JP2002333476A - Light-emitting circuit for instrument for measuring distance - Google Patents

Light-emitting circuit for instrument for measuring distance

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JP2002333476A
JP2002333476A JP2001138731A JP2001138731A JP2002333476A JP 2002333476 A JP2002333476 A JP 2002333476A JP 2001138731 A JP2001138731 A JP 2001138731A JP 2001138731 A JP2001138731 A JP 2001138731A JP 2002333476 A JP2002333476 A JP 2002333476A
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JP
Japan
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circuit
push
semiconductor laser
light emitting
light
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Application number
JP2001138731A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Sugawara
菅原  良一
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely emit a light pulse of a short pulse width to provide desired distance measurement precision, in a distance measuring instrument for measuring a distance up to an object using the light pulse from a semiconductor laser. SOLUTION: An input voltage (Vb) of a push-pull circuit 22 is overshot resulting from a property of an inductance element L1 by connecting the inductance element L1 between a trigger output circuit 21 and the push-pull circuit 22, when a transitor Q1 is changed from ON to OFF to lead the Vb of the circuit 22 up to a prescribed voltage. A laser current is led up quickly, since a gate voltage Vg is increased and an ON current is decreased in a power MOSFET 23 by the overshoot of the Vb. The light pulse of short pulse width is surely emitted thereby to enhance the distance measurement precision.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザから
のパルス状のレーザ光を用いて対象物までの距離を測定
する距離測定装置において、半導体レーザを通電駆動し
て所望のレーザ光を発光させるための距離測定装置用発
光回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device for measuring a distance to an object by using a pulsed laser beam from a semiconductor laser to drive a semiconductor laser to emit a desired laser beam. To a light emitting circuit for a distance measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体レーザからパルス状の
レーザ光(以下「光パルス」という)を発光し、この光
パルスが対象物に当たって反射してくる反射光を受光す
ることにより、光パルスの発光から受光までの時間を計
測してその計測時間から対象物までの距離を測定する距
離測定装置が知られている。そして、この種の距離測定
装置は、例えば自動車に搭載され、走行中に先行車両と
の車間距離を測定し、車両速度に比例した車間距離を保
持するように自車速度の追従制御を行うクルーズコント
ロールシステムで用いられるなど、様々な目的で利用さ
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser emits a pulsed laser beam (hereinafter referred to as an "optical pulse"), and the optical pulse receives a reflected light which is reflected upon an object, thereby forming an optical pulse. 2. Description of the Related Art There is known a distance measuring device that measures a time from light emission to light reception and measures a distance to an object from the measured time. This type of distance measuring device is mounted on, for example, an automobile, measures the inter-vehicle distance with a preceding vehicle during traveling, and performs cruise control that controls the own vehicle speed so as to maintain an inter-vehicle distance proportional to the vehicle speed. It is used for various purposes, such as in control systems.

【0003】上記のような距離測定装置において、測定
可能な距離をできるだけ長くしようとすると、その分半
導体レーザからの発光強度を高める必要がある。具体的
には、距離測定装置を上記のクルーズコントロールシス
テムで使用する場合、先行車両との車間距離を所定距離
に確保する必要上、走行速度によっては例えば100m
以上前方の車両までの距離を検知する必要がある。そし
て、この場合に必要なレーザ光の発光強度は、例えば対
象物を先行車両後部のリフレクタとし、且つレーザ光の
ビームサイズ(広がり角)を1°に絞ったとしても、1
0W以上の発光強度が必要となる。
In the distance measuring apparatus as described above, if the measurable distance is to be made as long as possible, it is necessary to increase the light emission intensity from the semiconductor laser. Specifically, when the distance measuring device is used in the cruise control system, the distance between the vehicle and the preceding vehicle must be maintained at a predetermined distance.
It is necessary to detect the distance to the vehicle ahead. The emission intensity of the laser light required in this case is 1 even if the object is a reflector at the rear of the preceding vehicle and the beam size (divergence angle) of the laser light is reduced to 1 °.
A light emission intensity of 0 W or more is required.

【0004】また、光パルスの発光から受光までの時間
差は種々の方法により計時することができるが、例えば
発光される光パルスの立ち上がり時と受光した光パルス
の立ち上がり時との差を計時する場合、発光時の光パル
ス立ち上がりタイミングは正確に検知できるものの、受
光時の光パルス立ち上がりタイミングが正確に検知でき
ずに、結果として測定した距離に実際の距離との誤差が
生じてしまうおそれがある。このことは、例えば発光・
受光それぞれの立ち下がり時を比較して計時するといっ
た他の計時方法でも同様に生じる問題である。
The time difference between emission and reception of an optical pulse can be measured by various methods. For example, when the difference between the rise of an emitted light pulse and the rise of a received light pulse is measured. Although the rising timing of the light pulse at the time of light emission can be accurately detected, the rising timing of the light pulse at the time of light reception cannot be accurately detected, and as a result, there is a possibility that an error may occur in the measured distance from the actual distance. This means, for example,
A similar problem arises with other timing methods, such as comparing the falling times of the received light and measuring the time.

【0005】これは、発光された光パルスが、空気中で
の光散乱や対象物の反射面の汚れ・反射効率等の影響
(以下、これらをまとめて「外乱」という)を受けるた
め、受光時の発光強度は厳密なパルス状の特性を示さ
ず、時間的に揺らいだり受光レベルが低下するなど、乱
れた特性を示すからである。このように乱れた光パルス
を受光すると、どのタイミングをもって立ち上がりタイ
ミング(或いは立ち下がりタイミング)とすればよいの
か正確に判断するのは困難であり、それ故、測定結果に
誤差が生じるのである。
[0005] This is because the emitted light pulse is affected by light scattering in the air and contamination / reflection efficiency of the reflection surface of the object (hereinafter, these are collectively referred to as “disturbance”). This is because the emission intensity at the time does not show a strict pulse-like characteristic, but shows a disordered characteristic such as fluctuation with time or a decrease in the light receiving level. When such a disturbed light pulse is received, it is difficult to accurately determine which timing should be used as the rising timing (or falling timing), and an error occurs in the measurement result.

【0006】尚、測定精度は、通常、光パルスのパルス
幅(つまり光パルスの1パルス分あたりの発光時間)の
1/100程度が限界である。そのため、測定誤差を少
なくしてより高精度に測定を行うには、光パルスのパル
ス幅をより短くする必要があり、例えば10cm以下の
距離測定精度を得るためには、パルス幅をおよそ50n
sec.以下にする必要がある。
Incidentally, the measurement accuracy is usually limited to about 1/100 of the pulse width of the light pulse (that is, the light emission time per one light pulse). Therefore, in order to reduce the measurement error and perform the measurement with higher accuracy, it is necessary to make the pulse width of the optical pulse shorter. For example, in order to obtain the distance measurement accuracy of 10 cm or less, the pulse width needs to be about 50 n.
It must be less than sec.

【0007】ところで、距離測定の際の半導体レーザの
発光パターンについては、光パルスを1パルス分だけ発
光して、その光パルス(単発光パルス)に基づき距離を
測定するのはもちろん可能であり、従来から用いられて
いる一般的な方法でもあるが、このような単発光パルス
による測定方法では、発光から受光までの間に外乱の影
響を受けて光パルスが大きく乱れたり或いは遮断される
などして正常に受光できなくなると、距離を測定できな
くなってしまう。
By the way, as for the emission pattern of the semiconductor laser at the time of distance measurement, it is of course possible to emit one light pulse and measure the distance based on the light pulse (single light emission pulse). Although this is a general method that has been used in the past, such a measurement method using a single light emission pulse may cause the light pulse to be greatly disturbed or interrupted by the influence of disturbance between light emission and light reception. If the light cannot be received normally, the distance cannot be measured.

【0008】そこで、外乱の影響を受けにくく遠距離ま
で測定可能とするための方法として、M系列符号(最大
周期符号系列)等の擬似ランダム雑音符号(以下、「P
N符号」ともいう)を用いて距離測定を行うスペクトラ
ム拡散方式の距離測定装置も知られている。即ち、半導
体レーザからの発光を、所定ビット長のPN符号により
変調(例えばビット1のとき発光、ビット0のとき無発
光)して、PN符号と一致するような光パルス(厳密に
はパルス幅の異なる複数の光パルスの集合)を対象物に
向けて発光するのである。
Therefore, as a method for making it hard to be affected by disturbance and capable of measuring a long distance, a pseudo-random noise code (hereinafter referred to as "P code") such as an M-sequence code (maximum period code sequence) is used.
There is also known a spread spectrum type distance measuring device for performing distance measurement using an "N code". That is, the light emission from the semiconductor laser is modulated by a PN code of a predetermined bit length (for example, light emission at the time of bit 1 and no light emission at the time of bit 0), and an optical pulse (strictly speaking, pulse width) matching the PN code. (A set of a plurality of different light pulses) is emitted toward the object.

【0009】この方法では、レーザ光をPN符号で変調
することで、外乱の影響を受けにくく、より遠距離まで
の測定が可能となるが、測定精度を高めるためには、や
はり上記のように、PN符号の1ビット(1チップ)あ
たりの周期(チップレート)をできる限り短くする必要
がある。
In this method, by modulating the laser light with the PN code, it is hardly affected by disturbance and the measurement can be performed at a farther distance. , The cycle (chip rate) per bit (chip) of the PN code must be as short as possible.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、距離測
定精度を高めるためにパルス幅を短くしようとすると、
半導体レーザを通電駆動して発光させるための発光回路
の影響で、逆に発光強度が低下してしまい、測定可能距
離が短くなるおそれがある。以下、このことについて、
図8に基づいて説明する。図8は、従来の半導体レーザ
発光回路を示す回路図である。
However, when trying to shorten the pulse width in order to increase the distance measurement accuracy,
On the contrary, the light emission intensity may be reduced due to the influence of the light emitting circuit for driving the semiconductor laser to emit light by energizing the semiconductor laser, and the measurable distance may be shortened. In the following,
A description will be given based on FIG. FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional semiconductor laser light emitting circuit.

【0011】図8に示す如く、従来の半導体レーザ発光
回路80は、半導体レーザとしてのレーザダイオードチ
ップLDへの通電を制御することにより所望の光パルス
を発光させるためのものであり、レーザダイオードチッ
プLDを金属製パッケージ24a(図8では図示略、後
述の図3参照)に収納してなるレーザダイオード24
と、バッテリ25からこのレーザダイオード24への通
電(つまりレーザダイオードチップLDへの通電)をオ
ン・オフするための、MOSFETチップ23aが図示
しないパッケージに収納されてなるnチャネル型のパワ
ーMOSFET23と、図示しないマイクロコンピュー
タ(以下、「マイコン」という)等から入力される発光
トリガ信号に応じてNPN型のトランジスタQ1をオン
・オフすることにより、バッテリ25のバッテリ電圧
(8V)を抵抗R3を介して出力する(換言すれば、発
光トリガ信号を所定電圧に昇圧して出力する)トリガ出
力回路21と、トリガ出力回路21からの出力に基づい
て行われるパワーMOSFET23のゲート駆動をより
高速にするための、NPN型のトランジスタQ2及びP
NP型のトランジスタQ3からなるプッシュプル回路2
2と、から構成されている。
As shown in FIG. 8, a conventional semiconductor laser light emitting circuit 80 emits a desired light pulse by controlling energization of a laser diode chip LD as a semiconductor laser. A laser diode 24 in which an LD is housed in a metal package 24a (not shown in FIG. 8, see FIG. 3 described later).
An n-channel power MOSFET 23 in which a MOSFET chip 23a is housed in a package (not shown) for turning on / off the energization of the laser diode 24 from the battery 25 (that is, energization of the laser diode chip LD); The NPN transistor Q1 is turned on / off in response to a light emission trigger signal input from a microcomputer (not shown) such as a microcomputer (not shown), so that the battery voltage (8V) of the battery 25 is changed via the resistor R3. A trigger output circuit 21 for outputting (in other words, boosting the light emission trigger signal to a predetermined voltage and outputting the same) and a gate drive for the power MOSFET 23 performed based on the output from the trigger output circuit 21 for further increasing the gate drive speed. , NPN transistors Q2 and P
Push-pull circuit 2 including NP-type transistor Q3
And 2.

【0012】トリガ出力回路21において、マイコン等
から入力される発光トリガ信号(例えば電圧5Vのパル
ス)がHighレベルであって、その5Vの電圧が抵抗R1
を介してトランジスタQ1のベースに印加されている間
は、トランジスタQ1はオンしてコレクタがグランドラ
イン(0V)と導通する。そのため、プッシュプル回路
22の各トランジスタQ2,Q3のベース電圧Vbは0
Vとなる。
In the trigger output circuit 21, a light emission trigger signal (eg, a 5V pulse) input from a microcomputer or the like is at a high level, and the 5V voltage is applied to the resistor R1.
While the voltage is applied to the base of the transistor Q1 via the transistor Q1, the transistor Q1 is turned on and the collector is electrically connected to the ground line (0 V). Therefore, the base voltage Vb of each of the transistors Q2 and Q3 of the push-pull circuit 22 becomes 0
V.

【0013】一方、発光トリガ信号がLow レベルになる
と、トランジスタQ1はオフするため、バッテリ電圧8
Vが抵抗R3を介してプッシュプル回路22へ印加され
ることになる。尚、抵抗R2はトランジスタQ1のベー
スバイアス用の抵抗であり、コンデンサC1はトランジ
スタQ1のスイッチング速度を速めるためのいわゆるス
ピードアップコンデンサである。
On the other hand, when the light emission trigger signal goes low, the transistor Q1 is turned off.
V will be applied to the push-pull circuit 22 via the resistor R3. The resistor R2 is a resistor for base bias of the transistor Q1, and the capacitor C1 is a so-called speed-up capacitor for increasing the switching speed of the transistor Q1.

【0014】プッシュプル回路22は、パワーMOSF
ET23のゲートを高速で駆動するために用いられる周
知の回路であり、コレクタがバッテリ25の正極側に接
続されたトランジスタQ2と、コレクタがバッテリ25
の負極側(グランドライン)に接続されたトランジスタ
Q3とのコンプリメンタリ対として構成され、各トラン
ジスタQ2,Q3のベース、エミッタは、それぞれ相互
に直接接続されている。そして、各トランジスタQ2,
Q3のベース(即ちプッシュプル回路22の入力端)は
トリガ出力回路21におけるトランジスタQ1のコレク
タと接続され、各トランジスタQ2,Q3のエミッタ
(即ちプッシュプル回路22の出力端)はパワーMOS
FET23のゲート(つまりMOSFETチップ23a
のゲート)に接続されている。
The push-pull circuit 22 includes a power MOSF
This is a well-known circuit used to drive the gate of the ET 23 at high speed. The transistor Q2 has a collector connected to the positive electrode of the battery 25, and the collector has a collector connected to the battery 25.
As a complementary pair with the transistor Q3 connected to the negative side (ground line) of the transistor Q2. The bases and emitters of the transistors Q2 and Q3 are directly connected to each other. And each transistor Q2,
The base of Q3 (that is, the input terminal of the push-pull circuit 22) is connected to the collector of the transistor Q1 in the trigger output circuit 21, and the emitters of the transistors Q2 and Q3 (that is, the output terminals of the push-pull circuit 22) are power MOS.
The gate of the FET 23 (that is, the MOSFET chip 23a
Gate).

【0015】レーザダイオード24を高速でパルス発光
させるためには、パワーMOSFET23を高速でスイ
ッチングする必要があり、このスイッチング速度は、一
般に、ゲート電圧Vgの立ち上がり・立ち下がりの速度
によって決まる。そして、ゲート電圧Vgの変化速度
は、主として、パワーMOSFET23の入力容量とゲ
ート駆動側の抵抗とで決まる充放電時定数に依存する。
言い換えれば、パワーMOSFET23は、入力容量を
所望のゲート電圧にまで充電することによってオンする
ため、パワーMOSFET23のスイッチング速度を高
速にするためには、この入力容量を高速に充放電する必
要がある。
In order to cause the laser diode 24 to emit pulses at high speed, it is necessary to switch the power MOSFET 23 at high speed, and this switching speed is generally determined by the rising and falling speed of the gate voltage Vg. The rate of change of the gate voltage Vg mainly depends on the charge / discharge time constant determined by the input capacitance of the power MOSFET 23 and the resistance on the gate drive side.
In other words, since the power MOSFET 23 is turned on by charging the input capacitance to a desired gate voltage, it is necessary to charge and discharge the input capacitance at high speed in order to increase the switching speed of the power MOSFET 23.

【0016】そこで、プッシュプル回路22を介してパ
ワーMOSFET23のゲートを駆動することにより、
発光トリガ信号によってトリガ出力回路21のトランジ
スタQ1がオンからオフに変わったときは、トランジス
タQ2がオンしてこのトランジスタQ2を介してバッテ
リ25から電流が供給され、パワーMOSFET23の
入力容量が急速充電される。
Therefore, by driving the gate of the power MOSFET 23 through the push-pull circuit 22,
When the transistor Q1 of the trigger output circuit 21 is changed from on to off by the light emission trigger signal, the transistor Q2 is turned on, current is supplied from the battery 25 via the transistor Q2, and the input capacity of the power MOSFET 23 is rapidly charged. You.

【0017】また、発光トリガ信号によってトリガ出力
回路21のトランジスタQ1がオフからオンに変わった
ときは、トランジスタQ2がオフすると共に、トランジ
スタQ3は一定期間だけオンする。これは、トランジス
タQ1のオンによって、トランジスタQ3のベースは急
速にグランド電位まで低下するのに対し、パワーMOS
FET23の入力容量と抵抗R4による時定数の影響で
ゲート充電電荷が急激には放電せず、トランジスタQ3
のエミッタ電圧は急には低下しないためである。トラン
ジスタQ3がオンすることにより、ゲート充電電荷はこ
のトランジスタQ3を介して急速に放電され、放電によ
ってゲート電圧が下がればトランジスタQ3はオフする
ことになる。
Further, when the transistor Q1 of the trigger output circuit 21 changes from off to on due to the light emission trigger signal, the transistor Q2 turns off and the transistor Q3 turns on for a certain period. This is because when the transistor Q1 is turned on, the base of the transistor Q3 rapidly drops to the ground potential, whereas the power MOS
The gate charge does not rapidly discharge due to the influence of the time constant due to the input capacitance of the FET 23 and the resistor R4.
Is not suddenly lowered. When the transistor Q3 is turned on, the gate charge is rapidly discharged through the transistor Q3, and the transistor Q3 is turned off when the gate voltage is reduced by the discharge.

【0018】このように、パワーMOSFET23のゲ
ート入力容量を急速に充放電してスイッチング速度を高
速にするために、プッシュプル回路22を介してゲート
を駆動するようにしているのである。尚、コンデンサC
2は、レーザダイオード24の通電電流(レーザ電流)
をパワーMOSFET23で高速にオン・オフすること
に起因するバッテリ25の電圧変動を防止するためのも
のであり、バッテリ25により常に所定電圧(8V)が
充電されており、レーザダイオード24の実質的な電源
として機能している。
As described above, the gate is driven via the push-pull circuit 22 in order to rapidly charge and discharge the gate input capacitance of the power MOSFET 23 to increase the switching speed. Note that the capacitor C
2 is an energizing current of the laser diode 24 (laser current)
To prevent voltage fluctuation of the battery 25 caused by turning on and off the power MOSFET 23 at high speed. The battery 25 is always charged with a predetermined voltage (8 V). Functions as a power supply.

【0019】ところが、上記のようにプッシュプル回路
22によってパワーMOSFET23のゲートを高速駆
動し、スイッチング速度を高速にすることはできても、
パワーMOSFET23の出力電流(即ちレーザダイオ
ード24を流れるレーザ電流)がそのスイッチング速度
に対応して確実に応答するとは限らない。なぜなら、パ
ワーMOSFET23オンによる通電開始時及びオフに
よる通電停止時には、バッテリ25或いはコンデンサC
2からレーザダイオード24への通電経路上の寄生イン
ダクタンスの影響で、レーザ電流の立ち上がり・立ち下
がりに遅れが生じるからである。
However, although the gate of the power MOSFET 23 can be driven at high speed by the push-pull circuit 22 to increase the switching speed as described above,
The output current of the power MOSFET 23 (that is, the laser current flowing through the laser diode 24) does not always reliably respond to the switching speed. The reason is that when the power MOSFET 23 is turned on and when the power MOSFET 23 is turned off, the power is turned off.
This is because the rise and fall of the laser current are delayed due to the influence of the parasitic inductance on the current supply path from the laser diode 2 to the laser diode 24.

【0020】この寄生インダクタンスは、主として、半
導体レーザ発光回路80が形成されたプリント配線基板
上における配線パターン長や、レーザダイオード24或
いはパワーMOSFET23の各部品におけるリード線
・パッケージ内部のワイヤボンディングなどに起因して
生じるものである。
This parasitic inductance is mainly caused by the wiring pattern length on the printed wiring board on which the semiconductor laser light emitting circuit 80 is formed, the lead wire of each part of the laser diode 24 or the power MOSFET 23, and the wire bonding inside the package. It is caused by

【0021】このうち、パワーMOSFET23のゲー
ト,ソース,ドレイン各端子における各寄生インダクタ
ンスL11,L12,L13、及び、レーザダイオード24の
アノード,カソード各端子における各寄生インダクタン
スL16,L17などの、部品のワイヤボンディングやリー
ド線に起因する寄生インダクタンスについては、部品そ
のものの構造上の問題であるため、既製の部品を用いて
回路を組もうとするユーザからみれば如何ともし難く、
取り除くことは困難である。
Of these, component wires such as parasitic inductances L11, L12 and L13 at the gate, source and drain terminals of the power MOSFET 23 and parasitic inductances L16 and L17 at the anode and cathode terminals of the laser diode 24, respectively. Parasitic inductance due to bonding and lead wires is a structural problem of the components themselves, so it is difficult for users who want to build circuits with off-the-shelf components to do anything.
It is difficult to get rid of.

【0022】また、配線パターン長に起因する寄生イン
ダクタンス(図示略)についても、部品配置を工夫して
配線パターン長を短くするなどの工夫によりある程度は
低減できるものの、配線パターン長をゼロにするのは物
理的に不可能である以上、寄生インダクタンスを完全に
取り除くことはできない。
Although the parasitic inductance (not shown) due to the wiring pattern length can be reduced to some extent by reducing the wiring pattern length by devising the component arrangement, the wiring pattern length is reduced to zero. Is physically impossible, so the parasitic inductance cannot be completely eliminated.

【0023】そのため、パワーMOSFET23のスイ
ッチング速度をいかに高速にしようとも、出力側のレー
ザ電流の立ち上がり・立ち下がりにはどうしてもある程
度の遅れが生じてしまうのである。そして、光パルスの
パルス幅を短くしようとするあまり、パワーMOSFE
T23のオン期間を、レーザ電流が完全に立ち上がる
(所定のピーク値に達する)のに要する立ち上がり時間
より短く設定すると、レーザ電流が完全に立ち上がらな
いうちに立ち下がりが始まってしまい、結果として所望
の発光強度が得られず、測定可能距離が短くなってしま
う。
Therefore, no matter how fast the switching speed of the power MOSFET 23 is increased, a certain delay occurs in the rise and fall of the laser current on the output side. The power MOSFE is too much trying to shorten the pulse width of the light pulse.
If the on-period of T23 is set shorter than the rise time required for the laser current to completely rise (to reach a predetermined peak value), the fall starts before the laser current completely rises. The luminous intensity cannot be obtained, and the measurable distance becomes short.

【0024】一方、パワーMOSFET23の出力電流
の応答性は、上記のように通電経路上に存在する各種寄
生インダクタンス以外に、ゲート電圧値にも依存する。
つまり、ゲート電圧Vgが高いほどパワーMOSFET
23のオン抵抗が減少するため、その分、レーザ電流の
応答性が高速化される。
On the other hand, the responsiveness of the output current of the power MOSFET 23 depends on the gate voltage value in addition to the various parasitic inductances present on the current path as described above.
In other words, the higher the gate voltage Vg, the higher the power MOSFET
Since the on-resistance of the laser diode 23 is reduced, the response speed of the laser current is correspondingly increased.

【0025】そこで、部品配置や配線パターンの工夫だ
けでは限界があったレーザ電流の立ち上がり・立ち下が
り速度の高速化を、パワーMOSFET23のオン時の
ゲート電圧をより高くすることによって実現することも
考えられる。具体的には、例えばバッテリ電圧を所望の
電圧に昇圧するための昇圧回路を別途設け、昇圧された
電圧をゲートに印加することで、オン抵抗をより小さく
することができる。
Therefore, it is conceivable that the rise and fall speed of the laser current, which is limited only by devising the component arrangement and the wiring pattern, can be realized by increasing the gate voltage when the power MOSFET 23 is turned on. Can be Specifically, for example, an on-resistance can be further reduced by separately providing a booster circuit for boosting a battery voltage to a desired voltage and applying the boosted voltage to a gate.

【0026】しかしながら、上記のように昇圧回路等を
設けてゲート電圧を高くする方法では、当然ながら部品
数が増加して、距離測定装置全体の大型化・コストアッ
プを招いてしまう。しかも、昇圧回路からのノイズや発
熱等がレーザダイオード24の駆動に悪影響を及ぼすお
それもあるため、現実的方法とはいえない。
However, the method of increasing the gate voltage by providing a booster circuit or the like as described above naturally increases the number of components, resulting in an increase in the size and cost of the entire distance measuring device. In addition, noise or heat generation from the booster circuit may adversely affect the driving of the laser diode 24, and thus cannot be said to be a practical method.

【0027】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、半導体レーザからの光パルスを用いて対象物までの
距離を測定する距離測定装置において、パルス幅の短い
光パルスを確実に発光させて所望の距離測定精度を得る
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and in a distance measuring apparatus for measuring a distance to an object using a light pulse from a semiconductor laser, a light pulse having a short pulse width is surely emitted. It is intended to obtain a desired distance measurement accuracy.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するためになされた請求項1記載の発光回路は、
半導体レーザからのパルス状のレーザ光(光パルス)を
用いて対象物までの距離を測定する距離測定装置に備え
られ、レーザ光を半導体レーザから発光させるためのも
のであって、直流電源から半導体レーザへの通電経路上
に設けられたMOSFETをオン・オフすることによ
り、所定の発光強度(直流電源から供給される通電電流
に応じた発光強度)で光パルスを発光させる。
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention The light emitting circuit according to claim 1 has been made to solve the above problems.
A distance measuring device that measures the distance to an object using pulsed laser light (light pulse) from a semiconductor laser, and emits laser light from the semiconductor laser. By turning on / off a MOSFET provided on a current supply path to the laser, a light pulse is emitted with a predetermined light emission intensity (light emission intensity corresponding to a current supplied from a DC power supply).

【0029】また、MOSFETのスイッチング動作
は、ゲートに入力される駆動電圧に基づいて行われる。
具体的には、直流電源の正極側と負極側との間に直列接
続されたNPN型トランジスタ及びPNP型トランジス
タからなるプッシュプル回路に対し、駆動手段が、所定
のパルス信号を入力する。これにより、プッシュプル回
路の出力側からはこのパルス信号に応じた駆動電圧が出
力され、MOSFETのゲートが駆動される。
The switching operation of the MOSFET is performed based on a drive voltage input to the gate.
Specifically, the driving unit inputs a predetermined pulse signal to a push-pull circuit composed of an NPN transistor and a PNP transistor connected in series between the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power supply. As a result, a drive voltage corresponding to the pulse signal is output from the output side of the push-pull circuit, and the gate of the MOSFET is driven.

【0030】このプッシュプル回路は、具体的には、例
えば図8に示したプッシュプル回路22のように、NP
N型トランジスタのコレクタを直流電源の正極側、PN
P型トランジスタのコレクタを直流電源の負極側に接続
すると共に、両者のベースを相互に接続してここに駆動
手段からのパルス信号を入力するようにし、両者のエミ
ッタを相互に接続してここからMOSFETのゲートへ
駆動電圧を出力する、いわゆるコンプリメンタリSEP
P(Single Ended Push-Pull)として構成することがで
きる。
Specifically, this push-pull circuit is, for example, an NP like a push-pull circuit 22 shown in FIG.
Connect the collector of the N-type transistor to the positive side of the DC power supply, PN
The collector of the P-type transistor is connected to the negative side of the DC power supply, the bases of the two are connected to each other, and a pulse signal from the driving means is input thereto. A so-called complementary SEP that outputs a drive voltage to the gate of a MOSFET
It can be configured as P (Single Ended Push-Pull).

【0031】そのため、プッシュプル回路へ所定のパル
ス信号を入力すると、そのパルス信号に応じたMOSF
ETのスイッチング動作(例えばパルス信号がHighレベ
ルのときMOSFETがオンする等)が行われ、MOS
FETのオン時に直流電源からの電流供給により半導体
レーザが発光する。つまり、MOSFETのオン期間に
相当するパルス幅を有する光パルスが発光することにな
る。
Therefore, when a predetermined pulse signal is inputted to the push-pull circuit, a MOSF corresponding to the pulse signal is inputted.
An ET switching operation (for example, turning on a MOSFET when a pulse signal is at a high level) is performed, and a MOS
When the FET is turned on, the semiconductor laser emits light by supplying current from a DC power supply. That is, an optical pulse having a pulse width corresponding to the ON period of the MOSFET emits light.

【0032】そして、本発明の発光回路では、更に、プ
ッシュプル回路の入力側にインダクタンス素子が接続さ
れており、駆動手段からのパルス信号は、このインダク
タンス素子を介してプッシュプル回路に入力される。こ
こで、上記のようにインダクタンス素子を接続したこと
による効果を明確にするため、インダクタンス素子を接
続しない場合と接続する場合におけるMOSFETのゲ
ート電圧の変化の違いを、図5に基づいて説明する。図
5は、インダクタンス素子を接続しない場合と接続する
場合におけるプッシュプル回路の入力電圧の変化を示す
説明図である。
In the light emitting circuit of the present invention, an inductance element is further connected to the input side of the push-pull circuit, and a pulse signal from the driving means is input to the push-pull circuit via the inductance element. . Here, in order to clarify the effect of connecting the inductance element as described above, the difference in the change in the gate voltage of the MOSFET between the case where the inductance element is not connected and the case where the inductance element is connected will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in the input voltage of the push-pull circuit when the inductance element is not connected and when the inductance element is connected.

【0033】まず、インダクタンス素子を接続しない場
合は、パルス信号がそのままプッシュプル回路に入力さ
れることになる。そのため、パルス信号がLow レベルか
らHighレベル(例えばプッシュプル回路の電源電圧と同
じレベル)になると、図5に破線で示すように、プッシ
ュプル回路の入力電圧(つまり各トランジスタのベース
電圧)は徐々に上昇してそのHighレベル電圧値にまで達
する。
First, when no inductance element is connected, a pulse signal is directly input to the push-pull circuit. Therefore, when the pulse signal changes from the low level to the high level (for example, the same level as the power supply voltage of the push-pull circuit), the input voltage of the push-pull circuit (that is, the base voltage of each transistor) gradually increases as shown by the broken line in FIG. To reach the High level voltage value.

【0034】一方、本発明のようにインダクタンス素子
を接続した場合において、パルス信号がLow レベルから
Highレベルになると、インダクタンス素子が有する性質
により、図5に実線で示すように、インダクタンス素子
がない場合に比べて若干の時間遅れをもって電圧が上昇
するが、最も着目すべき点は、同じくインダクタンス素
子の性質により、プッシュプル回路の入力電圧がパルス
信号のHighレベル電圧値に達してもすぐにはその電圧上
昇が止まらず、いわゆるオーバーシュートが発生するこ
とである。
On the other hand, when the inductance element is connected as in the present invention, the pulse signal changes from the low level to the low level.
At the high level, due to the nature of the inductance element, as shown by the solid line in FIG. When the input voltage of the push-pull circuit reaches the High level voltage value of the pulse signal, the voltage does not stop rising immediately, and a so-called overshoot occurs.

【0035】このオーバーシュートが発生した分だけ、
プッシュプル回路の入力電圧は、インダクタンス素子が
ない場合よりも上昇するため、プッシュプル回路を構成
する2つのトランジスタのうちこの入力電圧によってオ
ンされるNPN型トランジスタのオン抵抗は、オーバー
シュートが発生している間は、インダクタンス素子がな
い場合のオン抵抗より小さくなる。言い換えれば、この
NPN型トランジスタのオン電圧がインダクタンス素子
がない場合に比べて小さくなる。
As much as the overshoot occurs,
Since the input voltage of the push-pull circuit rises more than when there is no inductance element, overshoot occurs in the on-resistance of the NPN transistor turned on by this input voltage among the two transistors constituting the push-pull circuit. During this period, the on-resistance becomes smaller than that when no inductance element is provided. In other words, the ON voltage of the NPN transistor is smaller than that without the inductance element.

【0036】そして、MOSFETのゲートへ入力され
る駆動電圧は、プッシュプル回路の直流電源電圧からこ
のNPN型トランジスタのオン電圧(オン時のコレクタ
−エミッタ間電圧)を引いた値にほぼ等しいため、イン
ダクタンス素子を設けてオーバーシュートによりNPN
型トランジスタのオン電圧が小さくなる分、駆動電圧は
大きくなる。
The driving voltage input to the gate of the MOSFET is substantially equal to the value obtained by subtracting the ON voltage (collector-emitter voltage at the time of ON) of the NPN transistor from the DC power supply voltage of the push-pull circuit. NPN due to overshoot by providing inductance element
The drive voltage increases as the ON voltage of the type transistor decreases.

【0037】つまり、インダクタンス素子を設けること
で、インダクタンス素子がない場合に比べて、パルス信
号入力時のプッシュプル回路の入力電圧は多少遅れて立
ち上がり、MOSFETのゲート電圧もその分遅れて立
ち上がり始めるものの、プッシュプル回路入力電圧のオ
ーバーシュートに起因するNPN型トランジスタのオン
抵抗減少により、MOSFETのゲート電圧も大きくな
る。
That is, by providing the inductance element, the input voltage of the push-pull circuit at the time of inputting the pulse signal rises with a slight delay and the gate voltage of the MOSFET starts rising with that delay as compared with the case where the inductance element is not provided. The gate voltage of the MOSFET also increases due to the decrease in the on-resistance of the NPN transistor caused by the overshoot of the input voltage of the push-pull circuit.

【0038】そのため、MOSFETの出力電流(即ち
半導体レーザを駆動するための直流電源からの通電電
流)も、インダクタンス素子がない場合に比べてその立
ち上がり開始タイミングは多少遅れるものの、一旦立ち
上がり始めると、急速に立ち上がって、結果として半導
体レーザを所望の発光強度で発光させるために必要な電
流値(ピーク値)にまで上昇するのである。
As a result, the output current of the MOSFET (ie, the current flowing from the DC power supply for driving the semiconductor laser) has a slightly delayed start-up timing as compared with the case where there is no inductance element. As a result, the current rises to a current value (peak value) necessary for causing the semiconductor laser to emit light at a desired emission intensity.

【0039】従って、本発明(請求項1)の距離測定装
置用発光回路によれば、インダクタンス素子によるプッ
シュプル回路入力電圧のオーバーシュートによって、M
OSFETのゲート電圧が増加して半導体レーザの通電
電流が急速に立ち上がるため、パルス幅の短い光パルス
を確実に発光させることができ、所望の距離測定精度を
得ることができる。
Therefore, according to the light emitting circuit for a distance measuring device of the present invention (claim 1), the overshoot of the input voltage of the push-pull circuit by the inductance element causes M
Since the gate voltage of the OSFET increases and the conduction current of the semiconductor laser rises rapidly, an optical pulse having a short pulse width can be emitted reliably, and a desired distance measurement accuracy can be obtained.

【0040】尚、半導体レーザに電流を供給する直流電
源と、プッシュプル回路の直流電源とは、共通のもので
あってもいいし、別々に設けるようにしてもよい。ここ
で、プッシュプル回路に入力されるパルス信号は、例え
ば駆動手段としてマイコンを使用し、マイコンから直接
パルス信号を出力することももちろん可能ではあが、こ
の場合、プッシュプル回路からMOSFETのゲートへ
入力すべき所定の駆動電圧と同等或いはそれ以上の電圧
をパルス信号としてマイコンから出力する必要がある。
これは、プッシュプル回路がエミッタホロワとして構成
され、入力電圧がほぼそのまま出力電圧として出力され
るからである。
The DC power supply for supplying current to the semiconductor laser and the DC power supply for the push-pull circuit may be common or may be provided separately. Here, the pulse signal input to the push-pull circuit may be, for example, a microcomputer used as a driving means, and a pulse signal may be directly output from the microcomputer, but in this case, the pulse signal is sent from the push-pull circuit to the gate of the MOSFET. It is necessary to output a voltage equal to or higher than a predetermined drive voltage to be input as a pulse signal from the microcomputer.
This is because the push-pull circuit is configured as an emitter follower, and the input voltage is output as it is as the output voltage.

【0041】そのため、例えば図8に示したように、バ
ッテリ電圧8Vをプッシュプル回路を介してMOSFE
Tのゲートに入力するためには、マイコンから8Vのパ
ルス信号をプッシュプル回路へ入力する必要がある。し
かし、一般に使用されているマイコンは、5Vの電源電
圧で動作するものがほとんどであるため、8Vの電圧を
マイコンから直接出力することは一般に困難である。
For this reason, as shown in FIG. 8, for example, a battery voltage of 8 V is applied to a MOSFET through a push-pull circuit.
In order to input to the gate of T, it is necessary to input an 8 V pulse signal from the microcomputer to the push-pull circuit. However, most microcomputers that are generally used operate on a power supply voltage of 5 V, and it is generally difficult to directly output a voltage of 8 V from the microcomputer.

【0042】そこで、例えば請求項2に記載したよう
に、駆動手段は、更に、エミッタがプッシュプル回路に
電源供給を行う直流電源の負極側に接続され、コレクタ
がプルアップ抵抗を介して該直流電源の正極側に接続さ
れると共にインダクタンス素子を介してプッシュプル回
路の入力側にも接続されたNPN型トランジスタを備
え、そのNPN型トランジスタをオン・オフすることに
よって、パルス信号をインダクタンス素子を介してプッ
シュプル回路に入力するように構成するとよい。
Therefore, for example, the driving means further includes an emitter connected to the negative electrode side of a DC power supply for supplying power to the push-pull circuit, and a collector connected to the DC power supply via a pull-up resistor. An NPN transistor connected to the positive terminal of the power supply and also connected to the input side of the push-pull circuit via an inductance element is provided. By turning on and off the NPN transistor, a pulse signal is transmitted through the inductance element. And input to the push-pull circuit.

【0043】つまり、駆動手段において少なくともその
出力段を、コレクタがプルアップ抵抗によってプッシュ
プル回路の直流電源正極側にプルアップされたオープン
コレクタとしてのNPN型トランジスタにより構成する
のである。そして、このNPN型トランジスタのオン期
間中は、コレクタが直流電源の負極側と導通することに
よりその負極側と同電位(Low レベル)のパルス信号が
プッシュプル回路に入力されるため、プッシュプル回路
は動作しないが、このNPN型トランジスタがオフする
と、プッシュプル回路には直流電源の電圧8Vがプルア
ップ抵抗を介して入力され、この入力電圧(Highレベル
のパルス信号)と同等の電圧がプッシュプル回路からM
OSFETへ出力されることになる。
That is, at least the output stage of the driving means is constituted by an NPN transistor as an open collector whose collector is pulled up to the positive side of the DC power supply of the push-pull circuit by a pull-up resistor. During the ON period of the NPN transistor, a pulse signal having the same potential (low level) as that of the negative electrode is input to the push-pull circuit when the collector is electrically connected to the negative electrode of the DC power supply. Does not operate, but when the NPN transistor is turned off, a voltage of 8 V of a DC power supply is input to the push-pull circuit via a pull-up resistor, and a voltage equivalent to the input voltage (high-level pulse signal) is applied to the push-pull circuit. M from circuit
It will be output to OSFET.

【0044】従って、請求項2記載の距離測定装置用発
光回路によれば、駆動手段の出力段に設けられたNPN
型トランジスタのオン・オフによってパルス信号が生成
されるため、例えばマイコンからの5Vのロジック信号
でNPN型トランジスタをオン・オフ制御することによ
り所望のレベルのパルス信号を出力できるなど、少なく
ともNPN型トランジスタをオン・オフ制御できる程度
の低レベルの制御信号によってMOSFETを所望のゲ
ート電圧で駆動することができる。
Therefore, according to the light emitting circuit for a distance measuring device according to the second aspect, the NPN provided at the output stage of the driving means is provided.
Since a pulse signal is generated by turning on / off the transistor, a pulse signal of a desired level can be output by controlling on / off of the NPN transistor with a 5 V logic signal from a microcomputer. Can be driven with a desired gate voltage by a control signal of a low level enough to control ON / OFF of the MOSFET.

【0045】ところで、半導体レーザからの光パルスを
用いた距離測定装置では、一般に、光パルスの発光か
ら、対象物に反射して受光するまでの時間差を計時する
ことにより行われる。そして、距離測定にあたり、どの
ような光パルスを発光させるかについては、要求される
測定可能距離や測定精度等を考慮して適宜決めることが
でき、例えば従来技術で記載したような単発光パルスに
より測定することももちろん可能である。しかし、単発
光パルスでは、既述の通り外乱の影響を受けやすく、長
距離の測定は困難である。
By the way, in a distance measuring apparatus using an optical pulse from a semiconductor laser, the measurement is generally performed by measuring a time difference from the emission of the optical pulse to the reflection and reception of the object. Then, in the distance measurement, what kind of light pulse is emitted can be appropriately determined in consideration of the required measurable distance, the measurement accuracy, and the like, for example, by a single light emission pulse as described in the related art. It is of course possible to measure. However, a single emission pulse is easily affected by disturbance as described above, and it is difficult to measure a long distance.

【0046】そこで、本発明の発光回路における駆動手
段は、例えば請求項3に記載したように、パルス信号と
して、パルス幅の異なる複数のパルスからなるパルス列
をプッシュプル回路へ入力するように構成するとよい。
これにより、MOSFETもパルス列に応じたスイッチ
ング動作がなされ、半導体レーザからも、そのパルス列
に応じた光パルスが発光することになる。つまり、パル
ス幅(発光時間)の異なる複数の光パルスが断続的に発
光されることになる。
Therefore, the driving means in the light emitting circuit according to the present invention is configured such that a pulse train composed of a plurality of pulses having different pulse widths is input to the push-pull circuit as a pulse signal. Good.
As a result, the MOSFET performs a switching operation according to the pulse train, and the semiconductor laser emits an optical pulse corresponding to the pulse train. That is, a plurality of light pulses having different pulse widths (light emission times) are emitted intermittently.

【0047】このようにすれば、複数の光パルスのうち
の一部が外乱の影響を受けても、他の光パルスを正常に
受信できるかぎり距離測定が可能となるため、外乱の影
響を受けにくく、より長距離の測定が可能となる。そし
てこの場合、パルス列を構成する複数のパルスの数や各
パルスの幅については、特に限定されることはなく適宜
決めることができるが、より好ましくは、例えば請求項
4に記載のように、擬似ランダム雑音符号(PN符号)
に応じたパルス列にするとよい。即ち、駆動手段が、基
準クロックに同期した所定ビット長の擬似ランダム雑音
符号を生成して、その擬似ランダム雑音符号に応じたパ
ルス列を、パルス信号としてプッシュプル回路へ入力す
るのである。
In this way, even if a part of the plurality of light pulses is affected by disturbance, the distance can be measured as long as other light pulses can be received normally. It is difficult to measure over longer distances. In this case, the number of the plurality of pulses constituting the pulse train and the width of each pulse are not particularly limited and can be determined as appropriate, but more preferably, for example, as described in claim 4, Random noise code (PN code)
It is good to make a pulse train according to. That is, the driving means generates a pseudo random noise code having a predetermined bit length synchronized with the reference clock, and inputs a pulse train corresponding to the pseudo random noise code to the push-pull circuit as a pulse signal.

【0048】擬似ランダム雑音符号は、スペクトラム拡
散による通信方式で送信信号のスペクトルを広帯域に拡
散するために使用される周知の拡散符号である。この擬
似ランダム雑音符号に応じたパルス列をパルス信号とし
て使用すれば、結果として、半導体レーザからは擬似ラ
ンダム雑音符号により変調された光パルスが発光され
る。そして、対象物に反射して受光された光パルスをも
との擬似ランダム雑音符号に復調し、発光時の擬似ラン
ダム雑音符号との相関値を求めて、この相関値が最大と
なる時刻を検出することにより、距離を算出することが
できる。
The pseudo-random noise code is a well-known spreading code used to spread the spectrum of a transmission signal over a wide band in a spread spectrum communication system. If a pulse train corresponding to the pseudo random noise code is used as a pulse signal, as a result, an optical pulse modulated by the pseudo random noise code is emitted from the semiconductor laser. Then, the optical pulse reflected and received by the object is demodulated into the original pseudo-random noise code, the correlation value with the pseudo-random noise code at the time of light emission is obtained, and the time when the correlation value becomes maximum is detected. By doing so, the distance can be calculated.

【0049】このように、擬似ランダム雑音符号を用い
て半導体レーザを発光させるように構成された距離測定
装置用発光回路では、通常、相関値に基づく距離算出が
行われるため、外乱の影響をより受けにくく、しかも他
の距離測定装置との耐干渉性にも優れている。尚、擬似
ランダム雑音符号としては、例えばM系列符号やGol
d系列符号など種々挙げられるが、特にM系列符号は、
自己相関関数が1周期毎に鋭いピークを有するなど優れ
た相関特性を示すため、より好ましい。
As described above, in a light emitting circuit for a distance measuring device configured to emit a semiconductor laser using a pseudo-random noise code, a distance calculation is usually performed based on a correlation value. It is not easily received and has excellent interference resistance with other distance measuring devices. As the pseudo random noise code, for example, an M-sequence code or Gol
Although various examples such as a d-sequence code are given, in particular, an M-sequence code is
It is more preferable because the autocorrelation function exhibits excellent correlation characteristics such as a sharp peak every one period.

【0050】次に、請求項5記載の距離測定装置用発光
回路は、半導体レーザが金属製パッケージに収納されて
おり、その金属製パッケージは、距離測定装置用発光回
路が形成されたプリント配線基板における直流電源の負
極と同電位のグランドパターン上に、半導体レーザから
の発熱がそのグランドパターンを介して放熱されるよう
に載置されたものである。
In the light emitting circuit for a distance measuring device according to the present invention, the semiconductor laser is housed in a metal package, and the metal package is a printed wiring board on which the light emitting circuit for the distance measuring device is formed. Is mounted on a ground pattern having the same potential as the negative electrode of the DC power supply in such a manner that heat generated from the semiconductor laser is radiated through the ground pattern.

【0051】一般に、半導体レーザの光変換効率は低く
(約30%)、直流電源からの供給電力の大部分は熱と
して放出される。そして、半導体レーザは、使用時の温
度が高いほど劣化しやすいといった性質を持っている。
また、MOSFETにおいても、そのオン・オフ動作に
より熱(スイッチング損失)が発生し、この熱はMOS
FETのオン抵抗を上昇させるといった悪影響を及ぼ
す。そして、半導体レーザとMOSFETの発熱が相互
に影響し合って発熱が促進されるといった悪循環が生じ
るおそれもある。そのため、半導体レーザを使用する際
には、熱放散が適切に行われるように留意する必要があ
る。一方、プリント配線基板においては、通常、グラン
ドパターンができるだけ大きく形成されており、基板の
片面全体をグランドパターンとする場合も多い。
Generally, the light conversion efficiency of a semiconductor laser is low (about 30%), and most of the power supplied from a DC power supply is emitted as heat. The semiconductor laser has such a property that the semiconductor laser is easily deteriorated as the temperature at the time of use is high.
Also, in the MOSFET, heat (switching loss) is generated by the ON / OFF operation, and this heat is
This has an adverse effect such as an increase in the on-resistance of the FET. Then, a vicious cycle may occur in which heat generation of the semiconductor laser and the MOSFET interact with each other to promote heat generation. Therefore, when using a semiconductor laser, care must be taken to ensure that heat is dissipated appropriately. On the other hand, in a printed wiring board, a ground pattern is usually formed as large as possible, and the entire surface of the substrate is often used as a ground pattern.

【0052】そこで、上記のように半導体レーザが金属
製パッケージに収納された構成とし、その金属製パッケ
ージをグランドパターン上に載置することによって、少
なくとも半導体レーザからの発熱を金属製パッケージを
介してグランドパターンへ放熱することができる。そし
て、部品配置によっては、MOSFETの発熱をこの半
導体レーザを介してグランドパターンへ放熱させること
も可能となる。このように半導体レーザからの良好な熱
放散を可能とすることにより、安定した光パルスが得ら
れると共に半導体レーザの信頼性も高まる。
Therefore, the configuration is such that the semiconductor laser is housed in a metal package as described above, and the metal package is mounted on the ground pattern, so that at least heat generated from the semiconductor laser is generated via the metal package. Heat can be dissipated to the ground pattern. Then, depending on the component arrangement, heat generated by the MOSFET can be radiated to the ground pattern via the semiconductor laser. By enabling good heat dissipation from the semiconductor laser in this manner, a stable light pulse is obtained and the reliability of the semiconductor laser is increased.

【0053】尚、金属製パッケージのグランドパターン
上への載置は、例えば放熱性シート等を介して載置する
ようにしてもいいし、電気的に問題なければ直接はんだ
付けしてもよく、良好な放熱が可能であってしかも半導
体レーザの正常な駆動(発光)が可能である限りその方
法は特に限定されない。
The mounting of the metal package on the ground pattern may be performed, for example, via a heat radiating sheet or the like, or may be directly soldered if there is no electrical problem. The method is not particularly limited as long as good heat dissipation is possible and normal driving (light emission) of the semiconductor laser is possible.

【0054】また、MOSFETは、半導体レーザの通
電経路において半導体レーザの直流電源正極側に接続
(いわゆるハイサイドスイッチ)してもいいし、直流電
源負極側に接続(いわゆるローサイドスイッチ)しても
よく、MOSFETとしてもnチャネル型若しくはpチ
ャネル型のどちらを用いてもよいが、より好ましくは、
例えば請求項6に記載したように、ドレインが直流電源
の正極側に接続され、ソースが半導体レーザのアノード
に接続されたnチャネルパワーMOSFETであり、半
導体レーザのカソードは、直流電源の負極に接続される
と共に金属製パッケージと電気的に接続されたものであ
るとよい。
The MOSFET may be connected to the positive side of the DC power supply of the semiconductor laser (so-called high-side switch) or connected to the negative side of the DC power supply (so-called low-side switch) in the current path of the semiconductor laser. , The MOSFET may be either an n-channel type or a p-channel type.
For example, as described in claim 6, the drain is connected to the positive electrode side of the DC power supply, the source is an n-channel power MOSFET connected to the anode of the semiconductor laser, the cathode of the semiconductor laser is connected to the negative electrode of the DC power supply And electrically connected to the metal package.

【0055】このようにすれば、半導体レーザからの発
熱がカソードから金属製パッケージへ良好に伝達され、
金属製パッケージを介した放熱がより良好に行われる。
しかも、金属製パッケージと接続されたカソードは直流
電源の負極側に接続されるため、カソード及び金属製パ
ッケージをグランドパターンに直接はんだ付けすること
ができ、さらに良好な放熱が可能となる。
In this way, the heat generated from the semiconductor laser is favorably transmitted from the cathode to the metal package.
The heat radiation through the metal package is better performed.
In addition, since the cathode connected to the metal package is connected to the negative side of the DC power supply, the cathode and the metal package can be directly soldered to the ground pattern, and more favorable heat dissipation can be achieved.

【0056】[0056]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用され
た実施形態の距離測定装置全体の概略構成を表す構成図
である。図1に示す如く、本実施形態の距離測定装置1
は、例えば自動車に搭載されて、前方を走行する他の車
両までの距離を測定するためのものであり、所定周波数
(本実施形態では20MHz)の基準クロックを発生す
る基準クロック発振器10と、基準クロックに同期し
て、所定ビット長(本実施形態では31ビット)のM系
列符号を生成し、そのM系列符号の各ビット値を反転さ
せた発光トリガ信号を出力するM系列発光トリガ発生部
11と、M系列発光トリガ発生部11から出力された発
光トリガ信号により振幅変調したレーザ光(発光強度1
0W以上の光パルス)を車両前方に向けて発光する発光
部12とを備える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of an entire distance measuring device according to an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the distance measuring device 1 of the present embodiment
Is for measuring the distance to another vehicle traveling ahead mounted on an automobile, for example, and a reference clock oscillator 10 for generating a reference clock of a predetermined frequency (20 MHz in the present embodiment); An M-sequence emission trigger generation unit 11 that generates an M-sequence code having a predetermined bit length (31 bits in this embodiment) in synchronization with a clock and outputs a light emission trigger signal in which each bit value of the M-sequence code is inverted. And a laser beam whose amplitude is modulated by the emission trigger signal output from the M-sequence emission trigger generation unit 11 (emission intensity 1
(A light pulse of 0 W or more) toward the front of the vehicle.

【0057】M系列発光トリガ発生部11は、図4に示
すような31ビット(チップレート=50nsec.)のM
系列符号を発生するための、5ビットのシフトレジスタ
等を備えたものであって、後述するマイコン14からの
制御信号(M系列符号の発生開始信号又は発生停止信
号)に基づいて、図4に示すM系列符号(Highレベル:
5V)を生成する。そして、生成したM系列符号の各ビ
ット値を反転させたもの(以下、「反転M系列」ともい
う)を、発光トリガ信号として出力する。
The M-sequence light emission trigger generator 11 has a 31-bit (chip rate = 50 nsec.) M as shown in FIG.
It is provided with a 5-bit shift register or the like for generating a sequence code. Based on a control signal (generation start signal or generation stop signal of the M sequence code) from the microcomputer 14 described later, FIG. M-sequence code shown (High level:
5V). Then, an inverted version of each bit value of the generated M-sequence code (hereinafter also referred to as “inverted M-sequence”) is output as a light emission trigger signal.

【0058】尚、本実施形態の距離測定装置1では、車
両速度が40km/h以上になったときに発光部12か
らのレーザ発光を開始して前方の車両との距離を測定す
るように設定されている。そのため、40km/hの速
度域において、マイコン14からM系列発光トリガ発生
部11へ制御信号が入力され、発光トリガ信号の出力
(延いては光パルスの発光)が開始されることになる。
The distance measuring device 1 of this embodiment is set so that when the vehicle speed becomes 40 km / h or more, the laser emission from the light emitting section 12 is started to measure the distance to the vehicle in front. Have been. Therefore, in the speed range of 40 km / h, a control signal is input from the microcomputer 14 to the M-sequence light emission trigger generation unit 11, and the output of the light emission trigger signal (and the light emission of the light pulse) is started.

【0059】発光部12は、M系列発光トリガ発生部1
1からの発光トリガ信号に応じた光パルスを発光するも
のであり、具体的には図2に示すような構成となってい
る。即ち、図2に示す如く、本実施形態の発光部12
は、トリガ出力回路21とプッシュプル回路との間にイ
ンダクタンス素子L1を接続したこと、及びレーザダイ
オード24をその通電経路においてパワーMOSFET
23の下流側に接続したこと以外は、図8に示した従来
の半導体レーザ発光回路80と全く同様である。そのた
め、基本的には、図8の半導体レーザ発光回路80と同
様に動作する。但し、インダクタンス素子L1を設けた
ことによって過渡的な動作が図8とは若干異なるが、そ
の詳細については後述する。
The light emitting section 12 includes an M-sequence light emission trigger generating section 1
It emits a light pulse corresponding to the light emission trigger signal from No. 1 and has a specific configuration as shown in FIG. That is, as shown in FIG.
Means that the inductance element L1 is connected between the trigger output circuit 21 and the push-pull circuit, and that the laser diode 24
Except for being connected to the downstream side of 23, it is completely the same as the conventional semiconductor laser light emitting circuit 80 shown in FIG. Therefore, it basically operates similarly to the semiconductor laser light emitting circuit 80 of FIG. However, although the transitional operation is slightly different from that in FIG. 8 due to the provision of the inductance element L1, the details will be described later.

【0060】また、本実施形態の距離測定装置1には、
発光部12が車両前方に向けて発光した光パルス(反転
M系列に応じて出力される、パルス幅の異なる複数の光
パルス)が対象物としての前方を走行中の車両に当たっ
て反射してくる反射光を受光して電圧値として出力する
ための、図示しないフォトダイオード等を備えた受光部
16と、受光部16からの受光信号を増幅する増幅器1
7と、増幅器17により増幅された受光信号と予め設定
された基準電圧Vref とを比較し、受光信号が基準電圧
Vref よりも大きいときにはHighレベルとなり、受光信
号が基準電圧Vref 以下であるときLow レベルとなる2
値信号を出力するコンパレータ18とが備えられる。
Further, the distance measuring device 1 of the present embodiment includes:
Light pulses emitted by the light emitting unit 12 toward the front of the vehicle (a plurality of light pulses having different pulse widths, which are output according to the inverted M series) hit the vehicle traveling ahead as an object and are reflected. A light receiving unit 16 having a photodiode or the like (not shown) for receiving light and outputting it as a voltage value, and an amplifier 1 for amplifying a light receiving signal from the light receiving unit 16
7 and the received light signal amplified by the amplifier 17 are compared with a preset reference voltage Vref. When the received light signal is higher than the reference voltage Vref, the signal goes high, and when the received light signal is lower than the reference voltage Vref, the signal goes low. Becomes 2
And a comparator 18 for outputting a value signal.

【0061】コンパレータ18から出力される2値信号
は、相関値発生部19に入力される。相関値発生部19
は、M系列発光トリガ発生部11からの反転M系列(発
光トリガ信号)を送信符号としてラッチすると共に、コ
ンパレータ18から出力される2値信号を、基準クロッ
ク(20MHz)に同期して順次取り込み、その取り込
んだ2値信号を、M系列符号と同じビット長分だけ受信
符号としてラッチし、このラッチした送信符号と受信符
号との相関値を算出するものである。そして、この相関
値発生部19により算出された相関値は、基準クロック
をカウントすることにより得られる計算時刻と共に、ピ
ーク検出器20に入力される。
The binary signal output from the comparator 18 is input to a correlation value generator 19. Correlation value generator 19
Latches the inverted M-sequence (light-emission trigger signal) from the M-sequence light emission trigger generator 11 as a transmission code, and sequentially captures the binary signal output from the comparator 18 in synchronization with the reference clock (20 MHz). The received binary signal is latched as a reception code by the same bit length as the M-sequence code, and a correlation value between the latched transmission code and reception code is calculated. The correlation value calculated by the correlation value generator 19 is input to the peak detector 20 together with the calculation time obtained by counting the reference clock.

【0062】尚、相関値発生部19による相関値計算
は、一般に知られているスペクトル拡散方式の距離測定
装置と同様、ラッチした送・受信符号のビット毎に、例
えば、ビットの値が一致していないときには相関値「−
1」、ビットの値が一致しているときには相関値
「1」、というように相関値を計算し、これらビット毎
に求めた相関値の総和を算出することにより行われる。
The calculation of the correlation value by the correlation value generation unit 19 is performed, for example, in such a manner that the bit value of each bit of the latched transmission / reception code coincides with that of the generally known spread spectrum type distance measuring device. When the correlation value is not
This is performed by calculating a correlation value such as "1" and a correlation value "1" when the bit values match, and calculating the sum of the correlation values obtained for each bit.

【0063】ピーク検出器20は、相関値発生部19か
ら入力される相関値が最大となる時刻を検出し、その検
出した時刻と、M系列発光トリガ発生部11からの反転
M系列の出力時刻とから、発光部12から発光された光
パルスが車両前方の対象物に当たって反射してくるのに
要した時間(光パルスの往復時間)を算出する。そし
て、このピーク検出器20にて得られた計測時間は、マ
イコン14に入力される。
The peak detector 20 detects the time at which the correlation value input from the correlation value generator 19 becomes the maximum, and detects the detected time and the output time of the inverted M-sequence from the M-sequence light emission trigger generator 11. From this, the time required for the light pulse emitted from the light emitting unit 12 to hit the target object in front of the vehicle and be reflected (the round-trip time of the light pulse) is calculated. The measurement time obtained by the peak detector 20 is input to the microcomputer 14.

【0064】マイコン14は、CPU,ROM,RAM
等からなる周知のものであり、M系列符号の発生を制御
するための制御信号をM系列発光トリガ発生部11へ出
力する一方、ピーク検出器20にて得られた計測時間を
用いて、先行車両までの車間距離を算出する。そして、
算出した車間距離は、例えばクルーズコントロールシス
テムなど、車間距離データを必要とする車両内の制御装
置等に出力される。尚、マイコン14には、図示しない
車速センサからの車速信号が入力されており、車両速度
が40km/h以上になると、マイコン14はピーク検
出器20に計測時間要求指令を出力する。ピーク検出器
20は、この指令を受けたときに、マイコン14に対し
て計測時間を出力するようにされている。
The microcomputer 14 includes a CPU, a ROM, and a RAM.
And outputs a control signal for controlling the generation of the M-sequence code to the M-sequence light emission trigger generator 11 while using the measurement time obtained by the peak detector 20 Calculate the inter-vehicle distance to the vehicle. And
The calculated inter-vehicle distance is output to, for example, a control device in the vehicle that requires inter-vehicle distance data, such as a cruise control system. The microcomputer 14 receives a vehicle speed signal from a vehicle speed sensor (not shown). When the vehicle speed exceeds 40 km / h, the microcomputer 14 outputs a measurement time request command to the peak detector 20. When receiving this command, the peak detector 20 outputs the measurement time to the microcomputer 14.

【0065】次に、本実施形態の発光部12について、
図2に基づいて説明する。先に述べた通り、インダクタ
ンス素子L1を設けたこと、及びレーザダイオード24
とパワーMOSFET23との電気的接続関係が異なる
以外は、図8の半導体レーザ発光回路80と同じである
ため、図8と同じ構成要素には同一の符号を付し、その
説明を省略する。
Next, with regard to the light emitting section 12 of the present embodiment,
A description will be given based on FIG. As described above, the provision of the inductance element L1 and the
8 is the same as that of the semiconductor laser light emitting circuit 80 of FIG. 8 except that the electrical connection between the power MOSFET 23 and the power MOSFET 23 is different. Therefore, the same components as those of FIG.

【0066】M系列発光トリガ発生部11から発光トリ
ガ信号(反転M系列)が入力されると、トリガ出力回路
21のトランジスタQ1は、反転M系列のレベル「High
レベル」(5V)、「Low レベル」(0V)に従ってオ
ン・オフする。そのため、レーザダイオード24から
は、この反転M系列にて振幅変調されたレーザ光が光パ
ルスとして発光されることになる。尚、反転M系列とM
系列符号とは、その論理が正・負逆になっているだけの
違いであるため、上記の振幅変調はM系列符号による振
幅変調であるとも言える。
When a light emission trigger signal (inverted M-sequence) is input from the M-sequence light-emission trigger generating section 11, the transistor Q1 of the trigger output circuit 21 outputs the inverted M-sequence level "High".
Turns on / off according to “level” (5V) and “Low level” (0V). For this reason, the laser diode 24 emits a laser beam amplitude-modulated by the inverted M series as a light pulse. Note that the inverted M series and M
Since the sequence code is different from the sequence code only in that the logic is reversed, the amplitude modulation can be said to be the amplitude modulation by the M sequence code.

【0067】インダクタンス素子L1は、パワーMOS
FET23のゲート電圧を増加させることによってオン
抵抗を減少させ、レーザ電流の立ち上がり速度を速める
ためのものである。尚、このインダクタンス素子L1の
インダクタンス値は、本実施形態では数μHであり、パ
ワーMOSFET23の寄生インダクタンスL11〜L13
やレーザダイオード24の寄生インダクタンスL16,L
17が例えば数nHであるのに対して十分大きい値となっ
ている。
The inductance element L1 is a power MOS
The on-resistance is reduced by increasing the gate voltage of the FET 23, and the rising speed of the laser current is increased. Note that the inductance value of the inductance element L1 is several μH in this embodiment, and the parasitic inductances L11 to L13 of the power MOSFET 23 are different.
And the parasitic inductance L16, L of the laser diode 24.
17 is, for example, several nH, which is a sufficiently large value.

【0068】即ち、このインダクタンス素子L1がない
従来の半導体レーザ発光回路80では、トリガ出力回路
21のトランジスタQ1がオンからオフに変わると、図
5で既に説明したようにプッシュプル回路22の入力電
圧(つまり各トランジスタQ2,Q3のベース電圧V
b)は所定の電圧まで上昇し(図5破線参照)、トラン
ジスタQ2をオンさせる。
That is, in the conventional semiconductor laser light emitting circuit 80 without the inductance element L1, when the transistor Q1 of the trigger output circuit 21 changes from on to off, the input voltage of the push-pull circuit 22 has already been described with reference to FIG. (That is, the base voltage V of each transistor Q2, Q3
b) rises to a predetermined voltage (see the broken line in FIG. 5) and turns on the transistor Q2.

【0069】しかし、本実施形態のようにインダクタン
ス素子L1を接続した場合、トリガ出力回路21のトラ
ンジスタQ1がオンからオフに変わると、図5に実線で
示した特性と同様、プッシュプル回路22の入力電圧
(Vb)は所定の電圧にまで上昇してもすぐにはその電
圧上昇が止まらず、インダクタンス特有の性質によって
オーバーシュートが発生するのである。
However, when the inductance element L1 is connected as in the present embodiment, when the transistor Q1 of the trigger output circuit 21 changes from on to off, the characteristic of the push-pull circuit 22 becomes similar to the characteristic shown by the solid line in FIG. Even if the input voltage (Vb) rises to a predetermined voltage, the voltage rise does not stop immediately, and an overshoot occurs due to the characteristic characteristic of the inductance.

【0070】そして、このオーバーシュートが発生して
いる間は、トランジスタQ2のオン抵抗はインダクタン
ス素子L1がない従来に比べて小さくなり、言い換えれ
ばオン電圧が小さくなることになる。そのため、バッテ
リ25からトランジスタQ2を介してパワーMOSFE
T23のゲートに入力される駆動電圧(ゲート電圧V
g)は、トランジスタQ2のオン電圧が小さくなる分、
インダクタンス素子L1がない場合よりも大きくなる。
図6に、インダクタンス素子L1のない従来の場合と、
インダクタンス素子L1を設けた本実施形態の場合と
の、ゲート電圧Vgの変化及びレーザ電流の変化を示
す。尚、図6は、反転M系列の入力に対する特性を示し
たものである。
During the occurrence of the overshoot, the on-resistance of the transistor Q2 is smaller than that of the conventional transistor without the inductance element L1, that is, the on-voltage is reduced. Therefore, the power MOSFE is supplied from the battery 25 via the transistor Q2.
The drive voltage (gate voltage V) input to the gate of T23
g) is because the on-voltage of the transistor Q2 is reduced.
It becomes larger than the case without the inductance element L1.
FIG. 6 shows a conventional case without the inductance element L1 and
The change of the gate voltage Vg and the change of the laser current in the case of the present embodiment in which the inductance element L1 is provided are shown. FIG. 6 shows the characteristics with respect to the input of the inverted M series.

【0071】図6(b)に示すように、パワーMOSF
ET23のゲート電圧Vgは、インダクタンス素子L1
がない場合はほぼ7V程度であるが、インダクタンス素
子L1を接続した場合、バッテリ電圧である8V付近に
まで上昇する。これにより、パワーMOSFET23の
オン抵抗が減少するため、図6(a)に示すように、レ
ーザ電流は、インダクタンス素子L1がない場合より大
きくなる。
As shown in FIG. 6B, the power MOSF
The gate voltage Vg of ET23 is equal to the inductance element L1.
When there is no voltage, the voltage is about 7 V. However, when the inductance element L1 is connected, the voltage rises to about 8 V, which is the battery voltage. Thus, the on-resistance of the power MOSFET 23 is reduced, and therefore, as shown in FIG. 6A, the laser current becomes larger than when the inductance element L1 is not provided.

【0072】そして、特に効果的なのが、パルス幅の短
い光パルスを発光する場合である。即ち、図6(a)に
示すように、インダクタンス素子L1のない従来の場
合、パルス幅の長いパルスCの場合は、立ち上がり開始
から完全に立ち上がるまでにある程度の時間遅れはある
ものの、距離測定に必要な所望のピーク値にまで達する
ため、所望の発光強度にて光パルスを発光させることが
できる。しかし、パルス幅の短いパルスAやパルスBの
場合、レーザ電流は、完全に立ち上がらないまま、つま
り所望のピーク値に達する前に、立ち下がり始める。
Particularly effective is a case where a light pulse having a short pulse width is emitted. That is, as shown in FIG. 6A, in the conventional case without the inductance element L1, in the case of the pulse C having a long pulse width, although there is a certain time delay from the start of the rising to the complete rising, the distance measurement is not performed. In order to reach a required peak value, a light pulse can be emitted at a desired emission intensity. However, in the case of the pulse A or the pulse B having a short pulse width, the laser current starts to fall without completely rising, that is, before reaching a desired peak value.

【0073】これは、既述の通り、パワーMOSFET
23が有する寄生インダクタンスL11,L12,L13やレ
ーザダイオード24が有する寄生インダクタンスL16,
L17、更にはバッテリ25やコンデンサC2からレーザ
ダイオード24に至る通電経路の寄生インダクタンス等
の影響によるものである。
This is, as described above, a power MOSFET.
The parasitic inductances L11, L12, L13 of the laser diode 24 and the parasitic inductances L16, L16,
L17, and also due to the influence of the parasitic inductance of the current path from the battery 25 and the capacitor C2 to the laser diode 24.

【0074】これに対し、インダクタンス素子L1を接
続した場合、パルス幅の長いパルスCの場合は所望のピ
ーク値に達するのはもちろん、オーバーシュートの効果
により所望のピーク値以上の電流値にまで達するため、
所望の発光強度を得る観点からは何ら問題ない。そし
て、パルス幅の短いパルスAやパルスBの場合も、確実
に所望のピーク値にまで達している。これは、既述の通
りプッシュプル回路22の入力電圧のオーバーシュート
によってゲート電圧Vgが増加、延いてはパワーMOS
FET23のオン抵抗が減少したことによって実現され
たものである。
On the other hand, when the inductance element L1 is connected, the pulse C having a long pulse width reaches not only a desired peak value but also a current value equal to or higher than the desired peak value due to the effect of overshoot. For,
There is no problem from the viewpoint of obtaining a desired emission intensity. Also, in the case of the pulse A or the pulse B having a short pulse width, the pulse reaches the desired peak value without fail. This is because the gate voltage Vg increases due to the overshoot of the input voltage of the push-pull circuit 22 and the power MOS
This is realized by reducing the on-resistance of the FET 23.

【0075】この結果、図7に示すように、パルス幅の
短いパルスA、パルスBによる光パルスの発光強度は、
インダクタンス素子L1のない従来の場合は、所望の発
光強度(10W)が得られず、測定可能な距離が短くな
ってしまうが、インダクタンス素子L1を設けた本実施
形態の場合は、確実に所望の発光強度に達している。
As a result, as shown in FIG. 7, the light emission intensity of the light pulse by the pulse A and the pulse B having a short pulse width is:
In the case of the related art without the inductance element L1, a desired light emission intensity (10 W) cannot be obtained, and the measurable distance becomes short. Emission intensity has been reached.

【0076】次に、レーザダイオード24のプリント配
線基板への実装について、図2及び図3に基づいて説明
する。図3は、レーザダイオード24とパワーMOSF
ET23、及びそれに接続される各種部品がプリント配
線基板31上に実装される様子を示す説明図(斜視図)
である。
Next, the mounting of the laser diode 24 on a printed circuit board will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a laser diode 24 and a power MOSF.
Explanatory drawing (perspective view) showing a state in which the ET 23 and various components connected thereto are mounted on the printed wiring board 31.
It is.

【0077】レーザダイオード24は、半導体を光増幅
媒質とし、電流注入によってレーザ発振が得られる周知
の半導体発光素子であり、レーザダイオードチップ(本
発明の半導体レーザに相当)LDが金属製パッケージ2
4aに収納された構成となっている。そして、金属製パ
ッケージ24aから出ている3本のリード線24b、2
4c、24dのうち、アノードリード線24cは、金属
製パッケージ24a内部にてレーザダイオードチップL
Dのアノードとワイヤボンディングにより接続されてい
る。また、カソードリード線24bは、金属製パッケー
ジ24a内部にてレーザダイオードチップLDのカソー
ドとワイヤボンディングにより接続されると共に、金属
製パッケージ24a自体にも直接接続されて相互に電気
的に導通した状態となっている。
The laser diode 24 is a well-known semiconductor light-emitting device that uses a semiconductor as an optical amplification medium and can obtain laser oscillation by current injection. The laser diode chip (corresponding to the semiconductor laser of the present invention) LD is a metal package 2.
4a. And three lead wires 24b, 2
4c and 24d, the anode lead wire 24c is connected to the laser diode chip L inside the metal package 24a.
It is connected to the anode of D by wire bonding. In addition, the cathode lead wire 24b is connected to the cathode of the laser diode chip LD by wire bonding inside the metal package 24a, and is also directly connected to the metal package 24a itself to be electrically connected to each other. Has become.

【0078】尚、上記各リード線24b、24c以外の
もう一つのリード線24dは、一般に金属製パッケージ
24aをグランド電位に保持するために使用されるもの
であり、カソードリード線24bと同じく金属製パッケ
ージ24aと直接接続(電気的に導通)されている。そ
のため、このリード線24dも実質的にはカソードとし
て機能し、グランドパターン32(及び32a)に接続
される。
The other lead wire 24d other than the lead wires 24b and 24c is generally used to hold the metal package 24a at the ground potential, and is made of the same metal as the cathode lead wire 24b. It is directly connected (electrically conductive) to the package 24a. Therefore, the lead wire 24d also substantially functions as a cathode and is connected to the ground pattern 32 (and 32a).

【0079】プリント配線基板31は、その表面に、配
線パターン33a〜33fや図示しない他の配線パター
ンなど、発光部12の回路形成に必要な配線パターンが
形成され、裏面全体にグランドパターン32が形成され
ている。尚、表面にも、一部グランドパターン32aが
形成されている。そして、各配線パターン33a〜33
f及びグランドパターン32a上の所定の位置に、パワ
ーMOSFET23,コンデンサC2,トランジスタQ
2及びQ3などの各種部品がはんだ付けにより実装され
る。
On the printed wiring board 31, wiring patterns such as the wiring patterns 33a to 33f and other wiring patterns (not shown) necessary for forming the circuit of the light emitting section 12 are formed on the front surface, and the ground pattern 32 is formed on the entire back surface. Have been. Note that a ground pattern 32a is also partially formed on the surface. Then, each of the wiring patterns 33a to 33
f and a predetermined position on the ground pattern 32a, the power MOSFET 23, the capacitor C2, the transistor Q
Various components such as 2 and Q3 are mounted by soldering.

【0080】本実施形態では、図2に示す如く、パワー
MOSFET23がレーザダイオード24の通電経路に
おいていわゆるハイサイドスイッチとして設けられてお
り、パワーMOSFET23のソースにレーザダイオー
ド24のアノードが接続され、レーザダイオード24の
カソードはバッテリ25の負極側(グランドライン)に
接続されている。そのため、レーザダイオード24は、
プリント配線基板31においてグランドパターン32が
形成された裏面に実装される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the power MOSFET 23 is provided as a so-called high-side switch in an energizing path of the laser diode 24, and the source of the power MOSFET 23 is connected to the anode of the laser diode 24. The cathode of 24 is connected to the negative electrode side (ground line) of the battery 25. Therefore, the laser diode 24
The printed wiring board 31 is mounted on the back surface on which the ground pattern 32 is formed.

【0081】そして、カソードリード線24b及びリー
ド線24dがいずれもグランドパターン32(及び32
a)にはんだ付けされるのはもちろん、金属製パッケー
ジ24aも、グランドパターン32に直接はんだ付けさ
れる。これにより、レーザダイオードチップLDからの
発熱は、各リード線24b,24d及び金属製パッケー
ジ24aを介してグランドパターン32へ放熱される。
Then, both the cathode lead 24b and the lead 24d are connected to the ground pattern 32 (and 32
The metal package 24a is, of course, soldered directly to the ground pattern 32 as well as soldered to a). Thereby, heat generated from the laser diode chip LD is radiated to the ground pattern 32 via the lead wires 24b and 24d and the metal package 24a.

【0082】以上詳述したように、本実施形態の距離測
定装置1の発光部12では、トリガ出力回路21とプッ
シュプル回路22との間にインダクタンス素子L1を接
続することにより、インダクタンス素子L1の性質に起
因して生じるオーバーシュートを利用してプッシュプル
回路22の入力電圧(Vb)を増加させ、パワーMOS
FET23のゲート電圧Vgを増加させる。これによ
り、パワーMOSFET23のオン抵抗が減少してレー
ザ電流の高速立ち上がりが可能となる。
As described in detail above, in the light emitting section 12 of the distance measuring device 1 of the present embodiment, the inductance element L1 is connected between the trigger output circuit 21 and the push-pull circuit 22 so that the inductance element L1 The input voltage (Vb) of the push-pull circuit 22 is increased by utilizing the overshoot caused by the property, and the power MOS
The gate voltage Vg of the FET 23 is increased. As a result, the on-resistance of the power MOSFET 23 decreases, and the laser current can rise at a high speed.

【0083】また、レーザダイオード24が、その通電
経路においてパワーMOSFET23の下流側に接続さ
れ、カソードがグランドラインに接続される。しかもレ
ーザダイオード24は、レーザダイオードチップLDを
収納している金属製パッケージ24aがカソードリード
線24bと接続されているため、金属製パッケージ24
aもそのままプリント配線基板31上のグランドパター
ン32にはんだ付けすることができる。
Further, the laser diode 24 is connected to the downstream side of the power MOSFET 23 in the current path, and the cathode is connected to the ground line. In addition, since the metal package 24a containing the laser diode chip LD is connected to the cathode lead 24b, the laser diode 24
a can also be soldered to the ground pattern 32 on the printed wiring board 31 as it is.

【0084】そのため、本実施形態の距離測定装置1に
よれば、パルス幅の短い光パルスを確実に発光させるこ
とができ、所望の距離測定精度を得ることができる。ま
た、発光トリガ信号を、トリガ出力回路21を介してプ
ッシュプル回路22に入力するようにしているため、プ
ッシュプル回路22の出力電圧より低レベルのM系列符
号(反転M系列)によってパワーMOSFET23のゲ
ート駆動を制御することができる。
Therefore, according to the distance measuring apparatus 1 of the present embodiment, a light pulse having a short pulse width can be reliably emitted, and a desired distance measuring accuracy can be obtained. Further, since the light emission trigger signal is input to the push-pull circuit 22 via the trigger output circuit 21, the power MOSFET 23 has an M-sequence code (inverted M-sequence) lower in level than the output voltage of the push-pull circuit 22. Gate drive can be controlled.

【0085】そして、インダクタンス素子L1によりレ
ーザ電流の高速立ち上がりが可能となったことによっ
て、チップレートの小さい(例えば本実施形態のように
50nsec.)M系列符号に基づいてレーザダイオード2
4を所望の発光強度で発光させることができる。これに
より、耐ノイズ性能に優れたスペクトラム拡散方式によ
る距離測定の精度をより高めることができる。
Since the laser current can be quickly raised by the inductance element L1, the laser diode 2 based on the M-sequence code having a small chip rate (for example, 50 nsec. As in the present embodiment) is used.
4 can emit light with a desired emission intensity. This makes it possible to further enhance the accuracy of distance measurement by the spread spectrum method having excellent noise resistance performance.

【0086】更に、金属製パッケージ24aをグランド
パターン32に直接はんだ付けできる回路構成・部品配
置にしたことにより、レーザダイオード24及びこれに
接続されたパワーMOSFET23からのより良好な熱
放散が可能となり、パワーMOSFET23の高速スイ
ッチングがより安定化して安定した光パルスが得られる
と共にレーザダイオード24の信頼性もより高まる。
Further, by arranging the metal package 24a in a circuit configuration and component arrangement that can be directly soldered to the ground pattern 32, better heat dissipation from the laser diode 24 and the power MOSFET 23 connected thereto becomes possible. The high-speed switching of the power MOSFET 23 is further stabilized, a stable light pulse is obtained, and the reliability of the laser diode 24 is further improved.

【0087】ここで、本実施形態の構成要素と本発明の
構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態におい
て、発光部12(レーザダイオード24を除く)及びM
系列発光トリガ発生部11により本発明の距離測定用発
光回路が構成され、このうち、M系列発光トリガ発生部
11及びトリガ出力回路21により本発明の駆動手段が
実現され、トランジスタQ1は本発明の駆動手段が備え
るNPN型トランジスタに相当し、抵抗R3は本発明の
プルアップ抵抗に相当する。また、バッテリ25は本発
明の直流電源に相当し、トリガ出力回路21からプッシ
ュプル回路22への出力(つまりトランジスタQ1のコ
レクタ出力電圧)が本発明のパルス信号に相当し、この
うち、反転M系列によってトリガ出力回路21からプッ
シュプル回路22へ出力される信号が本発明のパルス列
に相当する。
Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. In the present embodiment, the light emitting unit 12 (excluding the laser diode 24) and M
The sequence light emission trigger generation unit 11 constitutes a light emitting circuit for distance measurement of the present invention. Among them, the driving means of the present invention is realized by the M sequence light emission trigger generation unit 11 and the trigger output circuit 21, and the transistor Q1 is provided by the present invention. The driving means corresponds to an NPN transistor, and the resistor R3 corresponds to a pull-up resistor of the present invention. The battery 25 corresponds to the DC power supply of the present invention, and the output from the trigger output circuit 21 to the push-pull circuit 22 (that is, the collector output voltage of the transistor Q1) corresponds to the pulse signal of the present invention. A signal output from the trigger output circuit 21 to the push-pull circuit 22 in a sequence corresponds to a pulse train of the present invention.

【0088】尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態
に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に
属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。例えば、上記実施形態では、トリガ出力回路21を
構成するトランジスタがトランジスタQ1のみである構
成としたが、トランジスタを2段接続(トランジスタQ
1の前段にもう一つトランジスタを接続)したいわゆる
オープンコレクタTTLとして構成してもよい。この場
合、発光トリガ信号のレベル変化がそのまま正論理でプ
ッシュプル回路22へ出力されるため、M系列発光トリ
ガ発生部11からはM系列符号を反転することなくその
まま出力すればよい。
The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments at all, and it goes without saying that various forms can be adopted as long as they fall within the technical scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the transistor constituting the trigger output circuit 21 is only the transistor Q1, but the transistors are connected in two stages (the transistor Q1).
A so-called open-collector TTL in which another transistor is connected before the first stage) may be configured. In this case, since the level change of the light emission trigger signal is output as it is to the push-pull circuit 22 in the positive logic, the M sequence light emission trigger generation unit 11 may just output the signal without inverting the M sequence code.

【0089】また、上記実施形態では、擬似ランダム雑
音符号としてM系列符号を用いたが、これに限らず、例
えばGold符号などの他のPN符号を用いても良い。
但し、M系列の自己相関関数が優れたピーク特性を示す
ことを考慮すれば、M系列符号を用いるのが好ましい。
In the above embodiment, the M-sequence code is used as the pseudo-random noise code. However, the present invention is not limited to this, and another PN code such as a Gold code may be used.
However, considering that the autocorrelation function of the M sequence exhibits excellent peak characteristics, it is preferable to use the M sequence code.

【0090】更に、上記実施形態では、レーザダイオー
ド24のプリント配線基板31への載置を、金属製パッ
ケージ24aをグランドパターン32に直接はんだ付け
するようにしたが、このような直接載置に限らず、例え
ばシリコン製放熱シート等を介してグランドパターン3
2と密着するように載置してもよく、金属製パッケージ
24aの熱(延いてはレーザダイオードチップLDから
の発熱)をグランドパターン32へ良好に放熱できる限
り種々の載置方法を採ることができる。
Further, in the above embodiment, the mounting of the laser diode 24 on the printed wiring board 31 is such that the metal package 24a is directly soldered to the ground pattern 32. However, the mounting is not limited to such a direct mounting. For example, the ground pattern 3 via a silicon heat dissipation sheet or the like
2 may be mounted so as to be in close contact therewith, and various mounting methods may be employed as long as the heat of the metal package 24a (and, consequently, the heat generated from the laser diode chip LD) can be radiated well to the ground pattern 32. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施形態の距離測定装置全体の概略構成を
表す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of an entire distance measuring apparatus according to an embodiment.

【図2】 本実施形態の発光部を示す電気回路図であ
る。
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a light emitting unit of the embodiment.

【図3】 レーザダイオードとパワーMOSFET、及
びそれに接続される各種部品がプリント配線基板上に実
装される様子を示す説明図(斜視図)である。
FIG. 3 is an explanatory view (perspective view) showing how a laser diode, a power MOSFET, and various components connected to the laser diode are mounted on a printed wiring board.

【図4】 本実施形態のM系列符号を示す説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an M-sequence code according to the present embodiment.

【図5】 インダクタンス素子を接続しない場合と接続
する場合におけるプッシュプル回路の入力電圧の変化を
示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in input voltage of a push-pull circuit when an inductance element is not connected and when an inductance element is connected.

【図6】 反転M系列の入力に対する発光部の特性につ
き、インダクタンス素子がある場合とない場合との違い
を示す説明図であり、(a)はレーザ電流特性、(b)
はパワーMOSFETのゲート電圧特性を示す。
FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams showing a difference between a case where an inductance element is provided and a case where an inductance element is not provided, and FIG. 6A is a diagram showing laser current characteristics and FIG.
Indicates the gate voltage characteristics of the power MOSFET.

【図7】 インダクタンス素子がある場合とない場合と
の、光パルスの発光強度の違いを示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a difference in light emission intensity of a light pulse between a case where an inductance element is provided and a case where an inductance element is not provided.

【図8】 従来の半導体レーザ発光回路を示す電気回路
図である。
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing a conventional semiconductor laser light emitting circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…距離測定装置、10…基準クロック発振器、11…
M系列発光トリガ発生部、12…発光部、14…マイク
ロコンピュータ、16…受光部、17…増幅器、18…
コンパレータ、19…相関値発生部、20…ピーク検出
器、21…トリガ出力回路、22…プッシュプル回路、
23…パワーMOSFET、23a…MOSFETチッ
プ、24…レーザダイオード、24a…金属製パッケー
ジ、24b…カソードリード線、24c…アノードリー
ド線、24d…リード線、25…バッテリ、31…プリ
ント配線基板、32,32a…グランドパターン、33
a〜33f…配線パターン、80…半導体レーザ発光回
路、C1,C2…コンデンサ、L11〜L13,L16,L17
…寄生インダクタンス、L1…インダクタンス素子、L
D…レーザダイオードチップ、Q1,Q2,Q3…トラ
ンジスタ、R1〜R4…抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distance measuring device, 10 ... Reference clock oscillator, 11 ...
M-sequence light emission trigger generator, 12 ... light emitter, 14 ... microcomputer, 16 ... light receiver, 17 ... amplifier, 18 ...
Comparator, 19: Correlation value generator, 20: Peak detector, 21: Trigger output circuit, 22: Push-pull circuit,
23: Power MOSFET, 23a: MOSFET chip, 24: Laser diode, 24a: Metal package, 24b: Cathode lead wire, 24c: Anode lead wire, 24d: Lead wire, 25: Battery, 31: Printed wiring board, 32, 32a: Ground pattern, 33
a to 33f: wiring pattern, 80: semiconductor laser light emitting circuit, C1, C2: capacitor, L11 to L13, L16, L17
... parasitic inductance, L1 ... inductance element, L
D: laser diode chip, Q1, Q2, Q3: transistor, R1 to R4: resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F112 AD01 BA03 BA06 BA07 CA12 EA03 EA20 5F073 BA09 EA17 EA29 FA05 FA30 GA04 GA12 GA16 GA18 5J084 AA05 AB01 AC02 AD01 BA04 BA36 CA03 CA10 CA23 CA52 CA53 CA55 CA57 CA69 DA10 EA04 EA07 5J091 AA01 AA18 CA65 FA20 HA08 HA10 HA19 HA25 HA29 HA33 HA44 KA00 KA32 KA33 KA47 KA66 MA21 QA04 SA15 TA01 TA06 UW09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F112 AD01 BA03 BA06 BA07 CA12 EA03 EA20 5F073 BA09 EA17 EA29 FA05 FA30 GA04 GA12 GA16 GA18 5J084 AA05 AB01 AC02 AD01 BA04 BA36 CA03 CA10 CA23 CA52 CA53 CA55 CA57 CA69 DA10 EA04 A07 AA18 CA65 FA20 HA08 HA10 HA19 HA25 HA29 HA33 HA44 KA00 KA32 KA33 KA47 KA66 MA21 QA04 SA15 TA01 TA06 UW09

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザからのパルス状のレーザ光
を用いて対象物までの距離を測定する距離測定装置に備
えられ、前記レーザ光を前記半導体レーザから発光させ
るための発光回路であって、 直流電源から前記半導体レーザへの通電経路上に設けら
れたMOSFETと、 直流電源の正極側と負極側との間に直列接続されたNP
N型トランジスタ及びPNP型トランジスタからなるプ
ッシュプル回路と、 所定のパルス信号を前記プッシュプル回路へ入力して、
該プッシュプル回路の出力側から前記MOSFETのゲ
ートへ前記パルス信号に応じた駆動電圧を出力させる駆
動手段と、 を備え、 更に、前記プッシュプル回路の入力側にはインダクタン
ス素子が接続され、前記パルス信号は該インダクタンス
素子を介して前記プッシュプル回路に入力されることを
特徴とする距離測定装置用発光回路。
1. A light emitting circuit provided in a distance measuring device for measuring a distance to an object using a pulsed laser light from a semiconductor laser, and for emitting the laser light from the semiconductor laser, A MOSFET provided on a current supply path from the DC power supply to the semiconductor laser, and an NP connected in series between a positive electrode side and a negative electrode side of the DC power supply.
A push-pull circuit composed of an N-type transistor and a PNP-type transistor; and a predetermined pulse signal input to the push-pull circuit;
A driving means for outputting a driving voltage according to the pulse signal from an output side of the push-pull circuit to a gate of the MOSFET, further comprising an inductance element connected to an input side of the push-pull circuit; A light emitting circuit for a distance measuring device, wherein a signal is input to the push-pull circuit via the inductance element.
【請求項2】 前記駆動手段は、更に、 エミッタが前記プッシュプル回路に電源供給を行う直流
電源の負極側に接続され、コレクタがプルアップ抵抗を
介して該直流電源の正極側に接続されると共に前記イン
ダクタンス素子を介して前記プッシュプル回路の入力側
にも接続されたNPN型トランジスタを備え、 該NPN型トランジスタをオン・オフすることにより、
前記パルス信号を前記インダクタンス素子を介して前記
プッシュプル回路に入力することを特徴とする請求項1
記載の距離測定装置用発光回路。
2. The driving means further includes an emitter connected to a negative pole of a DC power supply for supplying power to the push-pull circuit, and a collector connected to a positive pole of the DC power supply via a pull-up resistor. And an NPN transistor connected to the input side of the push-pull circuit via the inductance element, by turning on / off the NPN transistor.
The pulse signal is input to the push-pull circuit via the inductance element.
A light emitting circuit for a distance measuring device as described in the above.
【請求項3】 前記駆動手段は、前記パルス信号とし
て、パルス幅の異なる複数のパルスからなるパルス列を
前記プッシュプル回路へ入力することを特徴とする請求
項1又は2記載の距離測定装置用発光回路
3. A light emitting device for a distance measuring device according to claim 1, wherein said driving means inputs a pulse train composed of a plurality of pulses having different pulse widths to said push-pull circuit as said pulse signal. circuit
【請求項4】 前記駆動手段は、基準クロックに同期し
て所定ビット長の擬似ランダム雑音符号を生成し、該擬
似ランダム雑音符号に応じた前記パルス列を前記プッシ
ュプル回路へ入力することを特徴とする請求項3記載の
距離測定装置用発光回路。
4. The driving means generates a pseudo-random noise code having a predetermined bit length in synchronization with a reference clock, and inputs the pulse train corresponding to the pseudo-random noise code to the push-pull circuit. The light emitting circuit for a distance measuring device according to claim 3.
【請求項5】 前記半導体レーザは、金属製パッケージ
に収納されており、 該金属製パッケージは、当該距離測定装置用発光回路が
形成されたプリント配線基板における直流電源の負極と
同電位のグランドパターン上に、前記半導体レーザから
の発熱が該グランドパターンを介して放熱されるように
載置されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか
に記載の距離測定装置用発光回路。
5. The semiconductor laser is housed in a metal package, and the metal package has a ground pattern having the same potential as a negative electrode of a DC power supply on a printed circuit board on which the light emitting circuit for the distance measuring device is formed. The light emitting circuit for a distance measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light emitting circuit is mounted on the semiconductor laser so that heat generated from the semiconductor laser is radiated through the ground pattern.
【請求項6】 前記MOSFETは、ドレインが直流電
源の正極側に接続され、ソースが前記半導体レーザのア
ノードに接続されたnチャネルパワーMOSFETであ
り、 前記半導体レーザのカソードは、直流電源の負極に接続
されると共に前記金属製パッケージと電気的に接続され
ていることを特徴とする請求項5記載の距離測定装置用
発光回路。
6. The MOSFET is an n-channel power MOSFET having a drain connected to a positive electrode of a DC power supply and a source connected to an anode of the semiconductor laser. A cathode of the semiconductor laser is connected to a negative electrode of the DC power supply. 6. The light emitting circuit for a distance measuring device according to claim 5, wherein the light emitting circuit is connected to and electrically connected to the metal package.
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