距離測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光電距離測(cè)量裝置，其包括發(fā)送單元，并包括電子評(píng)估單元的接收單元。所述發(fā)送單元具有電路板、半導(dǎo)體激光器和激光二極管驅(qū)動(dòng)器，以用于發(fā)送高頻、強(qiáng)度調(diào)制光輻射。為了通過(guò)光敏電部件接收所述光輻射的被目標(biāo)物體反射的那一部分，所述接收單元配置有作為接收信號(hào)的電輸出信號(hào)、用于對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)單元、以及用于將調(diào)節(jié)后的接收信號(hào)數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述電子評(píng)估單元利用被數(shù)字化的接收信號(hào)基于信號(hào)傳播時(shí)間確定從距離測(cè)量裝置到目標(biāo)物體的距離。半導(dǎo)體激光器作為不帶殼體的激光器基底被安裝在電路板上。
【專利說(shuō)明】距離測(cè)量裝置
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的距離測(cè)量裝置，尤其涉及這種距離測(cè)量裝置的發(fā)送單元，并涉及根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分的制造發(fā)送單元的方法。
[0002]在光電距離測(cè)量裝置(EDM)中，儀器在其距離需要被確定的目標(biāo)物體的方向上發(fā)出光信號(hào)，該光信號(hào)例如為呈激光形式的光輻射。為了能分辨目標(biāo)物體上的為了測(cè)量而被瞄準(zhǔn)的點(diǎn)，在此情況下經(jīng)常使用可見(jiàn)光。目標(biāo)物體的表面通常以漫反射的方式對(duì)至少一部分的光信號(hào)進(jìn)行反射。儀器中的光敏元件將被反射的光輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過(guò)確知光信號(hào)的傳播速度并且借助于光往返于儀器和目標(biāo)物體之間的距離所需要的確定傳播時(shí)間，就可以確定出儀器與目標(biāo)物體之間的距離。在此情形下，通常在光發(fā)送和/或接收路徑中安置諸如透鏡、波長(zhǎng)過(guò)濾器、平面鏡等的光學(xué)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)波束形成、偏轉(zhuǎn)、過(guò)濾等。
[0003]為了對(duì)有可能不利于測(cè)量結(jié)果的影響(例如，溫度影響、部件公差、電器件的漂移等)進(jìn)行補(bǔ)償，可將所發(fā)射的光信號(hào)的一部分經(jīng)由從光源到光敏接收元件的已知長(zhǎng)度的基準(zhǔn)路作為基準(zhǔn)信號(hào)被引導(dǎo)。在此情況下，例如可將基準(zhǔn)路徑固定地集成在儀器中，或者將其安置為能被樞轉(zhuǎn)入或插入其上的偏轉(zhuǎn)元件?？捎捎糜跍y(cè)量的光敏元件或由專門的光敏元件來(lái)接收來(lái)自所述基準(zhǔn)信號(hào)的接收信號(hào)。所產(chǎn)生的電基準(zhǔn)信號(hào)可用來(lái)檢校和/或校準(zhǔn)所確定的測(cè)量值。
[0004]為了獲得相應(yīng)高精度的距離測(cè)量，由于光輻射的高傳播速度，因而對(duì)用于距離測(cè)量的時(shí)間分辨率性能的要求極高。舉例而言，對(duì)于Imm的距離分辨率，需要具有近似為6.6皮秒的精確度的時(shí)間分辨率。
[0005]對(duì)于能被發(fā)射的信號(hào)功率，為這里所考慮的光電子EDM預(yù)先確定極限。就此而言，在發(fā)射激光時(shí)，對(duì)眼睛的防護(hù)決定了被允許發(fā)射的最大可允許平均信號(hào)功率。然而，為了在測(cè)量中獲得能由接收器檢測(cè)的足夠強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度，因此采用了脈沖操作。對(duì)所發(fā)射的光信號(hào)的強(qiáng)度振幅進(jìn)行調(diào)制。發(fā)送具有較高峰值功率的短脈沖，然后暫停而沒(méi)有信號(hào)發(fā)射。因此，脈沖的反射部分具有足夠高的強(qiáng)度，以能夠從背景擾動(dòng)和噪聲中凸顯出脈沖的反射部分，尤其即使是在有背景光(太陽(yáng)光、人造光等)的情形下也是如此。
[0006]如EP1957668中所述的那樣，發(fā)射脈沖包之后暫停而沒(méi)有脈沖發(fā)射(這就是所謂的突發(fā)(burst)操作)尤其不僅具有降低信號(hào)平均功率的優(yōu)點(diǎn)，而且還有利于可獲取的信噪比(SNR)。因此，首先，與連續(xù)發(fā)射的情形相比，在有效的突發(fā)時(shí)段內(nèi)可獲得相應(yīng)較高的信號(hào)強(qiáng)度，而且也不會(huì)超過(guò)此過(guò)程中的平均功率極限。而且，其次，僅在有效的突發(fā)時(shí)段期間的時(shí)間窗口內(nèi)涉及到噪音，而在暫停發(fā)射時(shí)段內(nèi)不涉及到噪音，這是因?yàn)樵跁和０l(fā)射時(shí)段內(nèi)無(wú)需評(píng)估信號(hào)。借助突發(fā)的時(shí)間占比例如為0.1或1:10或10% (信號(hào)突發(fā)時(shí)段為10%，暫停時(shí)段為90% )，因此可以實(shí)現(xiàn)SNR的改進(jìn)約為I/時(shí)間占比的平方根，也就是說(shuō)，在時(shí)間占比為10%的情況下，改進(jìn)的因數(shù)超過(guò)3。每個(gè)包的脈沖數(shù)量可隨著評(píng)估計(jì)劃和測(cè)量環(huán)境而變，甚至可以為單一脈沖(在此情況下，通常就不再采用突發(fā)這一術(shù)語(yǔ))。
[0007]為了確定信號(hào)的傳播時(shí)間，首先已知所謂的時(shí)間飛躍(TOF)方法，該方法確定光脈沖的發(fā)射和接收之間的時(shí)間，其中時(shí)間測(cè)量借助于脈沖形狀的邊緣、峰值和其他一些特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此情況下，脈沖形狀應(yīng)理解為指的是由光敏元件檢測(cè)到的接收信號(hào)、特別是接收到的光脈沖的時(shí)間-光強(qiáng)度廓形。在此情形下，可借助于電觸發(fā)脈沖、借助于安置到發(fā)送器的信號(hào)或者借助于上述的基準(zhǔn)信號(hào)，來(lái)確定發(fā)送時(shí)間點(diǎn)。
[0008]在距離測(cè)量中，如果信號(hào)傳播時(shí)間超過(guò)了脈沖或瞬間發(fā)送率的倒數(shù)并且因此在儀器與測(cè)量物體之間同時(shí)穿行多個(gè)信號(hào)，則會(huì)出現(xiàn)模糊性(ambiguity)現(xiàn)象，其結(jié)果是，不再能確定無(wú)誤地將接收脈沖或接收突發(fā)分配給其各自的發(fā)送脈沖或發(fā)送突發(fā)。若不采取其他措施，就無(wú)法清楚地獲知實(shí)際上測(cè)量的是所確定的距離還是所確定的距離的整數(shù)倍。
[0009]其次，已知所謂的相位測(cè)量原理，其通過(guò)比較發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的調(diào)幅的相位角來(lái)確定信號(hào)傳播時(shí)間。然而，在該情況下，在一個(gè)發(fā)送頻率的情況下測(cè)量結(jié)果具有模糊性，其大小為信號(hào)的周期時(shí)段，從而需要采用其他措施來(lái)解決這些模糊性。舉例來(lái)說(shuō)，W02006/063740公開(kāi)了一種措施，其采用多種信號(hào)頻率，從而產(chǎn)生不同的模糊性范圍，由此可排除不正確的結(jié)果。W02007/022927也是關(guān)于相位測(cè)量中的模糊性問(wèn)題的。
[0010]距離測(cè)量裝置的上述脈沖或突發(fā)操作需要發(fā)射短的光脈沖，也就是說(shuō)，所發(fā)射的光具有較高的調(diào)制頻率。將以作為一個(gè)可能的【具體實(shí)施方式】的示例來(lái)描述以下所呈現(xiàn)的具有特定數(shù)值的EDM設(shè)計(jì)。此情形中采用的數(shù)值在該情況下應(yīng)首先被當(dāng)作是針對(duì)信號(hào)相對(duì)于彼此的數(shù)量級(jí)和尺寸比的引導(dǎo)值，而不是被當(dāng)作對(duì)這些值的詳盡和限制性描述。本文所示的量級(jí)和數(shù)值僅僅是示例性的，其目的在于描述根據(jù)本發(fā)明解決的給定問(wèn)題。EDM中的調(diào)制頻率的實(shí)際示例為IOOMHz到IOGHz的范圍，尤其是大約在500MHz到IGHz的范圍。在發(fā)送元件為半導(dǎo)體的形式的情況下，其是通過(guò)相應(yīng)較快的電驅(qū)動(dòng)來(lái)獲得的。因此，為了獲得此情形下所需的較高的光脈沖的峰值功率，激光驅(qū)動(dòng)器必須向光源安置具有較高電流強(qiáng)度的短電子脈沖。
[0011]舉例而言，脈沖持續(xù)時(shí)間的常用值在納秒以下的范圍內(nèi)，尤其是約為I至0.1納秒或以下。在此情形下被施加的峰值電流約在幾個(gè)毫安的范圍內(nèi)，例如約為IOmA至1A，尤其是約為50至300mA。在具有三角形形狀并且在持續(xù)時(shí)間為I納秒的情況下峰值電流為IOOmA的示例性電流脈沖的情形下，產(chǎn)生的電流增加的量級(jí)為每秒108安。若驅(qū)動(dòng)電路(具體包括激光二極管、導(dǎo)線、驅(qū)動(dòng)電路)的總電感為ΙΟηΗ，則其可帶來(lái)的壓降的量級(jí)為激光二極管的激光閾值電壓(在紅色激光二極管的情況下，例如通常約為2.3V)。為了產(chǎn)生例如大致為矩形的光脈沖，其要求會(huì)對(duì)應(yīng)地更加高，使得即使是幾納亨的導(dǎo)線電感，也會(huì)顯著地反映在所發(fā)射的脈沖形狀中。然而，常用的激光二極管部件的殼體連接以及部件自身中的接合線通過(guò)已具有量級(jí)為5至IOnH的電感，也就是說(shuō)，其占到了驅(qū)動(dòng)電路的電感性能中的相當(dāng)大的一部分。
[0012]僅就例如在歐洲專利申請(qǐng)N0.11180282(其內(nèi)容通過(guò)引用并入本文)中公開(kāi)的激光驅(qū)動(dòng)器或激光二極管驅(qū)動(dòng)器的使用而言，激光二極管具有低的導(dǎo)線電容是重要的。由于其中采用的驅(qū)動(dòng)原理是供應(yīng)有低于激光閾值電壓的電壓，從而與傳統(tǒng)的激光驅(qū)動(dòng)器相t匕，激光二極管的寄生電感，或更加確切而言是其導(dǎo)線自身的寄生電感會(huì)帶來(lái)更大的問(wèn)題。然而，同樣是在傳統(tǒng)的激光二極管驅(qū)動(dòng)器中，激光二極管及其電連接器具有較低的電感是特別有利的。除了度量學(xué)要關(guān)注這一問(wèn)題領(lǐng)域之外，例如在從ILXLiRhtwave (www.1lxlightwave.com)的TechNote TN#36000_2中也討論了在激光二極管的脈沖操作期間導(dǎo)線電感的主題，其中所描述的尺寸和功率級(jí)別不適用于距離測(cè)量裝置的領(lǐng)域。尤其是對(duì)手持式的、緊湊型的電池操作的EDM來(lái)說(shuō)，其中的教導(dǎo)是不適用的，這尤其是因?yàn)楣β始?jí)別完全不同，并且基本不會(huì)采用其中所描述的標(biāo)準(zhǔn)連接電纜。
[0013]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光二極管、例如如在US7，192，201中所述的激光二極管，由于受到結(jié)構(gòu)的影響從而具有對(duì)于本文所描述的情況來(lái)說(shuō)極高的寄生電感。與本申請(qǐng)相反的是，上述文獻(xiàn)甚至描述了向激光二極管引入電感。
[0014]在現(xiàn)有技術(shù)中采用的這些激光二極管的情形中，寄生電感由于設(shè)計(jì)的影響而特別高，這尤其是因?yàn)橛邢鄬?duì)較長(zhǎng)的引線、接合線等。對(duì)于高頻調(diào)制EDM而言，這些部件的電感特性會(huì)形成顯著的干擾，因此對(duì)EDM系統(tǒng)的優(yōu)化而言不能加以忽略。
[0015]在現(xiàn)有技術(shù)中，電子器件中的串?dāng)_效應(yīng)也構(gòu)成了獲取高的距離精度的又一限制因素。在此情形中，首先，具有通過(guò)使用方式而決定的所希望的帶高幅值的短時(shí)脈沖的發(fā)送器是潛在的寬帶干擾源。在此情形下，連接部件起到了發(fā)送該電磁干擾的“發(fā)射天線”的作用。
[0016]CN102004253描述了 一種包括激光二極管的距離測(cè)量裝置，其中，除了發(fā)射第一測(cè)量輻射之外，還將該輻射的較小的次要部分同樣導(dǎo)出到基準(zhǔn)光電二極管，從而形成基準(zhǔn)路徑。因此，由基準(zhǔn)信號(hào)接收器取代了在現(xiàn)有技術(shù)采用激光二極管的情形中通常配置在該位置的監(jiān)控二極管。因此，換言之，在此情形下，基準(zhǔn)輻射不是在前方來(lái)自第一測(cè)量束，而是在后方來(lái)自第二監(jiān)控束。
[0017]本發(fā)明的一個(gè)目的在于改進(jìn)光電距離測(cè)量裝置，尤其是，目的在于提高距離測(cè)量精度、測(cè)量速度和/或提高發(fā)射光脈沖的信號(hào)質(zhì)量。
[0018]這方面的一個(gè)目的在于改進(jìn)EDM中光脈沖的發(fā)射，尤其是，也是為了減少電磁干擾發(fā)射，還是為了提高可獲取的距離測(cè)量信噪比。
[0019]另一目的在于尤其從經(jīng)濟(jì)角度改進(jìn)和簡(jiǎn)化距離測(cè)量裝置的發(fā)送單元，例如，簡(jiǎn)化儀器生產(chǎn)過(guò)程中的組裝、使儀器小型化、減少元器件的數(shù)量、降低元器件的成本。
[0020]這方面的一個(gè)具體目的尤其在于通過(guò)不帶監(jiān)控二極管的激光驅(qū)動(dòng)器來(lái)優(yōu)化發(fā)送單元。在此情況下，一部分的目的還在于能使用較低的驅(qū)動(dòng)電壓。
[0021]這方面的另一部分目的包括獲得半導(dǎo)體光源在印刷電路板上的有利安裝方式和幾何布置，具體而言包括如下方面:滿足尺寸公差、避免遮擋所發(fā)射的光束和/或從機(jī)械上確保光源定位在印刷電路板的邊緣處。
[0022]為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的，一種根據(jù)本發(fā)明的光電距離測(cè)量裝置，尤其是為激光距離測(cè)量裝置，也稱之為EDM(電子距離測(cè)量裝置)或LRF(激光測(cè)距儀)構(gòu)成為具有:
[0023].發(fā)送單元，該發(fā)送單元包括印刷電路板、半導(dǎo)體激光器以及激光二極管驅(qū)動(dòng)器，并且用于發(fā)射高頻的強(qiáng)度調(diào)制光輻射。在此情形中，所述高頻光輻射可具體成形為在突發(fā)過(guò)程中具有突發(fā)率、突發(fā)周期以及脈沖頻率的突發(fā)調(diào)制輻射，或者形成為時(shí)間周期很短的單個(gè)或連續(xù)的光脈沖。
[0024].接收單元，該接收單元用于通過(guò)光敏電部件來(lái)接收所述光輻射的從目標(biāo)物體反射的部分，所述光敏電部件采用電輸出信號(hào)作為接收信號(hào)。所述光敏器件具體可為光電二極管，特別是APD。所述接收單元還配置有用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)單元以及用于將被調(diào)節(jié)過(guò)的接收信號(hào)數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0025].電子評(píng)估單元，該電子評(píng)估單元基于借助于被數(shù)字化的接收信號(hào)而得出的信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)確定從所述距離測(cè)量裝置到所述目標(biāo)物體的距離。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，所述半導(dǎo)體激光器作為不帶殼體的激光器基底被直接安置到印刷電路板上。尤其是，所述半導(dǎo)體激光器能夠以導(dǎo)電方式安置。在此情形下，舉例來(lái)說(shuō)，所述激光基底也可通過(guò)接合線直接電連接至所述印刷電路板或激光二極管驅(qū)動(dòng)器。
[0027]在此情形下，激光基底以及激光二極管驅(qū)動(dòng)器的至少一個(gè)功率部分或輸出級(jí)被安置在同一印刷電路板上。
[0028]在此情形下，所述激光基底可定位在被印刷電路板邊緣分割的孔的邊緣處，從而提高了機(jī)械定位精度，并防止部分遮擋發(fā)射角，并且還對(duì)發(fā)射端面提供機(jī)械保護(hù)。在此情況下，所述孔可以是在生產(chǎn)印刷電路板的過(guò)程中鉆出的孔，諸如這對(duì)于以較高的定位精度的電子部件的通孔安裝來(lái)說(shuō)通常是標(biāo)準(zhǔn)的工藝。在此情況下，可以以較低的精度刻蝕、研磨或激光切割印刷電路板的邊緣。
[0029]所述激光基底具有第一和第二電連接器，這兩個(gè)電連接器都電連接至所述激光驅(qū)動(dòng)器。
[0030]在所述激光基底中，作為第一連接器的第一半導(dǎo)體層能夠在該半導(dǎo)體層的部分區(qū)域內(nèi)，尤其是以化學(xué)方式或機(jī)械方式進(jìn)行移除，從而使相對(duì)的作為第二連接器的第二半導(dǎo)體層的一部分露出并且能進(jìn)行接觸連接。這樣，所述激光器基底可在所述第一和第二連接器處從所述第一半導(dǎo)體層一側(cè)能進(jìn)行接觸連接。尤其是，在該情況下，作為所謂的倒裝芯片的所述激光器基底可以能以導(dǎo)電的方式安裝在所述印刷電路板或所述激光驅(qū)動(dòng)器上，具體而言，其中所述第一和第二連接器可設(shè)有至少一個(gè)球形觸點(diǎn)并且以導(dǎo)電的方式粘接或焊接到所述印刷電路板或所述激光驅(qū)動(dòng)器上。
[0031]作為第一連接器的所述激光器基底可以以導(dǎo)電的方式安置到印刷電路板上，例如以導(dǎo)電的方式粘接、接合或焊接到所述印刷電路板上。在合適的情況下，此處可采用絕緣或?qū)щ姷闹虚g元件。
[0032]作為第二連接器的所述激光器基底通過(guò)接合線接觸連接到所述印刷電路板上，或者通過(guò)導(dǎo)電的接觸條接觸連接到印刷電路板上，所述接觸條尤其為彈性元件。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，也可使激光器基底帶著連接器一起側(cè)向(也就是說(shuō)豎立地)進(jìn)入印刷電路板的槽中，并且可具體通過(guò)焊接或?qū)щ娬辰臃謩e側(cè)向地由導(dǎo)體軌道接觸連接。在另一實(shí)施方式中，激光器基底也可被插入到印刷電路板上的與第一和第二連接器(一定程度上彈性地)相接觸的兩個(gè)觸點(diǎn)之間。這些觸點(diǎn)也可確保定位，而且插入的激光器基底可例如通過(guò)粘接而固定在這些觸點(diǎn)之間。在此情形下，這些觸點(diǎn)也可起到用于激光器基底的散熱裝置的作用。
[0034]所述印刷電路板可附加地構(gòu)造成用于尤其是利用相應(yīng)的導(dǎo)體軌道面、用于將熱分散并分布到下部導(dǎo)體軌道層中的過(guò)孔和/或是通過(guò)裝配(例如，焊接)在所述印刷電路板上的散熱裝置散去所述激光器基底的廢熱。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一部分，半導(dǎo)體基底的接觸連接的效果在于，與殼體封裝的激光二極管相比，其引線阻抗降低，其具體原因在于，例如通過(guò)激光器基底的連接器在印刷電路板或激光驅(qū)動(dòng)器上的直接接合，而使從所述激光驅(qū)動(dòng)器到所述激光器基底的電連接器的引線長(zhǎng)度縮短。
[0036]根據(jù)另一實(shí)施方式，所述發(fā)送單元可被實(shí)施為不具有監(jiān)控二極管。在此情形下，例如通過(guò)使所述激光驅(qū)動(dòng)器在低于所述半導(dǎo)體激光器的激光閾值的供電電壓下運(yùn)行，從而使得在不具有監(jiān)控二極管的情況下也能達(dá)到激光安全性指南的要求。尤其是在此構(gòu)造中，至光發(fā)射半導(dǎo)體的引線阻抗對(duì)于產(chǎn)生短時(shí)光脈沖而言是很重要的。
[0037]根據(jù)本發(fā)明還描述了一種特別是用于激光二極管的高頻脈沖操作的發(fā)送單元，該發(fā)送單元用于本發(fā)明的距離測(cè)量裝置，該發(fā)送單元包括:作為載體元件的印刷電路板；作為電路的激光驅(qū)動(dòng)器；以及不具有殼體的半導(dǎo)體激光基底，該半導(dǎo)體激光基底安置在所述印刷電路板上。在此情形下，所述半導(dǎo)體激光基底可以尤其是直接安置到所述印刷版電路上。這樣，所述發(fā)送單元可以是EDM的預(yù)先組裝的組件。
[0038]因此，本發(fā)明還涉及到一種制造這種發(fā)送單元的方法。在該情況下，此方法至少包括如下步驟:
[0039].制造所述發(fā)送單元的印刷電路板； [0040]?例如通過(guò)導(dǎo)電粘接、焊接或摩擦接合的方式將作為不帶殼體的激光器基底的半導(dǎo)體激光源安置到所述印刷電路板上；以及
[0041]?通過(guò)芯片接合工藝?yán)缡峭ㄟ^(guò)至少一根接合線將所述激光器基底的至少一個(gè)電連接器接觸連接到所述印刷電路板上。
[0042]特別是在安置半導(dǎo)體光源的情況下，該方法也可實(shí)施為將該半導(dǎo)體光源定位在所述印刷電路板的端側(cè)凹部的邊緣處，尤其是定位在印刷電路板的鉆孔的節(jié)段的邊緣處。
[0043]本發(fā)明還涉及一種降低用于發(fā)射高頻、陡峭邊緣光脈沖的EDM的發(fā)送單元中的半導(dǎo)體光源的阻抗，尤其是寄生引線電感的方法，該方法涉及如下過(guò)程:(例如通過(guò)導(dǎo)電粘接、焊接或摩擦接合等)將作為不帶有殼體的激光器基底的所述半導(dǎo)體光源安置到印刷電路板上。
[0044]這也可涉及尤其是通過(guò)至少一根接合線借助芯片接合工藝將所述激光器基底的至少一個(gè)電連接器接觸連接到所述印刷電路板上。
[0045]也可采用利用所述的突發(fā)原理的光電距離測(cè)量裝置來(lái)執(zhí)行利用同時(shí)進(jìn)行的粗略和精細(xì)測(cè)量的評(píng)估(evaluation)。如上所述,光脈沖或脈沖包的TOF測(cè)量在時(shí)間脈沖間隔相應(yīng)較高時(shí)非常適于獲得確定的距離測(cè)量，但是只能在有限程度上實(shí)現(xiàn)包內(nèi)的單獨(dú)脈沖的高分辨率時(shí)間測(cè)量，這就是稱之為粗略測(cè)量的原因。
[0046]與之不同的是，可通過(guò)所謂的精細(xì)測(cè)量獲得較高的時(shí)間分辨率，即，通過(guò)將單獨(dú)脈沖的脈沖形狀數(shù)字化并確定一個(gè)或多個(gè)脈沖的相位角。然而，在測(cè)量范圍相對(duì)較大的情況下，考慮到信號(hào)的周期性，所述分辨率不能被明確地分配給單個(gè)距離，通常是含糊不清的。
[0047]而且，為了進(jìn)行精細(xì)測(cè)量，可例如在每個(gè)突發(fā)間隔周期性地發(fā)射發(fā)送信號(hào)，其中根據(jù)期望相對(duì)于同步接收器具有一定相位差?？稍诎l(fā)送器內(nèi)例如通過(guò)發(fā)送單元中的PLL或DLL單元局部地產(chǎn)生這樣的相位差，該相位差可例如為分別相差發(fā)射頻率的周期的一特定部分的相位差。因此，對(duì)于每一相位差，由接收器在脈沖范圍內(nèi)的不同位置處對(duì)脈沖形狀進(jìn)行采樣，這樣就會(huì)提高脈沖形狀的分辨率(與在采用ETS采樣的示波儀的情況下，對(duì)周期信號(hào)采取的時(shí)間延長(zhǎng)表示方法相比，盡管在此移動(dòng)的是發(fā)送器而不是接收器)。通過(guò)如上所述將發(fā)送器和接收器分離，此種情況下可將串?dāng)_保持得較小，但是相位差不能保持得較小。在沒(méi)有信號(hào)發(fā)出的時(shí)間點(diǎn)處，即，例如在有效突發(fā)之間，可分別產(chǎn)生相位差的變化。因此，由于相位差而產(chǎn)生的不穩(wěn)定或穩(wěn)定過(guò)程對(duì)發(fā)射信號(hào)沒(méi)有影響，這是因?yàn)檫@些過(guò)程基本上被發(fā)送信號(hào)遮蔽。
[0048]換言之，距離測(cè)量裝置借助于突發(fā)的發(fā)射及突發(fā)的接收之間的傳播時(shí)間(例如，借助于突發(fā)的包絡(luò)曲線)進(jìn)行對(duì)距離的粗略測(cè)量，例如，其中距離的精度大于10cm。此外，例如借助于突發(fā)期間內(nèi)調(diào)制的至少兩個(gè)信號(hào)波形的二元相關(guān)性分析可進(jìn)行距離的精細(xì)測(cè)量，其中例如其距離的精度小于10cm，尤其是小于1cm，例如約為1mm。在此情形下，為了確定距離而實(shí)施的粗略和精細(xì)測(cè)量都是借助于同一突發(fā)調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)在同一測(cè)量中進(jìn)行的。具體而言，這里可借助于粗略測(cè)量來(lái)確定通過(guò)精細(xì)測(cè)量所測(cè)定的距離的確定性。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，可同時(shí)進(jìn)行粗略和精細(xì)測(cè)量。首先，在此情形下，可采用一個(gè)或多個(gè)突發(fā)包，或者這些突發(fā)包的包絡(luò)曲線，作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行粗略測(cè)量(具有取決于突發(fā)接收頻率的確定性)，而與此同時(shí)，可采用在一個(gè)或多個(gè)突發(fā)內(nèi)的高頻調(diào)制來(lái)進(jìn)行精細(xì)測(cè)量，精細(xì)測(cè)量具有更短的確定長(zhǎng)度但測(cè)量精度提高。于是，可以通過(guò)一次測(cè)量來(lái)確定精確而且確定的距離。這樣就允許進(jìn)行更快的測(cè)量，這是因?yàn)闉榱舜_定所述確定性，無(wú)需如現(xiàn)有技術(shù)(例如，參見(jiàn)W02006/063740)中或類似原理中已知的那樣，借助于具有多個(gè)發(fā)送/混合頻率的多頻測(cè)量。然而，仍可使用這樣的原理來(lái)例如提高測(cè)量的魯棒性。
[0050]具體而言，在此情況下，突發(fā)包相對(duì)于采樣頻率而言也可以是周期性相移的(例如分別在突發(fā)暫停期間)，因此，接收器中僅具有同步信號(hào)，且該處的串?dāng)_也因此較小，這是因?yàn)橄嘁菩盘?hào)僅發(fā)生在發(fā)送器的輸出級(jí)，以用于評(píng)估。根據(jù)本發(fā)明，可針對(duì)EMC工程而言將該電路部分分離開(kāi)也可非常好地優(yōu)化該電路部分，此外也可在其EMC發(fā)射性能方面加以改進(jìn)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的構(gòu)造在干擾發(fā)射方面具有優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)?，借助于所述單元，至光源的起到干擾發(fā)射天線作用的電引線同時(shí)也能被優(yōu)化，例如被縮短、可以設(shè)置較寬的導(dǎo)體橫截面和/或在較寬的區(qū)段內(nèi)通過(guò)所謂的防護(hù)頻帶被屏蔽。
[0052]以下將僅借助于在附圖中示意性示出的具體示例性實(shí)施方式以示例的方式更加詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置，并描述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。具體而言，附圖中:
[0053]圖1以框圖的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量裝置的第一實(shí)施方式；
[0054]圖2a示出了 EDM的公知發(fā)送單元的示例性示意圖；
[0055]圖2b示出了現(xiàn)有技術(shù)中的EDM所使用的公知激光二極管的示例性示意圖；
[0056]圖3示出了用于闡明根據(jù)本發(fā)明的EDM發(fā)送單元的原理的示例性示意圖；
[0057]圖4a示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的示例性第一實(shí)施方式；
[0058]圖4b示出了用于以倒裝芯片的方式安裝在根據(jù)本發(fā)明的EDM發(fā)送單元上的半導(dǎo)體激光器的示例性實(shí)施方式；
[0059]圖5示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第二示例性實(shí)施方式；
[0060]圖6示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第三示例性實(shí)施方式；
[0061]圖7a示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第四示例性實(shí)施方式；
[0062]圖7b示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第五示例性實(shí)施方式；
[0063]圖8示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第六示例性實(shí)施方式；
[0064]圖9a和圖9b示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第七示例性實(shí)施方式；
[0065]圖1Oa和圖1Ob示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第八示例性實(shí)施方式；
[0066]圖11a、圖1lb和圖1lc示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第九示例性實(shí)施方式；
[0067]圖12示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第十示例性實(shí)施方式；
[0068]圖13示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元的第十一示例性實(shí)施方式；
[0069]附圖中的圖示僅僅是為了示例的目的，而不應(yīng)該視為是按照比例繪制的。
[0070]圖1以框圖的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的光電距離測(cè)量裝置99的實(shí)施方式。例如，該裝置能為例如在施工現(xiàn)場(chǎng)部門廣泛使用的手持式、通過(guò)電池運(yùn)行的距離測(cè)量裝置或某些其他測(cè)繪儀器。圖的下半部分示出了相應(yīng)于本發(fā)明的一部分而被分離的兩個(gè)塊:發(fā)送單元23和接收單元22，這兩個(gè)塊可例如通過(guò)EMI屏蔽器等相應(yīng)的措施在EMI工程的意義上彼此分離開(kāi)。在此情形下，附圖所示的分離應(yīng)主要理解為是功能意義上的分離，并且它們可構(gòu)造成為兩個(gè)物理上分離開(kāi)的形式的單元，但是并不必須如此。目標(biāo)物體27 (其距離28要被確定)將由發(fā)送單元23發(fā)射的至少一部分電磁輻射24作為接收信號(hào)25反射回到接收單元
22。附圖上半部分分別示出了發(fā)送單元23和接收單元22的實(shí)施方式的示例性內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。在此情形下，也可經(jīng)由已知長(zhǎng)度的基準(zhǔn)路徑將部分發(fā)射輻射作為基準(zhǔn)束26引導(dǎo)至接收單元22。在此情形下，可以為基準(zhǔn)束26和測(cè)量束25提供相應(yīng)的專用接收單元22或公共接收單元22。在采用專用基準(zhǔn)接收器的情形下，應(yīng)相應(yīng)地將接收單元22或其一些部分(例如，10、11、12)實(shí)施為兩套。也可在基準(zhǔn)束26和測(cè)量束25之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0071]發(fā)送單元23具有用于發(fā)射部件I的驅(qū)動(dòng)級(jí)5和控制處理器33。發(fā)射部件I將驅(qū)動(dòng)級(jí)5的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁輻射24 (例如，具有激勵(lì)發(fā)射功能的激光二極管)。在控制處理器33內(nèi)示出有PLL34，該P(yáng)LL34還可另選地安置在驅(qū)動(dòng)級(jí)5內(nèi)，但是也可以安置在其外。此外，控制處理器33、驅(qū)動(dòng)級(jí)5和PLL34可集成在公共芯片內(nèi)。供電濾波器36將發(fā)送單元23連接至電壓供應(yīng)源17。根據(jù)所產(chǎn)生的干擾，供電濾波器36可以實(shí)施為簡(jiǎn)單的備份電容器甚至構(gòu)造為復(fù)雜的LCR濾波器網(wǎng)絡(luò)，而且在適當(dāng)?shù)那樾蜗?，其也可以包括一穩(wěn)壓器和/或調(diào)壓器，或者升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器。
[0072]接收單元22通過(guò)接收元件10將所接收到的電磁輻射25轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，所述電信號(hào)在示出為塊11的調(diào)節(jié)單元中為了進(jìn)一步處理而進(jìn)行準(zhǔn)備(例如，放大、過(guò)濾、受到外差或零差混頻等)。因此，調(diào)節(jié)單元11可例如為輸入濾波器、放大器、混頻級(jí)、樣品保持元件等等，或者為這些元件的組合。光輻射25的接收器10可以采用光電二極管(例如具有相應(yīng)偏置電壓的雪崩光電二極管)作為接收元件。根據(jù)所發(fā)射的光信號(hào)(因此也根據(jù)所接收的光信號(hào))的調(diào)制，可在進(jìn)一步處理和調(diào)節(jié)11之前對(duì)光敏元件10的高頻電輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，尤其是是使這些信號(hào)經(jīng)受阻抗轉(zhuǎn)換、放大和/或頻帶限制(例如通過(guò)模擬、有源或無(wú)源濾波器、跨阻抗放大器(TIA)，等等)。舉例來(lái)說(shuō)，除了其他方式之外，這樣的放大器級(jí)也可構(gòu)造有根據(jù)EP2183865的電路。作為在接收器10的輸出端處進(jìn)行跨阻抗調(diào)節(jié)的替代，也可將調(diào)節(jié)11的輸入端設(shè)計(jì)成使得其與接收元件10的輸出特性相適配。例如在W02011/076907或歐洲專利申請(qǐng)N0.11187964中公開(kāi)了調(diào)節(jié)11中的許多可行信號(hào)過(guò)濾的其中一個(gè)示例。
[0073]調(diào)節(jié)后的接收信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器12數(shù)字化(也就是說(shuō)，將時(shí)間和數(shù)值量化)，并將其饋送至數(shù)字計(jì)算單元13(微處理器、DSP、FPGA、ASIC等)，以進(jìn)行進(jìn)一步的處理并且確定距離。而且，將PLL14與振蕩器15 (例如石英振蕩器)相連。如在電子電路中常見(jiàn)的那樣，這里也示出了電壓供應(yīng)源17的濾波裝置16(如以上已經(jīng)提出的那樣)，該濾波裝置不僅可整體地應(yīng)用于整個(gè)電路，而且也可專門用于電路的單獨(dú)部件。[0074]如圖1所示的EDM系統(tǒng)I的分開(kāi)也可用來(lái)避免或降低電信號(hào)之間的串?dāng)_，這有助于提高信號(hào)質(zhì)量并因而有助于更精確的或更快的測(cè)量。在此情形下，可通過(guò)對(duì)異步或不同相位的信號(hào)進(jìn)行局部分離以用于信號(hào)評(píng)估的實(shí)施來(lái)提高對(duì)串?dāng)_效果的抑制作用。具體而言，在直接采樣系統(tǒng)中，可例如因此實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步的接收器設(shè)計(jì)。例如，在零差混合中，此情形中產(chǎn)生的異步信號(hào)通常也是測(cè)量信號(hào)中干擾的引發(fā)因素。
[0075]在EDM設(shè)計(jì)中，發(fā)送器23，具體而言為激光二極管驅(qū)動(dòng)器5通常是主要的干擾源之一。為了產(chǎn)生具有根據(jù)測(cè)量原則所需的高強(qiáng)度的短光脈沖，在控制中需要具有高峰值、陡峭邊緣和相應(yīng)較寬邊緣頻譜的短電流脈沖。而且，針對(duì)評(píng)估原則，調(diào)制和發(fā)射頻率也通常與評(píng)估頻率在相同的量級(jí)范圍內(nèi)，這使得更加難以或根本不可能以簡(jiǎn)單的方式過(guò)濾掉待被過(guò)濾的干擾頻率范圍。
[0076]而且，為了使發(fā)射電路與接收器同步，還可將PLL14(或DLL14)的時(shí)鐘信號(hào)輸出從接收器2引導(dǎo)到發(fā)送器3。具體而言，通過(guò)發(fā)送由接收器PLL14進(jìn)行了同步的時(shí)鐘信號(hào)37 (代替非異步振蕩信號(hào))，可獲得較高的同步精度，這也防止了振蕩器-PLL跳動(dòng)。因?yàn)榘l(fā)送單元3也具有PLL34，從而為了實(shí)現(xiàn)同步，足以發(fā)送頻率相對(duì)較低(相對(duì)于高評(píng)估時(shí)鐘率而言)的信號(hào)37，這在干擾發(fā)射以及發(fā)送所需要的驅(qū)動(dòng)器級(jí)和功率方面都帶來(lái)好處。因?yàn)樾盘?hào)方向是從接收器2到發(fā)送器3，從而(尤其是，還因?yàn)樾盘?hào)輸出與信號(hào)輸入的阻抗比)可將相反方向上的串?dāng)_保持得較小。
[0077]除了發(fā)送器3相對(duì)于接收器2的同步之外，這兩個(gè)電路部分可以具有用來(lái)控制測(cè)量所需的序列的通訊連接38。為了避免串?dāng)_，可同樣在與時(shí)鐘信號(hào)37相同的方向上進(jìn)行通信，也就是說(shuō)，在從干擾敏感接收器2朝向通常引發(fā)干擾的發(fā)送器3單向地進(jìn)行通信。在此情形下，可將通信37例如作為單向、同步序列接口與所發(fā)送的時(shí)鐘信號(hào)38同步地實(shí)施，因此可附加地避免由通信主導(dǎo)的干擾。
[0078]發(fā)送器3和接收器2的分離還允許兩個(gè)分離的電路部分中的每一個(gè)都被賦予特定的調(diào)諧電源濾波器16、36，因此還可消除或至少降低經(jīng)由電壓供應(yīng)源17引起的串?dāng)_。而且，也可在發(fā)送器3與接收器2之間裝配相應(yīng)的EMI屏蔽器9 (例如，呈EMI干擾阻斷器、防護(hù)帶層、屏蔽器、金屬籠、屏蔽金屬箔或金屬片等的形式)。
[0079]在此情形下，可例如通過(guò)分別采用專門的芯片(FPGA、ASIC等等)將發(fā)送器3和接收器2局部地分離開(kāi)。實(shí)際上，可將專門的芯片以物理方式容納在公共印刷電路板上，所述公共印刷電路板在布局上被賦予技術(shù)上分離的相應(yīng)構(gòu)造。在適當(dāng)?shù)那闆r下，EDM系統(tǒng)I采用兩個(gè)分離的印刷電路板(其中，印刷電路板也可是指利用厚膜或薄膜技術(shù)制成的電路的載體基板)的構(gòu)造使得儀器設(shè)計(jì)更靈活(例如，還用于發(fā)送器3的發(fā)射器30的發(fā)射方向相對(duì)于接收器20的接收元件10的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，或反之亦然，并且還用于儀器I內(nèi)的部件布置的光學(xué)對(duì)準(zhǔn))。通過(guò)分離和相應(yīng)的儀器設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步抑制串?dāng)_。
[0080]除了由多個(gè)離散元器件制成的構(gòu)造之外，也可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝將作為發(fā)送單元23核心部件的驅(qū)動(dòng)器級(jí)5全部或至少大部分地集成到半導(dǎo)體部件中，例如集成到ASIC中。因此，除了控制信號(hào)產(chǎn)生以及可能還除了輸出級(jí)(或至少其一部分)之外，其他的諸如PLL34、驅(qū)動(dòng)邏輯33或呈數(shù)字計(jì)算機(jī)形式的處理器33、存儲(chǔ)單元等的系統(tǒng)部件也可全部都集成在公共發(fā)送器芯片中。公共發(fā)送器芯片僅僅需要最少數(shù)量的用于操作的外部部件，此即所謂的單芯片解決方案。因此，可通過(guò)用于發(fā)送單元23和接收單元22的兩個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的EDM的一個(gè)實(shí)施方式，因此除了感光元件和不能集成的多個(gè)部件之外，就幾乎無(wú)需任何外部部件。在適當(dāng)?shù)那闆r下，也可通過(guò)尤其能執(zhí)行評(píng)估或交互任務(wù)的外部處理器、微控制器或DSP，來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)功能。它們能如上所述被容納在公共印刷電路板上或者容納在兩個(gè)分離的印刷電路板4上，因此它們能被相互電(在需要時(shí)，也可以機(jī)械)連接。
[0081]圖2a示出了 EDM的發(fā)送單元23A的一個(gè)實(shí)施方式，也就是說(shuō)，該電子電路中的諸如具有產(chǎn)生和發(fā)射光脈沖的任務(wù)的那部分在現(xiàn)有技術(shù)中是常見(jiàn)的。該發(fā)送單元不一定必須被構(gòu)造成分離的單元，而是也可與其他電路單元一起容納在印刷電路板4上。換言之，也可以是邏輯單元。而且，實(shí)際上，該發(fā)送單元23在其幾何布置方面可分散布置，例如，為了能夠在EDM的生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)用于校準(zhǔn)發(fā)射光束的調(diào)整，激光二極管90以及相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器電路5均可被分別分離地固定至殼體上或固定至分離的殼體部件上，并且能僅僅通過(guò)電導(dǎo)體3而相互連接。
[0082]在此情形下，已知的激光二極管部件90具有殼體7，在該殼體7中安置有用于實(shí)際的發(fā)光半導(dǎo)體基底I (即實(shí)際的激光諧振器)的安裝件6。激光二極管90的外部電連接器3通過(guò)接合線2在內(nèi)部連接到半導(dǎo)體基底。
[0083]圖2b以放大圖的方式示出了現(xiàn)有技術(shù)中的激光二極管部件90的一個(gè)實(shí)施方式，其中不具有殼體7的上部。其中再次示出了安裝到載體6上的實(shí)際的半導(dǎo)體激光器I。在所示的示例中，在激光基底I和載體6之間安置有中間部件，該中間部件從后面與激光基底I相接觸，并通過(guò)接合線2連接至連接器3，但是該接觸與載體6和殼體7是電絕緣的。激光基底I的前側(cè)與通向第二連接器3的接合線2是直接接觸相連的。而且還示出了監(jiān)控光電二極管91，其可用于調(diào)節(jié)激光驅(qū)動(dòng)器5的輸出功率，具體而言，使得能夠確保符合激光安全性指南或者還能對(duì)半導(dǎo)體激光器的取決于溫度的發(fā)射性能進(jìn)行補(bǔ)償。為此，可將一部分發(fā)射的激光耦合出到所述監(jiān)控二極管；這通常通過(guò)在諧振器的朝向內(nèi)的端部處的小耦合輸出部來(lái)進(jìn)行。
[0084]圖3示意性地示出了 EDM99的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元23的一個(gè)實(shí)施方式，其中發(fā)光半導(dǎo)體I被實(shí)施為在印刷電路板4上不具有殼體7。在此情形下，激光驅(qū)動(dòng)器5例如通過(guò)接合線2連接至半導(dǎo)體I。除了采用線接合的方式之外，本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)還公知其他的方式，例如摩擦接合，根據(jù)本發(fā)明也可采用這些方式來(lái)例如將半導(dǎo)體基底I安置到印刷電路板4。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)這樣的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了對(duì)EDM，具體而言是對(duì)EDM的發(fā)送單元23的改進(jìn)。具體而言，可通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的布置降低半導(dǎo)體激光器I的引線電感。這有利于高頻激光脈沖的發(fā)射，這是因?yàn)樵诘碗姼械那闆r下，可更加簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)短而高的電流脈沖，因此，例如可以更加簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)激光驅(qū)動(dòng)器5。本文提到的接合線2也可包含多根平行的接合線2，例如以獲得較大的引線截面以及因此較低的引線阻抗，或者通過(guò)半導(dǎo)體I的多個(gè)接觸連接而獲得均勻的電流分布。
[0085]而且，借助于根據(jù)本發(fā)明的理念可實(shí)現(xiàn)更加緊湊的設(shè)計(jì)。這不僅僅能用于盡量小型化EDM的結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的理念還用于有利地降低EDM中的快脈沖調(diào)制或突發(fā)調(diào)制的電磁干擾發(fā)射，這是因?yàn)槟芙档蛷陌l(fā)送器部分到接收器部分的電磁串?dāng)_。由于根據(jù)本發(fā)明在激光驅(qū)動(dòng)器5與半導(dǎo)體激光基底I之間形成了接觸連接，從而具有較陡的信號(hào)邊緣的短電脈沖也相應(yīng)發(fā)射出較少的電磁波，而最終不是由于根據(jù)本發(fā)明的起到天線作用的信號(hào)路徑被縮短。[0086]根據(jù)本發(fā)明的原理也特別適用于EDM配置有不帶監(jiān)控二極管的激光驅(qū)動(dòng)器的情形，例如如以上引用的參考文獻(xiàn)中描述的情形。然而，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，也可在印刷電路板上安裝監(jiān)控光電二極管，將部分所發(fā)射激光輻射耦合出到該監(jiān)控光電二極管，并且該監(jiān)控光電二極管可用于監(jiān)控所發(fā)射的輸出功率。另選的是，在具有內(nèi)部基準(zhǔn)部分的EDM中，也可采用光電二極管來(lái)接收該基準(zhǔn)光以監(jiān)控輸出功率，這是因?yàn)榻?jīng)由基準(zhǔn)路徑耦合出的光的部分畢竟是已知的并且在儀器的整個(gè)使用壽命期間都是恒定的。因此，用于經(jīng)由儀器內(nèi)部的基準(zhǔn)路徑引導(dǎo)的光部分的接收器可用作監(jiān)控二極管，以對(duì)激光安全性進(jìn)行監(jiān)控。這也可視為一獨(dú)立的發(fā)明，其也可獨(dú)立于根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體安置而加以實(shí)施，也就是說(shuō)，也可例如與來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)的激光二極管、激光二極管應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)器電路相關(guān)聯(lián)。具體而言，這也可被視為對(duì)如上所述的不帶監(jiān)控二極管的激光驅(qū)動(dòng)器的改進(jìn)，其例如被視為附加的監(jiān)控整體，例如還為了能夠?qū)崿F(xiàn)較高的安全性等級(jí)。
[0087]圖3示意性示出的示例性實(shí)施方式用于闡明根據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)造原理和闡明根據(jù)本發(fā)明的EDM發(fā)送單元的功能。以下將參照附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明所包含的一些【具體實(shí)施方式】，其中本文所示的結(jié)構(gòu)不應(yīng)認(rèn)為是窮盡性的列舉。
[0088]圖4a示出了 EDM發(fā)送單元的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造的一個(gè)示例性實(shí)施方式。本發(fā)明意義下的印刷電路板4例如可以為FRl至FR4、CEMU CEM3、Tef1n、硅或陶瓷印刷電路板，其可具有單層、多層或HDI構(gòu)造。換言之，印刷電路板4應(yīng)被總體上理解為指的是非導(dǎo)體載體材料，其結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電導(dǎo)體軌道構(gòu)成，用于連接電氣元件并且從而產(chǎn)生電網(wǎng)，并且用于機(jī)械地固定部件。
[0089]根據(jù)本發(fā)明，在所述印刷電路板4上安置有半導(dǎo)體基底I和激光驅(qū)動(dòng)器5或者至少是激光驅(qū)動(dòng)器5的功率級(jí)(例如，激光驅(qū)動(dòng)器5的供電開(kāi)關(guān)晶體管)。在此情形中，半導(dǎo)體激光器I實(shí)施為不帶殼體的激光基底或激光型模，也就是說(shuō)，僅僅實(shí)施為形成半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底在兩個(gè)端部處相應(yīng)地進(jìn)行了反射性涂布以形成激光振蕩器，并且在一側(cè)具有用于激光52的激勵(lì)發(fā)射的出口窗8。半導(dǎo)體激光器I被實(shí)施為所謂的邊射型激光二極管。該邊射型激光二極管可實(shí)施為具有P-和N-摻雜的半導(dǎo)體層的立方體形半導(dǎo)體基底，在該P(yáng)-和N-摻雜的半導(dǎo)體層之間在所謂的楔形平面中進(jìn)行光的放大過(guò)程。在此情形下，光的激勵(lì)發(fā)射在側(cè)表面處進(jìn)行(通常發(fā)生在立方體的最小側(cè)表面處，因此術(shù)語(yǔ)為“邊射”)，這些側(cè)表面實(shí)施為光學(xué)反射鏡并且形成激光諧振器，在至少一側(cè)從該激光諧振器將激光束I禹合出。由于分層的P-N結(jié)構(gòu)，因而從相對(duì)側(cè)或表面與半導(dǎo)體材料(在標(biāo)準(zhǔn)或基本變型中，也就是說(shuō)沒(méi)有其他的結(jié)構(gòu)措施)接觸。
[0090]因此，根據(jù)本發(fā)明，無(wú)需現(xiàn)有技術(shù)中所具有的殼體7。在本文所示的第一實(shí)施方式中，在該情形中，半導(dǎo)體激光器I通過(guò)電絕緣的中間元件51而被安置到印刷電路板4。在此實(shí)施方式中，中間元件51與和半導(dǎo)體激光器I的下側(cè)電接觸連接、朝向印刷電路板4散熱以及抬升半導(dǎo)體激光器I相關(guān)聯(lián)，從而由于發(fā)射的激光52的束發(fā)散(通常約為5到30度，取決于實(shí)施方式和發(fā)散軸線)，因此印刷電路板4不會(huì)部分地遮擋光束。因?yàn)樘貏e是印刷電路板的邊緣具有非常粗糙的尺寸公差，所以這樣的抬升定位能夠是有利的，特別是與印刷電路板I上的部件的例如量級(jí)約為30微米的定位精度相比更是如此，而且這樣的抬升定位通常比常見(jiàn)的刻畫、壓印或粗磨制成的印刷電路板邊緣的精度明顯更高。
[0091]根據(jù)本發(fā)明，為了將半導(dǎo)體激光器I的引線電感保持得較低，而通過(guò)接合線2以較短的路徑將所述激光器接觸連接到印刷電路板4的導(dǎo)體軌道上。就制造技術(shù)而言，這被稱之為板載芯片技術(shù)(COB)，德語(yǔ)中也稱為“裸芯片安裝”。在此情形中，所示的實(shí)施方式將半導(dǎo)體I的頂側(cè)直接與接合線2接觸連接；半導(dǎo)體I的底側(cè)通過(guò)中間元件51上的導(dǎo)電層(半導(dǎo)體I通過(guò)其下部接觸區(qū)域以導(dǎo)電的方式安裝在該導(dǎo)電層上)，也同樣借助于接合線連接到印刷電路板4上。激光驅(qū)動(dòng)器5也位于該印刷電路板4上，這里示出的激光驅(qū)動(dòng)器是單體部件，但是也可如上所述那樣由多個(gè)離散和/或集成的部件構(gòu)成。為了不喪失根據(jù)本發(fā)明獲得的低連接電感，在此情形下應(yīng)以短的導(dǎo)線長(zhǎng)度連接至少激光驅(qū)動(dòng)器5的功率級(jí)或輸出級(jí)，該功率級(jí)或輸出級(jí)也安置在與半導(dǎo)體激光器I相同的印刷電路板4上。另選的是，中間元件51也可以是導(dǎo)電的，這樣，半導(dǎo)體激光器I的底側(cè)可以通過(guò)所述的中間元件接觸連接到印刷電路板4上。如果同樣采用裸芯片安裝來(lái)實(shí)現(xiàn)激光驅(qū)動(dòng)器5或其輸出級(jí)，則也可以在發(fā)光半導(dǎo)體和激勵(lì)半導(dǎo)體之間形成直接的接合線連接。
[0092]通過(guò)根據(jù)本發(fā)明在印刷電路板4上的安裝方式，也可以實(shí)現(xiàn)從半導(dǎo)體I的良好的散熱。特別是在安裝于面積相應(yīng)較大且較厚的外部銅層上的情形下，可實(shí)現(xiàn)良好的散熱，也可通過(guò)例如向其他印刷電路板層(例如，底側(cè)上的平坦接地平面)附加地安置散熱裝置(例如通過(guò)焊接到銅區(qū)域上)、多個(gè)貫通電鍍等而進(jìn)一步改善散熱。舉例來(lái)說(shuō)，為了降低發(fā)射的電磁干擾而被焊接的屏蔽板或屏蔽殼體也可起到散熱裝置的作用。
[0093]參照?qǐng)D5a，這里示出了根據(jù)本發(fā)明原理的第二示例性實(shí)施方式。其中例如通過(guò)焊接或通過(guò)導(dǎo)電塑料或粘合劑以機(jī)械和電的方式與印刷電路板4的第一導(dǎo)體軌道連接，將半導(dǎo)體激光器I直接安裝在印刷電路板4上。半導(dǎo)體的上部第二連接器在此情況下通過(guò)接合線2連接在印刷電路板4的第二導(dǎo)體軌道上。以虛線方式示出的從激光器基底I到激光驅(qū)動(dòng)器5的輸出級(jí)半導(dǎo)體5B的接合連接2B是根據(jù)本發(fā)明的另一另選實(shí)施方式。這樣的COB接合連接通常例如利用環(huán)氧樹(shù)脂等加以封裝保護(hù)，以免受機(jī)械和/或化學(xué)損壞。
[0094]另選地，如圖5b所示，半導(dǎo)體I的頂側(cè)也可以例如通過(guò)接觸條被接觸連接,該接觸條固定在印刷電路板I上并且例如從上方將彈簧擠壓到半導(dǎo)體I上，并且/或者例如同樣通過(guò)粘合劑接合或焊接接觸連接在半導(dǎo)體I的頂側(cè)。在此情形下，也可采用確保半導(dǎo)體I的精確定位的機(jī)械引導(dǎo)件。
[0095]圖5a和圖5b所示的兩個(gè)變型都是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件I的直接安裝的實(shí)施方式。為了將半導(dǎo)體激光器I的引線電感保持得較低，而通過(guò)其中一個(gè)接觸區(qū)域?qū)⑺霭雽?dǎo)體激光器直接連接至印刷電路板，而另一接觸區(qū)域例如通過(guò)接合線2或接觸條2A而直接接觸連接至印刷電路板4的導(dǎo)體軌道。
[0096]在板載芯片技術(shù)的常用術(shù)語(yǔ)的語(yǔ)境中，這里可對(duì)不同變型例之間進(jìn)行區(qū)分。舉例來(lái)說(shuō)，可采用所謂的芯片和線變型例，其中，如圖4a所示，從上方(B卩，背離印刷電路板的一偵D接觸連接半導(dǎo)體。
[0097]另選的是，也存在所謂的倒裝芯片技術(shù)，其中，半導(dǎo)體I的觸點(diǎn)面向印刷電路板4，并且例如通過(guò)錫球或?qū)щ娦运芰线M(jìn)行電和機(jī)械連接。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體激光器(尤其以由它們的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的分層構(gòu)造所決定的方式)通常必須被接觸連接在相對(duì)的表面上(例如，從上方和從下方)，因此它們本身不可以采用倒裝芯片，從而如上所述，至少需要單根接合線2或單個(gè)接觸條2A。實(shí)際上，這可通過(guò)用于將兩個(gè)連接轉(zhuǎn)移到一側(cè)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)來(lái)彌補(bǔ)。然而，尤其是與標(biāo)準(zhǔn)部件相比，可實(shí)施這一改變之前待生產(chǎn)的物件的數(shù)量通常非常大。
[0098]作為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，為了能夠進(jìn)行倒裝芯片安裝，在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體激光器基底的情況下，下部半導(dǎo)體層42可在一個(gè)位置或在一側(cè)上被去除(例如通過(guò)蝕刻或機(jī)械侵蝕)，使得在那里對(duì)置的上部半導(dǎo)體層41同樣可例如通過(guò)球43等從下方進(jìn)行接觸連接。露出的下部半導(dǎo)體層也例如可以通過(guò)第二接合線2進(jìn)行接觸連接，使得除了通過(guò)向下與印刷電路板4或激光驅(qū)動(dòng)器5的連接而進(jìn)行的上述接觸連接之外，還可實(shí)現(xiàn)通過(guò)向上連接進(jìn)行安裝以及將所述連接接合至印刷電路板4或激光驅(qū)動(dòng)器5。在此情形下，可避免在半導(dǎo)體激光器I的下方進(jìn)行導(dǎo)電的接觸連接，這帶來(lái)了更多的安裝可能性。
[0099]圖4b示出了倒裝芯片安裝的一個(gè)示例性實(shí)施方式。因?yàn)榇蝗コ陌雽?dǎo)體層42通常非常薄(例如，在約3-5微米的范圍內(nèi))，可在已經(jīng)制成的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體I上非常容易地執(zhí)行這樣的改變。在此情形下，可直接在印刷電路板4上或者以騎跨的方式在激光驅(qū)動(dòng)器芯片5上實(shí)施倒裝芯片安裝。在此情形下，可在半導(dǎo)體工廠中將騎跨安裝件預(yù)制成一組件，然后可將該組件作為COB安裝到印刷電路板4上，并例如可通過(guò)接合線將其連接至印刷電路板。同樣地，可將該組件封裝到殼體中(例如通過(guò)銷連接器或球連接器)，不過(guò)需要安置有用于光離開(kāi)的窗口。通過(guò)半導(dǎo)體激光器的上述直接電連接，可獲得非常低的連接阻抗。由于光離開(kāi)窗口 8與安裝區(qū)域之間的距離較小，在選擇安裝位置時(shí)必須要考慮散射束被部分遮擋的可能性，例如通過(guò)被安置成相對(duì)于其下面的部件伸出的發(fā)射窗口，或者采用其他的結(jié)構(gòu)措施。
[0100]為了避免被印刷電路板4遮擋，也為了不要求印刷電路板邊緣具有較高的尺寸公差，而可將發(fā)光半導(dǎo)體I定位于在印刷電路板生產(chǎn)過(guò)程中鉆出的孔9處，或者更加確切而言，將其定位在孔9的一部分的外周處?？稍谏a(chǎn)印刷電路板生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)工藝中以較高的尺寸公差來(lái)生產(chǎn)這些孔9，從而無(wú)需昂貴的附加制造步驟。因此印刷電路板邊緣的公差可被保持得較粗糙，這是因?yàn)樵谶吘壍募庸み^(guò)程中，僅需實(shí)現(xiàn)孔的分開(kāi)即可，也就是說(shuō)例如僅需將孔大約對(duì)半分開(kāi)。在例如孔直徑的量級(jí)比邊緣的尺寸公差的大兩倍以上(例如三倍或四倍或更高倍數(shù))的情況下，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。由于在印刷電路板的生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了(或必須實(shí)現(xiàn))部件相對(duì)于孔的定位，從而可毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器I相對(duì)于孔9的精確定位，其定位精度小于100微米，通常會(huì)更低，例如約為30微米或更低。根據(jù)本發(fā)明在邊緣處安置這樣的孔9的另一優(yōu)點(diǎn)還在于，如在該實(shí)施方式中所示的，可以以相對(duì)于邊緣移回的方式安置光源，而不是以露出的方式安置光源，這也形成了保護(hù)，以免特別是在EDM的制造和組裝過(guò)程中受到機(jī)械損壞。
[0101]圖6示出了這樣的實(shí)施方式，其中，上述常用的在半導(dǎo)體基底的對(duì)置面上的連接器布局，以及由此所需的兩側(cè)的接觸連接通過(guò)沿縱向側(cè)的安裝來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所示的示例性實(shí)施方式中，半導(dǎo)體在該情況下被引入到印刷電路板表面中的槽50內(nèi)，并例如通過(guò)焊接或?qū)щ娬澈闲越雍戏謩e在側(cè)面(或者，從目前旋轉(zhuǎn)90度的半導(dǎo)體的視角來(lái)看，是從上方和下方)與導(dǎo)體軌道接觸連接。在此情況下，槽50可以為相對(duì)于印刷電路板的厚度而言是連續(xù)的或非連續(xù)的的凹口，其例如是通過(guò)銑削、對(duì)疊置的一系列孔進(jìn)行鉆孔、鋸、激光切割、激光刻印等方式制成的。原則上講，也可在沒(méi)有這一凹口 50的情況下直接將半導(dǎo)體I直立地安置在印刷電路板表面上，但是在標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝中難以實(shí)施這一方式。凹口 50也可實(shí)施為印刷電路板的兩個(gè)導(dǎo)體軌道之間的能容納半導(dǎo)體基底的間隙或間隔。特別是在最上層的導(dǎo)體軌道材料具有相應(yīng)較大層厚的情況下(厚度例如約為70微米或100微米)，半導(dǎo)體I可沿縱向側(cè)被引入到中間空間中，并能分別在側(cè)面與導(dǎo)體軌道接觸連接。
[0102]圖7a和圖7b分別以側(cè)視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的EDM發(fā)送單元23的另兩個(gè)【具體實(shí)施方式】，其一是整個(gè)發(fā)送單元23的側(cè)視立體圖，另一個(gè)為光學(xué)發(fā)送元件I的根據(jù)本發(fā)明的安置的詳細(xì)視圖。在此情況下，可通過(guò)導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)實(shí)施半導(dǎo)體1，且半導(dǎo)體I的上部P側(cè)可通過(guò)接合線2接觸連接到印刷電路板4上。圖7a中也示出了中間元件51。
[0103]圖8示出了這樣的實(shí)施方式，其中，該實(shí)施方式示出了以芯片疊置的方式將半導(dǎo)體激光器I安裝到激光驅(qū)動(dòng)器5 (或其輸出級(jí))上。在此情形下，激光驅(qū)動(dòng)器5作為裸芯片被安裝到印刷電路板4上，并通過(guò)接合線2與之電連接。在朝向激光驅(qū)動(dòng)器5的一側(cè)上，激光半導(dǎo)體I與激光驅(qū)動(dòng)器5直接以導(dǎo)電的方式連接，且第二電連接從上方通過(guò)從激光器I到驅(qū)動(dòng)器5的接合線2形成。另選的是，也可采用上述倒裝芯片方式來(lái)安裝激光半導(dǎo)體1，尤其是，在此情形下可將兩個(gè)半導(dǎo)體作為預(yù)制好的公共組件安裝到印刷電路板4上。
[0104]圖9a和圖9b示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元23的實(shí)施方式，其中僅示出了與圖4a類似的具有中間件元51的激光器基底I。上部視圖圖9a相對(duì)于下部視圖圖9b旋轉(zhuǎn)了 180度，且中間元件51示出為透明的，以便能識(shí)別出兩側(cè)。這里，根據(jù)經(jīng)常采用的平面半導(dǎo)體層構(gòu)造，半導(dǎo)體激光器I的接觸連接是從兩個(gè)相對(duì)側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中一側(cè)與電絕緣的中間元件51上的第一導(dǎo)電區(qū)域60A以導(dǎo)電的方式連接。半導(dǎo)體激光器I的第二側(cè)通過(guò)接合線2連接到中間元件51上的第二導(dǎo)電區(qū)域60B。
[0105]導(dǎo)電區(qū)域60A、60B在所示的實(shí)施方式中借助穿過(guò)中間元件51的鍍通孔62接觸連接至中間件元51的相對(duì)側(cè)。中間元件51因此在半導(dǎo)體激光器I的至少一個(gè)連接區(qū)域與相對(duì)于印刷電路板4的至少一個(gè)連接器61之間具有鍍通孔。在中間元件51的相對(duì)于半導(dǎo)體激光器I的相對(duì)側(cè)上，安置有呈BGA觸點(diǎn)形式的焊珠61 (或另選地具有QFN或MLF銷)，通過(guò)該焊珠將具有半導(dǎo)體激光器I的中間元件51作為預(yù)制部件63安裝并接觸連接到具有激光驅(qū)動(dòng)器5的印刷電路板4上，此即SMD意義上的安裝。換言之，帶有激光二極管的中間元件51實(shí)施為呈表面貼裝器件(SMD)形式的電子部件66，該電子部件66帶有作為至印刷電路板4的連接器的球柵陣列(BGA)接觸連接器61。
[0106]為了保護(hù)敏感的接合線2不受機(jī)械損壞，可用不導(dǎo)電材料(例如環(huán)氧樹(shù)脂等)對(duì)其進(jìn)行封裝或用防護(hù)蓋對(duì)其加以覆蓋。
[0107]圖1Oa和圖1Ob示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元23的另一實(shí)施方式，其中，僅激光器基底I利用倒裝芯片安裝方式被安裝在中間元件51上，也就是說(shuō)，半導(dǎo)體激光器I利用待與中間元件51接觸連接的兩個(gè)連接器來(lái)安裝。在半導(dǎo)體激光器下方，不導(dǎo)電的中間元件51配置有導(dǎo)電接觸區(qū)域，用于接觸連接連接器，這些連接器通過(guò)孔62貫通接觸連接至激光器基底的相對(duì)側(cè)。為了借助于SMD自動(dòng)安裝機(jī)連接或者安裝到印刷電路板4上，此處形成的帶有半導(dǎo)體激光器I和中間元件51的部件66在底側(cè)具有球形接觸器。換言之，帶有激光二極管的中間元件51實(shí)施為呈表面貼裝器件(SMD)形式的電子部件67，表面貼裝器件帶有作為至印刷電路板4的連接器的球柵陣列(BGA)接觸連接器61。
[0108]圖1Ob示出了帶有安裝部件66的發(fā)送單元23的印刷電路板4的一部分。也就是說(shuō)，此處出現(xiàn)的預(yù)制好的SMD部件66可以以標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法安裝在距離測(cè)量裝置99的發(fā)送單元23的印刷電路板4上。為了保護(hù)半導(dǎo)體激光器I免受機(jī)械損壞，可將所述激光器封裝在中間元件51上，或用防護(hù)蓋加以覆蓋。
[0109]圖11a、圖1lb和圖1Ic示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元23的另一實(shí)施方式，其中，利用倒裝芯片安裝方式將半導(dǎo)體激光器I作為激光基底裝配在中間元件51上。在此變型例中，球形觸點(diǎn)61位于與半導(dǎo)體激光器I相同的一側(cè)，并通過(guò)中間元件51上的導(dǎo)電區(qū)域61A、60B (例如實(shí)施為金屬化區(qū)域的形式等)連接至激光器基底I的連接器。如下面兩個(gè)子圖1lb和圖1lc所示的那樣，此處出現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的SMD器件67與例如激光二極管驅(qū)動(dòng)器5等的其他部件在生產(chǎn)線上一起被安裝在距離測(cè)量裝置99的發(fā)送單元23的印刷電路板4上，并例如在回流焊爐中加以焊接。
[0110]半導(dǎo)體激光器I因而被安置在中間元件51的與BGA接觸連接器61相同的一側(cè)，這一側(cè)安裝成面向印刷電路板4的底側(cè)。在此情形下，半導(dǎo)體激光器I可定位在印刷電路板4的邊緣處形成的切口中(例如，在被印刷電路板邊緣分割的上述孔內(nèi))，從而受到機(jī)械保護(hù)并且不會(huì)阻擋其光的發(fā)射24。
[0111]圖12示出了 EDM的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送單元23的另一實(shí)施方式，其中半導(dǎo)體激光器I作為激光基底被裝配在中間元件51上，該中間元件具有選自SMD部件系列2512、2010、1218、1210、1206、0805、0603、0402、0201或01005中的一項(xiàng)的構(gòu)造形式，并在縱向端部處具有焊接觸點(diǎn)68。也就是說(shuō)，帶有激光二極管的中間元件51實(shí)施為呈表面貼裝器件(SMD)形式的電子部件69，該電子部件帶有裝配在縱向兩端的觸片68作為至印刷電路板4的連接器。
[0112]在上述所有實(shí)施方式中，不導(dǎo)電的、也就是說(shuō)絕緣的中間元件51可以例如由硅、碳化硅或陶瓷構(gòu)成，并且設(shè)有金屬化的接觸連接器。
[0113]圖13示出了 EDM99的發(fā)送單元23的根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中，將具有半導(dǎo)體激光器I的中間元件51作為例如如圖9、圖10、圖11或圖12中所示的預(yù)制部件63、66、67、69利用堆疊封裝(package-on-package)的安裝方式直接安裝在激光二極管驅(qū)動(dòng)器5上。由于激光驅(qū)動(dòng)器輸出端與半導(dǎo)體激光器之間的連接保持得較短，從而可將引線阻抗保持得較低，且距離測(cè)量裝置能以節(jié)省能量的方式發(fā)送高強(qiáng)度的短測(cè)量光脈沖。
[0114]本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員還可以以顯而易見(jiàn)的方式實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施方式，這些實(shí)施方式采用發(fā)送單元23的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造，可根據(jù)具體的距離測(cè)量裝置的要求從工程角度對(duì)該發(fā)送單元進(jìn)行調(diào)整或優(yōu)化。
【權(quán)利要求】
1.一種光電距離測(cè)量裝置(99)，尤其是為一種激光距離測(cè)量裝置，其包括: ?發(fā)送單元(23)，該發(fā)送單元包括印刷電路板(4)、半導(dǎo)體激光器(I)以及激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)，該發(fā)送單元用于發(fā)射高頻、強(qiáng)度調(diào)制的光輻射(24)； ?接收單元(22)，該接收單元用于通過(guò)光敏電部件(10)來(lái)接收所述光輻射(24)的被從目標(biāo)物體(27)反射的部分(25)，所述光敏電部件采用電輸出信號(hào)作為接收信號(hào)并且尤其是包括光電二極管； ?調(diào)節(jié)單元(11)，該調(diào)節(jié)單元用于對(duì)所述接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)并且包括放大器和過(guò)濾器； ?模數(shù)轉(zhuǎn)換器(12)，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將被調(diào)節(jié)過(guò)的接收信號(hào)數(shù)字化；以及 ?電子評(píng)估單元(13)，該電子評(píng)估單元借助于被數(shù)字化的接收信號(hào)基于信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)確定從所述距離測(cè)量裝置(99)到所述目標(biāo)物體(27)的距離(28)， 其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器(I)作為不帶殼體的激光器基底，尤其以導(dǎo)電的方式被安置到所述印刷電路板(4)， 尤其是，其中所述激光器基底(I)通過(guò)接合線(2)與所述印刷電路板(4)或所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于， 所述激光器基底(I)定位在被印刷電路板邊緣分割的孔(9)的邊緣處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于， 在所述激光器基底(I)中，在作為第一連接器的第一半導(dǎo)體層(41)的部分區(qū)域內(nèi)，尤其是以化學(xué)方式或機(jī)械方式來(lái)移除所述第一半導(dǎo)體層，從而使得對(duì)置的作為第二連接器的第二半導(dǎo)體層(42)的一部分露出并且能進(jìn)行接觸連接，使得所述激光器基底(I)能夠在所述第一連接器和所述第二連接器處從所述第一半導(dǎo)體層(41)的一側(cè)進(jìn)行接觸連接，尤其是其中，作為所謂的倒裝芯片的所述激光器基底(I)能以導(dǎo)電的方式接觸連接在所述印刷電路板(4)或所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)上，具體而言，其中所述第一連接器和所述第二連接器設(shè)有至少一個(gè)球形觸點(diǎn)(43)并且能夠以導(dǎo)電的方式粘接或焊接到所述印刷電路板(4)或所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，作為第一連接器的所述激光器基底(I)以導(dǎo)電的方式安置到，尤其是粘接、接合或焊接到所述印刷電路板(4)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，作為第二連接器的所述激光器基底(I)通過(guò)接合線(2)接觸連接到所述印刷電路板(4)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，作為第二連接器的所述激光器基底(I)通過(guò)導(dǎo)電的接觸條(2A)，尤其是彈性元件接觸連接到所述印刷電路板⑷上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述激光器基底⑴被引入所述印刷電路板⑷的兩個(gè)導(dǎo)體軌道之間的槽(50)中，并且分別在側(cè)面接觸連接，尤其是焊接或?qū)щ娬辰又聊切?dǎo)體軌道。
8.根據(jù)權(quán) 利要求1至7中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述印刷電路板(4)構(gòu)造成用于尤其是利用導(dǎo)體軌道面、用于將熱分散到下部導(dǎo)體軌道層中的過(guò)孔和/或通過(guò)裝配在所述印刷電路板(4)上的散熱裝置來(lái)散去所述激光器基底(I)的廢熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)的至少一部分與所述激光器基底布置在同一印刷電路板上，尤其是其中，所述激光器基底的接觸連接如此實(shí)現(xiàn)，即，例如通過(guò)將該激光器基底的連接器直接接合在所述印刷電路板(4)上或所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)上，使得與殼體封裝的激光二極管相t匕，通過(guò)將從所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器到所述激光器基底(I)的電連接器的引線長(zhǎng)度變短而降低其引線阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述發(fā)送單元(23)被實(shí)施為不具有監(jiān)控二極管，并且所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)被設(shè)計(jì)成使得在不具有監(jiān)控二極管的情況下也能達(dá)到激光安全性指南的要求，尤其是其中，所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)以低于所述半導(dǎo)體激光器(I)的激光閾值的供電電壓來(lái)運(yùn)行。
11.一種用于根據(jù)前述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)的發(fā)送單元(23)，該發(fā)送單元特別是用于激光二極管的高頻脈沖操作并且尤其是作為預(yù)先組裝好的組件，該發(fā)送單元包括: ?作為載體元件的印刷電路板⑷； ?作為電子電路的激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)，該激光二極管驅(qū)動(dòng)器安置在，尤其是直接安置在所述印刷電路板⑷上；以及 ?不具有殼體的半導(dǎo)體激光基底(I)，該半導(dǎo)體激光基底安置在，尤其是直接安置在所述印刷電路板⑷上。
12.一種用于生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)送單元(23)的方法，該方法包括: ?尤其通過(guò)導(dǎo)電粘接、焊接或摩擦接合將作為不帶殼體的激光器基底(I)的半導(dǎo)體光源(I)安置到，尤其是直接安置到所述印刷電路板(4)上；以及 ?通過(guò)芯片接合工藝特別是通過(guò)至少一根接合線(2)將所述激光器基底(I)的至少一個(gè)電連接器接觸連接到所述印刷電路板(4)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于， 通過(guò)將該半導(dǎo)體光源(I)定位在所述印刷電路板(4)的端側(cè)凹部(9)的邊緣處，尤其是定位在所述印刷電路板(4)的鉆孔的節(jié)段的邊緣處來(lái)安置所述半導(dǎo)體光源(I)。
14.一種用于降低用于發(fā)射高頻、陡峭邊緣的光脈沖的EDM的發(fā)送單元(23)中的半導(dǎo)體光源(I)的阻抗尤其是寄生引線電感的方法，其特征在于， 尤其是通過(guò)導(dǎo)電粘接、焊接或摩擦接合將作為不具有殼體的激光器基底(I)的所述半導(dǎo)體光源⑴尤其是直接安置到印刷電路板(4)，在該印刷電路板⑷上還安置有驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體光源(I)的激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)的至少一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于， 尤其是通過(guò)至少一根接合線(2)借助芯片接合工藝將所述激光器基底(I)的至少一個(gè)電連接器直接接觸連接到所述印刷電路板(4)上。
16.一種光電距離測(cè)量裝置(99)，尤其是為一種激光距離測(cè)量裝置，其包括: ?發(fā)送單元(23)，該發(fā)送單元包括印刷電路板(4)、半導(dǎo)體激光器(I)以及激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)，該發(fā)送單元用于發(fā)射高頻、強(qiáng)度調(diào)制的光輻射(24)；?接收單元(22)，該接收單元用于通過(guò)光敏電部件(10)來(lái)接收所述光輻射(24)的被從目標(biāo)物體(27)反射的部分(25)，所述光敏電部件采用電輸出信號(hào)作為接收信號(hào)并且尤其是包括光電二極管； ?調(diào)節(jié)單元(11)，該調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)所述接收信號(hào)； ?模數(shù)轉(zhuǎn)換器(12)，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將調(diào)節(jié)過(guò)的接收信號(hào)數(shù)字化；以及 ?電子評(píng)估單元(13)，該電子評(píng)估單元借助于被數(shù)字化的接收信號(hào)基于信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)確定從所述距離測(cè)量裝置(99)到所述目標(biāo)物體(27)的距離(28)， 其特征在于， 通過(guò)中間元件(51)將作為不帶殼體的激光器基底的所述半導(dǎo)體激光器(I)安置到所述印刷電路板(4)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于， 所述中間元件(51)是電絕緣的，并且具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在所述印刷電路板(4)與所述激光器基底之間形成電接觸連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于， 所述中間元件(51)由 硅、碳化硅或陶瓷構(gòu)成，并且附隨地具有金屬化的接觸連接器。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述中間元件(51)與所述半導(dǎo)體激光器(I) 一起形成為呈表面貼裝器件(SMD)的形式的預(yù)制的電子部件。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述中間元件(51)形成為呈表面貼裝器件(SMD)的形式的電子部件，并且具有裝配在縱向端部處的接觸墊，所述接觸墊作為至所述印刷電路板(4)的連接器，而且所述中間元件采用選自SMD部件系列 2512、2010、1218、1210、1206、0805、0603、0402、0201 或 01005 中的一項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述中間元件(51)形成為呈表面貼裝器件(SMD)的形式的電子部件，并且具有作為至所述印刷電路板(4)的連接器的球柵陣列(BGA)接觸連接器。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述中間元件(51)在至所述印刷電路板(4)的連接器與所述半導(dǎo)體激光器(I)的至少一個(gè)連接區(qū)域之間具有鍍通孔。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器(I)被安置在所述中間件(51)的與所述球柵陣列(BGA)的接觸連接器相同的一側(cè)，且該側(cè)被安裝作為面向所述印刷電路板(4)的底側(cè)，尤其是其中，所述半導(dǎo)體激光器(I)位于形成在所述印刷電路板(4)的邊緣處的切口中。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至23中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器(I)的第一接觸區(qū)域被安置在所述中間元件(51)的第一導(dǎo)電區(qū)域上，并且所述半導(dǎo)體激光器(I)的與所述第一接觸區(qū)域?qū)χ玫牡诙佑|區(qū)域通過(guò)接合線(2)被接觸連接到所述中間元件(51)的第二導(dǎo)電區(qū)域上，尤其是其中，所述接合線(2)用不導(dǎo)電材料封裝。
25.根據(jù)權(quán)利要求16至24中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器(I)以倒裝芯片安裝工藝借助其接觸區(qū)域裝配在所述中間元件(51)的導(dǎo)電區(qū)域上。
26.根據(jù)權(quán) 利要求16至25中任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置(99)，其特征在于，帶有半導(dǎo)體激光器(1)的所述中間元件(51)利用堆疊封裝的安裝工藝被直接裝配到所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器(5)上。
【文檔編號(hào)】G01S7/481GK103959086SQ201280059180
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月1日
【發(fā)明者】K·吉熱, R·梅茨勒, B·菲格爾 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司