JP7472468B2 - 照明装置、投影装置、計測装置、ロボット、電子機器、移動体、および造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、投影装置、計測装置、ロボット、電子機器、移動体、および造形装置に関する。

従来、レーザ光源は共振器増幅による高出力化やフォーカスフリーなどＬＥＤにはない利点を備えており、プロジェクターや距離計測など様々な機器に採用されている。レーザ光の特徴的性質である過干渉性（コヒーレンス）は、受光面散乱光の回折により観察面（眼の網膜やカメラの撮像素子など）上にスペックルノイズという斑模様のちらつき（ノイズ）を発生させる。これを解消するため、異なるスペックル模様を重ね合わせて平均化（重畳）させ、ちらつき（ノイズ）を低減する手法がある。

発光部を面内にアレイ状に配置し、発光部を選択的に発光させることにより、異なるスペックルパターンを形成し、それぞれのスペックルパターンを重ね合わせることにより、スペックルノイズを低減する構成が開示されている（特許文献１参照）。

しかし、複数の発光部の発光パターン制御によりスペックル低減を行うためには、複雑な制御が必要になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複雑な制御を行うことなくスペックルを低減することが可能な照明装置、投影装置、計測装置、ロボット、電子機器、移動体、および造形装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板上に形成された面発光レーザ素子を備える照明装置であり、１つの前記面発光レーザ素子には複数の面発光レーザをそれぞれ含む複数の発光素子群が形成されており、各々の前記発光素子群は、同じ出射波長の発光素子を少なくとも１つ含み、前記複数の発光素子群が一次元的に又は二次元的に配置され、各々の前記発光素子群において、複数の前記面発光レーザの少なくとも１つの面発光レーザは、他の面発光レーザとは異なる出射波長を有し、前記複数の面発光レーザは、第１の出射波長をλ_ｌ［ｎｍ］、第１の出射波長よりも短い波長となる第２の波長をλ_ｓ［ｎｍ］、第１の出射波長と第２の出射波長との間の中心波長をλ_ｃ［ｎｍ］とし、中心波長λ _ｃ は、８００ｎｍ以上９４０ｎｍ以下であり、

の条件を満たす波長から選択された出射波長をそれぞれ有し、前記条件を満たす出射波長から選択された互いに異なる出射波長の光を、投影領域へ同時に照射する、ことを特徴とする。

本発明によれば、複雑な制御を行うことなくスペックルを低減できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態の面発光レーザ素子の断面構造を示す図である。 図２は、中心波長ごとの波長差とスペックルコントラストの関係を示す図である。 図３は、中心波長ごとの波長差としきい値電流比の関係を示す図である。 図４は、中心波長λｃと調整可能な波長幅Δλの関係を示す図である。 図５は、複数波長出射型面発光レーザ素子のレイアウトの一例を示す図である。 図６は、簡略化した実験系を示す図である。 図７は、波長差とスペックルコントラストの関係を示す図である。 図８は、複数波長点灯時のスペックルコントラストの実験値と理論値の関係を示す図である。 図９は、複数波長出射型面発光レーザ素子の平面図である。 図１０は、複数波長出射型面発光レーザ素子の部分的な断面図である。 図１１は、波長調整領域の構成を示す図である。 図１２は、積層体のプロセス形成の概略を示す図である。 図１３は、メサごとに出射波長が異なる複数波長出射型面発光レーザ素子を示す図である。 図１４は、スペックル低減効果のある波長差と中心波長との相関関係を示す図である。 図１５は、ＶＣＳＥＬアレイの構成の変形例を示す図である。 図１６は、セット内の異なる波長の発光素子をランダムな並び順とした例を示す図である。 図１７は、第２の実施の形態の投影装置の構成を示す図である。 図１８は、光偏向素子の構成を示す図である。 図１９は、第３の実施の形態の計測装置を示す図である。 図２０は、計測装置のブロック図である。 図２１は、第４の実施の形態のロボットの構成を示す図である。 図２２は、第５の実施の形態のスマートフォンに設けられた計測装置の使用形態を示す図である。 図２３は、第５の実施の形態のスマートフォンのブロック図である。 図２４は、第６の実施の形態のパーソナルコンピュータ装置のブロック図である。 図２５は、第７の実施の形態のＭＦＰのブロック図である。 図２６は、第８の実施の形態の車両に設けられた計測装置の使用形態を示す図である。 図２７は、第９の実施の形態の移動体に設けられた計測装置の使用形態を示す図である。 図２８は、第１０の実施の形態の３Ｄプリンタに設けられた計測装置の使用形態を示す図である。

以下に添付図面を参照して、面発光レーザ素子、照明装置、投影装置、計測装置、ロボット、電子機器、移動体、および造形装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、スペックル低減効果と複数波長出射型面発光レーザ素子の概要を示す。式Ａはスペックルノイズの指標として用いられるスペックル・コントラスト（Ｃ_ｓ）の式である。式ＡにおいてＩはスペックル撮影画像の平均輝度値、σは標準偏差を示している。一般的な信号強度を示すＳＮＲの逆数となっており、このコントラスト値が低いほど画像のチラツキが少なく、スペックルが少ない良い画像となる。本明細書においてもこの式から算出した値をスペックルノイズの指標として用いる。

スペックルノイズ低減の基本的な考え方はアベレージングによるランダムノイズのＳＮＲ改善と同じである。

（平均化によるノイズ低減）
各スペックルパターンの平均輝度をＳ_０、標準偏差をσ_０、スペックルコントラストをＣ_ｓ０とする。同じパワーでレーザ照射した場合、「Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３＝・・・＝Ｓ_０、σ_１＝σ_２＝σ_３＝・・・＝σ_０」と考えることができる。従って、ｎ枚の画像を合成した場合、その輝度値はＳ_１＋Ｓ_２＋・・・＋Ｓ_ｎ＝Ｓ_０×ｎとなる。一方、ばらつきに関しては分散の加法性が成り立つ為、「σ^２＝σ_１ ^２＋σ_２ ^２＋・・・＋σ_ｎ ^２」となり、「σ＝√（ｎ×σ_０ ^２）＝σ_０√ｎ」となる。

よって、ｎ枚の合成画像のスペックルコントラストＣ_ｓｎは、「Ｃ_ｓｎ＝σ√ｎ／（Ｓ×ｎ）＝（√ｎ／ｎ）)×（σ_０／Ｓ_０）＝１／√ｎ×Ｃ_ｓ０」と表され、ｎ枚の画像を平均化することでスペックルコントラストを１／√ｎに改善できることが分かる。

（複数波長出射型面発光レーザ素子）
図１は、波長調整構造を有する第１の実施の形態の複数波長出射型面発光レーザ素子２の断面構造を示す図である。複数波長出射型面発光レーザ素子２は半導体基板上に有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法などで形成される。層構成は基板上に下部ブラッグ反射鏡、活性層を含む共振領域、上部ブラッグ反射鏡を成長させたものである。ブラッグ反射鏡とは、屈折率の異なる材料が出射波長λに対して１／４波長の光学膜厚で交互に積層された構造体である。面発光レーザは上部ブラッグ反射鏡と下部ブラッグ反射鏡の間で光が基板に対して垂直方向に共振し、一部の光が基板に対して垂直方向に出射することを特徴とする。

レーザの出射波長は共振器長により決定される。そのため、ブラッグ反射鏡の一部の膜厚（光学長）を変えることにより、共振波長を微調整することができる。ブラッグ反射鏡の途中に材料系の異なる２つ以上の材料からなるペアを積層させる。この材料は互いに専用のエッチャントによるウェットエッチングにより除去することが可能で、それぞれのエッチャントに対するエッチング選択比が高い材料を使用する。例えばＧａＡｓとＧａＩｎＰのペアを積層し、ＧａＡｓのみをエッチングできるリン酸と過酸化水素水からなるエッチャント、ＧａＩｎＰのみをエッチングできる塩酸からなるエッチャントなどである。この材料系の異なる積層構造を波長調整層と呼ぶ。

波長調整層まで一度結晶成長したあとに、レジストパターニングを行い、任意の領域をウェットエッチングにより必要な膜厚（層数）になるまで、除去する。必要な構造が形成できるまで上記工程を繰り返し、所望の波長調整構造を形成する。その後に再成長でブラッグ反射鏡の続きを形成し、波長調整層の膜厚の異なる領域ごとに面発光レーザを形成することにより、同一チップ内で複数波長出射する複数波長出射型面発光レーザ素子２が形成される。

（複数波長重畳によるスペックル低減の理論値）
波長重畳によるスペックルコントラストの低減効果を定式化した。このモデルでは電場のランダムウォークによる記述方式を採用している。本来であれば結像系の回折積分による記述が適しているが、定式化が複雑で適当な近似解を得ることができないため、簡略化したモデルとしている。スペックルコントラストは以下の式１で表現される。

ここで、Δλは２光源を想定した時のそれぞれの波長差、λ_ｃは中心波長、σ_ｈは照射面内の高さ分布ｐ（表面粗さ）を、ｈを高さとして以下の式（２）のようなガウス関数で表現した際の標準偏差である。

図２は、中心波長ごとの波長差とスペックルコントラストの関係を示す図である。上記（１）式より、中心波長ごとに、波長差とスペックルコントラストの関係は図２のようになる。この（２）式において、「σ_ｈ」は、測定対象物の表面粗さの標準偏差である。一例ではあるが、３Ｄプリンタで出力された造形物の表面粗さを参考にし、σ_ｈ＝４００００［ｎｍ］の値を用いることができる。これは、造形物の表面は、４００００ｎｍの凹凸を有する面であることを意味する。

波長差が広がるとスペックルコントラストは１／√２に漸近するため、１／√２のときの波長差を算出することはできない。そのため、波長差Δλが（１）式中の平方根内のガウス関数の標準偏差（式２．１）以上の幅をもち、

・・・（２．１）
スペックルパターンの相関が無くなると定義すると、スペックル低減に有効な波長差Δλは以下の式（３）のようになる。

具体的には、中心波長が８００ｎｍ、８７０ｎｍ、９４０ｎｍのときσ_ｈ＝４００００［ｎｍ］とすると、Δλは表１のようになる。

（波長調整量の設計）
波長調整量は、波長調整層を活性層に近づけること、もしくは波長調整層の膜厚を厚くすることで、より広い波長範囲で調整可能になり、活性層から遠い位置に波長調整層を設置し、波長調整層の膜厚を薄くすることにより、狭い波長範囲で波長調整が可能になる。

また、本実施の形態における波長調整層を用いた複数波長出射型面発光レーザ素子２では位相の整合条件の制限から、特性を落とさずに調整できる波長範囲に限りがある。

中心波長を９４０ｎｍ、８７０ｎｍ、８００ｎｍとして設計した複数波長出射型面発光レーザ素子２の、中心波長の前後の出射波長でしきい値電流が増加する様子を示した計算結果を以下に示す。

図３は、後述する図９～図１４の構造の複数波長面発光型レーザ素子２における、中心波長ごとの波長差としきい値電流比の関係を示す図である。複数波長面発光型レーザ素子２の波長調整層は、活性層から３ペア目に設置されている。この波長調整層の膜厚のみを変化させて、連続的に波長を変化させたときの、中心波長との離長幅が、図３の横軸になっている。つまり横軸は、出射波長λと中心波長λcとの波長差である。図３の縦軸は波長λのときのしきい値電流をＩ_ｔｈλ、中心波長のときのしきい値電流をＩ_ｔｈλ０としたときの比であり、Ｉ_ｔｈλ/Ｉ_ｔｈλ０である。

つまり中心波長からのズレが大きくなる（波長の離長幅が広くなる）ほど、しきい値電流値が上昇することを示している。

本実施の形態の複数波長出射型面発光レーザ素子２は、しきい値電流の比が１．５以下程度で駆動することが望ましい。それ以上になると、波長差に対する閾値電流の増加率が上昇し、チップ作製時の出来高のばらつきで、歩留まりを落とすことになる。また、発振閾値電流が増加するとともに発熱量も増えるため、出力やシングルモード性の低下などが発生する。言い換えると、仮に９４０ｎｍを中心波長とすると、調整可能な波長幅は２４．９ｎｍ（±１２．５ｎｍ）である。つまり９２７．６ｎｍ～９５２．５ｎｍで任意の出射波長を有する複数波長出射型面発光レーザ素子２を形成可能である。以下の表２に、中心波長を９４０ｎｍ、８７０ｎｍ、８００ｎｍとしたときの調整可能な波長幅と、出射可能波長範囲を記す。

図４は、中心波長λｃ[ｎｍ]と調整可能な波長幅Δλ[ｎｍ]の関係を示す図である。図４には、横軸を中心波長λc[ｎｍ]、縦軸を調整可能な波長幅Δλ[ｎｍ]としたものを示している。

図４から、複数波長出射型面発光型レーザ素子２のうち、例えば最も長波長の面発光レーザの出射波長をλ_ｌ[ｎｍ]、最も短波長の面発光レーザの出射波長をλ_ｓ[ｎｍ]とするとその波長差λ_ｌ－λ_ｓ[ｎｍ]が、
０＜λ_ｌ－λ_ｓ≦５．３６×１０^－５λ_ｃ ^２－５．８３×１０^－２λ_ｃ＋３２．４
であれば、その波長差の範囲内で、λを中心波長としてレーザ特性を維持したまま、任意の出射波長を有する複数波長出射型面発光レーザ素子２を形成できる。

以上のことをまとめると、複数波長出射型面発光レーザ素子２を低スペックルノイズとするための波長設計は、最も長波長の面発光レーザの出射波長をλ_ｌ[ｎｍ]、最も短波長の面発光レーザの出射波長をλ_ｓ[ｎｍ]_、以下の（３．１）で算出される中心波長をλ_ｃ[ｎｍ]、測定対象物の表面粗さの標準偏差である「σ_ｈ」をσｈ＝４００００[ｎｍ]として、以下の（４）式の条件を満たす波長範囲内で選択することが好ましい。

例えば９４０ｎｍを中心波長として５波長の複数波長の場合、スペックルノイズ低減に効果的な波長幅は１．８ｎｍ、レーザ特性を低下させない波長範囲は２４．９ｎｍなので、各面発光レーザの波長間隔を５ｎｍとして９３０ｎｍ、９３５ｎｍ、９４０ｎｍ、９４５ｎｍ、９５０ｎｍの出射波長を有する複数波長出射型面発光レーザ素子２を形成する。これにより、５ｃｈ分のスペックルパターン重畳効果を発生させて、スペックルノイズを低減できる。

このように、複数波長出射型面発光レーザ素子２の出射波長としては、上述の（４）式で示される条件の波長範囲内で選択することで、スペックルノイズを低減可能である。しかし、（４）式の代りに、以下の（５）式で示される条件の波長範囲内で出射波長を選択しても、上述と同様に複数波長出射型面発光レーザ素子２のスペックルノイズを低減できる。

なお、この例では、一例として最も長波長の面発光レーザの出射波長をλ_ｌ[ｎｍ]、最も短波長の面発光レーザの出射波長をλ_ｓ[ｎｍ]とした。しかし、λ_ｌ[ｎｍ]は第１の波長の一例であり、λ_ｓ[ｎｍ]は第２の波長の一例である。このため、出射波長λ_ｌ[ｎｍ]及び出射波長λ_ｓ[ｎｍ]としては、上述の（４）式又は（５）式で示される条件の波長範囲内において、任意の波長を選択可能である（第１の波長＞第２の波長）。選択した任意の波長間の中間の波長が、上述の中心波長λ_ｃ[ｎｍ]となる。

（複数波長出射型面発光レーザ素子のメサの配置例）
図５は、複数波長出射型面発光レーザ素子２のレイアウトの一例を示す図である。中心のλ１の出射波長のメサ（レーザ出射部）と、周囲のλ１（２）～λ５の出射波長のメサとの間の距離は、それぞれ３０μｍである。この複数波長出射型面発光レーザ素子２の各メサλ１、λ１（２）、λ２～λ５の出射波長は表３のようになっている。

この複数波長出射型面発光レーザ素子２は、中心波長は（λ１＋λ５）／２＝８６３．５ｎｍである。この中心波長ではスペックルコントラスト低減に効果的な波長幅が（４）式から約１．５ｎｍ、調整可能な波長幅は約２２ｎｍと見積もられる。最も長波長と最も短波長の面発光レーザの波長差はλ１－λ５＝７．４３ｎｍである。よって式（４）を満たしている。

なお、この例では、複数波長出射型面発光レーザ素子２は、出射波長がλ１のメサを中心として、この出射波長がλ１のメサの周囲を取り囲むように、λ１（２）、λ２～λ５の各出射波長のメサが設けられていることとした。しかし、複数波長出射型面発光レーザ素子２のメサの「数」及び「レイアウト」は、他の複数又はレイアウトでもよい。すなわち、複数波長出射型面発光レーザ素子２に対して２つのメサを設けてもよいし、３つ以上のメサを設けてもよい。また、複数波長出射型面発光レーザ素子２は、各メサを直線状に並べたレイアウトとしてもよいし、各メサを円状、楕円状、三角形状、多角形状、階段状十字状等に並べたレイアウトとしてもよい。

図６は、簡略化した実験系を示す図である。この複数波長出射型面発光レーザ素子２を中心のλ１を点灯させた状態で、周囲のλ１（２）～５を１素子ずつ順次点灯（λ１＋λ２、λ１＋λ３、・・・）させて、粗面（スクリーン）上にできるスペックルパターンをカメラで撮影し、スペックルコントラストを計算した。粗面として標準拡散板（σ_ｈ＝４００００［ｎｍ］）を利用している。

図７は、波長差とスペックルコントラストの関係を示す図である。図７には、横軸を波長差、縦軸をスペックルコントラストとして結果を示している。

曲線は理論値である。波長差０ｎｍの２点のプロットに関して、スペックルコントラストが高い方は中心の発光部（λ１）のみ点灯した場合のスペックルコントラストであり、低い方は中心のλ１の発光部と周囲の発光部のλ１（２）を同時に点灯させた際の、スペックルコントラストである。同波長でも、入射角度が異なるとスペックル低減効果が発現する。そのため、同波長のλ１とλ１（２）を同時に点灯させても、粗面への入射角が異なるため、スペックル低減効果が発現している。

以上の結果では、中心波長８６３．５ｎｍのレーザ光に波長が約２ｎｍ離れた波長差のレーザ光を重ね合わせると、スペックルコントラストが理論値程度まで低下し、それ以上の波長差ではスペックルパターンが完全に独立し、スペックルノイズ低減効果が飽和していることが分かる。

図８は、複数波長点灯時のスペックルコントラストの実験値と理論値の関係を示す図である。図８には、複数波長出射型面発光レーザ素子２のλ１～λ５を同時に点灯させたときの結果を一例として示している。図８から、スペックルコントラスト低減効果のある波長差のレーザ光を５波長重ね合わせた場合、点灯波長数に応じて理論値に近いスペックル低減効果が発現していることが分かる。

同様に、中心波長が８００ｎｍのときでも、スペックルコントラスト低減に効果的な波長幅が約１．３ｎｍ、調整可能な波長幅は約２０ｎｍと見積もられる。５波長出射として、出来高の出射波長のばらつきを含め、λ１＝７９２．４～７９４．４ｎｍ、λ２＝７９５．７～７９７．７ｎｍ、λ３＝７９９～８０１ｎｍ、λ４＝８０２．３～８０４．３ｎｍ、λ５＝８０５．６～８０７．６ｎｍであれば、実験結果と類似したスペックル低減効果が期待できる。出射波長は５波長である必要はなく、この波長の中の少なくとも２つ以上の出射波長に該当する、面発光レーザを有する複数波長出射型面発光レーザ素子２ならば、その該当する出射波長数に応じて、スペックルが低減される。

同様に、中心波長が８７０ｎｍのときでも、スペックルコントラスト低減に効果的な波長幅が約１．５ｎｍ、調整可能な波長幅は約２２ｎｍと見積もられる。５波長出射として、出来高の出射波長のばらつきを含め、λ１＝８６２～８６４ｎｍ、λ２＝８６５．５～８６７．５ｎｍ、λ３＝８６９～８７１ｎｍ、λ４＝８７２．５～８７４．５ｎｍ、λ５＝８７６～８７８ｎｍであれば、実験結果と類似したスペックル低減効果が期待できる。

出射波長は５波長である必要はなく、この波長の中の少なくとも２つ以上の出射波長に該当する、面発光レーザを有する複数波長出射型面発光レーザ素子２ならば、その該当する出射波長数に応じて、スペックルが低減される。

同様に、中心波長が９４０ｎｍのときでも、スペックルコントラスト低減に効果的な波長幅が約１．８ｎｍ、調整可能な波長幅は約２０ｎｍと見積もられる。５波長出射として、出来高の出射波長のばらつきを含め、λ１＝９３１．４～９３３．４ｎｍ、λ２＝９３５．２～９３７．２ｎｍ、λ３＝９３９～９４１ｎｍ、λ４＝９４２．８～９４４．８ｎｍ、λ５＝９４６．６～９４８．６ｎｍであれば、実験結果と同様なスペックル低減効果が期待できる。出射波長は５波長である必要はなく、この波長の中の少なくとも２つ以上の出射波長に該当する、面発光レーザを有する複数波長出射型面発光レーザ素子２ならば、実験結果と同様なスペックル低減効果が期待できる。

（複数波長出射型面発光レーザ素子の構造）
次に、複数波長出射型面発光レーザ素子の構造を説明する。図９は、第１の実施の形態の複数波長出射型面発光レーザ素子２の平面図である。図１０は、複数波長出射型面発光レーザ素子２の部分的な断面図であり、図９のＡ－Ａ’線に沿う断面を示している。なお、図９は、便宜上、コンタクト層等の記載が省略された、簡略化された図となっている。

図９に示すように、複数波長出射型面発光レーザ素子２は、複数の面発光レーザを備えている。各々の面発光レーザはメサ構造となっている。複数波長出射型面発光レーザ素子２の上部から視たメサ構造の形状は、円形であってもよく、楕円形、正方形、長方形等であってもよい。複数波長出射型面発光レーザ素子２では、基板１０１と反対側（図１０の矢印Ｌ方向）にレーザ光が出射される。

複数波長出射型面発光レーザ素子２は、例えば、約３００μｍ角の半導体チップ上に形成されており、この半導体チップ上に形成された各々の面発光レーザは各々に対応した電極パッドに接続されている。

複数波長出射型面発光レーザ素子２において、基板１０１上には、下部ブラッグ反射鏡１０２（以下、下部ＤＢＲ１０２とする）が形成されている。なお、ＤＢＲとは、Distributed Bragg Reflectorの略である。

基板１０１としては、例えば、ｎ－ＧａＡｓ基板を用いることができる。下部ＤＢＲ１０２は、屈折率の異なる半導体材料を交互に積層形成したものである。具体的には、下部ＤＢＲ１０２は、例えば、ｎ－Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ高屈折率層とｎ－ＡｌＡｓ低屈折率層とを各々の層の光学的膜厚が１／４波長となるように３３．５ペア積層することにより形成することができる。

下部ＤＢＲ１０２上には、ＡｌＧａＩｎＰからなる下部スペーサ層を介し、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＡｌＧａＡｓ障壁層からなる活性層が形成されている。活性層上には、ＡｌＧａＩｎＰからなる上部スペーサ層が形成されている。なお、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層により１波長の光学的膜厚となる共振器領域１０４が形成されている。

上部スペーサ層上には、上部ブラッグ反射鏡１６０（以下、上部ＤＢＲ１６０とする）が形成されている。上部ＤＢＲ１６０は、第１の上部ブラッグ反射鏡１０７（以下、第１の上部ＤＢＲ１０７とする）、第２の上部ブラッグ反射鏡１０８（以下、第２の上部ＤＢＲ１０８とする）を含むものである。

第１の上部ＤＢＲ１０７は、屈折率の異なる半導体材料を交互に積層形成したものである。具体的には、第１の上部ＤＢＲ１０７は、例えば、ｐ－Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ高屈折率層とｎ－Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層とを各々の層の光学的膜厚が１／４波長となるように２ペア積層することにより形成することができる。

ここで第１の上部ＤＢＲ１０７のペア数は、後述する第２の上部ＤＢＲ１０８のペア数との合計から決定される所望の反射率となるなかで、任意に変更してもよい。例えば、第１の上部ＤＢＲ１０７と第２の上部ＤＢＲ１０８の合計が２３ペアであるならば、第１の上部ＤＢＲ１０７を５ペアにして第２の上部ＤＢＲ１０８を１８ペアとしてもよい。また、合計のペア数は所望の出力特性に応じて、２３ペアから増やしても減らしてもよい。

第１の上部ＤＢＲ１０７の低屈折率層の一つは、ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０６により形成されている。電流狭窄層１０６の周辺部分は選択酸化されて選択酸化領域１０６ｂが形成されており、中心部分は酸化されていない電流狭窄領域１０６ａが形成されている。

複数波長出射型面発光レーザ素子２は、第１の上部ＤＢＲ１０７上に、波長調整領域１３１を介して、第２の上部ＤＢＲ１０８が形成されている。

図１１は、波長調整領域１３１の構成を示す図である。波長調整領域１３１は、第１の上部ＤＢＲ１０７側から、第１の位相調整層１３２、波長調整層１３３、及び第２の位相調整層１３４が積層されて構成されている。

波長調整層１３３は、第１の位相調整層１３２側から、第１の調整層１３５、第２の調整層１３６、第３の調整層１３７、第４の調整層１３８、及び第５の調整層１３９が積層されて構成されている。積層される調整層は５層でなくても良く、それよりも少なくても、多くても良い。

第１の調整層１３５及び第３の調整層１３７は、一例として、ＧａＩｎＰで形成されており、第２の調整層１３６は、一例として、ＧａＡｓで形成されている。なお、第１の調整層１３５及び第３の調整層１３７と第２の調整層１３６とを形成している材料は、この逆であってもよい。また、第１の調整層１３５及び第３の調整層１３７と第２の調整層１３６は、他の半導体材料で形成してもよい。

波長調整領域１３１の光学膜厚は３／４波長であり、第１の上部ＤＢＲ１０７と波長調整領域１３１との界面の定在波は節になっており、波長調整層１３３の中心付近も節になっている。

波長調整領域１３１の上には、第２の上部ＤＢＲ１０８が形成されている。第２の上部ＤＢＲ１０８は、例えば、ｐ－Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ高屈折率層とｐ－Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層とを各々の層の光学的膜厚が１／４波長とは異なる値となるように２２ペア積層することにより形成することができる。

ここで第２の上部ＤＢＲ１０８のペア数は、前述した第１の上部ＤＢＲ１０７のペア数との合計から決定される所望の反射率となるなかで、任意に変更してもよい。例えば、第２の上部ＤＢＲ１０８と第１の上部ＤＢＲ１０７の合計が２３ペアであるならば、第１の上部ＤＢＲ１０７を５ペアにして第２の上部ＤＢＲ１０８を１８ペアとしてもよい。また、合計のペア数は所望の出力特性に応じて、２３ペアから増やしても減らしてもよい。

第２の上部ＤＢＲ１０８上には、コンタクト層１０９が形成されている。コンタクト層１０９は、例えば、ｐ－ＧａＡｓから形成することができる。

コンタクト層１０９上には、ｐ側電極となる上部電極１１２が形成されている。上部電極１１２は、電極パッドと接続されている。また、基板１０１の裏面にはｎ側電極となる下部電極１１１が形成されている。

このように基板１０１上に複数の層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」と称する場合がある。積層体の形成は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で行うことができる。又、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法等を用いて行ってもよい。

図１２は、積層体のプロセス形成を概略的に示す図である。複数波長出射させるには、波長調整層を任意の層数に調整して、共振波長をメサごとに変更する必要がある。層数の調整はウェットエッチングにより行う。波長調整層をエッチング選択比の高い、２種類の材料で形成し、選択エッチングにより、膜厚を調整する。具体的には、調整層をＧａＡｓとＧａＩｎＰのペアで形成することにより、リン酸と過酸化水素水と水からなるエッチャントでＧａＡｓが選択エッチングされ、このエッチャントではＧａＩｎＰはエッチングされず、エッチングは停止し、塩酸と水からなるエッチャントでＧａＩｎＰが選択エッチングされ、このエッチャントではＧａＡｓはエッチングされず、エッチングは停止する。

フォトレジストを利用したレジストパターニングを行い、エッチャントに浸すことで、任意のメサの共振波長を調整することが可能である。

図１３は、メサごとに出射波長が異なる複数波長出射型面発光レーザ素子２を示す図である。上記プロセスを行い、その後第２の上部ブラッグ反射鏡を、波長調整層の上から結晶成長を行うことで、メサごとに出射波長が異なる複数波長出射型面発光レーザ素子２が形成される。

（具体的な波長調整層の膜厚設計）
以下にスペックル低減効果のある波長調整層の設計膜厚を記す。スペックル低減効果がある波長差は中心波長をλc[ｎｍ]、測定対象物の表面粗さの値である「σ_ｈ」をσｈ＝４００００［ｎｍ］とすると、

である。

ここで複数波長出射型面発光レーザ素子から出射される最も長波長の出射波長をλl[ｎｍ]、最も短波長出射波長をλs[ｎｍ]とすると、

である。この波長差を実現するために必要な波長調整層の光学長と中心波長をλc[ｎｍ]としたときの相関を図１４（ａ）に示す。よって、スペックル低減効果を持たせるためには、波長調整層の設計上の光学膜厚を「ｄ」とすると、

であればスペックル低減効果を有する複数波長出射型面発光レーザ素子を形成することが可能である。

図１４（ｂ）は、波長調整層の合計光学膜厚と閾値電流比の関係を示す図である。こｎ図１４（ｂ）には、レーザ特性が低下しない範囲における、波長調整層の設計上の光学膜厚を示している。図１４（ｂ）は、中心波長を９４０ｎｍ、８７０ｎｍ、８００ｎｍとしたときの波長調整層の合計光学膜厚に対する閾値電流比を示している。

閾値電流比１．５以下であれば特性を低下させずに、任意に波長調整層の膜厚及び波長調整層の層数を選択することができる。つまり、波長調整層の設計上の光学膜厚「ｄ」は０．２６以下で、任意の波長調整層の層数及び光学膜厚とすることで、複数波長出射型面発光レーザ素子２の特性の悪化を防止できる。

以上をまとめると、光学膜厚ｄは、中心波長λ_ｃ[ｎｍ]に対して、

の範囲内で、波長調整層の光学膜厚及び層数を、任意に選択して設計できる。

複数波長出射型面発光レーザ素子２は、波長を大きく異ならせると、位相整合条件からの乖離が大きくなり、発振閾値電流の増加などのレーザ諸特性の悪化が発生する。レーザ特性を著しく低下させないためには、出射波長はある一定の波長以内に収める必要がある。

第１の実施の形態の複数波長出射型面発光レーザ素子は、低スペックル化と良好なレーザ特性を両立することが可能な波長範囲としており、レーザ特性が悪化せず且つスペックルパターンが相関を持たなくなる波長差で複数波長化することで、効果的に低スペックル化を実現している。その結果として、レーザ特性を落とさずに、１チップから複数波長を出射するため、駆動方式が単純で、１チップから多数のスペックルパターン重畳効果が得られ、複雑な制御を行うことなくスペックルを低減することが可能になる。また、第１の実施の形態の複数波長出射型面発光レーザ素子を用いれば、投光部を大型化することなく、スペックルノイズを低減することも可能になる。

（変形例）
図１５は、ＶＣＳＥＬアレイ１１の構成の変形例を示す図である。ＶＣＳＥＬは、Vertical Cavity Surface Emitting LASERの略称である。ＶＣＳＥＬアレイは、複数の面発光レーザがアレイ状に配置されたレイアウトのものを指す。異なる発振波長（以下、波長と略す）の発光素子aを有するＶＣＳＥＬアレイのレイアウト構成の一例である。異なる波長（波長順に、波長λ１、波長λ２、波長λ３、波長λ４、波長λ５）の発光素子ａを一次元的に配置したものを示している。

図５や図９に示すレイアウトも、これに含めてよい。図１５（ａ）に示すＶＣＳＥＬアレイ１１は、複数の発光素子（面発光レーザ）を同時に発光させるように制御されたレイヤーと呼ばれる発光素子群ａ１を少なくとも１つ以上有する。図１５（ａ）には、発光素子群ａ１が一次元的に配列された形態のものを示しているが二次元的に配置された構成のものでもよい。各レイヤー２２２は各々独立に発光タイミングが制御される。

図１５（ａ）に示すレイヤー２２２において、発光素子ａ２は十字型に５個配置されている。同一のレイヤー２２２内において各発光素子ａ２は同じタイミングで発光するように制御されている。

図１５（ａ）に示す、各レイヤー２２２のピッチＡと、各発光素子ａ２のピッチ（ピッチＢおよびピッチＣ）は、所定の素子間ピッチの条件（スペックルを低減する条件）に基づいて設定する。また、各発光素子の発振波長を異ならせる場合は、図１５（ｂ）を適用する。

なお、ここでは、レイヤー２２２の発光素子ａ２として十字型に５個配置されているものを示しているが、これに限定するものではない。発光素子ａ２の数は増減させてもよいし、また、ハニカム構造のようなレイアウトでより多くの発光素子ａ２を配置してもよい。

また、発光素子ａ２の開口部についても四角形のものを示しているが、六角形など、他の形状であってもよい。

図１５（ｂ）には、波長λ１～λ５の発光素子ａを１セットに１０セットを備えた場合のレイアウトを示している。ＶＣＳＥＬアレイ１１は、図１５（ｂ）に示すように、５個の異なる波長（波長λ１、波長λ２、波長λ３、波長λ４、波長λ５）の発光素子ａを等ピッチで配置したものを１セットとし、全体で１０セット分（５種類の波長×１０セット＝５０個）の発光素子ａを一次元的に配列している。各セット内において発光素子ａの並び順は所定の波長順である。つまり、各波長の発光素子ａは、図１５（ｂ）において周期的な位置をとるように配置されている。また図１５（ｂ）において、隣接するセット間の同一波長の発光素子ａはＸμｍピッチで配置されている。同一セット内の波長λ１～λ５の発光素子ａにより生じる各スペックルパターンは、互いに異なるスペックルパターンとなるように設定されている。すなわち、複数光源波長多重効果を得られる設定となっている。なお、この構成は一例であり、少なくとも１部の波長を異ならせたものでもよい。

図１５（ｃ）はセット内の異なる波長（波長順に、波長λ１、波長λ２、波長λ３、波長λ４、波長λ５）の発光素子の並び順をλ１、λ４、λ２、λ５、λ３と隣り合う波長の発光素子が隣り合う位置にないようにランダムにした例である。この配置にすることで波長順に並べた図１５（ｂ）より隣り合う発光素子間の波長差が大きくなため、各発光素子の波長の仕上がりがバラついた場合でも隣り合う発光素子間の波長差を確保することができ、スペックルノイズの低減効果が得られやすい。他に並び順はλ１、λ３、λ５、λ２、λ４でもよく、限定されない。

また、素子間の波長差が大きくなるということは、異なるスペックルパターンを得るのに必要な素子間ピッチも小さくなるのでシステムによってはより一層の小型化が期待できる。その他、素子間ピッチを維持した場合でも全体の波長差Δλ（λ１－λ５）を狭めても同じスペックル低減効果が得られるので発光素子が異なる波長の光を発光するための構造を形成するのが容易になる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態の面発光型半導体レーザを備える投影装置について説明する。図１７は、第２の実施の形態の投影装置１０のハードウェア構成を示す図である。この図１７に示す投影装置１０は、ＶＣＳＥＬアレイ１１と、光学系１２と、光偏向素子１３とを有する。

光学系１２はレンズにより構成され、ＶＣＳＥＬアレイ１１の各発光素子から出射する光を光偏向素子１３に導く。

光偏向素子１３は、光学系１２からの光を投影領域に投影することにより投影光１４を対象１５に投影する。

図１７に示す投影光１４は、ＶＣＳＥＬアレイ１１の各発光素子ａのそれぞれの出射光が重なり合っている光で、光偏向素子１３のミラー面において偏向され、対象１５に投影される。第２の実施の形態でも、想定する投影領域に投影光１４を投影することにより、スペックルノイズ低減の効果が得られる。

（光偏向素子）
図１８は、光偏向素子１３の構成を説明するための図である。図１８には、一例としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーの構成を示している。図１８は、２軸走査ミラーの構成であるが、光偏向素子をこれに限定するものではない。図１８では、矢印で示される方向を、それぞれα方向、β方向、及びγ方向とする。ＭＥＭＳミラー９０は、支持基板９１と、可動部９２と、蛇行状梁部９３と、蛇行状梁部９４と、電極接続部９５とを備える。

蛇行状梁部９３は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板９１に連結し、他端が可動部９２に連結する。蛇行状梁部９３は、３つの梁を含む梁部９３ａと、３つの梁を含む梁部９３ｂとを備える。梁部９３ａの梁と梁部９３ｂの梁は１つおきに交互に形成される。梁部９３ａと梁部９３ｂに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。

同様に、蛇行状梁部９４は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板９１に連結し、他端が可動部９２に連結する。蛇行状梁部９４は、３つの梁を含む梁部９４ａと、３つの梁を含む梁部９４ｂとを備える。梁部９４ａの梁と梁部９４ｂの梁は１つおきに交互に形成される。梁部９４ａと梁部９４ｂに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。

尚、梁部９３ａ、及び９３ｂにおける梁の数は３つに限定されることなく任意でよい。

梁部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、及び９４ｂが備える圧電部材は、図１８では図示が省略されているが、例えば多層構造で形成された各梁の層の一部に、圧電層として備えられる。以下では、梁部９３ａ、及び９４ａが備える圧電部材を圧電部材９５ａと総称し、梁部９３ｂ、及び９４ｂが備える圧電部材を圧電部材９５ｂと総称する場合がある。

圧電部材９５ａと圧電部材９５ｂに、逆位相となる電圧信号を印加し、蛇行状梁部９４に反りを生じさせると、隣接する梁部が異なる方向に撓む。この撓みが累積され、図１８のＡ軸回りに、反射ミラー９２ａを往復回動させるための回動力が発生する。

可動部９２は、β方向において、蛇行状梁部９３と蛇行状梁部９４との間に挟まれるようにして形成される。可動部９２は、反射ミラー９２ａと、トーションバー９２ｂと、圧電部材９２ｃと、支持部９２ｄとを備える。

反射ミラー９２ａは、例えば、基材上にアルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜が蒸着されて形成される。トーションバー９２ｂは、反射ミラー９２ａに一端が連結し、正、及び負のα方向に伸びて反射ミラー９２ａを回動可能に支持する。

圧電部材９２ｃは、一端がトーションバー９２ｂに連結し、他端が支持部９２ｄに連結する。圧電部材９２ｃに電圧を印加すると、圧電部材９２ｃは屈曲変形してトーションバー９２ｂにねじれを生じさせる。トーションバー９２ｂのねじれが回動力となり、反射ミラー９２ａはＢ軸回りに回動する。

なお、図１８ではいわゆる片持ち支持梁の構造だが、トーションバー９２ｂを挟んで両側に圧電部材９２ｃを配置する、いわゆる両持ち支持梁の構造とする事も可能である。本発明においては、片持ち支持梁、両持ち支持梁の双方を採用可能である。

反射ミラー９２ａのＡ軸回りの回動により、反射ミラー９２ａに入射するレーザ光線はα方向に走査される。反射ミラー９２ａのＢ軸回りの回動により、反射ミラー９２ａに入射するレーザ光線はβ方向に走査される。

支持部９２ｄは、反射ミラー９２ａと、トーションバー９２ｂと、圧電部材９２ｃとを囲むように形成される。支持部９２ｄは圧電部材９２ｃと連結し、圧電部材９２ｃを支持する。また支持部９２ｄは、圧電部材９２ｃに連結されたトーションバー９２ｂ、及び反射ミラー９２ａを間接的に支持する。

支持基板９１は、可動部９２と、蛇行状梁部９３と、蛇行状梁部９４とを囲むように形成される。支持基板９１は、蛇行状梁部９３、及び蛇行状梁部９４に連結し、これらを支持する。また支持基板９１は、蛇行状梁部９３、及び蛇行状梁部９４に連結された可動部９２を間接的に支持する。

なお、光偏向素子１３は、ＭＥＭＳミラーに限定されず、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射部を有する可動物であればよい。ＭＥＭＳミラーによれば、小型化・軽量化の点で有利となる。ＭＥＭＳミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式などいずれであってもよい。

（第３の実施の形態）
第１の実施の形態の面発光型半導体レーザを計測装置へ適用した例を示す。ここでは計測装置の一例として、計測対象を計測する３次元計測装置への適用例を示す。

図１９は、第３の実施の形態の計測装置を示す図である。図１９に示す計測装置１は、計測情報取得ユニット２０と制御ユニット３０とを含む。

計測情報取得ユニット２０は、投影部である投影装置１０と、撮像部であるカメラ２１とを含む。投影装置１０は、ＶＣＳＥＬアレイ１１と、光学系１２と、光偏向素子１３とを有する。計測情報取得ユニット２０は、制御ユニット３０の制御部３１の制御に従い、ＶＣＳＥＬアレイ１１の複数の発光素子ａの光を光偏向素子１３により偏向させて計測領域に投影する。制御部３１は、ＶＣＳＥＬアレイ１１の各発光素子ａの輝度と点灯タイミングを調節することにより、計測領域の全体に所定パターンの投影光１４を投影する。例えば発光素子ａの点灯および消灯（オン／オフ）を制御することで、白黒のグレイコードパターンなど所望の投影パターンの投影光１４を投影する。

カメラ２１は、投影装置１０が計測対象に投影する投影光１４の投影中心３００が撮像領域４０の中心となるように位置および角度が固定されている。これにより、カメラ２１は、投影領域を撮像する。

カメラ２１は、レンズ２１０や撮像素子２１１を有する。撮像素子２１１には、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)のイメージセンサなどを使用する。カメラ２１に入射した光は、レンズ２１０を介して撮像素子２１１上に結像して光電変換される。撮像素子２１１で光電変換された電気信号は、画像信号へと変換され、その画像信号がカメラ２１から制御ユニット３０の演算処理部３２へと出力される。

制御ユニット３０は、投影装置１０によるパターン光の投影制御やカメラ２１による撮像制御などを行い、カメラ２１が撮像した画像信号に基づいて、計測対象の３次元計測等の演算処理を行う。制御部３１は、投影装置１０が投影するパターン光を別のパターン光に切り替える制御を行ってもよい。また、制御部３１は、演算処理部３２が３次元座標の算出に用いるキャリブレーション情報を出力する制御を行ってもよい。

制御ユニット３０は、計測装置として演算処理部３２を有する。演算処理部３２は、入力された画像信号に基づいて３次元座標の算出（計測）を行い、３次元形状を取得する。また、演算処理部３２は、算出された３次元形状を示す３次元形状情報を制御部３１からの指示に従いＰＣ等（不図示）へ出力する。なお、図１９には、制御ユニット３０に対し１組の計測情報取得ユニット２０が取り付けられた構成を示しているが、制御ユニット３０に対し複数組の計測情報取得ユニット２０を取り付けてもよい。

（制御部の機能ブロックの説明）
図２０は、計測装置１のブロック図である。なお、図２０において、既に説明済みの箇所については、同一の符号を付し、適宜詳細な説明を省略する。

図２０に示す演算処理部３２は、カメラ２１から出力された画像信号を解析する。演算処理部３２は、画像信号の解析結果と、キャリブレーション情報とを用いた演算処理により、３次元情報の復元処理を行い、これにより対象の３次元計測を実行する。演算処理部３２は、復元された３次元情報を制御部３１に供給する。

制御部３１は、システム制御部３１０と、パターン記憶部３１１と、光源駆動・検出部３１２と、光走査駆動・検出部３１３と、撮像制御部３１４とを含む。

光走査駆動・検出部３１３は、システム制御部３１０の制御に従い光偏向素子１３を駆動する。システム制御部３１０は、光偏向素子１３の偏向中心に照射された光が測定対象を照射するように、光走査駆動・検出部３１３を制御する。撮像制御部３１４は、システム制御部３１０の制御に従いカメラ２１の撮像タイミングや露光量を制御する。

光源駆動・検出部３１２は、システム制御部３１０の制御に従いＶＣＳＥＬアレイ１１の各発光素子の点灯および消灯を制御する。

パターン記憶部３１１は、例えば、計測装置１の不揮発性の記憶媒体に記憶されている投影画像のパターン情報を読み出す。パターン情報は、投影画像（投影パターン）を形成するためのパターン情報である。パターン記憶部３１１は、システム制御部３１０からの指示に従いパターン情報を読み出してシステム制御部３１０に渡す。システム制御部３１０は、パターン記憶部３１１から渡されたパターン情報に基づき光源駆動・検出部３１２を制御する。

システム制御部３１０は、演算処理部３２から供給された、復元された３次元情報に基づき、パターン記憶部３１１に対してパターン情報の読み出しを指示する。システム制御部３１０は、パターン記憶部３１１により読み出されたパターン情報に従い光源駆動・検出部３１２を制御する。

また、システム制御部３１０は、読み出したパターン情報に応じて演算処理部３２に対して演算方法を指示する。

演算処理部３２や、システム制御部３１０や、撮像制御部３１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）上で動作する計測プログラムにより実現する。具体的に、ＣＰＵは、ＲＯＭ（Read Only Memory）から計測プログラムを読み出して実行することにより、演算処理部３２や、システム制御部３１０や、撮像制御部３１４を実現する。なお、この実現方法は一例であり、これに限らない。例えば、演算処理部３２、システム制御部３１０、撮像制御部３１４の、一部または全てを、互いに協働して動作するハードウェア回路により構成してもよい。また、演算処理部３２や、システム制御部３１０や、撮像制御部３１４に限らず、その他のブロックも計測プログラムにより実現してもよい。

第３の実施の形態では、計測装置の各設定を「スペックルノイズの低減効果がある設定」としている。このため、計測対象を撮影した画像においてスペックノイズが低減し、撮影画像の輝度情報を解析する際の計測精度が向上する。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は、第３の実施の形態の計測装置１を、ロボットアーム（多関節アーム）と組み合わせて用いる例である。

図２１は、第４の実施の形態のロボットの構成を示す図である。図２１には、多関節を有するロボットアームに計測装置１を適用した例を示している。ロボットアーム７０は、対象物をピッキングするためのハンド部７１を備え、ハンド部７１の直近に計測装置１が設けられている。ロボットアーム７０は、それぞれ屈曲可能な複数の可動部を備え、ハンド部７１の位置および向きを、制御に従い変更する。

計測装置１は、光の投影方向がハンド部７１の向く方向に一致するように設けられ、ハンド部７１のピッキング対象１５を計測対象として計測する。

このように、第４の実施の形態では、計測装置１をロボットアーム７０に設けることで、ピッキングの対象物を近距離から計測することができ、カメラ等を用いた遠方からの計測と比較して計測精度の向上が達成できる。例えば、工場の様々な組立てライン等におけるＦＡ(Factory Automation)分野においては、部品の検査や認識等のために、ロボットアーム７０等のロボットが利用される。ロボットに計測装置１を設けることにより、部品の検査や認識を精度よく行うことができるようになる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態は、第２の実施の形態の計測装置１をスマートフォンに設けた例である。

図２２は、第５の実施の形態のスマートフォンの使用形態を示す図である。スマートフォン８０には計測装置１及び使用者の認証機能が設けられている。使用者の認証機能としては、例えば専用のハードウェアが設けられている。計測装置１は、使用者８１の顔、耳や頭部の形状などを計測する。この計測結果に基づいて、使用者の認証機能は、使用者８１がスマートフォン８０に登録された者かを判定する。

（スマートフォンのハードウェア構成）
図２３は、スマートフォンのハードウェア構成を示す図である。この図２３に示すように、スマートフォン８０は、上述の計測装置１の他、ＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＥＥＰＲＯＭ４０４、ＣＭＯＳセンサ４０５、撮像素子Ｉ／Ｆ４０６、加速度・方位センサ４０７、メディアＩ／Ｆ４０９、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信部４１１を備えている。

ＣＰＵ４０１は、スマートフォン８０全体の動作を制御する。ＲＯＭ４０２は、ＣＰＵ４０１又はＩＰＬ等のＣＰＵ４０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１のワークエリアとして使用される。ＥＥＰＲＯＭ４０４は、ＣＰＵ４０１の制御に従って、携帯端末用プログラム等の各種データの読み出し又は書き込みを行う。ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ４０５は、ＣＰＵ４０１の制御に従って被写体からの撮像光に対応する画像データを形成する。なお、ＣＭＯＳセンサ以外に、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサ等の、他の撮像手段を用いてもよい。

撮像素子Ｉ／Ｆ４０６は、ＣＭＯＳセンサ４０５をバスライン４１０に接続するためのインタフェースである。加速度・方位センサ４０７は、地磁気を検知する電子磁気コンパス、ジャイロコンパス又は加速度センサ等の各種センサである。メディアＩ／Ｆ４０９は、例えばフラッシュメモリ等の記録メディア４０８をバスライン４１０に接続するためのインタフェースである。記録メディア４０８には、このメディアＩ／Ｆ４０９を介してデータの書き込み及び読み出しが行われる。ＧＰＳ受信部４１１は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信する。

また、スマートフォン８０は、通信回路４１２、ＣＭＯＳセンサ４１３、撮像素子Ｉ／Ｆ４１４、マイクロホン部４１５、スピーカ部４１６、音入出力Ｉ／Ｆ４１７、ディスプレイ４１８、外部機器接続Ｉ／Ｆ(Interface)４１９、近距離通信回路４２０、近距離通信回路４２０のアンテナ４２０ａ、及びタッチパネル４２１を備えている。

通信回路４１２は、通信ネットワークを介して、他の機器と間で通信を行う。ＣＭＯＳセンサ４１３は、ＣＰＵ４０１の制御に従って被写体を撮像して画像データを形成する。撮像素子Ｉ／Ｆ４１４は、ＣＭＯＳセンサ４１３をバスライン４１０に接続するインタフェースである。マイクロホン部４１５は、集音した音声に対応する電気信号である音声信号を形成する。スピーカ部４１６は、音声信号に対応する音楽又は音声等の音響出力を発音する。音入出力Ｉ／Ｆ４１７は、ＣＰＵ４０１の制御に従ってマイクロホン部４１５及びスピーカ部４１６との間で音声信号の入出力を処理する。

液晶表示部又は有機ＥＬ(Electro Luminescence)表示部等のディスプレイ４１８は、被写体の画像又は各種アイコン等を表示する。外部機器接続Ｉ／Ｆ４１９は、各種の外部機器を接続するためのインタフェースである。近距離通信回路４２０は、ＮＦＣ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信回路である。タッチパネル４２１は、ディスプレイ４１８上に設けられており、利用者の接触操作を検出する。

また、スマートフォン８０は、バスライン４１０を備えている。バスライン４１０は、図２３に示すＣＰＵ４０１等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバス又はデータバス等である。

このように、第５の実施の形態では、計測装置１をスマートフォン８０に設けることで、高精度に使用者８１の顔、耳又は頭部の形状などを計測することができ、認識精度の向上が達成できる。

なお、計測装置１の各機能は、コンピュータ構成のＣＰＵがＲＯＭなどの記憶部に記憶されているプログラムを実行することで、ソフトウェアで実現してもよい。

（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態は、第２の実施の形態の計測装置１をパーソナルコンピュータ装置（ＰＣ）に設けた例である。

（パーソナルコンピュータ装置のハードウェア構成）
図２４は、第６の実施の形態のパーソナルコンピュータのブロック図である。この図２４に示すように、パーソナルコンピュータ装置５００は、上述の計測装置１の他、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２及びＲＡＭ５０３を有している。また、パーソナルコンピュータ装置５００は、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)５０４、ＨＤＤコントローラ５０５、ディスプレイ５０６、外部機器接続Ｉ／Ｆ５０８、ネットワークＩ／Ｆ５０９、バスライン５１０、キーボード５１１及びメディアＩ／Ｆ５１６を備えている。

ＣＰＵ５０１は、パーソナルコンピュータ装置５００全体の動作を制御する。ＲＯＭ５０２は、ＩＰＬ等のＣＰＵ５０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ５０４は、プログラム等の各種データを記憶する。ＨＤＤコントローラ５０５は、ＣＰＵ５０１の制御にしたがってＨＤＤ５０４に対する各種データの書き込み及び読み出しを制御する。ディスプレイ５０６は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字、又は画像などの各種情報を表示する。

外部機器接続Ｉ／Ｆ５０８は、例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリ又はプリンタ装置等の各種の外部機器を接続するためのインタフェースである。ネットワークＩ／Ｆ５０９は、通信ネットワーク１００を利用してデータ通信をするためのインタフェースである。バスライン５１０は、ＣＰＵ５０１等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスライン又はデータバスライン等である。

また、キーボード５１１は、複数のキーを備えており、文字、数値、各種指示等の入力を行う。ポインティングデバイス５１２は、各種指示の選択、実行、処理対象の選択、又は、カーソルの移動等の入力操作を行う。メディアＩ／Ｆ５１６は、フラッシュメモリ等の記録メディア５１５に対するデータの書き込み（記憶）又は読み出しを制御する。

このような第６の実施の形態のパーソナルコンピュータ装置５００は、計測装置１及び使用者の認証機能が設けられている。使用者の認証機能としては、例えば専用のハードウェアが設けられている。計測装置１は、使用者の顔、耳や頭部の形状などを計測する。この計測結果に基づいて、使用者の認証機能は、使用者がパーソナルコンピュータ装置５００に登録された者かを判定する。

（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態は、第２の実施の形態の計測装置１を画像形成装置の一例である複合機（ＭＦＰ）に設けた例である。

（ＭＦＰのハードウェア構成）
図２５は、第７の実施の形態のＭＦＰのブロック図である。この図２５に示すように、ＭＦＰ９００は、上述の計測装置１の他、コントローラ９１０、近距離通信回路９２０、エンジン制御部９３０、操作パネル９４０、ネットワークＩ／Ｆ９５０を備えている。

コントローラ９１０は、ＣＰＵ９０１、システムメモリ（ＭＥＭ－Ｐ）９０２、ノースブリッジ（ＮＢ）９０３、サウスブリッジ（ＳＢ）９０４、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)９０６、ローカルメモリ（ＭＥＭ－Ｃ）９０７、ＨＤＤコントローラ９０８、及び、ＨＤＤ９０９を有している。ＮＢ９０３とＡＳＩＣ９０６との間は、ＡＧＰ(Accelerated Graphics Port)バス９２１で接続されている。

ＣＰＵ９０１は、ＭＦＰ９００の全体制御を行う制御部である。ＮＢ９０３は、ＣＰＵ９０１と、ＭＥＭ－Ｐ９０２、ＳＢ９０４、及びＡＧＰバス９２１とを接続するためのブリッジである。ＮＢ９０３は、ＭＥＭ－Ｐ９０２に対する読み書きなどを制御するメモリコントローラと、ＰＣＩ(Peripheral Component Interconnect)マスタ及びＡＧＰターゲットとを有する。

ＭＥＭ－Ｐ９０２は、メモリコントローラの各機能を実現させるプログラム又はデータの格納用メモリであるＲＯＭ９０２ａ、プログラム又はデータの展開、及びメモリ印刷時の描画用メモリ等に用いられるＲＡＭ９０２ｂを有する。なお、ＲＡＭ９０２ｂに記憶されているプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。

ＳＢ９０４は、ＮＢ９０３とＰＣＩデバイス、周辺デバイスとを接続するためのブリッジである。ＡＳＩＣ９０６は、画像処理用のハードウェア要素を有する画像処理用途向けのＩＣ(Integrated Circuit)であり、ＡＧＰバス９２１、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス９２２、ＨＤＤコントローラ９０８及びＭＥＭ－Ｃ９０７をそれぞれ接続するブリッジの役割を有する。

このＡＳＩＣ９０６は、ＰＣＩターゲット及びＡＧＰマスタ、ＡＳＩＣ９０６の中核をなすアービタ（ＡＲＢ）及びＭＥＭ－Ｃ９０７を制御するメモリコントローラを有する。また、ＡＳＩＣ９０６は、ハードウェアロジック等により画像の回転等を行う複数のＤＭＡＣ(Direct Memory Access Controller)、並びに、スキャナ部９３１及びプリンタ部９３２との間でＰＣＩバス９２２を介したデータ転送を行うＰＣＩユニットを有する。なお、ＡＳＩＣ９０６には、ＵＳＢインタフェース又はＩＥＥＥ１３９４(Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394）のインタフェースを接続してもよい。

ＭＥＭ－Ｃ９０７は、コピー用画像バッファ及び符号バッファとして用いるローカルメモリである。ＨＤＤ９０９は、画像データの蓄積、印刷時に用いるフォントデータの蓄積、フォームの蓄積を行うためのストレージである。ＨＤＤ９０９は、ＣＰＵ９０１の制御にしたがってＨＤＤ９０９に対するデータの書き込み及び読み出しを制御する。ＡＧＰバス９２１は、グラフィック処理を高速化するために提案されたグラフィックスアクセラレータカード用のバスインタフェースである。ＡＧＰバス９２１は、ＭＥＭ－Ｐ９０２に高スループットで直接アクセスすることで。グラフィックスアクセラレータカードを高速にすることができる。

近距離通信回路９２０には、近距離通信回路９２０を有している。近距離通信回路９２０は、ＮＦＣ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信回路である。更に、エンジン制御部９３０は、スキャナ部９３１及びプリンタ部９３２を有している。

操作パネル９４０は、現在の設定値又は選択画面等を表示し、操作者からの入力を受け付けるタッチパネル等の表示部９４０ａを有している。また、操作パネル９４０は、濃度の設定条件等の画像形成に関する条件の設定値の入力を行うためのテンキー及びコピー開始を指示するためのスタートキー等を備えた操作部９４０ｂを有している。

コントローラ９１０は、ＭＦＰ９００全体の制御を行い、例えば描画制御、通信制御、操作パネル９４０からの入力の処理等を行う。スキャナ部９３１又はプリンタ部９３２は、誤差拡散処理及びガンマ変換処理等の画像処理機能を有している。

なお、ＭＦＰ９００は、操作パネル９４０のアプリケーション切り替えキーにより、ドキュメントボックス機能、コピー機能、プリンタ機能、及びファクシミリ機能を順次に切り替えて実行可能となっている。ＭＦＰ９００は、ドキュメントボックス機能の選択時にはドキュメントボックスモードとなり、コピー機能の選択時にはコピーモードとなる。また、ＭＦＰ９００は、プリンタ機能の選択時にはプリンタモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

ネットワークＩ／Ｆ９５０は、通信ネットワーク１００を利用してデータ通信をするためのインタフェースである。近距離通信回路９２０及びネットワークＩ／Ｆ９５０は、ＰＣＩバス９２２を介して、ＡＳＩＣ９０６に電気的に接続されている。

このような第７の実施の形態のＭＦＰ９００は、計測装置１及び使用者の認証機能が設けられている。使用者の認証機能としては、例えば専用のハードウェアが設けられている。計測装置１は、使用者の顔、耳や頭部の形状などを計測する。この計測結果に基づいて、使用者の認証機能は、使用者がＭＦＰ９００に登録された者かを判定する。

なお、計測装置１は、この他、例えばスキャナ装置等の他の電子機器に設けてもよい。また、機能面としても個人認証機能に限らず、顔形状等の認識機能としてもよい。

（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態について説明する。第８の実施の形態は、第２の実施の形態の計測装置１を車両に設けた例である。

図２６は、第８の実施の形態の車両の構成を示す図である。車両に計測装置１を適用した例を示している。車内８５には計測装置１と運転支援機能が設けられている。運転支援機能としては、例えば専用のハードウェアが設けられている。この他、コンピュータ構成のＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、本機能をソフトウェアで実現してもよい。計測装置１は、ドライバー８６の顔や姿勢などを計測する。この計測結果に基づいて、運転支援機能は、ドライバー８６の状況に応じた適切な支援を行う。

このように、第８の実施の形態では、計測装置１を車両に設けることで、高精度にドライバー８６の顔、姿勢などを計測することができ、車内８５のドライバー８６の状態認識精度の向上が達成できる。なお、この第８の実施の形態では、計測装置１を車両に設けることとしたが、この他、電車の車内又は飛行機の操縦席（または客席）などに設けてもよい。また、機能面としてもドライバー８６の顔、姿勢などのドライバー８６の状態認識に限らず、ドライバー８６以外の搭乗者又は車内８５の様子の認識などに用いてもよい。またドライバー８６の個人認証を行い、車のドライバーとして予め登録された者か否かを判断する車のセキュリティ装置に設けてもよい。

（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態は、第２の実施の形態の計測装置１を、移動体に設けた例である。図２７は、第９の実施の形態の移動体に設けられた計測装置１の使用形態を示す図である。図２７は、自律型の移動体に計測装置１を適用した例である。移動体８７に設けられた計測装置１は、移動体８７の周囲を計測する。この計測結果に基づいて、移動体８７は自身の移動する経路の判断および、机８８の位置などの室内８９のレイアウトを算出する。

このように、第９の実施の形態では、計測装置１を移動体８７に設けることで、高精度に移動体８７の周辺を計測することができ、移動体８７の運転支援を行うことができる。なお、この第６の実施の形態では、計測装置１を小型の移動体８７に設けることとしたが、自動車などに設けてもよい。また、屋内だけでなく屋外で用いてもよく、建造物などの計測に用いてもよい。

（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態は、第２の実施の形態の計測装置１を３Ｄプリンタに設けた例である。

図２８は、第１０の実施の形態の３Ｄプリンタに設けられた計測装置１の使用形態を示す図である。図２８には、３Ｄプリンタ９０のヘッド部９１（造形部の一例）に計測装置１を適用した例を示している。ヘッド部９１は、造形物９２を造形するための造形液を吐出するノズル９３を有する。計測装置１は、３Ｄプリンタ９０によって造形される造形物９２の形状を、造形中に計測する。この計測結果に基づいて、３Ｄプリンタ９０の形成制御が行われる。

このように、第１０の実施の形態では、計測装置１を３Ｄプリンタ９０に設けることで、造形物９２を造形中に計測することができ、高精度に造形物９２を造形できる。なお、この第１０の実施の形態では、計測装置１を３Ｄプリンタ９０のヘッド部９１に設けることとしたが、３Ｄプリンタ９０内の他の部分に設けてもよい。

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。すなわち、本発明は、本発明の適用例として説明した上述の各実施の形態以外の電気機器等に適用可能である。この場合も上述と同じ効果を得ることができる。さらに、本願発明は、ハードウェアで実現してもよいし、ソフトウェアで実現してもよい。また、一部をハードウェアで実現し、他部をソフトウェアで実現してもよい。さらに、また、実施の形態及び実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０７ 第１の上部ＤＢＲ
１０８ 第２の上部ＤＢＲ
１０９ コンタクト層
１１１ 下部電極
１１２ 上部電極
１３１ 波長調整領域
１３２ 第１の位相調整層
１３３ 波長調整層
１３４ 第２の位相調整層
１３５ 第１の調整層
１３６ 第２の調整層
１３７ 第３の調整層
１３８ 第４の調整層
１３９ 第５の調整層

特開２００９－１４６９４１号公報

Claims (9)

1. 半導体基板上に形成された面発光レーザ素子を備える照明装置であり、
   １つの前記面発光レーザ素子には複数の面発光レーザをそれぞれ含む複数の発光素子群が形成されており、
   各々の前記発光素子群は、同じ出射波長の発光素子を少なくとも１つ含み、
   前記複数の発光素子群が一次元的に又は二次元的に配置され、
   各々の前記発光素子群において、複数の前記面発光レーザの少なくとも１つの面発光レーザは、他の面発光レーザとは異なる出射波長を有し、前記複数の面発光レーザは、第１の出射波長をλ_ｌ［ｎｍ］、前記第１の出射波長よりも短い波長となる第２の出射波長をλ_ｓ［ｎｍ］、前記第１の出射波長と前記第２の出射波長との間の中心波長をλ_ｃ［ｎｍ］とし、中心波長λ _ｃ は、８００ｎｍ以上９４０ｎｍ以下であり、
   

   

   の条件を満たす波長から選択された出射波長をそれぞれ有し、
   前記条件を満たす出射波長から選択された互いに異なる出射波長の光を、投影領域へ同時に照射する、こと
   を特徴とする照明装置。
2. 複数の前記面発光レーザは、
   

   

   の条件の代りに、
   

   

   の条件を満たす波長から選択された出射波長をそれぞれ有すると共に、少なくとも１つの面発光レーザは、他の面発光レーザとは異なる出射波長を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記面発光レーザ素子からの光を導光する光学系、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 請求項３に記載の照明装置と、
   前記光学系により導光された光を前記投影領域に反射する光偏向素子と、
   を備える投影装置。
5. 請求項４に記載の投影装置と、
   前記投影領域を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記投影領域の撮像画像から計測対象を計測する計測部と、
   を備えることを特徴とする計測装置。
6. 請求項５に記載の計測装置と、
   前記計測装置を装着した多関節アームと、
   を備えることを特徴とするロボット。
7. 請求項５に記載の計測装置と、
   前記計測装置による使用者の計測結果に基づいて使用者の認証を行う認証部と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
8. 請求項５に記載の計測装置と、
   前記計測装置による計測結果に基づいて移動体の運転を支援する運転支援部と、
   を備えることを特徴とする移動体。
9. 請求項５に記載の計測装置と、
   前記計測装置による計測結果に基づいて造形物を造形する造形部と、
   を備えることを特徴とする造形装置。

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