JP2023181772A - 発光ユニット、光学センサ - Google Patents

Abstract

【課題】物標のセンシング精度を確保する発光ユニットの提供。【解決手段】センシングエリアへ照射した照射光に対する物標からの反射光を受光することで当該物標をセンシングする光学センサにおいて、照射光を発光により与える発光ユニット１は、インダクタ２４１及びコンデンサ２４２を有する共振回路部２４０と、逆接保護部２４７を有し、コンデンサ２４２の充電及び放電をスイッチングするスイッチング素子２４６と、コンデンサ２４２の放電に応じて共振回路部２４０側から流れる放電電流により、発光する強発光ダイオード２２と、スイッチング素子２４６に対して強発光ダイオード２２とは逆接保護の関係に接続され、放電電流よりも低い強度で逆接保護部２４７側及び共振回路部２４０側へ流れるリターン電流Ｉｒにより、強発光ダイオード２２の発光終了に続いて強発光ダイオード２２よりも低い強度に発光する弱発光ダイオード２３とを、備える。【選択図】図８

Description

本開示は、センシングエリアへ照射した照射光に対する物標からの反射光を受光することにより、当該物標をセンシングする光学センサにおける、発光技術に関する。

照射光に対しての反射光を受光する光学センサにおいて、当該照射光を発光により与える発光技術が、特許文献１に開示されている。この特許文献１の開示技術では、インダクタ及びコンデンサを有する共振回路において、コンデンサの充電及び放電がスイッチング素子によりスイッチングされることで、コンデンサの放電に応じて発光ダイオードが発光する。

米国特許第９３６８９３６号明細書

しかし、特許文献１の開示技術では、物標による照射光の反射強度が高い場合、反射光に対する受光強度の飽和が生じることで、センシング精度の低下を招くおそれがあった。

そこで本開示の課題は、物標のセンシング精度を確保する、発光ユニット及び光学センサを提供することにある。

以下、課題を解決するための本開示の技術的手段について、説明する。尚、特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

本開示の第一態様は、
センシングエリア（Ａｓ）へ照射した照射光に対する物標からの反射光を受光することにより、当該物標をセンシングする光学センサ（２）において、照射光を発光により与える発光ユニットであって、
インダクタ（２４１）及びコンデンサ（２４２）を有する共振回路部（２４０）と、
逆接保護部（２４７）を有し、コンデンサの充電及び放電をスイッチングするスイッチング素子（２４６）と、
コンデンサの放電に応じて共振回路部側から流れる放電電流（Ｉｄ）により、発光する強発光ダイオード（２２）と、
スイッチング素子に対して強発光ダイオードとは逆接保護の関係に接続され、放電電流よりも低い強度で逆接保護部側及び共振回路部側へ流れるリターン電流（Ｉｒ）により、強発光ダイオードの発光終了に続いて強発光ダイオードよりも低い強度に発光する弱発光ダイオード（２３）とを、備える。

本開示の第二態様は、
第一態様の発光ユニット（１）と、発光ユニットの発光による照射光に対しての反射光を受光する受光ユニット（４５）とを、含んで構成される。

これら第一及び第二態様による弱発光ダイオードは、コンデンサの放電に応じて共振回路部側から流れる放電電流により発光する強発光ダイオードとは、逆接保護部を有するスイッチング素子に対して、逆接保護の関係に接続される。そこで弱発光ダイオードは、放電電流よりも低強度で逆接保護部側及び共振回路部側へ流れるリターン電流により、強発光ダイオードの発光終了に続いて強発光ダイオードよりも低い強度に発光することとなる。これによれば、強発光ダイオードの発光による照射光に対しての反射光の受光強度に飽和が生じたとしても、弱発光ダイオードの発光による照射光に対しての反射光の受光強度を適正な低強度に抑えることができる。故に、強弱二種の発光に対する受光強度に基づくことで、物標のセンシング精度を確保することが可能となる。

一実施形態による光学センサの構成を示す断面図である。 一実施形態による光学センサの構成を示す回路図である。 一実施形態による光学センサの発光特性を示すグラフである。 一実施形態による光学センサの発光特性を示すグラフである。 一実施形態による発光ユニットの発光特性を説明するための回路図である。 一実施形態による発光ユニットの発光特性を説明するための回路図である。 一実施形態による発光ユニットの発光特性を説明するための回路図である。 一実施形態による発光ユニットの発光特性を説明するための回路図である。 一実施形態による発光ユニットの発光特性を示すグラフである。 一実施形態による発光ユニットの発光特性を示すグラフである。 一実施形態による制御フローを示すフローチャートである。 一実施形態による受光ユニットでの受光特性を説明するための模式図である。 一実施形態による受光ユニットでの受光特性を説明するための模式図である。 一実施形態による受光ユニットでの受光特性を示すグラフである。

図１に示すように本開示の一実施形態は、発光ユニット１を含んで構成される光学センサ２に関する。光学センサ２は、車両５に搭載される。車両５は、乗員の搭乗状態において走行路を走行可能な、例えば自動車等の移動体である。

車両５は、自動運転制御モードにおいて定常的、又は一時的に自動走行可能となっている。ここで自動運転制御モードは、条件付運転自動化、高度運転自動化、又は完全運転自動化といった、作動時のシステムが全ての運転タスクを実行する自律運転制御により、実現されてもよい。自動運転制御モードは、運転支援、又は部分運転自動化といった、乗員が一部又は全ての運転タスクを実行する高度運転支援制御において、実現されてもよい。自動運転制御モードは、それら自律運転制御と高度運転支援制御とのいずれか一方、組み合わせ、又は切り替えにより実現されてもよい。

尚、以下の説明では断り書きがない限り、前、後、上、下、左、及び右の各方向は、水平面上の車両５を基準として定義される。また水平方向とは、車両５の方向基準となる水平面に対して、平行方向を示す。さらに鉛直方向とは、車両５の方向基準となる水平面に対して、上下方向でもある垂直方向を示す。

光学センサ２は、自動制御運転モードを含む車両５の運転制御に活用可能な画像データを取得するための、所謂ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging）である。光学センサ２は、例えば前方部、左右の側方部、後方部、及び上方のルーフ等のうち、車両５の少なくとも一箇所に配置される。

光学センサ２においては、互いに直交する三軸としてのＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸により、三次元直交座標系が定義されている。特に本実施形態では、Ｘ軸及びＺ軸がそれぞれ車両５の相異なる水平方向に沿って設定され、またＹ軸が車両５の鉛直方向に沿って設定される。尚、図１においてＹ軸に沿う一点鎖線よりも左側部分（後述の光学窓１２側）は、実際には当該一点鎖線よりも右側部分（後述のモジュール２１，４１側）に対して垂直な断面を図示している。

光学センサ２は、車両５の外界空間のうち配置箇所及び視野角に応じたセンシングエリアＡｓへと向けて、光を照射する。光学センサ２は、照射した光がセンシングエリアＡｓから反射されることで入射してくる反射光を、受光する。こうした照射光に対しての反射光の受光に応じて光学センサ２は、センシングエリアＡｓ内において光を反射した物標を、センシングする。ここで特に本実施形態におけるセンシングとは、光学センサ２から物標までの反射点距離、及び物標からの反射強度のうち、少なくとも前者を測定することを意味する。

車両５に適用される光学センサ２において代表的なセンシング対象物標は、例えば歩行者、サイクリスト、人間以外の動物、及び他車両等の移動物体のうち、少なくとも一種類であってもよい。車両５に適用される光学センサ２において代表的なセンシング対象物標は、例えばガードレール、道路標識、道路脇の構造物、及び道路上の落下物等の静止物体のうち、少なくとも一種類であってもよい。

光学センサ２は、ケーシングモジュール１０、投光モジュール２１、走査モジュール３１、受光モジュール４１、及び制御モジュール５１を含んで構成されている。ケーシングモジュール１０は、筐体１１、及び光学窓１２を備えている。筐体１１は、例えば金属又は合成樹脂等の遮光性部材を主体として、中空箱状に形成されている。筐体１１は、投光モジュール２１、走査モジュール３１、及び受光モジュール４１を内部に収容している。筐体１１には、例えばガラス又は合成樹脂等の透光性部材から板状に形成された、光学窓１２が保持されている。

投光モジュール２１は、発光ユニット１、及び投光レンズ系２８を備えている。図２に示すように発光ユニット１は、センシングエリアＡｓへの照射光を赤外域での発光により与える強弱二種類の発光ダイオード２２，２３の組を、少なくとも一組備えている。図３に示すように強発光ダイオード２２は、照射光の照射周期となる発光周期Ｔｌにおいて発光するように、制御モジュール５１により制御される。弱発光ダイオード２３は、発光周期Ｔｌにおいて強発光ダイオード２２の発光終了に続いて発光するように、制御モジュール５１により制御される。このとき弱発光ダイオード２３は、図４に示すように強発光ダイオード２２の発光強度Ｄｓよりも弱い強度Ｄｗで発光する。これにより、弱発光ダイオード２３の発光による照射光の強度が、強発光ダイオード２２の発光による照射光の強度よりも弱くなる。

図１に示すように投光レンズ系２８は、発光ユニット１での発光による照射光を、走査モジュール３１の走査ミラー３２へ向かって投光する。投光レンズ系２８は、例えば集光、コリメート、及び整形等のうち、少なくとも一種類の光学作用を発揮する。投光レンズ系２８は、Ｚ軸に沿った投光光軸を、形成する。投光レンズ系２８は、発揮する光学作用に応じたレンズ形状の投光レンズ２９を、投光光軸上に少なくとも一つ有している。投光レンズ系２８の投光光軸上には、発光ユニット１が位置決めされている。発光ユニット１において各発光ダイオード２２，２３の発光による照射光は、投光レンズ系２８の投光光軸に沿って導光される。

走査モジュール３１は、走査ミラー３２、及び走査モータ３５を備えている。走査ミラー３２は、基材の片面である反射面３３に反射膜が蒸着されることで、板状に形成されている。走査ミラー３２は、Ｙ軸に沿う回転中心線まわりに回転可能に、筐体１１により支持されている。走査ミラー３２は、機械的又は電気的なストッパにより有限となる駆動区間内において、揺動運動する。

走査ミラー３２は、投光モジュール２１と受光モジュール４１とに共通に設けられている。走査ミラー３２は、投光モジュール２１の投光レンズ系２８から入射する照射光を、回転角度に応じた向きとなる反射面３３での反射により光学窓１２を通してセンシングエリアＡｓへと照射することで、当該エリアＡｓを時間的且つ空間的に走査する。特に本実施形態では、照射光によるセンシングエリアＡｓの走査が、水平方向での走査に実質制限されている。このような走査と同時的に走査ミラー３２は、センシングエリアＡｓから光学窓１２を通して入射してくる反射光を、回転角度に応じた向きの反射面３３により受光モジュール４１側へとさらに反射する。ここで走査ミラー３２の回転運動速度に対しては、照射光及び反射光の速度が十分に大きい。これにより照射光に対する反射光は、照射光と略同一回転角度の走査ミラー３２により照射光と逆行するように、受光モジュール４１側へ導光される。

走査モータ３５は、例えばボイスコイルモータ、ブラシ付き直流モータ、又はステッピングモータ等である。走査モータ３５は、制御モジュール５１からの制御に従って走査ミラー３２を、有限の駆動区間内にて回転駆動（即ち、揺動駆動）する。このとき走査ミラー３２の回転角度は、投光モジュール２１の発光ユニット１による発光周期Ｔｌ（図３参照）と同期させて、順次変化させられる。

受光モジュール４１は、投光モジュール２１に対してＹ軸方向にずれて配置されている。受光モジュール４１は、受光レンズ系４２、及び受光ユニット４５を備えている。受光レンズ系４２は、センシングエリアＡｓからの反射光を受光ユニット４５に対して結像させるように、光学作用を発揮する。受光レンズ系４２は、Ｚ軸に沿った受光光軸を、形成する。受光レンズ系４２は、発揮する光学作用に応じたレンズ形状の受光レンズ４３を、受光光軸上に少なくとも一つ有している。走査ミラー３２において反射面３３から入射した反射光は、走査ミラー３２の駆動区間内において受光レンズ系４２の受光光軸に沿って導光される。

受光ユニット４５は、受光レンズ系４２の受光光軸上に位置決めされている。受光ユニット４５は、複数の受光画素４６が基板上においてアレイ状に配列されることで、構築されている。特に本実施形態の各受光画素４６は、Ｙ軸及びＸ軸に沿って二次元アレイ状に配列されている。各受光画素４６はさらに、それぞれ複数ずつの受光素子から構成されている。各受光画素４６の受光素子は、例えばシングルフォトンアバランシェダイオード（SPAD：Single Photon Avalanche Diode）等のフォトダイオードを主体に、形成されている。各受光画素４６は、受光レンズ系４２から入射した反射光を、それぞれの受光素子によって受光する。

受光ユニット４５は、出力回路４８を一体に有している。出力回路４８は、発光周期Ｔｌに応じた走査ミラー３２の回転角度に対応付けられる走査ライン別に、制御モジュール５１からの制御に従ってサンプリング処理を実行する。そこで、サンプリング処理により出力回路４８は、受光ユニット４５の各受光画素４６からの出力信号に基づく走査ライン別の受光データを、生成する。こうして生成された受光データは、出力回路４８から制御モジュール５１へ出力される。

制御モジュール５１は、プロセッサ５２及びメモリ５３を有する、少なくとも一つのコンピュータを主体に構成されている。制御モジュール５１は、その全体が筐体１１内部に収容されていてもよい（図１の例）。制御モジュール５１は、その全体が筐体１１外部の車両５に配置されていてもよい。制御モジュール５１は、筐体１１内部と外部の車両５とに跨って分散配置されていてもよい。

制御モジュール５１は、発光ユニット１、走査モータ３５、及び出力回路４８に接続されている。制御モジュール５１は、メモリ５３に記憶の制御プログラムをプロセッサ５２により実行することで、それら接続対象を制御する。具体的に制御モジュール５１は、発光ユニット１における各発光ダイオード２２，２３の発光と、走査モータ３５による走査ミラー３２の回転とを、発光周期Ｔｌ毎に同期制御する。それと並行して制御モジュール５１は、発光周期Ｔｌ毎となる走査ライン別に出力回路４８からの受光データの出力を制御することで、光学センサ２から物標までの反射点距離を少なくともセンシングしたセンシング情報を、当該受光データに基づき構築する。

次に、発光ユニット１の詳細構成を説明する。図２に示すように発光ユニット１においては、発光ダイオード２２，２３の組数に応じた数の発光回路２４が、構築されている。発光回路２４は、発光ダイオード２２，２３の組に加え、共振回路部２４０、スイッチング素子２４６、及び駆動回路部２４８を備えている。

共振回路部２４０には、電源電圧の印加される電源端子Ｅｖと、アース電圧の印加されるアース端子Ｅ０とが、設けられている。共振回路部２４０は、電源端子Ｅｖからアース端子Ｅ０の間において直列接続された、インダクタ２４１及びコンデンサ２４２を有する、所謂ＬＣ直列回路である。インダクタ２４１は、インダクションコイルを主体に構成されている。コンデンサ２４２は、例えば電解型等の耐熱コンデンサを主体に構成されている。

発光回路２４では、共振回路部２４０におけるインダクタ２４１及びコンデンサ２４２間の中点Ｅｍからアース端子Ｅ０までを、接続経路Ｒｍがコンデンサ２４２とは並列に接続している。接続経路Ｒｍには、スイッチング素子２４６が設けられている。スイッチング素子２４６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の電界効果トランジスタを主体に構成され、ボディダイオード（即ち、寄生ダイオード）をソース側からドレイン側への逆接保護部２４７として有している。図２の例では、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴにおいて中点Ｅｍ側にドレイン、アース端子Ｅ０側にソースが、それぞれ接続されている。

発光回路２４におけるコンデンサ２４２の充電及び放電は、スイッチング素子２４６によりスイッチングされる。具体的に、スイッチング素子２４６のオフ状態においてコンデンサ２４２は充電される一方、オフ状態からのスイッチング素子２４６のオンをトリガとしてコンデンサ２４２が放電する。

発光回路２４において、中点Ｅｍからアース端子Ｅ０までの接続経路Ｒｍのうち、スイッチング素子２４６よりもアース端子Ｅ０側には、強発光ダイオード２２が設けられている。強発光ダイオード２２は、赤外域のレーザダイオード（Laser Diode）を主体に構成されている。強発光ダイオード２２が整流する順方向は、スイッチング素子２４６側からアース端子Ｅ０側へ向かう電流方向に、設定されている。強発光ダイオード２２は、図３の如く仕様の閾電流よりも高強度の電流Ｉｄを印加されて発振モードとなることで、図４の如く高強度Ｄｓで発光する。

図２に示すように発光回路２４では、接続経路Ｒｍのうちスイッチング素子２４６及び強発光ダイオード２２間の分岐点Ｅｊからアース端子Ｅ０までを、分岐経路Ｒｊが強発光ダイオード２２とは並列に接続している。分岐経路Ｒｊには、弱発光ダイオード２３が設けられている。弱発光ダイオード２３は、赤外域の発光ダイオード（Light Emitting Diode）を主体に構成されている。弱発光ダイオード２３が整流する順方向は、アース端子Ｅ０側からスイッチング素子２４６側へ向かう電流方向に、設定されている。これらの構成により弱発光ダイオード２３は、スイッチング素子２４６に対して強発光ダイオード２２とは逆接保護の関係に接続されている。弱発光ダイオード２３は、図３の如く強発光ダイオード２２よりも低強度の電流Ｉｒを印加されることで、図４の如く強発光ダイオード２２よりも低強度Ｄｗで発光する。

図２に示す発光回路２４では、コンデンサ２４２からの放電に応じて強発光ダイオード２２の発光が優先されるよう、スイッチング素子２４６及び強発光ダイオード２２間の配線による経路長が、同素子２４６及び弱発光ダイオード２３間の配線による経路長よりも、短く設定されている。これにより図５に仮想的に示すように、スイッチング素子２４６及び弱発光ダイオード２３間の寄生インダクタンスＬｗは、同素子２４６及び強発光ダイオード２２間の寄生インダクタンスＬｓよりも、大きくなっている。

図２に示すように発光回路２４では、スイッチング素子２４６のゲートに対して駆動回路部２４８が接続されている。駆動回路部２４８は、制御モジュール５１にも接続されている。駆動回路部２４８は、制御モジュール５１からの制御に従ってスイッチング素子２４６のゲートへと入力するスイッチング信号ｓｓにより、スイッチング素子２４６をオンオフ駆動する。具体的に図３に示すように駆動回路部２４８は、信号電圧がオフレベルＶｏｆｆのスイッチング信号ｓｓによりスイッチング素子２４６をオフする一方、信号電圧がオンレベルＶｏｎのスイッチング信号ｓｓによりスイッチング素子２４６をオンする。

このような構成の発光回路２４において、今回発光周期Ｔｌの開始前となる前回発光周期Ｔｌの充電期間Ｔｌｃには、図３の如く駆動回路部２４８がスイッチング素子２４６をオフ状態に保持していることで、図６に示すようにコンデンサ２４２が充電される。そこで、発光回路２４において今回発光周期Ｔｌが開始されると、図３の如く駆動回路部２４８がオフ状態のスイッチング素子２４６をオンすることでコンデンサ２４２から放電させる、放電期間Ｔｌｄが開始される。

発光回路２４において放電期間Ｔｌｄには、図９に示す周期Ｔｐにて共振回路部２４０が共振する。そこで放電期間Ｔｌｄのうち、Ｔｐ／２以上となる強発光期間Ｔｌｄｓには、図３，７，９の如くコンデンサ２４２の放電に応じた放電電流Ｉｄが、当該共振回路部２４０側から強発光ダイオード２２へ流れる。これにより強発光ダイオード２２は、図４の如き高強度Ｄｓで強発光する。

発光回路２４における放電期間Ｔｌｄのうち、Ｔｐ／２超過且つＴｐ未満の弱発光期間Ｔｌｄｗには、図３，８，９の如く放電電流Ｉｄとは逆電流且つ低電流となる、リターン電流Ｉｒが発生する。このときリターン電流Ｉｒは、弱発光ダイオード２３からスイッチング素子２４６の逆接保護部２４７側及び共振回路部２４０のコンデンサ２４２側へ流れる。これにより弱発光ダイオード２３は、リターン電流Ｉｒの強度に応じた、強発光ダイオード２２よりも低い低強度Ｄｗにて、図４の如く弱発光することとなる。

発光回路２４において図３の如く強発光期間Ｔｌｄｓ中には、駆動回路部２４８がオン状態のスイッチング素子２４６をオフする。これにより、放電期間Ｔｌｄにおける共振回路部２４０の共振が図９の如く一共振周期Ｔｐに制限されることで、当該共振に応じた放電電流Ｉｄからリターン電流Ｉｒへの切り替え後には、図３の如く充電期間Ｔｌｃとしてコンデンサ２４２が充電される。

ここで共振回路部２４０の共振に応じた、放電期間Ｔｌｄでの時間ｔに対する電流過渡特性ｉ（ｔ）を、具体的に説明する。図９に示すように電流過渡特性ｉ（ｔ）は、下記の数１により表される。数１において、Ｖｃはコンデンサ２４２の両端電圧であり、Ｃはコンデンサ２４２の静電容量であり、Ｒは電流経路上の寄生抵抗の大きさである。数１において、Ｌは電流経路上の寄生インダクタンスであって、強発光期間Ｔｌｄｓには下記の数２、また弱発光期間Ｔｌｄｗには下記の数３で表される。数２，３において、図５の如くＬｓとＬｗは、上述したスイッチング素子２４６と各発光ダイオード２２，２３との間の寄生インダクタンスである。数２，３においてＬｃは、図５の如くスイッチング素子２４６とコンデンサ２４２との間の寄生インダクタンスである。

こうした電流過渡特性ｉ（ｔ）によると、図３，９，１０に示すように強発光期間Ｔｌｄｓには、放電電流Ｉｄとして順方向のｉ（ｔ）が流れる。さらに強発光期間Ｔｌｄｓ後の弱発光期間Ｔｌｄｗには、逆方向のｉ（ｔ）のうち、弱発光ダイオード２３の閾値電圧Ｖｔｈを逆起電力により当該逆方向へと超えた分が、放電電流Ｉｄよりも低強度のリターン電流Ｉｒとして流れる。このとき弱発光期間Ｔｌｄｗにおけるリターン電流Ｉｒの強度ピーク値Ｉｒｐは、強発光期間Ｔｌｄｓにおいて放電電流Ｉｄを発生させるオン状態のスイッチング素子２４６をオフする、スイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆに応じて、図３，１０の如く変化する。またこのとき、逆方向のｉ（ｔ）が弱発光ダイオード２３の閾値電圧Ｖｔｈを超えるのに要する時間が、放電電流Ｉｄからリターン電流Ｉｒへの切り替えに伴って空けられるスイッチング時間ｔｓとして、発生する。

そこで駆動回路部２４８は、制御モジュール５１からの制御に従って立ち下がり時間ｔｆを調整することで、リターン電流Ｉｒの強度ピーク値Ｉｒｐを可変設定する。具体的に駆動回路部２４８は、長い立ち下がり時間ｔｆの調整によりリターン電流Ｉｒの強度ピーク値Ｉｒｐを減少させる一方、短い立ち下がり時間ｔｆの調整によりリターン電流Ｉｒの強度ピーク値Ｉｒｐを増大させる。以上により、立ち下がり時間ｔｆに逆相関するリターン電流Ｉｒの強度に対しては、順相関することになる低強度Ｄｗでの弱発光ダイオード２３の発光が、高強度Ｄｓでの強発光ダイオード２２の発光終了に続いて、実現される。ここまで説明したように逆起電力によるリターン電流Ｉｒの利用は、弱発光ダイオード２３を発光させるための消費電力の低減を可能にする。

次に、制御モジュール５１がメモリ５３に記憶の制御プログラムをプロセッサ５２により実行することで遂行される制御フローを、図１１に基づき説明する。制御フローは、車両５の起動中において発光周期Ｔｌ毎に繰り返される。尚、制御フローにおける各「Ｓ」は、制御プログラムに含まれた複数命令によって実行される複数ステップを、それぞれ意味している。

Ｓ１０１において制御モジュール５１は、走査モータ３５による走査ミラー３２の回転角度を、今回の発光周期Ｔｌに対応する角度に同期させる、同期処理を遂行する。このような同期処理により、受光ユニット４５において反射光を受光する受光画素４６の列が、図１２，１３に示すように今回発光周期Ｔｌに対応する走査ライン（以下、今回走査ラインという）Ｘに、設定される。

図１１に示すように、Ｓ１０１に続くＳ１０２において制御モジュール５１は、今回発光周期Ｔｌのうち放電期間Ｔｌｄにおいて駆動回路部２４８を制御することで、オフ状態のスイッチング素子２４６をオンにする。これに応答して開始される強発光期間Ｔｌｄｓには、放電電流Ｉｄに応じた高強度Ｄｓでの強発光ダイオード２２の発光による照射光に対して、図１２の如く反射光が今回走査ラインＸにより受光される。その結果として制御モジュール５１は、強発光期間Ｔｌｄｓにおける受光結果を表す受光データを、受光ユニット４５から取得する。

図１１に示すように、Ｓ１０２に続くＳ１０３において制御モジュール５１は、Ｓ１０２による強発光期間Ｔｌｄｓでの受光データから、今回走査ラインＸにおいて少なくとも一つの受光画素４６での受光強度が、その上限値となる飽和強度Ｄｒに、図１４に示すように達しているか否かを判定する。

図１１に示すように、Ｓ１０３において肯定判定が下された場合には、制御フローがＳ１０４，Ｓ１０５へ順次移行する。まず、Ｓ１０４において制御モジュール５１は、図１４の如く少なくとも一つの受光画素４６での受光強度が飽和強度Ｄｒに達した飽和時間ｔｒを、抽出する。このとき、飽和強度Ｄｒに達した受光画素４６が単一の場合、当該単一画素４６での受光強度の飽和時間ｔｒが抽出される。また、飽和強度Ｄｒに達した受光画素４６が複数の場合、当該複数画素４６での受光強度の飽和時間ｔｒのうち、例えば最大値、最小値、又は平均値等が抽出される。

次に、図１１に示すＳ１０５において制御モジュール５１は、Ｓ１０２によりオン状態となったスイッチング素子２４６を駆動回路部２４８によりオフさせるスイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆを、飽和時間ｔｒに応じて決定する。このとき、飽和時間ｔｒが長いほど、即ち飽和強度Ｄｒを超過する反射光の反射強度が高いほど、立ち下がり時間ｔｆを延長する。

これらＳ１０４，Ｓ１０５への移行に対し、Ｓ１０３において否定判定が下された場合には、制御フローがＳ１０６へ移行する。Ｓ１０６において制御モジュール５１は、Ｓ１０２によりオン状態となったスイッチング素子２４６を駆動回路部２４８によりオフさせるスイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆを、設定時間に決定する。このとき設定時間は、Ｓ１０５では飽和時間ｔｒに応じて可変となる立ち下がり時間ｔｆのうち、例えば最短時間等に予め設定される。

以上において、Ｓ１０４，Ｓ１０５の順次実行終了後には、制御フローがＳ１０７へ移行する。また、Ｓ１０６の実行終了後にも、制御フローがＳ１０７へ移行する。そこでＳ１０７において制御モジュール５１は、今回発光周期Ｔｌのうち放電期間Ｔｌｄにおいて駆動回路部２４８を制御することで、オフ状態のスイッチング素子２４６をオフにする。このとき駆動回路部２４８は、スイッチング素子２４６をオフするスイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆを、Ｓ１０５，Ｓ１０６のうち、Ｓ１０７の直前に経由した一方のステップによる決定値に、調整する。

Ｓ１０７での調整としては特に、直前のＳ１０５での決定に従って駆動回路部２４８は、強発光ダイオード２２の発光による飽和時間ｔｒに対して順相関するように立ち下がり時間ｔｆを調整する場合が、想定される。この場合、強発光ダイオード２２の発光終了に続く弱発光ダイオード２３の発光を与えるリターン電流Ｉｒの強度は、調整された立ち下がり時間ｔｆに対して逆相関するように可変設定される。例えば駆動回路部２４８は、長い飽和時間ｔｒとは順相関する時間に立ち下がり時間ｔｆを延長調整することで、当該時間ｔｆとは逆相関する低強度側に、リターン電流Ｉｒの強度ピーク値Ｉｒｐ及び弱発光ダイオード２３の発光強度Ｄｗを設定することになる。

Ｓ１０７でのスイッチング素子２４６のオフに応答して開始される弱発光期間Ｔｌｄｗには、リターン電流Ｉｒに応じた低強度Ｄｗでの弱発光ダイオード２３の発光による照射光に対して、図１３の如く反射光が直前の強発光期間Ｔｌｄｓと同じ今回走査ラインＸにより受光される。即ち、強発光ダイオード２２の発光による照射光に対して反射光を受光する今回走査ラインＸの受光画素４６により、当該強発光ダイオード２２の発光終了に続く弱発光ダイオード２３の発光による照射光に対しての反射光も、受光される。その結果として制御モジュール５１は、弱発光期間Ｔｌｄｗにおける受光結果を表す受光データを、受光ユニット４５から取得する。

図１１に示すように、Ｓ１０７に続くＳ１０８において制御モジュール５１は、Ｓ１０２，Ｓ１０７の各々による受光データに基づき、反射光を与えた物標に関してのセンシング情報を構築する。このとき、Ｓ１０４，Ｓ１０５が経由されている場合の今回発光周期Ｔｌでは、Ｓ１０２による強発光期間Ｔｌｄｓでの受光データよりも優先的に、Ｓ１０７による弱発光期間Ｔｌｄｗでの非飽和受光データに基づくことで、センシングデータが構築される。逆に、Ｓ１０６が経由されている場合の今回発光周期Ｔｌでは、Ｓ１０７による弱発光期間Ｔｌｄｗでの受光データよりも優先的に、Ｓ１０２による強発光期間Ｔｌｄｓでの高ＳＮ比の受光データに基づくことで、センシングデータが構築される。Ｓ１０８の実行が終了すると、今回発光周期Ｔｌでの制御フローの実行も終了する。

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。

本実施形態による弱発光ダイオード２３は、コンデンサ２４２の放電に応じて共振回路部２４０側から流れる放電電流Ｉｄにより発光する強発光ダイオード２２とは、逆接保護部２４７を有するスイッチング素子２４６に対して、逆接保護の関係に接続される。そこで弱発光ダイオード２３は、放電電流Ｉｄよりも低強度で逆接保護部２４７側及び共振回路部２４０側へ流れるリターン電流Ｉｒにより、強発光ダイオード２２の発光終了に続いて強発光ダイオード２２よりも低い強度Ｄｗに発光することとなる。これによれば、強発光ダイオード２２の発光による照射光に対しての反射光の受光強度に飽和が生じたとしても、弱発光ダイオード２３の発光による照射光に対しての反射光の受光強度を適正な低強度に抑えることができる。故に、強弱二種の発光に対する受光強度に基づくことで、物標のセンシング精度を確保することが可能となる。

本実施形態によると、スイッチング素子２４６及び弱発光ダイオード２３間の寄生インダクタンスＬｗは、同素子２４６及び強発光ダイオード２２間の寄生インダクタンスＬｓよりも、大きい。このような寄生インダクタンスＬｗ，Ｌｓの大小関係によれば、上述の式１から、強発光ダイオード２２を発光させる放電電流Ｉｄよりも低強度の範囲に、弱発光ダイオード２３を発光させるリターン電流Ｉｒが設定され易くなる。故に、弱発光ダイオード２３の発光に対する受光強度をセンシングに必要な低強度に適正に抑えて、センシング精度の確保への信頼性を高めることが可能となる。

本実施形態においてスイッチング素子２４６を駆動する駆動回路部２４８は、放電電流Ｉｄを発生させるオン状態のスイッチング素子２４６をオフする。これにより、共振回路部２４０の共振に応じた放電電流Ｉｄからリターン電流Ｉｒへの切り替え後、コンデンサ２４２が充電されるので、強発光ダイオード２２の発光と弱発光ダイオード２３の発光とが一回ずつに制限され得る。故に、強弱二種の発光に対する受光強度に基づいたセンシング精度の確保への信頼性を高めることが可能となる。

本実施形態によると、オン状態のスイッチング素子２４６を駆動回路部２４８がオフすることによる、放電電流Ｉｄからリターン電流Ｉｒへの切り替えに、スイッチング時間ｔｓが空けられる。これによれば、強発光ダイオード２２の発光と弱発光ダイオード２３の発光とが時間的に分離され得るので、強弱二種の発光に対する受光強度に基づいたセンシング精度の確保への信頼性を、保証することが可能となる。

本実施形態による駆動回路部２４８は、オン状態のスイッチング素子２４６をオフする、スイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆを調整することで、リターン電流Ｉｒの強度を可変設定する。これによれば、強発光ダイオード２２を発光させる放電電流Ｉｄよりも低強度の範囲で、スイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆに合わせた強度のリターン電流Ｉｒを高精度に可変設定することができる。故に、弱発光ダイオード２３の発光に対する受光強度をセンシングに必要な低強度に適正に抑えて、センシング精度の確保への信頼性を保証することが可能となる。

本実施形態による駆動回路部２４８は、強発光ダイオード２２の発光による照射光に対しての反射光を受光ユニット４５により受光した受光強度が飽和強度Ｄｒに達した、飽和時間ｔｒとは順相関する時間に、スイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆを調整する。これによれば、強発光ダイオード２２の発光に対する受光強度の飽和を解消し得る低強度のリターン電流Ｉｒを、立ち下がり時間ｔｆの調整により高精度に可変設定することができる。故に、弱発光ダイオード２３の発光に対する受光強度をセンシングに必要な低強度に適正に抑えて、センシング精度の確保への高い信頼性を保証することが可能となる。

本実施形態による駆動回路部２４８は、強発光ダイオード２２の発光による飽和時間ｔｒとは順相関する時間への立ち下がり時間ｔｆの調整により、当該強発光ダイオード２２の発光終了に続く弱発光ダイオード２３の発光を与えるリターン電流Ｉｒの強度を、可変設定する。これによれば、強発光ダイオード２２の発光に対する受光強度の飽和を解消し得る低強度のリターン電流Ｉｒを、強発光ダイオード２２の当該発光直後から高精度に可変設定することができる。故に、弱発光ダイオード２３の発光に対する受光強度をセンシングに必要な低強度に適時且つ適正に抑えて、センシング精度の確保への高い信頼性を保証することが可能となる。

本実施形態の受光ユニット４５によると、強発光ダイオード２２の発光による照射光に対して反射光を受光する受光画素４６により、当該強発光ダイオード２２の発光終了に続く弱発光ダイオード２３の発光による照射光に対しての反射光が、受光される。これによれば、連続する強弱二種の発光に対して共通な受光画素４６での受光強度に基づき物標をセンシングすることができるので、強発光ダイオード２２の発光により受光強度が飽和したとしても、弱発光ダイオード２３の発光により適正な低強度の受光強度を担保して、センシング精度を確保することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該説明の実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

変形例では、仕様の閾電流よりも低強度の電流Ｉｒを印加されて未発振状態の発光モードとなる、赤外域のレーザダイオードが弱発光ダイオード２３として用いられてもよい。変形例では、弱発光ダイオード２３に減光フィルタが一体に設けられていてもよい。変形例では、スイッチング素子２４６及び弱発光ダイオード２３間の寄生インダクタンスＬｗは、同素子２４６及び強発光ダイオード２２間の寄生インダクタンスＬｓと実質等しく設定されてもよい。変形例では、スイッチング素子２４６及び弱発光ダイオード２３間の寄生インダクタンスＬｗは、同素子２４６及び強発光ダイオード２２間の寄生インダクタンスＬｓよりも小さく設定されてもよい。

変形例では、スイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆが、飽和時間ｔｒ以外の条件に応じて調整されてもよい。変形例では、スイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆが固定されることで、リターン電流Ｉｒの強度も固定されてもよい。変形例では、前回発光周期Ｔｌの飽和時間ｔｒに応じて決定された時間に、今回発光周期Ｔｌでのスイッチング信号ｓｓの立ち下がり時間ｔｆが調整されてもよい。変形例では、強発光ダイオード２２の発光による照射光に対して反射光を受光する受光画素４６と、当該強発光ダイオード２２の発光終了に続く弱発光ダイオード２３の発光による照射光に対して反射光を受光する受光画素４６とは、それぞれ異なる走査ラインに制御されてもよい。

変形例において発光ユニット１を含む光学センサ２の適用される車両５は、例えば自律走行又はリモート走行により荷物搬送若しくは情報収集等の可能な自律走行ロボットであってもよい。変形例において発光ユニット１を含む光学センサ２の適用される対象は、例えば車両５以外の移動体、又は構造物といった静止物であってもよい。

（付言）
本明細書には、以下に列挙する複数の技術的思想と、それらの複数の組み合わせが開示されている。

（技術的思想１）
センシングエリア（Ａｓ）へ照射した照射光に対する物標からの反射光を受光することにより、当該物標をセンシングする光学センサ（２）において、照射光を発光により与える発光ユニットであって、
インダクタ（２４１）及びコンデンサ（２４２）を有する共振回路部（２４０）と、
逆接保護部（２４７）を有し、コンデンサの充電及び放電をスイッチングするスイッチング素子（２４６）と、
コンデンサの放電に応じて共振回路部側から流れる放電電流（Ｉｄ）により、発光する強発光ダイオード（２２）と、
スイッチング素子に対して強発光ダイオードとは逆接保護の関係に接続され、放電電流よりも低い強度で逆接保護部側及び共振回路部側へ流れるリターン電流（Ｉｒ）により、強発光ダイオードの発光終了に続いて強発光ダイオードよりも低い強度に発光する弱発光ダイオード（２３）とを、備える発光ユニット。

（技術的思想２）
スイッチング素子及び弱発光ダイオード間の寄生インダクタンス（Ｌｗ）は、スイッチング素子及び強発光ダイオード間の寄生インダクタンス（Ｌｓ）よりも、大きい技術的思想１に記載の発光ユニット。

（技術的思想３）
スイッチング素子を駆動する駆動回路部（２４８）を、さらに備え、
放電電流を発生させるオン状態のスイッチング素子を駆動回路部がオフすることにより、共振回路部の共振に応じた放電電流からリターン電流への切り替え後、コンデンサが充電される技術的思想１又は２に記載の発光ユニット。

（技術的思想４）
オン状態のスイッチング素子を駆動回路部がオフすることによる、放電電流からリターン電流への切り替えに、スイッチング時間（ｔｓ）を空けられる技術的思想３に記載の発光ユニット。

（技術的思想５）
駆動回路部は、オン状態のスイッチング素子をオフする、スイッチング信号（ｓｓ）の立ち下がり時間（ｔｆ）を調整することにより、リターン電流の強度を可変設定する技術的思想３又は４に記載の発光ユニット。

（技術的思想６）
技術的思想１～４のいずれか一項に記載の発光ユニット（１）と、
発光ユニットの発光による照射光に対しての反射光を受光する受光ユニット（４５）とを、含んで構成される光学センサ。

（技術的思想７）
技術的思想５に記載の発光ユニット（１）と、
発光ユニットの発光による照射光に対しての反射光を受光する受光ユニット（４５）とを、含んで構成される光学センサ。

（技術的思想８）
駆動回路部は、強発光ダイオードの発光による照射光に対しての反射光を受光ユニットにより受光した受光強度が飽和強度（Ｄｒ）に達した、飽和時間（ｔｒ）とは順相関する時間に立ち下がり時間を調整する技術的思想７に記載の光学センサ。

（技術的思想９）
駆動回路部は、強発光ダイオードの発光による飽和時間とは順相関する時間への立ち下がり時間の調整により、当該強発光ダイオードの発光終了に続く弱発光ダイオードの発光を与えるリターン電流の強度を、可変設定する技術的思想８に記載の光学センサ。

（技術的思想１０）
受光ユニットは、強発光ダイオードの発光による照射光に対して反射光を受光する受光画素（４６）により、当該強発光ダイオードの発光終了に続く弱発光ダイオードの発光による照射光に対しての反射光を受光する技術的思想６～９のいずれか一項に記載の光学センサ。

１：発光ユニット、２：光学センサ、２２：強発光ダイオード、２３：弱発光ダイオード、４５：受光ユニット、４６：受光画素、２４０：共振回路部、２４１：インダクタ、２４２：コンデンサ、２４６：スイッチング素子、２４７：逆接保護部、２４８：駆動回路部、Ａｓ：センシングエリア、Ｄｒ：飽和強度、Ｉｄ：放電電流、Ｉｒ：リターン電流、Ｌｓ，Ｌｗ：寄生インダクタンス、ｓｓ：スイッチング信号、ｔｆ：立ち下がり時間、ｔｒ：飽和時間、ｔｓ：スイッチング時間

Claims (10)

1. センシングエリア（Ａｓ）へ照射した照射光に対する物標からの反射光を受光することにより、当該物標をセンシングする光学センサ（２）において、前記照射光を発光により与える発光ユニットであって、
   インダクタ（２４１）及びコンデンサ（２４２）を有する共振回路部（２４０）と、
   逆接保護部（２４７）を有し、前記コンデンサの充電及び放電をスイッチングするスイッチング素子（２４６）と、
   前記コンデンサの放電に応じて前記共振回路部側から流れる放電電流（Ｉｄ）により、発光する強発光ダイオード（２２）と、
   前記スイッチング素子に対して前記強発光ダイオードとは逆接保護の関係に接続され、前記放電電流よりも低い強度で前記逆接保護部側及び前記共振回路部側へ流れるリターン電流（Ｉｒ）により、前記強発光ダイオードの発光終了に続いて前記強発光ダイオードよりも低い強度に発光する弱発光ダイオード（２３）とを、備える発光ユニット。
2. 前記スイッチング素子及び前記弱発光ダイオード間の寄生インダクタンス（Ｌｗ）は、前記スイッチング素子及び前記強発光ダイオード間の寄生インダクタンス（Ｌｓ）よりも、大きい請求項１に記載の発光ユニット。
3. 前記スイッチング素子を駆動する駆動回路部（２４８）を、さらに備え、
   前記放電電流を発生させるオン状態の前記スイッチング素子を前記駆動回路部がオフすることにより、前記共振回路部の共振に応じた前記放電電流から前記リターン電流への切り替え後、前記コンデンサが充電される請求項１に記載の発光ユニット。
4. オン状態の前記スイッチング素子を前記駆動回路部がオフすることによる、前記放電電流から前記リターン電流への切り替えに、スイッチング時間（ｔｓ）が空けられる請求項３に記載の発光ユニット。
5. 前記駆動回路部は、オン状態の前記スイッチング素子をオフする、スイッチング信号（ｓｓ）の立ち下がり時間（ｔｆ）を調整することにより、前記リターン電流の強度を可変設定する請求項３に記載の発光ユニット。
6. 請求項１に記載の発光ユニット（１）と、
   前記発光ユニットの発光による前記照射光に対しての前記反射光を受光する受光ユニット（４５）とを、含んで構成される光学センサ。
7. 請求項５に記載の発光ユニット（１）と、
   前記発光ユニットの発光による前記照射光に対しての前記反射光を受光する受光ユニット（４５）とを、含んで構成される光学センサ。
8. 前記駆動回路部は、前記強発光ダイオードの発光による前記照射光に対しての前記反射光を前記受光ユニットにより受光した受光強度が飽和強度（Ｄｒ）に達した、飽和時間（ｔｒ）とは順相関する時間に、前記立ち下がり時間を調整する請求項７に記載の光学センサ。
9. 前記駆動回路部は、前記強発光ダイオードの発光による前記飽和時間とは順相関する時間への前記立ち下がり時間の調整により、当該強発光ダイオードの発光終了に続く前記弱発光ダイオードの発光を与える前記リターン電流の強度を、可変設定する請求項８に記載の光学センサ。
10. 前記受光ユニットは、前記強発光ダイオードの発光による前記照射光に対して前記反射光を受光する受光画素（４６）により、当該強発光ダイオードの発光終了に続く前記弱発光ダイオードの発光による前記照射光に対しての前記反射光を、受光する請求項６又は７に記載の光学センサ。

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