CN114174115A

CN114174115A - 汽车的照明设备

Info

Publication number: CN114174115A
Application number: CN202080055094.6A
Authority: CN
Inventors: 皮尔·雷诺; 亚历山大·乔治
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-03-11
Also published as: US20230048569A1; EP4004595A1; WO2021018680A1

Abstract

本发明涉及一种汽车的照明设备(10)，包括光源(1)、传感器(2)和盖(3)，所述光源被配置为沿光方向(d1)发射光。所述传感器(2)被配置为通过沿传感器方向(d2)发射波来获取所述照明设备外部的信息，所述波的波长被包括在1mm与1cm之间。所述盖(3)包括沿所述光方向定位的第一部分(31)和沿所述传感器方向定位的第二部分(32)，所述第二部分(32)包括具有一折射率和一厚度的传感器区域(33)，所述厚度被包括在理想厚度的0.8倍与1.2倍之间，所述理想厚度等于一自然数乘以所述波长并除以2倍的所述折射率。

Description

汽车的照明设备

技术领域

本发明涉及汽车的照明设备的领域，并且更特别地涉及这些设备与自动驾驶功能之间的协作。

背景技术

自动驾驶的车辆需要大量的传感器，其通过不同种类的传感器负责接收该车辆周围的冗余数据，以避免碰撞并且使车辆平安无恙地到达目的地。这些传感器放置在预定位置，以便数据涵盖尽可能广泛的信息。

车辆的照明设备(前照灯、尾灯……)通常是一些雷达传感器的有利位置，并且汽车制造商必须解决在越来越小的设备内部结合新元件的问题。

此外，外透镜的性能也存在问题，该外透镜是为可见光而设计的，外透镜没有针对雷达发射和接收进行优化，因此导致例如信噪比。

文献US 2018/045826 A1公开了一种具有不同部分的外透镜的照明设备，其中透镜的位于雷达前方的部分具有较低的可见光透射性。

发明内容

本发明提供了一种通过根据权利要求1所述的汽车的照明设备来管理该汽车的照明设备内部的雷达传感器的替代性解决方案。在从属权利要求中限定本发明的优选实施例。

除非另有定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术和科学术语)均应按照本领域中的惯例进行解释。将进一步理解的是，通常使用的术语也应按照相关领域中的惯例进行解释，而不是理想化的或过于正式的意义，除非本文明确如此定义。

在本文中，不应以排他的意义来理解术语“包括”及其衍生词(诸如“包含”等)，即是，这些术语不应被解释为排除了所描述和限定的内容可能包括其他元件、步骤等的可能性。

在第一发明方面中，本发明提供了一种汽车的照明设备，包括：

-光源，所述光源被配置为沿光方向发射光；

-传感器，所述传感器被配置为通过沿传感器方向发射波来获取所述照明设备外部的信息，所述波的波长被包括在1mm与1cm之间；

-盖，所述盖包括沿所述光方向定位的第一部分和沿所述传感器方向定位的第二部分，所述第二部分包括具有一折射率和一厚度的传感器区域，所述厚度被包括在理想厚度的0.8倍与1.2倍之间，所述理想厚度等于一自然数乘以所述波长且除以2倍的所述折射率。

光方向和传感器方向是波幅最大的特定方向：光源和传感器两者在一角度区域内发射，但是该角度区域具有主方向，分别是光方向和传感器方向。

这样的照明设备可以容置传感器。因此，传感器可以不需要可能衰减该传感器的发射和接收的任何其他保护。此外，盖的厚度使得在发射和接收两者中，反射波将受到相消干涉，从而消除传感器信号中的任何衰减。这提高了传感器的性能，并且允许通过增加范围或降低功耗为该元件的使用提供新的可能性。

在一些具体实施例中，光源是固态光源。

术语“固态”是指由光由固态电致发光来发射，电致发光利用半导体将电转化为光。与白炽照明相比，固态照明生成具有减少热量产生和减少能量消耗的可见光。与易碎的玻璃管/灯泡和细长的灯丝相比，固态电子照明设备的典型的小质量提供了更强的抗冲击和抗振动。它们还消除了灯丝蒸发，潜在地增加了发光设备的使用寿命。这些类型的照明的一些示例包括作为发光源的半导体发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或聚合物发光二极管(PLED)，而不是电灯丝、等离子体或气体。

这些光源被用于汽车机动车辆，并且特别有利地与传感器匹配，这是因为固态光源比传统光源更小，并且具有强大的散热手段。

在一些具体实施例中，所述传感器是雷达传感器，并且所述波长被包括在3mm与5mm之间。

该类型的传感器特别适用于自动驾驶应用，并且该波长有利地适用于在没有过多功耗或响应延迟的情况下检测物体。

在一些具体实施例中，所述传感器区域的厚度被包括在所述波长除以2倍的所述折射率的0.8倍与1.2倍之间。

所述厚度是本发明所提供的最小厚度，并且是避免其他干涉的最佳选项。

在一些具体实施例中，所述第二部分的厚度等于或大于所述传感器区域的厚度。

沿第二部分的厚度可以是可变的，这是因为由传感器发射的波的方向性可能需要更大的厚度以便实现相同的干涉效果。

所述厚度是通过等于arctan(L1/(2e4))的入射角度θ来限定的，其中e4是所述传感器与所述盖之间的距离，并且L1是所述传感器的发射天线与接收天线之间的距离。

附图说明

为了描述并对本发明提供更好的理解，提供了一组附图。所述附图形成说明书的组成部分并且图示了本发明的实施例，其不应被解释为限制本发明的范围，而仅作为可以如何实施本发明的示例。附图包括以下图：

[图1]示出了根据本发明的照明设备的剖视图。

[图2]示出了穿过外透镜的传感器区域的波路径的示意图。

在这些附图中，使用了以下附图标记：

1 LED

2 雷达传感器

3 外透镜

31 外透镜的第一部分

32 外透镜的第二部分

33 外透镜的传感器区域

d1 光方向

d2 传感器方向。

具体实施方式

足够详细地描述示例实施例以使得本领域的普通技术人员能够体现和实施本文所描述的系统和过程。重要的是要理解，实施例可以是以许多替代形式提供的并且不应被解释为限于本文所阐述的示例。

因此，虽然可以以各种不同的方式修改实施例并且实施例可以采取各种不同的替代形式，但在附图中示出并且在下面作为示例详细描述其具体实施例。并不意在对所公开的特定形式进行限制。相反，应包括落入所附权利要求的范围内的所有修改、等效物和替代物。

图1示出了根据本发明的照明设备10的剖视图。在该图中，照明设备10包括：

-LED 1；

-雷达传感器2；和

-外透镜3。

LED 1被布置成沿光方向d1发射光。这表示光的分布沿着该光方向d1为最大，但是显然地，LED在角度范围内发射光。

雷达传感器2又被布置成通过沿传感器方向d2发射雷达波，来获取该照明设备外部的信息。如图2中所图示的，雷达传感器2包括至少一个发射天线100和至少两个接收天线101。发射天线100被配置为发射雷达波。接收天线101被配置为接收在遇到物体(例如非限制性示例中的行人)之后朝向雷达传感器2重新发送的雷达波R11、R12(在图2中图示出)。所述重新发送的雷达波R11、R12也被称为反射雷达波R11、R12。在由接收天线101所接收的重新发送的雷达波之间存在相移，这使得可以推导出物体(该物体在车辆的外部环境中)相对于车辆的位置。

雷达波的波长被包括在1mm与1cm之间，对应于30GHz(对于1cm)与300GHz(对于1mm)之间的频率。因此频率在1GHz(300mm)至300GHz(1m)的范围内，这是微波的频率范围。

该波是以约76GHz的频率发射的，因此该波的波长为约4mm。与前面的情况相同，雷达波的强度沿着传感器方向d2为最大，但是在一角度范围内也存在雷达波的发射。自然地，该频率是非限制性的示例。在非限制性实施例中，在100MHz与3GHz之间的频带上发射波。因此，在非限制性示例中，如果传感器雷达2以具有1GHz的频带的77GHz的雷达频率操作，则该雷达传感器2将在从76.5GHz到77.5GHz的频带上操作。

外透镜3包括第一部分31和第二部分32。沿着光方向定位该第一部分31，并且沿着传感器方向定位该第二部分32，使得第一方向d1穿过第一部分31，并且第二方向d2穿过第二部分32。在该非限制性示例中，盖3是外透镜。在其他非限制性示例中，盖3是边框或天线罩。

第二部分32又包括具有折射率和厚度的传感器区域33。

图2示出了穿过外透镜的传感器区域33的波路径的示意图。该传感器区域33由于该传感器区域的厚度可以被视为薄层。

从雷达传感器2发射波，并且该波行进直到传感器区域33，该传感器区域33具有折射率n和厚度t。通常发生反射和折射现象。计算反射光的光学路径差δ，以便确定干涉状况：

δ＝2·n·t·cos(r)+λ/2

两个反射波(一个是已经从传感器区域33的相对于雷达传感器2的面反射的R11，一个是已经在传感器区域33内反射的R12，如图2中所图示的)之间的相移等于2π(n×2t×tan(r)sin(θ))/λ)+π。由于sin(θ)＝nsin(r)，这推导出相移等于(2π×n×(2t×cos(r)/λ)+π.。由于δ等于该相移乘以λ/2＊π，因此得到δ＝2·n·t·cos(r)+λ/2。

为了得到相消干涉，相移应该等于π加以2π取模(πmodulo2π)。因此，相移等于(2m+1)＊π_i，其中m是自然数。这推导出(2m+1)＊π＝(2π×n×(2t×cos(r)/λ)+π。这推导出t＝mλ/(2n cos(r))。

因此，基于在雷达传感器2的操作频率范围内所使用的折射率n和波长λ，可以确定厚度t，使得所述反射波R11和R12相互抵消。

当入射角度θ被认为是0时限定了理想厚度，m(在下文描述)等于1。由于入射角度θ被认为是0，因此角度r也将是0。因此，对于相消干涉状况，对以下等式进行求解：

2·n·t+λ/2＝λ/2+mλ

其中，m是自然数。对于m＝1，该传感器区域33的厚度为t＝λ/(2n)，其中，λ是雷达波的波长。该厚度t是理想厚度。当r＝0°时，这表示cos(r)＝1，并且当相移等于π加以2π取模时，这推导出(2m+1)*π＝(2πx n x(2t/λ)+π。并且，当等式的每一侧都乘以λ/2π时，这推导出2·n·t+λ/2＝λ/2+mλ以及推导出理想厚度t＝λ/(2n)。

传感器区域33具有所述理想厚度的0.8倍与1.2倍之间的厚度。无论角度r的值是多少，都应用该等式。该值范围考虑了雷达传感器2的可能的发射角度。雷达传感器2的技术说明书中限定了入射角度θ的可能值，这表示入射角度θ的可能值在雷达传感器2的视场内。通常，入射角度θ在0°和+/-30°之间。该0.8至1.2的范围值使得能够考虑传感器区域33的厚度的制造公差。

在非限制性示例中，当理想厚度等于1.18时(其中n＝1.67，m＝1和λ＝3.947)，则t在0.94mm与1.42mm之间。

需要注意的是，存在使得反射波R11、R12对雷达传感器2的接收天线干扰为最大的入射角度θ的值。在非限制性实施例中，该值等于θ＝arctan(L1/(2e4))，其中L1是雷达传感器2的发射天线100与接收天线101之间的距离，并且e4是雷达传感器2与盖3之间的距离，如图2中所图示的。在非限制性实施例中，对于入射角度θ＝arctan(L1/(2e4))限定厚度t的值。这使得可以确保抑制由反射波R11、R12在其最大时所产生的干扰。

应当理解，本发明不限于前述实施例或应用，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出多种变化和修改。对此，进行以下说明。在其他非限制性实施例中，波的波长的对应频率可以在毫米频率范围(24GHz至300GHz)内或高频范围(300MHz至81GHz)内。在另一非限制性实施例中，照明设备10已被描述为用于汽车机动车辆，但是该照明设备也可以用于任何其他类型的车辆，诸如半机动车辆或非机动车辆。

Claims

1.一种汽车的照明设备(10)，包括：

-光源(1)，所述光源被配置为沿光方向(d1)发射光；

-传感器(2)，所述传感器被配置为通过沿传感器方向(d2)发射波来获取所述照明设备外部的信息，所述波的波长被包括在1mm与1cm之间；

-盖(3)，所述盖包括沿所述光方向定位的第一部分(31)和沿所述传感器方向定位的第二部分(32)，所述第二部分(32)包括具有一折射率和一厚度的传感器区域(33)，所述厚度被包括在理想厚度的0.8倍与1.2倍之间，所述理想厚度等于一自然数乘以所述波长并除以2倍的所述折射率。

2.根据权利要求1所述的汽车的照明设备，其中，所述光源是固态光源。

3.根据前述权利要求中任一项所述的汽车的照明设备，其中，所述传感器是雷达传感器，并且所述波长被包括在3mm与5mm之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的汽车的照明设备，其中，所述传感器区域的厚度被包括在所述波长除以2倍的所述折射率的0.8倍与1.2倍之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的汽车的照明设备，其中，所述第二部分的厚度等于或大于所述传感器区域的厚度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的汽车的照明设备，其中，所述厚度是针对等于arctan(L1/(2e4))的入射角度θ限定的，其中，e4是所述传感器(2)与所述盖(3)之间的距离，并且L1是所述传感器(2)的发射天线(100)与接收天线(101)之间的距离。