JP6651123B2 - 光源駆動装置、光源装置、距離測定装置、移動体装置、レーザ加工機及び光源駆動方法 - Google Patents
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以下に、本発明の第1実施形態の距離測定装置100について、図1〜図7を参照して説明する。
Io=(Vo−Vf)/Ron・・・(2)
充電制御部26は、コンデンサCの両端電圧を昇圧するための昇圧制御信号(矩形パルス信号)を生成する。この際、該昇圧制御信号のパルス幅、すなわちLPFの両端に印加される電圧のパルス幅(t2−t1)に対する電流値Ipを決定する。電流値Ipは、上記(3)式を用いて、次の(4)式で表せる。
充電制御部26は、Ipを決定した後、t=t2に昇圧制御信号を0にしてトランジスタTr2をOFFにし、抵抗Rに流れる電流を遮断する。この結果、コイルLの自己誘導により、コイルLに蓄積されたエネルギがダイオードDを介してコンデンサCに移動する。このとき、コンデンサCの両端電圧は、コイルLの自己誘導起電力によりVoまで高速に昇圧される。Voの電圧値は、既に上記(1)式に示した通りである。
コンデンサCの充電完了後、発光制御部24は、t=t3に発光制御信号(矩形パルス信号)をトランジスタTr1のゲート電極に出力する。トランジスタTr1は、入力信号である発光制御信号の立ち上がりタイミングでONとなり、該発光制御信号の立ち下りタイミングでOFFとなる。すなわち、発光制御信号によりトランジスタTr1がスイッチングされる。この際、発光制御信号のON時間にコンデンサCから電荷が放電され、LDにパルス状の駆動電流Ioが印加され、LDがパルス発光する。Ioのピーク電流値は、既に上記(2)式に示した通りである。
第2実施形態の光源駆動装置120では、充電装置に定電流源を用いてLDへの駆動電流を制御する。すなわち、図8に示されるように、光源駆動装置120の充電制御部126は、基準電圧Vrefを印加する定電流源を有している。
充電制御部126から矩形パルス状の基準電圧Vref(パルス幅(t2−t1))をオペアンプOAに印加(入力)すると、オペアンプOAにより増幅された電流がトランジスタMのベース端子に印加されトランジスタMがONとなる。これにより、コイルLと抵抗Rとが導通し、コイルLと抵抗Rに電流Ip=Vref/Rが流れる。Ipの立ち上がり時間は、コイルLのインダクタンス及び定電流源のインピーダンスによって決まる。
充電制御部126は、Ipが決まった後、t=t2にVrefを0にしてコイルLと抵抗Rとを非導通とする。この結果、コイルLに自己誘導が発生し、コイルLに蓄積されたエネルギがダイオードDを介してコンデンサCに移動する。このとき、コイルLの自己誘導起電力でコンデンサCの両端電圧がVoまで高速に昇圧される。Voの電圧値は、既に上記(1)式に示した通りである。
コンデンサCの充電完了後、発光制御部124は、t=t3に発光制御信号(矩形パルス信号)をトランジスタTr1のゲート端子に出力する。トランジスタTr1は、発光制御信号の立ち上がりタイミングでONとなり、該発光制御信号の立ち下りタイミングでOFFとなる。すなわち、発光制御信号によりトランジスタTr1がスイッチングされる。この際、発光制御信号のON時間にコンデンサCから電荷が放電され、LDにパルス状の駆動電流Ioが印加され、LDがパルス発光する。Ioのピーク電流値は、既に上記(2)式に示した通りである。
第3実施形態の光源駆動装置220では、コンデンサCの両端電圧を昇降圧可能な構成を有している。
充電制御部226からオペアンプOAに矩形パルス状の基準電圧Vref(パルス幅(t2−t1))を印加(入力)すると、増幅された電流がトランジスタMのベース端子に印加されトランジスタMがONとなる。この結果、コイルLと抵抗Rとが導通し、コイルLと抵抗Rに電流I=(V−Vref)/Rが流れる。Iの立ち上がり時間はコイルLのインダクタンス及び定電流源のインピーダンスによって決まる。
充電制御部226は、Iが決まった後、t=t2にVref=Eとし、定電流源の電流を遮断する。この結果、コイルLに蓄積されたエネルギがダイオードDを介してコンデンサCに移動する。このとき、コイルLの自己誘導起電力でコンデンサCの両端電圧が−Voに高速に昇圧される。−Voの電圧値は、上記(1)式を変形した次の式(1−2)で表せる。
コンデンサCの充電完了後、発光制御部224は、t=t3に発光制御信号(矩形パルス信号)をトランジスタTr1のゲート端子に出力する。トランジスタTr1は、発光制御信号の立ち上がりタイミングでONとなり、該発光制御信号の立ち下りタイミングでOFFとなる。すなわち、発光制御信号によりトランジスタTr1がスイッチングされる。この際、発光制御信号のON時間にコンデンサCから電荷が放電され、LDにパルス状の駆動電流Ioが印加され、LDがパルス発光する。Ioのピーク電流値は、既に上記(2)式に示した通りである。
第4実施形態の光源駆動装置320は、定電圧源を用いてLDへの駆動電流を制御する。
充電制御部326は、トランジスタTr2に矩形パルス信号(パルス幅(t2−t1))を入力し、トランジスタTr2をt=t1にONにし、t=t2にOFFにする。この結果、コンデンサCの両端電圧Voは時定数τ=CRによって最大電圧Evを上限に上昇していく。Tr2のON時間は、少なくとも1つの電圧パルスのパルス幅又は数(パルス数)で決定することができる。
LDに駆動電流が流れるまでの間(Tr1がOFFの間)、VoはコンデンサCに蓄えられた電荷量によって維持される。
コンデンサCの充電完了後、発光制御部324は、t=t3に発光制御信号(矩形パルス信号)をトランジスタTr1のゲート端子に出力する。トランジスタTr1は、発光制御信号の立ち上がりタイミングでONとなり、該発光制御信号の立ち下りタイミングでOFFとなる。すなわち、発光制御信号によりトランジスタTr1がスイッチングされる。この際、発光制御信号のON時間にコンデンサCから電荷が放電され、LDにパルス状の駆動電流Ioが印加され、LDがパルス発光する。Ioのピーク電流値は、既に上記(2)式に示した通りである。
第5実施形態の光源駆動装置420では、理想電流源を用いてLDへの駆動電流を制御する。
t<t1では、充電制御部426は、トランジスタTr2を常にONとし、定電流源Eiから出力される電流Iはすべて、トランジスタTr2に流れ込む。
t=t1に、充電制御部426は、トランジスタTr2をOFFにする。これにより、電流IはすべてダイオードDに向かって流れ、コンデンサCが充電され両端電圧がVoまで昇圧する。昇圧速度は、上記(5)式に示した通りに表せる。電流Iの印加時間(トランジスタTr2のOFF時間)は、少なくとも1つの電流パルスのパルス幅又は数(パルス数)で決定することができる。
LDに駆動電流が流れるまでの間(Tr1がOFFの間)、VoはコンデンサCに蓄えられた電荷量によって維持される。
コンデンサCの充電完了後に、発光制御部424は、t=t3に発光制御信号(矩形パルス信号)をトランジスタTr1のゲート端子に出力する。トランジスタTr1は、発光制御信号の立ち上がりタイミングでONとなり、該発光制御信号の立ち下りタイミングでOFFとなる。すなわち、発光制御信号によりトランジスタTr1がスイッチングされる。この際、発光制御信号のON時間にコンデンサCから電荷が放電され、LDにパルス状の駆動電流Ioが印加され、LDがパルス発光する。Ioのピーク電流値は、既に上記(2)式に示した通りである。
Claims (13)
- 光源に電流を供給可能に接続されたコンデンサと、
前記光源と前記コンデンサとの間の導通/非導通を切り替えるためのトランジスタと、
前記トランジスタを制御して前記光源をパルス発光させる発光制御部と、
前記コンデンサに充電する充電装置と、を備え、
前記充電装置は、コイルまたはトランスである電磁誘導素子と抵抗とから成るローパスフィルタと、前記電磁誘導素子に流れる電流を制御することで、前記コンデンサに蓄積するエネルギを制御するエネルギ制御部とを有し、
前記エネルギ制御部は、前記電磁誘導素子に電流を流す時間を、前記ローパスフィルタの時定数以下で変化させることで、前記電磁誘導素子に流れる電流を制御することで、前記コンデンサに蓄積するエネルギを制御し、
前記発光制御部は、前記光源を発光させる際に、前記トランジスタによる前記光源と前記コンデンサとの間の導通時間を、前記光源に流れる電流波形に対して長く設定することで、前記コンデンサに蓄積されたエネルギを全て放出する光源駆動装置。 - 前記コンデンサと前記電磁誘導素子との間でのエネルギの流れを整流するための整流素子を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の光源駆動装置。
- 前記充電装置は、電流源を含み、該電流源の電流値を制御することで、前記電磁誘導素子に蓄積されるエネルギを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の光源駆動装置。
- 前記コンデンサの両端電圧を昇降圧可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光源駆動装置。
- 光源に電流を供給可能に接続されたコンデンサと、
前記光源と前記コンデンサとの間の導通/非導通を切り替えるためのトランジスタと、
前記トランジスタを制御して前記光源をパルス発光させる発光制御部と、
前記コンデンサに電流を印加する電流源と、
前記電流源の電流印加時間を制御する印加時間制御部と、を備え、
前記印加時間制御部は、前記コンデンサに蓄積される電荷量が過渡的に変化するときの前記電流印加時間を制御し、
前記発光制御部は、前記光源を発光させる際に、前記トランジスタによる前記光源と前記コンデンサとの間の導通時間を、前記光源に流れる電流波形に対して長く設定することで、前記コンデンサに蓄積されたエネルギを全て放出する光源駆動装置。 - 前記電流印加時間は、1つの発光パルスに対して、少なくとも1つの電流パルスのパルス幅で決定されることを特徴とする請求項5に記載の光源駆動装置。
- 前記電流印加時間は、1つの発光パルスに対して、少なくとも1つの電流パルスの数で決定されることを特徴とする請求項5に記載の光源駆動装置。
- 光源と、
前記光源を駆動する請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源駆動装置と、を備える光源装置。 - 請求項8に記載の光源装置と、
前記光源装置から物体に照射され該物体で反射された光を受光する受光素子と、
前記光源装置の光源の発光タイミングと前記受光素子の受光タイミングとに基づいて前記物体までの距離を算出する距離算出部と、を備える距離測定装置。 - 請求項9に記載の距離測定装置と、
前記距離測定装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置。 - 前記光源はレーザ光源である請求項8に記載の光源装置と、
前記光源装置からのレーザ光を導光する光学系と、を備えるレーザ加工機。 - 光源に電流を供給可能に接続されたコンデンサを充電する工程と、
トランジスタを制御し、充電された前記コンデンサと前記光源とを導通させて前記光源をパルス発光させる工程と、を含み、
前記充電する工程では、前記コンデンサとコイルまたはトランスである電磁誘導素子との間でエネルギ交換を行い、
前記光源をパルス発光させる工程では、前記トランジスタによる前記光源と前記コンデンサとの間の導通時間を、前記光源に流れる電流波形に対して長く設定することで、前記コンデンサに蓄積されたエネルギを全て放出する光源駆動方法。 - 光源に電流を供給可能に接続されたコンデンサを充電する工程と、
トランジスタを制御し、充電された前記コンデンサと前記光源とを導通させて前記光源をパルス発光させる工程と、を含み、
前記充電する工程では、前記コンデンサに電流を印加するための電源の印加時間を前記コンデンサに蓄積される電荷量が過渡的に変化するときに制御し、
前記光源をパルス発光させる工程では、前記トランジスタによる前記光源と前記コンデンサとの間の導通時間を、前記光源に流れる電流波形に対して長く設定することで、前記コンデンサに蓄積されたエネルギを全て放出する光源駆動方法。
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