CN112470351A - 光源装置、驱动方法和感测模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是抑制设置有发光单元的光源装置的温度升高，在发光单元中，布置了基于垂直腔面发射激光器的多个发光元件。根据本技术的光源装置设置有：发光单元，布置有基于垂直腔面发射激光器的多个发光元件；以及驱动单元，针对发光单元中的发光元件，要在发光目标时段中发光的多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光。时分发光使得能够减少同时发光的发光元件的数量。

Description

光源装置、驱动方法和感测模块
技术领域
本技术涉及包括设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件的发光单元的光源装置、发光单元的驱动方法以及包括通过接收从发光单元发射并被由摄体反射的光来成像的图像传感器的感测模块。
背景技术
作为发射激光的发光元件，作为垂直腔面发射激光器(VCSEL)的发光元件是已知的(例如，参见下面的专利文献1和2)。
作为VCSEL的发光元件被配置为使得在垂直于半导体基板表面的方向上形成谐振器，并且在垂直方向上发射激光。近年来，当例如通过结构光(STL)方法或飞行时间(ToF)方法测量到被摄体的距离时，作为VCSEL的发光元件已被广泛用作光源。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开号2012-195436
专利文献2：日本专利申请公开号2015-103727
发明内容
本发明要解决的问题
在此处，当通过STL方法或ToF方法测量距离，作为到被摄体的距离的测量时，使用二维地设置有多个发光元件作为VCSEL的光源。具体地，被摄体被多个发光元件发光而获得的光照射，并且基于通过接收从被摄体反射的光而获得的图像来测量到被摄体的距离。
当以上述方式测量距离时，传统上，采用使多个发光元件同时发光的驱动方法。具体地，发光以测量距离的所有发光元件同时发光。
为此，形成有发光元件的芯片的温度往往升高，这可能由于热量而导致问题，例如，发光元件的发光效率降低以及用于驱动发光元件的驱动电路的电路特性劣化。
鉴于上述情况而提出本技术，并且本技术旨在抑制包括发光单元的光源装置中的温度上升，在该发光单元中设置了包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件。
问题的解决方案
根据本技术的光源装置包括：发光单元，设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件；以及驱动单元，关于发光单元中的发光元件，驱动单元使得要在发光目标时段中发光的多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光。
通过采用时分发光，使得同时发光的发光元件的数量减少。
在根据上述本技术的光源装置中，期望发光目标时段与接收从发光单元发射并由被摄体反射的光的图像传感器的帧时段同步。
这使得在由发光单元发射并由图像传感器接收的光照射被摄体以进行距离测量的情况下，发光元件可以根据图像传感器的帧时段在适当的时刻发光。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元在使多个发光元件在发光目标时段中同时发光的同时发光驱动、和使多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光的分立发光驱动之间切换。
通过执行同时发光，在由发光单元发射并由图像传感器接收的光照射被摄体以执行距离测量的情况下，防止了移动被摄体的距离测量精度的降低。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元基于温度而在同时发光驱动和分立发光驱动之间切换。
这使得可以根据温度在同时发光和时分发光之间适当地切换，例如，在温度升高到预定值以上的情况下从同时发光切换到时分发光。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元为同时发光驱动和分立发光驱动设置发光单元的相同总发光量。
这在由发光单元发射并由图像传感器接收的光照射被摄体以进行距离测量的情况下，防止了在同时发光驱动和分立发光驱动之间由图像传感器接收的光量的差异。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元改变在时分发光期间在时间方向上同时发光的发光元件的数量。
由于温度升高模式根据同时发光的发光元件的数量而变化，所以根据上述配置，当执行时分发光时可以在时间方向上控制温度变化模式。具体地，可以在时间方向上控制温度变化模式以便抑制发光目标时段中的温度峰值。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元减少在时分发光期间在时间方向上同时发光的发光元件的数量。
当执行时分发光时，存在发光顺序越晚，环境温度升高得越高的可能性。为此，通过减少在时间方向上同时发光的发光元件的数量，使得以较晚顺序发光的发光元件的数量少于以较早顺序发光的发光元件的数量。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元根据温度改变同时发光组的数量，同时发光组是在时分发光期间同时发光的发光元件的组。
增加同时发光组的数量，导致同时发光的发光元件的数量减少，从而增强了抑制温度升高的效果。另一方面，当被摄体移动时，增加同时发光组的数量，导致距离测量精度降低。通过上述根据温度改变同时发光组的数量，可以实现具有适当数量的同时发光组的时分发光，例如，当温度高时增加同时发光组的数量，当温度低时减少同时发光组的数量。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元随着温度上升增加同时发光组的数量。
结果，可以执行具有随着温度上升而抑制温度上升的更佳效果的发光驱动。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元驱动发光元件，使得发光单元中的相邻发光区域在时分发光期间不连续发光。
由于当相邻发光区域连续发光时温度升高，所以发光元件被驱动为使得相邻发光区域如上所述不连续发光。
在根据上述本技术的光源装置中，期望驱动单元驱动发光元件，使得在时分发光期间在发光单元中内部发光区域在外部发光区域之后发光。
由于发光单元往往在中心部分积聚热量，所以如果从内部发光区域开始发光，则存在有助于温度升高的可能性。为此，如上所述，发光元件被驱动为使得内部发光区域在外部发光区域之后发光。
另外，根据本技术的驱动方法是一种驱动方法，包括：关于设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件的发光单元中的发光元件，使要在发光目标时段中发光的多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光。
此外，根据本技术的感测模块包括根据上述本技术的光源装置和图像传感器，该图像传感器接收并捕获从光源装置中包括的发光单元发射并被被摄体反射的光。
通过这种驱动方法和感测模块，可以获得类似于根据上述本技术的光源装置的效果。
本发明的效果
根据本技术，可以抑制包括发光单元的光源装置的温度升高，在该发光单元中设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件。
注意，本文描述的效果不一定受到限制，并且该效果可以是本公开中描述的任何效果。
附图说明
图1是示出作为根据本技术的光源装置的实施例的距离测量装置的配置示例的示图；
图2是使用结构光(STL)方法的距离测量方法的说明图；
图3是示出作为实施例的光源装置的电路配置示例的示图；
图4是示出作为实施例的光源装置中包括的驱动电路的修改的示图；
图5是示出作为实施例的光源装置的修改的电路配置的示图；
图6是示出作为实施例的光源装置的基板配置示例的示图；
图7是示出作为实施例的光源装置的另一基板配置示例的示图；
图8是示出作为实施例的光源装置的又一基板配置示例的示图；
图9是示出作为实施例的光源装置中包括的温度传感器的设置示例的示图；
图10是示出作为实施例的光源装置中包括的发光单元的结构示例的示图；
图11是示出作为实施例的光源装置中包括的发光单元的另一结构示例的示图；
图12是用于描述通过同时发光的驱动的示例的示图；
图13是示出时分发光的示例的示图；
图14是用于描述时分发光的效果的示图；
图15是示出根据温度在同时发光驱动和时分发光驱动之间切换的情况下的操作流程的流程图；
图16是示出作为驱动示例II的操作流程的流程图；
图17是示出相邻发光区域不连续发光的驱动方法的示例的示图；
图18是示出相邻发光区域不连续发光的驱动方法的另一示例的示图；
图19是示出内部发光区域在外部发光区域之后发光的驱动方法的示例的示图；
图20是示出内部发光区域在外部发光区域之后发光的驱动方法的另一示例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图以以下顺序描述根据本技术的实施例。
<1.距离测量装置的配置>
<2.距离测量方法>
<3.与发光驱动相关的电路配置>
<4.基板配置的变化>
<5.VCSEL的结构示例>
<6.作为实施例的驱动方法>
[6-1.驱动示例I]
[6-2.驱动示例II]
[6-3.驱动示例III]
<7.实施例和修改的概述>
<8.本技术>
<1.距离测量装置的配置>
图1示出了作为根据本技术的光源装置的实施例的距离测量装置1的配置示例。
如图1所示，距离测量装置1包括发光单元2、驱动单元3、电源电路4、发光侧光学系统5、成像侧光学系统6、图像传感器7、图像处理单元8、控制单元9和温度检测单元10。
发光单元2利用多个光源发光。如稍后将描述的，该示例的发光单元2具有发光元件2a，该发光元件2a包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为每个光源，并且发光元件2a例如以预定形式(例如，矩阵形状)设置。
驱动单元3包括用于驱动发光单元2的电路。
电源电路4基于来自例如设置在距离测量装置1中的电池等(未示出)的输入电压(稍后描述的输入电压Vin)，来产生驱动单元3的电源电压(稍后描述的驱动电压Vd)。驱动单元3基于电源电压驱动发光单元2。
从发光单元2发射的光通过发光侧光学系统5，照射作为距离测量目标的被摄体S。然后，以这种方式照射的光从被摄体S反射的光，通过成像侧光学系统6入射到图像传感器7的成像表面上。
例如，图像传感器7是诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的图像传感器，接收如上所述通过成像侧光学系统6入射的来自被摄体S的反射光，并将该光转换成电信号，以输出电信号。
例如，图像传感器7对通过接收光的光电转换获得的电信号执行相关双采样(CDS)处理、自动增益控制(AGC)处理等，并且进一步执行模拟/数字(A/D)转换处理。然后，在后续阶段，作为数字数据的图像信号被输出到图像处理单元8。
另外，该示例的图像传感器7向驱动单元3输出帧同步信号Fs。结果，驱动单元3可以使发光单元2中的发光元件2a在与图像传感器7的帧周期对应的时刻发光。
图像处理单元8例如通过数字信号处理器(DSP)等被配置为图像处理处理器。图像处理单元8对从图像传感器7输入的数字信号(图像信号)执行各种图像信号处理。
控制单元9包括微型计算机(例如具有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等)或信息处理装置(例如，DSP)，并且执行驱动单元3的控制，以控制发光单元2的发光操作并控制图像传感器7的相关的成像操作。
控制单元9具有作为距离测量单元9a的功能。距离测量单元9a基于通过图像处理单元8输入的图像信号(即，通过接收从被摄体S反射的光而获得的图像信号)来测量到被摄体S的距离。该示例的距离测量单元9a对被摄体S的每个部分执行距离测量，以便识别被摄体S的三维形状。
在此处，稍后将描述距离测量装置1中的距离测量的具体方法。
温度检测单元10检测发光单元2的温度。作为温度检测单元10，可以采用例如二极管用于检测温度的配置。
在该示例中，由温度检测单元10检测的温度信息被提供给驱动单元3，这使得驱动单元3能够基于温度信息驱动发光单元2。
<2.距离测量方法>
作为距离测量装置1的距离测量方法，例如，可以采用使用结构光(STL)方法或飞行时间(ToF)方法的距离测量方法。
STL方法是一种基于图像而测量距离的方法，通过对用具有预定亮/暗图案(例如，点图案或网格图案)的光照射的被摄体S进行成像而获得该图像。
图2是STL方法的说明图。
在STL方法中，例如，通过具有如图2A所示的点图案的图案光Lp照射被摄体S。图案光Lp被分成多个块BL，并且不同的点图案被分配给每个块BL(避免了块BL之间的点图案的重叠)。
图2B是STL方法的距离测量原理的说明图。
在此处，例如，壁W和设置在壁W前方的盒BX被视为被摄体S，并且被摄体S被图案光Lp照射。图2B中的附图标记“G”示意性地表示图像传感器7的视角。
另外，图2B中的附图标记“BLn”表示图案光Lp中的某个块BL的光，以及附图标记“dn”表示投射在由图像传感器7捕捉的图像上的块BLn的点图案。
在此处，在壁W前方的盒BX不存在的情况下，块BLn的点图案被投影在捕捉图像中图2B中的“dn”的位置。即，块BLn的图案被投影在捕捉图像中的位置根据盒BX是否存在而不同，具体地，图案失真。
STL方法是一种通过利用如上所述被摄体S的物体形状使被照射图案失真这一事实，来获得被摄体S的形状和深度的方法。具体地，STL方法是一种根据图案的失真获得被摄体S的形状和深度的方法。
在采用STL方法的情况下，例如，基于全局快门方法的红外(IR)图像传感器用作图像传感器7。然后，在STL方法的情况下，距离测量单元9a控制驱动单元3使得发光单元2发射图案光，并且还检测通过图像处理单元8获得的图像信号中的图案的失真，以基于图案如何失真来计算距离。
随后，ToF方法是一种通过检测从发光单元2发射的光的飞行时间(时间差)直到其被物体反射并到达图像传感器7，来测量到物体的距离的方法。
在采用所谓的直接ToF方法作为ToF方法的情况下，单光子雪崩二极管(SPAD)用作图像传感器7，并且发光单元2被脉冲驱动。在这种情况下，距离测量单元9a基于通过图像处理单元8输入的图像信号，计算从发光单元2发射的并且由图像传感器7接收的光的从光发射到光接收的时间差，并且基于时间差和光速计算到被摄体S的每个部分的距离。
注意，在采用所谓的间接ToF方法(相位差方法)作为ToF方法的情况下，例如，IR图像传感器用作图像传感器7。
<3.与发光驱动相关的电路配置>
图3示出了包括图1所示的发光单元2、驱动单元3和电源电路4的光源装置100的电路配置示例。注意，除了光源装置100的电路配置示例之外，图3还示出了图1所示的图像传感器7和控制单元9。
在该示例中，发光单元2、驱动单元3和电源电路4形成在公共基板(稍后描述的基板B)上。在此处，至少包括发光单元2并且形成在与发光单元2共有的基板上的单元被称为光源装置100。
如图3所示，除了发光单元2、驱动单元3和电源电路4之外，光源装置100还包括温度检测单元10。
如上所述，发光单元2包括作为VCSEL的多个发光元件2a。虽然为了便于说明，图3中的发光元件2a的数量被设置为“4”个，但是发光单元2中的发光元件2a的数量不限于此，并且可以是至少两个。
电源电路4包括DC/DC转换器40，并且根据基于直流电压的输入电压Vin，生成驱动单元3用来驱动发光单元2的驱动电压Vd(DC电压)。
驱动单元3包括驱动电路30和驱动控制单元31。
驱动电路30对于每个发光元件2a具有开关元件Q1和开关SW，并且还具有开关元件Q2和恒流源30a。
场效应晶体管(FET)用于开关元件Q1和开关元件Q2，并且在该示例中，使用了P沟道金属氧化物半导体(MOS)FET(MOSFET)。
每个开关元件Q1并联连接到DC/DC转换器40的输出线，即驱动电压Vd的电源线，并且开关元件Q2并联连接到开关元件Q1。
具体地，每个开关元件Q1和开关元件Q2的源极连接到DC/DC转换器40的输出线。每个开关元件Q1的漏极连接到发光单元2中的发光元件2a中的一个对应的发光元件2a的阳极。
如图3所示，每个发光元件2a的阴极接地(GND)。
在开关元件Q2中，漏极通过恒流源30a接地，以及栅极连接到漏极和恒流源30a之间的连接点。
每个开关元件Q1的栅极通过一个相应的开关SW连接到开关元件Q2的栅极。
在具有上述配置的驱动电路30中，开关SW导通的开关元件Q1导通，驱动电压Vd施加到与导通的开关元件Q1连接的发光元件2a，并且发光元件2a发光。
此时，驱动电流Id流过发光元件2a。在具有上述配置的驱动电路30中，开关元件Q1和开关元件Q2形成电流镜电路，并且驱动电流Id的电流值是与恒流源30a的电流值对应的值。
驱动控制单元31通过控制驱动电路30中的开关SW的开/关，来控制发光元件2a的开/关。
帧同步信号Fs从图像传感器7提供给驱动控制单元31，这使得驱动控制单元31能够使发光元件2a的导通时间和截止时间与图像传感器7的帧周期同步。
另外，驱动控制单元31能够基于来自控制单元9的指令，来执行发光元件2a的开/关控制。
另外，该示例的驱动控制单元31基于由温度检测单元10检测的发光单元2的温度，来执行发光元件2a的开/关控制，这将在后面描述。
在此处，虽然图3示出了开关元件Q1设置在发光元件2a的阳极侧的配置，但是在替代配置中，开关元件Q1可以设置在发光元件2a的阴极侧，如图4所示的驱动电路30A中那样。
在这种情况下，发光单元2中的每个发光元件2a的阳极连接到DC/DC转换器40的输出线。
N沟道MOSFET用于形成电流镜电路的开关元件Q1和开关元件Q2。在开关元件Q2中，漏极和栅极通过恒流源30a连接到DC/DC转换器40的输出线，并且源极连接到地。
每个开关元件Q1的漏极连接到相应发光元件2a的阴极，源极连接到地。每个开关元件Q1的栅极通过相应的开关SW连接到开关元件Q2的栅极和漏极。
在这种情况下，也可以通过驱动控制单元31执行开关SW的开/关控制来导通和关闭发光元件2a。
图5示出了作为修改的光源装置100A的配置示例。
光源装置100A设置有代替电源电路4的电源电路4A和代替驱动单元3的驱动单元3A。
电源电路4A具有多个DC/DC转换器40(图5的示例中有两个)。输入电压Vin1被提供给一个DC/DC转换器40，输入电压Vin2被提供给另一DC/DC转换器40。驱动单元3A包括从不同的DC/DC转换器40接收驱动电压Vd的输入的多个驱动电路30。如图5所示，在每个驱动电路30中，提供可调电流源30b来代替恒流源30a。可调电流源30b是具有可调电流值的电流源。
在这种情况下，发光单元2中的发光元件2a被分成多个发光元件组，这些发光元件组具有用于开/关控制的不同驱动电路30。
在这种情况下，驱动控制单元31控制每个驱动电路30中的开关SW的开/关。
如在光源装置100A中，通过将至少一组DC/DC转换器40和驱动电路30分成多个系统，可以为每个系统设置发光元件2a的不同驱动电流Id。例如，通过为每个系统设置驱动电压Vd的不同电压值和可调电流源30b的不同电流值，可以为每个系统设置不同的驱动电流Id。另外，如果DC/DC转换器40被配置为对驱动电流Id执行恒流控制，则可以通过为每个DC/DC转换器40设置恒流控制的不同目标值，来为每个系统设置不同的驱动电流Id。
在采用图5所示的配置的情况下，可以设想根据发光单元2中的发光强度分布、温度分布等，为每个系统设置驱动电压Vd和驱动电流Id的不同的值。例如，对于与发光单元2中温度高的位置对应的系统，可以设想增加驱动电流Id并增加驱动电压Vd。
<4.基板配置的变化>
在此处，光源装置100可以被配置为如图6至图8所示。
如图6A所示，光源装置100可以被配置为使得形成为发光单元2的电路的芯片Ch2、形成为驱动单元3的电路的芯片Ch3以及形成为电源电路4的芯片Ch4，形成在同一基板B上。
可替代地，驱动单元3和电源电路4可以形成在相同的芯片Ch34上，并且在这种情况下，光源装置100可以被配置为使得芯片Ch2和芯片Ch34形成在相同的基板B上，如图6B所示。
可替代地，也可以在芯片Ch上安装另一芯片Ch。
在这种情况下，例如，光源装置100可以被配置为使得：如图7A所示，安装有芯片Ch2的芯片Ch3和芯片Ch4，形成在基板B上；如图7B所示，安装有芯片Ch2和芯片Ch4的芯片Ch3，形成在基板B上；或者如图7C所示，安装有芯片Ch2的芯片Ch34，形成在基板B上。
可替代地，光源装置100可以包括图像传感器7。
例如，图8A示出了光源装置100的配置，其中，形成为图像传感器7的电路的芯片Ch7形成在与芯片Ch2、芯片Ch3和芯片Ch4相同的基板B上。
可替代地，图8B示出了光源装置100的配置，其中，安装有芯片Ch2的芯片Ch34和芯片Ch7，形成在同一基板B上。
注意，上述光源装置100A也可以以与参考图6至图8描述的方式类似的方式来配置。
在此处，关于温度检测单元10，在芯片Ch2如图6A、图6B和图8A所示形成在基板B上的情况下，例如，温度检测元件(例如，二极管)只需要形成在基板B上芯片Ch2附近的位置(例如，基板B上芯片Ch2侧的位置等)。
另外，在芯片Ch2如图7A至图7C和图8B所示安装在另一芯片Ch上的配置中，温度检测元件仅需要形成在另一芯片Ch上的芯片Ch2附近的位置(例如，芯片Ch2正下方的位置等)。
温度检测单元10可以具有多个温度传感器10a，温度传感器10a具有温度检测元件，例如，二极管。
图9示出了在温度检测单元10具有多个温度传感器10a的情况下每个温度传感器10a的设置示例。
在图9的示例中，多个温度传感器10a不集中在一个地方，而是离散地设置在与设置发光元件2a的平面平行的平面中。具体地，多个温度传感器10a中的每一个，可以被设置用于包括预定数量的发光元件2a的每个发光块，例如，四个(垂直方向两个，水平方向两个)。此时，温度传感器10a也可以在与设置发光元件2a的平面平行的平面中以相等的间隔设置。
注意，虽然图9示出了针对九个发光元件2a设置四个温度传感器10a的示例，但是要设置的发光元件2a和温度传感器10a的数量不限于此。
通过如图9的示例中那样离散地设置多个温度传感器10a，可以检测发光单元2的面内温度分布。另外，可以分别检测发光表面上的每个区域的温度，此外，通过增加要设置的温度传感器10a的数量，可以分别检测每个发光元件2a的温度。
<5.VCSEL的结构示例>
随后，将参照图10和图11描述形成发光单元2的芯片Ch2的结构示例。
图10示出了当如图6A、图6B和图8A所示形成在基板B上时芯片Ch2的结构示例，以及图11示出了当如图7A至图7C和图8B所示安装在另一芯片Ch上时芯片Ch2的结构示例。
注意，图10和图11示出了与驱动电路30被插入到发光元件2a(参见图3)的阳极侧的情况对应的结构示例，作为示例。
如图10所示，在芯片Ch2中，与每个发光元件2a对应的部分形成为台面(mesa)M。
在芯片Ch2中，半导体基板20用作基板，并且阴极Tc形成在半导体基板20的下层侧。例如，砷化镓(GaAs)基板用于半导体基板20。
在半导体基板20上，每个台面M具有从下层侧到上层侧依次形成的第一多层反射镜层21、活性层22、第二多层反射镜层25、接触层26和阳极Ta。
电流收缩(current constriction)层24形成在第二多层反射镜层25的一部分(具体地，下端部分)中。另外，包括活性层22并且夹在第一多层反射镜层21和第二多层反射镜层25之间的部分，被称为谐振器23。
第一多层反射镜层21包括呈现N型导电性的化合物半导体，第二多层反射镜层25包括呈现P型导电性的化合物半导体。
活性层22是用于产生激光的层，电流收缩层24是将电流有效地注入活性层22以产生透镜效应的层。
在形成台面M之后，电流收缩层24在未氧化状态下经历选择性氧化，并且在氧化区域24a周围具有中心氧化区域(或选择性氧化区域)24a和未被氧化的未氧化区域24b。在电流收缩层24中，由氧化区域24a和未氧化区域24b形成电流收缩结构，并且电流被传导到作为未氧化区域24b的电流收缩区域。
提供接触层26，以确保与阳极Ta的欧姆接触。
阳极Ta在接触层26上形成为具有开口中心的形状，例如，环形(环状)，例如，在基板B的平面图中。在接触层26的上部没有形成阳极Ta的部分是开口26a。
活性层22中产生的光在谐振器23中往复运动，然后通过开口26a发射到外部。
在此处，芯片Ch2中的阴极Tc通过形成在基板B的布线层中的接地布线Lg连接到地。
另外，在图10中，焊盘Pa表示形成在基板B上的用于阳极的焊盘。焊盘Pa通过形成在基板B的布线层中的布线Ld连接到驱动电路30的任何一个开关元件Q1的漏极。
图10示出了仅对于一个发光元件2a，阳极Ta通过形成在芯片Ch2上的阳极布线La和接合线BW连接到一个焊盘Pa。然而，用于每个发光元件2a的焊盘Pa和布线Ld形成在基板B中，并且用于每个发光元件2a的阳极布线La形成在芯片Ch2上。因此，每个发光元件2a的阳极Ta通过相应的阳极布线La和接合线BW连接到相应的焊盘Pa。
随后，在图11的情况下，背照芯片Ch2用作芯片Ch2。即，图11的示例使用在半导体基板20的背面方向发光的类型的芯片Ch2，而不是如图10的示例在半导体基板20的上层侧方向(正面方向)发光。
在这种情况下，在阳极Ta中没有形成用于发光的开口，并且在接触层26中没有形成开口26a。
在形成有驱动单元3(驱动电路30)的芯片Ch3(或芯片Ch34：在下文中，这同样适用于图11的描述)中，针对每个发光元件2a，形成用于与阳极Ta电连接的焊盘Pa。在芯片Ch3的布线层中为每个焊盘Pa形成布线Ld。虽然未示出，但是每个焊盘Pa通过布线Ld连接到芯片Ch3中形成的驱动电路30中的一个对应的开关元件Q1的漏极。
另外，在芯片Ch2中，阴极Tc分别通过布线Lc1和布线Lc2连接到电极Tc1和电极Tc2。电极Tc1和电极Tc2是用于分别连接到形成在芯片Ch3上的焊盘Pc1和焊盘Pc2的电极。
连接到焊盘Pc1的接地布线Lg1和连接到焊盘Pc2的接地布线Lg2形成在芯片Ch3的布线层中。尽管未示出，但是接地布线Lg1和接地布线Lg2连接到地。
分别通过焊料凸块Hb实现在芯片Ch2的每个阳极Ta和芯片Ch3的每个焊盘Pa之间的连接、以及在芯片Ch2的电极Tc1和电极Tc2以及芯片Ch3的焊盘Pc1和焊盘Pc2之间的连接。
即，在这种情况下，通过所谓的倒装芯片安装，来执行芯片Ch2在芯片Ch3上的安装。
<6.作为实施例的驱动方法>
[6-1.驱动示例I]
传统上，当通过来自发光单元2的光发射来测量距离时，采用了使多个发光元件2a同时发光的驱动方法，在发光单元2中，如在上述距离测量装置1中那样设置有作为VCSEL的多个发光元件2a。
图12是用于描述通过同时发光的这种驱动的示例的示图。
首先，作为前提，当测量距离时，发光单元2以恒定的发光周期重复发光。具体地，发光周期与图像传感器7的帧周期同步。图12中的发光目标时段St与图像传感器7的帧时段同步。例如，图像传感器7的帧速率是60fps，并且发光目标时段St是大约16.6ms(毫秒)。
在此处，在以下描述中，假设当测量距离时，针对每个发光目标时段St发光单元2中的所有发光元件2a发光。为了说明，假设发光单元2中的发光元件2a的数量是800。即，发射通道(ch)的数量为800，包括ch1至ch800。
如图12所示，在常规驱动系统中，ch1至ch800的发光元件2a针对每个发光目标时段St同时发光。此时，用于使每个发光元件2a发光的时段(接通时段)短于发光目标时段St，并且例如约为4ms。
在执行上述同时发光的情况下，形成有发光元件2a的芯片(芯片Ch2)的温度根据环境温度往往升高，这可能由于热量而导致问题，例如，发光元件2a的发光效率降低、和用于驱动发光元件2a的驱动电路(驱动电路30、30A)的电路特性劣化。
在这种背景下，在本实施例中，要在发光目标时段St中发光的多个发光元件2a(ch1至ch800)在发光目标时段St中以时分方式发光。
图13示出了时分发光的示例。
图13示出了一个示例，其中，要在发光目标时段St中发光的发光元件2a的800个通道被分成两半，并且在发光目标时段St中，在使ch1至ch400的400个发光元件2a发光之后，使剩余的ch401至ch800的400个发光元件2a发光。
通过执行这种时分发光，如图14所示，与同时发光的情况相比，可以抑制温度的峰值。即，可以抑制芯片Ch2的温度升高。
通过驱动控制单元31控制开关SW来实现如上所述的时分发光。在该示例中，驱动控制单元31具有逻辑电路，并且该逻辑电路如上所述控制用于时分发光的开关SW。
时分发光的示例不限于ch1至ch400和ch401至ch800的上述两部分划分，并且可以是三部分以上的划分。
此时，在时分发光中同时发光的发光元件2a的数量可以在时间方向上变化。例如，在使ch1至ch400的400个发光元件2a发光之后，使ch401至ch600的200个发光元件2a发光，然后，可以使剩余的ch601至ch800的200个发光元件2a发光。即，在时分发光中同时发光的发光元件2a的数量在时间方向上减少。
当执行时分发光时，存在发光顺序越晚，环境温度升高得越高的可能性。为此，通过如上所述减少在时间方向上同时发光的发光元件2a的数量，即，通过以较晚顺序发射的发光元件2a的数量少于以较早顺序发射的发光元件2a的数量，可以抑制发光目标时段St中的温度峰值并增强抑制温度升高的效果。
在此处，该示例的驱动控制单元31能够如图12所示在使发光元件2a同时发光的同时发光驱动、和如图13所示在使发光元件2a以时分方式发光的时分发光驱动之间切换。具体地，驱动控制单元31基于由温度检测单元10检测的温度，在同时发光驱动和时分发光驱动之间切换。
例如，在70℃以上的区域中，发光元件2a的发光效率的降低比较明显。为此，可以设想，将例如70℃以下的值设定为温度阈值TH，并参考该阈值TH在同时发光驱动和时分发光驱动之间切换。
图15的流程图示出了根据温度在同时发光驱动和时分发光驱动之间切换的情况下驱动控制单元31的操作流程。
如图15所示，如果由温度检测单元10检测的温度未等于或高于阈值TH(步骤S101：否)，则驱动控制单元31使所有通道的发光元件2a同时发光(步骤S102)。另一方面，如果由温度检测单元10检测的温度等于或高于阈值TH(步骤S101：是)，则驱动控制单元31使发光元件2a以时分方式发光(步骤S103)。
此时，如果温度检测单元10仅包括一个温度传感器10a，则由温度检测单元10检测的温度是由温度传感器10a检测的温度。可替代地，如果温度检测单元10包括多个温度传感器10a，则采用由温度传感器10a检测的温度的代表值。例如，可以设想，使用多个温度传感器10a的检测温度的平均值，作为代表值。可替代地，也可以设想，使用由一个预定温度传感器10a(例如，具有最高检测温度的温度传感器10a)检测的温度，作为代表值。
在此处，驱动控制单元31驱动发光元件2a，使得在时分发光驱动期间发光单元2的总发光量(发光目标时段St中的总发光量)与同时发光驱动时的总发光量相同。具体地，例如，如果如上所述在同时发光驱动期间每个发光元件2a的导通时段是4ms，则在时分发光驱动期间每个发光元件2a的导通时段也是4ms。
注意，在如图5所示DC/DC转换器40和驱动电路30被分成多个系统的情况下，例如，发光元件2a的导通时段匹配，并且驱动电路30的驱动电流Id的值匹配，使得总发光量相同。
通过执行同时发光驱动，即使作为距离测量目标的被摄体S移动，也可以防止当被摄体S处于不同位置时的反射光在一个帧时段内被共同接收，并且防止距离测量精度的降低。
通过如上所述在时分发光驱动和同时发光驱动之间切换，可以防止距离测量精度的降低并且抑制温度升高。
注意，在同时发光驱动和时分发光驱动之间切换不是必需的，并且可以始终执行时分发光驱动。
[6-2.驱动示例II]
在驱动示例II中，在时分发光期间同时发光组的数量根据温度而变化。在此处，同时发光组是指在时分发光中同时发光的发光元件2a的组。例如，如上所述，在时分发光中，在一次驱动800个通道的发光元件2a的400个通道时，发光元件2a的每组400个通道对应于同时发光组。
在这个示例中，同时发光组的数量随着温度的上升而增加。
图16是示出由驱动控制单元31执行的作为驱动示例II的操作流程的流程图。
首先，在该示例中，多个阈值TH针对由温度检测单元10检测的温度被设置为阈值TH。在此处，例如，设置第一阈值TH1和具有大于第一阈值TH1的值的第二阈值TH2。
如果由温度检测单元10检测的温度低于第一阈值TH1(步骤S201：是)，则驱动控制单元31执行同时发光驱动(步骤S102)。可替代地，如果由温度检测单元10检测的温度等于或高于第一阈值TH1并且低于第二阈值TH2(步骤S202：是)，则驱动控制单元31通过分成两部分来执行时分发光(步骤S203)。即，通过将同时发光组的数量设置为“2”，来执行发光元件2a的时分发光驱动。具体地，例如，执行400个通道和400个通道的时分发光驱动。
可替代地，如果由温度检测单元10检测的温度等于或高于第二阈值TH2(步骤S202：否)，则驱动控制单元31通过分成三部分来执行时分发光(步骤S204)。即，通过将同时发光组的数量设置为“3”，来执行发光元件2a的时分发光驱动。例如，执行400个通道→200个通道→200个通道的时分发光驱动。
如上所述，通过根据温度升高而增加同时发光组的数量，可以执行随着温度升高进一步增强抑制温度升高的效果的发光驱动。
因此，不太可能发生由温度升高引起的问题。
在此处，例如，第一阈值TH1被设置为与上述阈值TH相同的值(例如，大约70℃)，并且第二阈值TH2被设置为低于芯片Ch2的规格的允许上限温度(例如，130℃)。结果，当温度升高到预期发光效率降低的程度时，可以通过分成两部分来执行时分发光驱动，并且当温度升高到预期达到允许上限温度的程度时，可以通过分成三部分来执行时分发光驱动，即，可以执行具有更高抑制温度升高效果的时分发光驱动。
[6-3.驱动示例III]
驱动示例III涉及划分同时发光组的区域和每个区域的发光顺序。
例如，考虑如图17所示的发光单元2在垂直方向上被分成多个发光区域Ar，并且每个发光区域Ar中的发光元件2a形成同时发光组以执行时分发光驱动的情况。
例如，在如图17所示划分发光区域Ar的情况下，如果使相邻的发光区域Ar连续发光，则温度升高甚至更大。在该背景下，驱动控制单元31驱动发光元件2a，使得相邻的发光区域Ar不连续发光。结果，抑制温度升高的效果增强。
例如，在如图17的示例中，在发光单元2从上侧按顺序被分成发光区域Ar1、Ar2、Ar3、Ar4和Ar5这五个发光区域Ar的情况下，驱动控制单元31使发光元件2a按发光区域Ar3→Ar1→Ar5→Ar2→Ar4的顺序发光，如图17中针对每个发光区域Ar表示的数字所示。
可替代地，如图18所示，可以使发光元件2a按照发光区域Ar1→Ar5→Ar2→Ar4→Ar3的顺序发光。注意，在图18的示例中，最终，如“Ar4→Ar3”中那样，使相邻的发光区域Ar连续发光。然而，相邻的发光区域Ar不连续发光，直到“Ar1→Ar5→Ar2→Ar4”，并且在这方面，图18的示例是驱动发光元件2a的方法的一种类型，使得相邻的发光区域Ar不连续发光。
在此处，如上所述使相邻发光区域Ar不连续发光的方法也可以与如上所述减少在时间方向上同时发光的发光元件2a的数量的方法相结合。例如，在图18的示例中，例如，第一发光区域Ar1和第二发光区域Ar5中的发光元件2a的数量均可以设置为200个，第三发光区域Ar2和第四发光区域Ar4中的发光元件2a的数量均可以设置为150个，并且最后发光区域Ar3中的发光元件2a的数量可以设置为100个。
可替代地，作为在发光单元2中划分发光区域Ar的模式，例如，如图19所示，也可以从中心向外部划分为多个发光区域Ar。具体地，在图19的划分模式中，区域形状被设置为使得除了中心部分中的发光区域Ar之外，每个发光区域Ar分别覆盖其内部的发光区域Ar的外围。
在此处，由于发光单元2往往在中心部分积聚热量，所以如果在时分发光期间从内部发光区域Ar开始发光，则有可能有助于温度升高。为此，在如图19所示划分发光区域Ar的情况下，例如，驱动控制单元31驱动发光元件2a，使得发光单元2中的内部发光区域Ar在外部发光区域Ar之后发光。例如，在发光区域Ar1、Ar2、Ar3和Ar4这四个发光区域Ar如图19所示从外侧到内侧依次设置的情况下，例如，驱动控制单元31使发光区域Ar按照发光区域Ar1→Ar2→Ar3→Ar4的顺序发光。
可替代地，如图20所示，可以使发光区域Ar按照发光区域Ar1→Ar3→Ar2→Ar4的顺序发光。注意，在图20所示的方法中，在“Ar1→Ar3”和“Ar2→Ar4”中的每一个的发光中，内部发光区域Ar在外部发光区域Ar之后发光。
如上所述，通过将发光元件2a被驱动为使得内部发光区域Ar在外部发光区域Ar之后发光，可以防止从发光单元2的中心部分开始发光，这可以增强抑制温度升高的效果。
注意，以上图18所示的驱动方法也是用于驱动发光元件2a以使得内部发光区域Ar在外部发光区域Ar之后发光的方法的一种类型。
图19和图20所示的驱动方法也可以与减少在时间方向上同时发光的发光元件2a的数量的方法相结合。例如，在图19的示例中，例如，发光区域Ar1中的发光元件2a的数量可以设置为300，发光区域Ar2中的发光元件2a的数量可以设置为250，发光区域Ar3中的发光元件2a的数量可以设置为150，并且发光区域Ar4中的发光元件2a的数量可以设置为100。
注意，参考图17至图20描述的作为驱动示例III的时分发光驱动方法，可以与在驱动示例II中在时间方向上改变同时发光组的数量的驱动方法相结合。
<7.实施例和修改的概述>
如上所述，作为实施例的光源装置(距离测量装置1)包括：发光单元(发光单元2)，设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件(发光元件2a)；以及驱动单元(驱动单元3或3A)，关于发光单元中的发光元件，使得要在发光目标时段(发光目标时段St)中发光的多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光。
通过采用时分发光，同时发光的发光元件的数量减少。
因此，可以抑制温度升高。
另外，在作为实施例的光源装置中，发光目标时段与接收从发光单元发射并被被摄体反射的光的图像传感器的帧时段同步。
这使得在用由发光单元发射并由图像传感器接收的光照射被摄体以进行距离测量的情况下，发光元件可以根据图像传感器的帧周期在适当的时刻发光。
因此，可以提高距离测量精度。另外，在光源装置用作测量被摄体距离的光源的情况下，可以抑制温度升高。
此外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元在使多个发光元件在发光目标时段中同时发光的同时发光驱动、和使多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光的分立发光驱动之间切换。
通过执行同时发光，在被摄体被由发光单元发射并由图像传感器接收的光照射以执行距离测量的情况下，防止了移动被摄体的距离测量精度的降低。
因此，根据上述配置，可以防止距离测量精度的降低并抑制温度升高。
此外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元基于温度在同时发光驱动和分立发光驱动之间切换。
这使得可以根据温度在同时发光和时分发光之间适当地切换，例如，在温度升高到预定值以上的情况下，从同时发光切换到时分发光。
因此，可以抑制温度升高，同时抑制距离测量精度的降低。
另外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元针对同时发光驱动和分立发光驱动设置发光单元的相同的总发光量。
这在被摄体被由发光单元发射并由图像传感器接收的光照射以执行距离测量的情况下，防止了在同时发光驱动和分立发光驱动之间由图像传感器接收的光量的差异。
因此，可以防止距离测量精度在同时发光驱动和分立发光驱动之间波动。
此外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元改变在时分发光期间在时间方向上同时发光的发光元件的数量。
由于温度升高的模式根据同时发光的发光元件的数量而变化，所以根据上述配置，当执行时分发光时，可以在时间方向上控制温度变化模式。具体地，可以在时间方向上控制温度变化模式以便抑制发光目标时段中的温度峰值。
因此，可以增强抑制温度升高的效果。
此外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元减少了在时分发光期间在时间方向上同时发光的发光元件的数量。
当执行时分发光时，存在发光顺序越晚，环境温度升高得越高的可能性。为此，通过减少在时间方向上同时发光的发光元件的数量，使得以较晚顺序发光的发光元件的数量少于以较早顺序发光的发光元件的数量。
结果，可以抑制发光目标时段中的温度峰值，并且增强抑制温度升高的效果。
另外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元根据温度改变同时发光组的数量，同时发光组是在时分发光中同时发光的发光元件的组。
增加同时发光组的数量，导致同时发光的发光元件的数量减少，从而增强了抑制温度升高的效果。另一方面，当被摄体移动时，增加同时发光组的数量，导致距离测量精度降低。通过如上所述根据温度改变同时发光组的数量，可以实现具有适当数量的同时发光组的时分发光，例如，当温度高时增加同时发光组的数量，当温度低时减少同时发光组的数量。
因此，可以增强抑制温度升高的效果，同时抑制距离测量精度的降低。
此外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元随着温度上升而增加同时发光组的数量。
结果，可以执行具有随着温度上升而抑制温度升高的更佳效果的发光驱动。
因此，可以提供一种不太可能发生由于温度升高而导致问题的光源装置。
此外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元驱动发光元件，使得发光单元中的相邻发光区域在时分发光期间不连续发光。
由于当相邻发光区域连续发光时温度升高，所以发光元件被驱动为使得相邻发光区域如上所述不连续发光。
因此，可以增强抑制温度升高的效果。
另外，在作为实施例的光源装置中，驱动单元驱动发光元件，使得在时分发光期间，发光单元中的内部发光区域在外部发光区域之后发光。
由于发光单元往往在中心部分积聚热量，所以如果从内部发光区域开始发光，则可能有助于温度升高。为此，如上所述，发光元件被驱动为使得内部发光区域在外部发光区域之后发光。
因此，可以增强抑制温度升高的效果。
另外，作为实施例的驱动方法是这样的驱动方法，该驱动方法包括：关于设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件的发光单元(发光单元2)中的发光元件(发光元件2a)，要在发光目标时段中发光的多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光。
此外，作为实施例的感测模块包括作为上述实施例的光源装置以及图像传感器(图像传感器7)，该图像传感器接收并捕捉从光源装置中包括的发光单元(发光单元2)发射并由被摄体反射的光(例如，参见图8所示的配置)。
通过作为实施例的这种驱动方法和感测模块，可以获得类似于作为上述实施例的光源装置的操作和效果。
注意，在上文中，为每个发光元件2a提供开关SW，以使每个发光元件2a能够单独驱动。然而，在本技术中，对每个发光元件2a的单独驱动不是必需的，并且至少对每个同时发光组启用单独驱动就足够了。
另外，尽管在上述示例中，本技术已经应用于距离测量装置，但是本技术不限于应用于距离测量的光源。
注意，本说明书中描述的效果仅仅是示例，并且不限于此，可以获得其他效果。
<8.本技术>
注意，本技术也可以以下述方式配置。
(1)一种光源装置，包括：
发光单元，设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件；以及
驱动单元，关于发光单元中的发光元件，驱动单元使得要在发光目标时段中发光的多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光。
(2)根据上述(1)的光源装置，其中，
发光目标时段与接收从发光单元发射并由被摄体反射的光的图像传感器的帧时段同步。
(3)根据上述(1)或(2)的光源装置，其中，
驱动单元在使多个发光元件在发光目标时段中同时发光的同时发光驱动、和使多个发光元件在发光目标时段中以时分方式发光的分立发光驱动之间切换。
(4)根据上述(3)的光源装置，其中，
驱动单元基于温度在同时发光驱动和分立发光驱动之间切换。
(5)根据上述(3)或(4)的光源装置，其中，
驱动单元为同时发光驱动和分立发光驱动设置发光单元的相同总发光量。
(6)根据上述(1)至(5)中任一项的光源装置，其中，
驱动单元改变在时分发光期间在时间方向上同时发光的发光元件的数量。
(7)根据上述(6)的光源装置，其中，
驱动单元减少在时分发光期间在时间方向上同时发光的发光元件的数量。
(8)根据上述(1)至(7)中任一项的光源装置，其中，
驱动单元根据温度改变同时发光组的数量，同时发光组是在时分发光期间同时发光的发光元件的组。
(9)根据上述(8)的光源装置，其中，
驱动单元随着温度升高，增加同时发光组的数量。
(10)根据上述(1)至(9)中任一项的光源装置，其中，
驱动单元驱动发光元件，使得发光单元中的相邻发光区域在时分发光期间不连续发光。
(11)根据上述(1)至(10)中任一项的光源装置，其中，
驱动单元驱动发光元件，使得在时分发光期间在发光单元中内部发光区域在外部发光区域之后发光。
附图标记列表
1 距离测量装置
2 发光单元
2a 发光元件
3、3A 驱动单元
7 图像传感器
10 温度检测单元
S 被摄体
B 基板
Ch2、Ch3、Ch4、Ch34、Ch7 芯片
30、30A 驱动电路
31 驱动控制单元
Q1、Q2 开关元件
SW 开关
St 发光目标时段
100、100A 光源装置。

Claims (13)

1.一种光源装置，包括：
发光单元，设置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件；以及
驱动单元，针对所述发光单元中的所述发光元件，所述驱动单元使得要在发光目标时段中发光的所述多个发光元件在所述发光目标时段中以时分方式发光。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述发光目标时段与接收从所述发光单元发射并从被摄体反射的光的图像传感器的帧时段同步。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述驱动单元在使所述多个发光元件在所述发光目标时段中同时发光的同时发光驱动与使所述多个发光元件在所述发光目标时段中以所述时分方式发光的分立发光驱动之间切换。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其中，
所述驱动单元基于温度在所述同时发光驱动和所述分立发光驱动之间切换。
5.根据权利要求3所述的光源装置，其中，
所述驱动单元为所述同时发光驱动和所述分立发光驱动设置所述发光单元的相同总发光量。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述驱动单元改变在时分发光期间在时间方向上同时发光的所述发光元件的数量。
7.根据权利要求6所述的光源装置，其中，
所述驱动单元减少在所述时分发光期间在所述时间方向上同时发光的所述发光元件的数量。
8.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述驱动单元根据温度改变同时发光组的数量，所述同时发光组是在时分发光期间同时发光的所述发光元件的组。
9.根据权利要求8所述的光源装置，其中，
随着温度升高，所述驱动单元增加所述同时发光组的数量。
10.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述驱动单元驱动所述发光元件，使得所述发光单元中的相邻发光区域在时分发光期间不连续发光。
11.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述驱动单元驱动所述发光元件，使得在时分发光期间在所述发光单元中内部发光区域在外部发光区域之后发光。
12.一种驱动方法，包括：
针对布置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件的发光单元中的所述发光元件，使得要在发光目标时段中发光的所述多个发光元件在所述发光目标时段中以时分方式发光。
13.一种感测模块，包括：
光源装置，包括：发光单元，布置有包括垂直腔面发射激光器的多个发光元件；以及驱动单元，针对所述发光单元中的所述发光元件，所述驱动单元使得要在发光目标时段中发光的所述多个发光元件在所述发光目标时段中以时分方式发光；以及
图像传感器，接收并捕获从所述发光单元发射并从被摄体反射的光。
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