CN107345641A - 包括激光元件的照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明模块(10)，包括：‑半导体激光元件(12)，所述半导体激光元件(12)被配置成在第一发射锥(16)中发射激光束(14)；‑发光元件(18)；‑反射表面(26)，所述反射表面(26)的主要部分(26A)反射来自所述发光元件(18)的光，以便形成所述出射光束(24)；‑辅助引导面(26B),所述辅助引导面(26B)将来自所述第一发射锥(16)的光反射到测量锥(28)中；‑用于检测入射光超过光强的预定阈值的装置(30),其被设置在所述测量锥(28)中；其特征在于,所述引导面(26B)的光学结构引起光扩散,从而所述测量锥(28)具有比第一发射锥(16)的孔径角更大的孔径角。

Description

包括激光元件的照明模块

技术领域

本发明涉及一种照明模块，所述照明模块被设计成发射光束并包括半导体激光元件。

本发明更具体涉及一种照明模块，所述照明模块尤其用于机动车辆，被设计成发射出射光束并且包括：

-至少一个半导体激光元件，所述半导体激光元件被配置成发射在第一光锥中的激光束，所述第一光锥称作发射锥；

-发光元件，所述发光元件被配置成转换所述激光束的至少一部分的波长；

-反射表面，所述反射表面的主要部分反射来自所述发光元件的光，以便形成沿第一发射方向定向的所述出射光束；

-辅助引导面,所述辅助引导面将来自所述第一发射锥的光反射到沿第二测量方向定向的第二光锥中,所述第二光锥称作测量锥；

-至少一个用于检测入射光超过光强的预定阈值的装置,其被设置在所述测量锥中。

背景技术

半导体激光元件提供许多有利的性能，例如充分减小的发射表面面积，同时非常强和非常准直的激光束。用于激光的光学系统因此可以设计成焦点距离小于使用几乎不准直的光源的系统的焦点距离，例如白炽灯和发光二极管(LED)。用于激光的光学系统因而具有特别地减小的空间需求。

然而，半导体激光元件用作机动车辆照明模块的光源，带来某些问题，这主要由于这种光源发射大致单色相干光束。因而，用于机动车辆的车载照明或信号应用的激光器类型所发射的激光束如果直接投射到路上，可能带来某些安全问题。这种激光束可能对观察者的眼睛尤其有害。

而且，机动车辆的照明或信号功能要求光束具有比激光束更宽的光谱，例如白光。

为了解决安全问题同时将激光束转变成适于照明或信号功能的光辐射，已知解决方案是在激光束路径中放入发光元件。这种发光元件例如包括利用光激励的发光物质，所述光的波长对应如蓝光的激光束波长。作为结果，发光元件发射的光的辐射光谱超过以黄色为中心的范围，从绿色延伸到红色。因而，至少一部分给定波长的入射光被转换成向各个方向发射并且具有的波长的光谱更宽且以对初始波长互补的波长为中心的光。

另外，入射光的至少另一部分被发光元件分散。通过这种方式，被分散的光和被转换的光以加色法的方式复合，例如以便形成白光。

出于上述安全原因，发光元件是特别重要的。如果发光元件被损坏或从激光束的路径中移除，例如受到冲击，照明模块危险地沿出射光束被初始设置的方向发射集中的且没有转换的激光束。在这些情形中，必须设想安全措施以便避免道路的使用者被置于危险境地。

被设想的一个解决方案是将检测激光束路径中的激光波长的装置放置在发光元件的下游。因而，当发光元件不再履行它的角色时，激光束直接照射到检测装置上。如果出现这种情况，激光元件的电力供应通过例如电子控制单元的用于驱动激光元件的设备中断。

然而，这些装置要求精确地布置检测装置。这尤其要求所述设备的非常小的定位容差以相对于光学设备引导光。

另外，当受到激光束的直接作用时，所述检测装置迅速饱和。因此，调整饱和度同时获得对上述安全使用足够的检测灵敏度，是很难做到的。

发明内容

本发明提供一种前述类型的照明模块，其特征在于,所述引导面的光学结构引起光扩散,从而所述测量锥具有比第一发射锥的孔径角更大的孔径角。

布置辅助引导面，使得所述第二测量方向不同于第一发射方向，尤其以所述引导面反射的光不参与构成出射光束的形式。

根据本发明的其它特征：

-所述引导面的包络线的几何外形引起光在测量锥中扩散；

-所述引导面包括引起光扩散的条纹部；

-所述引导面包括引起光扩散的一系列相邻反射表面；

-所述引导面包括引起光扩散的一系列相邻枕形块；

-所述引导面的表面状态引起光在测量锥中散射；

-所述照明模块包括分别布置在测量锥中的至少两个检测装置；

-所述照明模块包括用于驱动所述激光元件的装置，其被设计成当所述检测装置检测到高于预定阈值的光强时，中断所述激光束的发射；

-所述引导面由反射表面的辅助部分形成。

附图说明

通过阅读下面的详细说明并且为了理解可参考附图，本发明的其它特征和优点将变得明显，在附图中：

-图1是轴向剖面示意图，显示根据本发明教导的装配有激光元件的照明模块，所述照明模块发射出射光束；

-图2是类似于图1的示图，显示图1的发光模块处于故障情形，激光束被引导面朝向检测装置反射；

-图3是根据本发明第一实施方式形成的、示出图1中引导面的细节放大图，其中引导面包括条纹部；

-图4是类似于图3的示图，显示根据本发明第二实施方式形成的引导面，其中所述引导面包括相邻的平坦琢面；

-图5是类似于图3的示图，显示根据本发明第三实施方式形成的引导面，其中引导面包括呈枕形块形状的相邻琢面；

-图6是类似于图3的示图，显示根据本发明第四实施方式形成的引导面，其中引导面呈纹理状；

-图7是类似于图2的示图，显示根据本发明的变型，其中照明模块包括两个检测装置。

具体实施方式

在下面的描述中，具有相同结构和类似功能的元件用相同的附图标记表示。

在说明书和权利要求中，术语“光锥”可应用于光束的包络线。这种光锥不仅仅局限于回转锥。因而，应理解的是，光锥可具有各种形状的横截面，例如圆的、卵形的、矩形的等。

图1示出包括半导体激光元件12的照明模块10。激光元件12被配置成发射激光束14，激光束14的包络线由第一光锥16界定，第一光锥16称作发射锥16，具有围绕整体发射方向的非常紧密的孔径角。例如，所述锥的横截面是孔径在8°和40°之间变化的椭圆形。在这方面，在附图中，激光束14，例如是蓝色的激光束14，将用简单的线来表示。

当照明模块10正常工作时，如图1所示，激光束14被布置在激光束14的路径中的发光元件18拦截。发光元件18被配置成将所述激光束14的至少一部分的波长转换成其波长不同于激光束14的波长的不相干光。

而且，发光元件18被设计成对穿过它的光进行分散。

这个元件能够例如是包括发光体的光学元件。

根据激光束14的效果，发光元件18发射被分布在辅助光束20内的光，辅助光束20具有与激光束14的孔径角相比非常大的孔径角。以辅助光束20发射的光是多色的或者白色的且不相干。它的光强相对于激光束14的光强被减小。该光因而不再对道路的使用者带来危险。

照明模块10还包括用于将来自发光元件18的光转换成沿第一发射方向“A”定向的出射光束24的光学装置。该出射光束24朝车辆的外侧定向，例如前侧，以便提供照明或信号功能。

所述光学装置由具有反射表面26的反射器22形成，反射表面26的主要部分26A被设计成通过反射而将辅助光束20转换成沿发射方向“A”准直的出射光束24。

主要部分26A因而形成准直部分，在这里，所述准直部分具有大致抛物线的形状。为了这个目的，发光元件18大致布置在反射表面26的主要部分26A的焦点处。

当发光元件18不再能够完成它的功能时，经过反射表面26的主要部分26A的焦点附近的激光束14，存在被反射表面26的主要部分26A沿发射方向“A”反射的风险。

为了避免这种情形，引导反射表面被置于第一发射锥16的路径中。所述引导面被布置成对被在所述发射锥16中发射的至少一部分光进行反射，形成由第二光锥28界定的测量光束，第二光锥28沿第二给定测量方向“B”定向，下面称之为“测量锥28”。

所述引导面被布置成，使得第二测量方向B不同于第一发射方向A，尤其以由引导面反射的光不参与构成出射光束24的形式。

所述引导面以固定的方式由反射器携载。所述引导面由反射表面26的辅助部分26B形成，所述辅助部分将来自发射锥16的光反射到测量锥28中。反射表面26的辅助部分26B因而与反射表面的主要部分26A形成一个构件。

有利地，辅助部分26B沿出射光束24的投射方向布置在反射表面26的下游的一个端部。

作为变型，所述引导面由安装在反射表面的主要部分上的元件(例如棱镜)的反射面形成。

而且，照明模块10还装配有至少一个用于检测入射光超过光强的预定阈值的装置30,因此称为“安全阈值”。为了这个目的，检测装置30具有光敏表面。检测装置30被设计成检测光辐射强度的增加超过所述安全阈值。安全阈值是指低于它的光辐射不对道路使用者的安全带来任何危险的阈值。

作为变型，所述检测装置被设计成测量所检测的光辐射的光强，尤其是以绝对的形式。

检测装置30在这里包括光电二极管。

检测装置30被布置成使得检测被反射到测量锥28中的光。为了这个目的，检测装置30布置在测量锥28内。测量锥28因而朝检测装置30的光敏表面指向。

照明模块10还包括驱动装置40，例如电子控制单元，驱动装置40能够例如通过关闭对激光元件12的电力供应来控制激光元件12的停用。

包括在测量锥28内的光线的光强的监测允许核实发光元件18正确地履行它的角色。

当照明模块10正常工作时，如图1所示，来自激光束14的光在朝向反射表面26发射前被发光元件18转换和分散，以便形成出射光束24。辅助部分26B对一部分光线取样，这部分光线因而与形成出射光束24的光线具有相同的性能。这些光线沿朝检测装置30的光敏表面定向的测量方向“B”反射到测量锥28中。因而，入射到检测装置30上的光具有低于安全阈值的中等光强，保证照明模块10的安全使用。

相反地，驱动装置40被设计成，当包含在测量锥28中的光线的光强超过安全阈值时，停用激光元件12。

图2示出当发光元件18不再实现它的功能时的照明模块10。发光元件18在受到冲击后从它的容纳处去除。发光元件18因而不再位于激光束14的路径中。在不存在发光元件18的情形中，激光束14的光强是潜在地危险的，激光束14直接击中被布置在发射锥16中的辅助部分26B。

激光束14的至少一部分沿直接沿朝检测装置30的光敏表面定向的测量方向“B”反射到测量锥28中。到达检测装置30的光敏表面的光线则具有相对于激光束14的出射大体上没有减小的光强。因而，由光学元件36朝向检测装置30偏离的光线的光强超过安全阈值。

安全阈值的超过由检测装置30传递给驱动装置40。作为响应，驱动装置40停用激光元件12。通过这种方式，驱动装置40中断产生激光束14，阻止任何有害的光辐射离开照明模块10。

如果辅助部分26B包括大致平坦的且光滑的反射表面，测量锥28具有与发射锥16相同的孔径角。因为这个原因，测量光束在检测装置的支撑处照亮的面积非常小。这意味着所述检测装置需要以非常精确的方式相对于反射器26定位。

而且，在这种配置中，当激光束被所述反射表面的辅助部分26B直接反射时，所述测量光束的光强相对于所述发光元件正确地转换的光束的光强极高。这导致所述检测装置的饱和的高度风险。因此，必需调整所述检测装置以使得所述检测装置不饱和同时保持充分的检测灵敏度。这种操作是极其棘手的。

为了解决这些问题，本发明使反射表面26的辅助部分26B包括用于扩散光线的装置，以使得测量锥28的孔径角大于第一发射锥16的孔径角。因而，被反射的测量光束相对于所述激光束是非常发散的。

所述反射表面的辅助部分26B因而包括用于将出射光通过反射或漫射而扩散到测量锥28中，测量锥28至少在一个平面中具有大致比发射锥16的几乎零孔径角大的孔径角α。测量锥28因而从引导面26B朝向检测装置30发散。

这导致在检测装置的支撑处照亮的面积比较大。因而，所述检测装置相对于所述反射表面的辅助部分26B的定位容差增大。

而且，当所述反射表面的辅助部分26B直接暴露于激光束时，反射的测量束的光强相对于被在发射锥16中发射的激光束的光强稍微降低。这允许所述检测装置的饱和度的调整变得便利。

根据图3至5所示的发明的第一实施方式，反射表面的辅助部分26B的包络的几何外形被设计成引起光在测量锥28中扩散。反射表面的辅助部分26B因而被构造成用于将光分布到测量锥28中。

根据图3所示的这个第一实施方式的第一实例，反射表面的辅助部分26B包括条纹部42，条纹部42引起光沿至少横向方向扩散。

根据图4所示的这个第一实施方式的第二实例，反射表面的辅助部分26B包括一系列引起光的扩散的相邻反射琢面44。琢面44是平面并且彼此形成角度。

根据这个第一实施方式的第三实例，反射表面的辅助部分26B包括一系列引起光扩散的呈枕形块46形式的相邻琢面。

根据本发明的第二实施方式，反射表面的辅助部分26B的表面状态引起光漫射到测量锥28中。

因而，如图6所示，反射表面的辅助部分26B例如具有纹理的，以便将漫射到第二测量锥28中。

如图2所示，检测装置30可以布置在测量锥28的主轴线上或者稍微偏离轴线，同时保持位于测量锥28的内侧。

本发明有利地允许入射到检测装置30的整体光敏表面上的光被均匀地分布。这允许所述检测装置的饱和度的调整变得非常简单。

本发明的一个变型实施方式在图7中示出。照明模块10在这里包括数个用于检测光强的装置。所有检测装置都布置在测量锥28内。

在图7所示实例中，照明模块包括两个检测装置30A、30B。每个检测装置30A、30B都能够与驱动装置40通信，以便当光被检测装置30A、30B中的一个和/或另一个检测到超过安全阈值时，允许激光元件12被停用。

这些检测装置30A、30B中的每一个都布置在测量锥28内。两个检测装置30A、30B在这里以相对于测量锥28的主轴线以偏离轴线的方式进行布置。

两个检测装置30A、30B的存在允许测量锥28的光线的强度以冗余的方式检测。因而，当检测装置30A、30B向驱动装置40传递互相矛盾的信息时能够诊断检测装置30A、30B中的一个发生故障。

根据本发明的教导制造的照明模块10因而允许自由地给定检测装置30相对于辅助部分26B的定位容差。事实上，光扩散到更开放的光锥中允许获得检测装置30可以布置于其内的更大的照亮面积。

而且，获得具有更大孔径角的测量光束的可能性允许检测装置30的整个光敏表面被照亮，因而便于调整它的饱和度。

另外，当所述孔径角被设计成充分宽时，两个检测装置30能够布置在同一测量光束内。因此，照明模块10以更安全的方式工作。

Claims (9)

1.一种照明模块(10)，尤其是用于机动车辆的照明模块，所述照明模块(10)被设计成发射出射光束(24)，并且包括：

-至少一个半导体激光元件(12)，所述半导体激光元件(12)被配置成发射在第一光锥(16)中的激光束(14)，所述第一光锥(16)称作发射锥(16)；

-发光元件(18)，所述发光元件(18)被配置成转换所述激光束(14)的至少一部分的波长；

-反射表面(26)，所述反射表面(26)的主要部分(26A)反射来自所述发光元件(18)的光，以便形成沿第一发射方向(A)定向的所述出射光束(24)；

-辅助引导面(26B),所述辅助引导面(26B)将来自所述第一发射锥(16)的光反射到沿第二测量方向(B)定向的第二光锥(28)中,所述第二光锥(28)称作测量锥(28)；

-至少一个用于检测入射光超过光强的预定阈值的检测装置(30),所述检测装置被布置在所述测量锥(28)中；

其特征在于,所述引导面(26B)的光学结构引起光扩散,从而所述测量锥(28)具有比第一发射锥(16)的孔径角更大的孔径角。

2.根据前一权利要求所述的照明模块(10),其特征在于,所述引导面(26B)的包络线的几何外形引起光在所述测量锥(28)中扩散。

3.根据前一权利要求所述的照明模块(10)，其特征在于，所述引导面(26B)包括引起光扩散的条纹部(42)。

4.根据权利要求2所述的照明模块(10)，其特征在于，所述引导面(26B)包括引起光扩散的一系列相邻的反射琢面(44)。

5.根据权利要求2所述的照明模块(10)，其特征在于，所述引导面(26B)包括引起光扩散的一系列相邻的枕形块(46)。

6.根据权利要求1所述的照明模块(10),其特征在于,所述引导面(26B)的表面状态引起光散射到所述测量锥(28)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明模块(10)，其特征在于，所述照明模块(10)包括至少两个均布置在所述测量锥(28)中的检测装置(30A、30B)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块(10)，其特征在于，所述照明模块(10)包括用于驱动所述激光元件(12)的驱动装置(40)，所述驱动装置被设计成，当所述检测装置(30)检测到高于预定阈值的光强时，中断所述激光束(14)的发射。

9.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块(10)，其特征在于，所述引导面由所述反射表面(26)的辅助部分(26B)形成。