CN104169643B - 用于机动车的照明设备以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照明设备，其包括由一定数量的半导体二极管组成的光源(2)以及包括扫描器(3)，通过光源(2)的光产生的光束(L)射到扫描器上并且扫描器在照明设备(1)的运行中改变光束的位置并且由此使通过光束(L)生成的光点(SP)与照明设备(1)隔开距离地运动，利用该运动的光点(SP)生成预定的光分布(LV)。在光源(2)和扫描器(3)之间设有用于射束限定的装置，利用该装置沿着预定的平行四边形的界限(G)限定光束的横截面。通过扫描器的扫描运动，在预定的光分布中使用平行四边形的上面的边来产生明暗界限(G')的水平区段，而平行四边形的倾斜延伸的边则用来产生明暗界限的向上延伸的区段。

Description

用于机动车的照明设备以及机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的照明设备以及一种包括这样的照明设备的机动车。
背景技术
由现有技术已知用于机动车的扫描的照明系统，该照明系统利用扫描器将通过至少一个半导体二极管产生的光束合适地转向，以便构成各种不同的光分布。
在文献WO2010/058323A1中披露了一种用于机动车的扫描的照明设备，其中，单色的激光射到扫描器上，利用所述扫描器生成光分布。在扫描器下游设有形式上为磷板的转换元件，利用该磷板由激光生成白光。为了限定远场中的光分布而将一光阑定位在磷板上。通过该光阑可以在光分布中生成明暗界限，然而该界限不可变。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于机动车的扫描的照明设备，利用所述照明设备可简单和有效率地生成预定的光分布。
该任务通过本发明的用于机动车的照明设备得以解决，其包括由一定数量的半导体二极管组成的光源以及包括扫描器，通过所述光源的光产生的光束射到所述扫描器上并且所述扫描器在照明设备的运行中改变所述光束的位置并且由此使通过光束所生成的光点与照明设备隔开距离地运动，其中，利用该运动的光点生成预定的光分布，在光源和扫描器之间设有用于射束限定的装置，利用该装置沿着预定的界限限定所述光束的横截面，所述预定的界限形成平行四边形，其中，所述照明设备这样设计：使得利用所述预定的界限的至少一个区段在所述预定的光分布中形成一个或多个明暗界限，通过扫描器的扫描运动，在所述预定的光分布中使用平行四边形的上面的边来产生明暗界限的水平区段，而平行四边形的倾斜延伸的边则用来产生明暗界限的向上延伸的区段。
按照本发明的照明设备包括由一定数量的半导体二极管组成的光源以及包括扫描器，通过光源的光产生的光束射到所述扫描器上并且所述扫描器在照明设备的运行中改变所述光束的位置并且由此使通过光束生成的光点与照明设备隔开距离地运动，并且尤其是在照明设备的远场中运动。利用该运动的光点生成预定的光分布。通过相应地操控扫描器可以按照使用情况产生通常不同的光分布。所说远场应理解为与照明设备隔开距离的光分布，该距离显著大于照明设备的尺寸并且尤其是处于照明设备前面25m的范围中。所说光束应理解为在角度或空间上被限界的由光射线所组成光束，光束中的光射线可以基本上平行或者也可彼此相离或会聚。
按照本发明的照明设备的特征在于，在光源和扫描器之间设有用于射束限定的装置，利用该装置沿着预定的界限限定光束的横截面，其中，所述照明设备这样设计：使得利用所述预定的界限的至少一个区段在所述预定的光分布中形成一个或多个明暗界限。也就是说，通过在由光束所产生的光点中成像/映射的所述预定的界限，通过相应地操控扫描器而在光分布中生成至少一个明暗界限。所述预定的界限在此与光点一起运动并且能够以简单方式实现光分布中复杂的对比结构的灵活构成。
按照本发明的照明设备优选包含激光源。也就是说，半导体二极管包括一个或多个激光二极管，并且尤其是只包括激光二极管。所述激光二极管优选具有至少1W并且尤其是1.5与5W之间的相应的最高功率。
在一种特别优选的实施形式中，所述预定的界限(光束的横截面按照该界限被限定边界)包括一个或多个直线，利用所述直线在所述预定的光分布中形成一个明暗界限或多个明暗界限。在一种优选的变型中，所述预定的界限是平行四边形、例如矩形。在所述平行四边形的各边的方向上，可以在此通过扫描器的相应运动生成明暗界限，例如作为前照灯设计的照明设备的近光灯特性，正如进一步在下面借助图2解释的那样。
在一种特别优选的实施形式中，所述用于射束限定的装置包括光阑，其中，通过光阑口沿着所述预定的界限限定光束的横截面。必要时所述光阑口可以是可变的，从而可以改变所述预定的界限。所述用于射束限定的装置必要时可以一般性地这样设计：使得所述预定的界限可以变化。
在一种特别优选的实施形式中，所述光阑设置在一光学装置内部，该光学装置使光束对准或调焦到光阑口并且将对准到光阑的光束投射到扫描器上。在一种优选的变型中，所述光学装置在光阑前具有至少一个透镜和/或至少一个反射器和/或在光阑后具有至少一个透镜和/或至少一个反射器。
作为另选方案或者附加于光阑，所述用于射束限定的装置也可以包括光导体并且尤其是包括光学的光纤，光源的光在所述光导体中引导。在这种情况下通过光导体的横截面预先给定光束横截面的相应的边界限定。
在本发明的另一种优选的实施形式中，光源产生单色光，其中，设有用于将该光源的光转换成白光的转换元件。这样的转换元件本身由现有技术已知。例如，可以在具有450nm/405nm的发射波长的蓝色的/紫色的激光二极管中使用一种包括氮化物-磷或者氮氧化物-磷或者铈掺杂的YAG-磷的磷转换元件以用于生成白光。
所述转换元件(它尤其是设计为一个层)可以按照本发明的设计在照明设备中不同的位置上设置，例如在光束经过扫描器之前或之后的位置上。在一种特别优选的实施形式中，所述转换元件设置在光源和扫描器之间并且尤其是设在所述用于射束限定的装置上。如果所述用于射束限定的装置包括光阑，则所述转换元件优选设置在光阑口中。
在按照本发明的照明设备的另一种变型中设置有出射光学器件，光束在经过扫描器之后射到所述出射光学器件上并且所述出射光学器件产生所述光点。
在本发明的一种适宜的设计中，这样设计所述照明设备：使得光点运动的扫描速度和/或光点运动所沿的扫描路径和/或光点的大小是可变的并且被控制以用于生成所述预定的光分布。所述扫描路径对应于光点的运动图案，该运动图案通过光束的位置变化而产生。通过相应地定义扫描路径，可以在此限定预定的光分布所处的区域。此外可以通过按照所定义的扫描路径多次走过同样的区域而相应地提高在这些区域中的光强。
在上述实施形式的一种优选的设计中，所述扫描器是矢量扫描器，利用所述矢量扫描器，扫描速度和/或扫描路径并且尤其是不仅所述速度而且所述路径可以变化。在本发明的另一种设置有出射光学器件的实施形式中，光点的大小可以通过该出射光学器件而变化。在此，所述出射光学器件优选包含具有可变焦距的透镜和/或反射器。这样的光学的元件本身是已知的并且例如包括电活性的物质，所述电活性的物质通过施加电压而如此地改变其特性，即，使得透镜或反射器的焦距发生变化。
视使用情况而定，按照本发明的照明设备可以承担各种不同的功能性。在一种实施形式中该照明设备包括前照灯。前照灯的特征在于，其主动照明车辆的外围环境。必要时按照本发明的照明设备也可以包括信号灯，所述信号灯的特征在于，其仅仅用于对其他交通参与者发出信号。
在一种优选的变型中，照明设备作为前照灯这样设计：使得在运行中生成近光灯特性作为预定的光分布。其特征在于具备清晰的明暗界限，该明暗界限按照本发明可以以简单方式通过所述用于射束限定的装置生成。必要时所述照明设备也可以这样设计：使得该照明设备在运行中生成远光灯特性作为预定的光分布。
除了按照本发明的照明设备，本发明此外还涉及一种包括一个或多个按照本发明的照明设备的机动车。
附图说明
下文借助附图来详细说明本发明的实施例。
附图示出：
图1按照本发明的照明设备的一种实施形式的示意图；以及
图2利用按照本发明的照明设备可生成的一种光分布的示例。
具体实施方式
图1以侧视图示出了按照本发明的照明设备1的一种实施方式，所述照明设备中为在机动车(未示出)中安装的前照灯。所述照明设备包括带有激光二极管的光源2，所述激光二极管发射的光以光束的形式通过所述照明设备引导并且最后作为光点SP在距离大约25m的远场F中再现。光束的光路在其行程路径上被改变，如通过相应的线来再现描述。所述光束的中间的射束在此通过线L表示。由光源2产生的光束首先射到透镜5上，利用所述透镜，光束被调焦到光阑4的开口上。光阑4在此构成按照本发明所述的用于射束限定的装置的一种实施形式。通过光阑口来调节光束的横截面的预定的形状。在这里所述的实施形式中，该开口作为平行四边形设计，其在按照图2的成像/映射的光分布中以附图标记G表示。
在光阑口4内部此外还设置有一转换层，利用该转换层将光源2的单色的激光转换成白光。因此利用光阑便产生了通过光阑口限定的白光束，该白光束利用透镜6对准到扫描器3上，所述扫描器仅示意性地表示并且包括反射器元件，所述反射器元件对应于箭头P在图纸平面中可以偏转。由此，可以使光点SP沿垂直方向运动。扫描器可以此外也垂直于图纸平面偏转，由此使光点SP沿水平线运动。通过透镜6产生的虚的光阑像(Blendenbild)处于虚线所表示的平面V中。
射到扫描器上的光束朝透镜7形式的出射光学器件的方向那边定向。由于在扫描器上的光反射，该透镜成像/映射出处于虚线所表示的平面V中的镜像的、虚的光阑像，由此在远场F中获得光点SP。通过相应地偏转扫描器，可以使光点以合适的方式在远场中运动并且由此产生所希望的光分布。优选所述扫描器在此是所谓的矢量扫描器，利用所述矢量扫描器，借助控制设备来控制扫描速度和扫描路径，以便由此生成相应的光图案。此外，出射光学器件7可以设计为具有变化的折光力的透镜，从而通过对折光力的调节也可以影响在远场中光点的大小。
如上面提到的那样，通过光阑4相应地限定光束的横截面，其中，该横截面的所述限定也存在于在远场中成像/映射的光分布中的光点SP。这一内容借助图2阐明，该图示例性地在远场中示出了以图1的照明设备生成的光分布LV。该光分布对应于车辆的近光灯特性，其中存在着清晰的明暗界限G'。对此，在图2中，行车道中心处于光分布的左边的区域内，而行车道边缘处于右边的区域内。按照明暗界限G'，光分布的明亮的区域H处于所述界限之下，而黑暗的区域D(加阴影线表示)处于所述界限上方。该明暗界限从行车道中心朝行车道边缘那边首先水平地在低的高度上延伸，以便由此避免对对向交通的眩光。最后，所述界限在行车道边缘附近向上折弯，由此实现对行车道边缘的良好照明。
由图2此外还可看出已经在上面提到的平行四边形G，该平行四边形再现描述了在照明设备的光学器件上成像/映射的光阑口并且构成光点SP。示例性地再现描述了所述平行四边形的两个不同的位置，这些位置在生成光分布时由扫描器的扫描运动所占据。可以看出，平行四边形G的形状可以根据明暗界限G'的延伸走向来选择。也就是说，在所述平行四边形的相邻的边之间的较小角度对应于所述明暗界限在行车道边缘处折弯的角度。通过合适的扫描运动，使用平行四边形G的上面的边来产生明暗界限G'的水平区段，而倾斜延伸的边则用来产生明暗界限G'的向上延伸的区段。因此可以这样选择平行四边形的延伸方向：使得所述延伸方向描述要产生的光分布的下述这些线，最高的梯度应该沿着所述线延伸。
在前文，基于利用光阑4和包括透镜5及6的中间光学器件的实施例对本发明进行了说明，其中，通过光阑口达到对光束的限定。必要时也可以在本发明的范围中使用其他构件，用以对光束在入射到扫描器上之前实现限定。尤其是，代替光阑也可以使用适合地成形的光学的光纤，所述光纤在图1的实施形式中具有平行四边形的横截面。光源2的光因此便通过所述光纤的横截面得到限制。在光纤的出射开口上可以再次设置一个用于产生白光的相应的转换元件。在另一种优选的实施形式中，光阑4也可以可变地设计，从而依据要产生的光分布也可以合适地匹配光阑口的形状。此外，在图1中示出的中间光学器件仅仅是示例性的。该光学器件可以也不同地设计或省略。此外还存在这样的可能性，即，将光阑口中的转换元件设置在光路中的另一个位置上。同样，出射光学器件7可以不同地设计并且例如由多个透镜和/或反射器构成。
在上文所描述的本发明的实施形式具有一系列优点。不同于将光阑在光束的光路中安装于扫描器之后，可以利用在入射到扫描器上之前限定光束边界来成形光分布本身的光点。相应的边界限定在此通过扫描器被随带运动，从而由此可以生成形式上为清晰明暗界限的复杂的对比结构。
附图标记列表
1 照明设备
2 光源
3 扫描器
4 光阑
5、6、7 透镜
L 光束
P 箭头
V、V' 虚的光阑像
F 远场
SP 光点
LV 光分布
G 预定的界限
G' 明暗界限
H 明亮的区域
D 黑暗的区域

Claims (20)

1.用于机动车的照明设备，其包括由一定数量的半导体二极管组成的光源(2)以及包括扫描器(3)，通过所述光源(2)的光产生的光束(L)射到所述扫描器上并且所述扫描器在照明设备(1)的运行中改变所述光束(L)的位置并且由此使通过光束(L)所生成的光点(SP)与照明设备(1)隔开距离地运动，其中，利用该运动的光点(SP)生成预定的光分布(LV)，其特征在于，
在光源(2)和扫描器(3)之间设有用于射束限定的装置，利用该装置沿着预定的界限(G)限定所述光束(L)的横截面，所述预定的界限(G)形成平行四边形，其中，所述照明设备(1)这样设计：使得利用所述预定的界限(G)的至少一个区段在所述预定的光分布(LV)中形成一个或多个明暗界限(G')，通过扫描器的扫描运动，在所述预定的光分布(LV)中使用平行四边形的上面的边来产生明暗界限(G')的水平区段，而平行四边形的倾斜延伸的边则用来产生明暗界限(G')的向上延伸的区段。
2.按照权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述光源(2)的所述一定数量的半导体二极管包括一个或多个激光二极管。
3.按照权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述用于射束限定的装置包括光阑(4)，其中，通过光阑口沿着所述预定的界限(G)限定光束(L)的横截面。
4.按照权利要求3所述的照明设备，其特征在于，所述光阑口能够变化。
5.按照权利要求3所述的照明设备，其特征在于，所述光阑(4)设置在一光学装置(5、6)内部，该光学装置使光束(L)对准到光阑口并且将对准到光阑(4)的光束(L)投射到扫描器(3)上。
6.按照权利要求5所述的照明设备，其特征在于，所述光学装置(5、6)在光阑(4)前具有至少一个透镜(5)和/或至少一个反射器和/或在光阑后具有至少一个透镜(6)和/或至少一个反射器。
7.按照权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，所述用于射束限定的装置包括光导体，所述光源(2)的光在所述光导体中引导。
8.按照权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，所述光源(2)产生单色光，并且设有用于将该光源的光转换成白光的转换元件。
9.按照权利要求8所述的照明设备，其特征在于，所述转换元件设置在光源(2)和扫描器(3)之间。
10.按照权利要求3至6之一所述的照明设备，其特征在于，所述光源(2)产生单色光，并且设有用于将该光源的光转换成白光的转换元件，所述转换元件设置在所述光阑口中。
11.按照权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，设有出射光学器件(7)，光束(L)在经过扫描器(3)之后射到该出射光学器件上并且该出射光学器件产生所述光点(SP)。
12.按照权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备(1)这样设计：使得所述光点(SP)运动的扫描速度和/或所述光点(SP)运动所沿的扫描路径和/或所述光点(SP)的大小是可变的并且被控制以用于生成所述预定的光分布(LV)。
13.按照权利要求12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，扫描速度和/或扫描路径能变化。
14.按照权利要求11所述的照明设备，其特征在于，利用所述出射光学器件(7)，所述光点的大小可变。
15.按照权利要求14所述的照明设备，其特征在于，所述出射光学器件(7)包括具有可变焦距的透镜和/或反射器。
16.按照权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，该照明设备(1)包括信号灯和/或前照灯。
17.按照权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，该照明设备(1)包括前照灯并且这样设计：使得在运行中生成近光灯特性和/或远光灯特性作为预定的光分布(LV)。
18.按照权利要求7所述的照明设备，其特征在于，所述光导体是光学的光纤。
19.按照权利要求9所述的照明设备，其特征在于，所述转换元件设在所述用于射束限定的装置上。
20.机动车，其包括一个或多个按照权利要求1至19之一所述的照明设备(1)。
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