CN114321833A - 一种车灯照明方法、系统及车灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车灯照明方法、系统及车灯，其系统包括：照明光路、DMD芯片以及投影光路，所述照明光路包括依次排列的激光光源模组、第一照明透镜组、波长转换部件、第二照明透镜组；激光光源模组发射的激光依次第一照明透镜组形成光斑入射至波长转换部件，经波长转换部件转换形成的白色光束入射至第二照明透镜组，经第三照明透镜组中的第一反射镜反射至第三照明透镜组中的第六照明透镜后，再被第三照明透镜组中的第二反射镜反射到DMD芯片上，经DMD芯片反射至投影光路中，以进行照明投影。本发明的车灯照明系统可以将需要的图案投射在地面上，且由于经过照明光路的所有光线都打到DMD芯片的一部分上，减少光能的浪费，提高整个照明系统的转化效率。

Description

一种车灯照明方法、系统及车灯

技术领域

本发明涉及车辆照明领域，尤其涉及一种车灯照明方法、系统及车灯。

背景技术

投影设备用途非常广泛，比如办公场所内的投影机、电影院的投影设备等等，用于将光线投射到屏幕上，并在屏幕上投射处需要的图案。

汽车的前照灯是汽车在夜晚安全行驶的最大保障，除了防炫目的功能外，还出现了在地面上投射图像，实现人车交互功能。但是现有技术中投射在地面上的图案是根据前照灯处安装各种图案的挡片决定的，通过手动或者自动的方式切换挡片，因此能够投射在地面上的图案非常有限，不够智能，同时现有技术的照明系统的转化效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种车灯照明方法、系统及车灯，该车灯照明系统不但可以将需要的图案投射在地面上，还提高整个照明系统的转化效率。

本发明提供的技术方案如下：

一种车灯照明方法，包括：

通过激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜组形成光斑入射至波长转换部件，经所述波长转换部件转换形成的白色光束入射至第二照明透镜组，经第三照明透镜组中的第一反射镜反射至所述第三照明透镜组中的第六照明透镜后，再被所述第三照明透镜组中的第二反射镜反射到DMD芯片上，经所述DMD芯片反射至投影光路中，以进行照明投影。

一种车灯照明系统，包括：

照明光路、DMD芯片以及投影光路，所述照明光路出射的光线入射至所述DMD芯片的一部分，并被反射到所述投影光路，所述投影光路再将被所述DMD芯片反射的光线投射出去；

所述照明光路包括依次排列的激光光源模组、第一照明透镜组、波长转换部件、第二照明透镜组；

激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜组形成光斑入射至波长转换部件，经所述波长转换部件转换形成的白色光束入射至第二照明透镜组，经第三照明透镜组中的第一反射镜反射至所述第三照明透镜组中的第六照明透镜后，再被所述第三照明透镜组中的第二反射镜反射到DMD芯片上，经所述DMD芯片反射至投影光路中，以进行照明投影。

优选地，所述第一照明透镜组包括依次排列设置的第一照明透镜、复眼透镜、第二照明透镜、第三照明透镜；

所述第一照明透镜与所述激光光源模组相对设置，用于接收所述激光光源模组出射的激光，并透射至所述复眼透镜；

所述复眼透镜用于接收并对所述第一照明透镜出射的激光进行匀光，并透射至所述第二照明透镜；

所述第三照明透镜与所述波长转换材料相对设置，所述第二照明透镜和所述第三照明透镜将匀光后的激光准直透射至所述波长转换材料。

优选地，所述第二照明透镜组包括第四照明透镜、第五照明透镜；

第三照明透镜组包括第一反射镜、第六照明透镜以及第二反射镜；

其中，所述第四照明透镜与所述第三照明透镜形状相同，且所述第四照明透镜与第三照明透镜相互对称。

优选地，所述激光光源模组、所述第一照明透镜组、所述第二照明透镜组共轴且其与水平面呈预设第一角度；

所述第一反射镜与水平面的夹角区间为预设第二角度区间，所述第二反射镜与水平面的夹角区间为预设第三角度区间；

所述第六照明透镜的中心轴线朝向远离DMD芯片的方向偏离所述预设第一角度，所述第一反射镜与所述第二反射镜朝着相反的方向向上延伸。

优选地，所述第一照明透镜的焦距f102在40mm～70mm之间；

所述复眼透镜的厚度d103＞3mm；

所述第二照明透镜的焦距f104在-40mm～-15mm之间，且所述第二照明透镜的前表面与后表面的曲率半径的绝对值相等；

所述第三照明透镜的焦距f105在15mm～40mm之间；

所述第六照明透镜的焦距f106在40mm～50mm之间。

优选地，所述投影光路的焦数范围为27.5mm～29.5mm之间。

优选地，所述投影光路包括依次排列的第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜，所述第一投影透镜的光焦度为正，所述第二投影透镜的光焦度为正，所述第三投影透镜的光焦度为正，所述第四投影透镜的光焦度为负，所述第五投影透镜的光焦度为负，所述第六投影透镜的光焦度为正；

所述第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜共轴且其与水平面平行，经过所述DMD芯片反射的激光依次经过第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜后被投射出去。

优选地，所述第一投影透镜的焦距f301在60mm～100mm之间；

所述第二投影透镜的焦距f302在60mm～100mm之间；

所述第三投影透镜与第四投影透镜通过胶合形成一个胶合镜片；

所述第五投影透镜的靠近光阑的曲率半径r305a在15mm～25mm之间，所述第五投影透镜的远离光阑的曲率半径r305b在40mm～50mm之间，所述第五投影透镜的折射率Nd305在1.5～1.65之间；

所述第六投影透镜的焦距f306在40mm～55mm之间。

上述结构中，第一投影透镜与第二投影透镜能够有效地减小投影镜头的慧差，提高成像质量。第三投影透镜与第四投影透镜形成一胶合镜片，用于改善投影光路的色差，使照明系统保持较高的对比度。通过光阑调节通过的光束的强弱，然后通过第五投影透镜与第六投影透镜分别实现。

还提供一种车灯，包括所述的车灯照明系统。

将该车灯照明系统应用于汽车的前照灯处，通过DMD芯片控制投影在地面上的图案，相对于现有技术中图案仅为有限数量的挡片图案，本发明的图案更加多样化，而且在整个投影过程中，经过照明光路的所有光线都打到DMD芯片的一部分上，没有造成光能的浪费，提高了整个车灯照明光路的转化效率。

本发明提供的一种车灯照明方法、系统及车灯，能够带来以下有益效果：

1)本发明的车灯照明系统能够投射出不同的图案，且由于经过照明光路的所有光线都打到DMD芯片的一部分上，减少光能的浪费，提高了整个车灯照明光路的转化效率。

2)当其应用于汽车中时，作为前照灯，能够将需要的图案投射到地面上，同时符合汽车的前照灯的照明要求，中心最亮点的照度可达150lx以上。

3)在本发明中，由于对镜片的参数做了特定的设置，画面比例无需按照DMD的比例进行设计，通过镜片特定的参数配合实现非均匀光的照明，配光光型接近车灯光型分配，避免了光的浪费。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对车灯照明系统及其应用的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的车灯照明系统的结构示意图；

图2是图1中的照明光路与DMD芯片的结构示意图；

图3是图1中的投影光路的结构示意图；

图4是本发明的投影区域示意图。

附图标号说明：

10-照明光路，101-激光光源模组，102-第一照明透镜，103-复眼透镜，104-第二照明透镜，105-第三照明透镜，106-波长转换材料，107-第四照明透镜，108-第五照明透镜，109-第六照明透镜，20-DMD芯片，30-投影光路，301-第一投影透镜，302-第二投影透镜，303-第三投影透镜，304-第四投影透镜，305-光阑，306-第五投影透镜，307-第六投影透镜，M1-第一反射镜，M2-第二反射镜。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

【实施例1～3】

如图1～图4所示，实施例公开了车灯照明系统的具体实施方式，其包括：照明光路、DMD芯片以及投影光路，其中，照明光路出射的光线入射至所述DMD芯片的一部分，并被反射到投影光路，投影光路再将被DMD芯片反射的光线投射出去，从而可在地面投影处需要的图案以及照亮前方。

如图2所示，照明光路包括依次排列的激光光源模组、第一照明透镜、复眼透镜、第二照明透镜、第三照明透镜、波长转换材料、第四照明透镜、第五照明透镜、第一反射镜、第六照明透镜以及第二反射镜，其中，第四照明透镜与所述第三照明透镜形状相同，且所述第四照明透镜与第三照明透镜相互对称。

第一照明透镜的光焦度为正，第二照明透镜的光焦度为负，第三照明透镜的光焦度为正，第四照明透镜的光焦度为正，第五照明透镜的光焦度为正，第六照明透镜的光焦度为正。

其中，波长转换材料可以包括荧光色轮等可以转换出白色光束的装置，需要说明的是，光焦度为正时，平行光束的屈折的聚性的；光焦度为负时，屈折是发散性的，因此将平行光束入射之后仍为平行光束，同时第三照明透镜和第四照明透镜对称设计，降低了成本。

从结构上来说，激光光源模组、第一照明透镜、复眼透镜、第二照明透镜、第三照明透镜、波长转换材料、第四照明透镜、第五照明透镜共轴且其与水平面呈12°，即以激光光源模组的中心延伸出一条平行于水平面的线B，该共轴朝向远离DMD芯片的方向与线B的夹角为12°，第一反射镜与水平面的夹角为34°～46°，第二反射镜与水平面的夹角为24°～36°，沿着激光的行进方向，第六照明透镜的中心轴线朝向远离DMD芯片的方向偏离12°，第一反射镜与第二反射镜朝着相反的方向向上延伸，具体的，第一反射镜沿着其高度方向自下而上，朝向DMD芯片所在方向倾斜，第二反射镜沿着其高度方向自下而上，朝向远离DMD芯片所在方向倾斜。

如图3所示，投影光路的有效焦距范围为27.5mm～29.5mm，且投影光路的焦数范围为27.5mm～29.5mm之间。

投影光路包括依次排列的第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜，其中，第三投影透镜与第四投影透镜通过胶合形成一个胶合镜片。

第一投影透镜的光焦度为正，第二投影透镜的光焦度为正，第三投影透镜的光焦度为正，第四投影透镜的光焦度为负，第五投影透镜的光焦度为负，第六投影透镜的光焦度为正。第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜共轴且其与水平面平行。

如图2所示，激光的行进方向图中箭头A所示，激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜、复眼透镜、第二照明透镜、第三照明透镜、波长转换材料、第四照明透镜、第五照明透镜后被第一反射镜反射，经过第六照明透镜后再被第二反射镜反射到DMD芯片上，经过DMD芯片反射的激光依次经过第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜后被投射出去。

当其应用于汽车内作为前照灯使用时，该车灯照明光路代替前照灯使用，即可在地面上投影出需要的图案，也可以在汽车的前方照亮一定区域，该区域符合汽车的前照灯的照明要求。

以下上述各种透镜的参数(对应的焦距、前表面的曲率半径、后表面的曲率半径、材料折射率、材料阿贝数，相邻表面之间的距离)采用不同值得到实施例1～实施例3，分别对应记录于表1～表6中。

实施例1：

【表1】

表1中，相邻表面之间的距离代表的是该行对应的表面的中点到下一行的表面的中点的距离，表面编号是沿着激光的穿透顺序编号的，例如：第一照明透镜的靠近激光光源模组的表面为S1，第一照明透镜的远离激光光源模组的表面为S2，依次类推。

【表2】

表2中，相邻表面之间的距离代表的是该行对应的表面的中点到下一行的表面的中点的距离，表面编号是沿着激光的穿透顺序编号的，例如：第一投影透镜的靠近DMD芯片的表面为Y1，第一投影透镜的远离DMD芯片的表面为Y2，依次类推。

实施例1中激光光源模组发射的激光经过照明光路后入射至DMD芯片的3/4处，即DMD芯片的3/4处被照亮，并经过DMD芯片反射，再经过投影光路投射出去，投射出去的光线角度为18°×13°(水平方向×垂直方向)，并在汽车前25m处的投影面积为8m×5.55m(水平方向×垂直方向)，中心最亮点的照度为210lx。

如图4所示，图中照明区与画面投影区表示照射在地面上的部分，画面投影区为车前5m～25m处，照明区为车前25m处到无穷远，需要投影的图案投影在该画面投影区内，图中防眩光区实际指的是距离汽车前部的25米处光线在竖直面上投射出来的区域，即该区域为8m×5.55m。

实施例2：

【表3】

【表4】

本实施例的表中含义与实施例1中的含义相同。

实施例2中激光光源模组发射的激光经过照明光路后入射至DMD芯片的73％的面积上，即DMD芯片的73％被照亮，并经过DMD芯片反射，再经过投影光路投射出去，投射出去的光线角度为17.8°×13°(水平方向×垂直方向)，并在汽车前25m处的投影面积为7.8m×5.55m，中心最亮点的照度为214lx。

实施例3：

【表5】

【表6】

本实施例的表中含义与实施例1中的含义相同。

实施例3中激光光源模组发射的激光经过照明光路后入射至DMD芯片的77％的面积上，即DMD芯片的77％被照亮，并经过DMD芯片反射，再经过投影光路投射出去，投射出去的光线角度为18.2°×13°(水平方向×垂直方向)，并在汽车前25m处的投影面积为8.2m×5.55m，中心最亮点的照度为203lx。

将实施例1～实施例3应用与汽车中，作为前照灯使用，试验测得车灯照明系统的转化效率列于表7中。

【表7】

而现有技术中的前照灯的中心最亮点的照度为100lx～150lx，且现有技术中的DLP投影机的光学系统的转化效率为65，从表7中可知，实施例1～3的转化效率高于现有技术5％～10％，能够更充分的利用光能，且实施例1～实施例3的照度明显较高。

在本发明中，由于对镜片的参数做了特定的设置，画面比例无需按照DMD的比例进行设计，通过镜片特定的参数配合实现非均匀光的照明，配光光型接近车灯光型分配，避免了光的浪费。

实施例4

本发明还提供一种车灯照明方法，通过实施例1～3中任一实施例的车灯照明系统进行照明。

在本实施例中，通过激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜组形成光斑入射至波长转换部件，经所述波长转换部件转换形成的白色光束入射至第二照明透镜组，经第三照明透镜组中的第一反射镜反射至所述第三照明透镜组中的第六照明透镜后，再被所述第三照明透镜组中的第二反射镜反射到DMD芯片上，经所述DMD芯片反射至投影光路中，以进行照明投影。

通过本实施例可以提供车灯照明的转化效率，同时提高了车灯的亮度以及光照面积。

实施例5

本发明还提供一种车灯，应用了实施例1～3中任一实施例中的车灯照明系统进行照明。

具体的，所述车灯可以包括汽车的前车灯，当需要进行车灯照明、投影时，通过实施1～3中任一项的车灯照明系统使得车灯进行高转化率、高亮度、大面积的照明与投影。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车灯照明系统，其特征在于，包括：

照明光路、DMD芯片以及投影光路，所述照明光路出射的光线入射至所述DMD芯片的一部分，并被反射到所述投影光路，所述投影光路再将被所述DMD芯片反射的光线投射出去；

所述照明光路包括依次排列的激光光源模组、第一照明透镜组、波长转换部件、第二照明透镜组；

激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜组形成光斑入射至波长转换部件，经所述波长转换部件转换形成的白色光束入射至第二照明透镜组，经第三照明透镜组中的第一反射镜反射至所述第三照明透镜组中的第六照明透镜后，再被所述第三照明透镜组中的第二反射镜反射到DMD芯片上，经所述DMD芯片反射至投影光路中，以进行照明投影。

2.根据权利要求1所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述第一照明透镜组包括依次排列设置的第一照明透镜、复眼透镜、第二照明透镜、第三照明透镜；

所述第一照明透镜与所述激光光源模组相对设置，用于接收所述激光光源模组出射的激光，并透射至所述复眼透镜；

所述复眼透镜用于接收并对所述第一照明透镜出射的激光进行匀光，并透射至所述第二照明透镜；

所述第三照明透镜与所述波长转换材料相对设置，所述第二照明透镜和所述第三照明透镜将匀光后的激光准直透射至所述波长转换材料。

3.根据权利要求1所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述第二照明透镜组包括第四照明透镜、第五照明透镜；

第三照明透镜组包括第一反射镜、第六照明透镜以及第二反射镜；

其中，所述第四照明透镜与所述第三照明透镜形状相同，且所述第四照明透镜与第三照明透镜相互对称。

4.根据权利要求1所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述激光光源模组、所述第一照明透镜组、所述第二照明透镜组共轴且其与水平面呈预设第一角度；

所述第一反射镜与水平面的夹角区间为预设第二角度区间，所述第二反射镜与水平面的夹角区间为预设第三角度区间；

所述第六照明透镜的中心轴线朝向远离DMD芯片的方向偏离所述预设第一角度，所述第一反射镜与所述第二反射镜朝着相反的方向向上延伸。

5.根据权利要求2所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述第一照明透镜的焦距f₁₀₂在40mm～70mm之间；

所述复眼透镜的厚度d₁₀₃＞3mm；

所述第二照明透镜的焦距f₁₀₄在-40mm～-15mm之间，且所述第二照明透镜的前表面与后表面的曲率半径的绝对值相等；

所述第三照明透镜的焦距f₁₀₅在15mm～40mm之间；

所述第六照明透镜的焦距f₁₀₆在40mm～50mm之间。

6.根据权利要求1所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述投影光路的焦数范围为27.5mm～29.5mm之间。

7.根据权利要求1所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述投影光路包括依次排列的第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜，所述第一投影透镜的光焦度为正，所述第二投影透镜的光焦度为正，所述第三投影透镜的光焦度为正，所述第四投影透镜的光焦度为负，所述第五投影透镜的光焦度为负，所述第六投影透镜的光焦度为正；

所述第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜共轴且其与水平面平行，经过所述DMD芯片反射的激光依次经过第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜、第四投影透镜、光阑、第五投影透镜以及第六投影透镜后被投射出去。

8.根据权利要求7所述的车灯照明系统，其特征在于：

所述第一投影透镜的焦距f₃₀₁在60mm～100mm之间；

所述第二投影透镜的焦距f₃₀₂在60mm～100mm之间；

所述第三投影透镜与第四投影透镜通过胶合形成一个胶合镜片；

所述第五投影透镜的靠近光阑的曲率半径r_305a在15mm～25mm之间，所述第五投影透镜的远离光阑的曲率半径r_305b在40mm～50mm之间，所述第五投影透镜的折射率Nd₃₀₅在1.5～1.65之间；

所述第六投影透镜的焦距f₃₀₆在40mm～55mm之间。

9.一种车灯照明方法，其特征在于，包括：

通过激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜组形成光斑入射至波长转换部件，经所述波长转换部件转换形成的白色光束入射至第二照明透镜组，经第三照明透镜组中的第一反射镜反射至所述第三照明透镜组中的第六照明透镜后，再被所述第三照明透镜组中的第二反射镜反射到DMD芯片上，经所述DMD芯片反射至投影光路中，以进行照明投影。

10.一种车灯，其特征在于，包括如权利要求1～8中任意一项所述的车灯照明系统。

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