具体实施方式

接下来参照附图描述本发明的实施例。图1示出了距离测量装置10的构思图。距离测量装置10是利用飞行时间(TOF)技术的距离检测装置，其将来自光源装置11的脉冲光投射(发射)到检测目标对象12上，通过光电检测器13接收来自检测目标对象12的反射光，并且基于接收反射光所需的时间来测量到检测目标对象12的距离。

如图1所示，光源装置11包括光源14和投射光学系统15。光源14的光发射通过来自光源驱动电路16的电流来控制。当光源14光发射时，光源驱动电路16向信号控制电路17发送信号。投射光学系统15是加宽(扩散)从光源14发射的光并将其投射到检测目标对象12上的光学系统。

在从光源装置11投射到检测目标对象12上之后被检测目标对象12反射的反射光通过具有光收集(聚焦)功能的光接收光学系统18被光学地引导到光电检测器13。光电检测器13包括光电转换元件，光电检测器13接收的光被光电地转换并作为电信号发送到信号控制电路17。信号控制电路17基于投射光(从光源驱动电路16输入的光发射信号)和接收光(从光电检测器13输入的接收光信号)之间的时间差来计算到检测目标对象12的距离。因此，在距离测量装置10中，光电检测器13用作检测从光源装置11发射的被检测目标对象12反射的光的检测器。信号控制电路17用作计算器，其基于来自光电检测器13(检测器部分)的信号获得与到检测目标对象12的距离相关的信息。

图2A和图3B示出了光源装置11的结构。光源装置11包括作为上述光源14(图1)的表面发射激光器20。表面发射激光器20包括安装在光发射表面P1上的预定相对位置的多个表面发射激光器元件21。在本发明中，表面发射激光器20是光源的一个示例，表面发射激光器元件21是本发明中光发射器的一个示例。本实施例的表面发射激光器元件21是垂直腔表面发射激光器(以下称为VCSEL)，其在垂直于基板的方向上发射光。

图5示出了对应于每个表面发射激光器元件21的表面发射激光器20的部分截面结构。下多层膜反射镜24D、下间隔层25D、有源层26、上间隔层25U、上多层膜反射镜24U和接触层23以层叠的层形成在基板22上。电流收缩层27形成在上多层膜反射镜24U内。电流收缩层27包括电流通过区域27a和包围电流通过区域27a的电流通过抑制区域27b。下电极28D形成在基板22下方，上电极28U形成在最上面的区域。上电极28U的内部部分由绝缘片29绝缘。上电极28U接触接触层23的外围(边缘)，并且在接触层23的中心区域存在开口。

当电极28U和28D中的每一个向有源层26施加电流时，在层叠结构上的上多层膜反射镜24U和下多层膜反射镜24D中发生放大，并且激光束振荡。激光束的发射强度根据施加的电流量而改变。电流收缩层27提高了施加到有源层26的电流的效率，并降低了振荡阈值。可以施加的最大电流量随着电流收缩层27的电流通过区域27a变大(变宽)而增加，并且可以振荡的激光束的最大输出增加，但是另一方面具有提高振荡阈值的特性。

与边缘发射激光器相比，VCSEL的特点包括容易将光发射元件形成二维阵列，通过密集布置光发射元件允许多点光束。该VCSEL还允许光发射元件布置的高度自由度，并且除了结构限制(例如对电极的布置)之外，可以安装在基板上的任何可选位置。

如图2A和图3A所示，投射光学系统15包括作为聚光光学元件的聚光器透镜30和作为放大光学元件的投射透镜(31。聚光器透镜30是具有正光焦度(power)的透镜，并且抑制从表面发射激光器20的每个表面发射激光器元件21发射的光的发散角，并且能够从每个表面发射激光器元件21形成共轭图像。投射透镜31是具有负光焦度的透镜，并且放大透过聚光器透镜30的光的照射角度并发射光，并且将光投射到比表面发射激光器20的光发射表面P1更宽范围的被照射区域上。投射透镜31的透镜表面的曲率决定了被照射区域的范围和共轭图像的放大程度。

本发明的投射光学系统的结构不限于图2A和图3A所示的示例。构成投射光学系统15的聚光光学元件仅需要抑制来自光源(表面发射激光器20)的光的发散角，并且除了透镜之外，还可以利用衍射光栅等。当在聚光光学元件中使用透镜时，可以使用能够使来自多个表面发射激光器元件21的光通过的公共透镜，或者可以使用包括对应于每个表面发射激光器元件21的多个透镜的微透镜阵列。投射光学系统15中的投射光学元件只需要加宽光，并且可以使用可选的项目，例如双凹透镜、负弯月透镜或漫射面板。当使用具有聚光光学元件或投射光学元件的透镜时，沿着光轴方向排列的透镜的数量可以是单个(单个透镜)或者可以是多个透镜的透镜组。

图2A示出了光源装置11的状态，其聚光器透镜30的焦距等于从表面发射激光器20的光发射表面P1到聚光器透镜30的距离。该状态是光源装置11中的投射光学系统15的标准状态。在投射光学系统15的标准状态下，来自表面发射激光器20的每个表面发射激光器元件21的光被聚光器透镜30准直，并且在透射通过聚光器透镜30之后，来自每个表面发射激光器元件21的共轭图像被形成，而与沿着光学路径的位置无关。换句话说，光发射表面P1和被照射表面P2是近似共轭关系。被照射表面P2是被设置为简化对光学状态的理解的理论平面，并且实际检测目标对象12可以是各种形状中的任何形状，并且不限于平坦表面。

在投射光学系统15的标准状态下，被照射表面P2上的被照射区域在图2B中示出。在表面发射激光器20中，在表面发射激光器元件21之间存在各自的间隙，使得离散(在相互间隙之间)的被照射区域E1以标准状态出现在被照射表面P2上，形成来自每个表面发射激光器元件21的共轭图像。更具体地，被照射区域E1是光发射到被照射表面P2上的区域，并且多个被照射区域E1以对应于表面发射激光器20的表面发射激光器元件21的位置关系存在。与各个被照射区域E1之间的被照射区域E1相比，也存在具有低照度的未被照射区域E2(未被光照射的区域)。未被照射区域E2是对应于表面发射激光器20的表面发射激光器元件21之间的间隙部分的区域。换句话说，在投射光学系统15的标准状态下，被照射表面P2上的分布(离散)照度变得更强，并且不能获得均匀的照度。

图3A示出了聚光器透镜30在光轴方向上从投射光学系统15的标准状态(图2A)稍微偏移(shift)到对象侧(接近光发射表面P1的一侧)的状态。该状态是光源装置11的投射光学系统15的被照射区域调节状态。在被照射区域调节状态下，通过偏移聚光器透镜30，来自每个表面发射激光器元件21的光发散而没有被完全准直，并且与标准状态相比，来自每个表面发射激光器元件21的图像变宽。结果，如图3B所示，在被照射表面P2上，获得用光照射的完全被照射区域E3，以便填充对应于表面发射激光器元件21之间的间隙的区域。

聚光器透镜30从标准状态向被照射区域调节状态偏移多远将根据投射光学系统15、表面发射激光器20的规格和每种类型的条件而不同。在本实施例的结构中，相对于标准状态下从表面发射激光器20的光发射表面P1到聚光器透镜30的距离(相当于聚光器透镜30的焦距)，通过在15％到24％的范围内将聚光器透镜30偏移到对象侧(接近光发射表面P1的一侧)，获得具有广角并且照度均匀的完全被照射区域E3。当聚光器透镜30的偏移量低于上述范围的下限(15％)时，对应于每个表面发射激光器元件21的被照射表面P2上的被照射区域收缩，并且未被照射区域E2出现，如图2B所示。当聚光器透镜30的偏移量超过上述范围的上限(24％)时，投射透镜31上的光的入射角变得太大，来自被照射表面P2的被照射区域上的像差的影响可能变大，并且照度均匀性可能变得更差。

在投射光学系统15上，除了上述用于在光轴方向上偏移聚光器透镜30的位置的方法之外，用于改变投射透镜31的透镜表面曲率的方法也可以实现不光发射到未被照射区域E2上的投射。更具体地，来自每个表面发射激光器元件21的共轭图像被输入(入射)到投射透镜31，并且被设置为通过设置投射透镜31的透镜表面的曲率来加宽来自每个表面发射激光器元件21的图像。此外，以这种方式选择投射透镜31，以获得不包括未被照射区域E2的适当照射范围(完全被照射区域E3)。该方法可以仅通过根据目标照射范围更换投射透镜31来应用，而不改变聚光器透镜30和表面发射激光器20的组合和布局，并且还减轻了工人必须执行设置和调节的负担。

对于调节投射光学系统15上的被照射区域的方法，在光轴方向上偏移聚光器透镜30的位置的方法可以与改变投射透镜31的透镜表面的曲率的方法(更换投射透镜31)一起使用。

在图1的距离测量装置10中，光电检测器13(图1)的轮廓和位置对应地涉及从光源装置11投射的光的被照射区域。以这种方式保持了从表面发射激光器20的表面发射激光器元件21发射的光和从检测目标对象12反射并由光电检测器13接收的光之间的相关性，并且可以针对对应于每个表面发射激光器元件21的每个被照射区域执行精确的检测(距离)。

为了获得如图3B所示的完全被照射区域E3，配置光源装置11的投射光学系统15的位置必须被适当地布置，正如在为表面发射激光器20的位置计算的设计值中一样。例如，当配置投射光学系统15的聚光器透镜30的位置相对于设计值偏移到光轴方向时，如图2B所示，每个表面发射激光器元件21的共轭图像形成在被照射表面P2上，导致担心被照射表面P2上的未被照射区域E2将增加。配置投射光学系统15的投射透镜31也必须按照设计值的规定进行安装。

当投射光学系统15和表面发射激光器20之间在光轴上的垂直方向上的位置发生偏移时，从光源装置11发射的光的光发射角将发生偏移(偏离)。当从光源装置11发射的光的光发射角从光接收光学系统18(图1)的视场角大大偏移(偏离)时，未通过光接收光学系统18接收反射光的未被照射区域增大，使得距离测量装置10能够检测的范围因此缩小。

图4示出了光源装置11，其处于包括用于调节光学元件的位置的调节器机构的状态，以防止上述情况并获得正与设计相同的性能。图4所示的光源装置11包括第一位置调节器80，其支撑聚光器透镜30使得其位置是可调的；第二位置调节器81，其支撑投射透镜31使得其位置是可调的；以及第三位置调节器82，其支撑表面发射激光器20使得其位置相对于投射光学系统15是可调的。

下文将描述第一位置调节器80。聚光器透镜30支撑在透镜保持器83的内侧，并且透镜保持器83安装在聚光器透镜镜筒84的内侧。透镜保持器83由移动部分85支撑，以允许相对于聚光器透镜镜筒84沿光轴方向移动。移动部分85包括形成在聚光器透镜镜筒84的内圆周表面上的内螺纹(螺旋面)，并且透镜保持器83的外圆周部分上的外螺纹可螺纹地安装在内螺纹上。透镜保持器83在光轴方向上移动，以允许位置调节，同时围绕作为中心的聚光器透镜30的光轴沿着移动部分85中的内螺纹旋转。如图4所示，移动部分85在光轴方向上的形成范围(内螺纹形成在聚光器透镜镜筒84中的范围)是聚光器透镜30的可移动范围。

下文将描述第二位置调节器81。投射透镜31支撑在透镜保持器86的内侧，并且透镜保持器86安装在投射透镜镜筒87的内侧上。投射透镜镜筒87安装在聚光透镜镜筒84的外侧，并且聚光透镜镜筒84的中心轴和投射透镜镜筒87的中心轴同心地定位。透镜保持器86经由移动部分88被支撑，以允许相对于投射透镜镜筒87在光轴方向上移动。移动部分88包括形成在投射透镜镜筒87的内圆周表面上的内螺纹(螺旋面)，并且在该结构中，透镜保持器86的外圆周部分上的外螺纹与内螺纹可螺纹地接合。透镜保持器86在光轴方向上移动，以允许位置调节，同时围绕作为中心的投射透镜31的光轴沿着移动部分88的内螺纹旋转。如图4所示，移动部分88在光轴方向上的形成范围(内螺纹形成在投射透镜镜筒87中的范围)是投射透镜31的可移动范围。

如果第一位置调节器80和第二位置调节器81能够精确地控制透镜保持器83的位置，则证明是足够的，并且不限于如上所述的诸如移动部分85的螺旋机构和移动部分85。作为修改，可以采用这样的结构，即凸轮(凸轮槽)而不是内螺纹可以形成在聚光器透镜镜筒84的圆周表面和投射透镜镜筒87的圆周表面上，并且凸轮从动件安装在透镜保持器83和透镜保持器86上，该凸轮从动件通过经由凸轮引导凸轮从动件而在光学路径方向上移动透镜保持器83和透镜保持器86。替代地，可以采用这样的结构，使得透镜保持器83和透镜保持器86被支撑以允许相对于在光学路径方向上延伸的引导部分(引导轴、引导槽等)移动，透镜保持器83和透镜保持器86通过在光学路径方向上延伸的进给螺钉可螺纹地接合，使得透镜保持器83和透镜保持器86由引导部分引导，以允许通过进给螺钉的旋转在光学路径方向上移动。用于在光学路径方向上移动透镜保持器83和透镜保持器86的驱动力可以手动施加，或者可以由诸如马达的驱动装置施加。

当聚光器透镜30或投射透镜31的位置已经偏离设计值时，通过利用第一位置调节器80和第二位置调节器81调节位置，可以容易地实现通过没有未被照射区域的完全被照射区域E3(图3B)照射到被照射表面P2上。

下文将描述第三位置调节器82。表面发射激光器20被支撑在电子电路板90上。驱动表面发射激光器20所需的部件，例如光源驱动电路16(图1)安装在电子电路板90上。电子电路板90通过调节器机构91相对于聚光器透镜镜筒84被支撑，以允许在垂直于光轴的至少两个不同方向上移动。通过相对于聚光器透镜镜筒84移动电子电路板90，可以在垂直于光轴的平面上改变表面发射激光器20的位置(即，沿着图2A或图3A所示的光发射表面P1)。调节器机构91在表面发射激光器20位置的中心区域中是开放的，因此不阻挡从每个表面发射激光器元件21发射的光。

可以适当地选择用于第三位置调节器82的调节器机构91的结构。一个示例是在调节器机构91中采用两级移动台的结构。调节器机构91中的移动台的第一级和移动台的第二级相结合，以便允许沿着在垂直于光轴的第一方向上延伸的第一引导部分(引导轴线和引导槽等)的相对移动。移动台的第一级固定在电子电路板90上。移动台的第二级被支撑以允许沿着在垂直于光轴的第二方向(不同于第一方向的方向)上延伸的第二引导部分(引导轴线和引导槽等)相对于聚光器透镜镜筒84的移动。这种类型的结构允许在垂直于光轴的可选方向上改变电子电路板90和聚光器透镜镜筒84(以及投射透镜镜筒87)之间的位置关系。用于在垂直于光轴的方向上移动调节器机构91的每个移动台的驱动力可以手动施加，或者可以由诸如马达的驱动装置施加。

作为第三位置调节器82的不同示例，固定到电子电路板90的插入部分被插入到聚光器透镜镜筒84的内部。能够改变向内径向方向上的突出量的三个或更多支撑部分安装在聚光器透镜镜筒84上圆周方向的不同位置。电子电路板90的位置通过这些支撑部分支撑该插入部分来设定。改变每个支撑部分在聚光器透镜镜筒84的向内径向方向上的相对突出量允许调节电子电路板90相对于聚光器透镜镜筒84在垂直于光轴的方向上的位置。

聚光器透镜镜筒84和投射透镜镜筒87被配置为匹配分别被支撑的聚光器透镜30的光轴和投射透镜31的光轴。然后，通过利用第三位置调节器82，可以通过调节表面发射激光器20和电子电路板90相对于聚光器透镜镜筒84和投射透镜镜筒87的位置来对准表面发射激光器20相对于聚光器透镜30和投射透镜31的光学轴线的中心。以这种方式，可以防止从光源装置11发射的光的发射角度的偏差，并且可以减少相对于光接收光学系统18中的光接收场角度的来自光源装置11的未被照射区域，从而可以提高距离测量装置10中的距离测量精度。

如上所述，通过利用第一位置调节器80、第二位置调节器81和第三位置调节器82来调节表面发射激光器20、聚光器透镜30和投射透镜31的各自位置关系，可以容易地校正光源装置11的每个部分相对于设计值的安装偏差和随着用户使用而随着时间发生的光源装置11的每个部分的位置偏差。

在图4中的光源装置11中，第一位置调节器80和第二位置调节器81在光学轴线方向上执行位置调节，第三位置调节器82在垂直于光学轴线的方向上调节位置，然而，每个调节部分的调节方向不限于图4中的状态。例如，可以在第一位置调节器80和第二位置调节器81中提供用于在垂直于光学轴线的方向上进行聚光器透镜30和投射透镜31的位置调节的措施。替代地，可以在第三位置调节器82中提供用于在垂直于光学轴线的方向上进行表面发射激光器20和电子电路板90的位置调节的措施。此外，不是提供所有的第一位置调节器80、第二位置调节器81和第三位置调节器82，而是可以仅选择和安装任何一个位置调节器。

然而，当来自表面发射激光器20的每个表面发射激光器元件21的光通过投射光学系统15变宽时，畸变像差的影响可能导致被照射表面P2上的图像畸变。换句话说，图像放大率将根据被照射区域而不同。即使在上述将光投射到完全被照射区域E3上的情况下，也会出现由图像表面上的畸变导致的照度不规则性(由于被照射表面P2上的不同区域而导致的照度变化)。这些照度不规则性是由发射加宽光的投射光学系统15中的像差引起的，并且可能出现在图2A的标准状态和图3A的被照射区域调节状态中。

畸变像差包括收缩图像中心并伸展外围部分的枕形畸变，以及扩大图像中心并收缩外围部分的桶形畸变。在枕形畸变中，表面发射激光器元件21越朝向表面发射激光器20的光发射表面P1上的外围部分安装，被照射表面P2上的图像变得严重畸变(伸展)，并且每单位面积的照度(光量)降低。在桶形畸变中，表面发射激光器元件21越朝向表面发射激光器20的光发射表面P1的中心安装，被照射表面P2上的图像变得严重畸变(伸展)，并且每单位面积的照度(光量)降低。

在本实施例的光源装置11中，设置表面发射激光器20防止了由投射光学系统15中的像差引起的被照射表面P2上的照度不规则性。换句话说，在表面发射激光器20中，对应于通过投射光学系统15的放大率相对较大的被照射区域的光发射区域的每单位面积的光发射量被设置为大于对应于通过投射光学系统15的放大率相对较小的被照射区域的光发射区域的每单位面积的光发射量。使这种类型的照度均匀的措施是改变表面发射激光器元件21之间的间隔的第一状态，以及使表面发射激光器元件21的光发射量不同的第二状态。

描述改变表面发射激光器元件21之间的间隔的第一状态照度均匀性。该设置示例处理来自表面发射激光器20的光在投射光学系统15的投射期间变宽到广角并且枕形畸变因此出现在被照射表面P2上的图像中的情况。

图6示出了当表面发射激光器20的相邻表面发射激光器元件21都等距布置为照度分布Tv1时的被照射表面P2上的照度分布。图6中的横轴表示水平方向的角度，纵轴表示照射面P2上的照度比(最高照度点为100％)。

用于等距布置表面发射激光器元件21的照度分布Tv1是曲线形状，其中中心的照明范围为最强值，并且由于来自投射光学系统15的畸变像差的影响，强度在向外围区域前进时下降。在该照度分布Tv1中，相当于照度最强的峰值的80％的照度的水平方向上的角度宽度为106度。

这里，如图7所示，密度布置(设置为非均匀间隔)被设置为使得相邻表面发射激光器元件21之间的间隔从表面发射激光器20的光发射表面P1的中心向外围收缩或变窄。以这种方式，被照射表面P2上的图像向外围伸展的程度(放大率)越大，相应的光发射表面P1侧上的每单位面积的表面发射激光器元件21的数量(布置密度更高)就越大，使得与表面发射激光器元件21等距布置的情况相比，被照射表面P2上的照度均匀性得到改善。

作为本实施例的一个示例，如下所述布置所述表面发射激光器元件21。表面发射激光器20包括在具有竖直和水平方向尺寸为1.44毫米的正方形的光发射表面P1内的总共411个表面发射激光器元件21，在竖直和水平方向上每行/列具有21个元件。在水平和竖直方向上的中心位置的中心处的表面发射激光器元件21Q(见图7)被水平和竖直方向上的每一侧上的10个表面发射激光器元件21包围。

如从中心的表面发射激光器元件21Q看到的，到一个相邻布置的表面发射激光器元件21的距离被设置为a1，到第二个布置的表面发射激光器元件21的距离被设置为a2，并且到第n个布置的表面发射激光器元件21的距离被设置为an(n＝1,2,…m)。可以在水平方向上的各行和在竖直方向上的各列中布置的表面发射激光器元件21的最大数量被设置为N＝2m+1(m≧1)，表面发射激光器元件21可以布置的最大距离被设置为b(am＝b)，距离an满足以下关系。

an＝b-α(N-1/2-n)^β

在本实施例中，当N＝10时，N＝21，b＝0.7毫米，an＝0.7毫米。在这些条件下，当找到被照射表面P2上的照度变得均匀的常数α、β的值时，无论水平方向还是竖直方向，该值都是α＝0.05，β＝1.15。然后，在光发射表面P1上位于最远外部位置的表面发射激光器元件21和该相邻内侧上的表面发射激光器元件21之间的距离是最小值为49.6微米的间隔，而与水平方向或竖直方向无关。相邻的表面发射激光器元件21之间的间隔朝着中心逐渐增加，并且在中心的表面发射激光器元件21Q和在下一个外侧上的表面发射激光器元件21之间的间隔(a1)是80μm的最大值。

当表面发射激光器元件21以以便满足上述条件的密度的密度布置时的被照射表面P2上的照度分布在图6中示出为照度分布Tw1。在将该照度分布Tw1与表面发射激光器元件21等距离布置的情况下的照度分布Tv1进行比较时，通过使用照度分布Tw1来改善外围的强度下降，并且还可以从中心到外围获得整体均匀的照度。对于照度分布Tw，当使用该密度分布时，相当于照度最强的峰值的80％的照度的在水平方向上的角度宽度为143度。图6示出了水平方向上的照度分布Tw，然而，由于表面发射激光器元件21的密度布置，外围上的强度下降在竖直方向上得到改善，与水平方向相同。如上所述的用于表面发射激光器元件21的密度布置的条件和数值是本实施例的一个示例，并且用于适当密度布置的条件和数值将根据光源、光学系统结构或状态而变化。

根据诸如投射光学系统15和表面发射激光器20的规格，可以在设计阶段计算和设置表面发射激光器元件21的密度布置的合适值。换句话说，投射光学系统15中的像差在设计阶段是已知的，因此也可以计算由像差的影响而在被照射区域中出现的照度不规则性。然后，在表面发射激光器20的光发射表面P1内，通过在光发射表面P1侧设置更高的表面发射激光器元件21的布置密度(通过使相邻表面发射激光器元件21之间的间隔变窄)，可以增加每单位面积的光发射量，并且越靠近与被照射表面P2上投射图像相对伸展的被照射区域(每单位面积的照度低的被照射区域)相对应的区域，可以获得均匀的照度分布。通过基于投射光学系统15的光学设计在计算机上执行用于设计的模拟和计算表面发射激光器元件21的密度布置，可以实现针对投射光学系统15优化的表面发射激光器20，而不需要执行测量和调节任务的麻烦。

照度均匀性可以通过表面发射激光器元件21的密度布置来实现，而不必改变每个表面发射激光器元件21的光发射强度，从而不需要控制施加到每个表面发射激光器元件21的电流量的变化。因此，可以实现能够控制流向表面发射激光器20的电流的紧凑光源驱动电路16。

当桶形畸变出现在被照射表面P2上的图像中时，与图7所示的枕形畸变的示例不同，表面发射激光器元件21可以被设置为与相邻的表面发射激光器元件21具有窄间隔的密度位置，所述相邻的表面发射激光器元件21更靠近表面发射激光器20的光发射表面P1的中心而不是外围。

在本实施例中，相邻的表面发射激光器元件21的间隔被设置为在相应的水平方向和竖直方向上的不同的分级布置，然而，可以采用包括相邻的表面发射激光器元件21之间的均匀间隔的区域和相邻的表面发射激光器元件21之间的不同间隔的区域的结构。例如，可以采用这样的结构，该结构为从光发射表面P1的中心到预定范围的相邻表面发射激光器元件21设置均匀间隔并且为仅在光发射表面P1的外围上的相邻表面发射激光器元件21设置不同间隔。替代地，可以采用这样的结构，该结构为从光发射表面P1的外围到预定范围的相邻表面发射激光器元件21设置均匀间隔并且为刚好在光发射表面P1的中心的相邻表面发射激光器元件21设置不同间隔。根据投射光学系统15的畸变像差的影响，可以根据需要选择将光发射表面P1的间隔设置到什么程度以及设置在哪个区域。

接下来，描述通过改变表面发射激光器20的表面发射激光器元件21的光发射量而实现的第二状态照度均匀性。该设置示例处理来自表面发射激光器20的光在通过投射光学系统15的投射期间变宽到广角的情况，并且因此在被照射表面P2上的图像中出现枕形畸变。相邻的表面发射激光器元件21之间的间隔被设置为固定间隔。

当表面发射激光器20的每个表面发射激光器元件21的光发射量被设置为相同时的被照射表面P2上的照度分布在图8中被示为照度分布Tv2。图8中曲线图的横轴表示水平方向的角度，纵轴表示被照射表面P2上的照度比(照度最高的位置的比率为100％)。通过为每个表面发射激光器元件21的施加电流量和电流收缩层27的电流通过区域27a的量设置共同的大小，每个表面发射激光器元件21将具有相同的光发射量。

当对于每个表面发射激光器元件21设置相同的光发射时，照度分布Tv2是钟形曲线，其在照明范围的中心具有强度峰值，并且由于投射光学系统15中的畸变像差的影响而朝向外围逐渐减弱。在该照度分布Tv2中，相当于照度最强的峰值的80％的照度的水平方向上的角度宽度为57度。

在该实施例中，如图9所示，光发射表面P1在水平方向上被分成五个区域F1至F5，并且被控制为在每个区域中为表面发射激光器元件21提供不同的施加电流量。更具体地，通过在从光发射表面P1中心的F1向外围位置处的区域F4、F5前进的同时逐步增加施加的电流量，从每个表面发射激光器元件21发射的光的平均输出越靠近光发射表面P1的外围变得越高。以这种方式，图像向被照射表面P2上的外围伸展的程度越大，表面发射激光器20的相应光发射区域中的每单位面积的光发射量就越大，使得与当施加到每个表面发射激光器元件21的电流量是固定量时相比，被照射表面P2上的照度均匀性得到改善。

作为一个示例，对每个表面发射激光器元件21施加的电流量被设置成使得以在中心的区域F1中为1W、在区域F1的一个外侧上的区域F2和区域F3中为1.06W以及在最外外围上的区域F4和区域F5中为1.29W的平均输出发射光。电流收缩层27的电流通过区域27a的尺寸被设置为在区域F1中为9微米，在区域F2和区域F3中为9.2微米，在区域F4和区域F5中为10微米，这对应于所施加的电流量的差异。

当如上所述设置每个区域F1至F5的施加电流量时，被照射表面P2上的照度分布被示为图8中的照度分布Tw2。在照度分布Tw2中，在固定施加电流量的情况下，照度分布Tv2的外围上的强度下降得到改善，并且相当于照度最强的峰值的80％的照度的水平方向上的角度宽度为85度。

当桶形畸变出现在被照射表面P2上时，与上述描述处理枕形畸变的示例不同，施加到表面发射激光器元件21的电流量从表面发射激光器20中的外围侧的区域F4和区域F5向中心侧的区域F1增加。换句话说，单位面积的光发射量被设置为在中心侧的区域F1处为变大，并且单位面积的光发射量在外围侧的区域F4和区域F5处为变小。

通过来自光源驱动电路16的控制，可以改变每个表面发射激光器元件21的施加电流量，从而可以在完成光源装置11之后执行照度分布的动态调节。

上述方法是改变施加到每个表面发射激光器元件21的电流量的方法，然而，即使在将施加到每个表面发射激光器元件21的电流量设定为固定值之后，仅通过改变电流收缩层27的电流通过区域27a的尺寸，也可以改变每个表面发射激光器元件21的光发射量，并且获得被照射表面P2上均匀照度的效果。通过减小电流通过区域27a的尺寸，表面发射激光器元件21的振荡阈值变低，使得与具有相对大尺寸的电流通过区域27a的表面发射激光器元件21相比，当施加固定量的电流时发射的光的平均输出变大。因此，在光发射表面P1内，表面发射激光器元件21越处于需要增加光强度的位置，电流通过区域27a的尺寸变得越小。然而，电流通过区域27a的大小由根据每个表面发射激光器元件21的电极结构的可选择范围来确定，从而必须在可应用的范围内进行设置。

在本实施例中，光发射表面P1在水平方向上被分成五个区域F1至F5，并且被控制为在每个区域中为表面发射激光器元件21提供不同的光发射量。与本实施例不同，可以控制在竖直方向上被分组为多个区域的表面发射激光器元件21的光发射量，或者可以控制在水平方向和竖直方向上被分成瓦片类型的每个区域中的表面发射激光器元件21的光发射量。此外，对于表面发射激光器元件21，可以在不同的范围内设置不同于瓦片(盒子)形状的形状。此外，即使在存在少量表面发射激光器元件21的情况下，也可以将所有表面发射激光器元件21控制在不同的光发射量。

如上所述，通过联合使用改变表面发射激光器元件21的间隔(设置粗放和密集的布置)的第一种方法(图6，图7)和改变表面发射激光器元件21的光发射强度的第二种方法(图8，图9)，可以在被照射区域中执行照度均匀性。

图10和图11示出了通过设置光发射表面P1上的表面发射激光器元件21的设置范围来改变被照射表面P2上的被照射区域的形状的示例。这些设置示例处理被照射表面P2上的图像中枕形畸变的出现，其导致投射光学系统15加宽光的角度并以广角从表面发射激光器20投射它。

图11A示出了当表面发射激光器元件21布置在整个矩形光发射表面P1上时的情况下被照射表面P2上的照明区域。图中省略了对应于图11A的光发射表面P1侧上的结构，然而，与图7中所示的结构相同，每个表面发射激光器元件21的间隔以在光发射表面P1的中心加宽而在外围收缩的密度布置形成。

在图11A中示出了出现较大照度差异的边界的构思图，其中双点划线和轮廓线K1作为照明区域的近似外轮廓。如从该图可以看出的，由于来自投射光学系统15的畸变像差的影响，在被照射表面P2的外围区域中的被照射区域中，特别是在四个角附近，畸变变大。

在图10中，在表面发射激光器20的矩形光发射表面P1上，四个拐角处的区域是没有安装表面发射激光器元件21的非光发射区域H，并且由表面发射激光器元件21形成的光发射区域都被设置为椭圆形。在设置为椭圆形的光发射区域(布置所述表面发射激光器元件21的区域)中，密度布置被布置成使得表面发射激光器元件21之间的间隔在光发射表面P1的中心是较宽的，并且朝向外围是窄的。非光发射区域H可以采用例如如图5所示的对于表面发射激光器元件21没有物理结构的结构，或者可以包括表面发射激光器元件21作为结构，但是不需要控制它们作为发射光的元件。

图11B示出了当表面发射激光器元件21的安装范围被设置为椭圆形时被照射表面P2上的照度(图10)。出现大差异的边界被示出为使用与图11A中相同的双点划线的构思图，并且轮廓线K2是照明区域的近似外轮廓。通过将光发射表面P1的四个拐角设置为非光发射区域H，形成近似矩形形状的被照射区域(轮廓线K2)，在被照射表面P2的四个拐角区域中的照射中没有大的畸变，如图11A所示。对应于图像由于畸变像差而被大范围伸展的外围的区域被设置为光发射表面P1中的非光发射区域，从而抑制了被照射区域的外围的照度变化。

以这种方式，光发射表面P1和被照射表面P2具有对应的关系，从而通过改变用于将表面发射激光器元件21布置在光发射表面P1侧的设置范围，可以改变被照射表面P2上的被照射区域的形状。因此，在距离测量装置10(图1)中，通过从光源装置11发射光以便形成对应于光电检测器13的形状的被照射区域，可以避免照射到不必要的区域上，并且可以提高光的利用效率。

如上所述，在应用本发明的光源装置11中，表面发射激光器20的光发射区域中的每单位面积的光发射量根据被照射区域而改变，以便减少由投射光学系统15中的像差的影响引起的照度不规则性。以这种方式，可以获得高质量的光源装置11，其对于将广角光投射到用于照射的对象上和照度均匀性都是令人满意的。通过从光源装置11投射具有优异照度均匀性的光，可以提高利用光源装置11的距离测量装置10(或包括除距离测量之外的应用的通用装置)中的检测精度。

参考图12至图16描述了在各种类型的电子设备中应用上述光源装置11的示例。用于这些应用示例的检测装置50是这样的检测装置，即图1所示的距离测量装置10的信号控制电路17的一部分被替换到后面描述的相应功能块中，并且基本结构的其他部分与距离测量装置10相同。在检测装置50中，图1所示的光电检测器13是检测从光源装置11发射并在检测目标对象12上反射的光的确定部分。在图12至图16中，为了便于绘图，在检测装置50的外侧示出了包括检测装置50的确定部分等的功能块。

图12示出了将检测装置50应用于工厂等处的物品检查的示例。从检测装置50的光源装置11发射的光投射到覆盖多个物品51的被照射区域上，并且反射光被检测器部分(光电检测器13)接收。确定部分52基于由检测部分检测到的信息来确定每个物品51的状态。具体地，图像处理器53基于光电检测器13光电转换的电信号生成图像数据(由来自光源装置11的光照射的被照射区域的图像信息)，并且确定部分52基于获得的图像信息确定每个物品51的状态。换句话说，检测装置50的光接收光学系统18和光电检测器13用作通过来自光源装置11的光捕获被投射区域的成像测量。确定部分52可以利用诸如模式匹配的已知图像分析技术来基于捕获的图像信息确定物品51的状态。

在图12中的应用示例中，利用能够将具有均匀照度的光投射到被照射区域上的检测装置50(光源装置11)，即使当以广角发射光时，也可以抑制照度的不规则性。结果，可以以良好的精度同时检查多个物品51，并且可以提高检查的工作效率。利用通过TOF(飞行时间)方法执行检测的检测装置50允许获得每个物品51的深度方向上的信息，而不仅仅是每个物品51的前侧(面对检测装置50的一侧)。因此，与通过现有图像捕获装置的视觉检查相比，可以容易地识别每个物品51上的微小划痕和缺陷以及三维形状等，并且提高了检查精度。来自检测装置50的光源装置11的光可以照明包括作为检查目标的物品51的被照射区域，因此即使在黑暗环境中也可以使用。

图13示出了应用检测装置50来控制可移动装置的操作的示例。用作可移动装置的铰接臂54包括通过可弯曲关节连接的多个臂，并且包括位于臂末端的手部分55。铰接臂54例如在工厂的装配线上使用，并且手部分55在目标物品56的检查、传送或组装期间抓住目标物品56。

检测装置50直接安装在铰接臂54上的手部分55附近。检测装置50被安装成使得光投射方向与手部分55面对的方向匹配，并且目标物品56和外围区域被设置为检测目标。检测装置50在光电检测器13处接收来自包括目标物品56的被照射区域的反射光，在图像处理器57中生成图像数据(执行图像捕获)，并且在确定部分58中确定与目标物品56相关的各种类型的信息。具体地，通过利用检测装置50检测到的信息是到目标物品56的距离、目标物品56的形状、目标物品56的位置以及当存在多个目标物品56时的相互位置关系等。驱动控制器59然后基于确定部分58中的确定结果来控制铰接臂54和手部分55的操作，以抓住目标物品56并移动等。

关于通过检测装置50检测目标物品56，图13中的应用示例能够呈现与上述图12中的检测装置50相同的效果(提高的检测精度)。此外，通过将检测装置50安装在铰接臂54上(特别是，直接靠近手部分55)，可以从短距离检测用于抓握的目标物品56，并且与由图像捕获装置从远离铰接臂54的位置远程执行的检测相比，可以提高检测精度和识别精度。

图14示出了利用检测装置50来对电子设备的用户进行认证的应用示例。用作电子设备的便携式信息终端60包括用户认证功能。认证功能可以通过专用硬件来实现，或者可以通过控制便携式信息终端60执行诸如只读存储器(ROM)中的程序的中央处理单元(CPU)来实现。

在用户认证期间，来自安装在便携式信息终端60中的检测装置50的光源装置11的光使用便携式信息终端60朝向用户61投射。检测装置50的光电检测器13接收从用户61和外围反射的光，并且图像处理器62生成图像数据(执行图像捕获)。确定部分63确定通过检测装置50捕获用户61的图像的图像信息与预先注册的用户信息相一致，并判定用户61是否是注册用户。具体地，用户61的面部、耳朵和头部的轮廓(外形和不规则性)被测量，并且可以被用作用户信息。

关于通过检测装置50检测用户61，图14中的应用示例可以实现与上述图12中的检测装置50相同的效果(提高检测精度)。特别地，可以通过在宽范围内以均匀照度和广角从光源装置11投射光来检测关于用户61的信息，从而与检测范围窄时相比，可以获得大量关于用户的信息，并且可以提高认证精度。

在图14的示例中，检测装置50安装在便携式信息终端60中，然而，用户的认证也可以通过安装和利用安装在办公室自动化设备(例如台式个人计算机和打印机，以及建筑物的安全系统等)中的检测装置50来实现。功能方面不限于认证个人，并且可以用于扫描诸如面部的三维形状。在这种情况下，安装能够在广角上以均匀照度光发射的检测装置50(光源装置11)可以实现高精度扫描。

图15示出了在诸如车辆的移动单元中的驾驶支持系统中利用检测装置50的应用示例。车辆64包括能够自动执行一部分驾驶操作如减速和转向的驾驶支持功能。驾驶支持功能可以通过专用硬件来实现，或者可以通过电子控制单元(ECU)来实现，该电子控制单元用于控制执行诸如ROM上的程序的车辆64的电气系统。

安装在车辆64上的用于检测装置50的光源装置11向操作车辆64的驾驶员65发射光。检测装置50的光电检测器13接收从用户65和外围反射的光，并且图像处理器66生成图像数据(执行图像捕获)。确定部分67基于通过拍摄驾驶员65获得的图像信息来确定诸如用户65的面部(表情)或姿态的信息。驱动控制器68然后基于来自确定部分67的确定结果来控制制动和转向，并根据驾驶员65的状态来执行适当的驾驶支持。例如，当检测到驾驶员将眼睛从道路上移开或者检测到驾驶员在驾驶时打瞌睡时，驱动控制器68可以自动降低车速或者自动停止车辆。

关于通过检测装置50检测驱动器65的状态，图15中的应用示例可以实现与上述图12中的检测装置50相同的效果(提高检测精度)。特别地，可以通过在宽范围内以均匀的照度和广角从光源装置11投射光来检测关于驱动器65的信息，从而与当检测范围窄时相比，可以获得大量信息，并且提高了驾驶支持的精度。

图15是示出安装在车辆64中的检测装置50的示例，然而，检测装置50也适用于除了车辆之外的移动单元，例如火车和飞机。除了检测驾驶员和操作者的面部和姿态之外，检测目标还可以包括每个座位上乘客的状态或者除乘客座位之外的车辆内的状态。功能方面也能够利用与图14的应用示例中相同的驾驶员的单独认证。例如，允许启动发动机、锁定门锁或解锁门锁的控制可以仅通过利用检测装置50检测驾驶员65并确定与预先注册的驾驶员信息的匹配来实现。

图16是示出检测装置50在移动单元中的自主驾驶系统中的使用的应用示例。与图15中的应用示例不同，图16中给出的应用示例利用检测装置50来感测移动单元70外部的目标对象。移动单元70是自主驾驶型移动单元，其能够在自动驾驶期间识别外部情况。

检测装置50安装在移动单元70中。检测装置50在向前移动方向和移动单元70的外围区域光发射。在用作移动单元70的移动区域的房间内部71中，桌子72沿移动单元70的向前移动方向布置。在从安装在移动单元70中的检测装置50的光源装置11投射的光中，从桌子72及其外围反射的光在检测装置50的光电检测器13处被接收，并且光电转换的电信号被发送到信号处理器73。信号处理器73基于从光电检测器13发送的电信号，在内部计算与房间内部71布局相关的信息，例如到桌子72的距离、桌子72的位置以及除了桌子72之外的外围状态。确定部分74基于该计算的信息确定移动单元70的移动路径和移动速度，并且驱动控制器75基于来自确定部分74的确定结果来控制移动单元70的驱动(用作驱动力的马达的操作)。

在图16中的应用示例中，关于通过检测装置50在房间内部71中的布局检测，检测装置50可以实现与上述图12中的检测装置50相同的效果(提高的检测精度)。特别地，可以通过在宽范围内以均匀的照度和广角从光源装置11投射光来检测关于房间内部71的信息，从而与当检测范围窄时相比，可以获得大量信息，并且可以提高移动单元70的自主驾驶的精度。

图16是在房间内部71中行驶的自主驾驶型移动单元70中安装检测装置50的示例，然而，检测装置50也可以应用于室外自主驾驶型车辆(所谓的自动驾驶车辆)。检测装置50不仅可以应用于自主驾驶类型，还可以应用于移动单元中的驾驶支持系统，例如由驾驶员驾驶的车辆。在这种情况下，利用该检测装置50允许检测移动单元的外围状态，并且允许根据检测到的外围状态支持驾驶员的驾驶。

以上基于所代表的实施例描述了本发明，然而，本发明不限于上述实施例，并且可以包括在本发明的精神和范围内的所有方式的修改和改进。

在上述实施例中，通过在水平方向和竖直方向上排列表面发射激光器元件21作为光源，表面发射激光器20用于整个表面光发射，然而，也可以使用仅在诸如水平方向或竖直方向的指定方向上具有光发射区域的线型光源。

除了上述实施例的VCSEL之外，边缘发射激光器和光发射二极管(LED)可以用作光源。如上所述，VCSEL在形成二维光发射区域和允许光发射区域的高度布置自由度方面具有优势，然而，即使使用除VCSEL之外的光源，也可以通过适当设置光发射强度和每个光发射元件的布置来获得与上述实施例相同的效果。

附图标记列表

10 距离测量装置

11 光源装置

13 光电检测器(检测器部分)

14 光源

15 投射光学系统

16 光源驱动电路

17 信号控制电路(计算部分)

18 光接收光学系统

20 表面发射激光器(光源)

21 表面发射激光器元件(光发射器)

27 电流收缩层

30 聚光器透镜(聚光光学元件)

31 投射透镜(放大光学元件

50 检测装置

54 铰接臂(电子设备)

60 便携式信息终端(电子设备)

64 车辆(电子设备)

70 移动单元(电子设备)

80 第一位置调节器

81 第二位置调节器

82 第三位置调节器

E1 被照射区域

E2 未被照射区域

E3 全被照射区域

H 非光发射区域

P1 光发射表面

P2 被照射表面