CN108333855A - 用于投射像素化光束的装置，配备有这种装置的前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别地用于机动车辆的用于投射像素化光束的光学装置。该装置包括：至少两个矩阵阵列，每个矩阵阵列配备有能够发射光线的主光源，并且每个矩阵阵列都放置在特定的平面中；至少一个主光学***，所述至少一个主光学***与每个矩阵阵列相关联并且放置在矩阵阵列的下游，每个主光学***在矩阵阵列的上游形成矩阵阵列的虚像；以及从虚像形成图像的光学投射***，在所述图像中虚像部分重叠。

Description

用于投射像素化光束的装置，配备有这种装置的前照灯
技术领域
本发明涉及一种特别是用于机动车辆的光束投射装置，并且涉及一种能够投射近光束或远光束类型并且装备有这种投射装置的前照灯。
背景技术
机动车前照灯配备有一个或多个光学模块，该光学模块布置在由外透镜封闭的壳体中，以从前照灯的输出获得一个或多个光束。简而言之，壳体的光学模块特别包括发射(或发出)光线的光源，例如(或多于一个的)发光二极管(LED)，以及光学***，所述光学***包括一个或多个透镜以及在适当的情况下包括反射器，以便定向由光源产生的光线并形成从光学模块输出的光束。
已知某些机动车前照灯能够使光束的定向根据车辆驾驶员的需要变化。因此，当车辆转弯时，车辆上的电子***命令改变光束的定向以使其在操纵期间与驾驶员的视野相匹配。然后，前照灯将光束的轴线在车辆的转动方向上移动，以便照亮道路，而不是直接向前投射光束。
其他已知的前照灯能够用相同的光源提供近光束和远光束功能。为此，这些前照灯使用用来移动称为偏转器的元件的机械装置，以便截止光束的一部分。此外，还设计有用于高速公路行驶的近光束类型的灯，其光束的截止部略高于常规近光束类型的灯的截止部，以便改善当车辆在高速公路上行驶时道路的能见度。
因此，希望能够控制由光源发射的光线，以便改变从前照灯输出的光束的尺寸并由此提供所有上述功能。
然而，在现今的照明***中，要求增加的光束分辨率，因此对于像素数量的需要是很大的。因此，为了满足这种需要，光源的数量(其可以在1000到500000甚至更高的范围内)必须很大。
现在，包括这样多个源的二极管矩阵具有多个缺点。第一个缺点是这种组件的制造成本，因为大面积的芯片在晶片元件上被制造时包含缺陷的可能性高得多。这导致制造产量低，因此成本高。第二个缺点是这种矩阵阵列的易碎性，这意味着在处理矩阵时需要特别小心，以防止损坏。
为了避免这个问题，可以通过组合和组装多个二极管矩阵阵列来模拟满足上述需要的二极管矩阵阵列：二极管矩阵阵列被布置为首尾连接。
然而，首尾连接布置的二极管矩阵阵列不允许获得均匀的光束，因为在组成光束的矩阵阵列的多个光束之间也出现间隔，该间隔对应于矩阵阵列之间的间隙。
因此，本发明旨在获得一种特别用于机动车辆的光学装置，所述光学装置允许均匀光束从首尾连接布置的光源的像素化矩阵阵列投射。
发明内容
为此，本发明涉及一种尤其用于机动车辆的像素化光束投射光学装置，其包括至少两个矩阵阵列，每个矩阵阵列配备有能够发射光线的主光源，并且所述至少两个矩阵阵列分别放置在特定的平面中。该装置包括与每个矩阵阵列相关联的至少一个主光学***，并放置在矩阵阵列的下游。每个主光学***在矩阵阵列的上游形成矩阵阵列的虚像。该装置还包括光学投射***，光学投射***能够根据在上游形成的虚像形成图像，并且在所述图像中，由光学投射***成像的虚像在由光学投射***形成的图像中部分地重叠。因此，光学投射***能够形成每个虚像的图像，由此形成的虚像的图像部分重叠。
因此，本发明允许矩阵阵列被使用和关联，以便产生与光源的较大矩阵阵列产生的光束类似的光束。因此，不需要整个地制造这样的矩阵阵列，由此可以减少生产成本和降低损坏情况下的损耗。此外，因为不需要并置矩阵阵列，并且不需要每次制造具有合适尺寸的较大的矩阵阵列，所以该组矩阵阵列的尺寸可以容易地被选择。
此外，由于虚像形成在光源的矩阵阵列的上游，所以虚像可以被放大，由此允许由多个矩阵阵列的源产生的发光像素之间的空间被最小化。
另外，光学投射***基于在矩阵阵列上游形成的虚像输出图像，在所述图像中虚像的图像部分地重叠，从而实现矩阵阵列之间的光分布的良好均匀性。
而且，包括主光源的矩阵阵列被放置在不同的平面中，从而即使对于位于光学装置的边缘的主光源，也可以使光学***的效率优化。矩阵阵列的每个光学***处理比总体光学***与所有矩阵阵列相关联的情况更小的场。因此，根据本发明的光学装置产生较少的偏差，并且由矩阵阵列产生的光的透射被改善。
另外，与单个光学***相反，根据本发明的装置非常易于实施和配置，因为每个矩阵阵列/光学***可以被分别校正，管理和设计。
还值得一提的是，根据本发明的装置允许光学器件(例如透镜)比单个光学***要求使用的那些薄。因此，根据本发明的装置的光学器件的总重量低于单个光学***的总重量。根据本发明的装置在陆地车辆前照灯中的使用允许节省燃料。
投射装置对于虚像的聚集使得光学投射模块对主光学***中的制造缺陷不敏感：如果投射装置聚焦在屈光界面的表面上，则该表面将被成像，因此其中的制造缺陷将是可见的-这可能在投射光束中产生不均匀性或色差。此外，这允许光源的矩阵阵列与主光学***相关联地使用，每个源和/或源的矩阵阵列可单独成像。
根据本发明的可能组合在一起或分开使用的各种示例，该装置还可以包括：
-矩阵阵列被关联成至少一对矩阵阵列，并且由投射***形成的一对矩阵阵列的虚像的图像部分重叠；
-矩阵阵列被关联，使得在两个相继的相邻矩阵阵列之间保留剩余空间，该空间大于给定矩阵阵列中任意两个相邻主光源之间的空间。特别地，两个相继的相邻矩阵阵列之间的空间严格大于形成这些矩阵阵列的每个主光源的电子构件的长度；
-一对相关联矩阵阵列的主光源被配置为使得在部分重叠部中的点处的发射强度的总和基本上等于在矩阵阵列的一个矩阵阵列中的未对该重叠有贡献的点处的发射强度；
-一对相关联矩阵阵列中的每个矩阵阵列的主光源的配置包括有助于部分重叠的主光源的发射强度的增加，该增加与该对相关联矩阵阵列的第一矩阵阵列的这些主光源到该对相关联矩阵阵列的第二矩阵阵列的距离成比例；
-相关联矩阵阵列是像素化光源，并且每个虚像的p个成像像素有助于部分重叠；
-有助于部分重叠的第一虚像的成像像素p1i与有助于部分重叠的第二虚像的成像像素p2i相关联，像素p1i和p2i形成一对成像像素，针对部分重叠部中的每对像素所产生的光强度与没有对所述重叠作出贡献的所述成像像素的光强度基本相同；
-一对i像素的成像像素p1i和p2i基本完全重叠；
-一对像素的成像像素p1i和p2i之间的偏移量小于矩阵阵列的像素长度；
-主光学***被布置为使得一对相关联矩阵阵列的虚像在为所有形成的虚像所共用的表面上部分地重叠；
-所有形成的虚像所共用的表面是来自以下各项中的一个：平坦表面；弯曲表面；
-矩阵阵列与至少一对矩阵阵列相关联，并且光学投射***包括针对每个虚像形成第二虚像的装置，一对相关联矩阵阵列的第二虚像在由光学投射***形成的图像中部分地重叠；
-为每个虚像形成第二虚像的光学投射***的装置包括与每个主光***相关联的棱镜；
-主光源是发光二极管。
本发明还涉及配备有这种光学装置的机动车辆前照灯。
附图说明
根据下面的描述并且参照附图将更好地理解本发明，这些描述仅仅是通过示例性方式给出的，而不是要限制本发明：
-图1示意性地示出了根据本发明的装置的示例的透视图；
-图2示意性地示出了图1中的装置的一部分的放大透视图；
-图3示意性地示出了光源的第一类型的矩阵阵列的正视图；
-图4示意性地示出了根据本发明的装置的第一实施例的侧视图；
-图5示意性地示出了光源的第二类型的矩阵阵列的正视图；
-图6示意性地示出了光源的第三类型的矩阵阵列的正视图；
-图7示意性地示出了光源的第四类型的矩阵阵列的正视图；
-图8示意性地示出了根据本发明的装置的第一示例的顶视图；
-图9示意性地示出了根据本发明的装置的第二示例的顶视图；
-图10示意性地示出了根据本发明的装置的第三示例的顶视图；
-图11至13示意性地示出了对重叠有贡献的基本上叠加的像素的光强度的调制；
-图14至16示意性地示出了对重叠有贡献的基本上偏移的像素的光强度的调制；
-图17示意性地示出了光源的矩阵阵列的第一示例性布置的正视图；
-图18示意性地示出了光源的矩阵阵列的第二示例性布置的正视图；
-图19示意性地示出了光源的矩阵阵列的第三示例性布置的正视图；
-图20至22示意性地示出了重叠的例子。
具体实施方式
图1,8至10示出了特别是用于机动车辆的用于投射光束的光学模块1的示例。模块1沿光学轴线15在光线传播方向上从上游到下游包括三个矩阵阵列S1，S2，S3，三个矩阵阵列包括能够发射光线的主光源8；至少一个主光学***4，该至少一个主光学***4与每个矩阵阵列相关联，该至少一个主光学***传输由与至少一个主光学***相关联的矩阵阵列的主光源发射的光线；以及光学投射装置3，所述光学投射装置被配置为投射来自由主光学***4传输的入射光线的光束。在这些示例中，光学模块包括主光源的三个矩阵阵列，可以理解，矩阵阵列的最小数量是至少两个矩阵阵列。
再次在图1,8至10中，由主光源的矩阵阵列发射的光线的传播方向由从矩阵阵列S1，S2，S3开始并指向投射装置3的箭头表示。表述"布置在矩阵阵列下游的主光学***4"意味着主光学***位于由主光源发射的光所行进的路径上。
投射装置3形成光学投射***并且可以采用单个投射透镜的形式。然而，投射装置可以由多个透镜，多个反射器或者甚至一个或多个透镜和/或一个或多个反射器的组合的关联形成。
每个矩阵阵列S1，S2，S3被放置在一个特定的平面中：矩阵阵列S1被放置在平面21a中，矩阵阵列S2被放置于平面21b中，矩阵阵列S2被放置于平面21c中。平面相对于彼此被放置的方式可以改变。在第一个例子中，矩阵阵列的平面是重合的。在另一个例子中，矩阵阵列的平面基本上相互平行。在另一个例子中，矩阵阵列的平面被放置以允许每个矩阵阵列的中心能够被放置在曲线上；优选地，曲线位于包括投射装置的光学轴线的平面上，并且它可以是规则的，例如图8中所示的圆弧21d。因此，在后面的例子中，矩阵阵列被放置在空间中，使得它们各自的中心位于具有半径的圆弧上，所述半径可以被包括在无穷远(即平坦表面)和f/5之间，其中f是整个***的焦距的值，整个***由一个主光学***和一个光学投射***的组合形成。每个矩阵阵列因此属于特定的平面。可以理解的是，平面在空间中的布置不限于前面的例子；唯一的限制是与每个矩阵阵列相关的主光学***能够在矩阵阵列的上游形成矩阵阵列的虚像。下面讨论虚像的生成。
与每个矩阵阵列相关联的主光学***4的功能是传输矩阵阵列的主光源的光线，使得与投射装置结合，从模块投射例如投射到道路上的光束是均匀的。
为此，主光学***4可以配备有一个或多个会聚光学器件。在图8中，主光学***4是单个会聚透镜。
在图2所示的示例中，所述一个或多个会聚光学器件可以是会聚式入射微屈光界面5。这里，入射微屈光界面5在源8的方向上具有凸表面，即它们朝向外部弯曲。然而，这个表面可以是平面的，平凸面的，也可以是凹凸面的。如图2所示，一个入射微屈光界面5有利地放置在每个光源8的下游，即矩阵阵列2的二极管矩阵阵列或每个发光二极管下游。入射微屈光界面5形成主光源8的虚像6，如图2所示。
术语“微屈光界面”指的是其外部尺寸小于或等于主光源或主光源的相关联矩阵阵列的尺寸的5倍的屈光界面。微屈光界面一般是毫米级的。因此，例如，对于其具有1mm边长的发射面积的单独的发光二极管(LED)，相关的屈光界面的尺寸将内接在具有最大5mm边长的正方形中。如果主光源由LED矩阵阵列组成，则将考虑矩阵阵列的尺寸。另外，如果主光源都具有相同的尺寸，则可以规定所有的微屈光界面具有相同的尺寸。然而有利的是，还可以规定，与矩阵阵列的边界上，特别地在侧向端部处，的源相关联的屈光界面具有比其它屈光界面更大的尺寸，以便形成侧向和竖直细长的虚像，所述虚像将产生具有比其他投射发光图案的尺寸更大的尺寸的投射发光图案，特别地照亮道路两侧。
主光学***4还可以包括用于所有入射微屈光界面5的单个出射屈光界面9。出射屈光界面9提供传输到投射透镜3的光束的光学校正。该校正尤其用于改善该装置的光学功效并校正***4的光学偏差。为此，出射屈光界面9具有基本球形的圆顶形状。该形状几乎不偏离源自放置在光学轴线15上的源的光束并且经过出射屈光界面9的光线的方向。出射屈光界面9可以具有大致球形的圆顶形状，或者甚至具有双焦点清晰度的细长圆柱形状。
主光学***4可以由一种材料制成，即一体地形成并由相同的材料制成。换句话说，入射微屈光界面5和出射屈光界面9形成同一元件-主光学***4-的入射面和出射面，主光学***4可被比作复合透镜。
主光学***4可以包括针对每个入射微屈光界面5的一个出射微屈光界面9。主光学***4然后形成一组双凸面微透镜，每个微透镜被放置在主光源的前方。然而，与装备有单个出射屈光界面9的主光学***4不同，这种微透镜不允许校正整个透射光束。这样的微透镜具有增加虚像的均匀性和减少图像变形的优点。
出射屈光界面9和入射微屈光界面5形成整体形成且由相同材料制成的主光学***4的一部分。换句话说，主光学***4仅包括单个元件。
因此，配备有作为会聚光学器件的微屈光界面的主光学***4允许像素化光源被成像，其中每个产生的虚像是成像像素。在下面，并且独立于主光学***的配置，每个矩阵阵列S1，S2，S3将被认为形成单个虚像。因此将理解的是，矩阵阵列可以是从其获得虚像的像素化光源，并且该虚像由成像像素组成。因此，矩阵阵列的所有成像像素形成虚像。两个相邻矩阵阵列的边缘上的成像像素部分重叠，使得矩阵阵列的虚像不包含空间(没有光的区域)。因此，每个矩阵阵列的主光学***4允许主光源8的虚像6被形成为得获得均匀分布的光束，即光束的组成部分相对于彼此被正确地调节使得在它们之间没有暗条纹和/或亮(更高强度的)条纹，暗条纹和/或亮(更高强度的)条纹会降低驾驶员的舒适度。
虚像6通过主光学***4形成在主光源8的矩阵阵列S1，S2，S3的上游。表述“矩阵阵列的虚像形成在矩阵阵列的上游”是指形成在每个主光学***的上游的光线似乎源于位于每个主光源后面的图像。因此，虚像作为用于投射装置的新光源。
所获得的虚像6优选被放大，并且一对相关联矩阵阵列(20)的虚像部分重叠。一对关联的矩阵阵列意味着两个连续的矩阵阵列，它们的邻接关系是相对于两个矩阵阵列之间的间隔区域而建立的。换句话说，一对相关联矩阵阵列意味着期望看到或者可以被认为是首尾连接的两个矩阵阵列。因此，首尾连接地布置两个矩阵阵列对应于将它们并排放置，优选地尽可能地靠近放置，目的是例如模拟整个矩阵阵列。然而，在两个相继的相邻矩阵阵列之间保留了剩余空间，该空间大于给定矩阵阵列中的任何两个相邻主光源8之间的空间。特别地，两个相继的相邻矩阵阵列之间的空间严格大于形成这些矩阵阵列的每个主光源8的电子构件的长度。
因此，两个相邻的矩阵阵列的相邻的虚像部分重叠：部分重叠导致投射装置对它们各自的投射进行覆盖。更确切地说，两个首尾连接的矩阵阵列的主光源的一个或多个图像重叠。于是可以说是成像像素重叠。事实上，将寻求在主光学***的设计方面、在主光学***相对于彼此的布置方面以及在主光学***布置有其各自的矩阵阵列的方面，使得在具有公差裕度的情况下从旁轴观察点观察时虚像部分地重叠，以确保相对于光源可以被定位的精度和相对于主光学***的制造时的(例如在微屈光界面的表面中的)缺陷的稳健性。因此，本发明不仅允许使用市场上可用的标准构件，而且还避免了承载光源的首尾连接的构件之间的热膨胀问题。重叠确保了***相对于虚像位置的公差的稳健性，虚像位置本身的公差取决于主光源的位置公差以及主光学***的位置和制造的公差。
虚像6可以比主光源的矩阵阵列更远离投射透镜3，由此允许保持紧凑的光学模块。
主光学***4有利地被配置成在单个表面上形成虚像6，单个表面是由多个主光学***形成的所有虚像所共有的。因此，因为成对的相关联矩阵阵列的虚像部分重叠，所以所述单个表面用于生成由所有虚像形成的虚像，并且该虚像特别是连续的。换句话说，相邻的虚像部分重叠并且生成没有非照明区域的单个虚像。换句话说，根据本发明的模块发射的光束中没有黑暗区域。
优选地，虚像6的尺寸大于主光源8的尺寸。如图8所示，虚像S'1，S'2和S'3的尺寸的放大允许一对相关联矩阵阵列的虚像的部分重叠。例如，因为矩阵阵列S1和S2是相邻的，所以矩阵阵列S1和S2形成一对相关联的矩阵阵列。矩阵阵列S1和S2各自的主光学***(在这个例子中是单一的会聚透镜)分别产生虚像S'1和S'2。两个虚像S'1和S'2形成在同一表面24a，24b上。重叠部与波形括号S'4a处于相同高度。类似地，因为矩阵阵列S2和S3是相邻的，所以矩阵阵列S2和S3形成一对相关联的矩阵阵列，并且矩阵阵列S2和S3的虚像S'2和S'3也形成在平面24a上，并且具有与波形括号S’4a处于相同高度的重叠部。单个表面可以是平面24a。它也可以是具有曲率的表面；例如表面24b具有曲率，使得表面上的任何点具有切平面。弯曲表面使得可以由光学投射透镜3形成的投射装置产生的像差被校正。在任何情况下，由所有虚像形成的虚像是连续的，即它不包含黑暗区域。
为了获得相邻的虚像之间的重叠，即在一对相关联矩阵阵列的虚像之间的重叠，凸曲率和制作每个主光学***所用的材料适合于主光源8的矩阵阵列S1，S2，S3的尺寸，以及同样地主光学***4相对于矩阵阵列的位置，使得连续的虚像部分重叠。为了使像差最小化，可以将主光学***放置成几乎和与其相关联矩阵阵列接触。通常，主光学***与相关联矩阵阵列之间的距离小于1mm，例如0.5mm。
图3和5至7示出了根据本发明的装置可以包括的矩阵阵列的示例。矩阵阵列包括可单独寻址的至少两个不同的发光区域；因此矩阵阵列包括至少两个能够发射光线的主光源(8)。主光源优选地形成主光源的网格，即光源以规则的图案，例如棋盘图案，分布在矩阵阵列上。
图3示出了发光二极管类型的光源8的多芯片矩阵阵列20，每个源8可单独寻址。每个源8单独地制造在独立的芯片上，所述独立的芯片安装在保持元件18上，保持元件18本身与其他源一起组装在载体17上。
图5示出了第二类型的多芯片矩阵阵列20，其中发光二极管彼此预组装在放置在载体17上的共用保持元件18上。
图6和图7示出了单芯片矩阵阵列20，其中光源8具有共用的电极。二极管具有两个接触电极16,19，不连续的第一电极19和平面的第二电极16。在图6中，主光源8通过激活第一电极19单独寻址，第二电极对于芯片的所有的源8是相同的。相反，图7的光源8具有分成多个部分的第二电极19，以便为每个源8获得独立的第二电极19，第一电极16可同时激活。
矩阵阵列可以基于包括多个亚毫米尺寸的电致发光单元的半导体光源，这些单元分布在各个可选择性激活的发光区域之间。具体而言，亚毫米尺寸的每个电致发光单元采取杆的形式。
主光源8例如是在矩阵上形成阵列的发光二极管，例如如图5所示。发光二极管的这种矩阵阵列是已知的并且可购买到。
主光学***4使矩阵阵列20的光线相关联以便形成单个光束，所述单个光束具有与在该装置的矩阵阵列完全地首尾连接的情况下所具有的性质相同的性质。
图17示出了四个矩阵阵列(S1-S4)的正视图的示意性示例，四个矩阵阵列在给定的平面21中首尾连接并且其中由于与矩阵阵列相关的构造约束，两个相邻的矩阵阵列(S1-S2，S2-S3，S3-S4)之间的距离不是零，大于20μm，并且通常从1mm到20mm甚至更多。为了清楚起见，图中的首尾连接的矩阵阵列之间的空间是夸大的。每个矩阵阵列与主光学***4(由圆圈表示)相关联。应该理解的是，为了附图的可读性，在图中相邻的矩阵阵列之间的空间是夸大的。
图18示出了根据本发明的装置的另一个示意性示例，其中每个平面21a至21d包括两个矩阵阵列。在该示例中，两个相关的矩阵阵列(S1-S5，S2-S6，S3-S7，S4-S8)位于同一个平面中，而不是首尾连接。每个矩阵阵列与其主光学***4(由圆圈表示)相关联。
图19示出了根据本发明的装置的另一个示意性示例，其中，每个平面21a至21d包括两个矩阵阵列，位于给定平面中的两个矩阵阵列被首尾连接。放置在给定平面中的矩阵阵列与它们共用的相同的主光学***相关联，由此允许装置的重量减小。
为了使从光学投射透镜3出射的光束尽可能均匀(并且尤其是在对比度方面)，可以管理或控制相邻的虚像之间的重叠。管理重叠意味着控制重叠部的一个或多个参数，例如其尺寸，发射强度等。
关于重叠区域的尺寸，它们将特别取决于光源以及与之相关的主光学***。配备有主光源的矩阵阵列可以是任何形状的。然而，实际上，矩阵阵列是四边形的形状，最好是矩形或正方形等规则的四边形；因此产生的虚像也将是四边形形状。从旁轴观察点观察，形成在单个表面上的虚像部分重叠。更准确地说，对于两个矩阵阵列的每个关联，在至少一个方向上产生重叠，并且重叠的宽度是在相同方向上的重叠的测量距离。图20示出了例如由图1,8,17-19的源S1和S2产生的两个虚像S'1和S'2的重叠的例子。因为光源S1和S2的矩阵阵列是矩形的，所以这两个图像是矩形的；例如它们的主光源形成网格。两个虚像S'1和S'2在第一方向y上对准，并且在x方向上针对宽度a产生重叠(图20中的灰色区域)。图21示出了例如由图18的源S1，S2，S5，S6产生的四个虚像S'1和S'2的重叠的另一个例子。因为光源的四个矩阵阵列也是矩形的，所以这四个图像是矩形的。两个虚像S'1和S'2(S'5和S'6)由一对矩阵阵列S1和S2(S5和S6)产生并且在第一方向y上对准，针对给定宽度a(b)重叠被产生在x方向上。应该理解，宽度a和b优选是相等的，以便于重叠的管理。S1和S5(S2和S6)也形成一对关联的矩阵阵列，并且它们的虚像S'1和S'5(S'2和S'6)此时在x方向上对准，并且针对重叠宽度c(d)在y方向上重叠。同样，宽度c和d最好是相等的，以便于管理重叠。矩阵阵列可以包括多于一个的关联；在这个例子中，S1与两个矩阵阵列S2和S5相关联。
相关联矩阵阵列是像素化光源，这例如是发光二极管的矩阵阵列的情况，或者甚至是与包括入射微屈光界面5的主光学***相关联的发光矩阵阵列的情况。因此，当光源是像素化的源时，这些源的像素被成像，并且所有成像像素形成矩阵阵列的虚像。在这种情况下，每个虚像的p个成像像素有助于部分重叠；p是自然整数。p个像素中的每个像素可以整体地或事实上部分地对重叠作出贡献。图22说明了这两个特定情况。图22类似于图20，除了显示成像像素。虚像S'2的像素26全部对重叠作出贡献，而虚像S'1的像素27部分对重叠作出贡献。
在图22的示例中，两个虚像S'1和S'2分别地具有相同数量的对于重叠有贡献的成像像素，对于S'1有p1i个像素，对于S'2有p2i个像素，数量p1i和p2i是自然整数。例如，例如如果两个虚像的像素密度不相等，则可以设想数字p1i和p2i不相等的示例。
假定相邻的虚像包含至少部分涉及每个虚像的像素的覆盖区域，则存在重叠。实际上，对于两个矩阵阵列的每个关联，在至少一个方向上产生重叠。例如每个虚像的至少一列成像像素参与重叠。优选地，重叠的宽度包括每个虚像的至少两行成像像素，以便确保重叠对诸如以下因素是弹性的，可能发生在装置的构件之间的热膨胀和/或矩阵阵列和/或其主光学***的位置的调节的损失。在图22中，每个图像S'1和S'2的两列像素参与重叠。
每个虚像的成像像素的数量取决于矩阵阵列的构造。例如，对于包括在0.05°和0.2°之间的成像像素的分辨率，矩阵阵列的与另一个矩阵阵列的p个像素重叠的像素的数量p优选地高于10个像素，即每个矩阵阵列的10列像素或更多列重叠。一般来说，可以考虑被包含在每个矩阵阵列的20到50列像素之间的重叠确保了装置的非常好的稳健性。
重叠部的发射强度必须基本上等于不参与重叠的竖直图像的区域的发射强度。换句话说，一对相关联矩阵阵列的主光源被配置为使得在部分重叠部中的点处的发射强度的总和基本上等于在矩阵阵列的一个矩阵阵列的未导致重叠的点处的发射强度。这里，表述"基本上等于"意味着发射强度的值在重叠部和其他区域之间可以变化±10％。优选地，该变化小于或等于±5％。
实际上，每个矩阵阵列包括主光源的网格，如参考图3,5-7所讨论的，并且每个主光源是可单独寻址的。因此可以通过改变矩阵阵列的一个或多个主光源的发射强度来改变成像像素的单独光强度。由于与制造过程相关的原因，矩阵具有四边形的形状，最好是矩形或正方形等规则的四边形。然后可以控制对一行成像像素的照明有贡献(或是其原因)的主光源的光强度，所述一行像素有助于部分重叠。为了便于管理对重叠有贡献的成像像素的光强度的控制，并确保重叠的光强度是均匀分布的，有助于部分重叠的第一虚像的每个成像像素p1i与有助于部分重叠的第二虚像的一个或多个成像像素p2i相关联，使得重叠部包括一对或多对像素(p1i，p2i)，一对或多对像素(p1i，p2i)的光强度基本相等。优先选择一对或多对像素，使得构成它们的成像像素整体优先重叠。应该理解，一对像素(p1i，p2i)的光强度是所述对像素的每个像素的光强度的总和。
实际上，这相当于适当地控制通过每个主光源并设定每个像素的平均亮度的平均电流。例如，如果主光源是LED，则电流的占空比Ton/Toff被控制以获得期望的平均电流。如本领域已知的那样实现该控制。
数对像素(p1i，p2i)的光强度大致相等。为了改善光强度的均匀性并产生在所有虚像上恒定的强度分布，可以配置对重叠有贡献的主光源-即照亮重叠部的成像像素的那些光源，使得所述主光源的光强度与其离所述主光源不属于的矩阵阵列的距离成比例。例如，在图22中，S'1的成像像素27的光强度高于S'1的成像像素28的光强度。
图11至图13示出如下的例子，其中矩阵阵列是相同的，从而可以获得一对成像像素-即对部分重叠有贡献的第一虚像的成像像素p1i和对部分重叠有贡献的第二虚像的成像像素p2i-使得两个像素的全部重叠是可能的。图11示出了第一虚像的六个成像像素的强度，例如图22中的S'1。这些像素属于编号为p1i的像素列，其中i包括在n-6和n之间，n是产生虚像S'1的矩阵阵列S1的像素列的数量。这些像素p1i位于虚像S'1的同一行像素中。图12示出了第二虚像的六个成像像素的强度，例如图22中的S'2。这些像素属于编号为p2i的像素列，i包含在1和7之间。这些编号像素p2i位于虚像S'2的同一行像素中。第一源S1的像素-矩阵阵列S1位于源S2的左侧并且产生虚像S'1-被控制以便获得从一个像素列到下一个像素列的发射强度的减小，而第二源S2的像素-矩阵阵列S2位于S1的右侧并且产生虚像S'2-具有从一个像素列到下一个像素列的增加的发射强度。两个连续列之间的发射强度差可由比率i/p决定，其中p代表参与虚像的重叠的列的数量，并且i代表对重叠没有贡献的成像像素的光强度。在图11中，有助于重叠的像素的强度从高到低减小，并且在图12中从低到高增加。通过完全调节每一对有助于重叠的成像像素的重叠，在两个虚像中获得恒定强度分布：重叠部的发射强度等于虚像的其他区域的发射强度。图13说明了这两个虚像中的恒定强度分布。可以理解的是，在图11至图13的示例中，一对像素的成像像素p1i和p2i基本完全重叠。因此将理解，一对相关联矩阵阵列的主光源被配置使得部分重叠部中的一个点处的发射强度的总和基本上等于矩阵阵列的一个矩阵阵列中的对重叠不起作用的一个点处的发射强度。因此，每对重叠的成像像素(图11和图12中的p1i和p2i)的光强度之和基本上等于未参与重叠的任何一个成像像素的强度，可以认为就其像素不参与重叠而言，两个首尾连接矩阵阵列具有类似的发射强度，即非常接近或相等的发射强度。
图14至16示出了如下特定情况，由于矩阵阵列的关联的成像像素p1i和p2i仅部分重叠，所以与图11至13中所示的情况稍微不同。在其制造过程中(例如如下的不良校准)，或者甚至在其制造之后(例如如下的震动)，被错误地组装的装置可能导致部分重叠。例如，第一源S1的图像S'1的像素p1i＝n-6仅部分地与其关联的第二源S2(图15)的图像S'2的像素p2i＝1重叠，对于像素p1i＝n-5和像素p2i＝2也是如此。因此，因为在一对像素的每对p1i，p2i的成像像素的图像之间存在偏移量30，所以重叠区域中的强度不是恒定的。
在图14至16的例子中，因此存在由在整个重叠部中有规律地重复的偏移量30引起的强度差的缺陷。缺陷的幅度与重叠的像素的数量成反比。例如，每个矩阵阵列的七个像素参与重叠，并且缺陷的幅度是i/7。
对于高度像素化的源(数百个成像像素)，因此可以下降到包括在0.05°和0.2°之间的每个成像像素的分辨率。例如，如果矩阵阵列被投射到的场在竖直方向上为7°，在水平方向上为7°，那么对于每像素0.05°的分辨率像素的数量将是20000个像素，并且对于每像素0.2°的分辨率像素的数量将是1000个像素。每个成像像素的该分辨率范围对应于包含在每度有5到20个周期(cpd)之间的空间频率，并且在空间频率值的该范围中存在缺陷对比度，低于该缺陷对比度缺陷将不再可见。对于5cpd的空间频率，调制度必须优选被包含在1/50和1/20之间，包括极限值。因此，参与重叠的每个矩阵阵列的像素的数量必须优选地被包括在20个和50个像素之间，包括极限值。
通过调节相关像素重叠的方式，可以使人眼看不到缺陷。如果偏移量小于1个像素，即如果在两个相关像素之间存在至少部分重叠(如图14至图16所示)，则如果每个相关成像像素的分辨率被包括在0.05°和0.2°之间，则人眼看不到缺陷。如上所述，参与重叠的每个矩阵阵列的像素列的数量必须优选地被包括在20列和50列之间，包括极限值。
如果偏移量大于1个像素(例如，与像素p2i＝2相关联的像素p1i＝n-5仅部分与像素p2i＝1重叠)，那么缺陷可能对人眼可见。在这种情况下，如果出现问题的所述矩阵阵列的尺寸大于可以开启的像素的数量，则可以通过改变一个和/或其他矩阵阵列的成像像素的光强度，或者甚至通过改变某些像素的光强度的增加或减小来进行校正；在矩阵阵列中具有能够使用的备用的像素。换句话说，可以使用用于管理像素的方式(即，通过简单地改变开启的像素)来校正大于一个像素的偏移量。例如，如果像素p1i＝n-5仅与像素p2i＝1部分重叠，则可以通过减小重叠的宽度，例如通过对i＝n-6到i＝n将像素p1i的强度增加i/7以及将第二矩阵阵列的像素7的强度增加i/7来校正缺陷。校正的另一示例可以是，如果矩阵阵列S2包含能够用于产生位于包含像素1的列的左侧的附加像素列的主光源，将成像像素的光强度向左偏移，即像素p2i＝1左侧的像素将具有像素p2i＝1的光强度，像素p2i＝1将具有像素p2i＝2的光强度等。
因此，可以忽略偏移，因为偏移不具有人眼可感知的影响，或者可以通过校正操作来校正偏移，其中参与虚像的重叠的像素的光强度被重新配置。这种校正操作很容易实现，因为它基本上基于对矩阵阵列的主光源的控制，并且不需要改变根据本发明的装置的组成元件的位置。因此，根据本发明的装置允许通过重新编程像素来校正装置的不正确组装，即，不必对包含在装置中的元件在物理上介入。
对于参照图8给出的根据本发明的示例性装置的补充，现在将讨论主光学***(4)和投射***(3)的另外两个示例性装置。
图9示出了与参考图8所讨论的装置类似的示例性装置。它包括三个矩阵阵列S1，S2，S3，每个矩阵阵列配置有能够发射光线的主光源(8)。每个矩阵阵列被放置在特定的平面21a，21b，21c中。平面21a，21b，21c可以是重合的，也可以不重合；在这个例子中，它们不是重合的。正如在图8中，每个矩阵阵列都与位于矩阵阵列下游的主光学***4相关联。每个主光学***形成与其相关联的源的第一虚像S'1，S'2，S'3，并且每个虚像形成在与虚像对应的矩阵阵列的上游。与图8中的例子不同，虚像S'1，S'2，S'3未部分重叠。在图8的例子中，因为已经成像的虚像包含重叠部，使得投射光束也将具有重叠部，所以光学投射***可以是常规透镜-例如轴对称透镜。相反，由于图9中的主光学***的装置不能确保重叠，因此要由光学投射***(3)来确保这些源的图像在无限远处的重叠。光学投射***包括针对由主光学***4形成的每个虚像形成第二虚像的装置。因此，如图9所示，矩阵阵列S1的第一虚像S'1的第二虚像S”1被产生，对于矩阵阵列S2和S3中的每一个也是如此。第二虚像S”1，S”2，S”3被形成为使得它们在由光学投射***形成的图像中部分重叠。图9的光学投射***包括分别与主光学***之一相关联并且产生第二虚像S”1，S”2，S”3的装置3a，3b，3c。位于光学投射***3的入口处的这些装置3a，3b，3c可以包括与每个矩阵阵列关联的棱镜。每个棱镜有助于使由主光学***产生的所述第一虚像回到相位。图9的光学投射***还包括形成所述第二虚像的图像的透镜3d。透镜3d可以是与图8的示例类似的透镜。如图9所示，装置3a，3b，3c和透镜3d可以形成一个且仅形成一个透镜。可选地，装置3a，3b，3c和透镜3d是分离的，并且然后被布置为使得投射***的出射透镜3d可以使所述第二虚像在无限远处成像。在另一个例子中，装置3a，3b，3c是一个透镜，3d是一个透镜。或者实际上，装置3a，3b，3c是屈光界面，3d也是屈光界面。在这个例子中，在光学投射装置的入口处产生重叠。
图10示出了与参考图9所讨论的装置类似的示例性装置，其中虚像S'1，S'2，S'3未部分重叠。在图10的例子中，光学投射***包括两个透镜3e，3f，它们可以由相同的材料制成并一体形成。投射***的两个透镜3e和3f被布置为使得它们产生对应于虚像S'1，S'2，S'3的部分重叠的图像S”1，S”2，S”3。因此在光学投射***的出口处产生重叠。

Claims (14)

1.一种像素化光束投射光学装置，特别是用于机动车辆的像素化光束投射光学装置，包括：
至少两个矩阵阵列(S1，S2，S3)，所述至少两个矩阵阵列中的每个矩阵阵列配备有能够发射光线的主光源(8)，并且所述每个矩阵阵列放置在特定的平面(21a，21b，21c)中；
至少一个主光学***(4)，所述至少一个主光学***与每个矩阵阵列相关联并放置在矩阵阵列下游，每个主光学***在矩阵阵列上游形成矩阵阵列的虚像(6)；
光学投射***(3)，所述光学投射***能够形成每个虚像的图像，由此形成的虚像的图像部分重叠。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述矩阵阵列与至少一对矩阵阵列相关联，并且其中由所述投射***形成的一对矩阵阵列(20)的所述虚像(6)的图像部分重叠。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，
一对相关联矩阵阵列的主光源被配置为使得在部分重叠部中的点处的发射强度的总和基本上等于在该对相关联矩阵阵列中的一个矩阵阵列中的未对该重叠有贡献的点处的发射强度。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，
一对相关联矩阵阵列中的每个矩阵阵列的主光源的配置包括对部分重叠有贡献的主光源的发射强度的增加，该增加与该对相关联矩阵阵列中的第一矩阵阵列的这些主光源到该对相关联矩阵阵列中的第二矩阵阵列的距离成比例。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，
相关联矩阵阵列(20)是像素化光源，并且每个虚像的p个成像像素对于部分重叠有贡献。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，
对部分重叠有贡献的第一虚像的成像像素p1i与对部分重叠有贡献的第二虚像的成像像素p2i相关联，像素p1i和p2i形成一对成像像素，对于部分重叠部中的每一对成像像素产生的光强度基本上与未对重叠有贡献的成像像素的光强度相同。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，
一对像素i的成像像素p1i和p2i基本完全重叠。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，
一对像素的成像像素p1i和p2i之间的偏移量小于矩阵阵列的像素的长度。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的装置，其中，
主光学***(4)被布置为使得一对相关联矩阵阵列(20)的虚像(6)在为所有形成的虚像所共用的表面(24a，24b)上部分地重叠。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，
所有形成的虚像所共用的表面(24a，24b)是来自以下各项中的一个：
平坦表面(24a)；
弯曲表面(24b)。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，
所述矩阵阵列与至少一对矩阵阵列相关联，并且其中所述光学投射***(3)包括为每个所述虚像形成第二虚像的装置，一对相关联矩阵阵列(20)的第二虚像(6)部分重叠在由光学投射***形成的图像中。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，
所述光学投射***(3)的用于为每个虚像形成第二虚像的装置包括与每个主光学***相关联的棱镜(3a，3b，3c)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，
主光源(8)是发光二极管。
14.一种机动车辆前照灯，包括根据前述权利要求中任一项所述的光束投射光学装置。
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