EP3332169B1 - Verfahren zum ansteuern einer laserbeleuchtungsvorrichtung für einen fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Verfahren zum ansteuern einer laserbeleuchtungsvorrichtung für einen fahrzeugscheinwerfer Download PDF

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EP3332169B1
EP3332169B1 EP16750361.4A EP16750361A EP3332169B1 EP 3332169 B1 EP3332169 B1 EP 3332169B1 EP 16750361 A EP16750361 A EP 16750361A EP 3332169 B1 EP3332169 B1 EP 3332169B1
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luminous flux
laser
luminous
image
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Bettina REISINGER
Thomas MITTERLEHNER
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a laser lighting device for a vehicle headlight, the laser lighting device comprising two or more laser light sources that can be modulated, the number of laser light sources being designated as N, and each laser light source generates a laser beam and each laser light source is followed by at least one attachment optic and at least one microscanner is assigned, and each microscanner is set up to direct the two or more laser beams onto at least one light conversion means, as a result of which a luminescent image is generated on the at least one light conversion means, and an imaging system is assigned to the at least one light conversion means in order to project the luminescent image as a light image onto the map the roadway.
  • the invention relates to a laser lighting device for a vehicle headlight with two or more laser light sources that can be modulated, the number of laser light sources being designated as N, and at least one attachment optics downstream of each light source and at least one microscanner assigned to it, and each microscanner being set up to scan the laser beam to at least one light conversion means, whereby a luminous image is generated on the at least one light conversion means, and an imaging system is assigned to the at least one light conversion means in order to project the luminous image as a light image onto the roadway, and a control and processing unit.
  • Vehicle headlights that work with laser beams that scan via a light conversion medium are known. They usually generate a luminescent image on a light conversion medium, often referred to as "phosphor” for short, on which the blue laser light, for example, is converted into essentially "white” light by fluorescence. The luminous image produced is then projected as a light image onto the roadway with the aid of the imaging system, for example lens optics.
  • the microscanner or the beam deflection means is often designed as a micromirror (or a prism) which can be moved about one or about two axes, so that, for example, a line-by-line luminescent image is "written".
  • the modulation of the laser light source determines the desired luminance (luminous intensity of the point or line) for each point or line of the illuminated image, on the one hand the legal specifications must correspond to the projected light image and on the other hand can be adapted to the respective driving situation.
  • Such a method is also known in principle for so-called pico projectors and head-up displays, which also use light scanners designed as MEMS (micro-electro-mechanical systems).
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • significantly higher laser powers have to be used for headlights, and it is not necessary to display a colored light distribution.
  • blue laser light which comes from laser diodes, for example, is usually used.
  • the required high laser power of the order of 5 to 30 watts, it is important to use the laser power installed in a motor vehicle headlight in the best possible way.
  • microscanners work according to a resonant drive principle.
  • the micromirrors used are excited at their resonant frequency and oscillate sinusoidally. It is precisely this sinusoidal curve that poses a major problem with regard to the utilization of the installed laser power. Due to the sinusoidal movement of the micromirror, there is generally significantly less optical power in the center of the image than in the peripheral areas.
  • Such a light distribution is not desirable for projection applications, especially for head-up displays and pico projectors, since all pixels there should be equally bright. For this reason, it is known to compensate for the change in brightness due to the sinusoidal curve by modulating the laser power synchronously with the mirror vibration, with the laser power being reduced towards the edge in order to achieve a homogeneous light distribution in which each pixel is equally bright. The maximum brightness of the compensated image is adjusted to the lowest brightness of the uncompensated image.
  • the average laser power introduced into the system must be reduced drastically (up to 80 - 90%), ie for a maximum power of 1 W of a laser diode, only 0.1 - 0.2 W is used, whereby It should be noted that we are talking about average power here and that the laser diode in this example must also be able to generate an optical power of 1 W for a short time. However, since the power is reduced in the edge areas, the result is an average power that is significantly lower than the maximum power.
  • One way to at least partially counteract the problem mentioned is to use light bands of different widths in a light image that is generated with the help of 1D microscanners, i.e. microscanners that can only be moved about one axis (a light band on the light conversion medium naturally occurs when the light of a Laser light source (laser diode) is directed to the conversion medium via a 1D microscanner) to use.
  • 1D microscanners i.e. microscanners that can only be moved about one axis (a light band on the light conversion medium naturally occurs when the light of a Laser light source (laser diode) is directed to the conversion medium via a 1D microscanner) to use.
  • the applicant used light bands of different widths to increase the vertical resolution in the light image. A change in the width of the luminous bands and thus an adjustment of the width of the luminous bands with regard to the laser power is not described in this document, however.
  • An object of the invention is to create a method and a laser lighting device for motor vehicle headlights that works according to such a method, in which improved utilization of the installed laser power is possible with the least possible effort for the control, in particular of optically relevant components.
  • the number of laser light sources it can be advantageous if the light bandwidth is changed by beam splitting of each laser beam using the at least one attachment optics, preferably a partially transparent mirror or a fiber-optic beam splitter.
  • the light bandwidth is changed by beam focusing, i.e. by focusing or defocusing, of each laser beam by means of the at least one optical attachment, preferably a lens arrangement.
  • the beam is focused by changing the position of the at least one optical head, preferably a lens arrangement, and/or the at least one light conversion means.
  • the object of the invention is also achieved with a laser lighting device according to claim 6, in which the control and computing unit is set up to carry out the method according to one or more of claims 1 to 5.
  • the photometric starting point of the laser lighting device shown here are two superimposed groups 1 and 2 of four laser light sources 11, 12, 13, 14 and 15, 16, 17, 18, which can each emit a laser beam designated 11p to 18p.
  • a laser control 3 is assigned to the laser light sources 11 to 18, this control 3 serving for the power supply and also being set up for modulating the beam intensity of the individual lasers.
  • modulating means that the intensity of a laser light source can be changed, either continuously or in a pulsed manner, in the sense of being switched on and off. It is essential that the light output can be changed dynamically, depending on where the rays are directed. There is also the option of switching the light on and off for a certain period of time so that defined areas are not illuminated
  • the laser control 3 in turn contains signals from a central headlight control 4, to which sensor signals s1 . . . si . . . sn can be supplied.
  • these control and sensor signals can be, for example, switching commands for switching from high beam to low beam or, on the other hand, signals that are recorded by light sensors or cameras that record the lighting conditions in the area surrounding the vehicle and, for example, are intended to hide or weaken certain areas in the light image.
  • Each laser light source 11 to 18 is followed by its own collimator optics 21 to 28, which bundles the initially strongly divergent laser beam 11p to 18p.
  • the distance between the laser beams of the first group 1 and the second group 2 is then reduced by a common converging lens 31 or 32 and the emergence angle of the laser beams is kept as small as possible with subsequent diverging lenses 41 or 42.
  • microscanner is understood here to mean a general beam deflection means that can be pivoted about one or two spatial axes, which is usually designed as a micromirror, does not necessarily have to be designed as such, but can be designed as a prism, for example.
  • the light conversion means 60 has a phosphor for light conversion, which converts, for example, blue or UV light into “white” light.
  • phosphorus is understood very generally to mean a substance or a mixture of substances which converts light of one wavelength into light of another wavelength or a mixture of wavelengths, in particular into “white” light, which can be subsumed under the term “wavelength conversion”. is.
  • White light is understood to mean light of such a spectral composition that produces the color impression "white” in humans.
  • the term “light” is of course not limited to radiation visible to the human eye.
  • Optoceramics are also suitable for the light conversion medium, these are transparent ceramics such as YAG-Ce (an yttrium aluminum garnet doped with cerium).
  • the micro scanner 51 is controlled by a micro scanner control 5 and set in oscillations of a constant or variable frequency, it being possible for these oscillations to correspond in particular to the mechanical natural frequency of the micro scanner.
  • the microscanner control 5 is in turn controlled by the headlight control 4 in order to be able to set the oscillation amplitude of the microscanners 51, 52, it also being possible to set asymmetrical oscillation about the axis.
  • the actuation of microscanners is known and can take place in many ways, eg electromagnetically, electrostatically, thermoelectrically and piezoelectrically.
  • the microscanners 51, 52 oscillate, for example, at a frequency of a few hundred Hz and their maximum deflection is a few degrees to 60°, depending on their activation.
  • the position of the microscanners 51, 52 is expediently reported back to the microscanner control 5 and/or to the headlight control 4.
  • the two microscanners can oscillate synchronously, but non-synchronous oscillation can also be used, for example in order to make the thermal load on the luminous surface or the light conversion means more uniform.
  • this illumination device shows micro-scanners that only oscillate about one axis, it is also possible to use micro-scanners that oscillate about two axes. In this case, several laser beams can be directed onto such a microscanner, which then generates overlapping or directly adjacent bands of light. Designs with just a single microscanner are also conceivable, in which, for example, the laser beams impinge directly on the microscanner counter to the main emission direction of the headlight, which then directs the laser beams onto a transilluminated phosphor.
  • embodiments with a different number of laser light sources and optics arranged downstream of the laser light sources and associated microscanners are possible.
  • a microscanner is assigned to several laser light sources, it is entirely possible, for example, for each laser light source to be assigned exactly one microscanner, so that only the laser beam generated by this laser light source is deflected by this microscanner.
  • one of the optics arranged downstream of a laser light source is designed as a beam splitter, in which case two or more microscanners are assigned to a single laser light source.
  • the laser light sources, the optics and the microscanners can be grouped differently and arranged in relation to one another, depending on the available installation space or heat dissipation requirements.
  • the division into two groups of laser light sources and the use of two microscanners brings advantages in terms of a compact structure and easily controllable heat dissipation, especially since the possible thermal load on a microscanner is limited.
  • FIG 2 shows a by means of the laser illumination device of FIG 1 generated light image on the roadway, which as an additional high beam distribution LV, which has a height h LV , is formed, and clarifies the initially formulated task of optimally utilizing the power of the laser light sources 11 to 18.
  • the term "roadway" is used here for the sake of simplicity, because of course it depends on the local conditions whether the light image is actually on the roadway is located or extends beyond it.
  • the light image is projected onto a vertical surface in accordance with the relevant standards (on a measuring screen, which is set up vertically at a legally prescribed distance in front of the respective vehicle lighting device), which is based on the vehicle obtain lighting technology.
  • the light image LV is divided into eight light bands E1 to E8 of the same size, ie of the same width and length, which run horizontally and have a width b 01 to b 08 . It should be noted that the sum of the light band widths b 01 to b 08 always results in the height of the light distribution h LV , with the height h LV complying with statutory standards.
  • the number of light bands corresponds to the number of laser light sources 11 to 18, with each light band being generated by an associated light source: E1 from 11, E2 from 12, to E8 from 18. In order to produce a legally compliant light image, each light band must have prescribed illuminance values exhibit.
  • the prescribed illuminance values are achieved by modulating the laser light sources, e.g. for the light band E7 that appears as the "brightest", the laser light source 17 is operated at a substantially maximum power, whereas for the first light band that appears as the "darkest " Light band E1 appears in the photo, significantly less light intensity is required (this is also shown in the right-hand column of the Figure 5a clarified). As a result, less power is also required from the laser light source 11 .
  • the fact whether a light band appears "bright” or “dark” can be expressed physically by the luminous flux flowing through the corresponding light band.
  • the right column of the table in the Figure 5a It can be seen that the luminous flux flowing through the surface of the light band E7 is significantly higher than the luminous flux flowing through the surface of the light band E1.
  • the number of light bands n corresponds to the number of laser diodes N used, it being assumed for the sake of simplicity that each laser light source has the same maximum power. However, this assumption does not represent a restriction, so that the method according to the invention can be used without further ado for laser light sources with a different maximum power.
  • a desired luminous flux per light band (luminous intensity per light band) is specified.
  • This and other method steps of an embodiment are shown in a flowchart in 3 shown.
  • E tot E tot /n
  • the desired width values of the light bands are calculated based on the total luminous flux E tot , the number of light bands n, the height of the light distribution h LV , and the desired luminous flux E m per light band.
  • a light band LB i is first selected (step s60) and its actual width value b 0i is determined (step s61). Then (step s62) the luminous flux E 0i flowing through this light band LB i is determined.
  • the actual luminous flux E 0i is compared with the desired luminous flux E m .
  • the light bands are provided with a running index i.
  • the running index is compared with the number of light bands n. If this value equals the number of light strips n, it means that the width values of all light strips are already adjusted and that the changed luminous flux through each light strip is essentially equal to the desired luminous flux. If this value does not equal the number of light bands n, the running index i is increased by one.
  • the change in the light bandwidths b 01 to b 08 takes place under one condition: the sum of the desired light bandwidths b' 01 to b' 08 must essentially result in the height of the emitted light distribution h LV . It follows that the type of light distribution is not changed during optimization. Although the preferred embodiment addresses changing the light bandwidths in an auxiliary high beam pattern, the method can readily be used to change the light bandwidths in other types of light patterns, such as low beam, high beam, inclement weather, cornering, and other compliant light patterns.
  • the method is particularly suitable for presetting the laser light illumination device, ie the width values of the light bands generated by the laser light illumination device are set with the aid of the method according to the invention before the laser light illumination device is put into operation and are not changed further during operation.
  • this does not exclude the use of the method for so-called dynamic light distributions.
  • the subdivision of the additional high beam distribution LV described above into light bands E' 1 to E' 8 with the changed light band width b' 01 to b' 08 is in 4 shown.
  • the upper or lower limit of each light band is at b' 01o to b' 08o or at b' 01u to b' 08u .
  • the sum of the light bandwidths b' 01 to b' 08 is equal to the height h LV of the additional light distribution LV.
  • the differences between the original luminous flux values and those achieved using the method according to the invention for each light band are shown in the tables in Figures 5a and 5b clarified.
  • the original light band width is 0.375° per light band, whereby the luminous flux values vary between 7 and 39 Lm (lumen) depending on the light band ( Figure 5a ). at in the light strips with a changed (optimized) width, the scattering of the luminous flux values is significantly smaller and amounts to a maximum of 13 Lm ( Figure 5b ).
  • the method can be applied to a light image divided into horizontal and/or vertical light bands.
  • the Figures 6a to 6f technical means for changing the luminous bandwidth on the conversion means 60.
  • only one laser light source LQ with its front-mounted attachment optics VO and the conversion means 60 is considered.
  • none of the structures has a microscanner, so that the laser light beam L hits the conversion means 60 after the attachment optics VO and generates a light spot LF a to LFf.
  • the principle of beam focusing or beam defocusing, ie shifting the focal point of the attachment optics with respect to the conversion medium is discussed.
  • Another technical means for changing the luminous bandwidth by means of beam splitting on the conversion means 60 is shown.
  • attachment optics means an arrangement of optically relevant elements.
  • this arrangement can have one, two or more lenses ( Figures 6a to 6d ) and be set up for beam focusing or beam collimation.
  • this arrangement can have additional beam splitters, which are designed, for example, as partially transparent mirrors or fiber-optic beam splitters, and/or mirrors ( Figures 6e and 6f )
  • the laser beam is focused on the light conversion means 60 and generates a very small light spot LF a . If an oscillating micro-scanner is placed between the attachment optics VO and the conversion means 60, a luminous curve is produced on the conversion means.
  • the Figure 6b shows technical means for an embodiment of the device according to the invention, in which the size of the light spot LF b and consequently the light bandwidth can be changed by moving the front optics VO. In this case, the laser light beam L is defocused by a parallel displacement of the front optics VO along the direction of light propagation.
  • the Figure 6c shows a further embodiment of the device, in which the conversion means 60 is pivotable about at least one axis and by pivoting the size of the The light spot LF c generated by the laser beam L can be varied.
  • FIG. 12 shows yet another embodiment in which a diverging lens, which defocuses the laser beam L, is used in the front optics VO. This in turn changes the luminous spot size LFd.
  • Figures 6e and 6f show two other ways of changing the light bandwidth and is based on the principle of beam splitting.
  • Figure 6e shows a laser light source LQ and an attachment optics VO, which attachment optics VO as an arrangement of two lenses L1 and L2, an additional 50/50 beam splitter BS (50/50 refers to the splitting of the intensity of the transmitted and reflected light) and a additional mirror M is formed.
  • This embodiment is particularly advantageous if the number of laser light sources used when the power is not optimal is to be reduced. In this case, two light bands are generated with a single laser light source LQ, with only 50% of the power of the laser light source being consumed per light band LF e1 , LF e2 .
  • the width of the resulting entire light band LF e is twice the width of a light band without the 50/50 beam splitter BS and the mirror M.
  • the lens L2 is merely a schematic representation and not formed in one piece have to be.
  • the lens L2 can be replaced by another set of optics to further change the width of the light bands LF e1 , LF e2 .
  • this embodiment is not limited by the use of a 50/50 beam splitter BS and a mirror M. Arrangements of multiple beam splitters and mirrors can be used, each beam splitter in such an arrangement having a different transmission or reflection coefficient from the 50/50 beam splitter (e.g. a reflection coefficient of 1/3, 1/4, 1/5, 1 /6 or 1/8).
  • the Fig. 6f an embodiment in which the beam splitting takes place using a fiber optic beam splitter F.
  • the intensity of the laser beam emitted by the laser light source LQ is distributed over two laser beams emerging from the fiber-optic beam splitter F. as in Figure 6e
  • the intensity distribution over two beams does not have to be the same here either.
  • the splitting of the beam into two exiting laser beams is not restrictive here either.
  • Several (3, 4, 5, or even more) exiting laser beams can be generated with different intensity components of the emitted laser beam.
  • the lens L2 is again a schematic one Representation of a more general arrangement of optics. For the lens array L2 of Fig. 6f the same comments apply as to the lens array L2 of FIG Figure 6e were made.

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  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Laserbeleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen umfasst, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jede Laserlichtquelle einen Laserstrahl erzeugt und jeder Laserlichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr Laserstrahlen auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer mit zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jeder Lichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, und einer Steuer- und Recheneinheit.
  • Fahrzeugscheinwerfer, die mit über ein Lichtkonversionsmittel scannenden Laserstrahlen arbeiten, sind bekannt. Sie erzeugen üblicherweise ein Leuchtbild auf einem Lichtkonversionsmittel, oft kurz "Phosphor" genannt, auf welchem durch Fluoreszenz das z.B. blaue Laserlicht in im Wesentlichen "weißes" Licht umgewandelt wird. Das erzeugte Leuchtbild wird dann mit Hilfe des Abbildungssystems, z.B. einer Linsenoptik, als ein Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert. Der Mikroscanner oder das Strahlablenkmittel ist oft als ein Mikrospiegel (oder ein Prisma) ausgebildet, der um eine oder um zwei Achsen bewegt werden kann, sodass z.B. ein zeilenweises Leuchtbild "geschrieben" wird. Die Modulation der Laserlichtquelle bestimmt für jeden Punkt oder jede Zeile des Leuchtbildes die gewünschte Leuchtdichte (Lichtstärke des Punktes oder der Zeile), die einerseits gesetzlichen Vorgaben für das projizierte Lichtbild entsprechen muss und andererseits der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden kann.
  • Die Verwendung des Lichtscanners mit einem oder mehreren Laserstrahlen, welche synchron zu der Spiegelschwingung moduliert werden, ermöglicht es, eine nahezu beliebige Lichtverteilung zu erzeugen. Bekannt ist ein solches Verfahren prinzipiell auch bei sogenannten Pico Projektoren und Head-up-Displays, die gleichfalls Lichtscanner verwenden, die als MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) ausgebildet sind. Im Gegensatz zu solchen Projektionssystemen, die oft in der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden, müssen jedoch bei Scheinwerfern deutlich höhere Laserleistungen eingebracht werden, wobei es nicht notwendig ist, eine farbige Lichtverteilung darzustellen. Wie oben erwähnt, wird üblicherweise mit blauem Laserlicht, das beispielsweise von Laserdioden stammt, gearbeitet. Im Hinblick auf die benötigte hohe Laserleistung in der Größenordnung von 5 bis 30 Watt, ist es wichtig, die in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer installierte Laserleistung bestmöglich zu nützen.
  • Die meisten bekannten Mikroscanner arbeiten nach einem resonanten Antriebsprinzip. Die verwendeten Mikrospiegel werden dabei in ihrer Resonanzfrequenz angeregt und schwingen sinusförmig. Gerade dieser sinusförmige Verlauf stellt hinsichtlich der Ausnutzung der installierten Laserleistung ein großes Problem dar. Aufgrund der sinusförmigen Bewegung des Mikrospiegels ist in der Bildmitte gemeinhin deutlich weniger optische Leistung vorhanden, als in den Randbereichen.
  • Eine solche Lichtverteilung ist bei Projektionsanwendungen speziell bei Head-up-Displays und Pico Projektoren nicht erwünscht, da dort alle Bildpunkte gleich hell sein sollten. Aus diesem Grund ist es bekannt, die Helligkeitsänderung aufgrund des sinusförmigen Verlaufes zu kompensieren, indem die Laserleistung synchron zur Spiegelschwingung moduliert wird, wobei die Laserleistung zum Rand hin reduziert wird, um eine homogene Lichtverteilung zu erzielen, in welcher jedes Pixel gleich hell ist. Dabei wird die maximale Helligkeit des kompensierten Bildes der niedrigsten Helligkeit des unkompensierten Bildes angepasst.
  • Wegen der Kompensation des Helligkeitsverlaufes muss die in das System eingebrachte mittlere Laserleistung drastisch (bis zu 80 - 90%) reduziert werden, d.h. z.B. bei einer maximalen Leistung von 1 W einer Laserdiode, wird lediglich 0,1 - 0,2 W benutzt, wobei zu beachten ist, dass hier von mittleren Leistungen die Rede ist, und dass auch in diesem Beispiel die Laserdiode in der Lage sein muss, kurzzeitig eine optische Leistung von 1 W aufzubringen. Da die Leistung jedoch in den Randbereichen reduziert wird, ergibt sich eine mittlere Leistung, die deutlich geringer als die maximale Leistung ist.
  • Das aufgezeigte Problem verschärft sich noch erheblich bei Anwendungen des scannenden Verfahrens auf Kraftfahrzeugscheinwerfer. Lichtverteilungen, die für Hauptlichtfunktionen in Fahrzeugscheinwerfern erzeugt werden, sind nämlich in den seltensten Fällen in allen Bildpunkten gleich hell. Im Gegenteil, bei den Lichtverteilungen eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ist es sogar erwünscht, dass die Randbereiche deutlich dunkler sind als die Bildmitte, in der meist ein sogenannter Lichtspot erzeugt werden soll. Dieser Lichtspot beleuchtet die Fahrbahn, wogegen die Randbereiche die Fahrbahnumgebung ausleuchten. Zur Verdeutlichung soll eine beispielshafte Lichtverteilung betrachtet werden, die als Zusatzfernlichtverteilung geeignet und in Fig. 2 dargestellt ist. Hier ist erkenntlich, dass in der Bildmitte eine hohe Lichtleistung erforderlich ist (100 %), wogegen in den Randbereichen die Helligkeit bereits deutlich abnimmt. Kompensiert man in diesem Fall die Laserleistung eines sinusförmig in zwei Richtungen schwingenden Mikrospiegels, so kann man zeigen, dass nur noch ca. 10 - 20 % der installierten Laserleistung ausgenützt werden.
  • Eine Möglichkeit dem genannten Problem zumindest teilweise zu begegnen liegt darin, bei einem Leuchtbild, welches mithilfe von 1D-Mikroscannern, d.h. um lediglich eine Achse bewegbaren Mikroscannern, erzeugt wird, unterschiedlich breite Leuchtbänder (ein Leuchtband auf dem Lichtkonversionsmittel entsteht natürlicherweise, wenn das Licht einer Laserlichtquelle (Laserdiode) über einen 1D-Mikroscanner auf das Konversionsmittel gelenkt wird) zu verwenden. In AT 513916 A2 der Anmelderin wurden unterschiedlich breite Leuchtbänder zur Erhöhung der vertikalen Auflösung im Lichtbild verwendet. Eine Änderung der Leuchtbänderbreite und somit eine Anpassung der Breite der Leuchtbänder bezüglich der Laserleistung ist allerdings in diesem Dokument nicht beschrieben.
  • Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren sowie eine nach einem solchen Verfahren arbeitende Laserbeleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeugscheinwerfer zu schaffen, bei welchem eine verbesserte Ausnutzung der installierten Laserleistung bei möglichst geringem Aufwand für die Ansteuerung, insbesondere von optisch relevanten Bauteilen möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Hinsichtlich der Anzahl der Laserlichtquellen kann es vorteilhaft sein, wenn die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlteilen jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise eines teildurchlässigen Spiegels oder eines faseroptischen Strahlteilers, erfolgt.
  • Hinsichtlich der bautechnischen Veränderung der Laserbeleuchtungsvorrichtung kann es zweckmäßig sein, wenn die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlfokussierung, d.h. durch Fokussieren oder Defokussieren, jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung, erfolgt.
  • Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Strahlfokussierung durch eine Lageänderung der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung, und/oder des zumindest einen Lichtkonversionsmittels erfolgt.
  • Bei einer praxisbewährten Variante ist vorgesehen, dass der gewünschte Lichtstroms je Lichtband gemäß der Formel Em= Eges /n ermittelt wird, wobei Eges der Gesamtstrom ist.
  • Erfindungsgemäß weist das Berechnen des gewünschten Breitenwerts pro Lichtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms ferner auf:
    • Schritt s60: Auswählen eines Lichtbandes;
    • Schritt s61: Ermitteln eines tatsächlichen Breitenwertes;
    • Schritt s62: Ermitteln eines tatsächlichen Lichtstroms für das ausgewählte Lichtband;
    • Schritt s63: Vergleichen des tatsächlichen Lichtstroms mit dem gewünschten Lichtstrom;
    • Schritt s64: Erhöhen oder Verringern oder Behalten des tatsächlichen Breitenwertes, je nachdem ob der tatsächliche Lichtstrom kleiner als der gewünschte Lichtstrom oder der tatsächliche Lichtstrom größer als der gewünschte Lichtstrom oder der tatsächliche Lichtstrom im Wesentlichen gleich dem gewünschten Lichtstrom ist; und
    • Schritt s65: Wiederholen der Schritte s62, s63 und s64 mit den geänderten Breitenwerten bis der tatsächliche Lichtstrom im Wesentlichen gleich dem gewünschten Lichtstrom ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einer Laserbeleuchtungsvorrichtung nach dem Anspruch 6 gelöst, bei welcher die Steuer- und Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  • Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt
    • Fig. 1 die für die Erfindung wesentlichen Komponenten einer Laserbeleuchtungsvorrichtung herkömmlicher Art und deren Zusammenhang in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 eine Aufteilung des mit der Laserbeleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 erzeugten Lichtbildes in Lichtbänder nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • Fig. 4 eine geänderte Aufteilung des Lichtbildes gemäß der geänderten Lichtbreitewerten aus dem Verfahren der Fig. 3,
    • Fig. 5a Positionen der Lichtbandgrenzen und Lichtstromwerte der Fig. 2,
    • Fig. 5b Positionen der Lichtbandgrenzen und Lichtstromwerte der Fig. 4,
    • Fig. 6a eine Vorsatzoptik nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 6b eine verschiebbare Vorsatzoptik,
    • Fig. 6c ein verschwenkbares Lichtkonversionsmittel, und
    • Fig. 6d eine Streulinse als Teil der Vorsatzoptik.
  • Zuerst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine dem Stand der Technik bekannte Laserbeleuchtungsvorrichtung (siehe z.B. AT 514834 A2 ), die als Ausgangspunkt für ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung dient.
  • Lichttechnischer Ausgangspunkt der hier dargestellten Laserbeleuchtungsvorrichtung sind zwei, hier übereinander liegende Gruppen 1 und 2 von je vier Laserlichtquellen 11, 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17, 18, welche je einen mit 11p bis 18p bezeichneten Laserstrahl abgeben können. Den Laserlichtquellen 11 bis 18 ist eine Laseransteuerung 3 zugeordnet, wobei diese Ansteuerung 3 zur Stromversorgung dient und auch zum Modulieren der Strahlintensität der einzelnen Laser eingerichtet ist. Unter "Modulieren" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Intensität einer Laserlichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder, im Sinne eine Ein- und Ausschaltens, gepulst. Wesentlich ist, dass die Lichtleistung analog dynamisch geändert werden kann, je nachdem, an welche Stelle die Strahlen gelenkt werden. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit, um definierte Stellen nicht zu beleuchten
  • Die Laseransteuerung 3 enthält ihrerseits wiederum Signale von einer zentralen Scheinwerferansteuerung 4, welcher Sensorsignale s1 ... si ... sn zugeführt werden können. Diese Steuer- und Sensorsignale können einerseits beispielsweise Schaltbefehle zum Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht sein oder andererseits Signale, die von Lichtsensoren oder Kameras aufgenommen werden, welche die Beleuchtungsverhältnisse in der Umgebung des Fahrzeugs erfassen und beispielsweise bestimmte Bereiche im Lichtbild ausblenden oder abschwächen sollen. Die Laserlichtquellen 11 bis 18, die bevorzugt als Laserdioden ausgebildet sind, geben beispielsweise blaues oder UV-Licht ab.
  • Jeder Laserlichtquelle 11 bis 18 ist eine eigene Kollimatoroptik 21 bis 28 nachgeordnet, welche den zunächst stark divergenten Laserstrahl 11p bis 18p bündelt. Anschließend wird der Abstand der Laserstrahlen der ersten Gruppe 1 bzw. der zweiten Gruppe 2 je durch eine gemeinsame Sammellinse 31 bzw. 32 verringert und mit nachfolgenden Zerstreuungslinsen 41 bzw. 42 wird der Austrittswinkel der Laserstrahlen so gering wie möglich gehalten.
  • Die vier in der beschriebenen Weise "gebündelten" Laserstrahlen 11p, 12p, 13p, und 14p der ersten Gruppe 1 treffen auf einen ersten Mikroscanner 51 und analog treffen die Laserstrahlen 15p, 16p, 16p, und 18p der zweiten Gruppe 2 auf einen zweiten Mikroscanner 52 auf und werden gemeinsam auf ein im vorliegenden Fall als Leuchtfläche ausgebildetes Lichtkonversionsmittel 60 reflektiert. Unter dem Begriff "Mikroscanner" wird hier ein um eine oder zwei räumliche Achsen verschwenkbares allgemeines Strahlablenkmittel verstanden, das meist als ein Mikrospiegel ausgebildet ist, nicht unbedingt als solcher ausgebildet sein muss sondern als z.B. ein Prisma ausgebildet sein kann. Das Lichtkonversionsmittel 60 weist in bekannter Weise einen Phosphor zur Lichtkonversion auf, welcher beispielsweise blaues oder UV-Licht in "weißes" Licht umwandelt. Unter "Phosphor" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ganz allgemein ein Stoff oder eine Stoffmischung verstanden, welche Licht einer Wellenlänge in Licht einer anderen Wellenlänge oder eines Wellenlängengemisches, insbesondere in "weißes" Licht, umwandelt, was unter dem Begriff "Wellenlängenkonversion" subsumierbar ist. Dabei wird unter "weißes Licht" Licht einer solchen Spektralzusammensetzung verstanden, welches beim Menschen den Farbeindruck "weiß" hervorruft. Der Begriff "Licht" ist natürlich nicht auf für das menschliche Auge sichtbare Strahlung eingeschränkt. Für das Lichtkonversionsmittel kommen auch Optokeramiken in Frage, das sind transparente Keramiken, wie beispielsweise YAG-Ce (ein Yttrium-Aluminium-Granat mit Cer dotiert).
  • Der Mikroscanner 51 wird von einer Mikroscanneransteuerung 5 angesteuert und in Schwingungen konstanter oder variabler Frequenz versetzt, wobei diese Schwingungen insbesondere der mechanischen Eigenfrequenz des Mikroscanners entsprechen können. Auch die Mikroscanneransteuerung 5 wird ihrerseits von der Scheinwerferansteuerung 4 gesteuert, um die Schwingungsamplitude der Mikroscanner 51, 52 einstellen zu können, wobei auch asymmetrisches Schwingen um die Achse einstellbar sein kann. Die Ansteuerung von Mikroscannern ist bekannt und kann auf vielerlei Art erfolgen, z.B. elektromagnetisch, elektrostatisch, thermoelektrisch und piezoelektrische. Bei erprobten Ausführungsformen der Erfindung schwingen die Mikroscanner 51, 52 beispielsweise mit einer Frequenz von einigen hundert Hz und ihr maximaler Ausschlag beträgt in Abhängigkeit von ihrer Ansteuerung einige wenige Grad bis 60°. Die Position der Mikroscanner 51, 52 wird zweckmäßigerweise an die Mikroscanneransteuerung 5 und/oder an die Scheinwerferansteuerung 4 rückgemeldet. Die beiden Mikroscanner können synchron schwingen, es ist aber auch ein nicht synchrones Schwingen anwendbar, beispielsweise um die thermische Belastung der Leuchtfläche bzw. des Lichtkonversionsmittels gleichmäßiger zu gestalten.
  • Wenngleich diese Beleuchtungsvorrichtung Mikroscanner zeigt, die nur um eine Achse schwingen, ist es auch möglich, Mikroscanner zu verwenden, die um zwei Achsen schwingen. In diesem Fall können mehrere Laserstrahlen auf einen solchen Mikroscanner gerichtet sein, welcher dann überlappende oder direkt aneinander anliegende Lichtbänder erzeugt. Auch sind Ausführungen mit lediglich einem einzigen Mikroscanner denkbar, bei welchen beispielsweise die Laserstrahlen entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers direkt auf den Mikroscanner auftreffen, der dann die Laserstrahlen auf einen durchleuchteten Phosphor lenkt.
  • Im Allgemeinen sind Ausführungsformen mit unterschiedlicher Anzahl von Laserlichtquellen und den Laserlichtquellen nachgeordneten Optiken und zugeordneten Mikroscannern möglich. Neben der oben beschriebenen Ausführungsform, bei welche ein Mikroscanner mehreren Laserlichtquellen zugeordnet ist, ist es z.B. durchaus möglich, dass jeder Laserlichtquelle genau ein Mikroscanner zugeordnet ist, sodass nur der von dieser Laserlichtquelle erzeugte Laserstrahl von diesem Mikroscanner umgelenkt wird. Alternativ ist es denkbar, dass einer der einen Laserlichtquelle nachgeordneten Optiken als ein Strahlteiler ausgebildet ist, in welchem Fall einer einzigen Laserlichtquelle zwei oder mehr Mikroscanner zugeordnet sind. Dabei können die Laserlichtquellen, die Optiken und die Mikroscanner unterschiedlich gruppiert und zueinander angeordnet werden, je nach verfügbaren Bauraum oder Wärmeabfuhrerfordernissen. Die Aufteilung auf zwei Gruppen von Laserlichtquellen und die Verwendung von zwei Mikroscannern bringt allerdings Vorteile hinsichtlich eines kompakten Aufbaus und einer gut beherrschbaren Wärmeabfuhr, zumal die mögliche thermische Belastung eines Mikroscanners begrenzt ist.
  • Fig. 2 zeigt ein mittels der Laserbeleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 erzeugtes Lichtbild auf der Fahrbahn, das als eine Zusatzfernlichtverteilung LV, welche eine Höhe hLV aufweist, ausgebildet ist, und verdeutlicht die eingangs formulierte Aufgabe einer optimalen Ausnutzung der Leistung der Laserlichtquellen 11 bis 18. Der Begriff "Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich das Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder auch darüber hinaus erstreckt. Z.B. um die abgestrahlten Lichtverteilungen zu testen, erzeugt man eine Projektion des Lichtbildes auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen (auf einem Messschirm, welches in einem gesetzlich vorgeschriebenen Abstand vor der jeweiligen KFZ-Beleuchtungsvorrichtung vertikal aufgestellt wird), die sich auf die KFZ-Beleuchtungstechnik beziehen. Das Lichtbild LV ist in acht gleich große, d.h. gleich breite und gleich lange, horizontal verlaufende Lichtbänder E1 bis E8 unterteilt, welche eine Breite b01 bis b08 aufweisen. Dabei ist zu beachten, dass die Summe der Lichtbandbreiten b01 bis b08 immer die Höhe der Lichtverteilung hLV ergibt, wobei die Höhe hLV gesetzlich festgelegte Normen erfüllt. Die Anzahl der Lichtbänder entspricht der Anzahl der Laserlichtquellen 11 bis 18, wobei jedes Lichtband von einer dazugehörigen Lichtquelle erzeugt wird: E1 von 11, E2 von 12, bis E8 von 18. Um ein gesetzeskonformes Lichtbild zu erzeugen, muss jedes Lichtband vorgeschriebene Werte der Beleuchtungsstärke aufweisen. Um diese Werte zu erzielen, müssen auf dem Lichtkonversionsmittel 60 Leuchtbänder mit einer entsprechenden Lichtstärke realisiert werden. In dem gezeigten Fall werden die vorgeschriebenen Werte der Beleuchtungsstärke durch das Modulieren der Laserlichtquellen erreicht, z.B. für das als "hellste" erscheinende Lichtband E7 wird die Laserlichtquelle 17 bei einer im Wesentlichen maximalen Leistung betrieben, wohingegen von dem ersten Leuchtband, das als das "dunkelste" Lichtband E1 im Lichtbild erscheint, wesentlich weniger Lichtstärke benötigt wird (dies wird auch in der rechten Spalte der Fig. 5a verdeutlicht). Infolgedessen wird auch von der Laserlichtquelle 11 weniger Leistung abverlangt. Die Tatsache ob ein Lichtband "hell" oder "dunkel" erscheint, lässt sich physikalisch durch den durch das entsprechende Lichtband fließenden Lichtstrom ausdrücken. So ist z.B. der rechten Spalte der Tabelle in der Fig. 5a zu entnehmen, dass der durch die Fläche des Lichtbands E7 fließende Lichtstrom wesentlich höher als der durch die Fläche des Lichtbandes E1 fließende Lichtstrom ist.
  • Das bereits in Zusammenhang mit der Fig. 2 erwähnte Unterteilen des Lichtbildes in Lichtbänder (oder äquivalenterweise Leuchtbildes in Leuchtbänder) ist der erste Schritt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Da die einschlägigen Messungen an der Lichtverteilung, d.h. am Lichtbild vorgenommen werden, wird im Weiteren von Lichtbändern und Lichtströmen je Lichtband (gemessen in Lumen) gesprochen. Alternativ ist es denkbar die Lichtstärke je Leuchtband in einer vorgegebenen Richtung direkt am Konversionsmittel 60 zu messen (in Candela). Welche Größe der Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren ist, wählt der Fachmann je nach vorliegenden Messdaten selbst.
  • Wie bereits oben erwähnt entspricht die Anzahl der Lichtbänder n der Anzahl der verwendeten Laserdioden N, wobei der Einfachheit halber angenommen wird, dass jede Laserlichtquelle dieselbe maximale Leistung aufweist. Diese Annahme stellt allerdings keine Einschränkung dar, sodass das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres für Laserlichtquellen mit einer unterschiedlichen maximalen Leistung verwendet werden kann.
  • In einem weiteren Schritt wird ein gewünschter Lichtstrom je Lichtband (Lichtstärke je Leuchtband) festgelegt. Dieser und weitere Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels sind in einem Ablaufdiagramm in Fig. 3 dargestellt. Bei dem Ablaufdiagramm der Fig. 3 wird der gewünschte Lichtstrom Em je Lichtband gemäß der Formel Em= Eges /n bestimmt, wobei Eges der Lichtstrom für das gesamte Lichtbild (Gesamtlichtstrom) ist, wodurch ein über die Lichtbänder im Wesentlichen gleichverteilter gewünschter Lichtstrom erzielt wird. Es ist allerdings durchaus denkbar, den gewünschten Lichtstrom je Lichtband auf eine andere dem Fachmann zugängliche und nahliegende Weise zu berechnen und dadurch eine andere Verteilung des gewünschten Lichtstroms über die Lichtbänder zu erzielen.
  • Im nächsten Schritt werden anhand des Gesamtlichtstroms Eges, der Anzahl der Lichtbänder n, der Höhe der Lichtverteilung hLV, und des gewünschten Lichtstroms Em je Lichtband die gewünschten Breitenwerte der Lichtbänder berechnet. Dies kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen, wobei bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst ein Lichtband LBi ausgewählt (Schritt s60), und sein tatsächlicher Breitenwert b0i ermittelt (Schritt s61). Anschließend (Schritt s62) wird der durch dieses Lichtband LBi fließende Lichtstrom E0i ermittelt. In einem nächsten Schritt s63 wird der tatsächliche Lichtstrom E0i mit dem gewünschten Lichtstrom Em verglichen. Falls der tatsächliche Lichtstrom Em und der gewünschte Lichtstrom Em im Wesentlichen gleich sind, wird einfach das nächste Lichtband ausgewählt. Falls allerdings der tatsächliche Lichtstrom E0i kleiner bzw. größer als der gewünschte Lichtstrom Em ist, wird der Breitenwert b0i, des Lichtbandes LBi um einen vorgegebenen Wert bx erhöht bzw. verringert - Schritt s64. Durch die Änderung der Breite des ausgewählten Lichtbands LBi zu einem neuen Wert b'0i = b0i + bx bzw. b'0i = b0i - bx wird auch der Lichtstrom durch dieses Lichtband verändert. Die Schritte s62 bis s64 werden solange wiederholt, bis der geänderte Wert des Lichtstroms E'0i für das ausgewählte Lichtband dem gewünschten Lichtstrom Em im Wesentlichen gleich ist. Nachfolgend wird das nächste Lichtband ausgewählt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lichtbänder mit einem Laufindex i versehen. Im nächsten Schritt wird der Laufindex mit der Anzahl der Lichtbänder n verglichen. Gleicht dieser Wert der Anzahl der Lichtbänder n, bedeutet das, dass bereits die Breitenwerte aller Lichtbänder angepasst sind und dass der geänderte Lichtstrom durch jedes Lichtband im Wesentlichen gleich dem gewünschten Lichtstrom ist. Gleicht dieser Wert nicht der Anzahl der Lichtbänder n, so wird der Laufindex i um eins erhöht.
  • Es sei an dieser Stelle gesondert darauf verwiesen, dass die Änderung der Lichtbandbreiten b01 bis b08 unter einer Bedingung erfolgt: die Summe der gewünschten Lichtbandbreiten b'01 bis b'08 muss im Wesentlichen die Höhe der abgestrahlten Lichtverteilung hLV ergeben. Daraus folgt, dass bei der Optimierung der Typ der Lichtverteilung nicht verändert wird. Wenngleich das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Änderung der Lichtbandbreiten bei einer Zusatzfernlichtverteilung behandelt, kann das Verfahren ohne weiteres für die Änderung der Lichtbandbreiten bei anderen Typen der Lichtverteilungen, beispielsweise Abblendlicht-, Fernlicht-, Schlechtwetterlicht-, Kurvenlicht- und andere gesetzkonforme Lichtverteilungen, eingesetzt werden. Dabei eignet sich das Verfahren insbesondere für eine Voreinstellung der Laserlichtbeleuchtungsvorrichtung, d.h. die Breitenwerte der durch die Laserlichtbeleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichtbänder werden mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Inbetriebnahme der Laserlichtbeleuchtungsvorrichtung eingestellt und im Betrieb nicht weiter verändert. Allerdings schließt dies die Verwendung des Verfahrens bei sogenannten dynamischen Lichtverteilungen nicht aus.
  • Die Unterteilung der oben beschriebenen Zusatzfernlichtverteilung LV in Lichtbänder E'1 bis E'8 mit der geänderten Lichtbandbreite b'01 bis b'08 ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei liegt die obere bzw. die untere Grenze jedes Lichtbandes bei b'01o bis b'08o bzw. bei b'01u bis b'08u. Die Summe der Lichtbandbreiten b'01 bis b'08 ist gleich der Höhe hLV der Zusatzlichtverteilung LV.
  • Die Unterschiede zwischen den ursprünglichen und den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichten Lichtstromwerten je Lichtband sind in den Tabellen in Fig. 5a und Fig. 5b verdeutlicht. Dabei beträgt die ursprüngliche Lichtbandbreite 0,375° je Lichtband, wobei die Lichtstromwerte zwischen 7 und 39 Lm (Lumen) je nach Lichtband streuen (Fig. 5a). Bei den Lichtbändern mit einer geänderten (optimierten) Breite ist die Streuung der Lichtstromwerte wesentlich kleiner und beträgt maximal 13 Lm (Fig. 5b).
  • Obwohl die in diesem Ausführungsbeispiel betrachteten Lichtbänder horizontal ausgerichtet sind, kann das Verfahren auf ein in horizontale und / oder vertikale Lichtbänder unterteiltes Lichtbild angewandt werden.
  • Abschließend stellen die Figuren 6a bis 6f technische Mittel zur Änderung der Leuchtbandbreite auf dem Konversionsmittel 60 schematisch dar. Dabei wird der Einfachheit der Darstellung halber nur eine Laserlichtquelle LQ mit ihr vorgelagerten Vorsatzoptik VO und dem Konversionsmittel 60 betrachtet. Dabei weist kein Aufbau einen Mikroscanner auf, sodass der Laserlichtstrahl L nach der Vorsatzoptik VO auf das Konversionsmittel 60 trifft und einen Leuchtfleck LFa bis LFf erzeugt. In den Fig. 6a bis 6d wird das Prinzip der Strahlfokussierung bzw. Strahldefokussierung, d.h. einer Verschiebung des Brennpunktes der Vorsatzoptik bezüglich des Konversionsmittels, thematisiert. In den Figuren 6e und 6f ist ein weiteres technisches Mittel zur Änderung der Leuchtbandbreite mittels Strahlteilung auf dem Konversionsmittel 60 dargestellt.
  • Unter dem Begriff "Vorsatzoptik" wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Anordnung optisch relevanter Elemente verstanden. Diese Anordnung kann im einfachsten Fall eine, zwei oder mehr Linsen (Fig. 6a bis 6d) aufweisen und zur Strahlfokussierung bzw. Strahlkollimation eingerichtet sein. Darüber hinaus kann diese Anordnung zusätzliche Strahlteiler, welche beispielsweise als teildurchlässige Spiegel oder faseroptische Strahlteiler ausgebildet sind, und / oder Spiegel aufweisen (Figuren 6e und 6f)
  • In der Fig. 6a ist der Laserstrahl auf das Lichtkonversionsmittel 60 fokussiert und erzeugt einen sehr kleinen Leuchtfleck LFa. Wird zwischen der Vorsatzoptik VO und dem Konversionsmittel 60 ein schwingender Mikroscanner gestellt, entsteht auf dem Konversionsmittel eine leuchtende Kurve. Die Fig. 6b zeigt technische Mittel für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der durch die Bewegung der Vorsatzoptik VO die Größe des Leuchtflecks LFb und folglich die Leuchtbandbreite verändert werden kann. Dabei wird der Laserlichtstrahl L durch eine Parallelverschiebung der Vorsatzoptik VO entlang der Lichtausbreitungsrichtung defokussiert. Die Fig. 6c zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher das Konversionsmittel 60 um zumindest eine Achse verschwenkbar ist und durch das Verschwenken die Größe des durch den Laserstrahl L erzeugten Leuchtflecks LFc variiert werden kann. Die Fig. 6d zeigt noch eine weitere Ausführungsform, bei der in der Vorsatzoptik VO eine Streulinse verwendet wird, welche den Laserstrahl L defokussiert. Dadurch wird wiederum die Leuchtfleckgröße LFd verändert.
  • Die Figuren 6e und 6f zeigen zwei weitere Möglichkeiten, die Leuchtbandbreite zu verändern und beruht auf dem Prinzip der Strahlteilung. Fig. 6e zeigt eine Laserlichtquelle LQ und eine Vorsatzoptik VO, welche Vorsatzoptik VO als eine Anordnung von zwei Linsen L1 und L2, einem zusätzlichen 50/50-Strahlteiler BS (50/50 bezieht sich auf die Aufteilung der Intensität des transmittierten und des reflektierten Lichts) und einem zusätzlichen Spiegel M ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der bei einer nicht optimalen Leistung verwendeten Laserlichtquellen reduziert werden soll. Dabei werden zwei Leuchtbänder mit einer einzigen Laserlichtquelle LQ erzeugt, wobei nur 50% der Leistung der Laserlichtquelle je Leuchtband LFe1, LFe2 verbraucht wird. Die Breite des resultierenden gesamten Leuchtbandes LFe ist doppelt so groß wie die Breite eines Leuchtbandes ohne des 50/50-Strahlteilers BS und des Spiegels M. An dieser Stelle soll angemerkt sein, dass die Linse L2 bloß eine schematische Darstellung ist und nicht einstückig ausgebildet sein muss. Im Allgemeinen kann die Linse L2 durch eine weitere Anordnung von Optiken ersetzt werden, um die Breite der Leuchtbänder LFe1, LFe2 weiter zu verändern. Darüber hinaus soll hier zum Verstehen gegeben sein, dass diese Ausführungsform nicht durch Verwendung eines 50/50-Strahlteilers BS und eines Spiegels M eingeschränkt ist. Es können Anordnungen von mehreren Strahlteilern und Spiegeln verwendet werden, wobei jeder Strahlteiler in einer solchen Anordnung einen von dem 50/50-Strahteiler unterschiedlichen Transmission- bzw. Reflexionskoeffizienten (beispielsweise einen Reflexionskoeffizient von 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 oder 1/8) aufweisen kann.
  • Des Weiteren zeigt die Fig. 6f eine Ausführungsform, bei der die Strahlteilung mithilfe eines faseroptischen Strahlteilers F erfolgt. Dabei wird die Intensität des von der Laserlichtquelle LQ abgestrahlten Laserstrahls über zwei aus dem faseroptischen Strahlteiler F austretenden Laserstrahlen verteilt. Wie im in Fig. 6e dargestellten Beispiel muss auch hier die Intensitätsverteilung über zwei Strahlen nicht gleich sein. Darüber hinaus ist auch hier die Strahlteilung in zwei austretende Laserstrahlen nicht einschränkend. Es können mehrere (3, 4, 5, oder sogar noch mehr) austretende Laserstrahlen mit unterschiedlichen Intensitätsanteilen des abgestrahlten Laserstrahls erzeugt werden. Die Linse L2 ist wiederum eine schematische Darstellung einer allgemeineren Anordnung von Optiken. Für die Linsenanordnung L2 der Fig. 6f gelten dieselben Bemerkungen, die hinsichtlich der Linseanordnung L2 der Fig. 6e gemacht wurden.
  • Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass die in Figuren 6a bis 6f dargestellten technischen Mittel einander nicht ausschließen, sondern durchaus kombiniert werden können. Es kann beispielsweise aus bautechnischen Gründen vorteilhaft sein eine Laserbeleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die teildurchlässige Spiegel, faseroptische Strahlteiler und Linsenanordnungen gleichzeitig umfasst, wobei zumindest ein Teil der genannten Mittel bewegbar sein kann.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Ansteuern einer Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Laserbeleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen (11 bis 18) umfasst, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jede Laserlichtquelle einen Laserstrahl (11p bis 18p) erzeugt und jeder Laserlichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik (21 bis 28) nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner (51, 52) zugeordnet ist, wobei jeder von der entsprechenden Laserlichtquelle erzeugte Laserstrahl (11p bis 18p) über die zumindest eine dieser entsprechenden Laserlichtquelle nachgeordnete Vorsatzoptik (21 bis 28) auf den zumindest einen dieser entsprechenden Laserlichtquelle zugeordneten Mikroscanner trifft und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr Laserstrahlen auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel (60) zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem (PS) zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    - Unterteilen zumindest eines Teils des Leuchtbildes in gleich große Leuchtbänder, wobei die Anzahl der Leuchtbänder als n bezeichnet ist, wobei die Anzahl der Leuchtbänder der Anzahl der Laserlichtquellen entspricht;
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    - Ermitteln tatsächlicher Lichtstromwerte (E0i) in jeweiligen Leuchtbändern (E1 bis E8);
    - Ermitteln gewünschter Lichtstromwerte in jeweiligen Leuchtbändern unter Verwendung eines Lichtstroms für das gesamte Lichtbild - des Gesamtlichtstroms (Eges) - und der Anzahl der Leuchtbänder;
    - Berechnen eines gewünschten Breitenwerts je Leuchtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms unter Verwendung des Gesamtlichtstroms (Eges), der Anzahl der Leuchtbänder n, des gewünschten Lichtstroms je Leuchtband und einer Höhe (hLV) des Lichtbildes, und
    - Verwenden der berechneten Breitenwerte zur Änderung der Breite des Lichtbandes im Lichtbild durch Änderung der Leuchtbandbreite auf dem Lichtkonversionsmittel, wobei die Höhe (hLV) des Lichtbildes unverändert bleibt,
    wobei das Berechnen des gewünschten Breitenwerts pro Lichtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms (Em) ferner aufweist:
    (s60) Auswählen eines Lichtbandes (LBi)
    (s61) Ermitteln eines tatsächlichen Breitenwertes (b0i),
    (s62) Ermitteln eines tatsächlichen Lichtstroms (E0i) für das ausgewählte Lichtband (LBi), (s63) Vergleichen des tatsächlichen Lichtstroms (E0i) mit dem gewünschten Lichtstrom (Em), (s64) Erhöhen oder Verringern oder Behalten des tatsächlichen Breitenwertes (b0i), je nachdem ob der tatsächliche Lichtstrom (E0i) kleiner als der gewünschte Lichtstrom (Em) oder der tatsächliche Lichtstrom (E0i) größer als der gewünschte Lichtstrom (Em) oder der tatsächliche Lichtstrom (E0i) im Wesentlichen gleich des gewünschten Lichtstroms (Em) ist,
    (s65) Wiederholen der Schritte (s62), (s63) und (s64) mit den geänderten Breitenwerten bis der tatsächliche Lichtstrom (E0i) im Wesentlichen gleich des gewünschten Lichtstroms (Em) ist,
    wobei nach der Änderung der Lichtbandbreite die Streuung der Lichtstromwerte im Vergleich zu den ursprünglichen Lichtstromwerten der gleich breiten Bänder kleiner ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlteilen jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise eines teildurchlässigen Spiegels (BS) oder eines faseroptischen Strahlteilers (F), erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlfokussierung jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung (VO), erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfokussierung durch eine Lageänderung der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung (VO), und/oder des zumindest einen Lichtkonversionsmittels (60) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des gewünschten Lichtstroms (Em) je Lichtband gemäß der Formel Em= Eges /n, wobei Eges der Gesamtstrom ist.
  6. Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer mit
    - zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen (11 bis 18), wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jeder Lichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik (21 bis 28) nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner (51, 52) zugeordnet ist, wobei jeder von der entsprechenden Laserlichtquelle erzeugte Laserstrahl (11p bis 18p) über die zumindest eine dieser entsprechenden Laserlichtquelle nachgeordnete Vorsatzoptik (21 bis 28) auf den zumindest einen dieser entsprechenden Laserlichtquelle zugeordneten Mikroscanner trifft und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr Laserstrahlen auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel (60) zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, und
    - einer Steuer- und Recheneinheit,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Steuer- und Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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