TWI577923B - Laser module and its system - Google Patents

Description

雷射車燈光學模組及其系統

本創作係有關於一種雷射車燈光學模組，特別是一種同時具有遠光燈模式與近光燈模式的雷射車燈光學模組及其系統。

因為雷射二極體高光通量、體積小及低功率損耗的特性，使其應用在多媒體投影機與汽車照明裝置上具有極高的發展性。雷射二極體具有體積小的優勢，使雷射頭燈在光學設計上充滿更多可能，藉由光學設計，雷射車燈不再侷限於單一功能，未來，日間行駛燈、方向燈、霧燈等功能將被整合成單一車燈模組，汽車整體有更多空間可以應用。

然而雷射車燈的設計十分繁複，在現有的車燈中，有些車燈的每個光學模組中都需要應用多個雷射光源才能產生遠、近光燈調變的功能，或者有些車燈需要應用遮板或反射板來產生遠、近光燈調變的功能，設計十分複雜，且均需要增加許多額外的元件才能同時具有遠、近光燈的功能。

因此，根據上述有關於雷射光與現有車燈的缺點，存在一種需求設計簡易的雷射車燈，在光學模組中無須額外增加雷射光源或遮板等元件，使車燈可以同時具有遠光燈模式與近光燈模式，且此車燈符合法規規定。

本創作之目的在提供一種雷射車燈光學模組，透過此模組使雷射車燈系統可以操作在遠光燈與近光燈模式。

根據上述之目的，本創作提供一種雷射車燈光學模組，包含：一雷射光源，用以產生一雷射光束； 一凸透鏡，位於該雷射光源所產生之該雷射光束的傳遞路徑上以聚焦該雷射光束；一基板，其表面設有一螢光粉層，該螢光粉層位於該凸透鏡聚焦該雷射光束後的傳遞路徑上，該螢光粉層包含黃螢光粉；一反射鏡組，設置於該基板與該螢光粉層所反射之該雷射光束的傳遞路徑上；複數個支撐桿，設置於該反射鏡組的後側，且用於支撐該反射鏡組；一傳動構件，設置於該反射鏡組的後側並連接該些支撐桿，透過該傳動構件帶動該些支撐桿改變該反射鏡組的光反射面，進而改變該雷射車燈光學模組的光場。

本創作之另一目的在提供一種雷射車燈光學模組，透過此光學系統，當雷射車燈操作在遠光燈與近光燈下皆符合法規規定。

根據上述之目的，本創作提供一種雷射車燈系統，該雷射車燈系統係由六個光學模組所組成，且分為上半部三個該些光學模組與下半部三個該些光學模組，每一該些光學模組包含：一雷射光源，用以產生一雷射光束；一凸透鏡，位於該雷射光源所產生之該雷射光束的傳遞路徑上以聚焦該雷射光束；一基板，其表面設有一螢光粉層，該螢光粉層位於該凸透鏡聚焦該雷射光束後的傳遞路徑上，該螢光粉層包含黃螢光粉；一反射鏡組，設置於該基板與該螢光粉層所反射之該雷射光束的傳遞路徑上；複數個支撐桿，設置於該反射鏡組的後側，且用於支撐該反射鏡組； 一傳動構件，設置於該反射鏡組的後側並連接該些支撐桿，透過該傳動構件帶動該些支撐桿改變該反射鏡組的光反射面，進而改變該雷射車燈系統的光場。

本創作的雷射車燈光學模組可以當車燈操作於遠光燈模式時，兩片反射鏡片組合成一反射鏡，而當車燈操作於近光燈時，上半部的反射鏡片移動到下半部反射鏡片後側，只有下半部反射鏡片將光反射，產生近光燈光場形狀。在車燈系統上，使用了六個光學模組，經由光學設計，使車燈系統分別操作於遠、近光燈功能時，皆能滿足法規中對於遠光燈與近光燈的照度值規範。

10‧‧‧雷射車燈光學模組

11‧‧‧雷射光源

12‧‧‧透鏡

13‧‧‧基板

14‧‧‧螢光粉層

15‧‧‧支撐桿

16‧‧‧反射鏡組

161‧‧‧第一反射鏡

162‧‧‧第二反射鏡

17‧‧‧傳動構件

40‧‧‧雷射車燈系統

41‧‧‧光學模組

42‧‧‧上半部

43‧‧‧下半部

50‧‧‧光場

圖1為本創作之雷射車燈的光學模組的光路示意圖。

圖2A與圖2B為本創作之第一反射鏡與第二反射鏡的平面示意圖。

圖3A-圖3D為第一反射鏡與第二反射鏡的作動示意圖。

圖4A與圖4B為本創作之具可調變光場形的雷射車燈系統的工作示意圖。

圖5A與圖5B為本創作之具可調變光場形的雷射車燈系統的光場示意圖。

以下配合圖式及本創作之較佳實施例，進一步闡述本創作為達成預定發明目的所採取的技術手段。

圖1為本創作之雷射車燈的光學模組的光路示意圖。如圖1所示，本創作的雷射車燈光學模組10主要包含一雷射光源11、一透鏡12、一基板13、一螢光粉層14、複數個支撐桿15、一反射鏡組16與一傳動構件17。本創作雷射車燈光學模組10用以安裝於車輛的大燈燈殼(圖中未示)。

雷射光源11由雷射二極體所組成，以產生雷射光束。透鏡12為一凸透鏡，透鏡12位於雷射光源11所產生之雷射光束的傳遞路徑上以聚焦雷射光束。基板13表面可塗佈形成一螢光粉層14，該螢光粉層14包含有黃螢光粉。基板13位於透鏡12聚焦雷射光束後的傳遞路徑上，當透鏡12聚焦後的雷射光束傳遞至基板13的螢光粉層14時，該螢光粉層14的黃螢光粉會吸收雷射光束中的藍光而激發反射黃光。反射鏡組16設置於基板13所反射之雷射光束的傳遞路徑上，複數個支撐桿15設置於反射鏡組16的後側，且用於支撐反射鏡組16。傳動構件17設置於反射鏡組16的後側並連接支撐桿15，透過傳動構件17帶動支撐桿15改變反射鏡組16的光反射面，進而改變雷射車燈光學模組10的光場。

圖2A與圖2B顯示本創作之反射鏡組的平面示意圖。如圖2A所示，並參考圖1，在本創作之雷射車燈光學模組10的反射鏡組16包含一第一反射鏡161與一第二反射鏡162，第一反射鏡161與第二反射鏡162分別為半橢圓形的反射鏡片，當該第一反射鏡161與第二反射鏡162組合時，使該反射鏡組16整體呈橢圓狀。而在不同實施例中，如圖2B所示，第一反射鏡161與第二反射鏡162分別為弧形結構的反射鏡片，該第一反射鏡161包含有一第一接合面163，該第二反射鏡162包含有用以連接該第一接合面163的一第二接合面164，該第一接合面163與第二接合面164互補，舉例來說該第一接合面163的夾角可為大於180°或小於180°，且該第二接合面164的夾角可為小於180°或大於180°，使該第一反射鏡161與第二反射鏡162組合後同樣可形成一橢圓形的反射鏡組16。

請參閱圖2A與圖2B並參考圖1，當雷射車燈光學模組10操作於遠光燈模式時，第一反射鏡161與第二反射鏡162組合成一橢圓形狀的反射鏡組16。而當雷射車燈光學模組10操作於近光燈時，第一反射鏡161藉由傳動構件18帶動支撐桿15，使第一反射鏡161移動到第二反射鏡162後側，讓雷射車燈光 學模組10只有第二反射鏡162可將光反射，因而產生近光燈光場形狀。為了滿足歐洲車輛法規(Economic Commission for Europe(ECE R112)，又稱非對稱光型頭燈法規(Headlamps with an Asymmetrical Passing Beam))中近光燈光場量測點的照度值規範，第二反射鏡162的發光方向皆以滿足照度值規範。在雷射二極體使用上，本創作使用了六個雷射二極體作為雷射光源，經由光學設計，使車燈系統分別操作於遠、近光燈功能時，皆能滿足歐洲車輛法規(ECE R112)中遠、近光燈的照度值規範。因此建構出完整的雷射車燈光學模組10，且具有調變遠、近光燈功能。

圖3A-圖3D為第一反射鏡161與第二反射鏡162的作動示意圖。如圖3A所示並參考圖1，當本創作之雷射車燈光學模組10操作在遠光燈模式時，第一反射鏡161與第二反射鏡162緊密結合而組合成橢圓狀。而當雷射車燈光學模組10要操作在近光燈模式時，如圖3B所示，傳動構件17驅動支撐桿15帶動第一反射鏡161沿著縱軸方向往上移動，將第一反射鏡161與第二反射鏡162分離。接著，如圖3C所示，支撐桿15帶動第一反射鏡161沿著橫軸方向往後移動，最後，如圖3D所示，支撐桿15再帶動第一反射鏡161沿著縱軸方向往下移動，讓第一反射鏡161移動到第二反射鏡162的後側。在近光燈模式下，因第一反射鏡161移動到第二反射鏡162的後側，僅反射鏡組16的第二反射鏡162可以反射從基板13傳遞的雷射光束，使本創作的光學模組可以滿足法規ECE R112中近光燈的照度值規範。

圖4A與圖4B為本創作之具可調變光場形的雷射車燈系統的工作示意圖。如圖4A圖4B所示並參考圖3A-圖3D，在此實施例的雷射車燈系統40中，其係由六個光學模組41所組成，且分成上半部42與下半部43，其分別包含三個光學模組41。當操作在圖4A的近光燈模式時，上半部42的三個光學模組41為關燈狀態，而下半部43的三個光學模組41為開燈狀態，且在下半部43的三個 光學模組41中，左右兩側的光學模組41包含如圖2A與圖2B的反射鏡組16，而中間的光學模組41為如圖3A與圖3B的反射模組16。反射鏡組16中的第一反射鏡161皆移動至第二反射鏡162的後側，使下半部43的三個光學模組41僅第二反射鏡162可反射雷射光束，形成雷射車燈系統40之下半部43的三個光學模組41的下半區域可發光，其光場50如圖5A所示。而當操作在圖4B的遠光燈模式時，六個光學模組41均為開燈狀態，其光場50如圖5B所示。透過上述的雷射車燈之光學模組結構，在遠光燈模式下，在最大照度值的方面，模擬結果為63.98照度(lux)，而水平±1125mm區域的平均照度值為43.17lux，滿足現有汽車車燈法規的規範，而光場寬度為8560mm，符合法規所規範的7920mm。

綜上所述，本創作的雷射車燈光學模組可以當車燈操作於遠光燈模式時，兩片反射鏡組合成一橢圓形狀的反射鏡組，而當車燈操作於近光燈時，上半部的反射鏡藉由傳動機制，使其移動到下半部反射鏡後側，只有下半部反射鏡將光反射，產生近光燈光場形狀。透過本創作的雷射車燈光學模組，無需增加額外的雷射光源或遮板，藉由兩片反射鏡的設計即可達到遠、近光燈的效果。在車燈系統上，使用了六個光學模組，經由光學設計，使車燈系統分別操作於遠、近光燈功能時，皆能滿足法規中對於遠光燈與近光燈的照度值規範。

以上僅是本創作的較佳實施例而已，並非對本創作做任何形式上的限制，雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本創作，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本創作技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本創作技術方案的內容，依據本創作的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本創作技術方案的範圍內。

10‧‧‧雷射車燈光學模組

11‧‧‧雷射光源

12‧‧‧透鏡

13‧‧‧基板

14‧‧‧螢光粉層

15‧‧‧支撐桿

16‧‧‧反射鏡組

17‧‧‧傳動構件

Claims (8)

1. 一種雷射車燈光學模組，包含：一雷射光源，用以產生一雷射光束；一凸透鏡，位於該雷射光源所產生之該雷射光束的傳遞路徑上以聚焦該雷射光束；一基板，其表面設有一螢光粉層，該螢光粉層位於該凸透鏡聚焦該雷射光束後的傳遞路徑上，該螢光粉層包含黃螢光粉；一反射鏡組，設置於該基板與該螢光粉層所反射之該雷射光束的傳遞路徑上，且包含一第一反射鏡與一第二反射鏡；複數個支撐桿，設置於該反射鏡組的後側，且用於支撐該反射鏡組；一傳動構件，設置於該反射鏡組的後側並連接該些支撐桿，透過該傳動構件帶動該些支撐桿改變該反射鏡組的光反射面，進而改變該雷射車燈光學模組的光場；其中該第一反射鏡包含有一第一接合面，該第二反射鏡包含有一第二接合面；當該雷射車燈光學模組操作在一遠光燈模式時，該第一反射鏡的該第一接合面與該第二反射鏡的該第二接合面緊密結合，使該反射鏡組形成橢圓狀。
2. 如請求項1所述之雷射車燈光學模組，其中當該雷射車燈光學模組操作在一近光燈模式時，該傳動構件驅動該些支撐桿帶動該第一反射鏡沿著縱軸方向往上移動，將該第一反射鏡與該第二反射鏡分離，然後該些支撐桿帶動該第一反射鏡沿著橫軸方向往後移動，最後該些支撐桿再帶動該第一反射鏡沿著縱軸方向往下移動，讓該第一反射鏡移動到該第二反射鏡的後側。
3. 如請求項1所述之雷射車燈光學模組，其中該第一反射鏡與該第二反射鏡分別為半橢圓形的反射鏡片。
4. 如請求項1所述之雷射車燈光學模組，其中該第一反射鏡的該第一接合面與第二反射鏡的該第二接合面為互補面。
5. 一種雷射車燈系統，該雷射車燈系統係由六個光學模組所組成，且分為上半部三個該些光學模組與下半部三個該些光學模組，至少一該些光學模組包含：一雷射光源，用以產生一雷射光束；一凸透鏡，位於該雷射光源所產生之該雷射光束的傳遞路徑上以聚焦該雷射光束；一基板，其表面設有一螢光粉層，該螢光粉層位於該凸透鏡聚焦該雷射光束後的傳遞路徑上，該螢光粉層包含黃螢光粉；一反射鏡組，設置於該基板與該螢光粉層所反射之該雷射光束的傳遞路徑上；複數個支撐桿，設置於該反射鏡組的後側，且用於支撐該反射鏡組；一傳動構件，設置於該反射鏡組的後側並連接該些支撐桿，透過該傳動構件帶動該些支撐桿改變該反射鏡組的光反射面，進而改變該雷射車燈系統的光場；其中該反射鏡組包含一第一反射鏡與一第二反射鏡，當該雷射車燈系統操作在一遠光燈模式時，該些光學模組為開燈狀態，且該第一反射鏡與該第二反射鏡緊密結合而組合成橢圓形的該反射鏡組。
6. 如請求項5所述之雷射車燈系統，其中當該雷射車燈系統要操作在一近光燈模式時，該上半部的該些光學模組為關燈狀態，而該下半部的該些光學模組為開燈狀態，且該傳動構件驅動該些支撐桿帶動該第一反射鏡沿著縱軸方向往上移動，將該第一反射鏡與該第二反射鏡分離，然後該些支撐桿帶動 該第一反射鏡沿著橫軸方向往後移動，最後該些支撐桿再帶動該第一反射鏡沿著縱軸方向往下移動，讓該第一反射鏡移動到該第二反射鏡的後側。
7. 如請求項5所述之雷射車燈系統，其中該第一反射鏡與該第二反射鏡分別為半橢圓形的反射鏡片。
8. 如請求項5所述之雷射車燈系統，其中該第一反射鏡與該第二反射鏡分別具有一第一接合面與一第二接合面，該第一反射鏡的該第一接合面與第二反射鏡的該第二接合面為互補面。