光电子组件和用于操作光电子组件的方法与流程

本专利申请要求德国专利申请de102016104946.8的优先权，该德国专利申请的公开内容被通过引用合并于此。

光电子组件是已知的，其设计和使用必须排除对人的危害，特别是对于眼睛的损害的风险。例如，对于激光等级1的半导体激光器而言是这种情况。用于增强眼睛安全性的已知措施是使用衍射光学元件。

本发明的一个目的是提供一种光电子组件。本发明的进一步的目的是指明一种用于操作光电子组件的方法。这些目的是通过具有独立权利要求的特征的光电子组件和方法实现的。在从属权利要求中指明了各种细化。

光电子组件包括：第一光电子半导体芯片，用于发射有用光，有用光沿着第一光路径在光电子组件中延伸；光学元件，其被布置在第一光路径中；第二光电子半导体芯片，用于发射测试光，测试光沿着第二光路径在光电子组件中延伸，其中光学元件形成第二光路径的一部分；以及光检测器，用于检测测试光，该测试光已经通过第二光路径。

该光电子组件有利地使得能够进行光学元件的损坏或缺失的自动识别。这使得能够在光学元件的损坏或缺失的情况下自动关闭或防止光电子组件的第一光电子半导体芯片的启动。以这种方式，在这种光电子组件的情况下，仅存在小的由于光学元件的损坏或缺失所致的对于眼睛安全的危害的风险。光学元件的损坏或缺失的自动识别有利地在没有被布置在光学元件上的电接触的情况下发生，由此在该光电子组件中不要求通至光学元件的导体轨迹。借助于测试光的对光学元件的损坏或缺失的光学识别此外有利地甚至使得能够检测对光学元件的微小损坏。

在光电子组件的一个实施例中，光学元件是衍射光学元件。在这种情况下，光学元件可以有利地充分降低有用光的强度以至于不存在对于眼睛安全的危害。

在光电子组件的一个实施例中，第二光路径上的测试光是通过光学元件传导的。在光学元件缺失或损坏的情况下，在第二光路径上的光引导在这种情况下被中断或约束，这可以被自动地建立。

在光电子组件的一个实施例中，光学元件中的第二光路径垂直于第一光路径延伸。这使得第二光路径能够被以更大的长度引导通过光学元件，由此可以有利地在光学元件的不同位置处识别损坏。

在光电子组件的一个实施例中，第二光路径上的测试光被光学元件偏转。因此，光学元件的缺失有利地造成易于检测的由测试光覆盖的路径的特别清楚的改变。

在光电子组件的一个实施例中，第二光路径上的测试光在光学元件处被外反射。这有利地使得能够进行光电子组件的简单设计。

在光电子组件的一个实施例中，第二光路径上的测试光在光学元件处被内反射。这有利地使得测试光能够被附加地引导通过光学元件，由此可以使得能够进行对光学元件的损坏或缺失的特别可靠的识别。

在光电子组件的一个实施例中，第二光路径上的测试光在光学元件处被多次反射。以这种方式还有利地使得能够进行对光学元件的损坏或缺失的特别可靠的识别。

在光电子组件的一个实施例中，其包括镜面元件。在这种情况下，第一光路径上的有用光被在镜面元件处偏转。镜面元件有利地使得能够进行光电子组件的紧凑和简单的设计，其中第一光电子半导体芯片可以在光电子组件中以简单且节省空间的方式被布置并且电接触。

在光电子组件的一个实施例中，第一光电子半导体芯片是激光器芯片。在这种情况下，激光器芯片可以是例如边发射激光器芯片或垂直发射激光器芯片。在该光电子组件中，有利地还在其中被设计为激光器芯片的第一光电子半导体芯片在高功率下操作的情况下确保眼睛安全。

在光电子组件的一个实施例中，第二光电子半导体芯片是发光二极管芯片。第二光电子半导体芯片因此有利地是以成本有效的方式可获得的。进一步的优点是没有源自由第二光电子半导体芯片发射的测试光的对于眼睛安全的风险。

在光电子组件的一个实施例中，光检测器是光电二极管。光检测器因此有利地使得能够进行对已经通过第二光路径的测试光的简单且可靠的检测。

一种用于操作光电子组件的方法包括：用于测试由第二光电子半导体芯片发射的所确立的量的测试光是否沿着第二光路径到达光检测器的步骤，第二光路径的一部分由光学元件形成；以及用于如果测试成功则借助于第一光电子半导体芯片沿着其中布置有光学元件的第一光路径发射有用光的步骤。

在该方法中，有利地，如果测试不成功则不由第一光电子半导体芯片发射有用光。因此确保了只有在光电子组件的光学元件未损坏或缺失的情况下才发射有用光。以这种方式，可以有利地排除对于光电子组件的用户的危害（特别是眼睛危害）。

在该方法的一个实施例中，测试包括：在第二光电子半导体芯片不发射测试光时对由光检测器供给的信号的第一测量；以及在第二光电子半导体芯片发射测试光时对由光检测器供给的信号的第二测量。这使得在第一测量中由光检测器供给的信号与在第二测量中由光检测器供给的信号之间的差异能够被用于判断由第二光电子半导体芯片发射的所确立的量的测试光是否沿着第二光路径到达光检测器。在这种情况下，进行相减使得能够减去由光检测器供给的信号的（例如由环境光引起的）背景。该方法因此有利地具有特别高的准确性和可靠性。

结合以下对示例性实施例的描述，本发明的上面描述的特性、特征和优点以及其中实现它们的方式将变得清楚地且明显地可理解，结合附图更详细地解释以下对示例性实施例的描述。在附图的示意性的各图中：

图1示出处于第一操作状态的第一光电子组件；

图2示出处于第二操作状态的第一光电子组件；

图3示出处于第一操作状态的第二光电子组件；和

图4示出处于第二操作状态的第二光电子组件。

图1示出根据第一实施例的光电子组件10的示意性截面侧视图。光电子组件10是激光器组件并且被提供用于发射激光的目的。光电子组件10例如可以被用于例如在用于深度识别的装置中生成结构化的光图案。光电子组件10还可以例如根据行进时间方法（飞行时间）或针对另外的目的而被提供用于距离测量。

光电子组件10包括壳体500。壳体500被划分成第一腔室510、第二腔室520和第三腔室530。然而，壳体500的这种划分仅仅是通过示例方式进行的。将壳体500划分成单独的腔室510，520，530并非是绝对必要的。壳体500还可以包括附加的进一步的腔室。

第一光电子半导体芯片100被布置在壳体500的第一腔室510中。第一光电子半导体芯片100在所图示的示例中被设计为边发射激光器芯片。第一光电子半导体芯片100被设计用于发射有用光105的目的，有用光105由光电子组件10向外发射。有用光105可以是例如可见光或具有从红外或紫外谱范围起的波长的光。

由第一光电子半导体芯片100发射的有用光105被布置在壳体500的第一腔室510中的镜面元件120偏转90°，并且通过光电子组件10的壳体500的盖玻璃540从光电子组件10出射。在这种情况下，有用光105沿着第一光路径110在光电子组件10中延伸。有用光105实质上垂直于盖玻璃540的平面而通过壳体500的盖玻璃540。

可能的是将第一光电子半导体芯片100布置在与在光电子组件10的壳体500的第一腔室510中图示的定向不同的定向上，并且因此有用光105被偏转除了沿着镜面元件120处的第一光路径110成直角之外的角度。还可能的是以如下这样的方式布置第一光电子半导体芯片100：由第一光电子半导体芯片100直接在盖玻璃540的方向上发射有用光105。在这种情况下，可以省略镜面元件120。还可能的是提供多于一个的镜面元件120并且沿着第一光路径110使有用光105偏转多次。

由第一光电子半导体芯片100发射的有用光105可能具有要求用于确保光电子组件10的用户的眼睛安全的措施的强度。为此目的，光学元件300被布置在光电子组件10中的有用光105的第一光路径110中。光学元件300被布置在光电子组件10的第一光电子半导体芯片100和壳体500的盖玻璃540之间，以使得第一光路径110上的有用光105通过光学元件300。光学元件300引起对有用光105的光束进行构形、加宽或衰减，这确保了眼睛安全。

光学元件300可以例如被设计为衍射光学元件或被设计为光学漫射器。被设计为衍射光学元件的光学元件300可以例如被用于生成结构化的光图案。

在所图示的示例中光学元件300被设计为小的平坦板。有用光105的第一光路径110垂直于光学元件300的平面延伸通过光学元件300。

在损坏或移除了光学元件300的情况下，由光电子组件10的第一光电子半导体芯片100发射的有用光105可能在没有先前已经通过光学元件300的情况下从光电子组件10岀射。在这种情况下，将有可能不再确保光电子组件10的眼睛安全。因此，不得不在光电子组件10中确保在光学元件300损坏或缺失的情况下不使第一光电子半导体芯片100操作。为此目的，必需自动识别光学元件300的损坏或缺失。

光电子组件10包括第二光电子半导体芯片200，其被布置在壳体500的第二腔室520中。第二光电子半导体芯片200被设计用于发射测试光205的目的。测试光205可以是例如可见光或具有从红外或紫外谱范围起的波长的光。测试光205的强度和波长是以如下这样的方式设定的：测试光205不对光电子组件10的用户表现出风险。

第二光电子半导体芯片200可以是例如发光二极管芯片。然而，第二光电子半导体芯片200还可以是激光器芯片或另外的发光光电子半导体芯片。

测试光205沿着第二光路径210在光电子组件10中延伸。在这种情况下，光学元件300形成第二光路径210的一部分。测试光205在第二光路径210上到达光检测器400处，该光检测器400被布置在光电子组件10的壳体500的第三腔室530中，并且被设计用于检测入射在光检测器400上的测试光205的目的。光检测器400可以例如被设计为光电二极管。

由第二光电子半导体芯片200发射的测试光205首先在第二光路径210上到达第一偏转元件220处。第一偏转元件220使测试光205偏转，以使得测试光205的进一步的第二光路径210延伸通过光学元件300。在这种情况下，测试光205平行于构形为小板的光学元件300的平面传导通过光学元件300。测试光205的第二光路径210因此在光学元件300中垂直于有用光105的第一光路径110延伸。

在通过光学元件300之后，测试光205入射在第二偏转元件230上，该第二偏转元件230使测试光205偏转到光检测器400的方向上。测试光205的进一步的第二光路径210然后从光学元件300延伸到光检测器400。

第一偏转元件220和第二偏转元件230的每个可以例如被设计为镜面元件或棱镜，它们的每个例如使测试光205在第二光路径210上偏转90°。然而，第一偏转元件220和第二偏转元件230也可以由光学元件300本身的部分形成，例如由光学元件300的倾斜侧面形成，在该倾斜侧面处发生测试光205的偏转。在这种情况下，测试光205在光学元件300处被内反射两次。

测试光205在第二光电子半导体芯片200和第一偏转元件220之间的第二光路径210上在壳体500的第二腔室520中通过的区域可以被填充有空气或其它气体。然而，第二光电子半导体芯片200和第一偏转元件220之间的区域也可以例如被填充有环氧树脂或硅酮，或者可以被设计为塑料波导，以提高将测试光205耦合到光学元件300中的效率。相应地这也适用于测试光205在第二偏转元件230和光检测器400之间在第三腔室530中的第二光路径210上通过的空间，以提高将测试光205解耦合出光学元件300的效率。

可能的是以如下这样的方式将第二光电子半导体芯片200和光检测器400布置在光电子组件10的壳体500中：在第二光电子半导体芯片200和光检测器400之间的测试光205的第二光路径210上不必使测试光205偏转。在这种情况下，可以省略第一偏转元件220和第二偏转元件230。在这种情况下，测试光205从第二光电子半导体芯片200线性地通入到光学元件300中并且从光学元件300线性地通至光检测器400。

图2示出在其中光学元件300被损坏的状态下的光电子组件10的示意性截面侧视图。如果在光电子组件10的这种状态下操作光电子组件10的第一光电子半导体芯片100，则由第一光电子半导体芯片100发射的有用光105的至少一部分可能通过盖玻璃540从光电子组件10的壳体500出射而没有在先前已经通过光学元件300。在这种情况下，由光电子组件10发射的有用光105将有可能危及光电子组件10的用户。因此，不能在图2中示意性地示出的光电子组件10的其中光学元件300被损坏的状态下操作第一光电子半导体芯片100。

由光电子组件10的第二光电子半导体芯片200发射的测试光205在第二光路径210上在图2中示出的光电子组件10的状态下由第一偏转元件200耦合到光学元件300中。然而，测试光205的第二光路径210在光学元件300的损坏处被中断。因此在图2中示出的光电子组件10的状态下测试光205不到达第二偏转元件230和光检测器400或者测试光205仅以减少的量到达它们。

在图2中示出的光电子组件10的操作状态下，光检测器400因此检测不到测试光205，或者相对于在图1中示出的光电子组件10的状态检测到至少减少了一定量的测试光205。以这种方式，可以确立的是光学元件300缺失或被损坏。这使得能够激活光电子组件10中的电子器件（在示意性的图1和图2中未示出）以关断光电子组件10的第一光电子半导体芯片100或者根本不接通光电子组件10。

用于操作光电子组件10的方法可以在启动光电子组件10之前、因此特别是在启动第一光电子半导体芯片100之前测试光学元件300是否缺失或被损坏。为此目的，首先使第二光电子半导体芯片200投入运转，并且测试由第二光电子半导体芯片200发射的所确立的最小量的测试光205是否沿着光学元件300形成其一部分的第二光路径210到达光检测器400。只有在这种情况下才在接下来的步骤中使第一光电子半导体芯片100投入运转，并且因此其沿着其中布置有光学元件300的第一光路径110发射有用光105。

因为如下而使得能够特别可靠地识别光学元件300的损坏或缺失：首先，在第一测量中，在第二光电子半导体芯片200不发射测试光205时记录由光检测器400供给的信号，并且因此测试光205也不能到达光检测器400；并且随后，在第二测量中，在第二光电子半导体芯片200发射测试光205时记录由光检测器400供给的信号，并且因此如果存在未损坏的光学元件300，则该测试光应当到达光检测器400。这两个测量可以在第二光电子半导体芯片200的脉冲操作期间被交替地重复执行。可以通过对在第一测量期间和在第二测量期间记录的信号的比较来减去由光检测器400供给的由入射在光检测器400上的环境光引起的信号的部分。

图3示出根据第二实施例的光电子组件20的示意性截面侧视图。第二实施例的光电子组件20具有与基于图1和图2描述的第一实施例的光电子组件10的实质对应。在图3中对应的组件被提供有与图1和图2中相同的参考标号。在下文中仅描述第一实施例的光电子组件10与第二实施例的光电子组件20之间的差异。另外，上面的对光电子组件10的描述也相应地适用于光电子组件20。

在光电子组件20中，第一光电子半导体芯片100被设计为垂直发射激光器芯片。第一光电子半导体芯片100被布置在壳体500的第一腔室510中，以使得由第一光电子半导体芯片100发射的有用光105的第一光路径110直接延伸到光学元件300。有用光105在垂直于光学元件300平面的方向上通过光学元件300。更进一步地，在第一光路径110上的有用光105到达盖玻璃540，该有用光105也在垂直方向上通过盖玻璃540。在光电子组件20中没有提供镜面元件。

由第二光电子半导体芯片200发射的测试光205的第二光路径210在光学元件300的方向上从第二光电子半导体芯片200起在第二实施例的光电子组件20中对角地延伸，以使得测试光205以偏离于90°和0°的角度入射在光学元件300上。测试光205可以在第二光路径210上例如以45°的角度入射在光学元件300上。测试光205在第二光路径210上以其入射在光学元件300上的角度被设定以使得入射在光学元件300上的测试光205在光学元件300处被外反射。在光学元件300处反射的测试光205在进一步的第二光路径210上到达光检测器400，反射的测试光205在光检测器400处被检测到。

图4示出第二实施例的光电子组件20在其中光学元件300缺失的状态下的示意性截面侧视图。在图4中示出的光电子组件20的状态下，由第一光电子半导体芯片100发射的有用光105可能在没有先前已经通过光学元件300的情况下通过壳体500的盖玻璃540出射。这可能表示对于光电子组件20的用户的风险。光电子组件20的第一光电子半导体芯片100因此在图4中示出的状态下不能发射有用光105。

由第二光电子半导体芯片200发射的测试光205是由第二光电子半导体芯片200在先前表示的光学元件300的方向上在第二光路径210上在图4中示出的光电子组件20的状态下发射的。因为在图4中示出的光电子组件20的状态下光学元件300缺失，所以在光学元件300处不发生测试光205的反射。第二光路径210因此在图4中示出的光电子组件20的状态下被中断，并且没有测试光205或者仅有减少的量的测试光205到达光电子组件20的光检测器400。以这种方式，使得光电子组件20的激活电子器件能够识别光学元件300的缺失。

根据基于第一实施例的光电子组件10描述的方法，第二实施例的光电子组件20可以被操作，特别是被投入运转。

基于优选的示例性实施例更详细地图示和描述了本发明。然而，本发明不局限于所公开的示例。相反，在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中得出其它变化。

参考标号列表

10光电子组件

20光电子组件

100第一光电子半导体芯片

105有用光

110第一光路径

120镜面元件

200第二光电子半导体芯片

205测试光

210第二光路径

220第一偏转元件

230第二偏转元件

300光学元件

400光检测器

500壳体

510第一腔室

520第二腔室

530第三腔室

540盖玻璃。