CN109562719B - 准稀疏光学照射 - Google Patents

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Abstract

在所描述的示例中，DMD(1040)包括微镜。第一光源(1022)产生照射DMD(1040)的第一组微镜的第一光束廓线。第二光源(1024)产生照射DMD(1040)的第二组微镜的第二光束廓线。第一光束廓线和第二光束廓线在DMD(1040)的至少一些微镜上部分地重叠。第一光源(1022)独立于第二光源(1024)进行源调制，以响应于感测的驱动条件调节功率和亮度。响应于感测的驱动条件调制DMD(1040)的微镜。

Description

准稀疏光学照射
技术领域
本申请涉及准稀疏光学照射。
背景技术
在一些照明系统中，用于投射的光源自于来自灯或激光器的光的发射。发射的光通常被反射并聚焦以用于照射特定区域的投射。发射的光可以具有白色相关(“白色”)色温，因此投射白光用于照射，例如在驱动车辆时照射黑暗道路。一些车辆将方向盘机械地耦合到前灯组件，因此根据车辆转弯的方向，投射的光从正前方(例如，垂直于车辆的前方)重定向到左取向或右取向。然而，这种系统通常很麻烦并且需要足够的区域来枢转整个前灯组件。而且，可转向的前灯组件的正确操作可能需要额外的校准程序和/或操作功率。
发明内容
在所描述的示例中，DMD(数字微镜器件)包括微镜。第一光源产生照射DMD的第一组微镜的第一光束轮廓。第二光源产生照射DMD的第二组微镜的第二光束轮廓。第一光束轮廓和第二光束轮廓在DMD的至少一些微镜上部分地重叠。第一光源独立于第二光源进行源调制，以响应于感测的驱动条件调节功率和亮度。响应于感测的驱动条件来调制DMD的微镜。
附图说明
图1是用于通过准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的正交视图。
图2A是用于通过准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的俯视图。
图2B是用于通过准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的侧视图。
图3是示出了用于通过准稀疏照射进行源调制光束转向的DMD光学有效表面的辐照度图的一组曲线图。
图4A是第一投射孔的内边缘的图示。
图4B是第二投射孔的内边缘的图示。
图4C是照射孔的内边缘的图示。
图4D是照射孔和/或投射孔的图示。
图5A是用于通过来自多个光源的非重叠光束产生照射DMD的系统的图示。
图5B是用于通过来自多个光源的部分重叠光束产生照射DMD的系统的图示。
图5C是用于通过来自多个光源的完全重叠光束产生照射DMD的系统的图示。
图6是用于通过来自同侧光源的准稀疏照射进行源调制光束转向的前灯组件的侧视图。
图7是用于独立定位和定向的光源的多个收集透镜的图示，其用于将照射DMD的光束产生部分地重叠。
图8是用于独立定位和定向的光源的单个收集透镜的图示，其用于将照射DMD的光束产生部分地重叠。
图9是用于平面光源的单个收集透镜的图示，其用于将照射DMD的光束产生部分地重叠。
图10是用于通过来自直接和间接光源的准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的侧视图。
图11是用于源调制光束转向的车辆系统的框图。
图12A是当车辆直线向前行驶时的光束转向的视图(来自车辆)。
图12B是当车辆进行慢转弯时的光束转向的视图(来自车辆)。
图12C是当车辆进行更急转弯时的光束转向的视图(来自车辆)。
具体实施方式
在本说明书中：(a)术语“部分”可包括整个部分或小于整个部分的部分；(b)术语“包装”可包括基板或密封容器，例如在与外部环境隔绝的局部环境中的管芯、晶片或微机械器件；(c)术语“稀疏”可包括光瞳的部分照射区域(例如，辐射区域)；(d)术语“光学元件”可包括透镜、反射镜或两者。
在许多照射系统中，局部产生的光束被抛物面反射并通过透镜聚焦，由此照射特定区域。在许多车辆中，前灯组件包括灯、大型抛物面反射器和透镜。响应于车辆方向盘的控制移动，前灯组件局部枢转(例如，相对于车辆底盘)。例如，机械连杆和/或前灯组件马达可以响应于方向盘的正常旋转移动而枢转前灯组件，因此与相对于车辆底盘安装在固定位置和取向的远光相比，可以以更大的自由度引导光束。
相比之下，示例实施例包括数字微镜器件(“DMD”)和可控光源，以用于独立于包括DMD的前灯组件的取向来转向光束。例如，可以响应于车辆方向盘的旋转程度的指示来转向光束。独立可转向的各个微镜可以响应于方向盘的旋转而动态地定向。此外，可以单独控制(例如，调节)用于照射DMD的可控光源的亮度(例如，照度)，因此可以通过降低所选方位角的光束的亮度来节省功率。
在示例实施例中，单独控制的灯被布置成选择性地照射DMD的光学有效部分的部分重叠部分(例如，在准稀疏照射中)。在准稀疏照射中，由DMD反射的光照射的部分场景选择性地比其他部分更明亮地照射(例如，通过聚焦来自不同光源的光)。因此，可以在空间域和角度域中确定部分重叠。例如，可以通过调节(例如，开启、关闭或其间的各种水平)施加到相应光源的功率来独立地控制单独控制的光源。因此，独立地控制相应的光源可以通过减少对特定DMD区域的照射(例如，否则将投射到非路面区域)来节省功率(并减少散热)。
在示例实施例中，响应于一个或多个驱动条件的指示，可以快速地接通或关闭微镜以整形光束。例如，可以通过基于全球定位系统(GPS)数据的预测算法和来自车辆中的传感器(诸如LiDAR、雷达、相机和车辆间安全系统)的信息来单独或共同地产生指示。前灯光束整形可以包括以下应用，诸如向下转向前灯光束以在检测到即将到来的车辆时向路面提供更高峰值亮度，映射预测的车辆路径以在已经驱动到道路曲线上之后输送更高的峰值照度，以及避免前灯光束的可能“遮挡”即将到来的车辆的操作者的视野的照射模式。具有相互独立调制的光源的光束转向(例如，用于选择性多轴光束转向)可以节省功率并增加车辆、即将到来的车辆、行人和其他生物或物体的安全性。
在示例实施例中，一个或多个单独控制的光源被布置成发射朝向凹面镜投射的光，以用于反射地照射DMD的所选部分。例如，一个或多个单独控制的灯照射凹面镜的不同但重叠的部分，因此照射DMD的不同(但通常重叠)的光学有效部分。这种布置有利于部件的紧凑布置，因为单独控制的灯可以布置成更靠近DMD。紧凑的布置可以用于降低前灯组件的成本、复杂性和空间要求。
图1是用于通过准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的正交视图。前灯组件100通常包括前灯组件壳体110(包括透镜壳体112)、光源120、122和124、光源透镜130、132和134、DMD 140(固定到包装/基板142)、凹面镜150、可选的非对称孔160和投射透镜(170和180)，投射透镜包括用于聚焦准直光以相对于轴线190投射(例如，居中或偏向轴线190的左侧或右侧和/或上方或下方，如图1所示)。
光源120、122和124可以是相互独立可控的灯，例如白炽灯泡、卤素灯或氙灯、发光二极管(LED)阵列和/或激光二极管(例如，用于激发荧光体表面以发射所选频率的光)。光源120、122和124可以形成在分开的基板或相同的基板中，其中可以单独地和选择性地控制其各种发光部分。光源120、122和124通常是相同的颜色(例如，用于高速公路前灯应用的白色)，但是一些应用可以包括相互不同颜色和/或色温的灯，以用于在不同应用中的加(或减)颜色合成。虽然描述了三个光源，但是各种实施例包括多达100个或更多个独立控制的光源，以用于实现更精细的光源调制以实现更精细控制的光束转向。
光源120、122和124被布置成生成用于通过光源透镜130、132和134进行定向聚焦的光。每个光源透镜130、132和134包括凹面，以用于将来自光源120、122和124中的相应一个的入射光以以下方式折射成大致平行(例如，准直)的光线：(a)直接朝向DMD 140引导；或(b)如图2A和2B所示的经由凹面镜150朝向DMD 140引导。
凹面镜150通常是复杂的几何形状(例如，内部双锥形表面)，其包括向内弯曲(例如，折叠)的反射表面，因此入射光被反射成会聚光线以便在DMD 140的光学有效表面上收集。反射镜的形状被布置成用于聚焦来自每个光源120、122和124的光。每个光源与相应的一组微镜相关联(例如，布置成照射相应的一组微镜)。因为相应的微镜组部分重叠，所以一个相应组可以与相应组中的另一组共享一些微镜。
反射镜的形状和光源120、122和124的布置被布置成大致照射DMD 140的整个光学有效表面，或者更明亮地照射DMD 140的光学有效表面的特定部分(例如中心靠左部分或中心靠右部分)(例如，参见图3)。可以通过单独控制由每个光源120、122和124产生的光量(例如，照度)来控制DMD 140的部分光学有效表面的相对照射度。来自所选光源120、122和124的光被光学耦合到照射光学器件，以用于在空间域和角度域中产生部分重叠的光束轮廓。部分重叠的光束轮廓产生稀疏填充(例如，稀疏照射)的光瞳(pupil)，因此从DMD 140的光学有效表面的所选部分反射的光基于所选择的方位角(例如，通过预测方位角选择)照射场景的部分。部分重叠的光束轮廓还产生大于由单个光源产生的亮度的亮度。
在一个实施例中，DMD 140包括以行和列布置的反射元件(例如，微镜)的二维阵列，其中每个这样的反射元件相对于“像素”(例如，用于单独控制聚焦光束的特定部分以进行投射的微镜)控制照射。反射元件选择性地控制聚焦光束遇到投射透镜180的背(例如，DMD侧)面的角度和位置。
DMD 140的反射元件单独响应于处理器(例如，参见图11)以光学地转向投射光束。还可以通过单独控制各个光源120、122和124的亮度来操控投射光束。因此，可以通过单独控制各个光源120、122和124的亮度和/或控制各个微镜(共同或单独)来操控投射光束。当调节(例如，减小)各个光源120、122和124的亮度时，节省了功率。
在包括单轴微镜的实施例中，每个像素可以左右转向，因此来自特定微镜的光束可以完全被引导远离投射光学器件(例如，投射透镜180并进入光阱(light trap)，因此来自特定微镜的光束不被投射)或引导到投射透镜180上的所选位置(例如，因此来自特定微镜的光束可以投射到投射轴线190的左侧、中心或左侧)。
由DMD 140反射的像素射线通过可选的不对称孔160内部投射，以用于控制总投射光的亮度和对比度。通常，对于窄的孔，被照射对象的对比度增加并且整体亮度降低。对于较宽的孔，对比度降低并且整体亮度增加(例如，参见图4)。
由DMD 140反射的像素射线是投射锥体，其可以相对于投射轴线190水平或竖直地转向(例如，不重新定位或重新定向任何透镜)。由DMD 140反射的像素射线的投射可以响应于驱动条件、预测算法和光源的相互独立调制的各种组合连同反射镜的DMD调制(例如，用于行人掩蔽)而被投射。
以下结合俯视图部分(图2A)和侧视图部分(图2B)描述前灯组件100的示例实施例。
图2A是用于通过准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的俯视图。前灯组件200是诸如前灯组件100的前灯组件，并且通常包括前灯光源120、122和124、光源透镜130、132和134、DMD 140(固定到基板142)、凹面镜150、可选的非对称孔160和投射透镜170和180，投射透镜用于聚焦准直光以相对于轴线190投射(例如，居中或偏向轴线190的左侧或右侧和/或上方或下方，如图1所示)。
如上所述，光源120、122和124是彼此独立地源调制的灯。光源120、122和124被布置成生成用于通过光源透镜130、132和134经由双锥镜150朝向DMD 140定向聚焦的光。如下文结合图3所述，光源120、122和124布置成生成光(结合凹面镜150的操作)，因此DMD通常用来自相应光源的部分重叠的光束图案被均匀地照射。在图2A的示例中，通过源调制光源120、122和124(彼此独立地)来转向投射光束的贡献相对最小，因为投射光束(如离开投射透镜180的横截面所示)关于投射轴线190居中。
图2B是用于通过准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的侧视图。前灯组件200是诸如前灯组件100的前灯组件，并且通常包括光源120、122和124、光源透镜130、132和134、DMD 140(固定到基板142)、凹面镜150、可选的不对称孔160、投射透镜170和180，投射透镜用于聚焦准直光以相对于轴线190投射。
如上所述，DMD 140的每个像素射线可以左右或上下转向，因此来自特定微镜的光束可以完全被引导远离投射透镜180或者引导到投射透镜190上的所选位置。例如，“数字”DMD镜可以处于“接通”(+12度)和“关闭”(-12度)两种状态中的一种状态：因此，可以沿左右轴线或上下轴线转向光束，这取决于DMD器件的取向。
图3是示出了用于通过准稀疏照射进行源调制光束转向的DMD光学有效表面的辐照度图的一组曲线图。例如，DMD(例如DMD 140)的表面包括照射表面310、320和330，其示出了相应光源(例如，120、122和124)照射那些表面310、320和330的贡献。左曲线图、中曲线图和右曲线图300包括相应的方位角，以用于指示由相应光源贡献的辐照度的中心点(例如，一维中心点)。
在一个实施例中，DMD可以是大规模DMD，因此可以布置多个白色LED以为目标应用提供足够的光学扩展量(etendue)，例如公共道路上的车辆前灯所需的亮度。DMD包括2：1的纵横比，这有利于LED的并排布置，以提供足够的照射(光学扩展量)，以在作为前灯光束的投射的可接受视场处实现高峰值照射。
在一个实施例中，准稀疏照射架构包括来自用于在DMD的中心附近产生高峰值照度的可单独控制的LED的部分重叠的光束的贡献。通过改变到各个LED的相应输入电流来改变每个部分重叠的光束的贡献，可以实现基于准稀疏照射的光束转向。因此：在不同的道路条件下驱动时，平均功耗可以减少20％以上；可以减少前灯组件中的热负荷；LED寿命可以增加(并且可靠性提高)；并且可以减少光束视场边沿处的变黄伪影。
可以通过改变到各个LED的相应输入电流来改变左、中和右部分重叠的光束的贡献，从而实现基于准稀疏照射的光束转向。例如，照射表面310包括以方位角312为中心的照射点。曲线314示出照射表面310的中心处的从左到右延伸的水平线的照射程度。方位角312与曲线314上的中心点相关联，在该中心点处，中心点左侧的曲线314下方的面积等于中心点右侧的曲线314下方的面积。
照射表面320包括以方位角322为中心的照射点。曲线324示出照射表面320的中心处的从左到右延伸的水平线的照射程度。方位角322与曲线324上的中心点相关联，在该中心点处，中心点左侧的曲线324下方的面积等于中心点右侧的曲线324下方的面积。
照射表面320包括以方位角322为中心的照射点。曲线324示出照射表面320的中心处的从左到右延伸的水平线的照射程度。方位角322与曲线324上的中心点相关联，在该中心点处，中心点左侧的曲线324下方的面积等于中心点右侧的曲线324下方的面积。
照射表面330包括以方位角332为中心的照射点。曲线334示出照射表面330的中心处的从左到右延伸的水平线的照射程度。方位角332与曲线334上的中心点相关联，在该中心点处，中心点左侧的曲线334下方的面积等于中心点右侧的曲线334下方的面积。
因此，激活左LED、中LED和右LED均匀地照射DMD，激活左LED和中LED照射DMD的左侧部分和中心部分，并且激活中LED和右LED照射DMD的中心部分和右侧部分。投射光束根据DMD的照射部分转向。
图4A是第一投射孔的内边缘的图示。投射孔400类似于孔160并且通常是圆形的并且沿着一侧变窄。例如，可以通过在圆的两个点上绘制弦并且向内折叠由弦限定的弧(例如，较小的弧)来使孔形状变窄。在孔变窄的情况下，对比度增加并且整体亮度降低。孔400的不对称内边缘沿着投射轴线掩蔽聚焦光的锥体(或角锥(pyramid))的向外部分，因此由部分掩蔽光束照射的物体的对比度增加(例如，这可增加驾驶员会更快地注意到并识别出被照射的物体的可能性)。
图4B是第二投射孔的内边缘的图示。投射孔402类似于孔160并且通常是圆形的并且在相对侧上变窄。例如，可以通过在圆的第一侧上的两个点绘制弦并且向内折叠由弦限定的弧(例如，较小的弧)来使孔形状变窄。可以通过在圆的相对侧上的两个点绘制第二弦并且向内折叠由弦限定的弧(例如，较小的弧)来进一步使孔形状变窄。孔402的双重不对称内边缘沿着投射轴线掩蔽聚焦光的锥体的向外部分，因此由部分掩蔽光束照射的物体的对比度增加(例如，大于孔400的对比度)。
图4C是照射孔的内边缘的图示。投射孔404用于掩蔽来自光源(例如，120、122和124)的光并用于整形冲击DMD的入射光的轮廓。因此，投射孔404布置在光源(例如，120、122和124)与DMD之间的光路中的方便位置。
例如，孔404的形状(例如，内边缘的轮廓线)可以被限定为三个圆的外边界，其中两个圆与中心圆重叠。在一个实施例中，每个圆的中心与形成孔404的内边缘的重叠圆的中心共线(例如，在一直线上)。在一个实施例中，根据相应光源圆(例如，两个、三个、四个、五个或更多个圆)的相对位置来限定用于限定孔404内边缘的圆，以限定投射孔404的内边缘的形状。
孔404的不对称内边缘掩蔽聚焦光的锥体的向外部分。掩蔽聚焦在DMD上的光的锥体的向外部分增加了投射光束的对比度。照射DMD的光的掩蔽锥体的轮廓近似于DMD的光学有效表面的纵横比和轮廓。
图4D是照射孔和/或投射孔的图示。当布置为照射孔时，孔404可以位于光源(例如，120、122和124)与DMD 140之间的光路中的方便位置(例如，孔406a用于掩蔽光源120、孔406b用于掩蔽光源122，以及孔406c用于掩蔽光源124)。当布置为投射孔时，孔404可以位于DMD与投射透镜170和180元件之间的光路中的方便位置。
例如，孔406的形状(例如，内边缘的轮廓线)可以被限定为三个非重叠椭圆的外边界。在一个实施例中，每个椭圆的中心与孔406的三个椭圆中的每一个的短轴共线(例如，在一直线上)。在一个实施例中，根据相应光源椭圆(例如，两个、三个、四个、五个或更多个椭圆)的相对位置限定用于限定孔406内边缘的圆，以限定孔404的内边缘的形状。
孔406的不对称内边缘掩蔽聚焦光的锥体的部分。掩蔽聚焦在DMD上的光的锥体的部分增加了投射光束的对比度。照射DMD的光的掩蔽锥体的轮廓线近似于DMD的光学有效表面的纵横比和轮廓线。
图5A是用于通过来自多个光源的非重叠光束产生照射DMD的系统的图示。例如，系统501包括多个光源511、512和513、透镜514、517和518，以及根据轴线519对准的DMD 540，轴线519从中间光源512延伸到DMD 540的光学有效表面上的中心点。
在操作中，多个光源511、512和513(分别为右、中和左)布置成产生用于照射DMD540的光学有效表面的光。透镜514、517和518沿着轴线519对准并且被布置成将源自于多个光源511、512和513的光聚焦在DMD 540的光学有效表面上。入射在DMD 540的光学有效表面上的光可以均匀或不均匀分布。当DMD 540均匀分布时，源自于不同光源的光在DMD 540的光学有效表面上基本上不重叠(例如，不多于若干像素)。当DMD 540非均匀分布时，来自不同光源的光可以部分重叠。因此，当DMD 540被非均匀照射时，可以通过光源511或光源513中的任一个的源调制来对系统501进行光束转向。
图5B是用于通过来自多个光源的部分重叠光束产生而照射DMD的系统的图示。例如，系统502包括多个光源521、522和523、透镜524、525、526、527和528，以及根据轴529对准的DMD 540，轴529从中间光源522延伸到DMD 540的光学有效表面上的中心点。
在操作中，光源521、522和523(分别为右、中和左)布置成产生用于照射DMD 540的光学有效表面的光。透镜524、525和526布置为将来自相应光源521、522和523的光聚焦在透镜527上。透镜527和528沿着轴线529对准并且被布置成将源自于多个光源521、522和523的光聚焦在DMD 540的光学有效表面上。DMD 540的光学有效表面上的光入射均匀分布，但源自于不同光源的光在DMD 540的光学有效表面上部分重叠(例如，多于若干像素)。系统501可以通过对光源521或光源523进行源调制来转向源调制光束。
图5C是用于通过来自多个光源的完全重叠光束产生而照射DMD的系统的图示。例如，系统503包括多个光源531、532和533、透镜534、535、536、537和538，以及根据轴线539对准的DMD 540，轴线539从中间光源532延伸到DMD 540的光学有效表面上的中心点。
在操作中，多个光源531、532和533(分别为右、中和左)被布置成产生用于照射DMD540的光学有效表面的光。透镜534、535和536被布置成将来自光源531、532和533的光分别聚焦在透镜537上。透镜537和538沿轴线539对准并且布置成将源自于多个光源531、532和533的光聚焦在DMD 540的光学有效表面上。DMD 540的光学有效表面上的光入射被均匀分布，但是源自于不同光源的光在DMD 540的光学有效表面上完全重叠。系统501可以通过对光源531、532和533的任何组合进行源调制来调暗入射光。
图6是用于通过来自同侧光源的准稀疏照射进行源调制光束转向的前灯组件的侧视图。前灯组件600通常包括前灯光源620、622和624、光源透镜630、632和634、DMD 640(固定到基板642)、凹面镜650、可选的不对称孔660、准直透镜670和用于聚焦准直光以相对于轴线690投射(例如，如图1所示，居中或偏向轴线690的左侧或右侧和/或上方或下方)的投射透镜680。
如上所述，光源620、622和624是彼此独立地进行源调制的灯。光源620、622和624被布置成产生用于通过光源透镜630、632和634经由凹面镜650(例如，用于产生不对称F数的双锥镜)朝向DMD 640定向聚焦的光。光源620、622和624被布置成产生光(结合凹面镜650的操作)，因此DMD通常用来自相应光源的部分重叠的光束图案被均匀地照射。在图6的示例中，可以通过对光源620和624进行源调制(彼此独立地)并且通过使用DMD 640的微镜的空间光调制来转向投射光束。投射光束(如离开投射透镜680的横截面所示)集中到投射轴线690的右侧。
前灯光源620、622和624和光源透镜630、632和634布置在DMD 640(例如，安装在基板642上)下方(例如，底下)并且与凹面镜650在同一侧上，其中凹面镜布置在DMD 640上方，以用于照射(例如，直接照射)DMD 640的光学有效表面。
图7是用于独立定位和定向的光源的多个收集透镜的图示，以用于将照射DMD的光束产生部分地重叠。例如，系统700包括多个光源720、722和724、收集透镜730、732和734以及根据轴线792对准的DMD 740，轴线792从中间光源722延伸通过收集透镜732的中心并到达DMD 740的光学有效表面上的中心点。可以使光源720、722和724中的每一个横向移位(例如，平行于DMD 740的平面)并且倾斜(例如，全方向(gimbaled))以指向DMD 740。因此，每个光源720、722和724是倾斜的，因此每个光源的投射轴线指向DMD的微镜。光源720、722和724被布置成分别用部分重叠的光束照射DMD 740的光学表面(例如，如上文结合图3所述)。
在操作中，多个光源720、722和724(分别为右、中和左)被布置成产生用于照射DMD740的光学有效表面的源调制光。收集透镜730、732和734被布置成分别将来自光源720、722和724的光聚焦在DMD 740的光学有效表面上：当照射DMD 740的光学有效表面的左侧到中心部分时，由收集透镜734和732折射的光束部分地重叠，并且当照射DMD 740的光学有效表面的中心到右侧部分时，由收集透镜732和730折射的光束部分地重叠。因此，系统700被布置成响应于源调制(例如，光源720或724的源调制)和/或控制DMD 740的微镜而电子地转向光束。
图8是用于独立定位和定向的光源的单个收集透镜的图示，以用于将照射DMD的光束产生部分地重叠。例如，系统800包括多个光源820、822和824、收集透镜830和根据轴线892对准的DMD 840，轴线892从中间光源822延伸通过收集透镜830的中心并到达DMD 840的光学有效表面上的中心点。光源820、822和824中的每一个可以横向移位(例如，平行于DMD840的平面)并且倾斜(例如，全方向)，因此每个光源的投射轴线指向DMD 840。
光源820、822和824被布置成分别用透过收集透镜830的部分重叠的光束(例如，如上文结合图3所述)照射DMD 840的光学表面。收集透镜830是用于将光束组合(例如，聚焦)在DMD 840的光学有效表面上的单个光束形成透镜。收集透镜830可以是双锥形或径向对称的。
在操作中，多个光源820、822和824(分别为右、中和左)被布置成产生用于照射DMD840的光学有效表面的源调制光。收集透镜830、832和834被布置成分别将来自光源820、822和824的光聚焦在DMD 840的光学有效表面上：当照射DMD 840的光学有效表面的左侧到中心部分时，源自于光源824和822的光束部分地重叠，并且当照射DMD 840的光学有效表面的中心到右侧部分时，源自于光源822和820的光束部分地重叠。因此，系统800被布置成响应于源调制(例如，光源820或824)和/或控制DMD 840的微镜而电子地转向光束。
图9是用于平面光源的单个收集透镜的图示，以用于将照射DMD的光束产生部分地重叠。例如，系统900包括多个光源920、922和924、收集透镜930和根据轴线992对准的DMD940，轴线992从中间光源922延伸通过收集透镜930的中心并且到达DMD 940的光学有效表面上的中心点。
光源920、922和924布置在平面中(例如，平行于DMD 940的平面)，以用于分别用透过收集透镜930的部分重叠的光束(例如，如上文结合图3所述)照射DMD 940的光学表面。光源920、922和924的平面布置(例如，相同的平面布置)实现了较简单的机械布局和热管理。收集透镜930是用于在DMD 940的光学有效表面上组合光束的单光束形成透镜。收集透镜930可以是双锥形或径向对称的。
在操作中，多个光源920、922和924(分别为右、中和左)被布置成产生用于照射DMD940的光学有效表面的源调制光。收集透镜930、932和934被布置成分别将来自光源920、922和924的光聚焦在DMD 940的光学有效表面上：当照射DMD 940的光学有效表面的左侧到中心部分时，源自于光源924和922的光束部分地重叠，并且当照射DMD 940的光学有效表面的中心到右侧部分时，源自于光源922和920的光束部分地重叠。因此，系统900被布置为响应于源调制(例如，光源920或924的源调制)和/或控制DMD 940的微镜而电子地转向光束。
图10是用于通过来自直接和间接光源的准稀疏照射进行光束转向的前灯组件的侧视图。前灯组件1000通常包括前灯光源1020、1022和1024、光源透镜1030、1032和1034、DMD 1040、凹面镜1050和用于聚焦准直光以相对于轴线1090进行投射(例如，居中或偏向到轴线1090的左侧或右侧和/或上方或下方)的准直投射透镜1070。
如上所述，光源1020、1022和1024是彼此独立地源调制的灯。光源1022和1024被布置成产生用于通过光源透镜1032和1034沿着第一DMD照射路径经由凹面镜1050(例如，用于产生不对称F数的双锥镜)间接地朝向DMD 1040进行定向聚焦的光。光源1020被布置成产生用于由光源透镜1030沿着第二DMD照射路径直接朝向DMD 1040进行定向聚焦的光束。光源1020、1022和1024被布置成产生光束，因此DMD通常用来自相应光源的部分重叠的光束图案被均匀地照射。
在图10的示例中，DMD和(可选地)光源可以通过将光源1020和1024(彼此独立地)进行源调制并且通过循环(例如，以高于人眼可以注意到的转变速率的速率)在第一镜位置和第二镜位置之间前后倾斜DMD 1040的微镜进行循环工作。例如，当DMD镜倾斜到-12度(向下倾斜)时，来自第一光源(例如，1020)的光可以被转向到投射透镜中，并且当DMD镜倾斜到+12度(向上倾斜)时，来自第一光源(例如，1020)的光可以被转向远离投射透镜。对于第二光源，当DMD镜倾斜到+12度(向上倾斜)时，来自光源1022和/或1024的光可以被转向到投射透镜中，并且当DMD镜倾斜到-12度(向下倾斜)时，来自光源1022和/或1024的光可以被转向远离投射透镜。投射光束(如从准直投射透镜1070离开的横截面所示)聚集到投射轴线1090的右侧。此外，光源和DMD镜的循环工作增加了光源和DMD两者的可靠性和寿命。可以基于人眼的视觉持久性来选择DMD镜和光源的循环工作频率以避免闪烁的感知。
外部(左和右)光源1022和1024被布置为间接面对DMD 1040(沿着第一DMD照射路径)，而中心光源1020被布置为直接面对DMD 1040(沿着第二DMD照射路径)。这种布置保持了光束转向的对称性并且有助于实现更小的光学引擎高度(例如，前灯组件)。
因此，描述了照射架构，其中弯曲/平面镜和多个光源位于DMD的相对端上。例如，对于底部照射器件，反射镜可以位于DMD的顶部，并且多个光源位于DMD的底部。在另一示例中，例如，对于侧照式器件，反射镜可以位于DMD的右侧(或左侧)，并且多个光源位于DMD的左侧(或右侧)。
图11是用于源调制的光束转向的车辆系统的框图。例如，车辆系统1100包括输入电子器件1110、系统电子器件1120、驱动器电子器件1130、光学系统1140和光束转向车辆1160。输入电子器件1110可以包括在驱动光束转向车辆1160时用于传感器辅助安全增强的ADAS(高级驾驶员辅助系统)1112套件。ADAS系统耦合有各种传感器1114，以用于电子地和/或光学地感测周围物体的位置。各种传感器1114的示例包括一个或多个相机、一个或多个雷达或LIDAR(光检测和测距)，以及一个或多个接近检测器。各种传感器1114的输出经处理以产生围绕光束转向车辆1160的环境的电子表示。例如，可以通过图像处理1116处理来自相机传感器1114的视频图像以确定行人的存在。
系统电子器件1120被耦合以接收围绕光束转向车辆1160的环境的电子表示的指示。系统电子器件1120被布置成控制驱动器电子器件1130。例如，系统电子器件可以映射与行人相关联的像素，并且确保投射的前灯光束照射行人周围的区域(但不是行人本身，因此行人被屏蔽以阻止照射的潜在炫目效果)。
驱动器电子器件1130包含功率管理1132电路，以用于响应于操作员控件(例如，1162和/或1164)或响应于光束转向车辆1160周围的环境的电子表示而选择性地向系统部件施加功率。例如，对于源调制的光束转向，功率管理1132电路被布置成对照射源1142进行源调制。DMD接口1136响应于系统电子器件和操作员控件(例如方向盘1162和转弯信号控件1164)，以确定DMD 1150的微镜的取向。DMD控制器1134响应于功率管理电路1132和DMD接口1136以用于选择性地激活DMD 1150的微镜。例如，DMD控制器1134可以选择性地激活微镜，以用于诸如行人掩蔽和光束转向的目的。
光学系统1140包括照射源1142(诸如LED、激光器和白炽灯)。对于响应于车辆转弯命令(例如，方向盘1162的操作员控件和/或转弯信号控件164的操作)的源调制的光束转向，照射源1142响应于功率管理1132电路。例如，功率管理1132电路在右转期间减少到左LED和中LED的电流(例如，其中左LED可以完全关闭，并且中LED可以部分关闭)。类似地，在左转期间，系统减少到右LED和中LED的电流(例如，其中右LED可以完全关闭并且中LED可以部分关闭)。因此，除了基于DMD镜的调制之外，系统还通过调制光源来执行光束转向(例如，光束整形)。根据在不同驱动条件下调制光源的电流减少降低了驱动器电子器件1130的功耗。
可以根据多个目的使用来自相邻光源(彼此独立地源调制)的相邻光束对的部分重叠。例如，来自那些不同光源的光束部分重叠，以在重叠区域中提供较高的峰值亮度，以及变暗的源(例如，响应于变化的道路条件)，以帮助减少光源的平均功耗。此外，通过同时倾斜DMD微镜以用于空间光调制并且调制那些光源的源电流以用于光源变暗，可以实现自适应道路照射。所描述的自适应道路照射包括响应于车辆转弯方向的光束廓线转向、根据车辆速度的亮度调节、用于其他道路使用者的眩光减少(例如，响应于光学传感器的光学识别和/或前灯检测)、与其他道路使用者通信(例如，用于传送位置信息)和掩蔽(例如，使灯变暗)和标记(例如，在某些照射下提供)行人、动物和道路标志以在不引起眩光的情况下警告驾驶员。
照射源1142耦合到照射光学器件1144，以用于将入射光聚焦在DMD 1150上。DMD(响应于基于DMD镜的调制和源调制的入射光)将入射光反射到投射光学器件1146中以用于投射。光学系统1142(和DMD 1150)通常包括在前灯组件1166中，其中光束转向车辆1160的右前角具有第一前灯组件，并且光束转向车辆1160的左前角具有第二前灯组件。如下所述，投射的前灯光束可以是光束转向的。
图12A是当车辆直线向前行驶时的光束转向的视图(来自车辆)。例如，场景1201示出了车辆的轴线1210，其垂直于车辆的前部(并且始终直接指向车辆的前方)。当车辆直接向前行驶(例如，直线向前)时，(能够进行光束转向的光束)的光束方向平行于车辆的轴线1210。
图12B是当车辆进行慢转弯时的光束转向的视图(来自车辆)。例如，场景1202示出了车辆的轴线1210，其垂直于汽车的前部。当车辆向左慢转弯时，(能够进行光束转向的光束的)光束方向被转向到车辆的轴线1210的左侧。当车辆向左慢转弯时，通过相机传感器和处理的图像检测街角上的行人1230，以确定行人1230相对于沿着光束方向1220投射的光束的相对位置。当行人1230的相对位置在光束的路径中时(使得行人1230否则将被光束照射)，与行人1230的相对位置相交的像素射线被掩蔽(例如，通过控制与被掩蔽像素相关联的DMD微镜而完全或部分地减少照射)。
图12C是当车辆进行急转弯时的光束转向的视图(来自车辆)。例如，场景1203示出了车辆的轴线1210，其垂直于汽车的前部。当车辆向左急转弯时(例如，其转弯半径小于场景1202中的慢转弯的转弯半径)，光束方向更急剧地转向到车辆的轴线1210的左侧。当车辆向左急转弯时，行人1230是通过由相机传感器检测的街道拐角上的照射并进行图像处理产生的行人掩蔽1240。
在至少一个示例中，第一光源可以响应于驱动条件的指示而任选地变暗，因此节省了功率，并且可以有效地将投射光束转向远离与指示的驱动条件相关联的位置。在所描述的实施例中可以进行修改，并且在权利要求的范围内，其他实施例也是可能的。

Claims (19)

1.一种车辆照明系统，其包括：
DMD，其包括微镜；
凹面镜；
光源，其用于经由所述凹面镜照射所述DMD的微镜，所述光源包括：
第一光源，其用于产生沿着第一照射路径的第一光束，以便以第一光束廓线照射所述DMD的第一组微镜；
第二光源，其用于产生沿着第二照射路径的第二光束，以便以第二光束廓线照射所述DMD的第二组微镜，所述第二照射路径不同于所述第一照射路径；以及
第三光源，其用于产生沿着所述第一照射路径的第三光束，以便以第三光束廓线照射所述DMD的第三组微镜；以及
凹面双锥形的反射镜，其将来自所述第一光源的光反射到所述DMD上，并将来自所述第三光源的光反射到所述DMD上，其中所述反射镜是凹面镜以根据不对称的F数即焦距数反射入射光；
其中所述第二光束廓线与所述第一光束廓线和所述第三光束廓线在所述DMD的至少一些微镜上部分地重叠；所述第一光源独立于所述第二光源进行源调制，以响应于感测的驱动条件调节功率和亮度；并且响应于所述感测的驱动条件调制所述DMD的所述微镜。
2.根据权利要求1所述的车辆照明系统，其中所述第三光源独立于所述第一光源和所述第二光源进行源调制，以响应于所述感测的驱动条件调节功率和亮度。
3.根据权利要求2所述的车辆照明系统，其中所述第一光源经源调制以用于响应于所述感测的驱动条件是左转来调节功率和亮度，其中所述第三光源经源调制以用于响应于所述感测的驱动条件是右转来调节功率和亮度，并且响应于所述感测的驱动条件是左转或右转而调制所述DMD的所述微镜。
4.根据权利要求1所述的车辆照明系统，其中由投射光学器件形成的用于收集来自所述DMD的所述微镜的反射光的投射光瞳由所述第一光束廓线、所述第二光束廓线和所述第三光束廓线稀疏地填充，并且其中所述DMD的光学扩展量被稀疏地填充。
5.根据权利要求2所述的车辆照明系统，其中所述光源包括第四光源、第五光源和第六光源，以产生照射所述DMD的微镜的相应的第四光束廓线、第五光束廓线和第六光束廓线，其中所述第四光束廓线、所述第五光束廓线和所述第六光束廓线的相邻对在所述DMD的微镜上部分地重叠，并且其中每个光源独立于其他光源可源调制，以用于响应于感测的驱动条件调节功率和亮度。
6.根据权利要求3所述的车辆照明系统，其中每个所述光源是发光二极管、激光器和激光照射的荧光体中的一种。
7.根据权利要求2所述的车辆照明系统，包括布置在所述DMD的有效表面上方的反射镜，其中一个或多个所述光源布置在所述DMD的所述有效表面下方，并且其中所述一个或多个所述光源在所述DMD的所述有效表面下方辐射所述反射镜，并且其中所述反射镜布置成将入射光反射到所述DMD的所述微镜上。
8.根据权利要求2所述的车辆照明系统，包括第一组照射光学元件、第二组照射光学元件和第三组照射光学元件，以用于将来自相应光源的光朝向所述DMD的所述微镜进行准直、光束整形和聚焦，其中每个所述光源倾斜以指向所述DMD的所述微镜。
9.根据权利要求2所述的车辆照明系统，包括一组照射光学元件，以用于将来自所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源的光朝向所述DMD的所述微镜进行准直、光束整形和聚焦，其中每个所述光源倾斜以指向所述DMD的所述微镜。
10.根据权利要求2所述的车辆照明系统，包括一组照射光学元件，以用于将来自所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源的光朝向所述DMD的所述微镜进行准直、光束整形和聚焦，其中每个所述光源布置在平行于所述DMD的平面的平面中以照射所述DMD的所述微镜。
11.一种车辆照明系统，其包括：
DMD，其包括微镜；
第一光源，其产生照射所述DMD的第一组微镜的第一光束廓线；
第二光源，其产生照射所述DMD的第二组微镜的第二光束廓线，其中所述第一光束廓线和所述第二光束廓线在所述DMD的微镜上部分地重叠；
第三光源，其产生照射所述DMD的第三组微镜的第三光束廓线，其中所述第二光束廓线和所述第三光束廓线在所述DMD的微镜上部分地重叠；以及
凹面双锥形的反射镜，其将来自所述第一光源的光反射到所述DMD上，并将来自所述第三光源的光反射到所述DMD上，其中所述反射镜是凹面镜以根据不对称的F数即焦距数反射入射光。
12.根据权利要求11所述的系统，其中由投射光学器件形成的用于收集来自所述DMD的微镜的反射光的投射光瞳由所述第一光束廓线、所述第二光束廓线和所述第三光束廓线稀疏地填充，并且其中所述DMD的光学扩展量被稀疏地填充。
13.根据权利要求12所述的系统，其中照射光学元件被布置为使相邻光束的光束廓线部分地重叠。
14.根据权利要求11所述的系统，其中当所述DMD的微镜处于第一镜位置时，来自第一光源的光被转向到投射透镜中，并且当所述DMD的所述微镜处于第二镜位置时，来自第一光源的光被转向远离所述投射透镜，其中当所述DMD的所述微镜处于所述第二镜位置时，来自第二光源的光被转向到所述投射透镜中，并且当所述DMD的所述微镜处于所述第一镜位置时，来自第二光源的光被转向远离所述投射透镜，并且其中所述DMD的所述微镜循环工作以在所述第一镜位置和所述第二镜位置之间交替。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述反射镜用于将来自所述第二光源的光反射到所述DMD上。
16.根据权利要求11所述的系统，包括稀疏孔，所述稀疏孔经耦合以部分地限制入射在所述DMD上或由所述DMD反射的光。
17.根据权利要求11所述的系统，包括：
输入电子器件，其用于感测所述感测的驱动条件；以及
处理器，其独立于所述第二光源和所述第三光源对所述第一光源进行源调制，以响应于感测的驱动条件调节功率和亮度。
18.一种投射用于车辆照明的光的方法，其包括：
从第一光源产生第一光束廓线以照射DMD的第一组微镜；
从第二光源产生第二光束廓线以照射所述DMD的第二组微镜，其中所述第一光束廓线和所述第二光束廓线在所述DMD上重叠；
从第三光源产生第三光束廓线以照射所述DMD的第三组微镜，其中所述第二光束廓线和所述第三光束廓线在所述DMD上重叠；
由凹面双锥形的反射镜将来自所述第一光源的光反射到所述DMD上并将来自所述第三光源的光反射到所述DMD上，其中所述反射镜是凹面镜以根据不对称的F数即焦距数反射入射光；
由输入电子器件感测方向盘信息；
由处理器响应于所述方向盘信息来调整所述第一光源的功率和亮度；以及
独立于所述第二光源和所述第三光源调制所述第一光源，以响应于感测的驱动条件调节功率和亮度。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括将来自所述第一光源的光反射到所述DMD上，并将来自所述第三光源的光反射到所述DMD上。
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