CN118129100A - 用于像素化光束的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种用于机动车辆的发光装置，所述装置包括像素化光源(322)和光学系统(300)，所述光学系统被布置成投射由像素化光源发射的像素化光束(360)，所述光学系统包括：第一反射镜(M11)，所述第一反射镜被布置成收集和反射由像素化光源发射的像素化光束的光线；第二反射镜(M12)，所述第二反射镜被布置成反射由第一反射镜反射的光线；和第三反射镜(M13)，所述第三反射镜被布置成接收由第二反射镜反射的光线并且反射这些接收到的光线，以便校正场像差。本发明使得能够改善通过机动车辆发光装置对像素化光束的投射。

Description

用于像素化光束的光学系统
本申请是分案申请，其基于国际申请日为2017年9月11日、于2019年3月15日进入中国、国家申请号为201780057017.2、发明名称为“用于像素化光束的光学系统”的PCT国家阶段申请，对应的PCT国际申请的申请号为PCT/EP2017/072741。
技术领域
本发明涉及通过机动车辆发光装置对像素化光束进行投射的领域。
背景技术
通过机动车辆发光装置投射光束传统上允许用整体照明来照亮道路，并从而在黑暗的情况下(例如在夜间)增加可见度。这允许车辆被安全地驾驶。
这些发光装置的领域的最新发展允许产生像素化光束以实现这种照明。利用这种光束，发光装置还可以执行局部化的照明功能，并且例如将图案投射到场景上。这种功能在自适应照明领域是已知的。例如，已知的是无眩光照明，其例如在于使对应于迎面而来的车辆的区域变暗，以便不使该其他用户眩目。基于照明的驾驶员辅助装置也是已知的，其例如在于增加照亮地面或道路标志上的标记的亮度，使得它们对于驾驶员来说更加可见，和/或在于将驾驶员可见的一条或多条信息投射到道路上。
在这种情况下，需要改进通过机动车辆发光装置进行的像素化光束的投射。
发明内容
为此，提供了一种用于通过机动车辆发光装置投射像素化光束的方法，以及一种被配置为执行该方法的机动车辆发光装置。
所述发光装置包括像素化光源和光学系统，所述光学系统被布置成投射由像素化光源发射的像素化光束。所述光学系统包括至少三个反射镜。第一反射镜被布置成收集和反射由像素化光源发射的像素化光束的大部分光线。第二反射镜被布置成反射由第一反射镜反射的光线。第三反射镜被布置成反射由第二反射镜反射的光线，以便校正场像差。
这种发光装置改善了通过机动车辆发光装置对像素化光束的投射。
该发光装置是一种用于投射像素化光束的技术。由于其像素化特征，这种光束允许在需要时投射一个或多个图案。
至少三个反射镜的该结构类似于三反射镜去像散透镜(TMA)望远镜的结构，反射镜中的至少一个校正光学系统的场像差。正如这种TMA的光学系统一样，该光学系统是消色差的或者至少是相对弱的色度(由于使用了反射镜)。此外，光学系统可以防止或至少减少场像差。
由于这些原因，与现有的机动车辆发光装置的光学系统相比，所述光学系统能够产生高分辨率的像素化光束，同时产生保持为一个像素的数量级的雾度。这将光学系统与目前在汽车领域中使用的光学系统区分开，目前在汽车领域中使用的光学系统至少在高分辨率下产生通常比一个像素的尺寸雾度大的尺寸雾度。雾度表示要投射的点的范围。当光学系统产生雾度时，这降低了发光装置的效率和分辨率。当希望用相对小尺寸的像素投射精细图案时，这种质量损失是特别不利的。因此，所提出的光学系统允许获得一种机动车辆发光装置，所述机动车辆发光装置能够有效地投射高质量的高分辨率像素化光束。
不同于其功能是收集天文图像的TMA的光学系统，该光学系统不仅适用于像素化光束的投射，而且适用于由机动车辆发光装置的像素化光源发射的像素化光束的投射。因此，光学系统的投射场(即投射的光束的最大角度)相对较大(以便允许其充分地照亮道路)并且光学系统的尺寸相对较小(以便允许其集成到机动车辆发光装置中，所述机动车辆发光装置本身必须集成到机动车辆灯中)。
用于通过发光装置投射像素化光束的方法包括提供用于通过投射像素化光束产生的光分布的设定点。该方法还包括确定对应于设定点的像素化光源上的光强度分布并且通过光学系统补偿光分布的失真。该方法还包括通过像素化光源发射具有确定的光强度分布的像素化光束。此外，该方法包括通过光学系统投射由光源发射的像素化光束。
还提供了包括用于执行该方法的程序代码指令的计算机程序。当所述程序由控制单元执行时，所述方法被执行，所述控制单元用于控制由诸如上述的机动车辆发光装置进行的像素化光束的投射，所述发光装置还包括联接到像素化光源的控制单元。
还提供了这样的控制单元。所述控制单元包括与存储程序的存储器相关联的处理器。
还提供了一种包括诸如以上的发光装置的机动车辆灯。
根据各种实施例，可以实施以下特征中的至少一个的任何组合：
-第一反射镜被布置成直接地收集和反射由像素化光源发射的像素化光束的大部分光线；换句话说，第一反射镜直接地接收由像素化光源发射的像素化光束的光线并反射它们，而没有中间光学元件插入在像素化光源和第一反射镜之间；
-第一反射镜被布置成间接地收集和反射由像素化光源发射的像素化光束的大部分光线，即光学元件被插入在像素化光源和第一反射镜之间，这不改变第一反射镜的收集作用；
-第二反射镜被布置成直接地或间接地反射由第一反射镜反射的光线；
-第三反射镜被布置成直接地或间接地反射由第二反射镜反射的光线；
-第三反射镜还被设置成准直和投射像素化光束；
-发光装置还包括光学部件，所述光学部件被布置成接收由第三反射镜反射的光线并且准直和投射像素化光束；
-第二反射镜大体上布置在光瞳位置；
-反射镜中的至少一个是偏离轴线的；
-反射镜中的至少一个是自由形状式反射镜；
-反射镜中的至少两个或所有反射镜是自由形状式反射镜；
-光学系统具有中空结构；
-光学系统具有单体结构；
-光学系统形成单个实心部分，例如由一块透明材料制成；
-光学系统包括入射面和出射面；
-光学系统还包括形成第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的至少三个其它面；
-出射面确保或参与准直；
-入射面和/或出射面被布置成校正场像差；
-光学系统具有以下特征中的至少一个(例如所有以下特征)：投射场高度大于10°，投射场宽度大于40°，收集能力(f/D)小于3，至少在投射场中心的区域中分辨能力小于0.5°(即角度值大于0.5°)，和/或最大尺寸小于300毫米；和/或
-发光装置还包括控制单元，所述控制单元包括与存储器相关联的处理器，所述存储器存储包括用于执行一种方法的程序代码指令的计算机程序，所述方法包括：提供用于通过投射像素化光束产生的光分布的设定点；确定对应于设定点的像素化光源上的光强度分布，并通过光学系统补偿光分布的失真；通过像素化光源发射具有确定的光强度分布的像素化光束；以及通过光学系统投射由光源发射的像素化光束。
附图说明
现在将参考附图，通过完全非限制性示例描述本发明的各种实施例，其中：
-图1-2示出了现有技术的TMA光学系统；
-图3-5示出了光学系统的示例；
-图6示出了仿真结果；
-图7示出了说明该方法的一个示例的图表；
-图8示出了该方法；
-图9示出了包括像素化光源的发光模块的示意性示例；和
-图10示出了车辆对像素化光束的投射的示意性示例。
具体实施方式
图1示出了望远镜的现有技术TMA光学系统102。图2示意性地示出了光学系统102的操作。
在操作中，第一反射镜M1被布置成收集和反射由天体对象发射的光束的光线104并且校正场像差。由于天体对象的距离，光线104是平行的。第二反射镜M2被设置成反射由第一反射镜M1反射的光线106。第三反射镜M3被设置成接收由第二反射镜M2反射的光线108，并将得到的光线110投射到焦平面阵列(FPA)上，这允许图像被观看到和/或记录到。光学系统102的视场是矩形的并且相对较窄，并且光学系统102的尺寸相对较大。由于其结构(特别是通过第一反射镜M1的场像差的校正)，光学系统102的分辨能力特别高。因此，光学系统102非常适合于用望远镜观察天体对象。文献US2012038812A描述了以这种方式操作的光学系统的示例。
所提出的光学系统与光学系统102具有结构上的相似性。特别地，它还形成包括多个反射镜的系统，如TMA领域中所公知的，只要所述反射镜被适当地布置和配置(反射镜形状和表面特性)，所述反射镜可以是去像散的(至少在一定程度上)。所述反射镜是反射表面，也称为"反射器"。因此，该光学系统允许获得非常高的分辨能力。
关于投射像素化光束的机动车辆发光装置的光学系统，分辨能力指定必须将两个相邻点分开以使它们可辨别的最小角度。因此，光学系统的分辨能力对应于可以用于将希望可辨别的详细图案嵌入到像素化光束中的最精细的分辨率。在分辨能力以下，所述详细图案是不可辨别的。因此，利用具有高分辨能力的光学系统，投射由像素化光源发射的像素化光束的车辆发光装置可以完全地利用由像素化光源传送的所有分辨率精细度。因此，所提出的光学系统允许利用高分辨率像素化光源，例如包括多于1000个像素或多于10,000个像素的像素化光源。
与光学系统102不同，所提出的光学系统不包括FPA。在发光装置的总体布置中，FPA被发射像素化(例如非平行)光束的像素化光源所取代。因此，所提出的光学系统的操作相对于现有技术的光学系统是相反的。参考图2，第一反射镜遇到对应于光学系统102中的M3的像素化光束的光线。该第一反射镜收集这些光线并朝向对应于M2的第二反射镜反射。然后，第二反射镜将光线朝向对应于M1的第三反射镜反射并校正场像差。
现在将讨论所提出的光学系统的特征的各种示例。
第三反射镜可以被布置成准直并将像素化光束投射到例如道路上。可替换地，发光装置还可以包括光学部件，所述光学部件被布置成接收由第三反射镜反射的光线并且准直和投射像素化光束。光学部件可以例如直接地接收来自第三反射镜(没有中间元件)的光线。在这些情况下，光学系统可以包括正好三个并且不多于三个的反射镜，如在TMA的光学系统中那样。因此，它的制造相对地简单。可替换地，光学系统可以包括一个或多个其他反射镜，例如第四反射镜或第五反射镜。
第一反射镜可以被布置成收集由像素化光源发射的像素化光束的大部分光线。这使得发光装置非常地高效。由像素化光源发射的像素化光束可以具有锥形形状。第一反射镜可以被适当地布置。第一反射镜可以是凹形的。
第一反射镜可以产生光学系统的大部分光功率，例如几乎全部光功率。第一反射镜可以被布置成参与场像差的校正(利用第三反射镜的校正)。第一反射镜也可参与球面像差的校正。
第二反射镜的位置和形状可以被配置成使得它接收由像素化光源发射的、由第一反射镜反射的所有光线，并且将这些光线重定向到第三反射镜，而不管它们的发射角如何。这允许发光装置的效率得以优化。
第二反射镜可以实质上布置在光瞳位置。光瞳位置对应于光线水平与像素化光源的远心度。这允许发光装置的效率得以优化。
至少一个反射镜可以是偏离轴线的。例如，所有的反射镜可以是偏离轴线的。偏离轴线的反射镜的使用使得可以避免用折叠反射镜遮挡光线中的一些，并且可以改善系统的透射。
至少一个反射镜可以是自由形状式反射镜。例如，所有的反射镜都是自由形状式反射镜。自由形状式反射镜是具有自由形状的反射镜，即具有没有旋转对称轴的轮廓。这将这种类型的反射镜与球面反射镜区分开，而且也与在传统TMA中使用的所谓非球面反射镜(即不是球面的而是由具有旋转对称的形状的至少一个片段形成的反射镜)区分开。对于高收集能力的大视场系统，自由形状的表面的使用允许在分辨能力、投射场和系统紧凑性方面获得最佳性能。
机动车辆可以是任何类型的陆地车辆，例如汽车(小汽车)、摩托车或卡车。车辆可以配备有一个或多个前灯和/或一个或多个后灯。前灯和/或后灯中的一个或多个可以各自包括一个或多个发光装置，每个发光装置被配置成投射像素化光束。当像素化光束的投射由前灯的发光装置执行时，像素化光束的投射特别令人感兴趣。
对于给定的发光装置，可以将投射实施到场景上。场景或"道路场景"是能够被发光装置照亮的车辆的环境。
如所知的，像素化光束是被细分为称为"像素"的基本光子束的光束。该细分可以是任何类型，并且例如形成具有相对于车辆位置的方位方向维度和深度方向维度(或距离)的网格。每个像素可由发光装置分别地控制到允许至少一个图案被投射到场景上的程度。图案是场景的局部区域，其中，光强度的值不同于标称值，并且在场景中产生局部的对比度。图案可以是肉眼可辨别的或不可区分的。
像素化光束的每个像素被投射到场景的相应区域上，该区域也被称为"像素"。发光装置可分别地控制像素化光束的每个像素的源的光强度，以便因此分别地控制场景的每个像素的照度。发光装置可以将场景划分为多于10个像素、多于50个像素，或者对于实现高级功能的投射，多于500个像素(例如大约1000个像素或多于1000个像素)。像素化光束可以例如使一个或多个组的一个或多个像素变暗，和/或相对于使用中的光强度值(例如标称值)过度照射一个或多个组的一个或多个像素。像素的变暗是在给定时间像素的照度减小。因此，应注意，像素的变暗并不一定意味着像素的照明停止了。像素的过度照明是在给定时间像素的照度增加。因此，图案相对于其周边的对比度可以是正的或负的。图案的分辨率可以是一个像素的量级。图案的尺寸可以小于场景的所有像素的25％或10％。
图案的尺寸可以等于或大于一个像素。对于在给定时间投射的给定图案，场景的一个或多个像素-或等效的光束-对应于所述图案。在所述图案中，一个或多个相应光强度的分布因此与每个像素相关联并且形成所述图案。因此，对于所讨论的场景中的每个像素，一种方法通过为发光装置提供对应于图案的光强度设定点，可以将图案投射到场景的区域中。所述光强度设定点可以是任何与光强度相关的数据结构，例如，将要在像素的中心处应用的光强度值、将要针对给定像素应用的值的空间和/或时间分布、和/或与光强度间接相关并且能够以光强度表示的数据(例如与像素的照度相关的数据)。当与图案相对应的所有像素都遵从设定点时，图案被完全地投射到场景上。多个图案可以同时地被投射，具有或不具有空间重叠。空间重叠的情况可以以任何方式管理。例如，一个图案可以具有高于另一个的优先级。或者，发光装置可以被配置成找到将要在重叠中包括的像素中施加的照度的折衷。
图案的投射可以改善驾驶情况。驾驶情况可以对应于一组驾驶参数，例如包括与道路有关的环境参数和/或建筑参数、车辆和/或其它车辆的系统参数和/或与道路状态有关的参数。改进可以包括图案的投射，帮助和/或改进投射图案的车辆的驾驶员和/或其他用户(例如一个或多个其他车辆的另一驾驶员和/或一个或多个行人)的舒适性。图案的投射可以通过执行以下功能中的一个或多个来实现这种改进：用于引起驾驶员和/或其他用户的注意力而创建的信息投射的功能、用于突出显示或增加场景中的一个或多个对象的亮度的功能、和/或用于防止任何人(例如一个或多个其他用户)被眩目的功能。从发光器车辆和/或在投射图案的时刻的其它交通的观点来看，这种图案允许使驾驶更容易和/或增加安全性。
图案可以通过使与该另一用户和/或反射标志相对应的场景的区域变暗来执行防止另一用户或驾驶员眩目的功能。因此，发光装置可以例如在远光模式下连续地操作，一旦迎面而来的车辆进入范围，发光装置就产生变暗区域。这确保了高水平的驾驶员舒适性和可视性，并因此增加了安全性。
图案可以形成投射到地面上(例如到道路上)的图像。图像是可见的(例如由驾驶员和/或其他用户可区分的)图案。图像可以执行以下功能中的一个或多个：增加地面上的标记的亮度(例如线和/或箭头，例如通过过度照明以便允许它们的对比度增加并且因此它们的可见度增加)；突出显示车辆所使用的道路的边缘；创建一种构成道路的表示(例如当不存在道路标记时)；创建对应于车辆的尺寸的标记(如果方向盘角度是集成的，这允许识别车辆的路径，从而在前部形成与倒车摄像机等价的等价物)；和/或显示向驾驶员提供辅助的任何类型的一条或多条信息(例如，关于安全、危险、或甚至诸如速度或方向的驾驶相关数据)。
该图案可以例如对应于比周围场景的其余部分被更好地照亮的局部区域，和/或对应于比周围场景的其余部分被较不明亮地照亮或者根本不被照亮的局部区域。在局部区域在道路本身上的情况下，图案可对应于被照明的局部区域。这允许驾驶员即使在该区域中也能继续看到道路，并且从而保持道路安全。在图案用于引起车辆驾驶员的注意的情况下，图案可对应于比场景的其余部分被更加明亮地照亮的局部区域。这允许驾驶员更容易看到它。此外，图案的轮廓可以变暗。这进一步增加了对比度，并因此增加了图案的可见性。该图案可以例如形成投射到道路上的图像，以引起车辆驾驶员注意。在这种情况下，图案相对于其周边的正对比度允许实现特别好的可视化。在另一示例中，该图案可对应于另一(汽车或非汽车)车辆，例如迎面而来的车辆。在这种情况下，该图案可以对应于该其他车辆在场景中所占据的位置。涉及图案相对于其周边的负对比度的变暗允许该另一用户不被眩目，并且因此确保道路安全。类似地，图案可以对应于由标志或另一反射物体所占据的位置。该物体的变暗使得可以避免反射，并且从而避免使驾驶员和/或其他用户眩目。
像素化光束可以由包括像素化光源的发光装置投射。光源能够与光学系统(被集成到装置中或未被集成到装置中)相互作用，该光学系统被布置成将由像素化光源发射的像素化光束投射到道路上。该方法可以包括利用这种发光装置投射像素化光束。相同的像素化光源可以发射总照明和图像二者。像素化光源是被分成多个可单独地控制的光源单元的光源。因此，由像素化光源发射的每个像素以及每个光源单元可以对应于投射的像素化光束的一个像素。于是，可以单独地控制像素化光源的每个像素的光强度，并因此可以单独地控制场景的每个像素的照度。像素化光源可以包括多于1000个像素。因此，发光装置可以投射高分辨率的图案。
像素化光源可以包括光源单元阵列。该阵列可以包括在平面中的大量的像素。在光源包括像素阵列并与光学系统相互作用的情况下，光学系统可具有与像素阵列的平面一致(即与像素化光源一致)的聚焦区。
像素化光源可以是DMD(数字微反射镜装置)，其中，微反射镜的旋转调制允许获得给定方向上的期望的光强度。像素化光源可以是LCD(液晶显示器)，所述LCD包括在其前面放置液晶的面光源。所述液晶能够移动，以便允许或阻止光的通过，并且从而形成像素化光束。该像素化光源可以是采用激光器将光线束发送到扫描系统的类型，该扫描系统将光线束分布在波长转换装置的表面上，例如包含发光体的片材。
像素化光源可以是电致发光源。电致发光源是包括至少一个电致发光元件的固态光源(固态照明阵列)。电致发光元件的例子包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或聚合物发光二极管(PLED)。像素化光源可以是半导体光源。每个电致发光元件或电致发光元件组可以形成一个像素，并且当它或它们的材料被供电时可以发光。电致发光元件可以每个都是半导体，即它们可以每个都包括至少一个半导体。电致发光元件可以主要由半导体制成。因此，当形成像素化光源的一个像素的电致发光元件或电致发光元件组发光时，可以说是发光像素。电致发光元件可以位于同一衬底上，并且例如沉积在衬底上或者通过生长获得并从衬底延伸。衬底可以主要由半导体制成。衬底可以包括一种或多种其它材料，例如非半导体材料。
像素化光源可以是单体半导体电致发光光源。光源可以例如是单体像素阵列。该光源可以例如是单体LED阵列。单体阵列包括位于同一衬底上(例如在衬底的同一面上)的至少50个电致发光元件，例如超过100、1000个或几千个电致发光元件。衬底可以包括蓝宝石和/或硅。单体阵列的像素可以通过巷道或街道彼此分离。因此，单体阵列可以形成像素网格。单体源是具有高密度像素的源。像素的密度可以高于或等于400像素每平方厘米(cm2)。换句话说，第一像素的中心和与第一像素相邻的第二像素的中心之间的距离可以等于或小于500微米(μm)。这个距离也被称为像素节距。
在第一配置中，特别地，对应于单体LED阵列的情况，阵列的电致发光元件中的每一个可以与其他电致发光元件电独立，并且独立于阵列的其他元件发射或不发射光。因此，每个电致发光元件可以形成一个像素。这种光源允许相对简单地实现高分辨率。
在第二配置中，电致发光元件具有"杆"的总体形状，例如亚毫米大小的尺寸。所述杆可各自垂直于所述衬底延伸，具有大体上圆柱形的形状，尤其是多边形横截面的，具有0.5μm与2.0μm之间且优选1μm的直径，具有1μm与10μm之间且优选8μm的高度，和/或具有至少60Cd/mm2且优选至少80Cd/mm2的亮度。两个紧邻的杆之间的距离可以被包括在3μm和10μm之间和/或为常量或变量。这些杆可以被布置成沿着杆(即沿着垂直于衬底的主延伸平面的方向)并从其端部发射光线。所述半导体可以包括硅。电致发光元件分布在各种可选择性地激活的发光区域中，从而每个像素由一个可选择性地激活的区域形成。这种像素化光源在体积和寿命方面以及实现非常高的分辨率方面具有优势。
像素化光源可以联接到控制单元，所述控制单元用于控制像素化光源的光发射。因此，控制单元可以控制(驱动)由发光装置进行的像素化光束的产生(例如发射)和/或投射。控制单元可以集成到发光装置中。控制单元可以安装在光源上，该组件从而形成发光模块。控制单元可以包括联接到存储器的处理器(或CPU，中央处理单元的首字母缩略词)，在该存储器中，存储有计算机程序，该计算机程序包含允许处理器执行生成信号的步骤的指令，该信号允许光源被控制以便执行该方法。因此，控制单元可以例如单独地控制一个像素化光源的每个像素的光发射。
控制单元可以形成能够控制电致发光元件的电子装置。控制单元可以是集成电路。集成电路，也称为电子芯片，是执行一个或多个电子功能并且可以例如在小体积中(即在小芯片上)包括若干类型的基本电子部件的电子部件。这使得电路易于实现。集成电路可以是例如ASIC或ASSP。ASIC(专用集成电路的首字母缩略词)是为至少一个特定应用(即为客户)开发的集成电路。因此，ASIC是专用(微电子)集成电路。通常，它具有许多独特的或定制的功能。ASSP(专用标准产品的首字母缩略词)是具有用于解决通常被标准化的应用的许多功能的集成(微电子)电子电路。ASIC被设计用于比ASSP更加特别(特定)的需要。电经由电子装置被供应给电致发光源，并因此被供应给电致发光元件，所述电子装置本身例如使用将其连接到电源的至少一个连接器来供电。电子装置从而向电致发光元件供电。因此，电子装置能够控制电致发光元件。
现在将参考图3-5讨论光学系统的各种示例。
示例的光学系统300，400每个都包括第一反射镜M11，所述第一反射镜被布置成收集和反射由像素化光源发射的像素化光束的光线；第二反射镜M12，所述第二反射镜被布置成反射由第一反射镜反射的光线；以及第三反射镜M13，所述第三反射镜被布置成接收由第二反射镜反射的光线并反射这些光线以便校正场像差。在这些示例中，第二反射镜M2大体上布置在光瞳位置，并接收由第一反射镜M11反射的所有光线。第一反射镜M11、第二反射镜M12和第三反射镜M13是自由形状式反射镜。第一反射镜M11是凹形的。在这些示例中，光学系统不包括任何其它反射镜。不过，下面的讨论也适用于其它情况，并且尤其是适用于光学系统包括一个或多个其它反射镜的情况。
在图3所示的第一配置中，光学系统300具有中空结构。在该示例中，M11、M12和M13都是分开的。作为变型，可以提供单个中空结构。每组或每个反射镜可以通过图中未示出的部件独立于其它反射镜而保持在发光装置中。这种中空结构使得可以获得轻量的光学系统300。M11被布置成收集并反射由像素化光源322发射的像素化光束的光线。由于光学系统的结构是开放的，所以没有封闭元件妨碍这种收集。M12被布置成反射由M11反射的光线；并且M13被布置成接收这些光线，以执行准直并投射像素化光束360。第三反射镜M13被布置成执行像素化光束360的准直并将其投射到道路上。
在图4中以透视示出的并且沿着图5中的垂直对称平面的第二配置中，光学系统400相反具有单体结构。反射镜M11、M12和M13形成单个零件402(即整体结构的一部分)。这使得可以防止反射镜相对于彼此的调整偏离，并且因此实现保持稳定的初始调整(例如出厂调整)。
单个零件402可以由透明材料制成，所述透明材料配备有形成反射镜M11、M12和M13中的一个、多个或全部的铝涂覆反射面。这使得制造简单成为可能，因为不需要考虑在光线的路径上遇到的壁402的布置。所述制造可以仅具有形成反射镜M11、M12和M13的铝涂覆反射面的布置作为制造约束。
在该第二配置中，光学系统400包括入射面582和出射面584。由像素化光源522发射的像素化光束经由入射面582进入，并被反射镜M11、M12和M13反射，并且出射面584执行光线的准直并将像素化光束投射到道路上。入射面582和出射面584，二者或者二者中的任何一个，可以被设置成校正场像差。这提高了整体性能。
例如可以基于TMA领域中公知的设计(例如诸如在前述文献US2012038812A中所描述的)，设计适合于根据上述示例中的任一个和/或配置中的任一个的机动车辆发光装置的光学系统，同时将光学系统的以下规格设置为约束：投射场高度(即在垂直平面中投射的像素化光束的最大角度)大于10°(例如+/-5°，符号“+/-”是相对于中心方向)、投射场宽度(即在水平面中投射的像素化光束的最大角度)大于40°(例如+/-20°)、收集能力(即f/D)小于3、分辨能力小于0.5°(至少在投射场的中心处的区域中)，以及光学系统的最大尺寸(即外部尺寸)小于300mm。所述最大尺寸可以是能够容纳光学系统的最小理论平行六面体的长度(例如图5的光学系统400的高度H)。
这使得可以获得一种光学系统，所述光学系统具有适于允许其集成到机动车辆发光装置中的尺寸，并且即使当像素化光源是高分辨率的并且光束包含完全使用最大分辨率的细节时，该光学系统也确保由发光装置的像素化光源发射的像素化光束的良好质量投射。具体地，低于0.5°的分辨能力和低于3的f/D是关于TMA的光学系统的相对低的规格，但是对于目标应用是足够好的。规格不再约束的事实允许满足目标应用的投射场和尺寸约束。
通过增加一个或多个以下约束可以进一步提高质量：约+/-15°或更大的投射场高度，约+/-40°或更大的投射场宽度，对于所有的投射场高于0.15°的分辨能力，在投射场的中心处的区域中高于或约为0.08°的分辨能力，约0.8的f/D，和/或约100×100×250毫米的尺寸。
作为比较，图1的TMA的光学系统102可以具有：+/-0.85°宽和+/-0.3°高的视场，约0.00005°的分辨能力，约24的f/D，以及为了满足这些限制，最大几米的尺寸。因此，这些尺寸的TMA不适合于通过汽车情况中的发光装置进行的像素化光束的投射。
图6示出了基于上述规格进行的仿真。对于每个结果，光线的几何散点图表示光学系统的性能。可以看出，对于0.45rad×1.4rad＝25°×80°的总场，投射的图像的分辨率约为2milli-rad＝0.1°。这表明所提出的光学系统确实适合于投射高分辨率的像素化光束。
图6的结果还使得可以看到光学系统可能具有畸变像差(有时大约30％)。由于这种像差与雾度无关联，而与图像的变形有关联，因此可以通过修改由源发射的要投射的图案的形状来数字地补偿这种类型的像差(即使例如当它为大约30％时)。
图7示出了用于通过诸如上述的发光装置投射像素化光束的方法的示例，所述方法允许进行这种数字补偿。
该方法包括提供S10用于通过投射像素化光束产生的光的分布(即图形)的设定点。换句话说，例如经由像素化源的控制单元请求将在场景上产生亮度值的期望时间和/或空间分布的光束。
然后，该方法包括例如通过控制单元确定对应于设定点的像素化光源上的光强度分布，并通过光学系统补偿光分布的失真。换句话说，控制单元确定它必须要求的光强度的什么样的空间和/或时间分布(在像素化的源上)以便在场景上实现所请求的光的分布。不过，代替通过计算发光像素的投射的完美反推来实现这一点，控制单元在计算中考虑光学系统的失真。特别地，为了建立场景的像素和光源的像素之间的对应，控制单元考虑一个或多个失真参数。例如，该方法可以使用光学系统的标称失真并产生相反的变形。这种补偿在图8中示出，图8示出了场景的像素的矩形网格在像素化光源822上的投射804，其中没有考虑失真。通过考虑投射，控制单元计算它必须请求的光强度的分布802而不是对应于投射804的分布。
然后，控制单元可以通过像素化光源控制具有确定的光强度分布的像素化光束的发射S30。因此，光学系统投射S40由光源发射的像素化光束，具有在计算中所提供的并且因此导致良好的图像的失真。
图9示出了包括像素化光源的发光模块的示意性示例。发光装置可以包括这样的发光模块。发光模块20包括高密度单体电致发光源22、保持光源22的印刷电路板或PCB25以及控制单体光源22的电致发光元件的控制单元27。可以设想PCB之外的任何保持器。控制单元27可以在任何其它位置，甚至在发光模块20的外部。所示的控制单元27是ASIC，不过其它类型的控制单元可以实现发光模块的功能。
图10示出了在透视图中看到的由车辆投射的像素化光束的示意性示例。机动车辆1配备有两个灯4，其中一个灯或每个灯包括至少一个发光装置7，发光装置7被配置成每个将像素化光束10投射到位于车辆1前方的场景5上。在该示例中，像素化光束10被配置成形成总照明6。总照明6可能受到法规的限制。像素化光束10还被配置成形成图案9。图案9的照度也受到法规的限制。在该示例中，它比第一部分9周围的照度高，这允许它通过正反差而变得可见。在该示例中，图案9是包含驾驶员辅助符号和文本信息的图像。图案9特别地涉及车辆的速度。发光装置7可以可替换地投射信号指示信息或者甚至是引导车辆1的驾驶员的信息。在其它示例中，装置7还可以投射其它图案。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆(1)的发光装置(7)，所述发光装置包括像素化光源(22、322、522、822)和光学系统(300、400)，所述光学系统被布置成投射由所述像素化光源发射的像素化光束(10、360、460)，所述光学系统包括：
-第一反射镜(M11)，所述第一反射镜被布置成收集和反射由像素化光源发射的像素化光束的光线，
-第二反射镜(M12)，所述第二反射镜被布置成反射由所述第一反射镜反射的光线，以及
-第三反射镜(M13)，所述第三反射镜被布置成反射由所述第二反射镜反射的光线，以便校正场像差。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述第三反射镜(M13)也被布置成准直和投射所述像素化光束。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述发光装置还包括光学部件，所述光学部件被布置成接收由所述第三反射镜反射的光线并且准直和投射所述像素化光束。
4.如权利要求1、2或3所述的发光装置，其中，所述第二反射镜(M12)大体上被布置在光瞳位置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的发光装置，其中，所述反射镜(M11、M12、M13)中的至少一个是偏离轴线的。
6.如权利要求5所述的发光装置，其中，所述反射镜(M11、M12、M13)中的至少一个是自由形状式反射镜。
7.如权利要求1至6中任一项所述的发光装置，其中，所述光学系统(300)具有中空结构。
8.如权利要求1至7中任一项所述的发光装置，其中，所述光学系统(400)具有单体结构。
9.如权利要求8所述的发光装置，其中，所述光学系统包括入射面(582)和出射面(584)。
10.如权利要求9所述的发光装置，其中，所述入射面(582)和/或所述出射面(584)被布置成校正场像差。
11.如权利要求1至10中任一项所述的发光装置，其中，所述光学系统具有以下特征中的至少一个：
-大于10°的投射场高度，
-大于40°的投射场宽度，
-低于3的收集能力(f/D)，
-至少在投射场的中心处的区域中低于0.5°的分辨能力，和/或
-小于300毫米的最大尺寸(H)。
12.如权利要求1至11中任一项所述的发光装置，还包括控制单元(25)，所述控制单元包括与存储器相关联的处理器，所述存储器存储包括用于执行一种方法的程序代码指令的计算机程序，所述方法包括：
-提供(S10)用于通过投射所述像素化光束产生的光分布的设定点；
-确定(S20)与设定点对应的在所述像素化光源上的光强度分布，并通过所述光学系统补偿光分布的失真；
-通过像素化光源发射(S30)具有确定的光强度分布的像素化光束；以及
-通过光学系统投射(S40)由所述像素化光源发射的像素化光束。
13.一种用于通过如权利要求1至12中任一项所述的发光装置投射像素化光束的方法，所述方法包括：
-提供(S10)用于通过投射所述像素化光束产生的光分布的设定点；
-确定与设定点对应的在像素化光源上的光强度分布，并通过所述光学系统补偿光分布的失真；
-通过像素化光源发射具有确定的光强度分布的像素化光束；以及
-通过光学系统投射由所述像素化光源发射的像素化光束。
14.一种包括程序代码指令的计算机程序，所述程序代码指令用于当所述计算机程序由控制单元执行时执行如权利要求13所述的方法，所述控制单元用于控制通过机动车辆发光装置进行的像素化光束的投射，所述机动车辆发光装置包括像素化光源、联接到所述像素化光源的所述控制单元、和光学系统，所述光学系统被布置成投射由所述像素化光源发射的像素化光束(10)。
15.一种机动车辆灯(4)，包括如权利要求1至12中任一项所述的发光装置。
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