WO2022209376A1 - 照明装置および測距装置 - Google Patents

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達矢 大岩
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    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs

Definitions

  • This technology relates to lighting devices and ranging devices.
  • Lighting devices that irradiate objects with light beams are used for measuring the time of flight (ToF) of light, measuring distance using structured light, and recognizing the shape of objects.
  • Rangefinders include, for example, lighting devices using vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) as light emitting elements, and those equipped with the same.
  • VCSELs vertical cavity surface emitting lasers
  • the light emitted from a plurality of light emitting units is diffused with a diffusion plate, and the entire measurement target range is uniformly irradiated (hereinafter, also referred to as uniform irradiation as appropriate. ) and detect it with a photodetector having a two-dimensionally divided light receiving portion.
  • the light emitted from a plurality of light-emitting units is made substantially parallel with a collimator lens, and the object to be measured is irradiated with a point-like light beam (hereinafter also referred to as spot irradiation as appropriate).
  • spot irradiation a point-like light beam
  • a method of achieving spot irradiation and uniform irradiation has also been proposed by shifting the entire focal point of the spot light (see Patent Document 1).
  • One object of the present technology is to provide a lighting device that improves the uniformity of uniform irradiation without reducing the light intensity of spot irradiation, and a distance measuring device that includes the lighting device.
  • This technology a light emitting element having a plurality of first light emitting units and a plurality of second light emitting units; a first optical member that emits the plurality of first light beams emitted from the plurality of first light emitting units and the plurality of second light beams emitted from the plurality of second light emitting units in parallel, respectively;
  • the beam shape of at least one of the plurality of first lights and the plurality of second lights is shaped, and the plurality of first lights and the plurality of second lights are emitted as lights having beam shapes different from each other.
  • the third optical member is arranged on the optical paths of the plurality of first lights and the plurality of second lights, and the third optical member acts on the plurality of first lights and acts on the plurality of second lights. It is a lighting device that functions differently from that of
  • a distance measuring device comprising: a distance measuring unit for calculating a distance from image data obtained by a light receiving unit;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lighting device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a distance measuring device provided with an illumination device.
  • FIG. 3 is a diagram showing an irradiation pattern during spot irradiation of the lighting device.
  • FIG. 4 is a diagram showing an irradiation pattern during uniform irradiation of the lighting device.
  • FIG. 5 is a diagram showing an irradiation pattern when spot irradiation and uniform irradiation are performed simultaneously.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a light-emitting element according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lighting device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a distance measuring device provided with an illumination device.
  • FIG. 3 is a diagram showing an irradiation pattern during spot irradiation
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of a light emitting unit according to one embodiment;
  • FIG. 8 is an enlarged view of the configuration of the light emitting section in one embodiment.
  • 9A is a schematic plan view showing an example of the configuration of the microlens array in FIG. 1
  • FIG. 10B is the position of the light emitting unit for spot irradiation with respect to the microlens array shown in FIG. 9A.
  • FIG. 10B is the position of the light emitting unit for spot irradiation with respect to the microlens array shown in FIG. 9A. It is a schematic diagram showing.
  • FIG. 9A is a schematic plan view showing an example of the configuration of the microlen
  • FIG. 11 is a diagram explaining the beam shaping function in one embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing irradiation patterns for an object in one embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a diffraction element.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing the pattern of the light beam that has passed through the diffraction element.
  • 15A and 15B are schematic cross-sectional views of diffraction elements according to one embodiment.
  • 16A and 16B are schematic diagrams showing liquid crystal elements that can be used instead of diffraction elements.
  • 17A and 17B are schematic diagrams showing metamaterials that can be applied instead of diffraction elements.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of a driving circuit of a lighting device;
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of a driving circuit of a lighting device
  • FIG. 19 is a diagram showing another example of the configuration of the driving circuit of the lighting device.
  • FIG. 20 is a diagram explaining a light emission sequence of the lighting device.
  • FIG. 21 is a diagram showing a first example of grouping of light emitting elements in the modified example.
  • FIG. 22 is a diagram showing a second example of grouping of light emitting elements in the modified example.
  • FIG. 23 is a diagram showing a third example of grouping of light emitting elements in the modified example.
  • FIG. 24 is a diagram showing a fourth example of grouping of light emitting elements in the modified example.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a top view of a semiconductor laser driving device in an application example.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of a semiconductor laser driving device in an application example.
  • FIG. 27 is a diagram showing another example of a cross-sectional view of the semiconductor laser driving device in the application example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a schematic configuration of a lighting device (lighting device 1) according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device (distance measuring device 100) including the illumination device 1 shown in FIG.
  • the distance measuring apparatus 100 includes an illumination device 1, a control unit 220 that controls the illumination device 1, a light receiving unit 210 that receives reflected light reflected from an object for distance measurement, and image data obtained by the light receiving unit 210. and a distance measuring unit 230 that calculates the distance.
  • the distance measuring device 100 employs, for example, the ToF (Time of Flight) method or the Structured Light method.
  • the ToF method is a method of calculating a distance from the time it takes for a light beam emitted from a distance measuring device to be reflected by an object to be measured and return to the distance measuring device.
  • the structured light method is a method in which a distance measuring device irradiates a light beam pattern onto an object to be measured, and the distance is calculated from the distortion of the pattern of the light beam that is reflected and returned to the ranging device.
  • the illumination device 1 emits light from a plurality of light emitting units (light emitting units 110 (first light emitting unit) and 120 (second light emitting unit), see FIG. 7).
  • the diffraction element 14, which will be described later, is an optical element that tiles the light L1 and expands the irradiation range to the light L2.
  • Lights L110 and L120 are for example spot irradiation as shown in FIG. 3, uniform irradiation as shown in FIG. 4, and simultaneous irradiation as shown in FIG.
  • the illumination device 1 includes, for example, a light emitting element 11, a microlens array 12 (an example of a second optical member), a collimator lens 13 (an example of a first optical member), a diffraction element 14, and a diffraction element 34. , and a quarter-wave plate 35 .
  • the microlens array 12, the collimator lens 13, the diffraction element 14, the diffraction element 34, and the quarter-wave plate 35 are arranged, for example, in this order on the optical path of the light (lights L1 and L2) emitted from the light emitting element 11. ing.
  • the light emitting element 11 and the microlens array 12 are held by, for example, a holding section 21, and the collimator lens 13 and the diffraction element 14 are held by, for example, a holding section 22.
  • the holding portion 21 has, for example, one anode electrode portion 23 and two cathode electrode portions 24 and 25 on the surface 21S2 opposite to the surface 21S1 that holds the light emitting element 11 and the microlens array 12, for example.
  • Each member constituting the lighting device 1 will be described in detail below.
  • the light emitting element 11 is, for example, a surface emitting surface emitting semiconductor laser.
  • FIG. 6 schematically shows an example of the cross-sectional configuration of the light emitting portions (light emitting portions 110 and 120) of the light emitting element 11. As shown in FIG. Although two light emitting units (light emitting units 110 and 120) are shown in FIG. 6, the number of light emitting units may be at least two. Further, the description of the light emitting section 110 can also be applied to the light emitting section 120 unless otherwise specified.
  • Light-emitting element 11 generally includes n-type substrate 130 having main surface 130A and main surface 130B opposite to main surface 130A; an electrode 152, a p-type DBR layer 145 provided on the main surface 130B side of the n-type substrate 130 and having a main surface 145A, and at least two light emitting devices provided on the opposite side of the p-type DBR layer 145 from the main surface 145A. section (for example, light emitting sections 110 and 120).
  • a tunnel junction layer 160 is provided between the principal surface 130B of the n-type substrate and the principal surface 145A of the p-type DBR layer 145 . It should be noted that "between” may be provided in between, and does not necessarily need to be in contact with each other. Also, the side may exist in that direction, and does not necessarily need to be in contact.
  • the light emitting section 110 is provided on the n-type DBR layer 141 stacked on the p-type DBR layer 145 and having the principal surface 141A and the principal surface 141B opposite to the principal surface 141A, and the principal surface 141B side of the n-type DBR layer 141. and an upper electrode 151 (an example of a second electrode).
  • the light emitting element 11 has a cathode electrode lead-out portion divided into at least two regions.
  • the upper electrode 151 of the light emitting section 110 is connected to the electrode pad 240 and the upper electrode 151 of the light emitting section 120 is connected to the electrode pad 250 .
  • an n-type buffer layer 161 is provided between main surface 130A of n-type substrate 130 and tunnel junction layer 160 .
  • the light emitting section 110 includes a p-type spacer layer 144, an active layer 143, an n-type spacer layer 142, an n-type buffer layer 149, a current confinement layer 148, n It has a configuration in which a type DBR layer 141 and an n-type contact layer 146 are stacked in order, and these configurations (hereinafter also referred to as semiconductor layers as appropriate) form a columnar mesa portion 147 .
  • An upper electrode 151 is attached to the n-type contact layer 146 . Details of each configuration of the light emitting element 11 will be described below.
  • the n-type substrate 130 is, for example, an n-type GaAs substrate.
  • n-type impurities include silicon (Si) and selenium (Se).
  • the semiconductor layers are each composed of, for example, an AlGaAs-based compound semiconductor.
  • An AlGaAs-based compound semiconductor is a compound semiconductor containing at least aluminum (Al) and gallium (Ga) among group 13 elements in the periodic table of elements and at least arsenic (As) among group 15 elements in the periodic table of elements. That's what I mean.
  • the n-type DBR layer 141 is formed by alternately stacking low refractive index layers and high refractive index layers (both not shown).
  • the low refractive index layer is made of n-type Al x1 Ga 1-x1 As (0 ⁇ x1 ⁇ 1) with a thickness of ⁇ 0 /4n 1 (where ⁇ 0 is the emission wavelength and n 1 is the refractive index), for example.
  • the high refractive index layer is composed of, for example, n-type Al x2 Ga 1-x2 As (0 ⁇ x2 ⁇ x1) with a thickness of ⁇ 0 /4n 2 (n2 is the refractive index).
  • the n-type spacer layer 142 is composed of, for example, n-type Al x3 Ga 1-x3 As (0 ⁇ x3 ⁇ 1).
  • the p-type spacer layer 144 is composed of, for example, p-type Alx5Ga1 -x5As (0 ⁇ x5 ⁇ 1).
  • Examples of p-type impurities include zinc (Zn), magnesium (Mg) and beryllium (Be).
  • the active layer 143 has a multi-quantum well (MQW) structure.
  • the active layer 143 has, for example, a structure in which n-type Al x6 Ga 1-x6 As (0 ⁇ x6 ⁇ 1) thin films and tunnel junction layers are alternately laminated.
  • the p-type DBR layer 145 is formed by alternately stacking low refractive index layers and high refractive index layers (both not shown).
  • the low refractive index layer is composed of, for example, p-type Al x8 Ga 1-x8 As (0 ⁇ x8 ⁇ 1) with a thickness of ⁇ 0 /4n 3 (n 3 is the refractive index).
  • the high refractive index layer is composed of, for example, p-type Al x9 Ga 1-x9 As (0 ⁇ x9 ⁇ x8) with a thickness of ⁇ 0 /4n 4 (n 4 is the refractive index).
  • the contact layer 16 is made of, for example, p-type Al x10 Ga 1-x10 As (0 ⁇ x10 ⁇ 1).
  • the current confinement layer 148 and the n-type buffer layer 149 are provided within the n-type DBR layer 141, for example.
  • the current confinement layer 148 is formed at a position distant from the active layer 143 in relation to the n-type buffer layer 149 .
  • the current confinement layer 148 is provided, for example, in the n-type DBR layer 141, instead of the low refractive index layer, at a portion of the low refractive index layer that is several layers away from the active layer 143 side.
  • the current confinement layer 148 has a current injection region 148A and a current confinement region 148B.
  • the current injection region 148A is formed in the in-plane central region.
  • the current confinement region 148B is formed in the peripheral edge of the current injection region 148A, that is, in the outer edge region of the current confinement layer 148, and has an annular shape.
  • the current injection region 148A is made of, for example, n-type Al x11 Ga 1-x11 As (0.98 ⁇ x11 ⁇ 1).
  • the current confinement region 148B includes, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ). It is obtained by oxidizing from the side.
  • the current constriction layer 148 has a function of constricting current.
  • the n-type buffer layer 149 is formed closer to the active layer 143 in relation to the current confinement layer 148 .
  • the n-type buffer layer 149 is formed adjacent to the current confinement layer 148 .
  • the n-type buffer layer 149 is formed in contact with the surface (lower surface) of the current confinement layer 148 on the active layer 143 side.
  • a thin layer having a thickness of, for example, several nanometers may be provided between the current confinement layer 148 and the n-type buffer layer 149 .
  • the n-type buffer layer 149 is provided, for example, in the n-type DBR layer 141 at a portion of the high refractive index layer that is several layers away from the current blocking layer 148 instead of the high refractive index layer.
  • the n-type buffer layer 149 has an unoxidized region and an oxidized region (both not shown).
  • the unoxidized region is mainly formed in the in-plane central region, for example, in a portion in contact with the current injection region 148A.
  • the oxidized region is formed around the periphery of the unoxidized region and has an annular shape.
  • the oxidized region is mainly formed in the in-plane outer edge region, for example, in a portion in contact with the current confinement region 148B.
  • the oxidized region is biased toward the current confinement layer 148 in the portion other than the portion corresponding to the outer edge of the n-type buffer layer 149 .
  • the unoxidized region is made of a semiconductor material containing Al, such as n-type Al x12 Ga 1-x12 As (0.85 ⁇ x12 ⁇ 0.98) or n-type In a Al x13 Ga 1-x13- a As (0.85 ⁇ x13 ⁇ 0.98).
  • the oxidized region includes, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and includes, for example, n-type Al x12 Ga 1-x12 As or n-type In b Al x13 Ga 1-x13-b As. It is obtained by oxidizing an oxidized layer (not shown) from the side surface side of the mesa portion 147 and the layer side to be oxidized.
  • the layer to be oxidized of the n-type buffer layer 149 is made of a material having a higher oxidation rate than the p-type DBR layer 145 and the n-type DBR layer 141 and a lower oxidation rate than the layer to be oxidized of the current confinement layer 148. and thickness.
  • the tunnel junction layer 160 is made of a material that allows a tunnel current to flow through this section when an electric current is applied. It consists of a thin film of Tunnel junction layer 160 may be any material that allows tunneling current to flow, as exemplified.
  • An n-type buffer layer 161 is provided between the tunnel junction layer 160 and the n-type substrate 130 . As the n-type buffer layer, the same material as the n-type buffer layer 149 can be applied.
  • an annular upper electrode 151 having an opening (light exit port 151A) at least in a region facing the current injection region 148A is formed on the upper surface of the mesa portion 147 (upper surface of the n-type contact layer 146).
  • An insulating layer (not shown) is formed on the side surface of the mesa portion 147 and the surface of the periphery.
  • the upper electrode 151 is connected to the electrode pad 240 or the electrode pad 250 by wiring (not shown) for each of the light emitting portion groups X1 to X9 and the light emitting portion groups Y1 to Y9 (see FIG. 7).
  • the electrode pads 240 or 250 are electrically connected by wire bonding.
  • a lower electrode 152 is provided on the other surface of the n-type substrate 130 .
  • the lower electrode 152 is electrically connected to the anode electrode section 23, for example.
  • the anode electrode portion is used as a common electrode and the cathode electrode portions are provided separately.
  • the upper electrode 151 is configured by laminating titanium (Ti), platinum (Pt) and gold (Au) in this order, for example, and is electrically connected to the n-type contact layer 146 above the mesa portion 147. It is connected to the.
  • the lower electrode 152 has a structure in which, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni) and gold (Au) are layered in this order from the n-type substrate 130 side. 130 is electrically connected.
  • the plurality of light emitting units are, for example, a plurality of light emitting units used for spot irradiation (a plurality of light emitting units 110 for spot irradiation) and a plurality of light emitting units used for uniform irradiation (a plurality of light emitting units for uniform irradiation 120) are arranged in an array on an n-type substrate 130, for example.
  • the multiple light emitting units 110 and the multiple light emitting units 120 are electrically isolated from each other.
  • the polarization direction of the laser beams L110 emitted from the plurality of light emitting units 110 and the polarization direction of the laser beams L120 emitted from the plurality of light emitting units 120 are different.
  • the distance measuring device 100 has a plurality of light-emitting portions, for example, a plurality of light-emitting portions 110 and a plurality of light-emitting portions 120.
  • the multiple light emitting units 110 and the multiple light emitting units 120 are electrically connected to each other.
  • the plurality of light emitting units 110 includes n (for example, 12 in FIG. 7) light emitting units 110 extending in one direction (for example, the Y-axis direction).
  • a plurality of (for example, nine in FIG. 7) light-emitting portion groups X are configured.
  • the plurality of light emitting units 120 is a plurality (for example, 9 in FIG. 7) consisting of m (for example, 12 in FIG. 7) light emitting units 120 extending in one direction (for example, the Y-axis direction).
  • light emitting portion group Y (light emitting portion groups Y1 to Y9).
  • the light emitting unit groups X1 to X9 and the light emitting unit groups Y1 to Y9 are alternately arranged on a rectangular n-type substrate 130, for example, as shown in FIG.
  • the groups of light emitting units Y1 to Y9 are provided along the other side facing the one side of the n-type substrate 130, for example. are electrically connected to the electrode pads 250 provided.
  • FIG. 7 shows an example in which the groups of light emitting units X1 to X9 and Y1 to Y9 are alternately arranged, the present invention is not limited to this.
  • the number of the plurality of light emitting units 110 and the number of the plurality of light emitting units 120 can be arbitrarily arranged according to the desired number, position and amount of light output of light emitting points, respectively.
  • the arrangement of the plurality of light emitting units 120 may be arranged every two rows of the arrangement of the plurality of light emitting units 110 .
  • FIG. 8 is an enlarged view of part of the arrangement of the plurality of light emitting units 110 and the plurality of light emitting units 120 shown in FIG. It is preferable that the plurality of light emitting portions 110 and the plurality of light emitting portions 120 have different light emitting areas (OA diameters W3, W4). Specifically, the light emitting areas (OA diameter W3) of the multiple light emitting units 110 for spot irradiation are preferably smaller than the light emitting areas (OA diameter W4) of the multiple light emitting units 120 for uniform irradiation.
  • the light beams for spot irradiation emitted from the plurality of light emitting units 110 (laser beams L110 (first light) emitted in mutually independent spots on the object to be irradiated 1000, see FIG. 12) are , becomes more focused, allowing a smaller spot to illuminate the object.
  • a light beam for uniform irradiation emitted from a plurality of light emitting units 120 (light beams emitted from adjacent light emitting units 120 are superimposed on each other so that light beams emitted from the light emitting units 120 are substantially uniformly distributed over a predetermined range on the irradiation object 1000 .)
  • the laser beam L120 (second light, see FIG.
  • the opening width W1 of the wiring connecting each of the plurality of light emitting portions 110 becomes smaller than the opening width W2 of the wiring connecting each of the plurality of light emitting portions 120 .
  • the number of light emitting units for spot irradiation and the number of light emitting units for uniform irradiation are the same, they may be different.
  • the FFP Flu Field Pattern
  • the microlens array 12 has, for example, a beam shape of at least one of the light (laser beam L110, laser beam L120) emitted from the plurality of light emitting units 110 for spot irradiation and the plurality of light emitting units 120 for uniform irradiation. is molded and emitted.
  • FIG. 9A schematically shows an example of the planar configuration of the microlens array 12, and
  • FIG. 9B schematically shows the cross-sectional configuration of the microlens array 12 taken along line II shown in FIG. 9A. It is.
  • the microlens array 12 is formed by arranging a plurality of microlenses in an array, and has a plurality of lens portions 12A and parallel plate portions 12B.
  • the microlens array 12 is a parallel flat plate as shown in FIG. 10B so that the lens portion 12A faces the plurality of light emitting portions 120 for uniform illumination, as shown in FIG. 10A.
  • the portion 12B is arranged to face the plurality of light emitting portions 110 for spot irradiation.
  • the laser beams L120 emitted from the plurality of light emitting units 120 are refracted by the lens surface of the lens unit 12A to form a virtual light emitting point P2' within the microlens array 12, for example. .
  • the light-emitting points P2 of the plurality of light-emitting sections 120 that are at the same height as the light-emitting points P1 of the plurality of light-emitting sections 110 are aligned with the light emitted from the plurality of light-emitting sections 110 and the light emitted from the plurality of light-emitting sections 120 (laser beams L110, The laser beam L120) is shifted in the optical axis direction (for example, the Z-axis direction).
  • the laser beams L110 emitted from the plurality of light emitting units 110 pass through the microlens array 12 as they are. to form a spot-like irradiation pattern as shown in FIG.
  • the laser beams L120 emitted from the plurality of light emitting units 120 are refracted by the microlens array 12.
  • the laser beams emitted from the light emitting units 120 that are partially adjacent to each other as shown in FIGS.
  • an irradiation pattern is formed in which a predetermined range is irradiated with substantially uniform light intensity.
  • switching between the light emission of the plurality of light emitting units 110 and the light emission of the plurality of light emitting units 120 enables switching between spot irradiation and uniform irradiation.
  • FIG. 11 shows an example in which the microlens array 12 functions as a relay lens, it is not limited to this.
  • the virtual light emitting points P ⁇ b>2 ′ of the plurality of light emitting units 120 may be formed between the light emitting units 120 and the microlens array 12 .
  • the collimator lens 13 emits the laser beams L110 emitted from the plurality of light emitting sections 110 and the laser beams L120 emitted from the plurality of light emitting sections 120 as substantially parallel light.
  • the collimator lens 13 is, for example, a lens for collimating the laser beam L110 and the laser beam L120 emitted from the microlens array 12 and combining them with the diffraction element 14 .
  • the diffraction element 14 divides and emits the laser beams L110 emitted from the plurality of light emitting portions 110 and the laser beams L120 emitted from the plurality of light emitting portions 120 respectively.
  • a diffraction optical element DOE
  • DOE diffraction optical element
  • the luminous fluxes of the laser beams L110 and L120 can be tiled, for example, increasing the number of spots during spot irradiation or expanding the irradiation range during uniform irradiation. becomes possible.
  • the holding portion 21 and the holding portion 22 are for holding the light emitting element 11, the microlens array 12, the collimator lens 13 and the diffraction element 14.
  • the holding part 22 holds the collimator lens 13 and the diffraction element 14 .
  • the microlens array 12, the collimator lens 13, and the diffraction element 14 are held by the holding portion 21 and the holding portion 22, respectively, with an adhesive, for example.
  • the holding portion 21 and the holding portion 22 hold the light L1 (specifically, the laser beam L110) and the light L2 (specifically, the laser beam L120) emitted from the light emitting element 11 at predetermined positions of the microlens array 12. and are connected to each other so that the lights L1 and L2 that have passed through the collimator lens 13 become substantially parallel lights.
  • a plurality of electrode portions are provided on the back surface (surface 21S2) of the holding portion 21.
  • the surface 21S2 of the holding portion 21 includes an anode electrode portion 23 common to the plurality of light emitting portions 110 for spot irradiation and the plurality of light emitting portions 120 for uniform irradiation, and a plurality of light emitting portions for spot irradiation.
  • a cathode electrode portion 24 of the portion 110 and a cathode electrode portion 25 of a plurality of light emitting portions 120 for uniform irradiation are provided.
  • the configuration of the plurality of electrode portions provided on the surface 21S2 of the holding portion 21 is not limited to the above.
  • the anode electrode portions may be formed separately, or the anode electrode portions of the plurality of light emitting portions 110 for spot irradiation and the plurality of light emitting portions 120 for uniform irradiation may be formed as a common electrode portion.
  • FIG. 1 shows an example in which the microlens array 12 is held by the holding portion 21, it is not limited to this, and may be held by the holding portion 22, for example.
  • the collimator lens 13 and the diffraction element 14 may be held by the holding portion 21 .
  • FIG. 13 shows the shape of the diffraction element 34 in one embodiment.
  • diffractive element 34 diffracts (or refracts) the light beams emitted by the uniform illumination emitter to increase the number of light beams. For example, one light beam can be split into five as indicated by thin dotted line circles and solid line circles in FIG.
  • the light beam emitted from the light emitting portion for spot irradiation is not diffracted by the diffraction element 34, and the light beam is not split. , is irradiated.
  • the light beam for uniform irradiation is superimposed with the adjacent light beams, the range in which the adjacent light beams overlap each other (overlapping range) increases, and the light is irradiated as more uniform light. be.
  • the light beams for spot irradiation are irradiated with high light intensity without lowering the light intensity one by one.
  • the diffraction element 34 in FIGS. 15A and 15B shows cross-sectional views of the diffraction element 34 in one embodiment.
  • the diffraction element 34 in FIGS. 15A and 15B has, for example, a three-layer structure in which a first layer 171, a second layer 172, and a third layer 173 are joined in this order.
  • the refractive index of the tri-layer 173 is n3.
  • the refractive index of the second layer 172 varies with direction, with the refractive index in the Y direction shown in FIG. 15A being n2y and the refractive index in the X direction shown in FIG. 8B being n2x.
  • Each layer can be made of any material as long as it satisfies these refractive index relationships.
  • the diffraction element 34 since the diffraction element 34 has different refractive indices in the X direction and the Y direction, it acts as a parallel plate for polarized light in a certain direction (X direction), and acts as a parallel plate for polarized light in a direction (Y direction) acts as a diffraction element that diffracts (refracts) the light beam.
  • the diffraction element 34 is a polarization diffraction element that refracts or diffracts a light beam traveling in a predetermined direction (specific direction) to change the polarization characteristics of the light beam emitted from the uniformly illuminated light emitting portion. can be done.
  • a volume hologram may be used instead of the diffraction element 34 .
  • the diffraction element 34 may be one that refracts light, and may be, for example, a Fresnel lens.
  • the diffraction element 34 diffracts or refracts the laser beam L120 emitted from the light emitting unit for uniform irradiation, but does not exert any effect on the laser beam L110 emitted from the light emitting unit for spot irradiation, and transmits the laser beam L110 as it is. . That is, diffraction element 34 acts differently on laser beam L110 and laser beam L120. As a result, distance measurement can be performed without reducing the intensity of the light beam emitted from the light emitting unit for spot irradiation.
  • the positions of the diffraction element 14 and the diffraction element 34 described above may be reversed, and the optical diffraction surface may be arranged so as to overlap both sides of one optical element or one side of one optical surface. .
  • the function of the diffraction grating 14 exhibits the same effect regardless of the polarization direction of light.
  • a quarter-wave plate 35 is arranged above the diffraction element 34 .
  • the quarter-wave plate 35 converts the light beam irradiated to the object for distance measurement into circularly polarized light, thereby suppressing changes in reflection characteristics due to the material and orientation of the object for distance measurement.
  • both the diffraction element 34 and the quarter-wave plate 35 may be formed in one optical element.
  • an organic liquid crystal element 175 having different orientations in the X and Y directions which is schematically shown in FIGS. 16A and 16B, can be used.
  • a circuit configuration, a flexible cable, or the like for switching the orientation of the organic liquid crystal element 175 is not required, and the problem of time for switching the orientation of the organic liquid crystal element 175 does not occur.
  • An inorganic liquid crystal element may be used instead of the organic liquid crystal element 175 .
  • Inorganic liquid crystal elements have better temperature characteristics and heat resistance than organic liquid crystal elements, and can be used for applications that require high reliability, such as in-vehicle applications.
  • a so-called metamaterial 176 can be used, which has microstructures on a sub-wavelength scale of the light beam, schematically shown in FIGS. 17A and 17B.
  • FIG. 17B is an enlarged view of a portion of the metamaterial 176 shown in FIG. 17A.
  • the metamaterial 176 can generate different diffraction characteristics depending on the polarization direction.
  • the metamaterial 176 can have the function of the quarter-wave plate 35 (for example, the function of converting circularly polarized light into linearly polarized light). .
  • the configuration related to the quarter wave plate 35 can be eliminated, and the size and cost of the device can be reduced.
  • the function of the collimator lens 13 may also be formed of a metamaterial, and the collimator lens 13, the diffraction element 34 and the quarter wave plate 35 may be formed together in one optical element.
  • FIG. 18 shows an example of the configuration of the driving circuit of the lighting device 1.
  • the anodes of the first light emitting unit group 181 and the second light emitting unit group 182 are connected to a power supply (VCC).
  • the cathodes of the first light emitting unit group 181 are connected to the drive unit 265
  • the cathodes of the second light emitting unit group 182 are connected to the drive unit 266 .
  • the first light-emitting portion group 181 is, for example, a set of light-emitting portions 110 connected to the electrode pads 240 .
  • the second light-emitting portion group 182 is, for example, a set of light-emitting portions 120 connected to the electrode pads 250 .
  • the switching of the light emitting unit group can be realized by outputting modulation signals from two driving units and using an external changeover switch.
  • an n-type MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • each of the drive sections 265 and 266 is supplied with a modulation signal that defines the timing of ON/OFF modulation
  • each of the drive sections 265 and 266 connects the ground and the first light emitting section group 181 or the second light emitting section group 182 at the ON timing.
  • a current flows through the first group of light emitting units 181 and the second group of light emitting units 182 at the ON timing, causing light emission.
  • the cathodes of the first light-emitting portion group 181 and the second light-emitting portion group 182 are completely separated, and the driving portion 265 and the driving portion 266 are provided respectively. Each can be driven with different waveforms (timing and current).
  • each of the driving section 265 and the driving section 266 may be a P-type MOSFET or a bipolar transistor.
  • the driving section 265 and the driving section 266 may be provided outside the lighting device 1, for example, or may be built in the holding section 21, for example. Alternatively, the light emitting element 11 and each drive section may be directly connected.
  • FIG. 18 uses a common anode electrode
  • a circuit configuration in which a common cathode electrode is used as shown in FIG. 19 is also possible. In the circuit configuration shown in FIG. 19, switching between the first light-emitting unit group 181 and the second light-emitting unit group 182 is accomplished by, for example, using one driving unit 270 and turning on/off the external switches SW1 and SW2 in a complementary manner. It is done by
  • FIG. 20 shows an example of the light emission sequence of the lighting device 1.
  • FIG. A section for generating one distance measurement image is called a “frame”, and one frame is set to a time such as 33.3 msec (frequency of 30 Hz).
  • a plurality of accumulation intervals with different conditions can be provided in a frame. Although eight accumulation intervals are shown in FIG. 20, the number is not limited to this.
  • the first light emitting unit group 181 emits light in one frame, and the light receiving unit 210 (see FIG. 2) receives the reflected light to generate a ranging image.
  • the second light emitting unit group 182 is caused to emit light, and the light receiving unit 210 receives the reflected light to generate a ranging image.
  • the first light emitting unit group 181 and the second light emitting unit group 182 are switched every frame in FIG. 20, they may be switched every multiple frames.
  • the switching of the light emission of the first light emitting unit group 181 and the second light emitting unit group 182 may be performed, for example, in units of one frame, may be performed in units of blocks, or may be performed in units of a plurality of blocks. . This makes it possible to switch between spot irradiation and uniform irradiation at a faster speed than, for example, a method of mechanically switching the focal positions of laser beams emitted from a plurality of light emitting units.
  • the third optical member diffracts or refracts the light beam emitted from the light emitting unit for uniform irradiation, thereby increasing the overlapping range of the uniform irradiation pattern.
  • the accuracy of ranging can be improved.
  • the intensity of the light beam emitted from the light emitting section for spot irradiation can be reduced by making the third optical member have no effect on the light beam emitted from the light emitting section for spot irradiation. distance measurement can be performed without
  • the microlens array 12 described in one embodiment may be omitted.
  • the laser beam L110 emitted from the light emitting unit 110 is light for spot irradiation that passes through the diffraction element 14 or the like as it is, and the laser beam L120 emitted from the light emitting unit 120 is diffracted by the diffraction element 14 or the like.
  • the laser beam L120 has an increased number of spots. Since the laser beam L110 has a high light intensity, long distance measurement is possible, and since the laser beam L120 has a large number of spots, there is an advantage that the resolution in distance measurement is relatively high.
  • the light emitting elements 11 in one embodiment may be grouped.
  • 21 to 23 are diagrams showing examples of grouping of the light emitting elements 11 in the application example of the present technology.
  • FIG. 21 it is assumed that one region is formed for each of multiple columns (two columns in this example) and switching is performed for each region.
  • FIG. 22 it is assumed that one frame is further vertically divided into two to form rectangular regions, and switching is performed for each region.
  • FIG. 23 it is assumed that the number of divisions in the vertical direction is three and switching is performed for each region.
  • flexible adjustment can be performed by switching light emission in units of light emitting regions. Light emission may be switched for each frame, or may be a block within a frame. It is also possible to recognize the position of an object whose distance is to be measured and to emit light in that area.
  • FIG. 24 is a diagram showing another example of grouping of the light emitting elements 11 in the modified example of the present technology.
  • This example shows an example of grouping by two columns so that each column is alternately combined.
  • the 1st and 3rd columns are area A1
  • the 2nd and 4th columns are area A2
  • the 5th and 7th columns are area A3
  • the 6th and 8th columns are area A4, and the 9th column is
  • the 11th row forms an area A5, and the 10th and 12th rows form an area A6. This makes it possible to control the switching of light emission every two columns. As a result, it is possible to reduce power consumption by area switching and achieve high light output within the laser safety standards while taking countermeasures against multipath.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a top view of a semiconductor laser driving device 300 in an application example.
  • the semiconductor laser drive device 300 is intended for distance measurement by ToF.
  • ToF has the feature that depth accuracy is high although it is not as high as structured light, and that it can operate without problems even in a dark environment.
  • a semiconductor laser 301 In the semiconductor laser driving device 300, a semiconductor laser 301, a photodiode 420, and a passive component 430 are electrically connected and mounted by wire bonding on the surface of a substrate 400 containing a laser driver 500 (an example of a driving element).
  • Substrate 400 is assumed to be a printed wiring board.
  • the illumination device 1 or 1B described above can be applied to the semiconductor laser 301, and the light receiving section 210 in FIG. 1, for example, can be applied to the photodiode.
  • the semiconductor laser 301 is a semiconductor device that emits laser light by passing a current through a PN junction of a compound semiconductor.
  • compound semiconductors to be used here include aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP), aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP), and gallium nitride (GaN).
  • a laser driver 500 is a driver integrated circuit (IC: Integrated Circuit) for driving the semiconductor laser 301 .
  • the laser driver 500 is built in the substrate 400 in a face-up state.
  • As for the electrical connection with the semiconductor laser 301 it is desirable to make the wiring length as short as possible because it is necessary to reduce the wiring inductance.
  • the photodiode 420 is a diode for detecting light. This photodiode 420 is used for APC control (Automatic Power Control) for monitoring the light intensity of the semiconductor laser 301 and maintaining the output of the semiconductor laser 301 constant.
  • APC control Automatic Power Control
  • Passive components 430 are circuit components other than active elements such as capacitors and resistors. Passive components 430 include decoupling capacitors for driving semiconductor laser 301 .
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of the semiconductor laser driving device 300 in the application example of the present technology.
  • the substrate 400 incorporates the laser driver 500, and the semiconductor laser 301 and the like are mounted on its surface. Connections between the semiconductor lasers 301 and the laser drivers 500 in the substrate 400 are made through connection vias 401 . By using the connection via 401, it is possible to shorten the wiring length.
  • the semiconductor laser 301 is assumed to be a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • the VCSEL has a substrate 310 as substrate material and a common anode underneath.
  • the light-emitting points are formed as trapezoidal-shaped mesas, each containing a light-emitting element 341 .
  • the anode electrode of the light emitting element 341 is connected to the signal line pattern 406 on the substrate 400 via the connection layer.
  • the cathode electrodes of the light emitting elements are connected to the metal layers 330A, 330B, and one ends of the driver elements 501A, 501B are connected to the metal layers 330A, 330B via wire bondings 410A, 410B.
  • the connection layer can be formed by either silver paste or solder.
  • the wire bondings 410A, 410B and the driver elements 510A, 510B are connected by connection vias 411A, 411B.
  • the light emitting point of the semiconductor laser 301 is located just above the substrate 400, the heat generated at the light emitting point can be efficiently released to the component-embedded substrate.
  • the substrate 400 includes thermal vias for heat dissipation.
  • Each component mounted on the substrate 400 is a heat source, and heat generated in each component can be dissipated from the back surface of the substrate 400 by using thermal vias.
  • a capacitor 409 is mounted as a decoupling capacitor on the substrate 400 and connected between the pattern 406 and the ground (GND) 408. Since the capacitor 409 is provided as a decoupling capacitor, the charge stored in this capacitor 409 can be used as the drive current for the semiconductor laser 301 . As described above, according to the application example, when the laser is modulated at high speed, the charge stored in the capacitor 409 mounted in the immediate vicinity of the semiconductor laser 301 becomes the driving current of the semiconductor laser 301. Modulation can be achieved.
  • the light emitting element 341 may be installed upside down. In this case, emitted light 309 from the light emitting element 341 is emitted through the substrate 310 .
  • the cathode of the light emitting element 341 is connected to the signal line pattern 406 on the substrate 400 via bumps 349A and 349B, and the driver elements 501A and 501B of the laser driver 500 incorporated in the substrate 400 via connection vias 411A and 411B. is connected to one end of the The other ends of driver elements 501A and 501B are connected to ground (GND) 408 .
  • a metal layer 330 is provided on the surface of the substrate 310 on the light emitting point side, and is connected to the power source pattern 407 of the substrate 400 via wire bonding 410 .
  • the metal layer 330 may be a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide).
  • the side of the light emitting element 341 that is not the light emitting point side is connected to the driver elements 501A and 501B via bumps 349A and 349B, patterns 406A and 406B and connection vias 411A and 411B.
  • the bumps 349A and 349B can be made of either gold (Au), copper (Cu), or solder.
  • the present technology can also have the following configuration.
  • a light emitting element having a plurality of first light emitting units and a plurality of second light emitting units; a first optical member that emits the plurality of first light beams emitted from the plurality of first light emitting portions and the plurality of second light beams emitted from the plurality of second light emitting portions in substantially parallel relation to each other;
  • a second optical member that emits light; a third optical member;
  • the third optical member is arranged on an optical path of the plurality of first lights and the plurality of second lights, and the action of the third optical member on the plurality of first lights and the plurality of different from the effect on the second light of the lighting device.
  • the illumination device does not act on the plurality of first lights and refracts or diffracts the plurality of second lights in a predetermined direction.
  • the plurality of first lights emitted from the plurality of first light-emitting units are lights irradiated to an irradiation target in mutually independent spots, A part of the plurality of second lights emitted from the plurality of second light emitting units overlaps with the second light emitted from the adjacent second light emitting units. and the illumination device according to (1) or (2), wherein the light is applied to an object to be irradiated substantially uniformly over a predetermined range.
  • the third optical member is an optical member that increases an overlapping range in which a part of the plurality of second lights overlap each other.
  • the plurality of first lights emitted from the plurality of first light emitting units and the plurality of second lights emitted from the plurality of second light emitting units have different polarization characteristics (1 ) to (4).
  • the illumination device according to any one of (1) to (6), wherein the third optical member is a liquid crystal element.
  • a lighting device according to any one of (1) to (8); a control unit that controls the lighting device; a light receiving unit that receives reflected light reflected from an object to be irradiated;
  • a distance measuring device comprising: a distance measuring unit that calculates a distance from image data obtained by the light receiving unit.

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Abstract

例えば、一様照射の特性を向上させた照明装置を提供する。　複数の第１の発光部および複数の第２の発光部を有する発光素子と、複数の第１の発光部から出射された複数の第１の光および複数の第２の発光部から出射された複数の第２の光をそれぞれ略平行にして出射する第１の光学部材と、複数の第１の光および複数の第２の光のうちの少なくとも一方のビーム形状を成形し、互いに異なるビーム形状を有する光として、複数の第１の光および複数の第２の光を出射する第２の光学部材と、第３の光学部材とを備え、第３の光学部材は、複数の第１の光および複数の第２の光の光路上に配置され、第３の光学部材による複数の第１の光への作用と複数の第２の光への作用とが異なる照明装置である。

Description

照明装置および測距装置
　本技術は、照明装置および測距装置に関する。
　光ビームを対象物に照射する照明装置は、光の空間伝搬時間計測（ＴｏＦ：Time of Flight）や構造化光（Structured Light）による距離の測定や、物体の形状認識などの用途に利用される。測距装置には、発光素子として、例えば面発光半導体レーザ(ＶＣＳＥＬ:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)を用いた照明装置およびこれを備えるものがある。ＴｏＦ法を用い、近距離を広く計測する方法としては、複数の発光部から出射された光を拡散板で拡散させ、測定対象範囲全面に一様に照射（以下、一様照射とも適宜、称する）し、それを２次元状に分割された受光部を持つ光検出器で検出する方法がある。測距距離を延ばす方法としては、複数の発光部から出射された光をコリメータレンズで略平行にし、測定対象物に対して、点状の光ビームを照射（以下、スポット照射とも適宜、称する）する方法がある。また、スポット光の焦点全体をずらすことにより、スポット照射および一様照射を実現する方法も提案されている（特許文献１参照）。
米国特許出願公開２０１９/００１８１３７号明細書
　この分野では、スポット照射の光強度を低下させずに、一様照射の均一性を向上させることが望まれている。
　本技術は、スポット照射の光強度を低下させずに、一様照射の均一性を向上させた照明装置および当該照明装置を備える測距装置を提供することを目的の一つとする。
　本技術は、
　複数の第１の発光部および複数の第２の発光部を有する発光素子と、
　複数の第１の発光部から出射された複数の第１の光および複数の第２の発光部から出射された複数の第２の光をそれぞれ略平行にして出射する第１の光学部材と、
　複数の第１の光および複数の第２の光のうちの少なくとも一方のビーム形状を成形し、互いに異なるビーム形状を有する光として、複数の第１の光および複数の第２の光を出射する第２の光学部材と、
　第３の光学部材と
　を備え、
　第３の光学部材は、複数の第１の光および複数の第２の光の光路上に配置され、第３の光学部材による複数の第１の光への作用と複数の第２の光への作用とが異なる
　照明装置である。
　本技術は、
　上述した照明装置と、
　照明装置を制御する制御部と、
　照射対象物から反射された反射光を受光する受光部と、
　受光部で得られた画像データから距離を算出する測距部と
　を有する
　測距装置である。
図１は、一実施の形態における照明装置の概略断面図である。 図２は、照明装置を備えた測距装置の概略構成の一例を表すブロック図である。 図３は、照明装置のスポット照射時における照射パターンを表す図である。 図４は、照明装置の一様照射時における照射パターンを表す図である。 図５は、スポット照射および一様照射を同時に行った場合の照射パターンを表す図である。 図６は、一実施の形態における発光素子の一例を表す断面模式図である。 図７は、一実施の形態における発光部の構成の一例を示す図である。 図８は、一実施の形態における発光部の構成の拡大図である。 図９Ａは、図１のマイクロレンズアレイの構成の一例を表す平面模式図であり、図９Ｂは、図１のマイクロレンズアレイの断面構成の一例を表す模式図である。 図１０Ａは、図９Ａに示したマイクロレンズアレイに対する一様照射用の発光部の位置を表す模式図であり、図１０Ｂは、図９Ａに示したマイクロレンズアレイに対するスポット照射用の発光部の位置を表す模式図である。 図１１は、一実施の形態におけるビーム成形機能を説明する図である。 図１２は、一実施の形態における対象物に対する照射パターンを表す図である。 図１３は、回折素子の一例を表す模式図である。 図１４は、回折素子を通過した光ビームのパターンを示す模式図である。 図１５Ａおよび図１５Ｂは、一実施の形態における回折素子の概略断面図である。 図１６Ａおよび図１６Ｂは、回折素子の代わりに適用可能な液晶素子を示す模式図である。 図１７Ａおよび図１７Ｂは、回折素子の代わりに適用可能なメタマテリアルを示す模式図である。 図１８は、照明装置の駆動回路の構成の一例を表す図である。 図１９は、照明装置の駆動回路の構成の他の一例を表す図である。 図２０は、照明装置の発光シーケンスを説明する図である。 図２１は、変形例における発光素子のグループ分けの第１の例を示す図である。 図２２は、変形例における発光素子のグループ分けの第２の例を示す図である。 図２３は、変形例における発光素子のグループ分けの第３の例を示す図である。 図２４は、変形例における発光素子のグループ分けの第４の例を示す図である。 図２５は、応用例における半導体レーザ駆動装置の上面図の一例を示す図である。 図２６は、応用例における半導体レーザ駆動装置の断面図の一例を示す図である。 図２７は、応用例における半導体レーザ駆動装置の断面図の他の一例を示す図である。
　以下、本技術の実施の形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜１．一実施の形態＞
＜２．変形例＞
＜３．応用例＞
＜１．一実施の形態＞
　図１は、本技術の一実施の形態に係る照明装置（照明装置１）の概略構成の一例を模式的に表した断面図である。図２は、図１に示した照明装置１を備えた測距装置（測距装置１００）の概略構成を表したブロック図である。測距装置１００は、照明装置１と、照明装置１を制御する制御部２２０と、測距対象物から反射された反射光を受光する受光部２１０と、受光部２１０で得られた画像データから距離を算出する測距部２３０とを有する。
　測距装置１００は、例えば、ＴｏＦ（Time of Flight）方式、又は、Structured Light方式を採用している。ＴｏＦ方式は、測距装置から照射した光ビームが測定対象物で反射され、測距装置に戻ってくるまでの時間から距離を算出する方式である。Structured Light方式は、測距装置から測定対象物に光ビームのパターンを照射し、反射され測距装置に戻ってきた光ビームのパターンの歪みから距離を算出する方式である。
　一実施の形態に係る照明装置１は、複数の発光部（発光部１１０（第１の発光部），１２０（第２の発光部）、図７参照）から光を出射する。後述する回折素子１４は、光Ｌ１をタイリングさせ、照射範囲を光Ｌ２へと広げる光学素子であり、３×３にタイリングして照射範囲を広げることが可能である。光Ｌ１１０，Ｌ１２０は、例えば、図３に示したようなスポット照射、図４に示したような一様照射および図５に示したようなその同時照射を行うものである。
［照明装置の構成］
　照明装置１は、例えば、発光素子１１と、マイクロレンズアレイ１２（第２の光学部材の一例）と、コリメータレンズ１３（第１の光学部材の一例）と、回折素子１４と、回折素子３４と、１／４波長板３５とを有する。
　マイクロレンズアレイ１２、コリメータレンズ１３、回折素子１４、回折素子３４および１／４波長板３５は、発光素子１１から出射された光（光Ｌ１，Ｌ２）の光路上に、例えば、この順に配置されている。発光素子１１およびマイクロレンズアレイ１２は、例えば、保持部２１によって保持されており、コリメータレンズ１３および回折素子１４は、例えば、保持部２２に保持されている。保持部２１は、例えば、発光素子１１およびマイクロレンズアレイ１２を保持する面２１Ｓ１とは反対側の面２１Ｓ２に、例えば、１つのアノード電極部２３と、２つのカソード電極部２４，２５を有する。以下、照明装置１を構成する各部材について詳細に説明する。
（発光素子について）
　発光素子１１は、例えば、表面出射型の面発光半導体レーザである。図６は、発光素子１１の発光部（発光部１１０，１２０）の断面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図６では、２つの発光部（発光部１１０，１２０）が示されているが、発光部の個数は少なくとも２つであればよい。また、特に断らない限り、発光部１１０の説明は発光部１２０に対しても適用することができる。
　発光素子１１は、概略的には、主面１３０Ａおよび主面１３０Ａとは反対側の主面である主面１３０Ｂを有するｎ型基板１３０と、ｎ型基板１３０の主面１３０Ａに設けられた下部電極１５２と、ｎ型基板１３０の主面１３０Ｂ側に設けられ、主面１４５Ａを有するｐ型ＤＢＲ層１４５と、ｐ型ＤＢＲ層１４５の主面１４５Ａとは反対側に設けられた少なくとも２つの発光部（例えば、発光部１１０，１２０）とを有する。
　また、ｎ型基板の主面１３０Ｂと、ｐ型ＤＢＲ層１４５の主面１４５Ａとの間にはトンネルジャンクション層１６０が設けられている。なお、間とは、その間に設けられていればよく、必ずしも接していることを要しない。また、側とは、その方向に存在していればよく、必ずしも接していることを要しない。発光部１１０は、ｐ型ＤＢＲ層１４５に積層され、主面１４１Ａおよび主面１４１Ａとは反対側の主面１４１Ｂを有するｎ型ＤＢＲ層１４１と、ｎ型ＤＢＲ層１４１の主面１４１Ｂ側に設けられた上部電極１５１（第２の電極の一例）とを有している。また、発光素子１１は、少なくとも２つの領域に分割されたカソード電極取り出し部を有する。例えば、発光部１１０の上部電極１５１が電極パット２４０に接続されており、発光部１２０の上部電極１５１が電極パット２５０に接続されている。
　より詳しくは、ｎ型基板１３０の主面１３０Ａとトンネルジャンクション層１６０との間にｎ型バッファ層１６１が設けられている。また、発光部１１０は、ｐ型ＤＢＲ層１４５の主面１４５Ａとは反対側から、ｐ型スペーサ層１４４、活性層１４３、ｎ型スペーサ層１４２、ｎ型バッファ層１４９、電流狭窄層１４８、ｎ型ＤＢＲ層１４１、ｎ型コンタクト層１４６が順に積層された構成を有し、これらの構成（以下、半導体層とも適宜、称する）は柱状のメサ部１４７となっている。ｎ型コンタクト層１４６に上部電極１５１が取り付けられている。以下、発光素子１１の各構成の詳細について説明する。
　ｎ型基板１３０は、例えば、ｎ型のＧａＡｓ基板である。ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）等が挙げられる。半導体層は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体とは、元素の周期表における１３族元素のうち少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と、元素の周期表における１５族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。
　ｎ型ＤＢＲ層１４１は、低屈折率層および高屈折率層（いずれも図示せず）を交互に積層してなるものである。低屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ1（λ0は発光波長、ｎ１は屈折率）のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ2（ｎ２は屈折率）のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。
　ｎ型スペーサ層１４２は、例えば、ｎ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。ｐ型スペーサ層１４４は、例えば、ｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０＜ｘ５＜１）により構成されている。ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびベリリウム（Ｂｅ）等が挙げられる。
　活性層１４３は、多重量子井戸構造（Multi Quantum well, ＭＱＷ）を有している。活性層１４３は例えば、ｎ型のＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）の薄膜とトンネルジャンクション層とが交互に積層された構造で構成されている。
　ｐ型ＤＢＲ層１４５は、低屈折率層および高屈折率層（いずれも図示せず）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ3（ｎ3は屈折率）のｐ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ4（ｎ4は屈折率）のｐ型Ａｌx9Ｇａ1-x9Ａｓ（０＜ｘ９＜ｘ８）により構成されている。コンタクト層１６は、例えばｐ型Ａｌx10Ｇａ1-x10Ａｓ（０＜ｘ１０＜１）により構成されている。
　電流狭窄層１４８およびｎ型バッファ層１４９は、例えば、ｎ型ＤＢＲ層１４１内に設けられている。電流狭窄層１４８は、ｎ型バッファ層１４９との関係で、活性層１４３から離れた位置に形成されている。電流狭窄層１４８は、例えば、ｎ型ＤＢＲ層１４１内において、活性層１４３側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられている。電流狭窄層１４８は、電流注入領域１４８Ａと、電流狭窄領域１４８Ｂとを有している。電流注入領域１４８Ａは、面内の中央領域に形成されている。電流狭窄領域１４８Ｂは、電流注入領域１４８Ａの周縁、即ち、電流狭窄層１４８の外縁領域に形成されており、環状の形状となっている。
　電流注入領域１４８Ａは、例えば、ｎ型Ａｌx11Ｇａ1-x11Ａｓ（０．９８≦ｘ１１≦１）によって構成されている。電流狭窄領域１４８Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含んで構成され、例えば、ｎ型Ａｌx11Ｇａ1-x11Ａｓによって構成された被酸化層（図示せず）をメサ部１４７の側面から酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層１４８は電流を狭窄する機能を有している。
　ｎ型バッファ層１４９は、電流狭窄層１４８との関係で、活性層１４３寄りに形成されている。ｎ型バッファ層１４９は、電流狭窄層１４８に隣接して形成されている。ｎ型バッファ層１４９は、例えば、図６に示したように、電流狭窄層１４８のうち活性層１４３側の面（下面）に接して形成されている。なお、電流狭窄層１４８とｎ型バッファ層１４９との間に、例えば数ｎｍ程度の厚さの薄い層が設けられていてもよい。ｎ型バッファ層１４９は、例えば、ｎ型ＤＢＲ層１４１内において、電流狭窄層１４８から数えて例えば数層離れた高屈折率層の部位に、高屈折率層に代わって設けられている。
　ｎ型バッファ層１４９は、未酸化領域と、酸化領域とを有している（いずれも図示せず）。未酸化領域は、主に面内の中央領域に形成されており、例えば、電流注入領域１４８Ａと接する部位に形成されている。酸化領域は、未酸化領域の周縁に形成されており、環状の形状となっている。酸化領域は、主に面内の外縁領域に形成されており、例えば、電流狭窄領域１４８Ｂと接する部位に形成されている。酸化領域は、ｎ型バッファ層１４９の外縁に相当する部分以外の部分において、電流狭窄層１４８側に偏って形成されている。
　未酸化領域は、Ａｌを含む半導体材料によって構成されており、例えば、ｎ型Ａｌx12Ｇａ1-x12Ａｓ（０．８５＜ｘ１２≦０．９８）またはｎ型ＩｎaＡｌx13Ｇａ1-x13-aＡｓ（０．８５＜ｘ１３≦０．９８）によって構成されている。酸化領域は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含んで構成され、例えば、ｎ型Ａｌx12Ｇａ1-x12Ａｓまたはｎ型ＩｎbＡｌx13Ｇａ1-x13-bＡｓによって構成された被酸化層（図示せず）をメサ部１４７の側面側および被酸化層側から酸化することにより得られたものである。このｎ型バッファ層１４９の被酸化層は、ｐ型ＤＢＲ層１４５およびｎ型ＤＢＲ層１４１よりも酸化速度が速く、且つ、電流狭窄層１４８の被酸化層よりも酸化速度が遅くなるような材料および厚さによって構成されている。
　トンネルジャンクション層１６０は、通電時にこの区間にトンネル電流が流れるような物質であって、例えば、高濃度にドープされたｎ型とｐ型のＡｌx14Ｇａ1-x14Ａｓ（０＜ｘ１４＜１）の薄膜で構成されている。トンネルジャンクション層１６０は、例に挙げたように、トンネル電流が流れるような物質であれば何でもよい。トンネルジャンクション層１６０とｎ型基板１３０の間にはｎ型バッファ層１６１が設けられている。ｎ型バッファ層としては、ｎ型バッファ層１４９と同様のものを適用することができる。
　メサ部１４７の上面（ｎ型コンタクト層１４６の上面）には、少なくとも電流注入領域１４８Ａとの対向領域に開口（光射出口１５１Ａ）を有する環状の上部電極１５１が形成されている。また、メサ部１４７の側面および周辺の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。上部電極１５１は、各発光部群Ｘ１～Ｘ９，発光部群Ｙ１～Ｙ９毎に、不図示の配線によって、それぞれ、電極パット２４０または電極パット２５０に接続されている（図７参照）。例えば、電極パット２４０または電極パット２５０には、ワイヤボンディングによって電気的に接続される。また、ｎ型基板１３０の他の面には、下部電極１５２が設けられている。下部電極１５２は、例えば、アノード電極部２３と電気的に接続されている。このように、一実施の形態は、アノード電極部を共通電極とし、カソード電極部を別々に設けた実施の形態である。
　ここで、上部電極１５１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１４７上部のｎ型コンタクト層１４６と電気的に接続されている。下部電極１５２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とをｎ型基板１３０側から順に積層した構造を有しており、ｎ型基板１３０と電気的に接続されている。
（発光部について）
　複数の発光部は、例えば、スポット照射に用いられる複数の発光部（スポット照射用の複数の発光部１１０）と、一様照射に用いられる複数の発光部（一様照射用の複数の発光部１２０）とが、例えば、ｎ型基板１３０上にアレイ状に配置された構成を有する。複数の発光部１１０および複数の発光部１２０は、互いに電気的に分離されている。本実施形態では、複数の発光部１１０から出射されるレーザビームＬ１１０の偏光方向と複数の発光部１２０から出射されるレーザビームＬ１２０の偏光方向とが異なっている。
　上述の発光素子１１は、メサ部１４７を２つ有する例であったが、測距装置１００では、複数の発光部を有し、例えば、複数の発光部１１０と複数の発光部１２０を有する。複数の発光部１１０および複数の発光部１２０は、それぞれ、互いに電気的に接続されている。具体的には、例えば、図７に示したように、複数の発光部１１０は、一方向（例えば、Ｙ軸方向）に延在するｎ個（例えば、図７では１２個）の発光部１１０からなる複数（例えば、図７では９個）の発光部群Ｘ（発光部群Ｘ１～Ｘ９）を構成している。同様に、複数の発光部１２０は、一方向（例えば、Ｙ軸方向）に延在するｍ個（例えば、図７では１２個）の発光部１２０からなる複数（例えば、図７では９個）の発光部群Ｙ（発光部群Ｙ１～Ｙ９）を構成している。各発光部群Ｘ１～Ｘ９，発光部群Ｙ１～Ｙ９は、例えば、図７に示したように、矩形形状を有するｎ型基板１３０に、交互に配置されており、発光部群Ｘ１～Ｘ９は、例えば、ｎ型基板１３０の一の辺に沿って設けられた電極パット２４０に、発光部群Ｙ１～Ｙ９は、例えば、ｎ型基板１３０の一の辺と対向する他の辺に沿って設けられた電極パット２５０に、それぞれ電気的に接続されている。なお、図７では、各発光部群Ｘ１～Ｘ９，Ｙ１～Ｙ９が交互に配置された例を示したが、これに限らない。例えば、複数の発光部１１０および複数の発光部１２０の数は、それぞれ、所望の発光点の数、位置および光出力の量によって、任意の配列とすることができる。一例として、複数の発光部１２０の配列を、複数の発光部１１０の配列２列おきに配置するようにしてもよい。
　図８は、図７に示した複数の発光部１１０および複数の発光部１２０の配列の一部を拡大して表したものである。複数の発光部１１０および複数の発光部１２０は、互いに異なる発光面積（ＯＡ径Ｗ３，Ｗ４）を有していることが好ましい。具体的には、スポット照射用の複数の発光部１１０の発光面積（ＯＡ径Ｗ３）は、一様照射用の複数の発光部１２０の発光面積（ＯＡ径Ｗ４）よりも小さいことが好ましい。これにより、複数の発光部１１０から照射されるスポット照射用の光ビーム（照射対象物１０００に対して互いに独立したスポット状に照射されるレーザビームＬ１１０（第１の光）、図１２参照）は、より小さく集光されるようになり、対象物に対してより小さなスポットでの照射が可能となる。また、複数の発光部１２０から照射される一様照射用の光ビーム（隣り合う発光部１２０から出射された光と重畳することで、照射対象物１０００に対して、所定の範囲に略一様に照射されるレーザビームＬ１２０（第２の光）、図１２参照）は、より広い範囲を照射できるようになり、照射対象物１０００に対してより均一、且つ、高出力な一様照射が可能となる。また、これに伴い、複数の発光部１１０のそれぞれを接続する配線の開口幅Ｗ１は、複数の発光部１２０のそれぞれを接続する配線の開口幅Ｗ２よりも小さくなる。スポット照射用の発光部の数と、一様照射用の発光部の数が同一となっているが、異なっていても良い。また、スポット照射用の発光部と一様照射用の発光部で、ＦＦＰ（Far Field Pattern）が異なっていても良い。
（マイクロレンズアレイ、コリメータレンズ、回折素子について）
　マイクロレンズアレイ１２は、例えば、スポット照射用の複数の発光部１１０および一様照射用の複数の発光部１２０から出射される光（レーザビームＬ１１０，レーザビームＬ１２０）のうちの少なくとも一方のビーム形状を成形して出射するものである。図９Ａは、マイクロレンズアレイ１２の平面構成の一例を模式的に表したものであり、図９Ｂは、図９Ａに示したＩ－Ｉ線におけるマイクロレンズアレイ１２の断面構成を模式的に表したものである。マイクロレンズアレイ１２は、複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されたものであり、複数のレンズ部１２Ａと、平行平板部１２Ｂとを有している。
　一実施の形態では、マイクロレンズアレイ１２は、図１０Ａに示したように、レンズ部１２Ａが一様照射用の複数の発光部１２０と正対するように、図１０Ｂに示したように、平行平板部１２Ｂがスポット照射用の複数の発光部１１０と正対するように配置されている。これにより、図１１に示したように、複数の発光部１２０から出射されたレーザビームＬ１２０は、レンズ部１２Ａのレンズ面で屈折され、例えばマイクロレンズアレイ１２内に仮想発光点Ｐ２’を形成する。即ち、複数の発光部１１０の発光点Ｐ１と同じ高さにあった複数の発光部１２０の発光点Ｐ２が、複数の発光部１１０および複数の発光部１２０から出射される光（レーザビームＬ１１０，レーザビームＬ１２０）の光軸方向（例えば、Ｚ軸方向）にずれることとなる。
　従って、複数の発光部１１０および複数の発光部１２０の発光を切り替えることにより、複数の発光部１１０から出射されたレーザビームＬ１１０は、マイクロレンズアレイ１２をそのまま透過し、例えば、図３や図１２に示したようなスポット状の照射パターンを形成する。また、複数の発光部１２０から出射されたレーザビームＬ１２０は、マイクロレンズアレイ１２で屈折され、例えば、図４や図１２に示したような一部が隣り合う発光部１２０から出射されたレーザビームＬ１２０と重畳することにより、所定の範囲を略一様な光強度の照射する照射パターンを形成する。照明装置１では、この複数の発光部１１０の発光と、複数の発光部１２０の発光とを切り替えることにより、スポット照射と一様照射との切り替えが可能となる。
　なお、図１１では、マイクロレンズアレイ１２がリレーレンズとして機能している例を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の発光部１２０の仮想発光点Ｐ２’は、発光部１２０とマイクロレンズアレイ１２との間に形成されてもよい。
　コリメータレンズ１３は、複数の発光部１１０から出射されたレーザビームＬ１１０および複数の発光部１２０から出射されたレーザビームＬ１２０を略平行光として出射するものである。コリメータレンズ１３は、例えば、マイクロレンズアレイ１２から出射されたレーザビームＬ１１０およびレーザビームＬ１２０をそれぞれコリメートして、回折素子１４と結合するためのレンズである。
　回折素子１４は、複数の発光部１１０から出射されたレーザビームＬ１１０および複数の発光部１２０から出射されたレーザビームＬ１２０のそれぞれを、分割して出射するものである。回折素子１４としては、例えば、複数の発光部１１０から出射されたレーザビームＬ１１０および複数の発光部１２０から出射されたレーザビームＬ１２０を、３×３に分割する回折光学素子（ＤＯＥ）を用いることができる。回折素子１４を配置することにより、レーザビームＬ１１０およびレーザビームＬ１２０のそれぞれの光束をタイリングし、例えば、スポット照射時におけるスポット数を増やしたり、一様照射時における照射範囲を拡大したりすることが可能となる。
（保持部について）
　保持部２１および保持部２２は、発光素子１１、マイクロレンズアレイ１２、コリメータレンズ１３および回折素子１４を保持するためのものである。具体的には、保持部２１は、上面（面２１Ｓ１）に設けられた凹部Ｃ内に発光素子１１を保持し、面２１Ｓ１に沿ってマイクロレンズアレイ１２を保持している。保持部２２は、コリメータレンズ１３および回折素子１４を保持している。マイクロレンズアレイ１２、コリメータレンズ１３および回折素子１４は、例えば、接着剤によって、それぞれ、保持部２１および保持部２２に保持されている。保持部２１および保持部２２は、発光素子１１から出射された光Ｌ１（具体的には、レーザビームＬ１１０）および光Ｌ２（具体的には、レーザビームＬ１２０）をマイクロレンズアレイ１２の所定の位置に入射させると共に、コリメータレンズ１３を透過した光Ｌ１，Ｌ２が略平行光となるように、互いに接続されている。
　保持部２１の裏面（面２１Ｓ２）には、複数の電極部が設けられている。具体的には、保持部２１の面２１Ｓ２には、スポット照射用の複数の発光部１１０および一様照射用の複数の発光部１２０に共通なアノード電極部２３と、スポット照射用の複数の発光部１１０のカソード電極部２４と、一様照射用の複数の発光部１２０のカソード電極部２５とが設けられている。
　なお、保持部２１の面２１Ｓ２に設けられる複数の電極部の構成は上記に限定されるものではなく、例えば、スポット照射用の複数の発光部１１０および一様照射用の複数の発光部１２０のアノード電極部が別々に形成されていてもよいし、スポット照射用の複数の発光部１１０および一様照射用の複数の発光部１２０のアノード電極部が共通電極部として形成されていてもよい。また、図１では、マイクロレンズアレイ１２が保持部２１に保持されている例を示したが、これに限らず、例えば、保持部２２に保持されていてもよい。コリメータレンズ１３および回折素子１４が保持部２１に保持されていてもよい。
（第３の光学部材について）
　図１３は、一実施の形態における回折素子３４の形状を示す。一実施の形態では、回折素子３４は一様照射用の発光部から出射される光ビームを回折（または屈折）し、光ビームの数を増やす。例えば、図１４における細点線の丸印と実線の丸印とで示されるように、１つの光ビームを５分割することができる。これに対して、スポット照射用の発光部から出射される光ビームは、回折素子３４で回折されずに、光ビームは分割されず、図１４における太点線の丸印で示されるように、そのまま、照射される。回折素子３４の作用により、一様照射用の光ビームは、隣り合う光ビームと重畳され、隣り合う光ビームどうしがお互いに重畳する範囲（重畳範囲）が増加し、より均一な光として照射される。スポット照射用の光ビームは、一つ一つが光強度を落とすことなく、光強度が高いまま照射される。
　図１５Ａおよび図１５Ｂに、一実施の形態における回折素子３４の断面図を示す。図１５Ａおよび図１５Ｂの回折素子３４は、例えば、第１層１７１、第２層１７２、第３層１７３の順に接合した３層構造であり、第１層１７１の屈折率はｎ１であり、第３層１７３の屈折率はｎ３である。第２層１７２の屈折率は、方向によって異なり、図１５Ａに示されるＹ方向の屈折率はｎ２ｙであり、図８Ｂに示されるＸ方向の屈折率はｎ２ｘである。３層構造を有する回折素子３４は、異方性材料の重ね合わせで構成され、ｎ１とｎ２ｘは同じ（ｎ１＝ｎ２ｘ）であり、ｎ１とｎ２ｙは異なる（ｎ１≠ｎ２ｙ）。これらの屈折率の関係を満たす範囲で各層を任意の材料によって構成することができる。
　このように、回折素子３４は、Ｘ方向とＹ方向で屈折率が異なるため、ある方向（Ｘ方向）の偏光については、平行平板として作用し、ある方向に直交する方向（Ｙ方向）の偏光については光ビームを回折（屈折）する回折素子として作用する。このように、回折素子３４は、偏光回折素子であり、所定方向（特定の方向）に進む光ビームを屈折または回折し、一様照射の発光部から出射される光ビームの偏光特性を変えることができる。なお、回折素子３４の代わりには体積ホログラムを用いてもよい。また、回折素子３４は光を屈折の作用をもたらすものでもよく、例えば、フレネルレンズであってもよい。
　回折素子３４は、一様照射用の発光部から出射されるレーザビームＬ１２０を回折または屈折するが、スポット照射用の発光部から出射されるレーザビームＬ１１０には何ら作用を及ぼさず、そのまま透過させる。即ち、回折素子３４は、レーザビームＬ１１０とレーザビームＬ１２０に対して異なる作用をする。これにより、スポット照射用の発光部から出射される光ビームの強度を落とすことなく、測距を行うことができる。なお、上述した回折素子１４および回折素子３４の位置は反対であってもよく、また、１つの光学素子の両面もしくは、１つの光学面の片面に重畳して光学回折面を配置してもよい。重畳される場合、回折格子１４の機能は、光の偏光方向によらず、同様の作用を示す。
　さらに、回折素子３４の上には、１／４波長板３５が配置されている。１／４波長板３５により、測距対象物に照射される光ビームは円偏光となり、測距対象物の材質や向きによる反射特性の変化を抑制することができる。なお、一つの光学素子に、回折素子３４および１／４波長板３５が共に形成されていてもよい。
（第３の光学部材の他の例）
　第３の光学部材の他の例について説明する。上述した回折素子３４の代わりに、図１６Ａおよび図１６Ｂに模式的に示される、Ｘ方向およびＹ方向の配向が異なる有機液晶素子１７５を用いることができる。このとき、ＶＣＳＥＬの発光切替えによってビーム光の偏光の向きを変えることができるので、ビーム光の偏光の向きを変えるために有機液晶素子１７５の配向を切替える必要がない。このため、有機液晶素子１７５の配向の切替え用の回路構成やフレキシブルケーブル等は不要であり、また、有機液晶素子１７５の配向の切替え時間の問題が発生しない。有機液晶素子１７５の代わりに、無機液晶素子を用いてもよい。無機液晶素子は有機液晶素子に比べて温度特性や耐熱性が良く、車載用途など高信頼性が要求される用途にも利用できる。
　回折素子３４の代わりに、図１７Ａおよび図１７Ｂに模式的に示される、光ビームの波長以下のスケールの微細構造を有する、所謂、メタマテリアル１７６を用いることができる。図１７Ｂは、図１７Ａに示すメタマテリアル１７６の一部を拡大した図である。メタマテリアル１７６により、偏光方向により異なる回折特性を発生させることができる。メタマテリアル１７６を用いることにより回折方向と共に偏光を変えることができ、且つ、メタマテリアル１７６に１／４波長板３５の機能（例えば、円偏光を直線偏光に変換する機能）を持たせることができる。すなわち、１／４波長板３５に係る構成を不要とすることができ、装置の小型化およびコストの低減を図ることができる。更には、コリメータレンズ１３の機能もメタマテリアルで形成し、一つの光学素子に、コリメータレンズ１３、回折素子３４および１／４波長板３５が共に形成されていてもよい。
［照明装置の駆動方法］
　図１８は、照明装置１の駆動回路の構成の一例を表したものである。同図に示すように第１発光部群１８１及び第２発光部群１８２のアノードは電源（ＶＣＣ）に接続されている。また、第１発光部群１８１のカソードは駆動部２６５に接続され、第２発光部群１８２のカソードは駆動部２６６に接続されている。第１発光部群１８１は、例えば、電極パット２４０に接続される発光部１１０の集合である。また、第２発光部群１８２は、例えば、電極パット２５０に接続される発光部１２０の集合である。例えば、発光部群の切替は、２つの駆動部から変調信号を出力し、外付けの切替えスイッチにより実現することができる。
　駆動部２６５および駆動部２６６としては、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を適用することができる。駆動部２６５および駆動部２６６のそれぞれは、ＯＮ／ＯＦＦ変調のタイミングを規定する変調信号が供給されると、ＯＮのタイミングでグランドと第１発光部群１８１又は第２発光部群１８２を接続する。これにより、第１発光部群１８１および第２発光部群１８２にはＯＮのタイミングで電流が流れ、発光を生じる。第１発光部群１８１および第２発光部群１８２のカソードは完全に分離され、それぞれ駆動部２６５および駆動部２６６が設けられているため、第１発光部群１８１と第２発光部群１８２をそれぞれ異なる波形（タイミングおよび電流）で駆動することが可能である。
　なお、駆動部２６５および駆動部２６６のそれぞれは、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴでもよいし、バイポーラ・トランジスタであってもよい。
　なお、駆動部２６５および駆動部２６６は、例えば、照明装置１の外部に設けられていてもよいし、例えば、保持部２１に内蔵されていてもよい。また、発光素子１１と各駆動部とが直接接続されていてもよい。図１８に示す例はアノード電極を共通に使用していたが、図１９のように、カソード電極を共通にした回路構成でもよい。図１９に示す回路構成では、第１発光部群１８１および第２発光部群１８２の切り替えは、例えば、１つの駆動部２７０を用い、外付けのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を相補的にオン／オフすることで行われる。
　図２０は、照明装置１の発光シーケンスの一例を示す。１枚の測距画像を生成する区間は「フレーム」と呼ばれ、１フレームは例えば３３．３ｍｓｅｃ（周波数３０Ｈｚ）といった時間に設定される。測距パルスとしては例えば、１００ＭＨｚ・Ｄｕｔｙ＝５０％の矩形連続波が用いられ、これが蓄積区間の間、連続的に発光する。フレーム内には、条件を変えた複数の蓄積区間を設けることができる。図２０では８つの蓄積区間が示されているが、この数に限定されない。
　同図に示すように照明装置１では、ひとつのフレームで第１発光部群１８１を発光させ、受光部２１０（図２参照）が反射光を受光して測距画像を生成する。次のフレームでは第２発光部群１８２を発光させ、受光部２１０が反射光を受光して測距画像を生成する。なお、図２０では１フレーム毎に第１発光部群１８１と第２発光部群１８２とを切り替えているが、複数フレーム毎に切り替えてもよい。なお、第１発光部群１８１および第２発光部群１８２の発光の切替えは、例えば、１フレーム単位で行ってもよいし、ブロック単位で行ってもよいし、複数ブロック単位で行ってもよい。これにより、例えば、複数の発光部から照射されるレーザビームの焦点位置を機械的に切替える方式と比較して、より早い速度でスポット照射と一様照射とを切替えることが可能となる。
　本実施の形態によれば、第３の光学部材によって一様照射用の発光部から出射される光ビームを回折または屈折することで、一様照射のパターンの重畳範囲を増加させることができる。これにより、測距の精度を向上させることができる。また、第３の光学部材をスポット照射用の発光部から出射される光ビームには何ら作用を及ぼさないようにすることで、スポット照射用の発光部から出射される光ビームの強度を落とすことなく、測距を行うことができる。
＜２．変形例＞
　以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、複数の変形例のそれぞれについて説明する。なお、一実施の形態と同一または同質の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜、省略する。
　一実施の形態で説明したマイクロレンズアレイ１２はなくてもよい。この場合、例えば、発光部１１０から出射されるレーザビームＬ１１０が回折素子１４などをそのまま透過するスポット照射用の光であり、発光部１２０から出射されるレーザビームＬ１２０が回折素子１４などで回折されたスポット照射用の光であり、レーザビームＬ１２０はスポット数が増加している。レーザビームＬ１１０は光強度が高いため、長距離測距が可能であり、レーザビームＬ１２０はスポット数が多いため、測距において比較的解像度が高いというメリットがある。
　一実施の形態における発光素子１１がグループ分けされてもよい。図２１～図２３は、本技術の応用例における発光素子１１のグループ分けの例を示す図である。
　図２１に示す例では、複数列（この例では２列）毎に１つの領域を形成して、領域毎の切替えを行う場合を想定している。図２２に示す例では、さらに１フレームを縦に２分割して四角形の領域を形成して、領域毎の切替えを行う場合を想定している。図２３に示す例では、縦方向の分割数を３つにして領域毎の切替えを行う場合を想定している。
　スポット数を増やして、スポット当たりの光強度を維持しようとすると、消費電力が大きくなり、また、眼を保護するための安全基準を越えるおそれも生じ得る。その点、発光する領域を単位として発光を切替えることにより、柔軟な調整を行うことが可能となる。発光の切替えはフレーム毎でもよく、また、フレーム内のブロックなどでもよい。また、測距したい対象物の位置を認識して、その領域を発光させることも可能である。
　図２４は、本技術の変形例における発光素子１１のグループ分けの他の例を示す図である。この例では、１列毎に互い違いに組み合わさるように２列ずつでグループ分けを行う例について示している。例えば、１列目と３列目が領域Ａ１、２列目と４列目が領域Ａ２、５列目と７列目が領域Ａ３、６列目と８列目が領域Ａ４、９列目と１１列目が領域Ａ５、１０列目と１２列目が領域Ａ６をそれぞれ形成する。これにより、２列毎に発光の切り換えを制御することができる。これにより、マルチパス対策を行いながら、領域切替えによる消費電力低減や、レーザ安全基準内での高光出力化を実現することができる。
＜３．応用例＞
　次に、応用例について説明する。本応用例は、本技術を半導体レーザ駆動装置３００として構成したものである。図２５は、応用例における半導体レーザ駆動装置３００の上面図の一例を示す図である。半導体レーザ駆動装置３００は、ＴｏＦによる距離の測定を想定したものである。ＴｏＦは、ストラクチャードライトほどではないものの奥行き精度が高く、また、暗い環境下でも問題なく動作可能という特徴を有する。他にも、装置構成の単純さや、コストなどにおいて、ストラクチャードライトやステレオカメラなどの他の方式と比べてメリットが多いと考えられる。
　半導体レーザ駆動装置３００では、レーザドライバ５００（駆動素子の一例）を内蔵する基板４００の表面に、半導体レーザ３０１、フォトダイオード４２０および受動部品４３０がワイヤボンディングにより電気接続されて実装される。基板４００としては、プリント配線板が想定される。ここで、半導体レーザ３０１には、上述の照明装置１，１Ｂを適用でき、フォトダイオードとしては、例えば、図１の受光部２１０を適用できる。
　半導体レーザ３０１は、化合物半導体のＰＮ接合に電流を流すことにより、レーザ光を放射する半導体デバイスである。ここで、利用される化合物半導体としては、例えば、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、インジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）などが想定される。
　レーザドライバ５００は、半導体レーザ３０１を駆動するためのドライバ集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）である。レーザドライバ５００は、フェイスアップ状態で基板４００に内蔵される。半導体レーザ３０１との間の電気接続については、配線インダクタンスを低減させる必要があるため、出来る限り短い配線長とすることが望ましい。
　フォトダイオード４２０は、光を検出するためのダイオードである。このフォトダイオード４２０は、半導体レーザ３０１の光強度を監視して、半導体レーザ３０１の出力を一定に維持するためのＡＰＣ制御（Automatic Power Control）に用いられる。
　受動部品４３０は、コンデンサおよび抵抗などの能動素子以外の回路部品である。受動部品４３０には、半導体レーザ３０１を駆動するためのデカップリングコンデンサが含まれる。
　図２６は、本技術の応用例における半導体レーザ駆動装置３００の断面図の一例を示す図である。上述のように、基板４００はレーザドライバ５００を内蔵し、その表面には半導体レーザ３０１などが実装される。基板４００における半導体レーザ３０１とレーザドライバ５００との間の接続は、接続ビア４０１を介して行われる。接続ビア４０１を用いることにより、配線長を短くすることが可能となる。
　半導体レーザ３０１は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を想定する。ＶＣＳＥＬは、基板材料として基板３１０を有し、その下に共通アノードを設けたものである。発光点は、各々が発光素子３４１を含む台形形状のメサとして形成される。
　発光素子３４１のアノード電極は、接続層を介して基板４００上の信号線のパターン４０６に接続される。発光素子のカソード電極は金属層３３０Ａ，３３０Ｂに接続され、ドライバ素子５０１Ａ，５０１Ｂの一端はワイヤボンディング４１０Ａ，４１０Ｂを介して金属層３３０Ａ，３３０Ｂに接続される。ここで、接続層は、銀ペースト、または、半田の何れかにより形成され得る。ワイヤボンディング４１０Ａ，４１０Ｂとドライバ素子５１０Ａ，５１０Ｂとの間は、接続ビア４１１Ａ，４１１Ｂで接続される。
　また、応用例では、半導体レーザ３０１の発光点が基板４００のすぐ上部にくることから、発光点で発生した熱を部品内蔵基板に効率良く逃がすことができる。
　また、基板４００は、放熱のためのサーマルビアを備える。基板４００に実装された各部品は発熱源であり、サーマルビアを用いることにより、各部品において発生した熱を基板４００の裏面から放熱することが可能となる。
　図２６に示されるように、応用例では、基板４００上に容量４０９がデカップリングコンデンサとして搭載されており、パターン４０６とグランド（ＧＮＤ）４０８との間に接続される。容量４０９がデカップリングコンデンサとして設けられたことにより、この容量４０９に蓄えられた電荷を半導体レーザ３０１の駆動電流とすることができる。このように、応用例によれば、レーザを高速変調する際に、半導体レーザ３０１の直近に実装された容量４０９に蓄えられた電荷が半導体レーザ３０１の駆動電流となることから、より一層の高速変調を実現することができる。
　図２７に示されるように、発光素子３４１の表裏を逆向きに設置してもよい。この場合、発光素子３４１からの出射光３０９は、基板３１０を介して出射される。発光素子３４１のカソードは、バンプ３４９Ａ，３４９Ｂを介して基板４００上の信号線のパターン４０６に接続され、接続ビア４１１Ａ，４１１Ｂを介して基板４００に内蔵されたレーザドライバ５００のドライバ素子５０１Ａ，５０１Ｂの一端に接続される。ドライバ素子５０１Ａ，５０１Ｂの他端はグランド（ＧＮＤ）４０８に接続される。基板３１０の発光点側表面には、金属層３３０が設けられて、ワイヤボンディング４１０を介して、基板４００の電源のパターン４０７に接続される。ここで、金属層３３０は例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極であってもよい。発光素子３４１の発光点側でない側は、バンプ３４９Ａ，３４９Ｂ、パターン４０６Ａ，４０６Ｂと接続ビア４１１Ａ、４１１Ｂを介して、ドライバ素子５０１Ａ，５０１Ｂに接続される。ここで、バンプ３４９Ａ，３４９Ｂは、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、または、半田の何れかにより形成され得る。
　なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
　複数の第１の発光部および複数の第２の発光部を有する発光素子と、
　前記複数の第１の発光部から出射された複数の第１の光および前記複数の第２の発光部から出射された複数の第２の光をそれぞれ略平行にして出射する第１の光学部材と、
　前記複数の第１の光および前記複数の第２の光のうちの少なくとも一方のビーム形状を成形し、互いに異なるビーム形状を有する光として、前記複数の第１の光および前記複数の第２の光を出射する第２の光学部材と、
　第３の光学部材と
　を備え、
　前記第３の光学部材は、前記複数の第１の光および前記複数の第２の光の光路上に配置され、前記第３の光学部材による前記複数の第１の光への作用と前記複数の第２の光への作用とが異なる
　照明装置。
（２）
　前記第３の光学部材は、前記複数の第１の光には作用をせず、前記複数の第２の光を所定方向に屈折または回折する
　（１）に記載の照明装置。
（３）
　前記複数の第１の発光部から出射された前記複数の第１の光は、照射対象物に対して互いに独立したスポット状に照射される光であり、
　前記複数の第２の発光部から出射された前記複数の第２の光は、前記第２の光の一部が、隣り合う第２の発光部から出射された第２の光と重畳することで、照射対象物に対して、所定の範囲に略一様に照射される光である
　（１）又は（２）に記載の照明装置。
（４）
　前記第３の光学部材は、前記複数の第２の光の一部が互いに重なる重畳範囲を増加させる光学部材である
　（３）に記載の照明装置。
（５）
　前記複数の第１の発光部から出射された前記複数の第１の光と、前記複数の第２の発光部から出射された前記複数の第２の光とが、異なる偏光特性を有する
　（１）から（４）までの何れかに記載の照明装置。
（６）
　前記第３光学部材が偏光回折素子である
　（１）から（５）までの何れかに記載の照明装置。
（７）
　前記第３光学部材が液晶素子である
　（１）から（６）までの何れかに記載の照明装置。
（８）
　前記第３光学部材がメタマテリアルである
　（１）から（７）までの何れかに記載の照明装置。
（９）
　（１）から（８）までの何れかに記載の照明装置と、
　前記照明装置を制御する制御部と、
　照射対象物から反射された反射光を受光する受光部と、
　前記受光部で得られた画像データから距離を算出する測距部と
　を有する
　測距装置。
１・・・照明装置、１１・・・発光素子、１２・・・マイクロレンズアレイ、１３・・・コリメータレンズ、３４・・・回折素子、３５・・・１／４波長板、１１０，１２０・・・発光部、２１０・・・受光部、２２０・・・制御部、２３０・・・測距部、１０００・・・照射対象物、Ｌ１１０，Ｌ１２０・・・レーザビーム

Claims (9)

  1. 　複数の第１の発光部および複数の第２の発光部を有する発光素子と、
    　前記複数の第１の発光部から出射された複数の第１の光および前記複数の第２の発光部から出射された複数の第２の光をそれぞれ略平行にして出射する第１の光学部材と、
    　前記複数の第１の光および前記複数の第２の光のうちの少なくとも一方のビーム形状を成形し、互いに異なるビーム形状を有する光として、前記複数の第１の光および前記複数の第２の光を出射する第２の光学部材と、
    　第３の光学部材と
    　を備え、
    　前記第３の光学部材は、前記複数の第１の光および前記複数の第２の光の光路上に配置され、前記第３の光学部材による前記複数の第１の光への作用と前記複数の第２の光への作用とが異なる
    　照明装置。
  2. 　前記第３の光学部材は、前記複数の第１の光には作用をせず、前記複数の第２の光を所定方向に屈折または回折する
    　請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記複数の第１の発光部から出射された前記複数の第１の光は、照射対象物に対して互いに独立したスポット状に照射される光であり、
    　前記複数の第２の発光部から出射された前記複数の第２の光は、前記第２の光の一部が、隣り合う第２の発光部から出射された第２の光と重畳することで、照射対象物に対して、所定の範囲に略一様に照射される光である
    　請求項１に記載の照明装置。
  4. 　前記第３の光学部材は、前記複数の第２の光の一部が互いに重なる重畳範囲を増加させる光学部材である
    　請求項３に記載の照明装置。
  5. 　前記複数の第１の発光部から出射された前記複数の第１の光と、前記複数の第２の発光部から出射された前記複数の第２の光とが、異なる偏光特性を有する
    　請求項１に記載の照明装置。
  6. 　前記第３光学部材が偏光回折素子である
    　請求項１に記載の照明装置。
  7. 　前記第３光学部材が液晶素子である
    　請求項１に記載の照明装置。
  8. 　前記第３光学部材がメタマテリアルである
    　請求項１に記載の照明装置。
  9. 　請求項１に記載の照明装置と、
    　前記照明装置を制御する制御部と、
    　照射対象物から反射された反射光を受光する受光部と、
    　前記受光部で得られた画像データから距離を算出する測距部と
    　を有する
    　測距装置。
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