WO2019201805A1 - Lichtquelle zur erzeugung von lichtpulsen mit einer kurzen pulsdauer und verfahren zum erzeugen eines kurzen lichtpulses mittels einer lichtquelle - Google Patents

Lichtquelle zur erzeugung von lichtpulsen mit einer kurzen pulsdauer und verfahren zum erzeugen eines kurzen lichtpulses mittels einer lichtquelle Download PDF

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André SROWIG
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Elmos Semiconductor SE
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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • Light source for generating light pulses with a short pulse duration and method for generating a short light pulse by means of a light source
  • the present invention relates to a light source for generating light pulses with a short pulse duration in the nanosecond range, in particular for use in a vehicle. It comprises a light-emitting diode for generating the light pulses and a push-pull circuit for controlling and powering the light-emitting diode.
  • the present invention further relates to a method for generating a short light pulse by means of a light-emitting diode and a push-pull circuit.
  • the support of the driver is becoming increasingly important.
  • the support ranges from driver assistance systems to the autonomous driving of vehicles.
  • systems are used for optical distance and speed measurement.
  • the LIDAR system Light Detection and Ranging
  • the LI DAR systems will play an even more important role in the future in advanced driver assistance systems (ADAS) and in autonomous driving.
  • ADAS advanced driver assistance systems
  • the prevailing strict requirements for functional safety require reliable and sensitive systems so that the right decisions are made even in extreme situations.
  • the systems therefore require very short light pulses in many fields of application.
  • expensive laser diodes are often used to enable pulses whose pulse duration is less than about 10 ns.
  • a main application of such pulsed light sources is the measurement of the light transit time for distance determination, as used, for example, in what is known as the Flash LIDAR.
  • LIDAR systems generally use deflectable laser beams which are guided by mirrors.
  • the lasers used have the problem of high energy density to build systems with a long range. Lasers with high energy density can damage the eyes, so that the light output is governed by legal requirements.
  • Flash LIDAR systems today use dedicated infrared pulse sources. They are limited in their range and sensitivity by the legally limited transmission power to maintain eye safety. Due to the given boundary conditions, the importance of pulsed light sources with short light pulses for the time of flight measurement increases, which is necessary for distance determination or distance determination. The effi ciency of the light transit time measurements is also determined by the pulse length. A Shortening the pulse length increases the efficiency, because with a constant average light output, a higher range can be achieved.
  • the LIDAR systems known in the automotive art in the prior art are generally constructed with dedicated lighting sources. For reasons of acceptance, one is restricted to the invisible wavelength range and at the same time has to make do with the small dimensions which are predetermined by the space available in the vehicle. Both limitations have a decreasing effect on the maximum transmission power and thus also on the performance of the systems, taking into account the limits for the radiation power due to the avoidable damage to the eyes.
  • LED pulses are generated in the prior art by switchable current sources or voltage sources.
  • the achievable rise and fall times of the light pulses are typically of the order of 10 ns.
  • this limit results from the diode-dependent transfer of the junction capacitance in conjunction with parasitic components of the diodes and their terminals.
  • EP 0 470 780 A1 describes a device for improving the pulse shape of an LED, in particular the leading edge.
  • four bipolar transistors are connected in an H-bridge circuit to operate a light emitting diode, LED.
  • the disclosed circuit must have two resistors in the reverse direction in order to avoid cross-talk as a result of use. to limit currents in the two H-bridges.
  • the proposed circuit must include a current source that requires the integration of at least one other current source transistor into the circuit.
  • the circuit shown is thus not supplied with power, but supplied with power from the existing power source.
  • additional power sources cause additional on-chip footprint when the circuit is integrated into an integrated microelectronic circuit.
  • the LED is operated in the switched-off state when the first high-side transistor of the first half-bridge is switched off and the second high-side transistor of the second half-bridge is switched off and at the same time the first low-side transistor of the first half-bridge is switched on is while the second low-side transistor of the second half-bridge is turned off.
  • the light-emitting diode is thus connected only with its anode via the first low-side transistor of the first half-bridge to the power source. This is shown in FIG. 1 of EP 0 470 780 A1. Since the cathode of the LED is not charged in this state, the LED is not connected to a power source even when switched off. In order to generate the shortest possible light pulse, shortly after the first high-side transistor and the two low-side transistors are switched on, the second high-side transistor is switched with a delay t and thus takes over part of the current power source. The LED is switched off exclusively via the first low-side transistor. However, the "Aushoffmstrom" is limited by the power source.
  • the discharge process is also hindered by the resistors. The discharge time is thus increased.
  • the circuit is suitable townzu call a particularly steep increase in light output.
  • a short light pulse of the LED or a steep switch-off edge can not be realized with this circuit due to the parasitic effects mentioned above.
  • EP 2 761 978 B1 shows an H-bridge circuit for driving LED lamps with different color and polarity. However, the reversal here serves to select different colors. However, the device is not suitable for emitting short light pulses.
  • EP 0 762 651 A2 describes the switching on of an LED with an initially higher current which is above the then lower operating current. This achieves steep switch-on edges of the light pulse.
  • DE 10 2016 116 718 A1 describes a dimming circuit for LED lights.
  • the combination of a light pulse source with a TOF camera is known for example from DE 10 2014 105 482 A1.
  • JP S 587941 also describes a light source for short light pulses with a driver circuit, in which initially a positive switch-on pulse is generated, followed by a negative voltage pulse for switching off the LED.
  • WO 2016/187566 describes a bipolar drive circuit for laser diodes or LEDs which provides two temporally successive pulses of different polarity and different values to deliver ultrashort light pulses with pulse durations in the range of 100 picoseconds to 2 nanoseconds in a laser diode or LED produce.
  • the US 9,681, 514 B1 and US 9,603,210 B1 each describe control circuits for connecting an LED or light emitting diode, wherein the No. 9,681, 514 B1 discloses a push-pull drive circuit for dimming a light source, in which the output of the push-pull circuit is operated with electrical energy from a positive and a negative supply voltage line.
  • the solution to the problem is based on the recognition that an essential task consists in optimizing the outgoing LED used as a transmitting diode or light source.
  • One aspect of the invention relates to generating as fast as possible flanking light pulses with short rise and fall times.
  • Another aspect of the invention relates not only to producing steep light pulses, but also particularly short light pulses without slow rise or fall times of the pulse width.
  • the parasitic effects of the light-emitting diode lead to longer rise and fall Fall times. This applies in particular to light-emitting diodes in vehicle technology, in particular when the light-emitting diodes are also used for illumination purposes.
  • the present object is achieved with a light source having the features of claim 1 and with a method having the features of claim 16.
  • the proposed technical solution massively shortens the rise and fall times of an LED light pulse and thus makes it possible to generate light pulses which are extremely short and have a pulse duration of a few nanoseconds, preferably less than 2 nanoseconds.
  • the switch-off of the light pulses can be greatly shortened.
  • LEDs light emitting diodes
  • Expensive laser diodes can in many cases be replaced by LEDs (light emitting diodes).
  • the light source for generating light pulses with a short pulse duration in the nanosecond range comprises a light-emitting diode for generating light pulses and a push-pull circuit for driving and powering the light-emitting diode.
  • the light source may preferably be used in a vehicle, such as to be used as part of a LIDAR system for object recognition and distance measurement.
  • the light-emitting diode of the light source has a first terminal which is connected to an output port of the push-pull circuit.
  • the second terminal of the light-emitting diode is connected to a center potential line, which may preferably be the system ground.
  • the push-pull circuit has a first input port which is connected to a first supply voltage line and its potential. Its second input port is connected to a second supply line and its potential, wherein the second supply line preferably provides a negative potential.
  • the potential between the center potential line (GND) is between the potential of the first supply line and the potential of the second supply line.
  • the push-pull circuit can be switched to a first state in which positive electrical energy of the first supply line is present at the output port. In a second state of the push-pull circuit, negative electrical energy of the second supply line is present at the output port.
  • the push-pull circuit can be switched between the first and the second state.
  • the light emitting diode When the push-pull circuit is switched to the first state and then positive electrical energy is present at the output port, the light emitting diode emits electromagnetic radiation, for example in the form of visible or non-visible light or in the infrared range.
  • the first terminal of the light emitting diode is at a positive potential which is greater than the potential of the middle potential line, which is connected to the second terminal of the light emitting diode.
  • the light source is designed such that the amount of the difference between the potential of the middle potential line and the potential of the first supply line is smaller than the amount of the difference between the potential of the middle potential line and the potential of the second supply line.
  • the amount of the positive voltage applied in the first state to the first terminal of the light-emitting diode (LED) is therefore greater than the amount of the negative voltage which is present in the second state at the first terminal of the light-emitting diode.
  • the LED While in the first state of the push-pull circuit, the LED is turned on, so that the charge carriers are built in the light emitting diode, in the second state of the push-pull circuit at the first terminal of the light emitting diode to a negative voltage.
  • the charge stored in the LED does not have to be dissipated by "radiative recombination” when switched off but mainly by "sucking off” by means of the applied counter field. This eliminates the charge carriers from the space charge zone of the LED. This concern of the negative voltage at the first connection of the light-emitting diode leads to a very fast switching off of the light-emitting diode.
  • a switch-off pulse is generated in the LED, which has a particularly steep edge.
  • the large switch-off edge of the light pulse of the light-emitting diode leads in measuring systems to a large bandwidth and a correspondingly high resolution.
  • the luminous pulse or light pulse of the LED can also be shortened overall since both the rise time and the fall time of the luminous pulse are very short and are preferably less than 1 ns each.
  • the light source according to the invention is therefore particularly suitable for use in the vehicle.
  • the push-pull circuit according to the invention has no internal current source, as described, for example, in EP 0 470 780 A1, the parasitic effects and boundary conditions due to the current source also do not occur.
  • the circuit is only voltage controlled, but not current controlled and therefore allows shorter turn-off and thus a steeper edge when turning off.
  • the present invention makes use of the application of this reverse voltage.
  • the magnitude of the negative voltage potential difference between the second supply line and the middle potential line
  • the magnitude of the "flux voltage” operating voltage
  • the countervoltage can assume values which, for example, correspond to twice or three times the value of the forward voltage of the light-emitting diode.
  • higher values of the reverse voltage are possible, for example, five times, ten times or twenty times the flux voltage.
  • reverse voltages or clearing voltages at the light-emitting diode were tested in the context of the invention, with the clearances in ranges of 20 V to 40 V and even up to 60 V, while the forward voltages at 1.2 V for a series connection with few LEDs were realized.
  • the light source according to the invention is therefore particularly well suited as a light transmitter of a LIDAR system.
  • the effect of rapid turn-off and the associated steep cut-off edge creates a particularly wide bandwidth of the system. This leads to a high triggering and to a long range of the measuring system.
  • illumination light-emitting diodes which are used for illumination purposes
  • illumination LEDs While the monofrequency laser diodes radiate coherent radiation and, after the high stimulated emissions have been switched off, a rapid drop of the charge carrier density in the barrier layer occurs, the illumination barrier initially essentially remains in the case of illumination LEDs since the stimulated emission is only very low. As a result, the illumination LEDs light up for a very long time, at least for much longer than laser diodes. Finally, lighting LEDs are developed for long afterglow, also to minimize the perception of flicker due to pulse width modulation (PWM) control.
  • PWM pulse width modulation
  • a laser diode is in the range of about 50 pF.
  • a lighting LED is a multiple, often in the range of several nanofarads, in particular from 10 nF to 100 nF.
  • the illumination LEDs known in the prior art are generally fluorescence LEDs.
  • a fluorescent layer is illuminated by a UV LED.
  • these LEDs can not be modulated because the fluorescence layer is luminescent.
  • RDG LEDs are therefore often used, in which the white fluorescent fluorescent layer is replaced by three color LEDs whose primary colors are actively mixed to form white light.
  • illumination LEDs are preferably distinguished by a diffuse light emission
  • an individual control and synchronization of the individual LEDs preferably takes place, in particular during the switch-off process, when a negative voltage is applied to the first terminal of the light-emitting diode.
  • the light source comprises three light-emitting diodes, which preferably each have a different color, and three driver circuits (push-pull circuit), so that each LED is driven by a push-pull circuit.
  • the control and synchronization is preferably carried out by a control unit, which controls the control inputs of the LEDs.
  • the application of a magnitude greater reverse voltage than the operating voltage leads to the rapid clearing of the space charge zone of the light-emitting diode, in particular in the case of illumination LEDs.
  • the junction capacitance of the diode is eliminated quickly. This effect is particularly noticeable in light-emitting diodes, which have a high intrinsic capacity and thus inertia.
  • the light emitting diode is not only used as a radiation source or transmitter in a measuring system, but at the same time for lighting purposes, such as headlights or vehicle headlights. These LEDs have a large inertia and self-capacitance, so that the circuit according to the invention is even more effective. Overcoming the inertia of the light source is achieved by driving the LED by means of the push-pull circuit.
  • the first terminal of the light-emitting diode is preferably connected to a third supply voltage via a third switch.
  • the light-emitting diode can then be supplied with electrical energy from the third supply line, wherein the third supply line likewise has a positive potential, that is to say a positive voltage is applied to the first connection. In this way, the LED can be used for lighting purposes.
  • the voltage potential of the third supply line can be selected accordingly.
  • the potential of the third supply line can thus be independent of the potential of the other supply lines, wherein the potential of the first supply line and the potential of the second supply line may differ from each other.
  • the push-pull circuit can be switched to a third state in which the output port of the push-pull circuit is disconnected from the first supply line and from the second supply line. This is preferably done when the light source is operated for lighting purposes.
  • the light source is used as a headlight.
  • the switched-on headlight is switched off whenever a measurement with a measuring system, for example a LIDAR system, takes place. Switching off is generally carried out for a period of less than or equal to 1 ms, preferably in the microsecond range, very preferably in a range of less than 1 mb.
  • the push-pull circuit is first in the first state switched, whereby the LED is turned on again. Subsequently, it is switched to the second state, whereby the switching off of the LED takes place. In this case, the blocking capacity of the light-emitting diode is removed, thus freeing the space charge zone from charge carriers. As described above, this produces a steep cut-off edge for switching off the light-emitting diode. Subsequently, the light-emitting diode is switched back to the lighting mode. Since the switching off of the lighting operation of the light-emitting diode for a period of less than 1 ms, it is not visible to the human eye. The user can not detect a changeover from lighting operation to measuring operation. There is thus no restriction on the use of the light source as a vehicle headlight.
  • the light source has a current monitoring circuit with which the discharge current occurring in the light-emitting diode is monitored when the push-pull circuit is switched to the second state.
  • the countervoltage which is applied to the first terminal of the light-emitting diode is preferably reduced.
  • the back voltage is then reduced to a predetermined continuous-lock voltage value. This is the voltage value at which the LED will not be damaged when operated in reverse operation.
  • the reverse voltage at the light-emitting diode is reduced below the predetermined continuous-locking voltage value.
  • the continuous-lock voltage value depends on the LED used and is either known or can be determined by simple measurements.
  • the light source comprises a voltage monitoring unit which monitors the reverse voltage or reverse voltage applied to the light-emitting diode when the push-pull circuit is switched to the second state.
  • the discharge of the junction capacitance is preferably carried out with an increased voltage via a series resistor, which can be formed by the internal resistance of the discharge voltage source. If the junction capacitance is not yet discharged, then the junction capacitance shorts the voltage across the diode. As the discharge current sinks, the voltage increases. When a predetermined voltage limit value of the voltage across the light-emitting diode is exceeded, the countervoltage is reduced, for example below a predetermined continuous-locking voltage value, preferably to zero.
  • the second supply voltage of the light source can be separated from the output port of the push-pull circuit, so that no voltage in the reverse direction is applied to the light-emitting diode more.
  • the time duration in which the push-pull circuit is switched to the second state is limited.
  • the second state is terminated at a predefinable time, so that it is applied only for a predetermined period of time.
  • the time can be determined or calculated if the exact configuration of the light source with all the parasitic parameters of all circuit elements is previously known.
  • the switch-off time then essentially corresponds to the two above-mentioned times, ie when the discharge current falls below a current limit value or the clearance voltage exceeds a voltage limit value.
  • the predetermined period of time after which the second state of the push-pull circuit is turned off is at most 2 ns long.
  • the time duration is at most 1 ns, more preferably at most 0.5 ns.
  • the predetermined time is at most 0.2 ns, more preferably at most 0.1 ns. However, it may also be lower, for example at most 0.05 ns.
  • the push-pull circuit can preferably be switched to a third state in which the output port is disconnected from both supply lines.
  • the third state of the push-pull circuit, in which the output port is disconnected from both supply lines, is referred to as the tristate state.
  • the light source has a short-circuit line with a fourth switch.
  • the short-circuit line connects the first connection of the light-emitting diode to the second connection of the light-emitting diode, so that the light-emitting diode can be short-circuited when the switch is closed.
  • the short-circuiting of the light-emitting diode takes place only if previously the push-pull circuit is switched to its third state.
  • the light source comprises a measuring unit or voltage monitoring unit which measures the open-circuit voltage applied to the light-emitting diode when the push-pull circuit is switched to the third state.
  • the quiescent voltage is measured when the push-pull circuit has left the second state, so no more negative voltage is applied to the first terminal of the light emitting diode.
  • the quiescent voltage is measured at the light emitting diode between two drive pulses. The measurement thus takes place when the light-emitting diode is no longer switched to the second state and has not yet been switched to the first state for the next measuring pulse.
  • the open circuit voltage at the LED is zero when the push-pull circuit has left the second state and the first terminal of the LED is disconnected from both supply lines, which corresponds to the third state of the push-pull circuit.
  • the space charge zone of the LED is then completely cleared. If the space charge zone still contains charges, the rest voltage is different from zero. It is then controlled by adjusting the negative switching pulse at the output port of the push-pull circuit and thus at the first terminal of the light emitting diode.
  • the quiescent voltage is regulated to zero or to a practically negligible value, preferably by fine-tuning or fine-timing of the charge or discharge pulses (positive voltage pulse or negative voltage pulse at the first terminal of the LED).
  • the control can be carried out by means of a controller or a control unit.
  • the middle potential ie the potential of the center potential line, can be shifted or changed.
  • the switching duration during which the push-pull circuit is switched to the first state is at most 0.5 ns.
  • the switching duration is particularly preferably not more than 0.2 ns, more preferably not more than 0.1 ns and particularly preferably 0.05 ns. This makes it possible to achieve a particularly steep rise in the light pulse which is emitted by the light-emitting diode. This is also a prerequisite for emitting the shortest possible light pulse from the light emitting diode.
  • the light emitting diode emits a short pulse of light emitted as electromagnetic radiation in Nanosecond range.
  • the generated light pulse has a pulse duration of at most 1 ns.
  • the light pulse is at most 0.7 ns long.
  • the pulse duration of the light pulse emitted by the light-emitting diode is at most 0.5 ns, more preferably at most 0.3 ns and very preferably at most 0.1 ns. This leads to steep and extremely short light pulses, which are sufficient for a LIDAR system. Since the pulse duration is so short, the height of the light pulse can be very high, since only the entire energy content, ie the transmission power, is subject to certain limits.
  • LIDAR systems can be realized with the light source according to the invention, which have particularly long ranges.
  • the range is twice as large compared to conventional ranges, five times as large to ten times as large for very short pulse durations. With extremely narrow pulses even greater ranges can be achieved.
  • the light source has a charge pump between one of the first or second supply lines and the output port, so that the potential of the corresponding supply line is increased.
  • the charge pump increases the value of the potential of the first and the second supply line.
  • a voltage doubling or multiple duplication can take place. It would also be conceivable to switch the polarity of the voltage.
  • the charge pumps are arranged between the respective supply line and the switching element in the respective line strand, so that the capacitances in the charge pump have no or only a negligible effect on the signal shape for driving the light-emitting diode.
  • the use of charge pumps in the light source results in a potential difference between the outputs of the charge pumps which is greater than the potential difference between the two supply voltages (first supply line and second supply line).
  • the present object is also achieved by a method for generating a light pulse by means of a light-emitting diode, wherein the light-emitting diode can be preferably used for use in a vehicle.
  • the method comprises providing a light source with a light-emitting diode for generating the light pulse and with a push-pull circuit for driving and powering the light-emitting diode, which has a first terminal and a second terminal.
  • the first terminal of the light emitting diode is connected to an output port of the push-pull circuit.
  • the second terminal of the light-emitting diode is connected to a center potential line.
  • the push-pull circuit is switched to a first state, in which the output port of the push-pull circuit is connected to a first supply line and thus supplies the light-emitting diode with electrical energy.
  • the potential of the first supply line is positive and greater than the potential of the middle potential line.
  • the push-pull circuit remains in the first state for a first time period.
  • the first time period is usually at most 1 ns, preferably at most 0.2 ns.
  • the push-pull circuit is switched from the first state to a second state, in which the output port of the push-pull circuit is connected to the second supply line.
  • the connection of the output port to the first supply line is disconnected.
  • the potential of the second supply line is negative and smaller than the potential of the middle potential line.
  • the push-pull circuit remains in the second state for a second time period, which is preferably also at most 1 ns, preferably at most 0.5 ns.
  • the second time period corresponds to the time up to which the discharge current does not fall below a predetermined current limit value or the countervoltage at the light-emitting diode does not exceed a predetermined voltage limit value.
  • the second time period can also be equal to a predetermined value, which can be determined or calculated with knowledge of all parasitic parameters of the overall configuration.
  • the light source is designed and arranged such that the magnitude of the difference between the potential of the center potential line and the potential of the first supply line is smaller than the amount of the difference between the potential of the center potential line and the potential of the second supply line. In other words, the light source is switched such that the blocking voltage or clearing voltage, which is applied to the light emitting diode, is greater than the operating voltage of the light emitting diode, preferably by a multiple greater.
  • the first and second time periods of the method are selected such that the light emitting diode emits a light pulse whose pulse duration is at most 1.5 ns, preferably at most 1.0 ns.
  • the pulse duration of the light pulse of the light-emitting diode is at most 0.7 ns, preferably at most 0.5 ns, more preferably at most 0.2 ns and particularly preferably at most 0.1 ns. The goal here is to generate a light pulse corresponding to the requirements of a measuring system by means of the light emitting diode of the light source.
  • the following steps are carried out: switching the push-pull circuit into a third state, in which both supply lines are separated from the output port.
  • the closing of a third switch connects the first terminal of the light-emitting diode to a third supply line, the potential of the third supply line being positive. This results in a radiation of electromagnetic radiation of the light emitting diode for illumination purposes.
  • the light-emitting diode or the light source can therefore be used in particular for illumination purposes, for example as a headlight of a vehicle.
  • the potential of the third supply line may deviate from the potential of the other supply lines.
  • the push-pull circuit is switched to its third state, in which both suppliers supply lines are separated from the output port.
  • the closing of a fourth switch closes a short-circuit line between the first terminal of the light-emitting diode and the second terminal of the light-emitting diode and thus short-circuits the light-emitting diode.
  • the third switch and the fourth switch must not both be closed, which is obvious to the person skilled in the art.
  • the control of the light source according to the invention is designed accordingly.
  • the switching of the push-pull circuit to the third state is done by disconnecting the supply line from the output port.
  • This separation is carried out according to the invention by opening the switching elements of the push-pull circuit.
  • the method comprises the following steps: monitoring the discharge current occurring at the light-emitting diode while the push-pull circuit is switched to the second state; Detecting an undershooting of a predetermined current limit value; Reducing the voltage applied to the first terminal of the light-emitting diode, preferably to a predetermined continuous-locking voltage value, particularly preferably to a voltage value lying below the predetermined continuous-locking voltage value.
  • the method may comprise the following steps: monitoring the voltage applied to the light-emitting diode while the push-pull circuit is switched to the second state; Detecting an exceeding of a predetermined voltage limit value; Reducing the voltage applied to the first terminal of the light-emitting diode, preferably to a predetermined continuous-off voltage value, particularly preferably to a voltage value lying below the predetermined continuous-off voltage value; or disconnecting the second supply voltage from the output port of the push-pull circuit.
  • a measuring device is used for measuring the open circuit voltage of the light emitting diode.
  • the rest voltage is measured at the light emitting diode when the push-pull circuit has left the second state and the first state has not yet (re) occupied.
  • the push-pull circuit is preferably switched to the third state in which the switching elements or transistors of the push-pull circuit block and preferably none of the supply lines is connected to the light-emitting diode.
  • the method comprises the further step: adjusting the voltage at the first terminal of the light-emitting diode, preferably by means of a regulator, when the push-pull circuit is switched to the first state and / or switched to the second state, optionally until the Idle voltage at the LED is zero.
  • the adaptation preferably takes place by changing the voltage at the output port of the push-pull circuit, particularly preferably by the use of a charge pump.
  • control pulses are adapted in the second state of the push-pull circuit, preferably by changing the edge steepness or the pulse duration of the control pulses which are applied to the first terminal of the light-emitting diode.
  • the light emitting diode emits electromagnetic radiation when it is supplied with positive electrical energy. Although it is theoretically correct that a LED also emits electromagnetic radiation to a small extent when it is biased in the reverse direction. This purely theoretical consideration was disregarded, so that the light-emitting diode is regarded here as an ideal insofar as it only emits light when energized in one direction, which corresponds to the practice-relevant case.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the light source according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of the light source according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the light source according to the invention
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the light source according to the invention with charge pumps
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the light source according to the invention
  • FIG. 6 shows the simulation of the current through an LED of the invention
  • FIG. 1 shows a light source according to the invention with a push-pull circuit 2 and a light-emitting diode 3.
  • the push-pull circuit 2 is used for driving and powering the light-emitting diode 3.
  • the light emitting diode has a first terminal 10, which is the anode.
  • a second terminal 12 of the light-emitting diode 3 forms the cathode.
  • the first terminal 10 of the light-emitting diode 3 is connected to an output port 20 of the push-pull circuit 2.
  • the second terminal 12 is connected to a center potential line 14, which is also referred to as Ground (GND).
  • GND Ground
  • the center potential line 14 is the system ground.
  • the push-pull circuit 2 has a first input port 22 and a second input port 24.
  • the push-pull circuit 2 has two switching elements 26.
  • the switching element 26 between the first input port 22 and the output port 20 is a first transistor 28.
  • Between the output port 20 and the second input port 24, the switching element 26 is a second transistor 30.
  • the two transistors 28, 30 are each controlled via a control terminal 32 and 34.
  • the control terminals are controlled by a control unit 36, which is used to drive the light source 1.
  • a control unit 36 which is used to drive the light source 1.
  • the first transistor 28 of the push-pull circuit 2 can be switched via the first control terminal 32 by means of the first control electrode 38 in a first or a second state.
  • the first input port 22 of the push-pull circuit is connected to the output port 20 in a lower-impedance manner than in a second state.
  • the low-resistance state in which the first transistor 28 turns on is referred to as on-state.
  • the first input port 22 is connected to the first supply line 42.
  • the potential of the first supply line 42 is positive, so that a positive voltage is applied to the anode (first terminal 10) of the light-emitting diode 3 and the light-emitting diode 3 electromagnetic radiation in the form of light (visible or invisible) or emit infrared radiation or ultraviolet radiation.
  • the first control electrode 38 switches the first transistor 28 to high impedance, in any case higher impedance than in the first state, a second state of the first transistor 28 is reached, which is referred to as the off state.
  • the first supply line 42 is then separated from the output port 20 of the push-pull circuit 2, in any case so high impedance that the LED 3 does not light and emits no or in practice only negligible electromagnetic radiation.
  • the second transistor 30 can also be switched by the control unit 36 via the second control terminal 34 and a second control electrode 40 into a low-impedance on state or a high-impedance off state. In the on state, the second transistor is lower impedance than in the off state, so that the output port 20 is connected to a second supply line 44 via the second input port 24.
  • the second supply line 44 is also referred to as (-VCC) and has a potential which is lower than the potential of the first supply line 42.
  • the potential of the second supply line 44 is negative.
  • the potential of the middle potential line 14 lies between the potential of the first supply line 42 and the potential of the second supply line 44.
  • the second supply line 44 is connected to the output port 20 via the low-resistance switched second transistor 30, so that the negative potential is applied to the first terminal 10 (anode) of the light-emitting diode 3.
  • the LED 3 is thus operated in the reverse direction.
  • the first transistor 28 is low-resistance, while the second transistor 30 is switched to high impedance. This is done by the control unit 36, which may be part of the light source 1, or a separate component.
  • the control unit 36 which may be part of the light source 1, or a separate component.
  • the light emitting diode 3 radiates electromagnetic radiation.
  • the second transistor 30 In a second state of the push-pull circuit, the second transistor 30 is switched to low impedance, while the first transistor 28 is switched high impedance. At the anode of the light emitting diode 3 is then the negative potential of the second supply line 44 at. The light emitting diode 3 is operated in the reverse direction, so that in the blocking capacity of the light emitting diode 3 located charge can be eliminated.
  • both transistors 28 and 30 are switched to high impedance, so that there is no connection to one of the two supply lines 42, 44.
  • the invention proposes that the amount of the potential difference between the potential of the first supply line 42 and the center potential of the Center potential line 14 is smaller than the amount of the potential difference between the potential of the second supply line 44 and the middle potential of the center potential line 14. This condition contradicts the statements to be found in the prior art that a high reverse voltage is life-reducing and therefore should be avoided.
  • the push-pull circuit 2 can be switched to the second state only for a certain period of time, during which the potential of the second supply voltage 44 is applied to the first terminal 10 of the light-emitting diode 3. As soon as the space charge zone or the junction capacitance of the light-emitting diode 3 is emptied, ie if there are no more free charge carriers in the space charge zone, the second state of the push-pull circuit 2 must be terminated. For this purpose, for example, the discharge current in the light-emitting diode 3 can be measured or the voltage drop across the light-emitting diode 3. If all the parameters and parasitic parameters of the wiring of the light source 1 are known, the time duration for operating the push-pull circuit 2 in the second state can be determined and the second state can be ended after the predetermined time.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the light source 1 according to the invention, in which the first terminal 10 of the light emitting diode 3 (anode) is connected via a feed line 46 to a third supply line 48.
  • the switch 50 is arranged, which can also be designed in the form of a transistor. The closing of the third switch 50 establishes the connection of the anode of the light-emitting diode 3 with the third supply line 48.
  • the push-pull circuit 2 is switched to the third state. The LED 3 is then from the third
  • Supply line 48 is powered. This is the case when the light-emitting diode 3 is used for example in continuous operation for lighting purposes, such as a headlight of a vehicle.
  • the potential of the third supply line 48 is positive.
  • the magnitude of the voltage difference between the potential of the third supply line 48 and the potential of the center potential line 14 is less than the magnitude of the voltage difference between the potential of the second supply line 44 and the potential of the center potential line 14.
  • FIG. 3 shows a likewise preferred embodiment in which, in comparison to the embodiment according to FIG. 1, a short-circuit line 52 is additionally connected via the light-emitting diode 3.
  • the short-circuit line 52 has a fourth switch 54, which is referred to as a short-circuit switch.
  • the light-emitting diode 3 and its space charge zone can be normalized in order to prevent avalanche effects, in particular at the edge of the space charging zone.
  • the "normalization” takes place after the removal of the charge carriers from the space charge zone or junction capacitance.
  • the push-pull circuit 2 must be switched to its third state so that its output port 20 is not connected to any of the two supply lines 42, 44.
  • FIGS. 2 and 3 can be combined so that the short-circuit line 52 can also be provided if the light-emitting diode 3 is additionally connected to a third supply line 48.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the light source 1, in which a first charge pump 56 is arranged between the first input port 22 of the push-pull circuit 2 and the first supply line 42 in order to increase the potential of the first supply line 42.
  • the charge pump 56 serves to increase the voltage, whereby the potential difference between the first input port 22 of the push-pull circuit and the potential of the middle potential line 14 is increased.
  • a second charge pump 58 is provided according to FIG. 4 in order to increase the magnitude of the potential at the second input port 24.
  • the potential difference between the first input port 22 and the second input port 24 when using the two charge pumps 56 and 58 is greater than the potential difference between the first supply line 42 and the second supply line 44.
  • Another possibility is to use only the second charge pump 58 when the light-emitting diode 3 is to be switched off particularly quickly and, for this purpose, a high reverse voltage must be present in the reverse direction at the light-emitting diode 3.
  • the push-pull circuit 2 should be operated in its third state, for example by using a multiplexer.
  • the control unit 36 signals via a status and / or synchronization signaling 61 to a controller 60 in which state the device (light source 1) is located. This may be a first state in which the first transistor (T1) 28 conducts and the second transistor (T2) 30 blocks. This may be a second state in which the first transistor 28 blocks and the second transistor 30 conducts. This may be a third state in which the first transistor 28 is off and the second transistor 30 is off.
  • the second state follows for a second time period T 2 and then the third state for a third time period T 3 .
  • a measuring device or the controller 60 now measures the residual LED voltage at the first connection 10 at a measurement time in the third time period T 3 in which the push-pull circuit 2 and thus the light source 1 is in the third state the light-emitting diode 3 against the reference potential (center potential line 14 or system ground or GND). If this LED residual voltage is positive, not all charge carriers of the space charge zone of the light-emitting diode 3 have been cleared out.
  • the controller 60 then increases the charge removal in the second state or decreases the charge storage in the first state. The increase in charge removal is preferred.
  • a first possibility is that the controller 60 extends the second period T 2 to increase the charge removal.
  • the controller 60 signals via a first signaling line 62, this extension of the second time period T 2 to the control unit 36th
  • a second possibility is that the regulator 60 further lowers the negative voltage at the second input port 24 of the push-pull circuit 2, thus increasing the amount of the negative voltage, in order to increase the charge drainage.
  • the controller 60 signals, for example via a second signaling line 63, this reduction to the second charge pump 58 or another suitable voltage regulation of the potential of the second input port 24.
  • a third, less preferred option is that the regulator 60 reduces the positive voltage at the first input port 22 to reduce charge storage.
  • the controller 60 signals, for example via a third signaling line 64, this reduction to the first charge pump 56 or another suitable voltage regulation of the potential of the first input port 22.
  • the controller 60 then decreases the charge removal in the second state of the push-pull circuit 2 or increases the charge storage in the first state of the push-pull circuit 2. The reduction of the charge removal is preferred.
  • a further preferred possibility for regulating the open circuit voltage of the light-emitting diode 3 is that the regulator 60 shortens the second time period T 2 in order to reduce the charge removal.
  • the controller 60 signals This shortening of the second time period T 2 to the control unit 36 via the first signaling line 62.
  • controller 60 further increases the negative voltage at the second input port 24 in order to reduce the charge removal, that is, reduces the amount of the negative voltage.
  • the regulator 60 sigals, for example via the second signaling line 63, this increase to the second charge pump (58) or another suitable voltage regulation of the potential of the second input port 24.
  • a third, less preferred option is for the charge storage increase regulator 60 to increase the positive voltage at the first input port 22.
  • the controller 60 signals, for example, via the third signaling line 64, this increase in the voltage to the first charge pump 56 or other suitable voltage regulation of the potential at the first input port 22.
  • the controller 60 is a PID controller or a controller with integrating control characteristic, which controls the residual LED voltage to zero.
  • the adaptation and regulation of the quiescent voltage of the light-emitting diode 3 as well as the components necessary for this according to FIG. 5 can be combined with one or more of the embodiments according to FIGS. 2 to 4. It is also possible to combine all the embodiments of FIGS. 2 to 5.
  • FIG. 6 shows a time diagram of a simulation of three different transistor circuits. Here, the current is removed by the light emitting diode 3 according to Figure 1 over time. When using a current driver with 20 mA current instead of a push-pull circuit results for the light emitting diode 3, the current curve c shown in Figure 5.

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines kurzen Lichtpulses und Lichtquelle (1) zur Erzeugung von Lichtpulsen mit einer kurzen Pulsdauer, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend eine Leuchtdiode (3) zur Erzeugung von Lichtpulsen und einen Push-Pull-Schaltkreis (2) zur Ansteuerung und zur Energieversorgung der Leuchtdiode (3), wobei die Leuchtdiode (3) einen ersten Anschluss (10) aufweist, der mit einem Ausgangsport (20) des Push-Pull-Schaltkreises (2) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (12), der Push-Pull-Schaltkreis (2) in einen ersten Zustand geschaltet werden kann, bei dem an einem Ausgangsport (20) des Push-Pull-Schaltkreises (2) positive elektrische Energie einer ersten Versorgungsleitung (42) anliegt und die Leuchtdiode (3) elektromagnetische Strahlung aussendet, und in einen zweiten Zustand geschaltet werden kann, bei dem am Ausgangsport (20) negative elektrische Energie der zweiten Versorgungsleitung (44) anliegt, und wobei der Betrag der Differenz zwischen dem Potential einer Mittenpotentialleitung (14) an dem zweiten Anschluss (12) der Leuchtdiode (3) und dem Potential der ersten Versorgungsleitung (42) kleiner ist als der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mittenpotentialleitung (14) und dem Potential der zweiten Versorgungsleitung (44).

Description

Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft
Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtpulsen mit einer kurzen Pulsdauer und Ver- fahren zum Erzeugen eines kurzen Lichtpulses mittels einer Lichtquelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtpul- sen mit einer kurzen Pulsdauer im Nanosekundenbereich, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug. Sie umfasst eine Leuchtdiode zur Erzeugung der Lichtpulse und einen Push-Pull-Schaltkreis zur Ansteuerung und Energie- versorgung der Leuchtdiode. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Ver- fahren zur Erzeugung eines kurzen Lichtpulses mittels einer Leuchtdiode und eines Push-Pull-Schaltkreises.
Im Bereich der Fahrzeugtechnik erlangt die Unterstützung des Fahrers einen immer größeren Stellenwert. Die Unterstützung reicht von Fahrerassistenzsys- temen bis hin zum autonomen Fahren der Fahrzeuge. Hierzu werden Systeme zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung eingesetzt. Eine wich- tige Rolle spielt das LIDAR-System (Light Detection and Ranging), bei dem ähn- lich wie bei der Radarmessung vorgegangen wird, jedoch Laserstrahlen oder andere Lichtquellen verwendet werden. Die LI DAR-Systeme werden in Zukunft eine noch wichtigere Rolle bei verbesserten Fahrerassistenzsystemen (Advan- ced Driver Assistance Systems, ADAS) und beim autonomen Fahren spielen. die herrschenden strengen Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfor- dern zuverlässige und empfindliche Systeme, damit auch in Extremsituationen die richtigen Entscheidungen getroffen werden. Die Systeme benötigen deshalb in vielen Anwendungsbereichen sehr kurze Lichtpulse. Hierzu wird häufig auf teure Laserdioden zurückgegriffen, um Pulse zu ermöglichen, deren Pulsdauer kleiner als ca. 10 ns ist. Eine Hauptanwendung von derart gepulsten Lichtquel- len ist die Lichtlaufzeitmessung zur Distanzbestimmung, wie sie beispielsweise beim sogenannten Flash-LIDAR eingesetzt wird.
Da die Information der Messung in den Flanken der Pulse steckt, ist eine Ver- kürzung der Pulslänge gleichbedeutend mit einer Verbesserung der Effizienz. Dies kann unmittelbar in eine Verbesserung der Performance umgesetzt wer- den. Insbesondere bei LIDAR-Systemen mit hoher Reichweite ist die System- performance jedoch limitiert durch die zulässige Emissionsleistung der Licht quelle. Eine effiziente Lichtquelle ist demnach mindestens genauso entschei- dend für die Systemperformance wie ein empfindlicher Sensor.
Bei herkömmlichen LIDAR-Systemen werden im Allgemeinen ablenkbare La- serstrahlen verwendet, die durch Spiegel gelenkt werden. Bei den verwendeten Lasern besteht jedoch das Problem der hohen Energiedichte, um Systeme mit einer großen Reichweite aufzubauen. Laser mit hoher Energiedichte können die Augen schädigen, sodass die Lichtleistung durch gesetzliche Vorgaben ge- regelt ist.
Bei Flash-LIDAR-Systemen werden heute dedizierte Infrarotpulsquellen ver- wendet. Sie sind in ihrer Reichweite und Empfindlichkeit durch die gesetzlich limitierte Sendeleistung zur Einhaltung der Augensicherheit begrenzt. Aufgrund der vorgegebenen Randbedingungen steigt die Bedeutung von ge- pulsten Lichtquellen mit kurzen Lichtimpulsen für die Lichtlaufzeitmessung, die für eine Distanzbestimmung oder Abstandsbestimmung notwendig ist. Die Effi zienz der Lichtlaufzeitmessungen wird auch durch die Pulslänge bestimmt. Eine Verkürzung der Pulslänge erhöht dabei die Effizienz, da bei gleichbleibender mittlerer Lichtleistung eine höhere Reichweite erzielt werden kann.
Die im Stand der Technik im automobilen Bereich bekannten LIDAR-Systeme werden generell mit dedizierten Beleuchtungsquellen gebaut. Aus Akzeptanz- gründen ist man dabei auf den nicht sichtbaren Wellenlängenbereich be- schränkt und muss gleichzeitig mit den geringen Ausmaßen auskommen, die durch den im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum vorgegeben sind. Beide Limitierungen wirken sich unter Berücksichtigung der Grenzwerte für die Strahlungsleistung aufgrund der zu vermeidenden Schädigung von Augen re- duzierend und mindernd auf die maximale Sendeleistung und somit auch auf die Performance der Systeme aus.
Es besteht somit ein großer Bedarf an einer Reichweitenvergrößerung. Diese lässt sich insbesondere mit gepulsten Lichtquellen erzielen. Im Rahmen der Er- findung wurde erkannt, dass eine Schlüsselfrage in der Erzeugung von Lichtim- pulsen für Leuchtdioden, LEDs, oderfür Laserdioden besteht, die steile Flanken aufweisen, also eine steile Anstiegsflanke und eine steile Abfallflanke haben. Die Anstiegsflanke spiegelt das Einschalten, die Abfallflanke das Ausschalten der Diode wider.
LED-Pulse werden im Stand der Technik durch schaltbare Stromquellen oder Spannungsquellen erzeugt. Die damit erzielbaren Anstiegs- und Abfallzeiten der Lichtpulse liegen typischerweise in der Größenordnung von 10 ns. Bei her- kömmlichen Leuchtdioden und Laserdioden ergibt sich diese Grenze durch das in den Dioden bedingte Umladen der Sperrschichtkapazität in Verbindung mit parasitären Komponenten der Dioden und deren Anschlüssen. Die EP 0 470 780 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Verbesserung der Puls- form einer LED, insbesondere der Anstiegsflanke. Dabei werden vier Bipolar- Transistoren in einer H-Brückenschaltung zusammengeschaltet, um eine Leuchtdiode, LED, zu betreiben. Die offenbarte Schaltung muss in Sperrrich- tung zwei Widerstände aufweisen, um infolge der Nutzung auftretende Quer- ströme in den beiden H-Brücken zu begrenzen. Hierdurch wird das Ausschalt- verhalten des Schaltkreises limitiert. Zusätzlich muss der vorgeschlagene Schaltkreis eine Stromquelle umfassen, die die Integration zumindest eines wei- teren Stromquellentransistors in den Schaltkreis erfordert. Die gezeigte Schal- tung ist somit nicht spannungsversorgt, sondern stromversorgt aus der vorhan- denen Stromquelle. Zusätzliche Stromquellen verursachen jedoch einen zu- sätzlichen Flächenbedarf auf dem Chip bei Integration des Schaltkreises in ei- nen integrierten mikroelektronischen Kreis. Die LED wird im ausgeschalteten Zustand betrieben, wenn der erste High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke ausgeschaltet und der zweite High-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke aus- geschaltet sind und gleichzeitig der erste Low-Side-Transistor der ersten Halb- brücke eingeschaltet ist, während der zweite Low-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke ausgeschaltet ist. Die Leuchtdiode wird also nur mit ihrer Anode über den ersten Low-Side-Transistor der ersten Halbbrücke mit der Stromquelle verbunden. Dies ist in Figur 1 der EP 0 470 780 A1 gezeigt. Da die Kathode der LED in diesem Zustand nicht beschältet ist, ist die LED auch nicht im ausge- schalteten Zustand mit einer Energiequelle verbunden. Um einen möglichst kur- zen Lichtimpuls zu erzeugen, wird kurz nach dem Einschalten des ersten High- Side-Transistors und der beiden Low-Side-Transistoren der zweite High-Side- Transistor mit einer Verzögerung t geschaltet und übernimmt so einen Teil des Stroms der Stromquelle. Das Ausschalten der LED erfolgt ausschließlich über den ersten Low-Side-Transistor. Allerdings ist der "Ausräumstrom" durch die Stromquelle begrenzt. Die LED kann nur mit der durch die Stromquelle festge- legten Zeit t=QLED/lstromqueiie = CLED X U LED/I Stromquelle ausgeschaltet werden. Der Entladevorgang wird dabei auch durch die Widerstände behindert. Die Entlade- zeit wird somit vergrößert. Zwar ist die Schaltung geeignet, einen besonders steilen Anstieg der Lichtleistung hervorzu rufen. Ein kurzer Lichtimpuls der LED oder eine steile Ausschaltflanke lassen sich mit dieser Schaltung aufgrund der oben genannten parasitären Effekte jedoch nicht realisieren.
Die Ansteuerung einer LED mit zwei Halbbrücken ist auch aus dem Dokument Wesen, Björn [et al.j: "Fastest way of doing on/off-modulation of a LED". 22nd June 201 1 , edited 23rd June 2014. 4. S. URL:https://electronics.stackex- change.com/questions/15818/fastest-way-of-doing-on-off-modulation-of-a-led [abgerufen am 23.01.2018] bekannt. Weitere Halbbrückenansteuerungen und Halbbrückentreiber ohne die Nutzung einer LED sind beispielsweise aus "TPS28226 High-Frequency 4-A Sink Synchronous MOSFET Drivers“, einer Applikationsschrift der Fa. Texas Instruments, und aus„2A Synchronous Buck Power MOSFET Driver“, einer Applikationsschrift der Fa. Microchip zum Microchip-Produkt MCP14628, bekannt.
Die EP 2 761 978 B1 zeigt eine H-Brückenschaltung zur Ansteuerung von LED- Leuchtmitteln mit unterschiedlicher Farbe und Polung. Allerdings dient die Um- polung hier der Auswahl verschiedener Farben. Die Vorrichtung ist aber nicht geeignet, um kurze Lichtimpulse abzustrahlen.
Die EP 0 762 651 A2 beschreibt das Einschalten einer LED mit einem zunächst höheren Strom, der oberhalb des dann niedrigeren Betriebsstroms liegt. Damit werden steile Einschaltflanken des Lichtimpulses erzielt. Die DE 10 2016 116 718 A1 beschreibt eine Dimmschaltung für LED-Leuchten.
Die Kombination einer Lichtpulsquelle mit einer TOF-Kamera (Time of Flight- Kamera) ist beispielsweise aus der DE 10 2014 105 482 A1 bekannt.
Auch die JP S 587941 beschreibt eine Lichtquelle für kurze Lichtimpulse mit einer Treiberschaltung, bei der zunächst ein positiver Einschaltimpuls erzeugt wird, dem zum Ausschalten der LED ein negativer Spannungspuls folgt.
Die WO 2016/187566 beschreibt eine bipolare Ansteuerschaltung für Laserdio- den oder LEDs, die zwei zeitlich aufeinanderfolgende Pulse mit unterschiedli- cher Polarität und verschiedenen Werten bereitstellt, um ultrakurze Lichtpulse mit Pulsdauern im Bereich von 100 Pikosekunden bis 2 Nanosekunden in einer Laserdiode oder LED zu erzeugen.
Die US 9,681 ,514 B1 sowie die US 9,603,210 B1 beschreiben jeweils Steuer- kreise zur Anschaltung einer LED oder Leuchtdiode, wobei die US 9,681 ,514 B1 eine Push-Pull-Ansteuerschaltung zum Dimmen einer Licht quelle offenbart, bei der der Ausgang der Push-Pull-Schaltung mit elektrischer Energie von einer positiven und einer negativen Versorgungsspannungsleitung betrieben wird.
Die im Stand der Technik bekannten Druckschriften befassen sich vorwiegend mit dem Problem, einen Lichtpuls zu schaffen, der eine möglichst kurze An- stiegszeit aufweist. Wie ein insgesamt sehr kurzer Lichtpuls bei Leuchtdioden mit einer großen Eigenkapazität erzeugt werden kann und wie der Problematik beim Ausschalten von flächenmäßig und kapazitätsmäßig in der Regel sehr großen Leuchtmittel-LEDs entgegengetreten wird, ist in diesen Schriften nicht adressiert.
Im Stand der Technik besteht auch ein großer Bedarf an einem verbesserten und zuverlässigeren Messsystem, insbesondere LIDAR-System. Um die Reich- weite zu erhöhen oder die Sichtbarkeit von dunklen Objekten zu ermöglichen, muss die Empfindlichkeit des Systems erhöht werden. Prinzipiell kann dies ent- weder durch einen lichtempfindlichen Sensor oder durch einen verbesserten Sender (Sendediode) oder durch eine erhöhte Sendeleistung geschehen. Sen- soren werden heute jedoch schon nahe an den physikalischen Limits und tech- nischen Möglichkeiten betrieben. Die Sendeleistung hingegen unterliegt ge- setzlichen Beschränkungen, auch um Personen in der Nähe des Systems zu schützen. Es besteht deshalb ein hoher Bedarf an einer verbesserten Sendedi- ode für Messsysteme, insbesondere LIDAR-Systeme.
Die Lösung des Problems beruht auf der Erkenntnis, dass eine wesentliche Auf- gabe darin besteht, die als Sendediode oder Lichtquelle verwendete, aussen- dende Leuchtdiode zu optimieren. Ein Aspekt der Erfindung betrifft dabei mög- lichst steilflankige Lichtimpulse mit kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten zu erzeu- gen. Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft nicht nur steile Lichtimpulse zu erzeugen, sondern auch besonders kurze Lichtpulse ohne langsame Anstiegs- oder Abfallzeiten der Pulsweite. In der Regel führen bei herkömmlichen Leucht- dioden die parasitären Effekte der Leuchtdiode zu längeren Anstiegs- und Abfallzeiten. Dies gilt besonders bei Leuchtdioden in der Fahrzeugtechnik, ins- besondere dann, wenn die Leuchtdioden auch für Beleuchtungszwecke einge- setzt werden.
Gelöst wird die vorliegende Aufgabe mit einer Lichtquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Die vorgeschlagene technische Lösung verkürzt die Anstiegs- und Abfallzeiten eines LED-Lichtimpulses massiv und ermöglicht somit, Lichtimpulse zu erzeu- gen, die extrem kurz sind und eine Pulsdauer von wenigen Nanosekunden, be- vorzugt von weniger als 2 Nanosekunden haben. Insbesondere lassen sich die Ausschaltzeiten der Lichtimpulse stark verkürzen. Damit ist es möglich, Leucht- dioden (LEDs) in Applikationen wie Flash-LIDAR-Systemen effektiv und leis- tungsstark einzusetzen. Teure Laserdioden können in vielen Fällen durch LEDs (Leuchtdioden) ersetzt werden. Erfindungsgemäß umfasst die Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtpulsen mit einer kurzen Pulsdauer im Nanosekundenbereich eine Leuchtdiode zum Erzeu- gen von Lichtpulsen und einen Push-Pull-Schaltkreis zur Ansteuerung und zur Energieversorgung der Leuchtdiode. Die Lichtquelle kann vorzugsweise in ei- nem Fahrzeug verwendet werden, etwa um als Teil eines LIDAR-Systems zur Objekterkennung und Distanzmessung verwendet zu werden.
Erfindungsgemäß hat die Leuchtdiode der Lichtquelle einen ersten Anschluss, der mit einem Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises verbunden ist. Der zweite Anschluss der Leuchtdiode ist mit einer Mittenpotentialleitung verbun- den, die bevorzugt die Systemmasse sein kann. Der Push-Pull-Schaltkreis weist einen ersten Eingangsport auf, der mit einer ersten Versorgungsspannungsleitung und deren Potential verbunden ist. Sein zweiter Eingangsport ist mit einer zweiten Versorgungsleitung und deren Po- tential verbunden, wobei die zweite Versorgungsleitung bevorzugt ein negatives Potential zur Verfügung stellt. Das Potential zwischen der Mittenpotentialleitung (GND) liegt zwischen dem Potential der ersten Versorgungsleitung und dem Potential der zweiten Versorgungsleitung.
Der Push-Pull-Schaltkreis kann in einen ersten Zustand geschaltet werden, bei dem am Ausgangsport positive elektrische Energie der ersten Versorgungslei- tung anliegt. In einem zweiten Zustand der Push-Pull-Schaltung liegt am Aus- gangsport negative elektrische Energie der zweiten Versorgungsleitung an. Der Push-Pull-Schaltkreis kann zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand hin und her geschaltet werden.
Wenn der Push-Pull-Schaltkreis in den ersten Zustand geschaltet ist und dann positive elektrische Energie am Ausgangsport anliegt, sendet die Leuchtdiode elektromagnetische Strahlung aus, beispielweise in Form von sichtbarem oder nicht-sichtbarem Licht oder im Infrarotbereich. In diesem Fall liegt am ersten Anschluss der Leuchtdiode ein positives Potential an, das größer ist als das Potential der Mittenpotentialleitung, die mit dem zweiten Anschluss der Leucht- diode verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist die Lichtquelle derart ausgebildet, dass der Betrag der Dif- ferenz zwischen dem Potential der Mittenpotentialleitung und dem Potential der ersten Versorgungsleitung kleiner ist als der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mittenpotentialleitung und dem Potential der zweiten Versor- gungsleitung. Der Betrag der positiven Spannung, die im ersten Zustand an dem ersten Anschluss der Leuchtdiode (LED) anliegt, ist also größer als der Betrag der negativen Spannung, die im zweiten Zustand an dem ersten An- schluss der Leuchtdiode anliegt.
Während im ersten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises die LED eingeschaltet wird, sodass die Ladungsträger in der Leuchtdiode aufgebaut werden, liegt im zweiten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises am ersten Anschluss der Leucht- diode eine negative Spannung an. Durch Anlegen einer Gegenspannung in Sperrrichtung an der Leuchtdiode muss die in der LED gespeicherte Ladung beim Ausschalten also nicht durch „strahlende Rekombination“ abgebaut werden, sondern vorwiegend durch„Absaugen“ mittels des angelegten Gegen- felds. Damit werden die Ladungsträger aus der Raumladungszone der LED ausgeräumt. Dieses Anliegen der negativen Spannung an dem ersten An- schluss der Leuchtdiode führt zu einem sehr schnellen Ausschalten der Leucht- diode. Es wird also letztlich in der LED ein Ausschaltimpuls erzeugt, der eine besonders steile Flanke hat. Die große Ausschaltflanke des Lichtimpulses der Leuchtdiode führt in Messsystemen zu einer großen Bandbreite und einer ent- sprechend hohen Auflösung. Hierdurch lässt sich auch insgesamt der Leuch- timpuls oder Lichtimpuls der LED verkürzen, da sowohl Anstiegszeit als auch Abfallzeit des Leuchtimpulses sehr kurz sind und bevorzugt jeweils unter 1 ns liegen. Die erfindungsgemäße Lichtquelle eignet sich deshalb insbesondere für die Verwendung im Fahrzeug.
Da der erfindungsgemäße Push-Pull-Schaltkreis keine interne Stromquelle auf- weist, wie es beispielsweise in der EP 0 470 780 A1 beschrieben ist, treten auch die parasitären Effekte und Randbedingungen durch die Stromquelle nicht auf. Die Schaltung ist lediglich spannungsgesteuert, nicht aber stromgesteuert und ermöglicht deshalb kürzere Ausschaltzeiten und somit eine steilere Flanke beim Ausschalten.
Im Gegensatz zu der allgemeinen technischen Auffassung, wonach das Anle- gen einer Gegenspannung an einer Leuchtdiode die Lebensdauer drastisch verkürzen würde, macht sich die vorliegende Erfindung gerade das Anlegen dieser Gegenspannung zunutze. Dabei wurde erkannt, dass der Betrag der Ge- genspannung (Potentialdifferenz zwischen zweiter Versorgungsleitung und Mit- tenpotentialleitung) größer sein kann und soll als der Betrag der "Flussspan- nung" (Betriebsspannung). Dies steht ebenfalls im Gegensatz zu der allgemein herrschenden Fachmeinung.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Gegenspannung Werte an- nehmen kann, die beispielsweise dem doppelten oder dreifachen Wert der Flussspannung der Leuchtdiode entsprechen. Bevorzugt sind auch höhere Werte der Sperrspannung möglich, beispielsweise derfünffache, der zehnfache oder der zwanzigfache Wert der Flussspannung. Bei einem sehr sorgfältigen Qualitätsmanagement können sogar Gegenspannungen mit dem Fünfzigfa- chen der Flussspannung an die Leuchtdiode angelegt werden, ohne diese zu schädigen. Solche Gegenspannungen oder Ausräumspannungen an der Leuchtdiode wurden im Rahmen der Erfindung erprobt, wobei die Ausräum- spannungen in Bereichen von 20 V bis 40 V und sogar bis 60 V lagen, während die Flussspannungen bei 1 ,2 V für eine Serienschaltung mit wenigen Leuchtdi- oden realisiert wurden.
Die erfindungsgemäße Lichtquelle eignet sich deshalb besonders gut als Lichtsender eines LIDAR-Systems. Der Effekt des schnellen Ausschaltens und der damit verbundenen steilen Ausschaltflanke begründet eine besonders große Bandbreite des Systems. Dies führt zu einer hohen Auslösung und zu einer großen Reichweite des Messsystems.
Die erfindungsgemäße Lichtquelle und ihre Vorteile zeigen sich insbesondere bei Leuchtdioden, die für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden (sogenannte Beleuchtungs-Leuchtdioden oder Beleuchtungs-LEDs). Während die monofre- quenten Laserdioden kohärente Strahlung abstrahlen und nach Abschalten der hohen stimulierten Emissionen ein schneller Abfall der Ladungsträgerdichte in der Sperrschicht erfolgt, bleibt bei Beleuchtungs-LEDs die Sperrschicht beim Abschalten zunächst im Wesentlichen erhalten, da die stimulierte Emission nur sehr gering ist. Daher leuchten die Beleuchtungs-LEDs sehr lange nach, jeden- falls deutlich länger nach als Laserdioden. Schließlich werden Beleuchtungs- Leuchtdioden auf ein langes Nachleuchten hin entwickelt, auch um die Wahr- nehmung eines Flackerns infolge einer Pulsweitenmodulations-Ansteuerung (PWM) zu minimieren. Insoweit sind die Anforderungen an Laserdioden und Signalübertragungsdioden (Signalübertragungsleuchtdioden) konträr zu Be- leuchtungs-LEDs. Beleuchtungs-LEDs sind also träger als die schnelleren Sig- nalübertragungsdioden, die eine deutlich kleinere Sperrschichtkapazität aufwei- sen. Die Sperrschichtkapazität einer Laserdiode liegt im Bereich von ca. 50 pF. Die einer Beleuchtungs-Leuchtdiode liegt im Gegensatz dazu bei einem Mehrfa- chen, häufig im Bereich von mehreren Nanofarad, insbesondere von 10 nF bis 100 nF.
Die im Stand der Technik bekannten Beleuchtungs-LEDs sind in der Regel Flu- oreszenz-LEDs. Hier wird eine Fluoreszenzschicht von einer UV-LED ange- strahlt. Allerdings lassen sich diese LEDs nicht modulieren, da die Fluoreszenz- schicht nachleuchtet. Für Scheinwerfer werden deshalb häufig RDG-LEDs ein- gesetzt, bei denen die weißleuchtende Fluoreszenzschicht durch drei Farb- LEDs ersetzt wird, deren Grundfarben zu weißem Licht aktiv gemischt werden.
Da sich Beleuchtungs-LEDs bevorzugt durch eine diffuse Lichtaussendung auszeichnen, erfolgt bevorzugt eine individuelle Ansteuerung und Synchronisa- tion der einzelnen LEDs, insbesondere beim Abschaltvorgang, wenn eine ne- gative Spannung am ersten Anschluss der Leuchtdiode anliegt. In einer bevor- zugten Ausführungsform umfasst die Lichtquelle drei Leuchtdioden, die bevor- zugt je eine andere Farbe haben, und drei Treiberschaltungen (Push-Pull- Schaltkreis), sodass jede LED von einem Push-Pull-Schaltkreis angesteuert wird. Die Ansteuerung und Synchronisation erfolgt bevorzugt von einer Steue- rungseinheit, die die Steuereingänge der LEDs ansteuert.
Das Anlegen einer betragsmäßig größeren Gegenspannung als die Betriebs- spannung führt zu dem schnellen Ausräumen der Raumladungszone der Leuchtdiode, insbesondere bei Beleuchtungs-LEDs. Die Sperrschichtkapazität der Diode wird schnell ausgeräumt. Dieser Effekt macht sich besonders bei Leuchtdioden bemerkbar, die eine hohe Eigenkapazität und damit Trägheit auf- weisen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Leucht- diode nicht nur als Strahlungsquelle oder Sender in einem Messsystem einge- setzt, sondern gleichzeitig auch für Beleuchtungszwecke, beispielsweise als Scheinwerfer oder Fahrzeugscheinwerfer. Diese Leuchtdioden haben eine große Trägheit und Eigenkapazität, sodass die erfindungsgemäße Schaltung noch stärker zum Tragen kommt. Die Überwindung der Trägheit der Lichtquelle wird durch die Ansteuerung der Leuchtdiode mittels der Push-Pull-Schaltung erzielt.
Damit die Leuchtdiode auch gleichzeitig als Sendediode eines Messsystem und als Beleuchtungsmittel oder Scheinwerfer in einem Fahrzeug eingesetzt wer- den kann, ist bevorzugt der erste Anschluss der Leuchtdiode über einen dritten Schalter mit einer dritten Versorgungsspannung verbunden. Die Leuchtdiode kann dann mit elektrischer Energie aus der dritten Versorgungsleitung versorgt werden, wobei die dritte Versorgungsleitung ebenfalls ein positives Potential aufweist, also eine positive Spannung an dem ersten Anschluss anliegt. Auf diese Weise lässt sich die Leuchtdiode für Beleuchtungszwecke einsetzen. Das Spannungspotential der dritten Versorgungsleitung kann entsprechend gewählt werden. Das Potential der dritten Versorgungsleitung kann somit unabhängig vom Potential der anderen Versorgungsleitungen sein, wobei das Potential der ersten Versorgungsleitung und das Potential der zweiten Versorgungsleitung voneinander abweichen können. Bevorzugt kann der Push-Pull-Schaltkreis in einen dritten Zustand geschaltet werden, in dem der Ausgangsport der Push- Pull-Schaltkreises von der ersten Versorgungsleitung und von der zweiten Ver- sorgungsleitung getrennt ist. Dies erfolgt bevorzugt, wenn die Lichtquelle für Beleuchtungszwecke betrieben wird.
Bevorzugt wird also zwischen einem Pulsbetrieb der Leuchtdiode, bei dem sie in einem Messsystem eingesetzt wird, und einem Dauerbetrieb mit einer Ein- schaltzeit mit wenigstens 1 s für Beleuchtungszwecke hin und her geschaltet. Beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug wird die Lichtquelle als Scheinwerfer ein- gesetzt. Der eingeschaltete Scheinwerfer wird immer dann, wenn eine Messung mit einem Messsystem, beispielsweise einem LIDAR-System, erfolgt, ausge- schaltet. Das Ausschalten erfolgt in der Regel für einen Zeitraum kleiner oder gleich 1 ms, bevorzugt im Mikrosekundenbereich, sehr bevorzugt in einem Be- reich kleiner 1 mb. Während dieser Ausschaltzeit, bei der die dritte Versorgungs- leitung von der Leuchtdiode getrennt ist, wird die Leuchtdiode in einen Pulsbe- trieb geschaltet, in dem die Push-Pull-Schaltung nicht im dritten Zustand betrie- ben wird. Der Push-Pull-Schaltkreis wird zunächst in den ersten Zustand geschaltet, wodurch die Leuchtdiode wieder eingeschaltet wird. Anschließend wird er in den zweiten Zustand geschaltet, wodurch das Ausschalten der Leuchtdiode erfolgt. Hierbei wird die Sperrkapazität der Leuchtdiode ausge- räumt, die Raumladungszone also von Ladungsträgern befreit. Wie oben be- schrieben wird hiermit eine steile Ausschaltflanke zum Ausschalten der Leucht- diode erzeugt. Anschließend wird die Leuchtdiode wieder in den Beleuchtungs- betrieb geschaltet. Da das Abschalten des Beleuchtungsbetriebs der Leuchtdi- ode für eine Zeitdauer kleiner 1 ms erfolgt, ist es für das menschliche Auge nicht sichtbar. Der Benutzer kann ein Umschalten vom Beleuchtungsbetrieb in den Messbetrieb nicht erkennen. Es erfolgt somit keine Einschränkung beim Einsatz der Lichtquelle als Fahrzeugscheinwerfer.
Im Rahmen der Erfindung wurde auch erkannt, dass die Abstimmung der Zeit dauer, für die die Gegenspannung oder Ausräumspannung an der Leuchtdiode anliegt, wichtig ist. Liegt die Gegenspannung auch dann noch an, wenn die Raumladungszone leergeräumt ist (Sperrschichtkapazität ist ausgeräumt), er- folgt eine Beschädigung oder Zerstörung der Leuchtdiode. Es wurde erkannt, dass die Zeitdauer, für die die Push-Pull-Schaltung in den zweiten Zustand ge- schaltet ist, begrenzt sein muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Lichtquelle weist die Lichtquelle eine Stromüberwachungsschaltung auf, mit der der in der Leuchtdiode auftretende Entladestrom überwacht wird, wenn der Push-Pull-Schaltkreis in den zweiten Zustand geschaltet ist. Bevorzugt wird beim Unterschreiten eines vorgegebe- nen Strom-Grenzwertes die Gegenspannung reduziert, die an dem ersten An- schluss der Leuchtdiode anliegt. Bevorzugt wird die Gegenspannung dann auf einen vorgegebenen Dauersperrspannungswert reduziert. Dies ist der Span- nungswert, bei dem die Leuchtdiode keine Beschädigung erfährt, wenn sie im Sperrbetrieb betrieben wird. Besonders bevorzugt wird die Gegenspannung an der Leuchtdiode unter den vorgegebenen Dauersperrspannungswert reduziert. Der Dauersperrspannungswert hängt von der verwendeten Leuchtdiode ab und ist entweder bekannt oder kann durch einfache Messungen ermittelt werden. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lichtquelle eine Spannungsüberwachungseinheit, die die an der Leuchtdiode anliegende Sperr- spannung oder Gegenspannung überwacht, wenn der Push-Pull-Schaltkreis in den zweiten Zustand geschaltet ist. Die Entladung der Sperrschichtkapazität erfolgt bevorzugt mit einer erhöhten Spannung über einen Vorwiderstand, der durch den Innenwiderstand der Entladespannungsquelle gebildet werden kann. Ist die Sperrschichtkapazität noch nicht entladen, so schließt die Sperrschicht- kapazität die Spannung an der Diode kurz. Mit dem Sinken des Entladestroms steigt die Spannung an. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Spannungs- Grenzwertes der Spannung über der Leuchtdiode wird die Gegenspannung re- duziert, beispielsweise unter einen vorgegebenen Dauersperrspannungswert, bevorzugt zu Null. Alternativ und ebenfalls bevorzugt kann die zweite Versor- gungsspannung der Lichtquelle von dem Ausgangsport des Push-Pull-Schalt- kreises getrennt werden, sodass keine Spannung in Sperrrichtung an der Leuchtdiode mehr anliegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Zeitdauer, in der der Push-Pull-Schaltkreis in den zweiten Zustand geschaltet ist, begrenzt. Der zweite Zustand wird zu einem vorgebbaren Zeitpunkt beendet, sodass er nur für eine vorgegebene Zeitdauer anliegt. Der Zeitpunkt kann ermittelt oder be- rechnet werden, wenn die exakte Konfiguration der Lichtquelle mit allen parasi- tären Parametern aller Schaltkreiselemente vorbekannt ist. Der Ausschaltzeit- punkt entspricht dann im Wesentlichen den beiden oben genannten Zeitpunk- ten, also wenn der Entladestrom einen Strom-Grenzwert unterschreitet oder die Ausräumspannung einen Spannungs-Grenzwert überschreitet.
Bevorzugt ist die vorgegebene Zeitdauer, nach der der zweite Zustand des Push-Pull-Schaltkreises ausgeschaltet wird, höchstens 2 ns lang. Besonders bevorzugt beträgt die Zeitdauer höchstens 1 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,5 ns. Für einige Konfigurationen der Lichtquelle beträgt der vorgegebene Zeit- punkt höchstens 0,2 ns, sehr bevorzugt höchstens 0,1 ns. Er kann jedoch auch darunter liegen, beispielsweise bei höchstens 0,05 ns. Insbesondere bei den kurzen Schaltdauern des zweiten Zustands, die ein sehr schnelles Ausräumen der Sperrschichtkapazität der Leuchtdiode zur Folge haben, lassen sich insge- samt sehr kurze Lichtimpulse im Messbetrieb realisieren, da auch die Aus- schaltdauer gering ist und somit die Ausschaltflanke der Leuchtdiode sehr steil.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass nach dem Anlegen der Sperr- Spannung (Gegenspannung) oder Ausräumspannung, also nach dem Schalten des Push-Pull-Schaltkreises in den zweiten Zustand, die Spannungen wieder zu "normalisieren" sind, um Lawineneffekte in der Raumladungszone der Leuchtdiode zu vermeiden. Bevorzugt lässt sich deshalb der Push-Pull-Schalt- kreis in einen dritten Zustand schalten, in dem der Ausgangsport von beiden Versorgungsleitungen getrennt ist. Der dritte Zustand des Push-Pull-Schaltkrei- ses, in dem der Ausgangsport von beiden Versorgungsleitungen getrennt ist, wird als Tristate-Zustand bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Kurzschluss- leitung mit einem vierten Schalter auf. Die Kurzschlussleitung verbindet den ersten Anschluss der Leuchtdiode mit dem zweiten Anschluss der Leuchtdiode, sodass bei Schließen des Schalters die Leuchtdiode kurzgeschlossen werden kann. Das Kurzschließen der Leuchtdiode erfolgt jedoch nur, wenn vorher der Push-Pull-Schaltkreis in seinen dritten Zustand geschaltet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lichtquelle eine Messeinheit oder Spannungsüberwachungseinheit, die die an der Leuchtdiode anliegende Ruhespannung misst, wenn der Push-Pull-Schaltkreis in den dritten Zustand geschaltet ist. Bevorzugt wird die Ruhespannung gemessen, wenn der Push-Pull-Schaltkreis den zweiten Zustand verlassen hat, also keine negative Spannung mehr am ersten Anschluss der Leuchtdiode anliegt. Besonders bevorzugt wird die Ruhespannung an der Leuchtdiode zwischen zwei Ansteuerpulsen gemessen. Die Messung erfolgt also, wenn die Leuchtdi- ode nicht mehr in den zweiten Zustand geschaltet ist und noch nicht in den ersten Zustand für den nächsten Messimpuls geschaltet ist. Im Idealfall ist die Ruhespannung an der Leuchtdiode gleich Null, wenn der Push-Pull-Schaltkreis den zweiten Zustand verlassen hat und der erste An- schluss der Leuchtdiode von beiden Versorgungsleitungen getrennt ist, was dem dritten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises entspricht. Die Raumladungs- zone der Leuchtdiode ist dann vollständig ausgeräumt. Falls die Raumladungs- zone noch Ladungen enthält, ist die Ruhespannung von Null verschieden. Sie wird dann geregelt durch Anpassung des negativen Schaltimpulses an dem Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises und somit an dem ersten Anschluss der Leuchtdiode. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ruhespannung zu Null geregelt oder auf einen in der Praxis vernachlässigbaren Wert, bevorzugt durch Fine- Tuning oder Fine-Timing der Lade- oder Entladeimpulse (positiver Spannungs- impuls oder negativer Spannungsimpuls am ersten Anschluss der LED). Dies kann z.B. durch Anpassen der Impulsdauer und/oder Flankensteilheit der An- Steuerimpulse erfolgen oder durch Änderung der Spannungshöhe der Ansteu- erimpulse, beispielsweise durch Einsatz einer Ladungspumpe oder einer ande- ren, bevorzugt regelbaren Spannungserhöhungseinheit. Die Regelung kann mittels eines Reglers oder einer Regeleinheit durchgeführt werden.
Alternativ und ebenso bevorzugt kann das Mittenpotential, also das Potential der Mittenpotentialleitung, verschoben bzw. verändert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltdauer, während der der Push-Pull-Schaltkreis in den ersten Zustand geschaltet ist, höchstens 0,5 ns. Besonders bevorzugt beträgt die Schaltdauer höchstens 0,2 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,1 ns und besonders bevorzugt 0,05 ns. Hierdurch lässt sich ein besonders steiler Anstieg des Lichtpulses, der von der Leuchtdiode ab- gestrahlt wird, erzielen. Dies ist auch Voraussetzung dafür, um einen möglichst kurzen Lichtpuls von der Leuchtdiode abzustrahlen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Lichtquelle emittiert die Leuchtdiode einen als elektromagnetische Strahlung ausgesendeten kurzen Lichtimpuls im Nanosekundenbereich. Der erzeugte Lichtpuls hat eine Pulsdauer von höchs- tens 1 ns. Bevorzugt ist der Lichtpuls höchstens 0,7 ns lang. Weiter bevorzugt beträgt die Pulsdauer des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtpulses höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,3 ns und sehr bevorzugt höchs- tens 0,1 ns. Dies führt zu steilen und extrem kurzen Lichtpulsen, die für ein LIDAR-System ausreichend sind. Da die Pulsdauer so kurz ist, kann die Höhe des Lichtpulses sehr hoch sein, da lediglich der gesamte Energieinhalt, also die Sendeleistung, bestimmten Grenzwerten unterliegt. Somit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Lichtquelle LIDAR-Systeme realisieren, die besonders große Reichweiten haben. Die Reichweite ist im Vergleich zu herkömmlichen Reichweiten doppelt so groß, bei sehr kleinen Pulsdauern fünfmal so groß bis zehnmal so groß. Bei extrem schmalen Pulsen können noch größere Reichwei- ten erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtquelle zwischen einer der ersten oder zweiten Versorgungsleitungen und dem Ausgangsport eine La- dungspumpe auf, sodass das Potential der entsprechenden Versorgungslei- tung erhöht wird. Die Ladungspumpe (Charge pump) vergrößert den Wert des Potentials der ersten bzw. der zweiten Versorgungsleitung. Je nach Ausfüh- rungsform der Ladungspumpe kann eine Spannungsverdopplung oder auch Mehrfachvervielfältigung erfolgen. Denkbar wäre auch, die Polarität der Span- nung umzuschalten. Selbstverständlich sind auch andere Gleichspannungs- wandler möglich. Vorzugsweise sind die Ladungspumpen zwischen der jeweili- gen Versorgungsleitung und dem Schaltelement in dem jeweiligen Leitungs- strang angeordnet, sodass die Kapazitäten in der Ladungspumpe keine oder nur eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Signalform zum Ansteuern der Leuchtdiode haben.
Bei Verwendung von Ladungspumpen in der Lichtquelle ergibt sich eine Poten- tialdifferenz zwischen den Ausgängen der Ladungspumpen, die größer ist als die Potentialdifferenz zwischen den beiden Versorgungsspannungen (erste Versorgungsleitung und zweite Versorgungsleitung). Die vorliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Lichtpulses mittels einer Leuchtdiode gelöst, wobei die Leuchtdiode bevorzugt zur Verwendung in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Lichtquelle mit einer Leuchtdiode zur Erzeugung des Lichtpulses und mit einem Push-Pull-Schaltkreis zur Ansteuerung und Energieversorgung der Leuchtdiode, welche einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist. Der erste Anschluss der Leuchtdiode ist mit einem Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises verbunden. Der zweite Anschluss der Leuchtdiode ist mit einer Mittenpotentialleitung verbunden. Erfindungsge- mäß wird der Push-Pull-Schaltkreis in einen ersten Zustand geschaltet, in dem der Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises mit einer ersten Versorgungslei- tung verbunden ist und so die Leuchtdiode mit elektrischer Energie versorgt. Das Potential der ersten Versorgungsleitung ist positiv und größer als das Po- tential der Mittenpotentialleitung.
Gemäß einem weiteren Schritt des Verfahrens verweilt der Push-Pull-Schalt- kreis in dem ersten Zustand für eine erste Zeitperiode. Die erste Zeitperiode ist in der Regel höchstens 1 ns, bevorzugt höchstens 0,2 ns.
In einem weiteren Schritt wird der Push-Pull-Schaltkreis vom ersten Zustand in einen zweiten Zustand geschaltet, in dem der Ausgangsport des Push-Pull- Schaltkreises mit der zweiten Versorgungsleitung verbunden ist. Die Verbin- dung des Ausgangsports mit der ersten Versorgungsleitung wird getrennt. Das Potential der zweiten Versorgungsleitung ist negativ und kleiner als das Poten- tial der Mittenpotentialleitung. In einem weiteren Schritt verweilt der Push-Pull- Schaltkreis in dem zweiten Zustand für eine zweite Zeitperiode, die bevorzugt ebenfalls höchstens 1 ns, bevorzugt höchstens 0,5 ns ist. Die zweite Zeitdauer entspricht der Zeit, bis zu der der Entladestrom einen vorgegebenen Strom- Grenzwert nicht unterschreitet oder die Gegenspannung an der Leuchtdiode einen vorgegebenen Spannungs-Grenzwert nicht überschreitet. Die zweite Zeitdauer kann auch gleich einem vorgegebenen Wert sein, der bei Kenntnis aller parasitärer Parameter der Gesamtkonfiguration ermittelt oder berechnet werden kann. Die Lichtquelle ist dabei derart ausgebildet und eingerichtet, dass der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mittenpotentialleitung und dem Po- tential der ersten Versorgungsleitung kleiner ist als der Betrag der Differenz zwi- schen dem Potential der Mittenpotentialleitung und dem Potential der zweiten Versorgungsleitung. Mit anderen Worten wird die Lichtquelle derart geschaltet, dass die Sperrspannung oder Ausräumspannung, die an der Leuchtdiode an- gelegt wird, größer ist als die Betriebsspannung der Leuchtdiode, bevorzugt um ein Vielfaches größer.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und zweite Zeitperiode des Verfahrens derart gewählt, dass die Leuchtdiode einen Lichtpuls aussendet, dessen Pulsdauer höchstens 1 ,5 ns, bevorzugt höchstens 1 ,0 ns ist. Weiter be- vorzugt ist die Pulsdauer des Lichtpulses der Leuchtdiode höchstens 0,7 ns, bevorzugt höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,2 ns und besonders bevorzugt höchstens 0,1 ns. Ziel ist es hierbei, einen den Anforderungen eines Messsystems entsprechend kurzen Lichtpuls mittels der Leuchtdiode der Licht quelle zu erzeugen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah- rens werden die folgenden Schritte ausgeführt: Schalten des Push-Pull-Schalt- kreises in einen dritten Zustand, in dem beide Versorgungsleitungen von dem Ausgangsport getrennt sind. In einem weiteren Schritt erfolgt das Schließen ei- nes dritten Schalters, der den ersten Anschluss der Leuchtdiode mit einer drit- ten Versorgungsleitung verbindet, wobei das Potential der dritten Versorgungs- leitung positiv ist. Hierdurch erfolgt ein Abstrahlen von elektromagnetischer Strahlung der Leuchtdiode für Beleuchtungszwecke. Die Leuchtdiode bzw. die Lichtquelle kann also insbesondere für Beleuchtungszwecke beispielsweise als Scheinwerfer eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Das Potential der dritten Ver- sorgungsleitung kann von dem Potential der anderen Versorgungsleitungen ab- weichen.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Push- Pull-Schaltkreis in seinen dritten Zustand geschaltet, in dem beide Versor- gungsleitungen von dem Ausgangsport getrennt sind. In einem weiteren Schritt erfolgt das Schließen eines vierten Schalters, der eine Kurzschlussleitung zwi- schen dem ersten Anschluss der Leuchtdiode und dem zweiten Anschluss der Leuchtdiode schließt und so die Leuchtdiode kurzschließt. Selbstverständlich dürfen der dritte Schalter und der vierte Schalter nicht beide geschlossen sein, was dem Fachmann ohne Weiteres klar ist. Die Steuerung der erfindungsgemäßen Lichtquelle ist entsprechend ausgebildet.
Vorzugsweise erfolgt das Schalten des Push-Pull-Schaltkreises in den dritten Zustand durch Trennen der Versorgungsleitung von dem Ausgangsport. Dieses Trennen erfolgt erfindungsgemäß durch Öffnen der Schaltelemente des Push- Pull-Schaltkreises.
Bevorzugt weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Überwachen des an der Leuchtdiode auftretenden Entladestroms während der Push-Pull-Schalt- kreis in den zweiten Zustand geschaltet ist; Erkennen eines Unterschreitens ei- nes vorgegebenen Strom-Grenzwertes; Reduzieren der an dem ersten An- schluss der Leuchtdiode anliegenden Spannung, bevorzugt auf einen vorgege- benen Dauersperrspannungswert, besonders bevorzugt auf einen unter dem vorgegebenen Dauersperrspannungswert liegenden Spannungswert.
Ebenfalls bevorzugt kann das Verfahren die folgenden Schritte aufweisen: Überwachen der an der Leuchtdiode anliegenden Spannung während der Push-Pull-Schaltkreis in den zweiten Zustand geschaltet ist; Erkennen eines Überschreitens eines vorgegebenen Spannungs-Grenzwertes; Reduzieren der an dem ersten Anschluss der Leuchtdiode anliegenden Spannung, bevorzugt auf einen vorgegebenen Dauersperrspannungswert, besonders bevorzugt auf einen unter dem vorgegebenen Dauersperrspannungswert liegenden Span- nungswert; oder Trennen der zweiten Versorgungsspannung von dem Aus- gangsport des Push-Pull-Schaltkreises.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Messvorrich- tung zum Messen der Ruhespannung der Leuchtdiode verwendet. In einem Schritt wird die Ruhespannung an der Leuchtdiode gemessen, wenn der Push- Pull-Schaltkreis den zweiten Zustand verlassen und den ersten Zustand noch nicht (wieder) eingenommen hat. Der Push-Pull-Schaltkreis ist bevorzugt in den dritten Zustand geschaltet, in dem die Schaltelemente bzw. Transistoren des Push-Pull-Schaltkreises sperren und bevorzugt keine der Versorgungsleitun- gen mit der Leuchtdiode verbunden ist.
Bevorzugt umfasst das Verfahren den weiteren Schritt: Anpassen der Span- nung am ersten Anschluss der Leuchtdiode, bevorzugt mittels eines Reglers, wenn der Push-Pull-Schaltkreis in den ersten Zustand geschaltet ist und/oder in den zweiten Zustand geschaltet ist, optional bis die Ruhespannung an der Leuchtdiode gleich Null ist. Das Anpassen erfolgt bevorzugt durch Änderung der Spannung am Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises, besonders be- vorzugt durch den Einsatz einer Ladungspumpe.
In einem bevorzugten weiteren Schritt erfolgt das Anpassen der Steuerimpulse im zweiten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises, bevorzugt durch Änderung der Flankensteilheit oder der Pulsdauer der Steuerimpulse, die am ersten An- schluss der Leuchtdiode anliegen.
Der Vollständigkeit halber und um Eindeutigkeit zu schaffen, wird darauf hinge- wiesen, dass die Leuchtdiode elektromagnetische Strahlung abgibt, wenn sie mit positiver elektrischer Energie versorgt wird. Zwar ist es theoretisch richtig, dass eine LED auch elektromagnetische Strahlung in geringem Maße emittiert, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist. Diese nur theoretische Betrachtung wurde außer Acht gelassen, sodass die Leuchtdiode hier insoweit als Ideal be- trachtet wird, dass sie nur bei Bestromung in einer Richtung Licht emittiert, was dem praxisrelevanten Fall entspricht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbei- spiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrie- ben und erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle; Figur 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle;
Figur 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle mit Ladungspumpen; Figur 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle;
und
Figur 6 die Simulation des Stroms durch eine LED der erfindungsgemäßen
Lichtquelle im Vergleich zu zwei LEDs mit anderen Anschaltungen.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtquelle mit einem Push-Pull-Schalt- kreis 2 und einer Leuchtdiode 3. Der Push-Pull-Schaltkreis 2 dient zur Ansteu- erung und Energieversorgung der Leuchtdiode 3.
Die Leuchtdiode hat einen ersten Anschluss 10, der die Anode ist. Ein zweiter Anschluss 12 der Leuchtdiode 3 bildet die Kathode. Der erste Anschluss 10 der Leuchtdiode 3 ist mit einem Ausgangsport 20 des Push-Pull-Schaltkreises 2 verbunden. Der zweite Anschluss 12 ist mit einer Mittenpotentialleitung 14 ver- bunden, die auch als Ground (GND) bezeichnet wird. Bevorzugt ist die Mitten- potentialleitung 14 die Systemmasse.
Der Push-Pull-Schaltkreis 2 weist einen ersten Eingangsport 22 und einen zwei- ten Eingangsport 24 auf. Der Push-Pull-Schaltkreis 2 hat zwei Schaltelemente 26. Das Schaltelement 26 zwischen dem ersten Eingangsport 22 und dem Aus- gangsport 20 ist ein erster Transistor 28. Zwischen dem Ausgangsport 20 und dem zweiten Eingangsport 24 ist das Schaltelement 26 ein zweiter Transistor 30. Die beiden Transistoren 28, 30 werden jeweils über einen Steueranschluss 32 und 34 gesteuert. Die Steueranschlüsse werden von einer Steuereinheit 36 gesteuert, die zur Ansteuerung der Lichtquelle 1 verwendet wird. Selbstver- ständlich kann entgegen der hier mit zwei Transistoren 28 und 30 realisierten Schaltung auch eine komplexere Verschaltung mit mehreren elektronischen Bauelementen gleicher Funktion verwendet werden.
Der erste Transistor 28 des Push-Pull-Schaltkreises 2 kann über den ersten Steueranschluss 32 mittels der ersten Steuerelektrode 38 in einen ersten oder einen zweiten Zustand geschaltet werden. Im ersten Zustand des ersten Tran- sistors 28 ist der erste Eingangsport 22 des Push-Pull-Schaltkreises niederoh- miger mit dem Ausgangsport 20 verbunden als in einem zweiten Zustand. Der niederohmige Zustand, in dem der erste Transistor 28 durchschaltet, wird als An-Zustand bezeichnet. In diesem Fall ist der erste Eingangsport 22 mit der ersten Versorgungsleitung 42 verbunden. Das Potential der ersten Versor- gungsleitung 42, auch VCC genannt, ist positiv, sodass eine positive Spannung an der Anode (erster Anschluss 10) der Leuchtdiode 3 anliegt und die Leucht- diode 3 elektromagnetische Strahlung in Form von Licht (sichtbar oder nicht sichtbar) oder Infrarotstrahlung oder ultravioletter Strahlung abgibt.
Wenn die erste Steuerelektrode 38 den ersten Transistor 28 hochohmig schal- tet, jedenfalls hochohmiger als im ersten Zustand, wird ein zweiter Zustand des ersten Transistors 28 erreicht, der als Aus-Zustand bezeichnet wird. Die erste Versorgungsleitung 42 ist dann von dem Ausgangsport 20 des Push-Pull- Schaltkreises 2 getrennt, jedenfalls derart hochohmig, dass die Leuchtdiode 3 nicht leuchtet und keine oder eine in der Praxis nur vernachlässigbare elektro- magnetische Strahlung abgibt.
Der zweite T ransistor 30 kann ebenfalls von der Steuereinheit 36 über den zwei- ten Steueranschluss 34 und eine zweite Steuerelektrode 40 in einen niederoh- migen An-Zustand oder einen hochohmigen Aus-Zustand geschaltet werden. Im An-Zustand ist der zweite Transistor niederohmiger als im Aus-Zustand, so- dass der Ausgangsport 20 mit einer zweiten Versorgungsleitung 44 über den zweiten Eingangsport 24 verbunden ist. Die zweite Versorgungsleitung 44 wird auch als (-VCC) bezeichnet und hat ein Potential, das geringer ist als das Po- tential der ersten Versorgungsleitung 42. Vorzugsweise ist das Potential der zweiten Versorgungsleitung 44 negativ. Das Potential der Mittenpotentialleitung 14 liegt zwischen dem Potential der ersten Versorgungsleitung 42 und dem Po- tential der zweiten Versorgungsleitung 44.
Im Aus-Zustand ist die zweite Versorgungsleitung 44 über den niederohmig ge- schalteten zweiten Transistor 30 mit dem Ausgangsport 20 verbunden, sodass das negative Potential an dem ersten Anschluss 10 (Anode) der Leuchtdiode 3 anliegt. Die Leuchtdiode 3 wird somit in Sperrrichtung betrieben.
In einem ersten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises 2 ist der erste Transistor 28 niederohmig, während der zweite Transistor 30 hochohmig geschaltet ist. Dies erfolgt durch die Steuereinheit 36, die Teil der Lichtquelle 1 sein kann, oder ein separates Bauteil. Im ersten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises 2 strahlt die Leuchtdiode 3 elektromagnetische Strahlung ab.
In einem zweiten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises ist der zweite Transistor 30 niederohmig geschaltet, während der erste Transistor 28 hochohmig ge- schaltet ist. An der Anode der Leuchtdiode 3 liegt dann das negative Potential der zweiten Versorgungsleitung 44 an. Die Leuchtdiode 3 wird in Sperrrichtung betrieben, sodass in der Sperrkapazität der Leuchtdiode 3 befindliche Ladung ausgeräumt werden kann.
In einem dritten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises 2 sind beide Transistoren 28 und 30 hochohmig geschaltet, sodass keine Verbindung zu einer der beiden Versorgungsleitungen 42, 44 besteht. Um das Problem einer großen Diodenka- pazität der Leuchtdiode 3 zu lösen, die zu einer großen Trägheit des Leuchtim- pulses der Leuchtdiode 3 führt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem Potential der ersten Versorgungs- leitung 42 und dem Mittenpotential der Mittenpotentialleitung 14 kleiner ist als der Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem Potential der zweiten Versor- gungsleitung 44 und dem Mittenpotential der Mittenpotentialleitung 14. Diese Bedingung widerspricht den im Stand der Technik aufzufindenden Aussagen, dass eine hohe Sperrspannung lebensdauervermindernd sei und daher zu ver- meiden sei. Der Push-Pull-Schaltkreis 2 kann nur für eine bestimmte Zeitdauer in den zwei- ten Zustand geschaltet werden, bei dem das Potential der zweiten Versor- gungsspannung 44 an dem ersten Anschluss 10 der Leuchtdiode 3 anliegt. So- bald die Raumladungszone bzw. die Sperrschichtkapazität der Leuchtdiode 3 leergeräumt ist, sich also keine freien Ladungsträger mehr in der Raumladungs- zone befinden, muss der zweite Zustand des Push-Pull-Schaltkreises 2 been- det werden. Dazu kann beispielsweise der Entladestrom in der Leuchtdiode 3 gemessen werden oder die über der Leuchtdiode 3 abfallende Spannung. Sind alle Parameter und parasitären Parameter der Beschaltung der Lichtquelle 1 bekannt, so lässt sich die Zeitdauer zum Betreiben des Push-Pull-Schaltkreises 2 im zweiten Zustand ermitteln und der zweite Zustand nach der vorgegebenen Zeit beenden.
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht quelle 1 , bei der der erste Anschluss 10 der Leuchtdiode 3 (Anode) über eine Zuleitung 46 mit einer dritten Versorgungsleitung 48 verbunden ist. In der Zu- leitung 46 wird der Schalter 50 angeordnet, der auch in Form eines Transistors ausgebildet sein kann. Das Schließen des dritten Schalters 50 stellt die Verbin- dung der Anode der Leuchtdiode 3 mit der dritten Versorgungsleitung 48 her. Bevorzugt ist beim Schließen des dritten Schalters 50 der Push-Pull-Schaltkreis 2 in den dritten Zustand geschaltet. Die Leuchtdiode 3 wird dann von der dritten
Versorgungsleitung 48 mit Energie versorgt. Dies ist der Fall, wenn die Leucht- diode 3 beispielsweise im Dauerbetrieb für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird, etwa als Scheinwerfer eines Fahrzeugs. Bevorzugt ist das Potential der dritten Versorgungsleitung 48 positiv. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Betrag der Spannungsdifferenz zwischen dem Potential der dritten Versorgungsleitung 48 und dem Potential der Mittenpotentialleitung 14 kleiner als der Betrag der Spannungsdifferenz zwi- schen dem Potential der zweiten Versorgungsleitung 44 und dem Potential der Mittenpotentialleitung 14. Figur 3 zeigt eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform, bei der im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 1 zusätzlich eine Kurzschlussleitung 52 über die Leuchtdiode 3 geschaltet ist. Die Kurzschlussleitung 52 weist einen vierten Schalter 54 auf, der als Kurzschlussschalter bezeichnet wird. Durch Schließen des vierten Schalters 54 kann die Leuchtdiode 3 und deren Raumladungszone normalisiert werden, um Lawineneffekte, insbesondere am Rand der Raumla- dungszone, zu verhindern. Die "Normalisierung" erfolgt nach dem Ausräumen der Ladungsträger aus der Raumladungszone bzw. Sperrschichtkapazität. Be- vor der vierte Schalter 54 geschlossen werden kann, muss der Push-Pull- Schaltkreis 2 in seinen dritten Zustand geschaltet werden, sodass sein Aus- gangsport 20 mit keiner der beiden Versorgungsleitungen 42, 44 verbunden ist.
Selbstverständlich lassen sich die Ausführungsformen der Figuren 2 und 3 mit- einander kombinieren, sodass die Kurzschlussleitung 52 auch dann vorgese- hen werden kann, wenn die Leuchtdiode 3 zusätzlich mit einer dritten Versor- gungsleitung 48 verbunden ist.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lichtquelle 1 , bei der zwischen dem ersten Eingangsport 22 des Push-Pull-Schaltkreises 2 und der ersten Ver- sorgungsleitung 42 eine erste Ladungspumpe 56 angeordnet ist, um das Po- tential der ersten Versorgungsleitung 42 zu erhöhen. Die Ladungspumpe 56 dient der Spannungserhöhung, wodurch die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingangsport 22 des Push-Pull-Schaltkreises und dem Potential der Mit- tenpotentialleitung 14 erhöht wird.
Zwischen der zweiten Versorgungsleitung 44 und dem zweiten Eingangsport 24 des Push-Pull-Schaltkreises ist gemäß Figur 4 eine zweite Ladungspumpe 58 vorgesehen, um den Betrag des Potentials am zweiten Eingangsport 24 zu erhöhen. Somit ist die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingangsport 22 und dem zweiten Eingangsport 24 bei Verwendung der beiden Ladungspumpen 56 und 58 größer als die Potentialdifferenz zwischen der ersten Versorgungs- leitung 42 und der zweiten Versorgungsleitung 44. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur eine Ladungspumpe zu verwenden, beispielsweise die erste Ladungspumpe 56, wenn ein möglichst schnelles Ein- schalten der Leuchtdiode 3 realisiert werden soll. Eine andere Möglichkeit ist es, nur die zweite Ladungspumpe 58 zu verwenden, wenn die Leuchtdiode 3 besonders schnell ausgeschaltet werden soll und dazu eine hohe Gegenspan- nung in Sperrrichtung an der Leuchtdiode 3 anliegen muss.
Da Ladungspumpen generell typischerweise nur eine geringe Ladungsspei- cherkapazität aufweisen, sind sie für eine dauerhafte Beleuchtung typischer- weise nicht geeignet. Bei einem gemischten Betrieb für Messzwecke und Be- leuchtungszwecke sollte deshalb der Push-Pull-Schaltkreis 2 in seinem dritten Zustand betrieben werden, beispielsweise durch Einsatz eines Multiplexers.
Selbstverständlich kann die Verwendung der Ladungspumpen 56 und 58 mit einer oder beiden der Ausführungsformen gemäß Figur 2 oder 3 kombiniert werden. Figur 5 zeigt eine spezielle bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Die Steu- ereinheit 36 signalisiert über eine Zustands- und/oder Synchronisationssignali- sierung 61 an einen Regler 60, in welchem Zustand sich die Vorrichtung (Licht quelle 1 ) befindet. Dies kann ein erster Zustand sein, in dem der erste Transistor (T1 ) 28 leitet und der zweite Transistor (T2) 30 sperrt. Dies kann ein zweiter Zustand sein, in dem der erste Transistor 28 sperrt und der zweite Transistor 30 leitet. Dies kann ein dritter Zustand sein, in dem der erste Transistor 28 sperrt und der zweite Transistor 30 sperrt. Nach dem Einschalten der LED (Leuchtdi- ode 3) im ersten Zustand für einen ersten Zeitraum Ti folgt der zweite Zustand für einen zweiten Zeitraum T2 und dann der dritte Zustand für einen dritten Zeit- raum T3. Bevorzugt misst nun eine Messvorrichtung oder der Regler 60 zu ei- nem Messzeitpunkt im dritten Zeitraum T3, in dem sich der Push-Pull-Schalt- kreis 2 und somit die Lichtquelle 1 im dritten Zustand befindet, die LED- Restspannung am ersten Anschluss 10 der Leuchtdiode 3 gegen das Bezugs- potential (Mittenpotentialleitung 14 bzw. Systemmasse oder GND). Ist diese LED-Restspannung positiv, so wurden nicht alle Ladungsträger der Raumladungszone der Leuchtdiode 3 ausgeräumt. Der Regler 60 erhöht dann die Ladungsentnahme im zweiten Zustand oder erniedrigt die Ladungsspeiche- rung im ersten Zustand. Die Erhöhung der Ladungsentnahme ist bevorzugt. Eine erste Möglichkeit ist, dass der Regler 60 zur Erhöhung der Ladungsent- nahme den zweiten Zeitraum T2 verlängert. Hierzu signalisiert der Regler 60 über eine erste Signalisierungsleitung 62 diese Verlängerung des zweiten Zeit raums T2 an die Steuereinheit 36.
Eine zweite Möglichkeit ist, dass der Regler 60 zur Erhöhung der Ladungsent- nähme die negative Spannung am zweiten Eingangsport 24 des Push-Pull- Schaltkreises 2 weiter absenkt, also den Betrag der negativen Spannung er- höht. Hierzu signalisiert der Regler 60 beispielsweise über eine zweite Signali- sierungsleitung 63 diese Absenkung an die zweite Ladungspumpe 58 oder eine andere geeignete Spannungsregelung des Potentials des zweiten Eingangs- ports 24.
Eine dritte, weniger bevorzugte Möglichkeit ist, dass der Regler 60 zur Ernied- rigung der Ladungsspeicherung die positive Spannung an dem ersten Ein- gangsport 22 absenkt. Hierzu signalisiert der Regler 60 beispielsweise über eine dritte Signalisierungsleitung 64 diese Absenkung an die erste Ladungs- pumpe 56 oder eine andere geeignete Spannungsregelung des Potentials des ersten Eingangsports 22.
Ist die LED-Restspannung negativ, so wurden zu viele Ladungsträger der Raumladungszone der Leuchtdiode 3 ausgeräumt. Der Regler 60 erniedrigt dann die Ladungsentnahme im zweiten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises 2 oder erhöht die Ladungsspeicherung im ersten Zustand des Push-Pull-Schalt- kreises 2. Die Erniedrigung der Ladungsentnahme ist bevorzugt.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit zur Regelung der Ruhespannung der Leuchtdiode 3 besteht darin, dass der Regler 60 zur Erniedrigung der Ladungs- entnahme den zweiten Zeitraum T2 verkürzt. Hierzu signalisiert der Regler 60 über die erste Signalisierungsleitung 62 diese Verkürzung des zweiten Zeit- raums T2 an die Steuereinheit 36.
Eine andere bevorzugte Möglichkeit ist, dass der Regler 60 zur Erniedrigung der Ladungsentnahme die negative Spannung am zweiten Eingangsport 24 weiter erhöht, also den Betrag der negativen Spannung verringert. Hierzu sig nalisiert der Regler 60 beispielsweise über die zweite Signalisierungsleitung 63 diese Erhöhung an die zweite Ladungspumpe (58) oder eine andere geeignete Spannungsregelung des Potentials des zweiten Eingangsports 24.
Eine dritte, weniger bevorzugte Möglichkeit besteht darin, dass der Regler 60 zur Erhöhung der Ladungsspeicherung die positive Spannung an dem ersten Eingangsport 22 erhöht. Der Regler 60 signalisiert beispielsweise über die dritte Signalisierungsleitung 64 diese Erhöhung der Spannung an die erste Ladungs- pumpe 56 oder eine andere geeignete Spannungsregelung des Potentials an dem ersten Eingangsport 22. Bevorzugt liegt der Messzeitpunkt vor dem Ende des dritten Zeitraums und nach dem Ende des dritten Zeitraums T3 und nach dem Einschwingen des Po- tentials am ersten Anschluss 10 der Leuchtdiode 3.
Bevorzugt ist der Regler 60 ein PID-Regler oder ein Regler mit integrierender Regelcharakteristik, der die LED-Restspannung auf Null regelt. Selbstverständlich kann die Anpassung und Regelung der Ruhespannung der Leuchtdiode 3 sowie die dazu notwendigen Bauteile nach Figur 5 mit einer oder mehreren der Ausführungsformen gemäß den Figuren 2 bis 4 kombiniert wer- den. Auch ist es möglich, alle Ausführungsformen der Figuren 2 bis 5 zu kom- binieren. Figur 6 zeigt ein Zeitdiagramm einer Simulation von drei unterschiedlichen T rei- berschaltungen. Hierbei wird der Strom durch die Leuchtdiode 3 gemäß Figur 1 über der Zeit abgetragen. Bei Einsatz eines Stromtreibers mit 20 mA Stromstärke anstelle einer Push- Pull-Schaltung ergibt sich für die Leuchtdiode 3 die Stromkurve c gemäß Figur 5. Die Verwendung eines Spannungstreibers (3,3 V) führt zu einer Stromkurve b. Die erfindungsgemäße Push-Pull-Schaltung 2 mit einer Maximalspannung von 40 V erzeugt die Kurve a. Wie deutlich zu erkennen ist, erzeugt das vorge- schlagene Verfahren und die Verwendung eines Push-Pull-Schaltkreises 2, bei dem das Ausschalten der Leuchtdiode 3 durch Anlegen einer negativen Span- nung aus der zweiten Versorgungsleitung 44 erfolgt, zu einem deutlich kürzeren Puls der Leuchtdiode 3 und zu einem schnellen Abschalten.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtpulsen mit einer kurzen Pulsdauer im Nanosekundenbereich, insbesondere zur Verwendung in einem Fahr- zeug, umfassend eine Leuchtdiode (3) zur Erzeugung von Lichtpulsen und einen Push-Pull-Schaltkreis (2) zur Ansteuerung und zur Energiever- sorgung der Leuchtdiode (3), wobei die Leuchtdiode (3) einen ersten Anschluss (10) aufweist, der mit einem Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises (2) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (12) aufweist, der mit einer Mittenpotentialleitung (14) verbunden ist, der Push-Pull-Schaltkreis (2) einen ersten Eingangsport (22) hat, der mit einer ersten Versorgungsleitung (42) verbunden ist, und einen zweiten Eingangsport (24) hat, der mit einer zweiten Versorgungsleitung (44) ver- bunden ist, das Potential der Mittenpotentialleitung (14) zwischen dem Potential der ersten Versorgungsleitung (42) und dem Potential der zweiten Versor- gungsleitung (44) liegt, der Push-Pull-Schaltkreis (2) in einen ersten Zustand geschaltet werden kann, bei dem am Ausgangsport (20) positive elektrische Energie der ers- ten Versorgungsleitung (42) anliegt, und in einen zweiten Zustand ge- schaltet werden kann, bei dem am Ausgangsport (20) negative elektri- sche Energie der zweiten Versorgungsleitung (44) anliegt, die Leuchtdiode (3) elektromagnetische Strahlung aussendet, wenn der
Push-Pull-Schaltkreis (2) in den ersten Zustand geschaltet ist, der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mittenpotentiallei- tung (14) und dem Potential der ersten Versorgungsleitung (42) kleiner ist als der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mittenpotential- leitung (14) und dem Potential der zweiten Versorgungsleitung (44).
2. Lichtquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten
Zustand des Push-Pull-Schaltkreises (2) der an der Leuchtdiode (3) auf- tretende Entladestrom überwacht wird und bei Unterschreiten eines vor- gegebenen Strom-Grenzwertes die an dem ersten Anschluss der Leucht- diode (3) anliegende Spannung reduziert wird, bevorzugt auf einen vor- gegebenen Dauersperrspannungswert, besonders bevorzugt auf einen unter dem vorgegebenen Dauersperrspannungswert liegenden Span- nungswert.
3. Lichtquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zustand des Push-Pull-Schaltkreises (2) die an der Leuchtdiode (3) anlie- gende Spannung überwacht wird und bei Überschreiten eines vorgege- benen Spannungs-Grenzwertes die zweite Versorgungsspannung von dem Ausgangsport des Push-Pull-Schaltkreises (2) getrennt wird.
4. Lichtquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schalt- dauer, während der der Push-Pull-Schaltkreis (2) in den zweiten Zustand geschaltet ist, nicht länger als eine vorgegebene Zeitdauer ist, die bevor- zugt höchstens 2 ns, weiter bevorzugt höchstens 1 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,2 ns und sehr bevorzugt höchstens 0,1 ns beträgt.
5. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Push-Pull-Schaltkreis (2) zwei Schaltelemente (26) umfasst, mittels denen der Ausgangsport (20) mit den Versorgungsleitun- gen (42, 44) verschaltet werden kann, wobei die Schaltelemente (26) be- vorzugt Schalter, besonders bevorzugt Transistoren (28, 30) sind.
6. Lichtquelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich- net, dass der Push-Pull-Schaltkreis (2) zwei Steueranschlüsse (32, 34) hat, von denen jeder ein Schaltelement (26) steuert.
7. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Push-Pull-Schaltkreis (2) in einen dritten Zustand ge- schaltet werden kann, in dem der Ausgangsport (20) von beiden Versor- gungsleitungen (42, 44) getrennt ist.
8. Lichtquelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich- net, dass der erste Anschluss (10) der Leuchtdiode (3) über einen dritten Schalter (50) mit einer dritten Versorgungsleitung (48) verbunden ist, so dass die Leuchtdiode (3) mit elektrischer Energie aus der dritten Versor- gungsleitung (48) versorgt und für Beleuchtungszwecke eingesetzt wer- den kann.
9. Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurz- Schlussleitung mit einem vierten Schalter (54) zwischen dem ersten An- schluss (10) und dem zweiten Anschluss (12) der Leuchtdiode (3) vorge- sehen ist, mit der die Leuchtdiode (3) kurzgeschlossen werden kann.
10. Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mess- vorrichtung zur Messung der Ruhespannung der Leuchtdiode (3) vorge- sehen ist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Ruhespannung an der Leuchtdiode (3) zu messen, bevorzugt wenn der Push-Pull-Schalt- kreis (2) in den dritten Zustand geschaltet ist.
1 1. Lichtquelle, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schaltdauer, während der der Push-Pull-Schalt- kreis (2) in den ersten Zustand geschaltet ist, höchstens 1 ns, bevorzugt höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,2 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,1 ns und sehr bevorzugt höchstens 0,05 ns beträgt.
12. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Leuchtdiode (3) Licht emittiert, wenn elektromagneti- sche Strahlung ausgesendet wird, und dass der erzeugte Lichtpuls eine Pulsdauer von höchstens 2 ns, bevorzugt von höchstens 1 ns, weiter be- vorzugt von höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt von höchstens 0,3 ns und sehr bevorzugt von höchstens 0,1 ns hat.
13. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mittenpotentialleitung (14) die Systemmasse ist.
14. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen einer der Versorgungsleitungen (42, 44) und dem Ausgangsport (20) eine Ladungspumpe (56, 58) angeordnet ist, so dass das Potential der entsprechenden Versorgungsleitung (42, 44) er- höht wird.
15. Lichtquelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich- net, dass jeweils zwischen der Versorgungsleitung (42, 44) und dem Aus- gangsport des Push-Pull-Schaltkreises (2) eine Ladungspumpe (56, 58) angeordnet ist, sodass die Potentialdifferenz zwischen den Ausgängen der Ladungspumpen (56, 58) größer ist als die Potentialdifferenz zwi- schen die beiden Versorgungsleitungen (42, 44).
16. Verfahren zum Erzeugen eines kurzen Lichtpulses mittels einer Leuchtdi- ode einer Lichtquelle, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Lichtquelle (1 ) mit einer Leuchtdiode (3) zur Erzeugung des Lichtpulses und mit einem Push-Pull-Schaltkreis (2) zur Ansteue- rung und zur Energieversorgung der Leuchtdiode (3), die einen ersten
Anschluss (10) und einen zweiten Anschluss (12) aufweist, wobei der erste Anschluss (10) mit einem Ausgangsport (20) des Push-Pull- Schaltkreises (2) verbunden ist und der zweite Anschluss (12) der Leuchtdiode (3) mit einer Mittenpotentialleitung (14), Schalten des Push-Pull-Schaltkreises (2) in einen ersten Zustand, in dem der Ausgangsport (20) des Push-Pull-Schaltkreises (2) mit einer ersten Versorgungsleitung (42) verbunden ist und so die Leuchtdiode (3) mit elektrischer Energie versorgt, wobei das Potential der ersten Versor- gungsleitung (42) positiv ist und größer ist als das Potential der Mitten- potentialleitung (14),
Verweilen in des Push-Pull-Schaltkreises (2) in dem ersten Zustand für eine erste Zeitperiode,
Schalten des Push-Pull-Schaltkreises (2) in einen zweiten Zustand, in dem der Ausgangsport (20) des Push-Pull-Schaltkreises (2) mit einer zweiten Versorgungsleitung (44) verbunden ist, wobei das Potential der zweiten Versorgungsleitung (44) negativ ist und kleiner ist als das Potential der Mittenpotentialleitung (14),
Verweilen des Push-Pull-Schaltkreises (2) in dem zweiten Zustand für eine zweite Zeitperiode, wobei der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mittenpoten- tialleitung (14) und dem Potential der ersten Versorgungsleitung (42) kleiner ist als der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Mit- tenpotentialleitung (14) und dem Potential der zweiten Versorgungslei- tung (44).
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch den Schritt, dass die erste Zeitperiode und die zweite Zeitperiode derart gewählt sind, dass die Leuchtdiode (3) einen Lichtpuls aussendet, dessen Pulsdauer höchstens 1 ,5 ns, bevorzugt höchstens 1 ,0 ns, weiter bevor- zugt höchstens 0,7 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,5 ns, weiter bevor- zugt höchstens 0,2 ns und besonders bevorzugt höchstens 0,1 ns be- trägt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der ersten Zeitperiode höchstens 1 ns, bevorzugt höchstens 0,7 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,2 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,1 ns und sehr bevorzugt höchstens 0,05 ns beträgt und/oder die Dauer der zweiten Zeitperiode höchstens 1 ns, bevorzugt höchstens 0,7 ns, wei- ter bevorzugt höchstens 0,5 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,2 ns, weiter bevorzugt höchstens 0,1 ns und sehr bevorzugt höchstens 0,05 ns be- trägt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, gekenn- zeichnet durch die folgenden Schritte: Schalten des Push-Pull-Schaltkreises (2) in einen dritten Zustand, in dem beide Versorgungsleitungen (42, 44) von dem Ausgangsport (20) ge- trennt sind,
Schließen eines dritten Schalters (50), der den ersten Anschluss (10) der Leuchtdiode (3) mit einer dritten Versorgungsleitung (48) verbindet, wobei das Potential der dritten Versorgungsleitung (48) positiv ist,
Abstrahlen von elektromagnetischer Strahlung der Leuchtdiode (3) für Be- leuchtungszwecke, bevorzugt für eine Dauer größer eine Sekunde.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 19, gekenn- zeichnet durch die folgenden Schritte: Schalten des Push-Pull-Schaltkreises (2) in einen dritten Zustand, in dem beide Versorgungsleitungen (42, 44) von dem Ausgangsport (20) ge- trennt sind,
Schließen eines vierten Schalters (54), der eine Kurzschlussleitung (52) zwischen dem ersten Anschluss (10) der Leuchtdiode (3) und dem zweiten Anschluss (12) der Leuchtdiode (3) schließt und so die Leucht- diode (3) kurzschließt.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch Schalten des Push-Pull-Schaltkreises (2) in den dritten Zustand durch Trennen der Versorgungsleitungen (42, 44) von dem Ausgangsport (20) durch Öffnen der Schaltelemente (26) des Push-Pull-Schaltkreises (2).
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , gekennzeichnet durch die Schritte:
Überwachen des an der Leuchtdiode (3) auftretenden Entladestroms während der Push-Pull-Schaltkreis (2) in den zweiten Zustand geschal- tet ist;
Erkennen eines Unterschreitens eines vorgegebenen Strom-Grenzwer- tes;
Reduzieren der an dem ersten Anschluss (10) der Leuchtdiode (3) anlie- genden Spannung, bevorzugt auf einen vorgegebenen Dauersperr- spannungswert, besonders bevorzugt auf einen unter dem vorgegebe- nen Dauersperrspannungswert liegenden Spannungswert.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, gekennzeichnet durch die Schritte:
Überwachen der an der Leuchtdiode (3) anliegenden Spannung während der Push-Pull-Schaltkreis (2) in den zweiten Zustand geschaltet ist;
Erkennen eines Überschreitens eines vorgegebenen Spannungs-Grenz- wertes;
Reduzieren der an dem ersten Anschluss (10) der Leuchtdiode (3) anlie- genden Spannung, bevorzugt auf einen vorgegebenen Dauersperr- spannungswert, besonders bevorzugt auf einen unter dem vorgegebe- nen Dauersperrspannungswert liegenden Spannungswert; oder Trennen der zweiten Versorgungsspannung (44) von dem Ausgangsport (20) des Push-Pull-Schaltkreises (2).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bereitstellen einer Messvorrichtung zur Messung der Ruhespannung der Leuchtdiode (3);
Messen der Ruhespannung an der Leuchtdiode (3), wenn der Push-Pull- Schaltkreis (2) den zweiten Zustand verlassen und den ersten Zustand noch nicht eingenommen hat.
25. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:
Anpassen der Spannung am ersten Anschluss (10) der Leuchtdiode (3), bevorzugt mittels eines Reglers (60), wenn der Push-Pull-Schaltkreis (2) in den ersten Zustand geschaltet ist und/oder in den zweiten Zu- stand geschaltet ist, optional bis die Ruhespannung an der Leuchtdi- ode (3) gleich Null ist, wobei das Anpassen bevorzugt durch Änderung der Spannung am Aus- gangsport (20) erfolgt, besonders bevorzugt durch den Einsatz einer Ladungspumpe (56, 58).
26. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:
Anpassen der Steuerimpulse im zweiten Zustand des Push-Pull-Schalt- kreises (2), bevorzugt durch Änderung der Flankensteilheit oder der Pulsdauer der Steuerimpulse, die am ersten Anschluss (10) der Leuchtdiode (3) anliegen.
27. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Verschieben des Potentials der Mittenpotentialleitung (14), bevorzugt bis die Ruhespannung an der Leuchtdiode (3) gleich Null ist.
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