WO2021235162A1 - 発光装置および測距装置 - Google Patents

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light emitting
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lenses
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潤 岩下
英昭 茂木
仁 中村
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a light emitting device and a distance measuring device.
  • a surface emitting laser such as VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is known.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • a plurality of light emitting elements are provided in a two-dimensional array on the front surface or the back surface of a substrate.
  • a light emitting device as described above, for example, it is desirable to mold the light emitted from a plurality of light emitting elements into light having a desired illuminance distribution.
  • the problem is how to form the light in order to form it appropriately.
  • the present disclosure provides a light emitting device and a distance measuring device capable of suitably molding light from a plurality of light emitting elements.
  • the light emitting device on the first side surface of the present disclosure includes a substrate, a plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate, and a plurality of lenses provided on the second surface of the substrate.
  • the lens includes a first lens other than a spherical lens and an aspherical surface lens. This makes it possible to suitably form light, for example, the light emitted from a plurality of light emitting elements can be formed into light having a desired illuminance distribution.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements can be molded into light having a weak illuminance in the central portion by a first lens other than the spherical lens and the aspherical surface lens.
  • the first lens may be a lens having a single zone. This makes it possible, for example, to use the first lens as a conical surface lens, a pyramidal surface lens, a hyperboloid lens, a parabolic surface lens, or the like, which will be described later.
  • the first lens may be a conical surface lens, a pyramidal surface lens, a hyperboloid lens, or a parabolic surface lens. This makes it possible, for example, to form the light emitted from the plurality of light emitting elements into light having a weak illuminance in the central portion.
  • the first lens may have a shape having vertices. This makes it possible, for example, to use the above-mentioned conical surface lens, pyramidal surface lens, hyperboloid lens, parabolic surface lens, or the like as the first lens.
  • the first lens may be a lens having a plurality of zones. This makes it possible, for example, to use the first lens as a Fresnel lens, which will be described later.
  • the first lens may be a Fresnel lens. This makes it possible, for example, to form the light emitted from the plurality of light emitting elements into light having a weak illuminance in the central portion.
  • the plurality of lenses may include the first lens other than the spherical lens and the aspherical surface lens, and the second lens having a shape different from that of the first lens.
  • the light emitted from a plurality of light emitting elements is molded by the first and second lenses into light having good illuminance uniformity, that is, light having a small difference between the illuminance in the central portion and the illuminance in the peripheral portion. It becomes possible to do.
  • the second lens may be a spherical lens or an aspherical surface lens.
  • the second lens may be a spherical lens or an aspherical surface lens.
  • the plurality of lenses may have a structure that does not totally reflect the light from the light emitting element. This makes it possible, for example, to emit light from the light emitting element from the lens.
  • the plurality of lenses may include at least one of a convex lens and a concave lens. This makes it possible to form a lens, for example, by forming a convex portion or a concave portion on the second surface of the substrate by etching.
  • the light emitted from one of the plurality of light emitting elements may be incident on one corresponding lens. This makes it possible, for example, to form light from a plurality of light emitting elements for each light emitting element.
  • the light emitted from one of the plurality of light emitting elements may be incident on the corresponding plurality of lenses. This makes it possible, for example, to suitably form light even when there is unevenness in performance between light emitting elements, and to reduce the circuit scale of the drive device described later.
  • the light emitting device on the first side surface is further provided on the second surface of the substrate so as to cover the plurality of lenses, and includes a refractive index buffer layer having a refractive index lower than that of the substrate. May be. This makes it possible to widen the angle of view of the light emitting device, for example.
  • the light emitting device on the first side surface may further include a driving device that drives the plurality of light emitting elements to emit light from the plurality of light emitting elements. This makes it possible, for example, to control the operation of these light emitting elements by a driving device.
  • the drive device may be provided on the first surface side of the substrate via the plurality of light emitting elements. This makes it possible, for example, to load a substrate provided with these light emitting elements on a drive device.
  • the driving device may drive the plurality of light emitting elements for each individual light emitting element. This makes it possible to precisely control the light emitted from these light emitting elements, for example.
  • the driving device may scan the subject with the light from the plurality of light emitting elements by sequentially driving the plurality of light emitting elements. This makes it possible, for example, to use the light emitting device for distance measurement.
  • one of the plurality of lenses receives light emitted from one corresponding light emitting element, and the position of the optical axis of at least one of the lenses is the position of the corresponding light emitting element. It may be deviated from the position of the optical axis. This makes it possible to change the direction in which light is emitted from the lens, for example, due to the deviation of these optical axes.
  • one of the plurality of lenses may receive light emitted from a plurality of corresponding light emitting elements. This makes it possible to change the direction in which light is emitted from the lens, for example, according to the position of the light emitting element.
  • the distance measuring device on the second side of the present disclosure includes a light emitting device that irradiates a subject with light, an image pickup device that receives light reflected by the subject and images the subject, and outputs from the image pickup device.
  • a control device for measuring the distance to the subject using an image signal is provided, and the light emitting device includes a substrate, a plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate, and emitting the light, and the light emitting element.
  • a plurality of lenses provided on the second surface of the substrate and forming the light are provided, and the plurality of lenses include a first lens other than a spherical lens and an elliptical surface lens.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements can be formed into the light having a desired illuminance distribution.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements can be molded into light having a weak illuminance in the central portion by a first lens other than the spherical lens and the aspherical surface lens.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device according to a first embodiment.
  • the distance measuring device of FIG. 1 includes a light emitting device 1, an image pickup device 2, and a control device 3.
  • the distance measuring device of FIG. 1 irradiates the subject with the light emitted from the light emitting device 1.
  • the image pickup apparatus 2 receives the light reflected by the subject and images the subject.
  • the control device 3 measures (calculates) the distance to the subject using the image signal output from the image pickup device 2.
  • the light emitting device 1 functions as a light source for the image pickup device 2 to take an image of a subject.
  • the light emitting device 1 includes a light emitting unit 11, a drive circuit 12, a power supply circuit 13, and a light emitting side optical system 14.
  • the image pickup apparatus 2 includes an image sensor 21, an image processing unit 22, and an image pickup side optical system 23.
  • the control device 3 includes a ranging unit 31.
  • the light emitting unit 11 emits a laser beam for irradiating the subject.
  • the light emitting unit 11 of the present embodiment includes a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional array, and each light emitting element has a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) structure. The light emitted from these light emitting elements irradiates the subject.
  • the light emitting unit 11 of the present embodiment is provided in a chip called an LD (Laser Diode) chip 41.
  • LD Laser Diode
  • the drive circuit 12 is an electric circuit that drives the light emitting unit 11.
  • the power supply circuit 13 is an electric circuit that generates a power supply voltage of the drive circuit 12.
  • the power supply circuit 13 generates a power supply voltage from the input voltage supplied from the battery in the distance measuring device, and the drive circuit 12 drives the light emitting unit 11 using this power supply voltage. ..
  • the drive circuit 12 of the present embodiment is provided in a substrate called an LDD (Laser Diode Driver) substrate 42.
  • the drive circuit 12 and the LDD board 42 are examples of the drive device of the present disclosure.
  • the light emitting side optical system 14 includes various optical elements, and irradiates the subject with light from the light emitting unit 11 via these optical elements.
  • the image pickup side optical system 23 includes various optical elements, and receives light from the subject through these optical elements.
  • the image sensor 21 receives light from the subject via the image pickup side optical system 23, and converts this light into an electric signal by photoelectric conversion.
  • the image sensor 21 is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor.
  • the image sensor 21 of the present embodiment converts the above electronic signal from an analog signal to a digital signal by A / D (Analog to Digital) conversion, and outputs an image signal as a digital signal to the image processing unit 22.
  • the image sensor 21 of the present embodiment outputs a frame synchronization signal to the drive circuit 12, and the drive circuit 12 emits light from the light emitting unit 11 at a timing corresponding to the frame cycle of the image sensor 21 based on the frame synchronization signal.
  • the image processing unit 22 performs various image processing on the image signal output from the image sensor 21.
  • the image processing unit 22 includes, for example, an image processing processor such as a DSP (Digital Signal Processor).
  • DSP Digital Signal Processor
  • the control device 3 controls various operations of the distance measuring device of FIG. 1, for example, controlling the light emitting operation of the light emitting device 1 and the imaging operation of the image pickup device 2.
  • the control device 3 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (ReadOnlyMemory), a RAM (RandomAccessMemory), and the like.
  • the distance measuring unit 31 measures the distance to the subject based on the image signal output from the image sensor 21 and subjected to image processing by the image processing unit 22.
  • the distance measuring unit 31 employs, for example, an STL (Structured Light) method or a ToF (Time of Flight) method as the distance measuring method.
  • the distance measuring unit 31 may further measure the distance between the distance measuring device and the subject for each portion of the subject based on the above image signal to specify the three-dimensional shape of the subject.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • a in FIG. 2 shows a first example of the structure of the light emitting device 1 of the present embodiment.
  • the light emitting device 1 of this example includes the above-mentioned LD chip 41 and LDD substrate 42, a mounting substrate 43, a heat radiating substrate 44, a correction lens holding portion 45, one or more correction lenses 46, and a wiring 47. ing.
  • a in FIG. 2 shows an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are perpendicular to each other.
  • the X and Y directions correspond to the horizontal direction (horizontal direction), and the Z direction corresponds to the vertical direction (vertical direction). Further, the + Z direction corresponds to the upward direction, and the ⁇ Z direction corresponds to the downward direction.
  • the ⁇ Z direction may or may not exactly coincide with the direction of gravity.
  • the LD chip 41 is arranged on the mounting board 43 via the heat radiating board 44, and the LDD board 42 is also arranged on the mounting board 43.
  • the mounting board 43 is, for example, a printed circuit board.
  • the image sensor 21 and the image processing unit 22 of FIG. 1 are also arranged on the mounting board 43 of the present embodiment.
  • the heat dissipation substrate 44 is, for example, a ceramic substrate such as an Al 2 O 3 (aluminum oxide) substrate or an AlN (aluminum nitride) substrate.
  • the correction lens holding portion 45 is arranged on the heat radiating substrate 44 so as to surround the LD chip 41, and holds one or more correction lenses 46 above the LD chip 41. These correction lenses 46 are included in the light emitting side optical system 14 (FIG. 1) described above. The light emitted from the light emitting unit 11 (FIG. 1) in the LD chip 41 is corrected by these correction lenses 46 and then applied to the subject (FIG. 1). As an example, A in FIG. 2 shows two correction lenses 46 held by the correction lens holding portion 45.
  • the wiring 47 is provided on the front surface, the back surface, the inside, etc. of the mounting board 41, and electrically connects the LD chip 41 and the LDD board 42.
  • the wiring 47 is, for example, a printed wiring provided on the front surface or the back surface of the mounting board 41, or a via wiring penetrating the mounting board 41.
  • the wiring 47 of the present embodiment further passes through the inside or the vicinity of the heat dissipation board 44.
  • FIG. 2 shows a second example of the structure of the light emitting device 1 of the present embodiment.
  • the light emitting device 1 of this example has the same components as the light emitting device 1 of the first example, but includes a bump 48 instead of the wiring 47.
  • the LDD board 42 is arranged on the heat dissipation board 44, and the LD chip 41 is arranged on the LDD board 42.
  • the LD chip 41 is arranged on the LDD substrate 42 in this way, it is possible to reduce the size of the mounting substrate 44 as compared with the case of the first example.
  • the LD chip 41 is arranged on the LDD substrate 42 via the bump 48, and is electrically connected to the LDD substrate 42 by the bump 48.
  • the bump 48 is made of, for example, gold (Au).
  • the light emitting device 1 of the present embodiment will be described as having the structure of the second example shown in B of FIG.
  • the following description is also applicable to the light emitting device 1 having the structure of the first example, except for the description of the structure peculiar to the second example.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 shown in FIG. 2B.
  • FIG. 3 shows a cross section of the LD chip 41 and the LDD substrate 42 in the light emitting device 1.
  • the LD chip 41 includes a substrate 51, a laminated film 52, a plurality of light emitting elements 53, a plurality of anode electrodes 54, and a plurality of cathode electrodes 55.
  • the LDD substrate 42 includes a substrate 61 and a plurality of connection pads 62.
  • the lens 71 which will be described later, is not shown (see FIG. 4).
  • the substrate 51 is a compound semiconductor substrate such as a GaAs (gallium arsenide) substrate.
  • FIG. 3 shows the front surface S1 of the substrate 51 facing the ⁇ Z direction and the back surface S2 of the substrate 51 facing the + Z direction.
  • the surface S1 is an example of the first surface of the present disclosure.
  • the back surface S2 is an example of the second surface of the present disclosure.
  • the laminated film 52 includes a plurality of layers laminated on the surface S1 of the substrate 51. Examples of these layers are an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, a light reflecting layer, an insulating layer having a light emission window, and the like.
  • the laminated film 52 includes a plurality of mesa portions M protruding in the ⁇ Z direction. A part of these mesas portions M is a plurality of light emitting elements 53.
  • the light emitting element 53 is provided on the surface S1 of the substrate 51 as a part of the laminated film 52.
  • the light emitting element 53 of the present embodiment has a VCSEL structure and emits light in the + Z direction. As shown in FIG. 3, the light emitted from the light emitting element 53 passes through the substrate 51 from the front surface S1 to the back surface S2, and is incident on the correction lens 46 (FIG. 2) from the substrate 51.
  • the LD chip 41 of the present embodiment is a back-illuminated type VCSEL chip.
  • the anode electrode 54 is formed on the lower surface of the light emitting element 53.
  • the cathode electrode 55 is formed on the lower surface of the mesa portion M other than the light emitting element 53, and extends from the lower surface of the mesa portion M to the lower surface of the laminated film 52 between the mesa portions M.
  • Each light emitting element 53 emits light by flowing a current between the corresponding anode electrode 54 and the corresponding cathode electrode 55.
  • the LD chip 41 is arranged on the LDD board 42 via the bump 48, and is electrically connected to the LDD board 42 by the bump 48.
  • the connection pad 62 is formed on the substrate 61 included in the LDD substrate 42, and the mesa portion M is arranged on the connection pad 62 via the bump 48.
  • the substrate 61 is, for example, a semiconductor substrate such as a silicon (Si) substrate.
  • the connection pad 62 is made of, for example, copper (Cu).
  • the LDD board 42 includes a drive circuit 12 that drives the light emitting unit 11 (FIG. 1).
  • FIG. 3 schematically shows a plurality of switch SWs included in the drive circuit 12. Each switch SW is electrically connected to the corresponding light emitting element 53 via the bump 48.
  • the drive circuit 12 of the present embodiment can control (on / off) these switch SWs for each individual switch SW. Therefore, the drive circuit 12 of the present embodiment can drive a plurality of light emitting elements 53 for each individual light emitting element 53. This makes it possible to precisely control the light emitted from the light emitting unit 11, for example, by causing only the light emitting element 53 required for distance measurement to emit light.
  • Such individual control of the light emitting element 53 can be realized by arranging the LDD substrate 42 below the LD chip 41 so that each light emitting element 53 can be easily electrically connected to the corresponding switch SW. ing.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • Both A and B in FIG. 4 show a cross section of the LD chip 41 and the LDD substrate 42 in the light emitting device 1 as in FIG.
  • the anode electrode 54, the cathode electrode 55, and the connection pad 62 are not shown.
  • the LD chip 41 is provided with the above-mentioned plurality of light emitting elements 53 on the front surface S1 of the substrate 51, and is provided with the plurality of lenses 71 on the back surface S2 of the substrate 51. These lenses 71 are arranged in a two-dimensional array like the light emitting element 53.
  • the lens 71 shown in FIG. 4A has a one-to-one correspondence with the light emitting element 53, and each of the lenses 71 is arranged in the + Z direction of one light emitting element 53.
  • these lenses 71 are provided on the back surface S2 of the substrate 51 as a part of the substrate 51.
  • these lenses 71 are convex lenses, and are formed as a part of the substrate 51 by etching the back surface S2 of the substrate 51 into a convex shape.
  • the lens 71 can be easily formed by forming the lens 71 by etching the substrate 51.
  • An example of the lens 71 other than the convex lens and an example of the processing method of the substrate 51 other than the etching process will be described later.
  • the lens 71 shown in A of FIG. 4 is a lens other than a spherical lens and an elliptical surface lens, and is, for example, a conical surface lens. Therefore, the lens 71 shown in FIG. 4A is formed by providing a convex portion having a conical shape (cone shape) on the back surface S2 of the substrate 51.
  • These lenses 71 are examples of the first lens of the present disclosure. The details of the shape of these lenses 71 will be described later.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements 53 is transmitted from the front surface S1 to the back surface S2 in the substrate 51 and is incident on the plurality of lenses 71.
  • the light emitted from each light emitting element 53 is incident on one corresponding lens 71. This makes it possible to mold the light emitted from the plurality of light emitting elements 53 for each of the light emitting elements 53.
  • the light that has passed through the plurality of lenses 71 passes through the correction lens 46 (FIG. 2) and is applied to the subject (FIG. 1).
  • the LD chip 41 is provided with the above-mentioned plurality of light emitting elements 53 on the front surface S1 of the substrate 51, and is provided with the plurality of lenses 71 on the back surface S2 of the substrate 51. Further, these lenses 71 are arranged in a two-dimensional array like the light emitting element 53.
  • the lens 71 shown in FIG. 4B has an n-to-1 correspondence with the light emitting element 53, and n lenses 71 are arranged in the + Z direction of one light emitting element 53 (n is 2 or more). Integer). The value of n is 4 here, but other values may be used.
  • the shape of the lens 71 shown in FIG. 4B is the same as the shape of the lens 71 shown in FIG. 4A.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements 53 is transmitted from the front surface S1 to the back surface S2 in the substrate 51 and is incident on the plurality of lenses 71.
  • the light emitted from one light emitting element 53 is incident on the corresponding n lenses 71.
  • the light emitting device 1 of the present embodiment will be described as being provided with a lens 71 and a light emitting element 53 corresponding to n to 1 as in the example of B in FIG.
  • the following description is also applicable to the light emitting device 1 having the structure of the example of FIG. 4A, except for the explanation of the structure peculiar to the example of B of FIG.
  • the shape of the lens 71 of the present embodiment is compared with the shape of the lens 71 of the comparative example.
  • FIG. 5 is a perspective view and a cross-sectional view showing an example of the shape of the lens 71 of the comparative example.
  • the lens 71 shown in FIGS. 5A and 5B is a spherical lens.
  • the lens 71 is formed by providing a convex portion having the shape of a part of a sphere on the back surface S2 of the substrate 51.
  • FIG. 5B shows the center P1 and the radius r of this sphere.
  • the radius r corresponds to the radius of curvature of the lens 71.
  • the optical axis of the lens 71 is parallel in the Z direction in A and B in FIG. 5, but may be non-parallel in the Z direction.
  • FIG. 6 is a perspective view and a cross-sectional view showing another example of the shape of the lens 71 of the comparative example.
  • the lens 71 shown in FIGS. 6A and 6B is an elliptical surface lens.
  • the lens 71 is formed by providing a convex portion having the shape of a part of an ellipsoid on the back surface S2 of the substrate 51.
  • B in FIG. 6 shows the center P2 of this ellipsoid and a and c in the above formula.
  • It is desirable that the lens 71 shown in FIGS. 6A and 6 has a structure that does not totally reflect the light from the corresponding light emitting element 53.
  • the optical axis of the lens 71 is parallel in the Z direction in A and B in FIG. 6, but may be non-parallel in the Z direction.
  • FIG. 7 is a plan view and a graph for explaining the operation of the light emitting device 1 of the comparative example.
  • a of FIG. 7 shows a state in which a plurality of lenses (spherical lenses) 71 having the shapes shown in A and B of FIG. 5 are provided on the back surface S2 of the substrate 51 in a two-dimensional array.
  • these lenses 71 are arranged in a square grid inclined with respect to the X direction and the Y direction.
  • B in FIG. 7 shows the illuminance distribution (illuminance profile) of light in the XY plane above these lenses 71.
  • C in FIG. 7 shows one cross section (for example, X cross section) of this illuminance distribution.
  • the horizontal axis represents the angle of view (FOV: Field of View) of the ranging device, and the vertical axis represents the illuminance of light.
  • each lens 71 is a spherical lens
  • the illuminance distribution of the entire light emitted from the plurality of light emitting elements 53 through the plurality of lenses 71 has a shape as shown in FIGS. 7B and C.
  • the illuminance in the central portion is strong and the illuminance in the peripheral portion is weak.
  • B represents a region A1 (peripheral portion) with low illuminance as a sparse dot group, and a region A2 (central portion) with high illuminance represented by a dense dot group.
  • the light having a strong illuminance in the central portion is emitted from the plurality of lenses 71. If it is not desirable to use light with such an illuminance distribution, for example, if light with such an illuminance distribution is not suitable for distance measurement, shaping the light to have a different illuminance distribution. Is required.
  • FIG. 8 is a perspective view and a cross-sectional view showing an example of the shape of the lens 71 of the first embodiment.
  • the lens 71 shown in FIGS. 8A and 8B is a conical lens.
  • the lens 71 is formed by providing a convex portion having a conical shape on the back surface S2 of the substrate 51.
  • FIG. 8B shows the apex V1 and the apex angle ⁇ of this cone. It is desirable that the lens 71 shown in FIGS. 8A and 8 has a structure that does not totally reflect the light from the corresponding light emitting element 53.
  • the lens 71 without total reflection can be realized, for example, by setting the apex angle ⁇ to 147.3 degrees or more.
  • the optical axis of the lens 71 is parallel in the Z direction in A and B in FIG. 8, but may be non-parallel in the Z direction.
  • FIG. 9 is a perspective view and a cross-sectional view showing another example of the shape of the lens 71 of the first embodiment.
  • the lens 71 shown in FIGS. 9A and 9 is a hyperboloid lens and has a conic coefficient smaller than -1.
  • the lens 71 is formed by providing a convex portion having a hyperboloidal shape on the back surface S2 of the substrate 51.
  • B in FIG. 9 shows the apex V2 of this hyperboloid.
  • the optical axis of the lens 71 is parallel in the Z direction in A and B in FIG. 9, but may be non-parallel in the Z direction. Further, the lens 71 may be a parabolic lens instead of a hyperboloid lens.
  • FIG. 10 is a perspective view and a cross-sectional view showing another example of the shape of the lens 71 of the first embodiment.
  • the lens 71 shown in FIGS. 10A and 10B is a pyramid lens, for example, a quadrangular pyramid lens.
  • the lens 71 is formed by providing a convex portion having a pyramid shape (pyramid shape) on the back surface S2 of the substrate 51.
  • FIG. 10B shows the apex V3 and the apex angle ⁇ of this pyramid. It is desirable that the lens 71 shown in FIGS. 10A and 10B has a structure that does not totally reflect the light from the corresponding light emitting element 53.
  • the lens 71 without total reflection can be realized, for example, by setting the apex angle ⁇ to a predetermined value or more.
  • the optical axis of the lens 71 is parallel in the Z direction in A and B in FIG. 10, but may be non-parallel in the Z direction. Further, the lens 71 may be a pyramid lens other than the quadrangular pyramid lens.
  • FIG. 11 is a perspective view and a cross-sectional view showing another example of the shape of the lens 71 of the first embodiment.
  • the lens 71 shown in FIGS. 11A and 11B is a Fresnel lens.
  • 11A and B show the Fresnel zones Z1 to Z3 and the center P3 of the Fresnel lens.
  • the lens 71 is formed by providing a convex portion having the shape of Fresnel zones Z1 to Z3 on the back surface S2 of the substrate 51. It is desirable that the lens 71 shown in FIGS. 11A and 11B has a structure that does not totally reflect the light from the corresponding light emitting element 53.
  • the optical axis of the lens 71 is parallel in the Z direction in A and B in FIG. 11, but may be non-parallel in the Z direction.
  • each lens 71 of the present embodiment may have only a single zone as shown in FIGS. 8 to 10, or may have a plurality of zones as shown in FIG. 11. May be good. In the latter case, each lens 71 of the present embodiment may be a lens other than the Fresnel lens.
  • FIG. 12 is a plan view and a graph for explaining the operation of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • a of FIG. 12 shows a state in which a plurality of lenses (conical lenses) 71 having the shapes shown in A and B of FIG. 8 are provided on the back surface S2 of the substrate 51 in a two-dimensional array.
  • these lenses 71 are arranged in a square grid parallel to the X direction and the Y direction.
  • B in FIG. 12 shows the illuminance distribution (illuminance profile) of light in the XY plane above these lenses 71.
  • C in FIG. 12 shows one cross section (for example, X cross section) of this illuminance distribution.
  • the horizontal axis represents the angle of view (FOV) of the distance measuring device, and the vertical axis represents the illuminance of light.
  • each lens 71 is a conical lens
  • the illuminance distribution of the entire light emitted from the plurality of light emitting elements 53 through the plurality of lenses 71 has a shape as shown in B and C of FIG.
  • the illuminance in the central part is weak and the illuminance in the peripheral part is strong.
  • B in the peripheral portion represents a region B1 in which the illuminance is weak as a sparse dot group
  • a region B2 in the peripheral portion in which the illuminance is strong is represented by a dense dot group.
  • the light having a weak illuminance in the central portion is emitted from the plurality of lenses 71. Therefore, according to the present embodiment, by using a conical lens instead of the spherical lens, it is possible to obtain light having an illuminance distribution different from the illuminance distribution obtained by the spherical lens. Specifically, according to the present embodiment, it is possible to obtain light having a weak illuminance in the central portion instead of light having a strong illuminance in the central portion.
  • the light of this embodiment can be used, for example, in the manner shown in FIGS. 13 and 14.
  • FIG. 13 is a plan view and a graph for explaining the operation of the light emitting device 1 of the first modification of the first embodiment.
  • a in FIG. 13 shows a state in which a plurality of lenses 71 are provided in a two-dimensional array on the back surface S2 of the substrate 51.
  • These lenses 71 include a plurality of lenses (spherical lenses) L1 having the shapes shown in FIGS. 5A and 5 and a plurality of lenses (conical lenses) L2 having the shapes shown in FIGS. 8A and B. I'm out.
  • the lens L1 is arranged in the region of the back surface S2 of the substrate 51 on the + Y direction side
  • the lens L2 is arranged in the region of the back surface S2 of the substrate 51 on the ⁇ Y direction side.
  • the lens L1 is arranged in a square grid inclined with respect to the X and Y directions
  • the lens L2 is arranged in a square grid parallel to the X and Y directions.
  • B in FIG. 13 shows the illuminance distribution (illuminance profile) of light in the XY plane above these lenses 71.
  • C in FIG. 13 shows one cross section (for example, X cross section) of this illuminance distribution.
  • the horizontal axis represents the angle of view (FOV) of the distance measuring device, and the vertical axis represents the illuminance of light.
  • the lens L1 is a spherical lens and the lens L2 is a conical lens
  • the illuminance distribution of the entire light emitted from the plurality of light emitting elements 53 through the plurality of lenses 71 is shown in B and C of FIG. It will be as shown.
  • This illuminance distribution has good illuminance uniformity, and the difference between the illuminance in the central portion and the illuminance in the peripheral portion is small.
  • B represents the regions C1 and C3 with low illuminance in the central portion and the peripheral portion as sparse dot groups, and the regions C2 and C4 with strong illuminance in the central portion and the peripheral portion as dense dot groups. There is.
  • the lens L1 is an elliptical surface lens and the lens L2 is a hyperboloid lens, a parabolic lens, a prismatic lens, or a Fresnel lens.
  • the lens L2 is an example of the first lens of the present disclosure
  • the lens L1 is an example of the second lens of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the operation of the light emitting device 1 of the first modification of the first embodiment.
  • a in FIG. 14 shows a cross section of the substrate 51 and the like shown in A in FIG. Specifically, A in FIG. 14 shows a plurality of lenses L1, one light emitting element 53 corresponding to these lenses L1, a plurality of lenses L2, and another light emitting element corresponding to these lenses L2. It shows 53. A of FIG. 14 further shows the light I1 transmitted through the lens L1, the light L2 transmitted through the lens L2, and the propagation distance D1 of the light II and the light I2. Similarly, B in FIG. 14 also shows the light I1 transmitted through the lens L1, the light L2 transmitted through the lens L2, and the propagation distance D2 of the light II and the light I2. However, D2> D1.
  • a in FIG. 14 shows the propagation of light II and light I2 (NFP: near field pattern) in a region close to the light emitting device 41.
  • B in FIG. 14 shows the propagation of light II and light I2 (FFP: fur field pattern) in a region far from the light emitting device 41.
  • the light I1 and the light I2 can be regarded as emitted from the same point.
  • the illuminance distributions shown in FIGS. 13B and 13 generally have a shape in which the illuminance distributions shown in B and C in FIG. 7 and the illuminance distributions shown in B and C in FIG. 12 are superimposed. This indicates that the light from the plurality of lenses 71 of this modification is obtained by superimposing the light I1 and the light I2 from the same point.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 15 shows a cross section similar to that of A in FIG.
  • the lens 71 of this modification includes a plurality of lenses L3 which are spherical lenses of concave lenses and a plurality of lenses L4 which are conical lenses of concave lenses.
  • the lens 71 may be a concave lens instead of the convex lens.
  • the lens L4 is an example of the first lens of the present disclosure
  • the lens L3 is an example of the second lens of the present disclosure.
  • the lens L3 may be an elliptical face lens of a concave lens.
  • the lens L4 may be a concave lens, a hyperboloid lens, a parabolic lens, a pyramidal lens, or a Fresnel lens.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing method of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 16A shows a state in which the resist film 72 is processed into a plurality of resist patterns L2'having a conical shape.
  • the substrate 51 is processed by etching using the patterned resist film 72 as a mask (FIG. 16 (c)), and as a result, the resist pattern L2'is transferred to the back surface S2 of the substrate 51, and the substrate 51 A plurality of lenses 71 are formed on the back surface S2.
  • These lenses 71 are lenses L2 (conical surface lenses) having a conical shape, reflecting that the resist pattern L2'has a conical shape.
  • the lens 71 in this example may include a lens other than the conical lens.
  • the substrate 51 is indirectly processed by using the resist film 72, but the substrate 51 may be directly processed without using the resist film 72 as in the following two examples.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another example of the manufacturing method of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • a laminated film 52, a light emitting element 53, and the like are formed on the front surface S1 of the substrate 51, and then the back surface S2 of the substrate 51 is processed by the beam B ((a) in FIG. 17).
  • beam B are a laser beam and an electron beam.
  • the area other than the area where the lens 71 is arranged is processed by the beam B.
  • a convex lens is formed as the lens 71 on the back surface S2 of the substrate 51 (FIG. 17 (b)).
  • the lens 71 shown in FIG. 17B is a lens L2 (conical surface lens) having a conical shape.
  • the lens 71 in this example may include a lens other than the conical lens.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing another example of the manufacturing method of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • a laminated film 52, a light emitting element 53, and the like are formed on the front surface S1 of the substrate 51, and then the back surface S2 of the substrate 51 is processed by the beam B ((a) in FIG. 18).
  • beam B are a laser beam and an electron beam.
  • the area where the lens 71 is placed is processed by the beam B.
  • a concave lens is formed as the lens 71 on the back surface S2 of the substrate 51 (FIG. 17 (b)).
  • the lens 71 shown in FIG. 17B is a lens L4 (conical surface lens) having a conical shape.
  • the lens 71 in this example may include a lens other than the conical lens.
  • FIG. 19 is a plan view showing an example of the arrangement of the lens 71 of the first embodiment.
  • reference numeral ⁇ indicates a region on the back surface S2 of the substrate 51 in which the first type lens 71 (for example, a spherical lens) is arranged, and reference numeral ⁇ is on the back surface S2 of the substrate 51.
  • the region where the second type lens 71 (for example, a conical lens) is arranged is shown, and the reference numeral ⁇ indicates that the third type lens 71 (for example, a pyramidal lens) is arranged on the back surface S2 of the substrate 51.
  • these regions are referred to as "spherical region ⁇ ", “conical region ⁇ ", and "pyramid region ⁇ ".
  • the back surface S2 of the substrate 51 is divided into two regions, one region is a spherical region ⁇ and the other region is a conical region ⁇ .
  • the spherical region ⁇ includes (N / 2) ⁇ M lenses 71
  • the conical region ⁇ is (N / 2).
  • ⁇ M lenses 71 are included (N and M are integers of 2 or more).
  • the back surface S2 of the substrate 51 is divided into four regions
  • the back surface S2 of the substrate 51 is divided into two regions.
  • the back surface S2 of the substrate 51 is divided into three regions, and these regions are a spherical region ⁇ , a conical region ⁇ , and a pyramid region ⁇ .
  • the spherical region ⁇ includes (N / 3) ⁇ M lenses 71
  • the conical region ⁇ is (N / 3).
  • ⁇ M lenses 71 are included
  • the pyramid region ⁇ includes (N / 3) ⁇ M lenses 71.
  • E of FIG. 19 the back surface S2 of the substrate 51 is divided into three regions
  • F of FIG. 19 the back surface S2 of the substrate 51 is divided into three regions.
  • the back surface S2 of the substrate 51 is divided into several regions.
  • the back surface S2 of the substrate 51 is subdivided into a large number of regions.
  • G in FIG. 19 shows a region for four lenses 71 on the back surface S2 of the substrate 51.
  • this region is divided into two spherical regions ⁇ and two conical regions ⁇ .
  • each spherical region ⁇ includes one lens 71
  • each conical region ⁇ includes one lens 71.
  • the light emitting device 1 of this example includes a plurality of unit regions on the back surface S2 of the substrate 51, and each unit region has the structure shown in G in FIG. That is, in the light emitting device 1 of this example, the structure shown in G in FIG. 19 is repeated in the X direction (horizontal direction of G in FIG. 19) and the Y direction (vertical direction of G in FIG. 19).
  • H to L This is the same for H to L in FIG.
  • the structure shown in H of FIG. 19 is repeated in the X direction and the Y direction.
  • the structure shown in FIGS. 19A to 19 has an advantage that the wiring in the LDD board 42 can be easily laid out, for example.
  • the structures shown in FIGS. 19G to L have an advantage that, for example, the bias of the position of light can be suppressed.
  • FIG. 20 is a plan view showing an example of the arrangement of the lens 71 of the first embodiment.
  • the lens 71 shown in A of FIG. 20 includes only the main lens 71a.
  • the main lens 71a shown in FIG. 20A is, for example, a spherical lens. These main lenses 71a are arranged in a square grid shape inclined with respect to the X direction (horizontal direction of A in FIG. 20) and the Y direction (vertical direction of A in FIG. 20).
  • the lens 71 shown in B of FIG. 20 also includes only the main lens 71a.
  • the main lens 71a shown in FIG. 20B is, for example, a conical lens. These main lenses 71a are arranged in a square grid parallel to the X direction and the Y direction.
  • the lens 71 shown in C of FIG. 20 includes a secondary lens 71b smaller than the main lens 71a in addition to the main lens 71a shown in B of FIG. 20.
  • the sub-lens 71b shown in FIG. 20C is, for example, a spherical lens. According to this example, it is possible to realize a light emitting device 1 having the same operation as the light emitting device 1 of the first modification described above.
  • the sub-lens 71b shown in FIG. 20C is arranged in a square grid pattern in the gap between the main lenses 71a.
  • the lens 71 shown in FIG. 20D includes a secondary lens 71c smaller than the secondary lens 71b in addition to the primary lens 71a and the secondary lens 71b shown in FIG. 20C.
  • the sub-lens 71c shown in D of FIG. 20 is, for example, a pyramidal lens. According to this example, for example, it is possible to obtain light having better illuminance uniformity than the light of the first modification described above.
  • the sub-lens 71c shown in FIG. 20D is arranged in a square grid pattern in the gap between the main lens 71a and the sub-lens 71b.
  • the lens 71 shown in E in FIG. 20 includes only the main lens 71a.
  • the main lens 71a shown in E in FIG. 20 is, for example, a conical lens. These main lenses 71a are arranged in a hexagonal close-packed grid pattern.
  • the lens 71 shown in F of FIG. 20 includes a secondary lens 71b smaller than the main lens 71a in addition to the main lens 71a shown in E of FIG. 20.
  • the sub-lens 71b shown in F of FIG. 20 is, for example, a spherical lens. According to this example, it is possible to realize a light emitting device 1 having the same operation as the light emitting device 1 of the first modification described above.
  • the sub-lens 71b shown in F of FIG. 20 is arranged in the gap between the main lenses 71a.
  • the lens 71 shown in G in FIG. 20 includes only the main lens 71a.
  • the main lens 71a shown in G in FIG. 20 is, for example, a quadrangular pyramid lens. These main lenses 71a are arranged in a fly-eye shape.
  • the lens 71 shown in H of FIG. 20 includes only the main lens 71a, similarly to the lens 71 shown in G of FIG. 20.
  • the light emitting device 1 of this example further includes a facet portion 73 having a plurality of facet surfaces between the main lenses 71a.
  • the main lens 71a shown in H in FIG. 20 is, for example, an octagonal pyramidal lens.
  • the facet portion 73 of this example has a concave pyramid shape and has an action of scattering light without traveling straight.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view and a graph for explaining the operation of the lens 71 of the first embodiment.
  • a of FIG. 21 shows one of the plurality of lenses 71 of the light emitting device 1 shown in A of FIG. 14, and specifically, shows a lens L1 (convex spherical lens).
  • the light emitting device 1 includes a refractive index buffer layer 74 formed on the back surface S2 of the substrate 51.
  • the refractive index buffer layer 74 of the present embodiment is formed on substantially the entire surface of the back surface S2 of the substrate 51 and covers each lens 71. Further, the refractive index buffer layer 74 of the present embodiment has a flat upper surface, and the upper surface is exposed to air.
  • the refractive index buffer layer 74 is formed to reduce the change in the refractive index from the inside to the outside of the substrate 51. Therefore, the refractive index of the refractive index buffer layer 74 is set lower than the refractive index of the substrate 51, and here, it is set to a value between the refractive index of the substrate 51 and the refractive index of air.
  • the substrate 51 is a GaAs substrate, and the refractive index of the substrate 51 is 3.55. Therefore, the refractive index of the refractive index buffer layer 74 of the present embodiment is set lower than 3.55.
  • the refractive index buffer layer 74 of this embodiment is, for example, a SiN (silicon nitride) film.
  • a in FIG. 21 indicates the path of light refracted by the lens 71 and the refractive index buffer layer 74 with arrows.
  • the inclination of the light with respect to the Z direction becomes larger when the light is emitted from the refractive index buffer layer 74. ing. This has the effect of widening the angle of view (FOV) of the ranging device.
  • FOV angle of view
  • B and C in FIG. 21 show the simulation results when the refractive index buffer layer 74 is provided on the lens 71 of A in FIG. 21 by white circles, and the refractive index buffer layer 74 is provided on the lens 71 of A in FIG. 21.
  • the simulation results when there is no such thing are shown by black circles.
  • the horizontal axes of B and C in FIG. 21 indicate the radius of curvature r of the lens 71.
  • the vertical axis of B in FIG. 21 shows the intensity of light transmitted through the lens 71 and the refractive index buffer layer 74 (white circles) and the intensity of light transmitted through the lens 71 (black circles).
  • the vertical axis of C in FIG. 21 indicates the angle of view (white circle) of the distance measuring device by the light transmitted through the lens 71 and the refractive index buffer layer 74 and the angle of view (black circle) of the distance measuring device by the light transmitted through the lens 71. Shows.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining the operation of the lens 71 of the first embodiment.
  • a in FIG. 22 shows one of the plurality of lenses 71 of the light emitting device 1 shown in FIG. 15, and specifically, shows the lens L3 (concave spherical lens).
  • FIG. 22B shows one of the plurality of lenses 71 of the light emitting device 1 shown in FIG. 14A, and specifically shows the lens L2 (convex conical lens).
  • FIG. 22C shows one of the plurality of lenses 71 of the light emitting device 1 shown in FIG. 15, specifically, a lens L4 (concave conical lens).
  • the light emitting device 1 includes the refractive index buffer layer 74 formed on the back surface S2 of the substrate 51.
  • a to C in FIG. 22 indicate the path of light refracted by the lens 71 and the refractive index buffer layer 74 with arrows.
  • FIGS. 22A to C when the light emitted from the lens 71 is tilted with respect to the Z direction, when the light is emitted from the refractive index buffer layer 74, the tilt of the light with respect to the Z direction is further increased. It's getting bigger. This has the effect of widening the angle of view of the ranging device, as in the case of A in FIG. Therefore, the contents described with reference to the graphs B and C in FIG. 21 also apply to the lenses 71 from A to C in FIG. 22.
  • the refractive index buffer layer 74 of the present embodiment may be applied to a light emitting device 1 other than the light emitting device 1 shown in FIG. 14A and FIG. 15, for example, A in FIG. 4, B in FIG. 4, and FIG. It may be applied to the light emitting device 1 shown in any of A of 7 and A of FIG.
  • the light emitting device 1 of the present embodiment includes a plurality of lenses 71 provided on the substrate 51, and these lenses 71 include at least a lens other than a spherical lens and an elliptical surface lens.
  • these lenses 71 include a first lens that is a conical lens, a prismatic lens, a bicurved surface lens, a parabolic lens, or a Fresnel lens, and a second lens that is a spherical lens or an elliptical surface lens.
  • the light from the plurality of light emitting elements 53 can be suitably molded by these lenses 71.
  • the light from the plurality of light emitting elements 53 can be molded into light having a weak illuminance in the central portion instead of the light having a strong illuminance in the central portion, or can be molded into light having good illuminance uniformity. ..
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of the second embodiment.
  • FIG. 23 shows a light emitting device 1 in which the lens 71 and the light emitting element 53 have a one-to-one correspondence, similar to A in FIG. Therefore, each lens 71 shown in FIG. 23 is provided above one corresponding light emitting element 53, and receives light emitted from one corresponding light emitting element 53.
  • FIG. 23 shows five of the plurality of light emitting elements 53 provided on the front surface S1 of the substrate 51 and five of the plurality of lenses 71 provided on the back surface S2 of the substrate 51.
  • FIG. 24 shows the amount of deviation X1 to the optical axes N1 to N5 of the five lenses 71, the optical axes M1 to M5 of the five light emitting elements 53, the positions of the optical axes N1 to N5, and the positions of the optical axes M1 to M5. It shows X5.
  • the lens 71 having the optical axes N1 to N5 corresponds to the light emitting element 53 having the optical axes M1 to M5, respectively.
  • the lens 71 having the optical axis N3 is located at the center of the plurality of lenses 71.
  • the position of the optical axis of each lens 71 of the present embodiment deviates from the position of the optical axis of the corresponding light emitting element 53 except for the lens 71 located at the center. Specifically, the position of the optical axis of each lens 71 of the present embodiment deviates from the position of the optical axis of the corresponding light emitting element 53 in the direction away from the center.
  • the optical axes N1 and N2 are displaced in the ⁇ X direction with respect to the optical axes M1 and M2, respectively.
  • the optical axes N4 and N5 are displaced in the + X direction with respect to the optical axes M4 and M5, respectively.
  • Such a deviation of the optical axis has an effect of widening the angle of view (FOV) of the distance measuring device. This will be described with reference to FIG. 24.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view and a plan view showing the operation of the light emitting device 1 of the second embodiment.
  • a of FIG. 24 shows how the light E1 to E5 emitted from the light emitting element 53 of the light emitting device 1 shown in FIG. 23 spreads.
  • the light E1 and E2 are emitted unevenly in the ⁇ X direction by the corresponding lens 71.
  • the light E4 and E5 are emitted unevenly in the + X direction by the corresponding lens 71. This makes it possible to widen the angle of view of the distance measuring device.
  • B in FIG. 24 shows the illuminance distribution of light E in the XY plane above these lenses 71, as in the case of B in FIG. 7, B in FIG. 12, B in FIG. 13, and the like.
  • a region with low illuminance is represented by a sparse dot group
  • a region with high illuminance is represented by a dense dot group
  • a region with medium illuminance is represented by a dot group with medium density.
  • the light emitting device 1 of the present embodiment may be used in the manner shown in FIG. 25, for example.
  • an operation example of the light emitting device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 25.
  • FIG. 25 is a plan view for explaining an operation example of the light emitting device 1 of the second embodiment.
  • a of FIG. 25 shows the illuminance distribution when only the light E1 of the lights E1 to E5 shown in A of FIG. 24 is emitted.
  • B to E in FIG. 25 show the illuminance distribution when only the lights E2 to E5 among the lights E1 to E5 shown in A of FIG. 24 are emitted.
  • the light emitting device 1 drives the plurality of light emitting elements 53 in sequence one row at a time. Specifically, a row of light emitting elements 53 including the first light emitting element 53 from the left in FIG. 24A is first driven, and then the second light emitting element 53 from the left in FIG. 24A is included. It drives the light emitting element 53 in the row. After that, a row of light emitting elements 53 including the third light emitting element 53 from the left, a row of light emitting elements 53 including the fourth light emitting element 53 from the left, and a row of light emitting elements including the fifth light emitting element 53 from the left. The elements 53 are driven in sequence. It should be noted that each of these rows includes a plurality of light emitting elements 53 adjacent to each other in the Y direction. The above control is performed by the LDD board 42 (drive circuit 12) described above.
  • the light emitting device 1 sequentially emits light E1 to E5 from the lens 71 to the subject (FIG. 1). Therefore, the subject is first irradiated with the light E1, then with the light E2, and then sequentially with the lights E3 to E5. This makes it possible to scan the subject with the light E1 to E5.
  • a distance measuring device can be driven by power saving by selective light irradiation by scanning with a line light moving on a subject, and heat dissipation can be promoted. According to the present embodiment, such scanning with line light can be performed by light E1 to E5.
  • the control of this embodiment is not limited to the light emitting device 1 having only a conical lens as shown in FIG. 23A, the light emitting device 1 having only a spherical lens, and the light emitting device having a conical lens and a spherical lens. It may be applied to 1.
  • the conical lens may be replaced with a prismatic lens, a hyperboloid lens, a parabolic lens, or a Fresnel lens, and the spherical lens may be replaced with an elliptical surface lens.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of the third embodiment.
  • FIG. 26 shows a light emitting device 1 in which a lens 71 and a light emitting element 53 correspond to each other in a pair m (m is an integer of 2 or more). Therefore, the lens 71 shown in FIG. 26 is provided above the corresponding plurality of light emitting elements 53, and receives the light emitted from the corresponding plurality of light emitting elements 53.
  • FIG. 26 shows five of the plurality of light emitting elements 53 provided on the front surface S1 of the substrate 51 and one of one or more lenses 71 provided on the back surface S2 of the substrate 51.
  • the lens 71 of the present embodiment corresponds to the light emitting element 53 in a pair m.
  • Such a lens 71 has an effect of widening the angle of view (FOV) of the distance measuring device, similar to the deviation of the optical axis of the second embodiment. This will be described with reference to FIG. 27.
  • FOV angle of view
  • FIG. 27 is a cross-sectional view and a plan view showing the operation of the light emitting device 1 of the third embodiment.
  • a of FIG. 27 shows how the light F1 to F5 emitted from the light emitting element 53 of the light emitting device 1 shown in FIG. 26 spreads.
  • the light F1 and F2 are emitted unevenly in the ⁇ X direction due to the slope on the right side of the lens 71.
  • the light F4 and F5 are emitted biased in the + X direction due to the slope on the left side of the lens 71. This makes it possible to widen the angle of view of the distance measuring device.
  • B in FIG. 27 shows the illuminance distribution of light F in the XY plane above the lens 71, similarly to B in FIG. 7, B in FIG. 12, B in FIG. 13, and the like.
  • a region with low illuminance is represented by a sparse dot group
  • a region with high illuminance is represented by a dense dot group
  • a region with medium illuminance is represented by a dot group with medium density.
  • the light emitting device 1 of the present embodiment may be used, for example, in the manner shown in FIG. 28.
  • an operation example of the light emitting device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 28.
  • FIG. 28 is a plan view for explaining an operation example of the light emitting device 1 of the third embodiment.
  • a of FIG. 28 shows the illuminance distribution when only the light F1 of the lights F1 to F5 shown in A of FIG. 27 is emitted.
  • B to E in FIG. 28 show the illuminance distribution when only the lights F2 to F5 among the lights F1 to F5 shown in A of FIG. 27 are emitted.
  • the light emitting device 1 drives the plurality of light emitting elements 53 in sequence one row at a time. Specifically, a row of light emitting elements 53 including the first light emitting element 53 from the right in FIG. 27A is first driven, and then the second light emitting element 53 from the right in FIG. 27A is included. It drives the light emitting element 53 in the row. After that, a row of light emitting elements 53 including the third light emitting element 53 from the right, a row of light emitting elements 53 including the fourth light emitting element 53 from the right, and a row of light emitting elements including the fifth light emitting element 53 from the right. The elements 53 are driven in sequence. It should be noted that each of these rows includes a plurality of light emitting elements 53 adjacent to each other in the Y direction. The above control is performed by the LDD board 42 (drive circuit 12) described above.
  • the light emitting device 1 sequentially emits light F1 to F5 from the lens 71 to the subject (FIG. 1). Therefore, the subject is first irradiated with the light F1, then with the light F2, and then sequentially with the lights F3 to F5. This makes it possible to scan the subject with the light F1 to F5.
  • a distance measuring device can be driven by power saving by selective light irradiation by scanning with a line light moving on a subject, and heat dissipation can be promoted. According to the present embodiment, such scanning with line light can be performed by light F1 to F5.
  • the control of this embodiment is not limited to the light emitting device 1 having only a conical lens as shown in FIG. 26A, the light emitting device 1 having only a spherical lens, and the light emitting device having a conical lens and a spherical lens. It may be applied to 1.
  • the conical lens may be replaced with a prismatic lens, a hyperboloid lens, a parabolic lens, or a Fresnel lens, and the spherical lens may be replaced with an elliptical surface lens.
  • the light emitting device 1 of the first to third embodiments is used as a light source of the distance measuring device, it may be used in other embodiments.
  • the light emitting device 1 of these embodiments may be used as a light source of an optical device such as a printer, or may be used as a lighting device.
  • the lenses 71 of the first to third embodiments are provided on the back surface S2 of the substrate 51 as a part of the substrate 51, but are provided on the back surface S2 of the substrate 51 as a part of the film formed on the substrate 51. It may be provided.
  • the board A plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate, and A plurality of lenses provided on the second surface of the substrate are provided.
  • the plurality of lenses are a light emitting device including a first lens other than a spherical lens and an aspherical surface lens.
  • the first lens is a conical surface lens, a pyramidal surface lens, a hyperboloid lens, or a parabolic surface lens.
  • the plurality of lenses include the first lens other than the spherical lens and the aspherical surface lens, and the second lens having a shape different from that of the first lens.
  • the light emitting device further comprising a refractive index buffer layer provided on the second surface of the substrate so as to cover the plurality of lenses and having a refractive index lower than that of the substrate.
  • the light emitting device according to (1), further comprising a driving device for driving the plurality of light emitting elements to emit light from the plurality of light emitting elements.
  • One of the plurality of lenses receives light emitted from one corresponding light emitting element, and receives light.
  • Multiple light emitting elements are formed on the first surface of the substrate, and A plurality of lenses are formed on the second surface of the substrate. Including that The method for manufacturing a light emitting device, wherein the plurality of lenses include a first lens other than a spherical lens and an aspherical surface lens.
  • a light emitting device that irradiates the subject with light
  • An image pickup device that receives light reflected by the subject and captures the subject.
  • a control device for measuring the distance to the subject using the image signal output from the image pickup device is provided.
  • the light emitting device is With the board
  • a plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate and emitting the light
  • a plurality of lenses provided on the second surface of the substrate and forming the light are provided.
  • the plurality of lenses are distance measuring devices including a first lens other than a spherical lens and an aspherical surface lens.

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Abstract

［課題］複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能な発光装置および測距装置を提供する。 ［解決手段］本開示の発光装置は、基板と、前記基板の第１面に設けられた複数の発光素子と、前記基板の第２面に設けられた複数のレンズとを備え、前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む。

Description

発光装置および測距装置
　本開示は、発光装置および測距装置に関する。
　半導体レーザーの一種として、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の面発光レーザーが知られている。一般に、面発光レーザーを利用した発光装置では、基板の表面または裏面に複数の発光素子が２次元アレイ状に設けられる。
特表２００４－５２６１９４号公報
　上記のような発光装置では例えば、複数の発光素子から出射された光を、所望の照度分布を有する光に成形することが望ましい。この場合、光を好適に成形するためにはどのように成形すればよいかが問題となる。
　そこで、本開示は、複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能な発光装置および測距装置を提供する。
　本開示の第１の側面の発光装置は、基板と、前記基板の第１面に設けられた複数の発光素子と、前記基板の第２面に設けられた複数のレンズとを備え、前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む。これにより例えば、複数の発光素子から出射された光を、所望の照度分布を有する光に成形できるなど、光を好適に成形することが可能となる。例えば、複数の発光素子から出射された光を、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズにより、中央部の照度が弱い光に成形することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１レンズは、単一のゾーンを有するレンズでもよい。これにより例えば、第１レンズを、後述の円錐面レンズ、角錐面レンズ、双曲面レンズ、放物面レンズなどとすることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１レンズは、円錐面レンズ、角錐面レンズ、双曲面レンズ、または放物面レンズでもよい。これにより例えば、複数の発光素子から出射された光を、中央部の照度が弱い光に成形することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１レンズは、頂点を有する形状を有していてもよい。これにより例えば、第１レンズを、上述の円錐面レンズ、角錐面レンズ、双曲面レンズ、放物面レンズなどとすることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１レンズは、複数のゾーンを有するレンズでもよい。これにより例えば、第１レンズを、後述のフレネルレンズなどとすることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１レンズは、フレネルレンズでもよい。これにより例えば、複数の発光素子から出射された光を、中央部の照度が弱い光に成形することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の前記第１レンズと、前記第１レンズと異なる形状を有する第２レンズとを含んでいてもよい。これにより例えば、複数の発光素子から出射された光を、第１および第２レンズにより、照度の均一性の良い光、すなわち、中央部の照度と周辺部の照度との差が小さい光に成形することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第２レンズは、球面レンズまたは楕円体面レンズでもよい。これにより例えば、第１レンズにより中央部の照度を弱くし、第２レンズにより中央部の照度を強くすることで、照度の均一性の良い光を得ることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数のレンズは、前記発光素子からの光を全反射させない構造を有していてもよい。これにより例えば、発光素子からの光をレンズから出射することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数のレンズは、凸レンズおよび凹レンズの少なくともいずれかを含んでいてもよい。これにより例えば、基板の第２面にエッチングにより凸部または凹部を形成することでレンズを形成することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数の発光素子の１つから出射された光は、対応する１つのレンズに入射してもよい。これにより例えば、複数の発光素子からの光を個々の発光素子ごとに成形することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数の発光素子の１つから出射された光は、対応する複数のレンズに入射してもよい。これにより例えば、発光素子間で性能のムラがある場合でも光を好適に成形することや、後述する駆動装置の回路規模を小さくすることが可能となる。
　また、この第１の側面の発光装置はさらに、前記基板の前記第２面に前記複数のレンズを覆うように設けられ、前記基板の屈折率より低い屈折率を有する屈折率緩衝層を備えていてもよい。これにより例えば、発光装置の画角を広げることが可能となる。
　また、この第１の側面の発光装置はさらに、前記複数の発光素子を駆動して、前記複数の発光素子から光を発光させる駆動装置を備えていてもよい。これにより例えば、これらの発光素子の動作を駆動装置により制御することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記駆動装置は、前記基板の前記第１面側に前記複数の発光素子を介して設けられていてもよい。これにより例えば、これらの発光素子が設けられた基板を駆動装置上に積載することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記駆動装置は、前記複数の発光素子を個々の発光素子ごとに駆動させてもよい。これにより例えば、これらの発光素子から出射される光を精密に制御することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記駆動装置は、前記複数の発光素子を順々に駆動することで、前記複数の発光素子からの光で被写体を走査してもよい。これにより例えば、発光装置を測距用に使用することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数のレンズの１つは、対応する１つの発光素子から出射された光を受光し、少なくともいずれかのレンズの光軸の位置は、対応する発光素子の光軸の位置とずれていてもよい。これにより例えば、これらの光軸のずれにより、レンズから光が出射される方向を変化させることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数のレンズの１つは、対応する複数の発光素子から出射された光を受光してもよい。これにより例えば、発光素子の位置に応じて、レンズから光が出射される方向を変化させることが可能となる。
　本開示の第２の側面の測距装置は、光を被写体に照射する発光装置と、前記被写体で反射した光を受光して、前記被写体を撮像する撮像装置と、前記撮像装置から出力された画像信号を用いて、前記被写体までの距離を測定する制御装置とを備え、前記発光装置は、基板と、前記基板の第１面に設けられ、前記光を発光する複数の発光素子と、前記基板の第２面に設けられ、前記光を成形する複数のレンズとを備え、前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む。これにより例えば、複数の発光素子から出射された光を、所望の照度分布を有する光に成形できるなど、測距用の光を好適に成形することが可能となる。例えば、複数の発光素子から出射された光を、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズにより、中央部の照度が弱い光に成形することが可能となる。
第１実施形態の測距装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の発光装置の構造の例を示す断面図である。 図２のＢに示す発光装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の発光装置の構造の例を示す断面図である。 比較例のレンズの形状の例を示す斜視図および断面図である。 比較例のレンズの形状の別の例を示す斜視図および断面図である。 比較例の発光装置の動作を説明するための平面図およびグラフである。 第１実施形態のレンズの形状の例を示す斜視図および断面図である。 第１実施形態のレンズの形状の別の例を示す斜視図および断面図である。 第１実施形態のレンズの形状の別の例を示す斜視図および断面図である。 第１実施形態のレンズの形状の別の例を示す斜視図および断面図である。 第１実施形態の発光装置の動作を説明するための平面図およびグラフである。 第１実施形態の第１変形例の発光装置の動作を説明するための平面図およびグラフである。 第１実施形態の第１変形例の発光装置の動作を説明するための断面図である。 第１実施形態の第２変形例の発光装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の発光装置の製造方法の例を示す断面図である。 第１実施形態の発光装置の製造方法の別の例を示す断面図である。 第１実施形態の発光装置の製造方法の別の例を示す断面図である。 第１実施形態のレンズの配置の例を示す平面図(1/2)である。 第１実施形態のレンズの配置の例を示す平面図(2/2)である。 第１実施形態のレンズの作用を説明するための断面図およびグラフである。 第１実施形態のレンズの作用を説明するための断面図である。 第２実施形態の発光装置の構造を示す断面図である。 第２実施形態の発光装置の動作を示す断面図および平面図である。 第２実施形態の発光装置の動作例を説明するための平面図である。 第３実施形態の発光装置の構造を示す断面図である。 第３実施形態の発光装置の動作を示す断面図および平面図である。 第３実施形態の発光装置の動作例を説明するための平面図である。
　以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態の測距装置の構成を示すブロック図である。
　図１の測距装置は、発光装置１と、撮像装置２と、制御装置３とを備えている。図１の測距装置は、発光装置１から発光された光を被写体に照射する。撮像装置２は、被写体で反射した光を受光して被写体を撮像する。制御装置３は、撮像装置２から出力された画像信号を用いて被写体までの距離を測定（算出）する。発光装置１は、撮像装置２が被写体を撮像するための光源として機能する。
　発光装置１は、発光部１１と、駆動回路１２と、電源回路１３と、発光側光学系１４とを備えている。撮像装置２は、イメージセンサ２１と、画像処理部２２と、撮像側光学系２３とを備えている。制御装置３は、測距部３１を備えている。
　発光部１１は、被写体に照射するためのレーザー光を発光する。本実施形態の発光部１１は、後述するように、２次元アレイ状に配置された複数の発光素子を備え、各発光素子は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）構造を有している。これらの発光素子から出射された光が、被写体に照射される。本実施形態の発光部１１は、図１に示すように、ＬＤ（Laser Diode）チップ４１と呼ばれるチップ内に設けられている。
　駆動回路１２は、発光部１１を駆動する電気回路である。電源回路１３は、駆動回路１２の電源電圧を生成する電気回路である。図１の測距装置では例えば、電源回路１３が、測距装置内のバッテリから供給される入力電圧から電源電圧を生成し、駆動回路１２が、この電源電圧を用いて発光部１１を駆動する。本実施形態の駆動回路１２は、図１に示すように、ＬＤＤ（Laser Diode Driver）基板４２と呼ばれる基板内に設けられている。駆動回路１２やＬＤＤ基板４２は、本開示の駆動装置の例である。
　発光側光学系１４は、種々の光学素子を備えており、これらの光学素子を介して発光部１１からの光を被写体に照射する。同様に、撮像側光学系２３は、種々の光学素子を備えており、これらの光学素子を介して被写体からの光を受光する。
　イメージセンサ２１は、被写体からの光を撮像側光学系２３を介して受光し、この光を光電変換により電気信号に変換する。イメージセンサ２１は例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサである。本実施形態のイメージセンサ２１は、上記の電子信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換によりアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号としての画像信号を画像処理部２２に出力する。また、本実施形態のイメージセンサ２１は、フレーム同期信号を駆動回路１２に出力し、駆動回路１２は、フレーム同期信号に基づいて、発光部１１をイメージセンサ２１におけるフレーム周期に応じたタイミングで発光させる。
　画像処理部２２は、イメージセンサ２１から出力された画像信号に対し種々の画像処理を施す。画像処理部２２は例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの画像処理プロセッサを備えている。
　制御装置３は、図１の測距装置の種々の動作を制御し、例えば、発光装置１の発光動作や、撮像装置２の撮像動作を制御する。制御装置３は例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。
　測距部３１は、イメージセンサ２１から出力されて、画像処理部２２により画像処理を施された画像信号に基づいて、被写体までの距離を測定する。測距部３１は、測距方式として例えば、ＳＴＬ（Structured Light）方式またはＴｏＦ（Time of Flight）方式を採用している。測距部３１はさらに、上記の画像信号に基づいて、測距装置と被写体との距離を被写体の部分ごとに測定して、被写体の３次元形状を特定してもよい。
　図２は、第１実施形態の発光装置１の構造の例を示す断面図である。
　図２のＡは、本実施形態の発光装置１の構造の第１の例を示している。この例の発光装置１は、上述のＬＤチップ４１およびＬＤＤ基板４２と、実装基板４３と、放熱基板４４と、補正レンズ保持部４５と、１つ以上の補正レンズ４６と、配線４７とを備えている。
　図２のＡは、互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ方向とＹ方向は横方向（水平方向）に相当し、Ｚ方向は縦方向（垂直方向）に相当する。また、＋Ｚ方向は上方向に相当し、－Ｚ方向は下方向に相当する。－Ｚ方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。
　ＬＤチップ４１は、放熱基板４４を介して実装基板４３上に配置され、ＬＤＤ基板４２も、実装基板４３上に配置されている。実装基板４３は、例えばプリント基板である。本実施形態の実装基板４３には、図１のイメージセンサ２１や画像処理部２２も配置されている。放熱基板４４は例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）基板やＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板などのセラミック基板である。
　補正レンズ保持部４５は、ＬＤチップ４１を囲むように放熱基板４４上に配置されており、ＬＤチップ４１の上方に１つ以上の補正レンズ４６を保持している。これらの補正レンズ４６は、上述の発光側光学系１４（図１）に含まれている。ＬＤチップ４１内の発光部１１（図１）から発光された光は、これらの補正レンズ４６により補正された後、被写体（図１）に照射される。図２のＡは、一例として、補正レンズ保持部４５に保持された２つの補正レンズ４６を示している。
　配線４７は、実装基板４１の表面、裏面、内部などに設けられており、ＬＤチップ４１とＬＤＤ基板４２とを電気的に接続している。配線４７は例えば、実装基板４１の表面や裏面に設けられたプリント配線や、実装基板４１を貫通するビア配線である。本実施形態の配線４７はさらに、放熱基板４４の内部または付近を通過している。
　図２のＢは、本実施形態の発光装置１の構造の第２の例を示している。この例の発光装置１は、第１の例の発光装置１と同じ構成要素を備えているが、配線４７の代わりにバンプ４８を備えている。
　図２のＢでは、放熱基板４４上にＬＤＤ基板４２が配置されており、ＬＤＤ基板４２上にＬＤチップ４１が配置されている。このようにＬＤチップ４１をＬＤＤ基板４２上に配置することにより、第１の例の場合に比べて、実装基板４４のサイズを小型化することが可能となる。図２のＢでは、ＬＤチップ４１が、ＬＤＤ基板４２上にバンプ４８を介して配置されており、バンプ４８によりＬＤＤ基板４２と電気的に接続されている。バンプ４８は、例えば金（Ａｕ）で形成されている。
　以下、本実施形態の発光装置１について、図２のＢに示す第２の例の構造を有しているとして説明する。ただし、以下の説明は、第２の例に特有の構造についての説明を除き、第１の例の構造を有する発光装置１にも適用可能である。
　図３は、図２のＢに示す発光装置１の構造を示す断面図である。
　図３は、発光装置１内のＬＤチップ４１とＬＤＤ基板４２の断面を示している。図３に示すように、ＬＤチップ４１は、基板５１と、積層膜５２と、複数の発光素子５３と、複数のアノード電極５４と、複数のカソード電極５５とを備えている。また、ＬＤＤ基板４２は、基板６１と、複数の接続パッド６２とを備えている。なお、図３では、後述するレンズ７１の図示は省略されている（図４を参照）。
　基板５１は例えば、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板などの化合物半導体基板である。図３は、－Ｚ方向を向いている基板５１の表面Ｓ１と、＋Ｚ方向を向いている基板５１の裏面Ｓ２とを示している。表面Ｓ１は、本開示の第１面の例である。裏面Ｓ２は、本開示の第２面の例である。
　積層膜５２は、基板５１の表面Ｓ１に積層された複数の層を含んでいる。これらの層の例は、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、および光反射層や、光の射出窓を有する絶縁層などである。積層膜５２は、－Ｚ方向に突出した複数のメサ部Ｍを含んでいる。これらのメサ部Ｍの一部が、複数の発光素子５３となっている。
　発光素子５３は、積層膜５２の一部として、基板５１の表面Ｓ１に設けられている。本実施形態の発光素子５３は、ＶＣＳＥＬ構造を有しており、光を＋Ｚ方向に出射する。発光素子５３から出射された光は、図３に示すように、基板５１内を表面Ｓ１から裏面Ｓ２へと透過し、基板５１から上述の補正レンズ４６（図２）に入射する。このように、本実施形態のＬＤチップ４１は、裏面照射型のＶＣＳＥＬチップとなっている。
　アノード電極５４は、発光素子５３の下面に形成されている。カソード電極５５は、発光素子５３以外のメサ部Ｍの下面に形成されており、メサ部Ｍの下面からメサ部Ｍ間にある積層膜５２の下面まで延びている。各発光素子５３は、対応するアノード電極５４と対応するカソード電極５５との間に電流が流れることで光を出射する。
　上述のように、ＬＤチップ４１は、ＬＤＤ基板４２上にバンプ４８を介して配置されており、バンプ４８によりＬＤＤ基板４２と電気的に接続されている。具体的には、ＬＤＤ基板４２に含まれる基板６１上に接続パッド６２が形成されており、接続パッド６２上にバンプ４８を介してメサ部Ｍが配置されている。基板６１は例えば、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板である。接続パッド６２は、例えば銅（Ｃｕ）で形成されている。
　ＬＤＤ基板４２は、発光部１１を駆動する駆動回路１２を含んでいる（図１）。図３は、駆動回路１２に含まれる複数のスイッチＳＷを模式的に示している。各スイッチＳＷは、バンプ４８を介して、対応する発光素子５３と電気的に接続されている。本実施形態の駆動回路１２は、これらのスイッチＳＷを個々のスイッチＳＷごとに制御（オン・オフ）することができる。よって、本実施形態の駆動回路１２は、複数の発光素子５３を個々の発光素子５３ごとに駆動させることができる。これにより、例えば測距に必要な発光素子５３のみを発光させるなど、発光部１１から出射される光を精密に制御することが可能となる。このような発光素子５３の個別制御は、ＬＤＤ基板４２をＬＤチップ４１の下方に配置することにより、各発光素子５３を対応するスイッチＳＷと電気的に接続しやすくなったことで実現可能となっている。
　図４は、第１実施形態の発光装置１の構造の例を示す断面図である。図４のＡおよびＢはいずれも、図３と同様に、発光装置１内のＬＤチップ４１およびＬＤＤ基板４２の断面を示している。ただし、図４のＡおよびＢでは、アノード電極５４、カソード電極５５、および接続パッド６２の図示が省略されている。
　図４のＡでは、ＬＤチップ４１が、基板５１の表面Ｓ１に上述の複数の発光素子５３を備えると共に、基板５１の裏面Ｓ２に複数のレンズ７１を備えている。これらのレンズ７１は、発光素子５３と同様に、２次元アレイ状に配置されている。図４のＡに示すレンズ７１は、発光素子５３と１対１で対応しており、レンズ７１の各々が、１つの発光素子５３の＋Ｚ方向に配置されている。
　これらのレンズ７１は、図４のＡに示すように、基板５１の裏面Ｓ２に基板５１の一部として設けられている。具体的には、これらのレンズ７１は凸レンズであり、基板５１の裏面Ｓ２を凸形状にエッチング加工することで、基板５１の一部として形成されている。本実施形態によれば、基板５１のエッチング加工によりレンズ７１を形成することで、レンズ７１を簡単に形成することができる。なお、凸レンズ以外のレンズ７１の例や、エッチング加工以外の基板５１の加工方法の例については後述する。
　図４のＡに示すレンズ７１は、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外のレンズであり、例えば円錐面レンズである。よって、図４のＡに示すレンズ７１は、円錐形状（コーン形状）を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成されている。これらのレンズ７１は、本開示の第１レンズの例である。これらのレンズ７１の形状の詳細については、後述する。
　上記複数の発光素子５３から出射された光は、基板５１内を表面Ｓ１から裏面Ｓ２へと透過し、上記複数のレンズ７１に入射する。図４のＡでは、各発光素子５３から出射された光が、対応する１つのレンズ７１に入射する。これにより、上記複数の発光素子５３から出射された光を、個々の発光素子５３ごとに成形することが可能となる。上記複数のレンズ７１を通過した光は、補正レンズ４６（図２）を通過して、被写体（図１）に照射される。
　図４のＢでも、ＬＤチップ４１が、基板５１の表面Ｓ１に上述の複数の発光素子５３を備えると共に、基板５１の裏面Ｓ２に複数のレンズ７１を備えている。また、これらのレンズ７１は、発光素子５３と同様に、２次元アレイ状に配置されている。しかしながら、図４のＢに示すレンズ７１は、発光素子５３とｎ対１で対応しており、ｎ個のレンズ７１が、１つの発光素子５３の＋Ｚ方向に配置されている（ｎは２以上の整数）。ｎの値は、ここでは４であるが、その他の値でもよい。図４のＢに示すレンズ７１の形状は、図４のＡに示すレンズ７１の形状と同様である。
　上記複数の発光素子５３から出射された光は、基板５１内を表面Ｓ１から裏面Ｓ２へと透過し、上記複数のレンズ７１に入射する。図４のＢでは、１つの発光素子５３から出射された光が、対応するｎ個のレンズ７１に入射する。これにより、発光素子５３間で性能のムラがある場合でも光を好適に成形することや、スイッチＳＷの個数を減らすなどによりＬＤＤ基板４２（駆動回路１２）の回路規模を小さくすることが可能となる。上記複数のレンズ７１を通過した光は、補正レンズ４６（図２）を通過して、被写体（図１）に照射される。
　以下、本実施形態の発光装置１について、図４のＢの例のようにｎ対１で対応するレンズ７１および発光素子５３を備えているとして説明する。ただし、以下の説明は、図４のＢの例に特有の構造についての説明を除き、図４のＡの例の構造を有する発光装置１にも適用可能である。
　図５～図１５を参照し、本実施形態のレンズ７１の形状と、比較例のレンズ７１の形状とを比較する。
　図５は、比較例のレンズ７１の形状の例を示す斜視図および断面図である。
　図５のＡおよびＢに示すレンズ７１は、球面レンズである。このレンズ７１は、球の一部分の形状を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成される。図５のＢは、この球の中心Ｐ１および半径ｒを示している。半径ｒは、このレンズ７１の曲率半径に相当する。図５のＡおよびＢに示すレンズ７１は、対応する発光素子５３からの光を全反射させない構造を有することが望ましい。このレンズ７１の光軸は、図５のＡおよびＢではＺ方向に平行であるが、Ｚ方向に非平行でもよい。
　図６は、比較例のレンズ７１の形状の別の例を示す斜視図および断面図である。
　図６のＡおよびＢに示すレンズ７１は、楕円体面レンズである。このレンズ７１は、楕円体の一部分の形状を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成される。楕円体の形状は、Ｘ２／ａ２＋Ｙ２／ｂ２＋Ｚ２／ｃ２＝１という数式で表される。図６のＢは、この楕円体の中心Ｐ２と、上記数式中のａおよびｃを示している。図６のＡおよびＢに示すレンズ７１は、対応する発光素子５３からの光を全反射させない構造を有することが望ましい。このレンズ７１の光軸は、図６のＡおよびＢではＺ方向に平行であるが、Ｚ方向に非平行でもよい。
　図７は、比較例の発光装置１の動作を説明するための平面図およびグラフである。
　図７のＡは、図５のＡおよびＢに示す形状を有する複数のレンズ（球面レンズ）７１が基板５１の裏面Ｓ２に２次元アレイ状に設けられた状態を示している。図７のＡでは、これらのレンズ７１が、Ｘ方向およびＹ方向に対して傾いた正方格子状に配置されている。
　図７のＢは、これらのレンズ７１の上方のＸＹ平面内における光の照度分布（照度プロファイル）を示している。図７のＣは、この照度分布の一断面（例えばＸ断面）を示している。図７のＣにおいて、横軸は測距装置の画角（ＦＯＶ：Field of View）を表し、縦軸は光の照度を表している。
　各レンズ７１が球面レンズの場合、上記複数の発光素子５３から上記複数のレンズ７１を介して出射された光全体の照度分布は、図７のＢおよびＣに示すような形となる。この照度分布は、中心部の照度が強く、周辺部の照度が弱い形となっている。図７のＢは、照度が弱い領域Ａ１（周辺部）を疎なドット群で表し、照度が強い領域Ａ２（中心部）を密なドット群で表している。以上の結果は、各レンズ７１が楕円体面レンズの場合でも同様である。
　このように、本比較例によれば、中心部の照度が強い光が、上記複数のレンズ７１から出射される。このような照度分布を有する光を使用することが望ましくない場合、例えばこのような照度分布を有する光が測距に適していない場合には、別の照度分布を有するように光を成形することが求められる。
　図８は、第１実施形態のレンズ７１の形状の例を示す斜視図および断面図である。
　図８のＡおよびＢに示すレンズ７１は、円錐面レンズである。このレンズ７１は、円錐形状を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成される。図８のＢは、この円錐の頂点Ｖ１および頂角θを示している。図８のＡおよびＢに示すレンズ７１は、対応する発光素子５３からの光を全反射させない構造を有することが望ましい。全反射のないレンズ７１は例えば、頂角θを１４７．３度以上に設定することで実現可能である。このレンズ７１の光軸は、図８のＡおよびＢではＺ方向に平行であるが、Ｚ方向に非平行でもよい。
　図９は、第１実施形態のレンズ７１の形状の別の例を示す斜視図および断面図である。
　図９のＡおよびＢに示すレンズ７１は、双曲面レンズであり、－１より小さいコーニック係数を有している。このレンズ７１は、双曲面形状を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成される。図９のＢは、この双曲面の頂点Ｖ２を示している。図９のＡおよびＢに示すレンズ７１は、対応する発光素子５３からの光を全反射させない構造を有することが望ましい。このレンズ７１の光軸は、図９のＡおよびＢではＺ方向に平行であるが、Ｚ方向に非平行でもよい。また、このレンズ７１は、双曲面レンズとする代わりに放物面レンズとしてもよい。
　図１０は、第１実施形態のレンズ７１の形状の別の例を示す斜視図および断面図である。
　図１０のＡおよびＢに示すレンズ７１は、角錐面レンズであり、例えば四角錐面レンズである。このレンズ７１は、角錐形状（ピラミッド形状）を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成される。図１０のＢは、この角錐の頂点Ｖ３および頂角φを示している。図１０のＡおよびＢに示すレンズ７１は、対応する発光素子５３からの光を全反射させない構造を有することが望ましい。全反射のないレンズ７１は例えば、頂角θを所定値以上に設定することで実現可能である。このレンズ７１の光軸は、図１０のＡおよびＢではＺ方向に平行であるが、Ｚ方向に非平行でもよい。また、このレンズ７１は、四角錐面レンズ以外の角錐面レンズとしてもよい。
　図１１は、第１実施形態のレンズ７１の形状の別の例を示す斜視図および断面図である。
　図１１のＡおよびＢに示すレンズ７１は、フレネルレンズである。図１１のＡおよびＢは、フレネルレンズのフレネルゾーンＺ１～Ｚ３および中心Ｐ３を示している。このレンズ７１は、フレネルゾーンＺ１～Ｚ３の形状を有する凸部を基板５１の裏面Ｓ２に設けることで形成される。図１１のＡおよびＢに示すレンズ７１は、対応する発光素子５３からの光を全反射させない構造を有することが望ましい。このレンズ７１の光軸は、図１１のＡおよびＢではＺ方向に平行であるが、Ｚ方向に非平行でもよい。
　このように、本実施形態の各レンズ７１は、図８から図１０に示すように単一のゾーンのみを有していてもよいし、図１１に示すように複数のゾーンを有していてもよい。後者の場合、本実施形態の各レンズ７１は、フレネルレンズ以外のレンズでもよい。
　図１２は、第１実施形態の発光装置１の動作を説明するための平面図およびグラフである。
　図１２のＡは、図８のＡおよびＢに示す形状を有する複数のレンズ（円錐面レンズ）７１が基板５１の裏面Ｓ２に２次元アレイ状に設けられた状態を示している。図１２のＡでは、これらのレンズ７１が、Ｘ方向およびＹ方向に平行な正方格子状に配置されている。
　図１２のＢは、これらのレンズ７１の上方のＸＹ平面内における光の照度分布（照度プロファイル）を示している。図１２のＣは、この照度分布の一断面（例えばＸ断面）を示している。図１２のＣにおいて、横軸は測距装置の画角（ＦＯＶ）を表し、縦軸は光の照度を表している。
　各レンズ７１が円錐面レンズの場合、上記複数の発光素子５３から上記複数のレンズ７１を介して出射された光全体の照度分布は、図１２のＢおよびＣに示すような形となる。この照度分布は、中心部の照度が弱く、周辺部の照度が強い形となっている。図１２のＢは、周辺部中の照度が弱い領域Ｂ１を疎なドット群で表し、周辺部中の照度が強い領域Ｂ２を密なドット群で表している。以上の結果は、各レンズ７１が双曲面レンズ、放物面レンズ、角錐面レンズ、またはフレネルレンズの場合でも同様である。
　このように、本実施形態によれば、中心部の照度が弱い光が、上記複数のレンズ７１から出射される。よって、本実施形態によれば、球面レンズの代わりに円錐面レンズを使用することで、球面レンズにより得られる照度分布とは異なる照度分布を有する光を得ることが可能となる。具体的には、本実施形態によれば、中心部の照度が強い光の代わりに、中心部の照度が弱い光を得ることが可能となる。本実施形態の光は、例えば図１３および図１４に示すような態様で使用可能である。
　図１３は、第１実施形態の第１変形例の発光装置１の動作を説明するための平面図およびグラフである。
　図１３のＡは、複数のレンズ７１が基板５１の裏面Ｓ２に２次元アレイ状に設けられた状態を示している。これらのレンズ７１は、図５のＡおよびＢに示す形状を有する複数のレンズ（球面レンズ）Ｌ１と、図８のＡおよびＢに示す形状を有する複数のレンズ（円錐面レンズ）Ｌ２とを含んでいる。図１３のＡでは、レンズＬ１が、基板５１の裏面Ｓ２の＋Ｙ方向側の領域に配置され、レンズＬ２が、基板５１の裏面Ｓ２の－Ｙ方向側の領域に配置されている。加えて、レンズＬ１が、Ｘ方向およびＹ方向に対して傾いた正方格子状に配置され、レンズＬ２が、Ｘ方向およびＹ方向に平行な正方格子状に配置されている。
　図１３のＢは、これらのレンズ７１の上方のＸＹ平面内における光の照度分布（照度プロファイル）を示している。図１３のＣは、この照度分布の一断面（例えばＸ断面）を示している。図１３のＣにおいて、横軸は測距装置の画角（ＦＯＶ）を表し、縦軸は光の照度を表している。
　レンズＬ１が球面レンズであり、レンズＬ２が円錐面レンズである場合、上記複数の発光素子５３から上記複数のレンズ７１を介して出射された光全体の照度分布は、図１３のＢおよびＣに示すような形となる。この照度分布は、照度の均一性が良く、中心部の照度と周辺部の照度との差が小さい形となっている。図１３のＢは、中心部および周辺部中の照度が弱い領域Ｃ１、Ｃ３を疎なドット群で表し、中心部および周辺部中の照度が強い領域Ｃ２、Ｃ４を密なドット群で表している。以上の結果は、レンズＬ１が楕円体面レンズであり、レンズＬ２が双曲面レンズ、放物面レンズ、角錐面レンズ、またはフレネルレンズである場合でも同様である。レンズＬ２は本開示の第１レンズの例であり、レンズＬ１は本開示の第２レンズの例である。
　このように、本変形例によれば、照度の均一性の良い光が、上記複数のレンズ７１から出射される。よって、本変形例によれば、球面レンズおよび円錐面レンズを使用することで、球面レンズのみにより得られる照度分布とは異なる照度分布を有する光を得ることが可能となる。具体的には、本変形例によれば、中心部の照度が強い光の代わりに、中心部の照度と周辺部の照度との差が小さい光を得ることが可能となる。一般に、照度の均一性の良い光は、測距に適していると考えられる。よって、本変形例によれば、光を測距に適するように成形することが可能となる。本変形例のレンズ７１の作用のさらなる詳細については、図１４を参照して説明する。
　図１４は、第１実施形態の第１変形例の発光装置１の動作を説明するための断面図である。
　図１４のＡは、図１３のＡに示す基板５１等の断面を示している。具体的には、図１４のＡは、複数のレンズＬ１と、これらのレンズＬ１に対応する１つの発光素子５３と、複数のレンズＬ２と、これらのレンズＬ２に対応する別の１つの発光素子５３とを示している。図１４のＡはさらに、レンズＬ１を透過した光Ｉ１と、レンズＬ２を透過した光Ｌ２と、光ＩＩおよび光Ｉ２の伝搬距離Ｄ１とを示している。同様に、図１４のＢも、レンズＬ１を透過した光Ｉ１と、レンズＬ２を透過した光Ｌ２と、光ＩＩおよび光Ｉ２の伝搬距離Ｄ２とを示している。ただし、Ｄ２＞Ｄ１である。
　図１４のＡは、発光装置４１に近い領域における光ＩＩおよび光Ｉ２（ＮＦＰ：ニア・フィールド・パターン）の伝搬を示している。一方、図１４のＢは、発光装置４１から遠い領域における光ＩＩおよび光Ｉ２（ＦＦＰ：ファー・フィールド・パターン）の伝搬を示している。
　図１４のＢに示すように、発光装置４１から遠い領域では、光Ｉ１と光Ｉ２は、同じ点から出射されたものとみなすことができる。これが、本変形例において、図１３のＢおよびＣに示す照度分布が得られる理由である。図１３のＢおよびＣに示す照度分布は、おおむね図７のＢおよびＣに示す照度分布と、図１２のＢおよびＣに示す照度分布とを重ね合わせた形をしている。これは、本変形例の上記複数のレンズ７１からの光が、同じ点からの光Ｉ１および光Ｉ２が重ね合わされて得られたものであることを示している。
　図１５は、第１実施形態の第２変形例の発光装置１の構造を示す断面図である。
　図１５は、図１４のＡと同様の断面を示している。ただし、本変形例のレンズ７１は、図１５に示すように、凹レンズの球面レンズである複数のレンズＬ３と、凹レンズの円錐面レンズである複数のレンズＬ４とを含んでいる。このように、レンズ７１は、凸レンズの代わりに凹レンズでもよい。レンズＬ４は本開示の第１レンズの例であり、レンズＬ３は本開示の第２レンズの例である。なお、レンズＬ３は、凹レンズの楕円体面レンズでもよい。また、レンズＬ４は、凹レンズの双曲面レンズ、放物面レンズ、角錐面レンズ、またはフレネルレンズでもよい。
　次に、図１６～図１８を参照し、本実施形態の発光装置１の製造方法を説明する。
　図１６は、第１実施形態の発光装置１の製造方法の例を示す断面図である。
　まず、基板５１の表面Ｓ１に積層膜５２や発光素子５３などを形成した後、基板５１の裏面Ｓ２にレジスト膜７２を形成する（図１６(ａ)）。次に、フォトリソグラフィによりレジスト膜７２をパターニングする（図１６(ｂ)）。図１６(ｂ)は、レジスト膜７２が、円錐形状を有する複数のレジストパターンＬ２’に加工された状態を示している。
　次に、パターニングされたレジスト膜７２をマスクとして用いて、基板５１をエッチングにより加工する（図１６(ｃ)）、その結果、レジストパターンＬ２’が基板５１の裏面Ｓ２に転写され、基板５１の裏面Ｓ２に複数のレンズ７１が形成される。これらのレンズ７１は、レジストパターンＬ２’が円錐形状を有することを反映して、円錐形状を有するレンズＬ２（円錐面レンズ）となる。
　その後、基板５１がバンプ４８を介して基板６１上に積層される（図４のＢ参照）。このようにして、本実施形態の発光装置１が製造される。なお、この例のレンズ７１は、円錐面レンズ以外のレンズを含んでいてもよい。
　この例では、基板５１をレジスト膜７２を用いて間接的に加工しているが、次の２つの例のように基板５１をレジスト膜７２を用いずに直接的に加工してもよい。
　図１７は、第１実施形態の発光装置１の製造方法の別の例を示す断面図である。
　まず、基板５１の表面Ｓ１に積層膜５２や発光素子５３などを形成した後、基板５１の裏面Ｓ２をビームＢにより加工する（図１７の(ａ)）。ビームＢの例は、レーザービームや電子ビームである。
　この例では、レンズ７１を配置する領域以外の領域をビームＢで加工する。その結果、基板５１の裏面Ｓ２に、レンズ７１として凸レンズが形成される（図１７(ｂ)）。図１７(ｂ)に示すレンズ７１は、円錐形状を有するレンズＬ２（円錐面レンズ）である。
　その後、基板５１がバンプ４８を介して基板６１上に積層される（図４のＢ参照）。このようにして、本実施形態の発光装置１が製造される。なお、この例のレンズ７１は、円錐面レンズ以外のレンズを含んでいてもよい。
　図１８は、第１実施形態の発光装置１の製造方法の別の例を示す断面図である。
　まず、基板５１の表面Ｓ１に積層膜５２や発光素子５３などを形成した後、基板５１の裏面Ｓ２をビームＢにより加工する（図１８の(ａ)）。ビームＢの例は、レーザービームや電子ビームである。
　この例では、レンズ７１を配置する領域をビームＢで加工する。その結果、基板５１の裏面Ｓ２に、レンズ７１として凹レンズが形成される（図１７(ｂ)）。図１７(ｂ)に示すレンズ７１は、円錐形状を有するレンズＬ４（円錐面レンズ）である。
　その後、基板５１がバンプ４８を介して基板６１上に積層される（図４のＢ参照）。このようにして、本実施形態の発光装置１が製造される。なお、この例のレンズ７１は、円錐面レンズ以外のレンズを含んでいてもよい。
　次に、図１９や図２０を参照し、本実施形態のレンズ７１の配置について説明する。
　図１９は、第１実施形態のレンズ７１の配置の例を示す平面図である。
　図１９のＡからＬにおいて、符号αは、基板５１の裏面Ｓ２にて第１の種類のレンズ７１（例えば球面レンズ）が配置されている領域を示し、符号βは、基板５１の裏面Ｓ２にて第２の種類のレンズ７１（例えば円錐面レンズ）が配置されている領域を示し、符号γは、基板５１の裏面Ｓ２にて第３の種類のレンズ７１（例えば角錐面レンズ）が配置されている領域を示している。以下、これらの領域を「球領域α」「円錐領域β」「角錐領域γ」と表記する。
　図１９のＡでは、基板５１の裏面Ｓ２が２つの領域に区分され、一方の領域が球領域αとなり、他方の領域が円錐領域βとなっている。例えば、基板５１の裏面Ｓ２にＮ×Ｍ個のレンズ７１が配置されている場合に、球領域αは（Ｎ／２）×Ｍ個のレンズ７１を含み、円錐領域βは（Ｎ／２）×Ｍ個のレンズ７１を含んでいる（Ｎ、Ｍは２以上の整数）。同様に、図１９のＢでは、基板５１の裏面Ｓ２が４つの領域に区分され、図１９のＣでは、基板５１の裏面Ｓ２が２つの領域に区分されている。
　図１９のＤでは、基板５１の裏面Ｓ２が３つの領域に区分され、これらの領域が球領域α、円錐領域β、および角錐領域γとなっている。例えば、基板５１の裏面Ｓ２にＮ×Ｍ個のレンズ７１が配置されている場合に、球領域αは（Ｎ／３）×Ｍ個のレンズ７１を含み、円錐領域βは（Ｎ／３）×Ｍ個のレンズ７１を含み、角錐領域γは（Ｎ／３）×Ｍ個のレンズ７１を含んでいる。同様に、図１９のＥでは、基板５１の裏面Ｓ２が３つの領域に区分され、図１９のＦでは、基板５１の裏面Ｓ２が３つの領域に区分されている。
　図１９のＡからＦでは、基板５１の裏面Ｓ２が数個の領域に区分されている。一方、図１９のＧからＬでは、基板５１の裏面Ｓ２が多数の領域に細分化されている。
　図１９のＧは、基板５１の裏面Ｓ２における４個のレンズ７１用の領域を示している。図１９のＧに示す例では、この領域が、２個の球領域αと２個の円錐領域βとに区分されている。図１９のＧでは、各球領域αが１個のレンズ７１を含んでおり、各円錐領域βが１個のレンズ７１を含んでいる。この例の発光装置１は、基板５１の裏面Ｓ２に複数の単位領域を備えており、各単位領域が図１９のＧに示す構造を有している。すなわち、この例の発光装置１では、図１９のＧに示す構造がＸ方向（図１９のＧの横方向）およびＹ方向（図１９のＧの縦方向）に繰り返されている。
　これは、図１９のＨからＬでも同様である。例えば、図１９のＨに示す例では、図１９のＨに示す構造がＸ方向およびＹ方向に繰り返されている。
　なお、図１９のＡからＦに示す構造には、例えばＬＤＤ基板４２内の配線をレイアウトしやすいという利点がある。一方、図１９のＧからＬに示す構造には、例えば、光の位置の偏りを抑制できるという利点がある。
　図２０は、第１実施形態のレンズ７１の配置の例を示す平面図である。
　図２０のＡに示すレンズ７１は、主レンズ７１ａのみを含んでいる。図２０のＡに示す主レンズ７１ａは、例えば球面レンズである。これらの主レンズ７１ａは、Ｘ方向（図２０のＡの横方向）およびＹ方向（図２０のＡの縦方向）に対して傾いた正方格子状に配置されている。
　図２０のＢに示すレンズ７１も、主レンズ７１ａのみを含んでいる。図２０のＢに示す主レンズ７１ａは、例えば円錐面レンズである。これらの主レンズ７１ａは、Ｘ方向およびＹ方向に平行な正方格子状に配置されている。
　図２０のＣに示すレンズ７１は、図２０のＢに示す主レンズ７１ａに加えて、主レンズ７１ａよりも小型の副レンズ７１ｂを含んでいる。図２０のＣに示す副レンズ７１ｂは、例えば球面レンズである。この例によれば、上述の第１変形例の発光装置１と同様の作用を有する発光装置１を実現することができる。図２０のＣに示す副レンズ７１ｂは、主レンズ７１ａ間の隙間において正方格子状に配置されている。
　図２０のＤに示すレンズ７１は、図２０のＣに示す主レンズ７１ａおよび副レンズ７１ｂに加えて、副レンズ７１ｂよりも小型の副レンズ７１ｃを含んでいる。図２０のＤに示す副レンズ７１ｃは、例えば角錐面レンズである。この例によれば、例えば上述の第１変形例の光よりも照度の均一性の良い光を得ることができる。図２０のＤに示す副レンズ７１ｃは、主レンズ７１ａおよび副レンズ７１ｂ間の隙間において正方格子状に配置されている。
　図２０のＥに示すレンズ７１は、主レンズ７１ａのみを含んでいる。図２０のＥに示す主レンズ７１ａは、例えば円錐面レンズである。これらの主レンズ７１ａは、六方最密格子状に配置されている。
　図２０のＦに示すレンズ７１は、図２０のＥに示す主レンズ７１ａに加えて、主レンズ７１ａよりも小型の副レンズ７１ｂを含んでいる。図２０のＦに示す副レンズ７１ｂは、例えば球面レンズである。この例によれば、上述の第１変形例の発光装置１と同様の作用を有する発光装置１を実現することができる。図２０のＦに示す副レンズ７１ｂは、主レンズ７１ａ間の隙間に配置されている。
　図２０のＧに示すレンズ７１は、主レンズ７１ａのみを含んでいる。図２０のＧに示す主レンズ７１ａは、例えば四角錐面レンズである。これらの主レンズ７１ａは、フライアイ状に配置されている。
　図２０のＨに示すレンズ７１は、図２０のＧに示すレンズ７１と同様に、主レンズ７１ａのみを含んでいる。この例の発光装置１は、これらの主レンズ７１ａ間に、複数のファセット面を有するファセット部７３をさらに備えている。その結果、図２０のＨに示す主レンズ７１ａは、例えば八角錐面レンズとなっている。この例のファセット部７３は、凹型のピラミッド形状を有しており、光を直進させずに散らす作用を有する。
　次に、図２１や図２２を参照し、本実施形態のレンズ７１の作用について説明する。
　図２１は、第１実施形態のレンズ７１の作用を説明するための断面図およびグラフである。
　図２１のＡは、図１４のＡに示す発光装置１の複数のレンズ７１のうちの１つを示し、具体的には、レンズＬ１（凸型の球面レンズ）を示している。図２１のＡに示す例では、発光装置１は、基板５１の裏面Ｓ２に形成された屈折率緩衝層７４を備えている。本実施形態の屈折率緩衝層７４は、基板５１の裏面Ｓ２のほぼ全面に形成されており、各レンズ７１を覆っている。また、本実施形態の屈折率緩衝層７４は平坦な上面を有し、この上面は空気に露出している。
　屈折率緩衝層７４は、基板５１の内部から外部への屈折率の変化を低減するために形成されている。よって、屈折率緩衝層７４の屈折率は、基板５１の屈折率よりも低く設定されており、ここでは、基板５１の屈折率と空気の屈折率との間の値に設定されている。本実施形態では、基板５１はＧａＡｓ基板であり、基板５１の屈折率は３．５５である。そのため、本実施形態の屈折率緩衝層７４の屈折率は、３．５５よりも低く設定されている。本実施形態の屈折率緩衝層７４は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）膜である。
　図２１のＡは、レンズ７１や屈折率緩衝層７４で屈折された光の経路を、矢印で示している。図２１のＡでは、レンズ７１から出射された光がＺ方向に対して傾いている場合、この光が屈折率緩衝層７４から出射される際に、この光のＺ方向に対する傾きがさらに大きくなっている。これは、測距装置の画角（ＦＯＶ）を広げる作用を有する。
　図２１のＢおよびＣは、図２１のＡのレンズ７１上に屈折率緩衝層７４を設けた場合のシミュレーション結果を白丸で示し、図２１のＡのレンズ７１上に屈折率緩衝層７４を設けなかった場合のシミュレーション結果を黒丸で示している。図２１のＢおよびＣの横軸は、レンズ７１の曲率半径ｒを示す。図２１のＢの縦軸は、レンズ７１および屈折率緩衝層７４を透過した光の強度（白丸）や、レンズ７１を透過した光の強度（黒丸）を示す。図２１のＣの縦軸は、レンズ７１および屈折率緩衝層７４を透過した光による測距装置の画角（白丸）や、レンズ７１を透過した光による測距装置の画角（黒丸）を示している。
　図２１のＢおよびＣによれば、レンズ７１上に屈折率緩衝層７４を設けると、レンズ７１の曲率半径ｒが小さくても全反射を抑制できることや、レンズ７１の曲率半径ｒが小さくても十分な画角を確保できることが分かる。これにより、レンズ７１を小型化することや、レンズ７１の集積度を高めることが可能となる。
　図２２は、第１実施形態のレンズ７１の作用を説明するための断面図である。
　図２２のＡは、図１５に示す発光装置１の複数のレンズ７１のうちの１つを示し、具体的には、レンズＬ３（凹型の球面レンズ）を示している。図２２のＢは、図１４のＡに示す発光装置１の複数のレンズ７１のうちの１つを示し、具体的には、レンズＬ２（凸型の円錐面レンズ）を示している。図２２のＣは、図１５に示す発光装置１の複数のレンズ７１のうちの１つを示し、具体的には、レンズＬ４（凹型の円錐面レンズ）を示している。図２２のＡからＣの各々に示す例でも、発光装置１は、基板５１の裏面Ｓ２に形成された屈折率緩衝層７４を備えている。
　図２２のＡからＣは、レンズ７１や屈折率緩衝層７４で屈折された光の経路を、矢印で示している。図２２のＡからＣでは、レンズ７１から出射された光がＺ方向に対して傾いている場合、この光が屈折率緩衝層７４から出射される際に、この光のＺ方向に対する傾きがさらに大きくなっている。これは、図２１のＡの場合と同様に、測距装置の画角を広げる作用を有する。そのため、図２１のＢおよびＣのグラフを参照して説明した内容は、図２２のＡからＣのレンズ７１にも当てはまる。
　なお、本実施形態の屈折率緩衝層７４は、図１４のＡや図１５に示す発光装置１以外の発光装置１に適用してもよく、例えば、図４のＡ、図４のＢ、図７のＡ、および図１２のＡのいずれかに示す発光装置１に適用してもよい。
　以上のように、本実施形態の発光装置１は、基板５１に設けられた複数のレンズ７１を備え、これらのレンズ７１は少なくとも、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外のレンズを含んでいる。例えば、これらのレンズ７１は、円錐面レンズ、角錐面レンズ、双曲面レンズ、放物面レンズ、またはフレネルレンズである第１レンズと、球面レンズまたは楕円体面レンズである第２レンズとを含んでいる。
　よって、本実施形態によれば、複数の発光素子５３からの光を、これらのレンズ７１により好適に成形することが可能となる。例えば、複数の発光素子５３からの光を、中央部の照度が強い光の代わりに中央部の照度が弱い光に成形することや、照度の均一性の良い光に成形することが可能となる。
　（第２実施形態）
　図２３は、第２実施形態の発光装置１の構造を示す断面図である。
　図２３は、図４のＡと同様に、レンズ７１と発光素子５３が１対１で対応する発光装置１を示している。よって、図２３に示す各レンズ７１は、対応する１つの発光素子５３の上方に設けられており、対応する１つの発光素子５３から出射された光を受光する。図２３は、基板５１の表面Ｓ１に設けられた複数の発光素子５３のうちの５つと、基板５１の裏面Ｓ２に設けられた複数のレンズ７１のうちの５つとを示している。
　ただし、本実施形態では、各レンズ７１の光軸の位置が、対応する発光素子５３の光軸の位置と必ずしも一致していない。図２４は、５つのレンズ７１の光軸Ｎ１～Ｎ５と、５つの発光素子５３の光軸Ｍ１～Ｍ５と、光軸Ｎ１～Ｎ５の位置と光軸Ｍ１～Ｍ５の位置とのずれ量Ｘ１～Ｘ５とを示している。光軸Ｎ１～Ｎ５を有するレンズ７１はそれぞれ、光軸Ｍ１～Ｍ５を有する発光素子５３と対応している。光軸Ｎ３を有するレンズ７１は、上記複数のレンズ７１のうちの中心に位置している。
　本実施形態の各レンズ７１の光軸の位置は、中心に位置するレンズ７１を除き、対応する発光素子５３の光軸の位置とずれている。具体的には、本実施形態の各レンズ７１の光軸の位置は、中心から離れる方向に、対応する発光素子５３の光軸の位置とずれている。例えば、光軸Ｎ１、Ｎ２はそれぞれ、光軸Ｍ１、Ｍ２に対して－Ｘ方向にずれている。また、光軸Ｎ４、Ｎ５はそれぞれ、光軸Ｍ４、Ｍ５に対して＋Ｘ方向にずれている。このような光軸のずれは、測距装置の画角（ＦＯＶ）を広げる作用を有する。このことを、図２４を参照して説明する。
　図２４は、第２実施形態の発光装置１の動作を示す断面図および平面図である。
　図２４のＡは、図２３に示す発光装置１の発光素子５３から出射された光Ｅ１～Ｅ５の広がり方を示している。光Ｅ１、Ｅ２は、対応するレンズ７１により－Ｘ方向に偏って出射されている。一方、光Ｅ４、Ｅ５は、対応するレンズ７１により＋Ｘ方向に偏って出射されている。これにより、測距装置の画角を広げることが可能となる。
　図２４のＢは、図７のＢ、図１２のＢ、図１３のＢなどと同様に、これらのレンズ７１の上方のＸＹ平面内における光Ｅの照度分布を示している。図２４のＢは、照度が弱い領域を疎なドット群で表し、照度が強い領域を密なドット群で表し、照度が中程度の領域を中程度の密度のドット群で表している。
　本実施形態の発光装置１は、例えば図２５に示すような態様で使用してもよい。以下、図２５を参照し、本実施形態の発光装置１の動作例について説明する。
　図２５は、第２実施形態の発光装置１の動作例を説明するための平面図である。
　図２５のＡは、図２４のＡに示す光Ｅ１～Ｅ５のうちの光Ｅ１のみを発光させた場合の照度分布を示す。同様に、図２５のＢ～Ｅはそれぞれ、図２４のＡに示す光Ｅ１～Ｅ５のうちの光Ｅ２～Ｅ５のみを発光させた場合の照度分布を示す。
　この例では、発光装置１が、上記複数の発光素子５３を１列ずつ順々に駆動する。具体的には、図２４のＡの左から１番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３を最初に駆動し、次に図２４のＡの左から２番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３を駆動する。その後、左から３番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３、左から４番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３、左から５番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３を順々に駆動する。なお、これらの列の各々は、Ｙ方向に互いに隣接する複数の発光素子５３を含んでいる。以上のような制御は、上述のＬＤＤ基板４２（駆動回路１２）により行われる。
　このような制御の結果、発光装置１は、光Ｅ１～Ｅ５をレンズ７１から被写体（図１）に順々に出射することになる。よって、被写体は、最初に光Ｅ１で照射され、次に光Ｅ２で照射され、その後、光Ｅ３～Ｅ５で順々に照射されることになる。これにより、被写体を光Ｅ１～Ｅ５により走査することが可能となる。一般に、測距装置は、被写体上を移動するライン光により走査することで、選択的な光照射による省電力駆動が可能となり、放熱を促進することができる。本実施形態によれば、このようなライン光による走査を、光Ｅ１～Ｅ５により行うことが可能となる。
　なお、本実施形態の制御は、図２３のＡのように円錐面レンズのみを備える発光装置１だけでなく、球面レンズのみを備える発光装置１や、円錐面レンズと球面レンズとを備える発光装置１に適用してもよい。この場合、円錐面レンズは、角錐面レンズ、双曲面レンズ、放物面レンズ、またはフレネルレンズに置き換えてもよいし、球面レンズは、楕円体面レンズに置き換えてもよい。
　（第３実施形態）
　図２６は、第３実施形態の発光装置１の構造を示す断面図である。
　図２６は、レンズ７１と発光素子５３が１対ｍで対応する発光装置１を示している（ｍは２以上の整数）。よって、図２６に示すレンズ７１は、対応する複数の発光素子５３の上方に設けられており、対応する複数の発光素子５３から出射された光を受光する。図２６は、基板５１の表面Ｓ１に設けられた複数の発光素子５３のうちの５つと、基板５１の裏面Ｓ２に設けられた１つ以上のレンズ７１のうちの１つとを示している。
　このように、本実施形態のレンズ７１は、発光素子５３と１対ｍで対応している。このようなレンズ７１は、第２実施形態の光軸のずれと同様に、測距装置の画角（ＦＯＶ）を広げる作用を有する。このことを、図２７を参照して説明する。
　図２７は、第３実施形態の発光装置１の動作を示す断面図および平面図である。
　図２７のＡは、図２６に示す発光装置１の発光素子５３から出射された光Ｆ１～Ｆ５の広がり方を示している。光Ｆ１、Ｆ２は、レンズ７１の右側の斜面により－Ｘ方向に偏って出射されている。一方、光Ｆ４、Ｆ５は、レンズ７１の左側の斜面により＋Ｘ方向に偏って出射されている。これにより、測距装置の画角を広げることが可能となる。
　図２７のＢは、図７のＢ、図１２のＢ、図１３のＢなどと同様に、当該レンズ７１の上方のＸＹ平面内における光Ｆの照度分布を示している。図２７のＢは、照度が弱い領域を疎なドット群で表し、照度が強い領域を密なドット群で表し、照度が中程度の領域を中程度の密度のドット群で表している。
　本実施形態の発光装置１は、例えば図２８に示すような態様で使用してもよい。以下、図２８を参照し、本実施形態の発光装置１の動作例について説明する。
　図２８は、第３実施形態の発光装置１の動作例を説明するための平面図である。
　図２８のＡは、図２７のＡに示す光Ｆ１～Ｆ５のうちの光Ｆ１のみを発光させた場合の照度分布を示す。同様に、図２８のＢ～Ｅはそれぞれ、図２７のＡに示す光Ｆ１～Ｆ５のうちの光Ｆ２～Ｆ５のみを発光させた場合の照度分布を示す。
　この例では、発光装置１が、上記複数の発光素子５３を１列ずつ順々に駆動する。具体的には、図２７のＡの右から１番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３を最初に駆動し、次に図２７のＡの右から２番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３を駆動する。その後、右から３番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３、右から４番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３、右から５番目の発光素子５３を含む１列の発光素子５３を順々に駆動する。なお、これらの列の各々は、Ｙ方向に互いに隣接する複数の発光素子５３を含んでいる。以上のような制御は、上述のＬＤＤ基板４２（駆動回路１２）により行われる。
　このような制御の結果、発光装置１は、光Ｆ１～Ｆ５をレンズ７１から被写体（図１）に順々に出射することになる。よって、被写体は、最初に光Ｆ１で照射され、次に光Ｆ２で照射され、その後、光Ｆ３～Ｆ５で順々に照射されることになる。これにより、被写体を光Ｆ１～Ｆ５により走査することが可能となる。一般に、測距装置は、被写体上を移動するライン光により走査することで、選択的な光照射による省電力駆動が可能となり、放熱を促進することができる。本実施形態によれば、このようなライン光による走査を、光Ｆ１～Ｆ５により行うことが可能となる。
　なお、本実施形態の制御は、図２６のＡのように円錐面レンズのみを備える発光装置１だけでなく、球面レンズのみを備える発光装置１や、円錐面レンズと球面レンズとを備える発光装置１に適用してもよい。この場合、円錐面レンズは、角錐面レンズ、双曲面レンズ、放物面レンズ、またはフレネルレンズに置き換えてもよいし、球面レンズは、楕円体面レンズに置き換えてもよい。
　なお、第１～第３実施形態の発光装置１は、測距装置の光源として使用されているが、その他の態様で使用されてもよい。例えば、これらの実施形態の発光装置１は、プリンタなどの光学機器の光源として使用されてもよいし、照明装置として使用されてもよい。また、第１～第３実施形態のレンズ７１は、基板５１の一部として基板５１の裏面Ｓ２に設けられているが、基板５１上に形成された膜の一部として基板５１の裏面Ｓ２に設けられていてもよい。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、２つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。
　なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
　（１）
　基板と、
　前記基板の第１面に設けられた複数の発光素子と、
　前記基板の第２面に設けられた複数のレンズとを備え、
　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む、発光装置。
　（２）
　前記第１レンズは、単一のゾーンを有するレンズである、（１）に記載の発光装置。
　（３）
　前記第１レンズは、円錐面レンズ、角錐面レンズ、双曲面レンズ、または放物面レンズである、（１）に記載の発光装置。
　（４）
　前記第１レンズは、頂点を有する形状を有する、（１）に記載の発光装置。
　（５）
　前記第１レンズは、複数のゾーンを有するレンズである、（１）に記載の発光装置。
　（６）
　前記第１レンズは、フレネルレンズである、（１）に記載の発光装置。
　（７）
　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の前記第１レンズと、前記第１レンズと異なる形状を有する第２レンズとを含む、（１）に記載の発光装置。
　（８）
　前記第２レンズは、球面レンズまたは楕円体面レンズである、（７）に記載の発光装置。
　（９）
　前記複数のレンズは、前記発光素子からの光を全反射させない構造を有する、（１）に記載の発光装置。
　（１０）
　前記複数のレンズは、凸レンズおよび凹レンズの少なくともいずれかを含む、（１）に記載の発光装置。
　（１１）
　前記複数の発光素子の１つから出射された光は、対応する１つのレンズに入射する、（１）に記載の発光装置。
　（１２）
　前記複数の発光素子の１つから出射された光は、対応する複数のレンズに入射する、（１）に記載の発光装置。
　（１３）
　さらに、前記基板の前記第２面に前記複数のレンズを覆うように設けられ、前記基板の屈折率より低い屈折率を有する屈折率緩衝層を備える、（１）に記載の発光装置。
　（１４）
　さらに、前記複数の発光素子を駆動して、前記複数の発光素子から光を発光させる駆動装置を備える、（１）に記載の発光装置。
　（１５）
　前記駆動装置は、前記基板の前記第１面側に前記複数の発光素子を介して設けられている、（１４）に記載の発光装置。
　（１６）
　前記駆動装置は、前記複数の発光素子を個々の発光素子ごとに駆動させる、（１４）に記載の発光装置。
　（１７）
　前記駆動装置は、前記複数の発光素子を順々に駆動することで、前記複数の発光素子からの光で被写体を走査する、（１４）に記載の発光装置。
　（１８）
　前記複数のレンズの１つは、対応する１つの発光素子から出射された光を受光し、
　少なくともいずれかのレンズの光軸の位置は、対応する発光素子の光軸の位置とずれている、（１７）に記載の発光装置。
　（１９）
　前記複数のレンズの１つは、対応する複数の発光素子から出射された光を受光する、（１７）に記載の発光装置。
　（２０）
　基板の第１面に複数の発光素子を形成し、
　前記基板の第２面に複数のレンズを形成する、
　ことを含み、
　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む、発光装置の製造方法。
　（２１）
　前記複数のレンズは、前記基板の前記第２面にエッチング加工、レーザー加工、または電子ビーム加工により形成される、（２０）に記載の発光装置の製造方法。
　（２２）
　光を被写体に照射する発光装置と、
　前記被写体で反射した光を受光して、前記被写体を撮像する撮像装置と、
　前記撮像装置から出力された画像信号を用いて、前記被写体までの距離を測定する制御装置とを備え、
　前記発光装置は、
　基板と、
　前記基板の第１面に設けられ、前記光を発光する複数の発光素子と、
　前記基板の第２面に設けられ、前記光を成形する複数のレンズとを備え、
　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む、測距装置。
　１：発光装置、２：撮像装置、３：制御装置、
　１１：発光部、１２：駆動回路、１３：電源回路、１４：発光側光学系、
　２１：イメージセンサ、２２：画像処理部、２３：撮像側光学系、３１：測距部、
　４１：ＬＤチップ、４２：ＬＤＤ基板、４３：実装基板、４４：放熱基板、
　４５：補正レンズ保持部、４６：補正レンズ、４７：配線、４８：バンプ、
　５１：基板、５２：積層膜、５３：発光素子、５４：アノード電極、
　５５：カソード電極、６１：基板、６２：接続パッド、
　７１：レンズ、７１ａ：主レンズ、７１ｂ：副レンズ、７１ｃ：副レンズ、
　７２：レジスト膜、７３：ファセット部、７４：屈折率緩衝層

Claims (20)

  1. 　基板と、
    　前記基板の第１面に設けられた複数の発光素子と、
    　前記基板の第２面に設けられた複数のレンズとを備え、
    　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む、発光装置。
  2. 　前記第１レンズは、単一のゾーンを有するレンズである、請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記第１レンズは、円錐面レンズ、角錐面レンズ、双曲面レンズ、または放物面レンズである、請求項１に記載の発光装置。
  4. 　前記第１レンズは、頂点を有する形状を有する、請求項１に記載の発光装置。
  5. 　前記第１レンズは、複数のゾーンを有するレンズである、請求項１に記載の発光装置。
  6. 　前記第１レンズは、フレネルレンズである、請求項１に記載の発光装置。
  7. 　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の前記第１レンズと、前記第１レンズと異なる形状を有する第２レンズとを含む、請求項１に記載の発光装置。
  8. 　前記第２レンズは、球面レンズまたは楕円体面レンズである、請求項７に記載の発光装置。
  9. 　前記複数のレンズは、前記発光素子からの光を全反射させない構造を有する、請求項１に記載の発光装置。
  10. 　前記複数のレンズは、凸レンズおよび凹レンズの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の発光装置。
  11. 　前記複数の発光素子の１つから出射された光は、対応する１つのレンズに入射する、請求項１に記載の発光装置。
  12. 　前記複数の発光素子の１つから出射された光は、対応する複数のレンズに入射する、請求項１に記載の発光装置。
  13. 　さらに、前記基板の前記第２面に前記複数のレンズを覆うように設けられ、前記基板の屈折率より低い屈折率を有する屈折率緩衝層を備える、請求項１に記載の発光装置。
  14. 　さらに、前記複数の発光素子を駆動して、前記複数の発光素子から光を発光させる駆動装置を備える、請求項１に記載の発光装置。
  15. 　前記駆動装置は、前記基板の前記第１面側に前記複数の発光素子を介して設けられている、請求項１４に記載の発光装置。
  16. 　前記駆動装置は、前記複数の発光素子を個々の発光素子ごとに駆動させる、請求項１４に記載の発光装置。
  17. 　前記駆動装置は、前記複数の発光素子を順々に駆動することで、前記複数の発光素子からの光で被写体を走査する、請求項１４に記載の発光装置。
  18. 　前記複数のレンズの１つは、対応する１つの発光素子から出射された光を受光し、
    　少なくともいずれかのレンズの光軸の位置は、対応する発光素子の光軸の位置とずれている、請求項１７に記載の発光装置。
  19. 　前記複数のレンズの１つは、対応する複数の発光素子から出射された光を受光する、請求項１７に記載の発光装置。
  20. 　光を被写体に照射する発光装置と、
    　前記被写体で反射した光を受光して、前記被写体を撮像する撮像装置と、
    　前記撮像装置から出力された画像信号を用いて、前記被写体までの距離を測定する制御装置とを備え、
    　前記発光装置は、
    　基板と、
    　前記基板の第１面に設けられ、前記光を発光する複数の発光素子と、
    　前記基板の第２面に設けられ、前記光を成形する複数のレンズとを備え、
    　前記複数のレンズは、球面レンズおよび楕円体面レンズ以外の第１レンズを含む、測距装置。
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