CN107883336A - 机动车辆照明系统和机动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆照明系统(2)，所述机动车辆照明系统(2)包括：能够发射光束的照明装置(3)；包括投射透镜的投射装置(10)；微型反射镜阵列(8)，其包括以围绕枢转轴线(30)枢转的方式安装的微型反射镜(28)，每个微型反射镜(28)能够枢转一角度到最大角度，所述最大角度被称作最大枢转角度。所述照明装置(3)发射的光束在上顶点处具有大于所述最大枢转角度的角度，并且所述至少一个投射透镜(34)在正剖面中观察时具有的矩形形状具有在基本上平行于所述微型反射镜(28)的枢转轴线(30)的方向上延伸的纵向侧边。

Description

机动车辆照明系统和机动车辆
技术领域
本发明涉及机动车辆照明系统领域。
特别地，本发明涉及一种照明系统，所述照明系统能够同时组合道路照明的功能和将图像投射到道路上的功能。
背景技术
文献EP 1 433 654描述了一种数字显示装置，所述数字显示装置能够使用在机动车辆照明系统中以保证这两项功能。这个装置基于使用微型反射镜阵列技术。这项技术提供了良好的限定但光输出量太低。
实际上，根据这项技术，每个微型反射镜能够围绕枢转轴线在三个位置之间倾斜一固定的角度。在第一角度位置中，光束反射向投射装置。在第二角度位置中，光束反射向吸光设备。第三角度位置是第一角度位置和第二角度位置之间的中间位置。这个中间角度位置是不稳定的。因此，它没有被使用。在第一角度位置和第二角度位置之间存在的最大枢转角度2α通常等于12°或20°。
微型反射镜阵列反射的光束形成一光锥，所述光锥在顶点处具有等于微型反射镜的最大枢转角度2α的角度。所述投射装置必须布置于在微型反射镜阵列的出口处由光束形成的光锥中。因为顶点处的角度相对小，当意图是保持高等级的对比度时，所述照明系统的光输出量也相对低。
发明内容
本发明的目的是提出一种机动车辆照明系统，所述机动车辆照明系统具有良好的限定、高等级对比度和高的光输出量。
为此，本发明的目的是一种机动车辆照明系统，所述机动车辆照明系统包括：
照明装置，所述照明装置能够发出光束；
投射装置，所述投射装置包括至少一个投射透镜；
微型反射镜阵列，所述微型反射镜阵列包括围绕枢转轴线以枢转方式安装的微型反射镜，所述微型反射镜能够接收所述照明装置发出的光束的至少部分，并且能够在所述投射装置的方向上围绕投射轴线并且沿着投射轴线反射所述光束的至少部分；每个微型反射镜也能够枢转一角度达到最大值，这称作最大枢转角度，
其特征在于，所述照明装置发出的光束在顶点处具有的角度大于最大枢转角度，并且所述至少一个投射透镜在正剖面中观察时具有矩形形状，它的纵向侧边在大致平行于微型反射镜的枢转轴线的方向上延伸。
根据特殊的实施方式，根据本发明的照明系统包括下述特征中的一个或多个：
所述照明装置发出的光束在顶点处的角度至少等于微型反射镜的最大枢转角度的1.3倍，所述至少一个投射透镜在正剖面中具有横向侧边，所述透镜的正剖面的纵向侧边的尺寸大于或等于至少一个投射透镜的正剖面的横向侧边的尺寸；
所述照明装置发出的光束在顶点处的角度至少等于所述微型反射镜的最大枢转角度的2倍，所述至少一个投射透镜在正剖面中具有横向侧边，并且其中所述至少一个投射透镜的正剖面的纵向侧边的尺寸大致等于所述至少一个投射透镜的正剖面的横向侧边的尺寸的2倍；
所述微型反射镜反射的光束具有根据主方向的第一孔径角和沿第二方向的不同于第一孔径角的第二孔径角，所述第二孔径角不同于所述第一孔径角，并且所述第二方向垂直于所述微型反射镜的枢转轴线且垂直于投射轴线，所述主方向平行于所述枢转轴线；
所述第一孔径角至少等于所述第二孔径角的1.3倍。
所述第一孔径角大致等于所述第二孔径角的2倍。
所述照明装置包括第一光源和第二光源，其中所述第一光源能够发射围绕指向微型反射镜阵列的方向的第一照明轴线延伸的光束，所述第二光源能够发射围绕指向微型反射镜阵列的方向的第二照明轴线延伸的光束；所述第一照明轴线和第二照明轴线布置在同一照明平面中，大致等于所述微型反射镜的最大枢转角度的角度限定在所述照明平面和所述投射轴线之间；
所述第一照明轴线与所述第二照明轴线形成一照明角度，所述照明角度大致小于或等于所述最大枢转角度的2倍；
所述照明装置包括能够发射光束的光源、椭圆形反射器、折叠单元和会聚透镜，其中所述椭圆形反射器能够反射所述光束以产生孔径角等于所述最大枢转角度2倍的光束；所述折叠单元能够折叠所述反射器反射的光束，以便产生在第一方向上具有等于所述最大枢转角度2倍的孔径角和在垂直于第一方向的第二方向上具有等于最大枢转角度的孔径角的光束；所述会聚透镜能够接收由所述反射器和所述折叠单元反射的光束；
所述会聚透镜定位成至少与由所述反射器形成的椭圆的焦点和所述微型反射镜阵列相距预定距离，所述预定距离等于所述会聚透镜的焦距的2倍。
本发明同样涉及一种包括上述特征限定的照明系统的机动车辆。
附图说明
在阅读通过实例简单地提供并且参照附图描述的下述说明后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，所述照明系统包括根据第一实施方式的照明装置；
图2是解释微型反射镜阵列的操作的示意图；
图3是图1所示照明系统的示意性前视图；
图4是图1所示照明系统的一部分的示意性剖视图，所述剖面在照明平面PI中实现；
图5是图1所示照明装置的光源的示意性剖视图；
图6是从上方观察图1所示照明系统的示意图；
图7是根据本发明第二实施方式的照明装置的示意性侧视图；
图8是从上方观察根据本发明第二实施方式的照明装置的示意图。
具体实施方式
在本说明中，术语“竖直”定义为平行于重力方向的方向。术语“水平”定义为垂直于重力方向的方向。
本发明在附图和说明中关于例如汽车工业中通常定义的方向基准(X、Y、Z)进行描述。在所述基准(X、Y、Z)中，所述机动车辆在X轴的负方向上移动，Y轴对应于机动车辆的纵向轴线和Z轴从机动车辆的底部延伸到顶部。
参照图1，机动车辆照明系统2包括照明装置3、微型反射镜阵列8和投射装置10，其中照明装置3能够发射光束，微型反射镜阵列8能够接收照明装置3发射的光束的至少部分并且能够反射所接收的光束的至少部分，投射装置10能够接收微型反射镜阵列反射的光束的至少部分并且将它投射到道路上。
微型反射镜阵列8能够接收所述照明装置发射的光束的至少部分并且朝向投射装置10反射所接收光束的至少部分。
微型反射镜阵列8通常使用缩写DMD(Digital Micro-Mirror Device)标示。关于图1，微型反射镜阵列8一般具有矩形或正方形的形式。微型反射镜阵列8包括支撑件26和被固定于所述支撑件的大量的微型反射镜28。在微型反射镜阵列8中，微型反射镜28呈行和列分布。微型反射镜28的数量是例如等于720x480＝345 600，800x600＝480 000，1024x768＝786 432，1280x1024＝1 310 720或者不同的数量。单个微型反射镜示意性地描绘在图1中。
每个微型反射镜28包括被固定于支撑件26的半导体基板、由所述半导体基板支撑的枢转臂、和由所述枢转臂支撑且适于围绕枢转轴线30枢转的微型反射镜部件。特别地，每个微型反射镜28能够枢转大约最大枢转角度2α。最大枢转角度2α是微型反射镜阵列的特性。最大枢转角度2α在微型反射镜阵列的规范中进行限定。最大枢转角度2α一般等于12°或20°。微型反射镜阵列的所有枢转轴线30的安装方式是相互平行且平行于所述阵列形成的矩形的侧边。在附图所示的本发明的实施方式中，枢转轴线30平行于所述阵列的短侧边。在所描绘的实施方式中，当考虑照明系统在机动车辆中的正常安装顺序时，枢转轴线30基本上竖直地取向，即与竖直大约偏差10°。
参照图2，每个微型反射镜28在接到未示出的控制单元传递的电控时就单个地围绕枢转轴线30倾斜。每个微型反射镜28因而能够在第一角度位置θ1和第二角度位置θ2之间枢转，其中在第一角度位置θ1，微型反射镜28朝向投射装置10反射光束I1,在第二角度位置θ2，微型反射镜28朝向灯的例如金属板壁的吸光部件32反射光束I2。在第一角度位置θ1和第二角度位置θ2之间限定的角度是微型反射镜的最大枢转角度2α。
当阵列8的所有微型反射镜28都位于第一角度位置θ1中时，所述阵列反射的光束I1在基本上朝向投射装置10的中心的优选方向上延伸。所述优选方向在本专利申请中是指投射轴线P-P。这个轴线基本上平行X轴线。
通过倾斜某些微型反射镜位于第一角度位置θ1中和其它微型反射镜位于第二角度位置θ2中，图案被投射到道路上。
每个微型反射镜28同样能够以中间的角度位置θi枢转，在中间的角度位置θi，微型反射镜平行于支撑件26的平均平面中。中间角度位置θi因为不稳定而不被控制单元选择。
投射装置10包括以塑料材料和/或玻璃实现的投射透镜34。
参照图3，投射透镜34具有平行于X轴线或投射轴线P-P(优选可与后者混淆)的光学轴线(未示出)。投射透镜34在与光学轴线交叉、优选垂直地交叉的交叉平面中延伸。在正剖面中平面中，即在穿过透镜的平面截取的、垂直于光学轴线的平面中，投射透镜34具有矩形形状，所述矩形形状的纵向侧边在基本上平行，优选平行于微型反射镜28的枢转轴线30的方向上延伸。基本上平行在这里是指平行，大约偏差10°。当考虑照明装置3在照明系统中的正常安装顺序时，一旦照明系统安装在机动车辆中，这个方向基本上是竖直的，即偏离竖直方向大约10°。
有利地，在所示实施方式中，投射透镜的正剖面的纵向侧边28的尺寸等于投射透镜的正剖面的横向侧边的尺寸的2倍。
替代地，投射透镜的正剖面的纵向侧边28的尺寸大于或等于投射透镜的正剖面的横向侧边的尺寸的1.3倍。
替代地，所述投射装置包括以双合透镜组合的两个投射透镜，这两个透镜都具有呈矩形形状的正剖面，所述矩形形状的纵向侧边在基本上平行，优选平行于微型反射镜28的枢转轴线30的方向上延伸。这些投射透镜一般称作输入透镜和输出透镜。所述输入透镜一般是会聚透镜。所述输入透镜能够接收来自微型反射镜阵列的光束。当光源是单色LED光源(例如红色、绿色等)，这个变型是特别有利的。所述双合透镜用于抵消白光中的色差。
根据本发明，当光输出量充足时，横向剖面的相当大的照明能够甚至利用平行于微型透镜的枢转轴线伸长的投射透镜获得。所述光输出量在本发明中通过竖直地延伸的输出透镜和照明装置的联合来增加，所述照明装置能够以在顶点处具有更宽的角度Ψ的光锥照亮微型反射镜阵列。根据本发明，所述在顶点处的角度Ψ在会聚点出测处。
特别地，照明装置3发射的光束具有大于最大枢转角度2α的在顶点处的角度Ψ。
在图3和4所描绘的实施方式中，照明装置3发射的光束的在顶点处的角度Ψ等于微型反射镜的最大枢转角度2α的2倍。
替代地，照明装置3发射的光束的在顶点处的角度Ψ等于微型反射镜的最大枢转角度2α的至少1.3倍。
为了实现具有更大的在顶点处的角度Ψ的入射光锥，根据本发明第一实施方式的照明系统的照明装置3包括第一光源4和第二光源6，其中第一光源4能够发射在被称作第一照明轴线I1-I1的优选方向上延伸的光束，第二光源6能够发射在被称作第二照明轴线I2-I2的优选方向上延伸的光束。
来自第一光源4的光线形成关于第一照明轴线I1-I1对称的对称光束。来自第二光源6的光线形成关于第二照明轴线I2-I2对称的对称光束。
有利地，第一照明轴线I1-I1和第二照明轴线I2-I2在微型反射镜阵列形成的平面中基本上正割，使得微型反射镜阵列的照明具有两个不同的局部最大值。
根据图1至6所示的本发明实施方式的第二方面，第一照明轴线I1-I1和第二照明轴线I2-I2布置在同一照明平面PI中。所述照明平面PI在图1中通过剖面线表示。基本上等于微型反射镜阵列的最大枢转角度2α的角度限定在照明平面PI和投射轴线P-P之间。
第一光源4和第二光源6在同一照明平面PI中的单个定位有利地允许光输出量增加，同时保持投射装置10和吸光部件32之间的角度大约等于最大枢转角度2α的2倍，因为这是微型反射镜阵列的操作原理所固有地要求的。
第一照明轴线I1-I1和第二照明轴线I2-I2形成照明角度AI。
这个照明角度AI大于最大枢转角度2α的2倍。
这个照明角度AI优选等于最大枢转角度2α的2倍。
第一光源4包括发光二极管14和准直器16。参照图5，准直器16能够对发光二极管14发射的光线朝向焦点F聚焦。微型反射镜阵列8布置在焦点F的上游或下游几厘米处。图2示意地表示准直器16的可能实施方式。根据这个实施方式，准直器16是具有光线输入面18和光线输出面19的旋转件。输入面18包括由两个横向壁22限定的腔体20和指向发光二极管14方向的凸形基壁24。在这个视图中，发光二极管14基本上由点表示。发光二极管14的发光面面向腔体20布置或者布置在腔体20内部。准直器的输出面19是凸形的并且指向与发光二极管14相反的方向。
第二光源6类似于第一光源4，在这里不详细地描述。
参照图6，微型反射镜28反射的光束在被称作主方向D1的方向上具有第一孔径角β1，和在垂直于主方向的被称作第二方向D2的方向上具有不同于第一孔径角β1的第二孔径角β2。在图6中描绘了第二孔径角β2以及主方向D1和第二方向D2，但没有描绘第二孔径角β1。
第二方向D2垂直于微型反射镜的枢转轴线30并且垂直于投射轴线P-P。主方向D1平行于枢转轴线30。
在附图所示的实施方式中，主方向D1沿基准(X、Y、Z)的Z轴线延伸并且第二方向D2沿基准(X、Y、Z)的Y轴线延伸。当考虑照明系统在机动车辆中的正常安装顺序时，主方向D1是基本上竖直的。
根据第二实施方式的照明装置39同样可以用于根据本发明的照明系统2中。
参照图7和8，照明装置39包括：
发光二极管14，发光二极管14能够发射半朗伯光束；
反射器40，反射器40具有椭圆形的形状，并能够反射所述光束以在各方向上形成孔径角等于微型反射镜的最大枢转角度2α的光束；
折叠单元42，折叠单元42能够折叠反射器40反射的光束，以便产生在第一方向d1上孔径角等于微型反射镜的最大枢转角度2α的2倍且在垂直于第一方向d1的第二方向上孔径角等于微型反射镜的最大枢转角度2α的光束；以及
会聚透镜44，会聚透镜44能够接收反射器40和折叠单元44反射的光束并能够产生汇聚光束。所述会聚透镜具有焦距f’。
发光二极管14和反射器40都由折叠单元42支撑。
折叠单元42是折叠式反射镜。所述折叠单元延伸直到由反射器40形成的椭圆形的第二焦点。
所述会聚透镜根据组件2F-2F进行布置，也就是说，所述会聚透镜布置在距反射器40形成的椭圆形的焦点的距离等于它的焦距f’的2倍的距离处。微型反射镜阵列8布置在超过等于会聚透镜44的焦距f’的2倍的距离处。
根据本发明第二实施方式的照明装置39有利地具有单个光源和这个光源的单个控制单元。所述照明装置因包括单个电连接而更稳固。
替换地，准直器16的输出面是平面的。
替换地，发光二极管14由彼此对准的多个发光二极管代替。
替换地，发光二极管14由激光源(尤其是激光二极管)代替。

Claims (11)

1.一种机动车辆照明系统(2)，所述机动车辆照明系统(2)包括：
照明装置(3、39)，所述照明装置(3、39)能够发射光束；
投射装置(10)，所述投射装置(10)包括至少一个投射透镜(34)；
微型反射镜阵列(8)，所述微型反射镜阵列(8)包括围绕枢转轴线(30)以枢转方式安装的微型反射镜(28)，所述微型反射镜(28)能够接收所述照明装置(3、39)发射的光束的至少一部分并且能够在所述投射装置(10)的方向上围绕投射轴线(P-P)并且沿着投射轴线(P-P)反射所述光束的至少一部分，每个微型反射镜(28)能够枢转一角度到最大角度，所述最大角度被称作最大枢转角度(2α)，
其特征在于，
所述照明装置(3、39)发射的光束在上顶点处具有大于所述最大枢转角度(2α)的角度(Ψ)，并且所述至少一个投射透镜(34)在正剖面中观察时具有矩形形状，所述矩形形状具有在大致平行于所述微型反射镜(28)的枢转轴线(30)的方向上延伸的纵向侧边(38)。
2.根据权利要求1所述的照明系统(2)，其中由所述照明装置(3、39)发射的光束的在顶点处的角度(Ψ)等于所述微型反射镜的最大枢转角度(2α)的至少1.3倍，所述至少一个投射透镜(34)在正剖面中具有横向侧边(36)，所述至少一个投射透镜的正剖面的纵向侧边(38)的尺寸大于或等于所述至少一个投射透镜的正剖面的横向侧边(36)的尺寸的1.3倍。
3.根据权利要求1所述的照明系统(2)，其中由所述照明装置(3、39)发射的光束的在顶点处的角度(Ψ)等于所述微型反射镜的最大枢转角度(2α)的2倍，所述至少一个投射透镜(34)在正剖面中具有横向侧边(36)，所述至少一个投射透镜的正剖面的纵向侧边(38)的尺寸大约等于所述至少一个投射透镜的正剖面的横向侧边(36)的尺寸的2倍。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明系统(2)，其中，由所述微型反射镜(28)反射的光束具有根据主方向(D1)的第一孔径角(β1)和在第二方向(D2)上不同于所述第一孔径角的第二孔径角(β2)，并且所述第二方向(D2)垂直于所述微型反射镜的枢转轴线(30)且垂直于所述投射轴线(D-D)，所述主方向(D1)平行于所述枢转轴线(30)。
5.根据权利要求4所述的照明系统(2)，其中所述第一孔径角(β1)至少等于所述第二孔径角(β2)的1.3倍。
6.根据权利要求4所述的照明系统(2)，其中所述第一孔径角(β1)大致等于所述第二孔径角(β2)的2倍。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明系统(2)，其中所述照明装置(3)包括第一光源(4)和第二光源(6)，其中所述第一光源(4)能够发射围绕指向所述微型反射镜阵列(8)的方向的第一照明轴线(I1-I1)延伸的光束，所述第二光源(6)能够发射围绕指向所述微型反射镜阵列(8)的方向的第二照明轴线(I2-I2)延伸的光束，所述第一照明轴线(I1-I1)和第二照明轴线(I2-I2)布置在同一照明平面(PI)中，大致等于所述微型反射镜的最大枢转角度(2α)的角度限定在所述照明平面(PI)和所述投射轴线(P-P)之间。
8.根据权利要求7所述的照明系统(2)，其中所述第一照明轴线(I1-I1)与所述第二照明轴线(I2-I2)具有照明角度(AI)，所述照明角度(AI)大致小于或等于所述最大枢转角度(2α)的2倍。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的照明系统(2)，其中所述照明装置(39)包括：
光源(14)，所述光源(14)能够发射光束；
椭圆形反射器(40)，所述椭圆形反射器(40)能够反射所述光束以产生具有等于所述最大枢转角度(2α)的2倍的孔径角的光束；
折叠单元(42)，所述折叠单元(42)能够使由所述反射器(40)反射的光束折叠，以便产生在第一方向(d1)上具有等于所述最大枢转角度(2α)的2倍的孔径角且在垂直于所述第一方向(d1)的第二方向(d2)上具有等于所述最大枢转角度(2α)的孔径角的光束；以及
会聚透镜(44)，所述会聚透镜(44)能够接收由所述反射器(40)和所述折叠单元(42)反射的光束。
10.根据权利要求9所述的照明系统(2)，其中所述会聚透镜(44)定位成至少与由所述反射器(40)形成的椭圆的焦点和所述微型反射镜阵列(8)相距预定距离，所述预定距离等于所述会聚透镜的焦距(f’)的2倍。
11.一种包括根据权利要求1至10中任一项所述的照明系统(2)的机动车辆。
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