CN104728728A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有激光源布置(10)和至少两个能摆动的镜(31，32)和至少一个光波长转换件(4，4‵)的照明装置，照明装置构造使由激光源布置(10)产生的光借助能摆动的镜(31，32)转向到至少一个光波长转换件(4，4‵)上，且其中至少两个能摆动的镜(31，32)构造使得：在能摆动的第一镜(31)处反射的光能转向到至少一个光波长转换件(4，4‵)的第一表面部段(41)上，以形成至少一个光波长转换件(4，4‵)的第一能照射区域，且在能摆动的第二镜(32)处反射的光能转向到至少一个光波长转换件(4，4‵)的第二表面部段(42)上，以形成至少一个光波长转换件(4，4‵)的第二能照射区域，其中第一和第二能照射区域部分重合。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的照明装置。
背景技术
例如在DE 10 2010 028 949 A1中公开了如下的照明装置。该文献描述了一种具有用于产生蓝光的激光源和多个能摆动的镜以及多个光波长转换件的照明装置。由激光源布置产生的蓝光借助能摆动的镜转向到光波长转换件的表面上，以便产生白光，该白光是由借助光波长转换件转换了的黄光和未转换的蓝光构成的混合光。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种此类的照明装置，其实现了减少光波长转换件的激光负载。
该目的通过具有权利要求1的特征的照明装置来实现。本发明的特别有利的设计方案在从属权利要求中予以描述。
根据本发明的照明装置具有激光源布置和至少两个能摆动的镜以及至少一个光波长转换件，并且如下地构造该照明装置，使得由激光源布置产生的光借助能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件上，其中，根据本发明如下地构造至少两个能摆动的镜，使得在能摆动的第一镜处反射的光能转向到至少一个光波长转换件的第一表面部段上，以形成光波长转换件的第一能照射区域，并且在能摆动的第二镜处反射的光能转向到光波长转换件的第二表面部段上，以形成光波长转换件的第二能照射区域，第二能照射区域与第一能照射区域部分地重合。
通过借助至少两个能摆动的镜提供了至少一个光波长转换件的表面的照射区域，这些区域部分地重合，由此确保了减少至少一个光波长转换件的激光负载，因为仅仅第一和第二能照射区域的重合区域以激光的最高光强度来照射。在第一和第二能照射区域的重合区域之外，至少一个光波长转换件的第一和第二表面部段照射有更低的激光强度，因为仅仅在能摆动的第一或第二镜处反射的激光转向到这些区域上。因此，根据本发明的照明装置的至少一个光波长转换件与根据现有技术的照明装置的光波长转换件相比承受更小的热负载。
此外，根据本发明的照明装置具有以下优点，即对于利用较低亮度来照亮的区域而言，例如在根据本发明的照明装置作为机动车探照灯中的光源来应用以照亮紧邻机动车前方的近距离范围时，能提供用于激发至少一个光波长转换件的减少了的激光功率，并且对于利用最大亮度来照亮的区域而言，例如在根据本发明的照明装置作为机动车探照灯中的光源来应用时在明暗交界区域中的照亮，能提供用于激发至少一个光波长转换件的最高激光功率。
以有利的方式，至少两个能摆动的镜构造为微镜、特别是构造为微电子机械***镜(Micro Electro Mechanical Systems Spiegel(MEMS镜))，并且优选地构造为能围绕两个彼此正交的摆动轴线摆动。由此，至少一个光波长转换件的第一和第二表面部段能够利用在能摆动的镜处反射的激光来扫描。特别地，例如能够引导在能摆动的镜处反射的激光逐行地并逐列地经过至少一个光波长转换件的第一或第二表面部段，以便在该表面部段的区域中激发用于发射次级光的至少一个光波长转换件。优选地，镜的彼此正交的摆动轴线的交点居中地位于相应的能摆动的镜的反射面上的面重心中，并且由激光源布置产生的光优选地在彼此正交的摆动轴线的交点的区域中对准了镜的反射面。然而替代地，每个能围绕两个摆动轴线摆动的镜还能够由两个互相匹配的镜来替代，其分别仅能围绕一个摆动轴线摆动，其中这些仅能围绕一个轴线摆动的镜的摆动轴线彼此正交地布置。
优选地，根据本发明的照明装置的激光源布置具有多个激光二极管。
由此，由根据本发明的照明装置的激光源布置所产生的光的亮度能够以简单的方式、例如通过接通和关断各个激光二极管或者通过脉宽调制控制(PWM)来改变。此外，由此能够逐组地划分激光源布置的激光二极管，并且其能够与根据本发明的照明装置的不同能摆动的镜相对应，以便照亮这些镜。以这种方式，同样能够影响由能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件的第一或第二表面部段上的激光的强度。
以有利的方式，设置了用于至少两个能摆动的镜或/和激光源布置的控制装置。通过例如激光源布置的各个激光二极管借助控制装置来接通或关断或者调暗的方式，控制装置实现了对激光源布置的亮度控制。此外，控制装置实现了对根据本发明的照明装置的各个能摆动的镜的摆动运动的控制。附加地，借助控制装置还能够执行相应镜的摆动运动与对于照射了该镜的激光源布置的亮度控制的同步。
优选地，在根据本发明的照明装置的至少一个激光源布置的下游布置了光学装置，以用于形成由激光源布置发射的激光束。该光学装置实现了使由至少一个激光源布置发射的激光准直并且使激光能够经由能摆动的镜聚焦到至少一个光波长转换件上。优选地，激光聚焦到至少一个光波长转换件上，以便得到尽可能小的光斑或激光点。然而替代地，激光还能够在假想平面中聚焦，该假想平面位于至少一个光波长转换件的表面的上游或下游，以便提高在至少一个光波长转换件的表面上的光斑尺寸。特别地，光学装置允许由不同的激光二极管发射的光整合成共同的光束，该光束借助该光学装置转向到能摆动的镜上并且从能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件上。附加地，光学装置实现了激光束的形成，并且实现确定射到相应的能摆动的镜上的或者入射到至少一个光波长转换件的表面上的激光束的激光点或者光斑的直径。
按照根据本发明的照明装置的优选的实施例，至少一个光波长转换件的借助能摆动的镜所照射的表面部段构造成拱形、特别是凹形拱起的。由此，通过从能摆动的镜向至少一个光波长转换件转向的激光在该光波长转换件的表面上引起激光点，该激光点的直径保持尽可能与激光在相应的能摆动的镜上的入射角无关。特别地，激光点直径在入射角更大时没有像在具有平坦表面的光波长转换件的情况下那样强烈地变大。
至少一个光波长转换件起到用于布置在下游的、也称为次级光学部件的其他光学部件的光源的作用。光学部件使得至少一个光波长转换件或者由至少一个光波长转换件发射的光映射到机动车探照灯的远距离范围中，从而使在至少一个光波长转换件上的光分布传输到或映射到行车道上。
优选地，如下地构造根据本发明的照明装置的至少一个激光源布置，使得其产生波长来自从380纳米至490纳米的波长区间中的激光，并且优选地如下构造至少一个光波长转换件，使得其将波长来自从380纳米至490纳米的波长区间中的光成比例地转换成以下的光，该光在520纳米至590纳米的波长区间中具有最大光强度。由此，借助至少一个激光源布置并借助至少一个光波长转换件产生了白光，所述白光是由未转换的蓝色激光和在光波长转换件处转换了的黄光构成的混合光，并且其能够应用于机动车探照灯或其他的投影装置中。
根据本发明的照明装置有利地具有传感器或照相机。借助例如对准了行车道或机动车的行驶方向的传感器或照相机，例如能够对根据本发明的照明装置进行校准。特别是例如能够校准激光源布置的亮度，以便例如设定在至少一个光波长转换件的表面上的照明强度，或者根据法定规则调整其中使用了根据本发明的照明装置作为光源的机动车探照灯的照明强度或光分布。此外可行的是，借助传感器来探测事件、例如对面驶来的车辆，并且根据该事件通过对激光源的相应的亮度控制来调整照明或者调整对根据本发明的照明装置的能摆动的镜的相应控制(ADB Automated DrivingBeam自动远光)。
附图说明
以下根据优选的实施例详细地阐述本发明。其示出：
图1是根据本发明的第一实施例的照明装置的示意图，
图2是在图1或者图3中示出的照明装置的光波长转换件的借助激光来照射的表面部段的俯视图，
图3是根据本发明的第二实施例的照明装置的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性示出了根据本发明的第一实施例的照明装置。
该照明装置具有激光源布置10、两个射束成型光学部件21，22、两个能摆动的镜31，32和光波长转换件4以及次级光学部件5。次级光学部件使得在光波长转换件4上的激光的光分布例如投射到机动车前方的附近范围中，因为根据本发明的第一实施例，照明装置设置作为用于机动车探照灯的光源和投影单元。
激光源布置10由多个激光二极管11，12，13，14，15，16构成，其在其运行期间分别发射波长来自从380纳米至490纳米的波长区域中的激光。激光二极管11，12，13，14，15，16优选地构造为相同类型，以使得其分别产生波长来自前述波长区域中的紫外辐射或蓝光。由激光二极管11，12，13发射的激光借助第一射束成型光学部件21整合成第一激光束并且聚焦到能摆动的第一镜31上，从而其基本上居中地射到第一镜31的反射面上。由其他激光二极管14，15，16发射的激光借助第二射束成型光学部件22整合成第二激光束并且聚焦到能摆动的第二镜32上，从而其基本上居中地射到第二镜32的反射面上。因此，激光二极管11，12，13形成了第一组激光二极管，其用于能摆动的第一镜31的照明，而其他激光二极管14，15，16形成第二组激光二极管，其设置用于能摆动的第二镜32的照明。
这两个能摆动的镜31，32分别构造为微电子机械***微镜，也称为MEMS微镜，并且能分别围绕两个摆动轴线摆动，其中第一摆动轴线在图1的视图中定向为垂直于绘图平面的并，且第二摆动轴线位于绘图平面中。这两个摆动轴线(未示出)基本上布置在相应的镜31或32的反射面中，并且相交于相应的镜31或32的矩形的反射面的中心点。在能摆动的第一镜31处反射的激光束转向到光波长转换件4的第一表面部段41上。借助第一组激光二极管的激光二极管11，12，14和第一射束成型光学部件21以及能摆动的第一镜31，逐行地且逐列地利用激光来扫描光波长转换件4的第一表面部段41。在扫描过程期间，第一镜31围绕其摆动轴线摆动，以便利用激光探扫(abtasten)第一表面部段41，并且此时接通或关断激光二极管11，12，13，以便调制射到第一表面部段41上的激光的亮度。对第一组激光二极管的激光二极管11，12，13的亮度的控制和对能摆动的第一镜31的摆动运动的控制同步地借助控制装置100来进行，从而第一表面部段41的每个点能够利用具有能预设强度的激光来照射。用于扫描第一表面部段41的激光点的尺寸或直径，取决于第一射束成型光学部件21的和能摆动的第一镜31的光学特性。
类似于此地，借助第二组激光二极管的激光二极管14，15，16和第二射束成型光学部件22以及能摆动的第二镜32，逐行地和逐列地利用激光来扫描光波长转换件4的第二表面部段42。在扫描期间，第二镜32围绕其摆动轴线摆动，以便利用激光探扫第二表面部段42，并且此时接通或关断激光二极管14，15，16，以便调制射到第二表面部段42上的激光的亮度。对第二激光二极管组的激光二极管14，15，16的亮度的控制和对能摆动的第二镜32的摆动运动的控制同步地借助于控制装置100来进行，从而第二表面部段42的每个点能够利用具有能预设强度的激光来照射。
射到表面部段41，42上的激光由光波长转换件4成比例地转换成所谓的次级光，其强度最大值位于从520纳米至590纳米的波长区域中。
光波长转换件4由涂覆了荧光材料的、能透光的蓝宝石薄片构成，其中使用掺杂了铈的钇铝石榴石(YAG：Ce)作为荧光材料。荧光材料借助于由激光二极管11至16产生的激光来激发。其将也称为初级光的激光成比例地转换成波长更大的次级光，其在从520纳米至590纳米的波长区域中具有强度最大值。因此光波长转换件4发射白光，其是由未转换的蓝色初级光和转换了的黄色次级光构成的混合光。由光波长转换件4发射的白光借助机动车探照灯的次级光学部件5直接投射到行车道上。在根据本发明的第一实施例的照明装置中，光波长转换件4在透射情况下运行。
在图3中示意性示出了根据本发明的第二实施例的照明装置。
根据本发明的第二实施例的照明装置与根据本发明的第一实施例的照明装置的区别仅仅在于光波长转换件4‵的不同构造方案。在所有其他细节中，这两个照明装置是一致的。因此，在图1和3中对于相同的组件使用相同的参考标号，并且对于其描述参阅对根据本发明的第一实施例的照明装置的相对应的组件的描述，并且以下仅详细阐述根据本发明的第二实施例的照明装置的光波长转换件4‵。
光波长转换件4‵由金属镜构成，其具有凹形的、例如球拱形的并且反射光的表面40‵，该表面涂覆有荧光材料。掺杂了铈的钇铝石榴石(YAG:Ce)用作荧光材料。由能摆动的镜31，32转向到光波长转换件4‵的表面40‵上的激光在经过荧光材料时成比例地转换为次级光，该次级光具有特别是来自从520纳米至590纳米的波长区域中的波长。不仅还称为次级光的蓝色激光的未转换的部分、而且激光的转换为黄色次级光的部分都在光波长转换件4‵的表面40‵处反射，并且在荧光材料颗粒处散射。由此，光波长转换件4‵的表面40‵的利用激光来照射的区域发射出白光，该白光是由未转换的蓝色初级光和转换了的黄色次级光构成的混合光。根据第二实施例的照明装置的光波长转换件4‵在反射情况下运行。白光借助次级光学部件5投射到机动车前面的行车道上。
根据本发明的第二实施例的照明装置的光波长转换件4‵与根据本发明的第一实施例的照明装置的光波长转换件4相比具有以下优点，即射到球形构造的表面40‵上的激光的激光点的直径几乎与激光到镜31，32上的入射角的数值无关，而射到平坦地构造的表面40上的激光的激光点的直径随着激光到镜31，32上的入射角的增加而同样增加。
在图2中以示意图示出了根据本发明的第一或第二实施例的照明装置的光波长转换件4或4‵的表面40或40‵的俯视图，其借助能摆动的镜31，32利用激光来探扫。表面40或40‵具有：第一表面部段41，其仅能借助能摆动的第一镜31和第一组激光二极管的激光二极管11，12，13利用激光来探扫或扫描；以及第二表面部段42，其仅能借助能摆动的第二镜32和第二组激光二极管的激光二极管14，15，16利用激光来探扫或扫描。在图2的视图中，第一表面部段41通过假想的水平线431和下边缘434以及光波长转换件4或4‵的侧边缘来界定。第二表面部段42在图2的视图中通过假想的水平线432和上边缘435以及光波长转换件4或4‵的侧边缘来界定。
仅能借助能摆动的第一镜31来扫描的第一表面部段41，和仅能借助能摆动的第二镜32来扫描的第二表面部段42部分地重合，确切地说在重合区域43中重合。这意味着，光波长转换件4或4‵的表面40或40‵在重合区域43中既能够利用来自能摆动的第一镜31的、由第一组激光二极管的激光二极管11，12，13产生的激光来探扫或扫描，也能利用来自能摆动的第二镜32的、由第二组激光二极管的激光二极管14，15，16产生的激光来探扫或扫描。在通过两个假想的水平线431，432和光波长转换件4或4‵的侧边缘界定的重合区域43中，光波长转换件4或4‵的表面40或40‵能够因此利用与重合区域43的外部相比更大的激光强度来照射或者说探扫或扫描。
作为应用的实例，根据图2中的视图，描述了借助根据本发明的第一和第二实施例的照明装置来产生近距光的具有明暗交界433的光分布。
为了产生近距光的具有明暗交界433的光分布，借助第一镜31和第一组激光二极管的激光二极管11，12，13利用激光逐行地并逐列地探扫光波长转换件4或4‵的表面40或40‵的第一表面部段41。在借助第一镜31探扫第一表面部段41的布置在明暗交界433下方的区域时，接通第一组激光二极管的激光二极管11，12，13。相反，在借助第一镜31探扫第一表面部段41的布置在明暗交界433的上方的区域时，关断第一组激光二极管的激光二极管11，12，13。第一激光二极管组的激光二极管11，12，13的接通和关断借助控制装置100与第一镜31的摆动运动同步地进行。附加地，为了产生近光的具有明暗交界433的光分布，借助第二镜32和第二组激光二极管的激光二极管14，15，16利用激光逐行地并逐列地探扫光波长转换件4或4‵的表面40或40‵的第二表面部段42。在借助第二镜32探扫第二表面部段42的布置在明暗交界433的下方的区域时，接通第二组激光二极管的激光二极管14，15，16。相反，在借助第二镜32探扫第二表面部段42的布置在明暗交界433的上方的区域时，关断第二组激光二极管的激光二极管14，15，16。第二组激光二极管的激光二极管14，15，16的接通和关断借助控制装置100与第二镜32的摆动运动同步地进行。
因此，重合区域43的位于明暗交界433的下方的区域借助这两个镜31，32利用激光来探扫，激光由这两个激光二极管组的激光二极管11至16产生。因而，利用最高的激光强度来探扫或扫描该区域。第一表面部段41的位于重合区域43之外的区域借助第一镜31仅利用由激光二极管11，12，13产生的激光来探扫，并且因此利用更小的激光强度来照射。为了产生近光分布，重合区域43的和第二表面部段42的位于明暗交界433的上方的区域不利用由激光二极管11至16产生的激光来照射。光波长转换件4或4‵的表面40或40‵的利用激光来探扫的区域，将来自蓝光的光谱区域的激光成比例地转换为黄光的光谱区域中的次级光。因此，光波长转换件4或4‵的表面40或40‵的利用激光探扫的区域发射出白光，该白光是由蓝色初级光和黄色次级光构成的混合光。由光波长转换件4或4‵发射的次级光具有近似朗伯式的光分布(lambert‵sche Lichtverteilung)。未由光波长转换件4或4‵转换的、透射的或反射的初级光在光波长转换件4或4‵的荧光材料颗粒处散射。借助次级光学部件5将白光投影到机动车前方的行车道上。
在该投影时，具有上述光强度分布的明暗交界433同样地在行车道上映射出。因此，尽管到机动车的距离更大，靠近明暗交界的区域在行车道上如同在机动车前方的近距离范围中的区域一样明亮。
在附图中，光的光路仅仅极其示意性地示出。特别地，没有示出次级光的朗伯光分布和初级光的光散射。次级光学部件5能够包括光学件、例如混合棒(Mixing Rod)，以便均匀混合初级光和次级光并且因此使由光波长转换件4或4‵发射的白光均匀化。
根据上述实施例的照明装置能够分别附加地配备传感器和照相机6，以便测量投影到行车道上或壁上或屏幕上的光的强度，并且该强度根据由激光源布置10发射的光的亮度来校准，从而例如所产生的光分布与法律的规定相符，或者以便探测交通中的事件并且据此调整照明。
本发明不仅局限于前面详细阐述的本发明的实施例。例如能够使用更多或更少的激光二极管，以便能够以更强或更弱的程度地调制照明装置的激光源布置的亮度。还能够借助光射束部件来代替多个激光源的工作，以便提高用于能摆动的镜的激光束的数量。此外，还能够使用比仅仅两个更多的能摆动的镜，并且激光二极管划分为用于照射能摆动的镜的相应多个的组，以便能产生光分布的更大的多样性。此外也可行的是，对于根据本发明的照明装置而言使用更多个光波长转换件，以便例如能够利用不同的光分布实现不同的照明功能。
此外也可以将这两个上述实施例的各个特征或组件彼此组合。例如具有拱形的表面40‵的光波长转换件4‵还能够构造成可透光的并且在透射情况下运行。
此外，例如根据本发明的第一实施例的照明装置的光波长转换件能够具有拱形的表面，其曲率与初级光学部件21，22相匹配。由于应用了与光波长转换件的拱形表面的曲率相匹配的次级光学部件5，能实现将光波长转换件上的光分布非常良好地映射到机动车探照灯的近距离范围和远距离范围中。特别是由此避免了，由于激光在能摆动的镜上的更大的入射角或由于借助次级光学部件映射光波长转换件而导致激光点的扩大。
此外，根据前述实施例的能摆动的镜(MEMS)能够构造用于谐振的或代替非谐振的运行模式。激光源布置10也能够如下地构造，使得第一组激光源的激光源发射第一波长的激光，并且其他组激光源的激光源发射与第一波长不同的第二波长的激光，以便例如改变由照明装置发射的光的颜色。
此外，能摆动的镜还能够如下地构造，使得光波长转换件不是逐行且逐列地扫描，而是以其他的方式，例如以利萨如图形(Lissajous-Figuren)的形式，使得借助能摆动的镜引导激光经过光波长转换件的表面。能摆动的镜的摆动运动能够同步地、即利用相同的频率来执行，或者利用不同的频率来执行。

Claims (9)

1.一种具有激光源布置(10)和至少两个能摆动的镜(31，32)以及至少一个光波长转换件(4，4‵)的照明装置，其中所述照明装置构造使得由所述激光源布置(10)产生的光借助于能摆动的所述镜(31，32)转向到所述至少一个光波长转换件(4，4‵)上，其特征在于，所述至少两个能摆动的镜(31，32)构造使得：在能摆动的第一镜(31)处反射的光能转向到所述至少一个光波长转换件(4，4‵)的第一表面部段(41)上，以便形成至少一个所述光波长转换件(4，4‵)的第一能照射区域，并且在能摆动的第二镜(32)处反射的光能转向到所述至少一个光波长转换件(4，4‵)的第二表面部段(42)上，以便形成所述至少一个光波长转换件(4，4‵)的第二能照射区域，其中所述第一能照射区域和所述第二能照射区域部分地重合。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述至少两个能摆动的镜(31，32)构造为微电子机械***镜(MEMS镜)。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其中，至少一个所述激光源布置(10)包括多个激光二极管(11，12，13，14，15，16)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明装置，其中，设有用于所述至少两个能摆动的镜(31，32)或/和所述激光源布置(10)的控制装置(100)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，其中，在至少一个所述激光源布置(10)的下游布置了光学装置(21，22)，以形成激光束。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明装置，其中，所述至少一个光波长转换件(4‵)的表面(40‵)构造成拱形。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明装置，其中，在所述至少一个光波长转换件(4，4‵)的下游布置了光学部件(5)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明装置，其中，至少一个所述激光源布置(10)产生了波长来自从380纳米至490纳米的波长区间中的光，以及所述至少一个光波长转换件(4，4‵)构造使得：波长来自从380纳米至490纳米的所述波长区间中的光成比例地转换成，在从520纳米至590纳米的波长区间中具有最大光强度的光。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明装置，其中，为控制所述照明装置而设置有至少一个传感器或照相机(6)。
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