TW201605670A - 交通工具照明系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一個一種交通工具照明系統，包含一準直光源、一擴束單元、一光處理單元與一非均勻化光學投射元件。該準直光源可以發出一準直光。該擴束單元，可接收該準直光並將該準直光擴束。該光處理單元，可接收一控制訊號與該擴束單元發出的光，依據該控制訊號調整該擴束單元發出的光之光場分佈。該非均勻光學投射單元，將經該光處理單元處理後之光，調適為非均勻化之光，以達到較佳之照明效率。

Description

交通工具照明系統

本發明係為一種照明系統，尤指一種用於交通工具的照明系統。

為了達到行車安全目的，車用頭燈照明的亮度與光場分佈有一定的規範要求，同時，節能與效率，也一直是車用照明的重要要求。

一般光源，無論是鹵素燈、金屬燈、LED燈...等等，都無法直接投射使用，必須經過改變光場的步驟，才能滿足車用頭燈的照明要求。但是，在改變光場的過程中，照明光強度會產生部分損耗。另一方面，在先前技術中，車用頭燈照明，多是產生固定的光場與亮度，車燈照明之亮度多集中於前方區域，周圍亮度較弱。在夜間行車時，若周圍有況狀發生，如行人或動物向前方區域移動，由於亮度不足，待移動至前方時，駕駛往往反應不及，致使意外產生。因此，如何適時調整車燈照明，提供適當的亮度與光場，達到安全駕駛目的，是相當重要的課題。

依據本發明一觀點，可使車用照明系統有較佳的照明效率。

依據本發明另一觀點，可使車燈產生的照明，可以視需要作光場與亮度的調節，增進行車安全。

依據本發明一實施例所提供的交通工具照明系統，可 用於車燈照明，其包括準直光源、擴束單元、光處理單元，及非均勻光學投射單元。其中該準直光源發出準直光，經由該擴束單元，將光傳遞到該光處理單元。而該光處理單元，可接收一控制訊號，並依據該控制訊號調整該擴束後光束之光場分佈，再將光傳遞到該非均勻光學投射單元，並將其調適為非均勻化之照明光。

依據本發明另一實施例所提供的車用頭燈照明系 統，，可用於車燈照明，其包括光處理單元、非均勻光學投射單元、感測單元及判斷單元。其中該感測單元，可感測環境轉換為電子訊號，依時間先後，傳遞不同的電子訊號給該判斷單元。該判斷單元依據該先後不同時間的電子訊號，判斷是否需改變光場，並傳遞判斷結果給該運算單元。該運算單元可接收該判斷結果，並計算需改變之光場形狀，並且傳送一控制訊號給該光處理單元。該光處理單元依據該控制訊號，調整一接收的入射光束光場分佈，再經由該非均勻光學投射單元，將該光束投射出非均勻化之光。

依據本發明又一實施例所提供的交通工具照明方 法，包含：提供一準直光束，而後將該準直光束予以擴束。此外，感測環境變化，發出電子訊號，並依據該電子訊號，判斷是否需改變光場，並據以調整該擴束後之準直光光場變化，再將該調整光場後之光束，調整投射出非均勻化光。

由於照明光束在經光處理單元後，才使用非均勻化元 件，因此可以有效減少光束在傳遞過程中，經過多次調整，減少照明能量的損耗。此外，由於使用光處理單元與感測元件等相關構件，使車燈投射產生的照明，可以視需要作光場與亮度的調節，增進行車安全。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技 術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10‧‧‧準直光源

11‧‧‧擴束單元

12‧‧‧均勻化元件

13‧‧‧整形單元

14‧‧‧光處理單元

15‧‧‧非均勻光學投射單元

16‧‧‧感測單元

17‧‧‧判斷單元

18‧‧‧運算單元

A‧‧‧角度

B‧‧‧光場分佈資訊

D‧‧‧距離

圖1為本發明一實施例之交通工具照明系統說明圖。

圖2為本發明一實施例之偵測影像與光束處理的模塊圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為本發明之一實施例，揭露一車燈照明系統，其包含：準直光源10、擴束單元11、均勻化元件12、光束整形單元13、光處理單元14、非均勻光學投射單元15、感測單元16、判斷單元17與運算單元18。

準直光源10提供準直光發光源，該準直光源10的發光半角小於30度，較佳之發光半角為小於15度，其光點尺寸(Spot size)為S1，可以為雷射、發光二極體、量子點發光二極體(QD-LED)、共振腔發光二極體(RC-LED)。其中發光二極體利用電子與電洞的結合，以發光的形式釋放能量。量子點發光二極體利用三維的侷限方式促使電子與電洞結合後發光。共振腔發光二極體之架構則是，在一般發光二極體之上下加入反射鏡面(DBR)形成共振腔，使得光在發光二極體中產生共振，發出特定波長的光。準直光源10在本實施中為雷 射光。

擴束單元11可接收準直光源10發出之準直光，設於 該準直光之光束路徑上，並將該光束擴大，將光點尺寸變為S2，且S2>S1，其可為透鏡組。透鏡組可以達到擴束效果，例如使用二個凸透鏡，並將二者焦點調整為同一點(共焦)，光線通過後即可達到擴束效果，其放大倍率為後凸透鏡的焦距除以前凸透鏡的焦距。又例如使用一個凹透鏡與一個凸透鏡，將二者光源入射面之焦點調整為同一點，光線入射後即可達到擴束效果。雷射擴束器為一種透鏡組。擴束單元11在本實施例為雷射擴束器。

均勻化元件12，設於該準直光之光束路徑上，可接收 擴束單元11之光束，使透過的光產生發散的效果，用以消除光斑，其可以為擴散片、震動式反射鏡、空間光調變器或是陣列式鏡片組(array-lens)。其中，擴散片利用將粒子均勻分佈於擴散片之中，使通過的光均勻散射。震動式反射鏡為利用震動反射鏡打亂光束之同調性，達到減少光斑的效果。空間光調變器可以利用元件中之液晶或電漿，改變光偏振方向，達到減少光斑的效果。均勻化元件12在本實施例中為擴散片。

光束整形單元13，設於該準直光之光束路徑上，可以接收擴束後之光束後，改變光束形狀，使符合光處理單元14之形狀。光束整形單元13，其可為光束整形器、光斑塑型片。光束整形器與光斑塑型片可利用光柵或反射鏡等元件，將入射光束分光為數條光束，再將該數條光束利用疊加的方式形成欲整形之光束形狀，達到光束整形效果。光束整形單元13在本實施例中為光束整形器。

光處理單元14，設於該準直光之光束路徑上，可接收該整形光源光束與運算單元18之控制訊號，依據該控制訊號，控制 射出光束之光場分佈。光處理單元14可為使用數位光源開關、光閥(如DMD、LCD或LCOS)之DLP。DLP為數位光源處理技術，可接收數位視訊，產生出數位光脈衝，接收入射光後可快速控制光之角度與亮度。其中DMD為數位微型反射鏡元件，包含數量龐大的超小型數位光開關(如反射鏡)，可以快速的轉換角度。使用DMD元件之DLP利用控制DMD之開關，可以達到控制光亮度的效果。例如當DMD中一半之反射鏡為開、另一半為關，即可降低一半亮度。亦可以控制DMD之開關時間，讓DMD每1毫秒僅有0.5毫秒為開，另外0.5毫秒為關，此時人眼不會感覺光的開關，而會感覺光亮度下降一半。光處理單元14在本實施例中為使用DMD元件之DLP。

非均勻光學投射單元15，設於該準直光之光束路徑 上，可以為鏡頭、透鏡組、光學元件組(如稜鏡、面鏡、透鏡等各元件的組合)，可接受該光處理單元14處理後之光束，改變光場分佈。 經由非均勻光學投射單元15，可將光場分佈由高斯型分佈(Gaussian type)，轉換為特定要求之非均勻化光場分佈。非均勻光學投射單元15在本實施例中，為使用透鏡組構成的車燈罩。

如圖2，感測單元16可以感測環境或是環境變化，轉 換為影像電子訊號，該感測單元16的偵測技術可以為紅外線、雷射、毫米波、微波、超音波、可見光、熱影像，判斷單元17連結該感測單元16，接收來自感測單元16的影像電子訊號，進行行人與動態影像之辨識。辨識方法在本實施例中，係為比對影像電子訊號，例如連續時間中的不同影像畫面間，有相對位置改變之影像則辨識為行人或動態影像。在本實施例中感測單元16為熱影像感測模組，如熱影像相機。

判斷單元17將辨識後之資訊，傳遞到運算單元18分 析計算，該運算單元18計算出與前方行人或動態影像之距離D、角度A與光場分佈資訊B。如有需要，該運算單元18亦可比對該判斷單元17傳遞之資訊與預設之光源光場分佈資訊，以判斷需加強亮度之區域。當有動態影像或行人且該區照明亮度不足時，發送該距離D、角度A與光場分佈資訊B之控制訊號給光處理單元14。光處理單元14接收判斷單元17發送之控制訊號後，可以改變接收之光源的光場分佈，最後經非均勻光學投射單元15改變光場分佈為特定非均勻光場分佈，達到加強該區域亮度之效果。

感測單元16會持續傳遞偵測之外部影像訊號，隨著 影像的改變，判斷單元17與運算單元18亦會持續輸出新運算結果，提供給光處理單元14連續控制訊號，達到光源隨著動態影像或行人之相對位置改變。當判斷單元17未偵測到行人或動態影像時，會經運算單元18發送還原訊號給光處理單元14，光處理單元14就將光場分佈維持在原始之光場分佈。

綜上所述，本發明利用非均勻光學投射單元達到非均勻之交通工具照明的光場分佈，而不用透過非均勻化元件或其他元件，作二次光場分佈改變，即可得到預期之光場分佈，可以達到減少能量損耗之效果。此外，透過DLP控制光源之方向、亮度與分佈，與偵測單元、判斷單元、運算單元配合，可以達到將車燈光線往周圍有行人或動態物體的區域加強之效果，以增加行車安全。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，本發明的保護範圍，並不以上述實施例為限，仍應依申請專利範圍所載為準。對於習於此項技術之人士而言，可依據上述發明說明內容作之簡單的改變或修飾，例如，將該擴束單元11與該光束整形單元13可以整合為單一元件，使單一元件同時具備二者效果；又如，非均勻光學 投射單元可以是單一透鏡、透鏡組或是車燈罩；或是，改變發明元件間之相對位置，例如，將均勻化元件12移動至光束整形單元13後，使光束整形後再射入均勻化元件，而且，所提及之元件與光束間，亦可以加入其他元件，如，在擴束單元11接收準直光前，加入另一均勻化元件等等；或是在照明系統中，改變準直光束的進行方向，使不在同一直線上。惟此等改變，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。此外，本發明的任一實施例或申請專利範圍，並不必達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。

10‧‧‧準直光源

11‧‧‧擴束單元

12‧‧‧均勻化元件

13‧‧‧整形單元

14‧‧‧光處理單元

15‧‧‧非均勻光學投射單元

16‧‧‧感測單元

17‧‧‧判斷單元

18‧‧‧運算單元

Claims (10)

1. 一種交通工具照明系統，包含：一準直光源，可發出一準直光束；一擴束單元，設於該準直光束傳遞路徑上，可接收該準直光束，並將該準直光束擴束；一光處理單元，設於該擴束後光束的傳遞路徑上，可接收一控制訊號與該擴束後光束，並依據該控制訊號，調整該擴束後光束之光場分佈；以及一非均勻光學投射單元，可將經該光處理單元調整後之該擴束後光束，調適為一非均勻化光束。
2. 如請求項1之交通工具照明系統，更包含一均勻化元件，可接收該擴束後光束，消除該擴束後光束之光斑。
3. 如請求項1之交通工具照明系統，更包含一整形單元，設於該準直光束傳遞路徑上，可將該準直光束，調整為符合該光處理單元之形狀。
4. 一種交通工具照明系統，包含：一數位光處理器，可接收一入射光束與一控制訊號，並調整該入射光束之光場分佈；一非均勻光學投射單元，可將經該數位光處理器調整後之該入射 光束，調整為非均勻化光場分佈；一感測單元，可感測環境，產生一影像電子訊號；一判斷單元，可接收自該感測單元之該影像電子訊號，並產生一判斷結果；以及一運算單元，可接收自該判斷單元之該判斷結果，並可傳送該控制訊號給該數位光處理器；其中，該數位光處理器依據該控制訊號調整該入射光束之光場分佈，並射出該調整光場後之該入射光束。
5. 如請求項4之交通工具照明系統，其中該感測單元為一熱影像相機，可感測環境能量，並產生該影像電子訊號。
6. 如請求項4之交通工具照明系統，其中該運算單元可以接收該判斷單元之該判斷結果，如果該判斷結果為需要改變光場，則計算需改變之光場變化資訊，並傳送具該資訊之改變訊號到數位光處理器。
7. 如請求項6之交通工具照明系統，其中該數位光處理器可以接收該資訊之改變訊號，依據該改變訊號調整該入射光束之光場分佈。
8. 如請求項4之交通工具照明系統，其中該數位光處理器為DLP。
9. 如請求項4之交通工具照明系統，其中該非均勻光學投射單元為透鏡組成之汽車燈罩。
10. 如請求項9之交通工具照明系統，其中該非均勻光學投射單 元可以將光源強度分佈由高斯型強度分佈，轉換為其他型式非均勻之光場分佈。