CN108692276B - 具有机械致动器的光束投射装置、光学模块和设置有这种装置的前照灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其用于机动车辆的用于投射光束并具有机械致动器的装置，该装置包括能够发射光线以便沿着光学轴线(4)形成光束的光源(2)阵列，每个光源(2)限定具有限定在平面内的分辨角的光束的分量，所述装置此外还包括机械致动器(5)，所述机械致动器被构造成移位所述装置的至少一个元件使得光束的光学轴线(4)在至少两个投射方向之间以指定的移位频率移动，投射方向在它们之间形成与分辨角基本共面的位移角度，位移角度等于光束的分辨角的一部分。

Description

具有机械致动器的光束投射装置、光学模块和设置有这种装 置的前照灯

技术领域

本发明涉及一种特别是用于机动车辆的用于投射光束并且具有机械致动器的装置，光学模块和设置有这种投射装置的近光前照灯或远光前照灯类型的光束投射器。

背景技术

机动车辆前照灯设置有一个或多个光学模块，所述一个或多个光学模块布置在由外透镜封闭的壳体中，从而在前照灯的输出处获得一个或多个光束。以简化的方式，壳体的光学模块特别地包括光源，例如发射光线的一个或多个发光二极管，以及包括一个或多个透镜以及必要时包括光学元件的光学系统，光学元件例如为反射器，用于定向来自光源的光束以便形成光学模块的输出光束。

通常使用发光二极管阵列，例如矩阵，以获得这样的光束。每个发光二极管提供从光学模块出射的光束的分量。因此，大量的二极管不仅可以提高亮度，而且可以提高所获得的照明的分辨率。实际上，光束包含用于相同光束的更多的分量。

矩阵还可以单独激活每个发光二极管。某些二极管的单独激活给出了调制光束形状的可能性，或者甚至当存在比正在使用的光束更宽的光束时可以改变其横向范围，并且仅需要针对光束选择一部分二极管。

例如，某些技术可以检测位移方向上游的即将到来的或已经落后的车辆，并投射具有阴影区域的光束。换言之，投射光束在检测到的车辆的方向上具有光隙，以避免迎面而来的或跟随的车辆的驾驶员眩目，同时在该车辆的任一侧上保持较宽的照明。在使用此功能期间，光隙或多个光隙会跟随检测到的车辆的位移；它们因此在投射光束内移动。该功能需要光束的高分辨率，特别是为了以极高的精度限定移动阴影区域。

此外，希望避免同时使用太多的光源，因为这会导致高能量消耗和光学模块过热的风险。

发明内容

因此，本发明的目的是获得一种被构造成投射光束的投射装置，该投射装置能够以高分辨率执行诸如上述功能的功能并且保持少量的二极管。

为此目的，本发明涉及一种特别是用于机动车辆的用于投射光束并且具有机械致动器的装置，其包括能够发射光线以便沿着光学轴线形成光束的光源阵列，每个光源限定在平面中具有初始分辨率的光束分量。

该装置的特征在于，它还包括机械致动器，该机械致动器被构造成移位该装置的至少一个元件，使得光束的光学轴线根据以指定的移位频率周期性地振荡的位移在至少两个投射方向之间移动，投射方向在它们之间形成基本上与分辨角共面的位移角度，位移角度等于光束的初始分辨角的一部分。

因此，通过在限定作为光束的初始分辨角的一部分的位移角度的至少两个方向之间赋予光束的光学轴线的周期性振荡位移，可以获得更好的最终光束分辨率。从那时起，对于光束的观察者来说，在光束的截止边缘是清晰的同时，每个分量将显现为被分割。

因此，该装置可以在不增加额外光源的情况下提高光束的分辨率。特别地，由于大量源而引起的能源消耗和过热风险被最小化。而且，它使得使用标准的电子部件而不是生产的更复杂的元件成为可能。

根据本发明的可以一起或分开采用的不同实施例：

位移角度基本上等于分辨角的一半，

机械致动器被构造成移动元件使得光学轴线的移位频率是人眼无法察觉的频率，

机械致动器被构造成以不连续的方式使元件移位，使得光束的光学轴线在每个投射方向上保持比两个投射方向之间的过渡时间更长的保持时间，

光源可以被以特定的激活频率单独激活，以调制投射光束，从而在光束中产生移动阴影区域，

光源的激活频率和光学轴线的移位频率是同步的，

该装置包括光学系统，该光学系统被构造成用来自光源的光线形成光束，

光源阵列是发光二极管矩阵，

该装置包括投射透镜形成器具，投射透镜形成器具能够部分地形成光束，

机械致动器能够以平移方式移动光源阵列，

机械致动器能够以转动方式移动光源阵列，

机械致动器能够共同转动地移动投射透镜形成器具和光源阵列，

机械致动器能够平移地移动投射透镜形成器具，

该装置包括被构造为反射光束的反射镜，机械致动器能够移动反射镜。

本发明还涉及包括这种用于投射光束并具有机械致动器的装置的光学模块。

本发明还涉及一种设置有这种光学模块的机动车辆前照灯。

附图说明

参照以下仅通过指示方式给出的描述，将更好地理解本发明，所述描述并非意在限制本发明并参照附图给出描述：

图1示意性示出了根据本发明的装置的第一实施例的透视图，

图2示意性示出了根据本发明的装置的第二实施例的平面图，

图3示意性示出了根据本发明的装置的第三实施例的平面图，

图4示意性示出了根据本发明的装置的第四实施例的平面图，

图5示意性示出了根据本发明的装置的第五实施例的平面图，

图6示意性示出了装置投射的具有在第一方向上的光学轴线的光束，

图7示意性示出了装置投射的具有在第二方向上的光学轴线的光束，

图8示意性地示出了观察者察觉到的光束，

图9示意性地示出表示光束的光学轴线的位移的图表，

图10示意性地示出了由该装置投射的另一种类型的光束，

图11示意性地示出了由观察者基于图10中示出的光束感知的光束，

图12示意性地示出了光束中阴影区域的形成。

具体实施方式

图1至5示出了根据本发明的用于投射光束并且具有机械致动器的装置1的五个不同实施例。投射装置1尤其可以是机动车辆前照灯的光学模块的一部分，所述装置设置有部分地形成光学模块的输出光束的投射透镜形成器具。透镜形成装置在图中由单个投射透镜3表示。

在图1中，装置1包括能够发射光线以形成光束的光源阵列和被构造成用来自光源的光线部分地形成光束的光学系统。阵列例如是发光二极管矩阵，并且光学系统是简单的透镜或者校正透镜或者用于均匀化光束和/或校正光学像差的多个透镜的系统。光源阵列和光学系统一起由单个元件表示，在说明书中称为光源组件2。阵列的每个光源提供由装置1投射的光束的分量。

由该装置发射的光束通过投射透镜3沿着光学轴线4射出。图6中示意性示出的光束13被水平地分成几个分量10，在这种情况下几个分量10竖直地延伸，阵列的每个光源限定了光束13的分量10。因此，每个矩形对应于由不同光源发射的光束13的分量10。在这种情况下，阵列是一系列对齐的光源，例如一列发光二极管。光束13的光学轴线由中心光点22表示，竖直和水平箭头表示固定在空间中的参照系的轴线11,12。此外，光束13具有在水平平面中限定的分辨角，水平平面由水平轴线11限定，分辨角由双向箭头24限定。在说明书中，光束13的分辨角例如等于1°。

为了增加光束13的光学分辨率并且因此减小分辨角，装置1被构造成在两个投射方向之间周期性地移动光束13的光学轴线。

为此，在图1所示的第一实施例中，装置1设置有能够使光源组件2相对于投射透镜3平移地移位的机械致动器5。机械致动器5是双位置机械致动器，例如电磁体，设有凸轮的马达，步进马达或压电马达。

光源组件2在与投射透镜3基本平行的平面内以位移方式被驱动。光源组件2在两个极限位置之间移动，即对应于光束的光学轴线的第一投射方向的第一位置和对应于光学轴线的第二投射方向的第二位置。

图6示出了光束13及其在第一方向上的光学轴线(光点22)，

图7示出了光束及其在第二方向上的光学轴线(光点23)。需要注意的是，由于竖直轴线12和水平轴线11的参照系是固定的，所以光束向左偏移。光点22和23相对于固定的水平参照物11的水平位置差异对应于由双头箭头24表示的分辨角的一半。

对于设置有诸如图6所示的竖直分量10的光束，光源组件2水平地偏移，使得光束的轴线沿着水平轴线11移动。因此光束的位移基本上在划分成光束13的分量10的平面中执行。如果光束13是垂直的且具有水平分量10，则光源组件2将竖直地移动。因此，光束13的光学轴线的两个方向在它们之间形成与光束的分辨率角基本共面的位移角度。

选择两个极限位置，使得光束13的光学轴线的位移角度等于光束13的分辨角的一部分。为了减小分辨角，例如减小一半，两个位置之间的位移角度优选地基本上等于分辨角的一半，即在这种情况下为0.5°。在图6和图7中可以看出，竖直轴线12从图6中的第三和第四分量之间的边界向图7中的第四分量的中心移动。

光源组件2以及因此光束13的轴线此外通过致动器5在两个位置之间以人眼无法察觉的特定移位频率移动。这样的频率必须高于40Hz，并且优选地在100Hz和200Hz之间。

因此，观察投射光束13的观察者不能辨别光束13的两个方向。换句话说，观察者看到相同光束13的两个方向的叠加，也就是说当光学轴线处于第一方向时如图6所示的光束13以及当光学轴线13处于第二方向时如图7所示的光束的叠加。

图8显示了这种叠加所获得的效果，以及观察者实际感知到的光束13。应注意的是，光束13然后具有由双头箭头表示的分辨角25，该角度比原始光束小两倍，即0.5°。光束的分辨率因此已经乘以2。

此外，机械致动器5被构造成用于以不连续的方式移位光源组件2并且因此移位光束13的光学轴线，使得光束13的光学轴线在两个方向中的每一个方向上被保持比两个投射方向之间的过渡时间更长的保持时间。换句话说，位移不是以恒速运动。

实际上，期望光束的两个定向的叠加，同时最小化对应于中间位置的光束的其他方向的重叠。如图9所示，在竖直轴线14表示光源组件2的位置并且水平轴线15表示时间的情况下，位移遵循基本上矩形的周期性函数。矩形波形的顶部电平16和底部电平17对应于两个极限位置中每一个的保持时间，并且将每个顶部电平16连接到底部电平17的斜坡18对应于过渡时间。在这种情况下，注意到保持时间比过渡时间长约四倍。有利地，保持时间比过渡时间长至少四倍，优选至少二十倍，更优选至少五十倍。

在变型实施例中，图10示出了包括竖直和水平分量的光束13，该光源阵列例如是发光二极管矩阵。图11示出了当光束13借助于根据本发明的装置1运动时由观察者感知的光束13。光束13以类似于图6和7中所示的示例的方式水平地移动，并且可以获得增加的水平分辨率。

如图12所示，可以单独激活光源，以便能够关断光束的某些分量10，而其他分量保持开启。投射光束因此可以被调制，以便在光束13中产生移动阴影区域21。当单个光源未激活时，在光束13中出现阴影区域，在前面的例子中其分辨角等于1°，光束13是固定的。图12(a)和12(b)示出了具有由图12(a)中关断的第三分量产生的阴影区域和图12(b)中关断的第四分量产生的阴影区域的光束的例子。

当根据本发明在光束周期性地改变方向时同一光源未激活时，阴影区域的分辨角减小到0.5°。然而，在这种情况下，阴影区域21只能出现在分辨角为0.5°的某些分量上，附加分量总是被开启。更确切地说，分辨角为0.5°的光束的两个分量中只有一个可以关断。

根据第一变型实施例，为了使得阴影区域以0.5°的分辨角出现在其他分量上，以与机械致动器5的移位频率同步的激活频率激活光源。该同步如图12所示。图12(a)示出了沿第一方向定向的光束13，图12(b)示出了沿第二方向定向的同一光束13。在图12(a)中，限定第三分量的光源未被激活，并且在图12(b)中，是限定第四分量的光源未被激活。因此，激活的光源与光束13的方向改变同时交替，以获得期望分量中的阴影区域。关断的分量因此在与光束13的位移方向相反的方向上移动。优选地，激活频率基本上等于光束的移位频率。

图12(c)是表示光束13的光强度19的曲线图，光束13具有单个阴影区域，单个阴影区域与具有0.5°的分辨角26的单个分量相对应。图12(a)和12(b)的两个光束13的叠加导致具有0.5°的分辨角的分量，该分量被完全关断，因为该分量是由两个阴影区域的叠加产生的，如由图12(a)，12(b)和12(c)中的虚线27所示。该分量21在两侧被两个分量围绕，所述两个分量的光强度值等于分量的正常光强度的一半，因为两个分量是通过叠加阴影区域和开启区域而获得的。其他分量都具有正常的光强度，因为它们是通过叠加两个开启区域获得的。

根据图中未示出的另一变型实施例，机械致动器5构造成用于使光源组件2周期性地在中间位置和另一位置之间移位，另一位置从相对于中间位置的两个相反的极限位置中选择。中间位置与第一极限位置之间的周期性位移使得有可能用一个未激活光源导致在光束上出现具有0.5°的分辨角的阴影区域。中间位置和第二极限位置之间的周期性位移使得有可能用相同未激活光源导致在光束上出现具有0.5°的分辨角的附加阴影区域。因此，光束的轴线在中间方向和第二方向之间周期性地定向，第二方向从与光源元件2的位移对应的两个极限方向中选择。

因此，取决于待关断的分量，机械致动器将光源组件在中间位置与第一极限位置之间或在中间位置与第二极限位置之间移动。每个位移产生类似于图6和7中所示的关于分辨角减小的效果。在该变型中，光源的激活与光束的位移的同步不是必需的，因为这可能导致整个光束上出现阴影区域。

以下实施例在光束上具有与第一实施例相同的效果和优点。

图2示出了与第一实施例类似的第二实施例，其中相同的元件具有相同的附图标记。不同之处在于机械致动器5，在这种情况下机械致动器5使光源组件2转动。为了从一个位置改变到另一个位置，光源组件2遵循与投射透镜3的焦点曲线相对应的曲线6，焦点7在其图像侧示出。当光源组件2的光学系统是简单的，例如具有单个透镜时，特别是关于场曲方面，该实施例是特别有利的。另一方面，第一实施例对于更复杂的光学系统是有利的。

在图3所示的第三实施例中，机械致动器5仅使投射透镜3平移。在这种情况下，光源组件2是固定的，并且投射透镜3的位移限定了光束的轴线4的定向。

根据如图4所示的第四实施例，机械致动器5使装置1的所有其他元件转动运动，也就是说，光源系统2和投射透镜3共同围绕共用轴线移动。该实施例对应于光学模块绕轴线转动的水平或竖直位移。

在第五实施例中，如图5所示，装置1包括反射镜9，反射镜9被构造成将来自光源组件2的光束朝向投射透镜3反射。在这种情况下，机械致动器5使反射镜9移动，当反射镜9是唯一要移动的元件时，使反射镜9进行平移，或者当反射镜9与光源组件2一起移动时，使反射镜9进行转动。

该说明书描述了本发明的分辨角除以2的示例。然而，该装置可以适于进一步除以光束的分辨角。因此，通过选择周期性地将光束定向在三个方向而不是两个方向上，可以将分辨角除以三，并且对于上述示例实现基本上等于0.33°的角度。为此目的，致动器5被构造成用于周期性地在三个位置上移位装置1的元件中的至少一个。因此选择光束的位移的频率使得位移对于观察者而言是不可察觉的。在具有三个方向的例子中，频率至少为60Hz。

Claims (17)

1.一种用于投射光束并且具有机械致动器的装置，包括能够发射光线以便沿着光学轴线(4)形成光束(13)的光源(2)的阵列，每个光源(2)限定所述光束(13)的分量(10)，所述光束具有在一平面中限定的分辨角，其特征在于，

所述装置还包括机械致动器(5)，所述机械致动器被构造成使所述装置的至少一个元件移位使得光束(13)的光学轴线(4)根据以指定的移位频率周期性地振荡的位移在至少两个投射方向之间移动，所述至少两个投射方向在所述至少两个投射方向之间形成与所述分辨角基本共面的位移角度，所述位移角度等于光束的分辨角的一部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述位移角度基本上等于分辨角的一半。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述机械致动器(5)被构造成使所述元件移动以使得所述光学轴线(4)的移位频率是人眼不可察觉的频率。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述机械致动器(5)被构造为使所述元件以不连续的方式移位，使得所述光束(13)的所述光学轴线(4)在每个投射方向上保持比在所述两个投射方向之间的过渡时间长的保持时间。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述光源(2)能够以指定的激活频率被单独地激活，以调制所投射的光束(13)，从而在所述光束(13)中产生移动阴影区域(21)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述光源(2)的激活频率和所述光学轴线(4)的移位频率是同步的。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述装置包括光学系统，所述光学系统被构造成用来自所述光源(2)的光线部分地形成所述光束(13)。

8.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述光源(2)的阵列是发光二极管矩阵。

9.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述装置包括投射透镜形成器具(3)，所述投射透镜形成器具(3)能够部分地形成所述光束(13)。

10.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述机械致动器(5)能够以平移方式移位所述光源(2)的阵列。

11.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述机械致动器(5)能够以转动方式移动所述光源(2)的阵列。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述机械致动器能够以共同转动方式移动所述投射透镜形成器具(3)和所述光源(2)的阵列。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述机械致动器(5)能够以平移方式移动所述投射透镜形成器具(3)。

14.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述装置包括被构造成反射所述光束(13)的反射镜(9)，所述机械致动器(5)能够移动所述反射镜(9)。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述用于投射光束并且具有机械致动器的装置是用于机动车辆的装置。

16.一种光学模块(8)，包括根据前述权利要求中任一项所述的用于投射光束并且具有机械致动器的装置。

17.一种机动车辆前照灯，包括根据权利要求16所述的光学模块(8)。

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