CN101358700A - 光束的光散射 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光束的光散射。一种用于在交通工具中控制光束的光散射的系统包括光源，反射镜，透镜和前照灯控制器。光源适于产生光束。反射镜定位于光源附近以反射光束。透镜定位距光源有一段距离，并适于从光源和反射镜接收光束并从交通工具投射所述光束。前照灯控制器可操作地耦合到运动学感测装置，所述运动学感测装置检测交通工具的运动特征并产生运动学信号。前照灯控制器配置为响应于运动学信号线性地调整光源和透镜之间的距离。

Description

光束的光散射
                    相关申请的交叉参考
本申请要求2007年8月3日提交的德国第102007036697.5号申请的优先权，其公开由此全部并入。
                        背景
1.技术领域
在此描述的本发明的实施方式一般涉及一种用于在交通工具中控制光束的光散射的系统。
2.背景技术
基于交通工具的状态，前照明系统提供不同的照明方案。这样的照明系统包括透镜，反射镜和定位在前照灯壳内的光源。通过使用固定点或已知距离调整透镜与光源之间的距离，照明系统不同地散射光束以支持不同的照明方案。在大多数情况下，由于调整透镜与光源之间的距离因固定点一般伴有硬停，所以调整透镜与光源之间的距离对司机来说一般能够觉察到。此外，由于固定距离可能没有考虑到所有的中间距离，这样的过程通过使用固定点调整光源与透镜之间的距离可能不能基于给定的交通工具状态获得透镜与光源之间理想的距离。
因此，有必要提供一种用于在交通工具中控制光束的光散射而不被司机觉察的系统。另外，有必要提供一种用于在交通工具中控制光束的光散射的系统，所述系统提供软转变或线性转变以考虑到基于已知的交通工具状态的所有可能的中间距离。
概述
在一实施方式中，用于在交通工具中控制光束的光散射的系统包括光源，反射镜，透镜，和前照灯控制器。光源适于产生光束。反射镜定位在光源周围以反射光束。透镜定位成距光源有一段距离并适于从光源和反射镜接收光束并从交通工具投射所述光束。前照灯控制器可操作地耦合到运动学感测装置，该运动学感测装置检测交通工具的运动特征并产生运动学信号。前照灯控制器配置为响应于运动学信号线性地调整光源与透镜之间的距离。
在另一实施方式中，用于在交通工具中控制光束的光散射的系统包括第一光源，第二光源，第一反射镜，第二反射镜，第一透镜，第二透镜，和前照灯控制器。第一光源适于产生第一光束。第二光源适于产生第二光束。第一反射镜定位在第一光源周围。第二反射镜定位在第二光源周围。第一反射镜和第二反射镜分别适于反射第一光束和第二光束。第一透镜定位成距第一光源有一段第一距离并适于从第一光源和第一反射镜接收第一光束并从交通工具投射所述第一光束。第二透镜定位成距第二光源有一段第二距离并适于从第二光源和第二反射镜接收第二光束并从交通工具投射所述第二光束。前照灯控制器可操作地耦合到运动学感测装置，所述运动学感测装置检测交通工具的运动特征并产生多个运动学信号。前照灯控制器配置为响应于运动学信号线性地调整第一距离和第二距离。
在另一实施方式中，用于在交通工具中控制光束的光散射的系统包括光源，反射镜，透镜，和前照灯控制器。光源适于产生光束。反射镜定位成距光源有一段第一距离以反射光束。透镜定位成距光源有一段第二距离以从反射镜和光源接收光束并从交通工具投射所述光束。前照灯控制器可操作地耦合到运动学感测装置，所述运动学感测装置检测交通工具的运动特征并传送多个运动学信号。所述前照灯控制器配置为响应于运动学信号线性地调整第一距离和第二距离中的某一个距离。
附图简要说明
图1示出前照明系统；
图2示出具有单一焦点的前照灯组件的平面图；
图3示出图2的前照灯组件的侧视图；
图4示出具有多个焦点的前照灯组件的平面图；
图5示出图4的前照灯组件的侧视图；以及
图6示出具有多个焦点和附加反射镜的前照灯组件的平面图。
优选实施方式的详细说明
图1示出前照明系统100。此照明系统100可适于在夜间由用户操作的交通工具或任何其他这样的装置中使用。照明系统100包括运动学感测装置102，前照灯控制器104和前照灯组件106。运动学感测装置102适于检测交通工具的运动特征并产生多个运动学信号。运动学信号一般对应于交通工具的运动特征。
在一实施例中，运动学感测装置106可包括遍及交通工具定位的用于检测并传送运动学信号的多个控制器(未显示)和传感器(未显示)。运动学信号包括交通工具速度，前车高度，转向指示器信号(左和右)，后车高度和转向盘转角。运动学感测装置102可包括动力系控制器(PCM)或底盘控制器和多个轮速传感器。多个轮速传感器可定位在车轮附近用于检测车速。轮速传感器可传送轮速的原始数据到PCM或底盘控制器。PCM或底盘控制器可处理原始数据并计算车速。由轮速传感器传送的数据可基于8,000脉冲每英里(8KPPM)的格式。PCM或底盘控制器可处理基于8KPPM格式的原始数据并经由多路复用(MUX)总线108将交通工具速度作为交通工具速度信息传送到前照灯控制器104。在一实施例中，MUX总线108可作为高速或中速控制器局域网(CAN)实现。在另一实施例中，MUX总线108可作为局域互联网络(LIN)实现。所使用的特定类型的多路协议可基于特定实现的期望标准而改变。
在另一实施例中，内部主体电子模块可设置在交通工具内部附近，以经由MUX总线108向前照灯控制器104提供转弯指示器信号。在另一实施例中，多个转向盘位置传感器可定位在转向盘轴附近以检测转向盘的转向盘转角。转向盘位置传感器可传送与转向盘转角相关的原始数据到底盘控制器。底盘控制器可处理与转向盘转角相关的原始数据，并经由MUX总线108传送转向盘转角信息到前照灯控制器104。在另一实施例中，运动学感测装置可包括惯性测量单元(IMU)和全球定位系统(GPS)单元，以检测车的前高度和车的后高度。IMU和GPS单元可经由MUX总线108传送前车高度和后车高度到前照灯控制器104，并经由MUX总线108传送车高度信息。
其它实施例可包括直接向前照灯控制器104(例如，不使用MUX总线108)提供与交通工具速度，转向盘转角和车高度相关的原始数据的运动学感测装置102。前照灯控制器104可包括用于处理与各种运动学信号有关的原始数据的附加的硬件和软件。
前照灯控制器104包括前照灯模块110和前照灯电机驱动器112。前照灯模块110包括左前照灯控制模块114和右前照灯控制模块116。左前照灯控制模块114和右前照灯控制模块116适于经由MUX总线108接收运动学信号。在一实施例中，左前照灯控制模块114和右前照灯控制模块116可以按主从式配置实现。用这样的主从式配置，MUX总线108可在前照灯控制模块114，116之间耦合以便于前照灯控制模块114，116之间的数据通信。
前照灯控制模块114，116可各自具有专用输入端，所述输入端适于从位于交通工具中其他地方的另一控制器接收特定电压以标示前照灯控制模块114，116中哪个起主模块或从模块作用。在交通工具启动期间，左前照灯控制模块114的输入端可接收地(GND)而右前照灯控制模块116可接收5V或12V电压。控制模块114，116可配置成接收GND的模块是主模块，接收5V或12V电压的模块是从模块。左前照灯控制模块114(例如，主模块)可经由MUX总线108传送信息到右前照灯控制模块116(例如，从模块)。哪个控制模块114，116成为主模块或从模块的标示信息可基于特定实现的期望标准而变。配置为主模块的前照灯控制模块114或116一般包括前照灯控制算法，并经由MUX总线108传送控制信号到从模块。
在与主从式实现有关的另一个实施例中，组装在交通工具中其他地方的交通工具控制器连同控制模块114，116一起可起前照灯控制器104的作用。在这样的实施例中，交通工具控制器可起主模块的作用，控制模块114，116可起从模块的作用。交通工具控制器可包括前照灯控制算法并经由MUX总线108传送控制信息到控制模块114，116。
虽然图1示出前照灯控制器104包括左控制模块114和右控制模块116，但左控制模块114和右控制模块116可组合成单个控制器。在这样的构型下，前照灯控制器104可包括用于控制前照灯电机驱动器112所需的全部软件和硬件。与在系统100中实现的控制模块数量有关的特定实现可基于组装和成本的限制而变化。
系统100适于实现交通工具的前照灯高度调整曲线照明(headlampleveling curve lighting)。系统100可在同时同步地实现前照灯高度调整(headlamp leveling)和曲线照明(curve lighting)。前照灯电机驱动器112包括左前照灯电机驱动器118和右前照灯电机驱动器120。前照灯组件106包括左前照灯组件122和右前照灯组件124。左前照灯组件122和右前照灯组件124分别适于产生左光束和右光束。为实现前照灯高度调整，电机驱动器118，120可响应于由控制模块114，116产生的控制信号调整从前照灯组件122，124投射的左光束和右光束的垂直位置。为实现曲线照明，电机驱动器118，120可响应于由控制模块114，116产生的控制信号调整从前照灯组件122，124投射的左光束和右光束围绕水平轴的角旋转。
左前照灯组件122包括反射镜126，光源128，和透镜130。光源128可包括多个发光器件(LEDs)，氙灯和灯泡(例如，H7或H9)。光源128适于产生左光束。透镜130可以以多种颜色实现(例如，清澈(清晰)，白色或蓝色)。反射镜126适于反射左光束。透镜128从反射镜126和光源128接收左光束并从交通工具投射所述左光束。反射镜126一般定位于距光源128一段距离D1处。透镜128一般定位于距光源128一段距离D2处。
右前照灯组件124包括反射镜132，光源134，和透镜136。光源134可包括多个发光器件(LEDs)，氙灯和灯泡(例如，H7或H9)。光源134适于产生右光束。透镜136可以以多种颜色实现(例如，清澈(清晰)，白色或蓝色)。反射镜132适于反射右光束。透镜136从反射镜132和光源134接收右光束并从交通工具投射所述右光束。反射镜132一般定位于距光源134一段距离D3处。透镜136一般定位于距光源134一段距离D4处。
在操作中，前照灯控制器104可适于响应于运动学信号而线性地改变反射镜126和光源128之间的距离D1以及反射镜132和光源134之间的距离D3。在另一个实施方式中，前照灯控制器104可适于响应于运动学信号而线性地改变透镜130和光源128之间的距离D2以及透镜136和光源134之间的距离D4。这种在距离D1和D3及/或D2和D4当中的线性转变可在交通工具经历不同的行驶特征时在光散射光束的同时提供软转变。比如，当交通工具在道路上行驶时，基于交通工具的状态，可能需要不同的照明方案(例如，不同水平的光束的光散射)。
在一个实施例中，如果交通工具在道路上以达30km/h的速度大体上直线的方式行进并且转向盘转角是零或接近零，则这种条件可指示交通工具在做城市行驶。在这样的条件下，前照灯控制器104可响应于运动学信号(例如，车速和转向盘转角)而检测到可能需要提供给司机城市照明。对于城市照明，前照灯控制器104可控制左透镜130和左光源128之间的距离D2以及右透镜136和右光源134之间的距离D4使得距离D2和D4相等。
城市照明时，为了在横越交通工具行进的即时车道以及迎面而来的交通工具可行驶的车道，包括邻近车道(例如，即时车道和迎面而来的交通工具行驶的车道)两侧的地面的任何区域提供相等和宽广的可见范围，可配置光束使得各光束大体上彼此相等地(或彼此相同地)散射。
如果交通工具以30km/h到80km/h之间的速度行进并且转向盘转角是零或接近零，那么前照灯控制器104可判定司机可能需要正常照明。对于正常照明，前照灯控制器104可控制左透镜130和左光源128之间的距离D2以及右透镜136和右光源134之间的距离D4使得左透镜130和左光源128之间的距离D2与右透镜136和右光源134之间的距离D4相等。对于正常照明，可配置左光束和右光束使得各光束大体上彼此相等地(彼此相同地)散射以提供横越路面的相等的可见范围。
如果交通工具以80km/h到120km/h之间的速度行进并且转向盘转角是零或接近零，那么前照灯控制器104可判定司机可能需要陆上照明。对于陆上照明，前照灯控制器104可控制左透镜130和左光源128之间的距离D2以及右透镜136和右光源134之间的距离D4使得左透镜130和左光源128之间的距离D2与右透镜136和右光源134之间的距离D4相等。对于陆上照明，可配置左光束和右光束使得各光束大体上彼此相等地(彼此相同地)散射以提供横越路面的相等的可见范围。
如果交通工具以更高的速度行进(例如，大于120km/h)并且转向盘转角是零或接近零，那么控制器104可判定司机可能需要高速公路(或公路)照明。对于高速公路照明，前照灯控制器104可控制左透镜130和左光源128之间的距离D2以及右透镜136和右光源134之间的距离D4使得左透镜130和左光源128之间的距离D2与右透镜136和右光源134之间的距离D4相等。对于高速公路照明，可配置左光束和右光束使得各光束大体上彼此相等地(彼此相同地)散射以提供横越路面的相等的可见范围。
高速公路照明时，左光束和右光束的光散射可能不如为城市照明、正常照明和陆上照明时提供的散射宽广。一般而言，对于高速公路照明，光束相等地散射在交通工具行进的当前车道上和与当前车道相邻的地表面上。
当距离D2和D4如关于城市照明，正常照明，陆上照明和高速公路照明所描述的可彼此相似的同时；如果前照灯控制器104被配置成调整左反射镜126和左光源128以及右反射镜132和右光源134之间的距离，则距离D1和D3也可彼此相似。系统100通过线性地改变距离D1和D3或线性地改变距离D2和D4可获得相似的结果。前照灯控制算法适于计算距离的线性改变。
对于城市照明和高速公路照明，系统100可包括前照灯高度调整。比如，前照灯控制器104(通过控制模块114，116和电机驱动器118，120)可基于车高度垂直地调整左前照灯组件122和右前照灯组件124。在一个例子中，如果在交通工具行进时后部有大量的质量或重量，则交通工具后高度可能低于交通工具的前高度。对于城市照明，正常照明，陆上照明或高速公路照明以及涉及交通工具的后高度的这种例子，前照灯控制器104可调整前照灯组件使得距离D1和D3(或D2和D4)相似并进一步调整前照灯组件106和124以在较低位置投射光束来补偿放在交通工具中的额外的重量。
如上面所提到的曲线照明，如果交通工具在弯路上行驶，则前照灯控制器104可围绕水平轴以角方向旋转前照灯组件122和124。一般而言，曲线照明时，前照灯控制器可将距离D2和D4调整为彼此不相同(或将距离D1和D3调整为彼此不相同)。比如，如果交通工具以曲线方式行驶，则位于曲线内部道路的光束比位于曲线外部道路的光束可能更多的被散射(以为司机在内部道路上提供更大的可见度)。前照灯控制器104可同时执行前照灯高度调整，曲线照明，并且同时线性地改变距离D2和D4(或D1和D3)。
除曲线照明之外，系统100也可实现转弯照明。转弯照明一般指当交通工具在快要完全停止前开始左转弯或右转弯时由系统100产生的照明方案。控制器104可基于交通工具速度，转向盘转角和转弯指示器判定需要转弯照明。如果前照灯控制器104检测到交通工具速度，转向盘转角和转弯指示器的阈值满足确立交通工具处于转弯状态，则前照灯控制器104可将距离D1和D3调整为彼此不相同(或将距离D2和D4调整为彼此不相同)。投射在转弯的内部道路上的光束比投射在外部道路上的光束可被更多的散射。比如，如果交通工具正在右转弯，则从右前照灯组件124投射的光束比从左前照灯组件122发出的光束可被更多地散射。
一般而言，当基于交通工具的状态由系统100提供不同的照明方案时，通过线性地增大或减小距离D1和D3(或D2和D4)，系统100以对司机透明的方式散射光束。基于不同的交通工具状态，通过线性地增大或减小距离D1和D3(或D2和D4)，系统100考虑到所有可能的距离。
图2示出具有单一焦点的前照灯组件122的平面图。如结合图2所描述的对左前照灯组件122的所有参考也可应用于右前照灯组件124和图示于其中的相应的元件。如图2中示出的平面图一般只指当光束正从组件122投射时从交通工具上方看到的光束的视图。
左前照灯组件122一般包括反射镜126，光源128，透镜130和外壳150。单一的焦点F直接显示在光源128处。单一的焦点F的存在一般取决于反射镜126的设计。反射镜126形状上呈球面因而由光束产生焦点F。反射镜126和光源128在外壳150中安装在一起。前照灯控制器104响应于运动学信号可线性地增大和减小反射镜126和光源128之间的距离D1。另外，前照灯控制器104响应于运动学信号可线性地增大或减小光源128和透镜130之间的距离D2。散射(或聚焦)一般由落在透镜130上(或入射光)的光量限定。如果入射光的宽度较大，那么光束的散射较大。如果入射光的宽度较小，那么光束的散射较少，这一般会导致更集中聚焦的光束。通过控制光源128和透镜130之间的距离D2和D4，系统100控制落在透镜130上的光束中的光量。
图3示出如图2中示出的具有单一焦点的前照灯组件122的侧视图。在图3中示出的侧视图一般指当光束从组件122投射出时从交通工具侧面看到的光束的视图。
图4示出具有多个焦点的前照灯组件122的平面图。如结合图4所描述的对左前照灯组件122的所有参考也可应用于右前照灯组件124和图示于其中的相应的元件。如图4中示出的平面图一般只指当光束正从组件122投射时从交通工具上方看到的光束的视图。
第一焦点F1直接在光源128处显示。第二焦点F2在透镜130和光源128之间显示。如图4中示出的外壳150的长度可大于在图2-3中示出的外壳150的长度。光束的焦点取决于反射镜的设计。比如，反射镜126形状上呈抛物面形因而由光束产生焦点F1和F2。当前照灯控制器104响应于运动学信号线性地增大或减小距离D1或D2时，可呈现出如结合图2所描述的与光束的散射有关的相似的特征。然而，具有多个焦点的前照灯组件122和具有单一焦点的前照灯组件122之间不同在于，多个焦点的构型提供更大的散射效果。更大角度的入射光可射到透镜130上因而增大了光束的散射效果。
图5示出如图4中示出的具有多个焦点的前照灯组件122的侧视图。如图5中示出的侧视图一般指当光束从组件122投射时从交通工具侧面看到的光束的视图。
图6示出具有多个焦点的前照灯组件122′的平面图。如结合图6所描述的对左前照灯组件122′的所有参考也可应用于右前照灯组件124和图示于其中的相应的元件。如图4中示出的平面图一般只指当光束正从组件122′投射出时从交通工具上方看到的光束的视图。
前照灯组件122′包括反射镜126，光源128，透镜130和一对反射镜152。在另一个实现中，反射镜也可定位在外壳150的内部的车面上。一对反射镜152耦合到透镜130。第一焦点F1直接在光源128处显示。第二焦点F2在光源128和透镜130之间显示。外壳150的长度可大于如图2中示出的外壳150的长度。光束的焦点取决于反射镜的设计。当前照灯控制器104响应于运动学信号线性地增大或减小距离D1或D2时，可呈现出如结合图2-5所描述的与光束的散射有关的相似的特征。
相比于如结合图4-5所描述的组件122，将一对反射镜152附加到透镜130进一步增大了进入透镜130的光束的入射角度。通过提供具有足够大宽度的光束使得部分光束由一对反射镜152反射，可出现附加的反射，这可引起进入透镜130的入射光角度的增大，因而增强光束的散射效果。通过改变光源128和透镜130之间的距离D2，系统100可控制由反射镜152反射的光量以及透镜130关于入射光角度的放置。右前照灯组件124也可适于包括耦合到透镜136的一对反射镜152以便增强光束的散射效果。
尽管已图示并描述了本发明的实施方式，但并不表明这些实施方式图示和描述了本发明所有可能的形式。更确切地说，在说明书中使用的文字是描述性的文字而不是限制性的文字，且应当理解，可以进行各种改变而不偏离本发明的主旨和范围。

Claims (15)

1.一种用于在交通工具中控制光束的光散射的系统，所述系统包括：
光源，其适于产生所述光束；
反射镜，其定位在所述光源附近，以反射所述光束；
透镜，其定位距所述光源有一段距离，并适于从所述光源和所述反射镜接收所述光束并从所述交通工具投射所述光束；以及
前照灯控制器，其可操作地耦合到运动学感测装置，所述运动学感测装置检测所述交通工具的运动特征并产生多个运动学信号，所述前照灯控制器被配置为响应于所述运动学信号而线性地调整所述光源和所述透镜之间的距离。
2.如权利要求1所述的系统，所述前照灯控制器被配置为在所述系统调整所述光束的高度的同时，响应于所述运动学信号线性地调整所述光源和所述透镜之间的距离。
3.如权利要求1所述的系统，所述前照灯控制器被配置为在所述系统为所述交通工具提供曲线照明的同时，响应于所述运动学信号线性地调整所述光源和所述透镜之间的距离。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述光源是氙灯和多个发光器件中的一种。
5.一种用于在交通工具中控制第一光束和第二光束的光散射的系统，所述系统包括：
第一光源，其适于产生所述第一光束；
第二光源，其适于产生所述第二光束；
第一反射镜，其定位在所述第一光源附近；
第二反射镜，其定位在所述第二光源附近，所述第一反射镜和所述第二反射镜分别适于反射所述第一光束和所述第二光束；
第一透镜，其定位距所述第一光源有一段第一距离，并适于从所述第一光源和所述第一反射镜接收所述第一光束并从所述交通工具投射所述第一光束；
第二透镜，其定位距所述第二光源有一段第二距离，并适于从所述第二光源和所述第二反射镜接收所述第二光束并从所述交通工具投射所述第二光束；以及
前照灯控制器，其可操作地耦合到运动学感测装置，所述运动学感测装置检测所述交通工具的运动特征并产生多个运动学信号，所述前照灯控制器被配置为响应于所述运动学信号线性地调整所述第一距离和所述第二距离。
6.如权利要求5所述的系统，其中当所述交通工具在第一状态时，所述第一距离等于所述第二距离。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述交通工具的所述第一状态被限定为所述交通工具在直路上行驶。
8.如权利要求5所述的系统，其中当所述交通工具在第二状态时，所述第一距离不等于所述第二距离。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述交通工具的所述第二状态被限定为所述交通工具在弯路上行驶以及所述交通工具执行转弯中的一个或更多个。
10.如权利要求5所述的系统，其中所述光源是氙灯和多个发光器件中的一种。
11.如权利要求5所述的系统，所述前照灯控制器被配置为在所述系统调整所述第一光束和所述第二光束的高度的同时，响应于所述运动学信号而线性地调整所述第一光源和所述第一透镜之间的所述第一距离以及所述第二光源和所述第二透镜之间的所述第二距离。
12.一种用于在交通工具中控制光束的光散射的系统，所述系统包括：
光源，其适于产生所述光束；
反射镜，其定位距所述光源有一段第一距离，以反射所述光束；
透镜，其定位距所述光源有一段第二距离，以从所述反射镜和所述光源接收所述光束并从所述交通工具投射所述光束；以及
前照灯控制器，其可操作地耦合到运动学感测装置，所述运动学感测装置检测所述交通工具的运动特征并传送多个运动学信号，所述前照灯控制器被配置为响应于所述运动学信号线性地调整所述第一距离和所述第二距离中的一个。
13.如权利要求12所述的系统，所述前照灯控制器被配置为在所述系统调整所述光束的高度的同时，响应于所述运动学信号线性地调整所述第一距离和所述第二距离。
14.如权利要求12所述的系统，所述前照灯控制器被配置为在所述系统为所述交通工具提供曲线照明的同时，响应于所述运动学信号线性地调整所述第一距离和所述第二距离。
15.如权利要求12所述的系统，其中所述光源是氙灯和多个发光器件中的一种。
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