用于機動車的照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于機動車的照明裝置。該照明裝置包括一個或多個照明單元（1），每個照明單元（1）在運行中借助激光產生一個點狀光源（5）。另外還設有光學裝置（6），其這樣構造并且相對于照明單元（1）這樣設置，即由點狀光源（5）的光在通過所述光學裝置（6）之后產生預定的光分布。
【專利說明】用于機動車的照明裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于機動車的照明裝置。
【背景技術】
[0002]如今，在機動車中越來越多地使用LED照明裝置，借助它們產生適合用于車輛信號燈或前照燈的光分布。由于LED的亮度相對小，照明裝置尤其是為了產生大作用范圍的光而需要大的結構空間。在較小的結構空間中基于LED的照明裝置效率不高。另外很難借助LED以高精度形成任意形狀的光分布。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的任務在于提供一種用于機動車的照明裝置，借助該照明裝置可在小的結構空間中以高精度或高效率形成光分布。
[0004]該任務通過根據(jù)權利要求1的照明裝置來解決。本發(fā)明的擴展方案在從屬權利要求中被定義。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的照明裝置設置用于機動車、尤其是用于轎車并且可能情況下也用于貨車。該裝置包括一個或多個照明單元，這樣構造每個照明單元，使得其在運行中借助激光產生一個點狀光源?！包c狀光源”在此可理解為具有小發(fā)光面積和大光通量、即高亮度的光源，該光源相對于照明裝置的尺寸可被近似視為點狀，因而該光源的所有光線都源于一個唯一的點。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的照明裝置還包括光學裝置，其這樣構造并且相對于所述一個或多個照明單元這樣設置，使得點狀光源的光在通過所述光學裝置后產生預定的光分布。光學裝置在此可能由多個子單元構成，它們分別單獨地配置給一個照明單元。光學裝置也可構成一個連續(xù)的單元，所有照明單元的光都遇到該光學裝置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的照明裝置優(yōu)點在于，通過激光可以以簡單的方式產生很高亮度的點狀光源，從而可緊湊地選擇照明裝置、尤其是用于產生預定光分布的光學裝置的相應尺寸。點狀光源在俯視圖中、即在具有光源最大強度的主照射方向上看的最大延伸尺寸在一種特別有效的實施方式中為500 μ m或更小、優(yōu)選100 μ m或更小并且特別優(yōu)選20 μ m或更小。此外，點狀光源在俯視圖中優(yōu)選具有0.5mm2或更小、尤其是0.0lmm2或更小并且特別優(yōu)選
0.0002mm2或更小的發(fā)光面積。點狀光源尤其是具有多邊形發(fā)光面，其邊長具有500 μ m或更小并且優(yōu)選20 μ m或更小的長度。在此優(yōu)選這樣構造具有上述延伸尺寸的點狀光源，使得其產生IOOLm或更多和尤其是200Lm或更多的光通量和/或具有I瓦或更多的輻射功率和/或至少108Cd/m2和尤其是109Cd/m2或更多的亮度。這種點狀光源可僅借助激光、如使用激光二極管來實現(xiàn)。
[0008]基于使用點狀光源可毫無問題地通過設置在下游的光學裝置根據(jù)照明裝置的具體使用目的產生自由形狀的光分布。尤其是在此可在算法上特別簡單地確定用于產生確定光分布的光學裝置的形狀，因為相應計算以理想的點狀光源為出發(fā)點。為了計算光學裝置的形狀，尤其是可使用所謂的ITWM算法，該算法由弗勞恩霍夫工藝和經(jīng)濟數(shù)學研究所推出。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的一種方案中，至少一個照明單元在運行中產生點狀光源。該方案尤其適用于照明裝置應具有前照燈功能時。
[0010]在本發(fā)明的另一種特別優(yōu)選的方案中，至少一個照明單元具有一個或多個激光二極管、尤其是一個或多個單色激光二極管。現(xiàn)今這種激光二極管的亮度可產生具有高亮度的點狀光源。在此激光二極管的直接亮度顯著高于傳統(tǒng)的LED的亮度。藍色激光二極管的亮度目前約為7xl05W/cm2，而LED的亮度僅為20W/cm2。優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的照明裝置中使用光功率至少為I瓦并且尤其是在1.5和3.0瓦之間或1.5和5瓦之間的激光二極管。
[0011]在另一種特別優(yōu)選的方案中，至少一個照明單元具有轉換器，所述轉換器將一個或多個激光二極管的單色光轉換為白光。所述轉換器在此可包括磷光體轉換層，激光二極管的激光束借助光具(如透鏡)聚焦到該磷光體轉換層上，從而在磷光體轉換層上形成白色點狀光源。用于轉換單色光的磷光體轉換層是已知的。例如可在發(fā)射波長為450nm的藍色激光二極管中使用由Ce = YAG磷光體制成的磷光體轉換層來產生白光。對于波長為405nm的紫色激光尤其是可使用由摻鈰的氮化物磷光體或摻鈰的氮氧化物磷光體制成的磷光體轉換層。
[0012]為了將單色激光轉換為白光，必要時也可使用光導體，在所述光導體中多個單色激光二極管的單色激光束被適合地組合以形成白光。點狀白色光源在此可形成于光導體的出射面上。也可設置光具，該光具將來自光導體的白光適合地聚焦以形成點狀光源。
[0013]在本發(fā)明的另一種方案中，至少一個照明單元具有一個唯一的單色激光二極管，該激光二極管構成點狀光源。這種方案尤其適用于應借助該照明裝置發(fā)出具有特定顏色的光時。
[0014]根據(jù)具體應用情況安裝在照明裝置中的照明單元的數(shù)量可變化。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述照明裝置具有10個或更少的照明單元、尤其是3至6個照明單元。
[0015]根據(jù)具體應用情況，根據(jù)本發(fā)明的照明裝置具有不同功能。在一種實施方式中，所述照明裝置包括車輛前照燈。車輛前照燈的特征在于，其主動照亮車輛的周圍環(huán)境。可能情況下根據(jù)本發(fā)明的照明裝置也可包括車輛信號燈，車輛信號燈的特征在于其僅用于向其它道路使用者發(fā)出信號。在一種優(yōu)選實施方式中，所述照明裝置構造成，使得所述照明裝置在運行中作為預定的光分布可產生防眩目光特性。防眩目光特性是已知的并且也被規(guī)定在法律標準中(例如SAE標準)。防眩目光的特征在于所發(fā)出的光的角度分布具有水平的明/暗界限，以避免使對面的道路使用者眩目。通常將用于照亮車道邊緣的角度分布設計得更寬。另外防眩目光具有有限的作用范圍，其優(yōu)選約為65米。借助根據(jù)本發(fā)明的照明裝置可為防眩目光產生高對比度的明/暗界限。
[0016]在本發(fā)明的另一種方案，所述照明裝置構造成，使得所述照明裝置在運行中作為預定的光分布可產生遠光特性。遠光的光分布是已知的并且具有這樣的特征:所述光比防眩目光具有更大的作用范圍并且因此圍繞車輛軸線集中在更小的角度范圍內。尤其是遠光沒有作用范圍極限。在光值不變時光出射面的減少通常導致對面車輛受到的眩目值的提高。在遠光功能的情況下，結構尺寸的減小和因此眩目值的提高是沒有問題的，因為通常僅在不存在對面車輛時才設置遠光運行。盡管如此借助根據(jù)本發(fā)明的照明裝置也可在必要時實現(xiàn)無眩目遠光，其相對于對面車輛所處的陰影區(qū)域具有對比度盡可能高的垂直明/暗界限的光分布。點狀光源在此可基本精確地實現(xiàn)明/暗界限并且因而也在此情況下降低眩目作用。
[0017]在另一種優(yōu)選的方案中，除了點狀的、借助激光產生的光源之外，所述照明單元中的一個或多個還包括一個或多個傳統(tǒng)的LED或者說發(fā)光二極管，其所發(fā)出的光并非激光。在此這樣構造照明裝置，使得其可產生由一個或多個LED的光和點狀光源的光組合而成的光特性。優(yōu)選點狀光源在此產生光特性的精度要求特別高的部分。該光特性尤其仍可是遠光特性，其中點狀光源負責所述遠光特性的構成用于實現(xiàn)遠光作用范圍的中央遠光光點的部分。圍繞該遠光光點的具有較小作用范圍的光分布在此通過LED產生。必要時LED和點狀光源還可被開關以便單獨用于產生特定的光分布。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的照明裝置也可用于產生其它光分布。尤其是照明裝置也可具有多個不同前照燈或信號燈的功能。尤其是照明裝置也可包括白天行駛燈和/或閃爍燈和/或倒車燈和/或霧燈和/或轉彎燈和/或標記燈和/或尾燈和/或剎車燈和/或動態(tài)光點或類似物。
[0019]在另一種優(yōu)選實施方式中，所述照明裝置構造成，使得所述照明裝置在運行中作為預定的光分布可產生一個或多個預定結構、尤其是一個或多個面形狀和/或一個或多個帶條和/或一個或多個光點和/或一個或多個箭頭和/或一個或多個標志和/或一個或多個符號。
[0020]在本發(fā)明照明裝置中所使用的光學裝置根據(jù)具體應用情況可構造成不同的。優(yōu)選該光學裝置包括至少一個反射器和/或至少一個透鏡。
[0021]如上所述，照明裝置基于使用高亮度的點狀光源而具有緊湊的尺寸。在一種優(yōu)選實施方式中，所述光學裝置的最大延伸尺寸在俯視圖中(即在具有最大強度的主照射方向上看)為50mm或更小、尤其是30mm或更小。
[0022]除了上述照明裝置外，本發(fā)明還包括一種機動車，其具有一個或多個根據(jù)本發(fā)明的照明裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面借助圖1說明本發(fā)明的實施例。該附圖以示意圖示出根據(jù)本發(fā)明的用于機動車的照明裝置的結構。
【具體實施方式】
[0024]下面基于機動車前照燈形式的照明裝置來說明本發(fā)明，借助該前照燈主動照亮周圍環(huán)境。前照燈優(yōu)選涉及車輛的防眩目光或遠光。雖然如此，根據(jù)本發(fā)明的照明裝置也可構造為機動車中的信號燈、如剎車燈、閃爍燈和類似燈。
[0025]在圖1所示的照明裝置的實施方式中使用多個以附圖標記I表示的照明單元，在此僅示出照明單元之一并且其它單元可設置在所顯示的照明單元的旁邊、上方或下方。照明單元包括具有激光束出射面201的激光二極管2、作為透鏡示出的前置光具3及和磷光體轉換層4。在此為照明單元設置一個自由曲面6，該自由曲面在圖1的實施方式中構造為鏡反射器。在此可為每個照明單元設置單獨的自由曲面。也可為所有照明單元構造一個連續(xù)的自由曲面。
[0026]在此所描述的本發(fā)明實施方式中利用下述認識:激光二極管具有非常高的亮度，從而可在前照燈的相對小的結構空間的同時以高的光功率和精度形成前照燈光分布。在圖1的實施方式中在此使用發(fā)射波長為450nm的藍色激光二極管，其亮度約為7X 109W/m2。該激光二極管是大致點狀的光源，其輻射特性A被示意性示出。“點狀”在此表示，輻射面比照明裝置的其余組成部分要小得多，所以可非常近似認為激光二級管的所有光束從一個點出發(fā)。在圖1中照明單元I的尺寸LI在水平方向上大約為15mm。層4和自由曲面6之間的距離L2顯著大于尺寸LI并且處于3cm和IOcm之間。在此應指出，圖1的顯示并非按比例繪制。與此相反，由激光二極管在沿光軸O的俯視圖中產生一個邊長為IOym和15μπι的矩形形狀的發(fā)光面。
[0027]如圖1所示，通過前置光具3使激光二極管的輻射聚焦到磷光體轉換層4上。磷光體轉換層在此由現(xiàn)有技術已知并且用于從單色激光產生白光。在使用藍色激光二極管時優(yōu)選使用Ce:YAG磷光體作為磷光體轉換層的材料。根據(jù)激光二極管的發(fā)射波長也可使用其它材料。例如當使用發(fā)射波長為405nm的紫色激光二極管時，在一種優(yōu)選方案中使用由摻鈰的氮化物或摻鈰的氮氧化物制成的磷光體材料。
[0028]最后，通過磷光體轉換層產生白色光源5，與照明裝置的尺寸相比該白色光源也可被看作是點狀的，即由該光源發(fā)出的輻射非常近似源于一個唯一的點。點狀光源5的輻射特性在圖1中示意性示出并且用附圖標記A’表示。點狀光源5的輻射面延伸尺寸在沿光軸O的俯視圖中基于磷光體轉換層材料中的散射效應大于激光二極管2的輻射面延伸尺寸。大約形成邊長在500 μ m范圍內的輻射面?；诩す舛O管極高的亮度，為白色光源5形成明顯高于可由傳統(tǒng)LED實現(xiàn)的亮度。該亮度尤其是約為2X108Cd/m2。必要時也可實現(xiàn)更高的109Cd/m2和更高范圍中的亮度。
[0029]點狀白色光源5的光最終遇到反射器6，該反射器與白色光源隔開距離L2設置。反射面6僅示意性示出并且具有非對稱結構。這表示，激光照明單元I可與任何自由曲面結合使用，通過所述自由曲面可根據(jù)具體應用情況在遠場中產生希望的光分布、如防眩目光或遠光。在此有利的是，由于點狀白色光源5的亮度很高，為產生希望的光分布所需的結構空間極少。尤其是在形成遠光時自由曲面在垂直于光軸O的平面中的最大延伸尺寸僅在30到50mm的范圍中，這明顯小于在傳統(tǒng)的前照燈中的延伸尺寸。使用點狀白色光源還具有另一優(yōu)點:可在算法上簡單且高精度地計算出用于產生希望光分布的自由曲面6的形狀，例如借助開頭所提的ITWM算法。因此，不需要始終使用反射器作為自由曲面6，也可使用任意其它的具有透鏡形式或透鏡與反射器組合形式的自由曲面光具。
[0030]本發(fā)明的上述實施方式具有一系列優(yōu)點。通過使用激光可產生具有高亮度的點狀光源，從而可定義幾乎完美的自由曲面，通過所述自由曲面可高精度地形成所希望的光分布。通過使用激光還可實現(xiàn)電力消耗低的高效照明裝置。此外可減少照明裝置的結構空間，這在形成車輛遠光時尤為有利。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的照明裝置能夠在遠場區(qū)域上以良好的圖像質量有針對性地照明。此夕卜，借助該照明裝置可實現(xiàn)具有對比度極高的垂直明/暗界限的防眩目遠光，使得對面車輛所處的陰影區(qū)域盡可能窄。此外可實現(xiàn)高質量的防眩目光分布。另外，借助根據(jù)本發(fā)明的照明裝置也可形成不同類型的前照燈或信號燈。尤其是可形成標記燈、轉彎燈、霧燈，閃爍燈，剎車燈、尾燈、倒車燈、轉彎燈、動態(tài)光點或類似燈。在此本發(fā)明不限于產生白光，而也可在必要時將激光二極管的單色光直接用作點狀光源。該方案尤其用在信號燈中，所述信號燈通常以預定顏色(如紅色)發(fā)光。
【權利要求】
1.用于機動車的照明裝置，該照明裝置包括一個或多個照明單元(I)以及包括光學裝置(6)，每個照明單元(I)在運行中借助激光產生一個點狀光源(5)，光學裝置(6)這樣構造并且相對于所述一個或多個照明單元(I)這樣設置，即由點狀光源(5)的光在通過所述光學裝置(6)之后產生預定的光分布。
2.根據(jù)權利要求1的照明裝置，其特征在于，所述點狀光源(5)在俯視圖中具有500μπι或更小、優(yōu)選100 μ m或更小并且特別優(yōu)選20 μ m或更小的最大延伸尺寸。
3.根據(jù)權利要求1或2的照明裝置，其特征在于，所述點狀光源(5)在俯視圖中具有0.5mm2或更小、尤其是0.01mm2或更小并且特別優(yōu)選0.0002mm2或更小的發(fā)光面積。
4.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述點狀光源(5)在俯視圖中具有多邊形發(fā)光面，該多邊形發(fā)光面的各條邊分別具有500 μ m或更小并且優(yōu)選20 μ m或更小的長度。
5.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述點狀光源(5)構造成，使得所述點狀光源產生IOOLm或更多和尤其是200Lm或更多的光通量和/或具有I瓦或更多的輻射功率和/或至少108Cd/m2和尤其是109Cd/m2和更多的亮度。
6.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，至少一個照明單元(I)在運行中產生白色點狀光源(5)。
7.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，至少一個照明單元(I)具有一個或多個激光二極管(2 )、尤其是一個或多個單色激光二極管(2 )。
8.根據(jù)權利要求6和7的照明裝置，其特征在于，至少一個照明單元(I)具有轉換器，所述轉換器由一個激光二極管(2)或多個激光二極管(2)的單色光產生白光。
9.根據(jù)權利要求7和8的照明裝置，其特征在于，所述轉換器包括磷光體轉換層(4)，一個激光二極管(2 )或多個激光二極管(2 )的激光借助光具(3 )聚焦到該磷光體轉換層上，從而在磷光體轉換層上產生點狀光源(5 )。
10.根據(jù)權利要求7和8或9的照明裝置，其特征在于，所述轉換器包括光導體，多個單色激光二極管(2)的單色激光在該光導體中被組合以形成白光。
11.根據(jù)權利要求7至10之一的照明裝置，其特征在于，至少一個照明單元(I)具有一個構成點狀光源(5)的唯一的單色激光二極管(2)。
12.根據(jù)權利要求7至11之一的照明裝置，其特征在于，一個激光二極管(2)或多個激光二極管(2)具有至少I瓦和尤其是1.5~3.0瓦之間或1.5~5瓦之間的光功率。
13.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置具有10個或更少的照明單元(I)、尤其是3至6個照明單元(I)。
14.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置包括車輛前照燈。
15.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置包括車輛信號燈。
16.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置構造成，使得所述照明裝置在運行中作為預定的光分布可產生防眩目光特性。
17.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置構造成，使得所述照明裝置在 運行中作為預定的光分布可產生遠光特性。
18.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明單元(I)中的一個或多個還包括一個或多個LED，所述照明裝置可產生一種光特性，該光特性由一個或多個LED的光和點狀光源(5)的光組合而成。
19.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置構造成，使得所述照明裝置在運行中作為預定的光分布可產生一個或多個預定結構、尤其是一個或多個面形狀和/或一個或多個帶條和/或一個或多個光點和/或一個或多個箭頭和/或一個或多個標志和/或一個或多個符號。
20.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述光學裝置(6)包括至少一個反射器和/或至少一個透鏡。
21.根據(jù)上述權利要求之一的照明裝置，其特征在于，所述光學裝置(6)的最大延伸尺寸在俯視圖中為50mm或更小、尤其是30mm或更小。
22.機動車，包括一個或多個根據(jù)`上述權利要求之一的照明裝置。
【文檔編號】H01S5/00GK103765085SQ201280042897
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年10月17日 優(yōu)先權日:2011年10月28日
【發(fā)明者】H·艾德爾, A·海納菲 申請人:寶馬股份公司