AT512589B1 - Lichtleitelement für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer sowie Fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Lichtleitelement (1) für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2), wobeider Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2) zumindest eine Laserlichtquelle (3) und zumindest eindurch die Laserlichtquelle (3) bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbaremLicht anregbares Leuchtelement (4) umfasst und das Lichtleitelement (1) im Wesentlichenzwischen der Laserlichtquelle (3) und dem Leuchtelement (4) anordenbar ist, wobei dasLichtleitelement (1) eine Lichteintrittsfläche (5) und eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist,wobei die Eintrittsquerschnittsfläche der Lichteintrittsfläche (5) größer ist als die Austrittsquerschnittsfläche der Lichtaustrittsfläche (6) und dass durch die Lichteintrittsfläche (5)eingestrahltes Licht über die die Lichteintrittsfläche (5) und die Lichtaustrittsfläche (6)verbindenden Innenfläche (7) in Richtung der Lichtaustrittsfläche (6) bündelbar ist, wobeidie Lichtaustrittsfläche (6) zumindest teilweise von einem lichtundurchlässigen Begrenzungselement(15) bedeckt ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Fahrzeugscheinwerfer(2) mit zumindest einem derartigen Lichtleitelement (1).

Description

österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Lichtleitelement für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer, wobei der Laser-Fahrzeugscheinwerfer zumindest eine Laserlichtquelle und zumindest ein durch die Laserlichtquelle bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement umfasst und das Lichtleitelement im Wesentlichen zwischen der Laserlichtquelle und dem Leuchtelement anordenbar ist. Die Erfindung betrifft weiters einen Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Laserlichtquelle und zumindest einem, durch die Laserlichtquelle bestrahlbaren und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbaren Leuchtelement.

[0002] Im Stand der Technik sind verschiedene Arten von Fahrzeugscheinwerfer bekannt, wobei in den letzten Jahren überwiegend Scheinwerfer mit Entladungslampen und Halogen-Lichtquellen verwendet wurden. Aus Energiespargründen und um den Platzbedarf von Fahrzeugscheinwerfern weiter zu verringern wird zunehmend der Einsatz von Laserlichtquellen wie Halbleiterlasern erprobt, da diese diesbezüglich von Vorteil sind. Um das Laserlicht für einen Fahrzeugscheinwerfer nutzbar zu machen wird dabei mit einer Laserlichtquelle ein Leuchtelement, ein sog. Phosphor-Konverter (z.B. eine Phosphorverbindung, ein YAG-Kristall mit Cer-Dotierung, etc.), bestrahlt, der dadurch zur Abstrahlung von sichtbarem Licht angeregt wird. Der Phosphor-Konverter wandelt also Laserlicht in Licht anderer Wellenlängen um.

[0003] Dabei kommen häufig auch Freistrahlkonzepte zum Einsatz, bei denen die Laserlichtquelle beabstandet vom Leuchtelement angeordnet ist und das Laserlicht vor dem Auftreffen auf dem Leuchtelement eine freie Wegstrecke zurücklegt. In einem solchen Fall ist es notwendig, dass das Laserlicht genau auf das Leuchtelement auftrifft - einerseits, um die eingestrahlte Leistung möglichst gut auszunützen, andererseits aus Sicherheitsgründen. Die verwendeten Laserlichtquellen emittieren Leistungen von derzeit bis zu 3 W und mehr, im Falle einer Fehlfunktion (z.B. wenn das Leuchtelement nicht optimal getroffen wird) kann es durch hochintensive augenschädigende Laser-Lichtstrahlung zu Verletzungen, jedenfalls aber zur Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer kommen.

[0004] Das Dokument US 2011194302 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeugscheinwerfer, wobei als Lichtquelle Laser dienen, welche das abgestrahlte Licht in ein Lichtleitelement werfen, welches wiederum das Licht bündelt und auf ein Leuchtelement am Ende des Lichtleitelements leitet.

[0005] Auch das Dokument WO 2009115976 A1 offenbart ein Lichtleitelement, welches bündelnd zwischen einem Laser und einem Leuchtelement liegt.

[0006] Dem Dokument US 2009052189 A1 ist eine Leuchteinheit entnehmbar, welche unter anderem aus einem Lichtleitelement und einem anschließenden Reflektor besteht.

[0007] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für Laser-Fahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, die die oben genannten Probleme des Stands der Technik beseitigt.

[0008] Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Lichtleitelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lichtleitelement eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Eintrittsquerschnittsfläche der Lichteintrittsfläche größer ist als die Austrittsquerschnittsfläche der Lichtaustrittsfläche und dass durch die Lichteintrittsfläche eingestrahltes Licht über die die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche verbindenden Innenfläche in Richtung der Lichtaustrittsfläche bündelbar ist.

[0009] Die Erfindung erlaubt das Ausgleichen von Positionierfehlern des Leuchtelements hinsichtlich der Laserlichtquelle und stellt auch bei leichten Abweichungen sicher, dass das eingestrahlte Laserlicht das Leuchtelement trifft und nicht unkontrolliert abgelenkt wird oder womöglich andere Verkehrsteilnehmer gefährdet. Die im montierten Zustand der Laserlichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche ist größer als die Lichtaustrittsfläche und sammelt so die eingehende Strahlung, die durch die reflektierende Innenfläche zum Leuchtelement gelenkt werden.

[0010] Dank der erfindungsgemäßen Lösung können sowohl die hohen Anforderungen an die 1 /12 österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15

Montage des Leuchtelements relativ zur Laserlichtquelle verringert und damit erfüllt als auch die Formbeständigkeit der in einem Laser-Fahrzeugscheinwerfer verwendeten Teile während der Verwendung (z.B. Rüttelbelastung, Resonanz, Festigkeit, Wärmedehnung, ...) sichergestellt werden.

[0011] Die Innenfläche bezeichnet hier das Innere (bzw. den in Richtung des Lichtleitelementinneren orientierten) der Mantelfläche zwischen Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche. Beispielhaft hat das Lichtleitelement einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die Lichteintrittsfläche hat also einen größeren Durchmesser als die Lichtaustrittsfläche. Das Lichtleitelement besteht bevorzugt aus einem transparenten Material wie Glas oder Kunststoff - das Lichtleitelement ist beispielsweise einstückig als Volumskörper ausgeführt, besteht also durchgehend aus einem Material. Die reflektierende Innenfläche ergibt sich insbesondere aufgrund der Totalreflexion an der Grenzfläche Lichtleitelement-Umgebung. In einer Variante der Erfindung beträgt der Akzeptanzwinkel des Lichtleitelements zwischen 0° und 45° hinsichtlich der optischen Achse des Lichtleitelements. Das bedeutet, dass das Lichtleitelement dazu eingerichtet ist, Licht, das in einem Winkel zwischen 0° und 45° hinsichtlich der optischen Achse auf die Lichteintrittsfläche auftrifft, in Richtung der Lichtaustrittsfläche zu reflektieren bzw. zu bündeln. Damit erlaubt das erfindungsgemäße Lichtleitelement hohe Toleranzen hinsichtlich der Positionierung der Laserlichtquelle und des Leuchtelements zueinander.

[0012] Die reflektierende Innenfläche des Lichtleitelements ist im Wesentlichen als Paraboloid oder als Freiformfläche ausgeführt. Die Ausbildung als Paraboloid kann insbesondere auch in Form eines Rotationsparaboloids erfolgen. Je nach genauer Anwendung ist die Innenfläche also mit den gewünschten Reflexionseigenschaften geformt.

[0013] Insbesondere bei der Verwendung des Lichtleitelements in einem Fahrzeugscheinwerfer ist es von Vorteil, wenn keinerlei unerwünschtes Fehllicht emittiert wird, das dann das Lichtbild verfälschen könnte. Dazu ist günstigerweise die Außenseite des Lichtleitelements im Bereich zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche zumindest bereichsweise, insbesondere aber vollständig mit einer lichtundurchlässigen Beschichtung versehen. Damit kann verhindert werden, dass Licht abseits der Lichtaustrittsfläche aus dem Lichtleitelement ausgestrahlt wird. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Lackieren oder Bedampfen aufgebracht werden.

[0014] In einer Variante der Erfindung ist im Bereich der Lichtaustrittsfläche zumindest eine Aufnahme für das Leuchtelement vorgesehen, wobei die Aufnahme insbesondere als Sackloch oder als vollständig von dem Lichtleitelement umgebene Höhlung ausgeführt ist. Das Leuchtelement kann also in dem Lichtleitelement angeordnet sein. Das hat den Vorteil, dass bei der Montage nur das Lichtleitelement im Bezug auf die Laserlichtquelle genau montiert werden muss - die optimale Lage des Leuchtelements ist damit gleichzeitig sichergestellt, da ja das Leuchtelement in dem Lichtleitelement gehalten ist. Bei der Ausführung der Aufnahme als Sackloch kann das Leuchtelement bei Bedarf getauscht werden, das Lichtleitelement kann weiter verwendet werden. Bei der Ausführung als vollständig umgebene Höhlung kann das Leuchtelement vor Umgebungseinflüssen geschützt werden. Durch das Vorsehen der Aufnahme ist das Leuchtelement im montierten Zustand „unter" der Lichtaustrittsfläche im Lichtleitelement angeordnet.

[0015] Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich auch verschiedene Lichtfunktionen realisieren. Beispielweise ist in einer Variante die Lichtaustrittsfläche zumindest teilweise von einem lichtundurchlässigen Begrenzungselement bedeckt. Dieses lichtundurchlässige Begrenzungselement kann beispielsweise als Beschichtung in Form von Lackieren oder Bedampfen ausgeführt sein, es kann aber auch ein separates Bauteil aufgeklebt oder sonst wie aufgebracht werden. Durch dieses Begrenzungselement lässt sich (evtl, in Verbindung mit einer Freiformreflektorfläche - siehe unten) ein Abblendlicht mit scharfem Hell- Dunkelübergang erzeugen.

[0016] Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche, vorzugsweise im Bereich der Lichtaustrittsfläche, zumindest ein rund um das Lichtleitelement verlaufendes Reflektorelement zum Ablenken des vom Leuchtelement 2/12 österreichisches Patentamt AT512 589 B1 2014-06-15 ausgestrahlten Lichts in von der Lichteintrittsfläche abgewandter Richtung angeordnet. Mit diesem Reflektorelement lässt sich das vom Leuchtelement ausgestrahlte Licht lichttechnisch nutzen - z.B. im Zusammenhang mit dem oben genannten Begrenzungselement zur Realisierung eines Abblendlichts. Grundsätzlich ist ein solcher Reflektorelement günstig, weil beispielsweise bei Verwendung des Lichtleitelements in einem Fahrzeugscheinwerfer damit das vom Leuchtelement emittierte Licht optimal in einen Hauptreflektor des Fahrzeugscheinwerfers gelenkt werden kann. Gleichzeitig wird ein unkontrollierter Austritt des Lichts aus dem Scheinwerfer verhindert, bzw. eine bessere Ausnutzung des vom Leuchtelement emittierten Lichts möglich.

[0017] Die Aufgabe der Erfindung wird weiters durch einen eingangs erwähnten Fahrzeugscheinwerfer erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Laserlichtquelle und dem Leuchtelement zumindest ein Lichtleitelement wie oben beschrieben angeordnet ist. Günstigerweise ist die Laserlichtquelle in Hauptabstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers gesehen vor dem Leuchtelement angeordnet, so dass das Licht der Laserlichtquelle entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers ausgestrahlt wird. In dieser Variante wird insbesondere die Gefährdung von unbeteiligten Verkehrsteilnehmern durch den Laserstrahl verhindert, wenn es zu einer Fehlfunktion des Scheinwerfers kommt - da der Laserstrahl entgegen der Hauptstrahlrichtung verläuft, kann er nicht unkontrolliert aus dem Scheinwerfer herausstrahlen. Die Erfindung erlaubt die Realisierung eines Fahrzeugscheinwerfers, der die gesetzlichen Bestimmungen wie beispielsweise ECE, SAE, CCC, usw. erfüllen kann.

[0018] Als zusätzliches Sicherheitselement ist gemäß einer Variante der Erfindung zumindest ein Blendenelement vorgesehen, mit dem von der Lichteintrittsfläche des Lichtleitelements oder aus dem Inneren des Lichtleitelements in Hauptabstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers reflektiertes Licht abschirmbar ist. In einer weiteren Variante der Erfindung ist das Blendenelement als zwischen der Laserlichtquelle und dem Lichtleitelement verlaufendes Verbindungsstück ausgeführt, das insbesondere röhren- oder halbrohrförmig ausgeführt ist.

[0019] Mit dem Blendenelement kann die Abstrahlung insbesondere von Laserlicht in Richtung außerhalb des Fahrzeugscheinwerfers verhindert werden. Das Blendenelement kann dazu beispielsweise entspiegelt oder absorbierend beschichtet sein, bzw. die relevanten Bereiche des Lichtleitelements umgeben.

[0020] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. In dieser zeigt schematisch: [0021] Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Lichtleitelements; [0022] Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Licht leitelements; [0023] Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Lichtlei telements; und [0024] Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugscheinwerfers mit einem erfindungs gemäßen Lichtleitelement.

[0025] In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Elemente aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.

[0026] In Fig. 1 ist eine erste Variante des erfindungsgemäßen Lichtleitelements 1 dargestellt. Das Lichtleitelement 1 kommt beispielsweise in einem Laser-Fahrzeugscheinwerfer 2 (siehe Fig. 4) zum Einsatz, und zwar zwischen einer Laserlichtquelle 3 und einem Leuchtelement 4, das durch das von der Laser-Lichtquelle 3 einstrahlende Licht zur Emission von sichtbarem Licht insbesondere weißer Farbe angeregt wird.

[0027] Das Lichtleitelement 1 weist eine Lichteintrittsfläche 5 und eine Lichtaustrittsfläche 6 auf. Die Eintrittquerschnittsfläche der Lichteintrittsfläche 5 ist dabei größer als die Austrittsquerschnittsfläche der Lichtaustrittsfläche 6 - wenn beispielsweise wie im vorliegenden Ausfüh- 3/12 österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15 rungsbeispiel das Lichtleitelement 1 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, ist also der Eintrittsflächenradius 50 größer als der Austrittsflächenradius 60.

[0028] Eingestrahltes Licht (beispielsweise von der Laserlichtquelle 3) wird über die zwischen der Eintritts- 5 und der Austrittsfläche 6 verlaufende Innenfläche 7 zur Lichtaustrittsfläche 6 hin gebündelt. Dies erfolgt überwiegend durch Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Lichtleitelement 1 und dem Umgebungsmedium, bei dem es sich überwiegend um Umgebungsluft handelt. Im Bereich der Lichtaustrittsfläche 6 befindet sich dann das Leuchtelement 4 (siehe Fig. 4), das durch das gebündelte Laserlicht zur Aussendung von sichtbarem, bevorzugt weißem Licht angeregt wird.

[0029] Das einfallende Licht muss dabei nicht senkrecht auf die Lichteintrittsfläche 5 auftreffen, sondern kann innerhalb eines Akzeptanzwinkels 300 auffallen. Der Akzeptanzwinkel 300 bezeichnet dabei den Winkel zur optischen Achse 100 des Lichtleitelements 1. Ein Akzeptanzwinkel von 0° ergibt sich, wenn das Licht genau parallel zur optischen Achse 100 (und damit senkrecht zur Lichteintrittsfläche 5) einfällt. Der Akzeptanzwinkel 300 liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen 0° und 45°.

[0030] Licht, das unter diesem Akzeptanzwinkelbereich (also zwischen 0° und 45°) einfällt, wird zur Lichtaustrittsfläche 6 hin gebündelt. Licht, das unter einem Winkel größer dem Akzeptanzwinkel einfällt, wird entweder direkt an der Lichteintrittsfläche 5 reflektiert oder tritt zwar in das Lichtleitelement 1 ein, wird dann aber dort so hin- und herreflektiert, dass es wieder bei der Lichteintrittsfläche 5 austritt und nicht die Lichtaustrittsfläche 6 erreicht.

[0031] Das Lichtleitelement 1 vergrößert also die Toleranzen, mit denen das Licht der Laserlichtquelle 3 (siehe Fig. 4) auf das Leuchtelement 4 (Fig. 4) einstrahlt und erleichtert damit einerseits den Bau eines Laser-Fahrzeugscheinwerfers 2, andererseits fallen auch die im Betrieb auftretenden Erschütterungen weniger stark ins Gewicht.

[0032] Um entsprechend die bündelnde Wirkung zu erreichen, ist die Innenfläche 7 des Lichtleitelements 1 im Wesentlichen als Paraboloid oder als Freiformfläche ausgeführt. Des Weiteren kann, wie in Fig. 1 dargestellt, die Außenseite des Lichtleitelements 1 im Bereich zwischen der Lichteintrittfläche 5 und der Lichtaustrittsfläche 6 mit einer lichtundurchlässigen und/oder reflektierenden Beschichtung 8 versehen sein. Diese Beschichtung 8 kann den angegebenen Bereich bereichsweise oder auch vollständig bedecken.

[0033] Dadurch wird einerseits die reflektierende bzw. bündelnde Wirkung der Innenfläche 7 verstärkt, andererseits kann keine fehlgeleitete Laserstrahlung aus dem Lichtleitelement austreten, was zu Verletzungen bei unbeteiligten Verkehrsteilnehmern führen könnte. Die Beschichtung 8 ist beispielsweise als Lackierung, Bedampfung oder formschlüssige Hülle ausgeführt.

[0034] Grundsätzlich kann das Lichtleitelement 1 röhrenrömig, also hohl, ausgeführt sein, allerdings kann es auch als einstückiger Volumskörper gefertigt sein. Als Material kommen verschiedene transparente Materialien wie Glas, Kunststoff, etc. in Frage.

[0035] Im Bereich der Lichtaustrittsfläche 6 ist eine Aufnahme für ein Leuchtelement 4 vorgesehen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist nur eine Aufnahme für ein Leuchtelement 4 vorgesehen, es können aber auch Aufnahmen für mehrere Leuchtelement 4 vorgesehen sein, bzw. mehrere Leuchtelemente 4 in eine Aufnahme verbracht werden. In Fig. 1 ist die Aufnahme für das Leuchtelement 4 als Sackloch 9 ausgeführt, die Variante in Fig. 2 sieht eine vollständig von dem Lichtleitelement 1 umgebene Höhlung 10 vor.

[0036] Das Leuchtelement 4 wird durch das gebündelte Laserlicht getroffen und zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht angeregt. Dieses sichtbare Licht tritt dann aus dem Lichtleitelement 1 aus und kann lichttechnisch weiterverwendet werden, beispielsweise in einem Laser- Fahrzeugscheinwerfer 2, wie in Fig. 4 dargestellt und näher erläutert ist.

[0037] In Fig. 2 ist weiters eine Variante der Erfindung ersichtlich, in der die Lichtaustrittsfläche 6 zumindest teilweise von einem lichtundurchlässigen Begrenzungselement 15 bedeckt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Begrenzungselement 15 unterhalb einer durch die 4/12 österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15 optische Achse 100 verlaufenden Horizontalebene (die Horizontalebene verläuft in Fig. 2 senkrecht zur Blattebene und fällt daher mit der strichpunktierten Linie der optischen Achse 100 zusammen) angeordnet. Selbstverständlich sind je nach gewünschter Lichtfunktion auch andere Ausführungen möglich.

[0038] Das Begrenzungselement 15 kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als lichtun-durchlässige Beschichtung oder als separate Blende, die aufgeklebt oder auf eine andere Weise auf das Lichtleitelement 1 aufgebracht bzw. an diesem mechanisch gehalten wird. Das Begrenzungselement 15 erlaubt die Erzeugung eines Hell-Dunkel-Übergangs, wodurch sich verschiedene Lichtfunktionen wie Abblendlicht, Nebellicht etc. realisieren lassen.

[0039] Der genannte Hell-Dunkel-Übergang kann durch die in Fig. 3 dargestellte Variante des erfindungsgemäßen Lichtleitelements 1 noch begünstigt werden: Darin weist das Lichtleitelement 1 ein rund um das Lichtleitelement 1 verlaufendes Reflektorelement 11 auf, das das vom Leuchtelement 4 ausgestrahlte Richtung in eine von der Lichteintrittsfläche 5 abgewandte Richtung ablenkt. Damit kann das allseitig ausgestrahlte Licht des Leuchtelements 4 noch besser lichttechnisch genutzt werden. Das Reflektorelement 11 ist beispielsweise als Halbschale (nur die obere oder untere Hälfte ist vorhanden) oder als Vollreflektor ausgeführt.

[0040] Das Reflektorelement 11 ist entweder einstückig mit dem Lichtleitelement 1 ausgeführt oder als separates Bauteil ausgeführt. Im zweiten Fall besteht es beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Glas, wobei die dem Leuchtelement 4 zugewandte Seite reflektierend, also entsprechend beschichtet ausgeführt ist. Wenn das Reflektorelement 11 einstückig mit dem Lichtleitelement 1 ausgeführt ist, ist dafür zu sorgen, dass kein Licht in Richtung der Lichteintrittsfläche 5 austreten kann - die reflektierende Schicht ist also dick genug auszuführen, bzw. ist auf der vom Leuchtelement 4 abgewandten Seite eine lichtundurchlässige Schicht aufzubringen.

[0041] Grundsätzlich ist das Reflektorelement 11 zwischen der Lichteintritts- 5 und der Lichtaustrittsfläche 6 anzuordnen, befindet sich aber bevorzugt, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, im Bereich der Lichtaustrittsfläche 6.

[0042] In Fig. 4 ist abschließend ein Fahrzeugscheinwerfer 2 in ausschnittsweiser Darstellung im Querschnitt zu sehen, in dem ein erfindungsgemäßes Lichtleitelement 1 zum Einsatz kommt. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmale dargestellt, da dem Fachmann die übrigen Elemente eines Fahrzeugscheinwerfers bekannt sind.

[0043] Der Fahrzeugscheinwerfer 2 umfasst eine Laserlichtquelle 3, die beispielsweise in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 450 nm, also teilweise im nicht-sichtbaren UV-Bereich, abstrahlt. Die abgestrahlte Leistung der Laserlichtquelle 3 liegt zwischen 0,5 und 2 W, kann aber auch höher sein. Bei der Laserlichtquelle 3 handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode. Es können auch mehrere Laserlichtquellen 3 vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Laserdioden-Arrays.

[0044] Die Laserlichtquelle 3 weist zum Abführen der im Betrieb entstehenden Wärme im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kühlkörper 12 und eine Lüftungsvorrichtung 13 auf - die Lüftungsvorrichtung 13 dient hier dazu, dem Kühlkörper 12 kühle Luft zuzuführen bzw. erwärmte Luft abzuführen. Die Lüftungsvorrichtung 13 kann beispielsweise eine Ventilationsvorrichtung umfassen. Der Kühlkörper 12 kann aus einem geeigneten Material gefertigt sein und zusätzlich beispielsweise Kühlrippen o.ä. aufweisen.

[0045] Neben der Laserlichtquelle 3 (in Fig. 4 mit Kühlkörper 12 und Lüfter 13 dargestellt) ist ein Leuchtelement 4 vorgesehen, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet ist. Die kugelförmige Ausbildung ist dabei nur eine von mehreren möglichen Ausbildungen, das Leuchtelement 4 kann auch anders ausgeführt sein. Bei dem Leuchtelement 4 handelt es sich bevorzugt um einen Phosphor-Konverter, der durch das Licht der Laserlichtquelle 3 in bekannter Weise zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht angeregt werden kann. Als Phosphor-Konverter können im Prinzip alle Materialien verwendet werden, die monochromatisches Laserlicht in Licht anderer Wellenlängen (bevorzugt weißes Licht), umwandeln. Im Prinzip handelt es 5/12 österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15 sich bei dem Phosphor-Konverter also um einen Lichtwandler - die Elektronen des Konvertermaterials werden durch das Laserlicht in höhere Energieniveaus angeregt und emittieren beim Zurückfallen Licht der dem Niveauunterschied entsprechenden Wellenlänge.

[0046] Das Leuchtelement 4 ist in einem erfindungsgemäßen Lichtleitelement 1 angeordnet, das in einem Reflektor 16 positioniert ist. Der Reflektor 16 lenkt das vom Leuchtelement 4 abgestrahlte Licht in Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2. Die Hauptab-strahlrichtung 200 verläuft im vorliegenden Beispiel in Fig. 4 von links nach rechts. Der Reflektor 16 kann verschwenkbar und/ oder verstellbar angeordnet sein, was in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Grundsätzlich sind beliebige Ausführungen des Reflektors 16 möglich, es können Freiformvarianten genau so wie Parabeln, Hyperbeln, Ellipsen bzw. Kombinationen davon als Reflektorfläche zum Einsatz kommen. Der Reflektor 16 ist in Fig. 4 als Querschnitt zu erkennen und kann als Halbschale (nur die obere oder untere Hälfte ist vorhanden) oder als Vollreflektor ausgeführt sein, wobei dem Fachmann eine Reihe von Varianten für den Reflektor 16 bekannt ist.

[0047] In der dargestellten Variante der Erfindung ist das Leuchtelement 4 auf der optischen Achse 400 des Fahrzeugscheinwerfers 2 in einem Brennpunkt des Reflektors 16 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Reflektor 16 auch als Freiflächen-Reflektor mit mehreren, unterschiedlichen Brennpunkten ausgeführt sein kann, wobei gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Leuchtelement 4 eben in einem dieser Brennpunkte angeordnet ist. Natürlich ist es nicht zwingend notwendig, dass das Leuchtelement 4 in einem Brennpunkt angeordnet ist - es muss aber zum Erreichen einer gewünschten Lichtverteilung ortsfest im Reflektor verbleiben, was auch bei Erschütterungen sichergestellt sein soll. Der Fahrzeugscheinwerfer 2 ist durch eine Abdeckscheibe 17 verschlossen. Die Abdeckscheibe 17 kann beliebig ausgeführt sein, ist aber bevorzugt größtenteils transparent.

[0048] Durch das Lichtleitelement 1, das darin angeordnete Leuchtelement 4 und den Reflektor 16 wird das gewünschte Lichtbild des Fahrzeugscheinwerfers 2 erzeugt. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Lichtleitelement 1 größere Toleranzen hinsichtlich der relativen Positionierung zwischen Laserlichtquelle 3 und Leuchtelement 4, beispielsweise wenn die Lichtquelle 3 reparaturbedingt ausgetauscht wird oder wenn sich die Laserlichtquelle 3 durch Erschütterungen im Betrieb nicht mehr in der Optimalposition befindet.

[0049] Zur Befestigung des Lichtleitelements 1 im Reflektor 16 ist ein Trägerelement 18 vorgesehen - das Trägerelement 18 ist hier mit Kühlrippen 19 versehen, die zum Ableiten der bei der Lichterzeugung im Leuchtelement 4 und dem Lichtleitelement 1 entstehenden Wärme dienen. Die Kühlrippen 19 sind nur ein Beispiel für Wärmeableitelemente, die hier verwendet werden können - dem Fachmann ist diesbezüglich eine Reihe von Möglichkeiten bekannt, daher wird hier nicht näher darauf eingegangen.

[0050] Die Laserlichtquelle 3 und das Leuchtelement 4 sind so angeordnet, dass das Licht der Laserlichtquelle 3 entgegen der Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2 ausgestrahlt wird. Die Laserlichtquelle 3 ist also in Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2 gesehen vor dem Leuchtelement 4 angeordnet, so dass das Licht der Laserlichtquelle 3 entgegen der Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2 ausgestrahlt wird. Die Strahlrichtung 500 der Laserlichtquelle 3 verläuft also entgegengesetzt zur Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2. Dadurch wird verhindert, dass im Fall einer Beschädigung des Fahrzeugscheinwerfers 2 oder einer Fehlfunktion das Licht der Laserlichtquelle 3 entweichen und zur Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer führen kann.

[0051] Die Strahlrichtung 500 der Laserlichtquelle 3 verläuft bevorzugt in einem spitzen Winkel zur Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2. Der Winkel kann also zwischen 0° und 90° liegen. Ein Winkel von 0° bedeutet also, dass die Laserlichtquelle 3 auf der optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers 2 in Hauptstrahlrichtung 200 gesehen hinter dem Leuchtelement 4 angeordnet ist. Entsprechend bedeutet ein Winkel von 90°, dass die Strahlrichtung 500 der Laserlichtquelle 3 normal zur optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers 2 verläuft. Optische Achse und Hauptabstrahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2 verlaufen im 6/12 österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15

Wesentlichen parallel zueinander. Je nach verfügbarem Bauraum für den Fahrzeugscheinwerfer 2 bzw. gewünschtem Einsatzgebiet können also Lichtquelle 3 und Lichtleitelement 1 bzw. Leuchtelement 4 zueinander angeordnet werden.

[0052] Zwischen der Laserlichtquelle 3 und dem Lichtleitelement 1 mit dem Leuchtelement 4 kann eine Reihe von Elementen angeordnet sein. Beispielsweise ist im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unmittelbar nach der Laserlichtquelle 3 ein Optikelement in Form eines Sammellinsenelements 20 angeordnet. Diese Sammellinse konzentriert das Licht der Laserlichtquelle 3 in Richtung des Lichtleitelements 1 bzw. des darin angeordneten Leuchtelements 4. Natürlich können auch beliebige andere Optikelemente zum Einsatz kommen, beispielsweise Linsen und/oder Prismen verschiedenster Art.

[0053] Günstigerweise sind rund um derartige Optik- oder Lichtleitelemente 1 absorbierende Elemente angeordnet, um eventuelle Reflexionen des eintretenden Laserlichts in Hauptab-strahlrichtung 200 des Fahrzeugscheinwerfers 2 und damit Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer zu verhindern. Das Blendenelement 21 in Fig. 4 stellt eine Ausführungsform derartiger Elemente dar. Es verhindert eine Abstrahlung von Reflexionen aus dem Fahrzeugscheinwerfer 2 heraus. In einer Variante bzw. zusätzlich können die besagten Optik-, Lichtleitelemente 1 und absorbierenden Elemente wie das Blendenelement 21 auch mit entspiegelten Oberflächen versehen bzw. so ausgeführt sein, dass sie nur Licht im Wellenlängenbereich des Laserlichts reflektieren bzw. absorbieren, allerdings für sichtbares Licht durchscheinend ausgeführt sind und damit einen Blick auf die Scheinwerferkomponenten erlauben. Dabei können auch Unregelmäßigkeiten wie Einschlüsse oder Mikrostrukturen vorgesehen werden, die das Laserlicht ablenken, von außen sichtbar machen und so als Designelement dienen.

[0054] Beispielhaft ist das Blendenelement 21 in Fig. 4 oberhalb einer durch die optische Achse 400 des Fahrzeugscheinwerfers 2 verlaufende Horizontalebene zwischen dem Lichtleitelement 1 und der Abdeckscheibe 17 angeordnet. Natürlich sind aber auch andere, dem Fachmann bekannte Lösungen möglich - die einzige Voraussetzung derartiger Vorrichtungen ist, dass die Lichtfunktionen des Fahrzeugscheinwerfers 2 nicht nachteilig beeinflusst werden.

[0055] Das Blendenelement 21 kann auch so ausgeführt sein, dass es den gesamten Freistrahlbereich des Laserlichts umhüllt, beispielsweise in Form einer Röhre oder einer Röhre mit halbkreisförmigen Querschnitt („Halfpipe"). In einer weiteren Variante kann es halbverspiegelt ausgeführt sein und/oder aus Designgründen mit einer eigenen Lichtquelle (z.B. einer blauen LED) beleuchtet werden. Derartige Varianten sind in den Figuren nicht dargestellt.

[0056] Die Erfindung gemäß den obigen Ausführungen erlaubt die Realisierung eines Fahrzeugscheinwerfers, der die gesetzlichen Bestimmungen wie beispielsweise ECE, SAE, CCC, usw. erfüllen kann.

[0057] Bei dem Fahrzeugscheinwerfer 2 gemäß der Variante in Fig. 4 kann außerdem die beim Betrieb der Laserlichtquelle 3 entstehende Abwärme genutzt werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Laserlichtquelle 3 unterhalb einer im eingebauten Zustand des Fahrzeugscheinwerfers 2 durch die optische Achse 400 des Fahrzeugscheinwerfers 2 verlaufende Horizontalebene nahe an der Abdeckscheibe 17 angeordnet. Die Horizontalebene verläuft in Fig. 4 normal auf die Zeichenebene durch die optische Achse 400 des Fahrzeugscheinwerfers 2.

[0058] Die Laserlichtquelle 3 ist so nahe an der Abdeckscheibe 17 angeordnet, dass die Ab-deckscheibe 17 mittels der Abwärme der Laserlichtquelle 3 aufwärmbar ist. Die Abwärme kann zum Enttauen und Enteisen der Abdeckscheibe 17 verwendet werden. Je nach verwendeter Laserlichtquelle 3 bzw. je nach Material der Abdeckscheibe 17 etc. ist zu entscheiden, wie nahe die Laserlichtquelle 3 zur Abdeckscheibe 17 positioniert werden muss. Die Lüftungsvorrichtung 13 der Laserlichtquelle 3 kann hier durch Lenkung des Abwärmestroms unterstützend verwendet werden. Gemäß der Variante in Fig. 4 ist die Laserlichtquelle 3 unter einem Designblendenelement 22 positioniert ist, das entsprechende Designblendenöffnungen 23 zum Durchtritt der Abwärme aufweist. Diese Designblendenöffnungen 23 können gemäß einer Variante eine düsenförmige Gestalt haben, sodass der durch die Abwärme der Laserlichtquelle 3 bewirkte 7/12 österreichisches Patentamt AT512 589B1 2014-06-15

Luftstrom 24 gezielt gelenkt werden kann. Unter düsenförmiger Gestalt ist hier eine Form zu verstehen, die das Lenken des durch die Designblendenöffnungen 23 durchtretenden Luftstroms erlaubt, um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen. So kann das Enttauen und Enteisen, bzw. ganz allgemein das Nutzen der Abwärme der Laserlichtquelle 3 noch effizienter erfolgen. 8/12

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT 512 589 B1 2014-06-15 Patentansprüche 1. Lichtleitelement (1) für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2), wobei der Laser- Fahrzeugscheinwerfer (2) zumindest eine Laserlichtquelle (3) und zumindest ein durch die Laserlichtquelle (3) bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement (4) umfasst und das Lichtleitelement (1) im Wesentlichen zwischen der Laserlichtquelle (3) und dem Leuchtelement (4) anordenbar ist, wobei das Lichtleitelement (1) eine Lichteintrittsfläche (5) und eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, wobei die Eintrittsquerschnittsfläche der Lichteintrittsfläche (5) größer ist als die Austrittsquerschnittsfläche der Lichtaustrittsfläche (6) und dass durch die Lichteintrittsfläche (5) eingestrahltes Licht über die die Lichteintrittsfläche (5) und die Lichtaustrittsfläche (6) verbindenden Innenfläche (7) in Richtung der Lichtaustrittsfläche (6) bündelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (6) zumindest teilweise von einem lichtundurchlässigen Begrenzungselement (15) bedeckt ist.
2. 2. Lichtleitelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Akzeptanzwinkel (300) des Lichtleitelements (1) zwischen 0° und 45° hinsichtlich der optischen Achse (100) des Lichtleitelements (1) beträgt.
3. 3. Lichtleitelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (7) des Lichtleitelements (1) im Wesentlichen als Paraboloid oder als Freiformfläche ausgeführt ist.
4. 4. Lichtleitelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Lichtleitelements (1) im Bereich zwischen der Lichteintrittsfläche (5) und der Lichtaustrittsfläche (6) zumindest bereichsweise, insbesondere aber vollständig mit einer lichtundurchlässigen und/oder reflektierenden Beschichtung (8) versehen ist.
5. 5. Lichtleitelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lichtaustrittsfläche (6) zumindest eine Aufnahme für das Leuchtelement (4) vorgesehen ist, wobei die Aufnahme insbesondere als Sackloch (9) oder als vollständig von dem Lichtleitelement (1) umgebene Höhlung (10) ausgeführt ist.
6. 6. Lichtleitelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichteintrittsfläche (5) und der Lichtaustrittsfläche (6), vorzugsweise im Bereich der Lichtaustrittsfläche (6), zumindest ein rund um das Lichtleitelement (1) verlaufendes Reflektorelement (11) zum Ablenken des vom Leuchtelement (4) ausgestrahlten Lichts in von der Lichteintrittsfläche (5) abgewandter Richtung angeordnet ist.
7. 7. Fahrzeugscheinwerfer (2) mit zumindest einer Laserlichtquelle (3) und zumindest einem, durch die Laserlichtquelle (3) bestrahlbaren und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbaren Leuchtelement (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserlichtquelle (3) und dem Leuchtelement (4) zumindest ein Lichtleitelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet ist.
8. 8. Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (3) in Hauptabstrahlrichtung (200) des Fahrzeugscheinwerfers (2) gesehen vor dem Leuchtelement (4) angeordnet ist, so dass das Licht der Laserlichtquelle (3) entgegen der Hauptabstrahlrichtung (200) des Fahrzeugscheinwerfers (2) ausgestrahlt wird.
9. 9. Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Blendenelement (21) vorgesehen ist, mit dem von der Lichteintrittsfläche (5) des Lichtleitelements (1) oder aus dem Inneren des Lichtleitelements (1) in Hauptabstrahlrichtung (200) des Fahrzeugscheinwerfers (2) reflektiertes Licht abschirmbar ist. 9/12 österreichisches Patentamt AT 512 589 B1 2014-06-15
10. 10. Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenelement (21) als zwischen der Laserlichtquelle (3) und dem Lichtleitelement (1) verlaufendes Verbindungsstück ausgeführt ist, das insbesondere röhren- oder halbrohrförmig ausgeführt ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 10/12