[发明专利]电-光距离测量装置

说明书

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。

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-Ionizing 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。