(57)【要約】【課題】レーザーレーダー装置及びその制御方法に関し、電磁波のパルス幅を短縮させる。【解決手段】レーザー素子３が発した電磁波の反射波を検知して、電磁波を反射した対象物２１の位置を計測するレーザーレーダー装置１０に関する。レーザー素子３に順方向の電圧を印加し、電磁波を照射させる給電回路１を設ける。また、レーザー素子３を流れる電流の立ち下がり期間において、電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧をレーザー素子３に印加し、レーザー素子３の寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーを解放する解放回路２を設ける。【選択図】図４
2017181062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー素子が発した電磁波の反射波を検知して、前記電磁波を反射した対象物の位置を計測するレーザーレーダー装置において、
前記レーザー素子に順方向の電圧を印加し、前記電磁波を照射させる給電回路と、
前記レーザー素子を流れる電流の立ち下がり期間において、前記電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧を前記レーザー素子に印加し、前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを解放する解放回路と、
を備えることを特徴とする、レーザーレーダー装置。
【請求項２】
前記逆方向の電圧及び印加時間の積の大きさが、前記順方向の電圧及び印加時間の積の大きさに等しい
ことを特徴とする、請求項１記載のレーザーレーダー装置。
【請求項３】
前記順方向の電圧の大きさ及び印加時間のそれぞれが、前記逆方向の電圧の大きさ及び印加時間のそれぞれに等しい
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のレーザーレーダー装置。
【請求項４】
前記給電回路上に介装され、前記レーザー素子への給電を断接する第一スイッチと、
前記解放回路上に介装され、前記レーザー素子への給電を断接するとともに、前記第一スイッチの切断中に接続される第二スイッチと、
を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザーレーダー装置。
【請求項５】
前記レーザー素子に対して並列に接続され、前記第二スイッチの接続中における電圧振動を抑制するダンピング回路を備える
ことを特徴とする、請求項４記載のレーザーレーダー装置。
【請求項６】
前記給電回路及び前記解放回路に共通の電源が介装されてなる
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザーレーダー装置。
【請求項７】
前記電源が、前記給電回路及び前記解放回路のいずれか一方に介装されるとともに、変圧器を介して他方に接続される
ことを特徴とする、請求項６記載のレーザーレーダー装置。
【請求項８】
前記解放回路が、
前記レーザー素子に順方向の電圧を印加したときの低電位側と電源との間を接続して設けられるとともに、前記解放回路上で電流の方向を前記低電位側から前記電源へ向かう方向に整流するダイオードと、
前記解放回路上で前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを熱に変換する抵抗器と、を有する
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザーレーダー装置。
【請求項９】
給電回路に介装されたレーザー素子が発した電磁波の反射波を検知して、前記電磁波が反射した対象物の位置を計測するレーザーレーダー装置の制御方法において、
前記給電回路を断接する第一スイッチを接続し、前記レーザー素子に順方向の電圧を印加することで、前記電磁波を照射させ、
前記第一スイッチを切断したときに生じる電流の立ち下がり期間において、前記電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧を前記レーザー素子に印加することで、前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを解放させる
ことを特徴とする、レーザーレーダー装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーレーダー装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザーに高速のパルス電流を供給することで、パルス状のレーザー光や電磁波を照射させる駆動回路が知られている。すなわち、レーザー素子に供給される電流の断接状態を制御して、照射時間に対応するパルス幅が極めて短いパルス状の電磁波（例えばパルス光）の照射を実現するものである。このようなレーザー駆動回路は、レーザーレーダー装置（ライダ装置）をはじめとして、ミリ波レーダー装置，光通信装置，レーザープリンター，光学ドライブのリーダライター，レーザー加工装置などにも適用されている。
【０００３】
パルス状の電磁波における理論上のパルス幅は、レーザー素子の給電時間に対応する。しかし、実際には給電回路の断接に対する電流波形の変動に遅れが生じ、いわゆる「なまり」を含む電流がレーザー素子に供給されるため、給電時間に比してパルス幅が大きくなりやすい。そこで、電力源に対してレーザー素子と並列に接続された回路上に疑似負荷を介装し、両回路のスイッチを相補的にスイッチング駆動することで、電流波形の変動を抑制する技術が提案されている。あるいは、レーザー素子の並列回路上に定電圧素子やインピーダンスが同一のレーザー素子を介装することも提案されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2001-237489号公報
【特許文献２】特開平03-225982号公報
【特許文献３】特開平05-190949号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような回路構造では、レーザー素子に内在する寄生インダクタの影響により電流振動が発生しうる。そのため、電流の供給時間を短縮しにくく、パルス幅を短縮することが難しい。また、レーザーレーダー装置では、空間分解能が照射波，反射波のパルス幅によって左右される。したがって、計測精度を向上させるには、パルス幅を短縮することが望ましい。なお、寄生インダクタによる電流振動を抑制すべく、レーザー素子と直列にダンピング抵抗を介装させることも考えられる。しかしこの場合、ダンピング抵抗による損失の増大は避けられない。
【０００６】
一つの側面では、電磁波のパルス幅の短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの態様では、レーザーレーダー装置は、レーザー素子が発した電磁波の反射波を検知して、前記電磁波が反射した対象物の位置を計測するレーザーレーダー装置である。このレーザーレーダー装置は、前記レーザー素子に順方向の電圧を印加し、前記電磁波を照射させる給電回路を備える。また、前記レーザー素子を流れる電流の立ち下がり期間において、前記電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧を前記レーザー素子に印加し、前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを解放する解放回路を備える。
【発明の効果】
【０００８】
電磁波のパルス幅を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】レーザーレーダー装置の構成を例示する図である。
【図２】レーザー光の反射時間と対象物の距離との関係を説明するための図である。
【図３】レーザーレーダー装置の別構成を例示する図である。
【図４】実施形態としての発光回路の一例（第一実施例）である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、レーザー光の状態を説明するためのグラフである。
【図６】実施形態としての発光回路の一例（第二実施例）である。
【図７】実施形態としての発光回路の一例（第三実施例）である。
【図８】実施形態としての発光回路の一例（第四実施例）である。
【図９】実施形態としての発光回路の一例（第五実施例）である。
【図１０】実施形態としての発光回路の一例（第六実施例）である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｅ）は、レーザー光の状態を説明するためのグラフである。
【図１２】レーザーレーダー装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［１．装置構成］
図面を参照して、実施形態としてのレーザーレーダー装置１０及びその制御方法について説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態をその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して（例えば、実施形態や変形例を組み合わせて）実施することができる。なお、本実施形態の趣旨は、電磁波のパルス幅を短縮する点に存する。
【００１１】
図１に示すレーザーレーダー装置１０は、電磁波の発生源となるレーザー装置１２が発した光の反射光を検知して、電磁波を反射した対象物２１の位置を計測するものである。本実施形態のレーザーレーダー装置１０は、周囲の車両や歩行者，障害物などを対象物２１とした測距装置として構成され、例えば車両に搭載される。レーザーレーダー装置１０には、照射光を投光する投光ユニット１１と、反射光を受光する受光ユニット１７とが設けられる。また、投光ユニット１１の内部には、レーザー装置１２，走査用ミラー１３，レンズ１４，発光回路１５（駆動回路），制御回路１６が設けられる。
【００１２】
レーザー装置１２は、レーザー光を誘導放射する半導体レーザーであり、例えば中心波長が700〜1000[nm]程度の近赤外光を発する半導体レーザーの缶状パッケージである。レーザー装置１２のピーク出力（ピーク電力）は、少なくとも数ワットから数十ワット以上とし、パルス光の幅（パルス幅）のオーダーは、数百ナノ秒以下であって、好ましくは数ナノ秒から数十ナノ秒とする。
【００１３】
このレーザー装置１２は、一般的な通信用の発光装置（光通信レーザー装置）と比較して大出力のレーザー光を照射可能である。例えば、光通信レーザー装置では、駆動回路のバイアス電流及び変調電流が数十ミリアンペア程度であるのに対し、本実施形態のレーザー装置１２は数十アンペアである。そのため、レーザー装置１２においては、寄生インダクタンス成分によるエネルギーの蓄積量が大きく、寄生インダクタンス成分がレーザー光のパルス幅に与える影響も大きい。通信用のレーザー装置では無視できる程度の寄生インダクタンス成分であっても、レーザーレーダー装置１０ではこれが無視できないレベルとなりうる。寄生インダクタンス成分は、レーザー装置１２に内蔵されるボンディングワイヤーや信号ピン，駆動回路とレーザーダイオード素子（LD素子）との間のパターンなどに内在する。
【００１４】
走査用ミラー１３は、MEMS（Micro Electro Mechanical System）ミラーやガルバノミラー，ポリゴンミラーなどの反射装置である。照射光は、走査用ミラー１３で光路（照射方向）を変更された後、レンズ１４を通してレーザーレーダー装置１０の外部へと照射される。これにより、照射光の走査範囲が走査用ミラー１３の可動範囲による制約を超えて拡大される。発光回路１５は、レーザー装置１２に供給される電流を制御する回路であり、制御回路１６は、発光回路１５の給電状態や走査用ミラー１３の作動状態を制御する回路である。本実施形態の制御回路１６は、発光回路１５のスイッチング（給電状態のオン・オフ状態）を司る機能を持つ。
【００１５】
受光ユニット１７の内部には、受光レンズ１８，受光素子１９，距離計測回路２０が設けられる。レンズ１４から照射された照射光のうち、対象物２１で反射した反射光は、受光レンズ１８を通じて受光素子１９の表面に収束する。受光素子１９は、光の強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードである。距離計測回路２０は、受光素子１９の出力から対象物２１までの距離Dを測定する回路である。
【００１６】
図２に示すように、対象物２１までの距離Dは、レーザー光が照射されてからその反射光が受光素子１９に到達するまでの時間ΔTと光速cとの積を2で除した値となる。照射光，反射光のパルス幅が小さいほど空間分解能が向上する。また、パルス光の立ち上がりや立ち下がりの勾配が大きいほど（すなわち、信号レベルの変化勾配が急峻であるほど）、反射光を検出した時刻の特定精度が向上する。
【００１７】
上記の制御回路１６，距離計測回路２０の各々は、ハードウェア（電子回路）で実現してもよいし、一部又は全部をソフトウェアで実現してもよい。後者の場合、図３に示すように、レーザーレーダー装置１０に電子制御装置５０（コンピュータ）を内蔵させればよい。電子制御装置５０は、走査用ミラー１３，発光回路１５を制御するとともに、距離Dを測定する演算処理機能を持つ。
【００１８】
電子制御装置５０には、プロセッサ，メモリ，インタフェース装置などが内蔵される。プロセッサは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置である。メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを含む。電子制御装置５０で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存される。プログラムの実行時には、プログラムの内容がメモリ空間内に展開され、プロセッサによって実行される。
【００１９】
［２．発光回路］
（Ａ）第一実施例
発光回路１５の回路構造を図４に例示する。この発光回路１５には、給電回路１と解放回路２とが設けられる。給電回路１は、レーザー装置１２を発光させる電力を供給するための回路である。給電回路１には、レーザー素子３（レーザーチップ）及び寄生インダクタ４（寄生インダクタンス成分）を含むレーザー装置１２と、第一スイッチ５と第一電源６とが介装される。給電回路１では、レーザー装置１２に対して順方向の電圧V1が印加される。第一電源６は供給電圧が可変の電源であってもよいし、供給電圧が固定の電源であってもよい。前者の場合には、供給電圧が電子制御装置５０で制御可能であることが好ましい。
【００２０】
解放回路２は、レーザー素子３に給電回路１とは逆方向の電圧（逆電圧）を印加することで、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーを解放するための回路であり、レーザー装置１２に対して並列に接続される。ここでいう「逆方向」とは、電流の立ち上がり期間における電圧の向きを順方向としたときの逆方向である。逆電圧が印加される期間は、少なくとも電流の立ち下がり期間内とされる。
【００２１】
解放回路２には、第二スイッチ７と第二電源８とが介装される。第二電源８は、レーザー装置１２に対して第一電源６とは逆方向の電圧V2を印加するように、解放回路２上に配置される。つまり、解放回路２では、レーザー装置１２に対して逆方向の電圧（逆符号の値を持つ電圧）が印加される。第二電源８は供給電圧が可変の電源であってもよいし、供給電圧が固定の電源であってもよい。前者の場合には、供給電圧が電子制御装置５０で制御可能であることが好ましい。
【００２２】
第一スイッチ５，第二スイッチ７は、トランジスタ（バイポーラトランジスタ）のスイッチ回路やFET（Field Effect Transistor，電界効果トランジスタ）などで実現される。第一スイッチ５は、照射光の照射周期に対応する所定の周期で間欠的に接続される（オンになる）ように駆動される。第一スイッチ５が接続されている期間（第一オン時間T1）は、レーザー装置１２のレーザー素子３を流れる電流が所定量となるまで上昇する期間（立ち上がり期間）に相当し、言い換えれば、所定量の電流が供給され続ける期間に相当する。第一スイッチ５がオンになると、レーザー素子３が発光するとともに、寄生インダクタ４にエネルギーが蓄積される。その後、第一スイッチ５がオフになると、レーザー素子３の発光が停止するとともに、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが徐々に低下する。
【００２３】
第二スイッチ７は、レーザー装置１２を流れる電流の立ち下がり期間に接続される。すなわち、第二スイッチ７は、少なくとも第一スイッチ５が一旦接続されてから切断された状態で接続される。第二スイッチ７が接続されている期間（第二オン時間T2）は、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが解放されきる期間に相当するように設定される。例えば、第一電源６の電圧（絶対値）と第二電源８の電圧（絶対値）とが同一である場合には、第一オン時間T1と第二オン時間T2とが同一に設定される。また、第一電源６の電圧（絶対値）と第二電源８の電圧（絶対値）とが相違する場合には、第一電源６の電圧（絶対値）と第一オン時間T1との積が第二電源８の電圧（絶対値）と第二オン時間T2との積に一致するように、第二スイッチ７の作動状態が制御される。
【００２４】
図５（Ａ）に示すスイッチ制御電圧のグラフにおいて、太実線は第一スイッチ５の制御電圧を表し、細実線は第二スイッチ７の制御電圧を表す。前者が所定値VTH以上となる時刻t1から時刻t2までの時間は、XZ間における電圧が順方向となる時間に相当し、図５（Ｂ）に示す第一オン時間T1に相当する。同様に、後者が所定値VTH以上となる時刻t2から時刻t3までの時間は、XZ間における電圧が逆方向となる時間に相当し、図５（Ｂ）に示す第二オン時間T2に相当する。
【００２５】
ここで、第二電源８の電圧絶対値|V2|と第二オン時間T2との積に相当する面積S2は、第一電源６の電圧絶対値|V1|と第一オン時間T1との積に相当する面積S1と同一面積となるように、第二電源８の電圧V2，第二オン時間T2のそれぞれが設定される。なお、第二オン時間T2は必ずしも第一オン時間T1の終了時刻に開始されなくてもよい。例えば、第一オン時間T1の終了時刻からわずかに遅れて、第二オン時間T2が開始されるような設定としてもよい。
【００２６】
図５（Ｃ）に示すように、給電回路の電流は、第一オン時間T1の間に徐々に上昇する。電流値の変化勾配（時間変化率）は、第一電源６の電圧V1を寄生インダクタ４の自己インダクタンスLで除した値に比例する。一方、解放回路の電流は、図５（Ｄ）に示すように、第二オン時間T2の間に徐々に下降する。電流値の変化勾配は、第二電源８の電圧V2を自己インダクタンスLで除した値に比例する。第一オン時間T1の間に寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーは、第二オン時間T2の間にアクティブに抜き取られる。これにより、残留エネルギーによる電圧・電流振動やその変動遅延が抑制される。
【００２７】
したがって、レーザー素子３を流れる電流（XY間の電流）のパルス形状は、図５（Ｅ）中に実線で示すような三角形状となる。また、第一電源６の電圧V1と第二電源８の電圧V2とが同一である場合、電流値の変化勾配の絶対値は第一オン時間T1と第二オン時間T2とで同一となる。このことから、レーザー装置１２から発せられる照射光のパルス形状は時刻t2を中心として時間方向に対称な形状となる。
【００２８】
なお、解放回路２が存在しない場合には、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが長時間にわたって給電回路内に残留する。そのため、図５（Ｅ）中に破線で示すように、時刻t2以降にレーザー素子３を流れる電流が迅速には減少せず、パルス形状が歪（いびつ）となる。これに対して、解放回路２を設けて電流の立ち下がり期間に立ち上がり期間とは逆方向の電圧を印加することで、レーザー素子３を流れる電流のパルス幅が短縮されるため、レーザー光のパルス幅も短縮される。
【００２９】
（Ｂ）第二実施例
図６は、第一実施例の発光回路１５にダンピング回路３０を付加した回路構造を示すものである。ダンピング回路３０は、第二スイッチ７の接続中における電圧振動や電流振動を抑制するための回路であり、解放回路２に介装される。図６に示す例では、解放回路２におけるレーザー装置１２の上流側と下流側とを接続するようにダンピング回路３０が形成されている。ダンピング回路３０は、レーザー装置１２に対して並列な回路である。ダンピング回路３０上には、ダンピング抵抗器３１とコンデンサ３２とが介装されて、いわゆるスナバ回路が形成される。
【００３０】
上記の電圧振動，電流振動は、例えば第一スイッチ５，第二スイッチ７にFETを使用した場合に発生しうる。なぜならば、FETのソース・ドレイン間には、ゲート入力容量２２（Ciss）と呼ばれる寄生容量が存在するからである。ゲート入力容量２２は第一オン時間T1が完了したときに、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーを、第一スイッチ５，第二スイッチ７，レーザー装置１２の三者に挟まれた区間（残留区間４０）内に残留させるように作用する。これにより、残留区間４０内における電圧値，電流値が長時間にわたって振動しうる。
【００３１】
一方、解放回路２にダンピング回路３０を介装することで、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーがダンピング抵抗器３１で消費され、熱エネルギーに変換される。これにより、第一オン時間T1が完了した後の電圧振動，電流振動が抑制されることになり、比較的短時間で残留区間４０の電圧値，電流値が安定化する。なお、コンデンサ３２は省略可能である。
【００３２】
（Ｃ）第三実施例
図７は、ダンピング回路３３を残留区間４０からグラウンド（GND）へ落とした回路構造を示すものである。ダンピング回路３３も、第二実施例のダンピング回路３０と同様に、レーザー装置１２に対して並列な回路である。ダンピング回路３３上には、ダンピング抵抗器３４とコンデンサ３５とが介装される。残留区間４０に残留したエネルギーは、ダンピング抵抗器３４で消費され、熱エネルギーに変換される。これにより、第一オン時間T1が完了した後の電圧振動，電流振動が抑制される。なお、コンデンサ３５は省略可能である。
【００３３】
（Ｄ）第四実施例
図８は、第一実施例の給電回路１及び解放回路２に共通の電源３６を用いたものである。共通電源３６は、給電回路１，解放回路２のいずれか一方の回路上に介装される。また、他方の回路には、DC-DCコンバータ３７（変圧器）を介して電力が供給される。このように、共通電源３６を用いることで、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが共通電源３６に回生され、全体の消費電力が削減される。
【００３４】
（Ｅ）第五実施例
図９は、第二実施例の給電回路１及び解放回路２に共通の電源３６を用いたものである。ダンピング回路３０は、残留区間４０と共通電源３６との間を接続するように形成され、このダンピング回路３０上にダンピング抵抗器３１とコンデンサ３２とが介装される。このように、共通電源３６とダンピング回路３０とを併用することで、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが回生されるとともに、ダンピング抵抗器３１で消費される。
【００３５】
（Ｆ）第六実施例
図１０は、第一実施例の第一スイッチ５を切断した直後に残留区間４０で発生しうる電圧振動，電流振動を利用して、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーを解放するものである。解放回路２には第二スイッチ７が介装されず、代わりにダイオード３８と制振抵抗器３９とが介装される。ダイオード３８は、残留電荷の流通方向を規制することによって電圧振動，電流振動を抑制するように作用する。制振抵抗器３９の抵抗値は、点Ｚの電圧が正となる期間に（すなわち、レーザー素子３を流れる電流の立ち下がり期間内に）寄生インダクタ４に蓄積された電流が0[A]まで減少する大きさに設定される。
【００３６】
図１１（Ａ）に示すように、第一スイッチ５の制御電圧が所定値VTH以上となる時刻t4から時刻t5までの時間は、第一スイッチ５が接続されている期間（第一オン時間T1）である。時刻t5に第一スイッチ５が解放されると、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーにより、図１１（Ｂ）中に破線で示す電圧振動や電流振動が発生しうる。一方、解放回路２にダイオード３８，制振抵抗器３９を介装することで、点Ｚにおける電圧の跳ね上がりが制限されるとともに、電圧振動，電流振動が抑制される。制振抵抗器３９の抵抗値は、図１１（Ｃ）に示すように、XZ間における順方向電圧の時間積分値に相当する面積S1と、XZ間における逆方向電圧の時間積分値に相当する面積S2とが一致するように設定される。
【００３７】
図１１（Ｄ）に示すように、給電回路の電流は、第一オン時間T1の間に徐々に上昇する。一方、解放回路の電流は、図１１（Ｅ）に示すように、電流値が0[A]に収束する時刻t6まで下降する。その結果、レーザー素子３を流れる電流（XY間の電流）のパルス形状は、図１１（Ｆ）中に実線で示すような三角形状となり、レーザー光のパルス幅が短縮される。なお、レーザー装置１２の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーは制振抵抗器３９で消費され、熱エネルギーに変換される。また、寄生インダクタ４及び寄生容量に蓄積されたエネルギーの一部は第一電源６に回生され、全体の消費電力が削減される。なお、解放回路２が存在しない場合には、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが長時間にわたって給電回路内に残留する。そのため、図１１（Ｆ）中に破線で示すように、時刻t5以降にレーザー素子３を流れる電流が迅速には減少せず、パルス幅が増大する。
【００３８】
［３．フローチャート］
上記の第一実施例〜第五実施例の発光回路１５の作動状態を電子制御装置５０で制御する場合のフローチャートを図１２に例示する。制御対象は給電回路１の第一スイッチ５及び解放回路２の第二スイッチ７である。レーザー装置１２を発光させる制御に際し、順方向の電圧V1，逆方向の電圧V2，第一オン時間T1，第二オン時間T2が設定される（ステップＡ１）。これらのパラメータは、予め設定された固定値であってもよいし、制御条件に応じて変更されうる可変値であってもよい。
【００３９】
例えば、第二電源８の電圧絶対値|V2|と第二オン時間T2との積が、第一電源６の電圧絶対値|V1|と第一オン時間T1との積に等しくなるように、第二電源８の電圧V2や第二オン時間T2を設定することができる。また、第二電源８の電圧V2を第一電源６の電圧V1に等しい電圧に設定し、第二オン時間T2を第一オン時間T1と等しい時間に設定することができる。あるいは、第一電源６の電圧V1と第二電源８の電圧V2と第一オン時間T1とに基づいて、第二オン時間T2を設定してもよい。
【００４０】
続いて第一スイッチ５が接続され、レーザー素子３に順方向の電圧V1が印加される（ステップＡ２）。これにより、レーザー素子３を流れる電流が徐々に増加する立ち上がり期間となる。第一スイッチ５の接続状態は、第一オン時間T1が経過するまで継続される（ステップＡ３）。第一オン時間T1が経過すると、第一スイッチ５が解放されるとともに第二スイッチ７が接続される（ステップＡ４）。このとき、レーザー素子３には電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧が印加され、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが解放される。
【００４１】
これにより、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーが迅速に解放され、レーザー素子３を流れる電流のパルス幅が短縮され、レーザー光のパルス幅も短縮される。第二スイッチ７の接続状態は、第二オン時間T2が経過するまで継続される（ステップＡ５）。第二オン時間T2が経過すると、第二スイッチ７が切断される。その後、第一スイッチ５及び第二スイッチ７は、次回の発光タイミングまで切断状態に維持される。このような制御が、レーザー装置１２を発光させるたびに繰り返し実行される。
【００４２】
［４．効果］
（１）上記の発光回路１５を備えたレーザーレーダー装置１０では、レーザー素子３に接続された給電回路１から順方向の電圧が印加され、パルス光が照射される。その後、電流の立ち下がり期間において、解放回路２から逆方向の電圧が印加され、寄生インダクタ４の蓄積エネルギーが迅速に解放される。このように、パルス光の発光に伴って増大する寄生インダクタ４の蓄積エネルギーをアクティブに抜き取ることで、電流の立ち下がりを短時間で完了させることができ、レーザー素子３の発光パルス幅を短縮することができる。したがって、対象物２１の計測精度を向上させることができる。
【００４３】
また、通信用の小出力レーザー装置では、寄生インダクタンス成分を低減するために、端子間の電流経路を短縮することや、ワイヤーを使用せずにレーザーチップを駆動回路に半田接合するといった対策が講じられている。一方、上記のレーザーレーダー装置１０によれば、寄生インダクタンス成分の大小に関わらず、発光パルス幅を短縮することができ、寄生インダクタンス成分を変更する必要がない。したがって、寄生インダクタンス成分を低減させにくいパッケージング構造のレーザー装置１２において、高出力でパルス幅の狭いレーザー駆動を実現することができる。
【００４４】
（２）図５（Ｂ）に示すように、面積S1，S2を同一面積にした場合には、寄生インダクタ４に蓄積された全エネルギーが解放された時点で逆電圧の印加を終了させることができる。これにより、図５（Ｅ）に示すように、レーザー素子３に逆方向の電流が流れることがなく、レーザー素子３の保護性を向上させることができる。
【００４５】
（３）第一電源６の電圧V1と第二電源８の電圧V2とを同一電圧とし、第一オン時間T1と第二オン時間T2とを同一時間とした場合には、発光パルス形状が時刻t2を中心として時間方向に対称な形状となる。これにより、パルス光の立ち上がり勾配の絶対値と立ち下がり勾配の絶対値とが同一となり、信号レベルの変化を精度よく把握することができる。したがって、反射光の検出時刻の特定精度を向上させることができ、対象物２１の計測精度を向上させることができる。
【００４６】
（４）第一実施例〜第五実施例では、給電回路１に第一スイッチ５が介装され、解放回路２に第二スイッチ７が介装される。第二スイッチ７は、少なくとも第一スイッチ５の切断中に接続される。二つのスイッチ５，６の断接状態を制御することで、簡素な回路構成で電圧の印加方向を順方向，逆方向に変更することができる。また、第一オン時間T1や第二オン時間T2の調節が容易となり、レーザー素子３の発光パルス幅を高精度に短縮することができる。
【００４７】
（５）第二実施例，第三実施例，第五実施例では、第二スイッチ７の接続中における電圧振動や電流振動を抑制するためのダンピング回路３０，３３が付加される。ダンピング回路３０，３３には、ダンピング抵抗器３１，３４やコンデンサ３２，３５が介装される。このようなダンピング回路３０，３３を残留区間４０に接続することで、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーを振動させることなく迅速に解放することができる。したがって、第一オン時間T1が完了した後の電圧振動，電流振動を抑制することができ、レーザー素子３の発光パルス幅を精度よく制御することができる。
【００４８】
（６）第四実施例，第五実施例では、給電回路１及び解放回路２が単一の共通電源３６からの給電を受けて作動する。このように、給電回路１，解放回路２の電源３６を共通化することで、装置構成を簡素化できるとともに、寄生インダクタ４に蓄積されたエネルギーを電源３６に回生することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
また、給電回路１と解放回路２とに絶対値が同一の電圧を容易に印加できることから、第一オン時間T1と第二オン時間T2とを同一時間にすることができる。時刻t2を中心として時間方向に対称な形状の発光パルスを生成することができ、対象物２１の計測精度を向上させることができる。
【００４９】
（７）共通電源３６は、給電回路１，解放回路２のいずれか一方に介装される。また、他方に対しては、DC-DCコンバータ３７を介して接続される。このような回路構造により、給電回路１の電圧V1や解放回路２の電圧V2を容易に変更することができ、寄生インダクタ４に蓄積された全エネルギーを精度よく解放，回生することができる。
【００５０】
（８）第六実施例では、解放回路２にダイオード３８と制振抵抗器３９とが介装され、残留区間４０の電圧振動，電流振動を利用して寄生インダクタ４の蓄積エネルギーが解放される。つまり、立ち下がり期間の逆電圧は、残留電荷の揺り戻しを利用してレーザー素子３に印加される。また、逆電圧の大きさは、制振抵抗器３９の抵抗値によって制限される。したがって、適切な抵抗値を設定しておくことで、寄生インダクタ４の蓄積エネルギーを精度よく解放，回生することができる。
【００５１】
［５．付記］
上記の変形例を含む実施形態に関し、以下の付記を開示する。
（Ａ）レーザーレーダー装置の制御方法
（付記１）
給電回路に介装されたレーザー素子が発した電磁波の反射波を検知して、前記電磁波を反射した対象物の位置を計測するレーザーレーダー装置の制御方法において、
前記給電回路を断接する第一スイッチを接続し、前記レーザー素子に順方向の電圧を印加することで、前記電磁波を照射させ、
前記第一スイッチを切断したときに生じる電流の立ち下がり期間において、前記電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧を前記レーザー素子に印加することで、前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを解放させる
ことを特徴とする、レーザーレーダー装置の制御方法。
【００５２】
（付記２）
前記逆方向の電圧及び印加時間の積の大きさが、前記順方向の電圧及び印加時間の積の大きさに等しい
ことを特徴とする、付記１記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
（付記３）
前記順方向の電圧の大きさ及び印加時間のそれぞれが、前記逆方向の電圧の大きさ及び印加時間のそれぞれに等しい
ことを特徴とする、付記１又は２記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
【００５３】
（付記４）
前記第一スイッチを切断したときに生じる電流の立ち下がり期間において、前記給電回路に併設された解放回路を断接する第二スイッチを接続することで、前記エネルギーを解放させる
ことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
（付記５）
前記レーザー素子に対して並列に接続されたダンピング回路で、前記第二スイッチの接続中における電圧振動を抑制する
ことを特徴とする、付記３記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
【００５４】
（付記６）
前記給電回路及び前記解放回路に共通の電源を介装する
ことを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
（付記７）
前記電源を、前記給電回路及び前記解放回路のいずれか一方に介装するとともに、変圧器を介して他方に接続する
ことを特徴とする、付記６記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
【００５５】
（付記８）
前記解放回路に、
前記レーザー素子に順方向の電圧を印加したときの低電位側と電源との間を接続して設けられるとともに、前記解放回路上で電流の方向を前記低電位側から前記電源へ向かう方向に整流するダイオードと、
前記解放回路上で前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを熱に変換する抵抗器と、を設ける
ことを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載のレーザーレーダー装置の制御方法。
【００５６】
（Ｂ）レーザー発光回路
（付記９）
寄生インダクタを有するレーザー素子と、
前記レーザー素子に順方向の電圧を印加し、前記レーザー素子を発光させる給電回路と、
前記給電回路に電力を供給する電源と、
前記給電回路に介装された第一スイッチと、
前記第一スイッチの切断中における前記レーザー素子を流れる電流の立ち下がり期間において、前記電流の立ち上がり期間とは逆方向の電圧を前記レーザー素子に印加し、前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを解放する解放回路と、
を備えることを特徴とする、レーザー発光回路。
【００５７】
（付記１０）
前記逆方向の電圧及び印加時間の積の大きさが、前記順方向の電圧及び印加時間の積の大きさに等しい
ことを特徴とする、付記９記載のレーザー発光回路。
（付記１１）
前記順方向の電圧の大きさ及び印加時間のそれぞれが、前記逆方向の電圧の大きさ及び印加時間のそれぞれに等しい
ことを特徴とする、付記９又は１０記載のレーザー発光回路。
【００５８】
（付記１２）
前記解放回路上に介装され、前記レーザー素子への給電を断接するとともに、前記第一スイッチの切断中に接続される第二スイッチと、
を備えることを特徴とする、付記９〜１１のいずれか１項に記載のレーザー発光回路。
（付記１３）
前記レーザー素子に対して並列に接続され、前記第二スイッチの接続中における電圧振動を抑制するダンピング回路を備える
ことを特徴とする、付記１２記載のレーザー発光回路。
【００５９】
（付記１４）
前記給電回路及び前記解放回路に共通の電源が介装されてなる
ことを特徴とする、付記９〜１３のいずれか１項に記載のレーザー発光回路。
（付記１５）
前記電源が、前記給電回路及び前記解放回路のいずれか一方に介装されるとともに、変圧器を介して他方に接続される
ことを特徴とする、付記９〜１４のいずれか１項に記載のレーザー発光回路。
【００６０】
（付記１６）
前記解放回路が、
前記レーザー素子に順方向の電圧を印加したときの低電位側と電源との間を接続して設けられるとともに、前記解放回路上で電流の方向を前記低電位側から前記電源へ向かう方向に整流するダイオードと、
前記解放回路上で前記レーザー素子の寄生インダクタに蓄積されたエネルギーを熱に変換する抵抗器と、を有する
ことを特徴とする、付記９〜１５のいずれか１項に記載のレーザー発光回路。
【００６１】
［６．変形例］
上述の実施形態では、投光ユニット１１と受光ユニット１７とが分離したレーザーレーダー装置１０を例示したが、これらを一体化してもよい。この場合、光路上にハーフミラーを介装し、レーザーレーダー装置１０内に入射した反射光をハーフミラーで受光素子１９に向けて反射させることが考えられる。あるいは、レーザー装置１２から照射された照射光をハーフミラーで反射させた後に、走査用ミラー１３へ投射することも考えられる。投光ユニット１１と受光ユニット１７とを一体化することで、レンズ１４と受光レンズ１８とを共通化することができる。したがって、装置構成を簡素化しつつ、上述の実施形態と同様の作用効果を奏するものを提供することができる。
【００６２】
上述の実施形態では、レーザーレーダー装置１０の構成について詳述したが、発光回路１５の適用対象はレーザーレーダー装置１０のみに限定されない。すなわち、上記の発光回路１５は、光通信装置，レーザープリンター，光学ドライブのリーダライター，レーザー加工装置などにも適用可能である。少なくとも、上記の発光回路１５と同様の回路構造を採用することで、上述の実施形態と同様の作用効果を奏するものとなり、レーザー素子３のパルス幅を短縮することができる。
【００６３】
上述の第一実施例〜第六実施例に記載の回路構造は、適宜組み合わせることができる。例えば、第四実施例に記載の共通電源３６やDC-DCコンバータ３７を第三実施例の回路構造に適用してもよい。また、第六実施例に記載のダイオード３８や制振抵抗器３９を第一実施例〜第五実施例の解放回路２に適用してもよい。
【００６４】
上述の実施形態では、近赤外光を発するレーザー装置１２を駆動するための回路について詳述したが、レーザー装置１２が発する光の周波数はこれに限定されない。例えば、近赤外光の代わりにミリ波帯の電磁波を使用する方式を採用することができる。したがって、上記の発光回路１５はミリ波レーダー装置にも適用することができる。なお、光は電磁波の一種であることから、本明細書における「光，発光，照射光，反射光」などの文言は、「電磁波，電磁波の照射，照射電磁波，反射波」などの文言に読み替えて理解することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  給電回路
２  解放回路
３  レーザー素子
４  寄生インダクタ
５  第一スイッチ
６  第一電源（電源）
７  第二スイッチ
８  第二電源（電源）
１０  レーザーレーダー装置
１１  投光ユニット
１２  レーザー装置
１３  走査用ミラー
１４  レンズ
１５  発光回路
１６  制御回路
１７  受光ユニット
１８  受光レンズ
１９  受光素子
２０  距離計測回路
２１  対象物
２２  ゲート入力容量
３０  ダンピング回路
３１  ダンピング抵抗器
３２  コンデンサ
３３  ダンピング回路
３４  ダンピング抵抗器
３５  コンデンサ
３６  共通電源（電源）
３７  DC-DCコンバータ（変圧器）
３８  ダイオード
３９  制振抵抗器（抵抗器）
４０  残留区間
５０  電子制御装置
T1  第一オン時間
T2  第二オン時間
【図１】
2017181062.tif 000003
【図２】
2017181062.tif 000004
【図３】
2017181062.tif 000005
【図４】
2017181062.tif 000006
【図５】
2017181062.tif 000007
【図６】
2017181062.tif 000008
【図７】
2017181062.tif 000009
【図８】
2017181062.tif 000010
【図９】
2017181062.tif 000011
【図１０】
2017181062.tif 000012
【図１１】
2017181062.tif 000013
【図１２】
2017181062.tif 000014