CN104968996B - 用于机动车的前大灯和用于产生光分布的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车的前大灯，具有：至少一个可调整的激光光源(11至16)，其激光射线通过由射线偏转控制装置(9)操控的射线偏转器件(51,52)转向到光转变器件(60)上；和投射系统(70)，其用于将在光转变器件处产生的照明图像投射到行车道上，其中，设置有第一组(1)的至少两个激光光源(11,12,13)以用于在光转变器件(60)处产生第一组的至少两个相互叠置的、基本上水平的光带(61,62,63)和第二组(2)的至少两个激光光源(14,15,16)以用于在光转变器件(60)处产生第二组的至少两个相互叠置的、基本上水平的光带(64,65,66)，其中，为激光光源(11至16)分配有激光操控系统(3)，并且激光射线(11s至16s)通过射线偏转器件(51,52)如此转向到光转变器件(60)上，即，第一组(1)的光带(61,62,63)和第二组的光带(64,65,66)彼此重叠。

Description

用于机动车的前大灯和用于产生光分布的方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生借助机动车前大灯在行车道上预定的光分布的方法，在其中至少一个经调整的激光射线通过至少一个射线偏转器件转向到光转变器件上并且将在光转变器件处产生的照明图像(Leuchtbild)投射到行车道上。
本发明同样涉及一种用于机动车的前大灯，其具有：至少一个可调整的激光光源，其激光射线通过由射线偏转控制装置操控的射线偏转器件转向到至少一个光转变器件上；和投射系统，其用于将在发光材料层处产生的照明图像投射到行车道上。
背景技术
现在在机动车中使用激光光源具有重要意义，因为激光二极管能够实现柔性且高效的解决方案，由此还可显著提升光束的亮度以及光效率。
然而在已知的实现方案中没有发出直接的激光射线，以避免由于高功率的极度成束的光线危害人和其他生物的眼睛。而是将激光射线在连接在中间的转换器(其含有发光转换材料，简称“磷光体”)上从例如蓝光优选转变成“白”光。
由文献已知EP 2 063 170 A2开头提及类型的用于机动车的前大灯，在其中为了利用抗眩目的有适应性的远光照亮行车道可取决于其他的道路使用者略过确定的区域。激光的射线通过可在至少两个空间方向上运动的微镜转向到发光面上，其含有磷光体以用于将激光光线优选转变成白光。借助于棱镜将发光面的照明图像投射到行车道上。因为微镜必须使集中的激光射线偏转，所有其经受相应很高的比表面载荷，由此微镜的结构变得更昂贵。
文献DE 10 2008 022 795 Al公开了一种机动车前大灯，在其中将颜色为红、绿、蓝的三个半导体激光器的射线通过消色透镜结合成白色射线，其碰到围绕两个轴线振动的镜子上。控制装置如此调整射线功率，即，以预定的功率照射镜子的预定区域。镜子可在一种实施方式中具有包含转换材料的涂层。在另一实施方案中设置有操控的微镜阵列。激光射线在此碰到扩散器上，其同时以转化光的方式来实施并且照亮微镜阵列。通过投射光学系统可将通过镜阵列产生的期望的图像投射到行车道上。
更具体地讲，期望自适应前大灯系统(AFS=Adaptive Frontlighting Systems)的具有高分辨率和短的反应时间的多功能性。然而，已知的装置或者在其复杂性方面非常高，或者在至少一个方向上(通常在水平方向上)显示出有分辨率问题。这还适用于用于照亮LED矩阵的前大灯，其中，可可选地接通或断开矩阵的分区。在此，分辨率在有利的情况下为1.5°。此外，在利用激光光源产生的照明图像中还经常在边缘处出现不期望的颜色效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种代表性的类型的方法和前大灯，其在没有很复杂的构造的情况下在水平的方向上具有改善的分辨率、迎合对AFS功能的上面提及的要求并且在最小化不期望的颜色效应的情况下保证在照明图像中的光强的很高的能动性。
该目的利用开头提及的类型的方法来实现，在其中根据本发明使第一组的至少两个激光光源的激光射线通过射线偏转器件转向到至少一个光转变器件上以用于产生第一组的至少两个相互叠置的、基本上水平的光带，并且使另一第二组的至少两个激光光源的激光射线通过射线偏转器件转向到至少一个光转变器件上以用于产生第二组至少两个相互叠置的、基本上水平的光带，其中，第一组的光带和至少第二组的光带彼此重叠。
在实践中已经证实为适宜的是，重叠在光带的高度的10%和90%之间，优选为50%。
在调节可能性方面有利的是，光带彼此的间距和由此重叠的程度通过激光射线到射线偏转器件上的射入角度确定。
在一种适宜的变体中设置成，射线偏转器件具有至少一个可围绕轴线转动的微镜，因为这种微镜在证实的实施方案中可提供给设计者。
为了简化调节可设置成，光带的长度通过微镜的振幅来调节。
如果通过射线成形光学系统和/或通过选择光转变器件与光学系统的焦点的距离确定在光转变器件处产生的光点的形状和大小，可实现自由选择光点几何形状。
在此特别有利的是，在垂直轴上产生椭圆形状的光点。
此外，为了实现提出的目的，可考虑说明的类型的前大灯，在其中根据本发明设置有第一组的至少两个激光光源以用于在至少一个光转变器件处产生第一组至少两个相互叠置的、基本上水平的光带和第二组的至少两个激光光源以用于在至少一个光转变器件上产生第二组至少两个相互叠置的、基本上水平的光带，其中，为激光光源分配有激光操控系统并且激光射线通过射线偏转器件如此转向到至少一个光转变器件上，使得第一组的光带和第二组的光带彼此重叠。
有利的是，光带的重叠在光带的高度的10%和90%之间，优选为50%。
同样适宜的是，光带彼此的间距和由此重叠的程度通过激光射线到射线偏转器件上的射入角度确定。
如果由第一组的激光光源产生的光带同由第二组的激光光源产生的光带一样贴近地没有间距地彼此紧接，则获得欢迎的且符合要求的照明图像。
如果射线偏转器件具有至少一个可围绕轴线转动的微镜，得到一种实际可行的实施方案。
在此已经证实为非常适宜的是，微镜通过射线偏转控制装置利用微镜的机械的固有频率操控。
尤其是由于待导出的损耗热量的分布，有意义的是为每组激光光源分配有微镜。
同样有利的是，微镜的摆动幅度可通过射线偏转控制装置改变。
在光点的多种可调节性的意义中推荐的是，在激光光源之后布置有准直光学系统。
此外，如果在每组激光光源和射线偏转器件之间布置有聚光透镜和紧随的发散透镜，则得到特别实用的实施方案。
在结构尺寸和效率方面适宜的是，激光光源为激光二极管。
最后还可设置成为每组激光光源分别分配有光转变器件和投射系统。这意味着可设置两个分开的前大灯模块，其分别由例如具有相关的透镜的三个激光器、光偏转器件(例如微镜)和光转变器件(发光面)以及投射系统(例如投射棱镜)构成，其中，两个前大灯模块彼此如此取向使得光带(即，光带的由两个发光面向前投射的图像)在前大灯之外的重叠发生在道路上。这种构造可在生产技术上是有利的。
附图说明
下面借助在附图中说明的示例性的实施方式进一步阐述本发明连同其他的优点。其中：
图1以示意性的图示显示了前大灯的对于本发明重要的构件和其相互关系，
图2a显示了由第一组激光光源在发光面上产生的光点或光带，
图2b显示了由第二组激光光源在发光面上产生的光点或光带，
图2c显示了由第一组激光光源和第二组激光光源一起在发光面上产生的、彼此重叠的光带和强度变化，
图3以在机动车技术中常见的图示显示了整体照明图像，即中心的远光图像，在其中标记的区域可渐渐消失，以及
图4以类似于图2的图示显示了在光带中的渐消的区域以及涉及的激光光源的强度或接通/断开图。
具体实施方式
现在参考图1进一步阐述本发明的实施例。尤其示出了对于根据本发明的前大灯重要的部分，其中显而易见的是机动车前大灯还含有很多其他的部件，其使得前大灯能够有意义地使用在机动车(例如尤其客车或摩托车)中。前大灯的光学技术上的起点为分别有三个激光光源11、12、13或14、15、16的在此彼此重叠的两个组1和2，激光光源可分别发出利用11s至l6s表示的激光射线。为激光光源11至16关联有激光操控系统3，其中，操控系统3用于供电并且还设立成用于调整单个激光的射线强度。结合本发明，将“调整”理解成可改变激光光源的强度，这应是连续的或在接通和断开的意义中是脉冲式的。重要的是，可根据在哪个部位处使射线转向模拟地动态改变光功率。附加地还存在解调和断开确定的时间的可能性，以便没有照亮限制的部位。
激光操控系统3本身又含有中央的前大灯操控系统4的信号，传感器信号s1…si…sn可输送给该前大灯操控系统。控制和传感器信号可一方面例如为用于将远光变换成近光的切换指令或另一方面为由光传感器或摄影机采集的信号，其探测在行车道上的照明情况并且例如应使在照明图像中的确定的区域渐消或减弱。优选构造为激光二极管的激光光源11至16例如发出蓝光或UV光。
在每个激光光源11至16之后布置有自己的准直光学系统21至26，其使首先极其发散的激光射线11s至16s成束。紧接着使第一组1或第二组2的激光射线的间距分别通过共同的聚光透镜31或32减小并且利用随后的散开透镜41或42将激光射线的射出角保持得能可能小。
第一组1的以说明的方式“成束”的三个激光射线11s、12s、13s碰到第一微镜51上并且类似地第二组2的激光射线14s、15s、16s碰到第二微镜52上并且一起反射到在该情况下构造为发光面的光转变器件60上，其以已知的方式具有用于光转变的磷光体。磷光体例如将蓝光或UV光转变成“白”光。结合本发明将“磷光体”完全总地理解成这样的物质或物质混合物，其将一种波长的光转变成另一波长的光或将波长混合尤其转变成“白”光，这可归入到概念“波长变换”。在此将“白光”理解成这样的光谱成分的光，其对于人类引起颜色印象“白色”。措辞“光”当然不限于对于人眼可见的射线。对于光转变器件还考虑光电陶瓷，其为透明的陶瓷，例如YAG-Ce(掺铈钇铝石榴石)。
围绕仅仅唯一的轴线a振动的微镜60由镜子操控系统5操控并且被置于恒定频率的振动，其中，该振动尤其可相应于微镜的机械的固有频率。镜子操控系统5本身还由前大灯操控系统4控制，以便可调节微镜51、52的振幅，其中，也可设定围绕轴线的不对称的振动。微镜的操控是已知的并且可以多种方式实现，例如静电地或电动地实现。在本发明的已试验的实施方式中，微镜51、52例如以几百赫兹的频率振动并且其最大的偏转取决于其操控为几度至60°。微镜51、52的位置被适宜地反馈给镜子操控系统5和/或前大灯操控系统4。两个微镜可同步振动，但也可使用不同步的振动，例如以便更均匀地出现发光面或光转变器件的热负载。
虽然优选的实施例显示出仅仅围绕一个轴线振动的微镜，也可使用围绕两个轴线振动的微镜。在这种情况下，多个激光射线可指向到这样的微镜上，其此时产生重叠或直接彼此贴紧的光带。也可考虑具有仅仅唯一的微镜的实施方案，在其中例如激光射线与前大灯的主辐射方向相反地直接碰到微镜上，微镜然后将激光射线转向到透射的磷光体上。虽然分成两组激光光源和使用两个微镜在紧凑的构造和可很好支配的散热方面带来优点，但特别限制了微镜的可能的热负载。
下面阐述例如根据根据本发明的方法工作的前大灯的工作原理。
第一组1的激光光源11、12、13的成束的激光射线11s、12s、13s在光转变器件60、即发光面(其通常是平坦的，然而不必是平坦的)上产生水平的光带61、62、63(图2a)，其中，激光光源11、12、13相对于微镜51的角度如此调节，即，在发光面上的光带相互叠置并且彼此邻接，其中，光带彼此的间距为零。这可通过相应地调整激光光源11、12、13或随后的透镜21、22、23、31、41、32、42精确地调节并且在光转变器件60(此处发光面)上出现照明图像，其在该情况下由三个光带61、62、63组成。
在象征性地示出的发光面或光转变器件60右边示意性地示出了光点61s、62s、63s，人将在镜子51静止时看见光点并且光点在此相应于相应的激光射线节目。光点的大小可尤其通过发光面60相对于光学系统21、31、41的位置确定。光转变器件60位于相关的焦点之外越远，光点越大。此外，从理论上说光点的形状通过相应使用的激光光源确定。因此，半导体激光器的射线截面例如总是椭圆形地具有朝边缘根据高斯分布下降的强度，然而可通过相应的光学器件改变。
使用的光点大小不必处处相同。因此在实践中在整体照明图像的中部中期望最高的分辨率并且与此相应地在该区域中优选使通过更小的光点大小产生的光带重叠。
以完全类似的方式产生在图2b中显示的光带64、65、66或光点64s、65s、66s，然而看出该光带整体相对于光带61、62、63整体向上错位了光带的一半宽度。
说明的错位引起第一组的光带和第二组的光带彼此重叠，在由图2c得知的该情况中重叠的光带宽度的约50%。因此，总地出现了七个光带(图2c)，其中上面的和下面的光带显示了向外终止的强度，其中，典型地用于激光二极管的走向类似于高斯分布。
在此已经认识到本发明的优点，即在照明图像的内部中缺少突然的强度转变，由此调整单独的激光光源和光学系统还不那么重要，即使根据图2a和2b的光带没有“精确地”彼此相邻。
同样可行的是，在照明图像的上缘和下缘处(在该处存在向外终止的强度)分别产生这样的光带，其由一半大小的激光光点产生，以便刚刚填满边缘区域。
共同产生的照明图像现在利用投射系统70作为整体照明图像(图4)向前投射。使用投射到行车道上的光带特别适宜，因为通过光带此时例如可以简单的方式产生远光、明暗界限和近光(前场光)。
还应指出的是，在附图中所有的光带一样“高”地来绘制，然而这完全不是强制性的。用于远光的光带例如可“高”于用于近光或明暗界限的光带，其朝高度方向上的尺寸最小。在单独的光带的高度改变时，显然还必须改变激光或激光射线彼此的角度，以便再次将在光带之间的间距变成零。
应显而易见的是，措辞“水平”在此应以相对的意义来理解、针对车辆的水平的行车道或正常位置并且仅仅用于更好的可读性，因此不可限制性地来理解。同样地适用于使用的措辞“垂直”。在该意义中还应指出的是，通过将组件转动90°原则上还可考虑产生在垂直方向上伸延的光带。
同样显而易见的是，照明图像和因此行车道照明一方面可通过调节微镜51的振幅改变，由此改变水平的光带的长度，并且另一方面通过调节单独的激光光源的强度还可改变在每个光带中的强度分布。为此可注意到的是，可实现操控具有很高频率的激光光源，这应脉冲式地或连续地进行强度调整，从而如果需要特别的地形或行驶情况，例如通过传感器探测到迎面而来的车辆或行人并且与此对应地期望有意义地改变行车道照明的几何形状和/或强度，可和微镜51、52的相应的位置一致地不仅调节而且快速地改变在光带之内的任意的光分布。
现在对这种情况进一步参考图3和4进行阐述。如果应使在图3中用阴影线示出的区域(其水平地位于在-1°和-2°之间并且垂直地位于1°和1.5°之间)渐消，则将形成涉及的部段的那些激光光源切断或使之变暗。因为在该示例中涉及光带62和64，所以将激光光源12和14切断与扫描长度X相关的扫描时段。在图4的发光面下方或在发光面旁边右边的图表说明了激光光源的接通/切断和出现的强度变化。
在显示的实施例中，光带的重叠发生在发光面或光转变器件上并且将这样的产生的照明图像投射到行车道上。然而也可设置两个分开的前大灯模块，其分别由例如具有相关的透镜的三个激光器、光偏转器件(例如微镜)和光转变器件(发光面)以及投射系统(例如投射棱镜)构成，其中，两个前大灯模块如此彼此取向，即，光带(即，光带的被两个发光面向前投射的图像)在前大灯之外的重叠发生在道路上。这种前大灯应根据图1建造，其仅包括：两个光转变器件60或发光面，其分别与微镜51、52中的一个相关联；以及两个投射系统70更确切地说透镜。虽然在所显示的实施例中说明了各带有三个激光光源的两个组，本领域技术人员应清楚的是，还可根据相应的使用目的考虑具有其他和不同数量的激光光源的多个组。此外，光带重叠50%绝不是强制性的，而是在实践中可实现从10%至90%的重叠。

Claims (21)

1.一种用于借助机动车前大灯在行车道上产生预定的光分布的方法，在其中将至少一个经调整的激光射线通过至少一个射线偏转器件(51,52)转向到至少一个光转变器件(60)上并且将在所述至少一个光转变器件上产生的照明图像投射到行车道上，
其特征在于，
使第一组(1)的至少两个激光光源(11,12,13)的激光射线通过所述射线偏转器件(51,52)转向到所述至少一个光转变器件(60)上以用于产生第一组的至少两个相互叠置的水平的光带(61,62,63)，并且
使另外第二组(2)的至少两个激光光源(14,15,16)的激光射线通过所述射线偏转器件(51,52)转向到所述至少一个光转变器件(60)上以用于产生第二组的至少两个相互叠置的水平的光带(64,65,66)，其中，
所述第一组(1)的光带(61,62,63)和至少第二组的光带(64,65,66)同时彼此重叠。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重叠在所述光带的高度的10%和90%之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，重叠在所述光带的高度的50%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光带彼此的间距和由此重叠的程度通过激光射线到射线偏转器件(51,52)上的射入角度确定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述射线偏转器件具有至少一个能围绕轴线(a)转动的微镜(51,52)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光带(61,62,63；64,65,66)的长度通过所述微镜(51,52)的振幅调节。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过射线成形光学系统(21至26，31，32，41，42)和/或通过选择所述至少一个光转变器件(60)与该光学系统的焦点的间距确定在所述至少一个光转变器件处产生的光点(61s至66s)的形状和大小。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在垂直轴上产生椭圆形状的光点(61s至66s)。
9.一种用于机动车的前大灯，其具有：至少一个能调整的激光光源(11至16)，所述激光光源的激光射线通过由射线偏转控制装置(9)操控的射线偏转器件(51,52)转向到至少一个光转变器件(60)上，其具有用于光转变的磷光体；和投射系统(70)，其用于将在所述至少一个光转变器件处产生的照明图像投射到行车道上，
其特征在于，
设置有第一组(1)的至少两个激光光源(11,12,13)以用于在所述至少一个光转变器件(60)处产生第一组的至少两个相互叠置的水平的光带(61,62,63)和第二组(2)的至少两个激光光源(14,15,16)以用于在所述至少一个光转变器件(60)处产生第二组的至少两个相互叠置的水平的光带(64,65,66)，其中，
为所述激光光源(11至16)分配有激光操控系统(3)，并且使所述激光射线(11s至16s)通过所述射线偏转器件(51,52)如此转向到所述至少一个光转变器件(60)，使得所述第一组(1)的光带(61,62,63)和所述第二组的光带(64,65,66)同时彼此重叠。
10.根据权利要求9所述的前大灯，其特征在于，所述光带的重叠在所述光带的高度的10%和90%之间。
11.根据权利要求10所述的前大灯，其特征在于，所述光带的重叠在所述光带的高度的50%。
12.根据权利要求9所述的前大灯，其特征在于，光带彼此的间距和因此重叠的程度通过激光射线到所述射线偏转器件(51,52)上的射入角度确定。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，由所述第一组(1)的激光光源(11,12,13)产生的所述光带(61,62,63)同由所述第二组(2)的激光光源(14,15,16)产生的光带(64,65,66)一样贴近地彼此没有间距地紧接。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，所述射线偏转器件具有至少一个能围绕轴线转动的微镜(51,52)。
15.根据权利要求14所述的前大灯，其特征在于，所述微镜(51,52)通过所述射线偏转控制装置(9)利用该微镜的机械的固有频率来操控。
16.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，为激光光源(11、12、13或14、15、16)的每个组(1，2)分配有微镜(51或52)。
17.根据权利要求16所述的前大灯，其特征在于，所述微镜(51,52)的摆动幅度能通过所述射线偏转控制装置(9)改变。
18.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，在每个激光光源(11至16)之后布置有准直光学系统(21至26)。
19.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，在每组(1,2)激光光源(11,12,13或14,15,16)和所述射线偏转器件(51,52)之间布置有聚光透镜(31或32)和紧随的发散透镜(41或42)。
20.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，所述激光光源(11至16)为激光二极管。
21.根据权利要求9至12中任一项所述的前大灯，其特征在于，为每组激光光源分别分配有光转变器件和投射系统。
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