CN107076388A - 具有射束转向装置和发光物质的探照灯模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种探照灯模块（100、100'），所述探照灯模块具有辐射源（10、10'）、射束转向装置（11、11'）以及施加在基底材料（13、13'）上的发光物质（12、12'），其中所述发光物质（12、12'）能够借助由所述辐射源（10、10'）发出的电磁辐射来激发以用于光发射，其中在所述射束转向装置（11、11'）与所述发光物质（12、12'）之间布置了具有至少一个光学元件的第一光学结构（16、16'），并且其中沿着辐射方向（15、15'）在所述发光物质（12、12'）之后布置了具有至少一个光学元件的第二光学结构（17、17'）。
Description
技术领域
本发明涉及一种探照灯模块，所述探照灯模块具有辐射源、射束转向装置和施加在基底材料上的发光物质，其中所述发光物质能够借助由所述辐射源发出的电磁辐射来激发以用于光发射。
背景技术
来自机动车技术领域的探照灯模块实现了在多个固定规定的光分布像例如近光灯、远光灯与雾灯之间的选择。所谓的适应性的探照灯系统越来越多地得到推广，所述适应性的探照灯系统拓宽了对于光分布的选择并且例如实现了动态转向灯、高速公路灯、城市灯和恶劣天气灯。对于所述光分布的选择在此能够根据情况由机动车中的控制设备来进行。
车辆照明领域中的进一步发展表现为所谓的主动式探照灯模块。所述主动式探照灯模块不局限于预先规定的光分布，而是能够与投影机相类似地在车辆前方的空间中实现任意的光分布。由此例如能够使处于自身的远光锥之内的迎面而来的和在前面行驶的车辆隐没，这也被称为所谓的抗眩目的远光灯，又或者能够通过直接的照明来为驾驶员突出可能的危险源。
这样的主动式探照灯模块基本上能够通过两种原理方式来实现。对于减法系统来说，所有产生的光流通过光学活性元件例如LCD、LCoS、DMD的矩阵来传导。明亮的区域以允许光流通过的方式来产生。对于黑暗的区域来说，光流借助光学活性元件例如LCD或者LCoS来吸收或者例如借助DMD朝吸收器的方向偏转。对于减法系统来说，在空间上在不同的构件中进行光的产生以及光的可变的分布。出于这个原因，光源的功率密度不会限制系统的分辨率。因此，能够实现具有相对高分辨率的小型构造的系统。依赖于原理，减法系统中的光学损失比在加法系统中更高。
加法系统通过光源、例如LED的矩阵布置来对场景进行照明，其中各个光源能够按需要来接通和切断。也就是说，对于理想的加法系统来说总是利用所有产生的光量。光源矩阵的必要的散热对这样的系统来说典型地限制了结构尺寸、最大亮度和/或能够达到的分辨率。
将在加法的主动式探照灯模块中的光产生和光分布在空间上彼此分开的一种可行方案在于，使用能够用电磁辐射、例如激光辐射来激发的发光物质。所述发光物质在此用激发性的辐射来扫描并且而后借助投影光学器件来成像。这样的原理例如在DE 10 2010028 949 A1中得到描述。
然而，发光物质的各向同性的、也就是朝所有方向均匀地实现的辐射在将发光物质成像到远场中时引起光强度的巨大损失。在所述发光物质中局部地产生的光在所述发光物质中朝所有方向传播开来，并且最后通过在所述发光物质的表面的大部分的范围内散射（Streuung）来漫射式（diffus）地辐射（abstrahlen）。亮度的高局部分辨率只有在艰难的情况下才能够实现。如此漫射式地辐射的发光物质的成像只有在光学损失的情况下才能借助投影光学器件来实现，因为所辐射的光的大量部分不能被所述投影光学器件捕获。
发明内容
在这种背景前，用本发明来介绍一种按照独立权利要求1的探照灯模块。本发明的有利的设计方案和有利的改进方案在从属权利要求中得到说明。
按照本发明的探照灯模块的特征在于，在所述射束转向装置与所述发光物质之间布置了具有至少一个光学元件的第一光学结构，并且沿着辐射方向在所述发光物质之后布置了具有至少一个光学元件的第二光学结构。
借助沿着辐射方向在所述发光物质之前布置第一光学结构并且沿着辐射方向在所述发光物质之后布置第二光学结构这种方式，能够有利地以下述方式影响所述发光物质的辐射角度：使得能够提高由所述发光物质所辐射的光的效率。沿着辐射方向处于所述发光物质之前并且由此处于所述射束转向装置与所述发光物质之间的第一光学结构实现了：独立于所述射束转向装置的位置，所述射束能够以直角撞击到所述发光物质上。对于以这种方式被辐射的发光物质来说，沿着辐射方向处于所述发光物质之后的第二光学结构实现了得到改进的准直化、也就是由所述发光物质发出的光沿着直线的导引。由此能够防止由所述发光物质发出的光的漫射式的辐射。
所述至少一个光学元件例如能够是会聚透镜、反射面元件、微透镜结构或者是全息元件。所述会聚透镜——又名准直透镜、凸透镜或者正透镜——是具有正的折光力的球状的透镜。能够使以不同的角度撞击到所述会聚透镜上的射束平行。反射面元件能够构造成具有或者不具有微结构。微透镜结构——又名微透镜阵列（MLA）——是一种具有多个透镜的结构，所述多个透镜不仅能够是旋转对称的而且能够是柱筒状的。微透镜结构的相邻的透镜以尽可能小的间隙或者在根本没有间隙的情况下相对于彼此来布置。微透镜结构不仅能够构造成凸形而且能够构造成凹形。微透镜结构能够由玻璃、塑料或者硅树脂制成。微透镜结构的各个透镜的大小优选处于若干微米直至数毫米之间。因为所述辐射源优选以激光、尤其窄带激光的形式发出电磁辐射，所述电磁辐射通过所述射束转向装置对准到所述发光物质上，所以也能够使用全息元件（HOE）来作为光学元件。例如能够使用能够取代透镜的透射全息图或者能够取代反光镜的反射全息图。为了能够实现高的衍射效率（Beugungseffizienz），能够将所述反射全息图优选用作相位全息图、尤其体积全息图或者表面全息图。将全息元件用作光学元件的主要优点是能够集成的额外的转向功能，由此能够减少光学结构的必要的光学元件的数目。用于全息元件的合适的材料例如是适合于制造方法、例如压印或者接触复制的光刻胶（Photolack）或者光聚合物（Photopolymer）。
所述第一光学结构和/或第二光学结构能够具有刚好一个这样的光学元件或者也能够具有两个或者更多个这样的光学元件，其中对于两个或者更多个光学元件来说能够在一个光学结构中构造相同类型的光学元件，又或者也能够在一个光学结构中布置不同类型的光学元件。
特别优选能够规定，所述第一光学结构具有多个光学元件，其中所述多个光学元件能够是会聚透镜、构造成凹形的微透镜结构以及构造成凸形的微透镜结构。所述第一光学结构于是优选具有三个不同的、沿着辐射方向先后布置的光学元件。在所述第一光学结构的这样的设计方案中，沿着辐射方向作为第一光学元件布置的会聚透镜用于使由所述射束转向装置从不同的角度到达的射束平行。由所述会聚透镜发出的射束集束能够通过连接在后面的、构造成凸形的微透镜结构来聚焦并且再由连接在后面的、构造成凹形的微透镜结构来准直化。这种结构相当于基于伽利略望远镜的颠倒过来的扩束器（Beam Expander）。用这样的第一光学结构能够在射束直径方面减小撞击到所述发光物质上的射束，其中通过所述发光物质产生的各向同性的辐射大概相当于点源的辐射。这些点源能够用沿着辐射方向布置在所述发光物质之后的第二光学结构再被准直化，以便能够高效地成像到远场中。
如果所述第一光学结构或者所述第二光学结构不仅具有构造成凸形的微透镜结构而且具有构造成凹形的微透镜结构作为光学元件，那么这些微透镜结构就能够共同构造为一个构件，从而能够将由构造成凸形的微透镜结构和构造成凹形的微透镜结构构成的组合以仅仅一个构造为构件的元件的形式来制造。由此能够减少有待安装到所述探照灯模块中的构件的数目，由此能够降低装配开销。
此外也可行的是，所述第一光学结构具有多个光学元件，其中所述多个光学元件能够是第一全息元件和第二全息元件。沿着辐射方向作为第一元件布置的全息元件能够用于使由所述射束转向装置发出的辐射转向和聚焦。沿着辐射方向布置在所述第一全息元件之后的第二全息元件能够用于使由所述第一全息元件发出的辐射准直化。
所述第一全息元件和所述第二全息元件在此能够共同构造为一个构件，其中所述第一全息元件和所述第二全息元件于是能够通过基底层彼此连接。优选构造成透明的基底层例如能够以玻璃的形式来构造。
为了能够实现对由所述发光物质发出的辐射的特别好的准直化，并且由此能够实现所述辐射向远场中的特别高效的发出，所述第二光学结构优选具有微透镜结构来作为光学元件。所述第二光学结构的微透镜结构在此优选构造成凸形。
沿着辐射方向在所述第二光学结构之后优选布置了投影光学器件。由所述发光物质或者由连接在所述发光物质之后的第二光学结构发出的辐射能够借助所述投影光学器件会集并且成像到远场中。所述投影光学器件优选具有多个先后布置的会聚透镜。
其上布置有所述发光物质的基底材料优选构造成透明的，从而使得由所述第一光学结构发出的辐射能够穿透所述基底材料，以便能够被引入到所述发光物质中。
所述发光物质优选不是直接地布置在所述基底材料上，而是能够在所述基底材料与所述发光物质之间布置反射层。
能够将按本发明的探照灯模块优选用在机动车技术领域中尤其作为车辆前照灯的主动式行驶灯的组成部分。其他使用可行方案例如能够是用于舞台照明、工作位置照明、居室照明等的探照灯。
附图说明
下面借助附图结合对于本发明的优选的实施例的说明对其他对本发明进行改进的措施进行详细描述。附图中：
图1示出了按照本发明的第一种设计方案的探照灯模块的示意图；并且
图2示出了按照本发明的第二种设计方案的探照灯模块的示意图。
具体实施方式
图1示出了探照灯模块100的一种可行的设计方案。所述探照灯模块100具有辐射源10，所述辐射源构造用于发出电磁辐射例如激光、尤其蓝色激光。所述电磁辐射以及尤其所述电磁辐射的路径通过方向箭头来示出。所述辐射源10例如能够是激光二极管，其中所述辐射源10在对准和集束的情况下以激光射束的形式发出辐射。
所述辐射源10的辐射撞击到射束转向装置11上。所述射束转向装置11具有反光镜装置、例如微反光镜装置。所述射束转向装置11能够优选通过电操控沿着两个空间轴线摆转。由此能够根据对于所述反光镜转向装置11的电操控使撞击到所述射束转向装置11上的激光射束朝所期望的方向偏转。代替唯一的能够沿着两个空间轴线摆转的射束转向装置11，也能够使用两个能够分别沿一个空间方向偏转的射束转向装置11。
所述辐射源10的由所述射束转向装置11偏转的电磁辐射撞击到能够借助电磁辐射来激发的发光物质12上，所述发光物质布置在基底材料13上。所述射束转向装置11优选具有操控设备，所述操控设备以下述方式借助所述射束转向装置11来实现使由所述辐射源10发出的辐射偏转：使得能够在时间上先后激发所述发光物质12的不同区域。
对于电视机的显像管中的逐行的成像来说，人眼通过合适的时间上和空间上的操控模式看见平面的图像，大致与所述电视机的显像管中的逐行的成像相类似，按照本发明也设计了对所述射束转向装置11的操控模式，从而由于人眼的时间上的分辨能力与所述发光物质12的反应时间的相互作用，使得人眼在没有闪烁或者类似现象的情况下看见所述探照灯模块100的持续的发光。
由于借助所述电磁辐射进行的激发，所述发光物质12发出光。所述发光物质12例如由光学活性的发光物质粉末构成，所述发光物质粉末被嵌入到合适的基层材料中。所述基层材料应当在相关的波长范围内在光学上是透明的、具有合适的折射指数并且具有足够的导热性以用于排出废热。典型的基层材料是塑料例如聚合物和聚碳酸酯、玻璃、硅树脂或者类似材料。由发光物质粉末和基层材料构成的混合物能够在最终硬化之前以液体、凝胶或者膏体的形式存在，并且能够以这种形式直接地或者间接地被施加到所述基底材料上，所述基底材料能够透明地并且以蓝宝石、玻璃、塑料或者类似材料的形式来构造。如果将由发光物质粉末和基层材料构成的混合物间接地施加到所述基底材料13上，那就在所述基底材料13上布置反射层14，而后在所述反射层上布置所述混合物或者所述发光物质12。
为了通过使所辐射的光集束这种方式来达到高的光效率（Lichtausbeute），沿着辐射方向15在所述发光物质12之前布置了第一光学结构16，并且沿着辐射方向15在所述发光物质12之后布置了第二光学结构17。
布置在所述射束转向装置11与所述发光物质12之间的第一光学结构16具有三个光学元件，所述三个光学元件的形式为会聚透镜18、构造成凸形的微透镜结构19和构造成凹形的微透镜结构20。由所述射束转向装置11偏转的辐射首先撞击到所述会聚透镜18上，在所述会聚透镜中首先使由所述射束转向装置11从不同的角度到达的射束平行。由所述会聚透镜18平行调整过的射束随后撞击到构造成平凸形的微透镜结构19上，在所述构造成平凸形的微透镜结构19中所述射束被聚焦。经过聚焦的射束随后撞击到构造成平凹形的微透镜结构20上，在那里所述射束又被准直化。所述第一光学结构16实现了在所述电磁辐射撞击到所述发光物质12上之前减小所述电磁辐射的射束直径，从而能够在所述发光物质12上近似产生点光源。
由这些点光源发出的、从所述发光物质12发射的光随后撞击到所述第二光学结构17上，所述第二光学结构具有构造成平凸形的微透镜结构21来作为光学元件，通过所述构造成平凸形的微透镜结构21使由所述发光物质12发射的光准直化。
经过准直化的光随后撞击到沿着辐射方向15布置在所述第二光学结构17之后的投影光学器件22上，所述投影光学器件在这里所示出的设计方案中具有三个先后布置的会聚透镜23。借助所述投影光学器件22能够将所述经过准直化的光特别有效地成像到远场中。
在图2中示出了探照灯模块100'的另一种可行的设计方案。同样如在图1中所示出的探照灯模块100一样，在图2中所示出的探照灯模块100'也具有辐射源10'、射束转向装置11'、布置在基底材料13'和反射层14'上的发光物质12'、沿着辐射方向15'布置在所述发光物质12'之前的第一光学结构16'、沿着辐射方向15'布置在所述发光物质12'之后的第二光学结构17'以及沿着辐射方向15'布置在所述第二光学结构17'之后的投影光学器件22'，所述投影光学器件包括三个会聚透镜23'。
在图2中所示出的探照灯模块100'与在图1中所示出的探照灯模块100的区别在于所述第一光学结构16'的光学元件的类型。在图2中所示出的第一光学结构16'具有第一全息元件24'和与所述第一全息元件24'隔开地布置的第二全息元件25'，其中这两个全息元件24'、25'通过构造成透明的、例如形式为玻璃的基底层26'彼此连接。所述第一全息元件24'用于使由所述射束转向装置11'发出的辐射转向和聚焦。沿着辐射方向15'布置在所述第一全息元件24'之后的第二全息元件25'用于：在由所述第一全息元件24'发出的辐射被输出给所述发光物质12'之前使其准直化。同样如在图1中所示出的探照灯模块100的第二光学结构17一样，所述第二光学结构17'具有构造成平凸形的微透镜结构21'来作为光学元件，在由所述发光物质12'发射的光撞击到所述投影光学器件22'上并且由其成像到远场中之前，通过所述构造成平凸形的微透镜结构21'使所述光准直化。
Claims (10)
1.探照灯模块（100、100'），所述探照灯模块具有：
-辐射源（10、10'）；
-射束转向装置（11、11'）；以及
-施加在基底材料（13、13'）上的发光物质（12、12'），其中所述发光物质（12、12'）能够借助由所述辐射源（10、10'）发出的电磁辐射来激发以用于光发射；
其特征在于，
在所述射束转向装置（11、11'）与所述发光物质（12、12'）之间布置了具有至少一个光学元件的第一光学结构（16、16'），并且沿着辐射方向（15、15'）在所述发光物质（12、12'）之后布置了具有至少一个光学元件的第二光学结构（17、17'）。
2.按权利要求1所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述至少一个光学元件是会聚透镜（18）、反射面元件、微透镜结构（19、20、21、21'）或者全息元件（24'、25'）。
3.按权利要求1或2所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述第一光学结构（16、16'）具有多个光学元件，其中所述多个光学元件是会聚透镜（18）、构造成凹形的微透镜结构（19）和构造成凸形的微透镜结构（20）。
4.按权利要求3所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述构造成凹形的微透镜结构（19）和所述构造成凸形的微透镜结构（20）共同构造为一个构件。
5.按权利要求1或2所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述第一光学结构（16、16'）具有多个光学元件，其中所述多个光学元件是第一全息元件（24'）和第二全息元件（25'）。
6.按权利要求5所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述第一全息元件（24'）和所述第二全息元件（25'）共同构造为一个构件，其中所述第一全息元件（24'）和所述第二全息元件（25'）通过基底层（26'）彼此连接。
7.按权利要求1到6中任一项所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述第二光学结构（17、17'）具有微透镜结构（21、21'）作为光学元件。
8.按权利要求7所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述第二光学结构（17、17'）的微透镜结构（21、21'）构造成凸形。
9.按权利要求1到8中任一项所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，沿着辐射方向（15、15'）在所述第二光学结构（17、17'）之后布置了投影光学器件（22、22'）。
10.按权利要求1到9中任一项所述的探照灯模块（100、100'），其特征在于，所述基底材料（13、13'）构造成透明的。
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