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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-05
(45)【発行日】2024-01-16
(54)【発明の名称】発光装置及び情報処理装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20240109BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20240109BHJP
H01S 5/183 20060101ALI20240109BHJP
H01S 5/026 20060101ALI20240109BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01S17/89
H01S5/183
H01S5/026 610
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2019070390
(22)【出願日】2019-04-02
(65)【公開番号】P2020170761
(43)【公開日】2020-10-15
【審査請求日】2022-02-28
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000005496
【氏名又は名称】富士フイルムビジネスイノベーション株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104880
【弁理士】
【氏名又は名称】古部 次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100125346
【弁理士】
【氏名又は名称】尾形 文雄
(72)【発明者】
【氏名】皆見 健史
(72)【発明者】
【氏名】大野 健一
(72)【発明者】
【氏名】稲田 智志
(72)【発明者】
【氏名】村田 道昭
【審査官】佐藤 宙子
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０７８８４０６６（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２００８０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０９３５７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２７７８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の発光素子チップと、前記第１の発光素子チップよりも光出力が大きく、当該第１の発光素子チップと独立して駆動するよう構成され、当該第１の発光素子チップと横並びで配置された第２の発光素子チップと、
前記第１の発光素子チップの出射経路上に設けられた第１の領域と、前記第２の発光素子チップの出射経路上に設けられた第２の領域とを有し、当該第１の領域の拡散角よりも当該第２の領域の拡散角の方が大きい光拡散部材と、
前記第１の発光素子チップから出射され被測定物で反射された第１の反射光、及び前記第２の発光素子チップから出射され当該被測定物で反射された第２の反射光を受光する第２の受光部と、
前記第１の反射光が、前記被測定物が予め定めた距離内に存在することを示す光である場合、前記第２の発光素子チップから光を出射するように当該第２の発光素子チップを制御する制御部と、
を有する発光装置。
【請求項2】
前記第１の領域は前記第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角を増加させないように構成されている請求項１に記載の発光装置。
【請求項3】
前記第１の領域に対応する前記光拡散部材の面は平面である請求項２に記載の発光装置。
【請求項4】
前記第１の領域には、前記第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角を狭める光学素子が設けられている請求項２に記載の発光装置。
【請求項5】
前記第１の領域は、前記光拡散部材に設けられた貫通孔である請求項２に記載の発光装置。
【請求項6】
前記第１の領域は、前記第２の領域で囲われている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項7】
前記第１の発光素子チップは、第１の発光素子を含み、前記第２の発光素子チップは、第２の発光素子を含み、前記第２の発光素子から出射されて前記第２の領域に向かう光の拡がり角よりも前記第１の発光素子から出射されて前記第１の領域に向かう光の拡がり角の方が狭い請求項１に記載の発光装置。
【請求項8】
前記第１の発光素子は、シングルモードの光を出射するレーザ素子である請求項７に記載の発光装置。
【請求項9】
前記第１の発光素子は、発振波長をλとした場合に、５λ～２０λの共振器長を有する長共振器構造の垂直共振器面発光レーザ素子である請求項８に記載の発光装置。
【請求項10】
前記第２の発光素子は、マルチモードの光を出射するレーザ素子である請求項７に記載の発光装置。
【請求項11】
前記第２の発光素子チップの出射面から前記光拡散部材までの距離よりも、前記第１の発光素子チップの出射面から当該光拡散部材までの距離の方が近い請求項１に記載の発光装置。
【請求項12】
前記第１の領域は前記第２の発光素子チップを構成する前記第２の発光素子の半値全幅の領域と重複しない位置に設けられている請求項７に記載の発光装置。
【請求項13】
前記第１の発光素子チップは１つ以上の前記第１の発光素子を含み、前記第２の発光素子チップは複数の前記第２の発光素子を含み、
前記第２の発光素子同士の配置間隔よりも、前記第１の発光素子と当該第２の発光素子との配置間隔の方が広い請求項７に記載の発光装置。
【請求項14】
前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、各々垂直共振器面発光レーザ素子であり、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個から出射される光出力が、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個から出射される光出力よりも小さくなるように駆動される請求項１３に記載の発光装置。
【請求項15】
前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、各々垂直共振器面発光レーザ素子であり、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率が前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率より低くなる光出力で駆動される請求項１３に記載の発光装置。
【請求項16】
前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個の光出力が１ｍＷ～４ｍＷの範囲となるように駆動される請求項１４又は１５に記載の発光装置。
【請求項17】
前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個の光出力が４ｍＷ～８ｍＷの範囲となるように駆動される請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項18】
前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の数が１個～５０個である請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項19】
前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の数が１００個～１０００個である請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項20】
前記第１の発光素子チップ及び前記第２の発光素子チップを囲う側壁を備え、前記第１の発光素子チップ及び前記第２の発光素子チップは、前記側壁で支えられた前記光拡散部材で覆われている請求項１に記載の発光装置。
【請求項21】
前記第２の発光素子チップから出射され前記光拡散部材の前記第２の領域で反射した反射光を受光する第１の受光部を有し、前記第２の発光素子チップは、第１の側面と、当該第１の側面と対向する第２の側面と、互いに対向して設けられ、当該第１の側面及び当該第２の側面を接続する第３の側面と、第４の側面とを有し、
前記第１の受光部は、前記第１の側面側に配置され、前記第１の発光素子チップは前記第２の側面側に配置されている請求項１に記載の発光装置。
【請求項22】
前記第２の発光素子チップに接続され、当該第２の発光素子チップに電力を供給する複数の配線を有し、複数の前記配線は、前記第３の側面側及び前記第４の側面側に設けられている請求項２１に記載の発光装置。
【請求項23】
前記第２の受光部は、前記第１の発光素子チップから光が出射されてから当該第２の受光部で受光されるまでの時間に相当する信号、及び前記第２の発光素子チップから光が出射されてから当該第２の受光部で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する請求項１に記載の発光装置。
【請求項24】
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置が備える複数の第２の発光素子チップから出射され被測定物で反射され、当該発光装置が備える第２の受光部が受光した第２の反射光に基づき、当該被測定物の三次元形状を特定する形状特定部と、
を備える情報処理装置。
【請求項25】
前記形状特定部での特定結果に基づき、自装置の使用に関する認証処理を行う認証処理部と、を備える請求項２４に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光装置、光学装置及び情報処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、光源と、所定の平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズを有すると共に、光源が出射する光を拡散する拡散板と、拡散板によって拡散された光が被写体で反射した反射光を受光する撮像素子と、を備え、複数のレンズは、拡散された光における干渉縞の周期が三画素以下となるように配置された撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－５４７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、発光素子チップから出射された光を光拡散部材を介して被測定物に拡散照射することで被測定物の三次元形状を測定する構成が知られている。この場合、省エネ等の観点から、被測定物が予め定めた距離内にあるか否かを検知する近接検知用の発光素子チップと、近接検知用の発光素子チップよりも高い光出力の光を光拡散部材を介して被測定物に拡散照射する三次元測定用の発光素子チップとを備える構成が考えられる。
ここで、近接検知用の発光素子チップと三次元測定用の発光素子チップとを共通の光拡散部材で覆うと、光拡散部材によって近接検知用の光が三次元測定用の光と同様に拡散され、被測定物の照射面で光密度が低下し、近接検知が困難になる場合があった。
ここで、近接検知用の発光素子チップと三次元測定用の発光素子チップとを共通の光拡散部材で覆うと、光拡散部材によって近接検知用の光が三次元測定用の光と同様に拡散され、被測定物の照射面で光密度が低下し、近接検知が困難になる場合があった。
【0005】
本発明は、第１の発光素子チップと、第１の発光素子チップよりも光出力が大きく、第１の発光素子チップと独立して駆動するよう構成された第２の発光素子チップとを備え、第１の発光素子チップ及び第２の発光素子チップの出射経路上に光拡散部材が設けられた構成において、第１の発光素子チップから出射された光が、光拡散部材によって第２の発光素子チップから出射された光と同じ拡散角で拡散する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の、照射面での光密度の低下が抑制される発光装置などを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１に記載の発明は、第１の発光素子チップと、前記第１の発光素子チップよりも光出力が大きく、当該第１の発光素子チップと独立して駆動するよう構成され、当該第１の発光素子チップと横並びで配置された第２の発光素子チップと、前記第１の発光素子チップの出射経路上に設けられた第１の領域と、前記第２の発光素子チップの出射経路上に設けられた第２の領域とを有し、当該第１の領域の拡散角よりも当該第２の領域の拡散角の方が大きい光拡散部材と、前記第１の発光素子チップから出射され被測定物で反射された第１の反射光、及び前記第２の発光素子チップから出射され当該被測定物で反射された第２の反射光を受光する第２の受光部と、前記第１の反射光が、前記被測定物が予め定めた距離内に存在することを示す光である場合、前記第２の発光素子チップから光を出射するように当該第２の発光素子チップを制御する制御部と、を有する発光装置である。
請求項２に記載の発明は、前記第１の領域は前記第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角を増加させないように構成されている請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、前記第１の領域に対応する前記光拡散部材の面は平面である請求項２に記載の発光装置である。
請求項４に記載の発明は、前記第１の領域には、前記第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角を狭める光学素子が設けられている請求項２に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、前記第１の領域は、前記光拡散部材に設けられた貫通孔である請求項２に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、前記第１の領域は、前記第２の領域で囲われている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項７に記載の発明は、前記第１の発光素子チップは、第１の発光素子を含み、前記第２の発光素子チップは、第２の発光素子を含み、前記第２の発光素子から出射されて前記第２の領域に向かう光の拡がり角よりも前記第１の発光素子から出射されて前記第１の領域に向かう光の拡がり角の方が狭い請求項１に記載の発光装置である。
請求項８に記載の発明は、前記第１の発光素子は、シングルモードの光を出射するレーザ素子である請求項７に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、前記第１の発光素子は、発振波長をλとした場合に、５λ～２０λの共振器長を有する長共振器構造の垂直共振器面発光レーザ素子である請求項８に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記第２の発光素子は、マルチモードの光を出射するレーザ素子である請求項７に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記第２の発光素子チップの出射面から前記光拡散部材までの距離よりも、前記第１の発光素子チップの出射面から当該光拡散部材までの距離の方が近い請求項１に記載の発光装置である。
請求項１２に記載の発明は、前記第１の領域は前記第２の発光素子チップを構成する前記第２の発光素子の半値全幅の領域と重複しない位置に設けられている請求項７に記載の発光装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記第１の発光素子チップは１つ以上の前記第１の発光素子を含み、前記第２の発光素子チップは複数の前記第２の発光素子を含み、前記第２の発光素子同士の配置間隔よりも、前記第１の発光素子と当該第２の発光素子との配置間隔の方が広い請求項７に記載の発光装置である。
請求項１４に記載の発明は、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、各々垂直共振器面発光レーザ素子であり、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個から出射される光出力が、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個から出射される光出力よりも小さくなるように駆動される請求項１３に記載の発光装置である。
請求項１５に記載の発明は、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、各々垂直共振器面発光レーザ素子であり、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率が前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率より低くなる光出力で駆動される請求項１３に記載の発光装置である。
請求項１６に記載の発明は、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個の光出力が１ｍＷ～４ｍＷの範囲となるように駆動される請求項１４又は１５に記載の発光装置である。
請求項１７に記載の発明は、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個の光出力が４ｍＷ～８ｍＷの範囲となるように駆動される請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１８に記載の発明は、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の数が１個～５０個である請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１９に記載の発明は、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の数が１００個～１０００個である請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項２０に記載の発明は、前記第１の発光素子チップ及び前記第２の発光素子チップを囲う側壁を備え、前記第１の発光素子チップ及び前記第２の発光素子チップは、前記側壁で支えられた前記光拡散部材で覆われている請求項１に記載の発光装置である。
請求項２１に記載の発明は、前記第２の発光素子チップから出射され前記光拡散部材の前記第２の領域で反射した反射光を受光する第１の受光部を有し、前記第２の発光素子チップは、第１の側面と、当該第１の側面と対向する第２の側面と、互いに対向して設けられ、当該第１の側面及び当該第２の側面を接続する第３の側面と、第４の側面とを有し、前記第１の受光部は、前記第１の側面側に配置され、前記第１の発光素子チップは前記第２の側面側に配置されている請求項１に記載の発光装置である。
請求項２２に記載の発明は、前記第２の発光素子チップに接続され、当該第２の発光素子チップに電力を供給する複数の配線を有し、複数の前記配線は、前記第３の側面側及び前記第４の側面側に設けられている請求項２１に記載の発光装置である。
請求項２３に記載の発明は、前記第２の受光部は、前記第１の発光素子チップから光が出射されてから当該第２の受光部で受光されるまでの時間に相当する信号、及び前記第２の発光素子チップから光が出射されてから当該第２の受光部で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する請求項１に記載の発光装置である。
請求項２４に記載の発明は、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置が備える複数の第２の発光素子チップから出射され被測定物で反射され、当該発光装置が備える第２の受光部が受光した第２の反射光に基づき、当該被測定物の三次元形状を特定する形状特定部と、を備える情報処理装置である。
請求項２５に記載の発明は、前記形状特定部での特定結果に基づき、自装置の使用に関する認証処理を行う認証処理部と、を備える請求項２４に記載の情報処理装置である。
請求項２に記載の発明は、前記第１の領域は前記第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角を増加させないように構成されている請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、前記第１の領域に対応する前記光拡散部材の面は平面である請求項２に記載の発光装置である。
請求項４に記載の発明は、前記第１の領域には、前記第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角を狭める光学素子が設けられている請求項２に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、前記第１の領域は、前記光拡散部材に設けられた貫通孔である請求項２に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、前記第１の領域は、前記第２の領域で囲われている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項７に記載の発明は、前記第１の発光素子チップは、第１の発光素子を含み、前記第２の発光素子チップは、第２の発光素子を含み、前記第２の発光素子から出射されて前記第２の領域に向かう光の拡がり角よりも前記第１の発光素子から出射されて前記第１の領域に向かう光の拡がり角の方が狭い請求項１に記載の発光装置である。
請求項８に記載の発明は、前記第１の発光素子は、シングルモードの光を出射するレーザ素子である請求項７に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、前記第１の発光素子は、発振波長をλとした場合に、５λ～２０λの共振器長を有する長共振器構造の垂直共振器面発光レーザ素子である請求項８に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記第２の発光素子は、マルチモードの光を出射するレーザ素子である請求項７に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記第２の発光素子チップの出射面から前記光拡散部材までの距離よりも、前記第１の発光素子チップの出射面から当該光拡散部材までの距離の方が近い請求項１に記載の発光装置である。
請求項１２に記載の発明は、前記第１の領域は前記第２の発光素子チップを構成する前記第２の発光素子の半値全幅の領域と重複しない位置に設けられている請求項７に記載の発光装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記第１の発光素子チップは１つ以上の前記第１の発光素子を含み、前記第２の発光素子チップは複数の前記第２の発光素子を含み、前記第２の発光素子同士の配置間隔よりも、前記第１の発光素子と当該第２の発光素子との配置間隔の方が広い請求項７に記載の発光装置である。
請求項１４に記載の発明は、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、各々垂直共振器面発光レーザ素子であり、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個から出射される光出力が、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個から出射される光出力よりも小さくなるように駆動される請求項１３に記載の発光装置である。
請求項１５に記載の発明は、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、各々垂直共振器面発光レーザ素子であり、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率が前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率より低くなる光出力で駆動される請求項１３に記載の発光装置である。
請求項１６に記載の発明は、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個の光出力が１ｍＷ～４ｍＷの範囲となるように駆動される請求項１４又は１５に記載の発光装置である。
請求項１７に記載の発明は、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子１個の光出力が４ｍＷ～８ｍＷの範囲となるように駆動される請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１８に記載の発明は、前記第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の数が１個～５０個である請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１９に記載の発明は、前記第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の数が１００個～１０００個である請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項２０に記載の発明は、前記第１の発光素子チップ及び前記第２の発光素子チップを囲う側壁を備え、前記第１の発光素子チップ及び前記第２の発光素子チップは、前記側壁で支えられた前記光拡散部材で覆われている請求項１に記載の発光装置である。
請求項２１に記載の発明は、前記第２の発光素子チップから出射され前記光拡散部材の前記第２の領域で反射した反射光を受光する第１の受光部を有し、前記第２の発光素子チップは、第１の側面と、当該第１の側面と対向する第２の側面と、互いに対向して設けられ、当該第１の側面及び当該第２の側面を接続する第３の側面と、第４の側面とを有し、前記第１の受光部は、前記第１の側面側に配置され、前記第１の発光素子チップは前記第２の側面側に配置されている請求項１に記載の発光装置である。
請求項２２に記載の発明は、前記第２の発光素子チップに接続され、当該第２の発光素子チップに電力を供給する複数の配線を有し、複数の前記配線は、前記第３の側面側及び前記第４の側面側に設けられている請求項２１に記載の発光装置である。
請求項２３に記載の発明は、前記第２の受光部は、前記第１の発光素子チップから光が出射されてから当該第２の受光部で受光されるまでの時間に相当する信号、及び前記第２の発光素子チップから光が出射されてから当該第２の受光部で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する請求項１に記載の発光装置である。
請求項２４に記載の発明は、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置が備える複数の第２の発光素子チップから出射され被測定物で反射され、当該発光装置が備える第２の受光部が受光した第２の反射光に基づき、当該被測定物の三次元形状を特定する形状特定部と、を備える情報処理装置である。
請求項２５に記載の発明は、前記形状特定部での特定結果に基づき、自装置の使用に関する認証処理を行う認証処理部と、を備える請求項２４に記載の情報処理装置である。
【発明の効果】
【0007】
請求項１に記載の発明によれば、被測定物が予め定めた距離内に存在しない場合に、第２の発光素子チップから光が出射されない。
請求項２に記載の発明によれば、第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角が増加する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項３に記載の発明によれば、光を拡散させる形状を有する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項４に記載の発明によれば、拡がり角を狭めない場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項５に記載の発明によれば、第１の領域が光を拡散させる形状を有する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、第１の領域が第２の領域で囲われていない場合と比較し、第２の発光素子チップから出射された光が第２の領域で拡散されずに第１の領域から外部に出射されることが抑制される。
請求項７に記載の発明によれば、第１の領域に向かう光の拡がり角の方が広い場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項８に記載の発明によれば、マルチモードの光を出射するレーザ素子で構成されている場合と比較し、照射面での光密度の低下を抑制しやすい。
請求項９に記載の発明によれば、共振器長がλと一致する通常のシングルモード垂直共振器面発光レーザ素子で構成する場合と比較し、拡がり角が狭くなる。
請求項１０に記載の発明によれば、シングルモードの光を出射するレーザ素子で構成する場合と比較し、高い光出力を得やすい。
請求項１１に記載の発明によれば、第１の発光素子チップの出射面から光拡散部材までの距離が遠い場合と比較し、第１の領域の面積を小さくしやすい。
請求項１２に記載の発明によれば、重複する領域に設けられている場合と比較し、第２の発光素子チップから出射されて第１の領域を透過する光が低減される。
請求項１３に記載の発明によれば、第２の発光素子同士の配置間隔と、第１の発光素子と第２の発光素子との間隔とが同じ場合と比較し、第２の発光素子チップから出射された光が第２の領域で拡散されずに第１の領域から外部に出射されることが抑制される。
請求項１４に記載の発明によれば、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の光出力を第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の光出力と一致させる場合と比較し、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子から出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項１５に記載の発明によれば、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率を第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率と一致させる場合と比較し、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子から出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項１６に記載の発明によれば、４ｍＷを超える領域で駆動される場合と比較し、拡がり角の狭い光が照射される。
請求項１７に記載の発明によれば、４ｍＷ未満の領域で駆動される場合と比較し、第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率が向上する。
請求項１８に記載の発明によれば、近接検知に適した発光素子チップを有する発光装置が提供される。
請求項１９に記載の発明によれば、ＴＯＦ方式の三次元測定に適した発光素子チップを有する発光装置が提供される。
請求項２０に記載の発明によれば、第１の発光素子チップ及び第２の発光素子チップを側壁と光拡散部材で覆った構成であっても、第１の発光素子チップから出射された光の拡散角が第２の発光素子チップから出射された光と同じ拡散角で拡散する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項２１に記載の発明によれば、第２の発光素子チップ、第１の発光素子チップ、第１の受光部の順で並べて配置する場合と比較し、第１の受光部を第２の発光素子チップに近接させて配置しやすい。
請求項２２に記載の発明によれば、一方の側面側から電力を供給する場合と比較し、大電力を供給しやすい。
請求項２３に記載の発明によれば、近接検知と三次元測定との両方を行える発光装置が提供される。
請求項２４に記載の発明によれば、三次元形状を測定できる情報処理装置が提供される。
請求項２５に記載の発明によれば、三次元形状に基づく認証処理を搭載した情報処理装置が提供される。
請求項２に記載の発明によれば、第１の発光素子チップから出射された光の拡がり角が増加する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項３に記載の発明によれば、光を拡散させる形状を有する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項４に記載の発明によれば、拡がり角を狭めない場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項５に記載の発明によれば、第１の領域が光を拡散させる形状を有する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、第１の領域が第２の領域で囲われていない場合と比較し、第２の発光素子チップから出射された光が第２の領域で拡散されずに第１の領域から外部に出射されることが抑制される。
請求項７に記載の発明によれば、第１の領域に向かう光の拡がり角の方が広い場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項８に記載の発明によれば、マルチモードの光を出射するレーザ素子で構成されている場合と比較し、照射面での光密度の低下を抑制しやすい。
請求項９に記載の発明によれば、共振器長がλと一致する通常のシングルモード垂直共振器面発光レーザ素子で構成する場合と比較し、拡がり角が狭くなる。
請求項１０に記載の発明によれば、シングルモードの光を出射するレーザ素子で構成する場合と比較し、高い光出力を得やすい。
請求項１１に記載の発明によれば、第１の発光素子チップの出射面から光拡散部材までの距離が遠い場合と比較し、第１の領域の面積を小さくしやすい。
請求項１２に記載の発明によれば、重複する領域に設けられている場合と比較し、第２の発光素子チップから出射されて第１の領域を透過する光が低減される。
請求項１３に記載の発明によれば、第２の発光素子同士の配置間隔と、第１の発光素子と第２の発光素子との間隔とが同じ場合と比較し、第２の発光素子チップから出射された光が第２の領域で拡散されずに第１の領域から外部に出射されることが抑制される。
請求項１４に記載の発明によれば、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の光出力を第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の光出力と一致させる場合と比較し、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子から出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項１５に記載の発明によれば、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率を第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率と一致させる場合と比較し、第１の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子から出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項１６に記載の発明によれば、４ｍＷを超える領域で駆動される場合と比較し、拡がり角の狭い光が照射される。
請求項１７に記載の発明によれば、４ｍＷ未満の領域で駆動される場合と比較し、第２の発光素子である垂直共振器面発光レーザ素子の電力変換効率が向上する。
請求項１８に記載の発明によれば、近接検知に適した発光素子チップを有する発光装置が提供される。
請求項１９に記載の発明によれば、ＴＯＦ方式の三次元測定に適した発光素子チップを有する発光装置が提供される。
請求項２０に記載の発明によれば、第１の発光素子チップ及び第２の発光素子チップを側壁と光拡散部材で覆った構成であっても、第１の発光素子チップから出射された光の拡散角が第２の発光素子チップから出射された光と同じ拡散角で拡散する場合と比較し、第１の発光素子チップから出射された光の照射面での光密度の低下が抑制される。
請求項２１に記載の発明によれば、第２の発光素子チップ、第１の発光素子チップ、第１の受光部の順で並べて配置する場合と比較し、第１の受光部を第２の発光素子チップに近接させて配置しやすい。
請求項２２に記載の発明によれば、一方の側面側から電力を供給する場合と比較し、大電力を供給しやすい。
請求項２３に記載の発明によれば、近接検知と三次元測定との両方を行える発光装置が提供される。
請求項２４に記載の発明によれば、三次元形状を測定できる情報処理装置が提供される。
請求項２５に記載の発明によれば、三次元形状に基づく認証処理を搭載した情報処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施の形態が適用される情報処理装置の一例を示す図である。
【図2】情報処理装置の構成を説明するブロック図である。
【図3】本実施の形態が適用される光学装置の平面図及び断面図の一例である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。
【図4】近接検知用チップ及び３Ｄ形状測定用チップの構成を説明する図である。
【図5】近接検知用チップにおける１個のＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。
【図6】３Ｄ形状測定用チップにおける１個のＶＣＳＥＬの断面構造を説明する図である。
【図7】一般的なＶＣＳＥＬの光出力と電力変換効率との関係を説明する図である。
【図8】拡散板の構成の一例を説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線での断面図である。
【図9】拡散板の変形例を示す図である。（ａ）は、拡散板の第１の変形例、（ｂ）は、拡散板の第２の変形例である。
【図10】３Ｄセンサを説明する図である。
【図11】情報処理装置の使用に関する認証処理を行うためのフローチャートである。
【図12】ローサイド駆動を説明する図である。
【図13】発光装置における近接検知用チップ、３Ｄ形状測定用チップ及び光量監視用受光素子の配置について説明する図である。（ａ）は、本実施の形態として説明した配置、（ｂ）は、配置についての第１の変形例、（ｃ）は、配置についての第２の変形例、（ｄ）は、配置についての第３の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
情報処理装置は、その情報処理装置にアクセスしたユーザがアクセスすることが許可されているか否かを識別し、アクセスが許可されているユーザであることが認証された場合にのみ、自装置である情報処理装置の使用を許可するようになっていることが多い。これまで、パスワード、指紋、虹彩などにより、ユーザを認証する方法が用いられてきた。最近では、さらにセキュリティ性の高い認証方法が求められている。この方法として、ユーザの顔の形状など、三次元像による認証が行われるようになっている。
ここでは、情報処理装置は、一例として携帯型情報処理端末であるとして説明し、三次元像として捉えられた顔の形状を認識することで、ユーザを認証するとして説明する。なお、情報処理装置は、携帯型情報処理端末以外のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置に適用しうる。
さらに、本実施の形態で説明する構成、機能、方法等は、顔の形状の認識以外に、物体の三次元形状の認識にも適用しうる。すなわち、顔以外の物体を被測定物として、その形状の認識にも適用してもよい。また、被測定物までの距離は問わない。
情報処理装置は、その情報処理装置にアクセスしたユーザがアクセスすることが許可されているか否かを識別し、アクセスが許可されているユーザであることが認証された場合にのみ、自装置である情報処理装置の使用を許可するようになっていることが多い。これまで、パスワード、指紋、虹彩などにより、ユーザを認証する方法が用いられてきた。最近では、さらにセキュリティ性の高い認証方法が求められている。この方法として、ユーザの顔の形状など、三次元像による認証が行われるようになっている。
ここでは、情報処理装置は、一例として携帯型情報処理端末であるとして説明し、三次元像として捉えられた顔の形状を認識することで、ユーザを認証するとして説明する。なお、情報処理装置は、携帯型情報処理端末以外のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置に適用しうる。
さらに、本実施の形態で説明する構成、機能、方法等は、顔の形状の認識以外に、物体の三次元形状の認識にも適用しうる。すなわち、顔以外の物体を被測定物として、その形状の認識にも適用してもよい。また、被測定物までの距離は問わない。
【0010】
（情報処理装置１）
図１は、本実施の形態が適用される情報処理装置１の一例を示す図である。前述したように、情報処理装置１は、一例として携帯型情報処理端末である。
情報処理装置１は、ユーザインターフェイス部（以下では、ＵＩ部と表記する。）２と三次元像を取得する光学装置３とを備えている。ＵＩ部２は、例えばユーザに対して情報を表示する表示デバイスとユーザの操作により情報処理に対する指示が入力される入力デバイスとが一体化されて構成されている。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイであり、入力デバイスは、例えばタッチパネルである。
図１は、本実施の形態が適用される情報処理装置１の一例を示す図である。前述したように、情報処理装置１は、一例として携帯型情報処理端末である。
情報処理装置１は、ユーザインターフェイス部（以下では、ＵＩ部と表記する。）２と三次元像を取得する光学装置３とを備えている。ＵＩ部２は、例えばユーザに対して情報を表示する表示デバイスとユーザの操作により情報処理に対する指示が入力される入力デバイスとが一体化されて構成されている。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイであり、入力デバイスは、例えばタッチパネルである。
【0011】
光学装置３は、発光装置４と、三次元センサ（以下では、３Ｄセンサと表記する。）６とを備えている。発光装置４は、三次元像を取得するために被測定物、ここで説明する例では顔に向けて光を出射する。３Ｄセンサ６は、発光装置４が出射した光が顔で反射されて戻ってきた光を取得する。ここでは、光の飛行時間による、いわゆるＴＯＦ（Time of Flight）法に基づいて、顔の三次元像を取得するとする。以下では、顔を被測定物とする場合であっても、被測定物と表記する。
【0012】
なお、情報処理装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むコンピュータとして構成されている。なお、ＲＯＭには、不揮発性の書き換え可能なメモリ、例えばフラッシュメモリを含む。そして、ＲＯＭに蓄積されたプログラムや定数が、ＲＡＭに展開されて、ＣＰＵが実行することによって、情報処理装置１が動作し、各種の情報処理が実行される。
【0013】
図２は、情報処理装置１の構成を説明するブロック図である。
情報処理装置１は、上記した光学装置３と、光学装置制御部８と、システム制御部９とを備えている。光学装置３は、前述したように発光装置４と３Ｄセンサ６を備えている。光学装置制御部８は、光学装置３を制御する。そして、光学装置制御部８は、形状特定部８１を含む。システム制御部９は、情報処理装置１全体をシステムとして制御する。そして、システム制御部９は、認証処理部９１を含む。そして、システム制御部９には、ＵＩ部２、スピーカ９２、二次元（２Ｄ）カメラ９３などが接続されている。なお、３Ｄセンサ６は、第２の受光部の一例、光学装置制御部８が制御部の一例である。
以下、順に説明する。
情報処理装置１は、上記した光学装置３と、光学装置制御部８と、システム制御部９とを備えている。光学装置３は、前述したように発光装置４と３Ｄセンサ６を備えている。光学装置制御部８は、光学装置３を制御する。そして、光学装置制御部８は、形状特定部８１を含む。システム制御部９は、情報処理装置１全体をシステムとして制御する。そして、システム制御部９は、認証処理部９１を含む。そして、システム制御部９には、ＵＩ部２、スピーカ９２、二次元（２Ｄ）カメラ９３などが接続されている。なお、３Ｄセンサ６は、第２の受光部の一例、光学装置制御部８が制御部の一例である。
以下、順に説明する。
【0014】
光学装置３は、前述したように発光装置４と、３Ｄセンサ６を備えている。発光装置４は、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０と、拡散板３０と、光量監視用受光素子（図２では、ＰＤと表記する。）４０と、第１の駆動部５０Ａと、第２の駆動部５０Ｂとを備えている。なお、近接検知用チップ１０は、第１の発光素子チップの一例、３Ｄ形状測定用チップ２０は、第２の発光素子チップの一例、拡散板３０は、光拡散部材の一例であり、光量監視用受光素子４０は、第１の受光部の一例である。
【0015】
発光装置４における第１の駆動部５０Ａは、近接検知用チップ１０を駆動し、第２の駆動部５０Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０を駆動する。例えば、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０は、数１０ＭＨｚ～数１００ＭＨｚのパルス光（以下では、出射光パルスと表記する。）を出射するように駆動される。
そして、光学装置３は、後述するように、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０から被測定物に向けて照射された光が被測定物からの反射光を３Ｄセンサ６が受光するように構成されている。
そして、光学装置３は、後述するように、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０から被測定物に向けて照射された光が被測定物からの反射光を３Ｄセンサ６が受光するように構成されている。
【0016】
３Ｄセンサ６は、複数の受光領域６１（後述する図１０参照。）を備えている。３Ｄセンサ６は、近接検知用チップ１０から出射された光が出射されてから被測定物で反射され３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号、及び３Ｄ形状測定用チップ２０から出射された光が出射されてから被測定物で反射され３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する。なお、３Ｄセンサ６は、集光用のレンズを備えてもよい。
近接検知用チップ１０から出射されて被測定物で反射した光は、第１の反射光の一例であり、３Ｄ形状測定用チップ２０から出射されて被測定物で反射した光は、第２の反射光の一例である。
近接検知用チップ１０から出射されて被測定物で反射した光は、第１の反射光の一例であり、３Ｄ形状測定用チップ２０から出射されて被測定物で反射した光は、第２の反射光の一例である。
【0017】
光学装置制御部８の形状特定部８１は、３Ｄセンサ６から受光領域６１毎に得られるデジタル値を取得し、受光領域６１毎に被測定物までの距離を算出して、被測定物の３Ｄ形状を特定する。
システム制御部９の認証処理部９１は、形状特定部８１が特定した特定結果である被測定物の３Ｄ形状がＲＯＭなどに予め蓄積された３Ｄ形状である場合に、情報処理装置１の使用に関する認証処理を行う。なお、情報処理装置１の使用に関する認証処理とは、一例として、自装置である情報処理装置１の使用を許可するか否かの処理である。例えば、被測定物である顔の３Ｄ形状が、ＲＯＭ等の記憶部材に記憶された顔形状に一致する場合は、情報処理装置１が提供する各種アプリケーション等を含む情報処理装置１の使用が許可される。
上記の形状特定部８１及び認証処理部９１は、一例として、プログラムによって構成される。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路で構成されてもよい。さらには、プログラム等のソフトウエアと集積回路とで構成されてもよい。
システム制御部９の認証処理部９１は、形状特定部８１が特定した特定結果である被測定物の３Ｄ形状がＲＯＭなどに予め蓄積された３Ｄ形状である場合に、情報処理装置１の使用に関する認証処理を行う。なお、情報処理装置１の使用に関する認証処理とは、一例として、自装置である情報処理装置１の使用を許可するか否かの処理である。例えば、被測定物である顔の３Ｄ形状が、ＲＯＭ等の記憶部材に記憶された顔形状に一致する場合は、情報処理装置１が提供する各種アプリケーション等を含む情報処理装置１の使用が許可される。
上記の形状特定部８１及び認証処理部９１は、一例として、プログラムによって構成される。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路で構成されてもよい。さらには、プログラム等のソフトウエアと集積回路とで構成されてもよい。
【0018】
図２においては、光学装置３、光学装置制御部８及びシステム制御部９をそれぞれ分けて示したが、システム制御部９が光学装置制御部８を含んでもよい。また、光学装置制御部８が光学装置３に含まれてもよい。さらに、光学装置３、光学装置制御部８及びシステム制御部９が一体に構成されてもよい。
【0019】
（光学装置３の全体構成）
次に、光学装置３について、詳細に説明する。
図３は、本実施の形態が適用される光学装置３の平面図及び断面図の一例である。図３（ａ）は、平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。ここで、図３（ａ）において、紙面の横方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向とする。ｘ方向及びｙ方向に反時計回りで直交する方向をｚ方向とする。
次に、光学装置３について、詳細に説明する。
図３は、本実施の形態が適用される光学装置３の平面図及び断面図の一例である。図３（ａ）は、平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。ここで、図３（ａ）において、紙面の横方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向とする。ｘ方向及びｙ方向に反時計回りで直交する方向をｚ方向とする。
【0020】
図３（ａ）に示すように、光学装置３は、回路基板７上のｘ方向に、発光装置４と、３Ｄセンサ６とが配置されている。回路基板７は、絶縁性材料で構成された板状の部材を基材とし、導電性材料で構成された導体パタンが設けられている。絶縁性材料は、例えばセラミック、エポキシ樹脂などで構成されている。そして、回路基板７上には、導電性材料で構成された導体パタンが設けられている。なお、導電性材料は、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属又はこれらの金属を含む導電性ペーストである。回路基板７は、導体パタンが表面に設けられた単層基板であってもよく、導体パタンが複数層設けられた多層基板であってもよい。また、発光装置４と３Ｄセンサ６とは、それぞれが別の回路基板上に配置されていてもよい。
【0021】
そして、発光装置４は、一例であるが、回路基板７上の＋ｘ方向に、光量監視用受光素子４０と、３Ｄ形状測定用チップ２０と、近接検知用チップ１０と、第１の駆動部５０Ａ及び第２の駆動部５０Ｂとが順に配置されている。
【0022】
近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０は、それぞれを平面視した場合の形状、つまり平面形状が四角形で、同じ方向（図３（ｂ）におけるｚ方向）に光を出射する。なお、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０は、それぞれの平面形状は四角形でなくてもよい。ここで、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とは、回路基板７上に直接搭載されてもよいし、酸化アルミニウムや窒化アルミ等の放熱用基材を間に介して、回路基板７上に搭載されてもよい。以下では、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０は、回路基板７上に直接搭載されているとして説明する。ここで、平面視とは、図３（ａ）において、ｚ方向から見ることをいう。以下同様である。
【0023】
近接検知用チップ１０を駆動する第１の駆動部５０Ａと３Ｄ形状測定用チップ２０を駆動する第２の駆動部５０Ｂとは、回路基板７上において、ｙ方向に横並びで配置されている。そして、第１の駆動部５０Ａの定格出力は、第２の駆動部５０Ｂの定格出力よりも小さく設定されている。このため、第１の駆動部５０Ａは、第２の駆動部５０Ｂより外形サイズも小さい。第２の駆動部５０Ｂは大電流で３Ｄ形状測定用チップ２０を駆動する必要があるため、３Ｄ形状測定用チップ２０との距離が短くなるよう第１の駆動部５０Ａよりも優先的に配置されている。すなわち、第２の駆動部５０Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０と接続する配線が広いパタン幅となるように配置されている。一方、第１の駆動部５０Ａは、第２の駆動部５０Ｂから横にずれた位置、つまり第２の駆動部５０Ｂのｙ方向側に配置されている。
【0024】
近接検知用チップ１０は、回路基板７上において、３Ｄ形状測定用チップ２０と第２の駆動部５０Ｂとの間に配置されている。また、光量監視用受光素子４０は、回路基板７上において、３Ｄ形状測定用チップ２０に近接した位置、つまり、３Ｄ形状測定用チップ２０に対して、第２の駆動部５０Ｂが配置される位置とは反対側に配置されている。このように、近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０、及び光量監視用受光素子４０を近接させて配置することで、これらの部品を共通の拡散板３０で覆いやすくなる。逆に、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とが距離を隔てて配置される場合において、共通の拡散板３０で覆うようにするとサイズの大きな拡散板３０が必要となる。
【0025】
図３（ａ）に示すように、拡散板３０は、平面形状が一例として長方形である。なお、拡散板３０は、平面形状が長方形でなくてもよい。そして、図３（ｂ）に示すように、拡散板３０は、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０の光出射方向側に側壁３３で支えられて、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０から予め定められた距離に設けられている。そして、拡散板３０は、光量監視用受光素子４０、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０を覆うように設けられている。なお、側壁３３は、光量監視用受光素子４０、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０を囲むように設けられている。側壁３３は、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が出射する光を吸収する部材で構成されていると、側壁３３を介して近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が出射する光が外部に放射されることが抑制される。また、拡散板３０と側壁３３とで近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０などを封止することで、防塵、防湿等がはかられる。本実施の形態では、近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０、及び光量監視用受光素子４０を近接して配置することで、小さなサイズの側壁３３で囲いやすくなる。逆に、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とが距離を隔てて配置される場合において、共通の側壁３３で囲うようにするとサイズの大きな側壁３３が必要となる。また、小さなサイズの側壁３３を２個準備し、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とを別々に囲う構成も考えられるが、部品が二倍に増えてしまう。また、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０との間には側壁３３は設けられていない。よって、側壁３３を間に設ける構成と比較し、小型化が図られている。
【0026】
光量監視用受光素子４０は、例えば、受光量に応じた電気信号を出力する、シリコンなどで構成されたフォトダイオード（ＰＤ）である。
光量監視用受光素子４０は、３Ｄ形状測定用チップ２０から出射され、拡散板３０の裏面、つまり－ｚ方向側の面で反射した光が受光されるようになっている。なお、光量監視用受光素子４０は、近接検知用チップ１０から出射し、拡散板３０の裏面で反射された光を受光してもよい。
光量監視用受光素子４０は、３Ｄ形状測定用チップ２０から出射され、拡散板３０の裏面、つまり－ｚ方向側の面で反射した光が受光されるようになっている。なお、光量監視用受光素子４０は、近接検知用チップ１０から出射し、拡散板３０の裏面で反射された光を受光してもよい。
【0027】
３Ｄ形状測定用チップ２０は、光量監視用受光素子４０の受光した光量（受光量）に基づいて、第２の駆動部５０Ｂを介して、光学装置制御部８により、予め定められた光出力を維持するように制御される。
【0028】
また、光量監視用受光素子４０の受光量が極端に低下した場合には、拡散板３０が外れたり、破損したりして、３Ｄ形状測定用チップ２０が出射する光が直接外部に照射されているおそれがある。このような場合には、光学装置制御部８を介して、第２の駆動部５０Ｂにより、３Ｄ形状測定用チップ２０の光出力が抑制される。例えば、３Ｄ形状測定用チップ２０からの光の照射が停止される。
【0029】
発光装置４において、第１の駆動部５０Ａは、近接検知用チップ１０を駆動して、被測定物の近接を検知するための光を出射させる。第２の駆動部５０Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０を駆動して、被測定物の３Ｄ形状の測定のための光を出射させる。そして、光量監視用受光素子４０は、３Ｄ形状測定用チップ２０が出射する光の内、拡散板３０で反射した光を受光し、３Ｄ形状測定用チップ２０の光出力をモニタする。そして、光量監視用受光素子４０でモニタされた３Ｄ形状測定用チップ２０の光出力に基づいて、第２の駆動部５０Ｂを介して、３Ｄ形状測定用チップ２０の光出力が制御される。なお、光量監視用受光素子４０は、３Ｄ形状測定用チップ２０と同様に、近接検知用チップ１０の光出力をモニタしてもよい。
【0030】
（近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０の構成）
図４は、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０の構成を説明する図である。近接検知用チップ１０は、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）－Ａを含んで構成されている。一方、３Ｄ形状測定用チップ２０は、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－Ｂを含んで構成されている。以下では、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－ＡをＶＣＳＥＬ－Ａと表記し、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－ＢをＶＣＳＥＬ－Ｂと表記する。なお、ＶＣＳＥＬ－ＡとＶＣＳＥＬ－Ｂとを区別しないときは、ＶＣＳＥＬと表記する。ＶＣＳＥＬ－Ａは、第１の発光素子の一例、ＶＣＳＥＬ－Ｂは、第２の発光素子の一例である。
図４は、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０の構成を説明する図である。近接検知用チップ１０は、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）－Ａを含んで構成されている。一方、３Ｄ形状測定用チップ２０は、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－Ｂを含んで構成されている。以下では、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－ＡをＶＣＳＥＬ－Ａと表記し、垂直共振器面発光レーザ素子ＶＣＳＥＬ－ＢをＶＣＳＥＬ－Ｂと表記する。なお、ＶＣＳＥＬ－ＡとＶＣＳＥＬ－Ｂとを区別しないときは、ＶＣＳＥＬと表記する。ＶＣＳＥＬ－Ａは、第１の発光素子の一例、ＶＣＳＥＬ－Ｂは、第２の発光素子の一例である。
【0031】
ＶＣＳＥＬは、基板上に積層された下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡との間に発光領域となる活性領域を設け、基板と垂直方向にレーザ光を出射させる発光素子であることから、２次元に配列したアレイ化が容易である。ここでは、近接検知用チップ１０は、１個以上のＶＣＳＥＬ－Ａを含み、３Ｄ形状測定用チップ２０は、複数のＶＣＳＥＬ－Ｂを含んでいるとする。
【0032】
近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａは、被測定物が情報処理装置１に近接しているか否かを検知するための光を出射する。一方、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂは、被測定物の３Ｄ形状を測定するための光を出射する。顔認証を例とする場合、測定距離は１０ｃｍ程度から１ｍ程度である。そして、被測定物の３Ｄ形状を測定する範囲（以下では、測定範囲又は照射範囲と表記し、この範囲を照射面と表記する。）は、１ｍ角程度である。
【0033】
この場合、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの数は、１個～５０個であり、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの数は、１００個～１０００個である。つまり、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの数は、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの数に比べて多い。後述するように、近接検知用チップ１０の複数のＶＣＳＥＬ－Ａは、互いに並列に接続されて、並列に駆動される。また、３Ｄ形状測定用チップ２０の複数のＶＣＳＥＬ－Ｂも同様に、互いに並列に接続されて、並列に駆動される。なお、上記のＶＣＳＥＬの数は一例であり、測定距離や測定範囲に応じて設定すればよい。図４に示す近接検知用チップ１０は、一例として、４個のＶＣＳＥＬ－Ａを含んで構成されている。
【0034】
近接検知用チップ１０は、測定範囲の全面に光を照射することを要せず、測定範囲に被測定物が近接したか否かが検知されればよい。よって、近接検知用チップ１０は、測定範囲内の一部に対して光が照射されればよい。このため、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの数は、少なくてもよい。そして、近接検知用チップ１０は、被測定物が情報処理装置１に近接したか否かを検知するために、情報処理装置１の使用要求が有る場合、予め定められた周期で測定範囲に光を照射する。よって、近接検知用チップ１０は、低消費電力であることが求められる。
【0035】
一方、３Ｄ形状測定用チップ２０は、測定範囲に被測定物が近接したことが検知された場合に、測定範囲の全面に光を照射する。そして、３Ｄセンサ６が測定範囲から受光した反射光から、３Ｄ形状が特定される。このため、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂは、出射光量が大きいことが求められる。そして、測定範囲の全面を均一に照射するために、多数のＶＣＳＥＬ－Ｂを含んでいる。なお、３Ｄ形状測定用チップ２０は、３Ｄ形状を測定する場合のみ光を出射するので、消費電力が高くても許容される。
【0036】
（近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ）
次に、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａを説明する。
近接検知用チップ１０は、被測定物が近接しているか否かを検知するために光を照射するものである。よって、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａは、測定範囲の全面に光を照射する必要はなく、出射光の拡がり角が小さく、距離に対する光密度の低下が少ないことが求められる。出射光の拡がり角が大きいと、同じ光出力の場合、出射光の拡がり角が小さい場合と比較し、被測定物へ照射される光密度が低下する。これにより、３Ｄセンサ６で受光する反射光が弱くなり、反射光の検知が困難となりえる。
なお、光密度とは、照度をいう。
次に、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａを説明する。
近接検知用チップ１０は、被測定物が近接しているか否かを検知するために光を照射するものである。よって、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａは、測定範囲の全面に光を照射する必要はなく、出射光の拡がり角が小さく、距離に対する光密度の低下が少ないことが求められる。出射光の拡がり角が大きいと、同じ光出力の場合、出射光の拡がり角が小さい場合と比較し、被測定物へ照射される光密度が低下する。これにより、３Ｄセンサ６で受光する反射光が弱くなり、反射光の検知が困難となりえる。
なお、光密度とは、照度をいう。
【0037】
ここでは、一例として、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａとして、単一横モード、つまりシングルモードで発振するシングルモードＶＣＳＥＬを用いる。シングルモードＶＣＳＥＬは、多重横モード、つまりマルチモードで発振するマルチモードＶＣＳＥＬと比べて、出射光の拡がり角が小さい。このため、光出力が同じでも、シングルモードＶＣＳＥＬの方が、マルチモードＶＣＳＥＬに比べて、照射面での光密度が大きい。なお、出射光の拡がり角とは、ＶＣＳＥＬから出射する光の半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）をいう（図８（ｂ）のθ１、θ２参照。）。なお、単一横モードとは、拡がり角をパラメータとした出射光の強度プロファイルが単峰性、つまり強度ピークが１つである特性を有するものを言う。例えば、単峰性が維持される範囲において複数の横モードを含んでもよい。
【0038】
シングルモードＶＣＳＥＬとして、長共振器構造のＶＣＳＥＬを用いて構成してもよい。
長共振器構造のＶＣＳＥＬは、共振器長が発振波長λである一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬ内の活性領域と一方の多層膜反射鏡との間に、数λ～数１０λ分のスペーサ層を導入して共振器長を長くすることで高次横モードの損失を増加させ、これにより、一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬの酸化アパーチャ径よりも大きい酸化アパーチャ径でシングルモード発振を可能にする。典型的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬでは、縦モード間隔（フリースペクトルレンジと呼ばれることがある。）が大きいため、単一縦モードで安定的な動作を得ることができる。これに対し、長共振器構造のＶＣＳＥＬの場合には、共振器長が長くなることで縦モード間隔が狭くなり、共振器内に複数の縦モードである定在波が存在し、その結果、縦モード間のスイッチングが起こり易くなる。このため、長共振器構造のＶＣＳＥＬでは、縦モード間のスイッチングを抑制することが要求される。
そして、長共振器構造のＶＣＳＥＬは、一般的なλ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬと比較し、更に拡がり角を狭く設定しやすい。
長共振器構造のＶＣＳＥＬは、共振器長が発振波長λである一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬ内の活性領域と一方の多層膜反射鏡との間に、数λ～数１０λ分のスペーサ層を導入して共振器長を長くすることで高次横モードの損失を増加させ、これにより、一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬの酸化アパーチャ径よりも大きい酸化アパーチャ径でシングルモード発振を可能にする。典型的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬでは、縦モード間隔（フリースペクトルレンジと呼ばれることがある。）が大きいため、単一縦モードで安定的な動作を得ることができる。これに対し、長共振器構造のＶＣＳＥＬの場合には、共振器長が長くなることで縦モード間隔が狭くなり、共振器内に複数の縦モードである定在波が存在し、その結果、縦モード間のスイッチングが起こり易くなる。このため、長共振器構造のＶＣＳＥＬでは、縦モード間のスイッチングを抑制することが要求される。
そして、長共振器構造のＶＣＳＥＬは、一般的なλ共振器構造のシングルモードＶＣＳＥＬと比較し、更に拡がり角を狭く設定しやすい。
【0039】
図５は、近接検知用チップ１０における１個のＶＣＳＥＬ－Ａの断面構造を説明する図である。ＶＣＳＥＬ－Ａは、長共振器構造のＶＣＳＥＬである。
ＶＣＳＥＬ－Ａは、ｎ型のＧａＡｓの基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された、共振器長を延長する共振器延長領域１０４、共振器延長領域１０４上に形成されたｎ型のキャリアブロック層１０５、キャリアブロック層１０５上に形成された、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０６、活性領域１０６上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０８を積層して構成されている。
ＶＣＳＥＬ－Ａは、ｎ型のＧａＡｓの基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された、共振器長を延長する共振器延長領域１０４、共振器延長領域１０４上に形成されたｎ型のキャリアブロック層１０５、キャリアブロック層１０５上に形成された、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０６、活性領域１０６上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０８を積層して構成されている。
【0040】
ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層してある。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０１８ｃｍ－３である。
【0041】
共振器延長領域１０４は、一連のエピタキシャル成長により形成されたモノリシックな層である。従って、共振器延長領域１０４は、ＧａＡｓ基板と格子定数が一致し、又は整合するような、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ又はＡｌＡｓから構成される。ここでは、９４０ｎｍ帯のレーザ光を出射させるため、共振器延長領域１０４は、光吸収を生じさせないＡｌＧａＡｓから構成される。共振器延長領域１０４の膜厚は、２μｍ～５μｍ程度、発振波長λの５λ～２０λに設定される。このため、キャリアの移動距離が長くなる。よって、共振器延長領域１０４は、キャリア移動度が大きいｎ型であることが望ましく、それゆえｎ型の下部ＤＢＲ１０２と活性領域１０６との間に挿入される。このような共振器延長領域１０４は、空洞延長領域又はキャビティスペースと呼ばれることがある。
【0042】
好ましくは、共振器延長領域１０４と活性領域１０６との間に、例えばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなるバンドギャップの大きいキャリアブロック層１０５が形成される。キャリアブロック層１０５の挿入により、活性領域１０６からのキャリアリークが防止され、発光効率が改善される。後述するように、共振器延長領域１０４には、レーザ光の発振強度を幾分減衰させるような光学的損失を与える層１２０が挿入されるので、キャリアブロック層１０５は、こうした損失を補填する役割を担う。例えば、キャリアブロック層１０５の膜厚は、λ／４ｍｎｒ（但し、λは発振波長、ｍは整数、ｎｒは媒質の屈折率）である。
【0043】
活性領域１０６は、下部スペーサ層と、量子井戸活性層と、上部スペーサ層とが積層されて構成されている。例えば、下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープのＩｎＧａＡｓ量子井戸層及びアンドープのＧａＡｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層である。
【0044】
ｐ型の上部ＤＢＲ１０８は、ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層との積層体で、各層の厚さはλ／４ｎｒであり、これらを交互に２９周期積層してある。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０１８ｃｍ－３である。好ましくは、上部ＤＢＲ１０８の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層が形成され、上部ＤＢＲ１０８の最下層もしくはその内部に、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層１１０が形成される。
【0045】
上部ＤＢＲ１０８から下部ＤＢＲ１０２に至るまで積層された半導体層をエッチングすることにより、基板１００上に円柱状のメサＭ１が形成され、電流狭窄層１１０は、メサＭ１の側面に露出される。電流狭窄層１１０には、メサＭ１の側面から選択的に酸化された酸化領域１１０Ａと酸化領域１１０Ａによって囲まれた導電領域１１０Ｂが形成される。導電領域１１０Ｂが、酸化アパーチャである。酸化工程において、ＡｌＡｓ層はＡｌＧａＡｓ層よりも酸化速度が速く、酸化領域１１０Ａは、メサＭ１の側面から内部に向けてほぼ一定の速度で酸化されるため、導電領域１１０Ｂの基板と平行な平面形状は、メサＭ１の外形を反映した形状、すなわち円形状となり、その中心は、メサＭ１の一点鎖線で示す軸方向とほぼ一致する。長共振器構造のＶＣＳＥＬ－Ａでは、単一横モードを得るための導電領域１１０Ｂの径を、通常のλ共振器構造のＶＣＳＥＬよりも大きくすることができ、例えば、導電領域１１０Ｂの径を７μｍ～８μｍ程度まで大きくしうる。
【0046】
メサＭ１の最上層には、Ｔｉ／Ａｕなどを積層した金属製の環状のｐ側電極１１２が形成される。ｐ側電極１１２は、上部ＤＢＲ１０８のコンタクト層にオーミック接触する。環状のｐ側電極１１２の内側は、レーザ光が外部へ出射される光出射口１１２Ａとなる。つまり、メサＭ１の軸方向が光軸になる。さらに、基板１００の裏面には、ｎ側電極としてカソード電極１１４が形成される。なお、光出射口１１２Ａを含む上部ＤＢＲ１０８の表面が出射面である。
【0047】
そして、ｐ側電極１１２と後述するアノード電極１１８とが接続される部分及び光出射口１１２Ａを除いて、メサＭ１の表面を覆うように、絶縁層１１６が設けられる。そして、光出射口１１２Ａを除いて、アノード電極１１８がｐ側電極１１２とオーミック接触するように設けられる。なお、アノード電極１１８は、複数のＶＣＳＥＬ－Ａのそれぞれの光出射口１１２Ａを除いて設けられる。つまり、近接検知用チップ１０に含まれる複数のＶＣＳＥＬ－Ａは、それぞれのｐ側電極１１２がアノード電極１１８で並列接続される。
【0048】
長共振器構造のＶＣＳＥＬでは、共振器長で規定される反射帯域内に複数の縦モードが存在しうるため、縦モード間のスイッチング又はポッピングを抑制する必要がある。ここでは、必要な縦モードの発振波長帯を９４０ｎｍとし、それ以外の縦モードの発振波長帯へのスイッチングを抑制するべく、共振器延長領域１０４内に不要な縦モードの定在波に対して光学的損失を与える層１２０が設けられている。つまり、光学的損失を与える層１２０は、必要な縦モードの定在波の節の位置に導入されている。光学的損失を与える層１２０は、共振器延長領域１０４を構成する半導体層と同じＡｌ組成の半導体材料から構成され、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓから構成されている。光学的損失を与える層１２０は、好ましくは、共振器延長領域１０４を構成する半導体層よりも不純物のドーピング濃度が高く、例えば、共振器延長領域１０４を構成するＡｌＧａＡｓの不純物濃度が１×１０１７ｃｍ－３であるとき、光学的損失を与える層１２０は、１×１０１８ｃｍ－３の不純物濃度を有し、他の半導体層よりも１桁程度、不純物濃度が高くなるように構成される。不純物濃度が高くなると、キャリアによる光の吸収が大きくなり、損失が与えられる。光学的損失を与える層１２０の膜厚は、必要な縦モードへの損失が大きくならないように選択され、好ましくは、定在波の節に位置する電流狭窄層１１０と同程度の膜厚（１０ｎｍ～３０ｎｍくらい）である。
【0049】
光学的損失を与える層１２０は、必要な縦モードの定在波に対しては節に位置するように挿入される。定在波の節は、強度が弱いので、光学的損失を与える層１２０が必要な縦モードに与える損失の影響は小さい。他方、不要な縦モードの定在波に対しては、光学的損失を与える層１２０は、節以外の腹に位置する。定在波の腹は、節よりも強度が大きくなるため、光学的損失を与える層１２０が不要な縦モードに与える損失は大きくなる。こうして、必要な縦モードへの損失を小さくしつつ、不要な縦モードへの損失を大きくすることで、選択的に不要な縦モードが共振されないようにし、縦モードホッピングが抑制される。
【0050】
光学的損失を与える層１２０は、共振器延長領域１０４の必要な縦モードの定在波の各節の位置に必ずしも設けることを要せず、単一の層であってもよい。この場合、定在波の強度は、活性領域１０６に近いほど大きくなるので、活性領域１０６から近い節の位置に光学的損失を与える層１２０を形成すればよい。また、縦モード間のスイッチング又はポッピングが許容されるのであれば、光学的損失を与える層１２０を設けなくてもよい。
【0051】
（３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂ）
次に、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂについて説明する。
ここでは、３Ｄ形状測定用チップ２０は、被測定物の３Ｄ形状を特定するために光を照射するものである。よって、予め定められた測定範囲に対して、予め定められた光密度を照射するものである。よって、ここでは、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂは、シングルモードＶＣＳＥＬよりも高出力化しやすいマルチモードＶＣＳＥＬで構成されるものがよい。
次に、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂについて説明する。
ここでは、３Ｄ形状測定用チップ２０は、被測定物の３Ｄ形状を特定するために光を照射するものである。よって、予め定められた測定範囲に対して、予め定められた光密度を照射するものである。よって、ここでは、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂは、シングルモードＶＣＳＥＬよりも高出力化しやすいマルチモードＶＣＳＥＬで構成されるものがよい。
【0052】
図６は、３Ｄ形状測定用チップ２０における１個のＶＣＳＥＬ－Ｂの断面構造を説明する図である。このＶＣＳＥＬ－Ｂは、前述した一般的なλ共振器構造のＶＣＳＥＬである。つまり、ＶＣＳＥＬ－Ｂは、前述したＶＣＳＥＬ－Ａにおける共振器延長領域１０４を備えない。
【0053】
ＶＣＳＥＬ－Ｂは、ｎ型のＧａＡｓ基板２００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部ＤＢＲ２０２、下部ＤＢＲ２０２上に形成された、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域２０６、活性領域２０６上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ２０８を積層して構成されている。なお、上部ＤＢＲ２０８の最下層もしくはその内部には、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層２１０が形成される。
【0054】
下部ＤＢＲ２０２、活性領域２０６、上部ＤＢＲ２０８、電流狭窄層２１０は、前述したＶＣＳＥＬ－Ａの下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０６、上部ＤＢＲ１０８、電流狭窄層１１０と同じであるので説明を省略する。
【0055】
上部ＤＢＲ２０８から下部ＤＢＲ２０２に至るまで積層された半導体層をエッチングすることにより、基板２００上に円柱状のメサＭ２が形成され、電流狭窄層２１０は、メサＭ２の側面に露出される。電流狭窄層２１０には、メサＭ２の側面から選択的に酸化された酸化領域２１０Ａと酸化領域２１０Ａによって囲まれた導電領域２１０Ｂが形成される。導電領域２１０Ｂが酸化アパーチャである。導電領域２１０Ｂの基板と平行な平面形状は、メサＭ２の外形を反映した形状、すなわち円形状となり、その中心は、メサＭ２の一点鎖線で示す軸方向とほぼ一致する。
【0056】
メサＭ２の最上層には、Ｔｉ／Ａｕなどを積層した金属製の環状のｐ側電極２１２が形成され、ｐ側電極２１２は、上部ＤＢＲ２０８のコンタクト層にオーミック接続される。ｐ側電極２１２には、中心がメサＭ２の軸方向と一致する円形状の光出射口２１２Ａが形成され、光出射口２１２Ａからレーザ光が外部へ出射される。つまり、メサＭ２の軸方向が光軸になる。さらに、基板２００の裏面には、ｎ側電極としてのカソード電極２１４が形成される。なお、光出射口２１２Ａを含む上部ＤＢＲ２０８の表面が出射面である。
【0057】
そして、ｐ側電極２１２と後述するアノード電極２１８とが接続される部分及び光出射口２１２Ａを除いて、メサＭ２の表面を覆うように、絶縁層２１６が設けられる。そして、光出射口２１２Ａを除いて、アノード電極２１８がｐ側電極２１２とオーミック接触するように設けられる。なお、アノード電極２１８は、複数のＶＣＳＥＬ－Ｂのそれぞれの光出射口２１２Ａを除いて設けられる。つまり、３Ｄ形状測定用チップ２０を構成する複数のＶＣＳＥＬ－Ｂは、各々のｐ側電極２１２がアノード電極２１８で並列接続される。
【0058】
図７は、一般的なＶＣＳＥＬの光出力と電力変換効率との関係を説明する図である。
一般的に、ＶＣＳＥＬは、１個の光出力が４ｍＷ～８ｍＷの光出力において電力変換効率が最大となる。しかし、電力変換効率が最大となる範囲においては、光出力がそれより小さい範囲で使用する場合と比較し、拡がり角が大きくなってしまい、照射面での光密度が光出力の増加に比例してはあがらない。
ここでは、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａは、電力変換効率が落ちる光出力の範囲となるように駆動されるのがよい。つまり、あえて電力変換効率が最大となりうる範囲よりも低い光出力で発光させることで、狭い拡がり角で発光させるようにする。なお、照射面において、光密度が不足する場合には、ＶＣＳＥＬ－Ａ１個あたりの光出力を増やすのではなく、ＶＣＳＥＬ－Ａの数を増やすことで、狭い拡がり角を保ちつつ光密度が高められる。なお、一例として、ＶＣＳＥＬ－Ａの１個の光出力は、１ｍＷ～４ｍＷに設定されている。そして、近接検知用チップ１０におけるＶＣＳＥＬ－Ａの数は、例えば、前述したように１個～５０個である。なお、図４に示した構成では、前述のとおり、電力変換効率が最大となりうる範囲（４ｍＷ～８ｍＷ）を避けつつ光密度を高めるため、近接検知用チップ１０を複数のＶＣＳＥＬ－Ａを含むように構成している。
一般的に、ＶＣＳＥＬは、１個の光出力が４ｍＷ～８ｍＷの光出力において電力変換効率が最大となる。しかし、電力変換効率が最大となる範囲においては、光出力がそれより小さい範囲で使用する場合と比較し、拡がり角が大きくなってしまい、照射面での光密度が光出力の増加に比例してはあがらない。
ここでは、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａは、電力変換効率が落ちる光出力の範囲となるように駆動されるのがよい。つまり、あえて電力変換効率が最大となりうる範囲よりも低い光出力で発光させることで、狭い拡がり角で発光させるようにする。なお、照射面において、光密度が不足する場合には、ＶＣＳＥＬ－Ａ１個あたりの光出力を増やすのではなく、ＶＣＳＥＬ－Ａの数を増やすことで、狭い拡がり角を保ちつつ光密度が高められる。なお、一例として、ＶＣＳＥＬ－Ａの１個の光出力は、１ｍＷ～４ｍＷに設定されている。そして、近接検知用チップ１０におけるＶＣＳＥＬ－Ａの数は、例えば、前述したように１個～５０個である。なお、図４に示した構成では、前述のとおり、電力変換効率が最大となりうる範囲（４ｍＷ～８ｍＷ）を避けつつ光密度を高めるため、近接検知用チップ１０を複数のＶＣＳＥＬ－Ａを含むように構成している。
【0059】
一方、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂでは、電力変換効率が最大となりうる光出力の範囲となるように駆動されることがよい。なお、一例として、ＶＣＳＥＬ－Ｂの１個の光出力は、４ｍＷ～８ｍＷに設定されている。そして、３Ｄ形状測定用チップ２０におけるＶＣＳＥＬ－Ｂの数は、例えば、前述したように１００個～１０００個である。
【0060】
（拡散板３０の構成）
次に、拡散板３０について説明する。
図８は、拡散板３０の構成の一例を説明する図である。図８（ａ）は、平面図、図８（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線での断面図である。
拡散板３０は、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が光を出射する側に設けられ、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が各々出射する光を拡散させる。すなわち、拡散板３０は、拡散板３０に入射する光の拡がり角を更に広げる機能を有する。
次に、拡散板３０について説明する。
図８は、拡散板３０の構成の一例を説明する図である。図８（ａ）は、平面図、図８（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線での断面図である。
拡散板３０は、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が光を出射する側に設けられ、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が各々出射する光を拡散させる。すなわち、拡散板３０は、拡散板３０に入射する光の拡がり角を更に広げる機能を有する。
【0061】
拡散板３０は、図８（ａ）に示すように、第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂとを備えている。言い換えれば、第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂとが一体となった部材として構成されている。第１の領域３０Ａは、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａからの光の出射経路上に設けられ、第２の領域３０Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０からの光の出射経路上に設けられている。つまり、図３（ａ）に示したように、発光装置４を表面から眺めた（平面視した）場合、拡散板３０の第１の領域３０Ａは、近接検知用チップ１０が配置される位置に対向して設けられ、拡散板３０の第２の領域３０Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０に対向して設けられている。近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とを共通の拡散板３０で覆う場合、近接検知用チップ１０からの光も拡散板３０で拡散されると、近接検知が困難となる。そこで、共通の拡散板３０を使用するために、上記のとおり、拡散板３０において第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂとを備えている。なお、本実施の形態では、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とが近接して配置されている。近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０との距離が離れすぎると、共通（一体）の拡散板３０を採用すると必要以上に大きな拡散板が必要となってしまうためである。以上から、本実施の形態では、第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂとが一体となった小型の拡散板３０を採用している。
【0062】
そして、拡散板３０の第２の領域３０Ｂは、第１の領域３０Ａに比べ、拡散角が大きく設定されている。例えば、図８（ｂ）に示すように、拡散板３０は、両面が平行で平坦なガラス基材３１の一方の表面に光を拡散させるための凹凸が形成された樹脂層３２を備えている。ただし、第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂとは、凹凸の形状が異なっており、拡散角が第２の領域３０Ｂの方が大きくなるように設定されている。なお、拡散角とは、拡散板３０を透過した光の拡がり角である。
【0063】
ここでは、第１の領域３０Ａには、凹凸が設けられておらず、光が拡散しないように構成されている。第２の領域３０Ｂにおいて凹凸を設ける樹脂層３２を、第１の領域３０Ａでは凹凸を設けず平坦にするとか、両面が平行で平坦なガラス基材３１の表面をむき出しにする。ここで、第１の領域３０Ａは完全な平坦である必要はなく、第２の領域３０Ｂと比較し、拡散角が小さくなる範囲であれば凹凸形状が設けられていてもよい。また、拡散板３０の第１の領域３０Ａは、光が通過する貫通孔であってもよい。貫通孔であれば、第１の領域３０Ａが平坦である場合と同様に光が拡散しない。
【0064】
そして、図８（ｂ）に示すように、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａを、拡散板３０の第１の領域３０Ａに対向する位置に配置する。一方、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂを、拡散板３０の第２の領域３０Ｂに対向する位置に配置する。ＶＣＳＥＬ－Ａの出射光の拡がり角をθ１とし、ＶＣＳＥＬ－Ｂの出射光の拡がり角をθ２とする。なお、θ１は、θ２に比べて小さい（θ１＜θ２）。
【0065】
すると、ＶＣＳＥＬ－Ａから出射した光が凹凸の設けられていない第１の領域３０Ａを透過する場合には、拡散を生じず、出射光の拡がり角θ１がそのまま拡散角αになって透過する。
一方、ＶＣＳＥＬ－Ｂから出射した光が凹凸の設けられた第２の領域３０Ｂを透過する場合には、拡散を生じて、出射光の拡がり角θ２より大きい拡散角βの光が拡散板３０から出射する。
なお、拡がり角θ１、θ２及び拡散角α、βは、半値全幅（ＦＷＨＭ）である。
一方、ＶＣＳＥＬ－Ｂから出射した光が凹凸の設けられた第２の領域３０Ｂを透過する場合には、拡散を生じて、出射光の拡がり角θ２より大きい拡散角βの光が拡散板３０から出射する。
なお、拡がり角θ１、θ２及び拡散角α、βは、半値全幅（ＦＷＨＭ）である。
【0066】
以上説明したように、拡散板３０は、第１の領域３０Ａの拡散角が第２の領域３０Ｂの拡散角より小さいように構成されている。このようにすることで、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂからの出射光は、第２の領域３０Ｂでさらに拡散されて外部に出射される。これにより、ＶＣＳＥＬ－Ｂからの出射光が、第２の領域３０Ｂで拡散されずに外部に出射される場合と比較し、より広い照射面において、より均一性を有する照射パタンが得られる。なお、第２の領域３０Ｂは、第２の領域３０Ｂの全体において一様な拡散角を有するように構成してもよく、第２の領域３０Ｂ内の位置に応じて拡散角が異なるように構成してもよい。また、第２の領域３０Ｂは、ＶＣＳＥＬ－Ｂの光軸と拡散後の光の中心軸とが一致するように構成してもよく、ＶＣＳＥＬ－Ｂの光軸に対して拡散後の光の中心軸を意図的にずらして照射面積が拡大するように構成してもよい。
【0067】
なお、第１の領域３０Ａは、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの出射光の拡がり角θ１を狭めるような光学素子を備えていてもよい。このような光学素子は、例えば第１の領域３０Ａを凸レンズ状にすることで得られる。ここで、拡がり角を狭めるとは、入射光を集光させる場合だけでなく、入射光を平行光としたり、拡散はするものの、その拡散の程度を狭めたりするものを含む。
【0068】
第１の領域３０Ａの大きさは、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの数、出射光の拡がり角θ、出射光の強度などを考慮して決めればよい。一例として、顔認証に使用する場合には、近接検知用チップ１０は、例えばＶＣＳＥＬ－Ａが１個～５０個の範囲で構成される場合、第１の領域３０Ａは横幅及び縦幅が５０μｍ～５００μｍの範囲とすればよい。また、図８（ａ）では、第１の領域３０Ａの平面視した場合の表面形状を円形としたが、正方形、長方形、多角形やこれらを複合した形状であってよい。また、第１の領域３０Ａの横幅及び縦幅、すなわち、第１の領域３０Ａの大きさは、近接検知用チップ１０の光出力に基づいて設定してもよい。例えば、近接検知用チップ１０から出射される光の半値全幅の領域よりも大きく、０．１％強度の領域よりも小さい範囲に設定してもよい。また、ＶＣＳＥＬ－ＡとＶＣＳＥＬ－Ｂとをより近接させたい場合には、１％強度の領域よりも小さい範囲、又は、５％強度の領域よりも小さい範囲に設定してもよい。
【0069】
そして、第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂとを含む拡散板３０の大きさは、例えば、横幅及び縦幅が１ｍｍ～１０ｍｍ、厚みは０．１ｍｍ～１ｍｍとすればよい。なお、拡散板３０は、近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０及び光量監視用受光素子４０を平面視した状態において覆っていればよい。また、拡散板３０を平面視した形状が長方形である例を示したが、多角形や円形など、他の形状であってもよい。そして、以上のような大きさ及び形状であれば、特に、携帯型情報処理端末の顔認証や、数ｍ程度までの比較的近距離の測定に適した光拡散部材が提供される。
【0070】
（拡散板３０、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ及び３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの位置関係）
図８（ｂ）により、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ及び３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの位置関係を説明する。ここで、互いに隣接する近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂとの配置の間隔をｐ１、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ間の間隔をｐ２、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂ間の間隔をｐ３とする。
図８（ｂ）により、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ及び３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの位置関係を説明する。ここで、互いに隣接する近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂとの配置の間隔をｐ１、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ間の間隔をｐ２、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂ間の間隔をｐ３とする。
【0071】
このとき、図８（ｂ）から分かるように、ＶＣＳＥＬ－Ｂが近接検知用チップ１０に近づきすぎる、つまり間隔ｐ１が小さくなると、ＶＣＳＥＬ－Ｂから出射される光強度の大きい光が拡散板３０の第１の領域３０Ａを通過し、拡散されない又は拡散が弱い状態で外部に出射されやすくなる。このため、隣接するＶＣＳＥＬ－ＡとＶＣＳＥＬ－Ｂとの間に十分な距離を設けることがよい。例えば、拡散板３０の第１の領域３０Ａに隣接する３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂは、出射光の拡がり角θ２の範囲が拡散板３０の第１の領域３０Ａと重複しないように配置されることがよい。このようにすることで、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの出射光の拡がり角θ２の範囲が、拡散板３０の第１の領域３０Ａと重複する場合と比較し、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射されて拡散板３０の第１の領域３０Ａを通過する光量が低減される。
【0072】
例えば、互いに隣接する近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂとの配置の間隔ｐ１は、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂ間の間隔ｐ３より大きくすることがよい。
【0073】
また、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの出射光の拡がり角θ１は、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの出射光の拡がり角θ２に比較し、小さく設定されている。しかし、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの光出射口１１２Ａ（図５参照）から拡散板３０までを距離ｇ１とし、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの光出射口２１２Ａから拡散板３０までを距離ｇ２とした場合、距離ｇ１を距離ｇ２より小さく（ｇ１＜ｇ２）すれば、つまり、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａの光出射口１１２Ａを、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの光出射口２１２Ａより、拡散板３０に近くすれば、図８（ｂ）に示すように、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａからの出射光は、拡散板３０の第１の領域３０Ａが小さい場合であっても、第１の領域３０Ａを透過して被測定物に照射されやすい。
【0074】
このようにすると、拡散板３０の第１の領域３０Ａの面積を小さくしやすい。そして、第１の領域３０Ａの面積が小さいほど、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射されて第１の領域３０Ａを通過する光量がより低減されるため、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂを、近接検知用チップ１０に対してより近接して配置しうる。つまり、互いに隣接する近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂとの間に生じる、ＶＣＳＥＬ－Ｂを配置できない領域（デッドスペース）が削減され、拡散板３０や側壁３３のサイズが小さくなる。
【0075】
さらに、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂは、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａより光出力が大きいため、温度が上昇しやすい。よって、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂ間の間隔ｐ３は、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ間の間隔ｐ２より広くすれば（ｐ３＞ｐ２）、温度上昇が抑制される。一方、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａは３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂよりも光出力が小さいため、温度が上昇しにくい。よって、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａ間の距離である間隔ｐ２を、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂ間の距離である間隔ｐ３よりも小さくすれば、近接検知用チップ１０の占有面積を低減しやすい。
【0076】
さらに、図８（ａ）に示すように、拡散板３０の第１の領域３０Ａが第２の領域３０Ｂにより四方が囲まれた状態とすることがよい。このようにすることで、後述する図９（ａ）や図９（ｂ）と比較し、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射する光が、拡散板３０の第１の領域を通過することが抑制される。
【0077】
次に、拡散板３０の変形例を説明する。
図９は、拡散板３０の変形例を示す図である。図９（ａ）は、拡散板３０の第１の変形例、図９（ｂ）は、拡散板３０の第２の変形例である。
図９（ａ）に示す拡散板３０の第１の変形例では、拡散板３０の第１の領域３０Ａの平面形状を＋ｘ方向に延びたスリット状にした。このようにすることで、±ｘ方向の配置に対するマージンが広がる。この場合であっても、第１の領域は、第２の領域で囲まれているので、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射する光が、拡散板３０の第１の領域を通過することが抑制される。
図９は、拡散板３０の変形例を示す図である。図９（ａ）は、拡散板３０の第１の変形例、図９（ｂ）は、拡散板３０の第２の変形例である。
図９（ａ）に示す拡散板３０の第１の変形例では、拡散板３０の第１の領域３０Ａの平面形状を＋ｘ方向に延びたスリット状にした。このようにすることで、±ｘ方向の配置に対するマージンが広がる。この場合であっても、第１の領域は、第２の領域で囲まれているので、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射する光が、拡散板３０の第１の領域を通過することが抑制される。
【0078】
一方、図９（ｂ）に示す拡散板３０の第２の変形例では、拡散板３０の第１の領域３０Ａが拡散板３０の右側端部（＋ｘ方向側）に設けられている。このようにすると、第１の領域は、第２の領域で囲まれていないので、拡散板３０の第１の変形例と比較し、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射する光のうち、拡散板３０の第１の領域３０Ａを通過する光量が増加する。しかしながら、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂの光出力が小さい場合や、平面視において、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂと第１の領域３０Ａとの距離が離れている場合など、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射する光が第１の領域３０Ａを通過することが許容される前提の構成においては、拡散板３０の第２の変形例を採用してもよい。３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂから出射する光が、拡散板３０の第１の領域を通過することが抑制される。
ここでは、第１の領域が第２の領域で囲まれているとは、平面視した状態において、少なくとも２方向以上に第２の領域３０Ｂが存在する状態をいう。
ここでは、第１の領域が第２の領域で囲まれているとは、平面視した状態において、少なくとも２方向以上に第２の領域３０Ｂが存在する状態をいう。
【0079】
（３Ｄセンサ６の構成）
図１０は、３Ｄセンサ６を説明する図である。
３Ｄセンサ６は、複数の受光領域６１がマトリクス（格子）状に配列されて構成されている。３Ｄセンサ６は、発光装置４からの出射光パルスに対する被測定物からの反射光である受光パルスを受光し、受光されるまでの時間に対応する電荷を受光領域６１毎に蓄積する。一例として、３Ｄセンサ６は、各受光領域６１が２つのゲートとそれらに対応した電荷蓄積部を備えたＣＭＯＳ構造のデバイスとして構成されている。そして、２つのゲートに交互にパルスを加えることによって、発生した光電子を２つの電荷蓄積部の何れかに高速に転送し、出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じた電荷を蓄積するように構成されている。そして、ＡＤコンバータを介して、受光領域６１毎の出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じた電荷に対応するデジタル値が信号として出力される。すなわち、３Ｄセンサ６は、近接検知用チップ１０から光が出射されてから３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号、及び３Ｄ形状測定用チップ２０から光が出射されてから３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する。
図１０は、３Ｄセンサ６を説明する図である。
３Ｄセンサ６は、複数の受光領域６１がマトリクス（格子）状に配列されて構成されている。３Ｄセンサ６は、発光装置４からの出射光パルスに対する被測定物からの反射光である受光パルスを受光し、受光されるまでの時間に対応する電荷を受光領域６１毎に蓄積する。一例として、３Ｄセンサ６は、各受光領域６１が２つのゲートとそれらに対応した電荷蓄積部を備えたＣＭＯＳ構造のデバイスとして構成されている。そして、２つのゲートに交互にパルスを加えることによって、発生した光電子を２つの電荷蓄積部の何れかに高速に転送し、出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じた電荷を蓄積するように構成されている。そして、ＡＤコンバータを介して、受光領域６１毎の出射光パルスと受光パルスとの位相差に応じた電荷に対応するデジタル値が信号として出力される。すなわち、３Ｄセンサ６は、近接検知用チップ１０から光が出射されてから３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号、及び３Ｄ形状測定用チップ２０から光が出射されてから３Ｄセンサ６で受光されるまでの時間に相当する信号を出力する。
【0080】
（情報処理装置１における認証処理のフローチャート）
図１１は、情報処理装置１の使用に関する認証処理を行うためのフローチャートである。
ここでは、情報処理装置１は、少なくとも、電源がオフのオフ状態と、情報処理装置１の一部分のみに電源が供給されている待機状態と、待機状態よりも多くの部分、例えば、情報処理装置１全体に電源が供給されている動作状態とを備えているとする。
図１１は、情報処理装置１の使用に関する認証処理を行うためのフローチャートである。
ここでは、情報処理装置１は、少なくとも、電源がオフのオフ状態と、情報処理装置１の一部分のみに電源が供給されている待機状態と、待機状態よりも多くの部分、例えば、情報処理装置１全体に電源が供給されている動作状態とを備えているとする。
【0081】
まず、情報処理装置１の使用要求が有るか否かが判断される（ステップ１１０。図１１ではＳ１１０と表記する。他も同様である。）。使用要求が有る場合とは、オフ状態において電源がオンされた場合や、待機状態において情報処理装置１を使用するため操作がユーザによって行われた場合等をいう。また、待機状態において電話やメール等が着信した場合も使用要求が有る場合の一例である。すなわち、動作状態に移行する信号をシステム制御部９が受け付けた場合が該当する。
ステップ１１０において、否定（ＮＯ）の判断がされた場合、つまりオフ状態や待機状態が継続している場合には、ステップ１１０が繰り返される。
ステップ１１０において、否定（ＮＯ）の判断がされた場合、つまりオフ状態や待機状態が継続している場合には、ステップ１１０が繰り返される。
【0082】
一方、ステップ１１０において、肯定（ＹＥＳ）の判断がされた場合、つまり動作状態に移行した場合には、近接検知用チップ１０から光が被測定物に対して照射され、３Ｄセンサ６により被測定物からの反射光が受光される（ステップ１２０）。なお、ステップ１１０における使用要求の有無とは無関係に、待機状態において、近接検知用チップ１０から光を照射し続けてもよい。
【0083】
次に、被測定物が近接しているか否かが判断される（ステップ１３０）。なお、近接しているとは、予め定められた距離内に被測定物があることをいう。ステップ１３０において、否定（ＮＯ）の判断がされた場合、つまり被測定物が近接していない場合には、ステップ１２０に戻る。
一方、ステップ１３０において、肯定（ＹＥＳ）の判断がされた場合、つまり被測定物が近接している場合には、３Ｄ形状測定用チップ２０から光が照射され、被測定物からの反射光が３Ｄセンサ６により受光される（ステップ１４０）。このとき、近接検知用チップ１０からの光の照射を停止してもよく、光の照射を継続してもよい。近接検知用チップ１０からの照射を継続すれば、照射を継続しない場合と比較し、照射面での照射パタンがより均一になりやすい。
一方、ステップ１３０において、肯定（ＹＥＳ）の判断がされた場合、つまり被測定物が近接している場合には、３Ｄ形状測定用チップ２０から光が照射され、被測定物からの反射光が３Ｄセンサ６により受光される（ステップ１４０）。このとき、近接検知用チップ１０からの光の照射を停止してもよく、光の照射を継続してもよい。近接検知用チップ１０からの照射を継続すれば、照射を継続しない場合と比較し、照射面での照射パタンがより均一になりやすい。
【0084】
そして、３Ｄセンサ６が受光した光量に基づいて、光学装置制御部８の形状特定部８１により被測定物の３Ｄ形状が特定される（ステップ１５０）。
【0085】
次に、認証処理部９１により特定された特定結果である３Ｄ形状が予め定められた形状であるか否かが判断される（ステップ１６０）。ステップ１６０において、肯定（ＹＥＳ）の判断がされた場合、つまり特定された３Ｄ形状が予め蓄積された形状である場合には、情報処理装置１の使用が許可される（ステップ１７０）。一方、ステップ１６０において、否定（ＮＯ）の判断がされた場合、つまり特定された３Ｄ形状がＲＯＭなどに予め蓄積された形状でない場合には、自装置である情報処理装置１の使用が許可されず、ステップ１２０に戻る。なお、３Ｄ形状だけでなく、２Ｄカメラ９３で取得した２次元画像等の他の情報を加味して、自装置である情報処理装置１の使用の許可を判断してもよい。
【0086】
以上説明したように、本実施の形態における情報処理装置１は、近接検知用チップ１０と３Ｄ形状測定用チップ２０とを備えている。これは、近接検知用チップ１０からの光の照射により、被測定物が情報処理装置１に近接しているか否かを判断し、被測定物が近接している場合に３Ｄ形状測定用チップ２０から３Ｄ測定用の光を照射する。すなわち、被測定物が近接していないにもかかわらず、３Ｄ形状測定用チップ２０が発光することが抑制される。このとき、近接検知用チップ１０の光出力を３Ｄ形状測定用チップ２０の光出力に比べて小さくすることにより、消費電力が抑制される。つまり、情報処理装置１が携帯型情報処理端末である場合には、電池の充電量の低下が抑制される。
【0087】
（近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０と回路基板７との接続関係）
次に、図４により、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０と回路基板７に設けられた導体パタンとの接続関係を説明する。
回路基板７上には、導体パタンとして、近接検知用チップ１０用のカソードパタン７１、アノードパタン７２、３Ｄ形状測定用チップ２０用のカソードパタン７３、アノードパタン７４Ａ、７４Ｂが設けられている。
次に、図４により、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０と回路基板７に設けられた導体パタンとの接続関係を説明する。
回路基板７上には、導体パタンとして、近接検知用チップ１０用のカソードパタン７１、アノードパタン７２、３Ｄ形状測定用チップ２０用のカソードパタン７３、アノードパタン７４Ａ、７４Ｂが設けられている。
【0088】
前述したように、近接検知用チップ１０は、裏面にカソード電極１１４が設けられ、表面にアノード電極１１８が設けられている（図５参照）。なお、アノード電極１１８は、４個のＶＣＳＥＬ－Ａのｐ側電極１１２を接続するとともに、後述するボンディングワイヤ７６が接続されるパッド部１１８Ａを備えている。
同様に、３Ｄ形状測定用チップ２０は、裏面にカソード電極２１４が設けられ、表面にアノード電極２１８が設けられている（図６参照）。なお、アノード電極２１８は、マトリクス状に配置されたＶＣＳＥＬ－Ｂのアノード電極２１８を接続するように形成されるとともに、±ｙ方向側に延長され、後述するボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂが接続されるパッド部２１８Ａ、２１８Ｂを備えている。
同様に、３Ｄ形状測定用チップ２０は、裏面にカソード電極２１４が設けられ、表面にアノード電極２１８が設けられている（図６参照）。なお、アノード電極２１８は、マトリクス状に配置されたＶＣＳＥＬ－Ｂのアノード電極２１８を接続するように形成されるとともに、±ｙ方向側に延長され、後述するボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂが接続されるパッド部２１８Ａ、２１８Ｂを備えている。
【0089】
近接検知用チップ１０用のカソードパタン７１は、近接検知用チップ１０の裏面に設けられたカソード電極１１４が接続されるように、近接検知用チップ１０より広い面積で形成されている。そして、近接検知用チップ１０は、裏面に設けられたカソード電極１１４と、回路基板７上の近接検知用チップ１０用のカソードパタン７１とが、導電性接着剤にて接着されている。そして、近接検知用チップ１０のアノード電極１１８のパッド部１１８Ａは、ボンディングワイヤ７６にて、回路基板７上のアノードパタン７２と接続されている。
【0090】
同様に、３Ｄ形状測定用チップ２０用のカソードパタン７３は、３Ｄ形状測定用チップ２０の裏面に設けられたカソード電極２１４が接続されるように、３Ｄ形状測定用チップ２０より広い面積で形成されている。そして、３Ｄ形状測定用チップ２０用のカソードパタン７３上に、３Ｄ形状測定用チップ２０が導電性接着剤などにより接着されている。
３Ｄ形状測定用チップ２０用のアノードパタン７４Ａ、７４Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０の表面に設けられたアノード電極２１８（図６参照）の対向する二辺（±ｙ方向側）と対向するように設けられている。そして、アノードパタン７４Ａ、７４Ｂと３Ｄ形状測定用チップ２０のアノード電極２１８のパッド部２１８Ａ、２１８Ｂとが、それぞれボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂで接続されている。なお、ボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂは、各々複数設けられているが、そのうちの１つに符号を付している。
３Ｄ形状測定用チップ２０用のアノードパタン７４Ａ、７４Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０の表面に設けられたアノード電極２１８（図６参照）の対向する二辺（±ｙ方向側）と対向するように設けられている。そして、アノードパタン７４Ａ、７４Ｂと３Ｄ形状測定用チップ２０のアノード電極２１８のパッド部２１８Ａ、２１８Ｂとが、それぞれボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂで接続されている。なお、ボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂは、各々複数設けられているが、そのうちの１つに符号を付している。
【0091】
（駆動方法）
近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０をより高速に駆動させたい場合は、ともにローサイド駆動すればよい。ローサイド駆動とは、ＶＣＳＥＬなどの駆動対象に対して、電流経路の下流側にＭＯＳトランジスタ等の駆動部が位置する構成を言う。逆に、上流側に駆動部が位置する構成をハイサイド駆動と言う。本実施の形態においては、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０の両方をローサイド駆動とするために、両者のカソードを分離して、独立して駆動している。
近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０をより高速に駆動させたい場合は、ともにローサイド駆動すればよい。ローサイド駆動とは、ＶＣＳＥＬなどの駆動対象に対して、電流経路の下流側にＭＯＳトランジスタ等の駆動部が位置する構成を言う。逆に、上流側に駆動部が位置する構成をハイサイド駆動と言う。本実施の形態においては、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０の両方をローサイド駆動とするために、両者のカソードを分離して、独立して駆動している。
【0092】
図１２は、ローサイド駆動を説明する図である。図１２では、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂと、第１の駆動部５０Ａと第２の駆動部５０Ｂと、光学装置制御部８との関係を示す。第１の駆動部５０Ａ及び第２の駆動部５０Ｂは、ＭＯＳトランジスタを介して接地されている。つまり、ＭＯＳトランジスタがオン／オフされることにより、ＶＣＳＥＬのカソード側がオンオフされることでローサイド駆動される。
なお、図１２では、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂとは、アノード側も分離されている。
なお、図１２では、近接検知用チップ１０のＶＣＳＥＬ－Ａと３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂとは、アノード側も分離されている。
【0093】
（発光装置４における近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０及び光量監視用受光素子４０の配置）
図１３は、発光装置４における近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０及び光量監視用受光素子４０の配置について説明する図である。図１３（ａ）は、本実施の形態として説明した配置、図１３（ｂ）は、配置についての第１の変形例、図１３（ｃ）は、配置についての第２の変形例、図１３（ｄ）は、配置についての第３の変形例である。ここでは、近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０、光量監視用受光素子４０及びボンディングワイヤを示し、他の記載を省略する。なお、平面形状が四角形である３Ｄ形状測定用チップ２０における－ｘ方向の側面を側面２１Ａ、＋ｘ方向の側面を側面２１Ｂ、＋ｙ方向の側面を側面２１Ｃ、－ｙ方向の側面を側面２１Ｄとする。ここでは、側面２１Ａと側面２１Ｂとが対向し、側面２１Ｃと側面２１Ｄとが側面２１Ａと側面２１Ｂとを接続して対向する。側面２１Ａは、第１の側面の一例、側面２１Ｂは、第２の側面の一例、側面２１Ｃは、第３の側面の一例、側面２１Ｄは、第４の側面の一例である。
図１３は、発光装置４における近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０及び光量監視用受光素子４０の配置について説明する図である。図１３（ａ）は、本実施の形態として説明した配置、図１３（ｂ）は、配置についての第１の変形例、図１３（ｃ）は、配置についての第２の変形例、図１３（ｄ）は、配置についての第３の変形例である。ここでは、近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０、光量監視用受光素子４０及びボンディングワイヤを示し、他の記載を省略する。なお、平面形状が四角形である３Ｄ形状測定用チップ２０における－ｘ方向の側面を側面２１Ａ、＋ｘ方向の側面を側面２１Ｂ、＋ｙ方向の側面を側面２１Ｃ、－ｙ方向の側面を側面２１Ｄとする。ここでは、側面２１Ａと側面２１Ｂとが対向し、側面２１Ｃと側面２１Ｄとが側面２１Ａと側面２１Ｂとを接続して対向する。側面２１Ａは、第１の側面の一例、側面２１Ｂは、第２の側面の一例、側面２１Ｃは、第３の側面の一例、側面２１Ｄは、第４の側面の一例である。
【0094】
図１３（ａ）に示す本実施の形態として説明した配置（図３（ａ）参照）では、光量監視用受光素子４０は、３Ｄ形状測定用チップ２０の－ｘ方向の側面２１Ａ側に設けられている。そして、近接検知用チップ１０は、３Ｄ形状測定用チップ２０の＋ｘ方向の側面２１Ｂ側に設けられている。３Ｄ形状測定用チップ２０のアノード電極２１８（図６参照）と回路基板７上に設けられたアノードパタン７４Ａ、７４Ｂ（図４参照）とを接続するボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂは、３Ｄ形状測定用チップ２０の±ｙ方向の側面２１Ｃ、２１Ｄ側に対向するように設けられている。ボンディングワイヤ７５Ａ、７５Ｂは、第２の発光素子チップに電力を供給する配線の一例である。
【0095】
このようにすることで、３Ｄ形状測定用チップ２０の±ｙ方向から対称に３Ｄ形状測定用チップ２０の各ＶＣＳＥＬ－Ｂに電流が供給される。よって、後述する図１３（ｄ）に示す第３の比較例に比べて、３Ｄ形状測定用チップ２０の各ＶＣＳＥＬ－Ｂに、より均等に電流が供給されやすい。
【0096】
そして、光量監視用受光素子４０が配置された３Ｄ形状測定用チップ２０の－ｘ方向の側面２１Ａ側には、ボンディングワイヤが設けられていない。よって、光量監視用受光素子４０を３Ｄ形状測定用チップ２０に近接して配置しやすい。このため、光量監視用受光素子４０は、後述する図１３（ｃ）に示す第２の比較例と比較して、３Ｄ形状測定用チップ２０からの出射光の内、拡散板３０に反射した光を受光しやすい。
【0097】
図１３（ｂ）に示す配置についての第１の変形例では、光量監視用受光素子４０が３Ｄ形状測定用チップ２０の＋ｘ方向の側面２１Ｂ側であって、近接検知用チップ１０の外側に配置されている。つまり、３Ｄ形状測定用チップ２０と光量監視用受光素子４０との距離が、図１３（ａ）に示した本実施の形態における配置と比較し、遠くなっている。このため、３Ｄ形状測定用チップ２０からの出射光の内、拡散板３０に反射した光の受光量が低下する。すなわち、拡散板３０に反射した光を受光しにくくなっている。よって、検知精度が低下するおそれがある。
【0098】
図１３（ｃ）に示す配置についての第２の変形例では、光量監視用受光素子４０が３Ｄ形状測定用チップ２０の＋ｘ方向の側面２１Ｂ側であって、３Ｄ形状測定用チップ２０と近接検知用チップ１０との間に配置されている。よって、光量監視用受光素子４０を３Ｄ形状測定用チップ２０に近接して配置しやすい。このため、前述の図１３（ａ）と同様に、３Ｄ形状測定用チップ２０の各ＶＣＳＥＬ－Ｂに、より均等に電流が供給されやすく、かつ、光量監視用受光素子４０は、３Ｄ形状測定用チップ２０からの出射光の内、拡散板３０に反射した光を受光しやすい。
【0099】
図１３（ｄ）に示す配置についての第３の変形例では、図１３（ａ）におけるボンディングワイヤ７５Ａを設けていない。その代わりに、３Ｄ形状測定用チップ２０の－ｘ方向の側面２１Ａ側の回路基板７上に別途アノードパタンを設けるとともに、３Ｄ形状測定用チップ２０のアノード電極２１８と回路基板７上に別途設けられたアノードパタンとを接続するためのボンディングワイヤ７５Ｃを設けている。なお、ボンディングワイヤ７５Ｃは、複数設けられているが、そのうちの１つに符号を付している。
【0100】
そして、近接検知用チップ１０が３Ｄ形状測定用チップ２０の－ｙ方向の側面２１Ｄ側に設けられ、光量監視用受光素子４０が３Ｄ形状測定用チップ２０の＋ｘ方向の側面２１Ｂ側に設けられている。このようにすると、３Ｄ形状測定用チップ２０と光量監視用受光素子４０とが近接して配置される。しかし、３Ｄ形状測定用チップ２０のＶＣＳＥＬ－Ｂには、＋ｙ方向の側面２１Ｃ側と－ｘ方向の側面２１Ａ側との二辺から電流が供給されるため、３Ｄ形状測定用チップ２０の各ＶＣＳＥＬ－Ｂへ電流を均一に流しにくい。よって、第３の変形例は、電流が均一に流れにくくても影響が少ない仕様において、使用されるのがよい。
【0101】
以上において説明した構成においては、発光装置４と３Ｄセンサ６とを共通の回路基板７上に配置したが、それぞれ異なる回路基板上に配置してもよい。また、発光装置４において、少なくとも、近接検知用チップ１０、３Ｄ形状測定用チップ２０、拡散板３０、及び側壁３３を、回路基板７とは異なる基板上に設け、これらを１つの発光部品（モジュール）として、第１の駆動部５０Ａ、第２の駆動部５０Ｂ、及び３Ｄセンサ６等が搭載される回路基板７と接続可能な構成としてもよい。一例として、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０を覆う拡散板３０、側壁３３、及び基板によって、発光部品の最大外形が規定される構成としてもよい。このような構成とすれば、この発光部品には第１の駆動部５０Ａ、第２の駆動部５０Ｂ、及び３Ｄセンサ６等が搭載されていないので、小型の部品として提供及び流通される。また、近接検知用チップ１０及び３Ｄ形状測定用チップ２０が、拡散板３０、側壁３３、及び基板によって囲われることで封止されるので、封止されていない場合と比較し、防塵、防湿等がはかられる。なお、この発光部品に、光量監視用受光素子４０を含めてもよいし、含めなくてもよい。
【0102】
また以上の構成における近接検知用チップ１０は、必ずしも３Ｄ形状測定用チップ２０との組み合わせで使用される必要はない。例えば、近接検知用チップ１０は、３Ｄ形状を測定するか否かにかかわらず、距離測定用の発光素子チップとして単体で提供されてもよい。すなわち、互いに並列に接続された複数の長共振器構造の垂直共振型面発光レーザ素子アレイ単体として提供されてもよい。このような構成において、電力変換効率が最大となりうる範囲（例えば、４ｍＷ～８ｍＷ）よりも低い範囲で駆動することで、１つの面発光レーザ素子のみを電力変換効率が最大となりうる範囲で駆動させる場合と比較し、拡がり角の増加を抑制しつつ光密度が高められる。よって、特に、受光部の視野範囲が狭く、照射面での受光部の視野範囲よりも広い範囲が照射される構成において、よりＳＮ比の高い受光がなされる。
【0103】
また以上の構成における近接検知用チップ１０は、距離測定用の発光素子チップだけでなく、拡がり角の増加を抑制しつつ光密度を高めたい他の用途に適用してもよい。
【符号の説明】
【0104】
１…情報処理装置、２…ユーザインターフェイス（ＵＩ）部、３…光学装置、４…発光装置、６…３Ｄセンサ、７…回路基板、８…光学装置制御部、９…システム制御部、１０…近接検知用チップ、２０…３Ｄ形状測定用チップ、３０…拡散板、４０…光量監視用受光素子、５０Ａ…第１の駆動部、５０Ｂ…第２の駆動部、６１…受光領域、８１…形状特定部、９１…認証処理部、ＶＣＳＥＬ、ＶＣＳＥＬ－Ａ、ＶＣＳＥＬ－Ｂ…垂直共振器面発光レーザ素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】