CN107076382B - 用于机动车辆的前灯的具有优化的光强轮廓的照明系统 - Google Patents

Abstract

一种用于发射光束的机动车辆照明系统(2)。所述光束包括至少两个照明区域，每个照明区域由至少一个光源(6)和光学装置(8)产生，所述光学装置(8)被设置成利用由光源(6)发射的光形成光斑(9)，各个光斑(9)具有特别是矩形光带的大体形状。所述系统(2)还包括称为第一类型光源和第二类型光源的至少两种类型的光源，相同类型的光源(6)具有基本上相同的亮度。第一类型的光源(6)的亮度是第二类型光源(6)的亮度的2至10倍高。

Description

用于机动车辆的前灯的具有优化的光强轮廓的照明系统

技术领域

本发明涉及诸如用于机动车辆的前灯的照明系统。

背景技术

已知在机动车辆上提供多种“远光”照明功能和第二“近光”功能。第一个功能照亮车辆前方道路的整个宽度。第二功能照亮车辆所在的车道，并适度地照亮其中可能存在在相反方向行驶的车辆的旁边车道，以限制眩目的风险。然而，通常要求第二照明功能进一步限制在相邻车道中行驶的车辆的驾驶员的眩目的风险。因此，在现有技术中已经提出了一种自适应照明功能，其使得可以在很大的距离处照亮，并选择性地且动态地不照亮位于车辆前方的场景的某些部分，特别是在相邻车道中行驶的车辆。为此，监测装置分析场景并选择不被照明的区域。

为此，众所周知，根据希望照亮的部分，将该场景划分成被选择性地照亮的多个假想垂直矩形条(可以利用待被选择性地照亮的场景的不同区域的矩阵布局(即多个行和多个列中的一个)来实现相同类型的操作)。这种系统适于产生由并置的矩形光带形成的选择性光束。例如，在文献EP-2 278 217中描述了适于形成矩形光带的照明系统。

选择配备这种系统的光源受到各种限制，特别是需要符合车辆制造商制定的规范。这些规范通常包括对照明系统并由此对光学装置施加最大尺寸的造型要求，根据在相关的光束的光线的发射方向和车辆的移动方向之间测量的水平角，该照明系统和光学装置试图产生光带以及光束的发光强度的理想轮廓。符合规范意味着由照明系统实际产生的光束的光强轮廓大于或等于理想轮廓。在大多数情况下，理想轮廓具有钟形曲线的一般形状。

为了符合这个约束，一个快速解决方案是选择能够形成高亮度光斑的高亮度的所有光源。如果所有光源以额定电流供电，则光束具有矩形发光光强轮廓，在该矩形发光光强轮廓中内切有理想轮廓。然而，在该解决方案中，照明系统中的安装功率(该安装功率被定义为在所有光源以其额定电流供电的情况下在光束中产生的发光功率)过高。现在，高亮度的光源通常比中等亮度的光源成本高。这意味着照明系统的额定功率徒劳无益地增加，因此不是最佳的，而且这种系统的生产成本增加到没有任何好处。

此外，这种矩形轮廓在光束的侧向边缘处产生非常高的亮度对比度，这阻碍了驾驶员对场景的观察。事实上，在这种情况下，在光束的侧向边缘处，发光强度在小角度范围内从非常高的值突然变化到几乎零的值。为了减轻这个问题，用于在光束边缘形成光斑的光源可以通过明显低于额定电流的电流来供电，结果是对比度降低，并且发光强度过渡不是很突然。然而，这导致系统使用效率的下降，该使用效率被定义为由光束产生的发光功率与安装功率的比率。实际上有益的是通过尽可能接近其额定电流的电流来向最大数量的光源供电。此外，上述解决方案不能解决照明系统的额定功率没有任何好处地增加的问题。

可以设想要求所有的光源都是中等亮度类型的，例如发光二极管。然而，这不符合规范的充分条件，特别是如果光源相关联的光学装置的尺寸受到造型问题的限制，或者如果待实现的理想光强轮廓太高。因此，该解决方案不能令人满意。

发明内容

本发明的目的是通过照明系统形成选择性光束，该照明系统的使用效率尽可能高，光束的轮廓总是至少对应于所采用的理想轮廓。

为此，本发明提供了一种用于发射光束的机动车辆照明系统，所述光束包括至少两个照明区域，每个照明区域由至少一个光源和光学装置产生，所述光学装置适于利用由光源发射的光形成光斑，各个光斑具有光带的大体形状，特别是矩形的大体形状；其特征在于，所述照明系统括称为第一类型光源和第二类型光源的至少两种类型的光源，相同类型的光源具有基本上相同的亮度，以及第一类型的光源的亮度是第二类型光源的亮度的2至10倍高。

该系统具有明显不同亮度的两种类型的光源，低亮度的光源因此可以用在所需发光强度相对较低的区域中，并且高亮度的光源可以用在所需的发光强度较高的区域中。这使得可以在符合规范中规定的理想轮廓的同时降低照明系统的安装功率(installedpower)。此外，与仅包括高亮度的光源的系统相比，更多数量的光源以更接近其额定电流的电流起作用。这提高了系统的使用效率。

第一类型的光源的亮度是第二类型的光源的亮度的3到5倍高。

两种类型的光源之间的亮度比使得可以获得特别优选的光束的光强轮廓。

有利地是光斑形状全部基本相同，并且基本上平行于共同的主方向。

因此，光束具有矩形的大体形状，并被分成多个大致平行的矩形条。因此，容易控制光源的熄灭以形成覆盖不被照明的区域的光斑。

光斑优选地被部分重叠。

这增加了利用所使用的光源赋予光束的发光强度和均匀性。它还提高了光束的分辨率，也就是说，光束区域的其熄灭被控制的最小尺寸，这使得可以改善不被照亮的场景区域的动态熄灭。

光束的两个连续的光斑优选地在光斑宽度的一半上重叠。

因此，限定了光束的宽区域，在该宽区域中，在任何点处重叠两个光斑以增加光束的强度。

光束有利地包括至少一个区域，在该区域中，光束由通过第一类型的光源形成的光斑和通过第二类型的光源形成的光斑的规则交替组成。

这产生了光束的如下区域，在该区域中，强度低于由第一类型的光源形成的光斑的强度，并且高于由第二类型的光源形成的光斑的强度。这使得可以在符合所述规范中规定的理想轮廓的同时进一步减少照明系统的安装功率。

第一类型的光源有利地是激光二极管。

第二类型的光源有利地是发光二极管。

这些光源使得可以形成符合上述定义的亮度差的两种类型的光源。

光束有利地至少在其两个侧向边缘中的一个上包括比其他光斑更宽的延伸光斑。

该延伸光斑形成光束的如下区域，该区域的强度通常不需要调整。因此，这限制了照明系统必须包括的光源的数量，这使得可以降低系统的生产成本。

附图说明

在阅读通过示例并参考附图给出的以下描述，将更好地理解本发明，其中：

-图1是根据本发明的照明系统的透视图，

-图2示出了由图1的照明系统生成的光束，其中该光束出现在垂直于其中安装有所述照明系统的车辆的运动方向而延伸的表面上，

-图3是示出形成光束的光斑的布置的图，

-图4是一方面示出了光束的强度根据所述光束的方位角的演变并且另一方面示出由规范所施加的理想光强轮廓的图，其中所述光束与至少符合规范所需的安装光强轮廓一致，实际光束的轮廓必须尽可能接近地对应于理想光强轮廓，以及

-图5示出了图1的照明系统的参数Δ。

具体实施方式

下面的描述使用与机动车辆相关联的正交坐标系R(O，x，y，z)，其中O是车辆上的点，x和y分别是沿着水平轴线X和Y的坐标，X轴线和Y轴线分别对应于车辆的运动方向和垂直于车辆运动方向的方向，z是沿垂直轴线Z的坐标。

图1示出了安装在机动车辆上的根据本发明的照明系统2，其示出了机动车辆的车身的部件3。照明系统2形成车辆的左侧前灯，并且照明系统具有基本上平行于方向X的主轴线。照明系统2包括至少两个照明模块4，每个照明模块4包括至少一个光源6和光学装置8，该光学装置8适于利用由光源6发射的光形成光斑9。这些照明模块4本身是已知的。为了生产这种照明模块，本领域技术人员可参考EP-2 278 217。

系统2包括称为第一和第二类型光源的至少两种类型的光源，相同类型的光源6具有基本上相同的亮度。第一类型的光源6都是激光二极管，第二类型的光源6都是发光二极管。结果，第一类型的每个光源6的亮度是第二类型的每个光源6的亮度的2到10倍高。更精确地，第一类型的光源6的亮度是第二类型的光源6的亮度的3到5倍高。然而，可以使用与上述不同的光源6。由于光学装置8，相同类型的光源6形成基本上相同的光斑9，使得光斑9可以称为第一类型光斑9和第二类型光斑。在下文将明了为什么照明系统2包括两种类型的光源是有利的。同一照明模块4的光源6可以是相同类型或两种类型。在后一种情况下，模块4被称为混合模块。

图2示出了由照明系统2产生的光束14。光束14由照明模块4产生的光斑9的组合形成。每个光斑9具有光带的大体形状，特别是矩形的大体形状。光斑9全部具有基本相同的形状，并且基本上平行于共同的主方向，在这里共同的主方向是垂直方向Z。

光束14被分成多个矩形的光带9。为了形成选择性光束，也就是说，形成适于不照亮车辆前面的照明场景的某些区域的光束，用于该目的的照明系统包括常规检测和控制构件(图中未示出)。这些检测和控制构件分别适于：

-检测车辆前方不被照亮的场景区域，以及

-控制光源6，从而熄灭形成覆盖不被照明的区域的光斑9的光源。这产生所谓的选择性光束14。

如图2所示，光束14由提供环境照明的船帆形状的光束完成。

参考图3，光束14的光斑9被部分重叠。这里假设所有的光斑9都具有矩形的大体形状并且具有基本上相同的尺寸，光斑边缘稍微模糊，并且重叠是规则的。这意味着任何光斑9相对于轴线Z具有预定的角宽度，α＝α_L，该预定的角宽度通常被定义为基本上等于光斑9的光强轮廓(intensity profile)的中高宽度(mid-height width)，其中忽略了围绕着光斑9的模糊处的尺寸，以及意味着对于任何两个相邻光斑9，光束14中的该两个相邻光斑9的重叠区域的宽度具有预定的固定值。重叠因子k被定义为α_L相对于/除以(relative to)两个相邻光斑9的重叠区域的角宽度的值。重叠因子k优选地被选择为非零自然整数，并且沿着轴线Y是相同的(uniform)。

将k的整数值选为严格大于1具有改善光束14的分辨率的优点，也就是减小参数β的值。该参数β由光束14的可通过控制构件进行控制其熄灭的最小区域的宽度限定。换句话说，β等于光束14的像素的角宽度。如果k被选为整数值，则参数β的值等于α_L相对于/除以叠加因子k的值。

在图3所示的例子中，光束14的两个连续光斑9在光斑9的角宽度α_L的一半上叠加。换句话说，k＝2和β＝α_L/2。例如，情况k＝1将对应于光斑9是连续的情况。

光束14的左侧侧向边缘由延伸光斑16形成。该延伸光斑16具有为与其他光斑9的形状不同的形状(特别是不同的尺寸)的唯一光斑的特殊特征。尽管它具有与其他光斑9相同的高度，但是延伸光斑16的宽度大于其它光斑9的宽度，应记住其他光斑9具有相同的形状和尺寸。在图3中，延伸光斑16位于光束14的左侧边缘。

所示的光束14由装配有车辆的左侧前灯的照明系统2产生，延伸光斑16相对于车辆的运动方向X向外侧照亮，也就是说朝向可能在相邻车道相反方向行驶的车辆的方向照亮。此外，由于照明系统2由第二类型的光源形成，所以延伸光斑16具有适度的发光强度。这使得可以限制对比度，也就是在非照明区域和延伸光斑16之间的发光强度的过渡相对平缓。

图4示出了所使用的理想光强轮廓的第一轮廓/等高线(contour)20和当所有光源6以其额定电流供电时产生的光束14的实际光强轮廓的第二轮廓22。轮廓20、22表示发光强度的根据方位角α(对应于角宽度)相对于轴线Z的演变。因此，这些光强轮廓I沿着轴线Y被测量。本发明的目的是产生在光束14的真实轮廓22和理想轮廓20之间的最佳匹配。

理想轮廓20通常具有钟形曲线的形状，但是可以利用具有任何其它形状的理想轮廓。

应注意这里k也取等于2的值。

真实轮廓22具有分段常数形状或阶梯函数的形状。更准确地说，实际轮廓22包括强度为k.I1的中心阶梯24，该中心阶梯24对应于由第一类型光源6产生的光束14的区域。真实轮廓22还具有强度为k.I₂的两个侧向台阶26，这两个侧向台阶对应于由第二类型的光源6产生的光束14的区域。最后，真实轮廓22包括强度为k(I₁+I₂)/2的两个中间台阶28，每个中间台阶28在中心台阶24和两个侧向台阶26中的一个之间延伸。中间台阶28对应于光束14的所谓混合区域，在所谓混合区域中光束14由通过第一类型的光源形成的光斑9和通过第二类型的光源8形成的光斑9的规则交替组成。然而，可以没有中间台阶28，结果是中心台阶24将与两个侧向台阶26并列。

I₁和I₂的值显然取决于第一和第二类型的光源6的亮度，但是还取决于所述规范的造型约束以及由此与每种类型的光源相关联的光学装置所使用的尺寸。因此，减小照明模块4的光学装置8的尺寸导致形成的光斑9的发光强度的降低。不言而喻，在本发明的上下文中，相同类型的所有源都具有基本上相同的强度I，其中忽略了制造公差，基本上相同的强度I由具有给定尺寸的光学装置的相关光源类型所定义的亮度的组合造成，其中该给定尺寸的光学装置对于一种类型的所有光源是同质的且相同的。由于与造型选择相关的原因，两种类型的光源的光学装置的尺寸可以相同或不同。

如图4所示的理想轮廓20和实际轮廓22具有对应于实际光束14的最佳实施方式的共同点。实际上，这些点标记出必要的且充分的强度阈值，缺少这些点，在光束14的强度没有变得局部不足的情况下，台阶24、26、28不能进一步降低。此外，实际轮廓22处于全都高于或等于理想轮廓20的点处的事实表示符合所使用的规范。

现在将参考描述了如下的方法的示例进行详细描述，该方法用于确定第一类型和第二类型的光源6的最佳数量，以及各种台阶24、26、28和所使用的理想轮廓20的尺寸、以及也使用的与每种类型的光源相关联的光学装置的尺寸。

下面描述的方法旨在通过确定符合所述规范所需的第一类型的光源6的最小数量，进而优化照明系统2的尺寸，从而最小化成本和最小化安装功率，也就是说当所有的光源都以其额定电流供电时，可以获得的“预留”可用或潜在可用的功率。在某些情况下，考虑到照明系统2所包括模块4的标准化，为了通过限制不同部件的数量来简化照明系统2，可行的是增加高亮度的光源6的数量与中等亮度的光源6的数量之间的比值。

已经建立了用于优选实施例的计算公式，其中将光带9在一半角宽度上(换言之，k＝2)重叠。该方法的直接变化将使本领域技术人员能够处理k取其他值(例如1或3)的情况。

上下文是所述规范所要求的标准轮廓形状，特别是钟形曲线。这里还将假定与光源类型相关联的光学装置的尺寸对于所涉及的光源类型是单一的。

以下使用图4和图5中使用的符号。照明系统2的参数Δ在图5中明显地示出。参数Δ是轴线Z与照明像素的中心之间的在照明系统轴线上的距离。像素的中心由虚线40表示。

在下文中，[x]表示实数x的整数部分。

角度α₁和α₆限定待被光带9覆盖的光束14的区域的总范围。

角度α₂和α₅限定光束14的下述区域的范围，在该区域中，所述规范所要求的强度大于2I₂。在这个区域中，在符合所述规范的安装功率方面，2I₂是不够的。因此需要I₁+I₂的安装功率。

角度α₃和α₄限定光束14的下述区域的范围，在该区域中，所述规范所要求的强度大于I₁+I₂。在这个区域中，在符合所述规范的安装功率方面，I₁+I₂是不够的。因此需要2I₁的安装功率。

由所述规范限定的理想轮廓20的强度的最大值由I_max表示。

计算公式存在的条件是：

α₃≤0≤α₄：

如果不符合这一条件，则为实现这一目标，将会改变坐标系。

对于用于混合区域，α₁≤α₂≤α₃并且α₄≤α₅。

对于用于LED区域，α₁≤α₂和α₅≤α₆。

情况1：I₁+I₂＜I_max≤2I₁

这种情况描述了存在光束14的完全由第一类型光源6形成的区域。

第二类型的光源的总数。

第二类型的光源6的总数由完全由第二类型的光源形成的光束的区域中的第二类型的光源数量和混合区域中的第二类型的光源数量之和给定。

完全由第二类型的光源形成的区域中的第二类型的光源数量：

混合区域的第一侧上的第二类型的光源数量：

如果α2和α3之间的像素数为偶数：

如果α2和α3之间的像素数为奇数：

混合区域的第二侧上的第二类型的光源数量：

如果α5和α6之间的像素数是偶数：

如果α5和α6之间的像素数是奇数：

第一类型的光源的总数。

第一类型的光源6的总数由完全由第一类型的光源形成的区域中的第一类型的光源数量和混合区域中的第一类型的光源数量的总和给出。

完全由第一类型的光源形成的区域中的第一类型的光源数量：

混合区域的第一侧上的第一类型的光源数量为：

如果α2和α3之间的像素数为偶数：

如果α2和α3之间的像素数为奇数：

混合区域的第二侧上的第一类型的光源数量为：

如果α5和α6之间的像素数为偶数：

如果α5和α6之间的像素数为奇数：

情况2：2I₂＜I_max≤I₁+I₂

这种情况描述了光束14不存在完全由第一类型光源6形成的区域。

第二类型的光源的总数。

第二类型的光源6的总数由完全由第二类型的光源形成的区域中的第二类型的光源的数量和混合区域中的第二类型的光源的数量之和给出。

100％LED区域中的LED数量：

混合区域中第二类型的光源数量为：

如果α2和α5之间的像素数为偶数：

如果α2和α5之间的像素数为奇数：

第一类型的光源的总数。

第一类型的光源6的总数由混合区域中的第一类的光源的数量给出。

混合区域中的第一类型的数量为：

如果α2和α5之间的像素数为偶数：

如果α2和α5之间的像素数为奇数：

获得的在第一类型的光源数和第二类型的光源数量之间的比率使得可以优化照明系统的可用功率(也就是说，符合所述性能规范所需的功率)。换句话说，各种模块中的功率是变化的，以便将实际轮廓22“移动”到所述规范中所述的光强轮廓20。

要注意的是，光束14的离散化越精细(也就是说，β和α_L的值越小)，照明系统2的使用效率越接近于1，并且照明系统2将被优化的程度越大。如果可用的不同类型的模块的数量大，则优化也会增加。

现在将描述本发明的非限制性实施例，以表明本发明的照明系统是特别优化的。该实施例的假设如下：

-照明系统包括十个模块，

-光学装置的尺寸(以及由此模块的尺寸)被使用为使得第一类型的光源的排他性使用使得在性能方面不可能符合所述规范，也就是说不能将光束14的轮廓22匹配到使用的理想轮廓20，以及

-在仅包括第一类型的光源的第一类型的模块的出口处在光源6被以额定电流供电时的发光强度为仅包括第二类型的光源的第二类型的模块当其光源6被以额定电流供电时所产生的发光强度的35％。

如果做出的选择是所有模块都是第一类型，也就是说它们都包括第一类型光源，则假设所述光源相对于额定电流的最佳供电电流如下：20％，37％，100％，100％，100％，80％，50％，34％，15％和19％，最后一个光源提供19％的功率，以形成船帆形状的环境照明光斑。在这种情况下，使用效率(应记住其被定义为相对于安装功率的有效功率)取值为56％。

根据确定第一和第二类型的光源6的数量的方法，如果存在用于本发明的照明系统的替代选择，则这导致采用以下构造：

-光源1：类型2，以额定电流的60％供电，

-光源2：类型2，以额定电流的100％供电，

-光源3：类型1，以额定电流的100％供电，

-光源4：类型1，以额定电流的100％供电，

-光源5：类型1，以额定电流的100％供电，

-光源6：类型1，以额定电流的80％供电，

-光源7：类型1，以额定电流的50％供电，

-光源8：类型1，以额定电流的35％供电，

-光源9：类型2，以额定电流的40％供电，

-光源10(生产船帆形状环境照明光斑)：类型2，以额定电流的60％供电。

在这种情况下，使用效率等于74％。因此可以看出，通过从第一配置变为第二配置，使用效率明显提高。换句话说，更加优化地使用照明系统的安装功率。

当然，在不脱离其范围的情况下，可以对本发明做出许多修改。

Claims (8)

1.一种用于发射光束(14)的机动车辆照明系统(2)，所述光束(4)包括至少两个照明区域，每个照明区域由至少一个光源(6)和光学装置(8)产生，所述光学装置(8)适于利用由光源(6)发射的光形成光斑(9)；

其特征在于，所述照明系统包括称为第一类型光源和第二类型光源的至少两种类型的光源，相同类型的光源(6)具有基本上相同的亮度，以及

第一类型的光源(6)的亮度是第二类型光源(6)的亮度的2至10倍高，

各个光斑(9)具有全部基本相同的矩形光带的形状，并且所述光斑基本上平行于共同的主方向，使得光束具有矩形的大体形状，并被分成多个大致平行的矩形条，所述主方向为垂直方向。

2.根据权利要求1所述的照明系统(2)，其中所述第一类型的光源(6)的亮度是所述第二类型的光源(6)的亮度的3至5倍高。

3.根据权利要求1所述的照明系统(2)，其中所述光斑(9)部分重叠。

4.根据权利要求3所述的照明系统(2)，其中所述光束(14)的两个连续的光斑(9)在所述光斑(9)的一半宽度上重叠。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的照明系统(2)，其中所述光束(14)包括至少一个区域(28)，在所述至少一个区域中所述光束(14)由通过第一类型的光源(6)形成的光斑(9)和通过第二类型的光源(6)形成的光斑(9)的规则交替组成。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的照明系统(2)，其中所述第一类型的光源(6)是激光二极管。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的照明系统(2)，其中所述第二类型的光源(6)是发光二极管。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的照明系统(2)，其中所述光束(14)至少在其两个侧向边缘的一个处包括宽度比其他光斑(9)的宽度大的延伸光斑(16)。

Images