CN108391442A - 用于控制机动车前照灯的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于控制机动车前照灯的方法中，该机动车前照灯至少包括激光二极管（1）和分配给该激光二极管（1）的光转换件（8），其中光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域能够由激光二极管（1）的光束（2）周期地且以不同强度来照明，其中在光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域内的照明强度同时通过不同区域的相对照明持续时间和通过激光二极管（1）的在光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域内的不同光强度来进行设定，在光束（2）以低于角速度的定义值的角速度进行移动的区域中仅仅切断和接通激光二极管（1）并且在光束以高于角速度的定义值的角速度进行移动的区域中设定激光二极管（1）的不同光强度。根据本发明的机动车前照灯具有用于执行根据本发明的方法的计算单元（4）。

Description

用于控制机动车前照灯的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车前照灯的方法，该机动车前照灯至少包括激光二极管和分配给该激光二极管的光转换件，其中光转换件的与光图像的不同区域相对应的区域可被激光二极管的光束周期地且以不同强度地照明，其中在光转换件的与光图像的不同区域相对应的区域中的照明强度同时通过不同区域的相对照明持续时间和激光二极管在光转换件的与光图像的不同区域相对应的区域中的光强度来设定，并且相对照明持续时间通过光束在光转换件的与光图像的不同区域相对应的区域中不同快速的偏转来实现。此外，本发明涉及一种机动车前照灯，所述机动车前照灯具有：至少一个关于其光强度可设定的激光二极管，该激光二极管的激光束能够扫描式地引导到光转换件上，以便在该光转换件上产生照明图像，该照明图像通过成像***作为光图像被投影到车道上；和光扫描器的偏转镜，该偏转镜能够根据确定的控制特性曲线沿着至少一个坐标方向偏转；以及激光控制器和分配给该激光控制器的计算单元。
背景技术
在现有技术中不同类型的机动车前照灯是已知的，其中在近年来主要使用具有放电灯和卤素光源的前照灯。出于节省能量的原因和为了进一步减小机动车前照灯的空间需求，增加地试验使用激光二极管、如半导体激光器，因为所述激光二极管对此是有利的。为了使激光能够用于机动车前照灯，在此利用激光二极管来照射光转换件、所谓的磷光体转换器，由此激发该磷光体转换器来发射可见光。磷光体转换器在这里可以是光不可通过的，在这种情况下，激光被引导到磷光体转换器的发射侧上。替代地，光转换件可以是透射型的，在该光转换件的情况下激光束被引导到磷光体转换器的背侧上，并且在另一侧、即发射侧上作为转换过的光被发射。
在所谓的静态***中，激光束不能移动地对准磷光体转换器。与此相反，在所谓的动态***中，用来激发磷光体转换器的一个激光束或者多个激光束借助摆动镜在磷光体转换器上移动，使得对于眼睛而言产生了光图像，该光图像对应于磷光体转换器的外形或者光转换件的由激光束所照亮的区域。激光束因此扫描该光转换件，该光转换件在当前照射区域内发射可见范围内的光，其中由于激光束的相对高的扫描速度，人眼察觉到连续的照明，并且不能识别闪烁或者闪光。光转换件的光通过反射器和/或透镜***来发射到机动车前方。由此能够实现确定的光功能或者光功能的精确明暗界限、诸如远光、近光等等。
为了实现复合的光图像并且尤其为了实现动态光功能、诸如有适应性的远光，光图像由许多不同的不连续的区域、所谓的像素构成，在这些像素中能够实现不同的照明强度。不同照明强度由光转换件的在光转换件的与光图像的像素相对应的不同区域、即光转换件的像素内的不同强度照明或者照射来产生，其中所述的反射器和/或透镜***用来相应地清晰地在机动车前方的区域内对光转换件的不同的不连续的区域进行成像。
为了在光转换件中实现不同照明强度，原则上提供两种可能性。一方面，可以根据像素来不同地设定激光二极管的光强度，该像素基于摆动偏转镜的当前位置正好利用激光二极管的光来照射或者可以照射。在这种方法中，通常在控制技术上仅仅设置激光二极管光强度的几个不多的等级。例如，激光二极管根据其相应位置可以用激光二极管的最大光强度的0%、50%或者100%来运行。但是，大多的是，在光图像中明显更高数量的不同亮度等级是必要的，以便满足对现代机动车技术的要求。例如256个亮度等级是值得期望的，为此在所述第一种可能性中也必须能够设定激光二极管的256个亮度等级，但是这在实践中由于伴随着激光二极管的可能的亮度等级的数量增加而来的控制技术费用和由于增加的功率损耗而不可行。只要成功通过在光转换件的不同区域或者像素内的激光束以例如256个分级来设定光转换件的相对照明持续时间，那么这根据第二种可能性利用激光二极管的两个亮度等级已经可以实现。这一方面可以在像素扫描时通过激光二极管的光脉冲来实现，使得像素例如仅仅一半时间被照射（结果是50%照明强度能够由人眼觉察）或者激光束的扫描周期足够小，即激光束的扫描频率选择得足够高，以便能够基于许多扫描循环来设定在各个像素内的不同的相对照射持续时间。所述的许多扫描循环或者所述的高扫描频率涉及光图像构建的最小频率或者基本周期，也必须为具有最小亮度等级的像素确保该最小频率或者基本周期，以便确保对于人眼来讲是均匀的无闪光的光图像，当相应像素即使在另外的像素的激光束的多倍扫描频率下也利用仅一个光脉冲来照射时，产生该最小亮度等级。例如这种基本周期为1/200秒，在这种情况下最小频率为200Hz（赫兹）。在这种情况下扫描频率的翻倍意味着，所有像素可以用400Hz的频率来照射，即激光束可以在1/200秒的基本周期内两次扫描每个像素。如果像素也两次被照明，产生了100%的亮度，则像素仅被一次照明，产生50%的亮度。换句话说，因此除了像素也完全没有被照明（像素保持黑暗）的可能性之外，相对照明持续时间的两个等级是可以的。
为了实现所述的高数量的亮度等级，两个方法具有其极限，因为一方面在调光激光二极管时、即在设定许多不同的光功率时产生了相对高的功率损耗并且因此产生了大的放热，如这已经在更上面说明的那样。但是另一方面不可能的是，足够短且准确产生激光脉冲，以便只基于相对照明持续时间实现所述的高数量的亮度等级。另外，一个周期内的扫描循环也不能无限地成倍增加，因为在这里偏转***、通常是已经提到的摆动镜将到达其机械极限。设定相对照明持续时间的另一种可能性在于，在光转换件的与光图像的不同区域相对应的区域中通过以下方式实现光束的不同快速的偏转，即激光二极管的光束不同快地偏转，由此得出激光束的光点在各个区域中的不同长的停留时间。与光分布应该是相对暗的那里相比，在光分布应该是明亮的那里，激光光斑以较小的速度移动。各个像素的相对照明持续时间的这类设定是本发明的主题，因为在高的扫描速度的情况下对激光二极管的开关频率的要求提高了多倍。另一方面，由于在低扫描速度和伴随于此低的开关频率下的较高效率而优选激光二极管的纯开关（在激光二极管的接通和切断的意义上）。只有在较高的扫描速度或开关频率的情况下，关于相应电路的电磁屏蔽的较好特性使激光二极管的不同光强度的设定在调光激光二极管的意义上显得有利。
发明内容
因此本发明所基于的任务是，根据激光二极管的光束的偏转速度尽可能消除激光二极管的所提及的开关方式的缺点。
为了解决所述任务，根据本发明的方法从开始提及的类型的方法出发如下地来进一步发展，即在光束以低于角速度的定义值的角速度进行移动的区域中仅仅切断和接通激光二极管并且在光束以高于角速度的定义值的角速度进行移动的区域中设定激光二极管的不同光强度。为了实现大数量的亮度等级，根据本发明，通过控制相对照明持续时间的照明强度控制效果与通过控制激光二极管光强度的照明强度控制效果相结合。扫描周期的每次减半导致亮度等级的翻倍，所述亮度等级能够单独通过光转换件的与光图像的不同区域相对应的区域的可实现的不同的相对照明持续时间来表示，就像激光二极管的可设定的光强度的数量的每次翻倍导致可实现的亮度等级的这种翻倍。通过这种方式，产生不同亮度等级的两个所述类型的缺点可以保持得小。在表1中示出，扫描频率关于基本周期的每次翻倍如何引起可显示的亮度等级的翻倍。
原则上，激光二极管的光束可以沿着每个任意的图案在光转换件上引导。但是，根据本发明的一个优选变形如下地操作，使得激光二极管的光束沿着行和/或列照明光转换件，由此实现有效的光引导，该光引导允许尽可能高的扫描速度。
优选地，光束沿着行和/或列来回移动，使得不需要偏转镜的空转，以便在一个周期过去之后又返回到起点上。在光束来回移动时，边缘处的像素在光束反转时可能很短地连续地被照明，为此以后仅以大的时间间隔，直到光束运行到另一个边缘并且又返回。为了考虑这种情况并且为了避免极端情况，因此可以优选地规定，像素内的为了实现相对照明持续时间所需要的光脉冲不连续地而是分布在基本周期上地被发送。
优选地如下操作，使得激光二极管的光束借助活动的偏转镜被引导到光转换件上，尽管激光二极管光束的偏转件的每个其它形状也是可设想的，诸如借助活动的棱镜。
尤其地，偏转镜是MEMS微扫描器的一部分，如这对应于本发明的一种优选的实施方式。MEMS微扫描器的特征在于高扫描频率的精确可实现性，这结合本发明有利于实现许多的亮度等级。
但是，替代地，可以电磁地驱动偏转镜，如这对应于本发明的一种优选的实施例方式。
根据本发明的一种优选实施方式，在激光二极管上可设定至少三个光强度、尤其是激光二极管的最大光强度的100%、50%和0%。
优选地，在根据本发明的方法中这些进行，使得角速度的定义值在4000°/s和8000°/s之间、特别是在5000°/s和7000°/s之间选择，特别是选择为6000°/s。特别是6000°/s的值在实践中作为重要的被认识到，因为从该值起相较于在高频范围内更适宜地设定不同的光强度、即调光激光二极管来说在为了产生相应于快速扫描速度而快速的光脉冲来控制激光二极管中的电磁屏蔽的问题剧增。
根据本发明的机动车前照灯从开始提及的类型的机动车前照灯出发，其特征在于，计算单元被设立用于执行刚才所描述的方法。
附图说明
借助附图中的图来解释根据本发明的方法。在附图中：
图1示出了使用根据本发明的方法的机动车前照灯的主要部件；
图2示出了用来控制机动车前照灯的方法的图解，在该方法中，照明强度通过激光二极管的变化的光强度来设定；
图3a－3c示出了非根据本发明的方法的图解，在所述方法中，照明强度通过不同区域的相对照明持续时间来设定；
图4示出了光束的不同快速的偏转的图示；以及
图5示出定义值的示例，在所示定义值中根据本发明发生激光二极管的调制类型的变换。
具体实施方式
现在参照图1，详细解释本发明的实施例。尤其是示出了对于根据本发明的前照灯重要的部件，其中清楚的是，机动车前照灯还包括许多其它部件，这些部件可以实现其合适地用在机动车、如尤其轿车或者摩托车中。前照灯的光技术上的起点是激光二极管1，该激光二极管发出激光束2，并且激光控制器3分配给该激光二极管，其中所述控制器3用来供电以及监控激光发射或者例如用来控制温度，并且还被设立用于调制所发射的激光束的强度。结合本发明，“调制”被理解成，在接通和切断的意义上可以连续地或脉冲地改变激光二极管的强度。重要的是，根据后面详细描述的镜处于哪个角度位置上，可以改变光功率。附加地还存在一定时间内接通和切断的可能性。用于通过扫描激光束来产生图像的动态控制方案的示例例如在本申请人的文献AT 514633中予以描述。激光二极管1的控制信号用Us来表示。
激光控制器3在其侧又从中央计算单元4得到信号，传感器信号s1、si、sn可以输送给该中央计算单元。这些信号例如可以一方面是把远光切换成近光的切换指令，或者另一方面是例如由传感器S1…Sn、如摄像机所记录的信号，这些传感器检测车道上的照明情况、环境条件和/或目标。信号也可以来自机动车－机动车－通信信息。在这里示意性地被示为方框的计算单元4可以完全或者部分地被包含在前照灯中，并且尤其也用来执行本发明的更下面描述的方法。
激光二极管1例如发出蓝光或者UV光，其中激光二极管后置于准直光学装置5以及聚焦光学装置6。此外，光学装置的构造取决于所使用的激光二极管的类型、数量和空间布置，取决于所需要的射束质量，以及取决于光转换元件上的所希望的激光光斑大小。
被聚焦的或者被成形的激光束2’到达光扫描器7，并且由偏转镜10反射到在本示例中构造为发光面的光转换件8上，该光转换件8例如以已知的方式具有用来进行光转换的磷光体。磷光体将例如蓝光或者UV光转换成“白”光。结合本发明，“磷光体”通常理解成以下材料或者材料混合物，所述材料或者材料混合物将一种波长的光转换成另一种波长的光或者波长混合的光，尤其转换成“白”光，这可以归入术语“波长转换”下。
使用发光颜料，其中初始波长一般比所发射的波长混合更短并且因此更高能。所希望的白光印象在此通过相加的颜色混合来产生。在此，“白光”被理解为这样的光谱组成的光，该光对于人来说引起颜色印象“白色”。术语“光”当然不局限于对于人眼可见的辐射。对于光转换件例如考虑光陶瓷，其是透明陶瓷、诸如YAG：Ce（利用鈰掺杂的钇-铝-石榴石）。
在此应该看得出来，在附图中光转换件8作为磷光体面示出，扫描激光束2或者多个扫描激光束在该磷光体面上产生图像，该图像从磷光体的这侧出发地被投影。但是也可以的是，使用透光的磷光体，在透光的磷光体的情况下，来自背离投影透镜的侧的激光束2产生图像，其中然而发射侧位于光转换件的朝向投影透镜的侧上。因此不仅反射光路而且透射光路都是可能的，其中最后也不排除反射光路和透射光路的混合。
在本示例中绕着两个轴线进行摆动的偏转镜10由镜控制器9借助运行信号ax、ay来控制，并且例如在两个相互垂直的方向x、y上偏转。镜控制器9也由计算单元4控制，以便可以调节偏转镜10的摆动幅度和其瞬间角速度，其中也可以调节绕着相应轴线的非对称摆动。偏转镜的控制器是已知的，并且可以以各种各样的方式来实现，例如静电学的或者电动力学的。在本发明的所测试的实施方式中，偏转镜10沿着x方向绕着第一旋转轴线10x进行偏转，并且沿着y方向绕着第二旋转轴线10y进行偏转，并且其最大的摆幅根据其控制引起在所产生的照明图像中的例如沿着x方向＋/－35°和沿着y方向－12°到＋6°的偏转，其中镜偏转为这些值的一半。
偏转镜10的位置适宜地借助位置信号pr反馈给镜控制器9和/或计算单元4。应当看得出来，尽管优选使用偏转镜，但是也可以使用其它的射束偏转装置、诸如活动的棱镜。
激光束6因此在光转换件8上进行扫描，该光转换件一般是平坦的，但是不必是平坦的，并且产生了具有预先确定的光分布的照明图像11。该照明图像11现在利用成像***12作为光图像11’被投影到车道13上。在此，激光二极管以高频脉动地或者连续地控制，使得当这要求特殊地形或者车道情况时，例如当通过一个或者多个传感器S1…Sn检测到行人或者迎面而来的机动车并且与此相应地期望改变车道照明的光图像11’的几何形状和/或强度时，根据偏转镜10的位置，任意的光分布、例如远光/近光不仅是可以调节的，而且是可以迅速改变的。成像***12在这里简化地作为透镜示出。
术语“车道”在这里被用来简化地示出，因为它显然依赖于当地条件，即光图像11’实际是否位于车道上或者也此外延伸。原侧上，图像11’根据有关标准对应于到垂直面上的投影，所述标准涉及机动车照明技术。
在图2和其它图中现在简化地针对仅仅三个像素示出光转换件8上的照明示意图。在图2中，光转换件8的与光图像的不同区域相对应的不同区域或者像素周期性地利用1/200秒的周期持续时间来扫描，其中激光二极管关于其在不同像素内的光强度、即在1/200秒的周期内进行不同的设定，即不同区域内的照明强度通过变化的光强度来进行设定。在图2中所示的示例中，在像素1内设定激光二极管1的最大光强度的25%的光强度，在像素2内设定激光二极管1的最大光强度的100%的光强度，并且在像素3内设定激光二极管1的最大光强度的75%的光强度，所述设定即使在多次、在本示例中四次扫描光转换件8的情况下也保持不变。总之，在像素1内由此产生了25%的亮度，在像素2内产生100%的亮度，并且在像素3内产生75%的亮度。
在图3a和3b中示出了通过不同区域的相对照明持续时间来设定照明强度的不同的可能性。在图3a中，光转换件8的与光图像的不同区域相对应的不同区域或者像素周期性地同样利用1/200秒的周期持续时间来进行扫描，其中激光二极管仅能够在激光二极管的最大光强度的0%和100%之间进行设定。但是，为了实现与图2中的示例相对应的照明强度，像素1仅以以下时间的25%照射，在该时间内激光束通过像素1。像素2在100%的通过时间期间被照射，并且像素3在75%的通过时间期间被照射。这在图3a中可以基于以下识别，光强度在通过像素1的25%之后下降到激光二极管1的最大光强度的0%，在通过像素2时保持在激光二极管1的最大光强度的100%，并且在通过像素3时在通过75%之后下降到激光二极管1的最大光强度的0%。因此对于人眼而言在各个像素内产生相对亮度印象，所述亮度印象与所提及的相对照射时间相对应。这种方法称为脉宽调制。
在图3b中，像素同样以如在图3a的示例中的相对照射时间的大小来照射，但是照射在这里作为四倍脉宽调制来进行，这导致更均匀的光图像。通过所有像素的周期再次为1/200秒，其中示出了四次相同的通过。因此，对于人眼而言在各个像素内又产生了以下亮度印象，所述亮度印象与所提及的相对照射时间相对应。
在根据图4的图形中，纵轴上的激光二极管1的光束2的偏转角相对于横轴上的偏转的角速度来绘出。可见，在该示例中在0°偏转时、即激光二极管1的光束2照射到光转换件8的处于相应光分布11'的中间的区域上时角速度大约为1000°/s。与此相对，在光转换件8的在当前示例中在激光二极管1的光束2的+/-6°偏转的情况下照射或可照射的边缘处的角速度可以高达40倍（在此大约36000°/s）。由于大的角速度差，光转换件的不同区域不同长地并且因此不同强烈地被照射，这导致不同区域的不同的相对照明持续时间。
在根据图5的图形中象征性示出，根据本发明定义激光二极管的光束2的偏转的角速度的以下值，从该值起，从激光二极管1的纯接通和切断变换到在设定激光二极管1的不同光强度的意义上的激光二极管的或多或少连续的控制、即激光二极管的调光，以便避免激光功率的调制由于在高开关频率下接通和切断激光二极管1所致的上述问题并且仍然实现光转换件的相对照射强度的高分辨率。

Claims (10)

1.用于控制机动车前照灯的方法，该机动车前照灯至少包括激光二极管（1）和分配给所述激光二极管（1）的光转换件（8），其中光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域能够由激光二极管（1）的光束（2）周期地且以不同强度来照明，其中在光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域内的照明强度同时通过不同区域的相对照明持续时间和通过激光二极管（1）在光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域内的不同光强度来进行设定，并且相对照明持续时间通过光束在光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域内不同快速的偏转来实现，其特征在于，在光束（2）以低于角速度的定义值的角速度进行移动的区域中仅仅切断和接通激光二极管（1）并且在光束以高于角速度的定义值的角速度进行移动的区域中设定激光二极管（1）的不同光强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激光二极管（1）的光束（2）沿着行和/或列照明光转换件（8）。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，光束（2）沿着行和/或列来回移动。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了实现相对照明持续时间所需要的光脉冲在光转换件（8）的与光图像（11’）的不同区域相对应的区域内分布在基本周期上地被发送。
5.根据权利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于，激光二极管（1）的光束（2）借助活动的偏转镜（10）被引导到光转换件（8）上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，偏转镜（10）是MEMS微扫描器的一部分。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，偏转镜（10）电磁地来驱动。
8.根据权利要求1至7中任一所述的方法，其特征在于，在激光二极管（1）上能够设定至少三个不同的光强度、尤其是激光二极管（1）的最大光强度的100%、50%和0%。
9.根据权利要求1至8中任一所述的方法，其特征在于，角速度的定义值在4000°/s和8000°/s之间、特别是在5000°/s和7000°/s之间选择，特别是选择为6000°/s。
10.一种机动车前照灯，具有：至少一个关于其光强度可设定的激光二极管（1），所述激光二极管的激光束（2）能够扫描式地引导到光转换件（8）上，以便在所述光转换件上产生照明图像（7），所述照明图像通过成像***（12）作为光图像（11’）被投影到车道上；和光扫描器的偏转镜（10），所述偏转镜能够根据确定的控制特性曲线沿着至少一个坐标方向偏转；以及激光控制器（3）和分配给所述激光控制器的计算单元（4），其特征在于，所述计算单元（4）被设立用于执行根据前述权利要求任一或者多个所述的方法。
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