CN111503589B - 用于机动车的照明设备、特别是高分辨率的前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照明设备、特别是高分辨率的前照灯，所述照明设备包括：具有有源面(3)的成像构件(1)，在所述有源面上设置有矩阵式成像元件，以用于有针对性地产生光分布(13)的各像素，其中，所述有源面(3)在第一方向上的延伸尺寸大于在垂直于所述第一方向的第二方向上的延伸尺寸；以及投射光学器件(2)，在所述照明设备运行中，从所述有源面(3)发出的光被所述投射光学器件投射到机动车的外部空间中，其中，所述有源面(3)这样定向，使得在机动车的外部空间中所产生的光分布(13)中沿竖直方向并排设置的像素由在所述有源面(3)上沿第一方向并排设置的成像元件产生。

Description

用于机动车的照明设备、特别是高分辨率的前照灯
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的照明设备。
背景技术
上述类型的照明设备从DE 10 2013 215 359 B3中已知。在其中所描述的照明设备包括具有有源面的成像构件，在所述有源面上设置有矩阵式发光二极管(LED)以用于有针对性地产生光分布的各像素。在此，所述有源面在水平方向上的延伸尺寸大于在竖直方向上的延伸尺寸。此外，所述照明设备包括投射光学器件，在所述照明设备的运行中，从所述有源面发出的光由所述投射光学器件投射到机动车的外部空间中。
当在高分辨率的前照灯中将方形的成像像素投射到路面上时，由于倾斜的投射平面必然在所述路面上出现像素的失真。在临近区域中投射仍大致方形的像素，而在远处则出现明显失真的梯形的像素。由此，沿竖直线的分辨率随着距离的增加而明显降低，从而可能投射的符号失真。与此相反地，在水平方向上所有像素具有相同的延伸尺寸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，实现一种开头所述类型的照明设备，在所述照明设备中，在由所述照明设备产生的光分布中改善在竖直方向上的分辨率。
按照本发明，这通过一种开头所述类型的照明设备来实现。
按照本发明的用于机动车的照明设备规定，所述照明设备包括：
-具有有源面的成像构件，在所述有源面上设置有矩阵式成像元件，以用于有针对性地产生光分布的各像素，其中，所述有源面在第一方向上的延伸尺寸大于在垂直于所述第一方向的第二方向上的延伸尺寸，所述有源面在安装到机动车中的状态中定向为使得所述第一方向相应于竖直线，
-投射光学器件，在所述照明设备运行中，从所述有源面发出的光被所述投射光学器件投射到机动车的外部空间中，
所述有源面这样定向，使得在机动车的外部空间中所产生的光分布中沿竖直方向并排设置的像素由在所述有源面上沿第一方向并排设置的成像元件产生。在此，所述有源面在安装到机动车中的状态中特别是可以这样定向，使得所述第一方向相应于竖直线。因此，与现有技术不同，将有源面的较大延伸尺寸配置给前照灯光分布的竖直延伸尺寸，或者说将有源面的较小延伸尺寸配置给前照灯光分布的水平延伸尺寸。这引起像素密度的提高并且因此引起在竖直方向上的分辨率的提高，从而像素能够在更大的范围上更加方形地成像。由此能够使符号更高分辨率地且更忠于细节地显示在路面上。
可以规定，在所述有源面上的所述成像元件构成为发光二极管或构成为激光二极管，特别是其中，所述成像构件是固态LED阵列(Solid-State-LED-Array)。备选地可以规定，所述成像构件构成为数字微镜装置或构成为硅基液晶(LCoS)或构成为液晶显示器(LC-Display)，或者所述成像构件包括数字微镜装置或LCoS或LC显示器。
存在如下可能性：所述投射光学器件具有环曲(torisch)成型的面。在此，所述环曲成型的面可以使从其发出的光在与外部空间中的光分布的水平方向相对应的方向上比在与外部空间中的光分布的竖直方向相对应的方向上更强烈地扩宽。由此，尽管在竖直方向上存在更多数量的像素，所述环曲成型的面还是可以产生在水平方向和竖直方向上具有例如大致相同的延伸尺寸的光分布。
可以规定，所述环曲成型的面是屈光面。特别是，所述环曲成型的面可以所述是投射光学器件的出射面。
存在如下可能性：所述投射光学器件包括第一部分和第二部分，其中，在所述照明设备运行中从所述有源面发出的光首先穿透所述第一部分或者在所述第一部分上反射，并且接着穿透所述第二部分或者在所述第二部分上反射。通过将所述投射光学器件分成两个不同的部分，可以将不同的任务分配给不同的光学器件组。
可以规定，所述投射光学器件包括使所述成像构件的有源面以所述有源面的纵横比来成像的部分，特别是其中，所述部分是所述第一部分。
此外可以规定，所述投射光学器件包括具有变形特性的部分，特别是其中，所述部分是所述第二部分。在此，所述投射光学器件的配设有变形特性的部分能够使从其发出的光在与外部空间中的光分布的水平方向相对应的方向上比在与外部空间中的光分布的竖直方向相应的方向上更强烈地扩宽。由此也能够保证，尽管在竖直方向上的像素数量更多，光分布在水平方向和竖直方向上还是具有大致相同的延伸尺寸。
存在如下可能性：所述有源面在第一方向上的延伸尺寸大于在第二方向上的延伸尺寸的两倍、特别是大于三倍、例如大约四倍。这特别是相应于商业上常见的成像构件的典型的延伸尺寸比例。
附图说明
以下借助于各附图更详细地阐述本发明。图中：
图1示出按照本发明的照明设备的第一实施方式的透视细节图；
图2示出按照本发明的照明设备的第二实施方式的细节的侧视图；
图3示出示例性的光分布的竖直剖视图，所述光分布利用按照本发明的照明设备的一种实施方式产生；
图4示出用于说明示例性的第一像素密度的图表；
图5示出具有第一像素密度的光分布的俯视图；
图6示出用于说明示例性的第二像素密度的图表；
图7示出具有第二像素密度的光分布的俯视图；
图8示出没有在水平方向上的有针对性的扩宽部的情况下照明设备的有源面的三个点的成像的示例性示图；
图9示出具有在水平方向上的有针对性的扩宽部的情况下照明设备的有源面的三个点的成像的示例性示图。
具体实施方式
在各附图中，相同的和功能上相同的部件配设有相同的附图标记。
按照本发明的照明设备的在图1中示出的实施例构成为高分辨率的前照灯并且包括成像构件1和投射光学器件2。所述成像构件1具有带有矩阵式设置的成像元件的有源面3，所述成像元件用于有针对性地产生光分布的各像素。
在此，所述有源面3在与图1和图2中的竖直方向相对应的第一方向上的延伸尺寸比在垂直于所述第一方向的、与图1和图2中的水平方向相对应的第二方向上的延伸尺寸更大。例如，在第一方向上的成像元件和在第二方向上的成像元件可以并排地设置。
可以规定，在有源面3上的所述成像元件构成为发光二极管(LED)或构成为激光二极管。特别是，所述成像构件1可以是固态LED阵列。于是，由各个发光二极管发出的光可以被所述投射光学器件2投射到机动车的外部空间中，其中，所产生的光分布的竖直方向相应于所述第一方向，在该第一方向上所述有源面3具有更大的延伸尺寸并且在该第一方向上并排设置有更多的成像元件。
备选地可以规定，所述成像构件1构成为数字微镜装置(DMD)或者构成为LCoS或者构成为LC显示器，或者所述成像构件1包括数字微镜装置或LCoS或LC显示器。例如在数字微镜装置中，各个镜元件用作成像元件。
在所述成像构件1作为数字微镜装置或LCoS或LC显示器的该备选设计方案中，所述照明设备附加地包括至少一个未示出的光源，其光出射到所述成像构件上并且被该成像构件选择性地反射或穿透，以便产生相应的光分布。
在所述成像构件1的该设计方案中，由各个成像元件发出的光也被所述投射光学器件2投射到机动车的外部空间中。在此，所产生的光分布的竖直方向也相应于所述第一方向，在该第一方向上有源面3具有更大的延伸尺寸并且在该第一方向上并排设置有更多的成像元件。
通过这样定向所述有源面3，使得在竖直方向上设置有比在水平方向上更多的成像元件，能够使符号更高分辨率地且更忠于细节地显示在路面上。其原因在于，由于倾斜的投射平面而必然出现的在路面上的像素或区段的失真与在竖直方向上的光分布的像素密度有关。这一方面通过图4与图5的比较以及另一方面通过图6与图7的比较来阐明。
图4和图5示意性地示出第一像素密度4和第一光分布5，而图6和图7阐明第二像素密度6和第二光分布7。在此，第一像素密度4小于第二像素密度6。在较小的第一像素密度4的情况下表现出，光分布5的远离车辆的区段8相对强烈地叉开。而在较大的第二像素密度6的情况下，光分布7的区段9较不强烈地叉开。这导致，在光分布7的竖直方向上的像素密度6更高的情况下，叉开或者说失真更小并且因此符号在路面上的显示是更高分辨率且更忠于细节的。
所述照明设备的在图1中示出的第一实施方式的投射光学器件2包括两个透明的基质10、11，从有源面3发出的光依次穿透所述基质。所述基质10、11的入射面和/或出射面中的至少一些弯曲或者构成为透镜，以便使所述有源面3适当地成像到车辆的外部空间中。在此，第二基质11的出射面12环曲成型。
完全存在如下可能性：替代所述第二基质11的出射面12而使基质10、11的另一个面或基质10、11的多个所述面环曲成型。
此外存在如下可能性：替代基质10、11之一或替代两个衬底10、11使用具有适当成型的反射面的一个或多个镜。
通过环曲的设计方案，所述出射面12能够使从其发出的光在光分布的水平方向上比在竖直方向上更强烈地扩宽。由此，尽管有源面3的竖直方向与水平方向的比例例如为4:1，也可以产生竖直方向与水平方向的比例为1:1的光分布。图3示出这种光分布13的一个示例的竖直剖视图。
图8和图9阐明了投射光学器件2的环曲成型的面的作用。在此，图8示出没有在水平方向上的有针对性的扩宽部的情况下照明设备的有源面的三个点14的成像的示例性示图。而图9示出具有在水平方向上的有针对性的扩宽部14a、14b的情况下照明设备的有源面的三个点14的成像的示例性示图。在此，所述扩宽部14a、14b可以通过投射光学器件2的环曲成型的面来实现。
所述照明设备的在图2中示出的第二实施方式的投射光学器件2包括第一部分15和第二部分16，从有源面3发出的光依次穿透所述第一部分和第二部分。在此，所述第一部分15包括三个透明的基质17、18、19，而所述第二部分16包括两个基质20、21，光穿透所述各基质。在此，各基质17、18、19、20、21的入射面和/或出射面中的至少一些弯曲或构成为透镜，以便使有源面3适当地成像到车辆的外部空间中。
完全存在如下可能性：替代所述基质17、18、19、20、21之一或替代多个或所有基质17、18、19、20、21而使用具有合适成型的反射面的一个或多个镜。
所述投射光学器件2的第一部分15这样构成，使得所述第一部分使所述成像构件1的有源面3以所述有源面3的纵横比来成像。第二部分16这样构成，使得所述第二部分具有变形的特性。这例如可以通过在第二部分16的基质20、21的入射面和/或出射面上的不同设计的柱形几何形状来实现。
因此，所述第二部分16特别是可以使从其发出的光在光分布的水平方向上比在竖直方向上更强烈地扩宽。因此，如在第一实施例中那样，尽管有源面3的竖直方向与水平方向的比例例如为4:1，但仍可以产生竖直方向与水平方向的比例为1:1的光分布(参见图3)。按照图2的第二实施方式的优点在于，用作出射透镜的第二基质21能够比在按照图1的第一实施方式中明显更小地构造。
完全存在如下可能性：用于以正确的纵横比使有源面3成像的部分是在光传播方向上的第二部分，而配设有变形特性的部分是光传播方向上的第一部分。
附图标记列表
1 成像构件
2 投射光学器件
3 成像构件的有源面
4 第一像素密度
5 第一光分布
6 第二像素密度
7 第二光分布
8 第一光分布的区段
9 第二光分布的区段
10、11 投射光学器件的基质
12 投射光学器件的基质的出射面
13 光分布
14 有源面的点的成像
14a、14b 成像点在水平方向上的延伸尺寸
15 投射光学器件的第一部分
16 投射光学器件的第二部分
17、18、19 第一部分的基质
20、21 第二部分的基质

Claims (18)

1.用于机动车的照明设备，所述照明设备包括：
-具有有源面(3)的成像构件(1)，在所述有源面上设置有矩阵式成像元件，以用于有针对性地产生光分布(13)的各像素，其中，所述有源面(3)在第一方向上的延伸尺寸大于在垂直于所述第一方向的第二方向上的延伸尺寸，所述有源面(3)在安装到机动车中的状态中定向为使得所述第一方向相应于竖直线，
-投射光学器件(2)，在所述照明设备运行中，从所述有源面(3)发出的光被所述投射光学器件投射到机动车的外部空间中，
其特征在于，所述有源面(3)定向为使得在机动车的外部空间中所产生的光分布(13)中沿竖直方向并排设置的像素由在所述有源面(3)上沿第一方向并排设置的成像元件产生，以便提高在光分布的竖直方向上的像素密度和在竖直方向上的分辨率。
2.按照权利要求1所述的照明设备，其特征在于，在所述有源面(3)上的所述成像元件构成为发光二极管或构成为激光二极管。
3.按照权利要求2所述的照明设备，其特征在于，所述成像构件是固态LED阵列。
4.按照权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述成像构件(1)构成为数字微镜装置或构成为LCoS或构成为LC显示器，或者所述成像构件包括数字微镜装置或LCoS或LC显示器。
5.按照权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述投射光学器件(2)具有环曲成型的面。
6.按照权利要求5所述的照明设备，其特征在于，所述环曲成型的面使从其发出的光在与外部空间中的光分布(13)的水平方向相对应的方向上比在与外部空间中的光分布(13)的竖直方向相对应的方向上更强烈地扩宽。
7.按照权利要求5所述的照明设备，其特征在于，所述环曲成型的面是屈光面。
8.按照权利要求5所述的照明设备，其特征在于，所述环曲成型的面是所述投射光学器件(2)的出射面(12)。
9.按照权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述投射光学器件包括第一部分(15)和第二部分(16)，其中，在所述照明设备运行中从所述有源面(3)发出的光首先穿透所述第一部分(15)或者在所述第一部分(15)上反射，并且接着穿透所述第二部分(16)或者在所述第二部分(16)上反射。
10.按照权利要求9所述的照明设备，其特征在于，所述投射光学器件(2)包括使所述成像构件(1)的有源面(3)以所述有源面(3)的纵横比来成像的部分。
11.按照权利要求10所述的照明设备，其特征在于，使所述成像构件(1)的有源面(3)以所述有源面(3)的纵横比来成像的部分是所述第一部分(15)。
12.按照权利要求9所述的照明设备，其特征在于，所述投射光学器件(2)包括具有变形特性的部分。
13.按照权利要求12所述的照明设备，其特征在于，具有变形特性的部分是所述第二部分(16)。
14.按照权利要求12或13所述的照明设备，其特征在于，所述投射光学器件(2)的配设有变形特性的部分使从其发出的光在与外部空间中的光分布(13)的水平方向相对应的方向上比在与外部空间中的光分布(13)的竖直方向相对应的方向上更强烈地扩宽。
15.按照权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述有源面(3)在第一方向上的延伸尺寸大于在第二方向上的延伸尺寸的两倍。
16.按照权利要求15所述的照明设备，其特征在于，所述有源面(3)在第一方向上的延伸尺寸大于在第二方向上的延伸尺寸的三倍。
17.按照权利要求15所述的照明设备，其特征在于，所述有源面(3)在第一方向上的延伸尺寸是在第二方向上的延伸尺寸的四倍。
18.按照权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备是高分辨率的前照灯。
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