估计条件参数的方法、监测操作的装置和粒子传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了估计条件参数的方法、监测操作的装置和粒子传感器装置。本发明专利技术提供了用于估计具有关联的光电二极管的激光二极管的条件参数的方法、用于监测这种激光二极管的操作的装置、以及粒子传感器装置。所述光电二极管(PD)可与所述激光二极管(LD)一起操作，其中它检测所述激光二极管(LD)的光(LS)并将其转换成电流，并且热耦合至所述激光二极管(LD)。所述至少一个条件参数在所述激光二极管(LD)的操作期间被估计并且该估计基于所述激光二极管(LD)和/或所述光电二极管(PD)处的电流测量和/或电压测量。

Methods of estimating condition parameters, devices for monitoring operation and particle sensor devices

【技术实现步骤摘要】
估计条件参数的方法、监测操作的装置和粒子传感器装置
本专利技术涉及用于估计具有关联的光电二极管的激光二极管的条件参数的方法，涉及用于监测这种激光二极管的操作的装置，并且涉及粒子传感器装置。虽然适用于用于估计具有关联的光电二极管的激光二极管的条件参数的任意方法，但是将考虑光学粒子传感器装置来描述本专利技术及所要解决的问题。
技术介绍
DE102015207289A1公开了一种光学粒子传感器装置，该光学粒子传感器装置具有带有集成的光电二极管的VCSEL激光二极管。VCSEL激光二极管(VCSEL＝垂直腔面发射激光器)是光垂直于半导体芯片的平面进行发射的发光二极管。通过使用自混合干涉技术，已知的光学粒子传感器装置能够获得与粒子的存在及粒子的速率相关的信息。光学粒子传感器装置应该以定义的光输出功率操作，其中定义的光输出功率应该不仅为了传感器的高测量灵敏度而尽可能大，而且为了眼睛安全还必须被限制。然而，在激光二极管操作期间，光输出功率根据操作时间点处激光二极管的瞬时温度并且根据激光二极管依照寿命退化的老化条件而改变。因此例如在操作期间对激光二极管的设定操作电流进行调节和控制是必要的。原理上，这可以通过对光输出功率的直接测量来完成，但是在许多小型化应用中尤其在前述的光学粒子传感器装置中这是不可能的。具体地，希望接收与激光二极管温度和激光二极管的老化条件相关的信息。
技术实现思路
本专利技术提供了分别根据独立权利要求1、12和18所述的用于估计具有关联的光电二极管的激光二极管的条件参数的方法、用于监测这种激光二极管的操作的装置、以及粒子传感器装置。优选的改进是各自从属权利要求的主题。有益效果本专利技术所依据的理念是激光二极管的条件参数的估计在激光二极管的操作期间实现且基于激光二极管和/或光电二极管处的电流测量和/或电压测量。有利地，能够以这种方式通过激光二极管和光电二极管处的相应电气测量考虑激光二极管和关联的光电二极管的老化、生产波动和温度依赖性而不需要让直接光学测量或其它传感器成为必要。根据优选的实施方式，具有关联的光电二极管的激光二极管是具有集成的光电二极管的激光二极管，尤其是具有集成的光电二极管的VCSEL。这种装置特别紧凑。根据另一优选的实施方式，激光二极管温度TLD通过如下步骤被估计作为激光二极管的条件参数：使用光电二极管电流IPD的测量针对激光二极管电流ILD的至少两个不同值在待被确定的激光二极管温度TLD下确定光电二极管特性的斜率PDSlope，并且以光电二极管特性的斜率PDSlope与激光二极管温度TLD之间的先前确定的关系作为激光二极管温度TLD的估计的基础。以这种方式，激光二极管温度TLD能够通过运行时光电二极管处简单的电流测量被确定。相比之下，光电二极管特性的斜率PDSlope与激光二极管温度TLD之间的关系被预先确定，例如在激光二极管-光电二极管单元的生产过程结束时被确定，具体地通过部分单独的电流和电压测量被确定。根据又一优选的实施方式，激光二极管温度TLD通过如下步骤被估计作为激光二极管的条件参数：在待被估计的激光二极管温度TLD下针对至少一个指定的激光二极管电流ILDV捕获激光二极管电压ULD，其中激光二极管温度TLD的估计基于预定激光二极管电流ILDV、激光二极管电压ULD与激光二极管温度TLD之间的先前确定的关系。以这种方式，激光二极管温度TLD能够通过运行时激光二极管处简单的电压测量被确定。预定激光二极管电流ILDV、激光二极管电压ULD与激光二极管温度TLD之间的关系也是预先通过部分单独的电流和电压测量被确定，例如在激光二极管-光电二极管单元的生产过程结束时被确定。根据又一优选的实施方式，激光二极管温度TLD被估计为：TLD＝a+(b-ULD(ILDV))*d其中a、b和d是先前确定的常量。所述常量能够例如作为激光二极管-光电二极管单元的产品序列表征的一部分而被确定。以这种方式，激光二极管温度TLD能够被描述为简单的线性关系。根据又一优选地实施方式，当激光二极管的总操作时间t已知时，激光二极管温度TLD能够被估计为：TLD＝a+(b-ULD(ILDV))*(1–c*exp(-t/t0))*d其中a、b、c和d是先前确定的常量，这些常量例如作为激光二极管-光电二极管单元的产品序列表征的一部分而被确定。t0对应于先前确定的表征激光二极管老化特性的操作时长。因此在估计激光二极管温度TLD时能够将老化条件考虑进去。根据又一优选的实施方式，总操作时间t通过如下步骤被估计作为激光二极管的条件参数：在已知的激光二极管温度TLD下针对至少一个指定的激光二极管电流ILDV捕获激光二极管电压ULD，并且以激光二极管电流ILD、激光二极管电压ULD、激光二极管温度TLD与激光二极管的总操作时间t之间的先前确定的关系作为激光二极管的总操作时间t的估计的基础。激光二极管电流ILD、激光二极管电压ULD、激光二极管温度TLD与激光二极管的总操作时间t之间的关系在此也预先通过部分单独的电流和电压测量被确定，例如在激光二极管-光电二极管单元的生产过程结束时被确定。根据又一优选的实施方式，激光二极管的退化基于所估计的总操作时间t被评估。以这种方式，获得退化的简单可再现测量。根据又一优选的实施方式，总操作时间t通过如下步骤被估计作为激光二极管的条件参数：通过对依赖于激光二极管电流ILD的光电二极管电流IPD的测量来确定对应的瞬时光电二极管特性，根据对应的瞬时光电二极管特性确定激光二极管的瞬时阈值电流Ith，并且基于对应的瞬时阈值电流Ith估计激光二极管的总操作时间t。阈值电流以同样方式提供激光二极管的老化或总操作时间的可靠测量。激光二极管的阈值电流是激光器操作开始的启动电流。由于激光二极管和关联的光电二极管的特性呈现出相似的行为，所以此估计是可行的。根据又一优选的实施方式，通过如下步骤来确定瞬时阈值电流Ith：针对激光二极管尚未处于激光器操作所在的至少两个激光二极管电流值ILD1、ILD2捕获第一光电二极管电流值IPD1、IPD2，针对激光二极管处于激光器操作所在的至少两个激光二极管电流值ILD3、ILD4捕获第二光电二极管电流值IPD3、IPD4，在每个情况中线性外插第一光电二极管电流值IPD1、IPD2以及第二光电二极管电流值IPD3、IPD4，并且确定产生的两条直线g和h的交点作为瞬时阈值电流Ith。所述外插容易执行且提供可靠的值。根据又一优选的实施方式，确定至少两个激光二极管的瞬时阈值电流Ith1、Ith2，其中两个单独的激光二极管的总操作时间t1、t2通过比较针对两个单独的激光二极管确定的瞬时阈值电流Ith1、Ith2而彼此关联。以这种方式，能够估计两个激光二极管的相对老化。根据依据本专利技术的用于监测具有关联的光电二极管的至少一个激光二极管的操作的装置的优选实施方式，估计设备被配置为估计激光二极管温度TLD。本实施方式包括关断装置，用于在激光二极管温度TLD高于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于估计至少一个激光二极管(LD)的至少一个条件参数的方法，其中至少一个光电二极管(PD)与所述激光二极管(LD)关联，/n·所述至少一个光电二极管(PD)能够与所述激光二极管(LD)一起操作，/n·所述至少一个光电二极管(PD)检测所述激光二极管(LD)的光(LS)并将所述光(LS)转换成电流IPD，并且/n·所述至少一个光电二极管(PD)热耦合至所述激光二极管，/n其中在所述激光二极管(LD)的操作期间估计所述至少一个条件参数，所述估计基于所述激光二极管(LD)和/或所述光电二极管(PD)处的电流测量和/或电压测量。/n

【技术特征摘要】
20180730 DE 102018212689.51.一种用于估计至少一个激光二极管(LD)的至少一个条件参数的方法，其中至少一个光电二极管(PD)与所述激光二极管(LD)关联，
·所述至少一个光电二极管(PD)能够与所述激光二极管(LD)一起操作，
·所述至少一个光电二极管(PD)检测所述激光二极管(LD)的光(LS)并将所述光(LS)转换成电流IPD，并且
·所述至少一个光电二极管(PD)热耦合至所述激光二极管，
其中在所述激光二极管(LD)的操作期间估计所述至少一个条件参数，所述估计基于所述激光二极管(LD)和/或所述光电二极管(PD)处的电流测量和/或电压测量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中具有关联的光电二极管(PD)的所述激光二极管(LD)是具有集成的光电二极管(PD)的激光二极管(LD)，尤其是具有集成的光电二极管的VCSEL(垂直腔面发射激光器)。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中激光二极管温度TLD通过如下步骤被估计作为所述激光二极管(LD)的所述条件参数：
·使用所述光电二极管电流IPD的测量，针对所述激光二极管电流ILD的至少两个不同值，在待被确定的所述激光二极管温度TLD下确定光电二极管特性(B)的斜率PDSlope，并且
·以所述光电二极管特性(B)的斜率PDSlope与所述激光二极管温度TLD之间的先前确定的关系作为所述激光二极管温度TLD的估计的基础。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述激光二极管温度TLD通过如下步骤被估计作为所述激光二极管(LD)的所述条件参数：
·在待被估计的所述激光二极管温度TLD下针对至少一个指定的激光二极管电流ILDV捕获激光二极管电压ULD，并且
·以预定激光二极管电流ILDV、所述激光二极管电压ULD与所述激光二极管温度TLD之间的先前确定的关系作为所述激光二极管温度TLD的估计的基础。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述激光二极管温度TLD被估计为
TLD＝a+(b-ULD(ILDV))*d
其中a、b和d是先前确定的常量。


6.根据权利要求4所述的方法，其中所述激光二极管(LD)的总操作时间t已知，所述激光二极管温度TLD被估计为
TLD＝a+(b-ULD(ILDV))*(1–c*exp(-t/t0))*d
其中a、b、c和d是先前确定的常量，t0是先前确定的表征所述激光二极管(LD)老化特性的操作时长。


7.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中总操作时间t通过如下步骤被估计作为所述激光二极管(LD)的所述条件参数：
·在已知的激光二极管温度TLD下针对至少一个指定的激光二极管电流ILDV捕获激光二极管电压ULD；并且
·以所述激光二极管电流ILD、所述激光二极管电压ULD、所述激光二极管温度TLD与所述激光二极管(LD)的所述总操作时间之间的先前确定的关系作为所述激光二极管(LD)的所述总操作时间t的估计的基础。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述激光二极管(LD)的退化基于所估计的总操作时间t进行评估。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中总操作时间t通过如下步骤被估计作为所述激光二极管(LD)的所述条件参数：
·通过对依赖于激光二极管电流ILD的光电二极管电流IPD的测量来确定对应的瞬时光电二极管特性(B)；
·根据所述对应的瞬时光电二极管特性(B)确定所述激光二极管(LD)的瞬时阈值电流Ith；并且
·基于对应的瞬时阈值电流Ith估计所述激光二极管的所述总操作时间t。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述瞬时阈值电流Ith通过如下步骤被确定：
·针对所述激光二极管(LD)尚未处于激光器操作所在的至少两个激光二极管电流值ILD1、ILD2捕获第一光电二极管电流值IPD1、IPD2；
·针对所述激光二极管(L...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·沃尔夫，泽伦·索夫克，菲利普·格拉赫，苏珊·魏登费尔德，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE