JP7363179B2 - 発光装置、光学装置及び情報処理装置 - Google Patents

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。特に、この方式の三次元形状の計測を携帯型情報処理端末などのモバイル用途で使用する場合、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制されることが求められる。

本発明の目的は、例え故障が発生しても、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩を抑制した発光装置などを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、発光素子を複数配列し、予め定められた規格を超える光強度の光を出射する光源と、前記光源の光出射経路に設けられ、当該光源からの出射光の光強度を低下させて出射する第１の光学部材と、前記第１の光学部材の光出射側に設けられ、当該第１の光学部材側から入射する光を拡散して照射する第２の光学部材と、を備え、前記第１の光学部材は、当該第１の光学部材を透過した光強度が前記予め定められた規格を満たすように設定され、前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材が設けられない場合であっても、当該第２の光学部材から出射した光強度が予め定められた規格を満たすように設定される発光装置である。
請求項２に記載の発明は、前記光源から前記第１の光学部材を介して出射され、前記第２の光学部材における当該第１の光学部材側の面で反射された光を受光する受光素子をさらに備え、前記光源は、前記受光素子の受光量に基づいて制御される請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、前記光源は、前記受光素子の受光量が極端に低下した場合に、光出力を抑制される請求項２に記載の発光装置である。
請求項４に記載の発明は、前記第１の光学部材は、屈折により光の拡がり角を広くする光学部材である請求項１に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、前記第１の光学部材は、前記光源の発光素子上に設けられている請求項４に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、前記第１の光学部材は、前記光源の発光素子毎に設けられているマイクロレンズである請求項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、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、前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材から出射する光を整形して、出射時の断面形状及び強度分布と異なる断面形状及び強度分布で照射させる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記第２の光学部材は、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９に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記第２の光学部材は板状の部材であって、少なくとも一方の面に複数の凹凸が設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１２に記載の発明は、前記第２の光学部材は、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１１のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記光源、前記第１の光学部材及び前記第２の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１２のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３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１５に記載の発明は、請求項１４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１６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１５に記載の情報処理装置である。

請求項１ないし３に記載の発明によれば、例え故障が発生しても、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。
請求項４に記載の発明によれば、光学部材でない場合に比べ、拡がり角を広くできる。
請求項５に記載の発明によれば、発光素子上に設けない場合に比べ、発光装置が小型化できる。
請求項６に記載の発明によれば、発光素子毎に設けられていない場合に比べ、光の出射方向の制御ができる。
請求項７に記載の発明によれば、ＶＣＳＥＬでない場合に比べ、面発光の光源が構成しやすい。
請求項８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９に記載の発明によれば、照射面への無駄な光の照射が抑制される。
請求項１０に記載の発明によれば、構造を設けない場合に比べ、光の吸収による光の利用効率の低下が抑制される。
請求項１１に記載の発明によれば、凹凸によらない場合に比べ、第２の光学部材の製造が容易になる。
請求項１２に記載の発明によれば、ＴＯＦ方式による三次元形状の計測対象が広げられる。
請求項１３に記載の発明によれば、三次元形状の計測が簡易に行える。
請求項１４に記載の発明によれば、三次元形状の計測に適用できる光学装置が提供される。
請求項１５に記載の発明によれば、三次元形状が特定できる情報処理装置が提供される。
請求項１６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。 照射面における照射パタンを説明する図である。 情報処理装置の構成を説明するブロック図である。 第１の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。 光源を構成する一個の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。 第１の実施の形態が適用される発光装置における光の漏洩を説明する図である。（ａ）は、光の漏洩がない状態、（ｂ）は、拡散板が破損して光の漏洩がある状態、（ｃ）は、光強度低下部材が破損して光の漏洩がある状態である。 第１の実施の形態が適用されない発光装置における光の漏洩を説明する図である。（ａ）は、光の漏洩がない状態、（ｂ）は、拡散板が破損して光の漏洩がある状態である。 発光装置の変形例を説明する図である。（ａ）は、光強度低下部材が凹レンズである場合、（ｂ）は、光強度低下部材である凸レンズを光源上に貼り付けて配置した場合、（ｃ）は、光強度低下部材が複数の凸レンズを配列させたフライアイレンズである場合、（ｄ）は、光強度低下部材が複数の凹レンズを配列させたフライアイレンズである場合である。 第２の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である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＢ－ＸＢ線での断面図である。 第２の実施の形態が適用される発光装置４における光の漏洩を説明する図である。（ａ）は、光の漏洩がない状態、（ｂ）は、拡散板が破損して光の漏洩がある状態である。

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（三次元計測と表記することがある。）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。なお、３Ｄセンサ６は、受光部の一例である。

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。なお、照射面３１０に示されたＡ－Ａ線は、後述する図３に示す照射面３１０をｘ方向に横方向に横切る線である。

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。ここでは、光強度とは光度を言う。

図３は、照射面３１０における照射パタンを説明する図である。紙面の右方向がｘ方向、下方向がｙ方向、紙面の裏面方向がｚ方向である。
図３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が検知範囲Ｉ、検知範囲Ｉを取り巻く周辺部が裾引き範囲ＩＩである。なお、検知範囲Ｉは、長方形以外の形状に設定されてもよい。つまり、照射パタンとは、検知範囲Ｉ及び裾引き範囲ＩＩを含む、光が照射される範囲をいう。

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２では、２Ｄカメラと表記する。）９３などが接続されている。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、光強度低下部材２０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。光源１０は、検知対象の三次元形状を計測するための光を出射する。光強度低下部材２０は、光源１０が出射した光の強度（光強度）を低下させる光学部材である。拡散板３０は、光強度低下部材２０を透過した光を拡散させて照射面３１０に照射する光学部材である。なお、光源１０、光強度低下部材２０、拡散板３０及び光量監視用受光素子４０については、後に詳述する。ここで、光強度低下部材２０は、第１の光学部材の一例、拡散板３０は、第２の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。
また、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の構成）
次に、光学装置３について、詳細に説明する。
図５は、第１の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、紙面の横方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。

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、光強度低下部材２０は、光源１０を覆うように設けられ、拡散板３０は、光強度低下部材２０で覆われた光源１０及び光量監視用受光素子４０をさらに覆うように設けられている（図５（ｂ）参照）。

光源１０は、一例として平面形状が長方形である。光源１０の光出射方向（光出射側）は、ｚ方向である。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うる。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。なお、光源１０の平面形状は、長方形でなくともよい。ここで、光出力とは光束をいう。

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。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は、二次元状に複数配列して、面発光の光源として構成しやすい。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。ＶＣＳＥＬは、発光素子の一例である。

光源１０を構成するＶＣＳＥＬの数は、例えば、１０個～１０００個である。光源１０を構成する複数のＶＣＳＥＬは、並列に接続されて並列駆動される。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。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を構成するＶＣＳＥＬは、光出力が大きいことが求められる。一例として、ＶＣＳＥＬを５００個集積した光源１０では、ＶＣＳＥＬ一個の光出力として、４ｍＷ～８ｍＷが求められる。よって、光源１０の光出力として、２Ｗ～４Ｗが求められる。

図５（ａ）では、光源１０における複数のＶＣＳＥＬは、一例として正方形の格子点に位置するように配列されている。なお、複数のＶＣＳＥＬは、例えば行毎にＶＣＳＥＬを配置する位置を半ピッチずらした配列など、他の配列で配置してもよい。

光源１０を覆う光強度低下部材２０は、光源１０が備える複数のＶＣＳＥＬがそれぞれ出射する光（以下では出射光と表記する。）を透過させる光透光性と、それぞれのＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角を拡げる機能を有する光学部材である。ＶＣＳＥＬは、出射面から光を出射する際、構造によって決まる拡がり角で光を出射する。つまり、出射光は、出射面から離れるにつれ、光出射方向に垂直な面（これを断面と表記する。）の面積が大きくなる。光強度低下部材２０は、ＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角をさらに拡げて出射させる。よって、光強度低下部材２０を透過した光は、光強度が低下する。よって、この光学部材を光強度低下部材２０と表記する。なお、光強度低下部材２０は、ＶＣＳＥＬの出射光の拡がり角を拡げる方法以外の方法により、光強度を低下させてもよい。

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、光強度低下部材２０から拡散板３０に入射する光を整形して出射する。つまり、拡散板３０は、光強度低下部材２０から出射される時（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。例えば、光源１０は、前述したようにサイズが小さいため、ほぼ点光源と見なせる。拡散板３０は、光源１０から光強度低下部材２０を介して入射する光を、図３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。このようにすることで、照射面３１０への無駄な光の照射が抑制される。また、拡散板３０は入射した光を拡散させて出射することから、拡散板３０も光強度を低下させる。

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、光強度低下部材２０で覆われた光源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。
光強度低下部材２０は、光源１０が備えるＶＣＳＥＬの光出射側であるｚ方向側に不図示の支持部材で保持されている。光強度低下部材２０は、支持部材により、光源１０が備えるＶＣＳＥＬの出射面から予め定められた距離だけ離した位置に保持されている。
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を覆う光強度低下部材２０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を覆う光強度低下部材２０及び光量監視用受光素子４０のそれぞれに対して予め定められた距離に保持されている。そして、光源１０から光強度低下部材２０を介して拡散板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、光強度低下部材２０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。第１の実施の形態では、光強度低下部材２０を含む光源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から光強度低下部材２０を介して出射され、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が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。

（λ共振器構造の多重横モードＶＣＳＥＬ）
第１の実施の形態が適用される光源１０が備えるＶＣＳＥＬの一例として、λ共振器構造の多重横モードＶＣＳＥＬを説明する。多重横モードは、マルチモードと表記されることがある。以下では、多重横モードをマルチモードと表記する。

図６は、光源１０を構成する一個の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。なお、紙面の上方向がｚ方向である。

ＶＣＳＥＬは、ｎ型のＧａＡｓなどの半導体基板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と、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と、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部分布ブラック型反射鏡１０８とが順に積層されて構成されている。以下では、分布ブラック型反射鏡をＤＢＲと表記する。

ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とをペアとした積層体で、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。

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層とをペアとした積層体で、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。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が形成されている。

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、半導体基板１００上に円柱状のメサＭが形成される。これにより、電流狭窄層１１０は、メサＭの側面に露出する。酸化工程により、電流狭窄層１１０には、メサＭの側面から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とが形成される。なお、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Ｍ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の平面形状は、メサＭ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Ｍの軸方向とほぼ一致する。メサＭは、柱状構造をなしている。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Ｍの最上層には、Ｔｉ／Ａｕなどを積層した環状のｐ側電極１１２が形成される。ｐ側電極１１２は、上部ＤＢＲ１０８に設けられたコンタクト層にオーミック接触する。環状のｐ側電極１１２の内側の上部ＤＢＲ１０８の表面は、レーザ光が外部へ出射される光出射口１１２Ａとなる。つまり、ＶＣＳＥＬでは、半導体基板１００に垂直な方向に光が出射され、メサＭの軸方向が光軸になる。さらに、半導体基板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、ｐ側電極１１２の内側の上部ＤＢＲ１０８の表面が光出射面である。つまり、ＶＣＳＥＬの光軸方向が、光出射方向になる。

そして、ｐ側電極１１２のアノード電極（後述するアノード電極１１８）が接続される部分および光出射口１１２Ａを除いて、メサＭ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に共通に設けられている。つまり、光源１０を構成する複数のＶＣＳＥＬは、それぞれのｐ側電極１１２がアノード電極１１８により並列接続されている。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。

ここでは、光源１０が備えるＶＣＳＥＬは、λ共振器構造のマルチモードＶＣＳＥＬであるとして説明した。しかし、光源１０は、λ共振器構造の単一横モードＶＣＳＥＬであってもよい。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。よって、以下ではシングルモードと表記する。

λ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬは、出射光の拡がり角がマルチモードＶＣＳＥＬに比べて小さい。そして、λ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬは、酸化アパーチャ径がマルチモードＶＣＳＥＬより小さいため、得られる光出力が小さい。そこで、シングルモードＶＣＳＥＬとして、長共振器構造のシングルモード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。なお、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やくなる。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を設けている。長共振器構造のシングルモード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。

（光源１０からの光の漏洩）
図７は、第１の実施の形態が適用される発光装置４における光の漏洩を説明する図である。図７（ａ）は、光の漏洩がない状態、図７（ｂ）は、拡散板３０が破損して光の漏洩がある状態、図７（ｃ）は、光強度低下部材２０が破損して光の漏洩がある状態である。ここでは、光源１０として一個のＶＣＳＥＬを図示して説明する。そして、ＶＣＳＥＬは、拡がり角αで光を出射するとする。つまり、ＶＣＳＥＬが出射する光は、出射方向に離れるにしたがって拡がり角αで拡がっていく。

図７（ａ）において、拡散板３０の構造を説明する。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３１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、入射する光を樹脂層３２の凹凸により拡散させて出射する。なお、樹脂層３２は、拡散板３０の光が入射する裏面側に設けられてもよく、光が出射する表面側に設けられてもよい。このとき、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、樹脂層３２に形成された複数の凹凸により、例えば一辺長が０．５～３ｍｍのほぼ点光源と見なしうる光源１０が出射する光から、図３（ａ）に示したような一辺長が１ｍ程度の照射パタンが形成される。なお、拡散板３０の樹脂層３２は、ＶＣＳＥＬが出射する光を透過するため、吸収による光の利用効率の低下が抑制される。また、複数の凹凸のパタンは、予め形成された型を押し当てることなどにより容易に製造される。

第１の実施の形態が適用される発光装置４では、光強度低下部材２０は、単レンズの凸レンズ２１であるとする。凸レンズ２１は、光源１０と拡散板３０との間の空間に、不図示の支持部材によって支持されている。なお、凸レンズ２１は、レンズの中心と焦点との間にＶＣＳＥＬの光出射面が設定されれば、ＶＣＳＥＬの出射する光が拡がって出射される。

そして、図７（ａ）に示す光の漏洩がない状態は、光強度低下部材２０及び拡散板３０が正常な状態であって、光源１０の各ＶＣＳＥＬが出射する光は、拡がり角αで凸レンズ２１に入射される。そして、凸レンズ２１を透過した光は、拡がり角αより大きい拡がり角βで出射される（α＜β）。そして、拡がり角βで出射した光は、拡散板３０に入射し、拡散された光となって照射面３１０に照射される（図３参照）。つまり、光強度低下部材２０である凸レンズ２１は、屈折により光の拡がり角を広くする光学部材であって、光学部材でない場合に比べ、拡がり角を広くしやすい。

ここで拡がり角βは、光強度低下部材２０から出射した光が照射面３１０に直接照射された場合に、予め定められた規格を満たす光強度になるにように設定されている。予め定められた規格とは、例えば、国際規格である「ＩＥＣ ６０８２５－１」や日本におけるＪＩＳ Ｃ６８０２などのレーザ製品に関する安全規格である。そして、一例であるが、光強度低下部材２０から出射した光（ビーム）の光強度は、直接ビーム内での観察を長時間行っても、またそのとき、観察用光学器具（ルーペ又は双眼鏡）を用いても安全であるレーザ製品に適用されるクラス１に設定されている。なお、光源１０のＶＣＳＥＬから拡がり角αで出射した光は、照射面３１０に直接照射された場合には、上記の規格を満たさない、つまり上記の規格を超える光強度であるとする。また、上記したように、拡散板３０はほぼ点光源と見なせる光源１０からの光を一辺長が１ｍ前後の照射パタンに拡散させて照射することから、光源１０（ＶＣＳＥＬ）から出射した光が拡散板３０に直接入射した場合であっても、照射面３１０における光強度は、上記の予め定められた規格以下である。

よって、図７（ａ）に示す、光源１０から光強度低下部材２０及び拡散板３０を介して照射面３１０に照射された場合の照射面３１０における光強度は、上記した予め定められた規格以下となる。つまり、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩がない状態となっている。

一方、図７（ｂ）に示すように、拡散板３０が破損した状態では、光源１０から出射され光強度低下部材２０を透過した光は、拡散板３０で拡散されないで照射面３１０に照射される。上述したように、光強度低下部材２０を透過した光は、照射面３１０において、予め定められた規格を満たす光強度になるにように設定されている。よって、拡散板３０が破損して、照射面３１０に拡散板３０で拡散されない光が直接照射されても、照射面３１０における光強度は、上記の予め定められた規格以下に抑制される。つまり、拡散板３０が破損した場合であっても、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。

図７（ｃ）に示すように、光強度低下部材２０が破損した状態では、光源１０から出射された光は、光強度低下部材２０を透過しないで、拡散板３０で拡散されて照射面３１０に照射される。上記したように、例え光強度低下部材２０が破損しても、照射面３１０における光強度は、上記の予め定められた規格以下に抑制される。つまり、光強度低下部材２０が破損した場合であっても、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。

なお、図７（ｂ）では、拡散板３０が破損した状態として、拡散板３０が割れた場合を示しているが、拡散板３０が外れた又は脱落した場合であってもよい。同様に、図７（ｃ）では、光強度低下部材２０が破損した状態として、光強度低下部材２０が割れた場合を示しているが、光強度低下部材２０が外れた又は脱落した場合であってもよい。

図８は、第１の実施の形態が適用されない発光装置４′における光の漏洩を説明する図である。図８（ａ）は、光の漏洩がない状態、図８（ｂ）は、拡散板３０が破損して光の漏洩がある状態である。以下では、図７に示した第１の実施の形態が適用される発光装置４と同様の部分は同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。

第１の実施の形態が適用されない発光装置４′は、第１の実施の形態が適用される発光装置４における光強度低下部材２０を備えていない。図８（ａ）に示すように、拡散板３０が破損していない状態では、光源１０からの光は、拡散板３０を介して、照射面３１０に照射される。よって、照射面３１０における光強度は、上記の予め定められた規格以下である。つまり、この状態は、光の漏洩がない状態である。

ところが、図８（ｂ）に示すように、拡散板３０が破損した場合、光源１０のＶＣＳＥＬから出射された光が、直接照射面３１０に照射される。前述したように、ＶＣＳＥＬから出射された光が、拡散板３０を介さずに照射面３１０に照射される場合、照射面３１０における光強度は、上記の予め定められた規格を満たさない。つまり、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が生じることになる。

以上説明したように、第１の実施の形態が適用されない発光装置４′では、拡散板３０が破損するという故障が発生すると、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が生じる。一方、光強度低下部材２０を備えている第１の実施の形態が適用される発光装置４では、光強度低下部材２０と拡散板３０とのいずれか一方が破損するという故障が発生しても、漏洩する光は、予め定められた規格以下の光強度となり、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。

次に、発光装置４の変形例を説明する。
図９は、発光装置４の変形例を説明する図である。図９（ａ）は、光強度低下部材２０が凹レンズ２２である場合、図９（ｂ）は、光強度低下部材２０である凸レンズ２１を光源１０上に貼り付けて配置した場合、図９（ｃ）は、光強度低下部材２０が複数の凸レンズを配列させたフライアイレンズ２３である場合、図９（ｄ）は、光強度低下部材２０が複数の凹レンズを配列させたフライアイレンズ２４である場合である。なお、ここでは、光源１０は、複数のＶＣＳＥＬを備えるとして表記している。

図９（ａ）の光強度低下部材２０が単レンズの凹レンズ２２である場合では、ＶＣＳＥＬから凹レンズ２２に入射する光は、凹レンズ２２により拡がり角が拡げられて出射される。凹レンズ２２も、屈折により光の拡がり角を広くする光学部材である。なお、図７（ａ）に示した光強度低下部材２０が凸レンズ２１である場合、及び図９（ｂ）に示す光強度低下部材２０が凹レンズ２２である場合には、凸レンズ２１又は凹レンズ２２が単レンズであるため、光源１０の各ＶＣＳＥＬから凸レンズ２１又は凹レンズ２２に入射した光は、拡がり角βが異なるとともに、光の出射方向が曲げられる。つまり、凸レンズ２１では、光の出射方向が凸レンズ２１の中心方向に曲げられ、凹レンズ２２では、光の出射方向が凹レンズ２２の周辺方向に曲げられる。このように、ＶＣＳＥＬ毎に拡がり角βが異なったり、出射方向が異なったりしてもよい。

図９（ｂ）では、図７（ａ）に示した凸レンズ２１を光源１０上に貼り付けている。図７（ａ）では、凸レンズ２１は、光源１０と拡散板３０との間の空間に不図示の支持部材によって支持されていた。この場合、支持部材を必要とするとともに、支持部材の位置がずれたり破損したりして、光強度低下部材２０（この場合、凸レンズ２１）が脱落したり破損したりするおそれが高くなる。しかし、図９（ｂ）のように、凸レンズ２１を光源１０上に貼り付けて配置すると、支持部材が不要になるとともに、支持部材で支持する場合に比べ、光強度低下部材２０（この場合、凸レンズ２１）が脱落したり破損したりするおそれが低くなる。

図９（ｃ）では、光強度低下部材２０は、複数の凸レンズを配列したフライアイレンズ２３であって、光源１０上に貼り付けられている。また、図９（ｄ）では、光強度低下部材２０が複数の凹レンズを配列したフライアイレンズ２４である場合であって、光源１０上に貼り付けられている。フライアイレンズ２３、２４も、屈折により光の拡がり角を広くする光学部材である。ここでは、フライアイレンズ２３の凸レンズ又はフライアイレンズ２４の凹レンズは、光源１０が備えるＶＣＳＥＬ毎に設けられている。よって、ＶＣＳＥＬの光軸と、フライアイレンズ２３の凸レンズの中心軸又はフライアイレンズ２４の凹レンズの中心軸とを一致させれば、光の進行方向が曲げられることがない。なお、ＶＣＳＥＬの光軸と、フライアイレンズ２３の凸レンズの中心軸又はフライアイレンズ２４の凹レンズの中心軸とを一致させなくてもよい。そして、図９（ｃ）、（ｄ）では、フライアイレンズ２３又はフライアイレンズ２４を光源１０上に貼り付けたが、図７（ａ）又は図９（ａ）のように、支持部材により光源１０と拡散板３０との間に空隙を設けて支持してもよい。また、フライアイレンズ２３の凸レンズ、フライアイレンズ２４の凹レンズは、光源１０のＶＣＳＥＬ毎に設けられてもよく、いくつかのＶＣＳＥＬを組として組ごとに設けられてもよい。

図９（ｃ）に示すフライアイレンズ２３の凸レンズ、図９（ｄ）に示すフライアイレンズ２４の凹レンズは、間が同じ部材によって連結されているが、個別であってもよい。つまり、ＶＣＳＥＬ毎に凸レンズ又は凹レンズが貼り付けられていてもよい。そして、光源１０を製造する際に、ＶＣＳＥＬ毎に凸レンズ又は凹レンズを貼り付けてもよい。ＶＣＳＥＬ毎に凸レンズ又は凹レンズを貼り付ける場合には、例えば一部の凸レンズ又は凹レンズが剥がれても、その剥がれた数の全体に占める割合が少ない場合には、照射面３１０での光強度は、高くなりにくい。つまり、例え一部の凸レンズ又は凹レンズが剥がれるという故障が発生しても、漏洩する光は、予め定められた規格以下の光強度となり、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。なお、この状態は、次に説明する第２の実施の形態におけるマイクロレンズ２５を設ける場合と同様である。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態が適用される発光装置４では、光強度低下部材２０は、凸レンズ２１、凹レンズ２２、フライアイレンズ２３又はフライアイレンズ２４であって、光源１０とは個別に形成されていた。第２の実施の形態が適用される発光装置４では、光強度低下部材２０は、光源１０を製造する半導体製造プロセスにおいて形成されるマイクロレンズアレイ２５である。なお、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。

図１０は、第２の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である。図１０（ａ）は、平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸＢ－ＸＢ線での断面図である。ここで、図１０（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。

図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の実施の形態が適用される光学装置３では、発光装置４における光強度低下部材２０は、マイクロレンズ２５のアレイであって、光源１０上に設けられている。このことを除いて、第２の実施の形態が適用される光学装置３の構成は、図５に示した第１の実施の形態が適用される光学装置３と同じである。よって、同様の部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。

図１０（ｂ）に示すように、光強度低下部材２０であるマイクロレンズ２５のアレイにおけるマイクロレンズ２５は、ＶＣＳＥＬ毎に設けられている。なお、図１０（ａ）に示すように、マイクロレンズ２５を平面視したときの外縁は、円形となる。それぞれのＶＣＳＥＬに対応してマイクロレンズ２５が設けられると、光強度低下部材２０から出射する光の出射方向の制御が容易になる。つまり、ＶＣＳＥＬの光軸とマイクロレンズ２５の中心軸とを一致させてもよく、一致させなくともよい。

マイクロレンズ２５のアレイは、ＶＣＳＥＬ上に設けられたフォトレジストなどを加熱により粘性流動させるなどで形成される。つまり、マイクロレンズ２５は、光源１０を製造する半導体製造プロセスにおいて形成される。粘性流動でマイクロレンズ２５を形成すると、マイクロレンズ２５は、凹レンズとなる。この場合、光の拡がり角を拡げるには、マイクロレンズ２５の中心と焦点との間に、ＶＣＳＥＬの光出射面を設定すればよい。つまり、マイクロレンズ２５は、屈折により光の拡がり角を広くする光学部材である。なお、マイクロレンズ２５間がマイクロレンズ２５を構成する材料で連結されていてもよい。

第１の実施の形態で説明した光強度低下部材２０がフライアイレンズ２３、２４である場合では、光源１０とフライアイレンズ２３、２４とが個別の部材として構成されているので、発光装置４を組み立てる際に、フライアイレンズ２３の凸レンズ、フライアイレンズ２４の凹レンズと光源１０が備えるＶＣＳＥＬとの位置関係を機械的に合わせて貼り付けることになる。機械的に合わせる場合、精度が確保しにくい。また、フライアイレンズ２３、２４は、光源１０に対してずれたり、外れたりするおそれがある。

これに対して、光強度低下部材２０がマイクロレンズ２５のアレイである場合には、マイクロレンズ２５のアレイは、ＶＣＳＥＬを製造する半導体製造プロセスに引き続いて形成されることから、フライアイレンズ２３、２４の場合に比べ、ＶＣＳＥＬとマイクロレンズ２５との位置関係がより精密に設定しやすい。また、マイクロレンズ２５のアレイが光源１０から外れたり、ずれたりしにくい。さらに、光源１０上に光強度低下部材２０であるマイクロレンズ２５のアレイが形成されることで、発光装置４が小型になる。

図１１は、第２の実施の形態が適用される発光装置４における光の漏洩を説明する図である。図１１（ａ）は、光の漏洩がない状態、図１１（ｂ）は、拡散板３０が破損して光の漏洩がある状態である。ここでは、光源１０が備える一個のＶＣＳＥＬを図示して説明する。ＶＣＳＥＬは、拡がり角αで光を出射するとする。

図１１（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬから出射された光は、マイクロレンズ２５により拡がり角αより大きい拡がり角γで出射するとする（α＜γ）。そして、拡がり角γで出射した光は、拡散板３０に入射し、拡散された光となって照射面３１０に照射される（図３参照）。なお、マイクロレンズ２５から出射される光が直接照射面３１０に照射された場合、照射面３１０上の光強度は、上記した予め定められた規格を満たすように設定されている。

図１１（ａ）の場合、光源１０から光強度低下部材２０（マクロレンズ２５のアレイ）及び拡散板３０を介して照射面３１０に照射される光強度は、上記した予め定められた規格以下である。つまり、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩がない状態となっている。

図１１（ｂ）に示すように、拡散板３０が破損した状態では、光強度低下部材２０を透過した光が、拡散板３０で拡散されないで照射面３１０に照射される。上述したように、マイクロレンズ２５から出射する光は、照射面３１０において、予め定められた規格を満たす光強度になるにように設定されている。よって、拡散板３０が破損して、照射面３１０に拡散板３０で拡散されない光が直接照射されても、照射面３１０における光強度は、上記の予め定められた規格以下に抑制される。つまり、拡散板３０が破損した場合であっても、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。

以上説明したように、第１の第１の実施の形態が適用されない発光装置４′で説明したように、光強度低下部材２０を備えていない場合は、拡散板３０が破損するという故障が発生すると、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が生じる。一方、マイクロレンズ２５のアレイを光強度低下部材２０として備えている第２の実施の形態が適用される発光装置４では、拡散板３０が破損するという故障が発生しても、漏洩する光は、予め定められた規格以下の光強度となり、予め定められた規格を超える光強度の光の漏洩が抑制される。

第１の実施の形態では、光強度低下部材２０として凸レンズ２１、凹レンズ２２、フライアイレンズ２３、２４とし、第２の実施の形態では、光強度低下部材２０としてマイクロレンズ２５のアレイを説明した。しかし、光強度低下部材２０は、必ずしもレンズでなくてもよく、光強度を低下させる部材であればよい。

上記したように、拡散板３０に加えて光強度低下部材２０を設けて、故障の際に漏洩する光を予め定められた規格以下の光強度とすることにより、三次元形状の計測対象を、顔などに広げている。また、情報処理装置１を電池で駆動することにより、携帯型情報処理端末によって三次元形状の計測が簡易に行える。

なお、上記の第１の実施の形態及び第２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、上記の第１の実施の形態及び第２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、上記の第１の実施の形態及び第２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、上記の第１の実施の形態及び第２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、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…光源、２０…光強度低下部材、２１…凸レンズ、２２…凹レンズ、２３、２４…フライアイレンズ、２５…マイクロレンズ、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、３００…顔、３１０…照射面、α、β、γ…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、ＶＣＳＥＬ…垂直共振器面発光レーザ素子

Claims (16)

1. 発光素子を複数配列し、予め定められた規格を超える光強度の光を出射する光源と、
   前記光源の光出射経路に設けられ、当該光源からの出射光の光強度を低下させて出射する第１の光学部材と、
   前記第１の光学部材の光出射側に設けられ、当該第１の光学部材側から入射する光を拡散して照射する第２の光学部材と、
   を備え、
   前記第１の光学部材は、当該第１の光学部材を透過した光強度が前記予め定められた規格を満たすように設定され、
   前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材が設けられない場合であっても、当該第２の光学部材から出射した光強度が前記予め定められた規格を満たすように設定される発光装置。
2. 前記光源から前記第１の光学部材を介して出射され、前記第２の光学部材における当該第１の光学部材側の面で反射された光を受光する受光素子をさらに備え、
   前記光源は、前記受光素子の受光量に基づいて制御される請求項１に記載の発光装置。
3. 前記光源は、前記受光素子の受光量が極端に低下した場合に、光出力を抑制される請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１の光学部材は、屈折により光の拡がり角を広くする光学部材である請求項１に記載の発光装置。
5. 前記第１の光学部材は、前記光源の発光素子上に設けられている請求項４に記載の発光装置。
6. 前記第１の光学部材は、前記光源の発光素子毎に設けられているマイクロレンズである請求項５に記載の発光装置。
7. 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ないし６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 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７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材から出射する光を整形して、出射時の断面形状及び強度分布と異なる断面形状及び強度分布で照射させる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記第２の光学部材は、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９に記載の発光装置。
11. 前記第２の光学部材は板状の部材であって、少なくとも一方の面に複数の凹凸が設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 前記第２の光学部材は、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１１のいずれか１項に記載の発光装置。
13. 前記光源、前記第１の光学部材及び前記第２の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１２のいずれか１項に記載の発光装置。
14. 請求項１ないし１３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。
15. 請求項１４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。
16. 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１５に記載の情報処理装置。

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