CN104169642B - 用于机动车的照明设备和包括该照明设备的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(10)的照明设备，所述照明设备包括由多个半导体二极管组成的光源(2)以及扫描器(3)，由光源(2)的光所产生的光束(L)投到该扫描器上并且该扫描器在照明设备(1)的运行中使光束(L)的位置改变并且由此使通过光束(L)所产生的光斑(SP)与照明设备(1)间隔开距离地运动，其中，利用运动的光斑(SP)产生预定的光分布(LV)。按照本发明的照明设备(1)这样构造，使得扫描速度和/或扫描路径和/或光斑(SP)的尺寸是可变的并且被控制用于生成预定的光分布(LV)，光斑(SP)以所述扫描速度运动，光斑(SP)沿着所述扫描路径运动。

Description

用于机动车的照明设备和包括该照明设备的机动车
技术领域
本发明涉及用于机动车的照明设备和包括该照明设备的机动车。
背景技术
由现有技术已知用于机动车的扫描的照明系统，所述照明系统利用扫描器适合地使通过至少一个半导体二极管产生的光束偏转，以便呈现不同的光分布。在此通常使用行扫描器，所述行扫描器以固定扫描速度和固定的扫描图案逐行地扫描要产生光分布的照明区域。为了产生不同的光分布，在此使半导体二极管的光功率变化或者接通和切断二极管。
常规的扫描式照明设备具有如下缺点，即，用于生成预定的光分布的半导体二极管不在每个时间点都按满功率运行，这意味着，光源不以最高成本利用效率来使用。为了产生具有大的细节精确性和高的对比度的光分布还需要半导体二极管的高频的空间扫描器扫描和高频的时间强度调制，这又以用于照明设备的耗费且贵的控制电子装置为前提。
发明内容
本发明的任务在于，创造一种用于机动车的扫描式照明设备，利用所述照明设备简单地并且高效地生成预定的光分布。
为此，本发明提供一种用于机动车的照明设备，包括由多个半导体二极管组成的光源以及扫描器，由光源的光所产生的光束投到该扫描器上并且该扫描器在照明设备的运行中使光束的位置改变并且由此使通过光束所产生的光斑与照明设备间隔开距离地运动，其中，利用运动的光斑生成预定的光分布，其特征在于，所述照明设备这样构造，使得扫描速度和/或扫描路径和/或光斑的尺寸是可变的并且被控制用于生成预定的光分布，光斑以所述扫描速度运动，光斑沿着所述扫描路径运动，而不必为此对半导体二极管的光功率产生影响，其中，用于生成预定的光分布的多个半导体二极管以恒定的功率来运行；据此，利用所述照明设备能产生具有局部变化的光强的预定的光分布，其中，扫描速度在所述预定的光分布的区域中随光强增高而降低，和/或光斑按照扫描路径随光强增高而更频繁地经过所述预定的光分布的区域；并且/或者利用所述照明设备能生成具有局部变化的分辨率的预定的光分布，其中，在预定的光分布的区域中，光斑的尺寸随局部分辨率增高而减小。
按照本发明的照明设备包括由多个半导体二极管组成的光源以及扫描器，由光源的光所产生的光束投到该扫描器上并且该扫描器在照明设备的运行中使光束的位置改变并且由此使通过光束所产生的光斑与照明设备间隔开距离地并且特别是在照明设备的远场中运动。利用运动的光斑通过相应的控制器件来生成预定的光分布。优选地，利用所述照明设备可以通过相应地操控控制器件来产生多个不同的预定的光分布。远场被理解为与照明设备间隔开如下距离的光分布，该距离显著地大于照明设备的尺寸并且特别是处于照明设备的前面的25m的范围中。光束被理解为由光线组成的在角度上或者在空间上限定的束，其中，所述光线在束中基本上可以平行地或者也发散或会聚。在此，所述光束可以通过光源本身来产生或者必要时也可以通过在光源和扫描器之间的一个或者多个光学装置来产生。
与常规的扫描式照明设备相反，按照本发明的照明设备这样构造，使得扫描速度和/或扫描路径和/或光斑的尺寸是可变的并且被控制用于生成预定的光分布，光斑以所述扫描速度运动，光斑沿着所述扫描路径运动。所述扫描路径对应于光斑的运动图案，该运动图案通过改变光束的位置来产生。在此，通过相应地定义扫描路径可以限定呈现预定的光分布的区域。此外，可以通过按照已定义的扫描路径多次地巡回(abfahren)相同的区域来相应地提高在所述区域中的光强。
按照本发明的照明设备具有如下优点，即，通过可变的扫描速度或者可变的扫描路径或者可变的光斑尺寸简单地调整预定的光分布并且必要时也可以在生成光分布期间使其改变，而不必为此对半导体二极管的光功率产生影响。由此可以无问题地实现任意的光分布。此外，与常规的行扫描仪相比可以降低扫描频率，因此避免干扰的运动效应。
在一种特别优选的实施形式中，利用所述照明设备能生成具有局部变化的光强的预定的光分布，其中，扫描速度在所述预定的光分布的区域中随光强增高而降低，和/或光斑按照扫描路径随光强增高而更频繁地经过所述预定的光分布的区域。
在按照本发明的照明设备的另一种实施形式中，能生成具有局部变化的分辨率的预定的光分布，其中，在预定的光分布的区域中，光斑的尺寸随局部分辨率增高而减小。
在一种特别优选的实施形式中，在按照本发明的照明设备中使用激光源作为光源。这意味着，所述半导体二极管包括一个或者多个激光二极管并且特别是仅包括激光二极管。由此可以产生具有非常高的局部光强的光分布。所述激光二极管优选具有至少1W并且特别是在1.5至5W之间的相应的最大功率。在另一种实施形式中，按照本发明的照明设备这样构造，使得用于产生预定的光分布的多个半导体二极管以恒定的并且优选最大功率来运行，由此特别经济地使用所述设备。
在按照本发明的设备的另一种构造形式中，所述扫描器是矢量扫描器，利用该矢量扫描器可以使扫描速度和/扫描路径变化，其中，特别是不仅速度是可变的而且路径是可变的。以此通过使用本身已知的矢量扫描器能以简单的方式实现扫描速度或者扫描路径的变化。
为了使光斑的尺寸变化，在所述照明设备的一种优选的实施形式中设有一种光学装置，光束在经过扫描器之后投到该光学装置上。所述光学装置特别是包括具有可变的焦距的透镜和/或反射镜。这样的光学元件本身已知并且例如由有电活性的物质制成，这些物质通过施加电压这样改变该物质的特性，使得透镜或者反射镜的焦距变化。
在本发明的另一种实施形式中，所述光源是单色光源，其中，设有转换元件以用于将光源的光转化为白光。这样的转换元件本身由现有技术已知。例如在具有450nm/405nm的辐射波长的蓝色/紫色的激光二极管时，使用由氮化物-磷或者氧化物氮化物-磷或者掺杂铈的YAG-磷制成的磷转换元件以用于生成白光。
转换元件特别是构造成涂层，所述转换元件可以按照本发明的构造形式设置在不同的位置上。特别是，所述转换元件可以设置在光源上或者设置在光源与扫描器之间。在后者的情况中，所述转换元件设置在光束的光路中在光束投到扫描器上之前的位置上。然而，所述转换元件同样可以设置在如下位置上，在该位置上光束已经经过扫描器。
按照使用情况，按照本发明的照明设备可以承担不同的功能。在一种实施形式中，所述照明设备包括前照灯。前照灯通过如下方式突出，即，该前照灯有效地照亮车辆的周围环境。必要时，按照本发明的照明设备也可以包括信号灯，该信号灯通过如下方式突出，即，该信号灯仅用于向其他交通参与者发送信号。
在一种优选的变型方案中，所述照明设备这样构造成前照灯，使得在运行中生成近光特性作为预定的光分布。所述近光特性通过清晰的明暗边界突出，该明暗边界可以以简单的方式通过控制扫描速度或者扫描路径或者光斑的尺寸来产生。在此，特别是可以在明暗边界的区域中相应地缩小光斑，以便由此保证对于所述边界区域的高的局部分辨率。必要时，所述照明设备也可以这样构造，使得该照明设备在运行中生成远光特性作为预定的光分布。
在按照本发明的照明设备的另一种构造形式中，在光源和扫描器之间设有用于限制光线的装置，利用该用于限制光线的装置沿着预定的边界来限制光束的横截面，其中，所述照明设备这样构造，使得以预定的边界的至少一个区段在预定的光分布中形成一个或者多个明暗边界。利用这种装置可以按照简单的方式通过预定的边界在光分布中产生清晰的明暗边界，所述预定的边界成像到光斑上并且随着光斑运动。
在一种特别优选的变型方案中，所述用于限制光线的装置包括光阑。在此，通过光阑开口沿着预定的边界限定光束的横截面。所述光阑必要时可以设置在光学装置的内部，所述光学装置使光束对准光阑开口并且将对准光阑的光束投射到扫描器上。所述光学装置例如可以包括至少一个在光阑前面的透镜和/或至少一个在光阑后面的透镜。备选地或者附加地，所述用于限制光线的装置也可以包括光导体并且特别是包括光纤。光导体的横截面在所述情况中确定光束的边界。
在一种优选的变型方案中，所述利用用于限制光线的装置所产生的预定的边界包括一条或者多条直线，利用所述直线在预定的光分布中形成一个或者多个明暗边界。在此，所述预定的边界优选是平行四边形。利用平行四边形可以通过其边缘的相应方向产生例如近光特性。所述特性通常包括在行车道中央区域中的直的水平延伸的明暗边界并且包括在行车道边缘上的倾斜地向上延伸的明暗边界。所述明暗边界可以通过平行四边形的相应边缘和扫描器的与其相协调的运动在光分布中成像。
此外，除了按照本发明的照明设备以外，本发明还涉及一种机动车，所述机动车包括一个或者多个按照本发明的照明设备。
附图说明
以下借助附图详细地描述本发明的实施例。
图中：
图1示出按照本发明的照明设备的一种实施形式的示意性示图；
图2示出两种光分布的例子，所述例子能利用按照本发明的照明设备生成。
具体实施方式
图1以侧视图示出按照本发明的照明设备1，所述照明设备涉及一种构建在机动车(未示出)中的前照灯。照明设备1包括以带有附加光学器件的激光二极管形式的光源2，利用该光源生成具有高光密度的光束L。光束L投到仅示意性地表示的矢量扫描器3上，该矢量扫描器经由适合的反射元件通过该反射元件的枢转使光束转向到预定的角度区域中。扫描器以板平面的枢转区域通过双箭头P表示并且光束L的与其相对应的枢转区域通过双箭头P’表示。除了以板平面的枢转之外(以其使光束的竖直位置变化)，所述扫描器也可以沿水平方向枢转，由此能够使光束在水平线上的位置改变。
所述矢量扫描器利用(未示出的)的控制装置来控制，利用该控制装置一方面适当地在扫描器的枢转区域中改变或者调整光束的运动的速度并且另一方面适当地改变或者调整光束的运动路径。由此，所述矢量扫描器与常规的行扫描器不同，所述行扫描器仅能实现光束在预定的扫描区域中的恒定的逐行的运动。通过使用矢量扫描器能够按照简单的方式利用照明设备生成任意的预定的光分布，如在下面还进一步更详细地描述的那样。
通过激光源2产生单色光束，该单色光束在经过扫描器之后聚焦在中间像面Z中并且在那里转化为白光。此外，本身已知的转换元件5位于平面Z中，该转换元件构造为转换层。接着，在转换层上产生的像通过以具有可变的折射能力的透镜4的形式的出射光学器件在照明设备的远场F(通过平面F表示)中转化为光斑SP，该光斑按照光束的运动改变光斑的位置。图1示出在如下情况中光斑的生成，即，光束L正好处于光轴O上。在此表示不同尺寸的不同的光斑。
通过光束L的扫描速度或者运动路径的相应调整或者变化，所期望的光分布在间隔开大约25m距离的远场F中生成，而不需要接通和切断光源2或者使其在强度方面变化。因此，激光源2在运行中以稳定的功率并且优选以最大功率发射。按照所期望的光分布，所述光斑SP在具有高光强的区域中以更慢的扫描速度运动。备选地或者附加地，所述光斑也可以更频繁地巡回这些区域。与此不同地，所述光斑在具有更低的期望的光强的区域中更快速地运动或者较不频繁地转向那里。
利用透镜4可以由平面Z的中间成像而生成具有可变的尺寸的光斑。在此示出透镜4的三个不同的调整情况A、B和C，其中，调整情况A相当于透镜的小的焦距，调整情况B相当于透镜的中等的焦距并且调整情况C相当于透镜的大的焦距。对于在中间像面Z中的处于光轴上的并且利用转换层所产生的白光点，光线走向在经过透镜4之后对于调整情况A以点状的线来表示，对于调整情况B以点划线来表示并且对于调整情况C以虚线来表示。相应的光束走向与光轴O的交点按照调整情况再次以A、B和C标记。对于调整情况C在远场F中产生光斑SP，该光斑非常小并且基本上是点状的。与此相比，通过调整情况B和C产生散焦，由此对于调整情况B生成具有中等直径的光斑并且对于调整情况A产生具有大直径的光斑。
具有可变的折射能力的透镜本身由现有技术已知并且例如由电活性的聚合物或者弹性体制成，其中，通过施加电压来产生焦距的变化。透镜4的焦距的变化优选通过相同的控制装置来进行，该控制装置也用于控制矢量扫描器3。利用所述透镜可以根据在在远场中的光分布的确定区域内所期望的局部分辨率来使光斑的尺寸变化。在此，光斑尺寸特别是在如下区域中增大，在这些区域中仅需要光分布的低分辨率，而在应高度分辨光分布的其它区域中、例如在明暗边界处相应地减少近光特性、减小光斑。
如上所述，利用图1的实施形式，通过矢量扫描器3使光斑的扫描速度和扫描路径变化并且利用透镜4使光斑的尺寸变化。必要时也可能的是，如果相应的构件对于照明设备的应用目的是足够的，则在按照本发明的照明设备中仅构建矢量扫描器或者仅构建具有可变的折射能力的透镜以用于产生光分布。此外也存在如下可能性，即，转换层5设置在光路中的其它位置处，例如转换层也可以定位在光源2或者定位在光源2和扫描器3之间。
图2示例性地示出在前照灯1的远场中的两种光分布LV，这两个光分布可以通过相应地控制矢量扫描器或者按照图1的具有可变的折射能力的透镜来生成。在此，上面的光分布是机动车的远光分布，并且下面的光分布是机动车的近光分布。远光分布具有椭圆形的形状，其中，示意性地通过不同地填充椭圆形来表示强度在分布中由内向外减小。在真实的光分布中，该强度连续地减小。与远光分布不同，近光分布具有条带的形状，所述条带的右边缘(亦即行车道边缘)向上弯折。通过条带的上边缘形成清晰的明暗边界。通过在条带内不同地填充，又示意性地表示强度在分布中右上由下减小。在真实的光分布中，该强度连续地减小。
所述两个光分布通过光斑SP产生，所述光斑在图2中是虚线表示的椭圆形。通过控制矢量扫描器可以使通过虚线双箭头表示的光斑运动SB变化。图2中各个区域的光强特别是可以通过扫描速度或者光斑经过相应的光区域的频率的相应变化而改变。所示的光分布LV仅为示例性的并且也可以产生任意其它的光分布。
本发明的前面所述的实施形式具有一系列优点。通过使用矢量扫描器或者具有可变的折射能力的透镜，光源或者包含在其中的二极管持续地以最大功率并因此非常高效地使用。在此，光斑在光分布的具有高的光密度的位置处更缓慢地或者更频繁地经过，或者或多或少地转向按照预定的光分布需要更多或更少强度的地方。与常规的行扫描器不同，可以不用扫描频率的高的行频率，由此避免产生干扰的运动效应(例如闪烁)。通过利用透镜使光斑的尺寸变化还可以改变光分布的局部的分辨率。由此可以在没有大的技术耗费的情况下呈现光分布的特殊的结构或者特性。
附图标记列表
1 照明设备
2 光源
3 扫描器
4 透镜
5 转换层
L 光束
P,P' 箭头
z 中间像面
A,B,C 透镜的可变的调整情况
F 远场
SP 光斑
0 光轴
LV 光分布
SB 光斑的运动

Claims (14)

1.用于机动车的照明设备，包括由多个半导体二极管组成的光源(2)以及扫描器(3)，由光源(2)的光所产生的光束(L)投到该扫描器上并且该扫描器在照明设备(1)的运行中使光束(L)的位置改变并且由此使通过光束(L)所产生的光斑(SP)与照明设备(1)间隔开距离地运动，其中，利用运动的光斑(SP)生成预定的光分布(LV)，
其特征在于，所述照明设备(1)这样构造，使得扫描速度和/或扫描路径和/或光斑(SP)的尺寸是可变的并且被控制用于生成预定的光分布(LV)，光斑(SP)以所述扫描速度运动，光斑(SP)沿着所述扫描路径运动，而不必为此对半导体二极管的光功率产生影响，其中，用于生成预定的光分布(LV)的多个半导体二极管以恒定的功率来运行；据此，
利用所述照明设备(1)能产生具有局部变化的光强的预定的光分布(LV)，其中，扫描速度在所述预定的光分布(LV)的区域中随光强增高而降低，和/或光斑(SP)按照扫描路径随光强增高而更频繁地经过所述预定的光分布(LV)的区域；并且/或者
利用所述照明设备能生成具有局部变化的分辨率的预定的光分布(LV)，其中，在预定的光分布(LV)的区域中，光斑(SP)的尺寸随局部分辨率增高而减小。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述光源(2)的多个半导体二极管包括一个或者多个激光二极管。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备这样构造，使得用于生成预定的光分布(LV)的多个半导体二极管以恒定的并且最大的功率来运行。
4.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述扫描器(3)是矢量扫描器，利用该矢量扫描器能够使扫描速度和/或扫描路径变化。
5.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，设有光学装置(4)，光束(L)在经过扫描器(3)之后投到该光学装置上，其中，利用所述光学装置(4)能使光斑的尺寸变化。
6.根据权利要求5所述的照明设备，其特征在于，所述光学装置(4)包括具有可变的焦距的透镜和/或反射镜。
7.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述光源(2)产生单色光，并且设有转换元件(5)以用于将光源的光转化为白光。
8.根据权利要求7所述的照明设备，其特征在于，所述转换元件(5)设置在光源(2)上或者设置在光源(2)与扫描器(3)之间或者设置在如下位置上，在所述位置上光束(L)已经经过扫描器(3)。
9.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备(1)包括信号灯和/或前照灯。
10.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备(1)包括前照灯并且这样构造，使得在运行中生成近光特性和/或远光特性作为预定的光分布。
11.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，在光源(2)与扫描器(3)之间设有用于限制光线的装置，利用该用于限制光线的装置沿着预定的边界限定光束的横截面，其中，所述照明设备(1)这样构造，使得以预定的边界的至少一个区段在预定的光分布(LV)中形成一个或者多个明暗边界。
12.根据权利要求11所述的照明设备，其特征在于，所述用于限制光线的装置包括光阑和/或光导体。
13.根据权利要求11所述的照明设备，其特征在于，所述用于限制光线的装置包括光纤。
14.机动车，包括一个或者多个根据权利要求1至13之一所述的照明设备(1)。
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