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JP2005292156A - Distance-measuring device - Google Patents

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JP2005292156A
JP2005292156A JP2005146836A JP2005146836A JP2005292156A JP 2005292156 A JP2005292156 A JP 2005292156A JP 2005146836 A JP2005146836 A JP 2005146836A JP 2005146836 A JP2005146836 A JP 2005146836A JP 2005292156 A JP2005292156 A JP 2005292156A
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Japan
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light
distance
distance measuring
measuring device
semiconductor
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JP2005146836A
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Japanese (ja)
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Yuji Kimura
裕治 木村
Katsunori Abe
克則 安部
Kinya Atsumi
欣也 渥美
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce drive current, to prevent reduction of a service life time of an element to allow lighting operation, and to allow far projection without reducing light quantity, when performing light projeection operation by use of a plurality of semiconductor light-emitting elements. <P>SOLUTION: By connecting the semiconductor laser elements 23a-23c performing the light projection by lenses 25a-25c independently of each other in series, and performing connection to a signal generation circuit 24 as a power source to perform pulse-lighting, the three elements can be simultaneously lighted by the drive current, corresponding to one element. A package of each the semiconductor laser element 23a-23c has three lead terminals, and the semiconductor laser element 23a-23c is electrically connected to two lead terminals, electrically insulated with respect to a metal base. When a light collecting point P is set at the midpoint of a range of a detection distance, the shifting quantity of laser light is reduced to the utmost, over nearly the whole area, to suppress reduction of the light quantity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention comprises a semiconductor light projecting device having an optical system for projecting light emitted from a plurality of semiconductor light emitting elements to a light projecting region, receiving reflected light from the object, and reducing the distance to the object. The present invention relates to a distance measuring device to measure.

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。   In recent years, light is projected toward a detection region by a semiconductor light emitting device configured using a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser element or a light emitting diode element, and the reflected light is received and the measurement object in the detection region is measured from the delay time. Distance measuring devices that measure the distance to an object have been developed.

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。   For example, such a distance measuring device is mounted on a vehicle to measure the distance between the vehicles and issue a warning when the distance between the vehicles is closer than a certain distance, or when other vehicles are parked A system that outputs a warning when the distance to an obstacle is measured and is closer than a certain distance, or a system that outputs a warning when light is blocked within a certain distance in the light projection area, etc. Has been used. In addition, a system has been considered in which these systems can be applied to control the traveling of an automobile so that the vehicle can travel or park safely and appropriately.

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。   In this case, the inter-vehicle distance measurement system is required to be able to measure the distance in the range of about 10 m to 100 m (for example, about 120 m) as the distance measurement range in consideration of the driving state such as an expressway. For this purpose, the semiconductor laser device requires a light output of about 20 to 80 W as a whole by pulse driving of several tens to several hundreds nsec (nanoseconds). In general, with one semiconductor laser element, an optical output of about 10 to 20 W can be obtained when the peak current value is about 20 A. In order to satisfy the above-described requirements, it is conceivable to drive one semiconductor laser element with a large current, or simultaneously drive a plurality of semiconductor laser elements to synthesize their optical outputs.

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。   When one semiconductor laser is driven and controlled with a large current, the lifetime of the element decreases in inverse proportion to the magnitude of the current, so it is not a good condition to employ one. Therefore, a method of increasing the amount of light by collecting the light using a plurality of semiconductor lasers is effective.

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。   As this method, it is generally considered that each semiconductor laser is connected to a power supply in parallel and individually driven to emit light and the light is condensed. However, in that case, since it is necessary to flow the drive currents corresponding to the number connected in parallel, the power consumption increases and the pulse waveform becomes dull, which is not preferable as a drive condition.

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。
特開平5−41561号公報 特開平6−282807号公報 特開平7−307520号公報
On the other hand, there are some which are shown in patent documents 1 to 3 in order to solve such problems. These are formed by laminating and integrating a plurality of semiconductor laser chips and driving them in a serial connection state. As a light source, a plurality of light emitting points are arranged at intervals of about 100 μm. This is condensed by a condenser lens, converted into parallel light, and projected toward a target light projection area.
JP-A-5-41561 JP-A-6-282807 Japanese Patent Laid-Open No. 7-307520

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。   In the above-described case, even if the interval between the light emitting points in the light source is 100 μm, the interval between the laser light spots from each semiconductor laser chip is proportional to the projection distance in the state where the light is condensed so as to be parallel light. Will spread. For example, as shown in FIG. 25, when a semiconductor laser device 1 formed by laminating three semiconductor laser chips 1a to 1c is placed at the focal position of a condenser lens 2 as an optical system to emit light, each laser chip When the laser beams emitted from the light emitting points La to Lc of 1a to 1c pass through the condensing lens 2, they are condensed and become parallel light Sa to Sc.

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。   At this time, if each spot diameter of the parallel light beams Sa to Sc is D, the same deviation as the arrangement interval of the laser chips 1a to 1c occurs at the position advanced by the focal length f. Since it becomes large, such a shift keeps the focused state with almost no problem. Then, when each of the parallel lights Sa to Sc travels to a distance to be measured, for example, about several tens of meters, the above-described deviation spreads to a level that cannot be ignored, and the detection distance due to the condensed light is increased. The effect of doing is totally lost.

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。   In this state, as shown in FIG. 26, when the detection distance x is increased, the spots are projected so that the spots overlap at about x1 in the figure, but when the detection distance x is increased to about x2 (> x1), Not only is the amount of light decreased, but a dark area B is formed where the distance between the spots is increased and no light strikes. In this case, the measurement object that happens to be located in the dark area B at the time of distance measurement will not be measured, and will be recognized as non-existent, and there is a problem that accurate measurement cannot be performed.

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。   The extent of the spread of the spot interval is proportional to the distance from the condensing lens 2 and simply increases as the distance increases. Therefore, as the distance is detected, the amount of light decreases or dark areas occur. This becomes a disadvantageous condition when it is desired to receive more reflected light from the object.

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。
Specifically, for example, when the interval between the light emitting points La to Lc is 100 μm, the spread angle θ of the light source with respect to the focal length f of the condenser lens 2 is
θ = arctan (0.1 / f)
Therefore, when the focal length f is 22 mm, θ = 0.26 °. At a position 22 m away from the position of the condenser lens 2 which is 1000 times the focal length f, the distance between the center positions of the spots is about 10 cm. Although there is a relationship with the size of the spot diameter D, since the center position is not shifted, the light in the light projecting area spreads and the amount of light per unit area decreases, so the amount of reflected light decreases. Is certain.

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。   Therefore, when a distance of 100 m or more is set as the measurement distance range, the amount of light is largely insufficient and a dark area is generated. Therefore, the semiconductor laser device is driven with a larger current to increase the amount of light. However, in this case, there is a problem that it is impossible to avoid a decrease in the service life.

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。   In addition, when a configuration in which the range of the measurement distance is set up to a long distance of 100 m or more is obtained, strong light is output. When such strong light is output, this is human. When used in an environment where there is a possibility of being incident on the eyes, it is necessary to set the output level in consideration of safety, and in this respect as well, technical problems for increasing the output remain.

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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to enable light emission of a large output at a low current in a light projecting device constituted by using a plurality of semiconductor light emitting elements, and a light projecting distance. It is an object of the present invention to provide a distance measuring device capable of efficiently performing a distance measurement using a semiconductor light projecting device capable of performing an efficient light projecting operation according to the above.

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。   In addition, another object of the present invention is to use in an environment where there is a possibility of being incident on the human eye in a configuration that outputs strong light to project far away by achieving the above object. An object of the present invention is to provide a distance measuring device that measures distance measurement using a semiconductor light projecting device that can ensure the safety even when it is performed.

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。   According to the first aspect of the present invention, a plurality of optical devices are individually arranged with respect to the semiconductor light emitting elements so as to project light onto the light projecting region, and the plurality of semiconductor light emitting elements are connected to the power source. Since power is supplied in a state of being connected in series, the current can be made to flow by supplying the same current to all the semiconductor light emitting elements by supplying a current for one semiconductor light emitting element. It is possible to obtain the amount of light corresponding to the number of connected semiconductor light emitting elements. That is, in a semiconductor light emitting device, a light emission phenomenon usually occurs only by passing a current in one direction. Therefore, when connected in series, all the semiconductor light emitting devices emit light. In addition, the plurality of optical devices are configured in a state in which the optical axes are adjusted so that the light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements is condensed and projected onto one projection area. Even when light is emitted, light can be projected in a high light density state, and the light focused individually by the optical system is condensed. Therefore, more efficient light projection is provided by providing a condensing point at a position corresponding to the light projection distance. The operation can be performed.

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。   Further, the semiconductor light projecting device is used to project light onto the light projecting area, and the light receiving means receives reflected light from an object existing in the light projecting area. At this time, the detecting means receives the reflected light from the time of projecting. Since it is configured to measure the time to the point in time and detect the distance to the object, as described above, it is possible to efficiently collect the light to be projected and project it to the projection area. This makes it possible to accurately measure the distance up to a longer distance in the projection area. In other words, an efficient light projection operation can be performed within the target distance measurement range.

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。   According to the invention of claim 2, in the above invention, when the spot shape in the light emitting region of the semiconductor light emitting element is an elliptical shape, the plurality of optical devices are arranged in the same plane. Since the plurality of semiconductor light emitting elements are arranged in parallel and at equal intervals so that the spots in the light projecting region overlap with each other in the major axis direction of the elliptical shape, light projection by irradiation of the semiconductor light emitting elements is performed. The overlapping state of the spots in the major axis direction in the region is shifted by the arrangement interval of the semiconductor light emitting elements. As a result, the overlapping area when irradiating a plurality of semiconductor light-emitting elements in parallel by an optical device, that is, the area that can be used as the strongest light has a large ratio with respect to the amount of deviation as the irradiation distance increases, and is strong. Irradiation can be effectively performed by increasing the degree of overlap in a distant place that requires light.

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。   According to the invention of claim 3, in the distance measuring apparatus described above, since the semiconductor light emitting element of the semiconductor light projecting device is pulse-lit by the detecting means, a high output light projecting operation can be performed efficiently, and the pulse It is possible to measure the distance by detecting the time difference between the light emitted by lighting and the reflected light received by the light receiving means from the difference in the rise time of the light projection signal and the light reception signal. Highly measurable measurement can be performed.

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。   According to the invention of claim 4, in the distance measuring device described above, the optical device adjusts the optical axis so that the light condensing point is located within the detection distance range of the light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements. Therefore, the shift of the center point of the light output from each semiconductor light emitting element within the range of the detection distance can be reduced, and a more accurate detection operation can be performed while preventing a decrease in the light amount as much as possible. It becomes like this.

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。   According to the fifth aspect of the present invention, since the position of the condensing point is adjusted to the farthest point within the range of the detection distance in the distance measuring device described above, the degree of condensing from each semiconductor light emitting element at the farthest point. Is the best and it is possible to suppress the occurrence of deviation of the center point of light, so that the farther the position, the higher the degree of condensing, and the reduction in the amount of light due to the deviation of the center point can be suppressed. In addition, at a position closer to the farthest point, the distance between the center points of the light is the arrangement interval at which each semiconductor light emitting element is arranged at the maximum, so the relationship between the arrangement interval and the spot diameter narrowed by the optical system is appropriate. By setting to, it is possible to obtain a condensing state with almost no deviation over the entire range within the measurement range, and it is possible to improve the detection accuracy within the distance measurement range.

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。   According to the invention of claim 6, in the distance measuring device according to claim 4, the position of the condensing point is adjusted to an intermediate point within the range of the detection distance. The center point of the light is almost the same at both the farthest point and the nearest point of the detection range, and the center point deviation of the spot light output from each semiconductor light emitting element over the entire detection range is the largest. It can be set as few conditions. Thereby, for example, by setting the distance with the highest detection frequency within the distance measurement range as the condensing point, the amount of light in the vicinity of the condensing point can be maximized to improve the detection accuracy.

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。   According to the invention of claim 7, in each of the distance measuring devices described above, the projection direction of the light is scanned within a predetermined range by the projection scanning means, and the distance of the object is projected from the reflected light detected by the detection means. Since it is obtained corresponding to the area, the range to be projected can be detected by dividing it into projection areas, and the position and distance of the detection target within the wide detection range are detected according to the projection position. be able to. As a result, the detection operation within a wide range can be performed more accurately.

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。   According to the invention of claim 8, in the above-described configuration, since the light projection direction is scanned two-dimensionally by the light projection scanning means, the degree of freedom of setting the range to be detected is increased and its application is used. Can also be widened.

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。   According to a ninth aspect of the present invention, in the distance measuring device according to any one of the first to eighth aspects, the distance measuring device is mounted on a moving body, and the distance of the light projecting area corresponding to the traveling direction is detected. Therefore, it is possible to detect the distance in the projection area corresponding to the traveling direction even in a moving body used as a transportation means such as an automobile, or a manned or unmanned moving body such as a transport device or a robot. The present invention can be applied to a wide range of uses such as detecting an obstacle that hinders the progress of a person or an object positioned in the traveling direction, or detecting a target object for tracking.

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。   According to the invention of claim 10, in the above-mentioned case, by installing this in an automobile, an obstacle in the traveling direction is detected and a dangerous case is notified in advance by an alarm or deceleration control is performed. When controlling other vehicles to take appropriate measures, or when tracking other vehicles traveling in front of the vehicle, this should be detected and used to control the vehicle while maintaining an appropriate inter-vehicle distance. You can also.

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。   According to the invention of claim 11, in the invention of claim 9 or 10, when the spot shape in the light emitting region of the semiconductor light emitting element is an elliptical shape, the spot of light emitted by the semiconductor light projecting device Is set so that the ellipse's major axis direction is oriented in the vertical direction with respect to the moving surface, so that the distance detection operation is performed, so that the horizontal detection resolution of the moving surface is increased. Will be able to. Thereby, for example, when used for a vehicle or the like, the direction and position of an object or the like located in the traveling direction can be detected with high accuracy.

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。   According to the twelfth aspect of the present invention, the plurality of optical devices are configured in a state in which the optical axes are adjusted so that light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements is projected onto the plurality of light projecting regions. The light projecting operation can be performed by individually using the light projecting by the elements, and even in this case, the semiconductor light emitting elements are connected in series, so that the power feeding operation can be performed efficiently. And this semiconductor light projecting device is provided, the reflected light from the objects existing in the plurality of light projecting areas of the semiconductor light projecting device is received by the light receiving means, respectively, and the objects present in each light projecting area are detected by the detecting means. Thus, it is possible to set a wide detection area and detect an object existing in the detection area.

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。   According to the inventions of claims 13 and 14, the above-described configuration is mounted on a moving body and detects an object in a light projecting area set around the mobile body. For example, in an automobile or an automatic guided vehicle It can be used to prevent the occurrence of damage by colliding with surrounding objects even in a narrow area when traveling without touching the surrounding objects or parking and stopping.

(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to an automobile distance measuring device will be described with reference to FIGS.

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。   The distance measuring device 11 is provided on the automobile 12 (see FIG. 7), and is disposed, for example, on the inner side of the dashboard or bonnet or on the bumper portion so as to perform a light projection operation toward the front of the vehicle body. Thus, as will be described later, a beam spot is scanned within a predetermined range in front, and the distance of an object existing within the range is detected.

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。   As shown in FIG. 4, the distance measuring device 11 includes a projector 13 as a semiconductor projector, a scanning unit 14 as a projection scanning unit for scanning the projection within a predetermined range, and a reflected light of a Fresnel type. A light receiving element 17 that receives light through the light receiving lens 16 and photoelectrically converts and outputs it, a preamplifier 18 that amplifies a light reception signal, an amplification factor variable amplifier 19, a time measurement circuit 20 that measures the time from light projection to light reception, and light projection operation , And a control circuit 21 for controlling the light receiving operation and the detecting operation.

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。   As shown in FIG. 1, the projector 13 includes, for example, three semiconductor laser elements 23 a to 23 c as semiconductor light emitting elements, and these are connected in series to a signal generation circuit 24 as a power source. It is connected. Each package has lead terminals for holding the case at the ground potential, and these lead terminals are connected to the ground terminals. Lenses 25a to 25c as optical devices for reducing the laser output to parallel light are respectively disposed on the front surfaces of the three semiconductor laser elements 23a to 23c.

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。   These three semiconductor laser elements 23a to 23c are arranged at a predetermined interval, and the optical axis is arranged so that the laser beam output projected from each through the lenses 25a to 25c is condensed at a predetermined distance. It has been adjusted. Here, as the predetermined distance, the distance Lo (for example, about 70 m) to the intermediate value position in the distance range Lmin to Lmax (for example, a range from 20 m to 120 m) to be measured by the distance measuring device 11. Distance) is set.

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。   The signal generation circuit 24 is configured to pass a pulsed current so as to cause the semiconductor laser elements 23a to 23c to perform pulse projection. At this time, the pulse current is set to emit light with a pulse width of 50 nsec and a repetition period of 5 kHz, and the peak current is set to about 14 A and the peak power per one of the semiconductor laser elements 23 a to 23 c is set to about 14 W. Has been.

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。   In this connection form, as shown in FIG. 5, the semiconductor laser elements 23a to 23c, that is, three laser diodes are connected to the signal generating circuit 24 in a state of being connected in series. Three currents are supplied with the same current that is supplied to the semiconductor laser elements 23a. In consideration of impedance matching and the like, a configuration that consumes power by interposing an adjustment resistor or the like is not required, so that power can be efficiently supplied with a small current.

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。   The light receiving element 17 is composed of, for example, a photodiode and photoelectrically converts the reflected light received through the light receiving lens 16 and outputs it as a light receiving signal. The light reception signal amplified through the preamplifier 18 and the amplification factor variable amplifier 19 is output to the time measurement circuit 20. The time measuring circuit 20 measures the delay time td from the light projecting pulse signal and the light receiving pulse signal respectively input from the light projector 13 and the amplification factor variable amplifier 19 and outputs it to the control circuit 21. The control circuit 21 drives and controls these circuits and elements, and calculates and stores the measurement distance for the light projection area at that time from the data of the delay time td given from the time measurement circuit 20.

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。   Next, the configuration of the semiconductor laser elements 23a to 23c will be described in detail. In this embodiment, since the measurement distance is set to a wide range from about 20 m to about 120 m, the semi-semiconductor laser chip 26 is used as a semiconductor chip that can reliably project light to a farther detection area. The semiconductor laser element 23a (the same applies to 23b and 23c) has a structure as shown in FIGS. Note that the configuration of FIG. 3 is shown in a state slightly changed from the actual arrangement.

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。   The semiconductor laser chip 26 mounted on the package 27 employs a stripe type configuration having a wide stripe width of 100 μm or more as a structure suitable for high output. As the material, for example, a GaAs compound semiconductor substrate is used, and a plurality of compound semiconductor layers are laminated on the substrate together with an active layer. In this case, an active layer having a double hetero structure or a quantum well structure can be used. In addition to this, an InP substrate, a sapphire substrate, or the like can be used as the substrate material.

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。   The semiconductor laser chip 26 in this embodiment is formed by stacking GaAs / AlGaAs materials on an n-type GaAs substrate by epitaxial growth, and an AlGaAs layer is formed as an active layer. In addition to this, InGaAsP-InP system, InGaP-InGaAlP system, InGaAs-InAs system, GaAs-GaN system, GaAs-GaInNAs system, etc. can be adopted, and any one can be selected as necessary. it can. Hereinafter, a process of forming the semiconductor laser chip 26 will be briefly described.

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。   As a method for forming a compound semiconductor layer on a semiconductor substrate, an epitaxial growth method is used, which includes a liquid phase epitaxy (LPE) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, or an organometallic gas. There is a phase epitaxy (MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

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。   On the substrate on which the epitaxial layer is formed, ohmic contact electrodes are formed on the upper surface and the lower surface, respectively. On the upper surface, that is, on the surface side, as a p-type electrode, a stacked structure of metals such as Au—Zn / Au, Cr / Au, Mo / Au, Ti / Pt / Au, Cr / Pt / Au, or the like is used for electron beam evaporation or sputtering. It is formed with a predetermined film thickness by a method or the like. When it is necessary to process the electrode shape, a photolithography process is performed as a patterning process, and a predetermined pattern is formed by chemical etching or ion beam etching. Subsequently, an ohmic contact is formed by annealing for alloying as necessary.

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。   Before forming the electrode on the lower surface side, the substrate is polished from the back surface side so as to make a chip easily, for example, to a plate thickness of about 100 μm. This plate thickness may be about 1/3 or less of the cavity length (resonator length), and the cavity length is about 300 μm to 1 mm, but considering the workability in consideration of the better heat dissipation as the thinner one is, It is preferable to be in the range of 50 μm to 200 μm. However, when the reflecting surface is formed by dry etching or the like without using a cleavage plane, this condition is not required, and therefore an appropriate plate thickness can be set.

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。   Thereafter, an n-type electrode is formed on the lower surface side, that is, the back surface side. The material is, for example, a laminated structure of metals such as Au-Ge / Ni / Au or Au-Sn / Au, and an ohmic contact is formed by performing an arrowing process after film formation. Next, a solder layer is formed on the surface of the back electrode by vapor phase growth. The material of the solder layer is, for example, Au—Sn or Pb—Sn, and the vapor phase growth method includes a method such as an electron beam evaporation method, a resistance heating evaporation method, a sputtering method, or an ion plating method. Are selected as appropriate.

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。   Next, chips are formed into a predetermined size. At this time, a mirror surface is necessary for laser oscillation as the output surface of the laser beam, so that it is a cleavage surface or is formed by dry etching to be a light emitting end surface. Further, in order to protect the end face and improve the light output, a thin film having a low reflectivity is formed on the output end face side and a thin film having a high reflectivity is formed on the reflective face side.

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。   In this case, the low reflectance thin film preferably has a reflectance in the range of about 2 to 25%, and the high reflectance thin film preferably has a reflectance in the range of 80 to 100%. The film configuration may be either a single layer film or a multilayer film. However, in the case of low reflectivity, for example, a single layer film such as Al2O3, SiO2, SiNx, SiC, C, or MgO is preferable, and high reflection is achieved. In the case of the rate, for example, a multilayer film structure in which Al 2 O 3, SiO 2, SiN x, C, MgO and the like and a film having a refractive index difference such as a-Si, Cr 2 O 3, TiO 2 is provided in multiple layers is preferable. In the case of forming a light emitting diode, which will be described later, it is not necessary to form a reflective film on the end face because a cleavage plane is not required, and therefore, a general dicing cut method can be used for chip formation. .

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。   The package 27 uses a three-terminal metal case for an optical element used for the purpose of mounting a transistor and two diode elements, for example, and has three lead terminals 29a, 29b, 29c on a metal base 28. The lead terminals 29a and 29b are provided in a state of being insulated from the metal base 28 via a sealing insulator 30 such as glass, and the lead terminal 29c is electrically connected to the metal base 28. It is provided in the state. This is illustrated in FIG.

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。   Of these lead terminals 29a to 29c, the lead terminals 29a and 29b insulated from the metal base 28 are electrically connected to the semiconductor laser chip 26, and the lead terminal 29c electrically connected to the metal base 28 is entirely at the ground potential. In order to hold it, it is connected to the ground.

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。   The metal pedestal 31 having a block shape is fixed in a state of being electrically connected to the metal base 28, and functions as a heat sink. For the metal pedestal 31, for example, a material having high thermal conductivity such as Fe or Cu is selected, and a metal having high conductivity such as Au is further formed on the surface by plating, vapor deposition or sputtering. .

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。   A GaAs insulating substrate 32 as an insulating plate is fixed on the metal base 31. In this GaAs insulating substrate 32, SiON films formed in an amorphous state on both the front and back surfaces are formed to a thickness of about 200 nm by a plasma CVD method or the like, and Cr / Ni / Au films are similarly formed on both surfaces by a vapor deposition method. The substrate is formed to have a thickness of about 50 nm / 300 nm / 500 nm, and is formed into a size of about 1 mm square by dicing and cutting the substrate.

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。   The GaAs insulating substrate 32 is bonded onto the metal pedestal 31 using Au—Sn solder foil, and the semiconductor laser chip 26 is fixed thereon. On the back side of the semiconductor laser chip 26, for example, an Au—Sn thin film of about 1.5 μm is formed, and this surface is connected to the GaAs insulating substrate 32. As a result, the back electrode of the semiconductor laser chip 26 is insulated from the metal pedestal 31, but is electrically connected to the outside by a conductor film 32a such as an electrode film and a solder layer formed on the surface of the GaAs insulating substrate 32. Conduction can be achieved.

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。   Examples of the insulating plate include an insulating plate made of ceramic such as alumina oxide, alumina nitride, silicon oxide, and silicon nitride, and a semi-insulating substrate in which impurities are diffused in a semiconductor such as Si and GaAs. Furthermore, it is also possible to use a film formed by depositing SiO2, SiNx, Ta2O3, a-C or the like on the surface of a semiconductor substrate such as metal, Si, GaAs, etc. by a method such as CVD, sputtering, vapor deposition, or thermal oxidation. it can. From the viewpoint of workability, ceramic substrate materials such as alumina oxide, alumina nitride, silicon oxide or silicon nitride are very hard, and it is difficult to cut about 1 mm square as described above. Therefore, a semiconductor substrate is used. It is an effective material in terms of practical use.

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。   In addition to the Au—Sn thin film described above, the bonding material may be a solder material such as Pb—Sn, or a general die bonding adhesive when electrical connection as described later is not required. it can.

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。   The semiconductor laser chip 26 and the lead terminals 29a and 29b are electrically connected by an Au wire 33 as a bonding wire. Two Au wires 33 are connected between the electrode on the upper surface of the semiconductor laser chip 26 and the bonding surface 34 of the lead terminal 29a, and the exposed portion of the GaAs insulating substrate 32 and the bonding surface 34 of the lead terminal 29b. Are also connected between the two. In addition to the Au wire 33, various wires such as an Au wire containing silicon, a Pt wire, an Al wire, or a Cu wire can be used as the bonding wire.

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。   Further, the bonding surfaces 34 of the cylindrical lead terminals 29a and 29b are formed flat so as to facilitate bonding, thereby improving the bonding strength. Therefore, it can be said that the bonding reliability is improved. It should be noted that the bonding positions of the electrodes on the upper surface of the semiconductor laser chip 26 are bonded one by one corresponding to both sides of the stripe portion which is the light emitting region.

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。   In the above configuration, the bonding surfaces 34 are not provided as shown in FIG. 9 or FIG. 10 in place of bonding with the flat bonding surfaces 34 provided on the side surfaces of the lead terminals 29a and 29b. As a configuration, bonding can also be performed by using flat portions of the end surfaces of the lead terminals 29a and 29b, whereby the step of forming the bonding surface 34 can be omitted.

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。   That is, in the configuration of FIG. 9, a package in which the bonding surface 34 is provided only on one lead terminal 29a side is used. In this case, a bonding surface is not formed on the lead terminal 29b, but an Au wire 33 is bonded to a flat portion of the end surface portion. Further, in the configuration of FIG. 10, both the lead terminals 29a and 29b are not provided with a bonding surface, and the Au wire 33 is bonded to the flat portion of the end surface portion of each lead terminal 29a and 29b.

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。   When the bonding surface 34 is not provided in this way, the bonding direction on the semiconductor laser chip 26 side and the bonding direction on the lead terminals 29a and 29b side are twisted by 90 °, but in the actual bonding process, After one bonding, the support pedestal is rotated 90 ° to perform the other bonding, but the two Au wires 33 are not in contact with each other and are not subjected to an offset load. This can be done without any problems.

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。   In the above case, since the terminals are connected by two Au wires 33, the reliability of the operation is lowered even if the three semiconductor laser elements 23a to 23c are connected in series. Can be used without any problem. That is, for example, in the case of a failure due to the disconnection of the Au wire 33, the current can be maintained through the other remaining Au wires 33, and even in the case of a short-circuit failure that is expected to occur in the semiconductor laser chip 26 itself. The semiconductor laser elements 23a to 23c can be energized.

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。   A case 35 in the shape of a cylindrical container is for sealing a can, and is fixed to the metal base 28 so as to cover the semiconductor laser chip 26. A glass window 35 a for guiding laser light emitted from the end face of the semiconductor laser chip 26 to the outside is fitted on the upper surface of the case 35. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser elements 23a to 23c having the above-described configuration are arranged at predetermined positions and the laser light emitting portions are arranged with the lenses 25a to 25c serving as an optical system as described above. The optical axis is adjusted so that the light is condensed at one point at the condensing point P.

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。   Since the package 27 employs the above-described configuration, the metal base 28 portion is not connected to any electrode of the semiconductor laser chip 26 and can be held at the ground potential. For example, the package 27 is mounted on the circuit board. Even when it is installed, the area occupied by the potential portion can be reduced, and the occurrence of short circuit accidents due to current leakage or contact between terminals can be suppressed to minimize the occurrence of circuit abnormality. Will be able to.

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。   Next, the operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 7, in the distance measuring device 11 mounted on the automobile 12 a, when the control circuit 21 controls the projector 13 to perform the projection operation, the projector 13 moves forward via the scanning unit 14. The laser beam is output while turning on the pulse.

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。   As shown in FIG. 8, the laser beam is projected in a reflecting mirror of the scanning unit 14 with respect to a predetermined two-dimensional detection range S in which the scanning unit 14 spreads the laser beam from the projector 13 in front of the automobile 12. Measure the distance to each projection area as a projection area arranged in a large number of grids as shown in the figure by scanning (scanning) by controlling the rotation of the projector and properly timing the projection pulse and timing. Can do.

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。   At this time, the pulsed laser light has a pulse width of about 50 nsec and a repetition period of 5 kHz as described above. The peak value of the pulse current for driving the semiconductor laser chip 26 is about 14A. Note that the peak power of the semiconductor laser chip 26 under these conditions was about 14 W. When light was projected under this condition, it was confirmed that an object existing 170 m ahead could be detected.

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。   When the laser beam output in this way is incident on a reflector (reflector) 22 attached to the rear part of another automobile 12b existing in front, the reflected light returns in the same direction as the incident direction. Reflect. When this reflected light is incident on the light receiving element 17 through the light receiving lens 16 of the distance measuring device 11, it is converted into a light receiving signal and output, and the light receiving signal amplified through the preamplifier 18 and the gain variable amplifier 19 is time-converted. The data is output to the measurement circuit 20.

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。   The time measurement circuit 20 receives a light projection pulse signal for driving the projected laser beam and also receives a light reception signal when it is received by the light receiving element 17. The time measuring circuit 20 measures the time from the rising timing of the light projection pulse to the rising timing of the received light signal with high accuracy. For example, if the time measurement can be performed with a resolution of about 10 nsec, the distance measurement resolution can be in m units.

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。
When receiving the data of the delay time td, the control circuit 21 detects the distance to the object based on this. Now, as shown in FIG. 7, when the detection distance is Lx (m) and the delay time is td (sec), considering the speed of light c (= 3 × 108 m / sec), it is necessary to reciprocate the detection distance Lx. Therefore, the detected distance Lx is td.
Lx (m) = td × c / 2
It becomes.

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。   In this way, the distance to the object is detected based on the delay time td based on the light reception signal generated from the reflected light when the light is projected onto the detection area one after another. And what kind of target object exists in which position from the detection distance corresponding to each part in the detection range S is estimated. For example, in the case of another target automobile 12b, it is detected whether the distance is within a certain range, and control such as following the traveling of the automobile 12a with a certain distance is performed based on the detected data. Can be done.

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。   Next, setting of the optical system will be described. That is, when three semiconductor laser elements 23a to 23c are arranged and projected, where the respective laser beams are focused is greatly related to detection accuracy. FIG. 6 is an explanatory diagram for setting the condensing point P of three laser beams.

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。   The distance from the position of the projection lenses 25a to 25c from which the parallel laser light is output to the condensing point P is Lo, and the nearest point and the farthest point in the range of distance to be detected are Lmin, This is described as Lmax. Needless to say, at the position of the condensing point P, the amount of light is the largest, so the amount of reflected light also increases. Therefore, it is preferable to set within the detection distance range Lmin to Lmax.

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。   Then, when there is no particular portion where the sensitivity is most desired to be enhanced as the detection distance within the detection distance range, if the condensing point P is positioned in the middle of the detection distance range (Lo = (Lmin + Lmax) / 2), the laser beam The amount of deviation of the spot between the nearest point and the farthest point is equal, and the spot can be minimized over the entire range. In addition, when there is a distance in the detection distance range where the detection sensitivity is particularly desired to be increased, it is preferable to set the condensing point P at a position in the vicinity thereof.

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。   Furthermore, as a way of thinking, the amount of laser beam spot deviation can be relatively reduced by setting the condensing point P as the farthest point. That is, since the occurrence of the original spot deviation amount is caused by the deviation of the arrangement of the semiconductor laser elements 23a to 23c, the deviation amount of the arrangement is the largest, and this is the focus point P. When the light is condensed, the amount of deviation at the light condensing point P is minimum, that is, zero. Therefore, at any position closer than that, the spot interval can be set to any amount smaller than the arrangement interval of the semiconductor laser elements 23a to 23c. is there.

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。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
First, the three semiconductor laser elements 23a to 23c are connected in series to the signal generating circuit 24 so as to be fed, and the respective laser beams are separated by lenses 25a to 25c which are independent optical systems. Since the light is condensed and projected so as to be parallel light, even when a plurality of semiconductor laser elements 23a to 23c are provided, the light emission operation can be performed with a current amount of one, In addition, it is possible to avoid power loss due to the provision of a resistance element for impedance adjustment, and the condensed laser light can be condensed within a target measurement distance range. It is possible to reduce the deviation of the light spot as much as possible to suppress the decrease in the light amount even at the farthest point, and to perform the distance measurement efficiently and accurately.

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。   In the above-described case, a configuration in which the three semiconductor laser elements 23a to 23c are connected in series is adopted. However, the semiconductor laser chip 26 is generally used in the case where a failure that prevents lighting for some reason occurs. Therefore, even if one of them is short-circuited, it does not electrically block the conduction state of other semiconductor laser elements. Rather, the same reliability as when connected in parallel can be ensured.

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。   Secondly, since the laser light from the semiconductor laser elements 23a to 23c, which is focused on the parallel light through the lenses 25a to 25c, is set in the middle of the detection distance range, the distance between the farthest point and the nearest point of the detection distance range. In both cases, the laser beam spot shift amount can be set to the smallest, and the amount of reflected light can be increased by suppressing the decrease in the amount of light as much as possible within a wide detection distance range, and the detection distance is extended. Thus, the detection accuracy can be improved.

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。   Thirdly, an operation unit 14 is provided so as to two-dimensionally scan the light projected by the light projector 13 within a predetermined area in front of the automobile 12, and the distance in each of the light projected areas scanned by pulsed laser light is set. Since it is possible to measure, even if the moving direction of a moving body such as an automobile without a track fluctuates left and right or up and down, the distance of an object existing in the moving direction is detected flexibly. Will be able to.

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。   Fourth, since the package 27 of the semiconductor laser elements 23a to 23c can be used as a three-terminal package, there is no need to newly manufacture a package for this purpose. The two electrodes of the semiconductor laser chip 26 are led out from the lead terminals 29a and 29b, so that they can be drawn out in a state of being insulated from the metal base 28, and the metal base 28 is connected to the ground terminal, so that mounting is possible. Alternatively, a stable operation can be performed on the circuit configuration.

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。   Fifth, since two Au wires 33 for bonding the semiconductor laser chip 26 are bonded to each other at each bonding point, it is usual to avoid a concentration of current on one Au wire 33. Even when one of them is disconnected for some reason, the lighting state of other semiconductor laser elements connected in series can be maintained. Therefore, it is possible to suppress the life of the light projecting operation as much as possible even when the disconnection occurs.

(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。
(Second Embodiment)
FIGS. 11 and 12 show a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a package 36 is provided instead of the package 27 of the semiconductor laser elements 23a to 23c. The package 36 includes two lead terminals 38a and 38b on a metal base 37 as shown in FIG. The metal pedestal 39 is disposed so as to be embedded in the metal base 37 and is provided in a state of being insulated from the metal base 37 through an insulator 40 such as glass. One of the lead terminals 38a and 38b is fixed to the metal base 37 via an insulator 40 such as glass, and the other lead terminal 38b is electrically connected to the metal base 39. It is fixed.

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。   In this embodiment, the semiconductor laser chip 26 is directly mounted on the metal base 39 as shown in FIG. At this time, the back electrode of the semiconductor laser chip 26 and the metal pedestal 39 are bonded and fixed using an Au—Sn solder foil or the like so as to be electrically connected. The lead terminal 38 a is formed with a partially flat bonding surface 41, and this portion and the upper electrode of the semiconductor laser chip 26 are bonded by two Au wires 33. The case 35 is the same as that described above, and is provided with a glass window 35a. The case 35 is attached to a metal base 37 and sealed in a can.

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。   In the second embodiment configured as described above, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained, and the dedicated package 36 is provided, so that the number of bonding steps of the Au wire 33 is reduced. In addition, the metal base 37 portion can be connected to the ground. In this case, the metal base 37 portion is not independent as a lead terminal, but can be mounted on a conductive portion such as a metal plate, and the lead terminals 38a and 38b are insulated from the metal base 37 and the case 35. Can be kept in a state.

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。   In the above embodiment, the semiconductor laser chip 26 is directly bonded and fixed to the metal pedestal (iron, steel, etc.) 39. For example, the semiconductor laser chip 26 may be bonded and fixed with another conductor plate or the like interposed therebetween. . In this case, it is possible to improve the reliability by selecting a material that matches the thermal expansion coefficient of the semiconductor laser chip 26 with the conductor plate.

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。   That is, if the semiconductor laser chip 26 is subjected to thermal stress due to a difference in thermal expansion coefficient between the metal pedestal 39 and the semiconductor laser chip 26, the semiconductor laser chip 26 is deteriorated. Therefore, the use of a conductor plate is intended to reduce thermal stress. More specifically, when the semiconductor laser chip 26 is mainly composed of GaAs, the conductor plate is made of GaAs made of the same material as the semiconductor laser chip 26, and the metal base 39 is made of a combination of iron so that the most stress is obtained. The effect of relaxation can be enhanced. Note that the insulating plate 32 shown in FIG. 2 also has a thermal stress relaxation function in the same manner as the conductor plate.

(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。
(Third embodiment)
FIG. 13 and FIG. 14 show a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a semiconductor laser chip 42 having a different electrode structure is provided in place of the semiconductor laser chip 26. That is, the semiconductor laser chip 42 is formed as a GaAs / AlGaAs laser chip by a large number of layers formed by an epitaxial method on a GaAs substrate which is an n-type substrate, and is the same as in the first embodiment. After the p-type electrode 43 is formed, a predetermined portion is removed by a dry etching method or the like until the n-type epitaxial layer 42a on the substrate is exposed. An n-type electrode 44 is formed.

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。   That is, as a result, the two electrodes 43 and 44 of the semiconductor laser chip 42 are formed so that both of the two electrodes formed on the semiconductor laser chip 26 are exposed on the same surface side. Accordingly, the bonding of the Au wire 33 is performed between the electrode 43 and the lead terminal 29a and between the electrode 44 and the lead terminal 29b. This also eliminates the need for the semiconductor laser chip 42 to be electrically connected to the insulating plate 32. Therefore, the semiconductor laser chip 42 is simply bonded and fixed.

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。   According to the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and in addition to this, the semiconductor laser chip 42 has a structure suitable for series connection. Bonding can be performed directly, and there is no need to separately form a conductor film as a conductor pattern on the insulating plate 32.

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。   Since the semiconductor laser chip 42 is formed as shown in the figure, the end surface for emitting the laser light is the end surface of the portion etched for forming the electrode 44 as a reflecting mirror. In addition, the electrode 44 may be formed in a direction extending on both sides of the stripe, not limited to the formation of the electrode 44 on the side where the reflecting mirror is formed as described above. It can be formed by cleavage.

(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。
(Fourth embodiment)
FIG. 15 shows a fourth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a light projector 45 is provided as a semiconductor light projecting device having the semiconductor laser elements 23a to 23c and each optical system integrally. A package 46 that can be used is used. Here, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, but the three metal pedestals 48a to 48c are arranged at predetermined positions on the metal base 47 so that the three semiconductor laser chips 26a to 26c are mounted. The two lead terminals 50a and 50b are provided via an insulator 49 such as glass so as to be electrically insulated from the metal base 47.

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。   The semiconductor laser chips 26a to 23c are placed and fixed on the metal bases 48a to 48c through the insulating plates 32a to 32c in the same manner as described above. As shown in the figure, two Au wires 33 are bonded to each other so as to be connected in series between the semiconductor laser chips 26a to 26c, and the electrodes located at both ends are connected to the lead terminals 50a and 50b, respectively. The bonding surface 51 is bonded with an Au wire 33.

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。   In the case 52, three windows are formed corresponding to the three semiconductor laser chips 26a to 26c, and light projecting lenses 53a to 53c are fitted therein. These lenses 53a to 53c are adjusted so that the laser beam output points of the semiconductor laser chips 26a to 26c are located at the focal points. When the case 52 is attached and sealed, each lens 53a to 53c is positioned. The laser light emitted from 53c is converted into parallel light and is set to be condensed at a predetermined condensing point P.

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。   According to the fourth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the package 46 for integrally providing the three semiconductor laser chips 26a to 26c and the lenses 53a to 53c as the optical system is provided. Since the projector 45 is configured by using the projector 45, it is possible to obtain the projector 45 which is provided with a compact configuration, and is easy to handle.

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。   In the case of using such a package 46, the position of the condensing point P cannot be changed after fabrication, but if the specification for the condensing point position is determined, troublesome optical axis adjustment and position Since there is no need to perform alignment, it is possible to fully enjoy the advantage of easy handling.

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。
The optical system may be provided separately in consideration of optical axis adjustment and alignment. In this case, a glass window may be provided in place of the lenses 53a to 53c.
Further, the metal base 47 may be provided with a partition plate so that the laser beams from the respective semiconductor laser chips 26a to 26c do not interfere with each other. Furthermore, it is possible to add a configuration in which a monitor element is provided on the rear side of each of the semiconductor laser chips 26a to 26c to check the light emission state.

(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。
(Fifth embodiment)
16 and 17 show a fifth embodiment of the present invention, which will be described below. In this embodiment, a plurality of light emitting diodes are connected in series for lighting operation, and light projection by each of the light emitting diodes is performed corresponding to each light projecting region, and the light projecting regions that are relatively close to each other 1 shows a distance measuring device that detects the distance of an object in the interior.

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。   That is, as shown in FIG. 17, distance detection devices 56 a to 56 h are provided in the respective portions for the respective light projection areas 55 a to 55 h around the automobile 54. Each of the distance detection devices 56a to 56h includes light emitting diode elements 57a to 57h as semiconductor light emitting elements and a light receiver (not shown), and is configured to receive reflected light and detect the distance in the same manner as described above. ing.

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。   In this case, for example, the three light emitting diode elements 57a to 57c arranged relatively close to each other are connected to the signal generation circuit 58 in a state of being connected in series as shown in FIG. These three are supplied with power from the signal generation circuit 58 at the same time and are lit.

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。   Each of the light emitting diode elements 57 a to 57 c is mounted on a package 59 similar to a normal LED package, and two lead terminals 61 a and 61 b are fixed to a metal base 60. The lead terminal 61 a is fixed via a metal base 60 and an insulator 62, and the lead terminal 61 b is fixed so as to be electrically connected to the metal base 60.

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。   The diode chip 63 is formed by laminating multiple layers of GaAs / AlGaAs epitaxial layers on an n-type GaAs substrate, and is a surface-emitting type chip. The diode chip 63 is bonded and fixed to the metal base 59 so as to be electrically conductive, and two Au wires 33 are bonded and electrically connected between the electrode formed on the surface side and the lead terminal 60a. To do. The whole is molded with a light-transmitting resin to form a package 59. Note that the lens 64 is integrally formed on the upper surface portion of the diode chip 63 by this translucent resin.

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。   Each of the set of the light emitting diode elements 57d and 57e and the set of the light emitting diode elements 57f to 57h is driven in a state of being connected in series in the same manner as described above to perform a lighting operation. In addition, the reason why all the light emitting diode elements 57a to 57h are not connected in series is to prevent the wire harness from becoming longer and to reduce the time and effort at the time of installation.

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。   By adopting the above configuration, since the three light emitting diode elements 57a to 57c are simultaneously driven in series, it is possible to perform the lighting operation for three pieces with the current amount of one piece, and to drive efficiently. In addition, it can be used for applications such as detecting an object in each detection region to prevent a collision.

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。   In this case, according to the results obtained by the inventors, for example, the detection distances in the light projecting regions 55a to 55h by the light emitting diode elements 57a to 57h could be detected up to about 10 m. Therefore, for example, a notification operation such as displaying a lamp to the user while recognizing that an object is approaching from about several meters is performed, and further closer to about 30 cm, there is a danger of a collision. In such a case, it can be applied to a system that prompts the user by sounding an alarm.

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。   In the above case, the number of light emitting diode elements connected in series can be set as appropriate, and the light projecting region is not necessarily separated, and there may be a case where overlapping regions are formed. .

(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。
(Sixth embodiment)
FIGS. 18 to 24 show a sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, parts different from the first embodiment will be described. When the distance measurement device in an automobile is configured so that the detection distance can be increased by increasing the output of the laser light as in the first embodiment, the laser light is in the human eye in consideration of the distance measurement environment. Therefore, if the output of the laser beam is increased, it is necessary to sufficiently consider this point. Therefore, this embodiment is mainly configured to be a distance measuring device capable of sufficiently satisfying the safety standard even when entering the human eye.

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。   In addition, in order to be able to set a long detection distance, it is necessary to increase the light density by efficiently irradiating a plurality of laser beams so as to overlap in the distance, and depending on the spot shape of the laser beam The efficiency of the irradiation region varies greatly depending on the arrangement. In this embodiment, in consideration of such points as well, a configuration capable of performing a distance measurement operation as efficiently and accurately as possible even when the spot shape in the laser light projection region is an elliptical shape. I will provide a.

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。   FIG. 18 schematically shows a cross-sectional structure of the semiconductor laser chip 65 mounted in the semiconductor laser elements 23a to 23c, using the material briefly described as a modification in the description of the first embodiment. Yes. That is, the semiconductor laser chip 65 is formed of a GaAs-GaInNAs-based material. In addition, although what was formed with this type | system | group material is demonstrated here, InP-GaInPAs type | system | group material which can implement | achieve the light emission wavelength of a long wavelength side is used as a material which satisfy | fills an eye safe condition so that it may mention later. You can also.

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。   Each of the following semiconductor layers is sequentially stacked on an n-GaAs (conductivity type n-type GaAs) substrate 66 which is a semiconductor substrate. First, a buffer layer 67 made of an n-GaAs layer having a thickness of about 0.1 μm is laminated on the GaAs substrate 66, and an n-Alx Ga1-x having a thickness of 0.5 to 1.0 μm is formed thereon. A clad layer 68 made of an As layer is laminated, and a light guide layer 69 made of an n-Aly Ga1-y As layer having a thickness of 0.1 to 1.0 μm is laminated thereon. The composition ratio values x and y in the cladding layer 68 and the light guide layer 69 are set so that each layer can obtain a refractive index necessary for its function.

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。   An active layer 70 is stacked on the light guide layer 69. The active layer 70 has a multiple quantum well structure by alternately stacking a plurality of layers (for example, 2 to 10 layers) of a GaInNAs layer having a thickness of 5 to 20 nm and an AlGaAs layer having a thickness of 5 to 10 nm. Formed. In this case, the equivalent bandgap energy Eg can be set by selecting the lamination conditions such as the film thickness and the number of laminations of the GaInNAs layer and the AlGaAs layer or the setting conditions of the composition ratio of each layer. The laser emission wavelength can be changed.

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。   When the wavelength is 1.4 μm or more, which is the condition of the eye-safe laser, for example, by setting the composition ratio of the GaInNAs layer to Ga0.87In0.13N0.04As0.96, the emission wavelength may be 1.45 μm. it can. The AlGaAs layer that constitutes the active layer 70 is set to the same composition ratio as that of the AlGaAs layer that constitutes the light guide layer 69 or to a composition ratio under the condition that the band gap energy Eg is smaller than that.

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。   The wavelength of 1.4 μm or more, which is the condition of the eye safe laser, was obtained based on the following criteria. When extracting the safety standard of the laser beam with the exposure time (pulse width) of 1 to 100 ns from the data of the safety standard MPE shown in JIS-C6802 as shown in FIG. Become. From FIG. 20, in the case of 1.4 μm or more, the exposure amount of several orders of magnitude or more is allowed for light on the shorter wavelength side, and it is a condition that hardly affects human eyes. I understand that.

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。   In the case where the active layer 70 does not employ a quantum well structure, the active layer 70 may have a double heterojunction structure in which a GaInNAs layer is formed in a single layer structure with a thickness of about 20 to 100 nm. In the case of a single layer structure, the light emission efficiency is improved as the film thickness is increased. However, since the influence of the resistance component is increased at a thickness greater than this, it is not practical.

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。   On the active layer 70, a p-Aly Ga1-y As layer having a thickness of 0.1 to 1.0 [mu] m is laminated as the light guide layer 71, and on this, a thickness of 0.5 to 1.0 [mu] m is formed. An Alx Ga1-x As layer is laminated as the cladding layer 72. On top of this, a p-GaAs layer having a film thickness of 0.3 to 0.5 μm is laminated as a cap layer 73. The semiconductor layers 68 to 73 including the above-described cladding layer 68 and located above the semiconductor layer 68 to 73 as a whole are formed in a mesa shape in the lateral direction in the drawing, and are perpendicular to the cross-sectional view shown in the drawing. Is formed in a stripe shape extending this shape.

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。   An insulating film 74 such as SiO2 is formed on the surface of the mesa-shaped portion. On the upper surface of the cap layer 73, an opening 74a is formed in the insulating film 74 with a predetermined stripe width (100 μm or more, for example, a width dimension of 400 μm), and for the p-type over the front surface together with the upper surface of the cap layer 73. An electrode 75 is coated. An n-type electrode 76 is formed on the back surface (lower side) of the n-GaAs substrate 66. The materials for the p-type electrode 75 and the n-type electrode 76 are the same as described above, and form ohmic contacts with the cap layer 73 and the n-GaAs substrate 66, respectively.

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。
About the formation method of the above-mentioned semiconductor laser chip 65, the manufacturing process similar to having described in 1st Embodiment is used, The description is abbreviate | omitted here.
Next, advantages of using a GaInNAs-based material that outputs laser light having a wavelength in the above-described eye-safe region will be briefly described. FIGS. 19A and 19B show band diagrams for GaInNAs-based and GaInPAs-based materials. Here, a composition ratio with a wavelength of 1.3 μm is shown as an example. Regarding the wavelength band of the eye-safe laser, the composition ratio slightly changes, but basically the same effect can be obtained.

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。   In a semiconductor laser using GaInNAs as an active layer, the wavelength is not limited to 1.4 μm or more, and by changing the composition of N, the emission wavelength can be set in a wide range up to about 0.8 μm. In addition, since GaAs, which has been conventionally used as a semiconductor laser, is used as a substrate, there is also an advantage that the process becomes easy because many special processes are not used in the element manufacturing process.

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。   As shown in FIG. 5A, when the difference in energy of the band offset generated at the junction between the GaInNAs region and the AlGaAs region is seen, the energy difference ΔEc (= 570 meV) of the conduction band (conduction band). ) Is larger than the energy difference ΔEv (= 60 meV) in the valence band. This increases the effect of confining electrons in the GaInNAs region serving as the well layer, and this energy difference ΔEc makes it possible to sufficiently confine electrons in the active layer 70 even in a high temperature operating state.

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。   Therefore, even during high-temperature operation, both electrons and holes can be reliably confined in the GaInNAs emission region, the characteristic temperature To can be improved to the ideal value of the semiconductor laser, and an efficient light-emitting operation can be performed. . As a result, the self-heating of the element when operating at high output and the temperature characteristics are good even when used in a high temperature environment, almost no decrease in light output at the same current can be eliminated, and stable operation is performed. Will be able to. In particular, it is very effective when it is assumed to be used in an environment with a large temperature difference such as an automobile.

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。   Now, the semiconductor laser chip 65 formed in this way is mounted in the same manner inside the three semiconductor laser elements 23a-23c. Next, a projector 77 as a semiconductor projector with the semiconductor laser elements 23a to 23c mounted thereon will be described with reference to FIG.

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。   The projector 77 is mounted side by side so that the three semiconductor laser elements 23a to 23c are positioned on one straight line at a predetermined interval L (for example, L = 5 to 15 mm). At this time, each of the semiconductor laser elements 23a to 23c is arranged in a state in which the direction of the active layer 70 of the semiconductor laser chip 65 is orthogonal to the aligned linear direction. This is because, as will be described later, the arrangement of the beam spot in the light projection area is characterized by an elliptical shape.

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。   These three semiconductor laser elements 23a to 23c are configured to be electrically connected in series to a signal generation circuit 24 that is a power source, as described above. Projection lenses 79a to 79c, which are integrally supported by a lens holder 78, are provided as optical devices for the semiconductor laser elements 23a to 23c. As shown in the drawing, these light projecting lenses 79a to 79c project the light of each of the semiconductor laser elements 23a to 23c so as to spread at a certain spread angle, and the directions of the optical axes thereof are parallel to each other. Is set.

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。   Accordingly, as shown in the figure, when the laser beams from the respective semiconductor laser elements 23a to 23c are projected to positions separated by a distance d through the light projecting lenses 79a to 79c, the respective beam spots A1 to A3 are shifted by L, respectively. It will be projected in the state. The amount of deviation of the beam spots A1 to A3 is always constant regardless of the distance d. As will be described later, this contributes to a configuration that does not reduce the light density when measuring a long distance.

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。   In general, the shape of the beam spot projected by the semiconductor laser chip is an ellipse, and in the vicinity of the light emitting part, an elliptical shape extending in the width direction of the beam emitting part of the active layer 70 is formed, and the position is slightly apart. Is an elliptical shape whose major axis is oriented in a direction orthogonal to the active layer 70. Then, the beam spot is projected by a projection lens 79a to 79c with a predetermined spread angle. Therefore, when these beam spots are projected, the elliptical shape of each beam spot is formed in a state shifted by a distance L so that the major axis direction is directed in the vertical direction. The elliptical shape of the beam spot is set so that the vertical dimension, that is, the major axis “a” is about 2.5 to four times the lateral dimension, ie, the minor axis “b”.

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。   As a projection pattern of the projector 77, for example, when the spread angle is set to 1 °, the length dimension a in the vertical direction is about 10 m at a distance of 10 m when using three semiconductor laser elements 23a to 23c as shown in this example. 17 cm, and the length dimension c in the vertical direction of the region where the three projection regions overlap is 15 cm because it is reduced by L in the vertical direction. Therefore, the degree of overlap of the projection areas in this case is about 88%. At a distance of 50 m, the length dimension a in the vertical direction is about 87 cm, and the length dimension c in the vertical direction of the overlapping region is 85 cm. Therefore, in this case, the degree of overlap of the projection areas is as large as 97% or more. Thus, in other words, it can be seen that, by using the configuration of the projector 77, the overlapping region becomes wider as the distance d becomes longer.

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。   When the projection distance is short, the light density is still high, so that sufficient distance measurement is possible even with the light quantity of one semiconductor laser element even if the degree of overlap of the projection areas is relatively small. And the longer the projection distance, the lower the light density, and the greater the degree of overlap of the projected areas, and the distance measurement with the combined light quantity of the three semiconductor laser elements is sufficiently possible. Can be performed with higher accuracy.

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。   The above relationship is shown in a generalized manner with reference to FIG. That is, the degree of overlap of the projection areas is calculated for each of the measurement points D1 and D2 whose distances from the projector 77 are d1 and d2 (d2> d1). Although the number of semiconductor laser elements is three in the illustrated state, it is assumed that n semiconductor laser elements are provided. As for the beam spot shape of the semiconductor laser element, the vertical dimension a corresponding to the major axis of the ellipse is assumed to be k times the lateral dimension b corresponding to the minor axis (a = kb), and the unit distance do Let ao be the vertical dimension a.

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。   First, the vertical dimension a1 of the beam spot at the measurement point D1 is expressed by the following equation (1), and the dimension c1 of the overlapping portion of the projection area is expressed by equation (2). When the degree r1 of the overlapping portion is calculated from these values, Equation (3) is obtained.

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。
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)
Next, when the values a2, c2, and r2 at the measurement point D2 are obtained in the same manner, equations (4) to (6) are obtained.

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。
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)
As a result, it can be seen that the degree of overlap r increases as the value subtracted from 1 on the right side of Equation (6) decreases at the measurement point D2 of the distance d2. From this result, it can be seen that reducing the distance L between the semiconductor laser elements and reducing the number contribute to increasing the value of the degree of overlap r.

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。   Since there is no deviation in the horizontal direction, the area S of the overlapping portion of the projection areas is larger in the projection area S2 in the case of the distance d2 than in the case of the distance d1 as shown in FIG. It is clear that the degree of overlap is greater than the area of the elliptical spot.

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。   Next, another advantage of arranging the elliptical shape of the beam spot in such a manner that the major axis is oriented in the vertical direction will be described. FIG. 24 shows a state of light projection by the light projector 77, which corresponds to that of FIG. 8 in the first embodiment. In the case of FIG. 8, the beam spot is assumed to be circular, but in this embodiment, the beam spot is set so that the major axis is oriented in the vertical direction. Therefore, it can be used in a state where the beam spread in the lateral direction is the narrowest.

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。   This makes it possible to increase the number of measurement points that can be detected so that the beam spot does not protrude into an adjacent region in one horizontal scan, and the detection resolution can be increased. When driving on a road surface such as an automobile, the distance distribution in the horizontal direction is detailed in terms of the relationship between setting the travel route and the like more accurately than detecting the distribution in the distance detection in the vertical direction in detail. In this embodiment, the detection is more effective.

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。   According to the sixth embodiment, since the emission wavelength is set to 1.4 μm or more by using a GaAs-GaInNAs-based material as the semiconductor laser chip 65, there is a possibility that the semiconductor laser chip 65 may enter the human eye. Even when used in a certain environment, the safety standard can be sufficiently satisfied, and the light intensity can be increased and output when measuring a long distance.

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。   In addition, the projector 77 is arranged so that the semiconductor laser elements 23a to 23c are arranged so that their optical axes are parallel and equidistant in the same plane as described above, and they are shifted so as to overlap in the major axis direction of the elliptical shape. Therefore, the farther the irradiation is, the higher the degree of overlap of the beam spots from the semiconductor laser elements, and the longer distance measurement can be performed efficiently.

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。   Further, since the elliptical shape of the beam spot to the light projection area by the light projector 77 is set so that the major axis is directed in the vertical direction with respect to the ground, the detection resolution for scanning in the horizontal direction can be improved. This makes it possible to effectively measure the direction and distance with respect to the traveling direction of the automobile.

(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。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified or expanded as follows.

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。
An EL element (electroluminescence element) or the like may be used as the semiconductor light emitting element.
The shape of the lead terminal of the package and the shape of the bonding surface are not limited to this shape, and can be changed as appropriate as long as a flat surface is provided.

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。   It is good also as a structure which provides a monitor element integrally in the semiconductor laser elements 23a-23c. For example, in the first embodiment, a monitor element such as a photodiode for detecting that the semiconductor laser chip 26 emits light is integrated in the package 27 so as to be opposite to the laser light emitting direction of the semiconductor laser chip 26. The laser beam leaking in the direction may be detected. As a result, even if a short circuit accident occurs and the output of the laser beam is stopped, this state can be detected from the detection output of the monitor element. It becomes possible to easily recognize that the light output is reduced.

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。   The number of semiconductor laser elements is not limited to three, and two or four or more semiconductor laser elements may be provided. If necessary. Further, the usage is not limited to condensing all the semiconductor laser elements 23a to 23c, and some of them may be condensed and used alone without condensing other semiconductor laser elements. .

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。
Although the case where the detection target range by the projector 13 is scanned two-dimensionally has been described, a configuration may be adopted in which detection is performed by scanning one-dimensionally.
Although the case where the semiconductor light projecting device is applied to the distance measuring device has been described, the present invention is not limited to this, and it is used for a device that detects an object that blocks the light in a state where light is projected by the semiconductor light projecting device. You can also. Accordingly, it can be applied to a security system that detects an unauthorized intruder and issues an alarm.

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。   In addition to automobiles, mobile objects equipped with distance measuring devices can be mounted on mobile objects such as motorcycles and trains, and mobile objects such as helicopters and airplanes. Further, the present invention can also be applied to a transport vehicle or a mobile robot that moves unmanned on or in a track.

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。
The light projecting area to be detected can be arranged not only in the traveling direction of the moving body but also in the left-right direction and the rear to measure the distance.
The distance measuring device is not limited to a moving body such as an automobile, but can be mounted on a building or a robot.

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。   In the configuration of the semiconductor laser chip 65 according to the sixth embodiment, the light guide layers 69 and 71 are described. However, the semiconductor laser chip 65 may be configured so as to be directly sandwiched between clad layers.

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。   Even when the semiconductor laser chip 65 using a GaInNAs-based material or a GaInPAs-based material is used, the eye-safe wavelength can be set to a wavelength of 1.4 μm or less. In this case, the eye-safe problem can be solved by using the output at a reduced output or in an environment where there is no possibility of being incident on the human eye when the output is high.

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。   As the projector 77, the semiconductor laser elements 23 a to 23 c are arranged on a straight line at equal intervals L, and the projected beam spots are overlapped so that the elliptical shapes of the projected beam spots are shifted by the arrangement interval L in the major axis direction. Since the optical axes are adjusted by arranging the lenses 79a to 79c, the degree of overlapping of the projection areas can be increased as the distance increases, and an efficient light projecting operation can be performed by measuring the distance over long distances. The detection accuracy can be improved.

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。   Furthermore, since the direction of the beam spot projected by the projector 77 is set so that the major axis of the ellipse is oriented in the vertical direction, the detection resolution in the lateral direction can be improved, and as a measurement condition when applied to an automobile It can be used effectively.

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。   In the sixth embodiment, the case of setting the three arrangement relationships when the beam spot shape in the light projection region by the semiconductor laser element is an elliptical shape has been described. When adjusting to be a spot, the same effect can be expected even if the arrangement condition for the semiconductor laser element is arranged so as to be positioned at the apex of the equilateral triangle as in the first embodiment.

本発明の第1の実施形態を示す要部の電気的構成図。The electrical block diagram of the principal part which shows the 1st Embodiment of this invention. 半導体レーザ素子の内部構成を示す分解斜視図(その1)Exploded perspective view showing internal configuration of semiconductor laser device (Part 1) 半導体レーザ素子の模式的な縦断側面図Schematic vertical side view of a semiconductor laser device 距離測定装置の概略的なブロック構成図Schematic block diagram of distance measuring device 投光器の等価回路図Equivalent circuit diagram of the projector 半導体レーザ素子と集光点との関係を説明する図The figure explaining the relationship between a semiconductor laser element and a condensing point 距離測定の位置関係を説明する図Diagram explaining the positional relationship of distance measurement レーザ光を走査する検出範囲を示す図The figure which shows the detection range which scans a laser beam 半導体レーザ素子の内部構成を示す分解斜視図(その2)Exploded perspective view showing internal configuration of semiconductor laser device (Part 2) 半導体レーザ素子の内部構成を示す分解斜視図(その3)Exploded perspective view showing internal configuration of semiconductor laser device (Part 3) 本発明の第2の実施形態を示す図2相当図FIG. 2 equivalent view showing the second embodiment of the present invention 図3相当図3 equivalent diagram 本発明の第3の実施形態を示す図2相当図FIG. 2 equivalent view showing the third embodiment of the present invention 半導体レーザチップ42の模式的な断面図Schematic sectional view of the semiconductor laser chip 42 本発明の第4の実施形態を示す図2相当図FIG. 2 equivalent view showing a fourth embodiment of the present invention 本発明の第5の実施形態を示す図3相当図FIG. 3 equivalent view showing the fifth embodiment of the present invention 距離検出装置の配置状態を示す図The figure which shows the arrangement | positioning state of a distance detection apparatus 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Schematic sectional view of a semiconductor laser chip showing a sixth embodiment of the present invention 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Band diagram of the active layer to explain the band gap 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The figure which shows the relationship of the safety standard MPE with respect to the light emission wavelength of a laser beam with a pulse width of 1-100 nm. 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The figure which shows MPE with respect to the eye in the observation state in a beam shown by the relationship between light emission wavelength and exposure time 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The figure which shows the relationship between the arrangement state of a projector and the projection state of a beam spot 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The figure explaining the relationship between the projection distance and overlap of a semiconductor laser element 図8相当図Equivalent to FIG. 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)The figure explaining the amount of deviation of the spot of the laser beam showing a conventional example (short distance) 同レーザ光のスポットのずれ量を説明する図(遠距離)Illustration explaining the amount of laser beam spot deviation (far)

符号の説明Explanation of symbols

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。

11, 56a to 56h are distance measuring devices, 12 is an automobile (moving body), 13 and 45 are projectors (semiconductor projectors), 14 is a scanning unit (projecting scanning means), 16 is a light receiving lens, and 17 is a light receiving element. (Light receiving means), 20 is a time measuring circuit, 21 is a control circuit, 22 is a reflector, 23a to 23c are semiconductor laser elements (semiconductor light emitting elements), 24 and 58 are signal generation circuits (power supplies), and 25a to 25c are lenses. (Optical device), 26 and 42 are semiconductor laser chips, 27, 36, 46 and 59 are packages, 28, 37, 47 and 60 are metal bases, 29a to 29c, 38a and 38b, 50a, 50b, 61a and 61b are Lead terminals, 30, 40, 49, 62 are insulators, 31, 39, 48a to 48c are metal bases, 32 is an insulating plate, 33 is an Au wire (bonding wire), 34, 41, 51 Bonding surface, 35 and 52 are cases, 35a is a glass window, 53 is a lens (optical system), 55a to 55h are projection areas, 57a to 57c are light emitting diode elements (semiconductor light emitting elements), 63 is a diode chip, and 64 is A lens, 65 is a semiconductor laser chip, 66 is an n-GaAs substrate, 69 and 71 are light guide layers, 70 is an active layer, 77 is a projector, 78 is a lens holder, and 79a to 79c are projector lenses.

Claims (14)

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。
A plurality of semiconductor light emitting elements, and a plurality of optical devices that are provided for each of the plurality of semiconductor light emitting elements and guide emitted light to a predetermined light projecting region, The optical axis is adjusted so that light emitted from a plurality of semiconductor light emitting elements is condensed and projected to one light projecting area, and the plurality of semiconductor light emitting elements are connected to a power source. A semiconductor light projecting device configured with a power supply path for supplying power in a state of being connected in series;
A light receiving means for receiving reflected light from an object existing in a light projecting region of the semiconductor light projecting device;
And detecting means for detecting a distance to an object existing in the light projecting region by measuring a time from a light projecting time by the semiconductor light projecting device to a light receiving time of the reflected light by the light receiving device. A distance measuring device.
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。
The distance measuring device according to claim 1,
When the spot shape in the light emitting region of the semiconductor light emitting device is an elliptical shape,
The plurality of optical devices are arranged in a state where respective optical axes are arranged in parallel and at equal intervals in the same plane,
The distance measuring device, wherein the plurality of semiconductor light emitting elements are arranged such that spots in a light projecting region are overlapped with each other in a major axis direction of an elliptical shape.
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。
The distance measuring device according to claim 1 or 2,
The distance measuring device is characterized in that the detecting means controls the semiconductor light projecting device to light a pulse.
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。
The distance measuring device according to claim 3,
The distance measuring device, wherein the optical device is configured in a state in which an optical axis is adjusted so that a light condensing point is positioned within a detection distance range of light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements. .
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。
The distance measuring device according to claim 4,
The distance measuring device, wherein the position of the condensing point set by the optical device is adjusted to the farthest point within the range of the detection distance.
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。
The distance measuring device according to claim 4,
The distance measuring device, wherein the position of the condensing point set by the optical device is adjusted to an intermediate point within the range of the detection distance.
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。
The distance measuring device according to any one of claims 3 to 6,
A light projecting scanning means for scanning a light projecting direction of light emitted by the semiconductor light projecting device within a predetermined range;
The detection means detects the distance while scanning the light projection area of the semiconductor light projection device via the light projection scanning means, and detects the distance corresponding to each of the scanned light projection areas. A distance measuring device that is configured.
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。
The distance measuring device according to claim 7,
The distance measuring device, wherein the light projecting scanning unit is configured to two-dimensionally scan a light projecting direction of light emitted by the semiconductor light projecting device.
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。
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 8,
A distance measuring apparatus mounted on a moving body and configured to detect a distance of a light projecting area corresponding to the traveling direction thereof.
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。
The distance measuring device according to claim 9,
The distance measuring apparatus, wherein the moving body is an automobile.
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。
The distance measuring device according to claim 9 or 10,
When the spot shape in the light emitting region of the semiconductor light emitting device is an elliptical shape,
A distance measuring device characterized in that a spot of light emitted by the semiconductor light projecting device is set so as to be directed in a direction perpendicular to a plane on which an elliptical major axis direction is moving.
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。
A plurality of semiconductor light emitting elements, and a plurality of optical devices that are provided for each of the plurality of semiconductor light emitting elements and guide emitted light to a predetermined light projecting region, A state in which the optical axis is adjusted so that light emitted from a plurality of semiconductor light emitting elements is projected to a plurality of light projecting regions, and the plurality of semiconductor light emitting elements are connected in series to a power source A semiconductor light emitting device characterized in that a power feeding path for feeding power is configured;
A light receiving means provided to receive each reflected light from an object existing in a plurality of light projecting regions of the semiconductor light projecting device;
And detecting means for detecting a distance to an object existing in the light projecting region by measuring a time from a light projecting time by the semiconductor light projecting device to a light receiving time of the reflected light by the light receiving device. A distance measuring device.
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。
The distance measuring device according to claim 12, wherein
Mounted on a moving body and configured to detect distances of a plurality of light projecting areas set around the moving body based on light reception signals of the plurality of light receiving means. apparatus.
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。

The distance measuring device according to claim 13,
The distance measuring apparatus, wherein the moving body is an automobile.

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