JP7480545B2 - 発光装置、光学装置、計測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、計測装置及び情報処理装置に関する。

特許文献１には、光透過性を有するセラミック基板と、前記セラミック基板の表面に搭載された発光素子と、前記発光素子に電力を供給するための配線パターンと、光反射性を有する金属からなるメタライズ層と、を備えており、前記メタライズ層は、前記発光素子から出射された光を反射するように前記セラミック基板の内部に形成されている発光装置が記載されている。

特開２００８－２５２１２９号公報

光の飛行時間による、いわゆるＴｏＦ（Time of Flight）法に基づいて、被計測物の三次元形状の計測を行う場合、光源の発光強度が大きく、発光の立ち上がり時間が短いことが求められる。発光強度を大きくするため、光源を複数のレーザ素子アレイで構成し、複数の駆動部によりそれぞれ駆動することが考えられるが、レーザ素子アレイ毎の発光の立ち上がり時間の遅延により、発光の立ち上がり時間が長くなってしまう。

本発明は、複数のレーザ素子アレイを複数の駆動部によりそれぞれ駆動する場合に比較し、発光の立ち上がり時間を短くした発光装置などを提供する。

請求項１に記載の発明は、複数の駆動部と、複数の前記駆動部のそれぞれに接続される複数のレーザ素子アレイと、前記レーザ素子アレイの前記駆動部に接続される端子を、複数の当該レーザ素子アレイ間において接続する接続配線と、を備える発光装置である。
請求項２に記載の発明は、前記駆動部は、前記レーザ素子アレイに流れる電流をオン／オフする駆動素子を備え、前記レーザ素子アレイと前記駆動素子とは、当該レーザ素子アレイにおける電流経路の下流側に設けられたローサイド駆動により駆動されるように接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、複数の前記レーザ素子アレイは、複数の当該レーザ素子アレイの中心を中心とする円上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置である。
請求項４に記載の発明は、複数の前記駆動部は、複数の前記レーザ素子アレイの中心を中心とする他の円上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、複数の前記駆動部が搭載される回路基板を備え、前記回路基板は、基準電位が供給される基準電位配線と、前記接続配線と、を備え、複数の前記駆動部は、前記基準電位配線と前記接続配線とに共通に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、前記回路基板に設けられ、当該回路基板より熱伝導率が大きい放熱基材を備え、複数の前記レーザ素子アレイは、前記放熱基材に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置である。
請求項７に記載の発明は、複数の前記駆動部は、共通の駆動信号が供給されて、並列に駆動されることを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置である。
請求項８に記載の発明は、前記駆動信号を複数の前記駆動部に分岐して供給する複数の駆動信号線を備え、複数の前記駆動信号線は、前記回路基板の中心部における一カ所で分岐されていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、前記駆動信号は、差動信号で供給され、複数の前記駆動信号線が分岐される部分に、終端抵抗が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、複数の前記レーザ素子アレイから出射された光を拡散させて出射する拡散部材を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、複数の前記レーザ素子アレイから出射された光を回折させて出射する回折部材を備えることを特徴とする請求項１乃至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、複数の前記レーザ素子アレイの光量を監視する光量監視用受光素子を備えることを特徴とする請求項１乃至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、請求項１乃至１２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複数のレーザ素子アレイから出射され、被計測物で反射された反射光を受光する受光部と、を備える光学装置である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光学装置と、前記光学装置が備える複数のレーザ素子アレイから出射されてから受光部で受光されるまでの時間に基づいて、被計測物までの距離を特定する距離特定部と、を備える計測装置である。
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の計測装置と、前記計測装置が備える距離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、を備える情報処理装置である。

請求項１に記載の発明によれば、複数のレーザ部を複数の駆動部によりそれぞれ駆動する場合に比較し、発光の立ち上がり時間が短くなる。
請求項２に記載の発明によれば、ローサイド駆動を用いない場合に比較し、レーザ素子アレイをより高速に駆動させられる。
請求項３に記載の発明によれば、円上に配置されていない場合に比較し、中心からレーザ素子アレイまでの距離に差が生じることが抑制される。
請求項４に記載の発明によれば、他の円上に配置されていない場合に比較し、中心から駆動部までの距離に差が生じることが抑制される。
請求項５に記載の発明によれば、共通に接続されていない場合に比較し、電位に差が生じることが抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、放熱基材を用いない場合に比較し、レーザ素子アレイからの熱の伝導が行われやすくなる。
請求項７に記載の発明によれば、共通の駆動信号を供給しない場合に比較し、発光の遅延が抑制される。
請求項８に記載の発明によれば、中心部の一カ所で分岐しない場合に比較し、駆動部までの距離の差が抑制される。
請求項９に記載の発明によれば、差動信号で送信しない場合に比較し、高速な信号が送信できる。
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と比較し、広い照射領域が得られる。
請求項１１に記載の発明によれば、回折部材を備えない場合と比較し、広い照射領域が得られる。
請求項１２に記載の発明によれば、光量監視用受光素子を備えない場合に比較し、レーザ素子アレイの光量の変動が抑制される。
請求項１３に記載の発明によれば、距離に対応した信号が取得できる光学装置が提供される。
請求項１４に記載の発明によれば、被計測物までの距離の計測が行える計測装置が提供される。
請求項１５に記載の発明によれば、特定された距離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。 発光装置の平面図の一例を示す図である。 発光装置の一部の拡大図である。 光源における１個のＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。 発光装置の断面構造の一例を示す図である。 光拡散部材の一例を説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＢ－ＶＩＢ線での断面図である。 ローサイド駆動により光源を駆動する場合の等価回路の一例を示す図である。 駆動信号が伝送される駆動信号線と駆動部との接続方法を説明する図である。 第２の実施の形態が適用される発光装置の一例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。
被計測物の三次元形状を計測する計測装置には、光の飛行時間による、いわゆるＴｏＦ（Time of Flight）法に基づいて、三次元形状を計測する装置がある。ＴｏＦ法では、計測装置が備える発光装置から光が出射されたタイミングから、照射された光が被計測物で反射して計測装置が備える三次元センサ（以下では、３Ｄセンサと表記する。）で受光されるタイミングまでの時間を計測し、計測された三次元形状から被計測物の三次元形状を特定する。なお、三次元形状を計測する対象を被計測物と表記する。三次元形状を三次元像と表記することがある。また、三次元形状を計測することを、三次元計測、３Ｄ計測又は３Ｄセンシングと表記することがある。

このような計測装置は、携帯型情報処理装置などに搭載され、アクセスしようとするユーザの顔認証などに利用されている。従来、携帯型情報処理装置などでは、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。近年、セキュリティ性がより高い認証方法が求められるようになってきた。そこで、携帯型情報処理装置に三次元形状を計測する計測装置を搭載するようになってきた。つまり、アクセスしたユーザの顔の三次元形状を取得し、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と認証された場合にのみ、自装置（携帯型情報処理装置）の使用を許可することが行われている。

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、三次元形状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。

なお、ＴｏＦ法では、計測装置が備える発光装置から光が出射されたタイミングから、照射された光が被計測物で反射して計測装置が備える３Ｄセンサで受光されるタイミングまでの時間を計測するため、発光の立ち上がり時間が短いことが求められる。発光の立ち上がり時間が短いほど、計測の精度が向上する。ここで、発光の立ち上がり時間とは、発光が開始したタイミングから、最大光量の９０％に達するまでの時間とする。

本実施の形態で説明する構成、機能、方法等は、顔以外を被計測物とし、計測された三次元形状から被測定物を認識することにも適用しうる。また、このような計測装置は、拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）など、継続的に被計測物の三次元形状を計測する場合にも適用される。また、被測定物までの距離は問わない。顔認証では、光源から近距離に位置する顔に光を照射すればよいが、拡張現実などでは、顔に比べて遠距離に位置する被計測物に光を照射することが求められる。よって、光源は、光量が大きいことが求められる。

以下で説明する本実施の形態で説明する構成、機能、方法等は、顔認証や拡張現実以外の被計測物の三次元形状の計測に適用しうる。

［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と三次元形状を計測する光学装置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。）５とを備える。発光装置４は、被測定物、ここでの例では顔に向けて光を照射する。３Ｄセンサ５は、発光装置４から出射され、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法に基づいて、三次元形状を計測する。そして、三次元形状から、顔の三次元形状を特定する。上述したように、顔以外を被測定物として、三次元形状を計測してもよい。３Ｄセンサ５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、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。

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、計測制御部８と、システム制御部９とを備える。前述したように、光学装置３は、発光装置４と、３Ｄセンサ５とを備える。計測制御部８は、光学装置３を制御する。そして、計測制御部８は、三次元形状特定部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。

計測制御部８が備える三次元形状特定部８１は、被計測物からの反射光によって測定された三次元形状から、被計測物の三次元形状を特定する。システム制御部９が備える認証処理部９１は、三次元形状特定部８１によって特定された三次元形状から、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を認証する。
図２において、計測装置６は、光学装置３と計測制御部８とを備える。図２では、光学装置３と計測制御部８とを分けて示したが、一体に構成されていてもよい。
以下、順に説明する。

（発光装置４）
図３は、発光装置４の平面図の一例を示す図である。紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の表面方向をｚ方向とする。
発光装置４は、回路基板１０と、４個の光源２０と、光量監視用受光素子（図３及び以下では、ＰＤと表記する。）４０と、４個の光源２０をそれぞれ駆動する４個の駆動部５０と、光源２０毎に設けられて発光のための電流を供給するキャパシタ７１、７２と、放熱基材１００とを備える。４個の光源２０をそれぞれ区別する場合は、光源２０－１、２０－２、２０－３、２０－４と表記し、区別しない場合は、光源２０と表記する。同様に、駆動部５０をそれぞれ区別する場合は、駆動部５０－１、５０－２、５０－３、５０－４と表記し、区別しない場合は、駆動部５０と表記する。なお、発光装置４は、キャパシタ７１、７２と同等なキャパシタを複数備えるが、符号を省略する。

また、発光装置４は、光拡散部材３０と、保持部６０とを備える。放熱基材１００及び駆動部５０は、回路基板１０の表面上に設けられている。４個の光源２０、ＰＤ４０及びキャパシタ７１、７２は、放熱基材１００の表面に設けられている。放熱基材１００の表面側には、光拡散部材３０が保持部６０によって保持されている。光拡散部材３０は、光源２０、ＰＤ４０及びキャパシタ７１、７２から予め定められた距離を離して保持されている（後述する図６参照）。ここで、表面とは、図３の紙面の表側を言う。より具体的には、回路基板１０においては、駆動部５０及び放熱基材１００が設けられている方を表面、表側、又は表面側と言う。放熱基材１００においては、光源２０、ＰＤ４０及びキャパシタ７１、７２が設けられている方を表面、表側、又は表面側と言う。そして、発光装置４における４個の光源２０の中心、つまりｘ方向及びｙ方向の中央を、中心Ｏとする。以下において、表面側から、各部材を透視して見ることを上面視と言う。

４個の光源２０（光源２０－１、２０－２、２０－３、２０－４）は、中心Ｏの円Ｓ１上に配置されている。さらに、駆動部５０（駆動部５０－１、５０－２、５０－３、５０－４）は、中心Ｏの円Ｓ２上に配置されている。つまり、光源２０と駆動部５０とは、中心Ｏの同心円上に配置されている。このようにすることで、光源２０と駆動部５０との距離、例えば光源２０－１と駆動部５０－１との距離などに差が生じることが抑制される。つまり、複数の光源２０の中心Ｏは、放熱基材１００の中心からずれて配置されていてもよく、複数の光源２０の中心Ｏは、回路基板１０の中心からずれて配置されていてもよい。
なお、中心Ｏは、放熱基材１００の中心であってもよい。つまり、放熱基材１００の中心を中心とした円上に、複数の光源２０を配列してもよい。そして、その中心を中心とした他の円上に複数の駆動部５０を配列してもよい。また、中心Ｏは、回路基板１０の中心であってもよい。つまり、回路基板１０の中心を中心とした円上に、複数の光源２０を配列してもよい。そして、その中心を中心とした他の円上に複数の駆動部５０を配列してもよい。

光源２０は、複数の発光素子が二次元に配置された発光素子アレイとして構成されている。発光素子は、一例として垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。以下では、発光素子は、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬであるとして説明する。そして、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬをＶＣＳＥＬと表記する。光源２０は放熱基材１００の表面上に設けられているので、光源２０は、放熱基材１００の表面に対して垂直に、放熱基材１００から離れる方向に光を出射する。つまり、発光素子アレイは、面発光レーザ素子アレイである。なお、光源２０における複数の発光素子が二次元に配置されていて、光を出射する光源２０の面を出射面と表記することがある。光源２０は、レーザ素子アレイの一例である。

光拡散部材３０は、光源２０の光の出射経路上に設けられている。そして、光拡散部材３０は、光源２０が出射した光が入射され、入射した光を拡散して出射する。よって、光源２０が出射する光は、光拡散部材３０により拡散されて被計測物に照射される。つまり、光源２０が出射した光は、光拡散部材３０を備えない場合に比べ、光拡散部材３０により拡散されてより広い範囲に照射される。

ＰＤ４０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、シリコンなどで構成されたフォトダイオードである。ＰＤ４０は、光源２０から出射され、光拡散部材３０の裏面（後述する図６の－ｚ方向が側の面）で反射した光が受光されるように配置されている。光源２０は、ＰＤ４０の受光量に基づいて、予め定められた光量を維持して出射するように制御される。つまり、計測制御部８は、ＰＤ４０の受光量を監視し、駆動部５０を制御して光源２０の出射する光量を制御する。

ＴｏＦ法により三次元計測を行う場合、光源２０は、駆動部５０により、例えば、１００ＭＨｚ以上で、且つ、立ち上り時間が１ｎｓ以下のパルス光（以下では、出射光パルスと表記する。）を出射することが求められる。なお、顔認証を例とする場合、光が照射される距離は１０ｃｍ程度から１ｍ程度である。そして、光が照射される範囲は、１ｍ角程度である。なお、光が照射される距離を計測距離と表記し、光が照射される範囲を照射範囲又は計測範囲と表記する。また、照射範囲又は計測範囲に仮想的に設けられる面を照射面と表記する。なお、顔認証以外の場合など、被計測物までの計測距離及び被計測物に対する照射範囲は、上記以外であってもよい。

図２に示した３Ｄセンサ５は、複数の受光セルを備え、発光装置４における光源２０から光が出射されたタイミングから３Ｄセンサ５で受光されるタイミングまでの時間に相当する信号を出力する部材である。例えば、３Ｄセンサ５の各受光セルは、光源２０からの出射光パルスに対する被計測物からのパルス状の反射光（以下では、受光パルスと表記する。）を受光し、受光するまでの時間に対応する電荷を受光セル毎に蓄積する。３Ｄセンサ５は、各受光セルが２つのゲートとそれらに対応した電荷蓄積部とを備えた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する。２つの電荷蓄積部には、出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じた電荷が蓄積される。そして、３Ｄセンサ５は、ＡＤコンバータを介して、受光セル毎に出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じたデジタル値を信号として出力する。すなわち、３Ｄセンサ５は、光源２０から光が出射されたタイミングから３Ｄセンサ５で受光されるタイミングまでの時間に相当する信号を出力する。つまり、３Ｄセンサ５から、被計測物の三次元形状に対応した信号が取得される。なお、ＡＤコンバータは、３Ｄセンサ５が備えてもよく、３Ｄセンサ５の外部に設けられてもよい。

そして、計測制御部８の三次元形状特定部８１は、３Ｄセンサ５が例えば前述のＣＭＯＳ構造のデバイスである場合、受光セル毎に得られるデジタル値を取得し、受光セル毎に被計測物までの距離を算出する。そして算出された距離により、三次元形状を測定して、被計測物の三次元形状を特定し、特定結果を出力する。ここで、三次元形状特定部８１は、被計測物までの距離を特定する距離特定部としての機能を有する。

前述したように、計測制御部８は、コンピュータとして構成され、三次元形状特定部８１がプログラムによって実現されるとした。しかし、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ＡＳＩＣ等の集積回路とで構成されてもよい。

以上説明したように、情報処理装置１は、光源２０が出射した光を拡散して被計測物に照射し、被計測物からの反射光を３Ｄセンサ５で受光する。このようにして、情報処理装置１は、三次元形状を計測する。このことから、顔認証に関わらず、拡張現実などの三次元形状の計測において、発光装置４は光量が大きいことが求められる。そこで、第１の実施の形態では、複数の光源２０を用いている。このような発光装置４では、光源２０から熱が効率よく放熱されることが求められる。

放熱基材１００上には、光源２０のカソード（後述する図５に示すカソード電極２１４）に接続されるカソード配線１１１Ｆ（［Ｋ］と付記する。）と、光源２０のアノード（図５に示すアノード電極２１８）に接続されるアノード配線１１２Ｆ（［Ａ］と付記する。）と、基準電位が供給される基準電位配線１１３Ｆ（［Ｇ］と付記する。）とが設けられている。基準電位は、例えば、接地電位（ＧＮＤ）である。なお、図３に示すように、基準電位配線１１３Ｆは、複数設けられている。なお、カソード配線１１１Ｆ、アノード配線１１２Ｆ及び基準電位配線１１３Ｆを、区別せず配線と表記することがある。他の場合も同様とする。なお、配線とは、電気回路接続される導体パターンであって、形状は限定されないものを言う。

図４は、発光装置４の一部の拡大図である。図４は、発光装置４における光源２０－１の部分を拡大して示している。ここでは、光源２０－１と光源２０－１に発光のための電流を供給するキャパシタ７１、７２とを示している。ここでは、キャパシタ７１をキャパシタ７１Ａ、７１Ｂとし、キャパシタ７２をキャパシタ７２Ａ、７２Ｂと表記している。そして、基準電位配線１１３Ｆを、基準電位配線１１３ＦＡ、１１３ＦＢと表記している。

前述したように、光源２０－１及びキャパシタ７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂは、放熱基材１００の表面上に設けられている。図４において、光源２０－１と、放熱基材１００の表面上に設けられている配線と、キャパシタ７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂとの接続関係を説明する。

光源２０－１は、平面形状が長方形であるとし、＋ｙ方向側を側面２１Ａ、－ｙ方向側を側面２１Ｂ、－ｘ方向側を側面２２Ａ、＋ｘ方向側を側面２２Ｂとする。前述したように、光源２０は、複数のＶＣＳＥＬが二次元のアレイ状に配置されて構成されている。

ＶＣＳＥＬは、半導体基板２００（後述する図５参照）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、表面に対して垂直方向にレーザ光を出射させる発光素子である。このことから、ＶＣＳＥＬは、端面出射型のレーザを用いる場合と比較し、二次元のアレイ化が容易である。光源２０の表面には、複数のＶＣＳＥＬに共通のアノード電極２１８（図５参照）が設けられている。光源２０の裏面には、カソード電極２１４が設けられている（図５参照）。つまり、複数のＶＣＳＥＬは、並列接続されている。複数のＶＣＳＥＬを並列接続して駆動することで、ＶＣＳＥＬを個別に駆動する場合と比較し、強度の大きい光が出射される。光源２０の備えるＶＣＳＥＬの数は、一例として、１００個～１０００個である。このＶＣＳＥＬの数は一例である。光源２０においては、発光層（後述する活性領域２０６）として機能するエピタキシャル層が形成されている側を、光源２０の表面、表側、又は表面側と言う。

放熱基材１００の表面上の光源２０－１の部分には、光源２０のカソードに接続されるカソード配線１１１Ｆと、光源２０のアノードに接続されるアノード配線１１２Ｆと、基準電位に接続される基準電位配線１１３ＦＡ、１１３ＦＢとが設けられている。

カソード配線１１１Ｆは、その表面に光源２０－１が設けられるように、光源２０－１の平面形状より大きく設定されている。そして、カソード配線１１１Ｆの表面上に光源２０－１がハンダなどの導電性部材により設けられ、光源２０－１のカソード（図５のカソード電極２１４）とカソード配線１１１Ｆとが接続されている。

アノード配線１１２Ｆは、光源２０－１の３つの側面（側面２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ）を囲むように設けられている。そして、アノード配線１１２Ｆは、光源２０－１の２つの側面（側面２１Ａ、２１Ｂ）側において、ボンディングワイヤ２３Ａ、２３Ｂにより、光源２０のアノード（後述する図５のアノード電極２１８）と接続されている。

基準電位配線１１３ＦＡ、１１３ＦＢは、光源２０－１の側面２１Ａ、２１Ｂ側において、アノード配線１１２Ｆの外側に設けられている。そして、光源２０－１の側面２１Ａ側において、基準電位配線１１３ＦＡとアノード配線１１２Ｆとの間に、キャパシタ７１Ａ、７２Ａが設けられている。光源２０－１の側面２１Ｂ側において、基準電位配線１１３ＦＢとアノード配線１１２Ｆとの間に、キャパシタ７１Ｂ、７２Ｂが設けられている。

キャパシタ７１（キャパシタ７１Ａ、７１Ｂ）は、等価直列インダクタンスＥＳＬ（Equivalent Series Inductance）を低減したキャパシタ（以下では、低ＥＳＬキャパシタと表記する。）であり、キャパシタ７２（キャパシタ７２Ａ、７２Ｂ）は、キャパシタ７１に比べ等価直列インダクタンスＥＳＬが大きいキャパシタ（以下では、非低ＥＳＬキャパシタと表記する。）である。光源２０の発光の立ち上がり時間を短くするためには、光源２０に発光のための電流を供給する駆動回路において、高周波数におけるインピーダンスが小さいことが求められる。このためには、等価直列インダクタンスＥＳＬを低減させるように構成したキャパシタ、つまり低ＥＳＬキャパシタを用いることがよい。しかし、低ＥＳＬキャパシタは、平面形状が大きい（放熱基材１００における搭載面積が大きい）にもかかわらず容量が小さいものが多い。一方、非低ＥＳＬキャパシタは、高誘電率のセラミックシートを用い、平面形状が小さく（放熱基材１００における搭載面積が小さく）ても容量が大きいものが多い。そこで、低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７１と、非低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７２とを併用している。つまり、容量が小さい低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７１により、光源２０の発光の立ち上がり時の電流を供給する。そして、容量が大きい非低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７２により、発光の立ち上がり後の光量を確保する電流を供給する。このようにして、光源２０の立ち上がり時間を短くするとともに、光量を確保するようにしている。なお、低ＥＳＬキャパシタは、ＬＷ逆転型と呼ばれることがある。

そして、低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７１Ａ、７１Ｂは、光源２０－１のｘ方向における中心線（一点鎖線）上に設けられている。一方、非低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７２Ａ、７２Ｂは、中心線より－ｘ方向側にずれた位置に設けられている。このようにすることで、光源２０－１のアノード電極（図５に示すアノード電極２１８）と低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７１Ａ、７１Ｂとの距離が、光源２０－１と非低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７２Ａ、７２Ｂとの距離より短くなるようにしている。よって、低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７１Ａ、７１Ｂから光源２０－１に発光のための電流を供給する電流経路（駆動回路と表記することがある。）のインダクタンスが、非低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７２Ａ、７２Ｂから光源２０－１に発光のための電流を供給する電流経路より小さくなる。このようにすることで、光源２０－１の発光の立ち上がり時間をより短くするようにしている。

上記では、光源２０－１について説明したが、他の光源２０－２～２０－４においても、光源２０とキャパシタ７１、７２との接続関係は、同様である。なお、１個の光源２０（光源２０－１）に対して、低ＥＳＬキャパシタとして２個のキャパシタ７１（キャパシタ７１Ａ、７１Ｂ）を用い、非低ＥＳＬキャパシタとして２個のキャパシタ７２（キャパシタ７２Ａ、７２Ｂ）を用いているが、いずれかが１個であってもよく、３個以上であってもよい。

そして、図３に示すように、放熱基材１００の表面上において、カソード配線１１１Ｆ及びアノード配線１１２Ｆは、光源２０－１～２０－４間で互いに接続されている。

（ＶＣＳＥＬの構造）
図５は、光源２０における１個のＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。このＶＣＳＥＬは、λ共振器構造のＶＣＳＥＬである。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２００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）２０２と、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域２０６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２０８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ＤＢＲ２０２は、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とをペアとした積層体として構成されている。下部ＤＢＲ２０２の各層は、厚さがλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）であり、交互に４０周期積層されている。キャリアとして、ｎ型不純物であるシリコンがドーピングされている。キャリア濃度は、例えば、３×１０^１８ｃｍ^－３である。

活性領域２０６は、下部スペーサ層と、量子井戸活性層と、上部スペーサ層とが積層されて構成されている。例えば、下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープのＩｎＧａＡｓ量子井戸層及びアンドープのＧａＡｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層である。

ｐ型の上部ＤＢＲ２０８は、ｐ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とをペアとした積層体として構成されている。上部ＤＢＲ２０８の各層は、厚さがλ／４ｎ_ｒであり、交互に２９周期積層してある。キャリアとして、ｐ型不純物であるカーボンがドーピングされている。キャリア濃度は、例えば、３×１０^１８ｃｍ^－３である。好ましくは、上部ＤＢＲ２０８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ＤＢＲ２０８の最下層又はその内部に、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層２１０が形成されている。

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、半導体基板２００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２１０が、メサＭの側面に露出する。酸化工程により、電流狭窄層２１０には、メサＭの側面から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２１０Ａ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２１０Ｂの断面形状は、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の軸とほぼ一致する。本実施の形態において、メサＭは、柱状構造をなしている。

メサＭ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が形成される。ｐ側電極２１２は、上部ＤＢＲ２０８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、ＶＣＳＥＬは、半導体基板２００の表面（＋ｚ方向側の面）に垂直な方向に光を出射する。そして、メサＭの軸が光軸になる。さらに、半導体基板２００の裏面には、ｎ側電極としてカソード電極２１４が形成される。なお、ｐ側電極２１２の内側の上部ＤＢＲ２０８の表面（＋ｚ方向側の面）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２１２にアノード電極２１８が接続される部分及び光出射口２１２Ａを除いて、メサＭの表面を覆うように、絶縁層２１６が設けられる。そして、光出射口２１２Ａを除いて、アノード電極２１８がｐ側電極２１２とオーミック接触するように設けられる。なお、アノード電極２１８は、複数のＶＣＳＥＬに共通に設けられる。つまり、光源２０を構成する複数のＶＣＳＥＬは、各々のｐ側電極２１２がアノード電極２１８により並列接続されている。なお、図５において、アノード電極２１８の部分にアノードであることを示す［Ａ］と表記し、カソード電極２１４の部分にカソードであることを示す［Ｋ］と表記する。

ＶＣＳＥＬは、単一横モードで発振してもよく、多重横モードで発振してもよい。例えば、ＶＣＳＥＬ１個の光出力は、４ｍＷ～８ｍＷである。よって、光源２０が５００個のＶＣＳＥＬで構成されている場合、光源２０の光出力は、２Ｗ～４Ｗになる。さらに、光源２０が４個である場合、発光装置４の光出力は、８Ｗ～１６Ｗとなる。このような大出力となると、発熱が大きい。このため、光源２０からの放熱が効率よく行われることが求められる。

図６は、発光装置４の断面構造の一例を示す図である。図６に示す断面図は、図３におけるＶＩ－ＶＩ線での断面図である。つまり、図６には、紙面の左側より、駆動部５０－１、光源２０－１、ＰＤ４０、光源２０－３及び駆動部５０－３が示されている。

前述したように、発光装置４は、回路基板１０の表面上に、駆動部５０（図６では、駆動部５０－１、５０－３）及び放熱基材１００が設けられている。そして、放熱基材１００の表面上に、光源２０（図６では、光源２０－１、２０－３）、ＰＤ４０、保持部６０が設けられている。そして、保持部６０の上には、図６には、光源２０－１、２０－３及びＰＤ４０を覆うように設けられた光拡散部材３０が保持されている。

回路基板１０は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性の基材に銅（Ｃｕ）箔などの金属による配線を形成する配線層が設けられて構成されている。ここでは、回路基板１０は、配線層が基材の表面側と裏面側とに設けられた２層のプリント配線基板であるとして説明する。一方、放熱基材１００は、回路基板１０よりも熱伝導率が高い、絶縁性の基材で構成されている。

回路基板１０の表面側には、カソード配線１１、基準電位配線１３Ｆ及びアノード配線が設けられている。なお、図６には、アノード配線の図示を省略している。回路基板１０の裏面側には、基準電位配線１３Ｂが設けられている。そして、基準電位配線１３Ｆと基準電位配線１３Ｂとは、貫通導体１３Ｖを介して接続されている。貫通導体とは、回路基板１０を構成する電気絶縁性の基材を貫通して設けられた穴を銅（Ｃｕ）などによって埋められた導体である。そして、貫通導体は、回路基板１０の基材の表面側に設けられた配線と、裏面側に設けられた配線とを電気的に接続する部材である。なお、貫通導体は、ビアと呼ばれることがある。

前述したように、放熱基材１００の表面側には、カソード配線１１１Ｆ、アノード配線１１２Ｆ、基準電位配線１１３Ｆが設けられている。放熱基材１００の裏面側には、カソード配線１１１Ｂと基準電位配線１１３Ｂとが設けられている。そして、カソード配線１１１Ｆとカソード配線１１１Ｂとは、放熱基材１００を貫通して設けられた貫通導体１１１Ｖにより電気的に接続されている。基準電位配線１１３Ｆと基準電位配線１１３Ｂとは、放熱基材１００を貫通して設けられた貫通導体（不図示）により電気的に接続されている。

そして、回路基板１０の表面上に設けられたカソード配線１１は、ハンダなどの導電性部材により、一端部が駆動部５０に接続され、他端部が放熱基材１００の裏面側に設けられたカソード配線１１１Ｂに接続されている。つまり、カソード配線１１は、駆動部５０から光源２０のカソード電極２１４側まで延びるように設けられている。カソード配線１１１Ｂは、放熱基材１００に設けられた貫通導体１１１Ｖを介してカソード配線１１１Ｆに接続されている。そして、カソード配線１１１Ｆは、光源２０のカソード電極２１４に接続されている。

図６では、図示を省略するが、放熱基材１００の表面側に設けられたアノード配線１１２Ｆは、裏面側に設けられたアノード配線と貫通導体を介して接続されている。放熱基材１００の裏面側に設けられたアノード配線は、回路基板１０の表面上に設けられたアノード配線に接続されている。そして、回路基板１０の表面上に設けられたアノード配線は、電源８２（後述する図８参照）の＋側に接続される。

一方、放熱基材１００の裏面側に設けられた基準電位配線１１３Ｂは、回路基板１０の表面側に設けられた基準電位配線１３Ｆに接続されている。そして、基準電位配線１３Ｆは、貫通導体１３Ｖを介して裏面側に設けられた基準電位配線１３Ｂに接続されている。そして、基準電位配線１３Ｂは、電源８２（後述する図８参照）の－側に接続される。

さらに、ＰＤ４０は、放熱基材１００の表面上において、カソード側がアノード配線１１２Ｆに接続されている。

以下では、放熱基材１００及び光拡散部材３０を説明する。
（放熱基材１００）
回路基板１０に用いられるガラスエポキシ樹脂の基材には、一例としてＦＲ－４と呼ばれる基材がある。この基材は、厚さが１００μｍ程度である。そして、この基材は、熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。なお、銅（Ｃｕ）の熱伝導率は、３６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。ここで示す熱伝導率は、特に記載のない場合、２５℃での値である。

放熱基材１００は、回路基板１０よりも熱伝導率が高い、絶縁性の基材である。例えば、放熱基材１００は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましく、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものがより好ましい。そして、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものがさらに好ましい。熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものとしては、熱伝導率が２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋであるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が挙げられる。また、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものとしては、熱伝導率が８５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）が挙げられる。さらに、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものとしては、熱伝導率が１５０～２５０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が挙げられる。これらを、セラミック材料と表記することがある。つまり、放熱基材１００は、全体がセラミック材料で構成されているとよい。なお、放熱基材１００は、不純物がドープされていないシリコン（Ｓｉ）など他の熱伝導率が大きい絶縁性の材料であればよい。ここでは、放熱基材１００は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であるとする。

光源２０を放熱基材１００の表面上に設けると、光源２０が発生する熱は、カソード電極２１４から、放熱基材１００の表面側に設けられたカソード配線１１１Ｆ、放熱基材１００、放熱基材１００の裏面側に設けられた基準電位配線１１３Ｂ、回路基板１０における基準電位配線１３Ｆ、貫通導体１３Ｖ及び基準電位配線１３Ｂを経由して、放熱される。つまり、放熱基材１００の裏面側に基準電位配線１１３Ｂを設けることにより、光源２０が発する熱が、回路基板１０の裏面側に設けられた基準電位配線１３Ｂに伝導する。回路基板１０の裏面側には、基準電位配線１３Ｂが回路基板１０の裏面の全面に設けられるのが一般的である。よって、回路基板１０の裏面側に設けられた基準電位配線１３Ｂから、外部に放熱される。すなわち、光源２０からの放熱が容易になる。なお、放熱基材１００の裏面側に基準電位配線１１３Ｂを設けないと、光源２０が発する熱は、回路基板１０の裏面側に設けられた基準電位配線１３Ｂに伝導しにくい。よって、放熱基材１００を用いても、光源２０の発する熱が放熱されにくい。

（光拡散部材３０）
図７は、光拡散部材３０の一例を説明する図である。図７（ａ）は、平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＢ－ＶＩＢ線での断面図である。図７（ａ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向である。そして、紙面の表面方向がｚ方向である。そして、光拡散部材３０において、＋ｚ方向側が表面又は表面側、-ｚ方向側が裏面又は裏面側である。図７（ｂ）では、紙面の右方向がｘ方向、紙面の裏面方向がｙ方向、紙面の上方向がｚ方向である。

図７（ｂ）に示すように、光拡散部材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の裏面（－ｚ方向）側に光を拡散させるための凹凸が形成された樹脂層３２とを備える。光拡散部材３０は、光源２０のＶＣＳＥＬから入射する光の拡がり角を拡げて出射する。つまり、光拡散部材３０の樹脂層３２に形成された凹凸は、光を屈折させたり、散乱させたりして、入射する光をより広い拡がり角の光として出射する。つまり、図７（ｂ）に示すように、光拡散部材３０は、裏面側から入射する、ＶＣＳＥＬから出射された拡がり角θの光を、拡がり角θより大きい拡がり角φの光として表面側から出射する（θ＜φ）。このため、光拡散部材３０を用いると、光拡散部材３０を用いない場合に比較し、光源２０の出射する光によって照射される照射領域が拡大される。拡がり角θ、φは、半値全幅（ＦＷＨＭ）である。

ここでは、光拡散部材３０の平面形状は、放熱基材１００の平面形状と同じであるとしている。なお、光拡散部材３０の厚さ（ｚ方向の厚み）ｔ_ｄは、０．１ｍｍ～１ｍｍである。なお、光拡散部材３０の平面形状は、放熱基材１００の平面形状と同じでなくてもよく、多角形や円形など、他の平面形状であってもよい。

図３、図６に示したように、光拡散部材３０は、光源２０、ＰＤ４０及びキャパシタ７１、７２を覆うように設けられている。ここで、光拡散部材３０が光源２０を覆うとは、光拡散部材３０が光源２０の出射する光の出射経路上に設けられ、光源２０が出射する光が光拡散部材３０を透過するように設けられていることを言う。つまり、光拡散部材３０の表面側から光拡散部材３０を透視して、上面視した場合に、光源２０と光拡散部材３０とが重なっている状態を言う。

ＰＤ４０は光拡散部材３０で覆われているので、ＰＤ４０は、光源２０から出射され、光拡散部材３０の裏面（－ｚ方向の面）で反射した光を受光する。よって、計測制御部８は、ＰＤ４０が受光した光量に応じた電気信号から、光源２０が予め定められた光量を出射するように制御する。

なお、光拡散部材３０は、光源２０とＰＤ４０とが覆われるように設けられてもよい。つまり、キャパシタ７１、７２を覆わなくてもよい。この場合、キャパシタ７１、７２を覆う部分は、保持部６０と同様な部材で構成された蓋としてもよい。光拡散部材３０が光源２０とＰＤ４０とを覆い、キャパシタ７１、７２を覆わないようにすれば、高価な光拡散部材３０の面積が小さくなり、発光装置４のコストが低減される。

保持部６０は、例えば樹脂などの成型部材として構成されている。そして、保持部６０は、光源２０が発光する光を吸収するように、例えば黒色に着色されているとよい。このようにすることで、光源２０が出射した光の内、保持部６０に照射された光が吸収され、保持部６０を透過したり、保持部６０で反射したりした光が被計測物に照射されることが抑制される。

次に、光源２０の駆動回路を説明する。
（光源２０の駆動回路）
光源２０をより高速に駆動させたい場合は、ローサイド駆動するのがよい。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素子を位置させた構成を言う。逆に、上流側に駆動素子を位置させた構成をハイサイド駆動と言う。

図８は、ローサイド駆動により光源２０を駆動する場合の等価回路の一例を示す図である。図８では、２個の光源２０（光源２０－１、２０－２）の場合を例として説明する。図８では、２個の光源２０（光源２０－１、２０－２）と、それぞれに設けられたキャパシタ７１、７２と、２個の光源２０を駆動する２個の駆動部５０－１、５０－２と、ＰＤ４０と、電源８２とを示している。なお、電源８２は、計測制御部８に設けられている。電源８２は、＋側を電源電位とし、－側を基準電位とする直流電圧を発生する。電源電位は、電源線８３に供給され、基準電位は、基準線８４に供給される。

以下では、光源２０－１、駆動部５０－１を光源２０、駆動部５０として、光源２０－１の部分で、光源２０の駆動回路を説明する。
光源２０は、前述したように複数のＶＣＳＥＬが並列接続されて構成されている。ＶＣＳＥＬのアノード電極２１８（図８では［Ａ］と表記する。）が電源線８３に接続されている。
駆動部５０は、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ５１と、ＭＯＳトランジスタ５１のゲートに駆動信号を供給するバッファ回路５２とを備える。ＭＯＳトランジスタ５１のドレイン（［Ｄ］と表記する。）は、ＶＣＳＥＬのカソード電極２１４（図８では［Ｋ］と表記する。）に接続されている。ＭＯＳトランジスタ５１のソース（［Ｓ］と表記する。）は、基準線８４に接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ５１のゲートは、バッファ回路５２の出力端子に接続される。つまり、ＶＣＳＥＬと駆動部５０のＭＯＳトランジスタ５１とは、電源線８３と基準線８４との間において、直列接続されている。計測制御部８から入力される駆動信号により、バッファ回路５２は、ＭＯＳトランジスタ５１をオン状態にする「Ｈレベル」と、ＭＯＳトランジスタ５１をオフ状態にする「Ｌレベル」とを出力する。

そして、複数の光源２０は、カソード（［Ｋ］）が互いに接続されている。つまり、図８では、光源２０－１のカソードと光源２０－２のカソードとが接続線８８で接続されている。接続線８８は、具体的には、図３に示すように、放熱基材１００の表面側に設けられたカソード配線１１１Ｆであって、４個の光源２０のカソードが互いに接続されている。つまり、カソード配線１１１Ｆが接続配線の一例である。

キャパシタ７１、７２は、一方の端子が電源線８３に接続され、他方の端子が基準線８４に接続されている。ここでは、キャパシタ７１、７２は、並列接続されている。

ＰＤ４０は、カソードが電源線８３に接続され、アノードが検出用抵抗素子４１の一方の端子と接続されている。そして、検出用抵抗素子４１の他方の端子が基準線８４に接続されている。つまり、ＰＤ４０と検出用抵抗素子４１とは、電源線８３と基準線８４との間に直列接続されている。そして、ＰＤ４０と検出用抵抗素子４１と接続点である出力端子４２は、計測制御部８に接続されている。出力端子４２は、ＰＤ４０が受光した光量に応じた電気信号を計測制御部８に送信する。

複数の駆動部５０の各バッファ回路５２は、駆動信号線８５により計測制御部８と接続されている。そして、計測制御部８は、駆動信号線８５に、駆動信号を送信する。なお、駆動信号線８５には、例えば、低電圧差動信号（ＬＶＤＳ：Low Voltage Differential Signal）やカレントモードロジック（ＣＭＬ：Current Mode Logic）などの差動信号を供給する。なお、差動信号を用いると、ノイズの影響を受けにくく、駆動信号が高速に伝送される。ここでは、駆動信号線８５は、１つの終端抵抗８６で終端され、この部分において複数の駆動信号線８７に分岐されている。そして、複数の駆動信号線８７のそれぞれが複数の駆動部５０の各バッファ回路５２に接続されている。つまり、複数の駆動部５０の各バッファ回路５２には、同じ駆動信号が共通に供給される。

次に、ローサイド駆動である光源２０の駆動方法を説明する。
まず、計測制御部８からの駆動信号により、駆動部５０におけるバッファ回路５２の出力が「Ｌレベル」に設定されているとする。すると、ＭＯＳトランジスタ５１はオフ状態であり、ソース（［Ｓ］）－ドレイン（［Ｄ］）間には電流が流れない。よって、ＭＯＳトランジスタ５１と直列接続されたＶＣＳＥＬにも、電流が流れない。つまり、ＶＣＳＥＬは非発光である。

キャパシタ７１、７２は、一方の端子が電源線８３に接続されて電源電位になり、他方の端子が基準線８４に接続されて基準電位になっている。よって、キャパシタ７１、７２は、電源８２から電流が流れ（電荷が供給され）て充電される。

次に、駆動部５０におけるバッファ回路５２の出力が「Ｌレベル」から「Ｈレベル」に移行すると、ＭＯＳトランジスタ５１がオフ状態からオン状態に移行する。すると、キャパシタ７１、７２と、直列接続されたＭＯＳトランジスタ５１及びＶＣＳＥＬとで閉ループが構成され、キャパシタ７１、７２に蓄積されていた電荷が、直列接続されたＭＯＳトランジスタ５１とＶＣＳＥＬとに供給される。つまり、ＶＣＳＥＬに駆動電流が流れて、ＶＣＳＥＬが発光する。この閉ループが、光源２０を駆動する駆動回路である。

そして、駆動部５０におけるバッファ回路５２の出力が「Ｈレベル」から「Ｌレベル」に移行すると、ＭＯＳトランジスタ５１がオン状態からオフ状態に移行する。これにより、キャパシタ７１、７２と、直列接続されたＭＯＳトランジスタ５１及びＶＣＳＥＬとの閉ループ（駆動回路）が開ループになり、ＶＣＳＥＬに駆動電流が流れなくなる。これにより、ＶＣＳＥＬは、発光を停止する。すると、キャパシタ７１、７２は、電源８２から電荷が供給されて充電される。

以上説明したように、バッファ回路５２の出力が「Ｈレベル」と「Ｌレベル」との間を移行する毎に、ＭＯＳトランジスタ５１がオン／オフを繰り返し、ＶＣＳＥＬが発光と非発光とを繰り返す。ＭＯＳトランジスタ５１のオン／オフの繰り返しは、スイッチングと呼ばれることがある。

上述したように、ＭＯＳトランジスタ５１をオフ状態からオン状態に移行させた際に、キャパシタ７１、７２に蓄積した電荷を一気に放電させてＶＣＳＥＬに駆動電流として供給することで、ＶＣＳＥＬを短い立ち上がり時間で発光させている。前述したように、キャパシタ７１は、容量の小さい低ＥＳＬキャパシタであり、キャパシタ７２は、容量の大きい非低ＥＳＬキャパシタである。このため、ＭＯＳトランジスタ５１をオフ状態からオン状態に移行させた際に、まずインダクタンスが小さい低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７１から電荷が供給することで、光源２０の発光の立ち上がり部分の電流を供給する。その後、インダクタンスが大きいが容量は大きい非低ＥＳＬキャパシタであるキャパシタ７２から電荷を供給することで、光源２０の光量を確保する。このようにして、光源２０の発光の立ち上がり時間を短くしている。

そして、図３に示したように、発光装置４が複数の光源２０を備える場合には、複数の駆動部５０に対して、計測制御部８から共通に制御信号を送信する。これにより、駆動部５０におけるバッファ回路５２から出力される信号（「Ｈレベル」）を同期させている。しかし、複数の光源２０や複数の駆動部５０は、特性に差があることが避けられない。このため、複数の光源２０間で、発光に遅延が生じる恐れがある。発光装置４における発光の立ち上がり時間は各光源２０の発光の和となるため、発光に遅延が生じると、発光の立ち上がり時間が長くなってしまう。

そこで、第１の実施の形態の発光装置４では、複数の光源２０のカソードを互いに接続線８８（図８参照）で接続し、光源２０のカソードの電位に差が生じにくいようにしている。このようにすることで、発光装置４における発光の立ち上がり時間が短くなるようにしている。

なお、１個の駆動部５０で複数の光源２０を並列に接続して駆動することが考えられる。しかし、前述したように、４個の光源２０では、出力が１０Ｗ前後となる。このような、高出力の駆動部では、立ち上がり時間が１ｎｓから２ｎｓとなってしまう。よって、光源２０毎に駆動部５０を設けて並列に駆動することとした。この時、立ち上がり時間を短くするために、複数の駆動部５０に共通に差動信号として制御信号を送信するとともに、複数の駆動部５０の各駆動部５０で駆動される複数の光源２０のカソードを互いに接続している。

図９は、駆動信号が伝送される駆動信号線８５と駆動部５０との接続方法を説明する図である。図９は、図３において、４個の駆動部５０を取り出して示している。
前述したように、４個の駆動部５０は、発光装置４の中心Ｏとする円Ｓ１上に配置されている。そして、回路基板１０の裏面側において、発光装置４の中心Ｏに対応する部分（中心部）の一カ所に、終端抵抗８６を設けている。そして、終端抵抗８６と計測制御部８との間に、駆動信号線８５を設けている。さらに、終端抵抗８６の両端子から、４個の駆動部５０（駆動部５０－１、５０－２、５０－３、５０－４）に対して、４個の駆動信号線８７を設けている。このようにすることで、終端抵抗８６と駆動部５０とを接続する駆動信号線８７の長さＬに差が生じにくくなるとともに、終端抵抗８６と駆動部５０とを接続する駆動信号線８７の長さが短くなる。駆動信号線８７の長さが短いと終端抵抗８６より下流側が集中定数回路として扱える。よって、複数の駆動部５０に対して終端抵抗８６を共通にしても、信号の乱れが抑制される。例えば、駆動信号線８７の長さＬが、駆動信号の波長λの１／７程度、例えば、繰り返し周波数２００ＭＨｚのパルス信号を送信する場合、１０ｍｍ以下であれば、終端抵抗８６を共通にしてもよい。なお、終端抵抗８６は、一例として１００Ωである。

なお、一般には、駆動部５０毎に終端抵抗８６を設けられる。しかし、複数の駆動部５０に共通に信号を送信すると、各駆動部５０に供給される信号の電圧が低下してしまう。よって、複数の駆動部５０と終端抵抗８６とを接続する駆動信号線８７の長さＬを短くして、終端抵抗８６を共通に設けることがよい。

以上のようにすることで、４個の光源２０を備える発光装置４において、４Ａの電流で発光装置４を発光させる場合、発光の立ち上がり時間は、５００ｐｓ以下となる。

以上では、発光装置４が４個の光源２０と４個の駆動部５０とを用いたが、これらは偶数であれば２個であってもよく、６個などであってもよい。

［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、放熱基材１００を用いた。放熱基材１００は、必ずしも用いられることを要しない。第２の実施の形態が適用される発光装置４′では、回路基板１０の表面上に光源２０などが設けられている。
他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、異なる発光装置４′を説明する。

図１０は、第２の実施の形態が適用される発光装置４′の一例を説明する図である。図１０は、発光装置４′の平面図である。なお、第１の実施の形態が適用される発光装置４と同じ機能を有する部分については、同じ符号を付す。

発光装置４′は、回路基板１０と、２個の光源２０と、４個のキャパシタ７３とを備える。さらに、発光装置４′は、保持部６０と光拡散部材３０とを備える。２個の光源２０及び４個のキャパシタ７３は、回路基板１０の表面に設けられている。そして、回路基板１０の表面には、カソード配線１１と、アノード配線１２と、基準電位配線１３Ｆとが設けられている。回路基板１０の裏面には、基準電位配線１３Ｂが設けられている。なお、基準電位配線１３Ｆと基準電位配線１３Ｂとは、不図示の貫通導体により電気的に接続されている。

発光装置４′においても、光源２０は、光源２０の中心を中心Ｏとする円Ｓ３上に配置されている。駆動部５０は、中心Ｏの円Ｓ４上に配置されている。そして、カソード配線１１は、光源２０－１のカソードと光源２０－２のカソードとを接続するように設けられている。つまり、第２の実施の形態が適用される発光装置４′においても、カソード配線１１は、接続配線の一例である。

キャパシタ７３は、低ＥＳＬキャパシタであってもよく、非低ＥＳＬキャパシタであってもよい。第１の実施の形態が適用される発光装置４と同様に、低ＥＳＬキャパシタと非低ＥＳＬキャパシタとを併用してもよい。

図１０に示す第２の実施の形態が適用される発光装置４′では、２個の光源２０と２個の駆動部５０とを用いたが、４個などの偶数であってもよい。

また、本実施の形態が適用される発光装置４では、拡散により入射する光の拡がり角を広げるように変化させて出射する光拡散部材３０を用いた。光拡散部材３０の代わりに、入射する光の方向と異なる方向に変化させて出射する回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）のような回折部材であってもよい。

１…情報処理装置、２…ユーザインターフェイス部（ＵＩ部）、３…光学装置、４、４′…発光装置、５…３Ｄセンサ、６…計測装置、８…計測制御部、９…システム制御部、１０…回路基板、１１、１１１Ｂ、１１１Ｆ…カソード配線、１２、１１２Ｆ…アノード配線、１３Ｂ、１３Ｆ、１１３Ｂ、１１３Ｆ…基準電位配線、２０…光源、３０…光拡散部材、４０…光量監視用受光素子（ＰＤ）、５０…駆動部、５１…ＭＯＳトランジスタ、５２…バッファ回路、６０…保持部、７１、７２、７３…キャパシタ、８１…三次元形状特定部、８２…電源、８３…電源線、８４…基準線、８５、８７…駆動信号線、８６…終端抵抗、８８…接続線、９１…認証処理部、１００…放熱基材、２００…半導体基板、２０２…下部ＤＢＲ、２０６…活性領域、２０８…上部ＤＢＲ、２１０…電流狭窄層、２１０Ａ…酸化領域、２１０Ｂ…導電領域、２１４…カソード電極、２１８…アノード電極、Ｍ…メサ、ＶＣＳＥＬ…垂直共振器面発光レーザ素子

Claims (15)

1. 複数の駆動部と、
   複数の前記駆動部のそれぞれに接続される複数のレーザ素子アレイと、
   前記レーザ素子アレイの前記駆動部に接続される端子を、複数の当該レーザ素子アレイ間において接続する接続配線と、
   を備える発光装置。
2. 前記駆動部は、前記レーザ素子アレイに流れる電流をオン／オフする駆動素子を備え、
   前記レーザ素子アレイと前記駆動素子とは、当該レーザ素子アレイにおける電流経路の下流側に設けられたローサイド駆動により駆動されるように接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 複数の前記レーザ素子アレイは、複数の当該レーザ素子アレイの中心を中心とする円上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 複数の前記駆動部は、複数の前記レーザ素子アレイの中心を中心とする他の円上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 複数の前記駆動部が搭載される回路基板を備え、
   前記回路基板は、
   基準電位が供給される基準電位配線と、前記接続配線と、を備え、
   複数の前記駆動部は、前記基準電位配線と前記接続配線とに共通に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記回路基板に設けられ、当該回路基板より熱伝導率が大きい放熱基材を備え、
   複数の前記レーザ素子アレイは、前記放熱基材に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 複数の前記駆動部は、共通の駆動信号が供給されて、並列に駆動されることを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置。
8. 前記駆動信号を複数の前記駆動部に分岐して供給する複数の駆動信号線を備え、
   複数の前記駆動信号線は、前記回路基板の中心部における一カ所で分岐されていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 前記駆動信号は、差動信号で供給され、
   複数の前記駆動信号線が分岐される部分に、終端抵抗が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 複数の前記レーザ素子アレイから出射された光を拡散させて出射する拡散部材を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 複数の前記レーザ素子アレイから出射された光を回折させて出射する回折部材を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 複数の前記レーザ素子アレイの光量を監視する光量監視用受光素子を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光装置。
13. 請求項１乃至１２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複数のレーザ素子アレイから出射され、被計測物で反射された反射光を受光する受光部と、
    を備える光学装置。
14. 請求項１３に記載の光学装置と、
    前記光学装置が備える複数のレーザ素子アレイから出射されてから受光部で受光されるまでの時間に基づいて、被計測物までの距離を特定する距離特定部と、
    を備える計測装置。
15. 請求項１４に記載の計測装置と、
    前記計測装置が備える距離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、
    を備える情報処理装置。