CN112400126A - 车辆照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车辆照明装置。所述照明装置包括主全息图(11)，当所述主全息图(11)被照明光(14)照明时，该主全息图(11)提供照明功能。所述照明光(14)通过副全息图系统(12)被导向至所述主全息图(11)，该副全息图系统(12)包括耦合输入全息图，波导衬底和耦合输出全息图。

Description

车辆照明装置

技术领域

本申请涉及一种用于车辆，特别是机动车辆的照明装置。这种照明装置可以作为，例如，尾灯、前灯、方向指示器、刹车灯等。

背景技术

这样的照明装置的主要目的在于驾驶安全领域，例如，在前照灯的情况下，使驾驶员能够在黑暗中看清行进的路线，同时，也使车辆，特别是在黑暗中，能够被其他道路使用者看到，或者为其他道路使用者提供与驾驶行为有关的信息，特别是在具有指示器或刹车灯的情况下。

除了这些功能外，近年来照明设计也开始崭露头角。各个汽车制造商都在努力为其车辆提供特有的“照明特征”，这意味着设计照明装置，使得从照明装置发出的光具有特征形状，例如，对于一家公司的所有车型，该特征形状可能是相似的或相同的。

实现照明特征(signatures)的一种可能性是使用全息图，该全息图生成全息图像，照明装置的光似乎是从该全息图像发出的。以这种方式，例如，可以使尾灯或刹车灯看起来在车辆外部形成和/或实现特有的照明特征，例如矩形，三维特征，带有企业标志的照明特征等。

这样的照明装置通常包括产生所需照明特征的全息图本身，以及用于照明全息图的照明装置。

这样的照明装置通常以一个或多个发光二极管(LEDs)作为光源和光学单元，特别是折反射光学单元，来实施，用于塑造从一个或多个发光二极管发出的光束，并将该光束引导出全息图。具有这种照明装置的照明装置通常需要相对较大的安装空间，用于自由光束光学单元和/或所使用的光学元件。

发明内容

因此，本申请的目的是提供一种照明装置，在该装置中，可以在减小的安装空间的情况下实现对全息图的照明。

该目的是通过如权利要求1所述的照明装置实现的。从属权利要求定义了进一步的实施例。

根据本发明，提供了一种用于车辆的照明装置，其具有：

主全息图，用于响应照明光的照明而产生照明功能，和

副全息图系统，其中，所述副全息图系统包括：

波导衬底，

输入耦合全息图，用于将来自光源的光耦合到所述波导衬底(20)中，以及

输出耦合全息图，用于将光以所述照明光的形式耦合出所述波导衬底。

通过副全息图系统可以实现主全息图的紧凑照明。在此，主全息图是产生所需照明特征的全息图，而副全息图系统用于照明。特别是通过提供与所述输入耦合全息图和所述输出耦合全息图连接的波导衬底，可以实现所述副全息图系统相对于所述主全息图的基本上任意的布置，从而可以实现对可用安装空间的良好利用。

所述输出耦合全息图可以具有空间可变的输出耦合效率。因此，光可以在相对较大的区域上从所述波导衬底耦合出，从而使得所述主全息图的较大区域能够被照明。

为此，所述输出耦合效率可以特别随着与所述输入耦合全息图的距离的增加而提高。

所述输入耦合全息图和/或所述输出耦合全息图可以提供光谱滤波功能。这使得能够使用宽带光源，而无需提供单独的滤波器。

所述输入耦合全息图可以被配置为透射光栅或反射光栅。

所述输出耦合全息图还可以被配置为透射光栅或反射光栅。

所述输出耦合全息图可以布置在所述波导衬底面对所述主全息图的一侧或在所述波导衬底背对所述主全息图的一侧。

因此，可以有各种不同的实施方式。

所述主全息图可以互换。

由于所述主全息图是可互换的，因此，可以将相同的副全息图系统与不同的主全息图一起使用以生成不同的照明特征。

所述主全息图可以是透射全息图，反射全息图，具有边缘照明的反射全息图或具有边缘照明的透射全息图。

因此，根据本发明的照明装置能够用于不同类型的主全息图。

所述照明装置可以具有多个包括所述副全息图系统的副全息图系统，其中，所述多个副全息图系统被配置为将各自的照明光引导到所述主全息图上。

在此，所述主全息图可以实现多个照明功能，其中，将所述多个照明功能中的一个或多个照明功能分配给所述多个副全息图系统。

通过提供多个副全息图系统，可以将光从所述主全息图的不同方向，特别是在不同边缘耦合进来，并且可以实现不同的照明功能。

所述照明装置还可以具有光源，其中，所述输入耦合全息图布置在所述波导衬底面对所述光源的一侧或所述波导衬底背对所述光源的一侧。

所述输入耦合全息图和/或所述输出耦合全息图的各种可能的布置使得在设计所述照明装置时有更大的自由度。

附图说明

下面将参照附图，根据不同的实施例对本发明进行详细说明。在图中：

图1示出了根据一个实施例的照明装置的示意图；

图2示出了根据一个实施例的副全息图系统的剖视图；

图3A和3B示出用于说明图3的副全息图系统的输出耦合全息图的特性；

图4A-4D示出了根据一些实施例的副全息图系统的输入耦合全息图的不同变型；

图5A-5D示出了根据一些实施例的副全息图系统的输出耦合全息图的不同变型；

图6A-6D示出了根据一些实施例的照明装置的主全息图的不同变型；

图7A-7C示出了根据不同实施例的副全息图系统和主全息图的定位的不同变型；

图8示出了根据一些实施例的具有主全息图的发散照明的照明装置；以及

图9A和9B示出了具有多个副全息图系统的照明装置的实施例。

具体实施方式

下面将详细说明本发明的各种实施例。这些实施例仅用于说明目的，不应解释为限制性的。针对其中一个实施例所描述的变化，修改和细节也可应用于其他实施例，因此不再赘述。所描述的不同实施例的特征可以彼此组合。例如，参照不同的附图来说明照明装置的不同的细节和这些细节的变化，并且参照不同的附图所描述的变化和细节可以彼此自由地组合。除非在附图的描述中另有说明，否则所有附图均示出照明装置或其一部分的截面图。在附图中，相同的附图标记表示相同或相应的元件，并且对这些元件的相应描述不再赘述。

图1示出了根据一个实施例的照明装置10的示意图。照明装置10包括光源16，副全息图系统12和主全息图11。光源16可以包括一个或多个发光二极管或其他光源，例如，激光光源或白光源，以便产生被馈送到副全息图系统12的光线13。副全息图系统12使接收到的光线13偏转以形成照明光14，该照明光以指定角度入射到主全息图11上。在此选择该指定角度，使得主全息图11根据图像光15生成记录在主全息图11中的图像，作为对被照明光14照射的响应。所记录的图像可以特别地定义照明特征。如引言部分所述，以使照明装置10的光具有设计者所期望的外观。如全息领域的技术人员所熟悉的，该指定的角度特别对应于在记录期间用所谓的参考射线照射全息图11的角度。在本申请的上下文中，主全息图11生成用于实现照明的图像的功能也被称为照明功能。

通过使用副全息图系统12，可以提供紧凑的布置。此外，图1的照明装置10可以被设计为模块化系统，其中，主全息图11是可互换的。副全息图系统12提供具有定义的特性的照明光，并且可以在图1的照明装置10中使用任何响应于被所述定义特征照亮而产生图像的主全息图11。因此，仅仅通过互换主全息图11就可以不同的照明特征，而照明装置10的其余部分可以保持不变。这有助于这种照明装置的设计和制造。

应当注意的是，主全息图11可以具有单个全息图或多个单独的全息图，这取决于所需的照明特征。

正如后面将详细解释的那样，不同类型的全息图，例如，透射全息图、反射全息图或边缘发光全息图，可以作为主全息图11。

现在将参照图2更详细地解释根据一些实施例的副全息图系统12的结构的示例。稍后将参照图4和5来解释该结构的变型。

在图2的实施例中，副全息图系统12具有用作波导的衬底20，输入耦合全息图21和输出耦合全息图22。在本发明中，提供波导功能的衬底也被简称为波导衬底。

波导衬底20由对所使用的光的波长透明的材料制成，例如，玻璃或透明塑料。来自光源(例如，图1中的光源16)的光线13入射到输入耦合全息图21上。在图2的示例中，光线13近似垂直地入射在波导衬底20上，然后到达布置在波导衬底20的另一侧的输入耦合全息图21。稍后将参考图4解释其他可能的配置。

输入耦合全息图21被设计为全息光栅，并且以大于(在垂直方向上测量的)在波导衬底20与环境之间的界面的总内反射的角度的角度，将光线13引导到波导衬底20。这就产生已经耦合到波导衬底20中的光23。然后如图所示，耦合进来的光23入射到输出耦合全息图22上。输出耦合全息图22又被设计为全息光栅，其以一定角度使耦合进来的光23偏转，使其作为照明光14从波导衬底20离开，在图2的示例中垂直于波导衬底20。这里，也可以采用其他角度，只要该角度小于总内反射角，从而将光耦合出来。

输入耦合全息图21和输出耦合全息图22所使用的全息光栅在反射光栅的情况下，通常是波选择性的，也就是说，只有特定波长或窄波长范围的光被衍射到各自所需的方向。因此，副全息图系统12也可以通过使用反射光栅来实现滤波功能，其结果是，只有具有所设计的各个主全息图11所对应的一个波长或一个波长范围的照明光14才到达主全息图11。当使用相对宽频带的光源作为光源16时，这一点尤其令人关注。这样的光谱滤波功能可以由输入耦合全息图21，输出耦合全息图22或由两个全息图21、22来实现。这种滤波可以减少色散。否则所述色散可能导致图像模糊。

在图2的实施例中，输出耦合全息图22在箭头24的方向上具有相对较大的程度。在图2的实施例中，输出耦合全息图22在箭头24的方向上具有增加的输出耦合效率。也就是说，输出耦合全息图22的全息光栅以这样的方式设置，它将入射在输出耦合全息图22上的光中越来越大的一部分以照明光14的形式耦合出全息图，而剩余部分的光在每种情况下都被引导到波导衬底20中，以便在波导衬底20中反射之后再次入射到输出耦合全息图22上。以这种方式，照明光14可以在大面积上耦合出来。这样，照明光14可以耦合出大面积。

在图3A和3B中示出了这种沿箭头24的方向可变输出耦合效率的示例。在图3A和3B中，x轴示出了沿着图2的箭头24的方向上的输出耦合全息图22的位置。在这里，作为输出耦合全息图的一个例子，使用的输出耦合全息图在箭头24方向上长度为150mm，波导衬底20的厚度为2毫米、波导衬底内的耦合光(coupled-in light)23的角度为70°。这些数值仅仅是作为示例给出，其他配置同样也是可能的。

图3A中的曲线32以％表示输出耦合效率，也就是说，表示入射在输出耦合全息图上的光有多大比例被耦合出来。然后将剩余的比例在波导衬底中被引导，以便再次入射到输出耦合全息图上。

图3B中的曲线30示出了在波导衬底30中传播的波的强度。该强度连续减小，因为在每种情况下一部分光被耦合出来。曲线31示出了耦合出来的强度。由于输出耦合效率的提高，耦合出来的强度大约是恒定的，因为由于根据曲线32的效率的提高，根据曲线30越来越多的强度下降的部分被耦合出来。

曲线30-32均具有第一曲线，该第一曲线示出了在技术上易于实现的分步配置，也就是说，输出耦合全息图22的特性是分布改变的，然后对于特定区域保持不变。第二条曲线显示了这种分布行为的连续近似。

通过使用这种变化的输出耦合效率，可以实现大面积的主全息图的均匀照明。因此，输出耦合效率随着与输入耦合全息图的距离增加而提高。

现在将讨论图1的照明装置10及其部件的不同变化和修改。首先，将参照图4A至图4D说明输入耦合全息图21的不同可能的布置。

图4A示出了已经参考图2简单讨论过的配置。这里，输入耦合全息图21布置在波导衬底20的与耦合光线13的一侧相反的一侧。输入耦合全息图21在此用作反射光栅，也就是说，光13在被输入耦合全息图21的反射中以所需的角度衍射，以形成耦合光23。

在图4B的配置中，输入耦合全息图21布置在波导衬底20中光13入射在波导衬底20的同一侧。在此，输入耦合全息图21也用作反射光栅，并将耦合光以所需的角度反射到输入耦合全息图21背向波导衬底20的一侧。以这种方式衍射的光在输入耦合全息图21与环境之间的界面处进行全内反射，从而作为耦合光23进入波导衬底20。

在图4C的变型中，与图4A一样，输入耦合全息图被布置在波导衬底20的与光13入射的一侧相对的一侧。输入耦合全息图21在此用作透射光栅，也就是说，入射光线13在输入耦合全息图21背离波导衬底20的一侧的方向上以一定角度衍射，并在输入耦合全息图21和环境之间的界面上进行全内反射，作为耦合光23进入波导衬底20。

在变型4D中，输入耦合全息图21被布置在波导衬底20的光13入射到波导衬底20的那一侧，并且被设计成透射光栅。因此，光13被输入耦合全息图21衍射，并作为耦合光23引导到波导衬底上。

如参照图4A至4D所示的输入耦合全息图21的相应变型，也可能用于输出耦合全息图22。现在将参考图5A至图5D对此进行说明。

图5A示出了已经参考图2示出的配置。这里，输出耦合全息图22布置在波导衬底20的与照明光14被耦合出的一侧相对的一侧。输出耦合全息图22在此用作反射光栅，并通过输出耦合全息图22的布拉格平面50将耦合进来的光23衍射到能够从波导衬底20输出耦合的方向，特别是基本上垂直于波导衬底20的表面。

在图5B中，输出耦合全息图22布置在波导衬底上与耦合出照明光14的同一侧，并且还用作反射光栅。在此，耦合光23最初在没有经过衍射的情况下通过输出耦合全息图传到输出耦合全息图20的背离波导衬底20的一侧，在此被反射，然后被输出耦合全息图22衍射，作为照明光14耦合出去。

在图5C的变型中，输出耦合全息图布置在波导衬底20的将照明光14耦合出的同一侧。输出耦合全息图22在此用作透射光栅，并且在使耦合光23作为照明光14耦合出的方向上进行衍射，例如，在基本上垂直于输出耦合全息图22与环境之间的界面的方向上进行衍射。

在图5D的变型中，输出耦合全息图22最终被布置在波导衬底20的与照明光14被耦合出的一侧相对的一侧，并且用作透射光栅。在这种情况下，耦合光23首先穿过输出耦合全息图22，在输出耦合全息图22的与波导衬底20相对的一侧被反射，然后被布拉格平面50衍射，以作为照明光40耦合出去。

即使图4和图5中的光13垂直入射在波导衬底20上，并且照明光14垂直地从波导衬底耦合出来，但也可以采用其他角度，例如，图1中通过照明光14所示。对于这样的角度，如图5C所示的耦合出的配置是特别合适的，也就是说，通过用作透射光栅的输出全息图，并且被布置在光被耦合出的同一侧，或者，对于耦合的配置，如图4B或图4D中的配置，其中输入耦合全息图21布置在光13入射的波导衬底的那一侧。

副全息图系统12可以与不同类型的主全息图结合使用，特别是透射全息图，反射全息图或边缘照明全息图。现在将参考图6A至6B对此进行说明。

图6A示出了一种配置，其中，如图1所示一样，主全息图11用作透射全息图。这意味着，照明光14入射在主全息图11的一侧，由全息图11根据记录在主全息图11中的图像进行透射衍射，然后图像光线15从位于照明光14入射的一侧对面的主全息图11的一侧发出。

图6B示出了一种配置，其中，主全息图11被设计为反射全息图。此处，照明光14落在图像射线15从其发出的主全息图11的同一侧，因为主全息图11在对应的光方向上衍射照明光14。

最后，图6C和6D显示了边缘照明全息图的可能性，其中透射全息图(图6C)和反射全息图(图D)都可以用作主要全息图11。在这种情况下，边缘照明意味着照明如图6C和6D所示，照明光14通过其侧表面耦合到主全息图11中。

在图6C的情况下，照明光14在朝向发出图像光线15的一侧的朝向发出图像光线15的一侧的一个方向上耦合到主全息图11中。然后，主全息图11基本上用作透射全息图。在图6D的情况下，如图6B所示，照明光14被耦合进入主全息图11的与图像光线15从其发出的一侧相对的一侧。在此，主全息图11基本上用作反射全息图。所有这些配置都可以在根据本发明的照明装置中实现，并与参照图2-5讨论的副全息图系统的不同变型相组合。

副全息图系统12可以相对于主全息图11以空间上不同的角度定位，其中，照明光14离开副全息图系统的角度可以相应地调整。现在将参考图7解释其示例。

图7A中的布置与图1中的布置基本一致。在这里，从二级全息图系统12中发射照明光14的一侧平行于接收照明光14的一级全息图的一侧。在图7B中，这些侧面相互垂直。在图7C中，在图7A的平行布置与图7B的垂直布置之间选择一个角度。如果从副全息图系统12发出的照明光14的发射方向相应地进行调整，则该角度可以基本上任意选择。在图7A-7C中，主全息图11是透射全息图。然而，相应的不同布置也可以采用如图6B所示的反射全息图或如图6C和6D所示的边缘照明全息图。

在前面的示例性实施例中，二次全息系统12产生准直的照明光14，也就是说，照明光14的光线基本上是相互平行的。然而，原则上也可以使用其他类型的照明光，例如发散或会聚的照明光。图8示出了一种照明装置，其中，从副全息图系统12发出的照明光14是发散的。在图8的布置中，这导致照明光以不同角度入射在主全息图11上的不同位置。因此，在这种情况下，主全息图11可以被设计为响应于以各自不同角度入射的光在不同位置处形成所需的图像。例如，这可以通过在创建主全息图11时，参考光束以相应的方式发散来实现。该发散可以在一个方向上发散，也就是说，例如，仅在图8的横截面图中所示的方向上发散，并且在与之垂直的方向上准直，即基本平行，但是也可以在两个方向上发散。然而，在许多情况下，将准直的照明光14将是优选的。

主全息图11本身相对于由光线15生成图像的方向的取向也可以在由全息图11的技术所设置的范围内变化(其范围和所需的图像尺寸)。

在到目前为止讨论的示例性实施例中，在每种情况中提供了副全息图系统和主全息图11。然而，也可以使用多个副全息图系统以不同的波长和/或在不同的角度照明主全息图，例如，以便选择性地生成不同的图像，从而实现不同的照明功能。在这种情况下，多个图像被记录在主全息图11中，例如，记录在主全息图11的相同层中或位于彼此之上的层中。由于全息图是角度选择的和波长选择的，因此仅当以相应的角度(在许多情况下，它对应于图像记录期间参考光线的角度)和相应的波长(对应于用于记录的光线的波长)照射时，才重构相应的图像。在图9A和9B中示出了这种照明装置的示例。

图9A示出了照明装置的侧视图，图9B示出了平面图。在这种情况下，图9B的俯视图是沿图9A中的箭头90所示的观察方向的平面图，图9A的侧视图是沿图9B中的箭头91所示的观察方向的侧视图。

图9A和9B的实施例具有一个主全息图11和四个副全息图系统12A，12B，12C和12D。在图9A和9B的布置中，所述主全息图11是边缘照明全息图，其中，从所述各个副全息图系统12A至12D发出的照明光14A至14D通过不同的边缘耦合到所述主全息图11中，因此以不同角度进入所述主全息图11。在这种情况下，“不同的角度”可以意味着不同的绝对角度值，但是也可以意味着具有相同角度值的不同空间方向，或者两者都有。通过选择性地激活分配给所述副全息图系统12A至12D的光源，可以因此生成不同的图像。这可以被用于，例如，不同的照明功能，例如刹车灯或尾灯，或者可以以另一种方式被用于将信息传达给其他车辆的驾驶员。以这种方式，例如，尾灯功能的形式可以根据跟随在后面的车辆的距离而改变，以便在该车辆驾驶员过于靠近时向后面的车辆驾驶员发出警告。

即使在图9A和9B的实施例中示出了四个副全息图系统，其他数目的副全息图系统也是可能的。此外，不仅利用如图9A和9B所示的边缘照明的第一全息图11，而且还可以利用参考图6A至6D讨论的其他可能性，提供多个副全息图系统。

鉴于所描述的多个变型，显然，本发明不限于一个特定的示例性实施例。

Claims (12)

1.一种用于车辆的照明装置(10)，具有：

主全息图(11)，用于响应照明光(14)的照明而产生照明功能，和

副全息图系统(12)，其中，所述副全息图系统(12)包括：

波导衬底(20)，

输入耦合全息图(21)，用于将来自光源(16)的光(13)耦合到所述波导衬底(20)中，以及

输出耦合全息图(22)，用于将光以所述照明光(14)的形式耦合出所述波导衬底(20)。

2.根据权利要求1所述的照明装置(10)，其中，所述输出耦合全息图具有空间可变的输出耦合效率。

3.根据权利要求2所述的照明装置，其中，所述输出耦合效率随着与所述输入耦合全息图(21)的距离的增加而提高。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述输入耦合全息图(21)和/或所述输出耦合全息图(22)提供光谱滤波功能。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述输入耦合全息图(21)被配置为透射光栅或反射光栅。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述输出耦合全息图被配置为透射光栅或反射光栅。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述输出耦合全息图(22)被布置在所述波导衬底(20)面对所述主全息图(11)的一侧或所述波导衬底(20)背对所述主全息图(11)的一侧。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述主全息图(11)是可互换的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述主全息图是透射全息图、反射全息图、具有边缘照明的反射全息图或具有边缘照明的透射全息图。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的照明装置(10)，其中，所述照明装置(10)具有多个包括所述副全息图系统的副全息图系统，其中，所述多个副全息图系统(12A-12D)被配置为将各自的照明光(14A-14B)引导到所述主全息图(11)上。

11.根据权利要求10所述的照明装置(10)，其中，所述主全息图(11)实现多个照明功能，其中，所述多个照明功能中的一个或多个照明功能被分配给所述多个副全息图系统(12A-12D)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的照明装置(10)，还包括光源(16)，其中，所述输入耦合全息图被布置在所述波导衬底(20)面对所述光源(16)的一侧或所述波导衬底(20)背对所述光源(16)的一侧。

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