CN113994170A - 用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的设备和方法 - Google Patents

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CN113994170A CN202080044189.8A CN202080044189A CN113994170A CN 113994170 A CN113994170 A CN 113994170A CN 202080044189 A CN202080044189 A CN 202080044189A CN 113994170 A CN113994170 A CN 113994170A
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Abstract

一种用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道(101)的表面状态的设备(100)，其中该设备(100)具有：至少一个光源(102)，用于朝已驶过的或将驶过的车道(101)的方向输出初级光(103)；至少一个检测器设备(104)，用于检测由已驶过的或将驶过的车道(101)反射和/或散射的次级光(105)；和评估单元(107)，评估单元被设计用于根据检测到的次级光(105)来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道(101)的表面状态。本发明的核心在于：设备(100)还具有至少一个第一半导体芯片(108‑1)，其中在至少一个第一半导体芯片(108‑1)上布置至少两个二极管(102‑1至102‑4，104‑1至104‑4)。

Description

用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的设 备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的设备和一种相应的方法。
背景技术
DE 10 2011 081 362 A1公开一种用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的设备和方法。该设备具有：用于读取反射信号的接口，该反射信号代表从车辆周围的位置反射的光强度或光颜色，其中该位置由车辆的至少一个前灯辐照；用于将反射信号与从存储器读出的值或比较信号进行比较的单元，其中该值代表预定的光强度和/或预定的光颜色，和/或比较信号代表在与该位置相邻的比较位置处的光强度和/或光颜色；和用于当反射信号与从存储器读出的值或与比较信号处于预定关系时输出表面状态信号的接口，该表面状态信号代表车辆已驶过的和/或车辆将驶过的车道的表面状态。
发明内容
本发明基于一种用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的设备。该设备具有：至少一个光源，用于朝已驶过的或将驶过的车道的方向输出初级光；至少一个检测器设备，用于检测由已驶过的或将驶过的车道反射和/或散射的次级光；和评估单元，该评估单元被设计用于根据检测到的次级光来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态。
根据本发明，该设备还具有至少一个第一半导体芯片，其中在至少一个第一半导体芯片上布置至少两个二极管。
在此，可以将设备理解为处理传感器信号并根据其输出控制信号的电气装置。该设备可以具有可设计为硬件和/或软件的接口。例如，在硬件的设计方案中，接口例如可以是所谓的系统ASIC的一部分，该部分包含设备的各种功能。然而，接口也可以是单独的集成电路或至少部分地由分立器件构成。在软件的设计方案中，接口可以是例如与其他软件模块并存于微控制器上的软件模块。
车辆已驶过的或车辆将驶过的车道可以被理解为如下车道或街道，在该车道或街道上，车辆已经经过一定路段或者在不久的将来将经过一定路段。表面状态应理解为车道表面的物理特性，该物理特性对于车道上的车辆的行驶动力学是重要的。例如，表面状态可以被表示为车道的湿气、潮湿、结冰、车道被雪、砂砾、树叶、油等覆盖，使得在驶过具有该表面状态的车道时车辆具有与在干燥车道时相比不同的运动动力学。表面状态可以理解为已驶过或将驶过的车道的摩擦值。
该设备可以理解为光学传感器。该设备可以理解为街道状态传感器。光源可以被设计为激光设备。光源可以被设计为LED光源(英文“light-emitting diode”发光二极管)。例如，光源可以输出近红外波长范围(大约800nm至3000nm)中的初级光。光源可以具有至少一个发射二极管。光源可以具有多个发射二极管，其中多个发射二极管可以被设计用于输出不同波长和/或不同偏振的初级光。发射二极管可以被设计为激光二极管。发射二极管可以被设计为发光二极管(LED)。检测器设备可以具有至少一个光电二极管。检测器设备可以被设计用于检测不同波长和/或不同偏振的次级光。检测器设备还可以具有至少一个波长过滤器。特别地，如果检测器设备具有至少两个光电二极管，则至少一个波长过滤器可以被设计用于将不同波长的次级光分到至少两个光电二极管上。
本发明的优点在于可以避免技术上或经济上耗费的光学几何结构。可以针对不同波长调整光源或发射二极管、车道和检测器设备或光电二极管之间的角度。对于不同波长的发射二极管可以实现几乎相同的入射角。可以避免设备必须具有多个光学透镜。可以避免设备必须具有多个光学窗口。优选地，仅还需要唯一的光学透镜和/或唯一的光学窗口。由此简化了光学调整，即所有部件都指向车道上的相同点。由此该设备可以是便宜的。此外，可以降低风险、即例如因窗口脏污引起的信号干扰。可以避免附加的光纤或其他光学元件，以便将初级光和/或次级光从/到光源/检测器设备引导。可以最小化该设备的结构空间，这尤其在高度自动化行驶的领域中使用该设备是非常重要的。此外，至少两个二极管的共同温度稳定是可行的。为此，一个共同的温度稳定元件就是足够的。
在本发明的一个有利的设计方案中提出：在至少一个第一半导体芯片上的至少两个二极管被设计为光源的至少一个发射二极管并且被设计为检测器设备的至少一个光电二极管。换言之，至少一个发射二极管和至少一个光电二极管共同布置在第一半导体芯片上。发射二极管的数目尤其可以等于光电二极管的数目。这种设计方案的优点在于可以减少光源和检测器设备之间的间距。由此，可以实现几乎相同的入射角和检测角。在使用该设备的情况下可达到的信号质量可以被显著改进。一个共同的光学装置(例如呈光学透镜的形式)对于光源和检测器设备就是足够的。通过将光源和检测器设备共同布置在第一半导体芯片上可以减少空间需求。设备的结构空间还可以被更强地最小化。此外，在发射二极管和光电二极管数目相同的情况下得到的优点是仅对于相应的发射二极管波长敏感。由此可以相对于干扰影响(例如外来光源)提高有用信号。如果在第一半导体芯片上设置刚好一个发射二极管和一个光电二极管，则可以节省成本。
在本发明的另一有利的设计方案中提出：光源的发射二极管的数目大于检测器设备的光电二极管的数目。该设计方案的优点在于可以降低光电二极管的成本。
在本发明的另一有利的设计方案中提出：检测器设备的光电二极管的数目大于光源的发射二极管的数目。该设计方案的优点在于可以使用特定波长敏感的光电二极管。借助于这种光电二极管，可以再次分离各个发射的波长或波长范围的信号。由此，与干扰影响(例如外来光源)相比，可以增加有用信号。
在本发明的一个有利的设计方案中提出：该设备还具有至少一个第二半导体芯片，并且其中在至少一个第二半导体芯片上布置至少一个二极管。例如，光源可以布置在第一半导体芯片上并且检测器设备可以布置在第二半导体芯片上，或者反之。该设计方案的优点在于在布置光源和检测器设备时实现更高的灵活性。因此，例如不同的几何结构是可行的，并且可以通过合适的设备来调整光源和检测器设备的入射角和出射角。通过检测器设备与光源分开布置可以减小通过例如相邻的电子部件引起(例如通过经过光源或驱动器组件的电流引起)的干扰影响。
在本发明的另一有利的设计方案中提出：至少一个第一半导体芯片上的至少两个二极管被设计为光源的至少两个发射二极管，并且至少一个第二半导体芯片上的至少一个二极管被设计为检测器设备的至少一个光电二极管。在此，第一半导体芯片上的发射二极管的数目可以大于、等于或也小于第二半导体芯片上的光电二极管的数目。第一半导体芯片上的发射二极管的数目优选等于或大于第二半导体芯片上的光电二极管的数目。第一半导体芯片上的发射二极管的数目大于第二半导体芯片上的光电二极管的数目优点在于可以降低光电二极管的成本。第一半导体芯片上的发射二极管的数目等于第二半导体芯片上的光电二极管的数目的优点在于可以将光电二极管设计为，使得其仅针对相应的发射二极管波长是敏感的。由此，与干扰影响(例如外来光源)相比，可以增加有用信号。第一半导体芯片上的发射二极管的数目小于第二半导体芯片上的光电二极管的数目的优点在于可以使用特定波长敏感的光电二极管。借助于这样的光电二极管，可以再次分离各个发射的波长或波长范围的信号。由此，与干扰影响(例如外来光源)相比，可以增加有用信号。
在本发明的另一有利的设计方案中提出：至少一个第一半导体芯片上的至少两个二极管被设计为检测器设备的至少两个光电二极管，并且至少一个第二半导体芯片上的至少一个二极管被设计为光源的至少一个发射二极管。在此，第一半导体芯片上的光电二极管的数目可以大于、等于或也小于第二半导体芯片上的发射二极管的数目。第一半导体芯片上的光电二极管的数目优选地等于或大于第二半导体芯片上的发射二极管的数目。第一半导体芯片上的光电二极管的数目大于第二半导体芯片上的发射二极管的数目的优点在于可以使用特定波长敏感光电二极管。借助这样的光电二极管，可以再次分离各个发射波长或波长范围的信号。由此，与干扰影响(例如外来光源)相比，可以增加有用信号。第一半导体芯片上的光电二极管的数目等于第二半导体芯片上的发射二极管的数目的优点在于可以将光电二极管设计为，使得其仅对相应的发射二极管波长是敏感的。由此，与干扰影响(例如外来光源)相比，可以增加有用信号。第一半导体芯片上的光电二极管的数目小于第二半导体芯片上的发射二极管的数目的优点在于可以降低光电二极管的成本。
在本发明的另一有利的设计方案中提出：设备还具有至少一个第一温度稳定元件，其中第一温度稳定元件被布置在至少一个第一半导体芯片处。如果该设备还具有至少一个第二半导体芯片，则优选地还提出：该设备还具有至少一个第二温度稳定元件，其中第二温度稳定元件被布置在至少一个第二半导体芯片处。温度稳定元件可以被设计为珀耳帖元件。温度稳定元件可以被设计用于借助于水冷和/或空气冷却装置来稳定温度。
可以通过在用于半导体芯片的晶片上生长在半导体芯片上布置的结构来制造第一和/或第二半导体芯片。第一和/或第二半导体芯片可以通过在用于半导体芯片的至少两个晶片上以可彼此分开地执行的方式生长在半导体芯片上布置的结构并且随后将至少两个晶片合并成第一和/或第二半导体芯片来制造。
本发明还基于一种借助于上述的设备来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的方法。该方法具有以下步骤：借助于至少一个光源朝已驶过的或将驶过的车道的方向输出初级光；借助于至少一个检测器设备检测由已驶过的或将驶过的车道反射和/或散射的次级光；借助于评估单元根据检测到的次级光来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态；其中设备具有至少一个第一半导体芯片，其中在至少一个第一半导体芯片上布置至少两个二极管。
附图说明
下面根据所附的附图更详细地解释本发明的实施例。附图中相同的附图标记表示相同或起相同作用的元件。其中：
图1示出用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的、具有第一半导体芯片和第二半导体芯片的设备的实施例；
图2示出第一半导体芯片的实施例；
图3示出第一半导体芯片和第二半导体芯片的实施例；
图4示出第一半导体芯片的另一实施例；
图5示出第一半导体芯片和第二半导体芯片的另一实施例；
图6示出第一半导体芯片的另一实施例；
图7示出第一半导体芯片的另一实施例。
具体实施方式
图1示出用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道101的表面状态的、具有第一半导体芯片108-1和第二半导体芯片108-2的设备100的实施例。设备100具有光源102，用于朝已驶过的或将驶过的车道101的方向输出初级光103。光源102可以借助于操控单元106来操控。设备100还具有检测器设备104，用于检测由已驶过的或将驶过的车道101反射和/或散射的次级光105。此外，设备100具有评估单元107，评估单元被设计用于根据检测到的次级光105来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道101的表面状态。该设备具有第一半导体芯片108-1。四个二极管102-1至102-4被布置在第一半导体芯片108-1上。四个二极管102-1至102-4被设计为光源102的四个发射二极管。设备100还具有第二半导体芯片108-2。二极管104-1被布置在第二半导体芯片108-2上。二极管104-1被设计为检测器设备104的光电二极管104-1。因此，第一半导体芯片108-1上的发射二极管102-1至102-4的数目大于第二半导体芯片108-2上的光电二极管104-1的数目。在该示例中，设备100还具有第一温度稳定元件109。温度稳定元件109以虚线示出，因为其可以可选地存在。第一温度稳定元件109被布置在第一半导体芯片108-1处。在该示例中，设备100还具有第二温度稳定元件110。温度稳定元件110以虚线示出，因为其可以可选地存在。第二温度稳定元件110被布置在第二半导体芯片108-2处。
图2至图7示出设备100的图1中表示的区域111的其他的实施例。在此，为了简单起见没有示出可选存在的温度稳定元件。
图2示出第一半导体芯片108-1的一个实施例。第一半导体芯片108-1上的至少两个二极管被设计为四个发射二极管102-1至102-4并且被设计为一个光电二极管104-1。发射二极管102-1至102-4和光电二极管104-1因此共同地布置在第一半导体芯片108-1上。在此，光源102的发射二极管的数目大于第一半导体芯片108-1上的检测器设备104的光电二极管的数目。
图3示出第一半导体芯片108-1和第二半导体芯片108-2的一个实施例。第一半导体芯片108-1上的至少两个二极管被设计为四个发射二极管102-1至102-4。四个光电二极管104-1至104-4被布置在第二半导体芯片108-2上。因此，第一半导体芯片108-1上的发射二极管102-1至102-4的数目等于第二半导体芯片108-2上的光电二极管104-1至104-4的数目。因此，光源102被布置在第一半导体芯片108-1上并且检测器设备104被布置在第二半导体芯片108-2上。光源102和检测器设备104彼此分开布置。检测器设备104还可以具有至少一个在此未示出的波长过滤器，用于将不同波长的次级光分束到光电二极管104-1至104-4上。
图4示出第一半导体芯片108-1的另一实施例。第一半导体芯片108-1上的至少两个二极管被设计为四个发射二极管102-1至102-4并且被设计为四个光电二极管104-1至104-4。因此，发射二极管102-1至102-4和光电二极管104-1至104-4共同地布置在第一半导体芯片108-1上。在此，激光设备102的发射二极管的数目等于第一半导体芯片108-1上的检测器设备104的光电二极管的数目。检测器设备104还可以具有至少一个在此未示出的波长过滤器，用于将不同波长的次级光分束到光电二极管104-1至104-4上。
图5示出第一半导体芯片108-1和第二半导体芯片108-2的另一实施例。第一半导体芯片108-1上的至少两个二极管被设计为四个光电二极管104-1至104-4。发射二极管102-1被布置在第二半导体芯片108-2上。因此，第一半导体芯片108-1上的光电二极管104-1至104-4的数目大于第二半导体芯片108-2上的发射二极管的数目。因此，检测器设备104被布置在第一半导体芯片108-1上并且光源102被布置在第二半导体芯片108-2上。光源102和检测器设备104彼此分开布置。检测器设备104还可以具有至少一个在此未示出的波长过滤器，用于将不同波长的次级光分束到光电二极管104-1至104-4上。
图6示出第一半导体芯片108-1的另一实施例。第一半导体芯片108-1上的至少两个二极管被设计为四个光电二极管104-1至104-4并且被设计为一个发射二极管102-1。因此，光电二极管104-1至104-4和发射二极管102-1共同地布置在第一半导体芯片108-1上。在此，检测器设备104的光电二极管的数目大于第一半导体芯片108-1上的激光设备102的发射二极管的数目。检测器设备104还可以具有至少一个在此未示出的波长过滤器，用于将不同波长的次级光分束到光电二极管104-1至104-4上。
图7示出第一半导体芯片和第二半导体芯片108-1的另一实施例。第一半导体芯片108-1上的至少两个二极管被设计为发射二极管102-1和光电二极管104-1。因此，发射二极管102-1和光电二极管104-1共同布置在第一半导体芯片108-1上。光源102的发射二极管的数目等于第一半导体芯片108-1上的检测器设备104的光电二极管的数目。

Claims (9)

1.一种用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道(101)的表面状态的设备(100)，其中所述设备(100)具有：
·至少一个光源(102)，用于朝已驶过的或将驶过的所述车道(101)的方向输出初级光(103)；
·至少一个检测器设备(104)，用于检测由已驶过的或将驶过的所述车道(101)反射和/或散射的次级光(105)；和
·评估单元(107)，所述评估单元被设计用于根据检测到的所述次级光(105)来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的所述车道(101)的表面状态；
其特征在于，
·所述设备(100)还具有至少一个第一半导体芯片(108-1)，其中在所述至少一个第一半导体芯片(108-1)上布置至少两个二极管(102-1至102-4，104-1至104-4)。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中在所述至少一个第一半导体芯片(108-1)上的所述至少两个二极管被设计为所述光源(102)的至少一个发射二极管(102-1至102-4)并且被设计为所述检测器设备(104)的至少一个光电二极管(104-1至104-4)。
3.根据权利要求2所述的设备(100)，其中所述光源(102)的发射二极管(102-1至102-4)的数目大于所述检测器设备(104)的光电二极管(104-1至104-4)的数目。
4.根据权利要求2所述的设备(100)，其中所述检测器设备(104)的光电二极管(104-1至104-4)的数目大于所述光源(102)的发射二极管(102-1至102-4)的数目。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，还具有至少一个第二半导体芯片(108-2)，并且其中在所述至少一个第二半导体芯片(108-2)上布置至少一个二极管(102-1至102-4，104-1至104-4)。
6.根据权利要求5所述的设备(100)，其中所述至少一个第一半导体芯片(108-1)上的所述至少两个二极管被设计为所述光源(102)的至少两个发射二极管(102-1至102-4)，并且所述至少一个第二半导体芯片(108-2)上的所述至少一个二极管被设计为所述检测器设备(104)的至少一个光电二极管(104-1至104-4)。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中所述至少一个第一半导体芯片(108-1)上的所述至少两个二极管被设计为所述检测器设备(104)的至少两个光电二极管(104-1至104-4)，并且所述至少一个第二半导体芯片(108-2)上的所述至少一个二极管被设计为所述光源(102)的至少一个发射二极管(102-1至102-4)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(100)，其中所述设备(100)还具有至少一个第一温度稳定元件(109)，其中所述第一温度稳定元件(109)被布置在所述至少一个第一半导体芯片(108-1)处。
9.一种借助于根据权利要求1至7中任一项所述的设备来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的方法，所述方法具有以下步骤：
·借助于至少一个光源朝已驶过的或将驶过的所述车道的方向输出初级光；
·借助于至少一个检测器设备检测由已驶过的或将驶过的所述车道反射和/或散射的次级光；
·借助于评估单元根据检测到的所述次级光来确定车辆已驶过的或车辆将驶过的所述车道的表面状态；
其中所述设备具有至少一个第一半导体芯片，其中在所述至少一个第一半导体芯片上布置至少两个二极管。
CN202080044189.8A 2019-06-19 2020-06-03 用于确定车辆已驶过的或车辆将驶过的车道的表面状态的设备和方法 Pending CN113994170A (zh)

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