CN108368984B - 用于车辆的带有至少一个激光模块的前照灯 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的带有至少一个激光模块(3l,3m,3r)的前照灯(1)，该激光模块具有激光源(11)和在光路中布置在该激光源后面的磷光体元件(13)以及附加光学系统(16)，在其中该至少一个激光模块布置在前照灯的壳体(2)中，该前照灯具有投影光学系统(4)以用于将在至少一个激光模块的投影光学系统的焦平面中产生的光分布投射到车道空间中且在至少一个附加光学系统(16)中集成有至少一个转向棱镜(20;22,23)，该转向棱镜处于在磷光体元件(13)损坏或缺失的情形中行进的激光辐射(15;15‑1,15‑2)的区域中，且该转向棱镜使在故障情况中出现的激光辐射偏转且保持该激光辐射远离投影光学系统且因此远离车道空间。

Description

用于车辆的带有至少一个激光模块的前照灯
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的带有至少一个激光模块(Laser- Lichtmodul)的前照灯(Scheinwerfer)，该激光模块具有激光源和在光路中布置在该激光源后面的磷光体元件(Phosphorelement)以及附加光学系统(Vorsatzoptik)。
背景技术
在这样的前照灯的情形中，例如激光射线的蓝色的光在光转化器件(在此称为“磷光体元件”)上通过荧光转换为基本上“白色的”光。光转化器件通常具有小板的形状，其中能够根据反射光原理(Auflichtprinzip)或透射光原理工作。在第一情况(反射光)中转化的光在这样的侧边处被放射，即激光射线在该侧边上入射，在此处令人感兴趣的第二情况(透射光)中转化的光在那样的侧边处被放射，即该侧边与由激光照射的侧边相反。在两个情况中，使用的光还能够由例如蓝色的激光与转化的光的混合物组成，以便得到尽可能“白色的”光。
从文件DE 20 2015 001 682 U1中得出该类型的用于机动车的照明装置，在其中在光转化元件(即磷光体元件)的不同的侧边上分别设置有未呈现的红外线信号发送器和信号接收器，其中在磷光体元件损坏时能够确定相应的测量辐射且能够切断激光二极管。
发明内容
本发明的任务是，创造一种前照灯，在该前照灯中在发生故障情况(意味着磷光体元件部分或完全损坏)时以少的花费采取阻止源自激光射线的危害或保持该危害最小的措施。
该任务以开头提到的类型的前照灯来解决，在该前照灯中根据本发明，所述至少一个激光模块布置在前照灯的壳体中，该前照灯具有投影光学系统(Projektionsoptik)以用于将在所述至少一个激光模块的投影光学系统的焦平面中产生的光分布投射到车道空间中且在至少一个附加光学系统中集成有至少一个转向棱镜，该转向棱镜处于在磷光体元件损坏或缺失的情形中行进的激光辐射的区域中，且该转向棱镜使在故障情况中出现的激光辐射偏转且保持该激光辐射远离投影光学系统且因此远离车道空间。
以这种方式在磷光体元件损坏的情况中能够以不多的花费极为有效地保证前照灯的安全性。
在本发明的一种有利的改进方案中设置成，附加光学系统的光轴与产生的激光射线的方向有偏差，且在磷光体元件损坏或缺失的情形中将激光辐射分开为两个子射线，其中每个子射线关联有转向棱镜。由此即使在有意地容忍出现两个起干扰作用的激光射线的情形中也保证了期望的安全性。
假如转向棱镜的光进入面与在故障情况中出现的激光射线的横截面相匹配，还考虑如下情况，即激光射线通常不具有圆形的横截面。
为了避免转向棱镜的不必要的大的构造，有利的是，所述至少一个转向棱镜关于在故障情况中出现的激光射线如此取向，即使得该激光射线的偏转平行于射线横截面的较短的轴发生。
另外值得推荐的是，在前照灯的壳体中在在故障情况中转向的至少一个激光射线的入射区域中布置有光敏探测器，该光敏探测器与探测装置连接，该探测装置设立成在故障情况中给出警告信号和/或切断所述至少一个激光源。
另一方面能够适宜地设置成，在前照灯的壳体中在在故障情况中转向的至少一个激光射线的入射区域中设置有起射线吸收作用的器件。
在关于光功率和光分布适宜的设计方案中设置有至少两个激光模块，其中在光模块中关于产生的激光射线的方向附加光学系统的光轴的位置是不同的。
同样地在最佳的光分布的意义中能够有利地设置成，设置有至少两个激光模块，所述至少两个激光模块的激光源产生带有椭圆形的射线横截面的激光射线，其中在光模块中关于前照灯的光的主轴椭圆形的射线横截面的轴位置是不同的。
有利地同样设置成，所述至少一个激光模块的附加光学系统构造为TIR光学系统。
在此一种简单的且适宜的实施方案以如下方式而出众，即所述至少一个转向棱镜通过在TIR光学系统的前侧处的凹口形成。
在此能够有利的是，TIR光学系统构造成对于在故障情况中出现的激光辐射起平行校准作用(kollimierend)且平行校准的故障射线换向远离投影光学系统。
附图说明
在下文中根据示例性的实施方式根据图纸阐明了本发明，在图纸中：
图1以图解的、部分剖切的示意图示出了在省去对于本发明不主要的部件的情况下的带有三个激光模块的前照灯，
图2以非常示意性的示图示出了在激光模块中使用的激光源以及磷光体元件，
图3以图解的示图示出了图1的中间的激光模块，
图4示出了根据图3的平面IV-IV的截面，
图5示出了根据图3的线V-V的截面，
图6以图解的示图示出了图1的右边的激光模块，
图7示出了根据图6的平面VII-VII的截面，以及
图8示出了根据图6的线VIII-VIII的截面。
具体实施方式
参照图1现在进一步解释本发明的实施例。尤其地呈现了对于根据本发明的前照灯的重要的部件，其中清楚的是，机动车前照灯还包含很多其它的部件，这些部件使得机动车前照灯在机动车如尤其地轿车或摩托车中有意义的使用成为可能。
示出的根据本发明的前照灯1能够在示例性的设计方案中用于产生远光分布(Fernlichtverteilung)。前照灯1具有前照灯壳体2，在该壳体的后面的区域布置有三个在下文进一步描述的激光模块3l,3m,3r。壳体2在其前侧处通过投影光学系统4封闭。在当前的实施例中在光模块3l,3m,3r和投影光学系统4之间存在遮蔽件(Blende)5，该遮蔽件在运行中产生明/暗边界。此外在壳体2的后面的区域中布置有作为平坦的板件成型的起吸收射线作用的器件6。在图纸中可看出带有孔8的凸缘7，所述凸缘用于将前照灯1固定在车辆的车身部件处。在这一点上应说明的是，此处呈现和描述的“前照灯”同样能够用作前照灯模块或用作照明单元，其安坐在前照灯中，该前照灯具有多个模块。因此概念“前照灯”应在较宽的意义上来理解。
在论述前照灯1的对于本发明有意义的另外的特征之前，首先借助于图2解释激光源以及磷光体元件的原理上的构造和与其相关的问题。
在壳体9(从该壳体中引出电接口10)中布置有激光源11，该激光源优选地构造为激光二极管。但是这不应该排除其它的结构形式，如例如固体激光器(Festkörperlaser)。在激光源11之后布置有内部的聚焦光学系统12，该聚焦光学系统将激光射线聚焦到在壳体的前端处布置的磷光体元件13上。磷光体元件13能够构造为小板或构造为丸状的且用于将激光辐射的至少一部分转换为具有其它的波长的光，例如将蓝色的或还有紫外线的激光转换为例如淡黄的可见光。
在使用“蓝色的”激光时考虑例如基于氮化铟镓(InGaN-Basis)的在405和450nm的波长的情形中的半导体激光，在UV范围(UV-Bereich)中例如365至375nm。激光射线击中到磷光体元件13上且穿过在该磷光体元件中或上包含的光转化材料，该光转化材料简称为“磷光体”。磷光体例如将蓝色的光或UV光转换为“白色的”光。“磷光体”在本发明的上下文中广泛地理解为这样的物质或物质混合物，即其将具有一种波长的光转换为具有另一波长或混合波长的光，尤其转换为“白色的”光，这能够归入概念“波长转化”。使用荧光颜料，其中输出波长通常比发射的混合波长更短且因此更高能。期望的白色光效果在此通过添加的颜色混合物产生。在此“白色的光”理解为这样的光谱合成的光，即其对于人类引起“白色的”颜色效果。概念“光”当然不受限于对于人类的眼睛可见的射线。对于光转化器件例如考虑电光陶瓷(Optokeramik)，该光电陶瓷是透明的陶瓷，如例如YAG:Ce(掺杂了铈的钇-铝-石榴石(Yttrium-Aluminium-Granat))。备选地能够使用带有嵌入的量子点(Quantenpunkt)的半导体材料。
在磷光体元件13后面通常存在在大的立体角上放射的混合光14，该混合光由转化的光和发散的激光辐射组成。如下情况是有意义的，即在磷光体元件13缺失或损坏的情形中出现相应地是强烈地成束的激光射线15。
现在参考图3,4和5在更准确的且更大的示图中看出中间的激光模块3m，该激光模块包含之前描述的激光源11和磷光体元件13以及安坐在其之前的附加光学系统16，该附加光学系统与激光源11的壳体9固定地连接。在当前的实施例中附加光学系统是TIR光学系统，因此带有全反射的光学系统，例如由玻璃般透明的塑料、玻璃或硅酮制成。这样的TIR光学系统(全内反射)是已知的且大多数情况下被用于聚焦大功率的LED的光。附加光学系统16收集源自磷光体元件的混合光14(图2)且基本上以平行的光辐射17向前放射该混合光。在图1和图3中看出在环绕的凸缘18处构造的孔19，所述孔用于通过未呈现的螺栓或螺钉将激光模块3m固定在前照灯1中。
投影光学系统4现在用于将在激光模块3l,3m,3r的投影光学系统的焦平面中产生的光分布投射到车道空间中。
再提起在图2中示出的在磷光体元件13缺失或损坏的情形中出现的激光射线15，清楚的是，这样的相对高能的激光射线能够对于生物尤其地对于人类的视力是潜在的威胁，因为这样的激光射线将通过投影光学系统4离开前照灯1且造成损害。为了避免这种情况，设置成，在附加光学系统16中在当前的情况中集成有转向棱镜20，该转向棱镜处于在磷光体元件13损坏或缺失的情形中行进的激光射线15的区域中，且该转向棱镜使在故障情况中出现的激光射线偏转且保持该激光射线远离投影光学系统4且因此远离处于该投影光学系统前面的车道空间。还能够将TIR光学系统16构造成对在故障情况中出现的激光辐射起平行校准作用，从而平行校准的故障射线换向远离投影光学系统4且较少或几乎不出现不可控的散射的激光辐射。
在示出的示例中，转向棱镜20通过在TIR投影光学系统的前侧处的凹口形成。同样地转向棱镜还能够模制到附加光学系统处。不过重要的是，创造从TIR附加光学系统16的材料至空气的过渡(在此大约在45°下)，以便如此实现全反射。在此转向棱镜20的光进入面与激光射线15的横截面相匹配且转向棱镜20关于在故障情况中出现的激光射线15如此取向，即使得该激光射线的偏转平行于射线横截面的较短的轴发生。这导致转向棱镜的较小的尺寸，这还能够明显地从图4和图5中看出。更确切地说在图4中明显地看见在故障情况中出现的激光射线15的椭圆形的横截面，对此应该说明的是，在激光二极管的情形中椭圆形的射线横截面是惯例。在图中通过转向棱镜偏转的激光射线以参考符号21标明。激光射线21能够适宜地换向至起射线吸收作用的器件，该器件吸收且根除危险的激光射线。这样的起射线吸收作用的器件6在图1中示出，该器件在下文进一步论述。对于起射线吸收作用的器件而言备选地或附加地能够设置有一个或多个在图纸中没有示出的光敏传感器，所述光敏传感器探测在故障情况中出现的激光辐射的至少一部分且与探测装置连接，该探测装置设立成在故障情况中给出警告信号和/或切断激光源。
再提起图1且另外参照图6、图7和图8看出，不仅对于右边的激光模块3r而且对于左边的激光模块3l而言，附加光学系统16的光轴朝向激光源11的光轴或者关于产生的激光射线的方向在大约30°的角度下偏移。在必要的固定方面，在两个外面的即左边的和右边的激光模块3l和3r的情形中相比于在中间的激光模块3m的情形中带有孔19的凸缘区段构造为不同的，但是激光模块3l,3r的附加光学系统16以及其激光源11能够在左边和右边构造为相同的，由此节省了模具费用。
在将图4和图5与图7和图8比较时另外看出，中间的激光模块3m的激光源的光轴关于右边的激光模块3r或者左边的激光模块3l转动90°。在当前的情况中，中间的激光模块3m具有“竖起的”(椭圆形的)射线横截面，而两个外面的激光模块3l和3m提供“平卧的”(椭圆形的)射线横截面。
由于使用三个激光模块，可理解地(与仅仅唯一的激光模块比较)得到三倍的光功率且上面描述的轴偏移了在此30°的角度以及射线横截面转动了在此90°产生与实际匹配的远光分布。当然一方面能够根据本发明给前照灯同样装备一个或两个或多于三个激光模块或者选择其它的偏移角度和轴转动。
在图1中以及在图6到图8中看出，外面的激光模块3l,3r的附加光学系统各具有两个转向棱镜22和23，这两个转向棱镜此外不同地设计。这在这样的情况中具有其原因，即在此激光源的光轴相对于附加光学系统的光轴偏移且在缺陷情况中发生将起干扰作用的激光射线分开为两个子射线15-1和15-2，必须使这两个子射线无害或者这两个子射线必须被探测。
参考符号列表
1 前照灯
2 前照灯壳体
3l 左边的激光模块
3m 中间的激光模块
3r 右边的激光模块
4 投影光学系统
5 遮蔽件
6 起吸收射线作用的器件
7 凸缘
8 孔
9 壳体
10 接口
11 激光光源
12 聚焦光学系统
13 磷光体元件
14 混合光
15 激光射线
15-1 激光射线
15-2 激光射线
16 附加光学系统
17 光辐射
18 凸缘
19 孔
20 转向棱镜
21 激光射线
22 转向棱镜
23 转向棱镜

Claims (9)

1.一种用于车辆的带有至少一个激光模块(3l,3m,3r)的前照灯(1)，该激光模块具有激光源(11)和在光路中布置在该激光源后面的磷光体元件(13)以及附加光学系统(16)，
其特征在于，
所述至少一个激光模块(3l,3m,3r)布置在所述前照灯(1)的壳体(2)中，该前照灯具有投影光学系统(4)以用于将在所述至少一个激光模块的所述投影光学系统的焦平面中产生的光分布投射到车道空间中，并且
在所述附加光学系统(16)中集成有至少一个转向棱镜(20;22,23)，该转向棱镜处于在磷光体元件(13)损坏或缺失的情形中行进的激光辐射(15;15-1,15-2)的区域中，且该转向棱镜使在故障情况中出现的激光辐射偏转且保持在故障情况中出现的激光辐射远离所述投影光学系统(4)且因此远离所述车道空间，
其中所述至少一个激光模块(3l,3m,3r)的附加光学系统(16)构造为TIR光学系统，且其中所述至少一个转向棱镜(20;22,23)通过在所述TIR光学系统(16)的前侧处的凹口形成。
2.根据权利要求1所述的前照灯(1)，其特征在于，所述附加光学系统(16)的光轴与产生的激光射线的方向有偏差，且在磷光体元件(13)损坏或缺失的情形中将所述激光辐射分开为两个子射线(15-1,15-2)，其中每个子射线关联有转向棱镜(22,23)。
3.根据权利要求1或2所述的前照灯(1)，其特征在于，所述转向棱镜(20;22,23)的光进入面与在故障情况中出现的激光辐射(15;15-1,15-2)的横截面相匹配。
4.根据权利要求3所述的前照灯(1)，其特征在于，所述至少一个转向棱镜(20;22,23)关于在故障情况中出现的激光辐射(15;15-1,15-2)如此取向，即使得该激光辐射的偏转平行于辐射横截面的较短的轴发生。
5.根据权利要求1或2所述的前照灯(1)，其特征在于，在所述前照灯(1)的所述壳体(2)中，在故障情况中转向的所述激光辐射(15;15-1,15-2)的入射区域中布置有光敏传感器，该光敏传感器与探测装置连接，该探测装置设立成在所述故障情况中给出警告信号和/或切断所述激光源(11)。
6.根据权利要求1或2所述的前照灯(1)，其特征在于，在所述前照灯(1)的所述壳体(2)中，在故障情况中偏转的所述激光辐射(15;15-1,15-2)的入射区域中设置有起射线吸收作用的器件(6)。
7.根据权利要求1或2所述的前照灯(1)，其特征在于，设置有至少两个激光模块(3l,3m,3r)，其中在所述激光模块中关于产生的激光射线的方向所述附加光学系统(16)的光轴的位置是不同的。
8.根据权利要求1或2所述的前照灯(1)，其特征在于，设置有至少两个激光模块(3l,3m,3r)，所述至少两个激光模块的激光源(11)产生带有椭圆形的射线横截面的激光射线，其中在所述激光模块中关于所述前照灯的光主轴所述椭圆形的射线横截面的轴位置是不同的。
9.根据权利要求1或2所述的前照灯(1)，其特征在于，所述TIR光学系统(16)构造成对于故障情况中出现的激光辐射起平行校准作用且平行校准的故障射线换向远离所述投影光学系统(4)。
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