具有滤光器的激光器布置结构制造技术

本发明专利技术描述一种用于飞行时间测量的激光器布置结构(100)，所述激光器布置结构(100)包括至少一个激光器和与所述至少一个激光器相邻布置的至少一个滤光器，其中，所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器均包括基体(101)、第一反射镜(105)、第二反射镜(109)以及布置在第一反射镜(105)与第二反射镜(109)之间的有源层(107)，其中，所述至少一个激光器被布置为能够在第一方向上发射激光(121)，其中，滤光器被布置为能够接收接收光(123)，其中，接收光(123)包括从物体(300)反射的激光(121)，所述至少一个滤光器具有在接收光传播的方向上的第一反射镜(105)、有源层(107)与第二反射镜(109)，其中，所述至少一个滤光器的第二反射镜(109)具有与所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)的反射率相等的反射率或者比所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)的反射率低的反射率，其中，滤光器还被布置为能够对接收光(123)滤光，使得从物体(300)反射并从第一方向接收的激光(121)穿过滤光器。本发明专利技术还描述一种用于飞行时间测量的检测器布置结构(10)、一种飞行时间相机(200)、一种确定深度图像的方法以及一种相应的计算机程序载体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有滤光器的激光器布置结构
本专利技术涉及一种具有用于飞行时间测量的滤光器的激光器布置结构、一种用于飞行时间测量的检测器布置结构、一种飞行时间相机、一种确定深度图像的方法以及一种相应的计算机程序载体。
技术介绍
包括例如垂直腔面发射激光器(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)阵列的激光器布置结构可以用于红外照明装置。使用短脉冲，VCSEL阵列例如应用在飞行时间应用中。这样的应用包括例如便携式装置的近距离手势识别和3D空间识别。针对这样的应用，讨论具有在1-10W范围内的输出功率的面积为约1mm2的VCSEL阵列。具体的照明场或视场通过应用来限定(例如，飞行时间相机观察例如70°×50°)。EP3176888A1公开了一种适合于飞行时间测量的传感器芯片。传感器芯片包括被彼此相邻地布置在同一半导体基体上的一个或两个以上激光器和光检测器。激光器或激光器结构以及光检测器或光检测器结构在同一处理步骤中在同一晶片上被处理。因此，激光器与光检测器的结构之间的变化可以被最小化。谐振光检测器被布置为在激光器发射激光的波长范围内是敏感的。谐振光检测器的光通带比激光器的激光腔的光通带宽。因此，激光器光的发射波长的变化可以被补偿，所述变化例如由发光激光器与谐振光检测器之间的温度差引起。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于飞行时间测量的改进的激光器布置结构。在独立权利要求中描述本专利技术。在从属权利要求中描述或在说明书的后续部分中描述优选的实施例。r>根据第一方面，提供一种用于飞行时间测量的激光器布置结构。激光器布置结构包括至少一个激光器和与所述至少一个激光器相邻布置的至少一个滤光器。所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器均包括基体、第一反射镜、第二反射镜以及布置在第一反射镜与第二反射镜之间的有源层。所述至少一个激光器被布置为能够在第一方向上发射激光。滤光器被布置为能够接收接收光。接收光包括从物体反射的激光。激光通过所述至少一个激光器的第一反射镜发射，并且接收光通过所述至少一个滤光器的第一反射镜接收。所述至少一个激光器的第一反射镜和所述至少一个滤光器的第一反射镜具有相等的反射率。所述至少一个激光器的第二反射镜和所述至少一个滤光器的第二反射镜具有相等的反射率，或者所述至少一个滤光器的第二反射镜的反射率相对于所述至少一个激光器的第二反射镜的反射率减小。滤光器还被布置为能够对接收光滤光，使得从物体反射并从第一方向接收的激光穿过滤光器。所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器可以并排布置。所述至少一个激光器可以优选地被布置为能够发射基体对于其是透明的波长的激光。在GaAs基体的情况下，发射的激光的波长可以例如比约900nm长(取决于基体的厚度)。基体可以替代地或另外地去除，使得反射的激光可以经由第一反射镜进入滤光器，并且通过滤光器滤光的反射的激光的至少一部分可以经由第二反射镜离开滤光器(反之亦然)。激光器和滤光器的特征在于半导体外延层堆叠，所述半导体外延层堆叠例如包括第一反射镜、第二反射镜和有源层等。第一反射镜、第二反射镜和有源层的特征可以在于具有相同的光学特性。因此，激光器和滤光器优选地在相同的生产过程中处理，以避免或至少限制生产差异的影响。半导体层堆叠对于两个器件(基本上)是相同的。因此，滤光器被布置为使得滤光器波长在操作期间匹配激光器的发射波长。激光器和滤光器以这样的方式热耦合：使得在激光器布置结构的操作期间激光器和滤光器的温度基本上相同，以补偿激光器的发射波长的热移位。因此，激光器布置结构被布置为能够在第一方向上发射激光并且接收来自相同的第一方向的反射的激光，使得滤光器抑制具有不同波长和/或接收方向的环境光。因此，激光器布置结构能够实现非常灵敏的检测器布置结构(见下文)。基体可以是公共基体，其中，所述至少一个激光器和滤光器被布置在公共基体上。所述至少一个激光器是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL可以并行处理，使得相邻的VCSEL结构共用相同的外延层堆叠。两个相邻的VCSEL结构的第一VCSEL结构可以用作激光器，并且两个相邻的VCSEL结构的第二VCSEL结构可以用作滤光器。VCSEL阵列具有约10-20nm的激光波长扩展范围以及0.07nm/K的波长的热移位，从而产生另外的10nm的扩展范围，例如对于从-40℃至105℃的汽车条件。因此，使用两个(或更多个)相邻的VCSEL装置能够补偿生产差异，并且由于强大的热耦合，能够避免或至少减少两个VCSEL装置的热漂移和不同温度。针对激光器操作，第一反射镜和第二反射镜被朝向可以是基体侧或外延侧的一侧优化(底部发射器或顶部发射器)。反射镜(分布式布拉格反射镜-DBR(DistributedBraggReflector))中的一个反射镜的特征可以在于>99.9％的高反射率，光通过其发射的另一个反射镜为约99.5％的较低反射率。具有较高反射率的DBR的反射率可以减小(例如，通过蚀刻或提供附加层减小)，以用于构建滤光器的VCSEL结构，使得两个DBR的特征在于具有相同的反射率(例如99.5％)。第一DBR和第二DBR(或更一般地，第一反射镜或第二反射镜)的相同反射率使得能够针对从第一方向接收的预期滤光器波长(构建激光器的相邻VCSEL结构的发射波长)优化滤光器的传输。根据一个替代实施例，可以减小第一DBR和第二DBR的反射率(例如，在95％至99.5％之间)，使得仅能够实现激光器的增益开关操作。这样的设计将使得能够同时通过相邻的滤光器进行较高的传输。所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器可以被布置为能够接收公共驱动电流。在该实施例中，所述至少一个激光器的特征在于第一阈值电流。所述至少一个滤光器的特征在于高于第一阈值电流的第二阈值电流。所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器可以例如共用公共电极。(例如，通过相应的VCSEL结构的不同直径)提供不同的阈值电流能够借助于具有较低阈值电流(高于激光器阈值的电泵浦)的VCSEL结构(激光器)发射激光并且能够实现具有较高阈值电流(低于阈值的电泵浦)的VCSEL结构(滤光器)的高透明度。因此，激光器和滤光器可以通过相同的驱动电流来驱动。因此，激光器和滤光器的局部加热非常相似。激光器布置结构还可以包括至少一个第二激光器和至少一个第二滤光器，其中，每个激光器和每个滤光器与光学器件光学耦合。光学器件被布置为使得通过第二激光器发射的激光在不同于第一方向的第二方向上发射。光学器件还被布置为能够接收接收光。接收光包括通过第二激光器发射的反射的激光。第二滤光器还被布置为能够对接收光滤光，使得从第二方向接收的反射的激光穿过第二滤光器。光学器件能够有角度地选择性地发射和接收激光。两对、三对、四对或更多对激光器和相应的滤光器可以被布置为能够在不同方向上发射激光并且接收来自相应的方向的反射的激光，使得反射的激光可以穿过相应的滤光器。成对的激光器和相应的滤光器中的一个或两个以上子组可以被布置为在相同的方向上发射激光并且接收来自该方向的反射的激光，使得从该方向接收的反射的激光可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行时间测量的激光器布置结构(100)，所述激光器布置结构(100)包括至少一个激光器和与所述至少一个激光器相邻布置的至少一个滤光器，其中，所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器均包括基体(101)、第一反射镜(105)、第二反射镜(109)以及布置在第一反射镜(105)与第二反射镜(109)之间的有源层(107)，其中，所述至少一个激光器被布置为能够在第一方向上发射激光(121)，其中，滤光器被布置为能够接收接收光(123)，其中，接收光(123)包括从物体(300)反射的激光(121)，其中，激光通过所述至少一个激光器的第一反射镜(105)发射，并且接收光通过所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)接收，所述至少一个激光器的第一反射镜(105)和所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)具有相等的反射率，其中，所述至少一个激光器的第二反射镜(109)和所述至少一个滤光器的第二反射镜具有相等的反射率，或者所述至少一个滤光器的第二反射镜的反射率相对于所述至少一个激光器的第二反射镜的反射率减小，其中，滤光器还被布置为能够对接收光(123)滤光，使得从物体(300)反射并从第一方向接收的激光(121)穿过滤光器。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180105 EP 18150431.71.一种用于飞行时间测量的激光器布置结构(100)，所述激光器布置结构(100)包括至少一个激光器和与所述至少一个激光器相邻布置的至少一个滤光器，其中，所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器均包括基体(101)、第一反射镜(105)、第二反射镜(109)以及布置在第一反射镜(105)与第二反射镜(109)之间的有源层(107)，其中，所述至少一个激光器被布置为能够在第一方向上发射激光(121)，其中，滤光器被布置为能够接收接收光(123)，其中，接收光(123)包括从物体(300)反射的激光(121)，其中，激光通过所述至少一个激光器的第一反射镜(105)发射，并且接收光通过所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)接收，所述至少一个激光器的第一反射镜(105)和所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)具有相等的反射率，其中，所述至少一个激光器的第二反射镜(109)和所述至少一个滤光器的第二反射镜具有相等的反射率，或者所述至少一个滤光器的第二反射镜的反射率相对于所述至少一个激光器的第二反射镜的反射率减小，其中，滤光器还被布置为能够对接收光(123)滤光，使得从物体(300)反射并从第一方向接收的激光(121)穿过滤光器。


2.根据权利要求1所述的激光器布置结构(100)，其中，基体(101)是公共基体，其中，所述至少一个激光器和滤光器被布置在公共基体上，其中，所述至少一个激光器是垂直腔面发射激光器。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的激光器布置结构(100)，其中，所述激光器布置结构(100)还包括至少一个第二激光器和至少一个第二滤光器，其中，每个激光器和每个滤光器与光学器件(120)光学耦合，其中，光学器件被布置为使得通过第二激光器发射的激光(121)在与第一方向不同的第二方向上发射，其中，光学器件还被布置为能够接收接收光(123)，其中，接收光(123)包括反射的通过第二激光器发射的激光(121)，其中，第二滤光器还被布置为能够对接收光(123)滤光，使得通过第二激光器发射并从第二方向接收的反射的激光(121)穿过第二滤光器。


4.一种用于飞行时间测量的检测器布置结构(10)，所述检测器布置结构(10)包括至少一个激光器、至少一个滤光器、至少一个承载件结构(150)和至少一个第一驱动器(153)，其中，所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器包括基体(101)、第一反射镜(105)、第二反射镜(109)以及布置在第一反射镜(105)与第二反射镜(109)之间的有源层(107)，其中，所述至少一个激光器被布置为能够在第一方向上发射激光(121)，其中，滤光器被布置为能够接收接收光(123)，其中，接收光(123)包括从物体(300)反射的激光(121)，其中，激光通过所述至少一个激光器的第一反射镜(105)发射，并且接收光通过所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)接收，所述至少一个激光器的第一反射镜(105)和所述至少一个滤光器的第一反射镜(105)具有相等的反射率，其中，所述至少一个激光器的第二反射镜(109)和所述至少一个滤光器的第二反射镜具有相等的反射率，或者所述至少一个滤光器的第二反射镜的反射率相对于所述至少一个激光器的第二反射镜的反射率减小，其中，物体(300)被布置在预定检测范围内，其中，滤光器还被布置为能够对接收光(123)滤光，使得从物体(300)反射并从第一方向接收的激光(121)穿过滤光器，其中，所述至少一个激光器和所述至少一个滤光器附接到承载件结构(150)，其中，承载件结构(150)包括至少一个光学传感器(151)，其中，所述至少一个光学传感器(151)被布置为能够检测通过滤光器滤光的接收光(123)，其中，第一驱动器(153)被布置为能够控制所述至少一个激光器，使得发射预定脉冲长度的激光(121)，其中，所述预定脉冲长度短于20ns，使得脉冲长度比接收从在所述预定检测范围内的物体反射的激光的时间段短。


5.根据权利要求4所述的检测器布置结构(10)，其中，所述预定脉冲长...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·格罗嫩博恩，
申请(专利权)人：通快光电器件有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE