CN218386178U - 一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，包含：激光器、脉冲端、脉宽配置单元、驱动模块、电流配置单元以及脉冲信号监测单元。脉宽配置单元用于接收脉冲端发出的脉冲信号，并对脉冲信号的脉宽进行配置；驱动模块用于驱动激光器；电流配置单元用于给驱动模块提供不同大小的电流；脉冲信号监测单元用于监测激光器产生的电信号，并根据电信号的大小产生第一控制信号和第二控制信号，其中第一控制信号用于调节电流配置单元中输出电流的大小，第二控制信号用于调节脉冲信号的脉宽；通过调整脉冲信号的脉宽和电流，直到所述光信号的功率符合人眼安全标准。

Description

一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路

技术领域

本实用新型涉及激光器驱动领域，尤其是一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路。

背景技术

许多领域中，无法通过实际接触来测量与目标之间的距离，常见的非接触距离测量选项包括超声波、毫米波和激光。激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达装置，其工作原理是向目标发射激光束，然后将接收到的从目标反射回来的目标回波与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的距离，作为激光雷达测距系统的重要组成部分，激光器驱动电路的安全使用非常重要。

基于光子飞行时间(Time-of-Flight，TOF)测距的激光雷达测距越来越普遍的应用于机器视觉等领域，光子飞行时间测距技术是一种通过测量光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术，我们应用于DTOF技术。

现在常用的脉冲激光驱动电路并没有考虑到脉冲激光在出现故障或者误操作时可能造成的对于人身的伤害。作为激光测距系统的发射端，射极窄的脉冲，宽度为几ns到几十ns，峰值功率从几百mW到70W 甚至以上。对于人眼来说，较高的峰值功率激光，以连续模式或者较宽脉冲照射积累的热效应会造成损伤，通过脉冲模式和较低的占空比对于人眼来说是可以接受。为了防止及光功率过大，对人眼产生不利，需要对激光器的工作状态进行监测。驱动光电二极管需要驱动电路，使得光电二极管发出特定频率、占空比以及功率的激光。传统技术主要是通过监测驱动的电流来监测光功率，但是对于直接飞行时间激光雷达来说，电流不是恒定的电流，而是电流脉冲的形式，监测电流并不能够直观有效地监测光功率。

有鉴于此，亟需设计一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路，能直观有效并且实时地对激光雷达的光功率进行监测，以防止激光器功率过大伤害人眼。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在对激光器的工作状态进行监测，用于解决可能出现的激光器输出功率过大，从而导致人眼收到不利影响的技术缺陷问题。

第一方面，本实用新型提供一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，包括：激光器，用于产生光信号；脉冲端，所述脉冲端用于产生脉冲信号；脉宽配置单元，用于产生不同宽度的脉冲信号，所述脉宽配置单元与脉冲端相连，所述脉宽配置单元用于接收所述脉冲信号，并对所述脉冲信号的脉宽进行配置；驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述激光器，所述驱动模块连接于所述激光器和所述脉宽配置单元之间，所述驱动模块接收并处理所述脉冲信号，并将所述脉冲信号驱动所述激光器以产生光信号；电流配置单元，所述电流配置单元一端连接所述驱动模块，另一端接地，所述电流配置单元用于给驱动模块提供不同大小的电流；以及脉冲信号监测单元，所述脉冲信号监测单元与激光器相连，用于监测激光器产生的电信号；所述脉冲信号监测单元根据电信号的大小产生第一控制信号和第二控制信号，其中第一控制信号与电流配置单元连接，用于调节电流配置单元中输出电流的大小，第二控制信号与脉宽配置单元连接，用于调节脉冲信号的脉宽；通过调整脉冲信号的脉宽和电流，直到所述光信号的功率符合人眼安全标准。

采用本实用新型中提供的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其可以实时有效地监测激光雷达输出的电信号的强度，进而监测激光雷达的光功率，并实时产生控制信号用于调整脉冲信号的脉宽和电流，使得激光器产生的光信号的功率符合人眼安全标准。

优选地所述驱动模块包括电平位移单元，预驱动单元和主驱动单元，其中所述电平位移单元连接所述脉宽配置单元，用于将所述脉冲信号升压到高电平；所述预驱动单元连接电平位移单元和主驱动单元，所述预驱动单元用于驱动主驱动单元；所述主驱动单元连接所述预驱动单元和所述电流配置单元以及所述激光器，所述主驱动单元用于驱动所述激光器。

优选地，所述脉冲信号检测单元更包含：第一基准产生单元，用于产生第一基准电压；滤波单元，所述滤波单元连接所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器产生的电信号，所述滤波单元为一平均值滤波器，并输出直流电平信号；第一比较单元，所述第一比较单元具有第一输入节点和第二输入节点，所述第一输入节点连接所述滤波单元，所述第二输入节点连接所述第一基准产生单元，所述直流电平信号从所述第一输入节点输入所述第一比较单元，所述第一基准电压从所述第二输入节点输入所述第一比较单元，所述第一比较单元比较所述第一基准电压以及所述直流电平信号，产生第一比较信号；判断逻辑单元，连接所述第一比较单元，所述判断逻辑单元接收第一比较信号，并根据所述第一比较信号产生所述第一比较信号和第二比较信号。

第一比较单元比较电信号的平均值和第一基准电压，并产生第一比较信号，判断逻辑单元根据第一比较信号产生第一控制信号和第二控制信号。因此，控制信号的产生基于电信号的平均值，其可以监测一段时间内的激光雷达功率的大小，防止因为某一瞬间的值而频繁调节脉宽和电流。

优选地，所述脉冲信号监测单元更包含：第一基准产生单元，用于产生第一基准电压；滤波单元，所述滤波单元连接所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器产生的电信号，所述滤波单元为一平均值滤波器，并输出直流电平信号；第一比较单元，所述第一比较单元具有第一输入节点和第二输入节点，所述第一输入节点连接所述滤波单元，所述第二输入节点连接所述第一基准产生单元，所述直流电平信号从所述第一输入节点输入所述第一比较单元，所述第一基准电压从所述第二输入节点输入所述第一比较单元，所述第一比较单元比较所述第一基准电压以及所述直流电平信号，产生第一比较信号；第二基准产生单元，用于产生第二基准电压；第二比较单元，所述第二比较单元具有第三输入节点和第四输入节点，所述第三输入节点连接所述激光器，所述第四输入节点连接所述第二基准产生单元，激光器产生的电信号从所述第三输入节点输入所述第二比较单元，所述第二基准电压从所述第四输入节点输入所述第二比较单元，所述第二比较单元比较第二基准电压以及所述激光器产生的电信号的瞬时值，产生第二比较信号；以及判断逻辑单元，连接所述第一比较单元以及所述第二比较单元，所述判断逻辑单元接收所述第一比较信号和第二比较信号，并根据所述第一比较信号和第二比较信号产生第一所述第一控制信号和第二控制信号。

第一比较单元比较电信号的平均值和第一基准电压，并产生第一比较信号，第二比较单元比较电信号的瞬时值和第二基准电压，并产生第二比较信号，判断逻辑单元根据第一比较信号和第二比较信号产生第一控制信号和第二控制信号。因此，判断逻辑单元根据激光器输出电信号的平均值和瞬时值，产生控制信号，进一步增加了该激光器驱动电路的可靠性。

优选地，所述第一输入节点为正输入节点，且所述第二输入节点为负输入节点。

优选地，所述第三输入节点为正输入节点，且所述第四输入节点为负输入节点。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为依照本实用新型的一实施例提供一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路原理图；

符号说明

1-激光器驱动电路

102-脉宽配置单元

104-驱动模块

1040-电平位移单元

1042-预驱动单元

1044-主驱动单元

106-电流配置单元

108-脉冲信号监测单元

CA-第一比较单元

CB-第二比较单元

DL-判断逻辑单元

DD1-激光器

FT-滤波单元

I-电流

n1-第一输入节点

n2-第二输入节点

n3-第三输入节点

n4-第四输入节点

PI-脉冲端

PL-光功率

RG1-第一基准产生单元

RG2-第二基准产生单元

S1-第一比较信号

S2-第二比较信号

Sc1-第一控制信号

Sc2-第二控制信号

SL-光信号

Se-电信号

Si-输入信号

Sp-脉冲信号

pw-脉宽

V1-第一基准电压

V2-第二基准电压

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语

的描述意指结合所述的实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参考图1，依照本实用新型的一实施例提供一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路原理图。于图1中，一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路 1，包含：一激光器DD1、一脉冲端PI、一脉宽配置单元102、一驱动模块104、一电流配置单元106以及一脉冲信号监测单元108。激光器DD1 用于产生一光信号SL。一输入信号Si由脉冲端PI输入。

脉宽配置单元102连接脉冲端PI，脉宽配置单元102接收输入信号 Si，并配置出一脉冲信号Sp，脉冲信号Sp具有一脉宽pw。脉宽配置单元 102用于产生不同宽度的脉冲信号。

驱动模块104连接于激光器DD1以及脉宽配置单元102之间。驱动模块104接收脉冲信号Sp并处理后，传送脉冲信号Sp给激光器DD1，驱动激光器DD1产生光信号SL。

电流配置单元106一端与驱动模块104连接，另一端接地。电流配置单元106用于切换不同大小的一电流I，用于给驱动模块104提供不同大小的电流。

脉冲信号监测单元108激光器DD1，脉冲信号监测单元108用于监测激光器DD1两端的电信号Se。脉冲信号监测单元108监测激光器DD1 两端电信号Se的平均值和瞬时值，并根据平均值和瞬时值的结果输出第一控制信号Sc1和第二控制信号Sc2。第一控制信号Sc1用于控制电流配置单元，用于调节电流配置单元的输出电流I；第二控制信号Sc2输入至脉宽配置电路，用于调整脉冲信号Sp的脉宽pw，直到光信号SL之光功率PL 符合人眼的安全标准。

如图1所示，驱动模块104包含：电平位移单元1040、预驱动单元 1042以及主驱动单元1044。电平位移单元1040连接脉宽配置单元102。电平位移单元1040用于将脉冲信号Sp升压到高电平，成为高电平脉冲信号。电平位移单元1040将脉冲信号Sp升压到高电平用于给预驱动单元 1042提供驱动电压；电平位移单元1040在对脉冲信号Sp转换高低电平时，并不会改变脉冲的宽度。

预驱动单元1042连接电平位移单元1040和主驱动单元1044。预驱动单元1042用于驱动主驱动单元1044。主驱动单元1044连接预驱动单元1042和电流配置单元106以及激光器DD1。电流配置单元106提供主驱动单元1044所述电流I，主驱动单元1044驱动激光器DD1。

脉冲信号监测单元108包含：第一基准产生单元RG1、第二基准产生单元RG2、滤波单元FT、第一比较单元CA、第二比较单元CB以及判断逻辑单元DL，如图1所示。

第一基准产生单元RG1连接主驱动单元1044以及激光器DD1。第一基准产生单元RG1用于产生第一基准电压V1。第二基准产生单元RG2，用于产生一第二基准电压V2。滤波单元FT连接主驱动单元1044以及激光器DD1。滤波单元FT接收激光器DD1输出的电信号Se，并输出一直流电平信号Sdc，滤波单元FT为一平均值滤波器，用于输出激光器DD1 输出的电信号Se的平均值，即一直流电平信号Sdc。

第一比较单元CA，具有第一输入节点n1以及一第二输入节点n2。第一输入节点n1连接滤波单元FT。第二输入节点n2连接第一基准产生单元RG1。需说明的是，本实施例中，第一输入节点n1为正输入节点，且第二输入节点n2为负输入节点。

直流电平信号Sdc从第一输入节点n1输入第一比较单元CA。第一基准电压V1从第二输入节点n2输入第一比较单元CA，第一比较单元CA 比较第一基准电压V1以及直流电平信号Sdc，并产生一第一比较信号S1。当直流电平信号Sdc大于第一基准电压V1时，第一比较信号S1为高电平，此时表示激光脉冲的平均值在人眼可接受范围之内；当直流电平信号Sdc小于第一基准电压V1时，第一比较信号S1为低电平，此时表示激光脉冲的平均值已经超过了人眼可接受的范围。

第二比较单元CB具有一第三输入节点n3以及一第四输入节点n4。需说明的是，第三输入节点n3为正输入节点，且第四输入节点n4为负输入。节点第三输入节点n3连接主驱动单元1044以及激光器DD1。第四输入节点n4连接第二基准产生单元RG2。激光器DD1输出的电信号Se 从所述第三输入节点n3输入第二比较单元CB，第二基准电压V2从第四输入节点n4输入第二比较单元CB。第二比较单元CB比较所述电信号Se 以及第二基准电压V2，并产生一第二比较信号S2。第二比较单元CB用于对电信号Se的瞬时值进行监测，当电信号Se大于第二基准电压V2时，第二比较信号S2为高电平，此时表示激光脉冲的瞬时值在人眼可接受范围之内；当电信号Se小于第二基准电压V2时，第二比较信号S2为低电平，此时表示激光脉冲的瞬时值已经超过了人眼可接受的范围。

判断逻辑单元DL连接第一比较单元CA以及第二比较单元CB。判断逻辑单元DL接收第一比较信号S1以及第二比较信号S2。其中，判断逻辑单元DL根据第一比较信号S1以及第二比较信号S2，通过第一控制信号Sc1以及第二控制信号Sc2，其中，第一控制信号Sc1连接电流配置单元106，用于调节电流配置单元的输出电流I；第二控制信号Sc2连接脉宽配置电路102，用于调整脉冲信号Sp的脉宽pw，直到激光器DD1所发射出光信号SL之光功率PL符合人眼安全标准。

本实用新型提供的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，直接对激光器输出的电压脉冲进行监测，并同时监测输出电压脉冲的瞬时电压和平均电压，增强判断逻辑单元DL输出的可靠性。而传统的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，主要通过监测驱动的电流来监测输出激光的光功率，而对于直接飞行时间激光雷达来说，电流并不是恒定的电流，而是电流脉冲，监测驱动电流并不能够直接有效地监测光功率。因此，相对于传统的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，本实用新型提供的具有人眼保护功能的激光器驱动电路将更加准确、可靠和有效。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，包括：

激光器，用于产生光信号；

脉冲端，所述脉冲端用于产生脉冲信号；

脉宽配置单元，用于产生不同宽度的脉冲信号，所述脉宽配置单元与脉冲端相连，所述脉宽配置单元用于接收所述脉冲信号，并对所述脉冲信号的脉宽进行配置；

驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述激光器，所述驱动模块连接于所述激光器和所述脉宽配置单元之间，所述驱动模块接收并处理所述脉冲信号，并将所述脉冲信号驱动所述激光器以产生光信号；

电流配置单元，所述电流配置单元一端连接所述驱动模块，另一端接地，所述电流配置单元用于给驱动模块提供不同大小的电流；以及

脉冲信号监测单元，所述脉冲信号监测单元与激光器相连，用于监测激光器产生的电信号；所述脉冲信号监测单元根据电信号的大小产生第一控制信号和第二控制信号，其中第一控制信号与电流配置单元连接，用于调节电流配置单元中输出电流的大小，第二控制信号与脉宽配置单元连接，用于调节脉冲信号的脉宽；通过调整脉冲信号的脉宽和电流，直到所述光信号的功率符合人眼安全标准。

2.根据权利要求1中所述的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，

所述驱动模块包括电平位移单元，预驱动单元和主驱动单元，其中

所述电平位移单元连接所述脉宽配置单元，用于将所述脉冲信号升压到高电平；

所述预驱动单元连接电平位移单元和主驱动单元，所述预驱动单元用于驱动主驱动单元；

所述主驱动单元连接所述预驱动单元和所述电流配置单元以及所述激光器，

所述主驱动单元用于驱动所述激光器。

3.根据权利要求1中所述的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，

所述脉冲信号检测单元更包含：

第一基准产生单元，用于产生第一基准电压；

滤波单元，所述滤波单元连接所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器产生的电信号，所述滤波单元为一平均值滤波器，并输出直流电平信号；

第一比较单元，所述第一比较单元具有第一输入节点和第二输入节点，所述第一输入节点连接所述滤波单元，所述第二输入节点连接所述第一基准产生单元，所述直流电平信号从所述第一输入节点输入所述第一比较单元，所述第一基准电压从所述第二输入节点输入所述第一比较单元，所述第一比较单元比较所述第一基准电压以及所述直流电平信号，产生第一比较信号；

判断逻辑单元，连接所述第一比较单元，所述判断逻辑单元接收第一比较信号，并根据所述第一比较信号产生所述第一控制信号和第二控制信号。

4.根据权利要求1中所述的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，

所述脉冲信号监测单元更包含：

第一基准产生单元，用于产生第一基准电压；

滤波单元，所述滤波单元连接所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器，所述滤波单元接收所述激光器产生的电信号，所述滤波单元为一平均值滤波器，并输出直流电平信号；

第一比较单元，所述第一比较单元具有第一输入节点和第二输入节点，所述第一输入节点连接所述滤波单元，所述第二输入节点连接所述第一基准产生单元，所述直流电平信号从所述第一输入节点输入所述第一比较单元，所述第一基准电压从所述第二输入节点输入所述第一比较单元，所述第一比较单元比较所述第一基准电压以及所述直流电平信号，产生第一比较信号；

第二基准产生单元，用于产生第二基准电压；

第二比较单元，所述第二比较单元具有第三输入节点和第四输入节点，所述第三输入节点连接所述激光器，所述第四输入节点连接所述第二基准产生单元，激光器产生的电信号从所述第三输入节点输入所述第二比较单元，所述第二基准电压从所述第四输入节点输入所述第二比较单元，所述第二比较单元比较第二基准电压以及所述激光器产生的电信号的瞬时值，产生第二比较信号；以及

判断逻辑单元，连接所述第一比较单元以及所述第二比较单元，所述判断逻辑单元接收所述第一比较信号和第二比较信号，并根据所述第一比较信号和第二比较信号产生第一所述第一控制信号和第二控制信号。

5.根据权利要求3或权利要求4中所述的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，其中所述第一输入节点为正输入节点，且所述第二输入节点为负输入节点。

6.根据权利要求4中所述的具有人眼保护功能的激光器驱动电路，其特征在于，其中所述第三输入节点为正输入节点，且所述第四输入节点为负输入节点。

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