JP6800224B2 - 発光制御を有するレーザベースの光源 - Google Patents

発光制御を有するレーザベースの光源 Download PDF

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Description

本発明は、特には色点調節である発光操作又は制御を有するレーザベースの光源、及びそれに関連した、特には色点調節である発光操作又は制御の方法に関する。本発明は更に、そのようなレーザベースの光源を有する車両ヘッドライト、及びそのような車両ヘッドライトを有する照明システムに関する。
ＤＥ１０２０１００６２４６３（Ａ１）（特許文献１）は、それぞれの光源によって個別に照らされることができる２つの蛍光体領域を持つ照明装置を開示している。それらの光源は、狭ビーム光源すなわち青色レーザとして設計される。それらのレーザは、ソリッドステートレーザ又はレーザダイオードとして設計される。蛍光体領域は、入射光の波長を部分的に変換し、その光の放射を下流の複数の光学素子すなわちリフレクタ上に拡散するようにアライメントされ、それら光学素子は異なる光学特性を呈する。蛍光体領域は、冷却体の上に取り付けられる。これら２つの蛍光体領域によって、放出される光の色を調節することができる。
独国特許出願公開第１０２０１００６２４６３号明細書
本発明の１つの目的は、特には色点調節である発光操作又は制御が改善され且つ／或いは単純化されるレーザベースの光源、特に、レーザベースのヘッドライトを提供することである。
第１の態様によれば、レーザベースの光源が提供される。このレーザベース光源は、１つ以上のレーザと、少なくとも１つの変換デバイスと、少なくとも１つの操作デバイスとを有する。上記１つ以上のレーザは、第１のレーザ光を放射するように適応される。第１のレーザ光は、変換デバイスの第１の表面に対する当該第１のレーザ光の入射面に平行な第１の偏光成分と、入射面に垂直な第２の偏光成分と、を有する直線偏光レーザ光を有する。変換デバイスは、第１のレーザ光の第１の部分を第１の光に変換し、且つ第１のレーザ光の第２の部分を当該変換デバイスの第１の表面にて反射するように適応される。第１の光は、第１のレーザ光とは異なる波長レンジ内にある。これらの波長レンジは重なり合っていてもよい。操作デバイスは、変換デバイスの第１の表面における第１のレーザ光の第１及び第２の偏光成分の反射の角度依存性を用いて、第１の部分の第１の強度及び第２の部分の第２の強度を操作又は制御するように構成される。
このレーザベース光源は、特に、当該レーザベース光源によって放たれる光の色を操作又は制御するように構成される。操作デバイスは、レーザベース光源によって放たれる光の色を操作するために、外部制御信号を受け取るように構成され得る。操作デバイスは、当該操作デバイスによって評価されるフィードバック情報に基づいて、レーザベース光源によって放たれる光の色を制御することによって、操作を実行するように構成されてもよい。
例えば、色又はより正確な色分布を操作又は制御するために使用される基本原理は、変換デバイスの表面における偏光レーザ光の反射の依存性である。変換デバイスの表面における第１のレーザ光の反射は、入射面に対する偏光方向に依存するとともに、変換デバイスの光軸、又は第１のレーザ光の反射箇所にある変換デバイスのそれぞれの部分と、第１のレーザ光との間の角度に依存する。故に、偏光の方向、偏光成分同士の強度の比、及び／又は変換デバイスの表面における第１のレーザ光の入射角を変えることによって、反射率を操作又は制御することが可能である。
入射面は、表面法線と、到来する第１のレーザ光の伝播ベクトルとを含む平面である。波動光学において、後者は、第１のレーザ光の到来波のｋベクトルすなわち波動ベクトルである。
変換デバイスは、変換素子、マウント構造、ヒートシンク、及びオプションで反射構造を有し得る。変換デバイスは、例えば、青色の第１のレーザ光の少なくとも一部を黄色の第１の光に変換するための、蛍光体を有した変換素子を有し得る。蛍光体は、例えば、セリウムドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）のセラミックブロックとし得る。セラミックブロックの表面のうちの１つを、変換デバイスの第１の表面又はそのうちの１つとし得る。
レーザベース光源は、少なくとも第１のレーザ及び第２のレーザを有していてもよく、第１のレーザ及び第２のレーザは、前記第１のレーザ光を放射するように適応される。
レーザベース光源は、２つ、３つ、４つ又はそれより多くのレーザ、又はレーザのアレイ、特には青色のソリッドステートレーザを有し得る。例えば、側面放射ソリッドステートレーザのようなソリッドステートレーザ又はレーザダイオードは、偏光したレーザ光を放射する。各レーザビームが同じ偏光方向のレーザ光を有して、全体構成が偏光レーザ光を放射するように、そのようなソリッドステートレーザのうちの２つ以上を容易にアライメントすることができる。それに代えて、あるいは加えて、異なる偏光方向を持つレーザ光を放つレーザを使用してもよい。異なる偏光を持つレーザ光が、同一の変換素子に向けられてもよい。レーザベース光源によって放たれる光の色は、操作デバイスにより、異なる偏光を持つレーザ光を放射するレーザの強度を個別的に操作又は制御することによって操作又は制御され得る。操作デバイスは、この場合、例えば、異なる偏光を持つレーザ光を放射する少なくとも２つのレーザに異なる電力を供給するように構成された電力コントローラとし得る。第１及び第２のレーザが、同じ偏光を持つレーザ光を放射するが、変換デバイスの１つ以上の第１の表面に対して異なる入射角でレーザ光を放射する場合にも、同じアプローチが使用され得る。操作デバイスにより供給される電力によってレーザベース光源から放たれる光の色を操作又は制御するために、反射の角度依存性が使用されてもよい。
偏光レーザ光（第１のレーザ光）は、変換デバイスに対して直に放射されてもよく、あるいはそれに代えて、変換デバイスの意図された表面に第１のレーザ光を導くように、レンズ、リフレクタ、能動光学素子などのような光学デバイスが使用されてもよい。操作デバイスは、第１のレーザ光の偏光方向及び／又は入射角を変えるために使用されることができる電気的、機械的、光学的若しくは電気光学的な構成又はこれらの組み合わせを有し得る。
変換デバイスの１つ以上の第１の表面は好ましくは、第１の光の第１の主放射方向を第１のレーザ光の第２の部分の第２の主放射方向に一致させるように適応され得る。変換デバイスの１つ以上の第１の表面は、反射された第１のレーザ光の第２部分及び変換デバイスの第１の表面から放出された第１の光の収束を可能にする構造及び／又はコーティングを有し得る。変換デバイスが有し得る変換蛍光体又は変換素子の表面は、変換された第１のレーザ光の第１の部分をランバートの放射則に従って放出する。変換された第１の部分の強度は、変換された第１の光を放出する変換デバイスの第１の表面の光軸に対する角度の余弦に比例する。反射された第１のレーザ光の第２の部分は、反射則に従って反射される。故に、変換された第１のレーザ光の第１の部分についての、第１の表面に関する光軸の方向に沿ったものと、反射された第１のレーザ光の第２の部分についての、反射角にあるものとの間で、放射の主方向に不一致が存在する。従って、反射角は小さいことが好ましく、特に、変換デバイスの第１の表面のブルースター角より小さいことが好ましい。変換デバイスの第１の表面は更に、例えば、変換された第１のレーザ光の第１の部分の主放射方向と反射された第１のレーザ光の第２の部分との間の角度が小さくなるように、反射される第１のレーザ光の第２の部分の反射角に影響を及ぼすための表面格子を有し得る。レーザベース光源は更に、第１の光及び反射された第１のレーザ光の収束を改善するために使用され得るレンズ又はリフレクタのような光学デバイス又は素子を有し得る。
レーザベース光源は第１のレーザを有することができ、第１のレーザは、第１のレーザ光を放射するように適応される。
操作デバイスは、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の比を変化させることによって、第１の部分の第１の強度及び第２の部分の第２の強度を操作又は制御するように構成され得る。第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の比は、第１のレーザ、又は第１のレーザを有する構成を回転させることによって、又は偏光方向を回転させるために使用されることができる対応した光学デバイスによって変化され得る。
操作デバイスは、コントローラ及び光操作デバイスを有し得る。光操作デバイスは、半波長板及び回転ユニットを有し得る。コントローラは、回転ユニットによって半波長板を回転させることによって、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の比を変化させるように適応され得る。偏光方向を回転させるために、少なくとも１つの第１のレーザによって放射される第１のレーザ光の偏光方向に対する半波長板の回転が使用される。故に、変換デバイスの第１の表面にて受け取られる第１の偏光成分と第２の偏光成分との比を、コントローラによって制御することができる。また、２つ以上のレーザを使用して、放射されるレーザ光の偏光方向及び／又は強度をコントローラによって個別に制御することができる。これら異なるレーザのそれぞれの第１の偏光成分及び第２の偏光成分の強度及び／又は比を制御することによって、レーザベース光源によって放たれる光の色が適応され得る。
操作デバイスは、他の一実施形態によれば、コントローラ及び光操作デバイスを有し得る。光操作デバイスは、電気光学ローテータを有し得る。コントローラは、電気光学ローテータによって、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の比を変化させるように適応され得る。このような電気光学ローテータは、例えば、第１のレーザ光の偏光方向を連続的に回転させることができる液晶偏光ローテータとし得る。コントローラは、液晶偏光ローテータに異なる電圧を印加することによって、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の比を適応させる。
操作デバイスは、それに代えて、コントローラと、上記１つ以上のレーザ（例えば、第１のレーザ）に機械的に結合された第１の移動ユニットとを有していてもよい。コントローラは、第１の移動ユニットによって上記１つ以上のレーザを移動させることによって、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の比を変化させるように適応される。
操作デバイスは、それに代えて、あるいは加えて、変換デバイスの１つ以上の第１の表面に対する第１のレーザ光の入射角を変化させることによって、第１の部分の第１の強度及び第２の部分の第２の強度を操作又は制御するように構成されてもよい。
操作デバイスは、コントローラと、１つ以上のレーザ（例えば、第１のレーザ）に機械的に結合された第１の移動ユニットとを有していてもよい。コントローラは、この場合、第１の移動ユニットによって第１のレーザを移動させることによって、第１のレーザ光の入射角を変化させるように適応され得る。第１の移動ユニットは、第１のレーザ、又は第１のレーザを有するレーザ構成を、第１のレーザ又はレーザ構成の光軸に直交するとし得る軸の周りで移動させるように適応され得る。
操作デバイスは、それに代えて、コントローラと、変換デバイスに機械的に結合された第２の移動ユニットとを有していてもよい。コントローラは、この場合、第２の移動ユニットによって変換デバイスの第１の表面を動かすことによって、変換デバイスの第１の表面に対する第１のレーザ光の入射角を変化させるように適応され得る。第２の移動ユニットは、第１の表面又は変換デバイスを、第１の表面に直交するとし得る軸又は変換デバイスの少なくとも１つの光軸の周りで移動させるように適応され得る。
レーザベース光源は更に、少なくとも１つの光センサを有し得る。光センサは、レーザベース光源の光放射方向における少なくとも１つの所定の立体角内で、第１の光と反射された第１のレーザ光の第２の部分との輝度及び／又は色を測定するように構成され得る。操作デバイスは、光センサによって測定された輝度及び／又は色に基づく測定信号を受け取るように適応され得る。操作デバイスは、受け取った測定信号に基づいて、第１の部分の第１の強度及び第２の部分の第２の強度を操作又は制御するように構成され得る。
レーザベース光源の発光特性は、レーザベース光源の光放射方向に対する立体角に強く依存し得る。故に、反射された第２の部分と第１の光とが混合したものの発光特性を、広い放射角に関して最適化するために、２つ、３つ、４つ又はそれより多くの光センサを異なる所定の立体角の位置で使用することが好ましいことがある。それに代えて、あるいは加えて、制御装置が、例えば、１つの光センサによって提供される測定データに基づいて発光特性を決定するように適応されたプロセッサ及びメモリデバイスを有する場合、唯一の光学センサの測定に基づいて発光特性を決定することが可能であることもある。規定の放射角度の範囲内の放射特性を決定するために、シミュレーションデータが使用され得る。それに代えて、あるいは加えて、対応するデータをリストに格納することで、操作デバイスが、リストに格納された制御パラメータによって、レーザベース光源によって放たれる光の強度及び／又は色分布を制御するようにすることが可能であり得る。例えば、第１のレーザ又はレーザ構成の経年劣化効果又はレーザベース光源のコンポーネントのミスアライメントを決定するために、異なる立体角にある少なくとも２つの光センサが好ましいことがある。
この１つ以上の光センサは、上述又は後述の何れの実施形態のレーザベース光源とも組み合わされることができる。
変換デバイスは、第１の光の第１の主放射方向を、反射された第１のレーザ光の第２の部分の第２の主放射方向に一致させるための、プリズム表面を有し得る。第１の主放射方向は、局所的に常に、上述のように変換デバイスの第１の表面に対して垂直である。さらに、第１のレーザ光を受けないプリズム表面の背けられた１つ以上の表面が、第１のレーザ光の第２の部分を反射する１つ以上の第１の表面と同じようにして第１の光を放出する。従って、１つ以上の第１の表面及び背けられた１つ以上の表面それぞれによる第１の光の組み合わせ放射が、好ましく、反射された第１のレーザ光と基本的に同じ方向に向かい得る。故に、入射角はブルースター角よりも小さくあるべきであるが、なおも十分な色制御を可能にする。プリズム構造に直交する断面は、局所的に三角形の形状を有し得る。好ましくは２５°と３５°との間の範囲内、より好ましくは２７．５°と３２．５°との間の範囲内、そして最も好ましくは３０°である１つ以上の第１の表面に対する入射角と組み合わせて、反射された第１のレーザ光の第２の部分の第２の主放射方向に対する第１の光の第１の主放射方向の一致を可能にするため、三角形は、好ましくは等辺であり、三角形の底辺における２つの角度は、好ましくは２５°と３５°との間の範囲内、より好ましくは２７．５°と３２．５°との間の範囲内、そして最も好ましくは３０°である。
変換デバイスの第１の表面は、反射された第１のレーザ光の第２の部分を広げるように適応されてもよい。変換デバイスの第１の表面は、例えば、反射された第１のレーザ光の第２の部分を広げるために湾曲され得る。従って、第１の表面の湾曲は、少なくとも１つの方向において凸状とし得る。さらに、上述のように、変換デバイスの第１の表面にプリズム構造が存在してもよい。プリズム構造も、反射された第１のレーザ光の第２の部分を広げるために湾曲され得る。それに代えて、あるいは加えて、第１の表面は、規定された表面ラフネス（粗さ）によって特徴付けられてもよい。表面ラフネスは、ある程度、第１のレーザ光の不確定な入射角を引き起こす。従って、表面ラフネスは、反射された第１のレーザ光の第２の部分が広げられるが、反射された第１のレーザ光と変換された第１のレーザ光との間の比を十分に制御することが依然として可能であるように選択されなければならない。
レーザベース光源は更に、制御信号を受け取るためのインタフェースを有し得る。操作デバイスは更に、制御信号を考慮に入れることによって、第１の光の第１の強度及び反射された第１のレーザ光の第２の部分の第２の強度を操作又は制御するように適応され得る。インタフェースは、有線又は無線インタフェースとし得る。インタフェースは、例えばレーザベース光源によって放たれた光を検出するカメラといった、外部センサによって提供される測定信号を受け取るように適応され得る。測定信号は、レーザベース光源によって放たれる光の色、色分布、強度、強度分布、及びこれらに類するものを制御するために操作デバイスによって使用され得る。操作デバイスは、この場合、マスターとしての役割を果たし得る。それに代えて、測定結果を外部ユニット（例えば、外部の発光制御装置）に送信し、そして、その測定結果及びオプションで他の外部センサの測定結果を考慮に入れた制御信号を受信することも可能であり得る。操作デバイスは、この場合、スレーブとしての役割を果たすことになる。
更なる一態様によれば、車両ヘッドライトが提供される。車両ヘッドライトは、少なくとも１つの上述のレーザベース光源を有する。車両ヘッドライトは、上述のレーザベース光源を、２つ、３つ、４つ又はそれより多く有し得る。それらレーザベース光源の各々が、それぞれの上述の操作デバイスによって独立に制御され得る。車両ヘッドライトが有する第１のレーザベース光源によって放たれる光が、同一の車両ヘッドライトが有する第２のレーザベース光源によって放たれる光と重なり合い得る。この重なり合いを用いて、これらレーザベース光源の異なる操作デバイスによって、ある特定の立体角内に車両ヘッドライトによって放たれる総合的な光の色点、色分布、強度及び強度分布を操作又は制御し得る。従って、上述したように異なる第１及び第２の主放射方向によって引き起こされ得る第１のレーザベース光源によって放たれる光の不均一性が、同じ立体角内に光を放つ第２、第３又は更なるレーザベース光源によって、少なくとも部分的に補償され得る。これら複数の異なる操作デバイスによってヘッドライトの放射パターンを操作又は制御するための測定結果を提供するために、１つ以上の光センサが使用され得る。２つ、３つ、４つ又はそれより多くのレーザベース光源の組み合わせは、他の照明装置にも使用され得る。
更なる一態様によれば、照明システムが提供される。照明システムは、少なくとも２つの上述の車両ヘッドライトと、少なくとも１つの発光制御装置とを有する。発光制御装置は、レーザベース光源に制御信号を与えるように適応される。照明システムの車両ヘッドライトによって放射される光パターンは、車両ヘッドライトが有するレーザベース光源の操作デバイスによって少なくとも部分的に制御され得る。発光制御装置は、レーザベース光源に統合された１つ以上の光センサによって提供される測定データを使用し得る。発光制御装置は、それに代えて、あるいは加えて、制御信号を生成するために、外部のセンサ又は装置から更なる測定データを受信するインタフェースを有し得る。そのような外部センサは、照明システムの光出力を制御するために使用され得るカメラシステム又はその他の光学、音響若しくはレーダセンサとし得る。
更なる一態様によれば、発光操作又は制御の方法、特に、色点調節の方法が提供される。この方法は、
１つ以上のレーザによって、変換デバイスに対して第１のレーザ光を放射するステップであり、第１のレーザ光は、変換デバイスの第１の表面に対する第１のレーザ光の入射面に平行な第１の偏光成分と、入射面に垂直な第２の偏光成分と、を有する直線偏光レーザ光を有する、ステップと、
変換デバイスによって、第１のレーザ光の第１の部分を第１の光に変換するステップと、
変換デバイスの第１の表面にて、第１のレーザ光の第２の部分を反射するステップであり、第１の光は、第１のレーザ光とは異なる波長レンジ内にある、ステップと、
変換デバイスの第１の表面における第１のレーザ光の第１及び第２の偏光成分の反射の角度依存性を用いて、第１の部分の第１の強度及び第２の部分の第２の強度を操作又は制御するステップと、
を有する。
この方法のこれらのステップは必ずしも、上に提示された順序で実行される必要はない。
更なる一態様によれば、コンピュータプログラムプロダクトが提供される。このコンピュータプログラムプロダクトは、上述のレーザベース光源が有する少なくとも１つの第１のメモリデバイス、及び／又は上述の照明システムが有する少なくとも１つの第２のメモリデバイスに保存されたコード手段を有する。これらのコード手段は、上述の方法が、上述のレーザベース光源が有する少なくとも１つの第１のプロセッシングデバイスによって、及び／又は上述の照明システムが有する少なくとも１つの第２のプロセッシングデバイス上で実行されることができるように構成される。
第１又は第２のメモリデバイスは、例えばメモリチップのような１つ以上のメモリモジュールを有し得る。第１又は第２のプロセッシングデバイスは、１つ以上のプロセッサ又はマイクロプロセッサを有し得る。
理解されるべきことには、請求項１乃至１１のいずれか一項に従ったレーザ光源及び請求項１４の方法は、特に、従属項に規定されるような、同様及び／又は同質の実施形態を有する。
理解されるべきことには、それぞれの独立項との従属項の如何なる組み合わせも本発明の一好適実施形態とすることができる。
更なる有利な実施形態が以下に規定される。
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
ここに、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて、例として、本発明を説明する。図面は以下を示す。
第１のレーザベース光源の主要略図を示している。 偏光についてのＹＡＧ表面の反射率を角度にわたって示している。 第２のレーザベース光源の主要略図を示している。 第３のレーザベース光源の主要略図を示している。 第１の変換デバイスの断面図の主要略図を示している。 第２の変換デバイスの上面図の主要略図を示している。 第３の変換デバイスの上面図の主要略図を示している。 第４のレーザベース光源の主要略図を示している。 第５のレーザベース光源の主要略図を示している。 車両ヘッドライトの主要略図を示している。 照明システムの主要略図を示している。 発光制御の方法の主要略図を示している。 図面においては、全体を通して、似通った参照符号が同様のオブジェクトを表す。図中のオブジェクトは必ずしも縮尺通りに描かれていない。
以下、本発明の様々な実施形態を図面により説明する。
図１は、第１のレーザベース光源１００の主要略図を示している。レーザベースの光源１００は、第１のレーザ１１０、変換デバイス１３０、及び操作デバイスを有している。操作デバイスは、コントローラ１４０及び光操作デバイス１２０を有している。コントローラ１４０は、図示しないマイクロプロセッサ及びメモリチップを有する。光操作デバイス１２０は、コントローラ１４０によって制御される液晶偏光ローテータを有する。第１のレーザ１１０は、青色波長レンジ内の偏光した第１のレーザ光１０を放射するソリッドステートレーザを有する。第１のレーザ光１０の偏光方向は、液晶偏光ローテータによって制御されることができる。第１のレーザ光１０は、定められた入射角で変換デバイス１３０の平坦な第１の表面に当たる。変換デバイスは、セリウムドープされたＹＡＧの矩形シートを有する。第１のレーザ光１０の第１の部分は、ＹＡＧセラミックに入って、黄色波長レンジ内の第１の光に変換される。第１のレーザ光１０の第２の部分は、ＹＡＧセラミックの第１の表面で反射される。図２により説明されるように、ＹＡＧセラミックの第１の表面に対しての第１のレーザ光１０の入射面に対する第１のレーザ光の偏光方向によって、第１のレーザ光１０の第１の部分と第２の部分との間の比を制御することができる。
図２は、偏光についてのＹＡＧ表面の反射率を角度にわたって示している。Ｘ軸は入射角４０を示し、Ｙ軸は反射強度３０を示している。カーブ５２は、入射面に直交する偏光（Ｓ偏光）を持つ第１のレーザ光１０の反射強度を示している。カーブ５６は、入射面に平行な偏光（Ｐ偏光）を持つ第１のレーザ光１０の反射強度を示している。カーブ５４は、平均偏光（Ｓ偏光とＰ偏光の均衡した混ぜ合わせ）を持つ第１のレーザ光の反射強度を示している。Ｐ偏光を持つ第１のレーザ光１０は、およそ６３°（反射表面の法線に対する角度）のブルースター角で反射されない。従って、第１のレーザ光の総合的な反射は、固定した入射角でＳ偏光とＰ偏光との間の比を変化させることによって影響されることができ、入射角はおよそ１５°とおよそ８３°との間の範囲から選定される。さらに、所与の偏光方向にて、入射角によって反射強度に影響を及ぼすことが可能である。最後に、変換デバイス１３０の第１の表面における反射を制御するために、偏光及び入射角を使用することが可能である。
図３は、第２のレーザベース光源１００の主要略図を示している。この構成は、図１に示した第１のレーザベース光源の構成に非常に似ている。このレーザベース光源１００は、第１のレーザ１１０に加えて、第２のレーザ１１１を有しており、第１のレーザ１１０及び第２のレーザ１１１が第１のレーザ光１０を放射する。第１のレーザ１１０及び第２のレーザ１１１は、異なる偏光方向を持つレーザ光を放射する。操作デバイスは、この場合、コントローラ１４０（電力コントローラ）を有する。コントローラ１４０は、第１のレーザ１１０及び／又は第２のレーザ１１１に与えられる電力を適応させることによって第１のレーザ光１０を操作するように適応される。従って、第１のレーザ１１０及び第２のレーザ１１１に与えられる電力によって、第１のレーザ光１０が有する異なる偏光成分の強度を適応させることができる。
図４は、第３のレーザベース光源１００の主要略図を示している。この構成は、図１に示した第１のレーザベース光源の構成に非常に似ている。光操作デバイス１２０は、この場合、半波長板を有し、半波長板は、第１のレーザ光１０の偏光方向を変えるために、当該半波長板と機械的に結合された電気モータによって回転されることができる。図１に示した構成に加えて、規定の立体角内の第１の光２０及び反射された第１のレーザ光１０を受ける光センサ１５０が存在している。光センサ１５０は、この場合、規定の立体角内の光の色を測定するように適応されて、測定結果をコントローラ１４０に提供し、それ故に、コントローラが、光センサ１５０によってカバーされる立体角において所定の色分布を得るために、偏光方向を適応させることができる。
図５は、第１の変換デバイス１３０の断面図の主要略図を示している。変換デバイス１３０は、プリズム表面１３２を有するドープトＹＡＧからなる。プリズム表面１３２の断面は、三角形の形状を持つ。第１のレーザ光１０の第２の部分（反射された第１のレーザ光１０’）を反射するために、三角形の対向側（第１の表面）が第１のレーザ１１０に向けられる。この断面は、変換デバイス１３０の平らな底面に対しておよそ３０°の２つの角αを持つ等辺の三角形を示している。他方側の、第１のレーザ光を受けない三角形の背けられた側も、ＹＡＧ材料内での第１のレーザ光１０の第１の部分の変換によって生成される第１の光を放射する。このような放射は、第１の光２０の第１の主放射方向を、反射された第１のレーザ光の第２の部分１０’の第２の主放射方向と一致させるために望まれるものである。第１の光２０の第１の主放射方向は、三角形の対向側（第１の表面）による第１の光２０の放射と、背けられた側によって放射される第１の光２０との重ね合わせによって与えられる。
図６は、第２の変換デバイス１３０の上面図の主要略図を示している。切断線１３５は、図５に示した断面が作られた線を指し示している。例えば、変換デバイス１３０の左側を取ると、その断面は、図５に示したものに似て見える。変換デバイス１３０の右側は、左側を鏡像にしたものであり、第１のレーザ１１０の第１のレーザ光１０を左側で受けることができ、第２のレーザの第２のレーザ光１１を右側で受けることができる。第２の変換デバイス１３０は、図５に示したプリズム表面１３２が直線状であるのに対して、図６に示すプリズム表面が湾曲している点で、図５に示した第１の変換デバイスと異なる。故に、図５の第１の変換デバイス１３０の断面はどこでも同じであるのに対し、図６に示す第２の変換デバイス１３０の断面は、切断線１３５が平行にシフトされると変化する。プリズム表面の湾曲は、反射された第１のレーザ光及び反射された第２のレーザ光が広げられるという効果を有する。プリズム表面は、少なくとも１つ方向において凸面鏡として作用する。このような構成は、特に、このようなレーザベース光源１００が自動車ヘッドライト内で使用される場合に有益であり得る。
図７は、第３の変換デバイス１３０の上面図の主要略図を示している。この構成も、図５に示した第１の変換デバイス１３０と似ている。プリズム表面は、この場合、図６に関して説明したようには湾曲しておらず、図５に示したように直線状である。この第３の変換デバイス１３０は、第１のレーザ１１０の第１のレーザ光１０、第２のレーザの第２のレーザ光１１、第３のレーザの第３のレーザ光１２、及び第４のレーザの第４のレーザ光１３が変換及び反射され得るように、プリズム表面が２次的又はより一般的には矩形の構成にて配置されるよう構成されている。第１のレーザ１１０、第２のレーザ、第３のレーザ及び第４のレーザは、この場合、矩形に配置されて、変換デバイス１３０のそれぞれのプリズム表面にレーザビームを導く。プリズム表面は、プリズム表面の各々が、それぞれのレーザによって放射されるレーザビーム又は光に直交する１つの軸を有するように構成される。プリズム表面で反射された第１のレーザ光１０、第２のレーザ光１１、第３のレーザ光１２及び第４のレーザ光１３は、好ましくは、反射された第１のレーザ光１０’に関して図５に示したように、この上面図に対して直交するように向けられる。
図８は、第４のレーザベース光源１００の主要略図を示している。レーザベースの光源１００は、第１のレーザ１１０、変換デバイス１３０、及び操作デバイスを有している。操作デバイスは、コントローラ１４０と、第１のレーザ１１０に結合された機械的操作デバイスとを有する。コントローラ１４０は、図示しないマイクロプロセッサ及びメモリチップを有する。第１のレーザ１１０は、青色波長レンジ内の偏光した第１のレーザ光１０を放射する端面発光ソリッドステートレーザを有する。第１のレーザ光１０の偏光方向は、第１のレーザ１１０を光軸周りに回転させるように適応された機械的操作デバイスによって制御されることができる。第１のレーザ光１０は、定められた入射角で変換デバイス１３０の平坦な第１の表面に当たる。変換デバイスは、セリウムドープされたＹＡＧの矩形シートを有する。第１のレーザ光１０の第１の部分は、ＹＡＧセラミックに入って、黄色波長レンジ内の第１の光に変換される。第１のレーザ光１０の第２の部分は、ＹＡＧセラミックの第１の表面で反射される。コントローラ１４０と機械的操作デバイスとにより制御される偏光方向によって、第１のレーザ光１０の第１の部分と第２の部分との間の比を制御することができる。レーザベース光源１００は更に光センサ１５０を有している。光センサ１５０は、規定の立体角内の第１の光２０及び反射された第１のレーザ光１０’を受ける。光センサ１５０は、この場合、規定の立体角内の光の色及び輝度を測定するように適応されて、測定結果をコントローラ１４０に提供し、それ故に、コントローラが、光センサ１５０によってカバーされる立体角において所定の色及び輝度の分布を得るために、第１のレーザ１１０を回転させることによって偏光方向を適応させることができる。
図９は、第５のレーザベース光源１００の主要略図を示している。レーザベースの光源１００は、第１のレーザ１１０、変換デバイス１３０、及び操作デバイスを有している。操作デバイスは、コントローラ１４０と、変換デバイス１３０に結合された機械的操作デバイスとを有する。コントローラ１４０は、図示しないマイクロプロセッサ及びメモリチップを有する。第１のレーザ１１０は、青色波長レンジ内の偏光した第１のレーザ光１０を放射する端面発光ソリッドステートレーザを有する。この断面図の面内の入射面に対して垂直な軸の周りで変換デバイス又はその少なくとも一部を動かすように適応された機械的操作デバイスによって、変換デバイス１３０の第１の表面に対する第１のレーザ光１０の入射角を制御することができる。変換デバイスは、多数の矩形の変換素子のシートを有する。第１のレーザ光１０の第１の部分は、変換素子に入って、黄色波長レンジ内の第１の光に変換される。第１のレーザ光１０の第２の部分は、変換素子の第１の表面で反射される。コントローラ１４０と機械的操作デバイスとにより制御される入射角によって、第１のレーザ光１０の第１の部分と第２の部分との間の比を制御することができる。レーザベース光源１００は更に光センサ１５０を有している。光センサ１５０は、規定の立体角内の第１の光２０及び反射された第１のレーザ光１０’を受ける。光センサ１５０は、この場合、規定の立体角内の光の色及び輝度を測定するように適応されて、測定結果をコントローラ１４０に提供し、それ故に、コントローラが、光センサ１５０によってカバーされる立体角において所定の色及び輝度の分布を得るために、変換デバイス１３０を回転させることによって入射角を適応させることができる。
上述のレーザベース光源１００は各々、十分な眼の安全を可能にするとともにスペックルを回避するために、反射レーザ光のコヒーレンスを破壊するように構成された光学デバイスを有し得る。
図１０は、車両ヘッドライト２００の主要略図を示している。車両ヘッドライト２００は、第１の光２０及び反射された第１のレーザ光１０’を放つレーザベース光源１００を有している。車両ヘッドライト２００は更に、光ミキサ２１０、第１のミラー２２０、及び第１のレンズ２３０を有している。放たれた光は、光ミキサデバイス２１０によって混合され、第１のミラー２２０へと向け直される。第１のミラー２２０は、例えば道路の所定の部分を照らすために、放射光を第１のレンズ２３０の方向に反射する。車両ヘッドライト２００によって放たれる照射パターンは、レーザベース光源が有するコントローラ１４０によって制御され得る。車両ヘッドライト２００は更に、適応的に所望の領域を照らすために使用され得る適応可能なシャッタ、更なるレンズ、及びその他の光学素子を有し得る。車両ヘッドライト２００は、他の一実施形態において、好ましくは個別に制御されることができる２つ、３つ、４つ又はそれより多くのレーザベース光源１００を有し得る。レーザベース光源１００は、高輝度の光を放つために、１つ、２つ、３つ、４つ又はそれより多くのレーザを有し得る。車両ヘッドライト２００は更に、当該車両ヘッドライトの十分な眼の安全を可能にするために、反射レーザ光のコヒーレンスを破壊するように構成された光学デバイスを有し得る。そのような光学デバイスは、拡散反射面を有し得る第１のミラー２２０又は光ミキサデバイス２１０に統合されてもよい。そのような光学デバイスは更に、レーザベース光源の不均一な発光を引き起こし得るスペックル効果を回避するために使用され得る。
図１１は、車両３００に統合された照明システムの主要略図を示している。照明システムは、多数のレーザベース光源１００を有する２つの車両ヘッドライト２００を有している。照明システムは更に、車両ヘッドライト２００に結合された発光制御装置３１０を有している。発光制御装置３１０は、レーザベース光源１００のコントローラに転送される制御信号を生成するために、車両の他のセンサやレーザベース光源１００の光センサ１５０によって提供されるセンサデータと、例えばナビゲーションデータとを受信するためのインタフェース（図示せず）を有する。レーザベース光源１００のコントローラ１４０は、この場合、光センサ１５０から受信した測定データを発光制御装置３１０に転送するように構成される。車両ヘッドライト２００のレーザベース光源１００は、発光制御装置３１０によって提供される制御信号に基づいて、コントローラ１４０及び対応する操作デバイスによって制御される。コントローラ１４０が、例えばレーザベース光源１００の発光を調節するための電気信号を提供することによって、単に発光制御装置３１０のコマンドを実行するよう、コントローラ１４０の機能の大部分を発光制御装置３１０の中に移すことが可能であり得る。
図１２は、発光制御の方法の主要略図を示している。ステップ４１０にて、第１のレーザ１１０によって第１のレーザ光１０が放射される。第１のレーザ光１０は変換デバイス１３０に対して放射され、第１のレーザ光１０は、変換デバイス１３０の第１の表面に対する第１のレーザ光１０の入射面に平行な第１の偏光成分と、入射面に垂直な第２の偏光成分とを有する。ステップ４２０にて、第１のレーザ光の第１の部分が、変換デバイス１３０によって、第１の光２０に変換される。ステップ４３０にて、第１のレーザ光１０の第２の部分が、変換デバイス１３０の第１の表面にて反射される。第１の光２０は、第１のレーザ光１０とは異なる波長レンジ内にある。ステップ４４０にて、変換デバイス１３０の第１の表面における第１のレーザ光１０の第１及び第２の偏光成分の反射の角度依存性を用いて、第１の部分の第１の強度及び第２の部分の第２の強度が制御される。
本発明の基本概念は、レーザベース光源１００によって放たれる光の特に色点を制御するために、変換材料の表面における偏光レーザ光１０の反射の角度依存性を使用することである。反射されたレーザ光は、第１の波長レンジ内にあり、変換された光は、第１の波長レンジとは異なる第２の波長レンジ内にあり、それ故に、定められた立体角の中でレーザベース光源１００によって放たれる光の色点は、反射光と変換光との間の比に依存する。レーザベース光源１００内の幾つかのレーザが独立に制御され得る。後者は、広範な放射パターンでの均一な発光を可能にし得る。
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきである。
本開示を読むことにより、その他の変更が当業者に明らかになる。それらの変更は、技術的に既知であり且つここで既に述べた特徴に代えて又は加えて使用され得るような、その他の特徴を含んでいてもよい。
開示の実施形態への変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数の要素又はステップを排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解されるべきでない。
１０ 第１のレーザ光
１１ 第２のレーザ光
１２ 第３のレーザ光
１３ 第４のレーザ光
２０ 第１の光
３０ 反射強度
４０ 入射角
５２ ｓ偏光を持つ第１のレーザ光の反射強度
５４ 第１のレーザ光の平均反射強度
５６ ｐ偏光を持つ第１のレーザ光の反射強度
１００ レーザベース光源
１１０ 第１のレーザ
１１１ 第２のレーザ
１２０ 光操作デバイス
１３０ 変換デバイス
１３２ プリズム表面
１３５ 切断線
１４０ コントローラ
１５０ 光センサ
２００ 自動車ヘッドライト
２１０ 光ミキサデバイス
２２０ 第１のミラー
２３０ 第１のレンズ
３００ 車両
３１０ 発光制御装置
４１０ 第１のレーザ光を放射するステップ
４２０ 第１のレーザ光を変換するステップ
４３０ 第１のレーザ光を反射するステップ
４４０ 強度を制御するステップ

Claims (15)

  1. 少なくとも１つ以上のレーザと、少なくとも１つの変換デバイスと、少なくとも１つの操作デバイスとを有するレーザベース光源であって、前記１つ以上のレーザは、第１のレーザ光を放射するように適応され、前記第１のレーザ光は、前記変換デバイスの第１の表面に対する前記第１のレーザ光の入射面に平行な第１の偏光成分と、前記入射面に垂直な第２の偏光成分と、を有する直線偏光レーザ光を有し、前記変換デバイスは、前記第１のレーザ光の第１の部分を第１の光に変換し、且つ前記第１のレーザ光の第２の部分を前記変換デバイスの前記第１の表面にて反射するように適応され、前記第１の光は、前記第１のレーザ光とは異なる波長レンジ内にあり、前記操作デバイスは、前記変換デバイスの前記第１の表面における前記第１のレーザ光の前記第１及び第２の偏光成分の反射の角度依存性を用いて、前記第１の部分の第１の強度及び前記第２の部分の第２の強度を操作するように構成される、レーザベース光源。
  2. 前記１つ以上のレーザは、少なくとも第１のレーザ及び第２のレーザを有し、前記第１のレーザ及び前記第２のレーザは、前記第１のレーザ光を放射するように適応される、請求項１に記載のレーザベース光源。
  3. 前記１つ以上のレーザは第１のレーザを有し、前記第１のレーザは、前記第１のレーザ光を放射するように適応される、請求項１に記載のレーザベース光源。
  4. 前記変換デバイスの前記第１の表面は、前記第１の光の第１の主放射方向を前記第１のレーザ光の前記第２の部分の第２の主放射方向に一致させるように適応される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザベース光源。
  5. 前記操作デバイスは、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との間の比を変化させることによって、前記第１の部分の前記第１の強度及び前記第２の部分の前記第２の強度を操作するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザベース光源。
  6. 前記操作デバイスは、コントローラ及び光操作デバイスを有し、前記光操作デバイスは、半波長板及び回転ユニットを有し、前記コントローラは、前記回転ユニットによって前記半波長板を回転させることによって、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との間の前記比を変化させるように適応される、請求項５に記載のレーザベース光源。
  7. 前記操作デバイスは、コントローラ及び光操作デバイスを有し、前記光操作デバイスは、電気光学ローテータを有し、前記コントローラは、前記電気光学ローテータによって、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との間の前記比を変化させるように適応される、請求項５に記載のレーザベース光源。
  8. 前記操作デバイスは、コントローラと、１つ以上のレーザに機械的に結合された第１の移動ユニットとを有し、前記コントローラは、前記第１の移動ユニットによって前記１つ以上のレーザを移動させることによって、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との間の前記比を変化させるように適応される、請求項５に記載のレーザベース光源。
  9. 前記操作デバイスは、前記変換デバイスの前記第１の表面に対する前記第１のレーザ光の入射角を変化させることによって、前記第１の部分の前記第１の強度及び前記第２の部分の前記第２の強度を操作するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザベース光源。
  10. 当該レーザベース光源は更に、少なくとも１つの光センサを有し、該光センサは、当該レーザベース光源の光放射方向における少なくとも１つの所定の立体角内で、前記第１の光と反射された前記第１のレーザ光の前記第２の部分との輝度又は色を測定するように構成され、前記操作デバイスは、前記光センサによって測定された前記輝度又は色に基づく測定信号を受け取るように適応され、且つ前記操作デバイスは、受け取った前記測定信号に基づいて、前記第１の部分の前記第１の強度及び前記第２の部分の前記第２の強度を操作するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザベース光源。
  11. 前記変換デバイスは、前記第１の光の前記第１の主放射方向を、反射された前記第１のレーザ光の前記第２の部分の前記第２の主放射方向に一致させるための、プリズム表面を有する、請求項４に記載のレーザベース光源。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のレーザベース光源を少なくとも１つ有する車両ヘッドライト。
  13. 少なくとも２つの、請求項１２に記載の車両ヘッドライトと、少なくとも１つの発光制御装置とを有し、該発光制御装置は、前記レーザベース光源に制御信号を与えるように適応される、照明システム。
  14. １つ以上のレーザによって、変換デバイスに対して第１のレーザ光を放射するステップであり、前記第１のレーザ光は、前記変換デバイスの第１の表面に対する前記第１のレーザ光の入射面に平行な第１の偏光成分と、前記入射面に垂直な第２の偏光成分と、を有する直線偏光レーザ光を有する、ステップと、
    前記変換デバイスによって、前記第１のレーザ光の第１の部分を第１の光に変換するステップと、
    前記変換デバイスの前記第１の表面にて、前記第１のレーザ光の第２の部分を反射するステップであり、前記第１の光は、前記第１のレーザ光とは異なる波長レンジ内にある、ステップと、
    前記変換デバイスの前記第１の表面における前記第１のレーザ光の前記第１及び第２の偏光成分の反射の角度依存性を用いて、前記第１の部分の第１の強度及び前記第２の部分の第２の強度を操作するステップと、
    を有する発光操作方法。
  15. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のレーザベース光源が有する少なくとも１つの第１のメモリデバイス、及び／又は請求項１３に記載の照明システムが有する少なくとも１つの第２のメモリデバイスに保存されたコードを有するコンピュータプログラムであって、前記コードは、請求項１４に記載の方法が、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のレーザベース光源が有する少なくとも１つの第１のプロセッシングデバイスによって、及び／又は請求項１３に記載の照明システムが有する少なくとも１つの第２のプロセッシングデバイス上で実行されることができるように構成されている、コンピュータプログラム。
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