CN113314946A - 发光装置、光学装置以及测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光装置、光学装置以及测量装置，与从单个种类的电容元件对激光部供给驱动电流的结构相比较，实现驱动电流的上升速度与装置的小型化的兼顾。发光装置包括：激光部；以及第一电容元件与第二电容元件，对所述激光部供给驱动电流，所述第一电容元件的等效串联电感比所述第二电容元件小，所述第二电容元件的容量比所述第一电容元件大，搭载面积比所述第一电容元件小。

Description

发光装置、光学装置以及测量装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置、光学装置以及测量装置。
背景技术
日本专利特开2008-252129号公报中记载了一种发光装置，其具有：陶瓷基板，具有透光性；发光元件，搭载于所述陶瓷基板的表面；配线图案，用于对所述发光元件供给电力；以及金属化层(metalization layer)，包含具有反光性的金属，所述金属化层以对从所述发光元件出射的光进行反射的方式而形成在所述陶瓷基板的内部。
发明内容
在基于借助光的飞行时间的、所谓的飞行时间(Time of Flight，ToF)法来进行被测量物的三维形状的测量的情况下，要求降低对激光部供给驱动电流的电流路径的电感，提高来自激光部的发光的上升速度。
本发明提供一种发光装置等，与从单个种类的电容元件对激光部供给驱动电流的结构相比较，实现驱动电流的上升速度与装置的小型化的兼顾。
根据本发明的第一方案，提供一种发光装置，包括：激光部；以及第一电容元件与第二电容元件，对所述激光部供给驱动电流，所述第一电容元件的等效串联电感比所述第二电容元件小，所述第二电容元件的容量比所述第一电容元件大，搭载面积比所述第一电容元件小。
根据本发明的第二方案，从所述第一电容元件输出并供给至所述激光部的驱动电流直至返回所述第一电容元件为止的第一电流路径长度，比从所述第二电容元件输出并供给至所述激光部的驱动电流直至返回所述第二电容元件为止的第二电流路径长度短。
根据本发明的第三方案，所述第二电流路径长度为所述第一电流路径长度的1.2倍以上。
根据本发明的第四方案，所述第一电容元件配置在比所述第二电容元件靠近所述激光部的位置。
根据本发明的第五方案，所述发光装置具有驱动所述激光部的驱动部，所述第一电容元件配置在比所述第二电容元件靠近所述激光部及所述驱动部的位置。
根据本发明的第六方案，所述发光装置具有驱动所述激光部的驱动部，所述激光部及所述驱动部分别为矩形形状，所述激光部与所述驱动部之间的距离为所述激光部的一边的长度或所述驱动部的一边的长度的2倍以下。
根据本发明的第七方案，所述激光部是在共同的半导体基板上形成有多个面发光激光元件的面发光激光元件阵列。
根据本发明的第八方案，所述发光装置具有使从所述激光部出射的光的方向及扩展角中的至少一者发生变化的光学构件。
根据本发明的第九方案，提供一种光学装置，包括：所述发光装置；以及受光部，接收从所述发光装置所包括的激光部出射并由被测量物予以反射的光，所述受光部输出信号，所述信号相当于从自所述激光部出射直至被所述受光部接收为止的时间。
根据本发明的第十方案，提供一种测量装置，包括：所述光学装置；以及三维形状确定部，基于从所述光学装置所包括的激光部出射并由被测量物予以反射而由所述光学装置所包括的受光部接收的光，来确定所述被测量物的三维形状，所述测量装置对所述被测量物的三维形状进行测量。
(效果)
根据所述第一方案，与从单个种类的电容元件对激光部供给驱动电流的结构相比较，实现驱动电流的上升速度与装置的小型化的兼顾。
根据所述第二方案，与第一电流路径长度比第二电流路径长度长的情况相比较，激光部的上升变快。
根据所述第三方案，与小于1.2倍的情况相比较，容易发挥第一电容元件的等效串联电感小带来的效果。
根据所述第四方案，与第一电容元件配置在比第二电容元件远离激光部的位置的情况相比较，容易将第一电流路径长度设定得短。
根据所述第五方案，与第一电容元件配置在比第二电容元件远离激光部及驱动部的位置的情况相比较，容易将第一电流路径长度设定得短。
根据所述第六方案，与激光部和驱动部的距离超过2倍的情况相比较，容易发挥第一电容元件的等效串联电感小带来的效果。
根据所述第七方案，与使用端面出射型激光器的情况相比较，容易将激光元件配置成二维状。
根据所述第八方案，与不具有光学构件的情况相比较，能够使从光源出射的光的方向或扩展角的至少一者变化而照射。
根据所述第九方案，可提供能够获取与三维形状对应的信号的光学装置。
根据所述第十方案，可提供能够进行三维形状的测量的测量装置。
附图说明
图1是说明对三维形状进行测量的测量装置的结构的一例的框图。
图2是光源的平面图。
图3是说明光源中的一个垂直腔面发射激光器元件(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL)的剖面结构的一例的图。
图4的(a)及图4的(b)是说明光扩散构件的一例的图。图4的(a)是平面图，图4的(b)是图4的(a)的IVB-IVB线处的剖面图。
图5是表示通过低侧驱动来驱动光源时的等效电路的一例的图。
图6的(a)及图6的(b)是说明电容器的图。图6的(a)是电容器的等效电路，图6的(b)是电容器的阻抗的频率特性。
图7的(a)及图7的(b)是说明低ESL电容器及非低ESL电容器的一例的图。图7的(a)是低ESL电容器，图7的(b)是非低ESL电容器。
图8是说明对光源供给的驱动电流脉冲的图。
图9的(a)至图9的(c)是说明适用本实施方式的发光装置4的图。图9的(a)是平面图，图9的(b)是图9的(a)的IXB-IXB线处的剖面图，图9的(c)是图9的(a)的IXC-IXC线处的剖面图。
图10是说明对发光装置中的光源进行驱动的电流路径的图。
图11是说明对发光装置中的光源进行驱动的电流路径的长度的图。
图12是说明为了比较所示的发光装置的图。
图13是说明为了比较所示的另一发光装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
在对被测量物的三维形状进行测量的测量装置中，有基于借助光的飞行时间的所谓飞行时间(Time of Flight，ToF)法来测量三维形状的装置。ToF法中，对从自测量装置的光源出射光的时机，直至所照射的光由被测量物予以反射而被测量装置的三维传感器(以下称作3D传感器)接收的时机为止的时间进行测量，以确定被测量物的三维形状。另外，将测量三维形状的对象称作被测量物。而且，有时将测量三维形状称作三维测量、3D测量或3D感知。
此种测量装置被搭载于移动信息处理装置等中，被利用于欲访问的用户的面部认证等。以往，移动信息处理装置等中，使用通过密码、指纹、虹膜等来认证用户的方法。近年，正寻求安全性更高的认证方法。因此，在移动信息处理装置中搭载对三维形状进行测量的测量装置。即，获取所访问的用户的面部的三维像，识别是否被允许访问，仅在认证为被允许访问的用户的情况下，才允许使用自身装置(移动信息处理装置)。
而且，此种测量装置也适用于增强现实(Augmented Reality，AR)等持续测量被测量物的三维形状的情况。
在借助ToF法的测量三维形状的测量装置中，要求来自激光部(以下称作光源)的发光的上升时间短。另外，所谓上升时间，是指从发光开始直至达到预先规定的光量为止的时间。来自光源的发光的上升时间越短，则测量的精度越提高。供给对光源进行驱动的驱动电流的驱动电路的电感越小，则来自光源的发光的上升时间越短。即，供给驱动电流的驱动电路的电感越大，则高频率(以下称作高频)的驱动电流越难以流动，来自光源的发光的上升时间将变得越长。另外，有时将上升时间称作上升速度。并且，有时将上升时间短称作上升快。
以下说明的本实施方式中所说明的结构、功能、方法等可适用于面部认证或增强现实以外的被测量物的三维形状的测量。
(测量装置1)
图1是说明对三维形状进行测量的测量装置1的结构的一例的框图。
测量装置1包括光学装置3与控制部8。控制部8控制光学装置3。并且，控制部8包含确定被测量物的三维形状的三维形状确定部81。控制部8构成为包含中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)等的计算机。另外，ROM包含非易失性的可重写的存储器，例如快闪存储器(flash memory)。并且，通过将储存在ROM中的程序或常数在RAM中展开，并由CPU来执行程序，从而构成三维形状确定部81，确定被测量物的三维形状。
以下，依序进行说明。
光学装置3包括发光装置4与3D传感器5。
发光装置4包括配线基板10、光源20、光扩散构件30、驱动部50、保持部60以及电容器70A、电容器70B。电容器70A是降低等效串联电感ESL(Equivalent Series Inductance)的电容器(以下称作低ESL电容器)，电容器70B是等效串联电感ESL比电容器70A大的电容器(以下称作非低ESL电容器)。另外，图1中，电容器70A、电容器70B分别记载了一个，但任一者或两者也可为多个。另外，发光装置4为了使驱动部50运行，也可包括其他电容器或电阻元件等电路零件。在不分别区分电容器70A、电容器70B的情况下，称作电容器70或电容器。关于电容器(低ESL电容器及非低ESL电容器)将后述。电容器有时被称作电容元件或电容器。另外，电容器70A为第一电容元件的一例，电容器70B为第二电容元件的一例。
光源20、驱动部50、电容器70A、电容器70B及保持部60被设在配线基板10的表面上。另外，图1中，3D传感器5未设在配线基板10的表面上，但也可设在配线基板10的表面上。并且，光扩散构件30被设在保持部60上。此处，所谓表面，是指图1的纸面的表侧。更具体而言，在配线基板10中，将设有光源20等之处称作表面、表侧或表面侧。
光源20构成为多个面发光激光元件呈二维地配置的面发光激光元件阵列(参照后述的图2)。作为一例，面发光激光元件为垂直腔面发射激光器元件VCSEL(Vertical CavitySurface Emitting Laser)。以下，设面发光激光元件为垂直腔面发射激光器元件VCSEL来进行说明。并且，将垂直腔面发射激光器VCSEL元件称作VCSEL。光源20被设在配线基板10上的表面上，因此光源20沿与配线基板10的表面垂直的方向朝向外部出射光。光源20为激光部的一例。
光扩散构件30使光源20所出射的光入射，并使入射的光扩散而出射。光扩散构件30是以覆盖光源20的方式而设。即，光扩散构件30通过设在配线基板10表面上的保持部60，从设在配线基板10上的光源20隔开预先规定的距离而设。因而，光源20所出射的光经光扩散构件30扩散而照射至被测量物。即，与不包括光扩散构件30的情况相比，光源20所出射的光经光扩散构件30扩散而照射至更宽的范围。
在通过ToF法来进行三维测量的情况下，要求光源20通过驱动部50来出射例如100MHz以上且上升时间为1ns以下的脉冲光(以下称作出射光脉冲)。即，光源20是通过驱动光源20的驱动电路来供给驱动电流脉冲而受到驱动，以将出射光脉冲予以出射。另外，在以面部认证为例的情况下，照射光的距离为10cm左右至1m左右。并且，照射光的范围为1m见方左右。另外，将照射光的距离称作测量距离，将照射光的范围称作照射范围或测量范围。而且，将假想地设于照射范围或测量范围的面称作照射面。另外，在面部认证以外的情况等下，直至被测量物为止的测量距离以及针对被测量物的照射范围也可为所述以外。
3D传感器5包括多个受光胞元(cell)，且输出一信号，所述信号相当于从光源20出射光的时机直至被3D传感器5接收的时机为止的时间。例如，3D传感器5的各受光胞元接收相对于来自光源20的出射光脉冲的、来自被测量物的脉冲状的反射光(以下称作受光脉冲)，在每个受光胞元中储存与直至受光为止的时间对应的电荷。3D传感器5构成为各受光胞元包括两个栅极以及与它们对应的电荷储存部的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)结构的器件。并且，通过对两个栅极交替地施加脉冲，从而将所产生的光电子高速传输至两个电荷储存部的任一个。在两个电荷储存部中，存储与出射光脉冲和受光脉冲的相位差相应的电荷。并且，3D传感器5经由模拟数字(Analog Digital，AD)转换器(converter)，对应于每个受光胞元来将与出射光脉冲和受光脉冲的相位差相应的数字值作为信号而输出。即，3D传感器5输出一信号，所述信号相当于从光自光源20出射的时机直至被3D传感器5接收的时机为止的时间。即，从3D传感器5获取与被测量物的三维形状对应的信号。因此，要求出射光脉冲的上升时间短，受光脉冲的上升时间短。即，要求为了驱动光源20而供给的驱动电流脉冲的上升时间短。另外，AD转换器既可由3D传感器5所包括，也可设在3D传感器5的外部。3D传感器5为受光部的一例。
并且，在3D传感器5例如为前述的CMOS结构的器件的情况下，控制部8的三维形状确定部81获取针对每个受光胞元而获得的数字值，并针对每个受光胞元而算出直至被测量物为止的距离。并且，根据所算出的距离来确定被测量物的三维形状，并输出确定结果。
如前所述，设控制部8构成为计算机，三维形状确定部81是通过程序而实现。但是，它们也可包含专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等集成电路。进而，它们也可包含程序等软件与ASIC等集成电路。
如以上所说明的那样，测量装置1使光源20所出射的光扩散而照射至被测量物，并利用3D传感器5而接收来自被测量物的反射光。这样，测量装置1对被测量物的三维形状进行测量。
图1中，分开表示了光学装置3与控制部8，但也可一体地构成。
首先，对构成发光装置4的光源20、光扩散构件30、驱动部50及电容器(电容器70A、电容器70B)进行说明。
(光源20的结构)
图2是光源20的平面图。此处，将纸面的右方向设为x方向，将纸面的上方向设为y方向。将绕逆时针方向与x方向及y方向正交的方向设为z方向。另外，所谓光源20的表面，是指纸面的表侧，即+z方向侧的面，所谓光源20的背面，是指纸面的背侧，即-z方向侧的面。所谓光源20的平面图，是从表面侧观察光源20的图。若作进一步说明，则在光源20中，将形成有作为发光层(后述的活性区域206)发挥功能的外延层之处称作光源20的表面、表侧或表面侧。
如前所述，光源20构成为将VCSEL作为面发光激光元件的面发光激光元件阵列。即，如图2的平面图所示，在从表面侧观察时，光源20是由多个VCSEL配置成二维的阵列状而构成。图2中，VCSEL是以排列成正方形的格子点的方式而排列，但也可以其他的排列方法来排列。
VCSEL是如下所述的面发光激光元件，即，在层叠于半导体基板200(参照后述的图3)上的下部多层膜反射镜与上部多层膜反射镜之间设置成为发光区域的活性区域，使激光光朝相对于表面而垂直的方向出射。由此，VCSEL与使用端面出射型激光元件的情况相比较，容易进行二维的阵列化。作为一例，光源20所包括的VCSEL的数量为100个～1000个。另外，多个VCSEL是彼此并联连接，从而并列地受到驱动。所述的VCSEL的数量为一例，只要根据测量距离或照射范围来设定即可。
此处，设光源20从表面侧观察的形状(称作平面形状，以下同样)为矩形(也有时称作矩形形状)。并且，将-y方向侧的侧面称作侧面21A，+y方向侧的侧面称作侧面21B，-x方向侧的侧面称作侧面22A，+x方向侧的侧面称作侧面22B。侧面21A与侧面21B相向。侧面22A与侧面22B分别连接侧面21A与侧面21B并且相向。并且，光源20的x方向的一边的长度(侧面21A、侧面21B的长度)为长度Ls1，y方向的一边的长度(侧面22A、侧面22B的长度)为长度Ls2。光源20的平面形状既可为长度Ls1与长度Ls2相同的正方形，也可为长度Ls1与长度Ls2不同的长方形。光源20的长度Ls1、长度Ls2取决于光源20所包括的VCSEL的数量或配置的间距等，例如为0.5mm～2mm，作为一例，为1mm。并且，将光源20的平面形状的中心(x方向的中心及y方向的中心)设为光源20的中心Os。另外，光源20的平面形状也可为矩形以外。
在光源20的表面，设有多个VCSEL共用的阳极电极218。在光源20的背面，设有阴极电极214(参照后述的图3)。即，多个VCSEL并联连接。通过将多个VCSEL并联连接而进行驱动，从而与独立地驱动VCSEL的情况相比较，可出射强光。
(VCSEL的结构)
图3是说明光源20中的一个VCSEL的剖面结构的一例的图。所述VCSEL为λ共振结构的VCSEL。将纸面的上方向设为z方向，将+z方向称作上侧，-z方向称作下侧。
VCSEL是在n型的GaAs等的半导体基板200上，依序层叠有n型的下部分布布拉格型反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)202、活性区域206与p型的上部分布布拉格型反射镜208而构成，所述n型的下部分布布拉格型反射镜202是将Al成分不同的AlGaAs层交替地重叠而成，所述活性区域206包含被上部隔膜层及下部隔膜层夹着的量子阱层，所述p型的上部分布布拉格型反射镜208是将Al成分不同的AlGaAs层交替地重叠而成。以下，将分布布拉格型反射镜称作DBR。
n型的下部DBR202构成为使Al0.9Ga0.1As层与GaAs层成对的层叠体。下部DBR202的各层的厚度为λ/4nr(其中，λ为振荡波长，nr为介质的折射率)，且交替地层叠有40周期。作为载体(carrier)，掺杂(doping)有作为n型杂质的硅(Si)。载体浓度例如为3×1018cm-3。
活性区域206是由下部隔膜层、量子阱活性层与上部隔膜层层叠而构成。例如，下部隔膜层为非掺杂(undope)的Al0.6Ga0.4As层，量子阱活性层为非掺杂的InGaAs量子阱层及非掺杂的GaAs障壁层，上部隔膜层为非掺杂的Al0.6Ga0.4As层。
p型的上部DBR208构成为使p型的Al0.9Ga0.1As层与GaAs层成对的层叠体。上部DBR208的各层的厚度为λ/4nr，且交替地层叠有29周期。作为载体，掺杂有作为p型杂质的碳(C)。载体浓度例如为3×1018cm-3。优选的是，在上部DBR208的最上层，形成包含p型GaAs的接触(contact)层，在上部DBR208的最下层或其内部，形成有p型AlAs的电流狭窄层210。
通过对从上部DBR208层叠至下部DBR202为止的半导体层进行蚀刻，从而在半导体基板200上形成圆柱状的台面(mesa)M。由此，电流狭窄层210露出于台面M的侧面。通过氧化工序，在电流狭窄层210中，形成从台面M的侧面氧化而成的氧化区域210A与被氧化区域210A包围的导电区域210B。另外，在氧化工序中，AlAs层的氧化速度快于AlGaAs层，氧化区域210A从台面M的侧面朝向内部而以大致固定的速度受到氧化，因此导电区域210B的剖面形状成为反映出台面M的外形的形状即圆形状，其中心与以一点划线所示的台面M的轴大致一致。本实施方式中，台面M呈柱状结构。
在台面M的最上层，形成将Ti/Au等层叠而成的金属制的环状的p侧电极212。p侧电极212欧姆接触至设在上部DBR208的接触层。环状的p侧电极212的内侧成为激光光朝外部出射的光出射口212A。即，VCSEL朝与半导体基板200的表面(+z方向侧的面)垂直的+z方向出射光。并且，台面M的轴成为光轴。进而，在半导体基板200的背面，形成作为n侧电极的阴极电极214。另外，p侧电极212的内侧的上部DBR208的表面(+z方向侧的面)为光出射面。
并且，以除了在p侧电极212连接阳极电极218的部分及光出射口212A以外而覆盖台面M的表面的方式，设置绝缘膜216。并且，除了光出射口212A以外，以与p侧电极212欧姆接触的方式而设置阳极电极218。另外，阳极电极218是多个VCSEL共用地设置。即，构成光源20的多个VCSEL各自的p侧电极212通过阳极电极218而并联连接。
图3中，在阳极电极218的部分标注为表示是阳极的[A]，在阴极电极214的部分标注为表示是阴极的[K]。
VCSEL既可以单横模式振荡，也可以多横模式振荡。例如，一个VCSEL的光输出为4mW～8mW。因而，在光源20包含500个VCSEL的情况下，光源20的光输出为2W～4W。
(光扩散构件30的结构)
图4的(a)及图4的(b)是说明光扩散构件30的一例的图。图4的(a)是平面图，图4的(b)是图4的(a)的IVB-IVB线处的剖面图。图4的(a)中，将纸面的右方向设为x方向，将纸面的上方向设为y方向。将绕逆时针方向与x方向及y方向正交的方向设为z方向。并且，在光扩散构件30中，将+z方向侧称作表面或表面侧，将-z方向侧称作背面或背面侧。因而，图4的(b)中，纸面的右方向为x方向，纸面的背方向为y方向，纸面的上方向为z方向。
如图4的(b)所示，光扩散构件30例如包括树脂层32，所述树脂层32在两面为平行且平坦的玻璃基材31的背面(-z方向)侧形成有用于使光扩散的凹凸。光扩散构件30将从光源20的VCSEL入射的光的扩展角扩大而出射。即，形成于光扩散构件30的树脂层32的凹凸使光折射或者散射，从而使入射的光成为更宽的扩展角的光而出射。即，如图4的(a)及图4的(b)所示，光扩散构件30使从背面(-z方向侧)入射的、从VCSEL出射的扩展角θ的光，自表面(+z方向侧)成为比扩展角θ大的扩展角φ的光而出射(θ＜φ)。因此，当使用光扩散构件30时，与未使用光扩散构件30的情况相比，通过光源20所出射的光而照射的照射面的面积扩大。扩展角θ、扩展角φ为半峰宽(Full Width Half Maximum，FWHM)。
此处，光扩散构件30的平面形状为矩形。并且，光扩散构件30的厚度(z方向的厚度)td为0.1mm～1mm。另外，光扩散构件30的平面形状也可为多边形或圆形等其他形状。
(驱动部50及电容器70A、电容器70B)
在欲使光源20更高速地驱动的情况下，可进行低侧驱动。所谓低侧驱动，是指下述结构，即，使MOS晶体管等驱动元件相对于VCSEL等驱动对象而位于使电流流动的路径(以下称作电流路径)的下游侧。相反，使驱动元件位于上游侧的结构称作高侧驱动。
图5是表示通过低侧驱动来驱动光源20时的等效电路的一例的图。图5中，表示了光源20的VCSEL、驱动部50、电容器70A、电容器70B及电源82。而且，图5中，一并表示了图1所示的控制部8。另外，电源82被设于控制部8中。电源82产生将+侧设为电源电位，将-侧设为基准电位的直流电压。电源电位被供给至电源线83，基准电位被供给至基准线84。另外，基准电位可为接地电位(有时被称作GND，图5中标记为[G])。
如前所述，光源20是由多个VCSEL并联连接而构成。VCSEL的阳极电极218(参照图3，图5中标注为[A])连接于电源线83。
驱动部50包括n沟道型的MOS晶体管51以及使MOS晶体管51通断的信号产生电路52。MOS晶体管51的漏极(图5中标注为[D])连接于VCSEL的阴极电极214(参照图3，图5中标注为[K])。MOS晶体管51的源极(图5中标注为[S])连接于基准线84。并且，MOS晶体管51的栅极连接于信号产生电路52。即，VCSEL与驱动部50的MOS晶体管51串联连接于电源线83与基准线84之间。信号产生电路52通过控制部8的控制，而产生将MOS晶体管51设为导通状态的“H电平”的信号与将MOS晶体管51设为断开状态的“L电平”的信号。
电容器70A、电容器70B各自的其中一端子连接于电源线83(图5的VCSEL的[A])，另一端子连接于基准线84(图5的[G])。
接下来，对借助低侧驱动的光源20的驱动方法进行说明。
首先，设驱动部50中的信号产生电路52所产生的信号为“L电平”。此时，MOS晶体管51为断开状态。即，在MOS晶体管51的源极(图5的[S])-漏极(图5的[D])间无电流流动。因而，与MOS晶体管51串联连接的VCSEL中也无电流流动。即，VCSEL不发光。
此时，电容器70A、电容器70B连接于电源82，电容器70A、电容器70B的连接于电源线83的其中一端子(图5的VCSEL的[A]侧的端子)成为电源电位，连接于基准线84的另一端子(图5的[G]侧的端子)成为基准电位。因而，电容器70A、电容器70B从电源82流动有电流(被供给电荷)而受到充电。
接下来，当驱动部50中的信号产生电路52所产生的信号变为“H电平”时，MOS晶体管51从断开状态转变为导通状态。于是，在电容器70A、电容器70B与串联连接的MOS晶体管51及VCSEL之间构成闭环，储存在电容器70A、电容器70B中的电荷经由串联连接的MOS晶体管51而供给至VCSEL。即，电流流至VCSEL而VCSEL发光。所述闭环是供给用于使光源20发光的驱动电流的电流路径。另外，针对每个电容器70A、电容器70B而供给用于使光源20发光的驱动电流，因此电流路径是对应于每个电容器70A、电容器70B而构成。即，如图5所示，电流从电容器70A流至光源20的路径为电流路径75A，电流从电容器70B流至光源20的路径为电流路径75B。另外，有时将对光源20供给驱动电流称作驱动光源20。
并且，当驱动部50中的信号产生电路52所产生的信号再次变为“L电平”时，MOS晶体管51从导通状态转变为断开状态。由此，包含电容器70A、电容器70B与串联连接的MOS晶体管51及VCSEL的闭环变为开环，不再有电流流至VCSEL。由此，VCSEL停止发光。于是，电容器70A、电容器70B从电源82流动有电流(被供给电荷)而受到充电。
如以上所说明的那样，每当信号产生电路52所输出的信号转变为“H电平”与“L电平”时，MOS晶体管51反复导通与断开，VCSEL反复发光与不发光。MOS晶体管51的通/断的反复有时被称作开关。
如上所述，当使MOS晶体管51从断开转变为导通时，使储存在电容器70A、电容器70B中的电荷一下子放电而对VCSEL供给驱动电流。
此处，对电容器(低ESL电容器与非低ESL电容器)进行说明。
图6的(a)及图6的(b)是说明电容器的图。图6的(a)是电容器的等效电路，图6的(b)是电容器的阻抗的频率特性。另外，图6的(b)中，横轴为频率，纵轴为阻抗。
如图6的(a)所示，电容器是以将电容C、等效串联电感ESL及等效串联电阻ESR(Equivalent Series Resistance)串联连接而成的等效电路来表示。
如图6的(b)所示，电容器在频率低的情况下，阻抗根据电容C而定。即，电容器为容量性，其阻抗随着频率而下降。另一方面，电容器在频率高的情况下，阻抗根据等效串联电感ESL而定。即，电容器为感应性，阻抗随着频率而增加。另外，电容C与等效串联电感ESL成为相同阻抗的频率称作共振频率。
为了缩短对光源20供给的驱动电流脉冲的上升时间，高频时的阻抗小，即等效串联电感ESL小为佳。即，为了缩短对光源20供给的驱动电流脉冲的上升时间，使用以降低等效串联电感ESL的方式而构成的电容器即低ESL电容器为佳。如图6的(b)所示，低ESL电容器比起等效串联电感ESL比低ESL电容器大的结构的非低ESL电容器，高频时的阻抗小。如前所述，电容器70A为低ESL电容器，电容器70B为非低ESL电容器。
图7的(a)及图7的(b)是说明低ESL电容器(电容器70A)及非低ESL电容器(电容器70B)的一例的图。图7的(a)为低ESL电容器(电容器70A)，图7的(b)为非低ESL电容器(电容器70B)。它们是双端子的层叠陶瓷电容器。层叠陶瓷电容器如图7的(a)、图7的(b)所示，包括平面形状为矩形的氧化钛或钛酸钡等的陶瓷片71、及设在陶瓷片71的表面上的内部配线72，且具有将它们多个层叠的结构。
图7的(a)所示的低ESL电容器即电容器70A构成为，在平面形状为矩形的陶瓷片71中，电流沿短边方向流动。即，低ESL电容器在短边方向的两端部设置电极，而构成双端子的层叠陶瓷电容器。当将在陶瓷片71中电流流动的方向(短边方向)设为长度Lc1，将与电流流动的方向正交的方向(长边方向)设为宽度Wc1时，长度Lc1小于宽度Wc1(Lc1＜Wc1)。这样，在低ESL电容器中，通过缩短内部的电流路径，从而与接下来说明的非低ESL电容器相比，等效串联电感ESL变小。此种宽度Wc1比长度Lc1大的低ESL电容器有时被称作LW逆转型。
图7的(b)所示的非低ESL电容器即电容器70B构成为，在平面形状为矩形的陶瓷片71中，电流沿长边方向流动。即，非低ESL电容器在长边方向的两端部设置电极，而构成双端子的层叠陶瓷电容器。当将在陶瓷片71中电流流动的方向(长边方向)设为长度Lc2，将与电流流动的方向正交的方向(短边方向)设为宽度Wc2时，长度Lc2大于或等于宽度Wc2(Lc2≧Wc2)。因而，非低ESL电容器中，内部的电流路径变长，因此与低ESL电容器相比，等效串联电感ESL变大。
若使用等效串联电感ESL小的低ESL电容器，则高频率时的阻抗变小，对光源20供给的驱动电流脉冲的上升时间变短。
但是，低ESL电容器多为尽管在配线基板10上所占的搭载面积比非低ESL电容器大，但额定容量小者。另一方面，非低ESL电容器使用高介电常数的陶瓷片71，多为即使在配线基板10上的搭载面积小但额定容量大者。因此，在适用本实施方式的发光装置4中，并用作为低ESL电容器的电容器70A与作为非低ESL电容器的电容器70B。即，与电容器70B相比，电容器70A在配线基板10上所占的搭载面积大。
图8是说明对光源20供给的驱动电流脉冲的图。图8中，横轴为时间，纵轴为电流。
如图8所示，将驱动电流脉冲从电流值“0”增加至最大电流值“Imax”的90％为止的时间称作上升时间tr。在适用本实施方式的发光装置4中，驱动电流脉冲的上升时间tr中的上升部分α是由作为低ESL电容器的电容器70A来供给。进而，供给驱动电流的部分β是由作为非低ESL电容器的电容器70B来供给。
(发光装置4)
接下来，详细说明发光装置4。
图9的(a)至图9的(c)是说明适用本实施方式的发光装置4的图。图9的(a)是平面图，图9的(b)是图9的(a)的IXB-IXB线处的剖面图，图9的(c)是图9的(a)的IXC-IXC线处的剖面图。另外，图9的(a)是透视光扩散构件30而观察的图。此处，图9的(a)中，将纸面的右方向设为x方向，将纸面的上方向设为y方向。将绕逆时针方向与x方向及y方向正交的方向(纸面的表方向)设为z方向。并且，关于以下说明的各构件(配线基板10、光扩散构件30等)，将纸面的表方向(+z方向)称作表面或表面侧，将纸面的背方向(-z方向)称作背面或背面侧。以下，将从表面侧透视各构件而观察的情况称作俯视。另外，图9的(b)及图9的(c)中，纸面的右方向为x方向，纸面的背方向为y方向，纸面的上方向为z方向。
如图9的(a)及图9的(b)所示，在配线基板10的表面上设有光源20、驱动部50、电容器70A、电容器70B及保持部60。并且，在保持部60上设有光扩散构件30。
配线基板10是在玻璃环氧树脂等的绝缘性的基材(有时称作绝缘层)上设置配线层而构成，所述配线层形成包含铜(Cu)箔等金属的配线。另外，所谓配线，是指进行电气电路连接的导体图案，形状不受限定。此处，设配线基板10是具有四层配线层的印刷配线基板来进行说明。作为一例，玻璃环氧树脂等的基材有玻璃复合基板(CEM-3)或玻璃环氧基板(FR-4)。
如图9的(a)所示，发光装置4中，光源20与驱动部50在配线基板10上以沿x方向排列的方式而配置。
保持部60包括以包围光源20的方式而设的壁(图9的(a)中，以虚线表示光源20侧)。并且，如图9的(b)所示，保持部60通过所述壁来保持光扩散构件30。即，光扩散构件30是通过保持部60，从设在配线基板10上的光源20隔开预先规定的距离而设。并且，光扩散构件30是以覆盖光源20的方式而设。此处，所谓光扩散构件30覆盖光源20，是指光扩散构件30以设在光源20所出射的光的出射路径上，光源20所出射的光透过光扩散构件30的方式而设。即，是指在从光扩散构件30的表面侧俯视的情况下，光源20与光扩散构件30重合的状态。
保持部60例如构成为树脂等的成型构件。并且，保持部60例如可被着色成黑色，以吸收光源20所发出的光。借此，光源20所出射的光内的、照射至保持部60的光被保持部60吸收。因而，照射至保持部60的光透过保持部60或者被保持部60反射而照射至被测量物的情况得到抑制。
配线基板10如图9的(b)及图9的(c)所示，从配线基板10的表面侧(+z方向侧)起包括第一配线层、第二配线层、第三配线层及第四配线层。第一配线层与第二配线层通过绝缘层11A而绝缘，第二配线层与第三配线层通过绝缘层11B而绝缘，第三配线层与第四配线层通过绝缘层11C而绝缘。另外，在不区分绝缘层11A、绝缘层11B、绝缘层11C的情况下，称作绝缘层11。
在第一配线层，设有彼此电性分离的阴极配线12、阳极配线13F、基准电位配线14F。另外，图9的(a)中，以一点划线表示了被驱动部50掩盖的阴极配线12、基准电位配线14F的部分。
在第二配线层，设有基准电位配线14M。如图9的(a)中的虚线所示，基准电位配线14M被设在配线基板10的整个面，即所谓的整面。并且，阴极配线12、阳极配线13F、基准电位配线14F是以在俯视时与基准电位配线14M重合的方式而设。另外，图9的(a)中，基准电位配线14M的边缘以从阴极配线12、阳极配线13F、基准电位配线14F的任一者的边缘突出的方式而设得较宽。但是，基准电位配线14M的边缘也可不从阴极配线12、阳极配线13F、基准电位配线14F的任一者的边缘突出。
在第三配线层，设有电源电位配线13M。电源电位配线13M既可与基准电位配线14M同样地，设在配线基板10的整个面，即所谓的整面，也可以与阳极配线13F连接的方式而局部地设置。
如图9的(a)及图9的(b)所示，第一配线层中的阴极配线12的平面形状为矩形，且以连接光源20与驱动部50的方式而设。并且，在阴极配线12的其中一个(-x方向侧)端部上，设有光源20。即，以阴极配线12与构成光源20的VCSEL的阴极电极214相接触的方式，在阴极配线12上搭载有光源20(VCSEL)。并且，阴极配线12的另一个(+x方向侧)端部以连接于驱动部50的MOS晶体管51的漏极(参照图5的[D])的方式，而连接于驱动部50。
第一配线层中的阳极配线13F的平面形状为矩形，且设在光源20的侧面21A(-y方向)侧。并且，在光源20的侧面21A侧，构成光源20的VCSEL的阳极电极218(参照图2、图3)与阳极配线13F利用接合线23而连接。而且，阳极配线13F与电容器70A、电容器70B各自的其中一个(-x方向侧)端子连接。
并且，第一配线层中的基准电位配线14F是设在未设有阴极配线12及阳极配线13F的部分。此处，如图9的(a)所示，在配线基板10的+x方向侧及+y方向侧呈L字状设置。并且，基准电位配线14F是以连接于驱动部50的MOS晶体管51的源极(参照图5的[S])的方式，而连接于驱动部50。
如图9的(b)及图9的(c)所示，第一配线层中的基准电位配线14F与第二配线层中的基准电位配线14M利用设于绝缘层11A的贯穿导体14V而连接。另外，所谓贯穿导体，是指在设于绝缘层11的贯穿孔内设置铜(Cu)等的导电材料，将绝缘层11的表面侧的配线与背面侧的配线予以电连接的构件。贯穿导体有时被称作通孔。
而且，第一配线层中的阳极配线13F与第三配线层中的电源电位配线13M利用设于绝缘层11A及绝缘层11B的贯穿导体13V而连接。另外，贯穿导体13V与第二配线层中的基准电位配线14M电性分离。
图10是说明对发光装置4中的光源20进行驱动的电流路径的图。图10所示的发光装置4与图9的(a)所示的发光装置4的平面图相同。
如图2所示，光源20的平面形状为，x方向的长度为长度Ls1，y方向的长度为长度Ls2。驱动部50的平面形状为矩形，x方向的长度为长度Ld1，y方向的长度为长度Ld2。驱动部50的平面形状既可为长度Ld1与长度Ld2相同的正方形，也可为长度Ld1与长度Ld2不同的长方形。驱动部50的长度Ld1、长度Ld2例如为1mm～5mm，作为一例，为2mm。而且，光源20与驱动部50之间为距离Lg。另外，驱动部50的平面形状也可为矩形以外。
此处，驱动电流从电容器70A流至光源20的电流路径75A如图10中的一点划线所示，从电容器70A的其中一端子经由阳极配线13F、接合线23、光源20、阴极配线12、驱动部50，并且经由基准电位配线14F而到达电容器70A的另一端子。同样，驱动电流从电容器70B流至光源20的电流路径75B如图10中的一点划线所示，从电容器70B的其中一端子经由阳极配线13F、接合线23、光源20、阴极配线12、驱动部50，并且经由基准电位配线14F而到达电容器70B的另一端子。此处，电流路径75A为第一电流路径的一例，电流路径75B为第二电流路径的一例。
为了缩短电流路径75A、电流路径75B而降低电流路径的电感，缩短光源20与驱动部50之间的距离Lg为佳。此处，光源20与驱动部50之间的距离Lg是光源20的一边的长度(长度Ls1及长度Ls2)的2倍以下为佳。或者，光源20与驱动部50之间的距离Lg是驱动部50的一边的长度(长度Ld1及长度Ld2)的2倍以下为佳。进而，光源20与驱动部50之间的距离Lg是光源20的一边的长度(长度Ls1及长度Ls2)的2倍以下，且光源20与驱动部50之间的距离Lg是驱动部50的一边的长度(长度Ld1及长度Ld2)的2倍以下为佳。若光源20与驱动部50之间的距离Lg长，则光源20与驱动部50之间的阴极配线12或基准电位配线14M的电感贡献将变大，使用低ESL电容器的优点将变小。即，光源20与驱动部50之间的距离Lg越短，则使用低ESL电容器的优点变大。即，光源20与驱动部50之间的距离Lg越短，则光源20与驱动部50之间的电流路径的电感越小，驱动电流脉冲的上升时间tr越短。光源20与驱动部50之间的距离Lg例如为0.1mm～5mm，作为一例，为0.5mm。
图11是说明对发光装置4中的光源20进行驱动的电流路径的长度的图。另外，将电流路径的长度称作电流路径长度。图11是说明相对于图10中的电流路径75A、电流路径75B的电流路径长度76A、电流路径长度76B的图。
此处，如图11所示，相对于从电容器70A到达电容器70A的电流路径75A的电流路径长度76A是以连结光源20的中心Os、驱动部50的中心Od、电容器70A的中心OA的线来定义。同样地，相对于从电容器70B到达电容器70B的电流路径75B的电流路径长度76B是以连结光源20的中心Os、驱动部50的中心Od、电容器70B的中心OB的线来定义。即，此处所示的电流路径长度76A、电流路径长度76B是电流流动的最短路径。电流路径长度76A为第一电流路径长度的一例，电流路径长度76B为第二电流路径长度的一例。
并且，作为低ESL电容器的电容器70A配置在比作为非低ESL电容器的电容器70B靠近光源20及驱动部50的位置。因而，电容器70A的电流路径长度76A比电容器70B的电流路径长度76B短。电流路径长度76A、电流路径长度76B均短为佳。电流路径长度越短，则电流路径的电感越小，驱动电流脉冲的上升时间tr越短。但是，若电流路径长度存在差异，则电流路径长度的差异越大，以电流路径长度短的方式采用低ESL电容器的优点便越大。例如，电容器70B的电流路径长度76B也可为电容器70A的电流路径长度76A的1.2倍以上。
另外，作为低ESL电容器的电容器70A也可配置在比作为非低ESL电容器的电容器70B靠近光源20及驱动部50中的其中任一者的位置。此时，作为低ESL电容器的电容器70A配置在比作为非低ESL电容器的电容器70B靠近光源20的位置为佳。若将电容器70A配置在靠近驱动部50的位置，则与电容器70A未配置在靠近驱动部50的位置的情况相比，从电容器70A直至光源20为止的距离变短，从电容器70A直至光源20为止的电感变小。
图12是说明为了比较所示的发光装置4'的图。发光装置4'不使用作为低ESL电容器的电容器70A，而仅使用作为非低ESL电容器的电容器70B。即，仅使用单个种类的电容器。其他结构与图9的(a)至图9的(c)所示的发光装置4相同，因此标注相同的符号并省略说明。
如前所述，非低ESL电容器中，使用高介电常数的陶瓷片71，多为即使在配线基板10上的搭载面积小但额定容量大者。例如要驱动2W左右的光源20，只要一个非低ESL电容器即可。因此，配线基板10变小。即，实现发光装置4的小型化、光学装置3的小型化等装置的小型化。但是，非低ESL电容器中，与低ESL电容器相比，等效串联电感ESL大，因此难以供给与图8所示的驱动电流脉冲的上升部分α对应的电流。
图13是说明为了比较所示的另一发光装置4″的图。发光装置4″不使用作为非低ESL电容器的电容器70B，而仅使用作为低ESL电容器的电容器70A。即，仅使用单个种类的电容器。其他结构与图9的(a)至图9的(c)所示的发光装置4相同，因此标注相同的符号并省略说明。
如前所述，低ESL电容器多为尽管在配线基板10上所占的搭载面积大但额定容量小者。因此，在不使用作为非低ESL电容器的电容器70B，而仅使用作为低ESL电容器的电容器70A的情况下，例如要驱动2W左右的光源20，须使用多个电容器70A。如图13所示，发光装置4″中，使用了三个电容器70A-1、70A-2、70A-3。此时，对应于每个电容器70A-1、电容器70A-2、电容器70A-3而构成电流路径75A-1、电流路径75A-2、电流路径75A-3。于是，电流路径75A-2、电流路径75A-3与电流路径75A-1相比，电流路径长度变长，电感增加。因此，难以获得使用低ESL电容器来减小电感的优点。并且，若使用多个低ESL电容器(电容器70A-1、电容器70A-2、电容器70A-3)，则在配线基板10上所占的搭载面积变大，从而难以实现发光装置4的小型化、光学装置3的小型化等装置的小型化。
因此，在适用本实施方式的发光装置4中，使用作为低ESL电容器的电容器70A与作为非低ESL电容器的电容器70B这些不同种类的电容器，缩短驱动电流脉冲的上升时间tr，并且减小电容器70A、电容器70B在配线基板10上的搭载面积，实现发光装置4的小型化、光学装置3的小型化等装置的小型化。即，发光装置4实现了驱动电流的上升速度与装置的小型化的兼顾。
发光装置4中的光源20的光输出为2W～4W。此种大输出的光源20的发热大。因此，要求从光源20有效率地进行散热。因而，也可将光源20设在导热率比配线基板10大的绝缘性的散热基材上，并将散热基材设在配线基板10上。另外，被用于配线基板10的称作FR-4的绝缘层的导热率为0.4W/m·K左右。因而，作为散热基材，优选导热率为10W/m·K以上的基材，进而优选50W/m·K以上的基材。并且，更优选导热率为100W/m·K以上的基材。作为导热率为10W/m·K以上的基材，可列举导热率为20W/m·K～30W/m·K的氧化铝(Al2O3)。而且，作为导热率为50W/m·K以上的基材，可列举导热率为85W/m·K左右的氮化硅(Si3N4)。进而，作为导热率为100W/m·K以上的基材，可列举导热率为150W/m·K～250W/m·K的氮化铝(AlN)。它们有时被称作陶瓷材料。并且，散热基材整体包含陶瓷材料为佳。而且，散热基材也可为未掺杂有杂质的硅(Si)等其他导热率大的绝缘性材料。
另外，适用本实施方式的发光装置4中，在配线基板10的表面上设有光源20与驱动部50，但设有光源20的电路基板与设有驱动部50的电路基板也可独立地构成，且它们利用柔性扁平电缆(Flexible Flat Cable，FFC)或柔性印刷电路(Flexible Printed Circuit，FPC)等而连接。
而且，适用本实施方式的发光装置4中，作为光学构件的一例，使用了光扩散构件30，所述光扩散构件30通过扩散来使入射的光的扩展角以扩大的方式而变化并出射。光学构件也可为使光朝与入射方向不同的方向变化而出射的衍射光学元件(DiffractiveOptical Element，DOE)等。而且，光学构件也可为聚光透镜、微透镜、保护罩等透明构件。

Claims (10)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
激光部；以及
第一电容元件与第二电容元件，对所述激光部供给驱动电流，
所述第一电容元件的等效串联电感比所述第二电容元件小，
所述第二电容元件的容量比所述第一电容元件大，搭载面积比所述第一电容元件小。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
从所述第一电容元件输出并供给至所述激光部的驱动电流直至返回所述第一电容元件为止的第一电流路径长度，比从所述第二电容元件输出并供给至所述激光部的驱动电流直至返回所述第二电容元件为止的第二电流路径长度短。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
所述第二电流路径长度为所述第一电流路径长度的1.2倍以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，
所述第一电容元件配置在比所述第二电容元件靠近所述激光部的位置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，
具有驱动所述激光部的驱动部，
所述第一电容元件配置在比所述第二电容元件靠近所述激光部及所述驱动部的位置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，
具有驱动所述激光部的驱动部，
所述激光部及所述驱动部分别为矩形形状，
所述激光部与所述驱动部之间的距离为所述激光部的一边的长度或所述驱动部的一边的长度的2倍以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光装置，其特征在于，
所述激光部是在共同的半导体基板上形成有多个面发光激光元件的面发光激光元件阵列。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置，其特征在于，
具有使从所述激光部出射的光的方向及扩展角中的至少一者发生变化的光学构件。
9.一种光学装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至8中任一项所述的发光装置；以及
受光部，接收从所述发光装置所包括的激光部出射并由被测量物予以反射的光，
所述受光部输出信号，所述信号相当于从自所述激光部出射直至被所述受光部接收为止的时间。
10.一种测量装置，其特征在于，包括：
如权利要求9所述的光学装置；以及
三维形状确定部，基于从所述光学装置所包括的激光部出射并由被测量物予以反射而由所述光学装置所包括的受光部接收的光，来确定所述被测量物的三维形状，
所述测量装置对所述被测量物的三维形状进行测量。
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