DE102016216616A1

DE102016216616A1 - Beleuchtungssystem und Fahrzeugscheinwerfer mit einem Beleuchtungssystem

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Publication number: DE102016216616A1
Application number: DE102016216616.6A
Authority: DE
Inventors: Ricarda Schoemer; Jasmin Muster; Norbert Haas; Stephan SCHWAIGER
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Offenbart ist ein Beleuchtungssystem, insbesondere für einen Fahrzeugscheinwerfer, bei dem ein Matrix-System mit einem Laser Activated Remote Phosphor System (LARP-System) und/oder mit einem digitalen Lichtverarbeitungssystem, das eine Mikrospiegeleinheit hat, kombiniert ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Beleuchtungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer für ein Fahrzeug mit einem Beleuchtungssystem.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, für ein Fahrzeug einen sogenannten Matrix-Scheinwerfer einzusetzen. Dieser hat ein Modul mit einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneter Licht emittierender Dioden (LEDs). Jede einzelne LED in dem Modul kann separat angesteuert und beispielsweise ein- und ausgeschaltet oder gedimmt werden. In einem derartigen Matrix-Scheinwerfer kann insbesondere ein sogenannter „Adaptive-Driving Beam (ADB)“ oder ein „Adaptive Front Lighting System (AFS)“ realisiert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem und einen Fahrzeugscheinwerfer zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet sind und zu einer erhöhten Sicherheit führen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Beleuchtungssystems gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Fahrzeugscheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist ein Beleuchtungssystem, insbesondere für einen Fahrzeugscheinwerfer eines Fahrzeugs, vorgesehen. Dieses hat ein Matrix-System, das beispielsweise eine vergleichsweise grobe Auflösung haben kann. Das Matrix-System weist vorzugsweise eine Mehrzahl oder Vielzahl von insbesondere strukturiert angeordneten Strahlungsquellen auf, insbesondere Licht emittierende Dioden (LED). Die Leuchtdioden LED können dabei direkt emittierende Leuchtdioden sein oder sogenannte phosphorkonvertierende Leuchtdioden, bei denen das von den Leuchtdioden emittierte Licht, üblicherweise blaues Licht, auf einen nachgelagerten Leuchtstoff, üblicherweise ein in gelbes Licht konvertierender Leuchtstoff, fällt und teilweise in gelbes Konversionslicht umgewandelt wird, was zusammen mit dem nichtkonvertierten Blauanteil weißes Nutzlicht ergibt. Für Anwendungen in einem Fahrzeugscheinwerfer liegen die Farbkoordinaten des Nutzlichtes in einem sogenannten Weißfeld, das die ECE-Norm R48 erfüllt.
Vorteilhafterweise ist das Matrix-System mit einem Laser Activated Remote Phosphor System (LARP-System) und/oder mit einem digitalen Lichtverarbeitungssystem (digital light processing system (DLP-System)) kombiniert.
Das Laser-Activated-Remote-Phosphor(LARP)-System weist mindestens ein Konversionselement auf, üblicherweise ein in gelbes Licht konvertierender Leuchtstoff, das von blauer Laserstrahlung (Anregungsstrahlung) bestrahlt wird und daraufhin die blaue Anregungsstrahlung mindestens teilweise in gelbes Konversionslicht umwandelt, welches dann zusammen mit dem nichtkonvertierten Blauanteil (oder einem zusätzlich hinzugemischten Blauanteil) weißes Nutzlicht ergibt, das für Anwendungen in einem Fahrzeugscheinwerfer ebenfalls die ECE-Norm R48 erfüllt.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise mit dem Beleuchtungssystem zwei wesentliche Funktionen ermöglicht sind. Zum einen kann mit dem Matrix-System ein großer Winkelbereich ausgeleuchtet werden, für den eine relativ niedrige Orts-Auflösung des von den Matrix-Strahlungsquellen emittierten Lichts ausreicht, während zum anderen mit dem LARP-System und/oder mit dem Lichtverarbeitungssystem („DMD“) in einem Teil des Winkelbereichs – beispielsweise etwa 50% – Licht mit einer äußerst hohen Leuchtdichte oder Strahlungsintensität sowie mit einer hohen Ortsauflösung emittiert werden kann.
Würde beispielsweise dagegen ein reines Matrix-System eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Matrix-System mit Licht emittierenden Dioden (LEDs), so hätte dies eine zu geringe Auflösung, um z.B. sich dynamisch verändernde feinstrukturierte Beleuchtungsmuster auf der Straße zu erzeugen oder um Informationen beispielsweise auf eine Straße zu projizieren. Eine höhere Auflösung durch die Verwendung einer größerer Anzahl von LEDs mit einer jeweils kleineren Abstrahloberfläche wäre nur mit äußerst hohen Kosten und größerem Bauraum möglich, was wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Außerdem ist es mit einem derartigen üblichen Matrix-System aus dem Stand der Technik nicht möglich, beispielsweise in einer großen Entfernung, die Bestrahlung von Verkehrsschildern zu dimmen, wenn das Matrix-System in einem Fahrzeugscheinwerfer eingesetzt ist (aufgrund der geringeren Auflösung). Zudem ist eine Reichweite von herkömmlichen Matrix-Systemen mit LEDs bei gegebenen optischen System durch die relativ geringe Leuchtdichte der LEDs limitiert. Auch würde beispielsweise ein ausschließliches LARP-Matrix-System, das beispielsweise ein gesamtes Blickfeld eines Fahrers des Fahrzeugs abdeckt, nach derzeitigem Stand der Technik zu äußerst hohen Kosten und zu einem hohen Bauraumbedarf führen und eine vergleichsweise geringe Effizienz aufweisen bzw. eventuell auch gar nicht realisierbar sein, da zu hohe Laserleistungen nötig wären bzw. Materialparameter, beispielsweise des Konversionselements, nicht ausreichend wären. Würde ein Lichtverarbeitungssystem oder DLP-System alleine eingesetzt werden, so wäre ein optisches Design bzw. eine Nutzung des auf das Lichtverarbeitungssystem oder das DLP-System einfallende Licht durch beispielsweise eine Mikrospiegeleinheit limitiert. Dies hat zur Folge, dass nicht das gesamte Sichtfeld des Fahrers auf der Straße mit einer ausreichenden Lichtstärke ausgeleuchtet werden kann. Somit ist bei einer gewünschten Intensität oder Reichweite ein Ausleuchtbereich zu gering oder umgekehrt. Ist nur das LARP-System mit zumindest einer Strahlungsquelle vorgesehen, bei dem eine Richtung einer Anregungsstrahlung verstellbar ist, so ist hierbei bisher ein Lichtstrom ebenfalls limitiert, womit nur ein begrenzter Winkelbereich mit einer bestimmten Lichtstärke ausgeleuchtet werden kann. Durch das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem wird somit die Stärke des LED-Matrix-Systems, nämlich die Ausleuchtung eines großen Winkelbereichs mit einer vernünftigen Lichtstärke (und dem „Nachteil“ einer nicht allzu hohen Ortsauflösung der Leuchtdichte), mit den Vorteilen des LARP-Systems und/oder des Lichtverarbeitungssystems kombiniert, nämlich eine hohe Lichtstärke mit hoher Ortsauflösung (allerdings nur in einem begrenzten Winkelbereich) zur Verfügung zu stellen. Jedes System gleicht mit seinen spezifischen Stärken also die Nachteile des anderen Systems aus.
Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad.
Das Matrix-System hat vorzugsweise eine Vielzahl von matrixartig oder in einer Reihe angeordnete Strahlungsquellen.
Wie vorstehend bereits erläutert können die Strahlungsquellen des Matrix-Systems vorzugsweise LEDs sein. Eine LED kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein ("CoB" = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen.. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der LED können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die LEDs können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Strahlungsquellen des Matrix-Systems vorzugsweise etwa in einer Ebene angeordnet. Mit Vorteil ist ein Konversionselement des LARP-Systems in der Ebene der Strahlungsquellen angeordnet und/oder es ist ein Spiegel oder es sind mehrere Spiegel oder es ist eine digitale Mikrospiegeleinheit (DMD) des Lichtverarbeitungssystems in der Ebene der Strahlungsquellen angeordnet. Dies führt zu einer äußerst kompakten Ausgestaltung und einer vorteilhaften Strahlungsverteilung der abgestrahlten Strahlung.
Vorzugsweise ist ausgangsseitig des Matrix-Systems und des LARP-Systems und/oder des Lichtverarbeitungssystems zumindest eine, insbesondere gemeinsame, Sekundäroptik angeordnet. Somit ist es nicht notwendig mehrere Optiken für ein jeweiliges System vorzusehen. Bei der zumindest einen Sekundäroptik handelt es sich beispielsweise um eine Linse. Alternativ ist denkbar, dass das Matrix-System und das LARP-System und/oder das Lichtverarbeitungssystem jeweils eine eigene Sekundäroptik aufweisen, womit diese jeweils mit der Sekundäroptik ein eigenständiges Modul bilden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die von dem Matrix-System emittierte Strahlung und die von dem LARP-System und/oder dem Lichtverarbeitungssystem ausgehende Strahlung etwa eine gemeinsame Abstrahlseite auf.
Vorzugsweise ist bei dem LARP-System ein von der Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement vorgesehen, das einen Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht. Diese kann mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl (Pumpstrahl, Pumplaserstrahl) bestrahlt werden, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung des Anregungsstrahls wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue Anregungsstrahlung (blaues Laserlicht) in rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung (Konversionslicht) konvertiert werden.
Das zumindest eine Konversionselement kann vorzugsweise vorrichtungstechnisch äußerst einfach in dem Matrix-System, insbesondere an Stelle zumindest einer Strahlungsquelle oder mehrerer Strahlungsquellen, angeordnet sein und hierbei dann beispielsweise ein Leuchtstoffpixel bilden. Das Konversionselement kann sich dann beispielsweise über eine oder mehrere Reihen erstrecken. Vorzugsweise ist das zumindest eine Konversionselement, insbesondere etwa gegen die Abstrahlungsrichtung betrachtet, größer als die Strahlungsquelle oder mit einer gleichen Größe wie die Strahlungsquellen ausgebildet, die es ersetzt. Ersetzt das Konversionselement beispielsweise acht Strahlungsquellen, so kann dann das Konversionselement vorzugsweise mehr als acht Mal so groß wie diese Strahlungsquellen sein.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Konversionselement etwa mittig oder etwa im Zentrum des Matrix-Systems angeordnet. Dies hat den Vorteil, wenn das Beleuchtungssystem im Fahrzeugscheinwerfer eingesetzt ist, dass eine hohe Leuchtdichte im Fahrbahnbereich bzw. im Zentrum der Lichtverteilung vorgesehen sein kann. Ist die Lichtverteilung asymmetrisch ausgestaltet, indem beispielsweise ein größerer Bereich auf einer Außenseite des Fahrzeuges beleuchtet ist, so kann es von Vorteil sein das Konversionselement entsprechend nicht-mittig anzuordnen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das zumindest eine Konversionselement mit den Strahlungsquellen des Matrix-Systems eine Baueinheit oder ein Modul bilden, was äußerst kompakt, robust und einfach montierbar ist.
Mit Vorteil ist das Konversionselement von der Abstrahlseite her mit der Anregungsstrahlung bestrahlt. Hierfür ist insbesondere ein reflektiver Leuchtstoff geeignet oder das Konversionselement ist auf einem reflektiven Träger angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Konversionselement von einer von der Abstrahlseite wegweisenden Rückseite her bestrahlt wird, wobei sich hierbei insbesondere ein transmissiver Leuchtstoff eignet oder das Konversionselement ist auf einem transmissiven Träger angeordnet. Denkbar ist auch das Konversionselement alternativ oder zusätzlich seitlich zu bestrahlen.
Mit Vorteil hat das LARP-System zumindest eine Strahlungsquelle bei der eine Richtung einer, insbesondere als Strahlungsbündel ausgebildeten Anregungsstrahlung verstellbar ist. Es kann sich dann um einen Laser-Scanner oder um einen Strahlungs-Scanner handeln. Somit kann das Matrix-System mit einem Laser-Scanner kombiniert werden. Diese Lösung hat den Vorteil, das durch die verstellbare Anregungsstrahlung unterschiedliche Bereiche des Konversionselements bestrahlbar sind, womit bei Bedarf bestimmte oder beliebige Winkelbereiche der vom Konversionselement abgestrahlten Strahlung ein- und ausgeschaltet und/oder gedimmt werden können. Da der Laser-Scanner eine höhere Auflösung als die einzelnen matrixartig angeordneten LEDs haben kann, ist somit in einem vom Laser-Scanner beleuchteten Winkelbereich eine erhöhte Auflösung ermöglicht. Des Weiteren kann ein Maximum der Lichtverteilung durch das Verstellen der Anregungsstrahlung beliebig verschoben werden. Des Weiteren sind sogenannte „sanfte Übergänge“ bei Ausblendungen ermöglicht. Dieser Vorteil bleibt selbst bei einer schlechteren Auflösung des Laser-Scanners bestehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat das LARP-System zum Verstellen der Anregungsstrahlung einen verstellbaren Spiegel oder mehrere verstellbare Spiegel. Vorzugsweise kann hierbei der zumindest eine Spiegel oder die Mehrzahl von Spiegeln um jeweils eine oder zwei Achsen bewegbar oder kippbar sein. Denkbar ist auch, das zumindest zwei Spiegel nacheinander, insbesondere in Reihe, angeordnet sind, die jeweils um zumindest eine Achse bewegbar oder kippbar sind. Mit anderen Worten wird eine Anregungsstrahlung oder werden mehrere Anregungsstrahlungen über einen oder mehrere Spiegel zum Konversionselement geführt, wobei dann der oder die Spiegel in eine oder zwei Richtungen kippbar sind. Die Achsen für die Spiegel sind vorzugsweise etwa senkrecht zueinander angeordnet, wobei es denkbar ist, das diese sich nicht schneiden. Die Spiegel oder Spiegelelemente, insbesondere wenn es sich um mikroelektromechanische Spiegel (MEMS) handelt, können resonant oder nichtresonant um ihre jeweilige Schwingungsachse schwingen und beispielsweise ein Spiegelsystem bilden. Es können in einer weiteren Ausgestaltung auch ein oder mehrere Strahlungsquellen, wie beispielsweise Anregungslaser auf ein weiteres oder auf mehrere solcher Spiegelsysteme gerichtet sein, so dass das Konversionselement von zumindest zwei unabhängigen Anregungsstrahlen überstrichen werden kann. Die Überstreichung des Konversionselements kann dabei in geradlinigen, insbesondere etwa horizontal ausgerichteten Bahnen erfolgen, oder auch in freiförmigen Bahnmustern, beispielsweise in Form von Lissajous-Figuren. Es ist außerdem denkbar, dass der auf dem mindestens einen Konversionselement durch die einzelnen Anregungsstrahlen zusammengesetzte Gesamt-Lichtstrahl oder dass die einzelnen Anregungsstrahlen bahnartig auf dem Konversionselement bewegbar oder "scanbar" ist/sind. Eine insbesondere bei einer zeilen- bzw. spaltenartigen Bewegung zum Überstreichen einer Zeile bzw. Spalte benötigte Frequenz kann als "Scanfrequenz" bezeichnet werden. Die Scanfrequenz kann dabei so hoch gewählt werden, dass das menschliche Auge und/oder eine Kamera keine Bildaufbau-Artefakte erkennen kann, zum Beispiel im Bereich von einigen Hundert Hertz. Während des Scannens können die Strahlungsquellen mit konstanter Leistung und/oder mit wechselnder Leistung und/oder mit einem Pulsmodulationsbetrieb betrieben werden. Dadurch kann ein Anregungsmuster auf dem Konversionselement mit einer örtlich fein abstimmbaren Leuchtdichteverteilung bereit gestellt werden. Im Falle von mehreren Spiegelsystemen, können sich die bereit gestellten Anregungsstrahlen auf dem Konversionselement überlappen.
Die zumindest eine Strahlungsquelle für die Anregungsstrahlung des LARP-Systems kann ein- und ausschaltbar, insbesondere mit hohen Frequenzen, und/oder dimmbar sein. Durch den oder die Spiegel und der vorteilhaften Steuerung der Anregungsstrahlung oder der Anregungsstrahlungen, in dem diese jeweils ein- und ausschaltbar und/oder dimmbar sind, lassen sich beliebig räumlich und zeitlich veränderliche Lichtverteilungen über das Konversionselement realisieren. Der benötigte Bauraum für die Zuführung der Anregungsstrahlung zum Konversionselement ist dann vorzugsweise im Design des Fahrzeugscheinwerfers berücksichtigt.
Vorzugsweise ist zumindest eine Strahlungsquelle für die Anregungsstrahlung des LARP-Systems rückseitig des Konversionselementes angeordnet. Denkbar wäre auch es vorderseitig anzuordnen.
Das digitale Lichtverarbeitungssystem hat vorzugsweise einen Spiegel oder eine Mehrzahl von Spiegeln oder eine Spiegeleinheit, der oder die etwa im Zentrum oder mittig des Matrix-Systems angeordnet ist/sind. Alternativ ist denkbar diesen oder diese außermittig oder asymmetrisch oder seitlich anzuordnen. Bei dem Spiegel oder bei einem jeweiligen Spiegel kann es sich um einen Mikrospiegel handeln. Des Weiteren kann es sich bei der Spiegeleinheit um eine digitale Mikrospiegeleinheit (Digital Mirror Device (DMD)) handeln, die eine Vielzahl von Spiegelelementen, beispielsweise bis zu 4 Millionen, aufweisen kann. Durch die mittige oder außermittige Anordnung des Spiegels oder der Spiegel oder der Spiegeleinheit kann das Lichtverarbeitungssystem in einem Zentrum der Lichtverteilung, wie beispielsweise im Bereich der Fahrbahn, strahlen oder entsprechend versetzt, z.B. seitlich oder in andere Richtungen versetzt. Hierbei ist dann beispielsweise ein genaues Ausblenden von anderen Verkehrsteilnehmern und/oder ein Dimmen oder Ausschalten der Strahlung des Lichtverarbeitungssystems im Bereich von Verkehrszeichen und/oder ein Markieren von Gefahrenstellen und/oder ein Schreiben oder Abbilden von Informationen auf die Fahrbahn oder Straße ermöglicht. Somit wird bei einer Kombination des Matrix-Systems, das insbesondere LEDs aufweist, mit dem Lichtverarbeitungssystem das Matrix-System beispielsweise für die Winkelbereiche verwendet, in denen eine begrenzte Auflösung ausreichend ist, wie beispielsweise Randbereiche der Lichtverteilung. Eine oder mehrere Lichtverarbeitungssysteme können dann für den Winkelbereich oder die Winkelbereiche eingesetzt werden, in dem oder in denen eine besonders hohe räumliche Auflösung gewünscht wird.
Vorzugsweise ist der Spiegel oder sind die Spiegel benachbart oder unmittelbar benachbart oder möglichst eng zu den Strahlungsquellen des Matrix-Systems angeordnet.
Als Strahlungsquelle für das Lichtverarbeitungssystem kann eine oder können mehrere Strahlungsquellen vorgesehen sein, die beispielsweise als LED oder High-Current LED (HC LED) oder als LARP-System oder als eine „klassische“ Strahlungsquelle, wie beispielsweise eine Hochdruck-Gasentladungslampe oder High Intensity Discharge (HID) Lampe, ausgebildet sind.
Eine Anordnung und/oder eine Form sowohl des Matrix-Systems oder der einzelnen Pixel des Matrix-Systems und/oder des Lichtverarbeitungssystems und/oder des LARP-Systems kann je nach Anforderung spezifisch ausgelegt werden.
Der oder die Spiegel des Lichtverarbeitungssystems sind vorzugsweise um eine Achse bewegbar oder kippbar. In einem sogenannten „on-State“ des Spiegels oder eines jeweiligen Spiegels kann dann Strahlung von der zumindest einen Strahlungsquelle zum Strahlungsausgang des Beleuchtungssystems geführt werden. In einem „off-state“ des Spiegels oder eines jeweiligen Spiegels kann dann vorgesehen sein, dass die Strahlung nicht zum Strahlungsausgang geführt ist.
Vorzugsweise ist zwischen der zumindest eine Strahlungsquelle des Lichtverarbeitungssystems und des zumindest einen Spiegels zumindest eine optisch aktive Komponente vorgesehen.
Die zumindest eine Strahlungsquelle des Lichtverarbeitungssystems ist beispielsweise abstrahlseitig des Matrix-Systems außerhalb des Strahlengangs der vom Matrix-System ausgehenden Strahlung angeordnet.
Vorzugsweise ist einer jeweiligen Strahlungsquelle des Matrix-Systems eine Kollimationsoptik zur Erzeugung eines etwa parallelen Strahlenverlaufs nachgeschaltet.
Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeugscheinwerfer mit einem Beleuchtungssystem gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Hierdurch kann die Sicherheit bei einem den Fahrzeugscheinwerfer einsetzenden Fahrzeugs mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand kostengünstig erhöht werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung ein Matrix-System, das mit einer digitalen Mikrospiegeleinheit eines Lichtverarbeitungssystems kombiniert ist,
2 in einer schematischen Darstellung ein Lichtverarbeitungssystem,
3 in einer schematischen Seitenansicht ein Beleuchtungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel mit dem Matrix-System und dem Lichtverarbeitungssystem
4 in einer schematischen Darstellung das Matrix-System in Kombination mit einem Konversionselement eines LARP-Systems
5 in einer schematischen Seitenansicht ein Beleuchtungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit dem Matrix-System in Kombination mit einem LARP-System
Gemäß 1 ist ein Matrix-System 1 dargestellt. Dieses hat eine Vielzahl von matrixartig angeordneten Strahlungsquellen 2, die als LEDs ausgestaltet sind. Mittig des Matrix-Systems 1 ist anstelle von LEDs eine digitale Mikrospiegeleinheit (DMD) 4 eines Lichtverarbeitungssystems oder Digital Light Processing System (DLP-System) angeordnet. Der DMD 4 ersetzt hierbei mehrere Strahlungsquellen 2 des Matrix-Systems 1. Im konkreten Ausführungsbeispiel würde das Matrix-System 1 Strahlungsquellen 2 aufweisen, die in einer 6×6 – Matrix angeordnet sind. Anstelle von acht mittigen Strahlungsquellen ist der DMD vorgesehen. Eine Abstrahlfläche des DMDs 4 ist dabei größer als eine Summe der Abstrahlflächen der Strahlungsquellen, die er ersetzt. Der DMD 4 hat etwa eine Länge von vier nebeneinander angeordneter LEDs und eine Breite von zwei nebeneinander angeordneter LEDs. Ein Abstand des DMD 4 zu den Strahlungsquellen 2 entspricht hierbei etwa einem Abstand, den benachbarte Strahlungsquellen 2 zueinander aufweisen.
Gemäß 2 ist ein einzelner Mikrospiegel 6 des DMDs 4 aus 1 schematisch gezeigt. Der Mikrospiegel 6 ist hierbei in eine erste Position 8 (on-state), in eine zweite Position 10 (off-state) und in eine dritte Position 12 (flat-state) um eine Achse bewegbar oder kippbar. Die Positionen 8 und 10 werden im Betrieb des Mikrospiegels 6 eingesetzt, während die Position 12 im ausgeschalteten Zustand des DMDs 4 vorliegt. Der Mikrospiegel 6 ist mit einer Strahlung 14 von einer Strahlungsquelle 16 des Lichtverarbeitungssystems 18 bestrahlbar. In der Position 8 (on-state) wird die Strahlung 14 zu einem Strahlenausgang 20 reflektiert. Dagegen wird die Strahlung 14 in der Position 10 (off-state) des Mikrospiegels 6 weg vom Strahlenausgang 20 gelenkt.
Gemäß 3 ist dann die Kombination des Beleuchtungssystems 18 mit der Strahlungsquelle 16 und dem DMD 4 und dem Matrix-System 1 mit den Strahlungsquellen 2 ersichtlich. Es ist erkennbar, dass einer jeweiligen Strahlungsquelle 2 des Matrix-Systems 1 eine Kollimationsoptik 22 nachgeschaltet ist. Die Kollimationsoptiken 22 liegen zusammen mit den Mikrospiegeln 6 etwa in einer gemeinsamen Ebene. Die von den Strahlungsquellen 2 emittierte Strahlung und die von den Mikrospiegeln 6 reflektierte Strahlung strahlt etwa in eine gleiche Richtung, womit das Matrix-System 1 und das Lichtverarbeitungssystem 18 eine gemeinsame Abstrahlseite haben. Den Strahlungsquellen 2 und dem DMD 4 ist eine gemeinsame Sekundäroptik 24 nachgeschaltet, über die dann die Strahlungen des Matrix-Systems 1 und des Lichtverarbeitungssystems 18 beispielsweise in ein Fernfeld gestrahlt werden. Die Sekundäroptik 24 kann dann den Strahlenausgang 20 aus 2 bilden. Des Weiteren kann die Sekundäroptik 24 beispielsweise aus mehreren, insbesondere unterschiedlichen, optischen Komponenten ausgebildet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass zwischen der Strahlungsquelle 16 und dem DMD 4 eine oder mehrere optisch aktive Komponenten vorgesehen sind.
Gemäß 3 ist die Strahlungsquelle 16 seitlich außerhalb des Strahlengangs, der sich ausgehend von der Kombination des Matrix-Systems 1 und des DMDs 4 zur Sekundäroptik 24 erstreckt, angeordnet. Das Matrix-System 1 zusammen mit dem Lichtverarbeitungssystem 18 bilden dann ein Beleuchtungssystem. Dieses kann Teil eines Fahrzeugscheinwerfers 26 sein, der schematisch in 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.
Durch die Anordnung des DMDs 4 im Zentrum des Matrix-Systems 1 ist somit im Zentrumsbereich eine Auflösung der Lichtverteilung auf vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise erhöht. Denkbar ist es auch, den DMD 4 außerhalb des Zentrums oder außermittig anzuordnen.
Gemäß 4 ist ein Matrix-System 28 dargestellt. Dieses hat ebenfalls eine Vielzahl von Strahlungsquellen 2, die matrixartig angeordnet ist. Anstelle von mittigen Strahlungsquellen 2 ist ein Konversionselement 30 vorgesehen. Dessen Fläche ist hierbei größer als die Summe der Abstrahlflächen derjenigen Strahlungsquellen 2, die von dem Konversionselement 30 ersetzt werden.
Gemäß 5 ist erkennbar, dass das Konversionselement 30 in einer gemeinsamen Ebene mit den Strahlungsquellen 2 angeordnet ist. Das Konversionselement 30 ist Teil eines LARP-Systems 32. Diese hat zumindest eine, vorzugsweise auch mehrere Strahlungsquellen 34 oder Pumplichtquellen, die eine Anregungsstrahlung 36 emittieren. Die Anregungsstrahlung 34 wird dann von einem verstellbaren Spiegel 38 zum Konversionselement 30 reflektiert. Sowohl der Spiegel 38 als auch die Anregungsstrahlung 36 sind auf einer Rückseite des Matrix-Systems 28 und des Konversionselements 30 angeordnet. Der Spiegel 38 ist beispielsweise um zwei Achsen bewegbar oder kippbar.
Gemäß 5 strahlt die von den Strahlungsquellen 2 emittierte Strahlung und die von dem Konversionselement 30 ausgehende Strahlung etwa in eine gleiche Richtung, wobei entsprechend der 3 dem Matrix-System 1 und dem LARP-System 32 die Sekundäroptik 24 nachgeschaltet ist. Des Weiteren kann zumindest eine weitere zusätzliche optische Komponente vorgesehen sein bzw. die Sekundäroptik 24 mehrere Elemente aufweisen. Weiterhin können zwischen der Strahlungsquelle 34 und dem Spiegel 38, sowie zwischen dem Spiegel 38 und dem Konversionselement 30 optische Komponenten zur Strahlformung vorgesehen sein.
Offenbart ist ein Beleuchtungssystem, insbesondere für einen Fahrzeugscheinwerfer, bei dem ein Matrix-System mit einem Laser Activated Remote Phosphor System (LARP-System) und/oder mit einem digitalen Lichtverarbeitungssystem, das eine Mikrospiegeleinheit hat, kombiniert ist.
Bezugszeichenliste

1: Matrix-System
2: Strahlungsquelle
4: Digitale Mikrospiegel Einheit (DME)
6: Mikrospiegel
8: Position
10: Position
12: Position
14: Strahlung
16: Strahlungsquelle
18: Lichtverarbeitungssystem
20: Strahlenausgang
22: Kollimationsoptik
24: Sekundäroptik
26: Fahrzeugscheinwerfer
28: Matrix-System
30: Konversionselement
32: LARP-System
34: Strahlungsquelle
36: Anregungsstrahlung
38: Spiegel

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 Nicht-Patentliteratur

ECE-Norm R48 [0006]
ECE-Norm R48 [0008]

Claims

Beleuchtungssystem, insbesondere für einen Fahrzeugscheinwerfer (26) eines Fahrzeugs, mit einem Matrix-System (1; 28), das eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrix-System (1; 28) mit zumindest einem Laser Activated Remote Phosphor System (LARP-System) (32) und/oder mit zumindest einem digitalen Lichtverarbeitungssystem (18) kombiniert ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Konversionselement (30) des LARP-Systems (32) etwa in einer Ebene der Strahlungsquellen (2) angeordnet ist, und/oder wobei ein Spiegel oder mehrere Spiegel oder eine Spiegeleinheit (4) des Lichtverarbeitungssystems (18) etwa in einer Ebene der Strahlungsquellen (2) angeordnet ist/sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine gemeinsame Sekundäroptik (24) ausgangsseitig des Matrix-Systems (1) und des LARP-Systems (32) und/oder des Lichtverarbeitungssystems (18) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von dem Matrix-System (1) emittierte Strahlung und die von dem LARP-System (32) und/oder die von dem Lichtverarbeitungssystem (18) ausgehende Strahlung etwa eine gemeinsame Abstrahlseite haben.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das LARP-System (32) zumindest ein Konversionselement (30) hat, das in dem Matrix-System (1) anstelle einer Strahlungsquelle (2) oder mehrerer Strahlungsquellen (2) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei das zumindest eine Konversionselement (30) etwa mittig des Matrix-Systems (1) oder außermittig angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das LARP-System (32) zumindest eine Strahlungsquelle (34) hat, bei der eine Richtung einer Anregungsstrahlung (36) verstellbar ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, wobei ein Spiegel (38) oder mehrere Spiegel zum Lenken der Anregungsstrahlung (36) der zumindest einen Strahlungsquelle (34) oder zum Lenken mehrerer Anregungsstrahlungen von mehreren Strahlungsquellen vorgesehen ist/sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei der zumindest eine Spiegel (38) und/oder die zumindest eine Strahlungsquelle (34) des LARP-Systems (32) rückseitig des Konversionselements (30) und des Matrix-Systems (1) angeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Spiegel (6) oder eine Mehrzahl von Spiegeln oder eine Spiegeleinheit (4) des Lichtverarbeitungssystems (18) etwa mittig oder außermittig des Matrixsystems (1) angeordnet ist/sind.
Beleuchtungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lichtverarbeitungssystem (18) zumindest eine Strahlungsquelle (16) hat, die abstrahlseitig des Matrix-Systems (1) außerhalb des Strahlengangs der vom Matrix-Systems (1) und vom Spiegel oder der Mehrzahl von Spiegeln oder der Spiegeleinheit (4) ausgehenden Strahlung angeordnet ist.
Fahrzeugscheinwerfer mit einem Beleuchtungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.