(57)【要約】【課題】薄型化しながらレーザ光の放射角をより低減することができる光学装置、照明装置、計測装置、部品検査装置、ロボット、電子機器及び移動体を提供する。【解決手段】光学装置１００は、基板１４１の第１の面１４１ａ上に設けられ、第１の面１４１ａに交差する方向に光を出射する複数の面発光レーザ素子１５９と、基板１４１の第１の面１４１ａとは反対側の第２の面１４１ｂ上に、面発光レーザ素子１５９に対応して配置された複数の光学素子１６２と、基板１４１と複数の光学素子１６２との間の反射防止構造と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１の面上に設けられ、前記第１の面に交差する方向に光を出射する複数の面発光レーザ素子と、
前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面上に、前記面発光レーザ素子に対応して配置された複数の光学素子と、
前記基板と前記複数の光学素子との間の反射防止構造と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記反射防止構造は、サブ波長構造体を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記複数の光学素子は、平面視で互いに分離されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記複数の光学素子は、樹脂材料を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第２の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分とその周囲の部分との間に段差が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第２の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分の表面自由エネルギを、その周囲の部分の表面自由エネルギより高くする膜を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第２の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分の周囲の部分を覆う遮光部材を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第２の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分の周囲の部分を覆う導電性部材を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記第２の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分に凹レンズが形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学装置と、
前記複数の面発光レーザ素子が前記複数の光学素子を通じて出射した光を被照射面に投影する投影部と、
を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照明装置と、
前記被照射面に投影された前記光を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記光の画像情報に基づき前記被照射面の対象物を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の計測装置と、
前記計測装置によって対象物の外観検査を行う検査部と、
を有することを特徴とする部品検査装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の計測装置と、
前記計測装置を装着した多関節アームと、
を有することを特徴とするロボット。
【請求項１４】
請求項１１に記載の計測装置と、
前記計測装置による使用者の計測結果に基づいて使用者の認証を行う認証部と、
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
請求項１１に記載の計測装置と、
前記計測装置による計測結果に基づいて移動体の運転を支援する運転支援部と、
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、照明装置、計測装置、部品検査装置、ロボット、電子機器及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）素子は、発振波長の温度依存性が小さいことから高出力レーザ光源への応用が期待されている。また、ＶＣＳＥＬ素子は二次元アレイ化が容易であり、レーザ光の立体的な走査に好適である。そして、複数のＶＣＳＥＬ素子を集積させたＶＣＳＥＬチップが高出力なレーザ光源や立体的なレーザ走査用の光源として開発されている。
【０００３】
ただし、ＶＣＳＥＬチップでは個々のＶＣＳＥＬ素子から出射されるレーザ光の放射角が大きい。そこで特許文献１に、ＶＣＳＥＬチップの基板にマイクロレンズが形成された面発光レーザが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の面発光レーザでは、マイクロレンズを高精度で加工することが困難であり、放射角を十分に低減することが困難である。
【０００５】
開示の技術は、薄型化しながらレーザ光の放射角をより低減することができる光学装置、照明装置、計測装置、部品検査装置、ロボット、電子機器及び移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術の一態様によれば、基板の第１の面上に設けられ、前記第１の面に交差する方向に光を出射する複数の面発光レーザ素子と、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面上に、前記面発光レーザ素子に対応して配置された複数の光学素子と、前記基板と前記複数の光学素子との間の反射防止構造と、を有する光学装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、薄型化しながらレーザ光の放射角をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図３Ａ】反射防止構造の一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す反射防止構造の一例を示す断面図である。
【図４Ａ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４Ｂ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図４Ｃ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図４Ｄ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図４Ｅ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その５）である。
【図４Ｆ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その６）である。
【図４Ｇ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その７）である。
【図４Ｈ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その８）である。
【図４Ｉ】第１の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その９）である。
【図５Ａ】反射防止構造の他の一例を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す反射防止構造の他の一例を示す断面図である。
【図６Ａ】反射防止構造の更に他の一例を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す反射防止構造の更に他の一例を示す断面図（その１）である。
【図６Ｃ】図６Ａに示す反射防止構造の更に他の一例を示す断面図（その２）である。
【図７】ＶＣＳＥＬ素子及びマイクロレンズの配列の一例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図９Ａ】第２の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図９Ｂ】第２の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１０】第３の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図１２】第５の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図１３】第６の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図１４】第６の実施形態の第１の変形例に係る光学装置を示す断面図である。
【図１５】第６の実施形態の第２の変形例に係る光学装置を示す断面図である。
【図１６】第７の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。
【図１７】第７の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図１８】第８の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図１９】第９の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図２０】第１０の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図２１】第１１の実施形態に係る計測装置の使用例を示す図である。
【図２２】第１２の実施形態に係るロボットを示す図である。
【図２３】第１３の実施形態に係る電子機器を示す図である。
【図２４】第１４の実施形態に係る移動体を示す図である。
【図２５】第１５の実施形態に係る移動体を示す図である。
【図２６】計測装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【００１０】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、光学装置に関する。図１は、第１の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。図２は、第１の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図２は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、第１の実施形態に係る光学装置１００は、実装基板１２０と、実装基板１２０に実装され、ＶＣＳＥＬ素子を備えるＶＣＳＥＬチップ１４０と、ＶＣＳＥＬ素子から出射された光が入射するマイクロレンズ１６２を備えたＭＬＡ１６０とを有する。
【００１２】
以下の説明では、特に断らない限り、実装基板１２０から見てＶＣＳＥＬチップ１４０が位置する方向を上方とし、ＶＣＳＥＬチップ１４０から見て実装基板１２０が位置する方向を下方とする。但し、光学装置１００は天地逆の状態で用いることができ、任意の角度で配置することもできる。また、平面視とは対象物をＶＣＳＥＬチップ１４０の上側の面１４０ｂの法線方向からみることを指し、平面形状とは対象物をＶＣＳＥＬチップ１４０の面１４０ｂの法線方向からみた形状を指すものとする。
【００１３】
また、各図において、ＶＣＳＥＬチップ１４０の面１４０ｂの法線方向をＺ方向、平面視においてＶＣＳＥＬチップ１４０の面１４０ｂの一辺に平行な方向をＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００１４】
［ＶＣＳＥＬチップ１４０の構造］
ここで、ＶＣＳＥＬチップ１４０の構造について説明する。なお、ＶＣＳＥＬチップ１４０の構造についての説明、及び後述のＶＣＳＥＬチップ１４０の形成方法についての説明では、ＶＣＳＥＬチップ１４０からみて実装基板１２０が位置する方向（−Ｚ方向）を上方とする。
【００１５】
図１及び図２に示すように、ＶＣＳＥＬチップ１４０の実装基板１２０側の面１４０ａに複数のＶＣＳＥＬ素子１５９がアレイ状に配列している。各ＶＣＳＥＬ素子１５９は、ｎ−ＧａＡｓ基板等の基板１４１上にモノリシックに作製されており、各ＶＣＳＥＬ素子１５９の膜構成は同一である。各ＶＣＳＥＬ素子１５９は、例えば、発振波長が９４０ｎｍ帯（９４０ｎｍ±３０ｎｍ程度）の面発光レーザ素子である。
【００１６】
ＶＣＳＥＬ素子１５９は、例えば、ｎ−ＧａＡｓ基板等の基板１４１上の、ｎ−分布ブラッグ反射鏡（distributed Bragg reflector：ＤＢＲ）１４３と、スペーサ層１４４と、活性層１４５と、スペーサ層１４６と、ｐ−ＤＢＲ１４７と、選択酸化層１５１とを有する。選択酸化層１５１は、酸化領域１５１ａと、非酸化領域１５１ｂとを含む。ｎ−ＧａＡｓ基板の屈折率は３．５程度である。
【００１７】
ｎ−ＤＢＲ１４３は基板１４１上に形成されている。ｎ−ＤＢＲ１４３は、例えば複数のｎ型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。ｎ−ＤＢＲ１４３は、例えば、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる高屈折率層とを有する。ｎ−ＤＢＲ１４３は、例えば低屈折率層と高屈折率層とのペアを３０有する。
【００１８】
ｎ−ＤＢＲ１４３の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた、例えば厚さが２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。上記各屈折率層の膜厚は何れも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。
【００１９】
スペーサ層１４４はｎ−ＤＢＲ１４３上に形成されている。スペーサ層１４４は、例えば、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ層である。
【００２０】
活性層１４５はスペーサ層１４４上に形成されている。活性層１４５は、例えば、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有する３重量子井戸構造の活性層である。例えば、各量子井戸層はＩｎＧａＡｓ層であり、各障壁層はＡｌＧａＡｓ層である。
【００２１】
スペーサ層１４６は活性層１４５上に形成されている。スペーサ層１４６は、例えば、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ層である。
【００２２】
スペーサ層１４４と活性層１４５とスペーサ層１４６とを含む部分は、共振器構造体（共振器領域）とも称され、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、その厚さが１波長（λ）の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層１４５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。
【００２３】
ｐ−ＤＢＲ１４７はスペーサ層１４６上に形成されている。ｐ−ＤＢＲ１４７は、例えば複数のｐ型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。ｐ−ＤＢＲ１４７は、例えば、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる高屈折率層とを有する。ｐ−ＤＢＲ１４７は、例えば低屈折率層と高屈折率層とのペアを２０有する。
【００２４】
ｐ−ＤＢＲ１４７の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた、例えば厚さが２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。上記各屈折率層の膜厚は何れも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学厚さとなるように設定されている。
【００２５】
ｐ−ＤＢＲ１４７には、例えばｐ−ＡｌＡｓからなる選択酸化層１５１が例えば３０ｎｍの厚さで挿入されている。選択酸化層１５１の挿入位置は、例えば、スペーサ層１４６から数えて２つ目の高屈折率層と低屈折率層のペア内とすることができる。なお、選択酸化層１５１は、上下に組成傾斜層や中間層等の層を含んでいてもよく、ここでは実際に酸化される層を合わせて選択酸化層と称する。
【００２６】
ｐ−ＤＢＲ１４７と、スペーサ層１４６と、活性層１４５と、スペーサ層１４４と、ｎ−ＤＢＲ１４３の一部とをエッチングで除去することにより、ＶＣＳＥＬ素子１５９に対応するメサ１５０が形成されている。
【００２７】
メサ１５０を覆う絶縁層１５３が形成されている。絶縁層１５３の材料としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２等を用いることができる。絶縁層１５３には、各メサ１５０の頂部でｐ−ＤＢＲ１４７の一部を露出する開口部１５４と、メサ１５０間の溝の底部でｎ−ＤＢＲ１４３の一部を露出する開口部１５６とが形成されている。
【００２８】
絶縁層１５３上に、メサ１５０毎に独立して、開口部１５４を通じてｐ−ＤＢＲ１４７に電気的に接続されたｐ側電極１５５が形成されている。ｐ側電極１５５としては、例えば、ｐ−ＤＢＲ１４７側から順にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した積層膜を用いることができる。
【００２９】
絶縁層１５３上に、開口部１５６を通じてｎ−ＤＢＲ１４３に電気的に接続されたｎ側電極１５７が形成されている。ｎ側電極１５７としては、例えば、ｎ−ＤＢＲ１４３側から順に金ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）を積層した積層膜を用いることができる。
【００３０】
なお、ｎ側電極１５７とｎ−ＤＢＲ１４３との間に、ｎ−ＧａＡｓ層等のｎ−コンタクト層が設けられてもよく、ｐ側電極１５５とｐ−ＤＢＲ１４７との間に、ｐ−ＧａＡｓ層等のｐ−コンタクト層が設けられてもよい。
【００３１】
［ＭＬＡ１６０の構造］
次に、ＭＬＡ１６０について説明する。第１の実施形態では、ＭＬＡ１６０は、板状の基部１６１と、基部１６１の各ＶＣＳＥＬ素子１５９に対応する位置にアレイ状には設けられた複数のマイクロレンズ１６２とを有する。マイクロレンズ１６２は、光軸がＶＣＳＥＬ素子１５９の発光領域１４８を通るように配置されている。ＭＬＡ１６０の材料は、ＶＣＳＥＬ素子１５９が出射したレーザ光が透過し、屈折率が基板１４１の屈折率よりも低い材料である。ＭＬＡ１６０の材料は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料、又はＳｉＯ２等の無機材料である。無機材料としてガラスを用いてもよい。ＭＬＡ１６０の屈折率は、例えば１．５程度である。各マイクロレンズ１６２は、ＶＣＳＥＬ素子１５９の放射パターンに対して所望のビーム成形を行えるように形成されており、例えば、レンズ径が５０μｍ程度、曲率半径が７０μｍ程度である。また、例えば、マイクロレンズ１６２の頂点の、面１４０ｂからの高さ（レンズ厚）は１００μｍ程度、基部１６１の上面からの高さ（サグ量）は１５μｍ程度である。マイクロレンズ１６２は光学素子の一例である。
【００３２】
光学装置１００は、ＶＣＳＥＬチップ１４０とＭＬＡ１６０との間に反射防止構造を有する。反射防止構造は、例えば、周期がＶＣＳＥＬ素子１５９の発振波長（例えば、９４０ｎｍ）より小さいサブ波長構造体である。図３Ａは、反射防止構造の一例を示す平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す反射防止構造の一例を示す断面図である。図３Ｂは、図３Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図に相当する。
【００３３】
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基板１４１のＭＬＡ１６０側の面（第２の面）１４１ｂ（ＶＣＳＥＬチップ１４０の面１４０ｂ）に、反射防止構造１６３として、例えば、高さが１００ｎｍ程度の断面形状が三角形の溝１６４Ａが２００ｎｍ程度の一定のピッチで形成されている。溝１６４ＡはＹ方向に延び、Ｘ方向に一次元配列している。溝１６４Ａのピッチが不規則でもよい。
【００３４】
［光学装置１００の構造］
実装基板１２０の、面１４０ａに対向する面１２０ａには、ｎ側電極１５７が接合される電極（図示せず）と、ｐ側電極１５５が接合される電極（図示せず）とが形成されている。そして、ＶＣＳＥＬチップ１４０が実装基板１２０にフリップチップ実装されている。実装基板１２０は、例えばＡｌ２Ｏ３基板又はＡｌＮ基板を含むことができる。
【００３５】
このように構成された光学装置１００では、各ＶＣＳＥＬ素子１５９において、共振器構造体（共振器領域）のうち、凡そ平面視で非酸化領域１５１ｂと重なる発光領域１４８にてレーザ光１４９が発生し、ＶＣＳＥＬ素子１５９からマイクロレンズ１６２にレーザ光１４９が入射する。面１４１ｂに反射防止構造１６３が形成されているため、レーザ光１４９は基板１４１とマイクロレンズ１６２との界面でほとんど反射することなくマイクロレンズ１６２に入射することができる。マイクロレンズ１６２はレーザ光１４９の放射角を低減し、レーザ光１４９を略平行光として放出する。
【００３６】
また、溝１６４Ａを含む反射防止構造１６３が形成されているため、面１４０ｂが平坦である場合と比較して、面１４０ｂとマイクロレンズ１６２との間に優れた密着性を得ることができる。
【００３７】
ＶＣＳＥＬ素子１５９の発振波長は、上記のように、９４０ｎｍ帯（９４０ｎｍ±３０ｎｍ程度）である。この波長帯は地球の大気により吸収される波長帯の１つであり、レーザ光を使用した測距装置等に応用するときに低ノイズのシステムを構成することが可能となる。また、この波長帯はＹｂ：ＹＡＧ固体レーザの吸収係数が大きい波長帯でもあり、Ｙｂ：ＹＡＧ固体レーザの高効率な励起が可能となる。また、活性層１４５の量子井戸層に用いられるＩｎＧａＡｓは、ＧａＡｓに対して圧縮歪みを持ち、ＶＣＳＥＬ素子１５９は高い微分利得を有する。従って、ＶＣＳＥＬチップ１４０は、低閾値発振が可能であり、ＶＣＳＥＬチップ１４０の光変換効率は優れている。また、ＩｎＧａＡｓは化学的に活性なＡｌを含まないため、結晶成長中の反応室に微量に存在する酸素が活性層１４５中に取り込まれにくい。このため、高い信頼性を得ることもできる。
【００３８】
［光学装置１００の製造方法］
次に、光学装置１００の製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｊは、光学装置１００の製造方法を示す断面図である。図４Ａ〜図４Ｊは、図２中のＩ−Ｉ線に沿った断面の変化を示す。
【００３９】
先ず、図４Ａに示すように、基板１４１の面１４１ｂとは反対側の面（第１の面）１４１ａ上に、ｎ−ＤＢＲ１４３と、スペーサ層１４４と、活性層１４５と、スペーサ層１４６と、ｐ−ＤＢＲ１４７とを順次成長する。ｐ−ＤＢＲ１４７内には、例えばｐ−ＡｌＡｓからなる選択酸化層１５１（図示せず）が含まれる。ｎ−ＤＢＲ１４３、スペーサ層１４４、活性層１４５、スペーサ層１４６及びｐ−ＤＢＲ１４７の半導体積層構造体は、例えば、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法又は分子線エピタキシャル成長（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法による結晶成長によって作製することができる。ここでは、ＭＯＣＶＤ法を用いた例を示す。一例として、ＩＩＩ族の原料に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を用い、Ｖ族の原料に、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用いる。一例として、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いる。基板１４１としては、例えば、表面が鏡面研磨面であるｎ−ＧａＡｓ基板を用いることができる。
【００４０】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｐ−ＤＢＲ１４７上に所望のメサ１５０の平面形状に対応するようにレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、例えばＣｌ２ガスを用いた電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）エッチング法等で、半導体積層構造体のレジストパターンに被覆されていない領域の一部の層をエッチングし、図４Ｂに示すように、メサ１５０を形成する。この際、メサ１５０は、少なくとも選択酸化層１５１（図示せず）が露出するように形成する。エッチング後、レジストパターンを除去する。エッチングは、例えば、ｎ−ＤＢＲ１４３内で停止することができる。
【００４１】
次に、図４Ｃに示すように、メサ１５０が形成された半導体積層構造体を酸化対象物として、水蒸気中で熱処理（酸化処理）を行う。この結果、メサ１５０の外周部から選択酸化層１５１中のＡｌ（アルミニウム）が選択的に酸化される。そして、メサ１５０の中央部に、Ａｌの酸化領域１５１ａによって囲まれた酸化されていない非酸化領域１５１ｂを残留させる。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサ１５０の中央部だけに制限する、酸化狭窄構造体が形成される。非酸化領域１５１ｂが電流通過領域（電流注入領域）である。
【００４２】
次に、図４Ｄに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、メサ１５０の上面及び側面と、メサ１５０間の溝の底面とを連続的に覆うように、光学的に透明な絶縁層１５３を形成する。絶縁層１５３の材料としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２等を用いることができる。
【００４３】
次に、図４Ｅに示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、メサ１５０の上面の一部（ｐ−ＤＢＲ１４７の上面の外周部を除く部分）に形成された絶縁層１５３を除去して窓開けを行い、開口部１５４（コンタクト領域）を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるレジストパターンの形成、金属膜の形成及びリフトオフを行うことで、ｐ側電極１５５を形成する。金属膜の形成では、例えば、蒸着法により、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕを、絶縁層１５３と、開口部１５４から露出しているｐ−ＤＢＲ１４７との上に順次積層する。ｐ−ＤＢＲ１４７とｐ側電極１５５との間にコンタクト層を形成してもよい。
【００４４】
次に、図４Ｆに示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、メサ１５０間の溝の底面の一部に形成された絶縁層１５３を除去して窓開けを行い、開口部１５６（コンタクト領域）を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるレジストパターンの形成、金属膜の形成及びリフトオフを行うことで、ｎ側電極１５７を形成する。金属膜の形成では、例えば、蒸着法により、ＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕを開口部１５６から露出しているｎ−ＤＢＲ１４３上に順次積層する。ｎ−ＤＢＲ１４３とｎ側電極１５７との間にコンタクト層を形成してもよい。
【００４５】
次に、基板１４１の面１４１ｂを研磨する。例えば、ハンドリング性の観点から、ｐ側電極１５５の形成やｎ側電極１５７の形成までの間、基板１４１の厚さは５００μｍ程度であることが好ましい。その一方で、光学装置１００の製品では、光損失等の観点から、基板１４１の厚さは２００μｍ程度であることが好ましい。そこで、ｎ側電極１５７の形成後に基板１４１の面１４１ｂを研磨する。
【００４６】
次に、基板１４１の面１４１ｂに反射防止構造１６３（図３Ａ及び図３Ｂ参照）を形成する。反射防止構造１６３の形成では、例えば、電子線リソグラフィ技術を用い、面１４１ｂに断面形状が三角形の微細な溝１６４Ａを形成する。
【００４７】
このようにしてＶＣＳＥＬチップ１４０を形成することができる。
【００４８】
次に、図４Ｇに示すように、面１４０ｂに常温で液体のエネルギ硬化性樹脂１６５を塗布する。エネルギ硬化性樹脂１６５としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等を用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。
【００４９】
次に、図４Ｈに示すように、ＭＬＡ１６０を反転した形状を有する型１６９をエネルギ硬化性樹脂１６５に押し当てる。そして、熱、紫外線又は電子線等をエネルギ硬化性樹脂１６５に付与し、エネルギ硬化性樹脂１６５を架橋硬化させることで、基部１６１とマイクロレンズ１６２とを備えたＭＬＡ１６０を形成する。
【００５０】
次に、図４Ｉに示すように、型１６９を取り外す。そして、面１４０ｂにＭＬＡ１６０が形成されたＶＣＳＥＬチップ１４０を実装基板１２０に実装する。
【００５１】
このようにして光学装置１００を製造することができる。
【００５２】
この製造方法では、型１６９を用いてマイクロレンズ１６２の形状を定めている。上記のように、例えば、マイクロレンズ１６２のレンズ径が５０μｍ、曲率半径が７０μｍである。このようなサイズのマイクロレンズ１６２を形成するための型１６９は容易に準備することができる。従って、この方法によれば、レンズ径等の寸法の精度が高いマイクロレンズ１６２を容易に製造することができる。
【００５３】
なお、基板１４１自体をエッチングして基板１４１の面１４１ｂにマイクロレンズを形成する場合、６００ｎｍ程度の厚さで球面に加工することになる。このような薄い範囲で高精度の球面のエッチングを行うことは極めて困難である。
【００５４】
ＭＬＡ１６０の材料にＳｉＯ２を用いる場合は、例えば、エネルギ硬化性樹脂１６５の塗布に代えてシラノールを塗布し、型１６９を用いながら縮合反応により固化させてもよい。また、エネルギ硬化性樹脂１６５の塗布に代えてＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィによりＳｉＯ２膜を加工してもよい。
【００５５】
反射防止構造１６３の形態は特に限定されず、レーザ光１４９の入射側から出射側に向けて平均屈折率が徐々に変化するような形態であればよい。図５Ａは、反射防止構造の他の一例を示す平面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す反射防止構造の他の一例を示す断面図である。図６Ａは、反射防止構造の更に他の一例を示す平面図であり、図６Ｂ及び図６Ｃは、図６Ａに示す反射防止構造の更に他の一例を示す断面図である。
【００５６】
例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、反射防止構造１６３として、例えば、高さが１００ｎｍ程度の断面形状が三角形の溝１６４Ｂが２００ｎｍ程度の一定のピッチで形成されていてもよい。溝１６４Ｂは同心円状に形成されている。円の中心が、発光領域１４８及びマイクロレンズ１６２の光軸と揃っていてもよく、発光領域１４８及びマイクロレンズ１６２の光軸からずれていてもよい。
【００５７】
例えば、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、反射防止構造１６３として、例えば、高さが１００ｎｍ程度の四角錐１６４ＣがＸ方向及びＹ方向に二次元配列していてもよい。四角錐１６４Ｃのサイズは一定でもよく、不規則でもよい。
【００５８】
反射防止構造１６３が反射防止膜から構成されていてもよく、反射防止膜を含んでいてもよい。反射防止膜は、例えば、基板１４１側から順にＨｆＯ２／ＳｉＯ２を積層した積層膜であり、ＶＣＳＥＬ素子１５９の発振波長である９４０ｎｍを含む所定の波長領域の光に対する透過率を９９％以上にするように設計されている。反射防止膜は、真空蒸着法、スパッタリング法等により形成することができる。
【００５９】
ＶＣＳＥＬ素子１５９及びマイクロレンズ１６２の配列は限定されず、図２に示す千鳥配列（三角格子状配列）でもよく、図７に示す正方配列（四角格子状配列）であってもよい。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ＭＬＡの構成の点で第１の実施形態と相違する。図８は、第２の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図８は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００６１】
図８に示すように、第２の実施形態に係る光学装置２００は、マイクロレンズ１６２を備えたＭＬＡ２６０を有する。ＭＬＡ２６０は、ＭＬＡ１６０とは異なり、マイクロレンズ１６２を繋ぐ基部を有していない。各マイクロレンズ１６２は、ＶＣＳＥＬ素子１５９の放射パターンに対して所望のビーム成形を行えるように形成されており、例えば、レンズ径が６０μｍ程度、曲率半径が４０μｍ程度である。また、マイクロレンズ１６２の頂点の、面１４０ｂからの高さ（サグ量）は１５μｍ程度である。他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００６２】
光学装置２００によっても光学装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
更に、光学装置２００では、優れた耐熱性を得ることができる。基板１４１とＭＬＡ１６０に用いられる樹脂との間では、線膨張係数が１０倍程度相違する。このため、常温下で基板１４１とＭＬＡ１６０との間に応力が発生していない場合でも、使用環境の温度が常温から大きく相違するほど、基板１４１とＭＬＡ１６０との間に大きな応力が発生する。そして、基板１４１とＭＬＡ１６０との接触面積が大きいほど、マイクロレンズ１６２に作用する力が大きくなる。光学装置２００では、ＭＬＡ１６０に基部が含まれておらず、各マイクロレンズ１６２が互いに独立して形成されているため、個々のマイクロレンズ１６２に作用する力は、光学装置１００における力よりも小さい。従って、温度変化があっても、より安定した動作を実現することができる。特に、高温環境下で使用されるセンシングシステムへの適用に好適である。
【００６４】
次に、第２の実施形態に係る光学装置２００の製造方法について説明する。図９Ａ〜図９Ｂは、第２の実施形態に係る光学装置２００の製造方法を示す断面図である。
【００６５】
この製造方法では、先ず、第１の実施形態と同様にして、ＶＣＳＥＬチップ１４０を形成する。
【００６６】
次に、図９Ａに示すように、面１４０ｂのうち、マイクロレンズ１６２を形成する予定の部分に、常温で液体のエネルギ硬化性樹脂１６５を個々に配置する。エネルギ硬化性樹脂１６５は、例えば、インクジェット法、ディスペンス法等の、樹脂材料を直接吐出する方法により形成することができる。液体のエネルギ硬化性樹脂１６５を微量吐出すると、エネルギ硬化性樹脂１６５は表面張力により球面レンズ形状を有するようになる。
【００６７】
次に、熱、紫外線又は電子線等をエネルギ硬化性樹脂１６５に付与し、エネルギ硬化性樹脂１６５を架橋硬化させることで、図９Ｂに示すように、マイクロレンズ１６２を備えたＭＬＡ２６０を形成する。
【００６８】
その後、第１の実施形態と同様にして、面１４０ｂにＭＬＡ２６０が形成されたＶＣＳＥＬチップ１４０を実装基板１２０に実装する。
【００６９】
このようにして光学装置２００を製造することができる。
【００７０】
この製造方法では、液体のエネルギ硬化性樹脂１６５の表面張力を用いてマイクロレンズ１６２の形状を定めている。
【００７１】
また、第１の実施形態と比較して、各発光領域１４８とマイクロレンズ１６２との間の光軸ずれ（偏芯誤差）を生じにくくすることができる。第１の実施形態では、型１６９と基板１４１との間にアライメントずれが生じると、すべてのＶＣＳＥＬ素子１５９とマイクロレンズ１６２との組み合わせに偏芯誤差が生じ得る。これに対し、第２の実施形態では、１組のＶＣＳＥＬ素子１５９とマイクロレンズ１６２との間に偏芯誤差が生じても、その影響は他の組に影響しにくい。このため、第２の実施形態によれば、より高い集光性能を得やすい。
【００７２】
更に、第１の実施形態では、型１６９からの圧力がＶＣＳＥＬチップ１４０にも作用するが、第２の実施形態では、このような圧力は生じない。ＶＣＳＥＬチップ１４０の厚さは、例えば１００μｍ〜２００μｍ程度であるため、圧力によって破損する可能性もあるが、第２の実施形態によれば、このような破損を抑制することができる。
【００７３】
また、反射防止構造１６３として、マイクロレンズ１６２を形成する予定の部分のみにサブ波長構造体を形成することで、面１４１ｂ内でエネルギ硬化性樹脂１６５の濡れ性を調整することができる。マイクロレンズ１６２を形成する予定の部分の濡れ性をその周囲よりも高めることで、吐出したエネルギ硬化性樹脂１６５の濡れ広がりを抑制し、マイクロレンズ１６２のレンズ径の精度をより向上することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、ＶＣＳＥＬチップの基板の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１０は、第３の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１０は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００７５】
図１０に示すように、第３の実施形態に係る光学装置３００では、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に凸部１４１ｃが形成され、凸部１４１ｃの周囲に凹部１４１ｄが形成されている。つまり、平面視でマイクロレンズ１６２と重なる部分とその周囲の部分との間に段差が形成されている。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００７６】
光学装置３００によっても光学装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
更に、光学装置３００によれば、マイクロレンズ１６２のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ１６２の形成に先立って、面１４１ｂに凸部１４１ｃ及び凹部１４１ｄを形成しておく。マイクロレンズ１６２は、第２の実施形態と同様の方法で形成することができる。凸部１４１ｃと凹部１４１ｄとの間に濡れのピン止め効果が発現するため、凸部１４１ｃ上に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂１６５は、凸部１４１ｃの外側に濡れ広がりにくい。従って、凸部１４１ｃの平面形状でマイクロレンズ１６２の平面形状を高精度に制御することができる。
【００７８】
また、マイクロレンズ１６２の１個あたりのエネルギ硬化性樹脂１６５の量を第２の実施形態よりも増やした場合、エネルギ硬化性樹脂１６５の曲率が大きくなる。このため、曲率が大きく、屈折力が強く、集光効率が高いマイクロレンズ１６２を得ることもできる。
【００７９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、ＶＣＳＥＬチップの基板の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１１は、第４の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１１は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００８０】
図１１に示すように、第４の実施形態に係る光学装置４００では、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に凹部１４１ｅが形成され、凹部１４１ｅの周囲に凸部１４１ｆが形成されている。つまり、平面視でマイクロレンズ１６２と重なる部分とその周囲の部分との間に段差が形成されている。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００８１】
光学装置４００によっても光学装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
更に、光学装置４００によれば、マイクロレンズ１６２のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ１６２の形成に先立って、面１４１ｂに凹部１４１ｅ及び凸部１４１ｆを形成しておく。マイクロレンズ１６２は、第２の実施形態と同様の方法で形成することができる。凹部１４１ｅと凸部１４１ｆとの間に濡れのピン止め効果が発現するため、凹部１４１ｅ内に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂１６５は、凹部１４１ｅの外側に濡れ広がりにくい。このため、凹部１４１ｅの平面形状でマイクロレンズ１６２の平面形状を高精度に制御することができる。
【００８３】
また、光学装置４００によっても、光学装置３００と同様に、集光効率が高いマイクロレンズ１６２を得ることもできる。
【００８４】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１２は、第５の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１２は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００８５】
図１２に示すように、第５の実施形態に係る光学装置５００は、面１４１ｂ上に、マイクロレンズ１６２を囲む枠５０１を有する。枠５０１の材料は、例えばフォトレジストである。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００８６】
光学装置５００によっても光学装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
更に、光学装置５００によれば、マイクロレンズ１６２のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ１６２の形成に先立って、面１４１ｂ上に枠５０１を形成しておく。枠５０１は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成することができる。マイクロレンズ１６２は、第２の実施形態と同様の方法で形成することができる。枠５０１が濡れのピン止め効果を発揮するため、枠５０１の内側に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂１６５は、枠５０１の外側に漏れ出しにくい。このため、枠５０１の平面形状でマイクロレンズ１６２の平面形状を高精度に制御することができる。
【００８８】
また、光学装置５００によっても、光学装置３００と同様に、集光効率が高いマイクロレンズ１６２を得ることもできる。
【００８９】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１３は、第６の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１３は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００９０】
図１３に示すように、第６の実施形態に係る光学装置６００は、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に第１の膜６０１を有し、第１の膜６０１の周囲に第２の膜６０２を有する。第１の膜６０１の表面自由エネルギは面１４０ｂの表面自由エネルギより高く、第２の膜６０２の表面自由エネルギは面１４０ｂの表面自由エネルギより低い。従って、第１の膜６０１及び第２の膜６０２により、面１４０ｂ（面１４１ｂ）の、平面視でマイクロレンズ１６２と重なる部分の表面自由エネルギは、その周囲の部分の表面自由エネルギよりも高くなっている。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００９１】
光学装置６００によっても光学装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
更に、光学装置６００によれば、マイクロレンズ１６２のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ１６２の形成に先立って、面１４１ｂ上に第１の膜６０１及び第２の膜６０２を形成しておく。マイクロレンズ１６２は、第２の実施形態と同様の方法で形成することができる。第１の膜６０１上に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂１６５は、第１の膜６０１の外側に濡れ広がりにくい。このため、第１の膜６０１及び第２の膜６０２の平面形状でマイクロレンズ１６２の平面形状を高精度に制御することができる。
【００９３】
また、表面自由エネルギの相違により、液体のエネルギ硬化性樹脂１６５の面１４１ｂでの接触角は、第２の膜６０２上で第１の膜６０１上よりも大きくなる。従って、マイクロレンズ１６２の１個あたりのエネルギ硬化性樹脂１６５の量を第２の実施形態よりも増やした場合、エネルギ硬化性樹脂１６５の曲率が大きくなる。このため、曲率が大きく、屈折力が強く、集光効率が高いマイクロレンズ１６２を得ることもできる。
【００９４】
図１４に示すように、第１の膜６０１が設けられていなくてもよく、図１５に示すように、第２の膜６０２が設けられていなくてもよい。図１４は、第６の実施形態の第１の変形例に係る光学装置６００Ａを示す断面図である。図１５は、第６の実施形態の第２の変形例に係る光学装置６００Ｂを示す断面図である。図１４及び図１５は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００９５】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１６は、第７の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。図１７は、第７の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１７は、図１６中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００９６】
図１６及び図１７に示すように、第７の実施形態に係る光学装置７００は、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分の周囲にｎ側電極７０１を有する。また、絶縁層１５３に開口部１５６が形成されておらず、ｎ側電極１５７が設けられていない。ｎ側電極７０１としては、例えば、ｎ−ＤＢＲ１４３側から順に金ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）を積層した積層膜を用いることができる。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００９７】
光学装置７００によっても光学装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
また、光学装置７００では、ＶＣＳＥＬ素子１５９にｎ側電極７０１及びｐ側電極１５５から電圧が印加される。従って、小型化及びレイアウト性の向上の効果を得ることもできる。
【００９９】
また、ｎ側電極７０１の材料がレーザ光１４９に対する遮光性を有している場合には、発光領域１４８からの迷光の出射を抑制することができる。
【０１００】
第３の実施形態のように、ｎ側電極７０１が設けられる部分に凹部１４１ｄが形成されていてもよい（図１０参照）。第４の実施形態のように、ｎ側電極７０１が設けられる部分に凸部１４１ｆが形成されていてもよい（図１１参照）。第５の実施形態のように、ｎ側電極７０１とマイクロレンズ１６２との間に枠５０１が形成されていてもよい（図１２参照）。第６の実施形態のように、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に第１の膜６０１が形成され、ｎ側電極７０１上に第２の膜６０２が形成されていてもよい（図１３参照）。第６の実施形態の第１の変形例のように、第１の膜６０１が設けられていなくてもよく（図１４参照）、第６の実施形態の第２の変形例のように、第２の膜６０２が設けられていなくてもよい（図１５参照）。また、ＶＣＳＥＬ素子１５９及びマイクロレンズ１６２の配列は限定されず、図１６に示す千鳥配列（三角格子状配列）でもよく、正方配列（四角格子状配列）であってもよい（図７参照）。
【０１０１】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、ＶＣＳＥＬチップの基板の構成の点で第１の実施形態と相違する。図１８は、第８の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１８は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【０１０２】
図１８に示すように、第８の実施形態に係る光学装置８００では、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に凹レンズ構造１４１ｇが形成されている。第１の実施形態では、基板１４１の厚さが２００μｍ程度であるのに対し、第８の実施形態では、基板１４１の厚さが１００μｍ程度である。また、マイクロレンズ１６２のレンズ径が４０μｍ、曲率半径が５０μｍである。マイクロレンズ１６２の頂点の、面１４０ｂの凹レンズ構造１４１ｇの周囲の平坦面からの高さ（サグ量）は３μｍ程度である。他の構成は第１の実施形態と同様である。
【０１０３】
光学装置８００によっても光学装置１００と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
更に、凹レンズ構造１４１ｇが形成されているため、第１の実施形態よりもレーザ光１４９がマイクロレンズ１６２内で広がり、マイクロレンズ１６２による集光効率を高めることができる。つまり、光学装置８００によれば、放射角を低減することができる。
【０１０５】
光学装置８００を製造するには、反射防止構造１６３の形成前に凹レンズ構造１４１ｇを面１４１ｂに形成し、凹レンズ構造１４１ｇを含めて面１４１ｂに反射防止構造１６３を形成する。反射防止構造１６３としてサブ波長構造体を形成してもよく、反射防止膜を形成してもよい。そして、第１の実施形態と同様に、常温で液体のエネルギ硬化性樹脂１６５の塗布以降の処理を行う。レンズ径が４０μｍ、曲率半径が５０μｍのマイクロレンズ１６２を形成するための型１６９も容易に準備することができる。従って、レンズ径等の寸法の精度が高く、集光効率が高いマイクロレンズ１６２を容易に製造することができる。
【０１０６】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、ＶＣＳＥＬチップの基板の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１９は、第９の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図１９は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【０１０７】
図１９に示すように、第９の実施形態に係る光学装置９００では、第８の実施形態と同様に、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に凹レンズ構造１４１ｇが形成されている。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【０１０８】
光学装置９００によれば、光学装置８００と同様の効果と光学装置２００と同様の効果とを得ることができる。
【０１０９】
光学装置９００を製造するには、反射防止構造１６３の形成前に凹レンズ構造１４１ｇを面１４１ｂに形成し、凹レンズ構造１４１ｇを含めて面１４１ｂに反射防止構造１６３を形成する。反射防止構造１６３としてサブ波長構造体を形成してもよく、反射防止膜を形成してもよい。そして、第２の実施形態と同様に、常温で液体のエネルギ硬化性樹脂１６５の吐出以降の処理を行う。この製造方法では、凹レンズ構造１４１ｇがエネルギ硬化性樹脂１６５の濡れ広がりを抑制するピン止め効果を発揮することができる。従って、マイクロレンズ１６２のレンズ径の精度をより向上することができる。
【０１１０】
（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第９の実施形態と相違する。図２０は、第１０の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図２０は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【０１１１】
図２０に示すように、第１０の実施形態に係る光学装置１０００では、第９の実施形態と同様に、面１４１ｂのマイクロレンズ１６２が形成される部分に凹レンズ構造１４１ｇが形成されている。他の構成は第７の実施形態と同様である。
【０１１２】
光学装置１０００によれば、光学装置９００と同様の効果と光学装置７００と同様の効果とを得ることができる。
【０１１３】
第９の実施形態及び第１０の実施形態において、第５の実施形態のように、枠５０１が形成されていてもよい（図１２参照）。第６の実施形態のように、第１の膜６０１及び第２の膜６０２が形成されていてもよい（図１３参照）。第６の実施形態の第１の変形例のように、第１の膜６０１が設けられていなくてもよく（図１４参照）、第６の実施形態の第２の変形例のように、第２の膜６０２が設けられていなくてもよい（図１５参照）。
【０１１４】
第１〜第１０の実施形態において、マイクロレンズ１６２の上面に反射防止膜が形成されていてもよい。
【０１１５】
（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態は、第１〜第１０の実施形態のいずれかに係る光学装置を含む計測装置に関する。図２１は、第１１の実施形態に係る計測装置の使用例を示す図である。
【０１１６】
図２１に示すように、第１１の実施形態に係る計測装置１１は、例えば、工場等における部品２の外観検査に使用することができる。図２６に示すように、計測装置１１は、例えば、第１〜第１０の実施形態のいずれかに係る、ＶＣＳＥＬチップ１４０を含む光学装置１４を備えた照明ユニット１０と、光学センサ等の光電変換素子からなる受光素子１３とを有する。照明ユニット１０は、ＶＣＳＥＬ素子１５９がマイクロレンズ１６２を通じて出射した光を被照射面３に投影する投影部１９を有する。投影部１９は、光学装置１４から出射した光を拡げて被照射面３に投光させる光学系より実装される。
【０１１７】
一例として、計測装置１１は、照明ユニット１０から被照射面３上の部品２（検出対象）に対してパルス光を投光（照射）し、部品２からの反射光を受光素子（光学センサ）１３で受光して、反射光の受光までに要した時間に基づいて部品２との距離を測定する、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離検出装置である。
【０１１８】
照明ユニット１０の光学装置１４は、光源駆動回路１６により電流が送られて発光が制御される。光源駆動回路１６は、光学装置１４を発光させたときに信号制御回路１７に信号を送信する。
【０１１９】
光学装置１４から投光されて部品２で反射された反射光は、集光作用を持つ受光光学系１８を通して受光素子１３に導光される。受光素子１３で受光した光が光電変換され、電気信号として信号制御回路１７に送られる。信号制御回路１７は、投光（光源駆動回路１６からの発光信号入力）と受光（受光素子１３からの受光信号入力）の時間差に基づいて、部品２までの距離を計算する。従って、計測装置１１では、受光素子１３が、光学装置１４から発せられて部品２で反射された光を検出する検出部として機能する。また、信号制御回路１７が、受光素子（検出部）１３からの信号に基づいて、部品２との距離に関する情報を取得する計算部として機能する。
【０１２０】
なお、図２１の例では、計測装置１１を用いることによって部品２の深さ情報を取得できるため、通常のカメラによる外観検査と比べて細かい傷や欠陥、立体形状などの情報を取得しやすい。また、計測装置１１が照明ユニットを備えているため、暗い環境下でも使用可能である。更に、照明ユニットはＶＣＳＥＬチップ１４０を含むため、均一照明を実現することができる。従って、照明ユニットを使用することで、広角に光を照射しても光学センサの周辺部で測距精度が低下しないため、多くの部品２の検査を同時に行うことができ、作業効率の向上が見込める。照明ユニットは照明装置の一例であり、光学センサは撮像部の一例である。
【０１２１】
計測装置１１を備えた部品検査装置は、計測装置１１によって対象物の外観検査を行う検査部を設けることで実現することができる。
【０１２２】
（第１２の実施形態）
次に、第１２の実施形態について説明する。第１２の実施形態は、第１１の実施形態に係る計測装置を含むロボットに関する。図２２は、第１２の実施形態に係るロボットを示す図である。
【０１２３】
図２２に示すように、第１２の実施形態に係るロボット１２は、多関節を有するロボットアーム（多関節アーム）７０と、対象物をピッキングするハンド部７１と、ハンド部７１の直近に搭載された計測装置１１とを有する。ロボットアーム７０は、それぞれ屈曲可能な複数の可動部を備え、ハンド部７１の位置及び向きを、制御に従い変更する。
【０１２４】
計測装置１１は、光の投影方向がハンド部７１の向く方向に一致するように設けられ、ハンド部７１のピッキングの対象物１５を計測対象として計測する。計測装置１１は、この計測に際して、内蔵する光学装置からレーザ光を照射領域６０に照射する。
【０１２５】
より詳細には、計測装置１１は、対象物１５を含む照射領域からの反射光を受光素子１３で受光して、信号制御回路１７は画像データを生成し（撮像を行い）、得られた画像情報に基づいて、対象物１５に関する各種情報を判断する。具体的には、計測装置１１を用いて検出される情報は、対象物１５までの距離、対象物１５の形状、対象物１５の位置、複数の対象物１５が存在する場合の互いの位置関係などである。そして、信号制御回路１７での判断結果に基づいて、ロボットアーム７０及びハンド部７１の動作を制御して、対象物１５の把持や移動などを行わせる。
【０１２６】
このように、第１２の実施形態では、計測装置１１をロボットアーム７０に搭載することで、ピッキングの対象物１５を近距離から計測することができ、カメラ等を用いた遠方からの計測と比較して計測精度や認識精度の向上が達成できる。例えば、工場の様々な組立てライン等におけるファクトリーオートメーション（factory automation：ＦＡ）分野においては、対象物１５である部品の検査や認識等のために、ロボットアーム７０を含むロボット１２が利用される。ロボット１２に計測装置１１を搭載することにより、部品の検査や認識を精度よく行うことができるようになる。
【０１２７】
第１〜第１０の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置１１の内部ではなく、計測装置１１から独立して、ハンド部７１の直近に搭載されていてもよい。
【０１２８】
（第１３の実施形態）
次に、第１３の実施形態について説明する。第１３の実施形態は、第１１の実施形態に係る計測装置を搭載した電子機器に関する。図２３は、第１３の実施形態に係る電子機器を示す図である。
【０１２９】
第１３の実施形態に係る電子機器は、例えばスマートフォン８０である。スマートフォン８０には計測装置１１と使用者の認証機能とが搭載されている。使用者の認証機能は、例えば専用のハードウェアを設ける等して搭載されている。この他、コンピュータ構成の中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）が読み出し専用メモリ（read only memory：ＲＯＭ）等に格納されたプログラムを実行する等して認証機能を実現するようにしてもよい。計測装置１１は、使用者８１の顔、耳や頭部の形状等を計測する。この計測結果に基づいて、使用者の認証機能は、使用者８１がスマートフォン８０に登録された者か否かを判定する。
【０１３０】
使用者の認証を行う際には、スマートフォン８０に搭載した計測装置１１の照明ユニット１０から、スマートフォン８０を使用する使用者８１へ向けて光が投射される。使用者８１及びその周囲で反射された光が計測装置１１の受光素子１３で受光され、画像処理部として機能する信号制御回路１７で画像データを生成する（撮像を行う）。使用者８１の画像情報と、予め登録された使用者情報との一致度を、信号制御回路１７が判断して、登録済みの使用者であるか否かを判定する。具体的には、使用者８１の顔、耳、頭部などの形状（輪郭や凹凸）を測定して、使用者情報として用いることができる。
【０１３１】
このように、第１３の実施形態では、計測装置１１をスマートフォン８０に搭載することで、高精度に使用者８１の顔、耳や頭部の形状等を計測することができ、認識精度の向上が達成できる。なお、本実施形態では、計測装置１１をスマートフォン８０に搭載しているが、パーソナルコンピュータ（personal computer：ＰＣ）やプリンタ等の電子機器に搭載してもよい。また、機能面としても個人認証機能に限らず、顔形状のスキャナなどに用いてもよい。
【０１３２】
第１〜第１０の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置１１の内部ではなく、計測装置１１から独立して、スマートフォン８０等の電子機器に搭載されていてもよい。
【０１３３】
（第１４の実施形態）
次に、第１４の実施形態について説明する。第１４の実施形態は、第１１の実施形態に係る計測装置を搭載した、車両等の移動体に関する。図２４は、第１４の実施形態に係る移動体を示す図である。
【０１３４】
図２４に示すように、第１４の実施形態に係る移動体は、例えば自動車である。自動車の車内８５には計測装置１１と運転支援機能とが搭載されている。運転支援機能は、例えば専用のハードウェアを設ける等して搭載されている。この他、コンピュータ構成のＣＰＵがＲＯＭ等に格納されたプログラムを実行する等して運転支援機能を実現するようにしてもよい。計測装置１１は、ドライバー８６の顔や姿勢等を計測する。この計測結果に基づいて、運転支援機能は、ドライバー８６の状況に応じた適切な支援を行う。
【０１３５】
自動車の車内８５に搭載した計測装置１１の照明ユニット１０から、自動車を運転するドライバー８６へ向けて光が投射される。ドライバー８６及びその周囲で反射された光が計測装置１１の受光素子１３で受光され、信号制御回路１７で画像データを生成する（撮像を行う）。信号制御回路１７が、ドライバー８６の画像情報に基づいて、ドライバー８６の顔（表情）や姿勢などの情報を判断する。そして、信号制御回路１７の判断結果に基づいて、ブレーキや操舵輪を制御して、ドライバー８６の状況に応じた適切な運転支援を行う。例えば、脇見運転や居眠り運転を検出したときの自動減速や自動停止などの制御を行うことができる。
【０１３６】
このように、第１４の実施形態では、計測装置１１を自動車に搭載することで、高精度にドライバー８６の顔、姿勢等を計測することができ、車内８５のドライバー８６の状態認識精度の向上が達成できる。なお、本実施形態では、計測装置１１を自動車に搭載しているが、電車の車内や飛行機の操縦席（又は客席）等に搭載してもよい。また、機能面としてもドライバー８６の顔、姿勢等のドライバー８６の状態認識に限らず、ドライバー８６以外の搭乗者や車内８５の様子の認識等に用いてもよい。またドライバー８６の個人認証を行い、車のドライバーとして予め登録された者か否かを判断するといった車のセキュリティに用いてもよい。
【０１３７】
第１〜第１０の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置１１の内部ではなく、計測装置１１から独立して、車内８５に搭載されていてもよい。
【０１３８】
（第１５の実施形態）
次に、第１５の実施形態について説明する。第１５の実施形態は、第１１の実施形態に係る計測装置を搭載した移動体に関する。図２５は、第１５の実施形態に係る移動体を示す図である。
【０１３９】
図２５に示すように、第１５の実施形態に係る移動体８７は、例えば自律型の移動体である。移動体８７には計測装置１１が搭載されており、移動体８７の周囲を計測する。この計測結果に基づいて、移動体８７は自身の移動する経路の判断、及び、机８８の位置等の室内８９のレイアウトを算出する。
【０１４０】
移動体８７に搭載された計測装置１１は移動体８７の進行方向及びその周辺領域に向けて光を照射する。移動体８７の移動エリアである室内８９において、移動体８７の進行方向に机８８が設置されている。移動体８７に搭載した計測装置１１の照明ユニット１０から投射された光のうち、机８８及びその周囲で反射された光が計測装置１１の受光素子１３で受光され、光電変換された電気信号が信号制御回路１７に送られる。
【０１４１】
信号制御回路１７では、受光素子１３から送られた電気信号などに基づいて、机８８との距離や机８８の位置、机８８以外の周辺状況など、室内８９のレイアウトに関する情報を算出する。この算出された情報に基づいて、移動体８７の移動経路や移動速度などを信号制御回路１７が判断し、その判断結果に基づいて、移動体８７の走行（駆動源であるモータの動作など）を制御する。
【０１４２】
このように、第１５の実施形態では、計測装置１１を移動体８７に搭載することで、高精度に移動体８７の周辺を計測することができ、移動体８７の運転の支援が行える。なお、本実施形態では、計測装置１１を小型の移動体８７に搭載しているが、自動車等に搭載してもよい。また、屋内だけでなく屋外で用いてもよく、建造物等の計測に用いてもよい。
【０１４３】
第１〜第１０の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置１１の内部ではなく、計測装置１１から独立して、移動体８７に搭載されていてもよい。
【０１４４】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１４５】
３  被照射面
１１  計測装置
１２  ロボット
６０  照射領域
７０  ロボットアーム
８０  スマートフォン
８７  移動体
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００  光学装置
１２０  実装基板
１４０  ＶＣＳＥＬチップ
１４１  基板
１４１ａ、１４１ｂ  面
１４１ｃ、１４１ｆ  凸部
１４１ｄ、１４１ｅ  凹部
１４１ｇ  凹レンズ構造
１６３  反射防止構造
１６４Ａ、１６４Ｂ  溝
１６４Ｃ  四角錐
１６５  エネルギ硬化性樹脂
１６９  型
６０１  第１の膜
６０２  第２の膜
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４６】
【特許文献１】特開平５−５５７０３号公報
【図１】
2020155771.tif 000003
【図２】
2020155771.tif 000004
【図３Ａ】
2020155771.tif 000005
【図３Ｂ】
2020155771.tif 000006
【図４Ａ】
2020155771.tif 000007
【図４Ｂ】
2020155771.tif 000008
【図４Ｃ】
2020155771.tif 000009
【図４Ｄ】
2020155771.tif 000010
【図４Ｅ】
2020155771.tif 000011
【図４Ｆ】
2020155771.tif 000012
【図４Ｇ】
2020155771.tif 000013
【図４Ｈ】
2020155771.tif 000014
【図４Ｉ】
2020155771.tif 000015
【図５Ａ】
2020155771.tif 000016
【図５Ｂ】
2020155771.tif 000017
【図６Ａ】
2020155771.tif 000018
【図６Ｂ】
2020155771.tif 000019
【図６Ｃ】
2020155771.tif 000020
【図７】
2020155771.tif 000021
【図８】
2020155771.tif 000022
【図９Ａ】
2020155771.tif 000023
【図９Ｂ】
2020155771.tif 000024
【図１０】
2020155771.tif 000025
【図１１】
2020155771.tif 000026
【図１２】
2020155771.tif 000027
【図１３】
2020155771.tif 000028
【図１４】
2020155771.tif 000029
【図１５】
2020155771.tif 000030
【図１６】
2020155771.tif 000031
【図１７】
2020155771.tif 000032
【図１８】
2020155771.tif 000033
【図１９】
2020155771.tif 000034
【図２０】
2020155771.tif 000035
【図２１】
2020155771.tif 000036
【図２２】
2020155771.tif 000037
【図２３】
2020155771.tif 000038
【図２４】
2020155771.tif 000039
【図２５】
2020155771.tif 000040
【図２６】
2020155771.tif 000041