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CN112969887B - 微led作为光源的车辆大灯 - Google Patents

微led作为光源的车辆大灯 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆大灯(4)，它具有光源和可调的物镜。根据本发明的车辆大灯的特点是，该光源被设计成具有多个微光源的阵列(5)，并且该可调的物镜包括至少三个透镜组件(K1,K2,K3)，其中的至少两个透镜组件被设计成能够沿着光轴(6)移动以调节焦距和焦平面。

Description

微LED作为光源的车辆大灯
技术领域
本发明涉及一种具有光源和可调的物镜的车辆大灯。
背景技术
具有光源和可调的物镜的车辆大灯基本上已由现有技术公开。与此相关，例如可以参考DE 10 2006 053 019 A1。在这里，可调的物镜包括至少一个可运动的透镜，其与反光镜和作为光源的气体放电灯合作。由此得到了相应扩宽光束的可能性，即，可通过调节焦距来最终改变在照明平面内的投影放大率。在实践中随之而来的缺点是模糊，这是因为在与结构有关地预设的照明平面中仅在相应焦距情况下才能获得清晰的图像。尤其当应通过适当措施熄灭远光锥的一部分以便例如避免对向交通眩目时，这种模糊是一个严重缺点。
但是，技术趋势正恰好日益朝着这个方向发展。即，应该通过环境传感器来测知机动车周围环境。然后将所测物体分类，并在必要时通过相应开启大灯光源来照亮或恰好不将其照亮，例如迎面驶来的车辆，以免其眩目。与此相关，DE 10 2015 013 271 A1描述了一种具有LED像素光源的结构，该结构可做到这一点。接着，DE 10 2015 013 271 A1尤其描述了需要一种清晰成像的光学元件，用于将光源的所需光图就像原本所想的那样呈现在照明平面内和进而“投射到道路上”。但缺点是，相应的光学元件只能正好在一距离下实现真正清晰图像。但是，根据交通状况而出现不同的照明平面距离，这可能会带来问题。因此缘故，所提到的文献提出在光学元件和像素光源阵列之间的运动，这种运动在这里尤其通过使像素光源阵列倾斜来进行。
实际上，这是相对复杂的且就在不同距离下的调焦而言是相对受限的。此外，因焦距基本保持不变而无法扩宽光源光束，故无法做到在照明平面内的成像就其尺寸而言的独立调整。
从其它现有技术且在此尤其是舞台照明技术领域、例如WO 2011/020920 A1或DE20 2011 000 481 U1中也知道具有可变物镜的探照灯。
发明内容
现在，本发明的任务在于，关于其应用目的而言进一步改善具有光源和能够被调节的物镜的车辆大灯、尤其是用于车辆的前大灯。
首先，不同于迄今从现有技术中已知的大灯，本发明的车辆大灯采用具有多个微光源的阵列作为光源。由于具有有目的地使光转向期望方向或使之偏离期望方向的大量微光源如微LED(微发光二极管)或微反光镜，这种阵列允许出现分辨率极高的光图。在此，根据本说明书，“大量微光源”是指具有数量超过10000个、特别是30000个至150万个微光源的结构。
现在，作为补充，具有包含大量这种微光源的阵列的车辆大灯结构配备有可调的物镜。现在，与从现有技术中知道的物镜相比，该物镜的特点是它包括至少三个透镜组件，其中的至少两个透镜组件被设计为可沿光轴移动以调节焦距和焦平面。因此，如此设计带有大量微光源的车辆大灯的物镜，即，它一方面可调节焦距和进而放大率，另一方面它可调整焦平面。迄今为止，这种物镜还尚未被用在车辆大灯、尤其是有大量微光源的车辆大灯中。其工作原理在此基本对应于如从摄影中知道的变焦镜头的原理。现在，发明人已经认识到通过将其反用在车辆大灯中，一方面允许相应调整在期望的照明平面内的成像尺寸，同时在期望的照明平面内将成像调清晰。因此，在本发明的车辆大灯中避免了在开头所提到的现有技术中描述的所有缺点。
因此，因有大量微光源而分辨率很高的图像现在可以在从车辆来看的任何期望距离下以期望的尺寸和高清晰度在期望的照明平面内来显示。因此，按照本身已知的方式特别是通过车辆内的环境传感器数据从智能照明控制系统的计算中得到的预设的明暗分布成像可以非常精准地在相应期望的照明平面内被“投射到道路上”。
根据该构思的一个有利改进方案，在此，每个透镜组件都具有至少一个光学透镜，从而可以在相应大的放大率范围内影响在道路上的明暗分布成像的大小和清晰度。在此还能够设有孔径光圈，和/或可将该物镜的一个或多个元件的一个或多个表面设计成非球面状。该物镜的这些元件的材料在此也可以具有不同的折射率，从而可以使用不同的材料或具有不同密度的材料，以尤其获得简单紧凑的结构。另外，当然可以采用光学优化手段例如表面上的衍射结构、抗反射涂层/增透膜或可变液体透镜等。
附加地或替代地，本发明的大灯的另一个很有利的设计方案规定了，该光学系统的一个或多个元件的相对定位和/或整个光学系统相对于光源的定位是通过直流电动机、步进电动机和/或压电致动器实现的。
附图说明
该构思的进一步有利设计方案也来自以下参照附图所详细描述的实施例。
附图示出：
图1以从上方看的视角示出车辆原理图连带在照明平面内由车辆前大灯产生的按不同尺寸的明暗分布投影；
图2示出在第一极限位置被用在本发明大灯中的示例性的可调的物镜；
图3示出在第二极限位置被用在本发明大灯中的示例性的可调的物镜；
图4示出处于图2所示的极限位置的车辆前大灯的光锥的示意图；
图5示出处于图3所示的极限位置的车辆前大灯的光锥的示意图；
图6示出处于图2所示的极限位置的模拟远光灯分布的示例性图示；和
图7示出处于图3所示的极限位置的模拟远光灯分布的示例性图示。
具体实施方式
在图1的图示中以立体俯视图示出车辆1。在车辆1前方通过在用3标记的照明平面内的光图2示出以下可能，即，车辆的在此看不到的前大灯4能够以不同的焦距、进而以不同的光束展宽来发射光。在此用实线表示在照明平面3内的光图2的较小的放大率2a，用虚线立体表示相应较大的放大率2b。
为了在照明平面3内不仅获得期望的光图2的尺寸2a、2b、也获得在照明平面3内的光图高清晰度，可按照如图2示意性所示的方式构造车辆大灯4。车辆大灯4具有作为光源的由若干微光源构成的阵列5，微光源通过在此未示出的智能光控制系统被如此控制，即，它们预先规定作为光图2的明暗分布以投射到道路上并呈现在照明平面3内。如在图2的原理图中可看出地，光图2现在沿光轴6被投射到周围环境中。在此，它经过三个透镜组件K1、K2和K3。在此例如具有两个透镜7、8和一个孔径光圈9的透镜组件K1在在此所示的实施例中不能沿光轴6移动且被相应固定住。因此，距微光源阵列5有一段规定距离。透镜组件K2也由两个透镜10、11组成，并且如用12标示的箭头相应所示地可以沿光轴6移动。在如图2所示的实施例中，它紧邻具有透镜13的透镜组件K3，因此处于其极限位置之一，即处于“最小焦距”极限位置。用14标示的出射光锥相应地宽。透镜组件K3也可移动，如用箭头15所示出的那样。
可选地，孔径光圈也可被设计成是可移动的。也可选的是，在大灯中还可设有附加的可变光圈。
在图4的图示中，在车辆1的俯视图中将看到：在前大灯4的透镜组件K1、K2、K3的“最小焦距”位置时，示意性所示的光锥14看上去大致是怎样的。它们很快速地相应变宽并且尤其适合于大面积照亮照明平面3(在此未再示出)。由于尤其是透镜组件K2和K3总体能够相对于透镜组件K1且相对于彼此移动，所以除了能够精确调节出射光锥14的期望宽度外还能精确调节照明平面3内的清晰度，从而在期望的照明平面3内不仅能够以可变的尺寸、而且能够以期望的通常尽可能最大的清晰度得到微光源阵列5的成像。
图6示出在“最小焦距”位置的情况下根据相应模拟的光分布，在这里，光分布在中心相应地是最亮的，并且其值朝向边缘减小，如通过在图6的图示中的各种灰度所看到的那样。
现在，图3的图示又等同参照于图2中的图示。具有其两个透镜10、11的透镜组件K2现在处于其另一个极限位置，即处于“最大焦距”位置。因此，出射光锥14相应地更窄并到达更远距离，以便能够有目的地照亮和识别在那里的物体。类似于图4，图5又从上方示出车辆1连带出射光锥14的相应视图。可以尤其在附图直接对比中很清楚地看到，示意性所示的出射光锥14在此相应较窄，因此即便距离较远也提供更高的光强度。这也可从图7的图示中看到。与图6中的图示相似地，在此又示出光分布模拟。总之，在举例所选的照明平面3内被照亮的面积相应更小，为此，光强度尤其在中心明显更高。
于是能够在两个所述的极限位置之间、即在图3、图5和图7中的“最大焦距”极限位置与在图2、图4和图6中的“最小焦距”极限位置之间设定所有的任意中间值。因此，微光源阵列5的成像在期望的照明平面3内能够以所需的大小和所需的清晰度来显示，从而可以利用本发明的车辆大灯4完成许多不同的照明任务，尤其也有前言所述意义上的自适应照明，此时可以有目的地照亮或刚好不照亮依据环境传感器所测知的物体，以便例如避免对向交通眩目或者由交通指示牌等高亮反光造成的自眩目。此外，可以有针对性地照亮环境中的物体，以便能够用诸如照相机等的环境传感器来更好地识别和分类它们。

Claims (10)

1.一种车辆大灯(4)，具有光源和可调的物镜，其特征在于，所述光源被设计成具有多个微光源的阵列(5)，可调的物镜包括至少三个透镜组件(K1,K2,K3)，所述至少三个透镜组件中的至少两个透镜组件被设计成能够沿着光轴(6)移动以调节焦距和焦平面，
所述至少三个透镜组件中的第三透镜组件比第一、第二透镜组件更靠近光源，
第三透镜组件具有孔径光圈，并且第三透镜组件不能沿光轴移动，使得在期望的照明平面内不仅能够以可变的尺寸、而且能够以期望的清晰度得到微光源阵列的成像。
2.根据权利要求1所述的车辆大灯(4)，其特征在于，所述微光源具有微发光二极管或微反光镜装置。
3.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，所述阵列(5)具有数量超过10000个的微光源。
4.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，所述阵列(5)具有数量为30000个至1500000个的微光源。
5.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，每个透镜组件(K1,K2,K3)都具有至少一个光学透镜(7,8,10,11,13)。
6.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，可调的物镜具有至少一个孔径光圈(9)。
7.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，物镜还包含可变光圈。
8.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，可调的物镜的一个或多个光学元件的一个或多个表面被设计成非球面状，具有衍射结构和/或抗反射涂层。
9.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，可调的物镜的各光学元件的材料具有不同的折射率。
10.根据权利要求1或2所述的车辆大灯(4)，其特征在于，能够沿光轴(6)移动的所述透镜组件(K1,K2,K3)的定位是通过直流电动机、步进电动机和/或压电致动器来实现的。
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