【技术实现步骤摘要】
本申请涉及用于车辆的照明设备。
技术介绍
1、在车辆的照明
中，照明设备必须满足许多复杂的要求。这些要求有时彼此矛盾，并且在许多情况下要求折衷。
2、例如，由于其它车辆组件的空间要求和空气动力学考虑，关于能源效率以及边界条件的严格规范(例如成本压力、服务寿命要求和安装空间限制)存在高要求。与所提供的照明分布相关的质量要求(通过所谓的照明功能来描述)不断增加，并且例如在具有根据实心角定义的复杂、高分辨率照明分布的前大灯领域中表征为对宽光谱范围(例如白光)具有照明功能的期望。在许多应用领域中，例如在近光和转弯灯的情况下，特别要求不对称照明功能。此处同样要求照明设备的消色差特性，例如，以避免在照亮道路时出现色带和过亮的区块(所谓的“热点”)，以避免打扰车辆驾驶员和其他道路用户。这种干扰的示例是蓝色条纹，在移动车辆的情况下，例如可能会与来自紧急车辆的警告信号(称为圆形信标灯)混淆。可以找到其它车辆照明设备(例如尾灯、雾灯、日间行车灯、刹车灯或转向信号灯)的对应要求。
3、为了满足效率要求，可以将发光二极管(led)用作光源。由于led可实现的照度以及消散热功率损耗的需求，随着其发光功率的增加，高功率led的辐射表面也更大。例如，在当前可用的系统中，辐射表面为2.1x1mm2，发光通量为600流明，而4.4mm2的发光通量为1200流明。随着表面积的增加，这种在大实心角范围内发射的延伸辐射表面更难以准直，即，即使在准直之后，辐射仍具有残留发散，该残留发散通常太高以至于无法实现期望的照明功能。如果残留发散太高，
4、因此，效率和亮度要求以及对长服务寿命的要求与对最小残留发散的要求相冲突。另一方面，对改善延伸光源的准直的要求与例如与有限安装空间相关的要求相冲突。此外，期望的消色差特性使得光束成形系统必须具有尽可能少的色差，这同样可能与安装空间要求和成本要求相冲突。
5、fr 2 919 913公开了一种光源，该光源与用于点光源的准直仪和用于光束成形的设备相结合，特别是用于实现雾灯、尾灯或刹车灯的光束成形。在这种情况下，准直仪例如是理想地生成用于理想点光源的平行射线的tir(全内反射)透镜、菲涅耳透镜或圆顶透镜。但是，fr 2 919 913没有公开与如何处理有限延伸光源以及上面提到的热点(诸如可能由于使用如fr 2 919 913中所述的具有零阶或更高阶衍射的全息漫射器而造成的热点)问题相关的任何内容。
6、从现有技术中还已知使用反射镜进行光束成形的照明设备。但是，这种已知的布置常常不满足关于小安装空间和低成本的要求。
7、为了同时满足对消色差特性的要求，如果可能，那么准直和光束成形系统不应当具有任何色差。例如，如果光束成形和准直是通过反射光学单元(例如，用于准直的凹面镜和用于光束成形的分段反射镜系统)来实现的，那么这是可能的。但是，这种布置同样可能与安装空间和成本降低的要求背道而驰。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提供一种改进的照明设备，其在相当大的程度上同时满足上面提到的要求：
2、照明设备包括空间延伸的光源，该光源的照明表面大于0.5mm2。此外，该照明设备包括：非球面tir透镜，其被配置为准直来自空间延伸光源的光；以及折射漫射器，其被配置为基于准直的光生成照明分布。
3、tir(全内反射)透镜被理解为是指通过全内反射使入射光线的至少部分通过的光学装置。tir透镜将在下面更详细地解释。
4、非球面透镜被理解为是指其中折射表面中的至少一个具有偏离球形或平面形状的表面的透镜。
5、折射漫射器是本身已知的组件，其在表面上具有折射、散射或衍射特性。在本申请中，折射漫射器被理解为是指具有光滑表面剖面形状的漫射器，该漫射器不包含跳跃不连续并且其特性由光的折射决定。通常，此类漫射器具有“光滑”的“自由曲面”，该自由曲面通过波动光学器件计算，具有统计表面剖面。
6、在这种漫射器的情况下，由每个位置(例如在漫射器的表面上(该位置可以由x，y坐标指定))发射的光线总体上产生期望的照明分布。
7、在一些示例中，折射漫射器可以包括多个表面部分，每个表面部分包含光束成形所需的所有信息。例如，如果在此类折射漫射器的情况下照亮单个表面部分，那么在远场中产生期望的照明分布。该表面部分例如可以具有300-1000μm的尺寸。所有表面部分在此都可以以包含随机分布结构的方式进行计算。此外，所有表面部分都可以以它们在统计上彼此独立的方式来实施。此外，所有表面部分都可以以它们可以连续地彼此接合而不会产生可见边界的方式来实施。特别地，以这种方式有可能避免在接合的表面部分处存在跳跃不连续，并且特别是有可能确保折射漫射器在多个表面部分上连续可微分。
8、使用统计上独立的表面部分可以具有以下优点：可以显著减少由于在具有部分相干光的漫射器上出现的斑点(有时也称为光粒化或斑点图案)而发生的不均匀性。此外，将表面部分实施为可以以连续可微分的方式彼此接合的连续可微分的表面可以具有避免散射中心的优点，由此可以增加效率和可获得的对比度。
9、也称为连续或折射相位元素的此类结构的计算例如在j.néauport等人在appliedoptics的第42卷，第13期，第2377页上或者由k.-h.brenner等人在diffractive opticsand microoptics(domo)2000:conference edition；osatechnical digest，第237页，isbn1-55752-635-4中所解释的。
10、作为使用折射漫射器的结果，在相对小安装空间的情况下可以为照明设备获得大设计自由度。这允许安装空间最小化。此外，与衍射漫射器相反，折射漫射器不能具有与技术相关的零阶衍射，也不能具有不期望的更高阶衍射。因此，可以避免不期望的光效应(诸如热点和照明不均匀性)的发生。
11、理想的照明设备可以用这种照明设备来近似。这种理想的照明设备将由以下组件组成：完全可准直的光源(例如点光源)、确保理想准直的准直仪和具有复杂的低散射光束成形功能的高分辨率消色差光束成形光学单元。下面描述所描述的装置的优点，这些优点使得有可能近似这种理想的照明设备。
12、在一些示例中，折射漫射器是消色差折射漫射器。
13、消色差被理解为是指例如由于折射引起的光路的改变基本上不依赖于光的波长。这特别可以适用于波长范围，例如适用于具体的波长范围，例如适用于可见波长范围。
14、在m.cumme和a.deparnay的advanced optical technologies，第4卷，第1卷，第47-61页，2004中描述了这种折射漫射器的消色差特性。这些是基于衍射和折射特性的具体组合，在这种组合下，使用相反的角度色散来补偿色差。如上所述，这些消色差特性使得有可能提供改善的照明分布，该照明分布例如没有颜色条纹，例如白光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种照明设备(100)，包括：
2.如权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述折射漫射器(130，400)是消色差折射漫射器(400)。
3.如权利要求1或2所述的照明设备(100)，其中所述折射漫射器(130，400)被配置为接收具有残留发散的准直光，其中所述折射漫射器被配置为基于所述具有残留发散的准直光生成照明分布(140，500)。
4.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中所述消色差折射漫射器(400)具有光学漫射器表面(400)，该光学漫射器表面(400)被配置为基于所述准直光提供所述照明分布(140，500)，其中所述漫射器表面(400)是连续可微分的。
5.如权利要求4所述的照明设备(100)，其中所述漫射器表面(400)具有随机分布的结构(430，431)，该结构(430，431)具有凸形(430)和凹形(431)结构部分，其中所述结构部分具有15μm-500μm的横向尺寸。
6.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中照明分布(140，500)具有以下形状中的一种或多种
7.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中照明分布(140，500)具有以下强度分布中的一种或多种：
8.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中非球面TIR透镜(120，300，301)不是旋转对称的，并且其中非球面TIR透镜(120，300，301)位于从所述空间延伸光源(110，200，302)的中心点(M)开始的实心角范围内，其中该实心角范围基本上包括围绕所述空间延伸光源(110，200，302)的半空间。
9.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中所述空间延伸光源(110，200，302)具有包括在第一方向(R1)上的第一长度(L1)和在不同于第一方向(R1)的第二方向(R2)上的第二长度(L2)的形状，其中所述第一长度(L1)大于所述第二长度(L2)。
10.如权利要求9所述的照明设备(100)，其中所述非球面TIR透镜(120，300，301)在第一方向(R1)上具有第一范围(D1)并在第二方向(R2)上具有第二范围(D2)，其中所述第一范围(D1)大于所述第二范围(D2)。
11.如权利要求9和10中的任一项所述的照明设备(100)，其中非球面TIR透镜(120，300，301)被配置为生成所述空间延伸光源(110，200，302)的基本上旋转对称的准直。
12.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中非球面TIR透镜(120，300，301)具有轴(350)、第一表面(306)、第二表面(307)、出射表面(310)和反射器表面(308)，其中：
13.如权利要求12所述的照明设备(100)，其中非球面TIR透镜(120，300，301)包括在第一表面(306)和第二表面(307)之间的接合区域(309)，其中所述接合区域(309)具有不低于生产半径的表面形状并且以以下方式来设计：来自所述空间延伸光源(110，200，302)的通过接合区域的光分量以光分量基本上不影响照明分布的方式被偏转。
14.如权利要求13所述的照明设备(100)，其中至少70％比例的光分量被指向所述出射表面(310)的方向，而不指向所述反射器表面(308)。
15.如权利要求14所述的照明设备(100)，其中所述比例大于95％。
16.如权利要求12-15中的一项所述的照明设备(100)，其中所述第二表面(307)的自由形式借助于Q多项式来定义。
17.如前述权利要求中的一项所述的照明设备，其中所述折射漫射器包括至少一个包含混合结构(630)的区域，其中所述混合结构(630)包括所述消色差折射漫射器(400，610)与全局衍射结构(620)的组合。
18.如权利要求17所述的照明设备，其中所述全局衍射结构(620)包括菲涅耳透镜(621)。
19.如权利要求12和17或12和18所述的照明设备，其中所述至少一个区域填充第一表面(306)和/或第二表面(307)到所述折射漫射器(130，400)上的投影的至少一部分。
20.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中非球面TIR透镜(120，300，301)和折射漫射器(130，400)作为一个组件一件式形成。
21.如权利要求20所述的照明设备(100)，其中所述折射漫射器(130，400)与非球面TIR透镜(120，300，301)的出射表面(310)一件式形成。...
【技术特征摘要】
1.一种照明设备(100)，包括：
2.如权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述折射漫射器(130，400)是消色差折射漫射器(400)。
3.如权利要求1或2所述的照明设备(100)，其中所述折射漫射器(130，400)被配置为接收具有残留发散的准直光，其中所述折射漫射器被配置为基于所述具有残留发散的准直光生成照明分布(140，500)。
4.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中所述消色差折射漫射器(400)具有光学漫射器表面(400)，该光学漫射器表面(400)被配置为基于所述准直光提供所述照明分布(140，500)，其中所述漫射器表面(400)是连续可微分的。
5.如权利要求4所述的照明设备(100)，其中所述漫射器表面(400)具有随机分布的结构(430，431)，该结构(430，431)具有凸形(430)和凹形(431)结构部分，其中所述结构部分具有15μm-500μm的横向尺寸。
6.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中照明分布(140，500)具有以下形状中的一种或多种：
7.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中照明分布(140，500)具有以下强度分布中的一种或多种：
8.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中非球面tir透镜(120，300，301)不是旋转对称的，并且其中非球面tir透镜(120，300，301)位于从所述空间延伸光源(110，200，302)的中心点(m)开始的实心角范围内，其中该实心角范围基本上包括围绕所述空间延伸光源(110，200，302)的半空间。
9.如前述权利要求中的一项所述的照明设备(100)，其中所述空间延伸光源(110，200，302)具有包括在第一方向(r1)上的第一长度(l1)和在不同于第一方向(r1)的第二方向(r2)上的第二长度(l2)的形状，其中所述第一长度(l1)大于所述第二长度(l2)。
10.如权利要求9所述的照明设备(100)，其中所述非球面tir透镜(120，300，301)在第一方向(r1)上具有第一范围(d1)并在第二方向(r2)上具有第二范围(d2)，其中所述第一范围(d1)大于所述第二范围(d2)。
11.如权利要求9和10中的任一项所述的照明设备(100)，其中非球面tir透镜(120，300，301)被配置为生成所述空间延伸光源(110，2...
【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·库梅，阿诺德·派纳尼，罗曼·克莱丁森，
申请(专利权)人：卡尔蔡司耶拿有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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