CN104736388B - 用于机动车的照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照明设备，该照明设备包括由多个半导体二极管组成的光源(1)以及包括扫描装置(2)，光源(1)的光入射到该扫描装置上，并且该扫描装置在照明设备运行时引起光源(1)的入射光的时变的偏转并且由此在与照明设备间隔开距离处产生预定光分布(LV)。本发明的照明设备的特征在于，所述扫描装置(2)包括能单独被控制的至少两个扫描器(3、3’)，在这些扫描器上分别入射一个由光源(1)的光形成的相应的单独的光束(L、L’)，该光束通过相应扫描器(3、3’)的偏转在时间上变化。

Description

用于机动车的照明设备
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的照明设备。
背景技术
由现有技术已知具有一个扫描器的用于机动车的照明设备，利用该扫描器，通过光束经由反射扫描镜的偏转，在车辆的远场中产生预定光分布。
在该具有扫描器的照明设备中证明不利的是，为了在光分布中产生具有高分辨率和大梯度的图案，扫描镜的偏转频率必须是非常高的。这尤其是在高车速时导致干扰性的扫描效应、例如频闪效应。为了产生明暗边界，扫描的照明设备需要非常高的光学分辨率，以便在光分布中可以产生必要的梯度。此外，为了生成明暗边界，已知将物理光阑引入光束的光路中。但这具有如下缺点：这些光阑通常导致在生成的光分布中的阴影效应。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种用于机动车的照明设备，利用该照明设备可以产生高质量的光分布。
为此，本发明提供一种用于机动车的照明设备，该照明设备包括由多个半导体二极管组成的光源以及包括扫描装置，光源的光投射到该扫描装置上，并且在照明设备运行时，该扫描装置引起光源的入射光的时变的偏转并且由此在与照明设备间隔开距离处产生预定光分布，其中，所述扫描装置包括能单独控制的至少两个扫描器，在这些扫描器上分别投射一个单独的由光源的光产生的光束，该光束通过相应扫描器的偏转在时间上变化，其特征在于，在各所述光束的通过扫描装置偏转之后的光路中设置光阑，所述光阑将像面分成两个区域，其中，在照明设备的至少一种运行方式中扫描装置的一部分扫描器仅设置用于使光束在光阑的一侧的区域内偏转，并且扫描装置的其它扫描器仅设置用于使光束在光阑另一侧的区域内偏转。
按本发明的照明设备设置用于机动车、例如轿车或货车。该照明设备包括由多个半导体二极管组成的光源以及包括扫描装置，光源的光投射到该扫描装置上，并且该扫描装置在照明设备运行时引起光源的入射光的时变的偏转，并且由此在与照明设备间隔开距离处产生预定光分布。所述预定光分布在此尤其是在照明设备的远场中产生。远场可以理解为与照明设备间隔开如下距离的光分布，该距离明显大于照明设备的尺寸，尤其是处于照明设备前方25m的区域内。
按本发明的照明设备的特征在于，安装在该照明设备中的扫描装置包括至少两个可单独控制的扫描器，在这些扫描器上分别投射一个单独的由光源的光产生的光束，该光束通过相应扫描器产生的偏转在时间上变化。光束在此可以理解为由光线组成的在角度上或在空间上限定的束，其中，光线在束中可以基本上平行或者也可以发散或会聚。因此，扫描装置包括配设有偏转元件的至少两个单独的扫描器，这些偏转元件尤其是设计为反射扫描镜。通过对各扫描器的单独控制，各偏转元件可以彼此独立地引起对应的光束的偏转的在时间上的变化。通过使用超过一个扫描器，在此可以在光分布的分辨率或梯度不变的情况下降低各个扫描器的偏转频率，由此避免尤其是在高车速时出现的干扰性的扫描效应。
在按本发明的照明设备的一个特别优选的实施形式中，扫描装置的其中一个或多个扫描器并且尤其是所有扫描器分别包括一个二维扫描单元，利用该二维扫描单元可以使对应的光束在两个方向上并且尤其是在一个水平方向和一个竖直方向上偏转。所述水平方向和竖直方向在此针对在车辆中在安装状态中的照明设备，即竖直方向从行车道垂直向上延伸并且水平方向平行于行车道延伸。二维扫描单元在此可以设计为具有可在两个方向上偏转的单个的偏转元件或扫描镜的2D扫描器。可选地，二维扫描单元也可以通过被一起控制的两个偏转元件或扫描镜构成。在一个特别优选的实施形式中，按本发明的照明设备的扫描器至少部分地是矢量扫描单元，在这些矢量扫描单元中扫描速率和扫描方向可以改变。
在另一种设计中，按本发明的照明设备包括用于光源的光的至少一个入射光学器件，在照明设备运行时，经由所述至少一个入射光学器件产生各单独的光束。优选设置一个共同的入射光学器件用于产生所有的单独光束。由此，照明设备的结构是不太复杂的。入射光学器件例如可以包括透镜阵列，其中，通过透镜阵列中的每一个透镜生成一个单独光束。优选在此在透镜阵列上游设置准直透镜，用于会聚来自光源的光。
在另一特别优选的实施形式中，照明设备设计成，使得各单独光束在预定光分布中生成不同大小的光斑。借此可以通过照明设备非常灵活地产生局部区域有不同分辨率的不同光分布，使得可以通过扫描的照明设备承担以具有可变折射能力的透镜形式的自适应光学元件的功能。
在按本发明照明设备的另一种设计中，为通过所述至少两个扫描器偏转的光束设置至少一个出射光学器件，通过该至少一个出射光学器件，在与照明设备间隔开距离处作为投影产生预定光分布。优选设置一个共同的出射光学器件用于所有的偏转的光束，由此简化照明设备的结构。
在按本发明的照明设备的另一种设计中，扫描装置的其中一个或多个扫描器分别生成预定光分布的一个单独区域。替代地或附加地，但也可能的是，至少两个扫描器产生预定光分布的重叠区域。
在按本发明的照明设备的另一种设计中，在光束的通过扫描装置偏转之后的光路中设置光阑，利用该光阑可以限定光分布。在一个优选实施形式中，利用光阑在预定光分布中生成明暗边界。优选光阑基本上平行于通过光束的光路预定的光轴。
在一个特别优选的设计中，光阑将像面分成两个区域，在照明设备的至少一种运行方式中，扫描装置的一部分仅设置用于使光束在光阑的一侧并且尤其是在光阑下方的区域内偏转，并且扫描装置的其余扫描器仅设置用于使光束在光阑的另一侧并且尤其是在光阑上方的区域内偏转。通过这种方式可以避免阴影效应，该阴影效应在使用具有单个扫描器的扫描装置时可能会产生。该阴影效应还将在后续说明中详细解释。划分为两个区域的上述像面在一个优选方案中是中间像面，该中间像面通过出射光学器件在与照明设备间隔开距离处投影为预定光分布。
可选地还存在这种可能性：附加地或者取代在光束的通过扫描装置偏转以后的光路中设置的上述光阑，在光路中的其他位置处、例如在扫描装置上游设置另外的一个或多个光阑。
替代或者附加于上述光阑，在另一个优选的实施形式中设置至少一个扫描器仅用于在照明设备的至少一个运行方式中(例如在生成近光特性时)在明暗边界上生成光分布。该扫描器在此可以以比其他扫描器高的偏转频率运行或者在光分布中产生的光斑比其他扫描器小，以便由此在明暗边界区域内到达高分辨率，使得可选地可以避免使用物理光阑来在光分布中产生高梯度。这具有如下优点：可以在光分布中可变地、即不依赖于实体的物理光阑形成梯度曲线。
在按本发明的照明设备的另一种设计中，扫描装置的所述至少两个扫描器设置在一个共同的结构单元上，其中，所述共同的结构单元尤其是具有用于各扫描器的一个共同的冷却单元和/或一个共同的电子单元和/或一个用于安装有各扫描器的支承件的共同的机械调整装置。由此实现扫描装置的简单构造。由于使用多个扫描器，还保证局部温度负荷在冷却单元上的更大散布，这显著降低在冷却单元中使用的冷却元件的结构空间和重量。
在另一个方案中，扫描装置中的至少一个扫描器并且尤其是每一个扫描器设计为MEMS元件，该MEMS元件通过其微机械扫描结构允许具有高偏转速率的特别紧凑和稳健的实施形式。这些元件尤其是适用于阵列形地布置在一个共同的结构元件上，并且也可以通过将光通量分布到多个单元上而适用于机动车领域中的高功率应用。
在另一个方案中，所述多个半导体二极管包括一个或多个激光二极管并且尤其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。各激光二极管优选分别具有至少为1W并且尤其是在1.5至5W之间的最大功率。优选所述多个半导体二极管运行用于生成具有恒定功率并且尤其是最大功率的预定光分布，照明设备由此特别经济地使用。
在本发明的另一个实施形式中，光源是单色光源，其中，设置转换元件用于将光源的光转换为白光。这些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/紫色的激光二极管的情况下使用由氮化物磷光体或氮氧化物磷光体或含铈的钇铝石榴石磷光体组成的磷光体转换元件以生成白光。
尤其是构造为层的转换元件根据本发明的方案可以设置在不同的位置上。在一个方案中，转换元件设置在光束已经经过扫描装置的位置上，例如在上述的中间像面中。但转换元件也可以设置在光源上或在光源和扫描装置之间。在后一种情况下，转换元件在光束的光路中设置在光束投射到扫描装置上之前的位置上。
根据使用情况，按本发明的照明设备可以承担不同的功能。在一个实施形式中，照明设备包括前照灯。前照灯的特点是，其主动地照亮车辆的周围环境。可选地，按本发明的照明设备也可以包括信号灯，该信号灯的特点是，其仅用于向其他交通参与者发信号。按本发明的照明设备也可以是由前照灯和信号灯的组合。
在一个优选的方案中，照明设备设计为前照灯，使得在运行中可以生成近光特性和/或远光特性作为预定光分布。近光特性的特点是清晰的明暗边界，该明暗边界优选在使用上述光阑的情况下产生。使用在明暗边界范围内的扫描器优选具有与扫描装置的其它扫描器一样高或更高的空间分辨率。这可以由此实现：利用该扫描器产生的光斑的尺寸比其它扫描器的光斑的尺寸小。
除了按本发明的照明设备以外，本发明还涉及一种机动车，该机动车包括一个或多个按本发明的照明设备。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明的实施例。其中：
图1是具有单个扫描器的已知照明设备的示意图；
图2是具有另一光阑位置的图1的照明设备的变型方案的示意图；
图3是具有多个扫描器的本发明照明设备的一个实施形式的示意图；
图4是本发明照明设备的另一个实施形式的示意图。
具体实施方式
在图1中描述了一种用于机动车的已知照明设备的侧视图。所述照明设备是安装在未示出的机动车中的前照灯。该照明设备包括例如以由多个半导体二极管组成的阵列的形式的光源1，通过该光源产生白光。可选地，也可以使用单色的半导体二极管或激光二极管作为光源，其中，在该情况下附加地在光的光路中的合适位置处设置例如以磷光层的形式的转换元件，用于将单色光转换为白光。在下面进一步说明的中间像面Z是对于转换元件尤其适合的位置。
光源1的光经由准直透镜4准直成光束L。图1的光束的光路以及图2至图4的光束的光路在此通过三条线表示。光束L投到扫描装置2上，该扫描装置以本身已知方式包括单个的2D扫描器3。扫描器3在竖直方向上在中间像面Z中的扫描区域在此通过双箭头P表示。扫描器合适地经由控制单元(未示出)控制并且使光束经由扫描镜时变地在水平方向上(即垂直于图纸平面)和在竖直方向上(即在图纸平面上)偏转。已偏转的该光束越过光阑6，该光阑在图1中垂直于照明设备的光轴O设置。利用该光阑确定明暗边界的延伸走向，该明暗边界对于前照灯的近光特性是必需的。在此，明暗边界首先从行车道边缘的远端水平地延伸并且随后在行车道边缘附近斜向上延伸。照明设备还包括以透镜7形式的出射光学器件，通过该透镜，中间像面Z的投影在照明设备的远场中在道路上生成光分布LV。通过该布置系统在光阑区域内不会产生光，使得在该情况下扫描器可以仅在明暗边界下方生成变化的光分布。
在图2中示出基本上与图1相同的照明设备，仅具有如下区别：光阑6当前是水平(即沿着光轴O)设置的，并且扫描区域具有更大的竖直延伸长度。水平的光阑布置允许，通过扫描器不仅生成各种不同的近光分布，而且生成各种不同的远光分布，或者由它们的任意组合。为了产生近光特性，扫描器基本上仅在光阑6上方的扫描区域内扫描，由此在远场中通过穿过透镜7的光学投影在光阑的延伸走向的下方生成光分布。在接通远光灯时，基本上在整个扫描区域P内扫描，使得在明显更大的竖直范围内生成光分布。但在此存在如下问题：在光阑6的区域内产生阴影，该阴影在图2中通过阴影区SZ示出。因此，在远光灯的光分布中产生不希望的阴影。这些阴影可以通过按本发明的照明设备的在后面说明的实施形式被避免。
图3以侧视图的形式示出按本发明的照明设备的一个实施形式的示意图。图3的照明设备的大部分相应于图1或图2的，其中在两个图中相同的部件名称使用相同的附图标记来表示。类似于图2，图3的照明设备具有以半导体二极管阵列的形式的光源1，该光源生成白光。如在图1或图2中那样，可选地也可以使用单色的半导体二极管或激光二极管，其中，在该情况下要在光路中再设置相应的转换元件。光源1的光经由入射光学器件到达扫描装置2，该入射光学器件包括一个会聚透镜4以及由两个透镜5组成的透镜阵列。图2的设备和图3的设备的主要区别在于，根据图3，经由入射光学器件产生两个单独的光束L和L’，并且扫描装置2包括可单独控制的扫描器3和3’，这些扫描器具有分别有光束之一L或L’投射到其上的对应的扫描镜。两个扫描器可以相互独立地运行，即相应的各光束可以相互独立地偏转。两个扫描器3和3’也是2D扫描器，这些2D扫描器可以使相应的光束在水平和竖直方向上偏转。优选使用所谓的矢量扫描器作为扫描器，不同于行扫描器，利用这些矢量扫描器可以自由改变扫描速率或扫描方向并且因而改变相应的光束的偏转。这允许在生成所希望的光分布时有很大的自由。
在图3的实施形式中，两个单独的扫描器设置在一个共同的结构单元上，该结构单元通过附图标记201示意性表示。通过所述共同的结构单元在此构造一个用于反射扫描镜的共同的冷却器。也可以将一个共同的电子装置用于各扫描器，其中，通过该共同的电子装置对各单个扫描器单独地进行控制。此外，可选地可以使用一个共同的机械调整装置以对各扫描器进行粗调整。该调整装置可以调整一个共同的支承件的位置，在该支承件上设置各扫描器。
类似于图2的实施形式，图3的照明设备包括光阑6，该光阑平行于光轴(由图2不可见)延伸并且设置在中间像面Z的区域内。所述光阑也产生用于前照灯的近光特性的明暗边界。中间像面也经由以透镜形式的出射光学器件7转换成在道路上的光分布LV。在图2的实施形式中扫描器3的扫描区域位于光阑6下方，这通过双箭头P1表示。与之相比，扫描器3’的扫描区域位于光阑6上方，这通过双箭头P2表示。为生成近光分布，在此基本上仅使用扫描器3’，该扫描器借助光阑6生成近光特性。此外，在接通远光灯时，扫描器3开始运行，使得位于水平方向上方的区域也被照亮。由于两个扫描器3和3’的单独的扫描区域，在此避免了在使用在图2的设备中的单个扫描器时产生的全部阴影。
在图1的实施形式的一个方案中，为达到良好的光效率，两个扫描器3和3’的扫描区域P1和P2也可以有重叠。例如在产生近光特性时扫描器3’可以仅在光阑6上方附近扫描，反之，扫描器3照亮在光阑上方的剩余区域。与之相比，在生成远光分布时，两个扫描器3和3’不仅在光阑上方而且在光阑下方的扫描区域内工作。
图4示出图3的实施形式的一种方案。在此扫描器3、3’的扫描区域P1和P2有重叠。此外，通过在入射光学器件中使用不同的透镜5和5’生成具有不同光斑尺寸的光分布。尤其是通过扫描器3’在中间像面Z并且因而也在光分布LV中产生光斑SP2，该光斑明显大于利用扫描器3产生的光斑SP1。此外在图4的实施形式中去除了光阑，其中，由图3的光阑位置仍通过线L”表示。为了在近光分布中产生明暗边界，现在使用光斑SP1，该光斑在光阑的原来位置的区域内扫描。由于光斑SP1的小尺寸，因此在没有光阑时也可以生成清晰的明暗边界。
除了避免阴影的优点以外，根据各上述实施形式的照明设备还具有其他优点。尤其是在使用多个扫描器时可以降低用于实现光分布的相同空间分辨率或相同亮度梯度的偏转频率。通过降低的偏转频率，在此可以避免有干扰的扫描效应、如频闪效应。此外，通过将多个扫描器集成在一个共同的结构单元上及通过使用一个共同的入射或出射光学器件来保证照明设备的简单结构。此外通过使用多个扫描器可以提高可达到的扫描率。这可以通过将照明区域分成多个单独的扫描区域来实现，如在图3和图4中示出。然而可选地，扫描率的提高也可以通过对一个共同的扫描区域的多倍扫描实现。
附图标记列表
1 光源
2 扫描装置
201 结构单元
3、3’ 扫描器
4 会聚透镜
5、5’ 透镜阵列
6 光阑
7 出射光学器件
P、P1、P2 扫描区域
L、L’ 光束
L” 光阑位置
SZ 阴影区域
LV 光分布
Z 中间像面
O 光轴

Claims (23)

1.用于机动车的照明设备，该照明设备包括由多个半导体二极管组成的光源(1)以及包括扫描装置(2)，光源(1)的光投射到该扫描装置上，并且在照明设备运行时，该扫描装置引起光源(1)的入射光的时变的偏转并且由此在与照明设备间隔开距离处产生预定光分布(LV)，其中，所述扫描装置(2)包括能单独控制的至少两个扫描器(3、3’)，在这些扫描器上分别投射一个单独的由光源(1)的光产生的光束(L、L’)，该光束通过相应扫描器(3、3’)的偏转在时间上变化，
其特征在于，在各所述光束(L、L’)的通过扫描装置(2)偏转之后的光路中设置光阑(6)，所述光阑(6)将像面分成两个区域，其中，在照明设备的至少一种运行方式中扫描装置(2)的一部分扫描器(3)仅设置用于使光束(L)在光阑(6)的一侧的区域内偏转，并且扫描装置(2)的其它扫描器(3)仅设置用于使光束(L’)在光阑(6)另一侧的区域内偏转。
2.按照权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述扫描装置(2)的其中一个或多个扫描器(3、3’)分别包括一个二维扫描单元。
3.按照权利要求2所述的照明设备，其特征在于，所有扫描器(3、3’)分别包括一个二维扫描单元。
4.按照权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述扫描装置(2)的其中一个或多个扫描器(3、3’)分别包括一个矢量扫描单元。
5.按照权利要求4所述的照明设备，其特征在于，所有扫描器(3、3’)分别包括一个矢量扫描单元。
6.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括用于光源(1)的光的至少一个入射光学器件(4、5)，在照明设备运行时，经由所述至少一个入射光学器件(4、5)产生各单独的光束(L、L’)。
7.按照权利要求6所述的照明设备，其特征在于，设置一个共同的入射光学器件(4、5)，用于产生所有的单独的光束(L、L’)。
8.按照权利要求6所述的照明设备，其特征在于，所述入射光学器件包括具有不同透镜(5、5’)的透镜阵列，该透镜阵列设计成，使得各单独的光束(L、L’)在预定光分布(LV)中生成不同大小的光斑。
9.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，为通过所述至少两个扫描器(3、3’)偏转的光束(L、L’)设置至少一个出射光学器件(7)，经由该至少一个出射光学器件作为投影生成预定光分布(LV)。
10.按照权利要求9所述的照明设备，其特征在于，为所有的偏转光束(L’、L”)设置一个共同的出射光学器件(7)。
11.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，所述扫描装置(2)的其中一个或多个扫描器(3、3’)分别生成预定光分布(LV)的一个单独区域，和/或至少两个扫描器(3、3’)生成预定光分布(LV)的重叠区域。
12.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，利用所述光阑(6)在预定光分布(LV)中生成明暗边界。
13.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，所述光阑(6)基本上平行于通过光束(L、L’)的光路预定的光轴(O)。
14.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，在所述照明设备的至少一种运行方式中，至少一个扫描器(3、3’)仅设置用于在明暗边界上生成光分布。
15.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，扫描装置(2)的所述至少两个扫描器(3、3’)设置在一个共同的结构单元(201)上。
16.按照权利要求15所述的照明设备，其特征在于，所述共同的结构单元(201)具有用于各扫描器(3、3’)的一个共同的冷却单元和/或一个共同的电子单元和/或一个用于安装有各扫描器(3、3’)的支承件的共同的机械调整装置。
17.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，至少一个扫描器(3、3’)被设计为MEMS元件。
18.按照权利要求17所述的照明设备，其特征在于，每一个扫描器被设计为MEMS元件。
19.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，光源(1)的所述多个半导体二极管包括一个或多个激光二极管。
20.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，所述光源(1)产生单色的光，并且设置转换元件用于将光源(1)的光转换为白光。
21.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括信号灯和/或前照灯。
22.按照权利要求1至5之任一项所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括前照灯并且设计成，使得在运行时生成近光特性和/或远光特性作为预定光分布(LV)。
23.机动车，其包括按照权利要求1至22之任一项所述的照明设备。
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