CN104160208A - 带有激光光源的车辆前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆前照灯(1)，带有：至少一个激光光源(2)；可激励成用于放出可见光的至少一个发光元件(3)，其可通过激光光源(2)来照射；以及至少一个成像光学元件，例如反射器(4)和/或透镜，其中，激光光源(2)在车辆前照灯(1)的主辐射方向(100)上来看布置在发光元件(3)之前，从而使得激光光源(2)的光与车辆前照灯(1)的主辐射方向(100)相反地放出。

Description

带有激光光源的车辆前照灯
技术领域
本发明涉及一种车辆前照灯，带有：至少一个激光光源；可激励成用于放出可见光的至少一个发光元件，其可通过激光光源照射；以及至少一个成像光学元件(Abbildungsoptikelement)，例如反射器和/或透镜。
背景技术
在现有技术中已知不同类型的车辆前照灯，其中，在最近几年中主要使用带有放电灯和卤素光源的前照灯。出于节约能源的原因且为了进一步减小车辆前照灯的空间需求，逐渐探索使用激光光源，例如半导体激光器，因为其对此是有利的。为了使得可利用用于车辆前照灯的激光，在此利用激光光源照射发光元件(所谓的磷转换器(Phosphor－Konverter)，例如带有铈添加物的YAG晶体或磷化合物)，其为此激励成用于辐射出可见光。因此磷转换器将激光转变成其他波长的光。
例如，文献US 2011/0194302 A1显示了一种此类光源，在此激光二极管通过光导元件从后面辐射到荧光物质上，其本身然后发出可见光，可见光通过反射罩朝行驶方向上转向。在此使用的激光光源朝前照灯的主辐射方向上发出可达3W的能量，因此，如果发生前照灯的功能性故障或损坏，由于高强度的损害眼睛的激光辐射而可导致破坏，但无论如何导致危害其他的交通参与者。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种带有激光光源的车辆前照灯，其在使用情况下不可危害其他的交通参与者。
根据本发明，该目的利用开头提到的车辆前照灯由此实现，即激光光源在车辆前照灯的主辐射方向上来看布置在发光元件之前，从而激光光源的光与车辆前照灯的主辐射方向相反地放出。
因为根据本发明的车辆前照灯与主辐射方向相反地放出激光射线，即使在出现前照灯的功能性故障或损坏的情况下不可导致激光射线的逸出。因此，如果前照灯例如由于事故损坏，并未危害其他的交通参与者。根据激光光源和发光元件彼此的布置方案或发光元件在成像光学元件(例如反射器、透镜)中的布置方案或发光元件关于成像光学元件的布置方案可产生不同的光分布。
本发明允许实现这样的车辆前照灯，其可满足法律的规定，例如ECE、SAE、CCC等等。
有利地，激光光源的辐射方向相对于车辆前照灯的光轴以在0°与90°之间的角度伸延。因此可根据可供支配的结构空间和使用领域以不同的方式布置激光光源。由此确保与前照灯的主辐射方向相反的辐射的根据本发明的优点和因此在损坏或功能性故障的情况下保护其他的交通参与者。
激光光源关于发光元件布置在正圆锥体的锥体表面上，其中，圆锥体的顶端处在发光元件中，锥体轴线平行于车辆前照灯的光轴伸延且锥体表面的母线(在其上布置有激光光源)平行于激光光源的辐射方向伸延。因此激光光源可以多种方式来定位，其中，激光光源可以其母线或者布置在锥底(Kegelbasis)的区域中或者布置在在锥体顶端与在锥体顶端与基面之间的交点之间的任意的位置处。
有利地，发光元件布置在车辆前照灯的光轴上。在本发明的一种变型方案中，发光元件布置在反射器的焦点中。因此可确保最佳地利用由发光元件发出的光，更确切地说实现很高的亮度。
在本发明的另一变型方案中，在激光光源与发光元件之间布置有至少一个透镜元件，尤其布置有会聚透镜元件。由此可优化激光入射到发光元件中，尤其可在发光元件中的激励能量分配方面进行优化。因此激光光源的能量可有利地集中到发光元件上或集中到发光元件中。此外，即使在光源的由振动决定的最小的移位的情况下由于所产生的误差通过将光集中到发光元件上确保发光元件根据目的被激光碰到且前照灯发光。
有利地，激光光源布置在在车辆前照灯的安装状态中伸延通过车辆前照灯的光轴的水平面下方。在激光光源运行时通常产生很多余热。在本发明的一种变型方案中，车辆前照灯具有盖板且激光光源布置成如此靠近盖板，即盖板可借助于激光光源的余热加热。由此可将激光光源的余热用来为车辆前照灯的盖板除露或除冰。
在本发明的一种变型方案中，激光光源具有至少一个冷却体和/或至少一个通风装置。由此可将由激光光源在运行期间产生的热有效地导出。冷却体在此例如包含导热材料，其可在其表面处设有附加地起散热作用的元件，例如冷却片。通风装置例如可为这样的换气装置，可利用其将冷空气带到冷却体或激光光源处且同时将热空气导出。
有利地，设置有作为视力保护部(Sichtschutz)包围激光光源的至少一个设计隔板元件(Designblendenelement)。该设计隔板元件可实施为激光光源的覆盖物或包封部(Umhüllung)且尤其用于激光光源从外部不可见。激光光源布置在设计隔板元件内部或下方。在本发明的一种变型方案中，设计隔板元件具有至少一个设计隔板开口(Designblenden?ffnung)，其优选实施成喷嘴状。有利地，喷嘴式隔板开口朝车辆前照灯的盖板的方向上定向。由此例如可如上面说明的那样使激光光源的余热朝盖板的方向上转向。“喷嘴状”在此可理解成这样的实施方案，即其允许对穿过设计隔板开口的空气流进行取向。
原则上，所提及的本发明作为自由射流思想来转化，因此激光光源直接辐射到发光元件上。在本发明的一种变型方案中，在激光光源与发光元件之间布置与至少一个光导元件。该光导元件首先用于补偿激光光源的辐射方向与理想的辐射方向的偏差，从而使得激光光源的光最佳地朝发光元件的方向上引导(或者根据光导元件的实施方案使光成束)。光导元件在此包含导光材料(例如塑料，例如聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA－或有机玻璃)，或玻璃)且可任意成形，例如成形成管状、椎状或柱状。实施为漏斗状的集中元件(例如由玻璃制成)同样可行，其中，类似于发光棒(Leuchtstab)，在集中元件的界面处利用全反射。光导元件可例如在表面(呈微结构的形式)处设有不规则部(Unregelm??igkeit)，其使激光偏向且因此引起照亮光导元件，这可使用为设计元件。例如可在使用蓝色的激光光源时如此产生对眼睛没有危害的蓝色的辉光。
在本发明的一种变型方案中，设置有至少一个隔板元件以用于屏蔽从车辆前照灯逸出的激光。此类隔板元件例如可实施成带有吸附性的或光不可穿透的表面或实施成带有防止激光穿透的表面。例如可在这样的区域中布置有隔板元件，在该区域处激光通常可由于反射从车辆前照灯逸出，或者可将隔板元件实施为包围激光束(或上述的光导元件)的装置。
附图说明
下面根据在附图中示出的非限制性的实施例进一步阐述本发明。其中：
图1示意性地示出了根据本发明的车辆前照灯的部分的截面图示；以及
图2根据本发明的一种变型方案示意性地示出了激光光源和发光元件的可能的相对的布置方案的图示。
具体实施方式
在附图中相同的元件相应设有相同的参考标号。下面在有些场合使用的名称“前面”、“后面”等等总是针对车辆前照灯的安装位置，更确切地讲，针对在安装状态中的车辆前照灯。
在图1中以局部图示可在截面图中看出车辆前照灯1。仅示出对于本发明的理解而言重要的特征，因为对于本领域技术人员来说车辆前照灯的其余的元件是已知的。
车辆前照灯1包括激光光源2，其例如辐射出在200nm与450nm之间的波长范围中的光，因此有时候在不可见的UV区域中辐射出光。激光光源2的功率当前处在0.5W与2W之间，但还可更高。激光光源2例如为呈激光二极管或VCSEL(垂直空腔表面发射激光器，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)的形式的半导体激光器。还可设置有多个激光光源2，例如设置成呈激光二极管阵列的形式。
在所示出的实施例中，为了导出在运行中出现的热，激光光源2具有冷却体15和通风装置16，通风装置16在此用于将冷空气引向冷却体15或导出已加热的空气。通风装置16例如可包括换气装置。冷却体15可由合适的材料制成且附加地例如具有冷却片等等。
除了激光光源2(在图1中示出成带有冷却体15和通风装置16)之外，设置有发光元件3，其在本实施例中构造成球状。球状的构造在此仅为多种可能的构造中的一种，发光元件3还可以其他的方式来实施。发光元件3优选为磷转换器，其可通过激光光源2的光以已知的方式激励成放出可见光。作为磷转换器，原则上可使用所有的这样的材料，其将单色的激光转变成其他波长的光(优选白光，其由叠加产生)。
因此，原则上磷转换器为光转换器，转换材料的电子由激光激励到更高的能级中且在下降时发出与级差相应的波长的光。
发光元件3布置在反射器4中，反射器使由发光元件3辐射出的光朝车辆前照灯1的主辐射方向100上转向。在图1中的本示例中，主辐射方向100从左向右伸延。反射器4可可摆动和/或可调节地来布置，这在附图中出于清晰性的原因并未示出。原则上可实现反射器4的任意的实施方案，可完全如抛物面、双曲面、椭圆面或其组合那样将自由形状变体使用为反射面。在图1中，反射器4可作为截面识别出且可实施为半壳(仅存在上半部或下半部)或实施为全反射器(Vollreflektor)，其中，对于本领域技术人员来说，已知反射器4的一系列的变型方案。
在示出的本发明的变型方案中，发光元件3在车辆前照灯1的光轴400上布置在反射器4的焦点中。应指出反射器4还可实施为带有不同的多个焦点的自由面反射器，其中，根据所示出的实施例，发光元件3恰好布置在这些焦点中的一个中。当然，不必强制性地将发光元件3布置在焦点中，但为了实现所期望的光分布，发光元件必须位置固定地保持在反射器中，即使在振动的情况下也应确保这种情况。车辆前照灯1通过盖板8来封闭。盖板8可任意地实施，但优选大部分是透明的。
通过发光元件3和反射器4产生车辆前照灯1的所期望的光图象。为了将发光元件3固定在反射器4中，设置有承载元件5，承载元件5在此设有冷却片6，其用于引出在产生光时在发光元件中出现的热。冷却片6仅为可在此使用的散热元件的一种示例，对本领域技术人员来说对此已知一系列的可能性方案，因此在此对此不作进一步探讨。
根据本发明，激光光源2和发光元件3如此布置，即激光光源2的光与车辆前照灯1的主辐射方向100相反地放出。因此激光光源2的辐射方向200与车辆前照灯1的主辐射方向100相反地伸延。由此可在车辆前照灯1损坏或功能性故障的情况下防止激光光源2的光泄漏且导致危害其他的交通参与者。
激光光源2的辐射方向200优选以与车辆前照灯1的主辐射方向100或其光轴400成锐角300伸延。因此角度300可处在0°与90°之间。这样0°的角度意指激光光源2在车辆前照灯1的光轴400上在主辐射方向100上来看布置在发光元件3之后。相应地，90°的角度300意指激光光源2的辐射方向200垂直于车辆前照灯1的光轴400伸延。车辆前照灯1的光轴400和主辐射方向100基本上彼此平行地伸延。因此可根据用于车辆前照灯1的可供支配的结构空间或所期望的使用领域来彼此布置光源2与发光元件3。
激光光源2关于发光元件3的布置方案可基本上借助圆锥体来抽象概括。如可在图2中识别出的那样，激光光源2关于发光元件3基本上布置在正圆锥体11的锥体表面上，其中，圆锥体的顶端处在发光元件3中，锥体轴线500平行于车辆前照灯1的光轴400伸延，且锥体表面(在其上布置有激光光源2)的母线12平行于激光光源2的辐射方向200伸延。原则上激光光源2可布置在与其相关联的母线12的任意点处，即或者布置在此处，在该处母线与圆锥体11的基面或底面相交，或者布置在交点与发光元件3之间的任何地方。在激光光源2的辐射方向200与车辆前照灯的光轴400之间或在母线12与锥体轴线500之间的角度300为圆锥体11的开口角度的一半。因此根据针对角度300选择的值来改变圆锥体的形状。
在激光光源2与发光元件3之间可布置有一系列元件。例如在根据图1的所示出的实施例中在激光光源2之后不远处布置有呈会聚透镜元件7的形式的光学元件。会聚透镜朝发光元件3的方向上集中激光光源2的光。当然还可使用任意其他的光学元件，例如不同类型的透镜和/或棱镜。
在发光元件3之前不远处或发光元件3稳定地设置有光导元件9，其在所示出的实施例中基本上实施成漏斗状或实施成带有抛物线型锥状的形状且将来自激光光源2的光引导至发光元件3。光导元件9实施成类似于“复合抛物形聚光器(Compound Parabolic Concentrator)”，即在其外罩的内侧上反射性地来实施，从而使得结合漏斗状的形状使进入的光朝光导元件9的出口的方向上聚集。在此尤其在光导元件9的界面处利用全反射。例如如果光源2由于维修而被替换或如果激光光源2在运行中由于振动不再处于最佳位置中，此类光导元件9使得能够关于在光源2与发光元件3之间的相对定位实现更大的容许公差。
但光导元件9还可实施为在激光光源2与发光元件3之间的穿透的光导体，例如实施成管状、锥状、柱状或其他的形状。在附图中未示出的一种变型方案中，会聚透镜元件7与光导元件9通过例如实施成管状的或实心的中间件相连接，其中，会聚透镜元件7、光导元件9以及中间件还可一件式地来实施。在此，还可设置有不规则部，例如嵌入物或微结构，其使激光转向或散射、从外部变得可见且因此用作设计元件。
有利地，布置有环绕此类光学元件或光导元件9起吸收作用的元件，以便避免出现的激光可能地反射到车辆前照灯1的主辐射方向100上且由此避免危害其他的交通参与者。在图1中的隔板元件13为此类元件的实施方式。其防止此类反射物辐射出车辆前照灯1。在一种变型方案中或附加地，所述光学元件、光导元件9和起吸收作用的元件(例如隔板元件13)还可设有抗反射的表面或如此实施，即其仅仅反射或吸收在激光的波长范围中的光，然而对于可见光实施成能透射过且因此允许看到前照灯构件。例如图1中的隔板元件13在通过车辆前照灯1的光轴400伸延的水平面上方布置在光导元件9与盖板8之间。但当然对于本领域技术人员来说还可实现其他的已知的解决方案，此类装置的唯一的前提条件是未不利地影响车辆前照灯1的光功能。
隔板元件13还可如此实施，即其包围激光的所有的自由辐射区域，例如以带有半圆形的截面的管(半管件，Halfpipe)的形式来实施。在另一变型方案中，隔板元件13可半涂银地(halbverspiegelt)来实施和/或出于设计原因利用自己的光源(例如蓝色的LED)来照射。
根据上面的实施方案的本发明允许实现这样的车辆前照灯，其可满足法律规定，例如ECE、SAE、CCC等等。
本发明的另一优点在于可利用在激光光源2运行时出现的余热。在根据图1的实施例中，激光光源2在在车辆前照灯1的安装状态中伸延通过车辆前照灯1的光轴400的水平面下方布置成靠近盖板8。水平面在图1中垂直于通过车辆前照灯的光轴400的图面伸延。
激光光源2布置成如此靠近盖板8使得盖板8可借助于激光光源2的余热来加热。余热可用来为盖板8除露和除冰。可根据所使用的激光光源2或根据盖板8的材料等决定必须将激光光源2相对于盖板8定位得有多远。在此可通过使余热流转向来辅助性地使用激光光源2的通风装置16。
在图1中示出了另一有利的变型方案，在此设置有作为视力保护部包围激光光源2的设计隔板元件10，其例如由塑料制成。设计隔板元件10的目的主要在于遮盖激光光源2，从而使得激光光源从车辆前照灯1的外部不可见。相应地，激光光源2定位在设计隔板元件10的内部或下方。根据所示出的实施方式的设计隔板元件10具有用于余热的穿透的设计隔板开口17。设计隔板开口17有利地朝车辆前照灯1的盖板8的方向上定向且根据一种变型方案可具有喷嘴状的形状，从而可使由激光光源2的余热引起的空气流18有针对性地转向。喷嘴状的形状在此可理解成这样的形状，其允许通过设计隔板开口17的空气流的转向，以便满足上面提及的目的。因此还可更高效地实现除露和除冰，或广泛地利用激光光源2的余热。

Claims (13)

1. 一种车辆前照灯(1)，带有：至少一个激光光源(2)；可激励成用于放出可见光的至少一个发光元件(3)，其可通过所述激光光源(2)照射；以及至少一个成像光学元件，例如反射器(4)和/或透镜，
其特征在于，所述激光光源(2)在所述车辆前照灯(1)的主辐射方向(100)上来看布置在所述发光元件(3)之前，从而所述激光光源(2)的光与所述车辆前照灯(1)的主辐射方向(100)相反地放出。
2. 根据权利要求1所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述激光光源(2)的辐射方向(200)相对于所述车辆前照灯(1)的光轴(400)以在0°与90°之间角度(300)伸延。
3. 根据权利要求1或2所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述激光光源(2)关于所述发光元件(3)布置在正圆锥体(11)的锥体表面上，其中，圆锥体(11)的顶端处在所述发光元件(3)中，锥体轴线(500)平行于所述车辆前照灯(1)的光轴(400)伸延，并且锥体表面的母线(12)平行于所述激光光源(2)的辐射方向(200)伸延，所述激光光源(2)布置在该锥体母线上。
4. 根据权利要求3所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述发光元件(3)布置在所述车辆前照灯(1)的光轴(400)上。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述发光元件(3)布置在所述反射器(4)的焦点中。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，在所述激光光源(2)与所述发光元件(3)之间布置有至少一个光学元件，尤其布置有会聚透镜元件(7)。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述激光光源(2)布置在在所述车辆前照灯(1)的安装状态中伸延通过所述车辆前照灯(1)的光轴(400)的水平面下方。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述车辆前照灯(1)具有盖板(8)，并且所述激光光源(2)布置成如此靠近所述盖板(8)，即所述盖板(8)可借助于所述激光光源(2)的余热加热。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述激光光源(2)具有至少一个冷却体(15)和/或至少一个通风装置(16)。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，设置有作为视力保护部包围所述激光光源(2)的至少一个设计隔板元件(10)。
11. 根据权利要求10所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，所述设计隔板元件(10)具有至少一个设计隔板开口(17)，其优选实施成喷嘴状。
12. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，在所述激光光源(2)与所述发光元件(3)之间布置有至少一个光导元件(9)。
13. 根据上述权利要求中任一项所述的车辆前照灯(1)，其特征在于，至少一个隔板元件(13)设置成用于屏蔽从所述车辆前照灯(1)逸出的激光。
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