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公開番号2025114384
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-05
出願番号2024009049
出願日2024-01-24
発明の名称発光デバイス及び発光装置、計測装置
出願人富士フイルムビジネスイノベーション株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/026 20060101AFI20250729BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】放電経路を有しない場合に比べて、発光素子の立ち下り時間が短い発光デバイスなどを提供する。
【解決手段】発光デバイスは、発光素子と、発光素子を点灯可能な状態に設定する設定素子と、を含む発光ブロックの複数と、発光素子の消灯の際に、放電が制御できる放電素子を含み、点灯の際に蓄積された電荷を放電する放電経路と、を備え、発光ブロックの複数と放電経路とが、電気的に並列接続されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
発光素子と、当該発光素子を点灯可能な状態に設定する設定素子と、を含む発光ブロックの複数と、
前記発光素子の消灯の際に、放電が制御できる放電素子を含み、点灯の際に蓄積された電荷を放電する放電経路と、を備え、
前記発光ブロックの複数と前記放電経路とが、電気的に並列接続されている発光デバイス。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記放電素子は、サイリスタである請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記放電経路は、サイリスタである前記放電素子で構成され、
前記発光ブロックにおいて、前記発光素子が面発光レーザであり、前記設定素子がサイリスタであり、
前記発光素子と前記設定素子との直列接続に対して、前記放電経路が電気的に並列接続されている請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記設定素子であるサイリスタと、前記放電素子であるサイリスタとは、同じ構成の積層半導体層を有する請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記放電経路は、前記放電素子と疑似面発光レーザとの直列接続で構成され、
前記発光ブロックにおいて、前記発光素子が面発光レーザであり、前記設定素子がサイリスタであり、
前記発光素子と前記設定素子との直列接続に対して、前記放電経路が電気的に並列接続されている請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記設定素子であるサイリスタと前記放電素子であるサイリスタとは、同じ構成の積層半導体層を有し、前記発光素子である面発光レーザと前記疑似面発光レーザとは、同じ構成の積層半導体層を有する請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の発光デバイスと、
前記発光デバイスに接続され、当該発光デバイスの発光素子に点灯の電流を供給するドライバと、
前記発光デバイスにおいて、点灯させる前記発光ブロックを選択し、選択した当該発光ブロックの前記設定素子に選択信号を供給する選択部と、
前記発光デバイスにおける発光素子の点灯期間を制御する点灯制御信号を前記ドライバに供給する点灯制御部と、
放電を制御する放電制御信号を前記発光デバイスに供給する放電制御部と、
を備える発光装置。
【請求項８】
前記放電制御信号は、前記点灯制御信号が前記ドライバをオフにする信号電圧に変化する際に、前記放電素子をオンにする信号電圧に変化し始める請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記放電制御信号において前記放電素子をオンにする信号の幅は、前記点灯制御信号において前記ドライバをオンにする信号の幅より小さい請求項７に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光デバイスに供給する電源電圧と、前記放電制御部に供給する電源電圧とが同じである請求項７乃至９のいずれか１項に記載の発光装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス及び発光装置、計測装置に関する。
続きを表示（約 4,600 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、発光素子を含む発光部と、発光素子のカソード側に設けられたカソード電極に接続される第１の素子を備え、発光を生じさせる電流を供給して駆動する駆動部と、発光素子のアノード側に設けられたアノード電極及びカソード電極の間に、発光を生じさせる電流経路と並列に設けられた容量部と、を備える発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１１２９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物体認識等に用いる測距センサとして近年ＴｏＦ（Time of Flight）センサが主流となりつつあり、その光源には、例えば垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの発光素子を集積した発光デバイスが用いられる。
スマートフォン等のモバイル機器のアプリケーションに用いられるＴｏＦセンサには、高い空間分解能と省電力の両立が求められる。光源となる発光素子には、１ｎｓを切る立ち上がり時間／立ち下がり時間が求められる。光源が発光素子のブロックを複数備え、選択したブロックを点灯させるブロック照射とすれば、すべての発光素子を同時に点灯させる場合に比べ、省電力化が図れる。ブロック照射では、選択されなかったブロックが容量を構成して電荷が蓄積される。電荷の放電により、発光素子の立ち下り時間が長くなっていた。
本発明の目的は、放電経路を有しない場合に比べて、発光素子の立ち下り時間が短い発光デバイスなどを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、発光素子と、当該発光素子を点灯可能な状態に設定する設定素子と、を含む発光ブロックの複数と、前記発光素子の消灯の際に、放電が制御できる放電素子を含み、点灯の際に蓄積された電荷を放電する放電経路と、を備え、前記発光ブロックの複数と前記放電経路とが、電気的に並列接続されている発光デバイスである。
請求項２に記載の発明は、前記放電素子は、サイリスタである請求項１に記載の発光デバイスである。
請求項３に記載の発明は、前記放電経路は、サイリスタである前記放電素子で構成され、前記発光ブロックにおいて、前記発光素子が面発光レーザであり、前記設定素子がサイリスタであり、前記発光素子と前記設定素子との直列接続に対して、前記放電経路が電気的に並列接続されている請求項２に記載の発光デバイスである。
請求項４に記載の発明は、前記設定素子であるサイリスタと、前記放電素子であるサイリスタとは、同じ構成の積層半導体層を有する請求項３に記載の発光デバイスである。
請求項５に記載の発明は、前記放電経路は、前記放電素子と疑似面発光レーザとの直列接続で構成され、前記発光ブロックにおいて、前記発光素子が面発光レーザであり、前記設定素子がサイリスタであり、前記発光素子と前記設定素子との直列接続に対して、前記放電経路が電気的に並列接続されている請求項２に記載の発光デバイスである。
請求項６に記載の発明は、前記設定素子であるサイリスタと前記放電素子であるサイリスタとは、同じ構成の積層半導体層を有し、前記発光素子である面発光レーザと前記疑似面発光レーザとは、同じ構成の積層半導体層を有する請求項５に記載の発光デバイスである。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発光デバイスと、前記発光デバイスに接続され、当該発光デバイスの発光素子に点灯の電流を供給するドライバと、前記発光デバイスにおいて、点灯させる前記発光ブロックを選択し、選択した当該発光ブロックの前記設定素子に選択信号を供給する選択部と、前記発光デバイスにおける発光素子の点灯期間を制御する点灯制御信号を前記ドライバに供給する点灯制御部と、放電を制御する放電制御信号を前記発光デバイスに供給する放電制御部と、を備える発光装置である。
請求項８に記載の発明は、前記放電制御信号は、前記点灯制御信号が前記ドライバをオフにする信号電圧に変化する際に、前記放電素子をオンにする信号電圧に変化し始める請求項７に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、前記放電制御信号において前記放電素子をオンにする信号の幅は、前記点灯制御信号において前記ドライバをオンにする信号の幅より小さい請求項７に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記発光デバイスに供給する電源電圧と、前記放電制御部に供給する電源電圧とが同じである請求項７乃至９のいずれか１項に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記放電制御部が前記放電制御信号において前記放電素子をオンにする信号を送信するタイミングを、前記点灯制御信号において前記ドライバをオフにするタイミングと、点灯している前記発光ブロックの数とに応じて調整する調整部を備える請求項７に記載の発光装置である。
請求項１２に記載の発明は、請求項７に記載の発光装置と、前記発光装置により出射され計測対象物から反射された光を受光する受光部と、を備え、計測対象物の三次元形状を計測する計測装置である。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、放電経路を有しない場合に比べて、発光素子の立ち下り時間が短くできる。
請求項２に記載の発明によれば、サイリスタでない場合に比べ、スイッチングが速い。
請求項３に記載の発明によれば、放電経路がサイリスタに加えて他の素子を含む場合に比べ、寄生抵抗を小さくできる。
請求項４に記載の発明によれば、同じ構成の多層半導体層でない場合に比べ、発光デバイスの製造が容易になる。
請求項５に記載の発明によれば、放電素子と疑似面発光レーザとの直列接続でない場合に比べ、放電経路を発光ブロックと同じ構成にできる。
請求項６に記載の発明によれば、同じ構成の多層半導体層でない場合に比べ、発光デバイスの製造が容易になる。
請求項７に記載の発明によれば、ブロック照射できる発光装置が実現できる。
請求項８に記載の発明によれば、点灯制御信号がドライバをオンである信号電圧であるときに放電制御信号が放電素子をオンにする信号電圧に変化する場合に比べ、消費電力が低減できる。
請求項９に記載の発明によれば、放電素子をオンにする信号の幅がドライバをオンにする信号の幅より大きい場合に比べ、消費電力が低減できる。
請求項１０に記載の発明によれば、電源電圧が異なる場合に比べ、構成が簡易にできる。
請求項１１に記載の発明によれば、調整しない場合に比べ、点灯させた発光ブロックの数によらず発光素子の発光の立ち下がりタイミングが制御できる。
請求項１２に記載の発明によれば、三次元形状に基づく計測装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１の実施の形態が適用されるＴｏＦ法による計測対象物の三次元形状等を計測する計測装置の概略構成を示すブロック図である。
第１の実施の形態が適用される発光デバイスの平面形状の一例を説明する図である。
第１の実施の形態が適用される発光デバイスの断面構造の一例を説明する断面図である。
第１の実施の形態が適用される発光デバイスの等価回路である。
第１の実施の形態が適用されない、放電サイリスタを備えない発光デバイスを用いた発光装置を説明する等価回路である。（ａ）は、２４個の発光ブロックを表記した等価回路、（ｂ）は、１個の発光ブロックを点灯させ、他の発光ブロックを消灯状態とした場合の等価回路である。
並列容量の影響を説明する等価回路である。（ａ）は、１個の発光ブロックを備える発光デバイスを用いた発光装置、（ｂ）は、２４個の発光ブロックを備えた発光デバイスを用いた発光装置である。
並列容量の影響を説明する等価回路によって、ＶＣＳＥＬに流れる電流をシミュレーションした結果である。
第１の実施の形態が適用される、放電サイリスタを備える発光デバイスを用いた発光装置の等価回路である。
シミュレーションに用いた点灯制御信号及び放電制御信号を説明するタイミングチャートである。（ａ）は、点灯制御信号、（ｂ）は、放電制御信号を示す。
第１の実施の形態が適用される、放電サイリスタを備える発光デバイスを用いた発光装置において、ＶＣＳＥＬに流れる電流をシミュレーションした結果である。
スイッチを備える発光装置（比較例）を説明する等価回路である。
放電サイリスタを備える発光デバイスを用いた発光装置（実施例）と、スイッチを備える発光装置（比較例）において、ＶＣＳＥＬに流れる電流をシミュレーションした結果である。
第２の実施の形態が適用される発光デバイスの断面形状を説明する断面図である。
第２の実施の形態が適用される発光デバイスを用いた発光装置の等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、同様な機能を有する部材については、同じ符号を用いることがある。また、一部の構成に符号を付して、同様の構成については、符号を付さないことがある。
【０００９】
物体認識等に用いられるＴｏＦセンサは、ＴｏＦ法に基づいて測定された計測対象物までの距離により計測対象物の三次元形状等を計測する計測装置の一例である。以下では、ＴｏＦセンサを計測装置として説明する。ＴｏＦ法によっての三次元形状等を計測する計測装置は、計測装置が備える発光装置から光が出射されたタイミングから、出射された光が計測対象物で反射し、計測装置が備える三次元センサ（以下では、「３Ｄセンサ」と表記する場合がある。）で受光されるタイミングまでの時間から計測対象物までの距離を測定し、三次元形状を計測する。なお、３Ｄセンサは、受光部の一例である。
【００１０】
ＴｏＦ法には、放射された光の位相と受光した光の位相との差から時間を測定する間接ＴｏＦ（ｉＴｏＦ：indirect ToF）法と、光の放射から受光までの時間を直接計測する直接ＴｏＦ（ｄＴｏＦ：direct ToF）法とがある。ＴｏＦ法では、放射された光の立ち上がり／立ち下りが急峻、換言すれば、立ち上がり時間／立ち下り時間が短いことが求められる。特に、直接ＴｏＦ法は、間接ＴｏＦ法に比べ、立ち上がり時間／立ち下り時間がより短いことが求められる。ここでは、直接ＴｏＦ法と間接ＴｏＦ法とを区別せずにＴｏＦ法として説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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