KR20220050987A - 자동차용 광 모듈 - Google Patents

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KR20220050987A
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마틴 브랜드슈테터
요한 알트만
마태우스 아트만
피터 하트만
슈테판 바이쎈슈타이너
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제트카베 그룹 게엠베하
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Abstract

본 발명은 자동차를 위한 광 모듈에 관한 것이며, 상기 광 모듈은 적어도 하나의 변조 가능한 레이저 광원(L1, L2, L3, L4)을 포함한 제1 레이저 장치(LS)이며, 레이저 광원의 레이저 빔(들)(b1, b2, b3, b4)은 미러 컨트롤러(8)에 의해 제어되는 회동 가능한 마이크로 미러(6) 상으로, 그리고 이 마이크로 미러에서부터 광 변환 수단(7) 상으로 편향되는 것인, 상기 제1 레이저 장치(LS); 조명 시스템으로서 교통 공간/차도로 광 변환 수단 상에서 생성된 조명 패턴(10)을 투영하기 위한 조명 광학 유닛(9); 및 적어도 하나의 레이저 광원(H1, H2, H3)을 포함한 제2 레이저 장치(VL)이며, 레이저 광원의 레이저 빔(들)(c1, c2, c3)은 미러 컨트롤러(8)에 의해 제어되는 회동 가능한 마이크로 미러(6) 상으로, 그리고 이 마이크로 미러에서부터 라이다 출사 광학 유닛(21)을 통해 교통 공간/차도로 송신되는 것인, 상기 제2 레이저 장치(VL); 그리고 라이다 시스템으로서 검출기(15) 쪽으로 외부 공간에서 반사된 제2 레이저 장치의 광을 송신하는 라이다 입사 광학 유닛(14);을 포함한다.

Description

자동차용 광 모듈
본 발명은 자동차를 위한 광 모듈에 관한 것이다.
자동차에서 레이저 광원들의 사용은 지속적으로 중요해지고 있는데, 그 이유는 예컨대 레이저 다이오드들의 치수들이 통상적인 발광다이오드들과 비교하여 상대적으로 더 작고, 이런 점은 상대적으로 더 유연하면서도 더 효율적인 장착 해결책들을 가능하게 하고 광 다발의 광 휘도 및 광 효율이 현저하게 증가될 수 있기 때문이다. 공지된 해결책들의 경우, 극도로 집광되어 고출력을 갖는 광빔을 통해 사람 및 다른 생물들의 눈의 위험 가능성을 방지하기 위해, 직접적인 레이저 빔은 방출되지 않는다. 오히려, 레이저 빔은, 간단한 표현으로 "형광체(phosphor)"라고도 하는 발광 변환 재료(luminescence conversion material)를 함유하여 중간에 개재되는 변환기(converter) 상에서 예컨대 청색인 광에서 바람직하게는 "백색"인 광으로 변환된다.
예컨대 본원 출원인의 문헌 EP 2 954 256 B1호로부터 공지된 것으로서 복수의 변조 가능한 레이저 광원을 포함하는 헤드램프가 유추되는데, 상기 레이저 광원의 레이저 빔은 미러 컨트롤러에 의해 제어되는 회동 가능한 마이크로 미러를 통해 광 변환 수단 상으로 편향되고, 상기 광 변환 수단 상에서 생성된 조명 패턴(illumination pattern)은 투영 시스템에 의해 차도 상으로 투영된다. 레이저 광원들의 빔 세기를 변조하기 위해 레이저 컨트롤러가 제공되고, 각각의 레이저 광원과 마이크로 미러 사이에는 기설정된 빔 횡단면을 갖는 각각 하나의 레이저 빔을 형성하기 위한 광학 유닛이 배치된다. 마이크로 미러는 축을 중심으로 고정 주파수로 요동하며, 적어도 2개의 레이저 광원의 빔들은, 광 변환 수단 상에서 서로 잇닿는 광 밴드(light band)들의 형성을 위해, 마이크로 미러를 통해 편향된다. 광 밴드들의 상호 간의 이격 간격은 형성된 레이저 빔들의 상호 간의 각도를 통해 결정되고, 광 변환 수단 상에서 광 밴드들의 길이는 마이크로 미러의 요동 진폭(swing amplitude)을 통해 결정된다.
특히 자동차에서 보조 시스템을 위해, 특히 자율 또는 부분 자율 모드를 위해, LIDAR("light detection and ranging(광 검출 및 탐지)"의 약어)는 주변환경의 광학적 측정, 또는 다른 주행 차량들의 간격 및 속도 측정을 위한 바람직하면서도 신뢰성 있는 방법이다. 자명한 사실로서, 여기서는 차량 전방의 교통 공간의 모니터링되는 큰 각도 범위가 매우 중요하다. 문제가 되는 모니터링 영역 중 적어도 하나의 부분 영역은 차량의 헤드램프들에 의해서도 조명되며, 그 의미에 부합하게 차량의 후방 영역을 측정하는 라이다 및 테일램프 역시도 무시되지 않는다.
오늘날의 자동차의 문제는 한편으로 조명 시스템 및 다른 한편으로는 센서 시스템을 위해 종종 사소한 정도로만 가용한 장착 공간이며, 이런 문제는 종종 디자이너들에 의해 미학적 요건(aesthetic requirements)을 통해 확대된다. 또 다른 문제는, 의도하는 기능을 보장하기 위해, 헤드램프들이 라이다 시스템들과 동일하게 정밀하게 내장되어 조정되어야 한다는 점에 있다.
본 발명의 과제는, 상기 문제들을 줄이거나 해소하는 것에 있다.
상기 과제는, 자동차용 광 모듈에 있어서, 적어도 하나의 변조 가능한 레이저 광원을 포함한 제1 레이저 장치이며, 레이저 광원의 레이저 빔/레이저 빔들은 미러 컨트롤러에 의해 제어되는 회동 가능한 마이크로 미러 상으로, 그리고 이 마이크로 미러에서부터 광 변환 수단 상으로 편향되는 것인, 상기 제1 레이저 장치; 조명 시스템으로서 교통 공간/차도로 광 변환 수단 상에서 생성된 조명 패턴을 투영하기 위한 조명 광학 유닛; 및 적어도 하나의 레이저 광원을 포함한 제2 레이저 장치이며, 레이저 광원의 레이저 빔/레이저 빔들은 미러 컨트롤러에 의해 제어되는 회동 가능한 마이크로 미러 상으로, 그리고 이 마이크로 미러에서부터 라이다 출사 광학 유닛(LIDAR exit optical unit)을 통해 교통 공간/차도로 송신되는 것인, 상기 제2 레이저 장치; 그리고 라이다 시스템으로서 검출기 어레이 쪽으로 외부 공간에서 반사된 제2 레이저 장치의 광을 송신하는 라이다 입사 광학 유닛(LIDAR entrance optcial unit);을 포함하는 상기 자동차용 광 모듈에 의해 해결된다.
본 발명에 의해, 일반적으로, 구조 유형이 조밀한 조건에서 2개의 기능, 요컨대 조명 기능과 측정 기능을 서로 독립적으로 실행할 수 있는 광 모듈이 획득된다.
광 모듈의 두 기능의 독립성의 의미에서, 바람직하게는, 마이크로 미러 상으로 제1 레이저 장치의 레이저 빔/레이저 빔들의 입사각은 제2 레이저 장치의 레이저 빔/레이저 빔들의 입사각과 상이하다. 이는 자연히 마이크로 미러의 각각의 결정된 위치에 적용되며, 그리고 자명한 사실로서 상이한 출사각들을 야기한다.
적합하게는, 제1 레이저 장치는, 빔 세기를 변조하기 위한 하나의 레이저 컨트롤러가 할당되어 있는 적어도 2개의 레이저 광원을 포함한다.
또한, 바람직하게는, 제1 레이저 장치 및 마이크로 미러 사이에는 기설정된 빔 횡단면을 갖는 각각 하나의 레이저 빔을 형성하기 위한 적어도 하나의 광학 유닛이 배치될 수 있다.
모듈의 조밀한 구성을 획득하기 위해, 적절한 방식으로, 제1 레이저 장치와 마이크로 미러 사이에 적어도 하나의 편향 미러가 배치될 수 있다.
제2 레이저 장치와 마이크로 미러 사이에 적어도 하나의 편향 미러가 배치되어 있는 경우, 이는 마찬가지로 상대적으로 더 조밀하면서도 공간을 절약하는 구성을 달성한다.
본 발명의 개선예들에서, 제1 레이저 장치는 적어도 하나의 청색/자외선 레이저를 포함하고, 그리고/또는 제2 레이저 장치는 적어도 하나의 적외선 레이저를 포함한다.
자외선 또는 청색 레이저 방사선을 위해서뿐만 아니라 적외선 레이저 방사선을 위해서도 최대한 완전한 반사를 획득하기 위해, 적절한 방식으로, 마이크로 미러의 반사 코팅층은 금, 알루미늄, 은의 금속 군에서 선택된다.
적합한 것으로서 증명된 점에 따르면, 마이크로 미러는 축을 중심으로 고정 주파수로 요동하며, 제1 레이저 장치의 레이저 광원들의 빔들은 광 변환 수단 상에서 서로 잇닿는 적어도 2개의 광 밴드의 형성을 위해 마이크로 미러를 통해 편향된다.
광 밴드들의 상호 간의 이격 간격은 적합한 방식으로 제1 레이저 장치의 레이저 광원들의 형성된 빔들의 상호 간의 각도를 통해 결정되고, 광 변환 수단 상에서 광 밴드들의 길이는 마이크로 미러의 요동 진폭을 통해 결정되며, 그리고 광 밴드들의 폭은 빔 횡단면을 통해 결정된다.
모듈의 조밀한 구성과 관련하여, 매우 바람직하게는, 조명 시스템 및 라이다 시스템의 광로들을 조정하기 위해, 적어도 하나의 레이저 장치의 레이저 광원들, 및/또는 광로들 내에 위치하는 미러들이 설정될 수 있다.
또한, 적합하게는, 라이다 시스템이 조명에 대해 비스듬하게 스캐닝하도록, 라이다 시스템의 스캔 영역과 조명 시스템의 조명 영역은 상호 간에 상대적으로 각도 오프셋될 수 있다. 그렇게 하여, 예컨대 헤드램프 시스템의 조명 영역의 바깥쪽에, 특히 그 측면에 위치하는 객체들이 검출될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 라이다 시스템과 조명 시스템은 조명 광학 유닛 또는 라이다 출사 광학 유닛을 통해 상이한 시야들을 맞닿아 스치거나 조명할 수 있다. 이 경우, 적당한 방식으로, 라이다 출사 광학 유닛은, 라이다 시스템이 조명 시스템의 조명 영역보다 더 넓은 교통 공간의 영역을 스캐닝하도록 구성될 수 있다.
또한, 적당한 방식으로, 라이다 시스템의 광학 유닛들을 위해 회절 광학 요소(diffractive optical element)들, 예컨대 회절격자(diffraction grating)들이 사용될 수 있다.
동일한 정도로, 조명 시스템의 레이저 경로 내 광학 유닛들은 회절 광학 요소들로서 형성될 수 있다.
본 발명은 또 다른 장점들과 함께 하기에서 도면에 도시되어 있는 예시의 실시형태들을 근거로 보다 더 상세하게 설명된다.
도 1은 레이저 스캐너를 기반으로 작동하는 자동차 헤드램프의 기본적인 구성도이다.
도 2는 스캐닝하는 라이다 시스템의 원리를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 모듈의 기본적인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모듈의 예시의 광 분포를 도시한 도면이다.
도 5a 및 b는 제1 변형예에서 두 시스템이 서로 맞닿아 스치는 영역을 도시한 도면이다.
도 6a 및 b는 제2 변형예에서 두 시스템이 서로 맞닿아 스치는 영역을 도시한 도면이다.
도 1에는, 적어도 하나의 레이저, 본 실시예에서는 도면부호 b1, b2, b3, b4로 표시되어 있는 각각의 레이저 빔을 방출하는 4개의 반도체 레이저(L1, L2, L3, L4)를 구비한 제1 레이저 장치(LS)를 포함하는 레이저 스캐너 헤드램프의 원리가 도시되어 있다. 레이저(L1, L2, L3, L4)들에는 하나의 레이저 컨트롤러(1)가 할당되며, 상기 컨트롤러는 전류 공급을 위해 이용되고 개별 레이저들의 빔 세기를 변조하기 위해서도 구성된다. 본 발명과 관련하여, "변조"란, 연속적이든지, 또는 스위치 온 및 오프의 의미에서 맥동 방식이든지 그와 무관하게, 레이저 광원의 세기가 변화될 수 있다는 것을 의미한다. 광 출력은, 각각 하기에서 보다 더 상세하게 기술되는 미러가 어느 각도 위치에 있는지에 따라서, 유사하게 동적으로 변화될 수 있다. 그에 추가로, 정의된 위치들을 조명하지 않도록 하기 위해, 소정의 시간 동안 스위치 온 및 오프하는 가능성도 있다.
레이저 컨트롤러(1)는, 센서 신호들이 공급될 수 있는 중앙 헤드램프 컨트롤러(2)로부터 다시금 신호들을 자체적으로 수신받는다. 상기 제어 및 센서 신호들은 한편으로 예컨대 하이빔에서 로우빔으로 전환하기 위한 스위칭 명령들일 수 있거나, 또는 다른 한편으로는 차도 상의 조명 조건들을 검출하는 광 센서들에 의해 픽업되는 신호들일 수 있다.
레이저 빔(b1, b2, b3, b4)들은, 각각 하나의 편향 미러(S1, S2, S3, S4)를 통해, 그리고 제1 광학 유닛(3)을 통해 하나의 공통 편향 미러(4) 쪽으로 지향되며, 상기 편향 미러는 4개의 레이저 빔을 추가 광학 유닛(5) 및 마이크로 미러(6)를 통해 예컨대 조명 표면으로서 형성된 광 변환 수단(7) 상으로 지향시키며, 상기 광 변환 수단은 예컨대 공지된 방식으로 광 변환을 위한 형광체를 포함한다. 레이저들의 하류에는, EP 2 954 256 B1호에 설명된 것처럼, 빔 형성을 위한 광학 유닛(o1, o2, o4, o4)들이 배치될 수 있다.
형광체는 예컨대 청색 광 또는 UV 광을 "백색" 광으로 변환한다. 본 발명과 관련하여, "형광체"란, 매우 일반적으로 일측 파장의 광을 타측 파장의 광 또는 파장 혼합 광으로, 특히 "백색" 광으로 변환하는 소재 또는 소재 혼합물을 의미하며, 이는 "파장 변환"이란 용어에 포함될 수 있다. 이 경우, "백색 광"은, 사람에게 "백색"의 색 인상을 야기하는 상기 분광 조성(spectral composition)의 광을 의미한다. "광"이란 용어는 자연히 사람의 눈에 보일 수 있는 방사선으로만 제한되지 않는다. 또한, 광 변환 수단을 위해서는, 예컨대 YAG-Ce(세라늄으로 도핑된 이트륨-알루미늄-가넷)과 같은 투명한 세라믹인 옵토 세라믹(opto-ceramic) 역시도 고려된다.
오직 단일의 축만을 중심으로 요동하는 마이크로 미러(6)는 미러 컨트롤러(8)에 의해 제어되어 일정한 주파수로 요동되며, 이런 요동은 특히 마이크로 미러의 기계적 고유 주파수에 상응할 수 있다. 미러 컨트롤러(8) 역시도, 마이크로 미러(6)의 요동 진폭을 설정할 수 있도록 하기 위해, 자체적으로 헤드램프 컨트롤러(2)에 의해 제어되며, 자체 축을 중심으로 하는 비대칭 요동 역시도 설정될 수 있다. 마이크로 미러들의 제어는 공지되어 있고 수많은 유형으로 수행될 수 있으며, 예컨대 정전식으로(electrostatic) 또는 전기 역학적으로(electrodynamic) 수행될 수 있다. 본 발명의 검증된 실시형태들의 경우, 마이크로 미러(6)는 예컨대 수 백 Hz의 주파수로 요동하며, 그리고 마이크로 미러의 최대 진폭은 그 제어에 따라서 수 도 내지 60°이다. 마이크로 미러(6)의 위치는 적합한 방식으로 미러 컨트롤러(8)로, 그리고/또는 헤드램프 컨트롤러(2)로 피드백된다. 여기서 주지할 사항은, 여기서 고려되는 유형의 마이크로 미러를 위해 종종 약어 MEMS("마이크로 전자 기계 시스템 미러(microelectromechanical system mirrors)")가 이용된다는 점이다.
형성된 레이저 빔(b1, b2, b3, b4)들은 광 변환 수단(7) 상에서, 요컨대 일반적으로 평면이지만, 평면일 필요가 없는, 광 변환 수단(7)의 조명 표면 상에서, 수평 광 밴드(f1, f2, f3, f4)들을 생성하며(도 4 참조), 마이크로 미러(6)에 상대적인 레이저 빔(b1, b2, b3, b4)들 또는 반도체 레이저(L1, L2, L3, L4)들의 각도는, 광 밴드들이 조명 표면 상에서 서로 포개어져 위치하고 서로 인접하도록 설정되며, 광 밴드들의 상호 간의 이격 간격은 바람직하게는 영(0)이다. 이는, 반도체 레이저(L1, L2, L3, L4)들의 상응하는 조정을 통해 정확히 설정될 수 있으며, 그리고 조명 표면 상에서는 광 밴드들로, 본 실시예에서는 4개의 광 밴드(f1, f2, f3, f4)로 구성되는 조명 패턴이 생성된다. 이런 조명 패턴은 이제 조명 광학 유닛(9)에 의해 조명 패턴(10)(도 4)으로서 차도 상으로, 또는 외부 공간에 투영된다. 차도 상에 투영된 3개의 광 밴드를 형성하기 위한 3개만의 레이저의 이용도 예컨대 마찬가지로 가능한데, 그 이유는 상기 광 밴드들이 그 다음 하이빔, 명암 경계 및 로우빔(근거리 광)에 상응할 수 있기 때문이다. 가장 간단한 경우에, 단지 단일의 레이저만이 제공될 수도 있다.
도 2에는, 예컨대, H.W. Yoo 등의 논문 "MEMS-based lidar for autonomous driving(자율 주행을 위한 MEMS 기반 라이다)" e&i 6.2018, 408쪽 이하에 기술되어 있는 것과 같은 라이다 시스템의 원리가 도시되어 있다. 복수의 레이저(Ll1, Ll2, Ll3, Ll4)의 맥동 빔들은 광학 유닛(11)을 통해 마이크로 미러(12) 쪽으로 송신되고, 상기 마이크로 미러는 레이저(Ll1, Ll2, Ll3, Ll4)들에 의해 생성된 4개의 수직 라인(r1, r2, r3, r4)을 수평으로 스캐닝하면서 외부 공간 내로 안내하고 이와 동시에 소정의 필드(13)를 맞닿아 스친다. 레이저들 및 그에 따른 생성된 수식 라인들의 개수는 4개와 다를 수 있으며, 요컨대 4개보다 더 많거나 적을 수 있으며, 그리고 가장 간단한 경우 단일의 레이저도 이용될 수 있다. 외부 공간(교통 공간)에서 객체들에 의해 반사되는 레이저 임펄스들은 집광하는 라이다 입사 광학 유닛(14)을 통해 검출기(15)에 도달하며, 그리고 그곳에서 생성된 신호들은, 객체들의 위치 및/또는 속도, 크기 등과 관련하여 객체들을 신속하게 검출할 수 있도록 하기 위해, 상응하는 증폭 및 변환 후에 평가된다.
도 3에는, 이제, 자동차를 위한 본 발명에 따른 광 모듈이 도시되어 있으며, 가능한 점에 한해, 동일한 도면부호들은 이미 도 1 및 도 2를 근거로 기술한 요소들을 위해 이용된다.
레이저 스캐너 헤드램프를 위한 섹션의 구성은 정확히 도 1에 도시된 구성에 상응하며, 그리고 도 1과 관련하여 이미 상세하게 기술되었다. 광 모듈은, 이제 헤드램프 컴포넌트들, 요컨대 레이저 컨트롤러(1)를 구비한 4개의 반도체 레이저(L1, L2, L3, L4), 헤드램프 컨트롤러(2), 미러(S1, S2, S3, S4)들, 편향 미러(4), 광학 유닛(5), 마이크로 미러(6), 광 변환 수단(7), 미러 컨트롤러(8) 및 조명 광학 유닛(9)에 추가로, 도면부호 c1, c2, c3로 표시되어 있는 각각 하나의 레이저 빔을 방출하는 적어도 하나의 레이저, 본 실시예에서는 3개의 반도체 레이저(H1, H2, H3)를 구비한 제2 레이저 장치(Ll)를 포함한다. 레이저(H1, H2, H3)들에도 하나의 레이저 컨트롤러(16)가 할당된다. 레이저 빔(c1, c2, c3)들은 마찬가지로 마이크로 미러(6)에 도달하며, 보다 더 정확하게 말하면, 본 실시예에서는 3개의 편향 미러(U1, U2, U3), 하나의 광학 유닛(17), 3개의 빔에 대해 공통인 하나의 편향 미러(18) 및 하나의 추가 광학 유닛(19)이 중간에 광학적으로 개재된 상태에서 상기 마이크로 미러(6)에 도달한다. 마이크로 미러(6)에서부터, 라이다 시스템의 스캐닝 빔들은 편향 미러(20) 및 라이다 출사 광학 유닛(21)을 통해 교통 공간/차도로 송신된다.
외부 공간(교통 공간)에서 객체들에 의해 반사되는 광 신호들은 라이다 입사 광학 유닛(14)을 통해 검출기(15)에 도달하며, 그리고 그곳에서 생성된 신호들은 라이다 컨트롤러/평가장치(22)로 공급되며, 그리고 여기서, 검출된 객체들의 위치 및/또는 속도, 크기 등과 관련하여 상기 객체들을 결정하기 위해, 상응하는 증폭 및 변환 후에 평가된다. 라이다 컨트롤러/평가장치(22)는 마찬가지로 미러 컨트롤러(8)와 연결되어 있으며, 그리고 여기서는 별도로 도시되어 있지 않은 사항으로 대응하는 차량의 컨트롤러와도 연결되어 있다.
도 3의 도면에서는, 두 시스템, 요컨대 헤드램프 시스템 및 라이다 시스템을 위해 마이크로 미러가 공통으로 이용되지만, 두 시스템의 광로들은 분리되어 연장되며, 다시 말해 라이다 시스템의 빔들은 광 변환 수단(7) 상으로 입사되지 않고, 헤드램프 시스템의 빔들은 라이다 출사 광학 유닛에 도달하지 않는 점이 확인된다.
광 모듈의 두 기능의 독립성의 의미에서, 바람직하게는, 마이크로 미러 상으로 제1 레이저 장치의 레이저 빔/레이저 빔들의 입사각은 제2 레이저 장치의 레이저 빔/레이저 빔들의 입사각과 상이하다. 이는 자연히 마이크로 미러의 각각의 결정된 위치에 적용되며, 그리고 자명한 사실로서 상이한 출사각들을 야기한다. 달리 말하면, 라이다 시스템의 IR 빔들은 조명 시스템의 청색 또는 자외선 레이저 빔들과 다른 각도로 반사되며, 그리고 두 빔 그룹은 모듈에서부터 출사되며, 어쨌든 라이다 시스템을 위해, 조명을 위한 것과 다른 출사 광학 유닛이 이용된다. 레이저들은, ToF 방법(ToF: Time of Flight; 비행시간) 또는 FMCW 방법(FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave lidar; 주파수 변조 연속파 라이다)에 근거하여 검출기에 의해 방출되는 신호들에 의해 교통 공간 내 객체의 이격 간격을 결정하기 위해, 그에 상응하게 변조된다. 적외선 빔들 및 청색 레이저 빔들은 항상 동일한 미러 위치에 의해 반사되지만, 그러나 광로는 기하학적으로 분리되며, 그로 인해 모듈은 동시에 라이다 모드 및 조명 모드로 작동할 수 있다.
시스템들의 전체 컨트롤러, 특히 미러 컨트롤러(8) 역시도, 두 시스템이 서로 독립적으로 기능하면서 동시에 또는 교호적으로 작동할 수 있도록 형성된다. 이를 보장하기 위해, 그리고 모듈의 조밀한 구성과 관련하여, 매우 바람직하게는, 조명 시스템 및 라이다 시스템의 광로들을 조정하기 위해, 적어도 하나의 레이저 장치의 레이저 광원들, 및/또는 광로들 내에 위치하는 미러들은 설정될 수 있다.
반도체 레이저(L1, L2, L3, L4)들이 바람직하게는, 형광체 상에서의 변환을 통해 백색 광을 생성하기 위해, 청색 또는 UV 범위의 파장으로 작동해야 한다면, 라이다 시스템의 반도체 레이저(H1, H2, H3)들은, 바람직하게는 사람의 눈에 보이지 않는 방사선을 생성하기 위해, IR 범위의 파장으로 작동한다. 자연히 주의할 사항은, 본 실시예에서, 이용되는 두 광 파장에 대해 충분히 우수한 반사 특성을 보유하는 마이크로 미러(6)가 필요하다는 점이다. 이런 의미에서, 우선 금으로 이루어지거나, 또는 알루미늄 또는 은으로도 이루어지는 코팅층들이 매우 적합하다. 마이크로 미러 상으로 입사되는 레이저 방사선의 최대한 완전한 반사는 MEMS의 너무 강한 가열의 문제를 감소시킨다.
도 4에는, 본 발명에 따르는 광 모듈의 예시의 광 분포가 개략적으로 도시되어 있되, 여기서는 제1 레이저 장치(LS) 내에 자체 출발점을 가지면서 "백색" 광을 포함하는 4개의 광 밴드(f1, f2, f3, f4)가 서로 포개어져 위치하면서 조명 패턴(10)을 형성한다. 광 밴드들은 레이저 빔들에서 기인하는 광 스팟(m1, m2, m3, m4)들의 스캔 이동을 통해 생성된다. 여기서, 라이다 시스템을 통해 스캐닝되는 영역은 이 영역의 경계(23)를 통해 도시되어 있다.
라이다 시스템과 조명 시스템은 상이한 시야를 맞닿아 스치거나 조명할 수 있으며, 이는 분리된 광학 유닛들, 요컨대 조명 광학 유닛(9)과 라이다 출사 광학 유닛(21)을 통해 가능하다. 여기서 "시야"란 용어는, 조명 시스템의 경우, 각각 실제 조명 상황(예: 하이빔 - 로우빔 - 주간 등)에 따라서 상이한 크기일 수 있으면서 교통 공간에서 조명되는 영역을 의미하며, 그리고 라이다 시스템의 경우에는 객체들이 검출될 수 있으면서 라이다 레이저 빔들을 통해 스캐닝되는 영역을 의미한다.
그렇게 하여, 비록 두 시스템을 위해 동일한 MEMS 스캐너, 요컨대 마이크로 미러(6)가 이용된다고 하더라고, 라이다 및 조명의 매핑 영역들은 서로 상이할 수 있다. 예컨대 라이다 출사 광학 유닛(21)은, 라이다 시스템이 조명 시스템의 조명 영역보다 더 넓은 교통 공간의 영역을 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 또한, 라이다가 조명에 대해 비스듬하게 스캐닝하도록, 라이다 시스템의 스캔 영역과 조명 시스템의 조명 영역을 각도 오프셋 방식으로 구성할 수 있다.
도해를 위해, 도 5a 및 b에는, 본 발명에 따른 2개의 광 모듈을 포함한 자동차(K)의 조명 시스템의 조명 영역(B) 및 라이다 시스템의 스캔 영역(S)에 대한 제1 예시가 도시되어 있다. 도 5a에는, 영역들이 상부에서부터 보이는 형태로 도시되어 있고, 도 5b에는, 영역들이 차량에서부터 전방 방향으로 보이는 형태로 도시되어 있다. 여기서, 조명 영역(B)은 스캔 영역(S)보다 더 작은 각도를 보유하지만, 그러나 두 영역은 전방 방향으로 지향되어 있다.
도 6a 및 b에는, 도 5a 및 b의 의미에 부합하는 도면으로, 본 발명에 따른 2개의 광 모듈을 포함하는 자동차(K)의 조명 영역(B) 및 스캔 영역(S)에 대한 제2 예시가 도시되어 있다. 여기서, 조명 영역(B)은, 도 5a 및 b와 동일하게, 결정된 각도로 주행 방향에서 전방 방향으로 연장되고, 그에 반해 라이다 시스템의 스캔 영역(S)은, 이른바 2개의 부분으로 분리되어, 멀리 좌측 바깥쪽으로, 그리고 우측 바깥쪽으로 연장된다.
일반적으로, 여기서는, 라이다가 조명 광학 유닛보다 더 넓은 영역을 덮을 수 있으며, 그리고 측면 쪽으로도 회동될 수 있으며, 좌측 및 우측 헤드램프의 라이다의 시정 영역(visual range)들은 겨우 중첩된다. 그러나 조명 광학 유닛은 항상 곧바로 전방 방향으로 정렬될 수 있다.
라이다 시스템을 위한 광학 유닛(14, 17, 19, 21)들로서는 회절 광학 요소들, 예컨대 회절격자들이 사용될 수 있는데, 그 이유는 여기서는 적은 스펙트럼 대역폭을 갖는, 바람직하게는 단색인 레이저 방사선이 이용되기 때문이다. 조명 시스템의 청색 레이저 경로 내의 광학 유닛(o1 ~ o4, 3, 5)들 역시도 회절 요소들로서 형성될 수 있다. 그러나 광 변환 수단(7) 이후 "백색" 광의 광로 내 투영 광학 유닛은 적합한 방식으로 렌즈 광학 유닛이어야 하는데, 그 이유는 여기서 색 결함(color defect)이 방지되어야 하기 때문이다.
1: 레이저 컨트롤러
2: 헤드램프 컨트롤러
3: 광학 유닛
4: 편향 미러
5: 광학 유닛
6: 마이크로 미러
7: 광 변환 수단
8: 미러 컨트롤러
9: 조명 광학 유닛
10: 조명 패턴
11: 광학 유닛
12: 마이크로 미러
13: 필드
14: 라이다 입사 광학 유닛
15: 검출기
16: 레이저 컨트롤러
17: 광학 유닛
18: 편향 미러
19: 광학 유닛
20: 편향 미러
21: 라이다 출사 광학 유닛
22: 라이다 컨트롤러/평가장치
23: 경계
B: 조명 영역
b1: 레이저 빔
b2: 레이저 빔
b3: 레이저 빔
b4: 레이저 빔
c1: 레이저 빔
c2: 레이저 빔
c3: 레이저 빔
f1: 광 밴드
f2: 광 밴드
f3: 광 밴드
H1: 반도체 레이저
H2: 반도체 레이저
H3: 반도체 레이저
K: 자동차
Ll: 제2 레이저 장치
LS: 제1 레이저 장치
L1: 반도체 레이저
L2: 반도체 레이저
L3: 반도체 레이저
L4: 반도체 레이저
Ll1: 레이저
Ll2: 레이저
Ll3: 레이저
Ll4: 레이저
m1: 광 스팟
m2: 광 스팟
m3: 광 스팟
m4: 광 스팟
o1: 광학 유닛
o2: 광학 유닛
o3: 광학 유닛
o4: 광학 유닛
r1: 수직 라인
r2: 수직 라인
r3: 수직 라인
r4: 수직 라인
S: 스캔 영역
S1: 편향 미러
S2: 편향 미러
S3: 편향 미러
S4: 편향 미러
U1: 편향 미러
U2: 편향 미러
U3: 편향 미러

Claims (13)

  1. 자동차를 위한 광 모듈로서,
    적어도 하나의 변조 가능한 레이저 광원(L1, L2, L3, L4)을 포함한 제1 레이저 장치(LS)이며, 상기 레이저 광원의 레이저 빔(들)(b1, b2, b3, b4)은 미러 컨트롤러(8)에 의해 제어되는 회동 가능한 마이크로 미러(6) 상으로, 그리고 이 마이크로 미러에서부터 광 변환 수단(7) 상으로 편향되는 것인, 상기 제1 레이저 장치(LS);
    조명 시스템으로서 교통 공간/차도로 광 변환 수단 상에서 생성된 조명 패턴(10)을 투영하기 위한 조명 광학 유닛(9); 및
    적어도 하나의 레이저 광원(H1, H2, H3)을 포함한 제2 레이저 장치(VL);를 포함하는 상기 자동차용 광 모듈에 있어서,
    상기 제2 레이저 장치의 레이저 광원의 레이저 빔(들)(c1, c2, c3)은 상기 미러 컨트롤러(8)에 의해 제어되는 상기 회동 가능한 마이크로 미러(6) 상으로, 그리고 이 마이크로 미러에서부터 상기 조명 광학 유닛(9)과 분리된 라이다 출사 광학 유닛(21)을 통해 교통 공간/차도로 송신되며, 그리고 상기 광 모듈은 라이다 시스템으로서 검출기(15) 쪽으로 외부 공간에서 반사된 상기 제2 레이저 장치의 광을 송신하는 라이다 입사 광학 유닛(14);을 더 포함하며, 상기 마이크로 미러(6) 상으로 상기 제1 레이저 장치(LS)의 레이저 빔(들)(b1, b2, b3, b4)의 입사각은 상기 제2 레이저 장치(VL)의 레이저 빔(들)(c1, c2, c3)의 입사각과 상이하며, 상기 라이다 시스템이 조명에 대해 비스듬하게 스캐닝하도록, 상기 라이다 시스템의 스캔 영역과 상기 조명 시스템의 조명 영역은 상호 간에 상대적으로 각도 오프셋되며, 상기 라이다 시스템과 상기 조명 시스템은 상기 조명 광학 유닛(9) 또는 상기 라이다 출사 광학 유닛(21)을 통해 상이한 시야들을 맞닿아 스치거나 조명하며, 상기 라이다 출사 광학 유닛(21)은, 상기 라이다 시스템이 상기 조명 시스템의 조명 영역보다 더 넓은 교통 공간의 영역을 스캐닝하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 장치(LS)는, 빔 세기를 변조하기 위한 하나의 레이저 컨트롤러(1)가 할당되어 있는 적어도 2개의 레이저 광원(1a, 1b, 1c, 1d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 레이저 장치(LS) 및 상기 마이크로 미러(6) 사이에는 기설정된 빔 횡단면을 갖는 각각 하나의 레이저 빔(b1, b2, b3, b4)을 형성하기 위한 적어도 하나의 광학 유닛(o1, o2, o3, o4)이 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 레이저 장치(LS)와 상기 마이크로 미러(6) 사이에 적어도 하나의 편향 미러(4, S1 ~ S4)가 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 장치(VL)와 상기 마이크로 미러(6) 사이에 적어도 하나의 편향 미러(18, U1 ~ U3)가 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 레이저 장치는 적어도 하나의 청색/자외선 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 장치는 적어도 하나의 적외선 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 미러(6)의 반사 코팅층은 금, 알루미늄, 은의 금속 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 미러(6)는 축을 중심으로 고정 주파수로 요동하며, 상기 제1 레이저 장치(LS)의 레이저 광원들의 빔들은 상기 광 변환 수단(7) 상에서 서로 잇닿는 적어도 2개의 광 밴드(f1, f2, f3, f4)의 형성을 위해 상기 마이크로 미러를 통해 편향되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 밴드(f1, f2, f3, f4)들의 상호 간의 이격 간격은 상기 제1 레이저 장치(LS)의 레이저 광원들의 형성된 빔들의 상호 간의 각도를 통해 결정되고, 상기 광 변환 수단(7) 상에서 상기 광 밴드들의 길이는 상기 마이크로 미러(6)의 요동 진폭을 통해 결정되며, 그리고 상기 광 밴드들의 폭은 빔 횡단면을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 시스템 및 상기 라이다 시스템의 광로들을 조정하기 위해, 적어도 하나의 레이저 장치(LS, VL)의 레이저 광원(L1, L2, L3, L4; H1, H2, H3)들, 및/또는 광로들 내에 위치하는 상기 미러(4, S1 ~ S4, 18, U1 ~ U3)들이 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이다 시스템의 광학 유닛(14, 17, 19, 21)들을 위해 회절 광학 요소들, 예컨대 회절격자들이 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 시스템의 레이저 경로 내 광학 유닛(o1 ~ o4, 3, 5)들은 회절 광학 요소들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 광 모듈.
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