CN104235720A - 用于机动车辆的包括激光光源的前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的前照灯，包括：一个第一模块(12)，其包括能够朝向成形系统(20)发射光线(L)的至少一个激光源(18)，成形系统(20)朝向用于将光线转换成白光(B)的设备(22)引导光线(L)。转换装置(22)能够朝向至少一个光学系统(24)重新发射白光(B)的光线，使得白光(B)的光线形成前照灯的照射光束的第一部分。前照灯进一步包括能够形成光束的第二部分的至少一个第二模块，第一部分和第二部分能够在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的各自的轮廓的图像。本发明还涉及包括这种前照灯的机动车辆和用于产生照明光束的方法。

Description

用于机动车辆的包括激光光源的前照灯
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的前照灯的技术领域，更具体地涉及适应性前照灯。
背景技术
配备有照明用的前照灯的机动车辆是已知的，所述前照灯使其能够在车辆前方形成光束，在一定程度上，为了考虑交通情况，光束的尺寸、强度和/或方向是适应性的。这些前照灯使用称为“矩阵光束”、“像素照明”或“图形光束”的已知技术。这些前照灯尤其使其能够在光束中产生阴影的区域，例如在所谓的“远光”配置中，以避免位于车辆前方或在相反方向驶来的车辆的驾驶员眩目。
然而，由于复杂的前照灯的设置，获得的是被修改的光束，这需要精细调节以获得期望的结果，或者使用马达驱动的机械装置，特别是使其能够考虑机动车辆的姿态，或者在车辆在曲线轨迹中移动时修改光束的水平方向。
此外，这种系统的灵活性通常以体积的代价来获得。
发明内容
本发明的目的通过为前照灯提供适度体积和更高的灵活性来补救这些缺点。
与此目的，本发明的主题是一种用于机动车辆的前照灯，其包括至少一个第一模块，包括：
-至少一个激光光源，能够发射光线；和
-至少一个光束成形系统，能够接收光线并且将光线朝向用于将光线转换成白光的至少一个装置引导，该转换装置能够重新发射白光的光线朝向至少一个光学系统，使得白光的光线形成前照灯的照射光束的第一部分，
前照灯进一步包括至少一个第二模块，所述至少一个第二模块能够形成光束的第二部分，所述第一部分和第二部分能够在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的各自的轮廓的图像。
术语“图像”被理解为是指投影到屏幕上的光束的可视化。屏幕被放置在离开前照灯的有限距离处，例如在25米处，从而使得能够对投射到无限远处的光束进行可视化。
由于光束的部分能够成形具有至少部分地不重合的各个轮廓的图像的这样的事实，因此能够仅提高在某些区域中所得到的光束的强度。
也可以省掉用于垂直地和/或水平地校正光束的马达驱动的机械装置的全部或部分，特别是当使用第一模块产生光束的水平截止线(cut-off)时。
前照灯可以进一步单独地或组合地包括以下一个或更多个特征。
-成形系统是静态的。激光光线的成形通过光学成像系统(例如透镜)执行。术语“静态成形系统”应理解为是指能够在转换装置上静态地成形图像的成形系统。然而，这个系统可以被移动，特别是用以校正光束的水平截止线。
-成形系统是动态的，并且包括扫描系统。因此，成形系统是动态的，激光源以及其扫描系统具有为光分布提供更大的灵活性的优点。由于光束中的至少一个部分是由包括激光源的第一模块形成的事实，有可能以简单的方式来调节由前照灯产生的光束。的确，光束的这部分的形状可以容易地通过扫描系统来调节，扫描系统将光线分布在转换装置的表面上。并且，由于与光束的另一部分的结合，所得到的光束的强度尤其可以被调节，也无需改变第一模块的激光源的强度。
-所述第一模块包括n个激光光源和m个成形系统，m和n是两个自然数，并且m小于或等于n。因此，光束可以配置具有大的自由度。由模块中的一个形成的光束的每一个部分的形状或强度可以被调节。还可以缓解光源和/或成形系统的故障。事实上，如果一个光源发生故障，则有可能修改一个或更多个其它光源的成形系统的运动和/或修改一个或更多个其他光源的强度，以便获得有效满足法规的光束的部分。当m等于n时，每个光源被分别地引导到单个成形系统，而当m小于n时，多个光源被朝向同一个成形系统引导。
-第一模块包括单个转换装置。特别是，当第一模块包括两个激光光源和两个成形系统时，能够通过加入由转换装置接收到的光线来调节由第一模块形成的光束的部分的强度，并且能够在无需修改由每一个光源发射的激光光线的强度的情况下这样做。此外，单个转换装置的存在使得有可能减少第一模块的体积。
-第二模块包括能够发射第二光线的至少一个激光光源，和至少一个成形系统，所述至少一个成形系统能够接收第二光线和将第二光线朝向用于将光线转换成白光的至少一个装置引导。由于使用两个模块，两个模块中的每一个包括至少一个激光光源，在由这些模块所形成的光束的部分的强度和/或形状的选择上获得更大的灵活性。作为第一模块，第二模块的成形系统可以是动态的或静态的。
-前照灯包括三个模块。有利的是，使用三个模块增加使用前照灯以及因此通过该前照灯产生的光束的灵活性。例如前照灯可包括具有至少一个激光光源的模块和不具有任何激光光源的两个模块，或者包括两个模块和包括至少一个发光二极管的一个模块且其中所述两个模块每个具有至少一个激光光源，或者包括三个模块且所述三个模块中每个具有至少一个激光源。
-成形系统和光学系统都位于转换装置的同一侧。因此，该转换装置在反射模式中使用。因此，与在透射模式中相比其使用的过程中损失较少。此外，也可以使用非透明的材料用于转换装置，这使得能够特别地使用具有良好的散热性能的材料，诸如例如铝、铜或陶瓷。
-激光光源和扫描系统被包括在微光机电系统中。在本案例中，微光机电系统(MOEMS)是包括至少一个激光光源和一个扫描系统的光学系统。MOEMS是紧凑的、可靠的、易于使用的装置，能够在朝向转换装置的光线的重新定向中实现更大精确度和灵活性。
-前照灯被布置成使得两个图像的各自的轮廓至少部分地重合。因此，形成在光束的至少两个部分的同一个屏幕上的图像的轮廓可以每一个使它们的各自的轮廓的至少部分共有，即轮廓不仅具有断续的交点。例如，在同一屏幕上，光束的两部分的各个图像可以使它们的各自的轮廓的一分段被叠加。
-前照灯布置成使得图像具有重合的轮廓。
-前照灯布置成使得两个图像的各自轮廓是不重合的。因此，形成在光束中的至少两个部分的同一屏幕上的图像的轮廓例如可以没有任何交叉点。在同一屏幕上，光束的两部分的各个图像可以是独立的或者图像中的一个可以完全地在另一个的内部。
-前照灯被布置成使得图像被部分叠加。
-前照灯被布置成使得图像不被叠加。
-前照灯被布置成使得模块的图像在数量上是至少三个，并且包括对于三个图像的共同的交点。
根据本发明的另一个主题是一种机动车辆，其包括至少一个根据本发明的前照灯。
本发明的另一个主题是一种用于产生光束的方法，包括以下步骤：
-光束的第一部分通过前照灯的至少一个第一模块形成，第一模块包括用于发射第一光线的至少一个激光光源、用于接收第一光线和将第一光线朝向用于将光线转换成白光的至少一个装置引导的至少一个成形系统，该转换装置朝向至少一个光学系统重新发射白光的光线，
-光束的第二部分通过前照灯的至少一个第二模块形成，和
-光束至少通过光束的两个部分形成，第一部分和第二部分在同一屏幕上形成具有至少部分地不重合的各自的轮廓的图像。
附图说明
通过阅读仅通过示例的方式给出而不以任何方式限制本发明的范围的下面的描述并且参考附图将可以更好地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的前照灯的透视图，
-图2是根据本发明的第一模块的示意图，
-图3A示出由根据本发明的一组两个前照灯在它们出现在屏幕上时产生的被称为近光光束的第一光束，
-图3B至图3E示出由前照灯的三个模块产生的在图3A中的光束的区域的第一布置，
-图4至图7示意性示出由根据本发明的前照灯在它们出现在屏幕上时产生的光束的区域的第二、第三、第四和第五布置，
-图8示意性示出由根据图7中的布置的前照灯在它出现在屏幕上时产生的被称为近光光束的第一光束，
-图9示意性示出由根据图7中的布置的前照灯在它出现在屏幕上时产生的被称为AWL(恶劣天气照明)的第二光束，
-图10示意性示出由根据图7中的布置的前照灯在它出现在屏幕上时产生的被称为远光光束的第三光束，
-图11示意性示出根据图7中的布置的前照灯在它出现在屏幕上时产生的被称为无眩光远光光束的第四光束。
具体实施方式
图1表示用于机动车辆的前照灯10。该前照灯包括三个模块12，14，16。
在图2中表示的本示例中，第一模块12包括：激光光源18、具有扫描系统21的成形系统20、用于将光线转化成白光的装置22和光学系统24。模块12也可以包括用于聚焦光源18的常规装置19，这些装置19介于光源18和扫描系统21之间。
激光光源18在本例中是能够发射激光光线L的激光二极管，所述激光光线L的波长在400和500纳米(nm)之间，优选在450和460纳米之间。
扫描系统21包括以能够围绕两个正交轴线移动的方式安装的微反射镜26和具有基座28的转换装置22，所述基座28反射激光光线，并且磷光材料的连续层30被沉积在所述基座28上。
应当指出的是，扫描系统21和光学系统24均位于转换装置22的同一侧上，即该转换装置22以反射模式使用。
有利的是，基座28选自作为良好热导体的材料。因此，有可能通过限制转换装置22和层30的温度的上升来限制磷光材料的层30的恶化。
当激光光源18发射光线L时，该光线L由扫描系统21接收，扫描系统21朝向转换装置22引导光线L。
转换装置22接收单色且相干的激光光线L并且重新发射白光光线B，即包括介于约400和800纳米之间的多个波长的光线。光的这种发射使用朗伯发射模式发生，即在所有发射方向上具有均匀亮度。
转换装置22被设在诸如透镜等光学系统24的焦平面附近，因而获得的白光B尤其朝向光学系统24发射，并且在透镜的相反侧在无限远处形成响应于接收到的激光光线L而发射白光B的磷光材料的层30的点的图像。层30的点的扫描以高速执行，由转换装置22发射的白光B使其能够形成光束F，在本示例中，是由包括模块12的前照灯10产生的光束的一部分。
由模块12形成的光束的该部分的形状和强度尤其依赖于激光光源18的强度和扫描系统21的运动。
图2表示模块12，模块12包括单个激光光源18、单个扫描系统21、用于将光转化成白光的单个设备22和单个光学系统24。但是可以理解的是，模块12可以包括例如两个激光光源18，每个激光光源18朝向同一个扫描系统21发射光线。作为变型，两个光源18可以每一个朝着独立的各自扫描系统21发射光线。扫描系统21可以朝向同一转换装置22或不同的装置22发射激光光线L。光学装置24可以从一个或更多个转换装置22接收白光B。模块12也可以包括多于两个的光源18。
模块12还包括控制单元32，控制单元32尤其使得其能够控制激光光源18的功率和扫描系统21的运动。
成形系统20也可以是静态并且包括例如透镜。然后，控制单元32可以控制透镜的定位，以便特别地考虑光束截止线校正。
图3A表示被称为近光光束的整体光束34，因为其出现在屏幕上，并且通过一组两个前照灯10产生。每一个前照灯对形成完整的光束34有贡献，左前照灯能够形成光束34的左部分36，右前照灯能够形成光束34的右部分38。所述左部分36本身可以被细分成多个区域40，42，44。这同样适用于右部分38。区域40，42，44由单个前照灯10形成，并且图3B至3E示出由前照灯10的模块12，14，16形成的光束36的区域40，42，44的布置。每个区域40，42，44在屏幕上表示可以通过由每个模块12，14，16发射的光束的各自的部分照射的区域。因此理解的是，光束36通过将光束36的三个不同的部分叠加而形成。
如在图3B中可以看到，区域40占据左部分36的全部，区域42占据左部分36的底部部分的全部，并且区域44占据其右侧部分的全部。每个区域40，42，44在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的各自的轮廓(在这里是矩形轮廓)的区。因而，光束34的该部分36由区域40形成，区域40的面积覆盖该部分36的整个区域，区域42和44然后叠加在其上。区域42的轮廓的左侧、底侧和右侧在区域40的轮廓的第一分段处被叠加，且区域44的轮廓的底侧、右侧和顶侧在区域40的轮廓的第二分段处被叠加。区域40的轮廓的右侧还被叠加在区域44的轮廓的右侧的分段上，并且区域40的轮廓的底侧被叠加在区域42的轮廓的底侧的分段上。因此，区域40，42，44因而具有不重合的它们各自的轮廓的分段。
从区域40，42，44的布置得到的结果是，由这些区域中的每一个区域界定的光束的部分在它们被投影到同一个屏幕上时因此也具有至少不重合的各自的轮廓。
图4至图7表示由前照灯10(在这些示例中是左前照灯)产生的光束36的区域的其它布置。
在图4中，光束36由两个区域46和48形成，区域46使其轮廓的水平底侧与区域48的轮廓的水平顶部分段重合，两个区域46，48的右侧垂直地对齐。
在图5中，光束36还由部分地重叠的两个区域46和48形成，区域46的底部区被叠加在区域48的右侧顶部区上。区域46的轮廓的右侧的分段被叠加在区域48的轮廓的右侧的分段上，这两个区域46，48的右侧被竖直地对齐。区域46的轮廓的左侧和区域48的轮廓的顶侧形成点相交。
在图6和图7中，光束36由三个区域46，48和50形成。
图6的布置与图5的布置相似，在其上第三区域50覆盖区域46和48的部分重叠的区。因此能够在区域50中叠加由三个模块形成的光束36的部分，并且因此在这个区域中获得较高光束强度。在图6中，区域50的轮廓的左和右两侧分别地被叠加在区域46的轮廓的左和右两侧的分段处。区域50的轮廓的底侧被叠加在区域46的轮廓的底部边缘上。区域50的轮廓的顶部和右侧被分别地叠加在区域48的轮廓的顶部和右侧的分段上。三个区域46，48，50的右侧被竖直地对齐。区域46和50因此有部分地不重合的轮廓，且区域48和50也有部分地不重合的轮廓。
在图7中，区域48的轮廓的顶侧和底侧的分段被分别地叠加在区域50的轮廓的顶侧和底侧的分段处。区域48和50在它们的右侧和左侧区中分别地部分地被叠加。区域48和50的顶侧和底侧水平对齐。区域48，50的轮廓的每一个与区域46的轮廓具有两个点相交。区域48和50部分地覆盖区域46，区域48的右顶部区域被叠加在区域46的左底部区上，并且区域50的顶部区被叠加在区域46的右底部区上。然而，区域46，48，50的左和右两侧不竖直地对齐。三个区域46，48，50因此具有共同的交叉点，光束36的三个部分可以被叠加在所述共同的交叉点上。
图8至图11，示意性示出，在其出现在屏幕上时和作为施加到其的控制的类型的函数或功能，由根据图7的布置的同一个前照灯10产生的光束36。在这些例子中，光束的每一个部分52，54，56分别由前照灯10的模块12，14，16成形。每一个模块12，14，16分别地包括至少一个激光光源。然而，应当理解的是，从模块中的至少一个模块包括激光光源的时刻起，前照灯10就已经具有上述优点。
有利的是，当三个模块包括激光光源18时，能够以简单的方式调节光束的形状和强度。此外，有可能通过修改扫描装置21的运动，以在车辆的姿态被修改时修改光束36的水平截止线，并且以使其能够在车辆沿着弯曲路径移动时水平地定向光束36，同时省去马达驱动的机械装置的全部或部分，用于通过修改前照灯10的方向来竖直地和/或水平地校正光束。
因此，能够使水平截止线相对于车辆的姿态的基准位置在-15°和+10°之间变化。对于左前照灯，还可以使光束的所谓近光部分相对于车辆的中间轴线在-45°和15°之间水平地变化，以在车辆沿着弯曲路径行驶时照射道路，并且使所谓远光的部分的方向相对于该同一中间轴线在-20°和+20°之间水平地变化。
图8表示所谓的近光光束36，其在左侧上发射由相对于水平方向向下倾斜约1％的上部截止线平面界定的光束，在约60至80米的距离上给予驾驶者可见性。上部截止线的目的在于，避免存在于在车辆前方或在道路的边缘上延展的道路场景中的其他用户炫目。光束36由光束的第一部分52和第二部分54的叠加而形成。据观察，由于分别地由前照灯10的两个模块发射的第一部分52和第二部分54的叠加，在区域48和50的重叠区域中，光束36的强度也较高。光束36的两个部分52，54在具有至少部分地不重合的轮廓的同一个屏幕上形成图像。应当指出的是，在图8中，能够形成在区域46中的光束的部分的模块被关闭。
图9表示所谓的恶劣天气照明光束36，其是所谓近光光束的修改，使得在相反方向移动的车辆的驾驶员不被从湿的道路反射的前照灯的光眩目。如在图8中，光束36由光束的第一部分52和第二部分54的叠加形成。光束36的两个部分52和54在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的轮廓的图像。在这个例子中，能够形成在区域46中的光束的部分的模块也被关掉。
图10表示所谓的远光光束36，其发射朝向水平引导的光束，并且其在约200米的距离上完全地照射道路场景。光束36由光束的第一部分52、第二部分54和第三部分56的叠加而形成。据观察，在区域46，48和50的重叠区中，由于分别地由前照灯10的三个模块12，14，16发射的光束的第一部分52，第二部分54和第三部分56的叠加，光束36的强度更高。光束36的三个部分52，54，56在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的轮廓的图像。
图11表示所谓的远光光束36，其发射朝向水平引导的光束，在约200米的距离上完全地照射道路场景。正如在图10中，光束36由光束的第一部分52、第二部分54和第三部分56的叠加而形成。然而，光束36包括不被光束36照射的顶部中间区58。这使其能够避免在相反方向上驶来的驾驶员或位于车辆前方的驾驶员眩目，同时保持所谓的远光配置。
本发明并不限于所呈现的实施例，且其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。
因此，前照灯10可以包括根据本发明的第一模块和不包括激光光源的第二和第三模块。前照灯10也可以包括两个模块，这两个模块中的每一个包括至少一个激光光源18、至少一个成形系统20和用于将光束转换成白光的至少一个装置22，并且第三模块不包括其任何一项。前照灯10也可以包括两个模块。它也可以包括三个模块，其中两个模块对于形成同一个区域的光束的部分有贡献。模块的数量当然不限于每个前照灯10具有三个模块。而且由于所给出的示例描述用于在道路表面的右侧上行驶的车辆的光束，所以，应当理解的是，如果车辆在左侧行驶，所述描述的光束的布置和部分相对于竖直轴线是相反的。
在能够适用的情况下，没有激光源的一个或多个模块可以包括常规光源，例如LED。
还应当理解的是，各种光束36通过非限制性示例的方式提到，并且可能显著的是形成如下光束：侧灯光束、高速公路照明光束、顶灯和雾灯。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的前照灯(10)，其特征在于，所述前照灯包括至少一个第一模块(12，14，16)，包括：
-至少一个激光源(18)，能够发射光线(L)；和
-至少一个成形系统(20)，能够接收光线(L)并且将光线(L)朝向用于将光线转换成白光(B)的至少一个装置(22)引导，该转换装置(22)能够朝向至少一个光学系统(24)重新发射白光(B)的光线，使得白光(B)的光线形成前照灯(10)的照射光束(36，38)的第一部分(52，54，56)，
前照灯(10)进一步包括至少一个第二模块(12，14，16)，所述至少一个第二模块能够形成前照灯(10)的照射光束(36，38)的第二部分(52，54，56)，所述第一部分和第二部分(52，54，56)能够在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的各自的轮廓的图像，并且成形系统(20)和光学系统(24)定位在转换装置(22)的同一侧上。
2.根据权利要求1所述的前照灯(10)，其中成形系统是静态的。
3.根据权利要求1所述的前照灯(10)，其中成形系统是动态的，并且包括扫描系统(21)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其中第一模块(12，14，16)包括n个激光光源(18)和m个成形系统(20)，m和n是两个自然数，并且m小于或等于n。
5.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其中第一模块(12，14，16)包括单个转换装置(22)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其中第二模块(12，14，16)包括能够发射第二光线(L)的至少一个激光源(18)和至少一个成形系统(20)，所述至少一个成形系统(20)能够接收第二光线(L)和朝向用于将光线转换成白光(B)的至少一个装置(22)引导第二光线(L)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，包括三个模块(12，14，16)。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的前照灯(10)，其中激光光源(18)和扫描系统(21)被包括在微光机电系统中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，设置成使得两个图像的各自的轮廓至少部分地重合。
10.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，设置成使得图像具有重合的轮廓。
11.根据前述权利要求1-7中任一项所述的前照灯(10)，设置成使得两个图像的各自的轮廓是不重合的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，设置成使得图像被部分地叠加。
13.根据前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，设置成使得图像不被叠加。
14.根据前述权利要求1-12中任一项所述的前照灯(10)，设置成使得模块的图像在数量上至少是三个，并且包括三个图像的共同的交点。
15.一种机动车辆，其特征在于，其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的前照灯。
16.一种用于产生照射光束(36)的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
-光束(36)的第一部分(52，54，56)通过前照灯(10)的至少一个第一模块(12，14，16)形成，第一模块(12，14，16)包括用于发射第一光线(L)的至少一个激光光源(18)、用于接收第一光线(L)和朝向用于将光线转换成白光(B)的至少一个装置(22)引导第一光线(L)的至少一个成形系统(20)，该转换装置(22)朝向至少一个光学系统(24)重新发射白光(B)的光线，
-光束(36)的第二部分(52，54，56)通过前照灯(10)的至少一个第二模块(12，14，16)形成，和
-光束(36)至少通过光束(36)的两个部分(52，54，56)形成，第一部分和第二部分(52，54，56)在同一个屏幕上形成具有至少部分地不重合的各自的轮廓的图像。
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