Die
Erfindung bezieht sich auf eine Laserdiodenanordnung gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 1.The
The invention relates to a laser diode arrangement according to the preamble
Claim 1.
Laserdiodenanordnung
dieser Art sind bekannt und bestehen in der Regel aus mehreren,
jeweils an einer Wärmesenke
vorgesehenen Laserbarren, die ihrerseits eine Vielzahl von Laserbauelementen
oder -dioden aufweisen, beispielsweise bis zu 200 derartige Bauelemente.
Die mit dem Laserbarren versehenen Wärmesenken sind zu einem Stapel (Stack
oder Laserdioden-Stack) miteinander verbunden, wobei ein derartiger
Stapel beispielsweise vier oder mehr als vier derartige Wärmesenken
mit Laserbarren aufweist.The laser diode
of this kind are known and usually consist of several,
each on a heat sink
provided laser bars, which in turn a variety of laser devices
or diodes, for example, up to 200 such devices.
The provided with the laser bar heat sinks are stacked (stack
or laser diode stack), wherein such a
Stack, for example, four or more than four such heat sinks
having laser bars.
Die
Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Laserbarren mit den Ebenen
ihrer aktiven Schichten parallel zueinander angeordnet sind. Durch
eine entsprechende Optik werden die Einzelstrahlen der Laserdioden
zu einem Gesamtstrahl zusammengefasst.The
Arrangement is made such that the laser bars with the planes
their active layers are arranged parallel to each other. By
a corresponding optics are the individual beams of the laser diodes
summarized to a total beam.
Die
einzelnen Laserbauelemente oder -dioden sind in jedem Laserbarren
parallel zueinander zwischen zwei äußeren Anschlüssen vorgesehen, mit
denen der Laserbarren einerseits an einer elektrisch leitenden Fläche einer
Seite der Wärmesenke beispielsweise
durch Auflöten
kontaktiert und andererseits mit einem gegenüber der Wärmesenke isolierten Kontaktelement
verbunden ist. Die Betriebsspannung von derartigen Laserbarren (nachstehend auch
allgemeiner als Laserdioden-Gruppe bezeichnet) liegt in der Größenordnung
von etwa 1,6 bis 1,8 Volt, kann aber bei Alterung des Laserbarrens
auch etwas ansteigen.The
individual laser devices or diodes are in each laser bar
provided parallel to each other between two outer terminals, with
those of the laser bars on the one hand to an electrically conductive surface of a
Side of the heat sink, for example
by soldering
contacted and on the other hand with a relation to the heat sink insulated contact element
connected is. The operating voltage of such laser bars (hereinafter also
more generally referred to as a laser diode group) is on the order of magnitude
from about 1.6 to 1.8 volts, but may age with the laser bar
also increase a bit.
Aus
Gründen
einer Vereinfachung der Strom- und Spannungsversorgung sind die
Laserbarren in der jeweiligen Laserdiodenanordnung elektrisch in
Reihe geschaltet vorgesehen, und zwar zwischen den äußeren elektrischen
Anschlüssen
dieser Anordnung.Out
establish
a simplification of the power and voltage supply are the
Laser bar in the respective laser diode assembly electrically in
Provided series connected, between the outer electrical
connections
this arrangement.
Insbesondere
bei direkten Diodenlasern mit hoher Leistung, beispielsweise mit
einer Leistung von einigen kW, sind mehrere derartige Laserdiodenanordnungen
oder Stacks vorhanden, wobei die Laserstrahlen dieser Anordnungen
dann durch eine entsprechende Optik zu einem Gesamtlaserstrahl zusammengefasst
werden.Especially
in direct diode lasers with high power, for example with
a power of a few kW, are several such laser diode arrays
or stacks present, the laser beams of these arrangements
then combined by an appropriate optics to a total laser beam
become.
Ein
Nachteil dieser Technik besteht darin, dass es durch Alterung oder
auch Überlastung
zu Ausfällen
zunächst
einzelner Laserdioden eines Laserbarrens und dann schließlich auch
zum Ausfall des gesamten Laserbarren einer Laserdiodenanordnung
kommen kann. Dies bedeutet bei der Reihenschaltung der Laserbarren
in der betreffenden Laserdiodenanordnung, dass letztere komplett
ausfällt.One
Disadvantage of this technique is that it can be damaged by aging or
also overload
to failures
first
single laser diodes of a laser bar and then finally too
to the failure of the entire laser bar of a laser diode array
can come. This means in the series connection of the laser bars
in the relevant laser diode arrangement, the latter being complete
fails.
Nachteilig
ist auch, dass beispielsweise bei einem alterungsbedingten Anstieg
der Betriebsspannung eines Laserbarrens die Versorgungsspannung für die betreffende
Diodenlaseranordnung u. U. erhöht
werden muss, um eine Änderung
der Leistung und/oder des Spektrums des Laserlichtes bei den übrigen Laserbarren
der Laserdiodenanordnung zu vermeiden. Auch eine derartige Spannungsregelung kann
aufwendig sein, insbesondere dann, wenn ein Diodenlaser mehrere
Laserdiodenanordnungen oder Staks aufweist.adversely
is also that, for example, in an aging-related increase
the operating voltage of a laser bar, the supply voltage for the relevant
Diode laser arrangement u. U. increased
must be to make a change
the power and / or the spectrum of the laser light in the other laser bars
to avoid the laser diode arrangement. Even such a voltage control can
be expensive, especially if a diode laser several
Having laser diode arrays or Staks.
Ausfälle von
Laserdioden eines Laserbarrens oder des ganzen Laserbarrens können sehr plötzlich auftreten
und sind nicht oder nur selten vorhersehbar. Sie sind u. a. bedingt
durch schwere lokale Schädigungen
im jeweiligen Laserbarren oder aber durch mechanische „Ablösung" von Verbindungen
z. B. auf der p- oder n-Seite der aktiven Schicht. Speziell auch
ein derartiger Ablösevorgang
kann sich lawinenartig verstärken
und schließlich
zu einem kompletten Ausfall des gesamten Laserbarrens führen, weil
sich der effektive Querschnitt für
den Strom mit zunehmendem „Abschälen" reduziert und dadurch
die durch den Stromfluss bedingte Verlustleistung zunehmend konzentriert
wird. Die Praxis hat gezeigt, dass beispielsweise ein lokaler Ausfall
von Emittern in einem Laserbarren innerhalb eines Zeitraumes von
10 bis 100 Stunden zu einer so schweren Schädigung des Laserbarrens führt, dass
schließlich durch
die auftretenden lokalen Überströme ein Abbrand
des Laserbarrens oder des Laserchips und damit der kompletter Ausfall
dieses Laserchips erfolgen.Failures of
Laser diodes of a laser bar or of the whole laser bar can appear very suddenly
and are not or rarely predictable. You are u. a. conditioned
due to severe local damage
in the respective laser bar or by mechanical "detachment" of connections
z. On the p or n side of the active layer. Especially too
such a detachment process
can increase like an avalanche
and finally
lead to a complete failure of the entire laser bar, because
the effective cross section for
reduces the current with increasing "peeling" and thereby
the power loss caused by the current flow increasingly concentrated
becomes. Practice has shown that, for example, a local failure
of emitters in a laser bar within a period of
10 to 100 hours to such a severe damage to the laser bar leads that
finally through
the occurring local overcurrents a burnup
the laser bar or the laser chip and thus the complete failure
this laser chip done.
Es
besteht zwar die Möglichkeit,
bei einem defekten Laserbarren die gesamte, diesen Laserbarren aufweisende
Laserdiodenanordnung (Stack) abzuschalten. Dies führt aber
dann zu einem erheblichen Leistungsverlust eines Diodenlasers. Weist nämlich dieser
Diodenlaser beispielsweise 80 Laserbauelemente oder -dioden in acht
Laserdiodenanordnungen auf, so werden bei einem Defekt eines Laserbarrens
in einer Laserdiodenanordnung insgesamt zehn Bauteile abgeschaltet,
d. h. es kommt zu einer Leistungsreduzierung von 12,5%.It
although it is possible
In the case of a defective laser bar, the entire laser bar has these
Disable laser diode array (stack). But this leads
then to a significant power loss of a diode laser. It's this one
Diode lasers, for example, 80 laser devices or diodes in eight
Laser diode arrays, so are in case of a defect of a laser bar
in a laser diode arrangement a total of ten components switched off,
d. H. There is a power reduction of 12.5%.
Bekannt
ist eine Laserdiodenanordnung ( GB 2 278 717 A ), bei der eine Vielzahl von
Laserdioden in Reihe mit einer gemeinsamen Stromquelle betrieben
werden. Parallel zu jeder Laserdiode ist eine Abschalt- oder Überbrückungseinheit
vorgesehen, die die betreffende Laserdiode bei einem Defekt kurzschließt bzw. überbrückt, so
dass die Laserdiodenanordnung weiterhin betrieben werden kann. Als Schaltkriterium
dient dabei das von der jeweiligen Laserdiode ausgesandte Licht,
d. h. bei einem Fehlen dieses Laserlichtes erfolgt das Kurzschließen der
betreffenden Laserdiode. Nachteilig ist hierbei nicht nur ein relativ
großer
Schaltungsaufwand für
die jeweilige Abschalt- und Überbrückungseinheit,
sondern insbesondere auch, dass die jeweilige Einheit mit einem Lichtdetektor
im Lichtweg der zugehörigen
Laserdiode angeordnet werden muss, wodurch insbesondere auch die
Gestaltungsfreiheit einer Laserdiodenanordnung stark eingeschränkt wird.A laser diode arrangement ( GB 2 278 717 A ), in which a plurality of laser diodes are operated in series with a common power source. Parallel to each laser diode, a shutdown or bridging unit is provided which shorts or shunts the respective laser diode in the event of a defect so that the laser diode arrangement can continue to be operated. The switching criterion used here is the light emitted by the respective laser diode, ie in the absence of this laser light, the short-circuiting of the be meeting the laser diode. The disadvantage here is not only a relatively large circuit complexity for the respective Abschalt- and bridging unit, but in particular, that the respective unit must be arranged with a light detector in the light path of the associated laser diode, which in particular the freedom of design of a laser diode array is severely limited.
Bekannt
ist weiterhin eine Serienanordnung von lichtemittierenden Dioden
( JP 59103565 A ,
Abstract) bei der die einzelnen Dioden jeweils über Lichtleiter einen Fotothyristor
steuern.A series arrangement of light-emitting diodes ( JP 59103565 A , Abstract) in which the individual diodes each control a photothyristor via optical fibers.
Jeder
lichtemittierenden Diode ist eine weitere Diode parallel geschaltet, über die
bei einem Defekt einer lichtemittierenden Diode der Stromfluss durch
die Serienschaltung aufrechterhalten wird.Everyone
light emitting diode is another diode connected in parallel via the
in the case of a defect of a light-emitting diode, the current flow through
the series connection is maintained.
Bekannt
ist weiterhin eine Laserdiodenanordnung die aus mehreren, aufeinander
folgenden Wärmesenken
sowie jeweils einem Laserbarren an jeder Wärmesenke besteht ( WO 00/59086 A1 ).Also known is a laser diode arrangement which consists of several successive heat sinks and one laser bar at each heat sink ( WO 00/59086 A1 ).
Bekannt
ist weiterhin ( US
2002/0150139 A1 in Serie angeordnete und mit einer Konstantstromquelle
betriebe Laserdioden durch Messung der an diesen Dioden anliegenden
Spannung auf ein mögliches
Fehlverhalten hin zu überwachen.It is also known ( US 2002/0150139 A1 to monitor in series and operated with a constant current source laser diodes by measuring the voltage applied to these diodes voltage on a possible malfunction out.
Aus
der DE 102 09 374
A1 ist eine Diodenlaseranordnung mit einer Mehrzahl von
elektrisch in Reihe geschalteten Diodenlasern bekannt, die jeweils
einen auf einem Kühl-
und Kontaktelement angeordneten Diodenlaserbarren enthalten, und
denen jeweils eine Bypassanordnung elektrisch parallel geschaltet
ist. Die Bypassanordnung ist im Normalbetrieb hochohmig und überbrückt den
ihr parallel geschalteten Diodenlaser im Falle eines hochohmigen Defektes
des Diodenlasers niederohmig. Hierzu ist die Bypassanordnung auf
dem Kühl-
und Kontaktelement des ihr parallel geschalteten Diodenlasers angeordnet.
Die Bypassanordnung schaltet insbesondere dann, wenn die Spannung über den
Diodenlaser einen Schwellwert überschreitet.From the DE 102 09 374 A1 is a diode laser array having a plurality of electrically connected in series diode lasers, each containing a arranged on a cooling and contact element diode laser bars, and each of which a bypass arrangement is electrically connected in parallel. The bypass arrangement is high-impedance during normal operation and bridges the diode laser connected in parallel in the event of a high-impedance defect of the diode laser. For this purpose, the bypass arrangement is arranged on the cooling and contact element of the diode laser connected in parallel thereto. The bypass arrangement switches in particular when the voltage across the diode laser exceeds a threshold value.
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Laserdiodenanordnung aufzuzeigen, die
diese Nachteile vermeidet und insbesondere auch bei alterungsbedingten
Ausfällen
einzelner Laserbarren einen Weiterbetrieb eines Diodenlasers mit
nur unmerklich reduzierter Leistung ermöglicht.task
The invention is to show a laser diode array, the
avoids these disadvantages and in particular also with age-related
precipitate
individual laser bars continue operation of a diode laser with
only imperceptibly reduced power allows.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist eine Laserdiodenanordnung entsprechend dem Patentanspruch 1
ausgebildet. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren
an verschiedenen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:to
solution
This object is a laser diode arrangement according to the patent claim 1
educated. The invention will be described below with reference to FIGS
to various embodiments
explained in more detail. It
demonstrate:
1 in
vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht sowie teilweise geschnitten
eine Laserdiodenanordnung (Laser-Stack), die aus mehreren, stapelartig übereinander
angeordneten und aneinander anschließenden Wärmesenken mit jeweils wenigstens
einem Laserbarren und einer Laserbarrenabschalt- oder überbrückungseinheit
mit einem von einem elektro-mechanischen Kontakt gebildeten Überbrückungselement; 1 in a simplified representation and in side view and partially cut a laser diode assembly (laser stack) consisting of several stacked superposed and adjoining heat sinks each having at least one laser bar and a Laserbarrenabschalt- or bridging unit with a bridging element formed by an electro-mechanical contact;
2 eine
Darstellung wie 1 bei einer abgewandelten Ausführungsform; 2 a representation like 1 in a modified embodiment;
3 eine
Darstellung wie 2, jedoch bei einer weiteren,
möglichen
Ausführungsform
mit einer Laserbarrenabschalt- oder überbrückungseinheit mit einem ungesteuerten
Halbleiterbauelement oder Schaltkreis als Überbrückungselement; 3 a representation like 2 but in another possible embodiment with a laser bar shutdown or bridging unit having an uncontrolled semiconductor device or circuit as a bridging element;
4 die
Spannungs-Strom-Kennlinie des jeweiligen Überbrückungselementes der Laserbarrenabschalt-
oder überbrückungseinheit
der 3; 4 the voltage-current characteristic of the respective bridging element of the Laserbarrenabschalt- or bridging unit of 3 ;
5 in
verschiedenen Positionen a–c
mögliche
Ausführungen
für das Überbrückungselement bei
der Ausführung
der 3; 5 in various positions a-c possible designs for the bridging element in the execution of 3 ;
6 in
einer Darstellung ähnlich 1 eine weitere,
mögliche
Ausführungsform
mit Laserbarrenabschalt- oder überbrückungseinheiten
mit jeweils einem von einer Steuerelektronik angesteuerten Schaltelement; 6 similar in a presentation 1 a further possible embodiment with Laserbarrenabschalt- or bridging units, each with a controlled by an electronic control switching element;
7 eine
Schaltung für
die Steuerelektronik und das Schaltelement der 6; 7 a circuit for the control electronics and the switching element of 6 ;
8 in
einer Darstellung ähnlich 1 eine weitere
mögliche
Ausführungsform
mit jeweils auf einem zusätzlichen
Substrat vorgesehenen Laserbarrenabschalt- oder überbrückungseinheiten; 8th similar in a presentation 1 another possible embodiment with each provided on an additional substrate Laserbarrenabschalt- or bridging units;
9 in
Seitenansicht und in demontiertem Zustand das Substrat mit der Laserbarrenabschalt- und überbrückungseinheit
zusammen mit dem zugehörigen
Träger. 9 in side view and in disassembled state, the substrate with the laser bar shutdown and bridging unit together with the associated carrier.
In
der 1 ist mit 1 allgemein eine Laserdiodenanordnung
bezeichnet, die u. a. aus mehreren, stapelartig übereinander angeordneten, von
einem Kühlmedium,
beispielsweise Wasser durchströmten und
als rechteckförmige
Platten oder Quader ausgebildete Wärmesenken 2 besteht.
An der Oberseite 2.1 und entlang einer Umfangsseite 2.2,
beispielsweise einer schmäleren
Umfangsseite ist an jeder Wärmesenke 2 beispielsweise
durch Auflöten
wenigstens ein Laserbarren 3 aus Halbleitermaterial (z. B.
Halbleiterchip) vorgesehen, der mit seiner Längserstreckung senkrecht zur
Zeichenebene der 1 liegt und an dem in Richtung
dieser Längserstreckung
aufeinander folgend und voneinander beabstandet mehrere Laserbauelemente
oder -dioden gebildet sind, beispielsweise bis zu 200 Laserbauelemente
oder Dioden. Sämtliche
Laserdioden des Laserbarrens sind elektrisch parallel zueinander
vorgesehen, und zwar zwischen zwei Kontakten oder Anschlüssen des
Laserbarrens 3, mit dem dieser einerseits mit der Oberseite
seiner Wärmesenke 2 verbunden
ist und andererseits bei der für
die 1 gewählten
Darstellung oben mit einem zungenartigen Kontaktelement 4.
Dieses ist mittels eines Isolators 5 gegenüber der
aus dem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer
bestehenden Wärmesenke 2 isoliert
und erstreckt sich ausgehend von dem Laserbarren 3 in Richtung
zu der diesem Laserbarren gegenüberliegenden
Umfangsseite 2.3 der Wärmesenke 2.In the 1 is with 1 In general, a laser diode arrangement is referred to, inter alia, of a plurality of stacked superimposed, by a cooling medium, for example, flowed through water and formed as a rectangular plates or blocks heat sinks 2 consists. At the top 2.1 and along a peripheral side 2.2 For example, a narrower peripheral side is on each heat sink 2 for example, by soldering at least one laser bar 3 of semiconductor material (eg semiconductor chip), which with its longitudinal extension perpendicular to the plane of the drawing 1 is located on the longitudinal direction in the direction of this longitudinal extension and spaced apart a plurality of laser devices or diodes ge are formed, for example, up to 200 laser devices or diodes. All laser diodes of the laser bar are provided electrically parallel to each other, between two contacts or terminals of the laser bar 3 , with this one hand, with the top of his heat sink 2 connected and on the other hand in the for the 1 selected representation above with a tongue-like contact element 4 , This is by means of an insulator 5 opposite to the existing of the electrically conductive material, such as copper heat sink 2 isolated and extends from the laser bar 3 towards the peripheral side opposite this laser bar 2.3 the heat sink 2 ,
Innerhalb
des Stapels liegt die Kontaktzunge 4, insbesondere dort,
wo sie von dem Isolator 5 unterstützt ist, mit ihrer Oberseite
gegen die Unterseite 2.4 der darüberliegenden Wärmesenke 2 an.
Die in dem Stapel oberste Kontaktzunge 4 sowie die Unterseite
der in dem Stapel untersten Wärmesenke 2 sind jeweils über äußere Kontaktelemente 6 und
zugehörige
Anschlußleitungen 6.1 mit
einer Gleichspannungs- oder
-stromquelle für
die Versorgungsspannung U1 verbunden, so daß die Laserbarren 3 in
Bezug auf diese Versorgungsspannung bzw. den entsprechenden Versorgungsstrom
in Reihe zwischen den äußeren Anschlüssen 6 vorgesehen
sind.Inside the stack is the contact tongue 4 especially where it comes from the insulator 5 is supported, with their top against the bottom 2.4 the overlying heat sink 2 at. The top contact tongue in the stack 4 and the underside of the bottom heat sink in the stack 2 are each about external contact elements 6 and associated connection lines 6.1 connected to a DC voltage or current source for the supply voltage U1, so that the laser bars 3 with respect to this supply voltage or the corresponding supply current in series between the outer terminals 6 are provided.
Bei
der in der 1 dargestellten Ausführung sind
insgesamt vier Laserbarren 3 vorgesehen. Auch hiervon abweichende
Ausführungen
mit mehr als vier, z. B. zehn Laserbarren 3 oder mit weniger
als vier Laserbarren 3 sind denkbar. Weiterhin umfaßt ein direkter
Dioden-Laser und dabei insbesondere ein Laser mit hoher Leistung,
bei dem das von den Laserdioden der Laserbarren 3 erzeugte
Laserlicht direkt verwendet wird, mehrere derartige Laserdiodenanordnungen 1 oder
Stapel, deren Laserstrahlen dann in einer geeigneten Optik zu einem
gemeinsamen Ausgangsstrahl zusammengeführt werden.When in the 1 illustrated embodiment are a total of four laser bars 3 intended. Also deviating designs with more than four, z. For example, ten laser bars 3 or with less than four laser bars 3 are conceivable. Furthermore, a direct diode laser and in particular a laser with high power, in which the laser diode of the laser bars 3 generated laser light is used directly, several such laser diode arrays 1 or stacks whose laser beams are then combined in a suitable optical system to form a common output beam.
Insbesondere
durch Alterung oder aber auch durch Überlastung können einzelnen
Laserdioden oder -bauelemente eines Laserbarrens 3 ausfallen, so
daß sich
der weiterhin über
diesen Laserbarren 3 fließende Strom auf eine reduzierte
Anzahl von Laserdioden konzentriert, die dann möglicherweise durch Überlastung
ebenfalls ausfallen, und es so zu einer lawinenartigen Zerstörung sämtlicher
Laserdioden an einem Laserbarren 3 kommt, dieser komplett ausfällt und
dadurch den Stromfluß durch
die restlichen, an sich noch intakten Laserbarren 3 unterbrochen
wird. Dies führt
bei einem Diodenlaser hoher Leistung zu einem Ausfall eines gesamten
Stapels bzw. der gesamten Laserdiodenanordnung und bei mehreren
derartigen Stapeln zu einem entsprechenden Leistungsverlust.In particular by aging or else by overload, individual laser diodes or components of a laser bar 3 fail, so that continues to over this laser bar 3 flowing current concentrated on a reduced number of laser diodes, which may then fail due to overload also, and so it to an avalanche-like destruction of all laser diodes on a laser bar 3 comes, this completely fails and thus the flow of current through the remaining, still intact laser bars 3 is interrupted. This leads to failure of an entire stack or the entire laser diode arrangement in the case of a high-power diode laser and, in the case of several such stacks, to a corresponding loss of power.
Um
dies zu vermeiden bzw. um bei einem Ausfall eines Laserbarrens 3 den
Stromfluß durch
die restlichen, nicht geschädigten
Laserbarren 3 voll aufrecht zu erhalten, ist bei der in
der 1 dargestellten Laserdiodenanordnung für jeden
Laserbarren 3 eine gesonderte allgemein mit 7 bezeichnete
Laserbarrenüberbrückungseinheit
vorgesehen, die auf der Oberseite 2.1 der Wärmesenke 2 des
Laserbarrens 3 vorgesehen und bei dieser Ausführungsform
als rein elektromechanische Einheit ausgebildet ist.To avoid this or in case of failure of a laser bar 3 the current flow through the remaining, undamaged laser bars 3 is fully maintained in the 1 illustrated laser diode arrangement for each laser bar 3 a separate general with 7 designated laser bar bridging unit provided on the top 2.1 the heat sink 2 of the laser bar 3 provided and formed in this embodiment as a purely electromechanical unit.
Die
Arbeitsweise der Überbrückungseinheit 7 beruht
darauf, daß bei
einem Ausfall eines Laserbarrens 3 die an diesem Barren
dann anliegende Spannung der Spannung U1 entspricht, also wesentlich
höher ist
als die normale Betriebsspannung von 1,6 bis 1,8 Volt eines ordnungsgemäß arbeitenden Laserbarrens 3.
Durch diesen bei einem Ausfall des Laserbarrens 3 feststellbaren
Spannungsanstieg an den Anschlüssen
des Laserbarrens 3 bzw. zwischen der Wärmesenke 2 und der
zugehörigen
Kontaktzunge 4 wird die Laserbarrenüberbrückungseinheit 7 für ein Überbrücken bzw.
Kurzschließen
des defekten Laserbarrens 3 aktiviert und ausgelöst.The operation of the bridging unit 7 based on the fact that in case of failure of a laser bar 3 the voltage applied to this bar then voltage U1 corresponds, that is much higher than the normal operating voltage of 1.6 to 1.8 volts of a properly operating laser bar 3 , By this in case of failure of the laser bar 3 detectable voltage increase at the terminals of the laser bar 3 or between the heat sink 2 and the associated contact tongue 4 becomes the laser bar bridging unit 7 for bridging or short-circuiting the defective laser bar 3 activated and triggered.
Hierfür weist
die Laserbarrenüberbrückungseinheit 7 ein
Heizelement 8 auf, welches elektrisch parallel zum zugehörigen Laserbarren 3 liegt
und hierfür über einen
Anschluß 9 direkt
mit der zugehörigen
Wärmesenke 2 und
außerdem
mit dem einen federnden Kontakt bildenden Ende 4.1 der
Kontaktzunge 4 verbunden ist, und zwar über einen Schmelzkörper in
Form eines Plättchens 10 aus
einem elektrisch leitenden, aber bei Hitzeeinwirkung schmelzenden
Material, beispielsweise aus einem Lot.For this purpose, the laser bar bridging unit 7 a heating element 8th which is electrically parallel to the associated laser bar 3 lies and for this over a connection 9 directly with the associated heat sink 2 and also with the resilient contact forming end 4.1 the contact tongue 4 is connected, via a melting body in the form of a platelet 10 from an electrically conductive, but melting on exposure to heat, for example, a solder.
Durch
die Abstützung
am Plättchen 10 ist
die Kontaktfeder 4.1 bzw. ein an dieser Kontaktfeder durch
Biegen erzeugter Kontaktbereich 4.2 von der elektrisch
leitenden Oberfläche
der zugehörigen Wärmesenke 2 beabstandet.
Das Heizelement 8 und das Material für das Plättchen 10 sind so
ausgewählt, daß die normale
Betriebsspannung eines Laserbarrens 3 nicht für eine Erwärmung oder
nennenswerte Erwärmung
des Plättchens 10 ausreicht.
Sobald aber ein Laserbarren 3 ausfällt und dadurch an dem Heizelement 8 des
zugehörigen Überbrückungselementes 7 die
höhere
Spannung U1 anliegt, erfolgt ein Erhitzen des Plättchens 10 durch das
Heizelement 8 in der Weise, daß dieses Plättchen schmilzt und die Kontaktfeder 4.1 mit
ihrem Kontaktbereich 4.2 gegen die leitende Oberfläche der
Wärmesenke 2 zur
Anlage kommt, womit der defekte Laserbarren 3 dauerhaft
durch die Kontaktfeder 4.1 überbrückt ist.Due to the support on the plate 10 is the contact spring 4.1 or a contact area generated by bending on this contact spring 4.2 from the electrically conductive surface of the associated heat sink 2 spaced. The heating element 8th and the material for the slide 10 are selected so that the normal operating voltage of a laser bar 3 not for warming or significant heating of the plate 10 sufficient. But as soon as a laser bar 3 fails and thereby on the heating element 8th the associated bridging element 7 the higher voltage U1 is applied, there is a heating of the platelet 10 through the heating element 8th in such a way that this platelet melts and the contact spring 4.1 with her contact area 4.2 against the conductive surface of the heat sink 2 comes to the plant, bringing the broken laser bar 3 permanently through the contact spring 4.1 is bridged.
Die 2 zeigt
als Abwandlung der 1 eine Laserdiodenanordnung 1a,
die sich von der Laserdiodenanordnung 1 und deren Funktion
im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß jedes Laserbarrenüberbrückungselement 7a,
welches wiederum für
jeden Laserbarren 3 gesondert vorgesehen ist, eine das
Heizelement 8 ansteuernde Steuerelektronik 11 aufweist.
Diese Steuerelektronik 11 mißt während des Betriebes der Laserdiodenanordnung 1a die
an dem zugehörigen
Laserbarren 3 anliegende Spannung. Übersteigt die gemessene Spannung
eine über
der üblichen
Betriebsspannung liegende Grenzspannung, beispielsweise eine Grenzspannung
von 2 bis 3 Volt, so wird über
die Steuerelektronik 11 das Heizelement 8 zum
Erhitzen und Aufschmelzen des jeweiligen Schmelzkörpers oder
Plättchens 10 aktiviert,
womit wiederum über
die Kontaktfeder 4.1 und den Kontakt 4.2 auf elektromechanischem
Wege der jeweilige Laserbarren 3 kurzgeschlossen bzw. überbrückt wird.
Die Laserbarrenüberbrückungseinheit 7a ermöglicht es,
auch alterungsbedingte Spannungserhöhungen an einem Laserbarren 3 zu
erfassen und als Abschaltkriterium zu nutzen, d. h. den entsprechenden
Laserbarren 3 bereits bei einer alterungsbedingten Erhöhung seiner Betriebsspannung
abzuschalten, bevor ein endgültiger
Ausfall sämtlicher
Bauelemente bzw. Laserdioden dieses Laserbarrens eintritt. Hierdurch
wird insbesondere auch vermieden, daß durch eine alterungsbedingte
Spannungserhöhung
an einem Laserbarren die verbleibende Spannung an den übrigen Laserbarren
abfällt
und diese daher nicht mehr die gewünschte Leistung und/oder nicht
mehr das gewünschte
Laserlichtspektrum liefern.The 2 shows as a modification of 1 a laser diode arrangement 1a that differ from the laser diode arrangement 1 and their function differs essentially only in that each La serbarrenüberbrückungselement 7a which in turn is for every laser bar 3 is provided separately, a heating element 8th controlling control electronics 11 having. This control electronics 11 Measures during operation of the laser diode array 1a at the associated laser bar 3 voltage applied. If the measured voltage exceeds a limiting voltage lying above the usual operating voltage, for example a limiting voltage of 2 to 3 volts, the control electronics are used 11 the heating element 8th for heating and melting the respective fusible or platelet 10 activated, which in turn via the contact spring 4.1 and the contact 4.2 electromechanically the respective laser bar 3 short-circuited or bridged. The laser bar bridging unit 7a It also allows aging-induced voltage increases on a laser bar 3 to capture and use as a shutdown criterion, ie the corresponding laser bar 3 to switch off already at an age-related increase in its operating voltage before a final failure of all components or laser diodes of this laser bar enters. In this way, in particular, it is also avoided that due to an aging-induced increase in voltage at a laser bar, the remaining voltage drops across the remaining laser bars and therefore no longer deliver the desired power and / or the desired laser light spectrum.
Ein
wesentlicher Vorteil der Laserbarrenüberbrückungseinheit 7 und 7a besteht
darin, daß nach
dem Aktivieren der jeweiligen Überbrückungseinheit
der betreffende Laserbarren 3 dauerhaft überbrückt ist,
und zwar ohne daß nach
dem Überbrücken in
der Laserbarrenüberbrückungseinheit 7 bzw. 7a eine
Verlustleistung entsteht.An essential advantage of the laser bar bridging unit 7 and 7a is that after activation of the respective bridging unit of the respective laser bar 3 permanently bridged, without that after bridging in the laser bar bridging unit 7 respectively. 7a a power loss arises.
Die 3 zeigt
als weitere mögliche
Ausführungsform
eine Laserdiodenanordnung 1b, bei der die für jeden
Laserbarren 3 gesondert vorgesehenen Laserbarrenüberbrückungseinheiten 7b von
einem nicht gesteuerten elektronischen Bauteil oder aber von einer
Kombination solcher Bauteile gebildet ist.The 3 shows as a further possible embodiment, a laser diode assembly 1b in which the for each laser bar 3 separately provided laser bar bridging units 7b is formed by a non-controlled electronic component or by a combination of such components.
Die
Funktionsweise der Laserdiodenanordnung 1b bzw. deren Überbrückungseinheiten 7b besteht
darin, daß bei
einem Ausfall eines Laserbarrens 3 bzw. bei einem Anstieg
der Spannung an einem Laserbarren 3 über eine vorgegebene Schwell-
oder Grenzspannung, beispielsweise über eine Spannung größer als
2 bis 3 Volt, der Stromfluß über die
dem betreffenden Laserbarren 3 zugeordnete Laserbarrenüberbrückungseinheit 7b erfolgt.
Hierfür
weist diese Laserbarrenüberbrückungseinheit
bzw. dessen Überbrückungselement
eine in der 4 dargestellte Spannungs-Strom-Kennlinie
auf, bei der der durch das Laserbarrenüberbrückungselement fließende Strom
I bis zu dem Spannungsgrenzwert UK praktisch vernachläßigbar ist
und erst ab der Spannung UK ein Stromfluß in erheblichem
Maße möglich ist.The operation of the laser diode array 1b or their bridging units 7b is that in case of failure of a laser bar 3 or with an increase in the voltage across a laser bar 3 over a predetermined threshold or threshold voltage, for example, a voltage greater than 2 to 3 volts, the current flow over the respective laser bar 3 associated laser bar bridging unit 7b he follows. For this purpose, this laser bar bridging unit or its bridging element in the 4 represented voltage-current characteristic in which the current flowing through the laser bar bridging element current I up to the voltage limit U K is practically negligible and only from the voltage U K, a current flow is possible to a considerable extent.
In
der 5 sind in den Positionen a–c verschiedene Möglichkeiten
für die
Ausbildung des Laserbarrenüberbrückungselementes
wiedergegeben. Entsprechend der Position a ist das Laserbarrenüberbrückungselement
beispielsweise von einem Mosfet 12 mit Brücke zwischen
Drain und Gate gebildet, wobei sich für die Schwellspannung UK ein Spannungswert zwischen etwa 3 und 5
Volt ergibt. Entsprechend der Position b besteht das Überbrückungselement
der Laserbarrenüberbrückungseinheit 7b aus
einer Zener-Diode 13, wobei die Zenerspannung und damit
die Schwellspannung UK bei dieser Ausführung durch
entsprechende Dotierung des Halbleitermaterials auf einen Wert eingestellt werden
kann, der sehr knapp über
der üblichen
Betriebsspannung des Laserbarrens 3 liegt.In the 5 are shown in the positions a-c different possibilities for the formation of the laser bar bridging element. Corresponding to the position a, the laser bar bridging element is, for example, a mosfet 12 formed with a bridge between the drain and gate, wherein for the threshold voltage U K results in a voltage value between about 3 and 5 volts. Corresponding to the position b, there is the bridging element of the laser bar bridging unit 7b from a zener diode 13 , Wherein the Zener voltage and thus the threshold voltage U K can be set in this embodiment by appropriate doping of the semiconductor material to a value which is very close to the usual operating voltage of the laser bar 3 lies.
Die
Position 3c zeigt die Kombination 14 zweier Silizium-Dioden,
die parallel zu dem betreffenden Laserbarren 3 liegten
wobei sich dann eine Grenzspannung UK ergibt,
die der doppelten Schwellspannung bei Siliziumdioden entspricht,
beispielsweise im Bereich zwischen 1,6 bis 2,2 Volt liegt. Ist eine
niedrigere Grenzspannung erwünscht,
so ist auch eine Reihenschaltung aus einer Silizium-Schottky-Diode
mit einer Silizium-Diode
mit P-N-Übergang
oder aber die Reihenschaltung einer Siliziumdiode und einer Germaniumdiode
denkbar.The position 3c shows the combination 14 two silicon diodes parallel to the respective laser bar 3 lie where then a threshold voltage U K results, which corresponds to twice the threshold voltage in silicon diodes, for example in the range between 1.6 to 2.2 volts. If a lower limit voltage is desired, then a series connection of a silicon Schottky diode with a silicon diode with PN junction or the series connection of a silicon diode and a germanium diode is conceivable.
Die
Laserbarrenüberbrückungseinheit 7b hat den
Vorteil einer einfachen und robusten Ausführung, allerdings auch den
Nachteil, daß nach
dem Abschalten eines Laserbarrens 3 eine erhebliche Spannung dann
an dem Laserbarrenüberbrückungselement 7b anliegt,
die unter Berücksichtigung
des durch die Laserdiodenanordnung 1b fließenden Stromes
eine nicht unerhebliche Verlustleistung bedeutet, welche über die
betreffende Wärmesenke 2 abgeführt werden
muß.The laser bar bridging unit 7b has the advantage of a simple and robust design, but also the disadvantage that after switching off a laser bar 3 a significant voltage then at the laser bar bridging element 7b is applied, taking into account by the laser diode array 1b flowing current means a significant power loss, which on the relevant heat sink 2 must be removed.
Die 6 zeigt
in einer Darstellung wie 1 als weitere Ausführung eine
Laserdiodenanordnung 1c mit Laserbarrenüberbrückungseinheiten 7c,
von denen wiederum jede einem Laserbarren 3 zugeordnet
und an der Oberseite 2.1 der Wärmesenke 2 dieses
Laserbarrens vorgesehen ist.The 6 shows in a presentation like 1 as a further embodiment, a laser diode arrangement 1c with laser bar bridging units 7c , of which in turn each a laser bar 3 assigned and at the top 2.1 the heat sink 2 this laser bar is provided.
Jede
Laserbarrenüberbrückungseinheit 7c besteht
aus einer Steuerelektronik 16 und aus einem von dieser
Steuerelektronik angesteuerten Schaltelement 17, welches
im geschalteten oder aktiviertem Zustand die Überbrückung des zugeordneten Laserbarrens 3 bewirkt.
Das Schaltelement 17 liegt hierfür mit seiner Schaltstrecke
zwischen der der Kontaktzunge 4 entsprechenden Kontaktzunge 4c und
der leitenden Oberfläche
der betreffenden Wärmesenke 2.
Für die
einzelnen Laserbarrenüberbrückungseinheiten 7c ist
bei der in der 6 dargestellten Ausführungsform
eine gesonderte Spannungsversorgungsquelle vorgesehen, die die Versorgungsgleichspannung
U2 liefert. Diese Versorgungsspannung U2 ist etwas größer als
die Versorgungsspannung U1 für
die Reihenschaltung der Laserbarren 3, und zwar U2 = U1 + UX,wobei
UX diejenige Spannung ist, die die jeweilige
Laserbarrenüberbrückungseinheit 7c bzw.
deren Steuerelektronik 16 und Schaltelement 17 für die Arbeitsweise
benötigen.
Die Spannung UX liegt beispielsweise im
Bereich zwischen 10 und 15 Volt.Each laser bar bypass unit 7c consists of an electronic control system 16 and from a controlled by this control electronics switching element 17 , which in the switched or activated state, the bridging of the associated laser bar 3 causes. The switching element 17 lies for this purpose with its switching path between the contact tongue 4 corresponding contact tongue 4c and the conductive surface of the respective heat sink 2 , For the individual laser bar bridging units 7c is at the in the 6 illustrated embodiment, a separate power supply source provided, which supplies the DC supply voltage U2. This supply voltage U2 is slightly larger than the supply voltage U1 for the series connection of the laser bars 3 , in fact U2 = U1 + U X . where U X is the voltage that the respective laser bar bridging unit 7c or their control electronics 16 and switching element 17 for the way of working. The voltage U X is for example in the range between 10 and 15 volts.
Die
generelle Arbeitsweise jeder Steuerelektronik 16 entspricht
der Arbeitsweise der Steuerelektronik 11, d. h. die Steuerelektronik 16 vergleicht die
an dem zugehörigen
Laserbarren 3 bzw. die zwischen der Kontaktzunge 4c und
der Wärmesenke 2 anliegende
Spannung mit einem Schwellwert oder einer Referenzspannung URef. Übersteigt
die an dem Laserbarren 3 anliegende Spannung den Schwellwert,
so wird das Schaltelement 17 derart angesteuert, daß es den
betreffenden Laserbarren 3 überbrückt.The general operation of each control electronics 16 corresponds to the operation of the control electronics 11 ie the control electronics 16 compares those at the associated laser bar 3 or between the reed 4c and the heat sink 2 applied voltage with a threshold value or a reference voltage U Ref . Exceeds that on the laser bar 3 voltage applied to the threshold, then the switching element 17 controlled such that it the respective laser bars 3 bridged.
Die 7 zeigt
die Schaltung einer möglichen
Ausführung
der Laserbarrenüberbrückungseinheit 7c.
Das Schaltelement 17 ist bei dieser Ausführung von
einem Leistungstransistor T2 (Mosfet) gebildet, der im normalen
Betriebszustand gesperrt ist und mit seiner Drain-Source-Strecke
parallel zu dem betreffenden Laserbarren 3 bzw. parallel
zu den Anschlüssen
LD (+) und LD (–)
des Laerbarrens liegt.The 7 shows the circuit of a possible embodiment of the laser bar bridging unit 7c , The switching element 17 is formed in this embodiment by a power transistor T2 (Mosfet), which is locked in the normal operating state and with its drain-source path parallel to the respective laser bar 3 or parallel to the terminals LD (+) and LD (-) of the Laerbarrens is located.
Die
Steuerelektronik 16 umfaßt u. a. eine von dem Transistor
T1, dem Widerstand R1, der Zenerdiode D1 und dem Kondensator C1
gebildete Spannungsregelung. Weiterhin umfaßt die Steuerelektronik einen
Komparator CP, dem die zwischen den Anschlüssen LD (+) und LD (–) anliegende
Spannung sowie die mit dem Spannungsteiler bestehend aus dem Widerstand
R2 und der Zenerdiode D2 gebildete Referenzspannung URef zugeführt wird.
Der Ausgangs des Komparators CP steuert ein Speicherelement FF,
dessen Ausgang über
eine von den beiden Transistoren T3 und T4 gebildeten Spannungs-
oder Emitterfolger das Gate des Transistors T2 ansteuert.The control electronics 16 includes, inter alia, one of the transistor T1, the resistor R1, the zener diode D1 and the capacitor C1 formed voltage regulation. Furthermore, the control electronics comprises a comparator CP to which the voltage applied between the terminals LD (+) and LD (-) and the reference voltage U Ref formed by the voltage divider consisting of the resistor R2 and the zener diode D2 are supplied. The output of the comparator CP controls a memory element FF whose output drives the gate of the transistor T2 via a voltage or emitter follower formed by the two transistors T3 and T4.
Für die Steuerelektronik 16 sind
stromsparende Bauelemente verwendet, so daß der Stromverbrauch im μA-Bereich
liegt und auch die Verlustleistung am Spannungsregler- Transistor T1 gering
ist. Ströme
bzw. Energie, die für
schnelle Schaltvorgänge
benötigt
werden, können
dem Kondensator C1 entnommen werden.For the control electronics 16 are power-saving components used, so that the power consumption in the μA range and also the power loss at the voltage regulator transistor T1 is low. Currents needed for fast switching operations can be taken from capacitor C1.
Parallel
zu Gate und Drain des Transistors T2 ist eine Diode D3 angeordnet,
die das Umschalten des Transistors T2 in den leitenden Zustand beschleunigt,
und zwar dann, wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen LD
(+) und LD (–)
den Schwellwert übersteigt.Parallel
to the gate and drain of the transistor T2, a diode D3 is arranged,
which accelerates the switching of the transistor T2 into the conducting state,
namely, when the voltage between the terminals LD
(+) and LD (-)
exceeds the threshold.
Die
Arbeitsweise der in der 7 gezeigten Ausführung der
Laserbarrenüberbrückungseinheit 7c ergibt
sich aus dieser Darstellung, d. h. im Normalzustand liegt am Ausgang
des Komparators CP und damit auch am Ausgang des Speichers FF der
Spannungswert Null an, so daß der
Transistor T2 gesperrt ist. Steigt bei einem Ausfall des Laserbarrens 3 die Spannung über den
Schwellwert URef, dann gehen die Ausgänge des
Komparators sowie des Speichers FF in den High-Zustand über und
der Transistor T2 in den leitenden Zustand, womit der entsprechende
Laserbarren 3 überbrückt bzw.
kurzgeschlossen ist. Um diesen Zustand aufrecht zu erhalten, ist
das Speicherelement FF beispielsweise ein nicht flüchtiger Speicher,
beispielsweise ein EE-PROM oder aber ein Mikroprozessor mit einem
EE-PROM.The way of working in the 7 shown embodiment of the laser bar bridging unit 7c results from this representation, ie in the normal state is at the output of the comparator CP and thus also at the output of the memory FF, the voltage value zero, so that the transistor T2 is blocked. Increase in case of laser barring failure 3 the voltage above the threshold U Ref , then go the outputs of the comparator and the memory FF in the high state and the transistor T2 in the conductive state, bringing the corresponding laser bar 3 is bridged or shorted. In order to maintain this state, the memory element FF is, for example, a non-volatile memory, for example an EE-PROM or a microprocessor with an EE-PROM.
Grundsätzlich besteht
bei der beschriebenen Ausbildung des Laserbarrenüberbrückungselementes 7c auch
die Möglichkeit,
die Versorgungsspannung für
die Steuerelektronik 16 und das Schaltelement 17 jeweils
durch DC/DC-Wandlung aus der am Laserdiodenbarren 3 anliegenden
Spannung zu generieren. Der Vorteil dieser Lösung wäre, daß auf die externe zusätzliche
Versorgungsspannung U2 verzichtet werden kann. Ein Problem besteht
allerdings darin, daß bei
durch den Transistor T2 (Mosfet) überbrücktem Laserbarren 3 die
dann anliegende Spannung sehr klein und auch vom Strom abhängig ist (beispielsweise
in der Größenordnung
von 0,5 Volt). In diesem Fall ist es dann zweckmäßig, vor der eigentlichen Inbetriebnahme
der Laserdiodenanordnung 1c diese mit einem kleinen Strom
zu beaufschlagen.Basically, there is the described embodiment of the laser bar bridging element 7c also the possibility of the supply voltage for the control electronics 16 and the switching element 17 in each case by DC / DC conversion from the laser diode bar 3 to generate applied voltage. The advantage of this solution would be that it is possible to dispense with the external additional supply voltage U2. A problem, however, is that bridged by the transistor T2 (Mosfet) laser bar 3 the then applied voltage is very small and also dependent on the current (for example of the order of 0.5 volts). In this case, it is then expedient, before the actual commissioning of the laser diode array 1c to apply these with a small current.
Vorteilhaft
wäre bei
dieser Ausführung
auch, als Schaltelement ein im Normalzustand leitendes Mosfet (Verarmungs-Mosfet)
zu verwenden, da sich dieses bereits bei einer Gate-Spannung Null
im leitenden Zustand befindet und hierdurch die Problematik der
fehlenden oder der zu niedrigen Versorgungsspannung bei überbrücktem Laserdiodenbarren 3 entschärft ist.It would also be advantageous in this embodiment, as a switching element to use a normally conducting MOSFET (depletion MOSFET), as this is already in a conducting state at zero gate voltage and thereby the problem of missing or too low supply voltage at bridged laser diode bar 3 is defused.
Die 8 und 9 zeigen
als weitere mögliche
Ausführungsform
eine Laserdiodenanordnung 1d, die sich von der Laserdiodenanordnung 1c im wesentlichen
dadurch unterscheidet, daß die
Laserbarrenüberbrückungseinheit 7d bzw.
die diesen Überbrückungseinheit
bildenden Elemente, nämlich die
Steuerelektronik 16 und das Schaltelement 17 an der
Unterseite eines zusätzlichen
flachen, plattenförmigen
Trägers
oder Substrates 18 (Kontaktträger) angeordnet sind. Das Schaltelement 17 ist
mit einer Kontaktfeder 19 versehen. Im montierten Zustand
ist (mit Ausnahme des obersten Substrats 18) das jeweilige
Substrat 18 in dem von den Wärmesenken 2 gebildeten
Stapel mit einem Teilbereich zwischen der Oberseite einer der Kontaktzunge 4c entsprechenden
Kontaktzunge 4d und der Unterseite 2.4 einer benachbarten
Wärmesenke 2 angeordnet
und durch Einspannen oder auf andere geeignete Weise gehalten. Das
oberste Substrat 18 ist zwischen dem in der 8 nicht
dargestellten äußeren Anschlußkontakt 6 und
der benachbarten Kontaktzunge 4d gehalten. Die Kontaktfeder 19 liegt
dabei federnd gegen die Oberseite 1.2 der elektrisch leitenden
Wärmesenke 2 an
und stellt hierdurch ohne Löten
oder Bonden einen Kontakt zwischen dem Schaltelement 17 und
der Wärmesenke
bzw. dem mit dieser Wärmesenke
verbundenen Anschluß des
Laserbarrens 3 her.The 8th and 9 show as a further possible embodiment, a laser diode arrangement 1d that differ from the laser diode arrangement 1c essentially differs in that the laser bar bridging unit 7d or the elements forming this bridging unit, namely the control electronics 16 and the switching element 17 at the bottom of an additional flat, plate-shaped carrier or substrate 18 (Contact carrier) are arranged. The switching element 17 is with a contact spring 19 Mistake. In the assembled state is (except the topmost substrate 18 ) the respective substrate 18 in the heat sinks 2 formed stack with a portion between the top of one of the contact tongue 4c corresponding contact tongue 4d and the bottom 2.4 an adjacent heat sink 2 arranged and held by clamping or in any other suitable manner. The topmost substrate 18 is between in the 8th not shown outer terminal contact 6 and the adjacent contact tongue 4d held. The contact spring 19 lies resiliently against the top 1.2 the electrically conductive heat sink 2 and thereby makes contact without soldering or bonding between the switching element 17 and the heat sink and connected to this heat sink terminal of the laser bar 3 ago.
Das
Substrat 18 besteht beispielsweise aus einer Schicht aus
einem isolierenden Material, die beidseitig mit einer Metallschicht
versehen ist. Durch eine entsprechende Strukturierung sowie Durchkontaktierung
ist erreicht, daß über das
Substrat 18 einerseits eine elektrische Verbindung zwischen
dem Schaltelement 17 und der zugehörigen Kontaktzunge 4d besteht,
andererseits über
das Substrat 18 auch eine elektrische Verbindung zwischen
jeder Kontaktzunge 4d und der benachbarten Wärmesenke 2 bzw. dem
benachbarten äußeren Anschlußkontakt 6 hergestellt
ist.The substrate 18 For example, it consists of a layer of an insulating material, which is provided on both sides with a metal layer. By a corresponding structuring and via is achieved that on the substrate 18 on the one hand, an electrical connection between the switching element 17 and the associated contact tongue 4d on the other hand, over the substrate 18 also an electrical connection between each contact tongue 4d and the adjacent heat sink 2 or the adjacent outer terminal contact 6 is made.
Wie
dargestellt, steht das Substrat 18 mit einem Teilbereich 18.1 über die
dem Laserbarren 3 abgewandte Seite 2.3 der betreffenden
Wärmesenke 2 weg.
An diesem Teilbereich 18.1 sind die Steuerelektronik 16 und
das Schaltelement 17 vorgesehen, so daß die Höhe der Wärmesenke 2 als Raum
für die Unterbringung
dieser Elemente genutzt werden kann. Die Steuerelektroniken 16 der
Laserbarrenüberbrückungseinheiten 7d werden
beispielsweise wiederum in der im Zusammenhang mit der 6 beschriebenen
Weise mit der Versorgungsgleichspannung U2 versorgt. Auch eine andere,
im Zusammenhang mit der 6 beschriebenen Versorgung der
jeweiligen Steuerelektronik 16 z. B. durch DC/DC-Wandlung
aus der am Laserdiodenbarren 3 anliegenden Spannung usw.
ist möglich.As shown, the substrate stands 18 with a subarea 18.1 over the laser bar 3 opposite side 2.3 the relevant heat sink 2 path. At this subarea 18.1 are the control electronics 16 and the switching element 17 provided so that the height of the heat sink 2 as a space for the accommodation of these elements can be used. The control electronics 16 the laser bar bridging units 7d For example, in connection with the 6 described manner supplied with the DC supply voltage U2. Also another, related to the 6 described supply of the respective control electronics 16 z. B. by DC / DC conversion of the laser diode bar 3 voltage applied, etc. is possible.
Weiterhin
ist es möglich,
bei der Ausführung der 8 anstelle
der Steuerelektronik 16 und des steuerbaren Schaltelementes,
welches z. B. ein Transistor, Mosfet, Thyristor usw. ist, ein elektromechanisches
Schalt- oder überbrückungselement
vorgesehen, beispielsweise einen der Kontaktfeder 4.1 entsprechenden
federnden Kontakt zusammen mit einem Heizelement 8 und
einem schmelzbaren Abstandhalter 10.Furthermore, it is possible in the execution of 8th instead of the control electronics 16 and the controllable switching element, which z. As a transistor, Mosfet, thyristor, etc., an electromechanical switching or bridging element is provided, for example, one of the contact spring 4.1 corresponding resilient contact together with a heating element 8th and a fusible spacer 10 ,
Die
Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche weitere Abwandlungen und
Modifikationen möglich
sind, ohne daß dadurch der
der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So ist es beispielsweise möglich,
eine Laserbarrenüberbrückungseinheit
oder dessen Überbrückungselement
in den Laserbarren zu integrieren, und zwar insbesondere auch dann, wenn
diese Überbrückungseinheit
oder dessen Überbrückungselement
von einem oder mehreren Halbleiterbauelementen gebildet ist und/oder
von Strukturen, die in Halbleitertechnologie hergestellt werden
können.The
The invention has been described above in various embodiments
described. It is understood that numerous other modifications and
Modifications possible
are, without thereby the
The invention underlying the invention is abandoned.
For example, it is possible
a laser bar bridging unit
or its bridging element
to integrate in the laser bars, and in particular even if
this bridging unit
or its bridging element
is formed by one or more semiconductor devices and / or
of structures made in semiconductor technology
can.
Weiterhin
besteht auch die Möglichkeit,
die einzelnen Laserbarrenüberbrückungseinheiten 7–7c beispielsweise
mit einem Daten- oder Steuer-Bus zu verbinden, über den dann der Zustand der
einzelnen Laserbarren oder Laserdiodenanordnungen (Stacks) eines
Laser angezeigt und/oder ausgelesen werden kann. Weiterhin könnte ein
derartiger Daten- oder Steuer-Bus auch dazu verwendet werden, eine
gezielte Abschaltung einzelner Laserbarren 3 von außen vorzunehmen
bzw. einzuleiten.Furthermore, there is also the possibility of the individual laser bar bridging units 7 - 7c For example, to connect to a data or control bus over which then the state of each laser bar or laser diode arrays (stacks) of a laser can be displayed and / or read. Furthermore, such a data or control bus could also be used to selectively shut down individual laser bars 3 from outside to initiate or initiate.
Bei
der beschriebenen Ausführungen
insbesondere der 1, 2 und 6 besteht
weiterhin auch die Möglichkeit, über die
an der Reihenschaltung der Laserbarren anliegende Spannung die Anzahl
der defekten und abgeschalteten Laserbarren 3 zu ermitteln.In the described embodiments, in particular the 1 . 2 and 6 Furthermore, it is also possible, via the voltage applied to the series connection of the laser bar voltage, the number of defective and disconnected laser bars 3 to investigate.
-
1,
1a, 1b, 1c, 1d1,
1a, 1b, 1c, 1d
-
LaserdiodenanordnungThe laser diode
-
22
-
Wärmesenkeheat sink
-
2.12.1
-
Oberseitetop
-
2.2,
2.32.2
2.3
-
Umfangsseiteperipheral side
-
2.42.4
-
Unterseitebottom
-
33
-
Laserbarrenlaser bars
-
4,
4b, 4c4,
4b, 4c
-
Kontaktzungecontact tongue
-
4.14.1
-
Kontaktfedercontact spring
-
4.24.2
-
Kontaktbereichcontact area
-
55
-
Isolatorinsulator
-
66
-
Anschlußkontaktconnection contact
-
6.16.1
-
Anschlußleitunglead
-
7,
7a, 7b, 7c, 7d7,
7a, 7b, 7c, 7d
-
Laserbarren überbrückungseinheitLaser bar bridging unit
-
88th
-
Heizelementheating element
-
99
-
AnschlußConnection
-
1010
-
Abstandhalter
aus elektrisch leitenden aber schmelzfähigen Materialspacer
made of electrically conductive but meltable material
-
1111
-
Steuerelektronikcontrol electronics
-
1212
-
MosfetMosfet
-
1313
-
ZenerdiodeZener diode
-
1414
-
Diodenanordnungdiode array
-
1616
-
Steuerelektronikcontrol electronics
-
1717
-
Schaltelementswitching element
-
1818
-
Substratsubstratum
-
18.118.1
-
Abschnittsection
-
1919
-
Kontaktfedercontact spring
