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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung und insbesondere
eine Laser-Array-Schaltung, in der Ladungen sequentiell in einem Laserdiodenarray
bzw. einer geordneten Anordnung von Laserdioden zugeordneten Ladekondensatoren (im
Folgenden kurz „Kondensatoren"), die an der Reihe sind,
Licht durch wiederholtes An- und Ausschalten von Laserdiodensteuerelementen
auszusenden, akkumuliert werden, um zu bewirken, dass mehrere Laserdioden
sequentiell Licht aussenden, um so gepulstes Licht zu erzeugen.
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Ein
herkömmlicher Halbleiterlaserstrahlscanner ist zum Beispiel
in der
JP-A-1-152683 vorgeschlagen.
Insbesondere ist darin ein Halbleiterlaserstrahlscanner beschrieben,
der ein Halbleiterlaserarray mit mehreren ausgerichteten Laserdioden
und eine Konvexlinse, die in einer Laserstrahlaussenderichtung des
Halbleiterlaserarrays angeordnet ist, umfasst.
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Der
Halbleiterlaserstrahlscanner verwendet ein elektronisches Scanverfahren,
das ein Ablenken eines Laserstrahls um einen Winkel, der auf der Grundlage
der Position eines Lichtaussendepunktes des Halbleiterlaserarrays
und der Brennweite der Konvexlinse bestimmt wird, umfasst. Die Laserdioden
werden durch Steuerschaltungen, die mit den einzelnen Laserdioden
verbunden sind, sequentiell erleuchtet, wobei die Steuerschaltungen
eine zeitliche Differenz erzeugen. Da ein Bereich, der durch die
Laserdioden gescannt bzw. abgetastet werden kann, bestimmt wird,
indem der Laserstrahl sequentiell von dem Halbleiterlaserarray in
verschiedene Richtungen, beginnend mit der Richtung des durch die
Laserdiode an einem Ende des Halbleiterlaserarrays ausgesendeten
Lichtstrahls, ausgesendet wird, wird ein sich vor dem Halbleiterlaserstrahlscanner befindliches
Objekt abgetastet.
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Allgemein
kann für eine Steuerschaltung, die eine einzige Laserdiode
steuert, ein Verfahren verwendet werden, das die Speisung eines
pulsierenden Stroms mit steiler Flanke in eine Laserdiode auf der
Grundlage einer auf einem Kondensator durch Einschalten eines Schaltelements
wie etwa eines MOSFET akkumulierten Ladung beinhaltet. In einem solchen
Verfahren muss ein Strom von einigen zehn Ampères während
einer Zeitspanne von einigen zehn Nanosekunden in jede der Laserdioden
eingespeist werden, um das erforderliche gepulste Licht zu erzeugen.
Daher muss ein MOSFET, der einen geringen Durchgangswiderstand besitzt
und dazu geeignet ist, einen großen Strom mit hoher Geschwindigkeit
zu schalten, ausgewählt werden. Ein Chip für einen
MOSFET mit einer solchen Fähigkeit ist mit zum Beispiel
3 mm × 3 mm groß. Ein Schaltungsmuster mit miteinander
verbundenen Laserdioden, Kondensatoren und MOSFETs muss mit dicken
und kurzen Verbindungen verdrahtet sein.
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Jedoch
macht es die Verwendung des MOSFET der vorgenannten Größe
schwierig, die Größe des Schaltungsmusters zu
minimieren. Warum die Verwendung die Minimierung schwierig macht,
ist nachfolgend mit Bezug auf 10 beschrieben.
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10 zeigt
eine Anordnung aus einem Halbleiterlaserarray 30, MOSFETs 31 und
Chip-Kondensatoren 32 auf einer Schaltungsplatine 33.
Die Chip-Kondensatoren 32 und MOSFETs 31 sind
in Übereinstimmung mit Laserdioden auf der Schaltungsplatine 32 angeordnet,
um die Laserdioden einzeln anzusteuern und so einen Laserstrahl
zu schwenken.
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In
einem solchen Fall sind die Chip-Kondensatoren 32 und die
MOSFETs 31 so angeordnet, dass die sie verbindenden Verdrahtungen
gleich lang sind, so dass die Impedanzen der Verdrahtungen, die jeweils
einen parasitären Widerstand und eine parasitäre
Induktivität enthalten, gleich sind. Jedoch ist die Anzahl
der MOSFETs 31 der vorgenannten Größe,
die in Form eines solchen Arrays auf der Schaltungsplatine 33 angeordnet
werden können und schließlich die Anzahl der Laserdioden
begrenzt, wie es in 6 gezeigt ist. Daher kann nur
ein schmaler Winkelbereich mit einem hohen Maß an Genauigkeit abgetastet
werden.
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Eine
Erhöhung der Anzahl der Laserdioden erfordert eine entsprechende
Erhöhung der Anzahl der MOSFETs 31, was zu einer
nachteiligen Erhöhung der Größe der Schaltungsplatine 33 führt.
Mit größer werdendem Schaltungsmuster wird die
Verdrah tungsimpedanz, die parasitäre ohmsche und induktive
Widerstände enthält, größer,
was zu Ausbreitungsbedingungen führen kann, die eine Verbreiterung
der Impulsweite, eine Aufteilung eines Impulses in mehrere Teile
oder einen Verlust eines Impulses zur Folge haben können.
Zudem kann die Wellenform eines Impulses zerstört werden
oder ein Scheitelwert kann verringert sein und es kann schwierig oder
unmöglich werden, einen pulsierenden Strom mit steiler
Flanke in die Steuerschaltungen zu speisen.
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Die
vorgenannten und weitere Nachteile werden durch die Bereitstellung
einer Laser-Array-Schaltung überwunden, die es ermöglicht,
die Größe eines Schaltungsmusters zu verringern.
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Um
diesen Nachteil zu überwinden, wird ein Laser-Dioden-Array
bereitgestellt, der mehrere Laserdioden, die Licht aussenden, Kondensatoren,
die Ladung akkumulieren, Ladeschaltelemente, die die Akkumulierung
von Ladung auf die Kondensatoren erleichtern, und ein Laserdioden-Steuerschaltelement,
das bewirkt, dass ein Strom, der zu der auf dem Kondensator akkumulierten
Ladung äquivalent ist, in die Laserdiode fließt,
umfasst. Die Anzahl der Kondensatoren und die der Ladeschaltelemente
ist gleich der Anzahl der Laserdioden. Die Laserdiode, der Kondensator
und das Ladeschaltelement bilden eine Steuerschaltung. Das Laserdioden-Steuerschaltelement
steuert die mehreren Laserdioden. Ladung wird wiederum sequentiell
in dem der Laserdiode, die an der Reihe ist, Licht auszusenden,
zugeordneten Kondensator akkumuliert. Das Laserdioden-Steuerschaltelement,
das mit den mehreren Laserdioden verbunden ist, wird wiederholt
an- und ausgeschaltet bzw. durchgeschaltet und gesperrt, um sequentiell
zu bewirken, dass durch die mehreren Laserdioden gepulstes Licht
erzeugt wird.
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Da
das einzige Laserdioden-Steuerschaltelement zur Steuerung aller
Laserdioden verwendet wird, sind den jeweiligen Laserdioden einzeln
zugeordnete Laserdioden-Steuerschaltelemente nicht erforderlich.
Daher kann, da nur die räumliche Beziehung zwischen dem
Laserdiodenarray und der mehreren Kondensatoren zu berücksichtigen
ist, die Größe eines Schaltungsmusters, das die
mehreren Laserdioden und die mehreren Kondensatoren umfasst, verringert
werden.
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Da
die Größe des Schaltungsmusters verringert werden
kann, können Verdrahtungsimpedanzen verringert werden.
Gepulstes Licht mit einer steilen Intensitätsflanke kann
durch die Laserdioden erzeugt werden.
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Mehrere
Einheiten, die jeweils das Laserdioden-Steuerschaltelement, das
von den Laserdioden gemeinsam verwendet wird, umfassen, können ebenfalls
enthalten sein.
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Ein
Mittel kann vorgesehen sein, das auf der Grundlage der Zeitspanne,
während der das Laserdioden-Steuerschaltelement durchgeschaltet
ist, entscheidet, ob Ladung auf dem Kondensator akkumuliert wird.
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Das
oben beschriebene Mittel erlaubt die Akkumulierung einer ausreichenden
Ladungsmenge auf dem mit der Laserdiode, die an der Reihe ist, Licht
auszusenden, zugeordneten Kondensator.
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Es
ist ferner eine flache Lichtaussendeplatine enthalten. Das Laserdiodenarray
und die mehreren Kondensatoren sind so auf der Lichtaussendeplatine
angeordnet, dass die Verdrahtungen, die die mehreren Laserdioden,
die in dem Laserdiodearray enthalten sind, mit den mehreren Kondensatoren,
die den mehreren Laserdioden zugeordnet sind, verbinden, gleich
lang sind.
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Die
hat zu Folge, dass Impedanzen der oben genannten Verdrahtungen,
die jeweils einen parasitären Widerstand und eine parasitäre
Induktivität enthalten, ebenfalls gleich groß sind
und gepulstes Licht mit gleichmäßiger Wellenform
und Intensität von den Laserdioden ausgesendet werden kann.
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Die
Lichtaussendeplatine hat eine Seite und eine weitere Seite. Das
Laserdiodenarray und die Kondensatoren sind auf der einen Seite
der Lichtaussendeplatine angeordnet, und das Laserdioden-Steuerschaltelement
ist auf der weiteren Seite der Lichtaussendeplatine angeordnet.
Das Laserdiodenarray und das Laserdioden-Steuerschaltelement überlappen
in einer zu der einen Seite der Lichtaussendeplatine senkrechten
Richtung.
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Da
das Laserdiodenarray und die Laserdioden-Steuerschaltelemente nahe
beieinander angeordnet sein können, können die
durch die Verdrahtungen zwischen den Laserdioden, die in dem Laserdiodenarray
enthalten sind, und dem Laserdioden-Steuerschaltelement erzeugten
Impedanzen verringert und angeglichen werden.
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Die
mehreren Kondensatoren sind entlang eines Kreisbogens mit einem
Kreismittelpunkt an einem Punkt zwischen dem Mittelpunkt des Laserdiodenarrays
und dem Mittelpunkt des Laserdioden-Steuerschaltelement angeordnet.
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Die
Kondensatoren können daher so angeordnet sein, dass die
Längen der Verdrahtungen, über die sie mit den
jeweiligen Laserdioden bzw. dem Laserdioden-Steuerschaltelement
verbunden sind, am kürzesten sind.
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In Übereinstimmung
mit verschiedenen Ausführungsformen kann die Anzahl von
Rückstromverhinderungselementen gleich der Anzahl von Laserdioden
sein. Eine Steuerschaltung umfasst die Laserdiode, einen Kondensator,
ein Ladungsschaltelement und das Rückstromverhinderungselement.
Ein erster geschlossener Stromkreis (im Folgenden „Schleifenschaltung"
für „loop circuit"), die den Kondensator, das
Rückstromverhinderungselement und die Laserdiode enthält,
ist in Relation zu jeder der mehreren Laserdioden ausgebildet, so
dass ein Strom, der zu der auf dem Kondensator akkumulierten Ladung äquivalent
ist, von dem Kondensator zu der Laserdiode fließt. Die
erste und eine zweite, von der ersten Schleifenschaltung verschiedene
Schleifenschaltung sind über eine gemeinsame Verdrahtung
miteinander und mit dem Laserdioden-Steuerschaltelement elektrisch
verbunden. Das Rückstromverhinderungselement ist mit der
Laserdiode verbunden, um einen Strom zu blockieren, der versucht,
von der zweiten Schleifenschaltung über die gemeinsame
Verdrahtung in den Kondensator zu fließen.
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Während
der der Laserdiode, die an der Reihe ist, Licht auszusenden, zugeordnete
Kondensator geladen wird, wird eine Sperrspannung an die Laserdioden
angelegt, die nicht an der Reihe sind, Licht auszusenden, da die
Schleifenschaltungen über die gemeinsame Verdrahtung elektrisch
miteinander verbunden sind. Daher versucht ein Leckstrom, in die Laserdioden
zu fließen. Jedoch blockiert in jeder der Schleifenschal tungen,
die die Laserdioden enthalten, die nicht an der Reihe sind, Licht
auszusenden, das Rückstromverhinderungselement den Leckstrom, der
versucht, von der Laserdiode in den Kondensator zu fließen.
Daher kann verhindert werden, dass die Kondensatoren, die den Laserdioden
zugeordnet sind, die nicht an der Reihe sind, Licht auszusenden, mit
den jeweiligen Leckströmen geladen werden.
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Es
kann verhindert werden, dass die Laserdioden, die nicht an der Reihe
sind, Licht auszusenden, Licht aussenden. Da eine Spannung, die
die Durchschlagfestigkeit gegenüber einer Sperrspannung
der Laserdiode, die an der Reihe ist, Licht auszusenden, überschreitet,
an die Laserdiode angelegt werden kann, die an der Reihe ist, Licht
auszusenden, ist eine auf dem Kondensator zu akkumulierende Ladungsmenge
nicht begrenzt. Daher kann der Grenzwert der Intensität
des von der Laserdiode ausgesendeten Lichts beseitigt werden. Ferner
muss es nicht sein, dass die Ladezeit verkürzt wird, um
zu verhindern, dass die Kondensatoren, die in den Schleifenschaltungen
enthaltenen sind, die nicht an der Reihe sind, Licht auszusenden,
durch die jeweiligen Leckströme geladen werden.
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Verschiedene
Ausführungsformen umfassen eine flache Lichtaussendeplatine.
Das Laserdiodenarray, das die mehreren Kondensatoren, die Rückstromverhinderungselemente
und das Laserdioden-Steuerschaltelement enthält bzw. umfasst,
ist auf der Lichtaussendeplatine so angeordnet, dass die Längen
der Verdrahtungen der Schleifenschaltungen gleich groß sind.
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Die
Verdrahtungsimpedanzen, die jeweils einen parasitären Widerstand
und eine parasitäre Induktivität enthalten und
in jeder der Schleifenschaltungen erzeugt werden, können
so ausgelegt sein, dass sie gleich sind. Daher kann ein gepulstes
Licht gleichmäßiger Wellenform und Intensität
von den Laserdioden, die in den jeweiligen Schleifenschaltungen
enthalten sind, ausgesendet werden.
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Die
Lichtaussendeplatine hat eine Seite und eine weitere Seite. Das
Laserdiodenarray ist auf der einen Seite der Lichtaussendeplatine
angeordnet, und das Laserdioden-Steuerschaltelement ist auf der weiteren
Seite der Lichtaussendeplatine angeord net. Das Laserdiodenarray
und das Laserdioden-Steuerschaltelement überlappen in einer
zu der einen Seite der Lichtaussendeplatine senkrechten Richtung.
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Das
Laserdiodenarray und das Laserdioden-Steuerschaltelement können
nahe beieinander angeordnet sein. Das heißt, die durch
Verdrahtungen zwischen den Laserdioden, die in dem Laserdiodenarray
enthalten sind, und dem Laserdioden-Steuerschaltelement erzeugten
Impedanzen (Verdrahtungsimpedanzen) können verringert und
so ausgelegt sein, dass sie gleich groß sind.
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Die
mehreren Kondensatoren sind auf der weiteren Seite der Lichtaussendeplatine
angeordnet. Insbesondere sind die mehreren Kondensatoren auf der
weiteren Seite der Lichtaussendeplatine entlang eines Kreisbogens
mit einem Kreismittelpunkt zwischen dem Mittelpunkt des Laserdiodenarrays
und dem Mittelpunkt des Laserdioden-Steuerschaltelements angeordnet.
Die mehreren Rückstromverhinderungselemente sind auf der
einen Seite der Lichtaussendeplatine angeordnet. Insbesondere sind
die Rückstromverhinderungselemente auf der einen Seite
der Lichtaussendeplatine entlang eines Kreisbogens mit einem Kreismittelpunkt
zwischen dem Mittelpunkt des Laserdiodenarrays und dem Mittelpunkt des
Laserdioden-Steuerschaltelements angeordnet.
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Die
mehreren Kondensatoren und die mehreren Rückstromverhinderungselemente
können so angeordnet sein, dass sie durch kürzeste
Verdrahtungslängen mit dem Laserdioden-Steuerschaltelement
verbunden sind. Daher können ein parasitärer Widerstand
und eine parasitäre Induktivität, die in jeder
der Schleifenschaltungen erzeugt wird, verringert werden. Somit
kann Licht großer Leistung und mit einer kurzen Impulsweite
ausgesendet werden.
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Die
Rückstromverhinderungselemente sind auf der Seite der Lichtaussendeplatine
angeordnet, die der Seite von ihr gegenüberliegt, auf der
die Kondensatoren angeordnet sind. Auf der Grundlage einer solchen
Anordnung können die Längen der Verdrahtungen
der Schleifenschaltungen verringert sein.
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Die
Rückstromverhinderungselemente können Dioden sein.
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Die
Rückstromverhinderungselemente können Laserdioden
sein.
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Mehrere
Laserdioden, die als das Rückstromverhinderungselement
dienen, sind in mehreren Schichten miteinander verbunden.
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Wenn
die Laserdiode Licht aussendet, sendet die Laserdiode, die als das
Rückstromverhinderungselement dient, ebenfalls Licht aus.
Eine von der Schleifenschaltung, die die Laserdioden umfasst, ausgesendetes
Licht nimmt daher zu.
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MOSFETs
können als die mehreren Ladeschaltelemente und das Laserdioden-Steuerschaltelement
verwendet werden.
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Die
mehreren Ladeschaltelemente sind Elemente mit einer niedrigeren
Schaltgeschwindigkeit, einer niedrigeren Strombelastbarkeit, einem
größeren Durchgangswiderstand und einer geringeren Größe
als das Laserdioden-Steuerschaltelement.
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Wie
es oben erwähnt ist, können Schaltelemente, die
eine geringere Leistung besitzen und kleiner sind als das Laserdioden-Steuerschaltelement als
die Kondensatoren verwendet werden. Die mehreren Ladeschaltelemente
können daher auf einem Chip integriert sein.
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Die
mehreren Ladeschaltelemente können in einem Logik-IC integriert
sein, der eine Baugruppe bildet.
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Die
mehreren Ladeschaltelemente können in einer Ablaufsteuerung
integriert sein, der mehrere Logik-ICs umfasst, die jeweils eine
separate Baugruppe bilden.
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Die
Bezugszeichen, die in Klammern neben die einzelnen Elemente gesetzt
sind, zeigen die Zuordnung zu beispielhaften Elementen, die nachfolgend
mit Bezug auf Ausführungsformen beschrieben sind.
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Weitere
Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden
ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen
sind:
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1 ein
Diagramm, das eine perspektivische Ansicht des inneren Aufbaus einer
Abstanderfassungsvorrichtung zeigt, auf die die erste Ausführungsform
angewendet wird;
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2A ein
Diagramm, das eine perspektivische Ansicht eines Lichtaussendemoduls
zeigt;
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2B ein
Diagramm, das eine perspektivische Ansicht eines Lichtempfangsmoduls
zeigt;
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3A ein
Diagramm, das eine Draufsicht einer Lichtaussendeplatine und einer
mit der Lichtaussendeplatine elektrisch verbundenen Schaltungsplatine
zeigt;
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3B ein
Diagramm, das eine Ansicht in Richtung des Pfeils III-B der in 3A gezeigten Lichtaussendeplatine
zeigt;
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4 eine
Ersatzschaltung der Lichtaussendeplatine und eines Logik-ICs, gezeigt
in 3A;
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5 ein
Ablaufdiagramm der in 4 gezeigten Schaltung;
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6 ein
Diagramm, das eine Ersatzschaltung einer Lichtaussendeplatine und
eines Logik-ICs zeigt, verwendet in einer zweiten Ausführungsform;
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7A ein
Diagramm, das eine Draufsicht einer Seite der Lichtaussendeplatine
zeigt, verwendet in der zweiten Ausführungsform;
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7B ein
Diagramm, das eine Draufsicht einer weiteren Seite der Lichtaussendeplatine
zeigt;
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8 ein
Diagramm, das eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII der
in 7A gezeigten Lichtaussendeplatine zeigt;
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9 ein
Schaltungsdiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer Diode
zur Blockierung eines Leckstromes in der zweiten Ausführungsform;
und
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10 ein
Diagramm, das ein Problem darstellt, das in Übereinstimmung
mit verschiedenen Ausführungsformen gelöst werden
kann.
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(Erste Ausführungsform)
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen ist nachfolgend eine erste Ausführungsform
beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein
Fall beschrieben, in dem eine Laser-Array-Schaltung an eine Abstanderfassungsvorrichtung
angepasst ist. Die Abstanderfassungsvorrichtung ist zum Beispiel
in einem Fahrzeug eingebaut und wird als Bordradar verwendet, das
ein vorausfahrendes Fahrzeug erfasst.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht des inneren Aufbaus der Abstanderfassungsvorrichtung, auf
die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
angewendet wird. Wie es in 1 gezeigt ist,
umfasst die Abstanderfassungsvorrichtung ein Lichtaussendemodul 1,
das Licht aussendet, und ein Lichtempfangsmodul 2, das
Licht empfängt, einschließlich Licht, das von
einem Objekt reflektiert wird, das sich vor dem Fahrzeug befindet.
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Das
Lichtaussendemodul 1 ist auf dem Lichtempfangsmodul 2 angeordnet,
und die Seitenflächen des Lichtaussendemoduls 1 und
des Lichtempfangsmoduls 2 sind zwischen zwei Schaltungsplatinen 3 angeordnet,
auf denen Schaltungsmuster (nicht gezeigt) ausgebildet sind. Die
innere Struktur ist in einem Gehäuse (nicht gezeigt) aufgenommen,
in dem die Abstanderfassungsvorrichtung ausgebildet ist.
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2A und 2B sind
perspektivische Explosionsansichten, die das Lichtaussendemodul 1 und
das Lichtempfangsmodul 2, die in 1 gezeigt sind,
zerlegt bzw. von einander getrennt zeigt. 2A ist
eine perspektivische Ansicht des Lichtaussendemoduls 1,
und 2B ist eine perspektivische Ansicht des Lichtempfangsmoduls 2.
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Wie
es in 2A gezeigt ist, umfasst das Lichtaussendemodul 1 ein
Plattenelement 4, eine flache Lichtaussendeplatine 5 und
eine Linse 6. Die Lichtaussendeplatine 5 sendet
gepulstes Licht 7 von mehreren Laserdioden (LD) 17 aus,
wie es unten mit Bezug auf 4 beschrieben
ist, und weist beidseits ein Keramiksubstrat auf. Die Linse 6 ist
eine quaderförmige Harzsammellinse order eine Ringlinse,
die das von der Lichtaussendeplatine 5 ausgesendete gepulste
Licht 7 auf ein Objekt vor dem Fahrzeug strahlt. Eine Endoberfläche
der quaderförmigen Linse 6 gegenüber
einer weiteren Endoberfläche davon ist als gekrümmte
Oberfläche ausgebildet. Die gekrümmte Oberfläche
der Linse 6 ist zur Seite eines äußeren
Randes des Plattenelements 4 gerichtet. Die Linse 6 und
die Lichtaussendeplatine 5 sind auf einer Seite des Plattenelements 4 zueinander
ausgerichtet.
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Wie
es in 2B gezeigt ist, umfasst das Lichtempfangsmodul 2 ein
Plattenelement 8, eine Lichtempfangslinse 9 und
eine Lichtempfangsplatine 10. Die Lichtempfangslinse 9 ist
flach und weist in ihrer Mitte einen gewölbten Linsenabschnitt
auf. Die Lichtempfangsplatine 10 empfängt reflektiertes
Licht 11 und hat ein Lichtempfangselement 12 und
eine Schaltung, die in der Brennebene der Lichtempfangslinse 9 angeordnet
sind. Als das Lichtempfangselement 12 kann eine Lichtempfangsdiode
verwendet werden. Die Lichtempfangslinse 9 ist senkrecht auf
einer Seite des Plattenelements 8 und entlang eines Randes
von diesem befestigt, und die Lichtempfangsplatine 10 ist
parallel zu der Lichtempfangslinse 9 auf der Seite des
Plattenelements 8 befestigt.
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Nachfolgend
ist die in der Abstanderfassungsvorrichtung mit der oben beschriebenen
inneren Struktur enthaltene Lichtaussendeplatine 5 beschrieben. 3A ist
eine schematische Draufsicht der Lichtaussendeplatine 5 und
der mit der Lichtaussendeplatine 5 elektrisch verbundenen
Schaltungsplatine 3. 3B ist
eine Seitenansicht in Richtung des in 3A gezeigten
Pfeils III-B. In 3B sind Kondensatoren 14 und
ein Verbinder 15 nicht gezeigt.
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Wie
es in 3A gezeigt ist, sind ein LD-Array 13,
die Kondensatoren 14, auf denen Ladung gespeichert bzw.
akkumuliert wird, und der Verbinder 15 auf einer Seite 5a der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet. Wie es in 3B gezeigt
ist, ist ein LD-Steuerschaltelement 16 auf der weiteren
Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet.
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Das
LD-Array 13 umfasst mehrere LDs 17, die gepulstes
Licht 7 aussenden. In der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das LD-Array 13 sechzehn LDs, die in der gleichen
Richtung ausgerichtet sind. Ebenso wie die in 1 gezeigte
Abstanderfassungsvorrichtung ist ein Bordlaserradar oder dergleichen
erforderlich, um eine hohe azimuthale Auflösung zu liefern,
so dass die Verhältnisse in einem Erfassungsbereich wie
etwa der Zustand eines vorausfahrenden Fahrzeugs exakt bestimmt
werden können. Das LD-Array 13 umfasst vorzugsweise
zahlreiche LDs, wenn es dazu verwendet wird, ein Objekt vor dem
Fahrzeug elektronisch abzutasten. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Anzahl der LDs 17 sechzehn. Jedoch ist die Anzahl
der LDs 17 nicht auf 16 begrenzt und kann einen anderen
Zahlenwert annehmen. Das LD-Array 13 ist in der Nähe
des Randes der Lichtaussendeplatine 5, auf deren einen
Seite 5a angeordnet.
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Die
sechzehn LDs 17 des LD-Arrays 13 sind mittels
eines Halbleiterprozesses in einem einzigen Halbleiterchip gefertigt.
Jede der LDs 17 umfasst einen Lichtaussendeteil, in dem
ein Mikroprisma angeordnet ist, durch das ein Lichtstrahl ausgesendet wird.
Die Mikroprismen sind so angeordnet, dass das gepulste Licht 7 von
den LDs 7 in unterschiedlichen Emissionswinkeln von der
Abstanderfassungsvorrichtung nach vorn ausgestrahlt wird.
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Auf
der Lichtaussendeplatine 5 sind gleich viele Kondensatoren 14 wie
LDs 17 angeordnet, und jedem der Kondensatoren 14 ist
genau eine der LDs 17 zugeordnet und umgekehrt, wie es
in Fig. gezeigt ist. Die Kondensatoren 14 sind so auf der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet, dass die Verdrahtungen (nicht
gezeigt), die die in dem LD-Array 13 enthaltenen LDs 17 mit
den ihnen zugeordneten Kondensatoren 14 verbinden, gleich
lang sind.
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Wie
es in 3B gezeigt ist, ist das LD-Steuerschaltelement 16 auf
der weiteren Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet.
Das LD-Steuerschaltelement 16 speist einen Strom, der zu
der Ladung, die in jedem der Kondensatoren 14 akkumuliert
wird, äquivalent ist, in jede der LDs 17 und wird
gemeinsam für die LDs 17 verwendet. Insbesondere
sind die LDs 17 mit dem LD-Steuerschaltelement 16 verbunden.
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Betrachtet
man die Lichtaussendeplatine 5 aus einer Richtung senkrecht
zu ihrer einen Seite 5a (Richtung III-B in 3A),
so überlappen sich das LD-Array 13 und das LD-Steuerschaltelement 16. Insbesondere
ist das LD-Array 13 auf der einen Seite 5a der
Lichtaussendeplatine 5 und das LD-Steuerschaltelement 16 auf
der weiteren Seite der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet,
so dass, wenn die eine Seite der Lichtaussendeplatine 5 betrachtet
wird, sich wenigstens die Umrisslinien des LD-Arrays 13 und
des LD-Steuerschaltelements 16 überlappen.
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In
den oben beschriebenen räumlichen Beziehungen sind das
LD-Array 13 und das LD-Steuerschaltelement 16 nahe
beieinander angeordnet. Die Impedanzen der Verdrahtungen zwischen
den LDs 17 und des LD-Steuerschaltelements 16 können
verringert werden und sind so ausgelegt, dass sie gleich groß sind.
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In
der vorliegenden Ausführungsform sind die Kondensatoren 14 entlang
eines Kreisbogens um einen Mittelpunkt des LD-Arrays 13 als
Kreismittelpunkt angeordnet. Alternativ können die Kondensatoren 14 entlang
eines Kreisbogens um einen Mittelpunkt des LD-Steuerschaltelements 16 als
Kreismittelpunkt angeordnet sein.
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Ein
Verdrahtungselement, das als Bandkabel oder Flachkabel 18 bezeichnet
werden kann, ist mit dem Verbinder 15 verbunden. Wie es
in 3A gezeigt ist, ist ein weiterer Verbinder 15 auf
der Schaltungsplatine 3 befestigt. Die Lichtaussendeplatine 5 und
die Schaltungsplatine 3 sind über das Flachkabel 18 elektrisch
miteinander verbunden.
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Auf
der Schaltungsplatine 3 sind ein Logik-IC 19,
der eine separate Einheit bildet, und weitere elektrische Schaltungen
und diskrete Bauelemente (nicht gezeigt) ange ordnet. Der Logik-IC 19 ist über
eine Verdrahtung (nicht gezeigt) mit den weiteren elektrischen Schaltungen
und diskreten Bauelementen sowie dem Verbinder 15 verbunden.
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Ladeschaltelemente 20,
die unten mit Bezug auf 4 ausführlicher beschrieben
sind, akkumulieren Ladung auf den Kondensatoren 14 und
sind in dem Logik-IC 19 integriert. Die Anzahl der Ladeschaltelemente 20 ist
gleich der Anzahl der LDs 17. In der vorliegenden Ausführungsform
ist der Logik-IC 19 ein separater IC, der nur die Ladeschaltelemente 20 enthält.
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Die
Ladeschaltelemente 20 besitzen jeweils eine niedrigere
Schaltgeschwindigkeit, eine geringere Strombelastbarkeit, einen
höheren Durchgangswiderstand und eine geringere Größe
als das LD-Steuerschaltelement 16. Daher können
alle Ladeschaltelemente 20 in dem Logik-IC 19 untergebracht
sein.
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In
der vorliegenden Ausführungsform finden p-Kanal-MOSFETs
als die Ladeschaltelemente 20 und ein n-Kanal-MOSFET als
das LD-Steuerschaltelement Verwendung.
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Ferner
ist ein Mikrocomputer 21 auf der Schaltungsplatine 3 montiert.
Der Mikrocomputer 21 umfasst eine Einheit, die ein Triggersignal
erzeugt, mit dem das jeweilige LD-Steuerschaltelement 16 durchgeschaltet
oder gesperrt bzw. ein- oder ausgeschaltet wird, um die Zeitspanne
festzulegen, während der die ihm zugeordnete LD 17 Licht
aussenden soll, und eine Einheit, die auf der Grundlage der Zeitspanne,
während der das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet
ist, regelt, ob Ladung auf dem Kondensator 14 akkumuliert
wird.
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Das
von dem Mikrocomputer 21 erzeugte Triggersignal wird über
das Flachkabel 18 dem LD-Steuerschaltelement 16 zugeführt,
das auf der Lichtaussendeplatine 5 befestigt ist. Der Mikrocomputer 21 erfasst
die Zeitspanne, während der das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet
ist, und verwendet die Zeitspanne zur Steuerung des Durchschalte- bzw.
Sperrzustandes des Ladeschaltelements 20. Während
das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet ist, wird eine
ausreichende Ladungsmenge auf dem Kondensator 14 akkumuliert.
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4 zeigt
ein Ersatzschaltbild der Lichtaussendeplatine 5 und des
Logik-IC 19, die in 3A gezeigt
sind. Wie es in 4 gezeigt ist, sind Drain-Anschlüsse
der Ladeschaltelemente 20 auf ein bestimmtes Potential
VCC gelegt, und die Anoden der LDs 17 und die Kondensatoren 14 sind
mit entsprechenden Source-Anschlüssen der Ladeschaltelemente 20 verbunden.
Jeweils eine der LDs 17, einer der Kondensatoren 14 und
eines der Ladeschaltelemente 20 bilden eine Steuerschaltung 22,
wie es in 4 gestrichelt dargestellt ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Schaltungskonfiguration
sechzehn parallel geschaltete Steuerschaltungen 22, da
das LD-Array 13 die sechzehn LDs 17 umfasst. Jede
der Steuerschaltungen 22 ist zum Beispiel als „Steuerschaltung eines
Kanals Kn" mit n = 1 bis 16 bezeichnet, d. h. die sechzehn Steuerschaltungen 22 sind
als Steuerschaltungen der Kanäle K1 bis K16 bezeichnet.
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Die
Kathoden der LDs 17 sind mit dem Drain-Anschluss und die
Kondensatoren 14 mit dem Source-Anschluss des LD-Steuerschaltelements 16 verbunden.
Der Source-Anschluss des LD-Steuerschaltelements 16 ist
geerdet.
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Ein
Gate-Signal, durch das das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet
oder gesperrt wird, wird von dem Mikrocomputer 21 dem Gate
des Ladeschaltelements 20 zugeführt. Das von dem
Mikrocomputer 21 erzeugte Triggersignal wird über
einen Treiber (nicht gezeigt) dem Gate-Anschluss des LD-Steuerschaltelements 16 zugeführt.
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In
der oben beschriebenen Schaltungsanordnung umfasst eine Schleifenschaltung,
da das LD-Steuerschaltelement 16 für die LDs 17 gemeinsam
verwendet wird, wenn das LD-Steuerschaltelement 16 durchgeschaltet
ist, die LD 17 und den Kondensator 14 von einer
der Steuerschaltungen 22 und das gemeinsame LD-Steuerschaltelement 16.
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Bevor
die Schleifenschaltung gebildet wird, wird Ladung auf dem Kondensator 14 akkumuliert, wenn
das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet ist. Daher fließt,
wenn die Schleifenschaltung gebildet ist, ein zu der auf dem Kondensator 14 akkumulierten La dung äquivalenter
Strom durch die Schleifenschaltung, zum Beispiel mit einer Stromstärke
von I = 30 A. Gepulstes Licht 7, das proportional zu dem
durch die Schleifenschaltung fließenden Strom ist, wird
von der LD 17 ausgesendet. Die Halbwertsbreite des gepulsten
Lichts 7 beträgt zum Beispiel 27 ns bis 30 ns.
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Mit
anderen Worten, Ladung wird sequentiell auf dem Kondensator 14 akkumuliert,
der der LD 17 zugeordnet ist, die an der Reihe ist, Licht
auszusenden, und das LD-Steuerschaltelement 16 wird wiederholt
durchgeschaltet oder gesperrt, um es den LDs 17, die gemeinsam
das LD-Steuerschaltelement 16 verwenden, sequentiell zu
erlauben, Licht auszusenden.
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In
der oben beschriebenen Schleifenschaltung muss ein Strom von einigen
zehn Ampères während einigen zehn Nanosekunden
in die LD 17 gespeist werden. Daher müssen die
LD 17, der Kondensator 14 und das LD-Steuerschaltelement 16 möglichst
kompakt, in geringstmöglichem Abstand zueinander verbunden
sein, und ein Widerstand und eine Induktivität der Schleifenschaltung
müssen minimiert sein. Wenn der Widerstand und die Induktivität groß sind,
wird die LD 17 daran gehindert, Licht mit einer hohen Leistung
und einer kurzen Impulsweite auszusenden. Daher sind die Verdrahtungen,
die die LDs 17 enthalten, so angeordnet, dass ihre Längen und
Dicken gleich sind, um Abweichungen ihrer Eigenschaften zu verhindern.
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In
der vorliegenden Ausführungsform sind das LD-Array 13 und
das LD-Steuerschaltelement 16 an im Wesentlichen derselben
Position auf der einen Seite 5a bzw. der weiteren Seite 5b der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet. Die Kondensatoren 14 sind entlang
eines Kreisbogens um das LD-Array 13 als Mittelpunkt angeordnet,
so dass entsprechende Verdrahtungen der Schleifenschaltungen gleich
lang sind.
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Insbesondere
ist es ausreichend, da das LD-Steuerschaltelement 16 gemeinsam
verwendet wird, dass die räumlichen Beziehungen zwischen dem
LD-Array 13 und den Kondensatoren 14 berücksichtigt
werden, um die Verdrahtungsimpedanzen der Schleifenschaltungen zu
minimieren, die jeweils einen parasitären Widerstand und
ein parasitäre Induktivität enthalten. Daher können
die Kondensatoren 14, sobald die Position des LD-Arrays 13 bestimmt
ist, so angeordnet werden, dass die Verdrahtungsimpedanzen der jeweiligen
Schleifenschaltungen minimiert sind.
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In
der vorliegenden Ausführungsform werden sechzehn Kondensatoren 14 verwendet.
Wie es in den 3A und 3B gezeigt
ist, sind die Kondensatoren 14 entlang eines Kreisbogens
angeordnet. Da die Abstände zwischen den LDs 17 und
den jeweiligen Kondensatoren 14 identisch gemacht werden
können, kann ein Schaltungsmuster gebildet werden, in dem
die in den jeweiligen Schleifenschaltungen enthaltenen Verdrahtungen
gleiche Länge und Dicke besitzen.
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Die
Tatsache, dass die Verdrahtungen der jeweiligen Schleifenschaltungen
so angeordnet sind, dass ihre Längen und Dicken gleich
sind, ist darin begründet, dass Wellenform und Intensität
des gepulsten Lichts 7 variieren, wenn die Verdrahtungsimpedanzen
der jeweiligen Schleifenschaltungen voneinander verschieden sind.
Wenn die Wellenform des von den LDs 17 ausgesendeten gepulsten
Lichts 7 von einer LD 17 zur einer weiteren variiert
und zu einem Objekt vor dem Fahrzeug ausgestrahlt wird, so kann
das Objekt nicht sehr genau erfasst werden, da das Objekt nicht
gleichmäßig abgetastet werden kann.
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Das
LD-Steuerschaltelement 16, das gemeinsam verwendet wird,
ist auf der Seite der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet,
die der Seite von ihr gegenüberliegt, auf der das LD-Array 13 angeordnet ist.
Die Längen der Verdrahtungen, die von den Kondensatoren 14 zu
dem LD-Steuerschaltelement 16 führen, können
gleich ausgelegt sein.
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Wie
es oben erwähnt ist, ist es selbst dann, wenn sechzehn
der Kondensatoren 14 verwendet werden, ausreichend, dass
ein Schaltungsmuster gebildet werden kann, indem nur die räumlichen
Beziehungen zwischen dem LD-Array 13 und den Kondensatoren 14 berücksichtigt
werden, da das LD-Steuerschaltelement 16 gemeinsam verwendet
wird. Daher kann die Größe des Schaltungsmusters
verringert werden.
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Nachfolgend
ist eine Objekterfassungsoperation, die von der Abstanderfassungsvorrichtung ausgeführt
wird, mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 5 ist
ein Ablaufdiagramm der in 4 gezeigten
Schaltung.
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Zu
Beginn wird ein durch den Mikrocomputer 21 erzeugtes Triggersignal über
den Treiber (nicht gezeigt) zu einem in 5 gezeigten
Zeitpunkt T1 dem LD-Steuerschaltelement 16 zugeführt.
Das LD-Steuerschaltelement 16 wird dadurch durchgeschaltet
und die Schleifenschaltungen über die jeweiligen Steuerschaltungen 22 werden
ausgebildet. Zum Zeitpunkt T1 fließt jedoch kein Strom
durch die Schleifenschaltungen, da sich auf den Kondensatoren 14 der
jeweiligen Steuerschaltungen keine Ladung befindet.
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Anschließend
bewirkt der Mikrocomputer 21, dass das Ladeschaltelement 20,
das in der Steuerschaltung 22 des Kanals K1 enthalten ist,
während einer gewissen Zeitspanne durchgeschaltet bleibt. Da
Ladung auf dem Kondensator 14, der in der Steuerschaltung 22 des
Kanals K1 enthalten ist, akkumuliert wird, nimmt die Spannung an
dem Kondensator 14 zu. Das Laden des Kondensators 14 wird
dadurch erreicht, dass ein Strom von zum Beispiel einigen zehn bis
einigen hundert Milliampères während der einer
Zeitspanne von einigen zehn bis einigen hundert Mikrosekunden verwendet
wird.
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Nachdem
die Zeitspanne verstrichen ist, wird das Ladeschaltelement 20 durch
den Mikrocomputer 21 gesperrt. Während das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet
ist, wird der Kondensator 14 vollständig geladen.
In einem solchen Fall wird nur der in der Steuerschaltung 22 des
Kanals K1 von den sechzehn Steuerschaltungen 22 enthaltene
Kondensator 14 geladen.
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Anschließend,
zu einem Zeitpunkt T2, wird das Triggersignal dem LD-Steuerschaltelement 16 zugeführt.
Ein Strom, der zu der auf dem Kondensator 14, der in der
Steuerschaltung 22 des Kanals K1 enthalten ist, akkumulierten
Ladung äquivalent ist, fließt während
einiger Nanosekunden bis einigen zehn Nanosekunden ausschließlich
durch die Schleifenschaltung in der Steuerschaltung 22 des
Kanals K1. Insbesondere fließt ein pulsierenden Strom,
wie es in 5 gezeigt ist. Demzufolge wird
ein gepulstes Licht 7, das zu dem pulsierenden Strom proportional
ist, der durch die Schleifenschaltung fließt, von der in
der Steuerschaltung 22 des Kanals K1 enthaltenen LD 17 ausgesendet.
Das von der LD 17 ausgesendete gepulste Licht 7 tritt,
wie es in 2A gezeigt ist, durch die Linse 6 und
wird von der gekrümmten Oberfläche der Linse 6 ausgestrahlt.
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Danach,
nach dem Zeitpunkt T2, wenn das LD-Steuerschaltelement 16 gesperrt
wird, bewirkt der Mikrocomputer 21, dass das in der Steuerschaltung 22 des
Kanals K2 enthaltene Ladeschaltelement 20 während
einer bestimmte Zeitspanne durchgeschaltet bleibt, so dass der Kondensator 14 aufgeladen
wird. Das in der Steuerschaltung 22 des Kanals K2 enthaltene
Ladeschaltelement 20 wird dann gesperrt.
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Wenn
das Triggersignal zu einem Zeitpunkt T3 dem LD-Steuerschaltelement 16 zugeführt
wird, fließt ein Strom, der der auf dem Kondensator 14,
der in der Steuerschaltung 22 des Kanals K2 enthalten ist,
akkumulierten Ladung äquivalent ist, ausschließlich
durch die Schleifenschaltung in der Steuerschaltung 22 des
Kanals K2. Demzufolge wird gepulstes Licht 7 von der in
der Steuerschaltung 22 des Kanals K2 enthaltenen LD 17 ausgesendet
und durch die Linse 6 ausgestrahlt.
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5 zeigt
nur den zeitlichen Ablauf, das Timing, das die Steuerschaltung 22 der
Kanäle K1 und K2 betrifft. Entsprechend werden die Ladekondesatoren 14,
die in den Steuerschaltungen in den Kanälen K3 bis K16
enthalten sind, sequentiell geladen und wird Licht sequentiell von
den in den Steuerschaltungen enthaltenen LDs 17 ausgestrahlt.
Da die in den jeweiligen Steuerschaltungen 22 der Kanäle K1
bis K16 enthaltenen LDs 17 sequentiell Licht aussenden
dürfen bzw. können, wird das Objekt unidirektionell
abgetastet.
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Die
entlang einer Linie (eines Kreisbogens) angeordneten LDs 17 senden
sequentiell gepulstes Licht 7 aus, und zwar beginnend mit
der LD an einem Ende, so dass ein Objekt vor dem Fahrzeug abgetastet
wird. Da jedoch die Durchschalte- und Sperrzustände der
in den jeweiligen Steuerschaltungen 22 enthaltenen Ladeschaltelemente 20 durch
den Mikrocomputer 21 beliebig angesteuert bzw. geregelt werden
können, ist es möglich, dass die entlang einer Linie
(eines Kreisbogens) angeordneten LDs 17 das gepulste Licht 7 in
einer beliebigen, von der oben genannten abweichenden Reihenfolge
sequentiell aussenden.
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Insbesondere
bedeutet die Bezugnahme auf die LDs 17, die sequentiell
gepulstes Licht aussenden, dass die LDs 17 gepulstes Licht
sequentiell in einer Reihenfolge beginnend von der LD an einem Ende
aussenden oder dass die LDs 17 gepulstes Licht sequentiell
in einer beliebigen Reihenfolge aussenden. Entsprechend dem Konzept
von „sequentiell" wird Ladung sequentiell in dem der LD 17,
die an der Reihe ist, Licht auszusenden, zugeordneten Kondensator 14 akkumuliert,
und das LD-Steuerschaltelement 16 wird wiederholt durchgeschaltet
(eingeschaltet) oder gesperrt (ausgeschaltet), so dass die LDs 17,
die das LD-Steuerschaltelement 16 gemeinsam verwenden,
Licht aussenden können. Das Laden des Kondensators und
Durchschalten bzw. Sperren des LD-Steuerschaltelements 16 werden
so oft wiederholt wie es Kanäle gibt, in der vorliegenden Ausführungsform
sechzehn. Auf diese Weise wird ein unidirektionales Abtasten erreicht.
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Im Übrigen
bedeutet die Bezugnahme auf die LD 17, die an der Reihe
ist, Licht auszusenden, dass diese LD 17 dies dann tut,
wenn das LD-Steuerschaltelement 16 das nächste
Mal durchgeschaltet wird. Es ist zu beachten, dass die LD 17,
die an der Reihe ist, Licht auszusenden, nicht alle LDs 17 umfasst,
die noch kein Licht ausgesendet haben.
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Wie
es oben erwähnt ist, wird das gepulste Licht 7,
wenn es sequentiell von den LDs 17 ausgesendet wird, von
einer Position reflektiert, wo sich ein Objekt befindet. Reflektiertes
Licht 11 wird, wie es in 2B gezeigt
ist, durch die Lichtempfangsplatine 10 empfangen. Da der
Mikrocomputer 21 die Schaltzeiten steuert, d. h. die Zeiten,
zu denen das Ladeschaltelement 20 durchgeschaltet oder
gesperrt wird, kann die Position vor dem Fahrzeug, von der das reflektierte
Licht 11 zurückgeworfen wird, entsprechend dem
zeitlichen Ablauf des empfangenen Lichts 11 durch Erfassen
der LD 17, von der das gepulste Licht ausgesendet worden
ist und die in einem der Steuerschaltungen 22 der Kanäle
K1 bis K16 enthalten ist, bestimmt werden. Durch Messen der Zeit,
die erforderlich ist, bis das reflektierte Licht nach Aussenden des
gepulsten Lichts 7 empfangen wird, kann der Abstand zwischen
der Abstanderfassungsvorrichtung und dem Objekt oder Hindernis berechnet
werden. Wenn hingegen das reflektierte Licht 11 nicht empfangen
wird, wird bestimmt, dass sich weder ein vorausfahrendes Fahrzeug
noch ein Hinweis- bzw. ein Verkehrsschild oder dergleichen vor dem
Fahrzeug befindet.
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Wie
es oben erwähnt ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform
das LD-Steuerschaltelement 16 gemeinsam von den Steuerschaltungen 22 benutzt,
und die Ladeschaltelemente 20, die verwendet werden, um
die Ladung auf den in den jeweiligen Steuerschaltungen 22 enthaltenen
Kondensatoren 14 zu akkumulieren, sind separat angeordnet.
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Auf
der Lichtaussendeplatine können das LD-Array 13 und
das LD-Steuerschaltelement 16 nahe beieinander angeordnet
sein. Es ist ausreichend, dass nur die räumlichen Beziehungen
zwischen dem LD-Array 13 und den Kondensatoren 14 berücksichtigt
werden. Daher kann die Größe des Schaltungsmusters,
das die LDs 17 und die Kondensatoren 14 enthält,
und können die Verdrahtungsimpedanzen der Schleifenschaltungen
verringert werden.
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Da
die Größe des Schaltungsmusters verringert werden
kann, ist die Schaltung nicht groß. Ferner ist es nicht
erforderlich, dass die Anzahl der LD-Steuerschaltelemente gleich
der Anzahl der Kondensatoren 14 ist. Daher können
die Kosten der Abstanderfassungsvorrichtung so niedrig wie möglich gehalten
werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Es
sollte beachtet werden, dass die nachfolgende Beschreibung nur auf
die Unterschiede der vorliegenden zweiten gegenüber der
ersten Ausführungsform gerichtet ist. In der in 4 gezeigten
und in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform dargestellten
Schaltung ist eine Ladespannung, die angelegt ist, um zu bewirken,
dass die LD 17 Licht aussendet, als Sperrspannung an die
LDs 17, deren Lichtaussendung nicht bewirkt wird, angelegt.
Durch Anlegen einer Sperrspannung wird ein zu der Spannung proportionaler
Leckstrom erzeugt. Ferner werden, wenn eine höhere Spannung
an den mit der LD 17, die an der Reihe ist, Licht auszusenden,
verbundenen Kondensator 14 angelegt wird, so dass die LD 17 Licht
mit einer höheren Leistung aussendet, die LDs 17,
deren Lichtaussendung nicht bewirkt wird, zerstört, wenn
die Spannung die Durchschlagfestigkeit der LDs 17 gegenüber
der Sperrspannung übersteigt.
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Die
Ladung des Kondensators 14, der in der Schleifenschaltung
enthalten ist, die an der Reihe ist, Licht auszusenden, ist durch
die Durchschlagfestigkeit gegenüber einer Sperrspannung
der in den Schleifenschaltungen, die nicht an der Reihe sind, Licht
auszusenden, enthaltenen LDs 17 begrenzt. Daher kann der
Kondensator 14 nicht vollständig aufgeladen werden,
und die Intensität des von der LD 17 ausgesendeten
Lichts ist begrenzt.
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Der
Leckstrom fließt in jede der Schleifenschaltungen, die
nicht an der Reihe sind, Licht auszusenden, und die in den Schleifenschaltungen
enthaltenen Kondensatoren 14 werden geladen, was zur Folge
haben kann, dass auch die LDs 17, die nicht an der Reihe
sind, Licht auszusenden, Licht aussenden. Um ein solches Szenario
zu verhindern, muss die Ladezeit verkürzt werden, so dass
der Ladevorgang des in der Schleifenschaltung, die an der Reihe
ist, Licht auszusenden, enthaltene Kondensator 14 abgeschlossen
ist, bevor die in den Schleifenschaltungen, die nicht an der Reihe
sind, Licht auszusenden, enthaltenen Kondensatoren 14 mit
den jeweiligen Leckströmen aufgeladen werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass verhindert
wird, dass das vorgenannte Problem in den Schleifenschaltungen auftritt.
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6 zeigt
eine Ersatzschaltung einer Lichtaussendeplatine 5 und eines
Logik-IC 19, die in der vorliegenden Ausführungsform
enthalten sind. In der in 6 gezeigten
Ersatzschaltung sind mehrere LDs 17 und die gleiche Anzahl
an Dioden 23 enthalten. Ein LD 17, ein Kondensator 14,
ein Ladeschaltelement 20 und die Diode 23 bilden
eine Steuerschaltung 22.
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Eine
Schleifenschaltung, die den Kondensator 14, die Diode 23 und
die LD 17 enthält bzw. umfasst, existiert für
jede der LDs 17. In jeder der Schleifenschaltungen sind
die Schaltungselemente so miteinander verbunden, dass, wenn ein
LD-Steuerschaltelement 16 durchgeschaltet wird, ein Strom von
dem Kondensator 14 zu der LD 17 fließt,
der zu der Ladung äquivalent ist, die auf dem entsprechenden
Kondensator 14 akkumuliert ist.
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Ferner
sind die Schleifenschaltungen elektrisch mit einer gemeinsamen Verdrahtung
und über die gemeinsame Verdrahtung mit dem LD-Steuerschaltelement 16 verbunden.
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In
jeder der Schleifenschaltungen ist die Diode 23 zwischen
den Kondensator 14 und die LD 17 geschaltet. Die
Diode 23 erlaubt einen Stromfluss von dem Ladeschaltelement 20 zu
der LD 17 und verhindert einen Stromfluss von der LD 17 zu
dem Ladeschaltelement 20.
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Mit
anderen Worten, die Diode 23 ist mit der LD 17 verbunden,
um einen Strom zu blockieren, der versucht, von einer Schleifenschaltung,
die von der Schleifenschaltung verschieden ist, die die Diode 23 enthält, über
die gemeinsame Verdrahtung in den Kondensator 14 zu fließen.
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In 6 ist
die Diode 23 mit der Anode der LD 17 verbunden.
Alternativ kann die Diode 23 mit der Kathode der LD 17 verbunden
sein. Solange ein Strom, der von irgend einer weiteren Schleifenschaltung
kommt, nicht über die gemeinsame Verdrahtung, über
die die Schleifenschaltungen miteinander verbunden sind, in den
Kondensator 14 fließt, kann die Diode 23 mit
der Diode oder der Anode der LD 17 verbunden sein.
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7A und 7B sind
schematische Draufsichten der Lichtaussendeplatine 5. 7A ist die
Draufsicht einer Seite 5a der Lichtaussendeplatine 5,
und 5B ist die Draufsicht einer weiteren Seite 5b der
Lichtaussendeplatine 5. 8 ist eine Querschnittsansicht
entlang einer Linie VIII in 7A der
Lichtaussendeplatine 5. Verdrahtungen, die Schaltungselemente
verbinden, sind in den 7A, 7B, und 8 nicht
gezeigt.
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Wie
es in den 7A und 7B gezeigt ist,
sind das LD-Array 13 und die Dioden 23 auf der Seite 5a der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet. Wie es in 7B gezeigt
ist, sind das LD-Steuerschaltelement 16 und die Kondensatoren 14 auf
der weiteren Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet.
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Das
LD-Array 13 einschließlich der mehreren LDs 17,
der mehreren Kondensatoren 14, der mehreren Dioden 23 und
dem LD-Steuerschaltelement 16 sind auf der Lichtaussendeplatine 5 so
angeordnet, dass die Verdrahtungen, die in den Schleifenschaltungen
enthalten sind, gleich lang sind. Da die Verdrahtungsimpedanzen,
die jeweils einen parasitären Widerstand und eine parasitäre
Induktivität enthalten und in jeder der Schleifenschaltungen
erzeugt werden, gleich groß sind, senden die LDs 17 Licht der
gleichen Intensität aus.
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Ähnlich
der ersten Ausführungsform überlappen sich das
LD-Array 13, das auf der einen Seite 5a der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet
ist, und das LD-Steuerschaltelement 16, das auf der weiteren Seite 5b der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet ist, in einer zu der
einen Seite 5a der Lichtaussendeplatine 5 senkrechten
Richtung. Da das LD-Array 13 und das LD-Steuerschaltelement 16 nahe
beieinander angeordnet sind, sind die Verdrahtungsimpedanzen verringert.
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In
der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 7A gezeigt
ist, sind die Dioden 23 auf der einen Seite 5a der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet. Insbesondere sind die
Dioden 23 auf der einen Seite 5a der Lichtaussendeplatine 5 entlang
eines Kreisbogens um einen zwischen dem Mittelpunkt des LD-Arrays 13 und
dem Mittelpunkt des LD-Steuerschaltelements 16 gelegenen
Kreismittelpunkt angeordnet. Das LD-Array 13 und die Dioden 23 können so
angeordnet sein, dass sie durch die kürzesten Verdrahtungslängen
miteinander verbunden sind.
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Wie
es in 7B gezeigt ist, sind die Kondensatoren 14 auf
der weiteren Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet.
Insbesondere sind die Kondensatoren 14 auf der weiteren
Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 entlang eines
Kreisbogens um einen zwischen dem Mittelpunkt des LD-Arrays 13 und
dem Mittelpunkt des LD-Steuerschaltelements 16 gelegenen
Kreismittelpunkt angeordnet. Das LD-Steuerschaltelement 16 und
die Kondensatoren 14 können daher so angeordnet
sein, dass sie durch die kürzesten Verdrahtungslängen
miteinander verbunden sind.
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Aufgrund
der kreisbogenförmigen Anordnung der Dioden 23 bzw.
Kondensatoren 14 sind ein parasitärer Widerstand
und eine parasitäre Induktivität in jeder der
Schlei fenschaltungen verringert, und Licht mit einer hohen Energie
und kurzen Impulsweiten kann ausgesendet werden.
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Ferner
sind, wie es in 8 gezeigt ist, die Dioden 23 auf
der Seite der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet, die deren
Seite gegenüberliegt, auf der die Kondensatoren 14 angeordnet
sind. Mit anderen Worten, die Lichtaussendeplatine 5 ist
zwischen den Dioden 23 und den Kondensatoren 14 angeordnet. Als
Folge davon kann die Länge der Verdrahtung der einzelnen
Schleifenschaltung, die jeweils eine der LDs 17 des LD-Arrays 13,
eine der Dioden 23, einen der Kondensatoren 14 und
das LD-Steuerschaltelement 16 umfasst, verringert sein.
Der Bereich der Dioden 23 kann vergrößert
sein, um den durch die Dioden 23 verursachten Widerstand
zu verringern. Selbst wenn der Bereich der Dioden 23 vergrößert ist,
ist die Anordnung der Kondensatoren 14 nicht nachteilig
beeinflusst.
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Nachfolgend
ist eine Operation zur Blockierung eines Leckstromes, der von irgendeiner
weiteren Schleifenschaltung fließt, durch Hinzufügen
der Diode 23 zu jeder der Schleifenschaltungen mit Bezug
auf 9 beschrieben. 9 ist ein
Schaltungsdiagramm, das eine Schleifenschaltung, die die LD 17 enthält,
welche an der Reihe ist, Licht auszusenden, und eine Schleifenschaltung,
die nicht an der Reihe ist, Licht auszusenden, zeigt.
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Wie
es oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschrieben ist, wird der Kondensator 14, der in der Schleifenschaltung
enthalten ist, die die LD 17 enthält, die an der
Reihe ist, Licht auszusenden, geladen, um es der LD 17 zu
ermöglichen, Licht auszusenden. Ein durch einen durchgezogenen
Pfeil in 9 angezeigter Strom fließt
in die Schleifenschaltung, und der Kondensator 14 wird
geladen.
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Während
der Kondensator 14 geladen wird, wird, da die Schleifenschaltungen über
die gemeinsame Verdrahtung elektrisch miteinander verbunden sind,
eine Sperrspannung an die LD 17, die nicht an der Reihe
ist, Licht auszusenden, angelegt, und ein Leckstrom wird in der
in der Figur gezeigten Schleifenschaltung und in den in der Figur
nicht gezeigten Schleifenschaltungen erzeugt.
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Selbst
in der oben beschriebenen Situation blockiert die Diode 23 den
Leckstrom, der versucht, von der LD 17 zu dem Kondensator 14 zu
fließen, da die Diode 23 in der Schleifenschaltung
enthalten ist, die die LD 17 enthält, die nicht
an der Reihe ist, Licht auszusenden. Der Kondensator 14,
der der LD 17 zugeordnet ist, die nicht an der Reihe ist,
Licht auszusenden, wird daher nicht mit dem Leckstrom geladen, der
durch die Spannung verursacht wird, die an die Schleifenschaltung
angelegt wird, die die LD 17 enthält, die an der
Reihe ist, Licht auszusenden. Demzufolge wird verhindert, dass die
LD 17, die nicht an der Reihe ist, Licht auszusenden, Licht
aussendet.
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Da
an der Diode 23 der größte Anteil der Sperrspannung
abfällt, wird die an die LD 17 angelegte Sperrspannung
verringert. Daher kann eine Spannung, die die Durchschlagfestigkeit
gegenüber einer Sperrspannung der LD 17, die an
der Reihe ist, Licht auszusenden, überschreitet, an die
LD 17 angelegt werden. Die Begrenzungen der auf dem Kondensator 14 zu
akkumulierenden Ladungsmenge können stark herabgesetzt
werden, und der Grenzwert der Intensität des von der LD 17 auszusendenden
Lichts kann erhöht werden. Ferner muss eine Verkürzung der
Ladezeit des Kondensators 14 nicht als Gegenmaßnahme
gegen das Auftreten eines Leckstromes ausgeführt werden.
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Was
die Korrelation bzw. Beziehung zwischen der Beschreibung der vorliegenden
Ausführungsformen und den Ansprüchen betrifft,
so können die Dioden 23 den beanspruchten Rückstromverhinderungselementen
entsprechen.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Es
ist zu beachten, dass die innere Struktur der in den 1 und 2 gezeigten Abstanderfassungsvorrichtung
nur beispielhaft ist und andere Strukturen denkbar und möglich
sind. Die in den Ausführungsformen dargelegte Abstanderfassungsvorrichtung
ist lediglich ein Beispiel, auf das eine Laser-Array-Schaltung angewendet
ist. Die Laser-Array-Schaltung kann auf jedwede, von der Abstanderfassungsvorrichtung
sich unterscheidende Anwendung angewendet werden.
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In
der ersten Ausführungsform sind das LD-Array 13 und
die Kondensatoren 14 auf der einen Seite 5a der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet, und das LD-Steuerschaltelement 16 ist
auf der weiteren Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 ange ordnet.
Die räumlichen Beziehungen sind jedoch lediglich Beispiele,
und weitere Anordnungen sind denkbar und können verwendet
werden.
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Die
Kondensatoren 14 können entlang eines Kreisbogens
mit einem zwischen dem Mittelpunkt des LD-Arrays 13 und
dem Mittelpunkt des LD-Steuerschaltelements 16 gelegenen
Kreismittelpunkt angeordnet sein. Die Länge der Verdrahtung
von LD 17, LD-Steuerschaltelement 16 und Kondensator 14 kann
minimiert sein.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das LD-Steuerschaltelement 16 von
allen LDs 17 gemeinsam verwendet. Mehrere Einheiten, die
jeweils das LD-Steuerschaltelement 16 umfassen, das von
den LDs 17 gemeinsam verwendet wird, können enthalten
sein. In einem solchen Fall sind die mehreren gemeinsam verwendeten
LD-Steuerschaltelemente 16 auf der weiteren Seite 5b der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen überlappen
sich das LD-Array 13 und das LD-Steuerschaltelement 16 in
einer zu der einen Seite 5a der Lichtaussendeplatine 5 senkrechten
Richtung. Diese Anordnung ist jedoch nur beispielhaft. Das LD-Array 13 und
das LD-Steuerschaltelement 16 können auch nicht überlappend
angeordnet sein.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Kondensatoren 14 entlang
eines Kreisbogens mit einem zwischen dem Mittelpunkt des LD-Arrays 13 und
dem Mittelpunkt des LD-Steuerschaltelements 16 gelegenen
Kreismittelpunkt angeordnet. Eine solche Anordnung ist jedoch lediglich
ein Beispiel. Die Anordnung der Kondensatoren 14 kann jede
von der kreis- bzw. bogenförmigen abweichende Anordnung
besitzen.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen werden MOSFETs
als die Ladeschaltelemente 20 und das LD-Steuerschaltelement 16 verwendet. Jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die MOSFETs beschränkt.
Andere Transistoren können ebenso verwendet werden.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Ladeschaltelemente 20 in
dem Logik-IC 19 integriert, und der Mikrocomputer 21 steuert
die Kondensatoren 14. Die mehreren Ladeschaltelemente 20 können
in einer Ablaufsteuerung integriert sein, die den Logik-IC 19 enthält,
welcher separat ausgeführt ist. Ein Treiber-IC kann statt
der Ablaufsteuerung verwendet werden. Jedes andere Regelungs- bzw.
Steuerungsmittel kann zur Regelung bzw. Steuerung verwendet werden.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen sind das LD-Array 13 und
die mehreren Kondensatoren 14 auf der Lichtaussendeplatine 5 so
angeordnet, dass die Verdrahtungen, die die jeweiligen LDs 17,
die in dem LD-Array 13 enthalten sind, und die den LDs 17 zugeordneten
Kondensatoren 14 verbinden, gleich lang sind, um so zu
bewirken, dass die Verdrahtungsimpedanzen gleich groß sind.
Wenn gleiche Verdrahtungsimpedanzen nicht berücksichtigt
zu werden brauchen, müssen die Verdrahtungen nicht gleich
lang sein.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen besitzen die Ladeschaltelemente 20 eine
niedrigere Schaltgeschwindigkeit, eine geringere Strombelastbarkeit,
einen größeren Durchgangswiderstand und eine geringere
Größe als das LD-Steuerschaltelement 16.
Die Ladeschaltelemente müssen jedoch nicht all diese Merkmale
besitzen, sondern können einige der Merkmale und darüber
hinaus weitere Eigenschaften besitzen.
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In
der zweiten Ausführungsform sind das LD-Array 13 und
die Dioden 23 auf der einen Seite 5a der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet,
und das LD-Steuerschaltelement 16 und die Kondensatoren 14 sind
auf der weiteren Seite 5b der Lichtaussendeplatine 5 angeordnet.
Solche Anordnungen sind jedoch lediglich beispielhaft, andere Anordnungen
sind möglich. Zum Beispiel können die Dioden 23 und
die Kondensatoren 14 auf der einen Seite 5a der
Lichtaussendeplatine 5 angeordnet sein. Selbst in einem solchen
Fall können die Dioden 23 und die Kondensatoren 14 entlang
eines Kreisbogens angeordnet sein.
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In
der zweiten Ausführungsform ist die Diode 23 als
ein Beispiel eines Rückstromverhinderungselements beschrieben
worden. Alternativ kann eine Laserdiode als das Rückstromverhinderungselement verwendet
werden. Da die Durchschlagfestigkeit einer Laserdiode generell niedrig
ist, können mehrere Laserdioden, die in mehreren Schichten
miteinander verbunden sind, als das Rückstromverhinderungselement
verwendet werden. In einem solchen Fall, wenn die LD 17 Licht
aussendet, ist der Vorteil gegeben, dass eine von der Schleifenschaltung
ausgesendete Lichtmenge erhöht werden kann, da die mehreren
Laserdioden, die als das Rückstromverhinderungselement
dienen, Licht aussenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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