TWI628388B - 雷射車燈及應用其之夜視系統 - Google Patents

Abstract

一種雷射車燈，包含導光元件、至少一螢光片、至少一第一雷射二極體、至少一第二雷射二極體、透鏡以及至少一反射鏡。導光元件具有相對的第一表面以及第二表面。螢光片及透 鏡設置於導光元件相對兩端。反射鏡設置以反射第一雷射二極體產生的第一雷射光束以及第二雷射二極體產生的第二雷射光束至第一表面。第一雷射光束經由螢光片散射後形成第一散射光束，第二雷射光束經由螢光片激發並散射後形成第二散射光束，第一散射光束與第二散射光束形成混合光束自第一表面朝透鏡射出。

Description

雷射車燈及應用其之夜視系統

本發明是關於一種車燈，且特別是關於一種雷射車燈及應用其之夜視系統。

近年由於影像處理與感測器技術的蓬勃發展，除了白光照明的需求外，以紅外光為工作光源所製成的儀器也開始大量應用於許多產業，其中研發夜視輔助系統來輔助人眼開車時的不足即是其中重要的應用分支。

隨著技術的進步，車燈的亮度與品質也日益提升。車燈的發展由煤油燈開始，進一步到鹵素燈、氙氣大燈以及發光二極體燈。發光二極體燈廣泛應用於照明光源，相較於傳統的白熾燈或日光燈管，提供了較高的效率與較長的使用壽命。然而，在高功率的車用照明上，發光二極體燈仍存在著許多的瓶頸與限制。

目前車燈夜視輔助系統大致上可分為兩類。第一類使用遠紅外線，可感應溫度比周圍環境溫度較高的影像，並在遠處感測溫度較高區域，有效感測距離約達300公尺，且不受其他光源影響，但若物體溫度與環境溫度相差不大則無法感應。第二類使用近紅外線，可不受物體需為熱源之限制，有效感測距離約達到200公尺。

即便如此，紅外光於車燈照明及夜視系統的應用領域上，仍有相當的改善及技術突破空間。

有鑑於此，本發明的一些實施例揭露一種雷射車燈及應用其之夜視系統，可同時提供高效率的白光與紅外線照明，且不增加製作成本與體積。

本發明的一態樣揭露一種雷射車燈，包含導光元件、至少一螢光片、至少一第一雷射二極體、至少一第二雷射二極體、透鏡以及至少一反射鏡。導光元件具有相對的第一表面以及第二表面。螢光片設置於導光元件位於第二表面的一端。透鏡設置於導光元件位於第一表面的一端。反射鏡設置以反射第一雷射二極體產生的第一雷射光束以及第二雷射二極體產生的第二雷射光束至第一表面。第一雷射光束經由螢光片散射後形成第一散射光束，第二雷射光束經由螢光片激發並散射後形成第二散射光束，第一散射光束與第二散射光束形成混合光束自第一表面朝透鏡射出。

依據本發明的一些實施例，第一雷射光束為近紅外光雷射光束，第二雷射光束為藍光雷射光束。

依據本發明的一些實施例，導光元件具有相連的第一導光部及第二導光部。第一表面位於第一導光部，第二表面位於第二導光部。

依據本發明的一些實施例，第一導光部的截面積自第一表面向第二表面的方向內縮。

依據本發明的一些實施例，第二導光部的截面積自該第一表面的方向向該第二表面內縮。

依據本發明的一些實施例，第一導光部的截面積沿內縮方向之單位距離內縮量大於第二導光部的截面積沿內縮方向之單位距離內縮量。

依據本發明的一些實施例，第一表面的其中一邊具有內凹角結構，使得第一表面的形狀呈現斜階梯形。

依據本發明的一些實施例，第二表面包含複數個第二子表面相隔排列成陣列，第一表面包含複數個第一子表面相鄰靠接排列成陣列，其中複數個第二子表面分別對應至複數個第一子表面。第一雷射二極體及一第二雷射二極體的數量為複數個。複數個第一子表面分別對應至複數個第一雷射二極體及複數個第二雷射二極體。

依據本發明的一些實施例，螢光片具有一螢光粉層與反射層。

本發明的另一態樣揭露一種夜視系統，包含所述雷射車燈、至少一光接收元件、影像處理元件以及顯示器。影像處理元件電性連接光接收元件。顯示器電性連接影像處理元件。光接收元件接收混合光束自透鏡射出後反射回夜視系統的反射光並轉換成複數個電訊號。影像處理元件處理電訊號並傳送至顯示器產生影像。

本發明的上述一些實施方式藉由雷射車燈及其夜視系統利用發出近紅外光雷射光束的第一雷射二極體、發出藍光雷射光束的第二雷射二極體、導光元件以及螢光片產生混合近紅外光與可見白光的混合光束。此種混合光束應用於車燈照明，可同時具有紅外光的遠程偵測與可見光的可供人眼辨識的照明效果，且不必增加光學元件，進而達到縮小雷射車燈體積及節省成本花費的功效。

下文列舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

其次，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

請參閱第1圖。第1圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈100示意圖。在本實施例中，雷射車燈100包含導光元件110、至少一螢光片120、包含至少一第一雷射二極體132的第一光源130、包含至少一第二雷射二極體142的第二光源140、透鏡150以及至少一反射鏡160。

導光元件110的材料可以是實心的玻璃，例如，BK7（折射率：1.5168），但不以此為限。導光元件110具有相對的第一表面112以及第二表面114。第一表面112作為第一雷射二極體132所產生的第一雷射光束1322以及第二雷射二極體142所產生的第二雷射光束1422之入光面，亦同時作為混合光束L的出光面。第一表面112及第二表面114可選擇性的鍍上增透膜（Anti-reflective coating，AR），以減少第一雷射光束1322與第二雷射光束1422的反射而增加光線穿透率。螢光片120設置於導光元件110位於第二表面114的一端，設置方式可以是以貼設為之，但不以此為限。

螢光片120可以是由螢光粉層122與反射層124所構成。詳細而言，螢光粉層122可貼設或包覆於第二表面114，反射層124可貼設或包覆螢光粉層122。如此，當第一雷射光束1322或第二雷射光束1422打到螢光片120時，螢光粉層122可用以散射或激發加上散射雷射光，並使雷射光由第二表面114返回第一表面112。反射層124的設置則可增加雷射光於車燈的利用率。螢光片120上螢光粉層122的材料可以是黃色螢光粉，或配合所需發射的車燈光線的顏色以及第一雷射二極體132、第二雷射二極體142所產生的第一雷射光束1322、第二雷射光束1422的種類，選擇合適的螢光粉，均不脫離本發明之精神與範圍。

在本實施例中，第一雷射光束1322例如是近紅外光雷射光束，第二雷射光束1422例如是藍光雷射光束。在本文的後續討論中也會提及第一雷射光束1322與第二雷射光束1422皆為近紅外光雷射光束或皆為藍光雷射光束的實施例。在本發明的各種實施例中，第一雷射二極體132可產生複數個第一雷射光束1322，第二雷射二極體142可產生複數個第二雷射光束1422。此外，第一雷射二極體132以及第二雷射二極體142亦可以視實際應用需要而為任意波長的雷射二極體，均不脫離本發明之精神與範圍。

透鏡150設置於導光元件110位於第一表面112的一端，可依實際應用需要調整透鏡150與第一表面112的距離。反射鏡160設置以反射第一雷射二極體132產生的第一雷射光束1322以及第二雷射二極體142產生的第二雷射光束1422至第一表面112。在本實施例中，反射鏡160例如是設置於透鏡150的外緣，但於其他實施例中並不以此為限。反射鏡160可依實際應用需要或空間考量設置於雷射車燈100的任意處。

在本實施例的元件設置下，由第一雷射二極體132產生的第一雷射光束1322以及由第二雷射二極體142產生的第二雷射光束1422經由反射鏡160反射，經第一表面112進入導光元件110。導光元件110設計為可全反射入射之第一雷射光束1322與第二雷射光束1422。因此，第一雷射光束1322以及第二雷射光束1422可經由導光元件110內多次的全反射由第一表面112到達第二表面114進而照射螢光片120。

承上，由於本實施例的第一雷射光束1322是以近紅外雷射光束為示例，而螢光片120上的螢光粉層122可散射近紅外雷射光束，因此第一雷射光束1322藉由螢光片120散射後形成第一散射光束，並經由導光元件110多次的全反射自第二表面114往第一表面112方向前進。另外，由於本實施例的第二雷射光束1422是以藍光雷射光束為示例，而螢光片120上的螢光粉（本實施例以黃色螢光粉為示例）可由藍光雷射激發產生黃光，並與藍光互補而產生白光，因此第二雷射光束1422經由螢光片120激發並散射後形成呈現白光的第二散射光束，並經由導光元件110多次的全反射自第二表面114往第一表面112方向前進。

承上，在導光元件110中，第一散射光束與第二散射光束形成混合光束L，混合光束L離開第一表面112後朝透鏡150方向行進，並自透鏡150射出往車外，形成車燈照明光源。

請參閱第2A圖。第2A圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈100之導光元件110示意圖。本實施例之雷射車燈100的導光元件110具有相連的第一導光部116及第二導光部118，第一表面112位於第一導光部116，第二表面114位於第二導光部118。於本實施例中，第一導光部116及第二導光部118是用以讓第一雷射光束1322及第二雷射光束1422於第一導光部116及第二導光部118內以全反射前進。此外，第一導光部116的側面1162設置為與第一表面112具有小於90度的一角度θ，使得第一導光部116的截面積自第一表面112向第二表面114的方向內縮。此內縮的結構特徵能提高導光元件110的收光及出光效率，亦可維持混合光束L在出光時減少散光，以維持第一表面112的光形。

在其他實施例中，第二導光部118的截面積亦可選擇自第一表面112的方向向第二表面114內縮，或不使用內縮結構。值得注意的是，在第二導光部118為內縮結構的實施例中，第一導光部116的截面積沿內縮方向之單位距離內縮量大於第二導光部118的截面積沿內縮方向之單位距離內縮量，以提升收光及出光效率。

此外，於部分實施例中，使用第2A圖所繪示的導光元件110，可使雷射車燈100的有效照明或偵測距離達到550公尺，相較於習知技術有更長的偵測距離。

第2B圖是依照第2A圖之實施例所繪示的雷射車燈100之導光元件110的光路示意圖。請配合第1圖作參考，第2B圖繪示由上方入射之第一雷射光束1322與從下方入射之第二雷射光束1422分別於導光元件110中多次全反射後，到達第二表面114，並經由螢光片120散射或激發加上散射後產生第一散射光束與第二散射光束，此二散射光束混和成混合光束L，並自第一表面112射出並離開導光元件110。

第2C圖是依照第2A及2B圖之實施例所繪示的雷射車燈100之混合光束L在射出透鏡150後跟透鏡150相距25公尺處之屏幕的光形投影S1示意圖。由第2C圖可知，本發明之部分實施例的雷射車燈100所產生的混合光束L可大致呈現出第一表面112的光形投影S1。

第3A圖是依照本發明另一實施例所繪示的雷射車燈100之導光元件170示意圖。第3B圖是依照第3A圖之實施例所繪示的雷射車燈100之導光元件170的光路示意圖。請參閱第3A及第3B圖。類似於第2A圖的實施例，本實施例之雷射車燈100的導光元件170具有相連的第一導光部176及第二導光部178，第一表面172位於第一導光部176，第二表面174位於第二導光部178。於本實施例中，第一導光部176及第二導光部178是用以讓第一雷射光束1322及第二雷射光束1422於第一導光部176及第二導光部178內以全反射前進。此外，第一導光部176的側面1762設置為與第一表面172具有小於90度的一角度θ，使得第一導光部176的截面積自第一表面112向第二表面114的方向內縮。

第3A圖的實施例與第2A圖之實施例不同之處在於，第二表面174設置為相隔的兩個第二表面174。兩個第二表面174的面積可分別小於第2A圖中第二表面114的面積，以提升發光效率，此處所指的發光效率是指一光源所發出的總光通量與此光源消耗的電功率的比值。兩個第二表面174可以是分別對應第一雷射二極體132所產生的第一雷射光束1322以及第二雷射二極體142所產生的第二雷射光束1422，或是分別對應第一雷射二極體132所產生的兩道第一雷射光束1322，亦或是分別對應第二雷射二極體142所產生的兩道第二雷射光束1422，且不以此為限。第3B圖所繪示的實施例示例兩個第二表面174分別對應第一雷射二極體132所產生的兩道第一雷射光束1322的情況，但不以此為限。

第4圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈100之混合光束L在射出透鏡150後跟透鏡150相距25公尺處之屏幕的光形投影S2示意圖。請參閱第3A圖及第4圖，第一表面172的其中一邊具有一內凹角結構A，使得第一表面172的形狀呈現斜階梯形。此斜階梯形可藉由混合光束L及透鏡150投射至屏幕成像，並使雷射車燈100符合現今近光燈的相關法規規範。另外，凹角結構A亦可設置在第2A圖之實施例中的第一表面112，均不脫離本發明之精神與範圍。

第5A圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈100之導光元件180示意圖。類似於第2A圖的實施例，本實施例之雷射車燈100的導光元件180具有第一表面182、第二表面184。第5A圖的實施例與第2A圖之實施例不同之處在於，在本實施例中，第二表面184包含複數個第二子表面1842相隔排列成陣列，第一表面182包含複數個第一子表面1822相鄰靠接排列成陣列。複數個第二子表面1842分別對應至各複數個第一子表面1822，且至少一第一雷射二極體132及至少一第二雷射二極體142的數量為複數個，複數個第一子表面1822分別對應至複數個第一雷射二極體132及複數個第二雷射二極體142。

第5B圖是依照第5A圖之實施例所繪示的雷射車燈100之導光元件180的光路示意圖。請參閱第5B圖。在第5A圖之實施例下，導光元件180的結構用以讓複數個第一雷射二極體132產生的複數個第一雷射光束1322及複數個第二雷射二極體142產生的複數個第二雷射光束1422於導光元件180內分別以全反射前進。

在本實施例中，由於雷射車燈100具有複數個相互對應的第一雷射二極體132以及第二雷射二極體142、第一子表面1822及第二子表面1842，在實施時，可設計讓第一雷射二極體132與第二雷射二極體142所產生的每道第一雷射光束1322與第二雷射光束1422具有自動或手動開關（On/Off）功能，因而能夠因應環境產生不同的光形。

舉例而言，第5C至第5F圖是依照本發明一些實施例所繪示的雷射車燈100之混合光束L在射出透鏡150後跟透鏡150相距25公尺處之屏幕的光形投影S3、S4、S5、S6示意圖。在執行前述開關功能的情況下，車燈燈形可以是，例如，呈現第5C圖之完整的第一表面182形狀之光形投影S3，即全部第一雷射二極體132與第二雷射二極體142都為開的狀態。或例如，第5D圖之相鄰子區塊的第一雷射二極體132及第二雷射二極體142為關的狀態之光形投影S4，此光形投影S4包含對應至雷射二極體為開的狀態之亮部S41，以及對應至雷射二極體為關的狀態之暗部S42。再例如，第5E圖之多個相鄰子區塊的第一雷射二極體132及第二雷射二極體142為關的狀態之光形投影S5，此光形投影S5包含對應至雷射二極體為開的狀態之亮部S51，以及對應至雷射二極體為關的狀態之暗部S52。又例如，第5F圖之部分上排雷射二極體為關的狀態之光形投影S6，此光形投影S5包含對應至雷射二極體為開的狀態之亮部S61，以及對應至雷射二極體為關的狀態之暗部S62，部份上排可以是部分第一雷射二極體132或部分第二雷射二極體142。

在另一方面，本發明的雷射車燈100可以結合夜視系統200以協助駕駛作夜間辨識。第6圖是依照本發明一實施例的所繪示的夜視系統200方塊圖。在本實施例中，夜視系統200除了可包含前述各個實施例之雷射車燈100外，更包含至少一光接收元件210、一影像處理元件220以及一顯示器230。影像處理元件220電性連接光接收元件210，顯示器230電性連接影像處理元件220。光接收元件210接收混合光束自透鏡射出後反射回夜視系統200的反射光並轉換成複數個電訊號。接著，影像處理元件220處理那些電訊號並傳送至顯示器230產生影像。

綜上所述，本發明一些實施例所揭露的雷射車燈及其夜視系統利用發出近紅外光雷射光束的第一雷射二極體、發出藍光雷射光束的第二雷射二極體、導光元件以及螢光片產生混合近紅外光與可見白光的混合光束。此種混合光束應用於車燈照明，可同時具有紅外光的遠程偵測與可見光的可供人眼辨識的照明效果，且不必增加光學元件，進而達到所小雷射車燈體積及節省成本花費的功效。此外，具有內縮結構的導光元件提高了收光及出光效率，亦可維持混合光束在出光時減少散光，以維持第一表面的光形。進一步地，透過控制複數個互相對應的雷射二極體的開關、或是調整第一表面及第二表面的形狀皆可讓雷射車燈因應設計需求產生不同的光形。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧雷射車燈

110、170、180‧‧‧導光元件

112、172、182‧‧‧第一表面

1822‧‧‧第一子表面

114、174、184‧‧‧第二表面

1842‧‧‧第二子表面

116、176‧‧‧第一導光部

1162、1762‧‧‧側面

118、178‧‧‧第二導光部

120‧‧‧螢光片

122‧‧‧螢光粉層

124‧‧‧反射層

130‧‧‧第一光源

132‧‧‧第一雷射二極體

1322‧‧‧第一雷射光束

140‧‧‧第二光源

142‧‧‧第二雷射二極體

1422‧‧‧第二雷射光束

150‧‧‧透鏡

160‧‧‧反射鏡

200‧‧‧夜視系統

210‧‧‧光接收元件

220‧‧‧影像處理元件

230‧‧‧顯示器

L‧‧‧混合光束

θ‧‧‧角度

A‧‧‧凹角結構

S1、S2、S3、S4、S5、S6‧‧‧光形投影

S41、S51、S61‧‧‧亮部

S42、S52、S62‧‧‧暗部

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈示意圖。 第2A圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈之導光元件示意圖。 第2B圖是依照第2A圖之實施例所繪示的雷射車燈之導光元件的光路示意圖。 第2C圖是依照第2A及2B圖之實施例所繪示的雷射車燈之混合光束在射出透鏡後跟透鏡相距25公尺處之屏幕的光形投影示意圖。 第3A圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈之導光元件示意圖。 第3B圖是依照第3A圖之實施例所繪示的雷射車燈之導光元件的光路示意圖。 第4圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈100之混合光束在射出透鏡後跟透鏡相距25公尺處之屏幕的光形投影示意圖。 第5A圖是依照本發明一實施例所繪示的雷射車燈之導光元件示意圖。 第5B圖是依照第5A圖之實施例所繪示的雷射車燈之導光元件的光路示意圖。 第5C至第5F圖是依照本發明一些實施例所繪示的雷射車燈之混合光束在射出透鏡後跟透鏡相距25公尺處之屏幕的光形投影示意圖。 第6圖是依照本發明一實施例所繪示的夜視系統方塊圖。

Claims (10)

1. 一種雷射車燈，包含： 一導光元件，具有相對的至少一第一表面以及至少一第二表面； 至少一螢光片，設置於該導光元件位於該第二表面的一端； 至少一第一雷射二極體； 至少一第二雷射二極體； 一透鏡，設置於該導光元件位於該第一表面的一端；以及 至少一反射鏡，設置以反射該第一雷射二極體產生的一第一雷射光束以及該第二雷射二極體產生的一第二雷射光束至該第一表面； 其中，該第一雷射光束經由該螢光片散射後形成一第一散射光束，該第二雷射光束經由該螢光片激發並散射後形成一第二散射光束，該第一散射光束與該第二散射光束形成一混合光束自該第一表面朝該透鏡射出。
2. 如請求項1所述之雷射車燈，其中該第一雷射光束為近紅外光雷射光束，該第二雷射光束為藍光雷射光束。
3. 如請求項1所述之雷射車燈，其中該導光元件具有相連的一第一導光部及一第二導光部，該第一表面位於該第一導光部，該第二表面位於該第二導光部。
4. 如請求項3所述之雷射車燈，其中該第一導光部的截面積自該第一表面向該第二表面的方向內縮。
5. 如請求項4所述之雷射車燈，其中該第二導光部的截面積自該第一表面的方向向該第二表面內縮。
6. 如請求項5所述之雷射車燈，其中該第一導光部的截面積沿內縮方向之單位距離內縮量大於該第二導光部的截面積沿內縮方向之單位距離內縮量。
7. 如請求項1所述之雷射車燈，其中該第一表面的其中一邊具有一內凹角結構，使得該第一表面的形狀呈現斜階梯形。
8. 如請求項1所述之雷射車燈，其中該第二表面包含複數個第二子表面相隔排列成陣列，該第一表面包含複數個第一子表面相鄰靠接排列成陣列，其中該些第二子表面分別對應至各該些第一子表面，且該至少一第一雷射二極體及該至少一第二雷射二極體的數量為複數個，該些第一子表面分別對應至該些第一雷射二極體及該些第二雷射二極體。
9. 如請求項1所述之雷射車燈，其中該螢光片具有一螢光粉層與反射層。
10. 一種夜視系統，包含： 如請求項1至9中任一項所述之雷射車燈； 至少一光接收元件； 一影像處理元件，電性連接該光接收元件：以及 一顯示器，電性連接該影像處理元件； 其中，該些光接收元件接收該混合光束自該透鏡射出後反射回該夜視系統的反射光並轉換成複數個電訊號，該影像處理元件處理該些電訊號並傳送至該顯示器產生影像。