(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ１００及び少なくとも１つの駆動回路１２０を備えたレーザセンサモジュールを説明する。駆動回路１２０は、パルス長３５６が１００ｎｓ未満で、連続レーザ発光と比較したデューティサイクルが５％未満のレーザパルス３４５を垂直共振器面発光レーザ１００が放出するように、電気エネルギーを垂直共振器面発光レーザ１００に供給するように構成されている。駆動回路１２０は、レーザパルス３４５の少なくとも一部が規定の光学的条件下で放出されるように、レーザパルス３４５の少なくとも一部より少なくとも１００ｎｓ前に、付加的なエネルギーを垂直共振器面発光レーザ１００に供給するようにさらに構成されている。本発明は、レーザセンサモジュールを備えた距離検出装置及びレーザセンサモジュールを駆動する方法をさらに説明する。付加的なエネルギーは、各レーザパルス３４５に好ましくは先立ってＶ（Ｅ）ＣＳＥＬに印加される電流予備パルス３３５によって供給されるのが好ましい。電流予備パルスは、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬによってレーザ光が放出されることのないように好ましくは構成される。Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬは、レーザパルス３４５の放出時間及びパルス形状が明確に規定されるように、規定の光学的条件下でレーザパルス３４５を放出することができる。レーザパルス３４５の放出時間及びパルス形状が明確に規定されると、各レーザパルス３４５の放出に対応した反射レーザ光１１７を確実に検出することができる。
2018505548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ及び少なくとも１つの駆動回路を備える飛行時間測定用のレーザセンサモジュールであって、パルス長が１００ｎｓ未満で、連続レーザ発光と比較したデューティサイクルが５％未満のレーザパルスを前記垂直共振器面発光レーザが放出するように、前記駆動回路は、電気エネルギーを前記垂直共振器面発光レーザに供給し、前記レーザパルスの少なくとも一部が規定の光学的条件下で放出されるように、前記駆動回路は、前記レーザパルスの前記少なくとも一部より少なくとも１００ｎｓ前に付加的なエネルギーを前記垂直共振器面発光レーザに供給し、前記駆動回路は、前記レーザパルスの前記少なくとも一部の前にレーザ光が放出されずに、前記垂直共振器面発光レーザのレーザ開口部全体に滑らかな温度プロファイルが確立されて前記レーザ開口部に熱レンズが形成されるような予備電流を前記垂直共振器面発光レーザに供給する、レーザセンサモジュール。
【請求項２】
前記レーザパルスの前記少なくとも一部の放出開始時の前記レーザ開口部の中心と前記レーザ開口部の周縁との温度差が、少なくとも２Ｋ、好ましくは少なくとも５Ｋ、最も好ましくは少なくとも１０Ｋである、請求項１に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項３】
前記予備電流が、２つのレーザパルス間に供給される一定のオフセット電流を含む、請求項１又は２に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項４】
前記予備電流が、２つの後続レーザパルス間に少なくとも１つの電流予備パルスを含む、請求項１又は２に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項５】
前記駆動回路は、前記電流予備パルスと、ピーク電流が前記垂直共振器面発光レーザのレーザ閾値電流の５０％未満である前記電流予備パルスが、前記垂直共振器面発光レーザに供給された後に放出されるレーザパルスとの間に、少なくとも１０ｎｓの時間ギャップを与える、請求項４に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項６】
前記電流予備パルスが、前記垂直共振器面発光レーザのレーザ閾値電流よりも高い最大電流振幅を有する、請求項４に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項７】
前記垂直共振器面発光レーザが、少なくとも１つの熱管理構造体を備え、前記熱管理構造体が、２つの後続レーザパルス間で、前記垂直共振器面発光レーザの前記レーザ開口部全体に前記滑らかな温度プロファイルを確立し、前記熱管理構造体が、前記レーザ開口部の中心と比較して前記レーザ開口部の周縁で熱除去を増大させる、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項８】
前記垂直共振器面発光レーザが、光学的フィードバック要素を備えた拡張垂直共振器面発光レーザである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項９】
垂直共振器面発光レーザのアレイを備え、前記駆動回路が、前記アレイの前記垂直共振器面発光レーザの少なくとも一部に予備電流を供給し、異なる予備電流が前記アレイの少なくとも第１及び第２の垂直共振器面発光レーザに供給されるように、前記予備電流が供給される前記アレイの前記垂直共振器面発光レーザの相対位置に合わせて前記予備電流が適応された、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項１０】
垂直共振器面発光レーザのアレイを備え、前記駆動回路が、前記アレイの前記垂直共振器面発光レーザの少なくとも一部に電流予備パルスを供給し、前記電流予備パルスは、前記レーザパルスを同時に放出するように前記駆動回路により制御される垂直共振器面発光レーザが所定の時間内にレーザ発振を開始するように適応されており、前記所定の時間が、前記レーザパルスを同時に放出するように制御される隣接した垂直共振器面発光レーザ間の熱クロストークに関連する、請求項４乃至８のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュールを少なくとも１つ備えた距離検出装置であって、少なくとも１つの光検出器が少なくとも１つのレーザパルスの反射レーザ光を受信し、前記距離検出装置は、評価装置をさらに備え、前記評価装置は、対応するレーザパルスの反射レーザ光を識別し、前記評価装置はさらに、前記反射レーザ光の受信時間と前記対応するレーザパルスの放出時間との間の飛行時間を決定する、距離検出装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザを備えた飛行時間測定用のレーザセンサモジュールを駆動する方法であって、前記方法は、
パルス長が１００ｎｓ未満で、連続レーザ発光と比較した繰り返し率が５％未満のレーザパルスを前記垂直共振器面発光レーザが放出するように、電気エネルギーを前記垂直共振器面発光レーザに供給するステップと、
前記レーザパルスの少なくとも一部が規定の光学的条件下で放出されるように、前記レーザパルスの前記少なくとも一部の前にレーザ光が放出されずに、前記レーザパルスの前記少なくとも一部より少なくとも１００ｎｓ前に、予備電流によって、付加的なエネルギーを前記垂直共振器面発光レーザに供給するステップと、
前記垂直共振器面発光レーザのレーザ開口部全体に滑らかな温度プロファイルが確立されて前記レーザ開口部に熱レンズが形成されるように前記予備電流を適応させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記レーザパルスの放出中に前記垂直共振器面発光レーザで生成された第１の熱エネルギーを決定するステップと、
供給される前記付加的なエネルギーを決定するステップと、
決定された前記付加的なエネルギーに基づいて、予備電流のパルス形状を決定するステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザセンサモジュール、レーザセンサモジュールを備えた距離検出装置、及びレーザセンサモジュールを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間法は、３Ｄ空間において距離を測定する確立された手法である。特に、長い距離の場合、この技術は、ＬＩＤＡＲ（ＲＡＤＡＲと同等）と称することが多い。光の短パルス（１〜１０ｎｓ）又はパルスシーケンス（パルス列）が送出され、反射光が戻るまでの時間が測定される。繰り返し率は、総電力を制限するために比較的低いが、安全関連機能に十分なスキャン／フレームレートを可能にするのに十分なだけ高くする必要がある。スキャン用ミラーとの組み合わせにより、非常に良好な角度分解能を実現可能である。パルス列を用いて、放出パルス列のパターンを受信パルス列のパターンと比較することにより、検出レーザ光の識別を簡素化する。所要の輝度は、特殊な固体又はエッジ発光レーザによってのみ実現可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、改良されたレーザセンサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様によれば、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は拡張垂直共振器面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）及び少なくとも１つの駆動回路を備えた飛行時間測定用のレーザセンサモジュールが提供される。駆動回路は、パルス長が１００ｎｓ未満で、連続レーザ発光と比較したデューティサイクルが５％未満のレーザパルスを垂直共振器面発光レーザ又は拡張垂直共振器面発光レーザが放出するように、電気エネルギーを垂直共振器面発光レーザ又は拡張垂直共振器面発光レーザに供給するように構成されている。駆動回路は、レーザパルスの少なくとも一部が規定の光学的条件下で放出されるように、レーザパルスの少なくとも一部より少なくとも１００ｎｓ前に、付加的なエネルギーを垂直共振器面発光レーザ又は拡張垂直共振器面発光レーザに供給するようにさらに構成されている。
【０００５】
レーザセンサモジュールにより実行可能な飛行時間測定には、高いビーム品質が必要である。レーザ光は、正確な時間に放出される必要がある。駆動回路が供給する電気パルスと各レーザパルスとの間の長い遅延或いは変動する遅延は、回避される必要がある。ジッター等のレーザパルスの変動は、最小化すべきである。また、レーザパルス中の出力は、比較的安定している必要がある。ＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬ（Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬ）は、レーザパルス中に安定モード、好ましくは基本モードで動作する必要がある。ビーム品質は、特定のレーザパルスの反射光の確実な検出を可能とするのに必要である。ビーム品質及び安定したレーザモードの重要性から、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬは、直径が比較的小さい単一モード発光のトップエミッタ又は例えば２０〜５００μｍの広範な直径にわたってほぼ基本モードの発光を強制する拡張共振器を備えたボトム発光Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬとするのが好ましい。レーザパルスは、単一パルス又はパルスシーケンス（パルス列）であってもよく、これを用いて、パルス列のパターンにより放出レーザ光を識別可能である。
【０００６】
５％未満の低デューティサイクル又は１００ｎｓ未満の短いパルス長と組み合わせた５ＭＨｚを下回る繰り返し周波数で動作するＶＣＳＥＬの実験結果は、ＶＣＳＥＬでは確実な飛行時間測定に必要なビーム品質が得られないことを示している。ＶＣＳＥＬを平面ミラー等の外部フィードバック要素と組み合わせて拡張垂直共振器面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）を提供する場合であっても、必要なビーム品質は得られない。外部フィードバックと組み合わせたＶＣＳＥＬは、必ずしも外部フィードバックのフィードバックなしにレーザ光を放出可能ではないことがはっきりしている。公称レーザパルスの前に特定の電流形状を特徴とする駆動回路による付加的なエネルギーを印加することによって、ある物体までの距離の飛行時間測定がレーザパルスの一部により有効となるようにレーザパルスの当該一部内で放出されるレーザ光を改善可能であることを実験によって示すことも可能である。付加的なエネルギーは本質的に、特にレーザパルス開始時のジッターを伴わずに、ＶＣＳＥＬの単一モード動作を有効にするものと思われる。レーザパルスの電力増大は、電気パルスとレーザパルスとの間の遅延が回避されるか又は少なくとも許容レベルまで最小化されるように、駆動回路が供給する電流の形状に追従する。付加的なエネルギーは、光エネルギー、好ましくは電気エネルギーにより与えられるようになっていてもよい。これは、ＶＣＳＥＬの発光路内、特にＶＣＳＥＬのレーザ共振器の近傍において、光エネルギーを供給するミラー等の付加的な技術的手段の損失が高くなり過ぎると考えられるためである。付加的なエネルギーは、ＶＣＳＥＬが放出する各レーザパルス又はレーザパルスの一部のみに先立って供給されるようになっていてもよい。
【０００７】
駆動回路は、１つ又は複数のプロセッサ又はマイクロプロセッサと、少なくとも１つのＶ（Ｅ）ＣＳＥＬとの一体構成又は駆動回路の機能を有する別の装置によってＶ（Ｅ）ＣＳＥＬが電気的に駆動される分散構成で設けられた１つ又は複数のメモリデバイスとを含む任意の回路構成を備えていてもよい。
【０００８】
レーザパルスは、パルス長が１００ｎｓ未満、好ましくは２０ｎｓ未満、より好ましくは１０ｎｓ未満であってもよい。レーザパルスの繰り返し率又は周波数は、５％未満のデューティサイクルに関する条件が満たされるように、パルス長に適応されている（又は、その逆である）。繰り返し周波数は、１ＭＨｚ或いは１００ｋＨｚを下回るのが好ましい。デューティサイクルは、ＶＣＳＥＬの連続波（ｃｗ）動作の１％又は０．２％未満であるのが好ましいと考えられる。
【０００９】
駆動回路は、予備電流を垂直共振器面発光レーザに供給するように構成されており、レーザパルスの上記一部の前には、レーザ光が放出されない。
【００１０】
ＶＣＳＥＬの電極を介して供給される予備電流は、付加的なエネルギーをＶＣＳＥＬに供給して、レーザパルス放出時の安定動作を可能にする。実験的調査によって、特に２０ｎｓ未満の短いレーザパルスの場合、電気パルスの開始とレーザパルスの開始との間に相当な遅延が存在することが示されている。ｎｓ又は数十ｎｓの領域の様々な閾値以下の予備電流又は電流増大方式を用いた実験では、この問題は解決されない。レーザパルスを発生する電気パルスの少なくとも１００ｎｓ前、好ましくは少なくとも０．５μｓ前、最も好ましくは少なくとも１μｓ前に開始となる予備電流は、レーザ安定性の改善及び遅延の抑制を示す。予備電流は、レーザパルスの開始直前にレーザ光が発生せず、検出すべきレーザパルスのレーザ上昇の検出における曖昧性が回避されるように適応される。
【００１１】
予備電流の開始時間及び予備電流において供給されるエネルギーの量は、後続のレーザパルスの遅延及びビーム品質に影響する。このため、予備電流は、十分な適応で供給される場合、垂直共振器面発光レーザのレーザ開口部に熱レンズが形成されるように、レーザ開口部全体に滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配をもたらすものと考えられる。
【００１２】
レーザ開口部は、ボトム及びトップミラー間のＶＣＳＥＬの活性エリアに電荷担体が注入される領域によって規定される。レーザ開口部は、電流閉じ込め用の酸化物開口部又は電流を閉じ込める他の手段（例えば、イオン注入若しくはヘテロ構造並びに／又は電極の形状及び位置）により規定されていてもよい。予備電流は、抵抗損及び発生光子の吸収によって、電流が流れる領域を加熱する。予備電流によって生成された熱は、予備電流の開始後に消える。何マイクロ秒後かの温度プロファイルは、一定の時間にわたって積分された相対損失電力によって決まる。温度プロファイルは、ＶＣＳＥＬの層構造、レーザ開口部のサイズ、各層の厚さ、各層の材料、基板の厚さ、電極構成、及びヒートシンク等の放熱手段に大きく依存する。滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配の提供に必要なエネルギーは、レーザパルスの繰り返し周波数、パルス長、及びパルス高さ、より一般的には、ＶＣＳＥＬの熱履歴に依存する場合もある。レーザパルスを発生する電気パルスによる抵抗損及び光学的損失によって与えられる熱的エネルギーが多くなると、予備電流によって供給する必要があるエネルギーが少なくなる。高い繰り返し率では、２つ目又は３つ目のレーザパルス間隔ごとに予備電流を供給するだけで十分な可能性がある。
【００１３】
熱的シミュレーションと組み合わせた実験により、熱レンズを構成するレーザ開口部全体での滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配は、レーザパルスの上記一部の放出開始時のレーザ開口部の中心とレーザ開口部の周縁との温度差が少なくとも２Ｋ、好ましくは少なくとも５Ｋ、最も好ましくは少なくとも１０Ｋであることを特徴としていてもよいことが示されている。開口部の中心及び周縁は、ＶＣＳＥＬの１つ若しくは複数の層の酸化による電流開口部又は上記のような他の手段によって規定されていてもよい。
【００１４】
予備電流は、２つのレーザパルス間に供給される一定のオフセット又はバイアス電流を含んでいてもよい。オフセット電流は、後続のレーザパルスに先立つレーザ発振を回避するため、レーザ閾値を下回っている必要がある。レーザ閾値は、本出願の全体を通して、後続のレーザパルスで予備電流によりＶ（Ｅ）ＣＳＥＬが最適に準備される場合のレーザ発振の開始に必要な電流として規定される。オフセット電流は、好ましくはレーザ閾値電流の５０％、より好ましくはレーザ閾値電流の３０％、最も好ましくはレーザ閾値電流の２０％を下回る。一定のオフセット電流は、容易に実現することができるが、所要の温度プロファイルを生成するためにより多くのエネルギーを必要とすることもある。一定のオフセット電流は、１％〜５％の比較的高いデューティサイクルにおいて有利であり得、この場合は、滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配を生成するのに必要なエネルギーが少なくてもよく、後続のレーザパルス間の時間がより短い。また、オフセット電流は、例えばレーザの最適動作範囲を下回る環境温度において、より多くのエネルギーの必要性及び関連するより多くの熱損失が不利益と考えられない場合に有利である。この場合は、好ましい温度でのレーザの安定化に余分なエネルギーが役立つ。
【００１５】
別の手法において、予備電流は、２つの後続のレーザパルス間に少なくとも１つの電流予備パルスを含んでいてもよい。電流予備パルスは、２つの後続のレーザパルス間の時間よりも短いパルス長を特徴とする。２つの後続のレーザパルスの第１のレーザパルスと電流予備パルスとの間には、駆動回路がＶＣＳＥＬに電流を供給しない少なくとも１つの間隙が存在する。電流予備パルスのパルス形状は、上述のようなレーザパルス中の安定なレーザ発振を可能にするのに適し得る任意の形状であってもよい。予備電流は、１つ、２つ、３つ以上の電流予備パルス（パルス列）を含んでいてもよい。電流予備パルスは、安定した確実なレーザパルスを可能にするのに必要なエネルギーが最小限に抑えられるように、十分に制御された様態でエネルギーを供給できるという利点を有することができる。ＶＣＳＥＬの層構造、レーザ開口部のサイズ、各層の厚さ、各層の材料、基板の厚さ、電極構成、及びヒートシンク等の放熱手段のように、各ＶＣＳＥＬの物理的な境界条件に対して、電流予備パルスのタイミング、電流予備パルス数、パルス形状、及び長さを適応可能である。また、オフセット電流を電流予備パルスと組み合わせることも可能である。
【００１６】
シミュレーションと組み合わせた実験の結果により、電流開口部全体にわたって滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配が可能となるように、後続のレーザパルスの少なくとも０．１μｓ前には電流予備パルスが開始となっている必要があることが示されている。この比較的短い時間は、レーザ開口部が小さく、活性エリア又はゾーンがサブマウントとしての伝熱構造体に近い状況にも当てはまり得る。この場合、活性エリアとサブマウントとの間の距離は、局所的な温度上昇が急速に収まるように、５μｍの範囲であってもよい。さらには、熱損失によっても詳細が決まる。例えば、損失が既にガウス形状に追従している場合は、滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配ひいては熱レンズをより早く確立可能である。他の状況においては、後続のレーザパルスの０．５μｓ、２μｓ、或いは１０μｓ前に電流予備パルスを開始するのが好都合であり得る。
【００１７】
駆動回路は、電流予備パルスと、ピーク電流が垂直共振器面発光レーザのレーザ閾値電流の５０％未満である電流予備パルスが垂直共振器面発光レーザに供給された後に放出されるレーザパルスとの間に、少なくとも１０ｎｓ、より好ましくは少なくとも５０ｎｓの時間ギャップを与えるようにさらに適応されてもよい。予備パルスが供給する電気エネルギーは、この時間ギャップ中に少なくなる。この時間ギャップ中は、駆動回路が電流をＶＣＳＥＬに供給しない方が好ましい場合もある。この時間ギャップは、ＶＣＳＥＬに電流が供給されない１００ｎｓ以上の時間を含んでもよい。特に、電流予備パルスにより温度プロファイルの差が大きい場合、この時間ギャップは、レーザ開口部全体で滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配を得て熱レンズを形成するのに好都合であり得る。
【００１８】
電流予備パルスは、垂直共振器面発光レーザのレーザ閾値電流よりも低い最大電流振幅を有していてもよい。この場合、電流予備パルスの長さと無関係にレーザ光が放出されることはない。
【００１９】
或いは、熱レンズが既に最適に構築されている場合、電流予備パルスは、垂直共振器面発光レーザのレーザ閾値電流よりも高い最大電流振幅を有していてもよい。実験結果により、ＶＣＳＥＬをレーザ発振させることなく、短くて比較的高い電流パルスを供給可能であることが示されている。特別な場合においては、予備パルスがレーザパルスに類似するものの、熱的調節の欠落により、如何なるレーザ動作も許可しないようにすることも可能である。垂直共振器面発光レーザのレーザ閾値電流よりも高い最大電流振幅を有する電流予備パルスによれば、短時間に多くのエネルギーを供給可能であり、規定の光学的条件下でのレーザ発振を可能にするのに要するエネルギーを最小限に抑えるのに役立ち得る。
【００２０】
垂直共振器面発光レーザは、少なくとも１つの熱管理構造体を備えていてもよい。熱管理構造体は、２つの後続レーザパルス間で、垂直共振器面発光レーザのレーザ開口部全体に滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配を確立するのに対応するように構成されていてもよい。ＶＣＳＥＬ、特に高出力ＶＣＳＥＬの場合は、熱伝導性を最大化するように、ＤＢＲ及びすべての組み立て材料の組成のほか、金属コンタクトの形状を選定するのが理想的である。短パルス且つ比較的低いデューティサイクルでの動作の場合は、予備電流によって供給する必要がある最小電力で所望の温度プロファイルを生成するため、理想的な熱除去に対する要求が犠牲になり得ることが分かっている。これは、装置の設計において、二元ではなく三元のＡｌＧａＡｓ組成を使用可能であり、より厚い層が有利となる可能性があり、熱レンズの構築のため、最小限の熱で実現される規定の温度プロファイルという目標に向けて装置の形状を設計可能であることを意味する。基板の厚さは、ボトムエミッタの場合に熱レンズがこのボリューム中で構築されるため、特に重要となり得る。すなわち、一般法則「薄いほど良い」は有効ではなく、吸収、パルス長、及び繰り返し率のほか、レーザ共振器の所望の特性すなわち熱レンズの強度に基づいて、基板の理想的な厚さを選定する必要がある。
【００２１】
特に、通常のように自立した露出メサの形状でＶＣＳＥＬを処理するのではなく、開口部の周縁からのより良好な伝熱を可能とするのが好都合となり得る。温度プロファイルは、レーザ開口部の中心での熱堆積及びレーザ開口部の縁部又は周縁付近での良好な熱除去によって確立されるためである。レーザ開口部の縁部での局所的な熱除去は、例えば「ホールエッチング」又は例えば周囲の金属層に対するメサ側面の良好な熱的接触によって大きくなる可能性がある。電気的接触の直径を開口部よりも小さくするのが好都合と考えられるが、開口部と同じサイズ或いは開口部よりも大きな熱的接触を有するのが役立つ場合もある。これは、例えば中心部の電気的接触だけが良好な大型の金属コンタクトをＧａＡｓ表面上に作製することによって実現してもよい。通常のＶＣＳＥＬ設計においては、このような金属との良好な接触を可能にするために、最後のＧａＡｓ層が高濃度にドープされる。導電性を中心のみで良好とする一方、伝熱性を大きな接触全体で良好とする実際の手段は、（非常に薄い、すなわち、２０〜８０ｎｍの）高濃度ドープＧａＡｓ層の外側部をエッチング除去することであってもよい。
【００２２】
垂直共振器面発光レーザは、光学的フィードバック要素を備えた拡張垂直共振器面発光レーザであってもよい。光学的フィードバック要素は、例えば平面ミラー又は曲面ミラーであってもよい。レーザ光をレーザ共振器に集める曲面ミラーには、レーザ共振器に対する精密な位置合わせが必要となり得るという不利益が考えられる。
【００２３】
レーザセンサモジュールは、垂直共振器面発光レーザのアレイを備えていてもよい。この場合、駆動回路は、アレイの垂直共振器面発光レーザの少なくとも一部に予備電流を供給するように構成されていてもよく、異なる予備電流がアレイの少なくとも第１及び第２の垂直共振器面発光レーザに供給されるように、予備電流が供給されるアレイ内の垂直共振器面発光レーザの相対位置に合わせて予備電流が適応されていてもよい。予備電流は、オフセット電流であってもよいし、電流予備パルスであってもよい。後述の通り、異なる予備電流は、特に、アレイの縁部又は周縁に位置決めされたＶＣＳＥＬ及びアレイ内に位置決めされたＶＣＳＥＬに対して有用となり得る。
【００２４】
或いは、レーザセンサは、垂直共振器面発光レーザのアレイを備えていてもよく、駆動回路が、アレイの垂直共振器面発光レーザの少なくとも一部に電流予備パルスを供給するように構成され、電流予備パルスが、レーザパルスを同時に放出するように駆動回路により制御される垂直共振器面発光レーザが所定の時間内にレーザ発振を開始するように適応されており、この所定の時間は、レーザパルスを同時に放出するように制御される隣接した垂直共振器面発光レーザ間の熱クロストークに関連する。
【００２５】
アレイの設計は、レーザ光を放出する条件に対して重大な影響を及ぼし得る。アレイにおいて、最も近い隣接ＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬがごく近接することにより、温度プロファイルの勾配が抑えられる。３次元環境において、飛行時間測定用の単一の光源としてＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬアレイを適用する場合（ＬＩＤＡＲ）は、熱レンズが（例えば、アレイの縁部において）より大きな温度プロファイルにより支えられていることから、一部のＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬがそれ以外よりも早くレーザ発振を開始するかどうかが特に重要となる。開口部全体で滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配を確立するのに十分な長さである一方、特に隣接メサ間の熱クロストークを最小限に抑えるのに十分短い（且つ、時間的にあまり分離していない）持続時間を有する電流予備パルスを適応させるのが好都合であり得る。この「調整」は、電流予備パルスによってのみ実現可能である。これは、任意のオフセット電流又は履歴による残留熱が、結果として、アレイの縁部における熱レンズに都合が良い長時間の拡散平衡をもたらすためである。
【００２６】
別の態様によれば、改良された距離検出装置が提供される。距離検出装置は、上述のような少なくとも１つのレーザセンサモジュール及び少なくとも１つの光検出器を備える。光検出器は、少なくとも１つのレーザパルスの反射レーザ光を受信するように構成されている。距離検出装置は、評価装置をさらに備える。評価装置は、対応するレーザパルスの反射レーザ光を識別するように構成されている。評価装置は、反射レーザ光の受信時間と対応するレーザパルスの放出時間との間の飛行時間を決定するようにさらに構成されている。
【００２７】
距離検出装置は、例えばレンズ、ミラー、又は１つ若しくは複数のスキャン用ユニット（例えば、ＭＥＭＳミラーアレイ）等、レーザパルスを意図する対象領域へと向かわせるように構成された光学的手段をさらに備えていてもよい。レーザセンサモジュールは、単一のＶＣＳＥＬ若しくはＶＥＣＳＥＬ、例えばファン状のレーザパルスを放出する直線アレイ、又は２次元アレイを備えていてもよい。
【００２８】
別の態様によれば、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザを備えた飛行時間測定用のレーザセンサモジュールを駆動する改良された方法が提供される。この方法は、
パルス長が１００ｎｓ未満で、連続レーザ発光と比較した繰り返し率が５％未満のレーザパルスを垂直共振器面発光レーザが放出するように、電気エネルギーを垂直共振器面発光レーザに供給するステップと、
レーザパルスの少なくとも一部が規定の光学的条件下で放出されるように、予備電流によって、付加的なエネルギーを垂直共振器面発光レーザに供給するステップと、
垂直共振器面発光レーザのレーザ開口部全体に滑らかな温度プロファイルが確立され、レーザ開口部に熱レンズが形成され、レーザパルスの一部において放出されたレーザ光が駆動回路による電流形状によって特徴付けられ、ある物体までの距離の飛行時間測定がレーザパルスの一部により有効となるように、予備電流を適応させるステップと、
を含む。
【００２９】
この方法は、
レーザパルスの放出時に垂直共振器面発光レーザで生成された第１の熱エネルギーを決定するステップと、
供給する付加的なエネルギーを決定するステップと、
決定した付加的なエネルギーに基づいて、予備電流のパルス形状を決定するステップと、
をさらに含んでいてもよい。
【００３０】
付加的なエネルギーは、第１の熱エネルギー及び繰り返し率に応じて予備電流後に放出されるレーザパルスの放出時点の規定の光学的条件を有効化するのに必要な熱エネルギーである。付加的なエネルギーはさらに、環境温度等の環境条件、各ＶＣＳＥＬを冷却するように構成されたヒートシンクのヒートシンク温度、又はアレイ中のＶＣＳＥＬ若しくはＶＥＣＳＥＬの位置等の関連し得る付加的なパラメータに基づいて決定されてもよい。
【００３１】
付加的なエネルギーひいては予備電流は、自動車への適用に関して特に重要となる広範なヒートシンク温度（すなわち、環境温度）を補償するために用いられる。この場合、ＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬは、高温（例えば、８０℃）の領域における動作に対して最適に設計されるべきである。１つ又は複数の温度を検出する手段は、例えばドライバに接続された熱電対又はＶＣＳＥＬ若しくはＶＥＣＳＥＬの直列電気抵抗の解析によるものであってもよい。環境温度が低い場合、予備電流は、上述のように滑らかな温度プロファイルを有効化することのほか、ＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬアセンブリの全体温度を高くするように適応されてもよい。このため、より長い時間スケールでより多くの熱の供給する必要がある。この長い時間スケールは、ＶＥＣＳＥＬ構造全体の伝熱を可能とするのに十分でなければならない（すなわち、＞＞１〜１０μｓ）。さらに、予備電流のパルス形状は、より複雑であってもよい。例えば、電流振幅が相対的に低いオフセット電流によって、全体が加熱されるようになっていてもよい。熱レンズの熱は、上述のような比較的短い電流予備パルスにより供給されるようになっていてもよい。
【００３２】
請求項１乃至１２に係るレーザセンサモジュール及び請求項１４及び１５に係る方法は、特に従属請求項に規定されているように、同様及び／又は同一の実施形態を有することが了解されるものとする。
【００３３】
別の態様によれば、コンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、請求項１乃至１２のいずれか一項に係るレーザセンサモジュールの駆動回路の少なくとも１つのメモリデバイス（ＲＡＭ等）に保存可能なコード手段を備えており、当該コード手段は、駆動回路のプロセッサ又はマイクロプロセッサ等の１つ又は複数の処理装置によって、請求項１４又は１５に係る方法が実行可能となるように構成されている。
【００３４】
本発明の好適な実施形態としては、従属請求項の各独立請求項との任意の組み合わせも可能であることを了解されたい。
【００３５】
その他の有利な実施形態については、以下に規定する。
【００３６】
本発明の上記及び他の態様については、後述の実施形態から明らかとなり、その参照によって解明されることになる。
【００３７】
以下、添付の図面を参照した実施形態に基づき、一例として、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】レーザセンサモジュールの第１の実施形態の主要図である。
【図２】ＶＣＳＥＬの層構造の主要図である。
【図３】レーザセンサモジュールの第２の実施形態の主要図である。
【図４】距離検出装置の第１の実施形態の主要図である。
【図５】パルス方式の第１の実施形態の主要図である。
【図６】パルス方式の第２の実施形態の主要図である。
【図７】パルス方式の第３の実施形態の主要図である。
【図８】距離検出装置の第２の実施形態の主要図である。
【図９】レーザセンサモジュールを駆動する方法の一実施形態の主要図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図面の全体を通して、同じ番号は同じ物体を表す。図面中の物体は、必ずしも一定の縮尺で描画していない。
【００４０】
以下、図面によって、本発明の種々実施形態を説明する。
【００４１】
図１は、レーザセンサモジュールの第１の実施形態の主要図である。レーザセンサモジュールは、ＶＣＳＥＬ１００と、ＶＣＳＥＬ１００を電気的に駆動する駆動回路１２０とを備える。駆動回路１２０は、ＶＣＳＥＬ１００に対して電気的に接続され、規定通りに電力をＶＣＳＥＬ１００に供給する。駆動回路１２０は、その動作のためのデータ及び命令を格納するメモリデバイスと、データ及び命令を実行して当該駆動回路１２０を動作させる処理ユニットとを備える。駆動回路１２０は、外部装置に対するデータの提供及び受信を行うデータインターフェースを備える。外部装置は、放出レーザ光１１５に関する情報又はＶＣＳＥＬを駆動する制御パラメータを受信する評価ユニットであってもよい。外部装置は、ＶＣＳＥＬを駆動する制御パラメータの適応に使用可能な環境温度に関する情報を提供する熱電対等のセンサであってもよい。駆動回路１２０は、例えば抵抗測定によって動作中のＶＣＳＥＬの温度を決定することにより、ＶＣＳＥＬの状態を決定するようにさらに構成されてもよい。駆動回路１２０は、関連し得る任意の情報の測定、受信、及び解析を行うことにより、動作前又は動作中のＶＣＳＥＬの状態に関して、ＶＣＳＥＬ１００を動作させる駆動又はパルス方式を決定するようにさらに構成されてもよい。
【００４２】
図２は、ＶＣＳＥＬ１００の層構造の主要図である。放出レーザ光１１５は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板が考えられる基板１０５を介して放出される。したがって、ＶＣＳＥＬ１００は、いわゆるボトムエミッタである。ＶＣＳＥＬは、第１の電極１０１と、第１の電極１０１と機械的に結合された第１の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１０２とを備える。ＶＣＳＥＬは、第１のＤＢＲ１０２と第２のＤＢＲ１０４との間に配置された半導体層構成である活性層１０３をさらに備える。第１のＤＢＲ１０２、活性エリア１０３、及び第２のＤＢＲは、レーザ光が発生されるＶＣＳＥＬ１００のレーザ共振器を規定する。第２のＤＢＲ１０４は、ＶＣＳＥＬの基板１０５に対して機械的に結合されている。基板１０５の上面には、リング形状の第２の電極１０６が機械的に結合されている。また、リング形状の第２の電極１０６の代わりに、レーザ光が放出される孔が設けられた電極層を設けることも可能である。第１の電極１０１と第１のＤＢＲ１０２との間、第１のＤＢＲ１０２と活性エリア１０３との間、活性エリア１０３と第２のＤＢＲ１０４との間、第２のＤＢＲ１０４と基板との間、基板１０５と第２の電極１０６との間には、図示しない別の層が存在してもよい。このような層は、好ましくは活性エリア１０３の近くに設けられて電流を閉じ込め可能な１つ又は複数の酸化物開口部であってもよい。酸化物開口部は、例えば円形であって、酸化物開口部の直径がＶＣＳＥＬのレーザ開口部を規定してもよい。第１の電極１０１から第２の電極１０６への電流の抵抗損のほか、放出光による光学的損失は、電流が流れるとともにレーザ光が放出されるボリュームを直接加熱する。ＶＣＳＥＬの周囲のボリュームは、放熱によって間接的に加熱される。損失及び放熱による熱は、しばらく経った後、レーザ開口部の中央又は中心での温度が最高であり、レーザ開口部の周縁での温度がいく分低いレーザ開口部全体にわたる滑らかな温度プロファイル、より厳密には、滑らかな半径方向温度勾配となる。この温度プロファイルによって、材料中の屈折率が変動するため、熱レンズ１４０が構築される。熱レンズの概念の背景を含むＶＣＳＥＬ及びＶＥＣＳＥＬの基本的説明並びに設計上の選択については、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｉｓｋ  Ｌａｓｅｒｓ」（ｅｄ．Ｏ．Ｏｈｋｏｔｎｉｋｏｖ、Ｗｉｌｅｙ  ２０１０）の第７章に見られるため、これを援用する。熱レンズ１４０の主要な部分は、ボトムエミッタＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬ（Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬ）の基板１０５に位置付けられる。トップエミッタＶ（Ｅ）ＣＳＥＬの場合、熱レンズは、第１のＤＢＲ１０２と第１の電極１０１との間の中間層と第１のＤＢＲ１０２とに位置付けられることになる。熱レンズ１４０は、安定した共振器の規定ひいては正確な飛行時間測定を可能にする安定したレーザモードの選択に必須と考えられる。温度変化によってレンズひいては共振器が変化すると、ＶＣＳＥＬが放出する放出レーザ光１１５の識別がより困難となる。熱レンズ１４０がフィードバック要素１３０（図３参照）により与えられる光学的フィードバックに影響を及ぼす、ひいてはＶＥＣＳＥＬがレーザ発振を開始する時点に影響を及ぼすＶＥＣＳＥＬの場合、事態はさらに悪化する。
【００４３】
図３は、レーザセンサモジュールの第２の実施形態の主要図である。レーザセンサモジュールは、ＶＣＳＥＬ１００と、反射率が９５％前後の平面ミラーが考えられるフィードバック要素１３０と、ＶＣＳＥＬ１００を電気的に駆動する駆動回路１２０とを備える。ＶＣＳＥＬ１００及び平面ミラーがＶＥＣＳＥＬを構成しており、レーザ共振器及び平面ミラーが拡張共振器を構成している。第２のＤＢＲ１０４の反射率は、平面ミラーが与えるフィードバックなしでレーザ発振が起こることのないように設計されている。レーザ発振に必要な平面ミラーの反射率は、第２のＤＢＲの反射率によって決まり、幅広く変更可能である。ＶＥＣＳＥＬは主に、高出力用途に用いられる。駆動回路１２０の機能性は、図１に示す第１の実施形態に関して論じたものと同じである。
【００４４】
図４は、距離検出装置の第１の実施形態の主要図である。距離検出装置は、図３に関して論じた第２の実施形態と同様のレーザセンサモジュールを備える。距離検出装置は、光検出器１５０及び評価装置１６０をさらに備える。この場合、光検出器１５０は、フォトダイオードであるが、ＶＥＣＳＥＬが放出するレーザ光の検出に利用可能な任意の好適な半導体装置であってもよい。光検出器は、レーザが放出する光子に対して可能な限り反応し、測定時間が短いものとする。好ましい技術としては、例えばアバランシェフォトダイオード或いはいわゆるＳＰＡＤ（単一光子アバランシェダイオード）のほか、これらのアレイが挙げられる。評価装置１６０は、メモリチップ等の少なくとも１つのメモリデバイスと、マイクロプロセッサ等の少なくとも１つの処理装置とを備える。処理装置は、駆動回路１２０及び任意選択としてＶＣＳＥＬ１００からデータを受信して、パルス長３５６（例えば、図５参照）が５ｎｓのレーザパルス３４５（例えば、図５参照）の形態で放出レーザ光１１５が拡張共振器を出る時間ｔ１を決定するように構成されている。さらに、評価装置１６０は、この時間ｔ１及び駆動回路１２０が与える繰り返し率に基づいて、フォトダイオードが検出した反射レーザ光１１７が時間ｔ１に放出されたレーザパルスに由来するかを判定する。反射レーザ光１１７がレーザパルスに由来する場合は時間ｔ２が記録され、飛行時間Δｔ＝ｔ２−ｔ１及びレーザパルスの速度ｃによって、レーザパルスを反射した物体までの距離が計算される。物体までの距離の正確な計算を可能にするために、光の速度を考慮して、ｔ１及びｔ２の決定は、非常に正確を期す必要がある。正確なｔ１の決定を可能にするために、レーザパルスをもたらす電流パルス間の遅延、特に変動する遅延を回避する必要があるとともに、正確なｔ２の決定を可能にするために、レーザパルスを明確に規定する必要がある。別の実施形態においては、パルス列すなわち長さ及び／又はオフ時間が異なる複数のレーザパルスを使用可能である。
【００４５】
図５は、パルス方式の第１の実施形態の主要図である。パルス方式は、一定の縮尺で描画していない。パルス方式には、２つのレーザパルス３４５間のすべての時間において、予備電流３３５が供給されるＶ（Ｅ）ＣＳＥＬのレーザ閾値電流３５０を下回る振幅の電流が供給されるように、パルス長３５２の予備電流３３５を含む。レーザ閾値は、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬの設計に大きく依存する。予備電流３３５は、レーザパルス３４５間のオフセット又はバイアス電流として供給されるため、レーザ閾値を下回ってレーザ発振を回避する必要がある。レーザパルス３４５のパルス長３５６は、２０ｎｓであり、１０μｓの周期（１００ｋＨｚの繰り返し周波数）で供給される。なお、レーザパルス３４５をもたらす電流パルス及びレーザパルス３４５は、図５の考察並びに図６及び図７の考察において、類似のものとして使用する。実際には、両者間にわずかな差異があるため、本発明はこれらの差異を最小化或いは回避することを目的とする。予備電流３３５は、各レーザパルス３４５の開始時に熱レンズ１４０が形成されるように適応されている。
【００４６】
予備パルスの効果は、以下のように概説可能である。空間及び時間の関数としての温度分布は、伝熱の微分方程式の解に従う。１次元解は、以下のように記述可能である。
【数１】
2018505548.tif 000003
これは本質的に、空間中のガウス分布であり、σ２＝２・ａ・ｔとなる。定数
【数２】
2018505548.tif 000004
は、媒体の温度伝導度と呼ばれ、熱伝導率λを比重及び熱容量で除したものに等しい。ＧａＡｓの場合、ａ＝２．４Ｅ−５ｍ２／ｓである。
【００４７】
これは、ＧａＡｓ中のおよそ１０μｍの温度分布の移動に１μｓ要することを意味する。Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬの半径を５０μｍ〜１００μｍとし、ＧａＡｓ基板の厚さも同じような値とすると、以下のような結論付けが可能である。
・  例えば１０ｎｓ〜１００ｎｓのパルス長は、温度の伝導と比較して短い。すなわち、パルス中に堆積した熱によって、ｔ＝０の温度分布が規定される。
・  レーザ開口部の直径にわたって、中心が最大の滑らかな温度分布を確立するには、およそ１０μｓ必要である（厳密に言えば、１０μｓ後のσはおよそ２０μｍに過ぎないが、例えばｔ＝０における最も高い温度分布からいくらか滑らかにするには、これで問題ない）。
・  同様の時間スケールにおいて、このような温度分布が基板のより近い部分で同様に確立されている。効果的な熱レンズ１４０は、すべての材料のレーザビームに沿った積分に関連する。中心の温度が高いのは、中心の屈折率が高いことに対応している。
・  時間の経過に伴い、このように滑らかな温度分布及び熱レンズ１４０が基板のより深くでも同様に確立される（ただし、絶対温度の差すなわちレンズは明らかに弱くなる）。この大きなボリュームは、温度差の低減による補償を超える可能性がある。伝熱が３次元であることから、差異は急速に小さくなる（ｎ次元の場合、上記式の平方根は、指数ｎ／２で置き換えられる）。したがって、熱レンズ１４０は、１μｓ〜１０μｓ後に最大となり、その後、平均に達するものと予想される。
・  Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬのメサが活性エリア１０３から通常５μｍの距離のサブマウントにはんだ付けされていることから、サブマウントの基板への熱損失によって、パルスの１μｓ後から始まるすべての温度は大幅に低下する（サブマウントにおける熱及び温度の伝導は、ＧａＡｓよりも高い）。これによっても、数μｓ後に熱レンズの効果がその最大を通り越していることが顕著である。
・  およそ１００μｓ後には、熱レンズの効果が小さくなるものと予想される。
【００４８】
熱損失ひいてはＴ（ｘ，ｔ＝０）によっても詳細が決まる。例えば、損失が既にガウス形状に追従している場合、熱レンズ１４０は、早期に確立可能であり、およそ１μｓで最大に達する。さらに、レーザ開口部の直径５０μｍ〜１００μｍは、１００ｎｓ又は数百ナノ秒でも熱レンズが構築可能となるように、より小さくてもよい。
【００４９】
図５に関して論じたパルス形状に戻ると、これは、レーザパルス３４５が供給する熱エネルギーが後続のレーザパルスにおける熱レンズ１４０の形成に大きく寄与することを意味する。２つの連続するパルス間で時間＞１〜１０μｓの場合、この寄与は不十分である。これは、熱エネルギーは既に大きなボリュームに広がっており、付加的な熱エネルギーが必要だからである。この付加的なエネルギーは、予備電流３３５のオフセット電流によって、レーザ開口部内で局所的に供給される。
【００５０】
図６は、パルス方式の第２の実施形態の主要図である。パルス方式は、一定の縮尺で描画していない。パルス方式には、２つのレーザパルス３４５間の時間よりも短いパルス長３５２を持つ電流予備パルスとして供給される予備電流３３５を含む。Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬに電流が供給されない、後続のレーザパルスに先立つ時間ギャップ３５４、及び、レーザパルス３４５の後の時間が存在する。電流予備パルスは、予備電流３３５が供給されるＶ（Ｅ）ＣＳＥＬのレーザ閾値電流３５０の９５％の電流振幅（電圧３ボルトで電流１アンペア）を有する。レーザパルス３４５のパルス長３５６は、２ｎｓであり、２０μｓの周期（５０ｋＨｚの繰り返し周波数）で供給される。電流予備パルスのパルス長３５２は３μｓであり、時間ギャップは５０ｎｓである。電流予備パルスによって供給される総熱エネルギーは、９μＪであり、例えば直径が２１０μｍでレーザ開口部が１５０μｍ前後のＶ（Ｅ）ＣＳＥＬの分離したメサを６０ケルビン前後加熱するのに十分である。電流予備パルスの長さ及びタイミングは、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬの物理的構造並びにレーザパルス３４５の長さ及び繰り返し率に合わせて適応されている。
【００５１】
レーザパルスの電流振幅の通常の範囲は、１Ａ〜３０Ａ、好ましくは３Ａ〜２０Ａである。予備電流の電流振幅の通常の範囲は、０．０１Ａ〜５Ａ、好ましくは０．１Ａ〜２Ａである。レーザパルスの電流振幅と予備電流の電流振幅との比は、２より大きく、好ましくは５より大きいものとする。レーザパルス３４５のパルス長３５２は、１ｎｓ〜１００ｎｓ、好ましくは２ｎｓ〜１０ｎｓである。予備電流３３５のパルス長３５６は、１０ｎｓ〜１００００ｎｓ、好ましくは１００ｎｓ〜５０００ｎｓである。時間ギャップ３５５は、０ｎｓ〜１０００ｎｓである。レーザパルス間の時間は、好ましくは１μｓ〜２０μｓ、より好ましくは２μｓ〜１０μｓである。直径が比較的大きい（＞１００μｍ）ＶＥＣＳＥＬの場合、熱レンズの形成に必要な熱エネルギーは、好ましくは＞１μＪ、より好ましくは＞３μＪである。
【００５２】
図７は、ＶＥＣＳＥＬに供給されるパルス方式の第３の実施形態の主要図である。予備電流３３５は、電流振幅がレーザ閾値をわずかに上回る複雑な電流予備パルスとして供給される。レーザ閾値を上回る時間は、熱レンズ１４０を確立する時間がないほどの短さである。したがって、この時間には、ＶＥＣＳＥＬのレーザ発振が回避される。
【００５３】
図８は、距離検出装置の第２の実施形態の主要図である。この距離検出装置の一般構成は、図４に関して論じた距離検出装置の構成に類似している。距離検出装置は、上記と同様に動作する駆動回路１２０及び評価装置１６０を備える。駆動回路１２０及び評価装置１６０は、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬ１００及び光検出器１５０の２次元アレイが配置された搭載構造２００に組み込まれている。Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬは、ミラー２１０及びスキャン用ミラー２２０を介して放出レーザ光１１５を与える。反射レーザ光は、スキャン用ミラー２２０及びミラー２１０を介して、光検出器１５０により受信される。スキャン用ミラー２２０は、ＭＥＭＳミラーであり、異なるＶ（Ｅ）ＣＳＥＬの放出レーザ光１１５の異なる領域への放出によって、自動車等の車両に搭載可能な距離検出装置の環境における物体までの距離に関する３Ｄ情報を提供可能である。駆動回路１２０は、単一のＶ（Ｅ）ＣＳＥＬの相対位置（例えば、アレイ２００の中心又は縁部）に適応した予備電流３３５をＶ（Ｅ）ＣＳＥＬに供給する。予備電流３３５又は電流予備パルスは、駆動回路１２０によって、レーザパルス３４５を同時に放出するように制御されるアレイ２００のＶ（Ｅ）ＣＳＥＬが所定の時間内にレーザ発振を開始するように、さらに適応されている。この所定の時間は、レーザパルスを同時に放出するように制御される隣接Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬ間の熱クロストークに関連する。電流予備パルスは、レーザ開口部全体で滑らかな温度勾配を確立するのに十分な長さである一方、特にＶ（Ｅ）ＣＳＥＬの隣接メサ間の熱クロストークを最小限に抑えるのに十分短い（且つ、時間的に分離していない）持続時間で適応している。
【００５４】
図９は、レーザセンサモジュールを駆動する方法の一実施形態の主要図である。ステップ４１０においては、パルス長が１００ｎｓ未満、連続レーザ発光と比較した繰り返し率が５％未満のレーザパルスを垂直共振器面発光レーザが放出するように、電気エネルギーを垂直共振器面発光レーザに供給する。ステップ４２０においては、レーザパルスの少なくとも一部が規定の光学的条件下で放出されるように、レーザパルスの当該少なくとも一部より少なくとも１００ｎｓ前に、付加的なエネルギーを垂直共振器面発光レーザに供給する。
【００５５】
本発明は、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬ１００又はＶ（Ｅ）ＣＳＥＬアレイ２００によって、確実な飛行時間距離測定を可能にすることを目的とする。付加的なエネルギーによって、レーザ開口部の近くに熱レンズ１４０が与えられる。付加的なエネルギーは、好ましくは各レーザパルス３４５に先立ってＶ（Ｅ）ＣＳＥＬに印加される電流予備パルス３３５によって供給されるのが好ましい。電流予備パルスは、Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬによってレーザ光が放出されることのないように構成されているのが好ましい。Ｖ（Ｅ）ＣＳＥＬは、レーザパルス３４５の放出時間及びパルス形状が明確に規定されるように、規定の光学的条件下でレーザパルス３４５を放出することができる。レーザパルス３４５の放出時間及びパルス形状が明確に規定されると、各レーザパルス３４５の放出に対応した反射レーザ光１１７を確実に検出することができる。
【００５６】
以上、図面及び上記説明において、本発明を詳しく図示及び記載したが、このような図示及び記載は、一例又は例示に過ぎず、限定的なものではないと考えるべきである。
【００５７】
本開示を読めば、当業者には、他の改良が明らかであろう。このような改良には、当技術分野において既知であり、本明細書に記載の特徴の代替又は追加として使用可能な他の特徴を含んでいてもよい。
【００５８】
当業者であれば、図面、開示内容、及び添付の特許請求の範囲の検討によって、開示の実施形態の変形例を理解・実現可能である。特許請求の範囲において、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数の要素又はステップを除外するものではない。相互に異なる従属請求項に特定の手段が列挙されているという事実だけでは、これら手段の組み合わせを都合良く使用できない、ということにならない。
【００５９】
特許請求の範囲における如何なる参照記号も、その範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【図１】
2018505548.tif 000005
【図２】
2018505548.tif 000006
【図３】
2018505548.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018505548.tif 000010
【図７】
2018505548.tif 000011
【図８】
2018505548.tif 000012
【図９】
2018505548.tif 000013
【国際調査報告】
2018505548.tif 000014
2018505548.tif 000015
2018505548.tif 000016