具有移动光源的可控高亮度照明的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于提供可控照明配置的照明装置(1)。该照明装置包括具有多个单独可控固态光源(8)的光源单元(2；20)；和光学元件(3)，所述光学元件布置为对从固态光源穿过光学元件(3)的调制区域(16)的光进行调制。该照明装置(1)还包括致动器(4)，其连接到光源单元(2)且可以控制为相对于光学元件(3)移动光源单元，使得固态光源(8)连续经过光学元件(3)的调制区域(16)；和控制单元(5)，其配置为当固态光源(8)移动经过光学元件的调制区域时控制固态光源(8)发出具有对应于照明配置的时变强度的光。
【专利说明】具有移动光源的可控高亮度照明
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于提供可控照明配置的装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着诸如发光二极管(LED)固态光源的性能正逐渐提高同时价格下降，出现适用于固态光源的新应用。然而对于某些应用，其中最大亮度是关键特征，未广泛采用LED。由于热管理问题和所谓的下垂、在过度驱动电流密度下的效率损耗，当前可用的LED仍无法满足在一段时间有高亮度的需求，例如，在没有相当复杂且昂贵的热管理布置(诸如较大散热片和/或风扇)的情况下的汽车前照灯应用。对于其他应用同样如此，诸如聚光灯等。
[0003]此外，对于汽车前照灯和聚光灯等，期望能够电子地控制和改变照明模式。例如，在汽车前照灯的情况下，期望能够取决于驱动条件来控制照明配置。存在实现该目标的系统，其通常称为高级前照明系统(AFS)。例如，已经提出了基于LED的AFS前照灯，其利用可寻址LED阵列，所谓的像素灯，而实现。
[0004]这样的布置在US 7429918中公开，其中许多LED布置在单独的衬底上，每个衬底可以被单独控制到所选倾斜角。因此，可以实现各种照明配置，但是用的是具有不得不单独控制的许多移动零件的复杂布置。而且，热管理问题仍有待解决。
【发明内容】
[0005]鉴于现有领域的以上所述和其他缺陷，本发明的一般目标是提供改良的照明装置，特别地提供高亮度和促进由照明装置提供的对照明配置/模式的控制。
[0006]根据本发明的第一方面，提供用于提供可控照明配置的照明装置，该照明装置包括:包括多个独立可控固态光源的光源单元；布置为对来自固态光源的光进行调制的光学元件，所述光经过光学元件的调制区域；致动器，连接到光源单元且可控制为相对于光学元件移动光源单元，使得固态光源连续经过光学元件的调制区域；以及控制单元，被配置为当固态光源移动经过光学元件的调制区域时控制每个固态光源发出具有对应于照明配置的时变强度的光。
[0007]固态光源是其中通过电子和空穴的重新结合而产生光的光源。固态光源的实例包括LED和半导体激光器。
[0008]本发明基于许多认识。首先，本发明已经认识到，相当高的亮度可以由固态光源提供，诸如LED，当更短时间驱动固态光源而非驱动光源延长一段时间时，通过使多个固态光源布置在可移动载体上可以在一段时间提供更高的亮度。通过足够快地移动光源单元(包括载体和固态光源)，可以提供连续发射的高亮度照明的印象。其次，本发明已经认识到，移动光源单元还大大促进光源的冷却。该移动产生在光源上的气流，显著地提高从光源移走热量。第三，本发明已经认识到，通过在光源移动经过光学元件时控制光源的驱动电流或其他合适的驱动参数可以便捷地提供不同照明配置/模式。用这种方式，可以只通过强度调制，在不需要额外的硬件或移动零件的情况下实现复杂的照明配置。例如，更长的接通持续时间导致光束更宽，通过改变当每个光源经过光学元件的调制区域期间的强度，可以例如实现非对称光束。后者对于汽车应用非常有用，其中期望在路的一侧具有更高强度/照明，而小汽车在相反侧行驶。
[0009]根据本发明的不同实施例，控制单元可以包括用于接收指示期望照明配置的控制信号的输入；被配置为确定对应于期望照明配置的驱动参数值的序列的处理电路；以及用于依赖固态光源相对于光学元件的调制区域的位置而提供驱动参数值序列给每个固态光源的输出。
[0010]驱动参数的“序列”可以是一串离散参数值或可以是本质上固态光源的位置的连续函数。
[0011]通过提供依赖固态光源相对于光学元件的调制区域的位置的驱动参数值，诸如驱动电流水平，可以便捷地提供在至少由光源移动限定的维度中具有期望强度变化的照明配置/模式。而且，照明配置可以容易修改，仅仅通过提供不同序列的驱动参数值即可。
[0012]而且，包括在光源单元中的多个单独可控制的固态光源可以有利地包括第一组固态光源，当经过光学元件的调制区域时每个固态光源遵循第一轨迹；和第二组固态光源，当经过光学元件的调制区域时遵循不同于第一轨迹的第二轨迹。
[0013]通过单独控制第一组和第二组的固态光源，还可以将照明模式/配置控制在与由光源移动限定的维度垂直的第二尺寸中。
[0014]第一组和第二组中的固态光源的数量可以相同，由此可以提供复杂的照明模式，或可以是相当少的光源数量，例如第二组中少于固态光源的数量的一半，由此在实现不同照明配置的性能和固态光源的数量之间实现良好的折衷。
[0015]原则上，光源单元可以相对于光学元件以任意方式移动，诸如线性地或沿着弯曲路径。为了便于实际实施照明装置，可以有利地将光源单元布置为通过致动器绕旋转轴旋转。
[0016]根据一个实施例，旋转轴可以与光学元件的光轴基本平行。在该实施例中，光源单元可以例如包括固态光源安装在其上的盘状载体。
[0017]根据另一个实施例，旋转轴可以与光学元件的光轴基本垂直。在该实施例中，光源单元可以例如包括轮状载体和安装在载体外围表面上的多个固态光源。
[0018]其旋转轴基本平行光学元件的光轴的实施例可以导致光源单元有更经济合算的配置，另一方面，至少对于某些应用，要求更复杂的光学元件配置。因此，对于不同应用，以上所述的实施例可以是优选的。
[0019]在以上所述的实施例和其中光源单元布置为由致动器旋转的其他实施例中的任一实施例中，光源可以有利地布置在螺旋形配置中，其可以是结合当光源经过光学元件的调制区域时以上所述的光源的时变控制实现期望照明模式的便捷方式。
[0020]而且，根据不同的实施例，根据本发明的照明装置可以有利地进一步包括风扇装置，风扇装置可以由致动器驱动以提供沿着与照明装置的照明方向基本平行的方向的气流。在室外应用中这是特别有用的，在室外应用中雾或冰可能积聚在透明外罩上或类似物上。特别地，对于汽车前照灯应用，否则可能存在雾或冰形成在保护性透明外壳上的问题。在传统的前照灯中，由光源辐射的热将进行除雾/除冰，但是当使用固态光源时，发射的光具有更窄光谱，几乎不携带任何热(IR辐射)。通过提供风扇装置，通过致动器驱动风扇装置和配置风扇装置使得由固态光源产生的热指向前方方向，可以通过便捷的方式处理除雾/除冰。
[0021]风扇装置可以有利地集成到光源单元中，意味着不需要额外的移动部件实现同时冷却固态光源和对通过其光被发出的透明窗口进行除雾/除冰。
[0022]根据本发明的不同实施例，包括在控制单元中的输出可以有利地是无线输出，诸如蓝牙或类似技术，用于无线地提供驱动参数序列给固态光源。
[0023]此外，根据本发明的不同实施例的照明装置可以有利地包括在汽车前照灯装置中，其中照明装置被配置为当安装在车辆中时提供基本水平延伸的照明配置。
[0024]根据本发明的第二方面，提供一种提供可控照明配置的方法，该方法包括步骤:提供包括多个单独可控固态光源的光源单元；相对于光学元件移动光源单元，使得固态光源连续经过光学元件的调制区域；以及当固态光源移动经过光学元件的焦点区域时控制每个固态光源发出具有对应于照明配置的时变强度的光。
[0025]根据不同的实施例，控制步骤可以包括步骤:获得指示期望照明配置的控制信号；确定对应于期望照明配置的驱动参数值序列；以及依赖光源相对于光学元件的调制区域的位置而提供驱动参数序列给每个光源。
[0026]本发明的第二方面的进一步变化和优势在很大程度上类似于以上关于本发明的第一方面提供的变化和优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]现在将参考附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，附图示出本发明的当前优选的实施例，在附图中:
[0028]图1是包括根据本发明的第一示例性实施例的照明装置的汽车前照灯的透视图；
[0029]图2a示意性地示出适用于不同驱动情况的不同照明配置；
[0030]图2b示意性地示出用于利用图1中的汽车前照灯获取图2a中的照明配置的不同驱动参数；
[0031]图3示意性地示出光源单元的备选配置；以及
[0032]图4是根据本发明的第二示例性实施例的照明装置的示意图。
【具体实施方式】
[0033]在下列说明中，主要参考具有布置为关于旋转轴旋转的光源单元的汽车前照灯应用来描述本发明。
[0034]然而，应当注意，这并不限制本发明的保护范围，其同样适用于诸如泛光灯应用的其他应用和其他配置。进一步的配置的实例是，光源单元可以布置为沿着经过光学元件的线性路径移动。
[0035]图1示意性地示出根据本发明的照明装置的实施例的示例性应用，该照明装置是汽车前照灯I形式，包括光源单元2、投影光学器件(这里示为单透镜3)、电动机4形式的致动器、用于控制汽车前照灯I的操作的控制单元5、以及透明保护盖6。如图1中示意性所示，光源单元2包括盘7，多个单独的可控LED 8和形成风扇9的叶片布置在盘7上。
[0036]电动机4连接到光源单元2，可以控制电动机4旋转光源单元2(盘7和风扇9)。当电动机4旋转光源单元2时，LED 8将连续经过透镜3，由LED 8发出并由透镜3修改的光将通过透明保护盖6进行投影，从而照亮汽车前照灯I前方的场景。尽管这里示意性地示为单透镜3，但是应当理解，投影光学器件可以是任意类型的成像光学器件，包括单个或多个透镜准直器、反射器和捕获更大数值孔径的LED光的其他成像光学器件，例如所谓的RXI光学器件。
[0037]当LED 8移动经过透镜3时，通过控制单元5为每个LED 8提供时变电流，导致当LED经过透镜3的调制区域时每个LED 8提供时变强度。在当前所示的实例中，控制单元布置在旋转盘3上。所有LED 8和控制单元5所需的动力可以由扫描臂(图1中未示出)提供。对于某些电动机而言一个接触可以通过电动机轴提供。在该情况下，单个电力线是足够的，其可以例如通过扫描臂和环或通过从非旋转线圈到旋转线圈的感应耦合实现。用于控制单元5的数据或信号可以例如通过一个或多个扫描臂或通过IR或蓝牙链接提供。
[0038]由汽车前照灯I提供的光模式将由透镜3的特性与LED 8的各个径向位置和当每个LED 8经过透镜3时由其提供的时变强度确定。由此，模式可以通过控制提供给LED 8的时变电流而提供不同的光模式。此外，LED 8将通过旋转衬底极其高效地冷却，无需较重的散热器。此外，如图1中示意所示，光源单元可以包括风扇9，由于该风扇产生的气流指向透明保护盖6，有助于降低透明保护盖6上出现雾或冰的可能性。这是与静止的LED布置形成对照，后者在几乎所有情况中向着热电动机舱室将LED产生的热传输至LED阵列的后部朝向热电动机舱室，这几乎不提供冷却性能。
[0039]由于控制LED 8经过透镜3时发光的配置，汽车前照灯I将有效地提供快速移动短闪光。本领域的普通技术人员都知道，为了避免这些闪烁或频闪效果的可视性的频率应当优选地高于如400Hz。对于给定LED 8的角间距，该频率将转化成盘7的最小旋转速度，或反之，对于给定的盘7的旋转速度该频率将转化成LED 8的最小角间距。本领域的普通技术人员将直接确定这些条件。
[0040]对于诸如图1中所示的汽车前照灯1，期望实现一般的水平照明模式。为此，透镜3应当被配置为当盘7旋转时将LED 8遵循的弯曲轨迹投射到这样的一般水平照明模式。通过简单旋转的对称透镜一般不太可能实现。然而，利用一些旋转透镜或具有一个或两个正确形成的自由形状曲面的单个折射透镜则能够实现。用于确定这样的自由形状曲面的计算方法是众所周知的，一个是所谓的SMS 3D方法。
[0041]利用图1中的汽车前照灯，对于不同的驱动情况可以提供不同的照明配置/模式。现在将参考图2a_b描述如何实现以上所述。
[0042]图2a示意性地示出对于不同驱动情况的不同照明配置的某些实例。参考图2a，所示照明配置是结点光11、城市光12、乡村光13、和高速公路光14。
[0043]这些不同的照明配置可以利用图2b的图表中表示的示例性电流轮廓实现，其中不同电流轮廓对应于图2a中的不同照明配置，由图2b中的图标表示。图2b中的图表的X轴表示布置在图1中的盘7上的每个LED 8从LED 8进入透镜3的调制区域直到LED 8离开透镜3的调制区域的LED 8的角位置。图2b中的图表的Y轴表示在当LED8掠过对应于透镜3的调制区域的角位置范围期间提供给每个LED 8的时变驱动电流。应当指出，图1中的盘7顺时针旋转，在图1中由箭头指示。
[0044]提供给每个LED 8的时变电流的精确轮廓可以根据透镜3的透射特性和期望的照明配置/模式确定，或可以通过实验确定。不同轮廓(和额外轮廓，或允许在不同光束模式之间平稳过渡的许多插值曲线)可以例如被加载到控制单元5的查询表中，或由处理来自车辆驱动器和/或来自车辆传感器的输入的合适程序提供。
[0045]备选光单元配置在图3和图4中示意性地示出。
[0046]首先参考图3，LED 8沿着螺线布置在盘7上，使得源自LED 8经过透镜3的调制区域16的投影在远场基本重叠，从而产生平滑垂直光分布。
[0047]如图4中示意性所示，LED 8可以安装在光源单元20的圆柱面上，光源单元20围绕与透镜3的光轴22垂直的旋转轴21旋转。对于诸如图1中所示的汽车前照灯应用，图4中的光源单元20可以与比图1中的光源单元2更简单的透镜组合起来，因为在该配置中LED的上沿遵循水平面上的曲线，可以很容易朝着水平面成像。然而，在每个LED 8和透镜3之间的距离将随着光源单元20旋转而改变。如果光学器件无法补偿，很可能导致在较大水平角处出现某些散焦。
[0048]当如图1所示将LED放置在盘上时，该布置的热行为同样有利。当增加叶片时，圆柱形实施例可以，产生气流，与旋转轴平行或径向的气流衰弱，在两种情况下可以通过灯具外罩内的元件重定向到玻璃盖片，从而提供除雾/除冰功能。
[0049]此外，本领域的普通技术人员可以理解，通过研究附图、公开和相关权利要求，在实施要求的本发明的过程中，可以对所公开的实施做出改变。例如，叶轮式散热配置可以用于无声且更高效地产生气流。而且，第二光学系统可以安装在电动机的底部，具有用于将相对LED边缘投影到水平面的光学表面。
[0050]在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个“不排除多个。实际上，在相互不同的从属权利要求中阐述的某些措施不表明不可以使用这些措施的组合用于有利目的。
【权利要求】
1.一种用于提供可控照明配置的照明装置(I)，所述照明装置包括: 光源单元(2 ;20)，包括多个单独可控的固态光源(8)； 光学元件(3)，布置为对从所述固态光源通过所述光学元件(3)的调制区域(16)的光进行调制； 致动器(4)，连接到所述光源单元(2)，并可控地相对于所述光学元件(3)移动所述光源单元，使得所述固态光源(8)连续经过所述光学元件(3)的所述调制区域(16);以及控制单元(5)，被配置为当所述固态光源(8)移动经过所述光学元件的所述调制区域时，控制每个所述固态光源(8)发出具有对应于所述照明配置的时变强度的光。
2.根据权利要求1所述的照明装置(I)，其中所述控制单元(5)包括: 输入，用于接收指示期望照明配置的控制信号； 处理电路，被配置为确定对应于所述期望照明配置的驱动参数值序列；和输出，用于依赖所述固态光源(8)关于所述光学元件(3)的所述调制区域(16)的位置而提供所述驱动参数值序列至每个所述固态光源。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置(I)，其中所述多个单独可控的固态光源(3)包括: 第一组固态光源，当移动经过所述光学元件的所述调制区域时每个光源遵循第一轨迹；和 第二组固态光源，当移动经过所述光学元件的调制区域时每个光源遵循与第一轨迹不同的第二轨迹。
4.根据权利要求3所述的照明装置(I)，其中所述第一组固态光源包括第一数量的固态光源，所述第二组固态光源包括第二数量的固态光源，所述第一数量大于所述第二数量。
5.根据权利要求4所述的照明装置(I)，其中所述第一数量是所述第二数量的至少两倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(I)，其中所述光源单元(2;20)布置为通过致动器(4)绕旋转轴旋转。
7.根据权利要求6所述的照明装置(I)，其中所述旋转轴与所述光学元件(3)的光轴基本平行。
8.根据权利要求6所述的照明装置(1)，其中所述旋转轴(21)与所述光学元件(3)的光轴(22)基本垂直。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的照明装置(I)，其中所述固态光源布置在螺旋配置中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(I)，进一步包括风扇装置(9)，所述风扇装置能够被所述致动器(4)驱动，以提供沿着与所述照明装置的照明方向基本平行的方向的气流。
11.根据权利要求10所述的照明装置(I)，其中所述风扇布置集成在所述光源单元(2)中。
12.根据权利要求2到11中任一项所述的照明装置(I)，其中所述控制单元(5)的所述输出是用于无线地提供所述驱动参数序列至所述固态光源的无线输出。
13.一种汽车前照灯装置(I)，包括根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，所述汽车前照灯装置被配置为当安装在车辆中时提供基本水平延伸的照明配置。
14.一种提供受控照明配置的方法，包括步骤: 提供光源单元(2 ;20)，其包括多个单独可控的固态光源(8)； 相对于光学元件(3)移动所述光源单元(2 ;20)，使得所述固态光源(8)连续经过光学元件(3)的调制区域(16);和 当所述固态光源移动经过所述光学元件的焦点区域时，控制每个所述固态光源(8)发出具有对应于所述照明配置的时变强度的光。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制步骤包括步骤: 获取指示期望照明配置的控制信号； 确定对应于所述期望照明配置的驱动参数值序列；和 依赖所述光源关于所述光学元件的所述调制区域的位置而提供所述驱动参数值序列至每个所述光源。
【文档编号】G02B26/10GK104159783SQ201380013108
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年3月8日
【发明者】O·德罗斯 申请人:皇家飞利浦有限公司