JP2016046374A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で短パルス幅の発光を行う。【解決手段】光源１０１、微分回路１０２およびスイッチ１０３を直列に接続する。スイッチ１０３をＯＮにすると、微分回路１０２を構成するコンデンサ１０２ｂに突入電流が流れ、それに応じて光源に電流が流れて発光が行われる。コンデンサ１０２ｂが充電されると、抵抗１０２ａに電流が流れ、抵抗１０２ａで電圧降下が生じることで、光源１０１に加わる電圧が低下し、発光が停止する。コンデンサ１０２ｂへの突入電流を利用することで、短パルス幅の発光が可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、パルス発光を行う発光装置に関する。

レーザ光を用いた距離の測定や各種の加工等を行う技術において、パルス幅が数十〜数百ピコ秒以下といった短パルスのものが求められている。例えば、パルスレーザ光を用いた距離の測定において、パルス幅が狭いパルス光を用いることで測距精度を高めることができる。パルス幅の狭いレーザ光を生成する技術として特許文献１等に記載された技術が知られている。

特公平７−１０９９１１号公報 特開昭５５−１０７２８２号公報 特開２００２−３６８３２９号公報

図１には、ＬＤ（レーザダイオード）における駆動電流と出力光との関係が示されている。図１に示すように、ＬＤに駆動電流を流すと、最初にパルス状の発光が生じ、この発光の振幅が振動しつつ徐々に小さくなり、最終的に一定強度の発光が生じる現象が見られる。この現象は、半導体レーザ全般に見られる。上記の発光初期に見られる徐々に収まる発光強度の振動は緩和振動と呼ばれている。

短いパルス幅の発光をさせたい場合、図２に示すように時間間隔の短い駆動電流を流し、最初のパルス発光のみを行わせる手法が用いられる。しかしながら、数十〜数百ピコ秒オーダの時間幅を持った駆動電流を簡易な回路で生成することは難しい。

例えば、２００ＭＨｚ程度の周波数の正弦波や矩形波は、市販のＩＣを用いて容易に得ることができる。しかしながら、たとえば１００ＭＨｚの高周波の周期が１０^−８秒（１０ナノ秒＝１００００ピコ秒）であることからも分かるように、数十〜数百ピコ秒オーダの時間幅を持ったパルス状の駆動電流を得ることは容易なことではない。

マイクロウェーブ帯の高周波技術を用いて数十〜数百ピコ秒オーダの時間幅を持ったパルス状の駆動電流を得ることができる。例えば、ＹＩＧ共振器を用いた発振器により数十ＧＨｚの信号を得ることができ、この技術を利用することで、数十〜数百ピコ秒オーダの時間幅を持ったパルス状の駆動電流を得ることができる。しかしながら、マイクロウェーブ帯の高周波技術は、回路規模、コスト、調整の煩雑さ、消費電力の多さといった点で、例えば、野外で用いる測距装置等への利用には適していない。

このような背景において、本発明は、簡素な構成で短パルス幅の発光が行える技術の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、発光駆動のための通電直後に緩和振動が発生する光源と、通電直後において低いインピーダンスである容量性リアクタンス特性回路部および通電後所定時間経過以後に前記容量性リアクタンス特性回路部に充電された電荷を放電するレジスタンス特性回路部が並列接続されている微分回路と、スイッチング素子とを備え、前記光源と前記微分回路とは直列に接続され、前記スイッチング素子は、前記光源および前記微分回路に対する電圧印加のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチであり、前記容量性リアクタンス特性回路部および前記レジスタンス特性回路部は、前記緩和振動における一部の発振を得られる特性が選択されることを特徴とする。

発光駆動のための通電直後に緩和振動が発生するという現象はレーザの一般的な特性として知られており、特にこの現象を容易に実現できる光源として半導体レーザ（ＬＤ）が挙げられる。通電直後において低いインピーダンスである容量性リアクタンス特性回路部は、電荷を蓄積する機能を有し、電荷を蓄積する際に突入電流が生じる特性を有する。容量性リアクタンス特性回路部としては、コンデンサ素子が挙げられる。コンデンサ素子の代わりに、配線や導体パターン間の容量を用いることもできる。

通電後所定時間経過以後に容量性リアクタンス特性回路部に充電された電荷を放電するレジスタンス特性回路部としては、各種の抵抗素子、配線を用いた抵抗体、各種の導体や半導体を用いた抵抗体を挙げることができる。レジスタンス特性回路部の電圧―電流特性は、線形でなくてもよい。例えば、レジスタンス特性回路部として、ダイオード等の非線形素子やバイアスを適切に設定したＦＥＴ等の三端子素子を用いることもできる。

スイッチング素子は、回路のＯＮ／ＯＦＦ、すなわち導通と非導通を選択できる素子である。スイッチング素子としては、バイポーラトランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチを挙げることができる。また、スイッチング素子として、スイッチ機能を有したＩＣを用いることもできる。スイッチング素子として、閾値以上の電圧が加わった際に非導通状態から導通状態に移行する２端子素子を用いることもできる。この場合、電源電圧を変化させることでＯＮ／ＯＦＦの制御が行われる。光源と微分回路との直列接続は、直接に接続されている形態の他に、間に他の回路やデバイスが介在している構成も可能である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記容量性リアクタンス特性回路部および前記レジスタンス特性回路部は、前記緩和振動における最初の振動を生じさせ、他の振動を抑制する特性が選択されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記容量性リアクタンス特性回路部への突入電流により、前記最初の振動が生じ、前記突入電流による前記容量性リアクタンス特性回路部への充電後に前記レジスタンス特性回路部に電流が流れることで、前記他の振動が抑制されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記最初の振動を生じさせ、前記他の振動を抑制することで、前記光源に単パルス発光を生じさせることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、環境温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部の出力に基づき、前記光源と前記微分回路に加わる電圧を可変する電源部とを備えることを特徴とする。光源、特に半導体レーザ素子の発光強度は、環境の温度変化の影響を受け易い。請求項５に記載の発明によれば、環境温度に基づいて光源に加える電圧の値を制御するので、環境の温度変化に起因する光源の発光強度を変動が抑えられる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記容量性リアクタンス特性回路部がコンデンサであり、前記レジスタンス特性回路部が抵抗器であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記コンデンサが容量可変コンデンサであることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記抵抗器が可変抵抗器であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記レジスタンス特性回路部はサーミスタをさらに有し、光源特性の温度変化を補正することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発明において、前記容量性リアクタンス特性回路部および／または前記レジスタンス特性回路部は、それぞれ異なる特性値を持つ複数の素子およびそれらを選択的に接続するスイッチング素子からなり、それら素子を選択的に接続することで微分回路の特性を選択可能なことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発明において、前記スイッチング素子による通電時間よりも前記光源の発光期間が短いことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにおけるＯＮ状態の期間が閉回路であり、ＯＦＦ状態で開回路となることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれか１つに記載の発光装置から生成され、前記光源の緩和振動の最初の発振による光を測定対象物に向け射出する射出部と、前記測定対象物から反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部の出力信号に基づいて前記測定対象物までの距離の算出を行う信号処理部とを備えることを特徴とする距離測定装置である。

本発明によれば、簡素な構成で短パルス幅の発光が行える技術が得られる。

レーザダイオード（ＬＤ）における駆動電流と発光強度との関係を示す図である。 レーザダイオード（ＬＤ）における駆動電流と発光強度との関係を示す図である。 実施形態の発光装置のブロック図と回路図である。 実施形態の回路図と各部の電圧の変化を示すグラグ（ａ）〜（ｃ）である。 微分回路の動作を説明する概念図である。 発光波形を示す図面代用写真（ａ）および（ｂ）である。 発光波形を示す図面代用写真である。 発光波形を示す図面代用写真である。 実施形態の回路図（ａ）および（ｂ）である。 実施形態の回路図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）である。 実施形態のブロック図である。 発光波形を示す図面代用写真である。 発光波形を示す図面代用写真である。 発光波形を示す図面代用写真である。 実施形態の発光装置のブロック図（Ａ）および（Ｂ）である。 実施形態の発光装置のブロック図である。

１．第１の実施形態
（構成）
図３には、実施形態の発光装置のブロック図（Ａ）と回路図（Ｂ）が示されている。図３には、発光装置１００が示されている。発光装置１００は、光源１０１、微分回路１０２、スイッチ１０３が直列に接続され、この直列接続された両端に電源電圧Ｖが加えられている。この例において、光源１０１は、レーザダイオード（ＬＤ）であり、微分回路１０２は、抵抗Ｒ（１０２ａ）とコンデンサＣ（１０２ｂ）を並列に接続した回路であり、スイッチ１０３は、ＦＥＴである。

回路定数としては、一例であるが、電源電圧５Ｖ、抵抗１０２ａの抵抗値として２００オーム、コンデンサ１０２ｂの容量として２０pF、制御信号として周波数が数十ＭＨｚ程度を上限とした矩形波を用いる例が挙げられる。

（動作）
ＦＥＴがＯＦＦ（ソース・ドレイン間が非導通）の状態において、光源１０１と微分回路１０２には、電圧Ｖは加わらず、光源１０１は発光しない。制御信号をＦＥＴのゲート電極に加え、スイッチ１０３をＯＮにすると、コンデンサ１０２ｂに電荷が流れ込み、突入電流が生じ、光源１０１に駆動電流が流れる。この駆動電流により、光源１０１が発光する。

そして、コンデンサ１０２ｂに電荷が溜まってゆくと、突入電流が急激に減少する。コンデンサ１０２ｂへの突入電流の減少に対応して、抵抗１０２ｂに流れる電流が増加する。コンデンサ１０２ｂへの電荷の充電が終了すると、コンデンサ１０２ｂに流れ込む電流が止まり、抵抗１０２ａに流れる電流と光源１０１に流れる電流とが同じ値となる。

ここで、コンデンサ１０２ｂへの充電時間（突入電流が流れる時間）が図２のΔｔとほぼ同じ値となるように、電源電圧（-Ｖ）の値、およびコンデンサ１０２ｂと抵抗１０２ａの値が設定されている。また、コンデンサ１０２ｂに突入電流が流れなくなった段階において抵抗１０２ａで電圧降下が生じ、この電圧降下により光源１０１に加わる電圧が低下するが、この電圧低下により光源１０１の発光が停止するように抵抗１０２ａの値およびその他のパラメータの値が選択されている。あるいは、コンデンサ１０２ｂに突入電流が流れなくなった段階で抵抗１０２ａに電流が流れ、抵抗１０２ａによって光源１０１に流れる電流が抑制（制限）されるが、この電流の抑制によって、光源１０１に流れるＬＤ電流が発光閾値を下回る値となるように、抵抗１０２ａの値およびその他のパラメータが設定されている、と捉えることもできる。

この構成およびパラメータの設定によれば、コンデンサ１０２ｂの充電時に光源１０１が発光し、その直後に抵抗１０２ａで生じる電圧降下（電流制限）によって、光源１０１に加わる電圧が低下（流れる電流値が低下）し、光源１０１の発光が停止する。この結果、図１および図２に示す緩和振動の発生が抑えられ、最初のパルス発光だけが行われる。

以下、図を用いて上記の動作をより詳細に説明する。図４には、各部に加わる電圧の変化が示されている。ここで、図４（ａ）には、光源１０１の微分回路１０２の光源１０１の側の電圧Ｖcsが示されている。Ｖ−Ｖcsが光源１０１に加わる電圧となる。図４（ｂ）には、微分回路１０２に加わる電圧、すなわち抵抗１０２ａとコンデンサ１０２ｂに加わる電圧Ｖdifが示されている。図４（ｃ）には、スイッチ１０３のソース・ドレイン間に加わる電圧Ｖdが示されている。図５には、時間の経過に従う微分回路１０２の動作の状態を示す概念図である。

図５（ａ）には、スイッチ１０３がＯＮになる前の状態（ＯＦＦの状態）が示されている。この段階では、光源１０１および微分回路１０２に電源電圧Ｖは加わっていない。スイッチ１０３がＯＮになると、コンデンサ１０２ｂへの充電が始まり、コンデンサ１０２ｂに突入電流が流れる。最初期においては、電気的にコンデンサ１０２ｂは短絡状態であり、流れる電流は、コンデンサ１０２ｂへの突入電流が主となる（図５（ｂ）参照）。このコンデンサ１０２ｂへの突入電流が生じることで、光源１０１に駆動電流が流れ、光源１０１が発光する。

そして、コンデンサ１０２ｂへの充電が進むにつれてコンデンサ１０２ｂが示す抵抗値が徐々に上昇し、抵抗１０２ａに流れる電流が増加する。この状態が図５（ｂ）および図５（ｃ）に示されている。図５（ｂ）の段階において、微分回路１０２に加わる電圧Ｖdifは徐々に増加する。これは、抵抗１０２ｂでの電圧降下が生じるからである。

また、コンデンサ１０２ｂに突入電流が生じている期間（図４（ａ）の符号１０４の期間）は、コンデンサ１０２ｂのスイッチ１０３側の電極の電位が徐々に低下する（徐々にグランド電位に近づく）ので、Ｖdは、図４（ｃ）に示すように変化する。

コンデンサ１０２ｂへの突入電流の減少に対応して抵抗１０２ａに流れる電流が増加し、そこで電圧降下が生じ、光源１０１に加わる電圧が減少する。すなわち、電源電圧Ｖに占める抵抗１０２ａで生じる電圧降下の影響が強まり、その分、光源１０１に加わる電圧が減少する。この際に、光源１０１に加わる電圧が発光閾値を下回るように抵抗１０２ａの抵抗値およびその他のパラメータが設定されている。すなわち、期間１０５における抵抗１０２ａで生じる電圧降下により、光源１０１に加わる電圧が発光閾値未満となるように、抵抗１０２ａの抵抗値およびその他のパラメータが設定されている。

したがって、期間１０４において光源１０１は発光し、期間１０５において発光が停止する。ここで、期間１０４が図２のΔｔと同じ程度の期間となるように、微分回路１０２のＣＲの値を調整することで、発光開始時の１パルスのみの発光が行われる。

この状態（期間１０５）において、スイッチ１０３をＯＦＦにすると、光源１０１に電流が流れなくなり、またコンデンサ１０２ｂに溜まった電荷が抵抗１０２ａに流れ、そこで消費される。こうして、最初のスイッチ１０３がＯＦＦである状態に戻る。

そして、再度スイッチ１０３をＯＮにすることで、上述した動作と同じ動作が繰り返され、２発目のパルス発光が光源１０１で行われる。こうして、スイッチ１０３のＯＮ/ＯＦＦを繰り返すことで、光源１０１に繰り返しパルス発光を行わすことができる。

（微分回路のＣＲの設定について）
上述した図２のΔｔの期間だけ光源１０１に閾値以上の電圧が印加されるようにするには、微分回路１０２のＣＲの値の選択が重要となる。以下、どのようにして微分回路１０２のＣＲの値を選択すればよいのかについて説明する。

パルス光を生成するためには、次に示す現象で決定される範囲の電流を光源（レーザダイオード：ＬＤ）１０１に流す必要がある。この電流の下限値は光源１０１が発光し始める電流値（発振閾値電流）であり、上限値は緩和振動の1番目のパルスのみを生成する電流値である。ＬＤ電流をこの範囲内に収めるに、微分回路を構成しているＣとＲの定数の調整が必要になる。

まず、上記の回路の初期状態として、コンデンサ１０２ｂには電荷がなく、スイッチ１０３がＯＦＦである状態を考える。この状態では抵抗１０２ａおよびコンデンサ１０２ｂともに電流が流れないので、光源（ＬＤ）１０１にも電流は流れない。当然、光源１０１は発光しない。

スイッチ１０３がＯＮになると、抵抗１０２ａおよびコンデンサ１０２ｂに急激に電圧が印加される。この急激な電圧の変化は高周波成分を持っていることから、抵抗１０２ａより交流的にインピーダンスの低いコンデンサ１０２ｂに電流が流れる。この現象は、ＤＣ電圧の印加が開始されたコンデンサ１０２ｂに電荷の蓄積に伴う突入電流が流れると解釈することもできる。コンデンサ１０２ｂと抵抗１０２ａは並列に接続されているため、スイッチＯＮの直後においては、コンデンサ１０２ｂに流れる電流は光源１０１に流れる電流と同じであり、この電流により光源１０１が発光する。コンデンサ１０２ｂには時間とともに電荷が充電され、充電された電荷の量がコンデンサ１０２ｂの持つ容量に到達するとコンデンサ１０２ｂには電流が流れなくなる。このとき抵抗１０２ｂで生じる電圧降下（電流制限）の影響でスイッチ１０３がＯＮであるにも関わらず光源１０１が発光しない状態になる。

上記の説明から判るように、コンデンサ１０２ｂに電荷が蓄積する過程で生じるコンデンサ１０２ｂへの突入電流に起因して光源１０１に電流が流れる。よって、コンデンサ１０２ｂの容量を適切な値とすることで、光源１０１に流れる電流の大きさを決定することができ、パルス発光に必要な電流の範囲を決めることができる。

上記現象の過程では、コンデンサ１０２ｂに電荷が溜まるにつれてコンデンサ１０２ｂに加わる電圧も大きくなる。コンデンサ１０２ｂと抵抗１０２ａは並列に接続されていることからコンデンサ１０２ｂの電圧と抵抗１０２ａの電圧は等しい。よって、コンデンサ１０２ｂに加わる電圧が大きくなることで、抵抗１０２ａに流れる電流も大きくなる。この抵抗１０２ａに流れる電流により抵抗１０２ａで電圧降下が生じ、光源１０１に加わる電圧が低下する。

ＬＤ順方向電圧より小さい電圧ではＬＤ電流は流れないので、抵抗１０２ａはＬＤ電流を制限するように働く。よって、抵抗１０２ａの値を適切に選ぶことで、抵抗１０２ａに流れる電流値が小さい段階でＬＤ電流が流れて光源１０１が発光し、抵抗１０２ａに流れる電流値が大きくなった段階でＬＤ電流が流れなくなり光源１０１が発光しなくなる状態を得ることができる。

また、パルス発光を連続して行う場合、光源１０１に再度のＬＤ電流を流すためにコンデンサ１０２ｂに充電された電荷を放電しておく必要がある。この放電は、コンデンサ１０２ｂに並列に接続された抵抗１０２ｂによって行われる。すなわち、スイッチ１０３がＯＦＦのとき、コンデンサ１０２ｂと並列に接続した抵抗１０２ａによってコンデンサ１０２ｂに充電されている電荷が放電され、図３の回路は初期状態になる。つまり、抵抗１０２ａには、ＬＤ電流を制限し、緩和振動を抑制することで単発のパルス発光を行わす第１の機能と、次発のパルス発光のためにコンデンサ１０２ｂに充電された電荷を放電させ、初期状態に戻す第２の機能がある。

コンデンサＣ（１０２ｂ）の値と抵抗Ｒ（１０２ａ）の値を設定する指針を下記に示す。
（１）Ｃの最小値 ： ＬＤに発振しきい値電流以上の電流が流せる容量値。
（小さ過ぎると、ＬＤ発振しない）
（２）Ｃの最大値 ： 緩和振動の１番目のパルスのみを生成して２番目以降のパルスを抑
制するような電流を流せる容量値（Ｒとの依存性あり）。
（大き過ぎると、緩和振動が発生する）
（３）Ｒの最小値 ： ＬＤ電流が発振しきい値電流と等しくなる抵抗値。
（小さ過ぎると、緩和振動が生じる）
（４）Ｒの最大値 ： Ｒで発生する電圧降下と電源電圧との差が、ＬＤ順方向電圧と等し
くなる抵抗値（Ｃとの依存性あり）。
（大き過ぎると、次パルスまでの間の放電が間に合わなくなる）

また、パルス光のピーク値とＣおよびＲの値とは、概略以下の関係がある。
・光パルスの強度を大きく ⇒ Ｃを大きく，Ｒを小さく
・光パルスの強度を小さく ⇒ Ｃを小さく，Ｒを大きく
ただし、ＣとＲには相関があるため一意的には決まらない。また、緩和振動の抑制効果との関係も考慮して、ＣとＲの値を決める必要がある。

パルス光のピーク値に対してＣはＲよりクリティカルに効くため、Ｃは粗調整、Ｒは微調整とした方が良い。

以下、具体例を示す。図６（ａ）には、単パルスではなく、複数個のパルスが発生する場合、つまり緩和振動が見られる場合が示されている。図６（ｂ）には、単パルスであるが、やや緩和振動の影響が見られる場合が示されている。図６（ａ）や（ｂ）の現象は、ＬＤ電流の値が大き過ぎる場合に発生する。よって、ＬＤ電流を抑えるために、Ｃを小さくし、その上でＲの微調整を行う。ただし、Ｃを小さくし過ぎると、発光のピークが小さくなり、更には発光しなくなる場合があるので注意する。

図７には、発光のピークが低く、またパルス幅が大きい場合が示されている。この場合、ＬＤ電流が小さすぎるので、Ｃを大きくしたあと、Ｒで微調整する。なお、図８には、最適な状態に調整された場合のパルス光の波形の一例が示されている。

（優位性）
上述した構成によれば、スイッチ１０３のＯＮ時間よりも光源１０１の発光時間（パルス発光の幅）を短くできる。すなわち、スイッチ１０３を駆動する制御信号のパルス幅が広く、スイッチ１０３のＯＮ時間が長くても、コンデンサ１０２ｂの充電が終了した段階で、抵抗１０２ａで生じる電圧降下により、光源１０１に加わる電圧が、初期に比べ低下し、その閾値電圧を下回る状態となるので、その段階で光源１０１の発光を停止させることができる。すなわち、コンデンサ１０２ｂへの突入電流が生じる現象を利用して、光源１０１を発光させることで、スイッチ１０３がＯＮとなる期間が長くても、光源１０１を極短時間だけ発光させることができる。

言い換えると、コンデンサ１０２ｂの充電時における突入電流と、この突入電流の減少に従う抵抗１０２ａで生じる電圧降下を利用することで、スイッチ１０３を制御する制御信号の周波数は低くても、制御信号のパルス幅よりも短いパルス幅のパルス発光を光源１０１に生じさせることができる。このため、例えば、数十〜数百ピコ秒オーダのパルス幅のパルス発光をさせる場合であっても、スイッチ１０３を制御する制御信号には、数十〜数百ピコ秒オーダのパルス幅は必要とされない。

上記の動作は、コンデンサ１０２ｂでの充電が進むにつれて抵抗１０２ａにおける電流の流れが顕在化し、それにより抵抗１０２ａによる電流制限が生じ、この電流制限のために光源（ＬＤ）１０１に流れる電流が減少して緩和振動が抑制される現象として把握することもできる。本発明者らの実験およびコンピュータシミュレーションによれば、光源１０１で生じる発光のパルス幅を数十〜数百ピコ秒程度とできることが確認されている。なお、発光パルスのパルス幅は、数十〜数百ピコ秒のオーダに限定される訳ではない。

図３に示すように、本発明を利用したパルス発光の為の回路は、きわめて簡素であり、小型軽量、低コスト、低消費電力のものが実現可能である。また、スイッチ１０３の動作を制御する制御信号は、市販のＩＣ（信号発生用の回路を書き込んだＦＰＧＡ等）を用いて得ることができ、高価で複雑な発振回路は必要とされない。

また、図３の構成によれば、発生するパルス光のピーク値が電源電圧の変動を受け難いという優位性が得られる。一般に、電源電圧をＬＤに直接加える場合、発光強度が電源電圧の変動や偏差の影響を大きく受ける。そのため、電源の安定化に注意を払う必要がある。ところが、コンデンサへの突入電流をＬＤ電流とした場合、発光強度に対する電源電圧の影響が直接電源を接続した場合に比べて小さくなる。この原因の詳細は明らかでないが、コンデンサへの突入電流をＬＤ電流とすることで、ＬＤへの電流の流れは、コンデンサの影響が支配的となり、電源の影響が相対的に低下するためであると考えられる。

（その他）
図３では、プラス電源を用いる例が示されているが、マイナス電源で動作する形態も可能である。マイナス光源を用いる場合は、光源１０１の側が接地され、スイッチ１０３の側にマイナス電源（-Ｖ）が接続される。また、図３では、スイッチ１０３として、ＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジスタやその他のスイッチング素子を用いることもできる。また、Ｃとして、通常のコンデンサ素子ではなく、コンデンサとして機能する素子を利用することができる。また、Ｒとして、通常の抵抗素子ではなく、抵抗として機能する素子（例えば、バイアスを加えたＦＥＴ等）を利用することもできる。

図９および図１０には、図３に示す回路構成の変形例が示されている。以下、図９および図１０に示す回路について説明する。なお、図９および図１０には、マイナス電源を用いた場合の例が示されている。

図９（ａ）には、微分回路のコンデンサを可変コンデンサとした場合の例が示されている。図９（ａ）の例では、コンデンサを可変コンデンサとすることで、微分回路の容量の調整が容易となる。図９（ｂ）には、スイッチを介して複数のコンデンサを並列に接続し、スイッチを切り替えることで容量の調整が行える構成が示されている。複数のコンデンサのそれぞれは、互いに異なる値のものを用いてもよいが、同じ値のものを用いることもできる。図９（ｂ）の例では、コンデンサの組み合わせを変えることで、微分回路の容量の調整が容易となる。

図１０（ａ）には、微分回路の抵抗を可変抵抗器とした例が示されている。図１０（ｂ）には、図１０（ａ）の可変抵抗器を制御信号により可変できるタイプのものとした例が示されている。図１０（ａ）や（ｂ）の構成とすることで、微分回路を構成する抵抗の抵抗値の調整が容易となる。図１０（ｃ）には、微分回路を構成する抵抗器と並列にサーミスタを接続した例が示されている。サーミスタを用いることで、光源の温度特性を補償することができる。

抵抗値を調整可能とする例として、複数の抵抗器を図９（ｂ）に示すようにスイッチを介して並列に接続し、ＯＮにするスイッチを選択することで、抵抗値の値を設定する構成も可能である。また、この構成を図９（ｂ）の構成と組み合わせ、ＯＮにするスイッチの選択により、微分回路の抵抗器部分の抵抗値とコンデンサ部分の容量の両方を調整可能とすることもできる。なお、複数の抵抗器のそれぞれは、互いに異なる値の物を用いてもよいが、同じ値のものを用いることもできる。

２．第２の実施形態
レーザダイオード（ＬＤ）の発光強度には、温度依存性がある。ここでは、温度変化による光源の発光強度の変化を抑えた構成の一例を説明する。図１１には、本実施形態のブロック図が示されている。図１１には、発光装置２００が示されている。発光装置２００は、可変電圧電源１０５、温度センサ１０６、光源１０１、微分回路１０２およびスイッチ１０３を備えている。ここで、光源１０１、微分回路１０２およびスイッチ１０３は、図３に示す第１の実施形態と同じである。

可変電圧電源１０５は、マイナス電源であり、温度センサ１０６が検出した温度に応じて出力する電圧の値を可変する。可変電圧電源１０５で設定された作り出されたマイナス電圧が、光源１０１、微分回路１０２およびスイッチ１０３が直列接続された回路に印加される。

図１２〜図１４は、図１１に示す回路構成を採用した場合における環境温度、電源電圧、パルス光の波形およびピーク値の関係が示されている。図１２〜図１４に示すように、電源電圧が一定な場合、環境温度の違いにより、レーザダイオードにより構成される光源１０１が発するパルス光のピークの値は大きく変化する。しかしながら、図１２および図１４に示すように、環境温度に応じて電源電圧を変えることで、ほぼ同じ波形およびピーク値のパルス光を得ることができる。

可変電圧電源１０５は、マイコンを利用したコントローラを内蔵している。このマイコンのメモリ部には、特定のピーク値を得るために必要な環境温度と電源電圧の関係を調べたデータテーブルが記憶されている。動作に当たっては、温度センサ１０６が検出した環境温度を上記のデータテーブルに当てはめ、対応する電源電圧が出力されるよう制御が行われる。

一般にレーザダイオード（ＬＤ）は電源電圧の影響を強く受けるので、ＬＤに直接電源電圧を加える場合は、電源電圧の変更による発光強度の変更は、再現性の点で難がある。しかしながら、コンデンサへの突入電流を用いてＬＤを発光させる場合、電源の影響が抑えられるので、電源電圧を変更しての発光強度の調整は、高い再現性を得ることができる。

３．第３の実施形態
図１５（Ａ）には、発光装置３００が示されている。発光装置３００は、スイッチ１０３の位置が図３の場合と異なっている。発光装置３００では、スイッチ１０３が光源１０１と微分回路１０２との間に配置されている。発光装置３００は、光源と微分回路とが直列に接続された一例である。発光装置３００における光源１０１、微分回路１０２およびスイッチ１０３は、図３に関連して説明したものと同じである。

発光装置３００の動作は、図３の発光装置１００と同じである。以下、発光装置３００の動作を簡単に説明する。スイッチ１０３がＯＦＦの状態では、微分回路のコンデンサ（図３の符号１０２ｂ）に電圧が加わらず、また光源１０１にも電圧が加わらないので、光源１０１は発光しない。スイッチ１０３がＯＮになると、微分回路１０２のコンデンサ（図３の符号１０２ｂ）に電圧が加わり、突入電流が流れる。この突入電流が流れることで、光源１０１に電流が流れ、光源１０１が発光する。

そして、微分回路１０２のコンデンサ（図３の符号１０２ｂ）が充電されると、このコンデンサに並列に接続された抵抗（図３の符号１０２ａ）に電流が流れ、そこでの電圧降下（電流制限）が発生し、光源１０１の発光が停止する。こうして、緩和振動における一発目のパルスのみの発光が行われる。

図１５（Ｂ）には、発光装置４００が示されている。発光装置４００は、スイッチ１０３の位置が図３および図１２（Ａ）の場合と異なっている。発光装置４００では、スイッチ１０３が光源１０１と＋電源との間に配置され、光源１０１は、グランド側に配置された微分回路１０２と直列に接続されている。発光装置４００における光源１０１、微分回路１０２およびスイッチ１０３は、図３に関連して説明したものと同じである。発光装置４００の動作は、図３の発光装置１００および図１３（Ａ）の発光装置３００と同じである。

４．第４の実施形態
図１６には、測距装置５００が示されている。測距装置５００は、レーザ光を用いて測定対象物までの距離の測定を行う装置である。測距装置５００は、発光装置１００、射出部５０１、受光部５０２、信号処理部５０３および表示部５０４を備えている。

発光装置１００は、図３に示す構成を有する。勿論、本明細書中で例示する他の発光装置を利用することもできる。射出部５０１は、発光装置１００から出力されるレーザ光を測定対象物に対して射出するための光学系を備えている。受光部５０２は、光学系と受光素子（フォトダイオード等）を備え、射出部５０１から射出され、対象物で反射されてきた反射光を受光する。信号処理部５０３は、受光部５０２が受光した検出光に基づき、対象物までの距離を算出する。信号処理部５０３で行われる演算は、通常のレーザ測距装置におけるものと同じである。表示部５０４は、液晶ディスプレイ等の表示装置であり、信号処理部５０３で算出された対象物までの距離を表示する。

測距装置５００は、発光装置１００で生成されるパルス幅の短い測距光を用いるので、高い測距精度を得ることができる。また、発光装置１００は構造が簡素であり、低消費電力が小さく、更に低コストで得られるので、測距装置５００は、小型化、低消費電力化、低コスト化を計ることができる。

ここでは、本発明の光源の適用例として、レーザ測距装置を例示したが、微分回路を用いてパルス発光を行う本発明の光源は、パルス光を用いた各種の装置（例えば、レーザ加工装置等）に適用することができる。

１００…発光装置、１０１…光源（レーザダイオード：ＬＤ）、１０２…微分回路、１０２ａ…抵抗、１０２ｂ…コンデンサ、１０３…スイッチ、２００…発光装置、３００…発光装置、４００…発光装置、５００…測距装置。

Claims (13)

1. 発光駆動のための通電直後に緩和振動が発生する光源と、
   通電直後において低いインピーダンスである容量性リアクタンス特性回路部および通電後所定時間経過以後に前記容量性リアクタンス特性回路部に充電された電荷を放電するレジスタンス特性回路部が並列接続されている微分回路と、
   スイッチング素子と
   を備え、
   前記光源と前記微分回路とは直列に接続され、
   前記スイッチング素子は、前記光源および前記微分回路に対する電圧印加のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチであり、
   前記容量性リアクタンス特性回路部および前記レジスタンス特性回路部は、前記緩和振動における一部の発振を得られる特性が選択されることを特徴とする発光装置。
2. 前記容量性リアクタンス特性回路部および前記レジスタンス特性回路部は、前記緩和振動における最初の振動を生じさせ、他の振動を抑制する特性が選択されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記容量性リアクタンス特性回路部への突入電流により、前記最初の振動が生じ、
   前記突入電流による前記容量性リアクタンス特性回路部への充電後に前記レジスタンス特性回路部に電流が流れることで、前記他の振動が抑制されることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記最初の振動を生じさせ、前記他の振動を抑制することで、前記光源に単パルス発光を生じさせることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 環境温度を計測する温度計測部と、
   前記温度計測部の出力に基づき、前記光源と前記微分回路に加わる電圧を可変する電源部と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記容量性リアクタンス特性回路部がコンデンサであり、
   前記レジスタンス特性回路部が抵抗器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記コンデンサが容量可変コンデンサであることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記抵抗器が可変抵抗器であることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
9. 前記レジスタンス特性回路部はサーミスタをさらに有し、光源特性の温度変化を補正することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 前記容量性リアクタンス特性回路部および／または前記レジスタンス特性回路部は、それぞれ異なる特性値を持つ複数の素子およびそれらを選択的に接続するスイッチング素子からなり、それら素子を選択的に接続することで微分回路の特性を選択可能なことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記スイッチング素子による通電時間よりも前記光源の発光期間が短いことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光装置。
12. 前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにおけるＯＮ状態の期間が閉回路であり、ＯＦＦ状態で開回路となることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１つに記載の発光装置から生成され、前記光源の緩和振動の最初の発振による光を測定対象物に向け射出する射出部と、
    前記測定対象物から反射した反射光を受光する受光部と、
    前記受光部の出力信号に基づいて前記測定対象物までの距離の算出を行う信号処理部と
    を備えることを特徴とする距離測定装置。
    

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