JP2020126979A - 発光装置、光学装置および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子アレイを駆動する回路のインダクタンスの低減と、発光素子アレイと受光素子との近接配置とを両立しやすい構成の発光装置、および該発光装置を用いた光学装置および情報処理装置を提供すること。【解決手段】基板（４０）と、互いに対向する第１および第２の側面（Ｓ１、Ｓ２）と、第１および第２の側面（Ｓ１、Ｓ２）とを接続する、互いに対向する第３および第４の側面（Ｓ３、Ｓ４）とを有し、基板（４０）上に設けられた発光素子アレイ（１１）と、第１の側面（Ｓ１）側の基板（４０）上に設けられ、発光素子アレイ（１１）を駆動する駆動素子（１２）と、第２の側面（Ｓ２）側の基板（４０）上に設けられ、発光素子アレイ１１から出射される光を受光する受光素子（３０）と、第３および第４の側面（Ｓ３、Ｓ４）側に設けられ、発光素子アレイ１１の上面電極５０から発光素子アレイ１１の外側に向けて延びる配線部材（Ｗ）と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、発光装置、光学装置および情報処理装置に関する。

特許文献１には、下部反射鏡と、活性層を含む共振器領域と、上部反射鏡とを含む面発光レーザ素子により形成された発光部を複数備える発光領域を有する面発光レーザアレイであって、発光領域の周囲を囲むように形成された電極パッド部と、電極パッド部の周囲を囲むように形成され、電極パッド部と電気的に絶縁された壁とを有することを特徴とする面発光レーザアレイが開示されている。

特開２０１７−０８４８９９号公報

本発明の課題は、発光素子アレイを駆動する回路のインダクタンスの低減と、発光素子アレイと受光素子との近接配置とを両立しやすい構成の発光装置、および該発光装置を用いた光学装置および情報処理装置を提供することである。

第１態様に係る発光装置は、基板と、互いに対向する第１および第２の側面と、当該第１および第２の側面とを接続する、互いに対向する第３および第４の側面とを有し、前記基板上に設けられた発光素子アレイと、前記第１の側面側の前記基板上に設けられ、前記発光素子アレイを駆動する駆動素子と、前記第２の側面側の前記基板上に設けられ、前記発光素子アレイから出射される光を受光する受光素子と、前記第３および第４の側面側に設けられ、前記発光素子アレイの上面電極から前記発光素子アレイの外側に向けて延びる配線部材と、を備えたものである。

第２態様に係る発光装置は、第１態様に係る発光装置において、前記第２の側面よりも前記駆動素子に近い側に設けられ、前記発光素子アレイに電流を供給するキャパシタをさらに備えたものである。

第３態様に係る発光装置は、第２態様に係る発光装置において、前記キャパシタは、前記駆動素子を構成する端面のうち前記発光素子アレイから最も遠い端面の位置よりも、前記発光素子アレイに近い側に設けられているものである。

第４態様に係る発光装置は、第２態様または第３態様に係る発光装置において、前記キャパシタを複数備え、複数の前記キャパシタの各々は、前記発光素子アレイの中心と前記駆動素子の中心とを結ぶ直線に対し、前記第３の側面側と前記第４の側面側とに分かれて配置されているものである。

第５態様に係る発光装置は、第１態様から第４態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記第２の側面と前記受光素子との間には、前記発光素子アレイの上面電極から前記受光素子に向けて延びる配線部材が設けられていないものである。

第６態様に係る発光装置は、第１態様から第５態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記第２の側面と前記受光素子との距離は、前記第１の側面と前記第２の側面との間の距離よりも短いものである。

第７態様に係る発光装置は、第１態様から第６態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記第２の側面と前記受光素子との距離は、前記配線部材の長さに相当する長さよりも短いものである。

第８態様に係る発光装置は、第１態様から第７態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記第１の側面と前記駆動素子との間には、前記発光素子アレイの上面電極から前記発光素子アレイの外側に向けて延びる配線部材が設けられていないものである。

第９態様に係る発光装置は、第１態様から第８態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記発光素子アレイは複数の発光素子を有し、前記発光素子アレイ内において前記複数の発光素子が配列されている領域の形状は、前記第３および第４の側面に沿った方向の長さよりも、前記第１および第２の側面に沿った長さの方が短いものである。

第１０態様に係る発光装置は、第９態様に係る発光装置において、前記複数の発光素子は、互いに並列に接続されたものである。

第１１態様に係る発光装置は、第１態様から第９態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記発光素子アレイの光出射経路上に配置された、前記発光素子アレイから出射された光を外部に向けて拡散する光拡散部材をさらに備えたものである。

第１２態様に係る発光装置は、第１１態様に係る発光装置において、前記光拡散部材は、平面視において前記受光素子と重なる位置に設けられているものである。

第１３態様に係る光学装置は、第１態様から第１２態様のいずれかの態様に係る発光装置と、前記発光装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射された反射光を受光する三次元センサと、を備え、前記三次元センサは、前記発光素子アレイから光が出射されてから当該三次元センサで受光されるまでの時間に相当する信号を出力するものである。

第１４態様に係る情報処理装置は、第１３態様に係る光学装置と、前記光学装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射され、当該光学装置が備える三次元センサで受光された反射光に基づき、当該被測定物の三次元形状を特定する形状特定部と、を備えるものである。

第１５態様に係る情報処理装置は、第１４態様に係る情報処理装置において、前記形状特定部での特定結果に基づき、自装置の使用に関する認証処理を行う認証処理部を備えるものである。

第１、第１３、および第１４態様によれば、発光素子アレイを駆動する回路のインダクタンスの低減と、発光素子アレイと受光素子との近接配置とを両立しやすい構成の発光装置、および該発光装置を用いた光学装置および情報処理装置を提供することができる、という効果を奏する。

第２態様によれば、発光素子アレイに電流を供給するキャパシタを第２の側面よりも駆動素子から遠い側に設ける場合と比較して、電源がより安定化される、という効果を奏する。

第３態様によれば、キャパシタが、駆動回路を構成する端面のうち発光素子アレイから最も遠い端面よりも遠い側に設けられている場合と比較し、発光素子アレイを駆動する電流経路を短くしやすい、という効果を奏する。

第４態様によれば、一方の側面側にのみ配置されている構成と比較し、第３の側面側の配線部材を介する電流の経路長と、第４の側面側の配線部材を介する電流の経路長とを均等にしやすい、という効果を奏する。

第５態様によれば、第２の側面と受光素子との間に配線部材が設けられている場合と比較し、受光素子を発光素子アレイに近接して配置しやすい、という効果を奏する。

第６態様によれば、第１および第２の側面間の距離よりも長い場合と比較し、発光素子アレイの光出射経路に光拡散部材が設けられた場合に、受光素子の受光量が増加する、という効果を奏する。

第７態様によれば、配線部材の長さに相当する距離よりも長い場合と比較し、発光素子アレイの光出射経路に光拡散部材が設けられた場合に、受光素子の受光量が増加する、という効果を奏する。

第８態様によれば、第１の側面と駆動素子との問に配線部材が設けられている構成と比較し、発光素子アレイを駆動する電流経路を短くしやすい、という効果を奏する。

第９態様によれば、第１および第２の側面に沿った長さの方が長い場合と比較し、第２の側面側に配線部材を設けないことによるインダクタンスの増加が抑制される、という効果を奏する。

第１０態様によれば、発光素子を個別に駆動する構成と比較し、強い強度の光が同時に照射される、という効果を奏する。

第１１態様によれば、光拡散部材がない構成と比較し、発光素子アレイから出射された光が広い範囲に照射される、という効果を奏する。

第１２態様によれば、受光素子と重なる位置に設けられていない場合と比較し、発光素子アレイから出射されて光拡散部材で反射した光に対する受光素子での受光量が増加する、という効果を奏する。

第１５態様によれば、認証処理部を使用しない場合と比較して、より安定に認証が行われる、という効果を奏する。

実施の形態に係る情報処理装置の（ａ）は外観の一例を示す図、（ｂ）は電気的な構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係る（ａ）は発光素子アレイの平面図、（ｂ）は発光装置の回路図、（ｃ）は光拡散板の機能を説明する側面断面図である。 実施の形態に係る発光装置の側面断面図および平面図である。 実施の形態に係る発光装置の構成の一例を示す平面図である。 （ａ）は第１の比較例に係る発光装置の構成を示す平面図、（ｂ）は第２の比較例に係る発光装置の構成を示す平面図、（ｃ）は各発光装置のボンディングワイヤのインダクタンスを比較したグラフである。

以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

図１から図５を参照して、本実施の形態に係る発光装置、光学装置および情報処理装置について説明する。以下の実施の形態では、情報処理装置の一例としてスマートフォン等で代表される携帯型情報処理装置を例示して説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る情報処理装置１０の外観を示している。情報処理装置１０は、光学装置２４、およびＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部２０を備えている。ＵＩ部２０は、例えばユーザに対して情報を表示する表示デバイスとユーザの操作により情報処理に対する指示が入力される入力デバイスとが一体化されて構成されている。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイであり、入力デバイスは、例えばタッチパネルである。

光学装置２４は、発光装置２３と、３次元センサ１３とを備えている。発光装置２３は、三次元像を取得するために被測定物に向けて光を出射する部位である。本実施の形態では被測定物の一例として人の顔を例示して説明する。３次元センサ１３は、発光装置２３が出射した光が顔で反射されて戻ってきた反射光を受光する。本実施の形態に係る３次元センサ１３は、いわゆるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：光の飛行時間）法に基づいて例えば人の顔の三次元像を取得する機能を有している。

図１（ｂ）を参照して、情報処理装置１０の電気的な構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、情報処理装置１０はシステム制御部１６、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、ＵＩ部２０、光学装置２４、スピーカ２１および２次元カメラ２２を含んで構成されている。むろん本構成は一例であり、目的、用途等に応じて一部の構成が削除されたり、他の構成が付加されたりしてもよい。

システム制御部１６は例えばＣＰＵであり、情報処理装置１０は当該システム制御部１６と、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９等を含むコンピュータとして構成されている。システム制御部１６は情報処理装置１０の全体をシステムとして制御するとともに、認証処理部１７を備えている。なお、ＲＯＭ１８には、不揮発性の書き換え可能なメモリ、例えばフラッシュメモリを含む。そして、ＲＯＭ１８に蓄積されたプログラムや定数がＲＡＭ１９に展開され、当該プログラムをシステム制御部１６が実行することによって、情報処理装置１０が動作し、各種の情報処理が実行される。スピーカ２１はユーザに対して音を発する部位であり、２次元カメラ２２はユーザによる撮影に供する通常のカメラである。ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、ＵＩ部２０、スピーカ２１および２次元カメラ２２の各々はバス２５を介してシステム制御部１６に接続されている。

図１（ｂ）に示すように、光学装置２４は、上述した発光装置２３、３次元センサ１３と、さらに光学装置制御部１４を含んで構成されている。光学装置制御部１４はシステム制御部１６に接続され、光学装置２４の全体を制御する。また、光学装置制御部１４は形状特定部１５を含んでいる。発光装置２３、３次元センサ１３の各々は光学装置制御部１４に接続されている。

図１（ｂ）に示すように、発光装置２３は発光素子アレイ１１、および駆動素子１２を含んで構成されている。発光素子アレイ１１は複数の発光素子が配置された半導体発光素子である。駆動素子１２は発光素子アレイ１１を駆動するドライバＩＣである。発光素子アレイ１１は駆動素子１２によって、例えば、数１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚのパルス光（出射光パルス）を出射するように駆動される。そして、発光装置２３は、発光素子アレイ１１から被測定物に向けて照射された光が被測定物で反射した反射光を３次元センサ１３が受光するように構成されている。

次に、３次元センサ１３とＴＯＦとの関係について説明する。本実施の形態に係る３次元センサ１３は、複数の受光領域（画素）を備えている。３次元センサ１３は、発光素子アレイ１１からの出射光パルスに対する被測定物からの反射光（受光パルス）を受光し、受光されるまでの時間に対応する電荷を受光領域ごとに蓄積する。一例として、３次元センサ１３は、各受光領域が、２つのゲートと該２つのゲートに対応した電荷蓄積部を備えたＣＭＯＳ構造のデバイスとして構成されている。該２つのゲートに交互にパルスを加えることによって、発生した光電子を２つの電荷蓄積部の何れかに高速に転送し、出射光パルスと受光パルスとの位相差（すなわち時間差）に応じた電荷を蓄積するように構成されている。蓄積された電荷に応じた信号はＡＤ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータを介し、受光領域ごとの出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じた電荷に対応するデジタル信号として３次元センサ１３から出力される。すなわち、３次元センサ１３は、発光素子アレイ１１から光が出射されてから３次元センサ１３で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する。なお、３次元センサ１３は、集光用のレンズを備えてもよい。

光学装置制御部１４に含まれる形状特定部１５は、３次元センサ１３の受光領域ごとに生成されるデジタル値を取得し、受光領域ごとに被測定物までの距離を算出して、被測定物の３次元形状を特定する。

一方システム制御部１６に含まれる認証処理部１７は、形状特定部１５が特定した被測定物の三次元形状（特定結果）がＲＯＭ１８などに予め蓄積された三次元形状と一致する場合に、情報処理装置１０の使用に関する認証処理を行う。なお、情報処理装置１０の使用に関する認証処理とは、一例として、自装置（情報処理装置１０）の使用を許可するか否かの処理である。例えば、被測定物である顔の３次元形状が、ＲＯＭ１８等の記憶手段に記憶された顔形状に一致する場合は、情報処理装置１０が提供する各種アプリケーション等を含む情報処理装置１０の使用が許可される。

上述の形状特定部１５および認証処理部１７は、一例としてプログラムによって構成される。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路で構成されてもよい。さらには、プログラム等のソフトウエアと集積回路とで構成されてもよい。

発光素子アレイ１１は、上述したように被測定物の三次元形状を特定するための光を出射し被測定物に照射する。すなわち、発光素子アレイ１１は予め定められた測定範囲に対して、予め定められた密度の光を照射する。発光素子アレイ１１に含まれる複数の発光素子の形態は特に限定されず、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等が用いられるが、本実施の形態では一例としてＶＣＳＥＬを用いている。好ましくは、シングルモードＶＣＳＥＬよりも高出力化しやすいマルチモードＶＣＳＥＬで構成される。

複数のＶＣＳＥＬ（発光素子）は、電気的に互いに並列に接続されている。ＶＣＳＥＬ１個当たりの光出力は一例として４ｍＷ〜８ｍＷに設定され、発光素子アレイ１１に含まれるＶＣＳＥＬの個数は一例として１００個〜１０００個である。図２（ａ）は発光素子アレイ１１の平面図を示している。図２（ａ）に示すように、発光素子アレイ１１の表面は、各ＶＣＳＥＬの光出射口５２を除く領域に形成されたベタのアノードパターン５０（電極配線）で被覆され、発光素子アレイ１１の各辺に沿う端部に、アノードパターン５０のボンディングワイヤによる接続領域を有している。発光素子アレイ１１の半導体基板は一例としてｎ型のＧａＡｓ基板とされ、該基板の裏面側にカソード電極が配置されている。なお、アノードパターン５０は本発明に係る「上面電極」の一例である。

図２（ｂ）を参照して、発光素子アレイ１１の駆動回路について説明する。図２（ｂ）は発光装置２３の回路図を示している。図２（ｂ）に示すように、発光装置２３は、発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０、抵抗３８、キャパシタ３５、および電源３６を含んで構成されている。

上述したように発光素子アレイ１１は複数のＶＣＳＥＬ２６が並列に接続されて構成されている。並列に接続されたＶＣＳＥＬ２６には駆動素子１２に含まれる電流源が接続され、該電流源から駆動電流ｉｄが供給される。

光量監視用受光素子３０は発光素子アレイ１１の光量をモニタする機能を有する。すなわち、光量監視用受光素子３０からの出力信号は発光素子アレイ１１が予め定められた光量を維持して出射するように制御するために使用される。光量監視用受光素子３０は、例えば、受光量に応じた電気信号を出力する、シリコン等で構成されたフォトダイオード（ＰＤ）である。すなわち、光量監視用受光素子３０は発光素子アレイ１１から出射された光の一部を受光し、受光量に応じたモニタ電流ｉｍを出力する。モニタ電流ｉｍは抵抗３８で電圧に変換され、モニタ電圧Ｖｐｄとして出力される。モニタ電圧Ｖｐｄは、図示を省略する、駆動素子１２内部に設けられた光量監視回路に送られ、該光量監視回路はモニタ電圧Ｖｐｄに基づいて発光素子アレイ１１から出射される光量の監視を実行する。なお、光量監視用受光素子３０は本発明に係る「回路素子」の一例である。

一方、電源３６は発光素子アレイ１１および光量監視用受光素子３０を動作させる電源であり、キャパシタ３５は後述するように電流源としての機能を有する。電源３６は、例えば、配線基板２７の内部に設けられる電源層およびグランド層で構成される。

次に図３を参照して、本実施の形態に係る発光装置２３の構成について説明する。図３＜１＞は発光装置２３の側面断面図であり、＜２＞は平面図である。図３に示すように、発光装置２３は配線基板２７上に搭載された発光素子アレイ１１、光量監視用受光素子３０、光拡散板３３、スペーサ３２および駆動素子１２を含んで構成されている。配線基板２７は、例えば各素子を接続する配線が形成されたガラスエポキシ基板で構成されている。なお、光拡散板３３は、本発明に係る「光拡散部材」の一例である。

ここで、ＴＯＦ方式では、被測定物の照射面（例えば数ｍ先）に予め定められた範囲で均一なレーザ光を照射する必要がある。そのため光拡散板３３は、発光素子アレイ１１から出射された出射光Ｌを拡散し、出射角を拡大する機能を有する。すなわち、図２（ｃ）に示すように、光拡散板３３は凹凸部材３９を備え、発光素子アレイ１１から出射角θ１で出射された出射光Ｌの出射角をθ２（＞θ１）に拡大する。より具体的には、光拡散板３３は例えば両面が平行で平坦なガラス基材の一方の表面に、光を拡散させるための凹凸が形成された樹脂層による凹凸部材３９を備えている。そして、この凹凸により、発光素子アレイ１１から出射された出射光Ｌをさらに拡散して外部に照射する。

スペーサ３２は配線基板２７と光拡散板３３との間に配置され、光拡散板３３を支持するとともに、光拡散板３３の発光素子アレイ１１からの距離が予め定められた距離となるように位置決めしている。また、本実施の形態では、光拡散板３３およびスペーサ３２により発光素子アレイ１１等を封止することで、防塵、防湿等を図っている。スペーサ３２は例えばセラミックや樹脂材料で構成される。

光拡散板３３はさらに発光素子アレイ１１から出射された光の一部を光量監視用受光素子３０に導く機能を有する。すなわち、光拡散板３３は発光素子アレイ１１および光量監視用受光素子３０を覆って設けられ、光拡散板３３を透過せずに光拡散板３３の裏面で反射した光が光量監視用受光素子３０で受光されるように配置されている。発光素子アレイ１１からの距離が大きくなるほど光量監視用受光素子３０における受光量が低下するため、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０とは近接させて配置することが好ましい。また光量監視用受光素子３０は、光拡散板３３が外れたり破損したりして、発光素子アレイ１１から出射する光が直接外部に照射されていることを検知するためにも使用される。

ところで、ＴＯＦを計測するために用いるＶＣＳＥＬアレイでは、例えば２Ａの大電流を１ｎｓ以下の立ち上がり時間で立ち上げること、あるいは１００ＭＨｚ程度の高周波で駆動させることが要求される場合もあり、そのためには駆動回路のインダクタンス成分を低減することが重要となる。インダクタンス成分を低減する方法の一つとして、可能な限りボンディングワイヤを多くすることが考えられるが、他の素子（光量監視用受光素子３０、駆動素子１２等）との配置関係を勘案すると、ボンディングワイヤの数も制限される場合がある。そこで、本実施の形態では、他の素子との配置関係を考慮しつつ駆動回路のインダクタンス成分を低減するように工夫している。駆動回路のインダクタンスを低減するために、他方では、電流源となるキャパシタ３５、発光素子アレイ１１、駆動素子１２で構成される電流ループを短くすることが重要となる。図３＜２＞ではキャパシタ３５として２つのキャパシタ３５−１および３５−２を配置し、２つの電流ループＬ１、Ｌ２を形成する場合を例示している。

図４を参照して、本実施の形態に係る発光装置２３について詳細に説明する。図４に示すように、発光装置２３は配線基板２７、配線基板２７上に搭載された発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０、およびキャパシタ７２−１、７２−２を含んで構成されている。配線基板２７上には導電パターン４２−１、４２−２、４３−１、および４３−２が形成されている。また、発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０の各々の位置の配線基板２７上にも図示しない導電パターンが形成されており、該導電パターンに発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０の各々の裏面が接続されている。さらに配線基板２７の裏面には、発光素子アレイ１１のカソードと駆動素子１２とを接続するカソードパターン５４が形成されている。なお、光量監視用受光素子３０の形状は、図４に示すとおり、発光素子アレイ１１と対向する辺の方が長い長方形状とすることができる。このような形状であれば、正方形状の場合と比較し、同じ受光面積であっても発光素子アレイ１１により近い位置での受光面積が増えるため、受光光量が増加する。

図４に示すように、発光素子アレイ１１は、第１の側面Ｓ１、第２の側面Ｓ２、第３の側面Ｓ３、および第４の側面Ｓ４を有している。そして、第３の側面Ｓ３側のアノードパターン５０の端部と導電パターン４２−１との間にボンディングワイヤＷが接続され、第４の側面Ｓ４側のアノードパターン５０の端部と導電パターン４２−２との間にボンディングワイヤＷが接続されている。一方電流源となる、キャパシタ７２−１は導電パターン４２−１と４３−１との間に接続され、キャパシタ７２−２は導電パターン４２−２と４３−２との間に接続されている。なお、キャパシタ７２−１および７２−２は必ずしも両方を設ける必要はなく、いずれか一方のみであってもよい。なお、ボンディングワイヤＷは本発明に係る「配線部材」の一例である。

ところで、発光素子アレイを高速に駆動するためには発光素子アレイと配線基板との間のインダクタンス（以下、「回路のインダクタンス」）を低減することが望まれる。本実施の形態に係る発光素子アレイ１１のような構造の素子では、ボンディングワイヤのインダクタンスが回路のインダクタンスに占める割合が大きいので、まずボンディングワイヤのインダクタンスの低減を図ることが必要である。

発光素子アレイの外形が矩形であった場合、四方にボンディングワイヤを打ってボンディングワイヤの本数を多くし、インダクタンス成分を減らすことが考えられる。しかしながら、駆動回路、光量監視用受光素子等本来発光素子アレイの近くに配置させたい部材があり、四方にボンディングワイヤを打つのは困難な場合がある。特に、本実施の形態に係る発光装置２３のような、発光素子アレイ１１から出射される光を拡散する光拡散板３３等を設けた構成において、発光素子アレイ１１から出射される光の光量を光量監視用受光素子３０で検知するためには、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０とを近接して配置することが好ましい。

以上の背景下、図４に示すような構成、すなわち発光素子アレイ１１の２方向からボンディングワイヤＷを接続する構成を採用することによって、本実施の形態に係る発光装置２３は、発光素子アレイ１１を駆動する回路のインダクタンスの低減と、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０との近接配置とを両立しやすい構成の発光装置２３を実現している。以下、図５を参照してその理由について説明する。

図５（ａ）は第１の比較例に係る発光装置６０Ａの平面図を、図５（ｂ）は第２の比較例に係る発光装置６０Ｂを示している。また、図５（ｃ）は本実施の形態に係る発光装置２３における発光素子アレイ１１と配線基板２７との間のインダクタンス（すなわち、回路インダクタンス）を比較例に係る発光装置６０Ａ、６０Ｂと比較して示した図である。
なお、以下の説明では、図５において発光装置２３と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、比較例に係る発光装置６０Ａでは配線基板２７上に導電パターン４７、４８が形成され、発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０、およびキャパシタ７２が配置されている。導電パターン４７は発光素子アレイ１１の第３の側面Ｓ３と対向し、発光素子アレイ１１のアノードパターン５０と導電パターン４７との間にボンディングワイヤＷが接続されている。また、光量監視用受光素子３０は第４の側面Ｓ４と対向する位置に実装されている。また、導電パターン４７と４８との間にキャパシタ７２が接続されている。すなわち、発光装置６０Ａにおける電流ループは電流ループＬ３のひとつとなっている。

一方、図５（ｂ）に示すように、比較例に係る発光装置６０Ｂでは配線基板２７上に導電パターン４５、４６−１、４６−２が形成され、発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０、およびキャパシタ７２−１、７２−２が配置されている。導電パターン４５は発光素子アレイ１１の第２の側面Ｓ２、第３の側面Ｓ３、第４の側面Ｓ４の３面と対向している。従って、発光素子アレイ１１のアノードパターン５０と導電パターン４５との間のボンディングワイヤＷは３方向から接続されている。また、光量監視用受光素子３０は第２の側面Ｓ２側に実装されている。また、導電パターン４５と４６−１との間にキャパシタ７２−１が接続され、導電パターン４５と４６−２との間にキャパシタ７２−２が接続されている。すなわち、発光装置６０Ｂにおける電流ループは電流ループＬ４、およびＬ５の２つとなっている。

図５（ｃ）を参照して、発光装置２３、６０Ａ、および６０Ｂの各々の回路のインダクタンスについて検討する。すなわち、比較例に係る発光装置６０Ａでは、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０とを近接配置できるが、ワイヤーボンディングが一方向だけなので回路のインダクタンスが大きい。一方比較例に係る発光装置６０Ｂでは３方向からボンディングワイヤＷを接続できるため、回路のインダクタンスは下がる。しかしながら、発光装置６０Ｂでは、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０とを近接して配置することができない。

そこで本実施の形態では、発光素子アレイ１１、駆動素子１２、キャパシタ７２（７２−１、７２−２）が互いに近接している構成においては、第２の側面Ｓ２側のボンディングワイヤＷは回路のインダクタンス低減にあまり寄与せず、第３の側面Ｓ３および第４の側面Ｓ４のボンディングワイヤＷが回路のインダクタンス低減に大きく寄与する点に着目している。図５（ｃ）は、発光装置２３、６０Ａ、および６０Ｂの回路のインダクタンスを示している。図５（ｃ）に示すように、発光装置６０Ａ、２３、６０Ｂの順で回路のインダクタンスが小さくなるが、発光装置６０Ａの回路のインダクタンスと発光装置２３の回路のインダクタンスとの差分と比較して、発光装置２３の回路のインダクタンスと発光装置６０Ｂの回路のインダクタンスとの差分の方が小さい。これは、第３の側面Ｓ３、第４の側面Ｓ４と比較して、第２の側面Ｓ２が電流ループＬ４、Ｌ５から遠いことに起因している。すなわち、第２の側面Ｓ２は元々発光素子アレイ１１、駆動素子１２、キャパシタ７２（７２−１、７２−２）が形成する電流ループから離間していることから、第２の側面Ｓ２側に接続されたボンディングワイヤＷに起因するインダクタンス成分の影響が小さいからである。従って、第２の側面Ｓ２側に接続されたボンディングワイヤＷを削除してもインダクタンス成分の増加は比較的小さい。

そこで、比較例に係る発光装置６０Ａ、６０Ｂに対して、本実施の形態に係る発光装置２３では、第２の側面Ｓ２側にはボンディングワイヤＷを接続せず、その位置に光量監視用受光素子３０を配置した。このことにより、回路のインダクタンス成分の増加を抑制しつつ、発光素子アレイと受光素子との近接配置が実現される。以下、発光装置２３の特徴についてより詳細に説明する。

キャパシタ７２−１および７２−１の少なくとも一方は、第２の側面Ｓ２よりも駆動素子１２に近い側に設けてもよい。これにより、キャパシタ７２−１、７２−２を第２の側面Ｓ２よりも駆動素子１２から遠い側に設ける場合と比較して、電源がより安定化される。

キャパシタ７２−１および７２−２の少なくとも一方を、駆動素子１２を構成する端面のうち発光素子アレイ１１から最も遠い端面の位置よりも、発光素子アレイ１１に近い側に設けてもよい。このことにより、キャパシタ７２−１、７２−２を駆動素子１２を構成する端面のうち発光素子アレイ１１から最も遠い端面よりも遠い側に設ける場合と比較し、発光素子アレイ１１を駆動する電流経路（電流ループ）を短くしやすくなる、という効果を奏する。

キャパシタ７２−１および７２−２の各々は、図４に示すように、発光素子アレイ１１の中心と駆動素子１２の中心とを結ぶ直線に対し、第３の側面Ｓ３側と第４の側面Ｓ４側とに分けて配置してもよい。このことにより、一方の側面側にのみ配置されている構成と比較し、第３の側面Ｓ３側の配線部材を介する電流の経路長と、第４の側面Ｓ４側の配線部材を介する電流の経路長とを均等にしやすい。

第２の側面Ｓ２と光量監視用受光素子３０との距離を、第１の側面Ｓ１と第２の側面Ｓ２との間の距離よりも短くしてもよい。このことにより、第１の側面Ｓ１と第２の側面Ｓ２との間の距離よりも長い場合と比較し、発光素子アレイ１１の光出射経路に光拡散部材が設けられた場合に、光量監視用受光素子３０の受光量が増加する。

第２の側面Ｓ２と光量監視用受光素子３０との距離を、ボンディングワイヤＷの長さに相当する長さよりも短くしてもよい。このことにより、ボンディングワイヤＷの長さに相当する距離よりも遠い場合と比較し、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０の距離が近づくので、発光素子アレイ１１の光出射経路に光拡散部材が設けられた場合に、受光素子の受光量が増加する。

第１の側面Ｓ１と駆動素子１２との間には、発光素子アレイ１１のアノードパターン５０から発光素子アレイ１１の外側に向けて延びるボンディングワイヤを設けないことが好ましい。このことにより、第１の側面Ｓ１と駆動素子１２との問にボンディングワイヤが設けられている構成と比較し、発光素子アレイ１１を駆動する電流経路を短くしやすい。

発光素子アレイ１１内において複数のＶＣＳＥＬ２６が配列されている領域の形状は、第３の側面Ｓ３および第４の側面Ｓ４に沿った方向の長さよりも、第１の側面Ｓ１および第２の側面Ｓ２に沿った長さの方を短くしてもよい。このことにより、第１の側面Ｓ１および第２の側面Ｓ２に沿った長さの方が長い場合と比較し、第２の側面Ｓ２側にボンディングワイヤＷを設けないことによるインダクタンスの増加が抑制される。

光拡散板３３は、平面視において光量監視用受光素子３０と重なる位置に設けてもよい。このことにより、光量監視用受光素子３０と重なる位置に設けられていない場合と比較し、発光素子アレイ１１から出射されて光拡散板３３で反射した光に対する光量監視用受光素子３０での受光量が増加する。

なお、本実施の形態においては、発光素子アレイ１１、光量監視用受光素子３０、および駆動素子１２の各素子が配線基板２７上に直接配置されている形態を開示したが、必ずしも配線基板２７上に直接配置されている必要はない。例えば、配線基板２７上に放熱用の基材等を配置し、この放熱用の基材上に各素子を配置してよい。すなわち、間接的に配線基板２７上に配置してもよい。更には、各素子の一部は直接配線基板２７上に配置し、残りの素子は放熱用の基材上に配置してもよい。

１０ 情報処理装置
１１ 発光素子アレイ
１２ 駆動素子
１３ ３次元センサ
１４ 光学装置制御部
１５ 形状特定部
１６ システム制御部
１７ 認証処理部
１８ ＲＯＭ
１９ ＲＡＭ
２０ ＵＩ部
２１ スピーカ
２２ ２次元カメラ
２３ 発光装置
２４ 光学装置
２５ バス
２６ ＶＣＳＥＬ
２７ 配線基板
３０ 光量監視用受光素子
３２ スペーサ
３３ 光拡散板
３５、３５−１、３５−２ キャパシタ
３６ 電源
３８ 抵抗
３９ 凹凸部材
４２−１、４２−２、４３−１、４３−２、４５、４６−１、４６−２、４７、４８ 導電パターン
５０ アノードパターン、５２ 光出射口、５４ カソードパターン
６０Ａ、６０Ｂ 発光装置
７２、７２−１、７２−２ キャパシタ
ｉｄ 駆動電流、ｉｍ モニタ電流
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ 電流ループ
Ｓ１ 第１の側面、Ｓ２ 第２の側面、Ｓ３ 第３の側面、Ｓ４ 第４の側面
Ｖｐｄ モニタ電圧
Ｗ ボンディングワイヤ
Ｌ 出射光、θ１、θ２ 出射角

Claims (15)

1. 基板と、
   互いに対向する第１および第２の側面と、当該第１および第２の側面とを接続する、互いに対向する第３および第４の側面とを有し、前記基板上に設けられた発光素子アレイと、
   前記第１の側面側の前記基板上に設けられ、前記発光素子アレイを駆動する駆動素子と、
   前記第２の側面側の前記基板上に設けられ、前記発光素子アレイから出射される光を受光する受光素子と、
   前記第３および第４の側面側に設けられ、前記発光素子アレイの上面電極から前記発光素子アレイの外側に向けて延びる配線部材と、
   を備えた発光装置。
2. 前記第２の側面よりも前記駆動素子に近い側に設けられ、前記発光素子アレイに電流を供給するキャパシタをさらに備えた
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記キャパシタは、前記駆動素子を構成する端面のうち前記発光素子アレイから最も遠い端面の位置よりも、前記発光素子アレイに近い側に設けられている
   請求項２に記載の発光装置。
4. 前記キャパシタを複数備え、
   複数の前記キャパシタの各々は、前記発光素子アレイの中心と前記駆動素子の中心とを結ぶ直線に対し、前記第３の側面側と前記第４の側面側とに分かれて配置されている
   請求項２または請求項３に記載の発光装置。
5. 前記第２の側面と前記受光素子との間には、前記発光素子アレイの上面電極から前記受光素子に向けて延びる配線部材が設けられていない
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記第２の側面と前記受光素子との距離は、前記第１の側面と前記第２の側面との間の距離よりも短い
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記第２の側面と前記受光素子との距離は、前記配線部材の長さに相当する長さよりも短い
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記第１の側面と前記駆動素子との間には、前記発光素子アレイの上面電極から前記発光素子アレイの外側に向けて延びる配線部材が設けられていない
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記発光素子アレイは複数の発光素子を有し、
   前記発光素子アレイ内において前記複数の発光素子が配列されている領域の形状は、前記第３および第４の側面に沿った方向の長さよりも、前記第１および第２の側面に沿った長さの方が短い
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記複数の発光素子は、互いに並列に接続された
    請求項９に記載の発光装置。
11. 前記発光素子アレイの光出射経路上に配置された、前記発光素子アレイから出射された光を外部に向けて拡散する光拡散部材をさらに備えた
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 前記光拡散部材は、平面視において前記受光素子と重なる位置に設けられている
    請求項１１に記載の発光装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の発光装置と、
    前記発光装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射された反射光を受光する三次元センサと、を備え、
    前記三次元センサは、前記発光素子アレイから光が出射されてから当該三次元センサで受光されるまでの時間に相当する信号を出力する光学装置。
14. 請求項１３に記載の光学装置と、
    前記光学装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射され、当該光学装置が備える三次元センサで受光された反射光に基づき、当該被測定物の三次元形状を特定する形状特定部と、
    を備える情報処理装置。
15. 前記形状特定部での特定結果に基づき、自装置の使用に関する認証処理を行う認証処理部を備える
    請求項１４に記載の情報処理装置。