(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-09
(54)【発明の名称】自動車用のライトモジュール
(51)【国際特許分類】
B60Q 1/04 20060101AFI20221202BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20221202BHJP
G01S 17/931 20200101ALI20221202BHJP
F21S 41/16 20180101ALI20221202BHJP
F21S 41/176 20180101ALI20221202BHJP
F21S 41/675 20180101ALI20221202BHJP
F21W 102/13 20180101ALN20221202BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20221202BHJP
【FI】
B60Q1/04 Z
G01S7/481 A
G01S17/931
F21S41/16
F21S41/176
F21S41/675
F21W102:13
F21Y115:30
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022521500
(86)(22)【出願日】2020-09-25
(85)【翻訳文提出日】2022-04-08
(86)【国際出願番号】 EP2020076902
(87)【国際公開番号】W WO2021078469
(87)【国際公開日】2021-04-29
(32)【優先日】2019-10-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】593045569
【氏名又は名称】ツェットカーヴェー グループ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100080816
【氏名又は名称】加藤 朝道
(74)【代理人】
【識別番号】100098648
【氏名又は名称】内田 潔人
(72)【発明者】
【氏名】ブランドシュテッター、マルティン
(72)【発明者】
【氏名】アルトマン、ヨハン
(72)【発明者】
【氏名】アルトマン、マテウス
(72)【発明者】
【氏名】ハルトマン、ペーター
(72)【発明者】
【氏名】ヴァイセンシュタイナー、シュテファン
【テーマコード(参考)】
3K339
5J084
【Fターム(参考)】
3K339AA02
3K339BA01
3K339BA02
3K339BA08
3K339BA25
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3K339LA06
3K339MC03
5J084AA04
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5J084BB04
5J084BB27
5J084BB28
5J084CA03
5J084CA04
5J084CA08
(57)【要約】
【課題】自動車内の使用可能な構成空間が少なくても照射システムとセンサシステムが正確に取り付けられて所望の機能を果たすことのできるライトモジュールを創作する。
【解決手段】自動車用のライトモジュールであって、照射システムとして、第1レーザ装置(L
S)を備え、第1レーザ装置(L
S)は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源(L1、L2、L3、L4)を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(b1、b2、b3、b4)は、ミラー制御装置(8)により制御される旋回可能なマイクロミラー(6)に導かれ、そしてマイクロミラー(6)から光変換手段(7)に導かれ、更に光変換手段(7)において生成された照射像(10)を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系(9)を備えており、またLIDARシステムとして、第2レーザ装置(L
I)を備え、第2レーザ装置(L
I)は、少なくとも1つのレーザ光源(H1、H2、H3)を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(c1、c2、c3)は、ミラー制御装置(8)により制御される旋回可能なマイクロミラー(6)に送られ、そしてマイクロミラー(6)からLIDAR出射光学系(21)を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系(14)を備え、LIDAR入射光学系(14)は、外部空間内で反射された第2レーザ装置(L
I)の光を検知器(15)に送るものである。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動車用のライトモジュールであって、
照射システムとして、第1レーザ装置(L
S)を備え、前記第1レーザ装置(L
S)は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源(L1、L2、L3、L4)を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(b1、b2、b3、b4)は、ミラー制御装置(8)により制御される旋回可能なマイクロミラー(6)に導かれ、そして前記マイクロミラー(8)から光変換手段(7)に導かれ、更に前記光変換手段において生成された照射像(10)を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系(9)を備えており、
またLIDARシステムとして、第2レーザ装置(V
L)を備え、前記第2レーザ装置(V
L)は、少なくとも1つのレーザ光源(H1、H2、H3)を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(c1、c2、c3)は、前記ミラー制御装置(8)により制御される旋回可能な前記マイクロミラー(6)に送られ、そして前記マイクロミラー(6)から、前記照射光学系(9)とは別個のLIDAR出射光学系(21)を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系(14)を備え、前記LIDAR入射光学系(14)は、外部空間内で反射された前記第2レーザ装置の光を検知器(15)に送るものであり、
前記マイクロミラー(6)に対する前記第1レーザ装置(L
S)のレーザ光線(b1、b2、b3、b4)の入射角は、前記第2レーザ装置(V
L)のレーザ光線(c1、c2、c3)の入射角と異なり、
前記LIDARシステムの走査領域と前記照射システムの照射領域とは、互いに角度をずらして配置されており、それにより前記LIDARシステムは、照射に対して斜めに走査し、
前記LIDARシステムと前記照射システムは、前記LIDAR出射光学系(21)ないし前記照射光学系(9)を介し、異なる視野領域をスイープないし照射し、
前記LIDAR出射光学系(21)は、前記LIDARシステムが前記照射システムの照射領域よりも広い交通空間の領域を走査するように構成されていること、
を特徴とするライトモジュール。
【請求項2】
前記第1レーザ装置(L
S)は、少なくとも2つのレーザ光源(1a、1b、1c、1d)を含み、これらの光源に対し、光線強度を変調するためのレーザ制御装置(1)が割り当てられていること、
を特徴とする、請求項1に記載のライトモジュール。
【請求項3】
前記第1レーザ装置(L
S)と前記マイクロミラー(6)の間には、予め定められた光線横断面を有するようにそれぞれのレーザ光線(b1、b2、b3、b4)を成形するための少なくとも1つの光学系(o1、o2、o3、o4)が配設されていること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載のライトモジュール。
【請求項4】
前記第1レーザ装置(L
S)と前記マイクロミラー(6)の間には、少なくとも1つの偏向ミラー(4、S1~S4)が配設されていること、
を特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項5】
前記第2レーザ装置(V
L)と前記マイクロミラー(6)の間には、少なくとも1つの偏向ミラー(18、U1~U3)が配設されていること、
を特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項6】
前記第1レーザ装置は、少なくとも1つの青色レーザないし紫外線レーザを含むこと、
を特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項7】
前記第2レーザ装置は、少なくとも1つの赤外線レーザを含むこと、
を特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項8】
前記マイクロミラー(6)の反射コーティングは、金、アルミニウム、銀の金属のグループから選択されていること、
を特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項9】
前記マイクロミラー(6)は、所定の軸線の周りに固定周波数で振動し、前記第1レーザ装置(L
S)のレーザ光源の光線は、前記光変換手段(7)において互いに隣接する少なくとも2つのライトバンド(f1、f2、f3、f4)を構成するために前記マイクロミラーを介して偏向されていること、
を特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項10】
前記ライトバンド(f1、f2、f3、f4)の互いの間隔は、前記第1レーザ装置(L
S)のレーザ光源の成形された光線の互いの角度により固定され、前記光変換手段(7)における前記ライトバンドの長さは、前記マイクロミラー(6)の振動振幅により決定され、また前記ライトバンドの幅は、光線横断面により決定されていること、
を特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項11】
前記照射システムと前記LIDARシステムの光線路を調整するために、少なくとも一方のレーザ装置(L
S、V
L)のレーザ光源(L1、L2、L3、L4;H1、H2、H3)、及び/又は前記光線路内にあるミラー(4、S1~S4、18、U1~U3)は、調節可能であること、
を特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項12】
前記LIDARシステムの光学系(14、17、19、21)のために回折光学要素が使用され、例えば回折格子が使用されていること、
を特徴とする、請求項1~11のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項13】
前記照射システムのレーザ経路内の光学系(o1~o4、3、5)は、回折光学要素として構成されていること、
を特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車用のライトモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車におけるレーザ光源の使用は、絶えず重要性を増しており、なぜなら、例えばレーザダイオードの寸法が通常の発光ダイオードに比べるとより小さいからであり、このことはよりフレキシブルでより効率的な取付けを可能にし、また光束の輝度並びに光収率を遥かに増加させることができるためである。既知の解決策では、極めて集束された高出力の光線により人間や他の生物の目を危険にさらすことを回避するために、直接的なレーザ光線は放射されない。むしろレーザ光線は、端的に「蛍光体(Phosphor)」と呼ばれる蛍光変換材料(ルミネセンスコンバージョンマテリアル)を含み且つ中間接続されたコンバータ上で例えば青色光から好ましくは「白色」光に変換される。
【0003】
例えば、本出願人の下記特許文献1(EP 2 954 256 B1)から、複数の変調可能なレーザ光源を有する投光器が公知であり、それらのレーザ光源のレーザ光線は、ミラー制御装置により制御される旋回可能なマイクロミラーを介して光変換手段に導かれ、この際、光変換手段において生成された照射像(発光像)が、投射システムを用いて車道上に投射される。レーザ光源の光線強度を変調するためにレーザ制御装置が設けられており、各レーザ光源とマイクロミラーの間には、予め定められた光線横断面を有するようにそれぞれのレーザ光線を成形するための光学系が配設されている。マイクロミラーは、所定の軸線の周りに固定周波数で振動し、この際、少なくとも2つのレーザ光源の光線は、光変換手段において互いに隣接するライトバンドを構成するためにマイクロミラーを介して偏向されている。ライトバンドの互いの間隔は、成形されたレーザ光線の互いの角度により固定され、光変換手段におけるライトバンドの長さは、マイクロミラーの振動振幅により決定されている。
【0004】
特に自動車におけるアシスタントシステムのために、特に自律的な又は部分自律的な運転のためには、LIDAR(「light detection and ranging」(光検出と測距)の頭字語)が、周囲の光学的な測定のため、ないし他の交通利用者の間隔測定と速度測定のための有利で信頼性のある方法である。当然のことながらここでは車両前方の交通空間の監視される角度範囲が大きいことは、特に重要である。考慮対象の監視領域の少なくとも1つの部分領域は、車両の投光器によっても照らされており、この際、同様に車両後方の領域を測定するLIDARと後部投光器も考慮しないわけにはいかない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】"MEMS-based lidar for autonomous driving", H.W. Yoo et al., e&i 6.2018, p. 408ff
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
今日の自動車の問題は、多くの場合、一方では、照射システム(照明システム)のために使用できる構成空間がしばしば極めて少なく、他方では、センサシステムのために使用できる構成空間も極めて少ないということであり、この際、この問題は、設計者の美的な設定内容により増大される。更なる問題は、投光器がLIDARシステムと同様に、所望の機能を保証するために、正確に取り付けられて調整されなくてはならないということにある。
【0008】
本発明の課題は、それらの問題を軽減ないし排除することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題は、以下の自動車用のライトモジュールにより解決される。即ち該ライトモジュールは、照射システムとして、第1レーザ装置を備え、該第1レーザ装置は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(単数ないし複数)は、ミラー制御装置により制御される旋回可能なマイクロミラーに導かれ、そして該マイクロミラーから光変換手段に導かれ、更に光変換手段において生成された照射像を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系を備えており、またLIDARシステムとして、第2レーザ装置を備え、該第2レーザ装置は、少なくとも1つのレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(単数ないし複数)は、前記ミラー制御装置により制御される旋回可能な前記マイクロミラーに送られ、そして前記マイクロミラーからLIDAR出射光学系を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系を備え、該LIDAR入射光学系は、外部空間内で反射された第2レーザ装置の光を検知器アレイに送るものである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、発明を実施するための形態について説明する。
【0011】
本発明により、コンパクトな構造形式で、互いに依存せずに2つの機能、即ち照射機能と測定機能を実行することのできるライトモジュールが得られる。
【0012】
ライトモジュールの両方の機能の非依存性の意味において、マイクロミラーに対する第1レーザ装置のレーザ光線(単数ないし複数)の入射角が第2レーザ装置のレーザ光線(単数ないし複数)の入射角と異なると有利である。このことは、勿論、マイクロミラーのそれぞれの所定位置に対して該当し、また当然のことながら、異なる出射角をもたらす。
【0013】
第1レーザ装置が少なくとも2つのレーザ光源を含み、これらの光源に対し、光線強度を変調するためのレーザ制御装置が割り当てられていると、目的に適う。
【0014】
また第1レーザ装置とマイクロミラーの間に、予め定められた光線横断面を有するようにそれぞれのレーザ光線を成形(Formung, 光束の形を成形する)するための少なくとも1つの光学系が配設される場合も、有利であり得る。
【0015】
モジュールのよりコンパクトな構造を得るためには、第1レーザ装置とマイクロミラーの間に少なくとも1つの偏向ミラーが配設されていると、望ましい。
【0016】
第2レーザ装置とマイクロミラーの間に少なくとも1つの偏向ミラーが配設される場合に、このことは、同様によりコンパクトで省スペースの構造をもたらす。
【0017】
本発明の更なる構成では、第1レーザ装置は、少なくとも1つの青色レーザないし紫外線レーザを含み、及び/又は第2レーザ装置は、少なくとも1つの赤外線レーザを含むことができる。
【0018】
紫外線レーザ放射ないし青色レーザ放射と赤外線レーザ放射の双方のためにできるだけ完全な反射を得るために、マイクロミラーの反射コーティングが、金、アルミニウム、銀の金属のグループから選択されていると、望ましい。
【0019】
マイクロミラーが所定の軸線の周りに固定周波数で振動すると信頼性があると分かっており、この際、第1レーザ装置のレーザ光源の光線は、光変換手段において互いに隣接する少なくとも2つのライトバンドを構成(Bildung)するためにマイクロミラーを介して偏向されている。
【0020】
ライトバンドの互いの間隔は、目的に適い、第1レーザ装置のレーザ光源の成形された光線の互いの角度により決定(ないし固定)され、光変換手段におけるライトバンドの長さは、マイクロミラーの振動振幅により決定され、またライトバンドの幅は、光線横断面により決定される。
【0021】
モジュールのコンパクトな構造に関し、照射システムとLIDARシステムの光線路を調整するために、少なくとも一方のレーザ装置のレーザ光源、及び/又は光線路内にあるミラーが調節可能であると、特に有利である。
【0022】
またLIDARシステムの走査領域と照射システムの照射領域とが互いに角度をずらして配置されていると、目的に適い、それによりLIDARシステムは、照射(照射方向)に対して斜め(所定角度をもって斜め方向)に走査する。それにより例えば、特に投光器システムの照射領域の外側、特に側方に位置する物体を検知することができる。
【0023】
またLIDARシステムと照射システムが、LIDAR出射光学系ないし照射光学系を介し、異なる視野領域をスイープ(掃射)ないし照射すると、有利であり得る。この際、LIDAR出射光学系は、LIDARシステムが照射システムの照射領域よりも広い交通空間の領域を走査するように構成されていると、有意義である。
【0024】
またLIDARシステムの光学系のために回折光学要素が使用され、例えば回折格子が使用されると、有意義であり得る。
【0025】
同様に照射システムのレーザ経路内の光学系は、回折光学要素として構成されていることが可能である。
【0026】
以下、図面に具体的に図示された例示の実施形態に基づき、更なる利点とともに本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【
図1】レーザスキャナを基礎にして作動する一自動車投光器の原理的な構造を示す図である。
【
図2】走査式の一LIDARシステムの原理図を示す図である。
【
図3】本発明による一ライトモジュールの原理的な構造を示す図である。
【
図4】本発明による一モジュールの例示の一配光を示す図である。
【
図5】
図5aと
図5bは、第1バリエーションにおいて両方のシステムによりスイープされる領域を示す図である。
【
図6】
図6aと
図6bは、第2バリエーションにおいて両方のシステムによりスイープされる領域を示す図である。
【実施例】
【0028】
図1は、少なくとも1つのレーザ、本事例では4つの半導体レーザL1、L2、L3、L4を有する第1レーザ装置L
Sを備えたレーザスキャナ投光器の原理図を示しており、それらの半導体レーザは、b1、b2、b3、b4で示されたそれぞれのレーザ光線を放射する。レーザL1、L2、L3、L4には、レーザ制御装置1が割り当てられており、この際、この制御装置は、電流供給のために用いられ、また個々のレーザの光線強度の変調のためにも構成されている。「変調」とは、本発明の関連において、連続的であれ、又はオンオフの意味で脈動的であれ、レーザ光源の強度が変更され得ることとして理解される。光出力は、後に詳しく説明するミラーがどの角度位置にあるかに応じ、アナログで動的に変更されることが可能である。それに加え、定められた箇所を照射しないために、ある特定の時間に対するオンオフの可能性もある。
【0029】
またレーザ制御装置1は、中央の投光器制御装置2から信号を取得し、また中央の投光器制御装置2には、センサ信号を供給することができる。そのような制御信号及びセンサ信号は、一方では、例えばハイビームからロービームに切り替えるための切替命令とすることができ、又は他方では、車道上の照射状況を検知する光センサにより取得される信号としてもよい。
【0030】
レーザ光線b1、b2、b3、b4は、それぞれの偏向ミラーS1、S2、S3、S4を介し、そして第1光学系3を介し、共通の偏向ミラー4に指向され、偏向ミラー4は、4つのレーザ光線を、更なる光学系5を介し、マイクロミラー6を介して、例えば発光面部として構成された光変換手段7に向かって指向させ、この際、光変換手段7は、例えば既知のように光変換のための蛍光体(Phosphor)を有する。上記特許文献1で説明されているように、レーザの後には、光線成形(Formung)のための光学系o1、o2、o3、o4が配設されていることが可能である。
【0031】
蛍光体は、例えば青色光又はUV光を「白色」光に変換する。「蛍光体」とは、本発明との関連において、極めて一般的には、ある波長の光を、他の波長の光、又は混合波長の光、特に「白色」光に変換する物質又は混合物質として理解され、その変換は「波長変換(波長コンバージョン)」との概念に包含される。この際「白色光」とは、人間に「白色」の色印象を生じさせるスペクトル組成の光として理解される。「光」との概念は、勿論、人間の目で見ることのできる放射線に限られるものではない。光変換手段には、オプトセラミックスも対象となり、これらは、例えばYAG-Ce(セリウムでドープされたイットリウム-アルミニウム-ガーネット)のような透明なセラミックスである。
【0032】
唯一の軸線の周りで振動するマイクロミラー6は、ミラー制御装置8により制御され、一定の周波数で振動され、この際、この振動は、特にマイクロミラーの機械的な固有振動数に対応することができる。またミラー制御装置8も、マイクロミラー6の振動振幅を調節可能とするために、投光器制御装置2により制御され、この際、その軸線の周りの非対称の振動も設定可能とすることができる。マイクロミラーの制御装置ないし制御機構は、既知であり、例えば静電的に又は動電的に、様々な方式で行うことができる。本発明の試行された実施形態では、マイクロミラー6は、例えば数百Hzの周波数で振動し、その最大の傾きは、その制御形態に依存し、数度から60°までの値をとる。マイクロミラー6の位置は、目的に適い、ミラー制御装置8及び/又は投光器制御装置2にフィードバックされる。ここで対象となる形式のマイクロミラーには、多くの場合、MEMSミラー(MEMSは「microelectromechanical system」(微小電子機械システム)の頭文字)が使用されることを付言する。
【0033】
成形されたレーザ光線b1、b2、b3、b4は、光変換手段7において、つまり一般的には平坦であるが平坦である必要もない光変換手段7の発光面部上で、水平方向のライトバンドf1、f2、f3、f4(
図4を参照)を生成し、この際、マイクロミラー6に関するレーザ光線b1、b2、b3、b4の角度ないし半導体レーザL1、L2、L3、L4の角度は、それらのライトバンドが発光面部上で上下に位置し且つ互いに隣接するように設定されており、この際、ライトバンドの互いの間隔は、好ましくはゼロである。このことは、半導体レーザL1、L2、L3、L4を適切に調整することにより正確に設定可能であり、発光面部上には、それらのライトバンド、本事例では4本のライトバンドf1、f2、f3、f4から構成される照射像(発光像)が発生する。そしてこの照射像が、照射光学系9を用い、照射像10(
図4)として車道上ないし外部空間内に投射される。例えば、車道上に投射される3本のライトバンドを構成するために単に3つのレーザを使用することも同様に可能であり、なぜなら、その際にこれらのライトバンドは、ハイビーム、明暗境界、及びロービーム(前域光)に対応し得るからである。最も簡単な場合では、唯一のレーザだけを設けることもできる。
【0034】
図2は、例えば上記非特許文献1で説明されているように、LIDARシステムの原理図を示している。複数のレーザLI1、LI2、LI3、LI4のパルシングされた光線が、光学系11を介してマイクロミラー12に送られ、マイクロミラー12は、レーザLI1、LI2、LI3、LI4により生成される4本の垂直ラインr1、r2、r3、r4を水平方向に走査して外部空間内に導き、この際、特定のフィールド13をスイープ(掃射)する。レーザの数、従って生成される垂直ラインは、4本とは異なっていてもよく、つまり4本より多くても又は4本より少なくてもよく、最も簡単な場合では、唯一のレーザを使用することができる。外部空間(交通空間)内の物体により反射されるレーザパルスは、焦点を合わせるLIDAR入射光学系14を介して検知器15に達し、そこで生成された信号が、物体をそれらの位置及び/又は速度、大きさなどに関して迅速に検知可能とするために、適切な増幅と変換の後に評価される。
【0035】
さて、
図3は、本発明による自動車用の一ライトモジュールを示しており、この際、可能な限り、同じ参照記号が、
図1と
図2に基づいて既に説明された要素に使われている。
【0036】
レーザスキャナ投光器の部分の構造は、正に
図1に図示された構造に対応し、
図1との関連で既に詳細に説明されている。さて当該ライトモジュールは、投光器コンポーネントに加え、即ち半導体レーザL1、L2、L3、L4と、レーザ制御装置1と、投光器制御装置2と、偏向ミラーS1、S2、S3、S4と、偏向ミラー4と、光学系5と、マイクロミラー6と、光変換手段7と、ミラー制御装置8と、照射光学系9に加え、第2レーザ装置L
Iを含み、第2レーザ装置L
Iは、少なくとも1つのレーザ、本事例では3つの半導体レーザH1、H2、H3を有し、これらの半導体レーザは、c1、c2、c3で示されたそれぞれのレーザ光線を放射する。レーザH1、H2、H3にもレーザ制御装置16が割り当てられている。レーザ光線c1、c2、c3は、同様にマイクロミラー6に達し、つまり本事例では、3つの偏向ミラーU1、U2、U3と、光学系17と、3つの光線に共通の偏向ミラー18と、更なる光学系19とが光学的に介在している。LIDARシステムの走査光線は、マイクロミラー6から、偏向ミラー20とLIDAR出射光学系21を介して交通空間ないし車道に送られる。
【0037】
外部空間(交通空間)内の物体により反射された光信号は、LIDAR入射光学系14を介して検知器15に達し、そこで生成された信号がLIDAR制御評価装置22に供給され、ここで、検知された物体をそれらの位置及び/又は速度、大きさなどに関して特定するために、適切な増幅と変換の後に評価される。LIDAR制御評価装置22は、同様にミラー制御装置8と接続状態にあり、ここでは詳細に示されていないが、対応車両の制御装置と接続状態にある。
【0038】
図3の記載から、両方のシステムのために、即ち投光器システムとLIDARシステムのために、マイクロミラー6が共通して使用されるが、両方のシステムの光線路は別々に延在し、即ちLIDARシステムの光線が光変換手段7に当たることはなく、投光器システムの光線がLIDAR出射光学系21に達することはないことが分かる。
【0039】
ライトモジュールの両方の機能の非依存性の意味において、マイクロミラーに対する第1レーザ装置のレーザ光線(単数ないし複数)の入射角が第2レーザ装置のレーザ光線(単数ないし複数)の入射角と異なると有利である。このことは、勿論、マイクロミラーのそれぞれの所定位置に対して該当し、また当然のことながら、異なる出射角をもたらす。換言すると、LIDARシステムのIR光線は、照射システムの青色レーザ光線又は紫外レーザ光線とは異なる角度で反射され、そして両方の光線グループがモジュールから出射し、この際、とにかくLIDARシステムのためには、照射(照明)のためとは異なる出射光学系が使用される。レーザは、Tof方式又はFMCW方式(Time of Flight (ToF), Frequency Modulated Continuous Wave lidar)に基づき、検知器から出された信号を用いて交通空間内の物体との距離を特定するために、適切に変調される。赤外光線と青色レーザ光線は、常に同じミラー位置で反射されるが、光線路は、(それぞれの光線路に)幾何学的に分かれており、それ故、モジュールは、同時にLIDAR稼働で且つ照射稼働で作動することができる。
【0040】
システムの全制御装置は、特にミラー制御装置8も、両方のシステムが互いに依存しないで機能し且つ同時に又は交互に作動することができるように構成されている。このことを保証するため、そしてモジュールのコンパクトな構造に関して、照射システムの光線路とLIDARシステムの光線路とを調整するために、少なくとも一方のレーザ装置のレーザ光源、及び/又は光線路内に位置するミラーが調節可能であると、特に有利である。
【0041】
半導体レーザL1、L2、L3、L4は、好ましくは、蛍光体での変換により白色光を発生させるために、青色領域又はUV領域内の波長で作動すべきであり、他方、LIDARシステムの半導体レーザH1、H2、H3は、好ましくは、人間の目で見ることのできない放射線を生成するために、IR領域内の波長で作動する。勿論、本事例では、使用される両方の光波長に対して十分に良好な反射特性を有するマイクロミラー6が必要であることを顧慮しなくてはならない。この意味において、優先的に金から成るコーティング、又はアルミニウムや銀から成るコーティングが特に適している。マイクロミラーに当たるレーザ放射線のできるだけ完全な反射は、MEMSの強すぎる加熱(過熱)の問題を軽減する。
【0042】
図4は、本発明によるライトモジュールの例示の一配光を模式的に図示しており、この際、ここでは、第1レーザ装置Lsにそれらの出発点をもち「白色」光を有する4本のライトバンドf1、f2、f3、f4が上下に(並んで)位置し、照射像10を構成している。これらのライトバンドは、レーザ光線に起因する照射スポットm1、m2、m3、m4の走査運動により発生する。LIDARシステムにより走査される領域は、ここではその境界部23により図示されている。
【0043】
LIDARシステムと照射システムは、異なる視野領域をスイープ(掃射)ないし照射することができ、このことは、別々の光学系、即ち照射光学系9とLIDAR出射光学系21により可能である。「視野領域」との概念は、ここでは、照射システムに対しては、交通空間内の照射された領域として理解することができ、この領域は、現在の照射状況(例えばハイビームやロービームやデイライト)に応じて異なる大きさであり得て、またLIDARシステムに対しては、LIDARレーザ光線により走査され、物体を検知することのできる領域として理解することができる。
【0044】
それにより両方のシステムのために同じMEMSスキャナ、即ちマイクロミラー6が使用されるにもかかわらず、LIDARと照射(照明)の結像領域は異なっていることが可能である。例えばLIDAR出射光学系21は、LIDARシステムが照射システムの照射領域よりも広い交通空間の領域を走査するように構成されていることが可能である。またLIDARシステムの走査領域と照射システムの照射領域とを角度をずらして配置させるように構成することも可能であり、それによりLIDARは、照射(照射方向)に対して斜め(斜め方向、即ち所定の角度をもった方向)に走査する。
【0045】
具体的な説明のために、
図5aと
図5bには、本発明によるライトモジュールを2つ備えた自動車Kの照射システムの照射領域BとLIDARシステムの走査領域Sに関する第1例が示されている。
図5aは、上方から見たそれらの領域を示し、
図5bは、車両から前方を見たそれらの領域を示している。ここで照射領域Bは、走査領域Sよりも小さい角度領域を含んでいるが、これらの両方の領域は、前方に向けられている。
【0046】
図6aと
図6bは、
図5aと
図5bに即した図面として、本発明によるライトモジュールを2つ備えた自動車Kの照射領域Bと走査領域Sに関する第2例を示している。ここで照射領域Bは、
図5aと
図5bのものと同じで、所定の角度のもと走行方向で前方に向けられており、それに対し、LIDARシステムの走査領域Sは、いわば二分割されて(
図5aと
図5bのものよりも)遥かに左側外方に及び右側外方に延在している。
【0047】
LIDARは、照射光学系よりも広い領域を覆うことができ、側方に向けることが可能であり、この際、左右の投光器(前照灯)のLIDARの視野領域は、かろうじて重なり合っている。しかし照射光学系は、常に真っ直ぐ前方に指向されていなくてはならない。
【0048】
LIDARシステムのための光学系14、17、19、21としては、回折光学要素を使用することができ、例えば回折格子(Beugungsgitter)を使用することができ、なぜなら、ここではスペクトルバンド幅の僅かなレーザ放射線が好ましくは単色性で使用されるためである。照射システムの青色レーザ経路内の光学系o1~o4、3、5も、回折要素として構成されていることが可能である。しかし光変換手段7の後の「白色」光の光線路内の投射光学系は、ここでは色収差を回避すべきであるので、目的に適い、レンズ光学系とすべきである。
【符号の説明】
【0049】
1 レーザ制御装置
2 投光器制御装置
3 光学系
4 偏向ミラー
5 光学系
6 マイクロミラー
7 光変換手段
8 ミラー制御装置
9 照射光学系
10 照射像
11 光学系
12 マイクロミラー
13 フィールド
14 LIDAR入射光学系
15 検知器
16 レーザ制御装置
17 光学系
18 偏向ミラー
19 光学系
20 偏向ミラー
21 LIDAR出射光学系
22 LIDAR制御評価装置
23 境界部
B 照射領域
b1 レーザ光線
b2 レーザ光線
b3 レーザ光線
b4 レーザ光線
c1 レーザ光線
c2 レーザ光線
c3 レーザ光線
f1 ライトバンド
f2 ライトバンド
f3 ライトバンド
f4 ライトバンド
H1 半導体レーザ
H2 半導体レーザ
H3 半導体レーザ
K 自動車
LI 第2レーザ装置
LS 第1レーザ装置
L1 半導体レーザ
L2 半導体レーザ
L3 半導体レーザ
L4 半導体レーザ
LI1 レーザ
LI2 レーザ
LI3 レーザ
LI4 レーザ
m1 照射ポイント
m2 照射ポイント
m3 照射ポイント
m4 照射ポイント
o1 光学系
o2 光学系
o3 光学系
o4 光学系
r1 垂直ライン
r2 垂直ライン
r3 垂直ライン
r4 垂直ライン
S 走査領域
S1 偏向ミラー
S2 偏向ミラー
S3 偏向ミラー
S4 偏向ミラー
U1 偏向ミラー
U2 偏向ミラー
U3 偏向ミラー
【手続補正書】
【提出日】2022-04-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動車用のライトモジュールであって、
照射システムとして、第1レーザ装置(L
S)を備え、前記第1レーザ装置(L
S)は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源(L1、L2、L3、L4)を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(b1、b2、b3、b4)は、ミラー制御装置(8)により制御される旋回可能なマイクロミラー(6)に導かれ、そして前記マイクロミラー(
6)から光変換手段(7)に導かれ、更に前記光変換手段
(7)において生成された照射像(10)を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系(9)を備えており、
またLIDARシステムとして、第2レーザ装置(
L
I
)を備え、前記第2レーザ装置(
L
I
)は、少なくとも1つのレーザ光源(H1、H2、H3)を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(c1、c2、c3)は、前記ミラー制御装置(8)により制御される旋回可能な前記マイクロミラー(6)に送られ、そして前記マイクロミラー(6)から、前記照射光学系(9)とは別個のLIDAR出射光学系(21)を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系(14)を備え、前記LIDAR入射光学系(14)は、外部空間内で反射された前記第2レーザ装置
(L
I
)の光を検知器(15)に送るものであり、
前記マイクロミラー(6)に対する前記第1レーザ装置(L
S)のレーザ光線(b1、b2、b3、b4)の入射角は、前記第2レーザ装置(
L
I
)のレーザ光線(c1、c2、c3)の入射角と異なり、
前記LIDARシステムの走査領域と前記照射システムの照射領域とは、互いに角度をずらして配置されており、それにより前記LIDARシステムは、照射に対して斜めに走査し、
前記LIDARシステムと前記照射システムは、前記LIDAR出射光学系(21)ないし前記照射光学系(9)を介し、異なる視野領域をスイープないし照射し、
前記LIDAR出射光学系(21)は、前記LIDARシステムが前記照射システムの照射領域よりも広い交通空間の領域を走査するように構成されていること、
を特徴とするライトモジュール。
【請求項2】
前記第1レーザ装置(L
S)は、少なくとも2つのレーザ光源(
L1、L2、L3、L4)を含み、これらの光源に対し、光線強度を変調するためのレーザ制御装置(1)が割り当てられていること、
を特徴とする、請求項1に記載のライトモジュール。
【請求項3】
前記第1レーザ装置(L
S)と前記マイクロミラー(6)の間には、予め定められた光線横断面を有するようにそれぞれのレーザ光線(b1、b2、b3、b4)を成形するための少なくとも1つの光学系(o1、o2、o3、o4)が配設されていること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載のライトモジュール。
【請求項4】
前記第1レーザ装置(L
S)と前記マイクロミラー(6)の間には、少なくとも1つの偏向ミラー(4、S1~S4)が配設されていること、
を特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項5】
前記第2レーザ装置(
L
I
)と前記マイクロミラー(6)の間には、少なくとも1つの偏向ミラー(18、U1~U3)が配設されていること、
を特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項6】
前記第1レーザ装置
(L
S
)は、少なくとも1つの青色レーザないし紫外線レーザを含むこと、
を特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項7】
前記第2レーザ装置
(L
I
)は、少なくとも1つの赤外線レーザを含むこと、
を特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項8】
前記マイクロミラー(6)の反射コーティングは、金、アルミニウム、銀の金属のグループから選択されていること、
を特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項9】
前記マイクロミラー(6)は、所定の軸線の周りに固定周波数で振動し、前記第1レーザ装置(L
S)のレーザ光源の光線は、前記光変換手段(7)において互いに隣接する少なくとも2つのライトバンド(f1、f2、f3、f4)を構成するために前記マイクロミラー
(6)を介して偏向されていること、
を特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項10】
前記ライトバンド(f1、f2、f3、f4)の互いの間隔は、前記第1レーザ装置(L
S)のレーザ光源の成形された光線の互いの角度により固定され、前記光変換手段(7)における前記ライトバンド
(f1、f2、f3、f4)の長さは、前記マイクロミラー(6)の振動振幅により決定され、また前記ライトバンド
(f1、f2、f3、f4)の幅は、光線横断面により決定されていること、
を特徴とする、請求項
9に記載のライトモジュール。
【請求項11】
前記照射システムと前記LIDARシステムの光線路を調整するために、
前記第1レーザ装置(L
S
)と前記第2レーザ装置(L
I
)の少なくとも一方
のレーザ光源(L1、L2、L3、L4;H1、H2、H3)、及び/又は前記光線路内にある
偏向ミラー(4、S1~S4、18、U1~U3)は、調節可能であること、
を特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項12】
前記LIDARシステムの光学系(14、17、19、21)のために回折光学要素が使用され
ていること、
を特徴とする、請求項1~11のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項13】
前記照射システムのレーザ経路内の光学系(o1~o4、3、5)は、回折光学要素として構成されていること、
を特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載のライトモジュール。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
【特許文献1】欧州特許第2954256号
【特許文献2】独国特許出願公開第102018201533号
【特許文献3】中国実用新案第207350122号
【特許文献4】国際公開第2018/176073号
【特許文献5】独国特許出願公開第102016205506号
【特許文献6】国際公開第2017/106892号
【特許文献7】欧州特許出願公開第3139082号
【特許文献8】国際公開第2018/055449号
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
前記課題は、以下の自動車用のライトモジュールにより解決される。即ち該ライトモジュールは、照射システムとして、第1レーザ装置を備え、該第1レーザ装置は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(単数ないし複数)は、ミラー制御装置により制御される旋回可能なマイクロミラーに導かれ、そして該マイクロミラーから光変換手段に導かれ、更に光変換手段において生成された照射像を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系を備えており、またLIDARシステムとして、第2レーザ装置を備え、該第2レーザ装置は、少なくとも1つのレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線(単数ないし複数)は、前記ミラー制御装置により制御される旋回可能な前記マイクロミラーに送られ、そして前記マイクロミラーからLIDAR出射光学系を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系を備え、該LIDAR入射光学系は、外部空間内で反射された第2レーザ装置の光を検知器アレイに送るものである。
即ち本発明の一視点により、
自動車用のライトモジュールであって、
照射システムとして、第1レーザ装置を備え、前記第1レーザ装置は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線は、ミラー制御装置により制御される旋回可能なマイクロミラーに導かれ、そして前記マイクロミラーから光変換手段に導かれ、更に前記光変換手段において生成された照射像を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系を備えており、
またLIDARシステムとして、第2レーザ装置を備え、前記第2レーザ装置は、少なくとも1つのレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線は、前記ミラー制御装置により制御される旋回可能な前記マイクロミラーに送られ、そして前記マイクロミラーから、前記照射光学系とは別個のLIDAR出射光学系を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系を備え、前記LIDAR入射光学系は、外部空間内で反射された前記第2レーザ装置の光を検知器に送るものであり、
前記マイクロミラーに対する前記第1レーザ装置のレーザ光線の入射角は、前記第2レーザ装置のレーザ光線の入射角と異なり、
前記LIDARシステムの走査領域と前記照射システムの照射領域とは、互いに角度をずらして配置されており、それにより前記LIDARシステムは、照射に対して斜めに走査し、
前記LIDARシステムと前記照射システムは、前記LIDAR出射光学系ないし前記照射光学系を介し、異なる視野領域をスイープないし照射し、
前記LIDAR出射光学系は、前記LIDARシステムが前記照射システムの照射領域よりも広い交通空間の領域を走査するように構成されていること、
を特徴とするライトモジュールが提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記された図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
本発明において、以下の形態が可能である。
(形態1)
自動車用のライトモジュールであって、
照射システムとして、第1レーザ装置を備え、前記第1レーザ装置は、少なくとも1つの変調可能なレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線は、ミラー制御装置により制御される旋回可能なマイクロミラーに導かれ、そして前記マイクロミラーから光変換手段に導かれ、更に前記光変換手段において生成された照射像を交通空間ないし車道に投射するための照射光学系を備えており、
またLIDARシステムとして、第2レーザ装置を備え、前記第2レーザ装置は、少なくとも1つのレーザ光源を含み、当該レーザ光源のレーザ光線は、前記ミラー制御装置により制御される旋回可能な前記マイクロミラーに送られ、そして前記マイクロミラーから、前記照射光学系とは別個のLIDAR出射光学系を介して交通空間ないし車道に送られ、更にLIDAR入射光学系を備え、前記LIDAR入射光学系は、外部空間内で反射された前記第2レーザ装置の光を検知器に送るものであり、
前記マイクロミラーに対する前記第1レーザ装置のレーザ光線の入射角は、前記第2レーザ装置のレーザ光線の入射角と異なり、
前記LIDARシステムの走査領域と前記照射システムの照射領域とは、互いに角度をずらして配置されており、それにより前記LIDARシステムは、照射に対して斜めに走査し、
前記LIDARシステムと前記照射システムは、前記LIDAR出射光学系ないし前記照射光学系を介し、異なる視野領域をスイープないし照射し、
前記LIDAR出射光学系は、前記LIDARシステムが前記照射システムの照射領域よりも広い交通空間の領域を走査するように構成されていること。
(形態2)
前記第1レーザ装置は、少なくとも2つのレーザ光源を含み、これらの光源に対し、光線強度を変調するためのレーザ制御装置が割り当てられていること、が好ましい。
(形態3)
前記第1レーザ装置と前記マイクロミラーの間には、予め定められた光線横断面を有するようにそれぞれのレーザ光線を成形するための少なくとも1つの光学系が配設されていること、が好ましい。
(形態4)
前記第1レーザ装置と前記マイクロミラーの間には、少なくとも1つの偏向ミラーが配設されていること、が好ましい。
(形態5)
前記第2レーザ装置と前記マイクロミラーの間には、少なくとも1つの偏向ミラーが配設されていること、が好ましい。
(形態6)
前記第1レーザ装置は、少なくとも1つの青色レーザないし紫外線レーザを含むこと、が好ましい。
(形態7)
前記第2レーザ装置は、少なくとも1つの赤外線レーザを含むこと、が好ましい。
(形態8)
前記マイクロミラーの反射コーティングは、金、アルミニウム、銀の金属のグループから選択されていること、が好ましい。
(形態9)
前記マイクロミラーは、所定の軸線の周りに固定周波数で振動し、前記第1レーザ装置のレーザ光源の光線は、前記光変換手段において互いに隣接する少なくとも2つのライトバンドを構成するために前記マイクロミラーを介して偏向されていること、が好ましい。
(形態10)
前記ライトバンドの互いの間隔は、前記第1レーザ装置のレーザ光源の成形された光線の互いの角度により固定され、前記光変換手段における前記ライトバンドの長さは、前記マイクロミラーの振動振幅により決定され、また前記ライトバンドの幅は、光線横断面により決定されていること、が好ましい。
(形態11)
前記照射システムと前記LIDARシステムの光線路を調整するために、少なくとも一方のレーザ装置のレーザ光源、及び/又は前記光線路内にあるミラーは、調節可能であること、が好ましい。
(形態12)
前記LIDARシステムの光学系のために回折光学要素が使用され、例えば回折格子が使用されていること、が好ましい。
(形態13)
前記照射システムのレーザ経路内の光学系は、回折光学要素として構成されていること、が好ましい。
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正方法】変更
【補正の内容】
【国際調査報告】