CN110073139A - 用于车辆前灯的激光器照明模块 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于车辆前灯的激光器照明模块（105），其包括用于发射激光（10）的激光器（110）、光转换设备（130）以及全息光学设备（120），该全息光学设备（120）用于将激光（10）的部分变换为第一变换激光（11）并将该第一变换激光（11）聚焦在光转换设备（130）上，以用于将第一变换激光（11）转换为转换光（20）。全息光学设备（120）对于转换光（20）是透明的，并且将激光（10）的另一部分变换为第二变换激光（12），第二变换激光（12）在转换光（20）已经透射通过全息光学设备（120）之后与其混合。本发明还描述了一种车辆前灯，其包括至少一个这样的激光器照明模块（105）。
Description
技术领域
本发明涉及用于车辆前灯的激光器照明模块和包括该激光器照明模块的车辆前灯。
背景技术
在基于激光器的白色光源并且尤其是车辆前灯中，来自源（激光二极管）的光必须聚焦到包括比如磷光体的光转换器的光转换设备上。通常，非球面透镜用于聚焦。需要附加的光学元件（散射设备、透镜阵列、混合棒）来成形光斑和强度分布。不同光学元件的光学布置和对准是昂贵的并且限制了基于激光器的光源的微型化。
作为传统透镜准直器的可替代方案，WO2012154446A1提到了使用衍射光学元件的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑的激光器照明模块。
根据第一方面，提供了一种用于车辆前灯的激光器照明模块。该激光器照明模块包括：
- 至少一个激光器，其中该至少一个激光器被适配为发射激光，
- 全息光学设备，以及
- 光转换设备，
其中
- 全息光学设备被布置为将激光的至少一部分变换为第一变换激光，使得第一变换激光聚焦在光转换设备上，并且使得借助于第一变换激光在光转换设备上提供激光的预定义强度分布，并且
- 光转换设备包括光转换器，其中光转换器被适配为将第一变换激光转换为转换光，其中转换光的峰值发射波长在比第一变换激光的激光器峰值发射波长更长的波长范围内。
全息图被称为物体的3维图像，但是从技术角度来看，它是在空间中记录的光强度分布。如果照射表面的全息图被记录并且然后以相同的几何形状被重建，则它以相同的方式照射表面。所以，包括这种全息图的全息光学设备可以被用来以定制的方式照射包括光转换器（例如磷光体，比如例如铈掺杂的磷光体石榴石YAG：Ce）的光转换设备。在光转换设备的光接收表面上的定制强度分布能够实现由光转换设备发射的转换光的定制光分布。全息光学设备同时充当准直透镜和光成形单元。因此，有可能避免单独的光学设备，比如用于聚焦的非球面透镜与用于提供期望的强度分布的散射设备、透镜阵列和/或混合棒相组合。因此，包括这种光学全息设备的激光器照明模块与常规激光器照明模块相比可以更紧凑。此外，减少了对准这些多个光学设备的努力。
如上面讨论的那样，可以通过记录照射表面来直接曝光全息图，或者可以借助于计算机（例如计算的衍射结构）生成全息图。
全息光学设备被布置在由光转换设备发射的转换光的发射路径中。全息光学设备对于转换光是透明的。
全息光学设备可以是透射或反射元件。例如，全息光学设备可以是衍射激光的体光栅，使得能够在光转换器上实现（蓝色）激光的预期聚焦和光分布。在这种情况下，全息光学设备可以被布置为使得它对于来自其他方向或具有不同波长的光（诸如转换的（黄色）光）是透明的。因此，全息光学设备可以被放置在转换光的光学路径中。该布置可以能够实现非常紧凑的激光器照明模块。
在一实施例中，激光器和光转换设备可以被布置在全息光学设备的相同的第一侧上。全息光学设备被布置为将作为第一变换激光的激光反射到光转换设备。在这种情况下，全息光学设备被布置为反射元件，其同时以预定的强度分布将激光聚焦到光转换设备。在转换光的光学路径中用于对于激光的束成形和聚焦的透镜、散射设备等也将影响转换光并因此必须被避免。在转换光的光学路径中，这种（对于激光）反射的全息光学设备（其对于转换光同时是透明的）的布置与常规方案相比能够实现甚至更紧凑的激光器照明模块。光转换设备可以例如被布置为转换从全息光学设备接收的基本上所有第一变换激光。转换光可以经由全息光学设备发射，并且随后与具有例如与激光相同波长的光组合。
全息光学设备还被布置为将激光的至少另一部分变换为第二变换激光。在一个实施例中，这种第二变换激光可以穿过全息光学设备。全息光学设备被布置为使得第二变换激光和转换激光的混合物离开全息光学设备的与第一侧相对的第二侧。
在这种情况下，全息光学设备对于激光将仅是部分反射的。第一部分被反射并变换为第一变换激光，该第一变换激光以期望的强度分布聚焦在光转换设备上。激光的第二部分经由全息光学设备透射，并且与由全息光学设备包括的全息图相互作用，使得第二变换激光经由全息光学设备的与第一表面相对的第二表面发射。第二变换（例如蓝色）激光可以与穿过全息光学设备的（黄色）转换光组合。蓝色激光和黄色转换光的混合物可以例如被用来发射可以用在车辆前灯中的白光。
全息光学设备可以被布置为使得第二变换激光的光分布与穿过全息光学设备的转换激光的光分布一致。
光转换设备可以依照朗伯余弦定律发射转换光。如果全息光学设备被布置为使第二变换激光的光分布适应于光转换设备的光分布，则可以简化包括第二变换激光和转换光的混合光的后续操纵。在这种情况下，全息光学设备被布置为使得第二变换激光看起来以与转换光基本相同的强度分布由相同的表面发射。在这种情况下，由全息光学设备包括的全息图必须借助于两个照射表面来记录，其中第一照射表面提供在光转换设备处所需的强度分布，并且第二照射表面提供例如在全息光学设备的第二表面后面的限定距离处所需的强度分布。
根据可替换的实施例，光转换设备可以被布置在全息光学设备的第一侧上。在这种情况下，激光器被布置在全息光学设备的第二侧上，其中第二侧与第一侧相对。全息光学设备被布置为将作为第一变换激光的激光透射到光转换设备。
在这种情况下，全息光学设备是透射元件，其将经由全息光学设备透射的激光的部分变换为第一变换激光。
激光器照明模块可以包括反射结构。该反射结构可以被布置为使得激光的至少一部分在被全息光学设备变换之前被反射。激光器照明模块被布置为发射反射激光和转换激光的混合物。
反射结构可以例如是半透射镜，其被布置在激光器和全息光学设备之间的光学路径中。激光的第一部分被半透射镜反射，而另一第二部分被透射到全息光学设备，全息光学设备将第二部分变换为第一变换激光。可替换地，反射结构可以是全息光学设备的第二表面上的涂层，或者第二表面可以被布置为反射激光的限定部分。反射结构（例如窄带二向色镜）可以例如对于转换光是（基本上）透明的，或者反射结构可以被布置在转换光的光学路径之外。
全息光学设备被布置为将激光的至少一部分变换为第二变换激光。在特定的实施例中，这种第二变换光被全息光学设备反射。全息光学设备被布置为使得第二变换激光和转换激光的混合物离开全息光学设备的与第一侧相对的第二侧。
全息光学设备可以尤其被布置为使得第二变换激光的光分布与穿过全息光学设备的转换激光的光分布一致。
在这种情况下，与上面关于反射方案所讨论的相似，全息光学设备可以被布置为提供在这种情况下经由全息光学设备透射的第一变换激光和在这种情况下经由全息光学设备反射的第二变换激光。在两种情况下，一般原理都是相同的，使得上面关于“反射”方案（激光器和光转换设备在全息光学设备的同一侧上）提供的解释也适用于“透射”方案（激光器和光转换设备在全息光学设备的不同侧上）。
激光器照明模块可以包括发射例如蓝色激光的两个、三个、四个或更多个激光器（例如以阵列的形式）。基于激光器的光源可以包括两个、三个、四个或更多个激光器照明模块。
根据另一方面，提供了一种车辆前灯。该车辆前灯包括至少一个如上面描述的激光器照明模块。车辆前灯还包括用来对从激光器照明模块接收的光进行成像的成像光学器件。车辆前灯可以包括两个、三个、四个或更多个如上面描述的激光器照明模块。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任何组合。
下面定义其他有利实施例。
附图说明
本发明的这些和其他方面从下文描述的实施例将是清楚明白的，并且将参考下文描述的实施例进行阐述。
现将参考附图基于实施例以示例的方式描述本发明。
在附图中：
图1示出了第一未要求保护的激光器照明模块的基本原理图；
图2示出了第二未要求保护的激光器照明模块的基本原理图；
图3示出了本发明的激光器照明模块的第一实施例的基本原理图；
图4示出了本发明的激光器照明模块的第二实施例的基本原理图；
图5示出了本发明的激光器照明模块的第三实施例的基本原理图。
在附图中，相同的数字自始至终指代相同的对象。附图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
现在将借助于附图描述本发明的各种实施例。
图1示出了第一未要求保护的激光器照明模块105的基本原理图。激光器110将激光10发射到全息光学设备120，该全息光学设备120将全部激光10反射并变换为第一变换激光11。第一变换激光11借助于全息光学设备120聚焦并成像在光转换设备130上。光转换设备130包括光转换器132和反射背面结构136。光转换器132是黄色石榴石磷光体YAG：Ce（例如Y(3-0.4)Gd0.4Al5O12:Ce）的薄片（例如，50 µm的厚度），其被布置为将蓝光转换为黄光。第一变换激光11以预定强度图案照射光转换器132的光发射表面131，使得生成转换光20的预定强度图案。光转换设备130还包括反射背面结构136，该反射背面结构136被布置为反射至少变换激光11和优选地转换光20。转换设备被布置为使得蓝色第一变换激光11的大约21%经由光发射表面131发射。剩余的蓝色第一变换激光11借助于光转换设备130转换并经由光发射表面131发射。考虑到例如磷光体中的斯托克斯损失，这能够实现26%蓝色激光和74%黄色转换光的比率，使得反射激光13和转换光20的混合物产生白光。
激光器110可以可选地被布置为使得激光10的第一部分被发射到全息光学设备120，并且第二部分借助于比如反射镜的光学设备被重新定向，使得全息光学设备120对于激光10可以是完全反射的但对于转换光20基本上是透射的。例如，如下面关于图3描述的那样，转换光20可以经由全息光学设备120发射。转换光20可以与激光10的第二部分组合以得到白光。
图2示出了第二未要求保护的激光器照明模块105的基本原理图。激光器110将激光10发射到全息光学设备120，该全息光学设备120是透射的并且将全部激光10变换为第一变换激光11。第一变换激光11借助于全息光学设备120聚焦并成像到光转换设备130。光转换设备130包括光转换器132。光转换器132以透射布置布置。第一变换激光11以预定强度图案照射光转换器132的第一表面，使得转换光20的预定强度图案被生成并且经由与光转换器132的第一表面相对的光发射表面131而发射。第一变换激光11的一部分经由光转换设备130透射并在光发射表面131处发射，使得透射激光14和转换光20的混合物经由光发射表面131发射。所有第一变换激光11可以在可替换的设置中转换。
图3示出了本发明的激光器照明模块105的第一实施例的基本原理图。激光器110和光转换设备130被布置在全息光学设备120的相同的第一侧上。全息光学设备120反射和变换由激光器110发射的激光10的第一部分。这种第一变换激光11在光转换设备130的光发射表面131处被接收，该光转换设备130以与关于图1所讨论的相似方式布置。差异在于，在这种情况下，光转换器130被布置为将基本上所有第一变换激光11转换为转换光20（例如，通过较厚的光转换器130和/或不同的掺杂）。激光10的第二部分穿过全息光学设备120并被转换为第二变换激光12。全息光学设备120将激光10的剩余部分变换为第二变换激光12，使得第二变换激光12的光照图案匹配从光转换设备130的光发射表面131发射的转换光20的光照图案。第二变换（例如蓝色）激光12和（例如黄色）转换光20的混合物经由全息光学设备120的第二表面发射，其中第二表面与全息光学设备120的第一表面相对。
图4示出了本发明的激光器照明模块105的第二实施例的基本原理图。与关于图3所讨论的光转换设备130相似的光转换设备130被布置在全息光学设备120的第一侧上。激光器110被布置在全息光学设备120的第二侧上。反射结构122被布置在激光器110和全息光学设备的第二侧之间。反射结构122是二向色镜，其包括具有交替折射率的、附接到全息光学设备120的第二侧的多个薄层。激光10的第一部分通过二向色镜122并借助于全息光学设备120变换为照射光转换设备130的光转换器132的第一变换激光11，如上面描述的那样。第一变换激光11被完全转换为转换光20，该转换光20在全息光学设备120的方向上从光发射表面131发射。激光10的第二部分借助于反射结构122反射。转换光20通过全息光学设备120和窄带二向色镜122而基本上没有任何相互作用，使得反射激光12和转换光20的混合物由激光器照明模块105发射。
图5示出了本发明的激光器照明模块105的第三实施例的基本原理图。该配置与关于图4所讨论的配置相似。在这种情况下，全息光学设备120被布置为反射激光10的剩余部分并且将激光10的这种剩余部分变换为第二变换激光12。第二变换激光12的光分布借助于全息光学设备120适应于转换光20的光分布，与关于图3所讨论的类似。在这种情况下，光转换设备130包括光转换器132和散热器138。光转换器132同样是磷光体材料的薄片，光转换器132在与光发射表面131相对的表面处附接到散热器138。附接到光转换器132的散热器138的表面对于转换光20是反射的。在激光10的波长范围内的光借助于散热器138吸收，使得仅转换光20经由光发射表面131发射。
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。
通过阅读本公开，其他修改对于本领域技术人员而言将是清楚明白的。这样的修改可以涉及本领域中已知的和可以代替本文已经描述的特征而被使用或除了本文已经描述的特征之外而被使用的其他特征。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员能够理解并实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。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用于获益。
权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制其范围。
附图标记列表：
10 激光
11 第一变换激光
12 第二变换激光
13 反射激光
14 透射激光
20 转换光
105 激光器照明模块
110 激光器
120 全息光学设备
122 反光结构
130 光转换设备
131 光发射表面
132 光转换器
136 反射背面结构
138 散热器
Claims (5)
1.一种用于车辆前灯的激光器照明模块（105），包括：
- 至少一个激光器（110），其中所述至少一个激光器（110）被适配为发射激光（10），
- 全息光学设备（120），以及
- 光转换设备（130），
其中
- 所述全息光学设备（120）被布置为将所述激光（10）的至少一部分变换为第一变换激光（11），使得所述第一变换激光（11）聚焦在所述光转换设备（130）上，并且使得借助于所述第一变换激光（11）在所述光转换设备（130）上提供所述激光（10）的预定义强度分布，
- 所述光转换设备（130）包括光转换器（132），其中所述光转换器（132）被适配为将所述第一变换激光（11）转换为转换光（20），其中所述转换光（20）的峰值发射波长在比所述第一变换激光（11）的激光器峰值发射波长更长的波长范围内，
- 所述全息光学设备（120）被布置在由所述光转换设备（130）发射的所述转换光（20）的发射路径中，并且其中所述全息光学设备（120）对于所述转换光（20）是透明的，
并且其中
- 所述激光器（110）和所述光转换设备（130）被布置在所述全息光学设备（120）的相同的第一侧上，其中所述全息光学设备（120）被布置为将作为所述第一变换激光（11）的所述激光（10）的部分反射到所述光转换设备（130），并且
- 所述全息光学设备（120）被布置为将所述激光（10）的至少另一部分变换为穿过所述全息光学设备（120）的第二变换激光（12），并且其中所述全息光学设备（120）被布置为使得所述第二变换激光（12）和所述转换激光（20）的混合物离开所述全息光学设备（120）的与所述第一侧相对的第二侧。
2.一种用于车辆前灯的激光器照明模块（105），包括：
- 至少一个激光器（110），其中所述至少一个激光器（110）被适配为发射激光（10），
- 全息光学设备（120），以及
- 光转换设备（130），
其中
- 所述全息光学设备（120）被布置为将所述激光（10）的至少一部分变换为第一变换激光（11），使得所述第一变换激光（11）聚焦在所述光转换设备（130）上，并且使得借助于所述第一变换激光（11）在所述光转换设备（130）上提供所述激光（10）的预定义强度分布，
- 所述光转换设备（130）包括光转换器（132），其中所述光转换器（132）被适配为将所述第一变换激光（11）转换为转换光（20），其中所述转换光（20）的峰值发射波长在比所述第一变换激光（11）的激光器峰值发射波长更长的波长范围内，
- 所述全息光学设备（120）被布置在由所述光转换设备（130）发射的所述转换光（20）的发射路径中，并且其中所述全息光学设备（120）对于所述转换光（20）是透明的，
并且其中
- 所述光转换设备（130）被布置在所述全息光学设备（120）的第一侧上，其中所述激光器（110）被布置在所述全息光学设备（120）的第二侧上，其中所述第二侧与所述第一侧相对，并且其中所述全息光学设备（120）被布置为将作为所述第一变换激光（11）的所述激光（10）的部分透射到所述光转换设备（130），并且
- 所述全息光学设备（120）被布置为将所述激光（10）的至少另一部分变换为由所述全息光学设备（120）反射的第二变换激光（12），并且其中所述全息光学设备（120）被布置为使得所述第二变换激光（12）和所述转换激光（20）的混合物经由所述全息光学设备（120）的第二侧发射。
3.根据权利要求1或2所述的激光器照明模块（105），其中所述全息光学设备（120）被布置为使得所述第二变换激光（12）的光分布与穿过所述全息光学设备（120）的所述转换激光（20）的光分布一致。
4.根据权利要求2所述的激光器照明模块（105），其中所述激光器照明模块（105）包括反射结构（122），其中所述反射结构（122）被布置为使得所述激光（10）的至少另一部分在被所述全息光学设备（120）变换之前被反射，并且其中所述激光器照明模块（105）被布置为发射这种反射激光（12）和所述转换激光（20）的混合物。
5.一种车辆前灯，包括至少一个根据权利要求1-4中的任一项所述的激光器照明模块（105），所述车辆前灯还包括用来对从所述至少一个激光器照明模块（105）接收的光成像的成像光学器件。
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