DE102018108910B3 - Light source for short LED light pulses and method for generating light pulses - Google Patents

Light source for short LED light pulses and method for generating light pulses Download PDF

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Abstract

Es wird eine lichtpulsfähige Lichtquelle, insbesondere für die Verwendung in Fahrzeugen, vorgeschlagen, die einer Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel aufweist und gleichzeitig als Beleuchtungsmittel oder Scheinwerfer geeignet ist. Die Leuchtdioden von Fahrzeugscheinwerfern weisen eine hohe Kapazität und damit Trägheit auf. Es wird vorgeschlagen, dass zur Überwindung dieser Trägheit die Lichtquelle einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird, und dass die Lichtquelle einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für die Erzeugung von Lichtpulsen (LP) in einer Funktion als Teilvorrichtung einer optischen Messvorrichtung eingesetzt wird. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle (LQ) eine Push-Pull-Stufe (P) zur Ansteuerung und Versorgung eines ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) aufweist. Der zweite Anschluss der Leuchtdiode (LED1) wird aus einer Mittenpotenzialleitung (GND) versorgt. Das Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND), im Folgenden Mittenpotenzial genannt, liegt zwischen einem ersten Potenzial und einem zweiten Potenzial, dass die Push-Pull-Stufe (P) an den ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) anlegen kann. Liegt das erste Potenzial am ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) an, so soll die Leuchtdiode leuchten. Der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem zweiten Potenzial ist dabei größer als der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem ersten Potenzial, um Ladungsträger schnell aus der Leuchtdiode (LED1) auszuräumen.The invention relates to a light-pulse-capable light source, in particular for use in vehicles, which has a light-emitting diode (LED1) as lighting means and at the same time is suitable as lighting means or headlights. The LEDs of vehicle headlights have a high capacity and thus inertia. In order to overcome this inertia, it is proposed that the light source has a first operating mode in which the light-emitting diode (LED1) is used as lighting means for illumination purposes, and in that the light source has a second operating mode in which the light-emitting diode (LED1) serves as lighting means for the light source Generation of light pulses (LP) is used in a function as a sub-device of an optical measuring device. For this purpose, it is proposed that the light source (LQ) has a push-pull stage (P) for driving and supplying a first terminal of the light-emitting diode (LED1). The second connection of the LED (LED1) is supplied from a center potential line (GND). The potential of the center potential line (GND), referred to below as the center potential, lies between a first potential and a second potential that the push-pull stage (P) can apply to the first terminal of the light-emitting diode (LED1). If the first potential is present at the first connection of the LED (LED1), the LED should light up. The amount of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the second potential is greater than the amount of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the first potential to quickly clear charge carriers out of the LED (LED1).

Description

Oberbegriffpreamble

Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung beziehen sich auf die Erzeugung kurzer Lichtimpulse durch geeignete Ansteuerung mindestens einer Leuchtdiode, im Folgenden auch mit LED bezeichnet.The proposed method and the proposed device relate to the generation of short light pulses by suitable control of at least one light emitting diode, hereinafter also referred to as LED.

Allgemeine EinleitungGeneral introduction

LIDAR wird in Zukunft eine wichtige Rolle spielen bei ADAS und autonomen Fahren. Strenge Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfordern hier zuverlässige und empfindliche Systeme, damit in Extremsituationen die richtigen Entscheidungen getroffen werden können. Hierfür notwendige kurze Lichtpulse sind in vielen Anwendungen von Bedeutung. Falls nötig, wird oft auf teurere Laserdioden zurückgegriffen, um Pulse kürzer als ca. 10ns zu ermöglichen. Eine Hauptanwendung für gepulste Lichtquellen ist die Lichtlaufzeitmessung zur Distanzbestimmung (Bsp. Flash LIDAR). Da die Information der Messung in den Flanken der Pulse steckt, ist eine Verkürzung der Pulslänge gleichbedeutend mit einer Verbesserung der Effizienz, was unmittelbar in eine Verbesserung der Performance umgesetzt werden kann. Insbesondere bei LIDAR Systemen mit hoher Reichweite ist die Systemperformance limitiert durch die zulässige Emissionsleistung. Eine effiziente Lichtquelle ist demnach mindestens genau so entscheidend für die Systemperformance wie ein empfindlicher Sensor. Im Allgemeinen werden LIDAR-Systeme mit durch Spiegeln ablenkbaren LaserStrahlen verwendet.LIDAR will play an important role in ADAS and autonomous driving in the future. Strict functional safety requirements require reliable and sensitive systems to help make the right decisions in extreme situations. For this necessary short light pulses are important in many applications. If necessary, more expensive laser diodes are often used to allow pulses shorter than about 10ns. A main application for pulsed light sources is the time of flight measurement for distance determination (eg Flash LIDAR). Since the information of the measurement is in the flanks of the pulses, a shortening of the pulse length is equivalent to an improvement in the efficiency, which can be directly translated into an improvement in performance. Especially with LIDAR systems with a long range, the system performance is limited by the permissible emission performance. An efficient light source is therefore just as crucial for system performance as a sensitive sensor. In general, LIDAR systems are used with mirror deflectable laser beams.

Hier entsteht jedoch das Problem der hohen Energiedichte. Diese kann Augen schädigen.Here, however, arises the problem of high energy density. This can damage eyes.

Flash LIDAR Systeme werden heute mit dedizierten Infrarot-Pulsquellen realisiert und sind in ihrer Reichweite und Empfindlichkeit durch eine gesetzliche limitierte Sendeleistung zur Einhaltung der Augensicherheit begrenzt.Today, Flash LIDAR systems are realized with dedicated infrared pulse sources and are limited in their range and sensitivity by a legal limited transmission power to maintain eye safety.

Kurze Lichtimpulse gepulster Lichtquellen haben somit eine herausragende Bedeutung für die Lichtlaufzeitmessung zur Distanzbestimmung. Die Effizienz solcher Lichtlaufzeitmessungen wird hierbei bei bestimmten Verfahren durch die Pulslänge bestimmt. Eine Verkürzung der Pulslänge erhöht die Effizienz, da dann bei gleichbleibender mittlerer Lichtleistung eine höhere Reichweite erzielt werden kann.Short light pulses of pulsed light sources are therefore of outstanding importance for measuring the time of flight for distance determination. The efficiency of such light transit time measurements is determined in certain methods by the pulse length. A shortening of the pulse length increases the efficiency, since then with a constant average light output a higher range can be achieved.

Stand der TechnikState of the art

LIDAR Systeme im automobilen Bereich werden heute generell mit dedizierten Beleuchtungsquellen gebaut. Hierdurch ist man aus Akzeptanzgründen auf den nicht sichtbaren Wellenbereich beschränkt und muss mit geringen Ausmaßen bezüglich des in den Kfz zur Verfügung stehenden Bauraums auskommen. Beide Limitierungen wirken sich unter Berücksichtigung der Augensicherheit mindernd auf die maximale Sendeleistung und damit auf die Performance des Systems aus. Hier ist dringend eine Reichweitenvergrößerung erforderlich. Wie im Folgenden weiter ausgeführt ist, ist eine Schlüsselfrage die Erzeugung kurzer Lichtimpulse mit Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden.Automotive LIDAR systems are now generally built with dedicated lighting sources. In this way, for reasons of acceptance, one is limited to the invisible wave range and has to make do with small dimensions with regard to the space available in the motor vehicle. Both limitations have a minimizing effect on the maximum transmit power and thus on the performance of the system, taking eye protection into account. Here, an increase in reach is urgently required. As will be further elaborated below, a key issue is the generation of short light pulses with light-emitting diodes (LEDs) or laser diodes.

LED-Pulse werden nach dem Stand der Technik durch schaltbare Strom- oder Spannungsquellen erzeugt. Hierbei entstehen typischerweise Anstiegs- und Abfallzeiten in der Größenordnung von 10ns. Diese sind bedingt durch das Umladen der Sperrschichtkapazität in Verbindung mit parasitären Komponenten der Diode und deren Anschlüssen.LED pulses are generated in the prior art by switchable current or voltage sources. This typically gives rise and fall times of the order of 10ns. These are due to the transfer of the junction capacitance in conjunction with parasitic components of the diode and their terminals.

Aus der EP 0 470 780 A2 ist eine Vorrichtung zur Verbesserung der Pulsform einer LED bekannt. Eine H-Brücke aus vier Bipolar-Transistoren (1 der EP 0 470 780 A2 und deren Bezugszeichen 12, 14, 24, 26) wird genutzt, um eine LED (Bezugszeichen 18 der EP 0 470 780 A2 ) zu treiben. Die in der EP 0 470 780 A2 offenbarte H-Brücke weist den Nachteil auf, dass sie in Sperrrichtung zwei Widerstände (Bezugszeichen 20 und 22 der EP 0 470 780 A2 ) aufweisen muss, um infolge der Nutzung auftretende Querströme in den beiden H-Brücken zu begrenzen. (Siehe Spalte 2 Zeilen 49 bis 51 der EP 0 470 780 A2 ). Dies limitiert das Ausschaltverhalten der in der EP 0 470 780 A2 vorgeschlagenen Treiberschaltung wesentlich gegenüber dem hier vorgeschlagenen Verfahren und der hier vorgeschlagenen Vorrichtung. Des Weiteren umfasst der in der EP 0 470 780 A2 vorgeschlagene Schaltkreis eine Stromquelle (Bezugszeichen 16 der EP 0 470 780 A2 ), die die Integration zumindest eines weiteren Stromquellentransistors in den Schaltkreis erfordert. Die H-Brücke der EP 0 470 780 A2 ist somit nicht spannungsversorgt, sondern stromversorgt aus der besagten Stromquelle (Bezugszeichen 16 der EP 0 470 780 A2 ). Diese zusätzliche Stromquelle verursacht einen zusätzlichen Chipflächenbedarf bei Integration in einen integrierten mikroelektronischen Schaltkreis. Entsprechend der technischen Lehre der EP 0 470 780 A2 wird die LED im ausgeschalteten Zustand betrieben, indem der erste High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke (Bezugszeichen 24 der EP 0 470 780 A2 ) ausgeschaltet ist und der zweite High-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke (Bezugszeichen 26 der EP 0 470 780 A2 ) ausgeschaltet ist und der erste Low-Side-Transistor der ersten Halbbrücke (Bezugszeichen 12 der EP 0 470 780 A2 ) eigeschaltet ist und der zweite Low-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke (Bezugszeichen 14 der EP 0 470 780 A2 ) ausgeschaltet ist. Im ausgeschalteten Zustand ist entsprechend der technischen Lehre der der EP 0 470 780 A2 die Leuchtdiode (Bezugszeichen 18 der EP 0 470 780 A2 ) also nur mit ihrer Anode über den ersten Low-Side-Transistor der ersten Halbbrücke (Bezugszeichen 12 der EP 0 470 780 A2 ) mit der Stromquelle (Bezugszeichen 16 der EP 0 470 780 A2 ) verbunden. Hier sei auf die Timing-Diagramme in 1 der EP 0 470 780 A2 hingewiesen. Die LED (Bezugszeichen 18 der EP 0 470 780 A2 ) ist also im ausgeschalteten Zustand nicht mit einer Energiequelle verbunden, da die Kathode der LED in diesem Zustand gemäß der technischen Lehre der EP 0 470 780 A2 nicht beschaltet ist. Die technische Lehre der EP 0 470 780 A2 sieht nun vor, das Einschaltverhalten der LED (Bezugszeichen 18 der EP 0 470 780 A2 ) zu optimieren. Kurz nach dem Einschalten des ersten High-Side-Transistors (Bezugszeichen 24 der EP 0 470 780 A2 ) und der zweiten Low-Side-transistors (Bezugszeichen 14 der EP 0 470 780 A2 ) wird mit einer Verzögerung τ der zweite High-Side-Transistor (Bezugszeichen 26 der EP 0 470 780 A2 ) und übernimmt einen Teil des Stroms der Stromquelle (Bezugszeichen 16 der EP 0 470 780 A2 ). Das Ausschalten erfolgt ausschließlich über den ersten Low-Side-Transistor (Bezugszeichen 12 der EP 0 470 780 A2 ). Besonders nachteilig ist dabei, dass der Ausräumstrom durch die Stromquelle (Bezugszeichen 16 der EP 0 470 780 A2 ) begrenzt ist und damit die Ladung QLED=CLED*ULED in der LED (Bezugszeichen 18 der EP 0 470 780 A2 ) nur in der damit festgelegten Zeit tLEDaus= QLED/IQuelle=CLED*ULED/IQuelle ausgeschaltet werden kann. Der Entladevorgang wird dabei durch die Widerstände (Bezugszeichen 20 und 22 der EP 0 470 780 A2 ) behindert und daher vergrößert. Eine Vorrichtung gemäß der technischen Lehre der EP 0 470 780 A2 ist somit geeignet einen besonders steilen Anstieg der Lichtleistung hervorzurufen. Die Schaltung ist aber nicht geeignet, um einen kurzen Lichtpuls einer LED zu erzeugen. Die technische Lehre der EP 0 470 780 A2 löst somit das Problem der Erzeugung ultrakurzer Lichtpulse mittels einer LED nicht.From the EP 0 470 780 A2 For example, a device for improving the pulse shape of an LED is known. An H-bridge of four bipolar transistors ( 1 the EP 0 470 780 A2 and their reference numerals 12, 14, 24, 26) is used to connect an LED (reference numeral 18 of FIG EP 0 470 780 A2 ) to drive. The in the EP 0 470 780 A2 disclosed H-bridge has the disadvantage that in the reverse direction, two resistors (reference numerals 20 and 22 of the EP 0 470 780 A2 ) must be in order to limit occurring as a result of use cross currents in the two H-bridges. (See column 2, lines 49 to 51 of the EP 0 470 780 A2 ). This limits the switch-off behavior in the EP 0 470 780 A2 proposed driver circuit substantially over the method proposed here and the device proposed here. Furthermore, the includes in the EP 0 470 780 A2 proposed circuit, a power source (reference 16 of the EP 0 470 780 A2 ), which requires the integration of at least one further current source transistor in the circuit. The H bridge of the EP 0 470 780 A2 is thus not powered, but supplied with power from said power source (reference 16 of the EP 0 470 780 A2 ). This additional power source causes an additional chip area requirement when integrated into an integrated microelectronic circuit. According to the technical teaching of EP 0 470 780 A2 the LED is operated in the off state by the first high-side transistor of the first half-bridge (reference numeral 24 of the EP 0 470 780 A2 ) is turned off and the second high-side transistor of the second half-bridge (reference 26 of the EP 0 470 780 A2 ) is turned off and the first low-side transistor of the first half-bridge (reference 12 of the EP 0 470 780 A2 ) is turned on and the second low-side transistor of the second half-bridge (reference 14 of the EP 0 470 780 A2 ) is switched off. In the off state is according to the technical teaching of the EP 0 470 780 A2 the light emitting diode (reference numeral 18 of the EP 0 470 780 A2 ) So only with its anode via the first low-side transistor of the first half-bridge (reference numeral 12 of EP 0 470 780 A2 ) with the power source (reference 16 of the EP 0 470 780 A2 ) connected. Here is the timing diagrams in 1 the EP 0 470 780 A2 pointed. The LED (reference number 18 of the EP 0 470 780 A2 ) is therefore not connected to an energy source in the off state, since the cathode of the LED in this state according to the technical teaching of EP 0 470 780 A2 is not connected. The technical teaching of EP 0 470 780 A2 now provides, the turn-on of the LED (reference 18 of the EP 0 470 780 A2 ) to optimize. Shortly after switching on the first high-side transistor (reference numeral 24 of the EP 0 470 780 A2 ) and the second low-side transistor (reference 14 of the EP 0 470 780 A2 ) is with a delay τ, the second high-side transistor (reference 26 of the EP 0 470 780 A2 ) and takes over a part of the current of the power source (reference 16 of the EP 0 470 780 A2 ). Switching off takes place exclusively via the first low-side transistor (reference 12 of the EP 0 470 780 A2 ). It is particularly disadvantageous that the scavenging flow through the power source (reference 16 of the EP 0 470 780 A2 ) and thus the charge Q LED = C LED * U LED in the LED (reference 18 of the EP 0 470 780 A2 ) only in the time set with t LED off = Q LED / I source = C LED * U LED / I source can be switched off. The discharge process is characterized by the resistors (reference numerals 20 and 22 of the EP 0 470 780 A2 ) and therefore enlarged. A device according to the technical teaching of EP 0 470 780 A2 is thus suitable to cause a particularly steep increase in light output. However, the circuit is not suitable for generating a short light pulse of an LED. The technical teaching of EP 0 470 780 A2 thus does not solve the problem of generating ultrashort light pulses by means of an LED.

Aus der US 9 603 210 B1 ist ein LED-Treiber, der eine komplementäre Ausgangsstufe für die Erzeugung von Kurzzeit-Lichtpulsen umfasst, bekannt.From the US Pat. No. 9,603,210 B1 is an LED driver, which includes a complementary output stage for the generation of short-time light pulses known.

Aus WESEN, Bjorn [et al.]: „Fastest way of doing on/off-modulation of a LED?. 22nd June 2011, edited 23rd June 2014. 4. S. URL: https://elecgtronics.stackexchange.com/questions/15818/fastest-way-ofdoing-on-off-modulation-of-a-led [abgerufen am 23.01.2018] ist die Nutzung zweiter Halbbrücken zur Ansteuerung einer LED bekannt. Aus „TPS28226 High-Frequency 4-A Sink Synchronous MOSFET Drivers“, einer Applikationsschrift der Fa. Texas Instruments und „2A Synchronous Buck Power MOSFET Driver“ einer Applikationsschrift der Fa. Microchip zum Microchip-Produkt MCP14628 sind Halbbrückentreiber ohne LED-Nutzung bekannt. Hieraus lässt sich eine Halbbrückenansteuerung ohne die Stromquelle der EP 0 470 780 A2 in der Zusammenschau konstruieren.From WESEN, Bjorn [et al.]: "Fastest way to do on / off modulation of a LED". 22 nd June 2011, 23rd June 2014. 4. pp edited URL: https://elecgtronics.stackexchange.com/questions/15818/fastest-way-ofdoing-on-off-modulation-of-a-led [accessed on 23.01.2018] is the use of second half bridges for driving an LED known. From "TPS28226 High-Frequency 4-Sink Synchronous MOSFET Drivers", an application note from the company Texas Instruments and "2A Synchronous Buck Power MOSFET Driver" an application note from the Microchip Microchip product MCP14628 half-bridge drivers without LED use known. From this can be a half-bridge control without the power source of EP 0 470 780 A2 construct in synopsis.

Aus der EP 2 761 978 B1 ist eine solche H-Brückenschaltung zur Ansteuerung von LED-Leuchtmitteln unterschiedlicher Farbe und Polung bekannt. Allerdings dient die Umpolung hier der Auswahl verschiedener Farben. Die LEDs unterschiedlicher Farbe sind in der technischen Lehre der EP 2 761 978 B1 unterschiedliche gepolt, so dass die Spannungsumpolung zu einer Änderung der abgestrahlten Farbe der Gesamteinrichtung führt. Die Vorrichtung der EP 2 761 978 B1 ist somit nicht zur Abstrahlung kurzer Lichtpulse geeignet und vorgesehen.From the EP 2 761 978 B1 is such a H-bridge circuit for driving LED bulbs of different colors and polarity known. However, the polarity reversal here is the choice of different colors. The LEDs of different colors are in the technical teaching of EP 2 761 978 B1 different poled, so that the voltage reversal leads to a change in the radiated color of the entire device. The device of EP 2 761 978 B1 is therefore not suitable and intended for the emission of short light pulses.

Aus der EP 0 762 651 A2 ist das Einschalten einer LED mit einem zunächst höheren Strom gefolgt von einem niedrigeren Betriebsstrom zur Erzielung steiler Einschaltflanken bekannt.From the EP 0 762 651 A2 For example, turning on an LED with an initially higher current followed by a lower operating current to achieve steep turn-on edges is known.

Aus der DE 10 2016 116 718 A1 ist eine Dimm-Schaltung für LED-Beleuchtungen bekannt.From the DE 10 2016 116 718 A1 is a dimming circuit for LED lighting known.

Die US 9 681 514 B1 beschreibt einen Dimmer für eine Lichtquelle. Die Lichtquelle umfasst dabei eine Push-Pull-Stufe, wobei der Ausgang durch eine positive und eine negative Versorgungsspannungsleitung mit elektrischer Energie versorgt wird.The US 9 681 514 B1 describes a dimmer for a light source. The light source comprises a push-pull stage, wherein the output is supplied by a positive and a negative supply voltage line with electrical energy.

Die Kombination einer Lichtpulsquelle mit einer TOF-Kamera ist beispielsweise aus der DE 10 2014 105 482 A1 bekannt.The combination of a light pulse source with a TOF camera is for example from DE 10 2014 105 482 A1 known.

In der Zusammenschau lösen die obigen Schriften lediglich das Problem einer kurzen Anstiegszeit, nicht aber eines kurzen Lichtpulses. Schon gar nicht lösen sie das Problem der großen auszuräumenden Speicherladung, das beim Ausschalten der flächenmäßig und damit kapazitätsmäßig in der Regel großen Leuchtmittel-LEDs entsteht. Die obigen Schriften, sofern sie sich mit Pulsformung befassen, richten sich auf das Steuern von für die Signalübertragung vorgesehenen und darauf optimierten LEDs und Laserdioden. Das Kapazitätsproblem von Leuchtmittel-LEDs, das die Nutzung als Messmittel behindert, lösen alle aufgefundenen Schriften auch in der Zusammenschau nicht.In summary, the above documents solve only the problem of a short rise time, but not a short light pulse. Not at all they solve the problem of large storage space to be cleared, which arises when you turn off the area and thus capacity moderately large LED bulbs. The above references, when dealing with pulse shaping, are directed to controlling LEDs and laser diodes optimized for signal transmission and optimized therefor. The capacity problem of light-emitting diode LEDs, which hinders the use as a means of measurement, solve all found fonts even in the synopsis.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Um LIDAR Systeme besser und zuverlässiger zu machen, muss die Empfindlichkeit des Systems erhöht werden, um zum Beispiel die Reichweite zu erhöhen oder die Sichtbarkeit von dunklen Objekten zu ermöglichen. Dies kann entweder durch einen empfindlicheren Sensor oder durch eine erhöhte Sendeleistung geschehen. Sensoren werden heute schon nah an physikalischen Limits betrieben, während die Sendeleistung gesetzlichen Beschränkungen unterliegt. Eine maßgebliche Verbesserung kann also nur durch eine Verbesserung der Lichtquelle unter Berücksichtigung der geltenden gesetzlichen Beschränkungen erreicht werden.In order to make LIDAR systems better and more reliable, the sensitivity of the system must be increased, for example, to increase the range or to allow the visibility of dark objects. This can be done either by a more sensitive sensor or by an increased transmission power. Sensors are already being operated close to physical limits, while transmission power is subject to legal restrictions. A significant improvement can therefore only be achieved by improving the light source, taking into account the applicable legal restrictions.

Wie im Folgenden erläutert wird, ist hierbei eine wesentliche Teilaufgabe, nicht nur steile, sondern auch kurze Lichtimpulse ohne langsame Anstiegs- und Abfallzeiten der Pulsweite, welche durch parasitäre Effekte bedingt werden, zu erzeugen.As explained below, this is an essential subtask, not only steep, but also short light pulses without slow rise and fall times of the pulse width, which are caused by parasitic effects to produce.

Durch die vorgeschlagene technische Lösung soll die Anstieg- und Abfallzeiten eines LED Lichtpulses massiv verkürzt werden, um extrem kurze Pulse zu erzeugen (<1ns). Somit können kostengünstige LEDs in Applikationen wie Flash LIDAR effizient und leistungsstark eingesetzt werden. In diversen Anwendungen könnten so folglich teurere Laserdioden durch LEDs ersetzt werden.By the proposed technical solution, the rise and fall times of a LED light pulse should be massively shortened to produce extremely short pulses (<1ns). Thus, low-cost LEDs can be used efficiently and powerfully in applications such as Flash LIDAR. Consequently, more expensive laser diodes could be replaced by LEDs in various applications.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 3.

Lösung der erfindungsgemäßen AufgabeSolution of the problem of the invention

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Lichtquelle, insbesondere für die Verwendung in Fahrzeugen, vorgeschlagen.To solve the problem, a light source, in particular for use in vehicles, proposed.

Es wird hier eine lichtpulsfähige Lichtquelle, insbesondere für die Verwendung in Fahrzeugen, vorgeschlagen, die einer Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel aufweist und gleichzeitig als Beleuchtungsmittel oder Scheinwerfer geeignet ist. Die Leuchtdioden von Fahrzeugscheinwerfern weisen eine hohe Kapazität und damit Trägheit auf. Es wird vorgeschlagen, dass zur Überwindung dieser Trägheit die Lichtquelle einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird, und dass die Lichtquelle einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für die Erzeugung von Lichtpulsen (LP) in einer Funktion als Teilvorrichtung einer optischen Messvorrichtung eingesetzt wird. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle eine Push-Pull-Stufe (P) zur Ansteuerung und Versorgung eine ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) aufweist. Der zweite Anschluss der Leuchtdiode (LED1) wird aus einer Mittenpotenzialleitung (GND) versorgt. Das Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND), im Folgenden Mittenpotenzial genannt, liegt zwischen einem ersten Potenzial und einem zweiten Potenzial, dass die Push-Pull-Stufe (P) an den ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) anlegen kann. Liegt das erste Potenzial am ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) an, so soll die Leuchtdiode leuchten. Der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem zweiten Potenzial ist dabei größer als der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem ersten Potenzial, um Ladungsträger schnell aus der Leuchtdiode (LED1) auszuräumen.In this case, a light-pulse-capable light source, in particular for use in vehicles, is proposed, which has a light-emitting diode (LED1) as lighting means and is at the same time suitable as lighting means or headlights. The LEDs of vehicle headlights have a high capacity and thus inertia. In order to overcome this inertia, it is proposed that the light source has a first operating mode in which the light-emitting diode (LED1) is used as lighting means for illumination purposes, and in that the light source has a second operating mode in which the light-emitting diode (LED1) serves as lighting means for the light source Generation of light pulses (LP) is used in a function as a sub-device of an optical measuring device. For this purpose, it is proposed that the light source has a push-pull stage (P) for controlling and supplying a first terminal of the light-emitting diode (LED1). The second connection of the LED (LED1) is supplied from a center potential line (GND). The potential of the center potential line (GND), referred to below as the center potential, lies between a first potential and a second potential that the push-pull stage (P) can apply to the first terminal of the light-emitting diode (LED1). If the first potential is present at the first connection of the LED (LED1), the LED should light up. The amount of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the second potential is greater than the amount of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the first potential to quickly clear charge carriers out of the LED (LED1).

Dies steht ausdrücklich im Gegensatz zur allgemein üblichen technischen Lehre In der Die in Spalte 3 Zeile 42 bis Zeile 47 wird beispielsweise davon ausgegangen, dass eine Gegenspannung an der Leuchtdiode aus Lebensdauergründen zu vermeiden ist. Gerade dieser Zustand einer Gegenspannung wird in der vorliegenden Offenbarung aber genutzt, um die Ladungsträger auszuräumen. Seit der Offenbarung der EP 0 470 780 A2 ist nun jedoch einige Zeit vergangen. Moderne Fertigungsmethoden mit guten Cpk-Werten können sicherstellen, dass solche Sperrspannungen Leuchtdioden nicht mehr so schädigen, dass die Lebensdauerziele verletzt werden. Es wurde daher erfindungsgemäß erkannt, dass im Gegensatz zum publizierten Stand der Technik bei einem sorgfältigen Qualitätsmanagement sehr wohl eine Polung der Leuchtdioden in Sperrrichtung technisch möglich ist und dass die Sperrspannung mehr als das doppelte oder mehr als das dreifache oder mehr als das fünffache oder mehr als das zehnfache oder mehr als das zwanzigfache oder mehr als das fünfzigfache der Flussspannung der Leuchtdiode (LED1) betragen kann. Beispielsweise wurden Ausräumspannungen von 20V, 40V und 60V erprobt, während die Flussspannungen bei 1,2V für eine Serienschaltung aus wenigen Leuchtdioden als Leuchtdiode (LED1) lag. Wichtig hierbei ist die Abstimmung der Zeit, die diese Spannung an die Leuchtdiode angelegt wird. Um Lawineneffekte zu vermeiden, sollte die Spannung nach dem Ausräumen der Ladungsträger wieder „normalisiert“ werden. Beispielsweise ist es sinnvoll, die Leuchtdiode über einen (in den Zeichnungen nicht eingezeichneten) dritten Schalter oder Transistor nach dem Ausräumen der Ladungsträger kurzzuschließen. Hierfür muss natürlich die treibende Push-Pull-Stufe (P) zuvor abgeschaltet werden.This is expressly contrary to the generally accepted technical teaching in the Die in column 3 Line 42 to line 47 assumes, for example, that a reverse voltage at the LED is to be avoided for life reasons. However, it is precisely this state of a reverse voltage that is used in the present disclosure in order to eliminate the charge carriers. However, some time has passed since the disclosure of EP 0 470 780 A2. Modern manufacturing methods with good C pk values can ensure that such blocking voltages no longer damage light-emitting diodes in such a way that the life-time goals are violated. It was therefore recognized according to the invention that, in contrast to the published prior art with a careful quality management, a polarity of the LEDs in the reverse direction is technically possible and that the reverse voltage more than twice or more than three times or more than five times or more than which can be ten times or more than twenty times or more than fifty times the forward voltage of the light-emitting diode (LED1). For example, stripping voltages of 20V, 40V and 60V were tested, while the forward voltage at 1.2V for a series connection of a few LEDs as a light emitting diode (LED1) was. Important here is the vote of the time that this voltage is applied to the light emitting diode. In order to avoid avalanche effects, the voltage should be "normalized" again after the carriers have been cleared out. For example, it makes sense to short-circuit the light-emitting diode via a third switch or transistor (not shown in the drawings) after the charge carriers have been cleared out. Of course, the driving push-pull stage (P) must be switched off beforehand.

Die Lichtquelle weist zumindest eine Leuchtdiode (LED1) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss als Leuchtmittel auf. Bei einer solchen Leuchtdiode kann es sich im Sinne dieser Erfindung auch um die Verschaltung mehrerer Leuchtdioden und weiterer elektronischer Bauteile, wie beispielsweise Widerstände, handeln. Die vorgeschlagene Lichtquelle weist dabei einen ersten Betriebsmodus auf, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird, und einen zweiten Betriebsmodus auf, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für die Erzeugung von Lichtpulsen (LP) in einer Funktion als Teilvorrichtung einer optischen Messvorrichtung eingesetzt wird. Die Lichtquelle weit eine Push-Pull-Stufe (P) zur Ansteuerung und Versorgung des besagten ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) mit elektrischer Energie auf. Die Push-Pull-Stufe (P) besitzt hierzu einen Ausgang (OUT) aufweist, der mit dem ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) zum Zwecke dieser Energieversorgung verbunden ist. Die Push-Pull-Stufe (P) kann im Betrieb einen ersten Zustand einnehmen kann, in dem der erste Anschluss der Leuchtdiode (LED1) mit positiver elektrischer Energie aus einer ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1), das auf einem ersten Potenzial gegenüber einem Mittenpotenzial einer Mittenpotenzialleitung (GND) liegt, über den Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P) versorgt wird. Die Push-Pull-Stufe (P) kann einen zweiten Zustand einnehmen kann, in dem der erste Anschluss der Leuchtdiode (LED1) mit negativer elektrischer Energie aus einer zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1), die auf einem zweiten Potenzial gegenüber dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) liegt, über den Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P) versorgt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann die Push-Pull-Stufe (P) einen dritten Zustand einnehmen, in dem der erste Anschluss der Leuchtdiode (LED1) nicht mit positiver oder negativer elektrischer Energie über den Ausgang (OUT) versorgt wird. Dieser Zustand wird im Allgemeinen als Tri-State-Zustand bezeichnet. Der zweite Anschluss der Leuchtdiode (LED1) wird mit elektrischer Energie aus einer Mittenpotenzialleitung (GND) versorgt. Dieses Mittenpotenzial wird typischerweise durch eine Systemmasse gebildet. Das Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND), im Folgenden Mittenpotenzial genannt, liegt bevorzugt zwischen dem ersten Potenzial der ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) und dem zweiten Potenzial der zweiten Versorgungspannungsleitung (-VCC1). Im Gegensatz zum Stand der Technik wird der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-Vdd) größer gewählt als der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der ersten Versorgungsspannungsleitung (Vdd). Es wurde nämlich erfindungsgemäß erkannt, dass bei Fertigung der Leuchtdioden mit hohen cPK-Werten die im Stand der Technik zu findende Meinung, dass Leuchtdioden nicht mit einer Gegenspannung beaufschlagt werden sollten z.B. EPXXXXXX, für solche Leuchtdioden aus hochqualitativen Fertigungslinien nicht unbedingt zutreffend ist. Durch eine erhöhte Gegenspannung in Sperrrichtung wird die in der Leuchtdiode (LED1) gespeicherte Ladung nicht durch strahlende Rekombination abgebaut, sondern vorwiegend durch Absaugung durch das angelegte Gegenfeld. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass Leuchtdiode (LED1) dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung abzugeben, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt wird. Um hier Eindeutigkeit zu schaffen ist dieser Fall im Sinne dieser Schrift so definiert, dass dann die LED so mit der Push-Pull-Stufe (P) und dem Mittenpotenzial verbunden ist, dass elektromagnetische Strahlung emittiert wird, wenn sie mit positiver elektrischer Energie versorgt wird. Der Fachmann mag einwenden, dass die LED in geringem Maße auch elektromagnetische Strahlung emittiert, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt wird. Diese exotische Betrachtung wurde hier zur Vereinfachung nun außen vor gelassen, sodass die Leuchtdiode hier insoweit als ideal betrachtet wird, dass sie nur bei Bestromung in einer Richtung Licht emittiert.The light source has at least one light-emitting diode (LED1) with a first terminal and a second terminal as the light source. In the context of this invention, such a light-emitting diode may also be the connection of a plurality of light-emitting diodes and further electronic components, such as resistors. The proposed light source in this case has a first operating mode, in which the light-emitting diode (LED1) is used as a lighting means for lighting purposes, and a second operating mode, in which the light-emitting diode (LED1) as a light source for generating light pulses (LP) in a function is used as a sub-device of an optical measuring device. The light source far a push-pull stage (P) to control and supply the said first terminal of the light emitting diode (LED1) with electrical energy. For this purpose, the push-pull stage (P) has an output (OUT) which is connected to the first terminal of the light-emitting diode (LED1) for the purpose of this power supply. In operation, the push-pull stage (P) may assume a first state, in which the first terminal of the light-emitting diode (LED1) with positive electrical energy from a first supply voltage line (VCC1), which at a first potential to a center potential of a center potential line (GND) is supplied via the output (OUT) of the push-pull stage (P). The push-pull stage (P) may assume a second state, in which the first terminal of the light-emitting diode (LED1) with negative electrical energy from a second supply voltage line (-VCC1), which at a second potential to the center potential of the center potential line ( GND) is supplied via the output (OUT) of the push-pull stage (P). In contrast to the prior art, the push-pull stage (P) can assume a third state in which the first terminal of the light-emitting diode (LED1) is not supplied with positive or negative electrical energy via the output (OUT). This condition is commonly referred to as a tri-state condition. The second terminal of the LED (LED1) is supplied with electrical energy from a center potential line (GND). This center potential is typically formed by a system ground. The potential of the center potential line (GND), referred to below as the center potential, is preferably between the first potential of the first supply voltage line (VCC1) and the second potential of the second supply voltage line (-VCC1). In contrast to the prior art, the amount of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the potential of the second supply voltage line (-Vdd) is set larger than the amount of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the potential of the first supply voltage line (Vdd). It has in fact been recognized according to the invention that in manufacturing the light-emitting diodes with high c PK values, the opinion to be found in the prior art that light-emitting diodes should not be subjected to reverse voltage, for example EPXXXXXX, is not necessarily true for such light-emitting diodes made of high-quality production lines. Due to an increased reverse voltage in the reverse direction, the charge stored in the light-emitting diode (LED1) is not degraded by radiative recombination, but primarily by suction through the applied opposing field. For the sake of completeness it should be mentioned that the light-emitting diode (LED1) is intended to emit electromagnetic radiation when it is supplied with electrical energy. In order to make this unambiguous, this case is defined in the sense of this document, that then the LED is connected to the push-pull stage (P) and the central potential that electromagnetic radiation is emitted when it is supplied with positive electrical energy , One skilled in the art may argue that the LED also emits a small amount of electromagnetic radiation when reverse biased. This exotic consideration has now been left out here for the sake of simplicity, so that the light-emitting diode is considered here to be ideal in that it emits light only when energized in one direction.

Vorteil der ErfindungAdvantage of the invention

Durch das erfindungsgemäße Anlegen einer betragsmäßig gegen über dem Betrag der vorgesehenen Flussspannung der Leuchtdiode erhöhten Sperrspannung wird die optische Ausschaltzeit der Leuchtdiode signifikant verkürzt und somit die Pulsdauer signifikant vermindert. Entgegen der im Stand der Technik zu findenden Auffassung, dass dies die Lebensdauer der Leuchtdiode verkürzt, wurde festgestellt, dass bei ausreichend kontrollierten Fertigungsbedingungen die Lebensdauerziele erreicht werden können. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.As a result of the inventive application of a blocking voltage which is higher in magnitude than the magnitude of the intended forward voltage of the light-emitting diode, the optical switch-off time of the light-emitting diode is significantly shortened, and the pulse duration is thus significantly reduced. Contrary to what has been found in the prior art that this shortens the life of the light emitting diode, it has been found that, given sufficiently controlled manufacturing conditions, life time objectives can be achieved. The advantages are not limited to this.

Zu den FigurenTo the figures

Figur 1FIG. 1

1 zeigt die vorgeschlagene Push-Pull-Stufe (P). Sie ist hier schematisch und vereinfacht dargestellt, um das Prinzip besser beschreiben zu können. Sie weist einen ersten Schalter in Form eines ersten Transistors (T1) auf, bei dem es sich auch um eine komplexere Verschaltung mehrerer elektronischer Bauelemente gleicher Funktion handeln kann. Der erste Transistor (T1) ist mit seinem ersten Anschluss (1) mit der ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) verbunden. Der erste Transistor (T1) ist mit seinem zweiten Anschluss (1) mit dem ersten Anschluss (3) des zweiten Transistors (T2) verbunden. Der zweite Transistor (T2) ist mit seinem zweiten Anschluss (4) mit der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) verbunden. 1 shows the proposed push-pull stage ( P ). It is shown here schematically and simplified in order to better describe the principle. It has a first switch in the form of a first transistor ( T1 ), which may also be a more complex interconnection of several electronic components of the same function. The first transistor ( T1 ) with its first connection ( 1 ) with the first supply voltage line ( VCC1 ) connected. The first transistor ( T1 ) with its second connection ( 1 ) with the first connection ( 3 ) of the second transistor ( T2 ) connected. The second transistor ( T2 ) with its second connection ( 4 ) with the second supply voltage line (- VCC1 ) connected.

Der erste Transistor (T1) weist eine Steuerelektrode (G1) auf, die einen ersten und einen zweiten Zustand annehmen kann. Ist die die Steuerelektrode (G1) des ersten Transistors (T1) im ersten Zustand, so ist der erste Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) mit dem zweiten Anschluss (2) des ersten Transistors (T1) niederohmiger verbunden als wenn die Steuerelektrode (G1) des ersten Transistors (T1) im zweiten Zustand ist. Ist die Steuerelektrode (G1) des ersten Transistors (T1) im ersten Zustand, so befindet sich der erste Transistor (T1) in einem Zustand, der im Folgenden als „An“ bezeichnet wird. Ist der Zustand der Steuerelektrode (G1) des ersten Transistors (T1) im zweiten Zustand, so befindet sich der erste Transistor (T1) in einem Zustand, der im Folgenden als „Aus“ bezeichnet wird.The first transistor ( T1 ) has a control electrode ( G1 ), which can assume a first and a second state. Is that the control electrode ( G1 ) of the first transistor ( T1 ) in the first state, the first port ( 1 ) of the first transistor ( T1 ) with the second connection ( 2 ) of the first transistor ( T1 ) connected in a lower impedance than when the control electrode ( G1 ) of the first transistor ( T1 ) in the second state. Is the control electrode ( G1 ) of the first transistor ( T1 ) in the first state, so is the first transistor ( T1 ) in a state which will be referred to as "on" in the following. Is the state of the control electrode ( G1 ) of the first transistor ( T1 ) in the second state, the first transistor ( T1 ) in a state which will be referred to as "off" in the following.

Der zweite Transistor (T2) weist eine Steuerelektrode (G2) auf, die einen ersten und einen zweiten Zustand annehmen kann. Ist die die Steuerelektrode (G2) des zweiten Transistors (T2) im ersten Zustand, so ist der erste Anschluss (3) des zweiten Transistors (T2) mit dem zweiten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) niederohmiger verbunden als wenn die Steuerelektrode (G2) des zweiten Transistors (T2) im zweiten Zustand ist. Ist die Steuerelektrode (G2) des zweiten Transistors (T2) im ersten Zustand, so befindet sich der zweite Transistor (T2) in einem Zustand, der im Folgenden als „An“ bezeichnet wird. Ist der Zustand der Steuerelektrode (G2) des zweiten Transistors (T2) im zweiten Zustand, so befindet sich der zweite Transistor (T2) in einem Zustand, der im Folgenden als „Aus“ bezeichnet wird.The second transistor ( T2 ) has a control electrode ( G2 ), which can assume a first and a second state. Is that the control electrode ( G2 ) of the second transistor ( T2 ) in the first state, the first port ( 3 ) of the second transistor ( T2 ) with the second connection ( 4 ) of the second transistor ( T2 ) connected in a lower impedance than when the control electrode ( G2 ) of the second transistor ( T2 ) in the second state. Is the control electrode ( G2 ) of the second transistor ( T2 ) in the first state, so is the second transistor ( T2 ) in a state which will be referred to as "on" in the following. Is the state of the control electrode ( G2 ) of the second transistor ( T2 ) in the second state, so is the second transistor ( T2 ) in a state which will be referred to as "off" in the following.

In dem Beispiel der 1 wird die Leuchtdiode (LED1) mit positiver elektrischer Energie aus der ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) versorgt, wenn der erste Transistor (T1) im Zustand „An“ ist und der zweite Transistor (T2) im Zustand „Aus“ ist. In dem Fall leuchtet die Leuchtdiode (LED1) im Sinne dieser Offenlegung.In the example of 1 is the light emitting diode ( LED1 ) with positive electrical energy from the first supply voltage line ( VCC1 ) when the first transistor ( T1 ) is in the "on" state and the second transistor ( T2 ) is in the "off" state. In this case, the light-emitting diode (LED1) lights up in the sense of this disclosure.

In dem Beispiel der 1 wird die Leuchtdiode (LED1) mit negativer elektrischer Energie aus der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) versorgt, wenn der erste Transistor (T1) im Zustand „Aus“ ist und der zweite Transistor (T2) im Zustand „An“ ist. In dem Fall leuchtet die Leuchtdiode (LED1) im Sinne dieser Offenlegung nur solange, bis die Ladungsträger durch das Potenzial der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) abgesaugt sind.In the example of 1 is the light emitting diode ( LED1 ) with negative electrical energy from the second supply voltage line (- VCC1 ) when the first transistor ( T1 ) is in the "off" state and the second transistor ( T2 ) is in the "on" state. In this case, the light emitting diode ( LED1 ) in the sense of this disclosure, only until the charge carriers by the potential of the second supply voltage line (- VCC1 ) are sucked off.

Um das Problem der großen Diodenkapazität der Leuchtdiode (LED1) zu lösen, die zu einer großen Trägheit des Leuchtsignals der Leuchtdiode (LED1) führt, wird nun vorgeschlagen, dass der Betrag der Potenzeildifferenz zwischen dem Potenzial der ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) und dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) kleiner ist als der Betrag der Potenzeildifferenz zwischen dem Potenzial der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) und dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND). Diese Bedingung widerspricht den im Stand der Technik aufzufindenden Aussagen, dass eine hohe Sperrspannung Lebensdauervermindernd sei und daher zu vermeiden sei.To solve the problem of the large diode capacity of the light emitting diode ( LED1 ), which leads to a large inertia of the light signal of the light-emitting diode ( LED1 ), it is now proposed that the magnitude of the potential difference between the potential of the first supply voltage line ( VCC1 ) and the center potential of the mid-potential line ( GND ) is smaller than the amount of the potential difference between the potential of the second supply voltage line (- VCC1 ) and the center potential of the mid-potential line ( GND ). This condition contradicts the statements to be found in the prior art that a high reverse voltage is life-reducing and should therefore be avoided.

Eine Steuerung (ST) erzeugt die entsprechenden Steuersignale für die beiden Steuerelektroden (G1, G2) der beiden Transistoren (T1, T2). A controller ( ST ) generates the corresponding control signals for the two control electrodes ( G1 . G2 ) of the two transistors ( T1 . T2 ).

Figur 2FIG. 2

2 entspricht der 1 mit dem Unterschied, dass die Spannungsversorgung der ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) und der zweiten Versorgungsspannungsleitung nicht direkt aus einer Spannungsquelle erfolgen. Vielmehr wird hier vorgeschlagen, durch Ladungspumpen, die Potenzialdifferenz zwischen der ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) und der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) zu erhöhen. Dabei wird hier auch die Spannungsdifferenz zwischen dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der ersten Versorgungsspannung (VCC1) durch eine erste Ladungspumpe (LPPB) erhöht. Außerdem wird hier auch die Spannungsdifferenz zwischen dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der zweiten Versorgungsspannung (-VCC1) durch eine zweite Ladungspumpe (LPMA) erhöht. Die eigentliche Versorgungsspannung ist mit VCC bzw. -VCC bezeichnet. Die Spannungsdifferenz zwischen VCC und -VCC ist also bevorzugt betragsmäßig kleiner als die betragsmäßige Spannungsdifferenz zwischen VCC1 und -VCC1. 2 equals to 1 with the difference that the voltage supply of the first supply voltage line ( VCC1 ) and the second supply voltage line does not take place directly from a voltage source. Rather, it is proposed here, by charge pumps, the potential difference between the first supply voltage line ( VCC1 ) and the second supply voltage line (- VCC1 ) increase. Here, the voltage difference between the middle potential of the center potential line ( GND ) and the potential of the first supply voltage ( VCC1 ) by a first charge pump ( LppB ) elevated. In addition, the voltage difference between the center potential of the center potential line ( GND ) and the potential of the second supply voltage (- VCC1 ) by a second charge pump ( LPMA ) elevated. The actual supply voltage is with VCC or. - VCC designated. The voltage difference between VCC and - VCC is therefore preferably smaller in magnitude than the magnitude difference in voltage between VCC1 and - VCC1 ,

Natürlich können Ladungspumpen auch Weggelassen werden. Dies ist zur Vereinfachung in keiner Figur dargestellt. Eine Möglichkeit ist, dass nur die erste Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Einschalten verwendet wird. Eine andere Möglichkeit ist, dass nur die zweite Ladungspumpe (LPMA) zum schnellen Ausschalten verwendet wirdOf course, charge pumps can also be left out. This is not shown in any figure for simplicity. One possibility is that only the first charge pump ( LppB ) is used for fast switching on. Another possibility is that only the second charge pump ( LPMA ) is used for quick turn off

Da Ladungspumpen typischerweise nur eine geringe Ladungsspeicherkapazität aufweisen, sind sie für eine dauerhafte Beleuchtung typischerweise nicht geeignet. Es wird für diesen Fall eines gemischten Betriebs zu Mess- und Beleuchtungszwecken vorgeschlagen im Beleuchtungsbetrieb beide Transistoren (T1, T2) in den „Aus“-Zustand zu bringen und beispielsweise mittels eines Multiplexers (MUX) oder weiteren Schalters (T3) eine niederohmige Spannungsquelle mit einer dritten Versorgungsspannungsleitung (VCC3) mit dem Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P) zu verbinden.Since charge pumps typically have only a small charge storage capacity, they are typically not suitable for permanent illumination. It is proposed in this case of a mixed operation for measurement and lighting purposes in the lighting mode, both transistors ( T1 . T2 ) in the "off" state and, for example, by means of a multiplexer (MUX) or further switch ( T3 ) a low-impedance voltage source with a third supply voltage line ( VCC3 ) with the output ( OUT ) of the push-pull stage ( P ) connect to.

Bevorzugt ist dabei der Betrag der Spannungsdifferenz zwischen dem Potenzial der dritten Versorgungsspannungsleitung (VCC3) und dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) kleiner als die betragsmäßige Spannungsdifferenz zwischen dem Potenzial der zweiten Versorgungsspannungsleitung (VCC2) und dem Mittenpotenzial der Mittenpotenzialleitung (GND).The amount of the voltage difference between the potential of the third supply voltage line ( VCC3 ) and the center potential of the mid-potential line ( GND ) smaller than the magnitude difference voltage between the potential of the second supply voltage line ( VCC2 ) and the center potential of the mid-potential line ( GND ).

Es wird für diesen Fall eines gemischten Betriebs zu Mess- und Beleuchtungszwecken vorgeschlagen im Messbetrieb zum Zwecke der Erzeugung von Lichtpulsen mittels des Multiplexers (MUX) oder des weiteren Schalters (T3) die niederohmige Spannungsquelle mit einer drittenIt is proposed in this case of a mixed operation for measurement and lighting purposes in measuring mode for the purpose of generating light pulses by means of the multiplexer (MUX) or the further switch (T3), the low-voltage power source with a third

Versorgungsspannungsleitung (VCC3) von dem Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P) zu trennen und statt dessen den ersten Transistor (T1), wie oben beschrieben, zum Einschalten und Aufrechterhalten der Lichtpulsabgabe durch die Leuchtdiode im „An“-Zustand des ersten Transistors (T1) zu verwenden und den zweiten Transistor (T2), wie oben beschrieben, zum Ausschalten der Leuchtdiode (LED1) und zum Ausräumen der Ladungsträger aus der Leuchtdiode (LED1) zu verwenden.Supply voltage line ( VCC3 ) from the exit ( OUT ) of the push-pull stage ( P ) and instead the first transistor ( T1 ), as described above, for switching on and maintaining the light pulse output by the light emitting diode in the "on" state of the first transistor ( T1 ) and the second transistor ( T2 ), as described above, to turn off the light emitting diode ( LED1 ) and for clearing the charge carriers from the light emitting diode ( LED1 ) to use.

Figur 3FIG. 3

3 zeigt die Simulation eines Vergleichs zwischen 3 Treiberschaltungen (Aufzählung von längstem zu kürzesten Puls): Stromtreiber(20mA) (Bezugszeichen c), Spannungstreiber (3.3V) (Bezugszeichen b), vorgeschlagene Push-Pull-Stufe (P) (40V) (Bezugszeichen a). Wie deutlich zu erkennen ist, ist das vorgeschlagene Verfahren wesentlich besser zur Erzeugung kurzer Pulse geeignet, als die anderen Verfahren aus dem Stand der Technik. 3 shows the simulation of a comparison between 3 drive circuits (listing from longest to shortest pulse): current driver (20mA) (reference c), voltage driver (3.3V) (reference b), proposed push-pull stage (P) (40V) (reference numeral a). As can be clearly seen, the proposed method is much better suited for producing short pulses than the other prior art methods.

Claims (3)

Lichtquelle • mit zumindest einer Leuchtdiode (LED1) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss als Leuchtmittel, • wobei die Lichtquelle einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird und • wobei der Lichtquelle einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für die Erzeugung von Lichtpulsen (LP) in einer Funktion als Teilvorrichtung einer optischen Messvorrichtung eingesetzt wird. • mit einer Push-Pull-Stufe (P) zur Ansteuerung und Versorgung des ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) mit elektrischer Energie und • wobei die Push-Pull-Stufe (P) einen Ausgang (OUT) aufweist, der mit dem ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) zum Zwecke dieser Energieversorgung verbunden ist und • wobei die Push-Pull-Stufe (P) einen ersten Zustand einnehmen kann, in dem der erste Anschluss der Leuchtdiode (LED1) mit positiver elektrischer Energie aus einer ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) auf einem ersten Potenzial gegenüber einem Mittenpotenzial einer Mittenpotenzialleitung (GND) über den Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P) versorgt wird und • wobei die Push-Pull-Stufe (P) einen zweiten Zustand einnehmen kann, in dem der erste Anschluss der Leuchtdiode (LED1) mit negativer elektrischer Energie aus einer zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) auf einem zweiten Potenzial gegenüber einem Mittenpotenzial einer Mittenpotenzialleitung (GND) über den Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P) versorgt wird und • wobei der zweite Anschluss der Leuchtdiode (LED1) mit elektrischer Energie aus einer Mittenpotenzialleitung (GND) versorgt wird, • wobei das Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND), im Folgenden Mittenpotenzial genannt, zwischen dem ersten Potenzial und dem zweiten Potenzial liegt und • wobei der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-Vdd) größer ist als der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der ersten Versorgungsspannungsleitung (Vdd) und • wobei die Leuchtdiode (LED1) dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung abzugeben, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt wird und • wobei die Leuchtdiode (LED1) so mit der Push-Pull-Stufe (P) und dem Mittenpotenzial (GND) verbunden ist, dass dies der Fall ist, wenn sie mit positiver elektrischer Energie versorgt wird.light source Having at least one light-emitting diode (LED1) with a first connection and a second connection as light source, • wherein the light source has a first operating mode, in which the light-emitting diode (LED1) is used as lighting for illumination purposes, and Wherein the light source has a second operating mode, in which the light-emitting diode (LED1) is used as a light source for generating light pulses (LP) in a function as a sub-device of an optical measuring device. • with a push-pull stage (P) for controlling and supplying the first terminal of the light-emitting diode (LED1) with electrical energy and Wherein the push-pull stage (P) has an output (OUT) which is connected to the first terminal of the light-emitting diode (LED1) for the purpose of this power supply, and Wherein the push-pull stage (P) can assume a first state in which the first terminal of the light-emitting diode (LED1) with positive electrical energy from a first supply voltage line (VCC1) at a first potential to a center potential of a center potential line (GND) is supplied via the output (OUT) of the push-pull stage (P) and Wherein the push-pull stage (P) can assume a second state in which the first terminal of the negative-energy LED (LED1) from a second supply voltage line (-VCC1) at a second potential to a center potential of a center potential line (GND ) is supplied via the output (OUT) of the push-pull stage (P) and Wherein the second terminal of the light-emitting diode (LED1) is supplied with electrical energy from a center potential line (GND), Where the potential of the center potential line (GND), hereinafter referred to as the center potential, lies between the first potential and the second potential, and Wherein the magnitude of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the potential of the second supply voltage line (-Vdd) is greater than the magnitude of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the potential of the first supply voltage line (Vdd) and • wherein the light emitting diode (LED1) is designed to emit electromagnetic radiation when it is supplied with electrical energy and • where the light-emitting diode (LED1) is connected to the push-pull stage (P) and the center potential (GND), so that this is the case when it is supplied with positive electrical energy. Lichtquelle nach Anspruch 1 • wobei die Push-Pull-Stufe (P) einen dritten Zustand einnehmen kann, in dem der erste Anschluss der Leuchtdiode (LED1) nicht mit positiver oder negativer elektrischer Energie über den Ausgang (OUT) versorgt wird.Light source after Claim 1 • wherein the push-pull stage (P) can assume a third state in which the first terminal of the light-emitting diode (LED1) is not supplied with positive or negative electrical energy via the output (OUT). Verfahren zur Erzeugung von Lichtpulsen mit einer Lichtquelle • die eine Leuchtdiode (LED1) mit einem ersten und einen zweiten Anschluss als Leuchtmittel aufweist, • wobei die Lichtquelle einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird und • wobei der Lichtquelle einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in dem die Leuchtdiode (LED1) als Leuchtmittel für die Erzeugung von Lichtpulsen (LP) in einer Funktion als Teilvorrichtung einer optischen Messvorrichtung eingesetzt wird, • wobei die Lichtquelle eine Push-Pull-Stufe (P) zur Ansteuerung und Versorgung des ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) mit elektrischer Energie aufweist und • wobei die Push-Pull-Stufe (P) einen Ausgang (OUT) aufweist, der mit dem ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED1) zum Zwecke dieser Energieversorgung verbunden ist und • wobei das Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND), im Folgenden Mittenpotenzial genannt, zwischen dem ersten Potenzial und dem zweiten Potenzial liegt und • wobei die Leuchtdiode (LED1) dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung abzugeben, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt wird und • wobei die Leuchtdiode so mit der Push-Pull-Stufe (P) und dem Mittenpotenzial verbunden ist, dass dies der Fall ist, wenn sie mit positiver elektrischer Energie versorgt wird, umfassend die Schritte • Einnehmen eines ersten Zustands durch die Push-Pull-Stufe (P) und versorgen des ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) mit positiver elektrischer Energie aus einer ersten Versorgungsspannungsleitung (VCC1) auf einem ersten Potenzial gegenüber einem Mittenpotenzial einer Mittenpotenzialleitung (GND) über den Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P); • Einnehmen eines zweiten Zustands durch die durch die Push-Pull-Stufe (P) und versorgen des ersten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) mit negativer elektrischer Energie aus einer zweiten Versorgungsspannungsleitung (-VCC1) auf einem zweiten Potenzial gegenüber einem Mittenpotenzial einer Mittenpotenzialleitung (GND) über den Ausgang (OUT) der Push-Pull-Stufe (P); • Versorgen des zweiten Anschlusses der Leuchtdiode (LED1) mit elektrischer Energie aus einer Mittenpotenzialleitung (GND); gekennzeichnet dadurch • dass der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der zweiten Versorgungsspannungsleitung (-Vdd) größer ist als der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Mittenpotenzialleitung (GND) und dem Potenzial der ersten Versorgungsspannungsleitung (Vdd).Method for generating light pulses with a light source • which has a light-emitting diode (LED1) with a first and a second connection as the light source, • the light source has a first operating mode in which the light-emitting diode (LED1) is used as lighting means for illumination purposes, and wherein the light source has a second operating mode, in which the light-emitting diode (LED1) is used as a light source for producing light pulses (LP) in a function as a sub-device of an optical measuring device, wherein the light source is a push-pull stage (P) Control and supply of the first terminal of the light emitting diode (LED1) with electrical energy, and wherein the push-pull stage (P) has an output (OUT) which is connected to the first terminal of the light emitting diode (LED1) for the purpose of this power supply and where the potential of the center potential line (GND), referred to below as the center potential, between the first potential and the second potential and • wherein the light-emitting diode (LED1) is designed to emit electromagnetic radiation when it is supplied with electrical energy and • the light-emitting diode with the push-pull stage (P) and the It is associated with the central potential that this is the case when it is supplied with positive electrical energy, comprising the steps of • taking a first state through the push-pull stage (P) and supplying the first terminal of the light-emitting diode (LED1) with positive electrical Energy from a first supply voltage line (VCC1) at a first potential to a center potential of a center potential line (GND) via the output (OUT) of the push-pull stage (P); • taking a second state through the push-pull stage (P) and supplying the first terminal of the light emitting diode (LED1) with negative electrical energy from a second supply voltage line (-VCC1) at a second potential to a center potential of a center potential line (GND ) across the output (OUT) of the push-pull stage (P); Supplying the second terminal of the light emitting diode (LED1) with electrical energy from a center potential line (GND); characterized in that the magnitude of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the potential of the second supply voltage line (-Vdd) is greater than the magnitude of the potential difference between the potential of the center potential line (GND) and the potential of the first supply voltage line (Vdd) ,
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