(57)【要約】    【課題】  複数個の半導体発光素子を用いて投光動作を行なう場合に、駆動電流を少なく、且つ素子の寿命を短縮しないようにして点灯動作させると共に、遠くまで光量を低下させずに投光できるようにする。    【解決手段】  それぞれ独立したレンズ２５ａ〜２５ｃにより投光する半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを、直列に接続して電源としての信号発生回路２４に接続してパルス点灯させることにより、１個分の駆動電流で３個を同時に点灯させることができる。半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃのパッケージは３本のリード端子を備え、金属ベースとは電気的に絶縁された２本のリード端子に電気的に接続する。集光点Ｐを検出距離の範囲の中間に設定すると、ほぼ全域に渡ってレーザ光のずれ量を最も低減して光量の減少を抑制できる。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の半導体発光素子と、これら複数個の半導体発光素子のそれぞれに対して設けられ所定の投光領域に対して発光光を導く複数の光学装置とを備え、前記複数の光学装置を、前記複数個の半導体発光素子から発せられる光を集光した状態で一つの投光領域に投光するように光軸を調整した状態に構成すると共に、電源に対して前記複数個の半導体発光素子を直列に接続した状態で給電する給電経路を構成した半導体投光装置と、
この半導体投光装置の投光領域に存在する物体からの反射光を受光する受光手段と、
前記半導体投光装置による投光時点から前記受光手段による前記反射光の受光時点までの時間を測定して前記投光領域に存在する物体までの距離を検出する検出手段とを設けたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記半導体発光素子の投光領域でのスポット形状が楕円形状をなすものである場合に、
前記複数の光学装置は、それぞれの光軸が同一平面で平行且つ等間隔に並んだ状態に配置され、
前記複数の半導体発光素子は、投光領域でのスポットが楕円形状の長径方向でずれを生じて重なるように配置されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の距離測定装置において、
前記検出手段は、前記半導体投光装置をパルス点灯させるように制御することを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の距離測定装置において、
前記光学装置は、前記複数個の半導体発光素子から発せられる光を検出距離の範囲内において集光点が位置するように光軸を調整した状態に構成されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の距離測定装置において、
前記光学装置により設定される集光点の位置は、前記検出距離の範囲内の最遠点に調整されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載の距離測定装置において、
前記光学装置により設定される集光点の位置は、前記検出距離の範囲内の中間点に調整されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれかに記載の距離測定装置において、
前記半導体投光装置により発せられる光の投光方向を所定範囲内で走査させる投光走査手段を設け、
前記検出手段は、前記投光走査手段を介して前記半導体投光装置の投光領域を走査しながら距離の検出を行ない、走査される投光領域のそれぞれに対応して距離を検出するように構成されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の距離測定装置において、
前記投光走査手段は、前記半導体投光装置により発せられる光の投光方向を２次元的に走査するように構成されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の距離測定装置において、
移動体に搭載され、その進行方向に対応した投光領域の距離を検出するように構成されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の距離測定装置において、
前記移動体は、自動車であることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の距離測定装置において、
前記半導体発光素子の投光領域でのスポット形状が楕円形状をなすものである場合に、
前記半導体投光装置により発せられる光のスポットは楕円形状の長径方向が移動している面に対して垂直方向に指向するように設定されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１２】
複数個の半導体発光素子と、これら複数個の半導体発光素子のそれぞれに対して設けられ所定の投光領域に対して発光光を導く複数の光学装置とを備え、前記複数の光学装置を、前記複数個の半導体発光素子から発せられる光を複数の投光領域に投光するように光軸を調整した状態に構成すると共に、電源に対して前記複数個の半導体発光素子を直列に接続した状態で給電する給電経路を構成したことを特徴とする半導体投光装置と、
この半導体投光装置の複数の投光領域に存在する物体からの反射光をそれぞれ受光するように設けられた受光手段と、
前記半導体投光装置による投光時点から前記受光手段による前記反射光の受光時点までの時間を測定して前記投光領域に存在する物体までの距離を検出する検出手段とを設けたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の距離測定装置において、
移動体に搭載され、その移動体の周囲に設定される複数の投光領域の距離を、前記複数の受光手段の受光信号に基づいて検出するように構成されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の距離測定装置において、
前記移動体は、自動車であることを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の半導体発光素子により発せられる光を投光領域に投光するための光学系を有する半導体投光装置を備え、物体からの反射光を受光してその物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、半導体レーザ素子や発光ダイオード素子などの半導体発光素子を用いて構成した半導体投光装置により検出領域に向けて投光し、その反射光を受光して遅れ時間から検出領域内の測定対象物までの距離を計測する距離測定装置が開発されてきている。
【０００３】
例えば、このような距離測定装置を自動車に搭載して自動車間の距離を計測して車間距離が一定距離よりも近接したときに警報を出すシステムや、自動車の駐停車時などにおいて、他の自動車や障害物までの距離を計測して一定距離よりも接近しているときに警報を出すシステム、あるいは、投光領域で一定距離以内の範囲で光が遮られる場合などに警報を出力するシステムなどに利用されている。また、これらのシステムを応用して自動車の走行を制御して安全且つ適正に走行あるいは駐停車をすることができるようにしたシステムが考えられている。
【０００４】
この場合に、車間距離計測システムにおいては、高速道路などの走行状態も考慮すると、距離の測定範囲として１０ｍ程度から１００ｍ以上（例えば１２０ｍ程度）の範囲で計測できるようにすることが要求される。また、そのためには、半導体レーザ素子を数１０〜数１００ｎｓｅｃ（ナノ秒）のパルス駆動で全体として２０〜８０Ｗ程度の光出力が必要となる。一般に、１個の半導体レーザ素子では、ピーク電流値を２０Ａ程度としたときに１０〜２０Ｗ程度の光出力を得ることができる。そこで、上述の要求を満たすためには、１個の半導体レーザ素子を大電流で駆動するか、あるいは複数個の半導体レーザ素子を同時に駆動してそれらの光出力を合成することが考えられる。
【０００５】
１個の半導体レーザを大電流で駆動制御する場合には、電流の大きさに反比例して素子の寿命が低下することから、あまり採用することは良い条件とは言えない。そこで、複数個の半導体レーザを用いてそれらの光を集めて光量を増大させる方法が有効となる。
【０００６】
この方法としては、一般的には、各半導体レーザを電源に並列に接続して個別に駆動することにより発光させ、それらの光を集光することが考えられる。しかし、その場合には、並列に接続した個数分の駆動電流を流す必要があるので、電力消費量が多くなると共に、パルスの波形が鈍ることにつながり、駆動条件としてはあまり好ましくない。
【０００７】
一方、このような不具合を解決すべく、特許文献１〜３に示されるものがある。これらは複数個の半導体レーザチップを積層して一体化し、直列接続状態として駆動するもので、光源としては複数個の発光点が１００μｍ間隔程度で並んだ状態となる。これを集光レンズにより集光して平行光に変換し、目的とする投光領域に向けて投光するようにしたものである。
【特許文献１】特開平５−４１５６１号公報
【特許文献２】特開平６−２８２８０７号公報
【特許文献３】特開平７−３０７５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の場合に、光源における発光点の間隔が１００μｍであっても、平行光となるように集光した状態では、各半導体レーザチップからのレーザ光のスポットの間隔が投光距離に比例して広がることになる。例えば、図２５に示すように、３個の半導体レーザチップ１ａ〜１ｃを積層してなる半導体レーザ装置１を、光学系としての集光レンズ２の焦点位置に置いて発光させると、各レーザチップ１ａ〜１ｃの発光点Ｌａ〜Ｌｃから出射されるレーザ光は集光レンズ２を通過すると集光されて平行光Ｓａ〜Ｓｃとなる。
【０００９】
このとき平行光Ｓａ〜Ｓｃの各スポット径をＤとすると、焦点距離ｆだけ進行した位置で、レーザチップ１ａ〜１ｃの配置間隔と同じずれを生ずることになるが、実際にはスポット径がある程度大きくなるので、そのようなずれはほとんど問題なく集光された状態が保持される。そして、このような各平行光Ｓａ〜Ｓｃが測定対象となる距離程度例えば数十メートル程度まで進行したときには、上述のずれが無視できない程度まで広がることになり、集光したことによる検出距離を遠くすることの効果は全く失われてしまう。
【００１０】
この状態は、図２６にも示すように、検出距離ｘを遠くしようとすると、図中ｘ１程度では、スポットが重複するように投光されるが、ｘ２（＞ｘ１）程度まで遠くなると、単に光量が減少することにとどまらず、スポット間の距離が離れて光が当たらないダークエリアＢが形成されるようになる。この場合には、距離測定時にたまたまダークエリアＢに位置した測定対象物は測定されないことになり、非存在として認識されてしまうことになり、正確な測定までも行なえなくなる不具合を含んでいる。
【００１１】
このようなスポット間隔の広がりの程度は、集光レンズ２からの距離に比例しており、距離が遠くなるほど単純に大きくなるので、遠距離まで検出しようとするほど光量の低下やダークエリアの発生が顕著となり、対象物からの反射光をより多く受光したい場合に不利な条件となる。
【００１２】
これを具体的に見積もると、例えば、発光点Ｌａ〜Ｌｃの間隔を１００μｍとしたときに集光レンズ２の焦点距離ｆに対して、光源の広がり角度θは、
θ＝arctan（０．１／ｆ）
となるから、焦点距離ｆを２２ｍｍの場合を考えると、θ＝０．２６°となる。集光レンズ２の位置から焦点距離ｆの１０００倍の位置である２２ｍ離れた位置では、スポットの中心位置間距離が１０ｃｍ程度となる。スポット径Ｄの大きさとの関係もあるが、中心位置がずれることに変わりはないので、投光領域での光が広がって単位面積当たりの光量が低下するので、反射光の光量が低下することは確実である。
【００１３】
したがって、測定距離の範囲として１００ｍ以上の距離を設定しようとする場合には、光量が大きく不足すると共にダークエリアの発生もするので、半導体レーザ装置をさらに大電流で駆動して光量を増大させるなどの対策が必要となるが、この場合には寿命の低下を避けることができなくなる不具合がある。
【００１４】
また、このように測定距離の範囲を１００ｍ以上の遠距離まで設定する構成を得た場合に、強い光が出力されることになるが、そのような強い光が出力される場合に、これが人間の目に入射する可能性のある環境で使用するときには、安全性の点を考慮してその出力レベルを設定する必要があり、この面でも大出力化に対する技術的課題が残っている。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体発光素子を複数個用いて構成する投光装置において、低電流で大出力の発光を行なうことができ、しかも、投光距離に応じた効率的な投光動作を行なうことができるようにした半導体投光装置を用いて距離測定を効率良く行なうことができるようにした距離測定装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、上述の目的を達成することで遠方まで投光するために強い光を出力する構成とした場合において、人間の目に入射する可能性のある環境下で使用するときでもその安全性を確保することができるようにした半導体投光装置を用いて距離測定を測定する距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明によれば、複数個の光学装置を個別に半導体発光素子に対して配置して投光領域に投光させるように構成し、これら複数個の半導体発光素子を電源に対して直列に接続した状態で給電する構成としているので、給電に際しては半導体発光素子１個分の電流を流すことですべての半導体発光素子に同じ電流を流して発光動作を行なわせることができ、これによって接続した半導体発光素子の数だけの光量を得ることができるようになる。つまり、半導体発光素子においては、通常において電流を一方向に流すだけで発光現象が起こるので、直列に接続した場合には、すべての半導体発光素子が発光することになる。そして、複数の光学装置を、複数個の半導体発光素子から発せられる光を集光した状態で一つの投光領域に投光するように光軸を調整した状態に構成するので、遠距離まで投光する場合でも光密度の高い状態で投光できると共に、個別に光学系で絞った光を集光するので、投光距離に応じた位置に集光点を設けることでより効率的な投光動作を行なうことができるようになる。
【００１８】
さらに、この半導体投光装置を用いて投光領域に投光し、受光手段により投光領域に存在する物体からの反射光を受光し、このとき検出手段により、投光時点から反射光の受光時点までの時間を測定して物体までの距離を検出するように構成しているので、前述したように、投光する光を効率的に集光して投光領域に投光することができ、これによって投光領域内において、より遠距離まで距離測定を正確に行なうことができるようになる。換言すれば、対象となる距離測定範囲内で効率的な投光動作を行なうことができるようになる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、上記発明において、半導体発光素子の投光領域でのスポット形状が楕円形状をなすものである場合に、複数の光学装置を、それぞれの光軸が同一平面内で平行且つ等間隔なるように配置され、複数の半導体発光素子を投光領域でのスポットが楕円形状の長径方向でずれを生じて重なるように配置しているので、半導体発光素子の照射による投光領域でのスポットの長径方向の重なり状態が半導体発光素子の配置間隔の分だけずれることになる。この結果、複数の半導体発光素子を光学装置により平行に照射するときの重なる領域つまり最も強い光として利用することができる領域は、照射する距離が遠くなるほどずれる量に対して大きい比率になり、強い光を必要とする遠方において重なる度合いを高めて効果的に照射をすることができるようになる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、上述の距離測定装置において、検出手段により、半導体投光装置の半導体発光素子をパルス点灯させるので、高出力の投光動作を効率的に実施できると共に、そのパルス点灯により発せられる光と受光手段により受光される反射光との時間差を投光信号と受光信号の立ち上がり時間の差から検出して距離を測定することができ、また、これらを繰り返し測定すれば信頼性の高い測定を行なうことができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、上述の距離測定装置において、光学装置を、複数個の半導体発光素子から発せられる光を検出距離の範囲内において集光点が位置するように光軸を調整しているので、検出距離の範囲内での各半導体発光素子から出力される光の中心点のずれを少なくすることができ、光量の低下を極力防止してより正確な検出動作を行なうことができるようになる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、上述の距離測定装置において、集光点の位置を検出距離の範囲内の最遠点に調整しているので、最遠点で各半導体発光素子からの集光度が最も良好となって光の中心点のずれの発生を抑制することができるので、遠い位置ほど集光度が高くなり中心点のずれに起因した光量の低下を抑制することができる。しかも、最遠点よりも近い位置では、光の中心点のずれが最大でも各半導体発光素子を配置している配置間隔であるから、その配置間隔と光学系により絞るスポット径との関係を適当に設定することにより、測定範囲内でほぼ全域に渡ってほとんどずれのない集光状態とすることができ、距離測定範囲内での検出精度の向上を図ることができるようになる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、請求項４に記載の距離測定装置において、集光点の位置を検出距離の範囲内の中間点に調整しているので、その中間点付近で最も集光度が高くなり、検出範囲の最遠点および最近点の両者でほぼ同程度の光の中心点のずれとなり、検出範囲の全域に渡り各半導体発光素子から出力されるスポット光の中心点のずれの最も少ない条件として設定できる。これにより、例えば、距離測定範囲内で最も検出頻度が高い距離を集光点として設定することで、その集光点付近における光量を最も高めて検出精度の向上を図ることができるようになる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、上述した各距離測定装置において、投光走査手段により光の投光方向を所定範囲内で走査させ、検出手段により検出した反射光から対象物の距離を投光領域に対応して得るので、投光対象となる範囲を投光領域に分割して検出することができ、広い検出範囲内における検出対象の存在位置と距離とを投光位置に応じて検出することができる。これにより、広い範囲内における検出動作をより的確に行なうことができるようになる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、上述の構成において、投光走査手段により投光方向を２次元的に走査するように構成したので、検出対象となる範囲の設定自由度を高めてその応用用途も広くすることができるようになる。
【００２６】
請求項９の発明によれば、請求項１ないし８のいずれかに記載の距離測定装置において、これを移動体に搭載し、その進行方向に対応した投光領域の距離を検出するように構成したので、自動車をはじめとした交通手段として用いる移動体や、あるいは搬送装置やロボットなどの有人あるいは無人の移動体においても、進行方向に対応した投光領域内の距離を検出することができるので、進行方向に位置する人や物体などの進行を妨げる障害物を検出したり、あるいは追尾するための対象物体を検出するなどの広い用途に適用することができる。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、上述の場合に、これを自動車に搭載することで、進行方向の障害物を検出して危険な場合をあらかじめ警報などにより報知したり、あるいは減速制御をするなどの適切な処置をとるように制御したり、あるいは前方を走行する他の自動車を追尾するような場合に、これを検知すると共に、適切な車間距離を保って走行制御をするように利用することもできる。
【００２８】
請求項１１の発明によれば、請求項９または１０の発明において、半導体発光素子の投光領域でのスポット形状が楕円形状をなすものである場合に、半導体投光装置により発せられる光のスポットを楕円形状の長径方向が移動している面に対して垂直方向に指向するように設定して距離検出動作を行なうようにしているので、移動している面の水平方向の検出分解能を高めることができるようになる。これにより、例えば、車両などに利用する場合においては、進行方向に位置する物体などの方向や位置の検出を精度良く行える。
【００２９】
請求項１２の発明によれば、複数の光学装置を複数個の半導体発光素子から発せられる光を複数の投光領域に投光するように光軸を調整した状態に構成するので、各半導体発光素子による投光を個別に利用して投光動作を行なえ、この場合でも、半導体発光素子を直列に接続しているので、給電動作を効率的に行なうことができるようになる。そして、この半導体投光装置を備え、受光手段により半導体投光装置の複数の投光領域に存在する物体からの反射光をそれぞれ受光し、検出手段により、各各投光領域に存在する物体までの距離を検出するようにしたので、広範囲な検出領域を設定してその検出領域内に存在する物体を検出することができるようになる。
【００３０】
請求項１３および１４の発明によれば、上述の構成を、移動体に搭載してその周囲に設定した投光領域内の物体を検出するようにしたので、例えば、自動車や無人搬送車などにおいて、周囲の物体と接触しないように走行したり、あるいは駐停車する場合に、狭い領域においても周囲の物体と衝突するなどして損傷が発生するのを防止することに利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
以下、本発明を自動車の距離測定装置に適用した場合の第１の実施形態について図１ないし図１０を参照しながら説明する。
【００３２】
距離測定装置１１は、自動車１２（図７参照）に設けられるもので、車体の前方に向けて投光動作を行なうように、例えばダッシュボードやボンネットの内部側あるいはバンパー部分に配置されているもので、後述するようにして、前方の所定範囲内をビームスポットを走査（スキャン）してその範囲内に存在する物体の距離を検出するようになっている。
【００３３】
距離測定装置１１には、図４に示すように、半導体投光装置としての投光器１３、投光を所定範囲内で走査するための投光走査手段としての走査部１４、反射光をフレネル型の受光レンズ１６を介して受光し光電変換して出力する受光素子１７、受光信号を増幅するプリアンプ１８，増幅率可変アンプ１９、投光から受光までの時間を計測する時間計測回路２０および投光動作，受光動作，検出動作などを制御するための制御回路２１から構成されている。
【００３４】
投光器１３は、図１に示すように、内部に例えば３個の半導体発光素子としての半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃが設けられており、これらは直列に接続した状態で電源としての信号発生回路２４に接続されている。なお、各パッケージにはケースをグランド電位に保持するためのリード端子が導出されており、これらはグランド端子に接続されている。３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの前面部には、レーザ出力を平行光に絞るための光学装置としてのレンズ２５ａ〜２５ｃがそれぞれに配置されている。
【００３５】
これら３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃは、所定間隔を存して並べられており、それぞれからレンズ２５ａ〜２５ｃを介して投光されるレーザ光出力が所定距離で集光するように光軸調整されている。ここで、所定距離としては、この距離測定装置１１で測定しようとする距離の範囲Ｌｍｉｎ〜Ｌｍａｘ（例えば２０ｍから１２０ｍの範囲とすると）のうちの中間値の位置までの距離Ｌｏ（例えば７０ｍ程度の距離）を設定している。
【００３６】
信号発生回路２４は、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃに対してパルス投光を行なわせるようにパルス状の電流を流すように構成されている。このとき、パルス電流は、５０ｎｓｅｃのパルス幅で繰り返し周期５ｋＨｚで発光させるように設定され、ピーク電流として１４Ａ程度で半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの１個あたりのピークパワーが１４Ｗ程度となるように設定されている。
【００３７】
なお、この接続形態では、図５にも示すように、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃつまり３個のレーザダイオードを直列に接続した状態で信号発生回路２４に接続するので、全体として流れる電流は、１個の半導体レーザ素子２３ａに流すのと同じ電流で３個分の電流を供給することになる。インピーダンスマッチングなどの点を考慮すると、調整用の抵抗などを介在させて電力消費する構成を必要としないので、少ない電流で効率的に給電できる構成となっている。
【００３８】
受光素子１７は、例えば、フォトダイオードなどからなるもので、受光レンズ１６を介して受光した反射光を光電変換して受光信号として出力する。プリアンプ１８および増幅率可変アンプ１９を介して増幅された受光信号は時間計測回路２０に出力される。時間計測回路２０は、投光器１３および増幅率可変アンプ１９からそれぞれ入力される投光パルス信号および受光パルス信号から遅れ時間ｔｄを計測し、制御回路２１に出力する。制御回路２１は、これらの回路および要素を駆動制御すると共に、時間計測回路２０から与えられる遅れ時間ｔｄのデータからそのときの投光領域に対する測定距離を計算して記憶する。
【００３９】
次に、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの構成について詳述する。この実施形態においては、測定距離を２０ｍ程度から１２０ｍ程度までの広い範囲に設定することから、より遠くの検出領域まで確実に投光できる半導体チップとして、半半導体レーザチップ２６を用いている。この半導体レーザ素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃも同様である）は、図２および図３に示すような構造である。なお、図３の構成は、実際的な配置とは少し変えた状態で示している。
【００４０】
パッケージ２７に搭載する半導体レーザチップ２６は、大出力用に適した構造として１００μｍ以上の広いストライプ幅を有するストライプ型の構成を採用している。材料としては、たとえばＧａＡｓ系の化合物半導体基板を用い、この基板上に活性層と共に複数の化合物半導体層を積層形成してなるものである。この場合に、活性層としてはダブルへテロ構造あるいは量子井戸構造を持つ構成のものを用いることができる。基板材料は、これ以外に、ＩｎＰ基板やサファイア基板などを用いることができる。
【００４１】
この実施形態における半導体レーザチップ２６は、ｎ形ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の材料をエピタキシャル成長により積層形成してなるもので、ＡｌＧａＡｓ層を活性層として形成している。材料は、これ以外にも、ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ系，ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｌＰ系，ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＡｓ系あるいはＧａＡｓ−ＧａＮ系，ＧａＡｓ−ＧａＩｎＮＡｓ系等を採用することができ、必要に応じていずれかのものを選択できる。以下に、半導体レーザチップ２６の形成過程について簡単に説明する。
【００４２】
半導体基板への化合物半導体層の形成方法としては、エピタキシャル成長法を用いるが、これには、液相エピタキシャル（ＬＰＥ；Liquid Phase Epitaxy）法，分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法あるいは有機金属気相エピタキシ（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapour Deposition）法などがある。
【００４３】
エピタキシャル層を形成した基板には、上面および下面のそれぞれにオーミックコンタクト電極を形成する。上面つまり表面側には、ｐ型電極として、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ，Ｃｒ／Ａｕ，Ｍｏ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属の積層構造で電子ビーム蒸着法あるいはスパッタ法などにより所定の膜厚で形成する。電極形状を加工する必要がある場合には、パターニング処理として、フォトリソグラフィ処理を行い、ケミカルエッチングあるいはイオンビームエッチングなどにより所定のパターンに形成する。続いて、必要に応じて合金化のためにアニール処理を行ってオーミックコンタクトを形成する。
【００４４】
下面側の電極を形成する前に、チップ化を容易にするために基板を裏面側から研磨してたとえば１００μｍ程度の板厚にする。この板厚は、キャビティ長（共振器長）の約１／３以下で良く、また、キャビティ長は３００μｍ〜１ｍｍ程度であるが、薄い方が放熱性が良いので加工性の点も考慮すると、５０μｍ〜２００μｍの範囲にすることが好ましい。ただし、反射面を劈開面を使用せずにドライエッチなどにより形成する場合には、この条件を必要としないので、適宜の板厚に設定することができる。
【００４５】
この後、下面側つまり裏面側にｎ型電極を形成する。材料は、たとえばＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／ＡｕあるいはＡｕ−Ｓｎ／Ａｕなどの金属の積層構造で、成膜後にアローイング処理を行ってオーミックコンタクトを形成する。次に、裏面電極の表面に気相成長によりハンダ層を形成する。ハンダ層の材料としては、たとえばＡｕ−ＳｎあるいはＰｂ−Ｓｎなどで、気相成長法としては電子ビーム蒸着法，抵抗加熱蒸着法，スパッタ法あるいはイオンプレーティング法などの方法があり、必要に応じて適宜選択して形成する。
【００４６】
次に、所定のサイズにチップ化する。このときレーザ光の出力面としてはレーザ発振のために鏡面が必要であるから、劈開面とするかあるいはドライエッチングにより鏡面を形成し、発光端面とする。さらに、発光端面には端面保護と光出力向上のために、出力端面側には低反射率の薄膜を形成し、反射面側には高反射率の薄膜を形成する。
【００４７】
この場合、低反射率の薄膜は、２〜２５％程度の範囲の反射率が好ましく、高反射率の薄膜は、８０から１００％の範囲の反射率が好ましい。また、膜構成は単層膜あるいは多層膜のいずれを採用することもできるが、低反射率の場合は、たとえばＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＳｉＮｘ，ＳｉＣ，ＣあるいはＭｇＯなどの単層膜が好ましく、高反射率の場合は、たとえばＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＳｉＮｘ，Ｃ，ＭｇＯなどとａ−Ｓｉ，Ｃｒ2Ｏ3，ＴｉＯ2などの屈折率差のある膜を多層に設ける多層膜構造が好ましい。なお、後述する発光ダイオードを形成する場合には、劈開面を必要としないので、端面に反射膜を形成する必要がなく、したがって、チップ化に際して一般的なダイシングカット法を用いて行うことができる。
【００４８】
パッケージ２７は、たとえばトランジスタや２個のダイオード素子を搭載するといった目的で用いられる光学素子用の３端子用の金属ケースを利用するもので、金属ベース２８に３本のリード端子２９ａ，２９ｂ，２９ｃが固定されており、リード端子２９ａおよび２９ｂは金属ベース２８とはガラスなどのシール性のある絶縁物３０を介して絶縁された状態に設けられており、リード端子２９ｃは金属ベース２８と導通した状態に設けられている。この様子は、図３に示されている。
【００４９】
これらのリード端子２９ａ〜２９ｃのうち、金属ベース２８と絶縁されているリード端子２９ａ，２９ｂは半導体レーザチップ２６と電気的に接続され、金属ベース２８と導通するリード端子２９ｃは全体をグランド電位に保持するためにグランドに接続されるようになっている。
【００５０】
ブロック形状をなす金属台座３１は、金属ベース２８に電気的に導通する状態に固定されており、ヒートシンクとしての機能を果たすものである。金属台座３１は、例えば、ＦｅやＣｕなどの熱伝導率が高い材料が選ばれ、表面にはさらに、Ａｕなどの伝導率の高い金属がメッキあるいは蒸着またはスパッタ法などを用いて形成されている。
【００５１】
金属台座３１の上には絶縁板としてのＧａＡｓ絶縁基板３２が固定される。このＧａＡｓ絶縁基板３２は、表面および裏面の両者にアモルファス状態で形成されるＳｉＯＮ膜をプラズマＣＶＤ法などにより２００ｎｍ程度形成し、同じく両面にＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ膜を蒸着法によりそれぞれの膜厚が５０ｎｍ／３００ｎｍ／５００ｎｍ程度となるように形成しており、この基板をダイシングカットすることにより１ｍｍ角程度の大きさに形成されたものである。
【００５２】
このＧａＡｓ絶縁基板３２を、金属台座３１上にＡｕ−Ｓｎはんだ箔を用いて接合し、この上に半導体レーザチップ２６を固定する。半導体レーザチップ２６の裏面側には、例えばＡｕ−Ｓｎ薄膜を１．５μｍ程度形成しており、この面をＧａＡｓ絶縁基板３２に接続する。これにより、半導体レーザチップ２６の裏面電極は金属台座３１との間は絶縁状態とされるが、ＧａＡｓ絶縁基板３２の表面に形成された電極膜およびはんだ層などの導体膜３２ａにより外部と電気的導通が図れるようになる。
【００５３】
なお、絶縁板としては、酸化アルミナ，窒化アルミナ，酸化珪素，窒化珪素などのセラミック製の絶縁板や、Ｓｉ，ＧａＡｓなどの半導体に不純物を拡散させた半絶縁性基板などがある。さらには、金属やＳｉ，ＧａＡｓなどの半導体基板の表面にＳｉＯ2，ＳｉＮｘ，Ｔａ2Ｏ3，ａ−ＣなどをＣＶＤ法，スパッタ法，蒸着法，熱酸化法などの方法で成膜したものを用いることもできる。加工性の点からみると、酸化アルミナ，窒化アルミナ，酸化珪素あるいは窒化珪素などのセラミック基板材料は非常に固く、上述のように１ｍｍ角程度の切断が難しいため、半導体系の基板を用いることが実用上の点では有効な材料となる。
【００５４】
また、接合材料は、上述したＡｕ−Ｓｎ薄膜以外に、Ｐｂ−Ｓｎなどのはんだ材料や、後述するような電気的接続を要しない場合には一般的なダイボンディング用の接着剤を用いることができる。
【００５５】
半導体レーザチップ２６とリード端子２９ａ，２９ｂとの間は、ボンディングワイヤとしてのＡｕワイヤ３３により電気的導通が図られている。Ａｕワイヤ３３は、半導体レーザチップ２６の上面の電極とリード端子２９ａのボンディング面３４との間に２本接続されており、ＧａＡｓ絶縁基板３２の露出している部分とリード端子２９ｂのボンディング面３４との間にも２本接続されている。なお、ボンディングワイヤとしては、Ａｕワイヤ３３以外に、シリコンを含んだＡｕワイヤや、Ｐｔワイヤ，ＡｌワイヤあるいはＣｕワイヤなど、種々のものを用いることができる。
【００５６】
また、円柱状をなすリード端子２９ａ，２９ｂのボンディング面３４は、ボンディングしやすいように平坦に形成され、これによってボンディング強度も向上するので、ボンディングの信頼性が向上する構成ということができる。なお、半導体レーザチップ２６の上面の電極のボンディングする位置は、発光領域であるストライプ部分の両側に対応して各１本ずつボンディングを行なう。
【００５７】
なお、上述の構成では、リード端子２９ａ，２９ｂの側面に平坦なボンディング面３４を設けてボンディングしているが、これに代えて、図９あるいは図１０に示すように、ボンディング面３４を設けない構成としてリード端子２９ａ，２９ｂの端面の平坦な部分を利用してボンディングを行なうこともでき、これにより、ボンディング面３４を形成する工程を省くことができる。
【００５８】
すなわち、図９の構成では、一方のリード端子２９ａ側のみにボンディング面３４を設けたパッケージを用いている。この場合には、リード端子２９ｂにはボンディング面が形成されていないが、端面部の平坦な部分にＡｕワイヤ３３をボンディングしている。また、図１０の構成では、リード端子２９ａ，２９ｂの双方共にボンディング面を設けない構成としており、各リード端子２９ａ，２９ｂの端面部の平坦な部分にＡｕワイヤ３３をボンディングしている。
【００５９】
このようにボンディング面３４を設けない場合には、半導体レーザチップ２６側のボンディング方向とリード端子２９ａ，２９ｂ側のボンディング方向とが９０°だけねじれた位置関係となるが、実際のボンディング工程においては、一方のボンディングをした後に支持台座を９０°回転させて他方のボンディングを行なうことになるが、２本のＡｕワイヤ３３は互いに接触することもなく偏荷重が作用することもないので、ボンディング工程上では問題なく実施できる。
【００６０】
さて、上述の場合、各端子間を２本ずつのＡｕワイヤ３３により接続する構成としているので、３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを直列接続する構成であっても動作の信頼性を低下させることなく用いることができる。つまり、例えば、Ａｕワイヤ３３の断線による故障の場合には他の残りのＡｕワイヤ３３を介して通電を維持することができ、半導体レーザチップ２６そのもので発生が予想される短絡故障の場合でも他の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃに対する通電を維持することができる。
【００６１】
円筒容器状をなすケース３５は、カン封入を行なうためのもので、金属ベース２８に半導体レーザチップ２６を覆うようにして固定されている。このケース３５の上面には、半導体レーザチップ２６の端面から出射するレーザ光を外部に導くガラス窓３５ａがはめ込まれている。以上のような構成の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃが所定位置に配置されると共に、レーザ光の出射部分に前述のようにして光学系となるレンズ２５ａ〜２５ｃが配置され図１に示したように集光点Ｐにて一点に集光するように光軸が調整されている。
【００６２】
パッケージ２７は、上述の構成を採用することにより、金属ベース２８部分が半導体レーザチップ２６のいずれの電極とも接続されず、グランド電位に保持させることができるので、例えば、回路基板上にパッケージ２７を配設する場合でも、電位を有する部分が占める面積を小さくすることができ、端子間の電流リークや接触などによる短絡事故の発生を抑制して回路の信号異常が発生するのを極力抑制することができるようになる。
【００６３】
次に、本実施形態の作用について説明する。図７に示したように、自動車１２ａに搭載した距離測定装置１１においては、制御回路２１により、投光器１３に投光動作を行なわせるように制御すると、投光器１３は走査部１４を介して前方に向けてレーザ光をパルス点灯しながら出力する。
【００６４】
レーザ光の投光方向は、図８に示すように、走査部１４により、投光器１３からのレーザ光を自動車１２の前方に広がる２次元的な所定の検出範囲Ｓ対して走査部１４の反射ミラーを回動制御することにより走査（スキャン）し、投光パルスとタイミングをうまく図ることにより図示のように、多数の格子状に配置された投光領域として各投光領域に対する距離を測定することができる。
【００６５】
このとき、パルス点灯されるレーザ光は、前述したように、パルス幅が５０ｎｓｅｃ程度で繰り返し周期が５ｋＨｚに設定されている。また、半導体レーザチップ２６を駆動するパルス電流のピーク値は１４Ａ程度である。なお、この条件下での半導体レーザチップ２６のピークパワーは１個あたり１４Ｗ程度得ることができた。この条件の下で投光を行なったところ、１７０ｍ先に存在する物体を検出できることを確認した。
【００６６】
このようにして出力されるレーザ光が、前方に存在する他の自動車１２ｂの後部に取り付けられているリフレクタ（反射鏡）２２に入射すると、その入射方向と同じ方向に反射光を返すように回帰反射をする。この反射光が距離測定装置１１の受光レンズ１６を介して受光素子１７に入射されると、受光信号に変換して出力し、プリアンプ１８、増幅率可変アンプ１９を介して増幅した受光信号を時間計測回路２０に出力するようになる。
【００６７】
時間計測回路２０は、投光したレーザ光を駆動するための投光パルス信号が入力されると共に、受光素子１７で受光したときの受光信号も入力される。時間計測回路２０は、投光パルスの立ち上がりタイミングから受光信号の立ち上がりタイミングまでの時間を、高精度で測定するようになっている。例えば、時間計測が１０ｎｓｅｃ程度の分解能で測定できれば、距離測定の分解能はｍ単位で可能となる。
【００６８】
制御回路２１は、遅れ時間ｔｄのデータを受けると、これに基づいて対象物までの距離を検出する。いま、図７に示すように、検出距離をＬｘ（ｍ）とし、遅れ時間がｔｄ（ｓｅｃ）すると、光速ｃ（＝３×１０８ｍ／ｓｅｃ）を考慮すると、検出距離Ｌｘを往復するのに要した時間がｔｄということになるから、検出距離Ｌｘは、
Ｌｘ（ｍ）＝ｔｄ×ｃ／２
となる。
【００６９】
制御回路２１このようにして、次々と検出領域に投光したときの反射光から生成された受光信号による遅れ時間ｔｄに基づいて対象物までの距離を検出する。そして、検出範囲Ｓ内の各部に対応した検出距離からどの位置にどのような対象物が存在するかを推定するようになっている。例えば、対象としている他の自動車１２ｂであれば、その距離が一定範囲にあるか否かを検出し、その検出データに基づいて自動車１２ａの走行を一定距離を存して追随するなどの制御を行なうことができる。
【００７０】
次に、光学系の設定について説明する。すなわち、３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを配置して投光する場合に、それらの各レーザ光をどこで集光させるかということが、検出精度に大きくかかわってくるからである。図６は３つのレーザ光の集光点Ｐを設定することについての説明図である。
【００７１】
平行光となったレーザ光が出力される投光レンズ２５ａ〜２５ｃの位置から集光点Ｐまでの距離をＬｏとし、検出対象となる距離の範囲の最近点と最遠点とをそれぞれＬｍｉｎ，Ｌｍａｘとして述べる。いうまでもなく、集光点Ｐの位置では、最も光量が大きくなるので、反射光の光量も多くなる。したがって、検出距離範囲Ｌｍｉｎ〜Ｌｍａｘの中に設定することが好ましい。
【００７２】
そして、その検出距離範囲内で検出距離として最も感度を高めたい部分が特にない場合には集光点Ｐを検出距離範囲の中間（Ｌｏ＝（Ｌｍｉｎ＋Ｌｍａｘ）／２）に位置させると、レーザ光のスポットが最近点と最遠点でのずれ量が等しく、且つ全範囲に渡って最も小さくすることができる。また、検出距離範囲のうちで、特に検出感度を高めたい距離がある場合には、その付近の位置に集光点Ｐがくるように設定すると良い。
【００７３】
さらには、考え方としては、集光点Ｐを最遠点に設定することでもレーザ光のスポットのずれ量としては比較的少なくすることができる。すなわち、もともとのスポットのずれ量の発生は、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの配置がずれていることに起因しているのであるから、その配置のずれ量が最大であり、これを集光点Ｐで集光させると集光点Ｐにおいてずれ量が最小つまりゼロになるから、それよりも近い位置では必ず半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの配置間隔よりも小さいずれ量のスポット間隔とすることができるのである。
【００７４】
このような本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを信号発生回路２４に対して直列に接続して給電されるようにすると共に、それぞれのレーザ光を独立した光学系であるレンズ２５ａ〜２５ｃで平行光となるように絞ってから集光して投光する構成としたので、複数個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを設ける場合でも１個分の電流量で発光動作を行なわせることができ、且つ、インピーダンス調整用の抵抗素子などを設けることによる電力損失を回避することができ、さらに集光されたレーザ光は、目的とする測定距離範囲で集光させることができるので、集光したレーザ光のスポットのずれを極力低減して最遠点でも光量の低下を抑制することができ、効率良く且つ精度良く距離測定を行なうことができるようになる。
【００７５】
なお、上述の場合に、３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃが直列に接続される構成を採用しているが、半導体レーザチップ２６は、何らかの原因で点灯不能となる故障を起こす場合に、一般的に短絡故障を起こすことが多いため、たとえ１個が短絡しても電気的には他の半導体レーザ素子の導通状態を阻止するものではないので、故障に対する投光動作の寿命を制限することはなく、並列に接続した場合と同様の信頼性を確保することができる。
【００７６】
第２に、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃによるレーザ光をレンズ２５ａ〜２５ｃを介して平行光に絞ったものを検出距離範囲の中間に設定したので、検出距離範囲の最遠点と最近点との両者においてレーザ光のスポットのずれ量を最も少ない設定とすることができ、広い検出距離範囲内で光量の低下を極力抑制して反射光の光量を増やすことができ、検出距離の延長を図ると共に、検出精度の向上を図ることができるようになる。
【００７７】
第３に、投光器１３による投光を自動車１２の前方の所定領域内で２次元的に走査するように操作部１４を設け、レーザ光をパルス点灯させることにより走査した各投光領域で距離を測定することができるようにしたので、自動車のような軌道のない移動体においてその進行方向が左右あるいは上下に変動する場合でもこれに柔軟に対応して進行方向に存在する物体の距離を検出することができるようになる。
【００７８】
第４に、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃのパッケージ２７を、３端子用のパッケージを用いることができるようにしたので、このために新たにパッケージを製作する必要がなく、しかも、その場合においても、半導体レーザチップ２６の２つの電極をリード端子２９ａ，２９ｂから導出することで、金属ベース２８とは絶縁した状態で引き出すことができ、且つ、金属ベース２８をグランド端子に接続することで、実装上あるいは回路構成上で安定した動作を行なわせることができるようになる。
【００７９】
第５に、半導体レーザチップ２６をボンディングするＡｕワイヤ３３を、各ボンディング点において、２本ずつボンディングするように構成したので、通常においては１本のＡｕワイヤ３３に電流の集中を避ける構成としながら、何らかの原因で１本が断線した場合でも直列に接続した他の半導体レーザ素子の点灯状態を保持させることができる。したがって、断線の発生に際しても、投光動作の寿命を制限することを極力抑制することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
図１１および図１２は本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃのパッケージ２７に代えてパッケージ３６を設けたところである。このパッケージ３６は、図１１に示しているように、金属ベース３７に２本のリード端子３８ａ，３８ｂを備えている。金属台座３９は、金属ベース３７に埋め込むようにして配設され金属ベース３７とはガラスなどの絶縁物４０を介して絶縁された状態に設けられている。上述のリード端子３８ａ，３８ｂは、一方のリード端子３８ａが金属ベース３７とガラスなどの絶縁物４０を介して固定されており、他方のリード端子３８ｂは金属台座３９に電気的に導通するように固定されている。
【００８１】
また、この実施形態においては、図１１にも示すように、半導体レーザチップ２６を直接金属台座３９に搭載している。このとき、半導体レーザチップ２６の裏面電極と金属台座３９とが電気的に導通するように、Ａｕ−Ｓｎはんだ箔などを用いて接着固定されている。リード端子３８ａには部分的に平坦に形成されたボンディング面４１が形成されており、この部分と半導体レーザチップ２６の上面電極との間を２本のＡｕワイヤ３３によりボンディングされている。ケース３５は前述と同様のものを用いており、ガラス窓３５ａが設けられた構成で、金属ベース３７に取り付けられ、カン封入されている。
【００８２】
以上のように構成した第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、専用のパッケージ３６を設ける構成としているので、Ａｕワイヤ３３のボンディング工数を低減した構成とすることができ、しかも、金属ベース３７部分をグランドに接続することができる。この場合、金属ベース３７部分は、リード端子として独立していないが、金属板など導電性のある部分に実装することもでき、各リード端子３８ａ，３８ｂは金属ベース３７やケース３５とは絶縁した状態に保持することができる。
【００８３】
上記実施形態においては、半導体レーザチップ２６を直接金属台座（鉄、鋼等）３９に接着固定する構成としたが、例えば、他の導体プレートなどを介在させた状態で接着固定する構成としても良い。この場合、導体プレートを半導体レーザチップ２６の熱膨張率と整合ととるような材料を選ぶことにより信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００８４】
すなわち、金属台座３９と半導体レーザチップ２６との熱膨張係数の違いにより、半導体レーザチップ２６に熱応力がかかると、半導体レーザチップ２６の劣化の原因になる。そこで、導体プレートを用いることで熱応力の緩和を図るものである。具体的には、半導体レーザチップ２６がＧａＡｓを主体としたものである場合、導体プレートを半導体レーザチップ２６と同じ材料のＧａＡｓを用い、金属台座３９を鉄により構成した組み合わせとすることで最も応力緩和の効果を高めることができる。なお、図２に示した絶縁板３２も導体プレートと同様に熱応力緩和の機能を持つものである。
【００８５】
（第３の実施形態）
図１３および図１４は本発明の第３の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、半導体レーザチップ２６に代えて電極構造が異なる半導体レーザチップ４２を設けたところである。すなわち、この半導体レーザチップ４２は、ｎ型の基板であるＧａＡｓ基板上にエピタキシャル法により形成した多数の層によりＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のレーザチップとして形成されるもので、第１の実施形態と同様にしてｐ型電極４３を成膜した後、基板上のｎ型のエピタキシャル層４２ａが露出するまで、所定の部位をドライエッチング法などにより除去しており、このエッチングで露出した部分に前述同様にしてｎ型電極４４を形成したものである。
【００８６】
つまり、これによって、半導体レーザチップ４２の２つの電極４３，４４は、前述した半導体レーザチップ２６に形成していた２つの電極をいずれも同じ表面側に露出するように形成したことになる。したがって、Ａｕワイヤ３３のボンディングにおいては、電極４３とリード端子２９ａとの間、電極４４とリード端子２９ｂとの間に各２本ずつ行なう。また、このことによって、半導体レーザチップ４２は、絶縁板３２に対して電気的に接続する必要はないので、単に接着固定するだけで良いことになる。
【００８７】
このような第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ると共に、これに加えて、半導体レーザチップ４２を直列接続に適した構造としたことにより、Ａｕワイヤ３３のボンディングをいずれも直接行なうことができ、絶縁板３２に導体パターンとしての導体膜などを別途に形成する必要がなくなる。
【００８８】
なお、図示のように半導体レーザチップ４２を形成するので、レーザ光を出射するための端面は、電極４４形成用にエッチングした部分の端面を反射鏡として用いることになる。また、このように反射鏡を形成する側に電極４４を形成することに限らず、ストライプの両側に延びる方向に電極４４を形成しても良く、この場合には、レーザ光の反射鏡部分は劈開により形成することができる。
【００８９】
（第４の実施形態）
図１５は本発明の第４の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃおよび各光学系を一体に有する半導体投光装置としての投光器４５を提供できるパッケージ４６を用いたところである。ここで、基本的な構成は第１の実施形態と同じであるが、３個の半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃを搭載するように金属ベース４７には３個の金属台座４８ａ〜４８ｃが所定の位置に配置固定され、この金属ベース４７とは電気的に絶縁されるようにガラスなどの絶縁物４９を介して２本のリード端子５０ａ，５０ｂが設けられている。
【００９０】
各金属台座４８ａ〜４８ｃには絶縁板３２ａ〜３２ｃを介して半導体レーザチップ２６ａ〜２３ｃが前述同様にして載置固定されている。各電極間は図示のように、半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃ間で直列接続となるようにＡｕワイヤ３３がそれぞれ２本ずつボンディングされており、両端に位置する電極は、それぞれリード端子５０ａ，５０ｂのボンディング面５１との間をＡｕワイヤ３３でボンディングされている。
【００９１】
ケース５２は、３個の半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃに対応して３つの窓が形成されているが、ここには投光用のレンズ５３ａ〜５３ｃがはめ込まれている。これらのレンズ５３ａ〜５３ｃは、その焦点に半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃのレーザ光出力点部分が位置するように位置調整がなされており、ケース５２を装着してカン封入した状態では各レンズ５３ａ〜５３ｃから出射されるレーザ光が平行光に変換されると共に、所定の集光点Ｐで集光するように設定されている。
【００９２】
このような第４の実施形態によれば、第１の実施形態における効果に加えて、３個の半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃおよび光学系としてのレンズ５３ａ〜５３ｃを一体に設けるためのパッケージ４６を用いて投光器４５を構成したので、コンパクトな構成で全てを一体に設けた投光器４５を得ることができ、取り扱いも簡単になる。
【００９３】
なお、このようなパッケージ４６を用いる場合においては、作製後に集光点Ｐの位置を変更することはできないが、集光点位置に対する仕様が決まっているものであれば面倒な光軸調整や位置合わせなどを行なう必要がなくなるので、取り扱いが簡単になるというメリットを十分に享受することができる。
【００９４】
なお、光軸調整や位置合わせなどを考慮して、光学系は別途に設ける構成としても良い。この場合には、レンズ５３ａ〜５３ｃに代えて、ガラス窓を設ければ良い。
また、金属ベース４７に、各半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃからのレーザ光が干渉しないように仕切板を設ける構成としても良い。さらに、各半導体レーザチップ２６ａ〜２６ｃの後ろ側にモニタ素子を設けて、発光状態を確認する構成を付加することもできる。
【００９５】
（第５の実施形態）
図１６および図１７は本発明の第５の実施形態を示すもので、以下、これについて説明する。この実施形態においては、複数個の発光ダイオードを直列に接続して点灯動作させると共に、それら各発光ダイオードによる投光をそれぞれの投光領域に対応して行ない、比較的近接している投光領域内における物体の距離を検出するようにした距離測定装置を示している。
【００９６】
すなわち、図１７に示すように、自動車５４の周囲の各投光領域５５ａ〜５５ｈに対して各部に距離検出装置５６ａ〜５６ｈを設ける構成である。各距離検出装置５６ａ〜５６ｈは半導体発光素子としての発光ダイオード素子５７ａ〜５７ｈを備えると共に、図示しない受光器を備えており、前述同様にして反射光を受光して距離を検出するように構成されている。
【００９７】
さて、この場合において、例えば、比較的近接して配置される３個の発光ダイオード素子５７ａ〜５７ｃは、図１６に示すように、直列に接続した状態で信号発生回路５８に接続されており、これら３個が同時に信号発生回路５８から給電されて点灯動作するようになっている。
【００９８】
各発光ダイオード素子５７ａ〜５７ｃは、通常のＬＥＤのパッケージと同様のパッケージ５９に搭載されているもので、金属ベース６０に２本のリード端子６１ａ，６１ｂが固定されている。リード端子６１ａは金属ベース６０と絶縁物６２を介して固定されており、リード端子６１ｂは金属ベース６０に電気的に導通するように固定されている。
【００９９】
ダイオードチップ６３はｎ型ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のエピタキシャル層を多層に積層してなるもので、面発光型のチップである。このダイオードチップ６３を金属ベース５９に電気的に導通するように接着固定し、表面側に形成された電極とリード端子６０ａとの間にＡｕワイヤ３３をそれぞれ２本ずつボンディングして電気的に接続する。全体を透光性の樹脂によりモールド成形してパッケージ５９を構成している。なお、この透光性の樹脂によってダイオードチップ６３の上面部分にレンズ６４が一体に形成されるようになっている。
【０１００】
なお、発光ダイオード素子５７ｄ，５７ｅの組および発光ダイオード素子５７ｆ〜５７ｈの組のそれぞれは上述同様にして直列接続された状態で駆動され点灯動作をするようになっている。また、このように全ての発光ダイオード素子５７ａ〜５７ｈを直列接続しないのは、そのためにワイヤハーネスが長くなるのを避けるためや、配設の際の手間を少なくするためである。
【０１０１】
上記構成を採用することにより、３個の発光ダイオード素子５７ａ〜５７ｃを同時に直列駆動するので、１個分の電流量で３個分の点灯動作を行なわせることができ、効率的な駆動をすることができ、しかも各検出領域における物体の検出を行なって衝突を防止するなどの用途に用いることができる。
【０１０２】
この場合において、発明者らが行なった結果では、例えば、各発光ダイオード素子５７ａ〜５７ｈによる各投光領域５５ａ〜５５ｈにおける検出距離は１０ｍ程度まで検出することができた。したがって、例えば、数メートル程度から物体が近接していることを認識しながら使用者にランプ表示するなどの報知動作を行ない、さらに近付いて３０ｃｍ程度まで近接して衝突の危険があるような距離になった場合には警報を鳴らすなどにより使用者に促すようにしたシステムに適用することができる。
【０１０３】
なお、上述の場合において、直列に接続する発光ダイオード素子の個数は適宜に設定することができるし、投光領域が必ずしも分離したものに限らず、重複する領域となる場合が発生しても良い。
【０１０４】
（第６の実施形態）
図１８ないし図２４は本発明の第６の実施形態を示すもので、以下、第１の実施形態と異なる部分について説明する。自動車における距離測定装置で、第１の実施形態のようにレーザ光の出力を大きくして検出距離を長くすることができるようにした場合に、その距離測定環境を考慮すると人間の目にレーザ光が入射する可能性があるので、レーザ光の出力を高くすればその分だけこの点についても十分に考慮する必要がある。そこで、この実施形態においては、特に人間の目に入射しても安全基準を十分に満たせるようにした距離測定装置にすることを主眼として構成している。
【０１０５】
また、検出距離を長く設定することができるようにするためには、複数のレーザ光を効率良く遠方において重なり合うように照射して光密度を高くする必要があり、しかも、レーザ光のスポット形状によってはその配置の仕方によってその照射の領域の効率が大きく変動する。この実施形態においては、このような点についても考慮して、特にレーザ光の投光領域でのスポット形状が楕円形状となる場合でもできるだけ効率良くしかも精度良く距離測定動作を行なえるようにした構成を提供する。
【０１０６】
図１８は半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの内部に実装された半導体レーザチップ６５の断面構造を模式的に示すもので、第１の実施形態の説明中で変形例として簡単に説明した材料を用いている。すなわち、半導体レーザチップ６５は、ＧａＡｓ−ＧａＩｎＮＡｓ系の材料により形成されたものである。なお、ここではこの系の材料で形成したものについて説明するが、後述するように、アイセーフの条件を満たす材料として、長波長側の発光波長を実現することができるＩｎＰ−ＧａＩｎＰＡｓ系の材料を用いることもできる。
【０１０７】
半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ（導電型がｎ型のＧａＡｓ）基板６６上に、次の各半導体層が順次積層形成されている。まず、ＧａＡｓ基板６６上には、膜厚０．１μｍ程度のｎ−ＧａＡｓ層からなるバッファ層６７が積層され、この上には、膜厚０．５〜１．０μｍのｎ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層からなるクラッド層６８が積層され、この上に、膜厚０．１〜１．０μｍのｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層からなる光ガイド層６９が積層形成されている。クラッド層６８および光ガイド層６９における組成比の値ｘ，ｙは、各層がその機能を果たすのに必要な屈折率を得られるように設定されている。
【０１０８】
光ガイド層６９の上には、活性層７０が積層形成されている。活性層７０は、膜厚５〜２０ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ層と膜厚５〜１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ層とを、交互に複数層（例えば２〜１０層）を積層形成することにより多重量子井戸構造となるように形成したものである。この場合、ＧａＩｎＮＡｓ層およびＡｌＧａＡｓ層の膜厚および積層数などの積層条件あるいは各層の組成比の設定条件を選択することにより、等価的なバンドギャップエネルギーＥｇを設定することができ、活性層７０によるレーザ発光波長を変化させることができる。
【０１０９】
アイセーフレーザの条件である１．４μｍ以上の波長とする場合には、例えばＧａＩｎＮＡｓ層の組成比をＧａ0.87Ｉｎ0.13Ｎ0.04Ａｓ0.96とすることにより、発光波長１．４５μｍのものとすることができる。活性層７０を構成しているＡｌＧａＡｓ層は光ガイド層６９を構成しているＡｌＧａＡｓ層の組成比と同じかもしくはそれよりもバンドギャップエネルギーＥｇの値が小さい条件の組成比に設定されている。
【０１１０】
アイセーフレーザの条件である１．４μｍ以上の波長については、次の基準に基づいて得た。図２１に示すようなＪＩＳ−Ｃ６８０２に示される安全基準ＭＰＥのデータから、露光時間（パルス幅）１〜１００ｎｓのレーザ光の安全基準を抽出して波長との関係で示すと図２０のようになる。この図２０から、１．４μｍ以上においては、それよりも短い波長側の光に対して数桁以上もの露光量が許容される条件となり、ほとんど人間の目に悪影響を与えることがない条件であることがわかる。
【０１１１】
なお、活性層７０は、量子井戸構造を採用しない場合には、ＧａＩｎＮＡｓ層を２０〜１００ｎｍ程度の膜厚で単層構造に形成したダブルヘテロ接合構造とすることもできる。単層構造とする場合には、膜厚が厚くなる程発光の効率は良くなるが、これ以上の厚さになると抵抗成分の影響が大きくなるので実用的ではない。
【０１１２】
活性層７０の上には、膜厚０．１〜１．０μｍのｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層が光ガイド層７１として積層され、この上には、膜厚０．５〜１．０μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層がクラッド層７２として積層されている。そして、この上には、膜厚０．３〜０．５μｍのｐ−ＧａＡｓ層がキャップ層７３として積層されている。そして、前述したクラッド層６８を含んでこれよりも上に位置する半導体層６８〜７３は、全体として図中横方向に対してはメサ状に形成されており、図示の断面図に垂直な方向に対してはこの形状を延長したストライプ状に形成されている。
【０１１３】
このようなメサ状をなす部分には、その表面にＳｉＯ２などの絶縁膜７４が被膜形成されている。キャップ層７３の上面には、所定のストライプ幅（１００μｍ以上で、例えば４００μｍの幅寸法）で絶縁膜７４に開口部７４ａが形成されており、キャップ層７３の上面と共に前面に渡ってｐ型用電極７５が被膜されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板６６の裏面（下側）には、ｎ型用電極７６が被膜形成されている。このｐ型用電極７５およびｎ型用電極７６の各材料は前述したと同様のものを用いており、キャップ層７３およびｎ−ＧａＡｓ基板６６とそれぞれオーミックコンタクトを形成している。
【０１１４】
上記した半導体レーザチップ６５の形成方法については、第１の実施形態で述べたと同様の製造工程を用いるものであり、ここではその説明を省略する。
次に、上述したアイセーフ領域の波長のレーザ光を出力するＧａＩｎＮＡｓ系の材料を用いることに関する利点を簡単に説明する。図１９（ａ），（ｂ）は、ＧａＩｎＮＡｓ系およびＧａＩｎＰＡｓ系の材料についてバンドダイヤグラムを示したものである。ここでは、波長１．３μｍの組成比を場合を例にとって示している。アイセーフレーザの波長帯についても組成比が若干変化するが基本的には同様の効果として得ることができる。
【０１１５】
ＧａＩｎＮＡｓを活性層として用いた半導体レーザでは、波長が１．４μｍ以上に限らず、Ｎの組成を変化させることにより、発光波長が０．８μｍ程度までの広い範囲で変えて設定することができる。また、従来から半導体レーザとしてよく使用されるＧａＡｓを基板として用いる構成であるから、素子の製造工程においても特殊な工程を多く用いないことから工程が容易になる利点もある。
【０１１６】
そして、同図（ａ）に示すように、ＧａＩｎＮＡｓ領域に対してＡｌＧａＡｓ領域との接合部分で発生するバンドオフセットのエネルギーの差をみると、伝導帯（コンダクションバンド）のエネルギー差ΔＥｃ（＝５７０ｍｅＶ）が価電子帯のエネルギー差ΔＥｖ（＝６０ｍｅＶ）に比べて大きい。このことは、井戸層となるＧａＩｎＮＡｓ領域に電子を閉じ込める効果が大きくなり、このエネルギー差ΔＥｃにより高温動作状態でも電子を十分に活性層７０内に閉じ込めることができるようになる。
【０１１７】
したがって、高温動作時においても電子と正孔の両方を確実にＧａＩｎＮＡｓの発光領域に閉じ込めて特性温度Ｔｏが半導体レーザの理想値まで改善することができ、効率の良い発光動作を行なわせることができる。これにより、大出力で動作させる場合の素子の自己発熱や、高温環境下での使用でも温度特性が良好となり、同一電流での光出力の低下をほとんど無くすることができ、安定した動作を行なわせることができるようになる。特に、自動車のような温度差の激しい環境下で使用することが想定される場合に非常に有効なものとなる。
【０１１８】
さて、このようにして形成した半導体レーザチップ６５は、３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの内部にそれぞれ同様のものが実装されている。次に、これら半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃが実装された半導体投光装置としての投光器７７について図２２を参照して説明する。
【０１１９】
投光器７７は、３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃが所定間隔Ｌ（例えば、Ｌ＝５〜１５ｍｍ）で一つの直線上に位置するように並べて取り付けられている。このとき、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃのそれぞれは並べた直線方向に対して、半導体レーザチップ６５の活性層７０の方向が直交する状態に配置されている。これは、後述するように、投光領域でのビームスポット形状が楕円形状となることに起因してその配置に特徴を有するからである。
【０１２０】
これら３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃは、前述同様に電源である信号発生回路２４に直列にして接続された電気的構成とされている。各半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃに対して光学装置としてレンズホルダ７８に一体に支持された投光レンズ７９ａ〜７９ｃが設けられている。これらの投光レンズ７９ａ〜７９ｃは、図示のように、各半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃの光を一定の広がり角度で広がるように投光し、かつその光軸の方向は互いに平行となるように設定されている。
【０１２１】
したがって、図示のように、各半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃからのレーザ光は投光レンズ７９ａ〜７９ｃを介して距離ｄ離れた位置に投影されると、各ビームスポットＡ１〜Ａ３はそれぞれＬだけずれた状態で投影されることになる。そして、このビームスポットＡ１〜Ａ３のずれの量は、距離ｄに無関係に常に一定なものとなる。このことが、後述するように、遠距離の距離測定に際して光密度を低下させない構成として寄与することになる。
【０１２２】
また、一般に半導体レーザチップにより投影されるビームスポットの形状は楕円形をしており、発光部の近傍においては活性層７０のビーム出射部の幅方向に広がった楕円形状をなし、少し離れた位置からは活性層７０と直交する方向に長径が指向した楕円形状になる。そして、このビームスポットを投光レンズ７９ａ〜７９ｃにより所定の広がり角度に絞って投光する。したがって、これらのビームスポットを投光した状態では、各ビームスポットの楕円形状が縦方向に長径方向が指向するようにして距離Ｌだけずれた状態で形成されることになる。なお、このビームスポットの楕円形状は、縦方向の寸法つまり長径ａが横方向の寸法つまり短径ｂの寸法に対して２．５倍から４倍の範囲程度となるように設定している。
【０１２３】
投光器７７の投影パターンとして、例えば広がり角度を１°に設定すると、この例に示すように３個の半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを用いる場合で、１０ｍの距離では縦方向の長さ寸法ａが約１７ｃｍとなり、３つの投影領域が重なる領域の縦方向の長さ寸法ｃは上下でそれぞれＬだけ少なくなるので１５ｃｍとなる。したがって、この場合の投影領域の重なりの度合いは８８％程度である。そして５０ｍの距離では縦方向の長さ寸法ａが約８７ｃｍとなり、重なる領域の縦方向の長さ寸法ｃは８５ｃｍとなる。したがって、この場合の投影領域の重なりの度合いは９７％以上と非常に大きくなる。これにより、つまり、この投光器７７の構成とすることにより、距離ｄが長くなるほど重なる領域が広くなることがわかる。
【０１２４】
投影距離が短い場合には光密度がまだ高いので、投影領域の重なりの度合いが比較的小さくても、１個の半導体レーザ素子の光量でも十分の距離測定が可能である。そして、投影距離が長くなるほど、光密度が低くなることと反して投影領域の重なりの度合いが大きくなり、３個の半導体レーザ素子を合わせた光量による距離測定が十分可能となり、遠距離までの測定をより精度良く行なうことができるようになる。
【０１２５】
なお、上述の関係を図２３を用いて一般化して示す。すなわち、投光器７７からの距離がｄ１，ｄ２（ｄ２＞ｄ１）の各測定点Ｄ１，Ｄ２について投影領域の重なりの度合いを計算する。半導体レーザ素子の個数を図示の状態では３個で示しているが、ｎ個設けることを想定する。半導体レーザ素子のビームスポット形状は、楕円形状の長径に対応する縦方向の寸法ａは、短径に対応する横方向の寸法ｂのｋ倍であるとし（ａ＝ｋｂ）、また、単位距離ｄｏにおける縦方向の寸法ａをａｏであるとする。
【０１２６】
まず、測定点Ｄ１におけるビームスポットの縦方向寸法ａ１は次式（１）のようになり、ここで投影領域の重なる部分の寸法ｃ１は式（２）のようになる。これらの値から重なる部分の度合いｒ１を計算すると、式（３）のようになる。
【０１２７】
ａ１＝ｄ１・ａｏ                                    …（１）
ｃ１＝ａ１−Ｌ（ｎ−１）                            …（２）
ｒ１＝ｃ１／ａ１
＝１−Ｌ（ｎ−１）／ａ１
＝１−Ｌ（ｎ−１）／（ｄ１・ａｏ）              …（３）
次に、同様にして測定点Ｄ２における各値ａ２，ｃ２，ｒ２を求めると、式  （４）〜（６）のようになる。
【０１２８】
ａ２＝ｄ２・ａｏ                                    …（４）
ｃ２＝ａ２−Ｌ（ｎ−１）                            …（５）
ｒ２＝ｃ２／ａ２
＝１−Ｌ（ｎ−１）／ａ２
＝１−Ｌ（ｎ−１）／（ｄ２・ａｏ）              …（６）
この結果、重なりの度合いｒは、距離ｄ２の測定点Ｄ２において式（６）の右辺の１から減ずる値が小さくなることで大きい値となることがわかる。なお、この結果から、半導体レーザ素子の間隔Ｌを小さくすることや、個数を少なくすることも重なりの度合いｒの値を大きくすることに寄与していることがわかる。
【０１２９】
そして、横方向に対してのずれはないので、図示のように投影領域の重なる部分の面積Ｓは、距離ｄ１の場合の投影面積Ｓ１よりも距離ｄ２の場合の投影面積Ｓ２の方が、ビームスポットの楕円形状の面積に比べて重なる度合いが大きくなることは明らかである。
【０１３０】
次に、上述のようにしてビームスポットの楕円形状を長径が縦方向に指向するように配置していることのもうひとつの利点について説明する。図２４は投光器７７による投光の状態を示すもので、第１の実施形態における図８のものに相当している。なお、図８の場合には、ビームスポットが円形であることを想定して示しているが、これに比べてこの実施形態においては、ビームスポットが縦方向に長径が指向した設定とされているので、横方向に対するビームの広がりが最も狭い状態で使用することができる。
【０１３１】
これにより、１回の横方向の走査で、ビームスポットが隣接する領域にはみ出さないようにして検出できる測定点の個数を多くとることができ、検出の分解能を高めることができる。自動車のような道路の面を走行するものでは、縦方向の距離検出の分布状態を詳細に検出するよりも、走行進路などを精度良く設定する関係から、横方向の距離検出の分布状態を詳細に検出することのほうが有効となり、この実施形態においてはこのような目的に合致したものとなっている。
【０１３２】
このような第６の実施形態によれば、半導体レーザチップ６５としてＧａＡｓ−ＧａＩｎＮＡｓ系の材料を用いて発光波長を１．４μｍ以上となるように設定したので、人間の目に入射する可能性のある環境下で使用する場合でも、安全性の基準を十分に満たすことができ、遠距離の測定を行なう場合に光の強度を高めて出力することができるようになる。
【０１３３】
また、投光器７７を、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを前述のように光軸が同一平面内で平行で等間隔となるように配置すると共に、楕円形状の長径方向でずれを生じて重なるように配置しているので、遠くに照射する場合ほど、各半導体レーザ素子からのビームスポットの重なり度合いを高めることができ、遠距離の測定を効率良く行えるようになる。
【０１３４】
さらに、投光器７７による投光領域へのビームスポットの楕円形状を、地面に対して長径が垂直方向に指向するように設定しているので、水平方向への走査に対する検出の分解能を高めることができ、これによって自動車の進行方向に対する方向や距離の測定を効果的に行うことができるようになる。
【０１３５】
（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
【０１３６】
半導体発光素子としては、ＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子）などを用いても良い。
パッケージのリード端子形状やボンディング面の形状は、この形状に限らず、平坦な面を設ける構成であれば適宜変更できる。
【０１３７】
半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃに一体にモニタ素子を設ける構成としても良い。例えば、第１の実施形態において、パッケージ２７内に半導体レーザチップ２６が発光していることを検出するためのフォトダイオードなどのモニタ素子を一体に組み込み、半導体レーザチップ２６のレーザ光出射方向と反対の方向に漏れ出るレーザ光を検知する構成としても良い。これにより、短絡事故などが発生してそのレーザ光の出力が停止している場合でも、モニタ素子の検出出力からこの状態を検知することができるようになるので、そのまま放置して全体としてのレーザ光出力が低下していることを簡単に認識することができるようになる。
【０１３８】
半導体レーザ素子は３個に限らず、２個あるいは４個以上設ける構成としても良い。必要に応じて。また、使い方は、全ての半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを集光して使うことに限らず、何個かを集光して用い、他の半導体レーザ素子を集光しないで単独で用いても良い。
【０１３９】
投光器１３による検出対象範囲を２次元的に走査する場合について説明したが、１次元的に走査して検出する構成としても良い。
半導体投光装置を距離測定装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、半導体投光装置による投光を行なっている状態で、その光を遮る物体を検知するような装置に用いることもできる。これにより、不正侵入者などを検知して警報を発するといったセキュリティシステムに応用することもできる。
【０１４０】
また、距離測定装置を搭載する移動体としては、自動車の他に、オートバイ，電車などの移動体や、ヘリコプターや飛行機などの移動体にも搭載できる。また軌道上あるいは軌道のないところを無人で移動する搬送車あるいは移動ロボットなどにも適用することができる。
【０１４１】
検出対象となる投光領域は、移動体の進行方向のみならず、左右方向や後方に対して距離を測定するように配設することもできる。
また、距離測定装置は、自動車などの移動体に限らず、建物やロボットなどに搭載することもできる。
【０１４２】
なお、第６の実施形態の半導体レーザチップ６５の構成においては、光ガイド層６９，７１を設ける構成のものとして説明しているが、直接クラッド層で挟むように構成することもできる。
【０１４３】
ＧａＩｎＮＡｓ系の材料やＧａＩｎＰＡｓ系の材料を用いた半導体レーザチップ６５を用いる場合でも、アイセーフな波長１．４μｍ以下の波長の設定として構成することもできる。この場合には、出力を下げて用いるかあるいは高出力の場合には人間の目に入射する可能性のない環境下で使用することでアイセーフのこの問題は解消される。
【０１４４】
投光器７７として、半導体レーザ素子２３ａ〜２３ｃを一つの直線上に等間隔Ｌで配置し、投影されるビームスポットの楕円形状が長径の方向で配置間隔Ｌだけずれた状態で重なるようにして投光レンズ７９ａ〜７９ｃを配置して光軸を調整しているので、遠距離になるほど投影領域の重なりの度合いを高めることができ、遠距離の距離測定により効率の良い投光動作を行なうことができ、検出精度の向上を図ることができる。
【０１４５】
さらに、投光器７７による投影のビームスポットの方向を楕円形状の長径が垂直方向に指向するように設定しているので、横方向の検出分解能を高めることができ、自動車に適用する場合の測定条件として効果的に用いることができる。
【０１４６】
第６の実施形態では、半導体レーザ素子による投光領域でのビームスポット形状が楕円形状となる場合の３個の配置関係を設定する場合の説明をしたが、光学系などの工夫により円形のビームスポットとなるように調整する場合には、半導体レーザ素子に関する配置条件を第１の実施形態のように正三角形の頂点に位置するように配置しても同様の作用効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す要部の電気的構成図。
【図２】半導体レーザ素子の内部構成を示す分解斜視図（その１）
【図３】半導体レーザ素子の模式的な縦断側面図
【図４】距離測定装置の概略的なブロック構成図
【図５】投光器の等価回路図
【図６】半導体レーザ素子と集光点との関係を説明する図
【図７】距離測定の位置関係を説明する図
【図８】レーザ光を走査する検出範囲を示す図
【図９】半導体レーザ素子の内部構成を示す分解斜視図（その２）
【図１０】半導体レーザ素子の内部構成を示す分解斜視図（その３）
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す図２相当図
【図１２】図３相当図
【図１３】本発明の第３の実施形態を示す図２相当図
【図１４】半導体レーザチップ４２の模式的な断面図
【図１５】本発明の第４の実施形態を示す図２相当図
【図１６】本発明の第５の実施形態を示す図３相当図
【図１７】距離検出装置の配置状態を示す図
【図１８】本発明の第６の実施形態を示す半導体レーザチップの模式的断面図
【図１９】バンドギャップの説明をするための活性層のバンドダイヤグラム
【図２０】パルス幅１〜１００ｎｍでのレーザ光の発光波長に対する安全基準ＭＰＥの関係を示す図
【図２１】発光波長と露光時間との関係で示すビーム内観察状態での目に対するＭＰＥを示す図
【図２２】投光器の配置状態とビームスポットの投影状態の関係を示す図
【図２３】半導体レーザ素子の投光距離と重なりの関係を説明する図
【図２４】図８相当図
【図２５】従来例を示すレーザ光のスポットのずれ量を説明する図（近距離）
【図２６】同レーザ光のスポットのずれ量を説明する図（遠距離）
【符号の説明】
【０１４８】
１１，５６ａ〜５６ｈは距離測定装置、１２は自動車（移動体）、１３，４５は投光器（半導体投光装置）、１４は走査部（投光走査手段）、１６は受光レンズ、１７は受光素子（受光手段）、２０は時間計測回路、２１は制御回路、２２は反射板、２３ａ〜２３ｃは半導体レーザ素子（半導体発光素子）、２４，５８は信号発生回路（電源）、２５ａ〜２５ｃはレンズ（光学装置）、２６，４２は半導体レーザチップ、２７，３６，４６，５９はパッケージ、２８，３７，４７，６０は金属ベース、２９ａ〜２９ｃ，３８ａ，３８ｂ，５０ａ，５０ｂ，６１ａ，６１ｂはリード端子、３０，４０，４９，６２は絶縁物、３１，３９，４８ａ〜４８ｃは金属台座、３２は絶縁板、３３はＡｕワイヤ（ボンディングワイヤ）、３４，４１，５１はボンディング面、３５，５２はケース、３５ａはガラス窓、５３はレンズ（光学系）、５５ａ〜５５ｈは投光領域、５７ａ〜５７ｃは発光ダイオード素子（半導体発光素子）、６３はダイオードチップ、６４はレンズ、６５は半導体レーザチップ、６６はｎ−ＧａＡｓ基板、６９，７１は光ガイド層、７０は活性層、７７は投光器、７８はレンズホルダ、７９ａ〜７９ｃは投光レンズである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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