节能激光器布置结构制造技术

本发明专利技术描述一种激光器布置结构(100)，所述激光器布置结构(100)包括激光器阵列(110)和用于在限定视场中提供限定照射图案的光学结构(140)，其中，光学结构(140)包括扩散器(144)，扩散器(144)被布置为能够改变通过被激光器阵列(110)所包括的激光器(130)发射的激光(10)的分布，其中，每个激光器(130)的特征在于具有发射锥体，其中，光学结构(140)被布置为能够将激光(10)变换为变换后激光(150)，使得与被布置为能够将完全准直激光扩散为视场中的平顶强度轮廓的扩散器相比，被激光器(130)中的至少一组激光器(130)的发射锥体所包括的激光(10)的重叠在视场中增大；其中，光学结构(140)被布置为能够将在发射锥体的大角度处发射的激光(10)重新定向到视场。本发明专利技术还描述一种包括这样的激光器布置结构(100)的发光装置、一种包括这样的发光装置的飞行时间相机(200)以及一种制造激光器布置结构(100)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】节能激光器布置结构
本专利技术涉及一种激光器布置结构、一种包括这样的激光器布置结构的照明装置、一种包括这样的照明装置的飞行时间相机以及一种制造激光器布置结构的方法。
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阵列例如应用于飞行时间应用中。这样的应用包括例如用于便携式装置的近距离手势识别和3D空间识别。对于这样的应用，讨论面积为约1mm2且具有在1-10W范围内的输出功率的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°)。US20016/0197452A1公开了一种示例性结构化光投影仪。在激光打印的不同
中，US2016/0311230A1公开了一种激光打印系统，所述激光打印系统用于照射相对于激光打印系统的激光器模块移动的物体。EP0488722A1公开了一种高密度的辐射发射的半导体阵列，所述半导体阵列包括无序区域，所述无序区域延伸穿过限制层、有源层并且部分地延伸到另一限制层中，以限定无序区域之间的发光区域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光器布置结构，所述激光器布置结构能够更有效地利用通过被激光器布置结构所包括的激光器阵列、特别是VCSEL阵列发射的激光。要求保护的主题在独立权利要求中限定。优选实施例在从属权利要求中描述或在说明书的后续部分中描述。根据第一方面，提供一种激光器布置结构。提供的激光器布置结构包括激光器阵列和用于在限定视场中提供限定照射图案的光学结构。光学结构包括扩散器，扩散器被布置为能够改变通过被激光器阵列所包括的激光器发射的激光的分布。每个激光器在操作期间的特征在于具有基本上包括通过相应激光器发射的所有激光的发射锥体。发射锥体通过立体角给定，在所述立体角中，相对于最大强度的半全角最大值，发射的激光的强度更大。光学结构被布置为能够将激光变换为变换后激光，使得与被布置为能够将完全准直激光扩散为视场中的平顶强度轮廓的扩散器相比，被激光器阵列所包括的激光器中的至少一组激光器的发射锥体所包括的激光的重叠由于向变换后激光的变换而在视场中增大。光学结构可以被布置为能够将在发射锥体的大角度处发射的激光重新定向到视场。激光器可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)或侧面发射器。光学结构还可以被布置为能够增大发射的激光在视场中的重叠，使得限定照射图案的强度在视场中的变化相对于视场中的参考强度图案小于20％、更优选地小于10％并且最优选地小于5％。光学结构被布置为能够在视场中提供通过VCSEL阵列发射的激光的至少80％、更优选地至少90％并且最优选地至少95％。总体的改善取决于视场的相对于激光器发散角的角度延展。现有技术的相机、特别是飞行时间(TOF：time-of-flight)具有宽的视角并且使用扩散器来实现对场景的均匀辐照。在最佳的情况下，扩散器产生与相机的视场完全匹配的理想平顶轮廓。然而，VCSEL的发散角(通常为20°全角)变宽并且抹去扩散器轮廓，导致在照射轮廓或图案的边缘处出现斜坡。照射轮廓的边缘处的斜坡角度与VCSEL的发散角相同(见图2和图3)。斜坡在视场外部并且损耗能量(取决于VCSEL的发散角与扩散角的比而为10％至50％)，或者它们导致相机图像的具有低信号的较暗边缘，从而降低测量精度。例如，借助于微透镜对每个VCSEL聚焦的替代方法可以是更节能的，但是对于单个VCSEL的故障可能会非常敏感。特别地，所提出的激光器布置结构可以借助于在视场中的多个VCSEL(在极端情况下为所有VCSEL)的改善的重叠来使得光分布能够均匀且可靠。光学结构调整发射图案的角度依赖性，以提供接近预期参考强度图案的强度分布，并且减少视场的边缘处的损耗。光学结构被布置为能够将以给定发射锥体(发射锥体的特征在于在圆形对称(例如，VCSEL)的情况下具有一个发散角)发射的激光变换为变换后激光，使得视场中的强度分布的斜坡角度小于激光器的发散角。光学结构可以被布置为能够将在发射锥体的大角度处发射的激光重新定向到视场。光学结构可以特别地被布置为能够使激光重新定向，使得到视场的重新定向的程度随着激光器的发射锥体内的角度增大而增大。参考强度图案可以从以下项中选择：视场中的参考平面中的组恒定强度；相对于通过视场限定的立体角的恒定强度；以及在视场的边沿中的增大强度，所述增大强度用于补偿被布置为能够将限定照射图案成像到图像区域的光学装置的光损耗，使得图像区域中的强度分布恒定。实际上，在视场的边沿中的具有增大强度的参考强度图案是恒定强度分布的特殊情况，这是因为将附加成像光学器件的光学损耗考虑在内的在视场中的预期强度分布是恒定强度分布。关于图4讨论这样的参考强度图案的沿着二维视场的一维的剖面。参考强度图案的角度延展沿着第二维可以不同。光学结构被布置为能够改善以大角度发射的光向限定视场的投影，以提供限定照射图案。根据一个实施例，扩散器可以被布置为能够将激光变换为变换后激光。每个VCSEL的特征在于具有最大发散角θ2的发射锥体。最大发散角θ2在旋转对称发射锥体的情况下为如上所讨论的全角(通常为20°)。在该实施例中，扩散器可以被布置为能够将在发射锥体的大角度处(特别是在发射锥体的包括通过激光器在可以例如在发散角与发散角-10％之间的角度下发射的激光的外边沿处)发射的激光重新定向到视场。在一个实施例中，扩散器可以被布置在距VCSEL的发光表面以下距离处：所述距离使得VCSEL的发射锥体在扩散器的平面中不重叠。扩散器针对每个VCSEL包括至少两个不同区段。所述至少两个不同区段的特征在于不同的扩散器结构。每个区段被布置为能够将通过相应区段接收的激光重新定向到视场。可以布置两个、三个、四个或更多个区段，以增大变换后光的在视场中的重叠，以获得限定照射图案。扩散器结构可以跨各个VCSEL的发射锥体连续改变，以增大发射的激光的重叠。扩散器的每个区段可以特别地被布置为能够根据在相应发射锥体内的激光相对于扩散器的光出射区域的表面法线的角度而将通过相应区段接收的激光重新定向在表面法线(在平面扩散器的情况下，与VCSEL阵列的平面的表面法线相同)的方向上，使得变换后激光在视场中的重叠增大。扩散器的每个区段可以特别地被布置为使得重新定向的程度随着相应的发射锥体内的发射的激光相对于表面法线的角度增大而增大。VCSEL的发光表面之间的距离确定在与扩散器的一个区段相关的一个VCSEL的发射锥体的最大发散角θ2内的角度范围。该角度范围限定相应VCSEL相对于扩散器的相关区段的主发射方向或平均发射方向。扩散器的每个区段的特征在于具有区段的主发射方向的相应发射锥体。通过各个VCSEL发射的激光通过扩散器或更具体地通过扩散器的各个区段变换，使得通过扩散器的各个区段接收的激光的主发射方向在方向上向扩散器的光出射区域的表面法线倾斜。通过扩散器的区段接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器布置结构(100)，所述激光器布置结构(100)包括激光器阵列(110)和用于在限定视场中提供限定照射图案的光学结构(140)，其中，光学结构(140)包括扩散器(144)，扩散器(144)被布置为能够改变通过被激光器阵列(110)所包括的垂直腔面发射激光器(130)发射的激光(10)的分布，其中，每个激光器(130)的特征在于具有发射锥体，其中，光学结构(140)被布置为能够将激光(10)变换为变换后激光(150)，使得与被布置为能够将完全准直激光扩散为视场中的平顶强度轮廓的扩散器相比，被激光器(130)中的至少一组激光器(130)的发射锥体所包括的激光(10)的重叠在视场中增大，其中，光学结构(140)被布置为能够将在发射锥体的大角度处发射的激光(10)重新定向到视场。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180105 EP 18150469.71.一种激光器布置结构(100)，所述激光器布置结构(100)包括激光器阵列(110)和用于在限定视场中提供限定照射图案的光学结构(140)，其中，光学结构(140)包括扩散器(144)，扩散器(144)被布置为能够改变通过被激光器阵列(110)所包括的垂直腔面发射激光器(130)发射的激光(10)的分布，其中，每个激光器(130)的特征在于具有发射锥体，其中，光学结构(140)被布置为能够将激光(10)变换为变换后激光(150)，使得与被布置为能够将完全准直激光扩散为视场中的平顶强度轮廓的扩散器相比，被激光器(130)中的至少一组激光器(130)的发射锥体所包括的激光(10)的重叠在视场中增大，其中，光学结构(140)被布置为能够将在发射锥体的大角度处发射的激光(10)重新定向到视场。


2.根据权利要求1所述的激光器布置结构(100)，其中，光学结构(140)被布置为能够增大发射的激光在视场中的重叠，使得所述限定照射图案的强度在视场中变化小于20％、特别是小于10％、特别是小于5％。


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，光学结构(140)被布置为能够沿着视场的方向提供强度轮廓的斜坡角度α，其中，斜坡角度α小于激光在视场的方向上的发散角。


4.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，扩散器(144)被布置为能够将激光(10)变换为变换后激光(150)。


5.根据权利要求4所述的激光器布置结构(100)，其中，每个发射锥体的特征在于最大发散角，其中，扩散器(144)被布置在距激光器(130)的发光表面以下距离处：所述距离使得激光器(130)的发射锥体在扩散器(144)的平面中不重叠，其中，扩散器(144)针对每个激光器(130)包括至少两个不同区段，其中，所述至少两个不同区段的特征在于不同的扩散器结构，其中，每个区段被布置为能够将通过相应激光器(130)区段接收的激光(10)定向到视场。


6.根据权利要求5所述的激光器布置结构(100)，其中，扩散器(144)的每个区段被布置为能够根据在相应发射锥体内的激光(10)的相对于扩散器(144)的光出射区域(149)的表面法线(145)的角度将通过相应区段接收的激光(10)重新定向在所述表面法线(145)的方向上，使得变换后激光(150)在视场中的重叠增大。


7.根据权利要求6所述的激光器布置结构(100)，其中，扩散器(144)的每个区段被布置为使得重新定向的程度随着在相应发射锥体内的发射的激光(10)相对于所述表面法线(145)的角度增大而增大。


8.根据权利要求4所述的激光器布置结构(100)，其中，扩散器(144)被布置在距激光器(130)的发光表面以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·格罗嫩博恩，H·J·门希，
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