表面发射激光装置和电子设备

技术领域

本公开涉及表面发射激光装置和电子设备。

背景技术

近年来，各种传感器安装在诸如智能电话的便携式信息终端上，并且这些传感器用于执行具有高灵敏度和高质量的成像。在便携式信息终端中内置的相机中，通常使用图像的对比度来执行自动聚焦(AF)。然而，在对象的对比度低的情况下(诸如在暗处)，执行AF需要时间，并且AF精度显著降低。

因此，使用飞行时间(ToF)方法的距离测量传感器来执行AF的便携式信息终端正在增加(参见专利文献1和2)。在ToF方法中，通过用激光照射对象的定时与接收来自对象的反射光的定时之间的时间差来测量到对象的距离，并且即使在对比度低的情况下(诸如在暗处)，也可以精确地测量到对象的距离。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开第2019-16615号。

专利文献2：日本专利申请公开第2019-132640号。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在通过ToF方法测量距离的情况下，需要提供检测发光元件发光的定时的光接收元件和接收反射光(即由发光元件发射并被对象反射的光)的光接收元件，并且难以小型化，使得存在不可能安装在诸如智能电话的小型便携式信息终端上的问题。

专利文献2公开了一种技术，其中检测发光元件发光的定时的光接收元件和接收反射光(即由发光元件发射并被对象反射的光)的光接收元件被集成为一个。然而，如果一旦接收光，则使用雪崩光电二极管的光接收元件需要执行一次消光操作，直到此后可以接收光为止。因此，如果将上述两个光接收元件集成为一个，则存在从短距离接收反射光失败使得距离测量范围变窄的可能性。

因此，本公开提供了可以缩小尺寸并且不会不利地影响距离测量的表面发射激光装置和电子设备。

问题的解决方案

为了解决上述问题，本公开提供一种表面发射激光装置，包括：表面发射部，具有布置在基板上的多个发光元件，多个发光元件中的一些发光元件用作光接收元件。

可以设置光学系统，该光学系统输出从表面发射部发射的光，

其中，多个发光元件可以包括：

第一元件，发光；以及

第二元件，接收从第一元件发射并被光学系统反射的光。

可以将正向偏置电压提供给第一元件，并且可以将反向偏置电压提供给第二元件。

第一元件的阴极和第二元件的阴极可以共同连接，电源电压可以被提供给第一元件的阳极，并且可以从第二元件的阳极输出与接收的光量对应的信号。

可以设置光源驱动部，该光源驱动部连接到第一元件的阴极和第二元件的阴极，并且切换是否引起与发射光强度对应的电流流到第一元件。

光源驱动部可以基于指示由第二元件接收的光的光强度的光量信号，在使第一元件发光时能变地控制流过第一元件的电流。

可以设置电压转换电路，该电压转换电路连接在第二元件的阳极与基准电压节点之间并且生成与由第二元件接收的光的强度对应的电压信号。

多个发光元件可以布置在基板上彼此交叉的第一方向和第二方向上，并且多个发光元件中的四个角处的四个发光元件可以用作光接收元件。

多个发光元件可以被分类为分别包括两个或更多个发光元件的多个发光元件组，可以使多个发光元件组中的每个发光元件组以时移方式依次发光，并且包括在不发光的发光元件组中的发光元件可以用作光接收元件。

多个发光元件组可以通过将分别包括布置在第一方向上的两个或更多个发光元件的发光元件组布置在与第一方向交叉的第二方向上形成多列而形成，可以使多列中的每个发光元件组以时移方式逐列依次发光，并且包括在不发光的列的发光元件组中的发光元件可以用作光接收元件。

多个发光元件中的一些发光元件可以是测试发光元件，测试发光元件可以布置在基板上与除了一些发光元件之外的发光元件不同的位置处，并且测试发光元件可以用作光接收元件。

在本公开的一个方面中，可以设置：表面发射部，具有布置在基板上的多个发光元件；光学系统，被配置为输出从表面发射部发射的光；以及控制部，控制多个发光元件的光强度，多个发光元件可以包括发光的第一元件和接收从第一元件发射并被光学系统反射的光的第二元件，并且控制部可以基于由第二元件接收的光的强度控制第一元件的光强度。

可以设置光量信号生成电路，该光量信号生成电路生成指示由第二元件接收的光的强度的光量信号，并且控制部可以基于光量信号控制第一元件的光强度。

可以设置电流源，当使第一元件发光时能变地控制流过第一元件的电流，并且控制部可以基于光量信号调节电流源的电流。

可以设置光源驱动部，该光源驱动部控制是否使第一元件发光，并且在光量信号超过预定基准量的情况下，控制部可以停止第一元件的发光。

可以设置基准信号生成电路，该基准信号生成电路生成指示第二元件接收光的定时的基准信号。

可以设置光接收元件和时间测量部，该光接收元件接收从第一元件发射并被对象反射的反射光，该时间测量部基于从光接收元件输出的光接收信号和基准信号检测光接收元件接收反射光的时间与第一元件发光的时间之间的时间差。

可以设置确定部和警告部，该确定部确定直到第一元件接收光之后经过预定时间为止第二元件是否已经接收光，该警告部当确定部确定直到经过预定时间为止第二元件尚未接收光时执行预定警告处理。

可以设置包括表面发光部的第一半导体装置和包括控制部的第二半导体装置，并且光学系统可以布置在第一半导体装置的光输出表面侧。

附图说明

图1是根据第一实施例的包括表面发射激光装置的距离测量模块的截面图。

图2是描绘发光部的示意性配置的示意性截面图。

图3是更详细地描绘图1中的发光部的LDD基板和LD芯片的结构的截面图。

图4是描绘发光部中的多个发光元件的布置的平面图。

图5是具有测试发光元件的表面发射激光装置的平面图。

图6是描绘距离测量模块中的发光部的连接形式的示例的示图。

图7是描绘根据本实施例的电子设备的内部配置的示例的框图。

图8是用于描述通过时间测量部测量的飞行时间的示图。

图9是描绘根据第二实施例的表面发射激光装置的每个发光元件的连接形式的电路图。

图10是描绘第一发光元件组和第二发光元件组的布置示例的示图。

图11是添加了积分电路和波形整形电路作为图9的修改示例的电路图。

图12是图11的等效电路图。

图13是用于示意性描述根据第三实施例的距离测量模块的示图。

图14是包括警告部的电子设备的框图。

图15是描绘根据第四实施例的电子设备的示意性配置的框图。

图16是描绘根据本公开的电子设备的示例的示图。

图17是描绘根据本公开的电子设备的示例的示图。

图18是描绘车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

图19是辅助描述车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述表面发射激光装置和电子设备的实施例。在下文中，将集中于表面发射激光装置和电子设备的主要构成部分进行描述，但是表面发射激光装置和电子设备可以具有未示出或描述的构成部分或功能。以下描述不排除未示出或描述的构成部分或功能。

(第一实施例)

图1是根据第一实施例的包括表面发射激光装置1的距离测量模块2的截面图。图1中的距离测量模块2包括通过ToF方法测量到对象(距离测量目标)50的距离的距离测量模块2。距离测量模块2包括发光装置3和光接收装置4。距离测量模块2可以结合在诸如稍后描述的智能电话的电子设备中。

发光装置3包括发光部5和输出光学系统6。发光部5包括表面发射激光装置1。

如稍后描述的，表面发射激光装置1是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，在该VCSEL中，多个发光元件二维地布置在半导体基板上，并且多个发光元件同时输出预定波段的激光。因此，从多个发光元件发射的激光变为以平面形状扩展的光。

输出光学系统6被布置为面向表面发射激光装置1的光输出表面。输出光学系统6将从表面发射激光装置1发射的光成形为预定的光束直径并且沿着输出光轴照射光。输出光学系统6的光输入表面和其相对侧上的光输出表面不透射而是反射入射在相应表面上的约4％至7％的光。因此，约8％至14％的入射光被整个输出光学系统6反射。通过在每个表面上沉积抗反射涂覆膜，入射光的反射率可以降低至约1％。即，可以通过调节设置在输出光学系统6中的抗反射涂覆膜将输出光学系统6的反射率控制在约1％至14％的范围内。如后面描述的，表面发射激光装置1中的多个发光元件中的一些发光元件用作光接收元件，以在本实施例中接收由输出光学系统6反射的光。

光接收装置4包括光接收部7、输入光学系统8和带通滤波器9。光接收部7包括二维地布置多个SPAD的单光子雪崩二极管(SPAD)阵列。SPAD以盖革模式操作，在该盖革模式中，通过对一个入射光子执行雪崩倍增来流动大电流。因此，甚至可以检测入射光的小光量。另一方面，存在难以检测新的入射光直至通过雪崩倍增生成并累积的放电电子以返回至初始电压的淬火操作完成为止的限制。可以采取用于加速淬火操作的各种措施，但在本说明书中省略其描述。

输入光学系统8被布置为面向光接收部7的光接收表面。带通滤波器9被设置为去除诸如环境光的噪声光。

构成发光部5的表面发射激光装置1和构成光接收部7的SPAD阵列可以分别包括单独的半导体芯片。图1示出了包括内置表面发射激光装置1的半导体芯片11和包括内置SPAD阵列的半导体芯片12安装在公共支撑基板13上的示例。遮光构件14布置在包括内置SPAD阵列的半导体芯片12与包括内置表面发射激光装置1的半导体芯片11之间，使得从表面发射激光装置1发射的光在被对象反射之前不被输出光学系统6或电子设备的壳体反射并且不入射在SPAD阵列上。

在包括内置SPAD阵列的半导体芯片12上，堆叠在其上形成了距离测量模块2的控制系统的电路的芯片。该电路基于发光元件发光的定时与光接收元件接收光的定时之间的时间差来测量到对象的距离。

在本实施例中，构成发光部5的表面发射激光装置1中的多个发光元件中的一些发光元件用作光接收元件。已知表面发射激光装置1具有可逆性。当在发光元件的阳极与阴极之间施加正向偏置电压时，可以使发光元件发光。另一方面，当在发光元件的阳极与阴极之间施加偏置电压、零电压或反向偏置电压时，可以使发光元件接收光。在本实施例中，通过利用表面发射激光装置1的这种可逆性，多个发光元件中的一些发光元件用作光接收元件。因此，不需要在距离测量模块2中设置除了SPAD之外的光接收元件，并且可以使距离测量模块2小型化。在本说明书中，在表面发射激光装置1中的多个发光元件中，用作光接收元件的发光元件有时被称为第一光接收部。此外，包括接收来自对象的反射光的SPAD阵列的光接收部7有时被称为第二光接收部。

图2是描绘发光部5的示意性配置的示意性截面图。如图2所示，在发光部5中，激光二极管驱动器(LDD)基板(第一基板)23经由散热基板22布置在支撑基板21上，并且激光二极管(LD)芯片(第二基板)24布置在LDD基板23上。LDD基板23和LD芯片24通过诸如焊料凸块的接合构件25接合。LDD基板23经由接合构件25将用于驱动发光元件的驱动信号输出到LD芯片24。LD芯片24包括发光元件。发光元件响应于来自LDD基板23的驱动信号发射预定波段的激光。从LD芯片24发射的激光经由输出光学系统6辐射到外部。输出光学系统6由透镜保持部26保持。输出光学系统6包括一个或多个透镜。

从LD芯片24发射的激光的波长为从可见光带至红外光带的任何波段。期望根据距离测量模块2的应用选择适当的波段。

图3是更详细地描绘图1中的发光部5的LDD基板23和LD芯片24的结构的截面图。LD芯片24包括基板31、层压膜32、使用层压膜32形成的多个发光元件33、多个阳极电极34和阴极电极35。

LD芯片24的基板31是包括诸如砷化镓(GaAs)的化合物半导体的基板。基板31的面向LDD基板23的一个主表面S1的表面是前表面S2，并且从基板的后表面S3侧发射激光。关于基板31的电极性，使用N型基板31，因为P型基板具有许多晶体缺陷并且没有实际使用。因此，使用其中多个发光元件具有公共阴极的公共阴极极性。

层压膜32包括第一多层膜反射器、第一间隔层、有源层、第二间隔层、第二多层膜反射器等，使有源层中生成的激光在第一多层膜反射器与第二多层膜反射器之间谐振以提高光强度，并且从基板的后表面S3侧输出激光。以这种方式，图3中的LD芯片24是背照型的。具有如图3中所描绘的层配置的发光元件33也被称为VCSEL结构。

通过将层压膜32处理成台面形状来形成多个发光元件33。当从基板31侧观察时，阳极电极(第二焊盘)34布置在每个发光元件33的上表面。类似地，当从基板31侧观察时，阴极电极35布置在层压膜32的上表面和侧表面，层压膜32布置在LD芯片24的端侧。当从基板31侧观察时，阴极电极35也布置在多个发光元件33的层压膜32的最底层侧。

LDD基板23包括被配置为将驱动信号提供给LD芯片24的多个发光元件33的多个焊盘36。接合构件25布置在焊盘36上，并且LDD基板23的焊盘36和LD芯片24的对应阳极电极34的焊盘34利用介于其间的接合构件25接合。

LDD基板23可以包括生成驱动信号的驱动电路。在这种情况下，LDD基板23被有源驱动。可替代地，LDD基板23可以包括切换由外部驱动电路生成的驱动信号的切换电路。在这种情况下，LDD基板23被无源驱动。

距离测量模块2接收由从发光部5发射的光的输出光学系统6反射的光，以检测从发光部5发射的光的定时。为了接收这种光，发光部5中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作本实施例中的光接收元件37。

图4是描绘发光部5中的多个发光元件33的布置的平面图。如图所示，多个发光元件33布置在发光部5中彼此交叉的第一方向和第二方向上。即，多个发光元件33沿二维方向布置。因为根据本实施例的发光部5执行表面发光，所以为了检测平面光的平均接收光强度，期望检测平面中的均匀分散的位置处的接收光强度，而不是检测平面中的特定位置处的接收光强度。从这样的观点来看，例如，在四个角处的四个发光元件33用作光接收元件37。

注意，发光部5中的多个发光元件33中的哪个发光元件33用作光接收元件37是任意的。例如，除了如图4所示的在四个角的发光元件33之外，位于中心的发光元件33也可以用作光接收元件37。可替代地，在以矩形形状布置的多个发光元件33中，在每个边缘的中心处的发光元件33可以用作光接收元件37。可替代地，对角布置的多个发光元件33可以用作光接收元件37。

存在表面发射激光装置1设置有测试发光元件的情况。例如，如图5所示，测试发光元件38通常设置在远离原始发光元件33的位置。测试发光元件38被设置为测试表面发射激光装置1的发射光强度等。这样的测试发光元件38可以用作光接收元件37。在这种情况下，原始发光元件33可以用于发光，而没有任何改变，并且因此，可以减少布线的改变量，并且可以容易地改变设计。

图6是描绘距离测量模块2中的发光部5的连接形式的示例的示图。除了距离测量模块2中的发光部5之外，图6还示出了电子设备40中的光源驱动部41、积分电路(光量信号生成电路)42和波形整形电路(基准信号生成电路)43。

如图6所示，发光部5包括多个发光元件33中的用于发光的第一元件33a和用于接收光的第二元件33b。图6示出了第一元件33a包括两个或更多个发光元件33并且第二元件33b也包括两个或更多个发光元件33的示例，但是包括在第一元件33a中的发光元件33的数量和包括在第二元件33b中的发光元件33的数量是任意的。

构成第一元件33a的相应发光元件33并联连接，每个发光元件33的阳极连接到电源电压节点并且阴极连接到光源驱动部41的输出节点。

光源驱动部41是控制流过构成第一元件33a的每个发光元件33的电流的驱动器。光源驱动部41例如布置在图1中的发光部5的附近。光源驱动部41包括电流源44、选择器45和缓冲器46。电流源44通过稍后描述的控制部控制流过第一元件33a的电流。选择器45根据经由缓冲器46输入的控制信号a的逻辑，切换电流源44是否允许电流流动。例如，当控制信号a处于高电位时，选择器45接通，并且电流源44使电流流动。构成第一元件33a的每个发光元件发射具有与流过电流源44的电流相对应的光强度的光。以这种方式，构成第一元件33a的每个发光元件33的发光强度取决于流过电流源44的电流。流过电流源44的电流由稍后描述的控制部控制。

构成第二元件33b的相应发光元件33也并联连接。构成第二元件33b的每个发光元件33的阴极与构成第一元件33a的每个发光元件33的阴极一起连接至光源驱动部41的输出节点。例如，假设电源电压为5V并且当构成第一元件33a的每个发光元件33发光时阳极与阴极之间的电压为2V，则第一元件33a的阴极(第二元件33b的阴极)的电压约为3V。因此，构成第二元件33b的每个发光元件33被设置为处于反向偏置状态。在这种状态下，构成第二元件33b的每个发光元件33的PN结电容变小，并且更高速的操作变得可能。

从构成第一元件33a的每个发光元件33发射的光的一部分被输出光学系统6反射并由构成第二元件33b的每个发光元件33接收，如图1中虚线所示。由于输出光学系统6布置在发光部5的附近，因此构成第二元件33b的每个发光元件33接收光的定时与构成第一元件33a的每个发光元件33发光的定时大致相同。此外，构成第二元件33b的每个发光元件33所接收的光的光强度(接收光量)根据构成第一元件33a的每个发光元件33发射的光强度而改变。

在构成第二元件33b的每个发光元件33的阳极与接地节点之间连接电阻器R。电阻器R用作将流过构成第二元件33b的每个发光元件33的阳极的电流转换为电压的电压转换电路。电阻器R两端的电压变为与构成第二元件33b的每个发光元件33中的接收光量对应的电压电平，并且电压电平随着接收光量的增加而增加。

以这种方式，表面发射激光装置1输出与构成第二元件33b的每个发光元件33中的接收光量对应的电压。该电压被输入到积分电路42和波形整形电路43。积分电路42对与构成第二元件33b的每个发光元件33的接收光量对应的电压进行时间积分以生成光量信号。波形整形电路43对构成第二元件33b的每个发光元件33中的光接收信号的波形进行整形以生成脉冲信号。脉冲信号是表示构成第一元件33a的每个发光元件33发光的定时的基准信号。

以这种方式，发光部5中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作光接收元件37，并且因此，可以在不单独设置光接收元件37的情况下准确地检测由发光部5发射的光的光强度和发光定时。此外，根据本实施例，不需要为了检测从发光部5发射的光的强度和发光定时而使用为了接收来自对象的光而设置的光接收部7。因此，当光接收部7接收来自输出光学系统6的反射信号时，不会发生由于SPAD的淬灭操作而光接收不可能的时间段(死区时间)内难以接收来自对象的反射光的问题，使得还可以执行在短距离处的距离测量，并且可以扩大距离测量范围。

注意，在发光部5中的多个发光元件33中用作光接收元件37的发光元件33的数量较少的情况下，可由一个光接收元件37接收的光能量未必是足够的，并且因此，存在仅通过一次测量难以准确地检测上述光量信号和基准信号的可能性。因此，期望根据发光部5的多次发光执行多次光接收并且通过平均化处理提高光量信号和基准信号的测量精度。

从发光部5发射并透射通过输出光学系统6的光信号电平与被输出光学系统6反射、被发光部5中的一些发光元件33接收并且出现在电阻器R两端的电压电平之间的比例常数考虑到个体差异、温度系数等被预先校准，由此可以获得定量数值。此外，可以通过调节形成在输出光学系统6的表面上的抗反射涂覆膜的涂覆量来改变入射在输出光学系统6上并且被输出光学系统6反射的光的比例。

如后面描述的，可以执行用于自动调节从发光部5发射的光的光强度的自动功率控制(APC)，或者可以调节从发光部5发射的光的光强度，使得通过监测从积分电路42输出的光量信号，光量信号与预先准备的基准信号匹配。因此，可以使从发光部5发射的光的光强度稳定，并且可以更高精度测量距离。

图7是描绘根据本实施例的电子设备40的内部配置的示例的框图。如图7所示，电子设备40包括距离测量模块2、光源驱动部41、积分电路42、第一波形整形电路51、第二波形整形电路52、时间测量部53、控制部54、操作部55、存储部56以及显示部57。

距离测量模块2包括发光部5、第一光接收部15和第二光接收部16。注意，图7中的发光部5指示构成发光部5的多个发光元件33中发光的发光元件33。在距离测量模块2中，利用从发光部5发射并透射通过输出光学系统6的光照射对象(距离测量目标)50，并且来自对象(测量目标)50的反射光被第二光接收部16接收。

如图6所示，第一光接收部15指示在发光部5中的多个发光元件33中用作光接收元件37的发光元件33。第二光接收部16是包括图1中描述的SPAD阵列的光接收部7。输出光学系统6设置在发光部5和第一光接收部15附近。输入光学系统8和带通滤波器9设置在第二光接收部16附近。

如图6所示，第一光接收部15的光接收信号通过电阻器R被转换为电压。该电压被输入到积分电路42和第一波形整形电路51。第二光接收部16的光接收信号被输入到第二波形整形电路52。实际上，第二光接收部16的光接收信号也通过电阻器R(未示出)等被转换为电压并且被输入到第二波形整形电路52。

光源驱动部41切换是否与控制信号a的脉冲同步地驱动发光部5中的每个发光元件33。此外，光源驱动部41根据来自控制部54的指示调节流过发光部5中的每个发光元件33的电流。如图6所示，光源驱动部41的输出节点连接至发光部5和第一光接收部15的相应发光元件33的阴极。

如图6所示，积分电路42对与第一光接收部15的光接收信号对应的电压执行积分处理以生成光量信号。积分电路42将所生成的光量信号发送至控制部54。

第一波形整形电路51对与第二光接收部16的光接收信号对应的电压执行积分处理以生成基准信号。第二波形整形电路52基于与第二光接收部16的光接收信号对应的电压生成测量信号。

时间测量部53测量飞行时间(ToF)，该飞行时间是测量信号的定时与基准信号的定时之间的时间差。

图8是用于描述通过时间测量部53测量的飞行时间的示图。例如，时间测量部53测量脉冲状基准信号的上升沿的定时和脉冲状测量信号的上升沿的定时之间的时间差作为飞行时间(ToF)。时间测量部53将所测量的飞行时间发送到控制部54。

控制部54基于光量信号调节流过光源驱动部41中的电流源44的电流量。此外，控制部54将指示发光部5发光的定时的控制信号a发送到光源驱动部41。

控制部54例如包括诸如CPU的处理器。操作部55和存储部56连接至控制部54。操作部55例如包括被配置为操作电子设备40(诸如开关、按钮、键盘和触摸面板)的各种操作装置。控制部54例如基于来自操作部55的操作信号控制电子设备40的各部，或者执行存储在存储部56中的程序以执行预定处理。例如，控制部54基于距离测量模块2的测量结果执行处理。

接下来，将描述根据第一实施例的电子设备40的处理操作。当控制部54将控制信号a发送至光源驱动部41时，光源驱动部41使电流与包括在控制信号a中的脉冲同步地流过发光部5中的每个发光元件33的阴极。因此，每个发光元件33开始发光。大部分发射光透射通过输出光学系统6，但是一部分发射光被输出光学系统6的输入表面或输出表面反射并且被第一光接收部15接收。第一光接收部15是表面发射激光装置1中的多个发光元件33中的发光元件33的一部分。从第一光接收部15输出的光接收信号被转换为电压并且被输入到积分电路42和第一波形整形电路51以生成光量信号和基准信号。

从发光部5发射的大部分光透射通过输出光学系统6并被对象反射，并且反射光被第二光接收部16接收。第二光接收部16包括SPAD。第二光接收部16的光接收信号被输入到第二波形整形电路52以生成测量信号。

时间测量部53基于由第一波形整形电路51生成的基准信号和由第二波形整形电路52生成的测量信号用光照射对象，并且测量光的飞行时间直到接收反射光为止。

控制部54基于由时间测量部53测量的飞行时间测量到对象的距离。此外，控制部54基于由积分电路42生成的光量信号控制流过发光部5中的发光元件33的电流。因此，可以调节从发光部5发射的光的光强度。

以这种方式，表面发射激光装置1中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作第一实施例中的光接收元件37。更具体地，发光部5中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作接收从发光部5发射并被输出光学系统6的输入表面或输出表面反射的光的第一光接收部15。因此，不必设置单独的光接收元件37作为第一光接收部15，并且可以降低构件成本，并且可以使电子设备40小型化。

在本实施例中，在表面发射激光装置1中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作光接收元件37的情况下，在不改变每个发光元件33的阴极的连接目的地的情况下，仅需要将用作光接收元件37的发光元件33的阳极连接到积分电路42和波形整形电路43而不是电源电压节点，因此，发光元件33可以仅通过部分地改变布线改变为光接收元件37，并且可以容易地改变设计。

此外，在第一光接收部15中，基于光接收信号生成光量信号，并且控制部54基于光量信号控制从发光部5发射的光的光强度，使得可以优化从发光部5发射的光的光强度。

(第二实施例)

在第二实施例中，表面发射激光装置1中的多个发光元件33被分类为多个发光元件组，并且多个发光元件组中的每个发光元件组以时移方式依次发光。

图9是描绘根据第二实施例的表面发射激光装置1的发光元件33的连接形式的电路图。在图9中，表面发射激光装置1中的多个发光元件33被分类为第一发光元件组33c和第二发光元件组33d，并且交替执行切换操作以将第一发光元件组33c和第二发光元件组33d中的一个用作发光元件33并将另一个用作光接收元件37。

图9的表面发射激光装置1包括多个发光元件33、选择器58以及切换控制部59。选择器58执行切换以将第一发光元件组33c中的每个发光元件33的阳极和第二发光元件组33d中的每个发光元件33的阳极中的任一个连接到电源电压节点并将另一个连接到接地节点。切换控制部59基于来自控制部54的控制信号b控制选择器58的切换。

切换控制部59在将第一发光元件组33c中的发光元件33的阳极连接到电源电压节点时，将第二发光元件组33d中的发光元件33的阳极连接到接地节点，并且在将第二发光元件组33d中的发光元件33的阳极连接到电源电压节点时，将第一发光元件组33c中的发光元件33的阳极连接到接地节点。切换控制部59交替执行这种连接切换。

在图9的表面发射激光装置1结合在距离测量模块2中的情况下，与通过从表面发射激光装置1中的所有发光元件33发光来测量距离的情况相比，可以减少同时发光的发光元件33的数量，并且因此，可以在不影响距离测量范围的情况下减少发光部5的功耗。此外，根据第二实施例的表面发射激光装置1使用不发光的发光元件33作为光接收元件37，并且因此，通过使用表面发射激光装置1中的一些发光元件33作为光接收元件37，可以类似于第一实施例生成基准信号和光量信号。因此，被配置为生成基准信号和光量信号的单独的光接收元件是不必要的，并且可以小型化。

图10是描绘第一发光元件组33c和第二发光元件组33d的布置示例的示图。图10示出了表面发射激光装置1中的多个发光元件33以矩形形状布置的示例，并且在由虚线表示的相应列中，奇数列是第一发光元件组33c，并且偶数列是第二发光元件组33d。注意，图10是示例，并且第一发光元件组33c和第二发光元件组33d的分类方式是任意的。例如，奇数行可以是第一发光元件组33c，偶数行可以是第二发光元件组33d。此外，可以执行分成三个或更多个发光元件组的分类，可以使每个发光元件组依次发光，并且可以将不使其发光的发光元件组用作光接收元件37。

图11是图9的修改示例，其中，积分电路42和波形整形电路43(第一波形整形电路51)连接至多个发光元件33中用作光接收元件37的发光元件33的阳极。图12是图11的等效电路，并且示出了第一发光元件组33c用作发光元件33并且第二发光元件组33d用作光接收元件37的示例。

在图11和图12的配置的情况下，可以基于用作光接收元件37的发光元件33中的光接收信号生成光量信号和基准信号。根据图11的配置，生成光量信号和基准信号并用作光接收元件37的发光元件33可以依次切换。

以这种方式，在第二实施例中，表面发射激光装置1中的多个发光元件33被分类为多个发光元件组，并且依次切换是否使用每个发光元件组作为发光元件33或光接收元件37。因此，可以减少在表面发射激光装置1中同时发光的发光元件33的数量，并且可以减少所消耗的电极的数量。此外，表面发射激光装置1中的发光元件33可以用作发光元件33和光接收元件37而没有偏置，并且因此，不存在距离测量的精度降低的可能性。具体地，通过使用表面发射激光装置1中的每个发光元件33作为光接收元件37而没有偏置，可以精确地检测光量信号和基准信号。

(第三实施例)

在第三实施例中，采取激光安全措施。

图13是示意性地描绘根据第三实施例的距离测量模块2的示图。当附接至距离测量模块2中的发光部5的输出光学系统6由于某种原因脱落时，来自发光部5的激光在不穿过输出光学系统6的情况下发射至外部，并且存在激光的光强度超过激光安全标准的可能性。此外，虽然在图13中未示出，但是除了输出光学系统6之外，有时还设置被配置为漫射激光的漫射器，并且如果漫射器脱落，则发射光强度超过激光安全标准的激光。

因此，图14所示的电子设备40检测输出光学系统6或漫射器的脱落，并在检测到脱落时执行预定警告处理。除了图7的配置之外，图14的电子设备40包括警告部61。

图14中的控制部54监测来自积分电路42的光量信号。在即使在发光部5发射激光之后经过预定时间的情况下或者在光量信号的信号电平低于预定信号电平的情况下，也不从积分电路42输出光量信号的情况下，控制部54确定输出光学系统6或漫射器已经脱落，并且将预定信号发送至警告部61。当从控制部54接收到预定信号时，警告部61执行预定警告处理。例如，电子设备40的显示部57可以显示存在输出光学系统6脱落的可能性等，或者可以执行显示以通过强制停止来自发光部5的发光来促使修复请求。

以这种方式，在第三实施例中，表面发射激光装置1中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作光接收元件37，不仅用于生成用于距离测量的光量信号和基准信号，而且还用于检测布置在发光部5附近的输出光学系统6或漫射器的脱落。因此，可以检测布置在发光部5附近的输出光学系统6或漫射器的脱落并且执行预定警告处理，而无需单独设置光接收元件37。

(第四实施例)

在第四实施例中，在从发光部5中发射的激光的强度大幅增加的情况下采取安全措施。

图15是描绘根据第四实施例的电子设备40的示意性配置的框图。除了图7的电子设备40的配置之外，图15的电子设备40包括电流限制器62。

电流限制器62基于来自控制部54的控制信号限制流过光源驱动部41中的电流源44的电流不超过预定电流量。当基于来自积分电路42的光量信号确定从发光部5发射的激光的光强度超过预定阈值时，控制部54将控制信号发送到电流限制器62以限制流过发光元件33的电流。电流限制器62限制流过光源驱动部41中的电流源44的电流。可替代地，流过电流源44的电流可以被设置为零以防止发光部5发射激光。

以这种方式，在第四实施例中，表面发射激光装置1中的多个发光元件33中的一些发光元件33用作光接收元件37以检测光量信号，并且在基于光量信号确定激光的发射光强度超过预定阈值的情况下，限制从电流源44流动的使电流流过发光元件33的电流。因此，当激光的发射光强度由于某种原因变得异常高时，可以迅速减小发光强度或者可以停止发光本身，并且可以在不提供单独的光接收元件37的情况下使用表面发射激光装置1采取激光的安全措施。

(电子设备的配置示例)

图16和图17示出了据本公开的距离测量模块2安装在其上的电子设备100的示例。图16示出了当从z轴方向的正侧观察的电子设备100的配置。另一方面，图17示出了当从z轴方向的负侧观察的电子设备100的配置。电子设备100例如具有大致平板形状，并且在至少一个表面(此处，z轴方向的正侧的表面)上包括显示部1a。显示部1a可以例如通过液晶、微型LED或有机电致发光方法来显示图像。然而，显示部1a中的显示方法不受限制。此外，显示部1a可以包括触摸面板和指纹传感器。

第一成像部110、第二成像部111、第一发光部112和第二发光部113安装在电子设备100的在z轴方向的负侧的表面上。第一成像部110例如是能够对彩色图像成像的相机模块。相机模块例如包括透镜系统和对透镜系统所收集的光执行光电转换的成像元件。第一发光部112例如是用作第一成像部110的闪光灯的光源。例如，可以使用白色LED作为第一发光部112。然而，用作第一发光部112的光源的类型不受限制。

第二成像部111例如是能够通过ToF法进行距离测量的成像元件。第二成像部111例如对应于图7中的第二光接收部16。第二发光部113可以用于通过ToF法的距离测量并且是光源。第二发光部113例如对应于图7中的发光部5。以这种方式，图16和图17中所描述的电子设备100包括图7中的距离测量模块2。电子设备100可以基于从距离测量模块2输出的距离图像执行各种处理。

这里，已经描述了根据本公开的电子设备是智能电话或平板电脑的情况。然而，根据本公开的电子设备可以例如是其他类型的装置，诸如游戏机、车载例如、PC和监控相机。

根据本公开的距离测量模块2可以包括信号生成器、多个级联连接的触发器、电路块、像素阵列以及信号处理部。信号生成器被配置为生成时钟信号。电路块被配置为响应于时钟信号将第一信号提供给多个触发器中的每一个的时钟端子，并且将第二信号提供给多个触发器中的第一级触发器的输入端子。像素阵列包括被配置为由从多个触发器的不同级提供的脉冲信号驱动的像素。信号处理部被配置为基于通过像素阵列的像素中的光电转换生成的电荷生成距离图像。

根据本公开的电子设备可以包括信号发生器、多个级联连接的触发器、电路块和像素阵列。信号生成器被配置为生成时钟信号。电路块被配置为响应于时钟信号将第一信号提供给多个触发器中的每一个的时钟端子，并且将第二信号提供给多个触发器中的第一级触发器的输入端子。像素阵列包括被配置为由从多个触发器的不同级提供的脉冲信号驱动的像素。

(移动体的应用示例)

根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在任何类型的移动体(诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船舶和机器人)上的装置。

图18是描绘作为可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图18所示的例子中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能结构，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052、车载网络接口(I/F)12053。

驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于生成车辆的驱动力的驱动力生成装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动装置等的控制装置。

车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代物的移动装置发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。

车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收成像图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等的对象的处理、或者检测到其的距离的处理等。

成像部12031是接收光并且输出对应于所接收的光的光量的电信号的光学传感器。成像部12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，由成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。

车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员成像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。

另外，微型计算机12051通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息来控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，可以执行用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自动行驶。

此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协作控制。

声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够视觉地或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部。在图18的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出装置。显示部12062可以例如包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。

图19是描绘成像部12031的安装位置的示例的示图。

在图19中，车辆12100包括成像部分12101、12102、12103、12104和12105作为成像部分12031。

成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部内的挡风玻璃的上部的位置上。设置在前鼻的成像部12101和设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100的后部的图像。由成像部12101和12105获取的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志、车道等。

注意，图19描绘了成像部12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104成像的图像数据来获得从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。

成像部12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息确定在成像范围12111至12114内到每个三维对象的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而特别地提取存在于车辆12100的行驶路径上并且以与车辆12100大致相同的方向以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)行驶的最近的三维对象来作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置跟随距离以保持在前方车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此，可以进行不依赖于驾驶员的操作等而使车辆自动行驶的自动驾驶用的协作控制。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息将与三维对象有关的三维对象数据分类为二轮车、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并且将所提取的三维对象数据用于自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或躲避转向。微型计算机12051可以由此辅助驾驶以避免碰撞。

成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部12101到12104的成像图像中存在行人并因此识别行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线被显示为叠加在所识别的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望位置处显示表示行人的图标等。

上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。例如，根据本公开的技术可以应用于上述配置中的成像部12031。具体地，根据本公开的成像元件可以安装在成像部12031上。当根据本公开的技术应用于成像部12031时，可以提高距离图像的分辨率同时抑制电磁噪声的生成，并且可以增强车辆12100的功能和安全性。

注意，本技术可以具有以下配置。

(1)一种表面发射激光装置，包括具有布置在基板上的多个发光元件的表面发射部，

其中，多个发光元件中的一些发光元件用作光接收元件。

(2)根据(1)的表面发射激光装置，进一步包括：光学系统，输出从表面发射部发射的光，

其中，多个发光元件包括：

第一元件，发光；以及

第二元件，接从第一元件发射并被光学系统反射的光。

(3)根据(2)的表面发射激光装置，其中，将正向偏置电压提供给第一元件，并且将反向偏置电压提供给第二元件。

(4)根据(3)的表面发射激光装置，其中，第一元件的阴极与第二元件的阴极共同连接，将电源电压提供给第一元件的阳极，并且从第二元件的阳极输出与接收的光量对应的信号。

(5)根据(4)的表面发射激光装置，进一步包括：光源驱动部，连接至第一元件的阴极和第二元件的阴极，并且切换是否使与发射光强度对应的电流流至第一元件。

(6)根据(5)的表面发射激光装置，其中，光源驱动部基于指示由第二元件接收的光的光强度的光量信号，在使第一元件发光时能变地控制流过第一元件的电流。

(7)根据(2)至(6)中任一项的表面发射激光装置，进一步包括：电压转换电路，连接在第二元件的阳极与基准电压节点之间并且生成与由第二元件接收的光的强度对应的电压信号。

(8)根据(1)至(7)中任一项的表面发射激光装置，其中，多个发光元件布置在基板上彼此交叉的第一方向和第二方向上；并且

多个发光元件中的四个角处的四个发光元件用作光接收元件。

(9)根据(1)至(7)中任一项的表面发射激光装置，其中，多个发光元件被分类为分别包括两个或更多个发光元件的多个发光元件组，

使多个发光元件组中的每个发光元件组以时移方式依次发光，并且

包括在不发光的发光元件组中的发光元件用作光接收元件。

(10)根据(9)的表面发射激光装置，其中，多个发光元件组通过将分别包括布置在第一方向上的两个或更多个发光元件的发光元件组布置在与第一方向交叉的第二方向上形成多个列而形成，

使多列中的每个发光元件组以时移方式逐列依次发光，并且

包括在不发光的列的发光元件组中的发光元件用作光接收元件。

(11)根据(1)至(7)中任一项的表面发射激光装置，其中，多个发光元件中的一些发光元件是测试发光元件，

测试发光元件布置在基板上与除一些发光元件之外的发光元件不同的位置处，并且

测试发光元件用作光接收元件。

(12)一种电子设备，包括：表面发光部，具有布置在基板上的多个发光元件；

光学系统，被配置为输出从表面发射部发射的光；以及

控制部，控制多个发光元件的光强度，

其中，多个发光元件包括第一元件和第二元件，该第一元件发光，该第二元件接收从第一元件发射并被光学系统反射的光，并且

控制部基于由述第二元件接收的光的强度控制第一元件的光强度。

(13)根据(12)的电子设备，进一步包括：光量信号生成电路，生成指示由第二元件接收的光的强度的光量信号，

其中，控制部基于光量信号控制第一元件的光强度。

(14)根据(13)的电子设备，进一步包括：电流源，当使第一元件发光时能变地控制流过第一元件的电流，

其中，控制部基于光量信号调节电流源的电流。

(15)根据(13)的电子设备，进一步包括：光源驱动部，控制是否使第一元件发光，

其中，在光信号量超过预定基准量的情况下，控制部停止第一元件的发光。

(16)根据(12)至(15)中任一项的电子设备，进一步包括：基准信号生成电路，生成指示第二元件接收光的定时的基准信号。

(17)根据(16)的电子设备，进一步包括：光接收元件，接收从第一元件发射并被对象反射的反射光；以及

时间测量部，基于从光接收元件输出的光接收信号和基准信号检测光接收元件接收反射光的时间与第一元件发光的时间之间的时间差。

(18)根据(12)至(17)中任一项的电子设备，进一步包括：确定部，确定直到第一元件接收光之后经过预定时间为止第二元件是否已经接收光；以及

警告部，当确定部确定直到经过预定时间为止第二元件尚未接收光时执行预定警告处理。

(19)根据(12)至(18)中任一项的电子设备，进一步包括：第一半导体装置，包括表面发射部；以及

第二半导体装置，包括控制部，

其中，光学系统布置在第一半导体器件的光输出表面侧。

本公开的各方面不限于上述相应实施例，而是包括可以由本领域技术人员想到的各种修改，并且本公开的效果不限于上述内容。即，在不脱离从权利要求及其等同物中限定的内容得出的本公开的概念构思和精神的范围内，可以进行各种添加、改变和部分删除。

参考标记列表

1 表面发射激光装置

2 距离测量模块

3 发光装置

4 光接收装置

5 发光部

6 输出光学系统

7 光接收部

8 输入光学系统

9 带通滤波器

11 半导体芯片

12 半导体芯片

13 支撑基板

14 遮光构件

21 支撑基板

22 散热基板

23 LDD基板

24 LD芯片

25 接合构件

26 透镜保持部

31 基板

32 层压膜

33 发光元件

34 阳极电极

35 阴极电极

36 焊盘

37 光接收元件

40 电子设备

41 光源驱动部

42 积分电路

43 波形整形电路

44 电流源

45 选择器

46 缓冲

51 第一波形整形电路

52 第二波形整形电路

53 时间测量部

54 控制部

55 操作部

56 存储部

57 显示部。