 있다.
본원에 설명된 일부 실시예들에서, 방출 소스는 위에 논의된 각도 시프트 식에 따라 각도 의존 스펙트럼을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있어, 방출 각도 스펙트럼은 검출기 측 필터의 각도 스펙트럼에 매칭하며, 그것에 의해 검출기 측 필터의 수용 각도를 효과적으로 증가시킨다. 따라서, 검출기 측 필터 애퍼처는 시야의 모든 필드들 또는 부분들에 대해 고정된 파장의 방출을 갖는 시스템과 비교하여 동일한 필터 대역폭(예를 들어, 동일한 통과대역)에 대해 더 작아질 수 있다. 조명 파장의 이러한 변화는 연속적일 수 있거나, 상이한 파장 단계들의 대역들 또는 구역들과 개별적일 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출기 측 필터의 통과대역은 FOV의 각각의 필드 각도에서 방출 소스들로부터의 광 출력의 파장들에 매칭하거나 그렇지 않으면 파장들에 대응하기 위해 변화되도록 구성될 수 있다. 즉, 검출기 측 필터는 방출 소스로부터의 광 출력으로서 파장과 방향 사이의 동일한 대응을 갖는 광을 투과하도록 구성되고 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상이한 입사 각도들에 따라 변화되는 통과대역을 갖는 스펙트럼 필터 요소(411)는 방출 소스들로부터의 광의 가변 파장들과 독립적으로 또는 가변 파장들과 조합하여 사용될 수 있어, FOV의 각각의 필드 각도에서의 광은 FOV의 그러한 필드 각도에 대한 검출기 측 필터의 가변 통과대역에 매칭되거나 그렇지 않으면 이에 대응할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본원에 설명된 실시예들에 따라 방출 파장의 필드 각도 의존 변화를 제공하기 위해 시야의 조명의 예들을 예시하는 개략도들이다. 특히, 도 2a는 FOV(290)의 각각의 필드 각도들에 걸쳐 방출 파장(각각의 방출 파장들(λ1, λ2, λ3)을 포함함)의 불연속적 또는 단계적 변화들을 제공하도록 구성되는 방출 소스(215a)를 예시하는 한편, 도 2b는 FOV(290)에 걸쳐 필드 각도에 따라 방출 파장의 연속적 변화를 제공하도록 구성되는 방출 소스(215b)를 예시한다(여기서 음영은 λ1 내지 λ3의 파장 범위 사이의 연속적 변화를 예시함). 방출 파장들의 단계적 또는 연속적 변화는 기계적으로 및/또는 광학적으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 방출 파장의 불연속적 또는 단계적 변화는 예를 들어, FOV(290)의 각각의 부분들 또는 필드 각도들을 조명하기 위해 방출기들(115e)의 각각의 그룹들을 배열함으로써 기계적으로 구현될 수 있으며, 각각의 방출기(115e)는 방출 파장들(λ1, λ2, λ3) 각각을 갖는 광을 방출하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, FOV(290)에 걸친 방출 파장의 연속적 변화는 예를 들어, 방출기(들)(115e)의 광학 경로 내에 공간 가변 대역통과 필터를 배열함으로써 광학적으로 구현될 수 있다. 방출 소스들(215a, 215b)은 도 1의 방출 소스들(113, 114, 및/또는 115) 중 하나 이상을 포함하거나 그렇지 않으면 표현할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서, 방출 소스들(215a, 215b)은 FOV의 중심 각도 또는 부분에 걸쳐 λ1의 파장을 갖는 광, FOV의 주변 각도들 또는 부분들에 걸쳐 λ3의 파장을 갖는 광, 및 중심 및 주변 각도들 사이의 FOV의 각도들 또는 부분들에 걸쳐 λ2의 파장을 갖는 광을 방출한다. 파장(λ1)은 파장(λ2)보다 더 클 수 있고, 파장(λ2)은 파장(λ3)보다 더 클 수 있다. 방출 소스들(215a, 215b)에 의해 제공되는 방출 파장의 필드 각도 의존 변화는 도 1의 필터(111)와 같은, 검출기 측 필터의 필드 각도 의존 통과대역 특성들에 기초하여 선택될 수 있거나 그렇지 않으면 필드 각도 의존 통과대역 특성들에 대응할 수 있다. 3개의 방출 파장(λ1, λ2, λ3)은 예로서만 예시되고, 본 개시의 실시예들은 원하는 방출 파장 범위에 걸쳐 필드 각도에 따라 변화되는 광 방출의 더 적은 또는 더 많은 파장들을 출력하도록 구성되는 방출 소스들을 포함할 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본원에 설명된 일부 실시예들에 따라 어레이(315a) 내의 위치에 따른 상이한 방출 파장들을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력하도록 구성된 방출기들(315e) 및 광학 요소들(314)을 포함하는 방출기 어레이(315a)를 포함하는 방출 소스를 예시한다. 방출기 어레이(315a) 및 방출기들(315e)은 도 1의 방출기 어레이(115) 및 방출기들(115e)을 포함하거나 그렇지 않으면 표현할 수 있다. 특히, 도 3a 및 도 3b는 도 2a에 도시된 방출 파장의 개별 변화들을 제공하는 방출 소스(215a)의 예시적인 구현을 예시할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 방출기 어레이(315a)는 방출기 어레이(315a) 내의 방출기 요소들(315e)의 각각의 공간 위치들(301, 302, 303)에 기초하여 다른 각각의 파장들을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력하도록 배열된 복수의 방출기 요소(315e', 315e", 315e"')(집합적으로 315e)를 포함한다. 특히, 제1 파장(λ1)의 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 방출기들(315e')은 방출기 어레이(315a)의 중심 또는 제1 영역(301) 내의 위치들에 배열되고; 제2 파장(λ2)의 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 방출기들(315e")은 제1 영역(301)의 주변에 있는 방출기 어레이(315a)의 제2 영역들(302) 내의 위치들에 배열되고; 제3 파장(λ3)의 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 방출기들(315e"')은 제2 영역들(302) 및 제1 영역(301) 둘 다의 주변에 있는 방출기 어레이(315a)의 제3 영역들(303) 내의 위치들에 배열된다.
방출기 요소들(315e)은 예를 들어, 검출기(예컨대 도 1의 검출 모듈(10))에 의해 이미징되는 시야의 대응하는 부분들 또는 각도들에 걸쳐 검출기 측 스펙트럼 필터(예컨대 도 1의 필터(111))의 통과대역의 변화들에 대응하기 위해, 공간 위치들(301, 302, 303)이 조명하도록 배열되는 시야의 부분들 또는 각도들에 걸쳐 상이한 방출 파장들(λ1, λ2, λ3)이 변화되도록 방출기 어레이(315a) 내의 공간 위치들(301, 302, 303)에서 조립되거나 그렇지 않으면 배열된다. 즉, 상이한 방출 특성들을 갖는 방출기들(315e', 315e", 및 315"')은 검출 측 광학 요소들의 통과대역 특성들에 기초하여 방출기 어레이(315a)의 각각의 영역들(301, 302, 및 303)에서 그룹화되고 조립될 수 있어, 시야의 각각의 부분들에서의 타깃들로부터 반사되는 광의 상이한 파장들은 검출 측 광학 요소들의 통과대역의 변화들에 대응하는 각각의 입사 각도들에서 수신된다.
방출기들(315e)로부터의 광 출력의 상이한 방출 파장들(λ1, λ2, λ3)은 방출기 어레이(315a)에서의 배열을 위해 개별적으로 또는 그룹들로 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기들(315e)은 그들의 각각의 방출 파장(λ1, λ2, λ3)에 기초하여 그룹화되거나 '비닝'될 수 있다. 방출기들(315e)은 입사 각도들이 증가함에 따라 검출기 측 필터의 통과대역이 수 나노미터만큼만 변화될 수 있으므로, 상대적으로 작은(예를 들어, 서로 수 나노미터 내에 있는) 방출 파장들(λ1, λ2, λ3) 사이의 차이들을 갖는 협대역 광원들일 수 있다. 예를 들어, 930 내지 931nm의 공칭 방출 파장들(실온에서)을 갖는 방출기들(315e')은 방출 파장(λ1)과 연관된 하나의 빈으로부터 제공될 수 있고, 931 내지 932nm의 방출 파장들을 갖는 방출기들(315e")은 방출 파장(λ2)과 연관된 다른 빈으로부터 제공될 수 있고, 약 932 내지 933nm의 방출 파장들을 갖는 방출기들(315e"')은 방출 파장(λ3)과 연관된 또 다른 빈으로부터 제공될 수 있는 등등이다. 즉, 상이한 방출 파장들(λ1, λ2, λ3)은 3 nm 미만, 2 nm 미만, 또는 심지어 약 1 nm 이하의 파장 범위를 각각 표현할 수 있다. 방출 파장들(λ1, λ2, λ3)과 연관된 상이한 빈들로부터의 방출기들은 도 3a에 도시된 바와 같이 공간 배열을 갖는 공통 기판(300)에 부착될 수 있고, 방출기 어레이(315a)를 제공하기 위해 공통 기판 상에 전기적으로 상호연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기들(315e)은 개별 웨이퍼들로부터 다이싱되거나 동일한 웨이퍼 상의 상이한 위치들로부터 다이싱될 수 있고, 공통 기판(300) 위로 부착되고 전기적으로 상호연결될 수 있다. 즉, 방출기들(315e)이 조립되는 공통 기판(300)은 비-고유 기판일 수 있으며, 이는 방출기들(315e)이 형성된 각각의 기판들과 상이하다. 일부 실시예들에서, 방출기들(315e)은 마이크로 전사 인쇄(MTP) 기술들을 사용하여 공통 기판(300) 상에 픽 앤 플레이스될 수 있다. 이와 같이, 방출기들(315e) 중 하나 이상은 MTP 프로세스 전에 소스 기판 또는 웨이퍼에 방출기들(315e)을 이전에 고정한 잔여 테더 부분들을 포함할 수 있다. 이러한 MTP 기술들을 사용하는 방출기 어레이들의 제조는 Burroughs 등의 미국 특허 출원 공개 제2018/0301872호에 설명되며, 그의 개시는 본원에 전체적으로 참조 포함된다. 일부 실시예들에서, 방출기들(315e)은 인쇄 회로 보드와 같은 기판에 우선 부착되고, 그 다음 도 3a에 도시된 바와 같이 공간 배열을 갖는 공통 기판(300) 상에 배치되고 드라이버/제어 회로 및 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 어레이(315a)는 방출기들(315e)로서 발광 다이오드들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기 어레이(315a)는 방출기들(315e)로서 수직 공동 표면 방출 레이저들(VCSEL들)의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기 어레이(315a)는 방출기들(315e)로서 측면-방출 또는 에지-방출 레이저 다이오드들의 어레이를 포함할 수 있다. 방출기들(315e)이 VCSEL들 또는 LED들인 경우, 각각의 방출 파장들은 예를 들어, 각각의 방출기들(315e)의 각각의 방출 파장을 결정하기 위해 웨이퍼 프로브 시스템을 사용하여 웨이퍼 레벨 상에서 또는 웨이퍼 레벨에서 방출기들(315e)에 매핑될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 방출기들(예시의 용이성을 위해 2개의 방출기(315e', 315e")를 참조하여 도시됨)은 렌즈(314)의 초점면(f)에 배열된다. 각각의 방출기(315e', 315e")로부터 방출되는 광학 신호들은 렌즈(314)에 의해 시준되며, 주 광선 각도는 광학 축(317)으로부터 각각의 방출기(315e', 315e")의 거리에 대응한다. 예를 들어, 방출기들(315e', 315e")이 VCSEL들이고 중심에 배열된 VCSEL들(315e')의 파장이 주변 VCSEL들(315e")의 것보다 더 긴 경우, 0 도 방향은 하나 이상의 주변 방향(들)을 조명하기 위해 출력되는 광학 신호들의 파장들(λ2)보다 더 긴 파장(λ1)의 광학 신호들로 조명될 수 있다.
도 3c는 본원에 설명된 일부 실시예들에 따라 FOV(390)에 걸친 각도에 따라 변화되는 방출 파장들을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 방출기 측 필터 요소(313)를 갖는 하나 이상의 방출기(315c)를 포함하는 방출 소스를 예시한다.
방출기(들)(315c) 및 방출기 측 필터(313)는 도 1의 방출기들(115e) 및 필터(113)를 포함하거나 그렇지 않으면 표현할 수 있다. 특히, 도 3b는 도 2b에 도시된 방출 파장의 연속적 변화들을 제공하는 방출 소스(215b)의 예시적인 구현을 예시할 수 있다. 방출기(들)(315c)는 방출기 어레이(315a)를 참조하여 위에 설명된 하나 이상의 LED, VCSEL, 또는 다른 방출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방출기(들)(315c)는 일부 실시예들에서 약 8 nm 이상의 파장 범위에 걸쳐 광 방출을 제공하는 광대역 광원을 포함할 수 있는 한편, 협대역 광원은 약 2 nm 이하의 파장 범위에 걸쳐 광 방출을 제공할 수 있다. 그러나, 광대역 대 협대역을 정의하는 예시적인 범위들이 광 방출의 전자기 스펙트럼의 적용, 시야, 및/또는 부분에 따라 본원에 설명된 실시예들에서 변화될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 방출기(들)(315c)로부터의 광 방출이 530 nm 범위에 있는 실시예들에서, 방출기(들)(315c)로부터의 광 방출이 940 nm 범위에 있는 실시예들보다 더 좁은 3 내지 6 배인 방출기 측 필터(313)가 사용될 수 있고, 광대역 및 협대역 방출에 대응하는 파장들의 범위는 위에 언급된 것들과 상이할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 측 필터(313)는 필터(313)의 하나 이상의 치수 단독으로 불연속적 또는 연속적 가변 스펙트럼 성질들을 제공하도록 구성되는 선형 가변 필터일 수 있다. 도 3c에서, 방출기 측 필터(313)는 공간 가변 대역통과 필터, 예를 들어, 파브리-페로 필터(예를 들어, 다수의 개별 인터페이스로부터의 파브리-페로 반사들에 기초함) 및/또는 선형 가변 루게이트 필터(예를 들어, 실리카와 같은 다공성 산화물들에 기초하여 공간 가변 굴절률을 가짐)로서 예시된다. 일부 실시예들에서, 필터(313)는 다중 스택 또는 다중 공동 파브리-페로 간섭계일 수 있으며, 이는 광학 신호들을 투과하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 필터는 다중 스택 파브리-페로 필터일 수 있다. 이러한 필터들에 대해, 방출기들(315c)로부터의 유입 방출기 광에는 각도들의 집합이 제공될 수 있고 각각의 각도에서, 상이한 파장(예를 들어, λ1, λ2, λ3)은 필터(313)에 의해 투과될 것이다.
도 3c에서, 예시적인 방출기 측 필터(313)는 표면들(313s) 사이에 그리고/또는 필터(313)와 방출기(들)(315c) 사이에 하나 이상의 갭(313g)을 정의하는 평행 반사 표면들(313s)(예를 들어, 웨지 형상 광학 플랫 또는 씬(thin) 미러들로서 예시됨)을 포함하는 파브리-페로 간섭계로서 예시된다. 갭(313g)은 시야(390)를 향하는 방출기 측 필터(313)의 표면을 가로질러 변화된다. 방출기 측 필터(313)는 방출 소스를 가로질러(예를 들어, 방출기들(315c)의 어레이를 가로질러) 그리고 시야(390)의 대응하는 부분들에 걸쳐 위치의 함수로서 변화되는 방출 파장들(λ1, λ2, λ3)을 투과하도록 구성될 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 공간 가변 대역통과 필터(313)는 방출기(들)(315c)로부터 제1 방출 파장 또는 파장 범위(λ)를 갖는 광학 신호들을 수신하고, (예를 들어, 공간 가변 필터(313)의 광학 축(317)에 대한) 공간 가변 대역통과 필터(313)의 표면을 따르는 위치의 함수로서 시야(390)의 각각의 부분들/필드 각도들에 걸쳐 변화되는 각각의 파장들(예를 들어, λ1, λ2, λ3)을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력하도록 구성된다. 예를 들어, 방출기(들)(315c)로부터 출력되는 광학 신호들은 광대역 방출 파장 범위(λ)를 가질 수 있는 한편, 공간 가변 대역통과 필터(313)는 FOV(390)를 조명하도록 배열되는 필터(313)의 표면을 따라 변화되는 상이한 협대역 방출 파장 범위들(λ1, λ2, λ3)을 갖는 각각의 광학 신호들을 출력할 수 있다.
공간 가변 대역통과 필터(313)의 하나 이상의 표면(313s) 사이의 갭 또는 거리(313g)는 방출기(들)(315c)의 광학 공동으로 후방 반사를 감소시키거나 방지하면서 λ1 내지 λ3의 범위에 걸쳐 방출 파장의 변화를 제공하기 위해 그들 사이의 인터페이스를 따라 불균일 수 있다. 그것에 의해 광 방출의 파장들(λ1 내지 λ3)은 (공간 가변 대역통과 필터(313)의 표면을 따르는) 위치 및 (광학 축(317)에 대한) 각도의 함수로서 변화될 수 있어, 시야(390)의 각각의 부분들 또는 각도들에서의 타깃들로부터 반사되는 광의 상이한 파장들은 시야(390)의 각도들 또는 부분들에 걸쳐 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 대응하는 각각의 입사 각도들에서 검출 측 광학 요소들에 의해 수신된다. 일부 실시예들에서, 기계적으로 구현된 방출 변화(예를 들어, 도 3a의 방출기 어레이(315)에 의해 제공된 바와 같음)는 방출기 어레이(315)로부터 방출되는 광학 신호들의 불연속적 또는 단계적 방출 변화가 공간 가변 대역통과 필터(313)에 의해 FOV(390)에 걸쳐 추가로 변화될 수 있도록 광학적으로 구현된 방출 변화(예를 들어, 도 3b의 필터(313)에 의해 제공된 바와 같음)와 조합될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본원에 설명된 일부 실시예들에 따라 시야(490)를 이미징하도록 구성되는 검출기 측 필터 요소(411) 및 하나 이상의 검출기(410d)의 예시적인 구현들을 예시한다. 검출기들(110d) 및 검출기 측 필터(411)는 도 1의 검출기들(110d) 및 필터(111)를 포함하거나 그렇지 않으면 표현할 수 있다. 예를 들어, 검출기들(410d)은 도 1의 검출기 어레이(110)와 같은, 어레이 내에 배열될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 필터(411)는 검출기들(410d)의 광학 경로 내에 제공되고, 필터(411)의 통과대역 내의 파장들을 갖는 광을 검출기(들)(410d)에 투과하도록 구성된다. 검출기 측 필터(411)의 통과대역은 그 위의 광의 입사 각도에 따라(예를 들어, 검출 측 광학 요소들의 광학 축(418)에 대해) 변화될 수 있으므로, 본원에 설명된(예를 들어, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 위에 설명된 바와 같은) 방출 소스들은 각각의 필드 각도들에 걸쳐 상이한 파장들(예를 들어, 파장들(λ1 내지 λ3))을 갖는 광학 신호들을 지향시킬 수 있어, 필드 각도들에 대응하는 FOV(490)의 부분들에 위치되는 타깃들로부터의 에코 신호들은 검출기 측 필터(411)의 통과대역의 변화들에 대응하는 입사 각도들에서 수신된다(즉, 통과대역의 변화들을 각각의 필드 각도들에 대한 검출기 측 필터(411)의 입사 각도와 매칭시키기 위함).
도 4b에 도시된 바와 같이, 그것에 의해 본 개시의 실시예들에 따른 검출기 측 필터 요소들(411)은 파장(예시의 용이성을 위해 2개의 파장(λ1 및 λ2)을 참조하여 도시됨) 및 방향 또는 입사 각도(예를 들어, 검출 모듈의 광학 축(418)과 관련됨) 둘 다에 기초하여 광학 신호들을 선택적으로 수락하거나(통과를 허가 또는 허용함) 또는 거부(통과를 차단 또는 방해)하도록 구성될 수 있다. 도 4b의 예에서, 검출기 측 필터(411)는 시야의 중심 부분들 또는 각도들로부터 수신되거나 입사될 때 제1 파장(λ1)의 에코 신호들을 투과하도록 구성되고, 시야의 주변 부분들 또는 각도들로부터 수신되거나 입사될 때 제2 파장(λ2)의 에코 신호들을 투과하도록 구성된다. 역으로, 검출기 측 필터(411)는 시야의 주변 부분들 또는 각도들로부터 수신되거나 입사될 때 제1 파장(λ1)의 에코 신호들을 차단하도록 구성되고, 시야의 중심 부분들 또는 각도들로부터 수신되거나 입사될 때 제2 파장(λ2)의 에코 신호들을 차단하도록 구성된다. 그것에 의해 본 개시의 실시예들에 따른 검출기 측 필터 요소들(411)은 도 5를 참조하여 아래에 설명되는 바와 같이, 다중경로의 방향 기반 및 파장 기반 제거를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 방출 파장의 필드 각도 의존 또는 위치 의존 변화에 기초하여 동작하도록 구성되는 방출 소스들 및 검출 모듈들을 포함하는 능동 조명 시스템들의 예시적인 적용을 예시하는 블록도이다. 특히, 방출 소스들이 시야의 각각의 부분들 또는 각도들에 걸쳐 변화되는 각각의 방출 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있으므로, 검출 모듈들은 시야의 그들 각각의 부분들 또는 각도들로부터 수신되는 각각의 방출 파장들의 에코 신호들을 선택적으로 수락하거나 거부하도록 대응적으로 구성될 수 있으며, 이는 다중경로를 다루기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 라이다 시스템(100)은 반사 표면(550)(예를 들어, 창문)의 전면 부근에 있는 객체(150)를 조명하면, 객체(150)로부터 반사되는 광은 표면(550)(객체(150)와 상이한 방위각에서 시야 내에 위치될 수 있음)으로 지향되고 그 다음 라이다 시스템(100)으로 다시 반사될 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따라 방출 소스들 및 검출 모듈들이 없으면, 그것에 의해 라이다 시스템은 객체(150)가 반사 표면(550)의 방향에 있고 객체(150)와 라이다 시스템 사이의 실제 거리보다 더 먼 거리에 위치되는 것을 결정할 수 있다.
대조적으로, 본 개시의 실시예들은 방출 소스에 의해 특정 파장들의 광학 신호들로 조명되는 시야의 부분들 또는 각도들과 상이하거나 그렇지 않으면 부분들 또는 각도들에 대응하지 않는 시야의 부분들 또는 각도들로부터 수신될 때 특정 파장들의 광학 신호들을 선택적으로 거부하도록 구성되는 검출기 모듈들을 능동 조명 기반 이미징 시스템들(100)에 제공한다. 즉, 검출기 측 필터는 시야의 주변 부분으로부터 수신되거나 입사되면 시야의 중심 부분을 향해 방출되는 파장의 광학 신호들을 거부하도록 구성되며(또는 역도 또한 같음), 따라서 다중경로 쟁점들을 감소시키거나 방지할 수 있다.
특히, 도 5의 예에 도시된 바와 같이, 제1 파장(λ1)을 갖는 광학 신호들은 객체(150)(예로서 승용차로 예시됨)이 위치되는 시야의 제1(예를 들어, 중심) 부분 또는 각도를 향해 지향되는 한편, 제2 파장(λ2)을 갖는 광학 신호들은 다른 반사 표면(550)(고반사 빌딩으로 예시됨)이 위치되는 시야의 제2(예를 들어, 주변) 부분 또는 각도를 향해 지향된다. 제1 파장(λ1)을 갖는 조명된 광 또는 에코 신호들의 반사들은 승용차(150)로부터 반사되고 라이다 시스템(100)로 복귀되고, 그것에 의해 승용차(150)의 방향 및 거리를 정확히 측정하도록 라이다 시스템(100)에 의해 시용될 수 있다. 특히, 라이다 시스템(100)의 검출기 측 필터는 시야의 중심 부분 또는 각도로부터 수신될 때 제1 파장(λ1)의 광을 수락하도록 구성된다. 그러나, 제1 파장(λ1'로 표시됨)의 반사된 광의 일부는 시야의 주변 부분 또는 각도로부터 라이다 시스템(100)으로 반사되기 전에 빌딩(550)으로 재지향된다. 본 개시의 실시예들의 부재 시에, 라이다 시스템은 빌딩(550)의 방향으로, 그리고 승용차(150) 및/또는 빌딩(550)보다 더 먼 범위에서 시야 내의 주변 부분에서의 객체를 식별할 수 있다. 그러나, 본 개시의 실시예들에 따라 능동 조명 기반 이미징을 포함하는 라이다 시스템(100)에서, 검출기 측 필터는 시야의 주변 부분들 또는 각도들로부터 입사되는 제2 파장(λ2)의 광학 신호들을 수락하도록 구성되지만, 다중경로 광 λ1'를 차단하기 위해, 시야의 주변 부분들 또는 각도들로부터 입사되는 제1 파장(λ1')의 광학 신호들을 거부("X"에 의해 예시됨)하도록 구성된다.
본원에 설명된 능동 조명 기반 이미징 시스템들은 다른 적용들에서 마찬가지로 사용될 수 있다. 예를 들어, 방출 파장의 필드 각도 의존 또는 위치 의존 변화에 기초하여 동작하도록 구성되는 방출 소스들 및 검출 모듈들을 포함하는 능동 조명 시스템들은 간섭 완화에 사용될 수 있다. 특히, 검출 모듈이 시야의 각각의 방향 또는 부분으로 특정 상대적으로 협대역 파장 범위만을 이미징하므로, 다른 조명(예를 들어, 다른 능동 조명 시스템)으로부터의 광학 신호들의 검출의 가능성은 상당히 감소될 수 있다.
다른 예시적인 적용으로서, 본원에 설명된 바와 같이 방출 파장의 필드 각도 의존 또는 위치 의존 변화에 기초하여 동작하도록 구성되는 검출 모듈들은 능동 방지 간섭에 사용될 수 있다. 특히, 시야의 각각의 방향 또는 부분으로 특정 상대적으로 협대역 파장 범위만을 이미징함으로써, 본원에 설명된 바아 같은 검출 모듈들은 (예를 들어, 검출 모듈을 향해 동작 파장 범위 내의 에너지를 방출함으로써 검출 모듈을 '블라인딩'하도록 의도된 조명원으로부터) 능동 간섭을 감소시키거나 방지하도록 구성될 수 있다. 이러한 능동 방지 간섭은 예를 들어, 군사 적용들에서 사용될 수 있다.
도 6a는 본 개시의 일부 실시예들에 따라 방출 소스들과 합동하여 동작될 때 검출기 측 필터(예컨대 본원에 설명된 필터들(111 또는 411))의 예시적인 통과대역 특성들을 예시하는 그래프이다. 도 6a의 검출기 측 필터는 도 7을 참조하여 논의된 필터와 유사할 수 있으며, 하부 곡선(601a)(컷 온 파장)과 상부 곡선(602a)(컷 오프 파장) 사이의 구역은 0 내지 10 도의 범위에 걸쳐 입사 각도에 따른 검출기 측 필터의 통과대역(605a)의 변화들을 예시한다.
도 6a의 예에 도시된 바와 같이, 검출기 측 필터는 0 도의 입사 각도에서 937 nm에 집중되는 약 5 나노미터(nm)의 통과대역(605a)(하부 곡선/컷 온 파장(601a)과 상부 곡선/컷 오프 파장(602a) 사이에 정의됨)을 갖는다. 도 6a에서, 방출 소스는 본원에 설명된 실시예들에 따라 시야에 걸쳐 광학 신호들(615a, 615a')의 방출 파장을 변화시키도록 구성된다. 특히, 도 6a에 예시된 방출 소스는 0와 약 6 도 사이의 검출기 측 필터 입사 각도들에 대응하는 시야의 각도들에 걸쳐(즉, 에코 신호들이 광학 축에 대해, 검출기 측 필터의 표면 상에 입사되도록 필드 각도들에서) 제1 방출 파장 또는 범위(λ1)(약 936 nm의 중심 파장을 가짐)를 갖는 광학 신호들(615a), 및 약 6와 10 도 사이의 검출기 측 필터 입사 각도들에 대해 제2 방출 파장 또는 범위(λ2)(약 934 nm의 중심 파장을 가짐)를 갖는 광학 신호들(615a')을 방출한다. 도 7의 광 방출(715)과 비교할 때, 그것에 의해 본원에 설명된 일부 실시예들에 따른 방출 소스들은 검출기 측 필터의 통과대역(605a)에서의 실제 또는 예상된 변화들에 기초하여 필드 각도에 따라 변화되는 광 방출(615a, 615a')을 제공할 수 있어, 타깃들로부터 반사되는 신호 광의 검출은 심지어 검출기 측 필터 통과대역의 변화들에도 불구하고 FOV에 걸쳐 유지된다.
도 6b는 본 개시의 일부 추가 실시예들에 따라 방출 소스들과 합동하여 동작될 때 검출기 측 필터(예컨대 본원에 설명된 필터들(111 또는 411))의 예시적인 통과대역 특성들을 예시하는 그래프이다. 특히, 도 6b의 검출기 측 필터는 도 6a의 필터와 유사한 하부 곡선/컷 온 파장(601b)과 상부 곡선/컷 오프 파장(602b) 사이에 정의된 통과대역(605b)을 가질 수 있지만, 본원에 설명된 실시예들에 따라 각각의 각도 구역들 또는 필드 각도들에 걸쳐 방출 파장들의 더 많은 변화들을 제공하도록 구성되는 방출 소스와 함께 사용된다.
특히, 도 6b에 예시된 방출 소스는 0 내지 약 3.5 도의 검출기 측 필터 입사 각도들에 대응하는 시야의 각도들에 걸친 제1 방출 파장 또는 범위(λ1)(약 937 nm의 중심 파장을 가짐); 약 3.5 도 내지 6.5 도의 검출기 측 필터 입사 각도들에 대응하는 시야의 각도들에 걸친 제2 방출 파장 또는 범위(λ2)(약 935 nm의 중심 파장을 가짐); 약 6.5 도 내지 8.5 도의 검출기 측 필터 입사 각도들에 대응하는 시야의 각도들에 걸친 제3 방출 파장 또는 범위(λ3)(약 934 nm의 중심 파장을 가짐); 및 약 8.5 도 내지 10 도의 검출기 측 필터 입사 각도들에 대응하는 시야의 각도들에 걸친 제4 방출 파장 또는 범위(λ4)(약 933 nm의 중심 파장을 가짐)를 갖는 광학 신호들(615b, 615b', 615b", 615b"')을 방출한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 본원에 설명된 실시예들에 따라 방출 소스들에 의해 출력되는 각각의 광학 신호들은 필드 각도에 따라 변화되는 것 및 검출기 측 필터의 통과대역(605b)에서의 실제 또는 예상된 변화들에 기초하여 (예를 들어, 일부 실시예들에서 약 1 nm 이하만큼) 중첩되는 것 둘 다인 λ1, λ2, λ3, 및/또는 λ4에 대한 각각의 방출 파장 범위들을 가질 수 있다.
도 6c는 본 개시의 더 추가 실시예들에 따라 방출 소스들과 합동하여 동작될 때 검출기 측 필터(예컨대 본원에 설명된 필터들(111 또는 411))의 예시적인 통과대역 특성들을 예시하는 그래프이다. 특히, 도 6c의 검출기 측 필터는 도 6b의 필터와 유사한 하부 곡선/컷 온 파장(601c)과 상부 곡선/컷 오프 파장(602c) 사이에 정의되는 통과대역(605c)을 가질 수 있다. 통과대역(605c)은 각각의 필드 각도들에 걸쳐 방출 소스에 의해 제공되는 광학 신호들(615c)의 방출 파장(λ)의 변화들에 대응하도록 구성된다. 즉, 방출 소스는 시야에 걸쳐 방향의 함수로서 연속적으로 변화되는 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성될 수 있고, 검출기 측 필터의 컷 온 파장(601c)과 컷 오프 파장(602c) 사이에 정의되는 통과대역은 방출 소스로부터 출력되는 광학 신호들(615c)과 방향마다 동일한 파장들을 갖는 광을 투과하도록 마찬가지로 구성될 수 있다.
따라서, 본 개시의 일부 실시예들에서, 능동 조명 시스템들 및 관련 동작 방법들은 FOV를 조명하도록 구성된 하나 이상의 방출기 요소를 포함하는 방출 소스, 및 방출 소스의 동작을 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. 방출 소스는 방출 파장의 각도 의존 변화를 제공하기 위해 시야의 각각의 부분들 또는 각도들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들(예를 들어, 시야의 중심 각도들에서의 제1 파장, 및 시야의 주변 각도들에서 제1 파장과 상이한 제2 파장)을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, FOV의 각각의 필드 각도들 또는 각도 범위들에 걸쳐 출력되는 광학 신호들의 각각의 파장들은 FOV의 각각의 필드 각도들 또는 각도 범위들을 이미징하는 검출 모듈의 광학 특성들(예를 들어, 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내의 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역)의 변화들에 대응한다. 시야의 중심 각도로부터 시야의 주변 각도들로 각각의 파장들은 단계적 또는 연속적 방식으로 감소할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 어레이는 시야의 상이한 각도들에 걸쳐 상이한 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된다. 방출기 어레이는 상이한 빈들로부터의 방출기들 또는 그렇지 않으면 (상이한 방출 파장들에 기초한 각각의 공간 위치들에서의) 공통 기판에 부착되고 전기적으로 상호연결된 상이한 방출 파장들을 갖는 방출기들을 포함할 수 있다. 방출기들은 FOV의 각각의 필드 각도들 또는 각도 범위들에 걸쳐 출력되는 광학 신호들의 각각의 파장들이 FOV의 각각의 필드 각도들 또는 각도 범위들을 이미징하는 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 대응하도록 기판 상의 공간 배열을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 방출기 어레이는 발광 다이오드들의 어레이 또는 VCSEL들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기 어레이는 측면-방출 또는 에지-방출 레이저 다이오드들의 어레이를 포함할 수 있다. VCSEL들 또는 LED들에 대해, 일부 실시예들에서, 각각의 방출 파장들은 웨이퍼 상의 방출기 요소들에 매핑되거나 그렇지 않으면 웨이퍼 레벨에서(즉, 다이싱 또는 싱귤레이션 전에) 매핑된다.
일부 실시예들에서, 공간 가변 대역통과 필터 요소는 방출기 어레이의 광학 경로 내에 삽입되거나 그렇지 않으면 광학 경로 내에 제공된다. 하나 이상의 방출기는 하나 이상의 광대역 광원일 수 있다. 일부 실시예들에서, 공간 가변 대역통과 필터 요소의 하나 이상의 요소 사이의 갭 또는 거리는 그들 사이의 인터페이스를 따라 또는 그렇지 않으면 방출기 어레이의 표면을 따라 가변적이거나 불균일할 수 있고, 필터는 FOV의 각각의 필드 각도들 또는 각도 범위들에 걸쳐 출력되는 광학 신호들의 각각의 파장들이 FOV의 각각의 필드 각도들 또는 각도 범위들을 이미징하는 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 대응하도록 어레이를 가로지른 위치의 함수로서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 투과하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공간 가변 대역통과 필터 요소는 어레이를 가로질러 변화되는 갭을 갖는 파브리-페로 간섭계일 수 있다.
일부 실시예들에서, 스펙트럼 필터 요소는 시야를 이미징하도록 구성되는 검출기 또는 검출기 어레이의 광학 경로 내에 삽입되거나 그렇지 않으면 제공되어, 충분한 배경 광은 ToF 센서에서 충분히 높은 신호 대 잡음 비를 가능하게 하기 위해 제거된다. 검출기 어레이는 스펙트럼 필터 요소에 의해 그것에 제공되는 광에 응답하여 각각의 검출 신호들을 출력하도록 구성되는 하나 이상의 검출기 요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 방출 파장을 포함하는 대역통과 필터일 수 있다. 즉, 스펙트럼 필터 요소는 라이다 방출기 요소들로부터 출력되는 광학 신호들의 각각의 파장들을 포함하는 파장 범위의 광이 그것을 통해 검출기 어레이로 전달되는 것을 허가하고, 방출기 요소들로부터 출력되는 각각의 파장들과 다른 파장들을 갖는 광학 신호들의 통과를 감소시키거나 차단하거나 방지하도록 구성될 수 있다. 스펙트럼 필터 요소는 실질적으로 평평한 또는 평탄한 표면들을 가질 수 있으며, 이는 검출기의 하나 이상의 표면에 대응할 수 있다. 스펙트럼 필터 요소의 통과대역은 그 위에 광의 입사 각도에 따라 변환될 수 있고, 시야의 각각의 부분들에 걸쳐 변화되는 각각의 파장들은 그들이 지향되는 시야의 각각의 부분들에 기초하여 스펙트럼 필터 요소의 통과대역에 공간적으로 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 제어 회로(들)는 시야의 각각의 부분들 또는 각도들에 걸쳐 방출 소스의 방출 파장의 변화를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 회로는 시야의 대응하는 부분들 또는 각도들에 대한 원하는 파장 시프트(예를 들어, 각각의 영역들에서 위치된 방출기들로부터 출력되는 광학 신호들의 온도 의존 파장 시프트)를 제공하기 위해 방출 소스의 하나 이상의 영역에서(예를 들어, 방출기 어레이의 개별 행들 및/또는 열들에서) 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가열 및/또는 냉각 요소들(예를 들어, 열전 요소들)은 각각의 온도들을 변경하고/하거나 영역들 사이에 온도 기울기를 제공하기 위해 방출 소스의 하나 이상의 영역에 제공되고 제어 회로(들)로부터의 신호들에 응답하여 능동적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 회로(들)는 각각의 방출기의 온도를 개별적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 회로(들)는 방출기 어레이의 제1 영역에서 실질적으로 일정한 기준 온도를 유지하고, 제1 영역으로부터 방출기 어레이의 하나 이상의 다른 영역으로 온도 기울기를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출 소스의 기준 온도는 드리프트하도록 허용될 수 있지만, 제어 회로(들)는 기준 온도로부터 온도 기울기를 제어하도록 구성될 수 있고, 온도 의존 기준 방출기 파장을 추적하기 위해 검출기 측 필터 요소(예를 들어, 검출기 측 필터의 온도를 제어함으로써)의 검출 모듈(예를 들어, 수직 입사에서 중심 파장 또는 파장을 제어함으로써)의 통과대역 특성들을 제어하도록 추가로 구성될 수 있다.
본원에 설명된 실시예들에 따라 필드 각도를 조명 파장 변화에 제공하는 방출 소스들의 일부 혜택들은 검출기 측 스펙트럼 필터링을 사용하여 배경 광을 감쇠시킬 수 있는 능동 조명 이미징 시스템에 대한 이미징 광학기기들의 크기 및/또는 비용의 감소를 포함할 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 특정 실시예들은 방출 소스로부터의 방사선의 감쇠를 감소시키고/시키거나 회피하면서, 배경 광을 감소시키기 위해 필터를 포함하는 시스템들의 동작에서 장점들을 제공할 수 있다.
본원에 설명된 라이다 시스템들 및 어레이들은 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems), 자율 차량들, UAV들(unmanned aerial vehicles), 산업적 자동화, 로봇공학, 생체계측들, 모델링, 증강 및 가상 현실, 3D 매핑, 및 보안에 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기 어레이의 방출기 요소들은 수직 공동 표면 방출 레이저들(VCSEL들)일 수 있다. 일부 실시예들에서, Burroughs 등에 대한 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2018/0301872호에 설명된 바와 같이, 방출기 어레이는 기판 상에 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결된 수 천 개의 개별 방출기 요소들을 갖는 비-고유 기판을 포함할 수 있으며, 드라이버 회로는 방출기 어레이의 각각의 행들 및/또는 열들에 인접한 비-고유 기판 상에 통합된 드라이버 트랜지스터들에 의해 구현된다.
다양한 실시예들은 예시적인 실시예들이 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 본원에 설명되었다. 그러나, 이들 실시예들은 상이한 형태들로 구체화될 수 있고, 본원에 제시된 실시예들로 제한된 것으로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 실시예들은 이 개시가 철저하고 완전하게 되도록, 그리고 발명적 개념을 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 완전히 전달하도록 제공된다. 예시적인 실시예들에 대한 다양한 수정들 및 본원에 설명된 일반적인 원리들 및 특징들은 용이하게 분명할 것이다. 도면들에서, 층들 및 영역들의 크기들 및 상대적인 크기들은 축척에 따라 도시되지 않고, 일부 사례들에서 명확성을 위해 과장될 수 있다.
예시적인 실시예들은 특정 구현예들에 제공된 특정 방법들 및 디바이스들의 면에서 주로 설명된다. 그러나, 방법들 및 디바이스들은 다른 구현예들에서 효과적으로 동작할 수 있다. "예시적인 실시예", "일 실시예", 및 "다른 실시예"와 같은 어구들은 동일한 또는 상이한 실시예들 뿐만 아니라, 다수의 실시예를 지칭할 수 있다. 실시예들은 특정 구성요소들을 갖는 시스템들 및/또는 디바이스들에 대해 설명될 것이다. 그러나, 시스템들 및/또는 디바이스들은 도시된 것들보다 더 적은 또는 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있고, 구성요소들의 배열 및 유형에서의 변화들은 발명적 개념들의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예들은 특정 단계들 또는 동작들을 갖는 특정 방법들의 맥락에서 또한 설명될 것이다. 그러나, 방법들 및 디바이스들은 상이한 및/또는 추가적인 단계들/동작들, 및 예시적인 실시예들과 불일치하지 않는 상이한 순서들에서의 단계들/동작들을 갖는 다른 방법들에 대해 효과적으로 동작할 수 있다. 따라서, 본 발명적 개념들은 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본원에 설명된 원리들 및 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 따르도록 하기 위한 것이다.
요소가 또 다른 요소에 "연결된" 또는 "결합된" 것으로서 지칭되거나 예시될 때, 요소는 다른 요소 상에 직접 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나, 결합될 수 있거나, 개재 요소들이 존재할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "상에 직접" 있거나, "직접적으로 연결되거나", 또는 "직접적으로 결합된" 것으로서 지칭될 때, 개재 요소들이 존재하지 않는다.
용어들 제1, 제2 등은 다양한 요소들을 설명하기 위해 본원에 사용될 수 있지만, 이들 요소들은 이들 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 점이 또한 이해될 것이다. 이들 용어들은 하나의 요소를 다른 것으로부터 구별하기 위해만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 요소는 제2 요소로 칭해질 수 있고, 유사하게, 제2 요소는 제1 요소로 칭해질 수 있다.
또한, "하부" 또는 "하단" 및 "상부" 또는 "상단"과 같은 상대적인 용어들은 도면들에 예시된 바와 같이, 다른 요소에 대한 하나의 요소의 관계를 설명하기 위해 본원에 사용될 수 있다. 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향에 추가적으로 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도된다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 도면들 중의 하나에서의 디바이스가 뒤집힐 경우에, 다른 요소들의 "하부" 측 상에 있는 것으로서 설명된 요소들은 그 다음, 다른 요소들의 "상부" 측들 상에 서 배향될 것이다. 그러므로, 예시적인 용어 "하부"는 도면의 특정 배향에 따라, "하부" 및 "상부"의 양자의 배향을 포괄할 수 있다. 유사하게, 도면들 중의 하나에서의 디바이스가 뒤집힐 경우에, 다른 요소들의 "아래" 또는 "바로 아래"인 것으로서 설명된 요소들은 그 다음, 다른 요소들 "위에" 배향될 것이다. 그러므로, 예시적인 용어들 "아래" 또는 "바로 아래"는 위 및 아래의 양자의 배향을 포괄할 수 있다.
본원에서의 발명의 설명에서 사용된 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하는 목적을 위한 것이고, 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 발명의 설명 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", 및 "the"는 맥락이 명확하게 달리 분명히 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 마찬가지로 포함하도록 의도된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "및/또는"은 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 지칭하고 이를 포괄한다는 점이 또한 이해될 것이다. 용어들 "포함한다(include)", "포함하는(including)", “포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 이 명세서에 사용될 때, 기재된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들, 및/또는 그것의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 점이 추가로 이해될 것이다.
발명의 실시예들은 발명의 이상화된 실시예들(및 중간 구조들)의 개략적인 예시들인 예시들을 참조하여 본원에 설명된다. 이와 같이, 예를 들어, 제조 기법들 및/또는 공차들의 결과로서의 예시들의 형상들로부터의 변화들이 예상되어야 한다. 이에 따라, 도면들에 예시된 영역들은 본질에 있어서 개략적이고, 그들의 형상들은 디바이스의 영역의 실제 형상을 예시하도록 의도되지 않고, 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 기술적 및 과학적 용어들을 포함하는, 발명의 실시예들을 개시할 시에 사용된 모든 용어들은 이 발명이 속하는 본 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 보편적으로 이해된 것과 동일한 의미를 갖고, 본 발명이 설명될 시에 알려진 특정 정의들로 반드시 제한되는 것은 아니다. 따라서, 이들 용어들은 이러한 시간 후에 생성되는 등가적인 용어들을 포함할 수 있다. 보편적으로 이용된 사전들에 정의된 것들과 같은 용어들은 본 명세서 및 관련된 분야의 맥락에서의 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 하고, 본원에 명백하게 그렇게 정의되지 않으면, 이상화된 또는 과도하게 공식적인 의미로 해석되지 않을 것이라는 점이 추가로 이해될 것이다. 본원에 언급된 모든 공개들, 특허 출원들, 특허들, 및 다른 참조들은 그 전체적으로 참조로 포함된다.
많은 상이한 실시예들은 위의 설명 도면들과 관련하여 본원에 개시되었다. 이들 실시예들의 모든 조합 및 하위조합을 문언적으로 설명하고 예시하는 것은 지나치게 반복적이고 난독성일 것이라는 점이 이해될 것이다. 따라서, 도면들을 포함하는 본 명세서는 본원에 설명된 본 발명의 실시예들의 모든 조합들 및 하위조합들, 및 이들을 만들고 사용하는 방식 및 프로세스의 완전한 기입된 설명을 구성하도록 해석될 것이고, 임의의 그러한 조합 또는 하위조합에 대한 청구항들을 지지할 것이다.
발명은 다양한 실시예들을 참조하여 본원에 설명되었지만, 추가의 변화들 및 수정들은 발명의 원리들의 범위 및 사상 내에서 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다. 특정 용어들이 채용되지만, 이 용어들은 포괄적 및 설명적 의미로만 사용되고 제한의 목적들을 위해 사용되지 않으며, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에서 제시된다.

Claims (32)

  1. 능동 조명 장치로서,
    시야를 조명하도록 구성된 방출 소스를 포함하며, 상기 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소를 포함하고,
    상기 방출 소스는 광학 신호들에 의해 조명될 시야의 각각의 부분들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는, 능동 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시야의 각각의 부분들은 각각의 필드 각도들을 포함하고, 상기 광학 신호들의 각각의 파장들은 상기 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도에서의 제1 파장, 및 상기 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도에서의 상기 제1 파장보다 더 크거나 더 작은 제2 파장을 포함하는, 능동 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도로부터 상기 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도로 상기 광학 신호들의 각각의 파장들은 단계적 또는 연속적 방식으로 감소하는, 능동 조명 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광학 신호들의 각각의 파장들은 상기 시야의 각각의 부분들에 걸쳐 상기 광학 신호들에 대응하는 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 수신하도록 구성되는 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 따라 변화되는, 능동 조명 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시야를 이미징하도록 구성되는 하나 이상의 검출기 요소; 및
    상기 검출기 측 스펙트럼 필터 요소를 추가로 포함하며, 상기 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 상기 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내에 있고 상기 통과대역 내에 있는 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 상기 하나 이상의 검출기 요소에 허용하도록 구성되는, 능동 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 상기 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들, 및/또는 상기 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들과의 간섭을 방지하도록 구성되는, 능동 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 상기 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성되는, 능동 조명 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 소스는,
    복수의 방출기 요소를 포함하는 방출기 어레이 - 상기 복수의 방출기 요소는 상기 방출기 어레이 내의 상기 방출기 요소들의 각각의 공간 위치들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성됨 - 를 포함하며, 상기 각각의 공간 위치들은 상기 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열되는, 능동 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 방출기 어레이는 상기 방출기 요소들에 비-고유한 기판을 포함하고, 상기 방출기 요소들은 상기 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 상기 각각의 공간 위치들에서 상기 기판 상에 조립되는, 능동 조명 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방출기 요소들은 상기 기판 상에 전사 인쇄되고, 상기 방출기 요소들 중 적어도 하나는 잔여 테더 부분을 포함하는, 능동 조명 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 각각의 공간 위치들 각각은 상기 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 동일한 빈 또는 동일한 파장 범위에 대응하는 방출기 요소들의 서브세트를 포함하는, 능동 조명 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 방출기 요소들은 발광 다이오드들 또는 레이저 다이오드들을 포함하며, 임의로 상기 레이저 다이오드들은 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드들 및/또는 에지-방출 레이저 다이오드들을 포함하는, 능동 조명 장치.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 소스는,
    상기 하나 이상의 방출기 요소의 광학 경로 내에 있고 필터 요소의 표면을 따라 각각의 위치들에서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는 필터 요소를 포함하며, 상기 각각의 위치들은 상기 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열되는, 능동 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 방출기 요소는 제1 파장 범위 내의 제1 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광대역 광원을 포함하고, 상기 필터 요소는 상기 제1 파장 범위보다 더 좁은 각각의 제2 파장 범위들 내의 제2 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는, 능동 조명 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 필터 요소는 상기 하나 이상의 방출기 요소와의 인터페이스를 따라 그것의 하나 이상의 구성요소 사이에 불균일한 갭을 정의하는 공간 가변 대역통과 필터를 포함하는, 능동 조명 장치.
  16. 능동 조명 장치를 제조하는 방법으로서,
    시야를 조명하도록 구성되는 방출 소스를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 방출 소스는 하나 이상의 방출기 요소를 포함하고,
    상기 방출 소스는 광학 신호들에 의해 조명될 시야의 각각의 부분들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방출 소스를 제공하는 단계는,
    복수의 방출기 요소를 포함하는 방출기 어레이를 형성하는 단계 - 상기 복수의 방출기 요소는 상기 방출기 어레이 내의 방출기 요소들의 각각의 공간 위치들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성됨 - 를 포함하며, 상기 각각의 공간 위치들은 상기 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 방출기 어레이를 형성하는 단계는:
    상기 방출기 요소들에 비-고유한 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 방출기 요소들에 의해 방출될 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 상기 각각의 공간 위치들에서 상기 기판 상에 상기 방출기 요소들을 조립하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 방출기 요소들을 조립하는 단계는 상기 기판 상에 상기 방출기 요소들을 전사 인쇄하는 단계를 포함하고, 상기 방출기 요소들 중 적어도 하나는 잔여 테더 부분을 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 각각의 공간 위치들 각각은 상기 광학 신호들의 각각의 파장들에 기초하여 동일한 빈 또는 동일한 파장 범위에 대응하는 방출기 요소들의 서브세트를 포함하는, 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 방출 소스를 제공하는 단계는,
    상기 하나 이상의 방출기 요소의 광학 경로 내에 필터 요소를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 필터 요소는 상기 필터 요소의 표면을 따라 각각의 위치들에서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되고, 상기 각각의 위치들은 상기 시야의 각각의 부분들을 조명하도록 배열되는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 하나 이상의 방출기 요소는 제1 파장 범위 내의 제1 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광대역 광원을 포함하고, 상기 필터 요소는 상기 제1 파장 범위보다 더 좁은 각각의 제2 파장 범위들 내의 제2 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는, 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시야의 각각의 부분들에 걸쳐 상기 광학 신호들에 대응하는 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 수신하도록 구성되는 하나 이상의 검출기 요소, 및 상기 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내의 검출기 측 스펙트럼 필터 요소를 포함하는 검출 모듈을 제공하는 단계를 추가로 포함하며,
    상기 광학 신호들의 각각의 파장들은 상기 검출기 측 스펙트럼 필터 요소의 통과대역의 변화들에 따라 변화되는, 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 시야의 각각의 부분들은 각각의 필드 각도들을 포함하고;
    상기 광학 신호들의 각각의 파장들은 상기 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도에서의 제1 파장, 및 상기 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도에서의 상기 제1 파장보다 더 크거나 더 작은 제2 파장을 포함하고;
    상기 검출기 측 스펙트럼 필터 요소는 상기 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성되는, 방법.
  25. 능동 조명 기반 이미징 장치로서,
    시야를 조명하기 위해 광학 신호들을 출력하도록 구성된 하나 이상의 방출기 요소를 포함하는 방출 소스; 및
    상기 시야를 이미징하도록 구성된 하나 이상의 검출기 요소를 포함하는 검출 모듈을 포함하며,
    상기 방출 소스는 각각의 필드 각도들에 대한 검출 모듈의 광학 특성들의 변화들에 따라 상기 시야의 각각의 필드 각도들에 걸쳐 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성되는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 각각의 파장들은 상기 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도에서의 제1 파장, 및 상기 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도에서의 상기 제1 파장보다 더 크거나 더 작은 제2 파장을 포함하는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 필드 각도들의 하나 이상의 중심 각도로부터 상기 필드 각도들의 하나 이상의 주변 각도로 상기 각각의 파장들은 단계적 또는 연속적 방식으로 감소하는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 검출 모듈은,
    상기 하나 이상의 검출기 요소의 광학 경로 내에 있고 그것의 통과대역 내의 각각의 파장들을 갖는 복귀 신호들을 상기 하나 이상의 검출기 요소에 허용하도록 구성된 스펙트럼 필터 요소를 추가로 포함하고, 검출 모듈의 광학 특성들은 상기 각각의 필드 각도들에 대한 스펙트럼 필터 요소의 통과대역을 포함하는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 스펙트럼 필터 요소는 상기 하나 이상의 주변 각도에서 그 상에 입사되는 제1 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 중심 각도에서 그 상에 입사되는 제2 파장을 갖는 복귀 신호들을 차단하도록 구성되는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 소스는,
    복수의 방출기 요소를 포함하는 방출기 어레이 - 상기 복수의 방출기 요소는 상기 방출기 어레이 내의 상기 방출기 요소들의 각각의 공간 위치들에 기초하여 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 방출하도록 구성됨 - 를 포함하며, 상기 각각의 공간 위치들은 상기 각각의 필드 각도들을 조명하도록 배열되는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  31. 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 소스는,
    상기 하나 이상의 방출기 요소의 광학 경로 내에 있고 상기 필터 요소의 표면을 따라 각각의 위치들에서 변화되는 각각의 파장들을 갖는 광학 신호들을 출력하도록 구성된 필터 요소를 포함하며, 상기 각각의 위치들은 상기 각각의 필드 각도들을 조명하도록 배열되는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
  32. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 필드 각도들에 걸쳐 상기 광학 신호들의 각각의 파장들을 변화시키기 위해 상기 방출 소스의 온도를 제어하고/하거나, 상기 각각의 필드 각도들에 대한 검출 모듈의 광학 특성들의 변화들을 제공하기 위해 상기 검출 모듈의 온도를 제어하도록 구성되는 적어도 하나의 제어 회로를 추가로 포함하는, 능동 조명 기반 이미징 장치.
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