CN107076384B - 用于借助于机动车前灯在车道上生成光分布的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助于机动车前灯在车道（8）上生成光分布的方法，其中至少一个在其强度方面可调制的激光束（2）借助于至少一个***控的射束偏转装置（3）在至少一个坐标方向上以扫描的方式被转向到光转换装置（5）上，以便在所述光转换装置处生成光亮图像（6），所述光亮图像借助于投影光学器件（7）作为光图像（6'）被投影到车道上，其中由激光束（2）借助于射束偏转装置（3）生成的图像通过借助于图像折叠装置（4）偏转激光束（2'）被划分，并且子图像关于划分线成镜像地以组成整个光亮图像（6）的方式被投影到光转换装置（5）上，以及一种相应的用于机动车的前灯，其中在射束偏转装置（3）与光转换装置（5）之间布置有图像折叠装置（4）。

Description

用于借助于机动车前灯在车道上生成光分布的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于机动车前灯在车道上生成光分布的方法，在该方法中至少一个在其强度方面可调制的激光束借助于至少一个***控的射束偏转装置在至少一个坐标方向上以扫描的方式被转向到光转换装置上，以便在该光转换装置处生成光亮图像，该光亮图像借助于投影光学器件作为光图像被投影到车道上。
本发明同样涉及一种用于机动车的前灯，该前灯具有至少一个激光光源，所述激光光源的激光束通过射束偏转装置以扫描的方式被转向到至少一个光转换装置上，该光转换装置具有用于光转换的磷光体；以及具有投影***，用于把在所述至少一个光转换装置处生成的光亮图像作为光图像投影到车道上。
背景技术
作为根据现有技术的前灯的示例，必须提及在EP 2 063 170 A2中示出的前灯，在该前灯的情况下为了利用防眩目的自适应的远光来对车道进行照明，可以根据其他交通参与者或根据如固有速度、曙暮光、天气等等之类的环境参数来空出确定的区域。这里，激光器的射束通过在两个空间方向上可移动的微镜被转向到发光面上，该发光面为了将激光转换成优选地白的光而包含所提及的磷光体。借助于透镜，发光面的光亮图像作为光图像被投影到车道上。
目前可使用的微镜在两个轴上或者仅仅在一个轴上谐振振荡，其中然而光分布中的最亮点处于扫描区域的边缘处。强度在两个轴中分别对应于正弦振荡，该正弦振荡具有处于镜的换向点处的最大值，因为在那里速度最慢。然而该现象与针对前灯所寻求的光分布不同，该光分布的强度分布应当与之相反。恰好在光分布的中心处需要高强度，为此必须在所使用的***中提供高激光功率、例如大数目的激光二极管，以便在光分布的最暗区域处实现足够高的强度。朝着边缘，于是通过调制将激光光源调光到分别所需的值，并且平均来说由此可以利用所设置的激光功率的仅仅大约13%。
发明内容
本发明的任务现在在于，实现被投影到道路上的光的均匀光分布，而不必为此设置过高的激光功率。
该任务利用开头所提及的类型的方法来实现，在该方法中根据本发明由激光束借助于射束偏转装置所生成的图像通过借助于图像折叠装置偏转激光束被划分，并且子图像关于划分线成镜像地以组成整个光亮图像的方式被投影到光转换装置上。
在许多应用情况下有利的是，激光束借助于射束偏转装置朝两个相对于彼此基本上正交的方向被偏转。
在其他应用中可能适宜的是，激光束为了生成作为光亮图像的光带而被扇出。
为了避免散射光所推荐的是，激光束在划分/折叠中心的区域中以光学/电学方式被遮没。
为了实现整个光亮图像的附加移位，可能合适的是，图像折叠装置为了光亮图像的移位而在至少一个坐标方向上借助于执行器被调节。
还有利的是，通过改变图像折叠装置与光转换装置的距离来确定子图像彼此的距离。以这种方式例如可以通过图像区域的重叠来生成更亮的区。
该任务同样利用开头所说明的类型的前灯来解决，其中根据本发明用于机动车的前灯具有至少一个激光光源，其激光束通过射束偏转装置以扫描的方式被转向到至少一个光转换装置上，该光转换装置具有用于光转换的磷光体；以及具有投影***，用于把在所述至少一个光转换装置处生成的光图像投影到车道上。
本发明的核心因此是，由激光束生成的图像在该图像在光转换装置中被转化之前被划分并且关于划分线成镜像地以组合方式被投影到光转换装置上。通过所述划分和折叠，原来亮的边缘区域到达关于划分线的中心，并且在机动车前灯中所期望的较高的亮度在图像中心处被生成，而为此不需要激光光源的特别高的功率。
如果图像折叠装置被构造为空心圆锥形镜，则射束图像原则上可以在任何方向上被划分和折叠。
为了在优选的坐标方向上进行划分和折叠，适宜的是，图像折叠装置被构造为具有至少两个彼此以一角度彼此倾斜的平的面的镜。在此适宜的是，该角度为5°至45°、优选地在10°至15°之间。
另一方面，在有些情况下可能有利的是，图像折叠装置被构造为圆锥形棱镜或者三角形棱镜或角锥棱镜。
为了避免不期望的散射光，所推荐的是，图像折叠装置在划分/折叠中心的区域中被构造为非反射性的。
在此，应当规定，划分/折叠中心的区域具有至少对应于激光束的宽度的尺寸。
在一个符合实际的实施方案中可以规定，图像折叠装置和光转换装置在两个射束偏转方向上的光学有效的尺寸的比例至少近似相等。
如果图像折叠装置在至少一个坐标方向上可移动地被支承并且可以借助于执行器被调节，则整个图像的附加移位是可能的。
附图说明
本发明连同另外的优点在下面根据在附图中阐明的示例性实施方式予以进一步解释。在所述附图中：
图1以示意图示出前灯的对本发明来说重要的部件及其关联，
图1a以图表示出射束偏转装置在两个相继的时间段内在一个坐标方向上的时间偏转走向，
图2以三个单个图示针对微镜的三个不同偏转角示出从激光光源直至光转换装置的光路，
图3示意性地示出折叠镜的弯曲区域中的射束走向，
图4a至4d以如图3那样的图示示出用于在弯曲区域中避免强的光散射的可能措施，
图5示出在使用折叠棱镜的情况下的示意性光路，
图6以详细视图示出在空心圆锥形折叠镜和光转换装置的区域中的射束走向，
图7以类似于图6的视图示出被展开的在仅仅一个坐标方向上进行扫描的射束在弯曲平面的折叠镜和光转换装置的区域中的射束走向，
图8a至8c详细地示出折叠镜的可能实施方式，
图9以类似于图1的图示示出具有透射光路的光转换装置和作为图像折叠装置的圆锥棱镜的使用，
图10a至10c详细地示出棱柱形图像折叠装置的不同实施方式，以及
图11a和11b以类似于图1的示意图示出发光范围调节或曲线光（Kurvenlicht）的附加实现。
具体实施方式
图1示意性地示出具有对本发明来说重要的部分的前灯、以及该前灯的射束走向，其中清楚的是，机动车前灯还包含许多其他部分，这些部分实现该前灯在机动车、如尤其是载客汽车或摩托车中的合理的使用。前灯的光技术出发点是激光光源1，该激光光源输出激光束2并且被分配这里未示出的激光操控装置，该激光操控装置用于供电以及用于监视激光发射或例如用于温度控制，并且还被设立用于调制所辐射的激光束的强度。与本发明关联地将“调制”理解为，激光光源的强度可以或者连续地或者在接通和关断的意义上脉冲式地被改变。重要的是，根据稍后予以进一步描述的镜处于哪个角位置，光功率可以类似地动态地被改变。附加地，还存在在一定时间内接通和关断的可能性，以便不照射或遮没（ausblenden）所定义的位置。用于通过扫描激光束来生成图像的动态操控方案的一个示例例如在2013年7月16日的本申请人的奥地利专利申请A 50454/2013中予以了描述。激光光源在实践中常常包含多个激光二极管、例如各1瓦特的例如六个激光二极管，以便实现所期望的功率或所要求的光通量。
激光光源1例如输出蓝光或UV光，并且通常具有准直光学器件以及聚焦光学器件，其中光学器件的构造尤其是依赖于所使用的激光二极管的类型、数目和空间放置、需要的射束质量和光转换装置处的所期望的激光光斑大小。
聚焦或成形的激光束2射到微镜3上，并且通过图像折叠装置4、在本示例中空心圆锥形辅助镜被反射到光转换装置5上，该光转换装置例如以已知的方式具有用于光转换的磷光体。磷光体例如将蓝光或UV光转化成“白”光。与本发明关联地将“磷光体”完全一般地理解成一种物质或一种物质混合物，其将一种波长的光转化成另一波长或波长混合的光、尤其是“白”光，这可以被归入术语“波长转换”。
使用发光颜料，其中输出波长一般而言比所发射的波长混合更短并且因此更富含能量。在此，所期望的白光印象通过加性颜色混合来产生。在此，将“白光”理解成这样的光谱组成的光，该光对人引起颜色印象“白色”。术语“光”当然不限于对人眼可见的辐射。针对光转换装置，例如可以考虑光电陶瓷，所述光电陶瓷是透明陶瓷、诸如YAG:Ce（掺杂铈的钇铝石榴石）。
在这一点上应当说明的是，在附图中，光转换装置被示出为透光的磷光体面，在所述磷光体面上一个扫描激光束或多个扫描激光束生成图像，该图像从相对侧出发被投影。然而也可以使用如下磷光体：在所述磷光体的情况下该激光束生成图像，该图像从磷光体的被激光束扫过的那侧出发被投影。换言之，不仅反射光路而且透射光路都是可能的，其中最后也不排除反射和透射光路的混合。
在本示例中围绕两个轴振荡的微镜3（完全一般地被称为射束偏转装置3）借助于驱动器信号***控，并且例如在两个彼此正交的方向上被置于恒定的、然而在许多情况下在x方向和y方向上不同的频率的振荡，其中这些振荡尤其是可以对应于微镜在相应轴上的机械固有频率。应当说明的是，尽管优选微镜的使用，但是也可以使用其他射束偏转装置、诸如可移动的棱镜。
激光束2''因此在光转换装置5上扫描，该光转换装置一般而言是平的，然而不必是平的，并且生成具有预先给定的光分布的光亮图像6。该光亮图像6现在利用投影***7作为光图像6'被投影到车道8上。在此，激光光源以高频率脉冲式地或连续地***控，使得根据微镜的位置不仅可以设定任意的光分布、例如远光/近光，而且可以迅速地改变所述光分布，如果特殊的地带或车道状况要求这样的话，例如如果行人或迎面而来的车辆通过传感器被检测到并且与此相应地期望改变车道照明的光图像6'的几何形状和/或强度的话。投影***7这里简化地被示出为透镜，并且术语“车道”这里被用于简化的图示，因为光图像6'实际上是位于车道上还是延伸超出车道不言而喻地依赖于当地情况。原则上，图像6'对应于到垂直面上的投影，并且像这样这里根据涉及机动车照明技术的相关标准还示出了“车道”。
在图1a中示出了微镜3这里在X方向上的角度偏转，并且两个相继的半周期用t1和t2来表示。由于图像折叠装置4、在图1中空心圆锥形镜的特殊的几何形状，在光转换装置5上并且因此在被投影到道路上的光图像6'上通过相应地偏转激光束2''生成两个子图像，在图1中在第一半周期t1期间生成左子图像并且在第二半周期t2期间生成右子图像。
在属于时间t1和t2的子图像是彼此间隔、直接彼此邻接、还是彼此重叠由图像折叠装置4与光转换装置5的距离以及由角度β来确定，其中该距离对应于在图1中绘出的激光束2''的长度。一般而言，尤其在遮没过程中，有利的是，所提及的区域直接彼此交界。如果光转换装置4更接近图像折叠装置4，其中该区域在摆动过程中两次被激光束穿过，出现的重叠可以在另一方面完全是所期望的，以便实现具有较高强度的照明的区域。在使用下面所示出的围绕多于一条的线划分并且折叠的图像折叠装置、例如图8c的情况下，关于重叠的上述考虑按意义适用。
根据三个彼此相叠（untereinanderliegend）的图示图2a、b、c，这还可以更好地看出。这里示例性地被示出为由激光二极管1a和聚焦光学器件1b构成的激光光源1根据图2a发出激光束2，该激光束在振荡中的微镜3处被反射，并且作为被反射的射束2'被转向到图像折叠装置4上。在本示例中，该图像折叠装置4被示出为镜，该镜不具有连续地平的面，而是具有两个相对于彼此稍微以角度β倾斜的子面，只要仅仅涉及图像在一个坐标方向上的折叠，所述子面就沿着弯曲线4z对接。然而可以将这样的具有两个相对于彼此倾斜的面的图像折叠装置使用在具有在两个坐标方向上的镜偏转的***中。
在空心圆锥形镜（图1）的情况下，该折叠中心不是线，而是一点，该点同样用4z来表示。
聚焦光学器件1b被设计为使得其焦距有利地落入到光转换装置5的中心区域中。以这种方式确保：由于相应激光束的由图像折叠装置决定的不同长度的光路，磷光体上的至少形成所期望的光分布的中心的那个区域清晰地被聚焦。因此可以“更精细地”遮没该区域中的交通参与者。
关于角度β，该角度这样依赖于图像折叠装置4到光转换装置的磷光体的距离、其尺寸、激光束的入射角、以及微镜的幅度、以及完全一般地组件相对于彼此的精确几何布置。该角度ß可以在1°至90°之间，并且在实践中为了能够实现紧凑构造而优选地在5°至45°之间、特别优选地在10°至15°之间。
鉴于紧凑的、节省空间的结构，有利的是，将激光光源1的一个激光二极管或多个激光二极管布置为使得所述激光二极管如图中所示出的那样具有其与磷光体平面或与布置在磷光体之后的成像***的光轴垂直的主辐射方向，或者必要时附加的偏转单元导致这样的光路。
回到图2，识别出，在微镜3的极限位置中，激光束2'被偏转为使得其作为被偏转的射束2''落入光转换装置5的中心中。在图2b和2c中可以看出微镜的两个极限位置。
现在参考图3，图3再次示出具有弯曲线4z和从微镜到达的激光束2'的图像折叠镜4。在弯曲线的区域中，由制造决定地，在镜4处总是可以预期边缘倒棱（Kantenverrundungen），也就是说，一般而言将从不存在完美的边缘，并且因此在激光束2'穿过该区域时恰好在该区域中可以预期散射光，如通过四个从弯曲线4z出发的箭头来表明的。
为了消除所述不期望的效应，可以如图4a和4b中所示出的那样在弯曲区域中或者在圆锥形镜的中心处设置缺口9，其中必要时在该缺口9之后还可以布置吸收面10。缺口9不产生干扰，因为借助于折叠镜9的相应区域总归仅仅生成光亮图像的相应外部区域。换言之，图像折叠装置4在划分/折叠中心4的区域中被构造为非反射性的。
替代地可以如图4c中所示出的那样将镜在弯曲区域中构造为具有吸收性涂层11。在图4d中示出了用于在弯曲区域中避免散射光的另一替代方案，也就是说，扫过镜的激光束2''在可能具有尺寸d（图4）的临界区域中被关断。这在图4d中在镜4之下的时间图中示出，其中识别出，激光光源从接通状态E出发在持续时间td期间被转变为关断状态A。
关于在空心圆锥形镜的情况下对应于直径d的所述尺寸d，有利的是，该距离至少对应于激光束的宽度或直径，因此不会发生激光束分成两半图像，如这在图4a中通过各两个紧密地彼此相邻的射束示出的。易于理解的是，该尺寸d可以在空心圆锥形镜的情况下对应于孔的直径，或者对应于缺口或开口9的宽度，并且具有其在根据图4d的“时域”中的等价物。弯曲线或尖峰可以完全一般地也被称为划分/折叠中心。
根据图5的图示将示出：图像折叠装置4也可以被构造为三角形棱镜，其中棱镜尖峰4s对应于与图像折叠镜关联地示出的弯曲线4z（弯曲中心）。这里也可以采取如下措施：尤其是通过在图4c或4d中所示出的激光的消隐（Austasten），在棱镜的尖峰或尖峰线4s的区域中避免散射光。
在图6中为了更好的阐明以类似于图1的放大图示出了：从微镜入射的激光束2'如何通过用作图像折叠装置4的空心圆锥形镜被偏转并且作为被偏转的激光束2''被投射到光转换装置5上。这里，射束偏转装置或微镜3在这里被称为x方向和y方向的两个彼此正交的方向上振荡，其中在道路上所生成的光图像6'在水平的x方向上典型地比在垂直的y方向上更宽。图像折叠装置4在x和y方向上的有效尺寸用A和B来表示，光转换装置5的对应尺寸用D和C来表示。
被扫描到光转换装置5上的图像因此同样具有较长和较短的侧，并且图像折叠装置4也必须与其适配。因此，光转换装置5的长度与宽度的比例有利地等于图像折叠装置4的长度/宽度比例，因此（关于图6）A/B基本上等于C/D。在此当然涉及图像折叠装置4和光转换装置5在射束偏转方向上的光学有效的尺寸。但是必须注意，这在实现如下面与图11a、b关联地所描述的曲线光或发光范围调节时不再适用，因为在此必须使光转换装置5的围绕图像折叠装置4的摆动区域的磷光体面更大。
如已经提到的那样，可以使用在x和y方向上振荡的微镜3，可是也可以使用仅仅在一个坐标方向、例如x方向上振荡的微镜来偏转从激光光源出发的激光束2，这特别是在激光束被扇出（aufgefächert）以便生成光带时有意义。在图7中识别出这样被扇出的激光束2'的入射及其在这里被构造为折叠镜的图像折叠装置4处的偏转。从该镜出发的、被划分并且被折叠的激光束2、2'然后在光转换装置5上作为光图像6'生成光带，该光带再次被组合，使得其亮区域处于中心处。
在图8a、8b和8c中更详细地示出图像折叠装置4的三个不同实施方式，也就是说，在图8a中示出将图像折叠装置4构造为空心圆锥形镜，在图8b中将图像折叠装置4构造为具有两个平面和弯曲线4z的镜，并且在图8c中示出用于在两个彼此正交的坐标方向上划分和折叠图像或激光束的镜的构造，其中必然地不仅存在第一弯曲线4z，而且存在与该第一弯曲线垂直的第二弯曲线4z'。
图9示出在使用图像折叠装置4的情况下的光路以及图像划分或折叠，该图像折叠装置在本情况下被构成为圆锥形棱镜。从图10a、10b和10c中可以得知图像折叠装置4作为棱镜的其他构造，其功能基本上对应于图8a、8b和8c中所示出的在那里被构造为镜的图像折叠装置。图10a示出在图9中已经示出的图像折叠装置4、即圆锥形棱镜，图10b示出具有尖峰线4s的用于在一个坐标方向上的划分和折叠的三角形棱镜，以及图10c最后示出具有尖峰4s的用于在两个坐标方向上的偏转或划分和折叠的角锥形棱镜10c。
从图像折叠装置4的存在也可以导出另外的功能，这在图11a和11b中予以示出。为此规定（然而这未详细地被示出）：图像折叠装置4、在图11a和11b中镜在至少一个坐标方向上被可移动地支承，并且可以通过执行器12来调节。在图11a中表明了：如果将图像折叠装置、即镜4摆动为使得进行扫描的和射到光转换装置5上的激光束2'也在高度上摆动并且在穿过投影***7之后导致光图像6'在高度方向上的相应摆动，则可以进行发光范围调整。
与此类似地，在图11b中示出了用于实现曲线光的侧向上的摆动，也就是说，被构造为镜的图像折叠装置4的摆动这里导致光图像6'的左右摆动。

Claims (17)

1.一种用于借助于机动车前灯在车道（8）上生成光分布的方法，在该方法中至少一个在其强度方面可调制的激光束（2）借助于至少一个***控的射束偏转装置（3）在至少一个坐标方向上以扫描的方式被转向到光转换装置（5）上，以便在所述光转换装置处生成光亮图像（6），所述光亮图像借助于投影光学器件（7）作为光图像（6'）被投影到所述车道上；
其特征在于，
由所述激光束（2）借助于所述射束偏转装置（3）所生成的图像通过借助于图像折叠装置（4）偏转所述激光束（2'）被划分，并且子图像关于划分线成镜像地以组成整个光亮图像（6）的方式被投影到所述光转换装置（5）上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束（2）借助于所述射束偏转装置（3）朝两个彼此基本上正交的方向被偏转。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光束（2，2'，2''）为了生成作为光亮图像（6，6'）的光带而被扇出。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光束（2）在划分/折叠中心（4z）的区域中以光学/电学方式被遮没。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述图像折叠装置（4）为了所述光亮图像或光图像（6或6'）的移位而在至少一个坐标方向上借助于执行器（12）被调节。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过改变所述图像折叠装置（4）与所述光转换装置（5）的距离来确定所述子图像彼此的距离。
7.一种用于机动车的前灯，具有至少一个激光光源（1），所述激光光源的激光束（2）通过射束偏转装置（3）以扫描的方式被转向到至少一个光转换装置（5）上，所述光转换装置具有用于光转换的磷光体，以及具有投影***（7），用于把在所述至少一个光转换装置处生成的光亮图像（6）作为光图像（6'）投影到车道（8）上；
其特征在于，
在所述射束偏转装置（3）与所述光转换装置（5）之间布置有图像折叠装置（4），使得由所述激光束（2）借助于所述射束偏转装置（3）所生成的图像通过借助于图像折叠装置（4）偏转所述激光束（2'）被划分，并且子图像关于划分线成镜像地以组成整个光亮图像（6）的方式被投影到所述光转换装置（5）上。
8.根据权利要求7所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）被构造为空心圆锥形镜。
9.根据权利要求7所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）被构造为具有至少两个彼此以一角度（β）倾斜的平的面的镜。
10.根据权利要求9所述的前灯，其特征在于，所述角度（β）为5°至45°。
11.根据权利要求9所述的前灯，其特征在于，所述角度（β）在10°至15°之间。
12.根据权利要求7所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）被构造为圆锥形棱镜、或者被构造为角锥棱镜。
13.根据权利要求7所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）被构造为三角形棱镜。
14.根据权利要求7所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）在划分/折叠中心（4z）的区域中被构造为非反射性的。
15.根据权利要求14所述的前灯，其特征在于，所述划分/折叠中心（4）的区域具有至少对应于所述激光束的宽度的尺寸（d）。
16.根据权利要求7至15之一所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）和所述光转换装置（5）在两个射束偏转方向上的光学有效的尺寸的比例至少近似相等。
17.根据权利要求7至15之一所述的前灯，其特征在于，所述图像折叠装置（4）在至少一个坐标方向上可移动地被支承并且能够借助于执行器（12）被调节。
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