CN113518881A - 用于校正光图案的方法以及汽车照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于校正具有中心方向上的第一中心光强度和侧向方向上的第一侧向光强度的第一光图案的方法，该方法包括以下步骤：测量照明设备的当前速度，并且生成具有经校正的中心光强度和经校正的侧向光强度的经校正的光图案。当当前速度大于第一速度时，经校正的中心光强度大于第一中心光强度，并且当当前速度小于第一速度时，经校正的中心光强度小于第一中心光强度。当当前速度大于第一速度时，经校正的侧向光强度小于第一侧向光强度，并且当当前速度小于第一速度时，经校正的侧向光强度大于第一侧向光强度。本发明还提供一种具有用于执行此方法的步骤的控制装置的汽车照明设备组件。

Description

用于校正光图案的方法以及汽车照明设备

技术领域

本发明涉及汽车照明设备领域，更具体地，涉及管理光图案的方式。

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。

照明设备中的自适应功能通常侧重于防眩光设置。这是主要问题，因为在提供优质远光灯功能时，眩光是非常关键的一点。

然而，还有通过使光图案适应车辆的当前状况来改善驾驶员的体验的一些其他可能性。

发明内容

本发明通过根据权利要求1所述的用于校正光图案的方法和根据权利要求10所述的汽车照明设备提供用于改善驾驶员视觉体验的替代方案。本发明的优选实施例在从属权利要求中定义。

除非另有限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都应按照本领域的习惯用法进行解释。将进一步理解的是，常见用法的术语也应按照相关领域的习惯用法进行解释，并且除非本文中明确地限定，否则不会在理想化的或过于正式的意义上进行解释。

在本文中，术语“包括(comprises)”及其派生词(诸如“包括(comprising)”等)不应以排他性的意义理解，也就是说，这些术语不应被解释为排除了所描述和限定的内容可能包括其他要素、步骤等的可能性。

在第一发明方面，本发明提供一种用于校正在第一速度下由照明设备提供的第一光图案的方法，该第一光图案具有

第一光通量，该第一光通量从-0.5w水平延伸到+0.5w并且从-0.5h竖直延伸到+0.5h，w为该第一光图案的宽度，并且h为该第一光图案的高度，

在中心方向上的第一中心光强度和在侧向方向上的第一侧向光强度，

其中，

该中心方向是包括在-α·w和+α·w之间的方向，并且该侧向方向是包括在+α·w和+0.5w之间的方向，中心方向和侧向方向二者包括在-β·h和+β·h之间；

α是包括在0.05和0.25之间的参数；

β是包括在0.05和0.25之间的参数；

该方法包括以下步骤

a.测量该照明设备的当前速度；并且

b.生成具有经校正的中心光强度和经校正的侧向光强度的经校正的光图案；

其中，

当该当前速度大于该第一速度时，该经校正的中心光强度大于该第一中心光强度，并且当该当前速度小于该第一速度时，该经校正的中心光强度小于该第一中心光强度；并且

当该当前速度大于该第一速度时，该经校正的侧向光强度小于该第一侧向光强度，并且当该当前速度小于该第一速度时，该经校正的侧向光强度大于该第一侧向光强度。

此方法旨在当车辆速度(因此，照明设备的速度)变化时校正由照明设备提供的光图案。由于汽车照明设备通常安装在机动车辆上，因此照明设备速度与易于感测的车辆速度相同。在此方法中，两个方向被认为是参考方向：中心方向和侧向方向。中心方向和侧向方向二者包括在中间水平区域(包括在-β·h和+β·h之间)中，但中心区域包括在中心(-α·w和+α·w)中，而侧向方向位于此中心区域的外部(在+α·w和+0.5w之间)。校正旨在增加中心区域中的光强度以及减小中心区域外部的光强度，以改善驾驶员在速度增加时的视觉体验。

在一些特定实施例中，经校正的光图案的光通量与第一光图案的光通量基本相同。

通过保持恒定量的光通量，热水平和消耗水平保持恒定，这会影响设计边界条件。如果热水平和消耗水平根据车辆速度而变化，则照明设备将需要更复杂的设计。

光强度是光量值，它基于光度函数(人眼敏感度的标准化模型)测量每单位立体角在特定方向上由光源发出的波长加权功率。发光强度的SI单位是坎德拉(cd)。光通量是光的感知功率的量度，是光强度。光通量的SI单位是流明(Im)。一流明被定义为由在一个球面度的立体角上发出一坎德拉光强度的光源生成的光的光通量。

在一些特定实施例中，α包括在0.1和0.2之间。此值显示受校正影响的中心区域的大小，并且可以在设计阶段选择。

在一些特定实施例中，该方法进一步包括步骤a和步骤b之间的根据该照明设备的当前速度与该第一速度之间的差计算比例因子的步骤，并且其中，生成该经校正的光图案的步骤包括将该比例因子应用于该第一中心光强度以获得该经校正的光图案的中心方向上的光强度以及应用该比例因子的倒数以获得该经校正的光图案的侧向方向上的光强度。

使用比例因子是执行此方法的可能性之一。比例因子允许简单的计算和影响整个光图案的校正，以使其适应车辆速度。

在一些特定实施例中，如果该速度小于或等于预定速度，则该比例因子等于1，并且如果该速度高于该预定速度，则该比例因子大于1。

在某些情况下，低速不需要光图案校正。在这些情况下，因子等于1，并且不校正光图案。从预定速度开始和更高速度，可以校正光图案。在一些特定实施例中，高于该预定速度的速度的比例因子由以下表达式给出

f＝1+a·(s-p)

其中f是该比例因子，a是包括在0.002h/km和0.004h/km之间的参数，s是该照明设备的速度并且p是该预定速度，均以km/h为单位。

这是获得比例因子的简单方法，并且参数a可以由汽车制造商或照明设备设计者选择。在一些特定实施例中，该预定速度包括在50km/h和70km/h之间。

在一些特定实施例中，比例因子被应用于遵循高斯曲线、贝塞尔曲线、指数曲线或多项式曲线的第一光图案。

在一些特定实施例中，高于该预定速度的速度的比例因子由贝塞尔曲线、指数曲线或多项式曲线给出。

这些是实现获得随速度增长的曲线的目标的简单示例。

在一些特定示例中，该比例因子被应用于该第一光图案，该第一光图案具有二维高斯分布。

在一些特定实施例中，

该第一光图案在上部方向上也具有第一上部光强度，

该上部方向为包括在+β·h和+0.5·h之间的方向，中心方向和上部方向二者包括在-α·w和+α·w之间；

该经校正的光图案包括经校正的上部光强度，当该当前速度大于该第一速度时，该经校正的上部光强度小于该第一上部光强度，并且当该当前速度小于该第一速度时，该经校正的上部光强度大于该第一上部光强度。

这产生光图案的二维校正，这在某些环境中可能是有利的。

在第二发明方面，本发明提供了一种汽车照明设备，该汽车照明设备包括

旨在提供光图案的固态光源的矩阵布置；

用于完成根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤的控制装置。

此照明设备提供了根据车辆速度调适光图案的形状和焦点的有利功能。

在一些特定实施例中，该矩阵布置包括至少2000个固态光源。

术语“固态”是指通过固态电致发光发射的光，该固态电致发光使用半导体将电力转换为光。与白炽灯照明相比，固态照明以更少的热量和更少的能量耗散产生可见光。与易碎的玻璃管/灯泡和长而细的灯丝相比，固态电子照明设备以通常较小的质量提供更大的抗冲击性和抗振性。固态光源还消除了灯丝蒸发，从而潜在地增加了发光设备的寿命跨度。这些照明类型的一些示例包括作为光源的半导体发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或聚合物发光二极管(PLED)，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分组，每组的每列代表角度区间。此角度值取决于矩阵布置的分辨率，该分辨率通常包括在每列

和每列

之间。因此，每个像素的光强度可以适于产生作为车辆速度的函数的经校正的光图案。

附图说明

为了完成说明书并且为了更好地理解本发明，提供了一组附图。所述附图构成说明书的组成部分并且展示了本发明的实施例，该实施例不应被解释为限制本发明的范围，而仅作为可以如何实施本发明的示例。这些附图包括以下图：

图1示出了根据本发明的汽车照明设备的整体透视图。

图2示出了当机动车辆以第一速度行驶时由照明设备提供的第一光图案的光度分布。

图3示出了当车辆以第一速度行驶时的高斯光强度分布。

图4示出了在根据本发明的方法中使用的比例因子的特定示例。

图5示出了不同当前车速的不同光强度曲线。比例因子应用于每个速度，但保持光通量的全局值。

图6a和图6b示出了第一光图案和经校正的光图案的等照度曲线。

图7a和图7b示出了两个经校正的光图案的光度分布。

具体实施方式

示例实施例以足够的细节加以描述，以使得本领域普通技术人员能够体现和实施本文所描述的系统和过程。重要的是要理解，实施例可以用许多替代形式来提供，并且不应被解释为限于本文中阐述的示例。

因此，尽管实施例可以以各种方式受到修改并且采取各种替代形式，但是其具体实施例在附图中示出并且在下文作为示例被详细描述。无意限于所披露的特定形式。相反，应包括落入所附权利要求范围内的所有修改、等效物、和替代物。

图1示出了根据本发明的汽车照明设备的整体透视图。

此照明设备1安装在机动车辆100中并且包括

旨在提供光图案的LED 4的矩阵布置；

控制装置，用于控制每个LED 4的强度，以执行照明功能，特别是根据车辆速度校正光图案。

此矩阵构型为分辨率大于2000像素的高分辨率模块。然而，对用于生产投射模块的技术没有限制。

此矩阵构型的第一示例包括单片源。此单片源包括布置成若干列乘若干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共用基体上生长并且被电连接，以选择性地单独地启用或由电致发光元件的子集启用。基体可以主要由半导体材料制成。基体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/组可以形成光像素并且因此可以在其/它们的材料被供电时发光。与旨在被焊接到印刷电路板上的常规发光二极管相比，这种单片矩阵的构型允许可选择性启用的像素彼此非常靠近的布置。单片矩阵可以包括电致发光元件，这些电致发光元件的垂直于共用基体测量的主高度尺寸基本上等于一微米。

单片矩阵联接到控制中心以控制通过矩阵布置发出的像素化光束的生成和/或投射。控制中心因此能够单独控制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镜矩阵的主光源。因此，像素化光源由至少一个主光源和光电元件阵列(例如，微镜矩阵，也称为“数字微镜设备(Digital Micro-mirror Device)”，其首字母缩写词为DMD)的组件形成，该至少一个主光源由发射光的至少一个发光二极管形成，该光电元件阵列通过反射将来自主光源的光线引导至投射光学元件。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它们聚焦并引导到微镜阵列的表面。

每个微镜可以在两个固定位置之间枢转，即第一位置和第二位置，在第一位置，光线朝着光学投射元件反射，在第二位置，光线在与光学投射元件不同的方向上反射。两个固定位置对于所有微镜以相同方式定向，并且相对于支撑微镜矩阵的参考平面形成以其规格定义的微镜矩阵的特征角。这种角度通常小于20°并且可以通常是约12°。因此，对入射在微镜矩阵上的光束的一部分进行反射的每个微镜形成像素化光源的基本发射器。用于选择性地启用此基本发射器以发射或不发射基本光束的镜位置变化的致动和控制由控制中心控制。

在不同的实施例中，矩阵布置可以包括扫描激光系统，其中激光源向扫描元件发射激光束，该扫描元件被配置为用激光束探测波长转换器的表面。此表面的图像被投射光学元件捕获。

可以以足够高使得人眼不会察觉到投射图像中的任何位移的速度执行扫描元件的探测。

对激光源的点亮和光束的扫描运动的同步控制使得可以生成基本发射器的矩阵，该矩阵可以在波长转换器元件的表面处被选择性地启用。扫描装置可以是移动微镜，其用于通过激光束的反射来扫描波长转换器元件的表面。作为扫描装置提及的微镜是例如MEMS(“微机电系统”)类型的。然而，本发明不限于这种扫描装置，而是可以使用其他类型的扫描装置，比如布置在旋转元件上的一系列镜，该元件的旋转使得透射表面被激光束扫描。

在另一变体中，光源可以是复合的并且包括光元件(比如发光二极管)的至少一个部段以及单片光源的表面部分二者。

图2示出了当机动车辆以第一速度行驶时由照明设备提供的第一光图案的光度分布。

此第一光图案从-0.5w水平延伸到+0.5w并且从-0.5h竖直延伸到+0.5h，w是第一光图案的宽度并且h是第一光图案的高度。

在此光图案中，标识了两个主方向。首先是中心方向2，其次是侧向方向3。

中心方向代表光强度高的方向，并且包含在光图案的中心区域中，更具体地在-α·w和+α·w(横坐标)之间以及-β·h和+β·h(纵坐标)之间，其中α和β是包括在0.1和0.2之间的参数。

相反，侧向方向代表此中心区域外部的方向，但仍然竖直居中，更具体地在+α·w和+0.5·w(横坐标)之间以及-β·h和+β·h(纵坐标)之间。

这两个方向仅代表沿光图案的光分布。例如，可以使用高斯光强度分布(比如图3中所示的分布)作为示例。从图2中选择纵坐标等于0来表示此高斯光强度分布。因此，水平轴线代表水平方向，而竖直轴线代表归一化为1的光强度。在此情况下，中心方向2对应于0的横坐标并且侧向方向3对应于+0.25w的横坐标。

根据本发明的方法包括以下步骤

a.测量照明设备的当前速度；并且

b.生成具有经校正的中心光强度和经校正的侧向光强度的经校正的光图案。

经校正的光图案取决于当前速度与第一速度之间的关系。如果当前速度大于第一速度，则经校正的光图案将更加聚焦，从而增加中心方向上的光强度并且降低侧向方向上的光强度。相反，如果当前速度小于第一速度，则经校正的光图案将降低中心方向上的光强度并且将增加侧向方向上的光强度。

事实上，将向图3所示的曲线应用比例因子，从而保持光图案的总光通量的恒定值。

图4示出了在根据本发明的方法中使用的比例因子的特定示例。

在这种情况下，存在固定在70km/h的预定速度PS。对于达到此预定速度的当前速度，光图案没有变化，因为驾驶员的视觉体验不会受该速度太大影响。但是从此速度开始和更高的速度，比例因子遵循表达式

f＝1+a·(s-p)

其中，

f是比例因子，

a是包括在0.002h/km和0.004h/km之间的参数，

s是照明设备的速度，并且p是预定速度，均以km/h为单位。

一旦根据当前速度计算出此比例因子，就将此比例因子应用于图3的高斯曲线。此高斯曲线表示取决于两个变量(幅度和方差)的分布。当比例因子应用于此高斯曲线时，新幅度是旧幅度乘以比例因子，新方差是旧方差除以比例因子。

图5示出了不同当前车速的不同光强度曲线。比例因子应用于每个速度，但保持光通量的全局值。

实线代表在预定速度(例如，70km/h)下的光图案。点线代表高一点的第二速度(例如90km/h)下的光图案。比例因子为大约1.06，因此中心方向2上的光强度高一点，侧向方向3上的光强度低一点。虚线代表第三速度下的光图案，该第三速度(例如，110km/h)比第二速度高一点。比例因子为大约1.12，因此中心方向2上的光强度高一点，侧向方向3上的光强度低一点。点虚线代表第四速度下的光图案，该第四速度(例如，130km/h)比第三速度高一点。比例因子为大约1.2，因此中心方向2上的光强度最高，侧向方向3上的光强度最低。

图6a和图6b示出了第一光图案和经校正的光图案的等照度曲线。图6a示出了第一速度的等照度曲线，图6b示出了比第一速度高的当前速度的等照度曲线。结果，对应于最高光强度值的等照度曲线5延伸得更远，因为此区域中的光强度比图6a中的光强度高。

最后，图7a和图7b示出了两个经校正的光图案的光度分布。图7a示出了根据上述方法的经校正的光图案。图7b示出了经不同校正的光图案。

在此情况下，在竖直和水平两个维度上进行了校正。比例因子已应用于恒定纵坐标的光强度廓线(如前面的示例中)和恒定水平坐标的光强度廓线，从而产生不同的光图案，其中位于-α·w和+α·w(横坐标)之间和+β·h和+0.5·h(纵坐标)之间的上部方向与侧向方向起着相同的作用。

Claims (12)

1.一种用于校正在第一速度下由照明设备(1)提供的第一光图案的方法，该第一光图案具有

第一光通量，该第一光通量从-0.5w水平延伸到+0.5w并且从-0.5h竖直延伸到+0.5h，w为该第一光图案的宽度，并且h为该第一光图案的高度；以及

在中心方向(2)上的第一中心光强度和在侧向方向(3)上的第一侧向光强度，

其中，

该中心方向(2)是包括在-α·w和+α·w之间的方向，并且该侧向方向(3)是包括在+α·w和+0.5w之间的方向，中心方向(2)和侧向方向(3)二者均包括在-β·h和+β·h之间；

α是包括在0.05和0.25之间的参数；

β是包括在0.05和0.25之间的参数；

该方法包括以下步骤

a.测量该照明设备的当前速度；并且

b.生成具有经校正的中心光强度和经校正的侧向光强度的经校正的光图案；其中，

当该当前速度大于该第一速度时，该经校正的中心光强度大于该第一中心光强度，并且当该当前速度小于该第一速度时，该经校正的中心光强度小于该第一中心光强度；并且

当该当前速度大于该第一速度时，该经校正的侧向光强度小于该第一侧向光强度，并且当该当前速度小于该第一速度时，该经校正的侧向光强度大于该第一侧向光强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该经校正的光图案的光通量与该第一光图案的光通量基本相同。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，α包括在0.1和0.2之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括步骤a和步骤b之间的根据该照明设备的当前速度与该第一速度之间的差计算比例因子(f)的步骤，并且其中，生成该经校正的光图案的步骤包括将该比例因子应用于该第一中心光强度以获得该经校正的光图案的中心方向上的光强度以及应用该比例因子的倒数以获得该经校正的光图案的侧向方向上的光强度。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，如果该速度小于或等于预定速度(PS)，则该比例因子(f)等于1，并且如果该速度高于该预定速度(PS)，则该比例因子大于1。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，高于该预定速度(PS)的速度的比例因子(f)由以下表达式给出

f＝1+a·(s-p)

其中，

f是比例因子，

a是包括在0.002h/km和0.004h/km之间的参数，

s是该照明设备的速度，并且p是该预定速度，均以km/h为单位。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，高于该预定速度的速度的比例因子(f)由贝塞尔曲线、指数曲线或多项式曲线给出。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，该预定速度(SP)包括在50km/h和70km/h之间。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，该比例因子被应用于该第一光图案，该第一光图案具有二维高斯分布。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

该第一光图案在上部方向上也具有第一上部光强度，

该上部方向为包括在+β·h和+0.5·h之间的方向，中心方向和上部方向二者包括在-α·w和+α·w之间；

该经校正的光图案包括经校正的上部光强度，当该当前速度大于该第一速度时，该经校正的上部光强度小于该第一上部光强度，并且当该当前速度小于该第一速度时，该经校正的上部光强度大于该第一上部光强度。

11.一种汽车照明设备，该汽车照明设备包括

旨在提供光图案(11，12)的固态光源(4)的矩阵布置；

用于完成根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤的控制装置。

12.根据权利要求11所述的汽车照明设备，其中，该矩阵布置包括至少2000个固态光源(4)。

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