JP2020085743A - Semiconductor circuit unit, light source device, object detection device, sensing device, and moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体回路ユニット、光源装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor circuit unit, a light source device, an object detection device, a sensing device, and a moving body.
従来、半導体素子が設けられた回路基板を備える半導体回路ユニットが知られている。 Conventionally, a semiconductor circuit unit including a circuit board provided with a semiconductor element is known.
特許文献１には、半導体発光素子の設けられる回路基板が熱伝導シートにより直接にヒートシンクと熱接続されている半導体光源装置が開示されている。
従来のように、半導体素子が設けられた回路基板の冷却のためにヒートシンクを搭載すると、小型化の要望に応えることができない。 When a heat sink is mounted for cooling a circuit board provided with a semiconductor element as in the conventional case, it is not possible to meet the demand for miniaturization.
上述した課題を解決するために、本発明は、半導体素子が設けられた回路基板を備える半導体回路ユニットであって、当該半導体回路ユニットのカバー部材と前記回路基板との両方に接触する熱伝導性部材を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a semiconductor circuit unit including a circuit board provided with a semiconductor element, wherein the thermal conductivity of contacting both the cover member of the semiconductor circuit unit and the circuit board. It is characterized by having a member.
本発明によれば、ヒートシンクを設けずに回路基板を十分に冷却することが可能となり、小型化と十分な冷却とを両立させることができる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently cool the circuit board without providing a heat sink, and it is possible to achieve both miniaturization and sufficient cooling.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における走査型の物体検出装置であるレーザレーダ１００の概略的構成を示すブロック図である。
本実施形態のレーザレーダ１００は、一例として、移動体としての自動車に搭載され、光を出射し、物体（例えば先行車両、停車車両、障害物、歩行者等）からの反射光（散乱光）を受光して、物体の有無や物体までの距離などを検出する走査型レーザレーダである。レーザレーダ１００は、例えば自動車のバッテリ（蓄電池）から電力の供給を受ける。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
As an example, the
レーザレーダ１００は、図１に示されるように、複数の半導体素子であるＬＤ（レーザダイオード）を含むＬＤＡ（レーザダイオードアレイ）１１を光源として備え、ＬＤ駆動装置１２、投光光学系２０、受光光学系３０、検出系４０、同期系５０なども備えている。
As shown in FIG. 1, the
ＬＤＡ１１の各ＬＤは、ＬＤ駆動装置１２により駆動され、レーザ光を出射する。ＬＤ駆動装置１２は、自動車のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）４０１からＬＤ駆動信号（矩形パルス信号）が入力されたときにＬＤを点灯（発光）させる。ＬＤＡ１１の詳細については、後述する。
Each LD of the LDA 11 is driven by the
図２（ａ）は、投光光学系２０及び同期系５０を模式的に示した説明図である。図２（ｂ）は、受光光学系３０を模式的に示した説明図である。
以下では、図２（ａ）等に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ三次元直交座標系を適宜用いて説明する。
FIG. 2A is an explanatory view schematically showing the projection
In the following description, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system whose vertical direction is the Z-axis direction shown in FIG.
投光光学系２０は、図２（ａ）に示されるように、ＬＤＡ１１からの光の光路上に配置されたカップリングレンズ２２と、カップリングレンズ２２を介した光の光路上に配置された偏向器としての回転ミラー２６とを含む。ＬＤＡ１１から出射された光は、カップリングレンズ２２により所定のビームプロファイルの光に整形された後、回転ミラー２６でＸ軸周りに偏向される。
As shown in FIG. 2A, the projection
回転ミラー２６でＸ軸周りの所定の偏向範囲に偏向された光が投光光学系２０から投射された光、すなわちレーザレーダ１００から出射された光である。回転ミラー２６は、反射面を有し、カップリングレンズ２２からの光を回転軸（Ｘ軸）周りに回転しながら反射（偏向）することで、上述した偏向範囲に対応する有効走査領域を光により水平な１軸方向（ここではＹ軸方向）である主走査方向に走査する。なお、主走査方向（ここではＹ軸方向）に直交する方向（ここではＸ軸方向）は「副走査方向」と呼ばれる。
The light deflected by the
回転ミラー２６は、図２（ａ）から分かるように、反射面を２面（対向する２つの面）有しているが、これに限らず、１面でも３面以上でも良い。また、少なくとも２つの反射面を設け、回転ミラーの回転軸に対して異なった角度で傾けて配置して、走査・検出する領域をＸ軸方向に切り替えることも可能である。
As can be seen from FIG. 2A, the
本実施形態においては、ＬＤＡ１１、ＬＤ駆動装置１２及び投光光学系２０を含んで、有効走査領域を主走査方向に光走査する光源装置としての光走査装置である光走査ユニット２００が構成されている（図１参照）。
In the present embodiment, an
受光光学系３０は、図２（ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射（散乱）された光を反射する回転ミラー２６と、回転ミラー２６からの光の光路上に配置され、光を後述する光検出器としてのＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）４１に結像させる結像光学系３２とを含む。
As shown in FIG. 2B, the light receiving
図２（ｃ）は、ＬＤＡ１１から回転ミラー２６までの光路と、回転ミラー２６からＰＤＡ４１までの光路が一部省略されて示されている。図２（ｃ）から分かるように、投光光学系２０と受光光学系３０は、Ｘ軸方向に重なるように配置されており、回転ミラー２６は、投光光学系２０と受光光学系３０で共通となっている。これにより、物体上におけるＬＤＡ１１の照射範囲とＰＤＡ４１の受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくでき、安定した物体検出を実現できる。
In FIG. 2C, the optical path from the
検出系４０は、図２（ｂ）及び図１に示されるように、投光光学系２０から投射されて有効走査領域内にある物体で反射（散乱）された光を受光光学系３０を介して受光するＰＤＡ４１と、ＰＤＡ４１の受光信号を検出するＰＤ出力検出部４４と、ＬＤ駆動信号の立ち上がりタイミングとＰＤ出力検出部４４での受光信号の検出タイミングとの時間差から物体までの距離を算出する距離算出部４６とを含む。
As shown in FIGS. 2B and 1, the
投光光学系２０から投射されて物体で反射（散乱）された光は、回転ミラー２６を介して結像光学系３２に導かれ、結像光学系３２によりＰＤＡ４１に集光する（図２（ｂ）参照）。ここでは、結像光学系３２は２枚のレンズで構成されているが、１枚のレンズとしても良いし、３枚以上のレンズとしても良いし、ミラー光学系を用いても良い。ＰＤＡ４１については、後に詳述する。
The light projected from the light projecting
同期系５０は、図２（ａ）及び図１に示されるように、ＬＤＡ１１から出射されてカップリングレンズ２２を介して回転ミラー２６で偏向された光のうち、有効走査領域から外れる光の光路上に配置された同期レンズ５２と、同期レンズ５２を介した光の光路上に配置された同期検知用ＰＤ５４と、同期検知用ＰＤ５４の出力信号を検出するＰＤ出力検出部５６とを含む。
As shown in FIG. 2A and FIG. 1, the
回転ミラー２６の回転により、回転ミラー２６の各反射面で反射された光が同期検知用ＰＤ５４で受光される度に同期検知用ＰＤ５４から信号が出力される。すなわち、同期検知用ＰＤ５４からは定期的に信号が出力されることになる。このように回転ミラー２６からの光を同期検知用ＰＤ５４に照射するための同期点灯を行うことで、同期検知用ＰＤ５４での受光タイミングに基づいて、回転ミラー２６の回転タイミングを得ることが可能となる。よって、ＬＤＡ１１を同期点灯してから所定時間経過後にＬＤＡ１１をパルス点灯することで、有効走査領域を主走査方向に光走査することができる。すなわち、同期検知用ＰＤ５４に光が照射されるタイミングの前後期間にＬＤＡ１１をパルス点灯することで有効走査領域を主走査方向に光走査することができる。
The rotation of the
ここで、時間計測（距離計測）や同期検知に用いる受光素子としては、上述したＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）の他、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）等を用いることが可能である。ＡＰＤやＳＰＡＤは、ＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。 Here, as the light receiving element used for time measurement (distance measurement) and synchronization detection, in addition to the PD (Photo Diode) described above, APD (Avalanche Photo Diode), SPAD (Single Photon Avalanche Diode) which is a Geiger mode APD, and the like. It can be used. Since APD and SPAD have high sensitivity to PD, they are advantageous in terms of detection accuracy and detection distance.
図３は、検出系４０や同期系５０におけるＰＤ出力検出部の一例を示す模式図である。
ＰＤ出力検出部での動作としては、受光信号の信号増幅及び受光信号のタイミング検出の２つの動作がある。受光信号の信号増幅についてはアンプなどの増幅器を用いて増幅し、受光信号のタイミング検出についてはコンパレータなどの比較器を用いて、ＰＤからの受光信号の一定出力（スレッシュレベル）以上となる立ち上り波形部を検出する。すなわち、ＰＤ出力検出部は、コンパレータを用いて受光信号を２値化した論理信号として得ることができる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the PD output detection unit in the
There are two operations in the PD output detection unit: signal amplification of the received light signal and timing detection of the received light signal. For signal amplification of the received light signal, an amplifier such as an amplifier is used for amplification, and for detection of the timing of the received light signal, a comparator such as a comparator is used. A rising waveform of the received light signal from the PD that exceeds a certain output (threshold level) Detect the part. That is, the PD output detection unit can obtain the light reception signal as a binary logic signal using the comparator.
同期系５０のＰＤ出力検出部５６は、同期検知用ＰＤ５４の受光信号（立ち上がり波形部）を検出すると同期信号をＥＣＵ４０１に出力する（図１参照）。ＥＣＵ４０１は、ＰＤ出力検出部５６からの同期信号に基づいてＬＤ駆動信号を生成し、ＬＤ駆動信号をＬＤ駆動装置１２及び距離算出部４６に出力する。
When the PD
一方、検出系４０のＰＤ出力検出部４４は、ＰＤＡ４１のＰＤの受光信号（立ち上がり波形部）を検出すると検出信号（矩形パルス信号）を距離算出部４６に出力する。距離算出部４６は、ＥＣＵ４０１からのＬＤ駆動信号の立ち上がりタイミングとＰＤ出力検出部４４からの検出信号の立ち上がりタイミングとの時間差を物体までの往復距離と推定し、時間差を距離に変換することで物体までの距離を算出し、その算出結果をＥＣＵ４０１に測定信号として出力する。ＥＣＵ４０１は、距離算出部４６からの測定信号に基づいて例えば自動車の速度制御等を行う。自動車の速度制御としては、例えば自動ブレーキ（オートブレーキ）が挙げられる。
On the other hand, the PD output detection unit 44 of the
ここで、ＥＣＵ４０１からＬＤ駆動装置１２に出力されるＬＤ駆動信号は、同期点灯を行うための単一の駆動パルスからなるバイアス発光制御信号と、バイアス発光制御信号に対して遅延した、パルス点灯を行うための複数の駆動パルスからなるパルス発光制御信号とで構成される。バイアス発光制御信号及びパルス発光制御信号は、ＥＣＵ４０１により同期信号に基づいて生成される。
Here, the LD drive signal output from the
バイアス発光制御信号は、回転ミラー２６の回転タイミングが同期検知用ＰＤ５４に光が入射するタイミングに一致する間、ＬＤ駆動装置１２に入力される。
The bias light emission control signal is input to the
パルス発光制御信号は、回転ミラー２６の回転タイミングが有効走査領域の走査開始タイミングから走査終了タイミングまでの間に、ＬＤ駆動装置１２に入力される。
The pulse emission control signal is input to the
ＬＤ駆動装置１２は、バイアス発光制御信号が入力されたときにＬＤを同期点灯（バイアス点灯）させる。このとき、ＬＤから出射された光は、カップリングレンズ２２、回転ミラー２６、同期レンズ５２の経路を辿り、同期検知用ＰＤ５４上に集光する。
The
また、ＬＤ駆動装置１２は、パルス発光制御信号が入力されたときにＬＤをパルス点灯（パルス発光）させる。このとき、ＬＤから出射された光は、カップリングレンズ２２、回転ミラー２６の経路を辿り、有効走査領域に向けて投射される。
Further, the
図４（ａ）は、ＬＤＡ１１の各ＬＤの発光領域と、ＬＤＡ１１を構成する１つのＬＤから出射されて投光光学系２０を介した光の照射範囲とを示す説明図である。
ＬＤＡ１１は、図４（ａ）から分かるように、複数（例えば１６個）のＬＤ１−１，１−２，１−３，１−４，２−１，２−２，２−３，２−４，３−１，３−２，３−３，３−４，４−１，４−２，４−３，４−４がＸ軸方向（副走査方向）に配列された垂直スタック型のレーザアレイである。ここでは、ＬＤ１−１〜４−４は、−Ｘ方向に昇順に並んでいる。
FIG. 4A is an explanatory diagram showing a light emitting region of each LD of the
As can be seen from FIG. 4A, the
図４（ｂ）は、ＰＤＡ４１の各ＰＤの受光領域と、ＰＤＡ４１を構成する１つのＰＤでの物体からの反射光の受光可能範囲とを示す説明図である。
ＰＤＡ４１は、図４（ｂ）から分かるように、複数（例えば４個）のＰＤ１〜４がＸ軸方向（副走査方向）に配列された垂直スタック型のフォトダイオードアレイである。ここでは、ＰＤ１〜４は、−Ｘ方向に昇順に並んでいる。
FIG. 4B is an explanatory diagram showing a light receiving area of each PD of the
As can be seen from FIG. 4B, the
図５は、ＬＤＡ１１の各ＬＤの照射範囲とＰＤＡ４１の各ＰＤの受光可能範囲との関係を示す説明図である。
ＬＤ１−１〜１−４の照射範囲はＰＤ１の受光可能範囲に対応し、ＬＤ２−１〜２−４の照射範囲はＰＤ２の受光可能範囲に対応し、ＬＤ３−１〜３−４の照射範囲はＰＤ３の受光可能範囲に対応し、ＬＤ４−１〜４−４の照射範囲はＰＤ４の受光可能範囲に対応している。すなわち、ＬＤ１−１〜１−４からの光はＰＤ１で受光され、ＬＤ２−１〜２−４からの光はＰＤ２で受光され、ＬＤ３−１〜３−４からの光はＰＤ３で受光され、ＬＤ４−１〜４−４からの光はＰＤ４で受光される。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the irradiation range of each LD of the
The irradiation range of LD1-1 to 1-4 corresponds to the receivable range of PD1, the irradiation range of LD2-1 to 2-4 corresponds to the receivable range of PD2, and the irradiation range of LD3-1 to 3-4. Corresponds to the receivable range of PD3, and the irradiation range of LD4-1 to 4-4 corresponds to the receivable range of PD4. That is, the light from LD1-1 to 1-4 is received by PD1, the light from LD2-1 to 2-4 is received by PD2, the light from LD3-1 to 3-4 is received by PD3, The light from the LDs 4-1 to 4-4 is received by the
各ＰＤの受光可能範囲は、対応する４つのＬＤの照射範囲よりもわずかに大きくなるように設定されている。これにより、受光可能範囲を効率よく照射できるため、受光可能範囲における光量を増大でき、検出精度及び検出距離を向上できる。また、製造誤差の範囲で照射範囲と受光可能範囲がわずかにずれても、検出精度及び検出距離が低下するのを抑制できる。 The light receiving range of each PD is set to be slightly larger than the irradiation range of the corresponding four LDs. As a result, since the light-receivable range can be efficiently irradiated, the amount of light in the light-receivable range can be increased, and the detection accuracy and the detection distance can be improved. Further, even if the irradiation range and the light-receivable range are slightly deviated within the manufacturing error range, it is possible to prevent the detection accuracy and the detection distance from decreasing.
図６は、検出範囲の解像度を表す模式図である。
図６に示される最小の四角は、１回の計測で計測できる範囲（解像度）を示す。主走査方向（Ｙ軸方向）の解像度を高めるためには、レーザ光の射出時間間隔を狭くすればよい。主走査方向に直交する副走査方向（Ｘ軸方向）の解像度を高めるためには、ＬＤの個数を増やすか、ＰＤの個数を増やせばよい。なお、図６では、副走査方向の解像度は１６とされている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the resolution of the detection range.
The minimum square shown in FIG. 6 indicates a range (resolution) that can be measured by one measurement. In order to increase the resolution in the main scanning direction (Y-axis direction), the laser light emission time interval may be narrowed. In order to increase the resolution in the sub-scanning direction (X-axis direction) orthogonal to the main scanning direction, the number of LDs or the number of PDs may be increased. In FIG. 6, the resolution in the sub-scanning direction is 16.
ここで、図７（ａ）に示される構成例１のレーザレーダは、副走査方向に一次元配列された１６個のＬＤ（ＬＤ１’〜１６’）を含むＬＤＡ１１と、１６個のＬＤに対応する１個のＰＤ（ＰＤ１’）を有している。すなわち、１６個のＬＤの照射領域と１個のＰＤの受光可能範囲が対応している。構成例１では、ＰＤが１個であるため、１６個のＬＤを時分割で切り替え、データを取得する必要があり、データの取得に時間がかかる。すなわち、図７（ａ）における１列分のデータを取得するのに、ＬＤを時分割で１６回点灯させる必要があり、検出データ取得時間の長期化を余儀なくされる。
Here, the laser radar of the configuration example 1 shown in FIG. 7A corresponds to the
また、図７（ｂ）に示される構成例２のレーザレーダは、１個のＬＤ（ＬＤ１’）と、１個のＬＤに対応する、副走査方向に対応する方向に一次元配列された１６個のＰＤ（ＰＤ１’〜１６’）を含むＰＤＡ４１を有している。構成例２では、１個のＬＤで１６個のＰＤをカバーする構成としているため、構成例１と比べて、ＬＤ１つ当たりの光量が等しいとすると、ＰＤ１つ当たりの光量が小さい（構成例１の１／１６）ため、検出距離の短距離化を余儀なくされる。
In addition, the laser radar of the configuration example 2 shown in FIG. 7B is one-dimensionally arrayed in one LD (LD1′) and one LD in a direction corresponding to the sub-scanning direction. It has a
これに対し、本実施形態のレーザレーダ１００では、図８に示されるように、ＬＤＡ１１におけるＡと表記された４個のＬＤ（これらを併せてＬＤ群Ａとも呼ぶ）は、電気的に接続され（例えば配線で接続され）、同時に点灯する。ＬＤＡ１１におけるＢと表記された４個のＬＤ（これらを併せてＬＤ群Ｂとも呼ぶ）は、電気的に接続され、同時に点灯する。ＬＤＡ１１におけるＣと表記された４個のＬＤ（これらを併せてＬＤ群Ｃとも呼ぶ）は、電気的に接続され、同時に点灯する。ＬＤＡ１１におけるＤと表記された４個のＬＤ（これらを併せてＬＤ群Ｄとも呼ぶ）は、電気的に接続され、同時に点灯する。
On the other hand, in the
ＬＤ群Ａの最も＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ１−１であり、ＬＤ群Ｂの最も＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ１−２であり、ＬＤ群Ｃの最も＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ１−３であり、ＬＤ群Ｄの最も＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ１−４である。ＬＤ群Ａの２番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ２−１であり、ＬＤ群Ｂの２番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ２−２であり、ＬＤ群Ｃの２番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ２−３であり、ＬＤ群Ｄの２番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ２−４である。ＬＤ群Ａの３番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ３−１であり、ＬＤ群Ｂの３番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ３−２であり、ＬＤ群Ｃの３番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ３−３であり、ＬＤ群Ｄの３番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ３−４である。ＬＤ群Ａの４番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ４−１であり、ＬＤ群Ｂの４番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ４−２であり、ＬＤ群Ｃの４番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ４−３であり、ＬＤ群Ｄの４番目に＋Ｘ側のＬＤは前記ＬＤ４−４である。また、図８において、ＰＤＡ４１における１〜４と表記された４個のＰＤは、それぞれＰＤ１〜４である。
The most +X side LD of the LD group A is the LD1-1, the most +X side LD of the LD group B is the LD1-2, and the most +X side LD of the LD group C is the LD1-3. , The LD on the most +X side of the LD group D is LD1-4. The second +X side LD of the LD group A is the LD2-1, the second +X side LD of the LD group B is the LD2-2, and the second +X side LD of the LD group C is The LD 2-3, and the second LD on the +X side of the LD group D is the LD 2-4. The third +X side LD of the LD group A is the LD3-1, the third +X side LD of the LD group B is the LD3-2, and the third +X side LD of the LD group C is The LD 3-3, and the third LD on the +X side of the LD group D is the LD 3-4. The fourth +X side LD of the LD group A is the LD4-1, the fourth +X side LD of the LD group B is the LD4-2, and the fourth +X side LD of the LD group C is The LD 4-3, and the fourth +X side LD of the LD group D is the LD 4-4. Further, in FIG. 8, the four PDs labeled 1 to 4 in the
本実施形態では、ＬＤ群Ａの４個のＬＤを同時点灯させ、対応するＰＤ１〜４で反射光の検出を行う。次に、ＬＤ群Ｂの４個のＬＤを同時点灯させ、対応するＰＤ１〜４で反射光の検出を行う。次に、ＬＤ群Ｃの４個のＬＤを同時点灯させ、対応するＰＤ１〜４で反射光の検出を行う。次に、ＬＤ群Ｄの４個のＬＤを同時点灯させ、対応するＰＤ１〜４で反射光の検出を行う。なお、ＰＤ１〜４は、増幅器１〜４に個別に接続されている。増幅器１〜４は、ＰＤ出力検出部４４に接続されている。各ＰＤの出力信号は、対応する増幅器で増幅され、ＰＤ出力検出部４４に送られる。この結果、図６における副走査方向の１列に相当する距離データを取得できる。
In the present embodiment, four LDs in the LD group A are turned on at the same time, and the
このように、ＬＤとＰＤの両方をアレイ化し、アレイ状光源であるＬＤＡ１１の一部（複数のＬＤからなるＬＤ群）毎に点灯する構成とし、点灯させるＬＤ群を時間的に切り替える（点灯タイミングをＬＤ群間で異ならせる）ことで、点灯させるＬＤを時間的に切り替える（点灯タイミングをＬＤ毎に異ならせる）場合に比べて切り替え回数を少なくすることができ、その結果、副走査方向に高解像度の距離データを、高速に取得することができる。ここでは、１６個のＬＤ、４個のＰＤに対して切り替え回数４回で、副走査方向に１６の解像度の距離データを得ることができる。
In this way, both LDs and PDs are arrayed and light is turned on for each part (LD group consisting of a plurality of LDs) of the
レーザレーダ１００による走査、検出を行う際、このような副走査方向の点灯動作を主走査方向の各走査位置で（パルス発光制御信号の各駆動パルスに対応する位置で）行うことで、走査位置で副走査方向に高解像度の距離データを高速に取得できることとなる。結果として、図６に示されるような主走査方向及び副走査方向に高解像度の距離データ（ここでは副走査方向により高解像度な距離データ）を得ることができる。
When performing scanning and detection by the
ところで、図８に示されるように、複数のＬＤを電気的に接続し、同時点灯させる場合は、隣り合わないＬＤを電気的に接続するのが好ましい。これにより、熱が局所的に発生するのを抑制でき、ＬＤの発光光量低下等の発熱による悪影響を回避できる。また、電気的に接続された複数のＬＤは、異なる複数のＰＤに個別に対応することが好ましい。つまり、図８に示されるように、複数のＬＤを電気的に接続する場合は、異なるＰＤに対応するＬＤ同士を電気的に接続することが好ましく、そのようにすることで、１回の同時発光（同時点灯）により、副走査方向において異なる複数位置の距離データを略同時に取得でき、データを取得する効率が良くなるばかりか、光を有効に利用でき、検出距離を増大できる。 By the way, as shown in FIG. 8, when a plurality of LDs are electrically connected and lighted at the same time, it is preferable to electrically connect LDs that are not adjacent to each other. As a result, it is possible to suppress heat from being locally generated, and it is possible to avoid adverse effects due to heat generation such as reduction in the amount of light emitted from the LD. In addition, it is preferable that the plurality of LDs that are electrically connected individually correspond to the plurality of different PDs. That is, as shown in FIG. 8, when a plurality of LDs are electrically connected, it is preferable to electrically connect the LDs corresponding to different PDs. By emitting light (simultaneous lighting), distance data at a plurality of different positions in the sub-scanning direction can be acquired substantially at the same time, the efficiency of data acquisition is improved, and light can be effectively used to increase the detection distance.
また、図９に示されるタイミングチャートのように、４つのＬＤ群Ａ〜Ｄは、各ＬＤ群が周期的に（ここでは同一の点灯周期Ｔで）、かつＬＤ群間で異なるタイミングで点灯され、点灯させるＬＤ群の切り替え時間、すなわち一のＬＤ群の点灯終了時から次のＬＤ群の点灯開始時までの時間が点灯周期Ｔよりも短く設定されている。これにより、各ＬＤ群の点灯周期Ｔを長くとることができ、熱の発生を抑えＬＤ群の各ＬＤの発光光量低下を抑制できるだけでなく、ＬＤの寿命を長くすることができる。 In addition, as shown in the timing chart of FIG. 9, the four LD groups A to D are lit periodically in each LD group (here, at the same lighting cycle T) and at different timings between the LD groups. The switching time of the LD group to be lit, that is, the time from the end of lighting of one LD group to the start of lighting of the next LD group is set shorter than the lighting cycle T. As a result, the lighting cycle T of each LD group can be lengthened, heat generation can be suppressed, reduction in the amount of light emitted from each LD of the LD group can be suppressed, and the life of the LD can be lengthened.
図１０は、レーザレーダ１００を備えるセンシング装置３００を備えた移動体としての自動車４００を示す模式図である。
センシング装置３００は、自動車４００に搭載され、レーザレーダ１００に加えて、レーザレーダ１００に電気的に接続された監視制御装置３０１を備えている。本実施形態のセンシング装置３００は、レーザレーダ１００が車内のルームミラー近傍に取り付けられるが、車両のバンパー付近など、レーザレーダ１００を他の場所に取り付けてもよい。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an
The
監視制御装置３０１は、レーザレーダ１００の検出結果に基づいて、物体の形状や大きさの推定、物体の位置情報の算出、移動情報の算出、物体の種類の認識等の処理を行って、それらの情報（物体情報）を出力する物体情報出力部と、物体情報出力部の出力結果に基づいて危険を判断する判断部としての機能を有する。
The
監視制御装置３０１は、危険ありと判断すると、アラーム等の警報を発したり表示モニタ４０２に警告画像を表示したりして自動車４００の運転者に注意を促したり、ハンドルを切って危険を回避するための制動指令などをＥＣＵ４０１へ出力したりする。なお、センシング装置３００は、例えば車両のバッテリから電力の供給を受ける。
When the
本実施形態では、監視制御装置３０１が自動車４００に搭載されているが、自動車４００の外部に配置し、自動車４００が通信可能なネットワークを介して監視制御装置３０１と通信するようにしてもよい。監視制御装置３０１が自動車４００に搭載される場合、監視制御装置３０１は、レーザレーダ１００と一体的に設けられても良いし、レーザレーダ１００とは別体に設けられても良い。また、監視制御装置３０１は、ＥＣＵ４０１が行う制御の少なくとも一部を行っても良い。
Although the
次に、本発明の特徴部分である半導体回路ユニットとしての光走査ユニット２００について説明する。
図１１は、本実施形態の光走査ユニット２００の内部構成を示す側面図である。
本実施形態のＬＤＡ１１を構成する各ＬＤは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、ＬＤＡ１１が実装される回路基板であるＶＣＳＥＬ駆動基板１３の基板面に対して垂直方向に光を出射する。本実施形態の光走査ユニット２００は、ＶＣＳＥＬからなるＬＤＡ１１が実装されたＶＣＳＥＬ駆動基板１３と、ＬＤ駆動装置１２と、カップリングレンズ２２や回転ミラー２６等の投光光学系２０と、これらを収容するカバーケース２０１とがユニット化されたものである。ただし、半導体回路ユニットは、少なくともＶＣＳＥＬからなるＬＤＡ１１が実装されたＶＣＳＥＬ駆動基板１３と、他の構成要素とを、カバーケースに収容してユニット化した構成であればよい。したがって、半導体回路ユニットは、例えば、投光光学系２０を含まず、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３とＬＤ駆動装置１２とからなるＬＤＡユニットとして構成してもよいし、レーザレーダ１００の全体をユニット化したレーダユニットとして構成してもよい。
Next, the
FIG. 11 is a side view showing the internal configuration of the
Each LD constituting the
本実施形態の光走査ユニット２００のカバーケース２０１には、光を外部へ射出するための光透過性部材であるウィンドウ部２０２が設けられており、カバーケース２０１の内部は密閉構造となっている。
The
図１２は、ＬＤＡ１１の各ＬＤの駆動回路の一部（ＬＤ群Ａ）についての概略構成を示す回路図である。
ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上には、ＶＣＳＥＬであるＬＤＡ１１を構成するＬＤ１−１〜ＬＤ４−４と充電抵抗、コンデンサ、ダイオード他、発光に必要な素子が配設されている。なお、図１２には、ＬＤ群Ａに含まれる４個のＬＤ１−１，２−１，３−１，４−１の部分についてのみ記載してあるが、残りのＬＤ群Ｂ〜Ｄについても同様であるため、以下、４個のＬＤ１−１〜４−１のみを対象に説明する。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a part (LD group A) of the drive circuit of each LD of the
On the
図１２中符号Ｄ１−１〜Ｄ４−１は逆電流を防止するダイオード、図１２中符号ＳＷ１−１〜ＳＷ４−１は充電電流を流すスイッチ、図１２中符号ＳＷ２はパルス状の駆動電流を供給するパワースイッチ、図１２中符号Ｃ１−１〜Ｃ４−１は駆動電流の電荷を供給するコンデンサ、図１２中符号Ｒ１はコンデンサへの充電電流を制限する電気抵抗素子としての充電抵抗、図１２中符号Ｖ１はコンデンサを充電する電源電圧である。 Reference numerals D1-1 to D4-1 in FIG. 12 are diodes for preventing reverse current, reference numerals SW1-1 to SW4-1 in FIG. 12 are switches for supplying charging current, and reference numeral SW2 in FIG. 12 is to supply pulsed drive current. 12 is a power switch, reference numerals C1-1 to C4-1 in FIG. 12 are capacitors for supplying charges of drive current, reference numeral R1 in FIG. 12 is a charging resistor as an electric resistance element for limiting the charging current to the capacitor, and FIG. Reference numeral V1 is a power supply voltage for charging the capacitor.
スイッチＳＷ１−１〜４−１，ＳＷ２は、ＬＤ駆動装置１２に接続され、指定したコンデンサの充電、ＬＤ駆動電流の供給を繰り返す。動作としては、まず、ＬＤ駆動装置１２により、スイッチＳＷ１−１〜ＳＷ４−１のいずれか１つ又は複数同時にＯＮし、接続先のコンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１を充電する。充電時間の時定数τ１は充電抵抗Ｒ１によって制限される。充電電圧が９０％以上の指定電圧になると、パワースイッチＳＷ２をＯＮし、ＬＤ１−１〜ＬＤ４−１にＬＤ駆動電流を供給する。本回路方式において使用するＬＤＡ１１は、カソードを接続する必要があるが、カソードを下面電極で共通化し、接続ノード数を少なくして、小型化することが可能である。
The switches SW1-1 to 4-1 and SW2 are connected to the
本実施形態の光走査ユニット２００が搭載されるレーザレーダ１００は、走査方向の解像度を上げるためにはレーザの射出時間間隔を小さくする必要がある。射出間隔を小さくすると、その分だけコンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１への充電時間が短くなるので、短い充電時間の中で所望の電荷を溜めるためには充電抵抗Ｒ１の抵抗値を下げてコンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１の時定数τ１を上げる必要がある。そのため、充電抵抗Ｒ１に大きな電流が流れるため、発熱量が大きくなってしまう。しかも、より遠方の物体を検出しようとすると、ＬＤの光量を上げて反射光量をかせぐ必要があるので、走査方向の解像度を得ながら、かつ、遠方の物体を検出しようとすると、短時間で大光量の発光が必要となり、そのために充電抵抗Ｒ１には大電流が流れ、発熱量が大きくなる。
In the
充電抵抗Ｒ１に限らず、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上の回路素子、電子部品は、定格温度以下で使用する必要がある。特に、半導体素子であるＬＤは、温度によって発光特性が変化し、温度が上がった状態で使用され続けると、寿命が短くなるといった特性を持つ。このため、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の温度やその周辺の雰囲気温度を下げることが、ＬＤを使った半導体回路ユニットでは重要となる。特に、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上で最も発熱する充電抵抗Ｒ１の温度を下げることと、その発熱によるＬＤへの熱的影響を小さくすることが求められる。
Not only the charging resistor R1 but also the circuit elements and electronic components on the
図１３は、本実施形態におけるＶＣＳＥＬ駆動基板１３の回路配置の概略構成を示す裏面図である。
図１４は、本実施形態におけるＶＣＳＥＬ駆動基板１３の断面図である。
ＬＤ１−１〜ＬＤ４−１の発光は、コンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１の電荷をＬＤ１−１〜ＬＤ４−１へ供給することで行われるため、効率的にロスを少なくして電荷をＬＤ１−１〜ＬＤ４−１へ供給するためには、コンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１とＬＤ１−１〜ＬＤ４−１との間の配線長を短くするのが望ましい。そのため、本実施形態のＶＣＳＥＬ駆動基板１３では、ＬＤ１−１〜ＬＤ４−１の直近にコンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１を配置している。
FIG. 13 is a rear view showing the schematic configuration of the circuit arrangement of the
FIG. 14 is a cross-sectional view of the
The light emission of the LD1-1 to LD4-1 is performed by supplying the charges of the capacitors C1-1 to C4-1 to the LD1-1 to LD4-1, so that the loss is efficiently reduced and the charges of the LD1-1 to LD4-1 are reduced. 1 to LD4-1, it is desirable to shorten the wiring length between the capacitors C1-1 to C4-1 and LD1-1 to LD4-1. Therefore, in the
一方で、充電抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１−１〜Ｃ４−１との間には電圧が印加されているので、それほど効率に気を使う必要がない。そのため、本実施形態では、発熱源となる充電抵抗Ｒ１をなるべくＬＤ１−１〜ＬＤ４−１から遠ざけるために、図１３や図１４に示すように、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３のＬＤ１−１〜ＬＤ４−１が実装された第一基板面（表面）とは反対側の第二基板面（裏面）に、充電抵抗Ｒ１を配置している。このような配置とすることで、ＬＤ１−１〜ＬＤ４−１を含むＬＤＡ１１に対し、充電抵抗Ｒ１の熱の影響を受けにくい構成としている。
On the other hand, since the voltage is applied between the charging resistor R1 and the capacitors C1-1 to C4-1, it is not necessary to pay much attention to efficiency. Therefore, in the present embodiment, in order to keep the charging resistor R1 serving as a heat source away from the LD1-1 to LD4-1 as much as possible, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the LD1-1 to LD4-1 of the
また、ＬＤ１−１〜ＬＤ４−４の１６個のＬＤを発光させる際、上述したようにＬＤ群Ａ〜Ｄを順次点灯していくため、ＬＤ群Ａ〜Ｄの１つに対してそれぞれ１つの充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４が設けられている。そのため、本実施形態のＶＣＳＥＬ駆動基板１３上には、４つの充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４が設けられている。充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、長尺な形状で、その長手方向の両端に端子を備えているため、本実施形態では、発熱原となる充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の設置エリアを狭めるために、４つの充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４をその短手方向に並べて実装してある。これにより、この設置エリアから効率的に熱を除去することにより、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の温度上昇を効果的に抑制でき、ＬＤＡ１１に対して充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の熱の影響を受けにくい構成を実現できる。
When the 16 LDs LD1-1 to LD4-4 emit light, the LD groups A to D are sequentially turned on as described above. Charging resistors R1 to R4 are provided. Therefore, four charging resistors R1 to R4 are provided on the
図１５は、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３と、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の裏面（第二基板面）に対向するカバーケース２０１のカバー部材である側面カバー２０１ａとの対向部分を示す拡大図である。
ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の裏面（第二基板面）に対向するカバーケース２０１の側面カバー２０１ａは、ウィンドウ部２０２を保持するウィンドウホルダ部２０１ｂと背面カバー２０１ｃに対してそれぞれネジ止めされて固定されている。本実施形態において、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３と側面カバー２０１ａとの間には、その両方に接触するように熱伝導性部材としての熱伝導シート２０３が挟み込まれるように配置される。
FIG. 15 is an enlarged view showing a portion where the
The
ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の裏面（第二基板面）上には、多数の回路部品（電子部品）が配置されており、部品によって高さが異なるため、発熱原である充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４と熱伝導シート２０３との密着性を確保するために、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上の充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４と側面カバー２０１ａとの間隔よりも熱伝導シート２０３の厚みを大きくすることが重要である。本実施形態の熱伝導シート２０３は変形可能な柔軟性のある部材であるため、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上の充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４と側面カバー２０１ａとの間で熱伝導シート２０３を押しつぶすように挟持することで、充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４と熱伝導シート２０３との密着性が確保される。
A large number of circuit components (electronic components) are arranged on the back surface (second substrate surface) of the
ただし、熱伝導シート２０３の厚みが大きすぎると、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３に大きな押圧力がかかり、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３が撓んで回路部品の接点不良などを引き起こしかねないので、適切な寸法設定が必要である。ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上の熱伝導シート２０３と側面カバー２０１ａとの間隔は、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３のできあがり寸法の積み上がりで決定されるので、これを考慮して熱伝導シート２０３の厚みを設定する必要がある。
However, if the thickness of the heat
一方で、確実に熱伝導シート２０３と熱伝導シート２０３とを接触させるためには、少なからず強い押圧力が必要であり、また、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の基材は剛体ではないので、その押圧力により撓みが発生する。撓みは上述したように回路部品の接点不良の原因になりかねないので、本実施形態では、図１４に示すように、その撓みを防ぐために、充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４が設けられる裏面（第二基板面）上の位置に対応する表面（第一基板面）上の位置を、回路素子が設けられていない非実装領域Ｅとし、その非実装領域Ｅに、熱伝導シート２０３の当接によるＶＣＳＥＬ駆動基板１３の撓み（変位）を規制する変位規制部材としての撓み規制用壁面２０４が当接するように構成してある。本実施形態では、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３を保持する基板保持部材２０５に撓み規制用壁面２０４を設けている。このような撓み規制用壁面２０４を設けることで、押圧力が大きい場合でもＶＣＳＥＬ駆動基板１３の撓みが撓み規制用壁面２０４で規制され、過剰な撓みの発生が抑制される。
On the other hand, in order to surely bring the
本実施形態によれば、光走査ユニット２００の側面カバー２０１ａとＶＣＳＥＬ駆動基板１３との両方に接触する熱伝導シート２０３を有することで、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上の発熱原である充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４が熱伝導シート２０３を介して側面カバー２０１ａと熱的に接続される。これにより、充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の熱を熱伝導シート２０３から側面カバー２０１ａへと効率的に移動させることができ、側面カバー２０１ａから外部雰囲気へ放熱が行われることで、充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の熱を効率よく逃がすことが可能となる。
According to the present embodiment, by including the heat
特に、本実施形態では、図１６に示すように、側面カバー２０１ａ上の熱伝導シート２０３を設置する箇所を、側面カバー２０１ａに設けられる凸部２０６の上面としている。このように、熱伝導シート２０３の設置面を、側面カバー２０１ａの周囲の面（カバー内壁面）とは別の面とすることで、製造上、側面カバー２０１ａのカバー内壁面（基準面）からの寸法公差を小さく設定できる。これは製造上の面で寸法を出しやすいことと機能上の面で積みあがり公差が小さくなるので利点がある。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 16, the portion on the
また、熱伝導シート２０３を安価に得るためには、四角形状のシート状基材から所望の寸法の熱伝導シート２０３を切り出して用いるが、この場合、熱伝導シート２０３も四角形状であるのが、最も取り数が多くなるので経済的である。また、側面カバー２０１ａ上の熱伝導シート２０３の設置面（凸部２０６の上面）は、熱伝導シート２０３よりも大きくとってあり、熱伝導シート２０３の位置決め公差が大きくても、確実な接触が確保できるように組み立て性に配慮してある。これにより、熱伝導シート２０３と側面カバー２０１ａとの確実な接触が確保される結果、熱伝導シート２０３から側面カバー２０１ａへの効率の良い熱伝達が維持される。
Further, in order to obtain the heat
また、本実施形態の基板保持部材２０５は、光走査ユニット２００の底面に位置するベース部材にネジで固定されており、また、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３は基板保持部材２０５にネジで固定されている。同様に、ウィンドウホルダ部２０１ｂ、背面カバー２０１ｃもベース部材にネジで固定されている。側面カバー２０１ａは背面カバー２０１ｃとウィンドウホルダ部２０１ｂにネジで固定されている。熱伝導シート２０３が設置される空間は、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３と側面カバー２０１ａとの間に設けられ、その空間の隙間は、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３とその上の回路部品、基板保持部材２０５、ベース部材、背面カバー２０１ｃ、ウィンドウホルダ部２０１ｂ、側面カバー２０１ａの各寸法とその公差によって決定される。熱伝導シート２０３の厚みは、前記隙間寸法と隙間公差、熱伝導シート２０３の厚み公差がばらついても、隙間が確実に埋まる寸法（熱伝導シート２０３の密着が確保される寸法）で、かつ隙間がばらつきで最大になったとしても厚みの１０％程度は潰れている状態になるように設定するのが好ましい。
Further, the
熱伝導シート２０３は、シート状のものが安価で手に入りやすいため、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３と側面カバー２０１ａとが平行となるように配置されるのが好ましい。そのため、熱伝導シート２０３に接触する側面カバー２０１ａの接触面は、熱伝導シート２０３に接触するＶＣＳＥＬ駆動基板１３の基板面上の接触面と平行になるように配置するのが好ましい。そのためには、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の取り付け基準面２０７と熱伝導シート２０３の取り付け基準面（凸部２０６の上面）とが略平行となるように構成することが好ましい。これにより、安価な熱伝導シート２０３を用いる場合でも、熱伝導シート２０３の接触領域全域にわたって偏りなく押圧力を掛けることが可能となる。本実施形態においては、側面カバー２０１ａ上の凸部２０６とＶＣＳＥＬ駆動基板１３との隙間が３ｍｍとなるように設定しているが、この設定は適宜変更することができる。
Since the sheet-shaped thermal
また、本実施形態において、側面カバー２０１ａは、肉厚が２ｍｍ程度の均肉なアルミニウム製の板状部材であり、熱伝導性が高く、熱伝導シート２０３から受けた熱について高い放熱効果が得られる。特に、本実施形態では、図１７に示すように、側面カバー２０１ａに設けられる凸部２０６の裏側（側面カバー２０１ａの外壁面側）には凹部２０６ａが形成されており、その底面には複数のフィン形状部２０６ｂが立設されている。これにより、熱伝導シート２０３から受けた熱を放熱するための表面積が広く、より高い放熱効果が得られる。
In addition, in the present embodiment, the
本実施形態では、光走査ユニット２００の側面カバー２０１ａの外壁面上にフィン形状部２０６ｂが形成されていることで、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上にヒートシンク（放熱フィン）を設けることなく、十分な基板冷却効果が実現される。そして、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３上にヒートシンク（放熱フィン）を設けないことで、光走査ユニット２００内におけるＶＣＳＥＬ駆動基板１３の占有領域が狭まり、光走査ユニット２００の小型化が実現可能である。特に、本実施形態では、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の熱を熱伝導シート２０３を介して光走査ユニット２００の側面カバー２０１ａへ伝達されるように、光走査ユニット２００の側面カバー２０１ａの内壁面がＶＣＳＥＬ駆動基板１３の近くに位置するように構成されるため、光走査ユニット２００の小型化が実現されるものである。しかも低コストの実現が容易である。
In the present embodiment, since the fin-shaped
本実施形態における熱伝導シート２０３の熱伝導率は、１〜５Ｗ／ｍ・Ｋであるが、コストと目標温度によって適宜選択できる。ＶＣＳＥＬ駆動基板１３は、一般的なプリント配線用ガラスエポキシ多層銅張積層板で、その熱伝導率は０．１〜０．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。境界面において多少の熱的接触抵抗はあるものの、ＶＣＳＥＬ駆動基板１３の熱は発熱源である充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４から熱伝導シート２０３を伝わってアルミニウム製の側面カバー２０１ａへ伝わり、外部雰囲気中に放熱される。
The thermal conductivity of the thermal
なお、本実施形態におけるレーザレーダ１００の構成は、適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、複数のＬＤ１−１〜４−４が副走査方向に一次元配列されたＬＤＡ１１を用いているが、これに限られない。例えば、複数のＬＤが二次元配列されたＬＤＡ１１であってもよい。また、本実施形態では、光源がＶＣＳＥＬである例で説明したが、これに限らず、ＬＤ（端面発光レーザ）など、その他の半導体発光素子でもよい。また、本実施形態では、半導体素子が半導体発光素子である場合について説明したが、非発光の半導体素子であってもよく、その用途などに制限はない。
The configuration of the
また、本実施形態において、電気的に接続された複数（例えば４個）のＬＤのうち少なくとも２つのＬＤは、隣り合っていても良い。また、投光光学系は、カップリングレンズに代えて又は加えて、他のレンズを有していても良い。また、投光光学系及び受光光学系は、反射ミラーを有していても良い。すなわち、ＬＤＡ１１からの光を、反射ミラーで光路を折り返して回転ミラーに入射させ、物体で反射され回転ミラーで偏向された光を反射ミラーで光路を折り返してＰＤＡ４１に導いても良い。また、受光光学系は、レンズに代えて又は加えて、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。また、偏向器として、回転ミラーに代えて、例えば、ポリゴンミラー（回転多面鏡）、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。また、同期系は、同期レンズに代えて、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。
Further, in the present embodiment, at least two LDs of the plurality (for example, four) LDs electrically connected may be adjacent to each other. Further, the projection optical system may have another lens instead of or in addition to the coupling lens. Further, the light projecting optical system and the light receiving optical system may have a reflecting mirror. That is, the light from the
また、本実施形態では、レーザレーダ１００が搭載される移動体として自動車を例に説明したが、移動体は、自動車以外の車両、航空機、船舶等であっても良い。
Further, in the present embodiment, an automobile has been described as an example of the moving body on which the
以上の説明で用いた具体的な数、形状などは、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である The specific numbers and shapes used in the above description are merely examples, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
以上の説明から明らかなように、本実施形態のレーザレーダ１００は、物体の有無や、物体までの距離などを検出する、いわゆるＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いた技術であり、移動体におけるセンシングの他、モーションキャプチャ技術、測距計などの産業分野などで幅広く用いられる。すなわち、本発明の物体検出装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。
As is clear from the above description, the
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［第１態様］
第１態様は、半導体素子（例えばＬＤ１−１〜４−４）が設けられた回路基板（例えばＶＣＳＥＬ駆動基板１３）と、前記回路基板をカバーするカバー部材（例えば側面カバー２０１ａ）とを備える半導体回路ユニット（例えば光走査ユニット２００）であって、前記カバー部材と前記回路基板との隙間に熱伝導性部材（例えば熱伝導シート２０３）が挟み込まれて設けられており、前記熱伝導部材は、厚みが前記隙間の間隔よりも厚い弾性部材であることを特徴とするものである。
本態様によれば、半導体素子が設けられた回路基板の熱を、熱伝導性部材により当該半導体回路ユニットのカバー部材へ逃がし、放熱することができる。しかも、熱伝導性部材が接触する回路基板やカバー部材の面に凹凸があっても、密着性を確保でき、効率的な熱伝達を実現できる。これにより、ヒートシンクを設けずに回路基板を十分に冷却することが可能となり、一般にトレードオフの関係にある小型化と十分な冷却とを両立させることができる。
What has been described above is an example, and the following unique effects can be obtained.
[First mode]
A first aspect is a semiconductor including a circuit board (for example, a VCSEL drive board 13) provided with semiconductor elements (for example, LD1-1 to 4-4) and a cover member (for example, a
According to this aspect, the heat of the circuit board provided with the semiconductor element can be radiated to the cover member of the semiconductor circuit unit by the heat conductive member. Moreover, even if there are irregularities on the surface of the circuit board or the cover member with which the heat conductive member contacts, adhesion can be secured and efficient heat transfer can be realized. As a result, the circuit board can be sufficiently cooled without providing a heat sink, and it is possible to satisfy both the size reduction and the sufficient cooling, which are generally in a trade-off relationship.
［第２態様］
第２態様は、第１態様において、前記熱伝導性部材は、前記回路基板上の電気抵抗素子（例えば充電抵抗Ｒ１〜Ｒ４）に接触するように配置されることを特徴とするものである。
本態様によれば、大きな発熱原となり得る電気抵抗素子の熱を直接的に熱伝導性部材へ逃がすことができるので、電気抵抗素子による回路基板の温度上昇を抑制できる。
[Second mode]
A second aspect is characterized in that, in the first aspect, the heat conductive member is arranged so as to be in contact with an electric resistance element (for example, charging resistors R1 to R4) on the circuit board.
According to this aspect, the heat of the electric resistance element, which can be a great source of heat generation, can be directly released to the heat conductive member, so that the temperature rise of the circuit board due to the electric resistance element can be suppressed.
［第３態様］
第３態様は、第２態様において、前記電気抵抗素子は、前記回路基板における前記半導体素子が設けられた第一基板面とは反対側の第二基板面上に設けられていることを特徴とするものである。
これによれば、大きな発熱原となり得る電気抵抗素子を、半導体素子と同一基板面に設ける場合よりも、電気抵抗素子の熱が半導体素子へ伝搬しにくく、半導体素子の温度上昇による悪影響を抑制することができる。
[Third aspect]
A third aspect is characterized in that, in the second aspect, the electric resistance element is provided on a second substrate surface of the circuit board opposite to a first substrate surface on which the semiconductor element is provided. To do.
According to this, the heat of the electric resistance element is less likely to be transmitted to the semiconductor element than in the case where the electric resistance element which can be a large heat generating source is provided on the same substrate surface as the semiconductor element, and the adverse effect due to the temperature rise of the semiconductor element is suppressed. be able to.
［第４態様］
第４態様は、第３態様において、前記電気抵抗素子は、前記回路基板の基板面方向で前記半導体素子と重ならない位置に設けられていることを特徴とするものである。
これによれば、更に電気抵抗素子の熱が半導体素子へ伝搬しにくく、半導体素子の温度上昇による悪影響を抑制することができる。
[Fourth mode]
A fourth aspect is characterized in that, in the third aspect, the electric resistance element is provided at a position which does not overlap the semiconductor element in a substrate surface direction of the circuit board.
According to this, the heat of the electric resistance element is more difficult to propagate to the semiconductor element, and the adverse effect due to the temperature rise of the semiconductor element can be suppressed.
［第５態様］
第５態様は、第２乃至第４態様のいずれかにおいて、前記電気抵抗素子が設けられる第二基板面上の位置に対応する第一基板面上の位置には、回路部品が設けられていないことを特徴とするものである。
これによれば、電気抵抗素子の熱が回路部品へ伝搬することによる悪影響を抑制することができる。
[Fifth mode]
According to a fifth aspect, in any one of the second to fourth aspects, no circuit component is provided at a position on the first substrate surface corresponding to a position on the second substrate surface where the electric resistance element is provided. It is characterized by that.
According to this, it is possible to suppress the adverse effect caused by the heat of the electric resistance element propagating to the circuit component.
［第６態様］
第６態様は、第１乃至第５態様のいずれかにおいて、前記熱伝導性部材の当接による前記回路基板の変位を規制する変位規制部材（例えば撓み規制用壁面２０４）を有することを特徴とするものである。
これによれば、熱伝導性部材の当接による回路基板の変位によって回路部品の接点不良などの不具合が発生することが抑制される。
[Sixth mode]
A sixth aspect is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, it has a displacement regulating member (for example, a deflection regulating wall surface 204) that regulates the displacement of the circuit board due to the contact of the heat conductive member. To do.
According to this, it is possible to suppress the occurrence of a defect such as a contact failure of the circuit component due to the displacement of the circuit board due to the contact of the heat conductive member.
［第７態様］
第７態様は、第１乃至第６態様のいずれかにおいて、前記熱伝導性部材に接触する前記カバー部材の接触面（例えば凸部２０６の上面）は、前記熱伝導性部材に接触する前記回路基板の基板面上の接触面と略平行であることを特徴とするものである。
これによれば、熱伝導性部材の接触領域全域にわたって偏りなく押圧力が掛かり、密着性を確保しやすい。
[Seventh mode]
A seventh aspect is the circuit according to any one of the first to sixth aspects, wherein a contact surface of the cover member that contacts the heat conductive member (for example, an upper surface of the convex portion 206) contacts the heat conductive member. It is characterized in that it is substantially parallel to the contact surface on the substrate surface of the substrate.
According to this, the pressing force is applied evenly over the entire contact region of the heat conductive member, and it is easy to secure the adhesiveness.
［第８態様］
第８態様は、第１乃至第７態様のいずれかにおいて、前記半導体素子を複数有し、１つ又は２つ以上の前記半導体素子ごとに電気抵抗素子が一つ設けられていることを特徴とするものである。
本態様によれば、１つ又は２つ以上の前記半導体素子ごとに電気抵抗素子が一つ設けられる回路構成において、小型化と十分な冷却とを両立させることができる。
[Eighth mode]
An eighth aspect is characterized in that, in any one of the first to seventh aspects, a plurality of the semiconductor elements are provided, and one or more electric resistance elements are provided for each of the semiconductor elements. To do.
According to this aspect, in a circuit configuration in which one electric resistance element is provided for each one or two or more semiconductor elements, both miniaturization and sufficient cooling can be achieved.
［第９態様］
第９態様は、第１乃至第８態様のいずれかにおいて、前記カバー部材に設けられる凸部２０６の上面が前記熱伝導性部材に接触するように構成されていることを特徴とするものである。
カバー部材に設けられる熱伝導性部材の設置面が周囲の面と異なることで、面の位置精度（シートの厚み方向）が良くなる。
[Ninth mode]
A ninth aspect is characterized in that, in any one of the first to eighth aspects, the upper surface of the
Since the installation surface of the heat conductive member provided on the cover member is different from the surrounding surface, the positional accuracy of the surface (in the thickness direction of the sheet) is improved.
［第１０態様］
第１０態様は、第９態様において、前記カバー部材は、前記凸部の裏側に形成された凹部の底面に立設されるフィン形状部を有することを特徴とするものである。
これによれば、熱伝導性部材から受けた熱を放熱するためのカバー部材の表面積が広く、より高い放熱効果が得られる。
[Tenth Mode]
A tenth aspect is characterized in that, in the ninth aspect, the cover member has a fin-shaped portion that is erected on a bottom surface of a concave portion formed on the back side of the convex portion.
According to this, the surface area of the cover member for radiating the heat received from the heat conductive member is large, and a higher heat radiating effect can be obtained.
［第１１態様］
第１１態様は、第１乃至第１０態様のいずれかにおいて、前記熱伝導性部材は、前記回路基板よりも熱伝導率が高いことを特徴とするものである。
これによれば、回路基板の熱を熱伝導性部材へ効率よく逃がすことができる。
[Eleventh mode]
An eleventh aspect is characterized in that, in any one of the first to tenth aspects, the heat conductive member has a higher thermal conductivity than the circuit board.
According to this, the heat of the circuit board can be efficiently released to the heat conductive member.
［第１２態様］
第１２態様は、第１乃至１１態様のいずれかにおいて、前記半導体素子は、発光素子であることを特徴とするものである。
熱的影響の大きな発光素子の回路基板において、小型化と十分な冷却とを両立させることができる。特に、当該発光素子を例えば物体検出装置やセンシング装置に用いる場合、より遠方の物体を検出したりセンシングしたりするためには、発行素子の発光光量を大きくする必要があるため、その分だけ回路基板の発熱が増大することから、回路基板の冷却が必須である。しかしながら、回路基板の冷却のために回路基板にヒートシングを設けると、当該半導体回路ユニットが大型化し、これを搭載する物体検出装置やセンシング装置なども大型化する。本態様は、互いにトレードオフの関係にある冷却と小型化の両立を図ることができる
[Twelfth mode]
A twelfth aspect is characterized in that, in any one of the first to eleventh aspects, the semiconductor element is a light emitting element.
In a circuit board of a light emitting element having a large thermal influence, it is possible to achieve both miniaturization and sufficient cooling. In particular, when the light emitting element is used in, for example, an object detection device or a sensing device, in order to detect or sense an object farther away, it is necessary to increase the amount of light emitted from the emitting element, and the circuit is accordingly increased. Cooling of the circuit board is essential because the heat generation of the board increases. However, if the circuit board is provided with heating for cooling the circuit board, the semiconductor circuit unit becomes large in size, and the object detection device and the sensing device in which the semiconductor circuit unit is mounted also become large in size. This aspect can achieve both cooling and miniaturization, which are in a trade-off relationship with each other.
［第１３態様］
第１３態様は、光源装置であって、第１２態様の半導体回路ユニットを有するものである。
これによれば、小型化と十分な冷却とが両立された光源装置を提供できる。
[Thirteenth mode]
A thirteenth aspect is a light source device, which has the semiconductor circuit unit of the twelfth aspect.
According to this, it is possible to provide a light source device that achieves both miniaturization and sufficient cooling.
［第１４態様］
第１４態様は、第１３態様において、前記半導体回路ユニットの半導体素子によって発光される光を変更する光偏向器（例えば回転ミラー２６）を有することを特徴とするものである。
これによれば、光偏向器を備えた光源装置において、小型化と十分な冷却とを両立させることができる。
[Fourteenth mode]
A fourteenth aspect is characterized in that, in the thirteenth aspect, an optical deflector (for example, a rotating mirror 26) that changes the light emitted by the semiconductor element of the semiconductor circuit unit is provided.
According to this, in the light source device including the optical deflector, it is possible to achieve both miniaturization and sufficient cooling.
［第１５態様］
第１５態様は、光源装置（例えば光走査ユニット２００）から照射される光が物体で反射した反射光に基づいて物体を検出する物体検出装置（例えばレーザレーダ１００）であって、前記光源装置として、第１３又は第１４態様の光源装置を用いることを特徴とするものである。
これによれば、小型化と十分な冷却とが両立された物体検出装置を提供できる。
[Fifteenth mode]
A fifteenth aspect is an object detection device (for example, a laser radar 100) that detects an object based on reflected light that is the light emitted from a light source device (for example, the optical scanning unit 200) and reflected by the object, and as the light source device. The light source device according to the thirteenth or fourteenth aspect is used.
According to this, it is possible to provide an object detection device that achieves both miniaturization and sufficient cooling.
［第１６態様］
第１６態様は、第１５態様において、前記カバー部材は、当該物体検出装置のカバーを兼ねていることを特徴とするものである。
これによれば、より効率のよい放熱が可能となる。
[Sixteenth mode]
A sixteenth aspect is characterized in that, in the fifteenth aspect, the cover member also serves as a cover of the object detection device.
According to this, more efficient heat dissipation becomes possible.
［第１７態様］
第１７態様は、センシング装置３００であって、第１５又は第１６態様の物体検出装置と、前記物体検出装置の検出結果に基づいて、物体の有無、物体の位置、物体の移動方向及び物体の移動速度の少なくとも１つを含む物体情報を出力する物体情報出力部とを備えることを特徴とするものである。
これによれば、物体情報を利用した各種処理、各種制御を実行することができる。
[17th mode]
A seventeenth aspect is a
According to this, it is possible to execute various processes and various controls using the object information.
［第１８態様］
第１８態様は、第１７態様において、前記物体検出装置は、移動体の周囲に存在する物体を検出するものであり、前記物体情報出力部の出力結果に基づいて、危険を判断する判断部を有することを特徴とするものである。
これによれば、移動体の周囲に存在する物体による危険を判断して、適宜、危険回避の処理、制御を実行することが可能となる。
[Eighteenth mode]
In an eighteenth aspect according to the seventeenth aspect, the object detection device detects an object existing around a moving body, and a determination unit for determining a risk is provided based on an output result of the object information output unit. It is characterized by having.
According to this, it is possible to judge the danger due to the object existing around the moving body and appropriately execute the risk avoidance processing and control.
［第１９態様］
第１９態様は、移動体（例えば自動車４００）であって、第１７又は第１８態様のセンシング装置を備えたことを特徴とするものである。
これによれば、物体情報を利用した移動体を提供できる。
[19th mode]
A nineteenth aspect is a moving body (for example, an automobile 400), and is provided with the sensing device of the seventeenth or eighteenth aspect.
According to this, it is possible to provide a moving body using the object information.
１−１〜４−４：ＬＤ
１１：ＬＤＡ
１２：ＬＤ駆動装置
１３：ＶＣＳＥＬ駆動基板
２０：投光光学系
２６：回転ミラー
３０：受光光学系
３２：結像光学系
４０：検出系
４４：ＰＤ出力検出部
４６：距離算出部
５０：同期系
５２：同期レンズ
５６：ＰＤ出力検出部
１００：レーザレーダ
２００：光走査ユニット
２０１：カバーケース
２０１ａ：側面カバー
２０１ｂ：ウィンドウホルダ部
２０１ｃ：背面カバー
２０２：ウィンドウ部
２０３：熱伝導シート
２０４：撓み規制用壁面
２０５：基板保持部材
２０６：凸部
２０６ａ：凹部
２０６ｂ：フィン形状部
２０７：取り付け基準面
３００：センシング装置
３０１：監視制御装置
４００：自動車
４０１：ＥＣＵ
４０２：表示モニタ
Ｒ１〜Ｒ４：充電抵抗
1-1 to 4-4: LD
11: LDA
12: LD drive device 13: VCSEL drive substrate 20: Projection optical system 26: Rotating mirror 30: Receiving optical system 32: Imaging optical system 40: Detection system 44: PD output detection unit 46: Distance calculation unit 50: Synchronization system 52: Synchronous lens 56: PD output detection section 100: Laser radar 200: Optical scanning unit 201:
402: Display monitor R1 to R4: Charging resistance
Claims (19)
前記カバー部材と前記回路基板との隙間に熱伝導性部材が挟み込まれて設けられており、
前記熱伝導部材は、厚みが前記隙間の間隔よりも厚い弾性部材であることを特徴とする半導体回路ユニット。 A semiconductor circuit unit comprising a circuit board provided with a semiconductor element, and a cover member for covering the circuit board,
A heat conductive member is provided in a gap between the cover member and the circuit board,
The semiconductor circuit unit, wherein the heat conducting member is an elastic member having a thickness thicker than the gap.
前記熱伝導性部材は、前記回路基板上の電気抵抗素子に接触するように配置されることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to claim 1,
The semiconductor circuit unit according to claim 1, wherein the heat conductive member is arranged so as to contact an electric resistance element on the circuit board.
前記電気抵抗素子は、前記回路基板における前記半導体素子が設けられた第一基板面とは反対側の第二基板面上に設けられていることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to claim 2,
The semiconductor circuit unit, wherein the electric resistance element is provided on a second substrate surface of the circuit board opposite to a first substrate surface on which the semiconductor element is provided.
前記電気抵抗素子は、前記回路基板の基板面方向で前記半導体素子と重ならない位置に設けられていることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to claim 3,
The semiconductor circuit unit, wherein the electric resistance element is provided at a position that does not overlap with the semiconductor element in a board surface direction of the circuit board.
前記電気抵抗素子が設けられる第二基板面上の位置に対応する第一基板面上の位置には、回路部品が設けられていないことを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 2 to 4,
A semiconductor circuit unit, wherein no circuit component is provided at a position on the first substrate surface corresponding to a position on the second substrate surface where the electric resistance element is provided.
前記熱伝導性部材の当接による前記回路基板の変位を規制する変位規制部材を有することを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor circuit unit comprising a displacement restricting member for restricting displacement of the circuit board due to contact with the heat conductive member.
前記熱伝導性部材に接触する前記カバー部材の接触面は、前記熱伝導性部材に接触する前記回路基板の基板面上の接触面と略平行であることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor circuit unit according to claim 1, wherein a contact surface of the cover member that contacts the heat conductive member is substantially parallel to a contact surface of the circuit board that contacts the heat conductive member.
前記半導体素子を複数有し、
１つ又は２つ以上の前記半導体素子ごとに電気抵抗素子が一つ設けられていることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 1 to 7,
Having a plurality of the semiconductor elements,
A semiconductor circuit unit, wherein one or more electric resistance elements are provided for each of the semiconductor elements.
前記カバー部材に設けられる凸部の上面が前記熱伝導性部材に接触するように構成されていることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 1 to 8,
A semiconductor circuit unit, wherein an upper surface of a convex portion provided on the cover member is configured to come into contact with the heat conductive member.
前記カバー部材は、前記凸部の裏側に形成された凹部の底面に立設されるフィン形状部を有することを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to claim 9,
The semiconductor circuit unit according to claim 1, wherein the cover member has a fin-shaped portion that is erected on a bottom surface of a concave portion formed on the back side of the convex portion.
前記熱伝導性部材は、前記回路基板よりも熱伝導率が高いことを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 1 to 10,
The semiconductor circuit unit, wherein the heat conductive member has a higher heat conductivity than the circuit board.
前記半導体素子は、発光素子であることを特徴とする半導体回路ユニット。 The semiconductor circuit unit according to any one of claims 1 to 11,
A semiconductor circuit unit, wherein the semiconductor element is a light emitting element.
前記半導体回路ユニットの半導体素子によって発光される光を変更する光偏向器を有することを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 13,
A light source device comprising an optical deflector for changing the light emitted by the semiconductor element of the semiconductor circuit unit.
前記光源装置として、請求項１３又は１４に記載の光源装置を用いることを特徴とする物体検出装置。 An object detection device for detecting an object based on light reflected from an object, the light emitted from a light source device,
An object detection device using the light source device according to claim 13 or 14 as the light source device.
前記カバー部材は、当該物体検出装置のカバーを兼ねていることを特徴とする物体検出装置。 The object detection device according to claim 15,
The object detecting device, wherein the cover member also serves as a cover of the object detecting device.
前記物体検出装置の検出結果に基づいて、物体の有無、物体の位置、物体の移動方向及び物体の移動速度の少なくとも１つを含む物体情報を出力する物体情報出力部とを備えることを特徴とするセンシング装置。 The object detection device according to claim 15 or 16,
An object information output unit that outputs object information including at least one of the presence/absence of an object, the position of the object, the moving direction of the object, and the moving speed of the object based on the detection result of the object detection device. Sensing device.
前記物体検出装置は、移動体の周囲に存在する物体を検出するものであり、
前記物体情報出力部の出力結果に基づいて、危険を判断する判断部を有することを特徴とするセンシング装置。 The sensing device according to claim 17,
The object detection device is for detecting an object existing around a moving body,
A sensing device comprising: a determination unit that determines a risk based on an output result of the object information output unit.
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