DE102020125899A1 - Optoelektronische anordnung zur erzeugung eines lichtmusters, verfahren zu dessen herstellung und tiefenerfassungssystem - Google Patents

Optoelektronische anordnung zur erzeugung eines lichtmusters, verfahren zu dessen herstellung und tiefenerfassungssystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Anordnung zur Erzeugung eines Lichtmusters, umfassend einen optoelektronischen Chip mit mehreren oberflächenemittierenden Halbleiterlasern, denen eine Schichtwachstumsrichtung zugeordnet ist, wobei jeder der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser als Lateralresonator-Oberflächenemitter ausgebildet ist und einen Wellenleiter mit einer Resonatorachse, die parallel zur Haupterstreckungsrichtung einer aktiven Zone und senkrecht zur Schichtwachstumsrichtung ausgerichtet ist, und eine schräg zur Resonatorachse stehende Facette, für die Strahlauskopplung in eine vertikale Emissionsrichtung parallel zur Schichtwachstumsrichtung aufweist; wobei die Lateralresonator-Oberflächenemitter zur Erzeugung eines zweidimensionalen Emissionsmusters auf einer Oberfläche des optoelektronischen Chips ausgebildet sind; und eine dem zweidimensionalen Emissionsmuster im Strahlengang nachfolgende Optik, mit einer Vervielfältigungsoptik zur Erhöhung der Leuchtpunkteanzahl im Fernfeld; wobei die Optik und der optoelektronische Chip ein stoffschlüssig verbundenes Modul bilden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Anordnung zur Erzeugung eines Lichtmusters in einem Fernfeld. Des Weiteren wird ein Herstellungsverfahren für eine solche optoelektronische Anordnung und eine diese umfassendes Tiefenerfassungssystem genannt.
  • Aus DE 102016116468 A1 ist eine elektromagnetische Anordnung mit einem Superlumineszenzdiodenchip und einem diffraktiven optischen Element zur Erzeugung von Lichtmustern, insbesondere Punktmustern, bekannt, wobei die Anordnung für ein Tiefenerfassungssystem verwendet wird. Beschrieben ist ein Superlumineszenzdiodenchip in Form eines Oberflächenemitters, der eine Einzelmode in einer zur Chipoberfläche parallelen Richtung anregt und einen Umlenkspiegel zur vertikalen Strahlungsauskopplung umfasst. Des Weiteren werden oberflächenemittierende Laser mit einer Resonatorachse parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Zone und einer Halbleiterschichtfolge mit in einem Winkel von 45° zur Resonatorachse stehenden Facetten durch DE 102018105080 A1 und DE 102019100532 A1 offenbart.
  • Eine alternative Ausführung eines Tiefenerfassungssystems wird durch DE 102015122627 A1 angegeben. Genannt ist eine optoelektronische Anordnung mit einem IR-Leuchtdiodenchip, der zur Erzeugung eines zweidimensionalen Punktmusters lateral strukturiert ist. Auf der Oberseite des Leuchtdiodenchips ist ein Blendenelement angeordnet, das die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung der einzelnen Strahlungspunkte teilweise parallelisiert, wobei die Blendenöffnungen bevorzugt so ausgebildet sind, dass nur eine Grundmode emittiert wird. Zur weiteren Verengung des Raumwinkelbereichs der Strahlungsabgabe kann ein Betrieb im Superlumineszenzmodus erfolgen. Eine weitere Verbesserung der Stahlqualität ergibt sich dann, wenn anstatt Leuchtdioden Laser in Form von VCSEls (vertical-cavity surface-emitting laser) verwendet werden. Tiefenerfassungssysteme mit VCSELs weisen typischerweise eine hohe Anzahl von Lasereinheiten auf einer relativ großen Trägerfläche und separate Baueinheiten bildende Optiken zur Abbildung ins Fernfeld auf, wobei für Letztere eine komplexe Justage notwendig ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Anordnung zur Erzeugung eines Lichtmusters anzugeben, die als kompakte Baueinheit ausgebildet ist und eine hohe Leuchtstärke sowie eine hohe Musterdichte liefert. Des Weiteren ist ein Tiefenerfassungssystem mit einer guten Erfassungsgüte anzugeben, das eine solche kompakte optoelektronische Anordnung umfasst.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen genannt. Ein optisches Tiefenerfassungssystem ist Gegenstand von Anspruch 16 und Anspruch 17 behandelt ein Herstellungsverfahren.
  • Die erfindungsgemäße optoelektronische Anordnung zur Erzeugung eines Lichtmusters umfasst eine Optik und einen optoelektronischen Chip mit mehreren oberflächenemittierenden Halbleiterlasern, wobei die Optik stoffschlüssig mit dem optoelektronischen Chip verbunden ist.
  • Jeder der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, denen eine Schichtwachstumsrichtung zugeordnet ist, umfasst einen Wellenleiter mit einer Resonatorachse, die parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Zone und senkrecht zur Schichtwachstumsrichtung ausgerichtet ist, und mindestens eine schräg zur Resonatorachse stehende Facette, insbesondere mindestens eine 45°-Facette, für die Strahlauskopplung in eine vertikale Emissionsrichtung. Dabei ist die vertikale Emissionsrichtung als parallel zur Schichtwachstumsrichtung der Stapelabfolge der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser definiert und verläuft rechtwinklig zur jeweiligen Resonatorachse. Mithin werden in einem gemeinsamen Schichtwachstums- und Strukturierungsprozess hergestellte In-Plane-Amplifying-Surface-Emitting-Laser, im Folgenden kurz „Lateralresonator-Oberflächenemitter“, für den optoelektronischen Chip verwendet.
  • Damit liegt auf der Oberfläche des optoelektronischen Chips ein zweidimensionales Emissionsmuster mit mehreren in Richtung der Oberflächennormale emittierenden Laserlichtquellen so hoher Leistung vor, dass deren Anzahl und die vom Emissionsmuster insgesamt eingenommene Fläche reduziert werden kann. Die daraus resultierende Verringerung der Strahlbündelausdehnung (Etendue) ermöglicht, die im Strahlengang nachfolgende Optik der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung, die eine Vervielfältigungsoptik zur Erhöhung der Leuchtpunkteanzahl im Fernfeld umfasst, besonders kleinbauend auszubilden und den optoelektronischen Chip und die Optik auf demselben Trägerchip als stoffschlüssig verbundenes Modul anzulegen. Dabei kann eine aus einem separaten Herstellungsprozess resultierende Optik, beispielsweise mittels Waferbonding, direkt auf dem optoelektronischen Chip aufgesetzt und, beispielweise durch Verkleben, stoffschlüssig mit diesem verbunden werden. Die Positionstoleranz des zweidimensionalen Emissionsmusters und der Justagemarken auf dem optoelektronischen Chip für das Aufsetzen der Optik ist lediglich durch die Lithographieauflösung begrenzt. Alternativ werden die Optik und der optoelektronische Chip in einem gemeinsamen Schichtwachstums- und Strukturierungsprozess erstellt.
  • Für ein Ausführungsbeispiel verlaufen die Resonatorachsen von mindestens zwei Lateralresonator-Oberflächenemittern des optoelektronischen Chips parallel, wobei bevorzugt ist, dass wenigstens ein Teil des zweidimensionalen Emissionsmusters eine symmetrische Anordnung auf der Oberfläche des optoelektronischen Chips bildet. Für eine weitere Ausführungsvariante stellt das zweidimensionale Emissionsmuster und/oder die Anordnung der Wellenleiter der Lateralresonator-Oberflächenemitter eine pseudo-zufällige Anordnung dar.
  • Für eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird die Flächendichte der Lateralresonator-Oberflächenemitter auf dem optoelektronischen Chip durch eine Überschneidung der Wellenleiter von mindestens zwei Lateralresonator-Oberflächenemittern und/oder mindestens eine in Schichtwachstumsrichtung gestapelte Wellenleiteranordnung vergrößert. Damit kann die vom Emissionsmuster auf der Oberfläche des optoelektronischen Chips eingenommene Fläche reduziert werden, wobei die damit einhergehende weitere Verringerung der Strahlbündelausdehnung die Integrierbarkeit der Optik auf dem optoelektronischen Chip verbessert.
  • Für eine Ausführung mit sich schneidenden Wellenleitern ist bevorzugt, dass jeweils ein Mindestschnittwinkel von größer als 15° und bevorzugt größer als 20° eingehalten wird. Dabei wird der Mindestschnittwinkel durch die beiden Resonatorachsen der sich schneidenden Wellenleiter bestimmt.
  • Die Ausgestaltungsvariante, für die die Wellenleiter bei Betrachtung in Emissionsrichtung in Schichtwachstumsrichtung übereinandergestapelt sind, erfordert die Schichterstellung eine Mehrschritt-Epitaxie, wobei hierfür die Molekularstrahlepitaxie (MBE) angewandt werden kann. Für eine mögliche Ausführung kann eine Triple-Stack-Struktur gebildet werden. Des Weiteren sind Ausgestaltungen denkbar, für die die Resonatorachsen für mindestens zwei, unterschiedlichen Lagen zugeordneten Wellenleitern parallel verlaufen. Alternativ liegt bei einer Betrachtung der Projektion der Wellenleiter auf die emittierende Oberfläche des optoelektronischen Chips in Schichtwachstumsrichtung mindestens eine Winkelstellung der projizierten Resonatorachsen vor.
  • Für eine Weitergestaltung umfasst das zweidimensionale Emissionsmuster mindestens zwei Emissions-Teilmuster mit einem unterschiedlichen mittleren Abstand zwischen den dem jeweiligen Emissions-Teilmuster zugerechneten Halbleiterlaser, wobei jedes der Emissions-Teilmuster separat ansteuerbar ist. Dabei kann das zweite Emissions-Teilmuster aus einem ersten Emissions-Teilmuster und der Zuschaltung von weiteren, den mittleren Abstand verringernden emittierenden Laserlichtquellen oder aus nicht dem ersten Emissions-Teilmuster zugehörigen emittierenden Laserlichtquellen bestehen.
  • Zusätzlich ist die Optik so ausgebildet, dass das erste Emissions-Teilmuster auf ein erstes Lichtmuster in einer ersten Bildebene und das zweite Emissions-Teilmuster auf ein zweites Lichtmuster in einer zweiten Bildebene abgebildet werden. Damit kann durch die Auswahl des mittleren Abstands der emittierenden Laserlichtquellen für ein Emissions-Teilmuster eine Anpassung an den jeweiligen Abstand zwischen der Oberfläche des optoelektronischen Chips und der zugehörigen Bildebene vorgenommen werden, wobei für größere Entfernungen eine größere Anzahl emittierende Laserlichtquellen als für die Nahumgebung verwendet wird.
  • Ferner ist eine Ausgestaltung der Lateralresonator-Oberflächenemitter, insbesondere für den Infrarotbereich, bevorzugt, die die Anregung einer Einzelmode in einer zur Oberfläche des optoelektronischen Chips parallelen Richtung erlaubt. Des Weiteren ermöglichen die Lateralresonator-Oberflächenemitter für eine bevorzugte Ausführung eine konstruktiv und fertigungstechnisch vereinfachte Wellenlängenstabilisierung. Hierzu ist ein teildurchlässiger Bragg-Spiegel im Strahlengang nach der emissionsseitigen 45°-Facette mit einer Flanke im Gain-Bereich vorgesehen. Dabei ist besonders bevorzugt, die thermisch bedingte Verschiebung der Wellenlänge für die unter Normalbetriebsbedingung erreichbare Temperaturspanne kleiner als 0,3 nm/K zu halten. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Erfassungsgüte eines Tiefenerfassungssystems mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung zur Erzeugung eines Lichtmusters zu verbessern.
  • Die für die erfindungsgemäße optoelektronische Anordnung eingesetzte Optik weist eine Vervielfältigungsoptik auf, die es erlaubt, die Zahl der Lateralresonator-Oberflächenemitter des optoelektronischen Chips zu reduzieren. Die gewählte Anzahl der emissionsstarken Lateralresonator-Oberflächenemitter wird durch die Vervielfältigungsoptik im Fernfeld in eine höhere Zahl von Lichtmusterelementen, insbesondere Lichtpunkten, auf einem auszuleuchtenden Objekt umgesetzt.
  • Für eine bevorzugte Ausführung weist die Optik zusätzlich eine im Strahlengang der Vervielfältigungsoptik vorausgehende Kollimationsoptik und/oder Abbildungsoptik auf, die entweder aus mehreren Teiloptiken besteht, die jeweils einem der Lateralresonator-Oberflächenemitter zugeordnet sind, oder das zweidimensionale Emissionsmuster auf der Oberfläche des optoelektronischen Chips wird mittels einer optischen Komponente als Ganzes erfasst.
  • Die Optik der erfindungsgemäßen optoelektronische Anordnung kann eine oder mehrere diffraktive optische Elemente umfassen. Des Weiteren kann die Optik einen photonischen Kristall und/oder ein Metamaterial enthalten, das einen negativen Realteil des komplexen Brechungsindex aufweist. Diese ermöglichen Ausführungen der Optik, die die Aufgaben Kollimation, Abbildung und Vervielfältigung des zweidimensionalen Emissionsmusters auf der Oberfläche des optoelektronischen Chips mittels eines einzigen optischen Elements erfüllen.
  • Für eine Weiterführung der Erfindung bildet die optoelektronische Anordnung eine Komponente eines Tiefenerfassungssystems, das typischerweise einen für elektromagnetische Strahlung empfindlichen Bildsensor, insbesondere einen CCD-Sensor, und Steuerschaltungen umfasst.
  • Beim Betrieb des Tiefenerfassungssystems treffen die von der optoelektronische Anordnung erzeugten Lichtmuster auf Objekte im Fernfeld und werden rückgestreut. Die reflektierte elektromagnetische Strahlung wird mittels des Bildsensors erfasst, sodass mithilfe einer Auswerteelektronik Informationen zu Objektpositionen und deren Bewegungen erlangt werden können.
  • Neben der kleinen Baugröße der erfindungsgemäßen optoelektronische Anordnung liefert diese eine hohe Leuchtstärke und eine hohe Musterdichte, wodurch ein Tiefenerfassungssystem mit einer guten Erfassungsgüte resultiert, die für eine bevorzugte Ausführung durch die Verwendung wellenlängenstabilisierter Lateralresonator-Oberflächenemitter weiter verbessert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung für die Erzeugung eines Lichtmusters umfasst die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einer Optik, die eine Vervielfältigungsoptik umfasst, und einem optoelektronischen Chip mit mehreren oberflächenemittierenden Halbleiterlasern, die als Lateralresonator-Oberflächenemitter ausgebildet sind. Dabei resultiert ein stoffschlüssig verbundenes Modul, das eine hohe Leuchtstärke und eine hohe Musterdichte erzeugt. Für eine mögliche Variante des Herstellungsverfahrens wird die Optik separat auf einem transparenten Trägersubstrat hergestellt und in einem weiteren Verfahrensschritt mit dem optoelektronischen Chip durch Waferbonden stoffschlüssig verbunden. Für eine weitere Ausführungsvariante entstehen die Optik und der optoelektronische Chip durch einen gemeinsamen Schichtwachstums- und Strukturierungsprozess.
  • Nachfolgend sind beispielhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung im Zusammenhang mit Figurendarstellungen erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch, Folgendes:
    • 1 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht.
    • 2 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht.
    • 3 - 5 zeigen Ausführungsvarianten für ein zweidimensionales Emissionsmuster, das durch einen optoelektronischer Chip der erfindungsgemäßen optoelektronische Anordnung erzeugt wird.
    • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung mit Lateralresonator-Oberflächenemittern in Stapelanordnung.
    • 7 zeigt für eine Weiterentwicklung ein Tiefenerfassungssystem mit einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung.
  • 1 stellt eine erfindungsgemäße optoelektronische Anordnung 1 im Längsschnitt dar, die zur Erzeugung eines im Einzelnen nicht dargestellten, im Fernfeld liegenden Lichtmusters dient. Gezeigt ist ein Modul 2, mit einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem optoelektronischen Chip 3, der ein zweidimensionales Emissionsmuster 14 erzeugt, und einer Optik 4, die zumindest die Aufgabe einer Vervielfältigung des zweidimensionalen Emissionsmusters 14 und dessen Abbildung ins Fernfeld realisiert.
  • Der optoelektronische Chip 3 weist mehrere oberflächenemittierende Halbleiterlaser 5.1, 5.2 auf, denen eine Schichtwachstumsrichtung 6 zugeordnet ist. Dabei erfordert die Ausbildung des stoffschlüssig verbundenen Moduls 20 eine möglichst geringe Strahlbündelausdehnung (Etendue) des von den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 5.1, 5.2 erzeugten, zweidimensionalen Emissionsmusters 14. Um dieses Ziel zu erreichen, weist die Optik 4 oben genannte Vervielfältigungsoptik 18 auf und zusätzlich sind die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 5.1, 5.2 als Lateralresonator-Oberflächenemitter 7, insbesondere zur Emission im Infrarotbereich, ausgestaltet, die sich durch eine hohe Strahlungsintensität und eine hohe Strahlgüte auszeichnen.
  • Jeder der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7 umfasst einen in der Schichtfolge zwischen Mantelschichten eingeschlossenen Wellenleiter 8 mit einer zugeordneten Resonatorachse 9, die parallel zur Haupterstreckungsrichtung 10 einer aktiven Zone 11 und senkrecht zur Schichtwachstumsrichtung 6 ausgerichtet ist. An den Wellenleiter 8 schließen sich in einem Winkel von 45 % zur Resonatorachse 9 verlaufende Facetten 12.1, 12.2 an und in Strahlverlaufsrichtung nachfolgend sind ein hochreflektierender erster Bragg-Spiegel 28 an der endseitigen Facette 12.1 und ein zweiter, teilreflektierende Bragg-Spiegel 29 an der emissionsseitigen Facette 12.2, an der die Strahlauskopplung in eine vertikale Emissionsrichtung 13 parallel zur Schichtwachstumsrichtung 6 erfolgt, angeordnet. Für eine in 6 dargestellte Ausführungsalternative weist der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.7, 7.8 am nicht emittierenden Ende des Wellenleiters 8 anstatt der schräg stehenden Facette 12.1 einen senkrecht orientierten, hochreflektierenden Bragg-Spiegel 43.1, 43.2 auf.
  • Für eine bevorzugte Ausgestaltung ist ein teildurchlässiger, zweiter Bragg-Spiegel 29 mit einer Flanke im Gain-Bereich zur Wellenlängenstabilisierung vorgesehen, sodass die thermisch bedingte Verschiebung der Wellenlänge im Normalbetrieb kleiner als 0,3nm/K ist. Des Weiteren ist eine Ausführung der Lateralresonator-Oberflächenemitter für den Einmoden-Betrieb bevorzugt. Dabei liegen die typischen Resonatorbreiten bei 1 - 12 µm und die typischen Wellenleiterlängen bei über 100 µm.
  • Das durch die Lateralresonator-Oberflächenemitter 7 erzeugte, zweidimensionale Emissionsmuster 14 auf der Oberfläche 15 des optoelektronischen Chips 3 wird durch die im Strahlengang nachfolgende Optik 4 mittels einer Vervielfältigungsoptik 18 in eine höhere Leuchtpunkteanzahl und augensicher in ein Fernfeld abgebildet. Dies ist im Einzelnen nicht in der schematisierten 1 dargestellt. Des Weiteren umfasst die Optik 4 eine Kollimationsoptik 30 mit den Teiloptiken 32.1, 32.2, die jeweils einem einzelnen der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7 zugeordnet sind. Für eine mögliche Ausführung kann jede der Teiloptiken 32.1, 32.2 ein diffraktives optisches Element 34 aufweisen.
  • 2 zeigt eine Ausführungsalternative der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 1, wobei den mit der vorausgehend beschriebenen Aufführung übereinstimmenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind. Skizziert ist eine im Strahlengang vor der Vervielfältigungsoptik 18 angeordnete Abbildungsoptik 31, die das zweidimensionale Emissionsmuster 14.1 als Ganzes aufnimmt. Des Weiteren kann die Optik 4 ein Metamaterial, das durch einen negativen Realteil des komplexen Brechungsindex und durch eine Zellgröße deutlich unter einem Viertel der emittierten Wellenlänge gekennzeichnet ist, aufweisen. Ein derartiges Metamaterial ermöglicht es, optische Komponenten 33 oder die gesamte Optik 4 in einem Element zusammenzufassen.
  • 3 zeigt eine mögliche Ausführung des zweidimensionalen Emissionsmusters 14.1 auf der Oberfläche 15 des optoelektronischen Chips 3. Ersichtlich ist, dass die Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 bezüglich ihres Emissionsorts eine symmetrische Anordnung 21 bilden. Für eine in 4 skizzierte Ausgestaltungsalternative, bilden die Emissionsorte der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.5, 7.6 und die zugeordneten Wellenleiter 8.1, 8.2 eine pseudo-zufällige Anordnung 22.
  • Zur weiteren Verringerung der Strahlbündelausdehnung (Etendue) ist für die in 5 dargestellte Variante vorgesehen, dass sich zumindest zwei der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.7, 7.8 in der Ebene der Wellenleiter 8.3, 8.4 kreuzen. Dabei sollte der Schnittwinkel 23, der durch die sich schneidenden Resonatorachsen 9.1, 9.2 der zwei Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.7,7.8 definiert ist, größer als 15° und bevorzugt größer als 20° sein.
  • 6 zeigt in Schnittansicht eine Ausführung, für die durch eine Stapelung der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.7, 7.8 in Schichtwachstumsrichtung 6 eine besonders hohe Flächendichte des zweidimensionalen Emissionsmusters 14 erzielt wird, sodass die stoffschlüssige Montage der Optik zusätzlich vereinfacht wird. Die dargestellte Schichtfolge kann durch Mehrschritt-Epitaxie, beispielsweise durch ein Molekularstrahlverfahren, hergestellt werden.
  • 7 zeigt eine Weitergestaltung der Erfindung zu einem Tiefenerfassungssystem 37, für das die erfindungsgemäße optoelektronische Anordnung 1 auf der Seite des Substrats 17 von einem Komponententräger 41 gehaltert wird. Des Weiteren ist ein CCD-Sensor 40 mit einer zugeordneten Steuerschaltung 42 vorgesehen, der die vom ausgeleuchteten Objekt rückreflektierte Strahlung aufnimmt.
  • Für eine bevorzugte Ausführung erzeugt die optoelektronische Anordnung 1 ein erstes Emissions-Teilmuster 24, das auf ein erstes Lichtmuster 2.1 in einer ersten Bildebene 26 im Fernfeld 19 abgebildet wird. Zusätzlich wird ein zweites Emissions-Teilmuster 25 generiert, das zu einem zweiten Lichtmuster 2.2 in einer zweiten Bildebene 27 führt. Eine mögliche Ausgestaltung ist in 3 dargestellt, wobei der Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.1 in der ersten Spalte 38 dem ersten Emissions-Teilmuster 24 und die Lateralresonator-Oberflächenemitter 7.2, 7.3, 7.3 der weiteren Spalten dem zweiten Emissions-Teilmuster 25 zugeordnet sind, das mehr Emissionsorte als das erste Emissions-Teilmuster 24 aufweist. Für eine im Einzelnen nicht dargestellte Ausführung unterscheiden sich die Emissions-Teilmuster 24, 25 im Hinblick auf den mittleren Abstand zwischen den Emissionsorten. Damit kann, eine separate Ansteuerbarkeit vorausgesetzt, das zweidimensionale Emissionsmuster 14.1 des Tiefenerfassungssystems 37 an einen Objektabstand angepasst werden, wobei weiter entfernte Objekte durch zusätzliche Lichtmuster ausgeleuchtet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    optoelektronische Anordnung
    2.1, 2.2
    Lichtmuster
    3
    optoelektronischer Chip
    4
    Optik
    5.1, 5.2
    oberflächenemittierender Halbleiterlaser
    6
    Schichtwachstumsrichtung
    7, 7.1,..., 7.8
    Lateralresonator-Oberflächenemitter
    8, 8.1, ..., 8.6
    Wellenleiter
    9, 9.1, 9.2
    Resonatorachse
    10
    Haupterstreckungsrichtung
    11
    aktive Zone
    12.1, 12.2 12.3, 12.4
    Facette
    13
    vertikale Emissionsrichtung
    14, 14.1, ...,14.3
    zweidimensionales Emissionsmuster
    15
    Oberfläche
    16
    Strahlengang
    17
    Substrat
    18
    Vervielfältigungsoptik
    19
    Fernfeld
    20
    stoffschlüssig verbundenes Modul
    21
    symmetrische Anordnung
    22
    pseudo-zufällige Anordnung
    23
    Schnittwinkel
    24
    Emissions-Teilmuster
    25
    Emissions-Teilmuster
    26
    erste Bildebene
    27
    zweite Bildebene
    28
    erster Bragg-Spiegel
    29, 29.1, 29.2
    zweiter Bragg-Spiegel
    30
    Kollimationsoptik
    31
    Abbildungsoptik
    32.1, 32.2
    Teiloptik
    33
    optische Komponente
    34
    diffraktives optisches Element
    36
    Metamaterial
    37
    Tiefenerfassungssystem
    38
    erste Spalte
    39
    zweite Spalte
    40
    CCD-Sensor
    41
    Komponententräger
    42
    Steuerschaltung
    43.1, 43.2
    senkrecht orientierter, hochreflektierender Bragg-Spiegel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016116468 A1 [0002]
    • DE 102018105080 A1 [0002]
    • DE 102019100532 A1 [0002]
    • DE 102015122627 A1 [0003]

Claims (19)

  1. Optoelektronische Anordnung zur Erzeugung eines Lichtmusters (2.1, 2.2), umfassend: einen optoelektronischen Chip (3) mit mehreren oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (5.1, 5.2), denen eine Schichtwachstumsrichtung (6) zugeordnet ist, wobei jeder der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (5.1, 5.2) als Lateralresonator-Oberflächenemitter (7, 7.1,...,7.8) ausgebildet ist und einen Wellenleiter (8, 8.1,...,8.6) mit einer Resonatorachse (9, 9.1, 9.2), die parallel zur Haupterstreckungsrichtung (10) einer aktiven Zone (11) und senkrecht zur Schichtwachstumsrichtung (6) ausgerichtet ist, und eine schräg zur Resonatorachse (9, 9.1, 9.2) stehende Facette (12.1,...,12.4), für die Strahlauskopplung in eine vertikale Emissionsrichtung (13) parallel zur Schichtwachstumsrichtung (6) aufweist; wobei die Lateralresonator-Oberflächenemitter (7, 7.1,..., 7.8) zur Erzeugung eines zweidimensionalen Emissionsmusters (14, 14.1, 14.2, 14.3) auf einer Oberfläche (15) des optoelektronischen Chips (3) ausgebildet sind; und eine dem zweidimensionalen Emissionsmuster (14, 14.1, 14.2, 14.3) im Strahlengang nachfolgende Optik (4), mit einer Vervielfältigungsoptik (18) zur Erhöhung der Leuchtpunkteanzahl im Fernfeld (19); wobei die Optik (4) und der optoelektronische Chip (3) ein stoffschlüssig verbundenes Modul (20) bilden.
  2. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4) und der optoelektronische Chip (3) ein durch Waferbonden hergestelltes Modul (20) bilden.
  3. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4) und der optoelektronische Chip (3) ein in einem gemeinsamen Schichtwachstums- und Strukturierungsprozess erstelltes Modul (20) bilden.
  4. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorachsen (9, 9.1, 9.2) von mindestens zwei Lateralresonator-Oberflächenemittern (7, 7.1,...,7.8) parallel verlaufen.
  5. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des zweidimensionalen Emissionsmusters (14, 14.1, 14.2, 14.3) eine symmetrische Anordnung (21) auf der Oberfläche (15) des optoelektronischen Chips (3) ist.
  6. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des zweidimensionalen Emissionsmusters (14, 14.1, 14.2, 14.3) eine pseudo-zufällige Anordnung (22) auf der Oberfläche (15) des optoelektronischen Chips (3) ist.
  7. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenleiter (8, 8.1,...,8.6) von mindestens zwei Lateralresonator-Oberflächenemittern (7, 7.1, ...,7.8) kreuzen.
  8. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittwinkel (23), mit dem sich die zwei Lateralresonator-Oberflächenemitter (7, 7.1,...,7.8) kreuzen, größer als 15° und bevorzugt größer als 20° ist.
  9. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (8, 8.1,...,8.6) von mindestens zwei Lateralresonator-Oberflächenemittern (7, 7.1,...,7.8) in Schichtwachstumsrichtung (6) übereinandergestapelt angeordnet sind.
  10. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweidimensionale Emissionsmuster (14, 14.1, 14.2, 14.3) mindestens zwei Emissions-Teilmuster (24, 25) mit einem unterschiedlichen mittleren Abstand zwischen den Emissionsorten der dem jeweiligen Emissions-Teilmuster (24, 25) zugerechneten Lateralresonator-Oberflächenemitter (7, 7.1,...,7.8) aufweist, wobei jedes der Emissions-Teilmuster (24, 25) separat ansteuerbar ist.
  11. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4) so ausgebildet ist, dass ein erstes Emissions-Teilmuster (24) auf ein erstes Lichtmuster (2.1) in einer ersten Bildebene (26) und ein zweites Emissions-Teilmuster (25) auf ein zweites Lichtmuster (2.2) in einer zweiten Bildebene (27) abgebildet werden.
  12. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lateralresonator-Oberflächenemitter (7, 7.1, ...,7.8) wellenlängenstabilisiert sind.
  13. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch bedingte Verschiebung der Wellenlänge für die unter Normalbetriebsbedingung erreichbare Temperaturspanne kleiner als 0,3 nm/K ist.
  14. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4) eine im Strahlengang der Vervielfältigungsoptik (18) vorausgehende Kollimationsoptik (30) und/oder Abbildungsoptik (31) umfasst.
  15. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsoptik (30) und/oder Abbildungsoptik (31) aus mehreren Teiloptiken (32.1, 32.2) besteht, die jeweils einem der Lateralresonator-Oberflächenemitter (7, 7.1, ...,7.8) zugeordnet sind.
  16. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsoptik (30) und/oder die Abbildungsoptik (31) das zweidimensionale Emissionsmuster (14, 14.1, 14.2, 14.3) auf der Oberfläche (15) des optoelektronischen Chips (3) mittels einer optischen Komponente (33) als Ganzes erfasst.
  17. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4) eine diffraktives optisches Element (34) und/oder einen photonischen Kristall und/oder ein Metamaterial (36) umfasst.
  18. Tiefenerfassungssystem, umfassend eine optoelektronische Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche und einen für elektromagnetische Strahlung empfindlichen Bildsensor, insbesondere einen CCD-Sensor (40).
  19. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4) stoffschlüssig mit dem optoelektronischen Chip (3) verbunden wird.
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