CN107002964A - 用于机动车的前灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的前灯(1)，该前灯具有：‑用于产生第一辐射的第一半导体光源(2)；‑用于产生第二辐射的第二半导体光源(3)；和‑用于将产生的辐射耦合的光学耦合装置(4)，该光学耦合装置包括第一耦入面(5)和第二耦入面(6)，其中，在第一半导体光源(2)和第一耦入面(5)之间的光学路径中布置有用于将由第一半导体光源(2)发射的初级辐射转换为产生的第一辐射的转换元件(8)，以改善前灯的光线质量。

Description

用于机动车的前灯
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的前灯/前照灯，该前灯具有用于产生第一辐射的第一半导体光源、用于产生第二辐射的第二半导体光源和用于将产生的辐射耦合的光学耦合装置。
背景技术
为了产生前灯所需的光通量/光流，单个激光二极管(LD)的光学能量显著超出限度。现在存在使用三个或四个激光二极管的前灯，用于产生所需的光通量。相应的激光二极管的单个光束在此通过镜子系统以同步的方式耦合。
文献DE 10 2012 213 547 A1公开了一种用于机动车的照明装置，具有用于将光线沿着一对彼此相对的导光面全反射地传导的光导体。在此该光线来自至少一个光源，并可以通过耦入面耦合到光导体中。还设置有出射面，在该出射面处光线在全反射条件消失后从光导体中出射。
文献DE 10 2011 085 385 A1也描述了一种用于机动车的照明装置，具有将光线沿着光传播方向全反射地传导的光导体。在此，光线来自至少一个光源并可以通过光导体的端侧上的至少一个耦入面耦入。该至少一个光源是激光光源。
文献DE 101 33 869 A1公开了一种照明装置，具有由透明材料制成的板，由点状的电致发光的点元件形成的布置结构安置在该板上，用于校准相应出射的光束的部件可以与该电致发光的点元件连接。这种部件可以例如包括由反射的微型突出部形成的布置结构。
发明内容
本发明的目的是，改善前灯的光线质量。
上述目的由独立权利要求的主题实现。有利的实施形式由从属权利要求、说明书和附图中得到。
用于机动车的根据本发明的前灯具有用于产生第一辐射的第一半导体光源、用于产生第二辐射的第二半导体光源和用于将产生的辐射耦合的光学耦合装置。在这里和下述中的辐射尤其理解为光辐射，尤其具有在可见光范围中的光谱。两个半导体光源尤其是在工艺方面不同的半导体光源。这两个光源基于技术方面不同的作用原理和/或具有不同的技术特征。光学的耦合装置具有第一耦入面以用于耦入由第一半导体光源产生的第一辐射，以及具有第二耦入面以用于耦入由第二半导体光源产生的第二辐射。在耦合装置中将辐射耦合成总辐射。该耦合装置尤其还包括耦出面，在该耦出面上总辐射出射。该前灯也可以包括多个第一半导体光源和/或多个第二半导体光源。
为了改善前灯的质量，在第一半导体光源和第一耦入面之间的光学路径中布置有转换元件，用于将由第一半导体光源发射的初级辐射转换为产生的第一辐射。在此，光学路径可以理解为辐射的光束的传播路径。该转换元件在此布置在初级辐射的光学路径中。在此，尤其在第二半导体光源和光学耦合装置的第二耦入面之间的光学路径中不布置有转换元件，从而由第二半导体光源产生的第二辐射在没有事先进行波长转换的情况下到达第二耦入面。该转换元件将具有第一波长分布的初级辐射转换为具有其它波长分布的产生的第一辐射。半导体光源可以彼此适配，从而通过半导体光源的同步脉冲避免在耦合装置中相应辐射的各个由相应的半导体光源发出的单波的相消干涉。这一方面具有如下优点，即在光学耦合装置的耦出面上出射的总辐射具有唯一的来源。这实现了真正的光束组合(所谓的beam combining(光束组合))，从而恰好在总辐射的动态偏转的情况下，例如通常在光束引导的前灯中连续地实现高的几何精确度。另一方面在总辐射中将第一辐射和第二辐射的光谱组合，从而可以更好地调节总辐射关于单独辐射的不同性能的光谱分布，并适配于预期总性能。
在一有利的实施形式中提出，耦合装置包括光波导/光导纤维(Lichtwellenleiter)、尤其是多模光纤。光波导在此具有尤其在100μm和2mm之间的直径。该光波导可以具有多个单线路，该单线路为了避免耦合的辐射的破坏性的干扰而在其长度方面彼此适配。在可视的辐射范围中的所有波长都可以通过光波导传播。这具有如下优点，即可以以简单的方式使得包括不同波长的光线或辐射的第一辐射和第二辐射组合。此外，光波导尤其适宜作为机动车中的耦合装置，这是因为光波导与例如镜梯(Spiegeltreppe)相比是坚固的并可以灵活和节省空间地安装。
在一优选的实施形式中提出，第一半导体光源包括激光二极管。该激光二极管可以发射出单色的初级辐射，该初级辐射通过转换元件转换为第一辐射。这具有以下优点，即提供了高的亮度和高的光效率。
在一尤其有利的实施形式中提出，在转换元件和第一耦入面之间布置有滤光元件，该滤光元件与第一半导体光源的初级辐射的波长相协调。通过滤光元件——恰好当初级辐射是单色的初级辐射时——可将初级辐射有效并完全过滤出。由此可以中断将初级辐射耦入到光学耦合装置中。这具有如下优点，即恰好当初级辐射是具有高强度的辐射或光线时——例如在设计为激光二级管的第一半导体光源中是这种情况，该辐射不能出射到前灯的周围环境中。这种情况主要在转换元件损坏时，例如在折断时是有利的，这是因为否则在这种情况下具有满强度的初级辐射可能被馈入耦合装置中，并因此产生的总辐射在前灯的周围环境中可能形成危害。也可以如此截获转换元件的老化的后果：如果在产生的第一辐射中在初级辐射的波长范围中的光线部分或辐射部分增大，则将该光线部分或辐射部分过滤出。两个误差源也就通过过滤元件得到保障。不会由于前灯使在周围的人员受到伤害，人员的眼睛是安全的。则可以省去额外的、通常所需的辐射收集器。
在另一实施形式中提出，由第二半导体光源产生的第二辐射至少基本上具有与第一半导体光源的初级辐射相同的波长。这具有以下优点，即可以在总辐射中补偿光谱的空位，该光谱的空位由于滤光元件通过从第一辐射中过滤出初级辐射而产生。由此将高的运行安全性与前灯的改善的光学质量组合。
在一优选的实施形式中提出，第二半导体光源在第一半导体光源的初级辐射的波长范围中的辐射功率和/或辐射强度小于第一半导体光源在初级辐射的波长范围中的辐射功率和/或辐射强度。这具有如下优点，即可以特别好地调节总辐射的光谱。尤其可以在与之前两段中描述的实施形式之一组合时保证，用于均衡光谱空位而向总辐射输送的辐射没有危险或者说不会使人眼花。
在另一实施形式中提出，产生的第二辐射具有下述的波长分布，该波长分布与产生的第一辐射的波长分布不同，并尤其覆盖450nm和730nm之间的光谱。这具有以下优点，使得产生的第一辐射的波长分布的特征得到均衡或补充，从而使总辐射的波长分布优化，并因此使前灯具有改善的光线质量。
在一优选的实施形式中提出，第二半导体光源包括发光二极管。这具有以下优点，即可以成本低或高能效地产生第二辐射。通过多种不同的可获得的发光二极管，也可以因此使总辐射的光谱波长分布以简单的方式修正或补充为预先规定的波长分布。恰好当第一半导体光源包括激光二极管时，则可以将两种不同的半导体工艺的优点组合。每种单独的半导体工艺可能自带的不利特性可以因此通过相应另一半导体工艺得到补偿。
在另一实施形式中提出，在第一耦入面和转换元件之间和/或在第二耦入面和第二半导体光源之间布置有相应的光学准直元件，用于使相应产生的辐射在其耦合到耦合装置中之前校准。这具有以下优点，可以调节或减小相应产生的辐射的光学扩展量，这对于耦入到耦合装置中以及后来动态地使总辐射偏转都是有利的。
本发明还涉及一种具有根据上述实施形式之一所述的前灯的机动车。
由权利要求、附图和附图描述中得到本发明的其它特征。所有在上述说明中提到的特征和特征组合以及下面在附图的描述中说明的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅以分别给出的组合形式，还可以以其它的组合形式或单独地使用，而不离开本发明的范围。因此可被视为本发明的实施形式所包括和公开的，这些实施形式在附图中没有明确示出和描述，但是可以通过单独的特征组合从所描述的实施形式中得出或产生。
附图说明
下面根据示意图详细说明本发明的实施例。附图示出：
图1示出前灯的示例性实施形式的示意图；
图2示出在根据图1的实施形式中出现的波长分布；
图3示出前灯的另一示例性实施形式的示意图；和
图4示出在根据图3的实施形式中出现的波长分布。
在附图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出前灯的示例性实施形式的示意图。在此，该前灯1包括第一半导体光源2和第二半导体光源3。该第一半导体光源2在此设计为例如具有1.6W功率的激光二极管，且发射单色的初级辐射，当前在450nm波长的情况下。第二半导体光源3在示出的示例中设计为发光二极管，并在此对应于在图2中示出的、预先规定的波长分布而发射在450nm和730nm之间的光谱范围中的辐射。第二半导体光源3的强度值在此例如是100流明。前灯1还包括光学耦合装置4，该光学耦合装置在这个示例中包括具有第一耦入面5的第一单线路11和具有第二耦入面6的第二单线路12。这两个单线路11、12在此被集合成总线路14。光学耦合装置4在总线路14上还包括耦出面7，在该耦出面上产生通过将在第一耦入面5中与在第二耦入面6中耦入到耦合装置4中的辐射耦合而形成的总辐射。当前，在第一半导体光源2和第一耦入面5之间的光学路径中布置有转换元件8，以及准直元件9。该准直元件9在此从半导体光源2处观察布置在转换元件8的后方。在第二半导体光源3和第二耦入面6之间布置有另一准直元件10。该转换元件8在此设计为发荧光的转换器。这两个准直元件9、10设计为会聚透镜。
由第一半导体光源2发射的单色初级辐射进而到达转换元件8。该转换元件将在此具有例如450nm的波长的单色的初级辐射转换为白色的第一辐射，该第一辐射具有在可见光的范围中的宽的光谱、宽的波长分布。该第一辐射相对于第一半导体光源2的初级辐射具有大的光学扩展量，这是因为转换元件8以亮度单位朗伯在与第一半导体光源3的发射面相比大的面上发射第一辐射。在尽可能靠近转换元件8布置的准直元件9方面，将转换元件8的发射的第一辐射校准。在此不恢复初始的光学扩展量。被校准的第一辐射随后通过第一耦入面5馈入到光学耦合装置4中，该光学耦合装置在此设计为光波导。该光波导在此设计为多模光纤，从而在其中传播所有的波长。
对于第二半导体光源3提供不同的发光二极管供使用，该发光二极管分别产生具有不同特性的波长分布的第二辐射。在此可以将发荧光的转换器直接安置在发光二极管的壳体中。第二半导体光源3发射的第二辐射通过另外的准直元件10——在此为会聚透镜——校准，并通过第二耦出面6直接馈入光学耦合装置4中。在示出的示例中，通过将光波导的相应单线路11、12在耦合位置中联合成总线路14实现分别馈入到耦合装置4中的第一辐射和第二辐射的耦合。因此在示出的示例中，将发光二极管和激光二极管的辐射耦合成总辐射，该总辐射可以通过耦合装置4的耦出位置7作为统一的来源在前灯1中使用。当前将半导体光源与同步的脉冲调协，耦合装置4的两个单线路11、12具有相同的长度，从而单波不相消干涉。
在图2中示出4个光谱的波长分布，该波长分布在根据图1的前灯的示例性的实施形式中出现。分别记录的是归一化的辐射功率P/Pmax关于波长λ的图线。
最上方的图表示出由第一半导体光源2发射的初级辐射的波长分布。因为第一半导体光源2在此是激光二极管，所以该图表是具有围绕预先规定的波长、在此为450nm的波长的窄高斯分布的单色光谱。在这个示例中，顶点具有5nm的宽度并达到最大的辐射功率Pmax。
从上方数的第二个图表示出由第一半导体光源2产生的第一辐射的波长分布。该波长分布在示出的示例中仍然具有在波长为450nm时的窄的最大值，该最大值对应于在最上方的图表中的最大值。但是该最大值明显较弱并大约达到最大辐射功率Pmax的一半。然而，显著较宽的第二最大值位于较高的波长范围中。波长分布的这个部分在转换元件8中通过利用初级辐射的照射以及使初级辐射转换而产生。在示出的示例中，在两个最大值之间存在光谱空位，这两个最大值也就在示出的示例中被彼此分开。
从上方数的第三个图表示出由第二半导体光源3产生的第二辐射的波长分布。这个波长分布也在450nm的范围中具有最大值，而该最大值比初级辐射的最大值明显更宽。从这个在450nm处的最大值起，波长分布向着更高的波长范围的方向持续下降。第二半导体光源3的所发射的最大的波长在示出的示例中位于大约730nm处。
最后在从方上数的第四个图表中示出形成的总辐射的波长分布，该波长分布通过将第一辐射与第二辐射耦合而产生。该波长分布在450nm处陡升至最大值，以便紧接着类似于第二辐射的波长分布同样陡地下降，然后向着较大的波长的方向在归一化的辐射功率P/Pmax中近似保持恒定，并在大于730nm处突然下降。在此也就通过将第一辐射与第二辐射组合而在耦出面7上实现总辐射的特别均匀的光谱的波长分布。
在图3中示意性示出前灯1的另一示例性实施形式。该结构在此很大程度上相当于在图1中示出的实施例，然而在转换元件8和准直元件9之间布置有滤光元件13。该滤光元件13也可以直接布置在转换元件8上。滤光元件13适配于初级辐射的波长，以便过滤出或者说吸收或反射该初级辐射。在示出的示例中，滤光元件13相应被严格地限制频带，并仅过滤出初级辐射的波长的辐射，在此也就是过滤出具有450nm的波长的辐射。本实施形式与在图1中示出的实施形式的不同之处还在于，同样设计为发光二极管的第二半导体光源3不再发射白色的光或白色的辐射，而是第二辐射具有与由第一半导体光源2发射的初级辐射相同的波长。在此，第二半导体光源3也就发出具有450nm的波长、尤其仅具有这种波长的第二辐射。
如在上述的实施例中，由第一半导体光源2发射的单色的、在此为具有450nm的波长的初级辐射被发射到转换元件8上，该转换元件将单色的初级辐射转换为具有宽的波长分布的白色的第一辐射。现在通过滤光元件13从第一辐射中过滤出初级辐射的波长，在此为450nm。从第一半导体光源2处观察，第一辐射在滤光元件13后方现在具有受限制的光谱。这个受限制的光谱在图4中从上方数的第三个图表中示出。第一辐射在滤光元件13后的光谱的波长分布现在不再如同在图1的第一实施例中那样覆盖450nm至730nm的光谱范围，而是仅覆盖从大约460nm至730nm的光谱范围。该具有受限制的波长分布的第一辐射现在——如在上文中关于图1对于第一辐射所描述的——通过设计为会聚透镜的准直元件9而被校准。在此，也不重新产生初始的光学扩展量。被校准的第一辐射然后如上所述通过第一耦入面5馈入到光学耦合装置4中。第二半导体光源3的第二辐射在通过另外的准直元件6校准后经由第二耦入面6馈入到光学耦合装置4中，该光学耦合装置在此又设计为光波导。如上所述，激光二极管的第一辐射和发光二极管的第二辐射也就在耦合元件4中被耦合为总辐射。通过将第一辐射与第二半导体光源3的此处为蓝色的第二辐射耦合，使通过滤光元件13过滤出的和进而第一辐射的、在转换元件18之后在第一辐射中缺少的、在此为蓝色的部分在总辐射中得到补偿。因此总辐射的波长分布在初级辐射的波长范围中不具有空位。
在图4中示意性示出五个光谱的波长分布，这五个波长分布在根据图3的前灯的示例性的实施形式中出现。记录的是如同在图2中的相应归一化的辐射功率P/Pmax关于波长λ的图线。
从上方数的第一个图表在此示出由第一半导体光源2发射的初级辐射的波长分布。因为在图3中半导体光源2也是具有450nm的波长的激光二极管，所以该图表与图2的最上方的图表相同。
从上方数的第二个图表示出第一辐射直接在转换元件8之后的波长分布，但是在滤光元件13之前。该波长分布与在图2中从上方数的第二个图表中的波长分布相同，即具有在450nm处的第一最大值和在较高的波长范围中的明显另外的第二最大值。
从上方数的第三个图表示出第一辐射在经过滤光元件13之后的波长分布。与在从上方数的第二图表中示出的波长分布相比，在450nm处的第一最大值被完全过滤出，但是在较高的波长范围中的较宽的、显著较小的第二最大值保持不变。
接着，第四个图表示出由第二半导体光源3产生的第二辐射的波长分布。这个波长分布同样是单色的辐射，在此具有450nm的波长。但是与在第一个图表中示出的波长分布相比具有明显较宽的最大值，这是因为发光二级管比激光二级管产生频带更宽的辐射。
最后，从上方数的第五个图表示出在耦出面7上的总辐射的波长分布，该图表对应于图2中从上方数的第四个图表。但是示出的波长分布明显不同。该波长分布由在从上方数第四个图表中示出的在450nm处的宽的最大值以及在第三个图表中示出的在更高的波长范围中的宽的最大值组成。由总辐射覆盖的波长范围因此从大约450nm延伸至730nm，并具有两个最大值。在450nm处的最大值在此比在更高的波长范围中的最大值明显更强，并且也更窄。但是比第一半导体光源2在450nm处的最大值明显更宽，此外还具有较小的归一化的辐射功率P/Pmax，从而前灯1(图3)对眼睛是安全的。

Claims (10)

1.一种用于机动车的前灯(1)，该前灯具有：
-用于产生第一辐射的第一半导体光源(2)；
-用于产生第二辐射的第二半导体光源(3)；和
-用于将产生的辐射耦合的光学耦合装置(4)，该光学耦合装置包括第一耦入面(5)和第二耦入面(6)，
其特征在于，
-在第一半导体光源(2)和第一耦入面(5)之间的光学路径中布置有转换元件(8)，用于将由第一半导体光源(2)发射的初级辐射转换为产生的第一辐射。
2.根据权利要求1所述的前灯(1)，其特征在于，耦合装置(4)包括光波导、尤其是多模光纤。
3.根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)，其特征在于，第一半导体光源(2)包括激光二极管。
4.根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)，其特征在于，在转换元件(8)和第一耦入面(5)之间布置有滤光元件(13)，该滤光元件与初级辐射的波长相协调。
5.根据权利要求4所述的前灯(1)，其特征在于，由第二半导体光源(3)产生的第二辐射至少基本上具有与第一半导体光源(2)的初级辐射相同的波长。
6.根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)，其特征在于，第二半导体光源(3)在初级辐射的波长范围中的辐射功率和/或辐射强度小于第一半导体光源(2)在初级辐射的波长范围中的辐射功率和/或辐射强度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)，其特征在于，产生的第二辐射具有与产生的第一辐射的波长分布不同的波长分布，并尤其覆盖450nm和730nm之间的光谱。
8.根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)，其特征在于，第二半导体光源(3)包括发光二级管。
9.根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)，其特征在于，在第一耦入面(5)和转换元件(8)之间和/或在第二耦入面(6)和第二半导体光源(3)之间布置有相应的光学准直元件(9、10)，用于将相应产生的辐射在其耦合到耦合装置(4)中之前校准。
10.一种机动车，具有根据前述权利要求中任一项所述的前灯(1)。
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