DE102018204269A1 - ARRANGEMENT, METHOD FOR ARRANGEMENT, HEADLAMP AND SENSOR SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung. Die Strahlung der Strahlungsquelle ist zur Strahlungslenkung durch eine Struktur mit zumindest einem Flüssigkristallelement leitbar, wobei eine molekulare Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.Disclosed is an arrangement with a radiation source for a sensor system for environmental detection. The radiation of the radiation source can be guided for radiation guidance through a structure having at least one liquid crystal element, it being possible to set a molecular orientation of the at least one liquid crystal element by means of an electric field.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und einen Scheinwerfer sowie ein Sensorsystem mit einer derartigen Anordnung.The invention relates to an arrangement according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind Sensorsysteme zur Umgebungserfassung bzw. zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung von Objekten, z.B. ein Light Detection and Ranging (LiDAR)-System, bekannt. Die LiDAR Abstandsmessung beruht auf einer Laufzeitmessung ausgesandter elektromagnetischer Pulse. Treffen diese auf ein Objekt, so wird an dessen Oberfläche der Puls anteilig zurück zu einer Abstandsmesseinheit reflektiert und kann als Echopuls mit einer geeigneten Empfängereinheit oder einem geeigneten Sensor aufgezeichnet werden.From the prior art, sensor systems for environment detection or for distance and speed measurement of objects, e.g. a Light Detection and Ranging (LiDAR) system known. The LiDAR distance measurement is based on a transit time measurement of emitted electromagnetic pulses. If these impinge on an object, the pulse is proportionately reflected back to a distance measuring unit on its surface and can be recorded as an echo pulse with a suitable receiver unit or a suitable sensor.
Zur Ausrichtung oder Lenkung der elektromagnetischen Pulse ist es aus dem Stand der Technik bekannt, entweder mehrere Pulsquellen oder Strahlungsquellen, z.B. mehrere infrarote (IR-) Strahlung emittierende Laserdioden beispielsweise im Bereich zwischen 850 nm und 1600 nm, die in unterschiedliche Richtungen angeordnet sind, oder nur eine Puls- oder Strahlungsquelle zu verwenden, die zur Strahlungsausrichtung oder -lenkung entweder selbst entsprechend ausgerichtet wird oder bei der die Strahlung mittels eines Systems mit einem oder mehreren rotierenden Spiegel(n) oder Mikrospiegel(n) gelenkt wird. Im ersten Fall sind mehrere Strahlungsquellen und im zweiten Fall Motoren oder Stellantriebe notwendig, um die Strahlung entsprechend auszurichten. In beiden Fällen wird das Gesamtsystem komplex und/oder teuer. Des Weiteren können sich bewegende Teile das Gesamtsystem unhandlich und anfälliger für Verschleiß bzw. weniger dauerfest machen. Im ersten Fall (mehrere Strahlungsquellen) gibt es keine beweglichen Teile, das Gesamtsystem ist aber aufgrund der Zahl der Strahlungsquellen in seiner Auflösung beschränkt.For aligning or steering the electromagnetic pulses, it is known in the art to either source a plurality of pulse sources or radiation sources, e.g. a plurality of infrared emitting (IR) radiation emitting laser diodes, for example in the range between 850 nm and 1600 nm, which are arranged in different directions, or to use only one pulse or radiation source, which is either aligned itself for the radiation orientation or deflection or in the the radiation is directed by means of a system having one or more rotating mirrors or micromirrors. In the first case, several radiation sources and in the second case motors or actuators are necessary to align the radiation accordingly. In both cases, the overall system becomes complex and / or expensive. Furthermore, moving parts can render the overall system unwieldy and more susceptible to wear or less durable. In the first case (multiple radiation sources) there are no moving parts, but the total system is limited in its resolution due to the number of radiation sources.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung zu schaffen, mit der im Vergleich zum Stand der Technik Energie, Bauraum, Gewicht und Kosten reduziert werden können. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anwenden eines Sensorsystems mit einer derartigen Anordnung bereitzustellen. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, einen Scheinwerfer bzw. eine Beleuchtungseinrichtung bzw. eine Bestrahlungsanordnung mit einer derartigen Anordnung zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Sensorsystem mit einer derartigen Anordnung zu schaffen.The object of the present invention is to provide an arrangement for a sensor system for environmental detection, with which compared to the prior art energy, space, weight and cost can be reduced. It is another object of the invention to provide a method of using a sensor system having such an arrangement. In addition, it is an object of the invention to provide a headlight or a lighting device or an irradiation arrangement with such an arrangement. It is another object of the invention to provide a sensor system with such an arrangement.
Die Aufgabe hinsichtlich der Anordnung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 und hinsichtlich des Sensorsystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.The object with regard to the arrangement is achieved according to the features of
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung vorgesehen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der Strahlungsquelle zur Strahlungslenkung durch eine Struktur mit zumindest einem Flüssigkristallelement leitbar ist, wobei eine, insbesondere molekulare, Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.According to the invention, an arrangement with a radiation source for a sensor system for environmental detection is provided. The arrangement according to the invention is characterized in that the radiation of the radiation source for radiation guidance can be conducted through a structure having at least one liquid crystal element, wherein an, in particular molecular, orientation of the at least one liquid crystal element can be adjusted by means of an electric field.
Im Vergleich zum Stand der Technik kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Strahlung der Strahlungsquelle gezielt auf einen Erfassungsbereich ausgerichtet werden oder diesen abrastern, ohne mehrere Strahlungsquellen oder rotierende Spiegel/Mikrospiegel verwenden zu müssen. Es sind daher weder mehrere Strahlungsquellen notwendig, die einen großen Platzbedarf haben, noch hat die erfindungsgemäße Anordnung bewegliche Teile, die das Gesamtsystem anfällig für Verschleiß machen können.In comparison with the prior art, with the arrangement according to the invention, the radiation of the radiation source can be targeted to a detection area or scan it without having to use multiple radiation sources or rotating mirrors / micromirrors. Therefore, neither multiple radiation sources are necessary, which have a large footprint, nor does the inventive arrangement has moving parts that can make the entire system vulnerable to wear.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann mit einer Empfängereinheit oder einem Sensor oder Sensorsystem zum Messen der Strahlung der Strahlungsquelle ausgestattet sein und in einem LiDAR-System verwendet werden. Die Empfängereinheit bzw. der Sensor kann derart ausgestaltet sein, dass er die einfallende Strahlung ohne Ortsauflösung messen kann. Die Empfängereinheit kann aber auch raumwinkelauflösend ausgestaltet sein. Die Empfängereinheit bzw. der Sensor kann eine Fotodiode, z.B. eine Avalanche Photo Diode (APD) oder eine Single Photon Avalanche Diode (SPAD), eine PIN-Diode oder ein Photomultiplier sein.The arrangement according to the invention can be equipped with a receiver unit or a sensor or sensor system for measuring the radiation of the radiation source and used in a LiDAR system. The receiver unit or the sensor can be designed such that it can measure the incident radiation without spatial resolution. However, the receiver unit can also be configured with spatial-angle resolution. The receiver unit or sensor may comprise a photodiode, e.g. an avalanche photo diode (APD) or a single photon avalanche diode (SPAD), a PIN diode or a photomultiplier.
Die Struktur, durch die die auszurichtende Strahlung geleitet wird, kann zumindest zwei mit elektrisch leitfähigem und transparentem Beschichtungsmaterial, insbesondere abschnittsweise, beschichtete Plattenelemente (ein erstes und zweites Plattenelement), z.B. Glasplatten, aufweisen. Die auszurichtende Strahlung der Strahlungsquelle trifft vorzugsweise senkrecht auf eines der Plattenelemente. Die Plattenelemente sind vorzugsweise transparent und parallel voneinander beabstandet. Die Transparenz der Plattenelemente und des elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterials ermöglicht eine Transmission der Strahlung. Das elektrisch leitfähige und transparente Beschichtungsmaterial kann zumindest teilweise oder vollständig aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bzw. einem kleinen elektrischen Widerstand wie Indiumzinnoxid (indium tin oxide, ITO) und/oder aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit bzw. einen großen elektrischen Widerstand wie Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) bestehen.The structure through which the radiation to be aligned is guided may comprise at least two layers coated with electrically conductive and transparent coating material, in particular in sections Plate elements (a first and second plate member), eg glass plates have. The radiation of the radiation source to be aligned is preferably perpendicular to one of the plate elements. The plate elements are preferably transparent and spaced apart in parallel. The transparency of the plate elements and the electrically conductive coating material allows transmission of the radiation. The electrically conductive and transparent coating material may be at least partially or entirely made of a material with a high electrical conductivity or a small electrical resistance such as indium tin oxide (ITO) and / or a material with a low electrical conductivity or a large electrical Resistance such as poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) exist.
Vorzugsweise ist zumindest eines der Plattenelemente, z.B. das erste Plattenelement, auf zumindest einer Seite, insbesondere auf seiner der Strahlungsquelle abgewandten Seite, ganzflächig mit dem Beschichtungsmaterial, insbesondere Indiumzinnoxid, beschichtet. Das andere der beiden Plattenelemente, das zweite Plattenelement, ist vorzugsweise auf zumindest einer Seite, insbesondere auf seiner der Strahlungsquelle zugewandten Seite, in Breitenrichtung des Plattenelements abschnittsweise nebeneinander mit dem Beschichtungsmaterial, insbesondere Indiumzinnoxid (erste Beschichtung), Poly-3,4-ethylendioxythiophen (zweite Beschichtung) und Indiumzinnoxid (dritte Beschichtung), beschichtet. Mit anderen Worten ist das zweite Plattenelement streifenartig beschichtet, wobei die zweite Beschichtung in Breitenrichtung des Plattenelements zwischen der ersten und dritten Beschichtung angeordnet ist. Die Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen der Plattenelemente können als Elektroden dienen. Durch Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen an den elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen kann zwischen den beschichteten Plattenelementen ein elektrisches Feld bzw. ein elektrischer Feldstärkegradient ausgebildet werden.Preferably, at least one of the plate elements, e.g. the first plate element, on at least one side, in particular on its side facing away from the radiation source, coated over the entire surface with the coating material, in particular indium tin oxide. The other of the two plate elements, the second plate element, is preferably on at least one side, in particular on its side facing the radiation source, in the width direction of the plate element in sections next to each other with the coating material, in particular indium tin oxide (first coating), poly-3,4-ethylenedioxythiophene ( second coating) and indium tin oxide (third coating). In other words, the second plate element is coated in a strip-like manner, the second coating being arranged in the width direction of the plate element between the first and third coating. The coating materials or coatings of the plate elements can serve as electrodes. By applying different electrical voltages to the electrically conductive coating materials or coatings, an electric field or an electric field strength gradient can be formed between the coated plate elements.
Das so erzeugte elektrische Feld kann in seiner Stärke einstellbar sein. Das elektrische Feld kann insbesondere durch Anlegen einer elektrischen Spannung am Beschichtungsmaterial bzw. den Beschichtungen der Plattenelemente in seiner Stärke einstellbar sein. Je nach Größe bzw. Höhe der angelegten elektrischen Spannungen an den Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen der wie oben beschrieben ausgebildeten Plattenelemente bilden sich zwischen den Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen unterschiedlich große Potentialdifferenzen und damit ein unterschiedlich starkes elektrisches Feld aus.The electric field generated in this way can be adjustable in its strength. The electric field can be adjustable in particular by applying an electrical voltage to the coating material or the coatings of the plate elements in its strength. Depending on the size or height of the applied electrical voltages on the coating materials or coatings of the plate elements formed as described above, differently sized potential differences and thus a different electric field form between the coating materials or coatings.
Das zwischen den beschichteten Plattenelementen ausgebildete elektrische Feld kann homogen oder inhomogen sein. Ein homogenes elektrisches Feld wird ausgebildet, wenn die Potentialdifferenz über die gesamte Breite der zumindest zwei beschichteten Plattenelemente konstant ist. Mit anderen Worten hat ein über die Breite bzw. in Breitenrichtung der Plattenelemente gebildeter elektrischer Feldstärkegradient den Wert Null. Ein inhomogenes elektrisches Feld wird ausgebildet, wenn die Potentialdifferenz über die Breite der zumindest zwei beschichteten Plattenelemente veränderlich ist. Mit anderen Worten hat der über die Breite der Plattenelemente gebildete elektrische Feldstärkegradient einen Wert größer Null. Das elektrische Feld kann zur Strahlungslenkung von einem homogenen in einen inhomogenen Zustand bringbar sein. Wenn eine an der Beschichtung des ersten Plattenelements angelegte Spannung beispielsweise den Wert 0 V hat, kann durch Anlegen einer relativ großen elektrischen Spannung im Bereich von 3 V - 100 V, bevorzugt im Bereich von 5 V - 20 V, z.B. 5 V, an einer Beschichtung des zweiten Plattenelements an einem ersten Breitenrichtungsende des zweiten Plattenelements, z.B. an der ersten Beschichtung, und Anlegen keiner Spannung an einer Beschichtung des zweiten Plattenelements an einem zweiten Breitenrichtungsende des zweiten Plattenelements, z.B. an der dritten Beschichtung, ein inhomogenes elektrisches Feld mit einem elektrischen Feldstärkegradient ausgebildet werden. Wenn in Breitenrichtung des zweiten Plattenelements zwischen der ersten und dritten Beschichtung eine Beschichtung, die einen großen elektrischen Widerstand aufweist, z.B. die zweite Beschichtung, ausgebildet ist, kann ein Spannungsausgleich zwischen der ersten und dritten Beschichtung verhindert werden. Die elektrische Feldstärke zwischen der ersten Beschichtung des zweiten Plattenelements und der Beschichtung des ersten Plattenelements ist daher relativ groß und nimmt ausgehend von der ersten Beschichtung des zweiten Plattenelements in Breitenrichtung der Plattenelemente bis zur dritten Beschichtung des zweiten Plattenelements ab.The electric field formed between the coated plate members may be homogeneous or inhomogeneous. A homogeneous electric field is formed when the potential difference across the entire width of the at least two coated plate elements is constant. In other words, an electric field strength gradient formed across the width or in the width direction of the plate elements has the value zero. An inhomogeneous electric field is formed when the potential difference across the width of the at least two coated plate members is variable. In other words, the electric field strength gradient formed over the width of the plate elements has a value greater than zero. The electric field can be brought from a homogeneous to an inhomogeneous state for radiation steering. For example, when a voltage applied to the coating of the first plate member is 0V, by applying a relatively large electric voltage in the range of 3V-100V, preferably in the range of 5V-20V, e.g. 5V, on a coating of the second plate member at a first widthwise end of the second plate member, e.g. on the first coating, and applying no voltage to a coating of the second plate member at a second widthwise end of the second plate member, e.g. on the third coating, an inhomogeneous electric field with an electric field strength gradient are formed. When, in the widthwise direction of the second plate member, between the first and third coatings, a coating having a large electrical resistance, e.g. the second coating is formed, a stress compensation between the first and third coating can be prevented. The electric field strength between the first coating of the second plate element and the coating of the first plate element is therefore relatively large and decreases from the first coating of the second plate element in the width direction of the plate elements to the third coating of the second plate element.
Je nach Stärke des elektrischen Felds, d.h. je nach Stärke der an den Beschichtungen angelegten Spannungen, können sich die Moleküle der Flüssigkristallelemente entsprechend der Feldlinien des elektrischen Felds ausrichten. Durch die unterschiedlich orientierten Flüssigkristallelemente innerhalb der Struktur lassen sich unterschiedliche Brechungsindizes erreichen. Dadurch läuft die die Struktur passierende Strahlung je nach molekularer Orientierung unterschiedlich schnell durch die zwischen den Plattenelementen befindlichen Flüssigkristallelemente. Die zwischen den Plattenelementen befindlichen Flüssigkristallelemente haben insgesamt die Funktion eines Prismas, das einfallende Strahlung ablenken bzw. ausrichten kann. Im Ergebnis kann bei entsprechend angelegter Spannung an die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der Plattenelemente die die Struktur passierende Strahlung ausgerichtet bzw. abgelenkt werden, wobei der Ablenkwinkel über die Höhe der angelegten Spannung kontrolliert und verändert werden kann.Depending on the strength of the electric field, ie, depending on the strength of the voltages applied to the coatings, the molecules of the liquid crystal elements can align in accordance with the field lines of the electric field. Due to the differently oriented liquid crystal elements within the structure, different refractive indices can be achieved. As a result, the radiation passing through the structure, depending on the molecular orientation, moves at different speeds through the liquid crystal elements located between the plate elements. Overall, the liquid crystal elements located between the plate elements have the function of a prism that can deflect or direct incident radiation. As a result, with appropriately applied voltage to the electrically conductive coatings of the plate elements the radiation passing through the structure can be oriented or deflected, whereby the deflection angle can be controlled and changed by the level of the applied voltage.
Das zumindest eine Flüssigkristallelement kann auf einem reflektierenden Substrat angeordnet sein. Das reflektierende Substrat kann auf der Seite des Flüssigkristallelements z.B. eine Silberoberfläche, eine Metalloberfläche, Titanoxid oder dergleichen aufweisen. Dabei kann ein jeweiliges Flüssigkristallelement auf einem jeweiligen Substrat angeordnet sein. Die durch das Flüssigkristallelement geleitete Strahlung kann vom reflektierenden Substrat reflektiert werden. Mit anderen Worten kann die Strahlung somit zweimal durch das Flüssigkristallelement geleitet werden („double-pass“). Dadurch können im Vergleich zum Fall, bei dem die Strahlung nur einmal durch das Flüssigkristallelement geleitet wird („single-pass“), unterschiedlichste Erfassungsbereiche des Sensorsystems realisiert werden.The at least one liquid crystal element may be arranged on a reflective substrate. The reflective substrate may be provided on the side of the liquid crystal element, e.g. a silver surface, a metal surface, titanium oxide or the like. In this case, a respective liquid crystal element can be arranged on a respective substrate. The radiation conducted by the liquid crystal element can be reflected by the reflective substrate. In other words, the radiation can thus be passed through the liquid crystal element twice ("double-pass"). As a result, in comparison to the case in which the radiation is conducted only once through the liquid crystal element ("single-pass"), the most diverse detection ranges of the sensor system can be realized.
Die Strahlung der Strahlungsquelle kann zur Strahlungslenkung durch mehrere der oben beschriebenen Strukturen leitbar sein. Wenn nur eine Strahlungsquelle verwendet wird, können mehrere Strukturen, z.B., insbesondere parallel, nebeneinander angeordnet sein, um die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung jeweils in einen Abstrahlwinkelbereich abzulenken. Es können aber auch mehrere Strahlungsquellen verwendet werden, wobei jeder Strahlungsquelle zumindest eine eigene Struktur zugeordnet sein kann, die die Strahlung in einen Abstrahlwinkelbereich ablenken kann, wobei sich die Abstrahlwinkelbereiche der mehreren Strukturen voneinander unterscheiden können. Mit anderen Worten erfasst jede der mehreren Strukturen nur einen Teil des gesamten zu erfassenden Bereichs wodurch die Auflösung des Gesamtsystems erhöht werden kann.The radiation of the radiation source may be capable of being guided for radiation guidance by a plurality of the structures described above. If only one radiation source is used, a plurality of structures, for example, in particular in parallel, can be arranged next to each other in order to deflect the radiation emitted by the radiation source into an emission angle range in each case. However, it is also possible to use a plurality of radiation sources, it being possible for each radiation source to be assigned at least one separate structure which can deflect the radiation into an emission angle range, wherein the emission angle ranges of the plurality of structures can differ from one another. In other words, each of the multiple structures captures only a portion of the total area to be detected, thereby increasing the resolution of the overall system.
Innerhalb der Struktur kann zusätzlich ein strahlungsumlenkendes Element, z.B. ein im Querschnitt dreieckförmiges Prisma oder Glasprisma, angeordnet sein. Die die Struktur passierende Strahlung wird vom strahlungsumlenkenden Element entsprechend seines Brechungsindex abgelenkt. Liegt an den beschichteten Plattenelementen eine elektrische Spannung an und sind die zwischen den Plattenelementen angeordneten Flüssigkristallelemente entsprechend der Feldlinien des elektrischen Felds ausgerichtet, so kann die vom strahlungsumlenkenden Element abgelenkte Strahlung von den Flüssigkristallelementen nochmal abgelenkt werden. Die elektrische Spannung bzw. die elektrische Feldstärke kann so eingestellt sein, dass der sich einstellende Brechungsindex der Flüssigkristallelemente dem Brechungsindex des strahlungsumlenkenden Elements entspricht. Das heißt, dass die die Struktur passierende Strahlung insgesamt nicht abgelenkt wird, da sich die Strahlungsablenkung durch das strahlungsumlenkende Element und die Strahlungsumlenkung der Flüssigkristallelemente gegenseitig aufheben. Hierbei ist zu beachten, dass ein in einem elektrischen Feld angeordnetes Element ein Dielektrikum sein kann, das das elektrische Feld verändern kann. Das elektrische Feld ist daher vorzugsweise inhomogen, um Einflüsse durch das in das elektrische Feld eingebrachte Dielektrikum ausgleichen zu können. Wenn an den beschichteten Plattenelementen keine Spannung anliegt und somit kein elektrisches Feld ausgebildet ist, wird die die Struktur passierende Strahlung vom strahlungsumlenkenden Element entsprechend seines Brechungsindex abgelenkt und passiert die dann zufällig ausgerichteten Flüssigkristallelemente ohne eine weitere Ablenkung.Within the structure, a radiation-redirecting element, e.g. a triangular in cross-section prism or glass prism be arranged. The radiation passing through the structure is deflected by the radiation-deflecting element in accordance with its refractive index. If an electrical voltage is applied to the coated plate elements and if the liquid crystal elements arranged between the plate elements are aligned in accordance with the field lines of the electric field, then the radiation deflected by the radiation-deflecting element can be deflected again by the liquid crystal elements. The electrical voltage or the electric field strength can be adjusted so that the resulting refractive index of the liquid crystal elements corresponds to the refractive index of the radiation-deflecting element. This means that the radiation passing through the structure as a whole is not deflected, since the radiation deflection by the radiation-deflecting element and the radiation deflection of the liquid-crystal elements cancel each other out. It should be noted that an element arranged in an electric field may be a dielectric that can change the electric field. The electric field is therefore preferably inhomogeneous in order to be able to compensate for influences by the introduced into the electric field dielectric. If no voltage is applied to the coated plate elements and thus no electric field is formed, the radiation passing through the structure is deflected by the radiation-deflecting element according to its refractive index and passes the then randomly oriented liquid crystal elements without further deflection.
Die Strahlung der Strahlungsquelle kann polarisiertes Licht, z.B. Licht einer Laserdiode, oder unpolarisiertes Licht, z.B. Licht einer Licht emittierenden Diode (LED), sein. Das Flüssigkristallelement lenkt jedoch nur das Licht einer Polarisationsebene ab. Wenn die Strahlung der Strahlungsquelle unpolarisiertes Licht ist, können Strahlungsanteile, die senkrecht zu dieser Polarisationsebene schwingen, die Struktur ohne Ablenkung passieren. Um auch diese Strahlungsanteile ausrichten bzw. ablenken zu können, bestehen die folgenden Möglichkeiten. Die (unpolarisierte) Strahlung kann nacheinander durch zwei Strukturen geleitet werden. Hierbei sind vorzugsweise die Orientierungsrichtungen der in einem elektrischen Feld ausgerichteten Flüssigkristallelemente beider Strukturen quer zur Strahlungsrichtung um 90 Grad zueinander verdreht. Das heißt, dass die erste der beiden Strukturen eine Polarisationsebene der passierenden Strahlung drehen kann und die zweite der beiden Strukturen diejenigen Strahlungsanteile, die senkrecht zu der einen Polarisationsebene schwingen, auslenken kann. Alternativ dazu kann die (unpolarisierte) Strahlung mittels eines, z.B. direkt hinter der Strahlungsquelle angeordneten, polarisierenden Strahlteilers in zwei orthogonal zueinander schwingende Strahlungsanteile aufgeteilt werden, die jeweils durch eine Struktur der erfindungsgemäßen Anordnung geleitet werden, deren Orientierungsrichtung der Flüssigkristallelemente den entsprechenden Schwingungsanteil auslenken kann. Der polarisierende Strahlteiler kann z.B. direkt hinter der Strahlungsquelle angeordnet sein, wobei die zwei orthogonal zueinander schwingenden Strahlungsanteile jeweils über zumindest ein optisches Element, z.B. einen Spiegel, in die entsprechenden Strukturen geleitet werden können.The radiation of the radiation source can be polarized light, e.g. Light of a laser diode, or unpolarized light, e.g. Light of a light-emitting diode (LED), be. However, the liquid crystal element deflects only the light of a polarization plane. If the radiation of the radiation source is unpolarized light, radiation components which oscillate perpendicular to this plane of polarization can pass through the structure without deflection. In order to align or divert these radiation components, the following possibilities exist. The (unpolarized) radiation can be successively passed through two structures. In this case, the orientation directions of the liquid crystal elements aligned in an electric field of both structures are preferably rotated at 90 ° to one another transversely to the direction of radiation. This means that the first of the two structures can rotate one polarization plane of the passing radiation and the second of the two structures can deflect those radiation components which oscillate perpendicular to the one polarization plane. Alternatively, the (unpolarized) radiation may be detected by means of, e.g. are arranged directly behind the radiation source, polarizing beam splitter divided into two mutually orthogonal radiation components, which are each passed through a structure of the inventive arrangement whose orientation direction of the liquid crystal elements can deflect the corresponding vibration component. The polarizing beam splitter may e.g. be arranged directly behind the radiation source, wherein the two radiation components oscillating orthogonal to each other in each case via at least one optical element, e.g. a mirror into which appropriate structures can be directed.
Eine Licht emittierende Diode (LED) oder Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, oder in Form einer Mikro-LED, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.A light emitting diode (LED) or light emitting diode may be in the form of at least one individually packaged LED or in the form of at least one LED chip having one or more light emitting diodes or in the form of a micro LED. Multiple LED chips on a common substrate ("submount") be mounted and form an LED or individually or together, for example, on a circuit board (eg FR4, metal core board, etc.) be attached ("CoB" = chip on board). The at least one LED can be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, for example with at least one Fresnel lens or a collimator. Instead of or in addition to inorganic LEDs, for example based on AlInGaN or InGaN or AlInGaP, it is generally also possible to use organic LEDs (OLEDs, eg polymer OLEDs). The LED chips can be directly emitting or have an upstream phosphor. Alternatively, the light emitting component may be a laser diode or a laser diode array. It is also conceivable to provide an OLED luminescent layer or a plurality of OLED luminescent layers or an OLED luminescent region. The emission wavelengths of the light emitting components may be in the ultraviolet, visible or infrared spectral range. The light-emitting components may additionally be equipped with their own converter. Preferably, the LED chips emit white light in the standardized ECE white field of the automotive industry, for example realized by a blue emitter and a yellow / green converter.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für eine Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte kann das elektrische Feld derart verändert werden, dass die Strahlung der Strahlungsquelle über einen vorbestimmten Winkelbereich gelenkt wird. Die an die beschichteten Plattenelemente angelegten Spannungen können wiederholt derart verändert werden, dass der elektrische Feldgradient zwischen Null und einem Maximalwert verändert wird und die Strahlung somit zwischen einem minimalen und einem maximalen Abstrahlwinkel ausgelenkt wird. Wenn die Strahlung an einem Objekt reflektiert wird, kann die zurückreflektierte Strahlung der Strahlungsquelle über das Sensorsystem erfasst werden.In a method according to the invention for an arrangement according to one or more of the preceding aspects, the electric field can be changed such that the radiation of the radiation source is directed over a predetermined angular range. The voltages applied to the coated plate elements can be repeatedly varied such that the electric field gradient is changed between zero and a maximum value and the radiation is thus deflected between a minimum and a maximum emission angle. When the radiation is reflected on an object, the back-reflected radiation of the radiation source can be detected via the sensor system.
Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer, z.B. für ein Fahrzeug, mit einer Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen.According to the invention a headlight, e.g. for a vehicle, provided with an arrangement according to one or more of the preceding aspects.
Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug, z.B. eine Drohne, oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, z.B. ein autonom fahrendes Elektroauto, oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Scheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad.The vehicle may be an aircraft, e.g. a drone, or a waterborne vehicle or land-based vehicle. The land-based vehicle may be a motor vehicle, e.g. an autonomously driving electric car, or a rail vehicle or a bicycle. Particularly preferred is the use of the headlight in a truck or passenger car or motorcycle.
Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) etc. sein.Further areas of application may be, for example, floodlights for effect lighting, entertainment lighting, architainment lighting, general lighting, medical and therapeutic lighting, horticulture lighting, etc.
Erfindungsgemäß ist ein Sensorsystem mit einer Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehenAccording to the invention, a sensor system with an arrangement according to one or more of the preceding aspects is provided
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
-
1a in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
1b in einer weiteren schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
3 in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, -
4a in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, -
4b in einer weiteren schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und -
5 in einer schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
-
1a -
1b in a further schematic view of the arrangement according to the invention according to the first embodiment, -
2 1 shows a schematic view of an arrangement according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment, -
3 in a schematic view of an inventive arrangement according to a third embodiment, -
4a -
4b in a further schematic view of the arrangement according to the invention according to the fourth embodiment, and -
5 in a schematic view of the arrangement according to the invention according to a fifth embodiment.
Die
Die in den Figuren angegebene
Des Weiteren weist die Struktur
In
Ein in
In
Je nach Stärke des elektrischen Felds richten sich die Moleküle der Flüssigkristallelemente
Die erfindungsgemäße Anordnung wird in einem LiDAR-System zur Umgebungserfassung eingesetzt. In
Bei dem in
Die
Die
Bei der Anordnung gemäß den Ausführungsbeispielen wird das elektrische Feld jeweils derart verändert, dass die Strahlung
Offenbart ist eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung. Die Strahlung der Strahlungsquelle ist zur Strahlungslenkung durch eine Struktur mit zumindest einem Flüssigkristallelement leitbar, wobei eine molekulare Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.Disclosed is an arrangement with a radiation source for a sensor system for environmental detection. The radiation of the radiation source can be guided for radiation guidance through a structure having at least one liquid crystal element, it being possible to set a molecular orientation of the at least one liquid crystal element by means of an electric field.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Claims (12)
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