CN105492252A - 车辆大灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆大灯，其具有壳体(1)和设置在壳体(1)内部的可调制的光或IR辐射源(4)，所述光或IR辐射源设置在可运动的模块支架(5)上，以及该车辆大灯具有用于联接到外部的车辆处理器(3)上的接口(2)，其中，在壳体(1)内部设有用于根据所述光或IR辐射源(4)的反向散射辐射确定深度信息的图像传感器(6)以及设有与图像传感器(6)连接的处理器(8)，该处理器经由调制器(9)与所述设置在壳体(1)内部的可调制的光或IR辐射源(4)的至少一部分连接。根据本发明建议，所述处理器(8)经由双向的数据连接(10)与接口(2)连接，并且所述图像传感器(6)设置在模块支架(5)上或者设置在与模块支架(5)一起被控制的图像传感器支架上。按该方式，通过将ToF技术尽可能好地集成到传统的车辆技术中实现ToF技术的日常适用的并且适用于批量生产的应用。

Description

车辆大灯
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的车辆大灯，其具有壳体和设置在壳体内部的可调制的光或IR辐射源以及具有用于联接到外部的车辆处理器上的接口。
背景技术
在此和在下文中将所有的辐射到车辆的外部区域中的光或IR辐射源、即不仅用于照亮或发信号的前照灯而且尾灯都理解为车辆大灯。为此越来越多地使用这样、的车辆大灯，在其中在模块支架上矩阵状地设置的LED(发光二极管)作为光或IR辐射源。如果在这里使用的LED还借助于AFL(自适应性前向照明)技术运行，则车辆大灯的照明轮廓是可变化的，其中，LED模块借助于车辆处理器根据所期望的照明轮廓被不同程度地调光。车辆大灯照明轮廓在行驶期间、即例如在转弯时、在变化的天气条件下或者在识别到在道路边缘上有物体的情况下的变化在下文中也称为动态照明轮廓。所期望的照明轮廓例如可以借助于对应的传感器进行选择，这些传感器确定来自车辆周围环境的信息并且经由车辆处理器相应地控制车辆大灯。
例如用于车辆前照灯的LED模块通过多种波长的组合来混合出白色的光。这些波长部分地间接地通过由氮化镓(GaN)和转换层构成的蓝色LED产生并且部分地直接通过由磷化铝镓铟(AlInGaP)构成的黄色LED产生。用于尾灯或制动灯的LED模块通过由半导体例如砷化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝稼铟(AlGalnP)或磷化镓(GaP)构成的红色LED产生大约700nm的波长。LED模块的光束成形通常由塑料透镜和镜反射器辅助。
此外尝试给车辆装备所谓的飞行时间(ToF)相机。ToF相机是这样的相机，它们不仅拍摄2D图像而且也针对每个拍摄像素测量深度信息。深度信息被理解为关于在场景的各个物体和ToF相机之间的距离的信息。ToF相机也称为有源相机，因为它们装备有自身的光源，该光源在下文中也称为ToF光源。由该光源发射的光在待拍摄的场景的物体上反射并且由此作为反向散射辐射到达相机的图像传感器的探测区域中。深度信息根据被反射的光经由渡越时间或相位差测量来确定。
在US2008309914A1、WO2008154736A1、DE102006025020A1和DE102006044794A1中分别描述了在车辆中应用ToF技术的各种可能性。
光源在此通常是发出调制光的LED。所述光典型地借助于ToF调制器在兆赫范围内被OOK(开关键控)调制(例如以20MHz)并且进而辐射到自身的图像传感器的可见区域中。被反射的光组分(光子)由相机传感器接收并且用于计算实施反射的物体的距离。这些深度数据随后除了灰度图像之外可用于应用。在大多数应用中，目前使用红外线LED或激光二极管作为照明件。目前通常将具有352×288像素(QVGA分辨率)的PMD图像传感器用作为图像传感器。图像传感器必须按照快门原理被加载OOK信号，该OOK信号同样同步地被用于控制ToF光源。图像传感器随后提供模拟的差分信号，根据该模拟的差分信号能够通过在ToF相机处理器中使用多个顺序的图像拍摄来计算每个像素的深度信息。传统的ToF相机的损耗功率处于10W至100W的范围内并且主要由ToF光源的功率和控制信号决定。
然而，ToF技术在车辆技术中的日常适用的且适用于批量生产的应用至今仍不能实现。一方面存在技术困难，因为对于ToF相机所需要的光源导致对于车辆供电的相当大的附加功率需求以及导致对应的布线耗费。此外，出于实际考虑，ToF相机的光源和图像传感器彼此分开地设置在车辆上，例如其方式为：将光源安置在散热器格栅的区域中，以便不使迎面而来的车辆驾驶员炫目，并且将图像传感器安置在挡风玻璃的区域中。但这对于ToF系统本身而言意味着附加的布线耗费，因为高频的调制信号不能够经由通向ToF光源的现有的车辆接口传输。此外，布线和传输电子元件遵守车辆电子的严格的EMV准则。此外，这两个部件的分开的安装位置由于可见区域的小的重叠而进一步限制使用目的。
另一方面，所提到的技术困难也包括例如由于在散热器格栅的区域中设置的ToF光源的污染引起的实际问题以及在研发、生产和维修车辆时的物流问题，因为涉及多个不同的车辆区域、例如散热器格栅和发动机罩、内室和挡风玻璃以及后挡板和保险杠并且因而在集成和释放对应的构件时涉及制造商的不同的业务部门。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服这些困难并且能够实现ToF技术在车辆技术中的日常适用的且适用于批量生产的应用。尤其是应使ToF技术到传统的车辆技术中的集成更容易并且即使在车辆大灯的动态照明轮廓的情况下也实现其可应用性。
所述目的通过权利要求1的特征实现。权利要求1涉及一种车辆大灯，该车辆大灯具有壳体和设置在壳体内部的可调制的光或IR辐射源，这些光或IR辐射源设置在可运动的模块支架上，以及该车辆大灯具有用于联接到外部的车辆处理器上的接口，其中，在壳体内部设有用于根据光或IR辐射源的反向散射辐射确定深度信息的图像传感器以及设有与图像传感器连接的处理器，该处理器经由调制器与所述设置在壳体内部的可调制的光或IR辐射源的至少一部分连接。在此，根据本发明建议，处理器经由双向数据连接与接口连接，并且图像传感器设置在模块支架上或者设置在与模块支架一起被控制的图像传感器支架上。
车辆大灯的光或IR辐射源因而用作用于确定深度信息的光源，其方式为：充分利用基于LED的已知车辆大灯的光或IR辐射源的可调制性，尽管所述调制在传统的方式中以较低的频率进行。为此，对于前照灯和闪光信号灯而言尤其适合的是具有约600nm的黄色光分量波长的黄色LED，并且对于尾灯和制动灯适合的是具有约650nm的红色光分量波长的红色LED。然而已证实的是，由于车辆大灯的越来越动态构造的照明轮廓，反向散射辐射和尤其是最大反向散射辐射的方向也变化。车辆驾驶员通过对应的头部运动对该变化的照明轮廓作出反应，以便朝最大反向散射辐射的方向看。例如设置在挡风玻璃的区域中的ToF图像传感器必须同样遵循所述方向变化，以便通过反向散射光接收足够的曝光强度并且确定在相应地被照亮的区域中的物体的深度信息。
因此，建议图像传感器设置在车辆大灯的壳体中并且因而设置在光或IR辐射源的空间上的附近。因此，即使在车辆大灯的照明轮廓变化的情况下，图像传感器也始终位于光轴的近场区域中的最大反向散射辐射的区域中，该光轴通过车辆大灯与相应地被辐射的物体的直线连接来定义。图像传感器设置在车辆大灯的壳体中此外具有下述优点：该图像传感器受益于越来越经常设置的自身的用于车辆大灯的清洁系统。
此外，根据本发明也设有自身的处理器，该处理器承担ToF相机处理器的功能并且一方面与用于对应地对车辆大灯的光或IR辐射源进行高频调制的调制器连接，并且另一方面经由双向的数据连接与通向外部车辆电子设备的接口连接。通过该方式，能够一方面将高频的调制信号的传输路径保持为短的，而不妨碍其它的车辆电子设备，并且另一方面照明和发信号的控制和调节任务由外部的车辆处理器承担并且与ToF深度信息确定的需求相协调。为此用作为ToF相机处理器的处理器可以将计算出的数据经由接口与外部的车辆处理器交换，从外部的车辆处理器实时地接收用于改变照明轮廓的控制信息，并且在考虑ToF图像传感器的需求的情况下实时地改变车辆大灯的照明轮廓。
此外，根据本发明建议，图像传感器设置在模块支架上或者设置在与模块支架一起被控制的图像传感器支架上。通过该方式，图像传感器一起执行模块支架的枢转运动并且由此始终垂直于光轴定位。在此优选地，飞行时间相机处理器也与模块支架和图像传感器支架连接，从而飞行时间相机处理器也可以与外部的车辆处理器无关地实时地控制模块支架和图像传感器支架的运动。
附图说明
在下文中根据实施例借助于附图详细阐述本发明。在这里：图1示出按本发明的车辆大灯的示意图。
具体实施方式
图1示出按本发明的车辆大灯，其具有壳体1连同用于联接到外部的车辆处理器3上的接口2。在壳体1内部，例如在可运动的模块支架5上矩阵状地设有可调制的光或IR辐射源4。通常光或IR辐射源4也设有对应的聚焦光学器件。在壳体1内部还存在用于根据光或IR辐射源4的反向散射辐射确定深度信息的图像传感器6，例如该图像传感器也应用在常用的飞行时间相机中，其中，图像传感器6在所示的实施例中设置在模块支架5上，从而在模块支架5运动时不仅所述光或IR辐射源4而且图像传感器6也运动。图像传感器6通常也设有自身的聚焦光学器件。图像传感器6和所述光或IR辐射源4的相对设置根据车辆大灯的实施形式变化。此外，车辆大灯在其辐射侧上借助于可选的保护盖7被封闭，该保护盖对于透射的光而言在两个穿透方向上是可透过的。图像传感器6在壳体1内部的按本发明的设置也具有下述优点：保护盖7相对于不同频率的光的传输性能不仅为大灯制造商已知，而且也可以相应地被优化、尤其关于图像传感器6被优化。在此要注意的是，例如挡风玻璃越来越多地配备有光学特性、例如着色等，这些光学特性可能在图像传感器6方面不利地影响光的传输性能并且几乎不受大灯制造商的影响。此外，图像传感器6受益于用于保护盖7的可能的清洁系统。优选地，保护盖7例如可以构造为，使得该保护盖减少从光或IR辐射源4散射到图像传感器6的散射光，以便使图像传感器6的自炫目最小化。
图像传感器6还与处理器8连接，该处理器实现飞行时间相机处理器的功能并且经由调制器9与所述设置在壳体1内部的可调制的光或IR辐射源4的至少一部分连接。因为对于经由图像传感器6获取深度信息而言需要在MHz范围内的相对高的调制频率，所以有利的是，仅所述可调制的光或IR辐射源4的一部分用作为ToF(飞行时间)光源，以便一方面减少热形成，并且另一方面借助于所述可调制的光或IR辐射源4的剩余部分通过在通常的kHz范围内的调制能够实现例如不同的亮度设定。调制器9在图1中在此构造为这样的单元，该单元能够进行在不同的频率范围内的调制并且因而适用于控制所有的光或IR辐射源4，而与这些光或IR辐射源是用于照明和发信号还是用于获取深度信息无关。
处理器8在所示的实施形式中也与模块支架5连接，以便控制模块支架5。但图像传感器6也可以设置在自身的图像传感器支架上，该图像传感器支架在该情况下同样与处理器8连接，以便同步地控制模块支架5和图像传感器支架。处理器8还经由双向的数据连接10与接口2连接，以便与外部的车辆处理器3交换数据和控制命令。在功能方面，处理器8、图像传感器6、调制器9和所述可调制的光或IR辐射源4的为了获取深度信息而被以在MHz范围内的相对高的调制频率调制的那部分构成ToF相机，尽管用于控制所述可调制的光或IR辐射源4来照明和发信号的功能分离几乎不能再进行。因此，按本发明的车辆大灯在其照明和发信号的基本特性方面不能与传统的车辆大灯区分开，但附加地提供了在ToF图像传感器6的每个像素中的3D深度计算的功能和可由此导出的应用的功能。此外，按本发明的车辆大灯附加地提供了处理器8的可编程能力，该处理器能够承担用于控制照明或发信号的任务以及用于由外部的车辆处理器3在车辆周围环境中监控事件的任务。因此，按本发明的车辆大灯能够承担下述任务：例如计算在车辆大灯的可见区域内的物体的距离、通过计算在车辆大灯的可见区域中的物体和人员的运动轨迹来对它们进行追踪、通过推断物体和人员的运动矢量来计算与它们碰撞的概率、计算例如动态随动转向灯、静态随动转向灯或雾灯的照明轮廓以辅助汽车运行、计算照明轮廓以通过对有危险的物体和人员的附加照明来使它们突出、或者计算照明轮廓以通过在行驶时借助远光灯的选择性照明来避免使迎面交通炫目。
反之，在实际方面，按本发明的车辆大灯在物流上由大灯制造商负责，仅车辆大灯的通向外部的车辆处理器3的接口2必须附加地被调节，其中，通向车辆处理器3的双向的且优选可实时处理的控制和事件接口就足够了。按该方式，通过将ToF技术尽可能好地集成到传统的车辆技术中实现ToF技术的日常适用的并且适用于批量生产的应用。

Claims (3)

1.车辆大灯，其具有壳体(1)和设置在壳体(1)内部的可调制的光或IR辐射源(4)，所述光或IR辐射源设置在可运动的模块支架(5)上，以及该车辆大灯具有用于联接到外部的车辆处理器(3)上的接口(2)，其中，在壳体(1)内部设有用于根据所述光或IR辐射源(4)的反向散射辐射确定深度信息的图像传感器(6)以及设有与图像传感器(6)连接的处理器(8)，该处理器经由调制器(9)与所述设置在壳体(1)内部的可调制的光或IR辐射源(4)的至少一部分连接，其特征在于，所述处理器(8)经由双向的数据连接(10)与接口(2)连接，并且所述图像传感器(6)设置在模块支架(5)上或者设置在与模块支架(5)一起被控制的图像传感器支架上。
2.如权利要求1所述的车辆大灯，其特征在于，所述处理器(8)与模块支架(5)和图像传感器支架连接。
3.具有至少一个根据权利要求1或2所述的车辆大灯的车辆。
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