JP2016161533A - 半導体レーザ駆動装置、光走査装置、物体検出装置及び移動体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高コスト化を抑制しつつ走査位置を高精度に検出することができる半導体レーザ駆動装置を提供する。
【解決手段】 ＬＤ駆動回路１００は、光走査用の光源としての半導体レーザ（ＬＤ）を駆動する半導体レーザ駆動装置であって、ＬＤへの通電のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれが切り替え可能なトランジスタＱ１、Ｑ２と、トランジスタＱ１に第１の駆動パルスを第１の時間帯に周期的に出力するパルス生成回路１と、トランジスタＱ２に第２の駆動パルスを第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に出力するパルス生成回路２と、を備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体レーザ駆動装置、光走査装置、物体検出装置及び移動体装置に係り、更に詳しくは、半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動装置、該半導体レーザ駆動装置を備える光走査装置、該光走査装置を備える物体検出装置及び該物体検出装置を備える移動体装置に関する。

近年、物体の有無や、その物体までの距離などを検出するための装置の開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。

そして、特許文献５には、光ビームの走査位置を高精度に検出するためのロータリーエンコーダを有するレーザレーダ装置が開示されている。

しかしながら、従来の装置では、高コスト化を抑制しつつ走査位置を高精度に検出することは困難であった。

本発明は、光走査用の光源としての半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動装置であって、半導体レーザへの通電のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれが切り替え可能な第１及び第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に第１の駆動パルスを第１の時間帯に断続的に出力する第１のパルス生成部と、前記第２のスイッチング素子に第２の駆動パルスを前記第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に出力する第２のパルス生成部と、を備える半導体レーザ駆動装置である。

本発明によれば、高コスト化を抑制しつつ走査位置を高精度に検出することができる。

一実施形態に係るレーザレーダが搭載された自動車の外観を示す図である。 レーザレーダ、表示装置、主制御装置、メモリ、音声・警報発生装置の接続関係を説明するための図である。 音声・警報発生装置の構成を説明するための図である。 レーザレーダについて説明するための図である。 図４の光射出系について説明するための図である。 光検出系について説明するための図である。 レーザレーダが有するＬＤ駆動回路について説明するための図である。 スイッチング回路１、２からＬＤへの駆動電流の供給タイミングを示す図である。 スイッチング回路１で生成される駆動電流の波形を示す図である。 スイッチング回路２で生成される駆動電流の電流レベルを示す図である。 変形例１のＬＤ駆動回路について説明するための図である。 変形例２のＬＤ駆動回路について説明するための図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。図１には、一実施形態に係る物体検出装置としてのレーザレーダ２０が搭載された自動車１の外観が示されている。

レーザレーダ２０は、一例として、移動体装置としての自動車１の前方のナンバープレート近傍に取り付けられている。すなわち、自動車１は、移動体としての車両本体と、該車両本体に搭載されるレーザレーダ２０とを備えている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、路面に直交する方向をＺ軸方向、自動車１の前進方向を＋Ｘ方向として説明する。

自動車１の車内には、一例として図２に示されるように、表示装置３０、主制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０などが配備されている。これらは、データの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続されている。

ここでは、レーザレーダ２０、表示装置３０、主制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０によって、センシング装置としての監視装置１０が構成されている。すなわち、監視装置１０は、自動車１に搭載されている。

主制御装置４０は、所定のタイミング毎に、メモリ５０に格納されている物体情報などに基づいて、レーザレーダ２０を制御して、自動車１の前方の物体の有無を検出し、物体があるときにその物体の移動の有無を求めるとともに、該物体が移動しているときにはその移動方向及び移動速度を含む移動情報を求める。そして、物体情報及び移動情報を表示装置３０に表示する。

また、主制御装置４０は、物体情報及び移動情報に基づいて、危険があると判断すると、音声・警報発生装置６０にアラーム情報を出力する。

音声・警報発生装置６０は、一例として図３に示されるように、音声合成装置６１、警報信号生成装置６２及びスピーカ６３などを有している。

音声合成装置６１は、複数の音声データを有しており、主制御装置４０からアラーム情報を受け取ると、対応する音声データを選択し、スピーカ６３に出力する。
警報信号生成装置６２は、主制御装置４０からアラーム情報を受け取ると、対応する警報信号を生成し、スピーカ６３に出力する。

以下、レーザレーダ２０について、詳細に説明する。

レーザレーダ２０は、一例として図４に示されるように、＋Ｘ方向に検出光を射出する光射出系２０１と、物体で反射された光を検出する光検出系２０２と、光射出系２０１を制御するとともに、光検出系２０２での検出結果に基づいて、物体の有無、物体までの距離、物体の大きさ、物体の形状、物体の位置などの物体情報を取得する物体情報取得部２０３とを有している。ここでは、光射出系２０１は光検出系２０２の＋Ｚ側に配置されている。なお、光射出系２０１、光検出系２０２、物体情報取得部２０３は、不図示の筐体内に納められている。

光射出系２０１は、図５に示されるように、一例として、光源としてのＬＤ（レーザダイオード）と、該ＬＤを駆動するＬＤ駆動回路１００と、ＬＤからの光の光路上に配置されたカップリングレンズＬ１と、該カップリングレンズＬ１を介した光の光路上に配置された偏向器としての４面のポリゴンミラーＭ１（回転ミラー）と、該ポリゴンミラーＭ１で偏向された光の光路上（図５におけるθ＝θ_ｓｙｎの位置）に配置された結像レンズＬ２と、該結像レンズＬ２を介した光の光路上に配置された同期検知用ＰＤ（フォトダイオード）とを含んで構成されている。

光検出系２０２は、図６に示されるように、一例として、ポリゴンミラーＭ１と、反射ミラーＭ２と、結像レンズＬ３と、時間計測用ＰＤ（フォトダイオード）とを含んで構成されている。

図５に示されるθ_Ｓ≦θ≦θ_Ｅが検出範囲と定義されるが、検出範囲内に物体があると、レーザレーダ２０から検出範囲に向けて射出され物体で反射された光ビームの一部は、レーザレーダ２０に戻ってくる。以下では、便宜上、物体で反射されレーザレーダ２０に戻ってきた光を「物体からの反射光」とも言う。

そこで、光射出系２０１と光検出系２０２は、ポリゴンミラーＭ１を共有している。詳述すると、ＬＤから射出されカップリングレンズＬ１を介した光は、Ｚ軸周りに回転するポリゴンミラーＭ１の一の偏向反射面で検出範囲に向けて反射される（図５参照）。そして、検出範囲にある物体で反射された光の一部は、該一の偏向反射面で反射ミラーＭ２に向けて反射される。反射ミラーＭ２で反射された光は結像レンズＬ３により時間計測用ＰＤ上に集光される（図６参照）。

このように、光射出系２０１から射出された光により検出範囲が走査される。すなわち、光射出系２０１によって「光走査装置」が構成されている。

時間計測用ＰＤは、結像レンズＬ３を介した光を受光し、受光光量に応じた信号を物体情報取得部２０３に出力する。物体情報取得部２０３は、時間計測用ＰＤの出力レベルが予め設定されている閾値以上のとき、物体からの反射光を受光したと判断する。

なお、同期検知や時間計測に用いられる光検出器として、ＰＤに代えて、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）や、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）等を用いることも可能である。ＡＰＤやＳＰＡＤは、ＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。

物体情報取得部２０３は、ＬＤ駆動回路１００を制御するとともに、ポリゴンミラーＭ１を駆動制御する。また、物体情報取得部２０３は、時間計測用ＰＤの出力信号に基づいて、物体の有無を取得する。そして、物体が有ると、物体情報取得部２０３は、ＬＤの点灯タイミングと時間計測用ＰＤの受光タイミングとに基づいて、物体までの距離などを取得する。

ＬＤ駆動回路１００は、同期検知用ＰＤからの出力信号に基づいてＬＤを駆動する。

図７には、ＬＤ駆動回路１００の構成が模式的に示されている。図７に示されるように、コンデンサＣ、トランジスタＱ１を含んで構成されるスイッチング回路１と、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、トランジスタＱ２を含んで構成されるスイッチング回路２とがＬＤに接続されている。すなわち、ＬＤには、駆動電流を個別に供給可能な２つのスイッチング回路が接続されている。ここでは、トランジスタＱ１、Ｑ２として、いずれもＭＯＳＦＥＴが用いられている。

トランジスタＱ１は、スイッチング回路１のスイッチとして機能し、ゲート電極にパルス生成回路１からの駆動パルス（電圧信号）が入力される。

トランジスタＱ２は、スイッチング回路２のスイッチとして機能し、ゲート電極にパルス生成回路２からの駆動パルス（電圧信号）が入力される。

ここでは、パルス生成回路１、２で個別に生成される駆動パルスの周期Ｔ１、Ｔ２は異なっており、Ｔ１＜Ｔ２の関係が満たされるように設定される。なお、レーザレーダ２０の使用目的、使用状況、使用環境等に応じて、Ｔ１＞Ｔ２としても良いし、Ｔ１＝Ｔ２としても良い。

また、パルス生成回路１で生成される駆動パルスのパルス幅は一定とされ、パルス生成回路２で生成される駆動パルスのパルス幅は可変とされている。

更に、２つのパルス生成回路１、２は、制御部１０１により、異なる時間帯（第１及び第２の時間帯）に駆動パルスを出力するよう制御される。具体的には、ＬＤに印加される電流波形モデルで見た場合、図８のような関係になっている。すなわち、パルス生成回路２で生成された１つの駆動パルスがトランジスタＱ２に入力された後、パルス生成回路１で生成された複数の駆動パルスがトランジスタＱ１に周期的に（周期Ｔ１で）入力され、該複数の駆動パルスのパルス数が所定個数になると、再びパルス生成回路２で生成された１つの駆動パルスがＱ２に入力され、その後、パルス生成回路１で生成された複数の駆動パルスがトランジスタＱ１に周期的に（周期Ｔ１で）入力され、以後、同様の動作が繰り返される。ここでは、パルス生成回路２からトランジスタＱ２への駆動パルスも周期的に（周期Ｔ２で）出力される。なお、パルス生成回路１からトランジスタＱ１への駆動パルスの出力は、周期的に限らず、要は、断続的であれば良い。パルス生成回路２からトランジスタＱ２への駆動パルスの出力も、周期的に限らず、要は、断続的であれば良い。

すなわち、第１及び第２の時間帯は、第２の時間帯を先頭に交互に繰り返される（図８参照）。

コンデンサＣはスイッチング回路１における電荷供給源であり、トランジスタＱ１に駆動パルスが入力されると、それをトリガーとしてコンデンサＣから極めて短い時間にすべての電荷がＬＤに供給され、ＬＤが発光する。そして、周期Ｔ１の後、再びトランジスタＱ１に駆動パルスが入力されるので、その間にコンデンサＣには高電圧源ＨＶ_ｉｎから電荷が供給されなければならないが、その供給時間τは、Ｒ１×Ｃ＝τで決定されるので、τ＜Ｔ１となるようにＲ１の値が決定される。

スイッチング回路１におけるＬＤの駆動電流は、ＬＤの順方向電流Ｉ_ＬＤ ^（１）で決まり、その発光時間ｔ_ｐは、ｔ_ｐ＝Ｃ_１×ＨＶ_ｉｎ／Ｉ_ＬＤ ^（１）である（図９参照）。

一方、抵抗Ｒ２はスイッチング回路２における電流値設定素子であり、トランジスタＱ２に駆動パルスが入力されると、そのパルス幅が短い場合には、コンデンサＣからの電荷供給のみによりＬＤが発光するが、そのパルス幅が長い場合には、コンデンサＣからの電荷供給が終了しても高電圧源ＨＶ_ｉｎから電荷供給が継続的に行われるので、それによりＬＤは発光し続ける。

従って、スイッチング回路２におけるＬＤの駆動電流Ｉ_ＬＤ ^（２）は、パルス幅が短い場合は、Ｉ_ＬＤ ^（２）｜_{ｓｈｏｒｔ}＝（ＨＶ_ｉｎ−Ｖ_ＬＤ）／Ｒ２であり、パルス幅が長い場合は、Ｉ_ＬＤ ^（２）｜_ｌｏｎｇ＝（ＨＶ_ｉｎ−Ｖ_ＬＤ）／（Ｒ１＋Ｒ２）である（図１０参照）。なお、Ｖ_ＬＤはＬＤの順方向電圧を表す。

ここで、Ｉ_ＬＤ ^（１）によってＬＤが発光したときのピーク光量をＰ１、Ｉ_ＬＤ ^（２）によってＬＤが発光したときのピーク光量をＰ２としたとき、Ｐ１＞１０００×Ｐ２を満たすとすると、一般にＲ１＜＜Ｒ２となるため、Ｉ_ＬＤ ^（２）｜_{ｓｈｏｒｔ}とＩ_ＬＤ ^（２）｜_ｌｏｎｇはほぼ同程度の値になる（つまり、どちらもＩ_ＬＤ ^（２）という１つの値で代表してよい）。すなわち、トランジスタＱ２に入力される駆動パルスのパルス幅によらず、Ｉ_ＬＤ ^（２）は略一定となる。このため、Ｉ_ＬＤ ^（２）を所望の値に維持しつつトランジスタＱ２に入力される駆動パルスのパルス幅を自由に変更できる。

以上のように構成されるＬＤ駆動回路１００によりＬＤが駆動されると、ＬＤから射出された光ビームは、カップリングレンズＬ１により略平行光束に変換され、４つの鏡面を有するポリゴンミラーＭ１に入射する。ポリゴンミラーＭ１は、各鏡面から等しい距離にある中心点を軸に、一定方向に回転している。ポリゴンミラーＭ１の回転角度θが所定角度θ_ｓｙｎのとき、ポリゴンミラーＭ１に入射した光ビームは結像レンズＬ２に向けて反射され、同期検知用ＰＤで受光され、該同期検知用ＰＤの出力信号が制御部１０１へ送信される。また、ポリゴンミラーＭ１の回転角度θがθ_Ｓ≦θ≦θ_Ｅのとき、ポリゴンミラーＭ１に入射した光ビームは検出範囲に向けて反射され、該検出範囲が光走査される。そして、検出範囲にある物体からの反射光がポリゴンミラーＭ１で反射され、反射ミラーＭ２、結像レンズＬ３を介して時間計測用ＰＤに導かれる。このとき、時間計測用ＰＤの出力信号が物体情報取得部２０３に送信される。

ここで、制御部１０１の具体的な機能を説明する。

レーザレーダ２０に電力が供給され、ポリゴンミラーＭ１が回転を開始すると、その開始時刻から遅延してパルス生成回路２からトランジスタＱ２に１つの駆動パルスが入力される。これによりＬＤが出力Ｐ２で発光するが、出力Ｐ２の光ビームは、ポリゴンミラーＭ１の回転角度が所定角度θ_ｓｙｎになると、ＬＤ→Ｌ１→Ｍ１→Ｌ２→同期検知用ＰＤという経路で同期検知用ＰＤに達する。同期検知用ＰＤの出力信号が制御部１０１に送信されると、制御部１０１はパルス生成回路２をオフとし、パルス生成回路１をオンとする。そして、ポリゴンミラーＭ１の回転角度が所定角度範囲θ_Ｓ≦θ≦θ_Ｅにおいて、発光時間ｔ_ｐの複数のパルス光が周期Ｔ１で出力される。このときのピーク光量はＰ１である。

出力Ｐ２は、同期検知用ＰＤの最低受光光量をＰ_ｍｉｎ ^（ＰＤ）、カップリングレンズＬ１、ポリゴンミラーＭ１、結像レンズＬ２などのトータル光量損失をηとすると、Ｐ２×η＞Ｐ_ｍｉｎ ^（ＰＤ）を満足する必要がある。また、Ｐ２の上限値は、ＬＤが破壊されない電流値から決定される。

以上説明した本実施形態のＬＤ駆動回路１００は、光走査用の光源としての半導体レーザ（ＬＤ）を駆動する半導体レーザ駆動装置であって、ＬＤへの通電のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれが切り替え可能なトランジスタＱ１、Ｑ２と、トランジスタＱ１に第１の駆動パルスを第１の時間帯に周期的に出力するパルス生成回路１と、トランジスタＱ２に第２の駆動パルスを第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に出力するパルス生成回路２と、を備えている。

この場合、第２の時間帯に半導体レーザから射出される光を検出することで、ロータリーエンコーダを用いずに（部品点数の増加を抑制しつつ）第１の時間帯における走査位置を高精度に検出することができる。

この結果、高コスト化を抑制しつつ走査位置を高精度に検出することができる。

また、ＬＤ駆動回路１００は、ロータリーエンコーダを用いないため、ポリゴンミラーの回転軸方向に装置が大型化するのを抑制でき、かつ部品点数の増加を抑制できるためコストアップを抑制できかつ信頼性を向上できる。

一方、特許文献５に開示されているレーザレーダ装置は、走査位置を検出するためにロータリーエンコーダを用いている。ロータリーエンコーダは、一般にスリットパターンが刻まれたコードホイールと、そのスリットパターンを読み取るセンサで構成されている。このため、ロータリーエンコーダを用いる場合には、ポリゴンミラーの回転軸にコードホイールを取り付け、さらにそれを読み取るためのセンサを設ける必要があり、部品点数が増加するためコストアップや信頼性の低下を招くばかりか、回転軸方向に装置が大型化してしまう。

また、第１及び第２の時間帯は、第２の時間帯を先頭に交互に繰り返されるため、各第２の時間帯に半導体レーザから射出される光を検出することで、該第２の時間帯の直後の第１の時間帯における走査位置を高精度に検出することができる。

また、第１の駆動パルスのパルス幅は一定であり、第２の駆動パルスのパルス幅は可変であるため、第１の時間帯に各走査位置を均等に照射することができ、かつ第２の時間帯（半導体レーザからの光による光検出器に対する走査位置、走査時間）を調整することができ該光を光検出器に確実に入射させることができる。

また、トランジスタＱ１に第１の駆動パルスが出力されてＬＤが発光したときのピーク光量をＰ１とし、トランジスタＱ２に第２の駆動パルスが出力されてＬＤが発光したときのピーク光量をＰ２としたとき、Ｐ１＞１０００×Ｐ２が満足される。

この場合、第１の時間帯での高出力化による検出距離の長距離化と、第２の時間帯での低出力化による光源寿命の向上を両立することができる。また、光検出器に入射させる光の光量を所望の値に維持しつつ該光による光検出器に対する走査時間を自由に変更できる。この結果、光検出器に所望の光量の光を確実に入射させることができる。なお、Ｐ１≦１０００×Ｐ２であっても良いが、その場合であってもＰ２は、Ｐ１よりも極力小さいことが望ましい。

また、ＬＤ駆動回路１００は、ＬＤとトランジスタＱ２との間に接続された電流値設定素子としての抵抗Ｒ２を更に備えるため、第２の時間帯での低出力化を低コストで実現することができる。なお、抵抗Ｒ２は、要は、第２のスイッチング素子によるＬＤの駆動電流の経路上に配置されれば良い。電流設定素子としては、抵抗Ｒ２に代えて、可変抵抗を用いても良い。

また、トランジスタＱ１は、ＭＯＳＦＥＴであるため、第１の時間帯での高出力化に対応でき、かつ省電力化を図ることができる。

また、第２の駆動パルスが出力されたときにＬＤから射出されるレーザ光は、同期検知用ＰＤで受光され、ＬＤ駆動回路１００は、同期検知用ＰＤの出力信号に基づいて第１の駆動パルスの出力タイミングを決定する制御部１０１を更に備える。

そして、光走査装置としての光射出系２０１は、ＬＤと、該ＬＤを駆動するＬＤ駆動回路１００と、該ＬＤ駆動回路１００からの光を偏向するポリゴンミラーＭ１と、を備え、同期検知用ＰＤは、ポリゴンミラーＭ１で偏向された光の光路上に配置されている。

この場合、ＬＤからのレーザ光により、同期検知用ＰＤに対する走査と検出範囲に対する走査を行うことができる。

また、物体検出装置としてのレーザレーダ２０は、光走査装置としての光射出系２０１と、該光射出系２０１から射出され物体で反射された光を検出する光検出系２０２と、を備えている。

この場合、高コスト化を抑制しつつ物体の有無、該物体までの距離等を精度良く求めることができる。

また、移動体装置としての自動車１は、物体検出装置としてのレーザレーダ２０と、該レーザレーダ２０が搭載される車両本体（移動体）とを備えているため、高コスト化を抑制しつつ車両本体の制御（速度制御等）を高精度に行うことができる。

また、監視装置１０によると、レーザレーダ２０を備えているため、物体情報及び移動情報を精度良く求めることができる。

上記実施形態で説明したＬＤ駆動回路の構成は、適宜変更可能である。例えば、図１１に示される変形例１のＬＤ駆動回路２００では、コンデンサＣ、トランジスタＱ１を含んで構成されるスイッチング回路１と、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、トランジスタＱ２を含んで構成されるスイッチング回路２´とがＬＤに接続されている。また、トランジスタＱ１は、スイッチング回路１のスイッチとして機能し、ゲート電極にパルス生成回路１からの駆動パルスが入力される。トランジスタＱ２は、スイッチング回路２のスイッチとして機能し、ゲート電極にパルス生成回路２からの駆動パルスが入力される。ここでは、電流値設定素子としての抵抗Ｒ２は、トランジスタＱ２とグランドとの間に接続されている。

ここでは、トランジスタＱ１としてＭＯＳＦＥＴが用いられている。トランジスタＱ２として、安定した低電流を生成可能なバイポーラトランジスタが用いられている。

変形例１では、スイッチング回路２´からＬＤに供給される駆動電流Ｉ_ＬＤ ^（２）は、Ｉ_ＬＤ ^（２）＝（Ｖ_Ｂ ^（２）−Ｖ_ＢＥ ^（２））／Ｒ２である。なお、Ｖ_Ｂ ^（２）はパルス生成回路２から入力されるパルスのピーク電圧、Ｖ_ＢＥ ^（２）はトランジスタＱ２の順方向降下電圧を表す。

また、例えば、図１２に示される変形例２のＬＤ駆動回路３００では、上記変形例１のＬＤ駆動回路２００においてＬＤとトランジスタＱ２との間にコイルＺ（インダクタ）が接続されている。コイルＺは、スイッチング回路１が起動しているときに、スイッチング回路２から発生するノイズを低減する役割を担っており、これによりＬＤが安定したパルス発光を実行できるようにしている。ここでは、電流値設定素子としての抵抗Ｒ２は、トランジスタＱ２とグランドとの間に接続されている。

ここでは、トランジスタＱ１としてＭＯＳＦＥＴが用いられている。トランジスタＱ２として、安定した低電流を生成可能なバイポーラトランジスタが用いられている。

なお、上記実施形態及び各変形例において、物体情報取得部２０３での処理の一部を主制御装置４０が行っても良いし、主制御装置４０での処理の一部を物体情報取得部２０３が行っても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、監視装置１０が１つのレーザレーダ２０を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。車両の大きさ、監視領域などに応じて、複数のレーザレーダ２０を備えても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、レーザレーダ２０が車両の進行方向を監視する監視装置１０に用いられた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車両の後方や側面を監視する装置に用いられても良い。

さらに、レーザレーダ２０は、車載用以外のセンシング装置にも用いることができる。この場合には、主制御装置４０は、センシングの目的に応じたアラーム情報を出力する。

また、レーザレーダ２０は、物体の有無のみを検出する用途にも用いることができる。

また、レーザレーダ２０は、センシング装置以外の用途（例えば、距離計測装置や形状測定装置）にも用いることができる。

また、上記実施形態及び各変形例のレーザレーダの構成は、適宜変更可能である。

例えば上記実施形態及び各変形例では、光源として、単一のＬＤを用いているが、これに限られない。例えば、複数のＬＤが１次元又は２次元に配列されたＬＤアレイ、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、ＶＣＳＥＬが１次元又は２次元に配列されたＶＣＳＥＬアレイ、半導体レーザ以外のレーザ、レーザ以外の光源などを用いても良い。複数のＬＤが１次元配列されたＬＤアレイとしては、複数のＬＤが積層されたスタック型のＬＤアレイや複数のＬＤが横に並べられたＬＤアレイが挙げられる。

例えば、上記実施形態及び各変形例では、光射出系２０１が、光検出系２０２の＋Ｚ側に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態及び各変形例において、カップリングレンズＬ１に代えて同等の機能を有し、複数の光学素子を含むカップリング光学系を用いても良い。

例えば、上記実施形態及び各変形例では、４つの鏡面（偏向反射面）を有する４面のポリゴンミラーＭ１を用いているが、５面以上のポリゴンミラーを用いても良い。

また、ポリゴンミラー（回転多面鏡）に代えて、例えば、１面〜３面の回転ミラー、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。

また、上記実施形態及び各変形例において、レーザレーダ２０をＺ軸まわりに回動させる回動機構を有していても良い。

また、光検出系は、結像レンズを有していなくも良いし、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。

また、上記実施形態及び各変形例のＬＤ駆動回路は、適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、トランジスタＱ１、Ｑ２としてＭＯＳ−ＦＥＴが用いられているが、トランジスタＱ１、Ｑ２の少なくとも一方として例えば接合型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用いても良い。

例えば、上記各変形例では、トランジスタＱ１としてＭＯＳＦＥＴが用いられているが、これに限らず、例えば接合型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用いても良い。

例えば、上記各変形例では、トランジスタＱ２としてバイポーラトランジスタが用いられているが、これに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴ、接合型ＦＥＴ等の他のトランジスタを用いても良い。

また、上記各実施形態及び各変形例では、物体検出装置が搭載される移動体として自動車を例に説明したが、該移動体は、自動車以外の車両、航空機、船舶等であっても良い。

以上の説明から明らかなように、上記実施形態及び各変形例の光走査装置及び物体検出装置は、物体までの距離を測定する所謂Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いた技術であり、移動体におけるセンシングの他、モーションキャプチャ技術、測距計などの産業分野などで幅広く用いられる。すなわち、本発明の物体検出装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。

また、上記実施形態及び各変形例の光走査装置は、物体検出装置に用いられているが、これに限らず、例えば、光により感光体を走査して画像を形成する画像形成装置（例えばプリンタ、複写機等）や、光によりスクリーンを走査して画像を表示する画像表示装置（例えばプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等）に用いても良い。

以下に、発明者が上記実施形態及び各変形例を発案するに至った思考プロセスを説明する。

近年、走行中の車両の前方の物体の有無や、その物体までの距離を検出する車載装置として、レーザレーダが知られている。レーザレーダ用の光学系としては様々なものが知られているが、特許文献１〜４に開示されているように、光源から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射もしくは散乱された光を、再度回転ミラーを介して光検出器で検出することで、所望の範囲の物体の有無やその物体までの距離を検出できる。

このように、レーザ光により有効走査領域（検出範囲）と、光検出器で検出可能な検出可能領域の両方を走査する走査型レーザレーダは、検出が必要な部分のみにレーザ光を集中できるので、検出精度や検出距離の点で有利であり、また、光検出器で検出可能な領域も最小限にすることができるため、光検出器のコスト的にも有利である。

所望の角度範囲（有効走査領域）で光走査を実施して、物体を検出する方法として、特許文献５に記載のように、ロータリーエンコーダを用いる方式がある。ロータリーエンコーダは回転方向の角度位置を検出可能であるため、ロータリーエンコーダからの信号に基づいて制御すれば、有効走査領域の角度位置を高精度に決めることができる。

しかしながら、ロータリーエンコーダは、一般にスリットパターンが刻まれたコードホイールと、そのスリットパターンを読み取るセンサで構成されているが、ロータリーエンコーダを用いた方式では、回転ミラーの回転軸にコードホイールを取り付け、さらにそれを読み取るためのセンサを設ける必要があり、コストアップになるばかりか、回転軸方向に装置が大型化してしまう。

そこで、発明者は、このような問題に対処するために、上記実施形態及び各変形例を発案した。

１０…監視装置（センシング装置）、２０…レーザレーダ（物体検出装置）、１００、２００、３００…ＬＤ駆動回路（半導体レーザ駆動装置）、２０１…光射出系（光走査装置）、Ｍ１…ポリゴンミラー（偏向器）、Ｒ２…抵抗（電流値設定素子）。

特開２０１１−１２８１１２号公報 特開２００９−６３３３９号公報 特開２０１２−１０７９８４号公報 特開２００９−６９００３号公報 特開２０１１−８５５７７号公報

Claims (13)

1. 光走査用の光源としての半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動装置であって、
   半導体レーザへの通電のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれが切り替え可能な第１及び第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子に第１の駆動パルスを第１の時間帯に断続的に出力する第１のパルス生成部と、
   前記第２のスイッチング素子に第２の駆動パルスを前記第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に出力する第２のパルス生成部と、を備える半導体レーザ駆動装置。
2. 前記第１及び第２の時間帯は、前記第２の時間帯を先頭に交互に繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ駆動装置。
3. 前記第１の駆動パルスのパルス幅は一定であり、前記第２の駆動パルスのパルス幅は可変であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 前記第１のスイッチング素子に前記第１の駆動パルスが出力されて前記半導体レーザが発光したときのピーク光量をＰ１とし、前記第２のスイッチング素子に前記第２の駆動パルスが出力されて前記半導体レーザが発光したときのピーク光量をＰ２としたとき、Ｐ１＞１０００×Ｐ２が満足されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 前記第２のスイッチング素子による前記半導体レーザの駆動電流の経路上に、電流値設定素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ駆動装置。
6. 前記電流値設定素子は、抵抗であることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ駆動装置。
7. 前記半導体レーザと前記第２のスイッチング素子との間に接続されたインダクタを更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ駆動装置。
8. 前記第１のスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ駆動装置。
9. 前記第２のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ駆動装置。
10. 前記第２の駆動パルスが出力されたときに前記半導体レーザから射出されるレーザ光は、光検出器で受光され、
    前記光検出器の出力信号に基づいて前記第１の駆動パルスの出力タイミングを決定する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ駆動装置。
11. 半導体レーザと、
    前記半導体レーザを駆動する請求項１０に記載の半導体レーザ駆動装置と、
    前記半導体レーザからの光を偏向する偏向器と、を備え、
    前記光検出器は、前記偏向器で偏向された光の光路上に配置されている光走査装置。
12. 請求項１１に記載の光走査装置と、
    前記光走査装置から射出され物体で反射された光を検出する光検出系と、を備える物体検出装置。
13. 請求項１２に記載の物体検出装置と、
    前記物体検出装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置。
    

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