电-光距离测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及电-光距离测量装置，该电-光距离测量装置包括：针对用于发射激光脉冲的激光二极管（3）的激光驱动器（10），所述激光驱动器具有用于提供低于所述激光二极管的激光阈值电压的电压的激光二极管电压源（31），处于所述激光二极管的电源路径中的电感性组件（12），以及电子开关部件（13），该电子开关部件按交互式方式设置，即，在开关部件的第一开关位置可以产生通过所述电感性组件的电流，并且在所述开关部件的第二开关位置，该电流可以通过所述激光二极管传导。作为从所述第一开关位置切换至所述第二开关位置的结果，可以发射所述激光脉冲中的一个，而且在静态第一开关位置或者静态第二开关位置下，不能够发射激光。
【专利说明】电-光距离测量装置
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的包括安全激光驱动器的电-光距离测量装置，和用于电-光距离测量装置中的半导体激光器的致动方法，具体来说，根据权利要求10的前序部分所述的用于生成激光脉冲的方法。
[0002]关于激光安全性的一般准则(例如，根据EN60825、ANSI Z136或者对应于“International Commission on Non-1onizing Radiation Protection，，)要求激光源仅可以按其不导致任何危险的方式来操作。在这种情况下，根据所发射的波长，需要遵守针对热功率密度或能量密度的限值。眼睛安全性在激光装置方面具有第一位的重要性，因为眼睛由于其功能，而最敏感地对电磁辐射起反应，而且作为直接、间接或散射激光束的结果，可能发生对视网膜或角膜的损害。这涉及，具体来说，因为研究已经表明，即使在可见光的情况下，也通常不能假定眼睑合拢反射来保护眼睛。激光装置需要与这些规范对应地分类并且要对应地标识，其还可以包括安全性测试和证明。
[0003]对于大量激光装置的情况来说，例如，电-光距离测量装置(如激光距离测量装置或激光水准仪、激光投影仪、激光扫描仪等)，出于功能性理由，从装置的外壳露出激光是绝对必需的。出于功能性理由，还通常需要最小光学能量，而如果要按连续波操作模式发射，则这种最小光学能量将超过无危险限值。因此，这种装置中的激光器通常按脉冲化方式操作。为了保证眼睛安全性，激光源需要配备有对应保护性措施，以遵守相关标准和规范。这不仅涉及常规操作情况，而且处于所谓的“单一故障情况”下，其全部覆盖任何故障情况，其中，单一故障发生在其本身上(例如，单一组件部件失效、短路、导体迹线断路等)。在这种情况下，例如，即使任何组件故障，也必需确保尽管出现这种单一故障，激光功率也在几分之一秒内发生降落至低于对应激光类别的功率上限，以排除对眼睛的伤害。在脉冲化操作期间，应当慎重，利用专门措施，来确保在故障情况下，也可以排除全部具有超过该限值的峰值脉冲值的连续发射。这种单一故障测试需要通过激光装置的制造商对应地执行并验证。
[0004]依赖于激光类别和应用情况，还可以继续要求双故障或多故障系统安全性，其中，即使在同时出现超过一个故障的情况下，也需要给出针对所发射激光功率在任何情况下都不超出该限值，并由此可以排除针对用户的风险的影响的安全性的证据。在本说明书中描述的单一故障系统安全性还表示无论如何都需要在这些情况下满足的基本先决条件，该基本先决条件可以通过对应的进一步措施来发展。
[0005]用于产生激光安全性的常规解决方案是借助于监测二极管来直接监测所发射激光功率。在这种情况下，将所发射激光中的一些引导到光敏部件(例如光电二极管或光电晶体管)上，光敏部件提供依赖于光强度的电信号。监测电路，例如，微控制器或分立电路(在安全相关电路部件的情况下，甚至可能是强制性电路)的形式，由此可以监测当前发射激光功率，并且可能在超出针对所发射激光的能量或激光功率的限值的情况下断开该激光。
[0006]例如，文献EP0314390、US5287375、EP0780937、EP0664591 以及 EP0597644 公开了多种的激光驱动器电路，其都具有包括监测二极管的监测电路，激光二极管发射的光的一些被应用于监测电路，并且可以借助于该监测电路来确定激光二极管的当前输出功率。在故障的情况下，例如，在激光二极管致动的输出级中的功率晶体管短路的情况下，可以借助于对应设计的安全电路基于该信息来减少或抑制向激光二极管提供的电能。
[0007]由于激光安全性规定的一般性质甚或由于激光二极管的、通常根据应用需求的输出功率，因而大量商业可获激光二极管组件已经配备有对应的监测二极管。激光二极管还通常具有显著的制造公差、温度依赖性或老化效应，其可以通过确定实际光输出功率来补偿。用于这种监测的电路的复杂性实际上很高并对应地成本密集。评估光敏监测部件(通常以光电二极管形式)的模拟的且通常易受干扰信号的复杂性由此依然存在。通常来说，还需要按安全且可证明、由对应证据支持的方式来实现这种安全电路，这会另外增加电路方面的复杂性，具体来说，因为安全相关电路部件的实现通常关联到严格的条件和文献规范。
[0008]另外，在激光二极管的脉冲化操作期间，在该期间，仅发射具有高峰值功率的非常短的光脉冲，由于在电子电路和高峰值电流中的处理中出现的陡切换边缘，因而，预料到对应的电磁干扰信号(串扰等)，其打乱对监测二极管的测量信号的评估(其通常发生在高电阻下)，从而可能使其复杂化。所发射光和对应监测信号的短脉冲持续时间还可以使得更难于监测实际发射的平均光能量。
[0009]在这种情况下，激光脉冲按脉冲群(所谓的“突发”)成倍地发射，例如，如在EP01957668中描述的。在快速接连的许多个短激光脉冲的群之后，存在不发生激光发射的停滞时间，并且停滞时间显著长于脉冲群内的脉冲之间的间隔。
[0010]JP7079042公开了使用脉冲整形网，以便提供对激光二极管没有任何干扰的电流脉冲。
[0011]JP2008227408描述了 DC电压的能量效率增加，其借助于升压转换器来向包括多个发光二极管的串联电路供电，这些发光二极管具有大于该DC电压的正向电压。
[0012]由此，本发明的一个目的在于改进激光二极管的致动，具体来说，在遵守安全规范的同时。
[0013]一个目的还在于提供用于脉冲化或突发操作的安全激光驱动器，其可以较容易地且以较低成本实现，而且例如在组件和评估方面具有减小的复杂性。
[0014]在这种情况下，附加目的是，还提供可以按高度集成形式生产的激光驱动器，即，除了常规印刷电路板设计以外，例如还利用厚层技术、薄层技术或ASIC。
[0015]另一目的在于，利用其中在安全电路中使用不评估光敏部件的模拟监测信号的电路来实现激光安全性，具体来说，不需要模拟至数字转换(ADC)。
[0016]附加目的还在于根据安全标准来致动激光二极管，其具有比配备有监测二极管的激光二极管少的电气连接，具体来说，具有SMD设计的双极激光二极管。
[0017]开发具有不需要监测二极管来管理的单一故障失效安全性的激光驱动器电路也是本发明的一目的。
[0018]将激光驱动器设置为ASIC，具体来说，具有去往外部的纯数字接口，也是本发明的一个目的。
[0019]而且，描述了一种根据本发明的安全激光驱动器，其针对用于发射激光脉冲的电-光距离测量装置的激光二极管，该电-光距离测量装置具有用于提供低于该激光二极管的激光阈值电压的电压的激光二极管电压源。结果，在该激光二极管的电压的稳态施加期间不能够发射激光。
[0020]该激光驱动器还具有处于该激光二极管的电源路径中的电感性组件，具体来说，电连接至该激光二极管，并且该激光驱动器具有电子开关部件。
[0021]在这种情况下，该开关部件按这样的方式交互地设置，S卩，在该开关部件的第一稳态开关位置，能够产生通过该电感性组件的电流，以及在该开关部件的第二稳态开关位置，该电流能够通过该激光二极管传导，尤其是利用该电压源与激光二极管之间的电感性组件，并且具体来说，利用与该激光二极管并联地电连接的开关部件。
[0022]仅在从第一开关位置向第二开关位置改变的情况下，能够发射激光脉冲中的一个。可以在从第一开关位置向第二开关位置改变的情况下发射的单一一个激光脉冲具有因电流而存储在电感性组件中的能量所限制的能量，从而，一组激光脉冲的平均发射激光功率由此受限。
[0023]具体来说，该激光驱动器由此可以具有不需要任何监测二极管的安全电路，以保持最大可容许平均激光功率。
[0024]因此，可以使用没有任何监测二极管的安全电路来确保遵守与激光安全准则相对应的最大可容许发射功率，具体来说，还在单一故障情况下，例如，在激光驱动器的组件或部件故障或短路的情况下确保遵守。
[0025]本发明的基本构思在于，用于向激光二极管供电的DC正向电压低于该激光二极管的激光阈值。这表示，该激光二极管不能在DC情况下发射激光。在直接向激光二极管施加电源的情况下(例如，在短路的情况下)，不存在受激或增强发射，但无论如何，仍存在较弱的、自发的、未被强化的光子发射，这与发光二极管类似。由此，在这种操作或故障状态下，确保了激光安全性。
[0026]尽管如此，为了能够在脉冲化操作期间发射激光，在出于解释目的而使用的示例性实施方式中，电感性作用组件与激光二极管串联，而可以将激光二极管短路的开关部件与该激光二极管并联。用于发射激光脉冲的顺序如下:
[0027]1、脉冲发生器切换与激光二极管并联的开关。结果，电源电压(其低于激光阈值，如上所述)存在于该电感性组件处。
[0028]2、将电流施加在该电感性组件中。该电流从电压源经由该电感性组件和开关流动至地。
[0029]3、脉冲发生器打开该开关。
[0030]4、因为尽管开关打开，但是在电感性组件中的电流仍继续存在，所以该电流现在需要流过激光二极管。该激光二极管的阳极处的电势被评估为超过激光阈值并且激光脉冲的受激发射开始。然而，该脉冲的最大能量在这种情况下受限于存储在电感性组件中的能量。
[0031]如果电流已经减小并且激光二极管的阳极处的电压已经减小至低于激光阈值电压，则该激光发射也结束。
[0032]5、该处理可以重复步骤I。
[0033]该激光脉冲由此可以发射为单个脉冲或者脉冲群(突发)或者作为连续脉冲序列。该开关可以在脉冲或突发之间保持闭合或打开。在两种情况下，该激光器将不发射任何光。
[0034]如果该开关打开，则电感性组件中的可能电流经由激光二极管减小，并且激光二极管上的电压降落至低于该阈值(大约到电源电压的电平)。因为电源电压低于阈值电压，所以对于开关在稳态下打开的情况来说，不生成激光。因此，在该稳定操作状态下，不能够发射激光。
[0035]如果该开关闭合，则电流流过该开关而不通过激光二极管，作为其结果，在该稳定操作状态下，同样不能够发射激光。该激光二极管被开关短路，并由此激光二极管上的电压和电流大约为零，无论如何低于阈值。
[0036]仅在从闭合开关向打开开关改变的情况下，激光二极管可以发射，但在这种情况下，也具有针对可能脉冲能量的限定上限。在任何情况下激光的连续波发射是不可能的。
[0037]经由每突发脉冲数或者该突发内的脉冲重复率来调节可以激光功率。例如，在功能测试或校准的背景下，这可以在生产激光和装配激光装置期间确定或调节。还可以在脉冲生成期间借助于调节脉冲发生器的占空因数来影响单个脉冲的能量。例如，经由电感的“充电”和“放电”期间的两个开关状态的持续时间还可以影响脉冲能量。然而，不可以超过最大单个脉冲能量，该最大单个脉冲能量是根据在稳态下开关闭合时的最大电流和与其相关联的存储在电感中的能量的量来确定的。例如，如果基于最坏的情况来限制脉冲发生器的参数，则无论如何可以排除超过激光安全限制。由此，根据本发明的激光驱动器可以被设计成，使得无论如何可以保证激光安全。
[0038]老化效应仅使激光不太有效，并由此，激光功率随着时间稍微减小，但决不超出在生产期间设置的限值。若需要的话，还可以通过重新开始确定实际发射功率并且调节脉冲或突发参数来补偿老化相关功率下降。
[0039]在另一实施方式中，激光驱动器或整个系统的电源电压可以非常容易地超过激光阈值电压。结果，例如，使能实现针对外围逻辑电路、处理器、通信模块等的电源，其具有对于此来说常规并且通常超过激光阈值的电压。降压转换器或串联调节器(LDO)在这种情况下可以向激光二极管或其上游连接的电感性组件供应对应的较低电压，其被调节并独立于电源，并且其低于激光阈值电压。在这种情况下，该激光驱动器还可以采用ASIC形式，其中，LDO可以外部地设置或者可以直接集成在ASIC中。
[0040]在这种实施方式中，其中，在激光驱动器中或者围绕激光驱动器提供超过激光阈值的电压，然而，附加故障情况也是可以的，其中，将不再纯粹基于根据本发明的上述电路或方法来确保安全性，即，在向激光二极管供电时相对高的电源与电网之间的短路。
[0041]可以通过附加监测激光二极管电源电压来标识这种短路。例如，这可以通过短路检测电路(SCD)来标识，并且借助于数字信号向上级微控制器发信号或者直接提供给安全关机机构。在这种情况下，SDC例如还可以直接集成在LDO和/或激光驱动器中，尤其是在LDO处出现的系统偏差例如可以被用于建立过电压。在故障的情况下，这可以借助于附加(独立)开关部件，来将目前过高的正向电压与电感性组件和/或激光二极管隔离。另选的是，该附加开关部件还可以被用于隔离整个激光驱动器与超过激光阈值的电源电压。在这种情况下，可以设置用于保护以免自动重连接的附加安全装置。
[0042]另选的是，还可以通过电压测量、比较器电路等来检测该激光二极管电源电压。即使针对在故障的情况下的附加关机，也存在同样可以满足所需安全条件的功能上等同的另选解决方案。
[0043]下面，利用附图中示意性地例示的具体示例性实施方式，完全通过示例的方式，对根据本发明的方法和根据本发明的装置进行更详细描述。在这种情况下，给出了本发明另一些优点的细节。具体来说:[0044]图1示出了相关技术中常规的、具有用于确保或监测激光安全性的监测二极管的激光二极管的示意图；
[0045]图2示出了根据本发明的激光驱动器的第一实施方式的、用于说明基本原理的电子不意图；
[0046]图3示出了根据本发明的生成激光脉冲的示例性流程图；
[0047]图4示出了在根据本发明的激光驱动器的情况下，例示示例性的电流-电压曲线的图形；
[0048]图5a示出了根据本发明的激光驱动器的第二实施方式的、具有电源电压监测的示例性电子示意图；
[0049]图5b示出了根据本发明的激光驱动器中的组件的第一示例性另选结构的电子示意图；
[0050]图5c示出了根据本发明的激光驱动器中的组件的第二示例性另选结构的电子示意图；
[0051]图6示出了根据发明的激光驱动器的第三实施方式在较大背景下的示例性电路框图；
[0052]图7示出了根据本发明的激光驱动器的第四实施方式的具有另选过电压关机的示例性电路框图；
[0053]图8示出了根据本发明的激光驱动器的第五实施方式的具有另选过电压关机和脉冲整形网的示例性电路框图。
[0054]图1例示了根据相关技术已知的、具有安全监测的激光驱动器1，其中，通过借助于监测二极管2的安全控制器4来监测由激光二极管3发射的激光功率。在超出根据标准建立的限值的情况下，例如通过打开开关6，来抑制继续向激光二极管3供应能量。常见的是，在这种情况下，监测二极管2已经被激光二极管制造商容纳在和激光二极管3相同的外壳5中(其中，与在此例示的相比，不同于这两个部件的其它初始电路也是常规的)。为了能够发射激光，需要大于激光3的激光阈值电压(Vth)的电源电压7 (Vcc)，其施加至激光二极管，以发送脉冲达希望脉冲持续时间。
[0055]为了通过安全控制器4监测，需要评估光电二极管2的模拟输出信号，并且在超出安全限值的情况下，可能需要执行关机。例如，关机可以通过隔离开关6的供电而发生，其有利地表示相对于产生激光脉冲的该电路的第二个独立实体。因为该电路部分安全相关，所以可以应用特定设计规范，例如，安全相关部分的完全软件解决方案可能不容许或者至少可能经受严格的设计规范。
[0056]图2示出了根据本发明的用于激光二极管的脉冲化操作的安全激光驱动器10，其中，可以省略关于单一故障激光安全性的监测二极管。
[0057]如上已经说明的，激光二极管3的电源电压11 (Vcc)按不超出激光二极管3的激光阈值电压(Vth)的方式来设计。该激光阈值电压Vth是跨激光二极管3降落并且半导体中的粒子数反转非常精确地高以受激发射开始(或“发射激光”)的电压。作为该阈值电压的另选例，激光阈值电流还可能在数据表中列出，但本领域技术人员可以根据该激光阈值电流按已知方式确定必需用于抑制该电流的电压，并由此确定限制电压。
[0058]在这个实施方式中，激光二极管3利用其阴极连接至零电势GND，并且利用其阳极经由电感性组件12连接至电源电压11。因为电源电压11太低而不能触发受激发射，所以激光二极管至多可以发射由自发发射而产生的光，其具有无论如何低于可容许限值的强度，具体来说，因为这种发射在实际意义上也不是“激光”。显见的是，这些组件的结构还可以按功能上等同的方式(例如，按镜像方式水平地，并且电感在阴极侧等)不同地实现。
[0059]如果开关部件13 (其可以采用晶体管形式，例如，尤其是采用场效应晶体管形式)闭合，则激光二极管3同样不能发射任何激光。该激光二极管被开关短路，为此，电流经由该开关而不经由激光二极管3流动。
[0060]在这种情况下，另一有利的附带效果还可以是，该激光例如可以直接在低于激光阈值的电池电压上操作，而该电压不需要首先借助于对此专门需求的升压转换器来提升至超过阈值电平。
[0061]根据本发明的电路被设计用于发射脉冲激光辐射，具体来说，脉冲群(突发)。图3例示了根据本发明的激光脉冲生成的示例性流程图。该电气示意图中的附图标记在所有情况下保持相同并且为清楚理由起见，在所有情况下仅例示一次。
[0062]在步骤100中，开关13闭合。在开关13闭合之前不久，低于激光阈值电压Vth的电源电压Vll存在于包括电感器13和激光二极管3的串联电路处。相同的电流13和112(其因激光二极管的指数性电流-电压特性而非常低于阈值电压Uth (或者阈值电流Ith))分别流过激光二极管3和电感器12。与可能导致激光受激发射相比过度低的粒子数反转在激光二极管中占优势。
[0063]在开关13闭合之后，电源电压Vll存在于电感器13处作为电压V12。
[0064]如步骤101中所示，电流19根据已知函数在电感器12中增大为1121-t/et
[0066]该电流经由开关12流走。在这种情况下，激光二极管3短路，从而电压U3和电流13都几乎为零。因此，不能够不发射光。
[0067]在步骤102中，开关13打开。如步骤103中所示，电流19现在因连续性条件而在电感器12中进一步流动，但其现在作为13经由激光二极管3而非经由现在打开的开关13流动。经由激光二极管3的电压U3对应地增加至超过激光阈值电压，即，该激光二极管发射由现在设置的箭头18表示的激光。
[0068]因为电流现在根据以下函数衰退t/et
[0070]直到达到平衡状态为止，其中电压电平U12大约对应于电源电压Ul I，即，低于激光阈值Uth并且对应地，通过激光二极管3的电流13已经降低到低于关联的阈值电流Ith，所以在没有任何激光18发射。
[0071]在这种情况下可以通过脉冲发生器电路14自由选择开关13的开关时间，即，例如，还在电流19的增大或衰退期间，作为其结果，例如，可以改变脉冲形状和/或脉冲能量。
[0072]换句话说，根据本发明的激光脉冲生成过程或者根据本发明的用于借助于激光二极管来生成激光脉冲的方法可以描述如下:[0073].经由电感性组件向激光二极管提供低于该激光二极管的激光阈值电压的电源电压；
[0074].通过闭合与激光二极管并联地设置的开关部件来增大通过电感性组件的电流；
[0075].通过打开开关部件在发射激光脉冲的同时减少通过激光二极管的电流。
[0076]图4中的图示出了激光二极管3处的示例性电流曲线(如图形91 (连续线))和电感性组件12处的示例性电流曲线(如图形92 (虚线)。)该电感性组件例如可以采用线绕线圈的形式，例如对应地整形的导体轨道区段或SMD电感。采用电感性变压器形式的电感性组件的实施方式(例如，与将激光二极管作为负载的逆向转换器的基本结构类似)同样可以在没有监测二极管的情况下用作用于实现根据本发明的激光安全性的特定形式。图形90示出了开关13的状态，其中，ON意指闭合而OFF意指打开。可以清楚地看出，在两种稳定开关状态下，二极管电流为零或者在任何情况下低于激光阈值。只有在开关打开，先前已经通过电感流动的电流在该电流衰退之前或者开关13再一次闭合之前因电感性组件的连续性条件而经由激光二极管3流动。如第二脉冲所例示，还可以通过开关13的相对较短的接通时间改变脉冲能量，其中，通过电感器12的电流尚未达到饱和值。与涉及利用在静止状态闭合的开关改变脉冲能量的方法形成对比，在这种情况下，整个地，每脉冲流过较少的电流，其在电路的能量效率上具有积极效果。然而，关于激光安全性，在两种情况下，在开关13(定时关闭太慢)故障的情形下就应当考虑最大可能脉冲能量，或者应当通过进一步措施来对应地防止出现这些故障。具体来说，当电感性组件采用脉冲整形网的形式时，在开关的接通时间改变的情况下，所生成的光学脉冲的形状可以至少保持近似相同，并且主要仅仅其峰值并因此脉冲能量能够改变，还如图形92和92中的第二脉冲所例示。所例示的第三脉冲示出了限制最大可实现脉冲能量的电感性组件的饱和。在这种情况下，电感性时间常数限制了最大可能脉冲重复率。
[0077]图5a例示了其中为了增加安全性，另外执行针对激光电源电压超过阈值的可能实例的监测15的实施方式。如果在激光二极管电源的电网中建立超过激光阈值的电压，则采取对应措施来防止发射激光。通过示例的方式例示的措施是闭合开关13，作为其结果，激光二极管3被短路，而且另外地，或者作为另选例，电源11经由进一步的独立开关16断开。在这种情况下，电源的断开可以影响整个激光系统、激光驱动器10或者激光二极管3。关于用于安全关机的进一步的开关16的具体结构，本领域技术人员还已知其它功能上等同的可能性，例如，激光二极管的下分支中的下侧开关等。由此，例如，除了使用开关部件13以夕卜，还可以设置另外的开关部件16以短路激光二极管3，S卩，与开关部件13并联设置，其结果是，在所述开关部件16的闭合状态下，不能够发射激光18，并且具体来说，可以基于电压监测电路15的检测来致动该另外的开关部件16。
[0078]这种实施方式还使能该装置中或激光驱动器上存在超过激光阈值电压的电压。甚至在有关激光二极管的电网的临界电源电压的短路故障情况下，例如，如果逻辑部件、处理器、通信模块等(其在超过阈值电压的例如2.5V、3.3V、5V或12V的电平操作)(例如，在红外激光二极管的情况下，1.8V至2.2V)设置在同一印刷电路板上，则该电路在这种情况下也满足安全规范。
[0079]在这种情况下，相对较高的电压可以通过线性或钟控电压调节器按已知方式针对用于激光二极管的电源供电对应地降压。[0080]图5b和图5c例示了可以用以实现根据本发明操作的激光二极管驱动器的组件的另选结构的两个示例，其中，针对可以用以实现根据本发明的原理的组件结构的进一步的另选例也是本领域技术人员已知的。
[0081]图6示出了包括监测或通信处理器53和激光驱动器10在内的系统的电路框图，其出于发射光的目的而致动激光二极管3。处理器53和激光驱动器10在这种情况下从系统电源11供电，其超过激光阈值电压。
[0082]在该示例性实施方式中，激光驱动器10采用ASIC的形式(举例来说)。激光驱动器ASIClO中的串联调节器50 (例如，LD0)向激光二极管输出端31提供独立于系统电压32并且低于激光阈值电压的恒定电压。
[0083]通过安装的短路检测电路51 (S⑶)标识其中在系统电压32与激光二极管输出端31之间发生短路的故障情况，并且借助于数字故障信号33 (例如，经由数字信号或者经由通信信道)向处理器或微控制器53信号通知。上级控制器53可以经由开关部件16断开目前过高的正向电压与线圈12和激光二极管3。在任何情况下，还可以直接通过故障信号33来触发这种断开。换句话说，仅如果激光二极管输出端31处的电压处于低于激光阈值的安全范围中，才取消通过开关16对激光二极管3的断开。
[0084]在所例示的实施方式中，LDO另外具有使能输入端34，其可以另外抑制或允许提供激光电源电压。这可以用作用于防止不需要的发射的进一步的安全电路。
[0085]而且，该示例性激光驱动器ASIC中包括脉冲发生器14，其致动开关13并且确定脉冲序列(例如:接通时间、截止时间、脉冲重复率、脉冲占空因数、突发占空因数、突发重复率、每突发脉冲数等)。这可以经由通信接口(例如，单导线接口、SS1、SP1、I2C、UART、…)来构造和触发，以代替或除了来自上级控制器53的线路33/34以外。开关13(其在该例示中同样被集成在ASIClO中)的致动例如可以被实现为PWM信号(具有任何希望配置)，以生产希望的起始脉冲序列。·
[0086]开关13 (例如，MOSFET晶体管输出端)按上述方式连接至激光二极管。
[0087]如果通过该电路实现的发射激光脉冲的脉冲形状不满足该应用的需求，则该脉冲形状可以按宽泛种类的方式来适应。首先，根据电感性组件的标识号(具体来说，根据电感值，但也根据寄生参数(如串联电阻等))来确定该脉冲形状。接着，还可以用较复杂的脉冲整形网来替换或补偿该电感器，例如，通过电阻器和/或电容器的并联和/或串联结构(其中，原则上，出于功能性理由，需要保留电感特性)。这种脉冲整形网还可以被引入到例如激光二极管的GND分支中。
[0088]另外，该脉冲形状还可以通过开关部件13的对应致动来适应，例如，通过仍在脉冲发射期间重新接通开关13可以“斩波”该脉冲的末端，并由此，该脉冲形状可以被较多地修整成矩形。经由脉冲宽度(根据开关13的OFF时间和/或ON时间来确定)还可以调节脉冲的输出功率。对于具有对应快速响应的脉冲发生器的情况来说，PWM调制还可以在一个脉冲内实现，作为其结果，具体来说，对于通过脉冲整形网在该脉冲内PWM调制的对应平滑的情况来说，可以构造所发射脉冲的形状(随着时间的强度曲线)和/或脉冲能量。
[0089]如同该实施方式中例示的激光驱动器还可以按高度集成形式来生产，例如，利用厚层技术、薄层技术或者作为ASIC，其中，缩减物理尺寸还带来有关发射电场干扰的优点。另外，所需外部连接数可以缩减至必须的电源连接、两个激光二极管输出端以及用于上级处理器的通信接口(例如，作为双导体通信)，可能还有使能输入端和故障输出端。如果该应用需要，则还可以添加用于脉冲发生器14的触发器、时钟以及/或相位基准信号。
[0090]图7示出了先前电路的另选例，其中，在故障的情况下，去往整个激光驱动器的电源电压利用开关16与系统电压断开。在另一实施方式中，开关16还可以集成在激光驱动器10中。将处理器53集成在采用ASIC形式的激光驱动器中也是可以的。
[0091]根据本发明和如在此描述的电路或过程例如高度适于具有突发调制激光辐射的激光距离测量装置，例如，根据如EP01957668中描述的原理。根据本发明，在这种情况下，在不需要利用监测二极管的情况下，可以遵守针对激光安全性的标准，作为其结果，生产出更紧凑、更经济有效且较不复杂的总体系统。这种距离测量装置具有:发送单元，该发送单元用于利用激光驱动器10和激光二极管3发射激光脉冲18，接收单元，该接收单元用于利用光敏电子组件接收激光脉冲18的被返回分量，以及评估单元，该评估单元用于基于激光脉冲18从距离测量装置至目标对象并再次返回的传播时间，来确定相距目标对象的距离。
[0092]图8表示了已经提到的借助于比较器组件55的电压监测。该比较器55将电压31与最大可容许值(其低于激光阈值电压)比较，并且在该激光阈值电压被超出的情况下输出数字故障信号34，基于该数字故障信号34，例如，借助于所示的开关16，防止进一步供应电源能量。在这个图中，电感性组件12采用示例性脉冲整形网络的形式，如上面已经进一步说明的。所示的示例原则上因两个电感器而具有电感特性，但可以产生的电流/电压脉冲的形状受另一些组件影响。具体来说，例如，可以影响该电脉冲的边缘梯度和/或峰值，以保护开关13以免过载或者按照其时间曲线来适应光学脉冲。在此通过示例的方式示出的、用于满足应用特定需求的脉冲整形网的变型例和/或设计对于本领域技术人员来说是常规的，或者可以通过模拟或测试设置来确定。
【权利要求】
1.一种电-光距离测量装置，该电-光距离测量装置包括针对用于发射激光脉冲(18)的激光二极管(3)的激光驱动器(10)，该激光驱动器(10)包括: ?激光二极管电压源(11、31)，该激光二极管电压源(11、31)用于提供低于所述激光二极管(3)的激光阈值电压的电压， ?电感性组件(12 )，该电感性组件(12 )处于所述激光二极管(3 )的电源路径中，具体来说连接至所述激光二极管(3 )，尤其是处于所述电压源(11、31)与所述激光二极管(3 )之间的电路中，以及 ?电子开关部件(13)，该电子开关部件(13)具体来说与所述激光二极管(3)并联，其中该电子开关部件(13)按以下方式交互地设置: □在所述开关部件(13)的第一开关位置，能够产生通过所述电感性组件(12)的电流(19)，以及 □在所述开关部件(13 )的第二开关位置，所述电流(19 )能够通过所述激光二极管(3 )传导， 其中，通过从所述第一开关位置改变至所述第二开关位置，能够发射所述激光脉冲(18)中的一个，而在稳态第一开关位置和稳态第二开关位置不能够发射激光。
2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于， 所述激光二极管电压源(11、31)的电压监测电路(15、51、55)，该电压监测电路(15、51、55)用于、尤其是借助于电压比较器(55)、来监测超过预定限值的电压值，具体来说，超过激光阈值电压的电压值。·
3.根据权利要求2所述的距离测量装置，其特征在于， 所述电压监测电路(15、51、55)由电压调节器(50)的短路检测电路、具体来说降压转换器、尤其是低压差串联调节器来实现。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的距离测量装置， 其特征在于， 另外的开关部件(16)，该另外的开关部件(16)用于隔离所述激光二极管的电源路径或整个所述激光驱动器(10)，以使不能够发射激光(18)，具体来说，其中，基于所述电压监测电路(15、51)的检测来致动所述另外的开关部件(16)。
5.根据权利要求2至3中的任一项所述的距离测量装置， 其特征在于， 另外的开关部件(16)，该另外的开关部件(16)用于短路所述激光二极管(3)，结果是，在所述开关部件的闭合状态下，不能够发射激光，具体来说，其中，基于所述电压监测电路(15,51)的检测来致动所述另外的开关部件(16)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的距离测量装置，其特征在于， 所述电感性组件(12)采用用于将发射的所述激光脉冲(18)整形的脉冲整形网的形式，具体来说，其中，所述脉冲整形网展示了主导的电感性响应。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的距离测量装置，其特征在于， 利用可构造的脉冲宽度调制单元(14)来致动用于激光脉冲发射的所述开关部件(13)，具体来说，其中，能够利用所述脉冲宽度调制来构造所述激光脉冲(18)的能量和/或所述激光脉冲(18)的强度曲线。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的距离测量装置，其特征在于， 所述激光驱动器(10)，除所述激光二极管(3)和所述电感性组件(12)以外，被具体实施为ASIC，具体来说，具有纯数字致动接口。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的距离测量装置，该距离测量装置包括: 发送单元，该发送单元用于利用所述激光驱动器(10)和所述激光二极管(3)发射所述激光脉冲(18)， 接收单元，该接收单元用于利用光敏电子组件接收所述激光脉冲(18)的被返回分量，以及 评估单元，该评估单元用于基于所述激光脉冲(18)从所述距离测量装置至所述目标对象并再次返回的传播时间，来确定相距目标对象的距离， 具体来说，其中，所述激光脉冲(18)被发射为突发状激光脉冲群。
10.一种用于借助于电-光距离测量装置中的激光二极管(3)来生成激光脉冲(18)的方法，其特征在于: ?经由电感性组件(12)向所述激光二极管(3)提供低于所述激光二极管(3)的激光阈值电压的电源电压(11、31)， ?通过闭合与所述激光二极管并联设置的开关部件(13)来增大通过所述电感性组件(12)的电流(19 )， ?通过断开所述开关部件(13)在发射所述激光脉冲(18)的同时减少所述激光二极管(3)上的电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 通过监测所述电源电压(11、31)来监测故障情况，以确定是否已经达到或超出预定电压限值，具体来说，所述激光阈值电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 在故障的情况下，借助于另外的开关部件(13)隔离或短路所述激光二极管(3)。
13.根据权利要求11和12中的任一项所述的方法，其特征在于， 通过对在降低所述电源电压的电路处的、具体来说在降压固定电压调节器处的短路检测来执行所述监测步骤。
14.一种根据权利要求10至13中的任一项所述的、用于使用低于激光阈值电压的电源电压来脉冲化操作电-光距离测量装置的激光二极管的方法，其中，所述电感性组件与所述激光二极管串联设置，并且能够利用与所述激光二极管并联设置的所述开关部件短路所述激光二极管。
15.一种用于电-光距离测量装置中借助于根据权利要求10至14中的任一项所述的方法来在激光二极管驱动器(10)中不使用监测二极管的情况下确保单一故障系统失效安全性的方法。
16.一种针对用于发射激光脉冲(18)的激光二极管(3)的激光驱动器(10)，该激光驱动器包括: ?激光二极管电压源(11、31)，该激光二极管电压源(11、31)用于提供低于所述激光二极管(3)的激光阈值电压的电压， ?电感性组件(12 )，该电感性组件(12 )处于所述激光二极管(3 )的电源路径中，具体来说连接至所述激光二极管(3 )，尤其是处于所述电压源(11、31)与所述激光二极管(3 )之间的电路中，以及 ?电子开关部件(13)，该电子开关部件(13)具体来说与所述激光二极管(3)并联，其中该电子开关部件按以下方式交互地设置: □在所述开关部件(13)的第一开关位置，能够产生通过所述电感性组件(12)的电流(19)，以及 □在所述开关部件(13)的第二开关位置，所述电流(19)能够通过所述激光二极管(3)传导， 其中，通过从所述第一开关位置改变至所述第二开关位置，能够发射所述激光脉冲(18)中的一个，而在稳态第一开关位置和稳态第二开关位置中不能够发射激光， 其特征在于， 所述激光二极管电压源(11、31)的电压监测电路(15、51、55)，该电压监测电路(15、`51、55)用于、尤其是借助于电压比较器(55)、来监测超过预定限值的电压值，具体来说，超过激光阈值电压的电压值。
17.根据权利要求16所述的激光驱动器(10)，其特征在于， 所述电压监测电路(15、51、55)由电压调节器(50)的短路检测电路、具体来说降压转换器、尤其是低压差串联调节器来`实现`。
【文档编号】G01C3/08GK103857983SQ201280043193
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年9月4日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】R·梅茨勒, B·菲格尔, K·吉热 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司