JP7334439B2 - 垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ、発光装置、光学装置および情報処理装置 - Google Patents

垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ、発光装置、光学装置および情報処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、発光素子アレイチップ、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、１以上のレーザーダイオードを含む第１セットのダイオードを駆動するための第１ハイサイド駆動電流源；
１以上のレーザーダイオードを含む第２セットのダイオードを駆動するための第２ハイサイド駆動電流源；
エネルギー蓄積キャパシタ；及び
前記エネルギー蓄積キャパシタを充電するためのエネルギー蓄積キャパシタ充電器を備える、レーザーダイオード駆動システムが記載されている。
特許文献２には、ＶＣＳＥＬアレイを複数の領域に分割し、対象物までの距離が遠いほど、より多くの領域を発光させるように構成したＶＣＳＥＬアレイが記載されている。
特表２０１６－５０７１６７号公報 米国特許公報第１０１３５２２２号公報
ところで、発光素子アレイにおいて、電力変換効率向上の観点から、下部分布ブラック型反射鏡をｎ型半導体またはｉ型（真性）半導体などの非ｐ型半導体で構成する方法がある。
また、下部分布ブラック型反射鏡を非ｐ型半導体で構成した構成において、一部の発光素子を他の発光素子とは独立して駆動する場合に、裏面側のカソード電極を共通電極とし、出射面側のアノード電極を一部の発光素子と他の発光素子とで分離して、それぞれをハイサイド駆動する方法がある。
ここで、一部の発光素子と他の発光素子とを独立して駆動する場合、駆動速度向上の観点からは、ハイサイド駆動ではなくローサイド駆動できる構成が望まれる。
本発明は、非ｐ型半導体で構成された下部分布ブラック型反射鏡を有する発光素子アレイチップにおいて、一部の発光素子と他の発光素子とをそれぞれ独立してローサイド駆動可能な発光素子アレイチップなどを提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、第１の基板と、当該第１の基板上に形成された発光素子層と、当該発光素子層と電気的に接続された第１のカソード電極とを有する第１の垂直共振器面発光レーザ素子を含む第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイと、第２の基板と、当該第２の基板上に形成された非ｐ型の下部反射鏡と、当該非ｐ型の下部反射鏡と電気的に接続された第２のカソード電極とを有する第２の垂直共振器面発光レーザ素子を含む第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイと、を備え、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の基板側とは反対側に出射面を有し、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイが、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられている垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項２に記載の発明は、前記第１のカソード電極は前記第１の基板の裏面側に形成され、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられたカソード配線上に設けられている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項３に記載の発明は、前記カソード配線に接続されたカソードパッドが前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられている請求項２に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項４に記載の発明は、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第１の基板側とは反対の出射面側に第１のアノード電極を有し、前記第１のアノード電極と、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられたアノード配線とがボンディングワイヤで接続されている請求項２に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項５に記載の発明は、前記アノード配線に接続されたアノードパッドが前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられている請求項４に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項６に記載の発明は、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に接着部材で接着されている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項７に記載の発明は、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイが含む前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子は、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイが含む前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子で囲われている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項８に記載の発明は、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの中央領域に設けられている請求項７に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
請求項９に記載の発明は前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの端部領域に設けられている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップである。
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項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップと、前記垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップが備える第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイおよび当該垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップが備える第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの光出射経路上に設けられた光拡散部材と、を備える発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発光装置と、前記発光装置が備える第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイから出射され被測定物で反射された第１の反射光、および当該発光装置が備える第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイから出射され当該被測定物で反射された第２の反射光を受光する受光部と、を備え、前記受光部は、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイ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、および前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイ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１２に記載の発明は、請求項１１に記載の光学装置と、前記光学装置が備える第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイまたは第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイから出射され被測定物で反射された第１の反射光または第２の反射光に基づき、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である。
請求項１３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１２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、非ｐ型半導体で構成された下部反射鏡を有する発光素子アレイチップにおいて、一部の発光素子と他の発光素子とは独立してローサイド駆動可能な発光素子アレイチップを提供される。
請求項２に記載の発明によれば、第１のカソード電極と第２のカソード電極とへの外部からの接続を、第２の発光素子アレイの出射面側と裏面側とに分離して行える。
請求項３に記載の発明によれば、第１の発光素子アレイのカソード電極に外部から接続する場合に、第２の発光素子アレイの出射面側から配線できる。
請求項４に記載の発明によれば、第１のアノード電極から外部に直接ボンディングワイヤで接続する場合と比較し、ボンディングワイヤの長さを短くできる。
請求項５に記載の発明によれば、第１の発光素子アレイのアノード電極に外部から接続する場合に、第２の発光素子アレイの出射面側から配線できる。
請求項６に記載の発明によれば、第１の発光素子アレイと第２の発光素子アレイとが一体化される。
請求項７、８に記載の発明によれば、第１の発光素子アレイから出射された光の反射光が受光されやすい。
請求項９に記載の発明によれば、発光素子アレイの中央領域に設けられている場合と比較し、第１の発光素子アレイからの配線の引き出し長が短くてすむ。
請求項１０に記載の発明によれば、拡散部材を備えない場合に比べ、発光素子アレイから出射された光がより広い照射面に照射される。
請求項１１に記載の発明によれば、異なる発光素子アレイから出射された光に対応した距離情報が得られる光学装置が提供される。
請求項１２に記載の発明によれば、三次元形状を測定できる情報処理装置が提供される。
請求項１３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。
情報処理装置の一例を示す図である。 情報処理装置の構成を説明するブロック図である。 光学装置の平面図および断面図の一例である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。 発光素子アレイチップの構成を説明する図である。 ＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。（ａ）は、ローパワー用発光素子アレイにおける１個のＶＣＳＥＬ、（ｂ）は、ハイパワー用発光素子アレイにおける１個のＶＣＳＥＬである。 ３Ｄセンサを説明する図である。 発光素子アレイチップと回路基板に設けられた導体パタンとの接続関係を説明する図である。 ローサイド駆動を説明する図である。 ローパワー用発光素子アレイとハイパワー用発光素子アレイとの配置の変形例を説明する図である。（ａ）は、第１の変形例、（ｂ）は、第２の変形例である。 発光装置における発光素子アレイチップと光量監視用受光素子との配置について説明する図である。（ａ）は、第１の実施の形態における配置、（ｂ）は、第１の比較例における配置、（ｃ）は、第２の比較例における配置である。 第２の実施の形態が適用されるハイパワー用発光素子アレイにおける１個のＶＣＳＥＬの断面構造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、ユーザの顔の形状など、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の形状を認識することで、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、顔の認識以外の三次元形状の認識に適用しうる。すなわち、顔以外の物体の形状の認識にも適用してもよい。また、被測定物までの距離は問わない。
［第１の実施の形態］
（情報処理装置１）
図１は、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とを備える。発光装置４は、三次元像を取得するために被測定物、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ＴＯＦ（Time of Flight）法に基づいて、顔の三次元像を取得するとする。以下では、顔を被測定物とする場合であっても、被測定物と表記する。
なお、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に展開されて、ＣＰＵが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。
図２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（２Ｄ）カメラ９３などが接続されている。なお、発光装置４は、発光装置の一例、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は、前述したように発光装置４と、３Ｄセンサ６を備える。発光装置４は、発光素子アレイチップ１０と、拡散板３０と、光量監視用受光素子（以下では、ＰＤと表記する。）４０と、第１の駆動部５０Ａと、第２の駆動部５０Ｂとを備える。そして、発光素子アレイチップ１０は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとを備える。ここでは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、それぞれが配列された複数の発光素子を備えるとする。ローパワー用発光素子アレイ１０Ａが第１の発光素子アレイの一例、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが第２の発光素子アレイの一例である。なお、拡散板３０については後述する。拡散板３０は、光拡散部材の一例である。
発光装置４における第１の駆動部５０Ａは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを駆動し、第２の駆動部５０Ｂは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂを駆動する。例えば、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、数１０ＭＨｚ～数１００ＭＨｚのパルス光を出射するように駆動される。出射するパルス光を出射光パルスと表記する。
そして、光学装置３は、後述するように、発光素子アレイチップ１０から被測定物に向けて照射された光が被測定物からの反射光を３Ｄセンサ６が受光するように構成されている。
３Ｄセンサ６は、複数の受光領域６１（後述する図６参照。）を備えている。３Ｄセンサ６は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａから出射された光が被測定物で反射され３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号、およびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂから出射された光が被測定物で反射され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。
ローパワー用発光素子アレイ１０Ａから出射され被測定物で反射した光は、第１の反射光の一例であり、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂから出射され被測定物で反射した光は、第２の反射光の一例である。
光学装置制御部８の形状特定部８１は、３Ｄセンサ６から受光領域６１毎に得られるデジタル値を取得し、受光領域６１毎に被測定物までの距離を算出して、被測定物の３Ｄ形状を特定する。
システム制御部９の認証処理部９１は、形状特定部８１が特定した特定結果である被測定物の３Ｄ形状がＲＯＭなどに予め蓄積された３Ｄ形状である場合に、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（情報処理装置１）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３Ｄ形状が、ＲＯＭ等の記憶部材に記憶された顔形状に一致する場合は、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の使用が許可される。
上記の形状特定部８１および認証処理部９１は、一例として、プログラムによって構成される。また、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。
図２においては、光学装置３、光学装置制御部８およびシステム制御部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およびシステム制御部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３は、光学装置３の平面図および断面図の一例である。図３（ａ）は、平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。ここで、図３（ａ）において、紙面の横方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向とする。ｘ方向およびｙ方向に反時計回りで直交する方向をｚ方向とする。
図３（ａ）に示すように、光学装置３は、回路基板７上のｘ方向に、発光装置４と、３Ｄセンサ６とが配置されている。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る。導電性材料は、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属また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。
そして、発光装置４は、一例であるが、回路基板７上の＋ｘ方向に、第２の駆動部５０Ｂと、光量監視用受光素子４０と、発光素子アレイチップ１０と、第１の駆動部５０Ａとが順に配置されている。そして、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上にローパワー用発光素子アレイ１０Ａが配置されている。つまり、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域上に重ねて配置されている。ここでは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとは、別々の半導体チップとして製造され、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａがハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上に接着されて、発光素子アレイチップ１０を構成する。なお、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとは、同じ方向（図３（ｂ）におけるｚ方向）に光を出射する。ここで、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ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間に介して、回路基板７上に搭載されてもよい。
そして、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを駆動する第１の駆動部５０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂを駆動する第２の駆動部５０Ｂとは、回路基板７上において、発光素子アレイチップ１０を挟んで対向する位置に配置されている。
光量監視用受光素子４０は、回路基板７上において、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂに近接した位置、つまり、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂと第２の駆動部５０Ｂとの間に配置されている。
図３（ｂ）に示すように、拡散板３０は、発光素子アレイチップ１０の光出射方向側、つまり光出射経路上に、スペーサ３３を介して、発光素子アレイチップ１０から予め定められた距離に設けられている。拡散板３０は、発光素子アレイチップ１０および光量監視用受光素子４０を覆うように設けられている。
拡散板３０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を備えるように構成されている。つまり、拡散板３０は、拡散板３０に入射する光の拡がり角をさらに拡げて拡散板３０から出射する。よって、発光素子アレイチップ１０のローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが備える発光素子から出射される光の拡がり角が拡散板３０によって拡げられることで、拡散板３０を設けない場合に比べ、光が照射される照射面が広げられる。
光量監視用受光素子４０は、例えば、受光量に応じた電気信号を出力する、シリコンなどで構成されたフォトダイオード（ＰＤ）である。
光量監視用受光素子４０は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂから出射され、拡散板３０の裏面（－ｚ方向の面）で反射した光が受光されるようになっている。
発光装置４において、第１の駆動部５０Ａは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを駆動して、被測定物に対して光を出射させる。第２の駆動部５０Ｂは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂを駆動して、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａが出射する光よりも強い光強度で被測定物に対して光を出射させる。そして、光量監視用受光素子４０は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが出射する光の内、拡散板３０で反射した光を受光し、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが出射する光強度をモニタする。そして、光量監視用受光素子４０でモニタされたローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが出射する光強度に基づいて、第１の駆動部５０Ａおよび第２の駆動部５０Ｂを介して、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの出射する光強度が制御される。
なお、光量監視用受光素子４０の受光する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、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａまたはハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが出射する光が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を介して、第１の駆動部５０Ａまたは第２の駆動部５０Ｂにより、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａまたはハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの光の出射が抑制される。例えば、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのいずれか一方または両方からの光の照射が停止される。
（発光素子アレイチップ１０の構成）
図４は、発光素子アレイチップ１０の構成を説明する図である。前述したように発光素子アレイチップ１０は、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上にローパワー用発光素子アレイ１０Ａが設けられている。ここでは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、表面形状が共に長方形である。なお、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの表面形状は長方形でなくてもよい。発光素子アレイチップ１０のローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、発光素子の一例として、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）－Ａを備える。一方、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、発光素子の一例として、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－Ｂを備える。以下では、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－ＡをＶＣＳＥＬ－Ａと表記し、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－ＢをＶＣＳＥＬ－Ｂと表記する。なお、ＶＣＳＥＬ－ＡとＶＣＳＥＬ－Ｂとを区別しないときは、ＶＣＳＥＬと表記する。ＶＣＳＥＬ－Ａは、第１の発光素子の一例であり、ＶＣＳＥＬ－Ｂは、第２の発光素子の一例である。
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、基板と垂直方向にレーザ光を出射させる発光素子であることから２次元のアレイ化が容易である。なお、図４では、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、複数のＶＣＳＥＬ－Ａを備え、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂも、複数のＶＣＳＥＬ－Ｂを備える。ここでは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａにおける複数のＶＣＳＥＬ－Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂにおける複数のＶＣＳＥＬ－Ｂは、ｘ方向およびｙ方向に等間隔で配列されている。なお、ＶＣＳＥＬ－ＡおよびＶＣＳＥＬ－Ｂは、上記以外の配列であってもよい。
そして、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域に設けられている。つまり、ローパワー用発光素子アレイ１０ＡのＶＣＳＥＬ－Ａは、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂで三辺側が囲まれている。
ローパワー用発光素子アレイ１０ＡのＶＣＳＥＬ－Ａは、例えば、被測定物が情報処理装置１に近接している場合に光を出射する。一方、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂは、例えば、被測定物が情報処理装置１に近接していない場合に光を出射する。すなわち、被測定物が情報処理装置１に近接している場合は、必要以上に強い光強度は不要なため、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのみが駆動される。
また、被測定物が情報処理装置１に近接していない場合、つまり、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａでは光強度が足りない場合は、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが駆動される。さらに、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのみで光強度が足りない場合は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの両方が駆動される。このように、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとの区分けがなく常に一定の光強度で光を出射する構成と比較し、消費電力が抑制される。つまり、情報処理装置１が携帯型情報端末である場合には、電池の充電量の低下が抑制される。
ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを構成するＶＣＳＥＬ－Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂを構成するＶＣＳＥＬ－Ｂの数は、１個～１０００個である。そして、ローパワー用発光素子アレイ１０ＡのＶＣＳＥＬ－Ａの数よりもハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂの数が多く設定される。ローパワー用発光素子アレイ１０Ａに複数のＶＣＳＥＬ－Ａが用いられる場合には、ＶＣＳＥＬ－Ａは、互いに並列に接続され、並列に駆動される。また、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂに複数のＶＣＳＥＬ－Ｂが用いられる場合も、互いに並列に接続され、並列に駆動される。なお、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、１個のＶＣＳＥＬ－Ａを備える場合を含み、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、１個のＶＣＳＥＬ－Ｂを備える場合を含む。
なお、上記のＶＣＳＥＬの数は一例であり、測定距離や測定範囲に応じて設定すればよい。
以下では、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを構成するＶＣＳＥＬ－Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂを構成するＶＣＳＥＬ－Ｂを説明する。なお、ＶＣＳＥＬ－ＡおよびＶＣＳＥＬ－Ｂは同様の構造を有している。まず、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａが備えるＶＣＳＥＬ－ＡでＶＣＳＥＬの構造を説明する。なお、ＶＣＳＥＬ－ＡおよびＶＣＳＥＬ－Ｂの発振モードは、シングルモードでもマルチモードのいずれであってもよい。なお、以下において、非ｐ型半導体（非ｐ型と表記することがある。）とは、ｎ型の不純物をドープしたｎ型半導体、または不純物をドープしない（アンドープの）ｉ型（真性）半導体を言うとする。
図５は、ＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。図５（ａ）は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａにおける１個のＶＣＳＥＬ－Ａ、図５（ｂ）は、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂにおける１個のＶＣＳＥＬ－Ｂである。なお、紙面の上方向がｚ方向である。
図５（ａ）に示す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）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された、上部スペーサ層およ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。なお、上部ＤＢＲ１０８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。基板１００は、第１の基板の一例であり、活性領域１０６は、第１の発光素子の発光素子層の一例である。
ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＧａＡｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎr（但し、λは発振波長、ｎr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、３×１０18ｃｍ-3である。
活性領域１０６は、下部スペーサ部と、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Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープのＩｎＧａＡｓ量子井戸層およびアンドープのＧａＡｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層である。
ｐ型の上部ＤＢＲ１０８は、ｐ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＧａＡｓ層との積層体で、各層の厚さはλ／４ｎr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、３×１０18ｃｍ-3である。好ましくは、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、上部ＤＢＲ１０８の最下層もしくはその内部に、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。そして、電流狭窄層１１０が、メサＭ１の側面に露出される。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。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１００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の中心軸方向とほぼ一致する。
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の中心軸方向が光軸になる。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。なお、光出射口１１２Ａであるｐ側電極１１２の内側の表面が出射面である。
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および光出射口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、ＶＣＳＥＬ－Ａの光出射口１１２Ａを除いて設けられる。つまり、ＶＣＳＥＬ－Ａは、ｐ側電極１１２がアノード電極１１８に接続される。なお、複数のＶＣＳＥＬ－Ａが用いられる場合には、各ＶＣＳＥＬ－Ａのｐ側電極１１２が、並列にアノード電極１１８に接続される。ここで、カソード電極１１４は、第１の発光素子の発光素子層の一例である活性領域１０６と電気的に接続された第１のカソード電極の一例であり、アノード電極１１８が第１のアノード電極の一例である。
図５（ｂ）に示す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、上部スペーサ層およ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。基板２００は、第２の基板の一例であり、ｎ型の下部ＤＢＲ２０２は、非ｐ型の下部反射鏡の一例である。
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が形成される。そして、メサＭ２の側面に露出された電流狭窄層２１０に、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の基板２００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、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触する。環状のｐ側電極２１２の内側は、レーザ光が外部へ出射される光出射口２１２Ａとなる。つまり、メサＭ２の中心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であるｐ側電極２１２の内側の表面が出射面である。ここで、カソード電極２１４は、第２の発光素子の発光素子層の一例である活性領域２０６と電気的に接続された第２のカソード電極の一例であり、アノード電極２１８が第２のアノード電極の一例である。
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および光出射口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、ＶＣＳＥＬ－Ｂの光出射口２１２Ａを除いて設けられる。つまり、ＶＣＳＥＬ－Ｂは、ｐ側電極２１２がアノード電極２１８に接続される。なお、複数のＶＣＳＥＬ－Ｂが用いられる場合には、各ＶＣＳＥＬ－Ｂのｐ側電極２１２が、並列にアノード電極２１８に接続される。
後述するように、絶縁層２１６上には、アノード電極２１８に加え、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのカソード電極１１４が接着されるカソード配線２１９と、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのアノード電極１１８の接続を中継するアノード配線２２０とが設けられている。カソード配線２１９には、カソードパッド２１９Ａが接続されている。アノード配線２２０には、アノードパッド２２０Ａが接続されている。カソード配線２１９、カソードパッド２１９Ａ、アノード配線２２０およびアノードパッド２２０Ａは、絶縁層２１６上に設けられるので、ＶＣＳＥＬ－Ｂの動作に影響を与えない。なお、カソード配線２１９、カソードパッド２１９Ａ、アノード配線２２０およびアノードパッド２２０Ａは、ＶＣＳＥＬ－Ｂの出射面側に設けられている。なお、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのカソード電極１１４は、カソード配線２１９上に、導電性接着剤などの導電性材料で接着される。導電性接着剤は、接着部材の一例である。
（３Ｄセンサ６の構成）
図６は、３Ｄセンサ６を説明する図である。
３Ｄセンサ６は、複数の受光領域６１が格子状に配列されて構成されている。３Ｄセンサ６は、発光装置４からの出射光パルスに対する被測定物からの反射光である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６１毎に蓄積する。一例として、３Ｄセンサ６は、各受光領域６１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６１毎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値が信号として出力される。すなわち、３Ｄセンサ６は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａから光が出射されてから３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号、およびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂから光が出射されてから３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する。
（発光素子アレイチップ１０と回路基板７との接続関係）
次に、発光素子アレイチップ１０と回路基板７に設けられた導体パタンとの接続関係を説明する。
図７は、発光素子アレイチップ１０と回路基板７に設けられた導体パタンとの接続関係を説明する図である。
回路基板７上には、導体パタンとして、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のカソードパタン７１、アノードパタン７２、および、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ用のカソードパタン７３、アノードパタン７４Ａ、７４Ｂが設けられている。
前述したように、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、裏面にカソード電極１１４が設けられ、表面にアノード電極１１８が設けられている（図５（ａ）参照）。なお、アノード電極１１８は、ＶＣＳＥＬ－Ａのｐ側電極１１２を接続するように形成されるとともに、後述するボンディングワイヤ７７が接続されるパッド領域を備える。
同様に、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、裏面にカソード電極２１４が設けられ、表面にアノード電極２１８が設けられている（図５（ｂ）参照）。なお、アノード電極２１８は、ＶＣＳＥＬ－Ｂのｐ側電極２１２を接続するように、ＶＣＳＥＬ－Ｂが配置されたローパワー用発光素子アレイ１０Ａの三辺に沿って形成されている。そして、アノード電極２１８は、±ｙ方向側にボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂが接続されるパッド領域を備える。また、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの表面には、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のカソード配線２１９と、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのアノード電極１１８との接続を中継するアノード配線２２０とが設けられている。なお、カソード配線２１９に接続されたカソードパッド２１９Ａと、アノード配線２２０に接続されたアノードパッド２２０Ａも同様に設けられている。カソード配線２１９、カソードパッド２１９Ａ、アノード配線２２０およびアノードパッド２２０Ａは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａの周囲において、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂが設けられていない一辺側に設けられている。なお、カソード配線２１９は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａ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、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａより広い面積で形成されている。
ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ用のカソードパタン７３は、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの裏面に設けられたカソード電極２１４が接続されるように、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂより広い面積で形成されている。そして、カソードパタン７３上に、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが導電性接着剤などにより接着されている。
ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ用のアノードパタン７４Ａ、７４Ｂは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの表面に設けられたアノード電極２１８（図５（ｂ）参照）の対向する±ｙ方向側の二辺と対向するように設けられている。そして、アノードパタン７４Ａ、７４Ｂとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのアノード電極２１８とが、ボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂで接続されている。
ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、裏面に設けられたカソード電極１１４とハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの表面に設けられたローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のカソード配線２１９とが、導電性接着剤にて接着されている。そして、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの表面に設けられたカソード配線２１９に接続されたカソードパッド２１９Ａと、回路基板７上のローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のカソードパタン７１とがボンディングワイヤ７６で接続されている。一方、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａの表面に設けられたアノード電極１１８とハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの表面に設けられたアノード配線２２０とが、ボンディングワイヤ７７で接続されている。そして、アノード配線２２０のアノードパッド２２０Ａと、回路基板７上のローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のアノードパタン７２とがボンディングワイヤ７８で接続されている。
ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのアノード電極１１８と回路基板７上のアノードパタン７２とをアノード配線２２０を介して接続するのは、アノード配線２２０を介しない場合に比べ、ボンディングワイヤの長さが短くなるためである。ローパワー用発光素子アレイ１０Ａをハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域に配置する場合、アノード配線２２０を介しないで、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのアノード電極１１８と回路基板７上のアノードパタン７２とを直接ボンディングワイヤで接続すると、ボンディングワイヤが長くなりすぎ、製造上の不具合等、何らかの不具合が発生しやすくなる場合がある。よって、一例として、このような場合には、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上に設けたアノード配線２２０を介して接続してもよい。
また、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂには大電流を供給するため、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの対向する両側から複数のボンディングワイヤで給電している。少なくとも対向する両側から供給することで、一方側から供給する構成と比較し、各ＶＣＳＥＬ－Ｂに均一に電流が供給されやすくなり、各ＶＣＳＥＬ－Ｂの発光量のばらつきが低減される。
ここで、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域とは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂにおける中心から端部までの距離の１／２より中心側をいう。１／２より端部側は、端部領域と表記する。
なお、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂは、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａが占有する領域にＶＣＳＥＬ－Ｂを設けられない。しかし、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂが出射する光は、拡散板３０で拡散されるため、ＶＣＳＥＬ－Ｂの数や光出力の適正化により、照射面において予め定められた均一性を有する照射パタンが得られる。
（駆動方法）
ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂをより高速に駆動させたい場合は、ともにローサイド駆動すればよい。ローサイド駆動とは、ＶＣＳＥＬなどの駆動対象に対して、電流経路の下流側にＭＯＳトランジスタ等の駆動部が位置する構成を言う。逆に、上流側に駆動部が位置する構成をハイサイド駆動と言う。第１の実施の形態においては、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの両方をローサイド駆動とするために、両者のカソードを分離して、独立して駆動している。すなわち、カソードを分離するために、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとを各々異なる基板（ここでは、基板１００および基板２００）上に形成し、これらを重ねて一体にすることで、カソードを分離している。
図８は、ローサイド駆動を説明する図である。図８では、ローパワー用発光素子アレイ１０ＡのＶＣＳＥＬ－Ａと、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂと、第１の駆動部５０Ａと、第２の駆動部５０Ｂと、光学装置制御部８との関係を示す。第１の駆動部５０Ａおよび第２の駆動部５０Ｂは、ＭＯＳトランジスタを介して接地されている。つまり、ＭＯＳトランジスタがオン／オフされることにより、ＶＣＳＥＬのカソード側がオンオフされることでローサイド駆動される。
なお、図８では、ローパワー用発光素子アレイ１０ＡのＶＣＳＥＬ－Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂとは、アノード側も分離されている。なお、アノード側を分離して駆動してもよく、アノード側を共通にして駆動してもよい。
ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとを重ねる構成を採用せずに、共通の基板上に形成された同一のエピタキシャル層で構成されたＶＣＳＥＬアレイの一部をローパワー用、他部をハイパワー用にしてもよい。この場合、表面側のアノード電極は、ローパワー用とハイパワー用で分離されるが、基板の裏面に形成されるカソード電極が共通となる。このため、アノードが分離されたハイサイド駆動にならざるを得ない。よって、より高速に駆動させたい場合は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとを重ねる構成とすればよい。
なお、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとで共通の基板を使用する構成の変形例として、ｎ型のＧａＡｓ基板にかえてｐ型のＧａＡｓ基板を採用し、基板の表面側においてカソード電極を分離し、それぞれをローサイド駆動する構成としてもよい。ただし、この場合、上部ＤＢＲよりもペア数の多い下部ＤＢＲ側が、光吸収が多く、抵抗値も高いｐ型となるため、電力変換効率が落ちる。よって、電力変換効率を優先したい場合は、やはり、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとを重ねる構成とすればよい。
（ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとの配置の変形例）
図９は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａとハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂとの配置の変形例を説明する図である。図９（ａ）は、第１の変形例、図９（ｂ）は、第２の変形例である。ここでは、発光素子アレイチップ１０とローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のカソードパタン７１、アノードパタン７２とを示す。
図４に示した第１の実施の形態においては、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域に配置されていた。しかし、被測定物の近接の検知が出来るのであれば、必ずしもローパワー用発光素子アレイ１０Ａをハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域に配置しなくてもよい。
図９（ａ）に示す第１の変形例では、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａをハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの＋ｘ方向側の端部領域に配置している。この場合も、ローパワー用発光素子アレイ１０ＡのＶＣＳＥＬ－Ａは、±ｙ方向側およびｘ方向側の３方向がハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂで囲まれている。
このようにすることで、図７に示したアノード配線２２０およびボンディングワイヤ７７が不要となり、発光装置４の製造において、ボンディングワイヤ７７を接続するための工数が削減される。
図９（ｂ）に示す第２の変形例では、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａをハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの＋ｘ方向側およびｙ方向側の角部に配置している。この場合も、図７に示したアノード配線２２０およびボンディングワイヤ７７が不要となり、発光装置４の製造において、ボンディングワイヤ７７を接続するための工数が削減される。
なお、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを設けるハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上の位置は、図４に示した第１の実施の形態や、図９（ａ）、（ｂ）に示した変形例１、２に限らない。つまり、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａを設けるハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上における位置は、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａからの出射光の照射により被測定物が検知される位置に設けられればよい。
（発光装置４における発光素子アレイチップ１０と光量監視用受光素子４０の配置）
図１０は、発光装置４における発光素子アレイチップ１０と光量監視用受光素子４０との配置について説明する図である。図１０（ａ）は、第１の実施の形態における配置、図１０（ｂ）は、第１の比較例における配置、図１０（ｃ）は、第２の比較例における配置である。ここでは、発光素子アレイチップ１０と光量監視用受光素子４０とボンディングワイヤを示し、他の記載を省略する。そして、発光素子アレイチップ１０において、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの中央領域に配置されているとする。なお、発光素子アレイチップ１０における－ｘ方向の側面を側面１１Ａ、＋ｘ方向の側面を側面１１Ｂ、＋ｙ方向の側面を側面１１Ｃ、－ｙ方向の側面を側面１１Ｄとする。なお、側面１１Ａと側面１１Ｂとが対向し、側面１１Ｃと側面１１Ｄとが側面１１Ａと側面１１Ｂとを接続して対向する。
図１０（ａ）に示すように、第１の実施の形態における配置では、光量監視用受光素子４０は、発光素子アレイチップ１０の－ｘ方向の側面１１Ａ側に設けられている。ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのアノード電極２１８（図５（ｂ）参照）と回路基板７上に設けられたアノードパタン７４Ａ、７４Ｂ（図７参照）とを接続するボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂは、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの±ｙ方向の側面１１Ｃ、１１Ｄ側に対向するように設けられている。そして、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上に重ねられたローパワー用発光素子アレイ１０Ａのカソード電極１１４、つまりハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ上に設けられたカソード配線２１９と回路基板７上に設けられたカソードパタン７１とを接続するボンディングワイヤ７６（図７参照）は、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのｘ方向の側面１１Ｂ側に設けられている。同様に、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａのアノード電極１１８と回路基板７上に設けられたアノードパタン７２とを接続するボンディングワイヤ７８（図７参照）は、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのｘ方向の側面１１Ｂ側に設けられている。
このようにすることで、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの±ｙ方向から対称にＶＣＳＥＬ－Ｂに電流が供給される。よって、後述する図１０（ｂ）に示す第１の比較例に比べ、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの各ＶＣＳＥＬ－Ｂに、より均等に電流が供給されやすい。
そして、光量監視用受光素子４０が配置された側である発光素子アレイチップ１０の－ｘ方向の側面１１Ａ側には、ボンディングワイヤが設けられていない。よって、光量監視用受光素子４０を発光素子アレイチップ１０に近接して配置しやすい。このため、光量監視用受光素子４０は、後述する図１０（ｃ）に示す第２の比較例と比較して、発光素子アレイチップ１０のローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂからの出射光の内、拡散板３０に反射した光を受光しやすい。
図１０（ｂ）に示す第１の比較例の配置では、光量監視用受光素子４０が発光素子アレイチップ１０の－ｙ方向の側面１１Ｄ側に配置されている。そして、光量監視用受光素子４０を発光素子アレイチップ１０に近接させて配置するため、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのアノード電極２１８（図５（ｂ）参照）と回路基板７上に設けられたアノードパタン７４Ａとを接続するボンディングワイヤ７５Ａを用いず、発光素子アレイチップ１０の－ｘ方向の側面１１Ａ側の回路基板７上に別途アノードパタンを設け、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂのアノード電極２１８と回路基板７上に別途設けられたアノードパタンとを接続するためのボンディングワイヤ７５Ｃを設けている。
このようにすると、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂには、＋ｙ方向の側面１１Ｃ側と－ｘ方向の側面１１Ａ側とから電流が供給されるため、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの－ｙ方向の側面１１Ｄ側に配置されたＶＣＳＥＬ－Ｂへの電流の供給がされにくい。つまり、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの各ＶＣＳＥＬ－Ｂへ電流を均一に流しにくい。このため、ＶＣＳＥＬ－Ｂ間で出射光量のばらつきが生じやすくなる。
図１０（ｃ）に示す第２の比較例の配置では、光量監視用受光素子４０を発光素子アレイチップ１０の＋ｘ方向の側面１１Ｂ側に配置する。そして、図１０（ａ）の配置におけるボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂに加え、図１５（ｂ）の第１の比較例で加えたボンディングワイヤ７５Ｃを備える。よって、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの各ＶＣＳＥＬ－Ｂへ電流をより均一に流しやすい。
しかし、光量監視用受光素子４０がローパワー用発光素子アレイ１０Ａ用のボンディングワイヤ７６、７８が設けられている＋ｘ方向の側面１１Ｂ側に設けられるため、光量監視用受光素子４０は、発光素子アレイチップ１０に近接して配置されない。よって、光量監視用受光素子４０は、図１５（ａ）に示した第１の実施の形態における配置と比較して、ローパワー用発光素子アレイ１０Ａおよびハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂからの出射光の内、拡散板３０に反射した光の受光量が低下する。すなわち、拡散板３０で反射した光を受光しにくい。
以上説明したように、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂの各ＶＣＳＥＬ－Ｂに、より均一に電流が供給されるように、ボンディングワイヤ（図１０（ａ）のボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂなど）を設けるとともに、光量監視用受光素子４０を発光素子アレイチップ１０に近接させて配置させれば、各ＶＣＳＥＬ－Ｂへのより均一な電流供給と、光量監視用受光素子４０における受光量の低下抑制とが両立させられる。
以上においては、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂにローパワー用発光素子アレイ１０Ａを重ねて配置したが、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂ内にローパワー用発光素子アレイ１０Ａを設けてもよい。
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｂは、ｎ型の下部ＤＢＲ２０２を用いていた。第２の実施の形態では、ハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂを構成するＶＣＳＥＬ－Ｃは、ｉ型（真性）の下部ＤＢＲ３０２を用いている。つまり、第２の実施の形態では、ＶＣＳＥＬ－Ｂの代わりに、ＶＣＳＥＬ－Ｃを用いる。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
（ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｃ）
図１１は、第２の実施の形態が適用されるハイパワー用発光素子アレイ１０Ｂにおける１個のＶＣＳＥＬ－Ｃの断面構造を説明する図である。
ＶＣＳＥＬ－Ｃは、不純物がドープされていない半絶縁性のｉ型のＧａＡｓ基板３００上に、Ａｌ組成の異なるアンドープのｉ型のＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたアンドープのｉ型の下部ＤＢＲ３０２、下部ＤＢＲ３０２上にｎ型のコンタクト層３０４が設けられている。そして、コンタクト層３０４上に、上部スペーサ層およ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３０６、活性領域３０６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ＤＢＲ３０８を積層して構成されている。なお、上部ＤＢＲ３０８の最下層もしくはその内部には、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層３１０が形成される。基板３００は、ｎ型やｐ型などの導電性の基板であってもよく、ガラスなどの電気絶縁性の基板であってもよい。基板３００は、第２の基板の他の一例であり、ｉ型の下部ＤＢＲ３０２は、非ｐ型の下部反射鏡の他の一例である。
ここで、活性領域３０６、上部ＤＢＲ３０８は、第１の実施の形態したＶＣＳＥＬ－Ａの活性領域１０６、上部ＤＢＲ１０８と同様であるので説明を省略する。
上部ＤＢＲ３０８からコンタクト層３０４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３００上に円柱状のメサＭ３が形成される。そして、電流狭窄層３１０が、メサＭ３の側面に露出される。電流狭窄層３１０には、メサＭ３の側面から選択的に酸化された酸化領域３１０Ａと酸化領域３１０Ａによって囲まれた導電領域３１０Ｂが形成される。導電領域３１０Ｂの基板３００と平行な平面形状は、メサＭ３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Ｍ３の中心軸方向とほぼ一致する。
メサＭ３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３１２が形成される。ｐ側電極３１２は、上部ＤＢＲ３０８のコンタクト層にオーミック接続される。環状のｐ側電極３１２の内側は、レーザ光が外部へ出射される光出射口３１２Ａとなる。つまり、メサＭ３の中心軸方向が光軸になる。さらに、コンタクト層３０４の表面には、ｎ側電極３１４が形成される。ｎ側電極３１４は、コンタクト層３０４とオーミック接続される。なお、光出射口３１２Ａであるｐ側電極３１２の内側の表面が出射面である。
そして、光出射口３１２Ａ、ｐ側電極３１２と後述するアノード電極３１８とが接続される部分、およびｎ側電極３１４と後述するカソード電極３１９とが接続される部分を除いて、メサＭ３の表面を覆うように、絶縁層３１６が設けられる。そして、アノード電極３１８がｐ側電極３１２とオーミック接触するように設けられ、カソード電極３１９がｎ側電極３１４とオーミック接触するように設けられる。
つまり、第２の実施の形態におけるハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｃでは、ｉ型の下部ＤＢＲ３０２を用いるために、基板３００の裏面にカソード電極を設けられない。そこで、ＶＣＳＥＬ－Ｃでは、基板３００の表面側にアノード電極３１８とカソード電極３１９とが設けられている。
よって、ハイパワー用発光素子アレイ１０ＢのＶＣＳＥＬ－Ｃでは、図７に示したＶＣＳＥＬ－Ｂが配置される部分のアノード電極２１８の代わりに、例えば、ストライプ状にアノード電極３１８とカソード電極３１９とが交互に設けられる。ただし、ＶＣＳＥＬ－Ａが重ねられる部分（図７におけるカソード配線２１９およびアノード配線２２０）は、図７と同様とすればよい。
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…発光素子アレイチップ、１０Ａ…ローパワー用発光素子アレイ、１０Ｂ…ハイパワー用発光素子アレイ、３０…拡散板、４０…光量監視用受光素子、５０Ａ…第１の駆動部、５０Ｂ…第２の駆動部、６１…受光領域、８１…形状特定部、９１…認証処理部、１００、２００、３００…基板、１０６、２０６、３０６…活性領域、２１９…カソード配線、２１９Ａ…カソードパッド、２２０…アノード配線、２２０Ａ…アノードパッド、ＶＣＳＥＬ－Ａ、ＶＣＳＥＬ－Ｂ…垂直共振器面発光レーザ素子

Claims (13)

  1. 第１の基板と、当該第１の基板上に形成された発光素子層と、当該発光素子層と電気的に接続された第１のカソード電極とを有する第１の垂直共振器面発光レーザ素子を含む第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイと、
    第２の基板と、当該第２の基板上に形成された非ｐ型の下部反射鏡と、当該非ｐ型の下部反射鏡と電気的に接続された第２のカソード電極とを有する第２の垂直共振器面発光レーザ素子を含む第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイと、を備え、
    前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の基板側とは反対側に出射面を有し、
    前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイが、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられている垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  2. 前記第１のカソード電極は前記第１の基板の裏面側に形成され、
    前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられたカソード配線上に設けられている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  3. 前記カソード配線に接続されたカソードパッドが前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられている請求項２に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  4. 前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第１の基板側とは反対の出射面側に第１のアノード電極を有し、
    前記第１のアノード電極と、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられたアノード配線とがボンディングワイヤで接続されている請求項２に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  5. 前記アノード配線に接続されたアノードパッドが前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に設けられている請求項４に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  6. 前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの前記出射面側に接着部材で接着されている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  7. 前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイが含む前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子は、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイが含む前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子で囲われている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  8. 前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの中央領域に設けられている請求項７に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  9. 前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイは、前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの端部領域に設けられている請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップ。
  10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップと、
    前記垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップが備える第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイおよび当該垂直共振器面発光レーザ素子アレイチップが備える第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイの光出射経路上に設けられた光拡散部材と、
    を備える発光装置。
  11. 請求項１０に記載の発光装置と、
    前記発光装置が備える第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイから出射され被測定物で反射された第１の反射光、および当該発光装置が備える第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイから出射され当該被測定物で反射された第２の反射光を受光する受光部と、を備え、
    前記受光部は、前記第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイ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、および前記第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイ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。
  12. 請求項１１に記載の光学装置と、
    前記光学装置が備える第１の垂直共振器面発光レーザ素子アレイまたは第２の垂直共振器面発光レーザ素子アレイから出射され被測定物で反射された第１の反射光または第２の反射光に基づき、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。
  13. 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１２に記載の情報処理装置。
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