(57)【要約】      （修正有）【課題】配線基板上に搭載される基材の表面に発光素子アレイと回路素子とを配置した構成において、発光素子アレイと回路素子との並び方向に沿って発光素子アレイと対向する位置にのみ発光素子アレイの上面電極と基材の貫通部材とに接続される導電パターンが配置された構成と比較し、発光素子アレイと、基材が搭載される配線基板との間のインダクタンスを低減しやすい構成の発光装置、光学装置および情報処理装置を提供すること。【解決手段】配線基板上に搭載される基材３１と、基材３１の上に設けられた発光素子アレイ１１と、発光素子アレイ１１と接続され、発光素子アレイの側面に沿って基材の表面に設けられた、発光素子アレイと対向する領域である対向領域ＯＡと、対向領域を越えて延長された延長領域ＥＡとを有する第１の導電パターン４２−１および４２−２と、対向領域と延長領域とに接続され、基材の裏面側に貫通する複数の貫通部材Ｖと、を備える。【選択図】図４
2020126980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に搭載される基材と、
前記基材の上に設けられた発光素子アレイと、
前記発光素子アレイと接続され、前記発光素子アレイの側面に沿って前記基材の表面に設けられた、前記発光素子アレイと対向する領域である対向領域と、当該対向領域を越えて延長された延長領域とを有する第１の導電パターンと、
前記対向領域と前記延長領域とに接続され、前記基材の裏面側に貫通する複数の貫通部材と、
を備えた発光装置。
【請求項２】
前記第１の導電パターンが延びる方向に沿って、前記発光素子アレイと並んで設けられた回路素子を有し、
前記延長領域は、少なくとも前記回路素子の一部と対向する位置まで延長されている
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子アレイを挟んで前記第１の導電パターンと反対側の前記基材の表面に設けられ、前記発光素子アレイと対向する領域である対向領域と、当該対向領域を超えて前記回路素子側に延長された領域である延長領域とを有する第２の導電パターンをさらに備え、
前記回路素子の少なくとも一部は、前記第１の導電パターンの延長領域と前記第２の導電パターンの延長領域との間に設けられている
請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記回路素子は前記発光素子アレイから出射された光を受光する光電変換素子である
請求項２または請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子アレイと前記光電変換素子との上方に、前記発光素子アレイから出射される光を外部に拡散する光拡散部材が設けられている
請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記回路素子は前記発光素子アレイに電流を供給するキャパシタである
請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記基材の裏面には裏面側の導電パターンが設けられ、
前記貫通部材は、前記第１の導電パターンと前記裏面側の導電パターンとを接続する
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子アレイと前記第１の導電パターンを接続する複数の配線部材をさらに備え、
前記複数の配線部材は前記対向領域と前記延長領域とに接続されている
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記複数の配線部材は前記第１の導電パターン上に列状に接続され、前記複数の貫通部材は、当該列状の領域と重なるように設けられている
請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記貫通部材と前記第１の導電パターンとの接続点と、前記配線部材と前記第１の導電パターンとの接続点とが重なっている
請求項８または請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記貫通部材の数は、前記配線部材の数よりも多い
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記複数の貫通部材の断面積の合計値は、前記複数の配線部材の断面積の合計値よりも大きい
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記発光素子アレイは複数の発光素子を有し、
前記発光素子アレイ内において前記複数の発光素子が配列されている領域の形状は、前記第１の導電パターンに沿った方向の長さよりも、前記第１の導電パターンと交差する方向の長さの方が長い
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記複数の発光素子が互いに並列接続されている
請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記基材はセラミックで形成されている
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記第１の導電パターンが延びる方向に沿って、前記発光素子アレイと並んで設けられた識別表示領域を有し、
前記延長領域は、少なくとも前記識別表示領域の一部と対向する位置まで延長されている
請求項１に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記識別表示領域は、自装置と他の装置とを識別する文字、番号、記号の少なくとも一つを含む領域である
請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７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前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射された反射光を受光する三次元センサと、を備え、
前記三次元センサは、前記発光素子アレイから光が出射されてから当該三次元センサで受光されるまでの時間に相当する信号を出力する
光学装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光学装置と、
前記光学装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射され、当該光学装置が備える三次元センサで受光された反射光に基づき、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２０】
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を備える請求項１９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、光学装置および情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、下部反射鏡と、活性層を含む共振器領域と、上部反射鏡とを含む面発光レーザ素子により形成された発光部を複数備える発光領域を有する面発光レーザアレイであって、発光領域の周囲を囲むように形成された電極パッド部と、電極パッド部の周囲を囲むように形成され、電極パッド部と電気的に絶縁された壁とを有することを特徴とする面発光レーザアレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０８４８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、配線基板上に搭載される基材の表面に発光素子アレイと回路素子とを配置した構成において、発光素子アレイと回路素子との並び方向に沿って発光素子アレイと対向する位置にのみ発光素子アレイの上面電極と基材の貫通部材とに接続される導電パターンが配置された構成と比較し、発光素子アレイと、基材が搭載される配線基板との間のインダクタンスを低減しやすい構成の発光装置、光学装置および情報処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１態様に係る発光装置は、配線基板上に搭載される基材と、前記基材の上に設けられた発光素子アレイと、前記発光素子アレイと接続され、前記発光素子アレイの側面に沿って前記基材の表面に設けられた、前記発光素子アレイと対向する領域である対向領域と、当該対向領域を越えて延長された延長領域とを有する第１の導電パターンと、前記対向領域と前記延長領域とに接続され、前記基材の裏面側に貫通する複数の貫通部材と、を備えたものである。
【０００６】
第２態様に係る発光装置は、第１態様に係る発光装置において、前記第１の導電パターンが延びる方向に沿って、前記発光素子アレイと並んで設けられた回路素子を有し、前記延長領域は、少なくとも前記回路素子の一部と対向する位置まで延長されているものである。
【０００７】
第３態様に係る発光装置は、第２態様に係る発光装置において、前記発光素子アレイを挟んで前記第１の導電パターンと反対側の前記基材の表面に設けられ、前記発光素子アレイと対向する領域である対向領域と、当該対向領域を超えて前記回路素子側に延長された領域である延長領域とを有する第２の導電パターンをさらに備え、前記回路素子の少なくとも一部は、前記第１の導電パターンの延長領域と前記第２の導電パターンの延長領域との間に設けられているものである。
【０００８】
第４態様に係る発光装置は、第２態様または第３態様に係る発光装置において、前記回路素子は前記発光素子アレイから出射された光を受光する光電変換素子であるものである。
【０００９】
第５態様に係る発光装置は、第４態様に係る発光装置において、前記発光素子アレイと前記光電変換素子との上方に、前記発光素子アレイから出射される光を外部に拡散する光拡散部材が設けられているものである。
【００１０】
第６態様に係る発光装置は、第２態様から第５態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記回路素子は前記発光素子アレイに電流を供給するキャパシタであるものである。
【００１１】
第７態様に係る発光装置は、第１態様から第６態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記基材の裏面には裏面側の導電パターンが設けられ、前記貫通部材は、前記第１の導電パターンと前記裏面側の導電パターンとを接続するものである。
【００１２】
第８態様に係る発光装置は、第１態様から第７態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記発光素子アレイと前記第１の導電パターンを接続する複数の配線部材をさらに備え、前記複数の配線部材は前記対向領域と前記延長領域とに接続されているものである。
【００１３】
第９態様に係る発光装置は、第８態様に係る発光装置において、前記複数の配線部材は前記第１の導電パターン上に列状に接続され、前記複数の貫通部材は、当該列状の領域と重なるように設けられているものである。
【００１４】
第１０態様に係る発光装置は、第８態様または第９態様に係る発光装置において、前記貫通部材と前記第１の導電パターンとの接続点と、前記配線部材と前記第１の導電パターンとの接続点とが重なっているものである。
【００１５】
第１１態様に係る発光装置は、第８態様から第１０態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記貫通部材の数は、前記配線部材の数よりも多いものである。
【００１６】
第１２態様に係る発光装置は、第８態様から第１１態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記複数の貫通部材の断面積の合計値は、前記複数の配線部材の断面積の合計値よりも大きいものである。
【００１７】
第１３態様に係る発光装置は、第１態様から第１２態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記発光素子アレイは複数の発光素子を有し、前記発光素子アレイ内において前記複数の発光素子が配列されている領域の形状は、前記第１の導電パターンに沿った方向の長さよりも、前記第１の導電パターンと交差する方向の長さの方が長いものである。
【００１８】
第１４態様に係る発光装置は、第１３態様に係る発光装置において、前記複数の発光素子が互いに並列接続されているものである。
【００１９】
第１５態様に係る発光装置は、第１態様から第１４態様のいずれかの態様に係る発光装置において、前記基材はセラミックで形成されているものである。
【００２０】
第１６態様に係る発光装置は、第１態様に係る発光装置において、前記第１の導電パターンが延びる方向に沿って、前記発光素子アレイと並んで設けられた識別表示領域を有し、前記延長領域は、少なくとも前記識別表示領域の一部と対向する位置まで延長されているものである。
【００２１】
第１７態様に係る発光装置は、第１６態様に係る発光装置において、前記識別表示領域は、自装置と他の装置とを識別する文字、番号、記号の少なくとも一つを含む領域であるものである。
【００２２】
第１８態様に係る光学装置は、第１態様から第１７態様のいずれかの態様に係る発光装置と、前記発光装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射された反射光を受光する三次元センサと、を備え、前記三次元センサは、前記発光素子アレイから光が出射されてから当該三次元センサで受光されるまでの時間に相当する信号を出力するものである。
【００２３】
第１９態様に係る情報処理装置は、第１８態様に係る光学装置と、前記光学装置が備える前記発光素子アレイから出射され被測定物で反射され、当該光学装置が備える三次元センサで受光された反射光に基づき、当該被測定物の三次元形状を特定する形状特定部と、を備えるものである。
【００２４】
第２０態様に係る情報処理装置は、第１９態様に係る情報処理装置において、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を備えるものである。
【発明の効果】
【００２５】
第１態様、および第１６態様から第１９態様によれば、配線基板上に搭載される基材の表面に発光素子アレイと回路素子とを配置した構成において、発光素子アレイと回路素子との並び方向に沿って発光素子アレイと対向する位置にのみ発光素子アレイの上面電極と基材の貫通部材とに接続される導電パターンが配置された構成と比較し、発光素子アレイと、基材が搭載される配線基板との間のインダクタンスを低減しやすい構成の発光装置を提供することができる、という効果を奏する。
【００２６】
第２態様によれば、回路素子の一部と対向する位置まで延長されていない場合と比較し、貫通部材を接続するスペースが増加する、という効果を奏する。
【００２７】
第３態様によれば、回路素子の一部にかかるまで第１および第２の導電パターンが延長されていない場合と比較し、貫通部材を接続するスペースが増加する、という効果を奏する。
【００２８】
第４態様によれば、発光素子アレイの上方に光拡散部材等が設けられた場合に、発光素子アレイから出射された光が受光される、という効果を奏する。
【００２９】
第５態様によれば、発光素子アレイからの光が拡散して照射されるとともに、光電変換素子の上方に光拡散部材がない場合と比較し、光拡散部材で下方に反射した光を光電変換素子で受光しやすい、という効果を奏する。
【００３０】
第６態様によれば、発光素子アレイとキャパシタが近接配置される、という効果を奏する。
【００３１】
第７態様によれば、発光装置を配線基板に搭載する場合、第１の導電パターンと配線基板とをボンディングワイヤで接続する必要がない、という効果を奏する。
【００３２】
第８態様によれば、対向領域のみに接続する場合と比較し、インダクタンスが低減される、という効果を奏する。
【００３３】
第９態様によれば、重なっていない場合と比較し、インダクタンスが低減されるという効果を奏する。
【００３４】
第１０態様によれば、重なっていない場合と比較し、インダクタンスが低減される、という効果を奏する。
【００３５】
第１１態様によれば、貫通部材の数が配線部材の数よりも少ない場合と比較し、発光素子アレイのサイズを大きくすることなくインダクタンスを低減しやすい、という効果を奏する。
【００３６】
第１２態様によれば、貫通部材の断面積の合計値が配線部材の断面積の合計値よりも小さい場合と比較し、インダクタンスを低減される、という効果を奏する。
【００３７】
第１３態様によれば、複数の発光素子が配列されている領域の形状が、第１の導電パターンに沿った方向の長さの方が長い場合と比較し、駆動回路の電流ループを短く設定しやすい、という効果を奏する。
【００３８】
第１４態様によれば、発光素子を個別に駆動する構成と比較し、強い強度の光が同時に照射される、という効果を奏する。
【００３９】
第１５態様によれば、セラミックよりも熱伝導率が低い部材を使用する場合と比較し、放熱しやすい、という効果を奏する。
【００４０】
第２０態様によれば、認証処理部を使用しない場合と比較して、より安定に認証が行われる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態に係る情報処理装置の（ａ）は外観の一例を示す図、（ｂ）は電気的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る（ａ）は発光素子アレイの平面図、（ｂ）は発光装置の回路図、（ｃ）は光拡散板の機能を説明する側面断面図である。
【図３】実施の形態に係る発光装置の側面断面図および平面図である。
【図４】実施の形態に係る発光モジュールの、（ａ）は平面図および側面断面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）はボンディングワイヤとビアの接続状態を示す図である。
【図５】（ａ）は第１の変形例の平面図、（ｂ）は第２の変形例の平面図、（ｃ）は第３の変形例の平面図である。
【図６】比較例に係る発光モジュールの平面図、および側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００４３】
図１から図４を参照して、本実施の形態に係る発光装置、光学装置および情報処理装置について説明する。以下の実施の形態では、情報処理装置の一例としてスマートフォン等で代表される携帯型情報処理装置を例示して説明する。
【００４４】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る情報処理装置１０の外観を示している。情報処理装置１０は、光学装置２４、およびＵＩ（Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部２０を備えている。ＵＩ部２０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。
【００４５】
光学装置２４は、発光装置２３と、３次元センサ１３とを備える。発光装置２３は、三次元像を取得するために被測定物に向けて光を出射する部位である。本実施の形態では被測定物の一例として人の顔を例示して説明する。３次元センサ１３は、発光装置２３が出射した光が顔で反射されて戻ってきた反射光を受光する。本実施の形態に係る３次元センサ１３は、いわゆるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ：光の飛行時間）法に基づいて例えば人の顔の三次元像を取得する機能を有している。
【００４６】
図１（ｂ）を参照して、情報処理装置１０の電気的な構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、情報処理装置１０はシステム制御部１６、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、ＵＩ部２０、光学装置２４、スピーカ２１および２次元カメラ２２を含んで構成されている。むろん本構成は一例であり、目的、用途等に応じて一部の構成が削除されたり、他の構成が付加されたりしてもよい。
【００４７】
システム制御部１６は例えばＣＰＵであり、情報処理装置１０は当該システム制御部１６と、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９等を含むコンピュータとして構成されている。システム制御部１６は情報処理装置１０の全体をシステムとして制御するとともに、認証処理部１７を備えている。なお、ＲＯＭ１８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、ＲＯＭ１８に蓄積されたプログラムや定数がＲＡＭ１９に展開され、当該プログラムをシステム制御部１６が実行することによって、情報処理装置１０が動作し、各種の情報処理が実行される。スピーカ２１はユーザに対して音を発する部位であり、２次元カメラ２２はユーザによる撮影に供する通常のカメラである。ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、ＵＩ部２０、スピーカ２１および２次元カメラ２２の各々はバス２５を介してシステム制御部１６に接続されている。
【００４８】
図１（ｂ）に示すように、光学装置２４は、上述した発光装置２３、３次元センサ１３と、さらに光学装置制御部１４を含んで構成されている。光学装置制御部１４はシステム制御部１６に接続され、光学装置２４の全体を制御する。また、光学装置制御部１４は形状特定部１５を含んでいる。発光装置２３、３次元センサ１３の各々は光学装置制御部１４に接続されている。
【００４９】
図１（ｂ）に示すように、発光装置２３は発光素子アレイ１１、および駆動素子１２を含んで構成されている。発光素子アレイ１１は複数の発光素子が配置された半導体発光素子である。駆動素子１２は発光素子アレイ１１を駆動するドライバＩＣである。発光素子アレイ１１は駆動素子１２によって、例えば、数１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚのパルス光（出射光パルス）を出射するように駆動される。そして、発光装置２３は、発光素子アレイ１１から被測定物に向けて照射された光が被測定物で反射した反射光を３次元センサ１３が受光するように構成されている。
【００５０】
次に、３次元センサ１３とＴＯＦとの関係について説明する。本実施の形態に係る３次元センサ１３は、複数の受光領域（画素）を備えている。３次元センサ１３は、発光素子アレイ１１からの出射光パルスに対する被測定物からの反射光（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ごとに蓄積する。一例として、３次元センサ１３は、各受光領域が、２つのゲートと該２つのゲート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。該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（すなわち時間差）に応じた電荷を蓄積するように構成されている。蓄積された電荷に応じた信号はＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータを介し、受光領域ごと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信号として３次元センサ１３から出力される。すなわち、３次元センサ１３は、発光素子アレイ１１から光が出射されてから３次元センサ１３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、３次元センサ１３は、集光用のレンズを備えてもよい。
【００５１】
光学装置制御部１４に含まれる形状特定部１５は、３次元センサ１３の受光領域ごとに生成されるデジタル値を取得し、受光領域ごとに被測定物までの距離を算出して、被測定物の３次元形状を特定する。
【００５２】
一方システム制御部１６に含まれる認証処理部１７は、形状特定部１５が特定した被測定物の三次元形状（特定結果）がＲＯＭ１８などに予め蓄積された三次元形状と一致する場合に、情報処理装置１０の使用に関する認証処理を行う。なお、情報処理装置１０の使用に関する認証処理とは、一例として、自装置（情報処理装置１０）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３次元形状が、ＲＯＭ１８等の記憶手段に記憶された顔形状に一致する場合は、情報処理装置１０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１０の使用が許可される。
【００５３】
上述の形状特定部１５および認証処理部１７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。
【００５４】
発光素子アレイ１１は、上述したように被測定物の三次元形状を特定するための光を出射し被測定物に照射する。すなわち、発光素子アレイ１１は予め定められた測定範囲に対して、予め定められた密度の光を照射する。発光素子アレイ１１に含まれる複数の発光素子の形態は特に限定されず、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等が用いられるが、本実施の形態では一例としてＶＣＳＥＬを用いている。好ましくは、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。
【００５５】
複数のＶＣＳＥＬ（発光素子）は、電気的に互いに並列に接続されている。ＶＣＳＥＬ１個当たりの光出力は一例として４ｍＷ〜８ｍＷに設定され、発光素子アレイ１１に含まれるＶＣＳＥＬの個数は一例として１００個〜１０００個である。図２（ａ）は発光素子アレイ１１の平面図を示している。図２（ａ）に示すように、発光素子アレイ１１の表面は、各ＶＣＳＥＬの光出射口５２を除く領域に形成されたベタのアノードパターン５０（電極配線）で被覆され、発光素子アレイ１１の各辺に沿う端部に、アノードパターン５０のボンディングワイヤによる接続領域を有している。発光素子アレイ１１の半導体基板は一例としてｎ型のＧａＡｓ基板とされ、該基板の裏面側にカソード電極が配置されている。
【００５６】
図２（ｂ）を参照して、発光素子アレイ１１の駆動回路について説明する。図２（ｂ）は発光装置２３の回路図を示している。図２（ｂ）に示すように、発光装置２３は、発光素子アレイ１１、駆動素子１２、光量監視用受光素子３０、抵抗３８、キャパシタ３５、および電源３６を含んで構成されている。
【００５７】
上述したように発光素子アレイ１１は複数のＶＣＳＥＬ２６が並列に接続されて構成されている。並列に接続されたＶＣＳＥＬ２６には駆動素子１２に含まれる電流源が接続され、該電流源から駆動電流ｉｄが供給される。
【００５８】
光量監視用受光素子３０は発光素子アレイ１１の光量をモニタする機能を有する。すなわち、光量監視用受光素子３０からの出力信号は発光素子アレイ１１が予め定められた光量を維持して出射するように制御するために使用される。光量監視用受光素子３０は、例えば、受光量に応じた電気信号を出力する、シリコン等で構成されたフォトダイオード（ＰＤ）である。すなわち、光量監視用受光素子３０は発光素子アレイ１１から出射された光の一部を受光し、受光量に応じたモニタ電流ｉｍを出力する。モニタ電流ｉｍは抵抗３８で電圧に変換され、モニタ電圧Ｖｐｄとして出力される。モニタ電圧Ｖｐｄは、図示を省略する、駆動素子１２の内部に設けられた光量監視回路に送られ、該光量監視回路はモニタ電圧Ｖｐｄに基づいて発光素子アレイ１１から出射される光量の監視を実行する。なお、光量監視用受光素子３０は本発明に係る「回路素子」の一例である。
【００５９】
一方、電源３６は発光素子アレイ１１および光量監視用受光素子３０を動作させる電源であり、キャパシタ３５は後述するように電流源としての機能を有する。電源３６は、例えば、配線基板２７の内部に設けられる電源層およびグランド層で構成される。
【００６０】
次に図３を参照して、本実施の形態に係る発光装置２３の構成について説明する。図３＜１＞は発光装置２３の側面断面図であり、＜２＞は平面図である。図３に示すように、発光装置２３は配線基板２７上に搭載された発光モジュール４０、光拡散板３３、スペーサ３２および駆動素子１２を含んで構成されている。配線基板２７は、例えば各素子を接続する配線が形成されたガラスエポキシ基板で構成されている。なお、光拡散板３３は、本発明に係る「光拡散部材」の一例である。
【００６１】
発光モジュール４０は、基材３１、基材３１上に搭載された発光素子アレイ１１および光量監視用受光素子３０を含んで構成されている。基材３１は、一例としてセラミックで形成され、主として発光素子アレイ１１で生じた熱の放熱を効率的に行う機能を有する。
発光素子アレイ１１の出力が数Ｗと大きいため、放熱が課題となるためである。より具体的には基材３１は酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等で形成されている。なお、基材３１はガラスエポキシ等の配線基板として一般的な材料を用いて構成してもよい。この場合、セラミックの基材と比較し放熱効率は下がるものの、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０とを一つのモジュールパッケージとして構成することができ、その結果モジュールパッケージとしない場合と比較し、流通や取り扱いが容易となる。
【００６２】
ここで、ＴＯＦ方式では、被測定物の照射面（例えば数ｍ先）に予め定められた範囲で均一なレーザ光を照射する必要がある。そのため光拡散板３３は、発光素子アレイ１１から出射された出射光Ｌを拡散し、出射角を拡大する機能を有する。すなわち、図２（ｃ）に示すように、光拡散板３３は凹凸部材３９を備え、発光素子アレイ１１から出射角θ１で出射された出射光Ｌの出射角をθ２（＞θ１）に拡大する。より具体的には、光拡散板３３は例えば両面が平行で平坦なガラス基材の一方の表面に、光を拡散させるための凹凸が形成された樹脂層による凹凸部材３９を備えている。そして、この凹凸により、発光素子アレイ１１から出射された出射光Ｌをさらに拡散して外部に照射する。
【００６３】
スペーサ３２は配線基板２７と光拡散板３３との間に配置され、光拡散板３３を支持するとともに、光拡散板３３の発光素子アレイ１１からの距離が予め定められた距離となるように位置決めしている。また、本実施の形態では、光拡散板３３およびスペーサ３２により発光素子アレイ１１等を封止することで、防塵、防湿等を図っている。スペーサ３２は例えばセラミックや樹脂材料で構成される。
【００６４】
光拡散板３３はさらに発光素子アレイ１１から出射された光の一部を光量監視用受光素子３０に導く機能を有する。すなわち、光拡散板３３は発光素子アレイ１１および光量監視用受光素子３０を覆って設けられ、光拡散板３３を透過せずに光拡散板３３の裏面で反射した光が光量監視用受光素子３０で受光されるように配置されている。発光素子アレイ１１からの距離が大きくなるほど光量監視用受光素子３０における受光量が低下するため、発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０とは近接させて配置することが好ましい。また光量監視用受光素子３０は、光拡散板３３が外れたり破損したりして、発光素子アレイ１１から出射する光が直接外部に照射されていることを検知するためにも使用される。
【００６５】
ところで、ＴＯＦを計測するために用いるＶＣＳＥＬアレイでは、例えば２Ａの大電流を１ｎｓ以下の立ち上がり時間で立ち上げること、あるいは１００ＭＨｚ程度の高周波で駆動させることが要求される場合もあり、そのためには駆動回路のインダクタンス成分を低減することが重要となる。インダクタンス成分を低減する方法の一つとして、可能な限りボンディングワイヤを多くすることが考えられるが、これだけでは十分でないことも想定される。そこで、本実施の形態では基材３１に起因するインダクタンス成分を減らす工夫をしている。駆動回路のインダクタンスを低減するために、他方では、電流源となるキャパシタ３５、発光素子アレイ１１、駆動素子１２で構成される電流ループを短くすることが重要となる。図３＜２＞ではキャパシタ３５として２つのキャパシタ３５−１および３５−２を配置し、２つの電流ループＬ１、Ｌ２を形成する場合を例示している。
【００６６】
また、本実施の形態では、発光素子アレイ１１の放熱を効率的に行うため、発光素子アレイ１１をプリント板等の配線基板２７上に直接搭載せずに、放熱用の基材３１を介して配線基板２７上に搭載している。また、発光素子アレイ１１が出射する光を受光する光量監視用受光素子３０等の回路素子を、発光素子アレイ１１とともに発光素子アレイ１１に近接させて放熱用の基材３１上に搭載している。基材３１の表面に発光素子アレイ１１と光量監視用受光素子３０（回路素子）とを並べた構成において発光素子アレイ１１を高速に駆動させるためには、発光素子アレイ１１のアノードパターン５０（上部電極）と、基材３１が搭載される配線基板２７との間のインダクタンス成分を低減することが望まれる。本実施の形態に係る発光モジュール４０は以上の点について配慮されたものとなっている。
【００６７】
図４を参照し、本実施の形態に係る発光モジュール４０についてより詳細に説明する。
上述したように、本実施の形態に係る発光モジュール４０は、基材３１、並びに基材３１上に搭載された発光素子アレイ１１および光量監視用受光素子３０を含んで構成されている。図４（ａ）において、＜１＞は発光モジュール４０の平面図を示し、＜２＞は＜１＞におけるＡ−Ａ’線に沿った側面断面図を示し、＜３＞はＢ−Ｂ’線に沿った側面断面図を示している。
【００６８】
図４（ａ）＜１＞に示すように、基材３１上には、導電パターン４２−１、４２−２、４１−１、および４１−２が形成されている。導電パターン４２−１、４２−２、４１−１、および４１−２の各々は、例えば金等による蒸着膜、あるいは銀ペースト等で形成されている。導電パターン４２−１および４２−２は、発光素子アレイ１１と配線基板２７との接続を中継するパターンであり、導電パターン４１−１および４１−２は、光量監視用受光素子３０と配線基板２７との接続を中継するパターンである。
【００６９】
図４（ａ）＜１＞＜３＞に示すように、発光素子アレイ１１と、導電パターン４２−１および４２−２の各々とはボンディングワイヤＷで接続されている。発光素子アレイ１１の裏面電極は基材３１上に形成された図示を省略する導電パターンに導電性の接合部材等で接続され、発光素子アレイ１１の裏面電極の電気的な接続がなされている。一方、図４（ａ）＜１＞＜２＞に示すように、導電パターン４２−１および４２−２の各々は、ビアＶを介して基材３１の裏面の導電パターン４７−１および４７−２と接続されている。そして、導電パターン４７−１、４７−２の各々は配線基板２７上に形成された配線パターンに接続され、発光素子アレイ１１が配線基板２７に搭載された他の回路等に接続される。なお、「ボンディングワイヤＷ」は本発明に係る「配線部材」の一例であり、「ビアＶ」は本発明に係る「貫通部材」の一例である。
【００７０】
光量監視用受光素子３０の裏面電極と導電パターン４１−１とは導電性の接合部材で接続され、光量監視用受光素子３０の裏面電極の電気的な接続がなされている。光量監視用受光素子３０の他方の電極と、導電パターン４１−２とはボンディングワイヤＷで接続されている。さらに、図４＜１＞＜２＞に示すように、導電パターン４１−１および４１−２の各々は、ビアＶを介して基材３１の裏面の導電パターン４８−１および４８−２（図４では、導電パターン４８−１に隠れて見えていない。図４（ｂ）参照）と接続されている。そして、導電パターン４８−１、４８−２の各々は配線基板２７上に形成された配線パターンに接続され、光量監視用受光素子３０が配線基板２７に搭載された駆動素子１２内部の光量監視回路に接続される。
【００７１】
図４（ｂ）は基材３１の裏面を示している。図４（ｂ）に示すように、基材３１の裏面には上述した導電パターン４７−１、４７−２、４８−１、および４８−２が形成されている。さらに、発光素子アレイ１１に対応する位置の基材３１の裏面には、導電パターン５３が形成されており、導電パターン５３はビアＶを介して発光素子アレイ１１の裏面に接続されている。
【００７２】
次に、本実施の形態に係る発光モジュール４０におけるインダクタンス成分の低減方法について説明する。図４（ａ）に示すように本実施の形態に係る導電パターン４２−１および４２−２は導電領域ＯＡおよび延長導電領域ＥＡを有している。導電領域ＯＡは発光素子アレイ１１の一辺に沿った長さとされ、延長導電領域ＥＡは導電領域ＯＡの該一辺を越えてさらに光量監視用受光素子３０の方向に延長している。そして、ビアＶは、導電領域ＯＡから延長導電領域ＥＡにかけて形成されている。このように、光量監視用受光素子３０を基材３１の幅方向の中心側に配置するとともに、延長導電領域ＥＡは、光量監視用受光素子３０（回路素子）の一部と対向する位置まで延長されていることが好ましい。このことにより、光量監視用受光素子３０の一部と対向する位置まで延長されていない場合と比較し、貫通部材を接続するスペースが増加する。なお、延長導電領域ＥＡは本発明に係る「延長領域」の一例である。
【００７３】
図６は、発光モジュール４０と比較のために示す比較例に係る発光モジュール８０である。図６＜１＞は発光モジュール８０の平面図、図６＜２＞は＜１＞に示すＣ−Ｃ’線に沿った側面断面図を示している。図６については、発光モジュール４０と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７４】
図６に示すように、発光モジュール８０では、発光モジュール４０における導電パターン４２−１および４２−２に対応する導電パターン４６−１、４６−２が延長導電領域を有していない。すなわち、導電パターン４６−１、４６−２の各々は、発光素子アレイ１１の一辺に沿う長さしか有していない。そのため、導電パターン４６−１、４６−２の各々に接続されたビアＶの数（図６＜２＞では９個の場合を例示している）は、導電パターン４２−１および４２−２の各々に接続されたビアＶの個数（図４（ａ）＜２＞では１４個の場合を例示している）より少なくなっている。
【００７５】
すなわち、本実施の形態に係る発光モジュール４０では導電領域ＯＡのみならず延長導電領域ＥＡまでビアＶを有しているので、並列接続されるビアＶに起因するインダクタンス成分の数が増加し、その結果発光素子アレイ１１から配線基板２７に至るインダクタンス成分が比較例に係る発光モジュール８０よりも小さくなっている。
【００７６】
ここで、インダクタンス成分をより低減するための、本実施の形態に係るボンディングワイヤＷ、ビアＶ、および導電パターン４２−１、４２−２の相互の関係について説明する。以下の構成を採用することにより、発光素子アレイ１１から配線基板２７に至るまでの間のインダクタンス成分がより減少する。
【００７７】
複数のボンディングワイヤＷを導電パターン４２−１、４２−２上に列状に接続し、ビアＶと導電パターン４２−１、４２−２との接続点と、ボンディングワイヤＷと導電パターン４２−１、４２−２との接続点とを、図４（ｃ）に示すように重なるように配置してもよい。すなわち、ボンディングワイヤＷの断面の少なくとも一部と、ビアＶの断面の少なくとも一部とが平面視で重なるように配置してもよい。なお、複数のボンディングワイヤＷを導電パターン４２−１、４２−２上に列状に接続する形態としては、図４（ｃ）に示す形態に限られず、ビアＶと導電パターン４２−１、４２−２との接続点と、ボンディングワイヤＷと導電パターン４２−１、４２−２との接続点とを、交互に一列に配置する形態としてもよい。この場合、ビアＶと導電パターン４２−１、４２−２との接続点と、ボンディングワイヤＷと導電パターン４２−１、４２−２との接続点との少なくとも一部が重なるようにしてもよいし、重ならないようにしてもよい。
【００７８】
また、ビアＶの数は、ボンディングワイヤＷの数よりも多くしてもよい。ボンディングワイヤＷの数を多くすることで駆動回路のインダクタンスを低減しようとすると、ボンディングワイヤＷの数に応じて発光素子アレイ１１のサイズを大きくする必要がある。一方、ビアＶの数を多くすることで駆動回路のインダクタンスを低減すれば、発光素子アレイ１１のサイズを大きくする必要はない。
【００７９】
また、複数のビアＶの断面積の合計値は、複数のボンディングワイヤＷの断面積の合計値よりも大きくしてもよい。
【００８０】
発光素子アレイ１１の外形内において複数のＶＣＳＥＬ２６（発光素子）が配列されている領域（発光領域）の形状は、導電パターン４２−１、あるいは４２−２に沿った方向の長さよりも、導電パターン４２−１、あるいは４２−２と交差する方向の長さの方が長くなるようにしてもよい。発光領域の面積が同じ場合、導電パターン４２−１、あるいは４２−２に沿った方向の長さが短い方が、駆動素子１２から遠い位置までボンディングワイヤＷが配置する必要がなくなる。これにより図３における２つの電流ループＬ１、Ｌ２を短く設定しやすい。
【００８１】
＜変形例＞
図５を参照して、本実施の形態に係る発光モジュール４０の変形例について説明する。
以下の説明においては、発光モジュール４０と同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８２】
図５（ａ）は第１の変形例に係る発光モジュール４０Ａを示している。発光モジュール４０Ａと発光モジュール４０との相違点は、発光モジュール４０Ａでは、導電領域ＯＡのみならず延長導電領域ＥＡまでボンディングワイヤＷを接続していることである。このことにより並列に接続されるボンディングワイヤＷの数が増加するので、よりインダクタンス成分を低減させることができる。
【００８３】
図５（ｂ）は第２の変形例に係る発光モジュール４０Ｂを示している。発光モジュール４０Ｂと発光モジュール４０との相違点は、発光モジュール４０Ｂでは、光量監視用受光素子３０の代わりに識別表示領域７０が配置されていることである。識別表示領域７０は、例えば基材３１上に導電パターンで形成され、自装置と他の装置とを識別する文字、番号、記号の少なくとも一つを含む領域とされている。このように、本発明に係る「回路素子」は光量監視用受光素子３０等の電気的部品に限られず、基材３１上に搭載、あるいは形成される非電気的な構成であってもよい。第２の変形例によれば、回路素子が識別表示領域７０であってもよりインダクタンス成分が低減される。
【００８４】
図５（ｃ）は第３の変形例に係る発光モジュール４０Ｃを示している。発光モジュール４０Ｃと発光モジュール４０との相違点は、発光モジュール４０Ｃでは、光量監視用受光素子３０の代わりにキャパシタ７２が配置されていることである。発光モジュール４０Ｃにおいては、発光素子アレイ１１からのボンディングワイヤＷが接続される導電パターン４３−１および４３−２は導電パターン４４で接続され、キャパシタ７２は導電パターン４４と導電パターン４５との間に接続されている。キャパシタ７２は、キャパシタ３５−１、３５−２と同様に電流源としての機能を有する。第３の変形例によれば、回路素子がキャパシタ７２であってもよりインダクタンス成分が低減される。
【００８５】
なお、上記各実施の形態では、発光素子アレイとボンディングワイヤＷで接続される導電パターンとして２つの導電パターンを用いる形態を例示して説明したが、これに限られずいずれか一方の導電パターンを用いる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０      情報処理装置
１１      発光素子アレイ
１２      駆動素子
１３      ３次元センサ
１４      光学装置制御部
１５      形状特定部
１６      システム制御部
１７      認証処理部
１８      ＲＯＭ
１９      ＲＡＭ
２０      ＵＩ部
２１      スピーカ
２２      ２次元カメラ
２３      発光装置
２４      光学装置
２５      バス
２６      ＶＣＳＥＬ
２７      配線基板
３０      光量監視用受光素子
３１      基材
３２      スペーサ
３３      光拡散板
３５、３５−１、３５−２  キャパシタ
３６      電源
３８      抵抗
３９      凹凸部材
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  発光モジュール
４１−１、４１−２、４２−１、４２−２、４３−１、４３−２、４４、４５、４６−１、４６−２、４７−１、４７−２、４８−１、４８−２  導電パターン
５０      アノードパターン
５２      光出射口
５３      導電パターン
７０      識別表示領域
７２      キャパシタ
８０      発光モジュール
ｉｄ      駆動電流
ｉｍ      モニタ電流
Ｌ        出射光
Ｌ１、Ｌ２  電流ループ
Ｖ        ビア
Ｖｐｄ    モニタ電圧
ＥＡ      延長導電領域
ＯＡ      導電領域
Ｗ        ボンディングワイヤ
θ１、θ２  出射角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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