[发明专利]用于产生具有短脉冲持续时间的光脉冲的光源以及利用光源产生短光脉冲的方法

说明书

一种产生短脉冲的方法以及一种用于产生具有短脉冲持续时间的光脉冲的光源，特别是用于车辆的光源，所述光源包括用于产生光脉冲的发光二极管(3)和用于对所述发光二极管(3)进行控制和供电的推挽电路(2)，其中所述发光二极管(3)具有与所述推挽电路(2)的输出端口(20)连接的第一接头(10)和第二接头(12)，所述推挽电路(2)可被切换至第一状态，在所述第一状态下，所述第一供电线路(42)的正电能存在于所述推挽电路(2)的输出端口(20)上且所述发光二极管(3)发射电磁辐射，并且所述推挽电路可被切换至第二状态，在所述第二状态下，所述第二供电线路(44)的负电能存在于所述输出端口(20)上，且其中所述发光二极管(3)的第二接头(12)上的中心电位线(14)的电位与所述第一供电线路(42)的电位之间的差值小于所述中心电位线(14)的电位与所述第二供电线路(44)的电位之间的差值。

技术领域

本发明涉及一种用于产生具有纳秒范围内的短脉冲持续时间的光脉冲的光源，特别是用于车辆的光源。所述光源包括用于产生光脉冲的发光二极管和用于对所述发光二极管进行控制和供电的推挽电路。本发明还涉及一种借助发光二极管和推挽电路产生短光脉冲的方法。

背景技术

在汽车技术领域，对驾驶员的辅助变得越来越重要。辅助范围从驾驶辅助系统到车辆的自动驾驶。为此，使用用于光学距离和速度测量的系统。LIDAR(激光雷达)系统(Light Detection and Ranging光探测和测距)扮演重要角色，其过程与雷达测量的过程相似，但使用的是激光束或其他光源。未来，LIDAR系统将在改进的驾驶辅助系统(AdvancedDriver Assistance Systems，ADAS高级驾驶辅助系统)和自动驾驶中扮演更加重要的角色。现行对功能安全性的严格要求需要可靠且灵敏的系统，以便在极端情况下也能做出正确的决定。因此，在许多应用领域中，这些系统需要非常短的光脉冲。为此，通常采用昂贵的激光二极管，以便实现脉冲持续时间小于约10ns的脉冲。这类脉冲光源的主要应用是例如在所谓的闪光激光雷达(Flash-LIDAR)中所使用的用于距离测定的飞行时间测量。

因测量信息包含于脉冲的边沿，所以脉冲长度的缩短等同于效率的提高。这可以直接转换为性能的提升。但是，特别是对具有大的探测范围的LIDAR系统而言，系统性能受到光源的允许发射功率的限制。因此，对于系统性能而言，高效的光源至少与灵敏的传感器同样重要。

常规的LIDAR系统通常使用受反射镜引导的可偏转激光束。但其所使用的激光就在建立具有大的探测范围的系统而言存在高能量密度的问题。能量密度高的激光可能会伤害眼睛，因而其光功率受法律规定的限制。

目前用于闪光LIDAR系统的是专用的红外脉冲源。这些红外脉冲源在其探测距离和灵敏度方面受到法律限制的发射功率的限制，以确保人眼安全。

基于预定的边界条件，具有短光脉冲的脉冲光源对于飞行时间测量的重要性有所提高，而飞行时间测量对于距离测定或间距测定而言是必要的。飞行时间测量的效率还取决于脉冲长度。脉冲长度的缩短会提高效率，因为在平均光功率不变的情况下可以实现更大的探测范围。

在汽车领域中，现有技术中已知的LIDAR系统通常利用专用的光源制造。由于接受度的原因，所使用的光源限制在不可见光的波长范围内，同时必须满足由车辆中的可用结构空间规定的小尺寸要求。考虑到为避免伤害眼睛而设定的辐射功率极限值，，这两个限制对最大发射功率以及系统性能均起产生减小和降低的影响。

因此，存在比较大的增大有效范围的需要。这尤其可以借助脉冲光源来实现。在本发明范围内已认识到，关键问题在于发光二极管、LED(发光二极管)或激光二极管的光脉冲的生成，这些光脉冲具有陡峭的边沿，即具有陡峭的上升沿和陡峭的下降沿。上升沿反映二极管的打开，下降沿反映二极管的关断。

在现有技术中，LED脉冲由可通断的电流源或电压源来产生。由此实现的光脉冲的上升和下降时间通常处于10ns的数量级。对常规的发光二极管和激光二极管而言，该限制由阻挡层电容的重载连同二极管及其连接的寄生元件引起的。