JP2023116281A - Floodlight and measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投光器、及び測定装置に関する。 The present invention relates to projectors and measuring devices.
AD(Autonomous Driving:自動運転)やADAS(Advanced Driver Assistance System:先進運転支援システム)の進展に伴い、周囲環境の把握や自己位置推定に用いる測定装置の一つとして、光ビーム(レーザ光)を対象物に照射し、その反射光を利用して測距を行う装置(以下、「LiDAR」(Light Detection and Ranging)と称する。)の研究/開発が進められている。ADやADASに搭載されるLiDARに対する要求の幅は広く、上記光ビームの生成や走査を行う投光器についてもその照射方法や安定性等、様々な仕様や精度が要求される。 With the progress of AD (Autonomous Driving) and ADAS (Advanced Driver Assistance System), light beams (laser beams) have become one of the measuring devices used for understanding the surrounding environment and estimating self-location. Research/development of a device (hereinafter referred to as “LiDAR” (Light Detection and Ranging)) that irradiates an object and performs distance measurement using the reflected light has been advanced. There is a wide range of requirements for LiDARs mounted on ADs and ADASs, and various specifications and accuracy such as irradiation methods and stability are required for projectors that generate and scan the above light beams.
特許文献1には、車両に実装されるLIDARシステムについて記載されている。LIDARシステムは、標的場面に向かって光源によって生成された光ビームを投影する照明器(レーザプロジェクタ)、物体から反射する光を受信する受信機、物体についての距離情報を反射光から算出するコントローラ(プロセッサ)、所望の範囲及び視野(FOV(Field Of View)を横断して光の特定のパターンを走査する要素を含む。受信機及びコントローラは、受信された信号光をLIDARシステム範囲およびFOV内にある周囲環境の点毎3Dマップを表す測定値に変換する。 Patent Literature 1 describes a LIDAR system mounted on a vehicle. A LIDAR system consists of an illuminator (laser projector) that projects a light beam generated by a light source toward a target scene, a receiver that receives the light reflected from an object, and a controller that calculates distance information about the object from the reflected light ( processor), which scans a particular pattern of light across a desired range and field of view (FOV). Convert measurements to represent a point-by-point 3D map of an environment.
LiDAR(Light Detection and Ranging)から測定対象となるエリアに向けて光ビーム(スキャンビーム)を投光(照射)する投光器の光源として用いられる面発光素子アレイ(VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)アレイ等)の一つとして、特定の発光素子を独立してオンオフ制御することが可能な面発光素子アレイ(以下、「アドレッサブルVCSELアレイ」と称する。)がある。投光器の光源として上記の面発光素子アレイを用いることで、省スペースで信頼性の高い高速ビームスキャンが可能な投光器を実現することが可能である。 Surface emitting element array (VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) array, etc. used as a light source for a projector that projects (irradiates) a light beam (scan beam) from LiDAR (Light Detection and Ranging) toward the area to be measured. ), there is a surface emitting element array (hereinafter referred to as an “addressable VCSEL array”) in which specific light emitting elements can be independently turned on and off. By using the surface emitting element array as the light source of the projector, it is possible to realize a space-saving projector capable of high-speed beam scanning with high reliability.
アドレッサブルVCSELアレイは、個々の発光素子の発光強度(光密度)を個別に制御することも可能であり、例えば、特定の発光素子に流す電流を増加させて発光強度を高めることで、当該発光素子により光ビームが投光されるエリアについて測定距離を延ばすことが可能である。 In the addressable VCSEL array, it is also possible to individually control the emission intensity (optical density) of each light emitting element. It is possible to increase the measuring distance for the area where the light beam is projected by .
ここで上記のように特定の発光素子の発光強度を高めた場合、当該発光素子の発熱量が増加し、その影響で当該発光素子から出射する光ビームの波長は長波長側にシフトするが、この波長シフトはLiDARの測定精度を低下させる。例えば、光ビームの波長が長波長側にシフトすることでLiDARの受光器は感度の低い波長領域で反射光(戻り光)を受光することとなり、LiDARの測定精度が低下する。また、太陽光ノイズの低減を目的としてLiDARの受光器にバンドパスフィルタを設けている場合、波長のシフト量に応じてバンドパスフィルタの透過波長域を拡張する必要があり、それにより受光器に混入する太陽光ノイズが増加してLiDARの測定精度が低下する。 Here, when the emission intensity of a specific light-emitting element is increased as described above, the amount of heat generated by the light-emitting element increases, and as a result, the wavelength of the light beam emitted from the light-emitting element shifts to the longer wavelength side. This wavelength shift reduces the measurement accuracy of LiDAR. For example, when the wavelength of the light beam shifts to the long wavelength side, the LiDAR light receiver receives reflected light (return light) in a wavelength region with low sensitivity, which lowers the measurement accuracy of the LiDAR. In addition, when a band-pass filter is installed in the LiDAR receiver for the purpose of reducing solar noise, it is necessary to expand the transmission wavelength range of the band-pass filter according to the amount of wavelength shift. The solar noise that gets mixed in increases and the measurement accuracy of LiDAR decreases.
上記の特許文献1には、照明器を2次元のVCSELアレイを用いて構成することが記載されている。しかし、同文献には、特定の発光素子の発光強度を高めることや、特定の発光素子の発光強度を高めることにより生じる上記の課題やその解決方法についてはとくに記載されていない。 Patent Document 1 mentioned above describes that an illuminator is configured using a two-dimensional VCSEL array. However, this document does not specifically describe increasing the emission intensity of a specific light-emitting element, the above problems caused by increasing the emission intensity of a specific light-emitting element, and methods for solving the problems.
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、面発光素子アレイの特定の発光素子の発熱量の増大に起因する波長シフトを抑制しつつ、特定の測定エリアに向けて照射する光ビームの強度を高めることが可能な、投光器、及び測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and suppresses the wavelength shift caused by an increase in the amount of heat generated by a specific light emitting element of the surface emitting element array, while irradiating light toward a specific measurement area. It is an object of the present invention to provide a projector and a measuring device that can increase the intensity of the beam.
上記目的を達成するための本発明の一つは、投光器であって、第1面発光素子及び第2面発光素子を含む複数の面発光素子を有する発光部と、前記面発光素子の夫々に流す電流を制御することにより前記面発光素子の発光強度を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記第1面発光素子に流す電流を前記第2面発光素子に流す電流よりも増大させるとともに、前記第1面発光素子に流す電流の単位時間あたりのオン期間の長さが前記第2面発光素子に流す電流の単位時間あたりのオン期間の長さよりも短くなるように制御する。 One aspect of the present invention for achieving the above object is a light projector, comprising: a light-emitting portion having a plurality of surface-emitting elements including a first surface-emitting element and a second surface-emitting element; a control device for controlling the light emission intensity of the surface light emitting element by controlling the current flowing, wherein the control device controls the current flowing to the first surface light emitting element more than the current flowing to the second surface light emitting element. is also increased, and the length of the ON period per unit time of the current flowing through the first surface emitting element is controlled to be shorter than the length of the ON period per unit time of the current flowing through the second surface emitting element. do.
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。 In addition, the problems disclosed by the present application and their solutions will be clarified by the description of the mode for carrying out the invention and the drawings.
本発明によれば、面発光素子アレイの特定の発光素子の発熱量の増大に起因する波長シフトを抑制しつつ、特定の測定エリアに向けて照射する光ビームの強度を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the intensity|strength of the light beam irradiated toward a specific measurement area can be raised, suppressing the wavelength shift resulting from the increase in the heat generation amount of the specific light emitting element of a surface emitting element array.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、以下の説明において、同一の又は類似する構成について共通の符号を付して重複した説明を省略することがある。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates, referring drawings for the form for implementing this invention. In the following description, the same or similar configurations may be denoted by common reference numerals, and redundant description may be omitted.
[第1実施形態]
図1に、一実施形態として示す測定装置100の概略的な構成(ブロック図)を示している。例示する測定装置100は、LiDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)としての機能を含み、測定エリアに向けて照射した光ビームが対象物50で反射し、その反射光(戻り光、散乱光)が戻ってくるまでの時間(以下、「TOF」(Time Of Flight)と称する。)を測定することにより、対象物50までの距離を測定する。尚、以下の説明において、測定装置100が対象物50に向けて照射する光ビーム(照射光)のことを「投光光」と、また、投光光が対象物50に反射して戻ってくる光のことを「反射光」と称する。
[First embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration (block diagram) of a
本実施形態では、測定装置100が、AD(Autonomous Driving:自動運転システム)やADAS(Advanced Driver Assistance System:先進運転支援システム)が実装される車両に搭載されるフラッシュLiDAR(Flash LiDAR)である場合を例として説明する。測定装置100は、例えば、人、車両、物体の検出を補助するとともに、車両の運転者や車両の周囲に存在する者の安全確保、車両の運転中に周囲に存在する物体に与える損傷を低減するために有用な各種の情報を提供する。
In the present embodiment, when the
同図に示すように、例示する測定装置100は、発光部111、投光制御装置112、電流源113、投光光学系114、受光光学系115、受光部116、TOF測定装置117、演算装置150、及び通信I/F160の各構成を含む。このうち、発光部111、投光制御装置112、電流源113、及び投光光学系114は、投光光を生成する「投光器」を構成する。また、受光光学系115及び受光部116は、反射光を受光する「受光器」を構成する。
As shown in the figure, the
投光器を構成する発光部111は、一次元的又は二次元的に基板(半導体基板、セラミック基板等)に配置された複数の面発光タイプのレーザ発光素子(例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。以下、「面発光素子」と称する。))を有し、特定の発光素子を独立してオンオフ制御することが可能な面発光素子アレイ(アドレッサブルVCSELアレイ)を用いて構成される。発光部111の面発光素子は、投光光となる光ビーム(レーザ光)を生成する。尚、基板内の面発光素子の配置形態は必ずしも限定されないが、例えば、複数の面発光素子は、基板の一方の面上に格子状(斜方格子状、三角格子状、正方格子状、矩形格子状、六角格子状等)に配置される。
The
投光制御装置112は、発光部111の面発光素子の駆動電流を供給する電流源113を制御するための制御信号を生成して電流源113に入力することにより、電流源113から発光部111の面発光素子に供給される電流(駆動電流)を制御する。また、投光制御装置112は、面発光素子が発光したタイミング(投光光が面発光素子から出射したタイミング。以下、「投光タイミング」と称する。)を示す信号をTOF測定装置117に入力する。投光制御装置112は、例えば、発光部111の面発光素子の夫々に流す電流のオンオフを周期的に繰り返す制御を行うことにより、面発光素子を周期的に繰り返し発光させる。
The light
電流源113は、投光制御装置112から入力される制御信号に応じた電流を面発光素子に供給する。電流源113は、例えば、面発光素子の夫々に流す電流をオンオフするための周期的な方形波の電流を面発光素子に供給する。
The
投光光学系114は、例えば、発光部111から出射する投光光に光学的な作用(屈折、散乱、回折等)を与えることにより投光光の配光を調節する。投光光学系114は、例えば、コリメートレンズ等の各種レンズ、回折格子、反射鏡(ミラー)等の光学部品を用いて構成される。
The projection
受光光学系115は、対象物50から戻ってくる反射光を受光部116に集光する。受光光学系115は、例えば、集光レンズ等の各種レンズ、各種光学フィルタ、反射鏡(ミラー)等の光学部品を用いて構成される。尚、本実施形態の受光光学系115は、反射光に含まれている太陽光ノイズを除去するためのバンドパスフィルタ(波長フィルタ)を含む。
The light-receiving
受光部116は、例えば、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)、フォトダイオード、バランス型光検出器等の光検出器等の受光素子を用いて構成される。受光部116は、受光光学系115から入射する反射光を光電変換することにより、反射光の強度に応じた電流(以下、「受光電流」と称する。)を生成する。受光部116は、反射光を受光したタイミング(以下、「受光タイミング」と称する。)を示す信号、及び生成した受光電流を、TOF測定装置117に入力する。
The
TOF測定装置117は、投光制御装置112から入力される投光タイミングを示す信号と受光部116から入力される受光タイミングを示す信号とに基づき、TOFを求める。TOF測定装置117は、例えば、TDC(Time to Digital Converter)回路を搭載した時間測定IC(集積回路:Integrated Circuit)を用いて構成される。TOF測定装置117は、求めたTOFと受光部116から入力された受光電流を、演算装置150に入力する。
The
演算装置150は、プロセッサ(CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)等)を用いて構成される。演算装置150は、TOF測定装置117から入力される受光電流やTOFに基づき、対象物50の検出や測距等の各種測定に用いる情報を生成する。上記情報は、例えば、時間相関単一光子計数法(Time Correlated Single Photon Counting)で用いるヒストグラム(histogram)、対象物50の各点(ポイント)までの距離、ポイントクラウド(点群情報:point cloud)等である。また、演算装置150は、投光制御装置112や受光部116を制御する。演算装置150は、例えば、投光制御装置112や受光部116を制御することにより、上記のヒストグラムの生成にかかる処理が高速化もしくは最適化されるように、前述した投光タイミングや受光タイミングを制御する。演算装置150によって生成された情報は、通信I/F160(I/F:Interface)を介して当該情報を利用する装置(以下、「各種利用装置40」と称する。)に提供(送信)される。
The
各種利用装置40は、例えば、ポイントクラウドによる環境地図の作成、スキャンマッチングアルゴリズム(NDT(Normal Distributions Transform)、ICP(Iterative Closest Point)等)を用いた自己位置推定(SLAM(Simultaneous Localization and Mapping))等を行う。
図2は、図1に示した発光部111の一例として示す面発光素子アレイの平面図である。例示する面発光素子アレイは、複数の面発光素子10が実装される基板22と、当該基板22が搭載される板材である搭載基板24とを有する。
FIG. 2 is a plan view of a surface emitting element array shown as an example of the
例示する面発光素子アレイは、同形同大の長方形状に区画された複数のグループ(以下、「グループ21a~21e」と称する。)の夫々に所属する、正方格子状に配列された複数の面発光素子10を有する。同図において、複数の面発光素子10は、いずれもその放出方向(光軸)を紙面に対して垂直方向(同図に示す+z方向)に向けて設けられている。
The exemplified surface emitting element array includes a plurality of groups arranged in a square lattice and belonging to a plurality of groups (hereinafter referred to as "
尚、本例では1つのグループに面発光素子10を18個ずつ所属させているが、グループの設定方法(区画するグループの数、各グループに所属させる面発光素子10の数、各グループにいずれの面発光素子10を所属させるか等)は、必ずしも限定されない。
In this example, 18
面発光素子アレイには、面発光素子10を発光させるための電流(駆動電流)を電流源113から供給するための複数の電流供給線23が電気的に接続されている。面発光素子アレイは、グループを単位として面発光素子10に流す電流を制御することにより、グループ単位で面発光素子10の発光強度(光密度)を制御することができる。
A plurality of
ところで、例えば、ADやADASが適用された車両においては、当該車両に搭載される測定装置100(LiDAR)について、発光部111により投光されるエリアのうち特定のエリア(特定の視野範囲(視野角、FOV(Field Of View)))について測定距離(検知距離、測定レンジ)を延ばしたいというニーズが存在する。上記特定のエリアは、例えば、高速道路を走行中の車両の対向車線の遠方等の主たる関心領域(ROI:Region of Interest)である。
By the way, for example, in a vehicle to which AD or ADAS is applied, the measuring device 100 (LiDAR) mounted on the vehicle has a specific area (specific visual field range (visual field range)) among areas projected by the
前述したように、測定装置100は、発光部111の面発光素子10の発光強度をグループ単位で調節することが可能であり、特定のグループに所属する面発光素子10に流す電流を他のグループに所属する面発光素子10に流す電流よりも増大させて発光強度を高めることにより、発光部111により投光されるエリアのうち特定のエリアの測定距離を延ばすことが可能である。
As described above, the measuring
図3は、発光部111の各グループ21a~21eに属する面発光素子10から出射する投光光(光ビーム)の光路の一例を描いた模式図である。同図に示すように、各グループ21a~21eに属する面発光素子10から出射する投光光は、投光光学系114にて配光が調節されて、夫々異なるエリア(投光エリア51a~51e)に向けて投光(照射)される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of optical paths of projected light (light beams) emitted from the
ここで同図に示す構成において、例えば、グループ21cが担当する測定エリアについて測定距離を延ばしたい場合には、グループ21cに属する面発光素子10に流す電流を他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10に流す電流よりも増大させる。
Here, in the configuration shown in the figure, for example, when it is desired to extend the measurement distance in the measurement area in charge of the
図4は、図2に示した各グループ21a~21eの夫々の面発光素子10の発光強度(光密度)の一例を示したグラフである。グラフの縦軸は発光強度を表す。
FIG. 4 is a graph showing an example of the emission intensity (optical density) of each
図5は、グループ21cに属する面発光素子10に流す電流を他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10に流す電流よりも増大させた場合における各グループ21a~21eによる配光の様子を示す図である。同図は、図3に示した発光部111(面発光素子アレイ)及び投光光学系114を有する測定装置100を、車両7の中央前方(例えば、バンパーの中央部)に搭載した場合における配光の例を表している。同図に示すように、グループ21cに属する面発光素子10から出射する投光光の照射範囲31(測定可能範囲)が、他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10から出射する投光光の照射範囲32よりも遠方に延長されている。
FIG. 5 shows the light distribution by each of the
ここで上記のようにグループ21cに属する面発光素子10に他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10よりも多くの電流を流した場合、グループ21cに属する面発光素子10の発熱量が他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10の発熱量よりも多くなり、発光部111全体として各面発光素子10の温度が不均一となる。そして温度が上昇した発光素子から出射される光の波長は長波長側にシフトし、それにより受光部が感度の低い波長領域で反射光(戻り光)を受光し、測定装置(フラッシュLiDAR)の測定精度が低下する。また、温度が上昇した発光素子から出射される光の波長が長波長側にシフトすることで、太陽光ノイズを低減を目的として受光素子側に設けているバンドパスフィルタの透過波長域を拡張する必要が生じ、それにより太陽光ノイズの混入が増加して測定装置100の測定精度が低下してしまう。
Here, when more current is supplied to the
そこで、こうした課題を解決するため、本実施形態の投光制御装置112は、発光部111全体として各面発光素子10の温度の均一化する仕組みを備える。具体的には、投光制御装置112は、グループ21cに属する面発光素子10(以下、「第1面発光素子」とも称する。)に流す電流を他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10(以下、「第2面発光素子」とも称する。)に流す電流よりも増大させるにあたり、第1面発光素子に流す電流の単位時間あたりのオン期間が第2面発光素子に流す電流の単位時間あたりのオン期間よりも短くなるように制御することにより、発光部111全体として各面発光素子10の温度の均一化する仕組みを備える。
Therefore, in order to solve such a problem, the
図6(a)に、上記仕組みの一例を示す。この例では、発光部111に設けられている面発光素子10の夫々に流す電流のオンオフを周期的に繰り返すことによる面発光素子の点灯/消灯の制御に際し、投光制御装置112が、各周期において、第1面発光素子の電流のオン期間の長さが第2面発光素子のオン期間の長さよりも短くなるように制御する(以下、「第1の方法」と称する。)。
FIG. 6(a) shows an example of the above mechanism. In this example, when controlling the lighting/extinguishing of the surface light-emitting elements by periodically turning on and off the current flowing through each of the surface light-emitting
第1の方法によれば、第1面発光素子のオン期間が短くなり、第1面発光素子に流す電流を増大させて発光強度を高めつつ、第1面発光素子の発熱量を抑制することができ、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々の発熱量の時間的な均一化を図ることができる。 According to the first method, the amount of heat generated by the first surface light emitting element is suppressed while the ON period of the first surface light emitting element is shortened and the light emission intensity is increased by increasing the current flowing through the first surface light emitting element. can be achieved, and the amount of heat generated by the first surface emitting element and the second surface emitting element can be made uniform over time.
第1の方法において、第1面発光素子のオン期間の長さは、例えば、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々に流す電流の大きさの比や、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々のオン期間の長さの比を考慮しつつ、発光部111全体として各面発光素子10の温度が効率よく均一化されるように設定する。
In the first method, the length of the ON period of the first surface light-emitting element is determined by, for example, the ratio of the magnitudes of the currents flowing through the first surface light-emitting element and the second surface light-emitting element, or The temperature of each
図6(b)に、上記仕組みの他の一例を示す。この例では、発光部111に設けられている面発光素子10の夫々に流す電流のオンオフを周期的に繰り返すことによる面発光素子10の点灯/消灯の制御に際し、投光制御装置112が、第1面発光素子の電流のオンオフ周期が第2面発光素子のオンオフ周期よりも長くなるように制御する(以下、「第2の方法」と称する。)。
FIG. 6(b) shows another example of the above mechanism. In this example, when controlling the lighting/extinguishing of the surface light-emitting
第2の方法によれば、第1面発光素子の単位時間あたりのオフ期間(放熱期間)が第2面発光素子の単位時間あたりのオフ期間(放熱期間)よりも長くなり、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々の発熱量の時間的な均一化を図ることができる。 According to the second method, the OFF period (heat dissipation period) of the first surface emitting element per unit time is longer than the OFF period (heat dissipation period) of the second surface emitting element per unit time, and the first surface emitting element emits light. It is possible to make the amount of heat generated by the element and the second surface emitting element uniform over time.
図6(b)の例では、第1面発光素をオンするタイミングと第2面発光素子をオンするタイミングとを一致させているが、必ずしも両者は一致していなくてもよい。また、第1面発光素子の電流のオンオフ周期や第2面発光素子のオンオフ周期は、例えば、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々に流す電流の大きさの比や、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々のオン期間の長さの比を考慮しつつ、発光部111全体として各面発光素子10の温度が効率よく均一化されるように設定する。
In the example of FIG. 6B, the timing of turning on the first surface emitting element and the timing of turning on the second surface emitting element are matched, but they do not necessarily have to be matched. Further, the on/off period of the current of the first surface light emitting element and the on/off period of the second surface light emitting element are, for example, the ratio of the magnitudes of the currents flowing through the first surface light emitting element and the second surface light emitting element, The temperature of each
尚、第1の方法の場合は、例えば、第2の方法に比べ、第1面発光素子の単位時間あたりの発光回数を増やせるという利点がある。また、第2の方法の場合は、例えば、第1面発光素子のオン期間と第2面発光素子のオン期間と共通にすることができるという利点がある。図6(a)及び図6(b)の例では、第1面発光素子及び第2面発光素子に流す電流の波形を方形波としているが、必ずしも方形波でなくてもよい。 Note that the first method has an advantage over the second method in that the number of light emissions per unit time of the first surface light-emitting element can be increased. Moreover, in the case of the second method, for example, there is an advantage that the ON period of the first surface emitting element and the ON period of the second surface emitting element can be made common. In the examples of FIGS. 6A and 6B, the waveform of the current flowing through the first surface emitting element and the second surface emitting element is a square wave, but it does not necessarily have to be a square wave.
以上に説明したように、本実施形態の測定装置100によれば、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々の発熱量の時間的な均一化を図ることができる。そのため、面発光素子アレイの特定の発光素子の発熱量の増大に起因する波長シフトを抑制することができ、波長シフトに起因する測定装置100の感度低下を防ぐことができる。また、測定装置100(投光器)が特定の測定エリアに向けて照射する光ビームの強度を高めることができる。
As described above, according to the
[第2実施形態]
第1実施形態では、面発光素子に流す電流の波形を制御することにより発光部111全体として各面発光素子10の温度が均一化されるようにした。第2実施形態では、発光部111に放熱構造を設けることにより、発光部111全体における各面発光素子10の温度の均一化を図る。尚、第2実施形態における測定装置100や面発光素子10の基本的な構成については図1乃至図5に示したものと同様である。
[Second embodiment]
In the first embodiment, the temperature of each
図7A~図7Eに、上記放熱構造の具体例を示す。図7A~図7Eは、いずれも図2に示した発光部111を側方(+y方向)から眺めた図である。これらの図には、面発光素子10が実装される基板22と、当該基板22が搭載される板材である搭載基板24を示している。搭載基板24は、当該基板22の裏面側(-z側)に放熱剤42(シリコングリス等)を介して設けられる。
7A to 7E show specific examples of the heat dissipation structure. 7A to 7E are views of the
図7Aに示す例では、グループ21cに属する面発光素子10(以下、「第1面発光素子」とも称する。)の近傍における搭載基板24の素材24aとして、他のグループ21a,21b,21d,21eに属する面発光素子10(以下、「第2面発光素子」とも称する。)の近傍における搭載基板24の素材24bよりも放熱効果の高い素材(例えば、熱伝導率の高い素材)を用いている。この方法によれば、特別な構成を別途設ける必要がないため、例えば、発光部111をコンパクトに構成することができる。尚、同図の例では、搭載基板24の素材として放熱効果の異なる2種類の素材24a,24bを用いているが、放熱効果の異なる3種類以上の素材を用いて搭載基板24を構成してもよい。素材の種類を増やすことで、基板22の各部の温度をより細かく調整することが可能になる。
In the example shown in FIG. 7A,
図7Bに示す例では、放熱剤42として放熱効果の異なる複数種のもの(放熱剤42a,42b)を用意し、第1面発光素子の近傍には放熱効果の高い放熱剤42aを塗布し、第2面発光素子の近傍には放熱剤42aよりも放熱効果の低い放熱剤42bを塗布することにより、第1面発光素子の近傍における放熱効果が第2面発光素子の近傍における放熱効果よりも高くなるようにしている。この方法によれば、特別な構成を別途設ける必要がないため、例えば、発光部111をコンパクトに構成することができる。尚、同図の例では、放熱剤42の種類を2種類としているが、放熱効果の異なる3種類以上の放熱剤42を用いてもよい。塗布する位置によって放熱剤42の種類を細かく変えることで、基板22の各部の温度をより細かく調整することが可能になる。
In the example shown in FIG. 7B, a plurality of types of heat dissipating agents (
図7Cに示す例では、第1面発光素子の近傍における放熱効果が第2面発光素子の近傍における放熱効果よりも高くなるように、搭載基板24の裏面(搭載基板24の-z側の面)に複数の放熱フィン43を設けている。同図の例では、第1面発光素子に近い程、放熱効果の高い(表面積の大きい)放熱フィンを配置している。尚、搭載基板24のいずれの位置にどの程度の放熱効果の放熱フィン43を設けるかは、第1面発光素子及び第2面発光素子の発熱量に応じて決定する。
In the example shown in FIG. 7C, the rear surface of the mounting board 24 (the -z side surface of the mounting board 24) is arranged so that the heat dissipation effect in the vicinity of the first surface light emitting element is higher than the heat dissipation effect in the vicinity of the second surface light emitting element. ) is provided with a plurality of
図7Dに示す例では、第1面発光素子の近傍に冷却機構としてペルチェ素子44を設けている。尚、搭載基板24に複数のペルチェ素子44を設けて夫々のペルチェ素子44に流す電流を制御することにより、基板22の各部の温度をより細かく調整するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 7D, a
図7Eに示す例では、冷却機構として搭載基板24の裏面(-z側)から第1面発光素子の近傍の方向に向けて送風する冷却ファン45を設けている。尚、搭載基板24の裏面に複数の冷却ファン45を設けて各冷却ファン45の回転数を個別に制御することにより、基板22の各部の温度をより細かく調整するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 7E, a cooling
このように、第2実施形態の測定装置100によっても、第1面発光素子及び第2面発光素子の夫々の発熱量の時間的な均一化を図ることができ、面発光素子アレイの特定の発光素子の発熱量の増大に起因する波長シフトを抑制することができる。また、測定装置100の感度低下を防ぐことができる。また、測定装置100(投光器)が特定の測定エリアに向けて照射する光ビームの強度を高めることができる。
As described above, even with the
以上、本発明の実施形態につき詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施形態の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments and includes various modifications. In addition, the above-described embodiment describes the configuration in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of the above embodiment with another configuration.
例えば、第1実施形態の構成と第2実施形態の構成の双方を適切に組み合わせて適用することで、より効果的に波長シフトを抑制することが可能である。 For example, by appropriately combining and applying both the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment, it is possible to suppress the wavelength shift more effectively.
7 車両、10 面発光素子、21a~21e グループ、22 基板、23 電流供給線、31,32 照射範囲、42 放熱剤、43 放熱フィン、44 ペルチェ素子、45 冷却ファン、50 対象物、100 測定装置、111 発光部、112 投光制御装置、113 電流源、114 投光光学系、115 受光光学系、116 受光部、117 TOF測定装置、24 搭載基板 7 vehicle, 10 surface light emitting element, 21a to 21e group, 22 substrate, 23 current supply line, 31, 32 irradiation range, 42 heat dissipation agent, 43 heat dissipation fin, 44 Peltier element, 45 cooling fan, 50 object, 100 measuring device , 111 light emitting unit, 112 light projection control device, 113 current source, 114 light projecting optical system, 115 light receiving optical system, 116 light receiving unit, 117 TOF measuring device, 24 mounting board
Claims (11)
前記面発光素子の夫々に流す電流を制御することにより前記面発光素子の発光強度を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記第1面発光素子に流す電流を前記第2面発光素子に流す電流よりも増大させるとともに、前記第1面発光素子に流す電流の単位時間あたりのオン期間の長さが前記第2面発光素子に流す電流の単位時間あたりのオン期間の長さよりも短くなるように制御する、
投光器。 a light emitting unit having a plurality of surface emitting elements including a first surface emitting element and a second surface emitting element;
a control device for controlling the light emission intensity of the surface light-emitting elements by controlling the current flowing through each of the surface light-emitting elements;
has
The control device increases the current flowing through the first surface light-emitting element more than the current flowing through the second surface light-emitting element, and increases the length of the ON period per unit time of the current flowing through the first surface light-emitting element. controlling the current flowing through the second surface emitting element to be shorter than the length of the ON period per unit time;
floodlight.
前記発光部は複数の面発光素子を有し、前記面発光素子はグループを単位として点灯/消灯の制御が可能であり、
前記第1面発光素子は一の前記グループに属する面発光素子群であり、前記第2面発光素子は他の前記グループに属する面発光素子群である、
投光器。 A light projector according to claim 1,
The light-emitting unit has a plurality of surface-emitting elements, and the surface-emitting elements can be controlled to be turned on/off on a group-by-group basis;
The first surface emitting element is a group of surface emitting elements belonging to one of the groups, and the second surface emitting element is a group of surface emitting elements belonging to the other group.
floodlight.
前記制御装置は、前記面発光素子に流す電流のオンオフを周期的に繰り返すことにより前記面発光素子の点灯/消灯を制御し、各周期において前記第1面発光素子の電流のオン期間の長さが前記第2面発光素子のオン期間の長さよりも短くなるように制御する、
投光器。 A light projector according to claim 1,
The control device periodically turns on and off the current flowing through the surface light emitting element to control lighting/lighting out of the surface light emitting element, and determines the length of the on period of the current of the first surface light emitting element in each cycle. is shorter than the length of the ON period of the second surface emitting element,
floodlight.
前記制御装置は、前記面発光素子に流す電流のオンオフを周期的に繰り返すことにより前記面発光素子の点灯/消灯を制御し、前記第1面発光素子の電流のオンオフ周期が前記第2面発光素子のオンオフ周期よりも長くなるように制御する、
投光器。 A light projector according to claim 1,
The control device periodically turns on and off the current flowing through the surface light emitting element to control lighting/lighting out of the surface light emitting element, and the on/off cycle of the current flowing through the first surface light emitting element is the second surface light emitting element. Control to be longer than the on/off period of the element,
floodlight.
前記投光器と、
前記投光器から投光された光の測定対象からの反射光を受光する受光器と、
を備え、
前記受光器の受光結果に基づき検知対象までの距離を測定する、
測定装置。 A measuring device configured using the projector according to any one of claims 1 to 4,
the light projector;
a light receiver that receives reflected light from a measurement target of the light projected from the light projector;
with
measuring the distance to the detection target based on the light reception result of the light receiver;
measuring device.
前記面発光素子の夫々に流す電流を制御することにより前記面発光素子の発光強度(光密度)を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記第1面発光素子に流す電流を前記第2面発光素子に流す電流よりも増大させる制御を行い、
前記基板は、前記第1面発光素子の近傍における放熱効果が前記第2面発光素子の近傍よりも高くなるように構成された放熱構造を有する、
投光器。 a light emitting unit disposed on a common substrate and having a plurality of surface emitting elements including a first surface emitting element and a second surface emitting element;
a control device for controlling the light emission intensity (light density) of the surface light emitting elements by controlling the current flowing through each of the surface light emitting elements;
has
The control device performs control to increase a current flowing through the first surface light-emitting element more than a current flowing through the second surface light-emitting element,
The substrate has a heat dissipation structure configured such that a heat dissipation effect in the vicinity of the first surface light emitting element is higher than in the vicinity of the second surface light emitting element,
floodlight.
前記基板が搭載される板材である搭載基板を有し、
前記放熱構造は、前記搭載基板について、前記第1面発光素子の近傍の素材を、前記第2面発光素子の近傍の素材よりも放熱効果の高い素材で構成することにより実現される、
投光器。 A light projector according to claim 6,
Having a mounting substrate that is a plate material on which the substrate is mounted,
The heat dissipating structure is realized by forming a material in the vicinity of the first surface emitting element of the mounting substrate with a material having a higher heat dissipation effect than a material in the vicinity of the second surface emitting element.
floodlight.
前記放熱構造は、前記基板の前記第1面発光素子の近傍に前記基板の前記第2面発光素子の近傍よりも放熱効果を高める部材を塗布することにより実現される、
投光器。 A light projector according to claim 6,
The heat dissipation structure is realized by applying a member near the first surface light emitting element of the substrate that enhances the heat dissipation effect compared to the vicinity of the second surface light emitting element of the substrate.
floodlight.
前記放熱構造は、前記基板の前記第1面発光素子の近傍に、前記基板の前記第2面発光素子の近傍よりも放熱効果を高めるための冷却機構を設けることにより実現される、
投光器。 A light projector according to claim 6,
The heat dissipation structure is realized by providing a cooling mechanism in the vicinity of the first surface light emitting element of the substrate for enhancing the heat dissipation effect more than in the vicinity of the second surface light emitting element of the substrate.
floodlight.
前記冷却機構は、ペルチェ素子又は冷却ファンを用いて構成される、
投光器。 A light projector according to claim 9,
The cooling mechanism is configured using a Peltier element or a cooling fan,
floodlight.
前記投光器と、
前記投光器から投光された光の測定対象からの反射光を受光する受光器と、
を備え、
前記受光器の受光結果に基づき検知対象までの距離を測定する、
測定装置。
A measuring device configured using the projector according to any one of claims 6 to 10,
the light projector;
a light receiver that receives reflected light from a measurement target of the light projected from the light projector;
with
measuring the distance to the detection target based on the light reception result of the light receiver;
measuring device.
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