CN108027503B - 照明系统 - Google Patents

Abstract

一种照明系统，包括诸如激光的光源（10）、诸如微机械反射镜的扫描系统（12）、以及诸如磷光体的转换器元件（14）。重定向元件（30）布置在光路中并且具有中断（32），使得光被从中断（32）的两边的相邻的位置重定向到转换器元件（14）上的间隔开的位置（42,44）。所述重定向元件（30）增加光的角度范围。所述照明系统可以具有透镜（16），以将转换器元件（14）上的期望的光图案向前投射。控制器（18）可以控制扫描系统（12）以产生期望的光图案。所述照明系统可以调整光图案。所述照明系统可以在汽车应用中使用。

Description

照明系统

技术领域

本发明涉及一种能够产生期望的照明图案的照明系统。

背景技术

对能够受控的照明系统（即，可以根据需要动态地改变或者选择其所发射的照明图案）的需求是日益增加的。

这种照明系统的一种具体应用是在汽车前照灯中。例如，在第一种状态下，可能期望汽车前照灯具有远光灯模式，但是省略了一区段，以避免照亮迎面而来的车辆，从而避免眩光。可替换地，可能期望调整例如照明的方向，以照亮道路标志、道路中的弯道、障碍物或其他特征。

实现照明的动态调整有许多不同的方法，包括例如可切换的机械的孔、LED矩阵灯、微型显示器或激光扫描仪。

在一种激光扫描仪方法中，使用激光束来照亮微反射镜，该微反射镜将激光束引导到充当转换器的磷光体上。所述转换器可以用于将一个波长的光，例如蓝色，转换为另一个波长或波长的扩展，以生成合适的颜色。然后可以使用透镜将光投射到道路上。通过移动微反射镜，可以产生一系列图案。

然而，出现的问题是，微反射镜的移动范围是有限的。这可能使得难以产生一些期望的图案。并且，微反射镜有限的移动范围导致需要微反射镜和磷光体之间的较大距离，但这使得光学设计更加困难。

EP2581648A1通过在没有任何中间磷光体的情况下在照射区域上直接扫描激光来减轻了距离问题，但是在于失去了由磷光体提供的颜色转换的优点。此外，通过使用固定的反射部件，EP2581648A1将较低的扫描范围映射到较高的扫描范围，从而使垂直扫描频率加倍并且改善了垂直照度分布。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据依照本发明的一方面的实例，提供一种照明系统，包括：

光源，用于发射第一光；

转换器元件，配置为接收第一光并发射第二光；

光源和转换器元件之间的光路；

扫描系统，布置在光路中并配置为在多个方向上引导第一光；以及

重定向元件，布置在扫描系统和转换器元件之间的光路中，重定向元件具有中断;

其中所述重定向元件布置成将所述第一光从所述中断两边的相邻位置引导到所述转换器元件上的间隔开的位置。

所述扫描系统将来自光源的第一光重定向到入射到重定向元件上的一系列方向。

所述重定向元件配置为接收来自扫描系统的光并将光朝向转换器元件重定向。通过使用具有中断的重定向元件，可以增加用给定的扫描系统可以产生的扫描图案的有效范围，因为当扫描系统引导光通过中断时，第一光入射到转换器元件上的位置会有阶跃变化。这可能使得原本难以物理地（或甚至不可能）产生的扫描图案成为可能，或者可能使得先前需要更复杂或昂贵的扫描系统产生的扫描图案成为可能。

所述重定向元件具有第一区段和第二区段，中断在第一区段和第二区段之间；第一区段布置成将第一光重定向到转换器元件的第一部分上；第二区段布置成将第一光重定向到转换器元件的不同的第二部分上。

以这种方式，根据由扫描系统产生的光图案，转换器元件上期望的光图案可被映射到重定向元件的适当的或方便的区域。

所述转换器元件上至少一个间隔开的位置是转换器元件上产生的光分布的外边缘。

通过布置将中断处的光引导到第一部分和第二部分的外边缘，即转换器元件上光分布的外边缘，由扫描系统的正弦运动产生的中间低强度区域可以对应于光分布的外边缘，并且因此光分布可能具有较低强度的外边缘和朝向光分布中心的较高强度。

所述重定向元件可以是反射器，所述反射器具有第一区段和第二区段，在第一区段和第二区段之间具有角度中断。所述第一区段和第二区段可以是平面的。这样的重定向元件制造和调节相对简单。

可替换地，所述重定向元件可以是棱镜，所述棱镜具有第一区段和第二区段，在第一区段和第二区段之间具有中断。所述棱镜可以布置成将入射到第一区段的第一光朝向转换器元件的第一部分折射，并且将以不同的方向入射到第二区段的第一光朝向转换器元件的第二部分折射。

所述重定向元件可以具有至少三个区段，每个区段将第一光引导到转换器元件的各个部分上。这允许在转换器元件处获得更复杂的光强图案。

在另一种布置中，所述重定向元件可以是具有边缘的反射器，所述边缘构成中断。入射到重定向元件上的第一光被重定向元件朝向转换器元件的第一部分重定向，并且在中断的另一边上的第一光从重定向元件旁经过且入射到转换器元件的第二部分上，而不被重定向。

所述照明系统可以包括控制器，所述控制器布置成以预定的模式驱动扫描系统，以至少100Hz 的重复频率重复，以在转换器元件处产生预定的强度轮廓。优选地，重复频率至少是200Hz。这足够快地移动由系统产生的光斑，使得眼睛感知到在转换器元件处的连续的强度轮廓。

所述扫描系统可以使用可移动的反射器。所述可移动的反射器可以是包括反射镜的微机械系统。

所述照明系统可以包括布置成投射来自转换元件的光的透镜。

所述光源可以是激光光源。

所述光源可以发射第一颜色的第一光。转换元件可以是适于传递一些第一颜色的第一光并且吸收一些第一颜色的第一光且发射第二颜色的第二光的磷光体，其中第一颜色和第二颜色结合而产生白色。

由光源发射的所述第一颜色，可以是蓝色。所述第二颜色可以是黄色。所述光源可以是蓝色激光。

在另一个方面，本发明涉及一种包括如上所述的照明系统的汽车前照灯。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的实例，其中：

图1示出了根据比较的实例的布置；

图2示出了图1的实例理论上的反射镜移动模式；

图3示出了由图2的移动模式产生的强度轮廓；

图4示出了图1的实例的更逼真的反射镜移动模式；

图5示出了图4的移动模式产生的强度轮廓；

图6示出了根据本发明的第一实施例的布置；

图7示出了图6的布置产生的强度轮廓；

图8示出了根据本发明的第二实施例的布置；

图9示出了根据本发明的第三实施例的布置；

图10示出了根据本发明的第四实施例的布置；

图11示出了根据本发明的第五实施例的布置；

图12示出了图11的布置产生的强度轮廓；以及

图13示出了可替换的强度轮廓。

附图是示意性的并且不按比例。

具体实施方式

本发明提供一种自适应照明系统。

图1图示了具有激光光源10、微反射镜12、磷光体屏14和透镜16的比较的实例。激光光源10布置成以光束20的形式将第一光发射到扫描元件上，扫描元件在这里是将光反射到转换器元件上的微反射镜12，转换器元件在这里是磷光体屏14。所述微反射镜是能够将入射光引导到例如+5º到-5º的一系列角度的微机械反射镜。

在控制系统18的控制下，扫描元件12是可移动的，并且因此可以引导激光束将产生的光斑投射到磷光体屏14上的多个位置上。这可以在磷光体屏上创建光强图案。通过以重复运动快速地驱动扫描元件，运动可以足够快，以使用户可以仅仅看到产生的强度图案。通过调节扫描元件的驱动，可以动态地或静态地产生多种合适的图案。重复率可以是100Hz，优选地是200Hz。

所述磷光体屏吸收一些第一光并且重新发射第二光，第二光由透镜16收集并投射。

考虑例如需要横跨磷光屏14的均匀强度分布的情况。理论上，可以如图2所示地驱动反射镜，图2示出了在+5º到-5º之间被线性地驱动的反射镜。这产生如图3所示的时间平均的光强度，作为水平地横跨屏的位置的函数。

然而，在实践中这是不可能的。机械的反射镜具有有限的转动惯量，并且在实践中不可能产生如图2提出的方向的突变，因为这样的变化需要对反射镜施加极端的扭矩。由微反射镜致动器提供的扭矩是有限的。如果运动是慢的，方向的突变是可能的，但是慢的运动是不合适的。

因此，在+5º到-5º之间快速地驱动的实际的微反射镜近似谐波地移动，即，具有如图4所示的具有作为时间函数的方向的正弦波图案。这导致如图5所示的时间平均的光强度。注意，时间平均的光强度具有不合适的强度分布，具有两个侧峰和较低的中心强度。

对于许多应用来说，这样的强度分布是不合适的。这具体适用于例如汽车应用，但许多应用要求中心明亮区域。

可能会认为，以不同的模式驱动微反射镜是简单的并因此获得不同的光强轮廓，但是由于扭矩限制，这是不可能的，参见上文。原因在于反射镜的运动需要非常迅速，以便人眼不能检测到反射镜的快速运动，并且转而仅仅看到所需图案的单个光源。

在图6所示的发明实施例中，激光光源10将第一光的光束20引导到微反射镜12上，微反射镜12转而将第一光引导到重定向元件30上。重定向元件30反射第一光以在转换器元件14上创建光斑。转换器元件14将一些第一光（例如蓝色）转换成第二光（例如黄色），并且透镜16将所产生的光38、40向前投射。当微反射镜移动，随着时间产生的光斑位置积分以给出产生的光分布38、40。

在这种情况下，重定向元件30是具有第一平面区段34和第二平面区段36的固定反射镜，在平面元件34、36之间具有中断32。该配置可以被称为“屈曲（buckled）反射镜”配置。

入射在第一平面区段34上的光被引导到转换器元件14的第一区域38，并且入射在第二平面区段36上的光被引导到转换器元件14的第二区域40。该第一区域38和第二区域40一起构成了产生的光分布38、40。注意，光分布38、40不需要延伸到转换器元件14的边缘。

靠近第一平面区段34上的中断32的光被引导以在第一区域38的外边缘42处形成光斑，并且靠近第二平面区段36上的中断的光被引导以在第二区域40的外边缘44处形成光斑。入射到第一平面区段34上的来自光束20的极端位置的光被重定向到第一区域38的内边缘46，并且入射到第二平面区段36上的来自光束20的极端位置的光被重定向到第二区域40的内边缘48。注意，内边缘46、48近似重合。

当以正弦运动驱动微反射镜12时，微反射镜在微反射镜12的运动的中心快速旋转，并且朝向微反射镜的运动的边缘相对缓慢地旋转。横跨转换器元件14产生的强度分布如图7所示。通过将微反射镜的运动的极端边缘映射到光分布38、40的中心，并将微反射镜的运动的中心映射到光分布的极端边缘，在转换器元件14上的光强度图案在中心处具有高强度并且朝向边缘具有低强度。这是一种比图5所示的光强度图案更适合于许多应用的光强度图案。

激光器10产生蓝光作为第一光，并且转换器元件14可以是将入射的蓝光转换为黄光作为第二光的磷光体。当黄光与未转换的蓝光组合时，所产生的光是白色的。因此，由透镜16收集并向前投射的光可以是白光。

图6的照明系统具体可以是汽车前照灯，其中透镜16在机动车的前照灯中以将光向前投射到道路上。在这样的应用中，可以存在由控制器18控制的诸如主光束（远光灯）、近光灯、停车灯（低强度）以及不同方向上（以例如将光引导到弯道周围、引导到标志或朝向障碍）的自适应图案的多个驱动模式。

产生蓝光的激光器是已知的。可替换地，也可以使用诸如发光二极管的其他光源。将蓝光转换成黄光的磷光体也是本领域技术人员已知的。

根据期望的输出颜色，第一光和第二光的其他颜色可能是需要的或有用的。

重定向元件30的其他配置是可能的。

重定向元件可以具有多于两个的区段。图8示出了具有四个区段33的重定向元件的实例。

在图8中，四个区段33一个接一个地线性地布置。多个区段33也可以在二维中布置，例如具有布置成2×2阵列（未示出）的四个区段的反射镜。

这些区段不必是平面的，但也可以是弯曲的。图9示出了其中第一和第二区段34、36是弯曲的布置。

这些布置允许根据需要调整光强度的图案以产生期望的光分布。

图10示出了具有第一棱镜52和第二棱镜54的双棱镜形式的重定向元件30，所述第一棱镜52和第二棱镜54由中断32分开。由于相同的原因-当光束横跨中断32时，它从第一区域38的外边缘42摆动到第二区域40的外边缘44，棱镜产生与图7所示的强度分布非常类似的强度分布。

图11示出了具有反射镜形式的重定向元件30的另一种可能性。在这种情况下，中断在反射镜的边缘。该重定向元件30也产生与图7中所示的强度分布非常类似的强度分布。当光束在重定向元件30的边缘处横跨中断32时，其从第一区域38的外边缘42摆动到第二区域40的外边缘44。这可以被认为是具有一个重定向区段（反射镜）和一个非重定向区段（空的空间）的重定向元件。这在转换器元件处产生如图12所示的不同的图案。

注意，尽管图10和图11没有示出透镜16，但为了清楚，仍然可以提供透镜16。

在可替换的实施例中，可将重定向元件布置成使得来自重定向元件的区段的转换器元件上的光分布重叠，如图13所示。这意味着即使重定向元件略微错位也不存在间隙。如有必要，激光可以在重叠区域稍微变暗以达到所需的分布。

本领域的技术人员将了解，存在许多变型。

图11的布置是仅在中断的一侧上进行重定向的重定向元件的图示。在其他布置中也可以应用同样的方法，例如具有两个区段的棱镜，一个区段是平的区域，且另一区段是重定向区域。

以上描述仅在一个维度上描述了扫描元件的运动，但实践中可以使用二维扫描。这可以利用可在两个平面中运动的单个反射镜或者可替换地两个扫描反射镜来实现。

重定向元件可以包括反射元件或诸如棱镜的折射元件。

重定向元件可能有多于两个的区域，并且因此有多于两个的中断。例如，重定向元件可以是具有四个面的棱镜或具有四个区段的反射器。将意识到，重定向元件可以被设计成产生期望的强度图案。

如果需要，反射镜或棱镜可以是平的或者可以使用更复杂的形状。形状可以是自由形式的、球面的或分段平面的。

“中断”不需要是完全尖锐的中断，而应该是一个非连续函数，该非连续函数将输入微反射镜的位置映射到表示横跨磷光体位置的输出。在没有重定向元件的情况下，该函数将是连续的直线。使用透镜或其他连续元件，该函数不会是直的，但将仍然是连续的。利用此处的重定向元件，该函数在宏观尺度上具有中断。

具体地，不连续部分32应当使得当反射镜12使光束20横跨中断32摆动时，所产生的光斑横跨转换元件（例如，磷光体14）快速移动，其中与整个光分布随着时间的总的积分光强相比，当光束20横跨中断时，光斑的总积分光强较小，优选地可忽略。这可以在反射镜12的旋转的微小变化例如不超过旋转运动的全幅度的2％或优选地1％的情况下实现，当横跨反射镜移动光束20时，在转换元件上产生光斑的大的移动，例如在转换元件上光分布38、40的全宽度的至少50％或优选地大于90%，进一步优选地大约100%。

除了汽车应用，本发明还可用于需要可控光图案的任何地方，例如用于基于激光的投影装置，用于激光微型投影，或用于扫描仪。

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本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，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种照明系统，包括：

光源（10），用于发射第一光（20）；

波长转换器元件（14），配置为接收第一光（20）并发射第二光；

光源（10）和波长转换器元件（14）之间的光路；

扫描系统（12），布置在光路中并配置为在多个方向上引导第一光（20）；以及

重定向元件（30），布置在扫描系统（12）和波长转换器元件（14）之间的光路中，重定向元件（30）具有中断（32）；

其中所述重定向元件（30）布置成将所述第一光（20）从所述中断（32）两边的相邻位置引导到所述波长转换器元件（14）上的间隔开的位置；其中

所述重定向元件（30）具有第一区段（34，52）和第二区段（36，54），所述中断（32）在第一区段（34，52）和第二区段（36，54）之间；

第一区段（34，52）布置成将第一光（20）重定向到波长转换器元件（14）的第一部分（38）上；

第二区段（36，54）布置成将第一光（20）重定向到波长转换器元件（14）的不同的第二部分（40）上；

波长转换器元件（14）的第一部分（38）和第二部分（40）是相邻的，具有相邻的内边缘（46，48）；

第一部分（38）和第二部分（40）具有与所述内边缘（46，48）相对的外边缘（42，44）；

所述重定向元件（30）的第一区段（34，52）和第二区段（36，54）在中断（32）处具有相邻的内边缘；并且

所述重定向元件（30）布置成将光从重定向元件（30）的第一区段（34，52）和第二区段（36，54）的至少一个内边缘引导到第一部分（38）和第二部分（40）的一个外边缘（42，44）。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其中波长转换器元件（14）上的间隔开的位置以第一部分（38）和第二部分（40）的全宽度的至少50%彼此间隔开。

3.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中第一部分（38）和第二部分（40）在波长转换器元件（14）上重叠。

4.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中：

所述重定向元件（30）布置成将光从第一区段（34，52）和第二区段（36，54）的两个内边缘引导到第一部分（38）和第二部分（40）的外边缘（42,44）。

5.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述重定向元件（30）是反射器，所述反射器具有第一区段（34）和第二区段（36），在第一区段（34）和第二区段（36）之间具有角度中断（32）。

6.根据权利要求5所述的照明系统，其中所述第一区段（34）和第二区段（36）是平面的。

7.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述重定向元件（30）是棱镜，所述棱镜具有第一区段（52）和第二区段（54），在第一区段（52）和第二区段（54）之间具有中断（32），其中所述棱镜布置成将入射到第一区段（52）的第一光（20）朝向波长转换器元件（14）的第一部分（38）折射，并且将以不同的方向入射到第二区段（54）的第一光（20）朝向波长转换器元件（14）的第二部分（40）折射。

8.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述重定向元件（30）是具有边缘（32）的反射器，所述边缘（32）构成中断（32），其中入射到重定向元件（30）上的第一光（20）被重定向元件（30）朝向波长转换器元件（14）的第一部分（38）重定向，并且入射在中断（32）的另一边上的第一光（20）从重定向元件（30）旁经过且入射到波长转换器元件（14）的第二部分（40）上，而不被重定向。

9.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述重定向元件（30）具有至少三个区段（33），每个区段将第一光（20）引导到波长转换器元件（14）的各个部分（38,40）上。

10.根据权利要求1或2所述的照明系统，进一步包括控制器（18），其中所述控制器（18）布置成以预定的模式驱动扫描系统（12），以至少100Hz 的重复频率重复，以在波长转换器元件（14）处产生预定的强度轮廓。

11.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述扫描系统（12）包括可移动的反射器。

12.根据权利要求11所述的照明系统，其中所述可移动的反射器是包括反射镜的微机械系统。

13.根据权利要求1或2所述的照明系统，进一步包括布置成投射来自波长转换器元件（14）的光的透镜（16）。

14.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述光源（10）布置成发射第一颜色的第一光（20），并且其中所述波长转换器元件（14）是适于传递一些第一颜色的第一光并且吸收一些第一颜色的第一光（20）且发射第二颜色的第二光的磷光体，其中第一颜色和第二颜色结合而产生白色。

15.一种汽车前照灯，包括根据权利要求1-14中任一项所述的照明系统。

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