JP2019132671A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザーレーダー装置に関する。 The present invention relates to a laser radar device.
近年、対象にパルス発光するレーザー光を投光し対象からの反射光を受光して対象までの距離等を検出するレーザーレーダー(ライダー(LIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging))装置が利用されている。
レーザーレーダー装置の受光部では、投光に対して例えば10−9程度と弱い光を受光しなければならないが、投光部と受光部との相対的配置を固定するために、投光部と受光部とが導電性材料からなる筐体を介して一体的に固定された場合に、投光部で発生した電気ノイズが受光部に伝搬するという問題がある。
特許文献1にあっては、光源の発熱により、受光素子の温度が上昇し、特性に影響を与えることを防止するために、一般的な金属ハウジングに熱伝導率が低いホルダーを介して受光素子を付設することで、光源の熱を遮断し、受光素子への影響を抑えた。
In recent years, a laser radar (LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging)) device that detects the distance to the target by projecting a pulsed laser beam to the target and receiving the reflected light from the target Is being used.
The light receiving unit of the laser radar device must receive light as weak as about 10 −9, for example, with respect to the light projection, but in order to fix the relative arrangement of the light projecting unit and the light receiving unit, When the light receiving unit is integrally fixed via a casing made of a conductive material, there is a problem that electrical noise generated in the light projecting unit propagates to the light receiving unit.
In Patent Document 1, in order to prevent the temperature of the light receiving element from being increased due to heat generated by the light source and affecting the characteristics, the light receiving element is inserted into a general metal housing through a holder having low thermal conductivity. By attaching, the heat of the light source was cut off and the influence on the light receiving element was suppressed.
しかしながら、特許文献1に記載の発明にあっては、熱の伝搬を抑制することを目的としており、電気ノイズの伝搬を抑制するためには最適化されていない。 However, the invention described in Patent Document 1 aims to suppress the propagation of heat and is not optimized to suppress the propagation of electrical noise.
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、投光部と受光部とが導電性材料からなる筐体を介して一体的に固定されたレーザーレーダー装置において、投光部で発生した電気ノイズが受光部に伝搬することを抑制することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and in a laser radar device in which a light projecting unit and a light receiving unit are integrally fixed via a housing made of a conductive material, It is an object of the present invention to suppress electrical noise generated at the light receiving portion from propagating to the light receiving portion.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、レーザー発振器が実装された投光回路基板と、受光素子が実装された受光回路基板とが導電性材料からなる筐体を介して一体的に固定されたレーザーレーダー装置であって、
前記筐体と前記受光回路基板との間に、導電性部材が配置され、
前記筐体と前記導電性部材との間に、絶縁性部材が配置されて両者を絶縁し、
前記導電性部材が、前記受光回路基板に含まれる接地パターンに電気的に接続して接地されたレーザーレーダー装置である。
The invention described in claim 1 for solving the above-mentioned problems is that the light projecting circuit board on which the laser oscillator is mounted and the light receiving circuit board on which the light receiving element is mounted are integrated via a casing made of a conductive material. Fixed laser radar device,
A conductive member is disposed between the housing and the light receiving circuit board,
An insulating member is disposed between the housing and the conductive member to insulate both,
In the laser radar device, the conductive member is grounded by being electrically connected to a ground pattern included in the light receiving circuit board.
請求項2記載の発明は、前記投光回路基板からの投光路と、前記受光回路基板への受光路とが、前記筐体内で同軸に配置された請求項1に記載のレーザーレーダー装置である。 The invention according to claim 2 is the laser radar device according to claim 1, wherein a light projecting path from the light projecting circuit board and a light receiving path to the light receiving circuit board are arranged coaxially in the housing. .
本発明によれば、投光回路基板から筐体に印加される電気ノイズは、投光回路基板と受光回路基板との間に、筐体と絶縁性部材と導電性部材とでつくられるキャパシタにより、受光回路基板への伝搬が抑制される。
レーザー発振器の発振パルス幅等の電気的特性に応じて同キャパシタのインピーダンスが大きくなるようにその電気的特性を選択し、電気ノイズ伝搬量を縮小することができる。
According to the present invention, the electrical noise applied to the housing from the light projecting circuit board is caused by the capacitor formed by the housing, the insulating member, and the conductive member between the light projecting circuit board and the light receiving circuit board. Propagation to the light receiving circuit board is suppressed.
The electrical characteristics can be selected according to the electrical characteristics such as the oscillation pulse width of the laser oscillator so that the impedance of the capacitor is increased, and the electric noise propagation amount can be reduced.
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
図1にレーザーレーダー装置の構成例を示す。
図1に示すようにレーザーレーダー装置1は、レーザーダイオードなどのレーザー発振器が実装された投光回路基板10と、受光素子が実装された受光回路基板20とが導電性材料からなる筐体30を介して一体的に固定された構成を有する。
筐体30は箱状で内部に光学部品等が配置される。
投光回路基板10は筐体30の内部にレーザー光を出射するように筐体30の外面にアルミ板などの導電性部材11を介して固定されている。
受光回路基板20は筐体30の内部に入射したレーザー光を受光するように筐体30の外面にアルミ板などの導電性部材21、さらに樹脂板などの絶縁性部材22を介して固定されている。導電性部材21は、筐体30と受光回路基板20との間に配置されている。絶縁性部材22は、筐体30と導電性部材21との間に配置されており、絶縁性部材22は、筐体30と導電性部材21とを絶縁する。
投光回路基板10からの投光路L1と、受光回路基板20への受光路L2とが、筐体30内の少なくとも投光・集光口31で同軸に配置された構成である。このような場合、投光回路基板10と受光回路基板20との相対的配置を固定するために、共通の筐体30への固定構造が適用される。
FIG. 1 shows a configuration example of a laser radar device.
As shown in FIG. 1, a laser radar device 1 includes a
The
The light
The light
The light projecting path L <b> 1 from the light
導電性部材21は、受光回路基板20に含まれる接地パターン20Gに電気的に接続して接地されている。例えば、図2に示すように導電性材料からなる固定ネジ23を介して接地パターン20Gが導電性部材21に接続されている。
投光回路基板10及び受光回路基板20は、筐体30に設けられた孔部32,33にそれぞれ位置決めされる。図3(a)に示すように絶縁性部材22に凸型の嵌合部20Hを形成して孔部33に嵌め入れて位置決めしてもよいし、図3(b)に示すようにフラットな形状として位置決め用の凹凸を形成せずに、位置決め後固定してもよい。これにより受光素子20Rが筐体30に対して位置決めされる。
The
The light
投光回路基板10は、光学調整感度が高いため、雰囲気温度の変化で熱膨張をさけるよう金属(導電性部材11)を介して筐体30に固定している。
筐体30も光学調整の維持のため、金属(導電性材料)を適用している。
したがって、投光回路基板10でのレーザー発振時に発生する電気ノイズが筐体30まで伝搬する。
受光回路基板20は、投光回路基板10の光学調整感度に比べて鈍感であるため、熱膨張係数の小さな絶縁性部材22を使用している。筐体30と絶縁性部材22と導電性部材21とにより、キャパシタがつくられ、このキャパシタにより、投光回路基板10から筐体30に印加される電気ノイズの受光回路基板20への伝搬を抑制する。
Since the light
A metal (conductive material) is also applied to the
Therefore, electrical noise generated during laser oscillation in the light
Since the light
(実施例)
以上の実施形態に従ってレーザーレーダー装置を実施し、さらに導電性部材21にはアルミを使用し、絶縁性部材22には樹脂を使用し、導電性部材21の厚みと絶縁性部材22の厚み(d)を合計した総厚(L)を3.5mmとし、導電性部材21の厚み(L−d)を図4に示すように3.5から0.5とした場合の電気伝搬ノイズの測定結果を同図に示す。
図4に示すように導電性部材21の厚みを2.5mm、絶縁性部材22の厚みを1mmとした場合にノイズの抑制効果が最大となった。
投光回路基板10では数十Aを超える電流がノイズとなり、受光回路基板20側へ伝搬し、受光回路基板20で検出する受光信号に影響を与え得る。
ノイズ周波数により、絶縁性部材22、導電性部材21の厚みを決める必要がある。本実施例では、投光回路基板10でのレーザー発振のパルス幅が10nsから5nsの場合であるため、ノイズ周波数は50MHz〜300MHz程度となる。そのため、絶縁性部材22の厚みを1mmとし、全体の厚み(L)の3.5mmに対して導電性部材21の厚みを2.5mmとした場合にノイズの抑制効果が最大となった。
(Example)
The laser radar apparatus is implemented according to the above embodiment, and the
As shown in FIG. 4, when the thickness of the
In the light
It is necessary to determine the thickness of the insulating
なお、電気ノイズの伝搬等については以下が参考となる。
絶縁材の厚みdを通して、導電体である筐体30の電気ノイズが伝搬(カップリング)する。
この現象は一般的なキャパシタ(C)とノイズの周波数(ω)で示すことができる。
C =ε0*ε*S/d・・・(式1)
但し、ε0:誘電率(真空)、ε:誘電率(絶縁性部材22)、S:筐体30との接触面積、d: 絶縁性部材22を介した筐体30と導電性部材21との距離
Z=1/(jωC)・・・(式2) 但し、Z:インピーダンス
以上の式1,2より、絶縁性部材22の誘電率が低いと距離が短く、元のノイズの周波数が高いほど、インピーダンスが小さくなるため、電気ノイズの伝搬量が大きくなる。
ノイズ源の大きさ(Zに関係)、周波数(ω)に対応した、厚みd以上の絶縁性部材22を使用することにより、伝搬ノイズを抑制することが可能である。
導電性部材21の厚み(L−d)は、受光回路基板20のGND部(20G)の強化に効果がある。そのため導電性部材21の厚みを、全体のLに応じて大きくすることが望ましい。式2より、
C<Z*j*ω
式1より、
ε0*ε*S/d<Z*j*ω
d>ε0*ε*S/(jω)
上限は、全体のLとなるので、
ε0*ε*S/(jω) <d<L・・・(式3)
・絶縁材の厚みは 誘電率を用いて d>0.15mm*ε
・導電材の厚み D(=L−d)は、Noise =α*D^(-a)
・α、a=定数(材料、光学の構成により決まる値)
The following is helpful for the propagation of electrical noise.
Through the thickness d of the insulating material, electrical noise of the
This phenomenon can be shown by a general capacitor (C) and noise frequency (ω).
C = ε0 * ε * S / d (Formula 1)
Where ε0: dielectric constant (vacuum), ε: dielectric constant (insulating member 22), S: contact area with the
Propagation noise can be suppressed by using the
The thickness (Ld) of the
C <Z * j * ω
From Equation 1,
ε0 * ε * S / d <Z * j * ω
d> ε0 * ε * S / (jω)
Since the upper limit is the entire L,
ε0 * ε * S / (jω) <d <L (Expression 3)
・ The thickness of the insulation material is calculated using the dielectric constant. D> 0.15mm * ε
・ Thickness D (= L-d) of conductive material is Noise = α * D ^ (-a)
・ Α, a = constant (value determined by material and optical configuration)
1 レーザーレーダー装置
10 投光回路基板
11 導電性部材
20 受光回路基板
20G 接地パターン
20H 嵌合部
20R 受光素子
21 導電性部材
22 絶縁性部材
23 固定ネジ
30 筐体
31 投光・集光口
32,33 孔部
L1 投光路
L2 受光路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記筐体と前記受光回路基板との間に、導電性部材が配置され、
前記筐体と前記導電性部材との間に、絶縁性部材が配置されて両者を絶縁し、
前記導電性部材が、前記受光回路基板に含まれる接地パターンに電気的に接続して接地されたレーザーレーダー装置。 A laser radar device in which a light emitting circuit board on which a laser oscillator is mounted and a light receiving circuit board on which a light receiving element is mounted are integrally fixed via a housing made of a conductive material,
A conductive member is disposed between the housing and the light receiving circuit board,
An insulating member is disposed between the housing and the conductive member to insulate both,
A laser radar device in which the conductive member is grounded by being electrically connected to a ground pattern included in the light receiving circuit board.
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