CN105937741B - 用于车灯的激光光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车灯的激光光学系统，其可以包括多个光源、印刷电路板、光发射部段、多个反射镜以及壳体，所述多个光源用于产生激光束；所述印刷电路板固定并连接至所述光源，并且配置为控制至所述光源的电流供应；所述光发射部段用于处理从所述光源输出的光并输出白光；所述多个反射镜用于将从所述光源输出的光反射至所述光发射部段；所述印刷电路板和所述光发射部段固定并连接至所述壳体，其中，所述光源和所述光发射部段通过下列方式连接至壳体：激光束投射方向和白光投射方向相反，并且面向激光束投射方向的壳体的内侧为反射镜。

Description

用于车灯的激光光学系统
技术领域
本发明涉及一种用于车灯的激光光学系统。更具体地，本发明涉及这样一种用于车灯的激光光学系统，其中，多个光源聚集于一个光发射部段，从而利用激发光的增加来保证光量并缩小光学系统的尺寸。
背景技术
车辆的前照灯是一种用于照亮车辆的前方以保证前方能见度的设备，并且通常用卤素、高强度放电灯(High intensity discharge,HID)或LED作为光源，最近，已经研制出了一种使用具有延长的寿命和较高的光效率的环保型激光二极管作为光源的前照灯，并且具体地，已经研发出了一项使用多个光源的技术，从而利用激发光的增加来保证光量。
如图1所示，使用了多个光源的传统激光光学系统可以包括：多个光源1、非球面透镜2、光导部段3(光纤)、光发射部段4以及反射镜5，其中，所述非球面透镜2用于聚集从光源1投射过来的光；所述光导部段3用于传输通过非球面透镜2聚集的光源1的光；所述光发射部段4用于响应通过光导部段3传输的光源1的光并输出荧光；所述反射镜5用于将入射至光发射部段4而随后向后散射的光反射回光发射部段4。
光源1为产生蓝光波长的激光束的激光二极管，光发射部段4为用于处理从激光二极管输出的光并输出白光的荧光体。
然而，在如上所述的传统激光光学系统中，通过壳体6设置在光源1与反射镜5之间这样的方式，光源1设置在壳体6的外部，并且反射镜5(其包括了光发射部段4)设置在壳体6的内部，因而存在下列缺点：光导部段3(其为光传输介质)用于将光源1的光传输至光发射部段4，这增加了成本，并且具体地，随着整个光学系统的尺寸增加，重量和成本也会增加。
上述未提及的附图标记7为透明板，白光经过该透明板7输出。
公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种用于车灯的激光光学系统，其中，多个光源安装为固定在壳体内，并且壳体本身组成为充当反射镜，从而不使用为光传输介质的光导部段，进而能够实现成本的节约、整个光学系统尺寸的缩小以及重量的降低。
根据本发明的各个方面，一种用于车灯的激光光学系统可以包括多个光源、印刷电路板(PCB)、光发射部段、多个反射镜以及壳体，所述多个光源用于产生激光束；所述PCB固定并连接至所述光源，并且配置为控制对所述光源的电流供应；所述光发射部段用于处理从所述光源输出的光并输出白光；所述多个反射镜用于将从所述光源输出的光反射至所述光发射部段；所述PCB和所述光发射部段固定并连接至所述壳体，其中，所述光源和所述光发射部段可以通过如下方式连接至壳体：激光束投射方向和白光投射方向彼此相反，并且面向激光束投射方向的壳体的内侧可以为反射镜。
用于车灯的激光光学系统可以进一步包括散热器，所述散热器将在所述光源和所述光发射部段产生的热量散逸至外部。
所述散热器在数量上可以为一个，并且来自多个光源和光发射部段的热量可以通过所述散热器来散逸。
所述光发射部段在数量上可以为一个，并且所述光发射部段可以设置在所述多个光源的中心。
所述多个光源可以沿着圆周方向(其中，光发射部段可以位于中心)以等间隔布置，以相对于光发射部段彼此交叉布置。
所述多个反射镜在数量上等于所述光源，并且所述光源和所述反射镜可以一对一地彼此匹配。
所述光发射部段的入射面的中心与所述反射镜的焦点可以重合。
每个反射镜可以形成椭圆，该椭圆的焦点为与对应的反射镜相匹配的光源的投射面的中心，和光发射部段的入射面的中心；并且每个反射镜可以形成相对于轴线的标准圆，所述轴线穿过前述中心。
每个反射镜的表面沉积有反射性能较好的铝或进行银反射涂覆处理，以增加反射效率。
所述壳体可以包括下罩和上盖，其中，所述下罩的上侧可以开放并且内底面可以为反射镜；所述上盖连接至所述下罩以密封所述下罩的上开放侧，PCB连接至所述上盖的内侧以使得光源面向反射镜，光发射部段连接至所述上盖，并且散热器形成于所述上盖的外侧。
用于车灯的激光光学系统可以进一步包括聚光透镜，该聚光透镜可以固定至所述下罩以设置在每个光源的前侧，从而聚集从光源投射的光。
用于车灯的激光光学系统可以进一步包括辅助反射镜，该辅助反射镜可以连接至所述上盖的外表面以设置在所述壳体的外部，并且向着所需的方向来反射通过所述光发射部段投射的白光。
所述辅助反射镜为抛物线型反射面，该抛物线型反射面的焦点为所述光发射部段或矩形投影仪的投射表面的中心。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
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他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为用于车灯的传统激光光学系统图。
图2为根据本发明的用于车灯的示例性激光光学系统的立体图。
图3为图2的分解立体图。
图4和图5为图示了根据本发明的光源布置的配置的图。
图6A、图6B及图7为图示了根据本发明的反射镜的图，其中，图6A和图6B为沿着图2的线I-I获取的截面图，图7为沿着图6A的线II-II获取的截面图；并且
图8和图9为图示了根据本发明的辅助反射镜的图。
应当理解，所附附图并非是按照比例，而是呈现了本发明基本原理的各种图示性特征的略微简化的表示。本发明所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
如图2至图9所示，根据本发明的用于车灯的激光光学系统包括：多个光源10、PCB20、光发射部段30、多个反射镜40以及壳体50，其中，所述多个光源10用于产生激光束；所述PCB 20固定并连接至光源10，并且控制对光源10的电流供应；所述光发射部段30用于处理从光源10输出的光并输出白光；所述多个反射镜40用于将从光源10输出的光反射至光发射部段30；PCB 20和光发射部段30固定并连接至所述壳体50。
光源10为产生蓝光波长波段的激光束的激光二极管，光发射部段30为用于处理从激光二极管输出的光并输出白光的荧光体。
根据本发明的光源10和光发射部段30以下列的方式连接至壳体50：激光束投射方向(A1，参考图6A)和白光投射方向(B1，参考图6A)彼此相反。
此外，面向激光束投射方向A1的壳体50的内侧成为反射镜40。
因此，在根据本发明的用于车灯的激光光学系统中，多个光源10的光通过一个光发射部段30来聚集并输出，从而可以利用激发光的增加来保证大量的光，以显著地提高光效率。
此外，由于光源10、光发射部段30以及反射镜40都设置在壳体50中，因此整个光学系统的尺寸可以缩小。
具体地，在本发明中，由于未使用为传统光传输介质的光导部段(即光纤)，因而存在以下优点：能够实现成本的节约和重量的降低，并且能够缩小整个光学系统的尺寸。
此外，在本发明中，由于未使用按照惯例单独的非球面透镜(聚光透镜)来聚集从光源10输出的光，因而能够实现成本的节约和重量的降低。
本发明进一步包括散热器60，该散热器60用于将在光源10和光发射部段30产生的热量散逸到外部。
由于使用散热器60，能够改进光源10、PCB 20以及光发射部段30的寿命延长和耐用性。
散热器60在数量上为一个，来自多个光源10和光发射部段30的热量通过一个散热器60来释放，因此能够降低成本、简化布局并缩小光学系统的尺寸。
由于一个光发射部段30设置在多个光源10的中心，从而能够保证光量达到最大。
在前述结构中，考虑到半导体二极管的属性，一个光发射部段30设置在多个光源10的中心，多个光源10沿着中心为光发射部段30的圆周方向以等间隔布置，以相对于光发射部段30彼此交叉布置。
作为示例，在如图4所示的具有四个光源10的情况下，四个光源10沿着中心为光发射部段30的圆周方向以90度的间隔布置，在如图5所示的具有三个光源10的情况下，三个光源10沿着中心为光发射部段30的圆周方向以120度的间隔布置。
多个反射镜40组成为与光源10的数量相等，并且光源10和反射镜40一对一地互相匹配。
即，一个光源10和一个反射镜40组成一对，并且从任一个光源10输出的光仅仅通过与该光源10配对的那个反射镜40向光发射部段30反射。
光发射部段30的入射面的中心与所有反射镜40的焦点重合，即，通过所有反射镜40反射的光源10的光全部都聚集到光发射部段30的入射面的中心，从而可以尽可能地保证光量达到最大。
在光发射部段30的入射面的中心与所有反射镜40的焦点重合的状态下，如图6A、图6B及图7所示，每个反射镜40形成具有焦点F1和F2的椭圆M1，并且形成相对于轴线L1的标准圆M2，其中，F1为与对应的反射镜40相匹配的光源10的投射面的中心，F2为光发射部段30的入射面的中心，轴线L1穿过中心F1和F2。
反射镜40的表面沉积有反射性能较好的铝或进行银反射涂覆处理，以增加反射效率。
然而，在必要的时候才使用银反射膜。
壳体50包括下罩51和上盖52，其中，所述下罩51的上侧开放并且内底面为反射镜40；所述上盖52连接至下罩51以密封下罩的上开放部分，PCB 20连接至上盖52的内侧以使得光源10面向反射镜40，光发射部段30连接至上盖52，并且散热器60形成于上盖52的外侧。
由于下罩51的内部通过上盖52的组合而被密封，因此能够防止光的泄漏，从而使得光效率最大化。
在必要的时候本发明可以进一步包括聚光透镜70。
聚光透镜70固定至下罩51，以在每个光源10的前侧设置一个聚光透镜70，从而通过聚集从光源10投射的光来为保证光量提供帮助。
然而，在本发明中，由于光源10、光发射部段30以及反射镜40全部都设置在壳体50中，从而尽可能最大程度地消除光泄漏和光损失，以使得光量的保证最大化，如果与由于聚光透镜70的使用而成本上升相比，光量的额外保证的效果不明显，那么可以不使用聚光透镜70以节约成本。
此外，本发明可以进一步包括辅助反射镜80，该辅助反射镜80连接至上盖52的外表面以设置在壳体50的外部，并且朝着所需的方向反射白光(其通过光发射部段30来投射)，并且当使用了辅助反射镜80时，辅助反射镜80可以为一个抛物线型反射面，该抛物线型反射面的焦点为如图8中所示的光发射部段30的投射表面的中心，或者为如图9中所示的矩形投影仪的投射表面的中心。
如上所述，本发明的各个实施方案具有如下优点：来自多个光源10的光通过一个光发射部段30来聚集并输出，从而能够利用光的增加来保证较大的光量，由此显著地提高光效率。
此外，光源10、光发射部段30以及反射镜40全部都设置在壳体50中，并且具体地，从光源10输出的光不利用光导部段(即光纤，其为传统光传输介质)来进行传输，而是通过壳体50中的反射镜40来向着光发射部段30反射，从而实现了成本和重量的降低以及光学系统整体尺寸的缩小。
此外，由于按照惯例单独的非球面透镜(聚光透镜)未用于聚集从光源10输出的光，因此具有能够实现节约成本和降低重量的优点。
此外，由于来自多个光源10和光发射部段30的热量利用一个散热器60来散逸，因此具有如下优点：通过简化布局，能够降低成本，并且能够缩小光学系统的尺寸。
此外，由于一个光发射部段30设置在多个光源10的中心，因此具有能够尽可能地保证最大光量的优点。
此外，由于光发射部段30的入射面的中心与所有反射镜40的焦点重合，即，通过所有反射镜40反射的光源10的光全部都聚集到光发射部段30的入射面的中心，因此具有能够尽可能地保证最大光量的优点。
根据本发明，来自多个光源的光通过一个光发射部段聚集，以通过增加光量来提高光效率，并且光源、光发射部段以及反射镜全部都设置在壳体中，并且从光源输出的光通过在壳体中的反射镜来向着光发射部段反射，由此实现了成本和重量的降低以及光学系统整体尺寸的缩小。
此外，根据本发明，来自多个光源和光发射部段的热量利用一个散热器来散逸，从而具有如下优点：通过简化布局，能够降低成本，并且能够缩小光学系统的尺寸。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”等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。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了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示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (11)

1.一种用于车灯的激光光学系统，其包括：
多个光源，其用于产生激光束；
印刷电路板，其固定并连接至光源，并且配置为控制对所述光源的电流供应；
光发射部段，其配置为处理从光源输出的光并输出白光；
多个反射镜，其配置为将从光源输出的光反射至光发射部段；
壳体，印刷电路板和光发射部段固定并连接至所述壳体，以及
散热器，其将在光源和光发射部段产生的热量散逸至外部，
其中，光源和光发射部段连接至壳体，并且激光束投射方向和白光投射方向彼此相反，
面向激光束投射方向的壳体的内侧为反射镜，
所述壳体包括：
下罩，其上侧开放并且内底面为反射镜；以及
上盖，其连接至所述下罩以密封所述下罩的开放的上侧，印刷电路板连接至所述上盖的内侧以使得光源面向反射镜，光发射部段连接至所述上盖，并且散热器形成于所述上盖的外侧。
2.根据权利要求1所述的用于车灯的激光光学系统，其中，所述散热器在数量上为一个，并且
来自多个光源和光发射部段的热量通过所述散热器来散逸。
3.根据权利要求1所述的用于车灯的激光光学系统，其中，所述光发射部段在数量上为一个，并且
所述光发射部段设置在所述多个光源的中心。
4.根据权利要求3所述的用于车灯的激光光学系统，其中，所述多个光源沿着中心为光发射部段的圆周方向以等间隔布置，以相对于光发射部段彼此交叉布置。
5.根据权利要求3所述的用于车灯的激光光学系统，其中，所述多个反射镜在数量上等于所述光源，并且
所述光源和所述反射镜一对一地彼此匹配。
6.根据权利要求5所述的用于车灯的激光光学系统，其中，所述光发射部段的入射面的中心与所述反射镜的焦点重合。
7.根据权利要求5所述的用于车灯的激光光学系统，其中，每个反射镜形成椭圆，该椭圆的焦点为与对应的反射镜相匹配的光源的投射面的中心，和光发射部段的入射面的中心；并且每个反射镜形成相对于轴线的标准圆，所述轴线穿过所述中心。
8.根据权利要求1所述的用于车灯的激光光学系统，其中，每个反射镜的表面沉积有反射性能较好的铝或进行银反射涂覆处理，以增加反射效率。
9.根据权利要求1所述的用于车灯的激光光学系统，进一步包括聚光透镜，其固定至所述下罩以设置在每个光源的前侧，从而聚集从光源投射过来的光。
10.根据权利要求1所述的用于车灯的激光光学系统，进一步包括辅助反射镜，其连接至所述上盖的外表面以设置在所述壳体的外部，并且向着所需的方向来反射通过所述光发射部段投射的白光。
11.根据权利要求10所述的用于车灯的激光光学系统，其中，所述辅助反射镜为抛物线型反射面，该抛物线型反射面的焦点为所述光发射部段或矩形投影仪的投射表面的中心。
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