JP7294462B2 - パルス放電用電子機器ドライバ - Google Patents

Description

ここで開示されているいくつかの実施の形態は、レーザスキャナまたは他の光学装置、およびその中で放電を発生させる電子部品に関する。

自動化されたシステムは、産業オートメーションのための様々なタスクを実行するために使用される、移動式および／または固定式のロボットを含んでもよい。自動化システムは、位置、長さ、高さ、変位、外観の変化など、生産現場で起こる様々な変化を検出、測定、分析、処理する１つ以上の安全センサまたは装置を利用してもよい。安全センサは、パルス放電を行う電子ドライバとして使用されるレーザスキャナで構成されてもよい。

本出願では、パルス放電を生成するための電子レーザドライバについて説明する。レーザドライバは、電圧源と、インダクタと、少なくとも１つのコンデンサと、ダイオードレーザと、電子スイッチとを含んでもよい。インダクタは、第１および第２の端部を有してもよく、インダクタの第１の端部で電圧源と電気的に接続されていてもよい。少なくとも１つのコンデンサは、第１および第２の端部を有してもよく、少なくとも１つのコンデンサの第１の端部において、インダクタの第２の端部と電気的に接続されていてもよい。ダイオードレーザは、第１および第２の端部を有してもよく、ダイオードレーザの第１の端部において、少なくとも１つのコンデンサの第２の端部と電気的に接続していてもよい。ダイオードレーザの第２端は、グランドと電気的に接続していてもよい。電子スイッチは、インダクタの第２の端部と少なくとも１つのコンデンサの第１の端部との間に配置された、第１のノードに接続された第１の端部を有してもよい。当該スイッチは、グランドに接続されてもよく、オン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように構成されていてもよい。第１のオン状態では、電流がスイッチからインダクタに流れてもよく、インダクタを通ってインダクタにエネルギが蓄積される。第１のオフ状態では、インダクタは蓄積されたエネルギを放出し、少なくとも１つのコンデンサに電流を流して、少なくとも１つのコンデンサを充電してもよい。第２のオン状態では、少なくとも１つのコンデンサが放電し、ダイオードレーザに電流が流れて、ダイオードレーザが光エネルギを放出してもよい。

レーザスキャナにおいて、パルス状の光放射を行う方法も開示されている。本方法は、ゲートコントローラを用いて、スイッチを第１の時間第１のオン状態にすることを含んでもよい。本方法は、第１のオン状態の間に、電圧源に電気的に結合されたインダクタにエネルギを蓄積することを含んでもよい。本方法は、さらに、ゲートコントローラを用いて、スイッチを第２の時間オフ状態にすることを含んでもよい。本方法は、オフ状態の間に、インダクタからエネルギを放出し、コンデンサを充電することを含んでもよい。コンデンサは、インダクタに電気的に結合された第１の端部と、レーザダイオードに電気的に結合された第２の端部とを、有していてもよい。本方法は、ゲートコントローラを用いて、スイッチを第３の時間の間第２のオン状態にすることを含んでもよい。本方法は、第２のオン状態の間に、コンデンサを放電することを含んでもよい。本方法は、レーザダイオードを用いて、定義された幅を有する光のパルスを放出することを含むことができる。光のパルスの放出は、コンデンサの放電に少なくとも部分的に基づいていてもよい。

以下の図を参照して、特定の実施の形態について詳細に説明する。ここで、同様の参照符号は、全体を通して同様の特徴を示す。これらの図は、説明のために提供されており、実施の形態は、図に示された特定の実施の形態に限定されない。

危険な機器をガードするように構成されたレーザスキャナの実施の形態の一例を示す。 実施の形態の一例であるレーザスキャナの構成要素を示すブロック図である。 本開示の側面に従ったレーザスキャナで使用される得るドライバのタイプの概略図を示す。 図３のドライバに関して説明された特徴の一部を有し得るドライバの例を示す。 図３または図４のドライバに関して説明された特徴の一部を有し得る別のドライバ例を示す。 本開示の側面に従って、レーザドライバを動作させる方法、および／または、レーザスキャナにおいてパルス状の光放射を行う方法の、例となる実施の形態を示すフローチャートである。

物体の存在を感知するための、および／または、物体までの距離を測定するための、レーザスキャナまたは他のシステムは、危険な機器（例えば、産業機械）のガードのため、測量のため、セキュリティシステムのため、ロボットビジョン、ロボットガイダンスまたはパスファインディングのためなど、様々な用途に使用されることができる。図１は、危険機器１０２（例えば、産業機械など）をガードするように構成されたレーザスキャナ１００を示している。本明細書では、機械ガード用のレーザスキャナに関連して様々な例が提供されているが、本明細書で開示されている特徴および概念は、距離計、測量機器、ライトカーテン、モーション検出器、ナビゲーションシステム、自律走行車などの、様々な他の文脈に適用されることができる。

図１に示すように、レーザスキャナ１００は、光のパルスを放出し、および／または、物体１０４から反射された光を受信することができ、これを測定して物体１０４が存在することを判断するために使用されることができる。いくつかのアプリケーションでは、レーザスキャナ１００は、物体への方向を決定できるように、複数の方向に光パルスを送ることができる。例えば、レーザスキャナ１００は、アプリケーションに応じて、他の増分または他の構成が使用され得るが、サブ度の増分など、角度のある視野にわたって光パルスを段階的に送ることができる。レーザスキャナ１００は、光が物体まで移動してからレーザスキャナ１００に戻ってくるまでの飛行時間を決定するなどして、物体１０４までの距離を決定することができる。例えば、物体までの距離は、１／２・ｃ・ｔとすることができ、ここで、ｃは光の速度であり、ｔは飛行時間である。方向と距離の情報を使用して、物体１０４の位置を決定することができる。物体の位置、方向、および／または距離の決定に応じて、行動を取ることができる。例えば、物体１０４（例えば、人）が閾値距離内に入ってきた場合に、危険機器１０２を停止させることができる、または、警報または警告を発することができる。

光は高速で移動するため、飛行時間の測定精度は、距離判定に大きな影響を与える。例えば、１ナノ秒の飛行時間の相違が、１５０ｍｍの距離の相違につながり得る。また、距離判定の分解能は、サンプリングレートに依存し得る。例えば、特定の実装では、２ナノ秒のサンプリング周期（例えば、５００ＭＨｚのサンプリング周波数）は、約３００ｍｍのネイティブ距離分解能増分をもたらすことができる。したがって、この例では、レーザスキャナは、約３００ｍｍの増分で対象物までの距離を決定することができる。レーザスキャナ１００のサンプリングレートを増加させることは、高価になる可能性がある。本明細書に開示された様々な実施の形態は、レーザスキャナ１００の実効サンプリングレートを増加させて、それによって距離決定の解像度を（例えば、費用対効果の高い方法で）増加させるためのアップサンプリングに関するものである。

図２は、レーザスキャナ１００の例示的な実施の形態の構成要素を示すブロック図である。レーザスキャナ１００は、光パルスを生成するなどして、光を放出するように構成された発光システム１０６を有することができる。発光システム１０６は、離散的なレーザパルスを出力するように構成された、パルスレーザなどのレーザを有することができる。光パルスの持続時間（例えば、レーザパルス幅）は、距離判定の分解能にも影響を与え得る。例えば、光パルスの速度が十分でない場合、実際の受信機のタイミング分解能（例えば、サンプリングレート）を向上させても、距離分解能を向上させるためのリターンが減少するケースがある。例えば、より短いパルス幅のレーザパルスを生成する、より速いレーザは、高価になり得る。しかし、本明細書で開示されるいくつかの実施の形態は、高電圧電源および／または複雑なドライバ回路なしに、短いパルス幅を提供できるレーザドライバに関するものである。本明細書で開示されるいくつかの実施の形態は、ＡＤＣベースの受信機アプリケーションに関するものであり、費用対効果の高いレーザおよび他のコンポーネントを使用しながら、距離測定の分解能を高めるために、サンプリングレートを効果的に増加させるアップサンプリングを含むことができる。

レーザスキャナ１００は、物体１０４から反射されてレーザスキャナ１００に戻ってくるレーザパルスの光を、受信するように構成され得る検出システム１０８を有することができる。レーザスキャナ１００は、本明細書で説明するように、レーザスキャナ１００の動作を制御するように構成された、コントローラ１１０を有することができる。コントローラ１１０は、１以上のハードウェアプロセッサを含むことができ、コンピュータ可読メモリ（例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体）に格納されている命令を実行することができる。レーザスキャナ１００は、マシンインターフェース１１４を有することができ、それは、対応する危険機器１０２（例えば、産業機械）に命令を出力することができる。例えば、レーザスキャナは、物体（例えば、人）が指定された位置または距離で検出された場合に、機械を停止させたり、機械を安全構成に移動させたりすることができる。また、警告やアラーム、データロギングなど、他の出力信号を提供することもできる。

レーザスキャナは、入力／出力機能１１２を持つことができる。例えば、ユーザ入力要素（例えば、１以上のボタン、ダイヤル、スイッチ、マイクなど）は、ユーザからの入力を受け取るために使用されることができる。ユーザ出力要素（例えば、１つ以上のライト、スピーカー、ディスプレイ、プリンタなど）は、ユーザに情報を出力するために使用されることができる。場合によっては、タッチスクリーンディスプレイのように、ユーザ入力要素と出力要素を組み合わせることができる。入力および出力要素１１２は、レーザスキャナ１００を構成、操作、および／またはトラブルシューティングするために使用されることができる。出力要素１１２は、物体に関する方向、距離、および／または位置情報を提供することができる。例として、レーザスキャナ１００は、物体の方向を示すために選択的に照射されることができる、複数のライトを有することができる。検出された物体のスキャナ１００からの距離を示すために、異なる色または数値を出力することができる。レーザスキャナ１００は、安全な状態（例えば、危険な場所や範囲に物体がないと判断される状態）の場合には、第１の色の光（例えば、緑色）を出力し、危険な状態（例えば、危険な場所や範囲に物体があると判断される状態）の場合には、第２の色の光（例えば、赤色）を出力することができる。レーザスキャナ１００の、上述の特徴の代替、および他の特徴は、特定のタスクのために利用されてもよい。さらに、異なるタイプの電子ドライバが、レーザスキャナ１００またはそのコンポーネントと共に使用されてもよい。

本開示の１以上の側面に従って、本明細書では、光学デバイス（例えば、レーザスキャナ１００）と共に使用され得る電子ドライバのタイプが提供され、パルス放電を提供するように構成される。図３は、上述のレーザスキャナ１００で使用され得るドライバ２００の概略図を示す。ドライバ２００は、電圧源２０４、磁界エネルギ貯蔵装置２０８、電界エネルギ貯蔵装置２１２、レーザダイオード２１６、スイッチ２２０、および／またはゲートコントローラ２２４などの、１以上のコンポーネントを含むことができる。図示されているように、電圧源２０４（例えば、バッテリー）は、直接グランドに電気的に接続されてもよい。いくつかの実施の形態では、電圧源２０４は、電圧源２０４と磁界エネルギ貯蔵装置２０８との間に配置された、ノードを介して、グランドに接続される。

磁界エネルギ貯蔵装置２０８は、例えばインダクタなど、磁界にエネルギを貯蔵するように構成された、任意の電子要素を備えてもよい。電界エネルギ貯蔵装置２１２は、例えばコンデンサなど、電界にエネルギを貯蔵するように構成された、任意の電子素子を備えてもよい。

電界エネルギ貯蔵装置２１２の第１の端部は、磁界エネルギ貯蔵装置２０８の第２の端部と、電気的に接続していてもよい。レーザダイオード２１６は、その第１の端部において、電界エネルギ貯蔵器２１２の第２の端部と、電気的に接続していてもよい。レーザダイオード２１６の第２の端部は、グランドに接続されていてもよい。

ノードは、磁界エネルギ貯蔵装置２０８の第２の端部と電界エネルギ貯蔵装置２１２の第１の端部との間に、配置されてもよい。スイッチ２２０の第１の端部はノードと電気的に接続していてもよく、スイッチの第２の端部は接地に接続されていてもよい。コントローラ２２４は、スイッチ２２０の第３の端部と電気的に接続していてもよい。図３に示した例示的なドライバ２００のいくつかの構成を以下で説明する。

図４は、図３のドライバ２００に関して説明した機能の一部を有することができる、例示的なドライバ３００を示す。ドライバ３００は、電圧源３０４、インダクタ３０８、コンデンサ３１２、レーザダイオード３１６、スイッチ３２０、および／またはゲートコントローラ３２４を、含むことができる。以下に説明するような他のコンポーネントが含まれていてもよい。示されているように、電圧源３０４は、グランドおよびインダクタ３０８に電気的に結合されてもよい。いくつかの実施の形態では、電圧源３０４は、グランドとインダクタ３０８の両方に接続されているノードに接続されている。電圧源３０４は、約２Ｖから約２４Ｖとの間の電圧を提供してもよく、いくつかの実施の形態では、約５Ｖを提供する。ノードは、インダクタ３０８の第１の端部および／またはコンデンサ３３２（以下参照）と電気的に接続していてもよい。インダクタ３０８の第２の端部は、電子チョーク３２８の第１の端部と電気的に接続してもよい。インダクタ３０８は、約１０μＨから約１０００μＨまでの間のインダクタンスを有してもよく、いくつかの実施の形態では約１００μＨである。

電子チョーク３２８は、高周波数などの特定の範囲の周波数におけるノイズを低減するように構成することができる。電子チョーク３２８は、例えば、フェライトビーズを含んでいてもよい。コンデンサ３１２の第１の端部は、電子チョーク３２８の第２の端部と電気的に接続してもよい。電子チョーク３２８は、１００ＭＨｚの周波数において、約２０ｍΩから約１０００Ωまでの間のインピーダンスを有してもよく、いくつかの実施の形態では、抵抗（例えば、DC抵抗）は約５００ｍΩである。いくつかの実施の形態では、インピーダンスは、供給電圧に対する著しい電圧降下を防ぐのに十分低い。図４に示されているが、いくつかの実施の形態は、電子チョーク３２８を含んでいない。本明細書で説明した他の要素と同様に、コンデンサ３１２は、互いに並列に配置された複数のコンデンサなど、複数の電気部品を含むことができる。レーザダイオード３１６は、その第１の端部において、コンデンサ３１２の第２の端部と電気的に接続することができる。レーザダイオード３１６の第２端は、示されているように、グランドに接続されていてもよい。

いくつかの実施の形態では、ドライバ３００は、電圧源３０４とインダクタ３０８の第１の端部との間に配置されたノードに接続された第１の端部を有する、第２のコンデンサ３３２を含むことができる。コンデンサ３３２は、グランドに接続された第２の端部を有することができる。コンデンサ３３２は、レーザパルス間、電源リップルなどの電圧源３０４の寄生インピーダンスを低減し、および／または、システム電源へのスイッチングノイズの結合を低減する、ように構成されてもよい。

ドライバ３００は、コンデンサ３１２とレーザダイオード３１６との間のノードと、電気的に接続する抵抗器３３６を含んでいてもよい。抵抗器３３６の第１端は、ノードと電気的に接続されていてもよい。コンデンサ３１２の第２の端部およびレーザダイオード３１６の第１の端部は、ノードに電気的に接続されてもよい。ダイオード３４０の第１端は、ノードと電気的に接続されてもよい。いくつかの実施の形態では、抵抗器３３６、ダイオード３４０、および／またはレーザダイオード３１６のうちの１つ以上の第２端が、グランドに接続されてもよい。レーザダイオード３１６は、可視光を放出してもよいが、特定の実施の形態では、赤外光を放出するように構成されている。レーザダイオード３１６は、約４００ｎｍから約２０００ｎｍの間までの波長を有する光を放出するように構成されてもよく、いくつかの実施の形態では約９０５ｎｍである。コンデンサ３１２は、約５０ｐＦから約２０００ｐＦまでの間の容量を有してもよく、いくつかの実施の形態では約３００ｐＦである。抵抗器３３６は、約２Ωから約２００Ωまでの間の抵抗を有してもよく、一部の実施の形態では約２０Ωである。抵抗器３３６は、レーザパルスを整形するように構成することができる。例えば、抵抗器３３６は、レーザパルスの立ち下がり時間を短縮してもよい。

ダイオード３４０は、図４に示すように、コンデンサ３１２とレーザダイオード３１６とを接続するノードと、電気的に接続していてもよい。ダイオード３４０は、例えば、インダクタ３０８から流れるコンデンサ３１２の充電電流をサポートすることによって、レーザダイオードの損傷的な逆バイアスを防止するように構成されてもよい。場合によっては、レーザの逆バイアスは、各レーザパルスの直後にも発生し得る。例えば、ダイオード３４０は、ショットキーダイオードを含んでいてもよい。

スイッチ３２０を、インダクタ３０８（および／または電子チョーク３２８）とコンデンサ３１２との間に配置された、ノードに電気的に接続することができる。スイッチ３２０の第１の端部は、ノードと電気的に接続されることができる。インダクタ３０８（および／または電子チョーク３２８の）の第２の端部は、ノードに電気的に接続されてもよい。コンデンサ３１２の第１の端部は、ノードに電気的に接続されてもよい。スイッチ３２０の第２端部は、グランドに接続されていてもよい。

スイッチ３２０の第３の端部は、コントローラ３２４に接続されてもよい。コントローラ３２４は、スイッチ３２０の機能を制御するように構成されてもよい。例えば、コントローラ３２４は、後述するように、スイッチ３２０のタイミングを支配してもよい。したがって、レーザパルス幅は、スイッチ３２０に少なくとも部分的に基づいていてもよい。電圧源３４４は、コントローラ３２４に接続され、その中に電流を供給してもよい。例えば、電圧源３４４は、約４Ｖから約２０Ｖまでの間の電圧を供給してもよい。例えば、電圧源３４４は、いくつかの実施の形態では、約１６Ｖの電圧を供給してもよいが、他の電圧も可能である。供給される電圧は、特定のＦＥＴ（例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を備えるＦＥＴ）が使用される場合など、いくつかの実施の形態では、約５Ｖよりも大幅に小さくてもよい。ＦＥＴは、より高い電圧を必要としてもよいシリコンパワーＭＯＳＦＥＴを含んでいてもよい。コンデンサ３４８は、電圧源３４４とコントローラ３２４の間に配置されたノードに接続されてもよい。コンデンサ３４８は、約０．０１μＦから約１００μＦまでの間の容量を有してもよく、いくつかの実施の形態では約０．１μＦである。コントローラ３２４は、レーザパルスのパルス長を制御する、および／または、レーザを無効にする、ように構成されたレーザ制御システムに接続されてもよい。

図５は、図３のドライバ２００に関しておよび／または図４のドライバ３００に関して説明した、機能の一部を有することができる別の例示的なドライバ３００を示す。ドライバ４００は、電圧源４０４、インダクタ４０８、コンデンサ４１２、レーザダイオード４１６、スイッチ４２０、ゲートコントローラ４２４、コンデンサ４３２、抵抗器４３６、および／またはダイオード４４０を含むことができる。以下に説明するような、他のコンポーネントが含まれていてもよい。示されているように、電圧源４０４は、コンデンサ４３２の第１の端部に接続された第１のノードと、平行な分岐を接続する第２のノードとに電気的に結合されてもよい。電圧源４０４は、約２Ｖから約２４Ｖまでの間の電圧を提供してもよく、いくつかの実施の形態では約５Ｖを提供する。第２のノードは、複数の分岐を接続してもよい。第１の分岐は、インダクタ４０８を含んでもよい。インダクタ４０８は、約１０μＨから約１０００μＨまでの間のインダクタンスを有してもよく、いくつかの実施の形態では約１００μＨである。第２の分岐は、抵抗４５８および／またはダイオード４６２などの、１以上の電気部品を含んでもよい。ダイオードは、抵抗４５８から電流を追い出すように配置されてもよい。抵抗４５８は、約５０Ωから約５０００Ωまでの間の抵抗を有してもよく、いくつかの実施の形態では約４９９Ωである。複数の分岐は、互いに平行に配置されてもよく、第３のノードで接続してもよい。抵抗４５８および／またはダイオード４６２は、パルス間の変動を低減し、および／またはレーザパルスのパルス形状を改善する、ように構成されてもよい。例えば、抵抗４５８は、インダクタ４０８および／またはキャパシタ４１２、４１４のうちの１つ以上のリンギングを低減する（例えば、減衰させる）、ように構成されてもよい（例えば、レーザパルスの後）。さらにまたは代わりに、ダイオード４６２は、コンデンサ４１２，４１４のうちの１以上の充電の減衰を低減するように構成することができる。

第３のノードは、電子チョーク４２８の第１の端部と電気的に接続してもよい。電子チョーク４２８は、高周波数などの特定の範囲の周波数におけるノイズを低減するように構成されることができる。電子チョーク４２８は、例えば、フェライトビーズを含んでもよい。電子チョーク４２８は、約１００ＭＨｚの周波数で、約２０ｍΩから約１０００Ωまでの間のインピーダンスを有していてもよく、いくつかの実施の形態では、インピーダンスは約５００ｍΩである。

第４のノードは、電子チョーク４２８の第２の端部と電気的に接続してもよい。並列セグメントは、第４のノードと第５のノードとの間を走ってもよい。各セグメントは、対応するコンデンサを含んでもよい。例えば、第１のセグメントは、第１のコンデンサ４１２を含み、第２のセグメントは、第２のコンデンサ４１４を含んでもよい。コンデンサ４１２，４１４のうちの１以上は、約５０ｐＦから約２０００ｐＦまでの間の総容量を有してもよく、いくつかの実施の形態では約４００ｐＦである。コンデンサ４１２，４１４の１以上は、それらの寄生インダクタンスを低減するように構成されてもよく、および／または、レーザパルスの幅を低減してもよい。

ダイオード４４０の第１の端は、第５のノードに電気的に接続されてもよい。ダイオード４４０の第２の端部は、グランドに接続されてもよい。ダイオード４４０は、例えば、インダクタ４０８から流れるコンデンサ４１２，４１４の充電電流をサポートすることによって、レーザダイオードの損傷的な逆バイアスを防止するように構成されてもよい。場合によっては、各レーザパルスの直後にレーザの逆バイアスが発生することもある。ダイオード４４０は、ショットキーダイオードを含んでもよい。

追加的に又は選択的に、第５のノードと第６のノードの間には、並列のセグメントが走っていてもよい。各セグメントは、対応する抵抗を含んでもよい。例えば、第１のセグメントは、第１の抵抗４５２を含み、第２のセグメントは、第２の抵抗４５４を含んでもよい。抵抗４５２、４５４の１つ以上は、約０．５Ωから約１０Ωまでの間の抵抗を有してもよく、いくつかの実施の形態では約３．９Ωである。いくつかの実施の形態では、抵抗４５２、４５４は、互いに（例えば、電圧源４０４とレーザダイオード４１６との間の経路に対して）並列に配置される。抵抗４５２、４５４の１つ以上は、（例えば、レーザダイオード４１６と直列に配置されている場合）レーザパルスの立ち下がり時間を短縮するように構成されていてもよく、および／または、その寄生を低減するように構成されていてもよい。

ドライバ４００は、第６のノードと電気的に接続している抵抗４３６を含んでいてもよい。第６のノードは、抵抗４３６の第１の端部と、レーザダイオード４１６の第１の端部とに接続されてもよい。抵抗４３６は、約２Ωから約２００Ωまでの間の抵抗を有してもよく、いくつかの実施の形態では約２０Ωである。抵抗４３６は、レーザパルスを整形するように構成されることができる。例えば、抵抗４３６は、レーザパルスの立ち下がり時間を短縮してもよい。いくつかの実施の形態では、抵抗４３６および／またはレーザダイオード４１６のうちの１つ以上の第２の端部は、接地に接続されてもよい。レーザダイオード４１６は、レーザダイオード３１６に関して上述したように、光（例えば、可視、赤外）を放出してもよい。

スイッチ４２０は、電子チョーク４２８と、その中にコンデンサ４１２を含む並列分岐との間に配置された、第４のノードに電気的に接続することができる。スイッチ４２０の第１の端部は、第４のノードと電気的に接続することができる。コンデンサ４１２の第１の端部は、第４のノードに電気的に接続することができる。スイッチ４２０の第２の端部は、グランドに接続されてもよい。

スイッチ４２０の第３の端部は、コントローラ４２４に接続されてもよい。コントローラ４２４は、スイッチ４２０の機能を制御するように構成されてもよい。例えば、コントローラ４２４は、後述するように、スイッチ４２０のタイミングを支配してもよい。したがって、レーザパルス幅は、スイッチ４２０に少なくとも部分的に基づいていてもよい。電圧源４４４は、コントローラ４２４に接続され、そこに電流を供給してもよい。電圧源４４４は、いくつかの実施の形態では、約１５Ｖの電圧を供給してもよいが、他の電圧も可能である。コンデンサ４４８は、電圧源４４４とコントローラ４２４の間に配置されたノードに接続されてもよい。コンデンサ４４８は、約０．０１μＦから約１００μＦまでの間の静電容量を有してもよく、いくつかの実施の形態では約０．１μＦである。コントローラ４２４は、レーザパルスのパルス長を制御する、および／または、レーザを無効にするように構成された、レーザ制御システムに接続されてもよい。

診断コンポーネント４６６は、追加的または代替的に第４のノードに接続することができる。診断コンポーネント４６６は、スイッチの機能および／または他の診断（例えば、タイミング、様々な状態の長さ、電流、電圧など）の測定値を提供するように構成されることができる。

レーザパルスを達成するために、電子スイッチ（例えば、２２０、３２０、４２０）は、オン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように構成されてもよい。スイッチは、ドライバを第１のオン状態にしてもよい。第１のオン状態では、電流がスイッチおよびインダクタ（例えば、２０８、３０８、４０８）を通って流れ、インダクタにエネルギ（例えば、磁気エネルギ）を蓄えてもよい。スイッチは、約１μｓから約１０μｓまでの間の第１の時間の間、第１のオン状態に留まってもよい。いくつかの実施の形態では、第１の時間期間は約６μｓである。

第１のオン状態に続いて、スイッチは、ドライバを第１のオフ状態に移行させてもよい。第１のオフ状態では、インダクタは、蓄積されたエネルギを放出し、少なくとも１つのコンデンサ（例えば、２１２、３１２、４１２、４１４）に電流を流して、少なくとも１つのコンデンサを充電（例えば、電気エネルギを蓄積）してもよい。第１のオフ状態は、約１０ｎｓから約１０００ｎｓまでの間の第２の時間期間にわたって続くことがある。いくつかの実施の形態では、第２の時間期間は約３２０ｎｓである。

第１のオフ状態に続いて、スイッチは、ドライバを第２のオン状態に移行させてもよい。第２のオン状態では、少なくとも１つのコンデンサが放電し、ダイオードレーザ（例えば、２１６、３１６、４１６）に電流を流して、ダイオードレーザが光エネルギを（例えば、光のパルスとして）放出するようにしてもよい。第２のオン状態は、約５ｎｓから約１００ｎｓまでの間の第３の時間帯に渡って続いてもよい。いくつかの実施の形態では、第２の時間帯は約２５ｎｓである。２５ｎｓのトリガパルスは、不必要なインダクタ電流の発生を避けるのに十分な短さである。

図６は、本明細書の記載に従って、レーザドライバを動作させる、および／または、レーザスキャナにおいてパルス状の光放射を行う、方法５００の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。本明細書に開示される様々な特徴は任意であり、省略することができる。ブロック５０４において、方法５００は、ゲートコントローラを使用して、スイッチを第１の時間量の間、第１のオン状態にすることを含むことができる。ブロック５０４において、方法５００は、第１のオン状態の間に、電圧源に電気的に結合されたインダクタにエネルギを蓄積することを含むことができる。

ブロック５０８において、方法５００は、ゲートコントローラを使用して、第２の時間の間、スイッチをオフ状態にすることを含むことができる。ブロック５１２において、方法５００は、オフ状態の間に、インダクタからエネルギを放出してコンデンサを充電することを含んでもよく、コンデンサは、インダクタに電気的に結合された第１の端部と、レーザダイオードに電気的に結合された第２の端部とを有する。ブロック５１６において、方法５００は、ゲートコントローラを使用して、スイッチを第３の時間の間、第２のオン状態にすることを含んでいてもよい。

方法５００は、ブロック５２０で、第２のオン状態の間に、コンデンサを放電することを含んでもよい。方法５００は、ブロック５２４において、レーザダイオードを用いて、定義された幅を有する光のパルスを放出することを含んでもよい。光のパルスの放出は、コンデンサの放電に少なくとも部分的に基づいていてもよい。光のパルスは、追加的または代替的に、第３の時間量に少なくとも部分的に基づいていてもよい。第１の時間量は、約２マイクロ秒から２５マイクロ秒までの間であってもよい。第２の時間量は、約１０ｎｓから１０００ｎｓまでの間であってもよい。第３の時間量は、約２ｎｓから２００ｎｓまでの間であってもよい。

方法５００は、インダクタと並列に配置された分岐に抵抗を用いることで、パルス光の発光後のインダクタのリンギングを低減することを含んでもよい。追加的に又は選択的に、方法５００は、分岐におけるダイオードを使用して、コンデンサの充電に関連する減衰を低減することを含んでもよい。方法５００は、１以上のコンデンサを使用して、インダクタの寄生インダクタンスを低減することを含んでもよい。１つ以上のコンデンサは、エネルギ貯蔵容量と並列に配置された第２のコンデンサを含んでもよい。方法５００は、レーザダイオードおよびコンデンサと直列に配置された少なくとも１つの抵抗を用いて、レーザパルスの立ち下がり時間を短縮すること、および／または、寄生インダクタンスを低減することを含んでもよい。ゲートコントローラは、第１、第２、および／または第３の時間量の長さを制御するように構成されてもよい。

いくつかの実施の形態では、本明細書に記載されている方法、技術、マイクロプロセッサ、および／またはコントローラは、１以上の特別目的の計算デバイスによって実装される。特別目的の計算デバイスは、技術を実行するようにハードワイヤリングされていてもよいし、技術を実行するように持続的にプログラムされた１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）などのデジタル電子デバイスを含んでいてもよいし、ファームウェア、メモリ、その他のストレージ、またはそれらの組み合わせにあるプログラム命令に従って技術を実行するようにプログラムされた１つ以上の汎用ハードウェアプロセッサを含んでいてもよい。命令は、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、またはその他の形態の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に常駐することができる。このような特別目的の計算デバイスは、技術を達成するために、カスタムハードワイヤードロジック、ＡＳＩＣｓ、またはＦＰＧＡｓとカスタムプログラミングを組み合わせてもよい。特別目的の計算デバイスは、デスクトップコンピュータシステム、サーバコンピュータシステム、ポータブルコンピュータシステム、ハンドヘルドデバイス、ネットワークデバイス、または技術を実現するためにハードワイヤードおよび／またはプログラムロジックを組み込んだ他のデバイスまたはデバイスの組み合わせであってもよい。

本明細書に記載されているマイクロプロセッサまたはコントローラは、ｉＯＳ、Ａｎｄｒｏｉｄ、Ｃｈｒｏｍｅ ＯＳ、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ、Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｖｉｓｔａ、Ｗｉｎｄｏｗｓ ７、Ｗｉｎｄｏｗｓ ８、Ｗｉｎｄｏｗｓ １０、Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ、Ｕｎｉｘ、Ｌｉｎｕｘ、ＳｕｎＯＳ、Ｓｏｌａｒｉｓ、ｍａｃＯＳ、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ ＯＳ、ＶｘＷｏｒｋｓ、またはその他の互換性のあるオペレーティングシステムなどの、オペレーティングシステムソフトウェアによって調整することができる。他の実施の形態では、計算デバイスは、独自のオペレーティングシステムによって制御されてもよい。従来のオペレーティングシステムは、コンピュータプロセスを制御して実行をスケジューリングし、メモリ管理を実行し、ファイルシステム、ネットワーク、Ｉ／Ｏサービスを提供し、グラフィカルユーザーインターフェース（「ＧＵＩ」）などのユーザーインターフェース機能を提供するなどしている。

本明細書に記載されているマイクロプロセッサおよび／またはコントローラは、カスタマイズされたハードワイヤードロジック、１以上のＡＳＩＣｓまたはＦＰＧＡｓ、ファームウェア、および／またはマイクロプロセッサおよび／またはコントローラを特別な目的のマシンにするプログラムロジックを使用して、本明細書に記載されている技術を実装することができる。一実施の形態によると、本明細書に記載された技術の一部は、メモリに含まれる１つ以上のシーケンス命令の実行に応答してコントローラで実行される。このような命令は、記憶装置などの別の記憶媒体からメモリに読み込まれてもよい。メモリに含まれる一連の命令の実行により、プロセッサまたはコントローラは、本明細書に記載されたプロセスステップを実行する。代替の実施の形態では、ソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて、ハードワイヤード回路を使用してもよい。

さらに、本明細書に開示された実施の形態に関連して説明された様々な例示的な論理ブロックおよびモジュールは、本明細書に記載された機能を実行するように設計されたプロセッサデバイス、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたは他のプログラム可能な論理デバイス、離散的なゲートまたはトランジスタ論理、離散的なハードウェアコンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせなどの機械によって実装または実行することができる。プロセッサデバイスは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替案として、プロセッサデバイスは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、それらの組み合わせなどとすることができる。プロセッサデバイスは、コンピュータ実行可能な命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施の形態では、プロセッサデバイスは、コンピュータ実行可能な命令を処理せずに論理演算を行うＦＰＧＡまたは他のプログラマブルデバイスを含む。また、プロセッサデバイスは、計算デバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせた１つ以上のマイクロプロセッサ、またはその他のそのような構成として実装することができる。本明細書では、主にデジタル技術に関して説明しているが、プロセッサデバイスは、主にアナログコンポーネントを含むこともある。例えば、本明細書で説明した技術の一部または全部を、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路で実装してもよい。

文脈上明らかに他の方法が必要な場合を除き、本明細書および特許請求の範囲において、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」などの語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈されるものである。本明細書で一般的に使用される「結合」または「接続」という言葉は、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素を介して接続される２つ以上の要素を意味する。さらに、「本明細書」、「上」、「下」、および同様の意味を持つ言葉は、本願で使用される場合、本願の特定の部分ではなく、全体としての本願を参照するものとする。文脈が許す限り、詳細な説明の中で単数または複数の数字を用いた言葉は、それぞれ複数または単数の数字も含むことができる。２つ以上の項目のリストに関連する「または」という言葉は、その言葉の次の解釈のすべてをカバーすることを意図している：リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、およびリスト内の項目の任意の組み合わせ。ここで提供されるすべての数値は、測定誤差の範囲内で同様の値を含むことを意図する。

本開示には、特定の実施の形態および例が含まれているが、その範囲は、具体的に開示された実施の形態を超えて、他の代替的な実施の形態および／または使用、ならびにその明らかな修正および同等物にまで及ぶことが、当業者には理解される。さらに、実施の形態のいくつかのバリエーションを示し、詳細に説明してきたが、他の変更は、この開示に基づいて当業者には容易に明らかになるであろう。また、実施の形態の特定の特徴および側面の様々な組み合わせまたはサブ組み合わせがなされても、本開示の範囲内に入ることが企図されている。開示された実施の形態の様々な特徴および側面は、実施の形態の様々な態様を形成するために、互いに組み合わせたり、互いに置き換えたりすることができることを理解すべきである。本明細書に開示された任意の方法は、記載された順序で実行される必要はない。したがって、上述の特定の実施の形態によって範囲が限定されるべきではないことが意図されている。

特に明記されていない限り、または文脈上理解される限り、「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」、「ｍａｙ」などの条件付き言語は、一般的に、ある実施の形態が特定の機能、要素、および／またはステップを含み、他の実施の形態が含まないことを伝えることを意図している。したがって、このような条件付きの言葉は、特徴、要素、および／またはステップが何らかの形で１つ以上の実施の形態に必要であること、または１つ以上の実施の形態が、ユーザ入力またはプロンプトの有無にかかわらず、これらの特徴、要素、および／またはステップが特定の実施の形態に含まれているか、または実行されるかどうかを決定するためのロジックを必ず含むことを意味するように一般的に意図されていない。本明細書で使用されている見出しは、読者の便宜を図るためのものであり、その範囲を限定するものではない。

さらに、本明細書に記載されている装置、システム、および方法は、様々な変更や代替形態の影響を受ける可能性があるが、その具体例を図面に示し、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、本開示は、開示された特定の形態または方法に限定されるものではなく、反対に、本開示は、記載された様々な実施の態様の精神および範囲内に入るすべての修正、同等物、および代替物をカバーするものであることを理解すべきである。さらに、実装または実施形態に関連した任意の特定の特徴、局面、方法、特性、品質、属性、要素などの本明細書での開示は、本明細書に記載された他のすべての実装または実施の形態で使用することができる。本明細書に開示されている任意の方法は、記載されている順序で実行する必要はない。本明細書に開示された方法は、実施者が行う特定の行動を含むことができるが、方法は、明示的または暗示的に、それらの行動の任意の第三者の指示を含むこともできる。

また、本明細書で開示されている範囲には、あらゆる重複、サブ範囲、およびそれらの組み合わせが含まれる。「ｕｐ ｔｏ」、「ａｔ ｌｅａｓｔ」、「ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ」、「ｌｅｓｓ ｔｈａｎ」、「ｂｅｔｗｅｅｎ」などの言葉は、記載されている数字を含む。「約」や「おおよそ」などの言葉で始まる数字は、記載された数字を含み、状況に応じて解釈されるべきである（例えば、状況下で合理的に可能な限り正確に、例えば±５％、±１０％、±１５％など）。例えば、「約３．５ｍｍ」には「３．５ｍｍ」も含まれる。「実質的に」などの用語が先行するフレーズは、記載されたフレーズを含み、状況に応じて解釈されるべきである（例えば、状況下で合理的に可能な限り）。例えば、「実質的に一定」には、「一定」も含まれる。別段の記載がない限り、すべての測定値は、周囲の温度と圧力を含む標準状態である。

Claims (12)

1. パルス放電を生成する電子的なレーザドライバであって、
   電圧源と、
   第１および第２の端部を有するインダクタと、ここで、前記インダクタは、当該インダクタの前記第１の端部において、前記電圧源と電気的に接続されている、
   第１および第２の端部を有する第１のコンデンサと、ここで、前記第１のコンデンサは、前記第１のコンデンサの前記第１の端部において、前記インダクタの前記第２の端部と電気的に接続されており、
   第１および第２の端部を有するレーザダイオードと、ここで、前記レーザダイオードは、前記レーザダイオードの第１の端部において、前記第１のコンデンサの前記第２の端部と電気的に接続されており、前記レーザダイオードの前記第２の端部は、接地と電気的に接続されており、
   前記インダクタの前記第２の端部と前記第１のコンデンサの前記第１の端部との間に配置された第１ノードに接続された第１の端部を有し、オン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように構成されている電子スイッチとを、備えており、
   第１のオン状態では、前記インダクタにエネルギを蓄積するために、電流が、前記電子スイッチおよび前記インダクタに流れ、
   第１のオフ状態では、前記第１のコンデンサを充電するために、前記インダクタは、前記蓄積されたエネルギを放出し、電流が、前記第１のコンデンサに流れ、
   第２のオン状態では、レーザダイオードに光エネルギを放出させるために、前記第１のコンデンサは、放電し、電流は、前記レーザダイオードに流れる、
   レーザドライバであって、
   前記レーザドライバは、
   第２のコンデンサを備えており、
   前記第２のコンデンサは、
   （ｉ）前記電圧源と前記インダクタの前記第１の端部との間に配置された第２ノードに接続された第１の端部と、（ｉｉ）グランドに接続された第２の端部とを、有しており、
   前記レーザドライバは、
   前記第１のコンデンサの前記第２の端部と前記レーザダイオードの第１の端部との間に配置された第３ノードと電気的に接続する第１の端部を有する、第１の抵抗をさらに備えており、
   前記レーザドライバは、
   第３のコンデンサを備え、
   前記第１のコンデンサおよび前記第３のコンデンサの各々は、
   前記第１ノードと第４ノードとの間に互いに並列に配置され、
   前記第４ノードにおいて前記レーザダイオードと電気的に接続されている、
   レーザドライバ。
2. 前記第１のコンデンサの前記第２の端部と前記レーザダイオードの前記第１の端部との間に配置された第５ノードに接続された第１の端部を有する、ダイオードをさらに備える、
   請求項１に記載のレーザドライバ。
3. 前記ダイオードは、
   ショットキーダイオードを備える、
   請求項２に記載のレーザドライバ。
4. 第６ノードと第７ノードとの間に互いに並列に配置された、複数の抵抗をさらに備え、
   前記第６ノードは、
   前記第１のコンデンサの前記第２の端部と前記複数の抵抗との間に配置され、
   前記第７ノードは、
   前記レーザダイオードの前記第１の端部と前記複数の抵抗との間に配置されている、
   請求項１～３のいずれかに記載のレーザドライバ。
5. 第８ノードと第９ノードの間に前記インダクタと並列に配置された、電気的結合をさらに備え、
   前記第８ノードは、
   前記電圧源と前記インダクタとの間に配置され、
   前記第９ノードは、
   前記第１のコンデンサと前記インダクタとの間に配置されている、
   請求項１～４のいずれかに記載のレーザドライバ。
6. 前記電気的結合は、
   前記インダクタのリンギングを低減するように構成された、第２の抵抗と、
   前記第１のコンデンサの充電に関連したダンピングを低減するように構成された、第２のダイオードとを、備える、
   請求項５に記載のレーザドライバ。
7. 前記電子スイッチは、
   約１マイクロ秒から１０マイクロ秒までの間、前記第１のオン状態になるように構成されている、
   請求項１～６のいずれかに記載のレーザドライバ。
8. 前記電子スイッチは、
   約１０ｎｓから１０００ｎｓまでの間、前記オフ状態になるように構成されている、
   請求項１～７のいずれかに記載のレーザドライバ。
9. 前記電子スイッチは、
   約５ｎｓから１００ｎｓまでの間、前記第２のオン状態になるように構成されている、
   請求項１～８のいずれかに記載のレーザドライバ。
10. 前記レーザドライバは、
    前記レーザダイオードに、５０ｎｓ未満の幅を有する光のパルスを放出させるように構成されている、
    請求項１～９のいずれかに記載のレーザドライバ。
11. 前記電子スイッチの第２の端部と電気的に接続する、ゲートコントローラをさらに備え、
    前記電子スイッチの第３の端部は、グランドと電気的に接続する、
    請求項１～１０のいずれかに記載のレーザドライバ。
12. 前記ゲートコントローラは、
    前記電子スイッチが、前記第１のオン状態、前記オフ状態、および前記第２のオン状態になるときに、制御するように構成されている、
    請求項１１に記載のレーザドライバ。

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