CN202419429U - 基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置 - Google Patents

基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置 Download PDF

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Abstract

基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置，由光源、反射镜、数字微镜元件、导光管、投影透镜、矫正透镜，光源配置有反射镜，光源一侧有第一导光管，第一导光管前方有矫正透镜，矫正透镜前方为数字微镜元件，数字微镜元件一侧是投影透镜，数字微镜元件侧前方是第二导光管，第二导光管一侧是投影透镜，本装置既能充分利用数字微镜元件向两侧反射的光线，又能方便的实现自适应前照灯的各种照明要求，可以实现远光、近光、高速道路照明、弯道照明等的不同功能，并且容易加工，成本相对较低。

Description

基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置
技术领域
本实用新型涉及一种汽车前照灯的技术领域，尤其是基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置。
背景技术
传统的汽车前照灯系统主要是由近光灯、远光灯等模块组合而成，其光束都是固定的，只能简单的在远光灯、近光灯之间切换，实现的功能少，可靠性低，不能满足越来越高的汽车行驶安全要求，实际使用中传统的前照灯存在着诸多缺点，例如，汽车在转弯时，由于前照灯的角度受到限制，存在照明暗区，会影响司机对弯道上障碍物的判断；车辆高速行驶的时候，由于照射距离有限，影响驾驶员对前方障碍物的可视性，不能保证安全制动距离，降低了车辆行驶的主动安全性；对于城市公路来说，照明条件较好，且车流人流密度都比较大，此时传统前照灯容易产生炫目。为此国外提出了自适应前照灯的概念，可以方便智能的实现远光、近光、高速道路照明、城市道路照明和弯道照明等不同功能，欧洲和日本已相继开始研制这种自动适应车辆行驶状态的前照灯系统，但现有的自适应前照灯不能实现多种功能，光学结构过于复杂，导致成本高、可靠性差、难以制作。因此迫切需要一种新的自适应前照灯。
公开号为“US 6,497,503B1”名称为“Headlamp system with selectable beam pattern”的美国专利，利用数字微镜元件来设计一套自适应前照灯，但其仅利用了数字微镜元件上微镜向一侧翻转时反射的光能，数字微镜元件上微镜向另一侧翻转时反射的光能就损失掉，光能没有得到充分利用。A.Günther的论文“Optical concept for an active headlamp with aDMD array”，发表在Proceedings of SPIE 7003，70032D(2008)，把数字微镜元件上微镜向一侧翻转时反射的光能投影到配光屏幕，而微镜向另一侧翻转反射的光能直接被吸收掉，光能没有得到充分利用。另外，Chuan-Cheng Hung等人的论文“Optical design of automotiveheadlight system incorporating digital micromirror device”，发表在Applied Optics，Vol.49，Issue22，pp.4182-4187(2010)，提出通过自由曲面反射器收集被数字微镜元件反射出的光线，再通过投影透镜透射到配光屏幕上，其缺点是该自由曲面设计极为复杂，无法实现自适应前照灯的多种光斑，只能简单实现传统远光灯、近光灯，且自由曲面加工困难，成本上升。
发明内容
为了解决上述技术难题，本实用新型提供了一种基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置。
本实用新型通过下述技术方案来解决上述问题：
基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置，由光源、反射镜、数字微镜元件、导光管、投影透镜和矫正透镜构成，光源配置有反射镜，光源前方有第一导光管，第一导光管前方有矫正透镜，矫正透镜前方为数字微镜元件，数字微镜元件一侧是投影透镜，数字微镜元件斜侧是第二导光管，第二导光管一侧是投影透镜。
导光管的横截面为矩形，第一导光管横截面的长宽比与数字微镜元件上所有微镜构成的矩形的长宽比一致。
数字微镜元件的型号为DLP1700。
数字微镜元件器件(Digital Micro mirror Device)，简称为DMD，它在一个芯片上集成了大约数百万个微镜，由微控制器控制，在电子开关的作用下，每个微镜都可独立高频翻转到正向、反向两个位置，微控制器通过脉冲宽度大小来控制每个微镜的翻转后保持的时间，在屏幕上产生不同亮度的灰度等级图像。通过一定的微镜阵列组合就可以实现期望的光斑效果。
DMD芯片上微镜的翻转由微控制器来控制，微控制器收集各种信号，然后给DMD芯片输送相应的控制信号，从而产生相应的光斑。
本实用新型的有益效果是：本装置既能充分利用数字微镜元件向两侧反射的光线，又能方便的实现自适应前照灯的各种照明要求，可以实现远光、近光、高速道路照明、弯道照明等的不同功能，并且比自由曲面容易加工，成本相对较低。
附图说明
图1是光路示意图，光源发出光线，被第一导光管接收，经第一导光管匀光后，出射的光线通过矫正透镜，照射到数字微镜元件上，微镜翻转至+12度位置后，反射的光线被第二导光管收集，经投影透镜投射到配光屏幕上，产生辅助光斑，微镜翻转至-12度位置后，反射的光线通过投影透镜投射到配光屏幕上，产生主光斑。
图2是实际光路示意图。
图3是近光灯配光示例，A部分为主光斑，B部分为矩形辅助光斑，B叠加在A上。
图4是远光灯配光示例，A部分为主光斑，B部分为矩形辅助光斑，B叠加在A上。
图5是左转弯时照明配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形辅助光斑，B叠加在A上。
图6是右转弯时照明配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形辅助光斑，B叠加在A上。
图7是高速道路照明配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形辅助光斑，B叠加在A上。
图中1.光源，2.第一导光管，3.矫正透镜，4.数字微镜元件，5.微镜，6.第二导光管，7.投影透镜，8.投影透镜，9.配光屏幕。
具体实施方式
下面结合附图和实例讲述具体实施方案。
下文中所述的标准具体指国家标准《GB 4599-2007汽车用灯丝灯泡前照灯》。
图1中，光源发出光线，被第一导光管接收，经第一导光管匀光后，出射的光线通过矫正透镜，照射到数字微镜元件上，微镜可在+12度和-12度两个位置高频翻转，微镜翻转至+12度位置后，反射的光线被第二导光管收集，经第二导光管匀光后，再经投影透镜投射到配光屏幕上，产生辅助光斑，其形状为矩形，如图3和图4中的B部分。
微镜翻转至-12度位置后，反射的光线经投影透镜投射到配光屏幕上，产生主光斑。
图2中，展现了实际光路示意图，光源发出光线被第一导光管收集，经第一导光管匀光后，出射的光线经矫正透镜，照射到数字微镜元件上，微镜翻转至+12度位置后，反射的光线被第二导光管收集，经第二导光管匀光后，经投影透镜投射到配光屏幕上，产生辅助光斑，微镜翻转至-12度位置后，反射的光线经投影透镜投射到配光屏幕上，产生主光斑。
图3是近光灯配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形，为辅助光斑，B部分叠加在A部分上面，共同形成满足标准的近光灯光斑。
图4是远光灯配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形，为辅助光斑，B部分叠加在A部分上面，共同形成满足标准的远光灯光斑。
图5是左转弯时照明配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形，为轴助光斑，B部分叠加在A部分上面，共同形成满足标准的光斑。
图6是右转弯时照明配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形，为辅助光斑，B部分叠加在A部分上面，共同形成满足标准的光斑。
图7是高速道路照明配光示例图，A部分为主光斑，B部分为矩形，为辅助光斑，B部分叠加在A部分上面，共同形成满足标准的光斑。
主光斑的形状及照度分布是可以根据照明需要而做出调整，可以满足远光、近光、高速道路照明和弯道照明等不同照明需要。
配光屏幕上主光斑形状由数字微镜元件上翻转至-12度位置的微镜构成的区域形状确定，主光斑在配光屏幕上每一点的照度大小，受与其对应的微镜在-12度位置停留时间与+12度位置停留时间的比值影响，该比值越大，对应配光屏幕上点的照度越大，当微镜一直停留在-12度位置时，其对应配光屏幕上点的照度值最大，当微镜一直停留在+12度位置时，其对应配光屏幕上点的照度值为零。
数字微镜元件上微镜翻转到+12度时，反射的光线全部被第二导光管收集，用来产生辅助光斑，辅助光斑形状为矩形，辅助光斑的照度分布是均匀的。
辅助光斑配合主光斑，共同形成符合标准的照明光斑。
在本实施例中，微镜翻转至+12度时对应的是辅助光斑，翻转至-12度时对应的是主光斑，然而在实际使用中，微镜翻转至+12度时对应主光斑，翻转至-12度时对应辅助光斑，都是可以的，并且辅助光斑的形状也可以为其他形状。
数字微镜元件由微控制器控制，微控制器接收传感器采集的环境光强、车速、转向、道路状况以及GPS等信号，经过控制逻辑和算法，产生控制命令给数字微镜元件，实现对数字微镜元件上每个微镜的独立控制，从而到达预期的照明效果。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及功效，以及部分的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置，其特征为：由光源、反射镜、数字微镜元件、导光管、投影透镜和矫正透镜构成，光源配置有反射镜，光源前方有第一导光管，第一导光管前方有矫正透镜，矫正透镜前方为数字微镜元件，数字微镜元件一侧是投影透镜，数字微镜元件斜侧是第二导光管，第二导光管一侧是投影透镜。
2.根据权利要求1所述的基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置，导光管的横截面为矩形，其特征为：第一导光管横截面的长宽比与数字微镜元件上所有微镜构成的矩形的长宽比一致。
3.根据权利要求1所述的基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置，其特征为：数字微镜元件的型号为DLP1700。
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