CN114981591A - 用于投影光束的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明系统，该照明系统包括：像素化光源(1)以及光学装置，像素化光源(1)配备有多个可选择性激活的发光元件，每个所述发光元件具有带有高度尺寸和宽度尺寸的矩形形状，宽度尺寸对于所有发光元件是相同的，光学装置具有光轴并且被配置成将每个发光元件投影成图像(S)，其特征在于，光学装置被配置成使得图像(S)具有随着远离光轴而非线性增加的宽度尺寸。

Description

用于投影光束的系统

技术领域

本发明涉及照明和/或打信号领域，以及贡献于所述领域的单元，特别是光学单元。所述单元特别有利地适用于机动车辆领域。

背景技术

在汽车领域中，能够发射通常符合法规的光束(也称为照明和/或打信号功能)的装置是已知的。

近来已经开发了可以产生用于实现高级照明功能的部段化光束(也称为像素化光束)的技术。这尤其用于“互补光束”照明功能的情况，所述“互补光束”照明功能通常基于多个照明单元，每个照明单元包括一个发光二极管，这些二极管可以被单独驱动。特别地，该光束可以用于补充由近光(dipped beam)提供的照明，以便形成驱动照明。

由每个二极管产生的各种光束段形成的光束被通过通常包括一个或多个透镜的投影光学系统投影。例如，可以产生补充光束，所述补充光束与完全或至少主要投影在用于近光功能的类型的水平截止线下方的基本光束相关联，补充光束被添加到基本光束以便使它呈现在截止线上方；有利地，该远光束是自适应的，即所投影的整体光束的某些部分可以被接通或关断，以例如用于防眩功能。(自适应驱动光束的)首字母缩略词ADB用于这种类型的功能。

在本说明书中，其投影形成了由光束部段(每个部段能够被独立地接通)组成的图像的光束被称为部段化光束(segmented beam)。可以采用像素化光源来形成这些部段。这种光源包括多个可选择性激活的发光元件。发光元件通常以某个间距彼此并排放置在载体上。

在理想情况下，光源的分辨率(即，像素的数量)是无限的，使得可以在具有高光强度的同时覆盖宽视场。特别地，对于具有给定功率的像素的光源，增加像素的数量足以加宽场。

在实践中，由于关于限制复杂性和成本价格的原因，需要寻求尽可能小的光源。同时，鉴于足够分辨率和目标光强度(一般由法规强制要求)的目的，不允许大量减少像素的数量，并且因此不允许这种技术的成本价格的大量减少。

因此，本发明的一个目的是，通过利用具有受控尺寸的像素化光源而允许实现足够宽视场的令人满意的光强度，来提出对该问题的解决方案。

通过阅读以下描述和附图，本发明的其它目的、特征和优点将变得显而易见。应当理解，可以并入其它优点。

发明内容

为了实现该目的，根据一个实施方式，提供了一种照明系统，所述照明系统包括像素化光源以及光学装置，像素化光源配备有多个可选择性激活的发光元件，每个发光元件具有矩形形状，所述矩形形状带有高度尺寸和宽度尺寸，所述宽度尺寸对于所有发光元件是相同的，所述光学装置具有光轴并且被配置成将每个发光元件投影成图像，其特征在于，光学装置被配置成使得图像具有随着远离光轴非线性增加的宽度尺寸。

因此，这产生了由从多个发光元件得到的光投影产生的部段化光束，以及对由每个发光元件产生的图像的强度和表面扩散的空间调制。

图像的扩展被理解为表示，图像越远离光轴，图像的至少一个宽度尺寸越增加。因此，图像的宽度在外周处大于在中心(即，光轴上和其附近)处。这种布置使得可以获得给定的视场，其中减少了像素的数量(即，发光元件的数量)。图像在尺寸上的增加使得可以补偿像素数量的减少。

同时，图像的光强度也被调制，以便不会影响由系统产生的照射水平，特别是在形成于光轴上及其附近的主要感兴趣区域中的照射水平。特别地，在该区域中，朝向投影在车辆前方的光束的中心，具有高亮度通常是最有用的。为了实现这一点，图像在光轴附近具有较小的尺寸，从而将光集中在那里并且亮度被保持在可接受的水平。

用于实现图像和像素的这种放大的一种手段在于产生失真，优选地形成朝向视场边缘的非线性放大。虽然失真通常被认为是光学系统中的缺陷，但是在本文中有意地使用失真来调制图像的尺寸和光强度。

可选地，图像的宽度尺寸相对于图像沿着平行于总照射场的大宽度的轴线的角位置的函数的一阶导数在光轴上等于零。

借助于这种可选的设置，光轴上及其附近的光强度可以保持在高水平。

有利地，光学装置被配置成使得，针对图像的至少一个外周组，图像所具有的宽度尺寸从某个图像角度(或宽度坐标)开始、随着远离光轴、非线性地并且可以以大于线性增加的方式增加。

当实现该方面时，图像的在宽度尺寸上的这种增加大于如果所述增加至少从图像的在宽度方向上的某个坐标开始是线性的情况。所提供方面可以至少在位于外周的投影光束的一部分上实现，即在延伸到光束的轮廓的区域上方实现。因此，可以快速增加图像的尺寸，以便产生大的扩展，并且因此产生光束的较高角度场。这种布置可以可选地从光轴开始，在整个光束上使用。然而，所述增加优选地从中心(在光轴上)开始较低，以便在那里保持小的图像尺寸，并且因此保持高光强度。为此，增加可以在开始处(从光轴开始)非常平缓，并且具有低图像宽度导数(例如，比线性变化更慢，可以从中心处的零导数值开始)，然后随着远离光轴而增加，以便达到大于线性增加的导数。

另一方面涉及一种能够在系统中使用的光学装置。可以提供一种光学装置，所述光学装置具有光轴，并且被配置成将像素化光源的发光元件中的每个投影成图像，光学装置有利地被配置成使得图像具有随着远离光轴而非线性增加的宽度尺寸。

在一个实施方式中，光学装置可以包括输入光学单元和输出光学单元。在一个优选的情况下，输入光学单元产生光束的失真，并且特别地，可以使用该单元的透镜出射面，所述透镜出射面被形成为具有凸面、优选为球形和高曲率，以产生光线的具有大径向分量的强空间色散。

输出光学单元可以具有较低的光功率。

另一方面涉及一种机动车辆，所述机动车辆配备有至少一个系统和/或至少一个光学装置。

附图说明

根据对后文的实施方式的详细描述，本发明的目的、目标、特征和优点将变得更清楚，该实施方式通过以下附图示出，其中：

[图1]图1示出了光束在平面中的投影的一个示例，所述投影具有像素化光源的图像的布散和光强度的分布。

[图2]图2示出了作为图像距光轴的距离的函数的图像的光强度和宽度尺寸的变化。

[图3A][图3B]图3A和3B示出了光学装置的第一实施方式。

[图4A][图4B]图4A和4B示出了光学装置的第二实施方式。

[图5A][图5B]图5A和5B示出了光学装置的第三实施方式。

[图6]图6示出了光学装置的另一实施方式。

附图是通过示例的方式给出的，并且不限制本发明。它们是旨在便于理解本发明的示意性概念描述，并且不一定按实际应用的比例绘制。

具体实施方式

在开始详细回顾本发明的实施方式之前，下面将描述可选特征，所述可选特征可以可选地与本发明的实施方式组合使用或者替代本发明的实施方式：

-光学装置包括接收来自多个发光元件的光的输入光学单元2，以及接收来自输入光学单元2的光并且将每个发光元件投影成图像S的输出光学单元3。

-输入光学单元2包括会聚透镜，所述会聚透镜的光出射面的曲率半径/有效孔径半径(useful aperture radius)的比率小于1.175。

-会聚透镜由折射率大于1.7(在587.56nm的波长下)的材料制成。

-输出光学单元3是会聚的，并且表现出相反的色度特性，即，相对于简单会聚(折射)透镜的作为波长的函数的焦点在光轴上的位置变化，输出光学单元3的作为波长的函数的焦点在光轴上的位置在相反的方向上变化。就轴向色度特性而言，单元3是过度校正的(overcorrected)。

-输出光学单元3的焦距大于输入光学单元2的焦距。

-输出光学单元3包括至少两个透镜。

-输出光学单元3包括衍射光学元件。

-多个发光元件形成矩形矩阵阵列，所述矩形矩阵阵列的长尺寸被定向成沿着宽度尺寸。宽度尺寸对应于光束的宽度。

-宽度尺寸被定向成沿着水平线。

-发光元件具有相同的高度尺寸。可选地，高度尺寸等于宽度尺寸，这表示发光元件具有正方形横截面。

根据本发明的系统包括用于驱动每个发光元件的激活的单元，所述单元被配置成通过去激活一组相邻的发光元件来在投影光束中产生至少一个暗区域，驱动单元被配置成根据发光元件的宽度尺寸，来确定与暗区域相对应的一组相邻发光元件中的发光元件的数量。

计算机程序产品(优选地存储在非暂时性存储器中)包括指令，所述指令在由处理器执行时使得，可以在考虑元件的图像的可变区域的情况下，来确定待激活的发光元件，特别是为了获得至少一个暗区域(其中元件未被激活)。

在下面描述的特征中，关于垂直性、水平性和横向性(或甚至横向方向)或其等同物的术语应当关于照明系统预期装配在车辆中的位置来理解。术语“竖直”和“水平”在本说明书中用于指定：关于术语“竖直”，其是具有垂直于地平线平面的取向的方向(其对应于系统的高度)，并且，关于术语“水平”，其是具有平行于地平线平面的取向的方向。它们将在车辆中的装置的操作条件下被考虑。使用这些词语并不意味着本发明不包括关于垂直和水平方向的轻微变化。例如，在本文中，将相对于这些方向的+10°或-10°量级的倾斜度认为是关于两个优选方向的微小变化。相对于水平面，倾斜度原则上在-5°与+4°之间，并且可以扩展地在-6°与+7.5°之间。

一般而言，通过示例的方式所给出的值的折射率对应于将在587.56nm的波长(钠D线)下测量的值。

机动车辆前灯可以配备有一个或多个照明系统，所述一个或多个照明系统被布置在由外透镜封闭的壳体中，以便获得从前灯输出的一个或多个照明和/或信号通信光束。

本发明可以有助于驱动光束功能，其目的是在广阔的区域上、但也在相当大的距离(通常约两百米)上照射车辆前方的场景。由于其照明功能，光束主要位于水平线上方。例如，光束可以具有略微向上倾斜的照明光轴。特别地，光束可以用于产生“互补光束”照明功能，所述“互补光束”照明功能形成除了由近场光束产生的驱动光束之外的驱动光束的一部分，互补驱动光束完全地或至少大部分地寻求在水平线上方照射，而近场光束(其可以具有低光束的特定特征)则寻求完全地或至少大部分地在水平线下方照射。

该装置还可以用于经由或除了上面关于自适应光束描述的那些之外，形成其他照明功能。

具体地，在本发明的上下文中，术语“图像”被理解为表示，由来自发光元件的光的至少一部分经由本发明的光学装置而在位于光学装置下游的预定距离处且垂直于光学装置的光轴的平面中产生的投影。通常，这种平面在机动车辆的前面(或可能在后面)、在距所述车辆的给定距离处具有竖直取向。在距光学装置的给定距离处的图像的尺寸的变化使得可以根据光束的区域来调制光束的角展度和光强度。

应当注意，所述多个发光元件可以被控制以便被选择性地激活。这意味着所有发光元件不一定被同时激活(即，发光)。该功能允许调制所产生光束的形状。如果发光元件未被激活，那么发光元件的图像(诸如由光学装置投影的)将不存在。然后，在所得的整体光束中形成照射真空。该真空被理解为不考虑光源处的耦合现象以及光学器件的寄生光的影响。

光源1优选地包括载体，所述载体的一个面承载了可选择地激活的发光元件11，例如基于LED技术，如下文详细描述的。

如图3A中示意性示出的，光源1有利地以光学装置3的光轴为中心，并且垂直于光学装置3的光轴，在本文中光学装置3由一组透镜表示。光轴可以基本上水平地取向。

光源1可以特别地以发光元件的矩阵阵列的形式设计，矩阵阵列中的发光元件可以被单独地驱动以激活，以便关断或接通发光元件中的任何一个。因此，所得到的光束的形状可以以非常高的柔性度变化。仅通过说明的方式，可以实施以行和列(例如，28行和88列)布置的发光元件的矩阵阵列(例如，形成2464个像素或甚至更多)。取决于用于散布像素的图像的光学参数(特别是失真参数)，从而可能的是，例如获得与具有28行和132列的矩阵阵列的光源的视觉效果等同的视觉效果。

以一种已知的方式，本发明可以使用发光二极管(通常也称为LED)作为光源。它们可以潜在的是一个或多个有机LED。这些LED可以特别地设置有使用半导体技术并且能够发光的至少一个芯片。此外，所表述的光源在本文中被理解为表示至少一个基本光源的集合，所述基本光源诸如能够产生导致在本发明的模块的输出处产生至少一个光束的通量的LED。在一个有利的实施方式中，光源的出射面具有矩形横截面，这对于LED芯片是典型的。

发光源优选地包括至少一个发光元件的单块矩阵阵列，也称为单块矩阵阵列。在单块矩阵阵列中，发光元件从公共衬底中形成，或者被转移到公共衬底并且进行电连接，以便能够选择性地、单独地、或者以发光元件的子集来激活。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，所述其他材料例如是非半导体。因此，每个发光元件或发光元件组可以形成发光像素，并且当发光元件或发光元件组被供电时能够发光。与旨在焊接到印刷电路板上的常规发光二极管相比，这种单块矩阵阵列的配置使得可以将可选择性激活的像素布置成彼此非常接近。在本发明范围内的单块矩阵阵列包括主要伸长维度(具体是高度)基本上垂直于公共衬底，并且该高度至多等于1微米的发光元件。

有利地，能够发射光线的一个或多个单块矩阵阵列可以耦接到用于控制像素化光源的光发射的控制单元。因此，控制单元可以控制(这也可以称为驱动)照明装置的像素化光束的产生和/或投影。控制单元可以集成到照明装置中。控制单元可以安装在一个或多个矩阵阵列上，该组件因此形成了照明模块。控制单元可以包括耦接到存储计算机程序的存储器的中央处理单元，所述计算机程序包括允许处理器执行生成用于控制光源的信号的步骤的指令。因此，控制单元可以例如单独地控制矩阵阵列中的每个像素的光发射。此外，由多个发光元件获得的亮度为至少60Cd/mm²，优选为至少80Cd/mm²。

控制单元可以形成能够控制发光元件的电子装置。控制单元可以是集成电路。集成电路(也被称为电子芯片)是再现一个或多个电子功能，并且能够例如在有限体积中(即，在晶片上)集成若干类型的基本电子部件的电子部件。使得易于实现电路。集成电路可以是例如ASIC或ASSP。ASIC(专用集成电路的缩写)是为至少一个特定应用(即，为一个客户)开发的集成电路。因此，ASIC是专用(微电子)集成电路。一般而言，ASIC将大量的专一或专用功能分组在一起。ASSP(专用标准产品的缩写)是集成(微电子)电子电路，其将大量功能分组在一起，以便满足一般标准化的应用。ASIC被设计成比ASSP用于更特别(具体)的需求。单块矩阵阵列经由电子装置供电，所述电子装置本身使用例如将其连接到电源的至少一个连接器供电。电源可以在根据本发明的装置的内部或外部。电子装置向光源供电。因此，电子装置能够控制光源。

根据本发明，光源优选地包括至少一个其中发光元件从公共衬底突出延伸的单块矩阵阵列。元件的这种布置可以通过在它们各自所形成的衬底上突起、或通过任何其他生产方法(例如，通过使用转移技术转移元件)而得到。发光元件的各种布置都可以满足单块矩阵阵列的这种限定，只要发光元件的主要伸长维度中的一个基本上垂直于公共衬底，并且相比于在焊接到印刷电路板的大致平坦方形芯片的已知布置中施加的间隔，由通过供电而分组在一起的一个或多个发光元件形成的像素之间的间隔更小。

特别地，根据本发明的一个方面的光源可以包括多个发光元件，所述多个发光元件彼此不同，并且从衬底单独地突起，同时进行电连接，以便可被选择性地激活，在适用的情况下，以子集的方式选择性地激活，在所述子集内的柱(rods)可以被同时激活。

根据未示出的一个实施方式，单块矩阵阵列包括多个亚毫米尺寸或甚至具有小于10μm的尺寸的发光元件，所述发光元件被布置成从衬底突出以便形成具有特定六边形横截面的柱。当光源在壳体中就位时，发光柱平行于照明模块的光轴延伸。

这些发光柱被分组成(特别是经由特定于每个集合的电连接而分组)多个可选择性激活的段。发光柱源自衬底的第一面。本文中使用氮化镓(GaN)形成的每个发光柱垂直于衬底延伸或基本上垂直于衬底延伸，从而从衬底突出，本文中的衬底由硅制成，但是在不脱离本发明的上下文的情况下，可以使用其他材料(诸如碳化硅)。通过示例的方式，发光柱可以由氮化铝和氮化镓的合金(AlGaN)制成，或者由铝、铟和磷化镓的合金(AlInGaP)制成。每个发光柱沿着限定其高度的伸长轴线延伸，每个柱的基部布置在衬底的上表面的平面中。

根据未示出的另一实施方式，单块矩阵阵列可以包括在单个衬底上(例如，由碳化硅制成)的由外延发光元件的层(特别是n掺杂GaN的第一层和p掺杂GaN的第二层)形成的发光元件，所述发光元件被切块(通过研磨和/或烧蚀)以形成分别源自同一衬底的多个像素。这种设计得到的是多个发光块，所述多个发光块全部源自同一衬底并且进行电连接，以便能够可彼此选择性地激活。

在根据该另一实施方式的一个示例性实施方式中，单块矩阵阵列的衬底可以具有在100μm与800μm之间的厚度，并且特别地等于200μm；每个块可以具有长度和宽度，各自在50μm与500μm之间，并且优选地在100μm与200μm之间。在一个变型中，长度和宽度相等。每个块的高度小于500μm，并且优选地小于300μm。最后，每个块的出射表面可以经由在与外延相对的一例上的衬底形成。连续像素间的距离可以小于1μm，特别地小于500μm，并且优选地小于200μm。

根据未示出的另一实施方式，在具有分别从同一衬底突出延伸的发光柱(如上所述)，以及具有通过对叠加在同一衬底上的发光层进行切块而获得发光块两者的情况下，单块矩阵阵列还可以包括至少部分地嵌入有发光元件的聚合物材料层。因此，该层可在衬底的整个范围上延伸，或仅围绕给定的一组发光元件延伸。聚合物(特别地可以是硅基聚合物)会形成保护层，该保护层允许在不妨碍光线的扩散的情况下保护发光元件。此外，可以将波长转换装置(例如，发光体)集成到该聚合物材料层中，所述波长转换装置能够吸收由元件中的一个发射的至少一些光线，并且将所述吸收的激发光中的至少一些转换成具有与激发光的波长不同的波长的发射光。可以在不区分发光体是待被嵌入聚合物材料块中，还是被布置在该聚合物材料层的表面上的情况下提供。还可以在半导体芯片上，而不是聚合物层上真空沉积磷光体。光源还可以包括反射材料的涂层，以便使光线朝向像素化光源的出射表面偏转。

亚毫米尺寸的发光元件在基本上平行于衬底的平面中限定给定的出射表面。应当理解，该出射表面的形状根据形成它的发光元件的数量和布置来限定。因此，可以限定基本上矩形形状的出射表面，应当理解，在不脱离本发明的上下文的情况下，出射表面可以改变并采用任何形状。

不排除可选择性激活的发光元件是辅助光源的情况。

图1示出了通过本发明获得的投影的一个示例。在所示出的情况中，涉及一个在垂直于光轴的、距光学装置预定距离(在本文中为25m)处的平面中的棋盘图案的投影(4个像素中的1个被接通：接通两行中的一行以及每个所接通行中的2个中的1个，被接通的行相对于紧邻的被接通的行水平地偏移一个像素，使得每列中的4个像素中的1个像素被接通)。由投影产生的光束在以下的意义上是分部段的，即在投影平面中，投影产生的光束由多个图像形成，每个所述图像由一个发射元件的光产生。附图标记S示出了这些图像中的一个。

所获得的投影的图像分布对应于光源的像素的图像分布。在该示例中，轮廓基本上是矩形的，因为它涉及的是具有矩形形状的光源。长尺寸优选是水平取向。图像的高度对应于竖直方向。这两个尺寸之间的比率可以是3的量级上的(例如3.15)；这可以由两个并置的LED块的比率产生，所述两个并置的LED块各自具有例如1.6的比率。

该投影以装置的光轴为中心，所述光轴与投影平面的交点由点O表示。

根据一种可能性，由所产生的光束的视场所覆盖的角扇区(angular sector)大于25°，或者甚至大于或等于30°。

直接注意到的是，接近于点O的图像的亮度更大，并且亮度随着远离点O而降低。同时，图像的轮廓随着接近于点O变得更小，并且随着远离点O而扩展，同时不太清晰。

通过示例的方式，光源1的像素的矩阵阵列可以具有矩形形状，所述矩形形状在其最大尺寸和其最小尺寸之间具有至少为3的纵横比(aspect ratio)。在这种被巧妙地布置在水平方向上的长形布置中，失真效应(distortion effect)将在该水平方向上被突出，并且在另一垂直方向上是较小的或甚至是可忽略的。图1中提供的附图标记示出了图像的宽度维度(使用字母“l”)和图像的高度维度(使用字母“h”)。

图2示出了，随着远离点O水平地向该示图中的右侧移动，被激活的像素(此处为如图1中的棋盘图案的给定示例中的两个中的一个)的图像的宽度尺寸(以mm给出)以及它们的光强度的变化。应当注意，图像在横坐标的原点处较窄，并且宽度逐渐增加。同时，光强度(在纵坐标上以任意比例给出)减小，从而展现出光在较大图像区域上的扩散。

当目的是使用常规光源时，发光元件全部具有相同的形状以及相同的高度和宽度尺寸是有利的。然而，该选择不是限制性的。特别地，为了至少部分地补偿竖直方向上的失真的影响，发光元件的高度尺寸可以随着远离光轴而逐渐减小。这种尺寸降小可以遵循一个函数，该函数与由光学装置产生的失真函数等效但相逆(inverse)。

光学装置优选地使得可以调整图像的尺寸的生长函数(growth function)，以便获得期望的光强度调制和所需的视场。

对于光源矩阵阵列的任何点，可以根据对投影光学器件的知识来计算在投影平面中形成的光斑和该图像光斑的质心。因此，可以将光源矩阵阵列上的每个点链接到图像的点(上述的质心)，或者在投影平面倾向于无限远时，这等同于投影场中的方向(两个角度)。此外，如果想象任意小的矩形发光器在所考虑的光源的点的周围，则可以计算投影图像并且定义放大率(投影图像的边的大小与假设光源的边的大小的比率)。如果现在仅考虑沿着这样的线定位的点，该线平行于光源的矩阵阵列的最大边且与投影系统的光轴相交，则可以为每个点以R确定两个量：质心沿着所考虑的光源的线的投影的位置(并且相应地，在无限远处的情况下的投影角度，实际上是水平面中的角度)以及对应的放大率。根据这些计算(可以在光源矩阵阵列上的所考虑的线的任何点处执行这些计算)，推导出以R计算的R的伽马函数，该函数将投影场中的角度(实际上是水平的)链接到放大率。该函数显然适用于对光源的像素的图像的大小的计算。该函数的一阶导数给出了场中的所述像素的放大率的增加率(increase)。对于根据本发明生产的光学装置，对于对应于投影光学装置的光轴上的点的角度0，所述增加率的导数(伽马的二阶导数)为零。

参考图3A和3B提供了投影系统的一个实施方式。图3A从右向左示出了光源1(其可以是上述类型，特别是以发光元件的矩阵阵列的形式)、第一光学单元(称为输入单元2)和第二单元(称为输出单元3)。光源1有利地以光学装置的光轴为中心。

将理解的是，单元2被配置成经由其入射面21接收来自光源1的光。离开单元2的光进入单元3，优选地直接进入单元3。光通过单元3的出射面而从单元3出现，以便被投影(优选地直接投影)到车辆周围的空间中。

在一个优选实施方式中，输入单元2包括透镜，并且优选地由透镜组成。有利地，正是这个部件提供了失真。在所示的情况下，所述透镜是弯月形透镜，具有带凹入部分的入射面21。入射面可以可选地是完全平坦的。形成出射屈光面的相对面是凸面的并且具有高曲率，这引起了失真，特别是相对于入射到出射屈光面的某些射线的表面的法线具有大的倾斜度，特别是朝向透镜的光学有效表面的外周。这可以是球形面，从而避免必须使用复杂且因此昂贵的形状。

有利地，出射面的曲率半径与其有效孔径(也称为通光孔径(clear aperture))(出射面的基部的横截面的半径)之间的比率小于1.175。通常，可以将透镜半径和出射屈光面的曲率半径的尺寸选择为非常接近的，从而确保具有最大的可能曲率半径。

有利地，该屈光面在整个光学装置中具有最大的曲率。优选地，该曲率是光学装置的所有其他曲率的至少1.25倍，或者说，比光学装置的所有其他曲率大至少1.25倍。

期望对单元2的透镜使用高折射率材料。优选地，折射率将大于1.7。阿贝数/色散系数优选地在40与55之间的范围内选择。特别地，来自

AG的带有参考号LAK10、LAK21和LAK43的透镜或来自其他玻璃制造商的被指示与它们等效的透镜是令人满意的。

然后，图3A提供了输出单元3的一个示例性实施方式。期望该单元的光功率(optical power)低于单元2的光功率，焦距大于单元2的焦距。有利地，输入单元2和输出单元3的光功率之间的比率大于1.6和/或小于2.2。此外，有利的是，单元3的色度特性(chromaticism)是相反的(对应于光的多个波长的焦点的相对位置与会聚折射透镜的情况下的相对位置相反)。这可能是图3A的系统中的两个单元2和3的情况。对这种色度特性相反的一种简单描述等于是，例如对于单元3，“红色”焦点比“蓝色”焦点更靠近透镜31，并且“绿色”焦点位于两者之间。因此，单元3使得可以补偿由单元2产生的色差(chromaticaberration)，同时保持投影系统中的高光功率。实际上，高性能机动车辆照明(特别是实现防眩光远光灯和动态弯光功能(ADB功能))，需要尽可能宽的照射场；换言之，期望光源的矩阵阵列的图像尽可能大。此外，光源的矩阵阵列的成本随着其面积而增加；换言之，期望光源的矩阵阵列尽可能小。因此，投影光学装置的焦距必须低，以便具有大的照射场和小的光源。从而，投影光学装置必须具有高功率。本发明的光学装置通过组合两个功率低于所需总功率的会聚元件来实现这种情况。根据本发明的装置的第一光学元件(单元2)是具有高失真率和大孔径的元件(因为寻求以小光源照射大的场-这从而具有受限的光通量，所以其必须捕获尽可能多的光通量)。通过将该光学元件限制为合理数量的透镜(一个，可能两个，优选为球面的)，它们的色度特性不可能被同时优化。由于第二元件，单元3，一个(与第一元件共享功率)的会聚系统被因此实现为具有相对于第一元件的色度特性相反的色度特性，以执行色度校正(对于避免投影图像中的完全不期望的着色是必要的)。由于第一元件(单元2)表现类似简单的会聚透镜，因此第二元件(单元3)应当是会聚的并且具有相反的色度特性。

在图3A的情况下，单元3包括沿着光线的路径彼此紧挨的三个透镜。逆着光线的路径的顺序：第三透镜33，具有平面凸面(plane convex)形状，但是它也可以例如是双凸面的。第三透镜33可以由冕玻璃(crown glass)形成。随后是双凹透镜32，优选地由火石玻璃(flint glass)或聚碳酸酯制成。光阑装置，其限制透镜32的有效孔径，可以可选地定位在其入射面上，所述入射面被定位成朝向光源1。接下来是透镜31，示例为双凸面形状；它可以由冕玻璃制成。

应当注意，如在以下实施方式中，在火石玻璃和冕玻璃透镜之间交替是有利的。

图3B提供了根据该实施方式的来自光源1的各个像素的光线的路径的一个示例。

图4A和4B给出了上述情况的一种变型。实际上，输入单元2没有被修改而处于其通常形式，但是此时输出单元3包括了两个透镜。透镜31是双凸面会聚透镜，有利地由具有高折射率的冕玻璃制成。通常可以使用折射率为1.6并且阿贝数为60的透镜。

另一透镜32是也具有高折射率的发散弯月形透镜，有利地由火石玻璃制成。透镜32的凹面形成其入射面并且被定向成面向光源1。通常可以使用折射率为1.95且阿贝数为20的材料。

在图4B中示出了光线的对应路径。

在图5A和图5B所示的情况中，输出单元3包括四个透镜。因此，单元3被组织成在那里具有两对双体。第一对包括双凸透镜31和凹面平面(concave plane)透镜32，该透镜的凹面被定向成朝向透镜31。第二对透镜连续地包括凹面平面透镜33和凸面平面(convexplane)透镜34，透镜33的凹面被定向成朝向透镜34。该组件通常具有背对背放置的两个夫琅和费双体(Fraunhofer doublets)的结构(会聚透镜由冠顶玻璃制成，并且发散透镜由火石玻璃制成)；然而，在本文中双合透镜没有像真正的夫琅和费双体一样校正色度特性。应当注意，在这种情况下，透镜2紧邻单元3。

图5B提供了该配置的光线路径的一个示例。

如图6所示，第二光学单元3的另一方案是使用衍射光学元件(例如以会聚闪耀光栅(blazed grating)的形式)。实际上，与会聚折射元件相比，会聚衍射元件具有相反的轴向色度特性。

上述光源1与包括单元2和3的光学装置的组合提供了部段化的所得光束，其表现出对应于附图1的失真。优选地，该系统还包括单元，该单元考虑这些元件的图像的可变尺寸，以差分方式驱动发光元件的选择性激活。应当理解，为了覆盖预定尺寸的区域，在对应于点O的中心附近将比在外周需要更多的像素。

可选地，可以为每个发光元件确定光轴周围的每个图像与光轴上的发光元件的图像之间的放大比率，以便具有用于计算的数据库，从而使得可以关于足以覆盖该区域所需的发光元件的数量(以及发光元件的身份)，来大致估计待被照射或关断的区域的表面。该系统可以包括计算机化的处理装置，特别是具有处理器和用于存储计算机程序指令的非易失性存储器，所述指令使得能够根据待形成的光束进行确定待激活的发光元件和待去激活的发光元件的操作。

本发明不限于上述实施方式，并且可延伸到由权利要求覆盖的所有实施方式。

Claims (14)

1.一种照明系统，所述照明系统包括像素化光源(1)以及光学装置，像素化光源(1)配备有多个可选择性激活的发光元件，每个所述发光元件具有矩形形状，所述矩形形状具有高度尺寸和宽度尺寸，所述宽度尺寸对于所有发光元件是相同的，所述光学装置具有光轴并且被配置成将每个发光元件投影成图像(S)，其特征在于，所述光学装置被配置成使得图像(S)的宽度尺寸随着远离所述光轴而非线性地增加。

2.根据前一项权利要求所述的系统，其中，图像(S)的在宽度尺寸上的增加率关于所述图像(S)沿着平行于总照射场的宽度维度的轴线的角位置的函数的导数在光轴上等于零。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述光学装置被配置成，对于图像(S)的至少一个外围的组来说，图像(S)的宽度尺寸随着远离所述光轴而非线性地增加。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述光学装置包括输入光学单元(2)和输出光学单元(3)，所述输入光学单元接收来自多个发光元件的光，所述输出光学单元接收来自输入光学单元(2)的光并且将每个所述发光元件投影成图像(S)。

5.根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述输入光学单元(2)包括会聚透镜，所述会聚透镜的出射面的曲率半径/有效孔径半径的比率小于1.175。

6.根据前两项权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述会聚透镜由折射率大于1.7的材料制成。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的系统，其中，所述输出光学单元(3)是会聚的并且呈现出相反的色度特性。

8.根据权利要求4至7中的任一项所述的系统，其中，所述输出光学单元(3)的焦距大于输入光学单元(2)的焦距。

9.根据权利要求4至8中的任一项所述的系统，其中，所述输出光学单元(3)包括至少两个透镜。

10.根据权利要求4或8中的任一项所述的系统，其中，所述输出光学单元(3)包括衍射光学元件。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述多个发光元件形成矩形矩阵阵列，所述矩形矩阵阵列的长尺寸被定向成沿着所述宽度尺寸。

12.根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述宽度尺寸被定向成沿着水平线。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述发光元件具有相同的高度尺寸。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，包括用于驱动所述发光元件中的每一个的激活的单元，所述单元被配置成通过去激活一组相邻发光元件来在投影光束中产生至少一个暗区域，驱动单元被配置成根据所述发光元件的宽度尺寸，来确定与所述暗区域相对应的一组相邻发光元件中的发光元件的数量。

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