CN114746693A - 用于机动车的照明设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于机动车的照明设备(1)、特别是高分辨率头灯，包括具有至少一个主动表面(3)的至少一个成像部件(2)，用于产生光分布的像素的成像元件呈矩阵状布置在所述主动表面上，其特征在于，所述照明设备(1)包括导光光学器件(4)，所述导光光学器件具有至少一个进入面(5)和一个出口面(6)，其中，在所述照明设备(1)的工作期间，从所述至少一个主动表面(3)发出的光通过所述至少一个进入面(5)进入导光光学器件(4)，并通过所述出口面(6)离开导光光学器件(4)，其中，‑所述出口面(6)具有与所述至少一个主动表面(3)不同的形状和/或不同的尺寸；和/或其中，‑设有多个主动表面(3)，并且仅设有一个出口面(6)或设有多个相邻的出口面(6)。
Description
技术领域
本发明涉及一种机动车的照明设备，特别是根据权利要求1的前序部分的机动车的高分辨率头灯。
背景技术
上述类型的照明设备在DE 10 2015 120 204 A1中是已知的。其中所述的照明设备可以是高分辨率的自适应头灯，包括作为成像部件的至少一个LED阵列。
高分辨率照明的头灯有不同的要求。根据车辆类型的不同，所使用的头灯在尺寸上也有所不同。因此，最好是拥有能够尽可能精确地适应头灯设计的照明。
众所周知的高分辨率光源或图像生成元件(例如空间光调制器(SLM)，如LCD、DLP、LCoS)是在复杂而昂贵的制造过程中生产的。如果不对机器和开发进行大量投资，成像面的尺寸就无法适应不同的要求。
发明内容
本发明的基础问题是创造一种上述类型的照明设备，其适应车辆的特定要求。
根据本发明，这是通过具有权利要求1的特征的上述那种照明设备实现的。各项从属权利要求涉及本发明的优选形式。
权利要求1规定，照明设备包括导光光学器件，所述导光光学器件具有至少一个进入面和一个出口面，其中，在所述照明设备的工作期间，从至少一个主动表面发出的光通过所述至少一个进入面进入导光光学器件，并通过所述出口面离开导光光学器件，其中，
-所述出口面具有与所述至少一个主动表面不同的形状和/或不同的尺寸；
和/或其中，
-设有多个主动表面，并且仅设有一个出口面或设有多个相邻的出口面。
由此，例如，在高分辨率的头灯中，至少一个成像部件可以安装有主动表面，其尺寸和形状特别是对应于市场上可获得的尺寸和形状，并且可以连续生产，并通过导光光学器件呈现为高分辨率的发光表面，其形状和尺寸适应于特定于车辆的要求。也可以将几个主动表面组合成具有一个出口面或几个相邻的出口面。
这里可以这样设置：出口面或相邻的出口面的长宽比与所述至少一个主动表面的长宽比不同。一个或若干个主动表面的长宽比可以通过导光光学器件的设计来适应不同的要求。特别是，可以满足高分辨率头灯的发光的形状和尺寸的特定要求，而不必调整成像部件的生产。这为头灯的设计提供了可能性，同时也节省了成本。
该照明设备可以包括多个、特别是间隔开的成像部件，每个成像部件具有主动表面，其中导光光学器件包括多个导光光学部件，其中每个导光光学部件与主动表面中的一个相关联，从而使得从各个主动表面发出的光通过相关联的光学系统部件的进入面进入该光学系统部件，特别是其中，通过光学部件的各个进入面进入的光通过共同的出口面或多个相邻的出口面离开。特别是，导光光学器件可以设计成使得，在照明设备的工作期间，从多个主动表面发出的光通过出口面离开，特别是其中，多个主动表面被成像成在出口面或多个相邻的出口面上彼此相邻、优选地、无缝相邻。
导光光学器件为成像部件的每个主动表面生成图像，并将这些图像无缝地合并成共同的图像。可以将几个成像部件彼此分开放置，并仍通过使用导光光学器件将它们合并成一个图像。分开放置对冷却头灯是有利的，因为成像部件是热源。
可以这样设置：导光光学器件的至少一个进入面与至少一个主动表面接触。这确保了从至少一个主动表面发出的光在很大程度上无损耗地进入导光光学器件或导光光学部件。
此外，可以这样设置：导光光学器件、特别是每个导光光学部件，从所述至少一个主动表面开始具有越来越大的横截面，其中，所述横截面优选是截头锥形或截头金字塔形，并且截头锥形或截头金字塔形的较小直径的表面面向主动表面。由于导光光学器件的特别形状，可以缩小成像部件之间的距离。
有利的是，可以这样设置：在导光光学器件内、特别是在每个导光光学部件内的导光是基于安德森局域化、优选地、是基于横向安德森局域化进行的。这里，具有不同折射率的至少两种光学材料沿着导光光学器件的两个维度随机或无序地排列，并沿着第三维度均匀地延伸。因此，折射率沿相应纤维在一个维度上是恒定的，而沿所有纤维在其他两个维度上是随机的。因此，可以将光在导光光学器件内的传播非常精确地限制在期望的维度上，从而限制在期望的方向上。在其他两个维度上几乎没有光传播。横向安德森局域化确保了光基本上仅能在其中进入面和出口面相对的方向上在导光光学器件或导光光学部件中传播。这确保了成像部件的主动表面上的像素排列与导光光学器件或导光光学部件的出口面上的像素排列大部分准确对应。通过以这种方式设计的导光光学器件，至少一个主动表面的形状可以转换成任何形状，同时保留图像信息。
此外，还有一种可能性，即导光光学器件、特别是每个导光光学部件具有至少一种透明的、导光的材料，如塑料、玻璃或陶瓷。
可以这样设置：导光光学器件、特别是每个导光光学部件包括多个纤维，优选地，各个纤维的横截面小于500纳米。其目的是为了实现单个纤维的横截面小于可见光的波长。可见光的波长在380纳米至780纳米之间。由于纤维的横截面小于500纳米，基于横向安德森局域化的导光方式就能有效地实现。
此外，可以这样设置：导光光学器件、特别是每个导光光学部件包括多个具有第一折射率的第一纤维和多个具有不同于第一折射率的第二折射率的第二纤维。这些纤维、尤其是相互交替的纤维，对应于具有不同折射率的两种透明导光材料。优选地，折射率的差异越大越好。
在这种情况下，可以这样设置：第一纤维和第二纤维在横向方向上随机并排排列，其中所述横向方向与从至少一个进入面传播到出口面的光的传播方向相垂直。
此外，导光光学器件、特别是每个导光光学部件可以具有至少两种不同的透明导光材料。这些材料可以是例如塑料、玻璃或陶瓷等材料。在另一个版本中，第二材料是折射率为1的空气。通过使用空气作为第二材料，以简单的形式使用了两种不同的材料。这也可以确保折射率之间的差异尽可能大。
此外，可以这样设置：导光光学系统、特别是每个导光光学部件是通过压缩、加热和拉拔随机排列的多个第一纤维和第二纤维或多个带有空气内含物的第一纤维而制成的，从而通过融合不同的纤维或带有空气内含物的纤维，形成具有至少两种不同折射率的混合导光材料。通过加热和拉拔，纤维的横截面可以减少到小于500纳米的尺寸。此外，这也使得各个纤维之间牢固结合。如果只使用一种类型的带有空气内含物的纤维，对空气内含物的压缩、加热和拉拔就会形成在进入面和出口面之间延伸的长形空气管道。纤维和空气管道是随机或无序地排列的。在这两种情况下，这种导光材料基于横向安德森局域化以特别的方式表现出导光所需的材料特性。该材料具有统计学上变化的横向折射率，并且在进入面和出口面之间的方向上具有纵向不变的折射率。
可以这样设置：至少一个主动表面上的成像元件被形成为发光二极管或激光二极管，特别是，成像部件是固态LED阵列，或者成像部件被形成为LCoS或LC显示器，或者成像部件包括LCoS或LC显示器。
该照明设备还可以包括投影光学器件，在照明设备的工作期间，导光光学器件的出口面从该导光光学器件投影到车辆外部。该照明设备优选地用于高分辨率的头灯，以照亮道路。
附图说明
下面将根据附图对本发明进行更详细的解释，其中，
图1为根据本发明的第一形式的照明设备的平面示意图；
图2为根据本发明的第二形式的照明设备的平面示意图。
具体实施方式
在图中，相同的和功能相同的部件具有相同的附图标记。
如图1所示的根据本发明的照明设备1的设计包括多个成像部件2，每个成像部件具有主动表面3，在主动表面上布置用于定向生成光分布的像素的矩阵状成像元件。例如，成像部件2是固态LED阵列，因此，每个主动表面3的成像元件被设计成发光二极管(LED)。
该设计还包括具有多个导光光学部件7的导光光学器件4，每个导光光学部件都具有进入面5。这些光学部件7在与进入面5相对的一侧有共同的出口面6。然而，也可以设置成使得每个光学部件7都有单独的出口面6，其中这些出口面6相互连接。
每个进入面5都与成像部件2的主动表面3相邻。这意味着一个光学部件7被分配给每个主动表面3，因此，从各个主动表面3发出的光通过被分配的光学部件7的进入面5进入光学部件。进入面5是平坦的，以便能够完全与同样平坦的主动表面3抵接。
进入导光光学器件4的光、特别是进入光学部件7的各个进入面5的光，通过共同的出口面6或通过几个相邻的出口面6离开导光光学器件4。
导光光学系统4、特别是每个导光光学部件7，从与各自的主动表面3相关联的进入面5开始具有扩大的横截面，该横截面为截头锥形或截头金字塔形，该截头锥形或截头金字塔形的较小直径面向主动表面3。由于导光光学系统4的特别形状，可以使成像部件2之间的距离被闭合。因此，在照明设备1的工作期间，从几个主动表面3发出的光可以通过导光光学器件4在出口面6上无缝地相互紧贴成像。
这样做的好处是，成像部件2可以局部地彼此分开放置，但仍然可以产生连贯的图像。分开放置对照明设备1的冷却有好处，因为与相连的成像部件2相比，彼此分开放置的成像部件2的散热效果可以更好。
导光光学器件4、特别是每个光学部件7，包括至少两种不同的透明导光材料。这些材料可以是例如塑料、玻璃或陶瓷的材料。折射率为1的空气也可以被选作第二材料。通过使用空气作为第二材料，以简单的形式使用两种不同的材料。
导光光学器件4、特别是每个光学部件7是以这样的方式制造的：多个第一和第二纤维或多个带有空气内含物的第一纤维以随机排列的方式被压缩、加热和拉拔，这样，通过融合不同的纤维或带有空气内含物的纤维，就生成了具有至少两种不同折射率的混合导光材料。如果使用空气作为第二材料，压缩、加热和拉拔空气内含物就会形成在进入面5和出口面6之间延伸的长形空气管道。纤维和空气管道随机或无序地排列。
在这两种情况下，所生成的导光材料表现出所需的材料特性，因此，导光可以基于横向安德森局域化进行。
在这里，至少两种具有不同折射率的光学材料沿导光光学器件4的两个维度随机/无序排列，并沿第三维度均匀通过，该第三维度与进入面5和出口面6之间的方向相对应。因此，折射率在一个维度上沿相应纤维是恒定的，而沿其他两个维度在所有纤维上是随机的。因此，可以将导光光学器件4内的光传导非常精确地限制在期望的维度上，从而限制在期望的方向上。在其他两个维度上，几乎没有光的传播。
由于导光光学器件4的特别类型，可以改变由成像部件2产生的图像的大小和形状。通过这种方式，可以改变在导光光学器件4的出口面6上产生的图像。由此，特别有可能使尺寸适应特定的要求，特别是使得尺寸与使用的头灯最佳地匹配。
根据图2的设计与根据图1的设计不同之处在于具有额外的投影光学器件8。投影光学器件8将成像部件2的主动表面3在出口面6处的组合图像投影到车辆的外部。当照明设备被用于高分辨率头灯时，照明设备用于照亮道路。
附图标记列表
1 照明设备
2 成像部件
3 成像部件的主动区域
4 导光光学器件
5 导光光学器件的进入面
6 导光光学器件的出口面
7 导光光学器件的导光光学部件
8 投影光学器件
Claims (15)
1.一种用于机动车的照明设备(1)、特别是用于机动车的高分辨率头灯，包括具有至少一个主动表面(3)的至少一个成像部件(2)，用于产生光分布的像素的成像元件呈矩阵状布置在所述主动表面上，其特征在于，所述照明设备(1)包括导光光学器件(4)，所述导光光学器件具有至少一个进入面(5)和一个出口面(6)，其中，在所述照明设备(1)的工作期间，从所述至少一个主动表面(3)发出的光通过所述至少一个进入面(5)进入导光光学器件(4)，并通过所述出口面(6)离开导光光学器件(4)，其中，
-所述出口面(6)具有与所述至少一个主动表面(3)不同的形状和/或不同的尺寸；和/或
其中，
-设有多个主动表面(3)，并且仅设有一个出口面(6)或设有多个相邻的出口面(6)。
2.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其特征在于，出口面(6)或相邻的出口面(6)的长宽比与所述至少一个主动表面(3)的长宽比不同。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其特征在于，该照明设备(1)包括多个、特别是间隔开的成像部件(2)，每个成像部件具有主动表面(3)，其中，所述导光光学器件(4)包括多个导光光学部件(7)，并且其中，每个导光光学部件(7)被分配给一个主动表面(3)，从而使得从相应的主动表面(3)发出的光通过相关联的导光光学部件(7)的进入面(5)进入相关联的导光光学部件(7)，特别是，通过导光光学部件(7)的各个进入面(5)进入的光通过共同的出口面(6)或多个相邻的出口面(6)离开。
4.根据权利要求3所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)被设计成使得在照明设备(1)的工作期间，从多个主动表面(3)发出的光通过出口面(6)离开，特别是其中，多个主动表面(3)被成像成在出口面(6)或多个相邻的出口面(6)上彼此相邻、优选地、无缝相邻。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)的所述至少一个进入面(5)与所述至少一个主动表面(3)接触。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)、特别是每个导光光学部件(7)，从所述至少一个主动表面(3)开始具有越来越大的横截面，其中，所述横截面优选是截头锥形或截头金字塔形，并且锥形的截头部分或金字塔形的截头部分的较小直径面向主动表面(3)。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，在导光光学器件(4)内、特别是在每个导光光学部件(7)内的导光是基于安德森局域化、优选地是基于横向安德森局域化进行的。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)、特别是每个导光光学部件(7)具有至少一种透明的导光材料，如塑料、玻璃或陶瓷。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)、特别是每个导光光学部件(7)包括多个纤维，优选地，各个纤维的横截面小于500纳米。
10.根据权利要求9所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)、特别是每个导光光学部件(7)包括多个具有第一折射率的第一纤维和多个具有不同于第一折射率的第二折射率的第二纤维。
11.根据权利要求9或10中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，第一纤维和第二纤维在横向方向上彼此相邻地随机排列，所述横向方向与从所述至少一个进入面(5)传播到所述出口面(6)的光的传播方向垂直。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)、特别是每个导光光学部件(7)包括至少两种不同的透明导光材料，其中第二材料有可能是折射率为1的空气。
13.根据权利要求9至12中的一项所述的照明设备(1)，其特征在于，导光光学器件(4)、特别是每个导光光学部件(7)，是通过压缩、加热和拉拔随机排列的多个第一纤维和第二纤维或多个带有空气内含物的第一纤维而产生的，从而通过融合不同的纤维或带有空气内含物的纤维形成具有至少两种不同折射率的混合导光材料。
14.根据权利要求1至13所述的照明设备(1)，其特征在于，所述至少一个主动表面(3)上的成像元件是发光二极管或激光二极管的形式，特别是，成像部件(2)是固态LED阵列，或成像部件(2)是LCoS或LC显示器的形式，或成像部件(2)包括LCoS或LC显示器。
15.根据权利要求1至14所述的照明设备(1)，其特征在于，所述照明设备(1)包括投影光学器件(8)，在所述照明设备(1)的工作期间，导光光学器件(4)的出口面(6)从所述投影光学器件投影到机动车的外部空间。
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