(57)【要約】   光パターンを形成するオプトエレクトロニクス装置は、自身の上面において電磁放射を放出するように設計されている発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ、を備えており、この電磁放射は、ＬＥＤチップの上面に２次元パターンを形成する。さらに、本オプトエレクトロニクス装置は、ＬＥＤチップによって放出された電磁放射の画像を、オプトエレクトロニクス装置の周囲に生成するように設計されている光学的画像生成素子、を備えている。【選択図】  図１
2018517133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パターンを形成するオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）であって、
自身の上面（１１０）において電磁放射（２００）を放出するように構成されており、前記電磁放射（２００）が発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）に第１の２次元パターン（２１０）を形成する前記発光ダイオードチップ（１００）と、
前記発光ダイオードチップ（１００）によって放出される電磁放射（２００）を前記オプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）の周囲（３１０）に投影するように構成されている光学的画像生成素子（３００）と、
を有する、オプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）。
【請求項２】
前記第１の２次元パターン（２１０）は、
少なくとも２つの放射放出部分（１１１）と少なくとも２つの放射非放出部分（１１２）とが、前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）に配置されている直線（１１３）に沿って交互に並ぶように、構成されている、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）。
【請求項３】
前記第１の２次元パターン（２１０）が２次元の点パターンである、
請求項１または請求項２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１４，１５，１６，１７）。
【請求項４】
前記第１の２次元パターンが帯状パターンである、
請求項１および請求項２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１３）。
【請求項５】
前記発光ダイオードチップ（１００）が、赤外スペクトル領域の波長を有する電磁放射（２００）を放出するように構成されている、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）。
【請求項６】
前記発光ダイオードチップ（１００）が、エピタキシャル成長した積層体（１２０）を有し、
前記積層体（１２０）の領域が、横方向に前記第１の２次元パターン（２１０）に従って構造化されている、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）。
【請求項７】
前記積層体（１２０）がｐｎ接合部を有し、前記ｐｎ接合部が横方向に構造化されている、
請求項６に記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）。
【請求項８】
前記光学的画像生成素子（３００）が光学レンズを備えている、
請求項１から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）。
【請求項９】
前記上面（１１０）の放射放出部分（１１１）の上に開口部（４１０）を有する絞り要素（４００）が、前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）の上に配置されている、
請求項１から請求項８のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１１，１２，１５，１６，１７）。
【請求項１０】
前記開口部（４１０）の少なくとも１つは、前記電磁放射（２００）の基本モード（２４０）のみが前記開口部（４１０）を通過することができるような狭い寸法にされている、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス装置（１７）。
【請求項１１】
前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）の少なくとも１つの放射放出部分（１１１）の上方に集束素子（５００）が配置されており、前記集束素子（５００）が、前記放射放出部分（１１１）において放出される電磁放射（２００）を少なくとも部分的に平行にするように意図されている、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１２）。
【請求項１２】
前記集束素子（５００）がマイクロプリズムを備えている、
請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス装置（１２）。
【請求項１３】
前記発光ダイオードチップ（１００）が、自身の上面（１１０）において電磁放射（２００）を放出するように構成されており、前記電磁放射（２００）が前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）に前記第１の２次元パターン（２１０）とは異なる第２の２次元パターン（２２０）を形成する、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１３，１４）。
【請求項１４】
前記第１の２次元パターン（２１０）および前記第２の２次元パターン（２２０）が、
前記第１の２次元パターン（２１０）を形成する、前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）の前記放射放出部分（１１１）と、前記第２の２次元パターン（２２０）を形成する、前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）の前記放射放出部分（１１１）とが互いに別々であるように、構成されている、
請求項１３に記載のオプトエレクトロニクス装置（１３，１４）。
【請求項１５】
前記発光ダイオードチップ（１００）が、多数の電気接点（１４１，１４２，１４３）を有し、
前記発光ダイオードチップ（１００）は、どの電気接点（１４１，１４２，１４３）が電流を受け取るかに応じて前記第１の２次元パターン（２１０）または前記第２の２次元パターン（２２０）を放出するように構成されている、
請求項１３および請求項１４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１３，１４）。
【請求項１６】
前記発光ダイオードチップ（１００）が、自身の上面（１１０）において電磁放射（２００）を放出するように構成されており、前記電磁放射（２００）が前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）に前記第１の２次元パターン（２１０）および前記第２の２次元パターン（２２０）とは異なる第３の２次元パターン（２３０）を形成する、
請求項１３から請求項１５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１３，１４）。
【請求項１７】
前記発光ダイオードチップ（１００）が、光共振器（１２１）を備えて、またはスーパールミネッセントダイオードとして、構成されている、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１５）。
【請求項１８】
前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）に垂直な方向を中心とする一定の角度範囲（６１０）内に放出される電磁放射（２００）のみを透過させる光学素子（６００）が、前記発光ダイオードチップ（１００）の前記上面（１１０）の少なくとも１つの放射放出部分（１１１）の上方に配置されている、
請求項１から請求項１７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１６）。
【請求項１９】
前記光学素子（６００）がフォトニック結晶として構成されている、
請求項１８に記載のオプトエレクトロニクス装置（１６）。
【請求項２０】
請求項１から請求項１９のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス装置（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）を有する深さ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス装置と、請求項２０に記載の深さ測定システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
光パターン（例えば光点のパターン）を形成するオプトエレクトロニクス装置が公知であり、例えば、光パターンの後方散乱光を利用して深さ情報を取得する目的で、深さ測定システムにおいて使用されている。光パターンを形成する公知のオプトエレクトロニクス装置は、例えば、レーザ光源と回折光学素子または遮断絞り構造（shadowing aperture structures）を有しうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、光パターンを形成するオプトエレクトロニクス装置を提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有するオプトエレクトロニクス装置によって達成される。本発明の別の目的は、深さ測定システムを提供することである。この目的は、請求項２０の特徴を有する深さ測定システムによって達成される。さまざまな修正形態は、従属請求項に開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
光パターンを形成するオプトエレクトロニクス装置は、自身の上面において電磁放射を放出するように構成されており、電磁放射が発光ダイオードチップの上面に第１の２次元パターンを形成する発光ダイオードチップを備えている。さらに、本オプトエレクトロニクス装置は、発光ダイオードチップによって放出される電磁放射をオプトエレクトロニクス装置の周囲に投影するように構成されている光学的画像生成素子（optically imaging element）を備えている。
【０００５】
このオプトエレクトロニクス装置においては、光源として発光ダイオードチップが使用され、したがって本オプトエレクトロニクス装置は、経済的に製造することができ、コストをほとんどかけずに大きさを縮小／拡大することができ、かつ容易に取り扱うことができ、これは有利である。特に、レーザ光源が存在しないため、このオプトエレクトロニクス装置では目の保護対策を講じる必要がない。本オプトエレクトロニクス装置は、個々の構成部品の数が少ない単純な構造を有し、したがって本オプトエレクトロニクス装置はコンパクトな外形寸法を有することができ、これは有利である。
【０００６】
オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、第１の２次元パターンは、少なくとも２つの放射放出部分（radiation-emitting section）と少なくとも２つの放射非放出部分（radiation-nonemitting section）とが、発光ダイオードチップの上面に配置されている直線に沿って交互に並ぶように、構成されている。これにより、本オプトエレクトロニクス装置によって形成することのできる光パターンが、深さ情報を求めるための深さ測定システムにおいて使用される場合に、本オプトエレクトロニクス装置によって形成することのできる光パターンが十分に複雑であることが確保され、これは有利である。
【０００７】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、第１の２次元パターンは、２次元の点パターンである。点パターンは、この場合、規則的または不規則な点パターンとすることができる。２次元の点パターンは、深さを測定するシステムにおいて使用するのに極めて適していることが判明した。
【０００８】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、第１の２次元パターンは、帯状パターンである。帯状パターンも、深さを測定するシステムにおいて使用するのに適しており、特に簡単な評価を可能にし、これは有利である。
【０００９】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップは、赤外スペクトル領域の波長を有する電磁放射を放出するように構成されている。したがって、本オプトエレクトロニクス装置によって形成することのできる光パターンは可視ではなく、したがって使用者によって目障りなものと感じられず、これは有利である。
【００１０】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップは、エピタキシャル成長した積層体を有する。この場合、積層体の領域は、横方向に第１の２次元パターンに従って構造化されている。これによって有利に達成される効果として、発光ダイオードチップの上面において電磁放射が放出されるように意図されている領域においてのみ、発光ダイオードチップが電磁放射を生成する。したがって、発光ダイオードチップの上面における、電磁放射が放出されるように意図されていない領域において、電磁放射を遮断する必要がない。したがって、本オプトエレクトロニクス装置は高い効率を有することができ、これは有利である。
【００１１】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、積層体はｐｎ接合部を有し、ｐｎ接合部は横方向に構造化されている。これによって有利に達成される効果として、発光ダイオードチップの上面において電磁放射が放出されるように意図されている領域においてのみ、本オプトエレクトロニクス装置の発光ダイオードチップにおいて電磁放射が生成される。
【００１２】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、光学的画像生成素子は、光学レンズを備えている。光学レンズは、この場合、例えば発散レンズとして構成することができる。したがって、この光学的画像生成素子は、本オプトエレクトロニクス装置の発光ダイオードによって放出される電磁放射をオプトエレクトロニクス装置の周囲に投影するのに適しており、これは有利である。
【００１３】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、上面の放射放出部分の上に開口部を有する絞り要素（aperture element）が、発光ダイオードチップの上面の上に配置されている。この絞り要素によって、発光ダイオードチップによって放出される電磁放射を少なくとも部分的に平行にすることができ、これは有利である。この場合、法線から大きく逸れた角度で放出された電磁放射は、絞り要素の開口部に吸収される。
【００１４】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、開口部の少なくとも１つは、電磁放射の基本モードのみが開口部を通過することができるような狭い寸法にされている。この場合、開口部は、例えば１０μｍ未満の直径を有することができる。基本モードは、狭い放出角度を有利に有し、したがって、放出される電磁放射は強い指向性を有し、発光ダイオードチップの上面に垂直な方向に高い放射強度を有する。これによって、本オプトエレクトロニクス装置の光学的画像生成素子への効率的な結合（coupling）が可能となり、これは有利である。さらには、したがって本オプトエレクトロニクス装置によって形成される光パターンは、高いコントラストを有する。
【００１５】
本オプトエレクトロニクス装置の実施形態においては、発光ダイオードチップの上面の少なくとも１つの放射放出部分の上方に集束素子（focusing element）が配置されており、集束素子は、放射放出部分において放出される電磁放射を少なくとも部分的に平行にするように意図されている。集束素子は、電磁放射の屈折および偏向によって電磁放射を部分的に平行にすることができ、したがって吸収に起因する損失を低減することができ、これは有利である。このようにすることで、本オプトエレクトロニクス装置は、特に高い効率を有することができる。
【００１６】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、集束素子は、マイクロプリズムを備えている。例えば、マイクロプリズムアレイとして構成されている集束素子を、発光ダイオードチップの上面の放射放出部分の上方に配置することができる。したがって集束素子を簡単かつ経済的に作製することができ、これは有利である。
【００１７】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップは、自身の上面において電磁放射を放出するように構成されており、電磁放射が発光ダイオードチップの上面に第１の２次元パターンとは異なる第２の２次元パターンを形成する。したがって本オプトエレクトロニクス装置のこの実施形態においては、発光ダイオードチップは、少なくとも２つの異なる光パターンを形成するように構成されている。これらの２つの光パターンは、例えば順次連続的に形成することができる。したがって、本オプトエレクトロニクス装置は、深さを測定するシステムにおいて使用するのに特に極めて適しており、特に高い精度での深さ測定を可能にする。
【００１８】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、第１の２次元パターンおよび第２の２次元パターンは、第１の２次元パターンを形成する、発光ダイオードチップの上面の放射放出部分と、第２の２次元パターンを形成する、発光ダイオードチップの上面の放射放出部分とが互いに別々であるように、構成されている。すなわち、第１の２次元パターンを形成する、発光ダイオードチップの上面の放射放出部分と、第２の２次元パターンを形成する、発光ダイオードチップの上面の放射放出部分とが、重ならない。したがって、第１の２次元パターンおよび第２の２次元パターンを、１個のみの発光ダイオードチップによって特に簡単に形成することができ、これは有利である。
【００１９】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップは、多数の電気接点を有する。この場合、発光ダイオードチップは、どの電気接点が電流を受け取るかに応じて第１の２次元パターンまたは第２の２次元パターンを放出するように、構成されている。したがって本オプトエレクトロニクス装置のこの実施形態においては、本オプトエレクトロニクス装置の発光ダイオードチップは、少なくとも２つの集積ダイオード構造（integrated diode structure）を有することができる。このようにすることで、発光ダイオードチップを特に簡単に駆動することができ、これは有利である。
【００２０】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップは、自身の上面において電磁放射を放出するように構成されており、電磁放射が発光ダイオードチップの上面に第１の２次元パターンおよび第２の２次元パターンとは異なる第３の２次元パターンを形成する。したがってこの実施形態においては、本オプトエレクトロニクス装置は、少なくとも３つの異なるパターンを形成するのに適しており（これらのパターンは例えば順次連続的に形成することができる）、これは有利である。したがって本オプトエレクトロニクス装置が深さを測定するシステムにおいて使用されるとき、特に高い精度での深さ測定が可能になり、これは有利である。
【００２１】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップは、光共振器を備えて、またはスーパールミネッセントダイオード（superluminescent diode）として、構成されている。したがってこの発光ダイオードチップは、狭いスペクトル領域の波長を有する電磁放射を生成することができ、これにより、本オプトエレクトロニクス装置が深さを測定するシステムにおいて使用されるときに、検出器側において、透過スペクトルが狭いフィルタを使用することが可能になり、したがって干渉の影響を受けにくく、高い信号品質を得ることができる。別の利点として、光共振器を備えて、またはスーパールミネッセントダイオードとして構成されている発光ダイオードチップは、狭い角度の放出特性を有することができ、したがって本オプトエレクトロニクス装置によって形成することのできる光パターンは、高いコントラストおよび高い強度を有することができる。
【００２２】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、発光ダイオードチップの上面に垂直な方向を中心とする一定の角度範囲内に放出される電磁放射のみを透過させる光学素子が、発光ダイオードチップの上面の少なくとも１つの放射放出部分の上方に配置されている。この場合、本オプトエレクトロニクス装置によって放出される電磁放射は、高い平行度および低い発散度を有し、したがって、本オプトエレクトロニクス装置によって形成することのできる光パターンは高いコントラストを有することができ、これは有利である。光学素子によって透過されない電磁放射は、発光ダイオードチップに反射され、これによって再利用することができる。例えば、光学素子において反射された電磁放射を、発光ダイオードチップにおいて再吸収することができる。同様に、光学素子において反射された電磁放射を発光ダイオードチップにおいて再び反射させ、この場合には発光ダイオードチップの上面に本質的に垂直な方向に放出させることが可能である。
【００２３】
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、光学素子は、フォトニック結晶（photonic crystal）として構成されている。この場合、光学素子は、発光ダイオードチップの上面に垂直な方向を中心とする一定の角度範囲内に放出された電磁放射のみを透過させ、これは有利である。
【００２４】
深さ測定システムは、上述したタイプのオプトエレクトロニクス装置を備えている。深さ測定システムは、例えば、対象領域内に配置されている人および／または物体の距離を求めるように意図することができる。深さ測定システムは、例えば、深さ測定システムのオプトエレクトロニクス装置からの１人または複数の人の個々の身体部位の距離を求めるのに適したものとすることもできる。この場合、深さ測定システムは、例えば、深さ測定システムのオプトエレクトロニクス装置によって形成することのできる光パターンの反射光を利用して、深さ情報を取得することができる。
【００２５】
本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらを達成する方法は、それぞれ概略図で示した図面を参照しながら以下にさらに詳しく説明する例示的な実施形態に関連して、さらに明確になり容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図２】第１のオプトエレクトロニクス装置の発光ダイオードチップの上面の平面図を示している。
【図３】第２のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図４】第３のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図５】深さ測定システムを示している。
【図６】第４のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図７】第４のオプトエレクトロニクス装置の発光ダイオードチップの概略的な等価回路図を示している。
【図８】第５のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図９】第６のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図１０】第７のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【図１１】第８のオプトエレクトロニクス装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、オプトエレクトロニクス装置１０の大幅に概略化した側面断面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１０は、光パターンを形成および放出するように意図されている。
【００２８】
オプトエレクトロニクス装置１０は、発光ダイオードチップ１００を備えている。発光ダイオードチップ１００は、ＬＥＤチップとも称される。発光ダイオードチップ１００は、電磁放射２００を放出するように構成されている。発光ダイオードチップ１００によって放出することのできる電磁放射２００は、可視スペクトル領域の波長、または非可視スペクトル領域の波長（例えば赤外スペクトル領域の波長）を有することができる。いずれの場合も、発光ダイオードチップ１００によって放出することのできる電磁放射２００は、光と称することもできる。
【００２９】
発光ダイオードチップ１００は、上面１１０を有する。上面１１０は、発光ダイオードチップ１００の放射放出面を形成している。発光ダイオードチップ１００によって放出することのできる電磁放射２００は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０において放出される。
【００３０】
図２は、オプトエレクトロニクス装置１０の発光ダイオードチップ１００の上面１１０の概略的な平面図を示している。発光ダイオードチップ１００によって放出することのできる電磁放射２００は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の全体には放出されない。そうではなく、発光ダイオードチップ１００の上面１１０は、放射放出部分１１１および放射非放出部分１１２を有する。発光ダイオードチップ１００の動作時、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１においてのみ電磁放射２００が放出される。
【００３１】
発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１は、２次元パターンを形成している。したがって、上面１１０において発光ダイオードチップ１００によって放出される電磁放射２００も、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に２次元パターン２１０を形成する。この場合、２次元パターン２１０は、少なくとも２つの放射放出部分１１１および少なくとも２つの放射非放出部分１１２が、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に配置されている直線１１３に沿って交互に並ぶように、構成されている。
【００３２】
図２に示した例においては、放射放出部分１１１は、規則的な２次元の点パターンを形成している。しかしながら、放射放出部分１１１が不規則な点パターン、格子パターン、または別のパターンを形成していることもできる。
【００３３】
発光ダイオードチップ１００は、エピタキシャル成長した積層体１２０を有する。積層体１２０は、ｐｎ接合部１３０を備えている。オプトエレクトロニクス装置１０の発光ダイオードチップ１００の動作時、積層体１２０のｐｎ接合部１３０の領域において電磁放射２００が生成される。
【００３４】
ｐｎ接合部１３０は、横方向に（すなわち発光ダイオードチップ１００の上面１１０に平行に）、２次元パターン２１０に従って構造化されている。これによって達成される効果として、発光ダイオードチップ１００の動作時、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な方向において発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１の下に配置されている、積層体１２０の横方向領域のみにおいて、電磁放射２００が生成される。発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射非放出部分１１２の下では、電磁放射２００が生成されない。したがって、発光ダイオードチップ１００によって放出することのできる電磁放射２００の２次元パターン２１０は、発光ダイオードチップ１００の積層体１２０の中で電磁放射２００が生成されるときにすでに形成されている。
【００３５】
図１は、オプトエレクトロニクス装置１００が光学的画像生成素子３００をさらに備えていることを示している。光学的画像生成素子３００は、オプトエレクトロニクス装置１０の発光ダイオードチップ１００によって放出された電磁放射２００を、オプトエレクトロニクス装置１０の周囲３１０に投影するように意図されている。この目的のため、光学的画像生成素子３００は、発光ダイオードチップ１００によって放出された電磁放射２００が光学的画像生成素子３００を通過するように配置されている。
【００３６】
光学的画像生成素子３００は、例えば、光学レンズを備えていることができる。光学レンズは、例えば発散レンズとして構成することができる。光学的画像生成素子３００は、光路内に連続的に配置されている２つ以上の光学構成部品（例えば複数の光学レンズ）を備えていることもできる。
【００３７】
図３は、第２の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１１の大幅に概略化した側面断面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１１は、図１のオプトエレクトロニクス装置１０に極めて類似している。オプトエレクトロニクス装置１０に存在する構成部品に対応する、オプトエレクトロニクス装置１１の構成部品には、図３において図１と同じ参照数字を付してある。以下では、図３のオプトエレクトロニクス装置１１と図１のオプトエレクトロニクス装置１０との間の違いを中心に説明する。それ以外に関しては、オプトエレクトロニクス装置１０の説明がオプトエレクトロニクス装置１１にもあてはまる。
【００３８】
オプトエレクトロニクス装置１１は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０と光学的画像生成素子３００との間に配置されている絞り要素４００を有する。絞り要素４００は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に直接位置していることができる。絞り要素４００は、絞り素子と称することもできる。
【００３９】
絞り要素４００は開口部４１０を有する。絞り要素４００の開口部４１０を囲む、絞り要素４００の部分は、不透明であるように構成されている。絞り要素４００の開口部４１０を囲む、絞り要素４００の部分は、無反射性またはわずかに反射性であるように構成されていることが有利である。絞り要素４００の開口部４１０は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１と位置が合っている。このようにすることで、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１において放出された電磁放射２００の一部が、絞り要素４００の開口部４１０を通じてオプトエレクトロニクス装置１１の光学的画像生成素子３００に達することができる。
【００４０】
しかしながら、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直またはほぼ垂直に放出される電磁放射のみが、絞り要素４００の開口部４１０を通過することができる。発光ダイオードチップ１００の上面１１０において、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な向きにある法線に対して（幾何学的に一定の限界角度よりも大きい）角度を有する方向に放出される電磁放射２００は、絞り要素４００または開口部４１０の壁部において吸収される。
【００４１】
このようにすることで、絞り要素４００の光学的画像生成素子３００に面する側の絞り要素４００の開口部４１０から出る電磁放射２００は、本質的に発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な向きにあり、したがって少なくとも部分的に平行になっている。
【００４２】
絞り要素４００によって電磁放射２００が部分的に平行になることを利用して、オプトエレクトロニクス装置１１の内側で電磁放射２００の目障りな後方反射を低減し、また、電磁放射２００の２次元パターン２１０の投影の品質（光学的画像生成素子３００によって形成される）を高めることができる。
【００４３】
図４は、第３の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１２の大幅に概略化した側面断面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１２は、図３に示したオプトエレクトロニクス装置１１に極めて類似している。オプトエレクトロニクス装置１１に存在する構成部品に対応するオプトエレクトロニクス装置１２の構成部品には、図４において図３と同じ参照数字を付してある。以下では、オプトエレクトロニクス装置１２とオプトエレクトロニクス装置１１との間の違いを中心に説明する。それ以外に関しては、図１のオプトエレクトロニクス装置１０の説明および図３のオプトエレクトロニクス装置１１の説明が、図４のオプトエレクトロニクス装置１２にもあてはまる。
【００４４】
オプトエレクトロニクス装置１２は、絞り要素４００に加えて、多数の集束素子５００を備えている。集束素子５００は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１の上方、絞り要素４００の開口部４１０の中に配置されている。集束素子５００は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１において放出される電磁放射２００を少なくとも部分的に平行にするように意図されている。このようにすることで、絞り要素４００の開口部４１０の壁部において吸収される電磁放射２００の割合を減らすことができる。このようにすることで、発光ダイオードチップ１００によって放出される電磁放射２００の使用可能部分を増やすことができる。
【００４５】
集束素子５００は、例えばマイクロプリズムを備えていることができる。特に、集束素子５００は、例えばマイクロプリズムアレイによって形成することができる。
【００４６】
集束素子５００を備えるが絞り要素４００を備えないでオプトエレクトロニクス装置１２を構成することが可能である。この場合、発光ダイオードチップ１００によって放出される電磁放射２００は、集束素子５００によって部分的にのみ平行にされる。
【００４７】
図５は、深さ測定システム２０の大幅に概略化した図を示している。深さ測定システム２０は、調べる空間領域内に配置されている物体および／または身体の空間的深さ（すなわち深さ測定システム２０からのこれらの物体および／または身体の距離）を求めるように意図されている。
【００４８】
深さ測定システム２０は、図１のオプトエレクトロニクス装置１０を備えている。しかしながら深さ測定システム２０は、オプトエレクトロニクス装置１０の代わりに、図３のオプトエレクトロニクス装置１１または図４のオプトエレクトロニクス装置１２を備えていることもできる。オプトエレクトロニクス装置１０は、調べる空間領域内に電磁放射２００の２次元パターン２１０を放出するように意図されている。
【００４９】
深さ測定システム２０は、さらに検出器３０を備えている。検出器３０は、例えばカメラとして（特に、例えばＣＣＤカメラとして）構成することができる。
【００５０】
深さ測定システム２０のオプトエレクトロニクス装置１０によって放出された電磁放射２００の２次元パターン２１０は、少なくとも一部分が、調べる空間領域内の身体および／または物体によって反射される。反射された電磁放射は、深さ測定システム２０の検出器３０によって検出され、深さ測定システム２０によって評価される。深さ測定システム２０は、調べる空間領域内に配置されている物体および／または身体の空間的深さを、反射された放射のパターンから求めることができる。
【００５１】
図６は、第４の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００の上面１１０の概略的な平面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１３は、図１のオプトエレクトロニクス装置１０に極めて類似している。オプトエレクトロニクス装置１０に存在する構成部品に対応するオプトエレクトロニクス装置１３の構成部品には、図６において図１と同じ参照数字を付してある。以下では、図６のオプトエレクトロニクス装置１３と図１のオプトエレクトロニクス装置１０との間の違いを中心に説明する。それ以外に関しては、オプトエレクトロニクス装置１０の説明がオプトエレクトロニクス装置１３にもあてはまる。
【００５２】
オプトエレクトロニクス装置１３においては、発光ダイオードチップ１００の上面１１０は、帯状の第１の部分１１４と、帯状の第２の部分１１５と、帯状の第３の部分１１６とを有する。これらの帯状部分１１４，１１５，１１６は、互いに重ならず、したがって互いに別々である。帯状部分１１４，１１５，１１６は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０において、第１の部分１１４、第２の部分１１５、および第３の部分１１６が、帯状部分１１４，１１５，１１６に垂直な向きにある直線１１３に沿ってつねに互いに次に位置するように、互いに隣に配置されている。さらに、これらの部分の後ろに、第１の部分１１４、第２の部分１１５、および第３の部分１１６が続いている。このパターンを何回も（例えば数十回または数百回）繰り返すことができる。
【００５３】
オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４が放射放出部分１１１を形成し、その一方で、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第２の部分１１５および第３の部分１１６が放射非放出部分１１２を形成するように、動作させることができる。この場合、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４において放出される電磁放射２００が、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に２次元パターン２１０（この場合には帯状パターン）を形成する。
【００５４】
しかしながら、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第２の部分１１５が放射放出部分１１１を形成し、その一方で、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４および第３の部分１１６が放射非放出部分１１２を形成するように、オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００を動作させることもできる。この場合、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１において放出される電磁放射２００が、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に第２の２次元パターン２２０を形成する。第２の２次元パターン２２０は、同様に帯状パターンとして形成されるが、２次元パターン２１０に対して横方向にずれている、または位相シフトされている。
【００５５】
さらには、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第３の部分１１６が放射放出部分１１１を形成し、その一方で、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４および第２の部分１１５が放射非放出部分１１２を形成するように、オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００を動作させることができる。この場合、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１において放出される電磁放射２００が、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に第３の２次元パターン２３０を形成する。第３の２次元パターン２３０は、同様に帯状パターンとして形成される。第３の２次元パターン２３０は、２次元パターン２１０および第２の２次元パターン２２０に対して横方向にずれている、または位相シフトされている。
【００５６】
図７は、図６のオプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００の大幅に概略化した等価回路図を示している。オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００は、第１のダイオード構造１０１と、第２のダイオード構造１０２と、第３のダイオード構造１０３とを、内部に有する。
【００５７】
オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００は、その上面１１０に、第１の上側電気接点１４１と、第２の上側電気接点１４２と、第３の上側電気接点１４３とを有する。オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００は、上面１１０とは反対側の裏面に、裏側電気接点１４０を有する。裏側接点１４０は、第１のダイオード構造１０１と、第２のダイオード構造１０２と、第３のダイオード構造１０３とに導電接続されている。第１の上側接点１４１は、第１のダイオード構造１０１のみに接続されている。第２の上側接点１４２は、第２のダイオード構造１０２のみに接続されている。第３の上側接点１４３は、第３のダイオード構造１０３のみに接続されている。したがって上側接点１４１，１４２，１４３によって、オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００のダイオード構造１０１，１０２，１０３を互いに独立して駆動することが可能になる。
【００５８】
発光ダイオードチップ１００の第１のダイオード構造１０１は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４において電磁放射２００の２次元パターン２１０を放出するように意図されている。発光ダイオードチップ１００の第２のダイオード構造１０２は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第２の部分１１５において電磁放射２００の第２の２次元パターン２２０を放出するように意図されている。発光ダイオードチップ１００の第３のダイオード構造１０３は、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第３の部分１１６において電磁放射２００の２次元パターン２３０を放出するように意図されている。
【００５９】
オプトエレクトロニクス装置１３は、例えば、電磁放射２００の２次元パターン２１０と、第２の２次元パターン２２０と、第３の２次元パターン２３０とを、時間的に順次連続して放出するように構成することができる。
【００６０】
オプトエレクトロニクス装置１３の発光ダイオードチップ１００は、電磁放射２００の２つの２次元パターン２１０，２２０のみを放出する、または電磁放射２００の３つの２次元パターン２１０，２２０，２３０より多くの２次元パターンを放出することができるように、構成することが可能である。
【００６１】
図８は、第５の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１４の発光ダイオードチップ１００の上面１１０の概略的な平面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１４は、図６のオプトエレクトロニクス装置１３に極めて類似している。以下では、オプトエレクトロニクス装置１３とオプトエレクトロニクス装置１４との間の違いについてのみ説明する。
【００６２】
オプトエレクトロニクス装置１４においては、発光ダイオードチップ１００の第１の部分１１４と、第２の部分１１５と、第３の部分１１６は、それぞれ２次元の点パターンを形成している。図８の概略図には、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４の一部のみ、第２の部分１１５の一部のみ、および第３の部分１１６の一部のみを示してある。第１の部分１１４、第２の部分１１５、および第３の部分１１６は、それぞれ互いに別々であるように構成されている（すなわちこれらの部分は互いに重ならない）。
【００６３】
オプトエレクトロニクス装置１４の発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４と、第２の部分１１５と、第３の部分１１６とが、それぞれ２次元の点パターンとして構成されているため、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の第１の部分１１４において放出される電磁放射２００の２次元パターン２１０と、第２の部分１１５において放出される電磁放射２００の第２の２次元パターン２２０と、第３の部分１１６において放出される電磁放射２００の第３の２次元パターン２３０も、２次元の点パターンとして形成される。
【００６４】
図９は、第６の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１５の大幅に概略化した側面断面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１５は、図３のオプトエレクトロニクス装置１１に極めて類似している。以下では、図３のオプトエレクトロニクス装置１１と図９のオプトエレクトロニクス装置１５との間の違いについてのみ説明する。それ以外に関しては、オプトエレクトロニクス装置１１の説明がオプトエレクトロニクス装置１５にもあてはまる。
【００６５】
オプトエレクトロニクス装置１５においては、発光ダイオードチップ１００は、光共振器１２１を備えて構成されている。光共振器１２１は、共振空洞（resonant cavity）とも称される。このようにすることで、オプトエレクトロニクス装置１５の発光ダイオードチップ１００によって放出される電磁放射２００は、狭いスペクトル領域の波長を有することができる。オプトエレクトロニクス装置１５が深さ測定システム２０において使用される場合、深さ測定システム２０の検出器３０は、この狭いスペクトル領域内の電磁放射のみを透過させる狭帯域フィルタを有することができる。このようにすることで、深さ測定システム２０における測定品質を改善することができる。
【００６６】
本オプトエレクトロニクス装置の別の実施形態においては、発光ダイオードチップ１００を、スーパールミネッセントモードにおいて動作するように（すなわちスーパールミネッセントダイオードとして）構成することができる。これによって提供される利点として、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１において発光ダイオードチップ１００によって放出される電磁放射２００が、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な方向を中心とする狭い立体角範囲内に放出される。
【００６７】
図１０は、第７の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１６の大幅に概略化した側面断面図を示している。図１０のオプトエレクトロニクス装置１６は、図３のオプトエレクトロニクス装置１１に極めて類似している。以下では、オプトエレクトロニクス装置１１とオプトエレクトロニクス装置１６との間の違いについてのみ説明する。それ以外に関しては、オプトエレクトロニクス装置１１の説明がオプトエレクトロニクス装置１６にもあてはまる。
【００６８】
オプトエレクトロニクス装置１６においては、発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１の上方に光学素子６００がそれぞれ配置されている。光学素子６００は、オプトエレクトロニクス装置１６の発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な方向を中心とする一定の角度範囲６１０内に放出された電磁放射２００のみを透過させるように構成されている。この場合、角度範囲６１０を狭くすることができる。
【００６９】
大きい角度で光学素子６００に当たる電磁放射２００は、光学素子６００によって反射される。光学素子６００によって反射された電磁放射は、例えば、発光ダイオードチップ１００のｐｎ接合部１３０に再吸収され、これによって再び使用する（再利用する）ことができ、または、発光ダイオードチップ１００の上面１１０あるいは絞り要素４００において再び反射され、これによって角度範囲６１０内で光学素子６００に当たるさらなる機会を与えて光学素子６００を透過させることができる。
【００７０】
光学素子６００の効果として、オプトエレクトロニクス装置１６によって放出される電磁放射が、発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な方向を中心とする角度範囲６１０内にのみ放出される。
【００７１】
オプトエレクトロニクス装置１６の発光ダイオードチップ１００の上面１１０の放射放出部分１１１それぞれの上方に個別の光学素子６００を配置することが可能である。しかしながら、発光ダイオードチップ１００の上面１１０のすべての放射放出部分１１１の上方に延在する拡張された１つの光学素子６００を設けることも可能である。
【００７２】
光学素子６００は、例えばフォトニック結晶として構成することができる。代替形態として、光学素子６００を、微細構造化部（例えばマイクロスケールの円錐構造、角柱構造、または円柱構造を有する構造化部）を有する透明材料から形成することもできる。
【００７３】
図１１は、第８の実施形態によるオプトエレクトロニクス装置１７の概略的な側面断面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１７は、図３のオプトエレクトロニクス装置１１に極めて類似している。以下では、オプトエレクトロニクス装置１７とオプトエレクトロニクス装置１１との間の違いについてのみ説明する。
【００７４】
オプトエレクトロニクス装置１７においては、絞り要素４００の開口部４１０は直径４１１を有し、直径４１１は、オプトエレクトロニクス装置１７の発光ダイオードチップ１００によって放出される電磁放射２００の基本モード２４０のみが絞り要素４００の開口部４１０を通過できるような小さい寸法にすることができる。この目的のため、絞り要素４００の開口部４１０の直径４１１は、例えば１０μｍ未満とすることができる。
【００７５】
電磁放射２００の基本モード２４０は、定義された狭い放出角度を有する。絞り要素４００の開口部４１０の直径４１１は、電磁放射２００の基本モード２４０のみが開口部４１０を通過することができるような小さい寸法にされているため、オプトエレクトロニクス装置１７によって絞り要素４００の開口部４１０を通じて放出される電磁放射２００は、オプトエレクトロニクス装置１７の発光ダイオードチップ１００の上面１１０に垂直な方向を中心とする狭い放出角度を有する。このようにすることで、オプトエレクトロニクス装置１７によって放出される電磁放射２００を、光学的画像生成素子３００に簡単かつ効率的に結合する（coupled into）ことができる。
【００７６】
本オプトエレクトロニクス装置の別の実施形態においては、絞り要素４００は、孔として構成されている開口部４１０の代わりに、周囲の絞り要素４００の屈折率とは異なる屈折率を有する材料によって満たされている開口部を有する。
【００７７】
図５を用いて説明した深さ測定システム２０において、オプトエレクトロニクス装置１０の代わりに、図６〜図１１を用いて説明したオプトエレクトロニクス装置１３，１４，１５，１６，１７を使用することができる。オプトエレクトロニクス装置１３，１４，１５，１６，１７の特徴（図６〜図１１を用いて説明した）は、互いに組み合わせることができる。
【００７８】
ここまで、本発明について、好ましい例示的な実施形態を用いて図示および詳しく説明してきた。しかしながら本発明は、開示した例に限定されない。当業者には、本発明の保護範囲から逸脱することなく、これらの実施形態から別の変形形態を導くことができるであろう。
【００７９】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１０８４１３．９号および独国特許出願第１０２０１５１２２６２７．８号の優先権を主張し、これらの文書の開示内容は参照により本明細書に組み込まれている。
【符号の説明】
【００８０】
１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７  オプトエレクトロニクス装置
２０  深さ測定システム
３０  検出器
１００  発光ダイオードチップ
１０１  第１のダイオード構造
１０２  第２のダイオード構造
１０３  第３のダイオード構造
１１０  上面
１１１  放射放出部分
１１２  放射非放出部分
１１３  直線
１１４  第１の部分
１１５  第２の部分
１１６  第３の部分
１２０  積層体
１２１  光共振器
１３０  接合部
１４０  裏側接点
１４１  第１の上側面接点
１４２  第２の上側面接点
１４３  第３の上側面接点
２００  電磁放射
２１０  ２次元パターン
２２０  第２の２次元パターン
２３０  第３の２次元パターン
２４０  基本モード
３００  光学的画像生成素子
３１０  周囲
４００  絞り要素
４１０  開口部
４１１  直径
５００  集束素子
６００  光学素子
６１０  角度範囲
【図１】
2018517133.tif 000003
【図２】
2018517133.tif 000004
【図３】
2018517133.tif 000005
【図４】
2018517133.tif 000006
【図５】
2018517133.tif 000007
【図６】
2018517133.tif 000008
【図７】
2018517133.tif 000009
【図８】
2018517133.tif 000010
【図９】
2018517133.tif 000011
【図１０】
2018517133.tif 000012
【図１１】
2018517133.tif 000013
【国際調査報告】
2018517133.tif 000014
2018517133.tif 000015
2018517133.tif 000016
2018517133.tif 000017
2018517133.tif 000018
2018517133.tif 000019