CN110382295A - 具有数字微镜器件和静态反射器的前照灯 - Google Patents

具有数字微镜器件和静态反射器的前照灯 Download PDF

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Abstract

一种前照灯(100)包括数字微镜器件(DMD)反射器(106)、光源(102)和投射光学器件(112)。DMD反射器(106)包括DMD(108)和设置在DMD(108)的多个侧面上的静态反射器(110)。光源(102)被设置成照射DMD反射器(106)。投射光学器件(112)被配置成经由相同的透镜系统投射由DMD(108)反射的光和由静态反射器(110)反射的光。

Description

具有数字微镜器件和静态反射器的前照灯
背景技术
无眩光前照射已成为提高交通工具夜间驾驶安全性的重要目标。已经提出具有图案化光束的汽车前照灯来动态地照射视场。在一些应用中，可以基于来自各种源的数据来修改前照灯光束模式，包括前视传感器，位于道路上的指示器或信标，具有来自GPS接收器的位置或交通数据，或甚至姿态传感器。使用动态光束适配的前照灯系统可能实现许多应用，例如：无眩光远光；行人面部遮蔽；动物聚光照射；目标绘画；反射减少；交通工具姿态补偿；自适应前光束控制；以及在道路上投射信息
发明内容
在所描述的示例中，前照灯包括数字微镜器件(DMD)反射器、光源和投射光学器件。DMD反射器包括DMD和设置在DMD的多个侧面上的静态反射器。光源被设置成照射DMD反射器。投射光学器件被配置成经由相同的透镜系统投射由DMD反射的光和由静态反射器反射的光。前照灯可以是汽车前照灯
在另一个实施例中，前照灯包括DMD反射器和光源。DMD反射器包括DMD和静态反射器。静态反射器被设置在DMD的多个侧面上。静态反射器包括固定部分、移动部分和致动器。致动器被配置成将移动部分从第一位置移动到第二位置。光源被设置成照射DMD反射器。前照灯可以是汽车前照灯。
在进一步的实施例中，灯反射器包括DMD和静态反射器。静态反射器设置在DMD的多个侧面上。静态反射器包括静态反射光栅。静态反射光栅的倾斜角至少与DMD的反射镜的倾斜角一样大。
在又一个实施例中，前照灯包括反射器模块、光源和投射光学器件。反射器模块包括空间光调制器、静态反射器、光源和投射光学器件。静态反射器被设置在空间光调制器的多个侧面上。光源被设置成照射反射器模块。投射光学器件被配置成经由相同的透镜系统投射来自空间光调制器的光和由静态反射器反射的光。前照灯可以是汽车前照灯。
附图说明
图1示出根据各种实施例的汽车前照灯的框图。
图2示出根据各种实施例的包括数字微镜器件(DMD)和静态反射器的前照灯反射器。
图3示出根据各种实施例的适合在具有DMD的前照灯反射器中使用的静态反射器的细节。
图4示出根据各种实施例的包括数字微镜器件(DMD)和静态反射器的前照灯反射器。
图5A-图5B示出根据各种实施例的包括DMD和移动静态反射器的前照灯反射器。
图6示出根据各种实施例的用于控制静态反射器的可移动部分的位置的方法的流程图。
具体实施方式
在本说明书中，术语“耦合”表示间接或直接有线或无线连接。因此，如果第一器件耦合到第二器件，则该连接可以是通过直接连接或通过经由其他器件和连接的间接连接。
一些汽车前照灯使用发光二极管(LED)矩阵或使用数字微镜器件(DMD)提供远光的像素级控制。DMD的更高分辨率允许基于DMD的前照灯提供比LED矩阵更精细的远光轮廓控制。然而，DMD是半导体器件并且受到半导体技术的通常限制。例如，与一般半导体器件一样，DMD工作的温度范围是有限的。为了适应DMD的这种限制，传统的基于DMD的前照灯可以包括热控制系统以试图调节DMD的温度，或者可以包括备用照明系统以在DMD的温度超过操作规范时代替DMD操作。这两种选择都会增加前照灯的成本和复杂性。另外，除了DMD远光系统之外，传统的基于DMD的前照灯可以包括专用的近光和/或中光灯照明系统，这再次增加了前照灯的成本和复杂性。
示例实施例包括基于DMD的汽车前照灯，其可在DMD器件的指定温度范围之外操作，而无需使用复杂的温度控制系统或备用照明系统。实施例还允许在不包括专用近光照明系统的情况下产生近光。本文描述的前照灯包括设置在DMD的多个侧面上的静态反射器。静态反射器可以包括以适合于以期望图案反射光的角度被固定的光栅。在一些实施例中，静态反射器被细分为多个区域，并且每个区域由不同的光源(例如，不同的LED)照射。可以调制光源以提供对经由静态反射器产生的照明图案的控制。
在前照灯的一些实施例中，静态反射器的一部分是可移动的。在第一位置，静态反射器的可移动部分位于DMD的前面。因此，在第一位置，静态反射器的可移动部分代替DMD反射光(例如，静态反射器的可移动部分提供远光功能)。在第二位置，静态反射器的可移动部分被定位成允许DMD反射入射光(例如，DMD提供远光功能)。实施例可以定位静态反射器的可移动部分以基于温度、外部光条件或可能影响DMD的操作的其他环境因素来提供远光功能。
图1示出了根据各种实施例的汽车前照灯100的框图。前照灯100包括光源102、反射器106和投射光学器件112。光源102包括将光投射到反射器106上的一个或更多个LED104。光源102的一些实施例可以包括除了LED或除LED以外的光产生器件。光源102可以包括调制电路，其通过将控制信号切换(例如，脉冲宽度调制)到LED 104或者通过改变提供给LED 104的驱动电流来控制LED 104中的一个或更多个的输出强度。例如，调制电路可以提供对每个LED 104的每个输出强度的单独控制。
由光源102产生的光被投射到反射器106上。反射器106包括DMD 108和静态反射器110。DMD 108是适于在前照灯100中使用的空间光调制器的一个示例。前照灯100的一些实施例可以采用硅基液晶(LCOS)器件、液晶显示(LCD)器件或其他空间光调制技术来代替DMD108。因此，本文描述的实施例包含采用各种空间调制技术(包括DMD、LCOS、LCD等)的前照灯。
在反射器106中包括静态反射器110提供了许多优点。静态反射器110增加反射器106的有效区域，这进而增加了光学扩展量(etendue)而不增加DMD 108的面积。利用静态反射器110，可以通过增加光源102的大小(例如，增加光源102中包括的LED 104的数量)来提供更宽的视场和更高的亮度。静态反射器110可以被设置在DMD的至少两侧附近。静态反射器110的实施例可包括平面镜、曲面镜和/或菲涅耳元件，其反射从光源102接收的光。
由反射器106反射的光被引导到投射光学器件112。投射光学器件112可以是捕获由反射器106反射的光并将捕获的光从前照灯100投射到例如道路上的任何透镜或透镜系统。在汽车前照灯100的实施例中，投射光学器件112的单个组件(例如，单个透镜系统)接收来自DMD 108和静态反射器110两者的反射光，并将反射光投射远离前照灯100。因此，实施例对于DMD 108和静态反射器110两者采用单组的投射光学器件112，而不是如常规那样对于不同反射器采用单独投射光学器件。
图2示出了前照灯反射器200，其包括DMD 108和静态反射器202、204和206。前照灯反射器200是反射器106的一个实施例，并且静态反射器202、204和206是静态反射器110的一个实施例。设置在DMD 108的左侧和右侧的静态反射器202和206的面积大致相等。因此，静态反射器202和206的布置可以被描述为相对于DMD 108对称。在一些实施例中，静态反射器202、204和206可以被提供作为单片单元。在其他实施例中，静态反射器202、204和206和/或其子部分可以被提供作为单独的单元。
DMD 108通过经由微镜调制入射光来提供视场的自适应光束转向和整形。可以使用静态反射器202、204和206通过调制被引导至静态反射器202、204和/或206的光源102的光输出来提供有限的光束适配。例如，静态反射器202的区域214可以由第一LED照射，并且静态反射器202的区域216可以由第二LED照射，并且第一LED的光输出可以与第二LED的光输出的强度和/或调制不同，以提供有限的光束适配。
光源102可以从不同方向将光引导到反射器200的不同部分。例如，在
图2中，光212从第一方向被引导到静态反射器202，光210从第二方向被引导到静态反射器204和DMD 108，并且光208从第三方向被引导到静态反射器206。可以选择静态反射器202、204和206以及DMD 108的反射角以将光208、210和210引导到投射光学器件112。
图3示出了根据各种实施例的适合在具有DMD 108的前照灯反射器106中使用的静态反射器110的实施例的细节。静态反射器110包括反射光栅302。在一些实施例中，反射光栅302的节距角(pitch angle)(θg)可以与处于“接通”状态的DMD 108的反射镜的角度大约相同或更大。光栅节距(Pg)(例如，光栅顶点之间的距离)可以大于DMD 108中的反射镜的节距。在各种实施例中，反射光栅302的节距和角度可以是均匀的，或者在整个静态反射器110上可以变化。在静态反射器110的一些实施例中，反射光栅302或反射材料可以与DMD 108共面，或者设置在与对应于DMD 108的平面相偏离的平面中。在各种实施例中，反射光栅302或反射材料可设置在玻璃基板的任一侧或嵌入玻璃基板。
使用前照灯反射器200的实施例来实现交通工具前灯，左和右前照灯光束覆盖可以使得来自静态反射器202、204和206的光束与DMD 108在距前照灯一定距离处产生的图像重叠，这取决于视野。该重叠可能会降低道路上的有效可寻址分辨率。图4示出了前照灯反射器400，其可以减少静态反射器重叠和降低DMD 108的有效性。前照灯反射器400包括DMD108和静态反射器402和404。前照灯反射器400是反射器106的一个实施例，并且静态反射器402和404是静态反射器110的一个实施例。静态反射器402设置在DMD108的一侧，静态反射器404设置在DMD 108的下方。反射器400没有邻近DMD 108的一侧的静态反射器。因此，静态反射器402和404的布置可以被描述为相对于DMD 108不对称。在一些实施例中，静态反射器402和404可以被提供作为单片单元。在其他实施例中，静态反射器402和404可以被提供作为单独的单元。
DMD 108通过经由微镜调制入射光来提供视场的自适应光束转向和整形。可以使用静态反射器402和404通过调制被引导至静态反射器402和404的光源102的光输出来提供有限的光束适配。
图5A和图5B示出根据各种实施例的包括可移动静态反射器的前照灯反射器500。前照灯反射器500包括DMD 108、固定静态反射器502、504和506、可移动静态反射器508和致动器510。前照灯反射器500是反射器106的一个实施例，并且静态反射器502、504、506和508是静态反射器110的一个实施例。在反射器500的所示实施例中，示出静态反射器相对于DMD108的对称布置，其中设置在DMD 108的左侧和右侧上的静态反射器502和506的面积大致相等。在一些实施例中，静态反射器与DMD 108的关系可以是不对称的(例如，如图4所示)。
静态反射器508是可移动的。在图5A中，静态反射器508被定位成使得能够使用DMD108来反射由光源102产生的光。在图5B中，静态反射器508被定位成禁止使用DMD 108并使静态反射器508能够反射由光源102产生的光。静态反射器508耦合到致动器510。致动器510可以是螺线管或者能够在至少两个位置之间移动静态反射器508的其他器件。致动器耦合到移动反射器控制电路512。移动反射器控制电路512监视环境条件，例如温度和/或外部照射，并基于环境条件的测量来控制致动器510。移动反射器控制电路512或其一部分可远离反射器500和前照灯100设置。例如，移动反射器控制电路512可包括或耦合到传感器，例如温度传感器514和/或照度传感器516，该传感器设置在反射器500和/或前照灯100中，而处理传感器输出的电路(例如，数字转换器、微控制器等)设置在前照灯100的外部(例如，在发动机舱、车厢等中)。
在一些实施例中，移动反射器控制电路512应用温度传感器514以测量DMD 108的温度或接近DMD 108的温度。如果测量的温度不超过预定的温度阈值(例如，105摄氏度)，则移动反射器控制电路512可以断言对致动器510的控制，以使致动器510定位静态反射器508，如图5A所示。如果DMD108的温度或接近DMD 108的温度超过预定温度阈值，如在诸如沙漠驾驶的高环境温度条件下可能发生的那样，则移动反射器控制电路512可以断言对致动器510的控制，以使致动器510定位静态反射器508，如图5B所示。类似地，如果照射水平不超过预定的照度阈值，则移动反射器控制电路512可以断言对致动器510的控制以使致动器510定位静态反射器508，如图5A所示。如果照射水平超过预定的照度阈值(如在呈现高日光的日光条件下)，则移动反射器控制电路512可以断言对致动器510的控制以使致动器510定位静态反射器508，如图5B中所示。
在前照灯500的一些实施例中，静态反射器508的默认位置可以如图5B所示，其中静态反射器508覆盖DMD 108。例如，耦合到静态反射器508的弹簧可以在没有由致动器510施加的力的情况下定位静态反射器508以覆盖DMD 108，以移动静态反射器508远离DMD108，如图5A所示。当静态反射器508定位成覆盖DMD 108时，DMD 108和相关电路可以断电。
图6示出根据各种实施例的用于控制静态反射器的可移动部分的位置的方法600的流程图。尽管为了方便而顺序地描绘，但是所示的至少一些动作可以以不同的顺序执行和/或并行执行。而且，一些实施方式可以仅执行所示的一些动作。在一些实施方式中，方法600的至少一些操作可以由前照灯500实现。
在框602中，设置在前照灯500中的温度传感器514测量DMD 108的温度或测量接近DMD 108的前照灯500的温度。
在框604中，移动反射器控制电路512将温度传感器514的输出与温度阈值进行比较。温度阈值表示静态反射器508可以定位的温度或低于静态反射器508可以定位的温度，以允许DMD 108反射光。例如，在低于105摄氏度的温度下，静态反射器508可以定位成允许DMD 108反射光，而在温度≥105摄氏度的情况下，静态反射器508可以定位成覆盖DMD 108并且代替DMD 108反射光。
在框604中，如果由温度传感器514测量的温度不小于温度阈值，则在框606中，移动反射器控制电路512断言对致动器510的控制以使致动器510定位静态反射器508以覆盖DMD 108，如图5B所示。
在框604中，如果由温度传感器514测量的温度小于温度阈值，则在框608中，布置在前照灯500中或其附近的照度传感器516测量前照灯500外部的照射强度。
在框610中，移动反射器控制电路512将照度传感器516的输出与照度阈值进行比较。照度阈值表示静态反射器508可以定位的照射强度或低于静态反射器508可以定位的照射强度，以允许DMD 108反射光。例如，在低于100,000勒克斯的照射强度下，静态反射器508可以定位成允许DMD反射光，而在照射强度≥100,000勒克斯时，静态反射器508可以定位成覆盖DMD 108并代替DMD 108反射光。
在框610中，如果由照度传感器516测量的照度不小于照度阈值，则在框606中，移动反射器控制电路512断言对致动器510的控制以使致动器510定位静态反射器508以覆盖DMD 108，如图5B所示。
在框610中，如果由照度传感器516测量的照度小于照度阈值，则在框612中，移动反射器控制电路512断言对致动器510的控制以使致动器510定位静态反射器508以露出DMD108，如图5A所示。
在权利要求的范围内，在所描述的实施例中修改是可能的，并且其他实施例也是可能的。

Claims (23)

1.一种前照灯，其包括：
数字微镜器件反射器即DMD反射器，其包括：DMD；以及静态反射器，其设置在所述DMD的多个侧面上；
光源，其被设置成照射所述DMD反射器；以及
投射光学器件，其被配置成经由相同的透镜系统来投射由所述DMD反射的光和由所述静态反射器反射的光。
2.根据权利要求1所述的前照灯，其中所述静态反射器包括具有坡口角度的静态反射光栅，所述坡口角度至少与所述DMD的反射镜的倾斜角度一样大。
3.根据权利要求1所述的前照灯，其中所述DMD相对于所述静态反射器横向居中，使得邻近所述DMD的每个横向边缘的所述静态反射器的面积相等。
4.根据权利要求1所述的前照灯，其中所述DMD相对于所述静态反射器横向偏移，使得所述DMD的仅一个横向边缘邻近所述静态反射器。
5.根据权利要求1所述的前照灯，其中：
所述静态反射器的一部分可以从第一位置移动到第二位置；
在所述第一位置，所述静态反射器阻挡所述DMD的光暴露；并且
在所述第二位置，所述DMD暴露于光。
6.根据权利要求1所述的前照灯，其中所述静态反射器包括以下中的一个或更多个：
平面镜，其被配置成将来自所述光源的光反射到所述投射光学器件；
曲面镜，其被配置成将来自所述光源的光反射到所述投射光学器件；以及
菲涅尔元件，其被配置成将来自所述光源的光反射到所述投射光学器件。
7.根据权利要求6所述的前照灯，还包括控制电路，所述控制电路被配置成：
监控所述DMD的温度；以及
响应于所述DMD的所述温度小于预定的限制，将所述静态反射器的所述部分从所述第一位置移动到所述第二位置。
8.根据权利要求6所述的前照灯，还包括控制电路，所述控制电路被配置成：
监控所述前照灯外部的照度；以及
响应于所述前照灯外部的照射强度小于预定的限制，将所述静态反射器的所述部分从所述第一位置移动到所述第二位置。
9.根据权利要求1所述的前照灯，还包括控制电路，所述控制电路被配置成调制被引导至所述静态反射器、由所述光源产生的光的强度。
10.一种前照灯，其包括：
数字微镜器件反射器即DMD反射器，其包括：
DMD；以及
静态反射器，其设置在所述DMD的多个侧面上，所述静态反射器包括：固定部分；移动部分；以及致动器，所述致动器被配置成将所述移动部分从第一位置移动到第二位置；以及
光源，其被设置成照射所述DMD反射器。
11.根据权利要求10所述的前照灯，其中在所述第一位置，所述静态反射器的所述移动部分被设置成阻挡所述DMD的光暴露，并且在所述第二位置，所述静态反射器的所述移动部分被设置成使所述DMD能够暴露于光。
12.根据权利要求10所述的前照灯，还包括控制电路，所述控制电路被配置成：
监控所述DMD的温度；以及
基于所述DMD的所述温度小于预定的限制，触发所述致动器以将所述静态反射器的所述移动部分从所述第一位置移动到所述第二位置。
13.根据权利要求10所述的前照灯，还包括控制电路，所述控制电路被配置成：
监控所述前照灯外部的光；以及
基于所述前照灯外部的光强度小于预定的限制，触发所述致动器以将所述静态反射器的所述移动部分从所述第一位置移动到所述第二位置。
14.根据权利要求10所述的前照灯，其中所述静态反射器包括具有坡口角度的静态反射光栅，所述坡口角度至少与所述DMD的反射镜的倾斜角度一样大。
15.根据权利要求10所述的前照灯，其中所述DMD相对于所述静态反射器的所述固定部分横向居中，使得邻近所述DMD的每个横向边缘的所述静态反射器的所述固定部分的面积相等。
16.根据权利要求10所述的前照灯，其中所述DMD相对于所述静态反射器的所述固定部分横向偏移，使得所述DMD的仅一个横向边缘邻近所述静态反射器的所述固定部分。
17.根据权利要求10所述的前照灯，还包括控制电路，所述控制电路被配置成调制被引导至所述静态反射器、由所述光源产生的光的强度。
18.一种灯反射器，其包括：
数字微镜器件即DMD，其包括：
静态反射器，其设置在所述DMD的多个侧面上，其中所述静态反射器包括静态反射光栅，并且其中所述光栅的倾斜角度至少与所述DMD的反射镜的倾斜角度一样大。
19.根据权利要求18所述的灯反射器，其中所述静态反射器的一部分可以从第一位置移动到第二位置，所述第一位置阻挡所述DMD的光暴露，所述第二位置将所述DMD暴露于光。
20.根据权利要求19所述的灯反射器，还包括致动器，所述致动器耦合到所述静态反射器的可移动部分，所述致动器被配置成将所述静态反射器的可移动部分从所述第一位置移动到所述第二位置。
21.一种前照灯，其包括：
反射器模块，其包括：空间光调制器；以及静态反射器，其设置在所述空间光调制器的多个侧面上；
光源，其被设置成照射所述反射器模块；以及
投射光学器件，其被配置成经由相同的透镜系统来投射来自所述空间光调制器的光和由所述静态反射器反射的光。
22.根据权利要求21所述的前照灯，其中所述静态反射器的一部分可以从第一位置移动到第二位置，所述第一位置阻挡所述空间光调制器的光暴露，所述第二位置将所述空间光调制器暴露于光。
23.根据权利要求21所述的前照灯，还包括致动器，所述致动器耦合到所述静态反射器的可移动部分，所述致动器被配置成将所述静态反射器的可移动部分从所述第一位置移动到所述第二位置。
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