JPWO2016175301A1 - 発光装置および距離測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(構成)
図3には、実施形態の発光装置のブロック図(A)と(A)における一部の回路を記載したブロック図(B)が示されている。図4には、光学系も含めた発光装置の構成が記載されている。図3および図4には、発光装置100が示されている。発光装置100は、光源101、微分回路102、スイッチ103が直列に接続された構成を有している。微分回路102とスイッチ103とが直列に接続されることで光源駆動回路104が構成されている。光源101と光源駆動回路104が直列接続された回路の両端に電源回路105から電源電圧Vが加えられている。図3には、プラス電圧を加える例が示されているが、光源側をアース電位とし、スイッチ側をマイナス電位として、マイナス電位を加える構成も可能である。
(1)発光タイミングの決定。
(2)A/Dコンバータ108の出力に基づく光源101から出力(発光)される発光パルス光の波形の検出。
(3)検出した発光パルス光の波形に基づく電源回路105の出力電圧の決定。
(4)温度センサ110が検出した温度に基づく電源回路105の出力電圧の決定。
(5)電源回路105の制御。
スイッチ103がOFF(ソース・ドレイン間が非導通)の状態において、光源101と微分回路102には、電圧Vは加わらず、光源101は発光しない。スイッチ103をONにすると、電圧Vが加わってコンデンサ102bに電荷が流れ込み、突入電流が生じ、光源101に駆動電流が流れる。この駆動電流により、光源101が発光する。
コンデンサC(102b)の値と抵抗R(102a)の値を設定する指針を下記に示す。
(1)Cの最小値 : LDに発振しきい値電流以上の電流が流せる容量値。
(小さ過ぎると、LDが発振しない)
(2)Cの最大値 : 緩和振動の1番目のパルスのみを生成して2番目以降
のパルスを抑制するような電流を流せる容量値(Rとの
依存性あり)。
(大き過ぎると、緩和振動が発生する)
(3)Rの最小値 : LD電流が発振しきい値電流と等しくなる抵抗値。
(小さ過ぎると、緩和振動が生じる)
(4)Rの最大値 : Rで発生する電圧降下と電源電圧との差が、LD順方
向電圧と等しくなる抵抗値(Cとの依存性あり)。
(大き過ぎると、次パルスまでの間の放電が間に合わな
くなる)
・光パルスの強度を大きく ⇒ Cを大きく,Rを小さく
・光パルスの強度を小さく ⇒ Cを小さく,Rを大きく
ただし、CとRには相関があるため一意的には決まらない。また、緩和振動の抑制効果との関係も考慮して、CとRの値を決める必要がある。
特定のパルス波形を得るCRの設定とLDの特性の組み合わせは許容範囲が狭い。したがって、試作品で最適な組み合わせを見出しても、量産品において部品の特性のバラツキがあると、光源101から発光されるパルス光の波形が変化する。同じ型番のLDで同じ発光条件であっても、LDの製造ロットが異なると、特性の差異によってパルス波形は変化する。特に温度変化を受けると、各部品(特に光源(LD)101)の特性が変化し、それがパルス波形の形状に大きく影響する。
図6に示すように、同じ発光条件であっても温度が変わると発光パルスの波形も変化する。他方で、発光のために光源に加えられる電圧を変えると、光源101の発光パルスのピーク値も含めた波形の形状が変化する。他方で、図7(B)に示すように、温度が違う場合であっても、電源電圧を調整することで、出力波形の形状の類似性はやや犠牲となるが、ピークの値を揃えることができる。以上の現象を利用することで、温度が変化しても光源101への印加電圧を温度の変化に応じて適切に変化させると、
(1)ピーク値は異なるが、パルス波形の形状を相似にできる。
(2)パルス波形の形状の相似性は崩れるが、ピーク値を同じにできる。
(3)ピーク値とパルス波形の相似性を特定の範囲に収めることができる。
(1)特定のピークパワーを維持するように電源電圧を調整する。
(2)発光パルスが単峰になるように電源電圧を調整する。
(3)発光パルス形状の左右の対称性が確保されるように電源電圧を調整する。
(4)計測した温度に応じて電源電圧を調整する。
図15には、電源電圧を下げ、波形のピークの値を下げることで、緩和振動の発生を抑え、単峰性がより明確に現れる様にパルス波形を補正した場合の例が示されている。なお、(4)の温度に応じて電源電圧を調整した場合、部品特性のばらつきや経時変化等による誤差が生じるが、大凡のパルス波形の再現性は得られる。
以下、電源回路105の出力電圧を可変する構成について説明する。図8(A)には、第1の構成が記載されている。図8(A)の構成では、演算部109(図3参照)から電圧を指定するデジタルデータが出力され、それが電源回路105に入力される。電源回路105は、D/Aコンバータ105aと、制御電圧によって出力する電圧を可変制御できるスイッチング電源IC105bを備えている。
図9に示すように、スイッチ103を構成するFETを駆動するスイッチ駆動回路106には、光源101の発光を制御するスイッチ駆動電圧が入力され、またFETの動作条件を決めるバイアス電圧がバイアス回路から供給される。バイアス回路は、電源電圧VEEを抵抗R1とR2で分圧したバイアス電圧Vbを作り出す。VbがFETのゲートにバイアス電圧として印加される。この構成では、電源電圧VEEが変化すると、それに連動してバイアス電圧Vbも変化する。
以下、処理の手順の一例を説明する。以下に説明する処理は、演算部109において実行される。また、以下に説明する処理の手順を決めるプログラムは、適当な記憶領域や記憶媒体に記憶され、演算部109によって実行される。
発光パルスの波形のピークの値が、予め定めた範囲に収まるか、あるいは予め定めた値以上の値であるか否かを判定する。この場合、発光パルスの波形のピークの値が、予め定めた範囲に収まっている場合、あるいは予め定めた値以上の値である場合にステップS105はYESの判定となり、そうでない場合にNOの判定となる。
発光パルスの波形の形状が単峰であるか否かを判定する。単峰であるか否かは、ピークが1つであるか否かを見ることで判定される。この場合、単峰であると判定された場合にYESの判定となり、2以上のピークがある場合にNOの判定となる。なお、ピークは、波形を時間微分した値の符号が正から負に逆転する変曲点の有無により判定される。
発光パルスの形状の時間軸上における対称性を評価し、対称性が予め定めた条件を満たすものである場合に、対称形状と判定し、そうでない場合に非対象形状と判定する。この場合、対象形状と判定された場合にYESの判定となる。
上述した構成によれば、温度変化や部品精度の誤差による影響を電源電圧の変更により抑えることができる。また、部品の特性の経時変化の影響による発光パルス波形の変化を適宜補正することができる。このため、部品の設定や選別、および装置の調整に係るコストが抑えられる。また、特定の性能が恒常的に得られる優位性が得られる。特に、測距装置に用いた場合、恒温装置を用いずに温度の影響を抑えられるので、低コスト、低消費電力で高性能な測距装置を得ることができる。
光源101、微分回路102、スイッチ103の直列接続の順序は、図3の構成に限定されず、図13(A)や(B)の構成も可能である。図13(A)には、プラス電位側から、光源101、スイッチ103、微分回路102と直列に配置された例が示されている。図13(B)には、プラス電位側から、スイッチ103、光源101、微分回路102と直列に配置された例が示されている。この場合、光源101を挟んで間接的に直列接続された微分回路102とスイッチ103により光源駆動回路が構成される。また、光源101は、微分回路102とスイッチ103により構成される光源駆動回路に等価的に直列接続された状態となる。なお、図13では、電源回路は図示省略されている。図13には、電源電圧としてプラス電位を加える構成が記載されているが、例えば、図13(A)の構成で電源(+V)の部分を接地し(アース電位とし)、GNDの部分にマイナス電位を加えるマイナス電源を用いる構成も可能である。これは、図13(B)の場合も同じである。
図14には、測距装置500が示されている。測距装置500は、レーザ光を用いて測定対象物までの距離の測定を行う装置である。測距装置500は、発光装置100、射出部501、受光部502、信号処理部503および表示部504を備えている。
Claims (8)
- 通電直後に緩和振動が発生する光源と、
抵抗とコンデンサが並列に接続された微分回路に、電圧印加のためのスイッチング素子が直列に接続された光源駆動回路と、
前記光源と前記光源駆動回路が直列に接続された直列回路に電圧を加える電源と、
前記光源から発光されるパルス光を検出するパルス光検出部と
前記パルス光検出部が検出した前記パルス光の波形に対応させて前記光源に加えられる電圧を制御する電圧制御部と
を備えることを特徴とする発光装置。 - 温度検出部を備え、
前記電圧制御部は、前記温度検出部が検出した温度に基づいて前記光源に加えられる電圧の制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記電圧制御部は、前記パルス光のピーク強度の値が予め定めた範囲となるように前記光源に加えられる電圧の制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記電圧制御部は、前記パルス光の波形の形状が特定の条件を満たす波形となるように前記光源に加えられる電圧の制御を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記電圧制御部は、前記パルス光の波形が単峰になるように前記光源に加えられる電圧の制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
- 前記電圧制御部は、前記パルス光の波形の対称性に基づいて前記光源に加えられる電圧の制御を行うことを特徴とする請求項4または5に記載の発光装置。
- 前記電源の出力電圧が変化した際に前記スイッチング素子に加えるバイアス電圧を同時に変化させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の発光装置から生成され、前記光源の緩和振動の最初の発振による光を測定対象物に向け射出する射出部と、
前記測定対象物から反射した反射光を受光する受光部と、
前記受光部の出力信号に基づいて前記測定対象物までの距離の算出を行う信号処理部と
を備えることを特徴とする距離測定装置。
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