CN111033114B - 用于机动车的照明装置和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照明装置，其具有多个激光源(2、2')并且具有光学通道(6、7)，通过所述光学通道，所述多个激光源(2、2')的光(L、L')在照明装置(1)的运行中被引导，以便由引导的光(L、L')在机动车外部空间中生成光分布。按照本发明的照明装置的特征在于，在所述多个激光源(2、2')和所述光学通道(6、7)之间设置光学元件(5)，所述光学元件通过控制设备(8)可切换到不同切换状态中，每个激光源(2、2')配置有单独的切换状态，并且在相应切换状态中光仅由配置有所述相应切换状态的激光源(2、2')借助光学元件(5)输入到光学通道(6、7)中。控制设备(8)此外这样设计，使得其在输入所述多个激光源(2、2')之一的光到光学通道(6、7)中时，将其他激光源(2、2')保持在切断状态中。

Description

用于机动车的照明装置和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的照明装置以及对应的机动车。
背景技术
现今在用于机动车的照明装置中越来越多地使用激光源，所述激光源能够实现以非常高的亮度在机动车外部空间中生成光分布。例如包括激光源的照明装置用于产生远光灯(例如抗眩目的远光灯)和近光灯。经常在机动车照明装置中同时运行多个激光源，这虽然能够实现生成非常光亮的光分布，然而在激光源在照明装置中的布置方面限制了构造间隙，从而存在的结构空间经常未高效地利用。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于机动车的照明装置，其使用多个激光源并且同时简单和紧凑地构造。
该任务通过如下的照明装置解决，用于机动车的照明装置具有多个激光源并且具有光学通道，通过所述光学通道，所述多个激光源的光在照明装置的运行中被引导，以便由引导的光在机动车外部空间中生成光分布，其特征在于，
在所述多个激光源和所述光学通道之间设有光学元件，所述光学元件能通过控制设备切换到不同切换状态中，其中，所述光学元件是MEMS构件，其中，给每个激光源配置有光学元件的单独的切换状态，并且在相应切换状态中光仅由配置有所述相应切换状态的激光源借助光学元件输入到光学通道中，其中，控制设备此外这样设计，使得所述控制设备在输入所述多个激光源之一的光到光学通道中时，将其他激光源保持在切断状态中，控制设备这样设计，使得控制设备周期地在光学元件的不同切换状态之间转换，从而在一个周期中，每个激光源的光至少一次输入光学通道中，所述周期的重复频率处于500Hz至2000Hz之间，并且所述光分布是颜色混合。
按照本发明的照明装置设置用于机动车、例如客车和必要时也用于载重汽车。照明装置例如可以构成前照灯和/或尾灯或其部件。照明装置具有多个激光源并且具有光学通道，通过所述光学通道，所述多个激光源的光在照明装置的运行中被引导，以便由引导的光在机动车外部空间中生成光分布。优选，光通过光学通道引导至光学系统(也称为次级光学系统)，所述光学系统在机动车外部空间中生成光分布。次级光学系统在该意义中是光学通道的组成部分并且可以不同地、例如作为反射和/或投影光学系统而设计。按照一种实施形式，照明装置可以实现机动车中的不同照明功能，其中，这样的照明功能的优选变型在更下面进行说明。
只要接着描述在照明装置和机动车或机动车构件之间的相互作用，则这总是可以如下理解，即，相互作用在将照明装置布置或安装在机动车中时出现。照明装置的与机动车或与机动车构件具有对应的相互作用的构件因此这样设计，使得所述相互作用在将照明装置布置或安装在机动车中时引起。
按照本发明的照明装置的特征在于，在所述多个激光源和所述光学通道之间设置光学元件，所述光学元件通过控制设备可切换到不同切换状态中。在此，为每个激光源配置有单独的(即不同的)切换状态，并且在相应切换状态中光仅由配置有所述相应切换状态的激光源借助光学元件输入到光学通道中。控制设备此外这样设计，使得其在输入所述多个激光源之一的光到光学通道中时，将其他激光源保持在切断状态中。必要时按照本发明的照明装置也可以多次包含由光学通道、光学元件和多个激光源构成的刚才所述组合。
按照本发明的照明装置具有如下优点：通过使用按照光学开关型式的光学元件，激光源的光不再同时输入光学通道中，这提高激光源在机动车中布置时的灵活性，由此可以较好地利用存在的结构空间。
在按照本发明的照明装置的一种特别优选的实施形式中，所述多个激光源中的至少一部分激光源并且尤其是所述多个激光源中的所有激光源具有单独的激光二极管，由此激光源可以作为非常紧凑的构件实现。
在另一种优选的设计中，激光源产生单色的光，所述单色的光对于所有激光源具有相同的波长或对于至少一对两个激光源具有不同的光源(即所述对的两个激光源产生具有不同波长的光)。必要时所述波长可以对于所有激光源不同。在一种变型中，所述多个激光源具有红色的激光源、绿色的激光源和蓝色的激光源。通过对应快速的、通过人的眼睛不可察觉的在各激光源之间的转换，可以由此借助照明装置生成白光。
在另一种优选的实施形式中，控制设备这样设计，使得其周期地在光学元件的不同切换状态之间转换，从而在一个周期中，每个激光源的光至少一次输入光学通道中。优选所述周期的重复频率处于50Hz至2000Hz之间、尤其是500Hz至2000Hz之间。在这样的重复频率时，在不同颜色的激光源之间的转换对于人的眼睛不再可察觉，从而由此可以产生不同的颜色混合、例如已经在上面提到的白光。
在另一种优选的变型中，照明装置这样设计，使得相应的激光源在接通状态中以2W至6W之间的功率运行。所述功率可以在此比在常规照明装置中调节到显著更高，因为总是只一个单独的激光源处于接通状态中，从而其他的激光源可以冷却，而不会出现其过热。
在另一种优选的设计中，光学元件具有可运动的并且尤其是可倾斜的镜，所述镜通过借助控制设备的操控而可以运动到不同的相应于切换状态的切换位置中。这样的镜本身由现有技术已知。优选所述镜在此作为微构件实现，其最大的伸展尺寸在镜的俯视图中为2mm和更小。
在另一种实施形式中，光学元件包括具有变化的折射率的构件，其中，所述折射率借助控制设备通过输送给所述构件的电压的变化可以改变，并且通过折射率的变化引起不同的切换状态。这样的构件本身由现有技术已知并且也可以作为具有在几毫米范围中的非常小的尺寸的微构件实现。尤其，具有变化的折射率的元件可以包括LCoS构件(LCoS＝Liquid Crystal on Silicon，即液晶附硅)。
在一种特别优选的实施形式中，所述光学元件是所谓的MEMS构件(MEMS＝MicroElectro Mechanical System，即微机电系统)。在这里是非常紧凑的电子构造元件，其功能性在单个半导体芯片上实现。
在另一种优选的实施形式中，光学通道具有光导体和尤其是单独的光学纤维，其中，在光导体中引导来自相应激光源的光。优选光导体的直径处于50μm至200μm之间。
在另一种变型中，照明装置在光束通路中在光学元件下游具有一个或多个转换元件，以便将至少一部分激光源的光从一个波长范围转换到另一个波长范围中。这样的转换元件本身由现有技术已知并且例如包括掺杂的磷。借助这样的转换元件可以以简单的方式产生确定颜色的光分布或白光分布。例如可以利用转换元件将蓝色的激光源的光转换为白光。
在另一种优选的设计中，照明装置具有光传感机构，以用于检测在光学通道中的光强，例如在光学通道的输入端或输出端上。在此，控制设备这样设计，使得其评估所检测的光强。
在上述实施形式的一种优选的变型中，控制设备这样设计，使得其在利用由光传感机构检测的光强的反馈中这样调节光学元件的切换状态，使得在相应切换状态中，光强超过预先确定的阈值。以这种方式实现在照明装置的运行期间对光学元件的合适的再调整。
备选或附加地控制设备这样设计，使得当在由光传感机构检测的光强和预定的理论光强之间的(按照数量的)偏差超过预先确定的阈值时，所述照明装置探测到故障，其中，预定的理论光强优选依赖于照明装置的运行状态、尤其是所述多个激光源的运行功率或通电。在探测到故障时，优选将故障报告通过在机动车中的用户界面输出和/或将故障记录在机动车的故障存储器中。利用刚才所述的实施形式，实现对照明装置的运行的监控。
在另一种变型中，按照本发明的照明装置设置用于生成在对于人的眼睛可见范围中的光。优选光学通道在此设计用于，作为光分布产生近光灯和/或远光灯和/或闪光灯和/或日间行驶灯和/或转向灯和/或停车灯和/或后灯和/或制动信号灯的至少一部分。备选或附加地，照明装置也可以用于生成在机动车的周围环境中的符号，例如在机动车的周围环境中的地面上。术语“符号”在此应宽泛地理解并且可以包括任意的符号或标志、例如象形图。
在另一种设计中，按照本发明的照明装置设置用于生成在对于人的眼睛不可见范围中的光、例如在红外范围中的光。该光优选用于机动车中的一个或多个驾驶员辅助功能，例如以便借助对光的运行时间测量来确定与其他交通参与者的距离。尤其是照明装置可以在此是激光雷达传感器的组成部分。
本发明此外涉及一种机动车，其中，所述机动车具有一个或多个按照本发明的照明装置或按照本发明的照明装置的一个或多个优选变型。
附图说明
接着借助附图1详细说明本发明的实施例。该图示出按照本发明的照明装置的一种实施形式的示意图。
具体实施方式
图1的示意图示出按照现有技术的机动车照明装置100。在该照明装置中，为了产生多个照明功能、尤其是近光灯和远光灯，总体上利用三个激光源，其中，每一个激光源包括一个激光二极管101和一个附加光学系统102。激光二极管是红色的、绿色的和蓝色的激光二极管。利用这些激光源产生的光束LI借助透镜105输入光学纤维103中，所述光学纤维将该光发送至示意性表示的次级光学系统104，所述次级光学系统将光投射到道路上。
通过三个不同颜色的激光二极管的光混合，产生以白光形式的光分布。通过使用多个激光二极管可以在此生成非常光亮的光分布，然而基于各激光二极管的光到光学纤维中的同时输入而需要大的结构空间。按照本发明的照明装置能够实现借助光学元件减少该结构空间，所述光学元件可切换到不同切换状态中，如接着借助图2的实施形式解释的那样。
图2的照明装置1具有两个激光源2和2'，所述激光源发射光束L或L'。必要时也可以设置多于两个激光源。类似于图1，每个激光源包含一个激光二极管3连同配置的附加光学系统4，以便例如以蓝色产生单色的光。此外也设置光学纤维6，所述光学纤维引导至次级光学系统7，以便生成预定的光分布。光学纤维和次级光学系统的组合构成在本发明意义中的光学通道的一种实施形式。
只要照明装置1应该用于产生白光，则可以设置转换元件，所述转换元件例如设置在到光学纤维6中的光入射处，由此将激光源的单色光转换为白光。虽然如此，可以利用照明装置1必要时也产生有色的光、例如闪光灯或后灯，其中，在该情况中黄色的或红色的激光二极管在没有中间连接的转换元件情况下进行使用。同样存在如下可能性：激光二极管发射在不可见范围中的光、例如红外光，以便将该光用于驾驶员辅助功能、例如距离测量。尤其是照明装置可以在此是激光雷达传感器的组成部分。
代替将各激光源2、2'的光同时指向到一个透镜上，在图2的实施形式中使用光学元件5，所述光学元件作为非常紧凑的MEMS构件来实现并且在示出的实施例中具有可倾斜的镜。在此，所述镜可以倾斜到两个位置中，这通过实线和虚线表示。所述两个位置构成镜5的不同切换状态或切换位置。在一种切换状态中，在此仅激光源2的光L到达光学纤维6中，反之在另一个切换位置中，仅激光源2'的光L'输入光学纤维6中。
图2的照明装置1此外具有控制设备8，所述控制设备不仅控制镜5到两个切换位置中的转换而且控制激光二极管3的接通和切断。控制设备8在此引起两个激光二极管3的周期性的切断或接通，其中，在一个周期中，不仅将所述一个激光二极管而且将所述另一个激光二极管接通，并且同时保证总是只有一个所述激光二极管接通。换句话说，在所述一个激光二极管接通的情况中，引起或保证另一个激光二极管的切断。激光二极管3的接通或切断借助控制设备8而与镜5的转换同步，并且更确切地说是这样同步，使得接通的激光源的激光基于对切换位置的对应调节而输入光学纤维6中。
通过一个可转换的光学元件与多个激光源的组合，在激光源布置在照明装置中时存在显著更多的灵活性，由此可以减少结构空间。作为MEMS构件实现的镜5的尺寸在此显著小于在图1中使用的透镜105的大小。为了利用图2的照明装置与利用图1的照明装置实现相同的功率，各个激光二极管以较高的功率运行。这之所以是可能的，是因为各个激光二极管总是只暂时地接通并且因此存在足够的时间来对其冷却。相反于此，图1的激光二极管只能以减少的功率运行，因为基于其并行的运行而没有用于冷却的阶段。
以前所述实施形式借助以可倾斜到不同切换位置中的镜的形式的光学元件进行阐述。虽然如此，所述光学元件可以必要时也以其他方式实现。决定性的仅是，在不同切换位置中引起光束的不同换向。例如光学元件也可以作为具有变化的折射率的元件设计，所述折射率通过电压输送而可改变。在该情况中，借助控制设备这样改变电压输送，使得折射率总是这样调节，即，在对应的切换状态中，仅正好接通的激光源的光输入光学纤维中。
附图标记列表
101 激光二极管
102 附加光学系统
103 光导体
104 次级光学系统
105 透镜
LI、L、L' 激光
100 照明装置
1 照明装置
2、2' 激光源
3 激光二极管
4 附加光学系统
5 光学元件
6 光导体
7 次级光学系统
8 控制设备

Claims (20)

1.用于机动车的照明装置，该照明装置具有多个激光源(2、2')并且具有光学通道(6、7)，通过所述光学通道，所述多个激光源(2、2')的光(L、L')在照明装置(1)的运行中被引导，以便由引导的光(L、L')在机动车外部空间中生成光分布，其特征在于，
在所述多个激光源(2、2')和所述光学通道(6、7)之间设有光学元件(5)，所述光学元件能通过控制设备(8)切换到不同切换状态中，其中，所述光学元件(5)是MEMS构件，其中，给每个激光源(2、2')配置有光学元件(5)的单独的切换状态，并且在相应切换状态中光仅由配置有所述相应切换状态的激光源(2、2')借助光学元件(5)输入到光学通道(6、7)中，其中，控制设备(8)此外这样设计，使得所述控制设备在输入所述多个激光源(2、2')之一的光到光学通道(6、7)中时，将其他激光源(2、2')保持在切断状态中，控制设备(8)这样设计，使得控制设备周期地在光学元件(5)的不同切换状态之间转换，从而在一个周期中，每个激光源(2、2')的光至少一次输入光学通道(6、7)中，所述周期的重复频率处于500Hz至2000Hz之间，并且所述光分布是颜色混合。
2.按照权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述多个激光源(2、2')中的至少一部分激光源(2、2')具有单独的激光二极管(3)。
3.按照权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述多个激光源中的所有激光源(2、2')具有单独的激光二极管(3)。
4.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，激光源(2、2')产生单色的光，所述单色的光对于所有激光源(2、2')具有相同的波长或者所述单色的光对于至少一对两个激光源(2、2')具有不同的波长。
5.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，照明装置(1)这样设计，使得相应的激光源(2、2')在接通状态中以2瓦至6瓦之间的功率运行。
6.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，光学元件(5)具有可运动的镜，所述镜通过借助控制设备(8)的操控能运动到不同的相应于切换状态的切换位置中。
7.按照权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述镜是可倾斜的。
8.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，光学元件(5)包括具有变化的折射率的构件，其中，所述折射率借助控制设备(8)通过输送给所述构件的电压的变化而能改变，并且通过折射率的变化引起不同的切换状态。
9.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，所述光学通道(6、7)具有光导体，其中，在光导体中引导来自相应的激光源(2、2')的光。
10.按照权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述光学通道(6、7)具有单独的光学纤维(6)。
11.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，照明装置(1)在光路中在光学元件(5)下游具有一个或多个转换元件，以便将至少一部分激光源(2、2')的光(L、L')从一个波长范围转换到另一个波长范围中。
12.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，照明装置(1)具有光传感机构，以用于检测在光学通道(6、7)中的光强，其中，控制设备(8)这样设计，使得所述控制设备评估所检测的光强。
13.按照权利要求12所述的照明装置，其特征在于，控制设备(8)这样设计，使得控制设备在利用由光传感机构检测的光强的反馈中这样调节光学元件(5)的切换状态，使得在光学元件(5)的相应切换状态中，光强超过预先确定的阈值。
14.按照权利要求12所述的照明装置，其特征在于，控制设备(8)这样设计，使得当在由光传感机构检测的光强和预定的理论光强之间的偏差超过预先确定的阈值时，所述控制设备探测到故障。
15.按照权利要求14所述的照明装置，其特征在于，预定的理论光强依赖于照明装置(1)的运行状态。
16.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，照明装置(1)设置用于生成在可见范围中的光。
17.按照权利要求16所述的照明装置，其特征在于，光学通道(6、7)设计用于，作为光分布在机动车的周围环境中生成近光灯和/或远光灯和/或闪光灯和/或日间行驶灯和/或转向灯和/或停车灯和/或后灯和/或制动信号灯的至少一部分和/或生成符号。
18.按照权利要求1至3之一所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置(1)设置用于生成不可见范围中的光。
19.按照权利要求18所述的照明装置，其特征在于，所述不可见范围中的光用于在机动车中的一个或多个驾驶员辅助功能。
20.机动车，其具有一个或多个按照权利要求1至19之一所述的照明装置。
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