用于远场图案的定制的光学孔径划分的制作方法

用于远场图案的定制的光学孔径划分
1.优先权要求本技术要求2019年5月23日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请号62/852,062的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
2.本公开涉及基于光的三维成像以及相关的设备和操作方法。


背景技术：

3.许多新兴技术（诸如，物联网（iot）和自主导航）可能涉及在三维（3d）空间中检测和测量到对象的距离。例如，能够自主驾驶的汽车可能需要3d检测和识别来进行基本操作，以及满足安全性要求。对于室内导航（例如由工业或家用机器人或玩具进行的室内导航），也可能需要3d检测和识别。
4.在一些实例中，基于光的3d测量可能优于雷达（低角度准确度、体积庞大）或超声（非常低的准确度）。例如，基于光的3d传感器系统可以包括检测器（诸如，光电二极管或相机）、以及作为光源的发光器件（诸如，发光二极管（led）或激光二极管），该发光器件通常在期望的视场上发射可见波长范围之外的光。垂直腔体表面发射激光器（vcsel）是可以用于基于光的传感器中以便在3d空间中测量距离和速度的一种类型的发光器件。vcsel阵列可以允许功率缩放，并且可以以更高的功率密度提供非常短的脉冲。


技术实现要素：

5.本文中描述的实施例提供了包括电子电路的方法、系统和设备，所述电子电路提供了光检测和测距（lidar）系统，所述系统包括一个或多个发射源（包括半导体激光器，诸如表面发射或边缘发射激光二极管；本文中通常被称为发射器），所述发射源具有光学孔径和相关联的光学器件（统称为照明或发射器光学器件），其被配置成生成能量分布的期望远场图案。更具体地，本文中描述的实施例可以提供光学发射源（例如，包括一个或多个激光器或led），所述光学发射源具有相对大的光学孔径区域（例如，在直径或对角线方面大于约1-2mm，例如，在直径或对角线方面大于约5mm、大于约10mm、大于约20mm、大于约50mm、或大于约100mm），或者在其他情况下对于至少一个光学元件来说足够大以选择性地将光从光学孔径的相应子区域转向（divert）到视场的不同部分或角度。
6.根据一些实施例，一种lidar装置包括：光学孔径；发射器阵列，其包括发射器元件，所述发射器元件被布置和配置成通过光学孔径的相应子区域来输出光学信号以对视场的相应部分进行照明；以及光学元件，其在所述光学信号的至少子集的光路中。所述光学元件被配置成：将所述光学信号的第一子集转向远离被配置成由所述光学信号的第一子集照明的视场的相应部分中的至少一个，而基本上不更改所述光学信号的第二子集。
7.根据一些实施例，一种lidar成像元件包括：光学元件，其被配置成布置在发射源的光学孔径上，其中所述光学孔径包括对应于视场的相应部分的相应子区域。所述光学元
件具有在所述光学孔径的相应子区域上变化的光学特性，并且被配置成：将来自所述发射源的光学信号的第一子集转向远离所述视场的相应部分中的至少一个，而基本上不更改所述光学信号的第二子集。
8.根据一些实施例，一种制造lidar装置的方法包括：提供发射器阵列，所述发射器阵列包括发射器元件，所述发射器元件被配置成通过光学孔径来输出光学信号以对视场的相应部分进行照明；以及提供光学元件，所述光学元件被配置成将所述光学信号的第一子集转向远离被配置成由其照明的视场的相应部分中的至少一个，而基本上不更改所述光学信号的第二子集。
9.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学孔径的第一和第二子区域可以分别定义或被标识为定义了所述光学信号的第一和第二子集的光路，并且所述光学元件的至少一部分可以被布置成与所述光学孔径的第一子区域对准。
10.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以被配置成将所述光学信号的第一子集转向，使得对所述视场的相应部分的照明包括非均匀强度分布。
11.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述非均匀强度分布可以包括对应于所述光学孔径的第一和第二子区域的相应远场照明图案的线性组合。例如，所述非均匀强度分布可以包括相应远场照明图案的相干相加。
12.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，被配置成发射所述光学信号的第一子集和第二子集的所述发射器元件的第一子集和第二子集可以分别被布置在发射器阵列的不同区域中。
13.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，被配置成发射所述光学信号的第一子集和第二子集的所述发射器元件的第一子集和第二子集可以分别被布置在发射器阵列的不同行中，以在垂直视场上提供期望的照明图案。
14.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，被配置成发射所述光学信号的第一子集和第二子集的所述发射器元件的第一子集和第二子集可以分别被布置在发射器阵列的不同列中，以在水平视场上提供期望的照明图案。
15.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以被配置成使所述光学信号的第一子集准直，而基本上不影响所述光学信号的第二子集的发散度。
16.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学孔径的第二子区域可以没有（be free of）所述光学元件。
17.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以包括分别与所述光学孔径的第一和第二子区域对准的具有不同光学特性的第一和第二区域。
18.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件的第二区域可以没有光功率（optical power）。
19.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述不同光学特性可以在所述光学元件的第一与第二区域之间以逐步或连续的方式变化。
20.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以
是或者可以包括图案化漫射器，所述图案化漫射器具有分别与所述光学孔径的第一和第二子区域对准的具有不同光学特性的第一和第二区域。
21.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以是或者可以包括透镜阵列，所述透镜阵列具有分别与所述光学孔径的第一和第二子区域对准的具有不同光学特性的第一和第二透镜元件。
22.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件与所述光学孔径的至少一个子区域对准，使得相应光学信号的子集通过其中穿过。所述光学元件可以被布置或以其他方式被配置成选择性地将相应光学信号从所述光学孔径的相应子区域转向到所述视场的相应子区域。
23.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，发射器阵列的相应子区域被配置成在所述视场的相应子区域或视场角上提供相应远场图案，以共同地定义在期望视场上或超出期望视场的能量的期望远场图案。例如，相应远场图案（例如，来自所述光学孔径的每个子区域的一个图案）的线性组合可以提供与期望远场图案相对应的所述视场上的光子通量的总体非均匀分布。
24.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以仅部分地覆盖所述光学孔径或可以仅部分地与所述光学孔径对准，即，所述光学元件可以被定位在所述光学孔径的仅一部分或子区域的光路中，使得所述光学孔径的一个或多个其他子区域在其上没有所述光学元件。
25.在所述lidar装置、制造方法和/或成像元件的一些实施例中，所述光学元件可以包括不同的光学元件（例如，不同的漫射器、衍射光学器件、透镜等），所述不同的光学元件与所述光学孔径的不同子区域的光路对准、或以其他方式处于所述光学孔径的不同子区域的光路中。
26.在审阅以下附图和详细描述时，根据一些实施例的其他设备、装置和/或方法对于本领域技术人员来说将变得明显。所意图的是，除了上述实施例的任何和所有组合之外，所有此类另外的实施例被包括在本说明书中，在本发明的范围内，并且受所附权利要求来保护。
附图说明
27.图1a是图示了根据本公开的一些实施例的基于光的3d传感器系统的示例的框图。
28.图1b图示了利用透镜来扩展光束的示例。
29.图2a、2b和2c是图示了根据本公开的一些实施例的可以由光学元件提供的垂直视场上的目标远场照明图案的示例的图解。
30.图3a和3b图示了根据本公开的一些实施例的包括光学元件的lidar设备的示例实现方式，该光学元件被配置成提供在垂直视场上具有非均匀强度分布的照明。
31.图3c是图示了根据本公开的一些实施例的包括光学元件的lidar设备的部件的分解图，该光学元件被配置成提供在垂直视场上具有非均匀强度分布的照明。
32.图3d是图示了图3c的光学元件和发射器阵列的示例的放大透视图。
33.图3e是图示了图3c的光学元件和发射器阵列的另外示例的放大透视图。
34.图4a是图示了在不存在如本文中描述的光学元件的情况下光的投影的比较性示
例的图解。
35.图4b是图示了根据本公开的一些实施例的使用光学元件的光的投影的图解，该光学元件被配置成提供在垂直视场上具有非均匀强度分布的照明。
36.图5a图示了光学元件和发射器阵列的比较性示例，该光学元件和发射器阵列被配置成提供垂直视场上的均匀远场图案。
37.图5b图示了根据本公开的一些实施例的光学元件和发射器阵列的示例，该光学元件和发射器阵列被配置成提供垂直视场上的非均匀远场照明图案。
38.图6a是图示了根据本公开的一些实施例的光学元件的示例的透视图，该光学元件被配置成通过将大发射光学孔径划分成多个子区域来提供具有非均匀强度分布的照明。
39.图6b是图示了根据本公开的进一步实施例的光学元件的示例的平面图，该光学元件被配置成通过将大发射光学孔径划分成多个子区域来提供具有非均匀强度分布的照明。
40.图6c是图示了根据本公开的一些实施例的光学元件的示例的透视图，该光学元件被配置成通过针对大发射光学孔径的相应子区域提供不同的微透镜形状来提供具有非均匀强度分布的照明。
41.图7和图8是图示了根据本公开的一些实施例的包括集成光学元件的发射器阵列的示例配置的侧视图，该光学元件被配置成提供垂直视场上的非均匀远场照明图案。
42.图9a是图示了根据本公开的一些实施例的包括光学元件的lidar设备的部件的分解图，该光学元件被配置成提供在水平视场上具有非均匀强度分布的照明。
43.图9b是图示了图9a的光学元件和发射器阵列的示例的放大顶视图。
44.图9c是图示了在不存在如本文中描述的光学元件的情况下水平视场上的远场照明图案的比较性示例的图解。
45.图9d是图示了根据本公开的一些实施例的由光学元件提供的水平视场上的非均匀远场照明图案的示例的图解。
具体实施方式
46.在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在一些实例中，没有详细地描述公知的方法、程序、部件和电路，以免使本公开含糊难懂。所意图的是，本文中公开的所有实施例可以单独地实现、或者以任何方式和/或组合来组合。关于一个实施例描述的方面可以被并入在不同的实施例中，尽管没有关于其具体地描述。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合来组合。
47.本文中参考lidar应用和系统描述了本公开的实施例。lidar系统可以包括发射器阵列和检测器阵列，或者具有单个发射器和检测器阵列的系统，或者具有发射器阵列和单个检测器的系统。如本文中所描述的，一个或多个发射器可以定义发射器单元，并且一个或多个检测器可以定义检测器像素。闪光（flash）lidar系统可以通过在视场或场景上从发射器元件的阵列或阵列子集针对短持续时间发光（脉冲）来获取图像。非闪光或扫描lidar系统可以通过在视场或场景上（连续地）对光发射进行光栅扫描来生成图像帧，例如使用点扫描或线扫描来发射每个点所必要的照明功率，并且顺序地扫描以重建整个视场。
48.图1a图示了示例性的基于光的3d传感器系统100，诸如光检测和测距（lidar）系
统，该系统可以使用基于飞行时间（tof）的测量电路110和3d图像重构电路150，该测量电路110和3d图像重构电路150基于从光学检测器电路130和相关联的收集或检测器光学器件140接收到的信号，其中光发射源120（在本文中作为示例参考包括一个或多个发射器元件的发射器阵列来描述）对视场进行照明。在一些实施例中，发射器阵列中的发射器元件中每个连接到驱动电路并由驱动电路所控制。在其他实施例中，发射器阵列中的发射器元件的相应群组（例如，在空间上彼此接近的发射器元件）可以连接到公共驱动电路。该驱动电路或电路装置可以包括一个或多个驱动晶体管，该驱动晶体管被配置成控制光发射信号的定时和幅度。
49.发射器阵列120的一个或多个发射器元件可以定义发射器单元，所述发射器单元以由定时发生器或驱动电路所控制的时间和频率来分别发射光学照明脉冲或连续波信号（本文中通常被称为光学信号、发射器信号或光发射190）。在特定实施例中，发射器可以是脉冲光源，诸如led或激光器（诸如，垂直腔体表面发射激光器（vcsel））。发射器阵列120中的发射器可以通过公共光学孔径103来输出光学信号。如本文中描述的单个或公共光学孔径指代在从发射器阵列中的多个发射器输出的相应光学信号的光路中以平移对称性（translational symmetry）连续延伸的孔径。
50.在发射器阵列120的光路中提供至少一个光学元件180（例如，漫射器、透镜、透镜阵列等），以将光学信号190的至少一个子集转向，从而增加视场和/或提供期望的照明图案。（多个）光学元件180（本文中也被称为照明光学器件）可以包括在光学孔径104上变化的光学特性，以增加和/或定制发射器阵列120的视场上的光输出。（多个）光学元件180可以被配置成提供来自发射器阵列120的光输出的足够低的光束发散度，以便确保个体发射器元件或发射器元件群组的照明场不会显著地重叠，并且还提供来自发射器元件的光输出的足够大的光束发散度，以向观察者提供眼睛安全性。
51.如本文中所描述的，视场（fov）可以指代定义了可以由系统100成像的区域的角度范围（例如，180度）。fov可以由通过孔径103从发射源120输出的光学信号190进行照明。fov可以被划分成角度子区域或子范围。fov内的任何给定点或区域也可以被称为“场角”。本文中参考视场的两个维度来描述实施例，所述两个维度即“垂直”视场（指示在垂直或高度方向上的视场，即，在发射源120的光轴之上或之下）、和/或“水平”视场（指示在水平方向上的视场，即，在发射源120的光轴的左侧或右侧），该“垂直”视场和/或“水平”视场可以被单独地或组合地改变以提供期望的三维远场照明图案。
52.来自发射器阵列120中的一个或多个发射器的光发射109a通过孔径103被输出，并且由（多个）光学元件180引导以撞击在一个或多个目标t上并被其反射。反射的光（本文中也被称为返回信号或回波信号）由一个或多个检测器130检测为光学信号（例如，经由一个或多个透镜140），被转换成电信号表示，并且被处理（例如，基于飞行时间）以定义视场的3d点云表示。
53.飞行时间测量电路110可以实现像素处理器，该像素处理器使用直接或间接tof测量技术来测量和/或计算照明脉冲在从光源120到目标t并回到光学传感器或检测器130的行程上的飞行时间。例如，飞行时间测量电路110可以通过测量被目标t反射的光脉冲109a的往返行程（“飞行时间”；tof）来确定到视场中的目标t的距离d（其中d=(光速(c)/2)
×
tof），该距离d可以由3d图像重构电路150使用以创建周围环境的准确3d地图。更一般地，根
据本公开的实施例的lidar系统的操作可以由一个或多个处理器或控制器来执行，所述处理器或控制器可以被实现为一个或多个控制电路，所述控制电路可以被包括在驱动电路、发射器阵列、检测器定时电路和/或检测器阵列中或者与它们进行通信。
54.lidar系统的一些优点可以包括：长距离；高准确度；优越的对象检测和识别；更高的分辨率；更高的3d点云采样密度；以及在各种各样光照和/或天气条件下的有效性。例如，系统100可以是闪光lidar系统，该闪光lidar系统被配置成利用足够的光来对视场中的感兴趣区域（例如，视场上的角度子集）进行照明，以在某些距离处生成返回信号。对于视场内的不同点，lidar系统100可能需要能够“看到”（即，检测目标t）的距离或范围可以不同，使得由视场的不同点（或角度）处的光学信号109a所定义的远场图案的期望照明功率的量可以在视场上变化。如本文中所使用的，照明功率可以指代由发射的光学信号所提供的光的功率或强度。远场图案可以指代发射的光学信号109a的照明功率的分布，该照明功率作为在显著大于发射源120的孔径103的长度尺度和/或光学器件180的焦距的距离处的角度的函数。更一般地，远场图案可以指代超出与发射源120相关联的照明光学器件180的焦点的光输出的光束发散。
55.在一些应用中，期望的照明功率可以在视场的相应部分/角度/子区域处变化，即，在视场的相应部分上提供不均匀的强度分布。例如，一些发射源可以提供基本上圆锥形（或当在水平或垂直视场上定义时为“饼形”）的照明图案。然而，在许多应用中（例如，交通工具导航），此类圆锥形或饼形强度分布可能是不期望的，这是因为具有足够照明功率以对更远距离范围进行照明的光发射在一些情况下可能被分布到更近的距离范围（例如，直接进入交通工具附近的地面），从而浪费了能量。因此，从功率效率和/或成像角度来看，不均匀的强度分布可能是期望的。例如，对于将照明向上或向下引导到倾斜道路，垂直视场上的非均匀强度分布可能是期望的，而对于将照明引导到道路的边缘处而不是超出道路，水平视场上的非均匀强度分布可能是期望的。
56.针对lidar或其他基于光的3d测量来对视场进行照明可以用各种方式来实现。例如，照明光学器件可以被实现为光成形漫射器，该光成形漫射器包括微结构折射或衍射表面，以在多种方向上传输来自发射源的相应量的光，从而提供期望的远场图案。图1b图示了示例透镜系统185，该透镜系统185可以用于将来自单个点或扩展光源的光学信号109b发散或扩展到视场上的相应方向或角度中。此类透镜系统可以包括单个透镜或透镜组合，以聚焦和发散入射准直光束。
57.然而，使用单个漫射器或其他单个光学元件可能难以实现某些期望的远场图案。图2a图示了：与在垂直（y）方向上其光路中不具有漫射器元件的发射源所提供的基本上圆锥形的远场图案203相比，在垂直fov上的示例期望远场图案201和202。如本文中所使用的，垂直（y）方向可以指示例如相对于在水平（z）方向上定义的发射源220的光轴的高度或海拔。在一些实施例中，z方向可以对应于交通工具的预期行进方向。在其他实施例中，z方向可以被定向成远离交通工具的预期行进方向，例如，以用于对沿着交通工具的一个或多个侧面的驾驶员盲点进行成像。图2b图示了相对于发射源220的光轴的垂直（y）方向上的期望远场图案201和202的角度范围覆盖。在图2a和2b中，仅通过示例的方式提供了沿着z方向的25米（m）的距离范围（以及沿着y方向的4m的距离范围），以图示在两个方向上的可能强度分布，并且可以使用在这些或其他方向上的更大或更小的范围。
58.如图2a和2b中所示，第一远场图案201提供了功率高效的远场照明图案，该远场照明图案提供了跨至少60
°
垂直视场（例如，高达约90
°
或更多）的（可变强度的）照明，这可以提供足够的照明功率以对基本平坦的表面进行成像，同时针对沿着z方向的更长范围的成像保留照明功率。第二远场图案202提供了更大角度上的显著照明功率分布，以用于对发射源220的光轴下方的陡峭角度或低角度（例如，45
°
至90
°
）进行成像，例如当在交通工具导航中被用于对交通工具在其上行进的道路的坡度或斜坡进行成像时，而这无法由“无漫射器”图案203来提供。
59.图2a和2b中所示的远场图案201和202可以表示在发射源220的光路中集成了光学元件之后的理想或期望图案。由此，提供在图2b中所示的每个角度处期望的相对范围所需的照明功率可能不与应当在每个方向上被引导的照明功率的相对量的量成比例，这是因为应当计及每个场方向上的传播损耗以及透镜收集效率中的差异（由失真引起）。图2c图示了图2b的垂直范围图案到发射源220所提供的期望发射图案201'和202'中的转换，以便当考虑光学损耗时（即，计及期望范围和透镜失真两者）获得远场图案201和202。
60.可以使用多个光学孔径和光学元件来提供此类期望远场图案。例如，如图1b中所示的光学系统185的多个实例可以被布置（例如，在阵列中）以提供期望远场图案，其中每个透镜185覆盖或以其他方式对应于多个光学孔径中的相应光学孔径，并且被布置或以其他方式配置成提供期望远场图案。然而，一些现有的微光学结构和漫射器可能无法供应足够的设计灵活性来提供期望远场图案。此外，例如，从成像和功率消耗两者的角度，通过在发射源的光路中提供光学元件而引入的光学损耗可能是不期望的。
61.本文中描述的实施例可以源自于以下认识：即，用于基于光的3d成像的视场的照明的期望远场图案可以仅需要发射器阵列的一部分来在远场的一部分中递送覆盖，并且从发射源的光学孔径输出的光的集合远场图案可以由来自光学孔径的子区域的远场图案的线性组合来表示。本文中描述的一些实施例可以使用在发射器阵列的整个光学孔径的相应子区域上的不同透镜元件的组合（或不存在）来选择性地将从发射器阵列的相应发射器输出的光学信号中的一些转向（而基本上不将其他光学信号转向或以其他方式改变）。由此，本文中描述的实施例可以提供远场图案，该远场图案可能无法通过一些常规光学布置来实现，和/或具有比一些常规光学布置更高的效率（例如，通过提供发射器阵列的光学孔径的部分或子区域，所述部分或子区域没有光学器件以及与其相关联的损耗）。
62.特别地，本文中描述的一些实施例可以将光学孔径（来自多个发射器的光学信号通过其被输出）“划分”成多个（例如，n个）子区域，其中从n个子区域中的每一个输出的光学信号的子集定义了单独的或相应的远场图案。在一些实施例中，可以通过将具有不同光学特性的一个或多个光学元件（例如，不同的漫射器、衍射光学器件、透镜等）应用到光学孔径的相应子区域的光路上或以其他方式应用在所述光路中来实现相应的远场图案，从而产生远场图案（来自孔径的每个子区域的一个图案）的线性组合，该线性组合产生了视场上的光子通量的总体非均匀分布，从而提供了否则可能由单个漫射器或光学元件不可实现的期望远场图案。
63.本文中描述的实施例因此可以通过将光学发射孔径划分成相应子区域、并且布置一个或多个光学元件来提供用于实现期望远场图案的进一步设计灵活性，该一个或多个光学元件被配置成将通过孔径的相应子区域输出的光学信号的子集转向以提供用于视场的
对应部分（或角度）的相应远场图案，从而允许远场图案与期望远场图案的改进的匹配。本文中描述的一些实施例可以以比一些常规光学结构更低的成本来实现此类远场图案，这是因为可以以不同的方式来组合更少数目的漫射器或其他光学元件，以在视场上产生更大的解空间或总体强度分布。
64.将理解的是，本文中描述的实施例可对于具有用于细分的较大尺寸或面积的光学孔径的发射源是特别有利的。例如，一些激光照明系统可以使用具有相对小的光学孔径（例如，小于几（1-2）mm）的激光源，除非从每个光学孔径输出的光学信号被扩展，否则所述激光源可能不会让它们被容易地划分。对于本文中描述的激光发射器的较大面积阵列（诸如，微转移印刷vcsel阵列），本公开的实施例可能特别有益，这是因为相对大的光学孔径区域（例如，在直径或对角线方面大于约5mm、大于约10mm、大于约20mm、大于约50mm、或大于约100毫米，例如，100mm
×
25mm）可以被划分成子区域，并且带有具有不同光学特性的区域的（多个）光学元件可以被布置在由整个光学孔径的相应子区域所定义的光路上、与该光路对准、或以其他方式被提供在该光路中，或者仅被提供到整个光学孔径的一些子区域，使得整个光学孔径的其他子区域在其上没有光学元件。
65.在图3a和3b中示出了根据本公开的一些实施例的光学孔径划分的示例。特别地，图3a和3b图示了包括光学元件780a、780b的闪光lidar设备300a、300b的示例实现方式，所述光学元件780a、780b被配置成提供在垂直视场上具有非均匀强度分布的照明。如图3a和3b中所示，包括多个发射器元件的发射器阵列720被布置成通过光学孔径703来输出光学信号。光学孔径703可以在水平视场上和在垂直视场上分布或以其他方式输出光学信号，其中水平和垂直照明图案由发射器阵列720的发射器元件的相应远场图案和/或其上布置发射器的下面的基板的曲率所支配（dictate）。例如，发射器元件可以是vcsel，所述vcsel可以通过光学孔径703的相应部分来输出发散度大约为20
°
至30
°
（水平地和/或垂直地）的光学信号，以对视场的对应部分进行照明。（例如，成千上万个）组成vcsel的远场照明图案可以在水平和垂直视场上共同限定基本上圆锥形的发散图案。
66.本文中描述的光学元件被配置成非均匀地增加光的垂直传播，以便以针对每个垂直和/或水平角度的期望范围来提供照明，这可能与被引导到视场的每个方向或部分的照明功率的相对量不成比例。在一些实施例中，可以实现垂直视场上的期望范围上的大约30
°
或更多（例如，大约60
°
或大约90
°
）的远场照明图案、和/或水平视场上的期望范围上的大约90
°
或更多（例如，大约100
°
或更多）的角度。更一般地，根据本公开的实施例的光学元件被配置成选择性地将从光学孔径的相应部分输出的光学信号中的一些转向远离视场的相应部分或角度，所述部分或角度否则将由其照明（例如，在基本上不更改从光学孔径的其他部分输出的其他光学信号的情况下），以提供具有作为角度的函数的期望最大范围的照明功率强度分布图案（例如，期望“范围图案”），在一些实施例中，该图案在视场的相应部分或角度上可能是不均匀的。
67.特别地，在如图3a和3b中所示的一些实施例中，光学元件780a、780b被布置成部分地（而不是完全地）覆盖光学孔径703的相应子区域，以便选择性地将从孔径703的下部子区域输出的光学信号的子集转向远离该视场的部分——发射器阵列720的对应发射器被布置成对所述部分进行照明，而基本上不更改从孔径703的上部子区域输出的光学信号。也就是说，光学元件780a、780b（作为示例被图示为光学漫射器）对光学孔径703的所图示的部分覆
盖可以将具有由光学孔径703的下部部分所定义的光路的光发射转向到与具有由光学孔径703的上部部分所定义的光路的光发射不同的远场图案中。
68.在示例设备300、300b中，漫射器光学器件780a、708b符合发射器阵列720的曲率。在图3a和3b中，漫射器光学器件780a、780b被定位成围绕孔径703的外部（例如，使得光学元件780a、780b和发射器阵列720处于孔径703的相对侧上），作为示例，以突出显示光学元件780a、780b对孔径703的覆盖中的差异。然而，将理解的是，本公开的实施例不限于这些示例，并且可以包括光学元件780a、780b和孔径703相对于发射器阵列720的其他布置，例如，其中光学元件780a、780b被定位在发射器阵列720与孔径之间。在一些实施例中，可以在发射器阵列720、光学元件780a、780b和/或光学孔径703之间提供一个或多个间隙。在其他实施例中，发射器阵列720、光学元件780a、780b和/或光学孔径703可以彼此层压以定义一个或多个单片结构。另外地或替代地，光学元件780a、780b和光学孔径703可以被组合或集成到单个单元或层中，该单个单元或层既定义了孔径又提供了孔径的不同子区域上的期望光学特性。
69.图3c是图示了图3a和3b的lidar设备的部件的部分分解图。如图3c中所示，设备壳体或外壳701被定尺寸为容纳光发射器阵列720和电子电路760（例如，驱动器和/或其他控制电路，以控制发射器阵列720的操作）。外壳701还定义了光学孔径703，来自发射器阵列720的光发射/光学信号通过该光学孔径703被输出。一个或多个光学元件780（作为示例被示出为漫射器）相对于由光学孔径703定义的光发射路径可以被定位（例如，以至少部分地覆盖光学孔径703）或可以以其他方式被配置（例如，在光学元件780的不同区域中具有不同的光学结构），以便将从阵列720的发射器发射的光学信号的不同子集转向到视场上的不同远场图案中。特别地，发射器阵列720的发射器可以被布置成使得不同行的发射器对垂直视场的相应部分进行照明，同时不同列的发射器对水平视场的相应部分进行照明。虽然发射器阵列720被图示为具有沿着水平方向的曲率以增加水平视场，但是将理解的是，发射器阵列720可以类似地包括沿着垂直方向的曲率以增加垂直视场，或者可以基本上是平坦的或者在水平方向和垂直方向两者上都没有曲率。
70.图3d和3e是更详细地图示了图3c的光学元件780的发射器阵列720以及示例780'和780''的放大透视图。在一些实施例中，发射器阵列720可以是分布式发射器阵列，其包括以行和列被定位或布置在弯曲的非原生基板301上的多个发射器（例如，图5a-5b中所示的520e）。非原生基板301由柔性材料形成，该柔性材料可以被弯曲（例如，围绕心轴元件785）以提供弯曲的发射表面，使得被布置在基板301的中心部分处的发射器发射光学信号以对fov的中心部分进行照明，而被布置在基板301的外围部分处的发射器发射光学信号以对fov的外围部分进行照明。在一些实施例中，发射器可以是分别提供窄场照明的vcsel（例如，每个覆盖小于约1度的水平和/或垂直fov），并且阵列720可以包括数百或数千个vcsel。例如，1500个vcsel的阵列720可以对150度的视场进行照明，每个vcsel覆盖约0.1度的视场。
71.在图3d的示例中，光学元件780'的一部分与光学孔径703的第一（下部）子区域对准，以便覆盖由布置在发射器阵列720的下部行中的一个或多个发射器发射的光学信号的光路或以其他方式定位在该光路中。光学孔径703的第二（上部）子区域未被光学元件780覆盖，使得由布置在发射器阵列720的上部行中的一个或多个发射器发射的光学信号的光路
没有光学元件780'。光学元件780'由此可以将从发射器阵列720的一个或多个下部行中的发射器输出的光学信号转向远离视场的相应部分，而基本上不更改从发射器阵列720的一个或多个上部行中的发射器输出的光学信号的特性（诸如，传播方向和/或光束发散度），从而提供垂直视场上的不均匀强度分布。
72.在图3e的示例中，光学元件780''包括具有不同光学特性和/或特征的第一区域781和第二区域782。例如，第一区域781可以具有与第二区域782不同的折射或衍射性质。在一些实施例中，光学元件780''的第二区域782相对于从发射器阵列720输出的光学信号可以是透明的或以其它方式没有光功率。如本文中所使用的，光功率可以指代光学元件更改光学信号的传播（包括方向和聚焦）的量或程度，包括折射、衍射、会聚和发散。例如，光学元件780''可以是包括具有不同光学特性的第一和第二区域781和782的图案化漫射器。作为另一示例，光学元件780''可以是透镜阵列，该透镜阵列包括在第一和第二区域781和782中具有不同光学特性的透镜元件。
73.仍然参考图3e，光学元件780''的第一区域781与光学孔径703的第一（下部）子区域对准，以便覆盖由布置在发射器阵列720的下部行中的一个或多个发射器发射的光学信号的光路或以其他方式定位在该光路中。第二区域782与光学孔径703的第二（上部）子区域对准，以便覆盖由布置在发射器阵列720的上部行中的一个或多个发射器发射的光学信号的光路或以其他方式定位在该光路中。光学元件780''的第一区域781由此可以选择性地将从发射器阵列720的一个或多个下部行中的发射器输出的光学信号转向远离它们被布置成对其进行照明的视场的相应部分。光学元件780''的第二区域782可以基本上不更改或影响从发射器阵列720的一个或多个上部行中的发射器输出的光学信号。由此，从而提供了垂直视场上的不均匀强度分布。
74.在图4a和图4b中图示了对由根据本公开的一些实施例的光学元件（诸如，图3a-3e中所示的光学元件780）提供的远场光图案的影响。特别地，图4a图示了在没有本文中描述的光学元件的情况下由发射源（诸如，发射器阵列720和孔径703）投射的光强度的图案，而图4b图示了由发射源投射的光强度的图案，在该发射源中，光学孔径703的子区域被根据本文中描述的一些实施例的光学元件780（诸如，漫射器）覆盖。如图4a中所示，发射器阵列720通过孔径703来输出光学信号，以利用具有基本均匀强度分布的远场照明图案来照明该视场。相比之下，如图4b中所示，在从发射器阵列720通过孔径703输出的光学信号的光路的至少一部分中提供根据本公开的实施例的一个或多个光学元件780保持了图4a的远场照明图案的一部分在视场的上部部分处的大体形状，但是将光学信号中的一些转向以在视场的下部部分处提供另外的光，从而定义具有非均匀强度分布的远场照明图案。
75.虽然上面通过示例的方式参考作为光学元件780的漫射器进行了描述，但是将理解的是，本公开的实施例不限于此，并且可以包括被配置成提供发射源的光学孔径上的不同光学特性的任何光学元件。例如，本公开的进一步实施例可以使用个体小透镜或透镜部分（诸如，菲涅耳透镜的一个或多个部分）将来自或对应于光学孔径区域的特定子区域（其与透镜的相应部分对准）的光学信号转向到视场的特定场点或子区域中，而基本上不更改来自或对应于光学孔径区域的其他子区域的光学信号。
76.图5a图示了被配置成提供垂直视场上的均匀远场照明图案的光学元件和发射器阵列的比较性示例，而图5b图示了根据本公开的一些实施例的被配置成提供垂直视场上的
非均匀远场照明图案的光学元件和发射器阵列的示例。
77.在图5a和5b中，发射器阵列520包括基板501上的多个发射器元件520e。在一些实施例中，发射器520e可以从个体晶圆或从相同晶圆上的不同位置被切割，并且可以附接并电互连到公共基板501上。也就是说，在其上组装发射器520e的公共基板501可以是非原生基板，该基板不同于在其上形成发射器520e的相应基板。在一些实施例中，发射器520e可以使用微转移印刷（mtp）技术被印刷在公共基板501上。由此，发射器520e中的一个或多个可以包括在mtp过程之前将发射器520e预先锚定到源基板或晶圆的剩余栓绳（tether）部分。在授予burroughs等人的美国专利申请公布号2018/0301872中描述了使用此类mtp技术来制造发射器阵列，其公开内容通过引用整体地并入本文中。在一些实施例中，发射器520e的子集可以首先附接到诸如印刷电路板之类的基板，并且然后以期望的空间布置（例如，以定义阵列520的行和列）被放置在公共基板501上，并且电连接到驱动/控制电路和电源。
78.在一些实施例中，发射器阵列520可以包括发光二极管阵列作为发射器520e。在一些实施例中，发射器阵列520可以包括垂直腔体表面发射激光器（vcsel）的阵列作为发射器520e。在一些实施例中，发射器阵列520可以包括侧面或边缘发射激光二极管的阵列作为发射器520e。本文中描述的其他发射器阵列和/或发射源（例如，120、320、720、1120）可以包括类似的配置。
79.如图5a和5b中所示，发射器520e被布置成通过孔径503的相应子区域503a、503b、503c来输出光学信号509，以对视场590的相应部分（例如，场角）590a、590b、590c进行照明。也就是说，在没有照明光学器件（例如，80、580）的情况下，由发射器520e照明的远场角590a、590b、590c可以具有到孔径503的相应位置或子区域503a、503b、503c的1:1映射。
80.在图5a中，光学元件80被布置成将来自孔径503的所有相应子区域503a、503b、503c的光学信号转向，从而以基本上均匀的方式在视场590上扩展由光学信号定义的远场照明图案。然而，在孔径503上的单个光学元件80的使用可能会引入一些缺点。例如，光学元件80可能针对从发射器520e输出的光学信号引入不必要的光学损耗，所述发射器520e以其他方式被定位成对视场的相应部分590a、590b、590c进行照明。而且，在光学元件80包括多个微透镜或小透镜的情况下，光学元件80和发射器阵列520的膨胀系数中的差异可能导致元件520e、80随着操作温度中的变化而未对准（并且因此使期望照明图案畸形（misshaping））。
81.如图5b的示例中所示，提供与光学孔径503的特定子区域503c所定义的光路对准或以其他方式被定位在该光路中的光学元件580（例如，透镜、漫射器或其他光学元件）可以将光学信号509的一个或多个子集509c转向远离视场590的部分590c，而基本上不更改光学信号509的一个或多个其他子集509a、509b。特别地，光学信号509的子集509a和509b通过光学孔径503的相应子区域503a和503b被输出，其中相应的传播方向和/或光束发散度未改变，而光学信号509的子集509c的传播方向被转向到视场590的如下部分或场角：该部分或场角不同于发射器520e被布置成对其进行照明的部分590c。光学元件580相对于孔径503的配置和/或布置由此提供了由来自光学孔径503的每个部分或子区域503a、503b、503c的光输出509a、509b、509c所提供的远场照明图案的相对“权重”的选择性或连续变化。也就是说，将光学孔径503划分成子区域503a、503b、503c允许在相同的光学元件580（作为示例被示出为菲涅耳透镜）的情况下的不同远场图案。在一些实施例中，光学孔径503的一个或多
个503a、503b、503c可以包括相应的光学元件，所述光学元件处于由其定义的（多个）光路中，而光学孔径503的一个或多个其他子区域503a、503b、503c可以没有相应的光学元件，所述光学元件处于其（多个）光路中。一些实施例可以进一步包括一个或多个机构，所述机构被配置成相对于光学孔径503机械地平移光学元件580，以便改变光学元件580对光学孔径503的覆盖，并且从而例如在如本文中描述的控制电路的控制下实时地连续改变视场590上的远场图案。
82.本文中描述的光学元件还可以被配置成提供用于光学孔径的细分的增加的粒度。例如，为了生成特定的远场图案，光学孔径可以被划分或分配成部分或子区域，其中每个部分或子区域被标识为被配置成输出期望远场照明图案的一部分。
83.图6a、图6b和图6c图示了根据本公开的一些实施例的光学元件680a、680b和680c的各种示例，所述光学元件680a、680b和680c被配置成通过将具有不同光学特性的其相应区域与大发射光学孔径的多个子区域进行对准来提供变化的或非均匀的照明。具体地，图6a图示了具有第一和第二区域681a和682a的光学元件680a，该第一和第二区域681a和682a具有不同的光学特性（例如，不同的折射或衍射特性），该第一和第二区域681a和682a被配置成与光学孔径的相应第一和第二子区域对准，以提供彼此不同的远场照明图案。在图6b中，大发射光学孔径被划分或分配成八个子区域（其中每个子区域被标识为定义了不同远场照明图案的相应光路），并且光学元件680b包括具有不同光学特性的八个区域681b至688b，该八个区域681b至688b被配置成与光学孔径的八个子区域所定义的相应光路对准或被布置在该光路中。在图6c中，光学元件680c被实现为包括不同微透镜681c至689c的微透镜阵列，所述微透镜681c至689c具有跨光学元件680c的表面而变化的形状，以提供连续变化的光学特性。
84.也就是说，光学元件680a、680b、680c可以被布置和配置成使得孔径的一个或多个子区域可以与它们自己的微光学结构或衍射光栅规定等对准，以便跨光学孔径的一个或多个维度提供光学特性中的逐步（即，离散）或连续变化。因此，光学元件680a、680b和680c可以允许孔径的相应子区域提供视场的相应区域/角度上的相应远场照明图案，以共同定义视场上的期望远场照明图案。特别地，光学元件680a、680b、680c可以用于定义非均匀强度分布，该非均匀强度分布是由通过光学孔径的相应子区域输出的光学信号所定义的相应远场照明图案的线性组合。
85.在一些实施例中，光学孔径的每个部分或子区域可以与其自己的漫射器或其他光束操纵光学器件对准。例如，图7图示了包括发射器阵列320的发射源700，所述发射器阵列320包括组装在基板301上的多个vcsel 320e。vcsel 320e被布置成通过包括根据本文中描述的实施例的集成光学元件380的孔径303的相应子区域303a、303b、303c来发射光学信号309a、309b、309c。特别地，光学元件380被实现为覆盖了整个孔径303的大面积部分菲涅耳透镜阵列380，其中相应区域381、382、383具有不同的光学特性。由此，每个vcsel 320e被定位在光学孔径303的不同区域303a、303b、303c处，并且与菲涅耳透镜阵列380的相应区域381、382、383对准。透镜阵列380的一个或多个区域382可以没有光功率或者以其他方式被配置，以便不更改通过其中穿过的光学信号309b。由此，大面积菲涅耳透镜阵列380可以被设计或以其他方式配置成提供光学信号309a和309c的相应发散，以实现期望远场图案。在一些实施例中，透镜阵列380可以是柔性的（例如，塑料），以便是可弯曲的或以其他方式符
合发射器阵列320的曲率。透镜阵列308不限于菲涅耳透镜阵列，而是在一些实施例中可以通过柔性漫射膜来实现。
86.图8图示了根据本文中描述的进一步实施例的发射源800配置。发射源800包括发射器阵列1120，所述发射器阵列1120包括被布置在基板1101上的多个vcsel 1120e，以通过包括集成光学元件1180的孔径1103的相应子区域1103a、1103b、1103c来发射光学信号1109a、1109b、1109c。在图8中，光学元件1180被实现为微透镜阵列，其中与光学孔径110的相应子区域1103a、1103b、1103c对准或定位在其上的各个小透镜1181、1182、1183具有彼此独立变化的不同形状，以便跨孔径1103的相应子区域提供不同的光学特性。微透镜阵列1180的一个或多个小透镜1182可以没有光功率或者以其他方式被配置，以便不更改通过其中穿过的光学信号1109b。
87.例如，参考由基板1101的表面定义的x-y平面，在阵列1180的末端处的小透镜1181、1183的形状可以被配置成在y方向上不同于其之间的小透镜1182，以沿着y方向（其可以对应于期望垂直发散）提供具有非均匀远场照明图案的输出光1109a、1109b、1109c。特别地，小透镜1181和1183可以被配置成将光学信号1109a和1109c转向远离对应于孔径的子区域1103a和1103c的视场的相应部分，而小透镜1182可以基本上不更改光学信号1109b。更一般地，透镜规定可以从微透镜阵列1180的小透镜到小透镜1181、1182、1183而变化，以提供光学信号1109a、1109b和/或1109c的相应发散，从而实现期望远场照明图案。在一些实施例中，微透镜阵列1180同样可以是柔性的（例如，塑料），以便是可弯曲的或以其他方式符合发射器阵列1120的曲率。
88.虽然上面主要参考被定向成提供具有期望垂直发散的远场照明图案的光学元件和发射器阵列进行了描述，但是将理解的是，这些定向可以被类似地改变以提供期望水平发散。例如，在图8中，小透镜1181、1182、1183的形状可以另外地或替代地在x方向上变化，以便同样沿着x方向（其可以对应于期望水平发散）提供具有非均匀远场照明图案的输出光1109a、1109b、1109c。
89.图9a-9d图示了根据本公开的一些实施例的包括光学元件的lidar设备的进一步示例，该光学元件被配置成提供在水平视场上具有非均匀强度分布的照明。如图9a的部分分解图中所示，lidar设备900可以类似于图3c的设备300c，但是包括一个或多个光学元件980，相对于由光学孔径703所定义的光发射路径，所述光学元件980可以被定位（例如，以至少部分地覆盖光学孔径703）或者可以以其他方式被配置（例如，在光学元件980的不同区域中具有不同的光学结构），以便将从阵列720的发射器发射的光学信号的不同子集转向到水平视场上的不同远场图案中。
90.图9b是更详细地图示了图9a的光学元件980的发射器阵列720和示例980'的放大顶视图。如图9b中所示，发射器阵列720可以是分布式发射器阵列，其包括以行和列被定位或布置在柔性材料的弯曲的非原生基板上的多个发射器，该非原生基板可以围绕心轴元件785弯曲以提供弯曲的发射表面，如上面参考图3d和3e更详细地描述的那样。光学元件980'包括具有不同光学特性和/或特征的多个区域981、982、983。例如，光学元件980可以是具有不同折射或衍射特性的区域981、982、983的透镜阵列或漫射器。
91.仍然参考图9b，光学元件980'的区域981与光学孔径703的外围（左）子区域对准，以便覆盖由一个或多个发射器发射的光学信号的光路或以其他方式定位在该光路中，该一
个或多个发射器在发射器阵列720的中心区域的左侧以列来布置。区域982与光学孔径703的第二（中心）子区域对准，以便覆盖由布置在发射器阵列720的中心列中的一个或多个发射器发射的光学信号的光路、或以其他方式定位在该光路中。光学元件980'的区域983与光学孔径703的外围（右）子区域对准，以便覆盖由一个或多个发射器发射的光学信号的光路或以其他方式定位在该光路中，该一个或多个发射器在发射器阵列720的中心区域的右侧以列来布置。
92.一个或多个区域982可以是透明的或以其他方式没有（折射或衍射）光功率。光学元件980'的区域981、983可以由此选择性地将从发射器阵列720的一个或多个外围列中的发射器输出的光学信号转向远离它们被布置成对其进行照明的视场的相应部分，而光学元件980的一个或多个区域982可以基本上不更改或影响从发射器阵列720的一个或多个中心列中的发射器输出的光学信号，从而提供水平视场上的不均匀强度分布。
93.图9c图示了在不存在如本文中描述的光学元件的情况下由发射器阵列提供的水平视场上的远场照明图案的比较性示例，而图9d图示了根据本公开的一些实施例的由发射器阵列结合光学元件提供的水平视场上的远场照明图案的示例。如图9c中所示，视场上的光学信号909的强度分布依赖于发射器阵列720（和/或下面的心轴元件785）的曲率来使远场照明图案990成形。然而，远场图案990的边缘992可能遭受例如由于外围布置的vcsel的光输出中的发散和/或阵列720的曲率而泄漏到期望视场之外的光。
94.相比之下，如图9d中所示，光学元件980''与光学孔径的外围子区域对准，该外围子区域定义了针对从发射器阵列720的外围列发射的信号的光路，从而选择性地将光学信号909c转向，而基本上不影响来自孔径的中心子区域或发射器阵列720的中心列的光学信号909，以更改远场照明图案991的边缘处的强度分布。特别地，光学元件980''可以被配置成选择性地使光学信号909c（例如，以便将其发散度减小到接近0度）准直，而基本上不影响光学信号909的发散度。光学元件980''可以是一个或多个透镜、透镜阵列、漫射器或本文中描述的其他光学元件。而且，虽然在图9d中被图示为通过光学孔径和发射器阵列720的外围的部分覆盖来实现，但是将理解的是，光学元件可以包括具有不同光学特性的多个区域，所述区域在发射器阵列和/或孔径的更大部分上延伸或延伸直到整个发射器阵列和/或孔径（例如，如由图9b的光学元件980'所示），同时提供期望远场照明图案991。
95.将理解的是，本文中描述的实施例对于在相邻发射器之间具有大阵列光学孔径和显著间距（节距）的发射源可能是特别有利的。在本文中描述的一些实施例中，大阵列光学孔径可以指代具有超过约5mm到10mm的最长尺寸的孔径，而显著间距可以指代如下发射器间间距：该发射器间间距大于个体元件的（微）孔径的大约两倍（例如，对于具有或对应于100微米孔径子区域的发射器阵列而言，发射器之间大约200微米或更多的间距）。对于此类发射源，较大间距可以为个体光学元件提供设计灵活性，所述光学元件可以更容易地与个体发射器对准，所述发射器作为公共光学孔径的区域上的照明的微源。
96.此外，本文中描述的实施例可以提供由强度的相干相加所定义的照明图案。例如，发射器阵列的激光二极管可以被配置成输出光学上同相的光学信号，使得可以通过多个（或者甚至所有）发射器的电场的相干相加来定义远场照明图案。在一些实施例中，如本文中描述的光学元件可以更改照明图案的一个或多个部分以影响相干结果。例如，如本文中描述的光学元件可以选择性地将光学信号的子集转向，使得来自相应激光二极管的相干光
发射在不同方向上被输出，例如以在特定方向上提供强度的局部最大值或最小值。
97.在一些实施例中，远场照明图案可以包括非相干输出光。也就是说，虽然来自个体激光二极管的相应光发射是相干的，但是来自阵列的光输出光束包括相应发射的非相干组合或叠加，这是因为来自激光二极管之一的光发射的相位可以独立于来自另一个激光二极管的光发射的相位。在授予burroughs等人的美国专利申请公布号2018/0301874中描述了此类实施例，其公开内容通过引用并入本文中。
98.对于多个应用而言，本文中描述的实施例的一些益处可以包括来自远场中的单个光学孔径的光的非均匀分布中的更大效率和设计灵活性。远场图案的定制或其他控制在其中可能重要的应用可以包括：lidar、汽车前照灯/尾灯、图像投影仪、室内光照、商业室外和景观照明等。
99.本文中描述的lidar系统和阵列可以应用于adas（高级驾驶员辅助系统）、自主交通工具、uav（无人驾驶飞行器）、工业自动化、机器人学、生物统计学、建模、增强现实和虚拟现实、3d地图绘制（mapping）以及安全性。在一些实施例中，发射器阵列的发射器元件可以是垂直腔体表面发射激光器（vcsel）。在一些实施例中，发射器阵列可以包括其上具有成千上万个串联和/或并联电连接的分立发射器元件的非原生基板，其中驱动电路由集成在邻近发射器阵列的相应行和/或列的非原生基板上的驱动晶体管来实现，如例如在授予burroughs等人的美国专利申请公布号2018/0301872中所描述的那样。
100.本文中已经参考其中示出了示例实施例的附图描述了各种实施例。然而，这些实施例可以以不同的形式具体实施，并且不应当被解释为限制到本文中阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的概念。对示例性实施例的各种修改以及本文中描述的一般原理和特征将是显而易见的。在附图中，层和区域的大小和相对大小没有按比例示出，并且在一些实例中为了清楚起见可能被夸大。
101.主要就在特定实现方式中提供的特定方法和设备来描述示例实施例。然而，所述方法和设备可以在其他实现方式中有效地操作。诸如“示例实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”之类的短语可以指代相同或不同的实施例以及多个实施例。将关于具有某些部件的系统和/或设备来描述实施例。然而，所述系统和/或设备可以包括与所示部件相比更少或另外的部件，并且在不脱离本发明概念的范围的情况下，可以作出部件的布置和类型方面的变化。还将在具有某些步骤或操作的特定方法的上下文中描述示例实施例。然而，对于具有不同和/或另外的步骤/操作以及以不同次序的步骤/操作的其他方法而言，所述方法和设备可以有效地操作，这与示例实施例并不前后矛盾。因此，本发明的概念不旨在被限制到所示的实施例，而是被给予与本文中描述的原理和特征一致的最宽范围。
102.将理解的是，当元件被称为或示出为在另一元件“上”、“连接”到另一元件或“耦合”到另一元件时，它可以直接在另一元件上、连接到另一元件或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接”在另一元件“上”、“直接连接”到另一元件或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。
103.还将理解的是，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第
一元件。
104.此外，诸如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”之类的相对术语在本文中可以用于描述如附图中图示的一个元件与另一个元件的关系。将理解的是，除了各图中所描绘的取向之外，相关术语旨在涵盖该设备的不同取向。例如，如果各图中的一个中的设备被翻转，则被描述为处于其他元件“下部”侧上的元件将被定向在其他元件的“上部”侧上。因此，示例性术语“下部”可以涵盖“下部”和“上部”两者的取向，这取决于该图的特定取向。类似地，如果各图中的一个中的设备被翻转，则被描述为在其他元件“下方”或“下面”的元件将被定向成在其他元件“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下面”可以涵盖上方和下方两者的取向。
105.在本文的发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图限制本发明。如在本发明的描述和所附权利要求中所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”还意图包括复数形式，除非上下文另行明确指示。
106.还将理解的是，本文中使用的术语“和/或”指代并涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
107.本文中参考作为本发明的理想化实施例（和中间结构）的示意性图示的图示来描述本发明的实施例。由此，由于例如制造技术和/或容差的原因，将预期来自所述图示的形状的变化。因此，各图中所图示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不意图图示设备的区域的实际形状，并且不意图限制本发明的范围。
108.除非另行定义，否则在公开本发明的实施例中使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，并且不一定被限制到在描述本发明时已知的特定定义。因此，这些术语可以包括此类时间之后创建的等效术语。将进一步理解的是，术语（诸如在常用词典中定义的术语）应当被解释为具有与它们在本说明书中和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确如此定义，否则将不会以理想化或过度正式的意义来解释。本文中提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考都通过引用整体地并入。
109.结合上面的描述和附图，本文中已经公开了许多不同的实施例。将理解的是，在字面上描述和说明这些实施例的每个组合和子集合将是过度重复和模糊的。因此，包括附图的本说明书应被解释成构成对本文中描述的本发明的实施例的所有组合和子组合、以及制作和使用它们的方式和过程的完整书面描述，并且应支持对任何此类组合或子组合的权利要求。
110.虽然本文中已经参考各种实施例描述了本发明，但是将领会的是，在本发明的原理的范围和精神内可以进行进一步的变化和修改。虽然采用了特定术语，但是它们仅以一般和描述性的意义来使用，并且不是用于限制的目的，本发明的范围在以下权利要求中阐述。