CN106103189A - 用于车辆前照灯的激光单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆前照灯的激光单元(2)，其带有激光二极管(11)，以及与该激光二极管(11)相关联的、带有包含至少一个准直器的光学元件的可调整的光学器件，其中，至少一个选自由准直器(13,22)和偏转镜(20)组成的组中的光学元件被安装成使得其可以绕至少一个空间轴线枢转。

Description

用于车辆前照灯的激光单元
本发明涉及一种用于车辆前照灯的激光单元和一种对应的激光模块。
现有技术公开了各种类型的车辆前照灯，近些年在其中所使用的主导光源为放电灯和卤素光源。为了甚至更多地节省能量且减少车辆前照灯所要求的空间，激光光源、例如半导体激光的使用由于其在该方面是有利的而被越来越多地测试。为了使激光可用于车辆前照灯，使用激光光源来照射一种光转换装置，即所谓的磷光体转换器，其由激光激励以发射可见光。
在所谓的静态系统中，将激光束不可移动的定向到磷光体转换器上。相反地，在所谓的动态系统中，使用振荡镜将用于激励磷光体转换器的激光束移过磷光体转换器，以产生一种对眼睛来说对应磷光体转换器外形的光图像。磷光体转换器的合适的成形可实现一定的光功能或光功能的精确光/暗边界，例如远光灯、近光灯，以及那种类型的功能。
例如，文件US 2011/0194302 A1显示了一种激光单元，在其中激光二极管从后面通过光学波导元件照射荧光物质，该荧光物质于是依次发射可见光，该可见光通过反射器屏幕被引导到行进方向上。所使用的激光光源在前照灯的主发射方向发射高达3W的能量。因此，前照灯的故障或损坏可由于高强度损伤眼睛的激光辐射而导致损伤，然而无论如何危及其他道路使用者。
因此，为了在车辆前照灯中的这样的激光系统的完美且安全的功能，本质上将激光束精确地引导至光转换的装置或镜上且随后至磷光体转换器上，这是通过指引从激光二极管发射到偏转镜上的光的可调节光学器件来完成的。例如，如果振荡镜的直径只有几毫米，因此最重要的是，激光被准确地定向到镜上，尤其是如果使用多个激光束来激励光转换装置。可调节的光学器件通常必须为每个激光而单独调节，因为激光和可调节的光学器件的光学元件的生产公差以及它们至对应的安装元件的固定，使得不可能将它们足够准确地预调整来符合关于它们的取向的要求。
现有技术已经提出了对此的解决方案，其涉及使用透镜支架将激光单元的准直透镜粘结在对应的支撑板中，然而该过程在大量生产中需要巨大的努力，特别是在装配中需要有一定的手巧。此外，当使用多个激光单元来激励磷光体转换器时，一旦所使用的粘合剂固化，要实现单独激光束互相间的最佳协调是困难的，因为再调节不是轻易可能的。
因此，本发明所具有的目标是：提出一种激光单元，在其中与激光二极管相关联的可调节的光学器件或它们的光学元件可以简单且精确的方式来调节，并且仅当一旦作出调节之后，才可在下游的安装或加工步骤中完成透镜位置的最终固定。
这是通过开头所提到的激光单元类型所实现的，该类型的激光单元具有激光二极管和与激光二极管相关联的、带有包含至少一个准直器的光学元件的可调节光学器件，且根据本发明其特征在于，至少一个选自由准直器和偏转镜组成的组中的光学元件被安装成使得其可绕至少一个空间轴线枢转。带有激光二极管的激光单元和可调节的光学器件能固定在前照灯之中或之上，本发明的的光学元件的可枢转的固定允许激光元件的激光束在安装激光元件后的准确调节，从而使得激光束准确如预先所计算的那样达到磷光体转换器，且因此使其以合适的方式发出荧光。本发明的光学元件中的至少一个被安装成使得其可绕至少一个空间轴线枢转的事实使得可调节光学器件在装配了车辆前照灯的主要部分之后可被轻易调节，这使得为调节透镜所必要的手巧相对较少。结合本发明，准直器不被仅限定为用于光束的平行调准的光学元件，而术语“准直器”更是应该还包含聚焦光学元件，尤其是会聚透镜。
对准直器来说优选的是以安装在保持元件中的光学准直透镜的形式，该保持元件被安装成使得其可绕至少一个空间轴线枢转。在该优选情况中，通过移动与激光二极管相关联的准直透镜来调节可调节的光学器件，随后使得激光束直接或通过一个或多个插入的光学元件且可通过振荡镜达到磷光体转换器。在本发明的上下文中，准直透镜还可理解为是由多个透镜组成的系统，在准直器中的多个透镜用于纠正光学相差或色差。
根据另一优选的实施方案，准直器是以安装保持元件中的抛物柱面镜的形式，该保持元件被安装成使得其可绕至少一个空间轴线枢转。在该优选情况中，可调节的光学器件通过移动与激光二极管相关联的抛物柱面镜来调节，抛物柱面镜起准直器的作用，随后使得激光束直接或通过一个或多个插入的光学元件且可通过振荡镜达到磷光体转换器。
以上所提到的也许可能插入的光学元件中的其中一个，如已经限定的，可以是可调节的光学器件的偏转镜，根据本发明的一优选的实施方案，可将偏转镜固定至保持元件，该保持元件安装成使得其可绕至少一个空间轴线枢转。
根据本发明的一尤其优选的实施方案，准直器被定向到偏转镜上，且用于准直器的保持元件被安装成使得其可绕至少一个空间轴线枢转。
为了确保光学器件的尤其灵活的调节，本发明以这样的方式来有利地进一步被改进，即使得保持元件被安装成可绕两个空间轴线枢转。在该优选实施方案中，可以根据其高度还有侧两者来引导由激光二极管所发射的光，从而可补偿所有的不准确性。
本发明设置成，准直透镜可从中间位置，在±3°的范围内，绕分别的空间轴线枢转，这应该足以补偿激光单元的各个元件的制造公差。
为了使透镜支架调节简单，且由此使透镜调节简单，本发明优选地以这样的方式作进一步改进，即保持元件具有用于准直器或用于偏转镜的容纳部件，以及一个作用在容纳部件上使保持元件绕各自的空间轴线枢转的杠杆。杠杆伸出的方向和保持元件的可枢转的固定的旋转中心限定了垂直于杠杆伸延的枢轴线。操作杠杆使保持元件且由此准直器或偏转镜围绕以该方式限定的空间轴线移动。
本发明优选地以这样的方式作进一步改进，即保持元件具有两个作用在容纳部件上使保持元件绕互成直角的两个空间轴线枢转的杠杆，操作杠杆使得在高度方向和侧方向上简单且快速的调节激光束。
不取决于现在是仅一个杠杆或两个杠杆作用在用于透镜的容纳部件上，激光单元可以根据优选的实施方案，以这样的方式作进一步改进，即容纳部件和杠杆共同制造成单件。在最简单的情况中，所提到的元件以注模部件的形式制成。
作为本发明的一尤其有利的实施方案是，当将一个可弹性形变的弹簧元件布置在每个杠杆与用于保持元件的安装元件之间且可通过调节螺钉来相对安装元件按压每个杠杆。将可形变的弹簧布置在杠杆和安装元件之间致使杠杆相对分别的调节螺钉占据一限定的位置，并通过旋转调节螺钉来相对可形变的尤其弹性的支承表面或弹簧元件按压杠杆。选择弹簧元件合适的厚度可以确保准直器或保持元件所要求的绕分别的空间轴线的枢转性，弹簧元件的弹簧作用确保杠杆在任意时间的返回，如果这对于之后的再调节应为必要的。
根据本发明的优选实施方案，杠杆和分别的调节螺钉通过球状成形部件相互作用。这样的球形形状提供了与容纳部件的枢转角度无关的良好的力传递，并且可以在调节螺钉上或者在杠杆上提供相同的效果。
在当以这样的方式保持调节螺钉时，即其可在固定在安装元件上的支撑板中旋转时(对应本发明的优选实施方案)，实现本发明的激光单元的尤其有利的构造方案。除了安装调节螺钉之外，提供这样支撑板也使得带有杠杆的保持元件被可枢转地固定，如果将其插入到安装元件中对应的凹口中，且然后用支撑板遮盖。在例如通过螺钉或粘结固定了支撑板之后，本发明的激光单元的所有可移动的部件被组装，并且可被安装在前照灯上。
为了确保持久地固定保持元件或本发明的光学元件的经调节的位置，本发明优选以这样的方式作进一步改进，即调节螺钉可被抗扭地固定，使得即使没有镜架的最终粘结也可持久地固定。本发明优选以这样的方式作进一步改进，即通过安全螺母使每个调节螺钉被抗扭地固定。
此外，自然可进一步设想，对应本发明的一优选实施方案，保持元件通过粘结来固定。
激光二极管是高功率的组件，其作为车辆前照灯在运行期间产生大量热。由该原因，所使用的激光二极管必须通常与冷却设备相关联，以便于分散和驱散在一定点出现的大量的热。因此本发明优选以这样的方式作进一步改进，即支撑板具有固定至其处的、具有用于调节螺钉的凹口的散热片，使得散热片与具有加热趋势的组件大面积地接触，然而不影响透镜支架或者使用调节螺钉的准直透镜的可调节性。
虽然本发明是参考激光单元来说明的，该激光单元由激光二极管(和)、与该激光二极管相关联的带有光学元件的可调节的光学器件组成，但本领域技术人员将熟悉该事实，即这种激光单元通常被联合到包含多个这种激光单元的激光模块中。
根据本发明的一优选实施方案，这种激光模块包含三个本发明的激光单元，激光单元的安装单元被联合到其中固定有偏转镜的共同的光束路径中。
以下使用在附图中示意性说明的简单的实施方案来详细阐述本发明。其中：
图1显示了带有多个本发明的激光单元的车辆前照灯的主要部分的透视总视图；
图2显示了带有三个激光单元的图1中的本发明的激光模块的俯视图；
图3显示了图2中的本发明的激光模块沿A-A线的剖面图；
图4显示了本发明的激光模块的一优选实施方案的剖面图；
图5显示了本发明的激光模块的另一优选实施方案的剖面图；
图6显示了本发明的激光模块的另一优选实施方案的剖面图；
图7显示了根据本发明的保持元件的透视图；
图8a和8b显示了本发明的一优选实施方案的其它的剖面图；以及
图9显示了本发明的一备选实施方案的细节。
图1显示了车辆前照灯的激光模块1，为了清楚起见而将车辆前照灯省略。在该优选情况中，激光模块1具有三个激光单元2，它们的安装单元3被联合且形成了共同的光束路径4。在本发明的激光模块1中，每个激光单元2发射激光，激光从光束路径4离开。激光由镜5(其可能安装成使其振荡)引导至磷光体转换器或光转换装置6上以激励其发射可见光。可见光可通过透镜装置7投射到道路上(未示出)。所投射的是由激光在光转换装置上绘制的光图像。除了这样的动态系统，静态系统也是常见的，这将在以下结合其它图来讨论。
激光单元2中的每一个，除了安装单元3，还具有固定于其上的支撑板8和散热片9，散热片9可将来自激光二极管11的热驱散到环境中。散热片9利用保持在散热片9上对应的凹口中的螺钉10来固定。
散热片9和螺钉10可再次见于在图2中所示的俯视图中。该说明性图示显示了在该示例中被安装成使得其可使用调节螺钉12绕互成直角的两个空间轴线枢转的激光二极管11。
在图三所示的剖面图中现在可以看到，每个激光二极管11是与准直器(在该情况中以准直透镜13的形式)相关联地来作为可调节的光学器件的一部分。准直透镜13安装在保持元件14中，该保持元件14通过与容纳部件16制造成单件的杠杆15通过将调节螺钉12拉紧和松开可在双箭头18的方向上相对弹性弹簧元件17的弹簧作用枢转。通常，枢转±3°是可能的，本领域技术人员能够适应如借助于简单的手工测量所需的枢转角度。这个剖面图未显示，然而当将它与前面的图一起看时，本领域技术人员可看到布置在保持元件14上的与杠杆15成直角的另一杠杆15'(图7)，其使得保持元件14与杠杆15以相同的方式枢转。保持元件14可枢转地安装在安装元件3与支撑板8之间，调节螺钉12在支撑板8中保持成使得其可以旋转且可以未示出的方式被抗扭地固定。在本发明的激光单元中的可调节的准直器13之后，可以使用静态的偏转镜20将光偏转，从而使得在这之后光从光束路径4离开。该示例使用三个激光束，其必须一起尽可能接近地取向且根据所谓的“刀边缘联合”过程准确地相互平行，以便于在光转换装置上投射均匀的光图像。这明确地要求光学系统的高精度的调节。
根据图4中所示的本发明的优选的变体方案，代替准直器13也可将偏转镜20安装成使得其可绕两个空间轴线枢转，其中等同的部分具有相同的附图标记。偏转镜20也可以与容纳部件16制造成单件或者铸造到该容纳部件中。
在图5中所示的本发明的优选的变体方案中，既不设置光束路径也不设置偏转镜，且激光二极管11的光直接引导至磷光体转换器6上，该磷光体转换器转换部分激光，且由此使白光源可用于以下光学系统。该光学系统可以是反射器，但也可以是透镜或者这些元件的结合，如图5所示。这里，等同的部分再次具有相同的附图标记。
图6显示了本发明的且优选的变体方案，在其中可调节的光学器件由抛物柱面镜22形成，该抛物柱面镜被安装成使得其可以所说明的方式枢转。因此，这里的发散激光通过抛物柱面镜22被准直，该抛物柱面镜可与准直透镜或者另一光学元件或系统协作来在准直之后使激光聚焦。例如，将会想到的是，将双曲面镜与对应地设计的透镜结合来减少空间需求。
图7显示了带有准直器13的保持元件14、激光二极管11和两个杠杆15和15'以及两个可形变的弹簧元件17和17'。可看到的是两个杠杆15和15'相互成直角且作用在容纳部件16上且在该情况中与容纳部件16制造成单件。调节螺钉12能够在双箭头23和23'方向上相对可形变弹簧元件17和17'的阻力按压杠杆，以引起保持元件14且由此准直器13的可逆的枢转。
图8a和8b再次清楚显示了容纳部件16的枢转。在箭头23'方向上(图8a)旋入调节螺钉使得杠杆15移动、弹簧元件17被压缩且引起容纳部件16且由此准直器13在箭头18'方向枢转。另一方面，如果在箭头23''方向旋出调节螺钉12，则弹簧元件17的弹簧作用引起容纳部件16或者准直器13在相反方向上、即在箭头18''的方向上枢转。图8b中的细节图清楚显示出杠杆15具有球状成形的部件24，以确保力从调节螺钉12到杠杆15的最优传递。清楚的是，球状成形的部件24'也可提供在调节螺钉12上，如图9中所示，以实现力从调节螺钉12到杠杆15的良好传递的相同效果。

Claims (19)

1.一种用于车辆前照灯的激光单元，其带有激光二极管和与所述激光二极管相关联的、带有包含至少一个准直器的光学元件的可调节光学器件，其特征在于：选自由准直器(13,22)和偏转镜(20)组成的组中的所述光学元件中的至少一个被安装成使得其可以绕至少一个空间轴线枢转。
2.根据权利要求1所述的激光单元，其特征在于：所述准直器是以安装在保持元件(14)中的光学准直透镜(13)的形式，该保持元件(14)被安装成使得其能绕至少一个空间轴线枢转。
3.根据权利要求1所述的激光单元，其特征在于：所述准直器是以安装在保持元件(14)中的抛物柱面镜(22)的形式，该保持元件被安装成使得其能绕至少一个空间轴线枢转。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述偏转镜(20)固定至保持元件(4)，该保持元件被安装成使得其能绕至少一个空间轴线枢转。
5.根据权利要求2至4所述的激光单元，其特征在于：所述准直器(13,22)定向到所述偏转镜(20)上，并且用于所述准直器(13,22)的所述保持元件(14)被安装成使得其能绕至少一个空间轴线枢转。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述保持元件(14)被安装成使得其能绕两个空间轴线枢转。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述保持元件(14)被安装成使得其能绕两个互成直角的空间轴线枢转。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述保持元件(14)具有用于所述准直器(13,22)或用于所述偏转镜(20)的容纳部件(16)和分别作用在所述容纳部件(16)上以使所述保持元件(14)分别地绕空间轴线枢转的杠杆(15,15')。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述保持元件(14)具有两个作用在所述容纳部件上以使得所述保持元件(14)绕两个互成直角的空间轴线枢转的杠杆(15,15')。
10.根据权利要求8或9所述的激光单元，其特征在于：所述容纳部件(16)和所述杠杆(15,15')共同制造成单件。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的激光单元，其特征在于：可弹性形变的弹簧元件(17)分别布置在每个杠杆(15,15')与安装元件(3)之间以用于所述保持元件(14)，并且能通过调节螺钉(12)相对所述安装元件(3)按压每个杠杆(15,15')。
12.根据权利要求11所述的激光单元，其特征在于：所述杠杆(15,15')与分别的所述调节螺钉通过球状成形的部件(24,14')相互作用。
13.根据权利要求11或12所述的激光单元，其特征在于：以这样的方式保持所述调节螺钉(12)，即使其能在固定在所述安装元件(3)上的支撑板(19)中旋转。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述调节螺钉(12)能被抗扭地固定。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的激光单元，其特征在于：每个所述调节螺钉(12,12')能借助于安全螺母被抗扭地固定。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述保持元件(14)通过粘结固定。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的激光单元，其特征在于：所述支撑板(19)具有固定至其处的、具有用于所述调节螺钉(12)的凹口的散热片(9)。
18.一种激光模块(1)，其包括多个根据权利要求1至15中任一项所述的激光单元(2)。
19.根据权利要求18所述的激光模块(1)，其包括三个根据权利要求1至16中任一项所述的激光单元(2)，所述激光单元的安装单元联合到其中固定有偏转镜的共同光束路径中。
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