KR20240054419A - Vcsel 기반의 패턴 프로젝터 - Google Patents

Vcsel 기반의 패턴 프로젝터 Download PDF

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KR20240054419A
KR20240054419A KR1020247012463A KR20247012463A KR20240054419A KR 20240054419 A KR20240054419 A KR 20240054419A KR 1020247012463 A KR1020247012463 A KR 1020247012463A KR 20247012463 A KR20247012463 A KR 20247012463A KR 20240054419 A KR20240054419 A KR 20240054419A
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vcsels
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KR1020247012463A
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스테판 그로넨본
홀거 요아힘 먼치
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트럼프 포토닉 컴포넌츠 게엠베하
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Abstract

구조화된 광 패턴(70)을 생성하도록 구성된 광전자 장치(1) 및 시스템이 제공된다. 광전자 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(11)(VCSEL)의 제1 어레이(10); 수직 공동 표면 방출 레이저의 제1 어레이와 연관된 제1 균질화 광학기기 배열체(20); 수직 공동 표면 방출 레이저(11)(VCSEL)의 제2 어레이(10); 수직 공동 표면 방출 레이저의 제2 어레이와 연관된 제2 균질화 광학기기 배열체(20)로서, 상이한 VCSEL 어레이와 각각 연관된 균질화 광학기기 배열체들이, 그 세기 분포(63)가 중간 평면(60) 내에서 공통 균질 탑-햇 세기 분포(61)로 누적되도록, 배열되는, 제2 균질화 광학기기 배열체(20); 및 중간 평면(60) 내의 공통 균질 세기 분포(61)를 기초로 구조화된 광 패턴(70)을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체(30)를 포함한다. 본 개시 내용은 또한 대응하는 방법에 관한 것이다.

Description

VCSEL 기반의 패턴 프로젝터{VCSEL BASED PATTERN PROJECTOR}
본 발명은 광전자 소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 대응하는 방법에 관한 것이다.
소형 광학 프로젝터가 다양한 분야에서 사용된다. 예를 들어, 그러한 프로젝터는 3D 맵핑(깊이 맵핑(depth mapping) 또는 깊이 감지로도 알려짐)을 위해 코딩 또는 구조화된 광의 패턴을 대상체에 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 활용 안으로는 측정 애플리케이션을 통한 자동차 센서에서부터 사용자 안면의 깊이 스캔을 통한 스마트폰 잠금 해제와 같은 기능에 이르기까지 다양할 수 있다.
비행시간(Time-of-flight)(TOF) 또는 라이다(LIDAR) 시스템은, 보다 양호한 신호-대-잡음비를 위해서, 투광 조명기(flood illuminator) 대신 스폿 패턴을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 높은 공간적 해상도를 달성하기 위해서, 시스템은 피측정 장면(scene) 상으로 이미지화되는 10,000개 초과의 스폿의 패턴을 필요로 할 수 있고, 각각의 스폿은, 태양광 조건에서 동작하는 것이 가능하고 검출기에서 충분히 높은 신호-대-잡음비를 달성할 수 있도록, 바람직하게는 높은 피크 파워에서 나노초 범위의 펄스로 동작된다.
패턴은, 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 발광 요소를 갖는 구조화된 광원을 제공하는 것에 의해서 생성될 수 있다. 미리 결정된 패턴을 갖는 광원이 투사 렌즈에 의해서 표적 상으로 투사될 수 있다. 선택적으로, 상기 미리 결정된 패턴의 다수의 복제가 회절 광학 요소(DOE)에 의해서 제공될 수 있다.
US 2013/038941 A1은 렌즈 어레이 프로젝터를 개시한다. 제시된 광학 장치는, 광원들 사이에서 미리 결정된 균일한 간격을 갖는, 기판 상에 배열된 광원의 매트릭스를 포함한다. 빔 균질화기는, 광원들 사이의 간격과 동일한 제1 피치를 가지고 어레이 내의 각각의 마이크로렌즈의 각각의 광학 축이 매트릭스 내의 대응 광원을 차단하고 대응 광원에 의해서 방출되는 광을 투과하도록 매트릭스와 정렬되는, 제1 마이크로렌즈 어레이를 포함하는, 제1 광학 표면을 포함한다. 제2 마이크로렌즈 어레이를 포함한 제2 광학 표면은 제1 마이크로렌즈에 의해서 투과된 광을 수신하고 포커싱하도록 배치되고, 제1 피치와는 상이한 제2 피치를 갖는다.
US 2017/222404 A1은 공초점 3d 스캐너를 위한 VCSEL 기반의 낮은 가간섭성(coherence)의 방출기를 개시한다. 물체를 측정하기 위한 제시된 방법 및 장치는, 복수의 스폿 생성 렌즈를 포함하는 스폿 생성기 어레이를 향해서 지향되는 복수의 광 빔을 생성하기 위한 복수의 광원을 포함한다. 복수의 광원은, 복수의 광 빔들이 스폿 생성 렌즈의 각각에서 중첩되게 하기에 충분한 간격을 두고, 스폿 발생기 어레이로부터 분리된다. 각각의 스폿 생성 렌즈에서의 각각의 빔의 중첩은 스폿 생성 렌즈에 입사되는 광 에너지의 에너지 프로파일의 평활화를 제공한다. 스폿 생성기 어레이는, 중첩된 포커싱된 빔을 포함하는 포커싱된 스폿을 생성한다. 중첩 빔들은 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 어레이의 중첩 빔들을 포함할 수 있고, 중첩되는 포커스된 빔들은 광학적 아티팩트(artifact)를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 양태의 목적은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치를 제공하는 것이다. 특히, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 신뢰성을 더 높이는 것이 유리할 수 있다. 또한, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 더 유연하고/하거나 더 경제적인 광전자 장치를 제공하는 것이 유리할 수 있다.
본 개시 내용의 제1 양태에 따라, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치가 제공된다. 광전자 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 어레이; 수직 공동 표면 방출 레이저의 제1 어레이와 연관된 균질화 광학기기 배열체를 포함한다. 광전자 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제2 어레이; 및 수직 공동 표면 방출 레이저의 제2 어레이와 연관된 제2 균질화 광학기기 배열체를 더 포함할 수 있다. 상이한 VCSEL 어레이와 각각 연관되는 균질화 광학기기 배열체들은, 그 세기 분포가 중간 평면 내에서 공통 균질 탑-햇 세기 분포(top-hat intensity distribution)로 누적되도록 배열될 수 있다. 광전자 장치는, 중간 평면 내의 공통 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체를 더 포함한다.
본 개시 내용의 추가적인 양태에 따라, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치가 제공된다. 광전자 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 어레이; VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 기초로, 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 균질화 광학기기 배열체; 및 중간 평면 내의 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체를 포함한다. 그러한 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제2 어레이; VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 기초로, 중간 평면 내에서 제2 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 제2 균질화 광학기기 배열체; 및 중간 평면 내의 제2 균질 세기 분포를 기초로 제2 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 제2 패턴 광학기기 배열체를 더 포함할 수 있다. 균질화 광학기기 배열체는, VCSEL 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면 내에서 제1 탑-햇 세기 분포를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 균질화 광학기기 배열체는, 제1 탑-햇 세기 분포 및 제2 탑-햇 세기 분포가 서로 인접하도록 그리고 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 조합된 탑-햇 세기 분포를 함께 형성하도록, VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 중간 평면 내에서 제2 탑-햇 세기 분포를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 개시 내용의 추가적인 양태에서, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 시스템이 제공되고, 그러한 시스템은 전술한 장치 중 하나; 및 VCSEL 어레이의 VCSEL를 제어 또는 구동하도록 구성된 제어기를 포함한다.
또한 본 발명의 추가적인 양태에서, 구조화된 광 패턴을 생성하기 위한 방법이 제공되고, 그러한 방법은 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제1 어레이를 제공하는 단계; 수직 공동 표면 방출 레이저의 제1 어레이와 연관된 제1 균질화 광학기기 배열체를 제공하는 단계; 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제2 어레이를 제공하는 단계; 수직 공동 표면 방출 레이저의 제2 어레이와 연관된 제2 균질화 광학기기 배열체를 제공하는 단계로서, 상이한 VCSEL 어레이와 각각 연관된 균질화 광학기기 배열체들은, 그 세기 분포가 중간 평면 내에서 공통 균질 탑-햇 세기 분포로 누적되도록 배열되는, 단계; 및 중간 평면 내의 공통 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 추가적인 양태에서, 구조화된 광 패턴을 생성하는 방법이 제공되고, 그러한 방법은 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 어레이를 제공하는 단계; 중간 평면 내에서, VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 균질화하여 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 단계; 및 중간 평면 내의 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성하는 단계를 포함한다. 그러한 방법은 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제2 어레이를 제공하는 단계; 중간 평면 내에서, VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 균질화하여 중간 평면 내에서 제2 균질 세기 분포를 제공하는 단계; 및 중간 평면 내의 제2 균질 세기 분포를 기초로 제2 구조화된 광 패턴을 생성하는 단계를 더 포함한다. 균질화하는 단계는 VCSEL 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 중간 평면 내에서 제1 탑-햇 세기 분포를 제공하는 단계, 및 제1 탑-햇 세기 분포 및 제2 탑-햇 세기 분포가 서로 인접하도록 그리고 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 조합된 탑-햇 세기 분포를 함께 형성하도록, 제2 VCSEL 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 중간 평면 내에서 제2 탑-햇 세기 분포를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 종속항에서 규정된다. 청구된 시스템 및 방법이, 특히 종속항에서 규정되고 본원에서 개시된 바와 같은, 청구된 장치와 유사한/하거나 동일한 바람직한 실시형태를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본원에서 제공된 해결책은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 신뢰성을 더 높일 수 있는 가능성을 제공할 수 있다. 제시된 해결책은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 더 유연하고/하거나 더 경제적인 광전자 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 칩 설계를 요구되는 스폿 패턴으로부터 디커플링한다는 아이디어를 기초로 한다. 칩에서 미리 결정된 VCSEL의 패턴을 이미지화하고 회절 광학 요소에 의해서 상기 미리 결정된 패턴을 다수 번 잠재적으로 복제하는 대신, VCSEL 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 기초로, 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 생성하는 것이 제안된다. 따라서, VCSEL 어레이 내의 VCSEL의 (제1) 패턴이 제공되지만, VCSEL 어레이에 의해서 제공되는 상기 VCSEL 패턴은 장면 상으로 이미지화되지 않는다. 그 대신, VCSEL 패턴은, 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 균질화 광학기기 배열체에 제공되고, 그러한 균질 세기 분포는 장면 또는 작업 평면 상으로 투사하고자 하는 희망하는 구조화된 광 패턴을 생성하기 위한 기초로서의 역할을 한다. VCSEL 패턴을 형성하는 VCSELS의 어레이를 먼저 제공하고, 이어서 VCSEL 패턴에 대한 정보를 "파괴"하고 후속적으로 새로운 패턴을 제공하는 것이 직관적이지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 그러한 접근 방식이 몇 가지 장점을 갖는다는 것이 확인되었다. 예를 들어, 제시된 해결책은 칩 설계를 알려진 설계 규칙에 근접시킬 수 있다. 따라서, VCSEL의 설계 및 배열은 생성하고자 하는 최종적인 구조화된 광 패턴에 의해서 반드시 통제되지는 않는다. 부가적 또는 대안적으로, CTE(열팽창 계수) 불일치로 인한 신뢰성 문제가 경감될 수 있다. 다른 장점은, 예를 들어 저-파워의 개별 레이저 및 대형 VCSEL 어레이 내의 결함으로 인한 수율 손실이 감소될 수 있다는 것일 수 있다.
또한, 상이한 광전자 장치를 제공하는 것과 관련된 유연성이 증가될 수 있다. 상이한 적용예들이 상이한 구조화된 광 패턴들을 요구할 수 있다. 상이한 용도마다 VCSEL 반도체 칩을 변경하는 것은 효율적이지 않다. 예를 들어, 하나의 특정 적용예를 위해서 하나의 대형 VCSEL 어레이를 제공하는 대신, 미리 결정된 세트로부터 몇 개의 하위-어레이를 제공할 수 있다. 하위-어레이들은 분리된 다이들 상에 제공될 수 있다. 이는 또한, 상이한 용도마다 상이한 VCSEL 반도체 칩을 설계하고 제공하여야 할 필요성을 극복할 수 있다. 그 대신, 예컨대 상이한 크기들 및 파워들의 분리된 VCSEL 어레이들이 필요에 따라 조합될 수 있다. 따라서, 희망하는 크기 및/또는 파워가 중간 평면 내에서 균질 세기로서 유연하게 제공될 수 있다. 제시된 해결책은 표준화된 칩의 이용을 가능하게 할 수 있다. VCSEL의 제1 어레이가 제1 다이 또는 제1 칩에 제공될 수 있다. VCSEL의 제2 어레이가, 제1 다이 또는 제1 칩과는 상이한, 제2 다이 또는 제2 칩에 제공될 수 있다. 그 후에, 희망하는 구조화된 광 패턴이 그로부터 생성될 수 있다. VCSEL 어레이의 VCSEL에 의해서 방출되는 복사선이 중간 평면 내에서 중간 단계에서 균질화되고 중간 평면 내에서 복사선 또는 세기 분포가 희망하는 구조화된 광 패턴을 생성하기 위한 기초를 형성하기 때문에, 심지어 피치의 불일치가 중요하지 않을 수도 있다는 것에 또한 주목하여야 한다. VCSEL 어레이(들)의 상이한 VCSEL들의 세기 분포가 중간 평면 내에서 중첩된다. 이는, 상이한 적용예들 및 상이한 희망하는 구조화된 광 패턴을 위해서 패턴 광학기기만을 변경할 필요가 있을 수 있기 때문에, 효율적인 구현을 가능하게 할 수 있다. 세기 분포들이 공통 탑-햇 세기 분포로 누적되도록, 상이한 VCSEL 어레이와 각각 연관된 양 균질화 광학기기를 배열하는 것에 관한 아이디어는, VCSEL의 상이한 어레이들을 조합하는 방법에 관한 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 균질화 광학기기 배열체를 갖는 광전자 장치는, VCSEL의 제1 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 하는 중간 평면 내의 제1 세기 분포 및 VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 하는 중간 평면 내의 제2 세기 분포의 조합이, 공통 탑-햇 세기 분포로 누적될 수 있도록 구성될 수 있다. 공통 패턴 광학기기 배열체가 제공되어, 중간 평면 내의 상기 공통 균질 (탑-햇) 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성할 수 있다.
본 발명자들은, 특히 큰 파워의 적용예에서, DOE 스플리터(splitter)로는 스팟마다의 큰 파워에 도달하지 못할 수 있다는 것을 인식하였다. 본 발명자들은, 다수의 스폿, 예를 들어 10,000개 초과의 스폿을 10,000개의 레이저로 VCSEL 어레이를 이미지화함으로써 생성하는 것은 2가지의 큰 단점을 가질 수 있다는 점을 또한 인식하였다: 첫 번째로, 스폿마다 하나의 레이저에 대한 1:1의 상관관계로 인한 스폿 손실에서 기인하는, 큰 수율 손실 또는 수명 문제. 두 번째로, 그러한 배열은, 큰 칩 크기에 걸친 CTE(열 팽창 계수) 불일치에 의한 큰 응력에서 기인한 조립 문제 및 신뢰성 문제를 초래하는 매우 큰 칩 크기를 요구할 수 있다. 분리된 VCSEL 칩들을 정렬시키기 위한 배치 정확도가 일반적으로 패턴 내의 허용된 스폿 편차보다 클 수 있음에 따라, VCSEL 칩의 타일링(tiling)이 용이하게 이루어질 수 없다는 것에 주목하여야 한다. 또한, 분리된 VCSEL 칩들 사이의 갭이 일반적으로 너무 클 수 있다. 또한, 분리된 광학기기를 각각 갖는 칩들의 타일링은, 이미징 렌즈 및 이들의 정확한 정렬을 위한 비용 및 필요 공간을, VCSEL 칩의 수만큼 배가할 수 있다. 제시된 해결책은 이러한 문제 중 하나 이상을 극복할 수 있다.
이하의 개선예는 제1 및/또는 제2 VCSEL 어레이(들)에 준용될 수 있다. 따라서, 이하의 개선예는 제1 및/또는 제2 균질화 광학기기 배열체(들)에 준용될 수 있다.
실시형태에 따라, 균질화 광학기기 배열체는, 중간 평면의 표면 요소 또는 각각의 표면 요소에서의 세기에 대한 VCSEL 어레이의 각각의 개별 VCSEL의 기여분이 상기 표면 요소에 위치하는 VCSEL 어레이에 의해서 방출되는 광의 세기의 10% 미만, 특히 5% 미만, 특히 2% 미만, 특히 1% 미만이 되도록 구성될 수 있다. 이러한 실시형태의 장점은, 개개의 고장난 VCSEL이, 구조화된 광 패턴의 세기 분포에 매우 제한된 영향을 미칠 수 있고, 심지어 그러한 영향이 허용될 수 있다는 것이다. 따라서, 수율, 디바이스 수명 및/또는 신뢰성이 개선될 수 있다.
균질화 광학기기 배열체는 중간 평면 내의 탑-햇 세기 분포를, 균질 세기 분포로서, 제공하도록 구성될 수 있다. 탑-햇의 반치전폭(FWHM) 직경은 VCSEL의 어레이의 직경보다 클 수 있다. 탑-햇 세기 분포는 반치전폭 각도의 적어도 절반, 특히 적어도 80%, 특히 적어도 90%에서 일정한 세기를 가질 수 있다. 일정한 세기 또는 일정 세기를 갖는 영역이, 예를 들어 상기 일정 세기의 영역 내에서 평균 세기의 +/-20% 이하, 특히 평균 세기의 10% 이하의 허용 오차를 갖는, 실질적으로 일정한 세기를 지칭할 수 있다.
균질화 광학기기 배열체는, 중간 평면의 표면 요소에서의 세기에 대한, 특히 탑-햇 세기 분포의 최대치의 적어도 80%의 세기를 갖는 표면 요소에 대한 개별 VCSEL의 기여분이, 상기 표면 요소를 조명하는 모든 VCSEL의 수로 나눈 상기 표면 요소에 위치하는 VCSEL 어레이에 의해서 방출되는 광의 세기의 적어도 5%가 되도록 구성될 수 있다. 부가적 또는 대안적으로, 균질화 광학기기 배열체는, 중간 평면의 표면 요소에서의 세기에 대한 개별 VCSEL 또는 심지어 VCSEL 어레이의 각각의 (활성) VCSEL의 기여분이, VCSEL의 어레이의 VCSEL의 수로 나눈 상기 표면 요소에 위치하는 VCSEL 어레이에 의해서 방출되는 광의 세기의 적어도 5%가 되도록 구성될 수 있다. 따라서, 균질화 광학기기 배열체는, VCSEL 어레이의 개별 VCSEL이 적어도 최소의 기여를 그러나 최대 이하의 기여를 제공하도록 구성될 수 있다. 결함 픽셀 또는 복사선을 방출하지 않도록 제어되는 픽셀, 즉 비활성 VCSEL이 이러한 결정에서 무시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. VCSEL의 수는 VCSEL 어레이의 VCSEL의 수 또는 광을 방출하도록 제어되는 VCSEL 어레이의 활성 VCSEL의 수를 지칭할 수 있다.
실시형태에 따라, 광전자 장치는 구조화된 광 패턴으로서 도트 패턴 또는 스트라이프 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 도트 패턴은 점 패턴으로도 지칭될 수 있다. 도트 패턴은, 예를 들어 비행 거리 측정의 시간을 이용하여 3D 카메라 내의 도트에 대응하는 상이한 위치들에서 장면을 샘플링하기 위해서 이용될 수 있다. 전자 장치는 또한 스트라이프 또는 다른 형상과 같은 상이한 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
균질화 광학기기 배열체는, 중간 평면 내에서 VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광의 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 특히, 균질화 광학기기 배열체는 처프형 마이크로렌즈 어레이(chirped microlens array)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 처프형 마이크로렌즈 어레이는, 픽셀 어레이의 비-중앙 위치 내의 픽셀에 의해서 방출되는 광을 중간 평면 내의 세기 분포의 주변 영역으로부터 더 중앙의 영역으로 재지향시키도록 배열되는 하나 이상의 틸팅된 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
개선예에서, 마이크로렌즈 어레이의 적어도 제1 마이크로렌즈는, VCSEL 어레이의 대응하는 제1 VCSEL의 활성 영역의 제1 확대 이미지를 중간 평면 상으로 투사하도록 구성될 수 있고; 마이크로렌즈 어레이의 적어도 제2 마이크로렌즈는, VCSEL 어레이의 대응하는 제2 VCSEL의 활성 영역의 제2 확대 이미지를 중간 평면 상으로 투사하도록 구성될 수 있다. 제1 마이크로렌즈 및 제2 마이크로렌즈는, 중간 평면 내에서 제1 및 제2 확대 이미지를 투사함으로써 이미지 평면 내에서 제1 및 제2 확대 이미지의 정렬된 중첩을 제공하도록 구성될 수 있다. 제1 VCSEL 및 제2 VCSEL 모두는 중간 평면 상의 동일한 또는 적어도 거의 동일한 영역을 조명할 수 있다. 제1 및 제2 확대 이미지는 동일한 전체 형상을 가질 수 있고, 중간 평면 내에서 일치할 수 있다. 다수의 VCSEL, 예를 들어 수십 개, 수백 개, 또는 수천 개의 VCSEL을 가지는 전체 VCSEL 어레이가 이에 따라 각각의 마이크로렌즈를 구비하여 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
부가적 또는 대안적으로, 균질화 광학기기 배열체가 플라이-아이 콘덴서(fly-eye condenser)를 포함할 수 있다. 부가적 또는 대안적으로, 균질화 광학기기 배열체는 로드-균질화기(rod-homogenizer), 특히 직사각형-형상 또는 정사각형-형상의 로드-균질화기를 포함할 수 있다. 플라이-아이 콘덴서 및 로드-균질화기와 같은 각각의 요소는, 단독적으로 또는 선택적으로 추가적인 요소와 조합되어, 중간 평면 내에서 VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광의 균질 세기 분포를 제공하도록 구성될 수 있다.
부가적 또는 대안적으로, 균질화 광학기기 배열체는, 중간 평면 내에서 VCSEL의 디포커스된 이미지(defocused image)를 투사하도록 구성된, 특히 전체 VCSEL 어레이의 디포커스된 이미지를 중간 평면에 투사하도록 구성된 디포커스 렌즈 배열체를 포함할 수 있다. 다시 말해서, VCSEL 어레이의 선명하지 않은 선택적으로 확대된 이미지가, 예를 들어 MLA에 의해서 형성된, 후속 패턴 광학기기 배열체에 제공될 수 있다.
패턴 광학기기 배열체는 (대형) 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 마이크로렌즈 어레이의 이웃하는 렌즈들이, VCSEL 어레이의 이웃하는 VCSEL들의 피치 또는 간격(separation)과는 상이한 피치, 즉 그보다 크거나 작은 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이의 이웃하는 렌즈들의 피치는, 이웃하는 VCSEL 또는 VCSEL 어레이의 피치보다 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 100%, 적어도 200%, 적어도 500% 더 크거나 작을 수 있다. 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 것에 의해서, 개별 VCSEL에 대응하는 개별 마이크로렌즈를 제공할 필요가 없다. 이는 모듈형 접근방식을 허용할 수 있고 그에 따라 유연성 증가를 가능하게 할 수 있다. 마이크로렌즈의 위치는 대응 스폿의 그 이웃에 대한 위치에 따라 달라질 수 있다. 스폿의 총 수가 렌즈 어레이의 전체 크기를 결정할 수 있다.
패턴 광학기기 배열체는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 패턴 광학기기 배열체는 상기 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈의 포컬 평면(focal plane)에서 구조화된 광 패턴, 특히 스폿 패턴을 제공하도록 배열될 수 있다. 이러한 실시형태의 장점은, 구조화된 광 패턴의 구조의 위치, 예를 들어 구조화된 광 패턴의 스폿 위치가 패턴 광학기기 배열체에 대한 VCSEL 어레이의 (측방향) 위치와 독립적일 수 있다는 것일 수 있다. 측방향 위치는 VCSEL의 광학 축에 수직인 평면 내의 위치를 지칭할 수 있다. VCSEL의 광학 축은 VCSEL에 의해서 방출되는 광의 중앙 빔 방향을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 접근 방식과 대조적으로, VCSEL 어레이의 레이저의 위치에 대한 패턴 광학기기 배열체의 위치, 예를 들어 패턴 광학기기 배열체의 마이크로렌즈의 위치를 조정할 필요가 없을 수 있다. 포컬 평면 내의 스폿 크기는 마이크로렌즈의 포컬 길이와 마이크로렌즈 전방의 빔 확산도를 곱한 것과 같을 수 있다.
선택적으로, 균질화 광학기기 배열체는 VCSEL 어레이의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 (미리-)시준하도록 구성될 수 있다. 그에 의해서, 패턴 광학기기 배열체와 관련된 요건이 완화될 수 있다. 예를 들어, 패턴 광학기기 배열체의 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈의 광학적 파워가 감소될 수 있다. 그렇지 않은 경우에, 패턴 광학기기 배열체의 마이크로렌즈의 포컬 길이가 매우 짧아야 할 수 있다. 그러한 마이크로렌즈 어레이는 제조가 어렵고/어렵거나, 패턴 광학기기 배열체의 제1 스테이지, 예를 들어 MLA 이후의 확산이 너무 넓을 수 있고 그에 따라 복잡한 투사 광학기기를 사용하여야 할 수 있다. 따라서, 제시된 해결책으로, 패턴 광학기기 배열체의 제조가 단순화될 수 있다.
패턴 광학기기 배열체는, 구조화된 광 패턴을 (원거리의) 장면 또는 작업 평면 또는 시야(FOV) 상으로 투사하도록 구성된 투사 렌즈를 포함할 수 있다. 투사 렌즈가 마이크로렌즈 어레이와 조합되어 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 마이크로렌즈 어레이에 의해서, 제한된 광학적 파워만이 제공되어야 할 수 있다. 나머지 광학적 파워는 투사 렌즈에 의해서 제공될 수 있다. 선택적으로, 대형 (기성품) 광학기기를 이용하여 구조화된 광 패턴을 시야에 대해서 이미지화할 수 있다. 큰 광학기기는, 균질화 광학기기 배열체보다 큰 직경을 갖는 광학 요소를 지칭할 수 있다. 일반적으로, 투사 렌즈 또는 필드 렌즈는 MLA의 전체 크기를 희망 시야로 이미지화하도록 설계될 수 있다.
균질화 광학기기 배열체 및 패턴 광학기기 배열체는, 특히 사출-몰딩에 의해서, 조합되어 일체로 형성된 배열체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 균질화 광학기기 배열체의 로드-균질화기가, 예를 들어 사출-몰딩에 의해서, 마이크로렌즈 어레이와 함께 일체로 형성될 수 있다. 이러한 실시형태의 장점은 단순화된 제조, 저비용, 및 단순화된 정렬 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 선택적으로, 패턴 광학기기 배열체는 조합된 요소 또는 일체로 형성된 배열체로서 구현될 수 있는, 투사 렌즈와 같은, 투사 광학기기 배열체를 포함할 수 있다. 몇 개의 광학 요소가, 특히 사출-몰딩에 의해서, 하나의 단편으로 형성될 수 있다.
패턴 광학기기 배열체에 의해서 생성된 구조화된 광 패턴은, VCSEL 어레이의 행 및/또는 열의 수와 상이한 수의 행 및/또는 열을 포함할 수 있다. 낮은 차수, 회절 효과 및/또는 DOE에 의한 복제는 상기 행 및/또는 열의 수로서 계산되지 않을 수 있다. 따라서, 상이한 구조화된 광 패턴들이 VCSEL 어레이의 VCSEL의 기본적인 배열과 관계없이 생성될 수 있다.
그러한 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제2 어레이; VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 기초로, 중간 평면 내에서 제2 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 제2 균질화 광학기기 배열체; 중간 평면 내의 제2 균질 세기 분포를 기초로 제2 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 제2 패턴 광학기기 배열체를 포함할 수 있다. 따라서, 몇 개의 어레이가 조합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 앞서 언급된 VCSEL 어레이는 제1 VCSEL 어레이로서 지칭될 수 있고, 앞서 언급된 균질화 광학기기 배열체는 제1 균질화 광학기기 배열체로서 지칭될 수 있고, 패턴 광학기기 배열체는 제1 패턴 광학기기 배열체로서 지칭될 수 있다. 선택적으로, 제1 균질화 배열체 및 제2 균질화 배열체는, 동일 중간 평면 내에서 제1 및 제2 균질 세기 분포를 제공하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 제1 패턴 광학기기 배열체 및 제2 패턴 광학기기 배열체는 (조합된 또는 전체적인) 패턴 광학기기 배열체를 형성할 수 있고, (조합된) 패턴 광학기기 배열체는 중간 평면 내에서 제1 및 제2 균질화 광학기기 배열체에 의해서 제공되는 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된다. 선택적으로, 제1 및 제2 균질화 광학기기 배열체는, 제1 및 제2 균질화 광학기기 배열체의 기능을 제공하도록 구성된 (조합된 또는 전체적인) 균질화 광학기기 배열체를 형성할 수 있다. 이러한 실시형태의 장점은, 모든 스폿의 서로에 대한 양호한 위치 정확도가 제공될 수 있다는 것일 수 있다. 예를 들어, 분리된 패턴 광학기기 배열체 및/또는 분리된 균질화 광학기기 배열체의 서로에 대한 분리된 매우-정확한 정렬이 필요하지 않을 수 있다.
패턴 광학기기 배열체 및 제2 패턴 광학기기 배열체는, 구조화된 광 패턴 및 제2 구조화된 광 패턴이 상이한 영역들로 지향되도록 구성될 수 있다. 제1 구조화된 광 패턴 및 제2 구조화된 광 패턴은, 예를 들어, 작업 평면 내의 상이한 영역들로 또는 상이한 시야로 지향될 수 있다. 상이한 영역들은 중첩될 수 있고, 부분적으로 중첩될 수 있고, 또는 중첩되지 않을 수 있다.
장치는 제2 패턴 광학기기 배열체를 포함할 수 있다. 패턴 광학기기 배열체는 중간 평면 내의 공통 균질 세기 분포의 제1 부분을 기초로 제1 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있고, 제2 패턴 광학기기 배열체는 중간 평면 내의 공통 균질 세기 분포의 제2 부분을 기초로 제2 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
개선예에서, 패턴 광학기기 및 제2 패턴 광학기기는, 구조화된 광 패턴과 제2 구조화된 광 패턴 사이의 간격이 구조화된 광 패턴의 이웃하는 구조들 사이의 간격을 초과하지 않도록, 구성될 수 있다. 예를 들어, 패턴 광학기기 및 제2 패턴 광학기기는 도트 패턴, 특히 2개의 분리된 도트 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 그러나, 제1 패턴 광학기기 배열체에 의해서 제공된 도트 패턴 및 제2 패턴 광학기기 배열체에 의해서 제공된 제2 도트 패턴이 함께 연속적인 또는 규칙적인 도트 패턴을 제공할 수 있고, 예를 들어 상이한 패턴 광학기기 배열체들에 의해서 제공된 도트 패턴들 사이에서 '갭' 또는 다른 불연속부를 가지지 않는, 연속적인 피치를 갖는 도트를 제공할 수 있다. 간격이라는 용어는 2개의 요소들 사이의 가장 가까운 거리를 지칭할 수 있다. 그에 따라, 제시된 해결책은 종래 기술의 해결책보다 뛰어난 상당한 장점을 제공할 수 있고, 그러한 종래 기술의 해결책에서는 불연속부가 없는 패턴을 제공하기 위해서 큰 단일체형 어레이(monolithic array)를 이용하여야 하거나 더 복잡하고 고가인 이미징 광학기기를 이용한다.
본원에서 제안된 바와 같이, 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 것의 추가적인 장점은, VCSEL 어레이에 대한 패턴 광학기기 배열체의 배치에 관한 정렬 허용 오차가 완화될 수 있다는 것일 수 있다. 그에 의해서, 제조 비용이 감소될 수 있고, 수율이 증가될 수 있다.
시스템과 관련하여, VCSEL 어레이의 VCSEL의 하위세트를 선택적으로 제어하도록 제어기가 선택적으로 구성될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 본원에서 사용된 바와 같이, VCSEL 어레이의 VCSEL은 어레이의 활성 VCSEL을 지칭할 수 있다.
광전자 장치, 시스템 및 방법이 유사한/하거나 동일한 개선예 및 실시형태를 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 또한 종속 청구항과 각각의 독립 청구항의 임의의 조합일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가적인 유리한 실시형태를 이하에서 규정한다.
본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태가 이하에서 설명된 실시형태(들)를 참조할 때 명확해지고 명료해질 것이다.
도 1은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 상이한 위치들에서의 세기 분포들을 도시한다.
도 3은 도 2의 세기 분포의 횡단면도를 도시한다.
도 4는 하나의 VCSEL 어레이를 갖는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 개략도를 도시한다.
도 5는 복수의 VCSEL 어레이를 갖는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 개략도를 도시한다.
도 6은 도 5의 상이한 위치들에서의 세기 분포들을 도시한다.
도 7은 도 6의 세기 분포의 횡단면도를 도시한다.
도 8은 등거리로 이격된 빔들의 그룹을 포함하는 원거리 필드(far field) 내의 빔 패턴의 평면의 측면도의 그래프를 도시한다.
도 9는 복수의 VCSEL 어레이를 포함하는 광전자 장치의 추가적인 개략도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10h는 상이한 균질화 광학기기 배열체들의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 11은 본 개시 내용의 양태에 따른 시스템의 개략도를 도시한다.
도 12는 다수의 활성화된 VCSEL 어레이를 갖는 빔 패턴을 도시한다.
도 13은 본 개시 내용의 양태에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 제1 실시형태를 개략으로 도시한다. 그러한 장치는 참조 번호 1로 그 전체가 표시되어 있다. 광전자 장치(1)는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)(11)의 어레이(10)를 포함한다. VCSEL(11)은 상단 방출기 또는 하단 방출기로서 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, VCSEL(11)은 상단 방출기로서 구현되어 있다.
VCSEL(11)에 의해서 방출된 광은 균질화 광학기기 배열체(20)에 제공된다. 균질화 광학기기 배열체(20)는, VCSEL 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면(60) 내에서 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된다. 또한, 중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴(70)을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체(30)가 제공된다. 도 1에 도시된 예에서, 균질화 배열체(20)는, 패턴 광학기기 배열체(30)로부터 약간의 거리로 이격된, VCSEL 어레이(10)의 상단부에 배열된 제1 마이크로렌즈 어레이(21)를 포함한다. 패턴 광학기기 배열체는 제2 마이크로렌즈 어레이(31), 특히 대형 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 상이한 위치들(50, 60 및 70)에서의 세기 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 도시한다. 도 2 및 도 3의 좌측 그래프는 VCSEL 어레이(10)의 출력부에서의 도 1의 평면(50) 내의 세기 분포를 보여준다. 도 2 및 도 3의 중간 그래프는, 균질화 광학기기 배열체(20)에 의한 균질화 후의, 도 1의 중간 평면(60) 내의 세기 분포를 보여준다. 도 2 및 도 3의 우측 그래프는, 중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체(30)의 적어도 제1 부분(31) 이후의 도 1의 평면(70) 내의 세기 분포를 보여준다.
도 2의 세기 분포(51)에서, 좌측 그래프는 VCSEL 어레이(10)의 개별 VCSEL(11)에 의해서 제공되는 세기(52)를 보여준다. 도 3의 좌측 그래프는 도 2의 각각의 그래프 내의 선 A-A를 따른 대응 횡단면도를 보여준다. 주어진 예에서, 9 x 9 VCSEL의 어레이가 제공된다. 여기에서 도시된 바와 같은 각각의 개별 VCSEL의 세기 분포의 형상은 활성 영역의 형상을 반영할 수 있다. 이는, 근거리 필드의 세기 프로파일의 단순화된 스케치로서 확인될 수 있다.
균질화 광학기기 배열체(20)는, 도 1에서 예시적으로 도시된 바와 같이, VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL, 바람직하게 VCSEL의 어레이의 모든 VCSEL에 의해서 방출되는 복사선을 중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포로 변환하도록 구성된다. 이러한 것이 도 2의 중간 그래프에서 탑-햇 세기 프로파일에 의해서 예시적으로 도시되어 있다. 균질 세기 분포는 탑-햇 세기 프로파일의 중앙 부분에 의해서 제공될 수 있다.
중간 평면(60) 내의 결과적인 세기 분포(61)는 VCSEL 어레이(10)의 복수의 개별 VCSEL(11)로부터의 기여의 중첩을 포함한다. 균질화 광학기기 배열체는, 중간 평면(60)의 표면 요소에서의 세기에 대한 개별 VCSEL의, 특히 VCSEL 어레이의 각각의 개별 VCSEL의 기여분이 상기 표면 요소에 위치하는 VCSEL 어레이에 의해서 방출되는 광의 세기의 20% 미만, 특히 5% 미만, 특히 2% 미만, 특히 1% 미만이 되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 7개의 레이저의, 바람직하게 적어도 20개의 레이저, 바람직하게 적어도 30개의 레이저의 광이 중간 평면 내의 균질 세기 분포의 영역 내에서, 특히 중간 평면 내의 균질하게 조명되는 영역의 각각의 표면 요소 내에서 중첩될 수 있다. 중간 평면 내의 균질 세기 분포의 부분이 10% 미만, 특히 20% 미만의 세기 변동을 특징으로 할 수 있다.
균질화 광학기기 배열체는, 균질 세기 분포로서, 탑-햇 세기 분포를 제공하도록 구성될 수 있다. 특히, 탑-햇의 반치전폭(FWHM) 직경은 VCSEL의 어레이의 직경보다 클 수 있다. FWHM 직경은 도 2 및 도 3의 중심 그래프에서 파선으로 도시되어 있다. 중간 평면 내의 균질 세기 분포는 중간 평면의 일부를 덮을 수 있다. 균질 세기 분포의 일부는, 세기의 상대적인 변동이 20% 미만, 특히 10% 미만, 특히 5% 미만, 특히 2% 미만인 것을 특징으로 할 수 있다. 본원에서 제시된 해결책에서, 각각의 VCSEL이 균질 세기 분포의 각각의 표면 요소에 제한된 기여만을 제공하기 때문에, VCSEL 어레이의 개별 VCSEL가 결함을 갖는 경우에도 균질 세기가 달성될 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
도 1에 도시된 예에서, 균질화 광학기기 배열체(20)는, 중간 평면(60) 내에서 VCSEL의 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광의 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. VCSEL 어레이(10)의 각각의 VCSEL(11)은 마이크로렌즈(21)를 구비할 수 있다. 대응 VCSEL(11)의 활성 영역의 제1 확대 이미지를, 도 2의 좌측 그래프에서 참조 번호(52)에 의해서 도시된 바와 같이, 중간 평면(60) 상으로 투사하도록, 마이크로렌즈 어레이의 제1 마이크로렌즈가 구성될 수 있다. 중간 평면(60) 내의 세기 분포(61)는 개별 VCSEL(11)의 활성 영역(52)의 확대된 이미지에 대응할 수 있다. 마이크로렌즈(21)의 어레이는, 복수의 VCSEL의 활성 영역의 이미지들을 서로를 향해서 재지향시키도록 그래서 중간 평면(60) 내에서 VCSEL의 활성 영역들의 확대된 이미지들의 정렬된 중첩을 제공하도록 구성된, 처프형 또는 틸팅형 마이크로렌즈의 어레이를 포함할 수 있다.
중간 평면 내의 균질 세기 분포의 영역의 크기는 VCSEL 어레이의 크기보다 클 수 있다. 이러한 것을, 이하에서 도 5 내지 도 7을 참조하여 더 구체적으로 설명할 것이다.
도 2 및 도 3의 우측 그래프를 이제 참조하면, 패턴 광학기기 배열체(30)는 중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포(61)를 기초로 구조화된 광 패턴(71)을 생성하도록 구성될 수 있다.
주어진 예에서, 패턴 광학기기 배열체(30)는 구조화된 광 패턴(71)으로서 복수의 도트(72)를 포함하는 도트 패턴을 생성하도록 구성된다. 패턴 광학기기 배열체(30)에 의해서 생성된 구조화된 광 패턴(71)이 디커플링되고 그에 따라 평면(50) 내의 VCSEL 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)의 특정 배열에 대체로 독립적이라는 것에 주목하여야 한다. 예를 들어, 도 2의 좌측 그래프에 도시된 9x9 VCSEL 패턴은 상이한 수의 스폿들(72)을 갖는 구조화된 광 패턴(71)으로 전환될 수 있다. 이러한 접근 방식이 또한 도 3의 횡단면도에서 예시적으로 도시되어 있고, 여기에서 각각의 세기(52)를 제공하는 9개의 VCSEL의 광 방출 영역이 먼저, 도 3의 중간 그래프에 도시된 바와 같이, 중간 평면 내의 균질 세기 분포(61)로 변환되고, 이어서 이는, 도 3의 우측 그래프에 도시된 바와 같이, 상이한 수의 세기 피크(72)를 갖는 희망하는 구조화된 광 패턴(71)으로 변환된다. 따라서, 패턴 광학기기 배열체(30)에 의해서 생성된 구조화된 광 패턴(71)은, VCSEL 어레이(10)의 VCSEL(11)의 행 및/또는 열의 수와 상이한 수의 행 및/또는 열을 포함할 수 있다.
이러한 접근 방식의 장점은, 상이한 구조화된 광 패턴들이 요구되는 경우에, 동일한 균질 세기 분포(61)를 이용하여 그러한 상이한 구조화된 광 패턴들을 생성할 수 있다는 것이다. 패턴 광학기기 배열체(30)만이 변경될 수 있다. 그러나, 또한, 중간 평면(60) 내에서 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 수정된 균질화 광학기기 배열체(20)를 제공하는 것에 의해서, 상이한 VCSEL 어레이(10)를 갖는 동일한 패턴 광학기기 배열체(30)를 이용할 수 있다. 따라서, 유연성이 상당히 개선될 수 있다. 추가적인 장점으로서, 모듈식 접근방식을 고려할 때, 제조비가 절감될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 바와 같은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 장치의 개략도를 도시한다.
도 5 내지 도 7은, 장치 내의 상이한 위치들에서 구조화된 광 패턴 및 각각의 세기 분포를 생성하도록 구성된 장치(1)의 추가적인 실시형태를 도시한다. 그러한 장치는, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명된 바와 같은 장치들 또는 장치의 특징부들의 조합으로서 확인될 수 있다. 이하에서, 부가적인 양태를 강조할 것이다.
도 5는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 장치(1)의 개략도를 도시한다. 광전자 장치(1)는 수직 공동 표면 방출 레이저(11)(VCSEL)의 제1 어레이(10); 수직 공동 표면 방출 레이저의 제1 어레이와 연관된 제1 균질화 광학기기 배열체(20); 수직 공동 표면 방출 레이저(11)(VCSEL)의 제2 어레이(10); 및 수직 공동 표면 방출 레이저의 제2 어레이와 연관된 제2 균질화 광학기기 배열체(20)를 포함한다. 광전자 장치(1)는, 세기 분포가 중간 평면(60) 내의 공통의 균질한 탑-햇 세기 분포로 누적되도록 배열되는, 상이한 VCSEL 어레이와 각각 연관된, 균질화 광학기기 배열체들(20)을 더 포함한다. 광전자 장치(1)는, 중간 평면(60) 내의 공통 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴(70)을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체(30)를 더 포함한다. 도 5에 도시된 예에서, 3개의 VCSEL 어레이(10)는 연관된 균질화 광학기기 배열체(20)를 구비한다. 그러나, 상이한 수의 VCSEL 어레이들이 조합될 수 있다.
도 1을 참조하여 설명된 특징부에 더하여, 장치는 이제 복수의 VCSEL 어레이(10) 및 복수의 균질화 광학기기 배열체(20)를 포함한다. 주어진 예에서, 3x3 매트릭스로 배열된 9개의 VCSEL 어레이(10)가 제공된다. 그러나, 상이한 수 및 기하형태의 VCSEL 어레이의 배열이 가능하고, 개시 내용은 특정 배열로 제한되지 않는다. 주어진 예에서, 각각의 VCSEL 어레이(10)는 대응하는 균질화 광학기기 배열체(20)를 구비한다. 그러나, 또한 공통 균질화 광학기기 배열체(20)를 제공할 수 있거나, 균질화 광학기기 배열체(20)를 적어도 다수의 VCSEL 어레이(10)의 하위 세트 사이에서 공유할 수 있다.
도 6에서, 좌측 그래프는 도 5의 평면(50) 내의 복수의 VCSEL 어레이(10)의 3x3 배열의 발광 영역(52)의 상면도를 도시한다. 도 7의 좌측 그래프는 도 6의 좌측 그래프의 선 A-A를 따른 세기 분포를 도시한다. 이러한 그래프에서 확인될 수 있는 바와 같이, 개별 VCSEL 어레이(10)가 거리(62)만큼 분리될 수 있고, 상이한 그룹들(53)을 형성할 수 있다.
주어진 예에서, 균질화 광학기기 배열체(20)의 각각은, 대응하는 VCSEL 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면(60) 내에서 균질 세기 분포(63)를 제공하도록 구성된다. 균질화 광학기기 배열체(20) 또는 조합된 균질화 광학기기 배열체는, 적어도 2개의 분리된 VCSEL 어레이(10)의 이웃하는 균질 세기 분포(63)가 함께 중간 평면 내에서 조합된 균질 세기 분포(61)를 형성하도록, 구성될 수 있다. 주어진 예에서, 도 6의 중간 그래프의 상면도는 중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포의 3x3 어레이의 조합을 도시한다. 상단 좌측 균질 세기 분포(64)는, 도 6의 좌측 그래프 내의 참조 번호 54에 의해서 표시된 VCSEL 어레이에 의해서 제공된다.
도 6 및 도 7의 중앙 그래프를 참조하면, 각각의 균질화 광학기기 배열체(20)는, 대응하는 VCSEL의 어레이(10)의 VCSEL에 의해서 방출된 광을 기초로, 중간 평면(60) 내에서 균질 세기 분포(61)를 제공하도록 구성된다. 중간 평면(60) 내의 세기 분포는, 대응하는 균질화 광학기기(20) 및 대응 VCSEL 어레이(10)에 의해서 제공되는 개개 균질 세기 분포들(63)의 중첩으로부터 초래된다. 일반적으로, 상이한 VCSEL 어레이(10)와 각각 연관되는 균질화 광학기기 배열체들(20)은, 그 세기 분포가 중간 평면(60) 내에서 공통의 균질한 탑-햇 세기 분포로 누적되도록, 배열될 수 있다.
실시형태에서, 장치는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제1 어레이(10), VCSEL의 제1 어레이(10)의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 중간 평면(60) 내에서 제1 균질 세기 분포(63)를 제공하도록 구성된 제1 균질화 광학기기 배열체(20), 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 제2 어레이, 및 VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로 중간 평면(63) 내에서 제2 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 연관된 제2 균질화 광학기기 배열체를 포함한다. 도 7의 중간 그래프의 횡단면도는 중간 평면 내의 3개의 균질 세기 분포(63)의 조합을, 여기에서 탑-햇 세기 분포로서 도시한다. 제1 탑-햇 세기 분포(63) 및 제2 탑-햇 세기 분포(63)가 서로 인접할 수 있고, 중간 평면(60) 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 조합된 탑-햇 세기 분포(61)를 함께 형성할 수 있다. 도 6의 중앙 그래프는 조합된 균질 세기 분포를 도시한다.
중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포(61)를 기초로, 구조화된 광 패턴(71)을 생성하도록 구성된 패턴 광학기기 배열체(30)가 제공될 수 있다. 중간 평면 내의 제1 및 제2 균질 세기 분포를 기초로 제1 및 제2 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된, 분리된 제1 및 제2 패턴 광학기기 배열체가 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 유리하게, 중간 평면(60) 내의 균질 세기 분포를 기초로 구조화된 광 패턴(71)을 생성하도록 구성된 조합된 또는 단일의 패턴 광학기기 배열체(30)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도트 패턴이 도 6의 우측 그래프에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다.
중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 이러한 배열체의 장점은, 개별 VCSEL 어레이들(10) 사이의 갭(62)에도 불구하고, 갭이 없는 구조화된 광 패턴이 제공될 수 있다는 것일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상이한 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광의 공간적으로 분리된 그룹들(53)이 중간 평면 내에서 인접한 균질 세기 분포들(63)을 제공할 수 있고, 이는 이어서 구조화된 광 패턴(71) 내의 분리된 요소들의 그룹들(73)을 초래한다. 그러나, 이러한 구조화된 광 패턴에 미치는 개별 VCSEL의 영향은 이제 매우 제한된다. 예를 들어, 주어진 실시형태에서, VCSEL의 9x9 어레이는 중간 평면 내의 균질 세기 분포(63)에 기여할 수 있다. 따라서, 세기에 대한 개별 VCSEL의 기여분은 발광 VCSEL의 수로 나눈 것일 수 있다. VCSEL의 9x9 어레이의 예에서, 개별 VCSEL의 기여분은 1:81 또는 1.2%일 수 있다. 결과적으로, 그러한 픽셀의 결함이 디바이스의 기능에 실질적으로 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서, 신뢰성 및 수율이 개선될 수 있다. 단일 VCSEL의 결함이 스폿 또는 스폿의 그룹의 손실을 초래하지 않고, 단순히 균질 세기 분포(63)를 약간 감소시킨다는 것에 또한 주목하여야 한다. 따라서, 구조화된 광 패턴(71)의 스폿의 그룹의 세기에 미치는 영향이 매우 제한될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 좌측 그래프의 단일 VCSEL(54)의 결함은, 비록 매우 낮은 레벨이지만, 도 6의 중간 그래프의 전체 필드(64)에 영향을 미칠 것이다. 결과적으로, 필드(64) 내의 균질 세기 분포로부터 생성되는 전체 필드(74) 내의 구조화된 광 패턴 또한 매우 낮은 레벨로만 영향을 받는다. 그러나, 결함이 있는 VCSEL은 스폿 손실을 초래하지 않는다.
도 8은, 갭들이 개별 VCSEL 어레이들(10) 사이에 제공될 수 있지만, 패턴의 개별 빔들 사이에 불규칙적인 갭이 없는, 연속적인 도트 또는 빔의 패턴이 제공되는 것을 도시한다. VCSEL 어레이들 사이의 그러한 갭 또는 간격은 도 7의 좌측 그래프 그리고 또한 도 9에서 VCSEL 어레이(10)에 의해서 방출되는 광의 간격(62)에 의해서 예시적으로 도시되어 있다.
도 9는 몇 개의 분리된 픽셀 어레이(10)의 조합을 포함하는 장치의 더 상세한 개략도를 도시한다. 복수의 VCSEL 어레이들(10)이 캐리어(12) 상에 제공될 수 있고, VCSEL 어레이들(10)은 거리(62)만큼 분리된다. 캐리어는 인쇄회로기판(PCB), 세라믹 기판, (규소) 드라이버, 중 적어도 하나일 수 있고/있거나 냉각 구조물일 수 있다. 각각의 VCSEL 어레이(10)는 복수의 VCSEL(11)을 포함할 수 있다. 캐리어(12)는 복수의 분리된 VCSEL 어레이들(10)을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 분리된 VCSEL 어레이(10)를 각각 포함하는 하나 초과의 캐리어(12)가 제공될 수 있다. 따라서, 제한된 제조 수율의 문제를 가질 수 있거나 CTE(열팽창 계수) 불일치로 인해서 크기가 제한될 수 있는 대형 어레이(10)를 제공하는 대신, 복수의 분리된 VCSEL 어레이들(10)이 제공될 수 있다.
박스(20)로 개략적으로 표시하는, 균질화 광학기기 배열체는, VCSEL 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된다. 이웃하는 VCSEL 어레이들(10)의 균질화 광학기기 배열체들(20)은 중간 평면 내에서 조합된 연속적인 균질 세기 분포를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, VCSEL 어레이들 사이의 간격(62)에도 불구하고, 연속적인 균질 세기 분포가 제공될 수 있다. 중간 평면 내의 균질 세기 분포를 기초로, 패턴 광학기기 배열체(30)는 희망하는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 도 9의 좌측 및 우측에서 사용된 상이한 구성들에 의해서 도시된 바와 같이, 심지어 상이한 VCSEL 어레이들(10) 및 캐리어들(12)이 조합될 수 있다.
개별 VCSEL 어레이들 또는 하위-어레이들의 크기는, 필요한 파워를 생성하기 위한 필요한 VCSEL 어레이 크기 및/또는 드라이버 회로의 필요한 유닛 셀 크기에 의해서 규정될 수 있다. VCSEL 어레이 또는 하위-어레이 내의 스폿의 수는 어레이 내의 개별적인 마이크로렌즈의 수 및 그 개구 크기를 규정할 수 있다. 양호한 효율을 위해서, 마이크로렌즈 어레이의 충전율(fill factor)이 100%에 근접할 수 있다. 예를 들어, 갭을 갖는 둥근 개구 대신, 직사각형 개구가 이용될 수 있다.
도 10a 내지 도 10h는 상이한 균질화 광학기기 배열체(20)들을 포함하는 몇몇 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 10a은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치의 제1 실시형태를 도시한다. 균질화 광학기기 배열체(20)는 이전의 도면을 참조하여 이미 설명한 바와 같이 처프형 마이크로렌즈 어레이에 의해서 제공될 수 있다. 더 콤팩트한 설계를 가능하게 하기 위해서, 하단 방출기 VCSEL 어레이(10)를 이용할 수 있다. 유리하게, 균질화 광학기기 배열체(20)는 VCSEL 어레이(10)의 캐리어 구조물의 대향 측면에 직접적으로 적용될 수 있고, 그에 따라 콤팩트한 설계를 가능하게 할 수 있다.
도 10b는, VCSEL의 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 균질화 광학기기 배열체(20)로서의 로드-균질화기(23)의 실시형태를 도시한다. 패턴 광학기기 배열체(30)는, 큰 마이크로렌즈 어레이(31)를 포함할 수 있는 별도의 구조물로서 구현될 수 있다. 도 10c는, 균질화 광학기기 배열체(20)가 패턴 광학기기 배열체(30)와 함께-통합되는 추가적인 개선예를 도시한다. 예를 들어, 상단 표면 상에서 복수의 마이크로렌즈(31)를 포함하는 마이크로렌즈 어레이를 갖는 정사각형-형상의 로드 균질화기(23)가 제공될 수 있다.
도 10d는, 균질화 광학기기 배열체가 플라이-아이 콘덴서(24) 및 선택적인 렌즈(25)를 포함하는 추가적인 실시형태를 도시한다. 도 10e에 도시된 바와 같이, 렌즈(25)는, 패턴 광학기기 배열체(30)와 함께, 함께-통합된 요소를 형성할 수 있다. 선택적으로, 플라이-아이 콘덴서(24)가 로드-균질화기(23)와 조합될 수 있다.
도 10e는 본 개시 내용에 따른 장치의 추가적인 실시형태를 도시하고, 여기에서 균질화 광학기기 배열체(20)는 VCSEL(11)의, 특히 전체 VCSEL 어레이(10)의 디포커스된 이미지를 중간 평면 상으로 투사하도록 구성된 디포커스된 렌즈 배열체(25)를 포함하고, 그러한 디포커스된 이미지로부터 구조화된 광 패턴을 형성하도록 패턴 광학기기 배열체(30)가 구성된다. 도 10g에 도시된 바와 같이, 렌즈 배열체(25)는 선택적으로 로드 균질화기(23)와 조합될 수 있거나, 단순히, 여기에서도 또한 마이크로렌즈 어레이의 형태인, 패턴 광학기기 배열체(30)와 함께-통합될 수 있다.
도 10h는, 균질화 광학기기 배열체(20)가, VCSEL의 어레이(10)의 복수의 VCSEL(11)에 의해서 방출되는 광을 기초로 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 광 안내 및/또는 반사 구조물(27)을 포함하는, 추가적인 실시형태를 도시한다. VCSEL 어레이의 VCSEL에 의해서 방출된 광의 주변 영역(28) 내의 비-중첩 복사선을, VCSEL 어레이를 빠져나가는 광의 광학 축을 향해서 역으로 재지향시키도록 구성된, 거울 또는 반사부(27)가 제공될 수 있다. 그에 의해서, 구조화된 광 패턴을 패턴 광학기기 배열체(30)에 의해서 후속하여 형성하기 위한, 더 균질한 세기 분포가 중간 평면 내에 제공될 수 있다. 광 안내 및/또는 반사 구조물(27)은 VCSEL 어레이(10)와 패턴 광학기기 배열체(30) 사이에 배열되고, VCSEL 어레이와 패턴 광학기기 배열체 사이의 거리는 적어도 d/tan(γ), 특히 적어도 2·d/tan(γ), 특히 적어도 3·d/tan(γ)일 수 있고, d는 VCSEL 피치(또는 이웃하는 VCSEL들의 활성 영역들의 중심 대 중심 거리)이고 γ는 VCSEL의 확산 각도이다.
도 10h에 도시된 도면과 유사하게, 몇 개의 VCSEL 대신, 몇 개의 VCSEL의 그룹 또는 VCSEL 어레이(의 그룹)가 제공될 수 있다. 이러한 경우에, d는 이웃하는 VCSEL 어레이들 또는 VCSEL 어레이들의 그룹들 사이의 피치 또는 간격을 나타낼 수 있다. 간격은 이웃하는 VCSEL 어레이들, VCSEL 어레이들의 그룹들 또는 분리된 VCSEL 칩들 중 하나의 중심 대 중심 거리를 지칭할 수 있다. VCSEL의 상이한 측면들에 배열된 반사 구조물들(27) 사이의 간격은 피치(d)의 정수 배일 수 있다. 광-안내 구조물(27)이 관으로서 구현될 수 있고, 관의 직경은 이웃하는 VCSEL 어레이들 사이의 간격의 정수 배 또는 이웃하는 VCSEL 어레이의 그룹들 사이의 간격의 정수 배이다. 간격은 또한 중심 대 중심 거리를 지칭할 수 있다. 관은 예를 들어 원형, 직사각형 또는 정사각형 횡단면을 가질 수 있다.
도 11은 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 시스템의 실시형태를 도시한다. 시스템은 전술한 바와 같은 장치를 포함하고, VCSEL 어레이(10)의 VCSEL(11)을 제어하도록 구성된 제어기(70)를 더 포함한다. 제어기(70)는 VCSEL 어레이(10)의 개별 VCSEL(11) 또는 VCSEL(11)의 그룹을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어기는 복수의 VCSEL 어레이를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 11에 도시되고 도 9를 참조하여 또한 설명된 바와 같이, 분리된 VCSEL 어레이들(10)이 상이한 기판들 상에 제공될 수 있다. 도 11에 도시된 예에서, 패턴 광학기기 배열체는 마찬가지로 이미징 렌즈(32)와 조합된 마이크로렌즈 어레이(31)를 포함할 수 있다. 분리된 VCSEL 또는 VCSEL 어레이를 제어함으로써, 상이한 스폿 패턴들과 같은 상이한 구조화된 광 패턴들이 제공될 수 있다. 또한, 마이크로렌즈 어레이(31)가 마이크로렌즈 어레이의 상이한 영역들(33, 34) 내에서 상이한 유형의 마이크로렌즈들을 포함할 수 있고, 그에 따라 상이한 패턴들을 제공하도록 구성된 고려될 수 있는 스폿 패턴(addressable spot pattern)을 제공할 수 있다.
도 12는 활성화된 도 11의 실시형태의 다수의 VCSEL 어레이의 광학적 시뮬레이션을 도시한다.
도 13은 본 개시 내용의 양태에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 제1 단계(S101)에서, 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 어레이가 제공된다. 제2 단계(S102)에서, VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광이 중간 평면 내에서 균질화되어 상기 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공한다. 제3 단계(S103)에서, 상기 중간 평면 내의 균질 세기 분포를 기초로, 구조화된 광 패턴이 생성된다.
유사하게, 본 개시 내용의 추가적인 양태에 따른 추가적인 방법이 도 13과 유사한 흐름도로 설명될 수 있다. 제1 단계에서, 수직 공동 표면 방출 레이저(11)(VCSEL)의 제1 어레이(10)가 제공될 수 있다. 제2 단계에서, 수직 공동 표면 방출 레이저의 제1 어레이(10)와 연관된 제1 균질화 광학기기 배열체가 제공될 수 있다. 제3 단계에서, 수직 공동 표면 방출 레이저(11)(VCSEL)의 제2 어레이(10)가 제공될 수 있다. 제4 단계에서, 수직 공동 표면 방출 레이저의 제2 어레이와 연관된 제2 균질화 광학기기 배열체(20)가 제공될 수 있다. 상이한 VCSEL 어레이와 각각 연관되는 균질화 광학기기 배열체들은, 그 세기 분포가 중간 평면(60) 내에서 공통의 균질한 탑-햇 세기 분포로 누적되도록, 배열될 수 있다. 제5 단계에서, 중간 평면 내의 공통 균질 세기 분포를 기초로, 구조화된 광 패턴(70)이 생성될 수 있다.
이하에서, 본원 전체에서 사용되는 일부 용어가 간략하게 설명되고 정의된다: 본원에서 사용된 바와 같은 VCSEL이라는 용어는 수직 공동 표면 방출 레이저를 지칭한다. VCSEL은 상단 또는 하단 방출기일 수 있다. 개시 내용은 특정 VCSEL로 제한되지 않을 수 있다. VCSEL 어레이는 제1 VCSEL 어레이일 수 있다. 균질화 광학기기 배열체는 제1 균질화 광학기기 배열체일 수 있다. 패턴 광학기기 배열체는 제1 패턴 광학기기 배열체일 수 있다. 중간 평면은 VCSEL 어레이의 VCSEL을 포함하는 평면에 평행할 수 있다. VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광이 상기 중간 평면의 적어도 일부에 제공되도록, 균질화 광학기기 배열체가 구성될 수 있다. 중간 평면 내의 균질 세기 분포는 상기 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 갖는 부분 또는 제한된 영역을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 중간 평면의 면적의 적어도 30%, 특히 적어도 40%, 특히 적어도 60%, 특히 적어도 80%의 부분이 VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 수용한다. VCSEL의 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 수용하는 영역은 상기 중간 평면 내의 피크 세기의 적어도 10%를 수용하는 영역을 지칭할 수 있다.
본 발명이 도면에서 그리고 전술한 설명에서 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 실례적인 또는 예시적인 것, 그리고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 하며; 본 발명은 개시된 실시형태에 제한되지 않는다. 도면, 개시 내용, 및 첨부된 청구항을 연구함으로써, 청구된 발명을 실시함에 있어서 통상의 기술자는, 개시된 실시형태에 대한 다른 변형예를 이해하고 실시할 수 있을 것이다.
청구범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않고, 단수형 표현은 복수를 배제하지 않는다. 하나의 요소 또는 다른 유닛이 청구항에서 인용된 몇몇 항목의 기능을 만족시킬 수 있다. 특정 측정치가 서로 상이한 종속 청구항에서 나열된다는 사실만으로, 이러한 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다.
컴퓨터 프로그램이, 다른 하드웨어와 함께 또는 다른 하드웨어의 일부로서 제공되는 광학 저장 매체 또는 솔리드-스테이트 매체와 같은, 적합한 비-일시적 매체에 저장/분산될 수 있으나, 또한, 다른 형태로, 예를 들어 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 원격 통신 시스템을 통해서 분산될 수 있다.
청구범위 내의 임의의 참조부호가 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (1)

  1. 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 광전자 장치로서,
    상기 광전자 장치는,
    - 제1 반도체 다이 상에 제공된 수직 공동 표면 방출 레이저 (VCSEL)의 제1 어레이;
    - 상기 VCSEL의 제1 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면 내의 제1 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 제1 균질화 광학기기 배열체;
    - 상기 중간 평면 내의 상기 제1 균질 세기 분포를 기초로, 제1 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 제1 패턴 광학기기 배열체;
    - 제2, 분리된 반도체 다이 상에 제공된 수직 공동 표면 방출 레이저 (VCSEL)의 제2 어레이;
    - 상기 VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로, 중간 평면 내의 제2 균질 세기 분포를 제공하도록 구성된 제2 균질화 광학기기 배열체; 및
    - 상기 중간 평면 내의 상기 제2 균질 세기 분포를 기초로, 제2 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된 제2 패턴 광학기기 배열체
    를 포함하고,
    상기 제1 균질화 광학기기 배열체는, 상기 VCSEL의 제1 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로, 상기 중간 평면 내에서 제1 탑-햇 세기 분포를 제공하도록 구성되고;
    상기 제2 균질화 광학기기 배열체는, 상기 제1 탑-햇 세기 분포 및 제2 탑-햇 세기 분포가 서로 인접하도록 그리고 상기 중간 평면 내에서 균질 세기 분포를 제공하는 조합된 탑-햇 세기 분포를 함께 형성하도록, 상기 VCSEL의 제2 어레이의 복수의 VCSEL에 의해서 방출되는 광을 기초로, 상기 중간 평면 내에서 제2 탑-햇 세기 분포를 제공하도록 구성되는, 광전자 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP4412194A1 (en) * 2021-09-30 2024-08-07 Lg Innotek Co., Ltd. Camera device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2478602B1 (en) * 2009-08-20 2014-12-10 Koninklijke Philips N.V. Laser device with configurable intensity distribution
US8908277B2 (en) * 2011-08-09 2014-12-09 Apple Inc Lens array projector
CN104471348A (zh) * 2012-03-26 2015-03-25 曼蒂斯影像有限公司 三维照相机及其投影仪
US20150260830A1 (en) * 2013-07-12 2015-09-17 Princeton Optronics Inc. 2-D Planar VCSEL Source for 3-D Imaging
EP3079912B1 (en) * 2013-12-17 2020-03-25 EOS GmbH Electro Optical Systems Laser printing system
US9660418B2 (en) * 2014-08-27 2017-05-23 Align Technology, Inc. VCSEL based low coherence emitter for confocal 3D scanner
EP3365729A4 (en) * 2015-10-21 2019-10-23 Princeton Optronics, Inc. PROJECTOR WITH CODED PATTERN

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