CN109073187A - 用于车辆的前照灯 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的前照灯，所述前照灯具有至少一个光源（1A，1B）和分配给所述至少一个光源的照明光学器件，所述前照灯具有微镜阵列（7）和成像光学器件（9），其中，所述光源和所述微镜阵列分配有中央计算单元（4），所述中央计算单元具有光源控制装置（3）和阵列控制装置（12），所述至少一个光源的经成形的光线（2A，2B）对准所述微镜阵列并且被所述微镜阵列结构化的、反射的光束通过所述成像光学器件作为光图像（10）被投影到交通空间中，其中，设有至少两个光源（1A，1B），所述至少两个光源的光线对准所述光源共用的微镜阵列（7）并且被所述微镜阵列反射的光束分配有成像光学器件（9，9f）的至少两个区域（9kA，9kB）。

Description

用于车辆的前照灯

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的前照灯，所述前照灯具有至少一个光源和分配给所述至少一个光源的照明光学器件，所述前照灯具有微镜阵列和成像光学器件，其中，所述光源和所述微镜阵列分配有中央计算单元，所述中央计算单元具有光源控制装置和阵列控制装置，所述至少一个光源的经成形的光线对准所述微镜阵列并且被所述微镜阵列结构化的反射的光束通过所述成像光学器件作为光图像被投影到交通空间中。

背景技术

概念“前照灯”在本发明的上下文中不仅可以理解为整个车辆前照灯，而且可以理解为照明单元，所述照明单元例如可以与其他照明单元一起构成前照灯的一部分。

在当前的前照灯系统的发展中，以下期望越来越重要，即能够将尽可能高分辨率的光图像投影到行车道上，所述光图像可以被迅速地改变并且可以匹配于相应的交通条件、道路条件和光条件。概念“行车道”在此用于简化的表示，因为光图像是否实际上位于行车道上或者还越过行车道延伸显然取决于局部情况。原则上，在这里应用的意义上，光图像相应于根据相关标准到垂直面上的投影，所述标准涉及机动车照明技术。

相应于所提到的需求，发展了不同的前照灯系统，如尤其借助进行扫描的、被调制的激光射束工作的前照灯，其中，光技术的初始点是至少一个激光光源，所述至少一个激光光源发出激光射束，并且所述至少一个激光光源分配有激光控制装置，所述激光控制装置用于供电以及用于监视激光发射或例如用于温度控制并且也被设置用于调制所辐射的激光射束的强度。“调制”在此应理解为，可以改变激光光源的强度，应连续地或在接通和关断的意义上脉冲式地改变。重要的是，可以类似地动态地改变光功率，视使激光射束偏转的镜位于哪个角度位置上而定。附加地，还存在一定时间内接通和关断的可能性，以便不照明或渐隐限定的位置。激光光源的和用于射束偏转的微镜的控制通过计算单元、也简称ECU（电子或发动机控制单元）来实现。用于通过进行扫描的激光射束产生图像的动态控制方案的一个示例例如在本申请人的文献AT 514633中予以描述。

因为这样的前照灯系统部分地是非常耗费和昂贵的，从而存在以下期望：实现一种经济的前照灯，该前照灯仍然具有在所产生的光图像方面的高的灵活性，所以还已知以下前照灯：所述前照灯作为光加工元件使用具有大量可控制的像素区的成像器。因此，DE10 2013 215 374 A1示出以下解决方案：在所述解决方案中，使光源的光通过光导元件偏转到LCD成像器、到LCoS芯片或到微镜装置（“DMD”）上，以便然后通过投影光学器件投影到行车道上。

DMD是对于“Digital Micromirror Device：数字微镜装置”所使用的缩略语，因此用于微镜阵列或微镜矩阵。这样的微镜阵列具有非常小的尺寸，典型地数量级为10mm。在DMD中矩阵式地布置微镜促动器，其中，每个单独的例如具有约16µm的边长的镜元件可倾斜确定的角度、例如20°，例如通过电磁的或压电的促动器。微镜的最终位置称作开-状态或关-状态，其中，开-状态表示，光从微镜通过成像光学器件到达道路上，而在关-状态中光例如偏转到吸收器上。即通常也必须负责以下光线的吸收：所述光线从微镜出发到微镜的非“有效的”角度位置中并且所述光线没有通过成像光学器件投影到道路上。为此，使用吸收器或吸收器表面，吸收器或吸收器表面吸收否则有害的光线并且将其转化成热。

每个微镜在角度方面可单独调整，其中，在最终位置之间可以在一秒内切换高达5000次。镜的数目相应于所投影的图像的分辨率，其中，一个镜可以表示一个或多个像素。目前可获得具有在百万像素范围内的高分辨率的DMD芯片。可调整的单镜所基于的技术是微机电系统（MEMS）技术。

DMD技术具有两个稳定的镜状态并且通过在这两个稳定的状态之间的调制可以调节反射，而“Analog Micromirror Device：模拟微镜装置”（AMD）技术具有以下特性：可以在可变的镜位置中调节单镜。

基于微镜阵列的前照灯例如在DE 195 30 008 A1中予以描述。

在机动车的前照灯中，通常以尽可能紧凑的结构型式实现多个光功能，如尤其远光灯、近光灯、日间行车灯和转向灯。从微镜方案出发，在这种情况下对于成像光学器件需要多个微镜阵列和多个透镜，这导致高的材料成本和制造成本。

光密度模式的构型不仅通过初级光源的调制来执行而且通过用于不同的光分布、如具有或不具有不对称性、渐隐场景等等的远光灯、近光灯的不同阵列控制装置来执行，其中，不同的阵列控制装置根据所期望的光分布来激活各个微镜元件。

发明内容

本发明的任务在于实现一种前照灯，所述前照灯可成本适宜地制造，但仍然具有在可产生的光图像方面的大的设计自由度。

该任务借助一开始所述类型的前照灯来解决，其中，根据本发明设有至少两个光源，所述至少两个光源的光线对准所述光源共用的微镜阵列并且被所述微镜阵列反射的光束分配有唯一的成像光学器件的至少两个区域。

由于本发明，可以借助唯一的微镜阵列和唯一的成像光学器件实现多个光功能，这简化了总构造并且使其更成本适宜。划分成多个大多功率密集的光源也使冷却变得容易。

此外有利的是，所述光源的经成形的光线在不同的入射角下对准所述微镜阵列。

也值得推荐的是，所述微镜阵列的活性的镜面划分成子区域，所述子区域分配给各个光源。

能够符合目的的是，每个光源分配有置于所述光源和所述共用的微镜阵列之间的照明光学器件。

另一方面，在一种特别紧凑的结构型式的意义上可以规定，两个或更多个光源分配有置于所述两个或更多个光源与共用的微镜阵列之间的照明光学器件。

此外如果所述唯一的成像光学器件的两个区域相叠地放置并且由本体透镜式地构造，所述本体由光学玻璃/塑料制成，则可以实现一种成本适宜的和节省空间的结构型式。

也能够有利的是，所述透镜本体放置在前照灯的前部区域中，并且在所述微镜阵列和所述透镜本体之间布置有构造为透镜/透镜系统的子光学器件。

另一种有利的构造方案的特征在于，唯一的成像光学器件的一个区域分配给所述多个光源中的一个，而所述成像光学器件的另一区域分配给两个或更多个光源。

附图说明

下面例如根据在附图中说明的实施方式详细阐述本发明连同另外的优点。在所述附图中：

图1以示意图示出具有微镜阵列的前照灯的第一实施方式的对于本发明重要的构件；

图2以简化的透视图示出本发明的示例性的第二实施方式，其中，突出对于本发明重要的构件；

图3以放大的透视图示出根据图2的、但从另一视角看的实施的第一照明模块；

图4以放大的透视图示出根据图2的、但从另一视角看的实施的第二照明模块；

图5示出具有微镜阵列的在本发明中例如使用的DLP部件的前视图；以及

图6示出根据图2的实施的缩小的侧视图，用于说明这两个照明模块的相对于水平线倾斜的光学轴线。

具体实施方式

参考图1，现在详细阐述本发明的实施例。尤其示出对于根据本发明的前照灯重要的部分，其中，清楚的是，机动车前照灯还包含许多能够实现机动车前照灯在机动车、如尤其轿车或摩托车中的有意义的应用的其他部分。前照灯的光技术初始点在这种情况下是两个光源1A和1B，它们输出各一个光线2A、2B并且分配有控制装置3，其中，该控制装置3用于光源1A和1B的供电以及用于其监视或例如用于温度控制并且也可以被设置用于调制所辐射的光线的强度。“调制”在本发明上下文中理解为，可以改变光源的强度，应连续地或脉冲式地在接通和关断的意义上来改变。附加地还存在一定时间内接通和关断的可能性。

作为光源不仅可以考虑通过激光辐射激励的磷光体元件，而且可以使用经典的LED或高电流LED。也可以应用所谓的“LED封装件”，其除了小的、例如1至2mm²的大的光发射面之外也包括在LED电路板上的衬底和其载体板。以优选的方式使用LED光源，所述LED光源可以以高电流运行，以便在尽可能高的光电流的情况下在DMD芯片上实现尽可能高的光密度。光源的控制信号以U_SA和U_SB表示。

控制装置3在其侧又从中央计算单元4获得信号，传感器信号s₁ ... s_i... s_n可以被提供给该中央计算单元。这些信号可以一方面例如是用于从远光灯切换到近光灯的切换指令或者另一方面例如是由传感器、如摄像机采集的信号，所述传感器检测照明情况、环境条件和/或行车道上的对象。这些信号也可以来源于车辆-车辆-通信信息。在此示意性地作为块示出的计算单元4可以完全地或部分地包含在前照灯中，其中，计算单元4也可以分配有存储单元5。

在光源1A、1B之后布置有光学器件6A或6B，所述光学器件的构造特别是取决于所应用的照明装置、如激光二极管或LED的类型、数目和空间放置以及取决于所需要的射束质量，并且所述光学器件主要应负责，由光源发出的光尽可能均匀地射到微镜阵列7的微镜上。

经聚焦的或经成形的光线2现在到达微镜阵列7，通过各个微镜的相应的调节，在微镜阵列上形成光亮图像8，所述光亮图像可以通过成像光学器件9作为光图像10投影到行车道11上或者完全一般性地投影到交通空间中。在该实施方式中，成像光学器件9具有透镜本体9k，该透镜本体具有两个区域9kA和9kB，所述两个区域在此相叠地布置并且共同由光学玻璃或塑料透镜式地形成。计算单元4提供信号s_a到阵列控制装置12上，所述阵列控制装置以相应于所期望的光图像的方式控制阵列7的各个微镜。阵列7的各个微镜可以在频率、相位和偏转角方面单独地被控制。

在图1中也绘出进一步在上面已经提到的吸收器13，吸收器通常对于所产生的图像的高质量是重要的。

微镜阵列7的活性镜面在此划分成子区域7A和7B，所述子区域分配给两个光源1A、1B。此外，被阵列7或阵列7的子区域7A、7B反射的光束分配有成像光学器件9的两个区域9A、9B，其中，因此光图像10也由两个图像区域10A和10B组成。

现在，参考图2描述本发明的基于根据图1的前照灯的示例性的实施方式，然而其具有另外的本发明重要的构件，其中，省略对于本发明的阐述不重要的、在图1中已经示出的构件，并且同样也省略其他机械部分，如固定装置、壳体、冷却装置、供电装置等等。

具体地，看出具有第一照明光学器件6A的第一光源1A，对此补充地参考图3的放大示图。第一光源1A具有LED芯片14，该LED芯片具有高功率LED的光发射面16和连接接触部15。分配给光源1A或所属的照明光学器件6A的光学轴线以附图标记17A表示。

与光源1A不同，光源1B由三个分光源1B-1、1B-2和1B-3组成。在该实施例中，这些分光源中的每一个与光源1A相同地构造，从而可以不进行进一步的描述。在此以及接下来对于相同的或可比的部分使用相同的附图标记。

为了将三个分光源1B-1、1B-2和1B-3的由光发射面16辐射的光汇总成具有基本上光学轴线17B的组合式光线2B，对于这些光源需要略微更耗费的照明光学器件6B，所述照明光学器件6B在此由接近光源的透镜组合组成，所述透镜组合由三个子透镜6B-1、6B-2、6B-3并且由布置在所述子透镜后面的另外的透镜6B-4组成，这由图4得出。未详细示出并且像这样不是本发明的主题的照明光学器件优选是多级的光学器件，所述多级的光学器件必须吸收朗伯辐射特性并且分别在镜阵列7上形成合适的几何形状的光斑18A、18B、18C。在图4中示意性地标出这样的光斑。

阵列7由微镜矩阵组成并且是DMD部件19的光学重要的区域。这样的DMD部件除微镜阵列之外大多包含驱动器电子设备的子区域并且配备有非常有效的冷却装置。如一开始已经提到的那样，在DMD芯片上在具有对角线7.62mm的面上布置有非常多的、例如（德州仪器DLP3000DMD）608x684的微镜，所述微镜可以摆动+\-12度。微镜的驱动通常以静电的方式实现。

成像光学器件9也实施为多级式透镜系统并且在该变型方案中具有置于前照灯的前端处的透镜本体9k，该透镜本体具有两个区域9kA和9kB，所述两个区域在此相叠地布置并且共同由光学玻璃或塑料透镜式地形成。一般地，除成像光学器件9的该透镜本体9k之外，在镜阵列7和透镜本体9k之间至少还布置有子光学器件9f。该子光学器件9f一般也实施为透镜，该透镜例如在上方区域和下方区域9kA和9kB中具有不同的折射能力。

在图5的视图中看出，镜阵列7的光学活性面、也即镜面7f划分成子区域7A、7B-1、7B-2和7B-3，与根据图1的实施类似地，所述子区域分配有四个光源1A、1B-1、1B-2和1B-3。在此产生的光亮图像在此也通过照明光学器件9投影到行车道上作为相应的、在此由四个图像区域组成的光图像。这已经根据图1示出并且对于本领域技术人员不必再次示出。然而，本领域技术人员看出，尽管四个单光源的存在，总结构由于本发明而可以相对简单地、紧凑地并且成本适宜地设计。

图6的侧视图应示出先前描述的实施例的光学轴线关于水平面ε的位置，据此，光源1A的光学轴线17A位于所绘出的水平面ε之上并且由三个分光源1B-1、1B-2和1B-3组成的光源1B的光学轴线17B位于所绘出的水平面ε之下。在此应清楚，所使用的概念“在…之上”和“在…之下”应非限制性地、仅仅与所示出的视图相关联地来理解并且例如可以涉及车辆的正常使用位置。合理地对于概念“左边”、“右边”、“前面”、“后面”、“侧面”等等相同适用。

附图标记列表

1A 光源

1B 光源

1B-1 分光源

1B-2 分光源

1B-3 分光源

2A 光线

2B 光线

3 控制装置

4 计算单元

5 存储单元

6A 照明光学器件

6B 照明光学器件

6B-1 子透镜

6B-2 子透镜

6B-3 子透镜

6B-4 透镜

7 微镜阵列

7A 7的子区域

7B 7的子区域

7B-1 7的子区域

7B-2 7的子区域

7B-3 7的子区域

7f 镜面

8 光亮图像

9 成像光学器件

9f 子光学器件

9fA 区域

9fB 区域

9k 透镜本体

9kA 9k的区域

9kB 9k的区域

10 光图像

10A 图像区域

10B 图像区域

11 行车道

12 阵列控制装置

13 吸收器

14 LED芯片

15 连接接触部

16 光发射面

17A 光学轴线

17B 光学轴线

18A 光斑

18B 光斑

18C 光斑

19 DMD部件

s_l...s_n 传感器信号

s_a 信号

U_SA 控制信号

U_SB 控制信号

ε 水平面

Claims (8)

1.一种用于车辆的前照灯，所述前照灯具有至少一个光源（1A，1B；1B-1，1B-2，1B-3）和分配给所述至少一个光源的照明光学器件，所述前照灯具有微镜阵列（7）和成像光学器件（9，9f），其中，所述光源和所述微镜阵列分配有中央计算单元（4），所述中央计算单元具有光源控制装置（3）和阵列控制装置（12），所述至少一个光源的经成形的光线（2A，2B）对准所述微镜阵列并且被所述微镜阵列结构化的、反射的光束通过所述成像光学器件作为光图像（10）投影到交通空间中，

其特征在于，

设有至少两个光源（1A，1B；1B-1，1B-2，1B-3），所述至少两个光源的光线对准所述光源共用的微镜阵列（7）并且被所述微镜阵列反射的光束分配有成像光学器件（9，9f）的至少两个区域（9kA，9kB）。

2.根据权利要求1所述的前照灯，其特征在于，所述光源（1A，1B；1B-1，1B-2，1B-3）的经成形的光线在不同的入射角下对准所述微镜阵列（7）。

3.根据权利要求1或2所述的前照灯，其特征在于，所述微镜阵列（7）的活性的镜面（7f）划分成子区域，所述子区域分配给所述各个光源。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的前照灯，其特征在于，每个光源（1A，1B）分配有置于所述光源和所述共用的微镜阵列（7）之间的照明光学器件（6A，6B）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的前照灯，其特征在于，两个或更多个光源（1B-1，1B-2，1B-3）分配有置于所述两个或更多个光源与共用的微镜阵列（7）之间的照明光学器件（6B）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的前照灯，其特征在于，所述成像光学器件（9）的所述两个区域（9kA，9kB）相叠地放置并且由透镜本体（9k）透镜式地构造，所述透镜本体由光学玻璃/塑料制成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的前照灯，其特征在于，所述透镜本体（9k）放置在所述前照灯的前部区域中，并且在所述微镜阵列（7）和所述透镜本体之间布置有构造为透镜/透镜系统的子光学器件（9f）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的前照灯，其特征在于，所述成像光学器件（9）的一个区域（9kA）分配给所述多个光源中的一个（1A），而所述成像光学器件的另一区域（9kB）分配给两个或更多个光源（1B-1，1B-2，1B-3）。