CN104728729B - 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(11)、光学部件(12)和至少一个能摆动的镜(13)以及至少一个光波长转换件(14)的照明装置，其中光学部件(12)和至少一个能摆动的镜(13)构造成，使得由激光源布置(11)产生的激光通过光学部件(12)和至少一个能摆动的镜(13)朝向光波长转换件(14)转向，以及其中设置了用于补偿由于至少一个能摆动的镜(13)的摆动运动导致的激光光路延长或缩短的器件，该激光由激光源布置(11)产生并通过光学部件(12)以及至少一个能摆动的镜(13)转向到至少一个光波长转换件(14)上。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置。
背景技术
例如在DE 10 2010 028 949 A1中公开了以下的照明装置。该文献说明了一种具有用于产生蓝光的激光源和至少一个能摆动的镜以及至少一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。
在图4中示意性示出了根据现有技术的这种照明装置。由激光源41产生的并借助准直透镜(未示出)准直的光，通过光学部件42和能摆动的镜43聚焦到光波长转换件44的表面上。镜43能围绕两个正交的摆动轴线摆动，它们位于镜43的反射面中并且相交于镜43的反射面的面积重心中。激光束在面积重心的区域中射到镜43的反射面上，并且在光波长转换件44的方向上偏转。光学部件42、能摆动的镜43和光波长转换件44如下地布置并取向，使得在镜43未偏转时、即摆动角为零度时，相当于镜43的静止位置，激光束居中地并且以最小激光点直径聚束到光波长转换件44的表面上。在摆动角为零度的情况下，光学部件42的焦点在通过镜43映射之后位于光波长转换件44的表面上。在图4中，镜43的该状态借助实线示出。此外，在图4中借助虚线示意性示出了镜43的第二摆动状态，该状态相当于镜43从其静止位置中偏转了大于零度的角度。由于镜43从其静止位置中偏转，光学部件42的焦点在通过镜43映射之后沿着球体的表面45运动，球体的中点位于镜43的这两个摆动轴线的交点，从而延长了由激光源布置41产生的并借助光学部件42和镜43转向到光波长转换件44上的激光束的光路。由此，在通过布置在不同于静止位置的摆动位置中的镜43偏转之后，在射到光波长转换件44的表面上时，激光束比通过布置在其静止位置中的镜43偏转之后的激光束具有更大的激光点直径。因此，根据现有技术的照明装置具有以下缺点，即入到光波长转换件的表面上的激光束的激光点的直径与能摆动的镜的摆动角相关。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种此类照明装置，其在光波长转换件上实现了以下激光点，该激光点的直径尽可能地与能摆动的镜的摆动运动无关，或者其数值能够根据能摆动的镜的摆动位置来设定。
根据本发明的照明装置具有激光源、光学部件和至少一个能摆动的镜以及至少一个光波长转换件，其中，光学部件和至少一个能摆动的镜构造成，使得由激光源布置产生的光通过光学部件和至少一个能摆动的镜朝向光波长转换件转向。根据本发明，设置了用于补偿由于至少一个能摆动的镜的摆动运动导致的激光光路延长或缩短的器件，该激光由该激光源布置产生并通过光学部件以及至少一个能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件上。
由此能确保，射到至少一个光波长转换件上的激光点的直径与射到至少一个能摆动的镜上的且在至少一个光波长转换件的方向上转向的激光束的入射角无关。
在根据本发明的照明装置的第一实施例中，用于补偿由于至少一个能摆动的镜的摆动运动而导致的激光光路延长或缩短的器件包括用于改变在光学部件或者激光源布置和至少一个能摆动的镜之间的间距的装置，该激光由激光源布置产生并通过光学部件以及至少一个能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件上。优选地，在根据本发明的第一实施例的照明装置中，由激光源布置产生的激光在借助准直透镜准直之后导向到光学部件上，并且根据镜的摆动位置改变在光学部件和能摆动的镜之间的间距。替代地，在放弃准直由激光源布置产生的光的情况下，替代于或除了用于改变在光学部件和能摆动的镜之间的间距的装置，还能够设置用于根据镜的摆动位置来改变在激光源布置和能摆动的镜之间的间距的装置。
在根据本发明的照明装置的第二实施例中，用于补偿由于至少一个能摆动的镜的摆动运动而导致的激光光路延长或缩短的器件，包括用于根据至少一个能摆动的镜的摆动位置改变光学部件的光学特性的装置，该激光由激光源布置产生并通过光学部件以及至少一个能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件上。
在根据本发明的照明装置的第三实施例中，用于补偿由于至少一个能摆动的镜的摆动运动而导致的激光光路延长或缩短的器件，包括用于改变在至少一个能摆动的镜和至少一个光波长转换件之间的间距的装置，该激光由激光源布置产生并通过光学部件以及至少一个能摆动的镜转向到至少一个光波长转换件上。
至少一个能摆动的镜到光学部件或者到至少一个光波长转换件的间距定义为至少一个能摆动的镜的反射面的面积重心到光学部件或者到至少一个光波长转换件的最短距离。至少一个能摆动的镜的一个或多个摆动轴线优选地延伸穿过其反射面的面积重心，从而至少一个镜的摆动运动并不导致镜和光学部件或者说镜和至少一个光波长转换件之间的距离的改变。
根据本发明的照明装置的全部三个前述的可替代的实施方式实现了对由于至少一个能摆动的镜的摆动运动而导致的激光束光路延长或缩短的补偿，该激光束转向到至少一个光波长转换件上。
有利地，根据第一实施例的照明装置具有用于与至少一个能摆动的镜的摆动运动同步地调节在光学部件和至少一个能摆动的镜之间的间距的控制装置。借助控制装置，能够使距离调节和摆动运动同步，从而由激光源布置产生的并转向到至少一个光波长转换件上的激光光路与至少一个能摆动的镜的摆动位置无关。特别是在由于至少一个能摆动的镜从静止位置中偏转了确定的摆动角而导致前述激光光路延长的情况下，激光光路的所述延长通过与摆动角相匹配地减少在至少一个能摆动的镜和光学部件之间的间距来补偿。
以有利的方式，根据本发明的第二实施例的照明装置具有用于与至少一个能摆动的镜的摆动运动同步地调节光学部件的焦距的控制装置，以便根据至少一个能摆动的镜的摆动角来调整激光光路的长度，以使得激光光路的长度与至少一个能摆动的镜的摆动角无关。
以有利的方式，根据本发明的第三实施例的照明装置具有用于与至少一个能摆动的镜的摆动运动同步地调节至少一个能摆动的镜和至少一个光波长转换件之间的间距的控制装置。借助该控制装置，能够使间距调节和摆动运动同步，以使得由激光源布置产生的并转向到至少一个光波长转换件上的激光的光路与至少一个能摆动的镜的摆动位置无关。
以有利的方式，根据本发明的照明装置的至少一个能摆动的镜构造为微镜、特别是作为微电子机械***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表面能够利用在至少一个能摆动的镜处反射的激光来扫描。特别地，例如能够引导在至少一个能摆动的镜处反射的激光逐行地且逐列地经过至少一个光波长转换件的表面，以便激发用于发射次级光的至少一个光波长转换件。
优选地，如下构造根据本发明的照明装置的激光源布置，使得其产生波长来自从380纳米至490纳米的波长区域中的激光，并且优选地如下构造至少一个光波长转换件，使得波长来自从380纳米至490纳米的波长区域中的光成比例地转换为在从520纳米至590纳米的波长区域中具有强度最大值的光。由此，借助至少一个激光源布置并且借助至少一个光波长转换件产生了白光，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，并且其能应用于机动车探照灯中或其他的投影装置中。
附图说明
以下根据优选的实施例详细阐述本发明。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是根据本发明的第二实施例的照明装置的示意图，
图3是根据本发明的第三实施例的照明装置的示意图，
图4是根据现有技术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11、带有运动装置120的可运动的射束成型光学件12、带有摆动装置130的能摆动的镜13和光波长转换件14以及用于运动装置120和摆动装置130的控制装置100。
激光源布置11由分别在其运行期间发射波长来自从380纳米至490纳米的波长区域中的激光、并且优选地发射波长为450纳米的激光的多个同类激光二极管、和准直透镜(未示出)以及TIR光学部件(未示出)构成，其将由激光二极管发射的激光以非常小的发散度整合成共同的激光束。因此，激光源布置11发射准直了的蓝色激光，其借助射束成型光学件12转向到能摆动的镜13的反射面上。
借助射束成型光学件12使由激光源布置11发射的光聚束，并且使其转向到能摆动的镜13的反射面的面积重心上。射束成型光学件12由光学透镜构成，或者由具有多个光学透镜的***构成。在射束成型光学件12和能摆动的镜13之间的间距借助运动装置120和控制装置100根据能摆动的镜13的摆动角来调节。在镜13摆动角为零度时，如下地设定在射束成型光学件12和能摆动的镜13之间的间距，使得在射束成型光学件12和镜13之间的间距与在镜13和光波长转换件14之间的间距之和等于射束成型光学件12的焦距。在镜13和射束成型光学件12或者镜13和光波长转换件14之间的间距分别从镜13的反射面的重心起测量。其分别称为镜13的反射面的面积重心到射束成型光学件12或者到光波长转换件14的最短距离。该间距通常不等于在光学件12和光波长转换件14之间的激光束的“路径长度”。
能摆动的镜13构造为微镜、特别是构造为微电子机械***微镜，也称为MEMS镜，并且能围绕两个摆动轴线摆动，其中，第一摆动轴线在图1的视图中垂直于绘图平面地定向，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)布置在镜13的反射面中并且相交于镜13的反射面的面积重心。镜13的围绕这两个摆动轴线的摆动运动借助摆动装置130来进行。镜13在水平面中围绕第一摆动轴线从其静止位置偏转了第一角范围±αmax中的角度，并且在垂直面中围绕第二摆动轴线从其静止位置偏转了第二角范围±βmax中的角度，以便逐行并逐列地扫描光波长转换件14的表面。
光波长转换件14由涂覆了荧光材料的、能透光的蓝宝石薄片构成，其中应用掺杂有铈的钇铝石榴石(YAG:Ce)作为荧光材料。荧光材料借助由激光源布置11发射的激光来激发。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，该次级光在从520纳米至590纳米的波长范围中具有强度最大值。因此，光波长转换件14发射了白光16，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。荧光材料颗粒起到光散射的作用，从而由光波长转换件14产生的次级光具有近似朗伯光分布(lambert’scheLichtverteilung)。蓝宝石薄片的涂覆了荧光材料的面具有在0.5mm2至500mm2的范围中的尺寸，从而光波长转换件14自身能够应用为机动车探照灯的白色光源或者其他的投影应用。
运动装置120和摆动装置130例如构造为伺服电动机或者作为压电元件，其运动或者振动借助于控制装置100来同步，从而随着镜13的围绕其摆动轴线的摆动角的增加，在射束成型光学件12和镜13之间的间距减少，如此，使得激光束在光波长转换件14上的激光点的直径与镜13的摆动位置无关。
在图1中为了详细阐述，示意性示出了由激光源布置发射的激光束对于镜13的两个不同摆动角的和射束成型光学件12的两个相应调整了的位置的光路。借助实线在图1中示出镜13的静止位置，其相当于围绕这两个摆动轴线的摆动角分别为零度。在镜13的该位置中，激光束15例如居中地聚焦到光波长转换件14的表面上。在射束成型光学件12和镜13之间的间距与在镜13和光波长转换件14之间的间距之和在这种情况下等于射束成型光学件12的焦距，从而具有最小激光点直径的激光束居中地成形在光波长转换件14的表面上。
借助虚线在图1中示意性示出了镜13的与静止位置不同的第二摆动位置。在镜13的该位置中，激光束15‵偏心地聚焦到光波长转换件14的表面上。为了补偿之前结合图4所描述的、由于镜13从其静止位置起的偏转而导致的激光束15‵的光路延长，与镜13的摆动运动同步地相应地调节射束成型光学件12到镜13的间距，以使得激光束在光波长转换件14上的最小激光点直径与镜13的摆动角无关地保持不变。特别是随着镜从其静止位置起的偏转的增加，不管符号是正还是负并且不管围绕哪个摆动轴线，相应地减少在射束成型光学件和镜之间的间距，以便补偿由于镜13的偏转而导致激光束光路延长。
可替换地，在根据本发明的第一实施例的照明装置中，能够如下地构造激光源布置11，使得其产生未准直的激光束，即由射束成型光学件12转向到能摆动的镜13上。在这种情况中，除了或代替射束成型光学件12，激光源布置11布置成相对于能摆动的镜13可运动，并且如下地构造装置120，使得除了或代替在能摆动的镜13和射束成型光学件12之间的间距地，借助于该装置能改变在能摆动的镜13和激光源布置11之间的间距。
在图2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在于射束成型光学件12‵的不同设计方案。在全部其他细节中，根据本发明的第一和第二实施例的照明装置是一致的。因此，在图1和2中对于照明装置的相同组件应用相同的参考标号，并且对于其的说明参阅对根据本发明的第一实施例的照明装置的说明。因此，下面仅详细地阐述在根据本发明的第二实施例的照明装置中的区别。
射束成型光学件12‵在根据本发明的第二实施例的照明装置中由光学透镜或光学透镜***构成，其光学特性能够借助调整装置120‵来改变。例如射束成型光学件12‵是以下光学透镜，其由柔性的、透明的材料构成并且其形状能够借助调整装置通过施加压力来改变，从而能够改变射束成型光学件12‵的焦距。可替换地，射束成型光学件12‵能够构造为光学透镜***，其焦距能借助于调整装置120‵来改变。
在图2中为了详细阐述，示意性示出了由激光源布置11发射的激光束对于镜13的两个不同摆动角的和射束成型光学件12‵的两个相应调整了的焦距的光路。借助实线在图2中示出镜13的静止位置，其相当于围绕这两个摆动轴线的摆动角分别为零度。在镜13的该位置中，激光束15居中地聚焦到光波长转换件14的表面上。
借助虚线在图2中示意性示出了镜13的与静止位置不同的第二摆动位置。在镜13的该位置中，激光束15‵偏心地聚焦到光波长转换件14的表面上。为了补偿之前结合图4描述的、由于镜13从其静止位置起的偏转而导致的激光束15‵的光路延长，与镜13的摆动运动同步地相应调节射束成型光学件12的焦距，从而激光束在光波长转换件14上的最小激光点直径与镜13的摆动角无关地保持不变。特别地，随着镜从其静止位置起的偏转的增加，不管符号是正还是负并且不管围绕哪个摆动轴线，扩大射束成型光学件12‵的焦距，以便补偿由于镜13的偏转而导致的激光束光路延长。借助于控制装置100使得对射束成型光学件12‵的调节与镜13的摆动运动相匹配。
在图3中示意性示出了根据本发明的第三实施例的照明装置。根据本发明的第三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14‵和其运动装置140的不同设计方案。在全部其他细节中，根据本发明的第一和第三实施例的照明装置是一致的。因此，在图1和3中对于照明装置的相同组件使用相同的参考标号，并且对于其的说明参阅对于根据本发明的第一实施例的照明装置的说明。因此，下面仅仅详细地阐述在根据本发明的第三实施例的照明装置中的区别。
光波长转换件14‵由涂覆了荧光材料的、能透光的蓝宝石薄片构成，其中应用掺杂有铈的钇铝石榴石(YAG:Ce)作为荧光材料。荧光材料借助由激光源布置11发射的激光来激发。其将也称为初级光的激光成比例地转换为波长更大的次级光，该次级光在从520纳米至590纳米的波长范围中具有强度最大值。光波长转换件14‵因此发射了白光16，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。荧光材料颗粒起到光散射的作用，以使得由光波长转换件14‵产生的次级光具有近似朗伯光分布。蓝宝石薄片的涂覆了荧光材料的面具有在0.5mm2至500mm2的范围中的尺寸，从而光波长转换件14‵自身能应用为机动车探照灯的白色光源或其他的投影应用。光波长转换件14‵布置成相对于镜13可运动。特别地，光波长转换件14‵到镜13的间距借助运动装置140来改变。运动装置140例如构造为压电元件或伺服电动机，其振动或者运动借助于控制装置100与镜13的摆动装置130的振动或者运动同步。优选地，除了光波长转换件14‵之外，布置在光波长转换件14‵下游的次级光学部件(未示出)与光波长转换件14‵一起运动。次级光学部件例如是机动车探照灯的组成部件，并且用于将在光波长转换件14‵处产生的光分布映射到机动车前方的行车道上。
在图3中为了详细阐述，示意性示出了由激光源布置11发射的激光束对于镜13的两个不同摆动角的和光波长转换件14‵的两个相应调整了的位置的光路。借助实线在图3中示出镜13的静止位置，其相当于围绕这两个摆动轴线的摆动角分别为零度。在镜13的该位置中，激光束15居中地聚焦到光波长转换件14‵的表面上。
借助于虚线在图3中示意性示出了镜13的与静止位置不同的第二摆动位置。在镜13的该位置中，激光束15‵偏心地聚焦到光波长转换件14‵的表面上。为了补偿之前结合图4所描述的、由于镜13从其静止位置起的偏转而导致的激光束15‵的光路延长，与镜13的摆动运动同步地相应调节光波长转换件14‵到镜13的间距，从而激光束在光波长转换件14‵上的最小激光点直径与镜13的摆动角无关地保持不变。特别地，随着镜13从其静止位置起的偏转的增加，不管符号是正还是负并且不管围绕哪个摆动轴线，相应地减少在光波长转换件14‵和镜13之间的间距，以便补偿由于镜13的偏转而导致的激光束15‵的光路延长。
本发明不局限于前面详细阐述的本发明的实施例。例如，能摆动的镜13能够由两个镜的序列来代替，它们分别仅能围绕一个摆动轴线摆动，其中这两个镜的摆动轴线彼此正交地布置。此外，这三个实施例的各个组件也能够彼此组合。例如可行的是，不仅光波长转换件、而且射束成型光学件和激光源布置也构造成可运动的，或者射束成型光学件的焦距附加地构造成能改变的。根据前面详细阐述的实施例的照明装置的光波长转换件14或者是14‵在透射情况下运行。然而可替换地，通过例如由光波长转换件14或者是14‵的背离能摆动的镜13的侧面反光设计的方式，光波长转换件14或者是14‵也能够在反射情况下运行。
此外，能够如下地构造装置100，120，120‵，130和140，使得借助所述装置，根据镜13的摆动位置，如下地改变在镜13和射束成型光学件12或光波长转换件14‵之间的相应的间距或者射束成型光学件12‵的焦距，即，在光波长转换件14或者14‵上的激光点的直径为能预定的数值，该数值能够与镜13的摆动位置相关，并且能根据镜13的摆动位置以能预定的方式地变化。对前述间距的调节或者对射束成型光学件12‵的焦距的调节也不必一定追求在光波长转换件14或者是14‵上的激光点直径的最小尺寸。

Claims (9)

1.一种具有激光源布置(11)、光学部件(12)和至少一个能摆动的镜(13)以及至少一个光波长转换件(14)的照明装置，其中，所述光学部件(12)和至少一个能摆动的所述镜(13)构造成，使得由所述激光源布置(11)产生的激光通过所述光学部件(12)和至少一个能摆动的所述镜(13)朝向所述光波长转换件(14)转向，其特征在于，设置有用于补偿由于至少一个能摆动的所述镜(13)的摆动运动导致的所述激光的光路延长或缩短的器件，所述激光由所述激光源布置(11)产生并且通过所述光学部件(12)以及至少一个能摆动的所述镜(13)转向到至少一个所述光波长转换件(14)上，其中，所述照明装置中设置了用于与所述镜(13)的所述摆动运动同步地调节在所述光学部件(12)和至少一个能摆动的所述镜(13)之间的间距的控制装置(100)。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述器件包括用于根据至少一个能摆动的所述镜(13)的摆动位置改变所述光学部件(12)和至少一个能摆动的所述镜(13)之间的间距的装置(120)。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其中，所述器件包括用于根据至少一个能摆动的所述镜(13)的摆动位置改变所述激光源布置(11)和至少一个能摆动的所述镜(13)之间的间距的装置。
4.根据权利要求1所述照明装置，其中，所述器件包括用于根据至少一个能摆动的所述镜(13)的摆动位置改变所述光学部件(12)的光学特性的装置(120‵)。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述器件包括用于根据至少一个能摆动的所述镜(13)的摆动位置改变在至少一个能摆动的所述镜(13)和至少一个所述光波长转换件(14)之间的间距的装置(140)。
6.根据权利要求1或4所述的照明装置，其中，设置了用于与至少一个能摆动的所述镜(13)的所述摆动运动同步地调节所述光学部件(12‵)的焦距的控制装置(100)。
7.根据权利要求1或5所述的照明装置，其中，设置了用于与至少一个能摆动的所述镜(13)的所述摆动运动同步地调节在至少一个能摆动的所述镜(13)和至少一个所述光波长转换件(14‵)之间的间距的控制装置(100)。
8.根据权利要求1或2所述的照明装置，其中，至少一个能摆动的所述镜(13)构造为微电子机械***镜。
9.根据权利要求1或2所述的照明装置，其中，所述激光源布置(11)产生波长来自从380纳米至490纳米的波长区域中的光，并且至少一个所述光波长转换件(14，14‵)构造成，使得波长来自从380纳米至490纳米的所述波长区域的光成比例地转换为在从520纳米至590纳米的波长区域中具有强度最大值的光。
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