CN206592976U - 一种智能车灯模组用中继透镜组 - Google Patents

Abstract

一种智能车灯模组用中继透镜组，所述智能车灯模组包括：激光光源阵列，激光准直单元，透射式荧光轮，DMD芯片系统及投影透镜组，所述中继透镜组设置于动态透射式荧光轮和DMD芯片系统之间，包括：第一透镜单元，反射镜及第二透镜单元，所述第一透镜单元安装于荧光轮出光面，即荧光轮背后，将由荧光轮转换出的朗伯分布的白光收集，所述反射镜接受来自第一透镜单元的白光，并将所述白光反射至第二透镜单元，由第一透镜单元经反射镜反射至第二透镜单元的光学路径呈“Z”型分布，缩小整个模组的体积。采用本实用新型中继透镜组的智能车灯模组，利用DMD芯片作为高分辨率光阀器件的特性，实现ADB功能的超高分辨率。

Description

一种智能车灯模组用中继透镜组

技术领域

本实用新型涉及车灯，具体地，本实用新型涉及一种智能车灯模组。更具体地，本实用新型涉及一种智能车灯模组用中继透镜组及其应用。所述一种智能车灯模组安形成的暗区只有对方驾驶员在不同位置时的头部的大小，其他空间依然保持完全没有目标时的高亮度照明，这样对方不会被炫目。

背景技术

随着车辆夜间行驶安全问题日益突出，越来越对的汽车相关制造商在研发新型智能车灯技术。所谓新型智能车灯技术主要是以同时实现AFS和ADB功能为目的开发的光型可变车灯。

举例来说，具有ADB功能的大灯，配合车辆的探测系统。在侦测发现道路上其他参与者(比如相向、同向行驶的车辆或行人等)处于大灯照明的某一区间内时，系统可智能的调节该区间的照明亮度，避免对被照明者形成危险的炫目，而没有其他道路参与者的空间继续保持高亮度的照明。在这样的技术支持下，既能保证我方(搭载LED自适应大灯的汽车驾驶员)的前方高质量照明，又不会对道路上其他参与者(比如相向、同向行驶的车辆或行人等)形成危险的炫目，保证了道路上各方的夜间驾驶安全。

现有的解决方案之一，是所谓的基于MATRIX技术的矩阵大灯，这种技术方案将整个前照灯的照明空间连续的分割成不同的区块，每个区块由数量不同的LED来负责照明，通过熄灭特定区块的LED，可以提供最小约1°的暗区。

不过包括上述矩阵大灯技术方案在内，现有实现这种照射范围可调的灯具，都存在一个共同的问题，那就是系统形成暗区的最小角度依然太大。也就是说，形成的暗区虽然可以使得目标车辆的驾驶员不炫目，但是暗区的范围也已经大大超过目标所需的车宽，造成我方需要照明区域的损失。例如前面提到的矩阵大灯，最小可提供1°的暗区。该暗区的实际横向宽度视目标与我方距离而定的，比如在ADB希望发挥作用的400米处，暗区的宽度为(400米*tan 1°)＝6.98米，而实际车宽(以普通乘用车为例)约1.9米，显然暗区过大了。

所谓ADB功能，最理想的情况是，由智能大灯形成的暗区只有对方驾驶员在不同位置时头部的大小，其他空间依然保持完全没有目标时的高亮度照明，这样对方不会被炫目，我方也可以尽可能的照亮行驶路线上的任何区域。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了改进上述问题，提供一种智能车灯模组用中继透镜组及其应用，所述智能车灯模组的汽车头灯照明采用高分辨率大灯。

本实用新型一种智能车灯模组用中继透镜组技术方案如下：

一种智能车灯模组用中继透镜组，所述智能车灯模组包括：激光光源阵列，激光准直单元，透射式荧光轮，DMD芯片系统及投影透镜组，

激光光源阵列包含多颗大功率蓝光半导体激光元件，

激光准直单元包含与所述激光光源阵列的LED光源元件一一对应的透镜，以收集各激光光源发出的光线，并将所述激光光源光线准直为平行光，

透射式荧光轮将由激光光源阵列产生、激光准直单元准直为平行光的蓝色单波长小光斑照射在荧光轮入射面，转换成符合车灯照明需要的白色复合光谱，在荧光轮的背面输出，

其特征在于，

所述中继透镜组设置于动态透射式荧光轮和DMD芯片系统之间，包括：第一透镜单元，反射镜及第二透镜单元，

所述第一透镜单元安装于荧光轮出光面，即荧光轮背后，将由荧光轮转换出的朗伯分布的白光收集，

所述反射镜接受来自第一透镜单元的白光，并将所述白光反射至第二透镜单元，

由第一透镜单元经反射镜反射至第二透镜单元的光学路径呈“Z”型分布。

根据本实用新型，在中继透镜组的光路内，采用反射镜，在适当的位置折叠光路，使得整个模组的体积或者某一方向上的尺寸可以明显减小，适应车灯内部的器件布局需要。

根据本实用新型所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述中继透镜组第二透镜单元将由荧光轮转换出的朗伯分布的白光收集后，照射在设置于中继透镜组后方的DMD芯片上，以便DMD 芯片执行空间光调制。

然后，由投影透镜组将经过DMD调制过的光线放大投影出去，形成车灯的最终照明光型。

根据本实用新型所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述第一透镜单元设置于动态投射式荧光轮背后，包括第一、二两块透镜，所述中继透镜组一共包含三块透镜和一块反射镜，以将荧光轮背面已经转换为白色的光斑发出的光线收集起来，并且将上述白色光斑通过中继透镜组放大成像于DMD芯片的工作面上，放大后的光斑尺寸与DMD的微镜阵列工作面尺寸一致。

根据本实用新型所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述反射镜处于中继透镜组中的第二和第三块透镜之间，以将整个第一，第二透镜的光轴在反射镜处折叠，使得光轴偏转，成为第三块透镜的光轴。

根据本实用新型所述特征，原本三块透镜的共光轴时的工作距离较长，达到98mm，若依次展开，占用车灯内宝贵空间。若原本的中继透镜组在俯视角下的投影尺寸将达到81*55mm，采用在适当位置加入反射镜，将整体光路折叠后，中继透镜组的上述投影尺寸将缩小为61*38mm。

根据本实用新型，为达到相同的效果，所述透镜可作多种组合，关键是实现了上述的将荧光轮背后白色光斑放大成像至DMD工作面的任务，现在的设计器放大率为4.12倍，以达到本实用新型光学设计的关键。

根据本实用新型所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述第二透镜单元设置于反射镜与DMD芯片正面之间光路上。

根据本实用新型所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述第三透镜与第一，二透镜的光轴的夹角为130°±15°。

根据本实用新型所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述反射镜位于第二块透镜出光面后光轴方向上17.8mm±11mm 高度位置。

根据本实用新型，通过安装在透镜前的镀膜反光镜阵列，将左右两个方向射来的准直光线全部反射向同一方向，即所有激光器发出的光线，已全部准直为相同方向的平行光，激光准直单元沿着安装于模组上方的汇聚透镜组的光轴进入汇聚透镜组。通过汇聚透镜组将所有激光器发出的光线汇聚于荧光陶瓷的正面上的一个点。

根据本实用新型，输出的光斑空间能量分布为朗伯型。同时由于激光照射功率比较大，采用动态旋转的荧光轮的方案，避免激光长时间照射同一点导致荧光陶瓷损坏。

荧光轮背面的白色光斑的尺寸形状，与照射在其正面的激光光斑对应，但都远小于DMD工作面的尺寸。中继透镜组经过设计，可以将荧光轮背面的白色光斑放大后成像于DMD芯片的工作面上，尺寸符合 DMD工作面的要求，尽量避免光线照射到工作面以外的区域，提高效率。

DMD芯片是一种由德州仪器公司开发、生产，用以实现电子输入、光学输出的微机电系统(MEMS)，开发人员可借助该系统执行高速、高效及可靠的空间光调制。

根据本实用新型所述智能车灯模组用中继透镜组的应用，用于一种智能车灯模组，所述智能车灯模组包括：激光光源阵列，激光准直单元，动态透射式荧光轮，DMD芯片系统及投影透镜组，

激光光源阵列组包含多颗大功率蓝光半导体激光元件，

激光准直单元包含了与所述LED光源数量一一对应的透镜，以收集各激光光源发出的光线，并将所述激光光源光线准直为平行光，

动、静态透射式荧光轮将由激光光源阵列产生、照射在荧光轮入射面，即正面的蓝色单波长小光斑，转换成符合车灯照明需要的白色复合光谱，在荧光轮的背面输出，

其特征在于，

当DMD工作面内的某一像素处于“开”状态时，通过中继透镜组来的光线，会被DMD上的这一特定像素的反射进入投影透镜组的入瞳范围，从而被投影透镜组投射出去(在屏幕上)形成一个点亮的像素，如果某一像素处于“关”状态，那么将把照射在其上的光线反射进入布置于DMD芯片系统内的吸光器，由于该像素上的光线未被投影透镜组接受到，所以(在屏幕上)相应的会形成暗像素。

根据本实用新型，每一个DMD都含有最多200万个独立控制的微镜(构建于相应的CMOS存储单元上)(已知技术)。

每一个DMD都含有最多200万个独立控制的微镜(构建于相应的CMOS存储单元上)。在运行期间，DMD控制器为每个基本存储单元加载一个“1”或一个“0”。接下来会施加镜像复位脉冲，这会引起每个微镜静电偏离大约一个铰链，从而达到相应的+/-12°状态。由于会受到两个弹簧顶针的阻力而物理停止，这两个有效状态的偏离角度是可重复的。在投影系统中，+12°状态对应“开”像素， -12°状态对应“关”像素。通过对每个镜片的开/关占空比进行编程来创建灰度图形，并且可以多路复用多个光源以创建RGB全彩图像。在其他应用中，+/-12°状态为两个通用输出端口提供一个图形及其反向图形。

根据本实用新型所述所述一种智能车灯模组，投影透镜组的目的在于，将经过DMD调制过的光线放大投影出去，形成车辆最终的照明光型。

具体来说，当DMD工作面内的某一像素处于“开”状态时，通过中继透镜组来的光线，会被DMD上的这一特定像素的反射进入投影透镜组的入瞳范围，从而被投影透镜组投射出去(在屏幕上)形成一个点亮的像素，如图6所示。如果某一像素处于“关”状态，那么将把照射在其上的光线反射进入布置于DMD芯片系统内的吸光器，由于该像素上的光线未被投影透镜组接受到，所以(在屏幕上)相应的会形成暗像素。

根据本实用新型，整套光学设计方案的工作过程是，由蓝色激光光源和激光准直单元形成汇聚光斑；照射在透射式动态荧光轮上，由荧光陶瓷将单色蓝光转换成白色复合波长光线；中继透镜组收集荧光轮背面发出的光线，并将荧光轮背面的白色光斑成像于DMD芯片表面上工作区域内；DMD根据实际车载智能大灯的需求，打开或者关闭其上的各种可控像素，具体为打开的像素将可使得该像素上反射的光线进入后续投影透镜组，从而被投影出去形成照明像素，而被DMD芯片关闭的像素，将使得该像素上光线偏折、无法进入后续的投影透镜组，从而形成暗像素；最终处于打开状态的像素上的反射光线将进入投影透镜组，从而被投影出去，形成智能车载大灯所需的明暗照明图形。

根据本实用新型，采用激光光源阵列，将多束激光汇聚于荧光轮的一点；荧光轮采用透射式方案，并且是动态旋转的，将照射于荧光轮正面的单色激光光斑转换为复色白光在荧光轮的背面输出；采用中继透镜组，将荧光轮背面的白色光斑成像于DMD芯片的工作面上，并且采用反射镜将整个模组的光路在适当位置折叠，形成“Z”字形分布，缩小整个模组的体积；采用多片透镜形成投影透镜组，将DMD 上处于“开”状态的像素的反射光线投影出去，形成车辆前照灯照明。利用DMD芯片作为高分辨率光阀器件的特性，实现ADB功能的超高分辨率，为智能大灯的各种功能提供保障。

根据本实用新型，采用DMD数字微镜器件，与激光阵列光源，动态透射型荧光陶瓷组合，创造了一种新的车灯照明光学模组设计方案，提供了一种实现高分辨率智能大灯的光学解决方案。并且该方案采用激光光源，由激光、准直阵列形成的光斑会远小于LED光源，因此整个系统的体积会大幅缩小，并且重要的是，系统的光学效率会高于采用LED光源的类似装置。

根据本实用新型，既能保证我方(搭载本实用新型技术方案的 LED自适应大灯的汽车驾驶员)的前方高质量照明，又不会对道路上其他参与者(比如相向、同向行驶的车辆或行人等)形成危险的炫目，保证了道路上各方的夜间驾驶安全。

附图说明

图1为采用本实用新型中继透镜组的一种智能车灯模组结构示意图。

图2A，图2B分别为采用本实用新型中继透镜组的一种智能车灯模组的激光光源阵列立体示意图。

图3A-图3B分别为图2A及图2B的激光光源阵列二侧视图。

图3C为图3B的A-A处剖视图，显示激光准直单元将光线沿着安装于模组上方的汇聚透镜组的光轴进入汇聚透镜组，汇聚于荧光陶瓷正面上的点的工作示意图。

图4A,图4B分别为透射式动态荧光轮立体图。

图4C-图4D分别为透射式动态荧光轮主视图、俯视图及侧视图。

图4E为采用本实用新型中继透镜组的车用超高光通量光源模组工作示意图。

图4F为图4E的A-A向剖视图。

图5A-图5C分别为采用本实用新型中继透镜组的智能车灯模组结构的中继透镜组的主视图、仰视图及侧视图。

图5D为图5C的智能车灯模组结构的中继透镜组的A-A向剖视图。

图6A为采用本实用新型中继透镜组的一种智能车灯模组结构的投影透镜组与DMD芯片系统立体示意图。

图6B为采用本实用新型中继透镜组的一种智能车灯模组结构的投影透镜组与DMD芯片系统一侧视图。

图6C为图6B的A-A向剖视图，显示本实用新型的一种智能车灯模组结构的DMD芯片系统工作面内的像素处于“关”状态示意图。

采用本实用新型中继透镜组的一种智能车灯模组结构的DMD芯片系统工作面内的像素处于“开”、“关”态示意图。

图7为采用本实用新型中继透镜组的一种智能车灯模组结构的核心部件及光学路程示意图，其中，显示了智能车灯模组结构的DMD 芯片系统工作面内的像素处于“开”、“关”态的光学路程，并展示了中继透镜组通过反射镜将整个模组的光路在适当位置折叠，形成“Z”字形分布，缩小整个模组体积的意图。

图8，同图3C,显示激光准直单元将光线沿着安装于模组上方的汇聚透镜组的光轴进入汇聚透镜组，汇聚于荧光陶瓷正面上的点的工作示意图。

图9A为采用本实用新型中继透镜组的车用超高光通量光源模组工作原理示意图。

图9B为图9A侧视图。

图9C为图9B的A-A向剖视图。

图10为由激光光阵列和荧光轮构成的车用超高光通量光源模组零件爆炸示意图。

图中，1-1为激光光源阵列，2为激光准直单元，3为透射式动态荧光轮，4为中继透镜组，5-1为DMD芯片系统，5-2为DMD芯片工作面，6为投影透镜组，7为汇聚透镜组，8为激光光源散热系统， 9为安装支架，10为准直透镜阵列，11为半导体激光器陈列，12为汇聚激光斑，13为镀膜反光镜阵列，14为光线吸收体。

具体实施方式

实施例

一种新型智能车灯模组，包括：包含16-42颗大功率蓝光半导体激光元件的激光光源阵列，激光准直单元，动态透射式荧光轮，中继透镜组，DMD芯片系统及投影透镜组，

激光准直单元包含了与所述LED光源数量一一对应的透镜，以收集各激光光源发出的光线，并将所述激光光源光线准直为平行光，

动态透射式荧光轮将由激光光源阵列产生、照射在荧光轮入射面，即正面的蓝色单波长小光斑，转换成符合车灯照明需要的白色复合光谱，在荧光轮的背面输出，

中继透镜组安装于荧光轮出光面，即背面后方，将由荧光轮转换出的朗伯分布的白光收集，并照射在中继透镜组后方的DMD芯片上，

DMD芯片是用以实现电子输入、光学输出的微机电系统(MEMS)，执行空间光调制，

投影透镜组将经过DMD调制过的光线放大投影出去，形成车灯的最终照明光型。

根据本实用新型，通过安装在透镜前的镀膜反光镜阵列，将左右两个方向射来的准直光线全部反射向同一方向，即所有激光器发出的光线，已全部准直为相同方向的平行光，激光准直单元沿着安装于模组上方的汇聚透镜组的光轴进入汇聚透镜组。通过汇聚透镜组将所有激光器发出的光线汇聚于荧光陶瓷的正面上的一个点，如图3C，图 4F,图8所示。

根据本实用新型，输出的光斑空间能量分布为朗伯型。同时由于激光照射功率比较大，采用动态旋转的荧光轮的方案，避免激光长时间照射同一点导致荧光陶瓷损坏，如图4A-F，图10所示。

荧光轮背面的白色光斑的尺寸形状，与照射在其正面的激光光斑对应，但都远小于DMD工作面的尺寸。中继透镜组经过设计，可以将荧光轮背面的白色光斑放大后成像于DMD芯片的工作面上，尺寸符合 DMD工作面的要求，尽量避免光线照射到工作面以外的区域，提高效率，如图5D,图7所示。

DMD芯片是一种由德州仪器公司开发、生产，用以实现电子输入、光学输出的微机电系统(MEMS)，开发人员可借助该系统执行高速、高效及可靠的空间光调制。每一个DMD都含有最多200万个独立控制的微镜(构建于相应的CMOS存储单元上)。

具体来说，当DMD工作面内的某一像素处于“开”状态时，通过中继透镜组来的光线，会被DMD上的这一特定像素的反射进入投影透镜组的入瞳范围，从而被投影透镜组投射出去(在屏幕上)形成一个点亮的像素，如图6C所示。如果某一像素处于“关”状态，那么将把照射在其上的光线反射进入布置于DMD芯片系统内的吸光器，由于该像素上的光线未被投影透镜组接受到，所以(在屏幕上)相应的会形成暗像素。在运行期间，DMD控制器为每个基本存储单元加载一个“1”或一个“0”。接下来会施加镜像复位脉冲，这会引起每个微镜静电偏离大约一个铰链，从而达到相应的+/-12°状态。由于会受到两个弹簧顶针的阻力而物理停止，这两个有效状态的偏离角度是可重复的。在投影系统中，+12°状态对应“开”像素，-12°状态对应“关”像素。通过对每个镜片的开/关占空比进行编程来创建灰度图形，并且可以多路复用多个光源以创建RGB全彩图像。在其他应用中，+/-12°状态为两个通用输出端口提供一个图形及其反向图形。

根据本实用新型，采用DMD数字微镜器件，与激光阵列光源，动态透射型荧光陶瓷组合，创造了一种新的车灯照明光学模组设计方案，提供了一种实现高分辨率智能大灯的光学解决方案。并且该方案采用激光光源，由激光、准直阵列形成的光斑会远小于LED光源，因此整个系统的体积会大幅缩小，并且重要的是，系统的光学效率会高于采用LED光源的类似装置。

根据本实用新型，既能保证我方(搭载本实用新型技术方案的 LED自适应大灯的汽车驾驶员)的前方高质量照明，又不会对道路上其他参与者(比如相向、同向行驶的车辆等)形成危险的炫目，保证了道路上各方的夜间驾驶安全。

Claims (7)

1.一种智能车灯模组用中继透镜组，所述智能车灯模组包括：激光光源阵列，激光准直单元，透射式荧光轮，DMD芯片系统及投影透镜组，

激光光源阵列包含多颗大功率蓝光半导体激光元件，

激光准直单元包含与所述激光光源阵列的LED光源元件一一对应的透镜，以收集各激光光源发出的光线，并将所述激光光源光线准直为平行光，

透射式荧光轮将由激光光源阵列产生、激光准直单元准直为平行光的蓝色单波长小光斑照射在荧光轮入射面，转换成符合车灯照明需要的白色复合光谱，在荧光轮的背面输出，

其特征在于，

所述中继透镜组设置于动态透射式荧光轮和DMD芯片系统之间，包括：第一透镜单元，反射镜及第二透镜单元，

所述第一透镜单元安装于荧光轮出光面，即荧光轮背后，将由荧光轮转换出的朗伯分布的白光收集，

所述反射镜接受来自第一透镜单元的白光，并将所述白光反射至第二透镜单元，

由第一透镜单元经反射镜反射至第二透镜单元的光学路径呈“Z”型分布。

2.如权利要求1所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述中继透镜组第二透镜单元将由荧光轮转换出的朗伯分布的白光收集后，照射在设置于中继透镜组后方的DMD芯片上，以便DMD芯片执行空间光调制。

3.如权利要求1所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述第一透镜单元设置于动态投射式荧光轮背后，包括第一、二两块透镜，所述中继透镜组一共包含三块透镜和一块反射镜，以将荧光轮背面已经转换为白色的光斑发出的光线收集起来，并且将上述白色光斑通过中继透镜组放大成像于DMD芯片的工作面上，放大后的光斑尺寸与DMD的微镜阵列工作面尺寸一致。

4.如权利要求3所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述反射镜处于中继透镜组中的第二和第三块透镜之间，以将整个第一，第二透镜的光轴在反射镜处折叠，使得光轴偏转，成为第三块透镜的光轴。

5.如权利要求1所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述第二透镜单元设置于反射镜与DMD芯片正面之间光路上。

6.如权利要求4所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述第三块透镜与第一，二透镜的光轴的夹角为130°±15°。

7.如权利要求1所述一种智能车灯模组用中继透镜组，其特征在于，

所述反射镜位于第二块透镜出光面后光轴方向上17.8mm±11mm高度位置。