CN109838749A - 一种矩阵式大灯及其矩阵式照亮功能的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矩阵式大灯及其矩阵式照亮功能的实现方法，所述的矩阵式大灯包括光源、多棱面反光镜、反光镜驱动装置和反光镜位置检测装置，线路板上设置有光源，光源向多棱面反光镜发射单元平行光，被多棱面反光镜反射后在目标区域形成光斑，光斑随着多棱面反光镜的转动而移动，反光镜位置检测装置通过实时检测光斑的位置，在产生暗斑的位置关闭光源，产生固定位置的暗斑。本发明在提高分辨率和精确度的同时，大大节约了成本。解决现有的矩阵式大灯由于采用静态的方式实现矩阵式照亮功能，分辨率和精确度较低，且成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车灯，具体涉及一种矩阵式大灯及其矩阵式照亮功能的实现方法。
背景技术
矩阵式LED(Matrix LED)大灯包括多个高亮度LED单体，通过LED单体的排列组合以及与灯组前的透镜和反光镜灯部件相配合，使系统可以控制每个LED单体的开关，从而调整照明角度和范围。这样一来，灯组不需要传统的机械旋转结构就能实现调节照明范围的效果。它的工作原理是矩阵式LED大灯的远光与摄像头、车速、方向盘输入等行车信息联动工作，通过独立控制矩阵内的灯光开闭，根据行驶工况及环境条件实时控制大灯照射范围。
首款Matrix LED大灯是奥迪A8矩阵式LED大灯，它的远光由25颗LED组成，夜间行车时，矩阵式LED大灯会全程使用远光灯照射前方，一旦摄像头检测到发出的光束射到对面或者前方车辆时，便会自动调整或关闭灯组内的数个LED单体，让前方车辆不会因刺眼的高亮度LED而受到影响。
奥迪A8矩阵式LED大灯远光的驱动方案是：每颗LED用一路Buck电路来恒流驱动，25颗LED就有25路Buck电路，这样的驱动方案的成本极其昂贵。
奔驰2015款CLS车型的矩阵式LED大灯远光的驱动方案是：远光由24颗LED组成，分为两组，每12颗LED串联，驱动电路是先Boost再Buck，控制电路是通过UART通讯方式控制移位寄存器来实现的，UART通讯需要传输路径越短越好，而此方案是主控单片机和功率驱动电路放置在一起，模块安装在灯体外壳上，而移位寄存器和24颗LED放置在一起，安装在灯体内部，这样UART传输路径长，容易受到电磁辐射的干扰，会造成信号传输错误。为了增强信号传输的稳定性，就需要增加信号差分传输芯片和差分信号接受芯片，UART信号有4种信号组成，这样就需要4个信号差分传输芯片和4个差分信号接受芯片，此芯片价格昂贵，因此成本仍然比较高。
申请号“201621107407.5”的一篇专利公开了“一种矩阵式LED大灯”，包括MatrixLED功率驱动模块、Matrix LED逻辑控制模块和LED负载线路板，LED负载线路板设有多路并联LED串，LED串包含一颗或多颗相串联的LED，Matrix LED功率驱动模块包含多路恒流驱动电路，各路恒流驱动电路对应驱动一路LED串，Matrix LED逻辑控制模块包括一主控单片机和多颗Matrix控制芯片，主控单片机与每颗Matrix控制芯片按UART通讯方式连接，每颗Matrix控制芯片对应连接一路LED串，主控单片机和所述Matrix控制芯片设置在同一个屏蔽罩内，恒流驱动电路各自与主控单片机连接。虽然本专利的成本相比现有技术有所降低，但是并没有考虑分辨率和精确度的问题。
可见，现有的Matrix功能均采用静态方式实现，每颗LED控制固定区域的亮灭，但随着技术的进步，越来越高分辨率的Matrix逐步产生出来，通过现有的这种方式实现矩阵式LED大灯所用的费用将非常巨大，不具有批量生产性。而且更高的分辨率要求，使得现有方式产生的精确度也越来越达不到要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种矩阵式大灯及其实现方法，本发明的矩阵式大灯是通过动态的方式实现的，首先由光源发出光线照射到多棱面反光镜上，然后通过反光镜位置检测装置和多棱面反光镜的旋转形成固定位置的暗斑，只需要一个光源，一个驱动电路即可实现矩阵式大灯的功能，在提高分辨率和精确度的同时，大大节约了成本。用以解决现有的矩阵式大灯由于采用静态的方式实现矩阵式照亮功能，分辨率和精确度较低，且成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明的矩阵式大灯的方案是：一种矩阵式大灯，包括智能照明系统，所述智能照明系统包括光源，所述的智能照明系统还包括多棱面反光镜、反光镜驱动装置和反光镜位置检测装置，所述光源，设置于多棱面反光镜的一侧，用于将发出的光线射向多棱面反光镜；
所述的多棱面反光镜竖向设置，用于反射光源发出的光线，使其照射到大灯前方的目标区域，产生光斑；
所述的反光镜驱动装置驱动连接多棱面反光镜，用于驱动多棱面反光镜转动，光斑的位置随多棱面反光镜的转动而移动；
所述反光镜位置检测装置的信号输出端连接反光镜驱动装置，反光镜位置检测装置用于实时检测多棱面反光镜的转动位置，从而获得目标区域的光斑位置，并将得到的光斑位置发送给反光镜驱动装置；
所述反光镜驱动装置的输出端连接光源控制模块，所述光源控制模块控制连接光源，反光镜驱动装置根据接收到的光斑位置信号，在确定光斑位置移动到需要产生暗斑的位置时，发送关闭光源的命令给光源控制模块，所述光源控制模块控制光源熄灭，即在相应位置处产生暗斑，并在多棱面反光镜转过暗斑位置时，重新点亮光源。
进一步地，所述的反光镜驱动装置包括电机和电机驱动器，所述电机驱动器驱动连接电机，所述电机转轴与多棱面反光镜连接。
进一步地，所述的光源控制模块包括光源驱动电路，所述光源驱动电路的输出端驱动连接光源，所述光源驱动电路的输入端连接电机驱动器。
进一步地，所述的光源设置有多个，每一个光源均对应一个光源驱动电路，各光源平行于多棱面反光镜排列，每一个光源对应目标区域中的一行照亮区域，当多个光源同时打开时，将产生多路相互平行的入射光线同时照射到多棱面反光镜上，多棱面反光镜将多路相互平行的入射光线同时反射到前方的目标区域，就会产生多行照亮区域。
进一步地，所述反光镜位置检测装置包括光电编码器和霍尔传感器，其中，光电编码器与电机转轴连接，用于输出正交的两路电机转子位置的A、B信号；所述霍尔传感器包括霍尔磁钢和焊接在PCB线路板上的霍尔元件，所述霍尔磁钢通过轴承安装在多棱面反光镜的顶端，所述PCB线路板安装在霍尔磁钢的上方，所述霍尔传感器用于输出相位相差120°的三路电机转子位置的U、V、W信号。
进一步地，所述的光源为LED光源或激光光源，所述LED光源包括1颗或多颗LED，所述激光光源为激光发生器，所述激光发生器设置有调光组件，用于通过调节激光发生器的角度，来调节激光照射到多棱面反光镜上的位置。
进一步地，所述的智能照明系统包括遮光板，所述遮光板按照设定的角度安装在PCB电路板的上方，用于遮蔽光源发出的杂散光，以及在系统关闭或是激光失效的时候将出光口关闭。
进一步地，所述的多棱面反光镜为6棱面～12棱面反光镜，
本发明还提供了一种矩阵式照亮功能的实现方法，所述的方法包括：
(1)启动反光镜驱动装置，驱动多棱面反光镜旋转，随着多棱面反光镜转速的加快，点亮光源，光源发出的光线射向多棱面反光镜，并经多棱面反光镜反射到大灯前方的目标区域，产生光斑；
(2)随着多棱面反光镜的旋转，光源照射到多棱面反光镜上的光线的入射角将随之变化，并经多棱面反光镜反射后，光斑的位置即随之移动；
(3)当目标区域光斑的移动速度超过人眼分辨率时，从人的视觉角度，光斑经过的位置即产生大角度的照亮区域；
(4)实时检测多棱面反光镜的旋转位置，并根据多棱面反光镜的实时位置，确定此时光斑的位置，并记录；
(5)当检测到多棱面反光镜转到需要形成暗斑的位置时，发出关闭光源的信号，光源熄灭，即在对应位置处产生暗斑；
(6)当多棱面反光镜转过暗斑的位置时，发送打开光源的信号，光源重新被点亮。
进一步地，所述的光源设置为多个并联的光源，各光源平行于多棱面反光镜排列，当多个光源同时打开时，将产生多路相互平行的入射光线同时照射到多棱面反光镜上，多棱面反光镜将多路相互平行的入射光线同时反射到前方的目标区域，就会产生多行照亮区域
本发明达到的有益效果：本发明的矩阵式大灯是通过动态的方式实现矩阵式功能的，首先由光源发出光线照射到多棱面反光镜上，然后通过反光镜位置检测装置和多棱面反光镜的旋转形成固定位置的暗斑，只需要一个光源，一个驱动电路即可实现矩阵式大灯的功能，在提高分辨率和精确度的同时，大大节约了成本。
附图说明
图1是本发明矩阵式大灯驱动模块的结构示意图；
图2是多棱面反光镜与电机安装的结构图；
图3是多个光源同时照射的示意图。
图中，1是多棱面反光镜，2是激光发生器，3是电机，4是光电编码器，5是PCB线路板，6是霍尔磁钢，7是遮光板，8是轴承，9是反光镜防护罩，10是调光组件，11是光屏，12是卡簧，13是电机安装板，14是电机支架，15是LED光源。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
矩阵式大灯实施例：
本发明的矩阵式大灯包括光源、多棱面反光镜、反光镜驱动装置、反光镜位置检测装置和光源控制模块，其中：
光源，用于向多棱面反光镜发射光线。优选地，如图1所示，光源可以是激光光源，激光光源为激光发生器，该激光发生器设置有调光组件，通过调光组件可以调整激光照射到多棱面反光镜的位置，将本发明矩阵式大灯的照亮区域投射到光屏上可以看出，该激光发生器发出的是线光源，通过多棱面反光镜的扫描形成面光源。其他实施例中，也可以选择LED光源。
多棱面反光镜，竖向设置，用于将光源发射的平行光线发射到前照灯前方照亮的目标区域，形成光斑。可以选择6棱面～12棱面，作为优选，本实施例选择8棱面，进一步地，多棱面反光镜设置有Γ形的反光镜防护罩，用于对多棱面反光镜进行保护。
多棱面反光镜由反光镜驱动装置驱动旋转，随着多棱面反光镜的旋转，光源照射到多棱面反光镜上的入射角度也随之改变，入射光线经过多棱面反光镜反射后，在目标区域形成的光斑也会随之移动。随着多棱面反光镜的转动速度的加大，当目标区域光斑的移动速度超过人眼分辨率时，从人的视觉角度，光斑经过的位置即产生大角度的照亮区域。
反光镜位置检测装置，用于实时检测多棱面反光镜的转动位置。优选地，如图1和2，反光镜位置检测装置包括光电编码器和霍尔传感器，其中，光电编码器与电机转轴连接，用于输出正交的两路电机转子位置的A、B信号；所述霍尔传感器包括霍尔磁钢和焊接在PCB线路板上的霍尔元件，所述霍尔磁钢通过轴承安装在多棱面反光镜的顶端，所述PCB线路板安装在霍尔磁钢的上方，所述霍尔传感器用于输出相位相差120°的三路电机转子位置的U、V、W信号。
电机转子的位置与多棱面反光镜的位置是对应的，电机转子的位置即为多棱镜的转动位置，且由于多棱面反光镜的转动会导致光斑位置的对应变化，因而通过检测多棱面反光镜的转动位置，可以获得目标区域的光斑位置。
反光镜驱动装置，包括电机和电机驱动器，多棱面反光镜与电机的转轴连接，电机驱动器驱动连接电机，反光镜驱动装置用于驱动多棱面反光镜的转动。电机驱动器的信号输入端连接反光镜位置检测装置，电机驱动器的输出端连接光源控制模块，电机驱动器接收反射镜位置检测装置发送的电机转子位置的A、B信号和U、V、W信号，并进行信号分析和处理，确定多棱面反光镜的转动位置，并当多棱面反光镜转动到需要产生暗斑的位置时，发送关闭光源的信号给光源控制模块，控制光源熄灭，并在多棱面反光镜转过暗斑的位置时，发送重新打开光源的信号，控制光源点亮。
光源控制模块，包括光源驱动电路，光源驱动电路的输出端驱动连接光源，用于控制光源的亮灭，光源驱动电路的输入端连接电机驱动器，用于接收电机驱动器发送的点亮或关闭光源的信号，根据接收到的信号控制光源的亮灭。
如图3所示，光源可以设置为多个，各光源平行于多棱面反光镜排列，将本发明矩阵式大灯的照亮区域投射到光屏上，可以看到，每一个光源对应目标区域中的一行照亮区域，当多个光源同时打开时，将产生多路相互平行的入射光线同时照射到多棱面反光镜上，多棱面反光镜将多路相互平行的入射光线同时反射到前方的目标区域，就会产生多行照亮区域。当设置多个光源时，每个光源均对应一个光源驱动电路。
优选地，本发明还设置有遮光板，该遮光板以设定角度安装在反光镜防护罩上，且与反光镜防护罩可转动连接，用于遮蔽不需要投射出去的杂散光，并且在系统关闭或是激光失效的时候将出光口关闭，起到系统保护的作用，避免行人受到激光的伤害。
如图2，本实施例中，电机设置有电机支架，PCB线路板安装在电机支架的顶端。同时，为防止多棱反光面的轴向移动，本发明在电机的转轴上设置了卡簧，且卡簧与电机之间还设置有电机安装板。
本发明中，如果设置的光源是单颗LED或者是一个激光光源，其产生的光线是带有一定发散角度的，且截面为一条直线，实现单行的智能照明，如果设置的是多个光源，则可以实现多行的智能照明，两种照明方式在纵向都有极高的分辨率。
方法实施例：
本实施例以LED光源为例，对矩阵式照亮功能的具体实现过程说明如下：
1，启动电机，驱动多棱面反光镜高速旋转，随着多棱面反光镜转速的加快，控制LED大灯工作，光源驱动模块驱动LED光源点亮，LED发出的光线照射到多棱面反光镜上，并经多棱面反光镜反射到LED大灯前方的目标区域，产生光斑。
2，随着多棱面反光镜的转动，LED光源照射到多棱面反光镜上的光线的入射角将随之变化，并经多棱面反光镜反射后，光斑的位置也随之移动。
3，随着电机带动多棱面反光镜转动的速度加快，当目标区域光斑的移动速度超过人眼分辨率时，从人的视觉角度，光斑经过的位置即产生大角度的照亮区域。
4，反光镜位置检测装置安装在电机的底部，反光镜位置检测装置实时检测多棱面反光镜的旋转位置，由于光斑的位置变化是跟随多棱面反光镜的转动位置而变化的，因此根据多棱面反光镜的实时转动位置，可以确定此时光斑的位置，并记录。
5，反光镜位置检测装置将检测到的光斑位置实时发送给电机控制器，当电机控制器判断多棱面反光镜转到需要形成暗斑的位置时，即发出关闭LED光源的信号给光源驱动模块，光源驱动模块控制LED光源熄灭，在对应位置处产生暗斑。
6，当多棱面反光镜转过暗斑的位置时，电机控制器重新发送打开LED光源的信号给光源驱动模块，LED光源重新被点亮。
本实施例中，当LED光源设置为多颗LED光源时，多颗LED光源平行于多棱面反光镜排列，当多颗LED光源同时被点亮时，将产生多路相互平行的入射光线同时照射到多棱面反光镜上，多棱面反光镜将多路相互平行的入射光线同时反射到前方的目标区域，每一路平行的入射光线均按照上述1-6执行，即会在前方产生多行照亮区域。
本发明的光源也可以采用LED光源和激光光源以外的任何光源，只要设置多个光源时，能产生相互平行的入射光线即可。
本发明的矩阵式大灯是通过动态的方式实现矩阵式功能的，光源发出的光线射向多棱面反光镜，被多棱面反光镜反射后在目标区域形成光斑，光斑随着多棱面反光镜的转动而移动，反光镜位置检测装置通过实时检测光斑的位置，在产生暗斑的位置关闭光源，产生固定位置的暗斑。本发明只需要一个光源，一个驱动电路即可实现矩阵式大灯的功能，在提高分辨率和精确度的同时，大大节约了成本。
Claims (10)
1.一种矩阵式大灯，包括智能照明系统，所述智能照明系统包括光源，其特征在于：所述的智能照明系统还包括多棱面反光镜、反光镜驱动装置和反光镜位置检测装置，所述光源，设置于多棱面反光镜的一侧，用于将发出的光线射向多棱面反光镜；
所述的多棱面反光镜竖向设置，用于反射光源发出的光线，使其照射到大灯前方的目标区域，产生光斑；
所述的反光镜驱动装置驱动连接多棱面反光镜，用于驱动多棱面反光镜转动，光斑的位置随多棱面反光镜的转动而移动；
所述反光镜位置检测装置的信号输出端连接反光镜驱动装置，反光镜位置检测装置用于实时检测多棱面反光镜的转动位置，从而获得目标区域的光斑位置，并将得到的光斑位置发送给反光镜驱动装置；
所述反光镜驱动装置的输出端连接光源控制模块，所述光源控制模块控制连接光源，反光镜驱动装置根据接收到的光斑位置信号，在确定光斑位置移动到需要产生暗斑的位置时，发送关闭光源的命令给光源控制模块，所述光源控制模块控制光源熄灭，即在相应位置处产生暗斑，并在多棱面反光镜转过暗斑位置时，重新点亮光源。
2.根据权利要求1所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述的反光镜驱动装置包括电机和电机驱动器，所述电机驱动器驱动连接电机，所述电机转轴与多棱面反光镜连接。
3.根据权利要求2所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述的光源控制模块包括光源驱动电路，所述光源驱动电路的输出端驱动连接光源，所述光源驱动电路的输入端连接电机驱动器。
4.根据权利要求3所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述的光源设置有多个，每一个光源均对应一个光源驱动电路，各光源平行于多棱面反光镜排列，每一个光源对应目标区域中的一行照亮区域，当多个光源同时打开时，将产生多路相互平行的入射光线同时照射到多棱面反光镜上，多棱面反光镜将多路相互平行的入射光线同时反射到前方的目标区域，就会产生多行照亮区域。
5.根据权利要求2所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述反光镜位置检测装置包括光电编码器和霍尔传感器，其中，光电编码器与电机转轴连接，用于输出正交的两路电机转子位置的A、B信号；所述霍尔传感器包括霍尔磁钢和焊接在PCB线路板上的霍尔元件，所述霍尔磁钢通过轴承安装在多棱面反光镜的顶端，所述PCB线路板安装在霍尔磁钢的上方，所述霍尔传感器用于输出相位相差120°的三路电机转子位置的U、V、W信号。
6.根据权利要求1所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述的光源为LED光源或激光光源，所述LED光源包括1颗或多颗LED，所述激光光源为激光发生器，所述激光发生器设置有调光组件，用于通过调节激光发生器的角度，来调节激光照射到多棱面反光镜上的位置。
7.根据权利要求6所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述的智能照明系统包括遮光板，所述遮光板按照设定的角度安装在PCB电路板的上方，用于遮蔽光源发出的杂散光，以及在系统关闭或是激光失效的时候将出光口关闭。
8.根据权利要求1所述的矩阵式大灯，其特征在于，所述的多棱面反光镜为6棱面～12棱面反光镜。
9.一种如权利要求1所述矩阵式大灯的矩阵式照亮功能的实现方法，其特征在于，所述的方法包括：
(1)启动反光镜驱动装置，驱动多棱面反光镜旋转，随着多棱面反光镜转速的加快，点亮光源，光源发出的光线射向多棱面反光镜，并经多棱面反光镜反射到大灯前方的目标区域，产生光斑；
(2)随着多棱面反光镜的旋转，照射到多棱面反光镜上的光线的入射角将随之变化，光斑的位置即随之移动；
(3)当目标区域光斑的移动速度超过人眼分辨率时，从人的视觉角度，光斑经过的位置即产生大角度的照亮区域；
(4)实时检测多棱面反光镜的旋转位置，并根据多棱面反光镜的实时位置，确定此时光斑的位置，并记录；
(5)当检测到多棱面反光镜转到需要形成暗斑的位置时，发出关闭光源的信号，光源熄灭，即在对应位置处产生暗斑；
(6)当多棱面反光镜转过暗斑的位置时，发送打开光源的信号，光源重新被点亮。
10.一种如权利要求9所述的矩阵式大灯的矩阵式照亮功能的实现方法，其特征在于，所述的光源设置为多个并联的光源，各光源平行于多棱面反光镜排列，当多个光源同时打开时，将产生多路相互平行的入射光线同时照射到多棱面反光镜上，多棱面反光镜将多路相互平行的入射光线同时反射到前方的目标区域，就会产生多行照亮区域。
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