CN106200219A - 用于具有变形光学器件的光效率可编程前灯的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有变形光学器件的光效率可编程前灯的方法和装置。在从透镜投射光束的前灯的所述示例中，前灯(1100)包括：输出光束到照明路径的照明模块(1110)；以及接收光束并且向可编程空间光调制器(1130)提供照明的照明光学器件(1120)。可编程空间光调制器被布置成接收照明并且向投影光学器件(1140)输出作为图案化光的非均匀照明。投影光学器件(1140)被布置成接收图案化光并且通过透镜输出图案化光。照明光学器件(1120)和投影光学器件(1140)中的至少一个包括变形透镜以对光束成型。

Description

用于具有变形光学器件的光效率可编程前灯的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求提交于2015年5月28日、标题为“用于使用DMD的可编程前灯的变形光学体系结构(ANAMORPHIC OPTICAL ARCHITECTURE FOR PROGRAMMABLEHEADLIGHT USING DMD)”、且发明人为Vikrant R.Bhakta等人的美国临时专利申请序列号No.62/167,588的优先权权益，所述申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及前灯，并且更具体地，涉及具有像素化光束的可编程前灯。

背景技术

无眩光向前照明已变成改善车辆夜晚驾驶安全的重要目标。已经提出具有图案化光束的汽车前灯动态地照明视野。在一些应用中，前灯光束图案可以基于来自多种源的数据进行修改，所述多种源包括前视传感器、位于道路上的指示器或指向标，所述数据具有来自GPS接收器、或甚至姿态传感器的位置或交通数据。使用动态光束适应的前灯系统可能实现许多应用，诸如：无眩光远光灯；行人面部遮蔽；动物射灯；目标绘画；反射减少；车辆姿态补偿；自适应向前光束转向；以及道路上的投影信息。

美国专利第9,068,711号公开了具有低分辨率像素计数(垂直地和水平地)的无眩光灯。虽然该低分辨率方法能够提供无眩光遮蔽，但粗糙的分辨率可以导致驾驶员分心。美国专利第7,188,984号公开了使用LED源阵列制成的矩阵式前灯，但这种布置中所示的最大像素分辨率为25x30(相当于750个像素)，因此这种布置类似地具有相对低的分辨率。使用这些低分辨率方法，自适应光束中的空白区域在被驾驶员观察时可能出现为颠簸或跳跃地移动。

发明内容

在从透镜投射光束的前灯的所述示例中，前灯包括：照明模块，以向照明路径输出光束；以及照明光学器件，以接收所述光束并且向可编程空间光调制器提供照明。所述可编程空间光调制器被布置成接收所述照明并且向投影光学器件输出作为图案化光的非均匀照明。所述投影光学器件被布置成接收所述图案化光并且通过所述透镜输出所述图案化光。所述照明光学器件和所述投影光学器件中的至少一个包括变形透镜以对所述光束成型。

附图说明

图1A例示使用数字微镜器件(DMD)来形成常规的视频投射系统的光锥路径。

图1B例示对应于图1A的DMD和照明系统的光瞳图(pupil diagram)。

图2示出示例前灯。

图3示出光锥间距的示例。

图4A和图4B例示两个入射角示例。

图5为指示可用于示例性DMD投射系统的F数透镜范围的曲线图。

图6描绘原型的光效率可编程前灯。

图7为图6原型前灯中的示例体系结构的框图。

图8A至图8C为在图6原型前灯中测量的光强度数据的三个曲线图。

图9A和图9B描绘从光效率可编程前灯示例观察的输出光束图案。

图10A例示从光效率可编程前灯示例的光束输出的图案。

图10B和图10C为图I0A图案的所测量光强度的两个曲线图。

图11为使用示例实施例的变形透镜布置的前灯的简化框图。

图12为示例实施例的方法的流程图。

具体实施方式

不同图形中的对应数值和符号一般涉及对应的部分，除非另外明确指明。图形未必按比例绘制。

术语“耦合的”可以包括使用中间元件进行的连接，并且另外的元件和各种连接可以存在于“耦合的”任何元件之间。

当前的视频投射系统技术通常包括被空间光调制器(SLM)像素化的入射光束。SLM技术享有相对高的分辨率(相比于较早的LED矩阵解决方案)。例如，购自德克萨斯仪器公司(Texas Instruments Incorporated)的汽车合格WVGA SLM具有大于400,000像素的分辨率。最常见的视频投射SLM为LCD、DMD和LCoS技术。LCD(液晶显示器)是一种透射技术，其中光穿过透明面板，并且不期望的像素被“关闭”以阻挡光，从而允许剩余的光继续通过投射系统。DMD(数字微镜器件)是一种反射技术，其中成千的微小可移动镜能够单独地偏转。使用DMD技术，不期望像素的相应镜角度发生改变，而引导入射光远离投射路径，从而光的主要流可以创建像素化图像。LCoS(硅基液晶)和FLCos(硅基铁电液晶)使用由反射介质支持的LCD型快门机构。单独的LCD元件能够被用于关闭或通过形成图像的光。

对于常规的视频投影机系统，SLM具有匹配标准视频尺寸(诸如SVGA@800 x 600个像素、XGA@1024x768个像素、WXGA@1280x720个像素、以及FHD@1920 x 1080个像素)的原始像素尺寸。虽然视频格式继续增大像素密度，但用于视频显示器的通用纵横比保持在1.5至1.77的范围内，其中最流行尺寸的WXGA和FHD二者具有1∶1.77的纵横比(通常更简单地称作16∶9)。

布置有常规视频投影机SLM的汽车前灯应用需要解决视频投影系统与前灯之间的纵横比差值。如上所述，视频SLM的纵横比通常为16∶9，并且该纵横比在下一代4K UHD显示器中保持相同。汽车前灯应用需要大于2∶1，并且甚至高达5∶1的纵横比。为在前灯应用中使用视频SLM，简单方法将有源像素限制到SLM像素的仅一部分，从而仅仅使用对应于最终前灯纵横比的像素。这种简单方法导致亮度方面的显著损失(低效率)和分辨率方面的损失，这两种损失中的任一种都不是期望的。因此，需要其它解决方案来解决这些问题。

汽车前灯应用还改变所需要的光强度轮廓特性(当相比于视频投影系统时)。视频投影系统跨越可视显示区域投射基本上均匀的照明强度。所述均匀性通常使用光均化器或蝇眼矩阵(FEA)均匀地分布光强度而获得。相比之下，前灯需要在中心区域中的中心峰值的光强度分布和较高的亮度，而这些特性中的二者与光均质器或FEA的使用是相反的。实现中心峰值分布的一个简单解决方案是忽略空间光调制器的部分，从而通过抖动非中心像素而减少光。然而，这种方法导致光浪费和不可接受的效率降低，这对于前灯应用是不期望的。

包括视频投影SLM的前灯设计还需要解决汽车级LED照明阵列的纵横比。被设计用于汽车应用的照明阵列通常具有大于16∶9的纵横比，其比视频SLM的纵横比较宽。该比率差导致光学照明系统和SLM中的集光率(etendue)误配，从而由于入射照明中的一些未使用在输出光束中而再次导致不期望的亮度损失。

示例性实施例提供使用SLM以形成自适应光束的前灯。示例性实施例使用空间光调制器和变形元件以有效地捕获来自照明系统的光、以将光引导至空间光调制器上、以及以大于约2的纵横比将来自空间光调制器的光有效地投射在照明光束中，来形成高效的前灯。在示例性实施例中，DMD被用作SLM以利用大批量制造的高级性能，以使用DMD提供的像素化图案，并且以实现高性价比、光效率的前灯。

具有DMD作为空间光调制器的常规投影系统的综述还例示视频投影体系结构与针对使用SLM布置的前灯的体系结构之间的差异。虽然在本文所述某些示例中，DMD被示出为SLM，但各种实施例能够使用多种空间光调制器器件。

图1A例示使用常规数字微镜器件(DMD)的系统110中的光锥路径，其中DMD具有+/-12度的倾斜。在图1B中，光瞳图100例示通常在常规DMD视频投影系统中发现的四个光瞳位置。在光瞳图100中的四个光瞳位置为：(a)照明光瞳(ILL)，其中照明源产生朝向DMD引导的光；(b)相邻的打开(ON)光瞳，其中期望的像素化光被DMD反射并且穿过投影透镜；(c)FLAT光瞳，其为DMD断电(unpowered)(并且镜未倾斜)时光束的位置；以及(d)最后一个光瞳(关闭)，其为不期望的光被反射(通常)到收集热的光阱中所在的光瞳。在该说明性示例中，每个光瞳的角范围为24度，这允许用于完全分离视频投影系统的光瞳。

图1A描绘简化的常规视频投影机的一部分。为清楚起见，图1A仅示出DMD阵列的单个镜。常规DMD阵列包括单独寻址、且单独可移动以使光偏转的成数千或数百万个镜，如代表镜120的三个位置所示。当断电时，镜处于“FLAT”位置。在FLAT位置中，从垂直于断电表面的线偏转为0度。在“打开”或“关闭”位置中，该示例性常规系统中的镜分别从断电的FLAT位置偏转+12度或-12度。能够使用诸如在一些DMD中的+/-17的其它倾角。在简化的投影机110中，光源提供光束，该光束通过照明系统聚焦在DMD上。在实际系统中，照明系统包括准直和聚焦透镜套件(图1A中未示出)。光束在聚焦到DMD时形成锥(光锥)。DMD将光束的一些部分反射到投影透镜，并且平衡至关闭状态的光阱。单独的镜、或像素通过以电子图像数据的形式从视频处理器(未示出)提供至DMD的图像信息进行选择。

示例性装置有效地在前灯中使用SLM硬件，诸如针对视频显示设备大量生产的SLM硬件。各种布置使用至少一个变形透镜将照明光束或投影光束中的任一个的纵横比重新塑造为基本上(例如，大约)匹配SLM的纵横比的纵横比。在光束离开SLM之后，另一个变形透镜套件能够用于将来自SLM的光束纵横比重新塑造为大于光束的最终投射中约两个的纵横比。在光路内的变形光学器件保持高的聚光率水平，同时实现在中心峰值的光分布，这在前灯系统中是期望的。在该示例性实施例中不需要光均质器，因为前灯不需要均匀照明，而是在非均匀的光强度下运作良好。通过消除均质器，避免了伴随使用均质器的亮度损失。变形元件通过使用所有或几乎所有的可用照明光而产生高亮度，并且被引导至空间光调制器的光被有效地反射到投影光学器件中并且形成在视野中心处具有高强度的投射光束。

图2例示示例前灯200。在图2中，照明源210产生光，该光被收集和准直透镜212捕获。来自照明的光束的纵横比250等于或大于DMD的纵横比。适当匹配照明的纵横比与DMD纵横比允许照明光完全地照射DMD镜。来自透镜套件212的光束行进至光束成型透镜套件214，其中光束聚焦在DMD 220的表面上。视频DMD的纵横比通常为16∶9或1.77∶1。光束然后从DMD反射到投影透镜套件230，其在本示例中包括双合透镜232、聚焦透镜234、圆柱形透镜236、和变形透镜238。光束以约3.3∶1的最终纵横比离开投影系统230(被示出为平面252)。在其它示例中，最终纵横比能够大于约2。

光源210能够使用LED产生白光，但其它白光光源也是可用的。替代形式包括使用蓝色激光来激发黄色磷光体、卤素光、或白炽灯。另外，前灯可用作增压器，以通过使用白光或非白光向道路添加驾驶员信息。一般而言，红光在夜晚被用于阻止“夜盲”，而绿光被用于指示合适的路径或(就交通信号而言)确认以继续行进。另外，在军事应用中，前灯可用于使用可视或红外光来照射目标，这些红外光对于人眼是看不见的。空间光调制器的使用实现另外的信息被添加到对于驾驶员可视的光束中。例如，如果前灯200耦合到GPS系统，那么驾驶员然后可以看到文字提示(诸如“离开这里”或“左转”)，其帮助沿着一个路线前进并且能够在下一操作之前被投影在道路上。另外，如果实时交通信息是可用的，那么前灯200还能够通过显示文字消息(诸如“前方交通，缓慢”或“前方停止”)来添加关于即将到来的道路条件的可视信息。这些可视提示能够包括不止文字提示。例如，能够显示符号(例如，国际交通信号，如曲线符号、停车标志、前方施工、警告和类似的符号)。位置信息(诸如“俄亥俄州达顿市5英里”或“英里标志123”)能够显示在向前光束中，所述显示方式对驾驶员提供信息而不需要驾驶员目光离开道路。另外，能够显示信息(诸如“前方加气站”或“下一出口住宿”)以便驾驶员能够在道路上保持注意力同时仍然接收这些可视提示。

光束成型透镜214能够包括变形透镜。变形透镜能够保存聚光率和亮度，同时还对来自照明源210的光束纵横比250进行重新塑造，以匹配或者大约匹配DMD 220的纵横比252。另外，变形透镜214能够集中照明源210的光强度，从而形成行进至DMD 220的具有非均匀的、中心峰值分布的光束。

在照明光束被接收并且被DMD 220反射之后，根据以电子方式从图像投影电路或芯片供应到DMD的图像信息，图案化光束以与DMD 220相同或类似的纵横比252进入投影透镜套件230中。变形透镜238还能够对光束重新成型，以满足如252所示的最终纵横比。纵横比252被布置用于前灯应用，同时仍然保存在中心峰值光分布。

在变形透镜214和238这两者中，沿着以下各项，相应焦距可以是不同的：(a)X轴(Fx)，其通常为水平轴线(但是透镜能够旋转)；以及(b)Y轴(Fy)，其通常为垂直轴线。关系由下式(1)定义：

Anamorphism＝Fx/Fy＝(Dh*tan(V_fov)/(Dv*tan(H_fov))； (1)

其中：Dh和Dv分别为DMD的水平大小和垂直大小；并且V_fov和H_fov为入射或出射的垂直和水平视野。

对照明源布置图1A的光锥间距，其将物理地适合于针对视频投影系统所示的24°窗口内。然而，工业合格前灯LED源通常具有较宽的纵横比。该较大纵横比的光束需要较宽的光瞳和较大的透镜来捕获所有可用光束，以保存聚光率和亮度。F数为用于这些透镜的焦距与这些透镜的直径比之间的比率的参数项。给定固定的焦距，直径较大的透镜覆盖较宽的视野并且将导致较小的F数。较低F数的透镜被需要用于较大纵横比的照明源。虽然较低F数的透镜实现较高的亮度，但亮度增加带来较低对比率的损失。然而，该降低的对比率对于前灯应用仍然合格。

图3示出用于使用DMD的另一个前灯300的光锥间距的示例。在另选的实施例中，系统300能够使用其它SLM(诸如LCoS SLM)实施。图3的光锥布置例示DMD 320和四个光锥位置，它们是：ILL、ON、FLAT和OFF。图3中的四个光锥位置用于前灯照明源310，其具有与常规24°空间不同的光瞳分离，其中所述常规24°被分配用于配置有常规12°倾斜DMD的视频投影机。系统300中的入射角θinc增大，从而减小由于F/#发生的锥重叠，F/#快于典型的F/2.4F#。入射角θinc(被标记为332)从线路330(其垂直于DMD镜的平整状态)到光源310的照明轴线来测量。

θinc由下式(2)定义：

θinc＝2*sin-1[(1/2*F#is)] (2)

其中F#is＝F数，该F数用于照明源透镜。

在确定入射角332的情况下，投影轴线角度334由下式(3)定义：

角度334＝(θinc 332)-(2*DMD倾角) (3)

其中在本示例中，DMD倾角＝12度。

并且OFF轴线角度336由下式(4)定义：

OFF轴线角度336＝(θinc 332)+(2*DMD倾角) (4)

图4A和图4B例示两个入射角示例，其示出随之产生的各种其它角度。在图4A中，入射角为34.5度。从水平平面到投影轴线的角度为10.5度。还示出FLAT轴线和OFF轴线。在另一个另选实施例中，图4B示出30度的入射角AOI。到水平平面的投影轴线角度为6度。DMD器件的在这些示例中的倾角为+/-12度。具有+/-12度倾角的DMD器件可购自德克萨斯仪器公司，诸如具有+/-12度倾角以及超过415000个镜的DLP3000设备。当前可购自德克萨斯仪器公司的另一个DMD器件是DLP2010设备，其具有+/-17度的倾角以及超过400000个镜。另选的布置能够使用具有不同倾角的其它DMD器件，以及通过使用其它空间光调制器(诸如LCoS空间光调制器)形成。能够使用德克萨斯仪器公司的“倾斜和滚动像素”(TRP)DMD布置示例系统，其具有围绕轴线的负荷运动。TRP DMD能够从放置于DMD阵列的一侧的第一照明源、以及通过放置在阵列下方的第二照明源进行照射，以将光引导至两个倾斜位置。例如，DLP2010设备(上面提到的)是TRP DMD器件。

与倾角和F#有关的入射角的概括声明能够表达为下式(5)：

入射角θinc＝MAX[2*倾角]，2*sin^-1[1/2*F_num]] (5)

其中：倾角为选定DMD的倾角；并且Fnum为沿着用于侧面照明的水平轴线、或用于底部照明的垂直轴线的F数。

透镜F数的范围(其能够用于示例实施例)对应于DMD投影系统的部件的物理特性。图5为指示可用于示例性DMD投影系统的F数透镜的范围的曲线图。在曲线图500中，数据线路510示出为捕获DMD投影系统的光束的入射角与透镜的所需F数之间的关系。通过对F数轴线反射角度限制，范围512指示从约1.7到2.4的F数，其中：2.4对应于视频投影系统；并且1.7对应于前灯系统。该F数范围是典型的范围，但示例实施例能够包括具有较低对比度要求的前灯应用中的低至F/1.5的F数。在另一个另选布置中，可能将F数增至F/2.8、F/3.0或较高。较高F数的透镜尤其适用于使用低聚光率和高亮度的照明源的应用，诸如激光照明源。

图6示出原型的光效率可编程前灯600。前灯600包括：源照明模块610；源自德克萨斯仪器公司用作SLM的0.3”WVGA DMD 620(图6的视图中未示出)；以及投影透镜套件630，其包括至少一个变形透镜以对光束重新成型。

图7示出图6的原型前灯中的示例体系结构。在图7中，LED照明源710产生光，该光被收集和准直透镜套件712捕获。在该原型前灯中，照明光束的纵横比750为1.8∶1。来自透镜套件712的光束行进至光束成型透镜套件714，光束在此处聚焦于DMD 720的表面。汽车合格DMD的纵横比为16∶9或1.77∶1。在本例中，不试图进行捕获反射离开DMD的光束的边缘过度充满(overfill)损失。然而，另外的光也能够用透镜捕获，诸如变形透镜，并且聚焦在DMD阵列上以增大光束的亮度。所需的光束然后从DMD 720反射到投影透镜套件730，其包括：双合透镜套件732、734；圆柱形透镜736；以及变形透镜738。投影透镜套件730被布置成以光效率方式扩展光束的纵横比以保存亮度。光束离开投影透镜套件730到达前方的路径，该路径具有20°x 6°的最终视野，导致约3.3∶1的纵横比(在虚线平面752中示出)。在其它示例中，离开投影透镜套件的光束的纵横比能够为约2∶1或较高。

图8A至图8C为从图6的原型前灯中的DMD测量的光强度数据的三个曲线图。图8A为光强度曲线图800，其在X轴和Y轴二者上具有长度。曲线图800具有朝向刻度顶部增大的强度。DMD纵横比由虚线802指示，其示出约10％的过度充满。在边缘上的光的强度充分低，以实现在10％区域内的可忽略不计的光损失。曲线图800上的线812和822指示其中相应的水平和垂直强度测量被记录。

图8B为沿着垂直(Y)轴线的光强度的曲线图810，其中值从原点向上移动地增大。距离值在水平(X)轴线上示出，其中零点在曲线图810的中心。曲线图810的中心对应于图800上的中心线822，其在DMD阵列的水平侧的中心。图8B中的数据线812对应于图8A中的跨越曲线图800上的线812的光强度。图8B中的数据线812因此示出中心区域(围绕X轴线上的0.0)表现出最高的光强度。

图8C为沿着垂直(Y)轴线的光强度的曲线图820，其中值从原点向上移动地增大，并且示出沿着水平(X)轴线的距离值，其中零点在曲线图的中心。在曲线图820中，X轴线的中心对应于在图8中的曲线图800上的中心线812。因此，曲线图820的中心指示在DMD阵列的垂直侧的中心的强度。在图8C中，数据线822指示对应于在图8A中的曲线图800上的线822的光强度。图8C中的数据线822示出中心区域表现出最高强度。两个测量812和822确定DMD的非均匀光照，其被描述为“在中心峰值的”强度。

图9A和图9B描绘从光效率可编程前灯示例观察的输出光束图案。在图9A中，图案900示出图6原型投影机600的完全“打开(ON)”的光束样本。对于大约3.3∶1的纵横比，水平视野912为约20°，并且垂直视野914为约6°。在图9B中，图案910示出相同的前灯，但具有空白图像的矩形部分916。各种光束图案能够适应性地通过在SLM上形成图案来形成，该图案包括用于无眩光前灯的图案，其中光束被引导为远离即将到来的交通中的驾驶员、行人、人行道或路肩。与常规的“灰暗”前灯不同，示例实施例的前灯具有无眩光操作，其允许对驾驶员可用的增大的光亮度，同时避免常规“高光束”(或高亮度)光的眩光和致盲问题。

图10A描绘从上述光效率可编程前灯示例的光束输出的图案。图10B和图10C为图10A图案的所测量光强度的两个曲线图。图10A中的图案1000示出图6的原型投影机600的完全“打开”光样本。沿着垂直轴线1010V并且沿着水平轴线1010H记录光强度测量。图10B示出曲线图1002，其具有在垂直轴线上的相对强度和沿着水平轴线的长度/距离。数据线1010H为沿着图案1000中的水平线1010H测量的光强度。在垂直轴线上的数据被归一化至峰值强度，使得“1”为最大值。曲线图1002示出光强度沿着水平轴线是不均匀的，其中光束的中心部分具有最高强度。图10C示出曲线图1004，其具有：在垂直轴线上的相对强度；以及沿着水平轴线的长度/距离。数据线1010V是沿着图案1000中的垂直线1010V测量的光强度。在曲线图的垂直轴线上的数据被归一化至峰值强度。曲线图1004示出光强度沿着垂直线是不均匀的，其中光束的中心部分具有最高强度。

由(包括至少一个变形透镜和空间光调制器的)示例性实施例进行的光束输出导致(当相比于包括常规标准投影透镜的前灯时)约高出40％的亮度的中心峰值。来自两个曲线图1002和1004的数据的组合示出在光束中心的最高强度，这说明示例实施例提供“中心峰值的”不均匀的光照强度，这是前灯应用所期望的。

图11为使用上述变形透镜布置的前灯1100的简化框图。在图11中，光源1110输出照明光束1112。照明光束被变形透镜套件1120接收，其输出具有匹配或几乎匹配空间光调制器1130的纵横比的纵横比的不均匀照明1122。反射的光束1132然后被从空间光调制器1130反射到第二变形透镜套件1140中。光输出1142具有中心峰值光束，其具有大于约2的纵横比。视频图像处理系统1150输出图像数据，其能够通过控制空间光调制器1130中单独可寻址的像素，提供光束成型和自适应光束图案。

图12为示例实施例方法的流程图1200。在图12中，方法开始于步骤1210，IDLE。在步骤1212处，接收照明，该照明具有与空间光调制器的纵横比不同的纵横比。在步骤1214处，变形元件接收照明并且将纵横比调整为大约匹配空间光调制器的纵横比。在步骤1216处，通过空间光调制器接收光，并且使用SLM和视频输入数据对光进行图案化。在步骤1218处，来自空间光调制器的图案化光被包括变形元件的投影光学器件接收。光束具有通过变形元件修改的纵横比以进行投影。在步骤1220处，中心峰值光束(包括在SLM处进行的任何图案化)从系统进行投影。

虽然上述示例是针对汽车前灯，但另外的应用包括手电筒、聚光灯或车头灯。用于任何交通工具(诸如飞机、船、雪地车、直升机、无人驾驶飞机、建筑设备、农用设备)的前灯能够通过包括示例性实施例的布置来形成。光照(诸如安全灯、聚光灯、探照灯、路径照明或其它室内和室外照明系统)能够结合示例实施例。除了光照以便可视之外，夜视系统能够结合示例性实施例，使用具有变形元件的红外和近似红外的照明。自适应光束成型可用于摄像机传感器，以识别其它交通工具、行人、动物以及其它特征，并且以便自动补偿光束形状以形成无眩光前灯。

在一些示例实施例中，前灯具有空间光调制器以提供光。在其它示例实施例中，补充远光灯(例如，使用常规前灯形成的)和补充近光灯或雾灯(例如，同样使用常规前灯形成的)能够被添加到前灯布置中，以便进一步形成光束。

示例实施例和布置形成光效率前灯。一些示例实施例结合可商购获得的具有自适应光束能力的空间光调制器，以形成用于高可视性和无眩光前灯的在中心峰值的照明光束。

因此，在被布置成从透镜向前投影光束的前灯的所述示例中，前灯包括：照明模块，其经配置输出光束到照明路径；以及照明光学器件，其经配置接收光束并且向可编程空间光调制器提供非均匀照明。可编程空间光调制器被布置成接收非均匀照明并且向投影光学器件输出作为图案化光的非均匀照明。投影光学器件被布置成接收图案化光并且通过透镜输出图案化光。照明光学器件和投影光学器件中的至少一个包括变形透镜以对光束成型。

在另一个示例中，照明光学器件包括至少一个变形元件，其中沿着垂直轴线和水平轴线测量的相应焦距是不同的。在另一个示例中，投影光学器件包括至少一个变形元件，其中沿着垂直轴线和水平轴线测量的相应焦距是不同的。

在一些示例中，可编程空间光调制器包括：数字微镜器件(DMD)、硅基液晶显示(LCoS)器件或液晶显示器(LCD)。

在至少一个另选方案中，照明模块被布置成输出光束，光束具有大于或等于空间光调制器的纵横比的纵横比。在另一个示例中，投影光学器件被布置成输出光束，光束具有大于或等于空间光调制器的纵横比的纵横比。

在又一个示例中，照明源供应白光、非白光或红外光。在进一步的示例中，前灯被布置成输出光，该光具有光强度在中心峰值并且远离中心单调减小的非均匀光束分布。在另一个另选方案中，投影光学器件被布置成具有在约1.2至约2.8的范围内的垂直和水平F数。

在至少一个示例中，照明模块被布置成输出光束，该光束具有与空间光调制器的纵横比大约相同的纵横比。在一些示例中，照明模块包括LED、激光、经配置照射磷光体的激光、以及白炽灯。在另一个示例中，SLM包括DMD。在另外示例中，在DMD上的照明光的入射角被定义为：入射角＝MAX〖2*DMD的倾角度数，2〖sin〗^(-1)〗[1/(2F_num)]]，其中水平轴线的F_num被用于侧面照明，并且用于垂直轴线的F_num被用于底部照明。在又一个示例中，DMD的倾角为12度。在另外示例中，DMD的倾角为17度。

示例性方法包括：接收光束，该光束具有大于空间光调制器的纵横比的纵横比；输出非均匀光束，该非均匀光束具有与空间光调制器的纵横比相匹配的纵横比；接收非均匀光束，并且对该非均匀光束进行反射和像素化；将来自空间光调制器的像素化光束接收在投影光学器件中；以及从投影光学器件输出像素化光束。像素化光束具有大于空间光调制器的纵横比的纵横比。

在另一个示例中，方法包括使非均匀光束像素化，并且使用置于空间光调制器的像素元件之上的图案来使非均匀光束图案化。在至少一个另选方案中，输出非均匀光束包括使用设置在光源和空间光调制器之间的变形光学元件。在另一个另选方案中，从投影光学器件输出像素化的光束包括在操作设置在投影光学器件内的变形光学元件。

在另一个示例中，由照明光学器件提供的照明为非均匀照明，并且可编程空间光调制器被布置成接收非均匀照明，并且通过将非均匀照明作为图案化光反射到投影光学器件而输出非均匀照明。在进一步的示例中，前灯为汽车前灯。

在所述实施例中可以进行修改，并且在权利要求的范围内，其它实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种从透镜投射光束的前灯，所述前灯包括：

照明模块，以输出光束到照明路径；

照明光学器件，以接收所述光束并且向可编程空间光调制器提供照明；

所述可编程空间光调制器被布置成接收所述照明并且向投影光学器件输出作为图案化光的非均匀照明；以及

所述投影光学器件被布置成接收所述图案化光并且通过所述透镜输出所述图案化光；

其中所述照明光学器件和所述投影光学器件中的至少一个包括变形透镜以对所述光束成型。

2.根据权利要求1所述的前灯，其中所述照明光学器件包括至少一个变形元件，并且其中沿着所述变形元件的垂直轴线和水平轴线的相应焦距是不同的。

3.根据权利要求1所述的前灯，其中所述投影光学器件包括至少一个变形元件，并且其中沿着所述变形元件的垂直轴线和水平轴线的相应焦距是不同的。

4.根据权利要求3所述的前灯，其中所述投影光学器件具有在约1.2至约2.8的范围内的垂直和水平F数。

5.根据权利要求1所述的前灯，其中所述可编程空间光调制器包括以下中的至少一个：数字微镜器件即DMD、硅基液晶器件即LCoS器件、以及液晶显示器即LCD。

6.根据权利要求1所述的前灯，其中所述照明模块被布置成输出光束，所述光束具有大于或等于所述空间光调制器的纵横比的纵横比。

7.根据权利要求1所述的前灯，其中所述投影光学器件被布置成输出光束，所述光束具有大于或等于所述空间光调制器的纵横比的纵横比。

8.根据权利要求1所述的前灯，其中所述照明模块被布置成供应光，所述光包括以下中的至少一个：白光、非白光、以及红外光。

9.根据权利要求1所述的前灯，其中所述前灯被布置成输出光，所述光具有光强度是中心峰值的并且远离中心单调减小的非均匀光束分布。

10.根据权利要求1所述的前灯，其中所述照明模块被布置成输出所述光束，所述光束具有近似所述空间光调制器的纵横比的纵横比。

11.根据权利要求1所述的前灯，其中所述照明模块包括至少一个光源，所述光源为以下中的至少一个：LED、激光、照射磷光体的激光、以及白炽灯。

12.根据权利要求1所述的前灯，其中所述空间光调制器包括数字微镜器件即DMD。

13.根据权利要求12所述的前灯，其中所述DMD的倾角为12度。

14.根据权利要求12所述的前灯，其中所述DMD的倾角为17度。

15.根据权利要求1所述的前灯，其中由所述照明光学器件提供的所述照明是非均匀照明，并且其中所述可编程空间光调制器被布置成接收所述非均匀照明，并通过将所述非均匀照明作为图案化光反射到投影光学器件来输出所述非均匀照明。

16.根据权利要求1所述的前灯，其中所述前灯为汽车前灯。

17.一种从空间光调制器投射光的方法，所述方法包括：

接收具有大于所述空间光调制器的纵横比的纵横比的光束；

输出具有约等于所述空间光调制器的所述纵横比的纵横比的非均匀光束；

在所述空间光调制器处接收所述非均匀光束，用所述空间光调制器使所述非均匀光束像素化，并且从所述空间光调制器反射所述像素化的非均匀光束；

将来自所述空间光调制器的所述反射的像素化非均匀光束接收在投影光学器件中；以及

从所述投影光学器件输出所述反射的像素化非均匀光束，其中所述输出的光束具有大于所述空间光调制器的所述纵横比的纵横比。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使所述非均匀光束像素化包括使用置于所述空间光调制器的像素元件上的图案来使所述非均匀光束图案化。

19.根据权利要求17所述的方法，其中输出所述非均匀光束包括操作在光源和所述空间光调制器之间的变形光学元件。

20.根据权利要求17所述的方法，其中从所述投影光学器件输出所述像素化的光束包括操作在所述投影光学器件内的变形光学元件。