CN105318281B

CN105318281B - 用于前照灯的激光光学系统

Info

Publication number: CN105318281B
Application number: CN201410676638.7A
Authority: CN
Inventors: 安秉石; 金大坤; 尹盛煜; 李锡胄
Original assignee: Hyundai Motor Co; SL Lighting Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; SL Lighting Corp
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: US20160010821A1; JP6545445B2; DE102014116983A1; KR101693922B1; JP2016018778A; KR20160007922A; CN105318281A

Abstract

一种用于前照灯的激光光学系统，可以包括：激光二极管，其产生激光光束；荧光体，其与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器，其向前反射从荧光体输出的白色光；非球面透镜，其向前导引由主反射器反射的白色光；以及光束透镜，其设置在荧光体的前表面上。光束透镜可以收缩进入荧光体的激光光束并且减小从荧光体输出的白色光的辐射角。激光二极管可以配置为使得激光二极管的中心轴与参考线对齐，参考线实质上垂直于荧光体的入射表面并且穿过荧光体的中心或中心部分。

Description

用于前照灯的激光光学系统

技术领域

概括而言，本发明涉及用于前照灯的激光光学系统，更具体而言，涉及这样的用于前照灯的激光光学系统，其可以最小化光学损失并且从而提高光学效率，并且其具有减小的尺寸，使得设计中的自由度可以得到增强。

背景技术

用于车辆的前照灯(头灯)是用于照亮前面的道路以确保驾驶员的前方能见度的灯。卤素灯、HID(高强度放电)灯或LED二极管一般用作前照灯的光源。

然而，卤素灯、HID灯、LED二极管灯等具有因为高功耗的低光学效率的缺点。具体而言，因为包括光源和透镜的整个光学系统的尺寸相对较大，所以存在着设计中的自由度较低的缺点，而且其也相对而言较重。

最近，研发出了使用激光二极管作为光源的前照灯而且其正变得越来越普遍，激光二极管是环境友好的并且具有长寿命和高光学效率。

如图1和图2所示，常规的用于前照灯的激光光学系统包括激光二极管1，其产生蓝色波长范围的激光光束；荧光体2，其与从激光二极管1输出的光发生作用并且输出白色光；反射器3，其向前反射从荧光体2输出的白色光；以及非球面透镜4，其设置在反射器3的前面，收集并漫射由反射器3反射的白色光并且向前发射白色光。

在具有上述构造的该常规激光光学系统中，激光二极管1配置为使得其相对于参考线L1倾斜预定角度，而参考线L1垂直于荧光体2的入射表面2a。这样，因为激光二极管1以将其倾斜预定角度a1的方式安装，所以进入荧光体2的激光光束的直径a2增加了。激光光束的直径a2的增加增加了出射角，即在通过荧光体2出射之后向反射器3输出的白色光的有效辐射角a3。随着有效辐射角a3增加，白光离开反射器3的光损失范围a4也增加。因此，光学系统的整体光学损失增加，从而其光学效率减小。

优选的是，从激光二极管1输出的激光光束全部可以进入荧光体2以最小化激光光学系统的光学损失。因为这个原因，如常规技术所示的，如果激光二极管1倾斜预定角度a1并且从而进入荧光体2的激光光束的直径a2相对较大，则荧光体2的尺寸a5也必须增加以便能够接收从激光二极管1输出的全部激光光束。因此，整个光学系统的尺寸增加，从而其重量和生产成本增加，并且设计中的自由度减小。

在该背景技术部分公开的信息仅用于提高对本发明的一般背景的理解，而不应作为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。

发明内容

因此，考虑到出现于现有技术中的问题和/或其他问题而做出了本发明，本发明的目标是提供一种用于前照灯的激光光学系统，其配置为使得进入荧光体的激光光束的直径可以减小，并且从而减小出射角，即在通过荧光体出射之后向反射器离开荧光体的激光光束的有效辐射角，从而可以最小化光学损失，可以增强光学效率，尤其是可以减小光学系统的尺寸；从而使得能够减小光学系统的重量和生产成本，并且增加设计中的自由度。

在各个方面，本发明提供一种用于前照灯的激光光学系统，包括：激光二极管，激光二极管产生激光光束；荧光体，荧光体与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器，主反射器向前反射从荧光体输出的白色光；非球面透镜，非球面透镜向前导引由主反射器反射的白色光；以及光束透镜，光束透镜设置在荧光体的前表面上，光束透镜收缩进入荧光体的激光光束并且减小从荧光体输出的白色光的辐射角，其中激光二极管配置为使得激光二极管的中心轴与参考线对齐，参考线实质上垂直于荧光体的入射表面并且穿过荧光体的中心或中心部分。

光束透镜的直径可以大于进入光束透镜的透镜表面的激光光束的直径并且小于主反射器的尺寸。荧光体和光束透镜可以设置在由主反射器限定的空间中，并且激光二极管可以设置在主反射器的外侧。光束透镜可以包括非球面透镜或凸透镜。

在各个其他方面，本发明提供一种用于前照灯的激光光学系统，包括：激光二极管，激光二极管产生激光光束；荧光体，荧光体与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器，主反射器向前反射从荧光体输出的白色光；非球面透镜，非球面透镜向前导引由主反射器反射的白色光；光束透镜，光束透镜设置在荧光体的前表面上，光束透镜收缩进入荧光体的激光光束并且减小从荧光体输出的白色光的辐射角；以及光束反射器，光束反射器向光束透镜反射从激光二极管输出的激光光束，其中由光束反射器反射的激光光束的路径与参考线对齐，参考线实质上垂直于荧光体的入射表面并且穿过荧光体的中心或中心部分。

荧光体和光束透镜可以设置在由主反射器限定的空间中，并且激光二极管和光束反射器可以设置在主反射器的外侧。光束反射器可以包括镜子。

在一些其他方面，本发明提供一种用于前照灯的激光光学系统，包括：激光二极管，激光二极管产生激光光束；荧光体，荧光体与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器，主反射器向前反射从荧光体输出的白色光；以及非球面透镜，非球面透镜向前导引由主反射器反射的白色光，其中激光二极管配置为使得激光二极管的中心轴与参考线对齐，参考线实质上垂直于荧光体的入射表面并且穿过荧光体的中心或中心部分。

根据本发明的用于前照灯的激光光学系统配置为使得从激光二极管输出的激光光束沿着其行进的路径与参考线对齐，该参考线垂直于或实质上垂直于荧光体的入射表面并且穿过荧光体的中心或中心部分。凭借这样的配置，该光学系统的光学损失可以最小化，从而该光学系统的光学效率可以显著增强。此外，因为荧光体的尺寸可以大大减小，该光学系统的尺寸、重量和生成成本也可以减小，而且其设计中的自由度也可以得到增强。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

通过随后结合附图所呈现的详细描述将会更为清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及优点，在这些附图中：

图1和图2是示出常规的用于前照灯的激光光学系统的视图；

图3和图4是示出根据本发明的示例性的用于前照灯的激光光学系统的视图；以及

图5是示出根据本发明的另一个示例性的用于前照灯的激光光学系统的视图。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的各个实施方式，在附图中和以下的描述中示出这些实施方式的实例。虽然本发明与示例性实施方式相结合进行描述，但应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方式，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方式。

如图3和图4所示，根据本发明的各个实施方式的用于前照灯的激光光学系统包括：激光二极管10，其产生激光光束，比如蓝色波段(一般而言，大约450nm的短波波段)的激光的激光束；荧光体20，其与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器30，其向前反射从荧光体20输出的白色光；非球面透镜40，其设置在主反射器30的前面，收集并漫射由主反射器30反射的白色光并且然后向前导引白色光；以及光束透镜50，其设置在荧光体20的前表面上，压缩(condense)或收缩(contract)进入荧光体20的激光光束，并且减小在通过荧光体20出射之后从荧光体20输出的白色光的辐射角。激光二极管10配置为使得激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐，而参考线L3垂直于荧光体20的入射表面21并且穿过荧光体20的中心或中心部分。

荧光体20、主反射器30和光束透镜50被固定并安装在该光学系统的外壳60中。非球面透镜40通过固定器安装在外壳60中，并且设置在主反射器30的前面。主反射器30具有弧形的横截面。荧光体20以及光束透镜50设置在由主反射器30所限定的空间中。激光二极管10设置在主反射器30的外侧。

根据本发明的激光光学系统可以进一步包括PCB(印刷电路板)，其控制到激光二极管10的电流的供应；以及散热器，其耗散来自激光二极管10和荧光体20的热量。

优选地，在一些实施方式中，光束透镜50的直径D1大于进入光束透镜50的透镜表面51的激光光束的直径D2。这么做的原因是，从激光二极管10输出的激光光束的整体或大致上的整体进入光束透镜50而没有损失，从而可以减小光学损失并同时可以增强光学效率。

此外，光束透镜50的直径D1优选小于主反射器30的尺寸。这么做的原因是，光束透镜50的中心(荧光体的中心)设置在主反射器30的焦点处，从而不需要使得光束透镜50的直径D1大于主反射器30的焦距。

光束透镜50压缩或收缩入射激光光束并反射光束，以便使其进入荧光体20。在一些实施方式中，优选使用非球面透镜或凸透镜作为光束透镜50，以减小在白色光通过荧光体20出射之后从主反射器输出的白色光的辐射角，但是本发明不限于此。

如上所述，在根据本发明的这样的实施方式的激光光学系统中，激光二极管10安装为使得激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐，而参考线L3垂直于荧光体20的入射表面21并且穿过荧光体20的中心。这样，如果激光二极管10设置为使得激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐，进入光束透镜50的透镜表面51的激光光束的直径D2可以相比于常规技术的激光光束的直径显著减小(a2>D2)。

根据本发明的光束透镜50压缩或收缩通过透镜表面51进入光束透镜50的激光光束，然后折射激光光束以使得激光光束能够进入荧光体20。通过光束透镜50，进入荧光体20的激光光束的直径可以显著减小。

此外，光束透镜50也用作减小出射角，即，当进入光束透镜50的激光光束在通过荧光体20出射之后向主反射器30输出时白色光的有效辐射角b1(a3>b1)。这样，如果有效辐射角b1相比于常规技术的有效辐射角减小，则白色光离开主反射器30的光损失范围b2可显著减小。因此，整个光学系统的光学损失可以最小化，并且该光学系统的光学效率可以显著增强。

另外，如果输出至主反射器30的白色光的有效辐射角b1可以减小，则每单位面积的光量可以增加。因此，该光学系统的亮度可以显著增加。

另外，当激光二极管10安装为使得激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐时，具体而言，如果光束透镜50设置在荧光体20的前表面上使得进入荧光体20的激光光束的直径可以减小，则荧光体20的尺寸b3可以相比于常规技术的荧光体的尺寸显著减小(a5>b3)。因此，整个光学系统的尺寸可以减小，从而使得能够减小该系统的重量和生产成本并且增强设计中的自由度。

图5显示根据本发明的各个其他实施方式的用于前照灯的激光光学系统。根据这样的实施方式的激光光学系统包括：激光二极管10，其产生激光光束；荧光体20，其与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器30，其向前反射从荧光体20输出的白色光；非球面透镜40，其向前导引由主反射器30反射的白色光；光束透镜50，其设置在荧光体20的前表面上，压缩或收缩进入荧光体20的激光光束，并且减小从荧光体20输出的白色光的辐射角；以及光束反射器70，其向光束透镜50反射从激光二极管10输出的激光光束。由光束反射器70反射的激光光束的路径c1与参考线L3对齐，而参考线L3垂直于荧光体20的入射表面并且穿过荧光体20的中心。

这就是说，图5所示的激光光学系统具有这样的配置，其中光束反射器70加入到了图3和图4的激光光学系统，并且路径c1(由光束反射器70反射的激光光束沿着路径c1行进)与参考线L3对齐。通过这样的配置，激光二极管10可以设置在不同于激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐的位置的位置处。因此，设计中的该光学系统的自由度可以进一步增强。

荧光体20、主反射器30、非球面透镜40以及光束透镜50的构造与图3和图4的激光光学系统中的构造相同，因此将省略进一步的解释。

在该实施方式中，荧光体20和光束透镜50设置在由主反射器30限定的空间中，而且激光二极管10和光束反射器70设置在主反射器30的外侧。优选地，在一些实施方式中，光束反射器70固定到外壳60。如果需要的话，可以使用分开的致动器来调整光束反射器70的朝向。

为了增加反射激光光束的效率，可以使用镜子作为光束反射器70。替代地，光束反射器70可以配置成这样的方式：反射薄膜附接到其一个表面。

在本发明的一些实施方式中，用于前照灯的激光光学系统可以配置为具有与图3的构造相同或相似的构造，但是不具有光束透镜50。换句话说，根据这样的实施方式的激光光学系统包括激光二极管10，其产生激光光束；荧光体20，其与激光光束发生作用并且输出白色光；主反射器30，其向前反射从荧光体20输出的白色光；以及非球面透镜40，其设置在主反射器30的前面。激光二极管10配置为使得激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐，而参考线L3垂直于荧光体20的入射表面21并且穿过荧光体20的中心或中心部分。

如上所述，根据这样的实施方式的激光光学系统具有与图3的构造相同或相似的构造，除了移除了光束透镜50，光束透镜50压缩或收缩从激光二极管10输出的激光光束并反射激光光束以使其进入荧光体20并且能够减小输出到主反射器30的白色光的辐射角。即使当光束透镜50不存在时，因为激光二极管10配置为使得激光二极管10的中心轴与参考线L3对齐，所以还可以提供根据图3和图4所示的实施方式的激光光学系统的优点。换句话说，相比于图1和图2所示的常规光学系统，根据这样的实施方式的光学系统不仅可以减小进入荧光体20的激光光束的直径，而且可以减小出射角，即，当激光光束在通过荧光体20出射之后向主反射器30输出时白色光的有效辐射角b1。因此，与图3和图4的实施方式的方式相同，整个光学系统的光学损失可以最小化，并且该光学系统的光学效率可以显著增强。

此外，相比于常规的光学系统，荧光体20的尺寸b3可以显著地减小。因此，该光学系统的尺寸、重量和生成成本可以减小，而且其设计中的自由度可以得到增强。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“内侧”或“外侧”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前述对本发明的具体示例性实施方式的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施方式进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方式以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种用于前照灯的激光光学系统，包括：

激光二极管，所述激光二极管产生激光光束；

荧光体，所述荧光体与激光光束发生作用并且输出白色光；

主反射器，所述主反射器向前反射从所述荧光体输出的白色光；

非球面透镜，所述非球面透镜向前导引由所述主反射器反射的白色光；以及

光束透镜，所述光束透镜具有第一表面和第二表面，所述光束透镜设置在所述荧光体的前表面上，使得所述光束透镜的第二表面结合至所述荧光体的前表面，从激光二极管发出的激光光束入射至所述光束透镜的第一表面，经由所述光束透镜的第二表面出射并进入所述荧光体，使得所述光束透镜收缩进入所述荧光体的激光光束，并且从荧光体输出的白色光入射至所述光束透镜的第二表面，经由所述光束透镜的第一表面出射，使得减小从所述荧光体输出的白色光的辐射角，

其中所述激光二极管配置为使得所述激光二极管的中心轴与参考线对齐，所述参考线实质上垂直于所述荧光体的入射表面并且穿过所述荧光体的中心部分，

其中所述荧光体和所述光束透镜设置在由所述主反射器限定的空间中；

其中所述光束透镜的中心设置在所述主反射器的焦点处。

2.根据权利要求1所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述光束透镜的直径大于进入所述光束透镜的透镜表面的激光光束的直径并且小于所述主反射器的尺寸。

3.根据权利要求1所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述激光二极管设置在所述主反射器的外侧。

4.根据权利要求1所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述光束透镜包括非球面透镜或凸透镜。

5.一种用于前照灯的激光光学系统，包括：

激光二极管，所述激光二极管产生激光光束；

荧光体，所述荧光体与激光光束发生作用并且输出白色光；

非球面透镜，所述非球面透镜向前导引由所述主反射器反射的白色光；

光束反射器，所述光束反射器向光束透镜反射从所述激光二极管输出的激光光束，以及

光束透镜，所述光束透镜具有第一表面和第二表面，所述光束透镜设置在所述荧光体的前表面上，使得所述光束透镜的第二表面结合至所述荧光体的前表面，由光束反射器反射的激光光束入射至所述光束透镜的第一表面，经由所述光束透镜的第二表面出射并进入所述荧光体，使得所述光束透镜收缩进入所述荧光体的激光光束，并且从所述荧光体输出的白色光入射至所述光束透镜的第二表面，经由所述光束透镜的第一表面出射，使得减小从所述荧光体输出的白色光的辐射角；

其中由所述光束反射器反射的激光光束的路径与参考线对齐，所述参考线实质上垂直于所述荧光体的入射表面并且穿过所述荧光体的中心部分，

其中所述光束透镜的中心设置在所述主反射器的焦点处。

6.根据权利要求5所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述光束透镜的直径大于进入所述光束透镜的透镜表面的激光光束的直径并且小于所述主反射器的尺寸。

7.根据权利要求5所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述激光二极管和所述光束反射器设置在所述主反射器的外侧。

8.根据权利要求5所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述光束透镜包括非球面透镜或凸透镜。

9.根据权利要求5所述的用于前照灯的激光光学系统，其中所述光束反射器包括镜子。