CN108291704B - 包括数字屏幕的光束投射装置和装备有这种装置的前照灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车辆光束投射装置，包括至少一个能够发射光线的光源(2)，具有位于光学出射元件上的出射光瞳的光学投射系统，该光学系统能够投射光束，其特征在于，它包括配置成将由至少一个光源(2)发射的入射光线的至少一部分导向所述光学投射系统的数字屏幕(4)，所述装置(1)还包括用于将由至少一个光源(2)发射的光线聚焦在数字屏幕(4)的区域(6)上的机构(5)；以及中间组件(9)，该中间组件(9)用于投射源自数字屏幕的光线(4)，光线被配置成照亮出射光瞳的表面积。

Description

包括数字屏幕的光束投射装置和装备有这种装置的前照灯

技术领域

本发明涉及特别是用于机动车辆的一种具有数字屏幕的光束投射装置，以及具有这种投射装置的近光前照灯或远光前照灯类型的汽车照明光束前照灯。

背景技术

机动车辆前照灯配备有多个布置在壳体中的元件，以便在前照灯的出口处获得光束。以简化的方式，壳体的元件尤其包括光源以及投射机构，光源例如为发射光线的(或多个)发光二极管，投射机构能够基于从光源发出的光线形成光束，并且例如由设置在光源附近的反光镜和在前照灯出口处的透镜联合形成。反光镜的功能是集中和定向从光源发出的光线，以便将它们导向透镜，透镜最后形成用于前照灯的光束。可选地，投射机构可以仅包括反光镜或仅包括透镜。

已知的是，某些机动车辆前照灯能够根据车辆驾驶员的需要改变光束的定向和/或其形状。如此执行的第一功能是动态弯曲照明功能，也已知为缩写DBL，其代表动态弯曲光。当车辆转弯时，车载电子系统命令改变光束的定向，以使其在操纵期间适应驾驶员的视野。因此，前照灯在车辆的转动方向上移动光束的轴线以便更好地照亮道路。

为此，前照灯使用移动前照灯的某些元件或整个前照灯的机械机构，以便改变光束的方向。

但是，这些机械机构制造复杂且昂贵。而且，它们需要相当大的能源消耗才能被驱动。

第二功能涉及根据交通流条件产生自适应照明光束(由缩写ADB表示，代表自适应驾驶光束)的可能性，并且特别涉及产生黑暗隧道以在投射光束中隔离前方或后方的车辆，以免使其炫目(防炫目远光灯功能，也称代表无眩光远光束的缩写GFHB)。

因此，WO2008/037388公开了，借助于如前所述的与一组隔膜相关联的转动模块实现这种功能，以便在光束中产生暗区并照亮位于所述暗区中的车辆的任一侧。

用于实现这种自适应照明功能的其他技术也是已知的，特别是使用产生具有竖直带或具有像素阵列的光束的投射系统。特别是，已知将发光二极管阵列与连接到投射机构的光导关联或者使用激光束扫描系统或使用数字屏幕，例如微反射镜阵列(也已知为缩写DMD，这代表数字微反射镜装置)。

文献WO99/11968中特别描述了一种基于微反射镜阵列的汽车前照灯解决方案，在微反射镜阵列上的氙光源被准直。

因为这种微反射镜阵列技术在技术上已经成熟并且在汽车照明中使用相对经济实惠，并且使得可以开发具有大量像素的紧凑且精确的照明系统，所以这种微反射镜阵列技术现在是特别有利的。

然而，将氙光源和微反射镜阵列相关联的已知前照灯没有特别优化，包括微反射镜阵列上的源的准直，微反射镜阵列显示出体积较大的和复杂的投射光学器件，具有多于四个的透镜，或甚至超过六个的透镜。

发明内容

因此，本发明首先旨在获得一种被配置为投射光束的前照灯，该光束(自适应光束)可以根据车辆的轨迹或驾驶环境而改变，并且不使用任何精确的机械机构或者需要较长的冲程去执行这些改变的机械机构。

此外，本发明的目的在于使得能够有效地利用光源的同时，以简单的方式使用微反射镜阵列类型的数字屏幕来产生有效(具有高效率)的前照灯。

因此，本发明涉及一种特别用于机动车辆的光束投射装置，所述光束投射装置包括能够发射光线的至少一个光源，具有位于光学出射元件上的出射光瞳的光学投射系统，所述投射系统能够投射光束。

投射装置的特征在于，它包括数字屏幕，所述数字屏幕被配置为将由光源发射的入射光线的至少一部分引导到所述光学投射系统，该装置还包括用于聚焦由数字屏幕的区域上的至少一个光源发出的光线的机构，以及用于投射源自数字屏幕的光线的中间组件，所述光线被配置为照亮所述出射光瞳的表面。

因此，数字屏幕被用于调节由该装置投射的光束。为了达到这个目的，聚焦机构将由光源发出的光线集中在数字屏幕的区域上，该区域充当反射镜，以便将光线引向光学投射系统。通过激活与其表面成为元件的细分相对应的像素或使所述像素失效，数字屏幕可以控制光束的外观尺寸和定向以及结构，所述元件易于发送光线，所述光线传送到包括光学出射元件的光学投射系统外，因而熄灭光束的区域。

本发明一方面可以省去具有较大冲程的机械机构，另一方面通过用于将光线聚焦在数字屏幕的区域上的机构和中间投射组件而有效地使用数字屏幕，该中间投射组件在光学投射系统的出射光瞳上产生数字屏幕的表面的变形。

根据本发明的可以一起或分开采用的各种实施例：

--聚焦机构包括反光镜，光源设置在所述反光镜的第一光学焦点处，数字屏幕设置在所述反光镜的第二光学焦点处，

--中间投射组件被配置为投射源自数字屏幕的光线以基本上照射出射光瞳的整个表面积，

--中间投射组件与光学出射元件形成双焦点系统，

--中间投射组件包括至少一个透镜和至多三个透镜，优选两个透镜，

--聚焦机构被配置成在数字屏幕上形成光源的光线的加宽图像，

--该装置包括多个光源，聚焦机构包括与每个光源或一组光源相关联的反光镜或反光镜腔，

--数字屏幕是微反射镜阵列，每个微反射镜的定向能够取两个位置，第一位置和第二位置，在第一位置处，光线被反射向光学投射系统，在第二位置处，光线在与光学投射系统不同的方向上被反射，

--微反射镜阵列被布置为使得数字屏幕上的光源的光线的半孔径角度β和朝向投射系统的光线相对于屏幕的半孔径角度小于2α，α是微反射镜阵列的微反射镜的定向的特征角度，

--光源包括至少一个发光二极管，

--光源包括至少一个激光源或激光二极管，

--光学系统的出射光瞳在垂直于投射轴线的平面上的投影中显示出基本上矩形的形状，矩形的较长的侧边的尺寸和较短的侧边的尺寸之间的比率至少为3，优选地至少为4或5，

--光学出射元件具有细长形状并且具有垂直于光学轴线的尺寸，该尺寸小于50mm，优选小于30mm，更优选小于20mm，

--光学出射元件是透镜，

--光学出射元件是反光镜，

--由该装置产生的光束是远光束。

本发明还涉及包括这种投射装置的机动车辆前照灯。

附图说明

参照下面的描述，并伴随附图，将更好地理解本发明，下面的描述仅以说明的方式给出，并且其目的不是限制本发明：

-图1以轮廓图示意性地示出了根据本发明的具有数字屏幕的光束投射装置的第一部分；

-图2以示意方式示出了根据本发明的一个实施例的具有数字屏幕的光束投射装置的透视图，

-图3示出了源自一个或多个光源的入射在数字屏幕上的光束的形状，

-图4(a)，(b)和(c)示出了基于图3中所示的入射光束由数字屏幕朝向透镜形成机构反射的光束的形状的示例，

-图5以示意方式示出了根据本发明的投射装置的第二部分，

-图6以示意方式示出了根据本发明的一个实施例的具有数字屏幕的光束投射装置的轮廓视图。

具体实施方式

为了便于表示，图1部分地示出了根据本发明的装置，其中没有示出中间投射组件。中间投射组件在图2，5和6中可见。

光束投射装置1包括能够发射光线的至少一个光源2。图1中所示的实施例具有单个光源2，并且图2和6中所示的实施例具有并排布置的三个光源2。一个或多个光源2布置在支架25上。

在第一实施例中，一个或多个光源2由设置在支架25上的至少一个发光二极管(LED)形成。有利地，这需要一组光源，该组光源是多芯片发光二极管类型，也就是说需要包括几个电致发光发射器的单个电子部件。

在第二实施例中，光源2将激光源与至少一个发光二极管相关联。激光源指向设置在支撑件上的二极管。二极管还包括例如磷光体的波长转换上层，以散射激光的一部分光并将另一部分光转换为适当的颜色。在不改变光源的尺寸或特性的情况下，激光源向转换元件传输补充来自二极管的光的量的附加光。

在第三实施例中，光源2仅包括一个或多个激光源或激光二极管。激光源2或者设置在支架25上或者远离支架25并指向支架25。在第一种变型中，激光源设置在发光二极管的位置处。在第二变型中，支架25配备有用于将光线转换成期望颜色的辐射波长转换元件。例如可以使用由发光材料制成的板作为支架25。发光材料板可以用于透射或反射。在透射时，激光穿过板，在反射时激光被板反射。因此，激光二极管和板布置在对应于这种类型的用途的位置处，也就是说在上方或下方。

在最后的实施例中，光源是发光二极管和激光二极管的组合。特别地，更具体地照亮数字屏幕4的中心部分的一个或多个二极管是一个或多个激光二极管，并且照亮数字屏幕的外围的二极管是发光二极管。

诸如发光二极管或激光二极管的半导体光电子器件类型的光源的使用相比于氙源是特别有利的：半导体光电子器件类型的光源不仅不发射任何易于加热数字屏幕的红外辐射并且导致数字屏幕的故障，它们还在朗伯半空间中发射(而氙源在所有方向上发射)，并因此产生用于将由这些源发射的光通量引导到数字屏幕上的非常小体积的聚焦机构。

在图1，2，5和6中，光束投射装置1包括光学投射系统，该光学投射系统包括在此为出射透镜3的光学出射元件。该光学投射系统能够在例如投射模块或前照灯的出口处投射光束。因此，由一个或多个光源2发射的光线被偏离以形成与近光前灯或远光前灯类型的光束或任何其他期望光束对应的光束。光学投射系统将光束投射在光学投射轴线7周围。

装置1还包括用于围绕光学照射轴线8将由光源2发射的光线聚焦在数字屏幕4上的机构5。依靠聚焦机构而不是用于将由一个或多个光源发射的光准直在数字屏幕4上的机构，有利地使得可以在所述数字屏幕4上产生具有光束中的最大强度M的区域的可变(非均匀)发光强度分布。因此，为了生产汽车照明光束，装置的效用得到了极大的改善。

根据本发明，投射装置1还包括数字屏幕4，该数字屏幕4被配置为朝向投射系统引导由源2发射的入射光线的至少一部分。数字屏幕4由分别控制的像素形成。每个像素配置为允许入射光线到达光学投射系统或防止它们到达光学投射系统。因此，借助于数字屏幕4，可以通过激活或通过停用组成数字屏幕4的像素来选择由装置1投射的光束的形状和定向。

图3表示从一个或多个光源2发出的数字屏幕4上的入射光束10的示例性形状，图4(a)，(b)和(c)示出了基于图3的入射光束10的通过数字屏幕返回的三个光束形状示例11，12，13。入射光束10在水平平面中具有与如下平面对应的加宽的形状，在该平面中，期望对投射在道路上的光束的定向执行改变，加宽的形状具有最大强度M的区域。数字屏幕4使得可以通过激活一些像素来选择入射光束的一部分。如图4(a)，4(b)和4(c)的示例所示，由数字屏幕4返回的光束因此取决于所做出的选择而具有不同的定向。在图4(a)中，反射光束11朝向左侧定向，图4(b)的光束12被居中并且默认对应于远光束，而图4(c)的光束13朝向右边定向，最大强度M的区域的位置根据定向而变化。因此，在汽车前照灯中，可以选择投射在道路上的光束的定向并使其适应于例如弯道上的情况。

在图1，2和6所示的实施例中，数字屏幕4是通过反射引导光线的微反射镜阵列(也称为首字母缩略词DMD，代表数字微反射镜装置)。光线在两个可能的方向上被反射：围绕光学投射轴线7朝向光学投射系统和出射透镜3，以形成由投射装置1投射的光束，或者沿着与光学投射系统以及出射透镜3不同的方向。

为此，每个微反射镜可以在两个固定位置，即第一位置和第二位置之间枢转，在第一位置处，光线被反射向光学投射系统和出射透镜3，在第二位置处，光线沿与光学投射系统以及出射透镜3不同的方向被反射。两个固定位置对于所有微反射镜以相同的方式定向并相对于微反射镜阵列的支撑参考平面形成角度α，角度α是微反射镜阵列的特征，并且在其规范中限定。这个角度α通常小于20°，通常约等于12°。

因此，每个微反射镜反射入射到阵列上的光线的一小部分，位置变化的致动使得可以改变由光学投射系统以及最终出射透镜3发射的光束的形状。微反射镜向光学投射系统返回的光线参与投射装置1投射的光束。并且在不同的方向上被微反射镜返回的光线不参与投射光束。基于图3的入射光束10，可以仅选择光束的一部分以便将其反射到光学投射系统，所述部分例如对应于图4中的那些图案中的一个。

如图1所示，微反射镜阵列和一个或多个光源2被布置成使得入射到数字屏幕4上的光线的半孔径角度β至多等于数字屏幕4的微反射镜的特征角度α的两倍。因此，当微反射镜处于第一位置处时，朝向光学投射系统反射的光线的半孔径角度β也小于数字屏幕4的特征角度α的两倍。入射光线的孔径角度相对于光学照射轴线8限定，并且反射光线的孔径角度相对于光学投射轴线7被限定。

光学照射轴线8和光学投射轴线7在它们之间形成大于或等于2α的角度。因此，当微反射镜处于第一位置时，基本上所有的光线都返回到光学投射系统，并且当微反射镜位于第二位置时，基本上所有的光线都以不同于光学投射系统的方向被返回。因此这避免了光线被投射到光学投射系统，同时它们被布置在第二位置处的微反射镜反射。事实上，在两个光学轴线之间的角度小于2α的情况下，然而当微反射镜处于第二位置时，某些光线仍然会朝向光学投射系统反射并最终反射到出射透镜3。

此外，聚焦机构5将光线聚焦在数字屏幕4的区域6上。光线集中在数字屏幕4的缩小区域6上，以在保持紧凑的同时，保证由装置1发射的足够强的光束。借助根据本发明的投射装置1，可以使用与投射机构相关联的数字屏幕来形成具有动态弯曲或防眩功能的近光束头灯或远光束头灯类型的光束。

有利地，聚焦机构5被配置为在数字屏幕4上形成加宽的图像。因此，容易根据需要选择一部分入射光线并且使光束偏转。例如，如果光源是单个LED，则放大率将是3至5，而如果光源由多个并置LED或多芯片LED构成，则放大率将位于1.1和2之间。

在图1，2和6中，聚焦机构是大致椭圆形的反光镜，光源2设置在所述反光镜的第一光学焦点处，数字屏幕4设置在所述反光镜的第二光学焦点处。当只有一个反光镜用于光源时，其尺寸被设计成获得与图3所示的光束类似的加宽形状。

在未示出的变型实施例中，利用单个反光镜和多个光源，设置每个光源或一组光源以便照亮数字屏幕的基本上不同的区域。

在图2和6所示的变型实施例中，装置1包括几个光源或一组光源2，第一聚焦机构包括与每个光源2相关联的椭圆形反光镜或反光镜腔，每个光源2和反光镜或反光镜腔组被配置为照射数字屏幕4的基本上不同的区域。

根据特别有利和优选的特征，光学投射系统由单个光学出射元件组成。

根据本发明的基本特征，装置1配备有中间组件9，用于将由数字屏幕4反射的光线投射到光学投射系统，特别是光学出射元件，在此光学出射元件由出射透镜3组成，如图2，图5和图6所示。中间投射组件9有利地被配置成投射源自数字屏幕4的光线，以基本上照射光学投射系统的出射光瞳的整个表面积，该出射光瞳位于光学出射元件上。因此，该装置保持紧凑，因为可以具有包括光学出射元件，特别是出射透镜3的投射系统，出射透镜3足够靠近数字屏幕4而不会损失光，中间投射组件9具有如下功能，即针对光学出射元件的尺寸，特别是由所述光学出射元件携带的光学系统的出射光瞳的尺寸，调适由屏幕4反射的光线的定向。

该中间投射组件包括至少一个透镜和至多三个透镜。优选地，它包括两个透镜。

参考图5和6，中间投射组件包括第一透镜15和第二透镜14。优选地，第一透镜15至少在平面内是收敛的。中间组件9的这些透镜可以是圆柱形或环形的。出于体积的原因，并且为了特别可以将聚焦机构5尽可能近地定位，可以横向切割第二透镜14。优选地，第一透镜15在小于10mm的距离处被定位在数字屏幕4附近，而第二透镜14也在小于10mm的距离处接近出射透镜3。

中间组件9的两个透镜14，15被配置为基本上在出射光瞳的整个宽度和整个高度上散布光线，使得光学出射元件(此处为出射透镜3)的出射面对于位于光学轴线上并观看所述出射面的观察者显示为完全或几乎完全照亮。这里，基本上被理解为是指尺寸的100％，±5％。因此，由数字屏幕4返回的光线的形状适于光学出射元件(在此为出射透镜3)的尺寸，以便保持紧凑的装置。同时，还保证了装置的最佳发光效率。

根据本发明的有利特征，中间投射组件9和光学出射元件形成双焦点系统，也就是说，在包含光学投射轴线7的第一平面中具有第一焦距并且在包含光学投射轴线并垂直于第一平面的第二平面中具有第二焦距。

实际上，由于款式的原因，光学出射元件通常在垂直于光学轴线的方向上呈现细长形状。在光学出射元件的最小尺寸中，例如其高度，计算系统的最大焦距以对应于微反射镜阵列的孔径角度2α。在与第一尺寸垂直的另一个尺寸上，例如长度，将选择较小的焦距以便沿相应的方向散布光束，例如以在光学轴线的任一侧水平地产生朝向20°的远光束类型的光束。根据所描述的示例，在没有脱离本发明范围的情况下，出射透镜3沿着基本上水平的轴线是细长的，但是完全可以使该装置适于光学出射元件的长度的基本上竖直的定向。

然后可以理解的是，凭借这种双焦点系统，可以有效地使用现今可用的微反光镜阵列，这些微反光镜阵列具有电视类型的尺寸，其宽高面积比例如为4/3，16/9或16/10，并且使其与照明光束的尺寸约束和光学出射元件的款式兼容，而不会损失光。

此外，该双焦点系统很简单，包括有限数量的光学元件，优选少于四个的光学元件，包括光学出射元件。

Claims (13)

1.一种机动车辆光束投射装置，包括能够发射光线的至少一个光源(2)，具有位于光学出射元件上的出射光瞳的光学投射系统，所述光学投射系统能够投射光束，其特征在于，

所述机动车辆光束投射装置包括数字屏幕(4)，所述数字屏幕被配置成将由至少一个光源(2)发射的入射光线的至少一部分引导到所述光学投射系统，所述机动车辆光束投射装置(1)还包括用于将由所述至少一个光源发射的光线聚焦在数字屏幕(4)的区域(6)上的聚焦机构(5)；以及中间组件(9)，所述中间组件用于投射源自数字屏幕(4)的光线，所述光线被配置成照亮出射光瞳的表面积，聚焦机构(5)包括反光镜，光源(2)设置在所述反光镜的第一光学焦点处，并且数字屏幕(4)设置在所述反光镜的第二光学焦点处。

2.根据权利要求1所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

所述中间投射组件(9)被配置为投射源自所述数字屏幕(4)的光线，以基本上照射出射光瞳的整个表面积。

3.根据权利要求2所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

所述中间投射组件(9)和所述光学出射元件形成双焦点系统。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

所述光学出射元件是出射透镜(3)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

所述光学出射元件是反光镜。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

聚焦机构(5)被配置成在数字屏幕(4)上形成光源(2)的光线的加宽图像(10)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

所述机动车辆光束投射装置(1)包括多个光源(2)，所述聚焦机构(5)包括与每个光源或每组光源相关联的反光镜或反光镜腔。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

数字屏幕(4)是微反射镜阵列，每个微反射镜的定向能够采取两个位置，即第一位置和第二位置，在第一位置处，光线被反射向光学投射系统，在第二位置处，光线在与光学投射系统不同的方向上被反射。

9.根据权利要求8所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

微反射镜阵列被布置为使得光源的光线的在数字屏幕上的半孔径角度β和朝向光学投射系统的光线相对于屏幕的半孔径角度β小于2α，α是微反射镜的定向的特征角度。

10.根据权利要求1至3和9中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

光源(2)包括至少一个发光二极管。

11.根据权利要求1至3和9中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

光源(2)包括至少一个激光源。

12.根据权利要求1至3和9中任一项所述的机动车辆光束投射装置，其特征在于，

光束是照明光束。

13.一种机动车辆前照灯，包括根据前述权利要求中任一项所述的机动车辆光束投射装置(1)。

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