CN105737054B - 一种用于机动车的投影式前照灯*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通工具部件领域，特别公开了一种用于机动车的投影式前照灯***。它包括控制器模块、电源、摄像头模块和投影式前照灯模块，投影式前照灯模块由光源单元、照明光学单元、电控可变反射率元件、投影光学单元组成；本发明即使是开启远光的状态下，光线也不会直接照射到对向机动车驾驶员的眼睛，所以夜间会车不必关闭远光灯。避免了对远/近光频繁操作切换的同时，提供了足够远的照明距离。还实现自动化的雾灯转换，彻底取代传统雾灯，相比具有更好的穿透力和更大的可见范围。还可以在视线不良的情况下，更及时的发现道路上的行人，从而提供更充足的刹车、避让时间，避免危险发生。

Description

一种用于机动车的投影式前照灯***

（一）技术领域

本发明涉及交通工具部件领域，特别涉及一种用于机动车的投影式前照灯***。

（二）背景技术

目前常见的汽车前照灯结构：

1、采用卤素灯泡发出的光线，通过反光碗，反射到路面上，多见于低端车型。这种结构的前照灯设计相对简单，对光线的反射控制不够精准，因此对路面照射的光线分布不够均匀，照射面的边缘凌乱，光源发出的光线一部分被作为“散光”浪费掉；

2、普通的投影式机动车前照灯，从后向前依次为：氙气灯泡、反光碗、挡光板、透镜支架和凸透镜组成。氙气灯泡发出的光线经过反光碗反射到透镜接收面上，经过凸透镜的折射，照射到机动车前方，常见于中高端车型；这种前照灯加入了光学透镜，使得其照射面积更广，光线分布更均匀，但由于其在光路上不可变，使其暂时无法进一步实现更多功能；

3、还有一种被称之为“黑科技”的矩阵式LED前照灯，其采用多组光源，每个组由多个矩阵排列LED组成，分别照射机动车前方的不同区域，其中每一个LED都可以单独点亮或关闭，通过安装在LED矩阵前方的透镜调整后照射到路面上，例如奥迪A8的矩阵大灯。其虽具有可控的照明范围，但由于灯壳容积和LED工作温度限制，目前将LED数量控制在100颗以下。也就说明，此结构大灯把照射到机动车前方的光线是有100个以下独立光束组成。

传统近光灯的照射距离在30-40米左右，根据试验得知，夜间以55公里/小时速度行驶时，发现情况立即踩制动，停车距离正好是30米，即当在近光灯照射范围内发现情况到立即停车，车与物体之间已无间隙，当然这还是在车况、路况及驾驶员反应均良好情形下，如果高于这一车速，车况、路况较差及驾驶员疲劳驾驶反应时间长等情况下，其结果就可想而知了。

夜间会车时滥用远光灯会导致对向车辆驾驶员瞬间致盲，让驾驶员无法及时发现道路上障碍物和行人，对迎面车辆的车速和距离判断产生误差，容易发生错误操作。

汽车夜间照明以最接近太阳光的4300K色温为最佳，为此多数机动车把光源色温固定在4000K-6000K之间，而色温在4000K-6000K之间的灯光，在雾、霾环境中使用，穿透力低，无法及时发现其他机动车、行人的同时，自身也不能被其他车辆驾驶员和行人及时发现。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种具有安全刹车视野的用于机动车的投影式前照灯***。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，包括控制器模块和分别与控制器模块电路连接的电源、摄像头模块和投影式前照灯模块，其中：

摄像头模块：是指电脑相机、电脑眼或电子眼，用于采集机动车前方的图像，并把图像转换为控制器模块可以识别的图像数据，然后传输给控制器模块；

控制器模块：用于分析来自摄像头模块的图像数据，结合修改预设图像，生成所需的图像数据，并发送图像数据给投影式前照灯模块；

投影式前照灯模块：由光源单元、照明光学单元、电控可变反射率元件、投影光学单元组成，用于根据控制器模块传输的图像数据，投射出对应图像数据的图像光分布，图像光是指经电控可变反射率元件调制反射出的光；

投影光学单元：用于放大在电控可变反射率元件中被调制并合成的图像光并进行投射，从而在机动车前方范围内投射出与控制器模块计算生成图像对应的图像光。

所述光源单元包括能发出红色同心光束的红色发光体、能发出绿色同心光束的绿色发光体和能发出蓝色同心光束的蓝色发光体，红色发光体、绿色发光体和蓝色发光体分别配备一个平行化透镜，其中任一种发光体发出的光束经其前方的平行化透镜转化为第一束平行光束后穿透第一滤光片，另一个发光体发出的光束经其前方的平行化透镜转换为第二束平行光束后再被第一滤光片呈90°反射后与第一束平行光束重合组成二合一平行光束，第三种发光体发出的光束经其前方的平行化透镜转换为第三束平行光束后再被第二滤光片呈90°反射后与二合一平行光束重合组成白色平行光束，然后向照明光学单元射出，所述红色发光体、绿色发光体和蓝色发光体同时采用发光二极管或激光器。

所述光源单元为气体放电灯泡或白炽灯，气体放电灯泡或白炽灯前方设有平行化透镜。

所述照明光学单元为聚光镜、滤光片、凹透镜、球面镜、非球面镜、涅菲尔透镜、导光柱、全反射镜和棱镜中的任一种或任意几种的组合。

所述照明光学单元由聚光镜、导光柱、透镜组和TIR棱镜组成：聚光镜对摄入的白色平行光束进行折射聚光，将光线聚集并照射在导光柱的接受面，光线经过截面为矩形的导光柱折射，被转换成电控可变反射率元件所需矩形照射面的均匀光束，光束再经透镜组调整、匀光，照射到TIR棱镜的入射光路，经TIR棱镜折射到电控可变反射率元件上。

所述投影光学单元为凸透镜、凹透镜，球面镜、非球面镜、滤光片和全反射镜中的任一种或任意几种的组合。

所述电控可变反射率元件为反射式液晶板或反射式数字微镜及它们所需的驱动电路。

本发明的有益效果是：

1、自动防炫远光灯：夜间会车时，摄像头模块采集机动车前方一定范围内的图像数据，并将图像数据传输给控制器模块，控制器模块根据图像数据中的高亮区域计算决定对向车辆所在位置，并将预设光型配图对应此位置的区域标为黑色，然后将修改后的预设光型配图传输给投影式前照灯模块，投影式前照灯模块根据控制器模块的指令信号，停止对此区域照明。从而实现即使是开启远光的状态下，光线也不会直接照射到对向机动车驾驶员的眼睛，所以夜间会车不必关闭远光灯。避免了对远/近光频繁操作切换的同时，提供了足够远的照明距离。

自动转换雾灯模式：大雾天气行驶时，控制器模块探测空气中的含水量，达到一定范围时，自动将预设配图颜色数据转换为黄色，并将对应指令信息发送给投影式前照灯模块，投影式前照灯模块根据指令信息，调整电控可变反射率元件，使其投射出对应预设图像颜色的光线。从而实现自动化的雾灯转换，彻底取代传统雾灯，相比具有更好的穿透力和更大的可见范围。

行人检测：夜间行车时，摄像头模块采集机动车前方一定范围内的图像数据，并将图像数据传输给控制器模块。控制器模块利用行人检监测软件，将图像数据与预设的行人特征数据库进行对比得出行人位置，并将预设光型配图对应此位置的区域标为红色或绿色，然后将修改后的预设光型配图传输给投影式前照灯模块，投影式前照灯模块根据控制器模块的图像数据信号，对此区域投射出红色或绿色光束。从而使装有本***的机动车驾驶员在视线不良的情况下，更及时的发现道路上的行人，从而提供更充足的刹车、避让时间，避免危险发生。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的连接结构示意图；

图2为本发明的工作原理图；

图3为本发明中投影式前照灯模块的第一种实施方式的结构示意图；

图4为本发明中投影式前照灯模块的第二种实施方式的结构示意图。

图中，1摄像头模块，2控制器模块，3投影式前照灯模块，4光源单元,41R 红色发光体，42G 绿色发光体，43B 蓝色发光体，44平行化透镜，45第一滤光片，46第二滤光片，5照明光学单元，51聚光镜，52导光柱，53透镜组，54 TIR棱镜，6电控可变反射率元件，7投影光学单元，9电源。

（五）具体实施方式

附图为本发明的具体实施例。如图1至图4所示，该种用于机动车的投影式前照灯***，包括控制器模块2和分别与控制器模块2电路连接的电源9、摄像头模块1和两组投影式前照灯模块3（用于汽车时为两组，用于摩托车则为一组），其中：

摄像头模块1：是指电脑相机、电脑眼或电子眼，是一种具有视频摄像、传播和静态图像捕捉等基本功能的视频输入设备，它是借由镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号，包含普通摄像头模块、带有红外摄像功能的摄像头模块和为红外摄像头提供红外光线的发光装置。摄像头模块1主要用于采集机动车前方的图像，并把图像转换为控制器模块2可以识别的图像数据，然后传输给控制器模块2。

控制器模块2：是指包含多种传感器在内的多种电子元件集成，具备对数据进行分析、计算、修改、储存和传输等功能的集成电路板。控制器模块2用于分析来自摄像头模块1的图像数据，结合修改预设图像，生成所需的图像数据，并发送图像数据给投影式前照灯模块3。

电源9包含机动车发电机、蓄电池和与蓄电池相连的线束。用于给摄像头模块1、控制器模块2、投影式前照灯模块3提供所需电力。

摄像头模块1、控制器模块2和电源9都为现有技术，其具体结构在此不再赘述。

投影式前照灯模块3：由光源单元4、照明光学单元5、电控可变反射率元件6、投影光学单元7组成，用于根据控制器模块2传输的图像数据，投射出对应图像数据的图像光分布，图像光是指经电控可变反射率元件6调制反射出的光；其中，光源单元4有两种实施方式：

如图3所示为第一种实施方式：光源单元4包括能发出红色同心光束的红色发光体41R、能发出绿色同心光束的绿色发光体42G和能发出蓝色同心光束的蓝色发光体43B，红色发光体41R、绿色发光体42G和蓝色发光体43B分别配备一个平行化透镜44，红色发光体41R发出的红色光束经平行化透镜44转化为红色平行光束后穿透第一滤光片45，绿色发光体42G发出的绿色光束经平行化透镜44转换为绿色平行光束后再被第一滤光片45呈90°反射后与红色平行光束重合组成黄色平行光束，穿透第二滤光片46，蓝色发光体43B发出的蓝色光束经平行化透镜44转换为蓝色平行光束后再被第二滤光片46呈90°反射后与黄色平行光束重合组成白色平行光束，然后照明光学单元5射出；红色发光体41R、绿色发光体42G和蓝色发光体43B可以同时采用发光二极管，也可以同时采用激光器；红色发光体41R、绿色发光体42G和蓝色发光体43B之间的位置可以互换。

如图4所示为第二种实施方式：光源单元1为气体放电灯泡或者白炽灯，在气体放电灯泡或者白炽灯的前方为一个平行化透镜，从气体放电灯泡或者白炽灯射出来的光经平行化透镜44转化为平行光束后向照明光学单元5射出。

照明光学单元5为聚光镜51、滤光片、凹透镜、球面镜、非球面镜、涅菲尔透镜、导光柱52、全反射镜和棱镜中的任一种或任意几种的组合，这些光学透镜沿光线的光轴射出方向顺序排列。其优选方案为：照明光学单元5由聚光镜51、导光柱52、透镜组53和TIR棱镜54组成：聚光镜51对摄入的白色平行光束进行折射聚光，将光线聚集并照射在导光柱52的接受面，光线经过截面为矩形的导光柱52折射，被转换成电控可变反射率元件6所需矩形照射面的均匀光束，光束再经透镜组53调整、匀光，照射到TIR棱镜54的入射光路，经TIR棱镜54折射到电控可变反射率元件6上；

电控可变反射率元件6可以采用反射式液晶板或反射式数字微镜及他们所需的驱动电路。D-ILA（Direct-Drive Image Light Amplifier)反射式液晶板通过电路可调制调节反射率，根据控制器模块22的图像数据信号，对接收的光进行调制反射，形成对应图像的图像光，再经TIR棱镜54的出射光路，照射到投影光学单元7的接收面。还可以是索尼生产的SXRD液晶反射板；还可以是DMD（ Digital Light Processor）反射式数字微镜。

电控可变反射率元件6，把光源单元4发出的光转换为至少10万个独立光束，并且可控制每一个独立光束的颜色和亮度，每一个光束照射在物体表面的光，称为一个像素点，照射在机动车前方的光，由至少10万个彩色独立光束组成；对应光束的至少10万个像素点，这些像素点，可组合成不同灰度的彩色图像。由上述投影式前照灯模块3作为基础，配合摄像头模块11、控制器模块22,便可提供更加精准、智能的夜间照明，也对实现更多功能做好基础。

由于投射出的光线是由至少10万个独立光束组成，并可控制每一个独立光束的亮度和颜色，所以投影式前照灯模块3可对机动车前方某一指定区域进行单独照明，用于照射路牌；也可对指定区域停止照明，用于防止光线直射对向机动车驾驶员的眼睛；或者对机动车前方某一指定区域用其他颜色光线进行闪烁照明，用于对行人进行提示。

投影光学单元7：用于放大在电控可变反射率元件6中被调制并合成的图像光并进行投射，从而在机动车前方范围内投射出与控制器模块2计算生成图像对应的图像光。投影光学单元7为凸透镜、凹透镜，球面镜、非球面镜、滤光片和全反射镜中的任一种或任意几种的组合。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (6)

1.一种用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，包括控制器模块（2）和分别与控制器模块（2）电路连接的电源（9）、摄像头模块（1）和投影式前照灯模块（3），其中：

摄像头模块（1）：是指电脑相机、电脑眼或电子眼，用于采集机动车前方的图像，并把图像转换为控制器模块（2）可以识别的图像数据，然后传输给控制器模块（2）；

控制器模块（2）：用于分析来自摄像头模块（1）的图像数据，结合修改预设图像，生成所需的图像数据，并发送图像数据给投影式前照灯模块（3）；

投影式前照灯模块（3）：由光源单元（4）、照明光学单元（5）、电控可变反射率元件（6）、投影光学单元（7）组成，用于根据控制器模块（2）传输的图像数据，投射出对应图像数据的图像光分布，图像光是指经电控可变反射率元件（6）调制反射出的光；

投影光学单元（7）：用于放大在电控可变反射率元件（6）中被调制并合成的图像光并进行投射，从而在机动车前方范围内投射出与控制器模块（2）计算生成图像对应的图像光；

所述光源单元（4）包括能发出红色同心光束的红色发光体（41R）、能发出绿色同心光束的绿色发光体（42G）和能发出蓝色同心光束的蓝色发光体（43B），红色发光体（41R）、绿色发光体（42G）和蓝色发光体（43B）分别配备一个平行化透镜（44），其中任一种发光体发出的光束经其前方的平行化透镜（44）转化为第一束平行光束后穿透第一滤光片（45），另一个发光体发出的光束经其前方的平行化透镜（44）转换为第二束平行光束后再被第一滤光片（45）呈90°反射后与第一束平行光束重合组成二合一平行光束，第三种发光体发出的光束经其前方的平行化透镜（44）转换为第三束平行光束后再被第二滤光片（46）呈90°反射后与二合一平行光束重合组成白色平行光束，然后向照明光学单元射出，所述红色发光体（41R）、绿色发光体（42G）和蓝色发光体（43B）同时采用发光二极管或激光器。

2.根据权利要求1所述的用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，所述光源单元（4）为气体放电灯泡或白炽灯，气体放电灯泡或白炽灯前方设有平行化透镜（44）。

3.根据权利要求1所述的用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，所述照明光学单元（5）为聚光镜、滤光片、凹透镜、球面镜、非球面镜、涅菲尔透镜、导光柱、全反射镜和棱镜中的任一种或任意几种的组合。

4.根据权利要求3所述的用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，所述照明光学单元（5）由聚光镜（51）、导光柱（52）、透镜组（53）和TIR棱镜（54）组成：聚光镜（51）对摄入的白色平行光束进行折射聚光，将光线聚集并照射在导光柱（52）的接受面，光线经过截面为矩形的导光柱（52）折射，被转换成电控可变反射率元件（6）所需矩形照射面的均匀光束，光束再经透镜组（53）调整、匀光，照射到TIR棱镜（54）的入射光路，经TIR棱镜（54）折射到电控可变反射率元件（6）上。

5.根据权利要求1所述的用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，所述投影光学单元（7）为凸透镜、凹透镜，球面镜、非球面镜、滤光片和全反射镜中的任一种或任意几种的组合。

6.根据权利要求1所述的用于机动车的投影式前照灯***，其特征是，所述电控可变反射率元件（6）为反射式液晶板或反射式数字微镜及它们所需的驱动电路。