CN108569196A - 一种基于sfv和dlp的汽车智能前照灯照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车的照明***智能控制技术领域，尤其涉及一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，包括DLP投影***、自由曲面投影透镜***和SFV模块；SFV模块用于根据汽车前方的道路状况来输出控制信号；DLP投影***用于根据SFV模块输出的控制信号来调节汽车照明区域的输出光型；自由曲面投影透镜***将DLP投影***投射的光型，变换为矩形的光斑。本发明SFV模块根据前方道路状态可实现自动变光、防碰撞报警和车道保持等功能。通过控制DLP投影***中DMD芯片的微镜阵列各微反射镜的状态，实现近光光型、远光光型和ADB防眩目光型，解决交通行驶中一方远光的滥用或误用引起其他交通参与者的眩目问题。

Description

一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置
技术领域
本发明涉及汽车的照明***智能控制技术领域，尤其涉及一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置。
背景技术
随着社会的快速发展，汽车数量日益增多，而随之带来的交通安全也越发引人关注，尤其是在夜间交通事故频发。据统计，国内70％以上的交通事故是在夜间发生，而夜间的行车量却不到总行车量的1/3，可见夜间发生交通事故的概率远远大于白天。究其原因，主要有夜间的光线差、照明不良及会车时远光不当使用造成驾驶员眩目，而其中远光使用不当占到了40％左右。因此，解决行车过程中远光引起的眩目问题对提高行车安全性及舒适性具有非常重要的意义。
DLP(Digital Light Processing)显示技术由美国TI公司于1994年公开发布，核心器件是DMD(Digital Micro-Mirror Device)芯片。DMD是一种空间光调制器件，其将微反射镜阵列和电、机控制器件集成于CMOS芯片上，通过数字信号分别控制每个微反射镜的转动状态，从而控制光线的反射方向，对进入投影***的光线进行空间调制，实现实时图像生成的功能。常见DMD微镜的偏转角多为10°或12°。
DMD元件的工作原理，以微镜偏转±12°为例，微反射镜阵列中的每个微镜有三个状态：与DMD元件平面平行的＂平＂态、偏转+12°的＂开＂态和偏转-12°的＂关＂态，而在工作时只出现＂开＂态和＂关＂态两种状态。在与投影***配合使用时，DMD平面的法线平行于投影***的主光轴，来自光源的照明光经过中继***后入射到DMD上时，入射到每个DMD微镜上的光线近似于一个光锥，其主光轴与DMD平面法线夹角为24°。当微镜处于＂开＂态时，照明光主光轴与微镜法线夹角为12°，经微镜反射后的主光轴平行于DMD平面的法线，能够进入投影镜头的入瞳，在投影焦面上对应的像素为亮态；当微镜处于＂关＂态时，照明光与微镜法线夹角为36°，反射后的主光轴与DMD平面法线夹角为48°，不能进入投影***的入瞳，投影焦面上对应的像素为暗态。通过对每个微镜的开、关状态进行时域调制，可实现每个像素点的灰度变化，从而进行实时图像生成。
中国发明专利申请“汽车DMD激光前照灯及照明方法”(发明专利申请号：201610205176公开号：CN 105650572)公开了一种汽车DMD激光前照灯及照明方法，包括绿光激光器、红光激光器、蓝光激光器、第一双色向滤色镜、第二双色向滤色镜、DMD组件、反光镜、透镜，此单独的一个灯具或模块就可实现远光、近光、会车消光、AFS等功能，但是该技术方案仅仅解决了如何利用DLP实现一灯多功能，并没有解决如何识别前方道路情况，无法实现自动变光或车道保持等行为。
另外，SFV(Smart Front Vision)是智能图像识别器，主要的硬件部分为摄像头，通过摄像头来拍摄前方的图片或视频，对所得到的图片或视频进行图像处理，根据不同的特征量提取出所需的信息，近几年，图像智能识别算法发展迅速，算法的计算速度和信息提取的准确度都大幅提升，尤其是深度学习技术的引入，使得图像智能识别算法得到了重大突破。中国发明专利申请“一种基于LiFi和DLP的汽车照明***及其车辆照明信号装置”(发明专利申请号：2016105749109公开号：CN106043104)公开了一种基于LiFi和DLP的汽车照明***及其车辆照明信号装置，包括LiFi发送组件、LiFi接收组件和DLP投影***，以LED主光源作为LiFi发送组件的发送光源，将本车的行驶数据传送出去，然后通过内置的LiFi接收组件接收对方车辆的光信号，解码得到对方车辆的行驶数据，再通过汽车总线调节DMD芯片来控制照明区域。通过LiFi技术实现车辆之间的信息交互，对车辆可能发生的事故进行预警。该技术方案采用LiFi技术实现车辆之间的信息交互，虽然Lifi技术的无线通信速率很快，可到50Gbps或更高，但是Lifi技术是一种中近距离无线通信技术，通信距离很短，且衰减严重；由于Lifi技术是一种光通信技术，会受环境光源干扰，如果环境光源工作在同样的光谱频段，且亮度较高时，很有可能无法正常通信。因此，该发明专利申请的技术方案并不能实现远距离的车辆识别或车辆交互，受环境干扰的影响较大，识别或通信的准确度也较低，其次，该技术方案无法识别车道线，也就无法实现车道保持功能，最后，该技术方案需要己方和对方都装配LiFi发送组件和LiFi接收组件，否则无法进行信息交互。
发明内容
本发明涉及一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，通过SFV模块检测前方道路状况，通过控制DLP投影***中DMD芯片的微镜阵列各微反射镜的状态，实现近光光型、远光光型和ADB防眩目光型，其中前两种光型作为普通照明功能使用，后一个与SFV模块配合自动产生防眩目光，从而解决交通行驶中一方远光的滥用或误用引起其他交通参与者的眩目问题。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，包括DLP投影***、自由曲面投影透镜***和SFV模块；
SFV模块用于根据汽车前方的道路状况来输出控制信号；
DLP投影***用于根据SFV模块输出的控制信号来调节汽车照明区域的输出光型；
自由曲面投影透镜***将DLP投影***投射的光型，变换为矩形的光斑。
作为本发明的优化方案，SFV模块根据检测到的本车前方的道路状况，计算交通参与者的坐标位置或前方交通参与者与本车的距离或车道信息，输出控制信号。
作为本发明的优化方案，DLP投影***包括光源、TIR透镜、汇聚透镜组、DMD芯片和投影透镜组，TIR透镜用于收集光源发出的光线，汇聚透镜组用于聚焦TIR透镜投射的光线，并将聚焦的光线投射至DMD芯片，DMD芯片的微镜阵列将聚焦的光线反射到达投影透镜组。
作为本发明的优化方案，通过控制DMD芯片的微镜阵列中各微反射镜的状态，实现近光光型、远光光型和ADB防眩目光型，通过控制DMD芯片的微镜阵列中各微反射镜的翻转频率，实现输出光型的灰度等级控制。
作为本发明的优化方案，投影透镜组包含一个胶合透镜。
作为本发明的优化方案，光源为LED或激光。
作为本发明的优化方案，自由曲面投影透镜***包括固定支架和自由曲面投影透镜，固定支架与自由曲面投影透镜连接为一体。
作为本发明的优化方案，SFV模块上设置有红外激光照明装置。
本发明具有积极的效果：1)本发明采用SFV模块来识别道路状况，可以实现防碰撞预警、车道保持、自动变光等功能，且识别距离较远，准确率较高；
2)本发明采用DLP投影***可以通过翻转频率调节实现输出光型的灰度等级控制，使驾驶时视觉感受更舒服；
3)本发明将DLP投影***与汽车前照灯有效地结合到一起，实现了一灯多功能，远光、近光、ADB防眩目光等功能都可以由此灯单独实现，可大大缩小前照灯的结构空间，且ADB防眩光的分辨率极高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明DLP投影***的等轴侧视示意图；
图2为本发明的功能示意图；
图3为本发明的近光示意图；
图4为本发明的远光示意图；
图5为本发明ADB防眩目光示意图。
其中：1、光源，2、TIR透镜，3、第一汇聚透镜，4、第二汇聚透镜，5、DMD芯片，6、胶合透镜，7、第一投影透镜，8、第二投影透镜，9、自由曲面投影透镜，10、己方车辆，11、会车车辆，12、前方车辆，13、SFV模块。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明公开了一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，包括DLP投影***、自由曲面投影透镜***和SFV模块13；
SFV模块13用于根据汽车前方的道路状况来输出控制信号；
DLP投影***用于根据SFV模块13输出的控制信号来调节汽车照明区域的输出光型；
自由曲面投影透镜***将DLP投影***投射的光型，变换为矩形的光斑。
其中，SFV模块13根据检测到的本车前方的道路状况，计算交通参与者的坐标位置或前方交通参与者与本车的距离或车道信息，输出控制信号。SFV模块13内置算法，SFV模块13可以对车辆的驾驶情况进行评定，通过SFV模块13检测两侧车道线位置，通过车身总线的状态信息区分有意识的车道偏离和无意识的车道偏离，抑制有意识的车道偏离的报警，对无意识车道偏离自动进行报警，预测可能发生的危险并进行自动控制制动、变向等措施，从而提高驾驶的安全性。
DLP投影***包括光源1、TIR透镜2、汇聚透镜组、DMD芯片5和投影透镜组，TIR透镜2用于收集光源1发出的光线，汇聚透镜组用于聚焦TIR透镜2投射的光线，并将聚焦的光线投射至DMD芯片5，DMD芯片5的微镜阵列将聚焦的光线反射到达投影透镜组。另外，DLP投影***还可以包含修正透镜。其中，汇聚透镜组包括第一汇聚透镜3和第二汇聚透镜4，将多个DMD芯片5拼接起来，增加DLP投影***的分辨率，提高DLP投影***的光学效率。
通过控制DMD芯片5的微镜阵列中各微反射镜的状态，实现近光光型、远光光型和ADB防眩目光型，通过控制DMD芯片5的微镜阵列中各微反射镜的翻转频率，实现输出光型的灰度等级控制。
投影透镜组包含一个胶合透镜6，胶合透镜6可以在一定程度上消除色散影响。投影透镜组还包含第一投影透镜7和第二投影透镜8，在第一投影透镜7或第二投影透镜8的表面镀增透膜，可以降低光损耗，增加照明亮度。
光源1为LED或激光。
自由曲面投影透镜***包括固定支架和自由曲面投影透镜9，固定支架与自由曲面投影透镜9连接为一体。
SFV模块13上设置有红外激光照明装置，可以使得SFV模块13能准确的识别自行车、行人、动物等非主动发光的交通参与者。
如图1所示，从光源1发出光线，经过TIR透镜2，TIR(Total Internal Reflection)全内反射透镜，可最大可能地收集光源1发出的光线，以提高***的光学利用率，再投射至会聚透镜组，使光线进一步聚焦，使得几乎所有的光线投射至DMD芯片5中的微镜阵列上，光线经过微镜阵列的反射到达投影透镜组，将光线投射出去，此时投射出的光型不是均匀的矩形光斑，需要最后经过自由曲面投影透镜9的作用，在远处投影出矩形光斑。
在图1中，控制DMD芯片5中微镜阵列各微小单元的状态，可使得此智能前照灯投射出近光、远光和ADB防眩目光型，分别对应图3、图4和图5，其中图4中的防眩目区域为随机生成的，可选择在任意区域。
在图2所示的实施例中，SFV模块13可通过智能图像识别算法提取得到车辆的位置、汽车驾驶员位置、速度、行驶方向、车道线位置等行驶数据，例如，己方车辆10利用SFV模块13中的摄像头摄取图片或视频，并对其进行处理得到行驶数据，包括会车车辆11和前方车辆12的相对于己方车辆10的坐标位置，并通过发送命令来控制图1中的DMD芯片5各微镜状态，使得会车车辆11和前方车辆12的驾驶员所在的区域变暗，以避免引起两车驾驶员眩目。其中，图2中，Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ区域为照明的区域，而Ⅱ、Ⅳ未被照亮，达到防眩目效果。
SFV模块13中的摄像头摄取图片或视频，并对其进行处理得到行驶数据，尤其是速度信息、行驶方向、车辆距离等行驶信息，根据这些信息可对本车行驶状况事故进行判断，对即将发生的事故进行预警、主动制动或主动变向。
SFV模块13中的摄像头摄取图片或视频，并提取得到己车行驶车道信息、行驶速度信息、行驶方向信息，判断本车是否正在偏离车道，并且通过车身总线的状态信息区分有意识的车道偏离和无意识的车道偏离，抑制有意识的车道偏离的报警，而对无意识车道偏离自动进行报警、制动或变向行为，提高道路驾驶的安全性。
本技术方案中SFV模块的工作情况如下：
SFV模块13中的摄像头实时拍摄已车前方道路状况，并通过SFV模块13中的内置智能图像识别算法根据不同的特征量提取或计算出所需的信息，再通过局域CAN总线控制调节照明情况、汽车制动或汽车变向等行为。
本技术方案所述DLP投影***的工作情况如下：
DLP投影***中的光源1发出的光线，经过TIR透镜2的集聚，缩小光线的发散角度，在经由会聚透镜组的作用，使得绝大多数光线投射至DMD芯片5的微镜阵列上，并反射而出，再通过投影透镜组可投射至远方，而此时输出的光型不是规则矩形，需要再通过自由曲面投影透镜9，最后得到矩型光斑。
本技术方案将DLP技术引入汽车前照灯设计，可实现一灯多功能，远光、近光、ADB防眩目光等功能都可以由此灯单独实现，且ADB防眩目光的分辨率极高。
本发明可广泛应用于汽车前照灯的设计和制作领域。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：包括DLP投影***、自由曲面投影透镜***和SFV模块(13)；
所述的SFV模块(13)用于根据汽车前方的道路状况来输出控制信号；
所述的DLP投影***用于根据SFV模块(13)输出的控制信号来调节汽车照明区域的输出光型；
所述的自由曲面投影透镜***将DLP投影***投射的光型，变换为矩形的光斑。
2.根据权利要求1所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：所述的SFV模块(13)根据检测到的本车前方的道路状况，计算交通参与者的坐标位置或前方交通参与者与本车的距离或车道信息，输出控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：所述的DLP投影***包括光源(1)、TIR透镜(2)、汇聚透镜组、DMD芯片(5)和投影透镜组，所述的TIR透镜(2)用于收集光源(1)发出的光线，汇聚透镜组用于聚焦TIR透镜(2)投射的光线，并将聚焦的光线投射至DMD芯片(5)，DMD芯片(5)的微镜阵列将聚焦的光线反射到达投影透镜组。
4.根据权利要求3所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：通过控制DMD芯片(5)的微镜阵列中各微反射镜的状态，实现近光光型、远光光型和ADB防眩目光型，通过控制DMD芯片(5)的微镜阵列中各微反射镜的翻转频率，实现输出光型的灰度等级控制。
5.根据权利要求3所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：所述的投影透镜组包含一个胶合透镜(6)。
6.根据权利要求3所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：所述的光源(1)为LED或激光。
7.根据权利要求1所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：所述的自由曲面投影透镜***包括固定支架和自由曲面投影透镜(9)，所述的固定支架与自由曲面投影透镜(9)连接为一体。
8.根据权利要求1所述的一种基于SFV和DLP的汽车智能前照灯照明装置，其特征在于：所述的SFV模块(13)上设置有红外激光照明装置。
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