(57)【要約】【課題】発光部を駆動する高電圧を高速に変化させることが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】発光部の駆動装置は、第１の電圧を発生可能な第１生成部と、充電期間に関連する充電情報と、放電を開始するタイミングを示す放電情報とを取得する取得部と、充電情報に基づいて、第１の電圧により第１の電圧よりも低い第２の電圧まで充電され、放電情報に基づいて、発光部に対して第２の電圧を供給するキャパシタと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧を発生可能な第１生成部と、
充電期間に関連する充電情報と、放電を開始するタイミングを示す放電情報とを取得する取得部と、
前記充電情報に基づいて、前記第１生成部により前記第１の電圧よりも低い第２の電圧まで充電され、前記放電情報に基づいて、発光部に対して前記第２の電圧により充電された電荷を供給するキャパシタと、を備える発光部の駆動装置。
【請求項２】
前記発光部の目標出力パワーに応じて前記充電情報を変化させる第２生成部を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光部の駆動装置。
【請求項３】
前記発光部に供給されるべき電圧情報と、前記キャパシタの容量と、前記第１の電圧とに基づいて、前記充電情報を生成する第３生成部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光部の駆動装置。
【請求項４】
前記第１生成部はチャージポンプ回路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光部の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザの出力を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両から対象物までの距離を測定するレーザレーダ装置が知られている。特許文献１は、レーザレーダ装置の電源回路を開示している。具体的に、特許文献１では、まず直流電源からインダクタに電流を供給し、その後インダクタに蓄積された磁気エネルギーにてコンデンサを充電する。コンデンサが予め定められた電圧値（ＶＲ：回路の抵抗値Ｒ７，Ｒ８で決まる設計値：段落００９４参照）まで充電された後にインダクタを直流電源から切り離したのち、コンデンサを放電してＬＤに電流を供給する。コンデンサが放電し切るとＬＤに流れる電流が０になるため、ＬＤにはパルス状の電流が流れ、その結果ＬＤからはパルス状のレーザ光が出射される（段落００１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３９２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のライダ（ＬｉＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）においては、レーザダイオード（ＬＤ）の出力を、例えば周囲の環境等によって変化させたいケースが存在する。しかし、特許文献１では、ＬＤの出力値は、回路定数によって決定される、予め定められた設計値に固定されているため、上記のようなケースにおいて、周囲環境に応じてＬＤの出力を変更することができない。
【０００５】
また、ＬＤの出力を変化させる場合に、大本の電源電圧を変化させることも考えられるが、ライダのような高電圧が必要となる電源の電圧を高速に変化させるのは設計に困難を伴う。
【０００６】
本発明の解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、発光部を駆動する高電圧を高速に変化させることが可能な駆動装置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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、発光部の駆動装置であって、第１の電圧を発生可能な第１生成部と、充電期間に関連する充電情報と、放電を開始するタイミングを示す放電情報とを取得する取得部と、前記充電情報に基づいて、前記第１生成部により前記第１の電圧よりも低い第２の電圧まで充電され、前記放電情報に基づいて、発光部に対して前記第２の電圧により充電された電荷を供給するキャパシタと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例に係るライダの送受信部の構成を示すブロック図である。
【図２】トランスミッタの構成を示す。
【図３】レーザダイオードの駆動波形を示す。
【図４】レーザダイオードＬＤの出力パワーを変化させた場合の駆動波形を示す。
【図５】高圧生成回路及びトランスミッタの回路構成例を示す。
【図６】図５に示す回路の駆動波形を示す。
【図７】充電期間と充電電圧との関係を示すグラフである。
【図８】充電期間と、出力電圧及びピーク電圧との関係を示すグラフである。
【図９】図５に示す回路の変形例における駆動波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の好適な実施形態では、発光部の駆動装置は、第１の電圧を発生可能な第１生成部と、充電期間に関連する充電情報と、放電を開始するタイミングを示す放電情報とを取得する取得部と、前記充電情報に基づいて、前記第１生成部により前記第１の電圧よりも低い第２の電圧まで充電され、前記放電情報に基づいて、発光部に対して前記第２の電圧により充電された電荷を供給するキャパシタと、を備える。
【００１０】
上記の発光部の駆動装置は、第１生成部から電荷が供給されるとともに、充電情報と放電情報とが入力される。駆動装置のキャパシタは、充電情報に基づいて第２の電圧まで充電され、放電情報に基づいて充電された電荷を発光部に供給する。これにより、発光部が駆動される。
【００１１】
上記の発光部の駆動装置の一態様は、前記発光部の目標出力パワーに応じて前記充電情報を変化させる第２生成部を備える。これにより、目標出力パワーに応じたパワーで発光部を発光させることができる。
【００１２】
上記の発光部の駆動装置の他の一態様は、前記発光部に印加されるべき電圧情報と、前記キャパシタの容量と、前記第１の電圧とに基づいて、前記充電情報を生成する第３生成部を備える。この態様では、発光部に供給されるべき電圧情報と、キャパシタの容量と、第１の電圧とに基づいて、充電期間に関連する充電情報が生成される。好適な例では、前記第１生成部はチャージポンプ回路とされる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
［送受信部の構成］
図１は、実施例に係るライダの送受信部の構成を示すブロック図である。本実施例に係るライダは、水平方向の全方位における物体の測距を行う。ライダは、例えば先進運転システムの一部として、車両の周辺環境認識補助の目的で用いられる。具体的に、ライダの送受信部は、出射方向を変えながら水平方向の全方位にパルスレーザを出射し、ターゲットにより反射されたパルスレーザの反射光を受光して、その信号を信号処理部（ＤＳＰ）へ供給する。
【００１４】
図１に示すように、ライダの送受信部は、制御部１０と、高圧生成回路１１と、トランスミッタ１２と、電源１３と、スキャナ１４と、電源１６と、レシーバ１７と、高圧電源１８と、Ａ／Ｄコンバータ１９とを備える。
【００１５】
制御部１０には、レーザの出力指示信号が入力される。出力指示信号は、後述するレーザＬｔの出力強度、出射方向及び出射タイミングを指示する信号である。ライダによるレーザの出射方法としては各種の方法が想定され、その方法に応じてレーザの出力強度が決定される。例えば、地図データなどに基づいて、およその位置が既知となっているターゲットを測定する場合には、そのターゲットが存在すると推定される範囲に、そのターゲットまでの距離に応じた強度でレーザを出力する。一方、未知のターゲットの有無をサーチするような場合には、広範囲にわたって、例えば複数のレベルで強度を変更しつつレーザを出射する。制御部１０には、このような種々の状況に応じて決定された出力指示信号が入力される。そして、制御部１０は、高圧生成回路１１へ外部信号（イネーブル信号）Ｅｎを出力するとともに、トランスミッタ１２へトリガパルスＴｐを出力する。
【００１６】
高圧生成回路１１は、高電圧Ｖｈを生成してトランスミッタ１２へ供給する。これに加えて、トランスミッタ１２には、電源１３から電圧Ｖｃｃが供給されている。トランスミッタ１２は、レーザダイオード（ＬＤ）と、ＬＤドライバとを備える。トランスミッタ１２は、高圧生成回路１１から供給される高電圧Ｖｈ及び制御部１０から供給されるトリガパルスＴｐに基づいて、パルスレーザＬｔをスキャナ１４へ出力する。トランスミッタ１２の詳細については後述する。
【００１７】
スキャナ１４は、送出光学系及び受信光学系を含み、トランスミッタ１２から出力されたパルスレーザＬｔを所定範囲に走査するとともに、出射されたパルスレーザＬｔがターゲットで反射されてなる反射光Ｌｒを受信してレシーバ１７へ導く。スキャナ１４は、光学系と、光学系を回転させるためのモータとを備える。
【００１８】
レシーバ１７には、電源１６から電源電圧Ｖｃｃが供給されるとともに、高圧電源１８から高電圧ＶＨが供給される。レシーバ１７は、例えばアバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などの受光素子と、トランスインピーダンスアンプ（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの電流電圧変換回路とを備える。受光素子は、スキャナ１４により導かれた反射光Ｌｒの光量に応じた微弱電流を生成する。電流電圧変換回路は、受光素子から供給された微弱電流を増幅して電圧信号に変換し、Ａ／Ｄコンバータ１９へ出力する。
【００１９】
Ａ／Ｄコンバータ１９は、レシーバ１７から供給された電圧信号をデジタル信号に変換し、信号処理部（ＤＳＰ）へ供給する。
【００２０】
［トランスミッタの構成］
図２は、トランスミッタ１２の構成を示す。図示のように、トランスミッタ１２は、ＦＥＴからなるスイッチＭ１と、抵抗Ｒｃｈｇ、Ｒｌｉｍ、Ｒｍと、キャパシタＣｃｈｇと、ダイオードＤｃlｐと、レーザダイオードＬＤとを備える。なお、実際には、スイッチＭ１を駆動するためにＦＥＴドライバが設けられ、電源１３から供給される電源電圧ＶｃｃはそのＦＥＴドライバに供給されるが、図２においてはＦＥＴドライバの図示を省略する。
【００２１】
トランスミッタ１２は、基本的に高圧生成回路１１から供給される高電圧Ｖｈを印加してキャパシタＣｃｈｇを充電し、キャパシタＣｃｈｇに充電された電荷をスイッチＭ１を通じて瞬間的に放電してレーザダイオードＬＤに流すことによりパルスレーザＬｔを出射する。一例として、キャパシタＣｃｈｇは数十〜百数十ボルトまで充電され、その後に数十アンペアで放電される。
【００２２】
詳細には、まず充電時においては、高圧生成回路１１から高電圧Ｖｈを供給するとともに、トリガパルスＴｐによりスイッチＭ１をオフ状態とする。これにより、破線の充電経路３１に示すように、キャパシタＣｃｈｇは抵抗Ｒｃｈｇを通じて高電圧Ｖｈにより充電される。そして、放電時においては、トリガパルスＴｐによりスイッチＭ１をオン状態とする。これにより、キャパシタＣｃｈｇに蓄えられた電荷が、破線の放電経路３２に示すように瞬間的に放電され、レーザダイオードＬＤを発光させる。
【００２３】
上記の構成において、高圧生成回路１１は本発明の第１生成部に相当し、トランスミッタ１２は本発明の取得部に相当し、レーザダイオードＬＤは本発明の発光部に相当し、キャパシタＣｃｈｇは本発明のキャパシタに相当する。また、制御部１０は本発明の第２生成部及び第３生成部に相当する。
【００２４】
［駆動方法］
次に、制御部１０、高圧生成回路１１及びトランスミッタ１２によるレーザダイオードＬＤの駆動方法について説明する。図３は、レーザダイオードの駆動波形のタイミングチャートを示す。
【００２５】
高圧生成回路１１は、外部信号（イネーブル信号）Ｅｎに基づいて、出力を切り替える機能を有する。具体的には、高圧生成回路１１は、外部信号Ｅｎがハイ（Ｈｉｇｈ）レベル（以下、単に「Ｈ」と記す。）の期間はトランスミッタ１２に電荷を供給し、外部信号Ｅｎがロー（Ｌｏｗ）レベル（以下、単に「Ｌ」と記す。）の期間はトランスミッタ１２に電荷を供給しない。即ち、高圧生成回路１１は、外部信号Ｅｎが「Ｈ」の期間のみトランスミッタ１２に電荷を供給する。このため、図３に示すように、外部信号Ｅｎが「Ｈ」の期間のみトランスミッタ１２のキャパシタＣｃｈｇが充電される。なお、図２に示すように、充電電圧ＶｃはキャパシタＣｃｈｇの充電電圧を示す。
【００２６】
トリガパルスＴｐは、キャパシタＣｃｈｇを放電するためのトリガ信号であり、放電するタイミングにおいてのみ「Ｈ」となる。よって、図３に示すように、制御部１０は、トリガパルスＴｐを「Ｌ」とし、外部信号Ｅｎを「Ｈ」とすることにより、キャパシタＣｃｈｇを充電する。そして、制御部１０は、所望の電荷が蓄積されたタイミングで外部信号Ｅｎを「Ｌ」にするとともに、トリガパルスＴｐを「Ｈ」にすることにより、レーザダイオードＬＤを発光させ、レーザパルスＬｔを出力させる。
【００２７】
図３の充電電圧Ｖｃの波形に示すように、外部信号Ｅｎが「Ｈ」であり、かつ、トリガパルスＴｐが「Ｌ」である充電期間ｔｃにおいて、キャパシタＣｃｈｇは高電圧Ｖｈに向けて充電されていく。そして、放電タイミングにおける放電量はその時のキャパシタＣｃｈｇの充電量（充電されている電荷量）により決まる。よって、レーザダイオードＬＤの出力パワーを変化させるには、キャパシタＣｃｈｇの充電量、即ち、充電期間ｔｃを変化させればよい。
【００２８】
図４は、レーザダイオードＬＤの出力パワーを変化させた例を示す。図４（Ａ）は、レーザダイオードＬＤの出力パワーを強くした場合の駆動波形のタイミングチャートであり、図４（Ｂ）はレーザダイオードＬＤの出力パワーを弱くした場合の駆動波形のタイミングチャートである。図４（Ａ）に示すように、充電期間ｔｃ、即ち、外部信号Ｅｎを「Ｈ」とする期間を長くすると、キャパシタＣｃｈｇの充電電圧Ｖｃ（＝Ｖ１）は大きくなり、その結果、レーザダイオードＬＤの出力パワーＰ１も大きくなる。一方、充電期間ｔｃを短くすると、キャパシタＣｃｈｇの充電電圧Ｖｃ（＝Ｖ２＜Ｖ１）は小さくなり、その結果、レーザダイオードＬＤの出力パワーＰ２（＜Ｐ１）も小さくなる。よって、制御部１０は、外部信号Ｅｎを制御することにより充電期間ｔｃを制御して、レーザダイオードＬＤの出力パワーを変化させることができる。
【００２９】
次に、本実施例の駆動方法の特徴について説明する。上記のように、本実施例の駆動方法は、高圧生成回路１１の立ち上がり特性を利用してキャパシタＣｃｈｇの充電期間ｔｃを変化させ、パルスレーザＬｔの出力パワーを変化させている点に特徴を有する。これは、トランスミッタ１２内の駆動回路に対して、常に安定した高圧の直流電圧を印加しておく必要は無いという点に着眼したものである。即ち、パルスレーザを出力する瞬間に、キャパシタＣｃｈｇに必要な電荷が蓄積されていればよいとの考えに基づいている。このため、本実施例では、必要とされる出力パワーに応じた充電期間ｔｃだけキャパシタＣｃｈｇを充電し、その後に放電して必要なパワーでパルスレーザを出力している。
【００３０】
また、キャパシタＣｃｈｇを充電する際の立ち上がり特性（過渡特性）は、高圧生成回路１１に対する負荷、即ち、駆動回路の定数により決まるが、本実施例では、高圧生成回路１１に対する負荷は既知であり、基本的に充電用のキャパシタＣｃｈｇのみであるため、キャパシタＣｃｈｇを充電する際の立ち上がり特性を予め把握することが可能である。即ち、充電電圧Ｖｃの過渡特性が既知であるので、レーザダイオードＬＤの目標出力パワーに基づいて充電期間ｔｃを決定することができる。よって、制御部１０は、所望のレーザパルスＬｔの出射タイミング（即ち、トリガパルスＴｐを「Ｈ」とするタイミング）から、目標出力パワーを得るために必要な充電期間ｔｃだけ遡った時刻で外部信号Ｅｎを「Ｈ」とすればよく、単純な制御によりパルスレーザの出力を高速に変化させることが可能となる。
【００３１】
さらに、本実施例の駆動方法は以下のような特徴を有する。
・低コスト化
通常、高圧生成回路や高圧電源回路には、出力電圧を安定化させるための制御回路が必要となる。一般的に、電源として作られた回路には、負荷変動に対して出力電圧が変動しないように出力電圧をフィードバックして安定化させる回路を付加する。しかし、本実施例では、上述のように高圧生成回路１１の負荷が変動しないため、出力電圧を安定化させるための制御回路が不要となり、低コスト化が可能となる。
【００３２】
・消費エネルギーの低減
通常、高圧生成回路や高圧電源回路はスイッチング回路で構成されるが、本実施例では、キャパシタＣｃｈｇの非充電期間においては高圧生成回路１１でスイッチングを行わないようにすることができるため、不要なスイッチング損失を抑えることができ、消費エネルギーを低減することが可能となる。
【００３３】
・低ノイズ化
上記のように、キャパシタＣｃｈｇの非充電期間においては高圧生成回路１１でスイッチングを行わないようにすることができるため、その間スイッチングノイズの発生を抑制することができる。特に、パルスレーザの出力後はレシーバ１７により反射光Ｌｒを受光する期間となるため、レシーバ１７に与えるスイッチングノイズの影響を低減できることは有益となる。
【００３４】
［回路構成例］
図５は、高圧生成回路１１及びトランスミッタ１２の回路構成例を示す。図５において、高圧生成回路１１はチャージポンプ回路（Ｄｉｃｋｓｏｎ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｐｕｍｐ）として構成されており、外部信号Ｅｎに加えてクロックＣＫが入力されている。また、トランスミッタ１２は、抵抗Ｒｉｎ及びＦＥＴドライバ３３が図示されている以外は基本的に図２に示す構成と同様である。
【００３５】
図６は、図５に示す回路の駆動波形のタイミングチャートである。外部信号Ｅｎが「Ｈ」であり、かつ、トリガパルスＴｐが「Ｌ」の期間が充電期間ｔｃとなる。その後、トリガパルスＴｐが「Ｈ」に立ち上がるとキャパシタＣｃｈｇが放電され、レーザダイオードＬＤからパルスレーザＬｔが出力される。
【００３６】
図７（Ａ）は、キャパシタＣｃｈｇの充電期間ｔｃを変えた場合の充電波形を示すグラフである。横軸は充電期間ｔｃを示し、縦軸は充電電圧Ｖｃを示す。充電期間ｔｃが長いほど、キャパシタＣｈｇの充電電圧Ｖｃは大きくなっている。図７（Ｂ）は、充電期間ｔｃとキャパシタＣｃｈｇの充電電圧Ｖｃとの関係を示すグラフである。充電期間ｔｃが長くなるにつれ、充電電圧Ｖｃが大きくなっている。
【００３７】
図８（Ａ）は、充電期間ｔｃを変えた場合の、レーザダイオードＬＤから出射されるパルスレーザの光出力波形を示すグラフである。充電期間ｔｃが長いほど、出力パワーが大きくなることがわかる。図８（Ｂ）は、充電期間ｔｃと、レーザダイオードＬＤからの光出力のピークパワーとの関係を示すグラフである。充電期間ｔｃが長くなると、レーザダイオードＬＤから出力されるパルスレーザのピークパワーが大きくなることがわかる。
【００３８】
図７及び図８より、この回路例において、トリガパルスＴｐと外部信号Ｅｎのタイミングを制御することにより、レーザダイオードＬＤからの光出力を制御できていることが確認できる。
【００３９】
図５の回路例における高圧生成回路１１（ｎ段チャージポンプ回路）の出力電圧Ｖｃの過渡特性は、充電期間をｔｃとすると、理想的には以下の式により得られる。
【００４０】
【数１】
2017139704.tif 000003
【００４１】
式（１）からわかるように、チャージポンプ回路のスイッチング周波数を変化させることで、立ち上がり特性を制御することが可能である。
【００４２】
式（１）に基づいて、必要な充電電圧Ｖｃを得るためには充電期間ｔｃがどの程度必要かを算出し、予めテーブルなどを作成してメモリに記憶しておけばよい。制御部１０は、そのテーブルを参照して、目標出力パワーを得るために必要な充電期間ｔｃを求め、外部信号ＥｎとトリガパルスＴｐを生成すればよい。なお、上記の理論式に基づくのではなく、実験などにより充電期間ｔｃと充電電圧Ｖｃとの関係を求めてテーブルを作成しても良い。
【００４３】
なお、上記の回路例のように高圧生成回路１１をチャージポンプ回路で構成することにより、（１）構成がシンプルとなる、（２）インダクタを用いないため、不要輻射が無く、低ノイズ化が可能となる、（３）インダクタを用いないため、実装面積を削減できる可能性がある、などの利点が得られる。
【００４４】
図９は、図５に示す回路の変形例における駆動波形のタイミングチャートを示す。図示のように、クロック信号ＣＫｘに外部信号（イネーブル信号）Ｅｎの機能を含めても良い。この場合、図５の高圧生成回路１１のＡＮＤ回路４１を削除し、ＡＮＤ回路４１の出力の代わりに、図１０に示すクロック信号ＣＫｘを入力すればよい。この変形例では、外部信号Ｅｎを減らせるため、その分回路構成を簡素化することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  制御部
１１  高圧生成回路
１２  トランスミッタ
１４  スキャナ
１７  レシーバ
１９  Ａ／Ｄコンバータ
【図１】
2017139704.tif 000004
【図２】
2017139704.tif 000005
【図３】
2017139704.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017139704.tif 000010
【図８】
2017139704.tif 000011
【図９】
2017139704.tif 000012