包括遥测装置的照明和/或信号系统的制作方法

本发明涉及特别为机动车辆设计的照明和/或信号系统领域。

本发明更具体地涉及可以在车辆前方形成光束的照明和/或信号系统，光束的尺寸、强度和/或方向可调节以用于适应交通状况。

背景技术：

例如在出版物ep2063170中描述的这些系统包括激光源，其光辐射通过扫描系统在波长转换装置的表面上空间地分布，波长转换装置包括透明材料的基板，其上沉积有一薄层磷光材料。这种不一定含有磷的材料包含在被主激发光照射之后能够发光的不同化学元素。

转换装置利用这些材料的能力来恢复波长与激发光的波长不同的光。

然后，当通过磷光恢复的光的波长以及因此构成磷光层的材料的选择与激发光的波长相适应时，穿过转换装置的光辐射以白光的形式出现。

如参考文献中描述的照明系统同样包括光学成像系统，其接收来自波长转换装置的白光，并将该光投射在车辆前方以形成光束。转换装置优选位于光学成像系统的焦平面附近。

然而，观察到在转换装置的输出端由人眼感知的白光实际上是未被转换的给定颜色的一部分原始光和由转换装置转换的不同颜色的光的总和。这两种颜色的混合随后以白光的形式出现。

同样观察到由转换装置恢复的磷光的扩散进行了将磷光材料的分子从单线态转化到三线态的缓慢过程，随后是辐射去激发，而来自原始源的光的扩散几乎是瞬时的。

本发明提出利用这两个观察结果。

技术实现要素：

根据本发明的照明和/或信号系统包括：

-产生给定波长的第一主光束的第一主光源，

-第一波长转换装置，其接收所述第一主光束并返回第二光辐射，

-光学成像系统，其接收由转换装置返回的第二光辐射，并在待照明区域的方向上形成投射光束。

该照明系统的特征在于其包括：

-第一光传感器，其产生与由该传感器接收的光相对应的信号，所述光包括第一主光束的未转换的由投射光束中的转换装置返回的光部分，以及由位于投射光束照亮的区域中的障碍物反射的光，

-控制单元，包括：

-第一调制装置，用于产生第一主光的调制信号，

-第一解调装置，用于处理由所述第一光传感器形成的信号，以及确定所述障碍物和照明系统之间的第一距离。

因此，根据本发明的系统使得能够用简单和便宜的方式获得对位于照明用的投射光束中的障碍物的距离的评估。

该系统同样包括以下附加特征：

第一滤光器被放置在第一光传感器的入口处，仅让波长相同或接近由第一主光源发射的主光的波长的光通过。

由第一主光源发射的第一主光的波长小于500nm，优选在400nm和470nm之间。

来自光学成像系统的投射光束是白色的。

第一主光的第一调制装置设置用于产生以非常高的频率调制的正弦信号，并且将该信号叠加在频率内容限于较低的频率的载波信号上。

调制正弦信号的频率高于1ghz。

调制的正弦信号受频率位于10mhz和100mhz之间的周期性斜坡(优选线性)的形式的变化的相位调制的影响。

第一解调装置包括：

-非线性混频器，用于将主光的调制信号与光传感器产生的信号进行组合，

-低通滤波器，用于消除来自非线性混频器的信号的高频，使得低通滤波器的输出信号的频率与所述障碍物和照明系统之间的第一距离成比例。

第一主光源是激光器，并且优选地是二极管激光器。

照明系统还包括：

-扫描装置，接收来自第一主光源的第一主光束，并通过控制所述第一主光束的空间位置将所述第一主光束分布在转换装置的表面上，

-与控制单元相关联的图像处理装置，通过将第一主光束的空间位置与为该位置测量的第一距离相关联来创建由第二光束照明的表面轮廓的三维图像。

根据本发明的第二实施例，该系统包括：

-第二主光源，产生给定波长的第二主光束并且指向所述转换装置，以便集成在来自光学成像系统的光束中，

-第二光传感器，产生对应于由该第二光传感器接收的光的信号，所述光包括来自通过投射光束中的转换装置返回的第二主光束，且被位于被所述投射光束照射的区域中的障碍物所反射的一部分光，

-集成在所述控制单元中的第二调制装置，用于产生第二主光的调制信号，

-集成在所述控制单元中的第二解调装置，用于处理由所述第二光传感器产生的信号，以及确定障碍物与照明系统之间的第二距离。

第二主光束的波长位于人眼不可见的光谱中，并且其被调节以便不被转换装置变换，使得来自第二主光源的光束在光学成像系统的方向上完全被转换装置反射。

来自第二主光源的第二光束的波长大于800nm。

第二原色光的第二调制装置设置用于产生以非常高的频率调制的正弦信号，并且将该信号叠加在频率成分限于较低频率的载波信号上。

照明系统还包括反射波长等于来自第二主光源的第二光束的波长的光并且对不同波长的光透明的镜，分别来自第一和第二主光源的光束指向该镜以便经由扫描装置返回到转换装置。

控制扫描装置、第一和第二主光源，使得通过来自第一主光源的光束在转换装置上形成的图像被严格地包含在通过来自第二主光源的光束在该装置上形成的图像中。

本发明最后涉及一种机动车辆，其包括至少一个根据前述权利要求中至少一项所述的照明和/或信号系统。

附图说明

在精读附图之后将更好地理解本发明，附图作为示例提供，没有任何限制性，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的系统的示意图，

图2示出了转换装置返回的光的强度分布作为波长的函数的图形，

图3是包括根据本发明的照明装置的车辆的示意图，

图4是根据本发明的第二实施例的系统的示意图。

具体实施方式

所述根据本发明的第一实施例，图1中描述的照明系统包括第一主辐射源101，其产生波长已知和已校准的第一主光束l1。从第一主源的下游设置有第一光学装置111，其聚焦光以获得能够精确地定向在照明系统内的准直的主光束。

因此，主光源101优选地由诸如二极管激光器的激光器形成。特别地，二极管激光器具有通过改变直流电源容易将强度调制到高于阈值的优点。而且改变以非常高的ghz数量级的频率发射的光的强度。

来自第一主光源101的光束l1的波长小于500nm，有效地处于400nm和470nm之间。在接近450nm的波长获得了良好的结果。这些波长对应于从蓝色到近紫外线的颜色，其优点是很少存在于自然环境中。

来自第一主源101的第一主光束l1通过镜120被引导到波长转换装置200上。

镜120可以是固定的镜，或者优选地，由能围绕两个正交轴线移动的单个镜形成的扫描镜，并由集成在控制单元400中的扫描装置430控制。

第一主光束l1被扫描系统120偏转到两个方向，并与产生图像的转换装置200上的扫描表面230相交。

激光辐射源101和扫描装置120可有效地安装在利用微机电和微电子(mems)部件的集成系统中。

转换装置200可以是移动型，例如已经引用的出版物ep2063170中所描述的类型，或者优选地是反射型。

注意事实上，当来自主源的辐射通过转换装置时，由透明材料制成的基板的吸收现象以及穿过转换装置的屈光度的辐射的杂散反射限制装置恢复的功率，原因是转换的大部分光被辐射到不期望的方向。此外，透明材料的基板通常是聚碳酸酯或玻璃，它们是已知具有导热性差的材料。

因此，优选使用由磷光材料层210覆盖的形成镜的基板220。扫描系统和光学成像系统300则位于镜的相同的反射侧，使得由主源发射的辐射不再通过透明基板，并且发射的光直接发送到光学系统300。因此辐射损耗以及因此的杂散热显着减小。

由第一主光束l1入射的转换装置200的扫描表面230的每个点重新发射不同波长的光l12。

这种发射光任意混合大于激光源波长的不同波长的光，并分布在500nm和800nm之间的可见光的光谱中，如图2所示，其示出了由转换装置返回的光功率作为波长的函数。在区域ii中示出由波长转换装置重新发射的光(发射光)。

磷光分子具有吸收发光能(激发光)并以磷光(发射光)形式缓慢地恢复的特性。一旦激发能量被吸收，分子就会自身处于电子激发状态。返回到基本状态之后发射光子通过量子力学不允许、但自旋轨道耦合可以实现的过渡步骤发生。这个过渡阶段不是瞬时的，这就解释了为什么磷光的光子的发射在激发瞬间之后的一段时间内分布。因此，对于大量分子，这些转变随时间分布。

结果，超过几千赫兹数量级的特定频率的主源的调制将被转换器件吸收。

然而，如上所述，来自第一主光束l1的光的一部分不被转换。在图2的区域i中示出的与第一主光波长相同的光l11在光学成像系统300的方向由转换装置直接反射。

因此，由转换装置返回的第二光b由转换的第一主光束l12的光部分(发射光)和第一主光束l11的由转换装置200直接反射的光部分组成。当相应地选择形成转换装置200的磷光层210的材料时，光可以显示为白色，以便将发射光的光谱与由所述转换装置200发射的主光的波长相匹配。可以通过适当选择磷光材料或主光的波长来修改该颜色。

本发明基于在集成在控制单元400中的第一调制装置421的帮助下对产生第一主光束l1的第一主光源供电的电场幅度进行相位调制的可能性。由转换装置返回并被引导到光学成像系统300的第二光b在一部分未转换的主光l11中再现该调制。然后可以将这部分未转换的光用于获取有关周围环境的信息。

当频率升高时，该调制仍然人眼不可察觉。

转换装置优选地放置在光学系统300的焦平面附近，使得由转换装置200返回的全部第二光b在无限远处形成通过第一主光束l1激发的转换装置的表面230的图像。光学成像系统300响应于激光器的激发(发射光)形成由通过磷光材料层的不同点重新发射的光l12构成的投射光束fl，和主光束l11的未转换光。

当转换装置不包含形成镜的基板时，以及当来自第一主光源101的第一主光束l1通过转换装置时，上述现象是相似的。

例如图3所示形成车辆v的照明系统的由成像系统发射的投射光束fl可能在其路径中遇到障碍物r。该障碍物r在车辆的方向上返回其接收到的投射光fl的一部分。

放置在车辆前方的第一光传感器501收集来自周围环境的光。并且该接收的光l11r的一部分由所述障碍物返回的光和来自投射光束fl的光构成，其包含来自未转换的主光束l11的一部分调制光。

为了避免杂散光，证明有用的是将第一滤光片511放置在第一光传感器501的入口处，其适于仅让波长等于或接近由第一主源101发射的第一主光l11的波长的光通过。这里的接近指的是相对于第一主源的波长带通宽度在+/-10nm之间。滤光片可以由有色玻璃形成，或者为了更高的精度可以是干涉型。

因此，由第一传感器501看到的唯一剩余的光l11r由大量来自l11的第一调制光束构成，该第一调制光束l11由转换装置200直接反射，并且被包含在来自光学成像系统的投射光束fl中。当第一主光源的波长远离环境光源时，如由二极管激光器产生的蓝光的情况，观察到光传感器501接收的光实际上全部来自投射光束fl。

有利地，设置成使得第一光传感器501的尺寸足够大以便吸收由于不同障碍物的位置引起的角度差异。还可以在第一光传感器501的前方添加适配的光学器件511以限制所研究的区域并且捕获更多的光，而不管障碍物的位置如何。

因此，在包含在控制单元400中的第一解调器411的水平上，可以分析进行该调制的这个光，以提取关于投射光束fl被反射的障碍物r的位置的距离的信息，显示发射的信号与接收的信号之间的偏移。如图3所示，该偏移量与光在障碍物r与车辆v之间的距离d处的移动时间相关。

控制单元400包括能够调制对光源101供电的电场的幅度的第一调制器421。通过选择希望获得的信息来指导调制形式的确定。

调制的第一种形式在于发送脉冲或脉冲串，如通常在遥测中使用的那样。该方法适于评估简单的距离，例如当镜120固定并且正在使用非激光器的主光源时的情况。

然而，如下所述，当希望重建被投射光束fl照射的障碍物的完整三维图像时，该技术被证明是有限的。

根据本发明，提出了对第一主光源供电的电场进行幅度调制，以便获得斜率形式的相位调制的光信号，优选为线性斜率。因此，主光束将具有相当低频率成分的第一正弦载波信号与以高频调制的第二正弦信号组合。这可以通过在直流电源上添加交流分量而利用二极管激光器来实现。

该调制将是以下类型：

其中a表示信号的平均幅度，f是由周期δt的线性斜率调制的第二正弦信号相位的频率。

因此，滤波之后在光传感器501的水平处接收的信号将是如下类型：

其中d表示障碍物r和成像系统300之间的距离，c是光速。

在适当的修正和校准之后，可以在第一解调器411的区域中执行这两个信号的彼此相乘。

应用三角规则，可以获得以下形式的乘积：

该乘积是频率与距离d成比例的低频正弦分量和非常高频率的分量的和，

借助于低通滤波器，可以消除该乘积的高频分量并且测量剩余信号的频率，剩余信号与障碍物r所在位置的距离d成比例，以便估计这个距离d。

因此，从第一光传感器501接收信号的第一解调器411包括模拟放大器，或者更精确地，如果涉及的非常高的频率，包括非线性混频器以及低通滤波器，根据上述原理操作，还包括能够确定第一距离d1的频率分析仪。

第一调制器421和第一解调器411显然以同步方式操作。

当希望重建由投射光束fl照射的障碍物的三维图像时，这种信号处理方法被证明是特别有趣的。

利用镜120在扫描运动中被驱动并且主光源101是二极管激光器类型的激光器的照明装置也是有趣的。

扫描装置包括与安装在控制单元400中的控制装置430相关联的镜120。镜120的移动使得可以引导主光束l1并且以给定的扫描频率撞击转换装置200的扫描表面230的每个点，频率的数量级为数十hz。通过适当地驱动激光源的关断，可以构成在扫描表面上根据主光源调整的图像，并且获得经由光学系统300投射的光束fl的期望形状。

因此，知道镜120的位置则可以在每一时刻由此推断从由第一主光束l1照射的扫描表面230的点。然后，可以精确地知道形成第二光束b的分量的光线l11和投射的光fl的光路以及在空间中的方向，投射的光fl的波长与第一主光束l1相同，并且在扫描表面230的该点由转换装置200直接反射而不经受波长的变换。

该光线l11稍微分散并将以点状形式撞击障碍物。因此，由障碍物r反射并由第一光传感器501接收的光l11r将代表障碍物r的该点与照明系统之间的第一距离d1。

然后，可以将该第一测量距离d1与给定光路和扫描表面230的精确点相关联。

为了提高装置的精度，将设置主光束的扫描频率和调制频率，使得可以考虑扫描表面的每个点，然后与像素相关联，反射包括大量斜坡形式调制信号周期的光线。

由作为控制单元400的一部分的第一调制器421产生的调制信号的频率可以有效地具有大于或等于1ghz的值。并且斜坡的再现频率可以处于10mhz和100mhz之间。

复杂并对应于构成由系统投射的光束的图像的载波信号的频率可以低得多，并且小于1khz，有效地处于100hz和500hz之间。

因此，扫描表面的每个点或像素都与第一距离d1相关联，这使得作为控制单元400的一部分的图像处理模块440可以重构被投射光束fl照射的轮廓图像。

因此，根据本发明的装置可以在单个组件内将照明或信号的装置以及形成由照明系统产生的投射光束中的障碍物的三维地图的装置组合在一起。

然后，该轮廓图像可以用于安全目的，以检测是否存在不可预见的障碍物，或者调节车辆之间的距离，或者用于协助驾驶车辆的任何其它用处。

本发明同样提供第二实施例，如图4所示，其中照明系统包括第二主光源102，其波长与第一主光源的波长不同并且优选地位于人眼可见的光谱以外的波长范围。

由第二源102发射的光束l2通过光学器件112引导到镜113上，镜113反射波长与由第二主光源102发射的光的波长相同的光，但对具有其他波长的光、特别是对于由第一主光源101发射的光透明。因此，来自镜113的光束由穿过镜113并来自第一主光源101的光束l1形成，光束l2由镜113反射并来自第二主光源102。

然后通过扫描镜120将该复合光束引导到转换装置120上。

同样地，由第二主光源发射的光的波长也不会激发转换装置的荧光体，并且其处于转换装置操作的波长范围之外。换句话说，设置成光束l2被转换系统200的基板220完全反射。

优选地，将选择发射波长大于800nm的红外线的二极管激光器作为第二主光源102。

因此，由转换装置返回的第二光b由转换的主光束l12(发射光)的一部分和直接由转换装置l11反射的主光的一部分的总和组成，而且还有来自第二主源l2的光。

由于与上述相同的原因，该光呈现白色，并且不会被不在可见光谱中的波长l2的光所改变。

通过与前面段落中描述的相同的原理，来自第二主源102的光由第二调制器422调制，第二调制器422能够调制为第二主光源102供电的电场的振幅，以便获得叠加在以优选线性斜坡形式进行相位调制的载波信号上的光信号。

调制的频率可以与用于主源的调制频率具有相同数量级。

由障碍物r反射的光l2r由配备有滤光片512的第二光传感器502检测，该滤光片仅让波长相同或接近于来自第二主光源l2的波长的光通过，并且被放置在车辆前方。

然后，根据与第一解调器411的操作相同的原理，由位于控制单元400中的第二解调器412处理来自第二传感器502的信号。

如已经说明的那样，可以将第二测量距离d2与给定的光路和扫描表面230的精确点相关联，以便重建由车辆照射的环境的3d图像。

当光束l11和l2指在空间的相同点上时，距离d1和d2是相同的。

然后，图像处理模块接收两条距离信息，并且可以更精确地重构地形。

然而，本发明的这个变型实施例的兴趣在于这样一个事实，即当该第一源不被激活或者不照射想要确定轮廓的空间区域时，可以使用第二主光源作为第一主光源的补充。

这种情况发生在当车辆在足够的自然照明条件下行驶时。第一主光源101被关闭。然后可以激活第二主光源102并且仅由车辆的照明系统投射来自第二主光源的调制的光l2。然后获得一个轮廓图像，使得可以保持安全和警示功能处于激活状态。这种光源对于人眼是不可见的。

证明该装置包括两个主光源特别有利的第二种情况是在当由照明系统投射并来自第一主光源的图像需要被部分地修改以便不会使相反方向的车看不见时。然后，当来自镜120的光束意在指向不需要照明的区域、例如当车辆的驾驶座位在右侧时的仪表板的左上部分时，则关闭第一主光源。关于在该区域中存在的关于轮廓的信息则仅仅来自于第二主光源l2提供的图像。这种布局使得可以在垂直方向上增加3d图像的尺寸等。

最后，第三个优点在于可以通过增加形成在转换装置的镜220上的图像的尺寸来放大由第二光束b形成的图像。然后仅激活主光源以形成用于适当照明的光束的图像，并且其尺寸相对于由镜220发射的整体图像减小。可以从第一主光源101所发射的光获得放大的复合3d图像，对应于由来自第二主光源102发射的光的复合3d图像补充的白光束照射的地形，和对应于在由白光束照射的区域之外的地形。

在这三种配置中，由第一主光束l1在转换装置200上形成的图像被严格地包含在由第二主光束l2在该装置上形成的图像中。

应当理解，照明系统用于在夜间状况或黑暗环境(例如恶劣天气或隧道)中为这些驾驶条件生成近光或特别是远光的常见光束，并且可以同样用于在白天生成位置灯或日间行驶灯(drl)的至少一部分信号光束，通过调制扫描脉冲宽度而获得。因此，根据本发明的系统可以在配备该系统的车辆的所有驾驶状况和条件下起作用。

用作本说明书的基础的本发明的优选实施方案不是限制性的，并且可以变型以实现所述的和要求保护的技术效果，或同等效果。