用于车灯的可寻址LED改型

技术领域

本申请要求于2021年10月1日提交的第63/251237号美国临时专利申请的权益，其内容通过引用合并于此。

背景技术

发光二极管(LED)由于优越的技术性能(诸如就能效和寿命而言)，越来越多地取代了较老技术的光源，诸如卤素灯、气体放电灯和氙气灯(本文也称为传统灯)。对于要求多的应用和要求少的应用都是如此，诸如就亮度、光度和/或光束整形而言，诸如用于车辆前照灯照明中。考虑到传统灯的庞大安装基础，提供所谓的LED改型灯(本文中也简称为LED改型)或多或少地一对一地取代传统灯，同时允许继续使用其他系统组件，诸如光学器件(例如，反射器和/或透镜)和照明器，也可能具有巨大的经济利益。

发明内容

描述了一种LED改型灯。LED改型灯包括至少被布置成第一组LED和第二组LED的LED、电力触点、接口和控制器。电力触点接收电力以操作LED。接口供应控制信号以操作第一组和第二组LED中的一个或多个。控制器接收控制信号，并基于接收到的控制信号彼此独立地操作第一组LED和第二组LED。

附图说明

从以下描述中可以得到更详细的理解，通过示例的方式结合所附附图给出，其中：

图1是示例LED改型灯的示意性平面剖面图；

图2A和图2B是图1的LED改型灯的LED组激活和生成的光束图案的示例的示意图；

图3是用于控制图1的LED改型灯的至少一些功能的智能手机应用程序的示例显示屏的示意图；

图4A和图4B是示出另一示例LED改型灯的LED组激活和生成的光束图案的示意图；

图5A和图5B是示出又一示例LED改型灯的LED组激活和生成的光束图案的示意图；

图6是示例车辆前照灯系统的示意图；

图7是另一示例车辆前照灯系统的示意图；和

图8是操作诸如图2A、2B、4A、4B、5A和/或5B中示出的任何灯的LED改型灯的示例方法的流程图。

具体实施方式

不同光照明系统和/或发光二极管(“LED”)的示例的实施方式将在下文中参考所附附图更全面地描述。这些示例并不相互排斥，并且可以将一个示例中发现的特征与一个或多个其他示例中发现的特征组合以实现附加的实施方式。因此，将理解的是，所附附图中所示的示例仅仅是出于说明目的提供的，并且它们不旨在以任何方式限制本公开。相同的数字通篇指代相同的元件。

将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述多种元件，但这些元件不应该由这些术语限制。这些术语可以用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有组合。

将理解的是，当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一个元件“上”或延伸到另一个元件“上”时，它可以直接在其他元件上或直接延伸到其他元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”或“直接延伸到”另一个元件“上”时，可能不存在中间元件。还将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到其他元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到其他元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，在该元件和其他元件之间不存在中间元件。将理解的是，除了各图中描绘的任何取向之外，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。

诸如“下方”、“上方”、“上边”、“下边”、“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可以用于描述一个元件、层或区域相对于另一个元件、层或区域的关系，如各图中所示出的。将理解的是，除了各图中描绘的取向之外，这些术语旨在涵盖设备的不同取向。

对于许多汽车类型，LED改型在市场上利用优越的技术性能(诸如更亮的光和/或更多的蓝光、提高的寿命和/或降低的能耗)合法地取代原始传统灯。然而，在功能上，LED改型可能仅仅提供对于原始传统灯的一对一的取代。对于具有LED改型的车辆前照灯，灯的功能仍然被限制到由原始的非LED前照灯提供的功能，诸如远光灯、近光灯、雾灯等。与现代新汽车相比，这意味着，即使利用LED改型，由现代ADB前照灯提供的光束形状控制能力(诸如转弯灯、矩阵灯等)仍然缺失。

这种限制似乎是强制性的，因为利用LED改型，其只用另一个新光源取代前光源，并且因此，LED改型灯的功能可能仍然被限制到单个、功能等效光源的功能。因此，车辆驾驶员可能仅限于打开和关闭取代的光源的能力。

图1是示例LED改型灯的示意性平面剖面图。在图1示出的示例中，LED 1被布置为5x 3的阵列。换句话说，在安装在车辆中之后，LED 1被布置为在LED安置区域2中的5个水平行，每行3个LED(或3个垂直列)。LED 1可以被分组为两个LED组11和12。在示出的示例中，两个LED组11和12在三个中间LED中重叠。图进一步示出了LED改型的主体3和电力触点4。虚线指示了(未示出)元件的潜在延续。方框5和6示意性地指示了控制器5和无线电接口6。

在用于车辆前照灯的LED改型中，LED可以安置在平面载体的两个相对侧。图1示出了LED 1在这些相对侧的仅一侧上的布置的示意性平面图。其他侧(未示出)可以承载另外的LED 1的镜像布置。控制器5和无线电接口6可以仅存在一次并且可以在主体3内，并且因此在图1中他们示意性地示出在剖面图中。在一些实施例中，各种控制器可能参与控制LED1，包括照明模块本身的一部分的控制器和控制器外部的控制器，诸如车辆本身的一部分的控制器、电话或计算机应用程序的一部分的控制器等。

虽然图1中示出了5x 3的LED阵列，但本文描述的实施例不限于平面载体的两个相对侧上的示出的阵列。附加地或替代地，LED 1可以布置为任何其他方案，诸如6x 1阵列。代替具有两个相对侧的平面载体，其他形状也在本文描述的实施例的范围内，诸如彼此成角度的两侧(例如，除了彼此相对成180°以外的角度)或具有三个、四个或更多侧的棱镜，包括彼此相等或不同的角度。可以选择特定的形状，要么更接近地模仿传统灯的360°发射图案，要么适应车灯光学器件的特定性能。载体的侧面不需要是平面的，而是可以是弯曲的。

图2A和图2B是图1的LED改型灯的LED组激活和生成的光束图案的示例的示意图。图2A和图2B中示出的示例可以由激活LED组11、12中的LED 1产生。每个图的左侧示出LED组激活图案，并且每个图的右侧示出在鸟瞰图中在具有边界30和中间带31的道路上、在其近光前照灯中采用图1的LED改型的车辆20前方产生的光束图案40、41。图2A示出了当仅LED组11的LED 1(5x 3阵列的中间列的5个LED 1)被激活时产生的相对小的光束，该光束是在车辆20自己的车道上的非常长的光束40。当车辆快速行驶时，这种光束40在高速公路上可以特别有用。因此，这种光束可以被称为高速公路光束。图2B示出了当仅LED组12的LED 1(5x3阵列的中间三行)被激活时产生的非常宽的光束，该光束是在车辆自己的车道上的短的光束41。当车辆缓慢行驶时，这种光束在城市中可以特别有用，并且因此可以称为城市光束。

高速公路和城市光束只是由图1的LED改型实现的光束形状的示例。除了这些示例，并且除了通常的近光束和远光光束功能之外，任何其他光束形状可以在本文描述的实施例的范围内。仅通过示例的方式，设想了以下光束：恶劣天气光束、欢迎光束和乡村光束。此外，只要光束形状是法律允许的，光束形状可以由最终用户可定制或甚至自由设计。

因此，本文描述的实施例可以通过将LED布置在LED组中并激活彼此独立的组来实现各种光束图案的提供。在实施例中，控制器5可以根据例如由车辆驾驶员给出并由接口接收的控制信号，彼此独立地设置LED组11、12的激活状态。控制器5和接口可以是本文描述的LED改型的组成部分。接口可以是无线电接口6，其可以经由无线电接收控制信号。

图3是用于控制图1的LED改型灯的至少一些功能的智能手机应用程序的示例显示屏的示意图。智能手机应用程序可以给车辆驾驶员只通过按压智能手机屏幕上显示的光束图案的图标50、51来选择希望的光束图案的可能。在图3右侧的“...”指示了可以有更多的光束图案以从中选择，其在图中未示出。车辆驾驶员利用这种智能手机应用程序，可以使用标准车灯开关用于打开灯和关闭灯，用于给LED改型供应电力，并且可以使用智能手机应用程序(例如将智能手机放入法律允许的支架后)触摸和选择光束图案的图标50、51。控制器5在经由无线电接口6已经接收到由智能手机应用程序产生的控制信号后，可以选择打开相关联的LED组11、12之一来提供希望的光束图案40、41。

代替无线电接口或在车辆驾驶员和LED改型之间的任何其他附加通信信道，可以通过采用切换顺序使用标准车灯开关。例如，LED改型的接口可以是或包括电力触点4，并且控制器5可以基于施加到电力触点4的通电/断电顺序做出反应。

例如，LED改型可以总是以默认图案打开，诸如城市光束41。然后，在打开后的暂停后，再次关闭和打开的快速顺序可以切换光束图案，例如从城市光束41切换到高速公路光束40并且来回切换。替代地，代替(在较长的关闭后)以城市光束41作为默认打开，LED改型可以在关闭之前记忆其最后一次激活图案，并以这种记忆的激活图案再次打开。例如，在高速公路光束40关闭之后，再次打开(暂停之后)将以记忆的高速公路光束40打开改型。

当对其中车辆驾驶员习惯于通过容易操作的切换开关在两个功能之间进行切换的双功能灯进行改型时，使用电力触点4作为用于LED改型的接口可能是车辆驾驶员希望的。这个的一个示例可以是LED改型取代H4卤素灯用于远光束和近光束。这种LED改型例如可以提供四种功能，诸如城市光束、近光束、远光束和高速公路光束。灯可以通过按下前照灯电力开关以近光束打开，如先前对H4所做的。然后，切换开关的每次操作可以使LED改型通过四个功能的顺序移动：近光束→远光束→高速公路光束→城市光束→近光束→…。驾驶员对这种用法可能是熟悉的，只是在之前的两种图案(近光束和远光束)上添加两种附加的光束图案(城市光束和高速公路光束)。

使用车灯中已经存在的开关来发出前照灯功能变化的信号，可以避免对任何附加设备的需要。另一方面，使用例如智能手机应用程序，结合图1的LED改型的无线电接口6和控制器5，可以允许更复杂的用户交互。例如，使用智能手机应用程序用于控制使可以允许提供许多不同的光束图案用于选择。附加地或替代地，代替仅打开和关闭，可以提供中间电力水平(调光)。可定制或用户可修改的光束图案也可以在本文描述的实施例的范围内，只要这些图案遵守法律要求。例如，驾驶员可以通过例如在智能手机的触摸屏显示器上的光束图案的图标50、51上展开他或她的拇指和食指来加宽光束图案40、41。LED改型可以通过例如除了已经运行中的LED之外激活具有与先前激活的LED水平相邻的LED的LED组来实现这种加宽命令。

图4A和图4B是示出另一示例LED改型灯的LED组激活和生成的光束图案的示意图。图4A和图4A中的图示遵循与图2相同的呈现。示出的是鸟瞰图中两个分离的LED组15、16以及他们生成的光束图案45、46。在图4A和图4B示出的示例中，光束图案与车辆远光束相关。仅激活LED组15中的LED 1可以产生标准远光束图案45。除了组15中的LED 1之外，激活LED组16中的LED 1可以添加非常长范围的光束图案46作为远光束延伸。为了增加这种非常长范围的组成部分46中的通量和/或强度，LED组16中的LED 1可以被选择为比LED组15中的LED 1更强大。例如，它们可以具有更大的发光区域和/或更高的亮度。在一些实施例中，LED组16中的LED可以具有大于100Mcd/m

虽然图4A和图4B示出了两个LED组15、16中的LED 1在电力、发光区域和/或亮度方面不同，但是各种LED组中的LED 1的任何其他组合也属于本文描述的实施例的范围。例如，LED 1和它们在LED组中的布置可以在以下一个或多个方面不同：由LED 1发射的光的颜色、由相邻LED 1产生的对比度、LED 1的特殊布置(LED之间的距离、像矩形阵列或同心圆的布置图案等)和LED 1相对于处理由LED 1发射的光的光学系统的位置，例如LED 1相对于光学系统的聚焦区域和焦点的位置。

图5A和图5B是示出又一示例LED改型灯的LED组激活和生成的光束图案的示意图。该图示类似于图2中的图示，并且高速公路光束40和城市光束41的生成的光束图案可以类似于图2的生成的光束图案。在图5A和图5B示出的示例中，LED 1被布置为6行和1列的阵列。因此，当选择LED 1时，该阵列、或者更准确地说LED 1的发光区域可以形成相对均匀亮度的窄的长矩形，从而允许它们的发光区域的紧密间隔。

这种布置可以允许模仿传统灯的光源的发光区域，LED改型旨在在车灯中取代传统灯。例如，当LED改型代替传统灯(诸如卤素灯)插入到车灯中时，6×1阵列可以占据与之前的传统灯的光源(例如，卤素灯的灯丝)相同的空间。然而，不像传统灯的光源，其只可能作为整体操作，LED组11、12中的LED 1的布置可以允许创建为了具体驾驶情况优化的大量不同的光束图案。与图2类似，图5A和5B示出了产生高速公路光束40和城市光束41的两个LED组11、12的两个可能示例。这样做，LED组11可以包括最上面的4个LED 1(距离LED改型1的底座最远的4个LED 1)，并且因此可以形成车灯的反射器颈部。以相同的方式，LED组12可以包括更靠近底座的3个LED 1(当从最上面的LED(例如，从距离底座最远的LED)开始对LED进行从1到6的编号时，行3到行5中的LED)。

代替让6x 1阵列占据与传统灯的光源相同的空间，由阵列占据的空间可以朝向底座或远离底座或两者延伸。当发出刺眼的光对其他交通参与者不是问题时，LED在这种延伸空间中产生的光对于特别长的范围和/或宽的光束可能是有用的，诸如对于越野驾驶或在赛道上。

当控制器5不仅可以打开和关闭LED组中的LED时(例如，不仅可以为LED选择零和最大电力，还可以在中间电力水平操作LED)，甚至更多的选项可以是可获得的。例如，当LED的电力水平被选择为足够低时，这可以允许在传统灯的光源的空间之外使用LED的光而不发出刺眼的光。这也可以允许对于具体的车灯优化LED改型灯的亮度简档。例如，虽然传统的H7卤素灯可以用于各种车辆类型的许多不同的前照灯而没有任何适应的可能性，但是用于H7的LED改型可以通过为LED改型的LED组中的LED选择适当的操作电力水平来为每种车辆类型优化。例如，这种定制可以在制造LED改型时执行，可以通过贸易商在销售LED改型时定制，或者可以通过最终用户选择，诸如经由先前讨论的智能手机应用程序的功能。

具有一维阵列的LED 1(像图5A和图5B的6×1阵列)接近地模仿了要取代的传统灯的光源的延伸，这种LED改型可能作为传统灯的替代特别有用。它们的光束形状可以特别适合于保持在合法边界内，而选择性地操作各种LED组并选择它们的操作电力可以在传统灯的基本照明功能之上允许大量多种添加功能。除了高速公路光束和城市光束，还可以设计许多其他光束形状，诸如恶劣天气光束、乡村光束和欢迎灯。除了用于长范围光束的高电力LED之外，中电力LED可以用于例如停车灯和欢迎图案。

图6是示例车辆前照灯系统600的示意图，其可以合并本文描述的实施例和示例中的一个或多个。图6示出的示例车辆前照灯系统600包括电力线602、数据总线604、输入滤波器和保护模块606、总线收发器608、传感器模块610、LED直流到直流(DC/DC)模块612、逻辑低压差(LDO)模块614、微控制器616和主动前照灯618。

电力线602可以具有从车辆接收电力的输入，并且数据总线604可以具有输入/输出，通过这些输入/输出可以在车辆和车辆前照灯系统600之间交换数据。例如，车辆前照灯系统600可以接收来自车辆中其他位置的指令，诸如打开转向信号或打开前照灯的指令，并且如果希望，可以向车辆中的其他位置发送反馈。传感器模块610可以通信地耦合到数据总线604，并且可以向车辆前照灯系统600或车辆中的其他位置提供例如与环境条件(例如，一天中的时间、雨、雾或环境光水平)、车辆状态(例如，停车、运动中、运动速度或运动方向)以及其他对象(例如，车辆或行人)的存在/位置相关的附加数据。与通信地耦合到车辆数据总线的任何车辆控制器分离的前照灯控制器也可以包括在车辆前照灯系统600中。在图6中，前照灯控制器可以是微控制器，诸如微控制器(μc)616。微控制器616可以通信地耦合到数据总线604。

输入滤波器和保护模块606可以电耦合到电力线602，并且例如可以支持各种滤波器以减少传导发射并提供电力抗扰度。附加地，输入滤波器和保护模块606可以提供静电放电(ESD)保护、负载转储保护、交流发电机场衰减保护和/或反极性保护。

LED DC/DC模块612可以耦合在输入滤波器和保护模块606与主动前照灯618之间，以接收经滤波的电力并提供驱动电流为主动前照灯618中的LED阵列中的LED供电。LED DC/DC模块612可以具有在7伏和18伏之间的输入电压，其标称电压大约为13.2伏，并且具有输出电压，其可以稍微高于(例如，0.3伏)用于LED阵列的最大电压(例如，由因素或局部校准和由于负载、温度或其他因素引起的操作条件调整确定的)。

逻辑LDO模块614可以耦合到输入滤波器和保护模块606，以接收经滤波的电力。逻辑LDO模块614也可以耦合到微控制器616和主动前照灯618，以向微控制器616和/或主动前照灯618中的电子器件(诸如CMOS逻辑)提供电力。

总线收发器608可以具有例如通用异步接收器发射器(UART)或串行外围设备接口(SPI)接口，并且可以耦合到微控制器616。微控制器616可以基于或包括来自传感器模块610的数据来转换车辆输入。转换的车辆输入可以包括视频信号，该视频信号可转移到主动前照灯618中的图像缓冲器。此外，微控制器616可以加载默认图像帧，并在启动期间测试开路/短路像素。在实施例中，SPI接口可以加载CMOS中的图像缓冲器。图像帧可以是全帧、差分帧或部分帧。微控制器616的其他特征可以包括CMOS状态的控制接口监测，包括管芯温度以及逻辑LDO输出。在实施例中，可以动态地控制LED DC/DC输出以最小化净空。除了提供图像帧数据外，还可以控制其他前照灯功能，诸如结合侧标志灯或转向信号灯和/或日间行车灯的激活配合使用。

图7是另一示例车辆前照灯系统700的示意图。图7中示出的示例车辆前照灯系统700包括应用平台702、两个LED照明系统706和708、以及次级光学器件710和712。

LED照明系统708可以发射光束714(在图7中箭头714a和714b之间示出)。LED照明系统706可以发射光束716(在图7中箭头716a和716b之间示出)。在图7示出的实施例中，次级光学器件710与LED照明系统708相邻，并且从LED照明系统708发射的光穿过次级光学器件710。类似地，次级光学器件712与LED照明系统706相邻，并且从LED照明系统706发射的光穿过次级光学器件712。在替代实施例中，在车辆前照灯系统中不提供次级光学器件710/712。

在包括的情况下，次级光学器件710/712可以是或包括一个或多个光导。一个或多个光导可以是边缘照明或可以具有内部开口，该内部开口定义光导的内边缘。LED照明系统708和706可以插入一个或多个光导的内部开口中，使得它们将光注入一个或多个光导的内边缘(内部开口光导)或外边缘(边缘照明光导)。在实施例中，一个或多个光导可以以希望的方式整形由LED照明系统708和706发射的光，诸如例如，具有梯度、倒角分布、窄分布、宽分布或角分布。

应用平台702可以经由线路704提供电力和/或数据到LED照明系统706和/或708，线路704可以包括图6的电力线602和数据总线604的一个或多个或一部分。一个或多个传感器(其可以是车辆前照灯系统700中的传感器或其他附加传感器)可以在应用平台702的外壳内部或外部。替代地或除此之外，如图6的示例车辆前照灯系统600所示，每个LED照明系统708和706可以包括它自己的传感器模块、连接和控制模块、电力模块和/或LED阵列。

在实施例中，车辆前照灯系统700可以代表具有可操纵光束的汽车，其中LED可以被选择性地激活以提供可操纵光。例如，LED或发射器的阵列可以用于定义或投影形状或图案或仅照亮道路的选择的部分。在示例实施例中，LED照明系统706和708中的红外相机或检测器像素可以是识别场景(例如，道路或人行横道)需要照明的部分的传感器(例如，类似于图6的传感器模块610中的传感器)。

图8是操作诸如图2A、2B、4A、4B、5A和/或5B中示出的任何灯的LED改型灯的示例方法800的流程图。在图8示出的示例中，可以接收指令以激活LED改型灯的多个不同操作模式中的一个(802)。在实施例中，该方法可以由运行与LED改型灯相关联的应用程序的移动设备(诸如智能手机)执行。基于接收到的指令，激活LED改型灯中的第一组LED或第二组LED中的至少一个，以激活多个不同操作模式中的一个(804)。

在一些实施例中，第一组和第二组中的LED可以具有不同的亮度，其中一组是具有高于100Mcd/m

本文提供的方法或流程图可以在计算机程序、软件或固件中实现，该计算机程序、软件或固件合并在非暂时性计算机可读存储介质中，用于由通用计算机或处理器执行。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储器设备、诸如内部硬盘和可移动盘的磁介质、磁光介质和诸如CD-ROM盘的光介质以及数字多功能盘(DVD)。

已经详细描述了实施例，本领域技术人员将理解，在给定本说明书的情况下，可以对本文描述的实施例进行修改而不脱离本发明构思的精神。因此，这不意味着本发明的范围限制于所示出和描述的具体实施例。