[发明专利]具有飞行时间估计的矩阵照明装置

说明书

本发明提出了一种用于机动车辆的照明装置，该照明装置包括在机动车辆内执行照明功能的矩阵光源。使用同一光源和光电二极管一起来估计由矩阵源最初生成的捕获的光脉冲的飞行时间。可以使用可见光谱的光来检测物体和/或姿势，而不必使用专用于此目的的特定脉冲源。

本发明涉及特别用于机动车辆的基于电致发光半导体元件的矩阵光源。本发明尤其涉及这样一种能够检测物体的存在的源。

发光二极管(LED)是一种能够在电流流过其中时发光的电子部件。LED发射的发光强度通常取决于流过其中的电流的强度。尤其是，LED的特征在于电流强度阈值。此正向电流的强度的阈值通常随着温度的升高而降低。同样，当LED发光时，在LED的端子之间会观察到等于LED的正向电压的压降。正向电压的值主要取决于发射光的波长，该波长以eV限定发射光子的能量。通常而言，可以估计λ＝1240/E，其中，λ为纳米，E为电子伏特。因此，发出460nm蓝光的LED的正向电压至少为2.7V，或者对于650nm的红光而言，正向电压为1.9V。换言之，如果源电压接近电压E＝1240/λ，则其表示没有调节源增加额外的压降，并且表示组件的效率与单个LED相同，而无需任何其他驱动系统。

在汽车领域，LED技术正越来越多地用于众多的光信号解决方案。LED用于执行照明功能，例如日间行车灯、信号灯等。包括大量基本电致发光光源的LED矩阵的有用性在许多应用领域中是有利的，特别是在机动车辆的照明和信号领域中也是有利的。LED矩阵可以例如用于产生有利于照明功能(例如前照灯或日间行车灯)的光束形式。另外，可以使用单个矩阵产生多种不同的照明功能，从而减小了机动车辆前照灯的受限空间中的物理体积。

此外，在撰写本专利时，当前正在开发先进的驾驶辅助系统。这种系统需要检测物体和姿势/手势的能力。一方面，他们能够协助驾驶功能、半自动或全自动驾驶功能以及道路安全。这些方面将包括但不限于通过向驾驶员警告任何潜在障碍物或通过控制车辆以避免碰撞来避免事故的能力。另一方面，姿势检测系统可以促进机动车辆的乘员室内的人/机交互。为了执行这些功能，已经提出使用实现例如LiDAR(“光检测和测距”)、RADAR的多个传感器，或者使用连接到图像处理系统的相机。

LiDAR基于估计光脉冲的飞行时间(le temps de vol)的原理。测量光脉冲覆盖其行程所花费的时间，该行程由两部分组成。行程的第一部分对应于光源和物体之间的距离，脉冲在该物体上被反射。行程的第二部分对应于从讨论中的物体到传感器的返回路径。如果光源和传感器基本位于同一位置，则使用公式D＝c·2t来估计光源/传感器和讨论中的物体之间的距离D，t是脉冲执行其行程所需的时间，c表示光速，即3·10⁸m/s。为了能够测量3m的距离，必须能够以一定的精度测量20ns的飞行时间。同样，为了能够测量30m的距离，需要200ns的测量值。发射白光并由已知的驱动装置提供电流的已知发光二极管通常在接通时具有大约1μs至1ms的脉冲上升时间。这些LED显然不具有刚刚描述的LiDAR系统中要使用的特征。这就是为什么在LiDAR中通常使用专用的红或红外激光二极管。

但是，专用于LiDAR功能的这些快速光脉冲的源(激光二极管)会显著增加讨论中的机动车辆的生产成本，并且它们不能用于机动车辆所需的任何其他照明功能，同时它们在可用于安装汽车前照灯的已经有限的体积中占用了额外的空间。

由于红/红外光不能穿透水，因此在涉及大雨的天气条件下，红射线和红外射线也无法检测到障碍物。

本发明的一个目的是克服现有技术带来的至少一个问题。更确切地，本发明旨在提出一种照明装置，该照明装置能够使用在机动车辆内使用的光源来执行照明功能，以便还利用估计光脉冲飞行时间的原理来实现物体检测系统。