CN113474630A - 用于校正光图案的方法、汽车照明设备和汽车照明组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于校正由具有光源(2)的矩阵的照明设备(1)提供的第一光图案的方法。该方法包括以下步骤：提供光源(2)的一些分辨率数据(10)；使用所述分辨率数据(10)模拟所述光图案的测试图(4)；模拟所述测试图(4)的畸变图(5)，每个畸变图(5)与畸变因子相关联；获取真实畸变光图案(6)；将所述真实畸变光图案与所述畸变图进行比较，找出与所述真实畸变光图案最相似的畸变图；以及应用校正因子来校正所述真实畸变光图案，从而获取被校正的光图案(7)，所述校正因子与和真实畸变图最相似的畸变图的畸变因子相关。

Description

用于校正光图案的方法、汽车照明设备和汽车照明组件
技术领域
本发明涉及汽车照明设备领域，并且更具体地，涉及管理光图案的方法。
背景技术
汽车制造商越来越多地将数字照明设备用于中高端市场产品。
这些数字照明设备通常依赖于像素化技术。这样的数字光源通常包括LED的条或矩阵以及背后具有不同透镜的光学系统，这些透镜投射由LED发射的光。这些透镜可能会在投射束中导致可能会被用户察觉的一些畸变。这种畸变的尺寸和形状取决于透镜的类型(桶状、枕形……)。此外，对该物理问题的察觉(度)与模块分辨率成正比，LED的数量越多，投射束的畸变效果就越大。
目前已经提出该问题，但是仅仅提供了一种对该问题的解决方案。
文献DE 10 2016 103649 A1公开了一种光照设备，该光照设备用于控制光照设备的光发射以便在该光照设备的周围产生由光像素形成的输出光图像。这是通过位于来自发光设备的光束路径中的光学元件完成的。在受光学器件影响的原始光图像的光像素集合上，输出光图像与原始光图像之间的放大率是不均匀的。但是，这种解决方案并不易于整合到各种各样的汽车光源中。
发明内容
本发明通过根据权利要求1的用于校正光图案的方法、根据权利要求7的汽车照明设备、和根据权利要求9的汽车照明组件来提供用于改善上述几何问题的替代解决方案。在从属权利要求中限定本发明的优选实施例。
除非另有定义，否则本文中使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)均应按照本领域的惯例进行解释。将进一步理解的是，除非在本文中明确定义，否则通常使用的术语也应被解释为相关领域中的惯例、而不是理想化的或过于正式的意义。
在本文中，术语“包括”及其派生词(如“包含”等)不应被理解为排除的意义，即这些术语不应被解释为排除所描述和限定的内容可能包括其他元件、步骤等的可能性。
在第一发明方面，本发明提供了一种用于校正由具有光源的矩阵的汽车照明设备提供的光图案的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供所述光源的一些分辨率数据；
b)使用所述分辨率数据模拟所述光图案的测试图；
c)模拟所述测试图的畸变图，每个畸变图与畸变因子相关联；
d)通过所述照明设备投射所述测试图，从而获取真实畸变光图案；
e)将所述真实畸变光图案与所述畸变图进行比较，找出目标畸变图，所述目标畸变图是与所述真实畸变光图案最相似的畸变图；
f)将与所述目标畸变图相关联的畸变因子存储在控制单元中；以及
g)应用校正因子来校正所述真实畸变光图案，从而获取被校正的光图案，所述校正因子是所述目标畸变图的被存储的畸变因子的倒数。
该方法允许对汽车光图案的畸变进行原位校准或外部校准，其中，相比于原始光图案，被校正的光图案的畸变因子更接近直的图案。
由于存储畸变因子，因此在汽车照明设备的正常使用期间可以将该畸变因子用作软件校正因子。
校正因子的目的在于对真实畸变光图案的畸变进行补偿。因此，实现该目标的一种方法是在两个方向(桶状方向和枕形方向)上建立畸变比例。如果选择桶状畸变图作为与真实畸变图最接近的图像，则具有相同值的枕形因子将应用于真实光图案以对其进行补偿。
在一些特定实施例中，所述步骤e)由测角仪执行。该设备具有足以将结果与畸变图进行比较的精度。
在一些特定实施例中，所述分辨率数据包含：光源的数量、所述矩阵布置中的行和列的数量、和/或每个光源的功率值。
这些值可用于将畸变图与真实畸变光图案进行比较，这是因为这些值可以提供校正所述畸变的替代方法。
在一些特定实施例中，对所述矩阵布置的每个光源馈送一功率值，并且在所述步骤g)中，所述校正因子是对所述矩阵布置的所述光源中的每一个光源馈送的每一个功率值的校正。
这是解决畸变问题的替代方法中的一个方法：代替了(通过电子方式或借助于物理透镜的方式)应用全局畸变因子，修改每个光源的功率值，以便通过改变每个光源的光强度来校正所述畸变。
在一些特定实施例中，所述功率值是脉宽调制值。
脉宽调制值经常用于控制光源，这是因为脉宽调制值提供了一种在不改变最大电流值的情况下改变总功率值的方法。
在一些特定实施例中，在所述步骤g)之后，还执行以下步骤：
获取所述被校正的光图案；
将所述被校正的光图案与所述畸变图进行比较，找出与所述被校正的光图案最相似的目标畸变图；
用与所述目标畸变图相关联的畸变因子对所述被存储的畸变因子进行更新；以及
应用另一个校正因子来校正所述被校正的光图案，从而获取再次校正的光图案，所述校正因子是所述目标畸变图的所述畸变因子的倒数。
在单个步骤不足以校正原始光图案中的畸变的情况下，如果必要时，可以将再次校正光图案的过程进行循环。
在第二个发明方面，本发明提供了一种汽车照明设备，包括：
固态光源的矩阵布置，所述固态光源的矩阵布置用于提供光图案；
校准器，所述校准器用于执行根据第一发明方面的方法的步骤。
该照明设备提供了自动校准所提供的光图案的畸变的有利功能。
在一些特定实施例中，所述矩阵布置包括至少2000个固态光源。
术语“固态”是指由固态电致发光物所发射的光，其使用半导体将电转化为光。与白炽灯照明相比，固态照明产生具有较少的热量和较少的能量耗散的可见光。与易碎的玻璃管/灯泡和细长的灯丝相比，固态电子照明设备通常质量较小，可提供更大的抗冲击和抗振动能力。它们还消除了灯丝蒸发，潜在地延长光照设备的使用寿命。这些类型的照明的一些示例包括半导体发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或聚合物发光二极管(PLED)，作为光照源，而不是电灯丝、等离子体或气体。
矩阵布置是这种方法的典型示例。行可以按投射距离范围来被分组，并且每组的每列代表角度区间。该角度值取决于矩阵布置的分辨率，通常被包含在介于每列0.01°与每列0.5°之间。因此，如果需要的话，可以调整每个像素的光强度以生成更直的图案。
在第三发明方面，本发明提供了一种汽车照明组件，包括：
汽车照明设备；和
外部校准器，所述外部校准器用于执行根据第一发明方面的方法的步骤；和
外部校正器，所述外部校正器用于将校正因子应用于光图案。
该组件可用于车辆的制造装配线，以便刚出线就提供校准的光图案。
附图说明
为了完成描述并且为了提供多本发明的更好的理解，提供了一组附图。所述附图构成说明书的组成部分并且图示了本发明的实施例，其不应被解释为限制本发明的范围，而仅作为本发明可以如何被实施的示例。附图包括以下图：
图1示出了根据本发明的汽车照明设备的总体透视图。
图2a至图2d表示根据本发明的方法的步骤。
图3示出了根据本发明的汽车照明组件。
在这些图中，使用了以下附图标记：
1 照明设备
2 LED
3 校准器
4 测试图
5 畸变图
6 真实畸变光图案
7 被校正的光图案
10 分辨率数据
30 外部校准器
31 外部校正器
100 机动车辆
具体实施方式
充分详细地描述示例实施例以使得本领域的普通技术人员能够实施和实现本文描述的系统和过程。重要的是要理解，实施例可以以多种替代形式提供、并且不应被解释为限于本文中阐述的示例。
因此，虽然实施例可以以多种不同方式被修改并采用多种不同的替代形式，但在附图中示出并且在下面作为示例详细描述其具体实施例。无意限于所公开的特定形式。相反，应包括落入所附权利要求范围内的全部修改、等同物和替代物。
图1示出了根据本发明的汽车照明设备的总体透视图。
该照明设备1安装在机动车辆100中，并且包括：
LED 2的矩阵布置，该LED 2的矩阵布置用于提供光图案；
校准器3，该校准器3用于对由LED 2的矩阵布置提供的光图案的几何形状进行原位校准。
该矩阵配置是高分辨率模块，具有大于2000像素的分辨率。但是，对用于生产投射模块的技术没有附加限制。
该矩阵配置的第一示例包括单片源。该单片源包括被布置成几列乘几行的单片电致发光元件的矩阵。在单片矩阵中，电致发光元件可以从公共衬底生长、并且被电连接以便单独地或通过电致发光元件的子集来选择性地激活。衬底可以主要由半导体材料制成。衬底可以包括一种或多种其他材料，例如非半导体(金属和绝缘体)。因此，每个电致发光元件/组都可以形成光像素，并因此当该电致发光元件/组的材料被供电时可以发光。与用于被焊接到印刷电路板的常规的发光二极管相比，这种单片矩阵的配置允许将能够选择性激活的像素布置得彼此非常靠近。单片矩阵可以包括其垂直于公共衬底测量的主要的高度尺寸基本上等于一微米的电致发光元件。
单片矩阵联接到控制中心，以便通过该矩阵布置来控制像素化的光束的产生和/或投射。控制中心因此能够单独地控制该矩阵布置的每个像素的光发射。
作为以上所呈现的替代方案，矩阵布置可以包括联接到反射镜矩阵的主光源。因此，像素化的光源由至少一个发光二极管所形成的至少一个主光源和光电元件的阵列的组件形成，所述光电元件的阵列例如是微反射镜的矩阵，也被简称为DMD(其是“DigitalMicro-mirror Device(数字微反射镜设备)”的首字母缩略词)，其通过反射将来自主光源的光线引导到投射光学元件。在适当的情况下，辅助光学元件可以收集至少一个光源的光线以将该光线聚焦并引导到微反射镜阵列的表面。
每个微反射镜可以在两个固定位置(第一位置和第二位置)之间枢转，在所述第一位置中，光线被朝向投射光学元件反射，在所述第二位置中，光线被在与投射光学元件不同的方向上反射。两个固定位置对于全部微反射镜以相同的方式定向，并且该两个固定位置相对于支撑该微反射镜矩阵的参考平面形成以其规格限定的微反射镜矩阵的特征角度。这样的角度通常小于20°，并且通常可以是大约12°。因此，对入射在该微反射镜矩阵上的光束的一部分进行反射的每个微反射镜形成该像素化的光源的基本发射器。由控制中心控制用于选择性地激活该基本发射器以发射或不发射基本光束的反射镜的位置变化的激活和控制。
在不同的实施例中，矩阵布置可以包括扫描激光系统，其中激光源朝向扫描元件发射激光束，该扫描元件被配置为用该激光束来探测波长转换器的表面。由投射光学元件捕获该表面的图像。
可以以足够高的速度执行该扫描元件的探测，使得人眼不会察觉到投射图像中的任何移位。
激光源的点火启动和(光)束的扫描运动的同步控制使得可以产生基本发射器的矩阵，可以在波长转换器元件的表面处选择性地激活该基本发射器的矩阵。扫描装置可以是可移动微反射镜，该可移动微反射镜用于通过激光束的反射来扫描该波长转换器元件的表面。作为扫描装置提及的微反射镜例如是MEMS类型的(“Micro-Electro-MechanicalSystems(微机电系统)”的首字母缩写。但是，本发明不限于这样的扫描装置，并且可以使用其他种类的扫描装置，例如被布置在旋转元件上的一系列反射镜，元件的旋转引起通过激光束对透射表面的扫描。
在另一变型中，光源可以是复杂的并且包括至少一段光元件(例如，发光二极管)和单片光源的表面部分两者。
图2a至图2d表示根据本发明的方法的步骤。
图2a示出了第一步骤。在该步骤中，校准器3接收LED矩阵布置的一些分辨率数据10。这些数据可以包括LED的数量、矩阵布置中的行和列的数量、和/或每个LED的功率值。这些数据可用于模拟光图案的测试图4。该测试图可以是物理投射的，或者不是物理投射的。
图2b示出了该方法的后续步骤。一旦生成了测试图，就从该测试图中生成多个畸变图5，每个畸变图与畸变因子相关联。因此，校准器3具有原始图的多个畸变图像的数据，每个畸变图像与畸变因子相关联。
图2c示出了该方法的后续步骤。在该步骤中，从LED的矩阵布置中获取真实畸变光图案6。将该真实畸变光图案6与在前一步骤中生成的畸变图5进行比较，直到找到被称为目标畸变图的最相似的畸变图。由于每个畸变图都与畸变因子相关联，因此该目标畸变图与目标畸变因子相关联。该目标畸变因子存储在汽车照明设备的控制单元中，使得该目标畸变因子可以被用作软件校正因子，直到其在另一个校准过程中被更新。
图2d示出了该方法的最后步骤，其中应用该校正因子来校正所述真实畸变光图案，从而获取被校正的光图案7。校正因子是计算为目标畸变因子的倒数的校正畸变因子。实现此目标的一种方法是在两个相反方向(桶状方向和枕形方向)上建立畸变比例。如果选择桶状畸变图作为与真实畸变图最接近的图像，则具有相同值的枕形因子将被应用于真实光图案以对其进行补偿。可以通过电子方式或通过插入与校正因子等效的透镜元件来应用该校正因子。
应用校正因子的替代性方法是通过作用于每个LED的功率值(而实现)。每个LED通常被馈送一个脉宽调制信号(PWM)，因此通过该PWM值的变化，实现LED光强度的变化。负责控制每个光源的光驱动器将改变PWM值，以便为每个像素馈送由上述校准方法限定的合适值。
在被校正的光图案没有被完美成形的情况下，选择校正因子的步骤可以被迭代，其中通过使用在先前步骤中计算的校正因子来检查测试光图案。该迭代将包含以下子步骤：
获取被校正的光图案；
将所述被校正的光图案与畸变图进行比较，找出与所述被校正的光图案最相似的畸变图；
用与目标畸变图相关联的畸变因子对被存储的畸变因子进行更新；和
应用另一个校正因子来校正所述被校正的光图案，从而获取再次校正的光图案，该校正因子是与所述被校正的光图案最相似的畸变图的畸变因子的倒数。
图3示出了根据本发明的汽车照明组件。在这种情况下，汽车照明设备1是标准的汽车照明设备，并且存在适合于执行上述方法的步骤中的一些步骤的外部校准器30和用于应用所述方法的最终步骤的外部校正器31。这使得在不包括嵌入式校准器的标准照明设备中也可以使用本发明。

Claims (9)

1.一种用于校正由具有光源(2)的矩阵的汽车照明设备(1)提供的光图案的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供所述光源(2)的一些分辨率数据(10)；
b)使用所述分辨率数据(10)模拟所述光图案的测试图(4)；
c)模拟所述测试图(4)的畸变图(5)，每个畸变图(5)与畸变因子相关联；
d)通过所述照明设备(1)投射所述测试图，从而获取真实畸变光图案(6)；
e)将所述真实畸变光图案(6)与所述畸变图进行比较，找出目标畸变图，所述目标畸变图是与所述真实畸变光图案(6)最相似的畸变图；
f)将与所述目标畸变图相关联的畸变因子存储在控制单元中；以及
g)应用校正因子来校正所述真实畸变光图案，从而获取被校正的光图案(7)，所述校正因子是所述目标畸变图的被存储的畸变因子的倒数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤e)由测角仪执行。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述分辨率数据包含：光源的数量、所述矩阵布置中的行和列的数量、和/或每个光源的功率值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述矩阵布置的每个光源馈送一个功率值，并且在所述步骤g)中，所述校正因子是对给所述矩阵布置的所述光源中的每一个光源馈送的所述功率值中的每一个功率值的校正。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述功率值是脉宽调制值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述步骤g)之后，还执行以下步骤：
获取所述被校正的光图案(7)；
将所述被校正的光图案(7)与所述畸变图进行比较，找出与所述被校正的光图案(7)最相似的目标畸变图；
用与所述目标畸变图相关联的畸变因子对所述被存储的畸变因子进行更新；以及
应用另一个校正因子来校正所述被校正的光图案，从而获取再次校正的光图案，所述校正因子是所述目标畸变图的所述畸变因子的倒数。
7.一种汽车照明设备，包括：
固态光源(2)的矩阵布置，所述固态光源的矩阵布置用于提供光图案；
校准器，所述校准器用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤。
8.根据权利要求7所述的汽车照明设备，其中，所述矩阵布置包括至少2000个固态光源(2)。
9.一种汽车照明组件，包括：
汽车照明设备(1)；
外部校准器(30)，所述外部校准器(30)用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤；
外部校正器(31)，所述外部校正器(31)用于将校正因子应用于光图案。
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