DE102015103179A1

DE102015103179A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102015103179A1
Application number: DE102015103179.5A
Authority: DE
Inventors: Karsten Eichhorn; Mirco Götz
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Scheinwerfer, mit einer Lichtquelleneinheit enthaltend eine erste Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer ersten Lichtfarbe, eine zweite Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer zweiten Lichtfarbe und eine dritte Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer dritten Lichtfarbe, und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit eine Anzahl von jeweils den Laserlichtquellen zugeordneten Optikelementen aufweist, wobei den Laserlichtquellen jeweils ein einziges Optikelement zugeordnet ist zur Erzeugung einer Teillichtverteilung in einer der Laserlichtquelle entsprechenden Lichtfarbe, wobei das Optikelement derart ausgebildet und/oder angesteuert ist, dass die Lichtverteilung durch Überlagerung der durch die Optikelemente erzeugten Teillichtverteilungen unterschiedlicher Lichtfarben gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Scheinwerfer, mit einer Lichtquelleneinheit enthaltend mindestens eine erste Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer ersten Lichtfarbe, eine zweite Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer zweiten Lichtfarbe und eine dritte Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer dritten oder gleichen Lichtfarbe, und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit eine Anzahl von jeweils den Laserlichtquellen zugeordneten Optikelementen aufweist.
Aus der DE 10 2008 012 316 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der als eine halbleiterbasierte Lichtquelle eine Laserdiode eingesetzt wird. Um eine Lichtverteilung mit Licht einer weißen Lichtfarbe bereitzustellen, ist ein Leuchtstoff zur Konversion des farbigen Lichtes in weißes Licht vorgesehen. Nachteilig hieran sind die bei der Konvertierung auftretenden Verluste sowie die nicht genutzte räumliche und zeitliche Kohärenz sowie die Bündelung des Laserlichtes.
Aus der DE 10 2012 002 232 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung eine Lichtquelleneinheit mit einer Mehrzahl von Laserlichtquellen sowie eine vorgelagerte Optikeinheit aufweist. Die Optikeinheit umfasst kein Konvertierungsmittel – wie beim vorgenannten Stand der Technik –. Die Optikeinrichtung umfasst stattdessen ein erstes Spiegelsystem und ein zweites Spiegelsystem, die jeweils Licht unterschiedlicher Lichtfarbe so umlenkt, dass eine Lichtverteilung mit weißer Lichtfarbe erzeugt wird. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist der relativ aufwendige und verlustbehaftete Aufbau mit zwei Spiegelsystemen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge enthaltend mehrere Laserlichtquellen derart weiterzubilden, dass der Aufwand zur Erstellung einer vorgegebenen Lichtverteilung weiter verringert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass den Laserlichtquellen jeweils ein einziges Optikelement zugeordnet ist zur Erzeugung einer Teillichtverteilung in einer der Laserlichtquelle entsprechenden Lichtfarbe, wobei das Optikelement derart ausgebildet und/oder angesteuert ist, dass die Lichtverteilung durch Überlagerung der durch die Optikelemente erzeugten Teillichtverteilungen unterschiedlicher Lichtfarben gebildet ist.
Nach der Erfindung ist den Laserlichtquellen jeweils ein einziges Optikelement zugeordnet, mittels derer jeweils Teillichtverteilungen unterschiedlicher Lichtfarbe erzeugt werden. Vorzugsweise sind die mittels der Optikelemente erzeugten Teillichtverteilungen gleich ausgebildet. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch die unterschiedliche Lichtfarbe. Durch Überlagerung der Teillichtverteilungen wird die vorgegebene Lichtverteilung in weißer Lichtfarbe erzeugt. Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung mittels der Optikelemente eine direkte Verteilung des Lichtes in einem Fahrzeugvorfeld.
Nach einer ersten Variante der Erfindung sind die Optikelemente jeweils als diffraktive Optikelemente ausgebildet, mittels dessen das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Laserlicht in einem definierten Winkel- und/oder Spektralbereich desselben gebeugt wird. Vorteilhaft weist das diffraktive Optikelement eine für den Betrachter nicht sichtbare Beugungsstruktur auf, mittels derer die Teillichtverteilung erzeugt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die diffraktiven Optikelemente auf einer gemeinsamen Optikplatte positioniert, die senkrecht zu einer optischen Achse der Laserlichtquellen angeordnet ist. Diese Optikplatte ist vorzugsweise eben angeordnet und einfach justierbar zu den Laserlichtquellen montierbar.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die diffraktiven Optikelemente austauschbar angeordnet, so dass in Abhängigkeit von dem gewählten diffraktiven Optikelement unterschiedliche Teillichtverteilungen erzeugbar sind.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung sind die Optikelemente als spiegelnde Optikelemente ausgebildet, die um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert sind. Vorteilhaft wird hierdurch ein direktes „Schreiben“ der Teillichtverteilung bzw. der vorgegebenen Lichtverteilung erzeugt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in Hauptabstrahlrichtung vor den Optikelementen ein Achromatelement vorgesehen, so dass ein nicht weißer Lichtanteil der von den Optikelementen abgestrahlten Teillichtbündeln in weißes Licht umgewandelt wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform und
2 eine Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge wird vorzugsweise als Scheinwerfer zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung 1, beispielsweise einer symmetrischen Abblendlichtverteilung, genutzt. In den 1 und 2 ist die Lichtverteilung 1 auf einem in einem Abstand zu der Beleuchtungsvorrichtung angeordneten Meßschirm dargestellt.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelleneinheit 2 enthaltend mindestens eine erste Laserlichtquelle 3 zur Abstrahlung eines Laserlichtes 3‘ in einer ersten Lichtfarbe, eine zweite Laserlichtquelle 4 zur Abstrahlung eines Laserlichtes 4‘ in einer zweiten Lichtfarbe und eine dritte Laserlichtquelle 5 zur Abstrahlung eines Laserlichtes 5‘ in einer dritten oder gleichen Lichtfarbe auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel strahlt die erste Laserlichtquelle 3 rotes Laserlicht 3‘, die zweite Laserlichtquelle 4 grünes Laserlicht 4‘ und die dritte Laserlichtquelle 5 blaues Laserlicht 5‘ ab.
Eine in Hauptabstrahlrichtung H der Beleuchtungsvorrichtung vor der Lichtquelleneinheit 2 angeordnete Optikeinheit 6 dient zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung 1. Die Optikeinheit 6 weist eine zu der Anzahl der Laserlichtquellen 3, 4, 5 entsprechende Anzahl von Optikelementen 7, 8, 9 auf. Die Optikelemente 7, 8, 9 sind als diffraktive Optikelemente ausgebildet, die eine solche Struktur aufweisen, dass von den Laserlichtquellen 3, 4, 5 abgestrahlte Laserlicht 3‘, 4‘, 5‘ zur vorzugsweise gleichen Teillichtverteilungen gebeugt wird. Ein erstes Optikelement 7 ist der ersten Laserlichtquelle 3 zugeordnet und strahlt ein erstes Teillichtbündel 7‘ ab. Ein zweites Optikelement 8 ist der zweiten Laserlichtquelle 4 zugeordnet und strahlt ein Teillichtbündel 8‘ ab. Ein drittes Optikelement 9 ist der dritten Laserlichtquelle 5 zugeordnet und strahlt ein Teillichtbündel 9‘ ab. Die Teillichtbündel 7‘, 8‘, 9‘ werden direkt über eine nicht dargestellte glasklare Abdeckscheibe der Beleuchtungsvorrichtung in die Umgebung abgestrahlt, wobei das erste Teillichtbündel 7‘ eine erste Teillichtverteilung, das zweite Teillichtbündel 8‘ eine zweite Teillichtverteilung und das dritte Teillichtbündel 9‘ eine dritte Teillichtverteilung erzeugen. Durch Überlagerung der ersten Teillichtverteilung, der zweiten Teillichtverteilung und der dritten Teillichtverteilung wird die Lichtverteilung 1 erzeugt. Während die Teillichtverteilungen jeweils Licht unterschiedlicher Lichtfarbe aufweisen, weist die Lichtverteilung 1 ausschließlich Lichtanteile mit einer weißen Lichtfarbe auf.
Die diffraktiven Optikelemente 7, 8, 9 sind auf einer gemeinsamen Optikplatte 10 angeordnet, die senkrecht zu optischen Achsen 11 der Laserlichtquellen 3, 4, 5 angeordnet ist. Die Optikplatte 10 bzw. die diffraktiven Optikelemente 7, 8, 9 sind verschiebbar, vorzugsweise quer zu den optischen Achsen 11 der Laserlichtquellen 3, 4, 5 angeordnet, so dass die diffraktiven Optikelemente 7, 8, 9 in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Lichtverteilung bzw. Teillichtverteilungen austauschbar sind.
Die diffraktiven Optikelemente 7, 8, 9 sind derart ausgebildet, dass das jeweils von den Laserlichtquellen 3, 4, 5 abgestrahlte Laserlicht 3‘, 4‘, 5‘ in einem definierten Winkel- und/oder Spektralbereich gebeugt wird, um die vorgegebene Teillichtverteilung 7‘, 8‘, 9‘ zu erzeugen.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann in Hauptabstrahlrichtung H vor den Optikelementen 7, 8, 9 ein Achromatelement 12 angeordnet sein, welches das Licht farbneutral abbildet.
Vorzugsweise weisen die erste Teillichtverteilung, die zweite Teillichtverteilung und die dritte Teillichtverteilung die gleiche Kontur auf. Sie unterscheiden sich lediglich hinsichtlich ihrer Lichtfarbe.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 sind die einzelnen jeweils den Laserlichtquellen 3, 4, 5 zugeordneten Optikelemente der Optikeinheit 6 als spiegelnde Optikelemente 13, 14, 15 ausgebildet.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Ein erstes spiegelndes Optikelement 13 ist der ersten Laserlichtquelle 3; ein zweites spiegelndes Optikelement 14 der zweiten Laserlichtquelle 4 und ein drittes spiegelndes Optikelement 15 der dritten Laserlichtquelle 5 zugeordnet.
Die spiegelnden Optikelemente 13, 14, 15 sind um eine Schwenkachse, die senkrecht zur optischen Achse 11 der Laserlichtquellen 3, 4, 5 verläuft und die senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung H verläuft, schwenkbar angeordnet. Die spiegelnden Optikelemente 13, 14, 15 werden entsprechend einer vorgegebenen Frequenz periodisch hin- und herbewegt, wobei entsprechende Teillichtbündel 13‘, 14‘ bzw. 15‘ zur Erzeugung einer ersten Teillichtverteilung, einer zweiten Teillichtverteilung und einer dritten Teillichtverteilung abgestrahlt werden. Durch Überlagerung der ersten Teillichtverteilung, der zweiten Teillichtverteilung und der dritten Teillichtverteilung wird die gewünschte Lichtverteilung 1 in weißer Lichtfarbe erzeugt.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform kann zusätzlich ein Achromatelement 16 in Hauptabstrahlrichtung H vor den spiegelnden Optikelementen 13, 14, 15 angeordnet sein, um die Bereitstellung der resultierenden Lichtverteilung in weißer Lichtfarbe zu gewährleisten.
Wie aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, sind den Laserlichtquellen 3, 4, 5 jeweils nur ein einziges Optikelement 7, 8, 9 bzw. 13, 14, 15 zugeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Lichtverteilung
2: Lichtquelleneinheit
3,3‘: Laserlichtquelle/Laserlicht
4,4‘: Laserlichtquelle/Laserlicht
5,5‘: Laserlichtquelle/Laserlicht
6: Optikeinheit
7,7‘: Optikelemente/Teillichtbündel
8,8‘: Optikelemente/Teillichtbündel
9,9‘: Optikelemente/Teillichtbündel
10: Optikplatte
11: optische Achse
12: Achromatelement
13, 13‘: spiegelnde Optikelemente/Teillichtbündel
14: spiegelnde Optikelemente
15: spiegelnde Optikelemente
16: Achromatelement
H: Hauptabstrahlrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008012316 A1 [0002]
DE 102012002232 A1 [0003]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Scheinwerfer, mit einer Lichtquelleneinheit enthaltend mindestens eine erste Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer ersten Lichtfarbe, eine zweite Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer zweiten Lichtfarbe und eine dritte Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht in einer dritten oder gleichen Lichtfarbe, und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit eine Anzahl von jeweils den Laserlichtquellen zugeordneten Optikelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass den Laserlichtquellen (3, 4, 5) jeweils ein einziges Optikelement (7, 8, 9; 13, 14, 15) zugeordnet ist zur Erzeugung einer Teillichtverteilung in einer der Laserlichtquelle entsprechenden Lichtfarbe, wobei das Optikelement (7, 8, 9; 13, 14, 15) derart ausgebildet und/oder angesteuert ist, dass die Lichtverteilung (1) durch Überlagerung der durch die Optikelemente (7, 8, 9; 13, 14, 15) erzeugten Teillichtverteilungen unterschiedlicher Lichtfarben gebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils den Laserlichtquellen (3, 4, 5) zugeordneten Optikelemente (7, 8, 9; 13, 14, 15) das auf sie treffende Laserlicht (3‘, 4‘, 5‘) in ein Teillichtbündel (7‘, 8‘, 9‘) verteilen, mittels dessen in einem Fahrzeugvorfeld die jeweilige Teillichtverteilung gebildet wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Überlagerung der Teillichtverteilungen gebildete Lichtverteilung (1) ausschließlich aus Lichtanteilen mit weißer Lichtfarbe besteht.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente als diffraktive Optikelemente (7, 8, 9) ausgebildet sind, mittels derer das von der Laserlichtquelle (3, 4, 5) abgestrahlte Laserlicht (3‘, 4‘, 5‘) in einem definierten Winkel- und /oder Spektralbereich desselben gebeugt wird, so dass Vorgaben hinsichtlich der vorgegebenen Teillichtverteilungen erfüllt werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven Optikelemente (7, 8, 9) auf einer gemeinsamen Optikplatte (10) sind, die senkrecht zu der optischen Achse (11) der Laserlichtquellen (3, 4, 5) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven Optikelemente (7, 8, 9) austauschbar angeordnet sind, so dass in Abhängigkeit von dem gewählten diffraktiven Optikelement (7, 8, 9) unterschiedliche Teillichtverteilungen erzeugbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente jeweils als spiegelnde Optikelemente (13, 14, 15) ausgebildet sind, die um eine senkrecht zur optischen Achse (11) der Laserlichtquelle (3, 4, 5) verlaufende Schwenkachse verschwenkbar angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelnden Optikelemente (13, 14, 15) entsprechend einer vorgegebenen Frequenz periodisch hin- und her bewegbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Hauptabstrahlrichtung (H) vor den Optikelementen (7, 8, 9; 13, 14, 15) ein Achromatelement (12, 16) vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Laserlichtquelle (3) rotes Laserlicht (3‘), von der zweiten Laserlichtquelle (4) grünes Laserlicht (4‘) und von der dritten Laserlichtquelle (5) blaues Laserlicht (5‘) abstrahlbar ist.