集成照明模块、监测装置和操作监测装置的方法与流程

本公开内容涉及例如用于舱室内监测的集成照明模块。此外，本公开内容涉及监测装置和操作监测装置的方法。

背景技术：

1、车辆内部(舱室)变得越来越多地挤满了各种类型的传感器。例如，传感器包括光学传感器，例如用于对象检测、驾驶员监测、姿势识别和其他类似的用户界面功能的图像传感器。其他光学传感器包括接近传感器、飞行时间传感器、激光雷达、环境光传感器、颜色传感器等。然而，也可以实现非光学传感器。可以采用照明以增强舱室内传感器的性能和功能。除了增加低光和夜间能力之外，照明可以用于突出感兴趣的区域，并且使得能够过滤出环境照明背景，以获得改进的可检测性和数据处理的益处。例如，近红外(nir)照明可以提供这样的条件，其中传感器既不会由于明亮的日光而饱和，也不会由于夜间的昏暗光照而难以检测有用数据。

2、照明可以由车辆舱室中的专用光源提供。然而，这些设备通常不能与已经存在于舱室中的设备(例如前灯或其他光源)组合。此外，通常不存在允许确定或考虑舱室中的占用状态的主动反馈。相反，照明可能在固定的视野(例如车辆的整个舱室)上是恒定的。因此，已知的系统缺乏可配置性，并且对空间和功率条件提出了要求。

3、本公开内容的目的是提供用于舱室内监测的集成照明模块、监测装置和操作监测装置的方法，其具有改进的可配置性，同时具有较少的空间和功率要求。

4、这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了进一步的发展和实施方式。

5、应当理解的是，关于任何一个实施方式描述的任何特征可以单独使用，或者与本文描述的其他特征组合使用，并且也可以与任何其他实施方式的一个或更多个特征组合使用，或者与任何其他实施方式的任何组合组合地使用，除非作为替选方案描述。此外，在不脱离所附权利要求中限定的集成照明模块、监测装置和操作监测装置的方法的范围的情况下，还可以采用以下未描述的等同物和修改。

技术实现思路

1、以下涉及照明领域中的改进构思，例如用于信号传送和感测的照明。所提出的构思建议将包括像素阵列的有源区域集成到公共模块中，并且分段地驱动像素以分别提供舱室的照明区域。驱动器电路可以接收一个或更多个占用信号，该占用信号提供对被照明区域的控制。占用信号指示舱室内存在。

2、在至少一个实施方式中，用于舱室内监测的集成照明模块包括基板，有源区域和驱动器电路。该有源区域包括像素阵列，其中该阵列的至少一些像素被设置成区段，这些区段被配置成分别向舱室的区域提供照明。该驱动器电路包括用于接收指示舱室内存在的占用信号的输入。该驱动器电路能够操作成根据所接收的占用信号选择性地驱动像素并分别调节对舱室区域的照明。

3、在操作中，模块经由其输入从模块内部或外部的传感器接收某种占用信号。进而，驾驶员选择允许照明例如舱室的由乘客占用的区域的像素。可较少或根本不照明其他区域。这可以通过同一驱动器电路来实现，该驱动器电路根据所接收的占用信号可以驱动来自相应区段的像素，以便减少照明或完全关闭。

4、集成照明模块由于其高集成度而只需要小的占用空间。此外，该模块还可以与现有设备例如前照灯或其他舱室内照明源组合。该模块允许考虑各种输入(例如占用信号)，这导致高度可配置性。例如，可以调节照明，或只聚焦被占用或需要操作相应的舱室内传感器的舱室区域的照明。事实上，该模块允许单独地控制指向舱室的不同地方或区域的像素或区段的照明水平，以向单独的区域提供可调节的照明。

5、例如，基板可以是硅基板，例如，硅晶片或硅晶片的切割芯片。显示基板也可以是不同的材料，例如fr4或聚酰亚胺。例如，可以直接在蓝宝石上生长基于ingan的led和微led，然后转移它们。基板还可以包括各功能层，这些功能层具有用于操作像素的电路，例如，诸如读出电路和/或驱动器电路的部件。

6、像素可以被认为是半导体发光器件。例如，像素集成在基板和/或驱动器电路上或集成在基板和/或驱动器电路中。术语“有源区域”表示借助于像素阵列，该区域的所述部分能够发射光和/或感测入射在有源区域上的光。

7、舱室中的区域可以被认为是舱室的任何区域或部分，例如驾驶员、副驾驶员或任何乘客坐着的区域。这些区域可以根据与模块一起使用的传感器来确定。例如，光学传感器通常具有视场。可以选择相应的区域，使得在区域与视场之间存在交叠。

8、在至少一个实施方式中，区段的像素共同地被操作以照明舱室的区域。

9、驱动器电路可以单独地操作像素。例如，驱动器电路向任何给定像素提供驱动电流，并且从而例如调节其亮度。然而，像素区段可以包括由驱动器电路共同驱动的多个像素。这样，存在专用于相应区域的区段，以向所述区域提供单独的照明。然而，这可能不排除像素可能不总是被分配给区段。例如，区段可以在一个时间包括多个像素并且在另一时间包括不同数目的像素。因此，照明也可以通过分配给区段的像素数目来调节。此外，选择每个区段的像素数目还允许改善光束整形。

10、另外，或者替选地，区段的像素具有相同的类型，或者至少一些像素具有不同的类型。区段的发射波长可以不同，例如850nm和940nm，以避免串扰。

11、在至少一个实施方式中，该模块还包括接口，用于从外部传感器接收至少一个输入信号以形成占用信号。例如，外部传感器可以是光学传感器或非光学传感器。外部传感器可以经由专用输入接口输入占用信号。

12、可能的传感器包括，例如：

13、-传感器，例如摄像装置，用于监测该驾驶员的方向，

14、-生命体征传感器，

15、-安全传感器，例如指示安全带是否系上或手是否在方向盘上，

16、-监测驾驶员是否注意或针对奇怪行为的后座警告的传感器，

17、-监测后座存在传感器，例如压力传感器，

18、-监测副驾驶员(存在)的传感器，例如压力传感器，

19、-检测儿童是否为副驾驶员(安全气囊)的传感器，例如安全气囊指示器，

20、-诸如摄像装置的传感器，用于例如针对每个波束的姿势检测，或读唇语并转换成指令，可能具有手势

21、-用于传感器融合和附加功能的附加摄像装置，

22、-面部识别(激光雷达或摄像装置)，

23、-乘客座椅调节的反馈。

24、该模块还可以被配置用于无密钥认证或有限制地对所有注册人的认证。例如，该模块可以限定区域，使得光束被引导到外部用于认证和解锁汽车。认证可以取决于用于访问车辆的外部监视器的人脸。占用信号可以用于车辆发动机的反馈，例如根据人来限制速度。该反馈还可以触发其他传感器，例如根据车内的认证来打开车库和房门，或者触发其他外部传感器。

25、在至少一个实施方式中，收发器电路包括驱动器电路，且能够操作成在第一操作模式或在第二操作模式中选择性地驱动像素。在第一操作模式中，收发器电路能够操作成使用正向偏置驱动像素以发射光。在第二操作模式中，收发器电路能够操作成使用反向偏置驱动像素以检测光并生成来自内部传感器的输入信号以形成占用信号。

26、驱动器电路可与检测器电路互补以产生收发器电路。可以借助于对像素施加的偏置来改变像素的功能。借助于收发器电路提供偏置。收发器电路电连接至像素阵列。例如，收发器电路被配置成个别地寻址显示器像素。因此，收发器作为像素的驱动器电路来操作。通过电连接，收发器电路向像素提供偏置。根据模块的操作模式来限定向像素施加哪个偏置。取决于操作模式，像素可以作为光检测器或发射器操作。像素是作为检测器还是作为发射器操作取决于其从收发器电路接收的偏置。例如，反向偏置允许使用斯塔克效应或量子限制斯塔克效应进行有效的光检测。这样，像素可以吸收可见光或ir光。因此，收发器作为像素的检测电路操作。

27、收发器电路允许利用发光功能或利用感测功能来操作像素阵列或其部分(例如区段)。这意味着同一设备可以用作发射器和接收器，从而形成电光收发器。因此，感测功能和照明可以包括在模块中，而不需要附加的传感器芯片。基本上，该模块充当由收发器电路驱动的收发器。不需要附加的光学部件。用于反转像素的极性以使它们成为光学传感器的电路可以由驱动电子器件(即收发器电路)包括。

28、在至少一个实施方式中，阵列直接集成在驱动器电路或基板上。术语“直接集成”表示驱动器电路dc和/或基板sb与像素或阵列形成集成电路。

29、在至少一个实施方式中，驱动器电路能够操作成调节至少一个控制参数，该控制参数通过相应区段的像素影响对舱室区域的照明。控制参数包括所述像素的重复率、接通或断开所述像素和/或设置通过所述像素照射到相应区域中的功率。此外，控制参数还可以考虑有多少像素和哪些像素被分配给相应的区段。

30、在至少一个实施方式中，像素包括发光二极管、微型发光二极管和/或谐振腔发光器件。

31、led和微型led(或简称为微led)是基于常规技术，例如，用于形成基于氮化镓的led。然而，微型led的特征在于小得多的占用空间。例如，每个微型led的尺寸可以小至5微米。微型led能够实现更高的像素密度或更低的有源部件的群体密度，同时保持特定的像素亮度或发光度。后一方面允许在显示器的像素层中放置附加的有源部件，从而允许附加的功能和/或更紧凑的设计。与传统led相比，微型led通过具有比其他led明显更高的发射亮度的特征来提供增强的能量效率。

32、谐振腔发光器件可以被认为是类似于发光二极管的半导体器件，其能够操作成基于谐振过程发光。在该过程中，谐振腔发光器件例如当被直接泵送有电流时可以直接将电能转换成光，以产生放大的自发发射。然而，代替产生受激发射，仅自发发射可导致，例如，垂直于半导体表面的自发发射被放大。例如，当反向偏置诸如vcsel或谐振腔led的谐振发光器件时，建立谐振光电检测器。

33、在至少一个实施方式中，该模块还包括多个光学元件。每个光学元件分别设置成覆盖像素区段。此外，每个光学元件分别被配置为限定从相应区段的像素发射的相应照明光束的视场。光学元件可以直接集成或蚀刻在像素或阵列上。因此，可以认为光学器件是集成照明模块的构成部分。

34、在至少一个实施方式中，光学元件包括微透镜和/或扩散器。光学元件可以包括衍射、折射和/或全息扩散器。

35、(折射)光学元件扩散器的示例是放置在像素或区段上的透镜。如果从该区段发射的光是准直光束，则可以使用负透镜将准直光束转变成发散光束。替选地，可以使用焦距比到被照射目标的距离短得多的正透镜。使用更强的透镜可以实现更大的扩散角，也称为更大的视场。像素区段可由透镜阵列覆盖，每个像素具有一个透镜，或者替选地可使用单个折射透镜来覆盖整个区段的像素。替选地，可以使用棱镜阵列或其他折射光学元件来衍射光。利用微结构元表面或微透镜阵列可以实现相同的光学功能。

36、衍射光学元件的示例是光栅，或不透明屏幕中的小开口。较小的开口将产生较大的衍射量，或者改变光栅常数将相应地改变衍射量。小开口阵列可用于基于从开口中出现的光之间的干涉产生散斑图案。全息扩散器可使用光聚合物制造，并提供实现本发明的另一选择。与衍射和/或折射扩散器相比，全息扩散器可以对输出光束的形状提供更精确的控制，并且因此可以有助于均匀化输出光束以降低热点的风险。全息扩散器可以包括一个或更多个光聚合物层，该光聚合物层包括伪随机、非周期性结构，例如被配置成提供预定输出视场的微透镜。

37、在至少一个实施方式中，与由多个光学元件提供的区段相关联的视场至少部分交叠或不交叠。此外，与这些区段相关联的视场可以与设置在舱室中的外部传感器的对应视场交叠，即该模块被配置成照明外部传感器的fov，例如用于改进的检测。

38、在至少一个实施方式中，至少一个区段的像素发射具有与至少一个其他区段的像素的发射波长不同的发射波长的光。这可以进一步减少光学串扰。

39、在至少一个实施方式中，监测装置包括根据上述一个或更多个方面的集成照明模块。此外，该装置包括至少一个传感器。该模块可以被配置成照明该传感器的视场。传感器能够操作成向模块提供占用信号，使得可以根据占用信号来调节照明。在舱室中可以有一个或更多个传感器，并且该一个或更多个传感器通信地连接至模块以便接收占用信号。

40、在至少一个实施方式中，传感器设置在舱室中。

41、在至少一个实施方式中，阵列包括传感器。在该实施方式中，模块可以被认为是内部传感器，即通过阵列和收发器电路，模块具有感测功能(例如接近或激光雷达检测)。

42、在至少一个实施方式中，操作监测装置的方法包括以下步骤：

43、-初始化集成照明模块，

44、-接通区段并且借助于至少一个传感器产生占用信号，并且从该至少一个传感器接收该占用信号，

45、-确定占用状态，以及

46、-根据所确定的占用状态，通过选择性地驱动像素而仅照明对应于模块的相应区段的那些区域，并且根据占用状态分别调节对舱室的所述区域的照明。

47、例如，集成照明模块被初始化(例如，当车辆启动时)。然后，接通区段(例如，所有区段)，并且由至少一个传感器生成占用信号并从至少一个传感器接收占用信号。在下一步骤中，确定占用。在下一步骤中，根据占用，仅照明对应于模块的相应区段的那些区域，例如，不需要的区段被关闭，或照明强度减小。

48、步骤序列可以循环以进行动态扫描。当车辆停止时，循环可以停止并且一旦车辆再次启动，该方法可以恢复。如果在特定区域中不存在乘客，则可以降低发射器的重复率而不是关闭发射器。

49、所提出的集成照明模块允许动态调节舱室内照明。例如，所有的区段都被接通以进行舱内扫描。之后，根据汽车上的乘客可以关闭一些阵列。例如，如果在舱室中没有另外的乘客，则仅照明驾驶员。可以在旅程期间动态地控制照明场，即一旦占用改变，集成照明模块就可以考虑占用的存在。

50、根据上述集成照明模块的实施方式，对于本领域技术人员来说，根据改进构思的照明和监测装置的其他实施方式变得明显，反之亦然。

51、此外，如上所述，驱动器电路可以与收发器电路互补。这允许组合区域照明和感测功能。可通过将驱动器电路实施为收发器电路来获得以下方面。

52、示例实施方式的附图的以下描述可以进一步说明和解释改进的构思的各方面。具有相同结构和相同效果的部件和部分分别使用相同的附图标记表示。在不同的附图中，只要部件和部分就它们的功能而言彼此对应，则其描述不需要在以下每个附图中重复。因此，根据下述方面，根据改进构思的集成照明模块以及照明和监测装置的其他实施方式，对于本领域技术人员来说变得明显，反之亦然。

53、根据一个方面，用于前向照明、动态信号传送和感测的集成收发器模块包括：

54、-基板，

55、-有源区域，该有源区域包括像素阵列，

56、-收发器电路，该收发器电路能够操作成在第一操作模式或在第二操作模式中选择性地驱动像素；其中：

57、-在第一操作模式中，收发器电路能够操作成使用正向偏置驱动像素以发射光，以及

58、-在第二操作模式中，收发器电路能够操作成使用反向偏置驱动像素以检测光。

59、根据另一方面，收发器电路(tc)能够操作成借助于选择信号单独地寻址像素，且像素包括像素内电路，该像素内电路能够操作成根据选择信号而选择性地提供正向偏置或反向偏置。

60、根据另一方面，处理单元集成到模块中。

61、根据另一方面，所述收发器电路能够操作成寻址像素：

62、-以形成在第一操作模式中作为光发射器共同操作的第一像素子集，或者

63、-以形成在第二操作模式中作为光检测器共同操作的第二像素子集。

64、根据另一方面，

65、-第一像素子集在有源区上形成一个或更多个发光区段，和/或

66、-第二像素子集在有源区上形成一个或更多个光检测区段。

67、根据另一方面，

68、-在激光雷达操作模式中，第一子集形成发射器区段，且第二子集形成与发射器区段间隔开的检测器区段，

69、-收发器电路能够操作成驱动来自发射器区段的像素以发射光脉冲，以及

70、-收发器电路能够操作成驱动来自检测器区段的像素以与光脉冲的发射同步地检测入射光。

71、根据另一方面，处理单元能够操作成确定发射的光脉冲和检测到的入射光的飞行时间。

72、根据另一方面，

73、-在结构化光操作模式中，第一像素子集在有源区上形成预定图案，

74、-收发器电路能够操作成根据图案驱动像素以发射光脉冲，以及

75、-收发器电路能够操作成通过一个或更多个光检测区段并与光脉冲的发射同步地来检测入射光。

76、根据另一方面，处理单元能够操作成根据由一个或更多个光检测区段检测到的光，来确定检测到的图案。

77、根据另一方面，第三像素子集在有源区上形成照明区段。

78、根据另一方面，模块包括微透镜阵列，其中微透镜阵列的微透镜与像素阵列的相应像素对准。

79、根据另一方面，

80、-微透镜阵列的微透镜与有源显示区域上的一个或更多个发光区段对准，和/或

81、-微透镜阵列的微透镜与有源显示区域上的一个或更多个光检测区段对准。

82、根据另一方面，照明和监测装置，包括：

83、-根据以上方面的至少一个集成收发器模块，以及包括该模块的主机系统，其中该主机系统包括：

84、-用于车辆的舱室内照明的照明设备，或

85、-用于车辆外部照明的照明设备。

86、根据另一方面，至少第一模块和第二模块，其中

87、-第一模块和第二模块间隔开，并且第一和第二模块以组合的激光雷达操作模式操作；其中：

88、-第一像素子集形成第一模块的发射器区段，并且第二像素子集形成第二模块的检测器区段，

89、-第一收发器电路，该第一收发器电路能够操作成驱动来自发射器区段的像素以发射光脉冲，以及

90、-第二收发器电路，该第二收发器电路能够操作成驱动来自检测器区段的像素以与光脉冲的发射同步地检测入射光。