CN112140983A - 控制明暗截止线的方法、车灯和车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种控制明暗截止线的方法，应用于汽车前照灯，所述汽车前照灯包括光学系统，所述方法包括：在满足预设条件时，获取预存储的光场分布图案；根据所述光场分布图案，控制所述汽车前照灯的光学系统投射出带有明暗截止线的光场，其中所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向照度逐渐减小。本发明的实施例中，通过在汽车前照灯投射出的光场中从所述明暗截止线向上照度逐渐减小，有效提高了用户眼睛的舒适度，且本发明结构简单，克服了现有技术的明暗截止线上方光照强度控制结构复杂的问题。

Description

控制明暗截止线的方法、车灯和车辆
技术领域
本发明涉及车辆照明的技术领域，尤其涉及一种控制明暗截止线的方法、车灯和车辆。
背景技术
汽车中的前照灯用于在车辆夜间行驶时照亮前方的道路，是保障汽车安全运行的重要部件之一。前照灯在开近光时，配光屏幕上会出现一条有显著明暗变化的分界线，称为汽车近光明暗截止线。在与车辆通行方向相反的一侧(如右侧行驶车辆的近光明暗截止线左侧)上，汽车近光明暗截止线应是一条水平线；而在另一侧，明暗截止线不得超过与水平线成45°角的直线和左侧水平线上方25cm处水平直线形成的折线，或与水平线成15°角的斜直线。图1示出了一种典型的汽车近光明暗截止线的实例。
现有技术的汽车前照灯形成的光场中，明暗截止线两侧的照度对比过于强烈。在明暗截止线以下，照度非常强；在明暗截止线以上，照度突变为零。这会对人眼产生不适感。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种控制明暗截止线的方法，应用于汽车前照灯，所述汽车前照灯包括光学系统，所述方法包括：
在满足预设条件时，获取预存储的光场分布图案；
根据所述光场分布图案，控制所述光学系统投射出带有明暗截止线的光场，其中所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向逐渐减小。
根据本发明的一个方面，所述光场分布图案是灰度图，所述灰度图中的灰度分布与所述光场的照度分布成预设的对应关系；
其中所述投射出带有明暗截止线的光场的步骤包括：根据所述光场分布图案的灰度以及所述对应关系，控制所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向逐渐减小。
根据本发明的一个方面，所述对应关系包括：Nml＝-255*M/m+255；
其中，Nml为所述光场分布图案中任意一点ml处的灰度值，m为距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度；M为所述光场的照度分布中的对应点mll处的照度。
根据本发明的一个方面，明暗截止线上的点HV的照度位于[0.4lx，0.7lx]，点HV在光场分布图案中对应点处的灰度值为-255*[0.4lx，0.7lx]/m+255，其中m为距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度。
根据本发明的一个方面，光场中的明暗截止线上方任一点mll在光场分布图的对应点ml处的灰度值为Nml＝-255*((-3/2500)*L+0.7)/m+255；其中L为点mll到所述明暗截止线的距离。
根据本发明的一个方面，距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离为25米，距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度m为70lx；则：
当在所述明暗截止线上方584mm处时，所述光场的照度减为0lx，所述光场分布图案中与所述明暗截止线上方584mm处对应的位置的灰度值为255；
当在所述明暗截止线上方250mm处，所述光场的照度为0.4lx，所述光场分布图案中与所述明暗截止线上方250mm处对应的位置的灰度值为253.5。
根据本发明的一个方面，在所述光场分布图案中，从与所述明暗截止线对应的位置，沿着与所述明暗截止线上方对应的方向，所述光场分布图案的灰度逐渐增加。
根据本发明的一个方面，所述汽车前照灯包括DMD芯片，所述DMD芯片包括微镜阵列，所述投射出带有明暗截止线的光场的步骤包括：根据所述光场分布图案，控制所述微镜阵列中的各个微镜的开启时间和关闭时间之间的比例，以控制在所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向照度逐渐减小。
本发明还涉及一种像素式车灯，包括：
DMD芯片，包括微镜阵列；
车灯控制单元，所述车灯控制单元配置成可执行前文所述的控制明暗截止线的方法。
本发明还涉及一种车辆，其特征在于，包括如上所述的像素式车灯。
本发明的实施例中，通过在汽车前照灯投射出的光场中从所述明暗截止线向上照度逐渐减小，有效提高了用户眼睛的舒适度。
另外，本发明的一些实施例中，由于使用了DMD芯片，无需现有技术的复杂的光路结构，就实现了明暗截止线上方光照强度控制的效果，结构简单，克服了现有技术的明暗截止线上方光照强度控制结构复杂的问题。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中一种典型的汽车近光明暗截止线的实例；
图2示出了根据本发明一个实施例的车辆的像素式车灯系统的示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的一种利用像素式车灯控制明暗截止线的方法；
图4示出了在距离前照灯基准中心前25米的配光屏幕上测量配光性能的示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的光场分布的示意图；
图6示出了光场分布图案的灰度变化的示意图。
附图标记列表：
13光源；12照明系统；11DMD芯片；10主控制器；14投影系统；16传感器；15环境路况感知及处理系统；
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
本发明实施例公开了一种控制明暗截止线的方法，该方法可以具体应用于汽车前照灯。本发明实施例提供的汽车前照灯例如包括车灯控制器和光学系统，其中车灯控制器能够通过一定的逻辑控制光学系统，从而能够在汽车前照灯的前方投射出照明光场。
为了便于与本发明实施例提供的控制明暗截止线的方法进行更为清楚地描述，申请人首先对本发明实施例涉及的汽车前照灯的具体结构进行描述。具体如图2所示，本发明实施例提供的汽车前照灯可以包括：光源13、照明系统12、DMD芯片11、主控制器10、以及投影系统14。其中，光源13例如是LED光源，其例如受到主控制器10的控制而开启，发出光线，光线被投射到照明系统12上。照明系统12通常由包括透镜或者透镜组，用于对入射光进行准直调制，或改变入射光的发散角，或者进行其他的光线调制操作。然后，光线照射到DMD芯片11上。
DMD芯片11上包括微镜阵列，例如包括数百万个微镜，每个微镜均可单独控制，从而控制将入射到其上的光线投射到车灯外部，或者投射到周围的光吸收部上，而没有投射到车灯外部。主控制器10与光源13以及DMD芯片11连接，例如控制光源13的发光和关闭，并且控制DMD芯片11中的微镜阵列中的微镜的开启和关闭，从而控制从DMD芯片11出射的光场的图案。例如，主控制器10通过控制每个微镜的开启和关闭，就能控制入射到该微镜上的光线是否被投射到车灯外部，并且可以控制从该微镜出射的光线的照度。由于DMD芯片的微镜阵列包括大量的微镜，通过分别控制各个微镜的出射光线、出射光线的照度和/或灰度，就可以精确控制车灯系统最终投射出的图案。
根据本发明的一个优选实施例，本发明可以是具体根据所述光场分布图案的每个像素的灰度来控制所述微镜阵列中的各个微镜的开启时间和关闭时间之间的比例，投射出带有所述明暗截止线的光场。例如灰度越低，对应的微镜的开启时间越长。具体例如，DMD芯片的微镜阵列中的每一个微镜，都可以在两个角度之间切换：+12度和-12度。其中在+12度时，微镜将入射的光线反射到车灯外部，实现光线的输出，称为微镜的开启模式或开启时间；在-12度时，微镜将入射的光线反射到旁边的光线吸收部，光线被该光线吸收部所吸收，无法输出到车灯外部，称为微镜的关闭模式或关闭时间。对于一个微镜，通过调整其开启时间与关闭时间之间的比例，就可以调整从该微镜出射的光线的照度，关闭时间的比例越高，那么照度越低。
根据本发明的又一个实施例，本发明在控制所述DMD芯片的微镜阵列的过程中，使得在所述光场中，从所述明暗截止线向上，实现灰白、浅灰色、深灰、黑色的过渡，这样就避免了从明暗截止线下方的高照度的照明直接过渡为明暗截止线上方的全黑状态，而是从亮到暗具有逐渐的过渡，使得车辆驾驶员观察起来更为舒适。
从DMD芯片11出射的光场，经过投影系统14(通常由透镜或者透镜组构成)，被投射到车灯的前方，例如照明车辆前方的道路区域。
另外，如图6所示，车灯系统例如还可进一步包括传感器16(例如摄像头)以及环境路况感知及处理系统15。其中，传感器16安装在车身上，例如用于识别车辆前方的行人、障碍物以及相应的距离。传感器例如可以是摄像头，也可以是激光雷达或者毫米波雷达，这些都在本发明的保护范围内。
环境路况感知及处理系统15与传感器16耦合，接收传感器的感测数据，并可以对传感器感测到的图像或者数据进行处理，以获知车辆周围的环境路况以及行人、障碍物等方面的信息。环境路况感知及处理系统15与主控制器10连接或者通讯，将其检测到的环境路况、行人、障碍物等信息上报给主控制器10。主控制器10在接收到相关信息后，进行处理，并且当满足特定条件时，触发相应的操作，例如当车辆停止、且通过传感器16检测到车前方一定距离处具有行人时，控制DMD芯片，在车辆前方投射出动态斑马线图案，从而帮助前方行人顺利通过，同时车辆驾驶员能够更加直观地观察到前方的动态斑马线，及时发现行人，提高车辆行驶的安全性。
本发明实施例提供的控制明暗截止线的方法100则具体应用于上述汽车前照灯，更具体地，该方法可以由上述汽车前照灯中的主控制器10(也称车灯控制器)执行。如图3所示，所述方法100包括：
步骤S101：在满足预设条件时，获取预存储的光场分布图案。
其中，满足预设条件时例如可以为接收到近光照射信号时。在实际应用中，车灯控制器可以从车辆驾驶员的操作而接收到近光照射信号。例如车辆驾驶员操作车辆前照灯操作杆，打开近光照明，或者从远光照明切换到近光照明，此时，车灯控制器就会接收到近光照射信号。或者车灯控制器也可以从车辆控制系统接收到近光照射信号。例如当车辆驾驶员启动车辆时，车辆控制系统也可以自动发出近光照射信号。或者当汽车前照灯处于AUTO模式、并且汽车进入较暗的区域时，例如隧道、桥下，或者外部光线由亮变暗时，车灯控制器会从车辆控制系统接收到近光照射信号。
当车灯控制器接收到近光照射信号后，会进一步获取预存储的光场分布图案。其中光场分布图案可以是预先存储在车灯控制器中，也可以是预先存储在独立于车灯控制器的某个存储器中。预存储的光场分布图案与所期望的汽车前照灯光场分布具有对应关系。例如如果期望在明暗截止线上方具有一定的过渡，而非突然从照明区域变换为黑暗区域，那么可以对截止线上方的部分逐渐地减小照度。相对应的，在预先存储的光场分布图案中，可以存储有与该光场分布相对应的控制信息。
根据本发明的一个优选的实施例，所述光场分布图案可以是灰度图。其中，光场分布图案上的各个点的灰度分布对应于汽车前照灯投射出的光场的照度分布，两者之间具有预先设置好的对应关系。例如，光场分布图案中灰度较小的点，对应于汽车前照灯投射出的光场中照度较大的点。本领域技术人员可以理解，反之也可以实现，即光场分布图案中灰度较小的点，对应于汽车前照灯投射出的光场中照度较小的点。这些都在本公开的保护范围内。
作为本发明实施例的一个优选实施例，该对应关系例如可以为：Nml＝-255*M/m+255；其中，Nml为所述光场分布图案中任意一点ml处的灰度值，m为距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度；M为ml点在所述光场的照度分布中的对应点mll处的照度。
根据本发明的另一个优选的实施例，本发明在获取了预设的光场分布图案之后，由于DMD芯片的微镜阵列中的各个微镜可以实现单独的控制，就可以控制DMD芯片来获得带有明暗截止线的光场，即获得了所期望的光场分布。
步骤S102：根据所述光场分布图案，控制所述汽车前照灯的光学系统，投射出带有明暗截止线的光场，其中所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向照度逐渐减小。
车灯控制器根据该光场分布图案中的控制信息，控制汽车前照灯的光场分布，使得光场中带有明暗截止线，同时明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向逐渐减小，从而产生对人眼更加舒服的明暗过渡区域。
具体地，该明暗截止线上的点HV的照度可以位于[0.4lx，0.7lx]，点HV在光场分布图案中对应点处的灰度值为-255*[0.4lx，0.7lx]/m+255，其中m为距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度。
如上所述，光场分布图案可以是灰度图。在此情况下，所述步骤S102例如可以为：根据所述光场分布图案的灰度的分布，控制所述光场中从所述明暗截止线向上，照度逐渐减小。
根据本发明的一个优选实施例，在所述光场分布图案中，从与所述明暗截止线对应的位置，沿着与所述明暗截止线上方对应的方向，所述光场分布图案的灰度逐渐增加。从而使得在汽车前照灯的光场中，从明暗截止线向上，照度逐渐减小。
图4示出了在距离前照灯基准中心前25米的配光屏幕上测量配光性能的示意图，其中各测试点、测试区的位置如上图，其中的曲线h-HV-H1-H4为明暗截止线。
图5示出了根据本发明一个实施例的光场分布图案。下面以车灯前方25米处明暗截止线上方光照强度变化为例进行说明。
设定距离车灯25米处的近光照度为m(即明暗截止线下方的照度为m)，明暗截止线上的点HV(参见图3)的照度为低于或等于0.7lx，那么在所述光场分布图案中，与所述点HV对应的点的灰度值为-255*0.7/m+255。
根据本发明的一个优选实施例，所述光场在距离所述汽车前照灯25米距离处的竖直投影中，在所述明暗截止线上方584mm处，所述光场的照度减为0lx，所述光场分布图案中与所述明暗截止线上方584mm处对应的位置的灰度值为255。换句话说，在明暗截止线上方584毫米内的区域，实现了光线从明到暗的过渡。
根据本发明的一个优选实施例，所述光场在距离所述汽车前照灯25米距离处的竖直投影中，在所述明暗截止线上方250mm处，所述光场的照度为0.4lx，所述光场分布图案中与所述明暗截止线上方250mm处对应的位置的灰度值为253.5。
根据本发明的一个优选实施例，对明暗截止线上方任一点mll处，其照度M＝-3/2500*L+0.7，其中L为点mll到所述明暗截止线的距离，所述光场分布图案中与所述点mll对应的点ml的灰度值为-255*M/m+255。
假定车灯在25m照射距离的近光照度为70lx，则所述光场分布图案中与点HV点对应的点的灰度为252.5；B50L位于明暗截止线上方250mm处，照度约为0.4lx，所述光场分布图案中与所述B50L对应的位置的灰度为253.5；距离明暗截止线584mm的位置处照度为0lx，光场分布图案中与其对应的位置的灰度为255。
以上描述的本发明的实施例利用了光场分布图案的灰度来控制汽车前照灯的光场的明暗截止线上方由亮到暗的过渡。根据一个优选实施例，可利用从白到黑经过256个灰度的过渡方式实现缓慢变暗的过程，可参照电脑的灰阶设置，在明暗截止线上方由近及远，灰度逐渐增加，所以当离明暗截止线上方一定区域范围外采取遮挡区域全关闭方式，如图6所示。本领域技术人员理解，图6只是示意性示出了光场分布图案的实例，最开始和结束的灰度可以根据具体的情况而调整或修改，以提高驾驶员眼睛的舒适度。
人的眼睛对强光比较敏感，对不同程度的光亮会产生不同的视觉效应。车灯打开近光时，明暗截止线上方会有一个明暗过渡区，本发明因而能够提供一个对眼睛相对舒适的明暗过渡区。
最后，本发明的另一实施例还涉及一种像素式车灯，该像素式车灯包括：DMD芯片11和车灯控制单元(主控制器10)。其中，DMD芯片11包括微镜阵列，车灯控制单元可执行如上所述的方法100。
本发明的另一实施例还涉及一种车辆，包括如上所述的像素式车灯。
本发明的实施例中，通过在汽车前照灯投射出的光场中从所述明暗截止线向上照度逐渐减小，避免了明暗截止线两侧过于强烈的照度对比，有效提高了用户眼睛的舒适度。
本发明的实施例中，利用像素式车灯实现了带有明暗截止线的光场投射。像素式车灯的主控制器存储不同灰度值的图像，并利用投射系统投射该图像，进而实现截止线上方光照强度的精确控制，满足法规规定区域的光照强度要求。当车辆开启近光行驶时，主控制器接收近光照明信号，然后根据预先储存的照明、灰阶等信息(即所要实现的光场的分布的信息)，控制DMD芯片中对应镜片，调节车灯的照度，对截止线上方区域逐渐减小照度。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制明暗截止线的方法，应用于汽车前照灯，所述汽车前照灯包括光学系统，其特征在于，所述方法包括：
在满足预设条件时，获取预存储的光场分布图案；
根据所述光场分布图案，控制所述光学系统投射出带有明暗截止线的光场，其中所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述光场分布图案是灰度图，所述灰度图中的灰度分布与所述光场的照度分布成预设的对应关系；
其中所述投射出带有明暗截止线的光场的步骤包括：根据所述光场分布图案的灰度以及所述对应关系，控制所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于,所述对应关系包括：Nml＝-255*M/m+255；
其中，Nml为所述光场分布图案中任意一点ml处的灰度值，m为距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度；M为所述光场的照度分布中的对应点mll处的照度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于,所述明暗截止线上的点HV在光场分布图案中对应点处的灰度值为-255*[0.4lx，0.7lx]/m+255，其中m为距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于,所述光场中的明暗截止线上方任一点mll在光场分布图对应点ml处的灰度值为Nml＝-255*((-3/2500)*L+0.7)/m+255；其中L为点mll到所述明暗截止线的距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于,距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离为25米，距离所述汽车前照灯基准中心的预设距离处的近光照强度m为70lx；则：
当在所述明暗截止线上方584mm处时，所述光场的照度减为0lx，所述光场分布图案中与所述明暗截止线上方584mm处对应的位置的灰度值为255；
当在所述明暗截止线上方250mm处，所述光场的照度为0.4lx，所述光场分布图案中与所述明暗截止线上方250mm处对应的位置的灰度值为253.5。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在所述光场分布图案中，从与所述明暗截止线对应的位置，沿着与所述明暗截止线上方对应的方向，所述光场分布图案的灰度逐渐增加。
8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述汽车前照灯包括DMD芯片，所述DMD芯片包括微镜阵列，所述投射出带有明暗截止线的光场的步骤包括：根据所述光场分布图案，控制所述微镜阵列中的各个微镜的开启时间和关闭时间之间的比例，以控制在所述光场中，所述明暗截止线上方区域的照度大小，随所述明暗截止线向上方向照度逐渐减小。
9.一种像素式车灯，包括：
DMD芯片，包括微镜阵列；
车灯控制单元，所述车灯控制单元配置成可执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的像素式车灯。
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