JP2019068528A - Booster circuit, power supply circuit, light source drive circuit and distance measurement device - Google Patents

Booster circuit, power supply circuit, light source drive circuit and distance measurement device Download PDF

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Abstract

To downsize a light source drive part which drives a light source.SOLUTION: A booster circuit comprises: a first power source; an inductive element of which one end is electrically connected with the first power source and which stores a current as magnetic field energy; a switch element which is electrically connected with the other end of the inductive element and applies a voltage to the inductive element; a selection switch which selects a connection destination to be electrically connected with the other end of the inductive element; multiple capacitive elements each of which is electrically connected with the other end of the inductive element by the selection switch and stores electric charge; and a control part which controls the switch element and the selection switch. The inductive element and the switch element are used to charge one capacitive element, among the multiple capacitive elements, which is electrically connected with the inductive element by the selection switch, by boosting a voltage supplied from the first power source.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、昇圧回路、電源回路、光源駆動回路及び距離計測装置に関する。   The present invention relates to a booster circuit, a power supply circuit, a light source drive circuit, and a distance measurement device.

コンデンサ等のエネルギー蓄積素子へ充電を行った後、エネルギー蓄積素子を電源として、トランジスタ等のスイッチ素子を用いてエネルギー蓄積素子に充電された電荷を放電することにより、短パルスかつ高いピーク駆動電流を負荷に供給するパルス駆動回路が知られている。エネルギー蓄積素子へ充電は、1[A]未満の小さな電流値により行い、スイッチ素子による放電では、コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放電することで、パルス幅:数[ns]、ピーク電流:数十〜数百[A]の電流を負荷に流すことが出来る。このようなパルス駆動回路は、例えばLiDAR(Light Detection and Ranging)やレーザ加工装置における光源の駆動に用いられる。尚、LiDARとは、走査領域内にパルス光を照射し、走査領域内に存在している対象物からの反射光を受光することで、走査領域内に対象物が存在していることを検出する、若しくは反射光の到来時間を計測することで、対象物までの距離を計測する装置である。   After charging the energy storage element such as a capacitor, the energy storage element is used as a power source, and the switch element such as a transistor is used to discharge the charge stored in the energy storage element, thereby achieving short pulse and high peak drive current. There is known a pulse drive circuit for supplying a load. The energy storage element is charged with a small current value less than 1 [A], and in the discharge by the switch element, the pulse width: several [ns], peak current by instantaneously discharging the charge stored in the capacitor : Several tens to hundreds of [A] of current can be supplied to the load. Such a pulse drive circuit is used to drive a light source in, for example, LiDAR (Light Detection and Ranging) or a laser processing apparatus. Note that LiDAR detects the presence of an object in the scan area by irradiating pulsed light in the scan area and receiving the reflected light from the object present in the scan area. It is an apparatus that measures the distance to an object by measuring the arrival time of reflected light.

本明細書では、光源の駆動に用いられるパルス駆動回路におけるスイッチ素子のことを光源駆動素子と称する。   In the present specification, a switch element in a pulse drive circuit used to drive a light source is referred to as a light source drive element.

複数の光源をパルス駆動するために、それぞれの光源のパルス駆動回路を実装した基板を光源ごとに個別に設ける、あるいは単一の基板上に光源ごとのパルス駆動回路を並列実装したものが、知られている(例えば特許文献1)。   In order to pulse drive a plurality of light sources, substrates provided with pulse drive circuits of the respective light sources are separately provided for each light source, or pulse drive circuits for each light source are mounted in parallel on a single substrate. (E.g., Patent Document 1).

LiDARにおいては、高出力(例えば光量70[W])、かつ高速(例えばパルス幅20[ns])な発光パルスを出射する光源を複数(2〜数十[個])有し、この複数の光源から順次発光することで、走査領域の光走査を行なう。光源を70[W]の光量で発光させるためには、光源に数十[A]の電流を流す必要があり、光源を駆動する光源駆動素子にはこの電流を許容する必要がある。そのため、光源駆動素子の大きさは10mm角程度となる。この光源駆動素子の数を減らすことで、パルス駆動回路の小型化が可能となる。一例として、複数の光源を一つの光源駆動素子を用いて駆動する回路が知られている(例えば特許文献2)。   LiDAR has a plurality of (2 to several tens of) light sources for emitting high-output (for example, 70 [W] light quantities) and high-speed (for example, 20 [ns] pulse widths) light emission pulses. By sequentially emitting light from the light source, light scanning of the scanning area is performed. In order to cause the light source to emit light with a light quantity of 70 [W], it is necessary to flow several tens of [A] of current through the light source, and it is necessary to allow this current to drive the light source. Therefore, the size of the light source driving element is about 10 mm square. By reducing the number of light source drive elements, the pulse drive circuit can be miniaturized. As an example, a circuit that drives a plurality of light sources using one light source drive element is known (for example, Patent Document 2).

ここで、また、光源の寄生インダクタンス又は寄生キャパシタンスの影響を低減し、光源駆動素子の立ち上がり応答を向上するために、光源駆動素子に数十〜数百[V]の高電圧をパルス状に印加する方法が知られている。この方法は、光源をパルス発光する直前までに、パルス駆動回路のエネルギー蓄積素子の電位が数十〜数百[V]となるように、エネルギー蓄積素子を充電し、光源駆動素子により放電することで実現される。   Here, in order to reduce the influence of the parasitic inductance or parasitic capacitance of the light source and to improve the rising response of the light source drive element, a high voltage of several tens to several hundreds [V] is applied in pulses to the light source drive element. The way to do it is known. According to this method, the energy storage element is charged so that the potential of the energy storage element of the pulse drive circuit becomes several tens to several hundreds [V] immediately before the light source is pulsed and the light source drive element discharges it. Is realized by

特許文献2では、エネルギー蓄積素子であるコンデンサの電位を高電圧とするために、昇圧DCDC回路を用いている。また、特許文献3では、コイル等の誘導性素子に蓄えた磁場エネルギーを一挙にエネルギー蓄積素子であるコンデンサに移動させることで、エネルギー蓄積素子を充電し、エネルギー蓄積素子の電位を高電圧とする昇圧チョッパ回路を用いている。   In patent document 2, in order to make the electric potential of the capacitor | condenser which is an energy storage element into a high voltage, the pressure | voltage rise DCDC circuit is used. Further, in Patent Document 3, the energy storage element is charged by moving the magnetic field energy stored in an inductive element such as a coil to the capacitor which is the energy storage element at once, and the potential of the energy storage element is increased. A boost chopper circuit is used.

光源を駆動する回路の規模について、小型化の要望がある。
ここで、LiDARにおいて走査領域を光走査する際には、数百[kHz]程度の高い周波数で、光源を繰り返し発光する必要がある。パルス駆動回路を用いて、このような高い周波数で光源を繰り返し発光するためには、エネルギー蓄積素子への充電を、少なくとも光源の発光周期と同等以上の高い周波数で行なう必要がある。
There is a demand for miniaturization as to the size of the circuit for driving the light source.
Here, when optically scanning the scan area in LiDAR, it is necessary to repeatedly emit light from the light source at a high frequency of about several hundreds of kHz. In order to repeatedly emit light from the light source at such a high frequency using a pulse drive circuit, it is necessary to charge the energy storage element at a frequency higher than at least the light emission cycle of the light source.

しかしながら、昇圧DCDC電源を用いてエネルギー蓄積素子への充電を行なう方法では、昇圧DCDC回路の出力応答性を向上させる(出力インピーダンスを低下させる)ために、出力コンデンサのキャパシタンスを増やす、コイルのインダクタンスを下げて許容電流量を大きくする等、負荷に対する応答性を向上させる必要がある。この結果として、昇圧DCDC回路の部品サイズは大きくなり、回路規模の小型化の制約となる。   However, in the method of charging the energy storage element using the step-up DCDC power supply, the inductance of the coil is increased to increase the capacitance of the output capacitor in order to improve the output response of the step-up DCDC circuit (decrease the output impedance). It is necessary to improve the responsiveness to load, for example, by lowering it to increase the amount of allowable current. As a result, the component size of the step-up DCDC circuit becomes large, which is a constraint on downsizing of the circuit scale.

また、昇圧チョッパ回路は、磁場エネルギーを蓄える誘導性素子と、この誘導性素子に蓄えた磁場エネルギーの移動先となるエネルギー蓄積素子と、誘導性素子に磁場エネルギーを蓄え、蓄えた磁場エネルギーを一気にエネルギー蓄積素子へ移動させるトランジスタ等のチョッパスイッチと、で構成され、一つの昇圧チョッパ回路を構成する素子の数は少ない。特許文献3では、一つの昇圧チョッパ回路を用いて、一つの光源を発光させている。この特許文献3の構成は、1つの昇圧コイル(誘導性素子)に対して1つの出力であるSISO(Single Inductor Single Output)回路という構成である。そのため、複数の光源を発光させようとする場合、光源の数と同数の昇圧チョッパ回路が必要となる。ここで、昇圧チョッパ回路における誘導性素子は、昇圧エネルギーを蓄えるために大きな電流容量が必要となるので、昇圧チョッパ回路で昇圧する電圧の高圧化に応じて大型化する。そのため、光源の数と同数の昇圧チョッパ回路を用いることは、回路規模の小型化の制約となる。つまり、特許文献3の構成は、複数の光源を発光させようとする場合、小型化という観点で改善の余地がある。   Further, the step-up chopper circuit stores the magnetic field energy at a stretch by storing the magnetic field energy in the inductive element that stores the magnetic field energy, the energy storage element to which the magnetic field energy stored in the inductive element is moved, and the inductive element. There are few elements which are comprised by chopper switches, such as a transistor moved to an energy storage element, and comprise one step-up chopper circuit. In patent document 3, one light source is made to emit light using one step-up chopper circuit. The configuration of Patent Document 3 is a configuration of a single inductor single output (SISO) circuit which is one output for one booster coil (inductive element). Therefore, to emit light from a plurality of light sources, the same number of boost chopper circuits as the number of light sources are required. Here, since the inductive element in the step-up chopper circuit requires a large current capacity to store the step-up energy, the inductive element in the step-up chopper circuit is increased in size according to the increase in the voltage boosted by the step-up chopper circuit. Therefore, using the same number of step-up chopper circuits as the number of light sources is a constraint on downsizing of the circuit scale. That is, the configuration of Patent Document 3 has room for improvement in terms of downsizing when trying to emit light from a plurality of light sources.

本発明は、光源を駆動する光源駆動部を小型化することを目的とする。   An object of the present invention is to miniaturize a light source drive unit for driving a light source.

そこで上記課題を解決するため、昇圧回路は、第一の電源と、一端が前記第一の電源と電気的に接続され、電流を磁場エネルギとして蓄積する誘導性素子と、前記誘導性素子の他端と電気的に接続され、該誘導性素子に電圧を印加するスイッチ素子と、前記誘導性素子の他端と電気的に接続する接続先を選択する選択スイッチと、前記選択スイッチにより前記誘導性素子の他端と電気的に接続する、電荷を蓄積する複数の容量性素子と、前記スイッチ素子と前記選択スイッチとを制御する制御部と、を有し、前記誘導性素子と、前記スイッチ素子と、を用いて、前記複数の容量性素子の中から前記選択スイッチにより前記誘導性素子と電気的に接続された前記容量性素子を、前記第一の電源から供給される電圧を昇圧して充電する。   Then, in order to solve the above-mentioned subject, a booster circuit is electrically connected with the 1st power supply and one end with the 1st power supply, an inductive element which accumulates an electric current as magnetic field energy, and others of the inductive element A switch element electrically connected to an end to apply a voltage to the inductive element, a selection switch selecting a connection destination electrically connected to the other end of the inductive element, and the inductive switch A plurality of capacitive elements for storing charge, which are electrically connected to the other end of the element, and a control unit for controlling the switch element and the selection switch, the inductive element, and the switch element And boosting the voltage supplied from the first power supply from the capacitive element electrically connected to the inductive element by the selection switch out of the plurality of capacitive elements. To charge.

本発明は、光源を駆動する光源駆動部を小型化することができる。   The present invention can miniaturize a light source drive unit for driving a light source.

本発明の実施の形態におけるLiDAR装置1000の全体構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a whole structure of the LiDAR apparatus 1000 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光源駆動部100の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a circuit structure of the light source drive part 100 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光源駆動部100のタイミングチャートである。It is a timing chart of light source drive part 100 in an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態における光源駆動部100の他の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of another circuit structure of the light source drive part 100 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光源駆動部100のフィードバック回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the feedback circuit of the light source drive part 100 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における昇圧制御部の出力制御フローチャートである。It is an output control flowchart of the pressure | voltage rise control part in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光源駆動部100を安定化させる回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the circuit which stabilizes the light source drive part 100 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における選択スイッチの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the selection switch in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光源駆動部100を集積化する回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the circuit which integrates the light source drive part 100 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における負荷としての光源アレイの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the light source array as a load in embodiment of this invention.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

図1は、本発明の実施の形態におけるLiDAR(Light Detection and Ranging)装置1000の全体構成例を示す図である。LiDAR装置1000は、走査領域内にパルス光を照射し、走査領域内に存在している対象物からの反射光を受光することで、走査領域内に対象物が存在していることを検出する、若しくは反射光の到来時間を計測することで、対象物までの距離を計測する。本発明を適用したLiDAR装置1000は、複数の光源を有している。複数光源を数百[kHz]程度の高い周波数で切り替えて発光することにより、高速な光走査が可能となり、対象物の検出や対象物までの距離計測を高速に行なうことが可能となる。その結果、対象物の検出間隔や対象物までの距離計測の間隔を短く出来る、という効果を奏する。   FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a light detection and ranging (LiDAR) apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention. The LiDAR device 1000 detects the presence of an object in the scan area by emitting pulsed light in the scan area and receiving the reflected light from the object present in the scan area. Or, by measuring the arrival time of the reflected light, the distance to the object is measured. The LiDAR device 1000 to which the present invention is applied has a plurality of light sources. By switching a plurality of light sources at a high frequency of several hundreds of kHz and emitting light, high-speed light scanning can be performed, and detection of an object and distance measurement to an object can be performed at high speed. As a result, it is possible to shorten the detection interval of the object and the interval of distance measurement to the object.

また、LiDAR装置1000において、発光のパルス幅を短くすることで、立ち上がりが急峻になり、時間計測のタイミングジッタ(誤差)が減少する、光源の発熱が低減し、光源寿命が向上する、光源の発熱が低減し、パルス発光の繰返し周期をより短くできる等の効果を奏する。   Further, in the LiDAR device 1000, by shortening the pulse width of light emission, the rising edge becomes steep, the timing jitter (error) of time measurement decreases, the heat generation of the light source decreases, and the light source life improves. Heat generation is reduced, and effects such as shortening of the repetition cycle of pulse emission can be achieved.

図1に示されるように、LiDAR装置1000は、光源駆動部100、ECU(Embedded Controller Unit)201、測定制御部202、照射光学系203、受光光学系204、受光素子205及び受光回路206を有する。光源駆動部100は、光源へ電力を供給する電源回路である昇圧回路105、光源である光源アレイ130を含む光源駆動回路120を有する。   As shown in FIG. 1, the LiDAR device 1000 includes a light source drive unit 100, an ECU (Embedded Controller Unit) 201, a measurement control unit 202, an irradiation optical system 203, a light receiving optical system 204, a light receiving element 205, and a light receiving circuit 206. . The light source driving unit 100 includes a boosting circuit 105 which is a power supply circuit for supplying power to the light source, and a light source driving circuit 120 including a light source array 130 which is a light source.

ECU201は、制御信号を測定制御部202に送信し、測定制御部202から測定データを受信する。測定制御部202は、ECU201から制御信号を受信し、光源切替信号及び発光信号を光源駆動部100に送信する。また、測定制御部202は、受光回路206から受光信号を受信し、測定データをECU201に送信する。   The ECU 201 transmits a control signal to the measurement control unit 202, and receives measurement data from the measurement control unit 202. The measurement control unit 202 receives a control signal from the ECU 201, and transmits a light source switching signal and a light emission signal to the light source drive unit 100. Further, the measurement control unit 202 receives a light reception signal from the light reception circuit 206, and transmits measurement data to the ECU 201.

光源駆動部100は、測定制御部202から出力される光源切替信号及び発光信号を選択昇圧部110又は光源駆動回路120で受信して、光源アレイ130を駆動する電流を生成する。   The light source drive unit 100 receives the light source switching signal and the light emission signal output from the measurement control unit 202 by the selective booster unit 110 or the light source drive circuit 120, and generates a current for driving the light source array 130.

照射光学系203は、光源アレイ130から発光された光を、照射光として出力する。受光光学系204は、反射光を受光し、受光素子205へ導く。受光素子205は、入力される反射光を信号に変換する。受光回路206は、受光素子205から出力される信号に基づいて、受光信号を測定制御部202に送信する。   The illumination optical system 203 outputs the light emitted from the light source array 130 as illumination light. The light receiving optical system 204 receives the reflected light and guides it to the light receiving element 205. The light receiving element 205 converts the input reflected light into a signal. The light receiving circuit 206 transmits a light receiving signal to the measurement control unit 202 based on the signal output from the light receiving element 205.

図2は、本発明の実施の形態における光源駆動部100の回路構成例を示す図である。昇圧回路105は、一端が主電源と接続され、昇圧のためのエネルギーを蓄えるコイルL(誘導性素子)、コイルLの他端と接続され、コイルLに電圧を印加することで磁場エネルギーを蓄え、蓄えた磁場エネルギーを電流としてコイルLの他端の接続先へ供給するチョッパスイッチQ1、コイルLの他端と接続され、コイルLから供給される電流を一方向に整流し、この電流が流れる先を電源コンデンサC1〜C3の何れかに切り替える整流スイッチSCR1〜SCR3、整流スイッチSCR1〜SCR3の切り替えを制御する昇圧制御部107、を有する。   FIG. 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the light source drive unit 100 according to the embodiment of the present invention. The booster circuit 105 has one end connected to the main power supply, a coil L (inductive element) for storing energy for boosting, and the other end of the coil L, and stores a magnetic field energy by applying a voltage to the coil L Chopper switch Q1 that supplies the stored magnetic field energy as a current to the other end of coil L, is connected to the other end of coil L, rectifies the current supplied from coil L in one direction, and this current flows It has the rectification switch SCR1-SCR3 which switches the point to either of power supply capacitor C1-C3, and the boost control part 107 which controls switching of rectification switch SCR1-SCR3.

昇圧制御部107は、チョッパスイッチQ1のオンオフの切り替えと、整流スイッチSCR1〜SCR3の接続先とを制御する。   The boost control unit 107 controls switching on and off of the chopper switch Q1 and connection destinations of the rectifying switches SCR1 to SCR3.

整流スイッチSCR1〜SCR3は、昇圧制御部107の指令によりコイルLから供給される電流先を電源コンデンサC1〜C3の何れかに切り替える。整流スイッチSCR1〜SCR3によりコイルLの他端と接続された電源コンデンサC1〜C3の何れかは、コイルLからの電流により充電される。その際、主電源の電圧よりも高い電圧で、整流スイッチSCR1〜SCR3により選択された電源コンデンサC1〜C3は充電される。昇圧制御部107の制御タイミングは後述する。   The rectification switches SCR1 to SCR3 switch the current supplied from the coil L to any of the power supply capacitors C1 to C3 according to a command from the boost control unit 107. One of the power supply capacitors C1 to C3 connected to the other end of the coil L by the rectifying switches SCR1 to SCR3 is charged by the current from the coil L. At this time, the power supply capacitors C1 to C3 selected by the rectification switches SCR1 to SCR3 are charged at a voltage higher than the voltage of the main power supply. The control timing of the boost control unit 107 will be described later.

光源駆動回路120は、光源アレイ130を構成する複数の光源LD1〜LD3、光源LD1〜LD3をそれぞれ駆動する光源駆動素子Q2〜Q4、光源LD1〜LD3の発光を制御する発光制御部121、を有する。光源LD1〜LD3は、それぞれ電源コンデンサC1〜C3の何れを電源として発光する。発光制御部121は、光源LD1〜LD3から発光する光源を選択する。   The light source drive circuit 120 has a plurality of light sources LD1 to LD3 constituting the light source array 130, light source drive elements Q2 to Q4 for driving the light sources LD1 to LD3 respectively, and a light emission control unit 121 for controlling light emission of the light sources LD1 to LD3. . The light sources LD1 to LD3 emit light using any one of the power supply capacitors C1 to C3 as a power supply. The light emission control unit 121 selects a light source emitting light from the light sources LD1 to LD3.

つまり、昇圧回路105は、コイルLと、チョッパスイッチQ1と、整流スイッチSCR1〜SCR3によりコイルLと接続された電源コンデンサC1〜C3の何れかと、により昇圧チョッパ回路を構成する。そして、充電された電源コンデンサC1〜C3が光源LD1〜LD3の電源となるので、昇圧回路105は、光源駆動回路120の電源回路である、ということもできる。   That is, the booster circuit 105 constitutes a booster chopper circuit by the coil L, the chopper switch Q1, and any one of the power supply capacitors C1 to C3 connected to the coil L by the rectification switches SCR1 to SCR3. Then, since the charged power supply capacitors C1 to C3 become power supplies of the light sources LD1 to LD3, it is possible to say that the booster circuit 105 is a power supply circuit of the light source drive circuit 120.

昇圧制御部107、発光制御部121は、それぞれ測定制御部202から、光源切替信号及び発光信号の指令を受けて動作する。動作としては、光源切替信号によって発光する光源が選択され、発光信号によって発光タイミングが制御される。   The boost control unit 107 and the light emission control unit 121 each receive an instruction of the light source switching signal and the light emission signal from the measurement control unit 202 and operate. As the operation, the light source emitting light is selected by the light source switching signal, and the light emission timing is controlled by the light emission signal.

LiDAR装置1000において、パルス幅が短い短パルスの発光波形を得る際、光源及び配線パターンの寄生インダクタンス又は寄生キャパシタンスによって、発光波形の立ち上がり速度が制限される。そこで、LiDAR装置1000においては、特に寄生インダクタンスの影響を少なくするため、電源コンデンサの充電電圧を数十〜数百[V]以上に高電圧化している。また、発光周期を短くするためには、電源コンデンサの充電時に、コンデンサに流す電流量を大きくすることが効果的である。   In the LiDAR device 1000, when obtaining a light emission waveform of a short pulse having a short pulse width, the rising speed of the light emission waveform is limited by the parasitic inductance or parasitic capacitance of the light source and the wiring pattern. Therefore, in the LiDAR device 1000, the charging voltage of the power supply capacitor is increased to several tens to several hundreds [V] or more in order to reduce the influence of the parasitic inductance. Also, in order to shorten the light emission cycle, it is effective to increase the amount of current flowing through the capacitor when charging the power supply capacitor.

ここで、一般的な車載等の用途では、電源電圧は高くても48[V]以下が一般的であり、この電源電圧よりも高電圧を得るために一般的には昇圧DCDC回路を用いて駆動電圧を昇圧する。しかしながら、既述したように、昇圧DCDC回路の出力応答性の向上と回路規模の小型化とはトレードオフの関係があるので、昇圧DCDC回路を用いて、発光周期を短くしようとすると小型化が困難であった。   Here, in general automotive applications and the like, the power supply voltage is generally at most 48 [V] or less, and in order to obtain a higher voltage than this power supply voltage, a boosted DCDC circuit is generally used. Boost the drive voltage. However, as described above, since there is a trade-off between improvement in output responsiveness of the boost DCDC circuit and miniaturization of the circuit scale, shortening the light emission period using the boost DCDC circuit results in miniaturization. It was difficult.

本発明の実施の形態においては、選択昇圧部110の工夫によって従来実現が困難であった、電源コンデンサを充電する昇圧回路の小型化を実現している。また、半導体集積回路によっても実現可能である。   In the embodiment of the present invention, miniaturization of the booster circuit for charging the power supply capacitor, which was difficult to realize in the related art by the device of the selective booster unit 110, is realized. It can also be realized by a semiconductor integrated circuit.

既述したように、本発明の実施の形態では、整流スイッチSCR1〜SCR3によって、昇圧チョッパ回路における充電コンデンサ(本発明の実施の形態における電源コンデンサ)を選択している。   As described above, in the embodiment of the present invention, the charge capacitors (power supply capacitors in the embodiment of the present invention) in the step-up chopper circuit are selected by the rectifying switches SCR1 to SCR3.

この構成により、一つのコイルで複数の充電コンデンサを充電することができ、昇圧された電圧を複数の負荷へ供給できる、という効果を奏する。つまり、本発明の実施の形態は、SIMO(Single Inductor Multi Output)技術である。既述したように、昇圧チョッパ回路におけるコイルは、昇圧エネルギーを蓄えるために大きな電流容量が必要となるので、部品のサイズが大型となる。そのコイルが一つで済むことは、小型化に対して有効である。また、本発明の実施の形態における選択昇圧部110を構成する部品のうち、コイル以外の構成部品は、すべて半導体集積技術によって集積可能な部品することが出来る。つまり、本発明の実施の形態では、選択昇圧部110について、コイルを外付け部品とし、他の集積回路で構成できることも小型化に対して大きなメリットとなる。   With this configuration, one coil can charge a plurality of charging capacitors, and the boosted voltage can be supplied to a plurality of loads. That is, the embodiment of the present invention is a SIMO (Single Inductor Multi Output) technology. As described above, the coil in the step-up chopper circuit requires a large current capacity to store the step-up energy, so that the size of the parts becomes large. The fact that only one coil is required is effective for miniaturization. Further, among the components constituting the selective boosting unit 110 in the embodiment of the present invention, all components other than the coil can be components which can be integrated by the semiconductor integration technology. That is, in the embodiment of the present invention, the coil can be used as an external part for the selective booster 110 and can be configured with another integrated circuit, which is also a great advantage for downsizing.

整流スイッチとしては、整流作用を持つダイオードと、MOSFET−バイポーラトランジスタ等のスイッチと組み合わせても良いが、最も簡素に実現できる構成では、PNPN構造のサイリスタを用いることが好ましい。サイリスタの機能として、一度ゲートをONにすると、電流が流れきるまで導通が維持される。サイリスタの当該機能によって、1パルス昇圧チョッパの動作において、昇圧動作が終了したタイミングでサイリスタが自動的にOFFする手順が確実に行われるため、ゲート駆動回路が簡便になる。また、サイリスタは、PNPN構造であるため、集積化が容易であることもメリットとなる。   As a rectifying switch, a diode having a rectifying function may be combined with a switch such as a MOSFET-bipolar transistor, but in the configuration which can be realized in the simplest manner, it is preferable to use a thyristor having a PNPN structure. As a function of the thyristor, once the gate is turned on, the conduction is maintained until the current flows. The gate drive circuit is simplified because the procedure of turning off the thyristor automatically at the timing when the step-up operation is completed is surely performed in the operation of the one-pulse step-up chopper by the function of the thyristor. In addition, since the thyristor has a PNPN structure, it is also advantageous that the integration is easy.

図3は、本発明の実施の形態における光源駆動部100のタイミングチャートである。図2に示される光源駆動部100の動作順序は以下の通りである。
(1)(t<t1)昇圧制御部は、光源切替信号に基づいて、点灯する光源を少なくとも一つ選択する。
(2)(t>t1)昇圧制御信号S1によってチョッパスイッチQ1がONされ、昇圧コイルLに電流を印加する。電流は、時定数L/Rを持って上昇する(ここで、Rは、Q1のオン抵抗である)。
(3)(t=t2)昇圧コイルLに所定の電流値Ichgが流れたとき、昇圧制御部は、チョッパスイッチQ1をOFFするとともに、整流スイッチSCR1〜SCR3のいずれか一つをONする。整流スイッチを二つ同時にONすることもできるが、その場合充電される電圧は半分になる。ここでは、昇圧制御部は、切替信号G1をHighにして整流スイッチSCR1をONする。
(4)(t<t3)充電が完了したら、昇圧制御部は、切替信号G1をLowにして整流スイッチSCR1をOFFにする。
(5)(t=t3)発光信号により選択された光源に対応する光源駆動素子Q2〜Q4をONにする。ここでは、発光制御部は、発光信号S2によってQ2をONにする。駆動コンデンサに充電されていた電荷が、光源に流れ込み、パルス状の発光波形が得られる。このとき、サイリスタはOFFのため、駆動コンデンサC1〜C3の電圧値が無くなるまで、パルスを発光させる。
(6)(t<t4)昇圧制御部は、光源切替信号に基づいて、点灯する光源を少なくとも一つ選択する。
(7)(t>t4)昇圧制御信号S1によってチョッパスイッチQ1がONされ、昇圧コイルLに電流を印加する。電流は、時定数L/Rを持って上昇する。
(8)(t=t5)昇圧コイルLに所定の電流値Ichgが流れたとき、昇圧制御部は、チョッパスイッチQ1をOFFするとともに、切替信号G2をHighにして整流スイッチSCR2をONする。
(9)(t<t6)充電が完了したら、切替信号G2をLowにして整流スイッチSCR2をOFFにする。
(10)(t>t6)発光信号S3により選択された光源に対応する駆動素子Q3をONにする。駆動コンデンサに充電されていた電荷が、光源に流れ込み、パルス状の発光波形が得られる。このとき、サイリスタはOFFのため、駆動コンデンサC2の電圧値が無くなるまで、パルスを発光させる。
(11)(1)に戻る。
FIG. 3 is a timing chart of the light source drive unit 100 according to the embodiment of the present invention. The operation sequence of the light source driving unit 100 shown in FIG. 2 is as follows.
(1) (t <t1) The boost control unit selects at least one light source to be lit based on the light source switching signal.
(2) (t> t1) The chopper switch Q1 is turned on by the step-up control signal S1, and a current is applied to the step-up coil L. The current rises with the time constant L / R (where R is the on resistance of Q1).
(3) (t = t2) When a predetermined current value Ichg flows in the booster coil L, the booster control unit turns off the chopper switch Q1 and turns on any one of the rectification switches SCR1 to SCR3. Two commutating switches can be turned on at the same time, in which case the charged voltage is halved. Here, the boost control unit sets the switching signal G1 to High to turn on the rectifying switch SCR1.
(4) (t <t3) When the charging is completed, the step-up control unit sets the switching signal G1 to Low to turn off the rectifying switch SCR1.
(5) (t = t3) The light source drive elements Q2 to Q4 corresponding to the light source selected by the light emission signal are turned ON. Here, the light emission control unit turns on Q2 by the light emission signal S2. The charge stored in the drive capacitor flows into the light source to obtain a pulsed light emission waveform. At this time, since the thyristor is off, pulses are emitted until the voltage values of the drive capacitors C1 to C3 disappear.
(6) (t <t4) The boost control unit selects at least one light source to be lit based on the light source switching signal.
(7) (t> t4) The chopper switch Q1 is turned on by the step-up control signal S1, and a current is applied to the step-up coil L. The current rises with the time constant L / R.
(8) (t = t5) When a predetermined current value Ichg flows through the booster coil L, the booster control unit turns off the chopper switch Q1, turns the switching signal G2 to High, and turns on the rectifying switch SCR2.
(9) (t <t6) When the charging is completed, the switching signal G2 is set to Low to turn off the rectifying switch SCR2.
(10) (t> t6) The driving element Q3 corresponding to the light source selected by the light emission signal S3 is turned ON. The charge stored in the drive capacitor flows into the light source to obtain a pulsed light emission waveform. At this time, since the thyristor is off, pulses are emitted until the voltage value of the drive capacitor C2 disappears.
(11) Return to (1).

図4は、本発明の実施の形態における光源駆動部100の他の回路構成例を示す図である。図2の回路構成例の変形例として、誘導性素子としてインダクタではなく、トランスを用いた例を示す。   FIG. 4 is a diagram showing another circuit configuration example of the light source drive unit 100 according to the embodiment of the present invention. As a modified example of the circuit configuration example of FIG. 2, an example using a transformer instead of an inductor as an inductive element is shown.

図4に示されるようにトランスを用いた場合でも、本発明を実現できる。動作としては、トランスMの一次側にチョッパスイッチによって電流を流すと、二次側に巻き線比に応じた誘導電流が流れる。誘導電流の流れる方向を整流スイッチによって切替えることで、駆動コンデンサC1〜C3を選択して昇圧できる。   Even when a transformer is used as shown in FIG. 4, the present invention can be realized. In operation, when a current is supplied to the primary side of the transformer M by a chopper switch, an induced current according to the winding ratio flows to the secondary side. The drive capacitors C <b> 1 to C <b> 3 can be selected and boosted by switching the flowing direction of the induced current with the rectification switch.

図5は、本発明の実施の形態における光源駆動部100のフィードバック回路の構成例を示す図であり、いくつかの要件を追加している。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a feedback circuit of the light source drive unit 100 in the embodiment of the present invention, and some requirements are added.

先ず、Q1の寄生ダイオードを通してLに逆方向電流が流れるのを防ぐ整流素子Dを追加している。また、光源駆動素子をQ2のみとしている。そして、光源駆動素子を流れる駆動電流を整流して、光源LD1〜LD3に逆電圧が加わるのを防ぐD1〜D3を追加している。また、切替信号G1、G2、G3に接続されるレベルシフト回路を追加している。レベルシフト回路は、サイリスタがオンした際に、ゲート−カソード間電圧が負電圧にならないよう電圧をレベルシフトするため回路である、一般的にはブートストラップ回路や、パルストランスを用いる。更に、昇圧された電圧値又は駆動電流を昇圧制御部107へフィードバックするフィードバック回路を追加している。   First, a rectifying element D is added to prevent reverse current from flowing to L through the parasitic diode of Q1. Also, the light source drive element is only Q2. Then, the drive current flowing through the light source drive element is rectified to add D1 to D3 for preventing the reverse voltage from being applied to the light sources LD1 to LD3. In addition, level shift circuits connected to the switching signals G1, G2, and G3 are added. The level shift circuit is a circuit for level shifting the voltage so that the gate-cathode voltage does not become a negative voltage when the thyristor is turned on. Generally, a bootstrap circuit or a pulse transformer is used. Furthermore, a feedback circuit for feeding back the boosted voltage value or drive current to the boost control unit 107 is added.

フィードバック回路について、昇圧コイルLには、製造ばらつき、温度特性、電流特性等のインダクタンス変動要因が存在する。図5に示す回路では、これらの変動要因をキャンセルするために、昇圧された電圧値又は駆動電流を昇圧制御部107へフィードバックして、充電後の電源コンデンサの電圧を安定化する。   Regarding the feedback circuit, in the boosting coil L, there are inductance fluctuation factors such as manufacturing variations, temperature characteristics, current characteristics and the like. In the circuit shown in FIG. 5, in order to cancel these fluctuation factors, the boosted voltage value or drive current is fed back to the boost control unit 107 to stabilize the voltage of the power supply capacitor after charging.

昇圧制御部107へフィードバックする対象としては、昇圧された電圧(電源コンデンサの充電電圧)、パルス電流のピーク値又は光源の光出力等である。図5に示される構成では、少なくとも1つの電源コンデンサ(図5はC1)の電圧を昇圧制御部107へフィードバックする。もし、C1=C2=C3であれば、C1の電圧のフィードバックによって、どの駆動コンデンサも等しい電圧にすることができる。実際には、駆動コンデンサの容量のばらつきは数[%]〜10[%]と、コイルと比べて小さいばらつきなので、略同じ要領とみなすことが出来る。製造後の変動(温度変動等)が十分小さければ、出荷時又は定期的な個別調整によっても変動要因を抑え込むことができる。   A target to be fed back to the boost control unit 107 is a boosted voltage (charging voltage of a power supply capacitor), a peak value of a pulse current, an optical output of a light source, or the like. In the configuration shown in FIG. 5, the voltage of at least one power supply capacitor (FIG. 5 is C1) is fed back to the boost control unit 107. If C1 = C2 = C3, then by feedback of the voltage of C1, any drive capacitor can be made equal voltage. In fact, since the variation of the capacitance of the drive capacitor is a small variation of several [%] to 10 [%] compared to the coil, it can be regarded as substantially the same. If the post-manufacturing fluctuation (temperature fluctuation etc.) is sufficiently small, the fluctuation factor can be suppressed also by shipping or periodic individual adjustment.

また、図5に示される構成では、シャント抵抗等の電流波形検出手段と、ピークホールド回路によって、光源LD1〜LD3に流れる発光電流のピーク値(ピーク電流)を昇圧制御部107へフィードバックする。このように、図5の光源駆動部100においては、フィードバック情報取得部を介して、電源コンデンサC1の充電電圧がフィードバック電圧Vfbとして、光源LD1〜LD3に流れるピーク電流がフィードバック電流値Ifbとして昇圧制御部107へフィードバックされる。   Further, in the configuration shown in FIG. 5, the peak value (peak current) of the light emission current flowing through the light sources LD1 to LD3 is fed back to the boost control unit 107 by current waveform detection means such as a shunt resistor and a peak hold circuit. As described above, in the light source drive unit 100 of FIG. 5, boost control is performed by using the feedback information acquisition unit as the feedback voltage Vfb for the charging voltage of the power supply capacitor C1 and the feedback current value Ifb for the peak current flowing through the light sources LD1 to LD3. It is fed back to the unit 107.

このように、電源コンデンサC1の充電電圧や光源LD1〜LD3に流れるピーク電流を昇圧制御部107へフィードバックすることで、光源LD1〜LD3の発光光量を安定化することが出来る。電源コンデンサC1の充電電圧と光源LD1〜LD3に流れるピーク電流との両方をフィードバックすることが望ましいが、どちらか一方であってもよい。あるいは、光源から発光された光量をモニタし、光量を電圧や電流に変換した信号を昇圧制御部107へフィードバックすることで発光光量を安定化する出力光量制御APC(Auto Power Control)を実現できる。   As described above, by feeding back the charging voltage of the power supply capacitor C1 and the peak current flowing to the light sources LD1 to LD3 to the boost control unit 107, it is possible to stabilize the amount of light emitted from the light sources LD1 to LD3. Although it is desirable to feed back both the charging voltage of the power supply capacitor C1 and the peak current flowing to the light sources LD1 to LD3, it may be one or the other. Alternatively, it is possible to realize an output light amount control APC (Auto Power Control) that stabilizes the amount of emitted light by monitoring the amount of light emitted from the light source and feeding back a signal obtained by converting the amount of light into voltage or current to the boost control unit 107.

昇圧制御部107が行う出力制御手段として、PWM等のパルス幅可変制御を行う。フィードバックされた値Vfb及びIfbに応じて、チョッパスイッチQ1のON時間を可変して、出力を制御する。   As output control means performed by the boost control unit 107, pulse width variable control such as PWM is performed. The ON time of the chopper switch Q1 is varied according to the fed back values Vfb and Ifb to control the output.

図6は、本発明の実施の形態における昇圧制御部の出力制御フローチャートである。図6は、図5に示された昇圧制御部のフィードバック制御動作を示す。目標値に対して、フィードバック量を比較し、目標値に近づくようにパルス幅によって出力制御する一般的なPWM制御手順を示す。   FIG. 6 is an output control flowchart of the boost control unit according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a feedback control operation of the boost control unit shown in FIG. A general PWM control procedure is shown in which the feedback amount is compared with the target value, and the output is controlled by the pulse width to approach the target value.

最初にステップS10において、電源コンデンサの電圧Vfb又はピークホールドされた駆動電流のピーク電流値Ifbを、AD変換して取得する。続いて、取得した物理量と、目標値を比較(S11)した後、補償値、すなわち昇圧信号S1のON時間を演算によって求める(S12)。ステップS13において、昇圧信号S1の出力によって、チョッパスイッチQ1のON時間を制御するため、昇圧コイルを流れる電流値を制御し、出力電圧を制御できる。   First, in step S10, the voltage Vfb of the power supply capacitor or the peak current value Ifb of the peak-held drive current is AD converted and acquired. Subsequently, after comparing the acquired physical quantity with the target value (S11), the compensation value, that is, the ON time of the boost signal S1 is calculated by calculation (S12). In step S13, since the ON time of the chopper switch Q1 is controlled by the output of the boosting signal S1, the value of the current flowing through the boosting coil can be controlled to control the output voltage.

なお、例えば発光周期が可変である場合は、S1のON時間のパルス周期も発光周期に応じて変わるため、パルス幅制御、すなわち、パルス周波数を可変するパルス幅変調により、チョッパスイッチQ1をON/OFF制御する。   For example, when the light emission cycle is variable, the pulse cycle of the ON time of S1 also changes according to the light emission cycle. Therefore, the chopper switch Q1 is turned on / off by pulse width control, that is, pulse width modulation that changes the pulse frequency. OFF control.

以下、昇圧コイルLから供給される電流がチョッパスイッチQ1のON時間で制御できること、昇圧コイルLから供給される電流で昇圧される電圧が制御できることの理由を説明する。   Hereinafter, the reason why the current supplied from the boosting coil L can be controlled by the ON time of the chopper switch Q1 and the reason that the voltage boosted by the current supplied from the boosting coil L can be controlled will be described.

昇圧チョッパ回路は、昇圧コイルのエネルギーを駆動コンデンサに移動する過程で、昇圧する。昇圧コイルのエネルギー量をWLと定義し、駆動コンデンサのエネルギー量をWCと定義する。チョッパスイッチによって昇圧コイルに電流を流すと、昇圧コイルのエネルギー量WLは、次の式で表せる。Iはコイルを流れる電流、Lはコイルインダクタンスである。
WL=1/2*L*I^2
コンデンサのエネルギー量WCは次の式で表せる。Cはコンデンサキャパシタンス,Vはコンデンサの両端電圧である。
WC=1/2*C*V^2
チョッパスイッチQ1をOFFにすると同時に、整流手段で電流の流れる方向を整流し、コンデンサにエネルギーを移動させる。このときの効率は100%に近い値であり、WL=WCと考えると、昇圧された後の電圧Vは次の式で表せる。
V=I*sqrt(L/C)
以上で、昇圧される電圧Vが、コイルを流れる電流Iで制御できることがわかる。
The boost chopper circuit boosts the energy of the boost coil in the process of transferring it to the drive capacitor. The energy amount of the boost coil is defined as WL, and the energy amount of the drive capacitor is defined as WC. When a current is supplied to the booster coil by the chopper switch, the energy amount WL of the booster coil can be expressed by the following equation. I is the current flowing through the coil and L is the coil inductance.
WL = 1/2 * L * I ^ 2
The energy amount WC of the capacitor can be expressed by the following equation. C is a capacitor capacitance, and V is a voltage across the capacitor.
WC = 1/2 * C * V ^ 2
At the same time as the chopper switch Q1 is turned off, the direction of current flow is rectified by the rectifying means to transfer energy to the capacitor. The efficiency at this time is a value close to 100%, and assuming that WL = WC, the voltage V after being boosted can be expressed by the following equation.
V = I * sqrt (L / C)
From the above, it can be seen that the boosted voltage V can be controlled by the current I flowing through the coil.

図7は、本発明の実施の形態における光源駆動部100において、電源コンデンサC1〜C3の充電電圧を安定化させる回路の構成例を示す図である。電源コンデンサの充電電圧をフィードバックするのではなく、昇圧電圧と同じ電圧Vclampの電源を別途用意し、電源コンデンサC1〜C3をクランプすることで、電源コンデンサC1〜C3の充電電圧を安定化する。光源LD1〜LD3を駆動する電流は、昇圧回路105から供給されるので、このクランプ電源には、光源を駆動するための電流容量は必要ない。電源コンデンサC1〜C3の容量の差によらず、電源コンデンサC1〜C3すべてを一定電圧にできる効果がある。一方、安定化電圧Vclampを供給する電源が別途必要であること、またクランプされた電力を別途消費する必要があること等デメリットも存在する。クランプ電源は、例えば別コイルを有する昇圧電源を追加する方法、図4に示されるC1昇圧インダクタLを使ってSIMO電源を構成する方法等で実現すればよい。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a circuit that stabilizes the charging voltage of the power supply capacitors C1 to C3 in the light source drive unit 100 according to the embodiment of the present invention. Instead of feeding back the charging voltage of the power supply capacitor, a power supply of the same voltage Vclamp as the boosted voltage is separately prepared, and the charging voltage of the power supply capacitors C1 to C3 is stabilized by clamping the power supply capacitors C1 to C3. Since the current for driving the light sources LD1 to LD3 is supplied from the booster circuit 105, the clamp power supply does not need a current capacity for driving the light sources. There is an effect that all the power supply capacitors C1 to C3 can be made to have a constant voltage regardless of the difference in capacitance of the power supply capacitors C1 to C3. On the other hand, there are disadvantages such as the need for a separate power supply for supplying the stabilized voltage Vclamp and the need to separately consume the clamped power. The clamp power supply may be realized by, for example, a method of adding a boost power supply having another coil, or a method of configuring a SIMO power supply using a C1 boost inductor L shown in FIG.

図8は、本発明の実施の形態における選択スイッチの構成例を示す図である。本発明の実施の形態においては、選択スイッチをpnpn構造によって実現できるサイリスタを採用する。サイリスタは、一方向に電流を整流する作用があり、一度ONすると、電流が0になるまで導通し続ける性質を持つ。当該性質によって、本発明の1パルス昇圧動作を確実に、かつ自動的に完了することが可能になる。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the selection switch in the embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention, a thyristor capable of realizing the selection switch by a pnpn structure is adopted. The thyristor functions to rectify the current in one direction, and once turned on, has the property of continuing to conduct until the current becomes zero. This property makes it possible to complete the one-pulse boosting operation of the present invention reliably and automatically.

図9は、本発明の実施の形態における光源駆動部100を集積化する回路の構成例を示す図である。昇圧制御部と、選択スイッチ及び整流スイッチは、すべて半導体技術によって集積可能である。複数の容量性負荷C1〜C3、昇圧エネルギーを蓄えるコイルLは、キャパシタンス又は許容電流が大きく、集積化が困難であるため、外付けの素子とすることが好ましい。当該集積化によって、駆動回路の部品面積を効果的に削減できるため、装置のトータルサイズの小型化が可能になる。   FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a circuit for integrating the light source driving unit 100 according to the embodiment of the present invention. The boost controller, the selection switch and the rectifying switch can all be integrated by means of semiconductor technology. The plurality of capacitive loads C1 to C3 and the coil L for storing boosted energy have a large capacitance or allowable current and are difficult to integrate, so it is preferable to use external devices. Since the integration can effectively reduce the component area of the drive circuit, the total size of the device can be reduced.

図10は、本発明の実施の形態における負荷としての光源アレイの構成例を示す図である。
レーザダイオードのアノード配線、あるいはカソード配線を同一電極に集積する(コモン配線)ことで、1チップ上に複数光源を作製できる。効果として、複数光源を正確な位置精度で配列できること、パッケージ実装の工程が少なくなること、がある。
FIG. 10 is a view showing a configuration example of a light source array as a load in the embodiment of the present invention.
A plurality of light sources can be manufactured on one chip by integrating the anode wiring or cathode wiring of the laser diode on the same electrode (common wiring). As an effect, there are cases where multiple light sources can be arranged with accurate position accuracy, and the process of packaging can be reduced.

さらに駆動回路においては、供給電流が数十[A]の駆動素子を、単に並列化するよりも少なくできるため、駆動回路の部品面積を低減できる効果が得られる。   Furthermore, in the drive circuit, drive elements with a supply current of several tens of [A] can be reduced rather than simply paralleled, so that the component area of the drive circuit can be reduced.

上述のように、本発明の実施の形態によれば、光源アレイを駆動するコイル及びコンデンサで構成される昇圧チョッパ回路において、一つのコイルに対してコンデンサを複数設け、昇圧回路を構成するコンデンサを、整流作用を有するスイッチによって切り替えながら昇圧を行なう、という構成によって、昇圧回路の小型化、集積化、コストダウンが可能となる。すなわち、光源アレイを発光する発光装置において、昇圧電源部を小型化することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, in the step-up chopper circuit including the coil and the capacitor for driving the light source array, a plurality of capacitors are provided for one coil, and the capacitors forming the step-up circuit are The configuration in which boosting is performed while switching by a switch having a rectifying function enables downsizing, integration, and cost reduction of the boosting circuit. That is, in the light emitting device which emits light from the light source array, the booster power supply unit can be miniaturized.

なお、本発明の実施の形態において、主電源は、第一の電源の一例である。クランプ電源は、第二の電源の一例である。昇圧制御部107又は発光制御部121は、制御部の一例である。LiDAR装置1000は、距離計測装置の一例である。チョッパスイッチは、スイッチ素子の一例である。整流スイッチは、選択スイッチの一例である。電源コンデンサは、容量性素子の一例である。   In the embodiment of the present invention, the main power supply is an example of the first power supply. The clamp power supply is an example of a second power supply. The boost control unit 107 or the light emission control unit 121 is an example of a control unit. The LiDAR device 1000 is an example of a distance measurement device. The chopper switch is an example of a switch element. The rectifying switch is an example of the selection switch. The power supply capacitor is an example of a capacitive element.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention as set forth in the claims.・ Change is possible.

1000 LiDAR装置
100 光源駆動部
105 昇圧回路
107 昇圧制御部
110 選択昇圧部
120 光源駆動回路
121 発光制御部
130 光源アレイ
201 ECU
202 測定制御部
203 照射光学系
204 受光光学系
205 受光素子
206 受光回路
1000 LiDAR device 100 light source drive unit 105 boost circuit 107 boost control unit 110 selective boost unit 120 light source drive circuit 121 light emission control unit 130 light source array 201 ECU
202 measurement control unit 203 irradiation optical system 204 light receiving optical system 205 light receiving element 206 light receiving circuit

特許第3975669号公報Patent No. 3975669 gazette 特開2009−170870号公報JP, 2009-170870, A 特開2016−152336号公報JP, 2016-152336, A

Claims (14)

第一の電源と、
一端が前記第一の電源と電気的に接続され、電流を磁場エネルギとして蓄積する誘導性素子と、
前記誘導性素子の他端と電気的に接続され、該誘導性素子に電圧を印加するスイッチ素子と、
前記誘導性素子の他端と電気的に接続する接続先を選択する選択スイッチと、
前記選択スイッチにより前記誘導性素子の他端と電気的に接続する、電荷を蓄積する複数の容量性素子と、
前記スイッチ素子と前記選択スイッチとを制御する制御部と、
を有し、
前記誘導性素子と、前記スイッチ素子と、を用いて、前記複数の容量性素子の中から前記選択スイッチにより前記誘導性素子と電気的に接続された前記容量性素子を、前記第一の電源から供給される電圧を昇圧して充電する昇圧回路。
The first power supply,
An inductive element, one end of which is electrically connected to the first power supply, for storing current as magnetic field energy;
A switch element electrically connected to the other end of the inductive element to apply a voltage to the inductive element;
A selection switch for selecting a connection destination electrically connected to the other end of the inductive element;
A plurality of capacitive elements for storing charge, which are electrically connected to the other end of the inductive element by the selection switch;
A control unit that controls the switch element and the selection switch;
Have
The capacitive element electrically connected to the inductive element by the selection switch out of the plurality of capacitive elements using the inductive element and the switch element, the first power supply A booster circuit that boosts and charges the voltage supplied from the
前記制御部は、前記複数の容量性素子の中から前記選択スイッチで前記誘導性素子の他端と電気的に接続された容量性素子の電圧値、及び当該昇圧回路の負荷に流れた電流値のうち少なくとも一方を取得し、
前記取得した電圧値、又は電流値に応じて、前記スイッチ素子のオン時間を変更する請求項1記載の昇圧回路。
The control unit is configured to select, from among the plurality of capacitive elements, a voltage value of the capacitive element electrically connected to the other end of the inductive element by the selection switch, and a current value flowing to a load of the booster circuit. Get at least one of
The booster circuit according to claim 1, wherein the on-time of the switch element is changed according to the acquired voltage value or current value.
前記複数の容量性素子へ所定電圧を印加する第二の電源を有する請求項1又は2記載の昇圧回路。   The booster circuit according to claim 1, further comprising a second power supply that applies a predetermined voltage to the plurality of capacitive elements. 前記選択スイッチは前記複数の容量性素子のそれぞれと接続されている複数のサイリスタであり、
前記制御部は、前記スイッチ素子のオンオフタイミングに応じて、前記複数のサイリスタのオンオフ動作を制御し、前記複数の容量性素子の中から、前記誘導性素子の他端と電気的に接続する容量性素子を選択する請求項1乃至3いずれか一項記載の昇圧回路。
The selection switch is a plurality of thyristors connected to each of the plurality of capacitive elements,
The control unit controls the on / off operation of the plurality of thyristors according to the on / off timing of the switch element, and a capacitor electrically connected to the other end of the inductive element among the plurality of capacitive elements. The booster circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein a sexing element is selected.
前記制御部及び前記選択スイッチは、半導体集積回路上に配置されている請求項1乃至4いずれか一項記載の昇圧回路。
昇圧回路。
The booster circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit and the selection switch are disposed on a semiconductor integrated circuit.
Boost circuit.
請求項1乃至5いずれか一項記載の昇圧回路により充電された前記容量性素子から電力を供給する電源回路。   A power supply circuit for supplying power from the capacitive element charged by the booster circuit according to any one of claims 1 to 5. 第一の電源と、
一端が前記第一の電源と電気的に接続され、電流を磁場エネルギとして蓄積する誘導性素子と、
前記誘導性素子の他端と電気的に接続され、該誘導性素子に電圧を印加するスイッチ素子と、
前記誘導性素子の他端と電気的に接続する接続先を選択する選択スイッチと、
前記選択スイッチにより前記誘導性素子の他端と電気的に接続する、電荷を蓄積する複数の容量性素子と、
前記スイッチ素子と前記選択スイッチとを制御する制御部と、
前記複数の容量性素子のそれぞれと電気的に接続された複数の光源と、
を有し、
前記誘導性素子と、前記スイッチ素子と、を用いて、前記複数の容量性素子の中から前記選択スイッチにより前記誘導性素子と電気的に接続された前記容量性素子を、前記第一の電源から供給される電圧を昇圧して充電し、
前記複数の光源のうち前記充電された容量性素子と電気的に接続された光源を、前記充電された容量性素子を電源として発光する光源駆動回路。
The first power supply,
An inductive element, one end of which is electrically connected to the first power supply, for storing current as magnetic field energy;
A switch element electrically connected to the other end of the inductive element to apply a voltage to the inductive element;
A selection switch for selecting a connection destination electrically connected to the other end of the inductive element;
A plurality of capacitive elements for storing charge, which are electrically connected to the other end of the inductive element by the selection switch;
A control unit that controls the switch element and the selection switch;
A plurality of light sources electrically connected to each of the plurality of capacitive elements;
Have
The capacitive element electrically connected to the inductive element by the selection switch out of the plurality of capacitive elements using the inductive element and the switch element, the first power supply Boost the voltage supplied from the
A light source drive circuit configured to emit a light source electrically connected to the charged capacitive element among the plurality of light sources using the charged capacitive element as a power source;
前記制御部は、前記複数の容量性素子の中から前記選択スイッチで前記誘導性素子の他端と電気的に接続された容量性素子の電圧値、及び当該光源駆動回路の負荷に流れた電流値のうち少なくとも一方を取得し、
前記取得した電圧値、又は電流値に応じて、前記スイッチ素子のオン時間を変更する請求項7記載の光源駆動回路。
The control unit controls the voltage value of the capacitive element electrically connected to the other end of the inductive element by the selection switch among the plurality of capacitive elements, and the current flowing to the load of the light source drive circuit Get at least one of the values,
The light source drive circuit according to claim 7, wherein the on time of the switch element is changed according to the acquired voltage value or current value.
前記複数の容量性素子へ所定電圧を印加する第二の電源を有する請求項7又は8記載の光源駆動回路。   9. The light source drive circuit according to claim 7, further comprising a second power supply that applies a predetermined voltage to the plurality of capacitive elements. 前記選択スイッチは前記複数の容量性素子のそれぞれと接続されている複数のサイリスタであり、
前記制御部は、前記スイッチ素子のオンオフタイミングに応じて、前記複数のサイリスタのオンオフ動作を制御し、前記複数の容量性素子の中から、前記誘導性素子の他端と電気的に接続する容量性素子を選択する請求項7乃至9いずれか一項記載の光源駆動回路。
The selection switch is a plurality of thyristors connected to each of the plurality of capacitive elements,
The control unit controls the on / off operation of the plurality of thyristors according to the on / off timing of the switch element, and a capacitor electrically connected to the other end of the inductive element among the plurality of capacitive elements. The light source driving circuit according to any one of claims 7 to 9, wherein the light emitting element is selected.
前記制御部及び前記選択スイッチは、同じ半導体集積回路上に配置されている請求項7乃至10いずれか一項記載の光源駆動回路。   The light source drive circuit according to any one of claims 7 to 10, wherein the control unit and the selection switch are disposed on the same semiconductor integrated circuit. 前記光源は半導体レーザである請求項7乃至11いずれか一項記載の光源駆動回路。   The light source drive circuit according to any one of claims 7 to 11, wherein the light source is a semiconductor laser. 前記光源は半導体レーザであり、該半導体レーザは、アノード又はカソードが共通の電極で配線されたレーザ光源アレイである請求項7乃至11いずれか一項記載の光源駆動回路。   The light source drive circuit according to any one of claims 7 to 11, wherein the light source is a semiconductor laser, and the semiconductor laser is a laser light source array in which an anode or a cathode is wired by a common electrode. 請求項7乃至13いずれか一項記載の光源駆動回路を用いた距離計測装置であって、
対象物に前記光源から光を照射する発光部と、
前記対象物からの反射光を受光し受光タイミングを取得する受光部と、
前記光の発光タイミングと前記受光タイミングとの時間差から前記光の到来時間を計測する時間計測部とを備える距離計測装置。
A distance measuring device using the light source drive circuit according to any one of claims 7 to 13, wherein
A light emitter for irradiating the object with light from the light source;
A light receiving unit that receives the reflected light from the target and acquires a light reception timing;
A distance measurement device comprising: a time measurement unit that measures an arrival time of the light from a time difference between the light emission timing of the light and the light reception timing.
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Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021019880A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Laser driving device, pulse-width adjustment method, and sensing module
JP2021072377A (en) * 2019-10-31 2021-05-06 浜松ホトニクス株式会社 Light-emitting element driving circuit
CN112859092A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Light emitting bare chip, emission module, sensing device and electronic equipment
CN112859094A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Light emitting bare chip, emission module, sensing device and electronic equipment
CN112859093A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Light emitting bare chip, emission module, sensing device and electronic equipment
CN112859095A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Transmission module of time-of-flight device, time-of-flight device and electronic equipment
JP2022526998A (en) * 2019-04-09 2022-05-27 オプシス テック リミテッド Solid-state LIDAR transmitter with laser control
WO2022165821A1 (en) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳阜时科技有限公司 Drive circuit, light-emitting unit, transmission module, sensing apparatus, and electronic device
WO2022165820A1 (en) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳阜时科技有限公司 Driving circuit, light-emitting unit, transmission module, sensing apparatus, and electronic device
WO2023032504A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 株式会社デンソー Laser light emission device and optical distance measurement device
WO2023032505A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 株式会社デンソー Laser light emitting device and optical distance measurement device
JP2023517000A (en) * 2020-03-02 2023-04-21 華為技術有限公司 Depth acquisition components and electronic devices
US11740331B2 (en) 2017-07-28 2023-08-29 OPSYS Tech Ltd. VCSEL array LIDAR transmitter with small angular divergence
US11762068B2 (en) 2016-04-22 2023-09-19 OPSYS Tech Ltd. Multi-wavelength LIDAR system
US11802943B2 (en) 2017-11-15 2023-10-31 OPSYS Tech Ltd. Noise adaptive solid-state LIDAR system
US11846728B2 (en) 2019-05-30 2023-12-19 OPSYS Tech Ltd. Eye-safe long-range LIDAR system using actuator
US11906663B2 (en) 2018-04-01 2024-02-20 OPSYS Tech Ltd. Noise adaptive solid-state LIDAR system
US11927694B2 (en) 2017-03-13 2024-03-12 OPSYS Tech Ltd. Eye-safe scanning LIDAR system
US12055629B2 (en) 2019-06-25 2024-08-06 OPSYS Tech Ltd. Adaptive multiple-pulse LIDAR system
US12140703B2 (en) 2023-07-11 2024-11-12 OPSYS Tech Ltd. VCSEL array LIDAR transmitter with small angular divergence

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005129798A (en) * 2003-10-24 2005-05-19 Seiko Epson Corp Thin film device and electronic apparatus
JP2009225511A (en) * 2008-03-14 2009-10-01 Rohm Co Ltd Switching power supply device and electronic apparatus using the same
US20110254468A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-20 Ke-Horng Chen Voltage converter and driving method for use in a backlight module
JP2016127214A (en) * 2015-01-08 2016-07-11 株式会社リコー Light source drive unit, light source device, distance measurement device, mobile device, laser processing machine and light source drive method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005129798A (en) * 2003-10-24 2005-05-19 Seiko Epson Corp Thin film device and electronic apparatus
JP2009225511A (en) * 2008-03-14 2009-10-01 Rohm Co Ltd Switching power supply device and electronic apparatus using the same
US20110254468A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-20 Ke-Horng Chen Voltage converter and driving method for use in a backlight module
JP2016127214A (en) * 2015-01-08 2016-07-11 株式会社リコー Light source drive unit, light source device, distance measurement device, mobile device, laser processing machine and light source drive method

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11762068B2 (en) 2016-04-22 2023-09-19 OPSYS Tech Ltd. Multi-wavelength LIDAR system
US12013488B2 (en) 2017-03-13 2024-06-18 OPSYS Tech Lid. Eye-safe scanning LIDAR system
US11927694B2 (en) 2017-03-13 2024-03-12 OPSYS Tech Ltd. Eye-safe scanning LIDAR system
US11740331B2 (en) 2017-07-28 2023-08-29 OPSYS Tech Ltd. VCSEL array LIDAR transmitter with small angular divergence
US11802943B2 (en) 2017-11-15 2023-10-31 OPSYS Tech Ltd. Noise adaptive solid-state LIDAR system
US11906663B2 (en) 2018-04-01 2024-02-20 OPSYS Tech Ltd. Noise adaptive solid-state LIDAR system
JP2022526998A (en) * 2019-04-09 2022-05-27 オプシス テック リミテッド Solid-state LIDAR transmitter with laser control
US11965964B2 (en) 2019-04-09 2024-04-23 OPSYS Tech Ltd. Solid-state LIDAR transmitter with laser control
JP7535313B2 (en) 2019-04-09 2024-08-16 オプシス テック リミテッド Solid-state LIDAR transmitter with laser control
US12038509B2 (en) 2019-04-09 2024-07-16 OPSYS Tech Lid. Solid-state LIDAR transmitter with laser control
US11846728B2 (en) 2019-05-30 2023-12-19 OPSYS Tech Ltd. Eye-safe long-range LIDAR system using actuator
US12055629B2 (en) 2019-06-25 2024-08-06 OPSYS Tech Ltd. Adaptive multiple-pulse LIDAR system
WO2021019880A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Laser driving device, pulse-width adjustment method, and sensing module
WO2021085292A1 (en) * 2019-10-31 2021-05-06 浜松ホトニクス株式会社 Light-emitting element driving circuit
US11729885B2 (en) 2019-10-31 2023-08-15 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting element driving circuit
JP2021072377A (en) * 2019-10-31 2021-05-06 浜松ホトニクス株式会社 Light-emitting element driving circuit
JP7428500B2 (en) 2019-10-31 2024-02-06 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting element drive circuit
JP2023517000A (en) * 2020-03-02 2023-04-21 華為技術有限公司 Depth acquisition components and electronic devices
JP7467657B2 (en) 2020-03-02 2024-04-15 華為技術有限公司 Depth Acquisition Components and Electronic Devices
CN112859093A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Light emitting bare chip, emission module, sensing device and electronic equipment
CN112859092A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Light emitting bare chip, emission module, sensing device and electronic equipment
CN112859094A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Light emitting bare chip, emission module, sensing device and electronic equipment
WO2022165820A1 (en) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳阜时科技有限公司 Driving circuit, light-emitting unit, transmission module, sensing apparatus, and electronic device
CN112859095A (en) * 2021-02-07 2021-05-28 深圳阜时科技有限公司 Transmission module of time-of-flight device, time-of-flight device and electronic equipment
WO2022165821A1 (en) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳阜时科技有限公司 Drive circuit, light-emitting unit, transmission module, sensing apparatus, and electronic device
WO2023032504A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 株式会社デンソー Laser light emission device and optical distance measurement device
WO2023032505A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 株式会社デンソー Laser light emitting device and optical distance measurement device
JP7505462B2 (en) 2021-08-31 2024-06-25 株式会社デンソー Laser emitting device and optical distance measuring device
JP7540407B2 (en) 2021-08-31 2024-08-27 株式会社デンソー Laser emitting device and optical distance measuring device
US12140703B2 (en) 2023-07-11 2024-11-12 OPSYS Tech Ltd. VCSEL array LIDAR transmitter with small angular divergence

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