CN105371205A - 具有激光单元的机动车的前照灯 - Google Patents

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Abstract

具有至少一个激光单元(2)机动车的前照灯，包括激光器(2a)和排在后面的光学器件(2b)，其激光照射(3，3‘)转向到至少一个光转换单元(1)，光转换单元具有用于光转换的在两个盖板之间包围的磷光体(4)，并且具有用于在至少一个光转换单元处产生的照明图像投射到行车道上的投射系统(9)，其中磷光体(4)的，在辐射方向上位于前面的透明的前盖板(6)作为光形成元件构造。

Description

具有激光单元的机动车的前照灯
技术领域
本发明涉及具有至少一个激光单元的机动车的前照灯，包括激光器和排在后面的光学器件，激光单元的激光照射转向到至少一个光转换单元上，光转换单元具有用于光转换的在两个盖板之间包围的磷光体，并且具有投射系统用于在至少一个光转换单元处产生的照明图像投射到行车道上。
背景技术
在机动车中激光光源的使用现在获得重要意义，这是因为尤其是激光二极管实现了灵活并且高效的解决方案，由此还可以大大提高光束的亮度以及光效率。
然而在已知的解决方案中没有发射直接的激光光束，以避免由于高功率的极端成束的光线危害人类和其他生物，尤其是眼睛。激光光束相反传导到插入的转换器（其包含发光转化材料（简称“磷光体”））并且从那里从例如蓝光转化为优选“白”光，尤其是这样，在与散发的激光照射的重叠中产生合法的白光印象。
在本发明的上下文中“磷光体”完全一般性地理解为物质或物质混合物，其将某种波长的光转变为其他波长或波长混合的光，尤其是为“白色”光，这可以概括为概念“波长转变”。在此“白色光”理解为这样光谱合成的光，其在人类的情况下导致颜色印象“白色”。概念“光”当然不限制在对于人类眼睛可见的辐射。
对于光转换装置还可以考虑光学陶瓷，光学陶瓷是透明的陶瓷，例如YAG-Ce(掺杂铈的钇-铝-石榴石)。
例如从US2012/0140504A1得知代表类型的前照灯，其中一个或多个激光器的光束对准光转换单元，其中磷光体由纳米颗粒形式的荧光的氧氮化物和荧光的III-V半导体（例如InP）形成并且密封地包围在玻璃材料，如蓝宝石，锆石，AlN或TiO2中。
从EP2063170A2已知开始提及类型的用于机动车的其他前照灯，其中为了用不炫目的自适应远光照亮行车道根据其他交通参与者或者根据环境参数（如自身速度;城市/露天牧场/高速公路，天气，黄昏等等）可以略过确定区域。激光器的光束通过可在至少两个空间方向上运动的微镜转向到照明面，该照明面包含磷光体用于将激光光转换到优选白色光。借助于透镜将照明面的照明图像投射到行车道上。
DE102012206970A1示出照明设备，该照明设备应对于不同的目的使用，其中也在机动车的情况下，其中激光二极管的光击中到光转换单元上，光转换单元具有面向激光二极管的光分散的涂层（其例如由氧化铝颗粒制成）并且在相对的侧上由透明的热沉（其例如由蓝宝石制成）遮盖。然而从这个文献中未得出辐射的分散的光对准哪里。
已知的光转换单元中的问题在于，从能传递的磷光体辐射的光通常“朗伯地（lambertsch）”辐射，在此意图的是，根据朗伯定理，从小面块射出的光量对关于表面法线的视角的余弦成比例。但是由此在将照明面映射到街道上时许多光消失在边缘区域中并且为了效率提升需要尽可能大的透镜(光学器件)，但是这恰恰在机动车的情况下是不切实际的。
发明内容
因此本发明的任务在于，创造机动车的前照灯，其中抵制先前所述的光损失，而无需结构大的投射系统。
这个任务用开始所述类型的前照灯解决，其中根据本发明磷光体的在辐射方向上位于前面的透明的前盖板作为光形成元件构造。
如果在这个描述的框架中概念“前”和“后”结合光转换单元使用，则如此理解它们，“前”表示磷光体的背向激光器的侧，在该侧上辐射转换的光，对此“后”表示在磷光体的面向激光器的侧。如果光转换单元的后侧是例如未反光的，磷光体还在后半空间照明。对于机动车的前侧或后侧这些概念并非必须是一致的。
在适当的简单可实现的变型中规定，前盖板具有会聚透镜。
在此特别有利地会聚透镜可以与前盖板一体地构造。
在可有益的制造的实施中可以规定，会聚透镜的外侧是凸的。
为了扩展光技术构造活动余地可以有意义的是，前盖板的前侧设置多个单透镜，其中在这种情况下有利地单透镜与前盖板一体地构造。
此外可以以适宜的方式相同构造单透镜并且其光轴平行于彼此延伸。
在实际合适的变型中规定，前盖板的面向磷光体的面基本上是平的。
最大适宜的变型特征在于，设置由光束偏转控制件控制的光束偏转装置，通过该光束偏转装置偏转至少一个激光光源的激光光束并且作为扫描的激光光束转向到至少一个光转换单元的磷光体。在此有利地光束偏转装置构造为微镜。
附图说明
本发明连同其它优点在下面根据例如实施方式详细解释，该实施方式在附图中阐述。其中示出
图1示意性并且以图解表示第一实施方式中的根据本发明前照灯的光转换单元和激光光源，
图2示意性表示根据本发明的布置的关系几何结构，
图3以如图1的图解示出第二实施方式中的根据本发明的前照灯的光转换单元和激光光源，
图3a示出图3的放大细节，
图4以示意性侧视图示出根据本发明的前照灯的光转换单元和激光光源以及投射透镜，
图5以如图4的表示示出根据本发明的前照灯的光转换单元和具有扫描激光光束的激光光源以及投射透镜，
图6以示意性侧视图示出类似图5但是具有不同构造的磷光体的前盖板的实施，
图7以图解表示示出根据图6的本发明的实施，
图8以如图7的视图示出图7的实施的变型，以及
图8a示出图8的放大细节。
具体实施方式
在图1中表示光转换单元1，光转换单元用于转换激光单元2的光，激光单元2将激光光束3发送到磷光体4上。激光单元2包括真实的激光器2a和排在其后面的光学器件2b，这在图1中仅暗示。光学器件2b可以相应于使用的激光器和期望的光束几何形状构造。激光光束3可以（这没有示出）对应地展开，因此辐射的激光光照射总磷光体4（这里示出为方形小板）。磷光体是能传递的，也就是在磷光体转换的激光光（其波长尤其是在蓝色或UV-范围中）在磷光体4中转换并且以期望的颜色混合优选以“白色”向前辐射。在此可看出，不排除这样的变型，其中还将达到磷光体的激光光的部分向前辐射。
将例如发光颜料用于磷光体，其中输出波长通常比发射的波长混合较短并且因此能量充足。期望的白光印象通过加性的颜色混合产生。在此“白色光”理解为这样的光谱合成的光，其在人类的情况下导致颜色印象“白色”。当然概念“光”不限制在对于人类眼睛可见的辐射。
磷光体4嵌入在两个透明的盖板5，6之间，其中面向激光2的盖板称作“后”盖板，与之相对磷光体的其上辐射转换的光的侧上的盖板称为“前”。盖板原则上可以是玻璃板，其中无论如何后盖板5对于激光波长必须是透明的并且前盖板对于总的可见范围的光应当可通过。还可能的是，“后”盖板不仅对于激光透明，而且反射由磷光体发射的射线。在这种情况下还从后半空间向前导引光。
对于盖板5，6可以考虑多种多样的材料，如塑料、玻璃、硅树酯等等，其中但是期望值或者经常还要求，这些材料具有良好的热传导能力。因为并非全部射入的激光光转换为可见光在磷光体中产生损失热量，所述热量如果没有有效引开则导致热损坏磷光体。基于这个原因例如经常使用蓝宝石或锆石。在此设计为透镜并且仅部分表示的投射系统9将磷光体4的照明图像投射到行车道上。
根据现有技术盖板5，6大多是具有位于其间的层磷光体的平行平面的板，其在相对于环境的边缘可以是密封的。
与其相对的现在本发明规定，磷光体4的位于在辐射方向上透明的前盖板6作为光形成（即光成束）的元件构造。在根据图1的实施中前盖板6明显可见具有具有凸的外侧7的会聚透镜。准确地说在示出的示例中前盖板作为会聚透镜构造或者会聚透镜与前盖板一体地。因此光学来看初级光学器件尽可能接近于光辐射的面（即磷光体4）移动，其将光成束地向前对准并且避免在击中边缘的损失或者缩小系统的结构空间需求。
在图2中根据本发明的光转换单元的原则上的几何形状比例简略并且简化地示出，其中示出:由激光光束激励的磷光体4，这里构造为凹凸的透镜的盖板6，构造为凹凸的透镜的投射系统9和磷光体4的虚拟的中间图像4v，布置的光轴用a表示。中间图像4v的位置（即其在磷光体4后面的距离b）对应于透镜公式（其中）给出，其中f表示透镜(盖板)6的焦距并且g表示对象远，即磷光体4与透镜(盖板)6的主平面的距离。从透镜公式得出关于的中间图像的大小B，其中磷光体4的大小称为G。
因此磷光体4的盖板6如双透镜系统中的透镜一样工作，其中产生磷光体4的虚拟的，放大的图像4v并且通过投射系统9（其还可以是例如反射器）映射到行车道上。
可以认识到，虚拟中间图像4v的形成导致光程的折叠并且因此导致构造空间的缩小，使得可以紧凑地构造前照灯。
再次注意到，图2是粗略示意性表示，其中未示出例如磷光体4的后盖板。关于实际实施方式同样不存在比例。因此例如磷光体4与透镜6的距离过度大地示出。
图3示出本发明的变型，其中在前盖板6的前侧上构造多个单透镜8，该单透镜在此仅在根据图2a的放大的截面中示出。单透镜8（其以适当地方式与盖板6一体地构造）也可称为微透镜，这是因为其尺寸通常位于例如0.1到1mm的大小范围中。单透镜在此同样构造并且其光轴彼此平行延伸。在这个构造的情况下朗伯辐射特性也起反作用，因为每个单透镜8形成自己的初级的投射系统的部分，该投射系统将来自磷光体上的点的发射的光整合成接近平行的光束。单透镜8无需一定与前盖板6一体地构造，相反其可以作为具有单透镜的小板放置在前盖板上–类似于在图3a中示出的细节。在图3中未示出为将在磷光体4上产生的照明图像投射到行车道上需要的光学器件9。
图4的侧视图示出具有激光单元2的根据本发明的前照灯的根据图3构造并且先前所述的光转换单元1（激光单元将这里展开的激光光束3发送到磷光体4上）以及投射系统9（这里投射透镜）以便将在磷光体上产生的照明图像投射到行车道上。
在图5表示的变型示出实施方式，其中激光单元2的光束3以已知的方式通过这里构造为微镜的光束偏转装置10偏转并且作为扫描的光束3‘对准磷光体4，在该磷光体上光束产生照明图像。在本示例中使用关于两个轴摆动的微镜10，微镜由未示出的控制件控制并且例如在两个彼此正交的方向上在摆动中移位，其中这些摆动可对应于尤其是微镜的机械自然频率。已知微镜的控制件并且可以用多种方法实现，例如静电或电动地实现。在微镜的位置还可以使用其他偏转设备，如可移动透镜或光传导纤维。除用激光光扫描照明磷光体4之外该实施方式对应于根据图4的实施方式并且其同样具有投射透镜9，以便将在磷光体上产生的照明图像投射到行车道上。
图6同样示出对应于图5具有扫描激光光束3‘的实施，其中相同的部分设置有相同的附图标记。但是与图5相比在前盖板6上布置会聚透镜6‘，而会聚透镜在此没有–如图1中–与前盖板6一体的。
根据图6的实施在图7中透视地示出以用于更好地说明，其中对图6的这样的礼物，即在图7中会聚透镜和前盖板是一体的。在这个图解中清楚地认识到在光束偏转装置10的微镜10上偏转的激光光束3‘在两个坐标方向上的扫描移动，这通过箭头11加以说明。
在这里说明，前盖板6的后面也可以弯曲-参照图2-，其中磷光体4以及后盖板5也可以具有相应的弯曲。
在图8中最后示出，根据图7的实施的变型是可能的，其中在构造为会聚透镜的前盖板6的凸的外侧7上可设置微透镜8(还参见根据图8a的细节)，使得在此存在透镜与微透镜的组合，该组合在特别的情况下扩展光技术构造活动余地。
尽管在上述示例中示出的单独微透镜8以适当的方式等同地构造，同样对于放大光技术构造自由度可以有意义的是，微透镜8构造成不同的，例如关于其尺寸或焦距。

Claims (10)

1.具有至少一个激光单元(2)的机动车的前照灯，包括激光器(2a)和排在后面的光学器件(2b)，所述激光单元的激光照射(3，3‘)转向到至少一个光转换单元(1)，所述至少一个光转换单元具有用于光转换的在两个盖板之间包围的磷光体(4)，并且具有投射系统(9)以用于将在所述至少一个光转换单元处产生的照明图像投射到行车道上，
其特征在于，
所述磷光体(4)的在辐射方向上位于前面的透明的前盖板(6)作为光形成元件构造。
2.如权利要求1所述的前照灯，其特征在于，所述前盖板(6)具有会聚透镜(6‘)。
3.如权利要求2所述的前照灯，其特征在于，所述会聚透镜(6‘)与前盖板(6)一体地构造。
4.如权利要求2或3所述的前照灯，其特征在于，所述会聚透镜(6，6‘)的前外侧(7)是凸的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的前照灯，其特征在于，在所述前盖板(6)的前侧处设置多个单透镜(8)。
6.如权利要求5所述的前照灯，其特征在于，所述单透镜(8)与所述前盖板(6)一体地构造。
7.如权利要求5或6所述的前照灯，其特征在于，所述单透镜(8)相同地构造并且其光轴彼此平行延伸。
8.如权利要求1-7中任一项所述的前照灯，其特征在于，前盖板(6)的面向磷光体(4)的面基本上平的。
9.如权利要求1-8中任一项所述的前照灯，其特征在于，设置由控制件控制的光束偏转装置(10)，通过所述光束偏转装置使至少一个激光光源(2)的激光光束(3)偏转并且作为扫描的激光光束(3‘)转向到至少一个光转换单元(1)的磷光体(4)。
10.如权利要求9所述的前照灯，其特征在于，所述光束偏转装置(10)构造为微镜。
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