KR20230113772A - 레이더 센서와 발광 신호 모듈을 포함하는 차량 조립체 - Google Patents

레이더 센서와 발광 신호 모듈을 포함하는 차량 조립체 Download PDF

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KR20230113772A
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피에르 앨보우
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발레오 비젼
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Abstract

본 발명은 차량 조립체(1)에 관한 것으로, 차량 조립체(1)는:
- 파장(λ)의 범위(Δ1)에 걸쳐 레이더파(R1)를 방출하도록 구성된 레이더 센서(10); 및
- 발광 모듈(13)을 포함하고,
- 상기 발광 모듈(13)은 상기 범위(Δ1)의 파장(λ)의 1/4보다 큰 패턴(150)의 반복 주기를 갖는 하위 파장 구조의 유전체 요소를 형성하는 패턴(150)의 층(15) 및 하위층(14)을 포함하고,
상기 발광 모듈(13)의 총 두께(e0)는 상기 범위(Δ1)의 파장(λ)의 m배와 동일하며, 전체는 상기 패턴(150)의 층(15) 및 상기 하위층(14)의 등가 굴절률의 2배와 레이더의 입사각(θ)에 대응하는 굴절각의 코사인의 곱으로 나누어지며, 여기서 m은 정수이다.

Description

레이더 센서와 발광 신호 모듈을 포함하는 차량 조립체
본 발명은 차량용 차량 조립체에 관한 것이다. 그것은 자동차 분야에서 구체적이나 비제한적인 응용예를 갖는다.
점점 더 많은 수의 레이더 센서가 자동차의 외부 환경에서 물체를 감지하고 물체의 각도 위치를 추정하며, 그에 따라 자동 긴급 제동, 속도 조절 또는 사각지대 감지 기능을 실행하는 데 사용된다. 일반적으로 이러한 레이더 센서는 자동차의 범퍼 뒤에 장착된다.
이러한 종래 기술의 한 가지 단점은 범퍼에 적용되는 금속화된 페인트 층과 상기 범퍼의 만곡된 형상으로 인해 범퍼 뒤에 통합되는 것이 레이더 센서의 수행 능력을 감소시킨다는 점이다. 이로 인해 물체의 각도 위치를 잘못 추정할 수 있다.
이러한 맥락에서, 본 발명의 목적은 전술한 단점을 해결할 수 있는 차량 조립체를 제안하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 차량용 차량 조립체를 제안하며, 상기 차량 조립체는,
- 일정 범위의 파장에 걸쳐 레이더파를 방출하도록 구성된 레이더 센서; 및
- 시그널링 기능을 수행하도록 구성된 발광 모듈을 포함하고,
- 상기 발광 모듈은 하위층 및 패턴의 층을 포함하며, 상기 패턴의 층은 상기 범위의 파장의 1/4보다 작은 패턴의 반복 주기를 갖는 하위 파장 구조의 유전체 요소를 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 발광 모듈의 전체 두께는 상기 범위의 파장의 m배이고, 전체는 상기 하위층 및 상기 패턴의 층의 등가 굴절률의 2배에 레이더파의 입사각에 대응하는 굴절각의 코사인의 곱으로 나뉘는 것을 특징으로 하며, m은 정수이다.
비제한적 실시예에 따르면, 차량 조립체는 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합으로 다음 중에서 선택된 하나 이상의 추가 특징을 더 포함할 수 있다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 상기 레이더 센서는 밀리미터파 또는 초주파수파 또는 마이크로웨이브 레이더 센서이다.
하나의 비제한적 실시예에 따르면, 상기 레이더파는 100MHz와 5GHz 범위의 주파수 대역에 걸쳐 방출된다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 패턴의 반복 주기는 레이더파의 상기 파장의 10분의 1 미만이다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 상기 패턴은 원통형 프리즘, 또는 직사각형 프리즘, 또는 피라미드형 프리즘, 또는 큐빅 프리즘, 또는 토리의 세그먼트이다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 패턴은 0.4mm 미만의 치수를 갖는다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 상기 총 두께는 상기 패턴의 높이 및 상기 하위층의 두께에 의해 형성된다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 입사각이 0이면 총 두께는 상기 파장을 등가 굴절률의 2배로 나눈 값과 같다.
하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 총 두께는 arctan(d1/(2e4))와 동일한 입사각으로 정의되며, e4는 상기 레이더 센서와 상기 발광 모듈 사이의 거리이고 d1은 상기 레이더 센서의 수신기 안테나와 방출기 안테나 사이의 거리이다.
하나의 비제한적 실시예에 따르면, 상기 발광 모듈은 반사층을 더 포함하고 상기 발광 모듈의 총 두께는 상기 범위의 파장의 m배와 동일하며, 전체는 상기 반사층 및 상기 패턴의 층의 상기 하위층의 등가 굴절률의 2배와 레이더파의 입사각에 대응하는 굴절각의 코사인의 곱으로 나뉘며, m은 정수이다.
하나의 비제한적 실시예에 따르면, 등가 굴절률은 상기 레이더 센서의 시야의 중심과 동일한 레이더파의 입사각에 대해 계산된다.
하나의 비제한적 실시예에 따르면, 상기 발광 모듈은 주광 모듈, 또는 지시등, 역반사체, 또는 하이 마운트 스톱 램프이다.
파장 범위에 걸쳐 레이더파를 방출하도록 구성된 레이더 센서를 향하게 배치되는 발광 모듈이 또한 제안되며, 상기 발광 모듈은 시그널링 기능을 수행하도록 구성되고 하위층 및 패턴의 층을 포함하며, 상기 패턴의 층은 상기 범위의 파장의 1/4 미만인 패턴의 반복 주기를 갖는 하위 파장 구조의 유전체 요소를 형성하고, 상기 발광 모듈의 총 두께는 상기 파장의 m배와 동일하며, 전체는 상기 하위층 및 상기 패턴의 층의 상기 하위층의 등가 굴절률의 2배와 레이더파의 입사각에 대응하는 굴절각의 코사인의 곱으로 나뉘며, m은 정수이다.
본 발명 및 그의 다양한 적용은 다음의 설명 및 첨부된 도면을 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 비제한적인 실시예에 따른 레이더 센서 및 발광 모듈을 포함하는 차량 조립체의 개략도이다.
도 2는 비제한적 실시예에 따라 도 1의 상기 발광 모듈 상에서 부분적으로 반사되는 도 1의 레이더 센서에 의해 방출된 레이더파의 개략도이다.
도 3은 하나의 비제한적인 실시예에 따라 하위층 및 패턴의 층을 포함하는 상기 발광 모듈을 갖는 도 1의 발광 모듈의 개략도이다.
도 4는 비제한적 실시예에 따른, 도 3의 발광 모듈의 패턴의 층의 패턴의 로컬 구역의 사시도이다.
도 5는 도 1의 상기 발광 모듈 상에서 반사되는 도 1의 레이더 센서에 의해 방출된 레이더파의 개략도이며, 상기 발광 모듈은 하나의 비제한적 실시예에 따라 반사층인 추가 층을 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 다양한 도면에 나타나는 구조 또는 기능에 의한 동일한 요소는 동일한 참조 기호를 사용한다.
본 발명에 따른 차량(2)의 차량 조립체(1)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된다. 차량 조립체(1)는 차량 시스템(1)이라고도 불린다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 차량(2)은 자동차이다. 자동차는 모든 유형의 자동차를 의미하는 것으로 이해된다. 이 실시예는 설명의 나머지 부분 전체에 걸쳐 비제한적인 예로서 취해진다. 설명의 나머지 부분 전체에서, 따라서 차량(2)은 자동차(2)라고도 불린다. 다른 비제한적인 실시예에서, 차량 조립체(1)는 후방 또는 전방에서 자동차(2)의 조명 디바이스 또는 시그널링 디바이스에 배치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 조명 디바이스(2)는 다음을 포함한다:
- 시야(FOV)를 갖고 파장 λ의 범위 Δ1에 걸쳐 상기 시야(FOV)에서 레이더파(R1)을 방출하도록 구성되는 레이더 센서(10);
- 기능 f1이라고도 하는 시그널링 기능 f1을 수행하도록 구성된 발광 모듈(13). 이는 따라서 시그널링 발광 모듈(13)이라고도 한다.
차량 조립체(1)는 출력 외부 렌즈(12)를 더 포함한다. 출력 외부 렌즈(12)는 발광 모듈(13)의 일부를 형성하거나 형성하지 않을 수 있다.
이하, 레이더 센서(10)에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이더 센서(10)는 발광 모듈(13)을 향하여 배치된다. 하나의 비제한적 실시예에서, 레이더 센서(10)는 밀리미터파(24GHz 내지 300GHz이) 또는 초주파수파(300MHz 내지 81GHz) 또는 마이크로웨이브(1GHz 내지 300GHz) 레이더 센서이다. 하나의 비제한적 대안 실시예에서, 레이더 센서(10)는 76GHz 내지 81GHz 범위의 레이더 주파수에서 동작한다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 레이더파(R1)는 100MHz 내지 5GHz 범위의 주파수 대역에 걸쳐 방출된다. 따라서, 하나의 비제한적 예에서, 센서가 77GHz의 레이더 주파수(즉, 1GHz의 주파수 대역를 갖는 3.95mm의 파장 λ)에서 동작한다면, 레이더 센서(10)는 76.5GHz 내지 775GHz의 주파수 대역에서 동작할 것이다. 따라서 레이더파(R1)는 76.5GHz 내지 77.5GHz의 주파수 범위, 즉 3.87mm 내지 392mm의 파장 λ의 범위 Δ1에 걸쳐 방출될 것이다. 따라서, 다른 비제한적인 예에서, 레이더 센서(10)가 5GHz의 주파수 대역을 갖는 78.5GHz의 레이더 주파수에서 동작한다면, 레이더 센서(10)는 76GHz 내지 81GHz의 주파수 대역에 걸쳐 동작할 것이다. 따라서 레이더파(R1)은 76GHZ에서 81GHz의 주파수 범위, 즉 3.701mm에서 3.945mm의 파장 λ의 범위 Δ1에 걸쳐 방출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 방출된 레이더파(R1)는 발광 모듈(13)에 입사각 θ로 도달한다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 입사각 θ는 0°와 +/- 30° 사이의 범위이다. 따라서 시야(FOV)는 -30°와 +30° 사이에서 변한다. 시야(FOV)의 중심은 차량의 축이라고도 하는 차량의 종축에 대해 0°의 각도이다. 다른 비제한적 실시예에서, 시야(FOV)는 따라서 -90°와 +45° 사이에서 변한다. 시야(FOV)의 중심은 차량의 축에 대해 -45°의 각도에 있고 발광 모듈(13) 상의 레이더파(R1)의 입사각 θ는 0°에 가깝게 유지된다(차량 조립체(1)는 그런 다음 차량의 축에 대해 약 45°에 위치).
레이더 센서(10)는 레이더파(R1)의 방출에 의해 자동차(2)의 외부 환경을 스캔하도록 구성된다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 레이더 센서(10)는 다음을 포함한다:
- 1차 레이더파(R1)라고도 불리는 레이더파(R1)를 방출하도록 구성된 적어도 하나의 방출기 안테나(100);
- 2차 레이더파(R2) 또는 복귀 레이더파(R2)라고도 불리는 레이더파(R2)를 수신하도록 구성된 적어도 2개의 수신기 안테나(101).
레이더 센서(10)는 1차 레이더파(R1)를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 방출기(103) 및 응답으로 수신된 2차 레이더파(R2)를 처리하도록 구성된 적어도 하나의 수신기(104)를 더 포함한다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 단일 전자 컴포넌트가 두 가지 방출 및 수신 기능에 사용될 수 있다. 따라서 하나 이상의 송수신가 있을 것이다. 상기 방출기(103)는 방출기 안테나(100)에 의해 후속적으로 방출되는 1차 레이더파(R1)를 생성하고, 이 레이더파는 자동차(2)의 외부 환경에서 물체(3)(이 경우 도시된 비제한적인 예에서 보행자)를 만날 때 상기 물체(3)에서 반사된다. 이렇게 반사된 레이더파는 레이더 센서(10)로 다시 방출되는 파이다. 이들은 수신기 안테나(101)에 의해 수신된 2차 레이더파(R2)이다. 이들은 레이더 센서(10)를 향해 재전송되는 레이더파이다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 1차 레이더파(R1) 및 2차 레이더파(R2)는 고주파이다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 레이더 센서(10)는 복수의 방출기(103) 및 복수의 수신기(104)를 포함한다.
안테나(100)라고도 하는 방출기 안테나(100)는 방출기(103)에 의해 생성된 1차 레이더파(R1)를 방출하도록 구성된다. 안테나(101)라고도 하는 수신기 안테나(101)는 보조 레이더파(R2)를 수신하여 이를 수신기(104)로 송신하도록 구성되고, 이후에 이를 처리한다. 자동차(2)에 대한 물체(3)의 각도 위치가 그로부터 추론될 수 있게 하는 수신기 안테나(101)에 의해 수신된 2차 레이더파(R2) 사이에 위상 편이(shift)가 존재하며, 여기서 물체(3)는 자동차(2)의 외부 환경에 위치한다. 비제한적 실시예에서, 안테나(100, 101)는 패치 안테나 또는 슬롯 안테나이다.
하나의 비제한적 실시예에서, 안테나(100, 101), 방출기(103) 및 수신기(104)는 인쇄 회로 기판(105) 상에 배치된다. 하나의 비제한적 실시예에서, 인쇄 회로 기판은 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)라고도 하는 강성 인쇄 회로 기판 또는 "Flexboard"라고도 하는 연성 인쇄 회로 기판이다.
레이더 센서(10)는 방출기(103) 및 수신기(104)를 제어하도록 구성된 전자 제어 유닛(106)을 더 포함한다. 레이더 센서는 당업자에게 공지되어 있으므로, 여기서는 더 상세히 설명하지 않는다.
이하, 발광 모듈(13)에 대해 설명한다. 발광 모듈(13)은 시그널링 기능(f1)을 수행하도록 구성된다. 비제한적인 실시예에서, 상기 발광 모듈(13)은 일광 발광 모듈, 또는 지시등, 역반사체, 또는 하이 마운트 스톱 램프이다.
발광 모듈(13)은 파장의 범위 Δ1의 파장 λ의 척도에 상응하는 굴절률 neq를 갖는다. n1은 시그널링 함수 f1의 (따라서 이하에 설명되는 층(15)(광학 층(15)이라고도 함)의) 광학 설계로 인해 가변적일 수 있으며, 이는 등가 굴절률(neq)이 가변적임을 의미한다는 점에 유의해야 한다. 이는 이후에 설명되는 두께 e0의 계산에서 고려되어야 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 발광 모듈(13)은 하위층(14) 및 패턴(150)의 층(15)를 포함한다. 하위층(14)은 패턴(150)의 층(15)를 지지하도록 구성된다. 레이더 센서(10)를 직접 향하도록 배치된다. 굴절률 n2를 갖는다. 비제한적 실시예에서, 하위층(14)은 플라스틱, 유리 또는 세라믹 재료로 제조된다. 하나의 비제한적인 예에서, 플라스틱은 폴리카보네이트이다. 패턴(150)의 층(15)은 하위 파장 구조의 유전체 요소를 형성한다. 그것은 패턴(150)과 그 간격에 따라 달라지는 로컬 굴절률 n1이라고도 하는 굴절률 n1을 갖는다. 패턴(150)은 시그널링 기능(f1)을 수행하기 위한 광학 설계 중에 정의된다. 비제한적 실시예에서, 패턴(150)은 가시광 가이드에서 빛을 분리하는 데 사용되거나 발광 모듈(13)에 의해 방출되는 광선을 형성하는 데 사용된다. 패턴(150)은 발광 모듈(13)의 광선 및 기능 f1이 켜졌을 때 미학적 관점에서의 그 가시적 외관에 대한 규정을 준수하도록 정의된다. 따라서 광학 설계는 특히 여러 버전의 광학 층(15)을 생성하지 않도록 레이더 센서(10)의 존재 또는 부재를 고려하지 않고 부과된다.
비제한적 실시예에서, 유전체 요소는 플라스틱, 유리 또는 세라믹 재료로 제조된다. 하나의 비제한적인 예에서, 플라스틱은 폴리카보네이트이다. 참고로 유전체 재료는 비전도성이므로 전도성 재료와 달리 레이더파(R1)를 통과할 수 있다. 레이더파(R1)가 레이더 센서(10)에 의해 방출될 때, 그들은 먼저 하위층(14), 패턴(150)의 층(15) 및 마지막으로 출력 외부 렌즈(12)를 마주친다.
'구조화된'은 층(15)이 구조라고도 하는 패턴(150)을 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. '하위 파장'은 구조의 유전체 재료가 상기 범위 Δ1의 파장 λ보다 작은 스케일에 있음을 의미하는 것으로 이해된다. 층(15)의 패턴(150)이 하위 파장이라는 사실은 이 층(15)이 가변 굴절률 층으로 모델링될 수 있게 한다. 그렇지 않으면, 층(15)은 회절 광학 요소인 것으로 간주되어야 할 것이다.
층(15)의 패턴(150)의 로컬 구역(Z1)의 도면인 도 4에 도시된 바와 같이, 패턴(150)은 치수 a1(폭), a2(폭), h1(높이)을 갖는다. 비제한적 실시예에서, 패턴(150)은 원통형 프리즘(원통형 기둥이라고도 함), 또는 직사각형 프리즘(직사각형 기둥이라고도 함), 또는 피라미드형 프리즘(피라미드 기둥이라고도 함) 또는 입방 프리즘(사각 기둥이라고도 함)이며, 이러한 후자의 경우에 도 4 또는 심지어 토리(tori)의 세그먼트에 예시되어 있다. 그들은 또한 다른 평행 육면체 모양을 가정할 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 패턴(150)은 0.4mm 미만의 치수(a1, a2)를 갖는다. 이 값은 상기 범위 Δ1의 파장 λ에 비해 매우 작다. 예를 들어, 주파수 77GHz의 경우 파장 λ는 4mm이고; 이 경우 a1, a2의 값은 대략 λ/10와 같다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 패턴(150)의 층(15)은 각각 패턴(150) 및 상기 패턴(150)을 둘러싸는 공기로 채워진 세그먼트를 포함하는 개별 셀(152)로 구성된다. 도 3에 예시된 하나의 비제한적인 선택적 실시예에서, 패턴(150)은 층(15)과 하위층(14) 사이의 경계면에서 연속적이다(붙어있다). 이 비제한적 대안 실시예는 피라미드 또는 토리(tori)의 세그먼트 형상의 패턴(150)에 적용 가능하다. 개별 셀(152)은 패턴(150)의 반복 주기 Λ 또는 격자 주기 Λ로도 불리는 구조(150)의 반복 주기 Λ에 의해 정의되며, Λ = Λ1 x Λ2이다. Λ1은 제1 방향 Ax의 격자 주기(도 4에 도시됨)이고, Λ2는 제2 방향 Ay의 격자 주기이다(도 4에 도시됨). Ax와 Ay는 서로 평행하지 않은 임의의 방향이다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 제2 방향(Ay)은 제1 방향(Ax)에 수직이다. 다른 비제한적인 예에서, 개별 셀(152)은 정사각형, 육각형, 평행사변형, 또는 층(15)과 하위층(14) 사이의 경계면이 주기적으로 타일링될 수 있는 임의의 다른 형상이다. 제1 방향 Ax 및 제2 방향 Ay에 수직인 제3 방향은 Az로 표시될 것이며, 이들 방향은 함께 Ax, Ay, Az 기준 프레임을 형성한다.
비제한적인 제1 실시예에서, 층(15)을 형성하는 하위 파장 구조의 유전체 요소는 일정한 굴절률(n1)을 갖는다. 이는 주기적인 하위 파장 구조의 유전체 요소이다. 패턴(150)의 치수(a1, a2)는 일정하게 유지되고 Λ1 및 Λ2도 일정하다. 즉, 패턴들(150)은 제1 방향(Ax)으로 서로 동일하게 이격되고, 제2 방향(Ay)으로 동일하게 이격된다. 즉, 층(15)은 패턴(150) 사이의, 제1 방향(Ax)에서 동일한 간격(151x) 및 제2 방향(Ay)에서 동일한 간격(151y)(도 4에 도시된 바와 같음)을 가지는데, 즉, 패턴(150) 사이에 동일한 양의 공기가 있다.
비제한적인 제2 실시예에서, 층(15)을 형성하는 하위 파장 구조의 유전체 요소는 가변 굴절률 n1을 갖는다. 제1의 비제한적 대안 실시예에서, 이것은 주기적 셀 하위 파장 구조의 유전체 요소이다. 패턴(150)의 치수(a1, a2)는 층(15)의 굴절률(n1)을 변화시키도록 층(15)을 따라 변화하는 반면, Λ1 및 Λ2는 일정하다. 제2의 비제한적 대안 실시예에서, 이는 비주기 셀 하위 파장 구조의 유전체 요소이다. Λ1 및 Λ2는 층(15)의 굴절률(n1)을 변화시키도록 층(15)을 따라 변화하는 반면, 패턴(150)의 치수(a1, a2)는 일정하게 유지될 수 있다. 층(15)은 패턴(150) 사이의 가변 간격(151x, 151y)을 포함하는데, 즉 패턴(150) 사이에 공기의 양이 다르다. 따라서, 제2 대안 예에서, 층(15)의 굴절률을 변화시키기 위해 Λ1 및 Λ2 및 또한 패턴(150)의 치수(a1, a2)를 변화시키는 것이 가능하다. 하나의 비제한적인 예에서, 토리의 세그먼트 형태의 패턴(150)에 대해, 곡률 반경은 패턴(150) 사이에서 가변적이다. 다른 비제한적 예에서, 절두 피라미드 형태의 패턴(150)에 대해, 다양한 절단 높이가 가변적이다.
'하위 파장'은 격자 주기 Λ1, Λ2가 파장 λ의 상기 범위 Δ1의 파장 λ의 1/4 미만임을 의미하는 것으로 이해된다. 하나의 비제한적 예에서, 고려되는 파장 길이 λ는 상기 범위 Δ1에서 가장 짧은 파장이다. 따라서 Λ1<λ/4 및 Λ2<λ/4이다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 격자 주기 Λ1, Λ2는 상기 파장 λ의 10분의 1 미만이다. 따라서, Λ1<λ/10 및 Λ2<λ/10이다. 이 파장 λ는 상기 범위 Δ1에서 선택되고 아래 공식에서 사용되는 것임을 주의해야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 레이더 센서(10)에 의해 레이더파(R1)가 방출될 때 그것은 두께(e0)를 갖는 발광 모듈(13)로 이동한다. 레이더파(R1)는 굴절각(r)에 대응하는 입사각(θ)으로 발광 모듈(13)에 도달한다. 레이더파(R1)는 발광 모듈(13)에서 반사되어 2개의 반사파를 생성하는 데, 그 중 하나인 R11은 발광모듈(13)의 하위층(14)의 외부면에서 반사되고 다른 하나는 발광 모듈(13) 내부에서 반사된다. 2개의 반사파(R11 및 R12)는 레이더 센서(10)로 되돌아오는 1차 반사파라고 하는 반사파이다. 이들은 기생 반사이다. 입사각 θ가 0°와 다른 경우 해당 굴절각 r도 0°와 다르다. 이 두 반사파 R11과 R12 사이의 위상차 Δφ(위상 편이 Δφ라고도 함)는 다음과 같다.
[수학식 1]
여기서:
- neq는 하위층(14) 및 층(15)에 대한 등가 굴절률임;
- δ는 2e0/cos(r)와 같은 재료에서 반사파 R12의 경로임;
- nδ/λ는 재료를 통과하는 경로로 인한 위상 편이임;
- π는 하위층(14) 및 패턴(150)의 층(15)에서의 내부 반사로 인한 위상 편이임;
- - ((2e0 tan(r) sin(θ))/λ)는 반사파 R11의 반사점 Pt1과 반사파 R12의 출현점 Pt2 사이의 차이로 인한 공기 중의 위상 편이임.
sin(θ) = neq x sin(r)이므로, 다음이 획득된다:
[수학식 2]
즉:
[수학식 3]
이는 굴절각 r의 값에 관계없이 해당된다.
반사파(R11, R12)는 레이더 센서(10) 쪽으로 되돌아오므로 레이더 센서(10)에 교란, 즉 신호 대 잡음비의 감쇠를 일으킨다. 이러한 교란을 제거하기 위해, 발광 모듈(13)의 전체 두께 e0는 상쇄 간섭을 생성하기 위해 반사파 R11 및 R12가 반대 위상이 되도록 정의될 것이다. 상쇄 간섭을 얻기 위해서는 두 개의 반사파 R11과 R12 사이의 위상차 Δφ가 π modulo 2π와 같아야 한다. 따라서 Δφ = (2m+1)*π이며, m은 자연 정수이다. 따라서 다음이 획득된다.
[수학식 4]
즉:
e0 = m λ/(2neq cos(r))이라고 한다.
e0 = mλ/(2neq cos(r)) 방정식은 각도 r의 값에 관계없이 적용된다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이 총 두께 e0는 상기 파장(λ)의 m배와 같도록 치수화되고, 전체는 패턴(150)의 층(15) 및 하위층(14)의 등가 굴절률 neq의 2배에 레이더파(R1)의 입사각 θ에 대응하는 굴절각 r의 코사인을 곱한 값으로 나누어지며, m은 정수이다. 따라서, 등가 굴절률 neq 및 레이더 센서(10)의 동작 주파수 범위에 걸쳐 사용되는 파장 λ에 기초하여, 총 두께 e0는 상기 반사파 R11 및 R12가 서로 상쇄되도록 결정될 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 사용되는 파장 λ는 허용 범위 Δ1의 중간에 위치한 것이다.
이상적인 전체 두께 e0는 입사각 θ가 0일 때 정의되고, m은 1이다. θ=0일 때, r=0이다. 결과적으로, m=1인 경우, 발광 모듈(13)의 이상적인 전체 두께 e0는 따라서 e0=λ/(2neq)이다. r = 0°이면 cos(r) = 1이다.
하나의 비제한적인 실시예에서, 발광 모듈(13)은 상기 이상적인 총 두께 e0의 0.8 내지 1.2배 범위의 총 두께 e0을 갖는다. 이 범위의 값은 레이더 센서(10)의 가능한 방출 각도를 고려한다. 입사각 θ의 값은 레이더 센서(10)의 가능한 방출 각도에 포함된다는 점에 유의해야 한다. 입사각 θ의 가능한 각도는 레이더 센서(10)의 기술 사양에 정의되어 있으며, 이는 입사각 θ의 가능한 값이 레이더 센서(10)의 시야에 있음을 의미한다. 하나의 비 제한적 예에서, 입사각 θ 범위는 0°에서 +/- 30° 사이이다. 0.8에서 1.2까지의 값 범위는 총 두께 e0의 제조 공차를 고려할 수 있도록 한다.
반사된 레이더파(R11, R12)가 레이더 센서(10)의 수신기 안테나(101)의 최대 교란을 일으키는 입사각 θ의 값이 존재한다는 점에 유의해야 한다. 입사각 θ의 이 값은 입사각 θ의 임계 각도라 한다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 이 값은 θ = arctan(d1/(2e4))이고, 여기서 d1은 방출기 안테나(100)와 수신기 안테나(101) 사이의 거리이고, e4는 도 2에 예시된 발광 모듈(11)과 레이더 센서(10) 사이의 거리이다. 하나의 비제한적인 예에서, d1을 계산하기 위해 수신기 안테나(101)의 중간점이 취해진다는 점에 유의해야 한다.
따라서, 레이더 센서(10)의 동작 주파수 범위(사용된 비제한적 예에서 76GHz 내지 81GHz)에 걸쳐 사용된 파장 λ 및 로컬 굴절률 n1의 값에 따라, 1차 반사파 R11과 R12가 서로 상쇄되도록 전체 두께 e0의 값을 결정하는 것이 가능하다. 반사된 레이더파(R11, R12)는 제한된 구역에서 발광 모듈(13)에서 반사된다.
발광 모듈(13)이 가변 등가 굴절률(neq)을 가질 때, 하나의 비제한적 실시예에서, 두께(e0)는 가변 등가 굴절률(neq)이 발견되는 발광 모듈(13)의 구역에서 로컬적으로 조정된다는 점에 유의해야 한다. 이 경우, 두께 e0는 발광 모듈(13)의 표면을 따라 가변적이다. 반대로, 발광 모듈(13)이 일정한 등가 굴절률(neq)을 갖는 경우, 두께 e0는 발광 모듈(13)의 전체 표면에 대해 조정된다. 결과적으로, 두께 e0은 발광 모듈(13)의 표면을 따라 일정하다.
발광 모듈(13)은 패턴(150)의 높이 h1과 하위층(14)의 두께 e2에 의해 형성된 총 두께 e0을 갖는다. 총 두께 e0의 치수를 정하기 위해, 주어진 r에 대해 e0 = m λ/(2neq cos(r))이 되도록 하위층(14)의 두께 e2가 조정된다. 이러한 방식으로, 광학 설계에 의해 부여된 패턴(150)은 수정되지 않는다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 주어진 r은 임계 입사각 θ에 대응한다.
따라서, 수신기 안테나(101)는 더 적은 노이즈를 경험한다. 더 나은 신호 대 잡음비가 달성된다.
등가 굴절률 neq은 다음과 같다:
[수학식 5]
n1은 패턴(150)의 층(15)의 로컬 굴절률이고, n2는 하위층(14)의 굴절률이며, e1은 패턴(150)의 높이 h1이고, e2는 하위층(14)의 두께이다. 발광 모듈(13)은 그레디언트 인덱스 발광 모듈이고, n1은 계산이 수행되는 층(15) 상의 패턴(150)의 로컬 구역(Z1)의 위치에 의존한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 등가 굴절률(neq)은 층(15) 상의 로컬 구역(Z1)의 위치에 의존한다. 발광 모듈(13)이 구배-지수 발광 모듈이 아닌 경우, 계산은 패턴(150)의 층(15)의 임의의 지점, 즉 모든 Z1 구역에서 수행될 수 있다.
패턴(150)의 층(15)은 층(15)에서 상기 패턴(150)의 로컬 밀도 τr에 따라 계산되는 로컬 굴절률 n1을 갖는다는 점에 유의해야 한다. 발광 모듈(13)의 지점에서의 로컬 밀도 τr은 사용된 파장의 범위 Δ1로부터 파장들 중 하나의 순서의 주어진 값보다 작은 고려된 지점으로부터의 거리에 위치한 각 셀(152)의 필 팩터 τr152의 가중 평균이다. 로컬 굴절률 n1은 유효 굴절률 neff라고도 하며 입사파, 즉 1차 레이더파(R1)의 편파()에 따라 달라지는 두 개의 유효 굴절률 neffTE 및 neffTM으로 구성되며 이는 로컬 밀도 τr(필 팩터 τr이라고도 함)의 함수로 표현할 수 있고, 이는 낮은 굴절률 n0을 갖는 매질(즉, 이 경우 공기)과 높은 굴절률 n1을 갖는 매질(즉 이 경우에는 패턴(150))이 차지하는 재료의 양을 나타낸다. 로컬 밀도 τr은 사용된 파장의 범위 Δ1에서 파장 λ의 중 하나의 차수의 차원을 갖는 구역에서 고굴절률 n1을 갖는 매질이 차지하는 재료의 양을 나타냄을 주목해야 한다. 이는 다음과 같이 제공된다:
[수학식 6]
[수학식 7]
TE라는 용어는 입사파의 편파, 즉 이 경우 기판의 평면(즉, 하위층(14))에 수직인 발광 모듈(13)에 도달하는 레이더파(R1)을 나타내고, TM은 평면에 평행한 편광을 나타내며, εmax는 굴절률이 가장 높은 매질(즉, 패턴(150))의 유전율을 나타내고, εmin은 굴절률이 가장 낮은 매질(즉, 이 경우 공기)의 유전율을 나타낸다. 다른 비제한적 실시예에서, 공기는 굴절률이 매우 낮은 플라스틱으로 대체될 수 있다.
입사파(이 경우에는 레이더파(R1))가 구조의 유전체 요소(즉, 층(15))을 조명하고 구조(150)의 반복 주기 Λ1, Λ2(λ>>Λ1 및 λ>>Λ2)보다 훨씬 더 큰 파장 λ(상기 범위 Δ1에서)를 가지는 경우, 그러면 이것은 정적 한계라고 불리는 전파 체계(propagation regime)를 갖는다는 점에 주의해야 한다.
도 4에 도시된 것과 같은 2차원 구조(150)에 대해, 2D 구조의 유효 굴절률 neff2D는 0 차수의 1차원에서 2개의 편광 TM 및 TE의 유효 굴절률의 2차 평균을 취함으로써 근사화될 수 있고, 이는 정적 한계에 해당한다. 이러한 특정 경우에 개별 셀(152)의 필 팩터 τr152는 다음과 같다:
[수학식 7]
및:
[수학식 8]
보다 일반적인 경우에, 임의의 Λ1, Λ2 및 직사각형 베이스를 갖는 개별 셀(152)을 갖는 임의의 형태의 패턴(150)에 대해, 개별 셀(152)에 대한 충전율 τr152는 다음과 같을 것이다:
[수학식 9]
이는 빈 캡슐화 부피(Λ1.Λ2.hmax)에 대한 개별 셀(152)의 재료 부피(V152)의 비율에 해당하며, hmax는 개별 셀(152)의 패턴(150)의 최대 높이(즉, 패턴(150)에서 가장 높은 높이이다; 및
[수학식 10]
(X152, Y152, 0)은 개별 셀(152)의 코너 C1의 좌표이고, 좌표(X, Y, Z)의 지점가 재료에 위치하면 M(X, Y, Z) = 1이며, 그렇지 않은 경우, 즉 좌표(X, Y, Z)의 지점이 공중에 있는 경우 M( X, Y , Z) = 0이다. 주의해야 할 점은, 재료에 위치할 때 지점는 개별 셀(152)의 패턴(150)에 위치하고, 공기 중에 위치할 때 지점는 패턴(150) 내부에 위치할 수도 있고 위치하지 않을 수도 있다(비제한적인 예에서 패턴(150)은 실제로 공기 구멍을 포함할 수 있기 때문임). 도 4의 비제한적인 예에서, 전술한 바와 것와 같이 hmax = h1임을 유의해야 한다.
재료 부피 V152에 대한 이 공식은 상기 개별 셀(152)의 패턴(150)의 형상에 관계없이 직사각형 베이스를 갖는 임의의 개별 셀(152)에 대해 유효하다는 점에 유의해야 한다. 최대 높이 hmax가 하나의 패턴(150)에서 다른 패턴(150)으로 변경될 수 있으므로 각각의 개별 셀(152)은 서로 다른 양의 재료를 포함할 수 있으므로 서로 다른 충전 계수 τr152를 가질 수 있다. 발광 모듈(13)의 주어진 지점에서 패턴(150)의 전체 층(15)의 필 팩터 τr을 얻기 위해, 사용된 파장 범위 Δ1의 파장 λ 중 하나의 차수의 주어진 값보다 작은 발광 모듈(13) 상의 고려된 지점로부터 소정 거리에 위치한 각각의 셀(152)의 필 팩터 τr152의 가중 평균이 계산된다. 이 정의는 발광 모듈(13)의 모든 지점에 대해 유효하다. 하나의 비제한적 실시예에서, 지점은 좌표 Z=0인 하위층(14)의 표면에 속한다. 이것은 다음을 제공한다:
[수학식 11]
여기서 n은 사용된 파장의 범위 Δ1의 파장 λ 중 하나의 차순의 주어진 값보다 작은 발광 모듈(13) 상의 고려된 지점으로부터 소정 거리에 위치한 개별 셀(152) 중 임의의 하나를 지정한다.
도 5에 예시된 하나의 비제한적인 실시예에서, 발광 모듈(13)은 레이더파에 대한 굴절률 n3을 갖는 레이더 센서(10)에 대해 가시적이고 투명하거나 약하게 흡수하는 빛의 영역에서 반사층(16)을 더 포함한다. 이 경우, 상기 발광 모듈(13)의 총 두께 e0는 상기 범위의 파장 λ의 m배와 동일하며, 전체는 상기 반사층(16)의 및 상기 패턴(150)의 층(15)의 상기 하위층(14)의 등가 굴절률 neq의 2배와 레이더파(R1)의 입사각 θ에 대응하는 굴절각 r의 코사인과의 곱(여기서 m은 정수임)으로나눈다. 따라서, 상기 발광 모듈(13)의 총 두께 e0는 0인 입사각 θ에 대해 상기 반사층(16)의 및 패턴(150)의 상기층(15)의 상기 하위층(14)의 등가 굴절률 neq의 2배로 나눈 상기 파장 λ와 동일하다. 따라서 등가 굴절률 neq의 계산에서 이 반사층(16)이 고려된다. 따라서 이전 계산에서는 굴절률 n3도 고려해야 한다. 반사층(16)은 패턴(150)의 층(15)을 덮는다. 비제한적인 예에서, 반사층(16)은 패턴(150)을 덮는 인듐 또는 반사 페인트의 층이다.
물론, 본 발명의 설명은 전술한 실시예 및 전술한 분야에 제한되지 않는다. 따라서, 다른 비제한적 실시예에서, 레이더 센서(10)는 하나보다 많은 방출기 안테나(100) 및 둘보다 많은 수신기 안테나(101)를 포함한다. 따라서, 하나의 비 제한적 실시예에서, 발광 모듈(13)은 3개 이상의 층을 포함할 수 있다. 따라서, 등가 굴절률 neq의 계산은 발광 모듈(13)을 형성하는 모든 층을 고려할 것이다. 따라서, 하나의 비제한적 실시예에서, 차량 조립체(1)는 하우징을 포함하는 조명 기능을 수행하도록 구성된 추가 발광 모듈을 더 포함한다. 추가 발광 모듈은 조명 발광 모듈이다. 비제한적인 예에서, 상기 추가적인 발광 모듈은 전면 헤드라이트, 테일 라이트 또는 안개등(fog light)이다. 이 실시예에서, 시그널링 발광 모듈(13) 및 레이더 센서(10)는 조명 발광 모듈의 상기 하우징에 통합되고, 시그널링 발광 모듈(13)은 조명 발광 모듈 옆에 배치된다. 조명 발광 모듈 대신 시그널링 발광 모듈(13) 뒤에 레이더 센서(10)를 통합하면 조명 발광 모듈 뒤의 공간을 제한하는 경향이 있는 제조업체의 요구 사항을 피할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 조명용 발광 모듈은 일반적으로 시그널링 발광 모듈보다 종방향으로 훨씬 더 부피가 크다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 상기 조명 발광 모듈 뒤에 레이더 센서(10)를 배치하기 위한 충분한 공간이 없는 경우가 많다.
따라서, 기술된 본 발명은 특히 다음과 같은 이점을 갖는다:
- 범퍼 대신에 시그널링 발광 모듈(13) 뒤에 레이더 센서(10)를 통합하여 레이더 센서(10)의 성능 저하를 방지한다;
- 레이더 센서(10) 쪽으로 반사되는 1차 반사파(R11, R12)가 제거되도록 한다. 따라서 상기 레이더 센서(10)의 신호 대 잡음비는 더 이상 낮지 않다.

Claims (13)

  1. 차량(2)용 차량 조립체(1)로서,
    - 파장(λ)의 범위(Δ1)에 걸쳐 레이더파(R1)를 방출하도록 구성된 레이더 센서(10); 및
    - 시그널링 기능(f1)을 수행하도록 구성된 발광 모듈(13)을 포함하고,
    상기 발광 모듈(13)은 하위층(14) 및 패턴(150)의 층(15)을 포함하며, 상기 패턴(150)의 층(15)은 상기 범위(Δ1)의 파장(λ)의 1/4 미만인 상기 패턴(150)의 반복 주기(Λ1, Λ2)를 갖는 하위 파장 구조의 유전체 요소를 형성하고, 상기 발광 모듈(13)의 총 두께(e0)는 상기 범위의 파장(λ)의 m배와 동일하며, 전체는 상기 하위층(14) 및 상기 패턴(150)의 층(15)의 등가 굴절률(neq)의 2배와 상기 레이더파(R1)의 입사각(θ)에 대응하는 굴절각(r)의 코사인의 곱으로 나뉘며, m은 정수인,
    차량 조립체(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 센서(11)는 밀리미터파 또는 초주파수파(hyperfrequency wave) 또는 마이크로웨이브 레이더 센서인,
    차량 조립체(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이더파(R1)는 100MHz 내지 5GHz 범위의 주파수 대역에 걸쳐 방출되는,
    차량 조립체(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴(150)의 상기 반복 주기(Λ1, Λ2)는 상기 레이더파(R1)의 상기 파장(λ)의 10분의 1 미만인,
    차량 조립체(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴(150)은 원통형 프리즘, 또는 직사각형 프리즘, 또는 피라미드형 프리즘, 또는 입방 프리즘, 또는 토리(tori)의 세그먼트인,
    차량 조립체(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    패턴(150)은 0.4mm 미만의 치수(a1, a2)를 갖는,
    차량 조립체(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 두께(e0)는 상기 패턴(150)의 높이(h1)와 상기 하위층의 두께(e2)에 의해 형성되는,
    차량 조립체(1).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입사각(θ)이 0이면, 상기 총 두께(e0)는 상기 파장(λ)을 상기 등가 굴절률(neq)의 2배로 나눈 것인,
    차량 조립체(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 총 두께(e0)는 arctan(d1/(2e4))와 동일한 입사각(θ)으로 정의되고, e4는 상기 레이더 센서(11) 및 상기 발광 모듈(13) 사이의 거리이며, d1은 상기 레이더 센서(11)의 방출기 안테나(100) 및 수신기 안테나(101) 사이의 거리인,
    차량 조립체(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 모듈(13)은 반사층(16)을 더 포함하고, 상기 발광 모듈(13)의 총 두께(e0)는 상기 범위의 파장(λ)의 m배이며, 전체는 상기 하위층(14), 상기 패턴(150)의 층(15) 및 상기 반사층(16)의 등가 굴절률(neq)의 2배와 상기 레이더파(R1)의 입사각(θ)에 해당하는 굴절각(r)의 코사인의 곱으로 나뉘며, m은 정수인,
    차량 조립체(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 등가 굴절률(neq)은 상기 레이더 센서(10)의 시야(FOV)의 중심과 동일한 상기 레이더파(R1)의 입사각(θ)에 대해 계산되는,
    차량 조립체(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 모듈(13)은 일광 발광 모듈, 또는 지시등, 또는 역반사체, 또는 하이 마운트 스톱 램프(high mounted stop lamp)인,
    차량 조립체(1).
  13. 파장(λ)의 범위(Δ1)에 걸쳐 레이더파(R1)를 방출하도록 구성된 레이더 센서(10)를 향하게 배치된 발광 모듈(13)로서,
    상기 발광 모듈(13)은 시그널링 기능(f1)을 수행하도록 구성되고, 패턴(150)의 층(15) 및 하위층(14)을 포함하며,
    상기 패턴(150)의 층(15)은 상기 범위(Δ1)의 파장(λ)의 1/4 미만인 상기 패턴(150)의 반복 주기(Λ)를 갖는 하위 파장 구조의 유전체 요소를 형성하고,
    상기 발광 모듈(13)의 총 두께(e0)가 상기 파장(λ)의 m배이며, 상기 전체는 상기 패턴(150)의 층(15) 및 상기 하위층(14)의 등가 굴절률(neq)의 2배와 상기 레이더파(R1)의 입사각(θ)에 대응하는 굴절각(r)의 코사인의 곱으로 나뉘며, m은 정수인,
    발광 모듈(13).
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