EP3194839A1

EP3194839A1 - Laserscheinwerfer mit einem beweglichen lichtumlenkelement

Info

Publication number: EP3194839A1
Application number: EP15771872.7A
Authority: EP
Inventors: Joachim Knittel; Christian Buchberger
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: DE102014218955A1; WO2016042052A1; EP3194839B1

Abstract

Vorgestellt wird ein Laserscheinwerfer mit einer Laserlichtquelle, einem Leuchtstoff und einer Lichtumlenkeinrichtung, die voneinander verschiedene Teilbereiche des Leuchtstoffes zeitlich getrennt voneinander mit Laserlicht beleuchtet, wobei die Lichtumlenkeinrichtung ein bewegliches erstes Lichtumlenkelement aufweist, das auf sich einfallendes Laserlicht zu verschiedenen Zeitpunkten in verschiedene Raumrichtungen richtet und wobei die Lichtumlenkeinrichtung in eine erste Raumrichtung gerichtetes Licht in einem ersten Strahlengang auf einen ersten Teilbereich des Leuchtstoffs lenkt und in eine zweite Raumrichtung gerichtetes Licht in einem zweiten Strahlengang auf einen zweiten Teilbereich des Leuchtstoffs lenkt. Der Scheinwerfer zeichnet sich dadurch aus, dass er dazu eingerichtet ist, das auf den ersten Teilbereich und den zweiten Teilbereich gelenkte Licht möglichst parallel zueinander einfallen zu lassen.

Description

Laserscheinwerfer mit einem beweglichen Lichtumlenkelement

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solcher Laserscheinwerfer weist eine Laserlichtquelle, einen Leuchtstoff und eine Lichtumlenkeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, voneinander verschiedene Teilbereiche des Leuchtstoffes zeitlich getrennt voneinander mit Laserlicht zu beleuchten, wobei die Lichtumlenkeinrichtung wenigstens ein bewegliches erstes Lichtumlenkelement aufweist, das dazu eingerichtet ist, auf sich einfallendes Laserlicht zu verschiedenen Zeitpunkten in verschiedene Raumrichtungen zu richten, und wobei die Lichtumlenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, in eine erste Raumrichtung gerichtetes Licht in einem ersten Strahlengang auf einen ersten Teilbereich des Leuchtstoffs zu lenken, und in eine zweite Raumrichtung gerichtetes Licht in einem zweiten Strahlengang auf einen zweiten Teilbereich des Leuchtstoffs zu lenken.
Ein solches Lichtumlenkelement wird im Folgenden auch als Scanner bezeichnet. Mit einem solchen Scanner können zum Beispiel Scheinwerfer gebaut werden, die nahezu jede beliebige Lichtverteilung erzeugen können. Dies ermöglicht eine dynamische Anpassung einer vom Scheinwerfer erzeugten Lichtverteilung an veränderliche Verkehrsbedingungen.
Dazu nimmt zum Beispiel eine im Kraftfahrzeug installierte Kamera die Verkehrssituation vor dem Fahrzeug auf. Eine Software analysiert die Bilder und steuert das Lichtumlenkelement und damit die Lichtverteilung so, dass die Fahrbahn immer optimal ausgeleuchtet ist und eine Blendung des Gegenverkehrs vermieden wird. Dadurch wird insbesondere die Sicherheit bei Nachtfahrten erhöht.
Ein mit einem solchen Scanner ausgestatteter Scheinwerfer ist zum Beispiel aus der DE 10 2007 055 480 B3 bekannt. Bei dem bekannten Gegenstand wird ein fokussierter Laserstrahl eines Lasers, der blaues Licht emittiert, mit Hilfe eines Scanners über ein Leuchtstoff (z.B. einen Phosphor) bewegt, welches das blaue Licht des Lasers durch Mischung mit gelbem oder gelb-rotem Fluoreszenzlicht in weißes Mischlicht umwandelt. Das weiße Licht wird über eine Optik auf die Fahrbahn gerichtet. Durch Bewegen des Lichtflecks des fokussierten Laserstrahls auf dem Leuchtmittel und gleichzeitiges Modulieren der Laserleistung können beliebige Lichtverteilungen erzeugt werden.
Aus der EP 0 291 475 A2 ist ein Scheinwerfer bekannt, der einen winkelbeweglichen Reflektor aufweist, der einen schmalen Strahl sehr schnell in unterschiedliche Raumrichtungen umlenkt. Als Folge werden kleine Bereiche im Takt der Richtungsänderungen des Strahles sequentiell beleuchtet und damit mit Licht abgetastet und damit gescannt. Die Gesamtfläche, die sich als Vereinigung der sequentiell abtastend beleuchteten kleinen Bereiche ergibt, stellt sich für den menschlichen Sehsinn bei hinreichend schneller Abtastung und periodisch ausreichend schnell wiederholter Abtastsequenz als zusammenhängende, helle Fläche und damit als eine zusammenhängende Lichtverteilung dar. Eine hinreichend schnelle Abtastung ergibt sich zum Beispiel dann, wenn die Abtastsequenz mit einer Frequenz wiederholt wird, die größer als 100 Hz ist.
Bei bekannten Laserscheinwerfern, die mit solche Scannern arbeiten, hat sich gezeigt, dass sich die Lichtfarbe des von dem Leuchtstoff in verschiedene Richtungen ausgehenden Lichtes richtungsabhängig ändert. Beispielsweise erscheint das Licht des Scheinwerfers in einer Richtung eher etwas weißer als in einer zweiten Richtung und in der zweiten Richtung etwas gelber als in der ersten Richtung zu sein. Dies ist ein unerwünschter Effekt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Laserscheinwerfers der eingangsgenannten Art, bei dem dieser unerwünschte Effekt nicht auftritt oder zumindest nur in stark verringertem Ausmaß auftritt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Von dem bekannten Laserscheinwerfer unterscheidet sich der erfindungsgemäße Laserscheinwerfer durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Der erfindungsgemäße Scheinwerfer besitzt damit die eingangs genannten Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und zeichnet sich ferner dadurch aus, dass er dazu eingerichtet ist, das auf den ersten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer ersten Einfallsrichtung einfallen zu lassen und das auf den zweiten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer zweiten Einfallsrichtung einfallen zu lassen, wobei ein Winkel zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner ist als der Winkel zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung.
Der Begriff der Raumrichtung bezieht sich hier auf das abgestrahlte Licht, während sich der Begriff der Einfallsrichtung auf das einfallende Licht bezieht. Die Einfallsrichtung bezieht sich, wie in der Optik üblich, auf das Lot der beleuchteten Fläche im Auftreffpunkt des Lichtstrahls. Beim Stand der Technik ändert sich die Differenz der Einfallsrichtungen bei einer Bewegung des beweglichen ersten Lichtumlenkelements genau so stark wie die Raumrichtungen des vom dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement ausgehenden Lichtes.
Dadurch, dass der erfindungsgemäße Laserscheinwerfer dazu eingerichtet ist, das auf den ersten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer ersten Einfallsrichtung einfallen zu lassen und das auf den zweiten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer zweiten Einfallsrichtung einfallen zu lassen, wobei ein Winkel zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner ist als der Winkel zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung, ändert sich die Differenz der Einfallsrichtungen bei einer Bewegung des beweglichen ersten Lichtumlenkelements bei der Erfindung weniger stark als die Raumrichtungen des vom dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement ausgehenden Lichtes.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Richtungsabhängigkeit der Lichtfarbe auch davon abhängt, mit welcher Vorzugsrichtung im Leuchtstoff gestreutes Laserlicht (Primärlicht) aus dem Leuchtstoff austritt und dass diese Vorzugsrichtung von der Einfallsrichtung auf den Leuchtstoff und damit vom Auftreffort auf dem Leuchtstoff abhängt, während das vom Leuchtstoff ausgehende Fluoreszenzlicht eine von diesem Auftreffort unabhängige Abstrahlcharakteristik besitzt. Die unerwünschte Farbvariation hängt damit von der Winkelvariation des auf den Leuchtstoff einfallenden Laserlichtes ab. Je größer diese Winkelvariation ist, desto größer ist auch die unerwünschte Farbvariation. Die Winkelvariation ist erfindungsgemäß in jedem Fall kleiner als die Winkelvariation der Raumrichtungen, in welche das Laserlicht von dem ersten beweglichen Lichtumlenkelement ausgeht. Als Folge stellt sich bei der Erfindung auch die angestrebte Verringerung der Farbvariation ein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass speziell die Lichtumlenkeinrichtung des Laserscheinwerfers dazu eingerichtet ist, das auf den ersten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer ersten Einfallsrichtung einfallen zu lassen und das auf den zweiten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer zweiten Einfallsrichtung einfallen zu lassen, wobei ein Winkel zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner ist als der Winkel zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung.
Dadurch, dass speziell die Lichtumlenkeinrichtung entsprechend eingerichtet ist, erübrigen sich weitere Änderungen des Laserscheinwerfers. Die Erfindung lässt sich auf diese Weise als konstruktive Ergänzung vorhandener Systeme verwirklichen, was die Entwicklungskosten verringert und Anpassungen an die von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp ggf. verschiedenen Scheinwerferkonstruktionen erleichtert.
Bevorzugt ist auch, dass der Winkel zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Viertel, insbesondere kleiner als 10 % des Winkels zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung ist. Diese Ausgestaltung stellt eine weitere Annäherung an den Idealfall, bei dem die unerwünschte Richtungsabhängigkeit der Lichtfarbe verschwindet, dar.
Ferner ist bevorzugt, dass die erste Einfallsrichtung parallel zur zweiten Einfallsrichtung ist. Diese Ausgestaltung verwirklicht den Idealfall, bei dem die unerwünschte Richtungsabhängigkeit der Lichtfarbe verschwindet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtumlenkeinrichtung ein zweites Lichtumlenkelement aufweist, das im Strahlengang zwischen dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement und dem Leuchtstoff liegt.
Bevorzugt ist auch, dass die Lichtumlenkeinrichtung eine zwischen dem beweglichen Lichtumlenkelement und Leuchtstoff angeordnete kollimierende Optik, insbesondere Sammellinse aufweist.
Ferner ist bevorzugt, dass die Sammellinse eine konvex-plane Linse ist, die mit ihrer planen Seite dem Leuchtstoff zugewandt ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sammellinse im Strahlengang unmittelbar vor dem Leuchtstoff angeordnet ist.
Bevorzugt ist auch, dass der Leuchtstoff anhaftend auf der planen Seite der Linse angeordnet ist.
Ferner ist bevorzugt, dass der Leuchtstoff eine gekrümmte Form hat, so dass die Teilbereiche in ihrer Summe eine gekrümmte Fläche ergeben. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass sie lediglich eine besondere Form des Leuchtstoffes, aber keine zusätzlichen Teile wie Linsen oder Spiegel als zweites Lichtumlenkelement erfordert. Die Fläche ist bevorzugt gerade so gekrümmt, dass die auf das Lot eines Flächenelementes des Auftreffpunktes eines Lichtstrahls bezogene Einfallsrichtung vom Auftreffpunkt unabhängig ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Lichtumlenkelement eine gekrümmte Spiegelfläche aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass das zweite Lichtumlenkelement ein bewegliches Lichtumlenkelement ist, das zeitgleich mit dem ersten beweglichen Umlenkelement bewegbar ist.
Ferner ist bevorzugt, dass das zweite Lichtumlenkelement eine Fresnel-Linse oder eine flache diffraktive Struktur ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Laserlichtmoduls eines bekannten Laserscheinwerfers mit Scanner;
Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 in einer Situation mit senkrechtem Lichteinfall auf den Leuchtstoff;
Figur 3 den Gegenstand der Figur 1 in einer Situation mit schrägem Lichteinfall;
Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laserscheinwerfers 10;
Figur 5 Elemente aus der Figur 4 zusammen mit Winkelbeziehungen für verschiedene Strahlengänge;
Figur 6 eine Ausgestaltung, bei der der Leuchtstoff eine gekrümmte Form hat;
Figur 7 eine Ausgestaltung, bei der die Lichtumlenkeinrichtung ein bewegliches zweites Lichtumlenkelement aufweist;
Figur 8 eine Ausgestaltung, bei der die Lichtumlenkeinrichtung ein unbewegliches zweites Lichtumlenkelement aufweist; und
Figur 9 eine Ausgestaltung, bei der die Lichtumlenkeinrichtung als zweites Lichtumlenkelement eine Fresnel-Linse oder eine flache diffraktive Struktur, z.B. ein Beugungsgitter aufweist.
Fig.1 zeigt den schematischen Aufbau eines Laserlichtmoduls eines bekannten Laserscheinwerfers mit Scanner. Das Licht 7 eines blauen Lasers 1 wird mit einer Linse 2 und einem Scanner 3 auf einen Leuchtstoff 5 fokussiert. Der Scanner ist zum Beispiel ein gesteuert schnell beweglicher Spiegel. Ein blauer Laser ist ein Laser, der blaues Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich emittiert.
Der Leuchtstoff, der zum Beispiel als Phosphorschicht verwirklicht ist, streut das blaue Licht und konvertiert einen Teil davon in gelbes Licht. Die blauen und gelben Lichtanteile ergeben zusammen weißes Mischlicht 11. Der Scanner ermöglicht es, den Laserstrahl auf verschiedene Bereiche 5a, 5b des Leuchtstoffs zu richten. In verschiedenen Bereichen fällt der Laserstrahl aus unterschiedlichen Einfallrichtungen, also unter unterschiedlichen Winkeln zum Lot im Auftreffpunkt ein. Die Änderung des Einfallswinkels von Bereich zu Bereich wird besonders groß, wenn der Abstand zwischen Scanner und Leuchtstoff klein ist. Kleine Abstände sind aber notwendig um die Baugröße des Scheinwerfers klein zu halten.
Ändert sich der Einfallswinkel des Laserstrahls auf den Leuchtstoff, kann dies dazu führen, dass sich die Abstrahlungscharakteristik des blauen Farbanteils relativ zum gelben Farbanteil verändert. Dadurch verändert sich das Verhältnis der Lichtstärken und damit die Farbe des erzeugten Mischlichts. Die Farbe des Mischlichts wird somit ortsabhängig und schwankt zwischen unterschiedlichen Gelb-Weiß-Farbtönen. Das im Leuchtstoff 5 erzeugte Mischlicht 4 wird über eine Projektionslinse 6 in das Scheinwerfervorfeld gerichtet, wo es bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers in einem Kraftfahrzeug zur Beleuchtung der Fahrbahn dient.
Durch eine Modulation der Laserintensität als Funktion der Position des Laserstrahls können verschiedene Lichtverteilungen auf der Fahrbahn erzeugt werden.
Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen eine Änderung der Abstrahlcharakteristik von im Leuchtstoff gestreuten Laserlicht bei einer Änderung der Einfallsrichtung des Laserlichts. Dabei zeigt die Figur 2 eine Situation mit senkrechtem Lichteinfall, und die Figur 3 zeigt eine Situation mit schrägem Lichteinfall.
In Fig. 2 fällt das blaue Laserlicht 7 senkrecht auf den Leuchtstoff 5. Ein Teil 9 des blauen Laserlichts 7 wird gestreut, vorzugsweise in Vorwärtsrichtung, also in die gedachte Verlängerung der Einfallsrichtung des Laserlichts 7 auf den Leuchtstoff 5. Dieser blaue Farbanteil 9 hat eine maximale Intensität in Richtung des einfallenden Laserstrahls 7. Ein weiterer Anteil des blauen Laserlichts wird vom Leuchtmittel absorbiert und als Fluoreszenzlicht 8 im gelben Spektralbereich mit einer bestimmten Abstrahlcharakteristik abgestrahlt. Im dargestellten Fall ist dies eine Lambert'sche Abstrahlcharakteristik.
In Fig. 3 fällt der Laserstrahl 7 schräg auf das Leuchtmittel 5 ein. Wieder wird ein Teil des blauen Laserlichts vorzugsweise in Vorwärtsrichtung gestreut und somit in Richtung des schräg einfallenden Laserstrahls. Durch die längere Wegstrecke im Leuchtmittel ist die effektive Streuung jedoch stärker als bei senkrechtem Einfall. Dadurch ist die Streuung in die bevorzugte Vorwärtsrichtung weniger ausgeprägt als bei senkrechtem Einfall.
Wie beim senkrechten Einfall wird wieder ein gewisser Anteil des Laserlichts vom Leuchtstoff absorbiert und als Fluoreszenzlicht 8 im gelben oder gelb-roten Spektralbereich abgestrahlt. Die Abstrahlcharakteristik des Fluoreszenzlichts 8 hängt nicht von der Einfallsrichtung des Laserlichts ab.
Im Vergleich der Figuren 2 und 3 ergeben sich damit unterschiedliche Verteilungen der gelben Farbanteile 9 und blauen Farbanteile 8 bei schrägem Einfall und bei senkrechtem Einfall des Laserlichts. Dies führt dazu, dass in den beiden Laserstrahlrichtungen auch unterschiedliche Farbtöne des Mischlichtes einstellen.
Durch die Erfindung wird dagegen im Idealfall erreicht, dass der Laserstrahl im gesamten Scanbereich aus derselben Einfallsrichtung auf den Leuchtstoff auftrifft. Das gestreute Laserlicht besitzt dann in jedem Teilbereich des Leuchtstoffs die gleiche Abstrahlcharakteristik. Dadurch wird erreicht, dass sich die Lichtfarbe im gesamten Scanbereich nicht verändert.
Die Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laserscheinwerfers 10. Der Scheinwerfer 10 weist ein Gehäuse 12 mit einer Lichtaustrittsöffnung auf, die von einer transparenten Abdeckscheibe 14 abgedeckt ist. Im Inneren des Scheinwerfers 10 befindet sich ein Laserlichtmodul 16. Das Laserlichtmodul weist insbesondere eine Laserlichtquelle 18 auf, die Laserlicht 17 aus einem ersten Wellenlängenbereich emittiert. Der erste Wellenlängenbereich umfasst bevorzugt einen schmalen Bereich aus dem blauen Teil des Spektrums des sichtbaren Lichts. Das vom Laser emittierte Licht wird mit der ersten Fokussierungsoptik 20 fokussiert und von dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement 22 auf die Sammellinse 24 gerichtet. Das bewegliche erste Lichtumlenkelement wird von einem Aktor 19 um einen Drehpunkt 21 oszillierend bewegt. Der Aktor 19 ist zum Beispiel ein Piezo-Aktor oder ein Mikrospiegel. Der Aktor 19 wird von einem Steuergerät 23 gesteuert, das dazu Signale von einem zentralen Lichtsteuergerät eines Kraftfahrzeugs erhält, das zur Bildung eines Steuersignals für den Aktor 19 Signale von Fahrzeugsensoren wie einer Vorfeldkamera, einem Umgebungshelligkeitssensor, einem Fahrerwunschgeber, etc. verarbeitet, ohne dass diese Auflistung abschließend gemeint ist.
Die Sammellinse 24 bildet zusammen mit dem ersten beweglichen Lichtumlenkelement eine Ausgestaltung einer Lichtumlenkeinrichtung im Sinne des Anspruchs 1. Die Sammellinse 24 ist zwischen dem beweglichen Lichtumlenkelement 22 und dem Leuchtstoff 26 angeordnet.
Der Leuchtstoff, der zum Beispiel als Phosphorschicht verwirklicht ist, streut das blaue Licht und konvertiert einen Teil davon in gelbes oder gelb-rotes Fluoreszenzlicht Licht. Die blauen und gelben Lichtanteile ergeben zusammen das weiße Mischlicht. Die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Konversion und Mischung beschränkt. Allgemein wird Laserlicht einer kürzeren Wellenlänge im Leuchtstoff zum Teil in Fluoreszenzlicht einer längeren Wellenlänge konvertiert. Das Fluoreszenzlicht mischt sich mit gestreutem, aber nicht konvertierten Laserlicht zu einem Mischlicht.
Die Sammellinse (24) richtet das einfallende Laserlicht (17) im Idealfall parallel aus und lässt es auf den im Lichtweg hinter der Sammellinse liegenden Leuchtstoff 26 einfallen. Die durch die erste Fokussierungsoptik 20 erfolgende Fokussierung bewirkt in Verbindung mit dem ohnehin kleinen Durchmesser und Öffnungswinkel des Laserstrahls 17, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein Teilbereich 26a, 26b der Lichteintrittsfläche des Leuchtstoffs 26 beleuchtet wird. Bei der Figur 1 ist dies gerade ein oberer Teilbereich 26a des Leuchtstoffs. Von diesem Teilbereich geht daher weißes Mischlicht 28 aus, das von der Projektionsoptik 30 in das Vorfeld des Lichtmoduls 16 und damit des Scheinwerfers 10 gerichtet wird. Durch eine planvoll gesteuerte Bewegung des beweglichen ersten Umlenkelementes 22 werden nacheinander viele verschiedene Teilbereiche 26a, 26b, … des Leuchtstoffs 26 mit dem Laserstrahl 17 beleuchtet. Von jedem Teilbereich aus wird die Projektionsoptik 30 dabei aus einer anderen Richtung mit weißem Mischlicht 28 beleuchtet. Die Projektionsoptik 30 erzeugt einen entsprechenden hellen Fleck im Vorfeld des Scheinwerfers 10 dann auch an verschiedenen Stellen des Vorfeldes. Durch hinreichend schnelles Bewegen des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes 22 wird auf diese Weise eine Lichtverteilung als Summe der von der Projektionsoptik 30 erzeugten hellen Lichtflecke erzeugt. Die Bewegung erfolgt insbesondere dann hinreichend schnell, wenn die Abfolge der verschiedenen Positionen des beweglichen ersten Lichtumlenkelements mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz wiederholt wird, weil der menschliche Sehsinn dann nur noch eine mittlere Helligkeit der insgesamt erzeugten Lichtverteilung wahrnimmt.
Die Figur 5 zeigt Elemente aus der Figur 1 zusammen mit Winkelbeziehungen für verschiedene Strahlengänge. Im Einzelnen zeigt die Figur 5 einen ersten Strahlengang 32, in dem das Laserlicht zwischen dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement 22 und dem Leuchtstoff 26 propagiert, und einen zweiten Strahlengang 34, in dem das Laserlicht ebenfalls zwischen dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement und dem Leuchtstoff propagiert.
Der erste Strahlengang geht von dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement in eine erste Raumrichtung aus und der zweite Strahlengang geht von dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement in eine zweite Raumrichtung aus.
Die Aufspaltung in die unterschiedlichen Raumrichtungen wird dabei durch Winkelauslenkungen des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes um eine zur Zeichnungsebene senkrechten Drehachse erzeugt. Die Figur 5 stellt diesen Sachverhalt insofern vereinfacht dar, als sie lediglich eine Winkelposition des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes abbildet.
Die erste der beiden Raumrichtungen ist mit einem ersten Teilbereich des Leuchtstoffs über den ersten Strahlengang gekoppelt. Die Kopplung erfolgt dabei dadurch, dass in diesem Strahlengang propagierendes Licht den ersten Teilbereich beleuchtet. Dies gilt anlog für die Kopplung der zweiten Raumrichtung mit dem zweiten Teilbereich sowie für alle weiteren Paare aus Raumrichtungen und Teilbereiche. Der Winkel α ist der Winkel zwischen einer ersten Raumrichtung, die mit dem ersten Teilbereich 26a gekoppelt ist, und einer zweiten Raumrichtung, die mit dem zweiten Teilbereich 26b gekoppelt ist. Durch die kollimierende Wirkung der Sammellinse, von der in der Figur 5 nur die Hauptebene dargestellt ist, wird der Winkel zwischen den beiden Strahlengängen in der Linse verringert. Das Laserlicht, das über den ersten Strahlengang aus einer ersten Einfallsrichtung auf den ersten Teilbereich einfällt und das Laserlicht, das über den zweiten Strahlengang aus einer zweiten Einfallsrichtung auf den zweiten Teilbereich einfällt, schließen einen Winkel β ein. Der Winkel β ist kleiner als der Winkel α, was beim Gegenstand der Figuren 1 und 2 durch die bündelnde oder besser parallelisierende Wirkung der Sammellinse bewirkt wird.
Das Lichtumlenkelement ist beim Gegenstand der Figuren 4 und 5 ein Spiegel, der um eine senkrecht zur Zeichnungsebene ausgerichtete Achse 21 schwenkbar ist. Die Brennweite der Sammellinse 24 entspricht im Idealfall dem Abstand ihrer Hauptebene von der Drehachse 21, und die Drehachse 21 schneidet bevorzugt den von der Fokussierungsoptik ausgehenden Laserstrahl 17. Mit diesen Merkmalen wird erreicht, dass β für alle Strahlengänge gleich Null ist, oder zumindest sehr nahe bei Null liegt. Als Folge ergibt sich hinter dem Lichtstrahl dann keine Abhängigkeit der Lichtfarbe des Mischlichtes von dem Ort auf dem Leuchtstoff, von dem das Mischlicht jeweils ausgeht. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Einfallsrichtung parallel zum Lot auf die Lichteintrittsfläche des Leuchtstoffs, also senkrecht zu dieser Fläche ist.
Die Sammellinse ist bevorzugt im Strahlengang unmittelbar vor dem Leuchtstoff angeordnet, wie es in der Figur 4 dargestellt ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Leuchtstoff an der planen Seite der Linse anhaftend angeordnet. Durch diese Anordnung der Linse unmittelbar vor dem Leuchtstoff wird eine maximale Winkelvariationsbreite für den Winkel α zwischen einer ersten Raumrichtung, die mit dem ersten Teilbereich gekoppelt ist, und einer zweiten Raumrichtung, die mit dem zweiten Teilbereich gekoppelt ist, bei möglichst geringer Baulänge oder Einbautiefe des Scheinwerfers erreicht.
Die Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung, bei der der Leuchtstoff 26 eine gekrümmte Form hat. Der Leuchtstoff ist bevorzugt so gekrümmt, dass seine dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement zugeordnete Seite konkav gekrümmt ist. Der Krümmungsradius ist bevorzugt lokal jeweils so bemessen, dass die Flächennormale jedes Teilbereichs des Leuchtstoffs durch den Bereich des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes läuft, auf den der Laserstrahl 17 fokussiert ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass kein weiteres Lichtumlenkelement zwischen dem Leuchtstoff 26 und dem ersten beweglichen Lichtumlenkelement 22 erforderlich ist.
Die Figur 7 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Lichtumlenkeinrichtung ein zweites Lichtumlenkelement 36 aufweist, das im Strahlengang zwischen dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement und dem Leuchtstoff 26 liegt. Im Einzelnen zeigt die Figur 6 dabei einen ersten Strahlengang, einen zweiten Strahlengang und einen dritten Strahlengang. Die drei Strahlengänge verlaufen zwischen der Laserlichtquelle 18 und dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement 22 noch gemeinsam, und sie werden durch das bewegliche erste Lichtumlenkelement 22 in drei verschiedene Raumrichtungen und damit drei verschiedene Strahlengänge aufgespalten. Die Aufspaltung wird durch Winkelauslenkungen des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes um eine zur Zeichnungsebene senkrechten Drehachse erzeugt. Die Figur 7 stellt diesen Sachverhalt insofern vereinfacht dar, als sie lediglich eine Winkelposition des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes 22 abbildet. Der gekrümmte Pfeil neben dem beweglichen ersten Lichtumlenkelementes 22 repräsentiert jedoch die Drehbeweglichkeit des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes 22 um die genannte Drehachse.
Durch die Aufspaltung in die verschiedenen Raumrichtungen trifft das in diesen Raumrichtungen propagierende Licht nach Raumrichtungen getrennt auf räumlich verschiedene Stellen des zweiten Lichtumlenkelementes 36 auf. Das zweite Lichtumlenkelement ist hier ebenso wie das erste Lichtumlenkelement um eine zur Zeichnungsebene senkrechte Achse drehbeweglich in seiner Winkellage steuerbar. Es handelt sich daher um ein gesteuert bewegliches zweites Lichtumlenkelement 37. Die Winkellage des zweiten Lichtumlenkelements wird zeitlich mit einer Verstellung des Winkels des beweglichen ersten Lichtumlenkelementes immer gerade so verstellt, dass der Winkel β (vergleiche Figur 5) zwischen Strahlen, die von dem zweiten Lichtumlenkelement ausgehen, immer kleiner ist als der Winkel α zwischen Strahlen, die vom ersten Lichtumlenkelement ausgehend auf das bewegliche zweite Lichtumlenkelement einfallen.
Die Figur 7 stellt diesen Sachverhalt insofern vereinfacht dar, als sie lediglich eine Winkelposition des zweiten Lichtumlenkelementes abbildet. Der gekrümmte Pfeil bei dem zweiten Lichtumlenkelement repräsentiert auch hier die Drehbeweglichkeit des beweglichen zweiten Lichtumlenkelementes 37 um die genannte Drehachse.
Das bewegliche zweite Lichtumlenkelement 37 wird bevorzugt zeitgleich mit dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement 22 so verstellt, dass der Winkel β gleich Null ist, so dass die an verschiedenen Stellen des Leuchtstoffs auftreffenden Strahlen parallel sind. Dann geht von allen Teilbereichen des Leuchtstoffs Licht gleicher Lichtfarbe aus. Die Verstellung erfolgt bevorzugt auf die unter Bezug auf die Figur 4 für das erste bewegliche Lichtumlenkelement 22 beschriebene Weise.
Die Figur 8 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Lichtumlenkeinrichtung als zweites Lichtumlenkelement 36 ein unbewegliches zweites Lichtumlenkelement 38 aufweist, das im Strahlengang zwischen dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement 22 und dem Leuchtstoff 26 liegt und das eine gekrümmte Spiegelfläche aufweist. Die gekrümmte Spiegelfläche ist insbesondere so geformt, dass auf verschiedene Stellen der Spiegelfläche auftreffende Strahlen dort so reflektiert werden, dass die reflektierten Strahlen einen Winkel β einschließen, der im Vergleich zu dem Winkel α, der durch die einfallenden Strahlen gebildet wird, kleiner und im Idealfall gleich Null ist.
Die Figur 9 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Lichtumlenkeinrichtung als zweites Lichtumlenkelement 36 eine Fresnel-Linse oder eine flache diffraktive Struktur, z.B. ein Beugungsgitter aufweist. Eine diffraktive Struktur ist aufgrund der monochromatischen Natur des Laserlichtes hier ein geeignetes Mittel zur Änderung der Lichtausbreitungsrichtung.

Claims

Laserscheinwerfer (10) mit einer Laserlichtquelle (18), einem Leuchtstoff (26) und einer Lichtumlenkeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, voneinander verschiedene Teilbereiche (26a, 26b) des Leuchtstoffes zeitlich getrennt voneinander mit Laserlicht (17) zu beleuchten, wobei die Lichtumlenkeinrichtung wenigstens ein bewegliches erstes Lichtumlenkelement (22) aufweist, das dazu eingerichtet ist, auf sich einfallendes Laserlicht zu verschiedenen Zeitpunkten in verschiedene Raumrichtungen zu richten, wobei die Lichtumlenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, in eine erste Raumrichtung gerichtetes Licht in einem ersten Strahlengang (32) auf einen ersten Teilbereich (26a) des Leuchtstoffs zu lenken, und in eine zweite Raumrichtung gerichtetes Licht in einem zweiten Strahlengang (34) auf einen zweiten Teilbereich (26b) des Leuchtstoffs zu lenken, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscheinwerfer dazu eingerichtet ist, das auf den ersten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer ersten Einfallsrichtung einfallen zu lassen und das auf den zweiten Teilbereich gelenkte Licht dort aus einer zweiten Einfallsrichtung einfallen zu lassen, wobei ein Winkel (β) zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner ist als der Winkel (α) zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumlenkeinrichtung des Laserscheinwerfers dazu eingerichtet ist, das auf den ersten Teilbereich (26a) gelenkte Licht dort aus einer ersten Einfallsrichtung einfallen zu lassen und das auf den zweiten Teilbereich (26b) gelenkte Licht dort aus einer zweiten Einfallsrichtung einfallen zu lassen, wobei ein Winkel (β) zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner ist als der Winkel zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung (α).
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) zwischen der ersten Einfallsrichtung und der zweiten Einfallsrichtung kleiner als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Viertel, insbesondere kleiner als 10 % des Winkels (α) zwischen der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung ist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einfallsrichtung parallel zur zweiten Einfallsrichtung ist.
Laserscheinwerfer (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumlenkeinrichtung ein zweites Lichtumlenkelement (36) aufweist, das im Strahlengang zwischen dem beweglichen ersten Lichtumlenkelement (22) und dem Leuchtstoff (26) liegt.
Laserscheinwerfer (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumlenkeinrichtung eine zwischen dem beweglichen Lichtumlenkelement (22) und dem Leuchtstoff (26) angeordnete kollimierende Optik, z.B. eine Sammellinse aufweist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse eine konvex-plane Linse ist, die mit ihrer planen Seite dem Leuchtstoff zugewandt ist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse im Strahlengang unmittelbar vor dem Leuchtstoff angeordnet ist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff anhaftend auf der planen Seite der Sammellinse angeordnet ist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff (26) eine gekrümmte Form hat, so dass die Teilbereiche in ihrer Summe eine gekrümmte Fläche ergeben.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lichtumlenkelement eine gekrümmte Spiegelfläche aufweist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lichtumlenkelement (36) ein bewegliches Lichtumlenkelement (37) ist, das zeitgleich mit dem ersten beweglichen Umlenkelement bewegbar ist.
Laserscheinwerfer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lichtumlenkelement eine Fresnel-Linse oder eine flache diffraktive Struktur ist.