WO2016087076A1 - Beleuchtungseinrichtung für ein fahrzeug, eine beleuchtungsanordnung mit zwei beleuchtungseinrichtungen und ein verfahren zum betrieb der beleuchtungsanordnung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung für ein fahrzeug, eine beleuchtungsanordnung mit zwei beleuchtungseinrichtungen und ein verfahren zum betrieb der beleuchtungsanordnung Download PDF

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Mihel Seitz
Andreas Petersen
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Definitions

  • Lighting device for a vehicle a lighting arrangement with two
  • the present invention relates to a lighting device for a vehicle with a light source for generating a light beam and with a
  • Beam deflection unit for deflecting the light beam, wherein a
  • Luminous layer element is provided which is selectively illuminable by the beam deflection unit with the light beam in its planar extent, and wherein by the illumination of the luminescent layer element light for projection in front of the vehicle can be generated.
  • Vehicle is understood here to mean motor vehicle, truck, KRAD, e-bike, scooter, etc.
  • DE 10 2010 028 949 A1 discloses a lighting device for a vehicle with a light source, which is designed as a laser beam source, and the laser beam source emits a laser beam with, for example, a blue wavelength.
  • a beam deflection unit which comprises a mirror as essential and optically active component, the laser beam can be moved by means of a scanner movement of the mirror over a luminous layer element.
  • the laser beam excites a converter layer of the
  • Luminescent layer element whereby white light is emitted through the converter layer again.
  • white light is usually through the
  • Lighting device that can serve to fulfill a main light function of the lighting device, so for example, the high beam or dipped beam of a headlamp for a vehicle.
  • the electromagnetic radiation emitted by the light source that is, for example, a blue laser beam
  • the beam deflection unit over the substantially entire extent of the light-emitting element selectively be scanned, and with a resonantly oscillating mirror
  • the focal spot produced can be moved so quickly over the converter layer of the luminescent layer element, that the movement of the focal spot of the laser beam on the converter layer to the human eye is no longer perceptible.
  • the scanner movement appears on the luminescent layer element via the converted and white emitting light as a line source or as
  • Area radiator depending on whether the laser beam is deflected in only one main direction or also, for example, in a secondary direction perpendicular thereto and guided over the light-emitting layer element.
  • Luminous layer element may also be followed by a beam-forming optical system, for example a projection optics with which the illumination field generated on the luminescent layer element is projected in front of a vehicle, for example, to produce a low-beam distribution or a high beam distribution.
  • a beam-forming optical system for example a projection optics with which the illumination field generated on the luminescent layer element is projected in front of a vehicle, for example, to produce a low-beam distribution or a high beam distribution.
  • the beam deflection unit with a resonantly oscillating mirror has the disadvantage that the speed of the focal spot produced on the luminescent layer element on the edge, that is in the region of reversal of the mirror movement slows down the speed or this is reduced to zero, and only then accelerates the mirror in his torsional vibration again. When passing through the middle position of the mirror has its highest speed, resulting in a particularly low intensity of the emitted white light.
  • Electron beam a mirror can not be controlled arbitrarily due to its inertia and moved dynamically.
  • the line frequencies in the range of a few kilohertz which are necessary for a high resolution and flicker-free illumination of a lighting device of the type of interest here, can only be realized with a mirror moving resonantly in at least one spatial direction, usually horizontally.
  • a harmonic oscillator which is formed by the movable mirror
  • the physically determined time course of the angular displacement of the mirror leads to a zero position that the probability of the mirror in the reversal areas, that is in the range of the maximum deflection away from the zero position, maximum is. Consequently, an edge is particularly high intensity, and in the middle, ie around the zero position, results in a particularly low intensity, which is to be avoided for a typical light distribution of a headlamp of a vehicle.
  • Laser beam source as a light source for a lighting device would correspond to the light distribution A according to Figure 1 and the light distribution on the
  • Phosphor element The light intensity would thus be greatest at the edges of the illuminated area, since here the reversal point of the mirror is, and the mirror speed is briefly equal to zero. In the middle, however, shown with 0 °, the probability of residence is the lowest, since the mirror speed is maximum here.
  • FIG. 1 shows the state of the art in a schematized illustration, and an illumination device 1 with a light source 10 is shown, which directs a light beam 11 onto a beam deflector 12 with a mirror 16, for example a laser beam.
  • the mirror 16 is replaced by the
  • Beam deflection unit 12 as shown by the arrows, in an oscillating
  • Luminescent layer element 13 which generates the light distribution A shown with white light on the front side, and the generated white light can by a
  • the intensity of the light is highest, so that the intensity with the greatest distance from the central axis 18, which can form, for example, the optical axis of the light field, continues to increase.
  • Such a light distribution as shown in Figure 1 with the light distribution A, just does not correspond to a typical light distribution of a headlamp, as shown in Figure 3.
  • An intensity maximum of these desired Light distribution B is close to the central axis 18, indicated at an angle of 0 °. On the left of the 0 ° axis the angle is scaled negatively, on the right of the 0 ° axis the angle is scaled up positively. It would therefore be desirable to produce a light distribution with the principle structure of a lighting device shown in FIG. 1, as shown in FIG.
  • the object of the invention is to improve a lighting device of the type listed above, and the lighting device is to produce a light distribution, as this corresponds at least in part substantially to a light distribution for an apron lighting of a vehicle.
  • the light source should be used as efficiently as possible.
  • the invention includes the technical teaching that a reflector element is provided, which is arranged adjacent to the luminescent layer element, wherein the reflector element is arranged so that the luminescent layer element and the reflector element can be illuminated by the deflected light beam and that incident on the reflector element light beam on the
  • Luminescent layer element is deflectable.
  • the invention makes use of the possibility of folding the light beam scanning in a main deflection direction in such a way that the luminescent layer element is illuminated directly by the scanned light beam and at the same time the light beam is illuminated
  • Luminous layer element illuminated indirectly via the reflector element.
  • the incident with a temporal contribution to the reflector element moving light beam is thus brought into coincidence with the incident directly on the luminescent layer element light beam by the reflector element.
  • This folding of the light beam allows the formation of only one edge region with an increased Intensity, while a transition between the luminescent layer element and the reflector element forms an edge region of the producible light field in which the mirror speed and thus the speed of the focal spot on the luminescent layer element is maximum. Consequently, as preliminary
  • this edge area with the minimum intensity can be used accordingly to form a normal light field for the apron lighting of a vehicle.
  • the light source for example, designed as
  • Laser beam source it does not have to be modulated and can be operated at full power in continuous wave mode, the power provided by the light source in full for the generation of the
  • Light field can be used by the lighting device.
  • the light beam can be deflected by the beam deflection unit in at least one main deflection direction via a scanner angle, wherein the luminescent layer element and the reflector element are arranged side by side in the main deflection direction.
  • the light beam can additionally be deflected in a secondary direction which is perpendicular to the main deflection direction, for example with a second mirror of the beam deflection unit.
  • the main deflection direction may correspond to a transverse direction of a vehicle in or on which the illumination device is set up.
  • the luminescent-layer element and the reflector element are advantageously designed with a width that is identical to one another in the main deflection direction, such that the transition between the luminescent-layer element and the reflector element lies in the bisecting line of the scanner angle. This ensures that in the transition, the movement of the mirror of the beam deflecting unit is maximum, consequently, the movement of the focal spot on the luminescent layer element in the region of the transition to the reflector element is maximum.
  • the adjoining region of the transition can form an area of a light field via the luminescent layer element which is projected via projection optics as a front apron in front of a vehicle, which likewise corresponds to an edge area.
  • the edge region of the luminescent layer element in the main deflection direction which is formed opposite the reflector element, are assigned to the center of a light field in which the highest intensity is desired.
  • the reflector element may be formed as a free-form reflector, in particular such that the reflected light from the reflector element to the luminescent layer element has an intensity distribution which is congruent with the intensity distribution of the direct illumination of the luminescent layer element, so for example with the laser beam.
  • the luminescent layer element is illuminated with a double intensity, whereby even the light source can be made weaker.
  • the light source can be formed by a laser beam source and the luminescent layer element can, for example, have a converter layer which impinges
  • Laser radiation of a first wavelength in emitting light of at least a second wavelength converted may, for example, be white light, wherein the laser beam may have, for example, a blue wavelength.
  • the blue wavelength can also form a color component to produce the white light.
  • the converter layer for example a phosphor layer
  • the converter layer can be formed so that, for example, the color mixture of blue, green and red light produces white light that can be used for ordinary apron lighting of a vehicle.
  • the wave spectrum for providing the light distribution in front of the vehicle can be adapted with a color temperature such that an optimal mesoptic or scotoptic view of a driver of a vehicle is made possible.
  • the invention is further directed to a lighting arrangement for a vehicle with a left lighting device and with a right lighting device, so that the lighting arrangement two
  • Lighting devices which are designed as described above.
  • the luminescent layer elements in the illumination devices can be arranged facing one another, wherein the reflector elements are arranged on the outside in the illumination devices. This is a simultaneous operation of both lighting devices
  • Front lighting for the vehicle generates, as this one of a typical
  • Low beam distribution corresponds, as described in the introduction. Furthermore, the invention is directed to a method for operating a
  • the beam deflection units are controlled modulated accordingly, and for example, a beam deflection unit of a first
  • Lighting device are driven differently from the
  • the method further provides that the oscillation amplitudes of the mirrors of the beam deflection units are changed as a function of a turning of the vehicle.
  • the oscillation amplitudes of the mirrors With the change of the oscillation amplitudes of the mirrors, the power of the light sources with the lighting devices can be changed together or with each other. As a result of the different activation of the beam deflection units, a cornering light function can consequently be fulfilled.
  • the division between the extent of the luminescent layer element in the main deflection direction and the reflector element can also be provided unequally distributed, for example, the width of the luminescent layer element in the main deflection must not be equal to the width of the reflector element, so that the light distribution by a
  • the light distributions of both illumination devices can also be different.
  • the light distributions may overlap.
  • Luminescent layer elements may be provided for forming a single illumination device, wherein individual luminescent layer elements, for example, each may form part of a light field, which is necessary for the fulfillment of a
  • Light function is generated in front of a vehicle. If several mirrors are used per illumination device, then their amplitudes within a lighting device can also be varied in order to change the light distribution. Furthermore, both oscillation axes of two mirrors can be operated resonantly. In the beam path between the mirrors and the Luminescent layer element, in addition to the reflector element still further optical elements for correcting any distortions can be introduced.
  • a temporal modulation of the light source for example a laser beam source, synchronized with the deflection of the mirror, it is possible to deliberately "darken" parts of the light distribution, thus avoiding the dazzling of other road users, for example, and providing a glare-free high beam.
  • the illumination device described above can be further used to project image data onto the roadway or other areas in the environment, in a simple manner
  • Light beam must be directed to corresponding areas of the light-emitting element, which has a corresponding intensity distribution on the
  • FIG. 1 is a schematic view of a lighting device according to the prior art with a characteristic of the structure shown light distribution
  • Fig. 2 is a schematic representation of two
  • Fig. 3 is a light distribution for generating an apron lighting according to the prior art, in particular one
  • FIG. 4 shows an intensity distribution over a main deflection direction, which has a maximum on the left side of a central axis
  • Fig. 5 shows the intensity distribution of FIG. 4, wherein the maximum of
  • FIG. 1 has already been described in the preamble of the present description together with the characteristic light distribution shown.
  • FIG. 2 shows a construction according to the invention of a lighting arrangement 100 with two lighting devices 1, and the lighting devices 1 can form individual light modules in a headlight of a vehicle, so that two lighting devices 1 can be provided in one headlight or the lighting devices 1 form the headlights of a vehicle itself and are arranged correspondingly spaced from one another.
  • a light distribution B can be generated about a central axis 18 in a main deflection direction 15, such as
  • the lighting devices 1 each have a light source 10, which serves to generate a light beam 11 and there is a beam deflection unit 12 is provided with a mirror 16, the resonant in a spatial axis in
  • Oscillation movement is offset.
  • the light beam 11 strikes the mirror 16 of the beam deflecting unit 12 and is deflected in a main deflecting direction 15 by a resonant rotational oscillating movement of the mirrors 16. If the light source 10 is operated, then with the deflected light beam 11 a
  • Luminous layer element 13 illuminated the illumination can be done for example on the back, and on the side facing away from the light through the light beam 11, the luminescent layer element 13 can generate the light distribution designated B and emit the light accordingly.
  • the luminescent layer element 13 has, in a manner not shown in detail, a converter layer, for example a phosphor layer, and the
  • Light source 10 may be a laser beam source.
  • the provided light of the laser beam source may for example comprise a blue wavelength, wherein through the converter layer in the luminescent-layer element 13 finally the
  • Light distribution B is generated with white light.
  • Free-form reflector have formed reflector side.
  • Strahlablenkenheit 12 is set up so that the
  • Light beam 11 is irradiated in the same way and in particular with an approximately equal duration, in particular by the movement of the mirror 16 is carried out accordingly.
  • the incident on the reflector element 14 light is deflected in the direction of the respective luminescent layer element 13 and absorbed by this. This creates the principle of a folded light beam, and the free-form reflector of the reflector element 14 can be designed so that the luminescent layer element 13 with the same intensity distribution over that of
  • Reflector element 14 reflected light is illuminated, as well as the direct illumination with the light beam 11 through the mirror 16th
  • Lighting devices 1 to each other, a lighting assembly 100 are formed, which leads to the desired light distribution B.
  • Light distribution has a maximum in the central axis 18 and in the
  • Moving speed of the mirror 16 of the beam deflecting unit 12 has a maximum. Consequently, there is very high speed of the focal spot, generated by the light beam 11 on the
  • Luminous layer element 13 the intensity in the transitions 17 minimal.
  • Figures 4 and 5 show a variant of the light distribution B according to Figure 2, and in Figure 4, the light distribution B 'is shown with a maximum on the left side of the central axis 18, and in Figure 5, the light distribution B "on the right side of Center axis 18. These light distributions enable a cornering light function of the illumination arrangement 100 according to FIG. 2, and the off-centered intensity maxima can be achieved by a corresponding control of the beam deflection units 12.
  • Vibration amplitudes of the resonantly oscillating mirror 16 of the two lighting devices 1 are executed by a corresponding control to each other differently.
  • the beam deflecting units 12 may be in communication with a driving unit that increases the vibration amplitude of one mirror 16 while reducing the vibration amplitude of the other mirror.
  • a possible implementation of such a control can be achieved in that the light distribution at
  • oscillation amplitudes of, for example, 70% of the maximum value allowed for the mirrors 16 are directly adjacent to one another or overlap slightly. If, for example, the amplitude of the left-hand mirror 16 is reduced to 55% and at the same time the amplitude of the right-hand mirror 16 is increased to 85%, then the intensity maximum is shifted to the left, as shown by way of example in FIG. Similarly, the intensity maximum can be shifted to the right if, for example, the amplitude of the mirror in the left-hand headlamp is increased to 85% and the amplitude of the left-hand mirror 16 is reduced to 55%.
  • the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. All from the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1) für ein Fahrzeug mit einer Lichtquelle (10) zur Erzeugung eines Lichtstrahls (11) und mit einer Strahlablenkeinheit (12) zur Ablenkung des Lichtstrahles (11), wobei ein Leuchtschichtelement (13) vorgesehen ist, das durch die Strahlablenkeinheit (12) mit dem Lichtstrahl (11) in seiner flächigen Erstreckung selektiv beleuchtbar ist, und wobei durch die Beleuchtung des Leuchtschichtelementes (13) Licht zur Projektion vor das Fahrzeug erzeugbar ist. Erfindungsgemäß ist ein Reflektorelement (14) vorgesehen, das angrenzend an das Leuchtschichtelement (13) angeordnet ist, wobei das Reflektorelement (14) so eingerichtet ist, dass das Leuchtschichtelement (13) und das Reflektorelement (14) durch den abgelenkten Lichtstrahl (11) beleuchtbar sind und dass der auf das Reflektorelement (14) auftreffende Lichtstrahl (11) auf das Leuchtschichtelement (13) umlenkbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug, eine Beleuchtungsanordnung mit zwei
Beleuchtungseinrichtungen und ein Verfahren zum Betrieb der
Beleuchtungsanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls und mit einer
Strahlablenkeinheit zur Ablenkung des Lichtstrahls, wobei ein
Leuchtschichtelement vorgesehen ist, das durch die Strahlablenkeinheit mit dem Lichtstrahl in seiner flächigen Erstreckung selektiv beleuchtbar ist, und wobei durch die Beleuchtung des Leuchtschichtelementes Licht zur Projektion vor das Fahrzeug erzeugbar ist. Unter Fahrzeug wird hier KFZ, LKW, KRAD, e-bike, Scooter etc. verstanden.
STAN D DER TECHNI K
Die DE 10 2010 028 949 AI offenbart eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einer Lichtquelle, die als Laserstrahlquelle ausgebildet ist, und die Laserstrahlquelle emittiert einen Laserstrahl mit beispielsweise einer blauen Wellenlänge. Über eine Strahlablenkeinheit, die als wesentlichen und optisch aktiven Bestandteil einen Spiegel umfasst, kann der Laserstrahl mittels einer Scannerbewegung des Spiegels über einem Leuchtschichtelement bewegt werden. Der Laserstrahl regt dabei eine Konverterschicht des
Leuchtschichtelementes an, wodurch weißes Licht über die Konverterschicht wieder emittiert wird. Dadurch wird in der Regel weißes Licht durch die
Beleuchtungseinrichtung erzeugt, das zur Erfüllung einer Hauptlichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung dienen kann, also beispielsweise das Fernlicht oder das Abblendlicht eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug.
Dabei kann die von der Lichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung, also beispielsweise ein blauer Laserstrahl, mittels der Strahlablenkeinheit über die im Wesentlichen gesamte Erstreckung des Leuchtschichtelementes selektiv gescannt werden, und mit einem resonant schwingenden Spiegel der
Strahlablenkeinheit in einer Hauptablenkrichtung kann der erzeugte Brennfleck so schnell über die Konverterschicht des Leuchtschichtelementes bewegt werden, dass die Bewegung des Brennfleckes des Laserstrahles auf der Konverterschicht für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar ist.
Vielmehr erscheint die Scannerbewegung auf dem Leuchtschichtelement über das konvertierte und weiß abstrahlende Licht als Linienstrahler oder als
Flächenstrahler, abhängig davon, ob der Laserstrahl in nur einer Hauptrichtung oder auch beispielsweise in einer senkrecht dazu ausgebildeten Nebenrichtung abgelenkt und über das Leuchtschichtelement geführt wird. Dem
Leuchtschichtelement kann noch eine Strahlformungsoptik nachgeschaltet sein, beispielsweise eine Projektionsoptik, mit der das auf dem Leuchtschichtelement erzeugte Beleuchtungsfeld vor ein Fahrzeug projiziert wird, um beispielsweise eine Abblendlichtverteilung oder eine Fernlichtverteilung zu erzeugen.
Um eine dynamische Anpassung der Lichtverteilung auf dem
Leuchtschichtelement zu erreichen, wird vorgesehen, die zur Anregung der Konverterschicht verwendete Laserstrahlung mit Hilfe einer ansteuerbaren Strahlablenkeinheit zu kontrollieren. Die Strahlablenkeinheit mit einem resonant schwingenden Spiegel weist aber den Nachteil auf, dass die Geschwindigkeit des erzeugten Brennfleckes auf dem Leuchtschichtelement randseitig, das heißt im Bereich der Umkehrung der Spiegelbewegung, die Geschwindigkeit verlangsamt oder diese auf Null reduziert wird, und erst anschließend beschleunigt der Spiegel in seiner Drehschwingung wieder. Bei dem Durchlauf durch die Mittelstellung weist der Spiegel dabei seine höchste Geschwindigkeit auf, was zu einer besonders geringen Intensität des abgestrahlten weißen Lichtes führt.
Im Gegensatz zur Ablenkung beispielsweise eines masselosen
Elektronenstrahls, kann ein Spiegel aufgrund seiner Massenträgheit nicht beliebig angesteuert und dynamisch bewegt werden. Insbesondere die für eine hohe Auflösung und Flimmerfreiheit einer Beleuchtungseinrichtung der hier interessierenden Bauart notwendigen Zeilenfrequenzen im Bereich einiger Kilohertz lassen sich nur mit einem in wenigstens einer Raumrichtung, meist horizontal, resonant bewegten Spiegel realisieren. Bei einem solchen harmonischen Schwinger, der durch den beweglichen Spiegel gebildet wird, führt der physikalisch determinierte zeitliche Verlauf der Winkelauslenkung des Spiegels um eine Nulllage dazu, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Spiegels in den Umkehrbereichen, das heißt also im Bereich der jeweils maximalen Auslenkung entfernt von der Nulllage, maximal ist. Folglich ergibt sich eine randseitig besonders hohe Intensität, und in der Mitte, d.h. um die Nulllage herum, ergibt sich eine besonders niedrige Intensität, die für eine typische Lichtverteilung eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs zu vermeiden ist.
Bei einer dauerhaft eingeschalteten und damit effizient ausgenutzten
Laserstrahlquelle als Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung entspräche die Lichtverteilung A gemäß Figur 1 auch der Lichtverteilung auf dem
Leuchtschichtelement. Die Lichtintensität wäre also an den Rändern des ausgeleuchteten Bereiches am größten, da hier der Umkehrpunkt des Spiegels liegt, und die Spiegelgeschwindigkeit ist dabei kurzzeitig gleich Null. In der Mitte hingegen, gezeigt mit 0°, ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit am geringsten, da hier die Spiegelgeschwindigkeit maximal ist.
Hierzu zeigt Figur 1 den Stand der Technik in einer schematisierten Abbildung, und es ist eine Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Lichtquelle 10 gezeigt, die einen Lichtstrahl 11 auf eine Strahlablenkenheit 12 mit einem Spiegel 16 richtet, beispielsweise einen Laserstrahl. Der Spiegel 16 wird durch die
Strahlablenkeinheit 12, wie mit den Pfeilen gezeigt, in eine oszillierende
Bewegung versetzt, so dass der Lichtstrahl 11 in einer Hauptablenkrichtung 15 abgelenkt wird. Der abgelenkte Lichtstrahl 11 trifft rückseitig auf das
Leuchtschichtelement 13, das vorderseitig die gezeigte Lichtverteilung A mit weißem Licht erzeugt, und das erzeugte weiße Licht kann durch eine
entsprechende Optik vor ein Fahrzeug projiziert werden. Randseitig ist dabei die Intensität des Lichtes am höchsten, so dass die Intensität mit größtem Abstand zur Mittelachse 18, die beispielsweise die optische Achse des Lichtfeldes bilden kann, immer weiter ansteigt.
Eine derartige Lichtverteilung, wie in Figur 1 mit der Lichtverteilung A gezeigt, entspricht gerade nicht einer typischen Lichtverteilung eines Scheinwerfers, wie diese in Figur 3 gezeigt ist. Ein Intensitätsmaximum dieser gewünschten Lichtverteilung B liegt nahe der Mittelachse 18, angedeutet mit einem Winkel von 0°. Links der 0°-Achse ist der Winkel negativ skaliert, rechts der 0°-Achse ist der Winkel positiv skaliert. Es wäre also wünschenswert, mit dem in Figur 1 gezeigten Prinzipaufbau einer Beleuchtungseinrichtung eine Lichtverteilung zu erzeugen, wie diese in Figur 3 gezeigt ist.
OFFENBARUNG DER ERFIN DUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer Beleuchtungseinrichtung der vorstehend aufgeführten Bauart, und die Beleuchtungseinrichtung soll eine Lichtverteilung erzeugen, wie diese wenigstens zum Teil im Wesentlichen einer Lichtverteilung für eine Vorfeldbeleuchtung eines Fahrzeuges entspricht. Dabei soll die Lichtquelle möglichst effizient genutzt werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ausgehend von einer Beleuchtungsanordnung mit zwei Beleuchtungseinrichtungen gemäß Anspruch 7 und ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 8 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Reflektorelement vorgesehen ist, das angrenzend an das Leuchtschichtelement angeordnet ist, wobei das Reflektorelement so eingerichtet ist, dass das Leuchtschichtelement und das Reflektorelement durch den abgelenkten Lichtstrahl beleuchtbar sind und dass der auf das Reflektorelement auftreffende Lichtstrahl auf das
Leuchtschichtelement umlenkbar ist.
Die Erfindung nutzt vorteilhaft die Möglichkeit, den in einer Hauptablenkrichtung scannenden Lichtstrahl so zu falten, dass das Leuchtschichtelement direkt vom gescannten Lichtstrahl ausgeleuchtet wird und zugleich wird das
Leuchtschichtelement indirekt über das Reflektorelement ausgeleuchtet. Der mit einem zeitlichen Anteil auf das Reflektorelement auftreffende bewegte Lichtstrahl wird damit mit dem direkt auf das Leuchtschichtelement auftreffenden Lichtstrahl durch das Reflektorelement in Überdeckung gebracht. Diese Faltung des Lichtstrahls ermöglicht die Bildung nur eines Randbereiches mit einer erhöhten Intensität, während ein Übergang zwischen dem Leuchtschichtelement und dem Reflektorelement einen Randbereich des erzeugbaren Lichtfeldes bildet, in dem die Spiegelgeschwindigkeit und damit die Geschwindigkeit des Brennfleckes auf dem Leuchtschichtelement maximal ist. Folglich kann, wie einleitend
beschrieben, dieser Randbereich mit der minimalen Intensität entsprechend genutzt werden, um ein gewöhnliches Lichtfeld zur Vorfeldbeleuchtung eines Fahrzeuges zu bilden. Die Lichtquelle, beispielsweise ausgeführt als
Laserstrahlquelle, muss dabei nicht moduliert werden und kann mit voller Leistung im Dauerstrichbetrieb betrieben werden, wobei die bereitgestellte Leistung durch die Lichtquelle in vollem Umfang für die Erzeugung des
Lichtfeldes durch die Beleuchtungseinrichtung genutzt werden kann.
Beispielsweise kann der Lichtstrahl durch die Strahlablenkeinheit in wenigstens einer Hauptablenkrichtung über einen Scannerwinkel abgelenkt werden, wobei das Leuchtschichtelement und das Reflektorelement in der Hauptablenkrichtung nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann der Lichtstrahl zusätzlich in einer Nebenrichtung abgelenkt werden, die senkrecht auf der Hauptablenkrichtung liegt, beispielsweise mit einem zweiten Spiegel der Strahlablenkeinheit. Die Hauptablenkrichtung kann dabei einer Querrichtung eines Fahrzeuges entsprechen, in oder an dem die Beleuchtungseinrichtung eingerichtet ist.
Das Leuchtschichtelement und das Reflektorelement sind vorteilhafterweise mit einer zueinander gleichen Breite in der Hauptablenkrichtung ausgebildet, so dass der Übergang zwischen dem Leuchtschichtelement und dem Reflektorelement in der Winkelhalbierenden des Scannerwinkels liegt. Dadurch wird erreicht, dass im Übergang die Bewegung des Spiegels der Strahlablenkeinheit maximal ist, folglich ist auch die Bewegung des Brennfleckes auf dem Leuchtschichtelement im Bereich des Übergangs zum Reflektorelement maximal. Der angrenzende Bereich des Übergangs kann über das Leuchtschichtelement einen Bereich eines Lichtfeldes bilden, das über eine Projektionsoptik als Vorfeld vor ein Fahrzeug projiziert wird, das ebenfalls einem Randbereich entspricht. Hingegen kann der Randbereich des Leuchtschichtelementes in der Hauptablenkrichtung, der dem Reflektorelement gegenüberliegend ausgebildet ist, der Mitte eines Lichtfeldes zugeordnet werden, in der die höchste Intensität gewünscht ist. Mit besonderem Vorteil kann das Reflektorelement als Freiform reflektor ausgebildet sein, insbesondere derart, dass das vom Reflektorelement auf das Leuchtschichtelement reflektierte Licht eine Intensitätsverteilung aufweist, die deckungsgleich ist mit der Intensitätsverteilung der direkten Beleuchtung des Leuchtschichtelementes, also beispielsweise mit dem Laserstrahl. Im Ergebnis wird das Leuchtschichtelement mit einer doppelten Intensität beleuchtet, wodurch sogar die Lichtquelle schwächer ausgelegt werden kann. Die Lichtquelle kann durch eine Laserstrahlquelle gebildet werden und das Leuchtschichtelement kann beispielsweise eine Konverterschicht aufweisen, die auftreffende
Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge in abstrahlendes Licht wenigstens einer zweiten Wellenlänge konvertiert. Das konvertierte Licht der zweiten Wellenlänge kann beispielsweise weißes Licht sein, wobei der Laserstrahl beispielsweise eine blaue Wellenlänge aufweisen kann. Die blaue Wellenlänge kann dabei zur Erzeugung des weißen Lichtes ebenfalls noch einen Farbanteil bilden.
Üblicherweise wird dadurch eine additive Farbmischung erzeugt, und die Konverterschicht, beispielsweise eine Phosphorschicht, kann so ausgebildet werden, dass beispielsweise durch die Farbmischung von blauem, grünem und rotem Licht weißes Licht entsteht, das für eine gewöhnliche Vorfeldbeleuchtung eines Fahrzeuges genutzt werden kann. Insbesondere kann das Wellenspektrum zur Bereitstellung der Lichtverteilung vor dem Fahrzeug mit einer solchen Farbtemperatur angepasst werden, dass eine optimale mesoptische oder skotoptische Sicht eines Fahrers eines Fahrzeuges ermöglicht wird.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Beleuchtungsanordnung für ein Fahrzeug mit einer linken Beleuchtungseinrichtung und mit einer rechten Beleuchtungseinrichtung, so dass die Beleuchtungsanordnung zwei
Beleuchtungseinrichtungen umfasst, die wie vorstehend beschrieben ausgeführt sind. Dabei können die Leuchtschichtelemente in den Beleuchtungseinrichtungen aufeinander zuweisend angeordnet ein, wobei die Reflektorelemente in den Beleuchtungseinrichtungen außenseitig angeordnet sind. Damit wird bei gleichzeitigem Betrieb beider Beleuchtungseinrichtungen eine
Vorfeldbeleuchtung für das Fahrzeug erzeugt, wie diese einer typischen
Abblendlichtverteilung entspricht, wie einleitend beschrieben. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer
Beleuchtungsanordnung der vorstehend beschriebenen Ausführung mit zwei Beleuchtungseinrichtungen, wobei die Schwingungsamplitude der Spiegel in den Beleuchtungseinrichtungen aufeinander abgestimmt verändert werden können. Dabei werden die Strahlablenkeinheiten entsprechend moduliert angesteuert, und beispielsweise kann eine Strahlablenkeinheit einer ersten
Beleuchtungseinrichtung abweichend angesteuert werden von der
Strahlablenkeinheit der zweiten Beleuchtungseinrichtung.
Das Verfahren sieht weiterhin vor, dass die Schwingungsamplituden der Spiegel der Strahlablenkungseinheiten in Abhängigkeit einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs verändert werden. Mit der Veränderung der Schwingungsamplituden der Spiegel kann auch die Leistung der Lichtquellen mit den Beleuchtungseinrichtungen gemeinsam oder zueinander verändert werden. Durch das unterschiedliche Ansteuern der Strahlablenkeinheiten kann folglich eine Kurvenlichtfunktion erfüllt werden.
Gemäß einer Variante kann die Aufteilung zwischen der Erstreckung des Leuchtschichtelementes in Hauptablenkrichtung und dem Reflektorelement auch ungleich verteilt vorgesehen werden, beispielsweise muss die Breite des Leuchtschichtelementes in der Hauptablenkrichtung nicht gleich sein mit der Breite des Reflektorelementes, so dass die Lichtverteilung durch eine
entsprechende geometrische Abwandlung auch weiter angepasst werden kann. Werden zwei Beleuchtungseinrichtungen für eine Beleuchtungsanordnung verwendet, können die Lichtverteilungen beider Beleuchtungseinrichtungen auch unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise können die Lichtverteilungen auch überlappen. Insbesondere können mehrere Spiegel und mehrere
Leuchtschichtelemente zur Bildung einer einzigen Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, wobei einzelne Leuchtschichtelemente beispielsweise jeweils einen Teil eines Lichtfeldes bilden können, das für die Erfüllung einer
Lichtfunktion vor einem Fahrzeug erzeugt wird. Werden mehrere Spiegel pro Beleuchtungseinrichtung verwendet, so können auch deren Amplituden innerhalb einer Beleuchtungseinrichtung variiert werden, um die Lichtverteilung zu verändern. Weiterhin können auch beide Schwingungsachsen von zwei Spiegeln resonant betrieben werden. Im Strahlengang zwischen den Spiegeln und dem Leuchtschichtelement können zusätzlich zum Reflektorelement noch weitere optische Elemente zur Korrektur etwaiger Verzerrungen eingebracht werden. Durch eine mit der Auslenkung des Spiegels synchronisierte zeitliche Modulation der Lichtquelle, beispielsweise einer Laserstrahlquelle, können gezielt Teile der Lichtverteilung„dunkel geschaltet" werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Blendung anderer Verkehrsteilnehmer vermeiden, und es kann ein blendfreies Fernlicht bereitgestellt werden.
Die vorstehend beschriebene Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise weiterhin dazu genutzt werden, um Bilddaten auf die Fahrbahn oder andere Flächen in der Umgebung zu projizieren, wobei auf einfache Weise der
Lichtstrahl auf entsprechende Bereiche des Leuchtschichtelementes gerichtet werden müssen, die eine entsprechende Intensitätsverteilung auf den
Leuchtschichtelementen erzeugen. Diese Intensitätsverteilung wird schließlich über eine Projektionsoptik als Vorfeld vor das Fahrzeug projiziert.
BEVORZUGTES AUSFÜ HRUNGSBEISPI EL DER ERFIN DUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt;
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik mit einer für den gezeigten Aufbau charakteristischen Lichtverteilung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei
Beleuchtungseinrichtungen zur Bildung einer
Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung mit einer sich ergebenden Lichtverteilung,
Fig. 3 eine Lichtverteilung zur Erzeugung einer Vorfeldbeleuchtung gemäß dem Stand der Technik, insbesondere einer
Fernlichtverteilung, erzeugbar mit einer Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 2, Fig. 4 eine Intensitätsverteilung über einer Hauptablenkrichtung, die linksseitig einer Mittelachse ein Maximum aufweist und
Fig. 5 die Intensitätsverteilung gemäß Fig. 4, wobei das Maximum der
Intensität rechtsseitig der Mittelachse vorherrscht.
Figur 1 wurde in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung gemeinsam mit der gezeigten charakteristischen Lichtverteilung bereits beschrieben.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbau einer Beleuchtungsanordnung 100 mit zwei Beleuchtungseinrichtungen 1, und die Beleuchtungseinrichtungen 1 können einzelne Lichtmodule in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs bilden, so dass in einem Scheinwerfer zwei Beleuchtungseinrichtungen 1 vorgesehen sein können oder die Beleuchtungseinrichtungen 1 bilden die Scheinwerfer eines Fahrzeugs selbst und sind entsprechend beabstandet zueinander angeordnet. Im Betrieb beider Beleuchtungseinrichtungen 1 kann eine Lichtverteilung B um eine Mittelachse 18 in einer Hauptablenkrichtung 15 erzeugt werden, wie
nachstehend näher beschrieben.
Die Beleuchtungseinrichtungen 1 weisen jeweils eine Lichtquelle 10 auf, die zur Erzeugung eines Lichtstrahls 11 dient und es ist eine Strahlablenkungseinheit 12 mit einem Spiegel 16 vorgesehen, der in einer Raumachse resonant in
Schwingbewegung versetzt wird. Der Lichtstrahl 11 trifft auf den Spiegel 16 der Strahlablenkeinheit 12 und wird in einer Hauptablenkrichtung 15 durch eine resonante Drehschwingbewegung der Spiegel 16 abgelenkt. Wird die Lichtquelle 10 betrieben, so wird mit dem abgelenkten Lichtstrahl 11 ein
Leuchtschichtelement 13 beleuchtet, wobei die Beleuchtung beispielsweise rückseitig erfolgen kann, und auf der Seite, der der Lichteinstrahlung durch den Lichtstrahl 11 abgewandt ist, kann das Leuchtschichtelement 13 die mit B bezeichnete Lichtverteilung erzeugen und das Licht entsprechend emittieren. Das Leuchtschichtelement 13 weist auf nicht näher gezeigte Weise eine Konverterschicht auf, beispielsweise eine Phosphorschicht, und die
Lichtquelle 10 kann eine Laserstrahlquelle sein. Das bereitgestellte Licht der Laserstrahlquelle kann beispielsweise eine blaue Wellenlänge umfassen, wobei durch die Konverterschicht im Leuchtschichtelement 13 schließlich die
Lichtverteilung B mit weißem Licht erzeugt wird.
Randseitig sind angrenzend an die Leuchtschichtelemente 13 der beiden Beleuchtungseinrichtungen 1 Reflektorelemente 14 angeordnet, die eine als
Freiformreflektor ausgebildete Reflektorseite aufweisen. Die
Strahlablenkenheit 12 ist dabei so eingerichtet, dass das
Leuchtschichtelement 13 und das Reflektorelement 14 vom jeweiligen
Lichtstrahl 11 auf gleiche Weise und insbesondere mit einer etwa gleichen Dauer bestrahlt wird, insbesondere indem die Bewegung der Spiegel 16 entsprechend ausgeführt wird. Das auf das Reflektorelement 14 auftreffende Licht wird in Richtung zum jeweiligen Leuchtschichtelement 13 abgelenkt und von diesem absorbiert. Dadurch entsteht das Prinzip eines gefalteten Lichtstrahls, und der Freiformreflektor des Reflektorelementes 14 kann so ausgeführt sein, dass das Leuchtschichtelement 13 mit der gleichen Intensitätsverteilung über das vom
Reflektorelement 14 reflektierte Licht beleuchtet wird, wie auch die direkte Beleuchtung mit dem Lichtstrahl 11 über den Spiegel 16.
Durch die gezeigte angrenzende Anordnung der beiden
Beleuchtungseinrichtungen 1 zueinander kann eine Beleuchtungsanordnung 100 gebildet werden, die zur gewünschten Lichtverteilung B führt. Diese
Lichtverteilung weist in der Mittelachse 18 ein Maximum auf und in den
Randbereichen nimmt die Intensität der Lichtverteilung immer weiter ab, und ein Minimum wird an den Übergängen 17 zwischen dem Leuchtschichtelement 13 und dem Reflektorelement 14 erzeugt. Diese Übergänge 17 bilden den
Mittenbereich der Hauptablenkrichtung 15, in dem die
Bewegungsgeschwindigkeit der Spiegel 16 der Strahlablenkeinheit 12 ein Maximum aufweist. Folglich wird durch die dort sehr hohe Geschwindigkeit des Brennfleckes, erzeugt durch den Lichtstrahl 11 auf dem
Leuchtschichtelement 13, die Intensität in den Übergängen 17 minimal.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Variante der Lichtverteilung B gemäß Figur 2, und in Figur 4 ist die Lichtverteilung B' mit einem Maximum auf der linken Seite der Mittelachse 18 gezeigt, und in Figur 5 ist die Lichtverteilung B" auf der rechten Seite der Mittelachse 18 gezeigt. Diese Lichtverteilungen ermöglichen eine Kurvenlichtfunktion der Beleuchtungsanordnung 100 gemäß Figur 2, und die außermittig liegenden Intensitätsmaxima können erreicht werden durch eine entsprechende Ansteuerung der Strahlablenkeinheiten 12.
Durch die vorstehend beschriebenen Maxima der Intensitätsverteilungen können adaptive Kurvenlichtfunktionen erfüllt werden, und das Intensitätsmaximum kann aus der Mittelachse 18 herausgeführt werden, in dem die
Schwingungsamplituden der resonant schwingenden Spiegel 16 der beiden Beleuchtungseinrichtungen 1 durch eine entsprechende Ansteuerung zueinander unterschiedlich ausgeführt werden. Die Strahlablenkeinheiten 12 können mit einer Ansteuereinheit in Verbindung stehen, die die Schwingungsamplitude des einen Spiegels 16 erhöht, während die Schwingungsamplitude des anderen Spiegels verringert wird. Eine mögliche Umsetzung einer solchen Ansteuerung kann dadurch erreicht werden, dass die Lichtverteilungen bei
Schwingungsamplituden von beispielsweise 70% des für die Spiegel 16 jeweils erlaubten Maximalwertes direkt aneinander angrenzen oder sich leicht überlappen. Wenn nun beispielsweise die Amplitude des linken Spiegels 16 auf 55% reduziert wird und gleichzeitig die Amplitude des rechten Spiegels 16 auf 85% erhöht wird, so wird das Intensitätsmaximum nach links verschoben, wie beispielhaft in Figur 4 gezeigt. Analog lässt sich das Intensitätsmaximum nach rechts verschieben, wenn beispielsweise die Amplitude des Spiegels im linken Scheinwerfer auf 85% erhöht wird und die Amplitude des linken Spiegels 16 auf 55% verringert wird.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den
Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden
Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumlicher Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Claims

Ansprüche
1. Beleuchtungseinrichtung (1) für ein Fahrzeug mit einer Lichtquelle (10) zur Erzeugung eines Lichtstrahls (11) und mit einer Strahlablenkeinheit (12) zur Ablenkung des Lichtstrahles (11), wobei ein Leuchtschichtelement (13) vorgesehen ist, das durch die Strahlablenkeinheit (12) mit dem Lichtstrahl (11) in seiner flächigen Erstreckung selektiv beleuchtbar ist, und wobei durch die Beleuchtung des Leuchtschichtelementes (13) Licht zur Projektion vor das Fahrzeug erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Reflektorelement (14) vorgesehen ist, das angrenzend an das Leuchtschichtelement (13) angeordnet ist, wobei
das Reflektorelement (14) so eingerichtet ist, dass das
Leuchtschichtelement (13) und das Reflektorelement (14) durch den abgelenkten Lichtstrahl (11) beleuchtbar sind
und dass der auf das Reflektorelement (14) auftreffende Lichtstrahl (11) auf das Leuchtschichtelement (13) umlenkbar ist.
2. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (11) durch die Strahlablenkeinheit (12) in wenigstens einer Hauptablenkrichtung (15) über einem Scannerwinkel (a) ablenkbar ist, wobei das Leuchtschichtelement (13) und das Reflektorelement (14) in der Hauptablenkrichtung (15) nebeneinander angeordnet sind.
3. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Leuchtschichtelement (13) und das
Reflektorelement (14) mit einer zueinander gleichen Winkelbreite in der Hauptablenkrichtung (15) ausgebildet sind, sodass der Übergang (17) zwischen dem Leuchtschichtelement (13) und dem Reflektorelement (14) in der Winkelhalbierenden des Scannerwinkels (a) liegt.
4. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorelement (14) als Freiformreflektor ausgebildet ist, insbesondere derart, dass das vom Reflektorelement (14) auf das Leuchtschichtelement (13) reflektierte Licht deckungsgleich mit einer Lichtverteilung der direkten Beleuchtung des Leuchtschichtelementes (13) ist.
5. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) durch eine
Laserstrahlquelle gebildet ist und/oder dass das Leuchtschichtelement (13) eine Konverterschicht aufweist, die auftreffende Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge in abstrahlendes Licht wenigstes einer zweiten Wellenlänge konvertiert.
6. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinheit (12) wenigstens einen Spiegel (16) aufweist, der mit einer Schwingungsamplitude in
Schwingung versetzbar ist.
7. Beleuchtungsanordnung (100) für ein Fahrzeug mit einer linken und mit einer rechten Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leuchtschichtelemente (13) in den Beleuchtungseinrichtungen (1) aufeinander zu weisend angeordnet sind und wobei die Reflektorelemente (14) in den Beleuchtungseinrichtungen (1) außenseitig angeordnet sind.
8. Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 7 mit zwei Beleuchtungseinrichtungen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsamplitude der Spiegel (16) in den
Beleuchtungseinrichtungen (1) aufeinander abgestimmt verändert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwingungsamplituden der Spiegel (16) in Abhängigkeit einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs verändert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Veränderung der Schwingungsamplituden der Spiegel (16) die Leistung der Lichtquellen (10) in den Beleuchtungseinrichtungen (1) gemeinsam oder zueinander verändert werden.
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