CN113217875B - 一种车灯系统 - Google Patents

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Abstract

本发明保护一种车灯系统，包括光源、空间光调制器和投射装置，光源发出的光经空间光调制器调制后，形成具有一定光分布的图案光，而后经投射装置投射后成为车灯系统的出射光；其中，光源包括多个可独立控制的发光模块，空间光调制器包括与发光模块一一对应的多个调制区域，发光模块发出的光入射到与其对应的调制区域，每个调制区域包括多个光调制单元；车灯系统还包括控制装置，控制装置根据输入信号产生用于控制光源的各个发光模块的光输出强度的光源控制信号和用于控制空间光调制器的光调制信号，并使得任意一个调制区域中，至少有一个光调制单元的光通过率达到上限值。该车灯系统降低了能量消耗，减少了热量产生。

Description

一种车灯系统
本申请是申请日为2017年6月17日、申请号为201710460342.5、发明名称为“一种车灯系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及照明领域，特别是涉及一种车灯系统。
背景技术
汽车是人们日常生活中常用的交通工具，也是交通事故最多的交通工具。有研究表明，夜间行车的严重交通事故几率远大于日间行车，而导致该结果的重要影响因素就是夜间行车的视线不良。
为改善夜间行车视野问题，高亮度的LED阵列光源和激光光源逐渐成为新的车灯发展方向，但是交通状况的改善仅仅凭借车灯光源亮度的提高是不够的，过强的出射光反而会导致交通事故的发生。因此，有厂商开拓了新的研发方向，利用车灯投射出具有一定光分布的图案，一方面保护行人和对面来车的视野不受伤害，一方面起到一定的信息交互沟通功能。
然而，车灯投射出一定光分布的图案的同时，意味着有部分光无法出射，从而留在车灯内，不仅增加了车灯的能耗，而且增加了热量产生，不利于车灯的散热，导致车灯寿命降低。
发明内容
针对上述现有技术的投射具有一定光分布图案的车灯能耗高、产热多的缺陷，本发明提供一种节能、发热量低的车灯系统，包括光源、空间光调制器和投射装置，所述光源发出的光经空间光调制器调制后，形成具有一定光分布的图案光，而后经投射装置投射后成为所述车灯系统的出射光；所述光源包括多个可独立控制的发光模块，所述空间光调制器包括与所述发光模块一一对应的多个调制区域，所述发光模块发出的光入射到与其对应的调制区域，每个所述调制区域包括多个光调制单元；所述车灯系统还包括控制装置，所述控制装置根据输入信号产生用于控制所述光源的各个发光模块的光输出强度的光源控制信号和用于控制所述空间光调制器的光调制信号，并使得任意一个所述调制区域中，至少有一个所述光调制单元的光通过率达到上限值。
在一个实施方式中，所述输入信号包含光分布图像数据，所述光分布图像数据包括与所述发光模块一一对应的子图像数据，所述控制装置获取每一子图像数据中的最大像素亮度值，计算该最大像素亮度值与像素亮度的上限值的比值，并根据该比值得到该子图像数据对应的发光模块的光源控制信号。
在一个实施方式中，所述控制装置将所述子图像数据的各像素的灰度值等比例放大，得到新子图像数据，以使该新子图像数据中的具有最大像素亮度值的像素的灰度值达到灰度值上限，所述控制装置根据所述新子图像数据产生所述光调制信号。
在一个实施方式中，所述光源为半导体发光阵列，所述发光模块包括至少一个半导体发光单元。
在一个实施方式中，所述发光模块包括激发光源和波长转换模块。
在一个实施方式中，各所述发光模块的波长转换模块设置在一个波长转换装置的不同区域。
在一个实施方式中，所述空间光调制器为数字微镜装置，所述光调制单元的光通过率为该光调制单元在所述光调制信号作用周期内处于开状态的时间占比；或者所述空间光调制器为液晶装置，所述光调制单元的光通过率为该光调制单元的光透射率。
在一个实施方式中，所述输入信号为主动输入信号，该主动输入信号为驾驶员的操作指令。
在一个实施方式中，所述输入信号为被动输入信号，该被动输入信号为车辆采集的外界信息，至少包括路况信息或障碍物信息。
在一个实施方式中，所述车灯系统还包括探测装置，用于采集所述外界信息，所述探测装置包括红外探测装置、声波探测装置、温度探测装置、可见光摄像装置中的至少一种。
与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：本发明利用车灯系统的光源和空间光调制器形成具有一定光分布的图案光，其中光源包括多个可独立控制的发光模块，发光模块又对应到空间光调制器的多个调制区域，使得发光模块与调制区域组成多个子车灯系统，提高了车灯系统控制的灵活性；通过控制装置产生控制发光模块的光源控制信号和光调制信号，并保证各个调制区域中至少包含一个光通过率达到上限值的光调制单元，从而减少了各个发光模块所需提供的总光通量，同时减少了被空间光调制器“拦截”下的光，一方面降低了车灯系统的能耗，一方面减少了无法出射的光带来的热量。
附图说明
图1为本发明实施例一的车灯系统的结构框图。
图2为本发明实施例一的车灯系统的结构示意图。
图3为本发明实施例一的车灯系统的光源的结构示意图。
图4为本发明实施例一的车灯系统的空间光调制器的结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本发明构思在于，一方面，将车灯系统的光源模块化，每个发光模块与空间光调制器的一调制区域相对应，使得一个车灯系统被分解为多个“子车灯系统”；另一方面，根据输入信号，通过对每一个子车灯系统所的预投射的光分布图案进行分析，最大化空间光调制器的光通过率，最小化发光模块的光输出功率。通过将两方面相结合，从而实现降低能耗、延长使用寿命。
极端化的技术方案是不可取的，假如每一个发光模块只对应空间光调制器的一个光调制单元，甚至于省略空间光调制器，直接将发光单元阵列组成的光源像素化，同时充当空间光调制器的作用，将可能导致光投射效果差或者高成本低效率两个极端情况。要么发光单元数量太少，不足以形成有足够明暗分布细节的光分布图案，使得暗区域过多，不利于驾驶员观察；要么发光单元数量太多，不仅难以取得发光单元的亮度与利用率之间的平衡，而且增加了故障率，增加了光源体积，导致高成本。本发明将光源模块化与空间光调制器相结合，提高出射光分辨率的同时，没有增加光源的总输出功率(即并非完全依赖于发光元件的数量提高分辨率)，是更为经济实用的技术方案。
下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
请参见图1和图2，图1为本发明实施例一的车灯系统的结构框图，图2为本发明实施例一的车灯系统的结构示意图。车灯系统10包括光源110、空间光调制器120、投射装置130和控制装置140。
光源110发出的光经空间光调制器120调制后，形成具有一定光分布的图案光，而后经投射装置130投射后成为车灯系统10的出射光。车灯系统10还包括控制装置140，控制装置140根据输入信号产生用于控制光源110的光源控制信号和用于控制空间光调制器120的光调制信号。
在本实施例中，光源110包括多个可独立控制的发光模块。请参见图3，图3为本实施例中光源110的结构示意图，光源110包括多个可独立控制的发光模块(如图3中包括3×5个发光模块，仅为示例，本发明不限制光源中的发光模块的数量)。本实施例中，光源为半导体发光阵列，每个发光模块包括一个半导体发光单元(如发光二极管LED或激光二极管LD)。在其他实施方式中，一个发光模块也可以包含多个半导体发光单元，属于一个发光模块的多个半导体发光单元并非彼此独立，而是被同时控制。通过控制发光模块的电压或电流等来控制发光模块的发光强度。
在本发明的另一实施方式中，发光模块包括激发光源和波长转换模块。激发光源可以是激光光源如激光二极管光源或激光二极管阵列光源，也可以是发光二极管光源或发光二极管阵列光源，波长转换模块包括波长转换材料(或称光致发光材料)，能够至少部分吸收来自激发光源的光，并出射波长不同于激发光源光的受激光。波长转换材料可以是荧光粉、量子点或荧光陶瓷，波长转换模块可以为由粘接剂将荧光粉/量子点粘结成层的波长转换层，如荧光玻璃层、荧光树脂层等，波长转换模块还可以是荧光陶瓷。在本实施方式中，每个发光模块的激发光源和波长转换模块都是相对独立的，可以通过独立地控制激发光源的电流或电压控制该激发光源的输出光强度，随着激发光的强度的变化，波长转换模块的出射光的强度也发生变化。虽然各个发光模块的波长转换模块在输出光的控制方面相互独立，但本发明不限制波长转换模块在结构上是否相互独立。例如，在一个实施方式中，各发光模块的波长转换模块设置在一整块的波长转换装置的不同区域，这样一方面便于波长转换模块的加工，一方面便于集中散热。
可以理解，本发明的光源不限于半导体发光阵列光源或激光荧光光源，还可以是其他可模块化并能够彼此独立控制的任意已知光源。
在本实施例中，空间光调制器120包括与光源110的发光模块一一对应的多个调制区域，发光模块发出的光入射到与其对应的调制区域，每个调制区域又包括多个光调制单元，使得入射到调制区域的来自发光模块的光斑在该调制区域的调制下形成具有一定光分布的小图案光。一般而言，来自发光模块的光斑在到达调制区域前为一均匀的光斑，即一单色色块图案，即入射到调制区域的各个光调制单元的光是基本相同的，在调制信号的调制下，各光调制单元可能彼此的光通过率不同，进而导致产生不同空间位置明暗不一的光分布，组合成该调制区域的小图案光，进一步地，空间光调制器的各调制区域的小图案光通过空间组合形成具有一定光分布的图案光。
请参见图4，图4为本实施例中的空间光调制器120的结构示意图。空间光调制器120包括3×5个调制区域，与光源110的发光模块一一对应，每个调制区域又包括3×5个光调制单元(本发明同样不限制调制区域包含的光调制单元的数量，此处仅为举例说明)。如图3和图4所示，光源110上的一发光模块111(矩形虚线框内的区域)对应于空间光调制器120上的调制区域121(矩形虚线框内的区域)，调制区域121包括光调制单元1211及其他14个该区域内的光调制单元。
本实施例中，控制装置140根据输入信号产生光源控制信号和光调制信号，其中光源控制信号用于控制光源的各个发光模块的光输出强度，光调制信号用于控制空间光调制器的各个光调制单元。通过同时改变发光模块的光输出强度与调制空间光调制器的光调制信号，使得任意一个调制区域中，至少有一个光调制单元的光通过率达到上限值。
在本实施例中，输入信号包括光分布图像数据，控制装置对该光分布图像数据进行分割，使得其分割为能够与发光模块一一对应的子图像数据。针对每一个子图像数据，控制装置获取其最大像素亮度值，然后计算该最大像素亮度值与像素亮度所能够达到的上限值的比值。
例如一个包含3×5个像素点的子图像数据，可能第二排第三列像素具有最大像素亮度值，假设每个像素点的亮度显示范围为0～16，其中16就代表像素亮度所能达到的上限值，而第二排第三列像素的亮度值为8，则计算得到最大像素亮度值与像素亮度上限值的比值为1/2。在发光模块以额定功率输出的情况下，第二排第三列像素所对应的光调制单元就要设置为50％的光通过率才能使得图像正确显示，这意味着有50％的光被吸收或反射而以热耗散的方式被浪费在车灯系统内部，不仅浪费了能源，还产生了过多的余热。而其他像素亮度值更低的像素所对应的光调制单元，将以更低的光通过率产生更多的热。因此，为降低能耗和减少车灯系统的热量产生，唯有尽可能提高光调制单元的光通过率，减少被光调制单元阻挡后被吸收或反射的光。因此本发明通过控制空间光调制器的光调制信号，使得每一个调制区域中，都至少有一个光调制单元的光通过率达到上限值，即尽可能接近100％的光通过率(由于光在介质内传播或在界面反射过程中不可避免的有光损耗，因此不可能达到100％，此处的上限值是指除不可避免的光损耗外达到最大值光通过率)。
由于在控制装置的控制下，光调制区域中的光调制单元的光通过率发生改变，为使得车灯系统出射光的出射效果不变，需对各个发光模块的输出功率进行改变。控制装置根据上述子图像数据的最大像素亮度值与像素亮度上限值的比值，得到对应的发光模块的光源控制信号，在该光源控制信号的作用下，发光模块的光输出强度为额定光输出强度与比值的乘积。该光源控制信号既可以为光源的电流控制信号，也可以为光源的电压控制信号。如上述例子中，将第二排第三列的像素所对应的光调制单元的光通过率设置为100％，则需相应地将发光模块的光输出强度降低50％。需要注意的是，发光模块的光输出强度与其电流未必呈线性关系，尤其是上述荧光激发光源，此时需要设置一连接控制装置的存储器，存储发光模块的光输出强度与电流或电压的对应关系表，通过查表的方式获取对发光模块进行控制的光源控制信号。
为实现使得子图像数据的具有最大像素亮度值的像素所对应的光调制单元的光通量达到上限值，需要将该像素的灰度值设置为灰度值上限。本实施例中，通过控制装置的数据操作，使得子图像数据的各像素的灰度值等比例放大，直到使得其中的像素最大灰度值达到上限，此时的子图像数据被转换为新子图像数据，控制装置根据该新子图像数据产生灰度调制的光调制信号，以输送给空间光调制器。该技术方案使得车灯系统的输出光分布能够在各个发光模块改变输出功率后仍保持预设的效果，不会产生图像亮度分布错乱。
在本发明的一个实施方式中，空间光调制器为数字微镜装置，包括多个微反射镜作为光调制单元，每若干个微反射镜形成一个调制区域，光调制单元通过控制微反射镜处于开状态和关状态的时间占比来控制光通过率。其中，当微反射镜处于开状态时，来自发光模块的光被反射后经投射装置出射；当微反射镜处于关状态时，来自发光模块的光被反射后在车灯系统内被吸收耗散。光调制单元的光通过率即为光调制单元在光调制信号作用周期内处于开状态的时间占比。
在本发明的另一个实施方式中，空间光调制器为液晶装置，包括多个液晶单元作为光调制单元，每若干个液晶单元形成一个调制区域，液晶单元通过控制光的透射率来控制光通过率，光调制单元的光通过率即为该光调制单元的光透射率。
在本实施例中，输入信号包含光分布图像数据信息，控制装置通过对其进行数据加工后，产生控制各个发光模块的光源控制信号和控制空间光调制器的光源控制信号。
输入信号既可以为主动输入信号，也可以为被动输入信号。在一个实施方式中，输入信号为主动输入信号，该主动输入信号为驾驶员的操作指令。例如，驾驶员想要在车辆前方或后方的地面上投射出一定形状的图案，如左转、右转的图标，以提醒周围车辆或路人，提高行车安全，驾驶员可以通过按钮、旋钮等机械操作结构或者语音识别、手势识别等智能识别系统发出指令，该指令在车辆内相关设备中生成相应的图像信息信号(例如能够显示出特定图标的明暗分布的图像数据)，输送给控制装置，进而在光源、空间光调制器的作用下经投射装置投射出预设图像。
在另一个实施方式中，输入信号为被动输入信号，车辆通过采集外部信息而产生该被动输入信号，以提供给控制装置。外界信息可以包括当前的路况信息，如路面凹坑、凸起、道路分叉/汇合等，还可以包括障碍物信息，如行人、宠物、其他车辆、石块等。通过对采集到的信息进行分析，产生特定光分布的图像数据，使得车灯系统投射出的光能够规避行人、车辆，或者明显标示出障碍物。在该实施方式中，进一步地，车灯系统还包括探测装置，该探测装置用于采集上述外界信息。探测装置可以为红外探测装置、声波探测装置、温度探测装置或可见光摄像装置中的至少一种。虽然探测装置采集的原始数据信息多种多样，但是经过数据处理后，都是以控制装置能够识别的图像数据的形式输入到控制装置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种车灯系统，其特征在于，包括光源、空间光调制器和投射装置，所述光源发出的光经空间光调制器调制后，形成具有一定光分布的图案光，而后经投射装置投射后成为所述车灯系统的出射光；
所述光源包括多个可独立控制的发光模块，所述空间光调制器包括与所述发光模块一一对应的多个调制区域，所述发光模块发出的光入射到与其对应的调制区域，每个所述调制区域包括多个光调制单元，使得多个所述发光模块与多个所述调制区域组成多个子车灯系统；
所述车灯系统还包括控制装置，所述控制装置根据输入信号对每一所述子车灯系统所预投射的光分布图案进行分析，产生用于控制所述光源的各个发光模块的光输出强度的光源控制信号和用于控制所述空间光调制器的光调制信号，并使得任意一个所述调制区域中，至少有一个所述光调制单元的光通过率达到上限值。
2.根据权利要求1所述的车灯系统，其特征在于，所述输入信号包含光分布图像数据，所述光分布图像数据包括与所述发光模块一一对应的子图像数据，所述控制装置获取每一子图像数据中的最大像素亮度值，计算该最大像素亮度值与像素亮度的上限值的比值，并根据该比值得到该子图像数据对应的发光模块的光源控制信号。
3.根据权利要求2所述的车灯系统，其特征在于，所述控制装置将所述子图像数据的各像素的灰度值等比例放大，得到新子图像数据，以使该新子图像数据中的具有最大像素亮度值的像素的灰度值达到灰度值上限，所述控制装置根据所述新子图像数据产生所述光调制信号。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的车灯系统，其特征在于，所述光源为半导体发光阵列，所述发光模块包括至少一个半导体发光单元。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的车灯系统，其特征在于，所述发光模块包括激发光源和波长转换模块。
6.根据权利要求5所述的车灯系统，其特征在于，各所述发光模块的波长转换模块设置在一个波长转换装置的不同区域。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的车灯系统，其特征在于，所述空间光调制器为数字微镜装置，所述光调制单元的光通过率为该光调制单元在所述光调制信号作用周期内处于开状态的时间占比；或者
所述空间光调制器为液晶装置，所述光调制单元的光通过率为该光调制单元的光透射率。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的车灯系统，其特征在于，所述输入信号为主动输入信号，该主动输入信号为驾驶员的操作指令。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的车灯系统，其特征在于，所述输入信号为被动输入信号，该被动输入信号为车辆采集的外界信息，至少包括路况信息或障碍物信息。
10.根据权利要求9所述的车灯系统，其特征在于，所述车灯系统还包括探测装置，用于采集所述外界信息，所述探测装置包括红外探测装置、声波探测装置、温度探测装置、可见光摄像装置中的至少一种。
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