JP3640097B2

JP3640097B2 - 光センシング装置

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Publication number: JP3640097B2
Application number: JP24541595A
Authority: JP
Inventors: 修横山; 丈夫金子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: DE69515615T2; EP0717288B1; DE69515615D1; US5760885A; KR960024453A; KR100293608B1; EP0717288A1; JPH08220230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物に光を照射し、その反射光から測定対象物の情報を得る光センシング装置に関する。
【０００２】
【関連技術】
光センシング装置の一例として、特開平６−１１８１６１号公報に開示された技術がある。この光センシング装置は、測定対象物までの距離を測定するための装置であり、回折格子を用いて測定対象物に照射する光のパターンを所定の形状に制御することができる。
【０００３】
しかし、この光センシング装置で用いられている回折格子は一次元的であり、回折光が一方向（例えばＸ方向）のみに生じるように構成されている。従って、例えば回折光が生じない他の方向（例えばＹ方向）において、光源から前方の近距離領域において必要とされる照射幅がＷ１、また遠距離領域において必要とされる照射幅がＷ２とする場合、近距離領域または遠距離領域での照射幅の何れか一方に光の照射幅を設定すると、他方の領域の光の照射幅あるいは光の強度を十分に確保することができない場合がある。
【０００４】
ところで、車間距離の計測などの距離計測の分野において、半導体レーザを光源として用いる試みがなされている。半導体レーザを用いた距離計測は、目標物に向かって高出力のパルス光を出射し、その反射光を受光するまでの時間から目標物までの距離を計算することによって行われる。
【０００５】
このような高出力半導体レーザに求められる特性としては、（イ）例えば最高出力が５０Ｗ以上の高出力発振が可能であること、（ロ）遠視野像が単峰であること、（ハ）発振遅れがないこと、（ニ）太陽光の影響を受けにくい波長領域で発光すること、などが挙げられる。これらの中でも、半導体レーザの出力とその発振波長とは距離計測装置の性能に大きな影響を及ぼす。すなわち、半導体レーザの出力は光の到達距離に関与し、光出力が大きいほどレーザ光は遠くまで到達するので、計測可能範囲が大きくなる。また、レーザの発振波長に関しては、波長が長いほど有利である。例えば、距離計測装置を車間距離測定装置に応用した場合には、太陽光は距離測定装置にとってノイズとなる。このようなノイズを回避するためには、通常、レーザ光と同一波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタを受光センサの前に配置して太陽光をできるだけカットするように配慮されているが、レーザ光と同一波長の太陽光が受光センサに入射することを防ぐことはできない。太陽光のエネルギー密度分布は、赤外領域では長波長になるほど低くなる。したがって、レーザの発振波長が長波長側にあるほど太陽光の影響を受けにくくなり、太陽光によるノイズを小さくすることができる。
【０００６】
ところで、従来の半導体レーザは、その最高出力が２０Ｗ程度で、それ以上の出力を得ようとすると出力が熱的に飽和して効率が低下したり、あるいは注入電流密度の増大による出力の低下や端面破壊の発生などの問題を生ずることがあった。そして、半導体レーザを距離測定装置の光源として使用する場合には、レーザの最高出力が２０Ｗ程度であると、測定可能距離は１００ｍに満たず、被測定物がそれ以上の距離にあるときは精度の高い測定が困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、近距離および遠距離で必要とされる領域を無駄がなくかつ十分な光強度で照射し、被検出体の測定を高い精度で行うことができる光センシング装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光センシング装置は、半導体レーザからなる光源と、この光源からの出射光の光軸上に配置されたレンズ面および回折格子面を含む送光光学系と、前記出射光の被検出体による反射光を検出する受光検出システムと、を含み、前記出射光は、前記回折格子面によって、少なくとも直交する２方向に回折される。
【０００９】
この光センシング装置によれば、光源からの出射光（ビーム）は前記回折格子面によって少なくとも２方向（Ｘ方向，Ｙ方向）において複数のビームに変換され、また前記レンズ面によってビームの形状を所定形状に変換することができる。従って、前記回折格子面とレンズ面とを組み合わせることにより、単一の光源から所定の投射光パターンを有するビームを得ることができる。そして、本発明の光センシング装置においては、少なくとも直交する２方向においてビームを回折することから、投射光パターンは２次元的に制御され、しかも近距離領域においては０次回折光および±１次回折光による広い投射角を有する照射領域が得られ、遠距離領域においては、主として０次回折光による照射領域が得られる。本発明の光センシング装置は、単一の光源を用いていることから、投光装置の簡素化，小型化が容易である。
【００１０】
本発明の光センシング装置は、近距離領域と遠距離領域とにおいて光の照射範囲が異なる用途、例えば車両用障害物検知装置、船舶用レーダなどに好適に用いられる。
【００１１】
前記回折格子面は、少なくとも直交する２方向に対して光を回折する機能を有する限り、その構成は特に限定されるものではないが、光のロスを小さくすることを考慮すれば、単一の基板に形成されていることが望ましい。以下に、好ましい回折格子面を有する回折格子を例示する。
【００１２】
（ａ）回折格子面は、格子基板の両面に形成された第１の回折格子面と第２の回折格子面とからなり、各回折格子面はそれぞれ一方向の直線状の凹凸群からなる格子パターンを有し、前記第１の回折格子面の凹凸群の方向と前記第２の回折格子面の凹凸群の方向とが直交する回折格子。
【００１３】
（ｂ）回折格子面は、格子基板の一方の面に形成された回折格子面からなり、この回折格子面は直交する直線状の凹凸群からなる格子パターンを有する回折格子。
【００１４】
（ｃ）回折格子面は、格子基板の一方の面に形成された回折格子面からなり、この回折格子面は中心を共通とする曲線状、例えば円状，楕円状の凹凸群からなる格子パターンを有する回折格子。
【００１５】
（ｄ）レンズ面および回折格子面は単一の基板に形成され、該基板の一方の面に屈折型レンズ面が形成され、他方の面に中心を共通とする円状または楕円状の凹凸群からなる回折型レンズ面が形成された回折格子。
【００１６】
（ｅ）回折格子面は、該回折格子面を構成する凹凸群の断面形状がノコギリ歯状である回折格子。
【００１７】
また、本発明の光源として用いられる半導体レーザは、
第１導電型の化合物半導体からなる基板、この基板の一方の面上に積層された半導体層、前記半導体層上に形成され、少なくとも１つのストライプ状の電流注入領域を有する電流狭窄層、および前記基板および前記半導体層の端面に形成された一対の端面反射膜を含み、
前記半導体層は、
前記基板側に位置する第１導電型の第１クラッド層、
前記第１クラッド層上に形成された第１導電型の第１光導波路層、
前記第１光導波路層上に形成された、量子井戸構造を有する活性層、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２光導波路層、
前記第２光導波路層上に形成された第２導電型の第２クラッド層、および
前記第２クラッド層上に形成されたコンタクト層、
を含み、
前記活性層は、１ｍｍ×１ｍｍの単位領域で、凹凸が基準面に対し±０．１μｍ以下の範囲にある平坦性を有し、
前記電流狭窄層の電流注入領域の幅は１００〜２５０μｍであり、かつ、
共振器長は５００〜１，０００μｍである、
ことが望ましい。
【００１８】
この半導体レーザにおいては、前記半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体から構成されていることが望ましい。
【００１９】
前記活性層の平坦性において、前記基準面とは、前記活性層上に想定される平面であって、前記基板および前記活性層以下の半導体層（活性層および活性層より下位にある半導体層からなる半導体層）の合計の厚さの平均値に相当する高さを有する面をいい、前記凹凸とは、例えば探針式の平坦性測定器あるいは微分干渉式平面凹凸測定法で測定され得る凹凸ないし膜厚の不均一を意味する。
【００２０】
前記基準面は、例えば以下の方法で特定することができる。つまり、前記基板上のエピタキシャル成長を活性層の成長後に止める。その後、露出した活性層の表面を、例えば探針式の平坦性測定器によって測定して、基板および活性層以下の半導体層（活性層および活性層より下位にある半導体層からなる半導体層）の積層体の厚さ分布を求める。この厚さ分布をもとに単位領域における前記積層体の厚さの平均値を求めることによって、基準面を設定できる。
【００２１】
特に、発振領域の幅が広い高出力半導体レーザにおいては、活性層のわずかな凹凸を反映して不規則なスポット状の発振を生じやすくなるため、活性層の平坦性を確保することは重要である。
【００２２】
この半導体レーザによれば、高出力、例えば最高出力が５０Ｗ以上の例えば８５０ｎｍ以上の長波長光を出射することができ、さらに約１００〜２５０μｍと広い発振領域において均一な光強度分布を有するレーザ光を出射することができる。
【００２３】
前記半導体レーザにおいては、前記活性層はウエル層とバリア層とから構成され、ウエル層はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０、バリア層はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．１５〜０．２５であり、かつ前記クラッド層はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．２８以上であることが望ましい。この半導体レーザによれば、活性層およびクラッド層のＡｌ組成を特定することにより、活性層として量子井戸構造を有するにもかかわらず、発振波長の短波長側へのシフトを抑制し、８５０ｎｍ以上の長波長光を発振することができる。
【００２４】
前記半導体レーザにおいては、前記一対の端面反射膜は、反射率が０．１〜５％の第１反射膜と、反射率が９８．５％以上の第２反射膜との組み合わせからなることが望ましい。前記端面反射膜は、屈折率の異なる２種の誘電体薄膜を交互に積層して構成された誘電体膜からなることが望ましい。そして、前記第１反射膜は屈折率の大きい誘電体薄膜が前記半導体層側に位置する状態で積層され、前記第２反射膜は、屈折率の小さい誘電体薄膜が前記半導体層側に位置する状態で形成される。
【００２５】
この半導体レーザによれば、反射膜の反射率を上記範囲に制御することにより、高い外部微分量子効率を得ることができ、高出力が得られると共に、発振しきい値電流の上昇をおさえることができる。また、反射膜を構成する誘電体薄膜の積層を順序を上記のように規定することにより、第１反射膜においては低い反射率を、第２反射膜においては高い反射率を得ることができる。
【００２６】
前記半導体レーザは、前記第１クラッド層と前記第１光導波路層との間、および前記第２クラッド層と前記第２光導波路層との間の少なくとも一方に形成されたブロック層を含むことが望ましい。
【００２７】
このブロック層を含む半導体レーザにおいては、前記第１クラッド層および第２クラッド層は、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．２０〜０．４０であることが望ましい。
【００２８】
前記ブロック層は、８〜２０ｎｍの膜厚を有し、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．３０〜０．６０であることが望ましい。
【００２９】
この半導体レーザによれば、クラッド層と光導波路層との間に薄い膜厚のブロック層を挿入することにより、クラッド層のＡｌ組成を高めることなく、発光効率および温度特性を改善することができる。クラッド層のＡｌ組成を小さくすると、光の閉じ込め係数を小さくできるので、半導体レーザは、放射角の狭いビームを発振することができ、かつ端面破壊を生じにくくなる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る光センシング装置の一例を概略的に示す図である。この光センシング装置は、光源としての半導体レーザ１００、送光光学系１０、受光光学系２０および光検出器４２を含んで構成されている。前記送光光学系１０は、レンズ１２および回折格子１４から構成され、前記受光光学系２０はレンズ２２から構成されている。
【００３１】
この装置においては、半導体レーザ１００から出射された光はレンズ１２および回折格子１４を通過し、主として０次回折光１０００からなる遠距離照射領域と、主として０次回折光１０００および±１次回折光２０００からなる近距離照射領域を形成する。これらの領域に測定対象物（被検出体）１Ｆあるいは測定対象物１Ｎが存在する場合には、これらの対象物１Ｆ，１Ｎによって反射された反射光は受光光学系２０を介して検出器４２に到達する。
【００３２】
図２は、図１に示す光センシング装置のブロック図の一例を示す。
【００３３】
この光センシング装置は、レーザ駆動パルスを繰り返し出力するパルス発生器３０を含み、このパルス発生器３０から出力されるパルスは半導体レーザ駆動回路３２および信号処理回路４６に入力される。
【００３４】
前記半導体レーザ駆動回路３２は、駆動パルスが入力されるごとに半導体レーザ１００を駆動し、半導体レーザ１００から測定光を出力させる。そして、半導体レーザ１００から出力されたレーザビームは、送光光学系１０を介して前方空中へ向け測定用のビームとして出力される。
【００３５】
この測定用レーザビームは、所定の測定対象物に当たり、そこからの散乱または反射光は、受光光学システムによって測定される。具体的には、反射光は、受光光学系２０を介し光検出器４２で検出され、電気信号に変換されて増幅器４４を介し信号処理回路４６へ入力される。信号処理回路４６は、レーザビームの送光から受光までの時間の計測、反射光の分光的計測を行い、その計測結果を距離演算回路４８へ向け出力する。なお、前記受光光学系２０および光検出器４２などは一般的な測距レーダに使用されているものを用いることができる。
【００３６】
図３は、送光光学系１０としてレンズ１２および回折格子１４が装着された送光部５０を示す部分断面図である。
【００３７】
この送光部５０のホルダ６０は、筒体を分割した第１ホルダ部６０ａと第２ホルダ部６０ｂとを軸方向で接合した構造を有している。前記第１ホルダ部６０ａは軸方向外方に突出された筒状部を有し、この筒状部先端にはレーザパッケージ７０の取付部７２を装着するためのステップ状の第１支持部６２が形成されている。また、第１ホルダ部６０ａのほぼ中央部にはレンズ１２を装着するためのステップ状の第２支持部６４が形成されている。また、前記第２ホルダ部６０ｂには軸方向外方に突出する筒状部が形成され、この筒状部内部には回折格子１４を装着するためのステップ状の第３支持部６６が形成されている。
【００３８】
前記レーザパッケージ７０，レンズ１２および回折格子１４は、それぞれ前記第１支持部６２，第２支持部６４および第３支持部６６に、例えば光硬化型接着剤で接着されている。支持手段としては、他にネジ止め、あるいはホルダの一部に圧力を加えて塑性変形させるカシメを用いることもできる。
【００３９】
この実施の形態においては、ホルダ６０を第１ホルダ部６０ａおよび第２ホルダ部６０ｂに分割することにより、レンズ１２を第２支持部６４に設置した後に第２ホルダ部６０ｂを第１ホルダ部６０ａにネジ止め等によって固定することができ、レンズ１２の設置を正確かつ容易に行うことができる。
【００４０】
前記レンズ１２により、楕円形のレーザビームの形状が遠距離領域で必要とされる検知領域の形状、例えばほぼ矩形形状に成形される。
【００４１】
前記レンズ１２を構成する面として、円筒面、トロイダル面、非球面等のレンズ面を有するものを用いることができる。また、レンズを複数枚組み合わせることにより、例えば平凹円筒レンズと非球面レンズとを組み合わせることにより、レーザビームの成形を行うこともできる。前記レンズ１２としては、例えば射出成形で形成された、アクリル樹脂、ポリカーボネイト、非晶質ポリオレフィン等のプラスチックレンズ、あるいはプレス成形されたガラスレンズを用いることができる。
【００４２】
また、前記レンズ１２の両面にはＭｇＦや誘電体多層膜からなる反射防止膜を設けることが好ましい。本実施の形態では、反射防止膜の反射率は約０．５％に設定されている。
【００４３】
図４は、レーザパッケージ７０内における半導体レーザ１００のマウント状態を示す概略斜視図である。この例においては、銅などの金属製のヒートシンク（図示せず）と半導体レーザ１００との間にチッ化アルミニウム（ＡｌＮ），ケイ素などからなる支持体７３が設けられ、特にチッ化アルミニウムの支持体が好ましい。チッ化アルミニウムは熱伝導率が高く、また熱膨張係数が半導体レーザ１００を構成するＡｌＧａＡｓ系化合物に近似しているため、金／錫（Ａｕ／Ｓｎ）の合金などを用いてレーザチップを２５０〜３５０℃の温度で融着するとき、レーザの活性層に残留応力を残さないという作用がある。また、熱伝導率が高いので活性層の発熱量を充分に逃がす効果があり、レーザの長寿命化に効果がある。
【００４４】
この支持体７３の厚みは、例えば１５０〜１９０μｍ程度が好ましい。これは、レーザチップと銅などの金属（ヒートシンク）とＡｌＮ（支持体）の熱膨張係数からレーザの活性層に残る残留応力を計算すると、支持体の厚みによって引っぱり応力と圧縮応力が発生する場合があり、前記の厚みにしたときに残留応力が極小になるためである。
【００４５】
図５（Ａ），（Ｂ）は、前記回折格子１４の一例を示し、図５（Ａ）はその断面図、図５（Ｂ）はその平面図を示す。
【００４６】
図５（Ａ），（Ｂ）に示す回折格子１４は、ガラス、合成樹脂などの透明材料を基板とした位相型の回折格子である。この回折格子１４は、回折基板１４ｃの両面に回折格子面１４ａ，１４ｂが形成されている。一方の第１の回折格子面１４ａには一方向（Ｙ軸方向）に平行な複数の格子溝が形成され、直線状の凹凸群からなる格子パターンが形成されている。一方の第２の回折格子面１４ｂには、格子溝の方向が前記第１の回折格子面と直交する方向（Ｘ軸方向）に形成された、直線状の凹凸群からなる格子パターンが形成されている。回折格子１４の両面には反射防止膜が形成されている。
【００４７】
一般的に、このような直線状の格子溝を有する単純格子型の回折格子面を透過した光は、回折されずにそのまま直進する０次回折光と、回折角θn をもって進むｎ次回折光（ｎは整数）にわけられる。本実施の態様では、この０次回折光をメインビームに、回折した±１次回折光をサブビームとして利用するものである。２次以上の高次の回折光は強度が小さく、測定にほとんど寄与しない。
【００４８】
厳密には回折格子に入る光線は垂直入射だけに限られないが、説明を単純にするためにほぼ垂直入射として考えると、±１次回折光の回折角θ、光源光の波長λ、回折格子のピッチｐの間には、
ｓｉｎθ＝λ／ｐ
の関係がある。また、０次回折光と１次回折光の回折光量比は格子溝深さｄに依存しており、回折格子の凹凸が１対１の比率（デューティ比２分の１）の場合の０次回折光および±１次回折光の強度η₀ ，η₁ は、
η₀ ＝ｃｏｓ² （πｄΔｎ／λ）
η₁ ＝（２／π）² ｓｉｎ² （πｄΔｎ／λ）
となる。ただし、Δｎ＝ｎ−１で、ｎは回折格子材料の屈折率である。この式より光源の波長λと格子材料の屈折率ｎは一定と考えると、０次回折光と±１次回折光の強度比率は回折格子の溝深さｄを調整すれば自由に選択できることがわかる。また、ビームの照射角は格子ピッチｐを変えること、あるいは光源，回折格子，投射レンズの位置関係を変えることで選択的に設定できる。
【００４９】
（ビームパターン）
次に、半導体レーザ１００から出射された光のビームパターンについて説明する。図６（Ａ）は、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸およびビームの進行方向をＺ軸としたときの、Ｘ−Ｚ面におけるビームパターンを示し、図６（Ｂ）はＹ−Ｚ面におけるビームパターンを示す。
【００５０】
本実施の形態の光センシング装置においては、レーザパッケージ７０（図４参照）は、半導体レーザ１００と支持体７３との接合面がＹ軸方向に一致する状態で固定されている。また、前記回折格子１４は、その各回折格子面１４ａおよび１４ｂの格子溝がＹ軸方向およびＸ軸方向にそれぞれに一致するように設置されている。
【００５１】
以上の構成の光センシング装置においては、半導体レーザ１００の出射口から出射された光はレンズ１２によって平行に近いビームに変換された後、回折格子１４を通してＸ方向およびＹ方向にそれぞれ３ビームにわけられる。
【００５２】
すなわち、図６（Ａ）に示すように、半導体レーザ１００から出射された光は、回折格子１４の第１の回折格子面１４ａによって、Ｘ−Ｚ平面において、光軸Ｚとほぼ平行に進む０次の回折光１０００、＋１次の回折光２０００Ａおよび−１次の回折光２０００Ｂの３つのビームに分割される。また、図６（Ｂ）に示すように、Ｙ−Ｚ平面においては、光は光軸Ｚとほぼ平行に進む０次の回折光１０００、＋１次の回折光２０００Ｃおよび−１次の回折光２０００Ｄの３つのビームに分割される。この光学系によれば、回折格子１４に入る光は近似的に回折格子面に対して垂直となるので、レーザ光の投射角はほぼ回折格子による回折角を調整して制御することができる。したがって、この光学系においては、光の投射角は回折格子による±１次回折光の回折角のみを考慮すればよいので、光学系の制御が単純となる利点がある。
【００５３】
次に、このような光学系における光の投射角および回折効率について述べる。光の投射角は回折格子のピッチｐに依存し、また光の回折効率は回折格子の溝の深さｄに依存し、これらの値は光センシング装置の用途などによって適正な範囲が設定される。すなわち、測距レーダの用途によって、目標物までの距離を考慮して出射光の強度や拡散領域が設定される。例えば、本実施の形態の光センシング装置を走行車両の所定方向の障害物を検知する車両用障害物検知装置に応用した場合には、走行車両に近い領域では測定可能範囲を広げるために広い投射角を必要とし、かつ走行方向に対してはできるだけ遠方まで、例えば１５０ｍ先まで投射されることが望ましい。
【００５４】
具体的には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、走行車両より近距離領域、例えば４０ｍ先の検知領域を例にとると、Ｘ軸方向（水平方向）では少なくとも幅Ｗ１（例えば４ｍ程度）の検知領域を、Ｙ軸方向（垂直方向）では少なくとも幅Ｈ１（例えば１．５ｍ程度）の検知領域を必要とする。また、走行車両より遠距離領域、例えば１５０ｍ先の検知領域を例にとると、Ｘ軸方向では少なくとも幅Ｗ２（例えば４ｍ程度）の検知領域を、Ｙ軸方向では少なくとも幅Ｈ２（例えば
１．５ｍ程度）の検知領域を必要とする。
【００５５】
近距離領域においてできるだけ広い検知領域を得るためには、０次回折光１０００と±１次回折光２０００Ａ，２０００Ｂとが一部オーバラップした状態で、かつできるだけＸ軸方向に広がり、そして、０次回折光１０００と±１次回折光２０００Ｃ，２０００Ｄとが一部オーバーラップした状態で、かつできるだけＹ軸方向に広がることが望ましい。また、遠距離領域においては、０次回折光のみが利用されるため、この０次回折光を有効に利用するためには、光の照射領域と、必要とされる検知領域とがほぼ一致していることが望ましい。
【００５６】
このような条件を考慮して回折格子の格子ピッチｐを求めたところ、Ｘ軸方向で１５〜４０μｍ、Ｙ軸方向で５０〜９０μｍの範囲が好ましいことがわかった。回折格子の格子ピッチｐが小さくなると、１次回折光はＺ軸から遠ざかる方向へ回折されるようになる。
【００５７】
また、回折効率としては、前記車両用障害物検知装置に応用する場合の条件を考慮して、１次回折効率が０．４〜４％であることが望ましい。
【００５８】
本実施の形態の光センシング装置によれば、回折格子１４を用いることによって、レーザ光をＸ方向およびＹ方向において３ビームに分割して、レーザ光を十分な光密度を有する所定形状の測定光に変換することができる。したがって、この光センシング装置を例えば車両用障害物検知装置などに適用した場合には、単一の光源でありながら死角の少ない適正な照射領域を得ることができる。
【００５９】
次に、本発明に用いることができる回折格子の変形例を示す。
【００６０】
（ａ）図７に示す回折格子１６は、基板の一方の面に回折格子面が形成され、この回折格子面は複数の線状の凸部１６ａが直交した状態で形成された格子パターンを有する。斜線を施して示した部分１６ｂは、断面形状がほぼ矩形の凹部から構成されている。そして、縦方向の凸部１６ａは図６におけるＹ方向、および横方向の凸部１６ａは同図のＸ方向に相当する状態で配置される。
【００６１】
（ｂ）図８に示す回折格子１８は、格子基板の一方の面に回折格子面が形成され、そのパターンは中心を共通とする同心状の楕円から構成されている。つまり、平面形状が楕円形の凸部１８ａが同心状に離間して形成され、隣接する凸部１８ａとの間に、斜線を施して示す凹部１８ｂが形成されている。このような回折格子は一般的にグレーティング・レンズと呼ばれる回折格子で、レンズ作用を有する。そして、このタイプの回折格子においては、水平方向および垂直方向に加えて斜め方向の光の広がる角度を制御することができ、ビームの成形が可能となる。
【００６２】
この回折格子１８においては、Ｘ方向とＹ方向との回折角を異ならせるために楕円パターンによって構成したが、Ｘ方向およびＹ方向の回折角が等しい場合には同心円状のパターンとなる。また、このタイプの回折格子においては、格子パターンは楕円および円に限らず、ビーム成形機能を有する他の曲線群によって格子パターンを形成してもよい。
【００６３】
（ｃ）図９（Ａ），（Ｂ）に示す回折格子１９は、回折基板の一方の面に回折格子面が形成され、前記回折格子１８と同様な、平面形状が中心を共通とする楕円パターンによって構成されている。前記回折格子１４，１６および１８においては、格子溝の断面形状を矩形で構成している。このような格子溝を有する回折格子においては、＋１次回折光および−１次回折光の両者を利用することになる。しかし、回折格子面が楕円パターンのように、発散性の＋１次回折光と収束性の−１次回折光を生じる格子パターンの場合には、近距離での照射範囲を拡大する場合には発散性の＋１次回折光だけを利用することが、光のロスを少なくする上で望ましい。＋１次回折効率を−１次回折効率より大きくするには、図９（Ｂ）に示したように、回折格子面を構成する凸部１９ａの断面形状を三角形とし、つまり回折格子面の断面形状をノコギリ歯状に構成することが好ましい。このような回折格子としては、例えばマイクロ・フレネル・レンズがある。
【００６４】
（ｄ）図１０および図１１に示す回折格子１７は、一方の面に回折格子面１７ａが形成され、他方の面にレンズ面１７ｂが形成されている。なお、図１０において図１と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を省略する。回折格子面１７ａは、前記回折格子１９と同様に、平面形状が中心を共通とする楕円パターンを有し、かつ回折格子面の断面形状がノコギリ歯状に構成されている。このように、回折格子面をレンズの表面に形成した、いわゆるハイブリッド・レンズは、レンズ面と回折格子面とが単一の基板に形成されていることから、光のロスを低減し、部品点数を少なくすることができる。
【００６５】
以上に述べたように、回折格子の形状は本発明の要求する機能を有する限りにおいて特に限定されない。さらに、回折格子は必ずしも単数でなくてもよく、複数の回折格子を組み合わせてもよい。例えば、直線状の格子溝を有する単純格子を、相互の溝方向が直交を成すように２個配設することもできる。
【００６６】
回折格子を作成する代表的なプロセスとしては、まず、ＩＣなどの微細加工に用いられるフォトリソグラフィ技術によって、フォトレジストをコートしたガラス基板にマスクを密着させＵＶ照射を行い、ついで不要部分のレジストをエッチングする方法がある。ノコギリ歯状化された回折格子は、濃淡を付けたマスクを用いたフォトリソグラフィによる方法、ＥＢによる多重直接露光による方法、機械加工による方法などによって得られる。
【００６７】
（半導体レーザ）
次に、本発明のセンシング装置の光源として好適に用いられる半導体レーザの構成例について述べる。
【００６８】
図１２は、本実施の形態に適用した電極ストライプ型の半導体レーザの一例を概略的に示す斜視図である。
【００６９】
図１２に示す半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、複数のＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層が積層された半導体層ＳＬを有する。この半導体層ＳＬは、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型第１クラッド層１０３、ｎ型第１光導波路層１０４、活性層１０５、ｐ型第２光導波路層１０６、ｐ型第２クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０８から構成されている。これらの各半導体層の組成、膜厚、およびドーパントの種類を表１に示す。なお、表１において各欄の（）で示す数値は、後述する実験例に用いた半導体レーザのサンプルの構成を示す。
【００７０】
【表１】

【００７１】
前記コンタクト層１０８上にはストライプ状の開口部、すなわち電流注入領域１１２を構成するための開口部を有する電流狭窄層１０９が形成されている。この電流狭窄層１０９の表面および開口部に露出する半導体層上にはｐ側電極１１０が形成され、前記基板１０１の下面にはｎ側電極１１１が形成されている。さらに、主ビーム側の端面にはＡＲ膜(Anti-Reflective Film)からなる第１反射膜１２０が設けられ、モニタビーム側にはＨＲ膜（Highly Reflective Film）からなる第２反射膜１２１が形成されている。
【００７２】
前記活性層１０５は、図１３に示すように、複数のウエル層を有する多重量子井戸構造を有している。この多重量子井戸構造は、例えば４層のウエル層１０５ａと３層のバリア層１０５ｂとが交互に積層されている。
【００７３】
ところで、半導体層としてＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いた場合には、半導体レーザの発振波長は通常８７０ｎｍ付近である。しかし、活性層として量子井戸構造を採用すると、発振波長は短波長側にシフトすることから、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いた量子井戸半導体レーザでは、通常その発振波長が８３０ｎｍより短波長側である。
【００７４】
本発明に用いられる半導体レーザにおいては、８５０ｎｍ以上の長波長で良好に発振するためには、半導体層、特にクラッド層の組成ならびに活性層の平坦性を規定することが重要である。
【００７５】
まず、クラッド層の組成と半導体レーザの特性との関係について述べる。本実施の形態のサンプルについて電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を求めたところ、図１４に示す結果が得られた。また、比較のためにクラッド層のＡｌ組成を変えたサンプルを作成し、同様にＩ−Ｌ特性を求めた。この比較用サンプルにおいては、第１クラッド層のＡｌ組成（Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘ）は０．２２であり、第２クラッド層のＡｌ組成は０．２２であり、その他の構成については本態様のサンプルと同様である。
【００７６】
図１４から、両者の実験結果を比較すると、低電流注入時には両者のＩ−Ｌ特性の間には大きな差が見られない。しかし、注入電流量が約２０Ａを越えると、比較用サンプルのレーザは光出力が著しく低下することがわかる。
【００７７】
両者の半導体レーザの差は、その温度特性を比較するとより明確になる。温度特性のグラフを図１５に示す。このグラフは、同一電流を注入したときの光出力を２０〜９０℃の温度範囲にわたってプロットしたものであり、光出力の温度依存性が表されている。この実験では、注入電流は３０Ａである。
【００７８】
図１５から、２０℃のときの光出力を１００としたときの９０℃における光出力をΔＴとすると、本実施の形態のサンプルではΔＴは８０であるのに対し、比較用サンプルではΔＴは２０である。したがって、本実施の形態の半導体レーザは比較用レーザに比べて光出力に対する動作温度の依存性がかなり小さいことがわかる。
【００７９】
比較用レーザはクラッド層のＡｌ組成が０．２２と小さいため、注入電流値が大きいとき、あるいは接合部の温度が高いとき、注入キャリアが活性領域からオーバーフローして効率が低下するものと予想される。比較用レーザにおいて、計算により活性層のエネルギーギャップとクラッド層のエネルギーギャップとの差を求めると、わずか０．２３ｅＶであることがわかった。本発明者等の研究によれば、活性層のエネルギーギャップとクラッド層のエネルギーギャップとの差が０．３５ｅＶより大きい場合に、発光効率および温度特性とも良好な結果を得られることがわかっている。このことから、本実施の形態の量子井戸半導体レーザにおいては、クラッド層のＡｌ組成は０．２８より大きいことが望ましい。
【００８０】
また、前記活性層１０５は、１ｍｍ×１ｍｍの単位領域で基準面に対し±０．１μｍ、好ましくは±０．０７μｍを越える凹凸を有さない、平坦性を有することが必要である。本実施の形態の前記サンプルについて、活性層の基準面に対する凹凸（以下、これを「平坦度」ともいう）を探針式の平坦性測定器「Ｄｅｋｔａｋ３０３０」（Sloan Technology社製）によって求めたところ、±０．０５μｍ以内であった。なお、活性層の基準面は前述した方法によって特定した。
【００８１】
前記電流狭窄層１０９の電流注入領域の幅（図１２においてＷで示す）は１００〜２５０μｍ、好ましくは１５０〜２００μｍである。この電流注入領域の幅が１００μｍより小さいと、注入電流の密度が大きくなって高出力を得ることが難しくなり、一方、２５０μｍを越えるとレーザ出射端面での光強度分布が不均一となって、放射ビームが単一峰形状にならない。
【００８２】
図１６および図１７は、このことを裏付けるための実験結果を示す。図１６および図１７において、横軸は電流注入領域の幅Ｗを示し、縦軸は光出力を示している。図１６は電流注入領域の幅Ｗが２００μｍのときの光強度分布を示し、図１７は、電流注入領域の幅Ｗが本発明の範囲を越える３００μｍのときの光強度分布を表わしている。図１６から、注入電流領域の幅が２００μｍであると、ストライプの全幅にわたってほぼ均一の光出力が得られ、単峰パターンの良好な水平横モードの発振が得られることがわかった。これに対し、図１７から、電流注入領域の幅が３００μｍでは、均一な光強度分布を得ることができないことがわかった。
【００８３】
本実施の形態の半導体レーザ１００は、その共振器長（図１においてＬで示す）は５００〜１，０００μｍ、好ましくは６００〜９００μｍである。共振器長Ｌが５００μｍより小さいと、注入電流密度が大きくなって光出力が低下し、一方１，０００μｍを越えると発振開始時の電流値が大きくなって所定の光出力を得るための駆動電流が高くなり、駆動回路の作成が困難となる。
【００８４】
図１８は、このことを確認するためのＩ−Ｌ特性を示し、横軸に注入電流値、縦軸に光出力を示す。この実験においては３種の共振器長Ｌについて調べた。図１８において符号ａで示すラインはＬが７００μｍ、符号ｂで示すラインはＬが６００μｍ、および符号ｃで示すラインはＬが４５０μｍのときのＩ−Ｌ特性曲線である。
【００８５】
図１８から、共振器長が７００μｍのときは、Ｉ−Ｌ特性において良好な直線関係が得られ、電流注入値が大きくなっても高い光出力を得られることがわかった。共振器長が６００μｍのときには、高い電流注入領域においては、やや光出力の低下が見られるものの、実用上はほぼ満足できるものであることがわかった。また、共振器長が４５０μｍと本発明の範囲以外の場合には、高い電流注入領域における光出力の低下が大きく、実用には適しないことがわかった。
【００８６】
前記第１反射膜１２０は、その反射率が０．１〜５％であることが望ましい。この第１反射膜１２０の反射率が０．１より小さい場合には発振しきい値に達せず、一方５％を越える場合には外部微分量子効率が下がって高出力を得ることができない。また、前記第２反射膜１２１は、その反射率が９８．５％以上であることが望ましい。第２反射膜１２１の反射率が９８．５％より小さい場合には、発振しきい値電流が増加して高出力を得ることができない。
【００８７】
前記第１反射膜１２０の反射率を低くするためには、λ／４ｎ（λ：発振波長，ｎ：誘電体の屈折率）の膜厚を有する誘電体膜を単層コートするか、あるいは異なる屈折率の誘電体薄膜を２種組み合わせた層を２対コートする。後者の場合には、２種の層のうち屈折率の大きい誘電体薄膜が内側すなわち半導体層の端面側に位置し、屈折率の小さい誘電体薄膜が外側に位置する状態で積層される必要がある。表２に、第１反射膜１２０の構成、すなわちその誘電体材料，膜厚，層数または対数，反射率を示す。表２からも明らかなように、異なる屈折率の誘電体薄膜の組み合わせを２対積層して形成された反射膜の多くは単層の誘電体膜からなる反射膜に比較して反射率がかなり小さくなる。
【００８８】
【表２】

【００８９】
前記第２反射膜１２１は異なる屈折率の誘電体薄膜をλ／４ｎの膜厚で交互に積層して構成される。この場合には、前記第１反射膜１２０とは逆に、屈折率の小さい誘電体薄膜を屈折率の大きい誘電体薄膜より半導体層側に形成しなければならない。表３に、第２反射膜１２１を構成する誘電体の材料，膜厚，対数および反射率について示す。表３によれば、ほとんどの反射膜は９９％以上という高い反射率を有することがわかる。
【００９０】
【表３】

【００９１】
図１９は、本実施の形態にかかる半導体レーザのエージングテストの結果を示す。図１９において、横軸はエージング時間、および縦軸は累積故障率を示す。ここにおいて、「エージング時間」とは、半導体レーザを通電駆動した連続時間を示し、「累積故障率」とは、同じサンプル群の中でいくつ故障したかを示す割合である。
【００９２】
エージングテストは、同一ウェハから同様に作製した本実施の態様の構造を有する半導体レーザを２つのサンプル群に分け、サンプル群１はパッケージ温度（環境温度）を８０℃、サンプル群２はパッケージ温度を５０℃に保持し、半導体レーザを駆動してレーザ光の出力の変化を測定することにより行った。駆動条件は、サンプル群１および２とも、パルス駆動（１００ｎｓ、１ｋＨｚ）、４０Ａの定電流駆動で行った。また、故障の判定は、半導体レーザの一般的な故障の判定である、光出力が初期光出力（エージング開始時の光出力）の９０％以下になったときとし、エージング開始から故障までの時間を故障時間とした。
【００９３】
図１９より、サンプル群１とサンプル群２との累積故障率の傾きはほぼ同じであり、両者のサンプルは同じ劣化モードで劣化し、温度エネルギーの差が故障時間を支配していることがわかる。ここで、平均故障時間（ＭＴＴＦ：サンプル群の半数が故障した時間、すなわち累積故障率が５０％の時間）を求めると、パッケージ温度が８０℃の場合は２９００時間、５０℃の場合は７３００時間であった。一般的に、温度エネルギーの影響は温度の逆数（１／温度）に依存するので、上記の結果を用いて温度の逆数と平均故障時間との関係を求めたところ、図２０に示す結果が得られた。図２０において、横軸は（１／温度）を示し、縦軸は平均故障時間を示す。図２０から、使用温度（３０℃）における平均故障時間を求めると、約１５０００時間となることがわかった。
【００９４】
通常の半導体レーザ（低出力のもの）の使用では、平均故障時間（使用温度３０℃）としては１００００時間以上保証されることが要求されている。従って、本実施の形態における、広いストライプ幅および長い共振器長を有する高出力半導体レーザにおいても、平坦な活性層を形成することにより通常の半導体レーザとそん色ない平均故障時間を有することがわかった。
【００９５】
次に、本実施の形態の半導体レーザの製造方法の一例について説明する。
【００９６】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型バッファ層１０２、ｎ型第１クラッド層１０３、ｎ型第１光導波路層１０４、活性層１０５、ｐ型第２光導波路層１０６、ｐ型第２クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０８からなるＡｌＧａＡｓ系半導体層ＳＬ（図１２参照）を、順次、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってエピタキシャル成長させる。この成膜条件としては、例えば、成長温度は６８０〜８００℃、成長圧力は５０〜２００Torrとし、III 族原料としてはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等の有機金属を用い、Ｖ族原料としてはアルシン（ＡｓＨ₃ ）等の水素化物を用い、ｎ型ドーパントとしてはＨ₂ Ｓｅ、ｐ型ドーパントとしてはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いる。
【００９７】
前記ＡｌＧａＡｓ系半導体層を構成する各層は、Ａｌ組成，膜厚，ドーパントの条件を表１に示す条件に設定される。
【００９８】
この際、ｎ型基板１０１としては、１ｍｍ×１ｍｍの単位領域内で±０．０５μｍを越える凹凸を有さない、平坦性のよい基板を用いている。前記凹凸は基板の基準面、すなわち前記基板１０１上に想定される平面であって該基板の単位領域における平均厚さに相当する高さを有する平面、に対する凹凸を意味する。また、半導体層を形成する前に、前期基板をＨ₂ ＳＯ₄ ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ＝５：１：１のエッチャント中において十分な攪拌を行いながらエッチングすることにより、前記基板の平坦性を低下させることなく清浄な表面を得ることが好ましい。また、半導体層は、ＭＯＣＶＤにおけるガスの流量を最適化することにより、１ｍｍ×１ｍｍの単位領域内での凹凸を±０．０２μｍ以下に抑えることができる。したがって、基板および活性層より下位の半導体層（活性層を含まない）の全体の平坦度を±０．０７μｍ以下にすることができる。本発明者らの研究によれば、活性層より下位の半導体層（活性層を含まない）の平坦度を±０．０５μｍ以下に制御することにより、前記活性層１０５の平坦度が±０．１μｍ以下となることを確認している。
【００９９】
ＡｌＧａＡｓ系半導体層ＳＬの成長後、前記コンタクト層１０８上に化学的気相成長法（ＣＶＤ）によって絶縁膜を蒸着する。本実施の形態では、絶縁膜としてＳｉＯ₂ を用いた。この絶縁膜を一般に用いられるフォトリソグラフィおよびエッチング技術によってパターニングし、中央部にストライプ状の電流注入領域１１２を有する電流狭窄層１０９を形成する。
【０１００】
その後、前記基板１０１の他方の面および電流狭窄層１０９と電流注入領域１１２の表面にｎ側オーミック電極１１１およびｐ側オーミック電極１１０を蒸着する。その後、チッ素雰囲気中で例えば３５０〜４５０℃で３０秒〜１２０秒のアロイングを行う。
【０１０１】
次いで、第１反射膜１２０および第２反射膜１２１を構成する誘電体膜を電子ビーム蒸着により形成する。すなわち、まず、劈開してバーの状態になったレーザウエハを積み重ね、劈開端面にだけ誘電体膜が形成できるようにする。これを蒸着用チャンバに設置して、真空度を５×１０^-6Torr以下になるよう真空排気し、前記バー状態のウエハを１００℃〜２５０℃の温度に加熱する。蒸着速度が０．１〜１ｎｍ／秒になるように電子線電流を調整して、各誘電体層を形成する。
【０１０２】
このようにして得られた半導体レーザ１００は、単一ワイドストライプ構造を有する利得導波型の半導体レーザである。本実施の形態の半導体レーザ１００は、平坦性が良好な多重量子井戸構造を有する活性層を有すること、クラッド層のＡｌ組成を特定範囲に設定してあること、共振器長が５００〜１，０００μｍと大きいこと、電流注入領域の幅が１００〜２５０μｍと広いことなどの構成上の特徴を有し、約１００〜２５０μｍの広い発振領域を確保しながら、最高出力が約５０Ｗという高出力で、波長が８６０ｎｍの単峰パターンの発振が可能である。
【０１０３】
図２１は、本発明に適用される他の半導体レーザを示す断面図である。
【０１０４】
この半導体レーザ６００は、前記半導体レーザ１００と次の２点において相違している。その第１点は、第２光導波路層６０６と第２クラッド層６０７との間に、キャリアのオーバーフローを抑制するためのブロック層６１３を挿入したこと、他の１点は、クラッド層６０３，６０７のＡｌ組成を０．２０〜０．４０と低くしたことである。その他の構成、つまりＧａＡｓ基板６０１、バッファ層６０２、第１光導波路層６０４、活性層６０５、第２光導波路層６０６、コンタクト層６０８、電流狭窄層６０９、電極６１０、６１１および端面反射膜（図示せず）については、基本的には前記半導体レーザ１００と同様であるので、その詳細な記載は省略する。表４に、半導体レーザ６００の半導体層を構成する各層のＡｌ組成，膜厚およびドーパントについて記載する。
【０１０５】
【表４】

【０１０６】
半導体レーザ６００においては、ブロック層６１３を形成することによって、クラッド層６０３および６０７のＡｌ組成を上げることなく注入キャリアのオーバーフローを抑制することができる。すなわち、前記半導体レーザ１００においては、クラッド層１０３，１０７のＡｌ組成を比較的大きい特定の範囲にすることにより、注入キャリアのオーバーフローを抑制していた。しかし、反面、クラッド層のＡｌ組成を大きくすると、光波の閉じ込め係数が大きくなってしまう結果、２つの好ましくない点を生ずる。その１つは、半導体層の接合方向に垂直な方向の遠視野像が大きくなり、この結果遠視野像の楕円率が大きくなって、発光素子として使用する場合光学系の設計が難しくなること、もう１つの点は、端面付近の発光領域の光密度が高くなるため、端面破壊を発生しやすくなることである。半導体レーザ６００では、このようなクラッド層のＡｌ組成比を大きくすることに起因する好ましくない点を解決しながら、前記半導体レーザ１００と同様に良好な光発振が可能である。
【０１０７】
前記ブロック層６１８は、膜厚が好ましくは８〜２０ｎｍ、より好ましくは１０〜１５ｎｍ、Ａｌ組成比（ｘ）が好ましくは０．３０〜０．６０、より好ましくは０．３５〜０．５である。
【０１０８】
次に、半導体レーザ６００を用いた特性試験の結果について述べる。実験に用いるサンプルとしては、表４において各欄の（）で表わす構成のものを用いた。まず、Ｉ−Ｌ特性を求めたところ、図２２に示す結果が得られた。
【０１０９】
図２２中の符号ａはブロック層を有する半導体レーザ６００のＩ−Ｌ特性であり、図２２中の符号ｂはブロック層を有さず、それ以外の層は前記半導体レーザ１００と同様の構成を有する比較用半導体レーザの特性を示す。図２２から明らかなように、ブロック層のある場合には高注入電流時においても直線性が維持され、ブロック層のない場合には光出力が飽和してしまうことがわかる。
【０１１０】
さらに、前記半導体レーザ１００と同様にその温度特性を測定したところ、２０℃のときの光出力を１００としたときの９０℃での光出力をΔＴとすると、ΔＴは７０であった。前記半導体レーザ１００の比較用サンプルの結果（図１５参照）からわかるように、ブロック層がない場合にはΔＴは２０であったことから、ブロック層６１３を挿入することによって温度特性が大幅に改善されたことがわかる。また、このサンプルについて遠視野像を求めたところ、ブロック層を挿入しない場合と同じ２４ｄｅｇであった。このように良好な光出射特性を有する理由は、ブロック層６１３の膜厚が十分に薄いため、光の導波モードには影響を与えず、注入キャリアが活性領域からオーバーフローするのを抑制していることによると考えられる。
【０１１１】
上記半導体レーザ６００では、ブロック層６１３は第２光導波路層６０６と第２クラッド層６０７との間に挿入された例について記載したが、これに限定されず、ブロック層は第１クラッド層６０３と第１光導波路層６０４との間に挿入してもよく、あるいは第１クラッド層６０３と第１光導波路層６０４との間、および第２クラッド層６０７と第２光導波路層６０６との間にそれぞれ挿入してもよい。
【０１１２】
本発明に適用される半導体レーザは前記半導体レーザ１００，６００のような電極ストライプ型に限定されず、他のストライプ構造の半導体レーザ、例えばプレーナストライプ型、プロトンストライプ型の半導体レーザなどでもよい。
【０１１３】
以上、本発明の好適な実施の形態について記載したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の改変が可能である。
【０１１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光センシング装置の構成例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示した光センシング装置のブロック図である。
【図３】図１に示す光センシング装置の送光部の構成を示す部分断面図である。
【図４】図３に示す送光部における半導体レーザのマウント状態を示す斜視図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は図１に示す回折格子の断面図および平面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は送光光学系を示し、（Ａ）はＸ−Ｚ面における光学素子の配置およびビーム形状を示し、（Ｂ）はＹ−Ｚ面における光学素子の配置およびビームパターンを示す図である。
【図７】本発明に用いることができる回折格子の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明に用いることができる回折格子の他の例を示す平面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本発明に用いることができる他の回折格子を示し、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′線における断面図である。
【図１０】本発明に適用することができる回折格子の他の例を示す図である。
【図１１】図１０に示す回折格子の回折格子面を表す図である。
【図１２】本発明に用いられる半導体レーザの一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す半導体レーザの活性層を示す部分拡大図である。
【図１４】図１２に示す半導体レーザおよび比較用半導体レーザについて求めたＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図１５】図１２に示す半導体レーザおよび比較用半導体レーザについて求めた光出力の温度依存性を示す図である。
【図１６】図１２に示す半導体レーザについて求めた、電流注入領域の幅と光出力との関係を示す図である。
【図１７】比較用の半導体レーザについて求めた、電流注入領域の幅と光出力との関係を示す図である。
【図１８】図１２に示す半導体レーザおよび比較用半導体レーザについて求めたＩ−Ｌ特性曲線であって、Ｉ−Ｌ特性と共振器長との関係を示す図である。
【図１９】図１２に示す半導体レーザについて求めたエージング時間と累積故障率との関係を示す図である。
【図２０】図１２に示す半導体レーザについて求めた、（１／温度）と平均故障時間との関係を示す図である。
【図２１】本発明に用いることができる他の半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２２】図２１に示す半導体レーザおよび比較用半導体レーザについて求めたＩ−Ｌ特性曲線である。
【符号の説明】
１０送光光学系
１２レンズ
１４，１６，１７，１８，１９回折格子
１４ａ，１４ｂ回折格子面
２０受光光学系
３０パルス発生器
３２半導体レーザ駆動回路
４２光検出器
５０送光部
６０ホルダ
７０レーザパッケージ
１００，６００半導体レーザ
１０１，６０１ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２，６０２ｎ型バッファ層
１０３，６０３ｎ型第１クラッド層
１０４，６０４ｎ型第１光導波路層
１０５，６０５活性層
１０６，６０６ｐ型第２光導波路層
１０７，６０７ｐ型第２クラッド層
１０８，６０８ｐ型コンタクト層
１０９，６０９電流狭窄層
１１０，６１０ｐ側電極
１１１，６１１ｎ側電極
１１２，６１２電流注入領域
１２０第１反射膜
１２１第２反射膜
６１３ブロック層

Claims

半導体レーザからなる光源と、この光源からの出射光の光軸上に配置されたレンズ面および回折格子面を含む送光光学系と、前記出射光の被検出体による反射光を検出する受光検出システムと、を含み、
前記出射光は、前記回折格子面によって、少なくとも直交する２方向に回折され、
前記回折格子面は、格子基板の一方の面に形成された回折格子面からなり、この回折格子面は中心を共通とする曲線状の凹凸群からなる格子パターンを有する、光センシング装置。
請求項１において、
前記格子パターンは、中心を共通とする円状または楕円状の凹凸群からなる、光センシング装置。
半導体レーザからなる光源と、この光源からの出射光の光軸上に配置されたレンズ面および回折格子面を含む送光光学系と、前記出射光の被検出体による反射光を検出する受光検出システムと、を含み、
前記出射光は、前記回折格子面によって、少なくとも直交する２方向に回折され、
前記レンズ面および前記回折格子面は単一の基板に形成され、該基板の一方の面に屈折型レンズ面が形成され、他方の面に中心を共通とする円状または楕円状の凹凸群からなる回折型レンズ面が形成された、光センシング装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記回折格子面は、該回折格子面を構成する凹凸群の断面形状がノコギリ歯状である、光センシング装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記半導体レーザは、第１導電型の化合物半導体からなる基板、この基板の一方の面上に積層された半導体層、前記半導体層上に形成され、少なくとも１つのストライプ状の電流注入領域を有する電流狭窄層、および前記基板および前記半導体層の端面に形成された一対の端面反射膜を含み、
前記半導体層は、
前記基板側に位置する第１導電型の第１クラッド層、
前記第１クラッド層上に形成された第１導電型の第１光導波路層、
前記第１光導波層上に形成された、量子井戸構造を有する活性層、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２光導波路層、
前記第２光導波路層上に形成された第２導電型の第２クラッド層、および、
前記第２クラッド層上に形成されたコンタクト層、
を含み、
前記活性層は、１ｍｍ×１ｍｍの単位領域で、凹凸が基準面に対し±０．１μｍ以下の範囲にある平坦性を有し、
前記電流狭窄層の電流注入領域の幅は１００〜２５０μｍであり、かつ、
共振器長は５００〜１０００μｍである、光センシング装置。
請求項５において、
前記半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなる光センシング装置。
請求項５または６において、
前記一対の端面反射膜は、反射率が０．１〜５％の第１反射膜と、反射率が９８．５％以上の第２反射膜との組み合わせからなる、光センシング装置。
請求項７において、
前記端面反射膜は、屈折率の異なる２種の誘電体薄膜を交互に積層して構成された誘電体膜からなり、前記第１反射膜は屈折率の大きい誘電体薄膜が前記半導体層側に位置する状態で積層され、前記第２反射膜は、屈折率の小さい誘電体薄膜が前記半導体層側に位置する状態で形成された、光センシング装置。
請求項５〜８のいずれかにおいて、
ブロック層は、前記第１クラッド層と前記第１光導波路層との間、および前記第２クラッド層と前記第２光導波路層との間の少なくとも一方に形成された、光センシング装置。