【技术实现步骤摘要】
符合ISO26262的无机械激光雷达系统
[0001]本专利技术涉及一种用于符合ISO26262的激光模块的光学器件以及一种基于该激光模块的无机械部件激光雷达系统。
技术介绍
[0002]也被称为雷达(激光探测和测距)的激光雷达(光探测和测距的缩写词)是用于光学距离和速度测量以及用于大气参数的远程测量的雷达相关方法。此类激光雷达系统使用激光束，而不是像雷达那样使用无线电波。现有技术优选地使用机械镜子来使激光束在不同的方向上转向。由于这些激光雷达系统通常用于自主驾驶和/或医学技术的领域，因此激光雷达系统优选地受制于安全要求。在汽车应用中用于确保功能安全(或简称FuSa)的重要标准是ISO 26262。
[0003]现有技术
[0004]从DE 10 2009 060 873 A1中已知用于LED的驱动器电路。DE 10 2009 060 873 A1的技术教导也没有说明如何组装部件以便以最佳方式最小化寄生的电感和电容。
[0005]从DE 10 2016 116 36 8A1中(参见DE 10 2016 116 368 A1的图1)已知用于发光光电子部件的驱动器电路，其中充电电路(DE 10 2016 116 368 A1的附图标记2、3、4、5、9、10、11、12、13、14)经由串联电阻器(DE 10 2016 116 368 A1的附图标记3)给电容器(DE 10 2016 116 368 A1的附图标记18至21)充电。发光光电子部件(DE 10 2016 116 368 A1的附图标...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种激光子模块，其具有n个激光器(D1至Dn)的线性激光器阵列，并且具有n个电容器(C1至Cn)，并且具有控制开关(T
dis
)，并且具有n个充电电路(B1至Bn)，并且具有控制电路(CTR)，具有驱动器IC，其中，n是大于2的正整数，并且其中，所述驱动器IC是单片集成电路，并且其中，所述驱动器IC包括所述控制电路(CTR)、所述控制开关(T
dis
)和所述n个充电电路(B1至Bn)，并且其中，所述n个电容器(C1至Cn)中的每个电容器具有第一端子和第二端子，并且其中，所述n个充电电路(B1到Bn)中的每个充电电路能够选择性地给所述n个电容器(C1到Cn)中的一者充电，以下将该电容器称为与该充电电路相关联的电容器，并且其中，所述控制电路(CTR)控制所述充电电路(B1至Bn)，并且其中，所述n个电容器(C1至Cn)中的每个电容器与所述n个激光器(D1至Dn)中的一个激光器相关联，作为与该电容器相关联的激光器，并且其中，所述控制电路(CTR)控制所述控制开关(T
dis
)，并且其中，所述控制开关(Tdis)使所述n个电容器(C1至Cn)中的被充电的电容器经由与该电容器相关联的激光器放电，并且其中，在每种情况下，该相关联的激光器仅在与该激光器相关联的电容器被充电并且所述控制开关(T
dis
)将该激光器的阴极连接至参考电位(GND)时才发射激光脉冲，并且其中，所述激光子模块具有至少一个光电检测器(PD1)，并且其中，与所述电容器相关联的所述激光器经由光路(oP1到oPn)光学地耦合到至少一个所述光电检测器，并且其中，所述至少一个光电检测器(PD1)生成接收信号，所述接收信号的随时间的值曲线取决于与该光电检测器光学地耦合的激光器的光脉冲产生的随时间的幅度曲线，并且其中，所述控制电路(CTR)根据所述接收信号的随时间的值曲线来确定所述接收信号的随时间的值曲线的参数，并且其中，所述控制电路(CTR)根据该参数来控制和/或监测与所述电容器相关联的激光器的光脉冲的产生，并且其中，所述驱动器IC包括所述光电检测器(PD1)，其中，所述n个激光器(D1至Dn)的所述线性激光器阵列中的所述n个激光器(D1至Dn)在共用晶体上制造，其特征在于，该晶体的底部形成所述n个激光器(D1至Dn)的共用阴极，并且所述n个激光器(D1至Dn)的该共用阴极电连接到所述控制开关(T
dis
)，作为第一个星点(DISC)，并且该共用阴极位于所述晶体的活性表面上，并且
该晶体的具有所述共用阴极的所述底部放置在所述第一个星点(DISC)上。2.根据权利要求1所述的激光子模块，其中，所述激光子模块具有n个光电检测器(PD1至PDn)，并且其中，所述驱动器IC包括所述n个光电检测器(PD1至PDn)。3.根据权利要求1或2所述的激光子模块，其中，所述参数是用于相关联的激光器的激光脉冲发射的触发信号(TRIG)的时间特征到达所述控制电路(CTR)时与在所述接收信号的随时间的值曲线中出现所述激光脉冲的真实发射时之间的真实时间延迟的值。4.根据权利要求3所述的激光子模块其中，在经过延迟时间之后，所述控制电路(CTR)使所述控制开关(T
dis
)将相关联的激光器连接到所述参考电位，并且其中，所述延迟时间从用于相关联的激光器的激光脉冲发射的开始信号(TRIG)的时间特征到达所述控制电路(CTR)时开始，该到达作为开始时间。5.根据权利要求4所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)根据所述参数调节所述延迟时间。6.根据权利要求5所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)调节所述延迟时间以使其具有标称值，即延迟时间目标值。7.根据权利要求6所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)调节所述延迟时间，使得在所述接收信号的随时间的值曲线中出现用于所述激光脉冲的真实发射的时间特征时的时间点与相对于同步信号的随时间的值曲线中的时间特征的时间偏移同步。8.根据权利要求7所述的激光子模块，其中，所述时间偏移是固定的。9.根据权利要求1或2所述的激光子模块，其中，所述参数是如下值，该值取决于所述激光脉冲的随时间的幅度曲线在所述接收信号的随时间的值曲线中的影响。10.根据权利要求9所述的激光子模块，其中，在所述控制开关(T
dis
)闭合之前，所述控制电路(CTR)使属于所述激光器的充电电路用充电电流给属于所述激光器的电容器充电，并且其中，所述控制电路(CTR)能够控制所述充电电路能够用来给所述电容器充电的能量的量。11.根据权利要求10所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)根据所述参数来调节所述充电电路能够用来给所述电容器充电的能量的量。12.根据权利要求11所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)使所述充电电路在充电时段期间用具有充电电流值的充电电流将所述电容器充电至电容器电压，并且其中，该充电时段由充电时段默认值限制，并且其中，所述控制电路(CTR)根据所述参数来调节所述充电电路在所述充电时段期间用
来给所述电容器充电的能量的量，使得所述控制电路(CTR)在所述激光器的激光脉冲发射之后根据用于所述电容器的下一连续充电的所述参数来改变所述充电时间默认值，以根据所述参数准备该激光器的下一次激光脉冲发射。13.根据权利要求12所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)调节所述充电时间默认值，使得该接收信号的随时间的值曲线的所述参数的取决于由该激光器发射的激光脉冲的幅度的值对应于作为标称值的参数默认值。14.根据权利要求13所述的激光子模块，其中，所述参数默认值是可调节或可编程的。15.根据权利要求12所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)或所述激光子模块的另一子设备将所述充电时间默认值与所述充电时间默认值的预期值区间进行比较，并且其中，如果所述充电时间默认值的值位于所述充电时间默认值的所述预期值区间之外，则所述控制电路(CTR)以发信号的方式通知错误或者生成和/或保持关于错误的信息。16.根据权利要求15所述的激光子模块，其中，所述预期值区间也能够由所述充电时间默认值的单个阈值给定。17.根据权利要求11所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)使所述充电电路在充电时段期间用具有充电电流值的充电电流将所述电容器充电至电容器电压，并且其中，所述控制电路(CTR)在所述电容器的所述充电时段期间检测所述电容器电压，并且其中，当所述电容器电压的值达到或超过电容器目标电压的值时，所述控制电路(CTR)使所述充电电路停止用所述充电电流给所述电容器充电，并且其中，所述控制电路(CTR)根据所述参数来调节所述充电电路在所述充电时段期间用来给所述电容器充电的能量的量，使得所述控制电路(CTR)在所述激光器的激光脉冲发射之后根据用于所述电容器的下一连续充电的所述参数来改变所述电容器目标电压的值，以根据所述参数准备该激光器的下一次激光脉冲发射。18.根据权利要求17所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)调节所述电容器目标电压的值，使得该接收信号的随时间的值曲线的所述参数的取决于由该激光器发射的所述激光脉冲的幅度的值对应于作为标称值的参数默认值。19.根据权利要求18所述的激光子模块，其中，所述参数默认值是可调节或可编程的。20.根据权利要求17所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)或所述激光子模块的另一子设备将所述电容器目标电压的值与所述电容器目标电压的预期值区间进行比较，并且其中，如果所述电容器目标电压的值在所述电容器目标电压的所述预期值区间之外，则所述控制电路(CTR)以发信号的方式通知错误或者生成和/或存储关于错误的信息。21.根据权利要求20所述的激光子模块，
其中，所述预期值区间也能够由所述电容器目标电压的单个阈值给定。22.根据权利要求11所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)使所述充电电路在充电时段期间用具有充电电流值的充电电流将所述电容器充电至电容器电压，并且其中，所述控制电路(CTR)根据所述参数来调节所述充电电路在所述充电时段期间用来给所述电容器充电的能量的量，使得在所述激光器的激光脉冲发射之后，所述控制电路(CTR)根据用于所述电容器的下一连续充电的所述参数来改变所述充电电流值，以根据所述参数准备该激光器的下一激光脉冲发射。23.根据权利要求22所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)调节所述充电电流值，使得该接收信号的随时间的值曲线的所述参数的取决于由该激光器发射的所述激光脉冲的幅度的值对应于作为标称值的参数默认值。24.根据权利要求23所述的激光子模块，其中，所述参数默认值是可调节或可编程的。25.根据权利要求22所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CTR)或所述激光子模块的另一子设备将所述充电电流值与所述充电电流值的预期值区间进行比较，并且其中，如果所述充电电流值在该充电电流值的所述预期值区间之外，则所述控制电路(CTR)以发信号的方式通知错误或者生成和/或存储关于错误的信息。26.根据权利要求25所述的激光子模块，其中，所述预期值区间也能够由所述充电电流值的单个阈值给定，并且。27.根据权利要求1或2所述的激光子模块，其中，所述控制电路(CRT)或另一子设备将所述接收信号的随时间的值曲线的所述参数的值与预期值区间进行比较，并且其中，如果所述接收信号的随时间的值曲线的所述参数的值在所述接收信号的随时间的值曲线的所述参数的该值的预期值区间之外，则所述控制电路(CRT)以发信号的方式通知错误或者生成和/或存储关于错误的信息。28.根据权利要求27所述的激光子模块，其中，所述预期值区间也能够由单个参数阈值限定。29.一种激光模块，其中，所述激光模块具有多个根据权利要求1至28中一项所述的激光子模块，包括至少一个第一激光子模块和至少一个第二激光子模块，并且其中，所述第一激光子模块和所述第二激光子模块的所述控制电路(CTR)调节它们相应的所述子模块的所述激光器的脉冲的幅度，以使它们相应的所述子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线具有相同的峰值幅度值和/或相同的时间积分值，并且其中，术语“相同”在此意味着所述第一激光子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线的峰值幅度值和/或时间积分值与所述第二激光子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线的峰值幅度值和/或时间积分值相差不超过10％。30.根据权利要求29所述的激光模块，
其中，术语“相同”在此意味着所述第一激光子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线的峰值幅度值和/或时间积分值与所述第二激光子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线的峰值幅度值和/或时间积分值相差不超过5％。31.根据权利要求30所述的激光模块，其中，术语“相同”在此意味着所述第一激光子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线的峰值幅度值和/或时间积分值与所述第二激光子模块的所述激光器的脉冲的幅度曲线的峰值幅度值和/或时间积分值相差不超过2％。32.一种激光模块，其中，激光模块具有多个根据权利要求1至28中一项所述的激光子模块，包括至少一个第一激光子模块和至少一个第二激光子模块，并且其中，所述激光模块具有同步信号(Sync)，并且其中，所述激光模块具有触发信号(TRIG)，并且其中，所述同步信号(Sync)和所述触发信号(TRIG)处于固定的时间相位关系，并且其中，所述第一激光子模块连接到所述同步信号(Sync)，并且其中，所述第一激光子模块连接到所述触发信号(TRIG)，并且其中，所述第二激光子模块连接到所述同步信号(Sync)，并且其中，所述第二激光子模块连接到所述触发信号(TRIG)，并且其中，所述第一激光子模块的所述控制电路(CTR)调节在所述触发信号(TRIG)的随时间的值曲线中出现时间特征时与所述第一激光子模块的所述激光器发射所述激光脉冲时之间的时间延迟，使得所述第一激光子模块的所述激光器的所述激光脉冲的随时间的幅度曲线的时间特征与同步信号(Sync)的时间特征基本上在相同的时间点出现，并且其中，所述第二激光子模块的所述控制电路(CTR)调节在所述触发信号(TRIG)的随时间的值曲线中出现时间特征时与所述第二激光子模块的所述激光器发射所述激光脉冲时之间的时间延迟，使得所述第二激光子模块的所述激光器的所述激光脉冲的随时间的幅度曲线的时间特征与所述同步信号(Sync)的所述时间特征基本上在相同的时间点出现。33.根据权利要求29至32中一项所述的激光模块，其中，所述激光模块包括至少一个，即m个激光子模块，所述激光模块具有m*n个激光器(D1至Dn)，并且具有至少有一个光电检测器(PD1至PDn)，其中，所述激光模块包括至少一个控制电路(CTR)，并且其中，所述m*n个激光器能够各自发射激光脉冲，并且其中，所述m*n个激光器(D1至Dn)中的至少一个激光器经由光路(oP1至oPn)耦合至所述光电检测器(PD1至PDn)中的至少一个光电检测器，并且其中，所述至少一个光电检测器(PD1到PDn)生成确切地属于该光电检测器的接收信号(es1至esn)，该接收信号具有随时间的值曲线，并且其中，所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述至少一个接收信号(es1至esn)的随时间的值曲线取决于由所述m*n激光器(D1至Dn)中的至少一个激光器发射的激光脉冲的随时间的幅度曲线，并且
其中，所述激光模块具有用于验证如下事实的构件(PD1至PDn，es1至esn)：由所述至少一个激光器使用所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述至少一个接收信号(es1至esn)的值曲线来发射光脉冲，并且其中，如果所述m*n个激光器(D1至Dn)中的所述至少一个激光器本应发射的激光脉冲不会引起所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述接收信号(es1至esn)的随时间的值曲线，并且所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述接收信号(es1至esn)的随时间的值曲线的参数的值在预定参数范围之外，则所述激光模块通过控制电子器件(CTR)生成错误消息或错误信号，或使其准备好用于检索。34.根据权利要求29至32中任一项所述的激光模块，其中，所述激光模块包括至少一个，即m个激光子模块，并且其中，所述m个激光子模块中的每一者具有多个，即n
j
个激光器(D1至Dn
j
)，其中，1≤j≤m，并且其中，所述激光子模块的所述激光器的数量n
j
能够因激光子模块而异，并且所述激光模块针对每个激光子模块具有至少有一个光电检测器和/或多个光电检测器(PD1至PDn
j
)，其中，每个激光子模块包括相应的激光子模块的至少一个控制电路(CTR)，并且其中，所述m个激光子模块中的每个激光子模块的所述n
j
个激光器中的每一者能够发射激光脉冲，并且其中，针对所述m个激光子模块中的每个激光子模块，该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn
j
)中的至少一者经由该激光子模块的光路(oP1至oPn
j
)耦合到该激光子模块的所述光电检测器(PD1至PDn
j
)中的所述至少一个光电检测器，并且其中，该激光子模块的该至少一个光电检测器(PD1至PDn)生成该激光子模块的确切地属于该光电检测器的接收信号(es1至esn)，该激光子模块的该接收信号具有随时间的值曲线，并且其中，该激光子模块的所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述至少一个接收信号(es1至esn)的随时间的值曲线取决于由该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn)中的至少一个激光器发射的激光脉冲的随时间的幅度值曲线，并且其中，该激光子模块具有用于验证如下事实的构件(PD1至PDn，es1至esn)：由该激光子模块的所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)使用该激光子模块的所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述至少一个接收信号的随时间的值曲线来发射光脉冲，并且其中，如果该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn
j
)中的至少一个激光器本应发射的激光脉冲没有引起该激光子模块的所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述接收信号(es1至esn)的随时间的值曲线，并且该激光子模块的所述至少一个光电检测器(PD1至PDn)的所述接收信号(es1至esn)的随时间的值曲线的参数的值在预定参数值范围之外，则该激光子模块通过该激光子模块的控制电路(CTR)生成错误消息或错误信号，或将其存储以供检索。35.根据权利要求29至32中任一项所述的激光模块，其中，所述激光模块包括至少一个，即m个激光子模块，其中，所述m个激光子模块中的每一者具有多个，即n
j
个激光器(D1至Dn
j
)，其中，1≤j≤
m，并且其中，所述激光子模块的激光器的整个正整数n
j
能够因激光子模块而异，并且所述激光模块针对每个激光子模块具有至少n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)，其中，在每种情况下，每个激光子模块包括相应的激光子模块的至少一个控制电路(CTR)，并且其中，所述m个激光子模块中的每个激光子模块的所述n
j
个激光中的每一者能够发射激光脉冲，并且其中，针对所述m个激光子模块中的每个激光子模块，该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn
j
)中的至少每个激光器经由该激光子模块的至少n
j
个光路(oP1至oPn
j
)中的恰好一个主光路最强地耦合到该激光子模块的所述n
j
个光检测器(PD1至PDn
j
)中的恰好一个光检测器，并且其中，在每种情况下，该激光子模块的这些n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)中的每一者生成该激光子模块的n
j
个接收信号(es1至esn
j
)中的恰好一个属于该激光子模块的所述n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)中的该光电检测器的接收信号，该相应的激光子模块的所述n
j
个接收信号(es1至esnj)中的该相应的接收信号具有相应的随时间的值曲线，并且其中，该激光子模块的所述n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)中的每个光电检测器的所述相应接收信号(es1至esn
j
)的随时间的值曲线取决于由该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn)中的如下激光器发射的激光脉冲的随时间的幅度值曲线，该激光器经由该激光子模块的所述n
j
个光路(oP1至oPn
j
)中的恰好一个主光路最强地耦合到该激光子模块的所述n
j
个光检测器(PD1至PDn
j
)中的恰好该光检测器，并且其中，该激光子模块具有用于验证如下事实的构件(PD1至PDn
j
，es1至esn
j
)：由该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn
j
)中的恰好该激光器使用该激光子模块的所述n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)中的如下光电检测器的所述n
j
个接收信号(es1至esn
j
)中的与该激光器耦合的接收信号的随时间的值曲线来发射光脉冲，该光电检测器经由该激光子模块的所述n
j
个光路(oP1至oPn
j
)中的一个主光路最强地耦合到该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn
j
)中的恰好该激光器，并且其中，如果该激光子模块的所述n
j
个激光器(D1至Dn
j
)中的激光器本应发射的激光脉冲没有引起该激光子模块的所述n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)中的所述至少一个光电检测器的所述n
j
个接收信号(es1至esn
j
) 中的与该激光器耦合的接收信号的随时间的值曲线，并且属于该激光子模块的所述n
j
个光电检测器(PD1至PDn
j
)的光电检测器的所述n
j
个接收信号(es1至esn
j
)中的与该激光器耦合的接收信号的随时间的值曲线的参数的值在预定的参数值范围之外，则该激光子模块通过该激光子模块的所述控制电路(CTR)生成错误消息或错误信号，或将其存储以供检索。36.根据权利要求35所述的激光模块，其中，所述参数值范围是特定于激光器的。37.一种激光子模块，其具有n个激光器(D1至Dn)的线性激光器阵列，并且具有n个电容器(C1至Cn)，并且具有控制开关(T
dis
)，并且
具有n个充电电路(B1至Bn)，并且具有控制电路(CTR)，具有驱动器IC，其中，n是大于2的正整数，且其中，所述驱动器IC是单片集成电路，并且其中，所述驱动器IC包括所述控制电路(CTR)、所述控制开关(T
dis
)和所述n个充电电路(B1至Bn)，并且其中，所述n个电容器(C1至Cn)中的每个电容器具有第一端子和第二端子，并且其中，所述n个充电电路(B1至Bn)中的每个充电电路(B1)能够选择性地分别给所述n个电容器(C1至Cn)中的一个电容器(C1)充电，以下将该电容器称为与该充电电路相关联的电容器(C1)，并且其中，所述控制电路(CTR)控制所述充电电路(B1至Bn)，并且其中，所述n个电容器(C1至Cn)中的每个电容器(C1)与所述n个激光器(D1至Dn)中的激光器(D1)相关联，作为与该电容器(C1)相关联的激光器(D1)，并且其中，所述控制电路(CTR)控制所述控制开关(T
dis
)，并且其中，所述控制开关(T
dis
)使所述n个电容器(C1至Cn)中的被充电的电容器经由与该电容器(C1)相关联的激光器放电，并且其中，与之相关联的该激光器(D1)的阳极电连接至相关联的电容器(C1)，并且其中，于是，在每种情况下，该相关联的激光器仅在与该激光器(D1)相关联的电容器(C1)被充电并且所述控制开关(T
dis
)将所述激光器的阴极连接至参考电位(GND)时才发射激光束形式的激光脉冲，且其中，所述激光束在垂直于所述激光束的传播方向的方向上具有激光辐射强度分布的椭圆形横截面，并且其中，所述激光子模块具有至少一个光电检测器(PD1)，并且其中，所述驱动器IC包括所述光电检测器(PD1)，其特征在于，与所述电容器(C1)相关联的所述激光器(D1)经由光路(oP1至oPn)直接光学地耦合到至少一个光电检测器，并且所述激光器(D1至D1)是边缘发射器，并且所述驱动器IC的半导体晶体用其一个边缘(KT)切割所述激光器(D1)的激光束，
技术研发人员：安德烈，
申请(专利权)人：艾尔默斯半导体欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：
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