專利名稱：：一種自適應(yīng)前照燈設(shè)計(jì)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種汽車前照燈的
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種自適應(yīng)前照燈設(shè)計(jì)方案。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的汽車前照燈系統(tǒng)主要是由近光燈、遠(yuǎn)光燈等模塊組合而成，其光束都是固定的，只能簡(jiǎn)單的在遠(yuǎn)光燈、近光燈之間切換，實(shí)現(xiàn)的功能少，可靠性低，不能滿足越來(lái)越高的汽車行駛安全要求，實(shí)際使用中傳統(tǒng)的前照燈存在著諸多缺點(diǎn)，例如，汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于前照燈的角度受到限制，存在照明暗區(qū)，會(huì)影響司機(jī)對(duì)彎道上障礙物的判斷；車輛高速行駛的時(shí)候，由于照射距離有限，影響駕駛員對(duì)前方障礙物的可視性，不能保證安全制動(dòng)距離，降低了車輛行駛的主動(dòng)安全性；對(duì)于城市公路來(lái)說(shuō)，照明條件較好，且車流人流密度都比較大，此時(shí)傳統(tǒng)前照燈容易產(chǎn)生炫目。為此國(guó)外提出了自適應(yīng)前照燈的概念，可以方便智、能的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光、近光、高速道路照明、城市道路照明和彎道照明等不同功能，由于需要實(shí)現(xiàn)的功能太多，光學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易于實(shí)現(xiàn)，目前的設(shè)計(jì)方法尚不成熟。專利號(hào)為“US6,497,503BI”,名稱為“Headlampsystemwithselectablebeampattern”的美國(guó)專利，提出利用數(shù)字微鏡元件來(lái)設(shè)計(jì)自適應(yīng)前照燈，但其僅利用了微鏡向一側(cè)翻轉(zhuǎn)時(shí)反射的光能，微鏡向另一側(cè)翻轉(zhuǎn)時(shí)反射的光能就損失掉，光能沒(méi)有得到充分利用。A.Giinther的論文“OpticalconceptforanactiveheadlampwithaDMDarray”，發(fā)表在ProceedingsofSPIE7003，70032D(2008)，把微鏡向一側(cè)翻轉(zhuǎn)時(shí)反射的光能投影到配光屏幕，而微鏡向另一側(cè)翻轉(zhuǎn)反射的光能直接被吸收掉，光能沒(méi)有得到充分利用。Chuan-ChengHung等人的論文“Opticaldesignofautomotiveheadlightsystemincorporatingdigitalmicromirrordevice”，發(fā)表在AppliedOptics,Vol.49,Issue22，pp.4182-4187(2010)，提出通過(guò)自由曲面反射器收集被數(shù)字微鏡元件向兩側(cè)翻轉(zhuǎn)后反射出的光線，再通過(guò)投影透鏡到配光屏幕上，其缺點(diǎn)是該自由曲面設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)前照燈的多種光斑，只能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)遠(yuǎn)光燈、近光燈，且自由曲面加工困難，導(dǎo)致成本上升。申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210028112.9”，名稱為“一種基于數(shù)字微鏡元件的自適應(yīng)汽車前照燈設(shè)計(jì)方法”的中國(guó)專利，以及申請(qǐng)?zhí)枮椤?01220033860.1”，名稱為“基于數(shù)字微鏡元件的自適應(yīng)汽車前照燈裝置”的中國(guó)專利，提出將微鏡向一側(cè)反射的光線在配光屏幕上形成主照明光斑，利用第二導(dǎo)光管收集微鏡向另一側(cè)反射的光線，在配光屏幕上形成輔助光斑，并與主光斑疊加，但該輔助光斑的形狀和位置固定，且照度難以控制，會(huì)導(dǎo)致疊加光斑部分的照度太高，容易產(chǎn)生炫目，并且光斑形狀和照度分布的控制算法過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致成本上升。因此在利用數(shù)字微鏡元件的自適應(yīng)前照燈技術(shù)中，迫切需要一種既能充分利用數(shù)字微鏡元件向兩側(cè)反射的光線，又能方便控制照明光斑的形狀及配光屏幕上各點(diǎn)照度的光學(xué)設(shè)計(jì)方案，以降低成本。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)前照燈設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明通過(guò)下述方案來(lái)解決上述問(wèn)題一種自適應(yīng)前照燈設(shè)計(jì)方案，主要由光源、聚光元件、數(shù)字微鏡元件、導(dǎo)光管、聚光器和透鏡組成，光源發(fā)出的光線經(jīng)聚光元件匯聚后進(jìn)入第一導(dǎo)光管，經(jīng)第一導(dǎo)光管勻光后，出射的光線通過(guò)中繼透鏡照射到數(shù)字微鏡元件上，被數(shù)字微鏡元件向一側(cè)反射的光線通過(guò)投影透鏡在配光屏幕上形成照明光斑，被數(shù)字微鏡元件向另一側(cè)反射的光線被聚光器匯聚后，進(jìn)入第二導(dǎo)光管，第二導(dǎo)光管的出射端耦合到第一導(dǎo)光管的入射端，從第二導(dǎo)光管出射的光線再次進(jìn)入第一導(dǎo)光管。數(shù)字微鏡元件(DigitalMicromirrorDevice),簡(jiǎn)稱為DMD,它在一個(gè)芯片上集成了大量的微鏡，由微控制器控制，在電子開(kāi)關(guān)的作用下，每個(gè)微鏡都可獨(dú)立高頻翻轉(zhuǎn)到正向、反向兩個(gè)位置，微控制器通過(guò)脈沖寬度大小來(lái)控制每個(gè)微鏡翻轉(zhuǎn)后保持的時(shí)間，在屏幕上產(chǎn)生不同亮度的灰度等級(jí)圖像。通過(guò)一定的微鏡陣列組合就可以實(shí)現(xiàn)期望的光斑效果。DMD芯片上微鏡的翻轉(zhuǎn)由微控制器來(lái)控制，微控制器收集各種信號(hào)，然后給DMD芯片輸送一定的控制信號(hào)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的光斑。光源發(fā)出的總光通量是可以調(diào)整的，在不同情況下，光源發(fā)出的總光通量不一樣。本設(shè)計(jì)方案既能充分利用數(shù)字微鏡元件向兩側(cè)反射的光線，又能方便控制照明光斑的形狀及配光屏幕上各點(diǎn)照度，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)前照燈的各種照明模式。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取消了輔助光斑，將第二導(dǎo)光管出射光線耦合到第一導(dǎo)光管中，在算法的實(shí)現(xiàn)上更容易，從而降低了電路成本。圖I是光路不意圖。圖2是另一幅實(shí)際光路示意圖。圖3是城鎮(zhèn)道路模式配光示意圖，矩形表示整個(gè)配光屏幕，陰影部分表示光斑。圖4是高速道路模式配光示意圖，矩形表示整個(gè)配光屏幕，陰影部分表示光斑。圖5是近光燈配光示意圖，矩形表示整個(gè)配光屏幕，陰影部分表示光斑。圖中I.光源和聚光元件，2.第一導(dǎo)光管，3.中繼透鏡，4.數(shù)字微鏡元件，5.微鏡，6.聚光器，7.第二導(dǎo)光管，8.投影透鏡，9.配光屏幕。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例講述具體實(shí)施方案。下文中所述的標(biāo)準(zhǔn)具體指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB4599-2007汽車用燈絲燈泡前照燈》。圖I是一個(gè)實(shí)施例，聚光元件采用橢圓型反光碗，光源發(fā)出的光線經(jīng)聚光元件匯聚后進(jìn)入第一導(dǎo)光管，經(jīng)第一導(dǎo)光管勻光后，出射的光線通過(guò)透鏡照射到數(shù)字微鏡元件上，微鏡在土12度兩個(gè)位置快速翻轉(zhuǎn)，虛線位置表示角度為0度，微鏡翻轉(zhuǎn)-12度后，反射的光線被聚光器收集后，通過(guò)第二導(dǎo)光管再次進(jìn)入第一導(dǎo)光管。微鏡翻轉(zhuǎn)+12度后，反射的光線通過(guò)投影透鏡投射到配光屏幕上，產(chǎn)生照明光斑。在具體實(shí)施中，改變翻轉(zhuǎn)方向也是可以的，比如微鏡翻轉(zhuǎn)+12度后，反射的光線被聚光器收集后，通過(guò)第二導(dǎo)光管再次進(jìn)入第一導(dǎo)光管，微鏡翻轉(zhuǎn)-12度后，反射的光線通過(guò)投影透鏡投射到配光屏幕上，產(chǎn)生照明光斑。采用其他角度的數(shù)字微鏡元件也是可以的，比如微鏡的翻轉(zhuǎn)角度為±10度。圖2中，是一個(gè)實(shí)際光路的示意圖，光源發(fā)出的光線經(jīng)橢圓型反光碗?yún)R聚后進(jìn)入第一導(dǎo)光管，經(jīng)第一導(dǎo)光管勻光后，出射的光線通過(guò)透鏡照射到數(shù)字微鏡元件上，其中微鏡翻轉(zhuǎn)-12度后，反射的光線被聚光器收集后，通過(guò)第二導(dǎo)光管再次進(jìn)入第一導(dǎo)光管。微鏡翻轉(zhuǎn)+12度后，反射的光線通過(guò)投影透鏡投射到配光屏幕上，產(chǎn)生照明光斑。圖3是城鎮(zhèn)道路模式配光示意圖，矩形表示整個(gè)配光屏幕，陰影部分表示被照亮的部分，即照明光斑。圖4是高速道路模式配光示意圖，矩形表示整個(gè)配光屏幕，陰影部分表示被照亮的部分，即照明光斑。圖5是近光燈配光示意圖，矩形表示整個(gè)配光屏幕，陰影部分表示被照亮的部分，即照明光斑。對(duì)于圖I中的實(shí)施例，配光屏幕上照明光斑形狀由數(shù)字微鏡元件上翻轉(zhuǎn)至+12度位置的微鏡構(gòu)成的區(qū)域形狀確定，照明光斑在配光屏幕上每一點(diǎn)的照度大小，受與其對(duì)應(yīng)的微鏡在+12度位置停留時(shí)間與-12度位置停留時(shí)間的比值的影響，該比值越大，對(duì)應(yīng)配光屏幕上點(diǎn)的照度越大，當(dāng)微鏡一直停留在+12度位置時(shí)，其對(duì)應(yīng)配光屏幕上點(diǎn)的照度值最大，當(dāng)微鏡一直停留在-12度位置時(shí)，其對(duì)應(yīng)配光屏幕上點(diǎn)的照度值為零。通過(guò)控制每個(gè)微鏡的翻轉(zhuǎn)情況，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明光斑的形狀及照度的控制。光源可根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整總的光通量，如高速公路上需要的照度較大，光源功率增加，發(fā)出的總光通量增加，城鎮(zhèn)道路及黃昏時(shí)需要的照度較低，光源功率下降，發(fā)出的總光通量減少。通過(guò)改變投影透鏡位置及焦距，可改變配光屏幕的大小，整個(gè)配光屏幕越大越好，屏幕越大則照明范圍越大。如光源為HID燈泡，額定功率為35W，光通量為35001m，聚光器為橢圓型反光碗，第一導(dǎo)光管橫截面型為矩形，尺寸為2X0.82X0.41厘米，聚光器為復(fù)合拋物面聚光器，第二導(dǎo)光管橫截面型為圓形，中繼透鏡為一凸透鏡，數(shù)字微鏡元件的型號(hào)為DLP1700，配光屏幕在距投影透鏡25米遠(yuǎn)處，配光屏幕上可照明的范圍為一個(gè)矩形。通過(guò)電路控制燈泡發(fā)光強(qiáng)弱。復(fù)合拋物面聚光器(CompoundParabolicConcentrator),簡(jiǎn)稱CPC,是一種根據(jù)邊緣光學(xué)原理設(shè)計(jì)的非成像聚光器，入射光在CPC中通過(guò)幾次反射到達(dá)接收表面，達(dá)到最大理論聚光比，性能非常接近于理想聚光器。也可以使用匯聚透鏡來(lái)作為聚光器。數(shù)字微鏡元件由微控制器控制，微控制器接收傳感器采集的環(huán)境光強(qiáng)、車速、轉(zhuǎn)向、道路狀況以及GPS等信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制邏輯和算法，產(chǎn)生控制命令給數(shù)字微鏡元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字微鏡元件上每個(gè)微鏡的獨(dú)立控制，同時(shí)配合改變光源功率，從而到達(dá)預(yù)期的照明效果。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及功效，以及部分的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種自適應(yīng)前照燈設(shè)計(jì)方案，主要由光源、聚光元件、數(shù)字微鏡元件、導(dǎo)光管、聚光器和透鏡組成，光源發(fā)出的光線經(jīng)聚光元件匯聚后進(jìn)入第一導(dǎo)光管，經(jīng)第一導(dǎo)光管勻光后，出射的光線通過(guò)中繼透鏡照射到數(shù)字微鏡元件上，被數(shù)字微鏡元件向一側(cè)反射的光線通過(guò)投影透鏡在配光屏幕上形成照明光斑，被數(shù)字微鏡元件向另一側(cè)反射的光線被聚光器匯聚后，進(jìn)入第二導(dǎo)光管，其特征為第二導(dǎo)光管的出射端耦合到第一導(dǎo)光管的入射端，從第二導(dǎo)光管出射的光線再次進(jìn)入第一導(dǎo)光管。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)前照燈設(shè)計(jì)方案，主要由光源、聚光元件、數(shù)字微鏡元件、導(dǎo)光管、聚光器和透鏡組成，光源發(fā)出的光線經(jīng)聚光元件匯聚后進(jìn)入第一導(dǎo)光管，經(jīng)第一導(dǎo)光管勻光后，光線通過(guò)中繼透鏡照射到數(shù)字微鏡元件上，被數(shù)字微鏡元件向一側(cè)反射的光線通過(guò)投影透鏡在配光屏幕上形成照明光斑，被數(shù)字微鏡元件向另一側(cè)反射的光線被聚光器匯聚后，進(jìn)入第二導(dǎo)光管，從第二導(dǎo)光管出射的光線再次進(jìn)入第一導(dǎo)光管。本設(shè)計(jì)方法既能充分利用數(shù)字微鏡元件向兩側(cè)反射的光線，又能方便控制照明光斑的形狀及配光屏幕上各點(diǎn)照度，可以容易地實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)前照燈的各種照明模式。文檔編號(hào)F21S8/10GK102705767SQ201210191018公開(kāi)日2012年10月3日申請(qǐng)日期2012年6月1日優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日發(fā)明者朱向冰,朱騫,武漢,王程,藺玉柱,陳瑾,高菲菲申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)