JP2022526998A - レーザ制御を伴うソリッドステートｌｉｄａｒ送光機 - Google Patents

Abstract

行列アドレス指定可能レーザ駆動回路を伴う、ソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機は、第１の電圧電位を行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の列に提供する、第１の電気バスと、第２の電圧電位を行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の行に提供する、第２の電気バスとを含む。複数の列スイッチが、複数の列を第１の電気バスに接続する。複数の行スイッチが、複数の行を第２の電気バスに接続する。送光機は、レーザダイオードを別のダイオードと直列に備える、複数の一連の接続されたダイオードを含み、複数の一連の接続されたダイオードの個別のものは、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の個別の列と行との間に電気的に接続され、ＬＩＤＡＲ送光機を形成する。第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、一連の接続されたダイオードの全体的逆絶縁破壊電圧を増加させる。

Description

本明細書で使用される見出しは、編成目的のみのためのものであって、いかようにも本願に説明される主題の限定として解釈されるべきではない。
（関連出願の相互参照）

本願は、２０１９年４月９日に出願され、「Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ ＬＩＤＡＲ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された、米国仮特許出願第６２／８３１，６６８号の非仮特許出願である。米国仮特許出願第６２／８３１，６６８号の全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

自律、自動運転、および半自律自動車は、周囲の物体の検出および位置特定のために、レーダ、画像認識カメラ、および超音波変換器等の異なるセンサおよび技術の組み合わせを使用する。これらのセンサは、衝突警告、自動緊急制動、車線逸脱警告、車線逸脱防止支援、適応クルーズ制御、およびパイロット運転を含む、運転者の安全性における一連の改良を可能にする。これらのセンサ技術のうち、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、周囲環境のリアルタイム高分解能３次元マッピングを可能にする、重要な役割を果たす。

本教示は、ここで、付随の図面に示されるようなその例示的実施形態を参照して、さらに詳細に説明されるであろう。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する、当業者は、本明細書に説明されるような本開示の範囲内である、付加的実装、修正、および実施形態、および他の使用分野を認識するであろう。

本明細書における「一実施形態」または「ある実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも一実施形態に含まれることを意味する。本明細書の種々の場所における語句「一実施形態では」の表出は、必ずしも、全て同一実施形態を参照するわけではない。

本教示の方法の個々のステップは、本教示が動作可能のままである限り、任意の順序で、および／または同時に、実施されることができることを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が動作可能のままである限り、説明される実施形態の任意の数または全てを含むことができることを理解されたい。

自律車両のために使用される市販のＬＩＤＡＲシステムの大部分は、今日、環境を機械的に走査するいくつかの方法と組み合わせられた少数のレーザを利用する。現在の自動車用途および将来的自律自動車用途にとって、ソリッドステート半導体ベースのＬＩＤＡＲシステムを利用することが非常に望ましい。ソリッドステートＬＩＤＡＲシステム、特に、可動部品を伴わないものは、現在のＬＩＤＡＲシステムと比較して、より優れた信頼性を呈し、より広い環境動作範囲にわたって動作することができる。ＬＩＤＡＲシステムにおいて使用するためのそのようなソリッドステートシステムはまた、物理的にコンパクトであって、比較的に低コストであることができる。

ソリッドステートＬＩＤＡＲの１つのアプローチは、所望のＦＯＶにわたって、各レーザを一意の角度で投影させる、多数のレーザを使用し、それによって、機械的走査の必要性を回避することである。しかしながら、それらを個々に動作させる能力を留保しながら、ドライバ回路を多数のレーザに電気的に接続することは、課題である。１つの解決策は、複数のレーザを２Ｄ行列の中に配列し、次いで、アレイ内の個々および／または群のレーザを制御し、最適電気特性（例えば、電流、電圧、およびタイミング）を提供し、レーザを活性化させる必要性を同時に満たし得る、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路を採用することである。本教示の方法および装置は、低コストシステムを確実にしながら、レーザの２Ｄ行列の個々の制御を可能にする、レーザ制御方法およびシステムアーキテクチャに関する。

好ましいおよび例示的実施形態による、本教示が、そのさらなる利点とともに、付随の図面と関連して検討される以下の詳細な説明により具体的に説明される。当業者は、下記に説明される図面が、例証目的のためだけのものであることを理解するであろう。図面が、必ずしも、正確な縮尺ではなく、強調が、代わりに、概して、本教示の原理を図示することに応じて置かれている。図面は、いかようにも本出願人の教示の範囲を限定することを意図するものではない。

図１Ａは、ソリッドステートＬＩＤＡＲシステムの概略図を図示する。

図１Ｂは、図１ＡのＬＩＤＡＲシステムのシステム視野（ＦＯＶ）の２次元投影を図示する。

図２は、本教示による、ＬＩＤＡＲシステム内で使用され得る、公知の底部発光型垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構造の斜視図を図示する。

図３は、本教示による、ソリッドステートＬＩＤＡＲシステムにおいて使用するための２５６個の別個のレーザエミッタを伴う、２次元（２Ｄ）モノリシックＶＣＳＥＬアレイの実施形態の概略図を図示する。

図４は、本教示による、ＶＣＳＥＬアレイの個々の半導体レーザの実施形態のための例示的カスケード型２ポート回路モデルを図示する。

図５Ａは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う、２次元レーザアレイを制御するための行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の実施形態の電気概略図を図示する。

図５Ｂは、本教示による、その中で、行／列行列アドレス指定能力を使用して、２Ｄレーザアレイ内の単一レーザが活性化される、電圧ドライバとして構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の実施形態を図示する。

図５Ｃは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイと併用され得る、高側電流ドライバとして構成される、単一行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｄは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイと併用され得る、低側電流ドライバとして構成される、単一行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｅは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイと併用され得る、列のための高側電圧ドライバと、行のための低側電圧ドライバと、付加的電圧を行に印加するために使用され得るスイッチとともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｆは、本教示の一実施形態による、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路を動作させる１つの方法を示す、電圧電位タイミング図を図示する。

図５Ｇは、本教示の一実施形態による、コンデンサ充電モードにおける高側容量放電回路とともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｈは、本教示の一実施形態による、図５Ｇに関連して説明されるが、レーザダイオード２、２（第２の行および第２の列）のためのコンデンサ放電モードにおける高側容量放電回路とともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｉは、本教示の一実施形態による、コンデンサＣ_２を横断した、かつ第２の行および第２の列におけるレーザダイオード２、２を横断した、電圧電位を示す、電圧電位タイミング図を図示する。

図５Ｊは、本教示の一実施形態による、コンデンサ充電モードにおける低側容量放電回路とともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｋは、本教示の一実施形態による、図５Ｊに関連して説明されるが、レーザダイオード２、２（第２の行および第２の列）のためのコンデンサ放電モードにおける低側容量放電回路とともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の電気概略図を図示する。

図５Ｌは、本教示の一実施形態による、コンデンサＣ_２を横断した、かつ第２の行および第２の列におけるレーザダイオード２、２を横断した、電圧電位を示す、電圧電位タイミング図を図示する。

図６は、本教示による、ＬＩＤＡＲシステムレーザアレイ内の行列アドレス指定可能レーザ駆動回路内のレーザダイオードを電気的に駆動するための組み合わせられた高側および低側ＧａＮ ＦＥＴドライバ回路の実施形態を図示する。

図７は、本教示による、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路内の半導体ダイオードの実施形態に関する典型的電流－電圧曲線を図示する。

図８は、本教示の行列アドレス指定可能レーザ駆動回路コントローラの実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２次元アレイ内の単一レーザを活性化させる間に行列内のノードで誘発される電圧を図示する。

図９は、アレイへの物理的接続が印刷回路基板（ＰＣＢ）上の関連付けられる電子回路のためのより密度の高いレイアウトを可能にする、本教示による、ＬＩＤＡＲシステムアレイの実施形態を図示する。

図１０は、１つのレーザが活性化されるときの可能性として考えられる電気電流経路を示す、本教示による、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路制御回路を伴う、２×２レーザアレイの実施形態の概略図を図示する。

図１１は、本教示による、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路内の各レーザダイオードと直列の第２のダイオードを有するレーザを備える、２×２レーザアレイの実施形態の概略図を図示する。

図１２は、本教示による、別個の担体の一部である各レーザダイオードと直列に接続された付加的ダイオードを伴う、ＶＣＳＥＬアレイを備える、直列の複数のダイオードの実施形態を図示する。

図１Ａは、送光機アレイ１０２内の個々のレーザが独立して発火され得る、ソリッドステートＬＩＤＡＲシステム１００の概略図を図示する。図１Ａに図示されるシステムは、完全システム視野を全て一度に照明する、フラッシュ送光機を採用しない。代わりに、送光機アレイ１０２内の各個々のレーザは、独立して発火されることができ、各レーザによって発光される光学ビームは、総システム視野の一部のみに接する、３Ｄ投影角度に対応する。そのような送光機の一実施例は、本譲受人の譲渡されている、米国特許公開第２０１７／０３０７７３６Ａ１号に詳細に説明される。米国特許公開第２０１７／０３０７７３６Ａ１号の全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

レーザアレイ１０２内のレーザからの光学ビームは、光学ビーム１０６を標的平面１１０において標的１０８に投影する、送光機光学系１０４を共有する。入射光学ビーム１０６からの光の一部は、標的１０８によって反射される。反射された光学ビーム１１２の一部は、受光機光学系１１４を共有する。検出器アレイ１１６は、受光機光学系１１４によって投影される、反射された光を受光する。種々の実施形態では、検出器アレイ１１６は、可動部品を伴わない、ソリッドステートである。検出器アレイ１１６は、送光機アレイ１０２が有する個々のレーザより少ない数の個々の検出器要素を有することができる。

ＬＩＤＡＲシステム１００の測定分解能は、検出器アレイ１１６内の検出器要素のサイズではなく、代わりに、送光機アレイ１０２内のレーザの数および個々の光学ビームのコリメーションによって決定される。ＬＩＤＡＲシステム１００内のプロセッサ（図示せず）は、検出器アレイ１１６において検出されるようなレーザアレイ１０２内のレーザからの光学ビーム１０６を反射させる、標的１０８までの距離を決定する、飛行時間（ＴＯＦ）測定を実施する。

本教示のシステムの１つの特徴は、送光機アレイ１０２内の個々のレーザおよび／またはレーザの群が個々に制御され得ることである。本教示のシステムの別の特徴は、検出器アレイ１１６内の個々の検出器および／または検出器の群が個々に制御され得ることである。本制御は、視野、光学的パワーレベル、走査、および／または他の特徴の制御を含む、種々の所望の性能特性を提供する。

図１Ｂは、図１ＡのＬＩＤＡＲシステムのシステム視野１５０の２次元投影を図示する。検出器アレイ内の個々の検出器の視野は、小正方形１５２によって表される。送光機内の個々のレーザと関連付けられる、照明された測定点は、円形１５４によって図示される。アレイ内の１つのレーザ要素が活性化された場合の実施例として、レーザからの光が、図１ＡのＬＩＤＡＲシステムの全体的視野内の個々の検出器視野に衝突する。光を受光する、本検出器視野は、特定の正方形１５６内の斜線マークによって強調され、個々のレーザからの測定点の視野は、特定の暗円形１５８として示され、これは、レーザアレイ内の具体的個々のレーザに対応する。

図１Ｂから、円形１５８によって図示される測定点が、個々の検出器内に該当することが分かり得、その個々の検出器の視野は、識別のために、斜交平行線模様パターンを伴う正方形１５６に示されている。本図は、ＬＩＤＡＲシステムのいくつかの実施形態の３Ｄ分解能が、各レーザが、標的範囲における円形１５４のサイズと、個々の検出器要素の視野を表す、円形１５４および正方形１５２の相対的サイズとを生じさせる、具体的角度投影角度に対応するため、レーザの数によって決定されることを図示する。したがって、種々の視野は、選択的に活性化され、レーザパルスを送光するための送光機アレイ内の特定の個々または群のレーザ、および／または検出器視野内で受光される光学信号を電気信号に変換するための受光機アレイ内の特定の個々または群の検出器を制御することによって、確立されることができる。本教示の１つの特徴は、標的を照明することが可能なレーザデバイスのアレイのためのそのような選択的デバイス制御を提供することが可能である、アレイ駆動制御システムである。

いくつかの実施形態では、検出器アレイ内の個々の検出器の視野は、検出器のアクティブ面積である。アレイ内の個々の検出器サイズは、主として、本デバイスの電気特性によって決定される。例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）検出器のアクティブ面積のサイズが増加するにつれて、検出器の静電容量は、増加し、本デバイスの光電気帯域幅を低減させる。ＡＰＤの帯域幅は、受信される信号を減衰または歪曲させないように十分に高く維持されなければならない。レーザパルス幅＜１０ｎｓｅｃを伴い、約１ｎｓｅｃの立ち上がり／立ち下がり時間を有する、ＬＩＤＡＲシステム内の光／電気（Ｏ／Ｅ）帯域幅およびＡＰＤ静電容量に関する典型的値は、それぞれ、３５０ＭＨｚおよび２ｐＦ未満である。一般に、容認可能電気検出器性能を維持しながら、ＬＩＤＡＲシステムの完全視野を網羅するためには、検出器のアレイが、使用されなければならない。アレイの全体的物理的サイズおよび寸法は、要求される視野および受光機の光学レンズシステムの仕様によって決定される。

図２は、本教示による、ＬＩＤＡＲシステム内で使用され得る、公知の底部発光型ＶＣＳＥＬ２００の構造の斜視図を図示する。ＶＣＳＥＬ２００の発光開口２０２の面積は、典型的には、ｍＷ電力動作のための数ミクロンの直径から、１００ｍＷおよびそれを上回るＣＷ電力動作のための１００ミクロン直径以上のものまで及ぶ。ＶＣＳＥＬ２００は、例えば、ＧａＡｓまたは多数の他の半導体材料であり得る、基板２０４上に加工される。ｎ型分布Ｂｒａｇｇ反射器（ＤＢＲ）層２０６が、基板上に位置付けられる。アクティブ領域２０８が、ｎ型ＤＢＲ層２０６上に構築され、その後、酸化物材料から作製され得る、開口が続く。ｐ型ＤＢＲ層２１２は、次いで、アクティブ領域上に成長される。典型的には、ｐ型ＤＢＲ層２１２は、高反射性であって、ｎ型ＤＢＲ層２０６は、部分的に反射性であって、層構造の底部基板側から光出力２１４をもたらす。アクティブ領域２０８、酸化物開口２１０、およびｐ型ＤＢＲ層２１２は、示されるデバイスでは、メサ構造内に形成される。上部接点２１６および底部接点２１８が、電気電流をアクティブ領域に提供し、出力光を発生させるために使用される。酸化物開口２１０は、電流閉じ込めをアクティブ領域２０８に提供する。上部接点２１６は、ｐ型であって、底部接点２１８は、ｎ型である。

発光開口２０２は、底部接点２１８内に形成され、出力光２１４が、底部発光型ＶＣＳＥＬ２００の底部基板側から出現することを可能にする。図２は、マルチ要素ＶＣＳＥＬアレイの１つのみの要素を図示するため、１つのみの発光開口２０２が、図２に示されることに留意されたい。本タイプのＶＣＳＥＬは、独立型単一要素であることができる、または１または２次元アレイとして基板２０４上に加工され得る、複数の要素ＶＣＳＥＬの一部であることができる。ＶＣＳＥＬ接点２１６、２１８は、個々にアドレス指定されることができ、および／またはそれらは、共通電気入力信号を用いてＶＣＳＥＬの群にアドレス指定されるように、種々の構成において、ともに電気的に接続されることができる。本教示の１つの特徴は、ＬＩＤＡＲシステム用途のための適切な駆動信号を用いて、アレイ内の１つ以上のＶＣＳＥＬ２００デバイスの活性化を制御するためのシステムおよび方法である。

いくつかの実施形態では、本教示のソリッドステートＬＩＤＡＲシステムにおいて使用されるＶＣＳＥＬアレイは、モノリシックであって、レーザは全て、その上にレーザが統合された共通基板を共有する。種々の共通基板タイプが、使用されることができる。例えば、共通基板は、半導体材料であってもよい。共通基板はまた、セラミック材料を含んでもよい。他の実施形態では、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイは、１Ｄバーまたはさらに個々のダイの群から組み立てられる。

いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬは、上部発光型ＶＣＳＥＬデバイスである。他の実施形態では、ＶＣＳＥＬデバイスは、底部発光型ＶＣＳＥＬである。個々のＶＣＳＥＬデバイスは、単一大発光開口のいずれかを有してもよい、または個々のＶＣＳＥＬデバイスは、より大きい有効発光直径内の２つ以上のサブ開口から形成されてもよい。より大きい有効発光領域を形成する、サブ開口の群は、時として、クラスタとも称される。

図３は、本教示による、ソリッドステートＬＩＤＡＲシステムにおいて使用するための２５６個の別個のレーザエミッタ３０２を伴う、２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイ３００の実施形態の概略図を図示する。各レーザエミッタ３０２は、直径「ａ」３０４の発光開口を有する。各単一レーザエミッタ３０２からの発光は、完全発光開口を実質的に充填する。各レーザエミッタ３０２は、したがって、初期直径「ａ」を伴うレーザビームを発生させ、これは、発光開口の直径「ａ」３０４に等しい。レーザエミッタ３０２は、間隔ｄｘ３０６を伴って、水平方向に均一に離間され、間隔ｄｙ３０８を伴って、垂直方向に均一に離間される。最外レーザの中心から測定されたアレイの全体的サイズは、水平方向において距離Ｄｘ３１０であって、垂直方向において距離Ｄｙ３１２である。実際のチップサイズは、距離Ｄｘ３１０および距離Ｄｙ３１２より寸法が若干大きいであろう。種々の実施形態では、エミッタ３０２は、円形エミッタ形状以外の種々の形状を伴う、ビームを生成することができる。例えば、卵形、正方形、長方形、および種々の特殊形状が、種々の実施形態では、実現され得る。レーザが２Ｄアレイとして配列される、実施形態では、レーザの行および列は、行列アドレス指定可能方式において電気的に駆動されることができる。

本教示のいくつかの実施形態は、図３に示される構成等、レーザあたり単一の大開口を伴う、ＶＣＳＥＬデバイスの底部発光型高出力アレイを利用する。本教示の他の実施形態は、サブ開口を備える全体的発光面積を伴う、ＶＣＳＥＬの上部発光型または底部発光型高出力アレイを利用する。しかしながら、当業者は、本教示が、上部および底部発光型ＶＣＳＥＬデバイスおよび関連付けられる発光開口の任意の特定の構成に限定されないことを理解するであろう。

２次元ＶＣＳＥＬアレイは、本教示による、ＬＩＤＡＲシステムのための構築ブロックとして使用され、送光機のための小物理的サイズを可能にする、プラットフォームを確立することができる。例えば、２５６個の高出力の個々のレーザを伴う、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイが、約４ｍｍ×４ｍｍである、モノリシックチップ上に構築されることができる。そのようなモノリシックチップは、例えば、マイクロレンズアレイ、寸法２０ｍｍ未満の共有レンズ、または約２０ｍｍの最大寸法の回折光学系の使用を通して、物理的寸法を可能な限り小さく保つように選定される、光学系とともに使用されることができる。

しかしながら、本教示による、ＬＩＤＡＲシステムは、ある要件を２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイに課す。特に、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイは、全てのＶＣＳＥＬデバイスの同時制御を独立して可能にすることが望ましい。本教示のＬＩＤＡＲシステムのいくつかの動作モードでは、行列内の各ＶＣＳＥＬは、異なる時間に発火される。そのような動作に関して、ＶＣＳＥＬアレイは、レーザが、個々に発火され得るが、常時、同時ではない、行列アドレス指定可能方式で動作される必要がある。

図４は、本教示による、ＶＣＳＥＬアレイの個々の半導体レーザの実施形態のための例示的カスケード型２ポート回路モデル４００を図示する。固有のレーザ接合部は、ダイオード４０２の一般に公知の記号によって表される。レーザ光を発光する、レーザのアクティブ領域は、ダイオードのｐ－ｎ接合部間に挟入される。回路モデル４００は、電圧Ｖ_ｄを供給する、ドライバ接続４０４と、金属接点４０６の電気特性とを含む。加えて、回路モデル４００は、寄生要素４０８を含み、これは、寄生パッド電流４０８ｉ_ｐおよび寄生チップ電流４１０ｉ_ｐの形態における、パッド抵抗損失を含む。

一実施形態では、本教示のソリッドステートＬＩＤＡＲシステムは、異種統合技法を使用して組み立てられる、ＶＣＳＥＬデバイスを使用する。例えば、これらのデバイスは、シリコン電子機器にフリップチップ接合され、ＶＣＳＥＬに接続し、それを電気的に駆動する高度にコンパクトな方法を提供することができる。例えば、Ｐｌａｎｔ ｅｔ ａｌ．の「２５６－Ｃｈａｎｎｅｌ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｓｉｎｇ ＶＣＳＥＬｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ ｏｎ ＣＭＯＳ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ． １９， Ｎｏ． ８， Ａｕｇｕｓｔ ２００１）を参照されたい。また、「Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｐ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」と題された米国特許第７，７０２，１９１号および「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒ ｔｈａｔ Ｆｉｒｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ Ｐａｒａｌｌｅｌ」と題された米国特許第８，６７５，７０６号も参照されたい。しかしながら、これらの公知の異種統合技法は、主として、複数のチャネルの同時並行動作がデータ伝送スループットを増加させるための解決策として所望される、光学通信市場における用途を対象としている。

図５Ａは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイ５００として構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の実施形態の電気概略図を図示する。便宜上、本および以下の図では、ダイオード記号５０２は、ここでは、レーザを表すために使用されるが、レーザは、図４に関連して説明されるモデル４００によってより正確に表され、そのようなモデルは、実際の設計において使用されるであろうことを理解されたい。また、便宜上、ダイオードの４×４行列のみが、概略図５００に示され、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路を駆動する、電圧および／または電流ドライバは、示されない。しかしながら、実践では、レーザダイオードの行列は、Ｍ×Ｎであって、ＭおよびＮは、２を上回るまたはそれに等しい、恣意的整数であって、いくつかの実施形態では、ＭおよびＮは、大きい数であることを理解されたい。

２Ｄレーザアレイ５００のための行列アドレス指定可能レーザ駆動回路は、ＶＣＳＥＬデバイス５０２が、アノード５０４、５０４’、５０４’’、５０４’’’に接続されるように構成される。ＶＣＳＥＬデバイス５０２の行は、カソード５０６、５０６’、５０６’’、５０６’’’によって接続される。概略図５００に図示される、本アノード列およびカソード行接続構成は、個々のレーザ５０２が、単一レーザ５０２のカソードおよびアノードへの個々のアクセスの必要なく、行および列の動作を通して、オン／オフにされることを可能にする。

図５Ｂは、本教示による、その中で、２Ｄレーザアレイ５００内の単一レーザ５０２が、行／列行列アドレス指定能力を使用して活性化される、電圧ドライバとして構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の実施形態を図示する。電力供給源５４８が、一連のスイッチ５５６、５５６’、５５６’’、５５６’’’を用いてアノード５０４、５０４’、５０４’’、５０４’’’の列に電気的に接続されたアノード接点電気バス５５４と、一連のスイッチ５５８、５５８’、５５８’’、５５８’’’を用いてカソード５０６、５０６’、５０６’’、５０６’’’の行に接続された接地バス５５２とを介して、接地５５２に対して電圧電位５５０を印加する。電力供給源５４８は、所望の電圧電位波形を伴う、電圧電位５５０ Ｖ_＋を発生させる。活性化され、オンにされている、そのＶＣＳＥＬのためのアノードの列は、スイッチ５５６’を介して、ＶＣＳＥＬダイオード５５０を順にバイアスするために十分に高い電圧電位５５０に接続される。そのＶＣＳＥＬを含有する、カソード５０６’の行は、スイッチ５５８’を介して接地バス５５２に接続され、回路を完成させ、それによって、電流が、ＶＣＳＥＬを通して流動し、光を発光するように、レーザを活性化させることを可能にする。他のカソードおよびアノードは、「開」条件に設定され、それらは、開スイッチ５５６、５５６’’、５５６’’’および開スイッチ５５８、５５８’’、５５８’’’を有することによって、電力供給源５４８によって任意の具体的電圧レベルを提供されない。

図５Ｂに示される回路の代替実施形態では、カソード５０６、５０６’’、および５０６”’’は、「開」ではなく、代わりに、電力供給源５４８（または別の電力供給源）に接続され、これは、動作の間、これは、Ｖ＋未満である、ある所定の電圧レベルに設定される電圧を伴う、電圧電位波形を提供する。換言すると、図５Ｂに示される接地バス５５２上の電位は、接地電位ではあり得ず、代わりに、動作の間、電圧電位５５０が所定の電圧に対して印加されるように、Ｖ＋未満である、電力供給源５４８によって設定される電圧レベルであることができる。これらの実施形態では、スイッチ５５６、５５６’’、５５６’’’、５５８、５５８’’、５５８’’’は、アノードまたはカソード電圧電位５５０と、本定義された電圧レベルに設定される、電圧源（図示せず）との間でトグル切替するであろう。本代替実施形態は、低減されたクロストーク等の性能利点を有することができる。本実施形態を実装する、より詳細な回路は、図５Ｅに関連して説明される。

本教示のレーザアレイコントローラの１つの特徴は、種々のレーザ駆動回路を使用して、所望のレーザ駆動特性を提供することである。いくつかの実施形態では、レーザを駆動する、電力供給源５４８は、高電流短持続時間パルスを発生させる。これらの実施形態では、電力供給源５４８は、必要な高電流かつ短持続時間のパルスを提供するように設計される。また、行列は、電力供給源５４８に、定義された電圧を伴う電位波形（いわゆる電圧ドライバ）または定義された電流レベルを伴う電流波形（いわゆる電流ドライバ）を印加させることによって、動作されることができる。

いくつかの実施形態では、電力供給源５４８は、パルスが発生されていないとき、電力消散を低減させる、波形を生成するように構成される。これは、例えば、短持続時間パルスの印加の間の休止時間の間、電力供給源５４８の出力のほぼまたは完全シャットダウンを提供する、回路構成を使用することによって、達成されることができる。１つのそのような実施形態では、電力供給源は、短持続時間パルスが発生され、次いで、パルスが発生される前のウェイクアップ周期の間、レーザドライバを活性化させる。電力供給源５４８は、パルスが発火された後に開始されるパルス間の時間にわたって、波形シャットダウンを生成する。本波形シャットダウン周期は、短持続時間パルスが再び発生される前のウェイクアップ周期に先行する。いくつかの電力供給源はまた、電力消費をさらに低減させるために使用される、「より低い電力」状態を有する。例えば、実践的実装では、電力供給源内のコントローラまたは別個のコントローラが、以下のコマンド、すなわち、（１）レーザドライバ電力供給源を「低電力状態」にする、（２）レーザドライバ電力供給源を「ウェイクアップ」モードにする、（３）レーザドライバ電力供給源出力を「オン」にする、（４）レーザドライバ電力供給源出力を「オフ」にする、および（５）レーザドライバを「低電力状態」に戻す等の一連のコマンドを実行することができる。

図５Ｃは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイと併用され得る、高側電流ドライバとして構成される、単一行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５７０の電気概略図を図示する。レーザ駆動回路５７０として構成される、高側は、電力供給源の電位Ｖ＋に結合される、ＦＥＴソースと、レーザダイオード５７４のアノードに結合される、ＦＥＴドレインとを伴う、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５７２を含む。レーザダイオード５７４のための駆動電流は、レーザ電流が駆動電圧に比例するように、電圧制御された電流源５７６によって提供される。

図５Ｄは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイと併用され得る、低側電流ドライバとして構成される、単一行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５８０の電気概略図を図示する。レーザドライバ５８０は、電力供給源に結合される入力を有する、電圧制御された電流源５８２を含む。電圧制御された電流源５８２の出力は、レーザダイオード５８４のアノードに接続される。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５８６は、レーザダイオード５８４のアノードに結合される、ソースと、接地に結合される、ドレインとを有する。

図５Ｅは、本教示の一実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２Ｄレーザアレイと併用され得る、列のための高側電圧ドライバ５９１、行のための低側電圧ドライバ５９２、および付加的電圧を行に印加するために使用され得る、スイッチとともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５９０の電気概略図を図示する。分圧器回路５９３が、２Ｄレーザアレイの行間の電圧を設定するために使用される。分圧器回路５９３は、充電信号をそのＦＥＴゲートに印加することによって制御される。レーザダイオード５９４は、その関連付けられる寄生コンデンサとともに示される。

行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５９０の構成は、図５Ｂに示される回路の代替実施形態に類似するが、レーザダイオードのカソードは、通常動作の間、接地電位ではなく、代わりに、別の電位にある。しかしながら、本回路では、スイッチ５９３の追加は、カソードに印加される電圧のより高度な制御を可能にする。図５Ｅに示される行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５９０構成では、レーザダイオードのカソードは、分圧器５９３によって決定された電位にあって、これは、そのＦＥＴゲートに印加される充電信号によって制御される。カソードが接地電位以外の電位にあるように、レーザダイオードが逆バイアスされるように、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５９０を動作させることは、多数の性能利点を有することができる。１つのそのような性能利点は、レーザダイオード間のクロストークが有意に低減され得ることである。

図５Ｆは、図５Ｅに関連して説明される行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５９０を動作させる１つの方法を示す、電圧タイミング図５９９を図示する。波形は、高側電圧ドライバ５９１に印加される列駆動信号Ｃ２ ５９５、低側電圧ドライバ５９２に印加される行駆動信号Ｒ２ ５９６、および分圧器５９３に印加される充電信号５９７に関して示される。

光学パルスは、列駆動信号５９５および行駆動信号５９６が両方とも高であるときのみ発生される。行駆動信号のパルス持続時間は、光学パルス幅を決定する。デューティサイクルは、種々の動作パラメータに依存する。例えば、動作の１つの方法では、光学パルスのデューティサイクルは、１％であって。列駆動信号５９５パルスは、行駆動信号５９６パルスより長い。これは、行パルスと列パルスとの間の競合を防止する。

本教示の方法および装置の１つの重要な特徴は、種々のレーザドライバ回路構成および動作方法が、クロストークを低減させ、したがって、性能を増加させることである。図５Ｅに関連して説明される行列アドレス指定可能レーザ駆動回路５９０を参照すると、クロストークは、レーザダイオードが、電気経路を介して、その関連付けられる寄生コンデンサおよび低側ドライバを通して間接的に活性化されるときに生じ得る。本望ましくない結果は、レーザダイオード５９４を逆バイアスに設定する、寄生コンデンサを電圧＋Ｖまで充電することによって、図５Ｅに示される構成において防止されることができる。したがって、所望のレーザダイオードが、活性化されると、光を発光する他のレーザダイオードは、存在しないはずである。しかしながら、レーザダイオード５９４を持続逆バイアス条件にバイアスする方法は、増加されたデバイス故障率をもたらし、全体的デバイス信頼性を低下させるであろう。本教示による１つの解決策は、レーザダイオードが意図的に活性化されていないとき、デューティサイクルの残りの間、低側ドライバを活性化させ、レーザダイオードの寄生コンデンサを放電させることである。例えば、活性化は、典型的には、１％デューティサイクルにわたって、約９９％のオフ持続時間の間に行われるであろう。

図５Ｇは、コンデンサ充電モードにおける高側容量放電回路６２２とともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路６２０の電気概略図を図示する。駆動回路６２０は、図５Ａに関連して説明される駆動回路５００に類似するが、高側容量放電回路６２２を含む。コンデンサ充電モードでは、全ての高側スイッチ６２４および全ての低側スイッチ６２６は、開放され、それによって、コンデンサＣ１－Ｃ３ ６３０が、ある時間定数を伴って、これは、－Ｖとして示される、駆動回路６２０に印加される完全電位まで充電することを可能にする。

図５Ｈは、図５Ｇに関連して説明される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路６２０の電気概略図を図示するが、レーザダイオード２、２（第２の行および第２の列）のためのコンデンサ放電モードにおける高側容量放電回路６２２とともに構成される。レーザダイオード２、２のためのコンデンサ放電モードでは、高側スイッチ６２４および低側スイッチ６２６は両方とも、閉鎖され、経路６３２内で電気電流の放電を生じさせる。

図５Ｉは、コンデンサＣ_２を横断した、かつ第２の行および第２の列内のレーザダイオード２、２を横断した電圧電位を示す、電圧電位タイミング図６３５を図示する。スイッチＬＳ２およびＨＳ２は、初期時間ｔ_０まで閉鎖される。時間ｔ_０の前に、電位Ｃ２＋は、接地電位にあって、電位Ｃ２－は、－Ｖ電位にある。時間ｔ_０では、スイッチＬＳ２ ６２６およびＨＳ２ ６２４は、閉鎖され、電位Ｃ２－を接地電位に遷移させ、電位Ｃ２＋を＋Ｖ電位まで充電させ、時間ｔ_１においてこれらの電位に到達する。レーザダイオード２、２のアノードが、＋Ｖ電位まで充電した後、コンデンサＣ２は、レーザダイオード２、２を介して、電位Ｃ２＋から放電させ、それによって、光学パルスを発生させる。時間ｔ_２では、スイッチＬＳ２およびＨＳ２は、閉鎖され、後続パルスのための条件を開始する。本切替シーケンスの結果は、放電制御方法が、電力消費がパルス幅から独立する、アナログ駆動パルスを発生させることをもたらす。

図５Ｊは、コンデンサ充電モードにおける低側容量放電回路６４２とともに構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路６４０の電気概略図を図示する。駆動回路６４０は、図５Ａに関連して説明される駆動回路５００に類似するが、低側容量放電回路６４２を含む。コンデンサ充電モードでは、全ての低側スイッチ６４４および全ての高側スイッチ６４６は、開放され、それによって、コンデンサＣ１－Ｃ３ ６２６が、ある時間定数を伴って、＋Ｖ電位として示される、駆動回路６４０に印加される完全電位まで充電することを可能にする。

図５Ｋは、図５Ｊに関連して説明される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路６４０の電気概略図を図示するが、レーザダイオード２、２（第２の行および第２の列）のためのコンデンサ放電モードにおける低側容量放電回路６４２とともに構成される。レーザダイオード２、２のためのコンデンサ放電モードでは、高側スイッチおよび低側スイッチは両方とも、閉鎖され、経路６４８内で電気電流の放電を生じさせる。

図５Ｌは、コンデンサＣ_２を横断した、第２の行および第２の列内のレーザダイオード２、２を横断した、電圧電位を示す、電圧電位タイミング図６５０を図示する。スイッチＬＳ２およびＨＳ２は、最初に、開放される。時間ｔ_０の前に、スイッチＬＳ２およびＨＳ２が、開放されると、コンデンサＣ２上のＣ２＋電位は、＋Ｖ電位にあって、Ｃ２－電位は、接地電位にある。時間ｔ_０では、スイッチＬＳ２およびＨＳ２は、閉鎖され、Ｃ２＋を接地に駆動し、Ｃ２－に接地から－Ｖに充電を開始させる。時間ｔ_１では、コンデンサＣ２は、ある時間定数を伴って、レーザダイオード２、２を介して、放電を開始し、それによって、レーザダイオード２、２に光学パルスを発生させる。時間ｔ_２では、スイッチＬＳ２およびＨＳ２は、閉鎖され、それによって、次のパルスのための条件を開始する。本切替シーケンスの結果もまた、放電制御方法が、電力消費がパルス幅から独立する、アナログ駆動パルスを発生させることをもたらす。

図６は、本教示による、ＬＩＤＡＲシステムレーザアレイ内の行列アドレス指定可能レーザ駆動回路内のレーザダイオードを電気的に駆動するための組み合わせられた高側および低側ＧａＮ ＦＥＴドライバ回路６００の実施形態を図示する。そのようなドライバ回路は、当技術分野では、非対称オン－オフドライバ回路とも称される。本教示のＬＩＤＡＲシステムの種々の実施形態では、駆動回路６００は、駆動回路６００が、高側駆動電気入力６０２と、低側駆動電気入力６０４とを含む、オン－オフドライバとして構成される、図５Ａ－Ｂに示される、列／行アノード／カソード接続のそれぞれに接続される。
図５Ｂおよび図６の両方をより具体的に参照すると、電気概略５００内のセル５６０は、以下の方法において駆動回路６００とともに構成される。トランジスタ６０２、Ｑ１は、電圧電位５５０をレーザアノード５０４に接続する、スイッチ５５６に対応する。トランジスタ６０４、Ｑ２は、接地５５２をレーザカソード５０６に接続する、スイッチ５５８に対応する。高側ドライバ入力６０６は、トランジスタ６０２のゲートに電気的に接続される。低側ドライバ入力６０８は、トランジスタ６０４のゲートに電気的に接続される。

非対称オン－オフドライバ回路６００は、良好に制御された短持続時間高バイアス電流パルスをレーザ接合部６１０の中に注入し、レーザを活性化させ、それに光を発光させるために好適である。パルス状ＴＯＦ ＬＩＤＡＲシステムに関して、理想的光学的パワー出力パルスは、数ナノ秒持続時間範囲内にあるべきであって、その持続時間にわたって、高ピーク出力電力を提供すべきである。いくつかの実施形態では、非対称オン－オフドライバ回路６００は、レーザからのピーク出力電力が、眼の安全限界にある、または最低でもそれを下回るように構成および動作される。

本教示の１つの特徴は、アレイ駆動制御回路が、レーザエミッタの電流－電圧（ＩＶ）曲線の特性に基づいて、駆動を最適化するように構成され得ることである。図７は、本教示による、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路内の半導体ダイオード７０２の実施形態のための典型的電流－電圧曲線７００を図示する。電流－電圧曲線は、ＶＣＳＥＬデバイスを通して流動する電気電流とＶＣＳＥＬデバイスを横断して印加される電圧との間の関係を図式的に表す。図７に示されるように、レーザダイオード７０２が、順にバイアスされると、アノード７０４における電圧は、カソード７０６に対して正となり、順または正の電流７０８は、ダイオード７０２を通して流動するであろう。ダイオードの電流－電圧特性は、非線形であって、正の電流７０８に関して、閾値電圧Ｖ^ｔｈ７１０を超えた後、公称上ゼロから指数関数的に増加する。

レーザダイオードが、カソードにおける電圧がアノードに対して正である、逆方向にバイアスされると、レーザダイオードは、非常にわずかな漏れ電流を除き、電流流動を遮断する。レーザダイオードは、ダイオードを横断した逆電圧がその絶縁破壊電圧（Ｖ_ｂｒ７１２）を上回るまで、電流流動を遮断し続ける。いったん絶縁破壊に到達すると、電流は、負の方向に指数関数的に増加し、電圧および電流が、比較的に高いため、自己電力消散もまた、比較的に高く、レーザダイオードは、その結果、過熱し、燃え切るであろう。光は、順バイアス条件下においてレーザから発生される。

各個々のレーザの電流－電圧挙動は、レーザ駆動回路を制御し、個々のレーザを活性化させる方法と組み合わせられ、レーザアレイの動作性能および信頼性に有意に影響を及ぼす。本教示の行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の１つの特徴は、それらが光学クロストーク等の有害な効果を最小限にするように構成され得ることである。光学クロストークは、活性化させるために意図的に順にバイアスされる単一レーザ以外のアレイ内の他のレーザが、活性化されたレーザに供給される電気駆動回路からの電流および／または電圧漏出のため、同時に順にバイアスされるときに生じる。結果として、他のレーザも、光を発光するが、本発光は、所望されない。そのような光学クロストーク状況は、照明されるように意図されなかった測定点を照明し、および／または意図されるものより広い標的面積を照明することによって、有害な影響をＬＩＤＡＲシステムの性能に及ぼす。

図８は、本教示の行列アドレス指定可能レーザ駆動回路コントローラ８００の実施形態による、行／列行列アドレス指定能力を伴う２次元アレイ内の単一レーザを活性化させる間に行列内のノードに誘発される電圧を図示する。行列アドレス指定可能レーザ駆動回路コントローラ８００は、図５Ｂに関連して説明される実施形態の動作と同様に、電圧を行列内の全てのノードに提供する。例えば、スイッチ８０２は、第２の列を供給電圧８０４に接続し、スイッチ８０６は、レーザの第２の行を接地８０８に接続する。本スイッチ構成は、接地８０８へのスイッチ８０６の接続によって意図的に接地された行を除き、電圧Ｖ’８１０を全ての行のアノードに誘発させる。電圧Ｖ’８１０は、電圧Ｖ’’８１２をアレイ内の各レーザの対応するカソードに生じさせる。電圧Ｖ’８１０およびＶ’’８１２の正確な値は、Ｖ＋８０４の関数および具体的レーザダイオードのための実際の電流－電圧曲線である。

供給電圧８０４の値が、レーザパルスの逆絶縁破壊電圧未満である場合、レーザの順電圧降下、すなわち、Ｖ＋の絶対値は、Ｖ_ｂｒおよびＶ_ｔｈの和未満であって、レーザダイオードを通して流動する逆方向電流は、ほぼ存在しないであろう。そのような条件は、デバイス信頼性を改良する。また、カソードにおける電圧が、閾値電圧、すなわち未満、Ｖ＜Ｖ_ｔｈである場合、アクティブレーザ８１４と同一行上のダイオードを通して流動する順電流は、ほぼ存在しないであろう。

図９は、本教示による、ＶＣＳＥＬアレイチップ９００が担体９０２上に搭載される、ＬＩＤＡＲシステムの実施形態を図示する。アレイへの物理的接続は、印刷回路基板（ＰＣＢ）基板上の関連付けられる電子回路のためのより密度の高いレイアウトを可能にする。アドレス指定可能ＶＣＳＥＬデバイスの９つの小開口９０８を備える、エミッタクラスタ９０６の１６×１６アレイ９０４が、示される。担体９０２は、それぞれ、アレイ９０４の行縁９１４または列縁９１４’へのワイヤ接合９１２、９１２’と接続される、いくつかの電気縁コネクタ９１０、９１０’を有する。アノードおよびカソードへの接続は、その上でＰＣＢがＶＣＳＥＬに接続される、電気回路の側を交互させる。本接続の交互パターンは、行および列回路網間でＰＣＢ上により広いピッチをもたらし、これは、ＧａＮ ＦＥＴが、ＶＣＳＥＬアレイにより密接に設置され、電気回路のためのよりコンパクトなレイアウトをもたらし、物理的占有面積を低減させることを可能にする。

上記に記載されるように、本教示のＬＩＤＡＲシステムの一側面は、最小数の要求される電気ドライバを用いて、レーザアレイ内の２Ｄ行列アドレス指定可能構成内に位置する各ＶＣＳＥＬを個々に活性化させる能力である。アレイが、行／列毎に行列アドレス指定可能様式で駆動されるとき、ドライバの最小要求数は、Ｍ＋Ｎに等しく、それぞれ、Ｍは、列の数であって、Ｎは、行の数である。対照的に、アレイ内の各ＶＣＳＥＬデバイスが、その独自の専用ドライバを有する場合、ドライバの数は、Ｍ×Ｎに等しいものよりはるかに多くなるであろう。例えば、本明細書に説明される行列アドレス指定を使用する、１６×１６要素のＶＣＳＥＬアレイは、各ＶＣＳＥＬがその独自の専用ドライバを有する場合の２５６個のドライバと比較して、３２個のドライバのみを要求する。

行列アドレス指定を用いることでは、全てのレーザの同時の完全独立動作は、達成不可能であることを理解されたい。換言すると、あるレーザのみが、所与の時間に活性化されることができる。しかしながら、本制約は、典型的動作では、それを中心として空間内の測定点が照明されているという曖昧性を有していないために、具体的モノリシックアレイ内の１つのみのレーザが一度に活性化されるため、本明細書に説明されるＬＩＤＡＲシステムにとって有意ではない。具体的モノリシックアレイ内の１つのレーザを一度に活性化させることはまた、クラス１眼安全性を維持するために有用である。

さらに、行列アドレス指定は、電子技術分野において周知であることを理解されたい。しかしながら、低デューティサイクルを伴う、短持続時間の超高光学的パワーパルスを要求する、ＬＩＤＡＲシステム内における行列アドレス指定の側面の使用は、以前は公知ではなかった。１００ｍにまで及んで動作する（パルス間に１μｓｅｃの最小時間）、説明されるような２５６個のレーザを伴うＬＩＤＡＲシステムは、５ｎｓｅｃパルス持続時間を伴って、わずか０．００２％のデューティサイクルを有するであろう。行列アドレス指定は、典型的には、比較的に低ピーク電力（Ｗと比較してｍＷ）および比較的に長い持続時間パルスを伴って動作する、光学連通レーザデバイスを活性化させるために使用されており、約５０％のデューティサイクルである。これらの条件下では、電気駆動要件は、最新のＬＩＤＡＲ用途における高出力レーザの動作と非常に異なる。

例えば、９０５ｎｍ波長レーザを使用した１００ｍ範囲を上回る動作のために意図されるパルス状ＴＯＦ ＬＩＤＡＲシステムは、典型的には、２０ワット超のピーク電力および１０ナノ秒未満のパルス時間持続時間を伴う、光学パルスを要求するであろう。個々のレーザ上の対応する駆動電圧および電流は、レーザデバイスがパルス状条件下では１Ｗ／Ａ効率を有すると仮定して、数十ボルト範囲および数十アンペア範囲内である。当然ながら、１０Ｖを上回る電圧が行列アドレス指定可能アレイに印加された状態では、望ましくない電気および光学クロストークの有意な可能性が存在する。また、行列内のＶＣＳＥＬデバイスが、逆バイアス条件がそのような電圧に伴って存在するとき、損傷または破壊され得る有意な可能性も存在する。

レーザの信頼性に影響を及ぼす、一次要因のうちの１つは、平均および過渡の両方のデバイスの温度である。パルスエネルギーが、デバイスの過渡温度上昇を十分に低く保つように制御される場合、ピーク電流および電圧値は、パルスの持続時間が十分に短い限り、比較的に高くあり得る。熱暴走が重要な懸念である、逆バイアス条件でさえ、過渡逆電流は、接合部の近傍の温度上昇が十分に低い限り、信頼性のために容認可能であり得る。例えば、ある比熱および密度に関するＧａＡｓの材料性質を仮定すると、２ミクロン厚および１００ミクロンの直径の接合部の中への１μＪのパルスは、その接合部に関して約９℃の温度上昇をもたらすであろう。５ｎｓｅｃの持続時間の２０Ｖ／１０Ａ正方形パルスは、１μＪエネルギーに匹敵する。結果として生じる過渡温度上昇は、約数度のみであって、したがって、デバイスの信頼性を低下させるために十分ではない可能性が高いであろう。

図１０は、１つのレーザ１００２が活性化されるときの可能性として考えられる電気電流経路を示す、本教示による、行列駆動制御回路１０００を伴う、２×２レーザアレイの実施形態の概略図を図示する。便宜上、２×２行列のみが、本略図に示される。２×２行列の電気挙動は、より大きいＭ×Ｎ行列に拡張されることができることを理解されたい。

図１０は、最新のＬＩＤＡＲ用途のために必要な高電圧から結果として生じる電位問題を図示するために提示される。図１０では、ＶＣＳＥＬデバイスＬ２２ １００２は、列２ １００４が、駆動電圧バス１００６、Ｖ＋に接続され、行２ １００８が、接地バス１０１０に接続されるため、意図的に順にバイアスされ、光を発光する。ＶＣＳＥＬデバイスＬ２２を通した電流流動は、略図内に矢印を伴う実線１０１２によって示される。理想的には、行列内の全ての他のＶＣＳＥＬデバイス１０１４、１０１６、１０１８は、行１ １０２０および列１ １０２２が開放され、接地バス１０１０またはＶ＋バス１００６のいずれかに接続されないことにより、オフにされる。

しかしながら、実線１０１２の一次経路に加え、第２の電流経路の可能性が存在する。本第２の電流経路は、指向性矢印を伴う破線１０２４によって示される。バス１００６上のＶ＋が、スイッチ１０２６、１０２８を閉鎖することによって、列２ １００４に印加されると、ＶＣＳＥＬデバイス１０１６ Ｌ１２は、本経路が、電流が流動し得ない、公称上開回路であるという条件を充足するために、バス１００６上のＶ＋をアノードに印加させ、示される電圧Ｖ’１０３０が、カソードに誘発されるであろう。バス１００６上の電圧Ｖ＋が、最初に、列２ １００４に印加されるとき、電圧Ｖ’１０３０は、最初に、ゼロであり得ることに留意されたい。これが生じるとき、ＶＣＳＥＬデバイスＬ１２ １０１６およびＬ２２ １０１８の十分な順電圧を伴う過渡電流が、それに望ましくない光を発光させる可能性が存在し、これは、光学クロストークをもたらす。本状況では、クロストークは、ＶＣＳＥＬデバイスＬ２２ １００２によって発生される光ではない、視野内に生成される付加的望ましくない光である。

カソードが所与の行内で接続される結果として、電圧Ｖ’１０３０はまた、ＶＣＳＥＬデバイスＬ１１ １０１４のカソードにも印加され、これは、直ちに、ＶＣＳＥＬデバイスＬ１１ １０１４を逆バイアス条件に置くことになるであろう。電圧Ｖ’’１０３２が、電流／電圧関係を充足するために、ＶＣＳＥＬデバイスＬ１１ １０１４のアノードに誘発されるであろう。電圧Ｖ’１０３０が、Ｌ１１ １０１４の逆絶縁破壊電圧未満である場合、電流流動は、典型的には、１μＡ未満である。Ｌ１１ １０１４を通したわずかな電流流動もまた、Ｌ２１ １０１８を通して流動し、それを順バイアス条件下に置くであろう。電圧Ｖ’’は、Ｌ２１ １０１８の順ＩＶ曲線に対応するであろう。光がＬ２１から発光されることを回避するために、Ｌ２１ １０１８を通した電流は、ＬＩＤＡＲ用途のための１０～１００ｍＡの範囲内であることが予期され得る、レーザ閾値電流を下回るべきである。

しかしながら、電圧Ｖ’１０３０が、ＶＣＳＥＬデバイスＬ１１ １０１４の絶縁破壊電圧を上回る場合、はるかに高い電流が、回路を通して流動するであろう。本電流が、Ｌ２１ １０１８のための閾値電流を上回る場合、光は、ＶＣＳＥＬデバイスＬ１２ １０１６およびＶＣＳＥＬデバイスＬ２１ １０１８の両方において発光され、これは、望ましくない光学クロストークの発生をもたらすであろう。したがって、電圧Ｖ’１０３０は、恣意的に大きくあることができないが、代わりに、常時、ＶＣＳＥＬデバイスの逆絶縁破壊電圧未満であるか、または少なくとも、対応する経路を通した電流流動が、光をこれらの２つのＶＣＳＥＬデバイスＬ１２ １０１６およびＬ２１ １０１８から発光させるために十分ではないかのいずれかであるために、制約されなければならないことを理解されたい。

したがって、本教示の一側面は、望ましくない光学クロストークを回避するために、ＬＩＤＡＲ用途のために使用される特定のＶＣＳＥＬデバイスのための逆絶縁破壊電圧未満であるように電圧Ｖ’１０３０を制約することが望ましいということの認識である。加えて、逆バイアス条件下の持続される電流流動は、他の要因の中でもとりわけ、時間、電流流動と関連付けられるエネルギー、およびレーザダイオード内の結果として生じる熱上昇に応じて、レーザダイオードの潜在的信頼性問題となり得るため、望ましくない。

電圧Ｖ’１０３０が、デバイス１０１４、１０１６、および１０１８を通した有意な過渡電流流動をもたらす、動作条件下では、パルスエネルギーは、信頼性に有意に影響を及ぼさないために十分に低くあるべきであって、これらのデバイス内の過渡温度上昇は、２０℃未満であるべきである。

ＬＩＤＡＲ用途のための多くの公知のＶＣＳＥＬデバイス構造の使用は、１０Ｖ～８０Ｖの電圧が、典型的には、最先端ＬＩＤＡＲ用途のために要求される高出力光学パルスを発生させるために要求される一方、単一アクティブ領域を伴う典型的ＶＣＳＥＬデバイスのための逆絶縁破壊電圧が、５Ｖ～１５Ｖの範囲内であるため、望ましくない光学クロストークの発生をもたらすであろう。

したがって、本教示による、行列アドレス指定可能制御回路を使用して、ＬＩＤＡＲ用途のためのレーザアレイを駆動する、ＬＩＤＡＲシステムの別の側面は、光学クロストークを低減または排除する一方、高信頼性を有する、望ましい動作仕様を有する、ＶＣＳＥＬデバイス自体の設計である。すなわち、本教示による、ＶＣＳＥＬデバイスは、動作条件が、望ましくない光学クロストークがシステム性能に影響を及ぼさないように防止するように具体的に設計される。望ましくない光学クロストークを防止する１つの方法は、絶縁破壊条件に入らずに、比較的に高逆バイアス動作条件を達成し得る、レーザ構造を伴う、ＶＣＳＥＬデバイスを加工することである。

Ｖ_ｔｈまたはＶ_ｂｒまたは両方を増加させ得る、１つの可能性として考えられるレーザ構造は、ＶＣＳＥＬデバイス内に直列の複数の接合部を含む。直列の複数の接合部を伴う、レーザ構造は、アクティブ接合部を分離する、トンネル接合部を使用したデバイス内で実証されている。複数の接合部を伴う、多数の他の類似レーザ構造も、使用されることができることを理解されたい。複数の接合部を使用することは、パルス電圧および電流が高いため、Ｖ_ｔｈを増加させるであろうが、効率およびデバイス性能への影響は、本願では、典型的には、容認可能である。

図１１は、本教示による、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路１１００内の各レーザダイオードと直列の第２のダイオードを有するレーザを備える、２×２レーザアレイの実施形態の概略図を図示する。図１０に関連して説明される２×２レーザアレイ１０００の概略図と同様に、レーザアレイ１１００は、ＶＣＳＥＬデバイス１１０２、１１０４、１１０６、１１０８を行列内に含む。加えて、第２のダイオードデバイス１１１０、１１１２、１１１４、１１１６は、レーザダイオード１１０２、１１０４、１１０６、１１０８と電気的に直列に接続される。いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬデバイス１１０２、１１０４、１１０６、１１０８は、ＧａＡｓレーザダイオードであって、第２のダイオードデバイス１１１０、１１１２、１１１４、１１１６は、シリコンダイオードである。図１０に関連して説明される２×２レーザアレイ１０００の概略図と同様に、駆動電圧バス１１１８、接地バス１１２０、２つの列１１２２、１１２４、および２つの行１１２６、１１２８が存在する。

動作時、２つのスイッチ１１３２、１１３４が、閉鎖されると、レーザ駆動電流が、矢印によって示される方向に、太線で示される経路１１３０を通して流動する。第２のダイオード１１１０、１１１２、１１１４、１１１６は、列および行アノードとカソード接続との間の順電圧降下を増加させるであろう。しかしながら、ＧａＡｓレーザダイオードの典型的順電圧降下は、約２Ｖ～３Ｖであって、シリコンダイオードに関しては約１Ｖ～２Ｖであって、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路１１００が、高光学的パワーを各レーザから発生させるように設計され、したがって、典型的には、１０Ｖ超の駆動電圧で動作するため、付加的順電圧降下は、有意ではない。したがって、本付加的順電圧降下は、主要な影響を性能に及ぼし得ない。いくつかの実施形態では、１つを上回る付加的ダイオードが、レーザダイオードと直列で追加される。

異なる実施形態は、異なるダイオードタイプを使用して、直列に接続された第２のダイオード１１１０、１１１２、１１１４、１１１６または直列に接続された複数の付加的ダイオードを実装する。例えば、いくつかの実施形態は、個別のレーザ１１０２、１１０４、１１０６、１１０８をチップ内に伴って、第２のダイオード１１１０、１１１２、１１１４、１１１６をモノリシックにスタックする。チップは、図２に示されるものに類似するが、１つ以上の一連のダイオードを形成する、付加的層構造を伴う、ＧａＡｓチップであってもよい。いくつかの実施形態では、スタックされた第２のダイオードは、有益なこととして、ＶＣＳＥＬの明るさを増加させる、光学利得を発生させる、別のアクティブＰ－Ｎ接合部である。他の実施形態では、スタックされた第２のダイオードは、光学的にアクティブではなく、したがって、発生される光に寄与しない。いくつかの実施形態では、スタックされた第２のダイオードは、フォトダイオードである。いくつかの実施形態では、スタックされた構造の実装は、全体的構造の抵抗を比較的に低く保つために、トンネル接合部を利用して、２つのスタックされたダイオードを分離する。

スタックまたはカスケード型の複数のダイオード領域を伴う、ＶＣＳＥＬデバイスは、当技術分野において公知である。例えば、「Ｂｉｐｏｌａｒ Ｃａｓｃａｄｅ ＶＣＳＥＬ ｗｉｔｈ １３０％ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」（Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ２０００， Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＵＬＭ）を参照されたい。また、マルチダイオードカスケードＶＣＳＥＬ構造が、全体的明るさを増加させるために使用されている。例えば、米国特許公開第ＵＳ２０１５／０３１１６７３Ａ１号を参照されたい。また、ＶＣＳＥＬは、統合されたフォトダイオードとともに加工されている。例えば、米国特許第６，７１７，９７２号を参照されたい。しかしながら、先行技術は、そのような構造を使用してＬＩＤＡＲ用途のために構成される、行列アドレス指定可能レーザ駆動回路１１００を教示していない。

絶縁破壊条件に入らずに、比較的に高逆バイアス動作条件を達成する、本教示による、別のＶＣＳＥＬデバイス構造は、２つ以上のＶＣＳＥＬデバイスを単一レーザエミッタ構成内において直列に接続する。これは、チップ加工プロセスにおいて、アノードおよびカソード接続の適切な配索によって遂行されることができる。

高出力ＶＣＳＥＬレーザは、単一エミッタ内に並列に接続された１つを上回るエミッタ開口を有することが一般的である。例えば、図９に関連して説明されるＶＣＳＥＬアレイは、アドレス指定可能上部発光型ＶＣＳＥＬデバイスの９つの小開口９０８を備える、１６×１６アレイ９０４であって、単一エミッタのそれぞれ内の個々の開口は、並列に接続される。一連の接続されたＶＣＳＥＬデバイスが、最近、高出力用途のために開発されているが、光学クロストークおよび順電圧降下問題は、考慮されていない。例えば、一連の接続された単一チップＶＣＳＥＬデバイスを説明する、米国特許公開第２０１９／００３６３０８Ａ１号を参照されたい。そのようなデバイスは、本教示に従って、光学クロストークを低減させるように構成されることができる。

絶縁破壊条件に入らずに、比較的に高逆バイアス動作条件を達成する、本教示による、別のＶＣＳＥＬデバイス構造は、付加的ダイオードをＶＣＳＥＬデバイスに接合された対合基板またはＩＣの中に組み込む。図１２は、本教示による、付加的ダイオード１２０４が、別個の担体１２０８の一部である、各レーザダイオード１２０６と直列に接続されている、ＶＣＳＥＬアレイ１２０２を備える、直列に構成される、複数のダイオードの実施形態１２００を図示する。いくつかの実施形態では、担体１２０８は、集積回路である。例えば、集積回路は、安価なシリコンベースの集積回路であることができる。

担体１２０８は、種々の方法において、アレイ１２０２に電気的に接続されることができる。例えば、担体１２０８は、バンプ接合コネクタ１２１０を使用して、アレイ１２０２に電気的に接合されることができる。図１２に示される構成では、底部発光型ＶＣＳＥＬレーザアレイ１２０２が、担体に接合される。略図は、便宜上、共通カソード接続１２１２を共有する、ＶＣＳＥＬエミッタの単一行のみを示す。アノード接続１２１４は、略図に示される平面と垂直に延設される。各ＶＣＳＥＬダイオード１２０６は、担体１２０８上のダイオード１２０４と対合される。付加的ダイオードは、本明細書に説明される本および他の構成では、直列に追加され、光学クロストークの可能性をさらに低減させることができることを理解されたい。いくつかの構成を用いることで、２を上回るダイオードが、行列内で誘発される所望の逆電圧を達成し、光学クロストークを低減または排除するために、直列に接続された。
均等物

本出願人の教示が、種々の実施形態と併せて説明されるが、本出願人の教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるであろうように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、その中で行われ得る、種々の代替、修正、および均等物を包含する。

Claims (32)

1. 行列アドレス指定可能レーザ駆動回路を伴うソリッドステート光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）送光機であって、前記ＬＩＤＡＲ送光機は、
   ａ）第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の列に提供する第１の電気バスと、
   ｂ）第２の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の行に提供する第２の電気バスと、
   ｃ）複数の列スイッチであって、前記複数の列スイッチはそれぞれ、前記複数の列のうちの１つを前記第１の電気バスに接続する、複数の列スイッチと、
   ｄ）複数の行スイッチであって、前記複数の行スイッチはそれぞれ、前記複数の行のうちの１つを前記第２の電気バスに接続する、複数の行スイッチと、
   ｅ）第２のダイオードと電気的に直列に接続されたレーザダイオードを備える複数の一連の接続されたダイオードであって、前記複数の一連の接続されたダイオードの個別のものは、前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の個別の列と個別の行との間に電気的に接続され、前記ＬＩＤＡＲ送光機を形成し、前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、前記一連の接続されたダイオードの全体的逆絶縁破壊電圧を増加させ、それによって、前記ＬＩＤＡＲ送光機が活性化されるとき、光学クロストークを低減させる、複数の一連の接続されたダイオードと
   を備える、ＬＩＤＡＲ送光機。
2. 前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、関連付けられるレーザダイオードの明るさを増加させる光学利得を発生させるアクティブＰ－Ｎ接合部を備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
3. 前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、光学利得を発生させない、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
4. 前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、フォトダイオードである、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
5. 前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、前記レーザダイオードとモノリシックに統合される、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
6. 前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかは、前記レーザダイオードの基板と別個である基板上に位置付けられる、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
7. 前記複数の一連の接続されたダイオードのうちの少なくともいくつかは、前記第１および第２の電気バスによって提供される最大駆動電圧の絶対値を超える全体的逆絶縁破壊電圧を有するように構成される、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
8. 前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかは、直列に接続された少なくとも２つの開口を備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
9. 前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかは、トンネル接合部によって分離された少なくとも２つのアクティブ領域を備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
10. 前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかは、面発光レーザダイオードを備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
11. 前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかは、垂直共振器面発光レーザダイオードを備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
12. 前記第１の電気バスは、正の電圧を前記レーザダイオードのアノードに提供するように構成される、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
13. 前記第２の電気バスは、接地電位を前記レーザダイオードのカソードに提供するように構成される、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
14. 前記複数の列スイッチおよび前記複数の行スイッチのうちの少なくともいくつかは、トランジスタを備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
15. 前記複数の列スイッチおよび前記複数の行スイッチのうちの少なくともいくつかは、非対称オン－オフドライバ回路を備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
16. 前記非対称オン－オフドライバ回路は、ＧａＮ ＦＥＴドライバ回路を備える、請求項１５に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
17. 前記複数の列スイッチのうちの少なくともいくつかおよび前記複数の行スイッチのうちの少なくともいくつかは、拡張ＭＯＳＦＥＴ電力トランジスタを備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
18. 前記複数の列スイッチのうちの少なくともいくつかおよび前記複数の行スイッチのうちの少なくともいくつかは、ＧａＮ電力トランジスタを備える、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
19. 前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかは、８３０ｎｍ～１０００ｎｍの光学放射を発光するように構成される、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
20. 前記複数の行の数は、前記複数の列の数と同一である、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
21. 前記複数の行の数は、前記複数の列の数に等しくない、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
22. 前記第１および第２の電圧電位を発生させる電力供給源をさらに備え、前記電力供給源は、前記第１および第２の電圧電位を発生させないとき、低減された電力モードに入るように構成される、請求項１に記載のソリッドステートＬＩＤＡＲ送光機。
23. 光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）光学ビームを発生させる方法であって、前記方法は、
    ａ）第２のダイオードと電気的に直列に接続されたレーザダイオードを備える複数の一連の接続されたダイオードを備えるレーザデバイスの２次元アレイを提供することであって、前記複数の一連の接続されたダイオードの個別のものは、個別の行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の列と行との間に電気的に接続される、ことと、
    ｂ）前記ＬＩＤＡＲ光学ビーム内の光学クロストークが低減されるように、前記第２のダイオードのうちの少なくともいくつかを前記一連の接続されたダイオードの全体的逆絶縁破壊電圧を増加させるように構成することと、
    ｃ）第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された列に切り替えることと、
    ｄ）第２の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された行に切り替え、それによって、レーザデバイスの２次元アレイ内の選択されたレーザダイオードを順にバイアスし、前記一連の接続された第２のダイオードによって光学クロストークが低減された所望のパターンを伴うＬＩＤＡＲ光学ビームの発光を生じさせることと
    を含む、方法。
24. 前記第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された列に切り替えることは、１０Ｖを上回る電圧を印加することを含む、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
25. 前記第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された列に切り替えることは、光パルスの列を備えるＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させるように、所定の時間にわたって切り替えることを含む、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
26. レーザデバイスの２次元アレイが、２０ワットを超えるピーク電力を伴う前記ＬＩＤＡＲ光学ビームの発光を生じさせるように、前記第１および第２の電圧のうちの少なくとも１つを選択することをさらに含む、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
27. 前記第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された列に切り替えることおよび前記第２の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された行に切り替えることは、１０ナノ秒未満のパルス持続時間を有するパルスを前記光パルスの列内で発生させる率で実施される、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
28. 前記第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された列に切り替えることおよび前記第２の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された行に切り替えることは、パルスが発生されていないとき、電力消散が低減されるように実施される、請求項２５に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
29. パルスが発生されていないとき、前記第１および第２の電圧電位を発生させる電力供給源をシャットダウンすることをさらに含む、請求項２８に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
30. 前記第１の電圧電位を前記行列アドレス指定可能レーザ駆動回路の選択された列に切り替えることは、前記レーザダイオードの接合部における過渡温度上昇を２０℃未満に保つ所定の時間にわたって、切り替えることを含む、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
31. 前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかは、８３０ｎｍ～１，０００ｎｍの波長において前記光学ビームを発光する、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。
32. 前記第１の電圧電位は、前記レーザダイオードのうちの少なくともいくつかの絶縁破壊電圧を上回る、請求項２３に記載のＬＩＤＡＲ光学ビームを発生させる方法。

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