【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及具有超表面(有时称为超光学器件)的单元件点阵(dot pattern)投射器，以及用vcsel阵列形成点阵的方法。
技术介绍
1、超表面点阵投射器是将一个或多个激光源变换为大量的点并对输出光束进行准直的光学设备。通常，从设备投射的点的数量大于单个或多个激光源的点的数量，并且旨在将出射光的发散度的半高全宽(fwhm)最小化。例如，点阵投射器可以将具有20个单独激光孔径的垂直腔面发射激光器(vcsel)转换为20x n个点，其中旨在使每个点具有小于0.50度的fwhm。
2、点阵投射器在3d感测方面有许多应用，但消费者应用中的几乎所有3d感测点阵投射器模块都使用vcsel源。投射到场景上的点阵的细节取决于正在使用投射器的应用。在飞行时间(tof)成像中，远场中的目标点数可能只是激光孔径数的10倍乘积。相反，在结构光中，投射的点数可以是vcsel孔径数的100倍。
3、由于点阵投射器的多重目标，即，倍增vcsel图案、实现激光输出的高度准直和使设备的整体形状因子最小化，点阵投射器模块通常由许多单独的光学组件组成。例如，设计成适合移动设备的标准点阵投射模块需要至少一个(通常是三个)折射透镜来准直激光，以及一个衍射光学元件(doe)，该衍射光学元件将复制基线vcsel孔径数并在远场中产生所需点数。结果，模块复杂性对集成产生了重大挑战，此外，模块厚度通常大于电话机、膝上型计算机或显示器的边框中的可用空间。后一限制导致更复杂的集成方案，比如折叠的光学光路。
技术实现思路p>
1、本申请针对具有超表面(有时称为超光学器件)的单元件点阵投射器，以及用vcsel阵列形成点阵的方法。
2、本专利技术的各个实施例包括一种单元件点阵投射器，所述单元件点阵投射器包括：激光光源；和集成在激光光源上的超表面芯片。所述超表面芯片包括与激光光源间隔开等于所述超表面芯片的后焦距的距离的超表面元件，并且所述激光光源产生光，所述光通过所述超表面元件衍射以产生点阵。
3、在各个其他实施例中，激光光源包括垂直腔面发射激光器(vcsel)。
4、在另外的各个其他实施例中，vcsel包括多个单独的激光孔径。
5、在另外的其他各个实施例中，所述单独的激光孔径被配置为输出具有小于0.5°的半高全宽(fwhm)的点。
6、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片具有满足以下等式的尺寸：
7、msx＝vcselx+2*a+b；和
8、
9、其中b为超表面芯片的对准公差，θ为激光光源功率降至小于总功率的0.5％的全角，并且，其中msx为超表面芯片的有源区域在x方向的宽度，vcselx为激光光源在x方向的宽度，a为激光光源光束在x方向超出vcselx的估计大小，c为激光光源和超表面芯片之间的间隙大小，它等于超表面芯片的后焦距。
10、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片在x方向具有msx+2*border的芯片宽度，其中border是芯片在x方向超出光源光束的估计大小的大小。
11、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片集成在激光光源上方，使得激光光源通过超表面元件和激光光源之间的间隙输出光。
12、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片集成在激光光源的背面上方，使得光通过激光光源的背面输出到超表面芯片上。
13、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片集成在激光光源的正面上方，使得光通过激光光源的正面输出到超表面芯片上。
14、在另外的其他各个实施例中，所述间隙由超表面芯片的衬底提供。
15、在另外的其他各个实施例中，所述间隙由激光光源和超表面元件之间的环氧树脂或空气提供。
16、在另外的其他各个实施例中，超表面元件被定位在超表面芯片的衬底的顶部。
17、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片向来自激光光源的光提供透镜功能和倍增功能。
18、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片进一步向来自激光光源的光提供线性相位函数。
19、在另外的其他各个实施例中，点阵具有不对称图案。
20、在另外的其他各个实施例中，激光光源集成到芯片中，激光光源芯片和超表面芯片集成到单个单片模块中。
21、在另外的其他各个实施例中，超表面元件被组织成多个六边形分块(tile)。
22、此外，本专利技术的许多实施例包括一种用激光光源形成点阵的方法，所述方法包括：提供集成到芯片中的激光光源；提供包括超表面元件的超表面芯片；将激光光源芯片与超表面芯片集成，使得超表面元件与激光光源间隔开等于超表面芯片的后焦距的距离；和从激光光源产生光，所述光通过所述超表面元件衍射以产生点阵。
23、在各个其他实施例中，激光光源包括垂直腔表面发射激光器(vcsel)。
24、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片具有满足以下等式的尺寸：
25、msx＝vcselx+2*a+b；和
26、
27、其中b为超表面芯片的对准公差，θ为激光光源功率降至小于总功率的0.5％的全角，并且，其中msx为超表面芯片的有源区域在x方向的宽度，vcselx为激光光源在x方向的宽度，a为激光光源光束在x方向超出vcselx的估计大小，c为激光光源和超表面芯片之间的间隙大小，它等于超表面芯片的后焦距。
28、在另外的其他各个实施例中，超表面芯片在x方向具有msx+2*border的芯片宽度，其中border是芯片在x方向超出光源光束的估计大小的大小。
29、另外的实施例和特征部分在下面的描述中阐述，并且部分在阅读本说明书之后对本领域技术人员将变得清楚，或者可以通过本公开的实践而获知。通过参考本说明书的剩余部分和构成本公开的一部分的附图，可以实现对本公开的性质和优点的进一步理解。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种单元件点阵投射器，包括：
2.按照权利要求1所述的投射器，其中所述激光光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
3.按照权利要求2所述的投射器，其中所述VCSEL包括多个单独的激光孔径。
4.按照权利要求3所述的投射器，其中所述单独的激光孔径被配置为输出具有小于0.5°的半高全宽(FWHM)的点。
5.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面芯片具有满足以下等式的尺寸：
6.按照权利要求5所述的投射器，其中所述超表面芯片在x方向具有MSx+2*Border的芯片宽度，其中Border是芯片在x方向超出光源光束的估计大小的大小。
7.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面芯片集成在所述激光光源上方，使得所述激光光源通过所述超表面元件和所述激光光源之间的间隙输出光。
8.按照权利要求7所述的投射器，其中所述超表面芯片集成在所述激光光源的背面上方，使得光通过所述激光光源的背面输出到所述超表面芯片上。
9.按照权利要求7所述的投射器，其中所述超表面芯片集成在所述激光光源的正面上
10.按照权利要求7所述的投射器，其中所述间隙由所述超表面芯片的衬底提供。
11.按照权利要求7所述的投射器，其中所述间隙由所述激光光源和所述超表面元件之间的环氧树脂或空气提供。
12.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面元件定位在所述超表面芯片的衬底的顶部。
13.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面芯片向来自所述激光光源的光提供透镜功能和倍增功能。
14.按照权利要求13所述的投射器，其中所述超表面芯片还向来自所述激光光源的光提供线性相位函数。
15.按照权利要求1所述的投射器，其中所述点阵具有不对称图案。
16.按照权利要求1所述的投射器，其中所述激光光源集成到芯片中，并且激光光源芯片和所述超表面芯片集成到单个单片模块中。
17.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面元件被组织成多个六边形分块。
18.一种用激光光源形成点阵的方法，所述方法包括：
19.按照权利要求18所述的方法，其中所述激光光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
20.按照权利要求18所述的方法，其中所述超表面芯片具有满足以下等式的尺寸：
21.按照权利要求20所述的方法，其中所述超表面芯片在x方向具有MSx+2*Border的芯片宽度，其中Border是芯片在x方向超出光源光束的估计大小的大小。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种单元件点阵投射器，包括：
2.按照权利要求1所述的投射器，其中所述激光光源包括垂直腔面发射激光器(vcsel)。
3.按照权利要求2所述的投射器，其中所述vcsel包括多个单独的激光孔径。
4.按照权利要求3所述的投射器，其中所述单独的激光孔径被配置为输出具有小于0.5°的半高全宽(fwhm)的点。
5.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面芯片具有满足以下等式的尺寸：
6.按照权利要求5所述的投射器，其中所述超表面芯片在x方向具有msx+2*border的芯片宽度，其中border是芯片在x方向超出光源光束的估计大小的大小。
7.按照权利要求1所述的投射器，其中所述超表面芯片集成在所述激光光源上方，使得所述激光光源通过所述超表面元件和所述激光光源之间的间隙输出光。
8.按照权利要求7所述的投射器，其中所述超表面芯片集成在所述激光光源的背面上方，使得光通过所述激光光源的背面输出到所述超表面芯片上。
9.按照权利要求7所述的投射器，其中所述超表面芯片集成在所述激光光源的正面上方，使得光通过所述激光光源的正面输出到所述超表面芯片上。
10.按照权利要求7所述的投射器，其中所述间隙由所述超表面芯片的衬底提供。
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·C·德夫林，P·拉塔维茨，J·格拉夫，
申请(专利权)人：梅特兰兹股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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