(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光源の時間的に高精度な応答を可能にした光電センサを提供する。【解決手段】光電センサ１０は、レーザ光源１４を使って監視範囲２４にレーザパルス１８を発光する発光部１２、及びレーザ光源がレーザパルスを発光する作動状態、又は準備状態に、発光部を移すように構成されているレーザ光源用の駆動回路１６，３０を備える。この駆動回路は更に、発光部をレーザパルスの発光前それぞれにのみ準備状態に移すように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電センサ（１０）であって、レーザ光源（１４）を使って監視範囲（２４）にレーザパルス（１８）を発光する発光部（１２）と、レーザ光源（１４）がレーザパルス（１８）を発光する作動状態、又は準備状態に、発光部（１２）を移すように構成されているレーザ光源（１４）用の駆動回路（１６，３０）とを備えている光電センサにおいて、
駆動回路（１６，３０）が更に、発光部（１２）をレーザパルス（１８）の発光前それぞれにのみ準備状態に移すように構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ（１０）において、
駆動回路（１６，３０）が、準備状態でレーザ光源（１４）に前電圧をかける、又はレーザ光源（１４）にバイアス電流を流すように構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサ（１０）において、
制御ユニット（３０）が設けられており、駆動回路（１６）にレーザパルス（１８，４４）、及び／又は準備状態の特性、特に時間挙動及び／又は振幅挙動を与えるように、その制御ユニットが構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項４】
前記請求項のいずれかに記載のセンサ（１０）において、
駆動回路（１６，３０）が、特にレーザパルス（１８）の持続時間の約１〜５倍に相当する短い時間だけ先行して、発光部（１２）を準備状態に移すように構成されている
ことを特徴とする光電センサ。
【請求項５】
前記請求項のいずれかに記載のセンサ（１０）において、
駆動回路（１６，３０）が、発光部（１２）のための準備状態を早くともレーザパルス（１８）の終了時に、及び遅くともレーザパルス（１８）の持続時間の１〜５倍後すぐに終了するように構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項６】
前記請求項のいずれかに記載のセンサ（１０）において、
駆動回路（１６，３０）が、準備状態にあるレーザ光源（１４）をレーザパルス（１８）の開始までレーザ閾値の近くに、特にレーザ閾値の７０％〜９０％に近づけるが、それを上回らせないように構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項７】
前記請求項のいずれかに記載のセンサ（１０）において、
レーザ光源（１４）の作動温度を測定するために温度検知器（４２）が設けられており、駆動回路（１６，３０）が、表又は計算基準を使って、準備状態での振幅を温度に関係して選ぶように構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項８】
前記請求項のいずれかに記載のセンサ（１０）において、
駆動回路（１６，３０）が、作動状態及び準備状態以外ではレーザ光源（１４）を電流ゼロ状態で接続する、及び／又は準備状態を過ぎてのみ作動状態に達するように構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項９】
前記請求項のいずれかに記載のセンサ（１０）において、
そのセンサが、距離測定するシステムとして構成されており、特に光パルス（１８）を受光する受光部（２８）、及び光経過時間法を使って光パルス（１８）の発光と受光の間のパルス経過時間から距離を計算するように構成されている演算ユニット（３０）を有していることを特徴とする光電センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のセンサにおいて、
センサが、距離測定するレーザスキャナとして構成されており、順次発光される光パルスを使って監視範囲を走査するために、方向転換ユニットを特に追加で有していることを特徴とする光電センサ。
【請求項１１】
光電センサ（１０）、特に距離測定システム又は距離測定レーザスキャナにある発光部（１２）を駆動する方法であって、発光部（１２）がまず準備状態に、その後レーザ光源（１４）がレーザパルス（１８）を監視範囲（２４）に発光する作動状態に移される方法において、
発光部（１２）が、レーザパルス（１８）の発光直前それぞれにのみ準備状態に移されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
準備状態でレーザ光源（１４）が前電圧をかけられ、又はバイアス電流がレーザ光源（１４）に流され、作動状態及び／又は準備状態でレーザ光源（１４）の時間挙動及び／又は振幅挙動が与えられることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の方法において、
発光部（１２）が、特にレーザパルス（１８）の持続時間の約１〜５倍に相当する短い時間だけ先行して準備状態に移され、発光部（１２）のための準備状態が、早くともレーザパルス（１８）の終了時に、及び遅くともレーザパルス（１８）の持続時間の１〜５倍後すぐに終了し、そこで発光部（１２）を準備状態からのみ作動状態に移すことができ、作動状態及び準備状態以外ではレーザ光源（１４）が電流ゼロ状態で接続されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法において、
準備状態にあるレーザ光源（１４）が、作動状態でレーザパルス（１８）が開始するまでレーザ閾値の近くに、特にレーザ閾値の７０％〜９０％に近づけられるが、それを上回らないことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれかに記載の方法において、
レーザ光源（１４）の作動温度を測定し、表又は計算基準を使って準備状態での振幅を温度に関係して選ぶことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１ないし１１のプレアンブルに記載の光電センサ、及び光電センサにある発光部を駆動するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電センサを使うことにより、対象物の距離を光経過時間方法の公知原理で特定することができる。そのために、パルス経過時間方法では、短い光パルスを発光して、光パルスの返り又は反射を受光するまでの時間を測定する。代替としての位相方法では、発光を振幅変調し、発光と受光の間における位相シフトを特定する。
【０００３】
距離測定が、例えば自動車の安全性、物流又は工場の自動化、或いは安全技術で求められることがある。反射された光線をベースにする距離計は特に、リフレクタ、或いは光を返す又は反射する目標の距離変化に対応することができる。特別な用途は、発光部とリフレクタの間の空間範囲、及び間隔を監視する反射光シャッタである。別の用途は距離測定するレーザスキャナであり、その移動光線が線又は更に面を測定する。
【０００４】
距離測定の分解能が数十ミリメータ範囲の精度を達成する必要がある場合には、光経過時間を百ピコ秒のオーダーで正確に特定しなければならない。１ミリメータの距離分解能を達成するためには、測定技術的に６ピコ秒を検知しなければいけない。
【０００５】
このような時間的精度が要求される場合、光パルスを発光するコマンドが出される時点と実際の発光との間におけるごく僅かな時間的差異でも障害となる。しかし、レーザ光源は、電気信号をかけた時に直ちには発光しない。レーザ閾値と呼ばれる最小電流以下の範囲では、そのための電荷キャリア密度が十分ではない。レーザ閾値以上の電流をかける時でさえ、電荷キャリアを十分に形成するためにはある程度の始動時間が必要であり、これがレーザへの入力信号とその光学的な出力信号との間の時間的なズレになる。
【０００６】
これを避けるため、一般的に、パルス経過時間方法でも位相方法でも、レーザ閾値以上のレベルでレーザに前もって電圧をかける。そのため、レーザは常に、光パルスを発光する必要のない時でもある程度の光量を発光する。この継続した光出力を少なく維持するためには、前電流をぎりぎりレーザ閾値以上で維持しなければいけない。
【０００７】
以上により、この種のシステムには多くの欠点がある。各出力光は、それが少なく維持される時も、本来の発光出力にとって使用できる範囲に収まる。これは、評価可能な信号間隔が小さくなることにより測定精度を落とすだけでなく、場合によりレーザ防護クラスにも影響する。なぜなら、眼を保護するための関連安全基準により、発光される光学的な平均出力が許容の最大値以下に留まらなければならず、前電流により発生する光が既にその一部割合を必要とするからである。
【０００８】
レーザ閾値の上側ギリギリで前電流を維持できるようにするためには、制御のために光学的なフィードバックが必要である。そのために、そのレーザダイオードに加えて、モニターダイオードが配置される。レーザ閾値をシフトする経時影響又は温度の影響にもかかわらず一定の光学的出力を維持するために、必要とするバイアス電流を常に調整する。
【０００９】
加えて正に短いスイッチオン持続時間の時、例えば時間的に比較的薄く分布された短いパルスの時に、及び大きなパルス電流の時には、上記の制御が変動に対して非常に敏感に反応し、これが場合によりレーザダイオードの不安定な挙動を引き起こす。
【００１０】
光電センサ以外に光学的分野の範囲では時間多重法のために、そこでのレーザをそれに関連付けた時間スリットにのみ前もって電圧をかけることが、D. Verhulst他著「プレバイアスビットを有するギガＰＯＮシステムにおけるレーザターンオン遅れについての理論的、及び実験的研究」で開示されている。しかしこの方法は、割り当てられた時間スリット内で上記に対して完全にアナログであり、発光するのは光パルスではなく、パルスとして変調された持続時間信号に相当すると共に伝達されるビットサンプルにより決められるバーストである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】"Theoretical and experimental study of laser turn-on delay in a GigaPON system with pre-biasing bits（プレバイアスビットを有するギガＰＯＮシステムにおけるレーザターンオン遅れについての理論的及び実験的研究）", D. Verhulst et al.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
よって本発明の課題は、光電センサにおいてレーザの時間的に高精度である応答を、簡単な方法で達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題を、請求項１に記載の光電センサにより、及び請求項１１に記載の光電センサの発光部を駆動するための方法により解決する。
【００１４】
本発明が前提とする原理は、継続的にではなく発光パルス周りで狭い時間的なインターバルそれぞれに、準備状態を取り入れることである。本来のレーザパルスの直前に、レーザを準備的にレーザ閾値の近くに駆動する前パルスを使ってレーザを制御し、それにより発光までの遅れを回避する、又は少なくとも非常に短く維持する。
【００１５】
本発明による解決手段は、パルスの発光時点がエレクトロニクス的な制御と十分正確に一致するという利点を有しており、それにより光経過時間の測定もナノ秒以下の時間的精度で可能になる。電気的な入力信号と光学的な出力信号との間の関係における非直線性は、本発明により補償することができる。そのような非直線性は、本発明を例えば赤外線のような別の周波数範囲で使用できるとしても、ある程度レーザダイオードで可視範囲において現れることがある。
【００１６】
レーザが準備状態ないし作動状態以外で発光しないので、測定を妨げると共に眼を保護する規定の観点で考慮する必要のあるレーザの前電圧による持続光がなくなる。レーザの発熱が少なく、これがより長い寿命に至り、レーザ閾値をシフトすることになるであろう経時や温度の影響を防ぐ助けになる。モニターダイオードを必要としないので、コスト的により有利なシステムが可能になっている。
【００１７】
この利点が特に強く使用に値するのは、スイッチオン時間が短い、例えばレーザが駆動時に時間の１％より短い比較的頻度の少ないパルスでアクティブであるとき、及び同じく高いパルス電流のとき、例えばレーザ閾値の２倍以上のときである。
【００１８】
駆動回路が、準備状態でレーザ光源に前電圧をかける、ないしはレーザ光源にバイアス電流を流すように構成されていると好ましい。それにより、レーザ光源を本来のパルス前に既に信号で制御する。しかしながら、前電圧及びバイアス電流のための振幅は、小さく選ぶ、即ち大体レーザ閾値の範囲に選ぶ。
【００１９】
制御ユニットが設けられており、レーザパルス、及び／又は準備状態の特性、特に時間挙動及び／又は振幅挙動を駆動回路に与えるように、その制御ユニットが構成されていると利点がある。駆動回路の特徴を、常に又、制御ユニットに組み込むことがあり、その逆もある。時間挙動には個別パルスの時間的な特性、即ち例えば開始、持続時間、終了、しかしパルスがどのように長い時間インターバルに亘って配分されているかのサンプルも含まれている。このための最も簡単なケースでは２つのパルス間の周期、即ち例えばマイクロ秒毎の１パルスで十分であるが、任意に複合したサンプルも考えられる。考えられる振幅挙動は、パルス持続時間に亘る振幅関数にいたる、得ようとする最大振幅の基準、即ち完全なパルス形状である。準備状態において前パルス形状で制御を行うことができるので、上述の特性は実施形態それぞれに従って準備状態にも作動状態に当てはまる。
【００２０】
駆動回路は、特にレーザパルスの持続時間の約１〜５倍に相当する短い時間だけ先行して、発光部を準備状態に移すように構成されていると好ましい。これはパルス幅に関連しており、その理由は、可能性のある遅れが概ねこのオーダーで予想されるからである。代表的なパルス幅が数ナノ秒近辺、例えば５ｎｓにあるので、５〜２５ｎｓ、より好ましくは１０〜１５ｎｓの時間的な先行を選ぶ。準備状態のできるだけ短い持続時間、及び得ようとする電荷キャリア密度、それによりレーザ閾値までの得ようとする間隔をこの持続時間内で実際に達成される確実性からの、理に適った妥協が求められている。
【００２１】
駆動回路は更に、発光部のための準備状態を早くともレーザパルスの終了時に、及び遅くともレーザパルスの持続時間の１〜５倍後すぐに終了するように構成されていると好ましい。時間的なオーダーに対しては、先の段落にある記述が類似して当てはまる。準備状態が早く終了するときには光パルスでエネルギーが欠けているので、準備状態が作動状態に完全に重なり合っている必要があろう。勿論、発光されるレーザパルスの開始時にレーザの点灯時点と共に前パルスを終了し、不足するエネルギーを作動状態の間により強く制御して補償することが考えられるが、そのためには時間的に正確な一致が必要である。準備状態が作動状態を超えてある程度継続することは問題ではなく、先行時と同様にここでも、できるだけ迅速なスイッチオフが求められる。準備状態の時間的な先行と終了にとって、例えば５ｎｓのパルス持続時間に代わる参照量は、前電圧ないしバイアス電流により生み出され、代表的には１０ｎｓのオーダーにある電荷キャリアの寿命である。
【００２２】
利点ある別の構成で駆動回路は、準備状態にあるレーザ光源をレーザパルスの開始までレーザ閾値の近くに、特にレーザ閾値の７０％〜９０％に近づけるが、それを上回らせないように構成されている。即ち、前電圧、又はバイアス電流が厳密に閾値以下に留まっているので、レーザ光源が発光するのは発せられた光パルスの間のみである。よって、準備状態中の光による測定の妨害、又はこの光による眼の保護クラスに関しての検討を必要としない。眼の保護のためには作動状態のみが基準となるが、それはここでのみ発光されるからである。レーザ閾値は例えば５０ｍＡのオーダーにあるが、更に駆動温度のような周囲条件にも関係する。作動状態中のパルス高さは明らかな間隔を有しており、レーザ閾値の２〜８倍、更に好ましくは２００〜３００ｍＡである。
【００２３】
特に好ましい実施形態では、レーザ光源の作動温度を測定するために温度検知器を設けており、そのとき駆動回路は、表又は計算基準を使って、準備状態での振幅を温度に関係して選ぶように構成されている。単一の温度検知器の代わりに、相対する側で監視する２つの温度検知器が考えられる。レーザ閾値は温度に関係する量である。与えられた温度の時に必要な閾値を含む表又は計算基準を駆動回路又は制御部の中に備えていると、レーザ閾値又は得ようとするレーザ閾値の一部を読み取り、温度に従って補正することができる。それによりセンサが温度に対して安定し、レーザの得ようとする発光時点と実際の発光時点との間の遅れが、外部温度又は作動温度の変動時にも回避される。備えている振幅は、準備状態中にレーザ制御するための基準となる量であり、即ち、例えば前電圧又はバイアス電流の振幅である。
【００２４】
温度に関係するレーザ閾値を決める表又は計算基準の代替として、レーザの全体特性曲線、即ち、種々の温度に対してレーザ電流に応じた光学的な出力性能を備えていることもある。それどころか、この特性曲線をベースに作動状態中に、レーザ閾値以上に本来のレーザパルスを制御し、温度に関係なくこの同じ形状と最大振幅を保持することができる。
【００２５】
駆動回路は、作動状態及び準備状態以外ではレーザ光源を電流ゼロ状態で接続する、及び／又は準備状態を過ぎてのみ作動状態に達するように構成されていると好ましい。それにより眼の保護規定に対する検討が関連するのは作動状態のみである。なぜなら、それ以外は、レーザ光源が光学的にアクティブであり得ないからである。準備状態以外ではレーザ光源が電流ゼロ状態で接続している、即ち完全にスイッチオフされることにより、その長期寿命を向上し、作動温度をより安定して保つことができる。
【００２６】
センサは、距離測定するシステムとして構成されており、特に光パルスを受光する受光部、及び光経過時間法を使って光パルスの発光と受光の間のパルス経過時間から距離を計算するように構成されている演算ユニットを有していると好ましい。この種のシステムは特に正確な時間的な挙動をベースにしている。そのとき想定されるのは、対象物までの距離を数値的に特定する、即ち絶対的な距離計であり、目標対象物に向いておりこの目標対象物までの間隔が変化するか、それがどのくらいかを決める監視の距離計である。
【００２７】
好ましい別の構成でセンサは、距離測定するレーザスキャナとして構成されており、順次発光される光パルスを使って監視範囲を走査するために、方向転換ユニットを特に追加して有している。その場合には、即ち方向転換ユニットを介してパルスが線又は面で送られるので、距離地図としての記録が可能になる。方向転換ユニットとして使用するのは、それ自体は公知の要素、例えば回転ミラー又はポリゴンホイルミラーである。レーザスキャナは多くの場合、数ワットまでの範囲にある高いパルス出力、及び例えば２５〜４０ｋＨｚの小さい検知レートを使用し、それにより代表的な用途における異なった要求に対応する。
【００２８】
本発明による方法は、類似の方法で別の特徴により構成することができ、そのとき類似の利点を示す。そのような別の特徴は例示的なものであるが決めつけるものではなく、独立請求項に繋がる従属請求項に記載されている。
【００２９】
以下において本発明を、別の利点及び特徴を含め、添付の図面を参照して実施例を使って説明する。図面において、各図は以下を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるセンサの実施形態の概略的なブロック図。
【図２】発光部用の例示的な駆動回路の概略的なブロック図。
【図３】時間に関するレーザ電流の線図形態において、レーザパルスの発光時点近辺の時間インターバルにおける時間・振幅挙動の図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明による光電センサ１０の概略的なブロック図を示している。レーザ光源１４、及びレーザ光源１４用の駆動回路１６を有する発光部１２が、光パルス１８を発生する。光パルス１８は、一般的に例えば放物線、又はガウス曲線の簡単な形状を有しているが、複雑な信号形状をしていることもある。
【００３２】
光パルス１８は分光ミラー２０を透過するが、そのとき反射された光要素は消滅する、及び光学的な重なり合いを防ぐために吸収される。その光パルス１８が例えば集光レンズのような光学系２２により監視範囲２４に送り出され、そこで対象物２６で返される又は反射される。
【００３３】
以上のようにしてできた逆向きの光パルス１８は、光学系２２を介して改めて分光ミラー２０に当たり、そこで反射された光が受光部２８で電気信号に変換される。受光部２８も特定の技術に限定されない。一般的には簡単なフォトダイオードが使用されるが、原理的にはＰＳＤ（位置感応ダイオード）や、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳチップのような列ないしマトリックスの受光素子の使用も考えられる。
【００３４】
制御部３０は、発光部１２とも受光部２８とも繋がっており、光パルス１８の発光と受光の間の経過時間を、及びそれから光速度を介して対象物２６までの距離を特定する。制御部３０はアナログで構成されていることがあるが、１つ又は複数のデジタルのプログラマブル構成要素、例えばＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、ＡＳＩＣ（用途固有集積回路）、又はマイクロプロセッサに組み込まれていると好ましい。図２で詳細に説明する駆動回路１６は、アナログで構成されていると好ましいが、制御部３０によりデジタルで制御することもできる。
【００３５】
図１で図示している分光器２０付きオートコリメータ構成は、本発明によるセンサ１０のための例示的なものであると理解されたい。別の基本構成のものも公知であり、例えば発光部が面積でそれより大きな受光部で囲まれており、それにより発光部の面積により決まるロス割合を伴う戻り光が、光線の方向転換なしで受光部に当たる構成である。別の例は瞳孔配分原理であり、その場合にはセパレートの２つの光学系が設けられており、発光部、及び受光部が互いに隣接して配置される。
【００３６】
センサ１０は、光電式検知器又は距離計とすることができる。別の実施形態は反射光シャッタ、即ち、発光部とそれに対向して配置されたリフレクタとを有する光シャッタであり、その場合にはそこで反射された光線の遮断を検知する。このリフレクタの距離又は距離変化を測定することにより、まだリフレクタが予想される位置に静止しているかを監視することができる。上記センサの全ては、特定距離にある対象物を検知した時又は想定される距離が変動した時にスイッチングを行うことにより、スイッチとしても作動することができる。スキャンするシステムも考えられ、そのシステムでは発光された光が方向転換ユニットを使って監視線又は監視面を走査する。そこでは、方向転換ユニットを回転ミラー又はポリゴンミラーホイルとすることがある。
【００３７】
図２は、追加要素を有する発光部１２のブロック回路図を示しており、理解し易くするために、図１ではその追加要素を除いていた。ここでは、レーザ光線１４をレーザダイオードとして示している。そこで対象になるのは任意のレーザ光源１４であり、例えばエッジエミッタ又はＶＣＥＬ（バーティカルキャビティ・サーフィスエミッティング・レーザ）である。レーザ閾値が高ければ高いほど、即ち発光する前にレーザ光源１４を強く制御しなければいけないほど、レーザ光源が温度に敏感であればあるほど、本発明の効果が十分に発揮される。これは使用可能なレーザ光源１４の場合に、赤外線光と比べて可視光の場合に強く当てはまる。
【００３８】
駆動回路１６はスイッチ３２を有しており、それを介して制御部３０がレーザダイオード１４へのレーザ電流をオンオフすることができる。いずれも制御部３０により制御自在であるパルスレーザ電源３４及び前パルスレーザ電源３６が設けられており、それにより、小さい枠３８で例示的に図示しているパルスレーザ電流及び小さい枠４０で例示的に図示している前パルスレーザ電流の形状、持続時間、振幅を決める。回路が示しているように、パルスレーザ電流及び前パルスレーザ電流が同時にレーザ光源１４に供給される。切り替え要素を制御できパルスレーザ電流を対応して強く選ぶときには、この２つの電流それぞれを交互にのみスイッチ接続することも基本的に考えられるであろう。
【００３９】
最後に、更にレーザ光源１４の実際の作動温度を測定する温度検知器４２が、制御部３０と繋がっており、それにより、前パルスレーザ電流及び場合によりパルスレーザ電流の温度補償を行うことができる。そのため、制御部３０用に、前パルスレーザ電流及びパルスレーザ電流の特性に必要な温度適合条件を含む表又は計算基準を備えており、そのとき重要な特性はそれぞれの温度にとって必要な振幅である。また、レーザ光源１４の全特性曲線がメモリされていることもあり、それから制御部３０がこれらの特性を導き出す。この方法を使って、レーザ閾値までの希望する間隔を温度とは関係なく維持する。
【００４０】
前パルス電流を最適で合わせるために、実際の温度に加えて別の環境条件を考慮することが基本的に考えられる。レーザ光源１４の寿命を決め、経時変化に対する補償を一体化するために、例えばカウンタを使用することができるであろう。
【００４１】
以上により、スイッチ３２及び２つの電源３４，３６を使って制御部３０がレーザ光源１４を、スイッチオフして前パルスレーザ電流により準備状態に移し、又はパルスレーザ電流により光パルス１８を発光するために制御することができる。
【００４２】
図３は、本発明の実施形態において制御部３０が作り出すレーザ電流Ｉの推移を、時間に関して示している。ここでは概略的に持続時間ｔｐと振幅ＩＬＰの矩形４４として図示している光パルス１８が、規則的な周期Ｔ０で発光される。周期Ｔ０が例えば１マイクロ秒であると、これは戻り経路を含め約１５０ｍの光経路に相当する。この測定区間内では、周期Ｔ０により曖昧さが避けられる。
【００４３】
パルス４４の発光時点よりｔ−だけ早い時点に、前パルスレーザ電流が制御部３０によりレーザ光源１４に供給されて前パルス４６を作り出し、その前パルスはパルス４４の間持続し、その後ｔ＋の遅れで減衰し、それによりｔ−＋ｔｐ＋ｔ＋の持続時間を有している。本実施形態では、前パルス４６の振幅を、レーザ閾値ＩＬＴ以下、例えばレーザ閾値ＩＬＴの７０％〜９０％の範囲となるように選んでいる。そのとき、パルスレーザ電流の開始と共にできる限り急速に光を発散するが、そのレーザ閾値を事前には上回らないために、レーザ閾値のできるだけ近くにくるようにしている。又、７０％〜９０％で規定した範囲と比べて大きい又は小さい安全バッファも考えられるが、それは又、温度、経時、その他の環境条件による変動と関係する。レーザ閾値を上回ることを許容する別の実施形態も想定される。
【００４４】
前パルス４６の単純な矩形形状は実際には得られず、上昇波面及び下降波面の形態をした過渡部分が予想される。先行時間ｔ−及び減衰時間ｔ＋はできるだけ短く選ばれている必要があり、そのとき持続時間は特に、過渡部分が光パルス４４自体にもはや該当しないことで決まる。そのためには一般的に、パルス持続時間ｔｐの僅かな倍数で十分である。即ち例として示すｔｐ＝５ｎｓのパルス幅では、ｔ−及びｔｐに対して選択する可能性が数〜数十ナノ秒であろう。そのとき、減衰時間は先行時間ｔ−と比べて大抵短い。
【００４５】
最大パルスレーザ電流ＩＬＰに対する値及びレーザ閾値ＩＬＴは、レーザ光源１４の選択によって決まる。可視光におけるエッジエミッタに対する例示的な値は、レーザ閾値ＩＬＴに対して約５０ｍＡ、及び最大パルスレーザ電流ＩＬＰに対して約２００〜３００ｍＡである。
【００４６】
駆動回路１６を使った制御部３０によるレーザ光源１４の図示した制御には、３つの状態がある。即ち、レーザ電流が流れない静止状態、前パルスレーザ電流がバイアス電流として流れる準備状態、及び準備状態を経過して達すると共にパルスレーザ電流が前パルスレーザ電流と一緒に流れる作動状態であり、そのとき作動状態では対応して高くなったパルスレーザ電流により、バイアス電流を廃止することもできるであろう。
【００４７】
この制御により狙いとすることは、レーザパルス１８を常にレーザ閾値に近いレベルに設定し、よって制御信号に対してできるだけ少ない遅れで実際に発光することである。前パルスレーザ電流が好ましくは閾値以下であるので、測定及び眼の保護にとって欠点となるであろう妨害光がその前に全く発生しない。全体として光パルス１８の発光近くの短い時間インターバルに限定された準備状態により、レーザ光源１４が長い中間段階に亘って電流ゼロである。この時間にはレーザ光源が妨害となる光を発光せず、暖かくならない。それにより温度及び経時の影響が減少する。前パルスレーザ電流に対する温度補償により、作動温度おけるその他の変動が均衡される。
【００４８】
本発明によれば、モニタリングダイオードの使用を必要としない、及びいずれにしろ閾値以下の前パルスレーザ電流が発光に至らないので、限定してのみ意味がある。原理的には勿論、モニタリングダイオードを追加して使用することもあり、それにより準備状態中に実際に光が発散されないことを確認し、場合により少なくともレーザ閾値上ギリギリ、又は好ましくは以下に維持するために、前パルスレーザ電流を制御する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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