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CN110088526A - 用于机动车的照明装置 - Google Patents

用于机动车的照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照明装置，其包括由多个激光二极管组成的激光光源(2)以及矢量扫描器(3)，一个或多个由所述激光光源(2)的光产生的光束(L)射到所述矢量扫描器上。所述矢量扫描器(3)在照明装置(1)的运行中改变所述光束(L)的位置并且由此使由所述光束(L)产生的光点(SP)与照明装置(1)隔开距离地移动，以生成预先给定的光分布。所述光点(SP)移动的扫描速度和/或所述光点(SP)移动所沿的扫描路径可以通过矢量扫描器(3)改变。所述矢量扫描器(3)包括一个或多个MEMS构件，所述MEMS构件分别包括一个半导体芯片(5)，该半导体芯片由壳体(6)包围并且在该半导体芯片中集成有单独的反光镜(7)，所述光束(L)中的至少一个光束(L)射到该反光镜上。所述MEMS构件这样设计，使得反光镜(7)连续地倾斜以使光点(SP)移动。在相应MEMS构件上设置有用于检测相应MEMS构件(4)的温度(T)的温度传感器(8)。此外，所述照明装置(1)还包括控制装置(9)，该控制装置这样设计，使得该控制装置根据检测到的相应MEMS构件的温度(T)控制激光光源(2)的和/或设置在MEMS构件上的冷却元件的电功率，使得检测到的温度(T)不超过预先给定的温度阈值(TS)。

Description

用于机动车的照明装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的照明装置。
背景技术
由现有技术已知在机动车中使用扫描式照明装置，在该照明装置中光源的一个或多个光束通过扫描运动而偏转并且经由此光点被移动，以便在机动车的远场中产生预先确定的光分布、如近光。在这样的照明装置中经常使用所谓的MEMS构件(MEMS＝微机电系统)，在所述MEMS构件中光束的偏转经由集成于半导体芯片中的可连续移动的反光镜进行。
在传统的具有在其中包含MEMS构件的扫描式照明装置中存在如下问题：在经由激光光源产生要偏转的光束时在MEMS构件中出现对反光镜的高的热负荷，所述高的热负荷可导致照明装置的使用寿命减少或必要时也可导致其损坏。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种具有一个或多个MEMS构件的用于机动车的扫描式照明装置，其热负荷被减少。
所述任务通过根据权利要求1所述的照明装置来解决。本发明的进一步改进方案在从属权利要求中限定。
按照本发明的照明装置设置用于机动车并且包括由若干个激光二极管(即至少一个激光二极管)组成的激光光源以及矢量扫描器，由所述激光光源的光产生的一个或多个光束射到所述矢量扫描器上。
所述矢量扫描器设计为使得该矢量扫描器在照明装置的运行中改变所述一个或多个光束的位置并且由此使由所述一个或多个光束产生的光点与照明装置隔开距离地移动，以生成预先给定的光分布。在此，矢量扫描器的特点在于，光点移动的扫描速度和/或光点移动所沿的扫描路径可以通过矢量扫描器改变。因此可以产生非常灵活的不同的光分布。在该特征中，矢量扫描器不同于传统的行扫描器。为了使扫描速度或扫描路径变化，矢量扫描器包含合适的控制单元，该控制单元必要时可以集成于下面进一步描述的控制装置中。
按照本发明的照明装置的矢量扫描器具有一个或多个MEMS构件，所述MEMS构件分别包括一个半导体芯片，该半导体芯片由壳体包围并且在该半导体芯片中集成有单个反光镜，所述一个或多个光束中的至少一个光束射到该反光镜上。在此，所述MEMS构件设计为使得反光镜连续地倾斜以使光点移动。在一种优选的变型方案中，所述反光镜在俯视图中具有在1mm至6mm之间的最大延伸范围。为了使在MEMS构件中的反光镜倾斜，可以使用本身已知的执行机构，例如静电执行机构和/或磁性执行机构和/或压电执行机构。由于连续地倾斜的特征以及单个反光镜的使用，在本发明中使用的MEMS构件不同于由微镜组成的数字光模块，在所述数字光模块中反光镜仅可以占据两个离散位置。
按照本发明的照明装置的特征在于，在相应MEMS构件上、尤其是在相应MEMS构件的壳体内、然而必要时也在壳体外部设置有用于检测相应MEMS构件的温度的温度传感器。此外，所述照明装置包括控制装置，该控制装置设计为使得该控制装置根据检测到的相应MEMS构件的温度控制激光光源的和/或设置在MEMS构件上且电运行的冷却元件(例如帕尔贴元件)的电功率，使得检测到的温度不超过预先给定的温度阈值。如果存在，则所述冷却元件是按照本发明的照明装置的组成部分。如果在按照本发明的照明装置中仅激光光源的电功率(即不是冷却元件的电功率)被控制，则照明装置也不必包括冷却元件。
按照本发明的照明装置具有如下优点：以简单的方式通过在相应MEMS构件中的温度传感器以及基于该温度传感器的温度控制避免过热。根据设计方案，所述温度传感器可以以不同的方式实现。在一种优选的变型方案中，温度传感器是所谓的热敏电阻，在该热敏电阻中对温度的检测基于电阻测量。特别是也可以使用半导体元件作为温度传感器。
根据所述照明装置的变型方案，激光光源的电功率可以是不一样大的。在一种优选的设计方案中，激光光源的最大可调设的功率在100mW至6W之间。根据按照本发明的照明装置的设计方案，利用其激光光源可以生成例如具有450nm波长的单色激光，或必要时也生成白色激光。尤其是也存在如下可能性：在单色激光光源后面设置有例如由磷光体制成的转换元件，以便将单色光转换成由白光构成的光束。
在按照本发明的照明装置的一种有利的实施形式中，用于至少一个MEMS构件的温度传感器集成于对应的MEMS构件的壳体内部。
在按照本发明的照明装置的另一种优选的变型方案中，用于至少一个MEMS构件的温度传感器集成于半导体芯片中。尽管如此也存在如下可能性：用于至少一个MEMS构件的温度传感器固定在构件的壳体上并且因此不是半导体芯片的组成部分。
在另一种优选的变型方案中，因通过控制装置的控制而不被超过的温度阈值处于如下温度区间内，该温度区间对应于MEMS构件的壳体的在60℃至100℃之间、优选在60℃至80℃之间的温度。通过这样选择温度阈值而有效地避免使反光镜过热。
在本发明的另一种优选的变型方案中，所述控制装置设计为使得检测到的温度增加得越多，所述控制装置在检测到的温度的预先确定的温度范围(该温度范围优选在温度阈值处结束)内使激光光源的电功率降低得越多。电功率降低的程度或检测到的温度增加的程度尤其是通过所述参量在预先确定的温度范围内的变化来表现。
在另一种优选的实施形式中，按照本发明的照明装置的控制装置设计为使得该控制装置在检测到的温度达到预先给定的温度阈值或达到预先给定的温度阈值扣除公差值时切断激光光源。由此有效地避免照明装置的热过载。
根据变型方案，按照本发明的照明装置可以设置用于机动车中的不同的目的。在一种设计方案中，所述照明装置包括探照灯，该探照灯设计用于生成近光分布和/或远光分布作为预先给定的光分布。所述探照灯优选是前照灯。同样存在如下可能性：所述照明装置包括车辆信号灯、尤其是后灯和/或刹车灯，所述车辆信号灯设计用于通过预先给定的光分布产生信号功能。
在按照本发明的照明装置的另一种实施形式中，所述矢量扫描器包括单个MEMS构件，所述一个或多个光束射到该MEMS构件的反光镜上，其中优选单个光束射到所述反光镜上。根据照明装置的使用目的，所述单个光束可以包括白光亦或具有其它颜色。利用本发明的所述变型方案实现照明装置的紧凑结构。
在本发明的另一种变型方案中，所述矢量扫描器包括多个MEMS构件，多个光束中的各一个单独的光束射到其反光镜上，其中，所有单独的光束在经过MEMS构件之后重叠成所述光点。优选地，单独的光束的所述重叠得到白光，使得所述照明装置非常好地适合作为探照灯。所述单独的光束在该情况下优选具有相应的颜色：红、绿和蓝。
除上述照明装置以外，本发明还涉及一种机动车，该机动车包括一个或多个按照本发明的照明装置或所述照明装置的一个或多个优选的变型方案。
附图说明
接下来借助附图1详细描述本发明的一种实施例。图1以示意性侧视图示出按照本发明的照明装置的一种变型方案。
具体实施方式
在图1中示出按照本发明的以机动车的前照灯形式的照明装置1的一种实施形式。该照明装置包括激光光源2，该激光光源包括一个并且必要时也包括多个RGB激光二极管，用于产生单个白色激光光束L。所述激光光束在图1中示意性地通过对应的箭头示出。所述照明装置还包括矢量扫描器3，该矢量扫描器构造成单个MEMS构件。这样的MEMS构件本身已知并且包括单个半导体芯片，在该半导体芯片中集成有用于使至少一个元件在半导体芯片中移动的执行机构。
所述MEMS构件在图1的实施形式中包括刚才提到的半导体芯片5，该半导体芯片包括硅基底4，具有上方的反射用的涂层的反射镜处于所述硅基底上。此外，在半导体芯片5中集成有以热敏电阻形式的温度传感器8，该温度传感器进一步在下面详细地阐述。所述MEMS构件还包括矩形的壳体6，该壳体围绕半导体芯片5设置并且在该壳体的上侧上设置有透明的窗10。优选地，在此在半导体芯片5与壳体6之间的空间被气体(例如氦)填充。
来自激光光源2的激光光束通过所述窗10射到反射镜7上。激光光束在所述反射镜上被反射并且经由窗10再次到达外部，以便在机动车的远场中生成光点SP。在此，反光镜7可以连续地借助执行机构在半导体芯片中移动，以便由此引起光点SP的扫描运动。
区别于行扫描器，矢量扫描器3可以改变光点SP移动的扫描速度和/或光点移动所沿的扫描路径。为此设置有(未示出的)控制单元，该控制单元必要时也可以集成于示意性示出的控制装置9中。通过借助反光镜7使光点移动可以变化地通过探照灯产生合适的光分布，例如近光分布或远光分布。已经提到的控制装置9按照通信技术与矢量扫描器3连接并且也与激光光源2连接，如通过双箭头P示出的那样。
在传统的带有激光光源的矢量扫描器中存在如下问题：由于激光的高功率可能出现使MEMS构件过热，因为一部分激光束(通常5％或更少)被反光镜吸收。为了抑制MEMS构件的过热以及与之有关的可能的构件损坏或破坏，在此处描述的实施形式中使用温度传感器8。所述温度传感器检测MEMS构件的温度T并且将所述温度传输给控制装置9。在该控制装置中存储有温度阈值TS，该温度阈值在照明装置的运行中不允许被超过。因此，所述控制装置包括调节器，该调节器防止超过所述温度阈值。所述温度阈值优选处于如下温度区间内，该温度区间对应于MEMS构件的壳体的在60℃至100℃之间、优选在60℃至80℃之间的温度。
换句话说，通过所述控制装置9确保检测到的温度T保持低于温度阈值TS。这在此处描述的实施形式中通过如下方式实现，即控制装置可以改变激光光源2的电功率。如果检测到的温度T在此到达温度阈值TS附近，则激光光源2的电功率降低并且必要时激光光源也被切断，使得不会出现MEMS构件的过热。
在所述调节器的一种优选的实施形式中，检测到的温度增加得越多，则激光光源的功率通过控制装置9降低得越多。在此，功率降低的程度通过在预先给定的时间区间(例如1秒)内的功率下降来表现。类似地，温度增加的程度通过在相同的预先给定的时间区间内的温度上升来表现。类似地，在检测到的温度下降时可以根据下降的大小也再次提高激光光源的功率。由此，对温度的调节可以达到理论值，该理论值低于温度阈值TS。
在一种特殊的布置结构中，温度传感器的温度信号也可以用于操控设置在MEMS构件上的主动的冷却元件、例如帕尔贴元件，利用该冷却元件可以防止进一步的温度上升。在另一种实施形式中，所述温度信号也可以用于在温度较低时(例如对于低于-30℃的温度)操控设置在MEMS构件上的加热装置，以便将矢量扫描器保持在有利的工作范围中。
在上文中借助具有RGB激光光源的照明装置描述本发明，所述RGB激光光源生成白光，该白光射到单个MEMS构件上。必要时也可能的是，激光光源是单色激光光源，例如蓝色激光光源。在此，所述激光光源的光可以通过磷光体层转换成白色激光，该白色激光随后类似于图1中的实施形式射到MEMS构件上。同样存在如下可能性：产生具有颜色红、绿和蓝的三个激光光束，其中，每个所述激光光束射到具有对应反光镜的一个单独的MEMS构件上。通过反光镜的同步运动，各单个光束然后汇合成一个共同的光点，该光点通过将颜色红、绿和蓝混合而以白色出现。
此外，温度传感器8不是必须强制直接集成于MEMS构件的半导体芯片中。而是温度传感器也可以固定在半导体芯片的外部、但在MEMS构件的内部，例如固定在壳体6的内侧上。必要时，温度传感器也可以在MEMS构件上固定在壳体6外部的位置上。
此外，本发明也不限制于以机动车探照灯形式的照明装置。而是所述照明装置也可以是车辆信号灯，例如机动车的后灯，其中，在该情况下优选生成有色光点，例如红色。
在上文中所描述的本发明的实施形式具有一系列优点。尤其是在包括可变地调设的矢量扫描器和激光光源的照明装置中以合适的方式确保不会出现设计成MEMS构件的矢量扫描器的过热。这通过在MEMS构件中的温度传感器实现。在此，根据由所述温度传感器检测到的温度借助调节器实现不超过温度阈值。
附图标记列表
1 照明装置
2 激光光源
3 矢量扫描器
4 基底
5 半导体芯片
6 壳体
7 反光镜
8 温度传感器
9 控制装置
10 窗
P 双箭头
T 检测到的温度
TS 温度阈值
L 光束
SP 光点

Claims (12)

1.用于机动车的照明装置，其包括由若干个激光二极管组成的激光光源(2)以及矢量扫描器(3)，由所述激光光源(2)的光产生的一个或多个光束(L)射到所述矢量扫描器上，其中，所述矢量扫描器(3)在该照明装置(1)的运行中改变所述一个或多个光束(L)的位置并且由此使由所述一个或多个光束(L)产生的光点(SP)与该照明装置(1)隔开距离地移动以生成预先给定的光分布，其中，所述光点(SP)移动的扫描速度和/或所述光点(SP)移动所沿的扫描路径能够通过所述矢量扫描器(3)改变；
其中，所述矢量扫描器(3)具有一个或多个MEMS构件，所述MEMS构件分别包括一个半导体芯片(5)，该半导体芯片由壳体(6)包围并且在该半导体芯片中集成有单个反光镜(7)，所述一个或多个光束(L)中的至少一个光束(L)射到该反光镜上，其中，所述MEMS构件设计为使得所述反光镜(7)连续地倾斜以使所述光点(SP)移动；
其中，在相应MEMS构件上设置有用于检测该相应MEMS构件的温度(T)的温度传感器(8)；
其中，该照明装置(1)还包括控制装置(9)，该控制装置设计为使得该控制装置根据所述相应MEMS构件的检测到的温度(T)控制所述激光光源(2)的和/或设置在所述MEMS构件上的冷却元件的电功率，使得检测到的温度(T)不超过预先给定的温度阈值(TS)。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，用于至少一个MEMS构件的温度传感器(8)集成于所述壳体(6)内。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，用于至少一个MEMS构件的温度传感器(8)集成于所述半导体芯片(5)中。
4.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，用于至少一个MEMS构件的温度传感器(8)固定在所述壳体(6)上。
5.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述温度阈值(TS)处于如下温度区间内，该温度区间对应于所述MEMS构件的壳体(6)的在60℃至100℃之间、优选在60℃至80℃之间的温度。
6.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述控制装置(9)设计为使得检测到的温度(T)增加得越多，该控制装置在检测到的温度(T)的预先确定的温度范围内使所述激光光源(2)的电功率降低得越多。
7.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述控制装置(9)设计为使得该控制装置在检测到的温度(T)达到所述预先给定的温度阈值(TS)或达到所述预先给定的温度阈值(TS)扣除公差值时切断所述激光光源(2)。
8.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，该照明装置(1)包括探照灯，该探照灯设计用于生成近光分布和/或远光分布作为预先给定的光分布。
9.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，该照明装置(1)包括车辆信号灯、尤其是后灯和/或刹车灯，所述车辆信号灯设计用于通过所述预先给定的光分布产生信号功能。
10.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，所述矢量扫描器(3)包括单个MEMS构件，所述一个或多个光束(L)射到该单个MEMS构件的反光镜(8)上，其中优选单个光束(L)射到所述反光镜(8)上。
11.根据上述权利要求1至9之一所述的照明装置，其特征在于，所述矢量扫描器(3)包括多个MESE构件，多个光束(L)中的各一个单独的光束射到所述多个MESE构件的各反光镜(8)上，其中，所有单独的光束(L)在经过所述MESE构件之后重叠成所述光点。
12.机动车，其具有一个或多个根据上述权利要求之一所述的照明装置(1)。
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