特許 6367273 走査深度エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367273

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】走査深度エンジン

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20180723BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20180723BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20180723BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20180723BHJP

   G01S 17/89 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/481 A

   G02B26/10 104Z

   G02B26/08 E

   G01C3/06 120Q

   G01S17/89

【請求項の数】11

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2016-152724(P2016-152724)

(22)【出願日】2016年8月3日

(62)【分割の表示】特願2014-557150(P2014-557150)の分割

【原出願日】2013年2月14日

(65)【公開番号】特開2016-224058(P2016-224058A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2016年8月3日

(31)【優先権主張番号】61/598,921

(32)【優先日】2012年2月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503260918

【氏名又は名称】アップル インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(72)【発明者】

【氏名】シャプント アレキサンダー

(72)【発明者】

【氏名】エルリック ラヴィヴ

(72)【発明者】

【氏名】モア ザフリル

【審査官】 東 治企

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１０２２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４８３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３５４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４９２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０３０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１０４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７９４９０２４（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 特開２００２−０２６４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０８１９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１６３８６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／４８−７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

Ｇ０２Ｂ ２６／１０−２６／１２

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電子工学式モジュールにおいて、
光学的通過帯域を有する半導体ウェーハから成る、マイクロ光学基板と、
半導体ウェーハの第１面上に形成されていて、前記光学的通過帯域内の波長で前記半導体ウェーハを通過するレーザービームをそれぞれ発射するように構成されている垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から成る第１のアレイと、
前記半導体ウェーハの第２面上に形成されていて、前記ＶＣＳＥＬによって発射されるそれぞれのレーザービームをビーム軸に沿って送信するためにそれぞれ当該ＶＣＳＥＬと整列しているマイクロレンズから成る第２のアレイと、
を備える、ビーム送信器と、
受信器であって、前記マイクロ光学基板上に取り付けられていて前記モジュールによって当該受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイ、を備える受信器と、
前記レーザービーム及び前記受信光を前記ビーム軸が前記モジュールの外で前記捕集軸と整列するよう方向付けるように構成されているビーム結合光学器と、を備え、前記ビーム結合光学器は、前記レーザービームをコリメートするように、及び前記受信光を前記検出器ダイへ集束させるように、構成されている少なくとも１つのレンズを備えている、光電子工学式モジュール。

【請求項2】

前記ビーム結合光学器は、前記ビーム軸と前記捕集軸のどちらもが交差するビームスプリッタを備えている、請求項１に記載のモジュール。

【請求項3】

前記ビーム軸と前記捕集軸はどちらも前記基板に対して直角をなし、前記ビーム結合光学器は、前記ビーム軸と前記捕集軸の一方を前記ビームスプリッタに向けて偏向させるように構成されている反射器を備えており、その結果、前記ビーム軸と前記捕集軸は異なったそれぞれの角度で前記ビームスプリッタに入射する、請求項２に記載のモジュール。

【請求項4】

前記ビーム結合光学器は、互いに反対側の第１面と第２面を有する透明板を備えており、前記ビームスプリッタは前記第１面に形成され、前記反射器は前記第２面に形成されている、請求項３に記載のモジュール。

【請求項5】

前記板は、前記ビーム送信器の発射帯域の外の前記受信光を除外するために前記面の一方に形成されているフィルタを備えている、請求項４に記載のモジュール。

【請求項6】

前記少なくとも１つのレンズは、前記レーザービームを第１の開口を通してコリメートするように構成されており且つ前記受信光を前記第１の開口より大きい第２の開口を通して捕集するように構成されている二焦点レンズを備えている、請求項１から５の何れかに記載のモジュール。

【請求項7】

光電子工学式モジュールにおいて、
光学的通過帯域を有する半導体ウェーハから成る、マイクロ光学基板と、
半導体ウェーハの第１面上に形成されていて、前記光学的通過帯域内の波長で前記半導体ウェーハを通過するレーザービームをそれぞれ発射するように構成されている垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から成る第１のアレイと、
前記半導体ウェーハの第２面上に形成されていて、前記ＶＣＳＥＬによって発射されるそれぞれのレーザービームをビーム軸に沿って送信するためにそれぞれ当該ＶＣＳＥＬと整列しているマイクロレンズから成る第２のアレイと、
を備え、前記ＶＣＳＥＬは、それぞれのレーザービームに拡散するよう仕向けるために、前記マイクロレンズに対して内方にオフセットされているビーム送信器と、
受信器であって、前記マイクロ光学基板上に取り付けられていて前記モジュールによって当該受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイ、を備える受信器と、
前記レーザービーム及び前記受信光を前記ビーム軸が前記モジュールの外で前記捕集軸と整列するよう方向付けるように構成されているビーム結合光学器と、を備えるモジュール。

【請求項8】

前記ＶＣＳＥＬは、前記それぞれのレーザービームに一斉にフォーカルウエストに収束するよう仕向けるために、前記マイクロレンズに対して外方にオフセットされている、請求項１乃至６の何れかに記載のモジュール。

【請求項9】

前記少なくとも１つのレーザービーム及び前記受信光は、前記モジュールの外の走査ミラーに当たるように方向付けられ、前記ミラーは、前記少なくとも１つのレーザービームと前記受信器の視野の両方を光景上に走査する、請求項１から８の何れか１項に記載のモジュール。

【請求項10】

光電子工学式モジュールを作製するための方法において、
ビーム送信器を、光学的通過帯域を有する半導体ウェーハから成るマイクロ光学基板上に取り付ける工程と、
受信器であって、前記モジュールによって当該受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイを備える受信器を、前記マイクロ光学基板上に取り付ける工程と、
ビーム結合光学器を、前記マイクロ光学基板に対して、前記レーザービーム及び前記受信光を前記ビーム軸が前記モジュールの外の前記捕集軸と整列するように方向付けるように位置付ける工程と、を備え、
前記ビーム送信器が、半導体ウェーハの第１面上に形成されていて、前記光学的通過帯域内の波長で前記半導体ウェーハを通過するレーザービームをそれぞれ発射するように構成されている垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から成る第１のアレイと、前記半導体ウェーハの第２面上に形成されていて、前記ＶＣＳＥＬによって発射されるそれぞれのレーザービームをビーム軸に沿って送信するためにそれぞれ当該ＶＣＳＥＬと整列しているマイクロレンズから成る第２のアレイと、を備え、
前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、少なくとも１つのレンズを前記基板の上に、前記レーザービームをコリメートするように及び前記受信光を前記検出器ダイへ集束させるように取り付ける工程を備えている、方法。

【請求項11】

前記ビーム結合光学器を位置付ける工程は、ビームスプリッタを、前記ビーム軸と前記捕集軸の両方が当該ビームスプリッタを交差するように取り付ける工程を含んでいる、請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概括的には、光学的放射線の投射及び捕捉のための方法及びデバイスに、厳密には光学的３Ｄマッピングに、関する。

【背景技術】

【0002】

光学的３Ｄマッピング即ちオブジェクトの表面の３Ｄプロファイルを当該オブジェクトの光学的画像を処理することによって生成するための方法は、様々な方法が技術的に知られている。この種の３Ｄプロファイルは、３Ｄマップ、深度マップ、又は深度画像とも呼称され、３Ｄマッピングは深度マッピングとも呼称されている。

【0003】

米国特許出願公開第２０１１／０２７９６４８号は、被写体の３Ｄ表現を構築するための方法において、カメラを使って当該被写体の２Ｄ画像を捕捉する段階を含む方法を記載している。方法は、更に、変調された照射ビームを被写体上に走査して被写体の複数の目標領域を一度に一つずつ照射する段階と、光の変調アスペクトを目標領域の各々から反射される照射ビームから測定する段階と、を含んでいる。照射ビームを走査するのに可動式ミラービーム走査器が使用され、変調アスペクトを測定するのに光検出器が使用されている。方法は、更に、目標領域の各々についての測定された変調アスペクトに基づいて深度アスペクトを算定する段階と、前記深度アスペクトを２Ｄ画像の対応する画素と関連付ける段階と、を含んでいる。

【0004】

米国特許第８，０１８，５７９号は、三次元画像化及び表示システムにおいて、ユーザー入力が、光学的に、振幅変調された走査ビームの経路長をその位相シフトの関数として測定することによって画像化体積中に検出される、三次元画像化及び表示システムを記載している。検出されたユーザー入力に関する視覚画像ユーザーフィードバックが提示される。

【0005】

米国特許第７，９５２，７８１号は、その開示をここに参考文献として援用するものであって、光ビームを走査する方法及び走査デバイスに組み入れることのできるマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）を製造する方法を記載している。

【0006】

米国特許出願公開第２０１２／０２３６３７９号は、ＭＥＭＳ走査を使用しているＬＡＤＡＲシステムを記載している。走査ミラーは、ミラー区域、ミラー区域の周りのフレーム、及びフレームの周りの基部、を含むようにパターン形成されている基板を含んでいる。一組のアクチュエータが、ミラー区域を第１の軸周りにフレームに対して回転させるように動作し、二組目のアクチュエータが、フレームを第２の軸周りに基部に対して回転させる。走査ミラーは半導体加工技法を用いて製作することができる。走査ミラーのための駆動部は、ミラーに三角動作（triangular motion）を行わせるフィードバックループを採用していてもよい。走査ミラーの幾つかの実施形態は、コンピューターシステムのナチュラルユーザーインターフェースのためのＬＡＤＡＲシステムに使用することができる。

【0007】

ＳＩＣＫ ＡＧ（ドイツ、ハンブルグ）によって統合された「ＭｉｎｉＦａｒｏｓ」共同体は、自動車関連用途のための新しいレーザー走査器に関する研究活動を支援してきた。更なる詳細は、ｍｉｎｉｆａｒｏｓ．ｅｕのウェブサイトで入手できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１／０２７９６４８号

【特許文献2】米国特許第８，０１８，５７９号

【特許文献3】米国特許第７，９５２，７８１号

【特許文献4】米国特許出願公開第２０１２／０２３６３７９号

【特許文献5】ＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１２／０２０３８０号

【特許文献6】米国仮特許出願第６１／６７５，８２８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

以下に説明されている本発明の幾つかの実施形態は、走査ビームを使用する深度マッピングのための改善された装置及び方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

従って、本発明の或る実施形態によれば、マッピング装置において、光のパルスを含むビームを発射するように構成されている送信器と、ビームを光景上の事前に定義されている走査範囲内に走査するように構成されている走査器と、を含んでいるマッピング装置が提供されている。受信器が、光景から反射される光を受信するように、及び光景中の点までの及び光景中の点からのパルスの飛行時間を指し示す出力を生成するように、構成されている。プロセッサが、走査器を制御してビームに走査範囲内の選択されているウインドウ一面を走査するよう仕向けるように、及び受信器の出力を処理して選択されているウインドウ内にある光景の部分の３Ｄマップを生成するように、連結されている。

【0011】

幾つかの実施形態では、プロセッサは、ビームの走査毎に、走査するべき異なったウインドウを選択するように構成されている。プロセッサは、走査器の走査範囲全体を網羅していてもよいとされる１回目の走査時の受信器の出力を処理して光景の第１の３Ｄマップを生成するように、及び２回目の走査時には第１の３Ｄマップの特徴に応えて優先的に走査するべきウインドウを選択するように、構成されていてもよい。

【0012】

プロセッサは、第１の３Ｄマップ中にオブジェクトを識別するように、及び識別されたオブジェクトを包含するようウインドウを定義するように、構成されていてもよい。開示されている実施形態では、オブジェクトは装置のユーザーの身体の少なくとも一部分を含んでおり、プロセッサは１回目の走査時にユーザーによって行われた身振りに応えて身体の当該部分を識別するように構成されている。

【0013】

１つの実施形態では、プロセッサは、走査器を駆動して選択されているウインドウを１回目の走査に対比して強化された解像度で走査させるように構成されている。代替的又は追加的に、プロセッサは、走査器を駆動して２回目のウインドウを１回目の走査時より高いフレームレートで走査させるように構成されている。少なくとも数回の走査について、選択されているウインドウは事前に定義されている走査範囲内で中心にあるとは限らない。

【0014】

幾つかの実施形態では、走査器はマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を使用して作製されたマイクロミラーを含んでおり、送信器はビームをマイクロミラーから光景に向けて反射するよう方向付けるように構成されている。マイクロミラーは、２つの軸の周りに回転するように構成されていてもよく、プロセッサは、ウインドウを定義するために、軸のうちの少なくとも一方の軸周りのマイクロミラーの回転範囲を制御するように連結されている。

【0015】

追加的又は代替的に、プロセッサは、ウインドウを画定するために、軸のうち少なくとも一方の軸周りのマイクロミラーの回転速さを変えるように連結されていてもよい。１つのその様な実施形態では、マイクロミラーの回転範囲は、１回目の走査と２回目の走査の両方で同じであり、プロセッサは、２回目の走査時に選択されているウインドウ上のマイクロミラーの走査速さが当該範囲の他の部分上よりも遅くなるよう軸のうち少なくとも一方の軸周りの回転速さを変えるように連結されている。

【0016】

幾つかの実施形態では、走査器は、基板であって、マイクロミラー及び支持体を、マイクロミラーを支持体へ第１の軸に沿って接続している第１スピンドル及び支持体を基板へ第２の軸に沿って接続している第２スピンドルと一体に画定するようにエッチングされている基板、を含んでいる。電磁式駆動部が、マイクロミラー及び支持体に、第１スピンドル及び第２スピンドル周りに回転するよう仕向ける。電磁式駆動部は、空隙を有する少なくとも１つの磁心及び磁心に巻かれている少なくとも１つのコイルを含む固定子組立体と、マイクロミラー及び支持体が取り付けられていて少なくとも１つのコイルを通して流される電流に応えて空隙内で動くように空隙中に懸下されている回転子と、を含んでいてもよい。開示されている実施形態では、少なくとも１つの磁心及び少なくとも１つの回転子は、２つの心及び心のそれぞれの空隙内に懸下されている２つの回転子を含んでおり、電磁式駆動部は、マイクロミラーがラスターパターンで走査するように、２つの心のコイルに差動電流を流してマイクロミラー及び支持体に異なったそれぞれの速さで回転するよう仕向けるように構成されている。

【0017】

幾つかの実施形態では、電磁式駆動部は、マイクロミラーに第１スピンドル周りに回転の共振周波数である第１の周波数で回転するよう仕向けるとともに、支持体に第２スピンドル周りに第１の周波数より低く共振周波数でなくてもよいとされる第２の周波数で回転するよう仕向ける。開示されている実施形態では、支持体は、第１スピンドルによってマイクロミラーへ接続されている第１支持体と、第２スピンドルによって基板へ接続されている第２支持体と、第１支持体を第２支持体へ接続している第３スピンドルと、を含んでおり、電磁式駆動部は、第１支持体に第２支持体に対して第３スピンドル周りに回転するよう仕向けるように構成されている。

【0018】

典型的に、受信器は、光景からのマイクロミラーを介した反射光を受信するように構成されている検出器を含んでいる。開示されている実施形態では、装置は、送信器によって発射されるビームをマイクロミラーに向けて方向付ける一方で反射光が検出器に到達するのを許容するように位置付けられているビームスプリッタを含んでおり、発射ビームと反射光は、ビームスプリッタとマイクロミラーの間に平行であるそれぞれの光軸を有している。ビームスプリッタは、ビームスプリッタの表面の一部のみを覆う偏光反射性被覆でパターン形成されていて、表面のパターン形成された部分が送信器からのビームを遮りビームをマイクロミラーに向けて反射するように位置付けられていてもよい。随意的に、ビームスプリッタは、送信器の発射帯域の外の光が受信器に到達するのを防ぐように構成されている帯域通過被覆をビームスプリッタの裏面に含んでいてもよい。送信器と受信器は一体にマイクロ光学基板上に単一集積パッケージとして取り付けられていてもよい。

【0019】

開示されている実施形態では、プロセッサは、送信器によって発射されるパルスのパワーレベルを、１つ又はそれ以上の以前のパルスへの応答における受信器からの出力のレベルに応じて可変に制御するように構成されている。

【0020】

本発明の或る実施形態によれば、光電子工学式モジュールにおいて、マイクロ光学基板と、マイクロ光学基板上に取り付けられていて少なくとも１つのレーザービームをビーム軸に沿って発射するように構成されているレーザーダイを含むビーム送信器と、を含んでいる光電子工学式モジュールも提供されている。受信器が、マイクロ光学基板上に取り付けられていてモジュールによって受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイ、を含んでいる。ビーム結合光学器が、レーザービーム及び受信光を、ビーム軸がモジュールの外の捕集軸と整列するよう方向付けるように構成されている。

【0021】

幾つかの実施形態では、ビーム結合光学器は、ビーム軸と捕集軸のどちらもが交差するビームスプリッタを含んでいる。これらの実施形態のうちの特定の実施形態では、ビーム軸と捕集軸はどちらも基板に対して直角をなし、ビーム結合光学器はビーム軸と捕集軸のうち一方をビームスプリッタに向けて偏向させるように構成されている反射器を含んでおり、その結果、ビーム軸と捕集軸は異なったそれぞれの角度でビームスプリッタに入射することになる。ビーム結合光学器は、互いに反対側の第１面と第２面を有する透明板を含んでいてもよく、ビームスプリッタは第１面に形成され、反射器は第２面に形成されている。板は、ビーム送信器の発射帯域の外にある受信光を除外するために面の一方に形成されているフィルタを含んでいてもよい。

【0022】

追加的又は代替的に、ビーム結合光学器は、少なくとも１つのレーザービームをコリメートするように、及び受信光を検出器ダイに集束させるように、構成されている少なくとも１つのレンズを含んでいる。１つの実施形態では、少なくとも１つのレンズは、少なくとも１つのレーザービームを第１の開口を通してコリメートするように構成されていて且つ受信光を第１の開口より大きい第２の開口を通して捕集するように構成されている二焦点レンズを含んでいる。

【0023】

幾つかの実施形態では、レーザーダイは端面発光ダイであり、モジュールは、基板上に取り付けられていてレーザーダイからの少なくとも１つのレーザービームを反射してレーザービームを基板から離して方向付けるように構成されている折り返しミラーを含んでいる。基板にはレーザーダイと折り返しミラーの間に溝が形成されていてもよく、その場合、モジュールは、溝に取り付けられていて少なくとも１つのレーザービームをコリメートするように構成されているボールレンズを含んでいる。別の実施形態では、モジュールは、折り返しミラーからの反射後の少なくとも１つのレーザービームをコリメートするために基板上方に取り付けられているレンズを含んでおり、当該レンズは、レーザーダイの基板上への組み立てに先立って焦点距離を測定され、基板上でのレーザーダイの折り返しミラーからの距離は測定された焦点距離に応じて調節されている。

【0024】

他の実施形態では、レーザーダイは、垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から成る第１のアレイを含んでおり、ビーム送信器は、ＶＣＳＥＬによって生成されるそれぞれのレーザービームを送信するためにＶＣＳＥＬとそれぞれに整列しているマイクロレンズから成る第２のアレイを含んでいる。

【0025】

開示されている実施形態では、少なくとも１つのレーザービーム及び受信光は、モジュールの外の走査ミラーに当たるように方向付けられ、ミラーは少なくとも１つのレーザービームと受信器の視野の両方を光景上に走査する。

【0026】

更に、本発明の或る実施形態によれば、マッピングのための方法において、光のパルスを含むビームを光景上の事前に定義されている走査範囲内に走査するように走査器を動作させる段階を含んでいる方法が提供されている。光景から反射される光は受信され、光景中の点までの及び光景中の点からのパルスの飛行時間を指し示す出力が生成される。走査器は、走査器の動作時、ビームに走査範囲内の選択されているウインドウ一面を優先的に走査するよう仕向けるように制御される。受信器の出力は、選択されているウインドウ内にある光景の部分の３Ｄマップを生成するように処理される。

【0027】

更に、本発明の或る実施形態によれば、光電子工学式モジュールを作製するための方法が提供されている。本方法は、少なくとも１つのレーザービームをビーム軸に沿って発射するように構成されているレーザーダイを含むビーム送信器を、マイクロ光学基板上に取り付ける工程を含んでいる。受信器であって、モジュールによって当該受信器の捕集軸に沿って受信される光を感知するように構成されている検出器ダイを含む受信器が、マイクロ光学基板上に取り付けられる。ビーム結合光学器が、マイクロ光学基板に対して、レーザービーム及び受信光をビーム軸がモジュールの外で捕集軸と整列するよう方向付けるように位置付けられる。

【0028】

また、本発明の或る実施形態によれば、光学的通過帯域を有するＧａＡｓの様な半導体基板を含むビーム生成デバイスが提供されている。垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から成る第１のアレイが半導体基板の第１面に形成されており、ＶＣＳＥＬはそれぞれのレーザービームを通過帯域内の波長で基板を通して発射するように構成されている。ＶＣＳＥＬによって生成されたレーザービームを送信するために、マイクロレンズから成る第２のアレイが半導体基板の第２面にＶＣＳＥＬとそれぞれ整列して形成されている。

【0029】

ＶＣＳＥＬは、それぞれのレーザービームを拡散させるためにマイクロレンズに対して内方にオフセットされていてもよい。代わりに、ＶＣＳＥＬは、それぞれのレーザービームに一斉にフォーカルウエスト（focal waist）に収束するよう仕向けるためにマイクロレンズに対して外方にオフセットされていてもよい。

【0030】

更に、本発明の或る実施形態によれば、溝の形成されているマイクロ光学基板を含む光電子工学式モジュールが提供されている。端面発光レーザーダイを含むビーム送信器が、マイクロ光学基板上に溝に隣接して取り付けられていて、レーザービームを基板に平行なビーム軸に沿って発射するように構成されている。ボールレンズが、溝に取り付けられていて、レーザービームをコリメートするように構成されている。折り返しミラーが、基板に取り付けられていて、ボールレンズを出るコリメートされたレーザービームを反射して、レーザービームを基板から離して方向付けるように構成されている。ビーム拡大器が、折り返しミラーからの反射後の少なくとも１つのレーザービームを捕集し拡大するように構成されている。

【0031】

加えて、本発明の或る実施形態によれば、光電子工学式モジュールを作製するための方法が提供されている。方法は、マイクロ光学基板に溝を形成する工程と、レーザービームをビーム軸に沿って発射するように構成されている端面発光レーザーダイを含むビーム送信器を、ビーム軸が基板に平行になるように、マイクロ光学基板上に溝に隣接して取り付ける工程と、を含んでいる。ボールレンズが、レーザービームをコリメートするために溝に取り付けられる。折り返しミラーが、ボールレンズを出てゆくコリメートされたレーザービームを基板から離して反射するために基板上に取り付けられる。ビーム拡大器が、折り返しミラーからの反射後のレーザービームを捕集し拡大するために折り返しミラー上方に取り付けられる。

【0032】

開示されている実施形態では、ビーム送信器、ボールレンズ、折り返しミラー、及びビーム拡大器は、レーザーダイを通電することなく、モジュール中に整列され定位置に締結される。

【0033】

また、本発明の或る実施形態によれば、マッピング方法において、光のパルスを含むビームを発射するように構成されている送信器と、ビームを光景上に走査するように構成されている走査器と、を含んでいるマッピング装置が提供されている。受信器が、光景から反射される光を受信するように、及び光景中の点までの及び光景中の点からのパルスの飛行時間を指し示す出力を生成するように、構成されている。プロセッサは、ビームの１回目の走査時の受信器の出力を処理して光景の３Ｄマップを生成するとともに、送信器によって発射されるパルスのパワーレベルを１つ又はそれ以上の以前のパルスへの応答における受信器からの出力のレベルに応じて制御するように、連結されている。

【0034】

典型的に、プロセッサは、光景の異なった部分から受信される反射光の強度のばらつきを低減するべくパルスのパワーレベルを制御するように構成されている。１つ又はそれ以上の以前のパルスは、パワーレベルを評定及び調節するために送信器によって発射される偵察パルス（scout pulses）を含んでいてもよい。

【0035】

本発明は、次に続く発明の実施形態の詳細な説明を図面と併せて考察することからより深く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の或る実施形態による深度マッピングシステムの概略絵図である。

【図2】本発明の或る実施形態による深度エンジンの機能的構成要素を概略的に示しているブロック線図である。

【図3】本発明の或る実施形態による光学走査ヘッドの概略絵図である。

【図4】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳ走査器の概略絵図である。

【図5】本発明の別の実施形態によるマイクロミラーユニットの概略絵図である。

【図6A】本発明の或る実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図6B】本発明の或る実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図7】本発明の別の実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図8A】本発明の更に別の実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図8B】本発明の更に別の実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図9】本発明の或る実施形態によるビーム結合器の概略側面図である。

【図10A】本発明の更に別の実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図10B】本発明の更に別の実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図11A】本発明の或る実施形態によるビーム送信器の概略側面図である。

【図11B】本発明の或る実施形態によるビーム生成器の概略側面図である。

【図11C】本発明の或る実施形態によるビーム生成器の概略後面図である。

【図11D】本発明の或る代わりの実施形態によるビーム生成器の概略側面図である。

【図12A】本発明の別の実施形態によるビーム送信器の概略側面図である。

【図12B】本発明の別の実施形態によるビーム生成器の概略側面図である。

【図12C】本発明の別の実施形態によるビーム生成器の概略後面図である。

【図13】本発明の更なる実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図14】本発明の更なる実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【図15】本発明の更なる実施形態による光電子工学式モジュールの概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

概観
本特許出願の譲受人に譲渡されているＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１２／０２０３８０号は、照射モジュールを含んでいるマッピングのための装置を記載しており、同ＰＣＴ国際公開の開示をここに参考文献として援用する。このモジュールは、放射線のビームを発射するように構成されている放射線源と、ビームを受信し、選択されている角度範囲に亘ってビームを走査するように構成されている走査器と、を含んでいる。照射光学器は、走査ビームを投射して、関心領域に亘って広がるスポットのパターンを作成する。撮像モジュールが、関心領域中のオブジェクトへ投射されているパターンの画像を捕捉する。プロセッサが、オブジェクトの三次元（３Ｄ）マップを構築するために当該画像を処理する。

【0038】

その様な画像ベースのマッピングシステムと対照的に、以下に説明されている本発明の幾つかの実施形態は、走査ビームの飛行時間を測定することによって３Ｄマッピングデータを生成する深度エンジンを提供している。レーザーの様な光送信器が光の短パルスを走査ミラーに向けて方向付け、走査ミラーが光ビームを或る特定の走査範囲内の関心光景上に走査する。高感度高速フォトダイオード（例えばアバランシェ・フォトダイオード）の様な受信器が、光景から同じ走査ミラーを介して戻される光を受信する。処理回路構成が、走査時の各点の送信光パルスと受信光パルスの間の時間遅延を測定する。この遅延は、光ビームが進んだ距離を、ひいてはオブジェクトの当該点における深度を指し示すものである。処理回路構成は、こうして抽出された深度データを、光景の３Ｄマップの作製に使用する。

【0039】

この種の深度エンジンに基づくシステムは、動的対話式ズーム機能性を提供することができる。走査器を制御して、ビームに走査範囲内の選択されているウインドウ一面を走査するよう仕向け、而して選択されているウインドウ内にある光景の部分の３Ｄマップを生成することができる。ビームの走査毎に異なるウインドウが選択されてもよい。例えば１回目の広い角度範囲に亘る走査及び関心光景（全範囲走査もあり得る）の広角低解像度３Ｄマップの作成の後、深度エンジンは光景内に識別された特定のウインドウ又はオブジェクトにズームインするように制御されてもよい。この様式でズームインすることは、深度エンジンが、選択されているウインドウ内のデータをより高い解像度で提供することを可能にし、或いは代替的又は追加的にそれが走査する際のフレームレートを上げることを可能にする。

【0040】

システム明細
図１は、本発明の或る実施形態による、深度マッピングシステム２０の概略絵図である。システムは、１つ又はそれ以上のオブジェクトを含んでいる関心体積（ＶＯＩ）３０中の３Ｄ光景情報を捕捉する走査深度エンジン２２をベースにしている。この例では、オブジェクトは、少なくとも、ユーザー２８の身体の諸部分を備えている。エンジン２２は、深度データを包含する一連のフレームをコンピュータ２４へ出力し、するとコンピュータは高位情報をマップデータから処理、抽出する。この高位情報は、例えば、コンピュータ２４上を走るアプリケーションであってディスプレイスクリーン２６を然るべく駆動するアプリケーションへ提供されるようになっていてもよい。

【0041】

コンピュータ２４は、ユーザー２８を包含するＶＯＩ３０の深度マップを再構築するために、エンジン２２によって生成されたデータを処理する。１つの実施形態で、エンジン２２は、光景上を走査する間、光のパルスを発射し、光景から反射されて戻るパスの相対遅延を測定する。エンジン２２の又はコンピュータ２４のプロセッサは、次いで、光景中の点（ユーザーの身体表面上の点を含む）の３Ｄ座標を光景中の各測定点（Ｘ、Ｙ）における光パルスの飛行時間に基づいて算定する。この手法は、ユーザーに何らかの種類のビーコン、センサ、又は他のマーカーを保持又は着用することを要求しない点で好都合である。それは、光景中の点の、エンジン２２の場所に対しての深度（Ｚ）座標を与え、光景内の走査されている領域の動的ズーミング及びシフトを可能にする。深度エンジンの実施形及び動作は以下に更に詳しく説明されている。

【0042】

コンピュータ２４は図１には一例として深度エンジン２２から分離されたユニットとして示されているが、コンピュータの処理機能のうちの幾つか又は全ては、深度エンジンのハウジング内にあるか又はそれ以外に深度エンジンと関連付けられている、適したマイクロプロセッサ及びソフトウェアによって又は専用の回路機構によって遂行されてもよい。別の代替形として、これらの処理機能のうちの少なくとも幾つかは、ディスプレイスクリーン２６（例えばテレビセット内）と一体であるか又はゲームコンソールやメディアプレイヤーの様な何れかの他の適した種類のコンピュータ化されたデバイスと一体である適したプロセッサによって実施されてもよい。エンジン２２の感知機能は、同様に、コンピュータ２４へ又は深度出力によって制御されることになる他のコンピュータ化された装置へ一体化されていてもよい。

【0043】

次に続く説明の簡潔さ及び明解さを期して、一組のデカルト軸が図１に付されている。Ｚ軸は、深度エンジン２２の光軸に平行となるように取られている。Ｘ軸を水平方向として、深度エンジンの正面はＸ−Ｙ面となるように取られている。しかしながら、これらの軸は、便宜上定義されているに過ぎない。深度エンジン及びその関心体積の他の幾何学的構成が代わりに使用されてもよく、それら代わりの構成は本発明の範囲内にあるものと考える。

【0044】

図１は、深度エンジン２２のズーム能力を描いている。最初、エンジン２２により発射されたビーム３８はＶＯＩ３０全体を走査し、光景全体の低解像度深度マップを生成する。走査範囲は、図に示されている様に、例えば１２０°（Ｘ）ｘ８０°（Ｙ）の様に広くてもよい。（本説明中に「走査範囲」という場合、それはマッピングシステムを動作させることが意図されている一杯の範囲を意味し、それは深度エンジン２２の走査器が物理的に走査可能である総範囲より小さいこともある。）コンピュータ２４は、ユーザー２８を識別し、エンジン２２に命令して、その走査範囲を、ユーザーを包含するウインドウ３２まで狭めさせ、而してウインドウ中のオブジェクトのより高い解像度の深度マップを生成させる。随意的に、コンピュータ２４は、エンジン２２に命令して、ウインドウ３４及び３６によって例示されているユーザーの顔及び身体の特定の部分又は特徴になおいっそうズームインしてゆくようにさせてもよい。エンジン２２による命令及びそれら命令の実行は動的であり、即ちコンピュータ２４は走査器の動作中にエンジン２２に命令して走査ウインドウを修正させることもできる。而して、例えば、ウインドウの場所は、光景中のユーザーの動き又は他の変化或いはアプリケーションの要件に応じてフレーム間で変わり得る。図に示されている様に、ウインドウは、走査範囲内の中心にある必要はなく、実践的には範囲内ならどこでも所在し得る。

【0045】

これらの動的ズーム機能は、エンジン２２の走査範囲を制御することによって実施されている。典型的に、エンジン２２は、ＶＯＩ３０をラスターパターンで走査する。例えば、ウインドウ３２を生成するには、ラスター走査のＸ範囲を減らし、Ｙ範囲は変えずにそのままとする。この種のウインドウ操作は、深度エンジンがＹ方向には固定された振幅及び周波数（例えば５−１０ｋＨｚなど）を用いて共振走査で高速に走査する一方でＸ方向には所望のフレームレート（例えば３０Ｈｚなど）でより低速に走査する場合に行えるのが好都合である。Ｘ方向走査は回転の共振周波数ではない。而して、ユーザー２８の各々に亘るそれぞれのウインドウを走査してゆく一方でユーザー２８同士の間の空間に亘るウインドウはとばしてゆくといった様に、各フレームが複数の垂直方向ウインドウを包含するようにＸ方向走査の速さは走査範囲に亘って変えることができる。別の代替形として、走査のＹ範囲を減少させ、而して全体としての垂直方向視野を減少させてもよい。

【0046】

追加的又は代替的に、走査のＹ範囲も同様に制御し、而して走査ウインドウ３４、３６にＸとＹのどちらについても異なった範囲を与えるようにしてもよい。また、走査のＹ範囲及び／又はＸ範囲及びＸオフセットを各フレーム中に修正し、非矩形ウインドウを走査させるようにしてもよい。

【0047】

コンピュータ２４は、深度エンジン２２によって提供されているコマンドインターフェースを介して深度エンジン２２に命令してズームを変更させてもよい（即ちズームウインドウのサイズ及び／又は場所を変更させる）。コンピュータは、コンピュータ上で走るアプリケーションプログラムがコマンドインターフェースを呼び出すことができるようにアプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）及び／又は適したミドルウェアを走らせていてもよい。

【0048】

様々なズーム制御モデルをコンピュータによって実施させることができ、又は様々なズームモデルは、代替的又は追加的に、深度エンジン２２の内蔵されたソフトウェアによって実施させることもできる。先に指摘されている様に、コンピュータ又は深度エンジンは、ズームを、オンザフライで、深度マップの分析に基づいて変更してもよい。最初、深度エンジン及びコンピュータは広角低解像度探索モードで動作し、その後、ユーザーが光景中に識別されたら高解像度追跡モードへとズームしていくようにしてもよい。例えば、ユーザーが光景に入って来たとき、コンピュータは、ユーザーの存在及び場所を検出し、深度エンジンに命令してユーザーの場所をズームインさせるようにしてもよい。次いでユーザーが或る特定の身振りをすると、コンピュータは身振りを検出し、深度エンジンに命令してユーザーの手を更にズームインさせるようにしてもよい。

【0049】

上記種類のスキームを支援する深度エンジンの走査ミラー設計及び他の詳細事項が付随する図を参照して説明されている。

【0050】

図２は、本発明の或る実施形態による、深度エンジン２２の機能的構成要素を概略的に示しているブロック線図である。エンジン２２は、図に指し示されている様に、光学ヘッド４０と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実施されていてもよいとされる制御器４２（プロセッサとも呼称される）と、を備えている。

【0051】

光学ヘッド４０は、出力を適したレンズによってコリメートされるレーザーダイオードの様な送信器４４を備えている。送信器４４は、可視光、赤外線光、及び／又は紫外線光の放射線（それら全てが本説明及び特許請求の範囲の文脈では「光」と呼称される）から成る光のビームを出力する。同様にＡＳＩＣ５３として実施されていてもよいとされるレーザー駆動部は、レーザー出力を変調し、よってそれは典型的にサブナノ秒の立ち上がり時間を有する短パルスを発射する。レーザービームは、以下に説明されている様にＭＥＭＳ技術を使って作製及び駆動させることのできる走査用マイクロミラー４６に向けて方向付けられる。マイクロミラーは、ビーム３８を光景上に、典型的には適したレンズ（下図に示されている）の様な投射／捕集光学器を介して、走査する。

【0052】

光景から反射して戻される光のパルスは光学器によって捕集され、走査ミラー４６から受信器４８へ反射する。（代替的に、送信器と受信器とによって共有される単一ミラーに代えて、一対の同期されたミラーを、一方を送信器用とし他方を受信器用として、なおエンジン２２の対話式ズーム能力を支援しながらに使用してもよい。）受信器は、典型的に、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）の様な高感度高速光検出器を、光検出器によって出力される電気パルスを増幅するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）の様な高感度増幅器と共に備えている。これらのパルスは対応する光のパルスの飛行時間を指し示すものである。

【0053】

受信器４８によって出力されるパルスは、深度（Ｚ）値を走査場所（Ｘ，Ｙ）の関数として抽出するために制御器４２によって処理される。この目的で、パルスは高速アナログ／デジタル変換器（Ａ２Ｄ）５６によってデジタル化され、結果として得られるデジタル値が深度処理論理５０によって処理されることになる。対応する深度値は、ＵＳＢポート５８又は他の適したインターフェースを介してコンピュータ２４へ出力されることになる。

【0054】

場合によって、特に光景中のオブジェクトの縁付近では、所与の投射光パルスが、受信器４８によって検出される２つの反射光パルス、つまり、前景のオブジェクト自体から反射される第１のパルスとそれに続くオブジェクトの背後の背景から反射される第２のパルスを生じさせることがある。論理５０は、両方のパルスを処理して、対応する画素における２つの深度数値（前景及び背景）を与えるように構成されていてもよい。これらの二重値は、光景の更に精度の高い深度マップを生成する場合にコンピュータ２４によって使用されることになる。

【0055】

制御器４２は、更に、電力をエンジン２２の構成要素へ提供するパワー変換器５７を備えており、光学ヘッド４０の送信、受信、及び走査の機能を制御する。例えば、制御器４２のＭＥＭＳ制御回路５２は、以上に解説されている様にミラー４６の走査範囲を修正するように、コマンドを光学ヘッドに出すようになっていてもよい。走査ミラーと関連付けられている適した誘電性又は容量性センサ（図示せず）の様な位置センサが、位置フィードバックをＭＥＭＳ制御機能へ提供するようになっていてもよい。レーザー制御回路５４及び受信器制御回路５５は、同様に、送信器４４及び受信器４８の、振幅、利得、オフセット、及びバイアスの様な動作の態様を制御する。

【0056】

受信器４８に入射するパルスの光強度のレベルを均等化するために、ＡＳＩＣのレーザー駆動部５３及び／又はレーザー制御回路５４が送信器４４の出力パワーを適応的に制御するようになっていてもよい。この適応化は、光パルスを反射させる光景の異なった部分中のオブジェクトの距離及び反射率のばらつきのせいで起こる反射パルスの強度のばらつきを補償する。而して、それは、検出器飽和を回避しながらも信号／ノイズ比を改善するうえで有用である。例えば、各送信パルスのパワーは、今回の走査で送信器によって発射された先の単数又は複数のパルス及び／又は先の走査でのミラー４６のこのＸ，Ｙ位置におけるパルスの様な１つ又はそれ以上の以前のパルスへの応答における受信器４８からの出力のレベルに基づいて調節されるようになっていてもよい。随意的に、光学ヘッド４０の要素は、戻されるパワー又はオブジェクト距離を評定することを目的に「偵察パルス（scout pulses）」を全パワー又は部分パワーで送受信するように構成されていてもよく、そうして送信器４４の出力を然るべく調節するようにしてもよい。

【0057】

光学走査ヘッド
図３は、本発明の或る実施形態による光学ヘッド４０の要素を示す概略絵図である。送信器４４は、光のパルスを偏光ビームスプリッタ６０へ向けて発射する。典型的に、送信器６０の光の経路に直接入っているビームスプリッタの小区域のみは反射のために被覆されるが、ビームスプリッタの残部は戻される光が受信器４８へ通過してゆくのを許容するように完全に透過性である（又は反射防止被覆が施されていることすらある）。送信器４４からの光は、ビームスプリッタ６０に反射し、次いで折り曲げミラー６２によって走査用マイクロミラー４６へ向けて方向付けられる。ＭＥＭＳ走査器６４は、マイクロミラー４６をＸ方向及びＹ方向に所望の走査周波数及び振幅で走査する。マイクロミラー及び走査器の詳細は付随する図に示されている。

【0058】

光景から戻される光パルスはマイクロミラー４６に当たり、マイクロミラー４６は光を反射し、折り返しミラー６２を介してビームスプリッタ６０に通す。受信器４８は、戻された光パルスを感知し、対応する電気パルスを生成する。検出の感度を強化するために、ビームスプリッタ６０の全体面積及び受信器４８の開口は送信ビームの面積よりも著しく広くされていて、ビームスプリッタは相応にパターン形成されており、即ち反射性被覆はその表面の送信ビームが入射する部分のみに亘って延在している。ビームスプリッタ６０の裏面は、送信器４４の発射帯域の外の光が受信器に到達するのを防ぐために帯域通過被覆を有していてもよい。更に、マイクロミラー４６は、走査器によって課せられる慣性制約内で可能な限り広いことが望ましい。例えば、マイクロミラーの面積は約１０−１５ｍｍ²とすることができる。

【0059】

図３に示されている光学ヘッドの特定の機械的及び光学的設計はここに一例として記載されているのであって、同様の原理を実施する代わりの設計も本発明の範囲内にあるものと考える。走査用マイクロミラーと関連付けて使用することのできる光電子工学式モジュールの他の例が以下に説明されている。

【0060】

図４は、本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳ走査器６４の概略絵図である。この走査器は、上述の米国特許第７，９５２，７８１号に記載されているものと同様の原理で作製され動作するが、単一マイクロミラー４６の二次元走査を可能にする。この種類の二軸式ＭＥＭＳベース走査器は、更に、２０１２年７月２６日出願の米国仮特許出願第６１／６７５，８２８号に記載されており、同仮出願をここに参考文献として援用する。また一方、本発明の代わりの実施形態は、２つの単軸式走査器（例えば米国特許第７，９５２，７８１号に記載されているもの）を使用している設計を含め、当技術で知られている他の型式の走査器を使用することもできる。

【0061】

マイクロミラー４６は、半導体基板６８を適切にエッチングして、マイクロミラーを支持体７２から分離させ、また支持体を残りの基板６８から分離させることによって、作製されている。エッチング後、マイクロミラー４６（適した反射性被覆が塗工されている）はスピンドル７０を中心に支持体７２に対してＹ方向に回転することができ、支持体７２はスピンドル７４を中心に基板６８に対してＸ方向に回転する。

【0062】

マイクロミラー４６及び支持体７２は、永久磁石を備えている一対の回転子７６に取り付けられている。（図には回転子のうちの１つだけを視認できる。）回転子７６は、心７８のそれぞれの空隙に懸下されている。心７８にはそれぞれの導線コイル８０が巻かれており、而して電磁固定子組立体を作り出している。（簡潔さを期して、図４には心当たり１コイルとして示されているが、代わりに、各心には２つ又はそれ以上のコイルが巻かれていてもよいし、更には異なった心形状が使用されていてもよい。）コイル８０を通して電流を流してゆくと、空隙に磁界が生成され、磁界は回転子７６の磁化と相互作用して回転子を空隙内で回転するように若しくはそれ以外に動くように仕向ける。

【0063】

具体的には、コイル８０は、マイクロミラー４６にスピンドル７０周りに高速で共振式に往復回転するよう仕向けるために高周波差動電流を流されてもよい（典型的には以上に指定されている様に５−１０ｋＨｚの範囲であるが、より高い又はより低い周波数を使用することもできる）。この共振回転は、エンジン２２からの出力ビームの高速Ｙ方向ラスター走査を生成する。同時に、コイル８０は、支持体７２のスピンドル７４周りの回転によって、所望の走査範囲を通るＸ方向走査を推進するように、より低い周波数で一体に駆動される。Ｘ回転及びＹ回転は一体でマイクロミラー４６の全体としてのラスター走査パターンを生成する。

【0064】

図５は、本発明の別の実施形態によるマイクロミラーユニット８２の概略絵図である。組立体８２は、以上に走査器６４に関連付けて説明されているのと同様の方式でＭＥＭＳ技術を使用して作製され動作させることができる。この実施形態では、マイクロミラー４６は、スピンドル８４によってＹ支持体８６へ接続されており、Ｙ支持体はスピンドル８８によってＸ支持体９０へ接続されている。Ｘ支持体はスピンドル９２によって基板（この図には示されていない）へ接続されている。マイクロミラー４６は、スピンドル８４を中心に高周波数で共振式に往復回転し、而して上述の高速Ｙ方向走査を生成する。Ｙ支持体８６及びＸ支持体９０は、組立体８２が走査しようとするＸ−Ｙウインドウを定義するように、可変振幅及びオフセットを用いてより低速で回転する。この配列は、好都合にも、例えば、図１に示されているウインドウ３４及び３６上の走査を生成するのに使用することができる。

【0065】

図４及び図５に示されている特定のＭＥＭＳベース走査器はここでは一例として記載されている。代わりの実施形態では、深度エンジン２２には他の型式のＭＥＭＳ走査器が使用されてもよいし、また同様に他の走査技術に基づく、適した走査器６４が使用されてもよい。全てのその様な実施形は本発明の範囲内にあるものと考える。

【0066】

適した駆動信号を以上に説明されている各種マイクロミラーベース走査器へ適用することによって、様々な走査モードを有効にすることができる。特定のウインドウへのズームインの実施可能性は既に上述されている。先に指摘されている様に、視野全体が走査される場合でさえ、Ｘ方向走査レートは、走査の過程に亘って１つ又はそれ以上の領域内でのより高い解像度を与えるために、これらの領域上ではマイクロミラーを相対的に低速で走査し光景の残部はより速いレートで走査することによって、変えられることがある。これらの特定領域高解像度走査は、マイクロミラーが光景を一方向に走査する（例えば左から右へ走査する）際には低解像度の深度マップを与える固定されたＸ方向走査レートを維持し、逆方向への走査（右から左への戻り走査）中は高解像度ウインドウをマップするようにＸ方向走査レートを低速と高速の間で変えることによって、光景全体に亘る低解像度低速走査をフレーム毎にインターレースさせることができる。他の種類の可変インターレース型走査パターンも適した駆動信号を適用することによって同様に実施することができる。

【0067】

光電子工学式モジュール
図３に示されている様に、個々の光学的及び機械的構成要素から成る光学ヘッド４０の組み立ては、精密整列を要し、費用が嵩まないとも限らない。代わりの実施形態では、精密な設置及び整列を要する全ての部分（例えば、光送信器、受信器、及び関連光学器）は、シリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）又は他の型式のマイクロ光学ベンチ、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、又はガラス（Ｐｙｒｅｘ（登録商標））の様な半導体又はセラミック基板ベースのマイクロ光学ベンチ、の様なマイクロ光学基板上の単一集積型モジュールパッケージに組み合わせることができる。この手法は、費用を節約でき、深度エンジンを扱い易いものにすることができる。

【0068】

図６Ａは、本発明の或る実施形態による、この種の光電子工学式モジュール１００の概略側面図である。送信器として働くレーザーダイ１０４及び駆動部チップ１０６が、シリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）１０２上に設置されている。この実施形態のレーザーダイ１０４は端面発光デバイスであるが、他の実施形態では以下に説明されている様に表面発光デバイスを使用することもできる。ダイ１０４からのレーザー出力ビームは、折り返しミラー１０８から反射し、レンズ１１０によってコリメートされる。レーザービームには、そのビーム軸を受信器のそれと整列させるために、プリズム１１２が設置されていてもよい。プリズム１１２は、レンズ１１０のモノリシック部分として作られていてもよく、典型的にはレンズの面積のごく一部（例えばレンズのクリア開口の１／１０）を覆っている。

【0069】

レーザーは、典型的には、レンズ１１０よりも著しく低い開口数（ＮＡ）を有している。従って、レンズでのレーザービームは、レンズによって捕捉される戻りビームよりはるかに細いはずである。（随意的に、例えばレンズ１１０によって見えるビームの開口数を減らすために、図８Ａに示されている様にボールレンズがＳｉＯＢ１０２上のレーザーダイ１０４とミラー１０８の間に設置されてもよい。追加的又は代替的に、出てゆくレーザービームをコリメートするために図６Ｂに示されているレンズ要素と同様の追加のレンズ要素をレンズ１１０に加えてもよい。）モジュール１００からの出力レーザービームは、走査ミラーに当たり、走査ミラーがビームを関心光景上に走査する。

【0070】

光景から走査ミラーを介して戻される光はレンズ１１０によって捕集され、レンズ１１０が光をベンチ１０２上のアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）ダイ１１４へ集束させる。ＡＰＤの出力は、以上に解説されている様にトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１１６によって増幅される。代わりに、モジュール１００（及び以下に説明されている代わりのモジュール設計）では、目下の用途にとって十分な感度及び速さを有している限り他の種類の検出器及び増幅器が使用されてもよい。送信と受信はレンズの異なった部分を使用するので、レンズ１１０はレーザーとＡＰＤに異なったコリメーション特性を呈していてもよいし、又は同様のコリメーション特性を呈していてもよい。

【0071】

レンズ１１０は、例えば、ウェーハレベル光学器の手段によってか又はポリマー材料又はガラスを成形することによって作製されてもよい。その様なレンズは、モジュール１００の側壁を作り出しひいてはモジュールを封止している「脚」を有していてもよい。モジュール１００の組み立ては、ダイの取り付けられたＳｉＯＢのウェーハがレンズのウェーハに貼り合わされ、次いでダイシングされるというように、ウェーハレベルで遂行されてもよい。代わりに、適切に形成された空洞を有するスペーサーウェーハをＳｉＯＢウェーハに貼り合わせ、その上にレンズウェーハを貼り合わせるようにしてもよい。更に代替的に、組み立ては単体化されたシリコン光学ベンチ及びレンズを使用して実施されてもよい。何れにせよ、全体としてのモジュール１００は、一辺が典型的に約５−８ｍｍの中空立方体の形態を有するものとなろう。（代わりに、この実施形態及び以下に説明されている他の実施形態の両方では、マイクロ光学ベンチ及びその上の構成要素が透明なキャップで封止され、他の付属光学器と一体のレンズ１１０が次いで精密な追加物として組み立てられるようになっていてもよい。）

【0072】

図６Ｂは、本発明の別の実施形態による、光電子工学式モジュール１１７の概略側面図である。モジュール１１７では、レーザーダイ１０４からのビームを反射するミラー１１８が大凡４５度の角度をなしており、その結果、レーザービームはレンズ１１０及びＡＰＤダイ１１４によって画定されている受信光の光軸（ここでは「捕集軸」と呼称）に平行な軸に沿って反射されることを除いて、モジュール１１７はモジュール１００に類似である。（捕集軸は、設計選定の問題であり、ＡＰＤダイ１１４の平面に対して傾斜させることもできる。）この構成では、プリズム１１２は必要ないが、例えば出てゆくレーザービームをコリメートするために、追加のレンズ要素１１９が、当該要素１１９をレンズ１１０と一体に成形することによって加えられてもよい。レーザーダイ１０４からの投射ビームとＡＰＤダイ１１４の捕集軸が平行である限り、この実施形態での軸間のオフセットにはシステム性能への実質的効果は無い。

【0073】

以上の図のミラー１０８と１１８の角度は一例として示されており、他の角度、即ち、４５°より大きい角度及び４５°より小さい角度の両方、が代わりに使用されてもよい。ＡＰＤダイ１１４を、レーザーダイ１０４によって発射されるビームからの後方反射光を含む何らかの迷光から遮蔽することが概して望ましい。この理由から、ミラー１１８のより鋭い反射角度（図６Ａの実施形態のミラー１０８と比較）が有利である。或る代わりの実施形態（図には示されていない）では、なおいっそう鋭い反射角度がレーザービームのための対応する投射光学器の適切な改造と併せて使用されている。例えば、ＳｉＯＢ１０２又は代わりにＳｉＯＢ１０２の上に設置されているシリコンスペーサーウェーハ（図示せず）が、（１００）シリコン結晶を備え、（１１１）平面に沿って湿式エッチングされ、次いで金属又は誘電性積重体で被覆されて、５４．７４°の傾斜のミラーを形成するようにしてもよい。この場合、レンズ１１０は、傾斜していてもよいし、それ以外に軸外にＡＰＤダイ１１４へ合焦するように構成されていてもよい。随意的に、モジュール１００又は１１７は、更に、ＡＰＤダイをレーザービームの迷光反射から遮蔽するための光反らせ板又は他の手段（図示せず）を含んでいてもよい。代替的又は追加的に、４５°より大きい角度については、ＡＰＤダイ１１４は図に示されている様にレーザーダイ１０４の前ではなく後に設置することができる。

【0074】

図７は、本発明の更に別の実施形態による、光電子工学式モジュール１２０の概略側面図である。このモジュールは、送信ビームと受信ビームを整列させるために、送信器要素（レーザーダイ１０４及び駆動部１０６）が台座１２２上に設置されており、ビームスプリッタ１２４がＳｉＯＢ１０２の上方に取り付けられていることを除いて、モジュール１００及び１１７に類似である。ビームスプリッタ１２４は、モジュール１２０中に斜めに向き付けられている透明板１２６上の適切に被覆された小領域を備えていてもよい。レーザーダイ１０４が偏光ビームを出力するように構成されている場合、直交偏光を通過させながらも偏光方向のレーザービームを反射し、それによりモジュールの光学効率を高めるように、ビームスプリッタ１２４は偏光依存性であってもよい。

【0075】

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の更に別の実施形態による、光電子工学式モジュール１３０の概略側面図である。図８Ｂに示されている図は図８Ａに対して９０°回転させたものであり、図８Ａの図の正面に見える品目は図８Ｂの左側にある。この実施形態は、送信ビームと受信ビームが、モジュール１３０内で別れており、モジュールからの出口でモジュールの基板の上方に取り付けられているビーム結合器１４２によって整列させられる点で、先の実施形態とは異なる。

【0076】

レーザーダイ１０４によって発射される照射ビームは、ＳｉＯＢ１０２に形成された溝１３５に位置付けられているボールレンズ１３４によってコリメートされる。溝１３５は、湿式エッチングの様な当技術で知られている技法によるリソグラフィー的精密さでシリコン及び半導体材料に作製される。代替的又は追加的に、ボールレンズは、溝１３５無しでも、精度の高いピック・アンド・プレイス機械によってＳｉＯＢへ直接付着させることができよう。折り返しミラー１３６は、コリメートされたビームをＳｉＯＢ１０２から離してモジュール１３０の光電式構成要素を保護しているカバーガラス１３７を通して反射する。ボールレンズ１３４は、典型的には、部分的なコリメートションしか実現しないので、レーザービームを典型的には３乃至１０倍拡大し、ひいてはそのコリメーションを強化するのに、ビーム拡大器１３８が使用されている。ビーム拡大器１３８はここでは単要素光学的構成要素として示されているが、複要素ビーム拡大器が代わりに使用されてもよい。モジュール１３０の設計は、能動的な整列を要すること無しに精度よく組み立てができること、即ち組立及び整列がレーザーダイ１０４を実際に通電すること無しに微細な公差内で完遂され得る点で有利である。

【0077】

ビーム拡大器１３８によって出力されるコリメートされたビームは、ビーム結合器１４２で反射器１４４によって向きを変えられ、その後、ビームスプリッタ１４６によって走査ミラーへ向けて外向きに折り返される。レーザーダイ１０４が偏光ビームを出力すると仮定した場合、ビームスプリッタ１４６は、以上に図７を参照して説明されている様に偏光依存性であるのが好都合である。走査ミラーから戻された捕集されるビームは、ビームスプリッタ１４６を通過し、次いで捕集レンズ１４０によりＡＰＤ１１４へ集束される。捕集レンズは、モジュール１３０の幾何学的制約内での光捕集効率を最大化するために、図８Ａ及び図８Ｂに示されている様に非対称の細長い形状を有していてもよい。

【0078】

ビーム結合器１４２は図８Ｂに単一プリズム要素として示されているが、他の実施形が代わりに使用されてもよい。例えば、ビーム結合機能は、２つの別々の傾斜板、即ち反射器１４４の代わりの反射性の板とビームスプリッタ１４６の代わりのビームスプリット性の板とによって遂行されてもよい。

【0079】

図９は、本発明の別の実施形態による、ビーム結合器１４２の代わりに使用することのできるビーム結合器１５０の概略側面図である。ビーム結合器１５０は、例えばガラス製の透明基板１５２を、反射器１４４の代わりとなる反射性被覆１５４及びビームスプリッタ１４６の代わりとなるビームスプリット性被覆１５６（典型的に偏光依存性）と一体に備えている。基板１５２の、投射ビーム及び捕集ビームが結合器１５０を出入りする際に通る正面及び裏面の残り区域には、反射防止被覆１５８が塗工されていてもよい。ビーム結合器１５０の設計は、製造及び組み立ての単純さの観点で有利である。

【0080】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の更なる実施形態による光電子工学式モジュール１６０の概略側面図である。２つの図は互いに対して９０°回転させたものであり、図１０Ａの正面にある要素は図１０Ｂでは右側に見える。モジュール１６０の設計及び動作の原理は、モジュール１６０ではコリメーションのためにボールレンズが使用されていないことを除いて、モジュール１３０（図８Ａ／図８Ｂ）のものに類似である。レーザーダイ１０４から送信されるビームのためのコリメーションレンズ１６４及び走査ミラーから受信されるビームのための捕集レンズ１６６は、本事例では、モジュールのカバーガラス１６２上に直接取り付けられている。送信ビーム及び受信ビームのビーム軸は、典型的には、図８Ａ／図８Ｂの実施形態での様にビーム結合器（これらの図には示されていない）によって整列させられる。

【0081】

レンズ１６４及び１６６が厳しい製造公差を有している場合、それらは、マシンビジョン技法を使用し自身の光心をモジュール１６０の適切な軸と整列させるようにして、カバーガラス１６２の上の定位置に組み立てることができる。しかしながら、その様な微小レンズは、一般的には１−５％程度とされる大きな公差を有しているのが典型的であり、レンズがウェーハスケールプロセスで大量生産される場合は特にそうである。その様な公差は、測定及び勘案されないなら、レーザーダイ１０４からのビームのコリメーション不良を引き起こしかねない。

【0082】

この種の事態を回避するには、コリメーションレンズ１６４の実際の有効焦点距離（ＥＦＬ）を前もって測定すればよい。例えば、レンズ１６４がウェーハスケールプロセスで製作される場合は、モジュール１６０が組み立てられる前に各レンズのＥＦＬをウェーハレベルで精密に測定すればよい。そうすれば、図１０Ａの水平矢印で描かれている様に各モジュール１６０の基板上のレーザーダイ１０４の折り返しミラー１３６からの距離を対応するレンズ１６４の測定されたＥＦＬに整合するよう製作時に調節することができる。そうしてレーザーダイは適正な場所に（典型的にはグルー又ははんだによって）固定される。このレーザーダイの場所の調節は、既存のピック・アンド・プレイス機械の能力内に裕に納まるものであって、折り返しミラー１３６上方のカバーガラス１６２上に精度良くレンズ１６４を中心合わせするのにも同様に使用することができよう。結果として、モジュールの構成要素は、実際にレーザーダイ１１４を通電し動作させること無く組み立て及び整列させることができ、即ち「能動整列」を一切要しない。

【0083】

ピック・アンド・プレイス機械は、同様に、捕集レンズ１６６を位置付けするのに使用することができる。但し、捕集ビームの幾何学的制約がそれほど厳格ではなく、またＡＰＤ１１４のサイズが比較的大きいため、捕集レンズのＥＦＬのばらつきはそれほど決定的ではない。従って、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されている捕集レンズ１６６のカバーガラス１６２への取り付けに代わるものとして、捕集レンズは製作後のモジュール１６０へビーム結合器と一体に組み立てられてもよい。

【0084】

代わりに、先に指摘されている様に、上述の実施形態の原理に基づくモジュールは、セラミック基板又はガラス基板の様な他の種類のマイクロ光学基板上に製作されてもよい。電気的性能の観点ではセラミック材料が有利であるかもしれない。

【0085】

他の代わりの実施形態（図に示されていない）では、光電子工学式モジュールの送信部分と受信部分は２つの異なったマイクロ光学ベンチ上に分けて取り付けられている。この手法は、受信器の要件が、高い帯域幅、高周波数信号についての低い損失、及び低価格である一方、送信器については主たる要件が、熱伝導率、並びにレーザーダイオードの信頼性のための密閉封止であることから、好都合であろう。

【0086】

表面発光器に基づくビーム送信器及びモジュール
本発明の或る実施形態によるビーム送信器１７０を概略的に描いている図１１Ａ−図１１Ｃをこれより参照してゆく。図１１Ａはビーム送信器全体の側面図であり、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ、送信器１７０中に使用されているビーム生成器１７２の側面図及び後面図である。送信器１７０は、特に、上に説明されている型式の光学走査ヘッドに一体化させることのできる光電子工学式モジュールに使用するのに適しており、この種のモジュールが以下に更に説明されている。また一方で、この型式の送信器は、コンパクトなソースが強くて十分に制御されている出力ビームを生成することを要求される他の用途に使用することもできよう。

【0087】

ビーム生成器１７２は、垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の様な表面発光デバイス１７８のアレイを備えている。デバイス１７８によって発射されるビームは、対応するマイクロレンズ１７６のアレイによって捕集され、マイクロレンズ１７６がビームをコリメーションレンズ１７５へ向けて方向付ける。デバイス１７８とマイクロレンズ１７６は、ＧａＡｓウェーハの様な適した半導体ウェーハなどの透明な光学基板１８０の互いに反対側の面に形成されているのが好都合であろう。（ＧａＡｓは、約９００ｎｍに始まる光学的通過帯域を有しており、即ちそれは約９００ｎｍより長い波長には透過性であり、従って基板１８０の裏面のデバイス１７８によって発射されるその様な波長の放射線を通すはずである。）基板１８０の厚さは、典型的に約０．５ｍｍであるが、より小さい又はより大きい寸法が代わりに使用されてもよい。図１１Ｃに最も明瞭に示されている様に、デバイス１７８の場所は、対応するマイクロレンズ１７６の中心に対して内方にオフセットされており、而してマイクロレンズによって送信される個々のビーム間の角度的拡散を生じさせる。

【0088】

図１１Ｄは、本発明の代わりの実施形態によるビーム生成器１８２の概略側面図である。この実施形態では、表面発光デバイス１７８は基板１８３の正面側に形成されており、当該基板１８３は下層の基板へワイヤボンド１８５によって接続されていてもよい。マイクロレンズ１７６は、ガラスブランクの様な別体の透明ブランク１８４上に形成され、ブランクは次いで基板１８３上のデバイス１７８と整列させられデバイス１７８の上に接着される。ビーム生成器１８２の設計は、而して、デバイス１７８が、基板が透過性を持たないより短い光を発射するように設計されている場合に適切である。基板１８３及びブランク１８４は、光学的設計及び熱の放散が理由で、各々が典型的に厚さ約０．２５ｍｍであるが、他の寸法も同様に使用することができる。

【0089】

図１２Ａ−図１２Ｃは、本発明の別の実施形態によるビーム送信器１８６を概略的に描いている。前と同様、図１２Ａはビーム送信器全体の概略側面図であり、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、それぞれ、送信器１８６中に使用されているビーム生成器１８８の概略側面図及び概略後面図である。ビーム生成器１８８は、図１２Ｃに示されている様にビーム生成器１８８中のデバイス１７８の場所が対応するマイクロレンズ１７６の中心に対して外方にオフセットされている点でビーム生成器１７２と異なる。結果として、マイクロレンズ１７６によって送信される個々のビームは、図１２Ａに示されている様に、フォーカルウエストに収束し、その後、再び拡散してゆく。

【0090】

ビーム送信器１７０及び１８６中の表面発光デバイス１７８は、レンズ１７５によって出力されるビームの特徴を変更するために、個々に又は事前に定義されている群で駆動させることができる。例えば、デバイス１７８の全てを一括して駆動すれば大径の強力なビームを与えることができるし、中心のデバイス単独若しくはデバイス７つから成る中央の群のみを一括して駆動すれば小径のあまり強くないビームを与えることができる。図１１Ｃ及び図１２Ｃは表面発光デバイスのアレイの特定の六角形配列を示しているが、より大きな数又はより小さな数のデバイスを六角形又は他の種類の幾何学的配列に並べた他の配列を代わりに使用することもできる。

【0091】

図１３は、本発明の或る実施形態による、ビーム生成器１７２（図１１Ｂ／図１１Ｃ）を組み入れた光電子工学式モジュール１９０の概略側面図である。このモジュール、並びに図１４及び図１５に示されている代わりのモジュールは、以上に説明されている種類の光学走査ヘッドを作製する場合に走査ミラー及び他の構成要素と関連付けて使用することができる。図１３−図１５のモジュールは、代わりに、送信ビームと受信ビームが同軸のコンパクトな光学送受信器を必要とする他の用途に使用されてもよい。

【0092】

モジュール１９０では、ビーム生成器１７２（図１１Ｂ／図１１Ｃに描かれている）は、ＳｉＯＢの様なマイクロ光学基板１９２上に、例えば上述のＡＰＤの様な適した検出器を保有する受信器１９４と共に取り付けられている。ビーム結合器１９６が送信ビームと受信ビームを結合し、走査ミラー（図１３−図１５には示されていない）へ向けてレンズ１７５を通過させる。この実施形態のビーム結合器１９６は、ガラス板を備えており、同板は、その表面の送信ビーム及び反射ビームが板を入出するところ以外の殆どを外部反射性被覆１９８で覆われている。ビーム生成器１７２によって送信されるビームは、以上に解説されている様に偏光依存性であってもよいとされるビームスプリッタ被覆２００を通ってビーム結合器に入り、反射防止被覆を施されていてもよいとされる正面窓２０２を通って出てゆく。

【0093】

レンズ１７５によって捕集される受信ビームは窓２０２を通ってビーム結合器１９６に入り、ビームスプリッタ被覆２００及び反射性被覆１９８から内方に反射し、次いで受信器１９４へ向けて裏面窓２０４を通って出てゆく。ビーム結合器板の厚さは、所望の光路長（そうでなければレンズ１７５の後方焦点距離より長い光路長となってしまう）を与えるように選定されている。受信器に到達する迷光の量を減らすために、窓２０４は、レンズ１７５の焦点に置かれていてもよく、そうすると可能な限り小さくすることができる。窓２０４（並びに窓２０２）は、ビーム生成器１７２の発射帯域の外にある周辺光が除外されるように、狭帯域フィルタ被覆を有していてもよい。

【0094】

図１４は、本発明の別の実施形態による、ビーム生成器１８８（図１２Ｂ／図１２Ｃ）を組み入れた光電子工学式モジュール２１０の概略側面図である。この事例のビーム結合器２１２はガラス板を備えており、ガラス板には、ビーム生成器１８８によって送信されるビームを折り曲げる反射性被覆２１４と、送信ビームと受信ビームをガラス板の裏面で結合させるビームスプリッタ被覆２１６と、が施されている。ビームスプリッタ被覆２１６は、先の実施形態での様に、受信器１９４に至る経路上に狭帯域フィルタを重ね置かれているか又はそれ以外に狭帯域フィルタと組み合わされていてもよい。この実施形態でのビーム結合器２１２の厚さは、ビーム生成器１８８によって送信されるビームの所望の経路長を与えるように選定されており、ビーム結合器内部にフォーカルウエストを有している。

【0095】

図１４では送信ビーム及び受信ビームは略等しい開口を有しているが、送信ビームの開口は代わりに受信ビームの開口よりも小さくされていてもよい。この後者の事例では、ビームスプリッタ被覆２１６の直径は、送信ビームの開口より大きくはならない。この開口の外側に、ガラス板は、受信ビームがビームスプリッタに因るエネルギーの損失無しに受信器１９４に到達できるように反射性被覆を有していてもよい。

【0096】

図１５は、本発明の更に別の実施形態による、ビーム生成器１８８を組み入れた光電子工学式モジュール２２０の概略側面図である。この実施形態では、二焦点レンズ２２０は、比較的小さい開口と短い焦点距離で以ってビーム生成器１８８によって送信されたビーム２３０を捕集しコリメートする中央ゾーンを有している。レンズ２２０の周辺ゾーンは、比較的大きい開口と長い焦点距離で以ってビーム２３２を捕集し受信器１９４上へ集束させる。而して、レンズ２２０の区域は、またそれに付随して走査ミラーの区域は、小さい中央送信ゾーンとより大きい周囲の受信ゾーンに分かれる。

【0097】

この実施形態に使用されているビーム結合器２２４は、ビーム２３２に対応するのに十分に広い正面窓２２６を有しているが、裏面側の反射性被覆１９８の窓２２８ははるかに小さい。窓２２８は、ビーム生成器１８８によって送信される狭いビームに対応できるだけの広さがあればよい。必然的に、ビーム２３２のエネルギーの殆どはビーム結合器内部で反射性被覆１９８によって反射され、裏面窓２０４（上述のように小さくされていて狭帯域被覆を塗被されていてもよい）を介して受信器１９４に到達する。この実施形態では、ビームスプリッタ被覆の必要性は無く、従ってビーム生成器１８８は非偏光性マルチモード表面発光デバイスを備えることができる。

【0098】

代わりの実施形態
以上に説明されている実施形態は光景から戻される走査光を検出するのに単一の検出器要素（例えばＡＰＤ）を使用しているが、他の種類の検出器構成が代わりに使用されてもよい。例えば、光検出器の直線状アレイがこの目的に使用されてもよく、その場合には、光景からの光の捕集に使用されるミラーは、アレイの軸に直角をなす単一方向に走査するだけでよい。この同じ一次元走査ミラーを、検出器アレイの瞬時視野へ一筋のレーザー放射線を投射するのに使用することができる。その様なシステムは、更に、一次元走査に沿った走査パターン及び振幅を変更することによって１つの軸で実現させることのできるズーム機能性が見込まれる。

【0099】

別の代替形として、静止捕集レンズを有する光検出器の２Ｄマトリクスを光景からの走査光を捕集するのに使用し、視野全体をカバーするようにすれば、受信器の機械的走査は必要なくなる。送信側のレーザーは、なおも、例えばＭＥＭＳミラーを使用して二次元で走査される。結果として得られる深度マップの画素位置は、検出器マトリクスの比較的低い解像度ではなしに高精密走査によって確定される。この手法は、整列が簡単である（検出器マトリクスが静止であるため）、走査ミラーはレーザーを投射するためだけに使用され光を捕集するのに使用されないために小型化できる、及び捕集開口を広くできる、という利点を有する。例えば、６ｍｍ焦点距離の捕集レンズと、０．１ｍｍのピッチを有する検出器を使用すると、各検出器の視野は大凡１°である。而して、６０°視野には６０ｘ６０の検出器が必要である。また一方で、走査精度によって決まる解像度は１０００ｘ１０００点に達し得る。

【0100】

このスキームの別の変型は、多重ビーム（例えば、送信ビームのそれがＭＥＭＳミラーから反射した後の光学経路内でビームスプリッタによって作成される）を使用することができる。これらのビームは、マトリクス中の異なった検出器での同時読取を生じさせ、而して幾つかの深度領域及び点の同時取得を可能にする。この目的には、ビーム同士が重なり合わず、またマトリクスの何れの単一要素にも重ならないように角度空間中に十分に間隔を空けて離されていることが望ましい。

【0101】

より一般的には、以上に説明されている異なった光電子工学式モジュール及び他のシステム構成要素のそれぞれはある種の特有の特徴を有しているが、この説明はそれら特有の特徴を当該特徴を説明するのに関連付けられている具体的な実施形態に限定しようとするものではない。当業者は、上記実施形態のうちの２つ又はそれ以上からの特徴を、上述の特徴の異なった組合せを備える他のシステム及びモジュールを創出するために組み合わせることができるであろう。全てのその様な組合せは本発明の範囲のうちにあるものと考える。

【0102】

従って、以上に説明されている実施形態は一例として言及されており、本発明は以上に特定的に示され説明されてきたものに限定されるものではないことを理解しておきたい。むしろ、本発明の範囲は、以上に説明されている様々な機構の組合せ及び部分的組合せの両方を含み、また同じく上記説明が読まれたなら当業者に想起されるはずのそれらの変型及び修正であって先行技術には開示されていないその様な変型及び修正も含む。

【符号の説明】

【0103】

２０ 深度マッピングシステム
２２ 走査深度エンジン
２４ コンピュータ
２６ ディスプレイスクリーン
２８ ユーザー
３０ 関心体積（ＶＯＩ）
３２、３４、３６ ウインドウ
３８ ビーム
４０ 光学ヘッド
４２ 制御器（プロセッサ）
４４ 送信器
４６ 走査ミラー
４８ 受信器
５０ 深度処理論理
５２ ＭＥＭＳ制御回路
５３ レーザー駆動部
５４ レーザー制御回路
５５ 受信器制御回路
５６ アナログ／デジタル変換器（Ａ２Ｄ）
５７ パワー変換器
５８ ＵＳＢポート
６０ 偏光ビームスプリッタ
６２ 折り曲げミラー、折り返しミラー
６４ ＭＥＭＳ走査器
６８ 半導体基板
７０ スピンドル
７２ 支持体
７４ スピンドル
７６ 回転子
７８ 磁心
８０ 導線コイル
８２ マイクロミラーユニット
８４ スピンドル
８６ Ｙ支持体
８８ スピンドル
９０ Ｘ支持体
９２ スピンドル
１００ 光電子工学式モジュール
１０２ シリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）
１０４ レーザーダイ
１０６ 駆動部チップ
１０８ 折り返しミラー
１１０ レンズ
１１２ プリズム
１１４ アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）ダイ
１１６ トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）
１１７ 光電子工学式モジュール
１１８ ミラー
１１９ 追加のレンズ要素
１２０ 光電子工学式モジュール
１２２ 台座
１２４ ビームスプリッタ
１２６ 透明板
１３０ 光電子工学式モジュール
１３４ ボールレンズ
１３５ 溝
１３６ 折り返しミラー
１３７ カバーガラス
１３８ ビーム拡大器
１４０ 捕集レンズ
１４２ ビーム結合器
１４４ 反射器
１４６ ビームスプリッタ
１５０ ビーム結合器
１５２ 透明基板
１５４ 反射性被覆
１５６ ビームスプリッタ性被覆
１５８ 反射防止性被覆
１６０ 光電子工学式モジュール
１６２ カバーガラス
１６４ コリメーションレンズ
１６６ 捕集レンズ
１７０ ビーム送信器
１７２ ビーム生成器
１７５ コリメーションレンズ
１７６ マイクロレンズ
１７８ 表面発光デバイス
１８０ 光学基板
１８２ ビーム生成器
１８３ 基板
１８４ 透明ブランク
１８５ ワイヤボンド
１８６ ビーム送信器
１８８ ビーム生成器
１９０ 光電子工学式モジュール
１９２ マイクロ光学基板
１９４ 受信器
１９６ ビーム結合器
１９８ 反射性被覆
２００ ビームスプリッタ被覆
２０２ 正面窓
２０４ 裏面窓
２１０ 光電子工学式モジュール
２１２ ビーム結合器
２１４ 反射性被覆
２１６ ビームスプリッタ被覆
２２０ 光電子工学式モジュール
２２０ 二焦点レンズ
２２４ ビーム結合器
２２６ 正面窓
２２８ 裏面窓
２３０ 送信ビーム
２３２ 受信ビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14】

【図15】