(57)【要約】  本発明は、少なくとも1つのレーザと、少なくとも1つのレーザに隣接して配置された少なくとも1つの光学フィルタとを備える、飛行時間測定用のレーザ構成（100）であって、少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタそれぞれは、基板（101）と、第1のミラー（105）と、第2のミラー（109）と、第1のミラー（105）と第2のミラー（109）との間に配置された活性層（107）とを備え、少なくとも1つのレーザは、第1の方向にレーザ光（121）を発光するように構成され、光学フィルタは、受信光（123）を受信するように構成され、受信光（123）は、対象物（300）から反射されたレーザ光（121）を含み、少なくとも1つの光学フィルタは、受信光の伝播の方向に、第1のミラー（105）と、活性層（107）と、第2のミラー（109）とを有し、少なくとも1つの光学フィルタの第2のミラー（109）は、少なくとも1つの光学フィルタの第1のミラー（105）の反射率と同じか、またはこれより低い反射率を有し、光学フィルタは、受信光（123）をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、対象物（300）から反射され、第1の方向から受信されたレーザ光（121）は、光学フィルタを通過する、レーザ構成を説明する。本発明はさらに、飛行時間測定用の検出器構成（10）、飛行時間型カメラ（200）、深度画像を決定する方法および対応するコンピュータプログラム製品について説明する。【選択図】  図2
2021509956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのレーザと、前記少なくとも1つのレーザに隣接して配置された少なくとも1つの光学フィルタとを備える、飛行時間測定用のレーザ構成（100）であって、前記少なくとも1つのレーザおよび前記少なくとも1つの光学フィルタそれぞれが、基板（101）と、第1のミラー（105）と、第2のミラー（109）と、前記第1のミラー（105）と前記第2のミラー（109）との間に配置された活性層（107）とを備え、前記少なくとも1つのレーザが、第1の方向にレーザ光（121）を発光するように構成され、前記光学フィルタが、受信光（123）を受信するように構成され、前記受信光（123）が、対象物（300）から反射されたレーザ光（121）を含み、前記レーザ光が、前記少なくとも1つのレーザの前記第1のミラー（105）を通して発光され、前記受信光が、前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第1のミラー（105）を通して受信され、前記少なくとも1つのレーザの前記第1のミラー（105）および前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第1のミラー（105）が、等しい反射率を有し、前記少なくとも1つのレーザの前記第2のミラー（109）および前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第2のミラーが等しい反射率を有するか、または前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第2のミラーの前記反射率は、前記少なくとも1つのレーザの前記第2のミラーの前記反射率より低減され、前記光学フィルタが、前記受信光（123）をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、前記対象物（300）から反射され、前記第1の方向から受信されたレーザ光（121）は、前記光学フィルタを通過する、レーザ構成。
【請求項２】
前記基板（101）が、共通基板であり、前記少なくとも1つのレーザおよび前記光学フィルタが、前記共通基板上に配置され、前記少なくとも1つのレーザが、垂直キャビティ面発光レーザである、請求項1に記載のレーザ構成（100）。
【請求項３】
前記レーザ構成（100）が、少なくとも第2のレーザと、少なくとも第2の光学フィルタとをさらに備え、各レーザおよび各光学フィルタが、光学デバイス（120）と光学的に結合され、前記光学デバイスが、前記第2のレーザによって発光されたレーザ光（121）が前記第1の方向と異なる第2の方向に発光されるように構成され、前記光学デバイスが、受信光（123）を受信するようにさらに構成され、前記受信光（123）が、前記第2のレーザによって発光された、反射されたレーザ光（121）を含み、前記第2の光学フィルタが、前記受信光（123）をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、前記第2のレーザによって発光され、前記第2の方向から受信された、反射されたレーザ光（121）は、前記第2の光学フィルタを通過する、請求項1または2に記載のレーザ構成（100）。
【請求項４】
少なくとも1つのレーザと、少なくとも1つの光学フィルタと、少なくとも1つのキャリア構造（150）と、少なくとも1つの第1のドライバ（153）とを備える、飛行時間測定用の検出器構成（10）であって、前記少なくとも1つのレーザおよび前記少なくとも1つの光学フィルタが、基板（101）と、第1のミラー（105）と、第2のミラー（109）と、前記第1のミラー（105）と前記第2のミラー（109）との間に配置された活性層（107）とを備え、前記少なくとも1つのレーザが、第1の方向にレーザ光（121）を発光するように構成され、前記光学フィルタが、受信光（123）を受信するように構成され、前記受信光（123）が、対象物（300）から反射されたレーザ光（121）を含み、前記レーザ光が、前記少なくとも1つのレーザの前記第1のミラー（105）を通して発光され、前記受信光が、前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第1のミラー（105）を通して受信され、前記少なくとも1つのレーザの前記第1のミラー（105）および前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第1のミラー（105）が、等しい反射率を有し、前記少なくとも1つのレーザの前記第2のミラー（109）および前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第2のミラーが、等しい反射率を有するか、または前記少なくとも1つの光学フィルタの前記第2のミラーの前記反射率は、前記少なくとも1つのレーザの前記第2のミラーの前記反射率より低減され、前記対象物（300）が、所定の検出範囲内に配置され、前記光学フィルタが、前記受信光（123）をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、前記対象物（300）から反射され、前記第1の方向から受信されたレーザ光（121）は、前記光学フィルタを通過するようになり、前記少なくとも1つのレーザおよび前記少なくとも1つの光学フィルタが、前記キャリア構造（150）に取り付けられ、前記キャリア構造（150）が、少なくとも1つの光学センサ（151）を備え、前記少なくとも1つの光学センサ（151）が、前記光学フィルタによってフィルタリングされた前記受信光（123）を検出するように構成され、前記第1のドライバ（153）が、所定のパルス長のレーザ光（121）が発光されるように前記少なくとも1つのレーザを制御するように構成され、前記所定のパルス長が、20nsより短く、それにより、前記パルス長は、前記所定の検出範囲内で前記対象物から反射されたレーザ光を受信するための時間期間より短くなる、検出器構成。
【請求項５】
前記所定のパルス長が、前記所定の検出範囲内で前記対象物（300）から反射されたレーザ光（121）を受信するための時間期間よりも短い、請求項4に記載の検出器構成（10）。
【請求項６】
前記光学センサ（151）が、前記受信光（123）の検出時に非線形応答を提供するように構成される、請求項4または5に記載の検出器構成（10）。
【請求項７】
前記基板（101）が共通基板であり、前記少なくとも1つのレーザおよび前記光学フィルタが、共通基板上で互いに隣接して配置され、前記少なくとも1つのレーザが、垂直キャビティ面発光レーザである、請求項4から6のいずれか一項に記載の検出器構成（10）。
【請求項８】
前記少なくとも1つのレーザが、第1のしきい値電流を特徴とし、前記少なくとも1つの光学フィルタが、前記第1のしきい値電流よりも高い第2のしきい値電流を特徴とし、前記第1のドライバ（153）が、前記少なくとも1つのレーザおよび前記少なくとも1つの光学フィルタに第1の駆動電流を提供するように構成され、前記第1の駆動電流は、前記第1のしきい値電流と前記第2のしきい値電流との間で構成される、請求項4〜7のいずれか一項に記載の検出器構成（10）。
【請求項９】
前記光学フィルタおよび前記第1の駆動電流が、前記対象物（300）から受信された前記受信光（123）が含む反射されたレーザ光（121）を増幅するように構成される、請求項7または8に記載の検出器構成（10）。
【請求項１０】
前記第1のドライバ（153）が、前記第1のしきい値電流よりも高い第1の駆動電流を前記少なくとも1つのレーザに提供するように構成され、前記第1のドライバ（153）または第2のドライバ（155）が、前記光学フィルタのしきい値電流よりも小さい第2の駆動電流を前記少なくとも1つの光学フィルタに提供するように構成される、請求項4から7のいずれか一項に記載の検出器構成（10）。
【請求項１１】
前記少なくとも1つのレーザが、第1のしきい値電流を特徴とし、前記第1のドライバ（153）が、前記所定のパルス長に対して、前記第1のしきい値電流を超える第1の駆動電流を提供するように構成され、前記第1のドライバ（153）または第2のドライバ（155）は、前記所定の検出範囲における前記対象物（300）から反射されたレーザ光（121）の検出中に、前記第1のしきい値電流を下回る第2の駆動電流を前記光学フィルタに提供するように構成される、請求項10に記載の検出器構成（10）。
【請求項１２】
前記検出器構成（10）が、少なくとも第2のレーザと、少なくとも第2の光学フィルタとをさらに備え、各レーザおよび各光学フィルタが、光学デバイス（120）と光学的に結合され、前記光学デバイスが、前記第2のレーザによって発光されたレーザ光（121）が前記第1の方向とは異なる第2の方向に発光されるように構成され、前記光学デバイスが、受信光（123）を受信するようにさらに構成され、前記受信光（123）が、前記第2のレーザによって発光された、反射されたレーザ光（121）を含み、前記第2の光学フィルタが、前記受信光（123）をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、前記第2のレーザによって発光され、前記第2の方向から受信された、反射されたレーザ光（121）は、前記第2の光学フィルタを通過する、請求項5から11のいずれか一項に記載の検出器構成（10）。
【請求項１３】
請求項4から12のいずれか一項に記載の検出器構成（10）を備える飛行時間型カメラ（200）であって、前記飛行時間型カメラ（200）は、受信光（123）の検出によって対象物（300）までの距離を決定するように構成された評価装置をさらに備える、飛行時間型カメラ。
【請求項１４】
請求項13に記載の飛行時間型カメラ（200）を使用してシーンの深度画像を記録する方法であって、
複数の異なる方向にレーザ光（121）を発光するステップであって、少なくとも1つのレーザが、複数の方向の少なくとも1つにレーザ光（121）を発光する、ステップと、
各方向の少なくとも1つの光学フィルタによって、前記複数の方向のそれぞれについて前記シーン内の対象物（300）によって反射されたレーザ光（121）を含む受信光（123）をフィルタリングするステップであって、前記少なくとも1つの光学フィルタは、対応する方向にレーザ光を発光する前記少なくとも1つのレーザに関連付けられ、各光学フィルタは、前記対応する方向の前記レーザ光（121）の波長範囲内に光通過帯域を含む、フィルタリングするステップと、
各光学フィルタの少なくとも1つの光学センサ（151）を用いて、前記フィルタリングされた受信光（123）を検出するステップと、
前記レーザ光（121）の発光時間および前記フィルタリングされた受信光（123）の検出時間によって、前記対象物（300）までの少なくとも1つの距離を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１５】
請求項13に記載の飛行時間型カメラ（200）が備える少なくとも1つのメモリデバイスに保存することができるコード手段を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記コード手段は、請求項14に記載の方法を前記飛行時間型カメラ（200）が備える少なくとも1つの処理装置によって実行できるように構成される、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行時間測定用の光学フィルタを備えたレーザ構成、飛行時間測定用の検出器構成、飛行時間型カメラ、深度画像を決定する方法および対応するコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、垂直キャビティ面発光レーザ（VCSEL）アレイを備えるレーザ構成を赤外線照明デバイスに使用することができる。短パルスVCSELアレイの使用は、例えば飛行時間用途に適用される。そのような用途は、例えば、ポータブルデバイス用の短距離ジェスチャー認識および3D空間認識を含む。1〜10Wの範囲の出力電力を有する約1mm2の面積のVCSELアレイが、このような用途に関して論じられる。照明またはビューの特定のフィールドは、用途（例えば、70°x50°を観測する飛行時間型カメラ）によって規定される。
【０００３】
欧州特許第3176888号明細書は、飛行時間測定に適したセンサチップを開示している。センサチップは、同じ半導体基板上に互いに隣接して配置された1つまたは複数のレーザおよび光検出器を備える。レーザまたはレーザ構造および光検出器または光検出器構造は、同じ処理ステップで同じウェーハ上で処理される。したがって、レーザと光検出器の構造間のばらつきを最小限に抑えることができる。共鳴光検出器は、レーザがレーザ光を発光する波長範囲で感度が高くなるように構成される。共鳴光検出器の光通過帯域は、レーザのレーザ空洞の光通過帯域より広い。したがって、例えば、発光レーザと共鳴光検出器との間の温度差によって引き起こされ得る、レーザ光の発光波長の変動が、補償され得る。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、飛行時間測定用の改良されたレーザ構成を提供することである。
【０００５】
本発明は、独立請求項に記載される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されるか、または説明の後続の部分に記載される。
【０００６】
第1の態様によれば、飛行時間測定用のレーザ構成が、提供される。レーザ構成は、少なくとも1つのレーザと、少なくとも1つのレーザに隣接して配置された少なくとも1つの光学フィルタとを備える。少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタそれぞれは、基板と、第1のミラーと、第2のミラーと、第1のミラーと第2のミラーとの間に配置された活性層とを備える。少なくとも1つのレーザは、第1の方向にレーザ光を発光するように構成される。光学フィルタは、受信光を受信するように構成される。受信光は、対象物から反射されたレーザ光を含む。レーザ光は、少なくとも1つのレーザの第1のミラーを通して発光され、受信光は、少なくとも1つの光学フィルタの第1のミラーを通して受信される。少なくとも1つのレーザの第1のミラーおよび少なくとも1つの光学フィルタの第1のミラーは、等しい反射率を有する。少なくとも1つのレーザの第2のミラーおよび少なくとも1つの光学フィルタの第2のミラーは、等しい反射率を有するか、または少なくとも1つの光学フィルタの第2のミラーの反射率は、少なくとも1つのレーザの第2のミラーの反射率に対して低減される。光学フィルタは、受信光をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、対象物から反射され、第1の方向から受信されたレーザ光は、光学フィルタを通過する。
【０００７】
少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタは、並んで配置され得る。少なくとも1つのレーザは、好ましくは、基板が通す波長のレーザ光を発光するように構成され得る。発光されたレーザ光の波長は、GaAs基板の場合、（基板の厚さに応じて）、例えば約900nmより長くなり得る。基板は、代替的または追加的に除去されて、反射されたレーザ光が、第1のミラーを介して光学フィルタに入ることができ、光学フィルタによってフィルタリングされた、反射されたレーザ光の少なくとも一部が、第2のミラーを介して光学フィルタを離れる（またはその逆である）ことができるようにしてもよい。レーザおよび光学フィルタは、とりわけ第1のミラーと、第2のミラーと、活性層とを備える半導体エピタキシャル層スタックを特徴とする。第1のミラー、第2のミラーおよび活性層は、同じ光学特性を特徴とすることができる。したがって、レーザおよび光学フィルタは、生産の広がりの影響を回避するか、または少なくとも制限するために、同じ生産プロセスで処理されることが好ましい。半導体層スタックは、両方のデバイスで（本質的に）同じである。したがって、光学フィルタは、作動中にフィルタ波長がレーザの発光波長と一致するように構成される。レーザおよび光学フィルタは、レーザの発光波長の熱シフトを補償するために、レーザ構成の作動中、レーザおよび光学フィルタの温度が本質的に同じになるような方法で、熱的に結合される。したがって、レーザ構成は、第1の方向にレーザ光を発光し、反射されたレーザ光を同じ第1の方向から受信するように構成され、それにより、光学フィルタは、異なる波長および／または受信方向の周囲光を抑制する。したがって、レーザ構成により、非常に高感度な検出器構成が可能になる（以下を参照）。
【０００８】
基板は共通基板であることができ、少なくとも1つのレーザおよび光学フィルタは、共通基板上に配置される。少なくとも1つのレーザは、垂直キャビティ面発光レーザ（VCSEL）である。隣接するVCSEL構造が同じエピタキシャル層スタックを共有するように、VCSELを並行して処理することができる。2つの隣接するVCSEL構造の第1のVCSEL構造をレーザとして使用することができ、2つの隣接するVCSEL構造の第2のVCSEL構造を光学フィルタとして使用することができる。
【０００９】
VCSELアレイは、約10〜20nmのレーザ波長の広がりと、0．07nm／Kの波長の熱シフトとを有し、その結果、例えば−40°C〜105°Cの自動車条件ではさらに10nmの広がりが生じる。したがって、2つ（またはそれ以上）の隣接するVCSELデバイスを使用すると、生産の広がりを補償することができ、熱結合が強いため、両方のVCSELデバイスの熱ドリフトおよび相違温度を回避するか、または少なくとも低減する。
【００１０】
第1のミラーおよび第2のミラーは、基板側またはエピタキシャルサイト（底部エミッタまたは上部エミッタ）であることができる片側に向けたレーザ作動用に最適化される。ミラーの1つ（分散ブラッグ反射器−DBR）は、99．9％を超える高い反射率を特徴とすることができ、別の1つは、約99．5％のやや低い反射率で光を発光する。より高い反射率のDBRの反射率は、光学フィルタを構築するVCSEL構造に対して（例えば、エッチングまたは追加の層を提供することにより）低減させることができ、それにより、両方のDBRは、同じ反射率（例えば99．5％）を特徴とする。第1および第2のDBR（またはより一般的には第1または第2のミラー）の同じ反射率により、第1の方向から受信された、意図するフィルタ波長（レーザを構築する隣接するVCSEL構造の発光波長）に対する光学フィルタの最適化された透過が、可能になる。
【００１１】
第1および第2のDBRの反射率は、代替の実施形態によれば、レーザの利得スイッチング作動のみが可能になるように、（例えば、95％から99．5％の間で）下げられ得る。そのような設計は、隣接する光学フィルタを同時に通る、より高い透過を可能にする。
【００１２】
少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタは、共通の駆動電流を受信するように構成され得る。この実施形態では、少なくとも1つのレーザは、第1のしきい値電流を特徴とする。少なくとも1つの光学フィルタは、第1のしきい値電流よりも高い第2のしきい値電流を特徴とする。少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタは、例えば、共通電極を共有することができる。異なるしきい値電流を（例えば、対応するVCSEL構造の異なる直径によって）提供することにより、より低いしきい値電流（レーザしきい値を超える電気的ポンピング）を有するVCSEL構造（レーザ）によるレーザ光の発光、およびより高いしきい値電流（しきい値を下回る電気ポンピング）を有するVCSEL構造（光学フィルタ）の高い透過度が、可能になる。したがって、レーザおよび光学フィルタを同じ駆動電流で駆動することができる。したがって、レーザおよび光学フィルタの局所加熱は、非常に類似する。
【００１３】
レーザ構成は、少なくとも第2のレーザおよび少なくとも第2の光学フィルタをさらに備えることもでき、各レーザおよび各光学フィルタは、光学デバイスと光学的に結合される。光学デバイスは、第2のレーザによって発光されたレーザ光が第1の方向とは異なる第2の方向に発光されるように構成される。光学デバイスは、受信光を受信するようにさらに構成される。受信光は、第2のレーザによって発光された、反射されたレーザ光を含む。第2の光学フィルタは、受信光をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、第2の方向から受信された、反射されたレーザ光は、第2の光学フィルタを通過する。光学デバイスは、レーザ光の角度選択的な発光および受信を可能にする。2、3、4またはそれ以上の対のレーザおよび対応する光学フィルタが、レーザ光を異なる方向に発光し、それぞれの方向からの反射されたレーザ光を受信するように構成されてよく、それにより、反射されたレーザ光は、対応する光学フィルタを通過することができる。レーザおよび対応する光学フィルタの対の1つまたは複数のサブグループは、レーザ光を同じ方向に発光し、反射されたレーザ光をこの方向から受信するように構成されてよく、それにより、この方向から受信された、反射されたレーザ光は、それぞれのサブグループの光学フィルタを通過することができる。光学デバイスは、共通の光学デバイスまたは各レーザであることができ、各光学フィルタは、別個の光学デバイスに結合され得る。
【００１４】
さらなる態様によれば、飛行時間測定用の検出器構成が、提供される。検出器構成は、飛行時間型検出器モジュールであり得る。検出器構成は、少なくとも1つのレーザと、少なくとも1つの光学フィルタと、少なくとも1つのキャリア構造と、少なくとも1つの第1のドライバとを備える。少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタは、基板と、第1のミラーと、第2のミラーと、第1のミラーと第2のミラーとの間に配置された活性層とを備える。少なくとも1つのレーザは、第1の方向にレーザ光を発光するように構成される。光学フィルタは、受信光を受信するように構成される。受信光は、対象物から反射されたレーザ光を含む。レーザ光は、少なくとも1つのレーザの第1のミラーを通して発光され、受信光は、少なくとも1つの光学フィルタの第1のミラーを通して受信される。少なくとも1つのレーザの第1のミラーおよび少なくとも1つの光学フィルタの第1のミラーは、等しい反射率を有する。少なくとも1つのレーザの第2のミラーおよび少なくとも1つの光学フィルタの第2のミラーは、等しい反射率を有するか、または少なくとも1つの光学フィルタの第2のミラーの反射率は、少なくとも1つのレーザの第2のミラーの反射率に対して低減される。対象物は、所定の検出範囲内に配置され、光学フィルタは、受信光をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、対象物から反射され、第1の方向から受信されたレーザ光は、光学フィルタを通過する。少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタは、キャリア構造に取り付けられる。キャリア構造は、少なくとも1つの光学センサを備える。少なくとも1つの光学センサは、光学フィルタによってフィルタリングされた、受信光を検出するように構成される。第1のドライバは、所定のパルス長のレーザ光が発光されるように少なくとも1つのレーザを制御するように構成される。所定のパルス長は、20nsよりも短く、好ましくは10nsよりも短い。所定のパルス長は、所定の検出範囲内で対象物から反射されたレーザ光を受信するための時間期間よりも短い。
【００１５】
より長いレーザパルスが対象物から反射された光を受信するための時間期間よりも長く発光され得るように、レーザおよび別個の光学フィルタを備える検出器構成（上記で説明したレーザ構成）を電気的に駆動することが可能であり得る。したがって、そのようなレーザ構成を備える検出器構成は、第1のドライバに関する制限に拘束されなくてよい。この場合、第1のドライバは、所定のパルス長のレーザ光が発光されるように構成され得る。この場合、所定のパルス長は、信頼できる飛行時間測定を提供するのに適した任意のパルス長を含むことができる。
【００１６】
少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタは、同じ物理的構造を備えることができる。これは、物理的構造が第1の時点でレーザとして機能し、第2の異なる時点で光学フィルタとして機能することを意味する。
【００１７】
レーザおよび光学フィルタは、キャリア構造（第2のチップ）上に取り付けられた第1のチップ上に配置され得る。任意選択により、（電気接続用のビアを備えたSiチップであることができる）2つのチップ間に透明なスペーサを実装して、光学フィルタから光学センサに発光される自然発光（ASE）の量をさらに低減することができ、このときASEはすべての方向に発光され、その間フィルタリングされた（および／または以下を参照するように増幅された）受信光は、レーザのエピタキシャル層構造に垂直である。
【００１８】
光学センサは、受信光の検出時に非線形応答を提供するように構成され得る。非線形応答は、受信光から生じる非常に低い光強度の検出を可能にすることができる。光学センサは、例えば、飛行時間信号を検出するのに良好に適した単一光子アバランシェダイオード（SPAD）を備えることができる。
【００１９】
キャリア構造は、少なくとも1つのレーザに少なくとも駆動電流を提供するように構成された少なくとも第1のドライバをさらに備えることができる。第1のドライバを統合すると、非常にコンパクトな設計が可能になり得る。
【００２０】
基板は、共通基板であり得る。少なくとも1つのレーザおよび光学フィルタは、共通の基板上で互いに隣接して配置される。少なくとも1つのレーザは、VCSELである。光学フィルタは、対応するVCSELと同一であるか、またはVCSELと本質的に同じエピタキシャル層構造を共有するVCSEL構造であり得る。1つの共通の基板を使用すると、上記で論議された熱結合および生産の広がりに関する利点が可能になる。
【００２１】
少なくとも1つのレーザは、第1のしきい値電流を特徴とし得る。この実施形態では、少なくとも1つの光学フィルタは、第1のしきい値電流よりも高い第2のしきい値電流を特徴とする。第1のドライバは、少なくとも1つのレーザおよび少なくとも1つの光学フィルタに第1の駆動電流を提供するように構成される。第1の駆動電流は、第1のしきい値電流と第2のしきい値電流との間で構成される。少なくとも1つの光学フィルタは、例えば、少なくとも1つのレーザの活性化領域より大きい、（例えば対応する電流閉じ込め構造（例えば、酸化物アパーチャ）によって画定される、駆動電流を受信する活性層の領域）活性化領域を有するVCSELであり得る。光学フィルタおよび第1の駆動電流は、対象物から受信された、反射されたレーザ光を増幅するように構成され得る。第1の駆動電流は、例えば、増幅を可能にするために第2のしきい値電流をわずかに下回り得る。反射光は、光学フィルタのレーザ処理を開始し、光学フィルタの光が、検出される。第1の電流は、レーザおよび光学フィルタ（レーザおよび光学フィルタの直列回路）に同時に提供される共通の（パルス）駆動電流であり得る。レーザと光学フィルタの直列抵抗が異なる場合、2つの別々のドライバが存在し得る。
【００２２】
第1のドライバは、代替の実施形態では、第1のしきい値電流よりも高い第1の駆動電流を少なくとも1つのレーザに提供するように構成され得る。第1のドライバまたは第2のドライバは、第1のしきい値電流よりも小さい第2の駆動電流を少なくとも1つの光学フィルタに提供するようにさらに構成され得る。少なくとも1つのレーザおよび光学フィルタは、任意選択により、同じ第1のしきい値電流を特徴とし得る。第2の駆動電流は、光学フィルタの十分な透過度を提供するために使用され得る。
【００２３】
光学フィルタを通る第2の駆動電流は、任意選択により、光学フィルタ内の活性層が、正しい波長および受信角度の受信光が含む反射されたレーザ光用の増幅器として作用するように、レーザしきい値をわずかに下回るように増大され得る。
【００２４】
第2の駆動電流は、例えば、反射されたレーザ光の受信時に光学フィルタのレーザ処理を可能にすることができる。この実施形態では、DBRは、エッチングされないままであり得る（第1および第2のミラーの反射率は同じではない）。受信されたレーザ光の増幅は、光学センサに向かうDBRの高反射率側から結合される光学センサに十分な光を提供することができる。したがって、独立した第1および第2の駆動電流を使用することにより、検出器構成の柔軟性およびパフォーマンス（特に感度）が向上する。
【００２５】
光学フィルタ（およびレーザ）は、フォトトランジスタ（PT）、またはより具体的には分散型ヘテロ接合バイポーラフォトトランジスタ（HPT）をさらに備えることができる。HPTは、コレクタ層と、感光層と、ベース層と、エミッタ層とを含む。HPTは、HPTによる活性キャリア閉じ込めを提供するために、活性層とHPTとの間に光学的結合が存在するように構成される。フォトトランジスタを使用して、反射されたレーザ光の吸収に反応して電流を増加させることにより、光学フィルタのレーザ処理を開始することができる。フォトトランジスタは、2つのミラーおよび埋め込まれた活性層によって構築された光共振器に統合され得る。フォトトランジスタは、好ましくは、活性層の近くに（例えば、活性層とミラーの1つとの間に）配置され得る。
【００２６】
少なくとも1つのレーザは、別の実施形態によれば、第1のしきい値電流を特徴とし得る。第1のドライバは、所定のパルス長に対して第1のしきい値電流を超える第1の駆動電流を提供するように構成される。第1のドライバまたは第2のドライバは、所定の検出範囲内で対象物から反射されたレーザ光の検出中に、第1のしきい値電流を下回る第2の駆動電流を光学フィルタに提供するように構成される。第1のドライバは、例えば、第1の時間期間において第1の駆動電流をレーザに、および任意選択で光学フィルタ（レーザと光学フィルタは異なるしきい値電流を有する）に、その後の第2の時間において第2の駆動電流を光学フィルタに、および任意選択でレーザに（第2の駆動電流は、レーザのレーザしきい値より下回る必要がある）提供するように構成され得る。代替的には、第1のドライバは、第1の駆動電流をレーザに提供するように構成されてもよく、第2のドライバは、永久的に、または所定のパルス長後の所定の時間期間の間、第2の駆動電流を光学フィルタに提供することができる。所定の時間期間の間、光学フィルタに第2の駆動電流を供給することにより、反射されたレーザ光の検出の時間的、したがって空間的フィルタリング（光速度を考慮した所定の距離範囲）が可能になる。光学フィルタは、透過性であるか、または所定の時間期間中のみ反射されたレーザ光を増幅する。
【００２７】
検出器構成は、少なくとも第2のレーザと、少なくとも第2の光学フィルタとをさらに備えることができる。各レーザおよび各光学フィルタは、光学デバイスと光学的に結合される。光学デバイスは、第2のレーザによって発光されたレーザ光が第1の方向とは異なる第2の方向に発光されるように構成される。光学デバイスは、受信光を受信するようにさらに構成される。受信光は、第2のレーザによって発光された、反射されたレーザ光を含む。第2の光学フィルタは、受信光をフィルタリングするようにさらに構成され、それにより、第2のレーザによって発光され、第2の方向から受信された、反射されたレーザ光は、第2の光学フィルタを通過する。光学デバイスは、上記で説明したように、レーザ光の角度選択的な発光および受信を可能にする。2、3、4またはそれ以上の対のレーザおよび対応する光学フィルタが、レーザ光を異なる方向に発光し、それぞれの方向からの反射されたレーザ光を受信するように構成されてよく、それにより、反射されたレーザ光は、対応する光学フィルタを通過することができる。
【００２８】
第3の態様によれば、飛行時間型カメラが、提供される。飛行時間型カメラは、上記で説明したいずれかの実施形態による検出器構成を備える。飛行時間型カメラは、評価装置をさらに備える。評価装置は、受信光の検出によって対象物までの距離を決定するように構成される。
【００２９】
第4の態様によれば、シーンの深度画像を決定する方法が、提供される。この方法は、第3の態様による飛行時間型カメラを使用し、以下のステップを含む：
複数の異なる方向にレーザ光を発光するステップであって、少なくとも1つのレーザは、複数の方向の少なくとも1つにレーザ光を発光する、発光するステップ、
各方向の少なくとも1つの光学フィルタによって、複数の方向のそれぞれについてシーン内の対象物によって反射されたレーザ光を含む受信光をフィルタリングするステップであって、少なくとも1つの光学フィルタは、対応する方向にレーザ光を発光する少なくとも1つのレーザに関連付けられ、各光学フィルタは、対応する方向のレーザ光の波長範囲内に光通過帯域を含む、フィルタリングするステップ、
各光学フィルタの少なくとも1つの光学センサを用いて、フィルタリングされた受信光を検出するステップ、および
レーザ光の発光時間およびフィルタリングされた受信光の検出時間によって、対象物までの距離を決定するステップ。
【００３０】
シーンの深度画像は、決定された距離に基づいて再構築され得る。
【００３１】
本方法は、以下の点をさらに特徴とし得る：
レーザ光を発光するステップは、レーザの第1のしきい値電流を超える駆動電流をレーザに供給するステップを含み、
受信光をフィルタリングするステップは、光学フィルタの第2のしきい値電流を下回る加熱電流を光学フィルタに提供するステップを含む。
【００３２】
加熱電流は、光学フィルタの温度をレーザの温度に合わせるように構成される。加熱電流は、光学フィルタの潜在的なレーザしきい値電流を下回る。加熱電流は、さらに透過度を高め、上記で論じたように対応する方向の受信されたレーザ光の増幅を可能にすることができる。
【００３３】
駆動電流および加熱電流は、上記で論じたように第1のしきい値が第2のしきい値よりも低い場合、同じ電流強度を特徴とし得る。
【００３４】
第5の態様によれば、コンピュータプログラム製品が、提供される。コンピュータプログラム製品は、上記で説明した飛行時間型カメラが備える少なくとも1つのメモリデバイスに保存することができるコード手段を備える。コード手段は、上記で説明した方法が、飛行時間型カメラが備える少なくとも1つの処理デバイスによって実行できるように構成される。
【００３５】
メモリデバイスまたは処理デバイスは、飛行時間型カメラ（例えば、電気ドライバ、コントローラなど）が備えることができる。
【００３６】
1つまたは複数のメモリデバイスは、情報、特にデジタル情報を記憶するように構成された任意の物理デバイスであり得る。メモリデバイスは、特に、固体メモリまたは光学メモリのグループから選択され得る。
【００３７】
1つまたは複数の処理デバイスは、データ処理、特にデジタルデータの処理を実行するように構成された任意の物理デバイスであり得る。処理デバイスは、プロセッサ、マイクロプロセッサ、または特定用途向け集積回路（ASIC）のグループから特に選択され得る。
【００３８】
上記で説明した方法および上記で説明した飛行時間型カメラが、類似および／または同一の実施形態を有することが、理解されるものとする。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであり得ることも理解されるものとする。
【００４０】
さらなる有利な実施形態を以下に定義する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載する実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。
【００４２】
次に、添付の図面を参照しながら、実施形態に基づいて、本発明を一例として説明する。
【図１】第1の検出器構成の主要なスケッチ図である。
【図２】第2の検出器構成の主要なスケッチ図である。
【図３】第3の検出器構成の主要なスケッチ図である。
【図４】飛行時間型カメラの主要なスケッチ図である。
【図５】深度画像を記録する方法の主要なスケッチ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図中、同様の番号は全体を通して同様の対象物を指す。図中の対象物は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。
【００４４】
次に、本発明の様々な実施形態を図によって説明する。
【００４５】
図1は、飛行時間測定用の第1の検出器構成10の主要なスケッチを示す。検出器構成10は、レーザ構成100と、キャリア構造150とを備える。この実施形態では、レーザ構成10は、第1のミラー105（第1のDBR）と、第2のミラー109（第2のDBR）と、第1のDBRと第2のDBRの間に挟まれた活性層107とを備えた光共振器を備える底面発光VCSELを備える。活性層107は、通常、1つまたはいくつかの量子井戸層を含む。第1のDBRの層は、基板101（GaAs基板）上に堆積される。第1のDBRの反射率は、第2のDBRの反射率（例えば、反射率＞99．9％）よりもやや低くなる（例えば、99．5％の反射率）。光共振器が設けられている基板101の側と反対の基板101の裏側に、第1の電気接点103（通常はn接点）が、設けられる。第2の電気接点111（通常はp接点）が、第2のDBRの上部に設けられる。第1および第2の電気接点103，111は、光共振器に電気駆動電流を提供する（電気的にポンピングする）ように構成される。VCSELは、例えば、図1には明示的に示さないが当業者によく知られている電流分配層、電流閉じ込め層などのさらなる層を含むことができる。第1の電気接点103および第2の電気接点111（どちらも金属層を含むことができる）は、穴を取り囲むことができ、レーザ構成100のレーザしきい値電流を超える駆動電流が供給された場合、この穴からレーザ光121を発光することができる。レーザ光121の発光波長は、基板101がレーザ光121を本質的に通すように、900nmを上回り、好ましくは930nmを上回る。レーザ構成101には、この実施形態ではレーザ光121を通す材料からなるスペーサ130の上部に第2の電極111が取り付けられている。スペーサ130は、第1の電極103と第2の電極111の電気的接続を提供するように構成される（図示せず）。スペーサ130は、VCSELに駆動電流を提供するように構成された第1のドライバを備えるキャリア構造150上に取り付けられる。キャリア構造150は、光学センサ151をさらに備える。光学センサ151は、例えば、キャリア構造に統合され、第1の電気接点103および第2の電気接点111の開口部と位置合わせされる単一光子アバランシェダイオードであり得る。
【００４６】
レーザ光121の大部分は、第1の方向に第1のDBRを通して発光されるが、小さな部分は、第2のDBRを介して発光され、それにより、光学センサ151は、VCSELによって発光されたレーザ光121を受信する。したがって、光学センサ151は、VCSELによって発光されたレーザ光121の発光時間を検出するように構成される。基板101を介して発光されたレーザ光121の一部は、対象物（図示せず）によって反射され得る。第1の方向から受信された、反射されたレーザ光121を含む受信光123は、基板101を介して光共振器に入る。受信光123は、レーザ光121の所定のパルス長後に受信される。したがって、第1のドライバ153は、所定の時間期間の後、駆動電流をVCSELのレーザしきい値を下回るように下げるように構成される。第1のドライバ153はさらに、VCSELのレーザしきい値をわずかに下回る後続または第2の駆動電流をVCSELに提供するように構成される。第2の駆動電流は、レーザがレーザ処理を開始するとすぐに、または駆動電流のレーザしきい値を下回る低減よりも遅く開始する所定の時間期間中に提供され得る。第2の駆動電流は、レーザがレーザ光121を発光したのと同じ方向から受信された、反射されたレーザ光121の増幅を可能にする。反射されたレーザ光121は、光共振器（および基板101）の層スタックによってフィルタリングされ、それにより、周囲光は、本質的に活性層107に到達しない。VCSELは、任意選択により、第2の駆動電流が印加される限り、反射されたレーザ光121の受信時にレーザ処理を開始することができる。フィルタリングされた、反射されたレーザ光121またはレーザパルス（増幅された、反射されたレーザ光121）は、光学センサ151によって検出される。増幅（レーザパルス）は、第2のDBRの高い反射率の観点から特に有利になり得る。したがって、検出器構成10は、第1の方向に発光されたレーザ光121の飛行時間を決定するように構成される。VCSELとキャリア構造150との間に配置されたスペーサは、活性層107から発光される増幅自然発光（ASE）の量を減少させる。レーザ構成100のVCSELは、レーザしきい値を超える駆動電流を受信するときレーザとして作動するように構成される。同じVCSELは、この実施形態では、レーザしきい値をわずかに下回る第2の駆動電流が提供される場合、光学フィルタ（および増幅器）として作動するようにさらに構成される。第1のミラー105および第2のミラー109は、フィルタ性能を改善するために両方のミラーが同じ反射率を特徴とするように成長させることができる。
【００４７】
図2は、第2の検出器構成10の主要なスケッチを示す。第2の検出器構成10は、キャリア構造150の上部に取り付けられたレーザ構成100を備える。レーザ構成100は、第1のミラー105（第1のDBR）と、第2のミラー109（第2のDBR）と、第1のDBRと第2のDBRとの間に挟まれた活性層107とを有する光共振器をそれぞれが含むVCSEL構造のアレイを備える。各VCSEL構造は、図1に関して説明した底面発光VCSELと同様に構成される。主な違いは、VCSEL構造には2つの異なる種類があることである。第1のVCSEL構造は、基板101を通してレーザ光121を発光するように構成される。したがって、第1のVCSEL構造は、レーザである。これらの第1のVCSEL構造の第2のミラー109（第2のDBR）は、第2の電極111によって完全に覆われている。第2のVCSEL構造は、反射されたレーザ光121を含む受信光123をフィルタリングするように構成される。したがって、第2のVCSEL構造は、光学フィルタである。これらの第2のVCSEL構造の第2のミラー109（第2のDBR）は、例えば、リング形状の第2の電気接点111によって部分的に覆われ、それにより、フィルタリングされた受信光123は、第2の電気接点111内の開口部を通って第2のVCSEL構造を通過することができる。第1および第2のVCSEL構造は、共通の第1の電気接点103を含む。第1の電気接点103内の開口部は、第1および第2のVCSEL構造と位置合わせされて、レーザ光121の発光および受信光123の受信を可能にする。レーザ構成100は、光学デバイス120をさらに備え、1つの光学デバイス120（例えば、基板101の表面上に堆積されたマイクロレンズ）は、1つの第1または第2のVCSEL構造に関連付けられる。レーザは、所定のパルス長（特にナノ秒範囲の非常に短いパルス）のレーザ光を発光するために、キャリア構造155が備える第2のドライバ155によって第1の駆動電流を受信するように構成される。光学フィルタは、キャリア構造が備える第1のドライバ153によって第2の駆動電流を受信するように構成される。第2の駆動電流は、受信光123の受信中に光学フィルタの透過度を高めるように構成される。レーザおよび光学フィルタは、この実施形態では、1つのレーザが1つの光学フィルタに関連付けられるように構成される。レーザおよび関連する光学フィルタに関連付けられた光学デバイス120は、レーザ光121が第1の方向に発光され、受信光123が同じ第1の方向から関連する光学フィルタによって受信されるように構成される。光学デバイス120は、例えば、マイクロレンズであることができ、一対のマイクロレンズが、レーザおよび関連する光学フィルタに関連付けられる。マイクロレンズの対は、レーザ光121の発光および多数の異なる方向からの受信光123の対応する受信を可能にするために、互いに対してわずかにシフトされ得る。キャリア構造150は、光学センサ151をさらに備える。光学センサ151は、光学フィルタと位置合わせされる。フィルタリングされ、任意選択により増幅され受信されたレーザ光121は、対応する光学センサ151によって検出される。光学フィルタの第2のDBRは、任意選択により、光学フィルタの第1のDBRおよび第2のDBRが、フィルタ特性を最適化するために同じ反射率を特徴とするようにエッチングされ得る。
【００４８】
代替の実施形態では、2つ以上の光学フィルタを1つのレーザに関連付けることができる。さらに、2つ、3つ、4つ以上のレーザおよび関連する光学フィルタが、同じ方向にレーザ光121を発光し、この方向から光123を受信するように構成されてもよく、それにより、光学センサ151は、フィルタリングされた、反射されたレーザ光121をこの方向から受信する。
【００４９】
図3は、レーザ構成100と、キャリア構造150とを備える第3の検出器構成10の主要なスケッチを示す。レーザ構成は、第1のミラー105と、第2のミラー109と、第1のミラー105と第2のミラー109との間に配置された活性層107とをそれぞれが備える上面発光VCSELのアレイを備える。この場合、第2のミラー109の反射率は、第1のミラー105の反射率よりもやや低い。したがって、レーザ光121の大部分は、第2のミラー109の上部に配置されたリング形状の第2の電極111を通して発光される。第1の電極103は、第1のミラー105、続いて活性層107、第2のミラー109および第2の電極111の層スタックが処理される基板101の側と反対の基板101の裏側に堆積される。第1の電極103は、対応する開口部を通してレーザ光121が基板101を介して発光され得るように、VCSELと位置合わせされた開口部を備える。上面発光VCSELのそれぞれは、図1に関して説明したように、レーザとして、さらには光学フィルタとして作動するように構成される。レーザ構成100は、キャリア構造150上に取り付けられた、図2に関して論じたものと同様であり、このキャリア構造は、第1の電気接点103および第2の電気接点111によってVCSEL（またはVCSEL構造）に駆動電流を提供するように構成された第1のドライバ153を備える。キャリア構造150は、光学センサ151をさらに備え、光学センサは、第1の電気接点103の開口部と位置合わせされる。VCSEL構造の駆動は、図1に関して説明したのと同様の方法で実行される。VCSEL構造のレーザしきい値を超える第1の駆動電流が提供されて、所定のパルス長を有するレーザパルスの発光を可能にする。反射されたレーザ光121を含む受信光123の効率的なフィルタリングを可能にするために、レーザしきい値を下回る第2の駆動電流が、提供される。検出器構成10はさらに、1つの共通の光学デバイス120を備える。共通の光学デバイス120は、ウェーハレベルで統合される。本質的に各VCSEL構造が1つの専用方向にレーザ光121を発光し、この専用方向からの反射されたレーザ光121を含む受信光123を受信するように、透明材料が、VCSEL構造の上部に堆積される。この方向から受信された、反射されたレーザ光121は、フィルタリングされ、任意選択により、レーザ光121を発光する同じVCSEL構造によって増幅される。
【００５０】
基板101および第1のミラー105は、任意選択により、第1のミラー105および第2のミラー109が上記で論じられたように同じ反射率を特徴とするようにエッチングされ得る。
【００５１】
図4は、飛行時間型カメラ200の主要なスケッチを示す。飛行時間型カメラ200は、上記で論じた実施形態のうちの1つによる検出器構成10を備える。検出器構成10は、レーザおよび／または光学フィルタとして作動するVCSEL構造のアレイを備える。レーザは、対象物300に当たる短いレーザパルス（レーザ光121）を発光するように構成される。レーザ光121の一部は、対象物300によって反射され、それにより、反射されたレーザ光121を含む受信光123は、検出器構成10によって受信され、上記で論じたように対応するレーザ光121の発光方向に従って光学フィルタによってフィルタリングされる。フィルタリングされた、反射されたレーザ光121は、上記で論じたように、検出器構成10の対応する光学センサに対応する電気信号を引き起こす。電気ドライバ230は、VCSEL構造、または任意選択により、レーザ構成100の各VCSEL構造またはVCSEL構造のサブグループを別々に電気的に駆動するように構成され得る。コントローラ250は、例えば、レーザによって発光されたレーザパルスの開始時間および停止時間を制御するために、電気ドライバ230と接続される。コントローラ250はさらに、検出器構成10の光学センサと接続されて、光学センサによって検出された、反射されたレーザ光121によって引き起こされる電気信号を受信する。飛行時間型カメラ200は、対応するレーザまたはレーザのグループによって発光されたレーザ光121の開始時間および停止時間、ならびに反射されたレーザ光121によって引き起こされた電気信号の受信時間を転送するための任意選択のインターフェース235をさらに備える。転送されたデータは、レーザ光121の飛行時間、したがって、レーザ光121が発光される各方向についての飛行時間センサモジュール200と対象物300との間の距離を計算するために使用され得る。代替的には、飛行時間センサモジュール200は、対象物までの距離を決定するために、コントローラ250と電気的に接続された（またはコントローラ250を備えることができるか、またはコントローラ250が備えることができる）評価装置（図示せず）を備えることができる。コントローラは、対応する再構成アルゴリズムによる距離測定に基づいて、対象物300の深度画像を再構成するようにさらに構成され得る。
【００５２】
好ましくは、（特に図1、図2および図3に関して）上記で論じたレーザ構成10のエピタキシャル構造は、レーザが高レーザ電流についてレーザ光121の超短利得スイッチングピークのみを発光するように、高い利得および増幅ならびに高い出力結合に合わせて最適化される。パルスが発光された後、電流は、低下されるか、または場合によっては一定に保たれて、受信光123が含む反射されたレーザ光121が測定すべき最長距離から戻ってくるまで増幅モードを維持し続けることができる。次に、例えば画像処理が行われている間、電流をオフに切り替えて、検出器構成100の熱量を低減することができる。利得スイッチングのこの最適化は、上記で論じた高反射率ミラーの反射率を下げることで実行することもでき、これは、知られているVCSEL構造と比較してあまり一般的ではない。好ましくは、エピタキシャル構造は、印加時の電流が通常、低く、パルス式であるため、知られているVCSELまたはVCSEL構造と比較してより高い電気的損失を犠牲にした低吸収に関して最適化される。高抵抗を使用して小電流で光学フィルタを加熱することができ、光学損失が少ないことにより、最適化されたフィルタリングおよび任意選択の増幅を可能にするために、光学フィルタにおけるより良好な増幅および透過が可能になる。
【００５３】
図5は、シーンの深度画像を記録する方法の主要なスケッチを示す。レーザ光121は、ステップ410において、多数の異なる方向に発光される。少なくとも1つのレーザが、複数の方向の少なくとも1つにレーザ光を発光する。多数の方向のそれぞれについてシーン内の対象物300によって反射されたレーザ光121を含む受信光123は、ステップ420において、各方向について少なくとも1つの光学フィルタによってフィルタリングされる。少なくとも1つの光学フィルタが、対応する方向にレーザ光を発光する少なくとも1つのレーザに関連付けられる。各光学フィルタは、対応する方向のレーザ光の波長範囲に光通過帯域を含む。フィルタリングされた受信光123は、ステップ430で、各光学フィルタ用の少なくとも1つの光学センサ151によって検出される。対象物300までの距離は、ステップ440において、レーザ光121の発光時間および対応するフィルタリングされた受信光123の検出時間によって決定される。
【００５４】
本発明は、1つの実施形態によれば、エピタキシャル構造を、最初にレーザとして、次にレーザとまったく同じ波長を有する選択的光学フィルタとして使用すること、およびこれを別個のアレイ光学センサ151に結合して、飛行時間型カメラ200用の超小型光源および太陽光検出器アレイを形成するための方法を提案する。好ましくは、光学センサ151のアレイを含むシリコンチップ（キャリア構造150）は、レーザを電気的に駆動し、任意選択によりフィルタ透過を最適化するために第1のドライバ153および任意選択により第2のドライバ155を含む。光学フィルタは、測定される対象物300から反射されて戻されたレーザ光121の光増幅器として機能するようにさらに最適化されて、感度を高めることができる。好ましくは、半導体チップはまた、光学デバイス120（特に、ウェーハレベルの集積光学デバイス120）を含み、完全な超フラット統合飛行時間または3Dセンサを形成する。
【００５５】
本発明を図および前述の説明で詳細に例示および説明してきたが、そのような例示および説明は、説明的または例示的であり、限定的ではないと考えられるものとする。
【００５６】
本開示を読むことから、他の改変形態が、当業者には明らかであろう。そのような改変形態は、当技術分野ですでに知られており、本明細書ですでに説明されている特徴の代わりに、またはそれに加えて使用することができる他の特徴を含むことができる。
【００５７】
開示する実施形態に対する変形形態は、図、開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「備える」という語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「1つ（a）」または「1つ（an）」は、複数の要素またはステップを除外しない。特定の対策が相互に異なる従属請求項に記載されているという事実だけで、これらの対策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【００５８】
特許請求の範囲内の参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００５９】
10  検出器構成
100  レーザ構成
101  基板
103  第1の電気接点
105  第1のミラー
107  活性層
109  第2のミラー
111  第2の電気接点
120  光学デバイス
121  レーザ光
123  受信光
130  スペーサ
150  キャリア構造
151  光学センサ
153  第1のドライバ
155  第2のドライバ
200  飛行時間型カメラ
230  電気ドライバ
235  インターフェース
250  コントローラ
300  対象物
410  レーザ光を発光するステップ
420  受信光をフィルタリングするステップ
430  フィルタリングされた受信光を検出するステップ
440  距離を決定するステップ
【図１】
2021509956.tif 000003
【図２】
2021509956.tif 000004
【図３】
2021509956.tif 000005
【図４】
2021509956.tif 000006
【図５】
2021509956.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月21日(2020.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
欧州特許第3176888号明細書は、飛行時間測定に適したセンサチップを開示している。センサチップは、同じ半導体基板上に互いに隣接して配置された1つまたは複数のレーザおよび光検出器を備える。レーザまたはレーザ構造および光検出器または光検出器構造は、同じ処理ステップで同じウェーハ上で処理される。したがって、レーザと光検出器の構造間のばらつきを最小限に抑えることができる。共鳴光検出器は、レーザがレーザ光を発光する波長範囲で感度が高くなるように構成される。共鳴光検出器の光通過帯域は、レーザのレーザ空洞の光通過帯域より広い。したがって、例えば、発光レーザと共鳴光検出器との間の温度差によって引き起こされ得る、レーザ光の発光波長の変動が、補償され得る。
文献「MOENCH HOLGER ET AL:“VCSEL-based sensors for distance and velocity”, PROCEEDINGS OF THE SPIE - SMART STRUCTURES AND MATERIALS 2005: SMART ELECTRONICS, MEMS, BIOMEMS, AND NANOTECHNOLOGY PROCEEDINGS OF THE SPIE; THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING SPIE-IMT. SOC. OPT. ENG. USA, 1000 20TH FT. BELLINGHAM WA 98, Vol. 9766, 4 March 2016, pages 97660A-97660A-1-97660A-11」は、距離及び速度を計測できる、VCSELに基づくセンサを開示している。ここで、これらの計測は、飛行時間法及び自己混合干渉に基づいて行われ得る。米国特許出願公開第2015/0219764号明細書は、車両用のライダー（LIDAR）センサを開示している。このライダーセンサは、複数の離間したVCSELアレイを備える。米国特許出願公開第2016/0266242号明細書は、ビームステアリング機能を有するライダー（ladar）センサを開示している。米国特許出願公開第2017/0102461号明細書は、対象物に対して、ある投影角で、レーザビームを投影するように構成されたプロジェクタを備える距離計測装置を開示している。この装置は、複数の光検出器が配置された光検出器アレイをさらに備える。
【国際調査報告】
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