JP2021025964A - 発光装置、光学装置及び情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多重横モードの発光素子を用いた光源を使用する場合に比べ、予め定められた範囲外に拡がる光の裾の部分を抑制した発光装置などを提供する。【解決手段】発光装置は、単一横モードで発振する発光素子を複数配列した光源１０と、光源の光出射経路に設けられ、光源が出射する光を拡散して照射する光学部材３０と、を備える。【選択図】図９

Description

本発明は、発光装置、光学装置及び情報処理装置に関する。

特許文献１には、光源と、所定の平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズを有すると共に、光源が出射する光を拡散する拡散板と、拡散板によって拡散された光が被写体で反射した反射光を受光する撮像素子と、を備え、複数のレンズは、拡散された光における干渉縞の周期が三画素以下となるように配置された撮像装置が記載されている。

特開２０１８−５４７６９号公報

ところで、タイムオブフライト方式の三次元形状の計測では、計測対象へ光を照射するため、光源から出射された光を拡散させて、予め定められた範囲に、予め定められた光強度分布で照射することが求められる。このとき、予め定められた範囲外に光が裾を引いて拡がるが、この裾の部分の光は無駄になる。

本発明の目的は、多重横モードの発光素子を用いた光源を使用する場合に比べ、予め定められた範囲外に拡がる光の裾の部分を抑制した発光装置などを提供する。

請求項１に記載の発明は、単一横モードで発振する発光素子を複数配列した光源と、前記光源の光出射側に設けられ、当該光源が出射する光を拡散して照射する光学部材と、を備える発光装置である。
請求項２に記載の発明は、前記発光素子は、垂直共振器面発光レーザ素子である請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、前記垂直共振器面発光レーザ素子は、長共振器構造である請求項２に記載の発光装置である。
請求項４に記載の発明は、複数の前記発光素子は、電極パタンにより互いに並列に接続されるとともに、当該電極パタンは、各発光素子の出射口を除く領域を、連続したパタンで覆っている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、前記光学部材は、前記光源から出射される光を整形して、出射時の断面形状及び光強度分布と異なる断面形状及び光強度分布で照射する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、前記光学部材は、板状の部材であって、少なくとも一方の面に光を整形する構造が設けられている請求項５に記載の発光装置である。
請求項７に記載の発明は、前記光学部材は、タイムオブフライト方式による三次元形状の計測に用いる光を照射する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項８に記載の発明は、前記光源及び前記光学部材が携帯型情報処理端末に搭載され、当該光源は電池によって駆動される請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、長共振器構造の垂直共振器面発光レーザ素子を複数配列した光源と、前記光源の光出射経路に設けられ、当該光源が出射する光を拡散して照射する光学部材と、を備える発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９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光源から出射され計測対象で反射された反射光を受光する受光部と、を備え、前記受光部は、前記光源から光が出射されてから当該受光部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である。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光学装置と、前記光学装置が備える光源から出射され計測対象で反射され、当該光学装置が備える受光部が受光した反射光に基づき、当該計測対象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である。
請求項１２に記載の発明は、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と、を備える請求項１１に記載の情報処理装置である。

請求項１に記載の発明によれば、多重横モードの発光素子を用いた光源を使用する場合に比べ、予め定められた範囲外に拡がる光の裾の部分が抑制される。
請求項２に記載の発明によれば、垂直共振器面発光レーザ素子でない場合に比べ、面発光の光源が構成しやすい。
請求項３に記載の発明によれば、長共振器構造でない単一横モードの発光素子の場合に比べ、光出力が大きい。
請求項４に記載の発明によれば、発光素子毎に配線が設けられる場合に比べ、駆動電流が流れた場合の電圧降下が抑制される。
請求項５に記載の発明によれば、整形しない場合に比べて、無駄な光の照射が抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、構造によらない場合に比べ、光の吸収が抑制される。
請求項７に記載の発明によれば、光の裾の部分を抑制しない場合に比べ、光利用効率を高くできる。
請求項８に記載の発明によれば、光の裾の部分を抑制しない場合に比べ、駆動時間が長くできる。
請求項９に記載の発明によれば、多重横モードの垂直共振器面発光レーザ素子を用いた光源を使用する場合に比べ、予め定められた範囲外に拡がる光の裾の部分が抑制される。
請求項１０に記載の発明によれば、光が出射されてから受光されるまでの時間が計測できる光学装置が提供される。
請求項１１に記載の発明によれば、三次元形状を計測できる情報処理装置が提供される。
請求項１２に記載の発明によれば、三次元形状に基づく認証処理を搭載した情報処理装置が提供される。

本実施の形態が適用される情報処理装置の一例を示す図である。 情報処理装置による三次元形状の計測について説明する図である。 照射面を説明する図である。（ａ）は、照射面における照射パタンの一例を示す図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線での光強度分布である。 情報処理装置の構成を説明するブロック図である。 本実施の形態が適用される光学装置の平面図及び断面図の一例を示す図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＢ−ＶＢ線での断面図である。 光源の平面図の一例を示す図である。 光源が備える１個の長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。 比較のための光源が備える１個のλ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。 長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬからの出射光の拡がり角と光強度分布における裾拡がり量との関係を模式的に説明する図である。（ａ）は、シングルモードＶＣＳＥＬからの出射光の拡がり角を説明する図、（ｂ）は、光強度分布を示す。 比較のために示すλ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬからの出射光の拡がり角と光強度分布における裾拡がり量との関係を模式的に説明する図である。（ａ）は、マルチモードＶＣＳＥＬからの出射光の拡がり角を説明する図、（ｂ）は、光強度分布を示す。 ＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角と裾拡がり量及び光利用効率との関係を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
情報処理装置は、その情報処理装置にアクセスしたユーザがアクセスすることが許可されているか否かを識別し、アクセスが許可されているユーザであることが認証された場合にのみ、自装置である情報処理装置の使用を許可するようになっていることが多い。これまで、パスワード、指紋、虹彩などにより、ユーザを認証する方法が用いられてきた。最近では、さらにセキュリティ性の高い認証方法が求められている。この方法として、ユーザの顔の三次元像による認証が行われるようになっている。

ここでは、情報処理装置は、一例として携帯型情報処理端末であるとして説明し、三次元像として捉えられた顔を認識することで、ユーザを認証するとして説明する。なお、情報処理装置は、携帯型情報処理端末以外のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置に適用しうる。

さらに、本実施の形態で説明する構成、機能、方法等は、顔の形状による認識以外に、物体の三次元像の取得にも適用しうる。すなわち、顔以外の物体を計測対象として、計測対象の三次元形状を計測して三次元像を取得することに適用してもよい。また、計測対象までの距離（以下では、計測距離と表記する。）は問わない。なお、本実施の形態では、三次元像の取得の対象となる顔や顔以外の物体を、被照射物または被計測物と表記する場合がある。

（情報処理装置１）
図１は、本実施の形態が適用される情報処理装置１の一例を示す図である。前述したように、情報処理装置１は、一例として携帯型情報処理端末である。
情報処理装置１は、ユーザインターフェイス部（以下では、ＵＩ部と表記する。）２と三次元像を取得する光学装置３とを備えている。ＵＩ部２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３は、発光装置４と、三次元センサ（以下では、３Ｄセンサと表記する。）６とを備えている。発光装置４は、三次元像の取得のために三次元形状を計測する計測対象、ここで説明する例では顔に向けて光を出射する。３Ｄセンサ６は、発光装置４が出射した光が顔で反射されて戻ってきた光を取得する。ここでは、光の飛行時間による、いわゆるタイムオブフライト（ＴＯＦ：Time of Flight）方式に基づいて、顔の三次元像を取得するとする。以下では、顔を計測対象とする場合であっても、計測対象と表記することがある。

情報処理装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むコンピュータとして構成されている。なお、ＲＯＭ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、ＲＯＭに蓄積されたプログラムや定数が、ＲＡＭに展開される。そして、ＣＰＵがプログラムを実行することによって、情報処理装置１が動作し、各種の情報処理が実行される。

（情報処理装置１による三次元形状の計測）
図２は、情報処理装置１による三次元形状の計測について説明する図である。ここでの計測対象は、顔３００である。図２に図示するように、紙面の右方向をｘ方向、上方向をｚ方向とし、紙面の裏面方向をｙ方向とする。図２は、頭上方向から頭（顔）を見た図である。

情報処理装置１の光学装置３において、発光装置４から光が顔３００に向けて出射される。そして、３Ｄセンサ６により顔３００で反射された光が受光される。つまり、光学装置３は、発光装置４から計測対象に向けて光が照射され、３Ｄセンサ６で計測対象からの反射光が受光されるように構成されている。このとき、発光装置４は、発光装置４に対向して設けられる仮想的な面である照射面３１０に向けて光を照射する。ここでは、発光装置４と照射面３１０とが正対しているとする。よって、後述する検知範囲Ｉの中心に立てた垂線３２１上に発光装置４がある。そして、Ａ−Ａ線は、検知範囲Ｉの中心を通り照射面３１０をｘ方向に横切る線である。発光装置４とＡ−Ａ線上の任意の点とを結ぶ線を線３２２とする。角度θは、垂線３２１と線３２２との間の角度である。

照射面３１０には、顔３００を検知して顔３００の三次元形状を計測する検知範囲Ｉと、検知範囲Ｉを取り囲む裾引き範囲ＩＩとが形成される。検知範囲Ｉは、この領域に顔３００が存在する場合に、反射光により顔３００の三次元形状を計測しうる光強度の光が照射される範囲である。一方、裾引き範囲ＩＩは、検知範囲Ｉから離れるにしたがい光強度が低下する範囲である。よって、裾引き範囲ＩＩに顔３００が存在しても、検知範囲Ｉに顔３００が存在する場合と比べ、顔３００の三次元形状は精度よく計測されない。つまり、裾引き範囲ＩＩは、顔３００の三次元形状を計測するのに適さない非検知範囲となる。検知範囲Ｉ及び裾引き範囲ＩＩは、発光装置４から光が到達する範囲である。そして、検知範囲Ｉは、三次元形状の計測のために予め定められた範囲であって、予め定められた光強度分布で光が照射される範囲である。ここで、光強度とは、光度を言う。

図３は、照射面３１０を説明する図である。図３（ａ）は、照射面３１０における照射パタンの一例を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線での光強度分布である。照射面３１０において光が照射された形状、つまり光が到達した部分の形状を照射パタンと表記する。図３（ｂ）における横軸は、図２に示した垂線３２１と線３２２との間の角度θであり、縦軸は、照射面３１０における光強度である。

図３（ａ）で示す照射パタンは、ｘ方向に長手方向が向き、角が丸くなった四角形状であるとする。この照射パタンにおいて、中央部の実線で囲んだ長方形の範囲を検知範囲Ｉに設定し、検知範囲Ｉの周辺部を裾引き範囲ＩＩとしている。裾引き範囲ＩＩは、検知範囲Ｉの外側に検知範囲Ｉを取り巻くように形成されている。なお、検知範囲Ｉは、長方形状以外の形状に設定されてもよい。

検知範囲Ｉは、予め定められた光強度分布になるように設定されている。なお、図３（ｂ）では、検知範囲Ｉは、光強度が一定であるとしているが、予め定められた許容範囲において変動した分布であってもよい。すなわち、被照射物の三次元形状を計測可能な光強度であれば、検知範囲Ｉの領域内において変動した分布であってもよい。例えば、検知範囲Ｉにおいて、中央側の方が周辺側より光強度が弱い分布であってもよく、この逆の分布であってもよい。一方、裾引き範囲ＩＩでは、検知範囲Ｉから離れるにつれて、検知範囲Ｉの光強度から徐々に光強度が低下していく。ここで、裾引き範囲ＩＩにおいて、検知範囲Ｉと裾引き範囲ＩＩとの境界の角度から、光強度が最大値の１／ｅ^２になる角度までの角度差を裾拡がり量とする。裾拡がり量は、裾引き範囲ＩＩの大きさを示す。前述したように、裾引き範囲ＩＩは顔３００の三次元形状の計測に適さない領域であり、三次元形状の計測に用いる検知範囲の範囲外となる場合がある。この場合、裾引き範囲ＩＩに照射される光は無効な光となる。よって、裾引き範囲ＩＩの面積が小さいほど、つまり裾拡がり量が小さいほど、発光装置４が出射する光の利用効率（以下では、光利用効率と表記する。）が大きくなる。なお、光利用効率とは、発光装置４が出射する光量の内、検知範囲Ｉに照射される光量の割合をいう。そして、裾引き範囲ＩＩに照射される光を裾引き光と表記することがある。なお、裾拡がり量を、光強度の半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）で評価してもよい。また、裾拡がり量を、角度以外の指標、例えば発光装置４から予め定め設定された距離に置かれた照射面３１０における裾引き範囲ＩＩの幅などで評価してもよい。

図４は、情報処理装置１の構成を説明するブロック図である。
情報処理装置１は、上記した光学装置３と、光学装置制御部８と、システム制御部９とを備えている。光学装置３は、前述したように発光装置４と３Ｄセンサ６を備えている。光学装置制御部８は、光学装置３を制御する。そして、光学装置制御部８は、形状特定部８１を含む。システム制御部９は、情報処理装置１全体をシステムとして制御する。そして、システム制御部９は、認証処理部９１を含む。そして、システム制御部９には、ＵＩ部２、スピーカ９２、二次元カメラ（図４では、２Ｄカメラと表記する。）９３などが接続されている。なお、３Ｄセンサ６は、受光部の一例である。
以下、順に説明する。

光学装置３が備えている発光装置４は、光源１０と、拡散板３０と、光量監視用受光素子（図４では、ＰＤと表記する。）４０と、駆動部５０とを備えている。なお、発光装置４における光源１０、拡散板３０及び光量監視用受光素子４０については、後述する。なお、拡散板３０は、光学部材の一例である。

発光装置４における駆動部５０は、光源１０を駆動する。例えば、光源１０は、駆動部５０により、数１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚで繰り返す光をパルス状に出射するように駆動される。光源１０が出射する光を出射光と表記し、光源１０が出射するパルス状の光を、出射光パルスと表記する。

３Ｄセンサ６は、格子状に配列された複数の受光領域を備えている。３Ｄセンサ６は、発光装置４の光源１０からの出射光パルスに対応して計測対象から反射されたパルス光を受光する。３Ｄセンサ６が受光する光パルスを受光パルスと表記する。そして、３Ｄセンサ６は、光源１０から出射された光が出射されてから計測対象で反射され３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号を受光領域毎にデジタル値として出力する。例えば、３Ｄセンサ６は、各受光領域が２つのゲートとそれら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。そして、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に応じた電荷を蓄積するように構成されている。そして、ＡＤコンバータを介して、受光領域毎に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値を信号として出力する。
なお、３Ｄセンサ６は、集光用のレンズを備えてもよい。

光学装置制御部８の形状特定部８１は、３Ｄセンサ６の受光領域毎に得られるデジタル値を３Ｄセンサ６から取得する。そして、取得したデジタル値から受光領域毎に計測対象までの距離を算出することで計測対象の三次元形状を計測する。計測した三次元形状から、三次元像を特定する。

システム制御部９の認証処理部９１は、形状特定部８１により特定された特定結果である計測対象の三次元像がＲＯＭなどに予め蓄積された三次元像である場合に、情報処理装置１の使用に関する認証処理を行う。なお、情報処理装置１の使用に関する認証処理とは、一例として、自装置である情報処理装置１の使用を許可するか否かの処理である。計測対象が顔である場合、顔の三次元像がＲＯＭ等の記憶部材に記憶された顔の三次元像に一致すれば、情報処理装置１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１の使用を許可する。
上記の形状特定部８１及び認証処理部９１は、一例として、プログラムによって構成される。また、これらは、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路で構成されてもよい。さらには、これらは、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。

図４においては、光学装置３、光学装置制御部８及びシステム制御部９をそれぞれ分けて示したが、システム制御部９が光学装置制御部８を含んでもよい。また、光学装置制御部８が光学装置３に含まれてもよい。さらに、光学装置３、光学装置制御部８及びシステム制御部９が一体に構成されてもよい。

（光学装置３の全体構成）
次に、光学装置３について、詳細に説明する。
図５は、本実施の形態が適用される光学装置３の平面図及び断面図の一例を示す図である。図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線での断面図である。ここで、図５（ａ）において、紙面の横方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向とし、表面方向をｚ方向とする。

まず、図５（ａ）に示す平面図を説明する。
光学装置３において、発光装置４と３Ｄセンサ６とは、一例として回路基板７上にｘ方向に並ぶように配置されている。回路基板７は、絶縁性材料で構成された板状の部材を基材とし、導電性材料で構成された導体パタンが設けられている。絶縁性材料は、例えばセラミック、エポキシ樹脂などであり、導電性材料は、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属又はこれらの金属を含む導電性ペーストである。回路基板７は、導体パタンが表面に設けられた単層基板であってもよく、導体パタンが複数層設けられた多層基板であってもよい。また、発光装置４と３Ｄセンサ６とは、それぞれが別の回路基板上に配置されていてもよい。

そして、発光装置４において、光量監視用受光素子４０、光源１０及び駆動部５０は、一例として回路基板７上にｘ方向に並ぶように配置されている。そして、拡散板３０は、光源１０及び光量監視用受光素子４０を覆うように設けられている。

光源１０は、一例として平面視した場合の形状である平面形状が長方形である。なお、光源１０の平面形状は、長方形でなくともよい。光源１０の光出射方向（光出射側）は、ｚ方向である。なお、光源１０は、回路基板７上に直接搭載されてもよいし、酸化アルミニウムや窒化アルミ等の放熱用基材を介して、回路基板７上に搭載されてもよい。放熱用基材を介する場合、光源１０に供給する電力を大きくして、光源１０の光出力を大きくしてもよい。以下では、光源１０は、回路基板７上に直接搭載されているとして説明する。ここで、平面形状とは、平面視した場合の形状であり、平面視とは、図５（ａ）において、ｚ方向から見ることをいう。以下同様である。ここで、光出力とは光束をいう。

拡散板３０は、一例として平面形状が長方形の部材である。拡散板３０は、拡散板３０に入射する光を拡散させて出射する。このとき、拡散板３０は、拡散板３０に入射する光を整形して出射する。つまり、拡散板３０は、光源１０から光が出射される時、つまり出射時の光の断面形状及び光強度分布と異なる断面形状及び光強度分布で光を出射する。なお、断面とは、光の進行方向に垂直な面を言う。例えば、光源１０は、後述するようにサイズが小さいため、点光源と見なせる。拡散板３０は、この光源１０から入射する光を、図３（ａ）に示したような照射面３１０における照射パタンに整形する。

拡散板３０の大きさは、例えば、横幅及び縦幅が１ｍｍ〜１０ｍｍ、厚みは０．１ｍｍ〜１ｍｍとすればよい。なお、拡散板３０は、平面視した状態において、光源１０及び光量監視用受光素子４０を覆っていればよい。また、図５（ａ）では、拡散板３０を平面視した形状が長方形である例を示したが、多角形や円形など、他の形状であってもよい。そして、以上のような大きさ及び形状であれば、携帯型情報処理端末の顔認証や、数ｍ程度までの比較的近距離の三次元形状の計測に適した拡散板３０が提供される。

次に、図５（ｂ）に示す断面図を説明する。
拡散板３０は、光源１０の光出射側であるｚ方向側に側壁３３で支えられている。側壁３３は、光源１０及び光量監視用受光素子４０を囲むように設けられている。拡散板３０は、側壁３３により光源１０及び光量監視用受光素子４０から予め定められた距離に保持されている。そして、光源１０から拡散板３０に入射する光は、拡散板３０から出射し、照射面３１０（図２参照）に照射される。

側壁３３が光源１０の出射する光を吸収する部材で構成されていると、光源１０が出射する光が側壁３３を透過して外部に放射されることが抑制される。また、拡散板３０と側壁３３とで光源１０及び光量監視用受光素子４０を封止することで、防塵、防湿等が図られる。本実施の形態では、光源１０と光量監視用受光素子４０とを近接して配置することで、小さなサイズの側壁３３で囲いやすくなるとともに、小さなサイズの拡散板３０で済む。

光量監視用受光素子４０は、受光した光量（以下では、受光量と表記する。）に応じた電気信号を出力するデバイスである。光量監視用受光素子４０は、例えばシリコンなどで構成されたフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）である。光量監視用受光素子４０は、光源１０から出射され、拡散板３０の裏面、つまり拡散板３０の−ｚ方向側の面で反射した光が受光されるように構成されている。

光源１０は、光量監視用受光素子４０の受光量に基づいて、予め定められた光出力を維持するように制御される。つまり、光学装置制御部８は、光量監視用受光素子４０の受光量に基づいて、駆動部５０を介して光源１０を制御する。なお、光量監視用受光素子４０の受光量が極端に低下した場合には、拡散板３０が外れたり破損したりして、光源１０の出射する光が拡散板３０で拡散されずに直接外部に照射されているおそれがある。このような場合には、光学装置制御部８は、駆動部５０を介して光源１０の光出力を抑制する。例えば、光学装置制御部８は、光源１０からの光の出射を停止させる。

（光源１０の構成）
図６は、光源１０の平面図の一例を示す図である。ここでは、回路基板７上設けられた導体パタンであるカソードパタン７１、アノードパタン７２Ａ、７２Ｂ、及び光源１０とこれらの導体パタンとを接続するボンディングワイヤ７３Ａ、７３Ｂを合わせて示す。

本実施の形態では、光源１０は、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を備えている。以下では、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬをＶＣＳＥＬと表記する。なお、ＶＣＳＥＬは、発光素子の一例である。後述するように、ＶＣＳＥＬは、基板上に積層された下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡との間に発光領域となる活性領域を設け、基板に垂直な方向にレーザ光を出射させる。このことから、ＶＣＳＥＬを二次元状に複数配列したアレイ化が容易である。光源１０は、複数のＶＣＳＥＬが一つの半導体部品として一体集積されて構成されている。

複数のＶＣＳＥＬを備える光源１０は、裏面にカソード電極１１４が設けられ（後述する図７参照）、表面にアノード電極１１８が設けられている。なお、アノード電極１１８は、複数のＶＣＳＥＬのｐ側電極１１２を接続する部分と、後述するボンディングワイヤ７３Ａが接続されるパッド部１１８Ａと、ボンディングワイヤ７３Ｂが接続されるパッド部１１８Ｂとを備えている。つまり、複数のＶＣＳＥＬは、並列接続されている。

図６では、光源１０が備える複数のＶＣＳＥＬは、一例として正方形に組まれた格子の各格子点に配列されている。複数のＶＣＳＥＬは、例えば行毎にＶＣＳＥＬを配置する位置を繰り返し単位の半分ずらした配列など、他の配列としてもよい。

回路基板７上には、導体パタンとして、カソードパタン７１、アノードパタン７２Ａ、７２Ｂが設けられている。カソードパタン７１は、光源１０の裏面に設けられたカソード電極１１４が接続されるように、光源１０より広い面積で形成されている。そして、光源１０は、裏面に設けられたカソード電極１１４が回路基板７上のカソードパタン７１に導電性接着剤にて接着されている。そして、光源１０のアノード電極１１８のパッド部１１８Ａは、ボンディングワイヤ７３Ａにて、回路基板７上のアノードパタン７２Ａと接続され、光源１０のアノード電極１１８のパッド部１１８Ｂは、ボンディングワイヤ７３Ｂにて、回路基板７上のアノードパタン７２Ｂと接続されている。

光源１０が備えるＶＣＳＥＬの数は、例えば、１０個〜１０００個である。複数のＶＣＳＥＬは、並列に接続され並列駆動される。つまり、複数のＶＣＳＥＬは、同時に光を出射する。光源１０は、例えば、０．５ｍｍ角〜３ｍｍ角である。なお、より遠くの被照射物に照射する場合は、さらにＶＣＳＥＬの数を増やしてもよい。
前述したように、光源１０は、計測対象の三次元形状を計測するための光を出射する。前述した顔の形状によるユーザの認証では、計測距離は１０ｃｍ程度から１ｍ程度である。そして、検知範囲Ｉの一辺長は、１ｍ程度である。光源１０としては、検知範囲Ｉに予め定められた光強度の光を照射することが求められることから、光源１０が備えるＶＣＳＥＬは、光出力が大きいことが求められる。

本実施の形態においては、光源１０が備えるＶＣＳＥＬとして、単一横モードで発振するＶＣＳＥＬを用いる。なお、単一横モードは、シングルモードと表記されることがある。以下では、単一横モードで発振するＶＣＳＥＬをシングルモードＶＣＳＥＬと表記する。シングルモードＶＣＳＥＬは、多重横モードで発振するＶＣＳＥＬと比べて、出射光の拡がり角が小さい。なお、多重横モードは、マルチモードと表記されることがある。そこで、多重横モードで発振するＶＣＳＥＬをマルチモードＶＣＳＥＬと表記する。なお、単一横モードとは、拡がり角をパラメータとした出射光の光強度プロファイルが単峰性、つまり光強度のピークが１つである特性を有するものを言う。例えば、単峰性が維持される範囲において複数の横モードを含んでもよい。なお、出射光の拡がり角は、光強度が最大値の１／ｅ^２となる角度範囲を言う。また、拡がり角は、光強度の半値全幅（ＦＷＨＭ）である角度範囲などとしてもよい。

シングルモードＶＣＳＥＬとして、長共振器構造のＶＣＳＥＬを用いてもよい。
長共振器構造のＶＣＳＥＬは、共振器長が発振波長λである一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬ内の活性領域と一方の多層膜反射鏡との間に、数λ〜数１０λ分のスペーサ層を導入して共振器長を長くすることで高次横モードの損失を増加させ、これにより、一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬの酸化アパーチャ径よりも大きい酸化アパーチャ径でシングルモード発振を可能にする。典型的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬでは、縦モード間隔（フリースペクトルレンジと呼ばれることがある。）が大きいため、単一縦モードで安定的な動作を得ることができる。これに対し、長共振器構造のＶＣＳＥＬの場合には、共振器長が長くなることで縦モード間隔が狭くなり、共振器内に複数の縦モードである定在波が存在し、その結果、縦モード間のスイッチングが起こり易くなる。このため、長共振器構造のＶＣＳＥＬでは、縦モード間のスイッチングを抑制する層（以下で説明する図７における光学的損失を与える層１２０）を設けている。

λ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬは、λ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬより酸化アパーチャ径が小さく設定されるため、光出力を大きくしにくかった。このため、三次元形状を計測する光源１０としては、光出力が大きいマルチモードＶＣＳＥＬが用いられてきた。しかし、裾引き範囲ＩＩに裾を引いて拡がる光を少なくして光の利用効率を高めるためには、後述するように、拡がり角が小さいシングルモードＶＣＳＥＬを用いることがよい。そして、長共振器構造のＶＣＳＥＬは、一般的なλ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬより酸化アパーチャ径を大きくしやすいため、光出力を大きくしやすい。そして、長共振器構造のＶＣＳＥＬは、一般的なλ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬと比較し、拡がり角をさらに狭くしやすい。

（長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ａ））
図７は、光源１０が備える１個の長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。以下では、長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬをＶＣＳＥＬ−Ａと表記する。なお、紙面の上方向がｚ方向である。
ＶＣＳＥＬ−Ａは、ｎ型のＧａＡｓの基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector、以下では分布ブラック型反射鏡をＤＢＲと表記する。）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された、共振器長を延長する共振器延長領域１０４、共振器延長領域１０４上に形成されたｎ型のキャリアブロック層１０５、キャリアブロック層１０５上に形成された、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０６、活性領域１０６上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０８を積層して構成されている。

ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層してある。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０^１８ｃｍ^−３である。

共振器延長領域１０４は、一連のエピタキシャル成長により形成されたモノリシックな層である。従って、共振器延長領域１０４は、ＧａＡｓ基板と格子定数が一致し、又は整合するような、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ又はＡｌＡｓから構成される。ここでは、９４０ｎｍ帯のレーザ光を出射させるため、共振器延長領域１０４は、光吸収を生じさせないＡｌＧａＡｓから構成されている。共振器延長領域１０４の膜厚は、２μｍ〜５μｍ、発振波長λの５λ〜２０λに設定される。このため、キャリアの移動距離が長くなる。よって、共振器延長領域１０４は、キャリア移動度が大きいｎ型であることがよく、それゆえｎ型の下部ＤＢＲ１０２と活性領域１０６との間に挿入される。このような共振器延長領域１０４は、空洞延長領域又はキャビティスペースと呼ばれることがある。

共振器延長領域１０４と活性領域１０６との間に、例えばＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなるバンドギャップの大きいキャリアブロック層１０５が形成されるとよい。キャリアブロック層１０５の挿入により、活性領域１０６からのキャリアリークが防止され、発光効率が改善される。後述するように、共振器延長領域１０４には、レーザ光の発振強度を幾分減衰させるような光学的損失を与える層１２０が挿入されるので、キャリアブロック層１０５は、こうした損失を補填する役割を担う。例えば、キャリアブロック層１０５の膜厚は、λ／４ｍｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｍは整数、ｎ_ｒは媒質の屈折率）である。

活性領域１０６は、下部スペーサ層と、量子井戸活性層と、上部スペーサ層とが積層されて構成されている。例えば、下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープのＩｎＧａＡｓ量子井戸層及びアンドープのＧａＡｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層である。

ｐ型の上部ＤＢＲ１０８は、ｐ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層との積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒであり、これらを交互に２９周期積層してある。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０^１８ｃｍ^−３である。上部ＤＢＲ１０８の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層が形成されるのがよい。上部ＤＢＲ１０８の最下層又はその内部に、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層１１０が形成される。

上部ＤＢＲ１０８から下部ＤＢＲ１０２に至るまでの積層された半導体層をエッチングすることにより、基板１００上に円柱状のメサＭ１が形成される。電流狭窄層１１０は、メサＭ１の側面に露出する。電流狭窄層１１０には、メサＭ１の側面から選択的に酸化された酸化領域１１０Ａと酸化領域１１０Ａによって囲まれた導電領域１１０Ｂが形成される。導電領域１１０Ｂが、酸化アパーチャである。酸化工程において、ＡｌＡｓ層はＡｌＧａＡｓ層よりも酸化速度が速く、酸化領域１１０Ａは、メサＭ１の側面から内部に向けてほぼ一定の速度で酸化されるため、導電領域１１０Ｂの基板と平行な平面形状は、メサＭ１の外形を反映した形状、すなわち円形状となり、その中心は、一点鎖線で示すメサＭ１の軸方向と一致する。長共振器構造のＶＣＳＥＬでは、単一横モードを得るための導電領域１１０Ｂの径を、通常のλ共振器構造のＶＣＳＥＬよりも大きくしやすく、例えば、導電領域１１０Ｂの径を７μｍ〜８μｍまで大きくしうる。なお、上部ＤＢＲ１０８から下部ＤＢＲ１０２に至る半導体層は、エピタキシャルにより積層される。よって、この半導体層をエピタキシャル層と表記することがある。

メサＭ１の最上層には、Ｔｉ／Ａｕなどを積層した金属製の環状のｐ側電極１１２が形成される。ｐ側電極１１２は、上部ＤＢＲ１０８のコンタクト層にオーミック接触する。環状のｐ側電極１１２の内側は、レーザ光が外部へ出射される光出射口１１２Ａとなる。つまり、メサＭ１の軸方向が光軸になる。なお、光出射口１１２Ａを含む上部ＤＢＲ１０８の表面が出射面である。さらに、基板１００の裏面には、ｎ側電極としてカソード電極１１４が形成される。

そして、ｐ側電極１１２と後述するアノード電極１１８とが接続される部分及び光出射口１１２Ａを除いて、メサＭ１の表面を覆うように、絶縁層１１６が設けられる。そして、光出射口１１２Ａを除いて、アノード電極１１８がｐ側電極１１２とオーミック接触するように設けられる。なお、アノード電極１１８は、複数のＶＣＳＥＬ−Ａのそれぞれの光出射口１１２Ａを除いて設けられる。つまり、光源１０に含まれる複数のＶＣＳＥＬ−Ａは、それぞれのｐ側電極１１２がアノード電極１１８で並列接続される（図６参照）。このように、アノード電極１１８は、各ＶＣＳＥＬ−Ａの光出射口１１２Ａを除く各ＶＣＳＥＬ−Ａ間の領域を覆う、連続した電極パタンとして設けられている。このため、ＶＣＳＥＬ−Ａ毎に個別に駆動配線を設ける場合と比べ、広い面積のパタンが形成され、駆動電流が流れた場合の電圧降下が抑制される。

長共振器構造のＶＣＳＥＬでは、共振器長で規定される反射帯域内に複数の縦モードが存在しうるため、縦モード間のスイッチング又はポッピングを抑制する必要がある。ここでは、必要な縦モードの発振波長帯を９４０ｎｍとし、それ以外の縦モードの発振波長帯へのスイッチングを抑制するべく、共振器延長領域１０４内に不要な縦モードの定在波に対して光学的損失を与える層１２０が設けられている。つまり、光学的損失を与える層１２０は、必要な縦モードの定在波の節の位置に導入されている。光学的損失を与える層１２０は、共振器延長領域１０４を構成する半導体層と同じＡｌ組成の半導体材料から構成され、例えば、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓから構成されている。光学的損失を与える層１２０は、好ましくは、共振器延長領域１０４を構成する半導体層よりも不純物のドーピング濃度が高く、例えば、共振器延長領域１０４を構成するＡｌＧａＡｓの不純物濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３であるとき、光学的損失を与える層１２０は、１×１０^１８ｃｍ^−３の不純物濃度を有し、他の半導体層よりも１桁程度、不純物濃度が高くなるように構成される。不純物濃度が高くなると、キャリアによる光の吸収が大きくなり、損失が与えられる。光学的損失を与える層１２０の膜厚は、必要な縦モードへの損失が大きくならないように選択され、好ましくは、定在波の節に位置する電流狭窄層１１０と同程度の膜厚（１０ｎｍ〜３０ｎｍ）である。

光学的損失を与える層１２０は、必要な縦モードの定在波に対しては節に位置するように挿入される。定在波の節では光強度が弱いので、光学的損失を与える層１２０が必要な縦モードに与える損失の影響は小さい。他方、不要な縦モードの定在波に対しては、光学的損失を与える層１２０は、節以外の腹に位置する。定在波の腹は節よりも光強度が大きくなるため、光学的損失を与える層１２０が不要な縦モードに与える損失は大きくなる。こうして、必要な縦モードへの損失を小さくしつつ、不要な縦モードへの損失を大きくすることで、選択的に不要な縦モードが共振されないようにし、縦モードホッピングが抑制される。

光学的損失を与える層１２０は、共振器延長領域１０４の必要な縦モードの定在波の各節の位置に必ずしも設けることを要せず、単一の層であってもよい。この場合、定在波の強度は、活性領域１０６に近いほど大きくなるので、活性領域１０６から近い節の位置に光学的損失を与える層１２０を形成すればよい。また、縦モード間のスイッチング又はホッピングが許容されるのであれば、光学的損失を与える層１２０を設けなくてもよい。

（λ共振器構造の多重横モードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ｂ））
次に、比較のために示す光源１０′が備えるλ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬを説明する。なお、比較のために示す光源１０′は、ＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角が裾拡がり量に与える影響を説明するために示すものである。比較のための発光装置４は、図５に示した光源１０を、以下に説明する光源１０′に置き換えたものである。前述したように、λ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬは、長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬに比べて、出射光の拡がり角が大きい。

図８は、比較のための光源１０′が備える１個のλ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。以下では、λ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬをＶＣＳＥＬ−Ｂと表記する。ＶＣＳＥＬ−Ｂは、ＶＣＳＥＬ−Ａにおける共振器延長領域１０４を備えない。なお、紙面の上方向がｚ方向である。

ＶＣＳＥＬ−Ｂは、ｎ型のＧａＡｓ基板２００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部ＤＢＲ２０２、下部ＤＢＲ２０２上に形成された、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域２０６、活性領域２０６上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ２０８を積層して構成されている。なお、上部ＤＢＲ２０８の最下層もしくはその内部には、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層２１０が形成される。

下部ＤＢＲ２０２、活性領域２０６、上部ＤＢＲ２０８、電流狭窄層２１０は、前述したＶＣＳＥＬ−Ａの下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０６、上部ＤＢＲ１０８、電流狭窄層１１０と同じであるので説明を省略する。

上部ＤＢＲ２０８から下部ＤＢＲ２０２に至るまで積層された半導体層をエッチングすることにより、基板２００上に円柱状のメサＭ２が形成され、電流狭窄層２１０は、メサＭ２の側面に露出される。電流狭窄層２１０には、メサＭ２の側面から選択的に酸化された酸化領域２１０Ａと酸化領域２１０Ａによって囲まれた導電領域２１０Ｂが形成される。導電領域２１０Ｂが酸化アパーチャである。導電領域２１０Ｂの基板と平行な平面形状は、メサＭ２の外形を反映した形状、すなわち円形状となり、その中心は、一点鎖線で示すメサＭ２の軸方向とほぼ一致する。

メサＭ２の最上層には、Ｔｉ／Ａｕなどを積層した金属製の環状のｐ側電極２１２が形成され、ｐ側電極２１２は、上部ＤＢＲ２０８のコンタクト層にオーミック接続される。ｐ側電極２１２には、中心がメサＭ２の軸方向と一致する円形状の光出射口２１２Ａが形成され、光出射口２１２Ａからレーザ光が外部へ出射される。つまり、メサＭ２の軸方向が光軸になる。さらに、基板２００の裏面には、ｎ側電極としてのカソード電極２１４が形成される。なお、光出射口２１２Ａを含む上部ＤＢＲ２０８の表面が出射面である。

そして、ｐ側電極２１２と後述するアノード電極２１８とが接続される部分及び光出射口２１２Ａを除いて、メサＭ２の表面を覆うように、絶縁層２１６が設けられる。そして、光出射口２１２Ａを除いて、アノード電極２１８がｐ側電極２１２とオーミック接触するように設けられる。なお、アノード電極２１８は、複数のＶＣＳＥＬ−Ｂのそれぞれの光出射口２１２Ａを除いて設けられる。つまり、光源１０′が備える複数のＶＣＳＥＬ−Ｂは、それぞれのｐ側電極２１２がアノード電極２１８で並列接続される。

次に、光源１０のＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角と裾拡がり量との関係を説明する。
図９は、長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ａ）からの出射光の拡がり角と光強度分布における裾拡がり量との関係を模式的に説明する図である。図９（ａ）は、シングルモードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ａ）からの出射光の拡がり角αを説明する図、図９（ｂ）は、光強度分布を示す。なお、図９（ａ）において、紙面の上方向がｚ方向である。そして、図９（ｂ）に示す光強度分布は、図３（ａ）に示すＡ−Ａ線での光強度分布である。

図９（ａ）に示すように、光源１０のＶＣＳＥＬ−Ａの出射光は、拡がり角αで光を出射する。なお、拡がり角は、光強度の半値全幅（ＦＷＨＭ）又は１／ｅ^２である。

ここで、図９（ａ）によって、拡散板３０をさらに説明する。
拡散板３０は、例えば、両面が平行で平坦なガラス基材３１と、ガラス基材の一方の表面に光を拡散させるための微小な複数の凹凸が形成された樹脂層３２とを備えている。そして、拡散板３０は、光源１０のＶＣＳＥＬ−Ａの出射光の経路（光出射経路と表記する。）上に設けられ、入射した光を樹脂層３２の凹凸により拡散させて照射する。複数の凹凸を構成する凸部および凹部の少なくとも一方は、一例として、１０μｍ以上且つ１００μｍ以下の幅を有し、１μｍ以上且つ５０μｍ以下の高さ（深さ）を有する。また、複数の凹凸は周期を有するパタンであってもよいし、周期を有さないランダムなパタンであってもよい。拡散板３０では、この複数の凹凸のパタンにより、光の屈折方向を制御し、光源１０から出射された光を所望の照射パタンに整形する。なお、凹凸のパタンは、レンズパタンと呼ばれることがある。

拡散板３０は、全体において一様な拡散角を有するように構成してもよく、位置に応じて拡散角が異なるように構成してもよい。また、拡散板３０は、ＶＣＳＥＬ−Ａの光軸と拡散板３０から出射する光の中心軸とが一致するように構成してもよく、ＶＣＳＥＬ−Ａの光軸に対して拡散板３０から出射する光の中心軸を意図的にずらして照射面積が拡大するように構成してもよい。なお、拡散角とは、平行光を入射させた場合における出射光の拡がり角をいう。

図９（ａ）に示すように、拡散板３０は、ＶＣＳＥＬ−Ａが出射した拡がり角αの光を拡散して照射面３１０（図２参照）に照射する。このとき、拡散板３０は、各ＶＣＳＥＬ−Ａが出射する光を重畳して照射する。

図１０は、比較のために示すλ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ｂ）からの出射光の拡がり角βと光強度分布における裾拡がり量との関係を模式的に説明する図である。図１０（ａ）は、マルチモードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ｂ）からの出射光の拡がり角βを説明する図、図１０（ｂ）は、光強度分布を示す。図１０（ａ）において、紙面の上方向がｚ方向である。そして、図１０（ｂ）に示す光強度分布は、図３（ａ）に示すＡ−Ａ線での光強度分布である。ここで、拡散板３０は、図９に示した長共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ−Ａ）の場合と同じである。

図１０（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ−Ｂは、ＶＣＳＥＬ−Ａの出射光の拡がり角より大きい拡がり角βで光を出射する（α＜β）。この場合、図１０（ｂ）に示すＶＣＳＥＬ−Ｂ（拡がり角β）を備える光源１０′を用いた場合の裾拡がり量は、図９（ｂ）に示すＶＣＳＥＬ−Ａ（拡がり角α）を備える光源１０を用いた場合の裾拡がり量に比べ、大きくなる。これは、光源から出射される光の拡がり角が大きいと、拡がり角が小さい場合に比べ、様々な入射角の光が拡散板３０へ入射することになり、拡散板３０のレンズパタンによる屈折角の範囲が広がることになる。つまり、光源から出射される光の拡がり角が大きいほど、屈折角が様々な値を取ることになる。すると、拡散板３０から照射される光が所望の照射パタンに整形されにくくなり、照射パタンを四角形状とした場合に四角形状がぼやけてしまうことになる。すなわち、光源から出射される光の拡がり角が大きいほど、裾拡がり量が大きくなる。

図１１は、ＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角と裾拡がり量及び光利用効率との関係を説明する図である。横軸は、出射光の拡がり角、左側の縦軸は、裾拡がり量、右側の縦軸は、光利用効率である。これらの関係は、シミュレーションにより求めた。

図１１に示すように、出射光の拡がり角が小さくなるに従い、照射面３１０における裾拡がり量が小さくなり、光利用効率が向上することが分かる。

ここでは、出射光の拡がり角と照射面３１０における裾拡がり量とが関連することから、光出力が大きい光源１０が求められるＴＯＦ方式による三次元形状の計測において、あえて大きな光出力が得られるλ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬを採用せず、出射光の拡がり角が小さいシングルモードＶＣＳＥＬを用いている。これにより、照射面３１０において予め定められた範囲外に裾を引いて拡がる、無駄な裾引き範囲ＩＩを狭くしている。このように、光の裾の部分を小さくする、つまり裾拡がり量を抑制することで、光利用効率を向上させている。このようにすることで、裾拡がり量を抑制しない場合に比べて、光源の消費電力が低減される。特に、携帯型情報処理装置など、電池で駆動される情報処理装置において長い駆動時間が得られる。

なお、上記の実施の形態では、複数のＶＣＳＥＬが並列接続される例を示したが、複数のＶＣＳＥＬが直列接続される構成や、直列接続と並列接続とを組み合わせた接続形態であってもよい。

また、上記の実施の形態では、複数のＶＣＳＥＬがメサ形状で構成される例を示したが、メサ形状以外の形態であってもよい。例えば、各ＶＣＳＥＬの出射口の周囲を取り囲むように複数の孔を設け、この孔を利用して電流狭窄層１１０を酸化することで、酸化狭窄構造を有するＶＣＳＥＬを構成してもよい。

また、上記の実施の形態では、複数のＶＣＳＥＬが、基板１００上のエピタキシャル層が形成された面側（表面側）から光を出射する形態を示したが、エピタキシャル層が形成されていない面側（裏面側）から光を出射する形態であってもよい。

また、上記の実施の形態では、光の出射面側から見た場合に、光源１０と拡散板３０とが重なる位置に配置された形態を示したが、重ならない位置に配置された形態であってもよい。例えば、反射ミラー等の反射部材を介することで、拡散板３０と光源１０とが重ならない位置であっても、光を拡散できる構成であればよい。

１…情報処理装置、２…ユーザインターフェイス（ＵＩ）部、３…光学装置、４…発光装置、６…３Ｄセンサ、７…回路基板、８…光学装置制御部、９…システム制御部、１０、１０′…光源、３０…拡散板、４０…光量監視用受光素子、５０…駆動部、８１…形状特定部、９１…認証処理部、ＶＣＳＥＬ、ＶＣＳＥＬ−Ａ、ＶＣＳＥＬ−Ｂ…垂直共振器面発光レーザ素子、３００…顔、３１０…照射面、α、β…拡がり角、Ｉ…検知範囲、ＩＩ…裾引き範囲、ＴＯＦ…タイムオブフライト

Claims (12)

1. 単一横モードで発振する発光素子を複数配列した光源と、
   前記光源の光出射経路に設けられ、当該光源が出射する光を拡散して照射する光学部材と、
   を備える発光装置。
2. 前記発光素子は、垂直共振器面発光レーザ素子である請求項１に記載の発光装置。
3. 前記垂直共振器面発光レーザ素子は、長共振器構造である請求項２に記載の発光装置。
4. 複数の前記発光素子は、電極パタンにより互いに並列に接続されるとともに、当該電極パタンは、各発光素子の出射口を除く領域を、連続したパタンで覆っている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記光学部材は、前記光源から出射される光を整形して、出射時の断面形状及び光強度分布と異なる断面形状及び光強度分布で照射する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記光学部材は、板状の部材であって、少なくとも一方の面に光を整形する構造が設けられている請求項５に記載の発光装置。
7. 前記光学部材は、タイムオブフライト方式による三次元形状の計測に用いる光を照射する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記光源及び前記光学部材が携帯型情報処理端末に搭載され、当該光源は電池によって駆動される請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 長共振器構造の垂直共振器面発光レーザ素子を複数配列した光源と、
   前記光源の光出射経路に設けられ、当該光源が出射する光を拡散して照射する光学部材と、
   を備える発光装置。
10. 請求項１ないし９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光源から出射され計測対象で反射された反射光を受光する受光部と、を備え、
    前記受光部は、前記光源から光が出射されてから当該受光部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。
11. 請求項１０に記載の光学装置と、
    前記光学装置が備える光源から出射され計測対象で反射され、当該光学装置が備える受光部が受光した反射光に基づき、当該計測対象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。
12. 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と、
    を備える請求項１１に記載の情報処理装置。