CN107850280A - 尤其是用于机动车的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其是用于机动车的照明装置，其包括一个或多个光源(2)以及光学装置(4、5)，所述光学装置构造用于在中间像平面(Z)中由来自相应光源(2)的光的一个或多个光束产生第一光分布(LV1)并且由第一光分布(LV1)在照明装置(1)前方生成呈目标光分布形式的第二光分布(LV2)。所述光学装置(4、5)包括一个或多个空间相位调制器(4)，在所述空间相位调制器上分别入射至少一个光束并且所述空间相位调制器可电控制，以便可变地调整入射到其上的所述至少一个光束的相位调制，其中，在所述照明装置运行时这样控制所述一个或多个空间相位调制器(4)，使得仅实施所述一个或多个光束的相位调制并且在相应相位调制器(4)上的全部光通量在入射到其上的所述至少一个光束通过之后都基本上包含在第一光分布(LV1)中。

Description

尤其是用于机动车的照明装置
技术领域
本发明涉及一种尤其是用于机动车的照明装置。
背景技术
由现有技术已知为了生成可自由成形的光分布而使用扫描照明装置，其借助扫描仪将光源的光束转换成希望的光分布。例如在文献DE102012205437A1中描述了一种用于机动车的扫描照明装置。
扫描照明装置具有以下缺点：需要非常高的光密度来满足在其用于机动车中时对于前照灯的照明要求。另外，只有在提高相应光源的光密度时才能增加扫描仪的空间分辨率。当扫描照明装置用于机动车中时，高的光密度导致在眼睛安全性方面的高要求。
发明内容
本发明的任务在于提供一种照明装置，借助其可有效生成可自由成形的光分布。
所述任务通过根据权利要求1所述的照明装置来解决。在从属权利要求中定义了本发明的扩展方案。
根据本发明的照明装置优选用于机动车、如轿车或卡车。该照明装置包括一个或多个光源。优选地，所述光源是单色的和/或相干的。在一种方案中，所述一个或多个光源包括一个或多个激光源，由此可实现更大的梯度或更高的分辨率。尽管如此，所述一个或多个光源也可包括一个或多个LED。该照明装置还包括光学装置，所述光学装置构造用于在中间像平面中由来自相应光源的光的一个或多个光束产生第一光分布并且由第一光分布在照明装置前方生成第二光分布。该第二光分布是应通过照明装置产生的目标光分布。该光分布尤其是在所谓的光学远场中的光分布，光学远场与照明装置的距离远大于光学装置的相应焦距。
根据本发明的照明装置的特征在于，所述光学装置包括一个或多个空间(即空间可寻址的)相位调制器，在所述空间相位调制器上分别入射至少一个光束并且所述空间相位调制器可电控制，以便可变地调整入射到其上的至少一个光束的相位调制。在照明装置运行时这样控制所述一个或多个空间相位调制器，使得仅实施所述一个或多个光束的相位调制并且在相应相位调制器上的全部光通量在入射到其上的至少一个光束通过之后都基本上包含在第一光分布中。在这个意义上，根据本发明的照明装置包括控制单元，借助该控制单元实现所述一个或多个相位调制器的上述控制。根据本发明，存在于相位调制器上的光通量在相应光束已经通过相位调制器之后在第一光分布中保持不变。这里和下文的术语“通过”既包括在相位调制器上的反射也包括在相位调制器上的透射。
根据本发明的照明装置具有以下优点：不管目标光分布的形状如何，通过使用空间相位调制器避免了光损失。由于所述一个或多个相位调制器仅实施相位调制，因而不像在幅度调制时那样吸收光。在此，入射到相应相位调制器上的光束的全部光通量基本上保持不变，从而避免了不希望的光损失。与扫描照明系统相比，无需执行光束的扫描运动来生成可变的光分布，因此可借助所述一个或多个光源的明显更低的光密度来实现在目标光分布中高得多的光强度。通过对所述一个或多个相位调制器的电控制确保可变地生成不同光分布。
在根据本发明的照明装置的一种优选方案中，其中使用的光学装置包括尤其是呈一个或多个透镜形式的出射光学装置，所述出射光学装置将第一光分布成像为第二光分布。
在另一种优选实施方式中，这样构造该照明装置：为每个光源配置一个准直透镜，该准直透镜由相应光源的光产生准直光束，所述准直光束由基本上平行的光线构成。
在根据本发明的照明装置中，可使用本身已知的相位调制器来产生相位调制的光分布。在一种方案中，使用一个或多个反射型相位调制器、优选LCoS-SLM(LCoS＝硅上液晶、SLM＝空间光调制器)。尤其是可使用Hamamatsu公司的专用LCoS-SLM。适合的这种LCoS-SLM可在http://www.hamamatsu.com/us/en/product/application/1512/1574/1558/4015/index.html下找到。尽管如此也可使用透射型相位调制器作为空间相位调制器。
根据本发明的照明装置的设计，中间像平面(其图像成像为目标光分布)是实像或虚像中间像平面。
在另一种方案中，照明装置包括一个单一的空间相位调制器和一个单一的单色光源，其中，在实像中间像平面中设置转换元件，该转换元件将单一光源的单色光束转换成另一色谱(即没有单色光束的波长)和/或白光。在本发明的该实施方式中需要少量部件。作为转换元件可使用本身已知的转换元件。例如在发射波长为450nm/405nm的蓝光/紫光的情况下，由氮化磷或氮氧化物磷光体或铈掺杂YAG磷光体制成的磷转换元件可用于产生白光。
在根据本发明的照明装置的另一种方案中，设置一个单一的空间相位调制器和多个色坐标不同的光源，其中，在照明装置运行时这样控制所述空间相位调制器，使得在不使用转换元件的情况下在中间像平面中生成具有预定色谱的光分布、尤其是白光分布作为第一光分布。借助该方案通过适当叠加不同的光源也在没有转换元件的情况下实现具有预定色谱的光分布。优选使用具有红色、绿色和蓝色发射波长的三个单色光源。具有预定色谱的光分布优选包括不同色温的区域。
在另一种实施方式中，所述照明装置又具有一个单一的空间相位调制器和多个色坐标不同的光源，其中，在照明装置运行时这样控制所述空间相位调制器，使得在中间像平面中产生具有在空间上变化的颜色分布的光，该光尤其是照射到机动车的内部空间中。在此，照明装置优选包括在机动车内部空间中的内部照明装置和/或平视显示器和/或一个或多个显示元件。
在上述实施方式的一种优选变型方案中，在照明装置运行时这样在时间上周期地控制所述色坐标不同的光源，使得在一个周期中色坐标不同的光源依次单个接通并且在其它情况下保持关闭。由于相位调制器的相位调制是波长相关的，因此相位调制器总是适合地调谐到当前接通光源的波长并且可通过适当选择不同颜色的光分布来形成颜色效应。在机动车前照灯的特定情况下，这些颜色效果被限制到为机动车前照灯规定的白色范围内。
在根据本发明的照明装置的另一种变型方案中，照明装置包括多个色坐标不同的光源，其中，为每个色坐标的光源配置一个单独的空间相位调制器，相配光源的光束入射到该单独的空间相位调制器上，并且在照明装置运行时这样控制所述单独的空间相位调制器，使得在不使用转换元件的情况下通过所有单独的空间相位调制器生成具有预定色谱的相应叠加的第一光分布、尤其是白光分布。
根据应用情况，根据本发明的照明装置可具有不同功能。在一种实施方式中，照明装置包括机动车的前照灯。前照灯的特征在于其主动照亮机动车的周围环境。必要时，根据本发明的照明装置也可包括机动车的信号灯，信号灯的特征在于，其仅用于向其它交通参与者发出信号。此外，照明装置可包括车前区灯和/或车厢内部灯。在一种优选方案中，照明装置作为机动车的前照灯这样构造，使得在运行期间在机动车前方生成近光分布和/或远光分布作为目标光分布。
除了根据本发明的照明装置外，本发明还涉及一种机动车，其包括一个或多个根据本发明的照明装置。
附图说明
下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图如下：
图1示出根据本发明的照明装置的第一种实施例的示意图；和
图2示出根据本发明的照明装置的第二种实施例的示意图。
具体实施方式
下文借助用于机动车的前照灯描述根据本发明的照明装置的实施方式。图1示出这种前照灯的第一种实施方式，其总体上以附图标记1表示。该前照灯包括一个产生例如红光、绿光或蓝光的单色激光源2。该激光源包括用于此的激光二极管。通过该激光源产生单色光，该单色光通过准直透镜3转换成准直光束，这在图1中通过平行延伸的虚线波阵面L示出。
为了借助准直光束产生照射到道路上的呈近光分布或远光分布形式的前照灯光分布，根据本发明使用空间相位调制器4，其在图1的实施方式中构造为透射型相位调制器。该相位调制器可电控制。准直光束入射到该相位调制器上并且借助(未示出的)控制单元通过相位调制器仅调制该光束的相位。相应的相位调制器是本领域技术人员公知的。由于通过相位调制器只改变相位，不产生基于吸收的光损失。
借助相位调制器在实像中间像平面Z中由经相位调制的光生成第一光分布LV1。经相位调制的波阵面通过虚线L'表示。在此这样控制相位调制器，使得激光束的全部光通量直接在通过相位调制器之后基本上都包含在光分布LV1中。由此实现了高的光输出。在中间像平面Z中生成的光分布LV1借助呈透镜5形式的出射光学装置转换成照射到前照灯前方道路上的目标光分布LV2。通过适当控制相位调制器既可产生近光分布也可产生远光分布。此外，也可产生不同形式的近光分布和远光分布。
为了在图1的实施方式中确保前照灯生成白光，使用转换元件，其设置在中间像平面Z中。该转换元件将单色激光转换成白光。作为替代方案，在图1的实施方式中也可使用三个单色激光源，它们产生红光、绿光和蓝光并且在时间上周期地依次接通和断开。通过相位调制器的波长相关的控制，在中间像平面中由单色光源的光束生成相应单色的光分布。这些单色光分布叠加成白色光分布。在该方案中可不使用转换元件。
在图1的照明装置的另一不同变型方案中，使用多个单独的相位调制器，它们分别接收相配的单色光源的光束。然后由各个相位调制器产生的经相位调制的光束叠加成一个共同的白光分布。
图2示出根据本发明的前照灯的第二种实施方式。相同的构件以与图1中相同的附图标记来表示。图2的实施方式与图1的实施方式的区别在于：代替透射型相位调制器使用反射型相位调制器。这种相位调制器本身是已知的。在一种特别优选的实施方式中，使用开头提到的Hamamatsu公司的其中一种相位调制器。如图2中通过平行线L所示，经由准直透镜3产生的准直光束入射到反射型相位调制器4上。该光束的光又来自一个单一的单色光源2。通过相位调制器4进行相位调制，在此经相位调制的光通过虚线L'表示。在中间像平面Z中类似于图1设置转换元件，该转换元件由单色光产生白光，其通过成像透镜5在道路上成像为目标光分布LV2。
上面所描述的本发明实施方式具有一系列优点。与通过扫描仪生成光分布的照明装置相比，需要明显降低的光源光密度。在扫描照明装置中，所需光密度根据待实现的分辨率和待照亮场的尺寸以因数增加场尺寸/分辨率。这表示：当水平场尺寸为-10°到+10°并且垂直场尺寸为-5°到+5°且光斑尺寸(分辨率)为0.2°×0.2°时，因数为(20°×10°)/(0.2°×0.2°)＝5000。在使用具有上述相位调制器的照明装置时，在相同的目标光分布和前照灯安装空间的情况下光源的光密度与扫描系统相比可减少因数5000，因为没有执行扫描运动。这在可实现的分辨率方面具有优势并且确保所需的眼睛安全性。此外，通过使用可电控的相位调制器，光源的光场可自由编程地修改。相位调制器在此满足可自由编程的自由透镜的功能，其可电调整到任意的光分布。另外，实现了基本上无损的相位调制，使得照明装置非常有效地工作。
附图标记列表
1 照明装置
2 激光源
3 准直透镜
4 空间相位调制器
5 出射透镜
L、L' 波阵面
Z 中间像平面
LV1 在中间像平面中的光分布
LV2 目标光分布

Claims (18)

1.尤其是用于机动车的照明装置，包括一个或多个光源(2)以及光学装置(4、5)，所述光学装置构造用于在中间像平面(Z)中由来自相应光源(2)的光的一个或多个光束产生第一光分布(LV1)并且由第一光分布(LV1)在照明装置(1)前方生成呈目标光分布形式的第二光分布(LV2)，其特征在于，所述光学装置(4、5)包括一个或多个空间相位调制器(4)，在所述空间相位调制器上分别入射至少一个光束并且所述空间相位调制器能够电控制，以便可变地调整入射到其上的所述至少一个光束的相位调制，其中，在所述照明装置运行时这样控制所述空间相位调制器(4)，使得仅实施所述光束的相位调制并且在相应相位调制器(4)上的全部光通量在入射到其上的所述至少一个光束通过之后基本上都包含在所述第一光分布(LV1)中。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述光源(2)包括一个或多个LED。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，所述光源(2)包括一个或多个激光源。
4.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述光学装置包括出射光学装置(5)，所述出射光学装置将第一光分布(LV1)成像为第二光分布(LV2)。
5.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，为每个光源(2)配置一个准直透镜(3)，该准直透镜由相应光源(2)的光产生准直光束。
6.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述空间相位调制器(4)包括一个或多个反射型相位调制器和尤其是一个或多个LCoS-SLM。
7.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述空间相位调制器(4)包括一个或多个透射型相位调制器。
8.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述中间像平面(Z)是实像中间像平面。
9.根据权利要求1至7之一所述的照明装置，其特征在于，所述中间像平面(Z)是虚像中间像平面。
10.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置(1)包括一个单一的空间相位调制器(4)和一个单一的单色光源(2)，其中，在实像中间像平面(Z)中设置转换元件，该转换元件将单一光源(2)的单色光束转换成不同的色谱和/或白光。
11.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置(1)具有一个单一的空间相位调制器(4)和多个色坐标不同的光源(2)，其中，在所述照明装置运行时这样控制所述空间相位调制器(4)，使得在不使用转换元件的情况下在中间像平面(Z)中生成具有预定色谱的光分布、尤其是白光分布作为第一光分布(LV1)。
12.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述具有预定色谱的光分布包括色温不同的区域。
13.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置(1)具有一个单一的空间相位调制器(4)和多个色坐标不同的光源(2)，其中，在所述照明装置运行时这样控制所述空间相位调制器(4)，使得在中间像平面(Z)中产生具有在空间上变化的颜色分布的光，该光尤其是照射到机动车内部空间中。
14.根据权利要求11至13之一所述的照明装置，其特征在于，在所述照明装置(1)运行时这样在时间上周期地控制所述色坐标不同的光源(2)，使得在一个周期中所述色坐标不同的光源(2)依次单个接通。
15.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置包括多个色坐标不同的光源(2)，其中，为每个色坐标的光源(2)配置一个单独的空间相位调制器(4)，相配光源(2)的光束入射到该单独的空间相位调制器上，并且在所述照明装置运行时这样控制所述单独的空间相位调制器(4)，使得在不使用转换元件的情况下通过所有单独的空间相位调制器(4)生成具有预定色谱的光分布、尤其是白光分布作为第一光分布(LV1)。
16.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置(1)包括机动车的信号灯和/或操控灯和/或车前区灯和/或车厢内部灯和/或前照灯。
17.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置(1)包括机动车的前照灯并且这样构造，使得在运行期间在机动车前方产生近光分布和/或远光分布作为目标光分布(LV2)。
18.机动车，包括一个或多个根据前述权利要求之一所述的照明装置(1)。
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