WO2022163353A1 - 発光装置、発光装置の製造方法、および測距装置 - Google Patents

発光装置、発光装置の製造方法、および測距装置 Download PDF

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篤志 山本
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    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • the present disclosure relates to a light-emitting device, a method for manufacturing the light-emitting device, and a rangefinder.
  • VCSELs Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
  • a plurality of light-emitting elements are provided in a two-dimensional array on the front or rear surface of a substrate.
  • the above light emitting device for example, there are cases where it is desired to shape the light emitted from a plurality of light emitting elements in various ways. For example, there are cases where it is desired to converge light, there are cases where it is desired to diffuse light, and there are cases where it is desired to scatter light. In this case, the question arises as to what method should be used to shape the light.
  • the present disclosure provides a light-emitting device capable of suitably shaping light from a plurality of light-emitting elements, a method for manufacturing the light-emitting device, and a distance measuring device.
  • a light-emitting device includes a substrate, a plurality of light-emitting elements provided on a first surface of the substrate, and light emitted from the plurality of light-emitting elements provided on a second surface of the substrate. a plurality of structures through which light passes, at least one of the structures includes a first structure through which a first portion of the light passes, and a function different from that of the first structure; and a second structure through which a second portion of the is transparent.
  • light from a plurality of light-emitting elements can be favorably shaped, for example, light incident on a corresponding structure from a light-emitting element can be shaped differently between the first structure and the second structure. It becomes possible.
  • the first and second structures may have a shape in which the second structure surrounds the first structure in an annular shape.
  • a structure that is desirable to be circular can be set as the first structure, and a structure that does not have to be circular can be set as the second structure.
  • the interface between the first and second structures may be a plane. This makes it possible to arrange the first and second structures in a simple layout, such as arranging the first and second structures on the left and right, respectively.
  • the first structure may be a lens
  • the second structure may be a structure other than a lens. This allows, for example, a first structure to focus or diffuse light and a second structure to otherwise shape the light.
  • the first structure may be a lens
  • the second structure may be a scatterer. This allows, for example, the first structure to focus or diffuse the light and the second structure to scatter the light.
  • the first and second structures may be lenses having mutually different functions.
  • the first and second structures may be lenses having curvatures different from each other.
  • two types of lenses can be realized with different curvatures.
  • At least one of the first and second structures may be a convex lens, a concave lens, or a flat lens. This makes it possible, for example, to shape the light with an appropriate lens according to the purpose of using the light.
  • the first and second structures may be provided on the second surface of the substrate as part of the substrate. This makes it possible, for example, to easily form the first and second structures by processing the substrate.
  • the plurality of light emitting elements and the plurality of structures correspond one-to-one, and light emitted from each light emitting element passes through one corresponding structure.
  • the light emitted from a plurality of light emitting elements can be shaped for each individual light emitting element.
  • the substrate may be a semiconductor substrate containing gallium (Ga) and arsenic (As). This makes it possible, for example, to make the substrate suitable for a light-emitting device.
  • Ga gallium
  • As arsenic
  • light emitted from the plurality of light emitting elements may pass through the substrate from the first surface to the second surface and enter the plurality of structures. .
  • the first surface of the substrate may be the front surface of the substrate, and the second surface of the substrate may be the back surface of the substrate. This makes it possible, for example, to make the light emitting device a back emission type.
  • the first structure may focus or diffuse light from the light emitting element, and the second structure may scatter light from the light emitting element.
  • the light incident on the corresponding structure from a certain light-emitting element can be used after being focused or diffused, or can be used after being scattered.
  • the first structure may collimate light from the light emitting element.
  • the light incident on the corresponding structure from a certain light-emitting element can be used in a collimated manner or in a scattered manner.
  • a method for manufacturing a light-emitting device includes forming a plurality of light-emitting elements on a first surface of a substrate, and transmitting light emitted from the plurality of light-emitting elements through a second surface of the substrate. forming a plurality of structures, wherein at least one of the structures has a first structure through which the first portion of the light is transmitted and a function different from that of the first structure; The second portion is formed to include a transparent second structure.
  • light from a plurality of light-emitting elements can be favorably shaped, for example, light incident on a corresponding structure from a light-emitting element can be shaped differently between the first structure and the second structure. It becomes possible.
  • the first and second structures may be simultaneously formed on the second surface of the substrate. This makes it possible, for example, to form the first and second structures with a small number of steps.
  • the first and second structures are formed by forming one of the first and second structures and then forming the other of the first and second structures. may be This makes it possible, for example, to precisely form the first and second structures.
  • a distance measuring device includes a plurality of light-emitting elements that generate light, a light-emitting device that irradiates a subject with the light from the light-emitting elements, and a light-emitting device that receives the light reflected by the subject.
  • the light emitting device includes a substrate and , the plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate; and a plurality of structures provided on the second surface of the substrate through which light emitted from the plurality of light emitting elements is transmitted; At least one of the structures includes a first structure that transmits the first portion of the light and a second structure that has a function different from that of the first structure and transmits the second portion of the light. include.
  • the distance measurement unit from the image signal, includes first data corresponding to the first part of the light that has passed through the first structure and the light that has passed through the second structure. and second data corresponding to the second portion of the light that has been obtained.
  • first data corresponding to the first portion of the light transmitted through the first structure and the second data corresponding to the second portion of the light transmitted through the second structure are used for different purposes. becomes possible.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a distance measuring device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a light emitting device according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device shown in FIG. 2B
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a light emitting device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a plan view showing the structure of a light emitting device according to a first embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the operation of the light emitting device of the first embodiment
  • FIG. It is a sectional view showing the structure of the light-emitting device of the modification of 1st Embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view showing the structure of a light emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a light-emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a light-emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a plan view showing the structure of a light emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a plan view showing the structure of a light emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a light-emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a plan view showing the structure of a light emitting device of another modified example of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a light-emitting device of another modified example of the
  • FIG. 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a light-emitting device of another modified example of the first embodiment
  • FIG. 4A to 4C are cross-sectional views showing a method for manufacturing the light emitting device of the first embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view (1/2) showing a method of manufacturing a light emitting device according to a modification of the first embodiment
  • It is a cross-sectional view (2/2) showing a method of manufacturing a light-emitting device of a modification of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the distance measuring device of the first embodiment.
  • the distance measuring device in FIG. 1 includes a light emitting device 1, an imaging device 2, and a control device 3.
  • the distance measuring device of FIG. 1 irradiates a subject with light emitted from a light emitting device 1 .
  • the imaging device 2 captures an image of the subject by receiving light reflected by the subject.
  • the control device 3 measures (calculates) the distance to the subject using the image signal output from the imaging device 2 .
  • the light emitting device 1 functions as a light source for the imaging device 2 to capture an image of a subject.
  • the light-emitting device 1 includes a light-emitting portion 11, a drive circuit 12, a power supply circuit 13, and a light-emitting side optical system .
  • the imaging device 2 includes an image sensor 21 , an image processing section 22 and an imaging side optical system 23 .
  • the control device 3 has a distance measuring section 31 .
  • the light emitting unit 11 emits laser light for irradiating the subject.
  • the light emitting section 11 of this embodiment includes a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional array, and each light emitting element has a VCSEL structure. A subject is irradiated with light emitted from these light emitting elements.
  • the light emitting section 11 of this embodiment is provided in a chip called an LD (Laser Diode) chip 41 .
  • the drive circuit 12 is an electric circuit that drives the light emitting section 11
  • the power circuit 13 is an electric circuit that generates a power supply voltage for the drive circuit 12 .
  • the power supply circuit 13 generates a power supply voltage from the input voltage supplied from the battery in the rangefinder, and the drive circuit 12 drives the light emitting section 11 using this power supply voltage.
  • the drive circuit 12 of this embodiment is provided in a substrate called an LDD (Laser Diode Driver) substrate 42 .
  • the light-emitting side optical system 14 includes various optical elements, and irradiates the subject with light from the light-emitting section 11 via these optical elements.
  • the imaging side optical system 23 includes various optical elements, and receives light from the subject via these optical elements.
  • the image sensor 21 receives light from the subject via the imaging side optical system 23 and converts this light into an electrical 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 this 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 section 22 . Further, the image sensor 21 of the present embodiment outputs a frame synchronization signal to the driving circuit 12, and the driving circuit 12 causes the light emitting section 11 to emit light at a timing corresponding to the frame period 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 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 in FIG.
  • the control device 3 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), 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 measurement unit 31 employs, for example, the STL (Structured Light) method or the ToF (Time of Flight) method as a distance measurement method. Further, the distance measuring unit 31 may measure the distance between the distance measuring device and the subject for each part of the subject based on the above image signal, and specify the three-dimensional shape of the subject. Further details of the distance measuring unit 31 of the present embodiment will be described later.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 2A shows a first example of the structure of the light emitting device 1 of this embodiment.
  • the light emitting device 1 of this example includes the above-described LD chip 41 and LDD substrate 42, a mounting substrate 43, a heat dissipation substrate 44, a correction lens holding portion 45, one or more correction lenses 46, and wiring 47. ing.
  • a in FIG. 2 shows the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are perpendicular to each other.
  • the X and Y directions correspond to the lateral direction (horizontal direction), and the Z direction corresponds to the longitudinal direction (vertical direction).
  • 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 match the direction of gravity.
  • the LD chip 41 is arranged on the mounting board 43 via the heat dissipation board 44 , and the LDD board 42 is also arranged on the mounting board 43 .
  • the mounting substrate 43 is, for example, a printed circuit board.
  • the image sensor 21 and the image processing unit 22 shown in FIG. 1 are also arranged on the mounting substrate 43 of the present embodiment.
  • the heat dissipation substrate 44 is, for example, a ceramic substrate such as an aluminum oxide substrate or an aluminum nitride substrate.
  • the correction lens holding part 45 is arranged on the heat dissipation substrate 44 so as to surround the LD chip 41 and holds one or more correction lenses 46 above the LD chip 41 .
  • These correcting lenses 46 are included in the above-described light emitting side optical system 14 (FIG. 1).
  • the light emitted from the light emitting section 11 (FIG. 1) in the LD chip 41 is corrected by these correcting lenses 46 and then irradiated onto the subject (FIG. 1).
  • FIG. 2A shows, as an example, two correction lenses 46 held by the correction lens holding portion 45.
  • the wiring 47 is provided on the front surface, back surface, inside, etc. of the mounting substrate 43 and electrically connects the LD chip 41 and the LDD substrate 42 .
  • the wiring 47 is, for example, a printed wiring provided on the front surface or the rear surface of the mounting substrate 43 or a via wiring that penetrates the mounting substrate 43 .
  • the wiring 47 of this embodiment also passes through or near the heat dissipation substrate 44 .
  • FIG. 2B shows a second example of the structure of the light emitting device 1 of this embodiment.
  • the light emitting device 1 of this example has the same components as the light emitting device 1 of the first example, but has bumps 48 instead of the wirings 47 .
  • the LDD substrate 42 is arranged on the heat dissipation substrate 44, and the LD chip 41 is arranged on the LDD substrate 42.
  • the LD chip 41 is placed on the LDD substrate 42 via the bumps 48 and electrically connected to the LDD substrate 42 by the bumps 48 .
  • the light-emitting device 1 of this embodiment will be described below assuming that it has the structure of the second example shown in FIG. 2B. However, 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 specific 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 is , a substrate 61 and a plurality of connection pads 62 . 3, illustration of a structure 71, which will be described later, is omitted (see FIG. 4).
  • the substrate 51 is a 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 rear surface S2 of the substrate 51 facing the +Z direction.
  • the front 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 multiple 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 with an exit window for light, and the like.
  • the laminated film 52 includes a plurality of mesa portions M projecting in the -Z direction. A part of these mesa portions M are a plurality of light emitting elements 53 .
  • the light emitting element 53 is provided on the surface S ⁇ b>1 of the substrate 51 as part of the laminated film 52 .
  • the light emitting element 53 of this 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 surface S1 to the rear surface S2, and enters the correcting lens 46 (FIG. 2) from the substrate 51.
  • the LD chip 41 of this embodiment is a back emission type VCSEL chip.
  • the anode electrode 54 is formed on the bottom 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 to the lower surface of the laminated film 52 between the mesa portions M. As shown in FIG. Each light emitting element 53 emits light when a current flows between the corresponding anode electrode 54 and the corresponding cathode electrode 55 .
  • the LD chip 41 is arranged on the LDD substrate 42 via the bumps 48 and electrically connected to the LDD substrate 42 by the bumps 48 .
  • a connection pad 62 is formed on a substrate 61 included in the LDD substrate 42
  • a mesa portion M is arranged on the connection pad 62 via a bump 48 .
  • Each mesa portion M is arranged on the bump 48 via the anode electrode 54 or the cathode electrode 55 .
  • the substrate 61 is, for example, a semiconductor substrate such as a Si (silicon) substrate.
  • the LDD board 42 includes a drive circuit 12 that drives the light emitting section 11 (Fig. 1).
  • FIG. 3 schematically shows a plurality of switches SW included in the drive circuit 12. As shown in FIG. 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 (turn on and off) these switches SW individually. Therefore, the driving circuit 12 can drive the plurality of light emitting elements 53 individually. This makes it possible to precisely control the light emitted from the light emitting section 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 elements 53 can be realized by arranging the LDD substrate 42 below the LD chip 41, thereby making it easier to electrically connect each light emitting element 53 to the corresponding switch SW. ing.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 4 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 the substrate 51, the laminated film 52, the plurality of light emitting elements 53, the plurality of anode electrodes 54, and the plurality of cathode electrodes 55.
  • the LDD substrate 42 is a substrate 61 and a plurality of connection pads 62 .
  • illustration of the anode electrode 54, the cathode electrode 55, and the connection pad 62 is omitted.
  • the LD chip 41 of this embodiment includes a plurality of light emitting elements 53 on the front surface S1 of the substrate 51 and a plurality of structural bodies 71 on the rear surface S2 of the substrate 51 . These structures 71 are arranged in a two-dimensional array like the light emitting elements 53 .
  • the structures 71 of this embodiment correspond to the light emitting elements 53 on a one-to-one basis, and each structure 71 is arranged in the +Z direction of one light emitting element 53 .
  • Each structure 71 includes a first structure 71a and a second structure 71b.
  • the first structure 71a is, for example, a lens.
  • the first structure 71a of the present embodiment is a convex lens having a convex upper surface, and can focus light.
  • the first structure 71a may be a lens other than a convex lens, such as a concave lens or a flat lens.
  • the second structure 71b is, for example, a structure other than a lens.
  • the second structure 71b of the present embodiment is a scatterer including a plurality of fine dot-shaped projections, and can scatter light.
  • the second structure 71b may be a structure other than the scatterer, and may be, for example, a lens having a function different from that of the lens of the first structure 71a.
  • the first structure 71a and the second structure 71b of this embodiment have a shape in which the second structure 71b surrounds the first structure 71a in an annular shape (see FIG. 5).
  • the shape of the first structure 71a in plan view is circular, and the shape of the second structure 71b in plan view is annular.
  • the structure 71 of the present embodiment is provided on the rear surface S2 of the substrate 51 as part of the substrate 51 .
  • the structure 71 of this embodiment is formed by processing the substrate 51 from the back surface S2. According to this embodiment, the structure 71 can be easily formed by processing the substrate 51 .
  • the structure 71 may be formed on a film provided on the substrate 51 instead of forming it on the substrate 51 .
  • the light emitting element 53 on the substrate 51 (GaAs substrate) that is suitable for improving the performance of the light emitting element 53 while suppressing damage to the substrate 51 due to the processing of the substrate 51 .
  • the structure 71 on the substrate 51, the light emitting device 1 can be manufactured while forming the light emitting element 53 on the substrate 51 (GaAs substrate) suitable for improving the performance of the light emitting element 53. Miniaturization is possible.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements 53 passes through the substrate 51 from the front surface S1 to the back surface S2 and enters the structure 71 .
  • the light emitted from each light emitting element 53 enters one corresponding structure 71 .
  • the light incident on each structure 71 is emitted from the substrate 51 by passing through each structure 71, and enters the correction lens 46 (FIG. 2) described above.
  • the light that has passed through the correction lens 46 is applied to the subject (FIG. 1).
  • each light emitting element 52 When light emitted from each light emitting element 52 is incident on one corresponding structure 71, this light is incident on a first structure 71a and a second structure 71b of this structure 71, as will be described later. (see Figure 6). Specifically, a first portion of this light enters the first structure 71a and a second portion of this light enters the second structure 72b. In this embodiment, the central portion and the peripheral portion of the light incident on each structure 71 are the first portion and the second portion, respectively. The first portion passes through the first structure 71b and enters the correction lens 46, and the second portion passes through the second structure 71b and enters the correction lens 46.
  • the light-emitting device 1 of the present embodiment includes the structures 71 that shape the light emitted from the light-emitting elements 53, and each structure 71 is a first structure that shapes the first portion of the light. It includes a structure 71a and a second structure 71b that shapes a second portion of this light. Therefore, according to the present embodiment, the light from the light emitting element 53 is suitable because the light incident on the structure 71 from the light emitting element 53 can be shaped differently between the first structure 71a and the second structure 71b. It becomes possible to mold to
  • a lens such as the first structure 71a is arranged above a certain light emitting element 53 and a scatterer such as the second structure 71b is arranged above another light emitting element 53, then converged light and scattered light can generate both In this case, the light-emitting element 53 below the scatterer is unnecessary when generating focused light. On the other hand, when generating scattered light, the light emitting element 53 below the lens is unnecessary. As a result, the unused light emitting elements 53 are wasted.
  • each light emitting element 53 of this embodiment is used when generating either converged light or scattered light. Therefore, according to the present embodiment, each structural body 71 includes the first structural body 71a and the second structural body 71b, so that the waste of the light emitting elements 53 can be reduced. In other words, according to this embodiment, it is possible to make the distance measuring device multi-functional with a small number of light emitting elements 53, and realize low power consumption, size reduction, weight reduction, and high accuracy of the distance measuring device. becomes possible.
  • FIG. 5 is a plan view showing the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a region A of a first structure 71a within each structure 71 and a region B of a second structure 71b within each structure 71.
  • FIG. 5 shows a region A of a first structure 71a within each structure 71 and a region B of a second structure 71b within each structure 71.
  • the shape of the area A is circular
  • the shape of the area B is an annular ring surrounding the area A.
  • the second structure 71b surrounds the first structure 71a in a ring shape.
  • the number of structural bodies 71 on the back surface S2 of the substrate 51 may be other than nine, and the arrangement of these structural bodies 71 may be other than the arrangement shown in FIG.
  • an example of the first structure 71a is a lens
  • an example of the second structure 71b is a scatterer. It is often desirable that the planar shape of the lens be circular. According to this embodiment, by using the first structure 71a as a lens, it is possible to make the planar shape of the lens circular. On the other hand, the planar shape of the scatterer does not have to be circular in many cases. Therefore, the second structure 71b of this embodiment is a scatterer, and the planar shape of this scatterer is non-circular.
  • the second structural body 71b of the present embodiment includes a plurality of protrusions that are regularly arranged two-dimensionally (FIG. 4). may contain.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operation of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 6A shows a first portion La of the light emitted from the light emitting element 53 that passes through the first structure 71a.
  • B of FIG. 6 shows a second portion Lb of the light emitted from the light emitting element 53 that passes through the second structure 71b.
  • FIG. 6C collectively shows the first portion La and the second portion Lb.
  • the light emitted from each light emitting element 53 enters the corresponding structure 71 as shown in FIG. 6C.
  • This light includes a first portion La that enters the first structure 71a and a second portion Lb that enters the second structure 71b.
  • the first structure 71a is, for example, a convex lens, and has a function of converging incident light.
  • the second structure 71b is, for example, a scatterer and has a function of scattering incident light. Therefore, the first portion La transmitted through the first structure 71a becomes converged light as shown in FIG. 6A, and the second portion Lb transmitted through the second structure 71b becomes converged light as shown in FIG. 6B. It becomes scattered light.
  • the structure 71 emits converged light (first portion La) and scattered light (second portion Lb) at the same time.
  • the first structure 71a of the present embodiment collimates the first portion La by converging the first portion La. Therefore, the first portion La that has passed through the first structure 71a of the present embodiment becomes parallel light.
  • the distance measurement unit 31 measures the distance to the subject based on the image signal generated by the imaging device 2.
  • the image signal of this embodiment includes first data corresponding to the first portion La transmitted through the first structure 71a of each structure 71 and second portion Lb transmitted through the second structure 71b of each structure 71. and second data corresponding to . Therefore, the distance measuring unit 31 performs information processing to extract the first data and the second data from the image signal, and measures the distance to the subject using the extracted first data and the extracted second data. do.
  • the distance measuring unit 31 may measure the distance to a certain part of the subject using the first data, and measure the distance to another part of the subject using the second data. Further, the distance measuring section 31 may measure the distance to the subject by combining a first process using the first data and a second process using the second data.
  • the first data and the second data may be extracted from the image signal in any manner.
  • the distance measurement unit 13 includes a separation unit that separates the image signal into a focused light component and a scattered light component, a first calculation unit that extracts first data from the focused light component, and a second data from the scattered light component. and a second calculation unit for extracting.
  • the distance measurement section 13 may measure the distance to the subject based on the first data extracted by the first calculation section and the second data extracted by the second calculation section.
  • the distance measurement unit 13 includes a first output unit that outputs the first data extracted by the first calculation unit to the outside, and a second output unit that outputs the second data extracted by the second calculation unit to the outside. and may be provided. Also, such first and second output units may be provided outside the distance measuring unit 13 or outside the control device 3 .
  • FIGS. 7 to 14 are sectional views and plan views showing structures of light-emitting devices 1 of various modifications of the first embodiment.
  • each first structure 71a is a concave lens having a concave upper surface, and can diffuse light.
  • the first structure 71a of the present embodiment may be any type of lens in accordance with the purpose of using light.
  • the light-emitting device 1 shown in FIG. 7B includes various types of lenses as the first structure 71a.
  • FIG. 7B shows a convex lens having a convex upper surface, a concave lens having a concave upper surface, and a flat lens having a flat upper surface as examples of the first structure 71a.
  • the state in which the flat lens exists above the light emitting element 53 can also be said to be the state in which the lens does not exist above the light emitting element 53 .
  • the light-emitting device 1 of this embodiment may include two or more types of lenses as the first structure 71a.
  • the light emitting device 1 shown in FIG. 8 is a modification of the light emitting device 1 shown in FIG.
  • the area A of the first structure 71a is circular, and the area B of the second structure 71b is annular.
  • the region A of the first structure 71a is semicircular, and the region B of the second structure 71b is also semicircular. Therefore, the boundary surface between the regions A and B shown in FIG. 5 has a cylindrical shape extending in the Z direction, whereas the boundary surface between the regions A and B shown in FIG. 8 extends in the Z direction. It is flat.
  • the boundary plane is the YZ plane.
  • each structural body 71 can be divided into two on a plane to set the area A and the area B, so that the first structural body 71a and the second structural body 71b can be arranged in a simple layout. becomes possible.
  • the area of the region A and the area of the region B may be the same or different.
  • structures shown in FIGS. 9A to 10B will be described as specific examples of this modification.
  • a of FIG. 9 shows a plane C (YZ plane) passing through the center of each light emitting element 53 .
  • Each structure 71 of this modification includes a first structure 71a that is a convex lens and a second structure 71b that is a convex lens having a function different from that of the convex lens of the first structure 71a. It is a boundary surface between the first structure 71a and the second structure 71b.
  • the first structure 71a and the second structure 71b of this modified example are convex lenses having curvatures different from each other. 71b has a small radius of curvature. Therefore, the first structural body 71a and the second structural body 71b of this modified example can focus light in mutually different manners.
  • Each structure 71 shown in FIG. 9B also includes a first structure 71a that is a convex lens and a second structure 71b that is a convex lens.
  • a first structure 71a that is a convex lens
  • a second structure 71b that is a convex lens.
  • the radius of curvature of the first structure 71a is larger than the radius of curvature of the second structure 71b
  • the radius of curvature of the first structure 71a It also includes structure 71 with a smaller radius of curvature than 71b. Accordingly, like the light emitting device 1 shown in FIG. 7B, it is possible to shape light in various modes for each light emitting element 53 (for each structure 71).
  • the light-emitting device 1 shown in FIG. 9B includes not only the structure 71 in which the functions of the first structure 71a and the second structure 71b are different, but also the functions of the first structure 71a and the second structure 71b. also includes the same structure 71 as an exception.
  • the central structure 71 shown in FIG. 9B includes a first structure 71a and a second structure 71b having the same size and the same radius of curvature. and the second structure 71b can focus the light to the same extent.
  • the structures 71 other than the central structure 71 can exhibit the function of shaping light in different modes between the first structure 71a and the second structure 71b. This also applies to the light emitting device 1 shown in A of FIG. 10, which will be described later.
  • FIG. 10A shows a plane C (YZ plane) passing through the center of each light emitting element 53 and a plane C' (YZ plane) parallel to the plane C.
  • FIG. Each structure 71 of this modified example has the same shape as each structure 71 shown in FIG. 71b.
  • the plane C' is positioned on the right side of the plane C
  • the plane C' is positioned on the left side of the plane C. there is This makes it possible to apply pupil correction to the light emitted from these structures 71 .
  • Each structure 71 shown in FIG. 10B includes a first structure 71a that is a lens and a second structure 71b that is a structure other than the lens.
  • the first structure 71a is, for example, a convex lens.
  • the second structure 71b is, for example, a scatterer.
  • Each structural body 71 of this modified example has a shape obtained by modifying the shape of the regions A and B of each structural body 71 shown in FIG.
  • 11A to 11F are plan views schematically showing the structure of the light emitting device 1 of another modified example of the present embodiment.
  • symbol ⁇ indicates the region where the first type structure 71 is arranged on the back surface S2 of the substrate 51, and symbol ⁇ indicates the second structure on the back surface S2 of the substrate 51.
  • the symbol ⁇ indicates the region where the structure 71 of the third type is arranged on the back surface S2 of the substrate 51, and the symbol ⁇ indicates the back surface of the substrate 51.
  • S2 indicates a region where the fourth type structure 71 is arranged.
  • the first type structure 71 includes, for example, a first structure 71a that is a convex lens and a second structure 71b that is a scatterer.
  • the second type structure 71 includes, for example, a first structure 71a that is a concave lens and a second structure 71b that is a scatterer.
  • the third type structure 71 includes, for example, a first structure 71a that is a flat lens and a second structure 71b that is a scatterer.
  • the fourth type of structure 71 includes, for example, a first structure 71a and a second structure 71b that are convex lenses having curvatures different from each other.
  • these regions are referred to as " ⁇ region", “ ⁇ region”, “ ⁇ region”, and " ⁇ region”.
  • the rear surface S2 of the substrate 51 is divided into two regions, one region being the ⁇ region and the other region being the ⁇ region.
  • the ⁇ region includes (N/2) ⁇ M structures 71
  • the ⁇ region includes (N/2) It contains xM structures 71 (N and M are integers of 2 or more).
  • the back surface S2 of the substrate 51 is divided into two regions.
  • the rear surface S2 of the substrate 51 is divided into three regions, and these regions are ⁇ region, ⁇ region, and ⁇ region.
  • the ⁇ region includes (N/3) ⁇ M structures 71
  • the ⁇ region includes (N/3) xM structures 71 are included
  • the ⁇ region includes (N/3) ⁇ M structures 71 .
  • the rear surface S2 of the substrate 51 is divided into three regions.
  • the rear surface S2 of the substrate 51 is divided into four regions, and these regions are ⁇ region, ⁇ region, ⁇ region, and ⁇ region.
  • the ⁇ region includes (N/2) ⁇ (M/2) structures 71, and the ⁇ region ( N/2) ⁇ (M/2) structures 71 are included, the ⁇ region includes (N/2) ⁇ (M/2) structures 71, and the ⁇ region is (N/2) ⁇ ( M/2) structures 71 are included.
  • FIGS. 12A to 12F are plan views schematically showing the structure of the light-emitting device 1 of another modified example of the present embodiment.
  • the rear surface S2 of the substrate 51 is divided into several regions, whereas in FIGS. 12A to 12F, the rear surface S2 of the substrate 51 is subdivided into a large number of regions. .
  • FIG. 12A shows nine structures 71 provided on the back surface S2 of the substrate 51.
  • FIG. These structures 71 include a structure 71 including regions A and B shaped as shown in FIG. 5 and a structure 71 including regions A and B shaped as shown in FIG. This also applies to B in FIG. 12A and 12B, however, the layout of the structure 71 having the shape shown in FIG. 5 and the structure 71 having the shape shown in FIG. 8 are different.
  • a structure 71 shown in FIG. 12C includes a structure 71 including regions A and B shaped as shown in FIG. However, the rear surface S2 of the substrate 51 shown in FIG. 12C includes a region where the structural bodies 71 are arranged and a region where the structural bodies 71 are not arranged. This also applies to D in FIG.
  • a structure 71 shown in FIG. 12D includes a structure 71 including regions A and B shaped as shown in FIG. However, the rear surface S2 of the substrate 51 shown in FIG. 12D includes an area where the structural bodies 71 are arranged and an area where the structural bodies 71 are not arranged. Note that the layout of these structures 71 is different between C of FIG. 12 and FIG. 12D.
  • FIG. 12E shows nine structures 71 provided on the rear surface S2 of the substrate 51.
  • FIG. Reference P indicates the center of the substrate 51 .
  • a structure 71 shown in E of FIG. 12 includes a structure 71 including regions A and B having the shapes shown in FIG. This also applies to F in FIG.
  • a structure 71 shown in FIG. 12F includes structures 71 including regions A and B having the shape shown in FIG. 8, and pupil correction can be applied to light emitted from these structures 71.
  • pupil correction is realized by changing the position of the region A with respect to the region B for each structure 71 .
  • FIG. 12F pupil correction is realized by changing the direction of the boundary surface between the regions A and B for each structure 71 .
  • FIG. 13A to 13C are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of another modified example of this embodiment.
  • a of FIG. 13 shows a planar shape of one structure 71 .
  • B of FIG. 13 shows the light (first portion La) transmitted through the first structure 71a of this structure 71.
  • FIG. C of FIG. 13 shows the light (second portion Lb) that has passed through the second structure 71b of this structure 71 .
  • the structures shown in FIGS. 13A to 13C can be adopted, for example, when it is desired to enhance the effect of the second structure 71b (eg, scatterer).
  • the structures shown in FIGS. 14A to 14C can be adopted, for example, when the effect of the first structure 71a (for example, lens) is desired to be enhanced.
  • the shapes of the regions A and B it is possible to adjust the function of the structure 71 .
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the light-emitting device 1 of the first embodiment.
  • the mask film 72 is formed on the rear surface S2 of the substrate 51 (A in FIG. 15).
  • the mask film 72 is, for example, a resist film.
  • each mask portion 73 is formed to include a first mask portion 73a having the same shape as the first structure 71a and a second mask portion 73b having the same shape as the second structure 71b.
  • the processing of the upper surface of the mask film 72 may be performed, for example, by grayscale lithography and dry etching, or may be performed by imprinting.
  • a first mask portion 73a and a second mask portion 73b shown in FIG. 15B have the shapes of a convex lens and a scatterer, respectively.
  • each structure 71 is formed to include a first structure 71a and a second structure 71b.
  • the light emitting device 1 shown in FIG. 4 is manufactured.
  • the first structure 71a and the second structure 71b of each structure 71 can be formed on the rear surface S2 of the substrate 51 at the same time.
  • a mask portion 72 having the same shape as the structural body 71 of the modification is formed in the step of B in FIG.
  • FIGS. 16 and 17 are cross-sectional views showing a manufacturing method of the light-emitting device 1 of a modification of the first embodiment.
  • each structure 71 is formed on the back surface S2 of the substrate 51 (A in FIG. 16).
  • the second structure 71b can be formed, for example, by the steps shown in FIGS. 15A to 15C.
  • each mask portion 73 is formed so as not to include the first mask portion 73a but to include the second mask portion 73b.
  • the second structure 71b shown in A of FIG. 16 is a scatterer. However, the height of each protrusion of the second structure 71b shown in A of FIG. 16 is set to the height of each protrusion shown in FIG. is higher than the height of
  • a mask film 74 is formed on the back surface S2 of the substrate 51 (B in FIG. 16).
  • the mask film 74 is, for example, a resist film.
  • the mask film 74 is processed into a shape including a mask portion 74a having the same shape as the first structure 71a of each structure 71 (A in FIG. 17).
  • the processing of the mask film 74 may be performed, for example, by grayscale lithography and dry etching, or may be performed by imprinting.
  • Each mask portion 74a shown in FIG. 17A has a convex lens shape and is formed at a position surrounded by the corresponding second structure 71b.
  • each structure 71 is processed into a shape including a first structure 71a and a second structure 71b.
  • the light emitting device 1 shown in FIG. 4 is manufactured.
  • the first structure 71a of each structure 71 can be formed on the back surface S2 of the substrate 51 after the second structure 71b of each structure 71 is formed on the back surface S2 of the substrate 51.
  • the first structure 71a and the second structure 71b of each structure 71 can be formed on the rear surface S2 of the substrate 51 in order.
  • the second structure 71b of each structure 71 may be formed on the back surface S2 of the substrate 51 after the first structure 71a of each structure 71 is formed on the back surface S2 of the substrate 51 .
  • the mask portion 73 (second mask portion 73b) for forming the second structure 71b of the modification and the mask portion 73b of the modification
  • a mask portion 74a for forming the first structure 71a is formed in the steps of A of FIG. 16 and A of FIG.
  • the structure 71 can be formed in a small number of steps.
  • the structure 71 can be precisely formed.
  • the light-emitting device 1 of the present embodiment includes a plurality of structures 71 that shape the light from the plurality of light-emitting elements 53, and at least one of these structures 71 is a primary component of this light. It includes a first structure 71a through which a portion La is transmitted, and a second structure 71b having a function different from that of the first structure 71a and through which a second portion Lb of this light is transmitted. Therefore, according to the present embodiment, the light from the light emitting element 53 is suitable because the light incident on the structure 71 from the light emitting element 53 can be shaped differently between the first structure 71a and the second structure 71b. It becomes possible to mold to
  • the light emitting device 1 of this embodiment is used as the light source of the distance measuring device, it may be used in other ways.
  • the light-emitting device 1 of this embodiment may be used as a light source for an optical device such as a printer, or may be used as a lighting device.
  • a substrate a plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate; a plurality of structures provided on the second surface of the substrate and through which light emitted from the plurality of light emitting elements is transmitted;
  • Each of the structures includes a first structure that transmits a first portion of the light and a second structure that has a shape different from that of the first structure and transmits a second portion of the light. , luminous device.
  • the substrate is a semiconductor substrate containing gallium (Ga) and arsenic (As).
  • a method of manufacturing a light-emitting device comprising:
  • first and second structures are formed by forming one of the first and second structures followed by forming the other of the first and second structures.
  • a light-emitting device that includes a plurality of light-emitting elements that generate light and irradiates a subject with the light from the light-emitting elements; an imaging device that receives the light reflected by the subject and generates an image signal from the light; a distance measuring unit that measures the distance to the subject based on the image signal generated by the imaging device;
  • the light emitting device a substrate; the plurality of light emitting elements provided on the first surface of the substrate; a plurality of structures provided on the second surface of the substrate and through which light emitted from the plurality of light emitting elements is transmitted; Each of the structures includes a first structure that transmits a first portion of the light and a second structure that has a shape different from that of the first structure and transmits a second portion of the light. , ranging device.
  • the distance measuring unit converts the image signal into first data corresponding to the first portion of the light transmitted through the first structure and the second portion of the light transmitted through the second structure.
  • the range finder according to (19), which extracts the corresponding second data.

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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、発光装置の製造方法、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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む。

Description

発光装置、発光装置の製造方法、および測距装置
　本開示は、発光装置、発光装置の製造方法、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、様々な態様で成形したい場合がある。例えば、光を集束させたい場合や、光を拡散させたい場合や、光を散乱させたい場合がある。この場合、光をどのような手法で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、発光装置の製造方法、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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む。これにより例えば、ある発光素子から対応する構造体に入射した光を、第１構造体と第２構造体とで異なる態様で成形できるなど、複数の発光素子からの光を好適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および第２構造体は、前記第２構造体が前記第１構造体を環状に包囲する形状を有していてもよい。これにより例えば、円形にすることが望ましい構造体を第１構造体とし、円形でなくてもよい構造体を第２構造体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および第２構造体の境界面は、平面でもよい。これにより例えば、第１および第２構造体をそれぞれ左右に配置するなど、第１および第２構造体を簡単なレイアウトで配置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構造体はレンズであり、前記第２構造体はレンズ以外の構造体でもよい。これにより例えば、第１構造体で光を集束または拡散させ、第２構造体で光をその他の態様で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構造体はレンズであり、前記第２構造体は散乱体でもよい。これにより例えば、第１構造体で光を集束または拡散させ、第２構造体で光を散乱させることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１および第２構造体は、互いに異なる機能を有するレンズでもよい。これにより例えば、ある発光素子から対応する構造体に入射した光を、２種類のレンズで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および第２構造体は、互いに異なる曲率を有するレンズでもよい。これにより例えば、２種類のレンズを曲率の違いで実現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および第２構造体の少なくともいずれかは、凸レンズ、凹レンズ、またはフラットレンズでもよい。これにより例えば、光の利用目的に合わせて適切なレンズで光を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および第２構造体は、前記基板の前記第２面に、前記基板の一部として設けられていてもよい。これにより例えば、基板の加工により第１および第２構造体を簡単に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と前記複数の構造体は、１対１で対応しており、各発光素子から出射された光は、対応する１つの構造体を透過してもよい。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、前記基板は、ガリウム（Ｇａ）およびヒ素（Ａｓ）を含む半導体基板でもよい。これにより例えば、基板を発光装置に適したものとすることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記複数の発光素子から出射された光は、前記基板内を前記第１面から前記第２面へと透過し、前記複数の構造体に入射してもよい。これにより例えば、光が基板を透過して発光装置から出射される構造を実現することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記基板の前記第１面は、前記基板の表面であり、前記基板の前記第２面は、前記基板の裏面でもよい。これにより例えば、発光装置を裏面出射型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構造体は、前記発光素子からの光を集束または拡散させ、前記第２構造体は、前記発光素子からの光を散乱させてもよい。これにより例えば、ある発光素子から対応する構造体に入射した光を、集束または拡散させて利用することも、散乱させて利用することも可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１構造体は、前記発光素子からの光をコリメートしてもよい。これにより例えば、ある発光素子から対応する構造体に入射した光を、コリメートして利用することも、散乱させて利用することも可能となる。
　本開示の第２の側面の発光装置の製造方法は、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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体を形成することを含み、前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含むように形成される。これにより例えば、ある発光素子から対応する構造体に入射した光を、第１構造体と第２構造体とで異なる態様で成形できるなど、複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能となる。
　また、この第２の側面において、前記第１および第２構造体は、前記基板の前記第２面に同時に形成されてもよい。これにより例えば、第１および第２構造体を少ない工程数で形成することが可能となる。
　また、この第２の側面において、前記第１および第２構造体は、前記第１および第２構造体の一方を形成した後に、前記第１および第２構造体の他方を形成することで形成されてもよい。これにより例えば、第１および第２構造体を精密に形成することが可能となる。
　本開示の第３の側面の測距装置は、光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの前記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前記光を受光して、前記光から画像信号を生成する撮像装置と、前記撮像装置により生成された前記画像信号に基づいて、前記被写体までの距離を測定する測距部とを備え、前記発光装置は、基板と、前記基板の第１面に設けられた前記複数の発光素子と、前記基板の第２面に設けられ、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む。これにより例えば、ある発光素子から対応する構造体に入射した光を、第１構造体と第２構造体とで異なる態様で成形できるなど、複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能となる。
　また、この第３の側面において、前記測距部は、前記画像信号から、前記第１構造体を透過した前記光の前記第１部分に対応する第１データと、前記第２構造体を透過した前記光の前記第２部分に対応する第２データとを抽出してもよい。これにより例えば、第１構造体を透過した光の第１部分に対応する第１データと、第２構造体を透過した光の第２部分に対応する第２データとを、別々の目的に使い分け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を示す断面図である。 第１実施形態の発光装置の構造を示す平面図である。 第１実施形態の発光装置の動作を説明するための断面図である。 第１実施形態の変形例の発光装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す平面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す平面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す平面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す平面図と断面図である。 第１実施形態の別の変形例の発光装置の構造を示す平面図と断面図である。 第１実施形態の発光装置の製造方法を示す断面図である。 第１実施形態の変形例の発光装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。 第１実施形態の変形例の発光装置の製造方法を示す断面図(2/2)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、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り、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。本実施形態では例えば、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、ＬＤＤ（Laser Diode Driver）基板４２と呼ばれる基板内に設けられている。
　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。なお、本実施形態の測距部３１のさらなる詳細については、後述する。
　（１）第１実施形態の発光装置１の構造
　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、例えば酸化アルミニウム基板や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４３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４３の表面や裏面に設けられたプリント配線や、実装基板４３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４３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。
　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とを備えており、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、後述する構造体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面の例であり、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、基板５１の表面Ｓ１に、積層膜５２の一部として設けられている。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、裏面出射型の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間に存在する積層膜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。各メサ部Ｍは、アノード電極５４またはカソード電極５５を介してバンプ４８上に配置されている。基板６１は、例えばＳｉ（シリコン）基板などの半導体基板である。
　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、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の構造を示す断面図である。
　図４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。上述のように、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とを備えており、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。ただし、図４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。
　本実施形態のＬＤチップ４１は、基板５１の表面Ｓ１に複数の発光素子５３を備えると共に、基板５１の裏面Ｓ２に複数の構造体７１を備えている。これらの構造体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。本実施形態の構造体７１は、発光素子５３と１対１で対応しており、各構造体７１が、１つの発光素子５３の＋Ｚ方向に配置されている。
　各構造体７１は、第１構造体７１ａと、第２構造体７１ｂとを含んでいる。第１構造体７１ａは、例えばレンズである。本実施形態の第１構造体７１ａは、凸型の上面を有する凸レンズであり、光を集束させることができる。後述するように、第１構造体７１ａは、凸レンズ以外のレンズでもよく、例えば凹レンズやフラットレンズでもよい。第２構造体７１ｂは、例えばレンズ以外の構造体である。本実施形態の第２構造体７１ｂは、複数のドット形状の微細な突起を含む散乱体であり、光を散乱させることができる。後述するように、第２構造体７１ｂは、散乱体以外の構造体でもよく、例えば第１構造体７１ａのレンズと異なる機能を有するレンズでもよい。本実施形態の第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂは、後述するように、第２構造体７１ｂが第１構造体７１ａを環状に包囲する形状を有している（図５を参照）。例えば、平面視における第１構造体７１ａの形状は円形であり、平面視における第２構造体７１ｂの形状は円環形である。
　本実施形態の構造体７１は、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、本実施形態の構造体７１は、基板５１を裏面Ｓ２から加工することで形成されている。本実施形態によれば、構造体７１を、基板５１の加工により簡単に形成することが可能となる。
　なお、構造体７１は、基板５１に形成する代わりに、基板５１上に設けられた膜に形成してもよい。これにより、発光素子５３の高性能化に適した基板５１（ＧａＡｓ基板）に発光素子５３を形成しつつ、基板５１の加工により基板５１がダメージを受けることを抑制することが可能となる。一方、本実施形態によれば、構造体７１を基板５１に形成することで、発光素子５３の高性能化に適した基板５１（ＧａＡｓ基板）に発光素子５３を形成しつつ、発光装置１を小型化することが可能となる。
　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、構造体７１に入射する。本実施形態では、各発光素子５３から出射された光が、対応する１つの構造体７１に入射する。各構造体７１に入射した光は、各構造体７１を透過することで基板５１から出射され、上述の補正レンズ４６（図２）に入射する。補正レンズ４６を通過した光は、被写体（図１）に照射される。
　各発光素子５２から出射された光が、対応する１つの構造体７１に入射する際、この光は、後述するように、この構造体７１の第１構造体７１ａおよび第２構造体７１ｂに入射する（図６を参照）。具体的には、この光の第１部分が第１構造体７１ａに入射し、この光の第２部分が第２構造体７２ｂに入射する。本実施形態では、各構造体７１に入射する光の中心部分と周辺部分がそれぞれ、第１部分と第２部分となっている。第１部分は、第１構造体７１ｂを透過して補正レンズ４６に入射し、第２部分は、第２構造体７１ｂを透過して補正レンズ４６に入射する。
　以上のように、本実施形態の発光装置１は、発光素子５３から出射された光を成形する構造体７１を備えており、各構造体７１は、この光の第１部分を成形する第１構造体７１ａと、この光の第２部分を成形する第２構造体７１ｂとを含んでいる。よって、本実施形態によれば、発光素子５３から構造体７１に入射した光を、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとで異なる態様で成形できるなど、発光素子５３からの光を好適に成形することが可能となる。
　仮に、ある発光素子５３の上方に第１構造体７１ａのようなレンズを配置し、別の発光素子５３の上方に第２構造体７１ｂのような散乱体を配置すれば、集束光と散乱光の両方を生成することができる。この場合、集束光を生成する際には、散乱体の下方の発光素子５３は不要となる。一方、散乱光を生成する際には、レンズの下方の発光素子５３は不要となる。その結果、使用されない発光素子５３が無駄となってしまう。
　一方、本実施形態の各発光素子５３は、集束光と散乱光のいずれを生成する際にも使用される。よって、本実施形態によれば、各構造体７１が第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを備えることで、発光素子５３の無駄を低減することが可能となる。別言すると、本実施形態によれば、少ない発光素子５３で測距装置を多機能化することが可能となり、測距装置の低消費電力化・小型化・軽量化・高精度化を実現することが可能となる。
　図５は、第１実施形態の発光装置１の構造を示す平面図である。
　図５では、９個（＝３×３個）の構造体７１が、基板５１の裏面Ｓ２に２次元アレイ状に配置されており、具体的には、正方格子状に配置されている。図５は、各構造体７１内の第１構造体７１ａの領域Ａと、各構造体７１内の第２構造体７１ｂの領域Ｂとを示している。本実施形態では、領域Ａの形状が、円形となっており、領域Ｂの形状が、領域Ａを包囲する円環形となっている。よって、各構造体７１では、第２構造体７１ｂが第１構造体７１ａを環状に包囲している。なお、基板５１の裏面Ｓ２の構造体７１の個数は、９個以外でもよいし、これらの構造体７１の配置は、図５に示す配置以外でもよい。
　上述のように、第１構造体７１ａの例はレンズであり、第２構造体７１ｂの例は散乱体である。レンズの平面形状は、多くの場合、円形とすることが望ましい。本実施形態によれば、第１構造体７１ａをレンズとすることで、このレンズの平面形状を円形とすることが可能となる。一方、散乱体の平面形状は、多くの場合、円形でなくてもよい。よって、本実施形態の第２構造体７１ｂは散乱体となっており、この散乱体の平面形状は非円形となっている。なお、本実施形態の第２構造体７１ｂは、２次元状に規則的に配置された複数の突起を含んでいるが（図４）、２次元状に不規則に配置された複数の突起を含んでいてもよい。
　図６は、第１実施形態の発光装置１の動作を説明するための断面図である。
　図６のＡは、発光素子５３から出射された光のうち、第１構造体７１ａを透過する第１部分Ｌａを示している。図６のＢは、発光素子５３から出射された光のうち、第２構造体７１ｂを透過する第２部分Ｌｂを示している。図６のＣは、第１部分Ｌａと第２部分Ｌｂとをまとめて示している。
　本実施形態では、各発光素子５３から出射された光が、図６のＣに示すように、対応する構造体７１に入射する。この光は、第１構造体７１ａに入射する第１部分Ｌａと、第２構造体７１ｂに入射する第２部分Ｌｂとを含んでいる。第１構造体７１ａは例えば、凸レンズであり、入射した光を集束させる作用を有している。一方、第２構造体７１ｂは例えば、散乱体であり、入射した光を散乱させる作用を有している。よって、第１構造体７１ａを透過した第１部分Ｌａは、図６のＡに示すように集束光となり、第２構造体７１ｂを透過した第２部分Ｌｂは、図６のＢに示すように散乱光となる。構造体７１は、図６のＣに示すように、集束光（第１部分Ｌａ）と散乱光（第２部分Ｌｂ）とを同時に出射することとなる。
　なお、本実施形態の第１構造体７１ａは、第１部分Ｌａを集束させることで、第１部分Ｌａをコリメートする。よって、本実施形態の第１構造体７１ａを透過した第１部分Ｌａは、平行光となる。
　次に、図１に示す測距部３１について説明する。
　上述のように、測距部３１は、撮像装置２により生成された画像信号に基づいて、被写体との距離を測定する。本実施形態の画像信号は、各構造体７１の第１構造体７１ａを透過した第１部分Ｌａに対応する第１データと、各構造体７１の第２構造体７１ｂを透過した第２部分Ｌｂに対応する第２データとを含んでいる。そこで、測距部３１は、画像信号から第１データと第２データとを抽出する情報処理を行い、抽出された第１データと抽出された第２データとを用いて被写体との距離を測定する。例えば、測距部３１は、第１データを用いて被写体のある部分との距離を測定し、第２データを用いて被写体の別の部分との距離を測定してもよい。また、測距部３１は、被写体との距離を、第１データを用いた第１処理と第２データを用いた第２処理との組合せにより測定してもよい。
　第１データと第２データは、どのような態様で画像信号から抽出してもよい。例えば、測距部１３は、画像信号を集束光成分と散乱光成分とに分離する分離部と、集束光成分から第１データを抽出する第１演算部と、散乱光成分から第２データを抽出する第２演算部とを備えていてもよい。この場合、測距部１３は、第１演算部により抽出された第１データと、第２演算部により抽出された第２データとに基づいて、被写体との距離を測定してもよい。また、測距部１３は、第１演算部により抽出された第１データを外部に出力する第１出力部と、第２演算部により抽出された第２データを外部に出力する第２出力部とを備えていてもよい。また、このような第１および第２出力部は、測距部１３外または制御装置３外に設けられていてもよい。
　（２）第１実施形態の変形例の発光装置１の構造
　図７～図１４は、第１実施形態の種々の変形例の発光装置１の構造を示す断面図と平面図である。
　図７のＡに示す発光装置１では、各第１構造体７１ａが、凹型の上面を有する凹レンズであり、光を拡散させることができる。本実施形態の第１構造体７１ａは、光の利用目的に合わせて、どのような種類のレンズとしてもよい。
　図７のＢに示す発光装置１は、第１構造体７１ａとして、様々な種類のレンズを備えている。図７のＢは、第１構造体７１ａの例として、凸型の上面を有する凸レンズと、凹型の上面を有する凹レンズと、平坦な上面を有するフラットレンズとを示している。発光素子５３の上方にフラットレンズが存在する状態は、発光素子５３の上方にレンズが存在しない状態ということもできる。このように、本実施形態の発光装置１は、第１構造体７１ａとして２種類以上のレンズを備えていてもよい。
　図８に示す発光装置１は、図５に示す発光装置１の変形例である。図５では、第１構造体７１ａの領域Ａが円形であり、第２構造体７１ｂの領域Ｂが円環形である。一方、図８では、第１構造体７１ａの領域Ａが半円形であり、第２構造体７１ｂの領域Ｂも半円形である。よって、図５に示す領域Ａと領域Ｂとの境界面は、Ｚ方向に延びる円柱形となっているのに対し、図８に示す領域Ａと領域Ｂとの境界面は、Ｚ方向に延びる平面となっている。図８では、領域Ａと領域Ｂとが左右に並んでいるため、これらの境界面はＹＺ平面となっている。本変形例によれば、各構造体７１の領域を平面で２分割して領域Ａと領域Ｂとを設定できるため、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを簡単なレイアウトで配置することが可能となる。なお、領域Ａの面積と領域Ｂの面積は、同じでもよいし異なっていてもよい。以下、本変形例の具体例として、図９のＡから図１０のＢに示す構造を説明する。
　図９のＡは、各発光素子５３の中心を通過する平面Ｃ（ＹＺ平面）を示している。本変形例の各構造体７１は、凸レンズである第１構造体７１ａと、第１構造体７１ａの凸レンズと異なる機能を有する凸レンズである第２構造体７１ｂとを含んでおり、平面Ｃが第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとの境界面となっている。具体的には、本変形例の第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂは、互いに異なる曲率を有する凸レンズとなっており、第１構造体７１ａが大きい曲率半径を有し、第２構造体７１ｂが小さい曲率半径を有している。よって、本変形例の第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂは、互いに異なる態様で光を集束させることができる。
　図９のＢに示す各構造体７１も、凸レンズである第１構造体７１ａと、凸レンズである第２構造体７１ｂとを含んでいる。ただし、本変形例の発光装置１は、第１構造体７１ａの曲率半径が第２構造体７１ｂの曲率半径より大きい構造体７１だけでなく、第１構造体７１ａの曲率半径が第２構造体７１ｂの曲率半径より小さい構造体７１も含んでいる。これにより、図７のＢに示す発光装置１と同様に、発光素子５３ごと（構造体７１ごと）に様々な態様で光を成形することが可能となる。
　なお、図９のＢに示す発光装置１は、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとの機能が異なる構造体７１だけでなく、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとの機能が同じ構造体７１も例外的に含んでいる。具体的には、図９のＢに示す中央の構造体７１は、同じサイズおよび同じ曲率半径を有する第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを含んでおり、これらの第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂは、光を同じ程度に集束させることができる。この場合、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとで光を異なる態様で成形する機能は、中央の構造体７１以外の構造体７１が発揮することができる。これは、後述する図１０のＡに示す発光装置１でも同様である。
　図１０のＡは、各発光素子５３の中心を通過する平面Ｃ（ＹＺ平面）と、平面Ｃと平行な平面Ｃ’（ＹＺ平面）とを示している。本変形例の各構造体７１は、図９のＢに示す各構造体７１と同様の形状を有しているが、平面Ｃではなく平面Ｃ’が、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとの境界面となっている。図１０のＡに示す左側の構造体７１では、平面Ｃ’が平面Ｃの右側に位置し、図１０のＢに示す右側の構造体７１では、平面Ｃ’が平面Ｃの左側に位置している。これにより、これらの構造体７１から出射される光に瞳補正を施すことが可能となる。
　図１０のＢに示す各構造体７１は、レンズである第１構造体７１ａと、レンズ以外の構造体である第２構造体７１ｂとを含んでいる。第１構造体７１ａは、例えば凸レンズである。第２構造体７１ｂは、例えば散乱体である。本変形例の各構造体７１は、図４に示す各構造体７１の領域Ａ、Ｂの形状を変形させて得られた形状を有している。
　図１１のＡ～Ｆは、本実施形態の別の変形例の発光装置１の構造を模式的に示す平面図である。
　図１１のＡ～Ｆにおいて、符号αは、基板５１の裏面Ｓ２にて第１の種類の構造体７１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の種類の構造体７１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の種類の構造体７１が配置されている領域を示し、符号δは、基板５１の裏面Ｓ２にて第４の種類の構造体７１が配置されている領域を示している。第１の種類の構造体７１は例えば、凸レンズである第１構造体７１ａと、散乱体である第２構造体７１ｂとを含んでいる。第２の種類の構造体７１は例えば、凹レンズである第１構造体７１ａと、散乱体である第２構造体７１ｂとを含んでいる。第３の種類の構造体７１は例えば、フラットレンズである第１構造体７１ａと、散乱体である第２構造体７１ｂとを含んでいる。第４の種類の構造体７１は例えば、互いに異なる曲率を有する凸レンズである第１構造体７１ａおよび第２構造体７１ｂを含んでいる。以下、これらの領域を「α領域」「β領域」「γ領域」「δ領域」と表記する。
　図１１のＡでは、基板５１の裏面Ｓ２が２つの領域に区分されており、一方の領域がα領域となり、他方の領域がβ領域となっている。例えば、基板５１の裏面Ｓ２にＮ×Ｍ個の構造体７１が配置されている場合に、α領域は（Ｎ／２）×Ｍ個の構造体７１を含み、β領域は（Ｎ／２）×Ｍ個の構造体７１を含んでいる（Ｎ、Ｍは２以上の整数）。同様に、図１１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１１のＢでは、基板５１の裏面Ｓ２が３つの領域に区分されており、これらの領域がα領域、β領域、およびγ領域となっている。例えば、基板５１の裏面Ｓ２にＮ×Ｍ個の構造体７１が配置されている場合に、α領域は（Ｎ／３）×Ｍ個の構造体７１を含み、β領域は（Ｎ／３）×Ｍ個の構造体７１を含み、γ領域は（Ｎ／３）×Ｍ個の構造体７１を含んでいる。同様に、図１１のＤや図１１のＥでは、基板５１の裏面Ｓ２が３つの領域に区分されている。
　図１１のＦでは、基板５１の裏面Ｓ２が４つの領域に区分されており、これらの領域がα領域、β領域、γ領域、およびδ領域となっている。例えば、基板５１の裏面Ｓ２にＮ×Ｍ個の構造体７１が配置されている場合に、α領域は（Ｎ／２）×（Ｍ／２）個の構造体７１を含み、β領域は（Ｎ／２）×（Ｍ／２）個の構造体７１を含み、γ領域は（Ｎ／２）×（Ｍ／２）個の構造体７１を含み、δ領域は（Ｎ／２）×（Ｍ／２）個の構造体７１を含んでいる。
　図１２のＡ～Ｆは、本実施形態の別の変形例の発光装置１の構造を模式的に示す平面図である。図１１のＡ～Ｆでは、基板５１の裏面Ｓ２が数個の領域に区分されているのに対し、図１２のＡ～Ｆ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１２のＡは、基板５１の裏面Ｓ２に設けられた９個の構造体７１を示している。これらの構造体７１は、図５に示す形状の領域Ａ、Ｂを含む構造体７１と、図８に示す形状の領域Ａ、Ｂを含む構造体７１とを含んでいる。これは、図１２のＢでも同様である。ただし、図１２のＡと図１２Ｂとでは、図５に示す形状の構造体７１と、図８に示す形状の構造体７１とのレイアウトが異なっている。
　図１２のＣに示す構造体７１は、図５に示す形状の領域Ａ、Ｂを含む構造体７１を含んでいる。ただし、図１２のＣに示す基板５１の裏面Ｓ２は、構造体７１が配置されている領域と、構造体７１が配置されていない領域とを含んでいる。これは、図１２のＤでも同様である。図１２のＤに示す構造体７１は、図８に示す形状の領域Ａ、Ｂを含む構造体７１を含んでいる。ただし、図１２のＤに示す基板５１の裏面Ｓ２は、構造体７１が配置されている領域と、構造体７１が配置されていない領域とを含んでいる。なお、図１２のＣと図１２Ｄとでは、これらの構造体７１のレイアウトが異なっている。　
　図１２のＥは、基板５１の裏面Ｓ２に設けられた９個の構造体７１を示している。符号Ｐは、基板５１の中心を示している。図１２のＥに示す構造体７１は、図５に示す形状の領域Ａ、Ｂを含む構造体７１を含んでおり、これらの構造体７１から出射される光に瞳補正を施すことができる。これは、図１２のＦでも同様である。図１２のＦに示す構造体７１は、図８に示す形状の領域Ａ、Ｂを含む構造体７１を含んでおり、これらの構造体７１から出射される光に瞳補正を施すことができる。なお、図１２のＥでは、領域Ｂに対する領域Ａの位置を各構造体７１ごとに変えることで、瞳補正を実現している。一方、図１２のＦでは、領域Ａと領域Ｂとの境界面の向きを各構造体７１ごとに変えることで、瞳補正を実現している。
　図１３のＡ～Ｃは、本実施形態の別の変形例の発光装置１の構造を示す平面図と断面図である。図１３のＡは、１つの構造体７１の平面形状を示している。図１３のＢは、この構造体７１の第１構造体７１ａを透過した光（第１部分Ｌａ）を示している。図１３のＣは、この構造体７１の第２構造体７１ｂを透過した光（第２部分Ｌｂ）を示している。
　これは、図１４のＡ～Ｃでも同様である。ただし、図１３のＡ～Ｃに示す構造体７１では、領域Ｂの面積に対する領域Ａの面積の割合が小さく設定されている。一方、図１４のＡ～Ｃに示す構造体７１では、領域Ｂの面積に対する領域Ａの面積の割合が大きく設定されている。
　図１３のＡ～Ｃに示す構造は例えば、第２構造体７１ｂ（例えば散乱体）の効果を強くしたい場合に採用可能である。一方、図１４のＡ～Ｃに示す構造は例えば、第１構造体７１ａ（例えばレンズ）の効果を強くしたい場合に採用可能である。このように、本実施形態によれば、領域Ａ、Ｂの形状を調整することで、構造体７１の機能を調整することが可能となる。
　（３）第１実施形態の発光装置１の製造方法
　図１５は、第１実施形態の発光装置１の製造方法を示す断面図である。
　まず、基板５１の表面Ｓ１に積層膜５２および発光素子５３を形成した後、基板５１の裏面Ｓ２にマスク膜７２を形成する（図１５のＡ）。マスク膜７２は、例えばレジスト膜である。
　次に、マスク膜７２の上面を加工して、マスク膜７２の一部に、構造体７１と同じ形状を有する複数のマスク部分７３を形成する（図１５のＢ）。各マスク部分７３は、第１構造体７１ａと同じ形状を有する第１マスク部分７３ａと、第２構造体７１ｂと同じ形状を有する第２マスク部分７３ｂとを含むように形成される。マスク膜７２の上面の加工は例えば、グレースケールリソグラフィおよびドライエッチングにより行ってもよいし、インプリントにより行ってもよい。図１５のＢに示す第１マスク部分７３ａと第２マスク部分７３ｂはそれぞれ、凸レンズと散乱体の形状を有している。
　次に、マスク膜７２をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、基板５１の裏面Ｓ２を加工する（図１５のＣ）。その結果、マスク膜７２の形状が基板５１に転写され、基板５１の裏面Ｓ２に複数の構造体７１が形成される。各構造体７１は、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを含むように形成される。
　このようにして、図４に示す発光装置１が製造される。本方法によれば、各構造体７１の第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを、基板５１の裏面Ｓ２に同時に形成することが可能となる。なお、上述のいずれかの変形例の発光装置１を製造する際には、その変形例の構造体７１と同じ形状を有するマスク部分７２を、図１５のＢの工程で形成する。
　（４）第１実施形態の変形例の発光装置１の製造方法
　図１６および図１７は、第１実施形態の変形例の発光装置１の製造方法を示す断面図である。
　まず、基板５１の表面Ｓ１に積層膜５２および発光素子５３を形成した後、基板５１の裏面Ｓ２に各構造体７１の第２構造体７１ｂを形成する（図１６のＡ）。第２構造体７１ｂは例えば、図１５のＡ～Ｃに示す工程により形成可能である。この際、各マスク部分７３は、第１マスク部分７３ａを含まず、第２マスク部分７３ｂを含むように形成される。
　図１６のＡに示す第２構造体７１ｂは、散乱体となっている。ただし、図１６のＡに示す第２構造体７１ｂの各突起の高さは、後述する工程で基板５１の裏面Ｓ２や各突起の表面が削られることを考慮して、図４に示す各突起の高さよりも高くなっている。
　次に、基板５１の裏面Ｓ２にマスク膜７４を形成する（図１６のＢ）。マスク膜７４は、例えばレジスト膜である。
　次に、マスク膜７４を、各構造体７１の第１構造体７１ａと同じ形状のマスク部分７４ａを含む形状へと加工する（図１７のＡ）。マスク膜７４の加工は例えば、グレースケールリソグラフィおよびドライエッチングにより行ってもよいし、インプリントにより行ってもよい。図１７のＡに示す各マスク部分７４ａは、凸レンズの形状を有しており、対応する第２構造体７１ｂにより包囲される位置に形成される。
　次に、マスク膜７４をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、基板５１の裏面Ｓ２を加工する（図１７のＢ）。その結果、マスク膜７４の形状が基板５１に転写され、基板５１の裏面Ｓ２に各構造体７１の第１構造体７１ａが形成される。すなわち、各構造体７１は、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを含む形状に加工される。
　このようにして、図４に示す発光装置１が製造される。本方法によれば、各構造体７１の第２構造体７１ｂを基板５１の裏面Ｓ２に形成した後に、各構造体７１の第１構造体７１ａを基板５１の裏面Ｓ２に形成することが可能となる。すなわち、本方法によれば、各構造体７１の第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとを、基板５１の裏面Ｓ２に順番に形成することが可能となる。本方法では、各構造体７１の第１構造体７１ａを基板５１の裏面Ｓ２に形成した後に、各構造体７１の第２構造体７１ｂを基板５１の裏面Ｓ２に形成してもよい。なお、上述のいずれかの変形例の発光装置１を製造する際には、その変形例の第２構造体７１ｂを形成するためのマスク部分７３（第２マスク部分７３ｂ）と、その変形例の第１構造体７１ａを形成するためのマスク部分７４ａとを、図１６のＡと図１７のＡの工程で形成する。
　図１５のＡ～Ｃに示す方法によれば例えば、構造体７１を少ない工程数で形成することが可能となる。一方、図１６のＡ～図１７のＢに示す方法によれば例えば、構造体７１を精密に形成することが可能となる。
　以上のように、本実施形態の発光装置１は、複数の発光素子５３からの光を成形する複数の構造体７１を備えており、これらの構造体７１の少なくともいずれかは、この光の第１部分Ｌａが透過する第１構造体７１ａと、第１構造体７１ａと異なる機能を有し、この光の第２部分Ｌｂが透過する第２構造体７１ｂとを含んでいる。よって、本実施形態によれば、発光素子５３から構造体７１に入射した光を、第１構造体７１ａと第２構造体７１ｂとで異なる態様で成形できるなど、発光素子５３からの光を好適に成形することが可能となる。
　なお、本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、本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。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の実施形態は、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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、
　前記構造体の各々は、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる形状を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む、発光装置。
　（２）
　前記第１および第２構造体は、前記第２構造体が前記第１構造体を環状に包囲する形状を有している、（１）に記載の発光装置。
　（３）
　前記第１および第２構造体の境界面は、平面である、（１）に記載の発光装置。
　（４）
　前記第１構造体はレンズであり、前記第２構造体はレンズ以外の構造体である、（１）に記載の発光装置。
　（５）
　前記第１構造体はレンズであり、前記第２構造体は散乱体である、（４）に記載の発光装置。
　（６）
　前記第１および第２構造体は、互いに異なる形状を有するレンズである、（１）に記載の発光装置。
　（７）
　前記第１および第２構造体は、互いに異なる曲率を有するレンズである、（６）に記載の発光装置。
　（８）
　前記第１および第２構造体の少なくともいずれかは、凸レンズ、凹レンズ、またはフラットレンズである、（１）に記載の発光装置。
　（９）
　前記第１および第２構造体は、前記基板の前記第２面に、前記基板の一部として設けられている、（１）に記載の発光装置。
　（１０）
　前記複数の発光素子と前記複数の構造体は、１対１で対応しており、各発光素子から出射された光は、対応する１つの構造体を透過する、（１）に記載の発光装置。
　（１１）
　前記基板は、ガリウム（Ｇａ）およびヒ素（Ａｓ）を含む半導体基板である、（１）に記載の発光装置。
　（１２）
　前記複数の発光素子から出射された光は、前記基板内を前記第１面から前記第２面へと透過し、前記複数の構造体に入射する、（１）に記載の発光装置。
　（１３）
　前記基板の前記第１面は、前記基板の表面であり、前記基板の前記第２面は、前記基板の裏面である、（１）に記載の発光装置。
　（１４）
　前記第１構造体は、前記発光素子からの光を集束または拡散させ、前記第２構造体は、前記発光素子からの光を散乱させる、（１）に記載の発光装置。
　（１５）
　前記第１構造体は、前記発光素子からの光をコリメートする、（１４）に記載の発光装置。
　（１６）
　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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体を形成する、
　ことを含み、
　前記構造体の各々は、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる形状を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含むように形成される、発光装置の製造方法。
　（１７）
　前記第１および第２構造体は、前記基板の前記第２面に同時に形成される、（１６）に記載の発光装置の製造方法。
　（１８）
　前記第１および第２構造体は、前記第１および第２構造体の一方を形成した後に、前記第１および第２構造体の他方を形成することで形成される、（１６）に記載の発光装置の製造方法。
　（１９）
　光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの前記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前記光を受光して、前記光から画像信号を生成する撮像装置と、
　前記撮像装置により生成された前記画像信号に基づいて、前記被写体までの距離を測定する測距部とを備え、
　前記発光装置は、
　基板と、
　前記基板の第１面に設けられた前記複数の発光素子と、
　前記基板の第２面に設けられ、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、
　前記構造体の各々は、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる形状を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む、測距装置。
　（２０）
　前記測距部は、前記画像信号から、前記第１構造体を透過した前記光の前記第１部分に対応する第１データと、前記第２構造体を透過した前記光の前記第２部分に対応する第２データとを抽出する、（１９）に記載の測距装置。
　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：構造体、７１ａ：第１構造体、７１ｂ：第２構造体、７２：マスク膜、
　７３：マスク部分、７３ａ：第１マスク部分、７３ｂ：第２マスク部分、
　７４：マスク膜、７４ａ：マスク部分

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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、
    　前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む、発光装置。
  2. 　前記第１および第２構造体は、前記第２構造体が前記第１構造体を環状に包囲する形状を有している、請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記第１および第２構造体の境界面は、平面である、請求項１に記載の発光装置。
  4. 　前記第１構造体はレンズであり、前記第２構造体はレンズ以外の構造体である、請求項１に記載の発光装置。
  5. 　前記第１構造体はレンズであり、前記第２構造体は散乱体である、請求項４に記載の発光装置。
  6. 　前記第１および第２構造体は、互いに異なる機能を有するレンズである、請求項１に記載の発光装置。
  7. 　前記第１および第２構造体は、互いに異なる曲率を有するレンズである、請求項６に記載の発光装置。
  8. 　前記第１および第２構造体の少なくともいずれかは、凸レンズ、凹レンズ、またはフラットレンズである、請求項１に記載の発光装置。
  9. 　前記第１および第２構造体は、前記基板の前記第２面に、前記基板の一部として設けられている、請求項１に記載の発光装置。
  10. 　前記複数の発光素子と前記複数の構造体は、１対１で対応しており、各発光素子から出射された光は、対応する１つの構造体を透過する、請求項１に記載の発光装置。
  11. 　前記基板は、ガリウム（Ｇａ）およびヒ素（Ａｓ）を含む半導体基板である、請求項１に記載の発光装置。
  12. 　前記複数の発光素子から出射された光は、前記基板内を前記第１面から前記第２面へと透過し、前記複数の構造体に入射する、請求項１に記載の発光装置。
  13. 　前記基板の前記第１面は、前記基板の表面であり、前記基板の前記第２面は、前記基板の裏面である、請求項１に記載の発光装置。
  14. 　前記第１構造体は、前記発光素子からの光を集束または拡散させ、前記第２構造体は、前記発光素子からの光を散乱させる、請求項１に記載の発光装置。
  15. 　前記第１構造体は、前記発光素子からの光をコリメートする、請求項１４に記載の発光装置。
  16. 　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、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体を形成する、
    　ことを含み、
    　前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含むように形成される、発光装置の製造方法。
  17. 　前記第１および第２構造体は、前記基板の前記第２面に同時に形成される、請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
  18. 　前記第１および第２構造体は、前記第１および第２構造体の一方を形成した後に、前記第１および第２構造体の他方を形成することで形成される、請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
  19. 　光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの前記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前記光を受光して、前記光から画像信号を生成する撮像装置と、
    　前記撮像装置により生成された前記画像信号に基づいて、前記被写体までの距離を測定する測距部とを備え、
    　前記発光装置は、
    　基板と、
    　前記基板の第１面に設けられた前記複数の発光素子と、
    　前記基板の第２面に設けられ、前記複数の発光素子から出射された光が透過する複数の構造体とを備え、
    　前記構造体の少なくともいずれかは、前記光の第１部分が透過する第１構造体と、前記第１構造体と異なる機能を有し、前記光の第２部分が透過する第２構造体とを含む、測距装置。
  20. 　前記測距部は、前記画像信号から、前記第１構造体を透過した前記光の前記第１部分に対応する第１データと、前記第２構造体を透過した前記光の前記第２部分に対応する第２データとを抽出する、請求項１９に記載の測距装置。
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