JP2009135312A

JP2009135312A - 半導体レーザ装置および半導体レーザレーダ装置。

Info

Publication number: JP2009135312A
Application number: JP2007311072A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Abe; 克則安部; Shinji Yoshihara; 晋二吉原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-18

Abstract

【課題】レーザ光を照射できる角度をより広くできるようにする。
【解決手段】前端面および後端面よりレーザ光を照射する端面発光型半導体レーザ１１ａ〜１１ｅを有し、半導体レーザ１１ａ〜１１ｅの前端面より出射されるレーザ光を偏向させるマイクロプリズム１４を半導体レーザ１１ａ〜１１ｅの前端面側に配置し、半導体レーザ１１ａ〜１１ｅの後端面より出射されるレーザ光を偏向させるマイクロプリズム１５を半導体レーザ１１ａ〜１１ｅの後端面側に配置し、マイクロプリズム１４、１５を介して半導体レーザ１１ａ〜１１ｅの前後両方向からレーザ光を照射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体レーザを一列状に配置してなるレーザアレイを備えた半導体レーザ装置および半導体レーザレーダ装置に関する。

従来、複数の半導体レーザを一列状に配置して構成された半導体レーザレーザアレイとその前方に配置された凸レンズとから構成され、超高速走査が可能なレーザビームスキャナがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−１５２６８３号公報

特許文献１に記載の装置は、半導体レーザレーザアレイの前方に凸レンズが配置される構成となっており、半導体レーザレーザアレイの前方側からしかレーザ光が照射されないので、レーザ光を照射できる角度が狭いといった問題がある。したがって、例えば、半導体レーザレーザアレイの後方側にもレーザ光を照射する必要がある場合には、別に装置を設ける等の対策が必要となる。

本発明は上記問題に鑑みたもので、レーザ光を照射できる角度をより広くできるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、半導体レーザと、半導体レーザより出射されるレーザ光を偏向させる第１の光学素子と、を備えた半導体レーザ装置であって、半導体レーザは、前端面および後端面よりレーザ光を照射する端面発光型半導体レーザダイオードにより構成されており、第１の光学素子は、半導体レーザの前端面より出射されるレーザ光を偏向させるように半導体レーザの前端面側に配置されており、半導体レーザの後端面側に配置され、半導体レーザの後端面より出射されるレーザ光を偏向させる第２の光学素子を備えたことを備えたことを特徴としている。

このような構成では、半導体レーザの前端面側に半導体レーザの前端面より出射されるレーザ光を偏向させる第１の光学素子が配置され、半導体レーザの後端面側に半導体レーザの後端面より出射されるレーザ光を偏向させる第２の光学素子が配置されているので、第１、第２の光学素子を介して半導体レーザの前後両方向にレーザ光が照射され、レーザ光を照射できる角度をより広くすることができる。

また、請求項２に記載の発明は、複数の半導体レーザが一列状に配置されており、第１の光学素子は、複数の半導体レーザの前端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されており、第２の光学素子は、複数の半導体レーザの後端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されていることを特徴としている。

このような構成では、複数の半導体レーザの前端面から出射される各レーザ光が第１の光学素子を介して出射され、複数の半導体レーザの後端面から出射される各レーザ光が第２の光学素子を介して出射されるので、第１、第２の光学素子を介して各半導体レーザの前後両方向の広範囲にわたりレーザ光を照射することが可能である。

また、請求項３に記載の発明は、半導体レーザの前端面および後端面には、半導体レーザから出射される各レーザ光の反射率が同じになるような屈折率を有する反射膜が形成されていることを特徴としている。

このように、半導体レーザの前端面および後端面に、半導体レーザから出射される各レーザ光の反射率が同じになるような屈折率を有する反射膜を形成することにより、半導体レーザの前端面および後端面から同等のレーザ光を出射させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、反射膜は、半導体レーザの前端面および後端面における各反射率を低下させるような屈折率を有するものであることを特徴としている。

このように、反射膜は、半導体レーザの前端面および後端面における各反射率を低下させるような屈折率を有しているので、半導体レーザの前端面および後端面から出射されるレーザ光の出力を増加させることができる。

また、請求項５に記載の発明は、半導体レーザの材料は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓのいずれかよりなるもので、反射膜は、半導体レーザの前端面および後端面における各反射率がそれぞれ３０％以下となるような屈折率を有しているものであることを特徴としている。

このように、半導体レーザの材料は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓのいずれかとし、反射膜は、半導体レーザの前端面および後端面における各反射率がそれぞれ３０％以下となるような屈折率を有するものとするのが好ましい。

また、第１、第２の光学素子としては、請求項６に記載の発明のように、プリズムにより構成することもでき、請求項７に記載の発明のように、凸レンズにより構成することもでき、請求項８に記載の発明のように、凹レンズにより構成することもできる。

また、請求項９に記載の発明は、半導体レーザと、半導体レーザより出射される各レーザ光を偏向させる第１の光学素子と、を備えた半導体レーザレーダ装置であって、半導体レーザは、前端面および後端面よりレーザ光を照射する端面発光型半導体レーザダイオードにより構成されており、第１の光学素子は、半導体レーザの前端面より出射される各レーザ光を偏向させるように半導体レーザの前端面側に配置されており、半導体レーザの後端面側に配置され、半導体レーザの後端面より出射される各レーザ光を偏向させる第２の光学素子と、半導体レーザの前端面から出射されたレーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光する第１の受光素子と、半導体レーザの後端面から出射されたレーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光する第２の受光素子と、レーザ光を出射させてから第１、第２受光素子により反射光が受光されるまでの時間から物体までの距離を計測する演算回路と、を備えたことを特徴としている。

更に、半導体レーザの前端面から出射されたレーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光する第１の受光素子と、半導体レーザの後端面から出射されたレーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光する第２の受光素子と、レーザ光を出射させてから第１、第２受光素子により反射光が受光されるまでの時間から物体までの距離を計測する演算回路と、を備えているので、半導体レーザの前後両方向に照射したレーザ光により半導体レーザの前後両方向に存在する物体までの距離を計測することができる。

また、請求項１０に記載の発明は、複数の半導体レーザが一列状に配置されており、第１の光学素子は、複数の半導体レーザの前端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されており、第２の光学素子は、複数の半導体レーザの後端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されており、演算回路は、複数の半導体レーザに順次電流を流し、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光をスキャンさせて物体までの距離を計測することを特徴としている。

また、演算回路は、複数の半導体レーザに順次電流を流し、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光をスキャンさせて物体までの距離を計測することができる。

また、請求項１１に記載の発明は、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両の水平方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられる構造を有していることを特徴としている。

このような構成では、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両の水平方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられるので、車両の左右方向にレーザ光を照射して車両の水平方向にレーザ光をスキャンさせて車両の左右の広範囲に存在する物体との距離を計測することができる。

また、請求項１２に記載の発明は、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両の上下方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられる構造を有していることを特徴としている。

このような構成では、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両の上下方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられるので、車両の左右方向にレーザ光を照射して車両の上下方向にレーザ光をスキャンさせて車両の左右の広範囲に存在する物体との距離を計測することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る半導体レーザレーダ装置の概略構成を図１に示す。本半導体レーザレーダ装置１は、半導体レーザ装置１０、受光素子２０、制御回路３０およびこれらを収納するケース４０を備えている。

半導体レーザ装置１０は、５つのレーザ発光領域１１ａ〜１１ｅを一列状に配置してなる半導体レーザアレイ１２、半導体レーザアレイ１２の前方に配置されたマイクロプリズム１４、半導体レーザアレイ１２の後方に配置されたマイクロプリズム１５によって構成されている。

各レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅは、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓのいずれかを材料とした端面発光型レーザダイオードによって構成されており、前端面（図中右側端面）および後端面（図中左側端面）の両側からレーザ光を出射する。各レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前端面および後端面の幅は、１００ミクロン（μｍ）程度、各レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの間隔は２２０ミクロン（μｍ）程度となっている。なお、半導体レーザアレイ１２の大きさは、１．６ミリメートル（図中上下方向の長さ）×０．５ミリメートル（図中左右方向の長さ）×０．１ミリメートル（高さ）程度となっている。

レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前端面および後端面には、それぞれ反射膜１３が形成されている。この反射膜１３は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅから出射されるレーザ光の反射率を低下させ、光出力を大きくするために設けられたものである。本実施形態における反射膜１３は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前端面および後端面にプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたＡｌ_２Ｏ_３膜により構成されている。

本実施形態では、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面から出射される各レーザ光の反射率が等しくなるように、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面に同じ屈折率を有する反射膜１３が形成されている。具体的には、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面に、同一材料（同一屈折率）で、かつ、同一の膜厚の反射膜１３がそれぞれ形成されている。本実施形態では、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面から出射される各レーザ光の反射率が１０％程度となるように、各反射膜１３の膜厚は８５ナノメートル（ｎｍ）程度となっている。

なお、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前端面および後端面に反射膜１３を形成しない場合、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅから出射されるレーザ光の反射率は３０％程度となる。また、例えば、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３のように屈折率の異なる材料を交互に積層することで、９０％以上の反射率を有する反射膜１３を形成することも可能である。

マイクロプリズム１４は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前端面から出射されるレーザ光を偏向させるもので、半導体レーザアレイ１２の前方に配置されている。また、マイクロプリズム１５は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの後端面から出射されるレーザ光を偏向させるもので、半導体レーザアレイ１２の後方に配置されている。

なお、マイクロプリズム１４の前方側の側面およびマイクロプリズム１４の後方側のケース４０の側面には、それぞれ開口部が設けられており、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面から出射される各レーザ光は、これらの開口部から外部へ照射される。

受光部２０は、基板２１、ＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）２２、２３、集光レンズ２４、２５を備えている。

フォトダイオード２２は、基板２１の前方側の面（図中右側の面）に配置されており、更に、フォトダイオード２２の前方側に集光レンズ２４が配置されている。また、フォトダイオード２３は、基板２１の後方側の面（図中左側の面）に配置されており、更に、フォトダイオード２３の後方側に集光レンズ２５が配置されている。

集光レンズ２４は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前端面から出射されるレーザ光が物体に反射して戻る光を集光する。フォトダイオード２２は、集光レンズ２４により集光された光を電気信号に変換して制御回路３０へ出力する。また、集光レンズ２５は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの後端面から出射されるレーザ光が物体に反射して戻る光を集光する。フォトダイオード２３は、集光レンズ２４により集光された光を電気信号に変換して制御回路３０へ出力する。

ケース４０における集光レンズ２４の前方側の側面および集光レンズ２５の後方側の側面には、それぞれ開口部が設けられており、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面から出射されたレーザ光が物体に反射すると、これらの開口部からケース４０内に入射するようになっている。

制御回路３０は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅを駆動する駆動回路３１と周辺の物体までの距離を演算する演算回路３２を備えている。

駆動回路３１は、図２に示すトランジスタ３１ａ〜３１ｅを有している。トランジスタ３１ａ〜３１ｅがオンするとレーザ発光領域１１ａ〜１１ｅに電流が流れ、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面からレーザ光が照射される。

演算回路３２は、レーザ発光領域１１ａ〜１１ｅからレーザ光を照射させるように駆動回路３１にパルス信号を送出してからフォトダイオード２２、２３によりその反射光が受光されるまでの時間に基づいて物体までの距離を演算する。

本実施形態における制御回路３０は、図２に示すようなパルス信号によりトランジスタ３１ａ〜３１ｅをオンさせて、半導体レーザ１１ａ〜１１ｅに順次電流を流し、半導体レーザアレイ１２の前後両端面からマイクロプリズム１４、１５を介して照射されるレーザ光をスキャンさせ、半導体レーザアレイ１２の前方側の広範囲に存在する物体との距離とともに、半導体レーザアレイ１２の後方側の広範囲に存在する物体との距離を演算するようになっている。

次に、本半導体レーザレーダ装置１の製造方法について簡単に説明する。

まず、Ｓｉ基板を用意して、このＳｉ基板上にマイクロプリズム１４、１５を形成する。マイクロプリズム１４、１５は、Ｓｉ基板上に酸化膜マスクを用いてレンズ形状のパターニングを行った後、酸化膜マスクの開口部からエッチングを行って複数のトレンチを加工した後、熱酸化させる手法（例えば、特開２００４−２７１７５６号公報参照）を用いて、Ｓｉ基板上に一括して形成される。本実施形態では、マイクロプリズム１４、１５と同時に、Ｓｉ基板上に集光レンズ２４、２５も形成される。

このようにしてＳｉ基板上に光学素子が形成されると、次に、Ｓｉ基板上にはんだを用いて半導体レーザアレイ１２、フォトダイオード２２、２３が搭載された基板２１、制御回路３０に含まれる駆動回路３１、演算回路等の電気回路部品を接合する。

そして、ボンディングワイヤ等を用いて各電気回路部品間の電気配線を行った後、各部品が搭載されたＳｉ基板をケース４０内に収納して半導体レーザレーダ装置１が完成する。

図３に、本半導体レーザレーダ装置１が搭載された車両２を上方から見た様子を示す。本実施形態における半導体レーザレーダ装置１は、半導体レーザアレイ１２の前後両端面から照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両２の水平方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられる構造を有している。具体的には、図中矢印で示される方向にレーザ光が照射されるように、車両２の前方のボディ形状に合わせて取り付けられる構造を有している。

本実施形態における半導体レーザレーダ装置１は、図３に示したように車両２に取り付けられ、車両２の左右の広範囲に存在する物体との距離を計測できるようになっている。

次に、半導体レーザの端面に形成される反射膜の反射率と半導体レーザから出力されるレーザ光の出力レベルの関係について説明する。

図４に、反射膜の反射率と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計したスロープ効率の関係を示す。なお、スロープ効率は、半導体レーザに流れる電流を増加させた場合における半導体レーザの光出力増加分（ΔＰ）に対する電流増加分（ΔＩ）の比（ΔＰ／ΔＩ）を表したものである。スロープ効率の高い半導体レーザほど、小さな電流増加で大きな光出力増加を得ることができ効率が良いことになる。

図４に示されるように、反射膜の反射率が低くなるほどスロープ効率は高くなっている。前述したように半導体レーザの端面に反射膜を形成しない場合、端面の反射率は３０％程度となることから、半導体レーザの端面に反射膜を形成してスロープ効率を改善するためには、端面の反射率を３０％以下とする必要があることがこの図から分かる。

図５に、反射膜の反射率と半導体レーザのしきい値電流密度の関係を示す。図５から、反射膜の反射率が高くなるほどしきい値電流密度は小さくなることが分かる。

半導体レーザの特性としては、スロープ効率は高く、しきい値電流密度は低いのが好ましい。しかし、図４、５に示されるように、反射膜の反射率に対するスロープ効率としきい値電流密度は互いにトレードオフの関係となっている。

本実施形態における半導体レーザレーダ装置は、半導体レーザに断続的に大電流を流して高レベルのパルス光を出力するようになっている。このように半導体レーザに大電流を流す場合には、しきい値電流密度よりもスロープ効率を優先した方がよいため、反射膜の反射率を低くするのが好ましい。なお、半導体レーザに低電流を流して使用する場合には、スロープ効率よりもしきい値電流密度を優先した方がよいいため、反射膜の反射率を高くするのが好ましい。

図６に、反射膜の反射率を異ならせた場合における半導体レーザに流す電流と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力の関係を示す。また、図７に、図６における小電流（０〜１．５アンペア）領域を拡大したものを示す。図６より、反射膜の反射率を低くするほど傾きが大きくなり効率が良くなることが分かる。また、図７より、反射膜の反射率を低くするほどしきい値電流が大きくなることが分かる。

したがって、半導体レーザに数十アンペア程度の大電流を流して半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力を大きくするためには、反射膜の反射率を小さくするのが好ましい。

反対に、半導体レーザに１アンペア程度以下といったような低電流を流して使用する場合には、反射膜の反射率を小さくすると傾きが大きくなり効率は良くなるがしきい値電流が大きくなってしまうため、効率としきい値電流の両方を考慮して、反射膜の反射率を３０％程度にするのが好ましい。

本実施形態における半導体レーザレーダ装置は、高レベルのレーザ光を出力するため半導体レーザに大電流を流して使用するため、半導体レーザのレーザ光の出射端面に反射膜を形成しない場合の反射率（３０％程度）以下となるように、好ましくは３％程度となるように反射膜を形成するのが好ましい。

図８に、半導体レーザに３０アンペアの電流を流した場合における反射膜の反射率と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力の関係を示す。また、図９に、半導体レーザに０．５アンペアの電流を流した場合における反射膜の反射率と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力の関係を示す。

図８に示されるように、半導体レーザに大電流を流す場合、反射膜の反射率が低いほどレーザ光の出力レベルを上げることができることが分かる。また、図９に示されるように、半導体レーザに低電流を流す場合には、反射膜の反射率が３０％よりも高い領域にレーザ光の出力レベルのピークがあることが分かる。

したがって、半導体レーザに大電流を流す場合には、反射膜の反射率を小さくするほど、レーザ光の出力レベルを上げることができる。

また、半導体レーザに低電流を流す場合には、レーザ光の出力レベルのピークに合わせて反射膜の反射率を設定することにより、レーザ光の出力レベルを上げることができる。

本実施形態における半導体レーザレーダ装置では、高レベルのレーザ光を出力するため半導体レーザに大電流を流して使用するため、図８、９に示される関係からも、半導体レーザから出射される各レーザ光の反射率が３０％以下となるように、好ましくは３％程度となるように半導体レーザの各出射端面に反射膜を形成するのが好ましいということができる。

前述したように、本実施形態におけるレーザ発光領域１１ａ〜１１ｅの前後両端面から出射される各レーザ光の反射率は反射膜１３により１０％程度となっており、反射膜１３を形成しない場合よりも光出力が大きくなっている。

上記した構成によれば、半導体レーザの前端面側に半導体レーザの前端面より出射されるレーザ光を偏向させるマイクロプリズム１４が配置され、半導体レーザの後端面側に半導体レーザの後端面より出射されるレーザ光を偏向させるマイクロプリズム１５が配置されているので、マイクロプリズム１４、１５を介して半導体レーザの前後両方向にレーザ光が照射され、レーザ光を照射できる角度をより広くすることができる。

また、複数の半導体レーザの前端面から出射される各レーザ光がマイクロプリズム１４を介して出射され、複数の半導体レーザの後端面から出射される各レーザ光がマイクロプリズム１５を介して出射されるので、マイクロプリズム１４、１５を介して各半導体レーザの前後両方向の広範囲にわたりレーザ光を照射することが可能である。

また、半導体レーザの前端面および後端面に、半導体レーザから出射される各レーザ光の反射率が同じになるような屈折率を有する反射膜を形成することにより、半導体レーザの前端面および後端面から同等のレーザ光を出射させることができる。

また、反射膜は、半導体レーザの前端面および後端面における各反射率を低下させるような屈折率を有しているので、半導体レーザの前端面および後端面から出射されるレーザ光の出力を増加させることができる。

また、半導体レーザの材料は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓのいずれかとし、反射膜は、半導体レーザの前端面および後端面における各反射率がそれぞれ３０％以下となるような屈折率を有するものとするのが好ましい。

また、半導体レーザの前端面から出射されたレーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光するフォトダイオード２２と、半導体レーザの後端面から出射されたレーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光するフォトダイオード２３と、レーザ光を出射させてからフォトダイオード２２、２３により反射光が受光されるまでの時間から物体までの距離を計測する演算回路と、を備えているので、半導体レーザの前後両方向に照射したレーザ光により半導体レーザの前後両方向に存在する物体までの距離を計測することができる。

また、演算回路３２は、複数の半導体レーザに順次電流を流し、半導体レーザの前後両端面から第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光をスキャンさせて物体までの距離を計測することができる。

また、半導体レーザの前後両端面からマイクロプリズム１４、１５を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両の水平方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられるので、車両の左右方向にレーザ光を照射して車両の水平方向にレーザ光をスキャンさせて車両の左右の広範囲に存在する物体との距離を計測することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、半導体レーザアレイ１２の前方にマイクロプリズム１４を配置し、半導体レーザアレイ１２の後方にマイクロプリズム１５を配置した例を示したが、図１０に示すように、半導体レーザアレイ１２の前方に、出射面が凸面形状の凸レンズ２４を配置し、半導体レーザアレイ１２の後方にも、出射面が凸面形状の凸レンズ２５を配置した構成としてもよい。また、凸レンズ２４、２５の入射面と出射面の両面を凸面形状とした構成としてもよい。

（第３実施形態）
また、図１１に示すように、半導体レーザアレイ１２の前方に、出射面が凹面形状の凹レンズ３４を配置し、半導体レーザアレイ１２の後方にも、出射面が凹面形状の凹レンズ３５を配置した構成としてもよい。

（第４実施形態）
上記第１実施形態における半導体レーザレーダ装置１は、図３に示したように、半導体レーザアレイ１２の前後両端面から照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両２の水平方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられる構造を有するものとなっているが、図１２に示すように、半導体レーザアレイ１２の前後両端面から照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、車両２の上下方向にスキャンするように車両２の前方のボディ形状に合わせて取り付けられる構造を有するようにしてもよい。

このような取り付け構造を有することにより、車両の左右方向にレーザ光を照射して車両の上下方向にレーザ光をスキャンさせて車両の左右の広範囲に存在する物体との距離を計測することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、５つのレーザ発光領域１１ａ〜１１ｅを有する半導体レーザアレイ１２を備えた例を示したが、このような例に限定されるものではなく、例えば、１つの半導体レーザを半導体レーザアレイ１２として構成してもよく、また、５つ以上の半導体レーザを有する半導体レーザアレイ１２として構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、半導体レーザアレイ１２の前後両端面から照射される各レーザ光を屈折させるマイクロプリズム１４、１５を備えた例を示したが、マイクロプリズムに限定されるものではなく、各レーザ光を屈折させるプリズムを備えた構成としてもよい。

なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、マイクロプリズム１４、凸レンズ２４、凹レンズ３４が第１の光学素子に相当し、マイクロプリズム１５、凸レンズ２５、凹レンズ３５が第２の光学素子に相当し、フォトダイオード２２が第１の受光素子に相当し、フォトダイオード２３が第２の受光素子に相当する。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザレーダ装置の概略構成を示す図である。制御回路における駆動回路の構成を示す図である。半導体レーザレーダ装置が搭載された車両を上方から見た様子を示す図である。反射膜の反射率と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計したスロープ効率の関係を示す図である。反射膜の反射率と半導体レーザのしきい値電流密度の関係を示す図である。反射膜の反射率を異ならせた場合の半導体レーザに流す電流と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力の関係を示す図である。図６における小電流（０〜１．５アンペア）領域を拡大した図である。半導体レーザに３０アンペアの電流を流した場合の反射膜の反射率と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力の関係を示す図である。半導体レーザに０．５アンペアの電流を流した場合の反射膜の反射率と半導体レーザの前後両端面から出射される各レーザ光を合計した光出力の関係を示す図である。第２実施形態に係る半導体レーザレーダ装置における半導体レーザ装置の構成を示す図である。第３実施形態に係る半導体レーザレーダ装置における半導体レーザ装置の構成を示す図である。第４実施形態において半導体レーザレーダ装置が車両に取り付けられた様子を示す図である。

符号の説明

１…半導体レーザレーダ装置、１０…半導体レーザ装置、
１１ａ〜１１ｅ…レーザ発光領域、１２…半導体レーザアレイ、１３…反射膜、
１４、１５…マイクロプリズム、２０…受光部、２１…基板、
２２、２３…ＰＩＮフォトダイオード、２４、２５…集光レンズ、３０…制御回路、
３１…駆動回路、３１ａ〜３１ｅ…トランジスタ、４０…ケース。

Claims

半導体レーザと、前記半導体レーザより出射されるレーザ光を偏向させる第１の光学素子と、を備えた半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザは、前端面および後端面より前記レーザ光を出射する端面発光型半導体レーザダイオードにより構成されており、
前記第１の光学素子は、前記半導体レーザの前端面より出射されるレーザ光を偏向させるように前記半導体レーザの前端面側に配置されており、
前記半導体レーザの後端面側に配置され、前記半導体レーザの後端面より出射されるレーザ光を偏向させる第２の光学素子を備えたことを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
複数の前記半導体レーザが一列状に配置されており、
前記第１の光学素子は、前記複数の半導体レーザの前端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されており、
前記第２の光学素子は、前記複数の半導体レーザの後端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
前記半導体レーザの前端面および後端面には、前記半導体レーザから出射される各レーザ光の反射率が同じになるような屈折率を有する反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
前記反射膜は、前記半導体レーザの前端面および後端面における各反射率を低下させるような屈折率を有するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
前記半導体レーザの材料は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓのいずれかよりなるもので、
前記反射膜は、前記半導体レーザの前端面および後端面における各反射率がそれぞれ３０％以下となるような屈折率を有しているものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
前記第１、第２の光学素子は、それぞれプリズムにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
前記第１、第２の光学素子は、それぞれ凸レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
前記第１、第２の光学素子は、それぞれ凹レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
半導体レーザと、前記半導体レーザより出射される各レーザ光を偏向させる第１の光学素子と、を備えた半導体レーザレーダ装置であって、
前記半導体レーザは、前端面および後端面より前記レーザ光を照射する端面発光型半導体レーザダイオードにより構成されており、
前記第１の光学素子は、前記半導体レーザの前端面より出射される各レーザ光を偏向させるように前記半導体レーザの前端面側に配置されており、
前記半導体レーザの後端面側に配置され、前記半導体レーザの後端面より出射される各レーザ光を偏向させる第２の光学素子と、
前記半導体レーザの前端面から出射された前記レーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光する第１の受光素子と、
前記半導体レーザの後端面から出射された前記レーザ光が物体に反射して戻る反射光を受光する第２の受光素子と、
前記レーザ光を出射させてから前記第１、第２受光素子により前記反射光が受光されるまでの時間から前記物体までの距離を計測する演算回路と、を備えたことを特徴とする半導体レーザレーダ装置。
複数の前記半導体レーザが一列状に配置されており、
前記第１の光学素子は、前記複数の半導体レーザの前端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されており、
前記第２の光学素子は、前記複数の半導体レーザの後端面より出射される各レーザ光を偏向させるように配置されており、
前記演算回路は、前記複数の半導体レーザに順次電流を流し、前記半導体レーザの前後両端面から前記第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光をスキャンさせて前記物体までの距離を計測することを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザレーダ装置。
前記半導体レーザの前後両端面から前記第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、前記車両の水平方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられる構造を有していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザレーダ装置。
前記半導体レーザの前後両端面から前記第１、第２の光学素子を介して照射される各レーザ光が車両の左右方向に照射され、前記車両の上下方向にスキャンするように車両の前方に取り付けられる構造を有していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザレーダ装置。