專利名稱：：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
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。
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，但其僅利用了數(shù)字微鏡元件上微鏡向一側(cè)翻轉(zhuǎn)時(shí)反射的光能，數(shù)字微鏡元件上微鏡向另一側(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.GUnther的論文“OpticalconceptforanactiveheadlampwithaDMDarray”，發(fā)表在ProceedingsofSPIE7003，70032D0008)，把數(shù)字微鏡元件上微鏡向一側(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。另外，Chuan-ChengHimg等人的論文“Opticaldesignofautomotiveheadlightsystemincorporatingdigitalmicromirrordevice”，發(fā)表在AppliedOptics,Vol.49,Issue22，pp.4182-4187Q010)，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)投影透鏡透射到配光屏幕上，其缺點(diǎn)是該自由曲面設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，無(wú)法實(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。因此在數(shù)字微鏡元件技術(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，又能方便的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)前照燈的各種照明要求的光學(xué)設(shè)計(jì)方法。
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。本發(fā)明通過(guò)下述方法來(lái)解決上述問(wèn)題—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，主要由光源、數(shù)字微鏡元件、導(dǎo)光管、投影透鏡組成。光源直接照射或配合鏡面照射數(shù)字微鏡元件，數(shù)字微鏡元件上含有多個(gè)微鏡，微鏡向一側(cè)翻轉(zhuǎn)后，反射的光通過(guò)投影透鏡在配光屏幕上形成主光斑，微鏡向另一側(cè)翻轉(zhuǎn)后，反射出光線，被導(dǎo)光管收集，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管勻光后，通過(guò)鏡面反射或折射投射到配光屏幕上，形成輔助光斑，兩部分光斑疊加形成滿足要求的光斑。數(shù)字微鏡元件上所有微鏡構(gòu)成的矩形的長(zhǎng)寬比可以為11至51之間，優(yōu)選的比例為145。導(dǎo)光管的橫截面形狀可根據(jù)需要而定為多種形狀，優(yōu)選的形狀和輔助光斑一致。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。本發(fā)明的有益效果是本設(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，又能方便的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)前照燈的各種照明要求，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光、近光、高速道路照明、彎道照明等不同功能，并且容易加工，成本相對(duì)較低。圖1是光路示意圖，其中微鏡翻轉(zhuǎn)+12度后，反射的光線被導(dǎo)光管收集，通過(guò)透鏡后透射到配光屏幕上，產(chǎn)生輔助光斑，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)生主光斑。圖2是光路示意圖，其中微鏡翻轉(zhuǎn)-12度后，反射的光線被導(dǎo)光管收集，通過(guò)透鏡后透射到配光屏幕上，產(chǎn)生輔助光斑，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)生主光斑。圖3是實(shí)際光路示意圖。圖4是近光燈配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B疊加在A上。圖5是遠(yuǎn)光燈配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B疊加在A上。圖6是左轉(zhuǎn)彎時(shí)照明配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B疊加在A上。圖7是右轉(zhuǎn)彎時(shí)照明配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B疊加在A上。圖8是高速道路照明配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B疊加在A上。圖中1.光源，2.數(shù)字微鏡元件，3.微鏡，4.導(dǎo)光管，5.投影透鏡，6.投影透鏡，7.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1是一個(gè)實(shí)施例，光源發(fā)出光線，照射數(shù)字微鏡元件，微鏡在士12度兩個(gè)位置快速翻轉(zhuǎn)，虛線位置表示角度為0度，當(dāng)該微鏡翻轉(zhuǎn)至-12度位置，反射的光線經(jīng)投影透鏡投射到配光屏幕上，該部分光線形成主光斑。微鏡翻轉(zhuǎn)至+12度位置，反射的光線被導(dǎo)光管收集，從導(dǎo)光管出射的光線經(jīng)另一投影透鏡投射到配光屏幕上，形成一輔助光斑，該輔助光斑配合主光斑，共同形成符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的照明光斑。圖2是另一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)微鏡翻轉(zhuǎn)至+12度位置，反射的光線經(jīng)投影透鏡投射到配光屏幕上，形成主光斑；微鏡翻轉(zhuǎn)至-12度位置，反射的光線被導(dǎo)光管收集，從導(dǎo)光管出射的光線經(jīng)另一個(gè)投影透鏡投射到配光屏幕上，形成一輔助光斑，該輔助光斑配合主光斑，共同形成符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的照明光斑。圖3中，展現(xiàn)了一個(gè)實(shí)際光路的示意圖，光源發(fā)出光線照射到數(shù)字微鏡元件上面，被數(shù)字微鏡元件反射的光線，一部分被投影透鏡透射到配光屏幕上，形成主光斑，另一部分光線被導(dǎo)光管收集，經(jīng)導(dǎo)光管勻光后，出射的光線被另一個(gè)投影透鏡透射到配光屏幕上一固定區(qū)域，形成輔助光斑，輔助光斑配合主光斑形成符合標(biāo)準(zhǔn)的照明光斑。在上述示例中，使用了兩個(gè)投影透鏡，實(shí)際應(yīng)用上僅使用一個(gè)比較大的投影透鏡也是可以的。B部分光斑可以根據(jù)需要而定為多種形狀，如多邊形、矩形、三角形和圓形，優(yōu)選的形狀為矩形和圓形。圖4是近光燈配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B部分疊加在A部分上面，共同形成滿足標(biāo)準(zhǔn)的近光燈光斑。圖5是遠(yuǎn)光燈配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B部分疊加在A部分上面，共同形成滿足標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)光燈光斑。圖6是左轉(zhuǎn)彎時(shí)照明配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B部分疊加在A部分上面，共同形成滿足標(biāo)準(zhǔn)的照明光斑。圖7是右轉(zhuǎn)彎時(shí)照明配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B部分疊加在A部分上面，共同形成滿足標(biāo)準(zhǔn)的照明光斑。圖8是高速道路照明配光示例圖，A部分為主光斑，B部分為矩形輔助光斑，B部分疊加在A部分上面，共同形成滿足標(biāo)準(zhǔn)的照明光斑。主光斑的形狀及照度分布是可以根據(jù)照明需要而做出調(diào)整，可以滿足遠(yuǎn)光、近光、高速道路照明和彎道照明等不同照明需要。對(duì)于圖1中的實(shí)施例，配光屏幕上主光斑形狀由數(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，主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。數(shù)字微鏡元件上微鏡翻轉(zhuǎn)到+12度時(shí)，反射的光線全部被導(dǎo)光管收集，用來(lái)產(chǎn)生輔助光斑。根據(jù)需要，導(dǎo)光管的截面形狀可以為多邊形、矩形、三角形和圓形，優(yōu)選的形狀和輔助光斑一致。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，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，主要由光源、數(shù)字微鏡元件、導(dǎo)光管、投影透鏡組成，光源直接照射或配合鏡面照射數(shù)字微鏡元件，數(shù)字微鏡元件上含有多個(gè)微鏡，微鏡向一側(cè)翻轉(zhuǎn)后，反射的光通過(guò)投影透鏡在配光屏幕上形成主光斑，其特征為微鏡向另一側(cè)翻轉(zhuǎn)后，反射出光線，被導(dǎo)光管收集，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管勻光后，通過(guò)鏡面反射或折射投射到配光屏幕上，形成輔助光斑，兩部分光斑疊加形成滿足要求的光斑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字微鏡元件的自適應(yīng)汽車前照燈設(shè)計(jì)方法，其特征是數(shù)字微鏡元件上所有微鏡構(gòu)成的矩形的長(zhǎng)寬比可以為11至51之間，優(yōu)選的比例為145。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字微鏡元件的自適應(yīng)汽車前照燈設(shè)計(jì)方法，其特征是導(dǎo)光管的橫截面形狀可根據(jù)需要而定為多種形狀，優(yōu)選的形狀和輔助光斑一致。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)字微鏡元件的自適應(yīng)汽車前照燈設(shè)計(jì)方法，主要由光源、數(shù)字微鏡元件、導(dǎo)光管、投影透鏡組成，光源直接照射或配合鏡面照射數(shù)字微鏡元件，數(shù)字微鏡元件上含有多個(gè)微鏡，微鏡向一側(cè)翻轉(zhuǎn)后，反射的光通過(guò)投影透鏡在配光屏幕上形成主光斑，數(shù)字微鏡元件上微鏡向另一側(cè)翻轉(zhuǎn)后，反射出光線，被導(dǎo)光管收集，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管勻光后，通過(guò)鏡面反射或折射投射到配光屏幕上，形成輔助光斑，兩部分光斑疊加形成滿足要求的光斑。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，又能方便的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)前照燈的各種照明要求，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光、近光、高速道路照明、彎道照明等不同功能。文檔編號(hào)F21S8/10GK102563493SQ20121002811公開(kāi)日2012年7月11日申請(qǐng)日期2012年1月16日優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日發(fā)明者朱向冰,朱騫,李康,武漢,陳春,陳瑾申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)