TWI816830B - 發光裝置 - Google Patents

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Abstract

一發光裝置包括：一雷射二極體，用以發出一光線；一雷射驅動器，電性耦接至雷射二極體，所述雷射驅動器用以驅動雷射二極體以產生光線；及一光學模組，被配置以接收雷射二極體發出的光線，所述光學模組包含至少一光學元件，且用以調整光線並發出一發送光線；其中光學模組發出的發送光線有一照射角，且光學模組可調整光線以改變所述照射角。

Description

發光裝置
本發明是關於一種發光裝置。
近來，光學技術已廣泛運用於諸多領域中，譬如行動電話、數位照相機以及車用光達(lidar)。在飛行時間(time of flight，ToF)影像系統中，會配備發光裝置以向目標物件發出光線，並配備接收光線裝置以接收由目標物件反射的光線，以得到深度資訊。不論是在發光裝置或光線接收裝置中，都有多種開發中的技術，且仍有尚待解決的技術問題。
根據本揭示內容的第一態樣，提出一種發光裝置。所述發光裝置包括一雷射二極體，用以發出一光線；一雷射驅動器，電性耦接至雷射二極體，所述雷射驅動器用以驅動雷射二極體以產生光線；以及一光學模組，被配置以接收雷射二極體發出的光線，所述光學模組包含至少一光學元件，且用以調整光線並發出一發送光線；其中光學模組發出的發送光線有一照射角，且光學模組可調整光線以改變照射角。
於本揭示內容的另一種態樣中提出一種發光裝置。所述發光裝置包括一雷射二極體，用以發出一光線；一雷射驅動器，電性耦接至雷射二極體，所述雷射驅動器用以驅動雷射二極體以產生光線；以及一光學模組，被配置以接收雷射二極體發出的光線，所述光學模組包含至少一光學元件，且用以調整光線並發出一發送光線；其中雷射二極體為一邊射型雷射二極體，且光學模組用以改變雷射二極體產生之光線的方向。
於本揭示內容進一步的態樣中提出一種發光裝置。所述發光裝置包括一雷射二極體，用以發出一光線；一雷射驅動器，電性耦接至雷射二極體，所述雷射驅動器用以驅動雷射二極體以產生光線；以及一光學模組，被配置以接收雷射二極體發出的光線，所述光學模組包含至少一光學元件，且用以調整光線並發出一發送光線；其中雷射二極體為一垂直發光雷射二極體，且所述雷射二極體發出之光線的方向和所述發送光線的方向相同。
於本揭示內容的另一種態樣中提出一種發光裝置。所述發光裝置包括一雷射二極體，用以發出一光線；一雷射驅動器，電性耦接至雷射二極體，所述雷射驅動器用以驅動雷射二極體以產生光線；以及一光學模組，被配置以接收雷射二極體發出的光線，所述光學模組包含至少一光學元件，且用以調整光線並發出一發送光線；一下底座，支撐所述雷射二極體；其中雷射二極體為一邊射型雷射二極體，且所述雷射二極體發出之光線的方向和所述發送光線的方向相同。
此處提出的實施方式至少具備以下優點與益處，所提出的發光裝置可動態地調整照射角度以部分或完全地掃描一三維(3D)標的、轉換波長、或配備眼睛保護機制。此外，所述發光裝置能夠基於雷射二極體、雷射驅動器及光學模組的不同空間配置而實現較小的晶片/封裝空間。
(相關申請案說明)
本申請主張2018年7月8日提出之美國專利臨時申請案No. 62/695,062、2018年7月19日提出之美國專利臨時申請案No. 62/700,688、2018年10月27日提出之美國專利臨時申請案No. 62/751,602等案的優先權，此處將其整體納入作為參照。
圖1A繪示一飛行時間(ToF)影像系統100，包括一發光裝置102及一光線接收裝置120。所述發光裝置102包括一光源104及一光學模組108。於某些實施方式中，光源104包括一雷射驅動器105及一雷射二極體106。雷射驅動器105用以產生一驅動信號以驅動雷射二極體106。雷射二極體106用以發出光線(如，可見光及/或紅外光(infrared，IR)，譬如近紅外光(NIR))至光學模組108。光學模組108一般包括一或更多光學元件，且係用以調整(如，導引、形塑、過濾、散射及/或轉換波長)雷射二極體106產生的光線，以輸出一發送光線TL並照亮三維(3D)標的140(如，人的臉部)的一部分或整體。三維標的140所反射之光線的一部分會被光線接收裝置120作為入射光IL而接收。光線接收裝置120包括一光學模組122、一像素陣列124及一影像資料處理器126。光學模組122，於一實施方式中，可以是一光導(light guide)。像素陣列124包括複數個光偵測器，以吸收入射光IL。影像資料處理器126為一資料處理裝置(如，包括一或更多資料處理器)，其經程式化以基於像素陣列124產生的偵測信號而運算出3D標的140的影像深度資訊。於某些實施方式中，影像資料處理器126進行影像縫合以完整地建構出3D標的140的影像深度資訊。
為了得到3D標的140的深度資訊，來自發光裝置102的發送光線TL可以是照在三維標的140上的快閃照明和/或掃描照明。於某些實施方式中，所述照明可採用單一快閃以照射整個3D標的且不需掃描。或者是，將照明依序掃描於3D標的之不同部分上，直到整個標的都經過掃描。於某些實作中，發光裝置102能進行快閃及掃描照明兩者的組合，代表一部分的3D標的140被快閃照射且之後另一部分的3D標的140會被再次快閃(依次進行)直到掃描了整個3D標的140，其中每次快閃需調整照射角。一般來說，照射角的遞增改變及調整範圍可視實施方式而不同。在某些情形中，遞增調整範圍可以是5°或更多(如，10°或更多、15°或更多、最多為20°或更多)。在一些情形中，調整範圍可以是約15°或更多，如，20°或更多、25°或更多、30°或更多、40°或更多、50°或更多、60°或更多、最多為90°或更多)。
藉由連續地照射3D標的140的N個不同部分直到完成整個3D標的140之掃描，像素陣列124的每一像素所接收之有效雷射功率應可提高接近N倍，且因此像素的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)會增加接近N倍。為了針對不同的N值能維持相同的框速率，像素陣列124之每一像素的曝光時間應幾近減少N倍，且因此像素SNR幾近減低sqrt(N)倍。如此一來，淨SNR幾近增加sqrt(N)倍，這顯現出了快閃-掃描-結合(flashed-scanned-combined，FSC)深度圖獲取在改善SNR方面的優點。
於一實施方式中，在連續照射3D標的140的N個不同部分的過程中，可設置光線接收裝置120而使得僅有被照射之像素陣列124的像素被開啟，且所有未被照射的像素則被關閉。如此一來，可以減低像素陣列124之像素操作相關的功率消耗。如圖1B所示，以N = 4為例，可將3D標的140區分為左上、右上、左下與右下部分。當3D標的140的照射部分為左上時，像素陣列124的對應畫素(斜線部分)被開啟，像素陣列124的其餘畫素則被關閉。
一般來說，可以多種不同的方式進行掃描。舉例來說，可利用掃描機制來調整來自一光源照明以掃描標的，以完成掃描。掃描機制可包括，舉例來說，機械轉子(如，包括一鏡面或其他光線導引光學元件)，或光學相位陣列(OPA)傳送器，其可在不同光線路徑間改變一相對相位，以將照射光束由一狀態轉向為另一種(如，改變光束方向、發散度，或兩者皆然)。
圖2A繪示利用光柵耦合器陣列之OPA傳送器110的實施方式。OPA傳送器110包括一光功率分配器11001、移相器11011、11012、11013及11014，以及一光柵耦合器陣列。光柵耦合器陣列包括光柵耦合器11021、11022、11023及11024。於某些實施方式中，光功率分配器11001將光源104產生的光線分束成為多個路徑而使得分束光線SL1、SL2、SL3及SL4可透過如一或更多個波導 (waveguide)而被分別發送至移相器11011、11012、11013及11014中。光功率分配器11001可以是被動元件(如，多模干涉儀)。光柵耦合器11021、11022、11023及11024形成一陣列，以集合地發射有一照射角及發散度的發送光線TL。所述發送光線TL的照射角及/或發散度取決於沿著每一路徑傳遞之光線間的相對相位位移。於一些實作中，光柵耦合器11021、11022、11023及11024為實質垂直發光型–光柵耦合器(SVE-GC)。
於某些實施方式中，移相器11011、11012、11013及11014可以是主動元件(如，受到偏壓控制的矽正本質負(positive-intrinsic-negative，PIN)接面)或被動元件(如，受到偏壓控制的金屬繞線)，且分別控制來自光功率分配器11001之分束光線SL1、SL2、SL3及SL4的相位以產生或排列每一者間的相位差異。控制分束光線SL1、SL2、SL3及SL4間的相位差異使得能夠整體地調整光柵耦合器11021、11022、11023及11024產生之發送光線TL的照射角及/或光束發散度。因此，透過控制移相器11011、11012、11013及11014，可以動態地調整發送光線TL的照射角及/或光束發散度，並可掃描3D標的140。
基於不同的設定，OPA傳送器110能進行快閃-掃描-結合(FSC)的深度圖獲取。假設3D標的140的解析度為240x180，舉例來說(亦可使用其他目標解析度)，OPA傳送器110能夠快閃整個標的，這代表OPA傳送器110能夠同時照射整個3D標的140，且光線接收裝置120能夠捕捉整個3D標的140反射的光線，以回應該同時照射。或者是或額外地，於一些實作中，OPA傳送器110先照射3D標的140的上半部(如，240x90)，且之後照射3D標的140的下半部(如，240x90)。光線接收裝置120依序接收由3D標的140之上半與下半部反射的光線，並結合了完整3D標的140之上半與下半部。一般而言，可將3D標的140劃分為超過兩個(如，三或更多、四或更多、五或更多、10或更多，20或更多)區域，且OPA傳送器110能重複進行必要次數的快閃並掃描，以收集從整個3D標的反射的光線。
雖然OPA傳送器110包括的光功率分配器11001可將光線沿著四種單獨的路徑分束，一般來說，亦可採用較少或較多的光線路徑(如，五或更多、六或更多、七或更多、八或更多、10或更多、15或更多，至多至20或更多)。
於某些實施方式中，可將OPA傳送器110實作於一矽(Si)光子平台上(如，使用SOI基板)。光功率分配器11001包括一Si基 (Si-based) 波導。所用的雷射二極體106發出之光線的峰值波長介於1.0um ~ 2.0um，以避免矽基波導所造成的光學吸收。可將光源104以晶載型或晶片外型實作於光學模組108。於晶載型配置，光源104和其他元件整合於單一的單體封裝中，如，形成積體光學電路。於晶載型配置，光源104可以是混合雷射，其使用III-V增益晶片黏接/封裝於OPA傳送器110。於晶片外型配置，光源104為單獨製備的元件，之後再和其他元件一起封裝。於晶片外型配置，可於OPA傳送器110及光源104間設置光學耦合器(圖中未繪示)。所述用以界接晶片外型光源104的光學耦合器可以是邊緣耦合器(如，光模轉換器、衰減耦合器)或垂直耦合器(如，光柵耦合器、轉向鏡)或其組合。
圖2B繪示光柵耦合器的實施方式。光柵耦合器11021為實質垂直發光型–光柵耦合器(substantially vertical emission – grating coupler， SVE-GC)，包括光柵11021a、矽波導11021b、氧化物緩衝層11021c及矽基板11021d。光柵耦合器11021用以將波導11021b中的分束光線SL1和空氣耦接以形成發送光線TL。於本實施方式中，一角反射器11021e形成於光柵耦合器11021的終端，其具有一角度R1，以將殘餘分束光線SL1反射回光柵11021a，且因此可避免未耦合之殘餘分束光線SL1的浪費。角度R1實質上為90度。
圖2C繪示光柵耦合器的另一實施方式。與圖2B類似，光柵耦合器11021為實質垂直發光型–光柵耦合器(SVE-GC) (發光型TL實質上與光柵平面垂直)，其包括光柵11021a、矽波導11021b、氧化物緩衝層11021c及矽基板11021d。本實施方式包括一分散式布拉格反射器11021f (distributed Bragg reflector，DBR)，其位於光柵耦合器11021的末端，能夠將殘餘分束光線SL1反射回光柵11021a，且因此能夠避免未耦合之殘餘分束光線SL1的浪費。
如圖2A-2C所示，OPA傳送器110可用以控制發送光線TL的照射角，並可部分或完整地掃描3D標的140。具體來說，藉由配備光柵耦合器陣列並控制進入每一光柵耦合器之光線的每一相位，可以動態地調整發送光線TL的照射角。
許多具有直接/間接調變的能發出較長波長之NIR光源可發出水平方向的光線(如，DFB、DBR雷射)，而非垂直方向的光線(如，VCSEL、VECSEL雷射)，且因此可能佔據更多的晶片/封裝空間。
由於具有較小覆蓋區域的3D TOF系統可運用於多種應用中，由於尺寸限制，使用體積小角的直接/間接調變波長NIR發射器充滿挑戰。
基於一些不同的實作，可依裝置發出光線的表面將雷射二極體分為兩大類：一種是邊射型雷射；另一種是垂直發光型雷射。下為揭示了利用邊射型雷射或者是垂直發光型雷射來實作發光裝置102的實施方式。下文將詳述相關光學元件、電路、布局、幾何特徵及其組合。
圖3A-1繪示發光裝置300的實施方式，由俯視觀之，其包括一雷射驅動器105、一雷射二極體106、一光學模組108及一載板107，其中所述雷射二極體106為邊射型雷射。圖3A-2為圖3A-1的剖面圖(剖面AA’)。如圖3A-1及圖3A-2所示，雷射二極體106與光學模組108分離，且兩者皆堆疊於雷射驅動器105及載板107上。一般來說，雷射驅動器105包括一或更多積體電路，用以提供驅動信號給雷射二極體106。載板107對雷射驅動器105提供機械支撐，且可以是，譬如一半導體基板或印刷電路板。
具體來說，雷射二極體106包括雷射條106A及雷射條106B。光學模組108包括波導1081A及1081B、垂直光柵耦合器1082A及1082B，以及移相器1083。雷射二極體106用以從雷射條106A的主動區1067A發出光線DL1以及從雷射條106B的主動區1067B發出光線DL2。波導1081A用以將雷射二極體106產生的光線DL1導引到垂直光柵耦合器1082A。垂直光柵耦合器1082A用以轉換光線DL1的方向使其具有一預定角度(如，90度)以輸出發送光線TL，其中所述發送光線TL可僅由光線DL1產生，或由光線DL1及光線D2共同產生。
更詳細地說，可將垂直光柵耦合器1082A及垂直光柵耦合器1082B實作為如圖2B及圖2C所示之實施方式。移相器1083用以調整在波導1081A中傳送之光線DL1的相位延遲以及在波導1081B中傳送之光線DL2的相位延遲。移相器1083的一種實施方式為一金屬線的繞線(routing)，如圖3A-1及圖3B-1所示，其受到控制信號的控制以在波導1081A及1081B中產生一電場，而能夠調整在波導1081A及1081B中傳送之光線DL1及DL2的相位。
於本實施方式中，雷射二極體106的基板1068和光學模組108的基板1084是分開的。雷射二極體106的第一接點1061A及第二接點1062為金屬，且其設置如圖3A-2所示，其中所述第二接點1062設於基板1068及基板1084下。可由雷射驅動器105透過第一接點1061A及接墊1051的連接而產生驅動雷射二極體106的驅動信號，其中驅動信號為調變信號，且可由接墊1051輸出。第二接點1062可連接到一固定電壓(如，接地)，其可由接墊1052產生。
藉由此種配置，雷射驅動器105可驅動雷射二極體106以產生進入光學模組108的光線DL1及DL2。光學模組108可透過波導1081A及1081B、垂直光柵耦合器1082A及1082B及/或移相器1083而相應地輸出發送光線TL。應注意到，某些裝置(如，移相器1083)位於雷射二極體106、光學模組108及雷射驅動器105中可為選用的。可基於不同的方案，移相器1083可被移除或取代。
圖3B-1及圖3B-2繪示發光裝置302的實施方式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108及載板107。發光裝置302及發光裝置300間的差異在於雷射二極體106的實作。本實施方式翻轉了發光裝置300的雷射二極體106，使得第一接點1061A及1061B置於第二接點1062下。為了能夠發出分別進入波導1081A及1081B的光線DL1及DL2，本實施方式添加了一間隔物1069於第一接點1061A及1061B下方，其能夠調整雷射二極體106的主動區1067A及1067B之高度，而使得光線DL1與波導1081A二者的高度實質上相同，且光線DL2與波導1081B二者的高度實質上相同。發光裝置300及發光裝置302間的操作類似，此處為求簡潔省略相關說明。
圖3C-1及圖3C-2繪示發光裝置304的實施方式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108及載板107。相較於發光裝置300，本實施方式中的雷射二極體106及光學模組108共用同一個基板1084。
圖3D-1及圖3D-2繪示發光裝置306的實施方式。相較於發光裝置304，雷射二極體106及光學模組108亦共用同一個基板1084。發光裝置306及發光裝置304間的差異在於雷射二極體106的實作。本實施方式翻轉了發光裝置304的雷射二極體106，而使得第一接點1061A及1061B設於第二接點1062下。
圖3E-1及圖3E-2繪示發光裝置308的實施方式。相較於發光裝置300，本實施方式中的雷射二極體106堆疊於雷射驅動器105上，但雷射驅動器105並非位於光學模組108下。雷射驅動器105及光學模組108兩者皆由載板107支撐。
圖3F-1及圖3F-2繪示發光裝置310的實施方式。於雷射二極體106中，本實施方式利用不同的基板1068A及1068B來分別支撐雷射條106A及106B。於光學模組108中，其包括更多的垂直光柵耦合器1082A1、1082A2、1082B1及1082B2。具體來說，光線DL1分成兩分支並由垂直光柵耦合器1082A1及1082A2輸出。相似地，光線DL2分成兩分支並由垂直光柵耦合器1082B1及1082B2輸出。於另一些實作中，波導1081A及波導1081B可具有更多扇出端(fan-out) 而使得光線DL1及DL2可分成更多分支。需注意到，本實施方式以及下文的實施方式可添加移相器以控制於波導中傳送之光線的相位，進而能夠適當地調整發送光線TL的照射角。
圖3G-1及圖3G-2繪示發光裝置312的實施方式。相較於發光裝置310，本實施方式翻轉了發光裝置310的雷射二極體106，而使得第一接點1061A及1061B設於第二接點1062A及1062B下方。為了要發出分別進入波導1081A及1081B的光線DL1及DL2，本實施方式分別在第一接點1061A及1061B下方加入間隔物1069A及1069B，其能夠調整雷射二極體106的主動區1067A及1067B之高度，而使得光線DL1及波導1081A兩者的高度實質上相同，且光線DL2及波導1081B兩者的高度實質上相同。
圖3H-1及圖3H-2繪示發光裝置314的實施方式。相較於發光裝置310，本實施方式中的雷射二極體106及光學模組108共用相同的基板1084。
圖3I-1及圖3I-2繪示發光裝置316的實施方式。相較於發光裝置314，本實施方式中的雷射二極體106及光學模組108亦共用相同的基板1084。發光裝置316及發光裝置314間的差異在於雷射二極體106的實作。本實施方式翻轉了發光裝置314的雷射二極體106，而使得第一接點1061A及1061B設於第二接點1062下方。
圖3J-1及圖3J-2繪示發光裝置318的實施方式。相較於發光裝置310，本實施方式中的雷射二極體106堆疊於雷射驅動器105上，但雷射驅動器105並未位於光學模組108下方。雷射驅動器105及光學模組108兩者皆由載板107所支撐。
圖3K-1及圖3K-2繪示發光裝置320的實施方式。在雷射二極體106中，本實施方式利用一基板1068來支撐雷射條106A及106B。在光學模組108中，其包括一垂直光柵耦合器1082。具體來說，光線DL1沿著波導1081A傳遞且光線DL2沿著波導1081B傳遞，這兩種光線DL1與DL2會相應地被垂直光柵耦合器1082結合與傳送。本實施方式利用兩個扇入(fan-in)(1081A與1081B)波導圖樣(profile)，然而，實作中亦可採用更多的扇入波導圖樣。
圖3L-1及圖3L-2繪示發光裝置322的實施方式。相較於發光裝置322，本實施方式翻轉了發光裝置310的雷射二極體106，而使得第一接點1061A及1061B設於第二接點1062下方。為了要分別發出進入波導1081A及1081B中的光線DL1及DL2，本實施方式添加一間隔物1069於第一接點1061A及1061B下方，其能夠調整雷射二極體106的主動區1067A及1067B之高度，而使得光線DL1及波導1081A兩者的高度實質上相同，且光線DL2及波導1081B兩者的高度實質上相同。
圖3M-1及圖3M-2繪示發光裝置324的實施方式。相較於發光裝置320，本實施方式中的雷射二極體106及光學模組108共用相同的基板1084。
圖3N-1及圖3N-2繪示發光裝置326的實施方式。相較於發光裝置324，本實施方式中的雷射二極體106及光學模組108亦共用相同的基板1084。發光裝置326及發光裝置324間的差異在於雷射二極體106的實作。本實施方式翻轉了發光裝置324的雷射二極體106，而使得第一接點1061A及1061B設於第二接點1062下方。
圖3O-1及圖3O-2繪示發光裝置328的實施方式。相較於發光裝置320，本實施方式中的雷射二極體106堆疊於雷射驅動器105上，但雷射驅動器105並未位於光學模組108下方。雷射驅動器105及光學模組108兩者皆由載板107所支撐。
圖3P-1及圖3P-2繪示發光裝置328的實施方式。本實施方式配置雷射二極體106使其堆疊於光學模組108上。雷射驅動器105及光學模組108彼此分離，各自使用不同的基板105及1084。雷射驅動器105及光學模組108兩者皆由載板107所支撐。
下文為使用邊射型雷射連同相關光學元件的實施方式。邊射型雷射及光學元件可形成為一整體(如，作為一積體光學電路的一部分)或形成為分離個體。此外，可實作許多種類的光學元件，以作為鏡面而將來自邊射型雷射的光線反射至所欲方向。
圖4A繪示發光裝置400的實施方式。所述發光裝置 400包括雷射二極體106及光學模組108。雷射二極體106為邊射型雷射，其包括主動區1067及包覆層(cladding layer)1063N及1063P。本實施方式中的光學模組108為一具有特殊形狀的光學元件108400(亦稱為「特形光學元件」)，光學模組108的材料與包覆層1063N的材料(如，n-InGaAlP)相同，且其形狀如圖4A所示。於某些實施方式中，光學模組108的材料包括半導體材料。於某些實施方式中，所述光學模組108包括一側壁，其不與包覆層1063N的上表面垂直。由於特形光學元件108400的材料與包覆層1063N的材料相同，包覆層1063N的區域與特形光學元件108400的區域為一體製成(monolithic)。藉由此種配置，可以實質上90度的角度反射雷射二極體106發出的光線DL，並輸出發送光線TL。
圖4B繪示發光裝置402的實施方式。所述發光裝置402包括雷射二極體106及光學模組108。雷射二極體106為邊射型雷射，包括主動區1067及包覆層1063N及1063P。於本實施方式中，光學模組108為一特形光學元件108402，其所用材料與包覆層1063N (如，n-InGaAlP)相同，且其形狀如圖4B所示。於某些實施方式中，所述側壁包括一彎曲部分。由於特形光學元件108402的材料和包覆層1063N的材料相同，包覆層1063N的區域和特形光學元件108402的區域為一體製成。藉由此種配置，可以實質上90度的角度反射雷射二極體106發出的光線DL，並輸出發送光線TL。
圖4C繪示發光裝置404的實施方式。所述發光裝置404包括雷射二極體106及光學模組108。雷射二極體106為邊射型雷射，包括主動區1067及包覆層1063N及1063P。本實施方式中的光學模組108包括三個特形光學元件108404、108406及108408。特形光學元件108404所用的材料和包覆層1063N (如，n-InGaAlP)相同，且被配置為雷射二極體106下方的基板。由於特形光學元件108404的材料和包覆層1063N的材料相同，包覆層1063N的區域及的特形光學元件108404區域為一體製成。於本實施方式中，特形光學元件108404為一波導，用以在預定路線中發送光線DL。由剖視觀之，於本實施方式中，特形光學元件108408的形狀為梯形。可以實質上90度的角度反射光線DL，並輸出發送光線TL。
圖4D繪示發光裝置406的實施方式。本實施方式與發光裝置404相似。不同之處在於特形光學元件108404及特形光學元件1084408的形狀。藉由此種配置，可以實質上90度的角度反射雷射二極體106發出的光線DL，並輸出發送光線TL。
圖4E-圖4H亦為使用邊射型雷射與相關光學元件的替代性實施方式。所述發光裝置408、410、412及414分別與發光裝置400、402、404及406相似。不同之處在於這些實施方式中的光學元件108400、108402、108404及108406使用與包覆層1063N不同的材料，因此其形成並非一體製成。
圖4I-圖4J繪示雷射二極體、光學模組、雷射驅動器及載板之空間關係的實施方式。圖4I繪示之發光裝置400堆疊於載板107上的雷射驅動器105上。圖4J繪示之發光裝置400與雷射驅動器105分離，兩者皆位於載板107上。應注意到，可利用其他實施方式(譬如圖4A-圖4H所示的實施方式)來取代圖4I-圖4J中的發光裝置416及418。
圖5A繪示發光裝置500的替代性實施方式。所述發光裝置500包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。雷射二極體106為邊射型雷射。本實施方式中的光學模組108包括特形光學元件108500及108502。特形光學元件108500為準直器(collimator)。特形光學元件108502為45度鏡面，其能夠以實質上90度的角度反射光線DL。本實施方式的空間關係如圖所示，雷射二極體106堆疊於雷射驅動器105上，雷射驅動器105堆疊於載板107上，且載板107堆疊於下底座555上。光學模組108堆疊於下底座555上。雷射二極體106、雷射驅動器105及載板107與光學模組108分離。下底座555可用以提供一機械支撐，且可由陶瓷製成以供散熱。
圖5B繪示發光裝置502的替代性實施方式。所述發光裝置502包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。相較於發光裝置500，光學模組108的形狀不同。特形光學元件108504有一凹面，如圖5B所示，其為一鏡面且能夠以實質上90度的角度反射光線DL，並輸出發送光線TL
圖5C繪示發光裝置504替代性實施方式。所述發光裝置504包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。相較於發光裝置502，光學模組108的形狀不同。特形光學元件108506包括一傾斜表面與一彎曲表面。
圖5D-圖5F為發光裝置的替代性實施方式。所述發光裝置506、508及510與發光裝置500、508及510類似。不同之處在於雷射驅動器105及雷射二極體106的位置。於圖5D-圖5F中，雷射驅動器105及雷射二極體106設置於一水平平面，且雷射二極體106介於雷射驅動器105及光學模組108間。
除了上述實施方式中所揭示的元件之外，亦可引入微透鏡。圖5G及圖5H為使用配備有微透鏡1064之雷射二極體106的實施方式。其間的差異在於圖5G及圖5H的實施方式為雷射驅動器105以及雷射二極體106的位置。
圖6A-1及圖6A-2繪示發光裝置600的替代性實施方式，其結合了晶載型光學元件及晶片外型光學元件。所述發光裝置600包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。光學模組108包括特形光學元件108408及特形光學元件108502，其中特形光學元件108408為晶載，且特形光學元件108502為晶片外。於本實施方式中，光學模組108的一部分以及雷射二極體106之包覆層1063N的一部分為一體製成。每一元件間的空間關係如圖所示，此處省略相關說明。
圖6B-1及圖6B-2繪示發光裝置602的替代性實施方式，其結合了晶載型光學元件及晶片外型光學元件。所述發光裝置602包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。光學模組108包括特形光學元件108408及特形光學元件108502，其中特形光學元件108408為晶載，且特形光學元件108502為晶片外。於本實施方式中，所述光學模組108及雷射二極體106為分別形成。每一元件間的空間關係如圖所示，此處省略相關說明。
圖6C-1及圖6C-2繪示發光裝置604的替代性實施方式，其結合了晶載型光學元件及晶片外型光學元件。所述發光裝置600包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。光學模組108包括特形光學元件108408及特形光學元件108502，其中特形光學元件108408為晶載，且特形光學元件108502為晶片外。於本實施方式中，光學模組108的一部分以及雷射二極體106之包覆層1063N的一部分為一體製成。更有甚者，本實施方式包括配備於特形光學元件108408上的一微透鏡108410。每一元件間的空間關係如圖所示，此處省略相關說明。
圖6D-1及圖6D-2繪示發光裝置606的替代性實施方式，其結合了晶載型光學元件及晶片外型光學元件。所述發光裝置602包括雷射驅動器105、雷射二極體106、載板107、光學模組108及下底座555。光學模組108包括特形光學元件108408及特形光學元件108502，其中特形光學元件108408為晶載，且特形光學元件108502為晶片外。於本實施方式中，所述光學模組108及雷射二極體106為分別形成。更有甚者，本實施方式包括配備於特形光學元件108408上的一微透鏡108410。每一元件間的空間關係如圖所示，此處省略相關說明。
於圖6A-1至圖6D-2所示實施方式中，雷射二極體106及一部分的光學模組108堆疊於雷射驅動器105上。於另一實施方式中，如圖6E所示，所述雷射驅動器105可與雷射二極體106及光學模組108分離。發光裝置608中的微透鏡108410為可任選的元件，可根據設計需求而將其加入或移除。
於某些實施方式中，可將特形光學元件108500、108502、108504及108506實作為微電機系統(micro-electro-mechanical systems，MEMS)而使得其可透過施加外來電壓而進行各種運動如平移、傾斜、旋轉等。如此一來，自圖5A至5H以及自圖6A-1至6E所示的發光裝置亦可用於如1A及圖1B圖所示的FSC深度圖獲取。
圖7A-1及圖7A-2繪示發光裝置700的替代性實施方式，其中圖7A-1為圖7A-2的剖視圖(剖面AA’)。所述發光裝置700包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108及下底座555。光學模組108包括一特形光學元件108408，其為囊封型光學元件，能夠以一預定角度反射由雷射二極體106的主動區1067所產生的光線DL，並輸出發送光線TL。具體來說，本實施方式中的特形光學元件108408有一粗糙表面且完全覆蓋雷射二極體106。
圖7B-1及圖7B-2繪示發光裝置702的替代性實施方式，其中圖7B-1為圖7B-2的剖視圖(剖面AA’)。所述發光裝置702包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108及下底座555。光學模組108包括一特形光學元件108408，其以一預定角度反射由雷射二極體106的主動區1067所產生的光線DL，並輸出發送光線TL。具體來說，本實施方式中的特形光學元件108408有一粗糙表面且部分覆蓋雷射二極體106。
圖8A繪示發光裝置800的替代性實施方式。所述發光裝置800包括兩個雷射驅動器105、兩個雷射二極體106、兩個光學元件108及一個下底座555。雷射二極體106及光學元件108堆疊於雷射驅動器105上，這些元件對稱排列且均堆疊於下底座555上。
相似地，圖8B繪示發光裝置802的替代性實施方式。所述發光裝置802包括四個雷射驅動器105、四個雷射二極體106、四個光學元件108及一個下底座555。雷射二極體106及光學元件108堆疊於雷射驅動器105上，這些元件對稱排列且均堆疊於下底座555上。
圖8C繪示發光裝置804的替代性實施方式。所述發光裝置804包括兩個雷射驅動器105、兩個雷射二極體106、兩個光學元件108及一個下底座555。雷射二極體106、光學元件108及雷射驅動器105並非排列於一垂直方向上。從發光裝置804的上方觀之，光學元件108位於雷射二極體106間。
圖8D繪示發光裝置806的替代性實施方式。所述發光裝置806包括一個雷射驅動器105、四個雷射二極體106、四個光學元件108及一個下底座555。雷射二極體106及光學元件108堆疊於雷射驅動器105上，其中所述雷射驅動器105堆疊於下底座555上。
圖8E繪示發光裝置808的替代性實施方式。所述發光裝置808包括一個雷射驅動器105、四個雷射二極體106、四個光學元件108及一個下底座555。雷射二極體106、光學元件108及雷射驅動器105並未排列於一垂直方向上，但皆堆疊於下底座555上。雷射驅動器被雷射二極體106所包圍。
對於邊射型雷射二極體之應用，除了使用光學元件來改變光線輸出發送光線的方向之外，下底座的機械設計與配置亦為發光裝置中可運用的替代性方案。
圖9A-1繪示光學組件900的3維(3D)立體圖式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106及下底座555。圖9A-2為圖9A-1的上視圖。與上文所述之實施方式類似，本實施方式包括雷射條106A及雷射條106B以發出光線DL1及DL2，且可共同輸出發送光線TL。雷射條106A及雷射條106B形成一陣列且受到及雷射驅動器105透過接墊1051產生的驅動信號而驅動。下底座555提供一平台以供裝載雷射驅動器105及雷射二極體106且可直立擺置，而使得發送光線TL能沿著垂直方向傳遞。於本實施方式中，光線DL1及DL2的方向和發送光線TL的方向相同。於本實施方式中，光學組件900不含用以改變光線DL1及DL2方向的光學元件。於某些實施方式中，可翻轉雷射二極體106，雷射條106A及雷射條106B與雷射驅動器105直接接觸。
圖9B繪示發光裝置902的3維(3D)立體圖式。相較於圖9A的實施方式，本實施方式還包括一光學元件90201、一支架90202及一下底座90203。於一實施方式中，光學元件90201為一散射器。光學元件90201配置於雷射驅動器105、雷射二極體106及下底座555上方，且用以散射或發散發送光線TL。支架90202配置於光學元件90201及下底座90203間，以將光學元件90201保持在所欲位置。本實施方式中的下底座90203設置為實質上垂直於下底座555。下底座90203用以穩定支撐下底座555，而使得發送光線TL可於垂直方向中發射。
圖9C繪示發光裝置904的3維(3D)立體圖式。相較於圖9B的實施方式，本實施方式運用兩個光學組件900，且兩者直立於下底座90203上。於某些實施方式中，可加入散射器90201及支架90202以覆蓋上述兩個光學組件900。本實施方式僅示出兩個光學組件900，然而，可利用更多光學組件900來產生發送光線TL。
圖9D繪示發光裝置906的3維(3D)立體圖式。與圖9C的實施方式類似，發光裝置906運用複數個光學組件900。不同之處在於，於本實施方式中，每一光學組件900彼此直接接觸。本實施方式僅繪示兩個光學組件900，然而，可利用更多光學組件900來產生發送光線TL。 圖9E繪示發光裝置908的實施方式，其包括四個光學組件900垂直立於下底座90203上。本實施方式僅繪示四個光學組件900，然而，可利用更多光學組件900來產生發送光線TL。
圖9F繪示光學組件910的實施方式，其包括雷射二極體106及下底座555。相較於圖9A-1及圖9A-2，雷射驅動器105並非裝載於下底座555上。此外，驅動信號是來自裝載於下底座555上的一金屬板91002。 圖9G-1及圖9G-2繪示發光裝置912的實施方式，其包括四個光學組件910垂直立於雷射驅動器105上。圖9G-2為圖9G-1的剖視圖(剖面AA’)。由於每一光學組件910具有裝載於下底座555底部上的金屬板91202，所述金屬板91202能直接接觸並與金屬板91002電性耦接，其中雷射驅動器105產生的驅動信號由金屬板91002輸出。
圖9H-1及圖9H-2繪示發光裝置914的實施方式，其包括四個光學組件910垂直立於下底座90203上。圖9H-2為圖9H-1的剖視圖(剖面AA’)。由於每一光學組件910具有裝載於下底座90203底部上的金屬板91202，所述金屬板91202能直接接觸並與金屬板91002電性耦接，其中雷射驅動器105產生的驅動信號由金屬板91002輸出。於本實施方式中，所述雷射驅動器105並未設於光學組件910下方，而是設置於下底座90203旁並由其所支撐。
除了使用邊射型雷射作為發光裝置元件之外，垂直發光型雷射也可作為替代性實施方案。下文所述的實施方式運用垂直發光型雷射來配置發光裝置，且亦配備有波長轉換或眼睛保護機制。
圖10A-1及圖10A-2繪示發光裝置1000的實施方式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108及下底座555。圖10A-2為圖10A-1的剖視圖(剖面AA’)。具體來說，於本實施方式中，雷射二極體106包括複數個垂直腔面射型雷射(VESELs)，這是一種垂直發光型雷射。於另一種實作中，可將雷射二極體106實作為單一個VESEL。本實施方式中的光學模組108包括光學蓋板玻璃1081002及量子點塗層1081004。在光學蓋板玻璃1081002的表面及雷射二極體106間設置量子點塗層1081004可將VSESLs發出的光線的峰值波長由較短的峰值波長轉換為較長的峰值波長，這對於眼睛的保護效果較佳。側壁組件1081006A及1081006B可用以支撐光學模組108。於本實施方式中，雷射二極體106堆疊於雷射驅動器105上。
圖10B-1及圖10B-2繪示的發光裝置1002實施方式，包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108及下底座555。圖10B-2為圖10A-1的剖視圖(剖面AA’)。具體來說，於本實施方式中，雷射二極體106包括複數個VESELs，這是一種垂直發光型雷射。於另一種實作中，可將雷射二極體106實作為單一個VESEL。本實施方式中的光學模組108包括光學蓋板玻璃1081002及量子點塗層1081004。在光學蓋板玻璃1081002的表面及雷射二極體106間設置量子點塗層1081004可將VSESLs發出的光線的峰值波長由較短的峰值波長轉換為較長的峰值波長，這對於眼睛的保護效果較佳。側壁組件1081006A及1081006B可用以支撐光學模組108。於本實施方式中，雷射二極體106並未堆疊於雷射驅動器105上，但配置於雷射驅動器105旁。
圖10C繪示發光裝置1004的實施方式。除了發光裝置1000及1002之外，本實施方式中的量子點塗層1081004覆蓋於雷射二極體106上。相似地，可將所述雷射驅動器105配置於雷射二極體106下或配置於雷射二極體106旁。
圖10D-1及圖10D-2繪示發光裝置1006的實施方式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108、光偵測器109及下底座555。圖10D-2為圖10D-1的剖視圖(剖面AA’)。具體來說，於本實施方式中，引入光偵測器109以供眼睛保護。光偵測器109用以偵測是否有任何其他由光學模組108反射的殘餘光線，以決定光學模組108是否脫落。舉例來說，若光學模組108脫落了，雷射二極體106產生的光線將幾乎全數被發出至空氣中，沒有光線會被反射到光偵測器109。相反地，若光學模組108並未脫落，雷射二極體106產生的大多數光線會透過光學模組108傳送，但雷射二極體106產生的一小部分光線會被光學模組108反射，且會被光偵測器109偵測到。因此，當真測到光學模組108脫落時，發光裝置1006可關閉光線或對系統發出警示。
與發光裝置1006類似，圖10E-1及圖10E-2繪示發光裝置1008的實施方式，其亦包括用於眼睛保護的光偵測器109。相較於發光裝置1006，本實施方式中的雷射驅動器105與雷射二極體106並未堆疊。雷射驅動器105、雷射二極體106及光偵測器109配置於彼此的側邊，如圖10E-1及圖10E-2所繪示。於另一種實作中，可移除量子點塗層1081004。
圖10F繪示發光裝置1010的實施方式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108、下底座555、印刷電路板(printed circuit board ，PCB) 10104、側壁組件1081006A及1081006B以及導電圍欄10102A及10102B。於本實施方式中，導電圍欄10102A及10102B用以固定光學模組108。此外，導電圍欄10102A及10102B為導電材料並電性耦接至PCB 10104。當光學模組108、導電圍欄10102A或導電圍欄10102B意外脫落時，PCB上的偵測電路能偵測電阻改變並進一部停止照射或對系統發出警示。於本實施方式中，發光裝置1010運用機械外殼上的電阻感測以進行眼睛保護功能。
圖10G-1繪示發光裝置1012的實施方式，其包括雷射驅動器105、雷射二極體106、光學模組108、下底座555、印刷電路板(PCB) 10104以及側壁組件1081006A及1081006B，其中光學模組108包括光學蓋板玻璃1081002及導電塗覆材料1081008。於本實施方式中，側壁組件1081006A及1081006B為導電性。導電塗覆材料1081008對雷射二極體106發出的光線呈透明，且不會吸收雷射二極體發出的光線。導電塗覆材料1081008可以是氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻雜氧化鋅、摻雜半導體、透明導電高分子等。由於側壁組件1081006A及1081006B及導電塗覆材料1081008具導電性且彼此電性耦接，一旦光學模組108、側壁組件1081006A或側壁組件1081006B意外脫落，PCB上的偵測電路能夠偵測電阻改變並進一步停止照射或對系統發出警示。於本實施方式中，發光裝置1010利用玻璃塗層上的電阻感測來進行眼睛保護功能。
圖10G-2繪示光學模組108的替代性實施方式之下視圖。於圖10G-2，導電塗覆材料1081008的圖樣為平面狀並塗覆於光學蓋板玻璃1081002上。導電塗覆材料1081008的圖樣可以為其他形狀，譬如在圖10G-3中，所述圖樣為環繞光學蓋板玻璃1081002的環狀。於其他實作中，所述圖樣可以是光學蓋板玻璃1081002上的網格狀塗布層。
至於上文所述的眼睛保護機制，包含利用光偵測器、在圍欄上的阻抗改變偵測或導電性塗布材料。此外，下文實施方式說明上述之組合。
圖10H繪示發光裝置1014的實施方式。本實施方式結合了發光裝置1006、1010及1012的特徵，其整合了光偵測器109、導電圍欄10102A及10102B及導電塗覆材料1081008。這些元件係用以實現眼睛保護功能。其操作如上文實施方式所述；此處為求簡潔省略相關說明。
圖10I繪示發光裝置1016的實施方式。本實施方式亦結合了發光裝置1006、1010及1012的特徵，其整合了光偵測器109、導電圍欄10102A及10102B及導電塗覆材料1081008。這些元件係用以實現眼睛保護功能。相較於發光裝置1014，本實施方式中的導電塗覆材料1081008係塗布於光學蓋板玻璃1081002的上表面上，而非光學蓋板玻璃1081002的下表面。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，相反地，本發明意欲涵蓋各主修飾以及相似的配置與程序，且因此應以最廣方式來解釋附隨申請專利範圍之範圍，以便涵蓋所有此類修飾以及相似的配置與程序。
100:飛行時間影像系統 102、300、302、304、、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、400、402、404、406、408、410、412、414、416、418、500、502、504、506、508、510、600、602、604、606、608、610、700、702、800、802、804、806、808、902、904、906、908、912、914、1000、1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016:發光裝置 104:光源 105:雷射驅動器 106:雷射二極體 106A、106B:雷射條 107:載板 108:光學模組 109:光偵測器 110:OPA傳送器 120:光線接收裝置 122:光學模組 124:像素陣列 126:影像資料處理器 140:3D標的 555:下底座 900、910:光學組件 1051、1052:接墊 1061A、1061B:第一接點 1062:第二接點 1063N、1063P:包覆層 1064、108410:微透鏡 1067A、1067B:主動區 1068、1068A、1068B、1084:基板 1069、1069A、1069B:間隔物 1081A、1081B、11021b:波導 1082、1082A、1082A1、1082A2、1082B、1082B1、1082B2:垂直光柵耦合器 1083:移相器 10102A、10102B:導電圍欄 10104:印刷電路板 11001:光功率分配器 11011、11012、11013、11014:移相器 11021、11022、11023、11024:光柵耦合器 11021a:光柵 11021c:氧化物緩衝層 11021d:矽基板 11021e:角反射器 11021f:分散式布拉格反射器 108400、108402、108404、108406、108408、108500、108502、108500、108502、108504、108506:特形光學元件 90201:光學元件、散射器 90202:支架 90203:下底座 91002、91202:金屬板 1081002:光學蓋板玻璃 1081004:量子點塗層 1081006A、1081006B:側壁組件 1081008:導電塗覆材料 DL1、DL2:光線 IL:入射光 R1:角度 SL1、SL2、SL3、SL4:分束光線 TL:發送光線
在閱讀了下文實施方式以及附隨圖式時，能夠更輕易地想見與更佳地理解本揭露的上述態樣與諸多附隨的優點，其中： 圖1A至1B繪示，根據某些實施方式，飛行時間(ToF)影像系統100。 圖2A至2C繪示，根據某些實施方式，用於圖1A及圖1B之發光裝置的光學相位陣列(optical phase array，OPA)傳送器。 圖3A-1至3P-2繪示，根據某些實施方式，運用邊射型雷射及垂直耦合器之發光裝置的實施例。 圖4A至4J繪示，根據某些實施方式，運用邊射型雷射及晶載(on-chip)光學元件之發光裝置的實施例。 圖5A至5H繪示，根據某些實施方式，運用邊射型雷射及晶片外 (off-chip)光學元件之發光裝置的實施例。 圖6A-1至6E繪示，根據某些實施方式，運用邊射型雷射、晶載光學元件及晶片外光學元件之發光裝置的實施例。 圖7A-1至7B-2繪示，根據某些實施方式，運用邊射型雷射及囊封型(encapsulated-type)光學元件之發光裝置的實施例。 圖8A至8E繪示，根據某些實施方式，例示多重發光裝置應用之布局的實施例。 圖9A-1至9H-2繪示，根據某些實施方式，運用垂直封裝之發光裝置的實施例。 圖10A-1至10I繪示，根據某些實施方式，運用垂直發光型雷射之發光裝置。
100:飛行時間影像系統
102:發光裝置
104:光源
105:雷射驅動器
106:雷射二極體
108:光學模組
120:光線接收裝置
122:光學模組
124:像素陣列
126:影像資料處理器
140:3D標的
IL:入射光
TL:發送光線

Claims (10)

  1. 一種發光裝置，包含：複數個光學組件，每一該等光學組件包括：一第一下底座，包括一平台；複數個邊射型雷射二極體位於該平台上，每一該等邊射型雷射二極體用以沿著一方向發出一光線；以及一或複數個雷射驅動器位於該平台上，耦接該等邊射型雷射二極體，用以驅動該等邊射型雷射二極體以產生該光線；一第二下底座，支撐該等光學組件；一光學散射器，該光學散射器被配置以接收由該等光學組件之該等邊射型雷射二極體發出的該光線，該光學散射器用以散射由該等邊射型雷射二極體發出的該光線，以產生一結合光；以及一支架，該支架被配置於該光學散射器以及該等光學組件間。
  2. 如請求項1所述的發光裝置，其中每一該等光學組件係與另一該等光學組件相接觸。
  3. 如請求項1所述的發光裝置，其中每一該等光學組件係與另一該等光學組件相分離。
  4. 如請求項1所述的發光裝置，其中該等光學組件係垂直立於該第二下底座上。
  5. 如請求項1所述的發光裝置，其中該或該等雷射驅動器係被該第一下底座所支撐。
  6. 如請求項1所述的發光裝置，其中該等邊射型雷射二極體堆疊於該或該等雷射驅動器之上。
  7. 如請求項1所述的發光裝置，其中該或該等雷射驅動器位於該等邊射型雷射二極體與該第一下底座之間。
  8. 如請求項1所述的發光裝置，其中該第一下底座包含一側表面垂直於該平台，該側表面耦接於該第二下底座，使該第一下底座垂直立於該第二下底座。
  9. 如請求項1所述的發光裝置，其中該第一下底座具有一凹部，該等邊射型雷射二極體與該或該等雷射驅動器位於該凹部中。
  10. 如請求項1所述的發光裝置，其中該支架耦接於該第二下底座。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933812A (zh) * 2020-07-14 2022-01-14 上海禾赛科技有限公司 激光雷达的光源模组、激光雷达及制造光源模组的方法
CN112904313A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 光为科技(广州)有限公司 用于抑制LiDAR设备环境光的方法、系统及电子电路
CN116106862B (zh) * 2023-04-10 2023-08-04 深圳市速腾聚创科技有限公司 光芯片、激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6038243A (en) * 1996-11-21 2000-03-14 Canon Kabushiki Kaisha Multiple beam light source device and multiple beam scanning optical apparatus using the device
JP2001339122A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 光 源
US20130163632A1 (en) * 2011-12-27 2013-06-27 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Light emitting device
US20140160745A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-12 Microsoft Corporation Laser die light source module with low inductance

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0142951Y2 (zh) 1986-08-16 1989-12-14
US6064783A (en) 1994-05-25 2000-05-16 Congdon; Philip A. Integrated laser and coupled waveguide
US7028899B2 (en) * 1999-06-07 2006-04-18 Metrologic Instruments, Inc. Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target
US20070217469A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Nlight Photonics Corporation Laser diode stack side-pumped solid state laser
US7961301B2 (en) 2008-05-09 2011-06-14 Ball Aerospace & Technologies Corp. Flash LADAR system
US9042424B2 (en) * 2008-08-25 2015-05-26 Gerald Ho Kim Silicon-based lens support structure and cooling package with passive alignment for compact heat-generating devices
US8515217B2 (en) * 2009-09-02 2013-08-20 Alcatel Lucent Vertical optically emitting photonic devices with electronic steering capability
US9081125B2 (en) * 2011-08-08 2015-07-14 Quarkstar Llc Illumination devices including multiple light emitting elements
DE102012103257A1 (de) * 2012-04-16 2013-10-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserdiodenvorrichtung
US20150117817A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Forelux Inc. Optical device for redirecting incident electromagnetic wave
EP3298666B1 (en) * 2015-05-20 2021-12-29 Quantum-Si Incorporated Optical sources for fluorescent lifetime analysis
DE102016002441B3 (de) * 2016-02-29 2017-07-20 Karlsruher Institut für Technologie Mechanisch robustes optisches Messsystem mittels Lichtlaufzeit- und/oder Reflektivitätsmessung
DE102016104946A1 (de) * 2016-03-17 2017-09-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelements
KR102559580B1 (ko) 2016-08-17 2023-07-25 삼성전자주식회사 광 조향용 OPA, 및 그 OPA를 구비한 LiDAR 시스템
JP6332491B1 (ja) * 2017-02-13 2018-05-30 オムロン株式会社 レーザ照明装置およびこれを備えた周辺監視センサ
CN106873076B (zh) * 2017-02-16 2019-07-12 中山大学 一种光栅耦合器
CN107783361B (zh) * 2017-10-25 2020-11-03 深圳奥比中光科技有限公司 含有光束监测单元的光学投影装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6038243A (en) * 1996-11-21 2000-03-14 Canon Kabushiki Kaisha Multiple beam light source device and multiple beam scanning optical apparatus using the device
JP2001339122A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 光 源
US20130163632A1 (en) * 2011-12-27 2013-06-27 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Light emitting device
US20140160745A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-12 Microsoft Corporation Laser die light source module with low inductance

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