CN111373195B - 用于机动车的照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照明设备，该照明设备包括：用于产生激光的激光光源(2)；以及具有反射的转换层(5)的转换单元(4)，在照明设备(1)的运行中，来自激光光源(2)的激光被定向到转换层上，使得在转换层(5)上产生白光源(Q)。还设置有反射器(6)，该反射器包括椭圆反射面(7)，该反射面对应于椭圆体(E)的部分区域，该部分区域包括椭圆体(E)的顶点(SP)，其中，反射器(6)成形并且设置成，使得椭圆体(E)的第一焦点(f1)位于白光源(Q)的内部并且白光源(Q)借助反射器(6)以真实的中间图像(Q’)的形式光学成像，所述中间图像包括椭圆体(E)的第二焦点(f2)。照明设备(1)还包括次级光学***(9)，通过该次级光学***由真实的中间图像(Q’)在机动车的周围环境中产生光分布。此外，在真实的中间图像(Q’)的位置处设置有用于限定机动车的周围环境中的光分布的光阑(8)。

Description

用于机动车的照明设备

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的照明设备以及一种相应的机动车。

背景技术

为了在机动车照明设备、例如前照灯中产生白光，已知使用转换层。所述层将单色光转换成白光。利用合适的光学***可以将所述白光转换成机动车周围环境中的光分布，例如近光分布或远光分布。

通常值得期望的是，适当地遮挡由机动车照明设备生成的光分布，以便例如在近光分布中生成明暗边界。在此，按常规光阑被定位在转换层上或邻近转换层，以便限定在那里产生的白光的发射。这一方面要求调整包含转换层的转换模块，并且另一方面通过光阑上的边缘散射引起射到转换层上的光的单色反射，这又对生成的光分布产生负面影响(眼睛安全性)。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于机动车的照明设备，利用该照明设备可以简单且有效地生成限定的光分布。

所述任务通过如下的用于机动车的照明设备来解决，该照明设备包括：用于产生激光的激光光源；转换单元，该转换单元包括反射的转换层，在照明设备的运行中来自激光光源的激光被定向到所述转换层上，使得在转换层上产生白光源；反射器，该反射器包括椭圆反射面，该反射面对应于椭圆体的部分区域，该部分区域包括椭圆体的顶点，其中，反射器成形并且设置成，使得椭圆体的第一焦点位于白光源的内部并且白光源借助反射器以真实的中间图像的形式光学成像，所述中间图像包括椭圆体的第二焦点；次级光学***，通过该次级光学***由真实的中间图像在机动车的周围环境中产生光分布，其中，在真实的中间图像的位置处设置有用于限定机动车的周围环境中的光分布的光阑。

按照本发明的照明设备设置用于机动车，例如轿车并且必要时也用于载重汽车。优选地，照明设备是机动车上的外部灯。在一种优选的实施形式中，照明设备包括前照灯或该照明设备是前照灯，利用该前照灯尤其是产生近光分布和/或远光分布的至少一部分。尽管如此，该照明设备必要时也可以是机动车上的其他的灯，例如尾灯。

如果在下文中并且尤其是在优选实施例中描述照明设备与机动车或机动车的部件之间的相互作用，则这总是如下地理解，即所述相互作用在照明设备设置或安装在机动车中时出现。因此，照明设备的与机动车或机动车的构件具有相应的相互作用的部件设计成，使得在照明设备设置或安装在机动车中时引起相互作用。

按照本发明的照明设备包括用于产生优选单色激光的激光光源。根据设计方案，激光光源在此可以包括一个激光二极管并且必要时也可以包括多个激光二极管。优选地，激光光源的功率在3瓦至10瓦之间。照明设备还包括转换单元或转换模块，该转换模块包括反射的转换层。在照明设备的运行中，来自激光光源的光这样被定向到所述转换层上，使得在转换层上产生白光源，白光源优选是点光源。

按照本发明的照明设备还包括反射器，该反射器包括椭圆反射面，该反射面对应于椭圆体的部分区域，该部分区域包含椭圆体的顶点并且优选包含椭圆体的仅一个顶点。反射器这样成形和设置，使得椭圆体的第一焦点位于白光源之内并且白光源借助反射器以真实的中间图像的形式光学成像，所述真实的中间图像包括椭圆体的与第一焦点不同的第二焦点。照明设备还包括次级光学***，通过该次级光学***由真实的中间图像在机动车的周围环境中产生光分布。

在此和在下文中，反射器通常理解为具有反射面的构件，该反射面反射大于50％的射入的射线并且因此具有大于50％的反射率。尤其是，反射率为70％或更大或者80％或更大。在一种特别优选的实施形式中，上述反射器的椭圆反射面更高地反射并且具有90％或更高、优选95％或更高的反射率。由此将光通量损失保持得很小。此外，反射器的反射面不必强制性地是连续的面，而是反射器必要时也可以是多面的并且由多个部分反射面组成。

在按照本发明的照明设备中，在真实的中间图像的位置上设置有用于限定机动车的周围环境中的光分布的光阑。通过这种方式可以简单地限定光分布的轮廓，而不产生不期望的单色反射，该单色反射在光阑设置在转换层上时出现。此外，通过使用椭圆的反射器可以确保具有高质量和低光通量损失的光学成像。此外，使用激光光源能够实现生成具有高亮度的光分布。此外，反射的转换层确保白光源的有效冷却，因为热量能够通过转换层的背面被导出。

在按照本发明的照明设备的一种特别优选的实施形式中，代表目标平面到反射器的椭圆反射面的顶点的距离的第一距离与代表源平面到反射器的椭圆反射面的顶点的距离的第二距离的比例在0.8至1.2之间的值范围内。在此，第一焦点设置在源平面中并且源平面垂直于椭圆体的延伸通过椭圆反射面的顶点的半轴延伸。此外，第二焦点设置在目标平面中并且目标平面垂直于椭圆体的延伸通过椭圆反射面的顶点的半轴延伸。根据所述实施形式，通过反射器引起的光学成像的成像比例在距离比例的所述值范围内。借助于这种成像比例可以实现反射器在照明设备中的设置，所述设置导致照明设备的小的结构深度并且允许高的光输出。

在一种特别优选的实施形式中，第一距离与第二距离的比例基本上为1。这尤其是通过以下方式实现，即在由椭圆体的延伸通过椭圆反射面的顶点的半轴和椭圆体的延伸通过第一焦点和第二焦点的半轴组成的对中，延伸通过顶点的半轴是短半轴。通过在短半轴方向上的对称设计，尽管在第一焦点与第二焦点之间有限的距离，仍实现成像比例为1。

在另一种优选的实施形式中，按照本发明的照明设备包括光学的光导体，通过该光导体将来自激光光源的激光引导至反射的转换层。由此能够实现激光光源在照明设备中的灵活定位。

次级光学***可以在按照本发明的照明设备中不同地设计。在一种变型方案中，次级光学***除了包含在照明设备中的椭圆反射器之外还包括一个或多个另外的反射器。替换地或附加地，次级光学***也可以包括一个或多个透镜。

在刚才描述的实施形式的一种优选的变型方案中，次级光学***的至少一个另外的反射器以及优选所有另外的反射器分别具有反射率为90％或更多并且优选95％或更多的反射面。此外优选地，次级光学***的至少一个透镜和尤其是所有透镜具有抗反射涂层。以这种方式，光通量损失保持得很低。

在另一种优选的实施形式中，从反射器、光阑和次级光学***的至少一部分中选出的至少两个元件并且尤其是所有元件构成一个整体的构件。次级光学***的所述至少一部分必要时也可以是整个次级光学***。优选地，次级光学***的所述至少一部分包括上述一个或多个其它反射器或上述一个或多个透镜。

通过刚才描述的整体构件的构造，在制造照明设备时就已经保证了集成在其中的光学单元彼此的精确布置结构。由此，照明设备的调整耗费保持得很低并且保证***的高稳固性。

除了上述照明设备，本发明还涉及一种机动车，其包括一个或多个按照本发明的照明设备或这些照明设备的优选的变型方案。

附图说明

下面借助附图1详细描述本发明的实施例。该附图示出按照本发明的照明设备的一种实施形式的示意性剖面图。

具体实施方式

本发明示例性地借助以前照灯形式的照明设备来阐述。所述前照灯在图1中仅示意性地示出并且用附图标记1标绘。出于清楚的原因省去了前照灯的壳体以及其透明的覆盖板，前照灯光通过该覆盖板从壳体中射出。

前照灯1包括激光光源2，该激光光源生成单色的激光，例如蓝色的激光。为此，激光光源包括一个并且必要时也包括多个激光二极管。通过由一个或多个光纤制成的光学的光导体3将该激光引导至转换单元或转换模块4。通过经由光导体3连接激光光源2，激光光源必要时可以设置成远离其余的前照灯。

在光导体3中引导的激光通过光导体的远离激光光源2设置的端部射出并且射到转换元件或转换层5上，所述转换元件或转换层是转换模块4的组成部分。转换层由本身已知的转换材料制成。例如，在发射波长为450nm/405nm的蓝色/紫色激光光源的情况下使用由氮化物磷光体或氧化氮化物磷光体或铈掺杂的YAG磷光体组成的磷光体转换层。转换层将入射的激光转换成白光。转换层在此是反射的，即经转换的白光从与激光射到转换层上的一侧相同的一侧离开转换层。使用反射的转换层能够实现该层的有效冷却，因为能够从转换层的整个背面导出热量。

在图1的实施形式中，借助转换层5实现基本上点状的白光源，该白光源通过黑色圆表示并且用附图标记Q标绘。点状的白光源在此位于下面还要描述的椭圆的反射器6的焦点f1中。白光源的光通过光射出窗(未示出)从转换单元4中射出。白光源的光路示意性地通过多个实线L表示，所述实线部分地作为箭头示出。这些线表示白光源Q的光线的走向。

白光源Q的光在图1的照明设备中射到反射器6上，该反射器以剖面示出并且形成(假想的)椭圆体E的部分区域。对于转换层4与光射出窗之间的典型的3mm至5mm的距离，反射器6典型地具有20mm至40mm之间的直径。在图1中同样以剖面示出椭圆体并且通过虚线表示。反射器6在内侧上具有带有高反射涂层的反射面7，以便由此将照明设备中的功率损耗保持得很小。椭圆体E的单个顶点SP位于反射面7上。

反射器6或椭圆体E的形状和布置结构这样选择，使得白光源Q位于椭圆体E的三个焦点的第一焦点f1上，从而通过反射器6在椭圆体E的第二焦点f2的位置上产生以真实的中间图像Q’形式的白光源Q的光学成像。真实的中间图像在图1中类似于白光源通过黑色圆表示。延伸通过两个焦点f1和f2的轴线a是椭圆体E的半轴。同样，垂直地延伸通过顶点SP的轴线b表示椭圆体E的半轴。在此，轴线a是长半轴并且轴线b是短半轴。

根据图1的示图，白光源Q位于源平面E1中，该源平面垂直于短半轴b延伸并且通过虚线表示。类似地，中间图像Q’位于目标平面E2中，该目标平面垂直于短半轴b延伸并且通过点划线表示。在图1的实施形式中，源平面E1和目标平面E2重合。这意味着，源平面E1到顶点SP的距离s与目标平面E2到顶点SP的距离s’大小完全相同。距离s和s’表示反射器6的光学成像的焦距。通过它们的比例确定光学成像的成像比例β，即β＝s’/s。反射器6的光学成像因此具有为1的成像比例。通过反射器6的前述设计方案和布置结构(其中短半轴b延伸穿过反射面7)，能够实现照明设备1的非常小的结构深度，因为两个焦点f1和f2能够彼此靠近地定位。

如已经提到的，通过反射器6在第二焦点f2处产生真实的中间图像Q’。由所述中间图像借助以具有反射面10的另一个弯曲的反射器9形式的次级光学***产生光分布，该光分布投射到机动车前方的道路11上。根据设计方案，可以生成近光分布和/或远光分布作为光分布。由于使用激光，在此实现了具有非常高亮度的光分布。

图1的实施形式的对本发明重要的方面在于，光阑8定位在Q’的周围环境中，该光阑限定中间图像Q’并且由此引起遮暗，这又表现为光分布中暗的区域，如通过竖直线8’示出。因此，利用光阑可以实现投射到道路上的光分布的合适的限定。例如，在生成近光分布时可以借助相应的光阑形状产生合适的明暗边界，以便由此避免使迎面来的交通参与者炫目。同样在前照灯通过可变的前照灯调节产生无炫目的远光的情况下，远光的无炫目区域通过光阑8实现。

通过在中间图像Q’的周围环境中使用光阑8，非常简单且灵活地引起遮暗，而不必进行转换模块4上的改变。此外，避免了由于激光在光阑边缘上散射而引起的不期望的单色反射。

在刚才描述的实施形式的一种优选的变型方案中，从反射器6、光阑8和反射器9中选出的至少两个元件构成一个整体的构件，这例如能够通过将所述元件通过注塑一体地构造来实现。以这种方式，确保了光学元件的精确的相对定位，而不必使这些光学元件相对于彼此以复杂的方式调整。优选地，与所述元件一体地也形成容纳部，转换模块4定位在该容纳部中，由此进一步降低了调整耗费。

图1的照明设备与反射器6生成光学成像，其成像比例具有值1。然而，本发明不限于成像比例为1的设置。而在按照本发明的照明设备中也可以使用具有其它成像比例的反射器。为了按照本发明的照明设备的小的结构深度，成像比例优选应位于0.8至1.2之间。

本发明的在上文中所描述的实施形式具有一系列优点。尤其是提供一种具有小的结构深度的机动车照明设备。通过使用具有高折光力的反射器，在此尽管结构空间小仍确保了短的焦距以及小的自遮暗和几乎无像差的成像。通过将光阑设置在中间图像的平面中可以避免单色的衍射效果，所述衍射效果在光阑定位在转换层上时由于在光阑边缘上的光散射出现。此外，通过使用激光光源确保产生具有高亮度的光通量。可选地，可以通过整体的结构(其中照明设备的多个元件形成整体的构件)最小化调整耗费或者克服对调节精度要求提高的问题。此外，使用反射的转换层能够实现该层的非常好的冷却。

附图标记列表

1 照明设备

2 激光光源

3 光导体

4 转换单元

5 转换层

6 反射器

7 椭圆反射面

8 光阑

8’ 暗的区域

9 反射器

10 反射面

11 街道

Q 白光源

Q’ 真实的中间图像

E 椭圆体

SP 顶点

f1 第一焦点

f2 第二焦点

a 长半轴

b 短半轴

s、s’ 焦距

L 光线

Claims (14)

1.用于机动车的照明设备，该照明设备包括：

——用于产生激光的激光光源(2)；

——转换单元(4)，该转换单元包括反射的转换层(5)，在照明设备(1)的运行中来自激光光源(2)的激光被定向到所述转换层上，使得在转换层(5)上产生白光源(Q)；

——反射器(6)，该反射器包括椭圆反射面(7)，该反射面对应于椭圆体(E)的部分区域，该部分区域包括椭圆体(E)的顶点(SP)，其中，反射器(6)成形并且设置成，使得椭圆体(E)的第一焦点(f1)位于白光源(Q)的内部并且白光源(Q)借助反射器(6)以真实的中间图像(Q’)的形式光学成像，所述中间图像在椭圆体(E)的第二焦点(f2)上产生；

——次级光学***(9)，通过该次级光学***由真实的中间图像(Q’)在机动车的周围环境中产生光分布，其中，在真实的中间图像(Q’)的位置处设置有用于限定机动车的周围环境中的光分布的光阑(8)。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，代表目标平面(E2)到反射器(6)的椭圆反射面(7)的顶点(SP)的距离的第一距离(s’)与代表源平面(E1)到反射器(6)的椭圆反射面(7)的顶点(SP)的距离的第二距离(s)的比例在0.8至1.2之间的值范围内，其中，第一焦点(f1)设置在所述源平面(E1)中并且该源平面(E1)垂直于椭圆体的延伸通过椭圆反射面(7)的顶点(SP)的半轴(b)延伸，并且第二焦点(f2)设置在所述目标平面(E2)中并且该目标平面(E2)垂直于椭圆体(E)的延伸通过椭圆反射面(7)的顶点(SP)的半轴(b)延伸。

3.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，所述第一距离(s’)与第二距离(s)的比例基本上为1。

4.根据权利要求3所述的照明设备，其特征在于，在由椭圆体(E)的延伸通过椭圆反射面(7)的顶点(SP)的半轴(b)和椭圆体的延伸通过第一焦点(f1)和第二焦点(f2)的半轴(a)组成的对中，延伸通过顶点(SP)的半轴(b)是短半轴。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于，该照明设备(1)包括用于机动车的前照灯。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于，反射器(6)的椭圆反射面(7)具有90％或更多的反射率。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于，该照明设备(1)包括光学的光导体(3)，通过该光导体，来自激光光源(2)的激光被引导至反射的转换层(5)。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述次级光学***(9)包括一个或多个另外的反射器和/或一个或多个透镜。

9.根据权利要求8所述的照明设备，其特征在于，至少一个另外的反射器具有反射率为90％或更多的反射面，和/或至少一个透镜具有抗反射涂层。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于，从次级光学***(9)的至少一部分、反射器(6)和光阑(8)中选出的至少两个元件构成一个整体的构件。

11.根据权利要求5所述的照明设备，其特征在于，照明设备(1)设计用于产生近光分布和/或远光分布的至少一部分作为机动车的周围环境中的光分布。

12.根据权利要求6所述的照明设备，其特征在于，反射器(6)的椭圆反射面(7)具有95％或更多的反射率。

13.根据权利要求9所述的照明设备，其特征在于，所述反射率为95％或更多。

14.机动车，其包括一个或多个根据权利要求1至13中任一项所述的照明设备(1)。

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