用于操控激光二极管的控制设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于操控激光二极管(210)的控制设备(100)，其包括：用于连接激光二极管(210)的输出端子(A100)；用于产生输出信号(AS)的调节装置(120)；探测装置(130)，其构造为用于在调节装置(120)提供输出信号(AS)且激光二极管与输出端子(A100)相连时测定调节值(ID)。另外，所述控制设备还包括用于为调节装置(120)提供控制信号(S0)的计算机装置(110)，其中，该计算机装置(110)与调节值无关联地提供控制信号。所述调节装置(120)是按下述方式构造的：使它与所述控制信号(S0)和所测定的调节值(ID)相关联地产生输出信号(AS)的水平。
【专利说明】用于操控激光二极管的控制设备
【技术领域】
[0001〕 本发明涉及一种用于操控激光二极管的控制设备，特别是涉及用于保证带有激光二极管的车辆照明装置中的产品安全的电子电路。另外，本发明还涉及一种用于车辆的照明设备以及一种带有这种照明设备的车辆。
【背景技术】
[0002]激光二极管越来越多地接替迄今在车辆前照灯中所使用的光源，诸如发光二极管(1208)、氙灯或者白炽灯。用于传统照明器件的控制单元不适合于激光二极管的电气操控。半导体激光器的电气特性和热特性要求为此特别开发的控制电子系统和控制逻辑。为了进行操控，激光二极管强制地需要一个前置的电子系统，该电子系统对该照明器件的特定的特性予以考虑，以便能够在车辆中现有的运行条件下在使用寿命上保证正确而有价值地表现应由此塑造的光照功能。若没有胜任于汽车专用的控制电子系统，新式的激光二极管就无法在车辆中用于照明目地运行以及整合到车载电网当中。
[0003]由于系统中存在的、在未加控制地输出的情况下可能造成严重伤害的激光射束之故，需要采取一些用于在所有运行条件和故障情况下保证产品安全的积极措施。特别是，针对落于激光等级分级? 1的光源的使用，需要采取附加的措施，来避免由于激光射束非预期地射出而危害人类和其他生物。
【发明内容】
[0004]所期望的是，提供一种用于操控激光二极管的控制设备，利用该控制设备，能够实现安全和可靠地运行激光二极管。另外，应该提供一种用于车辆的照明设备，利用该照明设备，能够实现安全和可靠地运行激光二极管。此外，还应该提供一种带有这种照明设备的车辆。
[0005]在权利要求1中阐述了一种用于操控激光二极管的控制设备的实施方式。据此，所述控制设备包括:用于连接激光二极管的输出端子；调节装置，其用于在该调节装置的端子上产生输出信号；探测装置，其构造为用于当调节装置在端子上提供输出信号且激光二极管与控制设备的输出端子相连时测定一调节值。另外，所述控制设备还包括用于为调节装置提供控制信号的计算机装置。该计算机装置与所述调节值无关联地提供控制信号。所述调节装置是按下述方式构造的:使它与控制信号和所测定的调节值相关联地产生输出信号的水平06861，电平/等级)。
[0006]在权利要求11中阐述了一种用于车辆的照明设备的实施方式。该照明设备包括激光二极管和如上述实施方式用于操控激光二极管的控制设备。激光二极管与控制设备的输出端子相连。
[0007]在权利要求15中对带有这种照明设备的车辆的实施方式进行了说明。
[0008]借助所阐述的控制设备可以保证对车辆照明装置中激光二极管的调节操控。在此，可以对亮度、色温和温度进行控制。可以使各激光二极管的特定特性、例如不同的亮度等级适应于所期望的目标值。通过电气限制和热限制，可以控制激光二极管的使用寿命，从而可以实现适配于车辆使用寿命的设计。
[0009]所阐述的控制设备同样也不受局限地适合于运行传统的、也就是说自发发射的1208。由此，可以对带有激光二极管和发光二极管的混合前照灯进行操控和诊断。有一些光照功能在汽车领域内属于机动车安全完整性等级(八。因此，通常必须按照一定的标准例如按照130 26262来实施开发过程，特别是硬件开发和软件开发。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下文将参照示出本发明实施例的附图进一步详细地阐述本发明。
[0011]附图中:
[0012]图1为具有一个带有激光二极管模块的照明设备的车辆；
[0013]图2为具有激光二极管模块和用于操控激光二极管的控制电路的照明设备的实施方式。
【具体实施方式】
[0014]图1示出了带有照明设备10的车辆1。照明设备10包括一个控制设备100、一个带有至少一个并且优选是带有大量激光二极管的激光二极管模块200。激光二极管模块设置在车辆1的前照灯或者说前照灯壳体300内。激光二极管可以设计为半导体激光二极管。为了运行半导体激光二极管以获得在机动车1中各种不同的静态和动态的光照功能，激光二极管模块与照明设备10的控制设备100联接。控制设备100可以构造为用于调节操控(闭环控制)激光二极管模块的各激光二极管的一个电子控制单元或者一个电子控制器。出于电磁相容性和接缆花费较大的原因，将所述控制设备100构建得尽可能接近于激光二极管模块并因而是在前照灯300上或内。
[0015]图2示出了带有控制设备100和激光二极管模块200的照明设备10的实施方式。该激光二极管模块具有至少一个激光二极管210，该激光二极管与控制设备的一个输出端子八100联接。控制设备100大体上包括一个逻辑单元和一个功率部件。所述功率部件例如可以包括一个用于在端子八120上产生输出信号或者说调整参量…的调节装置120。功率部件例如可以具有多个设置为电流驱动器的直流/直流开关调节器。每个驱动级可以运行一个激光二极管模块。各驱动级既能够以连续的模式也能够有脉冲地或者说通过脉宽调制而节拍式地运行激光二极管。这一点可以使所发射的光流可变化地变暗淡，由此可以获得动态的和适配的、特别是根据车辆或环境情况的光照功能。所述逻辑单元例如可以包括一个用于为调节装置120提供控制信号30的计算机装置110。
[0016]另外，控制设备100还包括一个探测装置130，该探测装置构造为用于当调节装置120在端子八120上提供输出信号八3并且激光二极管210与输出端子八100相连时测定一个调节值10。调节装置120是按下述方式构造的:使它与控制信号30和所测定的调节值10相关联地产生输出信号防的水平。所述调节值10例如可以是流过激光二极管210的二极管电流。输出信号或者说调整参量…可以是由调节装置120在端子八120处产生的输出电压。如果调节装置构造为开关调节器的话，则表现为调整参量的输出信号可以是该开关调节器的一个或者多个晶体管的一个开关动作时间。在控制设备的输出端子八100上，与所述调整参量相关联地产生输出电流或者二极管电流10。
[0017]控制设备100可以通过接口 1(100、7100与车载电网相连接。在图1的实施例中，控制设备100例如在通讯端子1(100上接收指令信号1(3和在供电端子乂100上接收供电电压VI！！。通过传递到通讯端子1(100上的指令信号例如可以激活激光二极管模块200的不同功能。例如，控制设备100通过指令信号1(3获得应该开启/接通激光二极管模块200上哪些光照功能的信息。另外，通过与通讯端子1(100相连的总线，控制设备100将诊断报告传回到另一个与通讯端子1(100相连的控制器上。
[0018]计算机装置110可以构造为一个微型控制器，该微型控制器承担对功率部件、特别是调节装置120的功能控制及其参数化。由计算机装置110例如与指令信号1(3相关联地产生控制信号30。控制信号30例如对于所述调节装置120包含着该调节装置120应该提供哪种水平的二极管电流10的信息。计算机装置110借助控制信号30能够调节激光二极管模块的运行参数，例如流过激光二极管的额定电流、911(脉宽调制)-频率和？丽-占空比。控制信号30例如预先给定二极管电流10的额定水平(301146861)。调节装置120在端子八120上与控制信号30相关联地产生输出信号或者说调整参量八3。
[0019]在输出端子八100上，与输出信号防的水平和激光二极管210的运行状况相关联地产生二极管电流10的一个实际水平二极管电流10构成了真正的调节值。所述二极管电流的实际水平由探测装置130测定。探测装置130例如可以是一个设置在通向激光二极管模块的电流路径中的电流传感器。调节装置120构造为用于在二极管电流的额定水平与实际水平不同时将二极管电流的实际水平与由计算机装置110通过控制信号30预先给定的二极管电流的额定水平进行比较，并相应地改变输出信号或者说调整参量八3。
[0020]探测装置130可以构造为用于测定流经输出端子八100的输出电流或者说二极管电流10的水平。探测装置可以设置在输出端子八100与调节装置120之间。探测装置130例如可以具有一个与调节装置120的端子八120相连接的电阻。例如可以在电阻上分接出一定电压。调节装置120可以具有一个用于通过分析处理在电阻处下降的电压来测定输出电流10水平的分析处理单元。
[0021]当输出电流10的水平超过一阈值时，控制设备100可以中断产生输出电流10。调节装置120例如可以包含实施对激光二极管及其电气触点接通进行电气监视的开关调节器-1&。通过借助探测装置130对二极管电流10的监视，可以诊断出短路和中断。如果诊断出故障情况的话，则进入某些确定的状况。控制设备100例如通过中断产生输出信号八3而致使激光模块的立刻关断。
[0022]控制设备100设计如下，即，使输出电流10流过激光二极管模块的二极管210的残余纹波为最小，例如小于5% 601111 8(^16，满标由于激光二极管针对于(可能导致高电流峰值/电压峰值和可能在最短时间内例如在几个纳秒内致使激光二极管模块损坏的)电过载高度敏感，因此，可靠地避免它们是在选择驱动拓扑学(1^611361^01)010816)和部件尺寸时的中心要求。
[0023]另外，在图2示出的控制设备的实施方式中设置有一个针对车载电网的滤波装置，以便阻止激光二极管供电中特别是瞬间的电压变化。为此，控制设备100具有一个滤波电路140，该滤波电路设置为用于将来自车载电网的供电电压乂化的瞬间的电压变化滤出。另外，控制设备100还可以包括一个接在探测装置130与输出端子八100之间的滤波电路150。滤波电路150构造为用于将电流波动和电压波动从调节装置的输出信号中滤出。
[0024]计算机装置110或者说包含于其内的微处理器在产生控制信号30时对其他的照明器件特定的特征加以考虑，这些特征可以作为特征曲线、综合特性曲线或者运算法则储存在一个非易失性存储器中并一起计算到控制值30或者说应随此调定的运转参数当中。控制设备100例如具有一个用于存储激光二极管210的照明器件特定的特征的存储装置160。计算机装置110为了往存储装置160上进行存取而与这个存储装置联接。存储装置160例如可以构造为控制器100的一个非易失性存储器。
[0025]激光二极管所发出的光强的主观感觉与电功率的算术平均值是不成比例的，因此，计算机装置110可以借助一个特征曲线对所使用的亮度谱(06111沙进行修正并从而在视觉上线性化。所述特征曲线例如同样可以寄存在存储装置160中。此外，在存储装置160中还可以储存所述激光二极管110的老化特性曲线，该老化特性曲线包含在运行持续时间和运行温度上光流减退之间的相互关系。由于计算机装置110与激光二极管的老化特性曲线相关联地产生控制信号30，因此可以保证:在激光二极管模块的整个使用寿命期间均产生恒定的光流。
[0026]另外，在产生控制信号30时计算机装置110可以对存在于激光二极管模块中的各激光二极管的像素组合等级(81皿加以考虑。所述像素组合等级表明激光二极管210的亮度分级和颜色分级(06111^611:8-1111(1该属于激光二极管的像素组合等级也同样可以存储在存储装置160中。在每个特定的激光二极管模块内构建的像素组合等级例如在灯300的生产过程期间可以按照编码写入所述控制器100的非易失性存储器160中或者通过一个(具有某些确定的取值范围的)与激光二极管模块构建在一起的欧姆电阻由计算机装置110的微型控制器读入。可以由计算机装置110通过适配调整脉宽调制的占空比对不同像素组合等级的亮度进行整平。可以在一定限制的范围内通过在功率恒定情况下峰值电流与？丽-占空比的变动的比值来对颜色位置①虹—代)进行适配调整。这一点可以通过在峰值电流上颜色位置的表征半导体激光二极管特征的漂移得以实现。
[0027]计算机装置110与所存储的照明器件特定的特征相关联地产生控制信号30，从而，计算机装置110根据所述照明器件特定的特征为调节装置120预先给定二极管电流10的高度或者说？丽-频率和？丽-占空比。
[0028]控制设备100包括一个用于连接一传感器220的输入端子所述传感器构造为用于测定激光二极管210的温度。该温度传感器220与所测定的激光二极管210温度相关联地产生一个传感器信号31。计算机装置110与传感器信号51相关联地产生控制信号30。计算机装置110可以例如这样地产生控制信号30，即，若计算机装置110在分析处理传感信号51之后确定由温度传感器220测定的激光二极管210温度在一阈值之上，调节装置120便中断产生输出信号八3。
[0029]可以在车辆的每个激光二极管模块上设置一个用于检测模块温度的传感器。在了解到传感器位置与二极管晶体阻挡层之间的热过渡电阻和系统的热惯性的情况下，计算机装置110由测量值计算出激光二极管的阻挡层温度。该阻挡层温度同样表示一个调节量，与该调节量相关联地对激光二极管模块的功率进行调节。因此可以避免过热，或者说在超过储存于计算机装置110中的极限温度的情况下为了保护部件而可以将激光二极管模块关断。
[0030]控制设备100具有用于连接传感器230的另一个输入端子ElOOb，该传感器构造为用于确定激光二极管210的常规的或者有错误的运行状态。输入端子ElOOb特别是构造为用于接收由传感器230与所确定的激光二极管的运行状态相关联地产生的传感信号S2。计算机装置110与传感器信号S2相关联地产生控制信号S0。计算机装置110特别是这样地产生控制信号S0，即，若计算机装置110在分析处理传感信号S2之后确定激光二极管210的运行状态有错误，则调节装置120便中断产生输出信号AS。
[0031]因此，该另外的传感器230构造为一个用于保证所设定的产品安全要求的安全传感器，通过CPUllO可以对该安全传感器进行分析处理。通过传感器230可以实现:既不会在部件故障的情况下也不会在激光模块损坏的情况下发射出有危险的激光射束。传感器230例如可以包含一种导电材料，该材料以折回式的或者螺旋状的结构敷设在整个激光模块上，包括可能的光导体和光射出面。导体的两个端部可以与监视电通过性能的控制器110接触连通。在发生机械故障的情况下、在材料失效的情况下或者在由于外部影响而导致损坏的情况下-例如由于事故，传导材料的电阻变成高阻抗的(高欧姆的)。在超过极限值的情况下，计算机装置110将此识别为故障并按下述方式地产生控制信号SO:在产品安全的意义上将有关的激光二极管模块关断。
[0032]通过对激光二极管模块的非光基的(fotobasiert)的监视,在激光模块关掉时便已可以对模块作出诊断。如下地设计传感器分析结果读出周期、消抖时间(EntpreIlzeit)和软件反应的运行时间，即，应低于所要求的最大允许的激光射束发射时间，例如发射时间小于I毫秒。
[0033]另外，作为传感器220和230的所述传感器设计方案以外的可选方案，控制设备100可以包括一个另外的传感器240。为此，控制设备100具有一个用于连接该传感器240的输入端子ElOOc。传感器240构造为用于检测激光二极管210的光流。传感器240与检测到的激光二极管210的光流相关联地产生一个供送给输入端子ElOOc的传感器信号S3。计算机装置110与传感器信号S3相关联地产生控制信号S0。计算机装置110可以如下地产生控制信号S0，即，若计算机装置110在分析处理传感信号S3之后确定由激光二极管210产生的光流高于或者低于一个极限值和/或由激光二极管发射的光的光谱成分处于禁止的范围内，则调节装置120便中断产生输出信号AS。
[0034]所述传感器240例如可以包含一个光敏电阻。该电阻构建得接近于激光二极管的光射出面和可能的转换层以及用来检测激光二极管210的照明强度，借其可以计算出总的发射光流。在此应考虑到由传感器所遮盖的立体角和光谱线敏感性。光流可以用作用于电操控的调节量以及另外能实现对光学系统的功能能力的监视，也就是说对特别是照明器件、光导体、变换器或者其他所用光学元件的失效/缺失或者故障的监视。在这个实施方式中，同样也在对传感器信号S3分析处理之后在识别出故障的情况下由所述计算机装置110如下地产生控制信号S0，即，将故障所涉及的激光二极管模块关断。
[0035]附图标记列表
[0036]I车辆
[0037]10照明设备
[0038]100控制设备
[0039]110计算机装置
[0040]120调节装置
[0041]130探测装置
[0042]140滤波电路
[0043]150滤波电路
[0044]160存储装置
[0045]200激光二极管模块
[0046]210激光二极管
[0047]220温度传感器
[0048]230安全传感器
[0049]240用于检测光流的传感器
[0050]300前照灯
[0051]AS输出信号
[0052]ID二极管电流
[0053]SO控制信号
[0054]SI,..., S3 传感器信号
【权利要求】
1.用于操控激光二极管的控制设备，其包括: -用于连接激光二极管(210)的输出端子(A100)， -用于产生输出信号(AS)的、带有端子(A120)的调节装置(120)， -探测装置(130)，其构造为用于在所述调节装置(120)在所述端子(A120)上提供输出信号(AS)且所述激光二极管与所述输出端子(A100)相连时测定调节值(ID)， -用于为所述调节装置(120)提供控制信号(SO)的计算机装置(110)，其中，该计算机装置(110)与所述调节值无关联地提供所述控制信号， -其中，所述调节装置(120)是按下述方式构造的:使它与所述控制信号(SO)和所测定的调节值(ID)相关联地产生输出信号(AS)的水平。
2.如权利要求1所述的控制设备，其包括: -用于连接第一传感器(220)的第一输入端子(ElOOa)，所述第一传感器构造为用于测定激光二极管(210)的温度，其中，所述第一输入端子(ElOOa)构造为用于接收由所述第一传感器(220)与所测定的激光二极管温度相关联地产生的第一传感器信号(SI)， -其中，所述计算机装置(110)与所述第一传感器信号(SI)相关联地产生所述控制信号(so)。
3.如权利要求1或2之任一项所述的控制设备，其包括: -用于连接第二传感器(230)的第二输入端子(ElOOb)，所述第二传感器构造为用于确定激光二极管(210)的常规的或者有错误的运行状态，其中，所述第二输入端子(ElOOb)构造为用于接收由所述第二传感器(230)与所确定的激光二极管运行状态相关联地产生的第二传感器信号， -其中，所述计算机装置(110)与所述第二传感器信号(S2)相关联地产生所述控制信号(so)。
4.如权利要求1至3之任一项所述的控制设备，其包括: -用于连接第三传感器(240)的第三输入端子(ElOOc)，该第三传感器构造为用于检测激光二极管(210)的光流，其中，所述第三输入端子(ElOOc)构造为用于接收由所述第三传感器(240)与所检测的激光二极管(210)光流相关联地产生的第三传感器信号(S3)， -其中，所述计算机装置(110)与所述第三传感器信号(S3)相关联地产生所述控制信号(so)。
5.如权利要求1至4之任一项所述的控制设备， -其中，所述探测装置(130)构造为用于测定通过所述输出端子(A100)流动的输出电流(ID)的水平，其中，所述探测装置(130)是设置在所述输出端子(A100)与所述调节装置(120)之间， -其中，所述控制设备(100)是按下述方式构造的:当所述输出电流(ID)的水平超过一阈值时，贝1J中断产生输出电流。
6.如权利要求5所述的控制设备，其中，所述探测装置具有电阻(130)，以及，所述调节装置(120)构造为用于通过对在所述电阻上下降的电压的分析处理来测定所述输出电流(ID)的水平。
7.如权利要求1至6之任一项所述的控制设备，其中，所述调节装置(120)与所测定的控制信号(so)水平相关联地中断产生输出信号(AS)。
8.如权利要求1至7之任一项所述的控制设备，其包括: -用于施加供电电压(Vin)的供电端子(VlOO)， -用于滤出所述供电电压(Vin)的瞬间电压变化和用于滤出所述输出端子(A100)上电流和电压波动的滤波电路(140，150)。
9.如权利要求1至8之任一项所述的控制设备，其包括: -用于存储要连接在所述输出端子上的激光二极管(210)的照明器件特定的特征的存储装置(160)， -其中，所述控制装置(110)与所述照明器件特定的特征相关联地产生所述控制信号(SO)。
10.如权利要求9所述的控制设备， -其中，在所述存储装置(160)中存储有包含要连接的激光二极管的亮度与该激光二极管的运行持续时间之间相互关系的老化特性曲线，和/或在所述存储装置(160)中存储有至少一个包含要连接的激光二极管的亮度分级和/或颜色分级的参数， -其中，所述控制装置(110)与所述老化特性曲线相关联地和/或与所述至少一个参数相关联地产生所述控制信号(SO)。
11.用于车辆的照明设备，其包括: -激光二极管(210)， -如权利要求1至10之任一项所述的用于操控激光二极管(210)的控制设备(100)， -其中，所述激光二极管(210)与所述控制设备(100)的输出端子(A100)相连。
12.如权利要求11所述的用于车辆的照明设备，其包括: -用于测定激光二极管(210)温度的温度传感器(220)，该温度传感器与所述控制设备的第一输入端子(ElOOa)相连，其中，所述温度传感器(220)与所测定的激光二极管温度相关联地产生第一传感器信号(SI)， -其中，计算机装置(110)这样地产生控制信号(SO):若计算机装置(110)在分析处理所述第一传感信号(SI)之后确定由所述温度传感器(220)测定的激光二极管温度在一阈值之上，则调节装置(120)便中断产生输出信号(AS)。
13.如权利要求11或12之任一项所述的用于车辆的照明设备，其包括: -用于确定激光二极管(210)的常规的或者有错误的运行状态的第二传感器(230)，该第二传感器与所述控制设备(100)的第二输入端子(ElOOb)相连， -其中，计算机装置(110)这样地产生控制信号(SO):若计算机装置(110)在分析处理所述第二传感信号(S2)之后确定激光二极管运行状态有错误，则调节装置(120)便中断产生输出信号(AS)。
14.如权利要求11至13之任一项所述的用于车辆的照明设备，其包括: -用于检测激光二极管(210)的光流的第三传感器(240)，该第三传感器与所述控制设备(100)的第三输入端子(ElOOc)相连， -其中，计算机装置(110)这样地产生控制信号(SO):若计算机装置(110)在分析处理所述第三传感信号(S3)之后确定由激光二极管(210)产生的光流高于或者低于极限值和/或由激光二极管发射的光的光谱成分处于不允许的范围内，则调节装置(120)便中断产生输出信号(AS)。
15.车辆，其包括:如权利要求11至14之任一项所述的用于车辆⑴的照明设备(10)。
【文档编号】H05B37/02GK104396102SQ201380031710
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年8月2日
【发明者】M·韦克施塔特 申请人:宝马股份公司