CN113614562A - 发光装置、光学装置以及信息处理装置 - Google Patents

发光装置、光学装置以及信息处理装置 Download PDF

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Abstract

所述发光装置具备：以单横模振荡的接近检测用光源；以多横模振荡的3D形状测定用光源，其构成为具有比接近检测用光源更大的光输出，并独立于接近检测用光源进行驱动；以及扩散板，其设置在3D形状测定用光源的射出路径上。

Description

发光装置、光学装置以及信息处理装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置、光学装置以及信息处理装置。
背景技术
专利文献1公开了一种摄像装置，其具备：光源；扩散板，其在预定平面上具有彼此相邻配置的多个透镜，并对光源射出的光进行扩散；以及摄像元件，其接收经扩散板扩散后的光由被摄体反射的反射光。此处，多个透镜被配置为，扩散后的光中的干涉条纹的周期为三个像素以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-54769号公报
发明内容
发明要解决的课题
已知一种通过将从光源射出的光经由光扩散部件等扩散照射于被测定物来测定被测定物的三维形状的结构。
在该情况下，从节能等观点出发，可以考虑以下结构，其具备：接近检测用光源，其检测被测定物是否处于预先确定的距离内；以及三维测定用光源，其将具有比接近检测用光源高的光输出的光经由光扩散部件等扩散照射于被测定物。
此处，作为接近检测用光源，不希望发散角过宽，以使得在被测定物的照射面上光密度不会过度降低。另一方面，作为三维测定用光源，由于利用光扩散部件等进行扩散照射，因此不希望发散角过窄，反而希望光输出高。
本公开的示例性实施方式涉及一种发光装置，其具备：第一光源；以及第二光源，其构成为具有比第一光源大的光输出，并独立于第一光源进行驱动，与以与在扩散照射中使用的第二光源的发散角相同的发散角从第一光源照射光的结构相比，能够抑制从第一光源射出的光在照射面上的光密度的降低。
用于解决课题的手段
[1]根据本公开的一个方式，提供一种发光装置，其具备：以单横模振荡的第一光源；以多横模振荡第二光源，其构成为具有比所述第一光源大的光输出，并独立于所述第一光源进行驱动；以及光扩散部件，其设置在所述第二光源的射出路径上。
[2]在[1]所述的发光装置中，也可以是，所述第一光源包含至少一个第一垂直共振器面发光激光元件，所述第二光源包含多个第二垂直共振器面发光激光元件，所述发光装置以使得从一个所述第一垂直共振器面发光激光元件输出的光比从一个所述第二垂直共振器面发光激光元件输出的光小的方式进行驱动。
[3]在[1]所述的发光装置中，也可以是，所述第一光源包含至少一个第一垂直共振器面发光激光元件，所述第二光源包含多个第二垂直共振器面发光激光元件，所述发光装置以使得所述第一垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率由比所述第二垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率低的光输出进行驱动。
[4]在[2]或[3]所述的发光装置中，也可以是，所述第一垂直共振器面发光激光元件以使得一个所述第一垂直共振器面发光激光元件的光输出处于1mW以上4mW以下的范围内的方式进行驱动。
[5]在[2]至[4]中任一项所述的发光装置中，也可以是，所述第二垂直共振器面发光激光元件以使得一个所述第二垂直共振器面发光激光元件的光输出处于4mW以上8mW以下的范围内的方式进行驱动。
[6]在[2]至[5]中任一项所述的发光装置中，也可以是，所述第一垂直共振器面发光激光元件具有长共振器器结构，在振荡波长为λ时，其共振器器长度为5λ以上20λ以下。
[7]根据本公开的另一方式，提供一种光学装置，其具备：[1]至[6]中任一项所述的发光装置；以及受光部，其接收从所述发光装置的所述第一光源射出并由被测定物反射的第一反射光、以及从所述发光装置的所述第二光源射出并由所述被测定物反射的第二反射光，其中，所述受光部输出与光从所述第一光源射出到该光由所述受光部接收到为止的时间相当的信号、以及与光从所述第二光源射出到该光由所述受光部接收到为止的时间相当的信号。
[8]根据本公开的另一方式，提供一种光学装置，其具备：[1]至[6]中任一项所述的发光装置；以及受光部，其接收从所述发光装置的所述第一光源射出并由被测定物反射的第一反射光、以及从所述发光装置的所述第二光源射出并由所述被测定物反射的第二反射光，在所述第一反射光表示所述被测定物存在于预定距离内的情况下，从所述第二光源射出光。
[9]根据本公开的另一方式，提供一种信息处理装置，其具备：[7]或[8]所述的光学装置；以及形状确定部，其基于从所述光学装置的所述第二光源射出并由所述被测定物反射的第二反射光，确定所述被测定物的三维形状。
[10]根据[9]所述的信息处理装置，也可以具备：认证处理部，其基于所述形状确定部的确定结果，进行与所述信息处理装置的使用相关的认证处理。
发明效果
根据[1]所述的发光装置，与以与用于扩散照射的第二光源的发散角相同的发散角从第一光源照射光的结构相比，能够抑制从第一光源射出的光在照射面上的光密度的降低。
根据[2]所述的发光装置，与使第一垂直共振器面发光激光元件的光输出与第二垂直共振器面发光激光元件的光输出一致的情况相比，能够抑制从第一垂直共振器面发光激光元件射出的光在照射面上的光密度的降低。
根据[3]所述的发光装置，与使第一垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率与第二垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率一致的情况相比，能够抑制从第一垂直共振器面发光激光元件射出的光在照射面上的光密度的降低。
根据[4]所述的发光装置，与在超过4mW的区域中驱动的情况相比较，能够照射发散角较窄的光。
根据[5]所述的发光装置，与在小于4mW的区域中驱动的情况相比，第二垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率提高。
根据[6]所述的发光装置，与由共振器长度与λ一致的通常的单模垂直共振器面发光激光元件构成的情况相比，发散角变窄。
根据[7]所述的光学装置，能够进行接近检测和三维测量。
根据[8]所述的光学装置，在预定的距离内不存在被测定物的情况下，不从第二光源射出光。
根据[9]所述的信息处理装置，能够测量三维形状。
根据[10]所述的信息处理装置，能够安装基于三维形状的认证处理功能。
附图说明
图1是表示应用本实施方式的信息处理装置的一个例子的图。
图2是说明信息处理装置的结构的框图。
图3是光学装置的平面图和剖面图的一个例子，(a)是平面图，(b)是沿着(a)中IIIB-IIIB线的剖面图。
图4是说明接近检测用光源和3D形状测定用光源的结构的图。
图5是说明接近检测用光源中的一个VCSEL的剖面构造的图。
图6是说明3D形状测定用光源中的一个VCSEL的剖面构造的图。
图7是说明一般的VCSEL的光输出与电力转换效率之间的关系的图。
图8是说明扩散板的结构的一个例子的图，(a)是平面图，(b)是沿着(a)中VIIIB-VIIIB线的剖面图。
图9是表示扩散板的变形例的图，(a)表示扩散板的第一变形例，(b)表示扩散板的第二变形例。
图10是说明3D传感器的图。
图11是用于进行与信息处理装置的使用相关的认证处理的流程图。
图12是说明低侧驱动的图。
图13是说明发光装置中的接近检测用光源、3D形状测定用光源以及光量监视用受光元件的配置的图，(a)表示作为本实施方式而说明的配置，(b)表示配置的第一变形例，(c)表示配置的第二变形例，(d)表示配置的第三变形例。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的示例性实施方式进行详细说明。
通常，信息处理装置会识别访问了该信息处理装置的用户是否被允许访问，并仅在认证为是允许访问的用户的情况下，允许该用户使用本装置即信息处理装置。到目前为止，一直使用的是通过密码、指纹、虹膜等来认证用户的方法。近来，正在寻求一种具有更高安全性的认证方法。该方法进行基于用户的面部形状等三维图像的认证。
在此，信息处理装置以便携式信息处理终端为例来进行说明，并说明其通过识别作为三维图像而被捕捉到的面部的形状来认证用户。另外，信息处理装置可以应用于除了便携式信息处理终端之外的诸如个人计算机(PC)等信息处理装置。
进而，在本示例性实施方式中说明的结构、功能、方法等除了能够应用于面部形状的识别以外，还能够应用于物体的三维形状的识别，也可以将面部以外的物体作为被测定物，应用于其形状的识别。此外，到被测定物的距离不限。
[信息处理装置1]
图1是表示应用本示例性实施方式的信息处理装置1的一个例子的图。如上所述，信息处理装置1以便携式信息处理终端为例。
信息处理装置1具备用户接口部(以下，标记为UI部)2和用于获取三维图像的光学装置3。UI部2例如是通过将向用户显示信息的显示设备和通过用户的操作输入对信息处理的指示的输入设备形成一体而构成的。显示设备例如是液晶显示器、有机EL显示器，输入设备例如是触控面板。
光学装置3具备发光装置4和三维传感器(以下，标记为3D传感器)6。发光装置4为了获取三维图像而朝向被测定物、在此说明的例子中朝向面部射出光。3D传感器6获取发光装置4射出并由面部反射而返回的光。在此，根据基于光的飞行时间的所谓的TOF(Time ofFlight)法，获取面部的三维图像。以下，在被测定物为面部的情况下，也只标记为被测定物。
另外，信息处理装置1构成为包括中央处理单元(CPU：Central ProcessingUnit)、只读存储器(ROM：Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)等的计算机。另外，在ROM中包括非易失性的可改写的存储器，例如闪存。存储在ROM中的程序、常数被加载到RAM中，并由CPU执行，从而信息处理装置1运行并执行各种信息处理。
图2是说明信息处理装置1的结构的框图。
信息处理装置1具备上述光学装置3、光学装置控制部8以及系统控制部9。如上所述，光学装置3具备发光装置4和3D传感器6。光学装置控制部8控制光学装置3。光学装置控制部8包括形状确定部81。系统控制部9将信息处理装置1整体作为系统进行控制。系统控制部9包括认证处理部91。在系统控制部9上连接有UI部2、扬声器92、二维(2D)照相机93等。另外，3D传感器6是受光部的一个例子。
以下，依次进行说明。
如上所述，光学装置3具备发光装置4和3D传感器6。发光装置4包括接近检测用光源10、3D形状测定用光源20、扩散板30、光量监视用受光元件(在图2中也标记为PD)40、第一驱动部50A、以及第二驱动部50B。另外，接近检测用光源10是第一光源的一个例子，3D形状测定用光源20是第二光源的一个例子，扩散板30是光扩散部件的一个例子。
发光装置4中的第一驱动部50A驱动接近检测用光源10，第二驱动部50B驱动3D形状测定用光源20。例如，以射出数10MHz以上数100MHz以下的脉冲光(以下，标记为出射光脉冲)的方式驱动接近检测用光源10和3D形状测定用光源20。
如后所述，光学装置3构成为，3D传感器6接收从接近检测用光源10和3D形状测定用光源20分别朝向被测定物照射并从被测定物发射的反射光。
3D传感器6包括多个受光区域61(参照后述的图10)。3D传感器6输出与光从接近检测用光源10被射出到该光由被测定物反射并由3D传感器6接收到为止的时间相当的信号、以及与光从3D形状测定用光源20被射出到该光由被测定物反射并由3D传感器6接收到为止的时间相当的信号。另外，3D传感器6也可以具备聚光用的透镜。
从接近检测用光源10照射并从被测定物反射的光是第一反射光的一个例子，从3D形状测定用光源20照射并从被测定物反射的光是第二反射光的一个例子。
光学装置控制部8的形状确定部81从3D传感器6获取在每个受光区域61得到的数字值，并对每个受光区域61计算到被测定物的距离，以确定被测定物的3D形状。
在形状确定部81确定出的确定结果即被测定物的3D形状是预先存储在ROM等中的3D形状的情况下，系统控制部9的认证处理部91进行与信息处理装置1的使用相关的认证处理。另外，作为一个例子，与信息处理装置1的使用相关的认证处理是指是否允许本装置即信息处理装置1的使用的处理。例如，在被测定物即面部的3D形状与存储于ROM等存储部件的面部形状一致的情况下，允许使用包含信息处理装置1提供的各种应用等的本装置即信息处理装置1。
作为一个例子，上述形状确定部81和认证处理部91由程序构成。另外，形状确定部81和认证处理部91也可以由专用集成电路(ASIC：Application Specific IntegratedCircuit)、现场可编程门阵列(FPGA：Field-Programmable Gate Array)等集成电路构成。形状确定部81和认证处理部91也可以由程序等软件和集成电路构成。
在图2中，分别分开示出了光学装置3、光学装置控制部8和系统控制部9，但系统控制部9也可以包括光学装置控制部8。此外，光学装置控制部8也可以包含于光学装置3。另外，光学装置3、光学装置控制部8和系统控制部9也可以一体构成。
(光学装置3的整体结构)
接着，对光学装置3进行详细说明。
图3是光学装置3的平面图和剖面图的一个例子。在图3中，(a)是平面图，(b)是沿着(a)中IIIB-IIIB线的剖面图。在此，在图3的(a)中，将纸面的横向方向设为x方向，将纸面的上方向设为y方向。将在逆时针方向上与x方向和y方向正交的方向设为z方向。
如图3的(a)所示，在光学装置3中，在电路基板7上的x方向上配置有发光装置4和3D传感器6。电路基板7以由绝缘性材料构成的板状部件为基材，设置有由导电性材料构成的导体图案。绝缘性材料例如由陶瓷、环氧树脂等构成。在电路基板7上设置有由导电性材料构成的导体图案。另外，导电性材料例如是铜(Cu)、银(Ag)等金属或包含这些金属的导电性膏。电路基板7可以是在表面设置有导体图案的单层基板，也可以是设置有多层导体图案的多层基板。此外，发光装置4和3D传感器6也可以分别配置在不同的电路基板上。
在发光装置4中，作为一个例子，在电路基板7上的+x方向上依次配置光量监视用受光元件40、3D形状测定用光源20、接近检测用光源10、第一驱动部50A以及第二驱动部50B。
接近检测用光源10和3D形状测定用光源20各自在俯视时的形状即平面形状为四边形，向相同方向(图3的(b)中的z方向)射出光。另外，接近检测用光源10和3D形状测定用光源20各自的平面形状也可以不是四边形。此外，接近检测用光源10和3D形状测定用光源20可以直接搭载在电路基板7上，也可以经由氧化铝、氮化铝等散热用基材搭载在电路基板7上。以下，将接近检测用光源10和3D形状测定用光源20直接搭载在电路基板7上的情况进行说明。以下，俯视是指在图3的(a)中从z方向观察。
在电路基板7上，驱动接近检测用光源10的第一驱动部50A和驱动3D形状测定用光源20的第二驱动部50B沿y方向并排地配置。第一驱动部50A的额定输出设定为比第二驱动部50B的额定输出小。因此，第一驱动部50A的外形尺寸比第二驱动部50B的外形尺寸小。第二驱动部50B需要以大电流驱动3D形状测定用光源20。因此，第二驱动部50B比第一驱动部50A优先配置，使得从第二驱动部50B到3D形状测定用光源20的距离变短。即，第二驱动部50B被配置为使得连接到3D形状测定用光源20的布线具有较宽的图案宽度。另一方面，第一驱动部50A配置在从第二驱动部50B横向偏移的位置、即第二驱动部50B的+y方向侧。
在电路基板7上，接近检测用光源10配置于3D形状测定用光源20与第二驱动部50B之间。在电路基板7上，光量监视用受光元件40配置在接近3D形状测定用光源20的位置、即相对于3D形状测定用光源20配置在与第二驱动部50B的配置位置相反的一侧。这样，通过使接近检测用光源10、3D形状测定用光源20以及光量监视用受光元件40接近配置，容易通过共用的扩散板30覆盖这些部件。相反，在接近检测用光源10与3D形状测定用光源20隔开距离地配置的情况下，若通过共用的扩散板30覆盖，则需要尺寸大的扩散板30。
如图3的(a)所示，作为一个例子，扩散板30的平面形状为长方形。另外，扩散板30的平面形状也可以不是长方形。如图3的(b)所示，扩散板30设置在距离接近检测用光源10和3D形状测定用光源20预先确定的距离处。此外，在接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的光射出方向侧由间隔物33支承扩散板30。扩散板30被设置为覆盖接近检测用光源10、3D形状测定用光源20和光量监视用受光元件40。间隔物33被设置为包围接近检测用光源10、3D形状测定用光源20和光量监视用受光元件40。若间隔物33由吸收接近检测用光源10和3D形状测定用光源20射出的光的部件构成，则可抑制接近检测用光源10和3D形状测定用光源20射出的光经由间隔物33辐射到外部。此外，通过利用扩散板30和间隔物33对接近检测用光源10、3D形状测定用光源20等进行密封，从而实现防尘、防湿等。在本示例性实施方式中，通过使接近检测用光源10、3D形状测定用光源20和光量监视用受光元件40接近配置，容易用小尺寸的间隔物33包围。相反，在接近检测用光源10和3D形状测定用光源20隔开距离地配置的情况下，如果用共用的间隔物33包围，则需要大尺寸的间隔物33。在准备两个小尺寸的间隔物33、分别包围接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的结构的情况下，部件增加到两倍。由于在接近检测用光源10与3D形状测定用光源20之间没有设置间隔物33，因此与将间隔物33设置在中间的结构相比，能够实现发光装置4的小型化。
光量监视用受光元件40例如是输出与受光量对应的电信号的、由硅等构成的光电二极管(PD)。
光量监视用受光元件40接收从3D形状测定用光源20射出并由扩散板30的背面即-z方向侧的面反射的光。光量监视用受光元件40也可以接收从接近检测用光源10射出并由扩散板30的背面反射的光。
通过光量监视用受光元件40接收到的光量(受光量)，经由光学装置控制部8，由第二驱动部50B控制3D形状测定用光源20，以维持预先确定的光输出。
在光量监视用受光元件40的受光量极端降低的情况下，由于扩散板30脱落或破损，因此3D形状测定用光源20射出的光有可能直接照射到外部。在这样的情况下，经由光学装置控制部8，由第二驱动部50B抑制3D形状测定用光源20的光输出。例如，3D形状测定用光源20停止照射光。
在发光装置4中，接近检测用光源10由第一驱动部50A驱动，由此射出用于检测被测定物的接近的光。3D形状测定用光源20由第二驱动部50B驱动，由此射出用于测定被测定物的3D形状的光。光量监视用受光元件40接收3D形状测定用光源20射出的光中由扩散板30反射的光，监视3D形状测定用光源20的光输出。然后，基于由光量监视用受光元件40监视的3D形状测定用光源20的光输出，经由第二驱动部50B控制3D形状测定用光源20的光输出。另外，光量监视用受光元件40也可以与3D形状测定用光源20同样地监视接近检测用光源10的光输出。
(接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的结构)
图4是说明接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的结构的图。接近检测用光源10构成为包含垂直共振器面发光激光元件VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)-A。另一方面，3D形状测定用光源20构成为包含垂直共振器面发光激光元件VCSEL-B。以下，将垂直共振器面发光激光元件VCSEL-A标记为VCSEL-A，将垂直共振器面发光激光元件VCSEL-B标记为VCSEL-B。另外，在不区分VCSEL-A和VCSEL-B时，标记为VCSEL。VCSEL-A是第一垂直共振器面发光激光元件的一个例子，VCSEL-B是第二垂直共振器面发光激光元件的一个例子。
VCSEL是在层叠于基板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，并使激光向与基板垂直的方向射出的发光元件。因此，VCSEL容易进行二维排列的阵列化。在此，接近检测用光源10包含一个以上的VCSEL-A，3D形状测定用光源20包含多个VCSEL-B。
接近检测用光源10的VCSEL-A射出用于检测被测定物是否正在接近信息处理装置1的光。3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出用于测定被测定物的3D形状的光。在以面部认证为例的情况下，测定距离为10cm左右至1m左右。测定被测定物的3D形状的范围(以下，标记为测定范围或照射范围，将该范围设为照射面)约为1m见方。
在该情况下，接近检测用光源10所包含的VCSEL-A的数量为1个以上50个以下。3D形状测定用光源20所包含的VCSEL-B的数量为100个以上1000个以下。即，3D形状测定用光源20的VCSEL-B的数量比接近检测用光源10的VCSEL-A的数量多。如后所述，接近检测用光源10的多个VCSEL-A相互并联连接，并被并联驱动。此外，3D形状测定用光源20的多个VCSEL-B也同样地相互并联连接，并被并联驱动。另外，上述VCSEL的数量是一个例子，只要根据测定距离、测定范围来设定即可。作为一个例子，图4所示的接近检测用光源10构成为包含4个VCSEL-A。
接近检测用光源10不需要向测定范围的整个面照射光，只要检测被测定物是否接近测定范围即可。因此，接近检测用光源10只需向测定范围内的一部分照射光即可。因此，接近检测用光源10的VCSEL-A的数量也可以较少。接近检测用光源10为了检测被测定物是否接近信息处理装置1，在存在信息处理装置1的使用请求的情况下，以预先确定的周期向测定范围照射光。因此，要求接近检测用光源10为低功耗。
另一方面，3D形状测定用光源20在检测到被测定物接近测定范围的情况下，向测定范围的整个面照射光。根据3D传感器6从测定范围接收到的反射光，确定3D形状。因此，要求3D形状测定用光源20的VCSEL-B的出射光量较大。为了均匀地照射测定范围的整个面，3D形状测定用光源20包含多个VCSEL-B。另外，3D形状测定用光源20仅在测定3D形状的情况下射出光，因此即使功耗较高也是允许的。
(接近检测用光源10的VCSEL-A的结构)
接着，对接近检测用光源10的VCSEL-A的结构进行说明。
接近检测用光源10照射光以检测被测定物是否正在接近。因此，接近检测用光源10的VCSEL-A优选是低输出的、预先确定的距离内的光密度为预先确定的值的垂直共振器面发光激光元件。即，接近检测用光源10的VCSEL-A优选是低功耗且光密度设为来自被测定物的反射光可由3D传感器6可靠地检测。因此，要求VCSEL-A的出射光的发散角较小，光密度随距离而降低得较少。
另外，光密度是指辐射照度。
在此，作为一个例子，作为接近检测用光源10的VCSEL-A，使用以单横模即在单模下振荡的单模VCSEL。与以多横模即在多模下振荡的多模VCSEL相比，单模VCSEL的出射光的发散角较小。因此，即使光输出相同，单模VCSEL在照射面上的光密度也比多模VCSEL大。另外，出射光的发散角是指从VCSEL射出的光的半峰全宽(FWHM：Full Width at HalfMaximum)(参照图8的(b)的θ1、θ2)。另外，在此，单横模是指，以发散角为参数的出射光的强度分布具有单峰性即强度峰值为一个的特性。例如，也可以在维持单峰性的范围内包含多个横模。
接近检测用光源10的VCSEL-A也可以使用具有长共振器结构的VCSEL作为单模VCSEL而构成。
具有长共振器结构的VCSEL通过在具有共振器长度为振荡波长λ的一般的λ共振器结构的VCSEL内的活性区域与一方的多层膜反射镜之间，导入数λ至数10λ的间隔物层，使共振器长度变长，由此增加高次横模的损失。由此，具有长共振器结构的VCSEL能够以比具有一般的λ共振器结构的VCSEL的氧化孔径大的氧化孔径进行单模振荡。在具有典型的λ共振器结构的VCSEL中，由于纵模间隔(有时称为“自由频谱范围”)较大，因此可以在单纵模下获得稳定的操作。与此相对，在具有长共振器结构的VCSEL的情况下，共振器长度变长，从而纵模间隔变窄，并且在共振器内存在多个纵模即驻波，其结果，容易引起纵模间的切换。因此，在具有长共振器结构的VCSEL中，要求抑制纵模间的切换。
具有长共振器结构的VCSEL与具有一般的λ共振器结构的单模VCSEL相比，更容易将发散角设定得较窄。
图5是说明接近检测用光源10中的一个VCSEL-A的剖面结构的图。VCSEL-A是具有长共振器结构的VCSEL。
VCSEL-A是在n型GaAs基板100上层叠以下部件而构成：n型下部分布布拉格反射镜(DBR：Distributed Bragg Reflector)102，其交替堆叠有Al组成不同的AlGaAs层；共振器延长区域104，其形成在下部DBR102上，延长共振器长度；n型载流子阻挡层105，其形成在共振器延长区域104上；活性区域106，其形成在载流子阻挡层105上，包含夹在上部间隔物层和下部间隔物层之间的量子阱层；以及p型上部DBR108，其形成在活性区域106上，并交替堆叠有Al组成不同的AlGaAs层。
n型下部DBR102是Al0.9Ga0.1As层和GaAs层成对的多层层叠体，各层的厚度是λ/4nr(其中，λ是振荡波长，nr是介质的折射率)，并且这些层交替层叠40个周期。掺杂了作为n型杂质的硅之后的载流子浓度例如为3×1018cm-3。
共振器延长区域104是通过一系列外延生长而形成的单片层。共振器延长区域104由AlGaAs、GaAs或AlAs构成，使得晶格常数与GaAs基板一致或匹配。为了射出940nm频带的激光，共振器延长区域104由不产生光吸收的AlGaAs构成。共振器延长区域104的膜厚设定为2μm以上5μm以下左右、振荡波长λ的5λ以上20λ以下。因此，载流子的迁移距离变长。因此，共振器延长区域104优选为载流子迁移率较大的n型，因此被插入到n型下部DBR102与活性区域106之间。这样的共振器延长区域104有时被称为腔延长区域或腔空间。
优选地，在共振器延长区域104与活性区域106之间，形成例如由Al0.9Ga0.1As构成的带隙较大的载流子阻挡层105。通过插入载流子阻挡层105，能够防止来自活性区域106的载流子泄漏，改善发光效率。如后所述，在共振器延长区域104中插入有赋予使激光的振荡强度稍微减弱的光学损失的层120，因此载流子阻挡层105起到填补这样的损失的作用。例如，载流子阻挡层105的膜厚为λ/4mnr(其中，λ为振荡波长，m为整数，nr为介质的折射率)。
活性区域106通过层叠下部间隔物层、量子阱活性层和上部间隔物层而构成。例如，下部间隔物层是未掺杂的Al0.6Ga0.4As层，量子阱活性层是未掺杂的InGaAs量子阱层以及未掺杂的GaAs势垒层，上部间隔物层是未掺杂的Al0.6Ga0.4As层。
p型上部DBR108是p型Al0.9Ga0.1As层和GaAs层的层叠体，各层的厚度是λ/4nr，并且这些层交替层叠29个周期。掺杂了作为p型杂质的碳之后的载流子浓度例如为3×1018cm-3。优选地，在上部DBR108的最上层形成由p型GaAs构成的接触层，并且在上部DBR108的最下层或其内部形成p型AlAs的电流狭窄层110。
通过对从上部DBR108到下部DBR102层叠的半导体层进行蚀刻，在基板100上形成圆柱状的台面M1，电流狭窄层110在台面M1的侧面露出。在电流狭窄层110中，形成有从台面M1的侧面选择性地氧化而成的氧化区域110A和被氧化区域110A包围的导电区域110B。导电区域110B是氧化孔。在氧化过程中，AlAs层的氧化速度比AlGaAs层快，氧化区域110A从台面M1的侧面朝向内部以大致恒定的速度被氧化，因此导电区域110B的与基板平行的平面形状为反映台面M1的外形的形状即圆形形状，其中心与台面M1的点划线所示的轴方向大致一致。在具有长共振器结构的VCSEL-A中，能够使用于获得单横模的导电区域110B的直径比具有通常的λ共振器结构的VCSEL大，例如，能够将导电区域110B的直径增大至7μm以上8μm以下左右。
在台面M1的最上层形成有层叠了Ti/Au等的金属制的环状的p侧电极112。p侧电极112与上部DBR108的接触层欧姆接触。环状的p侧电极112的内侧为向外部射出激光的光射出口112A。即，台面M1的中心轴方向成为光轴。进而，在基板100的背面，形成阴极电极114作为n侧电极。另外，包含光射出口112A的上部DBR108的表面是射出面。
而且，以覆盖除了p侧电极112与后述的阳极电极118的连接部分和光射出口112A之外的、台面M1的表面的方式，设置有绝缘层116。而且，除了光射出口112A之外，阳极电极118以与p侧电极112欧姆接触的方式设置。另外，在除了多个VCSEL-A中的各光射出口112A之外的位置，设置有阳极电极118。即，在接近检测用光源10的多个VCSEL-A中，各个p侧电极112通过阳极电极118并联连接。
在具有长共振器结构的VCSEL中，由于在由共振器长度规定的反射频带内可能存在多个纵模，因此需要抑制纵模间的切换或者跳变。在此，为了将所需的纵模的振荡波段设为940nm，并抑制向除此以外的纵模的振荡波段的切换，在共振器延长区域104内设置对不需要的纵模的驻波赋予光学损失的层120。即，光学损失赋予层120被导入至所需的纵模的驻波的波节的位置。光学损失赋予层120由与构成共振器延长区域104的半导体层相同的Al组成的半导体材料构成，例如由Al0.3Ga0.7As构成。光学损失赋予层120优选具有比构成共振器延长区域104的半导体层更高的杂质掺杂浓度，例如，在构成共振器延长区域104的AlGaAs的杂质浓度为1×1017cm-3时，光学损失赋予层120具有1×1018cm-3的杂质浓度，并构成为具有比其他半导体层高一个数量级左右的杂质浓度。当杂质浓度变高时，由载流子引起的光吸收变大，从而导致损失。选择光学损失赋予层120的膜厚，使得对所需的纵模的损失不会变大，优选为与位于驻波的波节处的电流狭窄层110相同程度的膜厚(10nm以上30nm以下左右)。
插入光学损失赋予层120，使其相对于所需的纵模的驻波位于波节处。驻波的波节的强度较弱，因此光学损失赋予层120对所需的纵模赋予的损失的影响较小。另一方面，对于不需要的纵模的驻波，光学损失赋予层120位于波节以外的波腹处。驻波的波腹的强度比波节大，因此光学损失赋予层120对不需要的纵模赋予的损失变大。这样，通过减小对所需的纵模赋予的损失，并且增大对不需要的纵模赋予的损失，能够选择性地使不需要的纵模不共振，抑制纵模跳变。
光学损失赋予层120不一定要设置于共振器延长区域104所需的纵模的驻波的各波节的位置，也可以是单一的层。在该情况下，驻波的强度越接近活性区域106则越大，因此只要在离活性区域106近的波节的位置形成光学损失赋予层120即可。此外，如果允许纵模间的切换或跳变，则也可以不设置光学损失赋予层120。
(3D形状测定用光源20的VCSEL-B)
接着，对3D形状测定用光源20的VCSEL-B进行说明。
3D形状测定用光源20是为了确定被测定物的3D形状而照射光的光源。因此，3D形状测定用光源20以预先确定的光密度照射预先确定的测定范围。在此，3D形状测定用光源20的VCSEL-B优选由比单模VCSEL更容易高输出化的多模VCSEL构成。
图6是说明3D形状测定用光源20中的一个VCSEL-B的剖面结构的图。该VCSEL-B是上述具有一般的λ共振器结构的VCSEL。即，VCSEL-B不具备上述VCSEL-A中的共振器延长区域104。
VCSEL-B通过在由n型GaAs构成的基板200上层叠以下部件而构成：n型下部DBR202，其交替堆叠有Al组成不同的AlGaAs层；活性区域206，其形成在下部DBR202上，包含夹在上部间隔物层和下部间隔物层之间的量子阱层；以及p型上部DBR208，其形成在活性区域206上，并交替堆叠有Al组成不同的AlGaAs层。另外，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。
由于下部DBR202、活性区域206、上部DBR208、电流狭窄层210与上述VCSEL-A的下部DBR102、活性区域106、上部DBR108、电流狭窄层110相同，因此省略说明。
通过对从上部DBR208到下部DBR202层叠的半导体层进行蚀刻，在基板200上形成圆柱状的台面M2，电流狭窄层210在台面M2的侧面露出。在电流狭窄层210中，形成有从台面M2的侧面选择性地氧化而成的氧化区域210A和被氧化区域210A包围的导电区域210B。导电区域210B是氧化孔。导电区域210B的与基板平行的平面形状为反映台面M2的外形的形状即圆形形状，其中心与台面M2的点划线所示的中心轴方向大致一致。
在台面M2的最上层形成有层叠了Ti/Au等的金属制的环状的p侧电极212，p侧电极212与上部DBR208的接触层欧姆接触。在p侧电极212上形成有中心与台面M2的轴方向一致的圆形的光射出口212A，从光射出口212A向外部射出激光。即，台面M2的轴方向成为光轴。进而，在基板200的背面，形成阴极电极214作为n侧电极。包含光射出口212A的上部DBR208的表面是射出面。
以覆盖除了p侧电极212与后述的阳极电极218的连接部分和光射出口212A之外的、台面M2的表面的方式，设置有绝缘层216。除了光射出口212A之外，阳极电极218以与p侧电极212欧姆接触的方式设置。在除了多个VCSEL-B中的各光射出口212A之外的位置，设置有阳极电极218。即，在构成3D形状测定用光源20的多个VCSEL-B中，各个p侧电极212通过阳极电极218并联连接。
图7是说明一般的VCSEL的光输出与电力转换效率之间的关系的图。
一般地，VCSEL在一个4mW以上8mW以下的光输出时电力转换效率最大。但是，与在光输出比其小的范围内使用的情况相比，发散角变大。因此，照射面上的光密度的上升与光输出的增加不成比例。
在此，优选驱动接近检测用光源10的VCSEL-A，以具有可使电力转换效率下降的光输出的范围。即，通过有意地以低于可使电力转换效率最大的范围的光输出来使VCSEL-A发光，使得VCSEL-A以较窄的发散角发光。另外，在照射面上光密度不足的情况下，能够通过增加VCSEL-A的数量而不增加每个VCSEL-A的光输出，来保持较窄的发散角，同时提高光密度。作为一个例子，VCSEL-A的一个光输出被设定为1mW以上4mW以下。接近检测用光源10中的VCSEL-A的数量例如为1个以上50个以下。另外，在图4所示的结构中，如上所述，为了在避开电力转换效率处于最大的范围(4mW以上8mW以下)内的同时提高光密度，构成为接近检测用光源10包含多个VCSEL-A。
另一方面，优选驱动3D形状测定用光源20的VCSEL-B，以具有可使电力转换效率最大的光输出的范围。作为一个例子，VCSEL-B的一个光输出被设定为4mW以上8mW以下。3D形状测定用光源20中的VCSEL-B的数量例如为100个以上1000个以下。
(扩散板30的结构)
接着，对扩散板30进行说明。
图8是说明扩散板30的结构的一个例子的图。在图8中，(a)是平面图，(b)是沿着(a)的VIIIB-VIIIB线的剖面图。
如图3的(a)和(b)所示，扩散板30设置在接近检测用光源10和3D形状测定用光源20射出光的一侧，使接近检测用光源10和3D形状测定用光源20分别射出的光扩散。扩散板30具有进一步扩大入射到扩散板30上的光的发散角的功能。
如图8的(a)所示，扩散板30具备第一区域30A和第二区域30B。换言之，扩散板30构成为第一区域30A和第二区域30B为一体的部件。第一区域30A设置在接近检测用光源10的VCSEL-A射出的光的射出路径上，第二区域30B设置在3D形状测定用光源20射出的光的射出路径上。即，如图3的(a)所示，在从表面观察(俯视)发光装置4的情况下，扩散板30的第一区域30A与配置有接近检测用光源10的位置相对设置，扩散板30的第二区域30B与3D形状测定用光源20相对设置。在用共用的扩散板30覆盖接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的情况下，若来自接近检测用光源10的光也由扩散板30扩散，则难以进行接近检测。因此，为了使用共用的扩散板30，如上所述，扩散板30具备第一区域30A和第二区域30B。另外，在本示例性实施方式中，接近检测用光源10与3D形状测定用光源20接近配置。这是因为，若接近检测用光源10与3D形状测定用光源20的距离过远，则在采用共用(一体)的扩散板30时需要比所需更大的扩散板。综上所述，在本示例性实施方式中，采用第一区域30A和第二区域30B为一体的小型扩散板30。
与第一区域30A相比，扩散板30的第二区域30B的扩散角被设定得较大。例如，如图8的(b)所示，扩散板30在两面平行且平坦的玻璃基材31的一个表面上具备形成有用于使光扩散的凹凸的树脂层32。第一区域30A和第二区域30B被设定为，凹凸的形状不同，并且第二区域30B的扩散角较大。另外，扩散角是指透过了扩散板30的光的发散角。
在此，构成为在第一区域30A不设置凹凸，光不扩散。例如，扩散板30的树脂层32在第二区域30B处设置有凹凸，但在第一区域30A处未设置凹凸而平坦地构成。此外，例如，在扩散板30的第一区域30A中，使两面平行且平坦的玻璃基材31的表面露出。在此，第一区域30A不必完全平坦的，只要扩散角处于小于第二区域30B的范围内，则也可以设置成凹凸形状。扩散板30的第一区域30A也可以是光通过的贯通孔。如果扩散板30的第一区域30A是贯通孔，则与第一区域30A平坦的情况相同，光不扩散。这样，也可以在3D形状测定用光源20的射出路径上设置具有扩散功能的部件即光扩散部件。
如图8的(b)所示，接近检测用光源10的VCSEL-A配置于与扩散板30的第一区域30A相对的位置处。另一方面，3D形状测定用光源20的VCSEL-B配置于与扩散板30的第二区域30B相对的位置处。将VCSEL-A的出射光的发散角设为θ1，将VCSEL-B的出射光的发散角设为θ2。另外，θ1比θ2小(即，θ1<θ2)。
在从VCSEL-A射出的光透过未设置有凹凸的第一区域30A的情况下，光不产生扩散，直接以出射光的发散角θ1为扩散角α而透过。
另一方面，在从VCSEL-B射出的光透过设置有凹凸的第二区域30B的情况下，光产生扩散，以比出射光的发散角θ2大的扩散角β从扩散板30射出光。
另外，发散角θ1、θ2和扩散角α、β是半峰全宽(FWHM)。
如以上说明的那样，扩散板30构成为第一区域30A的扩散角小于第二区域30B的扩散角。由此，3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出的光在第二区域30B进一步扩散并向外部射出。由此，与VCSEL-B射出的光未在第二区域30B扩散而向外部射出的情况相比，在更宽的照射面得到更均匀的照射图案。另外，第二区域30B也可以构成为在整个第二区域30B具有同样的扩散角，还可以构成为根据第二区域30B内的位置而扩散角不同。此外，第二区域30B也可以构成为VCSEL-B的光轴与扩散后的光的中心轴一致，还可以构成为有意地使扩散后的光的中心轴偏离VCSEL-B的光轴而扩大照射面积。
另外，第一区域30A也可以具备使接近检测用光源10的VCSEL-A的出射光的发散角θ1变窄的光学元件。这样的光学元件能够例如通过使第一区域30A为凸透镜状而获得。在此，使发散角变窄不仅包括使入射光聚光的情况，还包括使入射光成为平行光、即使扩散但使其扩散的程度变窄的情况。
第一区域30A的大小只要考虑接近检测用光源10的VCSEL-A的数量、出射光的发散角θ、出射光的强度等来决定即可。作为一个例子，在使用于面部认证的情况下，在接近检测用光源10例如VCSEL-A由1个以上50个以下的范围构成的情况下，第一区域30A的横向宽度和纵向宽度处于50μm以上500μm以下的范围内即可。此外，在图8的(a)中，第一区域30A的俯视时的表面形状为圆形，但也可以是正方形、长方形、多边形或将它们组合而成的形状。此外，第一区域30A的横向宽度和纵向宽度即第一区域30A的大小也可以基于从接近检测用光源10输出的光来设定。例如，第一区域30A也可以设定为比从接近检测用光源10射出的光的半峰全宽的区域大的范围、且比0.1％强度的区域小的范围。此外，在想要使VCSEL-A与VCSEL-B更接近的情况下，第一区域30A也可以设定为比1％强度的区域小的范围、或者比5％强度的区域小的范围。
包含第一区域30A和第二区域30B的扩散板30的大小例如设为横向宽度和纵向宽度为1mm以上10mm以下、厚度为0.1mm以上1mm以下即可。另外，扩散板30只要在俯视状态下覆盖接近检测用光源10、3D形状测定用光源20和光量监视用受光元件40即可。此外，示出了俯视扩散板30的形状为四边形的例子，但也可以是多边形、圆形等其他形状。如果扩散板30为以上那样的大小和形状，特别地，能够提供适合于便携式信息处理终端的面部认证、在高达数米左右的相对近距离的测量的光扩散部件。
(扩散板30、接近检测用光源10的VCSEL-A和3D形状测定用光源20的VCSEL-B的位置关系)
参照图8的(b)，对接近检测用光源10的VCSEL-A和3D形状测定用光源20的VCSEL-B的位置关系进行说明。在此，将相互邻接的接近检测用光源10的VCSEL-A与3D形状测定用光源20的VCSEL-B的配置间隔设为p1，将接近检测用光源10的VCSEL-A间的间隔设为p2，将3D形状测定用光源20的VCSEL-B间的间隔设为p3。
此时，从图8的(b)可知，当VCSEL-B过于接近接近检测用光源10、即间隔p1变小时，从VCSEL-B射出的光强度大的光通过扩散板30的第一区域30A，在不扩散或扩散较弱的状态下容易向外部射出。因此，优选在相邻的VCSEL-A与VCSEL-B之间设置距离。例如，优选与扩散板30的第一区域30A相邻的3D形状测定用光源20的VCSEL-B被配置为出射光的发散角θ2的范围不与扩散板30的第一区域30A重叠。由此，与3D形状测定用光源20的VCSEL-B的出射光的发散角θ2的范围与扩散板30的第一区域30A重叠的情况相比，从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出并通过扩散板30的第一区域30A的光量降低。
例如，优选相互邻接的接近检测用光源10的VCSEL-A与3D形状测定用光源20的VCSEL-B的配置间隔p1比3D形状测定用光源20的VCSEL-B间的间隔p3大。
此外，接近检测用光源10的VCSEL-A的出射光的发散角θ1设定为比3D形状测定用光源20的VCSEL-B的出射光的发散角θ2小。但是，在将从接近检测用光源10的VCSEL-A的光射出口112A(参照图5)到扩散板30为止设为距离g1、将从3D形状测定用光源20的VCSEL-B的光射出口212A到扩散板30为止设为距离g2的情况下，如果使距离g1比距离g2小(即，g1＜g2)，则如图8的(b)所示，即使在扩散板30的第一区域30A较小的情况下，接近检测用光源10的VCSEL-A射出的光也容易透过第一区域30A而照射到被测定物。即，只要将接近检测用光源10的VCSEL-A的光射出口112A配置为比3D形状测定用光源20的VCSEL-B的光射出口212A更靠近扩散板30即可。
这样，容易减小扩散板30的第一区域30A的面积。而且，第一区域30A的面积越小，从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出并通过第一区域30A的光量越进一步减少，因此，能够将3D形状测定用光源20的VCSEL-B配置为更接近接近检测用光源10。即，能够减少在相互相邻的接近检测用光源10的VCSEL-A与3D形状测定用光源20的VCSEL-B之间产生的、无法配置VCSEL-B的区域(无用空间)，扩散板30、间隔物33的尺寸变小。
3D形状测定用光源20的VCSEL-B的光输出比接近检测用光源10的VCSEL-A的光输出大，因此温度容易上升。因此，如果3D形状测定用光源20的VCSEL-B间的间隔p3比接近检测用光源10的VCSEL-A间的间隔p2宽(即，p3＞p2)，则可抑制温度上升。另一方面，由于接近检测用光源10的VCSEL-A的光输出比3D形状测定用光源20的VCSEL-B小，所以温度难以上升。因此，如果使接近检测用光源10的VCSEL-A间的距离即间隔p2比3D形状测定用光源20的VCSEL-B间的距离即间隔p3小，则容易降低接近检测用光源10的占有面积。
进而，如图8的(a)所示，扩散板30的第一区域30A优选为四周由第二区域30B包围的状态。由此，与后述的图9的(a)、(b)相比，能够抑制从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出的光通过扩散板30的第一区域。
接着，对扩散板30的变形例进行说明。
图9是表示扩散板30的变形例的图。在图9中，(a)表示扩散板30的第一变形例，(b)表示扩散板30的第二变形例。
在图9的(a)所示的扩散板30的第一变形例中，扩散板30的第一区域30A的平面形状设为了沿+x方向延伸的狭缝状。由此，相对于±x方向的配置的裕度变宽。即使在该情况下，由于第一区域被第二区域包围，因此能够抑制从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出的光通过扩散板30的第一区域。
另一方面，在图9的(b)所示的扩散板30的第二变形例中，扩散板30的第一区域30A设置于扩散板30的右侧端部(+x方向侧)。在该第二变形例中，第一区域未被第二区域包围。因此，在扩散板30的第二变形例中，与扩散板30的第一变形例相比，从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出的光中通过扩散板30的第一区域30A的光量增加。然而，在3D形状测定用光源20的VCSEL-B的光输出较小、或在俯视时3D形状测定用光源20的VCSEL-B与第一区域30A的距离较远等情况下，在允许从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出的光通过第一区域30A的前提结构下，也可以采用扩散板30的第二变形例。在这样的情况下，抑制从3D形状测定用光源20的VCSEL-B射出的光通过扩散板30的第一区域。
在此，第一区域被第二区域包围是指在俯视的状态下至少在两个方向以上存在第二区域30B的状态。
(3D传感器6的结构)
图10是说明3D传感器6的图。
3D传感器6构成为多个受光区域61排列成矩阵(格子)状。3D传感器6接收相对于来自发光装置4的出射光脉冲的、来自被测定物的反射光即受光脉冲，并在每个受光区域61存储与直到光被接收到为止的时间对应的电荷。作为一个例子，3D传感器6构成为CMOS结构的设备，其中，每个受光区域61具备两个栅极和与其对应的电荷存储部。3D传感器6构成为，通过对两个栅极交替地施加脉冲，将产生的光电子高速地传送到两个电荷存储部中的任一个，并存储与出射光脉冲和受光脉冲的相位差对应的电荷。此后，经由AD转换器，将与每个受光区域61的出射光脉冲和受光脉冲的相位差对应的电荷所对应的数字值作为信号输出。即，3D传感器6输出与光从接近检测用光源10射出到该光由3D传感器6接收到为止的时间相当的信号、以及与光从3D形状测定用光源20射出到该光由3D传感器6接收到为止的时间相当的信号。
(信息处理装置1中的认证处理的流程图)
图11是用于进行与信息处理装置1的使用相关的认证处理的流程图。
在此，信息处理装置1至少具备电源断开的断开状态、仅对信息处理装置1的一部分供给电源的待机状态、以及对比待机状态多的部分例如信息处理装置1整体供给电源的动作状态。
首先，判断是否有信息处理装置1的使用请求(步骤110，在图11中标记为S110，其它也同样)。有使用请求的情况是指在断开状态下接通电源的情况、在待机状态下由用户进行操作以使用信息处理装置1的情况等。在待机状态下来电话或收到邮件等的情况也是有使用请求的情况的一个例子，即，系统控制部9受理了转移到动作状态的信号的情况也是有使用请求的情况的一个例子。
在步骤110中，在判断为否定(否)的情况下、即在信息处理装置1的断开状态、待机状态持续的情况下，重复步骤110。
另一方面，在步骤110中，在判断为肯定(是)的情况下、即在信息处理装置1转换到动作状态的情况下，接近检测用光源10对被测定物照射光，3D传感器6接收来自被测定物的反射光(步骤120)。另外，也可以不管步骤110中有无使用请求，在信息处理装置1的待机状态下，接近检测用光源10持续照射光。
接着，判断被测定物是否正在接近(步骤130)。另外，被测定物正在接近是指在预先确定的距离内存在被测定物。在步骤130中，在判断为否定(否)的情况下、即在被测定物未接近的情况下，返回步骤120。
另一方面，在步骤130中，在判断为肯定(是)的情况下、即在被测定物正在接近的情况下，3D形状测定用光源20照射光，由3D传感器6接收来自被测定物的反射光(步骤140)。此时，接近检测用光源10可以停止照射光，也可以继续照射光。如果接近检测用光源10继续照射，则与不继续照射的情况相比，照射面上的照射图案容易变得更均匀。
基于3D传感器6接收到的光量，由光学装置控制部8的形状确定部81确定被测定物的3D形状(步骤150)。
接着，判断由认证处理部91确定的确定结果即3D形状是否是预先确定的形状(步骤160)。在步骤160中，在判断为肯定(是)的情况下、即在所确定的3D形状是预先确定的形状的情况下，允许使用本装置(信息处理装置1)(步骤170)。另一方面，在步骤160中，在判断为否定(否)的情况下、即在所确定的3D形状与预先存储在ROM等中的形状不一致的情况下，不允许使用本装置即信息处理装置1，返回步骤120。另外，除了3D形状之外，还可以考虑由2D照相机93获取到的二维图像等其他信息，来判断是否允许使用本装置即信息处理装置1。
如以上说明的那样，本示例性实施方式中的信息处理装置1具备接近检测用光源10和3D形状测定用光源20。通过接近检测用光源10照射光，判断被测定物是否正在接近信息处理装置1，在被测定物正在接近的情况下，从3D形状测定用光源20照射3D测定用的光。即，即使被测定物未接近，也能够抑制3D形状测定用光源20发光。此时，通过使接近检测用光源10的光输出比3D形状测定用光源20的光输出小，能够抑制功耗。在信息处理装置1是便携式信息处理终端的情况下，能够抑制电池的充电量的降低。
(接近检测用光源10和3D形状测定用光源20与电路基板7的连接关系)
接下来，根据图4，对接近检测用光源10和3D形状测定用光源20与设置于电路基板7的导体图案的连接关系进行说明。
在电路基板7上，作为导体图案，设置有接近检测用光源10用的阴极图案71和阳极图案72、3D形状测定用光源20用的阴极图案73和阳极图案74A、74B。
如上所述，接近检测用光源10在背面设置有阴极电极114，在表面设置有阳极电极118(参照图5)。阳极电极118具备焊盘部118A，该焊盘部118A连接四个VCSEL-A的p侧电极112，并与后述的接合线76连接。
同样地，3D形状测定用光源20在背面设置有阴极电极214，在表面设置有阳极电极218(参照图6)。阳极电极218具备焊盘部218A、218B，该焊盘部218A、218B形成为连接配置成矩阵状的VCSEL-B的p侧电极212，向±y方向侧延长，并与后述的接合线75A、75B连接。
接近检测用光源10用的阴极图案71形成为比接近检测用光源10更宽的面积，以连接设置于接近检测用光源10的背面的阴极电极114。在接近检测用光源10中，设置于背面的阴极电极114与电路基板7上的接近检测用光源10用的阴极图案71通过导电性粘接剂粘接。接近检测用光源10的阳极电极118的焊盘部118A通过接合线76与电路基板7上的阳极图案72连接。
同样地，3D形状测定用光源20用的阴极图案73形成为比3D形状测定用光源20更宽的面积，以连接设置于3D形状测定用光源20的背面的阴极电极214。在3D形状测定用光源20用的阴极图案73上，通过导电性粘接剂等粘接有3D形状测定用光源20。
3D形状测定用光源20用的阳极图案74A、74B被设置为，与设置于3D形状测定用光源20的表面的阳极电极218(参照图6)的相对的两边(±y方向侧)对置。而且，阳极图案74A、74B与3D形状测定用光源20的阳极电极218的焊盘部218A、218B分别通过接合线75A、75B连接。另外，接合线75A、75B各自设置有多个，但仅对其中的一个标注附图标记。
(驱动方法)
在想要更高速地驱动接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的情况下，只要将接近检测用光源10和3D形状测定用光源20一起低侧驱动即可。低侧驱动是指，相对于VCSEL等驱动对象，MOS晶体管等驱动部位于电流路径的下游侧的结构。相反，将驱动部位于上游侧的结构称为高侧驱动。在本示例性实施方式中，为了将接近检测用光源10和3D形状测定用光源20双方设为低侧驱动，将两者的阴极分离，独立地进行驱动。
图12是说明低侧驱动的图。图12表示接近检测用光源10的VCSEL-A、3D形状测定用光源20的VCSEL-B、第一驱动部50A、第二驱动部50B以及光学装置控制部8的关系。第一驱动部50A和第二驱动部50B经由MOS晶体管接地。即，通过使MOS晶体管接通/断开，从而对VCSEL进行低侧驱动。
另外，在图12中，接近检测用光源10的VCSEL-A和3D形状测定用光源20的VCSEL-B的阳极侧也彼此分离。
(发光装置4中的接近检测用光源10、3D形状测定用光源20以及光量监视用受光元件40的配置)
图13是说明发光装置4中的接近检测用光源10、3D形状测定用光源20以及光量监视用受光元件40的配置的图。在图13中，(a)表示作为本示例性实施方式而说明的配置，(b)表示配置的第一变形例，(c)表示配置的第二变形例，(d)表示配置的第三变形例。在此，示出了接近检测用光源10、3D形状测定用光源20、光量监视用受光元件40以及接合线，省略了其他的部件。另外，将平面形状为四边形的3D形状测定用光源20的-x方向的侧面设为侧面21A，将+x方向的侧面设为侧面21B，将+y方向的侧面设为侧面21C，将-y方向的侧面设为侧面21D。在此，侧面21A与侧面21B相对，侧面21C与侧面21D连接侧面21A与侧面21B并且彼此相对。
在作为图13的(a)所示的本示例性实施方式而说明的配置(参照图3的(a))中，光量监视用受光元件40设置在3D形状测定用光源20的-x方向的侧面21A侧。接近检测用光源10设置在3D形状测定用光源20的+x方向的侧面21B侧。连接3D形状测定用光源20的阳极电极218(参照图6)和设置在电路基板7上的阳极图案74A、74B(参照图4)的接合线75A、75B被设置为与3D形状测定用光源20的±y方向的侧面21C、21D侧相对。
通过这样的本示例性实施方式的配置，从3D形状测定用光源20的±y方向对称地向3D形状测定用光源20的各VCSEL-B供给电流。因此，与后述的图13的(d)所示的配置的第三变形例相比，容易向3D形状测定用光源20的各VCSEL-B更均等地供给电流。
在配置有光量监视用受光元件40的3D形状测定用光源20的-x方向的侧面21A侧未设置接合线，因此容易将光量监视用受光元件40与3D形状测定用光源20接近地配置。因此，在本示例性实施方式的配置中，与后述的图13的(c)所示的配置的第二变形例相比，光量监视用光接收元件40容易接收3D形状测定用光源20射出的光中的被扩散板30反射的光。
在图13的(b)所示的配置的第一变形例中，光量监视用受光元件40配置在3D形状测定用光源20的+x方向的侧面21B侧且在接近检测用光源10的外侧。即，与图13的(a)所示的本示例性实施方式中的配置相比，3D形状测定用光源20与光量监视用受光元件40的距离变远。因此，3D形状测定用光源20射出的光中的被扩散板30反射的光的受光量降低，难以接收被扩散板30反射的光。因此，检测精度有可能降低。
在图13的(c)所示的配置的第二变形例中，光量监视用受光元件40配置在3D形状测定用光源20的+x方向的侧面21B侧且在3D形状测定用光源20与接近检测用光源10之间。因此，容易将光量监视用受光元件40与3D形状测定用光源20接近地配置。因此，与上述图13的(a)所示的本示例性实施方式中的配置同样地，在配置的第二变形例中，容易向3D形状测定用光源20的各VCSEL-B更均等地供给电流，并且光量监视用受光元件40容易接收3D形状测定用光源20射出的光中的被扩散板30反射的光。
在图13的(d)所示的配置的第三变形例中，未设置在图13的(a)所示的本示例性实施方式中设置的接合线75A。取而代之，在3D形状测定用光源20的-x方向的侧面21A侧的电路基板7上另外设置阳极图案，并且设置有用于将3D形状测定用光源20的阳极电极218与另外设置在电路基板7上的阳极图案连接的接合线75C。另外，接合线75C设置有多个，但仅对其中的一个标注附图标记。
在图13的(d)所示的配置的第三变形例中，接近检测用光源10设置在3D形状测定用光源20的-y方向的侧面21D侧，光量监视用受光元件40设置在3D形状测定用光源20的+x方向的侧面21B侧。这样，3D形状测定用光源20与光量监视用受光元件40接近地配置。但是，由于从+y方向的侧面21C侧和-x方向的侧面21A侧这两边向3D形状测定用光源20的VCSEL-B供给电流，因此难以使电流均匀地流向3D形状测定用光源20的各VCSEL-B。因此，第三变形例优选用于即使电流难以均匀流动也影响较少的规格。
在以上说明的结构中，将发光装置4和3D传感器6配置在共同的电路基板7上，但也可以分别配置在不同的电路基板上。此外，在发光装置4中，也可以构成为至少将接近检测用光源10、3D形状测定用光源20、扩散板30以及间隔物33设置在与电路基板7不同的基板上，将它们作为一个发光部件(模块)，能够与搭载有第一驱动部50A、第二驱动部50B以及3D传感器6等的电路基板7连接。作为一个例子，也可以构成为通过覆盖接近检测用光源10和3D形状测定用光源20的扩散板30、间隔物33以及基板来规定发光部件的最大外形。如果采用这样的结构，则在该发光部件上不搭载第一驱动部50A、第二驱动部50B和3D传感器6等，因此可作为小型的部件而被提供和广泛使用。此外，由于接近检测用光源10和3D形状测定用光源20被扩散板30、间隔物33以及基板包围而被密封，因此与未被密封的情况相比较，能够实现防尘、防湿等。另外，该发光部件可以包括光量监视用受光元件40，也可以不包括光量监视用受光元件40。
此外，以上结构中的接近检测用光源10并非必须与3D形状测定用光源20组合使用。例如，接近检测用光源10也可以作为距离测定用的光源而单独提供，与是否测定3D形状无关。即，接近检测用光源10也可以作为彼此并联连接的多个长共振器结构的垂直共振器面发光激光元件阵列单体而提供。在这样的结构中，在比可使电力转换效率最大的范围(例如4mW以上8mW以下)低的范围内驱动光源的情况下，与仅使一个面发光激光元件在可使电力转换效率最大的范围内驱动光源的情况相比，能够抑制扩散角的增加并提高光密度。在这样的情况下，特别是在受光部的视野范围较窄、在比照射面中的受光部的视野范围宽的范围内进行照射的结构中，能够接收到更高SN比的光。
此外，如以上那样构成的接近检测用光源10不仅可以适用于距离测定用的光源，也可以适用于想要抑制扩散角的增加并提高光密度的其他用途中的光源。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明不限于这样的示例。对于本领域技术人员而言，显然，在权利要求书所记载的范畴内能够想到各种变更例或修正例，并且认为这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。此外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以将上述实施方式中的各构成要素任意地组合。
另外，本申请基于2019年4月2日提出的日本专利申请(日本特愿2019-070390)和2019年4月10日提出的日本专利申请(日本特愿2019-074540)，其内容在本申请中作为参照而引用。

Claims (10)

1.一种发光装置，其具备：
以单横模振荡的第一光源；
以多横模振荡的第二光源，其构成为具有比所述第一光源更大的光输出，并独立于所述第一光源进行驱动；以及
光扩散部件，其设置在所述第二光源的射出路径上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
所述第一光源包含至少一个第一垂直共振器面发光激光元件，所述第二光源包含多个第二垂直共振器面发光激光元件，
所述发光装置以使得从一个所述第一垂直共振器面发光激光元件输出的光小于从一个所述第二垂直共振器面发光激光元件输出的光的方式进行驱动。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
所述第一光源包含至少一个第一垂直共振器面发光激光元件，所述第二光源包含多个第二垂直共振器面发光激光元件，所述发光装置以使得所述第一垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率比所述第二垂直共振器面发光激光元件的电力转换效率低的光输出进行驱动。
4.根据权利要求2或3所述的发光装置，其中，
所述第一垂直共振器面发光激光元件以使得一个所述第一垂直共振器面发光激光元件的光输出处于1mW以上4mW以下的范围内的方式进行驱动。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的发光装置，其中，
所述第二垂直共振器面发光激光元件以使得一个所述第二垂直共振器面发光激光元件的光输出处于4mW以上8mW以下的范围内的方式进行驱动。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的发光装置，其中，
所述第一垂直共振器面发光激光元件具有长共振器器结构，当振荡波长为λ时，其共振器器长度为5λ以上20λ以下。
7.一种光学装置，其具备：
权利要求1至6中任一项所述的发光装置；以及
受光部，其接收从所述发光装置的所述第一光源射出并由被测定物反射的第一反射光、以及从所述发光装置的所述第二光源射出并由所述被测定物反射的第二反射光，
其中，所述受光部输出与光从所述第一光源射出到该光由所述受光部接收到为止的时间相当的信号、以及与光从所述第二光源射出到该光由所述受光部接收到为止的时间相当的信号。
8.一种光学装置，其具备：
权利要求1至6中任一项所述的发光装置；以及
受光部，其接收从所述发光装置的所述第一光源射出并由被测定物反射的第一反射光、以及从所述发光装置的所述第二光源射出并由所述被测定物反射的第二反射光，
其中，在所述第一反射光表示所述被测定物存在于预先确定的距离内的情况下，从所述第二光源射出光。
9.一种信息处理装置，其具备：
权利要求7或8所述的光学装置；以及
形状确定部，其基于从所述光学装置的所述第二光源射出并由所述被测定物反射的第二反射光，确定所述被测定物的三维形状。
10.根据权利要求9所述的信息处理装置，其具备：
认证处理部，其基于所述形状确定部的确定结果来执行与所述信息处理装置的使用相关的认证处理。
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