JPH06258421A - レーザ光反射式距離計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定者等の目に対する安全な、レーザ光反射
式距離計測装置を提供する。 【構成】 例えば、測定車両６の前方側にレーザ光反射
式距離計測装置４を設ける。この装置４はレーザ光２を
発射するレーザ１と、発射したレーザ光２が前方車両７
のリフレクタ５に当たり、反射されたレーザ光３を検出
するディテクタ17により構成する。レーザ１は0.90μｍ
よりも長波長の、目に安全な光を発射する機能を備えて
いて、その長波長のレーザ光２を発射し、ディテクタ17
は、レーザ１からレーザ光２が発射して、反射したレー
ザ光３が戻ってくるまでの時間（Δｔ）を測定する。Δ
ｔの値とレーザ光２，３の光速から車間距離Ｒを求め
る。 【効果】 レーザ１の波長を0.87μｍよりも長波長の目
に安全な光とすることで、測定を安全に行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】レーザ光の反射を利用して距離の
測定を行う、レーザ光反射式距離計測装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車間距離を測定する場合等に、
レーザ光反射式距離計測装置を用いてその距離を測定す
ることがよく行われている。この場合、図４に示すよう
に、まず、測定車両６の前方側にレーザ光反射式距離計
測装置４を搭載し、装置４に備えられているレーザ１か
ら被測定対象物である前方車両７の方にパルス型のレー
ザ光２を発射する。発射されたレーザ光２は前方車両１
のリフレクタ５に到達し、リフレクタ５で反射し、その
反射したレーザ光３は距離計測装置４に戻ってくる。次
に、この戻ってきたレーザ光３を距離計測装置４に備え
られているディテクタ17で検出し、レーザ光２が発射さ
れてからディテクタ17に戻ってくるまでの時間を測定す
る。

【０００３】発射されるレーザ光２の波形は、図５に示
されるような、矩形状のトリガパルスであり、反射して
戻ってくるレーザ光３の波形は、曲線形状の反射パルス
である。ディテクタ17はトリガパルスの発射から反射パ
ルスの検出までの間の時間（Δｔ）を測定し、次式
（１）より測定車両６と前方車両７の車間距離Ｒを求め
る。 Ｒ＝Ｃ・Δｔ／２・・・・・（１） この式でＣはレーザ光の光速であり、その値は３×10⁸
ｍ／ｓｅｃである。また、車間距離Ｒの単位はｍ，時間
Δｔの単位は秒である。

【０００４】レーザ光反射式距離計測装置４に備えられ
るレーザ１としては、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓを活性
層とするレーザがよく用いられている。これらのレーザ
１はレーザ光２の波長が0.78〜0.9 μｍであり、レーザ
光２，３を検出する際、安価なシリコンディテクタを用
いて検出することができる。しかも、レーザ１の温度特
性が良いため、70〜80℃の温度になる可能性がある自動
車に、レーザ光反射式距離計測装置４を搭載させて用い
ても十分に高温まで動作が可能である。

【０００５】図２に、レーザ光反射式距離計測装置４の
用いられているレーザ１として代表的な、ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓブロードエリア型レーザを示す。同図におい
て、レーザ１は、膜厚100 μｍのｎ−ＧａＡｓの基板９
上に、膜厚２μｍのｎ−Ａｌ_0.2 ＧａＡｓからなるクラ
ッド層10と、膜厚0.1 μｍのＧａＡｓからなる活性層11
と、膜厚２μｍのＰ−ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層
12と、膜厚0.3 μｍのＰ⁺ −ＧａＡｓからなるコンタク
ト層13を順に積層形成している。

【０００６】また、表面のＰ⁺ −ＧａＡｓコンタクト層
13とＰ−ＡｌＧａＡｓクラッド層12の一部分にかけて、
積層半導体の左右両側をエッチングで除去し、基板９の
下面側にはＡｕＧｅＮｉの合金上にＡｕを積層させた電
極８を、コンタクト層13の上面側にはＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ
の順に積層させた電極14を形成している。

【０００７】このレーザ１を駆動させると、ＧａＡｓで
形成されている活性層10から、ＧａＡｓのバンドギャッ
プ波長である0.87μｍ近傍の波長の光が発射される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようなレーザ１を
用いてレーザ光反射式距離計測装置４を構成し、その装
置４で車間距離Ｒを測定する際、発射したレーザ光２
が、前方車両７に乗車している人の目に入る可能性や、
反射したレーザ光３が測定車両６にいる測定者の目に入
る可能性があり、その場合、レーザ光２，３の目に対す
る安全性が充分であるかどうかといった点は、大切な問
題である。

【０００９】100 ｍ程度の距離を測定する場合、レーザ
１の出力は10Ｗ以上必要となり、10Ｗ程度の出力のレー
ザ１から0.78〜0.9 μｍの波長のレーザ光２を発射した
場合、レーザ光２，３の目に対する安全性は、今のとこ
ろＪＩＳで既定されている安全基準の範囲内となってい
るが、100 ｍよりも長い距離を測定しようとした場合
に、レーザ１の出力を高めることが必要となれば、レー
ザ１の安全性が必ずしもＪＩＳの安全基準内になるとは
言い切れない。

【００１０】その上、ＪＩＳの安全基準は将来に亙って
不変のものではなく、実際に測定者等の目に対する障害
が起きたりすると、見直すことも考えられ、現在の安全
基準値よりも、基準値が厳しい値となる可能性もあり、
その場合、現行のレーザ１では新たに定められるＪＩＳ
の安全基準値を越えてしまうことにもなりかねない。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、レーザ光の反射を利用して
距離を測定する際に、測定者等の目に対する安全性が非
常に高いレーザ光反射式距離計測装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するめに次のように構成されている。すなわち、本発
明は、レーザ光を発射するレーザとレーザ光のディテク
タを備え、レーザから発射したレーザ光を被測定対象物
に当てて反射させ、そのレーザ反射光をディテクタで検
出することにより被測定対象物との距離を計測するレー
ザ光反射式距離計測装置において、前記レーザは0.90μ
ｍよりも長波長のレーザ光を発射するＧａＡｓ基板上に
形成されたＩｎＧａＡｓ歪量子井戸レーザを備えたもの
で構成されていることを特徴として構成されている。

【００１３】

【作用】上記構成の本発明において、レーザから発射さ
れたレーザ光は被測定対象物に当たり、反射し、反射し
たレーザ光はレーザ光反射式距離計測装置のディテクタ
により検出されるが、レーザは0.90μｍよりも長波長の
レーザ光をを発射する機能を備えており、レーザからは
0.90μｍよりも長波長の目に安全な光が発射され、ディ
テクタ側に戻ってくる。したがって、たとえ被測定対象
物側やディテクタ側（レーザ光反射式距離計測装置側）
にいる人の目にレーザ光が当たったとしても、そのレー
ザ光は目に安全であるために、それらの人の目に障害が
起こることは殆どなく、安全に距離の測定が行われる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において従来例と同一名称
部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。本
実施例のレーザ光反射式距離計測装置４が従来例と違う
ところは、0.90μｍよりも長波長のレーザ光２を発射す
るＩｎＧａＡｓ歪量子井戸レーザ１を用いて装置４を構
成したところであり、その他の構成および測定方法は従
来例と同様である。本実施例で用いたレーザ１は図１に
示される、0.98μｍ歪量子井戸ブロードエリアレーザで
ある。このレーザ１は、ｎ−ＧａＡｓ基板９の上側に、
膜厚２μｍのＰ−ＩｎＧａＰからなるクラッド層10と膜
厚860 Åの歪量子井戸型の活性層11と膜厚２μｍのｎ−
ＩｎＧａＰからなるクラッド層を積層形成している。

【００１５】歪量子井戸型の活性層11は図２に示すよう
に膜厚60ÅのＩｎ_0.3 ＧａＡｓからなる歪量子井戸20の
上下両側に膜厚200 ÅのＧａＡｓバリア層21を形成し、
さらに、その上下両側に膜厚200 ÅのＩｎＧａＡｓＰ層
を形成している。

【００１６】また、このレーザ１は、図１に示すように
レーザ１のへき開前断面に低反射膜24がコーティングさ
れ、へき開後断面には高反射膜25がコーティングされて
いる。

【００１７】図１，２に示すような歪量子井戸レーザ１
はレーザ光２の波長が0.9 〜1.1 μｍであり、レーザ１
により、活性層11に圧縮歪を加えることにより、ホール
（正孔）の有効質量を低下させることができるため、通
常、従来例で示したような、レーザ光２の波長が0.87μ
ｍのレーザよりもしきい値電流は低く、スロープ効率は
高いレーザとなり、その温度特性も優れている。本実施
例で用いたレーザ１のレーザ光２の波長は0.98μｍであ
り、しきい値電流は従来例で用いたレーザの半分以下と
なっている。

【００１８】本実施例に用いたレーザ１は以上のように
構成されており、次にその動作について説明する。レー
ザ１を駆動させるために電極８，14に電圧をかけると、
その電圧により流れる電流で、活性層11が励起される。
活性層11の前後の端面26，27には反射膜24，25がコーテ
ィングされているので、活性層11で励起された光は、各
反射膜24，25で反射しながらエネルギ準位を高め、レー
ザ１の活性層11に流れる電流がレーザ１のしきい値電流
を越えたときに、低反射膜24がコーティングされてい
る、活性層11の前側端面26から波長0.98μｍのレーザ光
２として発射される。

【００１９】上記レーザ１の人の目に対する安全性を確
認するために、網膜における光の吸収率の波長依存性に
ついて検討した。図３には、各波長の光を角膜に入射さ
せたときの、眼底での光の吸収率の違いが示されてい
る。なお、ここで述べる吸収率とは、角膜上の光の強さ
を100 としたときの眼底で吸収される光量の割合をパー
センテージで示したものである。

【００２０】レーザ光が人の目に入射したときに、レー
ザ光は角膜に当たり、角膜上の光の一部、すなわち、図
２における光の吸収率だけ眼底にある網膜に吸収され、
その吸収率が大きいほどレーザ光が目に障害を与える可
能性が大きくなる。

【００２１】本実施例で用いたレーザ１のレーザ光２の
波長は0.98μｍで、その場合の光吸収率は７％であり、
従来例で用いたレーザ１のレーザ光２の波長は0.87μｍ
で、その場合の光の吸収率は28％であるため、本実施例
で用いたレーザ１のレーザ光２は従来例で用いたレーザ
１のレーザ光２に比べて、約４分の１の吸収率となって
いることがわかる。レーザ光２，３が目に障害を与える
可能性は吸収率が大きいほど大きくなり、その逆に、目
に対する安全性は吸収率が小さいほど高くなるため、本
実施例で用いたレーザ１は、従来例で用いたレーザ１に
比べてその安全性が約４倍であるような、非常に安全性
が高いレーザ１であることがわかった。

【００２２】また、このレーザ１の活性層11のしきい値
電流は、従来例のレーザ１に比べて半分以下であるため
に、レーザ１駆動時に電極８，14間にかける電圧も、従
来例のレーザ１の半分以下ですみ、非常に効率的であ
り、さらに、スロープ効率も従来例で用いたレーザ１と
比べて高いために、その点でも効率的である。

【００２３】さらに、このレーザ１は温度特性も良好で
あるために、70〜80℃の温度になる可能性がある自動車
に、レーザ光反射式距離計測装置４を搭載させて用いて
も、十分に高温まで動作が可能である。また、このレー
ザ１のレーザ光２，３はシリコンディテクタに検出され
る感度も高いことが実験により確かめられており、従来
例と同様に構成されている本実施例のレーザ光反射式距
離計測装置４に用いても支障なく距離の測定を行うこと
ができる。

【００２４】したがって、上記レーザ１を用いて構成し
た本実施例のレーザ光反射式距離計測装置４は、目に対
する安全性が非常に高く、小エネルギーで距離を測定す
ることができる効率的な計測装置である。また、レーザ
１のコストも安く、レーザ１から発射されるレーザ光２
は波長が1.1 μｍ以下であり、そのためシリコンディテ
クタ17で検出することができ、計測装置４のコストも安
くなる。

【００２５】また、本実施例で用いているレーザ１は、
従来のレーザ１に比べて約４倍もの高い安全性を有する
ために、レーザ１のパワーを10Ｗよりも高めたとして
も、レーザ１の安全性は従来のＪＩＳ安全基準内とする
ことができる。そのため、レーザ１のパワーを高めるこ
とにより、レーザ光反射式距離計測装置４で従来よりも
長い距離を測定することができる。

【００２６】なお、本発明の構成は上記実施例に限定さ
れるものではなく、様々な実施の態様を採り得る。例え
ば、上記実施例ではレーザ光反射式距離計測装置４に用
いるレーザ１として、レーザ光２の波長は0.98μｍのレ
ーザ１を用いたが、レーザ１のレーザ光２の波長は0.98
μｍに限らず、0.90μｍよりも長波長であれば他の波長
のレーザ１を用いても構わない。

【００２７】図３に示されるように、レーザ光２の波長
が1.4 μｍ以上のレーザ１は、特に眼底で吸収される光
の吸収率が低く、目に対する安全性は極めて高い。例え
ば、レーザ光２の波長が1.48μｍのレーザの場合、目に
対する安全性は従来例で用いたレーザの10倍以上とな
る。ただし、このように1.4 μｍ以上のレーザの場合、
レーザ１の基板９としてＩｎＰを用い、活性層11として
ＩｎＧａＡｓＰなどを用いて構成できるが、このレーザ
１は、温度特性等においては、上記実施例に用いた歪量
子井戸レーザのように優れているわけではない。この点
を考慮に入れ、総合的に見れば安全性以外の特性も全て
優れている、本実施例の特徴的な歪量子井戸レーザを、
レーザ反射式計測装置４に用いることが最も好ましい。

【００２８】また、この歪量子井戸レーザは、レーザ１
から発射されるレーザ光２が、上記実施例のような0.98
μｍのものであるは限らず、それ以外の波長、すなわち
0.9よりも長波で1.1 μｍ以下の何れの波長の光を発射
する歪量子井戸レーザでも構わない。

【００２９】さらに、レーザ１の構造やレーザ１を構成
している活性層11等の組成や層数などには特に限定され
るものではなく、リッジ導波型やフェーズロッドアレイ
等のレーザ１を用いても他のレーザ１を用いても構わな
い。

【００３０】また、レーザ光反射式距離計測装置４に備
えられるディテクタ17は上記実施例ではシリコンディテ
クタを用いたが、シリコンディテクタを用いるとは限ら
ず、ゲルマニウムディテクタやインジウムゲルマニウム
ディテクタ等の他のディテクタを用いてもよく、レーザ
１のレーザ光２，３に対する感度が高いものを用いるこ
とが好ましい。ただし、シリコンディテクタは安価であ
るために、シリコンディテクタを用いた場合は、レーザ
光反射式距離計測装置４のコストを安くすることができ
る。

【００３１】レーザ１のレーザ光２，３の波長を1.1 μ
ｍ以下とした場合は、シリコンディテクタを用いてレー
ザ光２，３を検出できるため、0.90μｍよりも長波長で
1.1μｍ以下の波長のレーザ光２を発射するレーザ１と
安価なシリコンディテクタを用いて本実施例を構成する
ことにより、レーザ光反射式距離計測装置のコストを安
くすることができる。

【００３２】さらに、これまでは、レーザ光反射式距離
計測装置４を用いて車間距離を測定する場合について説
明を行ってきたが、この装置４は車間距離を測定する場
合にのみ用いられるとは限らず、他の様々な直線距離を
測定する場合に本発明を用いることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光反射式距離計
測装置に備えられるレーザは0.90μｍよりも長波長の、
目に対する安全性が非常に高いレーザ光を発射する機能
を備えたもので構成されていて、レーザは、0.90μｍよ
りも長波長のレーザ光を発射する。レーザ光は被測定対
象物に当たり反射し、レーザ光反射式距離計測装置のデ
ィテクタにより計測されるが、そのレーザ光は目に安全
な光であるため、被測定対象物側に人がいたり、ディテ
クタ側（レーザ光反射式距離計測装置側）に人がいたり
して、レーザ光が人の目に入ったとしても、目に障害を
与えることは殆どなく、非常に安全に距離の測定を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ光反射式距離計測装置に備
えられる歪量子井戸レーザを示す構成図である。

【図２】図１の歪井戸型の活性層11を示す説明図であ
る。

【図３】眼底での光の吸収率の波長依存性を示すグラフ
である。

【図４】レーザ光反射式距離計測装置を用いて車間距離
を測定する場合の、測定方法を示す説明図である。

【図５】図４のレーザから発射するレーザ光２と測定対
象物に当たり反射するレーザ光３のパルス波形を示す説
明図である。

【図６】従来のレーザ光反射式距離計測装置に備えられ
ているレーザを示す説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ ２，３ レーザ光 ４ レーザ光反射式距離計測装置 11 活性層 17 ディテクタ 20 歪量子井戸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発射するレーザとレーザ光の
   ディテクタを備え、レーザから発射したレーザ光を被測
   定対象物に当てて反射させ、そのレーザ反射光をディテ
   クタで検出することにより被測定対象物との距離を計測
   するレーザ光反射式距離計測装置において、前記レーザ
   は0.90μｍよりも長波長のレーザ光を発射するＧａＡｓ
   基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ歪量子井戸レーザを備
   えたもので構成されていることを特徴とするレーザ光反
   射式距離計測装置。