一種高解析度汽車大燈光學模組的製作方法
2023-04-28 01:19:07 2
本實用新型涉及車燈，具體地，本實用新型涉及一種智能車燈。更具體地，本實用新型涉及一種智高解析度汽車大燈光學模組。根據本實用新型的智高解析度汽車大燈光學模組，可對汽車大燈實施高解析度遠光照明控制，使得所述高解析度汽車大燈形成的暗區只有對方駕駛員在不同位置時的頭部的大小，其他空間依然保持完全沒有目標時的高亮度照明，這樣不會導致對方駕駛員炫目。
背景技術：
隨著車輛夜間行駛安全問題日益突出，越來越多的汽車相關製造商在研發新型智能車燈技術。所謂新型智能車燈技術主要是以實現AFS和ADB功能為目的開發的光型可變車燈。舉例來說，具有ADB功能的大燈，配合車輛的探測系統。在偵測發現道路上其他參與者處於大燈照明的某一區間內時，系統可智能的調節該區間的照明亮度甚至直接關閉該區域的照明，形成在整體照明空間內的一個獨立的局部暗區，避免對被照明者形成危險的炫目，而沒有其他道路參與者的空間繼續保持高亮度的照明。在這樣的技術支持下，既能保證我方(搭載LED自適應大燈)的前方高質量照明，又不會對道路上其他參與者(比如相向、同向行駛的車輛等)形成危險的炫目，保證了道路上各方的夜間駕駛安全。
現有最好的解決方案之一，是所謂的基於MATRIX技術的矩陣大燈，這種技術方案將整個前照燈的照明空間連續的分割成不同的區塊，每個區塊由數量不同的LED來負責照明，通過熄滅特定區塊的LED，可以提供最小約1°的暗區。
然而，包括上述矩陣大燈技術方案在內，現有實現這種照射範圍可調的燈具，都存在一個共同的問題，那就是系統形成暗區的最小角度依然太大。也就是說，形成的暗區雖然可以使得目標車輛的駕駛員不炫目，但是暗區的範圍也已經大大超過目標車輛所需的寬度，造成我方需要照明區域的損失。例如前面提到的矩陣大燈，最小可提供0.5-0.1°的暗區。該暗區的實際橫向寬度視目標與我方距離而定的，比如在ADB希望發揮作用的400米處，暗區的寬度為(400米*tan 0.5°)3.5米，而實際車寬(以普通乘用車為例)約1.9米，顯然暗區過大了。
所謂ADB功能，最理想的情況是，由智能大燈形成的暗區只有對方駕駛員在不同位置時頭部的大小，其他空間依然保持完全沒有目標時的高亮度照明，這樣對方不會被炫目，我方也可以儘可能的照亮行駛路線上的任何區域。
為此，本領域尋求這樣一種智高解析度汽車大燈及其高解析度遠光照明控制方法，所述大燈及其高解析度遠光照明控制方法可對汽車大燈實施高解析度遠光照明控制，使得所述高解析度汽車大燈形成的暗區只有對方駕駛員在不同位置時的頭部的大小，其他空間依然保持完全沒有目標時的高亮度照明，這樣不會導致對方駕駛員炫目。
技術實現要素：
針對上述問題，本實用新型的目的在於：提供一種新的汽車頭燈照明用高解析度大燈光學模組。
本實用新型的技術方案如下：
一種高解析度汽車大燈光學模組，包括：雷射光源陣列雷射光源陣列及其安裝、散熱裝置，設置雷射光源陣列中的準直透鏡組，匯聚透鏡組，螢光陶瓷及投影透鏡組，其特徵在於，
雷射光源陣列由半導體雷射器陣列構成，半導體雷射器陣列包括6-48顆大功率藍光半導體雷射元件，
在雷射光源陣列出光方向設置有雷射合束透鏡組，以將雷射光源陣列發出的光線準直為平行光，
在雷射合束透鏡組出光方向設置有電控偏轉反射鏡單元，以將來自雷射光源陣列的準直後的平行光偏轉一定角度後，沿著匯聚透鏡組的光軸方向進入匯聚透鏡組，
匯聚透鏡組將入射的平行光線投射至透射型螢光陶瓷正面的焦距上匯聚為一個光斑，
所述光斑為藍色單波長光線光斑，所述透射型螢光陶瓷將照射於其正面的藍色單波長光線轉換為白色複合波長光線，並在所述螢光陶瓷的背面輸出，
所述螢光陶瓷背面的白色光斑的形狀與其正面的雷射匯聚光斑的形狀一一對應，
在螢光陶瓷的背面設置有投影透鏡組，以將形成於所述螢光陶瓷背面的白色光斑放大投影，從而形成基礎的遠光光型。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，
所述電控偏轉反射鏡單元包括一電控偏轉反射鏡，反射鏡可在電子控制微機械偏轉組件控制下，繞軸旋轉，
所述反射鏡為一反射稜，使得原本來自各方向的光線變為同一方向，並沿著匯聚透鏡組的光軸方向進入匯聚透鏡組。
雷射合束透鏡組的目的在於將由多束互相平行的半導體雷射器產生的光線通過合束透鏡組，在一定距離上匯聚成一個尺寸經過設計的，並且較小的光斑。其工作過程是，半導體雷射器發出的光線，經過安裝於其前方的準直透鏡，被準直為平行光的光線，經過反射稜，使得原本來自相對方向的光線變為同一方向，並沿著匯聚透鏡組的光軸方向進入匯聚透鏡組，匯聚透鏡組將入射的平行光線，透過透鏡組投射出去的整體遠光光斑，是由高速往複線性運動的豎向細直線白色光斑利用人眼視覺暫留效應實現的，那麼特定時刻被投影出去放大的白色豎向細直線型光斑相對於整個視覺暫留形成的矩形照明光斑的位置就也是可知的。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，
所述反射稜具有四個反射面，反射面的法線與旋轉軸垂直，
所述反射稜反射面的法線在高速往復繞軸擺動中，在電子控制微機械偏轉組件所規定的旋轉角度範圍內，形成一條往復掃描的線段。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，所述光斑形狀為一種豎向的細直線型光斑，光斑的橫向尺寸小於0.3mm。
雷射光源陣列組包含多顆大功率藍光半導體雷射元件以及安裝、散熱裝置。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，所述反射稜為一根截面為正方形的柱體，正方形四條邊拉伸形成的四側面中相鄰的兩側面塗覆有高反射鍍膜，其450±20nm反射率≥98％。
電子控制微機械偏轉組件為靜電驅動或磁場控制。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，
形成於透射型螢光陶瓷正面的光斑為一種豎向細直線型光斑，
在透射型螢光陶瓷的背面形成對應的一條白色豎向細直線型光斑，
當反射鏡受控作高速往復旋轉時，所述豎向細直線型光斑也在螢光陶瓷上，沿一條垂直於電子控制微機械偏轉組件旋轉軸的直線作高速往復來回移動，即掃描，
形成於螢光陶瓷背面、對應的白色豎向細直線型光斑作相應的高速往復來回移動，形成具有視覺暫留效應的白色光斑，
設置於螢光陶瓷背面的投影透鏡組，將所述形成於螢光陶瓷背面、具有視覺暫留效應的白色光斑放大投影，形成一個放大的白色矩形光斑，從而形成基礎的遠光光型，提供基本的汽車遠光照明功能。
螢光陶瓷的背面設置有投影透鏡組，以將所述螢光陶瓷背面由視覺暫留效應形成的白色光斑放大投影出去，投影在一定距離的屏幕上時，由於視覺暫留的效果，依然是一個放大的白色矩形光斑，從而形成基礎的遠光光型。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，
通過投影透鏡組透射、投影於前方光屏或光域的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度在±10°～±40°。
根據本實用新型，上述白色光斑的最大橫向投影角度在±10°～±40°，即左右各10-40°，總視角即20-80°。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，通過投影透鏡組透射出去的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度在±15-25°，即左右各15-25°，總視角即30-50°。
根據本實用新型，優選的是，通過投影透鏡組透射出去的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度在±10°～±20°，即左右各10-20°，總視角即20-40°。
根據本實用新型，優選的是，通過投影透鏡組透射出去的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度在±20°，即左右各20°，總視角即40°。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，
所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度進行劃分，
由此，在反射鏡受控作高速往復旋轉，所述豎向細直線型光斑在螢光陶瓷上作高速往復來回移動時，可實時感應特定時刻反射鏡偏轉的角度，即實時感應特定時刻白色豎向細直線型在光斑掃描過程中的位置，
由此，在白色豎向細直線型光斑掃描過程中的任意特定位置上關閉雷射器，就可以形成一個在特定時刻的白色豎向細直線型的暗區。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度進行16二進位位(bit)的劃分。
根據本實用新型所述一種高解析度汽車大燈光學模組，其特徵在於，所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度進行16二進位位(bit)的劃分，在最終的投影的光斑的總橫向角度為40°場合，其角解析度可達到40°/16二進位位(bit)，即，0.0001°。
所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度按16二進位位(bit)劃分為65535份，若最終的投影的光斑的總橫向角度為40°，則角解析度可達到40°/65000≈0.0001°
即，根據本實用新型，電控偏轉反射鏡單元可採用振鏡器件，將照明範圍，即最大橫向投影角度劃分成16bit份，其角度解析度就是總的照明角度40°/16bit，根據各案例，其角度解析度可以更寬，也可以更窄。
由此，根據本實用新型，在白色豎向細直線型光斑掃描過程中的任意位置上關閉雷射器，就可以形成一個具有特定角度解析度的暗區。
使用本實用新型的高解析度汽車大燈光學模組的高解析度遠光照明控制方法如下，
使用攝像頭等探測工具及電子控制微機械偏轉組件的後臺控制電路和驅動軟體，設定通過投影透鏡組透射、投影於前方光屏或光域的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度在±10°～±40°及反射鏡在高速往復偏轉時零位狀態的角度，
對前方進行雷射光束掃描，發現道路上的其他參與者時，判定需要對其進行遠光光型的遮蔽時，在掃描光斑經過與道路上其他參與者相對應、須遮蔽遠光光型的位置時關閉雷射器，計算得到該時刻螢光陶瓷背面的細直線狀白色光斑在由視覺暫留效應形成的白色大矩形光斑中的具體角度位置，形成所需的遠光光型內一個在特定時刻的白色豎向細直線型的暗區。
根據本實用新型的一種高解析度遠光照明控制方法，優選的是，
通過投影透鏡組透射出去的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度在±15-25°。
所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度進行16bit的劃分，其角解析度可達到40°/16bit，即，0.0001°。
由此，在反射鏡受控作高速往復旋轉，所述豎向細直線型光斑在螢光陶瓷上作高速往復來回移動時，可實時感應特定時刻反射鏡偏轉的角度，即實時感應特定時刻白色豎向細直線型在光斑掃描過程中的位置，在白色豎向細直線型光斑掃描過程中的任意特定位置上關閉雷射器，就可以形成一個在特定時刻的白色豎向細直線型的暗區。
投影透鏡組，靠近放置於螢光陶瓷的背面，其目的在於，將所述螢光陶瓷背面由視覺暫留效應形成的白色光斑放大投影出去，投影在一定距離的屏幕上時，由於視覺暫留的效果，依然是一個放大的白色矩形光斑，從而形成基礎的遠光光型，提供基本的汽車遠光照明功能。如圖8所示。
根據前述推理可得，透過透鏡組投射出去的整體遠光光斑，是由高速往複線性運動的豎向細直線白色光斑利用人眼視覺暫留效應實現的，那麼特定時刻被投影出去放大的白色豎向細直線型光斑相對於整個視覺暫留形成的矩形照明光斑的位置就也是可知的。
車輛使用攝像頭等探測工具，發現道路上的其他參與者，並判定其相對於我方車輛的位置需要對其進行遠光光型的遮蔽時，只要當不斷往復掃描雷射光束，在掃描光斑經過與道路上其他參與者相對應的位置時關閉雷射器，即可形成所需的遠光光型內、局部的遮蔽光型。如圖9所示。
根據本實用新型，採用藍色半導體雷射陣列；雷射合束器件；電控偏轉反射鏡單元；透射型螢光陶瓷，以及投影透鏡組，創造了一種新的車燈照明光學模組設計方案，提供了一種實現高解析度無炫目自適應遠光的光學解決方案。
根據本實用新型，所述方案創造性地利用電子控制微機械偏轉組件，比如振鏡，MEMS等器件，在透射式螢光陶瓷的上高速往復掃描，得到了一種利用人眼視覺暫留效應實現的展寬光斑，並且由於電子控制微機械偏轉組件的實時偏轉角度可知的特性，達成了展寬光斑內的高角解析度。經過透射型螢光陶瓷轉換為白光，並被投影透鏡組投射出去後，上述性能被完整的保留下來。
根據本實用新型，利用雷射匯聚光斑尺寸可以非常小的特性(匯聚在螢光陶瓷上的光斑的橫向寬度可輕鬆實現0.3mm以下)，最終投影出去到前方光斑的橫向實際角解析度可實現0.0001°或以下。
例如，根據簡單的計算可知，在400米的照射距離下，本實用新型所述系統的最小暗區為tan0.05°X 400＝0.35米，可以實現只對目標車輛的駕駛艙進行遮蔽，而其他空間依然保持照明的能力，這樣目標車輛的駕駛員不會被我方車輛的遠光炫目，而目標車輛除去駕駛艙位置外，其他部分依然可被我方遠光照亮，保證了我方駕駛員顆第一時間發現目標車輛，相比現有方案大幅度提升了ADB系統的性能。
附圖說明
圖1為本實用新型一種高解析度汽車大燈光學模組立體圖。其光學設計結構包括，雷射光源陣列，雷射合束透鏡組，電控偏轉反射鏡單元，螢光陶瓷，投影透鏡組。
圖2為本實用新型一種高解析度汽車大燈光學模組主要零件爆炸示意圖。
圖3為本實用新型的光學模組的雷射合束透鏡組工作示意圖。
圖4-1,4-2分別為本實用新型電控偏轉反射鏡單元主視圖及立體圖。
圖5為反射鏡在電子控制微機械偏轉組件的驅動下高速往復擺動時，匯聚光斑的位置也在不斷來回運動或掃描，軌跡為一條直線(弧線)示意圖。
圖6為投影透鏡組示意圖。
圖7-1，圖7-2為雷射光斑也在螢光陶瓷上高速往復著沿一條垂直於電子控制微機械偏轉組件旋轉軸的直線來回位移(掃描)，而螢光陶瓷背面轉換而來的白色光斑也在相應的運動示意圖。
圖7-3為不斷往復掃描的雷射光束，在螢光陶瓷的背面形成一個白色的矩形光斑，反射鏡繞軸作高速往復旋轉，反射雷射也做高速往復擺動，由於視覺暫留特性，在螢光陶瓷背面形成一個白色矩形光斑。在掃描光斑經過與道路上其他參與者相對應的位置時關閉雷射器，即可形成所需的遠光光型內，局部的的遮蔽光型示意圖。
圖8，圖9分別為採用本實用新型一種高解析度汽車大燈光學模組的效果示意圖。圖8顯示，由於視覺暫留特性，在螢光陶瓷背面形成一個白色矩形光斑。經投影透鏡組在屏幕上形成具有視覺暫留特性的白色矩形光斑。
圖中，1為雷射光源陣列，2為雷射合束透鏡組，3為準直透鏡組，4為投影透鏡組，5為電控偏轉反射鏡單元，6為螢光陶瓷，7為匯聚透鏡組，8為反射稜，9為準直透鏡組，10為匯聚雷射斑。A是屏幕，B是矩形光斑，C為道路上相向行駛車輛，D為掃描過程中，掃描光斑視覺暫留特性形成的光斑後像，E為在電子系統控制下，當一維電控偏轉反射鏡單元的反射鏡偏轉到需要遮蔽的角度範圍內時，雷射光源關閉即形成需要寬度的暗區。F表示特定時刻掃描光斑所在的位置。箭矢G表示在單次掃描過程中，豎向細直線型光斑(掃描光斑)的平移方向。
具體實施方式
實施例
一種高解析度汽車大燈光學模組，包括：雷射光源陣列及設置其中的準直透鏡組，匯聚透鏡組，螢光陶瓷及投影透鏡組。
雷射光源陣列由半導體雷射器陣列構成，雷射光源陣列組包含多顆大功率藍光半導體雷射元件以及安裝、散熱裝置。
在雷射光源陣列出光方向設置有雷射合束透鏡組，以將雷射光源陣列發出的光線準直為平行光。在雷射合束透鏡組出光方向設置有電控偏轉反射鏡單元，以將來自雷射光源陣列的準直後的平行光偏轉一定角度後，沿著匯聚透鏡組的光軸方向進入匯聚透鏡組。匯聚透鏡組將入射的平行光線投射至透射型螢光陶瓷正面的焦距上匯聚為一個光斑，所述透射型螢光陶瓷將照射於其正面的藍色單波長光線轉換為白色複合波長光線，並在所述螢光陶瓷的背面輸出。所述螢光陶瓷背面的白色光斑的形狀與其正面的雷射匯聚光斑的形狀一一對應，在螢光陶瓷的背面設置有投影透鏡組，以將形成於所述螢光陶瓷背面的白色光斑放大投影，從而形成基礎的遠光光型。
述電控偏轉反射鏡單元包括一電控偏轉反射稜，反射反射稜可在電子控制微機械偏轉組件控制下，繞軸旋轉，使得原本來自各方向的光線變為同一方向，並沿著匯聚透鏡組的光軸方向進入匯聚透鏡組。
所述反射稜具有四個反射面，反射面的法線與旋轉軸垂直，
所述反射稜反射面的法線在高速往復繞軸擺動中，在電子控制微機械偏轉組件所規定的旋轉角度範圍內，形成一條往復掃描的線段。
雷射合束透鏡組的目的在於將由多束互相平行的半導體雷射器產生的光線通過合束透鏡組，在一定距離上匯聚成一個尺寸經過設計的，並且較小的光斑。其工作過程是，半導體雷射器發出的光線，經過安裝於其前方的準直透鏡，被準直為平行光的光線，經過反射稜，使得原本來自相對方向的光線變為同一方向，並沿著匯聚透鏡組的光軸方向進入匯聚透鏡組，匯聚透鏡組將入射的平行光線，透過透鏡組投射出去的整體遠光光斑，是由高速往複線性運動的豎向細直線白色光斑利用人眼視覺暫留效應實現的，那麼特定時刻被投影出去放大的白色豎向細直線型光斑相對於整個視覺暫留形成的矩形照明光斑的位置就也是可知的。
所述光斑形狀為一種豎向的細直線型光斑，光斑的橫向尺寸小於0.3mm。
所述反射稜為一根截面為正方形的柱體，正方形四條邊拉伸形成的四側面中相鄰的兩側面塗覆有高反射鍍膜，其450±20nm反射率≥98％。
電子控制微機械偏轉組件為靜電驅動或磁場控制。
形成於透射型螢光陶瓷正面的光斑為一種豎向細直線型光斑，在透射型螢光陶瓷的背面形成對應的一條白色豎向細直線型光斑。當反射鏡受控作高速往復旋轉時，所述豎向細直線型光斑也在螢光陶瓷上，沿一條垂直於電子控制微機械偏轉組件旋轉軸的直線作高速往復來回移動，即掃描，形成於螢光陶瓷背面、對應的白色豎向細直線型光斑作相應的高速往復來回移動，形成具有視覺暫留效應的白色光斑。
設置於螢光陶瓷背面的投影透鏡組，將所述形成於螢光陶瓷背面、具有視覺暫留效應的白色光斑放大投影，由於視覺暫留的效果，形成一個放大的白色矩形光斑，從而形成基礎的遠光光型，提供基本的汽車遠光照明功能。
通過投影透鏡組透射、投影於前方光屏或光域的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度在±15-25°。
優選的是，通過投影透鏡組透射出去的具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度在±20°。
所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向角度進行劃分，所述電控偏轉反射鏡單元將上述投影透鏡組透射出去具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度進行16bit的劃分，其角解析度可達到40°/16bit，即，0.0001°。
由此，根據本實用新型，在白色豎向細直線型光斑掃描過程中的任意位置上關閉雷射器，就可以形成一個具有特定角度解析度的暗區。在最大橫向投影角度為±20°的場合，白色豎向細直線型光斑掃描過程中的任意位置上關閉雷射器，就可以形成一個0.001°的暗區。
使用攝像頭等探測工具及電子控制微機械偏轉組件的後臺控制電路和驅動軟體，設定通過投影透鏡組透射、具有視覺暫留效應的白色光斑的最大橫向投影角度在±20°及反射鏡在高速往復偏轉時零位狀態的角度。
對前方進行雷射光束掃描，發現道路上的其他參與者(例如相向行駛車輛)時，判定需要對其進行遠光光型的遮蔽時，在掃描光斑經過與道路上其他參與者相對應、須遮蔽遠光光型的位置時關閉雷射器，計算得到該時刻螢光陶瓷背面的細直線狀白色光斑在由視覺暫留效應形成的白色大矩形光斑中的具體角度位置，形成所需的遠光光型內一個在特定時刻的白色豎向細直線型的暗區。
根據本實用新型，所述高解析度汽車大燈形成的暗區可達到對方駕駛員在不同位置時頭部的大小，其他空間依然保持完全沒有目標時的高亮度照明，這樣不會導致對方駕駛員炫目。