CN114321834A - 一种车灯照明系统、方法及智能车灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车灯照明领域，公开了一种车灯照明系统、方法及智能车灯，其系统包括：激光光源模组、第一光学组件、第二光学组件、DMD芯片以及第三光学组件，所述激光光源模组发出的光经过所述第一光学组件并被所述第二光学组件反射到所述DMD芯片上，以使所述第三光学组件将所述DMD芯片投射过来的光投射出去；所述激光光源模组、第一照明透镜、扩散片、第二照明透镜、波长转换材料、第三照明透镜、第四照明透镜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为预设第二角度区间，所述第二反射镜与水平面的夹角为预设第三角度区间，所述第五照明透镜的中心轴线朝向远离DMD芯片的方向偏离预设第一角度，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,能够有投射出不同的图案。

Description

一种车灯照明系统、方法及智能车灯

技术领域

本发明涉及车灯照明领域，尤指一种车灯照明系统、方法及智能车灯。

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低下且结构复杂。

发明内容

本发明将解决现有车灯照明系统不可以将需要的图案投射在地面上，提高整个照明系统的转化效率的技术问题，提供一种车灯照明系统、方法及智能车灯。

本发明提供的技术方案如下：

一种车灯照明系统，包括：激光光源模组、第一光学组件、第二光学组件、DMD芯片以及第三光学组件，所述激光光源模组发出的光经过所述第一光学组件并被所述第二光学组件反射到所述DMD芯片上，以使所述第三光学组件将所述DMD芯片投射过来的光投射出去；

其中，第一光学组件包括依次排列的第一照明透镜、扩散片、第二照明透镜、波长转换材料、第三照明透镜、第四照明透镜，且所述第四第四照明透镜为非球面透镜；

所述第二光学组件包括依次设置的第一反射镜、第五照明透镜以及第二反射镜，所述第五照明透镜为非球面透镜；

所述第三光学组件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、光阑、第四投影透镜以及第五投影透镜，所述第三投影透镜靠近所述光阑且光焦度为负；

所述激光光源模组、第一照明透镜、扩散片、第二照明透镜、波长转换材料、第三照明透镜、第四照明透镜共轴且其与水平面呈预设第一角度，所述第五照明透镜的中心轴线朝向远离DMD芯片的方向偏离预设第一角度，所述第一反射镜与水平面的夹角处于预设第二角度区间，所述第二反射镜与水平面的夹角处于预设第三角度区间，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。

在本技术方案中，根据实际需要投影的大小，通过对照明光路的结构设计，使得激光光源模组发射的激光经过照明光路后全部照射到DMD芯片需要照射的部分，最终通过DMD芯片反射后经过投影光路投射出去。在整个过程中，通过DMD芯片投射出去的图案可根据实际需要进行调整，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。另外，通过第一反射镜折叠光路，减小照明光路的长度，并通过第二反射镜再次改变光线方向，使得光线能够最大效率地照射在DMD芯片上，使得经过DMD芯片反射的光线不会与第二反射镜发生干涉。第三投影透镜靠近光阑，光焦度为负，用于改善投影光路的色差，使照明系统保持较高的对比度。

优选地，所述第一照明透镜的光焦度为正，所述第二照明透镜的光焦度为正，所述第三照明透镜的光焦度为正，所述第四照明透镜的光焦度为正，所述第五照明透镜的光焦度为正。

优选地，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负，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正。

优选地，所述第一照明透镜的焦距f₁₀₂位于第一照明焦距区间；

所述扩散片的厚度d₁₀₃<3mm；

所述第二照明透镜的焦距f₁₀₄位于第二照明焦距区间；

所述第三照明透镜的焦距f₁₀₅位于第二照明焦距区间；

所述第二照明透镜与所述第三照明透镜形状相同，且所述第二照明透镜与第三照明透镜相互对称；

所述第四照明透镜其焦距f₁₀₆位于第三照明焦距区间。

在本技术方案中，通过第一照明透镜将激光光源模组发射的光源扩束为光束宽度更大的光线，采用扩散片调整光束均匀性，然后通过第二照明透镜将光线整形、汇聚，形成照射在荧光色轮上的光斑，荧光色轮将光线转化为所需的白色光线。再通过第三照明透镜、第四照明透镜后照射到第一反射镜，经过第一反射镜反射后通过第五照明透镜将光线做一定的扩束，以合适的角度打到反射镜上。后通过第二反射镜反射到DMD芯片上。

优选地，所述第一投影透镜的焦距f₃₀₁在40mm～60mm之间；所述第二投影透镜的焦距f₃₀₂在20mm～30mm之间；所述第四投影透镜的靠近光阑的曲率半径r_305a在20mm～30mm之间，所述第四投影透镜的远离光阑的曲率半径r_305b在20mm～30mm之间，所述第五投影透镜的折射率Nd₃₀₅在1.7～1.85之间；所述第五投影透镜的焦距f₃₀₆在30mm～50mm之间。

在本技术方案中，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。通过光阑调节通过的光束的强弱，然后通过第四投影透镜与第五投影透镜分别实现。

优选地，所述第三光学组件有效焦距范围为25mm～32mm。

一种车灯照明方法，应用所述车灯照明系统，包括步骤：

通过激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜入射至扩散片，通过所述扩散片形成光斑入射至第二照明透镜；

经过所述第二照明透镜汇聚的光线依次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三照明透镜、第四照明透镜；

经第一反射镜反射至第五照明透镜后，再被第二反射镜反射到DMD芯片的预设区域上，经所述DMD芯片反射至第三光学组件中，以进行照明投影。

一种智能车灯，包括所述车灯照明系统。

与现有技术相比，本发明提供的一种车灯照明系统、方法及智能车灯具有以下有益效果：

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。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。

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，对一种车灯照明系统的上述特性、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中的第一光学组件、第二光学组件以及DMD芯片的结构示意图；

图3是图1中的第一光学组件、第二光学组件以及DMD芯片中各光学元件表面结构示意图；

图4是本发明的第三光学组件和DMD芯片的结构示意图

图5是本发明的投影区域示意图。

附图标号说明：

激光光源模组100；

第一光学组件200、第一照明透镜201、扩散片202、第二照明透镜203、荧光色轮204、第三照明透镜205、第四照明透镜206；

第二光学组件300、M1-第一反射镜，第五照明透镜301、M2-第二反射镜

DMD芯片400；

第三光学组件500、第一投影透镜501、第二投影透镜502、第三投影透镜503、光阑504、第四投影透镜505、第五投影透镜506。

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。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

根据本发明提供的一种实施例，如图1所示，一种车灯照明系统，包括：激光光源模组100、第一光学组件200、第二光学组件300、DMD芯片400以及第三光学组件500，所述激光光源模组100发出的光经过所述第一光学组件200并被所述第二光学组件300反射到所述DMD芯片400上，以使所述第三光学组件500将所述DMD芯片400投射过来的光投射出去第一光学组件200与第二光学组件300组成照明光路，第三光学组件500组成投影光路，以使照明光路而来的光线全部打到所述DMD芯片400的一部分，并被反射到投影光路，投影光路再将被DMD芯片400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，第一光学组件200包括依次排列的第一照明透镜201、扩散片202、第二照明透镜203、波长转换材料、第三照明透镜205、第四照明透镜206和第五照明透镜301，且所述第四第四照明透镜206为非球面透镜；

第二光学组件300包括依次设置的第一反射镜、第五照明透镜301以及第二反射镜，所述第五照明透镜301为非球面透镜；

所述第一照明透镜201的光焦度为正，所述第二照明透镜203的光焦度为正，所述第三照明透镜205的光焦度为正，所述第四照明透镜206的光焦度为正，所述第五照明透镜301的光焦度为正。

所述激光光源模组100、第一照明透镜201、扩散片202、第二照明透镜203、波长转换材料、第三照明透镜205、第四照明透镜206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为预设第二角度区间，所述第二反射镜与水平面的夹角为预设第三角度区间，所述第五照明透镜301的中心轴线朝向远离DMD芯片400的方向偏离预设第一角度，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，具体的，第一反射镜沿着其高度方向自下而上，朝向DMD芯片400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400所在方向倾斜。

其中，所述预设第一角度可以包括12°；所述预设第二角度区间优选地可以包括30°～50°；所述预设第三角度区间优选地可以包括20°～40°。

所述第三光学组件500包括依次排列的第一投影透镜501、第二投影透镜502、第三投影透镜503、光阑504、第四投影透镜505以及第五投影透镜506，所述第三投影透镜503靠近光阑504，光焦度为负。

所述第一投影透镜501的光焦度为正，所述第二投影透镜502的光焦度为正，所述第三投影透镜503的光焦度为负，所述第四投影透镜505的光焦度为负，所述第五投影透镜506的光焦度为正。

其中，所述第三光学组件500有效焦距范围为25mm～32mm。

激光的行进方向图中箭头A所示，激光光源模组100发射的激光依次经过第一照明透镜201、复眼透镜、第二照明透镜203、第三照明透镜205、荧光色轮204、第四照明透镜206、第五照明透镜301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400上，经过DMD芯片400反射的激光依次经过第一投影透镜501、第二投影透镜502、第三投影透镜503、第四投影透镜505、光阑504、第五投影透镜506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。

【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501的靠近DMD芯片400的表面为Y1，第一投影透镜501的远离DMD芯片400的表面为Y2，依次类推。

实施例1中激光光源模组100发射的激光经过第一光学组件200和第二光学组件300全部打到DMD芯片400的3/4处，即DMD芯片400的3/4处被照亮，并经过DMD芯片400反射，再经过第三光学组件500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100发射的激光经过第一光学组件200和第二光学组件300全部打到DMD芯片400的73％的面积上，即DMD芯片400的73％被照亮，并经过DMD芯片400反射，再经过第三光学组件500投射出去，投射出去的光线角度为16°×预设第一角度(水平方向×垂直方向)，并在汽车前25m处的投影面积为7.0m×5.25m，中心最亮点的照度为264lx。

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第一光学组件200和第二光学组件300全部打到DMD芯片400的77％的面积上，即DMD芯片400的77％被照亮，并经过DMD芯片400反射，再经过第三光学组件500投射出去，投射出去的光线角度为19.6°×14°(水平方向×垂直方向)，并在汽车前25m处的投影面积为8.64m×6.14m，中心最亮点的照度为180lx。

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100lx150lx，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。

基于上述实施例，本实施例提供一种车灯照明方法，应用所述车灯照明系统，包括步骤：

通过激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜入射至扩散片，通过所述扩散片形成光斑入射至第二照明透镜；

经过所述第二照明透镜汇聚的光线依次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三照明透镜、第四照明透镜；

经第一反射镜反射至第五照明透镜后，再被第二反射镜反射到DMD芯片的预设区域上，经所述DMD芯片反射至第三光学组件中，以进行照明投影。

基于上述实施例，本实施例提供一种智能车灯，包括所述车灯照明系统。

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 (8)

1.一种车灯照明系统，其特征在于，包括：激光光源模组、第一光学组件、第二光学组件、DMD芯片以及第三光学组件，所述激光光源模组发出的光经过所述第一光学组件并被所述第二光学组件反射到所述DMD芯片上，以使所述第三光学组件将所述DMD芯片投射过来的光投射出去；

其中，第一光学组件包括依次排列的第一照明透镜、扩散片、第二照明透镜、波长转换材料、第三照明透镜、第四照明透镜，且所述第四第四照明透镜为非球面透镜；

所述第二光学组件包括依次设置的第一反射镜、第五照明透镜以及第二反射镜，所述第五照明透镜为非球面透镜；

所述第三光学组件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、光阑、第四投影透镜以及第五投影透镜，所述第三投影透镜靠近所述光阑且光焦度为负；

所述激光光源模组、第一照明透镜、扩散片、第二照明透镜、波长转换材料、第三照明透镜、第四照明透镜共轴且其与水平面呈预设第一角度，所述第五照明透镜的中心轴线朝向远离DMD芯片的方向偏离预设第一角度，所述第一反射镜与水平面的夹角处于预设第二角度区间，所述第二反射镜与水平面的夹角处于预设第三角度区间，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。

2.根据权利要求1所述的一种车灯照明系统，其特征在于：所述第一照明透镜的光焦度为正，所述第二照明透镜的光焦度为正，所述第三照明透镜的光焦度为正，所述第四照明透镜的光焦度为正，所述第五照明透镜的光焦度为正。

3.根据权利要求1所述的一种车灯照明系统，其特征在于：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负，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正。

4.根据权利要求1所述的一种车灯照明系统，其特征在于：

所述第一照明透镜的焦距f₁₀₂位于第一照明焦距区间；

所述扩散片的厚度d₁₀₃<3mm；

所述第二照明透镜的焦距f₁₀₄位于第二照明焦距区间；

所述第三照明透镜的焦距f₁₀₅位于所述第二照明焦距区间；

所述第二照明透镜与所述第三照明透镜形状相同，且所述第二照明透镜与第三照明透镜相互对称；

所述第四照明透镜其焦距f₁₀₆位于第三照明焦距区间；

其中，所述第一照明焦距区间中的最小值大于所述第二照明焦距区间中的最大值；所述第三照明焦距区间为所述第二照明焦距区间的子集。

5.根据权利要求1所述的一种车灯照明系统，其特征在于：

所述第一投影透镜的焦距f₃₀₁在40mm～60mm之间；

所述第二投影透镜的焦距f₃₀₂在20mm～30mm之间；

所述第四投影透镜的靠近光阑的曲率半径r_305a在20mm～30mm之间，所述第四投影透镜的远离光阑的曲率半径r_305b在20mm～30mm之间，所述第五投影透镜的折射率Nd₃₀₅在1.7～1.85之间；

所述第五投影透镜的焦距f₃₀₆在30mm～50mm之间。

6.根据权利要求1所述的一种车灯照明系统，其特征在于：所述第三光学组件有效焦距范围为25mm～32mm。

7.一种车灯照明方法，其特征在于，应用权利要求1～6中任一项所述车灯照明系统，包括步骤：

通过激光光源模组发射的激光依次经过第一照明透镜入射至扩散片，通过所述扩散片形成光斑入射至第二照明透镜；

经过所述第二照明透镜汇聚的光线依次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三照明透镜、第四照明透镜；

经第一反射镜反射至第五照明透镜后，再被第二反射镜反射到DMD芯片的预设区域上，经所述DMD芯片反射至第三光学组件中，以进行照明投影。

8.一种智能车灯，其特征在于，包括如权利要求1～6中任一项所述车灯照明系统。

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