用于车辆头灯的自适应光照方法与流程

本发明涉及提供用于车辆照明的自适应光照图案的激光扫描方法。本发明还涉及包括被布置成执行该方法的激光扫描器的车辆头灯系统。最后本发明涉及相应计算机程序产品。

背景技术：

在现代汽车头灯照明中，强大的趋势走向自适应系统，其中光分布可以被动态地改变。例如，人们想要有远光灯（high-beam）光束，但是具有界限清楚且移动的黑暗部分以避开（spareout）迎面而来的车辆，以避免眩光。或者人们想要照射给定路标或者车辆照相机可能已经检测到的障碍物。

技术上，这种系统可以通过不同途径（可切换机械孔、led矩阵灯、微显示器（如在投束器（beamer）中）或者激光扫描器）实现，其具有增加的性能，但也具有增加的复杂性。

作为示例，de102010028949a1公开了一种基于激光器的头灯，其以固定图案在发光材料上扫描激光束，然后通过二次光学器件将其映射到道路上。de102010028949a1强调，主要地，这种布置可以获得高达1000x1000像素的非常高的分辨率。特别地，这种高分辨率允许仅通过适当设置用于激光扫描器的行信号，来将近光灯（lowbeam）的亮/暗截断线的位置调节到高达0.1°的精确度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光扫描方法，该方法提供用于车辆照明的自适应光照图案。该方法可以有益地用于车辆头灯中，如例如汽车头灯或摩托车的头灯。

根据第一方面，本发明包括提供用于车辆照明的光照图案的方法。该方法包括以下步骤：

-通过借助于用于照射一区域的扫描激光器布置照射光转换器，来提供包括大量白色光的扫描线的光图案，其中，扫描线的特征在于限定的扫描线宽度；

-通过改变至少一条扫描线相对于参考光照图案的位置、或者通过对至少一条扫描线的至少有限部分进行调光，来适配光图案的截断。

扫描激光器布置可以包括例如蓝色激光器。蓝色激光器被适配为发射蓝色激光束，该蓝色激光束可以被小反射镜（典型地，mems（微机电系统））电子地切换和控制方向。以此方式，激光束在光转换器的表面上的扫描线中被迅速操纵。扫描线是在光转换器的表面上的激光束的点的线。扫描线可以是连续的或者非连续的扫描线。扫描线可以是直的、弯曲的或者甚至可以包括弯曲或角。扫描线通常被布置成使得两条相邻的扫描线在光转换器的表面上以限定的程度重叠。重叠可以是扫描线宽度的一半，其中扫描线宽度是由激光束的点大小给定的。重叠可以替代地是扫描线宽度的1/3、1/4、2/3等。

转换器装置的表面可以包括将蓝色激光部分转换为黄色光的磷光体表面，黄色光与剩余的蓝色光相加以形成白色光。如果白色光斑在磷光体表面上的移动足够快，那么其会被感知为稳定的白色光分布或图像。此图像然后通过透镜被投射到例如道路上，如在标准投射头灯中那样。通过与激光束的合适切换（开和关，不同强度）同步的对反射镜移动控制，可以在磷光体上创建各种各样的图像，并且因此在道路上创建光分布。

重要的是，注意这种扫描激光器布置的两个特殊特征。这两个特殊特征是由高功率导致的，并且因此导致这种系统的不可忽略的束直径。第一，点大小将不是可忽略的；它在例如200-300μm之下将可能不缩小。这仅比例如3mm光转换器的磷光体靶的最小尺寸小约10倍。第二，束操纵反射镜将因为其有限的大小（例如2mm，如部分地由高激光功率所导致的那样）而具有有限的扫描速度。而且，由于它必须是以柔性方式（改变线图案）可控的，所以机械约束导致它也不能非常快。由于帧重复速率必须高（例如100hz）以避免闪烁，所以每帧的时间被限制到例如10ms。鉴于柔性反射镜的低扫描速度，这种系统中的线的数量将是小的，例如11、14或20条线。这匹配束直径必须大的事实，因为磷光体靶的完整高度需要使用例如仅20条线来覆盖。在这种设定中，光照图案中的黑暗区可以通过在正确时刻切断激光器来容易地创建。

然而，问题在于系统在竖直方向上将实现的低分辨率，该竖直方向基本上垂直于激光点在转换器装置的表面上的移动的主方向。对于汽车头灯而言，十一个或十四个部段可能看起来仍然是足够好的，但是移动限定光图案的截断的水平边缘仅能够通过在切断一条线的部分之后切断另一条线的部分来逐步移动。对于交通参与者而言，这些步骤可能使图像看起来非常不稳定且令人烦扰。因此，合乎期望的是能够更平滑地移动水平边缘，而不显露系统的不良的固有竖直分辨率。因此提出了改变至少一条扫描线相对于参考光照图案的位置、或者对至少一条扫描线的至少有限部分进行调光。

参考光照图案包括所有扫描线，其中，例如没有执行对诸如接近的车流中的接近的车辆的时变情形的适配。参考图案可以取决于光照模式（例如近光灯或远光灯）。

光照图案被适配成使得在必须适配（例如接近的车流、交通标志）的情况中，截断以更平滑的方式被改变，其中截断是不被光图案照射的区域的部分。截断可以通过同时改变所有扫描线相比于参考光照图案的位置来适配。在此情况中，可以通过升高或降低截断来适配整个光照图案。

通过改变至少一条扫描线的位置来适配光图案的截断的步骤包括以下步骤：

-切断扫描线的至少一部分，以提供非连续扫描线。

在一些情形中，可能必须通过提供或适配光图案中的窗口、或更一般地黑暗区来适配借助于激光或激光束和光转换器提供的光图案，以便避免例如（例如其他交通参与者的）眩光。一条、两条、三条或更多条扫描线的部分可能因此被切断。若干扫描线可能例如随后被切断。

该方法还包括以下附加步骤：

-通过改变与非连续扫描线相邻的连续扫描线的位置，来照射之前被非连续扫描线照射的区域（在切断该扫描线的至少一部分之前）。

改变至少一条连续扫描线相对于参考光照图案的位置实现截断的转移，使得与仅切断参考光照图案中的扫描线的至少一部分的情况相比，该转移更小。与非连续扫描线相邻的连续扫描线被转移，使得之前被非连续扫描线的切断部分照射的区域的一部分现在被相邻的连续扫描线照射。与非连续扫描线相邻的连续扫描线的位置基本上垂直于激光点的扫描方向转移。

与非连续扫描线相邻的扫描线的位置可以通过扩展至少两条连续扫描线之间的距离来改变或转移，其中该至少两条连续扫描线中的一条是与非连续扫描线相邻的连续扫描线。

在参考光照图案中的相邻扫描线之间的距离跨参考光照图案可以是相同的，或者可以是不同的。之前借助于被切断的扫描线照射的区域借助于至少一条连续扫描线照射，该连续扫描线与非连续扫描线相邻。在截断之下或之上的两条、三条、四条或更多条邻近或相邻的连续扫描线之间的距离相较于在参考图案中的那些扫描线之间的距离是增大的。在截断之下或之上的连续扫描线之间的距离可以在随后步骤中被减小，以便转移截断。

方法可以包括以下附加步骤：

-在扩展至少两条扫描线之间的距离之后的随后步骤中，逐步减小该距离。

在截断之下或之上的两条、三条、四条或更多条连续扫描线之间的距离可以被逐步减小，使得在两步、三步、四步或更多步之后达到原始距离（如在参考光照图案中那样），以便平滑地转移截断。截断的边缘被转移到由参考光照图案给定的位置之间的许多中间位置。对所有连续扫描线而言，连续扫描线之间的距离的改变可能不是相同的。例如，在相邻的连续扫描线（第一连续扫描线）和直接在相邻的连续扫描线之上或之下的连续扫描线（第二连续扫描线）之间的距离的改变可以比第二连续扫描线和在第二连续扫描线之上或之下的另一连续扫描线（第三连续扫描线）之间的距离的改变更大。不同距离适配可以有助于避免或至少限制光照图案中的视觉强度变化。这还包括可能存在可适配的上部截断（在光照图案的上部部分中）和可适配的下部截断（在光照图案的下部部分中）的情况。这种光照图案可以例如包括20条扫描线中的仅第四、第五、第六、第七和第八扫描线是非连续扫描线的情况。在上部截断和下部截断之间的非连续扫描线的位置可以例如被改变成使得在上部截断和下部截断之间的中间（例如在该示例中的第六扫描线）处的非连续扫描线的位置几乎不改变，但是第四和第五扫描线之间的距离基本上与第七和第八扫描线之间的距离相同，但是第五和第六扫描线之间的距离与第六和第七扫描线之间的距离更小。

如上文所描述的方法可以包括以下附加步骤：

-提供至少两条相邻的非连续扫描线；和

-减小至少两条相邻的非连续扫描线之间的距离。

增大连续扫描线之间的距离可能具有以下效果，在与光照图案的窗口、或更一般地黑暗区相邻的连续扫描线和邻近的非连续扫描线的重叠处，可能存在光照图案中的明亮线。紧邻截断的非连续扫描线和至少相邻的非连续扫描线之间的距离可以因此被减小，使得紧邻截断的非连续扫描线和限定截断的连续扫描线之间的重叠被减少。两条、三条、四条或更多条非连续扫描线之间的距离可以被减小，以便使光照图案的强度分布平滑。两条、三条、四条或更多条非连续扫描线之间的距离可以取决于对应非连续扫描线到截断的距离而改变。例如，截断处的非连续扫描线（第一非连续扫描线）和直接在第一非连续扫描线之上或之下的非连续扫描线（第二非连续扫描线）之间的距离的改变可以比第二非连续扫描线和在第二非连续扫描线之上或之下的另一非连续扫描线（第三非连续扫描线）之间的距离的改变更小。不同距离适配可以有助于避免或至少限制光照图案中的可视强度变化。

该方法还可以包括以下附加步骤：

-适配至少一条扫描线的强度，使得至少两条相邻扫描线的整体强度适合于两条相邻扫描线之间的距离的改变。

在光转换器的区域上的扫描线图案的扩展或压缩将改变扫描线的“密度”，如上文所描述的那样。因此，外观亮度可能以视觉方式改变。（注意，由于相邻束的大重叠，在实践中，线之间的边界通常是不可见的）。由故意的“呼吸（breathing）”（即，扫描图案的压缩和扩展）导致的亮度中的变化将是小的但也是周期性的，所以它们可能被感知为闪烁，这可以与“跳动的”水平边缘或截断同样地令人烦扰。为了补偿此，激光强度可以在线图案被扩展的情况下被稍微增大，而在其被压缩的情况下被稍微减小。每条扫描线的强度可以被单独适配。强度的变化可以借助于相邻扫描线之间的重叠的改变和/或相邻扫描线（连续或非连续扫描线）的强度变化来确定。

切断扫描线的至少一部分的步骤可以替代地或附加地包括以下步骤：

-在至少一条扫描线中提供间隙；和

-沿着至少一条扫描线的纵向延伸增大间隙。

通过短暂切断激光器，可以在第一轮中在连续扫描线中提供小间隙。在第二、第三、第四或另一轮中，在扫描方向上或者沿着扫描线逐步增大间隙。光照图案内的黑暗区域或区像拉开的窗帘一样增大。

通过对至少一条扫描线的至少有限部分进行调光来适配光图案的截断的步骤包括以下步骤：

-改变至少一条扫描线的有限部分内的白色光的强度。

在调光的第一时间段内，白色光的强度可以指数地改变。在调光的第一时间段中指数地减小或增大强度可以提供截断转移的更平滑的感受。第一时间段可以例如包括直到切断的完整时间范围或仅其一部分。

根据另一方面，提供了一种车辆头灯系统。该车辆头灯系统包括至少一个激光器。该至少一个激光器被适配为发射具有激光峰值发射波长的激光。车辆头灯系统还包括光转换器。该光转换器被适配为将激光转换为转换光，其中转换光的峰值发射波长处于比激光峰值发射波长更长的波长范围中。车辆头灯系统还包括扫描器。该扫描器被适配为在光转换器上提供包括大量扫描线的光图案。车辆头灯系统还包括控制器，其中控制器被适配为通过改变至少一条扫描线相对于参考光照图案的位置、或者通过对至少一条扫描线的至少有限部分进行调光来控制光图案的截断。

车辆头灯系统可以包括两个、三个、四个或更多个激光器。扫描器可以包括动态反射镜，如例如mems反射镜，以便在光转换器上提供或投射扫描线。光转换器可以包括转换元件，转换元件包括用于将例如蓝色激光的至少一部分转换为黄色光的磷光体。磷光体可以例如是掺铈的钇铝石榴石（yag）陶瓷块体。控制器可以被适配为控制扫描器和/或激光器，以便改变或转移扫描线的位置或者对至少一个激光器进行调光，如上文所描述的那样。控制器可以是车辆头灯的组成部分，或者可以是连接到车辆头灯的外部控制装置。控制器可以包括接口，以将车辆头灯系统连接到车辆控制系统。

根据另一方面，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括代码装置，代码装置可以保存在被本发明的车辆头灯系统包括的至少一个存储器装置上，或者可以保存在与该车辆头灯系统耦合的控制装置的至少一个存储器装置上，其中，代码装置被布置为使得本发明的方法可以借助于被车辆头灯系统包括的至少一个处理装置来执行，或者借助于与车辆头灯系统耦合的控制装置的至少一个处理装置来执行。

至少一个存储器装置包括一个或多个存储器模块，如例如存储器芯片。至少一个处理装置可以包括一个或多个处理器或微处理器，至少一个存储器装置和/或至少一个处理装置可以被控制器包括。

应当理解，本发明的方法和本发明的车辆头灯系统具有相似和/或相同的实施例，具体地，如在权利要求书中限定的那样。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是权利要求的任何组合。

下文限定了更多有优势的实施例。

附图说明

本发明的这些和其他方面将通过下文描述的实施例而变得清楚，并通过参考下文描述的实施例而得以阐释。

现在将参考附图基于实施例，以示例的方式来描述本发明。

在附图中：

图1示出了车辆头灯系统的主要简图；

图2示出了第一光照图案的主要简图；

图3示出了第二光照图案的主要简图；

图4示出了第三光照图案的主要简图；

图5示出了第四光照图案的主要简图；

图6示出了第五光照图案的主要简图；

图7示出了第六光照图案的主要简图。

在附图中，自始至终，相同数字指代相同对象。附图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了车辆头灯系统200的主要简图。车辆头灯系统200包括至少一个激光器212。至少一个激光器212被适配为发射具有激光峰值发射波长的激光15。峰值发射波长优选地处于蓝色波长范围中。车辆头灯系统200还包括光转换器220。光转换器220被适配为将激光15转换为转换光20，其中转换光20的峰值发射波长处于比激光峰值发射波长更长的波长范围中。转换光20的峰值发射波长优选地处于黄色波长范围中。车辆头灯系统200还包括扫描器214。扫描器214被适配为在光转换器220上提供包括大量扫描线的光图案。至少一个激光器212和扫描器214被以扫描激光器布置210来布置，扫描激光器布置210被耦合到控制器240，在此情况中，控制器240是车辆头灯系统200的组成部分。车辆头灯系统200可以是车辆头灯的一部分。在此情况中，扫描器是mems微反射镜。控制器240被适配为通过改变至少一条扫描线相对于参考光照图案的位置、或者通过对至少一条扫描线的至少有限部分进行调光来控制光图案的截断。控制器240被布置为控制微反射镜，使得光转换器220上的扫描线的位置被转移。因此，被借助于光学布置250投射的、包括激光15和转换光20的混合光的光照图案可以被改变。光学布置250可以包括一个、两个、三个或更多个类似透镜、反射镜、孔等的光学元件。控制器240还被布置为对激光15进行调光、或者适配激光15的强度，以便提供平滑的光照图案。

图2示出了第一光照图案100的主要简图。在磷光体上创建图像的一般途径是通过线扫描。图2示出了简单直接的线扫描图案。存在14条扫描线，并且激光从线1向下跳到线3、从3向下跳到5等，留下间隙，该间隙在向上返回的路上被填充（公知的“交错操作（interleaving）”）。扫描线110具有限定的扫描线宽度，其基本上由基本上垂直于由箭头指示的扫描方向的光转换器上的激光点的直径来限定。第一光照图案100示出了参考光照图案，其中，未执行对扫描线110的以便将光照图案适配为可以在由光照图案100照射的区域中显示的对象的适配。

图3示出了第二光照图案100的主要简图。第二光照图案100同样是参考光照图案，其具有11条扫描线110。横坐标102指代扫描线110的编号。纵坐标101示出对应扫描线110在光转换器上的相对位置。扫描线110如上文所描述地那样具有扫描线宽度113，并且两条扫描线110之间的距离由x0给定，在此情况中，x0对于所有扫描线110都是相同的。扫描线110重叠，使得光转换器借助于两条扫描线110的激光被照射，直到光转换器的上部和下部边缘（第一和第十一扫描线）。扫描线110可以例如一个接另一个地被扫描（没有交错）或者以交错顺序被扫描（例如，如上文描述的那样）。编号不一定描述扫描的顺序。

图2和图3中示出的参考光照图案示出了参考光照图案的简单示例。一般而言，扫描线之间的距离不必是相同的。另外，扫描线110中的一条或多条可以是弯曲的或者可以包括甚至角，以便提供更复杂的参考光照图案。

图4示出了第三光照图案100的主要简图。第三光照图案100是借助于本发明的方法的第一实施例生成的。第三光照图案100包括14条扫描线110，其中扫描线1-9是非连续扫描线111，而扫描线10-14是连续扫描线112。光照图案100包括光照窗口116，光照窗口116是通过在随后步骤中切断第一、第二、第三等扫描线110的一部分来生成的，使得光照图案100变成u形。虚线示出了在扫描线9的对应部分被切断之前的光照窗口116内的截断114。扫描线110之间的距离同样是x0，并且扫描线宽度是113。一旦第九扫描线110的该部分被切断，就将所有扫描线110如由左侧箭头指示的那样向顶部移动或转移扫描线宽度113的三分之一左右，通过此，截断114的改变或转移被减少。扫描线110的转移优选地以不改变原始特征（在此情况中的直线）的方式来执行。转移可以因此在两条扫描线110之间的步骤期间执行。在此中间阶段中，激光器可以被切断。这优选地在包括扫描线110的位置改变的所有实施例中执行。

图5示出了第四光照图案100的主要简图。第四光照图案100是借助于根据第二实施例的本发明的方法生成的。光照图案100同样是u形的，如关于图4描述的那样。一旦扫描线9的一部分被切断，连续扫描线112（扫描线10-14）之间的距离就被从x0增大到x1，以便减少截断114的转移。非连续扫描线111之间的距离不改变（x0）。

图6示出了第五光照图案100的主要简图，其是借助于根据第三实施例的本发明的方法生成的。图6示出了如已经关于图3示出并讨论的光照图案100的一种侧视图。光照图案100同样是u形的。一旦扫描线5的一部分被切断，连续扫描线112（扫描线1-4）之间的距离就被从x0增大到x1，以便减少截断（未示出）的转移。非连续扫描线111（扫描线5-11）之间的距离附加地被从x0减小到x2。

图7示出了第六光照图案100的主要简图，其是借助于根据第四实施例的本发明的方法生成的。第六光照图案100包括14条扫描线110，其中，扫描线3-9是非连续扫描线111，而扫描线1、2和10-14是连续扫描线112。光照图案100包括光照窗口116。光照窗口116是通过在随后步骤中切断第三、第四、第五等扫描线的一部分生成的，使得光照图案100变成o形。虚线示出了在扫描线9的对应部分被切断之前的光照窗口116内的截断114。连续扫描线112之间的距离同样是x0，并且扫描线宽度是113。通过在第九扫描线中在第一部分9a和第二部分9b之间提供小间隙，截断114的改变或转移至少被主观地减少。沿着第九扫描线的纵向延伸，如由双箭头指示的那样逐步增大间隙。第三、第四和第五扫描线中的黑暗部分可以是以相同方式以逐步的途径一个接着另一个地被打开，以便打开窗口116。可替代地，两条、三条、四条或更多条扫描线可以被同时黑暗化。

尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和描述应被认为是说明性或示例性的，而非限制性的。

通过阅读本公开，其他修改对本领域技术人员而言将是清楚的。这种修改可以涉及本领域已知、并且可以替代或附加于本文已经描述的特征使用的其他特征。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员能够理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实不表示这些措施的组合不能用来获益。

权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

附图标记列表

9a非连续扫描线的第一部分

9b非连续扫描线的第二部分

15激光

20转换光

100光照图案

101扫描线在光转换器上的位置

102扫描线的编号

110扫描线

111非连续扫描线

112连续扫描线

113扫描线宽度

114截断

116光照窗口

200车辆头灯系统

210扫描激光器布置

212激光器

214扫描器

220光转换器

240控制器

250光学布置

x0参考光照图案中的扫描线之间的距离

x1两条连续扫描线之间的增大的距离

x2两条非连续扫描线之间的减小的距离