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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】2024-05-02
(45)【発行日】2024-05-14
(54)【発明の名称】面発光レーザ装置の駆動方法および面発光レーザ装置
(51)【国際特許分類】
H01S 5/062 20060101AFI20240507BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20240507BHJP
【ＦＩ】
H01S5/062
H01S5/42
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020555980
(86)(22)【出願日】2019-10-29
(86)【国際出願番号】 JP2019042341
(87)【国際公開番号】W WO2020100572
(87)【国際公開日】2020-05-22
【審査請求日】2022-10-24
(31)【優先権主張番号】P 2018215382
(32)【優先日】2018-11-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001357
【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 修
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 翔太
(72)【発明者】
【氏名】木村 基
(72)【発明者】
【氏名】御友 重吾
【審査官】大和田 有軌
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２０９５０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／０４１６４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭５５－０６８６８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０９６９４９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－０７５４９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７５４７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２１６６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０７１３３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２２５４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０６９６６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３２９４２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／１０６８１０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－０４８８８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－０３６７７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５４０４３６７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
共通の基板上に配置された複数の面発光レーザが複数の区画に分けられた面発光レーザ装置の駆動方法であって、各前記区画に対して、対応する区画内で発光対象として選択される前記面発光レーザの数と、対応する区画内で発光対象として選択される各前記面発光レーザの発光直前に、対応する区画内の温度センサにより得られたモニタ温度とに基づいて、光出力を矩形化するための補正電流パルスを生成し、生成した前記補正電流パルスを矩形状の基本パルスに重畳することにより、対応する区画内で発光対象として選択される各前記面発光レーザに対して連続して出力する駆動パルスを生成することと、
生成した前記駆動パルスを、対応する区画内で発光対象として選択された各前記面発光レーザに対して出力することと
を含む
面発光レーザ装置の駆動方法。
【請求項2】
前記複数の駆動パルスのパルス間隔は、ｍｓオーダである請求項１に記載の面発光レーザ装置の駆動方法。
【請求項3】
前記モニタ温度は、前記温度センサを、各前記面発光レーザの活性層からの熱時定数が前記パルス間隔よりも短くなる位置に配置して計測される請求項２に記載の面発光レーザ装置の駆動方法。
【請求項4】
共通の基板上に配置された複数の面発光レーザと、前記複数の面発光レーザを駆動する駆動回路と、
前記複数の面発光レーザの発光直前のモニタ温度を計測する複数の温度センサと
を備え、
前記複数の面発光レーザは、複数の区画に分けられ、
前記複数の温度センサは、前記区画ごとに１つずつ設けられ、
前記駆動回路は、各前記区画に対して、対応する区画内で発光対象として選択される前記面発光レーザの数と、対応する区画内で発光対象として選択される各前記面発光レーザの発光直前に、対応する区画内の温度センサにより得られたモニタ温度とに基づいて、光出力を矩形化するための補正電流パルスを生成し、生成した前記補正電流パルスを矩形状の基本パルスに重畳することにより、対応する区画内で発光対象として選択される各前記面発光レーザに対して連続して出力する駆動パルスを生成した後、生成した前記駆動パルスを、対応する区画内で発光対象として選択された各前記面発光レーザに対して出力する
面発光レーザ装置。
【請求項5】
前記複数の駆動パルスのパルス間隔は、ｍｓオーダである請求項４に記載の面発光レーザ装置。
【請求項6】
各前記温度センサは、対応する区画において、各前記面発光レーザの活性層からの熱時定数が前記パルス間隔よりも短くなる位置に配置される請求項５に記載の面発光レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、上面からレーザ光を出射する面発光型の半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」と称する。）を備えた面発光レーザ装置の駆動方法、および面発光レーザを備えた面発光レーザ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、面発光レーザの分野では、同一基板上に複数の面発光レーザを形成したレーザアレイの開発が活発に行われている。このレーザアレイは、例えば、レーザプリンタや、ストラクチャードライトシステムなどの光源として利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－２２６７４６号公報
【文献】特開２０１４－０７５４９２号公報
【発明の概要】
【0004】
ところで、上記レーザアレイの分野では、複数の面発光レーザが同時に発光したときの熱クロストークによって、発光強度が低下してしまうという問題があった。従って、熱クロストークに起因する発光強度の低下を抑制することの可能な面発光レーザ装置の駆動方法および面発光レーザ装置を提供することが望ましい。
【0005】
本技術の一実施の形態に係る面発光レーザ装置の駆動方法は、共通の基板上に配置された複数の面発光レーザが複数の区画に分けられた面発光レーザ装置の駆動方法であって、以下の２つのステップを含んでいる。
（Ａ）各区画に対して、対応する区画内で発光対象として選択される面発光レーザの数と、対応する区画内で発光対象として選択される各面発光レーザの発光直前に、対応する区画内の温度センサにより得られたモニタ温度とに基づいて、光出力を矩形化するための補正電流パルスを生成し、生成した補正電流パルスを矩形状の基本パルスに重畳することにより、対応する区画内で発光対象として選択される各面発光レーザに対して連続して出力する駆動パルスを生成すること
（Ｂ）生成した駆動パルスを、対応する区画内で発光対象として選択された各面発光レーザに対して出力すること
（Ａ）各区画に対して、対応する区画内で発光対象として選択される面発光レーザの数と、対応する区画内で発光対象として選択される各面発光レーザの発光直前に、対応する区画内の温度センサにより得られたモニタ温度とに基づいて、光出力を矩形化するための補正電流パルスを生成し、生成した補正電流パルスを矩形状の基本パルスに重畳することにより、対応する区画内で発光対象として選択される各面発光レーザに対して連続して出力する駆動パルスを生成すること
（Ｂ）生成した駆動パルスを、対応する区画内で発光対象として選択された各面発光レーザに対して出力すること
【0006】
本技術の一実施の形態に係る面発光レーザ装置は、同一基板上に配置された複数の面発光レーザと、複数の面発光レーザを駆動する駆動回路と、複数の面発光レーザの発光直前のモニタ温度を計測する複数の温度センサとを備えている。複数の面発光レーザは、複数の区画に分けられる。複数の温度センサは、区画ごとに１つずつ設けられる。駆動回路は、各区画に対して、対応する区画内で発光対象として選択される面発光レーザの数と、対応する区画内で発光対象として選択される各面発光レーザの発光直前に、対応する区画内の前記温度センサにより得られたモニタ温度とに基づいて、光出力を矩形化するための補正電流パルスを生成し、生成した補正電流パルスを矩形状の基本パルスに重畳することにより、対応する区画内で発光対象として選択される各面発光レーザに対して連続して出力する駆動パルスを生成した後、生成した駆動パルスを、対応する区画内で発光対象として選択された各面発光レーザに対して出力する。
【0007】
本技術の一実施の形態に係る面発光レーザ装置の駆動方法および面発光レーザ装置では、発光対象の面発光レーザの数と、モニタ温度とに基づいて、発光対象として選択される各面発光レーザに対して連続して出力する複数の駆動パルスが生成される。これにより、複数の面発光レーザが同時に発光したときの熱クロストークを考慮した駆動パルスが生成される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本技術の一実施の形態に係る面発光レーザ装置の平面構成例を表す図である。
【図7】（Ａ）全てのエミッタが発光している様子を表す図である。（Ｂ）全てのエミッタが発光しているときの補正係数を表す図である。
【図8】（Ａ）一部のエミッタが発光している様子を表す図である。（Ｂ）一部のエミッタが発光しているときの補正係数を表す図である。
【図9】（Ａ）一部のエミッタが発光している様子を表す図である。（Ｂ）一部のエミッタが発光しているときの補正係数を表す図である。
【図10】熱時定数を用いた補正電流モデルにおけるジャンクション温度のシミュレーション結果を表す図である。
【図21】動作時のジャンクション温度とモニタ温度の一例を表す図である。
【図22】エミッタ数によって変化する係数の一例を表す図である。
【図23】補正電流式を用いたときの光出力波形の一例を表す図である。
【図24】補正電流式を用いたときの光出力波形の一例を表す図である。
【図25】補正電流式を用いたときの補正電流パルスの補正精度の一例を表す図である。
【図26】補正電流式を用いたときの補正電流パルスの補正精度の一例を表す図である。
【図27】温度センサ部上にレーザチップを配置したときの平面構成例を表す図である。
【図29】温度センサ部上にレーザチップを配置したときの平面構成例を表す図である。
【図31】上記実施の形態に係る面発光レーザ装置の平面構成の一変形例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0010】
スマートフォンなどに搭載されるストラクチャードライト（Structured Light）方式の顔認証システムでは、人の顔に向けて照射されるドットプロジェクターの光源として、主に、マルチエミッタタイプの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が採用されている。面発光レーザの動作は、ストラクチャードライトというアプリケーションの性格上、次の特徴を持っている。
・同時発光数 ： Ｎ＝数１０～数１００エミッタ
・光出力 ： Ｐｏ＝数ｍＷ／エミッタ
・パルス幅 ： Ｔｐｗ＝数ｍｓ
・パルス数 ： 数１０回（例えば３０回程度）
・同時発光数 ： Ｎ＝数１０～数１００エミッタ
・光出力 ： Ｐｏ＝数ｍＷ／エミッタ
・パルス幅 ： Ｔｐｗ＝数ｍｓ
・パルス数 ： 数１０回（例えば３０回程度）
【0011】
また、この顔認証システムにおけるセキュリティー対策(誤検知防止策)として、ドット投影パターンを可能な限り増やすこと、且つ、認証の組み合わせをユーザー各様にすることが有効であると言われている。これを実現するために、エミッタ（面発光レーザ）とそれを動作させるレーザドライバには、各エミッタを独立駆動させる機能が求められる。同時に発光するエミッタの数を増やせば、ドット投影の組み合わせを増やすことができる。しかし、それと同時に熱クロストークの問題が発生するので、面内の各エミッタの光出力にはムラが発生する。ここで言う「光出力のムラ」とはエミッタアレイの中央部が暗く、周辺部が明るいと言った面内分布だけでなく、ｍｓのパルス幅の中で発生するドループ現象を含んでいる。ドループ現象とは、初期の光パルスの波高値は大きいが、時間経過とともに光パルスの波高値が低下していく現象を指している。
【0012】
こういった熱による光出力の不安定化は、認証エラーを引き起こすので、動作環境が変わろうが、発光エミッタ―数や照射されるドットパターンが変わろうが、一個一個のエミッタからの光出力は一定であることが望ましい。そこで、本開示では、スマートフォンなどによる顔認証システムの高機能化を目的とした、面発光レーザの安定動作手法を提案する。
【0013】
＜１．実施の形態＞
［構成］
本技術の一実施の形態に係る面発光レーザ装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る面発光レーザ装置１の平面構成例を表したものである。図２は、図１のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。面発光レーザ装置１は、レーザチップ１０と、レーザドライバＩＣ２０とを備えている。本実施の形態では、レーザチップ１０は、レーザドライバＩＣ２０上に配置されている。レーザチップ１０は、例えば、後述のバンプ１５を介して、レーザドライバＩＣ２０と電気的に接続されている。レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０との間には接合層２３が設けられている。接合層２３は、レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０とを互いに固定している。接合層２３は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料によって構成されており、レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０との間の間隙を埋め込むように形成されている。
［構成］
本技術の一実施の形態に係る面発光レーザ装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る面発光レーザ装置１の平面構成例を表したものである。図２は、図１のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。面発光レーザ装置１は、レーザチップ１０と、レーザドライバＩＣ２０とを備えている。本実施の形態では、レーザチップ１０は、レーザドライバＩＣ２０上に配置されている。レーザチップ１０は、例えば、後述のバンプ１５を介して、レーザドライバＩＣ２０と電気的に接続されている。レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０との間には接合層２３が設けられている。接合層２３は、レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０とを互いに固定している。接合層２３は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料によって構成されており、レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０との間の間隙を埋め込むように形成されている。
【0014】
レーザチップ１０は、例えば、基板１４と、基板１４の、レーザドライバＩＣ２０側の面に形成されたエミッタアレイ１１と、基板１４の、レーザドライバＩＣ２０側の面に形成された複数のバンプ１５とを有している。エミッタアレイ１１は、例えば、図１、図２に示したように、同一の基板１４上に配置された複数のエミッタ１２によって構成されている。複数のエミッタ１２は、例えば、基板１４上に行方向に等間隔で配置されるとともに、列方向にも等間隔で配置されている。なお、複数のエミッタ１２は、同一の基板１４上にランダムに配置されていてもよい。各エミッタ１２は、積層方向にレーザ光を出射する面発光型の半導体レーザによって構成されている。本実施の形態では、各エミッタ１２は、基板１４を介して、レーザドライバＩＣ２０とは反対側にレーザ光を出射する。基板１４は、例えば、ｎ型半導体基板を含んで構成されている。
【0015】
各エミッタ１２は、例えば、図３に示したように、コンタクト層１２Ａ、ＤＢＲ層１２Ｂ、スペーサ層１２Ｃ、活性層１２Ｄ、スペーサ層１２Ｅ、電流狭窄層１２ＦおよびＤＢＲ層１２Ｇを、レーザドライバＩＣ２０側から順に積層してなる柱状の垂直共振器構造となっている。なお、図３は、図２に記載のレーザチップ１０のうち、破線で囲まれた箇所の断面構成例を表したものである。本実施の形態では、各エミッタ１２は、例えば、基板１４のｎ型半導体基板を、結晶成長基板として形成されたものである。
【0016】
コンタクト層１２Ａは、例えばｐ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０≦ｘ１＜１）からなる。ＤＢＲ層１２Ｂは、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４（λ１は発振波長）のｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０≦ｘ３＜ｘ２）からなる。スペーサ層１２Ｃは、例えばｐ型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０≦ｘ４＜１）からなる。コンタクト層１２Ａ、ＤＢＲ層１２Ｂおよびスペーサ層１２Ｃには、例えばカーボン（Ｃ）などのｐ型不純物が含まれている。
【0017】
活性層１２Ｄは、例えば、アンドープのＩｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなる井戸層（図示せず）およびアンドープのＩｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜ｘ５）からなる障壁層（図示せず）を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。なお、活性層１２Ｄのうち電流注入領域１２Ｆ－２（後述）との対向領域が発光領域となる。
【0018】
スペーサ層１２Ｅは、例えばｎ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０≦ｘ７＜１）からなる。ＤＢＲ層１２Ｇは、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｎ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｎ型Ａｌx9Ｇａ1-x9Ａｓ（０≦ｘ９＜ｘ８）からなる。ＤＢＲ層１２Ｇは、基板１４に接しており、例えば、基板１４のｎ型半導体基板と電気的に接続されている。スペーサ層１２ＥおよびＤＢＲ層１２Ｇには、例えばケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物が含まれている。
【0019】
電流狭窄層１２Ｆは、電流注入領域１２Ｆ－２の周辺領域に電流狭窄領域１２Ｆ－１を有するものである。電流注入領域１２Ｆ－２は、例えばｐ型Ａｌx10Ｇａ1-x10Ａｓ（０＜ｘ１０≦１）からなる。一方、電流狭窄領域１２Ｆ－１は、例えば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）を含んで構成され、例えば、電流狭窄層１２Ｆに含まれる高濃度のＡｌを、側面から酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層１２Ｆは電流を狭窄する機能を有している。
【0020】
各エミッタ１２は、さらに、例えば、図３に示したように、コンタクト層１２Ａに接する電極層１２Ｈを有している。電極層１２Ｈは、コンタクト層１２Ａと電気的に接続されている。電極層１２Ｈは、バンプ１５にも接しており、バンプ１５を介してレーザドライバＩＣ２０と電気的に接続されている。電極層１２Ｈは、レーザドライバＩＣ２０内のスイッチ素子Ｔｒ１（後述）に接続されている。電極層１２Ｈは、例えば、Ｔｉ層，Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層して構成されたコンタクト層１２Ｈ１と、Ｔｉ層，Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層して構成されたパッド層１２Ｈ２とを、コンタクト層１２Ａ側からこの順に有している。
【0021】
各エミッタ１２は、さらに、例えば、図３に示したように、エミッタ１２を保護する絶縁層１７，１８を有している。絶縁層１７は、エミッタ１２の側面を覆っており、エミッタ１２のうち電極層１２Ｈと対向する部分に開口を有している。絶縁層１７は、後述の接続パッド１６の台座を構成する部分も覆っている。絶縁層１７は、例えば、ＳｉＮによって形成されている。絶縁層１８は、絶縁層１７の表面に接しており、エミッタ１２のうち電極層１２Ｈと対向する部分に開口を有している。絶縁層１８は、後述の接続パッド１６のうち、台座の側面に形成されている部分を覆っている。絶縁層１８は、例えば、ＳｉＮによって形成されている。
【0022】
レーザチップ１０は、例えば、図２、図３に示したように、エミッタアレイ１１の周囲に、接続パッド１６を有している。接続パッド１６は、エミッタ１２内の垂直共振器構造と共通の構造を有する台座部１９の、レーザドライバＩＣ２０側の面上に形成されている。接続パッド１６は、台座部１９の側面から基板１４の表面に渡って延在しており、例えば、基板１４のｎ型半導体基板と電気的に接続されている。つまり、接続パッド１６は、基板１４を介して、各エミッタのＤＢＲ層１２Ｇと電気的に接続されている。接続パッド１６は、バンプ１５にも接しており、バンプ１５を介してレーザドライバＩＣ２０と電気的に接続されている。接続パッド１６は、例えば、レーザドライバＩＣ２０の基準電位と同電位となっている。接続パッド１６は、例えば、Ｔｉ層，Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層して構成されたパッド層１６Ａと、Ａｕ層からなる配線層１６Ｂとを、台座部１９側からこの順に有している。配線層１６Ｂは、基板１４と接する箇所において、例えば、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層およびＡｕ層をこの順に積層して構成された金属層を有していてもよい。
【0023】
レーザドライバＩＣ２０は、レーザチップ１０に設けられた複数のエミッタ１２を独立駆動することにより、複数のエミッタ１２のうちの一部、または全部を発光させる。レーザドライバＩＣ２０は、例えば、複数のエミッタ１２のうち、後述のシステムコントローラ３０によって選択された一部、または全部のエミッタ１２を駆動する。レーザドライバＩＣ２０は、例えば、Ｓｉ基板２１と、Ｓｉ基板２１上に形成された配線層２２と、Ｓｉ基板２１に形成された複数の温度センサ２４とを有している。
【0024】
Ｓｉ基板２１には、レーザチップ１０に設けられた複数のエミッタ１２の発光・消光を行う駆動パルスＰｄを生成する駆動回路と、複数の温度センサ２４とが形成されている。この駆動回路は、配線層２２を介して、レーザチップ１０（各エミッタ１２）と電気的に接続されている。この駆動回路は、さらに、複数の温度センサ２４とも電気的に接続されている。
【0025】
配線層２２は、例えば、絶縁層２２ｂ内に、複数の金属層２２ａと、複数の接続パッド２２ｃと、複数の接続パッド２２ｄとを有している。複数の金属層２２ａは、Ｓｉ基板２１内の駆動回路と、複数の接続パッド２２ｄとを互いに電気的に接続している。複数の金属層２２ａは、さらに、Ｓｉ基板２１内の複数の温度センサ２４と電気的に接続されている。複数の接続パッド２２ｄは、配線層２２のうち、レーザチップ１０と対向する位置に配置されており、レーザチップ１０に設けられた複数のバンプ１５と電気的に接続されている。複数の接続パッド２２ｃは、配線層２２のうち、レーザチップ１０とは非対向の位置に配置されており、例えば、後述のボンディングワイヤ５４と電気的に接続されている。なお、レーザチップ１０とレーザドライバＩＣ２０との電気的な接続態様は、図２の記載に限定されるものではない。
【0026】
各温度センサ２４は、例えば、フォトダイオード、または、ポリシリコン抵抗によって構成されている。各温度センサ２４は、Ｓｉ基板２１のうち、レーザチップ１０と対向する位置に配置されている。各温度センサ２４は、さらに、各エミッタ１２の活性層１２Ｄ（後述）と各温度センサ２４との間の熱時定数τがパルス間隔ｔ１（後述）よりも短くなる位置に配置されている。熱時定数τとは、例えば、各エミッタ１２の活性層１２Ｄと各温度センサ２４との温度差が１／ｅになるのに要する時間を指している。各温度センサ２４は、さらに、熱時定数τがｔ１－ｔ２よりも短くなる位置に配置されている。なお、ｔ２は発光直前に温度センサ２４からモニタ温度Ｔｓｉを読み出す期間ｔ２である。これにより、各温度センサ２４は、各エミッタ１２の発光直前のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）と等しいか、もしくはほぼ等しい温度を計測することができる。
【0027】
図４は、面発光レーザ装置１の回路構成例を表したものである。面発光レーザ装置１において、レーザチップ１０は、例えば、複数のエミッタ１２と、エミッタ１２ごとに１つずつ設けられた複数のスイッチ素子Ｔｒ１とを有している。各スイッチ素子Ｔｒ１は、対応するエミッタ１２に直列に接続されている。各スイッチ素子Ｔｒ１において、ゲートにはＤＡＣ２１ｄ（後述）が接続され、ソースにはエミッタ１２が接続され、ドレインには２値（ＶＤＤ，ＶＳＳ）の電圧が印加される電圧線ＳＲＣが接続されている。ＶＤＤはエミッタ１２に駆動電流を供給するのに必要な大きさの電圧値となっている。ＶＳＳはスイッチ素子Ｔｒ１をオフに保つのに必要な大きさの電圧値となっている。各スイッチ素子Ｔｒ１は、ＤＡＣ２１ｄ（後述）からゲートに入力される駆動電流Ｐｄと、電源線ＳＲＣからドレインに入力される電圧とによってオンオフし、それによって、対応するエミッタ１２に流れる電流を制御する。
【0028】
面発光レーザ装置１において、レーザドライバＩＣ２０は、例えば、補正計算部２１ａ、補正係数記憶部２１ｂ、タイミング生成部２１ｃ、ＤＡＣ２１ｄおよびＡＤＣ２１ｅを、上述の駆動回路として有している。
【0029】
補正計算部２１ａは、発光対象として選択されるエミッタ１２の数Ｎと、発光対象として選択される各エミッタ１２の発光直前のモニタ温度Ｔｓｉとに基づいて、発光後にモニタ温度Ｔｓｉとジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）とが一致するのに必要な時間以上のパルス間隔ｔ１で、発光対象として選択される各エミッタ１２に対して連続して出力する複数の駆動パルスＰｃを生成する。具体的には、補正計算部２１ａは、後述の式に基づいて、補正電流パルスを生成し、生成した補正電流パルスを、パルス生成部４０で生成された矩形状の基本電流パルスＰａに重畳することにより、駆動パルスＰｃを生成する。補正計算部２１ａは、補正係数記憶部２１ｂから入力される各種補正係数の値を用いて補正電流パルスを生成する。補正計算部２１ａは、各温度センサ２４から入力されるモニタ温度Ｔｓｉを用いて補正電流パルスを生成する。つまり、モニタ温度Ｔｓｉは、各温度センサ２４によって計測される。補正計算部２１ａは、生成した複数の駆動パルスＰｃを、パルス間隔ｔ１で、ＤＡＣ２１ｄを介して、発光対象として選択された各エミッタ１２に対して出力する。補正計算部２１ａは、生成した複数の駆動パルスＰｃを、パルス間隔ｔ１で、アナログの駆動パルスＰｄに変換した上で、発光対象として選択された各エミッタ１２に対して出力する。パルス間隔ｔ１は、１ｍｓ以上９９９ｍｓ以下の範囲内の値（つまり、ｍｓオーダの値）であり、例えば、数十μｍである。
【0030】
補正係数記憶部２１ｂは、後述の式に用いられる各種補正係数を記憶している。補正係数記憶部２１ｂは、システムコントローラ３０から、発光させるエミッタ１２の数Ｎが入力されると、その数Ｎに対応する値の各種補正係数を補正計算部２１ａに出力する。
【0031】
タイミング生成部２１ｃは、温度センサ２４で計測されたモニタ温度Ｔｓｉを読み出すタイミングや、電源線ＳＲＣに２値（ＶＤＤ，ＶＳＳ）の電圧を印加する電圧源における電圧切り換えタイミングを制御する。タイミング生成部２１ｃは、例えば、ＡＤＣ２１ｅに対して発光直前に制御パルスＰｂを出力し、それにより、発光直前のデジタルのモニタ温度Ｔｓｉを補正計算部２１ａに出力させる。
【0032】
ＤＡＣ２１ｄは、補正計算部２１ａで得られたデジタルの駆動パルスＰｃをアナログの駆動パルスＰｄに変換する。ＤＡＣ２１ｄは、変換により得られたアナログの駆動パルスＰｄを各スイッチ素子Ｔｒ１のゲートに出力する。ＤＡＣ２１ｄは、共通の電源線ＳＲＣが接続されている各スイッチ素子Ｔｒ１のゲートに対しては、スイッチ素子Ｔｒ１ごとに生成した駆動パルスＰｄを出力する。
【0033】
ＡＤＣ２１ｅは、温度センサ２４で計測されたアナログのモニタ温度Ｔｓｉをデジタルのモニタ温度Ｔｓｉに変換する。ＡＤＣ２１ｅは、タイミング生成部２１ｃから入力される制御パルスＰｂに基づいて、モニタ温度Ｔｓｉを補正計算部２１ａに出力する。ＡＤＣ２１ｅは、タイミング生成部２１ｃから入力される制御パルスＰｂに基づいて、発光直前のアナログのモニタ温度Ｔｓｉをデジタルのモニタ温度Ｔｓｉに変換し、補正計算部２１ａに出力する。
【0034】
図５は、レーザドライバＩＣ２０をプリント配線基板５０上に実装したときの平面構成例を表したものである。面発光レーザ装置１において、プリント配線基板５０には、例えば、レーザドライバＩＣ２０の他に、システムコントローラ３０やパルス生成部４０が設けられている。図６は、図５のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。レーザドライバＩＣ２０とプリント配線基板５０との間には接合層５３が設けられている。接合層５３は、レーザドライバＩＣ２０とプリント配線基板５０とを互いに固定している。接合層５３は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料によって構成されている。
【0035】
レーザドライバＩＣ２０とプリント配線基板５０とは、ボンディングワイヤ５４によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ５４の一端が、レーザドライバＩＣ２０の接続パッド２２ｃに対して半田２５によって固定されており、ボンディングワイヤ５４の他端が、プリント配線基板５０の接続パッド５１に対して半田５２によって固定されている。
【0036】
図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）は、エミッタアレイ１１を構成する複数のエミッタ１２が９つの区画に分けられ、さらに、その区画ごとに１つずつ温度センサ２４が設けられている様子を表したものである。図７（Ａ）には、全てのエミッタ１２が発光している様子が例示されている。図８（Ａ）、図９（Ａ）には、一部のエミッタ１２だけが発光している様子が例示されている。図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）は、図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）の区画ごとに補正係数Ｃｋが割り当てられている様子を表したものである。補正係数Ｃｋは、上述の駆動パルスＰｃを生成する際に用いられる。補正係数Ｃｋは、例えば、区画ごとに（つまり位置に応じて）異なった値となっており、さらに、区画内で発光しているエミッタ１２の数に応じて異なった値となっている。従って、補正係数Ｃｋは、区画（位置）と、区画内で発光しているエミッタ１２の数とを変数とする関数で表される。
【0037】
（電流補正アルゴリズム）
次に、レーザドライバＩＣ２０における電流補正アルゴリズムについて説明する。まず、ジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）について説明し、その後、比較例として、熱時定数を用いた補正電流モデル（理想的な補正電流モデル）と、本実施の形態に係る補正電流モデル（簡易な補正電流モデル）とを説明する。
次に、レーザドライバＩＣ２０における電流補正アルゴリズムについて説明する。まず、ジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）について説明し、その後、比較例として、熱時定数を用いた補正電流モデル（理想的な補正電流モデル）と、本実施の形態に係る補正電流モデル（簡易な補正電流モデル）とを説明する。
【0038】
図１０は、ジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）のシミュレーション結果を表したものである。図１０には、全８００エミッタ（２０×４０、２０μｍピッチ）のうち、４００エミッタをおおよそ等間隔に選出し、選出した４００エミッタに対して、パルス幅４ｍｓ、デューティ比３０％の６ｍＡの電流パルスを印加したときのジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）の経時変化が例示されている。
【0039】
図１０に示したジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）の変化は、熱時定数を用いて表すことが可能である。例えば、図１１に示したような複数の熱時定数を用いることにより、図１０に示したジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）の変化を記述することができる。
【0040】
光出力は、エミッタに流す電流と、ジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）とによって一義的に決定される。例えば、図１１に示した各熱時定数を用いた電流補正アルゴリズムにおいて、全８００エミッタのうち、４００エミッタに対して、パルス幅４ｍｓ、デューティ比３０％の６ｍＡの電流パルス（基本電流パルス）を印加したときの光出力Ｐｏ（ｔ）の経時変化は、例えば、図１２に表される。
【0041】
光出力を矩形化するためには、光出力の不足分を補うだけの補正電流パルスを基本電流パルスに重畳する必要がある。エミッタの構造（エピ構造やＯＡ径）にもよるが、熱負荷が小さく単独発光する状態の場合には、６ｍＡの電流パルスを印加したときには、光出力が４ｍＷ出力となる。従って、マルチ発光時に必要な補正電流パルスは、４ｍＷ－Ｐｏ（ｔ）／ＳＥＯ（ｔ）で表される。ここで、ＳＥＯ（ｔ）は、補正電流パルスがないときのエミッタの時刻ｔにおけるスロープ効率である。これを計算した結果が、図１３となる。
【0042】
図１３のような補正電流パルスを基本電流パルスに重畳したものをエミッタに印加すると、補正電流パルスによって、例えば、図１４に示したように、ジャンクション温度Ｔｊ（活性層温度）がさらに上昇してしまう。このときの光出力は、図１５に矢印（ａ）で示したように、まだ、矩形化していない。そのため、さらに、追加の補正電流が必要となる。しかし、何度か補正電流を追加していくと、図１５に矢印（ｂ）で示したように、光出力が矩形化する。このときの補正電流パルスは、例えば、図１６に示したようになる。
【0043】
このようにして、光出力を矩形化するための補正電流パルス（以下、「理想的な補正電流パルス」と称する。）が求められる。しかし、理想的な補正電流パルスを得るためには、膨大な計算が必要となるので、レーザドライバＩＣ２０に、そのような計算を行う回路を設けることは難しい。そのため、理想的な補正電流パルスを導出する過程を単純化することが必要となる。そこで、以下に、理想的な補正電流パルスを導出する過程を単純化する手法について説明する。
【0044】
図１７、図１８は、全８００エミッタ（２０×４０、２０μｍピッチ）のうち、２００エミッタをおおよそ等間隔に選出し、選出した２００エミッタに対して、パルス幅４ｍｓ、デューティ比３０％の６ｍＡの電流パルスを印加したときの、理想的な補正電流パルスの第１波目、第３０波目の波形を示したものである。図１９、図２０は、全８００エミッタ（２０×４０、２０μｍピッチ）のうち、４００エミッタをおおよそ等間隔に選出し、選出した４００エミッタに対して、パルス幅４ｍｓ、デューティ比３０％の６ｍＡの電流パルスを印加したときの、理想的な補正電流パルスの第１波目、第３０波目の波形を示したものである。
【0045】
これらの波形は、定性的には、以下のことが言える。
１．熱時定数モデルで説明した熱時定数に近い“１－ｅｘｐ”で波形が変化している。
２．発光直後の時定数の小さな補正電流は、２００エミッタと４００エミッタとで大きな違いはない。
これは、発光初期において、周辺での発光により発生した熱がまだ伝わっていないことを意味する。
３．エミッタ数を変えたときに、主に変化するのは、時定数の大きな補正電流成分である。
４．第１波目から第３０波目への変化においては、全ての時定数成分が大きくなっている。
これは、活性層温度の上昇によってより多くの補正電流が必要なことを表す。
１．熱時定数モデルで説明した熱時定数に近い“１－ｅｘｐ”で波形が変化している。
２．発光直後の時定数の小さな補正電流は、２００エミッタと４００エミッタとで大きな違いはない。
これは、発光初期において、周辺での発光により発生した熱がまだ伝わっていないことを意味する。
３．エミッタ数を変えたときに、主に変化するのは、時定数の大きな補正電流成分である。
４．第１波目から第３０波目への変化においては、全ての時定数成分が大きくなっている。
これは、活性層温度の上昇によってより多くの補正電流が必要なことを表す。
【0046】
以上のことから、補正電流モデルは、次のように表すことができる。
ＴＡｋ：ｋ番目の電流補正時定数
Ｎ：発光エミッタ数
Ｃｋ（Ｎ）：発光エミッタ数によって補正量を変える係数
Ｔｊ：発光直前のジャンクション温度（活性層温度）
Ｆｋ（Ｔｊ）：Ｔｊによって補正量を変える係数
【数1】
Ｎ：発光エミッタ数
Ｃｋ（Ｎ）：発光エミッタ数によって補正量を変える係数
Ｔｊ：発光直前のジャンクション温度（活性層温度）
Ｆｋ（Ｔｊ）：Ｔｊによって補正量を変える係数
【0047】
上の式から分かるように補正電流は発光エミッタ―数、ジャンクション温度Ｔｊ（活性層温度）によって、その初期値が決まり、熱上昇の式と同様に、“１－ｅｘｐ（－ｔ／ＴＡｋ）”に従って補正電流が上昇する。
【0048】
ところで、本実施の形態では、温度センサ２４は、レーザドライバＩＣ２０の表層に設置されており、各エミッタ１２から温度センサ２４への熱伝達時間（熱時定数）は、パルスオフ期間（パルス間隔ｔ１）よりも小さい。従って、パルスオフの時間（パルス間隔ｔ１）が数ｍｓ経過することで、例えば、図２１に示したように、ジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）は、モニタ温度Ｔｓｉにまで低下する。また、８０ｍｓの熱時定数の包絡線に従って緩やかにジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）の最小値が増加していく様子がわかるが、この変化はひとつのパルスに対しては静的であるため、８０ｍｓの熱時定数に従う光量変化を、補正電流式内で扱う必要はない（図１１参照）。
【0049】
筐体内温度変化についても同様に、パルス動作に対して静的であるため補正電流式に含める必要はない。結局温度に関しては、そのときの筐体内温度に関わらず、発光直前のモニタ温度Ｔｓｉが判っていれば良いということになるので、補正電流式は次の様に書き換えられる。
【数2】
【0050】
補正電流式の時定数は、熱時定数と同じか、それに近い数値になるものと考えられる。しかし、これらの時定数成分を細かく細分化するのは煩雑である。そこで、動作上考慮すべき最小の時定数をμsオーダと見なす。よって、以下で導く補正電流係数や時定数に関しては、ｋ＝１，２，３までしか扱わない。
【0051】
次に、補正電流式の係数の決定について説明する。できるだけシンプルな構成にするためにいくつかの前提をおく必要がある。まず、モニタ温度Ｔｓｉがユースケースで想定される最大温度において、以下の式のような前提をおく。そうすることで、Ｃ（Ｎ）（アクティブエミッタ―数によって変化する係数）は、熱飽和に到達した後の（ここでは第３０波目以降と定義）、各時定数に対する補正電流量と言える。各Ｎに対して、補正電流式から導き出される数値と、上の手法で求めた理想電流波形が一致するようにパラメータを調整すると、図２２の数値が得られる。
【数3】
【0052】
上で述べたようにＦ（Ｔｓｉ）を１に固定すると、何発目かのパルスによらず補正電流が一定になるので、熱飽和状態でのみ（後半のパルスでのみ）、矩形光波形が得られる。ジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）が低いパルス前半部分では過補正になってしまう（図２３参照）。この問題に対し、パルス入力開始から熱飽和するまでの間の光波形を補正するのがＦ（Ｔｓｉ）関数であり、理想補正電流に近づけるためのＦ（Ｔｓｉ）関数は近似的に２次関数で表せる。動作中の最大温度(ここではＴｓｉ＝７５℃)で、すべての時定数(ｋ＝１，２，３)に対応するＦｋ（Ｔｓｉ）は１を通る放物線になっている。また、ある温度以下になるとドループは発生しなくなり、Ｆｋ（Ｔｓｉ）は一定値になる。ここまでの議論をまとめると、補正電流式およびそれを構成する係数は以下のように一般化することができる。以下の式において、Ｆｋ（Ｔｓｉ）を調整することで、例えば、図２４に示したような矩形光波形が得られる。
【数4】
【数5】
【0053】
［駆動方法］
このような構成の面発光レーザ装置１では、レーザドライバ１Ｃ２０は、例えば、図８、または、図９に記載の発光プロファイルとなるよう、エミッタアレイ１１に含まれる一部のエミッタ１２を同時に駆動する。
このような構成の面発光レーザ装置１では、レーザドライバ１Ｃ２０は、例えば、図８、または、図９に記載の発光プロファイルとなるよう、エミッタアレイ１１に含まれる一部のエミッタ１２を同時に駆動する。
【0054】
このとき、レーザドライバ１Ｃ２０は、発光対象として選択されるエミッタ１２の数Ｎと、発光対象として選択される各エミッタ１２の発光直前のモニタ温度Ｔｓｉとに基づいて、発光後にモニタ温度Ｔｓｉとジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）とが一致するのに必要な時間以上のパルス間隔ｔ１で、発光対象として選択される各エミッタ１２に対して連続して出力する複数の駆動パルスＰｃを生成する。具体的には、レーザドライバ１Ｃ２０は、２つ前の段落に記載の式に基づいて、補正電流パルスを生成し、生成した補正電流パルスを、パルス生成部４０で生成された矩形状の基本パルスＰａに重畳することにより、駆動パルスＰｃを生成する。レーザドライバ１Ｃ２０は、生成した複数の駆動パルスＰｃを、ＤＡＣ２１ｄを介して、パルス間隔ｔ１で、発光対象として選択される各エミッタ１２に対して出力する。レーザドライバ１Ｃ２０は、生成した複数の駆動パルスＰｃを、アナログの複数の駆動パルスＰｄに変換した上で、パルス間隔ｔ１で、発光対象として選択される各エミッタ１２に対して出力する。
【0055】
［効果］
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ装置１の効果について説明する。
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ装置１の効果について説明する。
【0056】
同一基板上に複数の面発光レーザを形成したレーザアレイの分野では、複数の面発光レーザが同時に発光したときの熱クロストークによって、発光強度が低下してしまうという問題があった。
【0057】
一方、本実施の形態では、発光対象のエミッタ１２の数Ｎと、モニタ温度Ｔｓｉとに基づいて、発光対象として選択される各エミッタ１２に対して連続して出力する複数の駆動パルスＰｄが生成される。これにより、複数のエミッタ１２が同時に発光したときの熱クロストークを考慮した複数の駆動パルスＰｄが生成される。ここで、複数の駆動パルスＰｄは、発光後にモニタ温度Ｔｓｉとエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）とが一致するのに必要な時間以上のパルス間隔ｔ１で、発光対象として選択された各エミッタ１２に対して出力される。これにより、駆動パルスＰｄを生成する際に、１つ前の駆動パルスＰｄに起因する熱履歴を考慮する必要がない。また、例えば、各エミッタ１２の活性層１２Ｄからの熱時定数τがパルス間隔ｔ１よりも短くなる位置に配置された温度センサ２４によってモニタ温度Ｔｓｉを計測することで、実質的にエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）を計測することができる。従って、正確にエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）を計測することができる。その結果、熱クロストークに起因する発光強度の低下を抑制することができる。
【0058】
このように、各エミッタ１２から出射されたレーザ光では、熱による光出力の不安定性が抑えられている。従って、例えば、各エミッタ１２から出射されたレーザ光を、人の顔で反射させ、人の顔で反射された光をＣＭＯＳイメージセンサで検出することで、認証エラーの少ない安定した顔認証を行うことができる。
【0059】
また、本実施の形態において、パルス間隔ｔ１は、ｍｓオーダである。これにより、駆動パルスＰｄを生成する際に、１つ前の駆動パルスＰｄに起因する熱履歴を考慮する必要がない。また、例えば、各エミッタ１２の活性層１２Ｄからの熱時定数τがパルス間隔ｔ１よりも短くなる位置に配置された温度センサ２４によってモニタ温度Ｔｓｉを計測することで、実質的にエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）を計測することができる。これにより、正確にエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）を計測することができる。従って、認証エラーの少ない安定した顔認証を行うことができる。
【0060】
また、本実施の形態において、モニタ温度Ｔｓｉは、各エミッタ１２の活性層１２Ｄからの熱時定数τがパルス間隔ｔ１よりも短くなる位置に配置された温度センサ２４によって計測される。これにより、実質的にエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）を計測することができる。その結果、正確にエミッタ１２のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）を計測することができる。従って、認証エラーの少ない安定した顔認証を行うことができる。
【0061】
また、本実施の形態では、上で示した補正電流モデルがレーザドライバＩＣ２０に実装されているので、さまざまモニタ温度Ｔｓｉ、さまざまな発光エミッタ―数で正しく駆動パルスＰｄが出力される。例えば、図２５は、レーザドライバＩＣ２０のバックサイド温度Ｔｂｓを－１０℃～４０℃まで変え、且つそれぞれの温度条件に対して、発光エミッタ―数を２００、３００、４００と変えた時の光波形の補正精度を表している。横軸は一つのパルス（Ｐｗ=４ｍｓ/Ｄｕｔｙ３０％）に注目した時の時間を示しており、縦軸は、理想的な光出力４ｍＷに対する誤差を示している。この図が示すとおり、モニタ温度Ｔｓｉがどんなに変わろうと、また発光エミッタ―数が変わろうと、補正電流精度は２％程度に抑えられていることがわかる。また、図２６は、同様の評価を周辺部のエミッタ１２に対して行った結果である。微調整したのはＣｋ（Ｎ）のパラメータだけであるが、同様に補正精度は２％程度に抑えられている。従って、どのような温度環境下であろうと、どのような発光エミッタ―数が設定されようと、認証エラーの少ない安定した顔認証を行うことができる。
【0062】
＜２．変形例＞
次に、上記実施の形態に係る面発光レーザ装置１の変形例について説明する。
次に、上記実施の形態に係る面発光レーザ装置１の変形例について説明する。
【0063】
[変形例Ａ]
図２７は、温度センサ部６０上にレーザチップ１０を配置したときの平面構成例を表したものである。図２８は、図２７のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。上記実施の形態に係る面発光レーザ装置１において、例えば、図２７、図２８に示したように、レーザドライバＩＣ２０の代わりに、温度センサ部６０上にレーザチップ１０が配置されていてもよい。このとき、レーザドライバＩＣ２０は、プリント配線基板５０の表面のうち、レーザチップ１０とは非対向の位置に実装されている。温度センサ部６０は、例えば、Ｓｉ基板６１と、Ｓｉ基板６１上に設けられた配線層６２とを有している。Ｓｉ基板６１には、複数の温度センサ２４が形成されている。配線層６２は、上記実施の形態に係る配線層２２と同様の構成を有している。
図２７は、温度センサ部６０上にレーザチップ１０を配置したときの平面構成例を表したものである。図２８は、図２７のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。上記実施の形態に係る面発光レーザ装置１において、例えば、図２７、図２８に示したように、レーザドライバＩＣ２０の代わりに、温度センサ部６０上にレーザチップ１０が配置されていてもよい。このとき、レーザドライバＩＣ２０は、プリント配線基板５０の表面のうち、レーザチップ１０とは非対向の位置に実装されている。温度センサ部６０は、例えば、Ｓｉ基板６１と、Ｓｉ基板６１上に設けられた配線層６２とを有している。Ｓｉ基板６１には、複数の温度センサ２４が形成されている。配線層６２は、上記実施の形態に係る配線層２２と同様の構成を有している。
【0064】
各温度センサ２４は、Ｓｉ基板６１のうち、レーザチップ１０と対向する位置に配置されている。各温度センサ２４は、さらに、各エミッタ１２の活性層１２Ｄと各温度センサ２４との間の熱時定数τがパルス間隔ｔ１よりも短くなる位置に配置されている。各温度センサ２４は、さらに、熱時定数τがｔ１－ｔ２よりも短くなる位置に配置されている。従って、本変形例に係る面発光レーザ装置１では、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【0065】
[変形例Ｂ]
図２９は、温度センサ部７０上にレーザチップ１０を配置したときの平面構成例を表したものである。図３０は、図２９のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。上記実施の形態に係る面発光レーザ装置１において、例えば、図２９、図３０に示したように、レーザドライバＩＣ２０の代わりに、温度センサ部７０上にレーザチップ１０が配置されていてもよい。このとき、レーザドライバＩＣ２０は、プリント配線基板５０の表面のうち、レーザチップ１０とは非対向の位置に実装されている。温度センサ部７０は、例えば、ヒートシンク７１（構造物）と、ヒートシンク７１上に設けられた配線層７２とを有している。配線層７２には、複数の温度センサ２４が形成されている。各温度センサ２４は、例えば、サーミスタなどの温度デバイスによって構成されている。
図２９は、温度センサ部７０上にレーザチップ１０を配置したときの平面構成例を表したものである。図３０は、図２９のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。上記実施の形態に係る面発光レーザ装置１において、例えば、図２９、図３０に示したように、レーザドライバＩＣ２０の代わりに、温度センサ部７０上にレーザチップ１０が配置されていてもよい。このとき、レーザドライバＩＣ２０は、プリント配線基板５０の表面のうち、レーザチップ１０とは非対向の位置に実装されている。温度センサ部７０は、例えば、ヒートシンク７１（構造物）と、ヒートシンク７１上に設けられた配線層７２とを有している。配線層７２には、複数の温度センサ２４が形成されている。各温度センサ２４は、例えば、サーミスタなどの温度デバイスによって構成されている。
【0066】
各温度センサ２４は、配線層７２のうち、レーザチップ１０と対向する位置に配置されている。各温度センサ２４は、さらに、各エミッタ１２の活性層１２Ｄと各温度センサ２４との間の熱時定数τがパルス間隔ｔ１よりも短くなる位置に配置されている。各温度センサ２４は、さらに、熱時定数τがｔ１－ｔ２よりも短くなる位置に配置されている。従って、本変形例に係る面発光レーザ装置１では、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【0067】
【0068】
第１の実施の形態では、エミッタアレイ１１は、基板１４の、プリント配線基板５０側の面に形成されていた。しかし、例えば、図３２に示したように、エミッタアレイ１１は、基板１４の、プリント配線基板５０とは反対側の面に形成されていてもよい。このとき、レーザチップ１０は、プリント配線基板５０上に実装されていてもよい。このとき、レーザチップ１０は、例えば、図３２に示したように、接合層５５によってプリント配線基板５０に固定されている。接合層５５は、例えば、導電性の半田によって構成されている。この場合、基板１４のｎ型半導体基板は、例えば、プリント配線基板５０を介して、レーザドライバＩＣ２０の基準電位と同電位となっている。
【0069】
本変形例では、各エミッタ１２は、例えば、図３３に示したように、コンタクト層１２Ａ、ＤＢＲ層１２Ｂ、スペーサ層１２Ｃ、活性層１２Ｄ、スペーサ層１２Ｅ、電流狭窄層１２Ｆ、ＤＢＲ層１２Ｇおよびコンタクト層１２Ｊをこの順に積層してなる柱状の垂直共振器構造となっている。本変形例では、各エミッタ１２は、例えば、別途用意した半導体基板上での結晶成長により上記垂直共振器構造を形成したものから半導体基板を除去したものである。コンタクト層１２Ａは、例えば、基板１４のｎ型半導体基板と電気的に接続されている。
【0070】
各エミッタ１２は、さらに、例えば、図３３に示したように、コンタクト層１２Ｊの上面に環状の電極層１２Ｋを有している。各エミッタ１２は、コンタクト層１２Ｊの上面のうち、電極層１２Ｋの開口内に露出している箇所から、レーザ光を出射する。電極層１２Ｋは、例えば、Ｔｉ層，Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層して構成されたものであり、コンタクト層１２Ｊと電気的に接続されている。電極層１２Ｋは、例えば、金属配線を介して、接続パッド２６に接続されている。接続パッド２６、および接続パッド２６に接続された金属配線は、基板１４の、プリント配線基板５０とは反対側の面に形成されており、基板１４のｎ型半導体基板とは絶縁分離されている。接続パッド２６は、例えば、ボンディングワイヤ２７に接続されている。ボンディングワイヤ２７の一端は、接続パッド２６に接続されており、ボンディングワイヤ２７の他端は、レーザドライバＩＣ２０に設けられた接続パッド２２Ｃに接続されている。電極層１２Ｋは、レーザドライバＩＣ２０内のスイッチ素子Ｔｒ１に接続されている。
【0071】
本変形例では、１または複数の温度センサ２４がレーザチップ１０に設けられている。１または複数の温度センサ２４は、例えば、フォトダイオード、または、ポリシリコン抵抗によって構成されている。１または複数の温度センサ２４は、例えば、基板１４の、プリント配線基板５０とは反対側の面に形成されている。１または複数の温度センサ２４は、例えば、基板１４の、プリント配線基板５０とは反対側の面のうち、エミッタアレイ１１の周囲に配置されている。なお、１または複数の温度センサ２４は、基板１４の、プリント配線基板５０とは反対側の面のうち、エミッタアレイ１１の内部に配置されていてもよい。１または複数の温度センサ２４は、例えば、金属配線を介して、接続パッド２６に接続されている。
【0072】
１または複数の温度センサ２４は、各エミッタ１２の活性層１２Ｄと温度センサ２４との間の熱時定数τがパルス間隔ｔ１よりも短くなる位置に配置されている。熱時定数τとは、例えば、各エミッタ１２の活性層１２Ｄと１または複数の温度センサ２４との温度差が１／ｅになるのに要する時間を指している。１または複数の温度センサ２４は、さらに、熱時定数τがｔ１－ｔ２よりも短くなる位置に配置されている。なお、ｔ２は発光直前に温度センサ２４からモニタ温度Ｔｓｉを読み出す期間ｔ２である。これにより、１または複数の温度センサ２４は、各エミッタ１２の発光直前のジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）（活性層温度）と等しいか、もしくはほぼ等しい温度を計測することができる。
【0073】
本変形例では、エミッタアレイ１１の配置変更に伴って、エミッタアレイ１１と温度センサ２４との位置関係が、熱時定数τの観点で上記の実施の形態と同様の位置関係になるように、温度センサ２４の配置が変更されている。また、本変形例では、各エミッタ１２を独立駆動させることができるように、各エミッタ１２の構成や、各エミッタ１２とレーザドライバＩＣ２０との接続態様が変更されている。従って、本変形例では、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。
【0074】
[変形例Ｄ]
上記実施の形態およびその変形例に係る面発光レーザ装置１では、エミッタアレイ１１を構成する複数のエミッタ１２が９つの区画に分けられていたが、複数のエミッタ１２を区画する数は、９つに限定されるものではない。また、上記実施の形態およびその変形例に係る面発光レーザ装置１では、区画ごとに１つずつ温度センサ２４が設けられていたが、温度センサ２４が面発光レーザ装置１に対して１つだけ設けられていてもよい。この場合、レーザドライバＩＣ２０、温度センサ部６０および温度センサ部７０のうち、エミッタアレイ１１と対向する箇所の温度が、電流補正において無視できるほどに均一になっていることが好ましい。
上記実施の形態およびその変形例に係る面発光レーザ装置１では、エミッタアレイ１１を構成する複数のエミッタ１２が９つの区画に分けられていたが、複数のエミッタ１２を区画する数は、９つに限定されるものではない。また、上記実施の形態およびその変形例に係る面発光レーザ装置１では、区画ごとに１つずつ温度センサ２４が設けられていたが、温度センサ２４が面発光レーザ装置１に対して１つだけ設けられていてもよい。この場合、レーザドライバＩＣ２０、温度センサ部６０および温度センサ部７０のうち、エミッタアレイ１１と対向する箇所の温度が、電流補正において無視できるほどに均一になっていることが好ましい。
【0075】
以上、実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本技術が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
【0076】
また、例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
同一基板上に配置された複数の面発光レーザのうち、発光対象として選択される前記面発光レーザの数と、発光対象として選択される各前記面発光レーザの発光直前のモニタ温度とに基づいて、発光対象として選択される各前記面発光レーザに対して連続して出力する複数の駆動パルスを生成することと、
生成した複数の前記駆動パルスを、発光対象として選択された各前記面発光レーザに対して出力することと
を含む
面発光レーザの駆動方法。
（２）
前記複数の駆動パルスのパルス間隔は、ｍｓオーダである
（１）に記載の面発光レーザの駆動方法。
（３）
前記モニタ温度は、各前記面発光レーザの活性層からの熱時定数が前記パルス間隔よりも短くなる位置に配置された温度センサによって計測される
（１）または（２）に記載の面発光レーザの駆動方法。
（４）
同一基板上に配置された複数の面発光レーザと、
前記複数の面発光レーザを駆動する駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、前記複数の面発光レーザのうち、発光対象として選択される前記面発光レーザの数と、発光対象として選択される各前記面発光レーザの発光直前のモニタ温度とに基づいて、発光対象として選択される各前記面発光レーザに対して連続して出力する複数の駆動パルスを生成した後、生成した複数の前記駆動パルスを、発光対象として選択された各前記面発光レーザに対して出力する
面発光レーザ装置。
（５）
前記複数の駆動パルスのパルス間隔は、ｍｓオーダである
（４）に記載の面発光レーザ装置。
（６）
各前記面発光レーザの活性層からの熱時定数が前記パルス間隔よりも短くなる位置に配置され、前記モニタ温度を計測する温度センサを更に備えた
（４）または（５）に記載の面発光レーザ装置。
（１）
同一基板上に配置された複数の面発光レーザのうち、発光対象として選択される前記面発光レーザの数と、発光対象として選択される各前記面発光レーザの発光直前のモニタ温度とに基づいて、発光対象として選択される各前記面発光レーザに対して連続して出力する複数の駆動パルスを生成することと、
生成した複数の前記駆動パルスを、発光対象として選択された各前記面発光レーザに対して出力することと
を含む
面発光レーザの駆動方法。
（２）
前記複数の駆動パルスのパルス間隔は、ｍｓオーダである
（１）に記載の面発光レーザの駆動方法。
（３）
前記モニタ温度は、各前記面発光レーザの活性層からの熱時定数が前記パルス間隔よりも短くなる位置に配置された温度センサによって計測される
（１）または（２）に記載の面発光レーザの駆動方法。
（４）
同一基板上に配置された複数の面発光レーザと、
前記複数の面発光レーザを駆動する駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、前記複数の面発光レーザのうち、発光対象として選択される前記面発光レーザの数と、発光対象として選択される各前記面発光レーザの発光直前のモニタ温度とに基づいて、発光対象として選択される各前記面発光レーザに対して連続して出力する複数の駆動パルスを生成した後、生成した複数の前記駆動パルスを、発光対象として選択された各前記面発光レーザに対して出力する
面発光レーザ装置。
（５）
前記複数の駆動パルスのパルス間隔は、ｍｓオーダである
（４）に記載の面発光レーザ装置。
（６）
各前記面発光レーザの活性層からの熱時定数が前記パルス間隔よりも短くなる位置に配置され、前記モニタ温度を計測する温度センサを更に備えた
（４）または（５）に記載の面発光レーザ装置。
【0077】
本技術の一実施の形態に係る面発光レーザの駆動方法および面発光レーザ装置によれば、発光対象の面発光レーザの数と、モニタ温度とに基づいて、発光対象として選択される各面発光レーザに対して連続して出力する複数の駆動パルスを生成するようにしたので、熱クロストークに起因する発光強度の低下を抑制することができる。なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【0078】
本出願は、日本国特許庁において２０１８年１１月１６日に出願された日本特許出願番号第２０１８－２１５３８２号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
【0079】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】