JP7476519B2

JP7476519B2 - 光源装置、検出装置及び電子機器

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Publication number: JP7476519B2
Application number: JP2019206768A
Authority: JP
Inventors: 悠介太田; 拓海佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2024-05-01
Anticipated expiration: 2039-11-15
Also published as: US20210149023A1; JP2021081234A; US11965981B2

Description

本発明は、光源装置、検出装置及び電子機器に関する。

近年、光測距デバイスが発展を遂げており、光測距デバイスの一例として、パルス光を照射して検出対象物からの反射光との時間差を計測することにより検出対象物との距離を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）方式を使用した３Ｄセンシングデバイスが注目を集めている。パルス光を照射する照明系として、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）若しくはレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、又は、これらに拡散板若しくは回折格子を組み合わせた光学系を用いることが知られている。

特許文献１には、能動的な光測距システムとしての飛行時間（ＴＯＦ）型三次元（３Ｄ）カメラが開示されている。この飛行時間型カメラは、撮像センサと、照明モジュールとを備えている。撮像センサは、シーンの二次元視野からの受光を復調する二次元ピクセルアレイを含む。照明モジュールは、シーンの視野の各一部分を変調光で順次的に照明するように配置されており、視野の一部分が、それぞれ、二次元ピクセルアレイの全てのピクセルよりも少ない複数のピクセルであって、二次元ピクセルアレイの水平な行の複数のピクセル及び二次元ピクセルアレイの鉛直な列の複数のピクセルに対応し、異なるピクセル群が、部分的に重なり合う一部分のそれぞれに対応する。飛行時間型カメラは、さらに、部分的に重なり合う一部分のそれぞれに対応する異なるピクセル群からのサンプルに基づいて奥行き計算を実行するプロセッサを備える。

特許第６３０９４５９号公報

本発明者は、３Ｄセンシングにおける測距精度の観点から鋭意研究を重ねた結果、検出対象物に対する光の照射面における照度の均一性が重要であることを見出した。具体的に、検出対象物に対する光の照射面における照度が均一であるほど、検出対象物からの反射光量が多くなって、測距精度が向上することが判明した。

しかしながら、特許文献１を含む従来の光測距デバイス（光測距システム）の照明系（ＬＥＤやレーザダイオード）では、光源からの光を投光光学系によって拡げて広範囲（広角）に照射させると、投光光学系の収差などの影響で、検出対象物に対する光の照射面における照度が不均一になり（強度ムラが発生し）、測距精度が悪化するおそれがある。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、光の照度の均一性を高めることにより優れた検出精度を実現可能な光源装置、検出装置及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、複数の発光部と、前記複数の発光部が発した光がそれぞれ通過する複数の光学素子と、前記複数の発光部が発して前記複数の光学素子を通過した前記光を拡大して投光する投光光学系と、を有し、前記複数の光学素子は、前記光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子と、前記光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子と、を有し、前記投光光学系の照射領域の中央部における前記投光光学系の拡大率が、前記照射領域の周辺部における前記投光光学系の拡大率よりも小さく、前記第１の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい、前記照射領域の前記中央部に対応し、前記第２の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい、前記照射領域の前記周辺部に対応する、ことを特徴とする。
また、本発明の光源装置は、複数の発光部と、前記複数の発光部が発した光がそれぞれ通過する複数の光学素子と、前記複数の発光部が発して前記複数の光学素子を通過した前記光を拡大して投光する投光光学系と、を有し、前記複数の光学素子は、前記光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子と、前記光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子と、を有し、前記投光光学系の照射領域の中央部における前記投光光学系の拡大率が、前記照射領域の周辺部における前記投光光学系の拡大率よりも大きく、前記第１の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい、前記照射領域の前記周辺部に対応し、前記第２の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい、前記照射領域の前記中央部に対応する、ことを特徴とする。

本発明によれば、光の照度の均一性を高めることにより優れた検出精度を実現可能な光源装置、検出装置及び電子機器を提供することができる。

本発明の光源装置を適用した検出装置の一実施形態である測距装置を概念的に示す図である。光源装置における投光光学系の基準状態を示す図であり、（Ａ）は光源装置の構成、（Ｂ）は光源装置による照射面上の光の照射状態を示す。光源装置における投光光学系の照射領域調整状態を示す図であり、（Ａ）は光源装置の構成、（Ｂ）は光源装置による照射面上の光の照射状態を示す。光源装置の光源の一部を示す断面図である。投光光学系の歪曲収差による光の照度のばらつきの一例を示す図であり、（Ａ）は通常の像面、（Ｂ）は糸巻き型の歪曲収差、（Ｃ）は樽型の歪曲収差を示す。複数のマイクロレンズによる光の発散角を同じにした場合の一例を示す図である。複数のマイクロレンズの光学面の形状を異ならせることにより光の発散角を異ならせた場合の第１の例を示す図である。複数のマイクロレンズの光学面の形状を異ならせることにより光の発散角を異ならせた場合の第２の例を示す図である。複数のマイクロレンズを複数の面発光レーザ素子に形成した場合の一例を示す図である。複数のマイクロレンズを基板に形成した場合の第１の例を示す図である。複数のマイクロレンズを基板に形成した場合の第２の例を示す図である。複数のマイクロレンズを基板に形成した場合の第３の例を示す図である。基板の表面にマイクロレンズを実装する場合の一例を示す図である。複数のマイクロレンズの屈折率を異ならせることにより光の発散角を異ならせた場合の一例を示す図である。本実施形態の光源装置の優位性を示すシミュレーションの第１の例を示す図である。本実施形態の光源装置の優位性を示すシミュレーションの第２の例を示す図である。本実施形態の光源装置の優位性を示すシミュレーションの第３の例を示す図である。光源装置を物品検査用の検出装置に適用した例を示す図である。光源装置を有する検出装置を可動機器に適用した例を示す図である。光源装置を有する検出装置を携帯情報端末に適用した例を示す図である。光源装置を有する検出装置を移動体の運転支援システムに適用した例を示す図である。光源装置を有する検出装置を移動体の自律走行システムに適用した例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を適用した実施形態を説明する。図１は、測距装置（検出装置）１０の概要を示したものである。図１において、実線の矢印は電気信号の流れを示しており、破線の矢印は反射光の経路を示しており、一点鎖線の矢印は照明光の経路を示している。

測距装置１０は、光源装置１１から検出対象物（検出対象）１２に対してパルス光を投光（照射）し、検出対象物１２からの反射光を受光素子１３で受光して、反射光の受光までに要した時間に基づいて検出対象物１２との距離を測定する、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離検出装置である。

光源装置１１は、光源１４と投光光学系１５を有している。光源１４は、光源駆動回路１６により電流が送られて発光が制御される。光源駆動回路１６は、光源１４を発光させたときに信号制御回路１７に信号を送信する。投光光学系１５は、光源１４から出射した光を拡げて（発散させて）検出対象物１２に投光させる光学系である。

光源装置１１から投光されて検出対象物１２で反射された反射光は、集光作用を持つ受光光学系１８を通して受光素子１３に導光される。受光素子１３は光電変換素子からなり、受光素子１３で受光した光が光電変換され、電気信号として信号制御回路１７に送られる。信号制御回路１７は、投光（光源駆動回路１６からの発光信号入力）と受光（受光素子１３からの受光信号入力）の時間差に基づいて、検出対象物１２までの距離を計算する。従って、測距装置１０では、受光素子１３が、光源装置１１から発せられて検出対象物１２で反射された光を検出する検出部として機能する。また、信号制御回路１７が、受光素子（検出部）１３からの信号に基づいて、検出対象物１２との距離に関する情報を取得する計算部として機能する。

３ＤセンシングにおけるＴＯＦセンサの照明光学系の方式としては、光源からの光を光走査手段（例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーをはじめとする駆動ミラー）によって振って、照射範囲を走査する方式も存在するが、光走査手段の走査速度（可動速度）によって画像取得時間（ＦＰＳ）が悪化するおそれがある。そこで、本実施形態では、光源１４からの光を投光光学系１５によって拡げて照射領域を一括照射するフラッシュタイプの照明光学系を採用している。

図２（Ａ）及び図３（Ａ）に光源装置１１の構成を示した。先に説明した光源１４（図１）として面発光レーザ２０を備え、面発光レーザ２０は、発光面Ｐ１上に所定の位置関係で配置された複数の面発光レーザ素子（発光部）２１を備えている。本発明における光源の一例が面発光レーザ２０であり、本発明における発光部の一例が面発光レーザ素子２１である。本実施形態の面発光レーザ素子２１は、基板に対して垂直方向に発光する垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：以下、ＶＣＳＥＬとする）である。

個々の面発光レーザ素子２１に対応する面発光レーザ２０の部分的な断面構造を図４に示す。基板２２上に、下部多層膜反射鏡２４Ｄ、下部スペーサ層２５Ｄ、活性層２６、上部スペーサ層２５Ｕ、上部多層膜反射鏡２４Ｕ、コンタクト層２３が積層して設けられている。上部多層膜反射鏡２４Ｕ中に電流狭窄層２７が形成されている。電流狭窄層２７は、電流通過領域２７ａと、電流通過領域２７ａを取り囲む電流通過抑制領域２７ｂによって構成されている。基板２２の下部に下部電極２８Ｄが配され、最上部に上部電極２８Ｕが配されている。上部電極２８Ｕの内方は絶縁体２９で絶縁されている。上部電極２８Ｕは、コンタクト層２３の周縁部に接触し、コンタクト層２３の中央部は開放されている。

各電極２８Ｕ、２８Ｄから活性層２６へ電流を印加すると、積層構造の上部多層膜反射鏡２４Ｕと下部多層膜反射鏡２４Ｄで増幅されて、レーザ光が発振する。印加電流量の大きさに応じて、レーザ光の発光強度が変化する。電流狭窄層２７は、活性層２６への印加電流量の効率を高めて発振閾値を下げるものである。電流狭窄層２７の電流通過領域２７ａが大きく（広く）なるにつれて、印加できる最大電流量が増加して、発振可能なレーザ光の最大出力が増加するが、その反面、発振閾値が上がるという特性がある。

ＶＣＳＥＬは、端面発光レーザに比べて、発光素子の二次元化が容易であり、発光素子を高密度で配置した多点ビーム化が可能という特徴がある。また、ＶＣＳＥＬは、複数の発光素子のレイアウトの自由度が高く、基板上の任意の位置に発光素子を配置することができる。例えば、複数の発光素子を可能な限り多く敷き詰めるように配置することにより、高出力化を図ることができるので、ＴＯＦセンサの光源として好適である。

図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すように、投光光学系１５は、集光光学素子である集光レンズ３０と、拡大光学素子である投光レンズ３１を有する。集光レンズ３０は、正のパワーを持つレンズであり、面発光レーザ２０の各面発光レーザ素子２１から発した光の発散角を抑制して、各面発光レーザ素子２１の共役像を形成することができる。投光レンズ３１は、負のパワーを持つレンズであり、集光レンズ３０を透過した光の照射角度を拡大させて出射し、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１よりも広範囲の照射領域に投光する。投光レンズ３１のレンズ面の曲率によって、照射領域の範囲や共役像の拡大の程度が決まる。

なお、本発明における投光光学系の構成は、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す一例に限定されるものではない。投光光学系１５を構成する集光光学素子は、光源（面発光レーザ２０）からの光の発散角を抑えるものであればよく、レンズ以外に、回折格子などを用いることもできる。また、集光光学素子にレンズを用いる場合、複数の面発光レーザ素子２１からの光を透過可能な共用のレンズであってもよいし、個々の面発光レーザ素子２１に対応する複数のレンズを備えるマイクロレンズアレイであってもよい。投光光学系１５における投光光学素子は、光を拡げるものであればよく、両凹レンズや負のメニスカスレンズ、あるいは拡散板など、任意のものを用いることができる。集光光学素子と投光光学素子のいずれにおいても、レンズを用いる場合は、光軸方向に並ぶレンズ枚数は、単一（単レンズ）であってもよいし、複数枚のレンズからなるレンズ群を用いてもよい。

図２（Ａ）は、集光レンズ３０の焦点距離と、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１から集光レンズ３０までの距離とが等しい状態の光源装置１１を示している。この状態を、光源装置１１における投光光学系１５の基準状態とする。投光光学系１５の基準状態では、面発光レーザ２０のそれぞれの面発光レーザ素子２１からの光が集光レンズ３０によってコリメートされ、集光レンズ３０の透過後は光路上のどの位置においても各面発光レーザ素子２１の共役像が形成される。つまり、発光面Ｐ１と照射面Ｐ２は共役の関係に近くなる。なお、照射面Ｐ２は、光学的な状態を理解しやすくするために設定した仮想の平面であり、実際の検出対象物１２は、平面に限らず様々な形状である。

投光光学系１５の基準状態での、照射面Ｐ２上の照射領域を図２（Ｂ）に示した。面発光レーザ２０において、複数の面発光レーザ素子２１の間にはそれぞれ隙間があるので、各面発光レーザ素子２１の共役像が形成される基準状態では、照射面Ｐ２上に離散的な（互いの間に隙間がある）照射領域Ｅ１が現れる。より詳しくは、照射領域Ｅ１は照射面Ｐ２上で光が照射されている領域であり、面発光レーザ２０の複数の面発光レーザ素子２１の配置に対応する位置関係で、複数の照射領域Ｅ１が存在する。個々の照射領域Ｅ１の間には、照射領域Ｅ１に比して照度が低い（光が照射されていない）非照射領域Ｅ２が存在する。非照射領域Ｅ２は、面発光レーザ２０における複数の面発光レーザ素子２１の間の隙間部分に対応する領域である。つまり、投光光学系１５の基準状態では、照射面Ｐ２で離散的に照度が強くなり、照度の均一性が得られない。

図３（Ａ）は、投光光学系１５の基準状態（図２（Ａ））から、集光レンズ３０を光軸方向で僅かに物体側（発光面Ｐ１に近づく側）にずらした状態を示している。この状態を、光源装置１１における投光光学系１５の照射領域調整状態とする。照射領域調整状態では、集光レンズ３０をずらすことによって、各面発光レーザ素子２１からの光が完全にはコリメートされずに発散し、上記の基準状態に比べて、各面発光レーザ素子２１の像が拡がりを持つようになる。その結果、図３（Ｂ）に示すように、照射面Ｐ２上で、複数の面発光レーザ素子２１間の隙間に対応する領域を埋めるように光が照射された全面照射領域Ｅ３が得られる。

基準状態から集光レンズ３０をどの程度ずらすと照射領域調整状態になるかは、投光光学系１５や面発光レーザ２０のスペックや各種条件によって異なる。本実施形態の構成では、基準状態における面発光レーザ２０の発光面Ｐ１から集光レンズ３０までの距離（集光レンズ３０の焦点距離に相当する）に対して、１５％から２４％の範囲で物体側（発光面Ｐ１に近づく側）に集光レンズ３０をずらすことによって、広角かつ均一な照度の全面照射領域Ｅ３を得ることができた。集光レンズ３０をすらす量が上記範囲の下限（１５％）を下回ると、各面発光レーザ素子２１に対応する照射面Ｐ２上の照射領域が狭まって、図２（Ｂ）のような非照射領域Ｅ２が現れてしまう。集光レンズ３０をすらす量が上記範囲の上限（２４％）を上回ると、投光レンズ３１への光の入射角度が大きくなり過ぎて、照射面Ｐ２での照射領域における収差の影響が大きくなり、照度の均一性が損なわれるおそれがある。

ちなみに、上述した集光レンズ３０のずらし量Ａ［％］は、集光レンズ３０が共役像を形成する位置と光源の間の距離（集光レンズ３０の焦点距離に相当）をａ０、集光レンズ３０をずらした後の位置と光源の間の距離をａ１としたとき、Ａ＝（ａ０－ａ１）／ａ０×１００で表される。

投光光学系１５において、集光レンズ３０の光軸方向位置をずらすという上記の方法の他に、投光レンズ３１のレンズ面の曲率を変更するという方法でも、非照射領域Ｅ２を発生させない投光を実現することができる。より詳しくは、投光レンズ３１に各面発光レーザ素子２１の共役像を入射させ、投光レンズ３１自身のレンズ面の曲率設定によって各面発光レーザ素子２１の像を拡げるという設定にする。その上で、非照射領域Ｅ２を含まない適切な照射範囲（全面照射領域Ｅ３）が得られる投光レンズ３１を選択する。この方法は、面発光レーザ２０と集光レンズ３０の組み合わせ及び配置を変更せずに、目的とする照射範囲に応じて投光レンズ３１のみを換装するという運用が可能であり、設定や調整にかかる作業負担を軽減できる。

また、投光光学系１５による照射領域の調整として、集光レンズ３０の光軸方向位置をずらす方法と、投光レンズ３１のレンズ面の曲率を変更（投光レンズ３１を換装）する方法を併用することも可能である。

図１の測距装置１０において、受光素子１３（図１）の形状及び配置は、光源装置１１から投射される光の照射領域と対応する関係にある。これにより、面発光レーザ２０の各面発光レーザ素子２１から発した光と、検出対象物１２で反射して受光素子１３で受光される光との相関関係が維持され、各面発光レーザ素子２１に対応する照射領域ごとに正確な検出（測距）を行うことができる。

ところで、面発光レーザ２０の各面発光レーザ素子２１からの光を投光光学系１５によって広角に拡げると、歪曲収差の影響によって照射面Ｐ２での像が歪む。すなわち、像の拡大率が照射領域によって異なる。すると、上記のように全面照射領域Ｅ３で投光した場合であっても、像面の歪みを起因とする照度のムラ（照射面Ｐ２上での領域の違いによる照度のばらつき）が発生する。この照度のムラは、光を拡げて照射する投光光学系１５自体の収差に起因するものであり、図２（Ａ）の基準状態と、図３（Ａ）の照射領域調整状態のいずれにおいても生じる可能性がある。

歪曲収差には、像の中央部が収縮して周辺部が引き伸ばされる糸巻き型の歪曲収差と、像の中央部が膨らみ周辺部が収縮する樽型の歪曲収差がある。糸巻き型の歪曲収差では、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１において周辺部に配置された面発光レーザ素子２１ほど、照射面Ｐ２上での像の歪みが大きくなり（引き伸ばされ）、単位面積あたりの照度（光量）が低下する。樽型の歪曲収差では、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１において中央部に配置された面発光レーザ素子２１ほど、照射面Ｐ２上での像の歪みが大きくなり（引き伸ばされ）、単位面積あたりの照度（光量）が低下する。

図５（Ａ）～図５（Ｃ）は、投光光学系１５の歪曲収差による光の照度のばらつきの一例を示す図であり、（Ａ）は通常の像面、（Ｂ）は糸巻き型の歪曲収差、（Ｃ）は樽型の歪曲収差を示している。

本実施形態では、投光光学系１５の収差を起因とする照射面Ｐ２上での照度のばらつきを防ぐために、面発光レーザ２０の複数の面発光レーザ素子（発光部）２１が発した光がそれぞれ通過する複数のマイクロレンズ（光学素子）４０を設けて（複数の面発光レーザ素子２１と複数のマイクロレンズ４０を一対一で対応させて）、複数のマイクロレンズ４０（後述する第１、第２の光学素子を含む）による光の発散角の分布を異ならせている。

より具体的に、複数のマイクロレンズ４０（後述する第１、第２の光学素子を含む）は、複数の面発光レーザ素子２１からの光の発散角の分布を異ならせるための構成として、互いに異なる形状の光学面（例えば凸面や凹面やその曲率や非球面の有無等の光学パラメータ）と、互いに異なる屈折率との一方又は両方を有することができる（少なくとも一方を有することができる）。

例えば、照射面Ｐ２において糸巻き型の歪曲収差が発生している場合には、発光面Ｐ１の中央部におけるマイクロレンズ４０の光の発散角を大きくして、発光面Ｐ１の周辺部におけるマイクロレンズ４０の光の発散角を小さくすることで、糸巻き型の歪曲収差による周辺部での照度の低下を補正して、照射面Ｐ２において均一な照度を得ることができる。

一方、照射面Ｐ２において樽型の歪曲収差が発生している場合には、発光面Ｐ１の中央部におけるマイクロレンズ４０の光の発散角を小さくして、発光面Ｐ１の周辺部におけるマイクロレンズ４０の光の発散角を大きくすることで、樽型の歪曲収差による中央部での照度の低下を補正して、照射面Ｐ２において均一な照度を得ることができる。

このように、歪曲収差による照射面Ｐ２における光の照度の低下を補正するために、照度が低下する領域に対して光線密度が高まるように、マイクロレンズ４０の光の発散角を変化させることで、照射面Ｐ２における光の照度の均一化を図っている。すなわち、ＶＣＳＥＬによる発光面とマイクロレンズによる照射面（各々の面発光レーザ素子２１とマイクロレンズ４０）に対応関係を持たせることにより、照射面Ｐ２における光の照度の均一化を図っている。

ここで、「マイクロレンズ４０の光の発散角」を定義すると、次のようになる。すなわち、各々の面発光レーザ素子２１から発光した光が対応するマイクロレンズ４０を透過した後の光の広がり具合を表す。一般的には、光軸上の光の強度（ピーク強度）に対して半分の強度を取る角度（半値幅）や1/e^2（１／ｅ^２）を取る値などで数値化して発散角の大小を比較できる。

図６は、複数のマイクロレンズ４０による光の発散角を同じにした場合の一例を示す図である（本実施形態の従来技術、比較例に相当する）。

図６では、マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）４５として一体化された横方向に並ぶ５つのマイクロレンズ（光学素子）４０の下方に、横方向に並ぶ５つの面発光レーザ素子（発光部）２１が設けられている。５つの面発光レーザ素子２１は、基板４６に設けられており、基板４６の上面の面発光レーザ素子２１の非設置領域と、マイクロレンズアレイ４５の下面とが、台座４７によって接続されている。なお、本実施形態では、５つの面発光レーザ素子２１が発する光の強度（照度、パワー）は同一であるものと想定する。

図６では、５つのマイクロレンズ４０の光学面の形状が全て同一となっている（曲率が同一の凸面を上側に向けている）。また、５つのマイクロレンズ４０の屈折率が全て同一となっている。このため、中央のマイクロレンズ４０から左右方向に離れるに連れて、投光光学系１５の収差を起因とする照射面Ｐ２上での照度のばらつきが生じてしまう。例えば、糸巻き型の歪曲収差が発生している場合には、中央のマイクロレンズ４０から出射される光の照度が最も大きく、その左右のマイクロレンズ４０から出射される光の照度が２番目に大きく、左右両端のマイクロレンズ４０から出射される光の照度が最も小さくなってしまう。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、複数のマイクロレンズ４０の光学面の形状を異ならせることにより光の発散角を異ならせた場合の第１の例を示す側面図、上面図である。図７（Ａ）の側面図では、図７（Ｂ）の上面図の下側に位置する５つのマイクロレンズを描いている。図７（Ｂ）において、実線の環状線は、複数のマイクロレンズ４０の有効径を描いている。

図７（Ａ）、（Ｂ）では、中央のマイクロレンズ４０Ａと、その左右の２つのマイクロレンズ４０Ｂと、左右両端の２つのマイクロレンズ４０Ｃとが、マイクロレンズアレイ４５として一体化されている。これらのマイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの下方に、横方向に並ぶ５つの面発光レーザ素子２１が設けられている。５つの面発光レーザ素子２１は、基板４６に設けられており、基板４６の上面の面発光レーザ素子２１の非設置領域と、マイクロレンズアレイ４５の下面とが、台座４７によって接続されている。

マイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、凸光学面を有しており、マイクロレンズ４０Ａの凸光学面の曲率が最も小さく、マイクロレンズ４０Ｂの凸光学面の曲率が２番目に小さく、マイクロレンズ４０Ｃの凸光学面の曲率が最も大きくなっている。このため、マイクロレンズ４０Ａによる光の発散角が最も大きく、マイクロレンズ４０Ｂによる光の発散角が２番目に大きく、マイクロレンズ４０Ｃによる光の発散角が最も小さくなっている。

すなわち、マイクロレンズ４０Ａとマイクロレンズ４０Ｂの関係では、マイクロレンズ４０Ａが「凸光学面の曲率が相対的に小さく光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｂが「凸光学面の曲率が相対的に大きく光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。また、マイクロレンズ４０Ｂとマイクロレンズ４０Ｃの関係では、マイクロレンズ４０Ｂが「凸光学面の曲率が相対的に小さく光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｃが「凸光学面の曲率が相対的に大きく光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。

ここで、投光光学系１５は、複数の面発光レーザ素子（発光部）２１が発して複数のマイクロレンズ（光学素子）４０を通過した光を投光する機能を持ち、投光光学系１５の拡大率は、照射箇所によって異なっている。投光光学系１５の拡大率は、照射領域の中央部であるほど小さく、照射領域の周辺部であるほど大きくなっている。

図７（Ａ）、（Ｂ）では、投光光学系１５の拡大率が最も小さい照射領域の中央部ではマイクロレンズ４０Ａによる光の発散角が最も大きく、投光光学系１５の拡大率が２番目に小さい照射領域の左右両側ではマイクロレンズ４０Ｂによる光の発散角が２番目に大きく、投光光学系１５の拡大率が最も大きい照射領域の左右両端ではマイクロレンズ４０Ｃによる光の発散角が最も小さくなっている。

すなわち、マイクロレンズ４０Ａとマイクロレンズ４０Ｂの関係では、マイクロレンズ４０Ａが「投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域の中央部に対応して光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｂが「投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域の周辺部に対応して光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。また、マイクロレンズ４０Ｂとマイクロレンズ４０Ｃの関係では、マイクロレンズ４０Ｂが「投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域の中央部に対応して光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｃが「投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域の周辺部に対応して光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。

図８は、複数のマイクロレンズ４０の光学面の形状を異ならせることにより光の発散角を異ならせた場合の第２の例を示す図である。

図８では、中央のマイクロレンズ４０Ｄと、その左右の２つのマイクロレンズ４０Ｅと、左右両端の２つのマイクロレンズ４０Ｆとが、マイクロレンズアレイ４５として一体化されている。これらのマイクロレンズ４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆの下方に、横方向に並ぶ５つの面発光レーザ素子２１が設けられている。５つの面発光レーザ素子２１は、基板４６に設けられており、基板４６の上面の面発光レーザ素子２１の非設置領域と、マイクロレンズアレイ４５の下面とが、台座４７によって接続されている。

マイクロレンズ４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆは、凹光学面を有しており、マイクロレンズ４０Ｄの凹光学面の曲率が最も大きく、マイクロレンズ４０Ｅの凹光学面の曲率が２番目に大きく、マイクロレンズ４０Ｆの凹光学面の曲率が最も小さくなっている。このため、マイクロレンズ４０Ｄによる光の発散角が最も大きく、マイクロレンズ４０Ｅによる光の発散角が２番目に大きく、マイクロレンズ４０Ｆによる光の発散角が最も小さくなっている。

すなわち、マイクロレンズ４０Ｄとマイクロレンズ４０Ｅの関係では、マイクロレンズ４０Ｄが「凹光学面の曲率が相対的に大きく光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｅが「凹光学面の曲率が相対的に小さく光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。また、マイクロレンズ４０Ｅとマイクロレンズ４０Ｆの関係では、マイクロレンズ４０Ｅが「凹光学面の曲率が相対的に大きく光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｆが「凹光学面の曲率が相対的に小さく光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。

図８では、投光光学系１５の拡大率が最も小さい照射領域の中央部ではマイクロレンズ４０Ｄによる光の発散角が最も大きく、投光光学系１５の拡大率が２番目に小さい照射領域の左右両側ではマイクロレンズ４０Ｅによる光の発散角が２番目に大きく、投光光学系１５の拡大率が最も大きい照射領域の左右両端ではマイクロレンズ４０Ｆによる光の発散角が最も小さくなっている。

すなわち、マイクロレンズ４０Ｄとマイクロレンズ４０Ｅの関係では、マイクロレンズ４０Ｄが「投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域の中央部に対応して光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｅが「投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域の周辺部に対応して光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。また、マイクロレンズ４０Ｅとマイクロレンズ４０Ｆの関係では、マイクロレンズ４０Ｅが「投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域の中央部に対応して光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｆが「投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域の周辺部に対応して光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。

図７（Ａ）、（Ｂ）のマイクロレンズ４０Ａ～４０Ｃ及び図８のマイクロレンズ４０Ｄ～４０Ｆの材質は、発光波長に対して透明であればよい。例えば、ガラスや樹脂材料の機械加工やエッチングといった除去加工、マイクロレンズの反転構造を有する金型を用いた成形加工によって、マイクロレンズを製造可能である。金型は、例えば５軸の工作機械を用いた切削加工により作製される。マイクロレンズアレイとＶＣＳＥＬは、例えば、半田、ＵＶ硬化接着剤や熱硬化接着剤などを用いて実装される。

図９は、複数のマイクロレンズ４０を複数の面発光レーザ素子２１に形成した場合の一例を示す図である。面発光レーザ素子２１にマイクロレンズ４０を直接形成することで、実装精度を向上させて、均一な照度分布を得ることが可能になる。また、マイクロレンズアレイとＶＣＳＥＬの間の線膨張差の影響を無視できるので、温度変化に対する耐久性を向上させることができる。

図９では、基板４６に面発光レーザ素子２１が設けられており、面発光レーザ素子２１の上面（直上）に、図７に示すマイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが配置されている。マイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、例えば、共振器を形成したメサの上にＵＶ／ＥＢ／熱といった常温液体のエネルギ硬化性樹脂を発光点ごとに吐出して硬化させたものである。メサ構造によるいわゆる「濡れのピン止め効果」の作用により、吐出した樹脂材料はメサ径以上に広がらないため、吐出量を変えることで容易に曲率の異なるレンズを形成することが出来る。

図１０、図１１、図１２は、複数のマイクロレンズ４０を基板４６に形成した場合の第１、第２、第３の例を示す図である。図１０～図１２では、各５つのマイクロレンズ４０と面発光レーザ素子２１が基板４６を介在して（基板４６を挟み込んで）配置されており、基板４６にマイクロレンズ４０が形成されている。

図１０は、基板４６（ＶＣＳＥＬ基板）の裏面側（図中の下側）から光を出射するいわゆる裏面出射型のＶＣＳＥＬの表面側（図中の上側）に、図７に示すマイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを配置したものである。

図１３（Ａ）～（Ｆ）は、基板４６（ＶＣＳＥＬ基板）の表面にマイクロレンズ４０（ここではマイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを区別することなく符号４０を付している）を実装する場合の一例を示す図である。

図１３（Ａ）では、基板４６の表面に実装凸部４６Ａを設けて、実装凸部４６Ａの上面にマイクロレンズ４０を形成している。図１３（Ｂ）では、基板４６の表面に実装凹部４６Ｂを設けて、実装凹部４６Ｂの内部から上方に突出するようにマイクロレンズ４０を形成している。図１３（Ｃ）では、基板４６の表面に実装枠部４６Ｃを設けて、実装枠部４６Ｃに囲まれるようにマイクロレンズ４０を形成している。

図１３（Ｄ）では、基板４６の表面のレンズ形成領域に表面エネルギが相対的に大きい親液パターン４６Ｄを設けて、基板４６の表面のレンズ非形成領域に表面エネルギが相対的に小さい撥液パターン４６Ｅを設けて、親液パターン４６Ｄの上面にマイクロレンズ４０を形成している。図１３（Ｅ）では、基板４６の表面のレンズ非形成領域に撥液パターン４６Ｅを設けて、撥液パターン４６Ｅの内側にある基板４６の表面のレンズ形成領域にマイクロレンズ４０を形成している。図１３（Ｆ）では、基板４６の表面のレンズ形成領域に親液パターン４６Ｄを設けて、親液パターン４６Ｄの上面にマイクロレンズ４０を形成している。基板４６の表面のレンズ形成領域に親液パターン４６Ｄを設け、且つ／又は、基板４６の表面のレンズ非形成領域に撥液パターン４６Ｅを設けることで、いわゆる濡れのピン止め効果により吐出した材料の広がりを制限することができる。これにより、レンズ材料の吐出量を増やしても、レンズ径を一定にしたままレンズのサグ量が大きくなるため、曲率を変化させることが出来る。

図１１は、基板４６（ＶＣＳＥＬ基板）の裏面側（図中の下側）から光を出射するいわゆる裏面出射型のＶＣＳＥＬの表面側（図中の上側）に、図７に示すマイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを一体形成したものである。すなわち、マイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが基板４６の一部となっている。より具体的に、基板４６上にレジスト材料で曲率半径の異なるマイクロレンズを形成し、それらをエッチングにより除去加工することで製造される。この構成では除去加工によりレンズを形成するため、図８の凹面を有するマイクロレンズアレイやそれらを組み合わせた構成にも適用可能である。図１１の構成では、基板４６とマイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃとが完全に同一材質であり、マイクロレンズ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと基板４６の界面における材質の屈折率差や線膨張差が生じないため、透過率・信頼性の点で優位な構造である。

図１２は、基板４６（ＶＣＳＥＬ基板）の裏面側（図中の下側）から光を出射するいわゆる裏面出射型のＶＣＳＥＬの表面側（図中の上側）に、マイクロレンズ４０Ｇ、４０Ｈ、４０Ｉを配置したものである。

マイクロレンズ４０Ｇは、樹脂レンズから構成されて上方に突出する凸光学面を有しており、下面は平面となっている（平凸形状を有している）。マイクロレンズ４０Ｈは、樹脂レンズから構成されて上方に突出する凸光学面と、例えばＧａＡｓから構成されて下方に突出する凹光学面とを有している。マイクロレンズ４０Ｉは、樹脂レンズから構成されて上方に突出する凸光学面と、例えばＧａＡｓから構成されて下方に突出する凹光学面とを有している。凸光学面の曲率はマイクロレンズ４０Ｈとマイクロレンズ４０Ｉとで同一になっているが、凹光学面の曲率はマイクロレンズ４０Ｉの方がマイクロレンズ４０Ｈよりも大きくなっている。このため、マイクロレンズ４０Ｇによる光の発散角が最も大きく、マイクロレンズ４０Ｈによる光の発散角が２番目に大きく、マイクロレンズ４０Ｉによる光の発散角が最も小さくなっている。マイクロレンズとして、樹脂レンズ（例えば凸レンズ）とＧａＡｓレンズ（例えば凹レンズ）を組み合わせた構成とすることで、ＧａＡｓレンズの凹レンズによって一度広げた光を樹脂レンズの凸レンズで集光するため、発散角をより高精度に制御する（発散角をより小さくする）ことが可能になる。

図１４は、複数のマイクロレンズ４０の屈折率を異ならせることにより光の発散角を異ならせた場合の一例を示す図である。マイクロレンズ４０による光の発散角を変えるためには、マイクロレンズ４０の形状（曲率）ではなく、マイクロレンズ４０の屈折率分布を変えてもよい。例えば、屈折率が互いに異なる複数のエネルギ硬化性樹脂材料をそれぞれ対応する場所に吐出・硬化することで、マイクロレンズ４０の屈折率分布を変えることができる。材料の調合により屈折率はおおよそ１．４～１．６の間で調整することが可能である。この場合、レンズの形状自体は同一のため、発光点ごとにレンズ材料の吐出量を変える必要がなく、安定してレンズを作ることができる。

図１４は、基板４６（ＶＣＳＥＬ基板）の裏面側（図中の下側）から光を出射するいわゆる裏面出射型のＶＣＳＥＬの表面側（図中の上側）に、中央のマイクロレンズ４０Ｊと、その左右の２つのマイクロレンズ４０Ｋと、左右両端の２つのマイクロレンズ４０Ｌとが設けられている。

マイクロレンズ４０Ｊ、４０Ｋ、４０Ｌは、同一曲率の凸光学面を有している。マイクロレンズ４０Ｊの屈折率が最も小さく、マイクロレンズ４０Ｋの屈折率が２番目に小さく、マイクロレンズ４０Ｌの屈折率が最も大きくなっている。このため、マイクロレンズ４０Ｊによる光の発散角が最も大きく、マイクロレンズ４０Ｋによる光の発散角が２番目に大きく、マイクロレンズ４０Ｌによる光の発散角が最も小さくなっている。

すなわち、マイクロレンズ４０Ｊとマイクロレンズ４０Ｋの関係では、マイクロレンズ４０Ｊが「屈折率が相対的に小さく光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｋが「屈折率が相対的に大きく光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。また、マイクロレンズ４０Ｋとマイクロレンズ４０Ｌの関係では、マイクロレンズ４０Ｋが「屈折率が相対的に小さく光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｌが「屈折率が相対的に大きく光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。

図１４では、投光光学系１５の拡大率が最も小さい照射領域の中央部ではマイクロレンズ４０Ｊによる光の発散角が最も大きく、投光光学系１５の拡大率が２番目に小さい照射領域の左右両側ではマイクロレンズ４０Ｋによる光の発散角が２番目に大きく、投光光学系１５の拡大率が最も大きい照射領域の左右両端ではマイクロレンズ４０Ｌによる光の発散角が最も小さくなっている。

すなわち、マイクロレンズ４０Ｊとマイクロレンズ４０Ｋの関係では、マイクロレンズ４０Ｊが「投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域の中央部に対応して光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｋが「投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域の周辺部に対応して光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。また、マイクロレンズ４０Ｋとマイクロレンズ４０Ｌの関係では、マイクロレンズ４０Ｋが「投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域の中央部に対応して光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子」に相当して、マイクロレンズ４０Ｌが「投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域の周辺部に対応して光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子」に相当する。

さらに、図７～図１３と、図１４とを組み合わせて、マイクロレンズ４０による光の発散角を変えるために、マイクロレンズ４０の形状（曲率）を変えるとともに、マイクロレンズ４０の屈折率分布を変えてもよい。この場合、マイクロレンズの４０の曲率を極端に大きくしたり小さくしたりしなくても、中央部と周辺部で発散角の差をつけることが可能になるので、マイクロレンズ４０の加工の容易化を図ることができる。

図１５、図１６、図１７は、本実施形態の光源装置の優位性を示すシミュレーションの第１、第２、第３の例を示す図である。

図１５（Ａ）に示すように、照度分布の垂直（Vertical）方向に並んだ７個の発光部１、２、３、４、５、６、７で構成した光源配置を想定する（図面では数字を丸で囲っている）。発光部１が照度分布の最も中央側に位置しており、発光部２－６がこの順番で照度分布の中央側から周辺側にシフトしていき、発光部７が照度分布の最も周辺側に位置している。ここで、照度は、垂直方向に照射された光の角度方向に対する強度を表している。図１５（Ｂ）に示すように、投光レンズ（投光光学系）により光を広角に広げると、投光レンズの歪曲収差の影響によって、照射面における照度は、中心部が最も強く、周辺部に行くにしたがって低下する。

図１６（Ａ）は、発光部１－７に対応するマイクロレンズの発散角を一定にした場合を示している。図１６（Ａ）に明らかなように、照射面の中央部ほど光の照度が高く、照射面の周辺部ほど光の照度が低く、照射面における光の照度にばらつき（照度ムラ）が発生している。図１６（Ｂ）は、発光部１－７に対応するマイクロレンズの発散角を変化させた場合（発光部１－７に向かいマイクロレンズの発散角を小さくした場合）を示している。例えば、発光部１に対応するマイクロレンズの発散角を１７°として、発光部７に対応するマイクロレンズの発散角を７°としてもよい。図１６（Ｂ）に明らかなように、図１６（Ａ）と比較して、照射面の中央部から周辺部に亘って光の照度の均一性が向上している。

図１７は、発光部１－７に対応するマイクロレンズの発散角を一定にした場合（図１６（Ａ））と、発光部１－７に対応するマイクロレンズの発散角を変化させた場合（図１６（Ｂ））とで、光の照射面の角度方向に対する照度を正規化して、比較可能に示したものである。図１７において、横軸は垂直方向の角度を示しており、縦軸は照度比を示している。

図１７に明らかなように、マイクロレンズの発散角を一定にした場合よりも、マイクロレンズの発散角を変化させた場合の方が、照射面の中央部から周辺部に亘って光の照度の均一性が向上している。例えば、垂直方向の中央部の角度を０°として、光のピーク強度の８０％以上が確保される角度幅は、半角で、マイクロレンズの発散角を一定にした場合が２７．４°であるのに対して、マイクロレンズの発散角を変化させた場合が５０．２°である。

以上に説明した光源装置１１を各種電子機器に用いた適用例を、図１８から図２２を参照して説明する。これらの適用例における検出装置５０は、図１に示す測距装置１０のうち信号制御回路１７の部分を、後述するそれぞれの機能ブロックに置き換えたものであり、それ以外の基本構成は測距装置１０と共通している。検出装置５０では、図１に示す受光素子１３が、光源装置１１から発せられて検出対象物１２で反射された光を検出する検出部である。なお、図１８から図２２では、検出装置５０が備える判断部などの機能ブロックを、作図の都合上、検出装置５０の外側に記載している。図１８から図２２に示す各種電子機器は、検出装置５０からの情報が入力されて、検出装置５０からの情報に基づいて、各種電子機器の制御を行う「制御部」を有している。

図１８は、工場などにおける物品検査用に検出装置５０を使用した適用例を示す。検出装置５０の光源装置１１から発した光を、複数の物品５１をカバーする照射領域に投射して、反射した光を検出部（受光素子１３）で受光する。検出部で検出された情報に基づいて、判断部５２が各物品５１の状態などを判断する。具体的には、受光素子１３で光電変換された電気信号に基づいて、画像処理部５３で画像データ（光源装置１１からの光の照射領域の画像情報）を生成し、得られた画像情報に基づいて、判断部５２で各物品５１の状態判断を行う。つまり、検出装置５０における受光光学系１８と受光素子１３は、光源装置１１から光の投射領域を撮像する撮像手段として機能する。撮像した画像情報に基づいて判断部５２が行う物品５１の状態判断には、パターンマッチングなど、周知の画像解析を利用できる。

図１８の適用例では、照射領域に均一な照度で投光できる検出装置５０（光源装置１１）を用いることによって、広角に光を照射しても照度のばらつきが抑えられる。その結果、多くの物品５１を同時に精度良く検査することができ、検査の作業効率が向上する。また、ＴＯＦ方式の検出を行う検出装置５０の使用によって、各物品５１の正面側（検出装置５０に対向する側）だけでなく、各物品５１の奥行き方向の情報も取得できる。そのため、既存の撮像装置による外観検査に比べて、物品５１における微細な傷や欠陥、立体形状などを識別しやすく、検査精度の向上を図ることができる。また、検出装置５０の光源装置１１からの光で、検査対象である物品５１を含む照射領域が照明されるため、暗い環境下でも使用が可能である。

図１９は、可動機器の動作制御に検出装置５０を使用した適用例を示す。可動機器である多関節アーム５４は、屈曲可能なジョイントで接続された複数のアームを有し、先端にハンド部５５を備えている。多関節アーム５４は、例えば工場の組み立てラインなどで用いられ、対象物５６の検査、搬送、組み付けの際に、ハンド部５５によって対象物５６を把持する。

多関節アーム５４におけるハンド部５５の直近に検出装置５０が搭載されている。検出装置５０は、光の投射方向がハンド部５５の向く方向に一致するように設けられており、対象物５６及びその周辺領域を検出対象とする。検出装置５０は、対象物５６を含む照射領域からの反射光を受光素子１３で受光して、画像処理部５７で画像データを生成し（撮像を行い）、得られた画像情報に基づいて、判断部５８が対象物５６に関する各種情報を判断する。具体的には、検出装置５０を用いて検出される情報は、対象物５６までの距離、対象物５６の形状、対象物５６の位置、複数の対象物５６が存在する場合の互いの位置関係などである。そして、判断部５８での判断結果に基づいて、駆動制御部５９が多関節アーム５４及びハンド部５５の動作を制御して、対象物５６の把持や移動などを行わせる。

図１９の適用例では、検出装置５０による対象物５６の検出に関して、上述した図１８の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。加えて、多関節アーム５４（特に、ハンド部５５の直近）に検出装置５０を搭載することによって、把持の対象物である対象物５６を近距離から検出することができ、多関節アーム５４から離れた位置に配した撮像装置による遠方からの検出と比較して、検出精度や認識精度の向上を図ることができる。

図２０は、電子機器の使用者認証に検出装置５０を使用した適用例を示す。電子機器である携帯情報端末６０は、使用者の認証機能を備えている。認証機能は、専用のハードウェアによって実現してもよいし、携帯情報端末６０を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）などのプログラムを実行することにより実現してもよい。

使用者の認証を行う際には、携帯情報端末６０に搭載した検出装置５０の光源装置１１から、携帯情報端末６０を使用する使用者６１へ向けて光が投射される。使用者６１及びその周囲で反射された光が検出装置５０の受光素子１３で受光され、画像処理部６２で画像データを生成する（撮像を行う）。検出装置５０により使用者６１を撮像した画像情報と、予め登録された使用者情報との一致度を、判断部６３が判断して、登録済みの使用者であるか否かを判定する。具体的には、使用者６１の顔、耳、頭部などの形状（輪郭や凹凸）を測定して、使用者情報として用いることができる。

図２０の適用例では、検出装置５０による使用者６１の検出に関して、上述した図１８の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。特に、光源装置１１から均一な照度で広角に光を投射して広い範囲で使用者６１の情報を検出することができるため、検出範囲が狭い場合に比して、使用者を認識するための情報量が多くなり、認識精度の向上を実現できる。

図２０は検出装置５０を携帯情報端末６０に搭載した例であるが、検出装置５０を用いた使用者認証を、据え置き式のパーソナルコンピュータ、プリンタなどのＯＡ機器、建物のセキュリティシステムなどに利用することも可能である。また、機能面では、個人の認証機能に限らず、顔などの立体形状のスキャニングに用いることも可能である。この場合も、均一な照度で広角に光を投射できる検出装置５０（光源装置１１）の搭載によって、高精度なスキャニングを実現できる。

図２１は、自動車などの移動体における運転支援システムに検出装置５０を使用した適用例を示す。自動車６４は、減速や操舵などの運転動作の一部を自動的に行うことが可能な運転支援機能を備えている。運転支援機能は、専用のハードウェアによって実現してもよいし、自動車６４の電装系を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）がＲＯＭなどのプログラムを実行することにより実現してもよい。

自動車６４の車内に搭載した検出装置５０の光源装置１１から、自動車６４を運転する運転者６５へ向けて光が投射される。運転者６５及びその周囲で反射された光が検出装置５０の受光素子１３で受光され、画像処理部６６で画像データを生成する（撮像を行う）。判断部６７が、運転者６５を撮像した画像情報に基づいて、運転者６５の顔（表情）や姿勢などの情報を判断する。そして、判断部６７の判断結果に基づいて、運転制御部６８がブレーキや操舵輪を制御して、運転者６５の状況に応じた適切な運転支援を行う。例えば、脇見運転や居眠り運転を検出したときの自動減速や自動停止などの制御を行うことができる。

図２１の適用例では、検出装置５０による運転者６５の状態検出に関して、上述した図１８の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。特に、光源装置１１から均一な照度で広角に光を投射して広い範囲で運転者６５の情報を検出することができるため、検出範囲が狭い場合に比して多くの情報量が得られ、運転支援の精度向上を実現できる。

図２１は検出装置５０を自動車６４に搭載した例であるが、自動車以外の移動体として、電車や航空機などに適用することも可能である。また、検出の対象として、移動体の運転者や操縦者の顔や姿勢の検出以外に、客席における乗客の状態や、客席以外の車内の状態の検出に用いることも可能である。また、機能面では、図２０の適用例と同様にして、運転者の個人認証に用いることも可能である。例えば、検出装置５０を用いて運転者６５を検出して、予め登録された運転者情報と合致した場合にのみ、エンジンの始動を許可したり、ドアロックの施錠や解錠を許可したりするという制御が可能である。

図２２は、移動体における自律走行システムに検出装置５０を使用した適用例を示す。図２１の適用例とは異なり、図２２の適用例では、移動体７０の外部にある対象物のセンシングに検出装置５０を用いている。移動体７０は、外部の状況を認識しながら自動で走行することが可能な自律走行型の移動体である。

移動体７０に検出装置５０が搭載されており、検出装置５０は移動体７０の進行方向及びその周辺領域に向けて光を照射する。移動体７０の移動エリアである室内７１において、移動体７０の進行方向に机７２が設置されている。移動体７０に搭載した検出装置５０の光源装置１１から投射された光のうち、机７２及びその周囲で反射された光が検出装置５０の受光素子１３で受光され、光電変換された電気信号が信号処理部７３に送られる。信号処理部７３では、受光素子１３から送られた電気信号などに基づいて、机７２との距離や机７２の位置、机７２以外の周辺状況など、室内７１のレイアウトに関する情報を算出する。この算出された情報に基づいて、移動体７０の移動経路や移動速度などを判断部７４が判断し、判断部７４の判断結果に基づいて、運転制御部７５が移動体７０の走行（駆動源であるモータの動作など）を制御する。

図２２の適用例では、検出装置５０による室内７１のレイアウト検出に関して、上述した図１８の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。特に、光源装置１１から均一な照度で広角に光を投射して広い範囲で室内７１の情報を検出することができるため、検出範囲が狭い場合に比して多くの情報量が得られ、移動体７０の自律走行の精度向上を実現できる。

図２２は、室内７１で走行する自律走行型の移動体７０に検出装置５０を搭載した例であるが、屋外で走行する自律走行型の車両（いわゆる自動運転車両）に適用することもできる。また、自律走行型ではなく、運転者が運転を行う自動車などの移動体における運転支援システムに適用することも可能である。この場合、検出装置５０を用いて移動体の周辺状況を検出して、検出された周辺状況に応じて、運転者の運転を支援することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記の実施形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記の実施形態では、「複数の発光部」としてＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いる場合を例示して説明したが、「複数の発光部」としてＬＤ（Laser Diode）又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることも可能である。また、「複数の発光部」としてＥＥＬ（Edge Emitting Laser）を用いてもよい。さらに、光源は、単光源であってもよいし、同時発光される複数光源（例えばＶＣＳＥＬアレイ光源）であってもよい。上記のようにＶＣＳＥＬは、発光領域の二次元化の容易さや、複数の発光領域の配置の自由度の高さといった点で有利である。例えば、ＶＣＳＥＬは、「複数の発光部」を同一面内に多数敷き詰めて配置することが容易であり、端面発光型のＬＤを並べるよりも小型化・薄型を図ることができる。しかし、ＶＣＳＥＬ以外の光源を用いた場合でも、各発光素子の配置や発光量を適宜設定することによって、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。

例えば、上記の実施形態では、「複数の発光部」として、複数の面発光レーザ素子を水平方向及び垂直方向に並べて、全体として面発光する形態の面発光レーザを用いているが、水平方向や垂直方向など、特定の方向にのみ発光領域が並ぶライン状の光源を用いることも可能である。

例えば、上記の実施形態では、「複数の光学素子」として、複数のマイクロレンズを適用した場合を例示して説明したが、「複数の光学素子」は、「複数の発光部」からの光の発散角を変化させられるものであればよく、種々の設計変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、複数の面発光レーザ素子２１が発する光の強度（照度、パワー）は同一であるものと想定して説明しているが、複数の面発光レーザ素子２１が発する光の強度（照度、パワー）を異ならせる態様も可能である。例えば、投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域に対応する面発光レーザ素子２１の発光領域の単位面積あたりの発光光量を、投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域に対応する面発光レーザ素子２１の発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きくしてもよい。

１０測距装置（検出装置）
１１光源装置
１３受光素子（検出部）
１５投光光学系
１７信号制御回路（計算部）
２１面発光レーザ素子（発光部）
４０４０Ａ４０Ｂ４０Ｃ４０Ｄ４０Ｅ４０Ｆ４０Ｇ４０Ｈ４０Ｉ４０Ｊ４０Ｋ４０Ｌマイクロレンズ（光学素子）
４５マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）
４６基板
５０検出装置
５４多関節アーム（電子機器）
６０携帯情報端末（電子機器）
６４自動車（電子機器）
７０移動体（電子機器）

Claims

複数の発光部と、
前記複数の発光部が発した光がそれぞれ通過する複数の光学素子と、
前記複数の発光部が発して前記複数の光学素子を通過した前記光を拡大して投光する投光光学系と、
を有し、
前記複数の光学素子は、
前記光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子と、
前記光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子と、
を有し、
前記投光光学系の照射領域の中央部における前記投光光学系の拡大率が、前記照射領域の周辺部における前記投光光学系の拡大率よりも小さく、
前記第１の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい、前記照射領域の前記中央部に対応し、
前記第２の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい、前記照射領域の前記周辺部に対応する、
ことを特徴とする光源装置。
前記第２の光学素子のうち、前記複数の光学素子の端に配置された光学素子における前記光の発散角が最も小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記複数の光学素子の中央に配置された光学素子における前記光の発散角が最も大きい、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記第１、第２の光学素子は、凸光学面を有し、
前記第１の光学素子の凸光学面は、相対的に小さい曲率を有し、
前記第２の光学素子の凸光学面は、相対的に大きい曲率を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源装置。
前記第１、第２の光学素子は、凹光学面を有し、
前記第１の光学素子の凹光学面は、相対的に大きい曲率を有し、
前記第２の光学素子の凹光学面は、相対的に小さい曲率を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源装置。
前記第１の光学素子は、相対的に小さい屈折率を有し、
前記第２の光学素子は、相対的に大きい屈折率を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
複数の発光部と、
前記複数の発光部が発した光がそれぞれ通過する複数の光学素子と、
前記複数の発光部が発して前記複数の光学素子を通過した前記光を拡大して投光する投光光学系と、
を有し、
前記複数の光学素子は、
前記光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子と、
前記光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子と、
を有し、
前記投光光学系の照射領域の中央部における前記投光光学系の拡大率が、前記照射領域の周辺部における前記投光光学系の拡大率よりも大きく、
前記第１の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい、前記照射領域の前記周辺部に対応し、
前記第２の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい、前記照射領域の前記中央部に対応する、
ことを特徴とする光源装置。
前記第１、第２の光学素子は、互いに異なる形状の光学面と、互いに異なる屈折率との少なくとも一方を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光源装置。
前記第１、第２の光学素子は、互いに異なる形状の光学面と、互いに異なる屈折率とを有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の光源装置。
前記複数の光学素子は、前記複数の光学素子を一体化した光学素子アレイに形成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光源装置。
前記複数の光学素子は、前記複数の発光部に形成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光源装置。
前記複数の光学素子は、前記複数の発光部との間に介在する基板に形成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光源装置。
前記複数の発光部は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、ＬＤ（Laser Diode）又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源装置。
複数の発光部と、
前記複数の発光部が発した光がそれぞれ通過する複数の光学素子と、
前記複数の発光部が発して前記複数の光学素子を通過した前記光を拡大して投光する投光光学系と、
を有する光源装置と、
前記光源装置から発せられて検出対象で反射された光を検出する検出部と、
を有し、
前記複数の光学素子は、
前記光の発散角が相対的に大きい第１の光学素子と、
前記光の発散角が相対的に小さい第２の光学素子と、
を有し、
前記投光光学系の照射領域の中央部における前記投光光学系の拡大率が、前記照射領域の周辺部における前記投光光学系の拡大率よりも小さく、
前記第１の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい、前記照射領域の前記中央部に対応し、
前記第２の光学素子は、前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい、前記照射領域の前記周辺部に対応する、
ことを特徴とする検出装置。
前記検出部からの信号に基づいて、前記検出対象との距離に関する情報を取得する計算部をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の検出装置。
請求項１４又は請求項１５に記載の検出装置からの情報が入力される電子機器であって、
前記検出装置からの情報に基づいて前記電子機器の制御を行う制御部を有する、
ことを特徴とする電子機器。