CN107923599B - 用于车辆头灯的照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别用于车辆头灯的照明设备。该设备包括至少一个光源（2）、将光源（2）的光的至少部分转换为不同波长的光的波长转换构件（4）、介于光源（2）和波长转换构件（4）之间的第一（1）和第二（3）导光元件、以及附接到波长转换构件（4）的反射构件（5）。第二导光元件（3）被设计成将由光源（2）发射、并且已经穿过第一导光元件（1）的光（2a）引导至波长转换构件（4），并且将已经在反射构件（5）处被反射的经转换光（6）引导至第一导光元件（1）。第一导光元件（1）包括至少一个第一引导结构（1a），所述第一引导结构（1a）将由光源（2）发射的光（2a）引导至第二导光元件（3）。第一导光元件（1）还包括至少一个第二引导结构（1b、1c），所述第二引导结构（1b、1c）将已经穿过第二引导结构（3）的经转换光（6）引导至第一导光元件（1）的耦出表面。所提出的照明设备允许使用具有高亮度的光源，并且可以以紧凑的方式来实现。

Description

用于车辆头灯的照明设备
技术领域
本发明涉及一种特别用于车辆头灯的照明设备，其中一个或若干个光源的光被波长转换构件转换为不同的波长或波长范围的光。这样的照明设备例如用于将源自一个或若干个发光二极管或激光二极管的蓝光转换为基本上白色的光以用于照明目的，如车辆前方的道路的照明。
背景技术
使用蓝色激光照射光转换构件并生成不同波长谱的光的一般原理是众所周知的。JP 2015008048A公开了一种用于车辆头灯的照明设备，其包括至少一个激光源、光纤束和波长转换构件。激光被引导通过光纤束并被光纤束的端面处的波长转换构件转换，以创建将由后面的光学系统投射的不同波长的光。该照明设备包括这样的架构：其中光转换元件在透射配置中使用，这意味着入射激光和经转换的光从光转换构件的两个相对表面进入和离开。
DE 102013207841A1公开了一种车辆照明设备，其包括若干个激光二极管、由若干个引导结构和波长转换构件组成的导光元件。导光元件用于将来自激光源的光引导至波长转换构件。导光元件中的引导结构之一用于将由光转换构件发射的经转换光的小部分引导至用于监测光转换的控制单元。虽然此文档的大多数实施例使用透射配置中的波长转换构件，但是本文档还公开了其中反射元件附接到波长转换构件的与导光元件相对的一侧的实施例。具有光转换构件的反射元件被取向成使得来自激光二极管的光以相对于表面法线的一角度进入光转换构件，使得经转换的光被反射元件反射以在一侧上通过导光构件。该实施例使得光转换构件能够利用反射元件被附接到热沉以用于散热。
发明内容
本发明的一目的是提供一种特别适合用于车辆头灯的照明设备，其包括紧凑的设计并且可以用于创建具有高亮度（> 500Mcd / m2）的光。
该目的利用根据权利要求1所述的照明设备来实现。照明设备的有利实施例是从属权利要求的主题，或者在说明书的后续部分中被公开。
所提出的照明设备至少包括发射第一波长或波长范围的光的一个或若干个光源、将第一波长或波长范围的光的至少部分转换成第二波长或波长范围的光的波长转换构件、介于一个或若干个光源与波长转换构件之间的第一和第二导光元件、以及附接到波长转换构件的一侧的反射构件。第一导光元件布置在一个或若干个光源与第二导光元件之间。第二导光元件布置在第一导光元件与波长转换构件之间。反射构件附接到波长转换构件的与第二导光元件相对的一侧，以穿过波长转换构件将第二波长或波长范围的光反射回到第二导光元件。第二导光元件被设计成将由一个或若干个光源发射并且已经穿过第一导光元件的光引导至波长转换构件，并将已经在反射构件处被反射的第二波长或波长范围的光引导至第一导光元件。第一导光元件包括至少一个第一引导结构（在下文中也称为第一导光子单元），其将由一个或若干个光源发射的光引导至第二导光元件。第一导光元件还包括至少一个第二引导结构（在下文中也称为第二导光子单元），其将已经在反射构件处被反射、并穿过第二导光元件的第二波长或波长范围的光引导至第一导光元件的耦出表面。然后，通过所述耦出表面离开第一导光元件的第二波长或波长范围的光可以用于期望的照明目的。
所提出的照明设备允许利用反射构件将光转换构件在反射构件一侧上附接到合适的热移除元件，即适当的热沉。这使得能够实现使用具有高功率光源的照明设备来生成高亮度。由于经转换的光被反射回到第二和第一导光构件中，并在这些构件中被引导，所以整个设备可以以紧凑的尺寸实现。由于激光二极管的典型的高辐射率，特别是在蓝色波长范围内发射的激光二极管的情况下，第一导光元件的截面面积的仅仅非常小的部分被需要用于一个或若干个第一光源的光的引导，即对应的第一导光结构或子单元仅占据第一导光元件的非常小的截面。因此，第二波长或波长范围的光可以在第一导光元件的其余截面中被引导，例如通过并入具有大幅更高的截面面积的第二导光结构或者更高数量的第二导光结构或子单元。如果设备包括若干个光源，则这些光源的光可以在共同的第一导光结构中被引导，但是也可以在若干个第一导光结构中被引导，每个第一导光结构用于这些光源中的一个或若干个。
在优选实施例中，在第一导光元件中形成若干第二导光结构，所述第二导光结构或子单元中的至少一个用于将第二波长或波长范围的光的一部分引导至检测该光的强度的控制单元。因此，该控制单元包括检测器系统以监测第二波长或波长范围的光的生成，以能够检测光生成或光转换的任何故障。此外，监测第二波长或波长范围的光的颜色和强度允许补偿老化的影响。
第一导光元件可以由光纤束形成，所述光纤形成第一导光元件的第一和第二引导结构或子单元。然而，第一导光元件也可以以另一方式形成，例如通过光学透明的块体材料，其中集成了用于引导第一和第二波长或波长区域的光的波导。
第二导光元件可以形成为复合抛物面集中器、锥形棒、TIR光学器件（TIR：全内反射）或类似的光学系统，其在第一导光元件的一侧上具有较大的截面端表面并且在光转换构件的一侧上具有较小的截面端表面。因此，该实施例中、该第二导光元件将一个或若干个光源的光集中到光转换构件的表面，并且还将第二波长或波长范围的光集中到第一导光构件的端面，因为这种经转换的光通常在大范围的方向上离开光转换构件。
第一和第二导光元件优选地彼此附接，以便避免当光从这些元件之间的气隙进入这些元件中的一个元件时发生的光损失。出于同样的原因，第二导光元件优选地与光转换构件的表面接触。替换地，在第一和第二导光元件之间和/或在第二导光元件与转换元件之间可以存在间隙。某些类型的第二导光元件需要到转换元件的气隙以恰当地工作。为了避免这样的间隙处的光损失，对应的表面可以是AR涂覆的（AR：抗反射的）。
反射构件可以由具有光转换构件被附接到的光学反射表面的基板形成。反射构件也可以由光转换构件上的反射表面层形成。
一个或若干个光源优选为发光二极管或激光二极管。由这些光源发射的光优选为蓝色波长区域中的光，特别是波长大约为450 nm的光。
光转换构件优选地包括磷光体，以将第一波长或波长范围的光转换成第二波长或波长范围的光。光也可以仅被部分转换，并且然后未转换的光优选地以与第二波长或波长区域的光相同的方式被散射和反射并且被引导。取决于照明目的，两种波长或波长范围的混合可以用于照明目的，或者第一波长或波长区域的未转换的光在到应用的途中被滤出。例如，将蓝光转换成基本上白色的光的磷光体可以是YAG：Ce磷光体。磷光体可以形成整个光转换构件或者可以仅仅是该光转换构件的部分，例如基板的表面层，具有该表面层的基板然后形成光转换构件。
所提出的照明设备可以用作用于汽车光照的高亮度光源，例如用于车辆的头灯。然而，该照明设备的应用不限于此应用。照明设备例如也可以用作用于常规光照或者用于视频投影或数据投影的远光源。
附图说明
下面结合附图通过示例的方式描述本发明。附图示出：
图1 所提出的照明设备的示例的示意性截面视图；
图2 可以用作所提出的照明设备的第二导光元件的光学集中器的示例；和
图3 可以用作照明设备的第一导光元件的熔融光纤束的示意性前视图。
具体实施方式
下面参照图1描述所提出的照明设备的示例。在该示例中，所提出的照明设备包括发射蓝色激光2a的蓝色激光源2，该蓝色激光2a将由光转换构件4转换成黄光6。由蓝色激光源2发射的蓝色激光2a被耦合到第一导光元件1的第一导光结构1a，并由该导光结构1a引导至第二导光元件3。由于蓝色激光源2的高辐射率，第一导光元件1的截面面积的仅非常小的部分被需要用于蓝色激光2a的引导。这也在图1的截面视图中得到指出。在第一导光元件1的出射表面处，蓝色激光2a通过第二导光元件3被引导到光转换构件4。该光转换构件4由用于将蓝色激光2a转换成黄光6的适当磷光体形成。光转换构件4附接到反射构件5，该反射构件5将经转换的光6在穿过光转换构件4之后在相反的方向上通过光转换构件4反射到第二导光元件3中。第二导光元件3将反射光引导至第一导光元件1。然后，经转换的光6的部分经由第一导光元件1的示例性第二引导结构1b、1c被引导至第一导光元件1的耦出表面，如图中所示。经转换的光6通过该耦出表面离开第一导光元件1以被用于照明应用。
附加的第二导光结构可以并入第一导光元件1中，以将经转换的光6的部分引导至检测器系统以用于分析和监测目的。此外，第二导光结构可以占据更大的截面面积，或者可以由更多数量的这样的结构形成，以将经转换的光的更多部分引导至第一导光元件1的耦出表面。在反射构件5的后侧，可以附接热沉以移除光转换构件4中的高功率激光生成的热量。
在图1的示例中，第二导光元件3在第一导光元件1的一侧处具有较大的截面，并且在光转换构件4的一侧处具有较小的截面，以充当光集中器。图2示出了这样的光集中器的另一示例，其可以用作第二导光元件3。如从现有技术已知的该光学集中器包括TIR表面7、球形表面8和折射表面9，以便引导光通过该集中器。然后光转换构件4被布置在球形表面8的一侧上，第一导光元件1被布置在相对侧上。为了避免在使用这样的光学集中器时形成的气隙处的损失，对应的表面可以涂覆有适当的抗反射层。
第一导光元件1优选由熔融光纤束形成。图3示出了这样的光纤束的一侧（在该示例中是耦出表面）上的示意图。如从该图可以看出的，具有单独的光纤10的光纤束可以被形成以示出特殊的截面形状，在该示例中是方形的形状。该光纤束的形状在第二导光元件3的一侧上可以是不同的。
虽然已经如在附图和前面的描述中详细描述的那样说明了本发明，但是这样的说明和描述要被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一（a或an）”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制本发明的范围。
参考符号列表
1 第一导光元件
1a 第一导光结构
1b 第二导光结构
1c 第二导光结构
2 蓝色激光源
2a 蓝色激光
3 第二导光元件
4 光转换构件
5 反射构件
6 经转换的黄光
7 TIR表面
8 球形表面
9 折射表面
10 光纤束的光纤

Claims (10)

1.一种照明设备，至少包括：
- 一个或若干个光源（2），其发射第一波长或波长范围的光（2a），
- 波长转换构件（4），其将该第一波长或波长范围的光（2a）的至少部分转换成第二波长或波长范围的光（6），
- 第一导光元件（1）和第二导光元件（3），所述第一导光元件（1）布置在该一个或若干个光源（2）与该第二导光元件（3）之间，并且所述第二导光元件（3）布置在该第一导光元件（1）和该波长转换构件（4）之间，以及
- 反射构件（5），其附接到该波长转换构件（4）的与该第二导光元件（3）相对的一侧，以将该第二波长或波长范围的光（6）通过该波长转换构件（4）反射回到该第二导光元件（3），
- 其中该第二导光元件（3）被设计为将由该一个或若干个光源（2）发射、并且已经穿过该第一导光元件（1）的光（2a）引导至该波长转换构件（4），并将已经在该反射构件（5）处被反射的该第二波长或波长范围的光（6）引导至该第一导光元件（1），并且
- 其中该第一导光元件（1）包括将由所述一个或若干个光源（2）发射的光（2a）引导至该第二导光元件（3）的至少一个第一引导结构（1a）和将已在该反射构件（5）处被反射、并且穿过该第二导光元件（3）的第二波长或波长范围的光（6）引导至该第一导光元件（1）的耦出表面的至少一个第二引导结构（1b、1c）。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中所述一个或若干个光源（2）是发光二极管或激光二极管。
3.根据权利要求2所述的设备，
其中所述一个或若干个光源（2）是发射在蓝色波长范围内的光作为所述第一波长或波长范围的所述光（2a）的发光二极管或激光二极管。
4.根据权利要求1所述的设备，
其中所述第一导光元件（1）由光纤束形成。
5.根据权利要求4所述的设备，
其中所述光纤束在至少一端上熔融。
6.根据权利要求1所述的设备，
其中所述第二导光元件（3）由充当朝向波长转换构件（4）的光学集中器的光学元件形成。
7.根据权利要求6所述的设备，
其中所述第二导光元件（3）由复合抛物面集中器、锥形棒或TIR光学器件形成。
8.根据权利要求1所述的设备，
其中所述反射构件（5）在所述波长转换构件（4）上形成为反射层。
9.根据权利要求1所述的设备，
其中所述第一导光元件（1）和第二导光元件（3）彼此附接。
10.根据权利要求1所述的设备，
其中该第一导光元件（1）包括若干个第二引导结构（1b、1c），所述第二引导结构中的至少一个将该第二波长或波长范围的光（6）的部分引导至光学检测器。
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