AT517524A1 - Laserbeleuchtungsvorrichtung für Fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserbeleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Laserlichtquellen, wobei jede zur Erzeugung eines primären Laserlichtstrahls eingerichtet sind, einem jeder Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiter, wobei jeder primäre Laserlichtstrahl in sein erstes Ende einkoppelt und aus seinem zweiten Ende als sekundärer Laserlichtstrahl auskoppelt und jeder sekundäre Laserlichtstrahl auf ein Lichtkonversionsmittel gelenkt ist, um an diesem ein vorgegebenes Leuchtbild zu erzeugen, welches über ein dem Lichtkonversionsmittel zugeordnetes Projektionssystem als Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert wird, wobei jeder primäre Laserlichtstrahl ein erstes Intensitätsprofil aufweist, jeder sekundäre Laserlichtstrahl ein zweites, von dem ersten Intensitätsprofil unterschiedliches Intensitätsprofil aufweist, und jeder sekundäre Laserlichtstrahl über einen Mikroscanner auf das Lichtkonversionsmittel gelenkt ist.

Description

Laserbeleuchtungsvorrichtung für Fahrzeugscheinwerfer

Die Erfindung betrifft eine Laserbeleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Laserlichtquellen, wobei jede zur Erzeugung eines primären Laserlichtstrahls eingerichtet sind, einem jeder Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiter, wobei jeder primäre Laserlichtstrahl in sein erstes Ende einkoppelt und aus seinem zweiten Ende als sekundärer Laserlichtstrahl auskoppelt und jeder sekundäre Laserlichtstrahl auf ein Lichtkonversionsmittel gelenkt ist, um an diesem ein vorgegebenes Leuchtbild zu erzeugen, welches über ein dem Lichtkonversionsmittel zugeordnetes Projektionssystem als Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert wird.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit zumindest einer solchen Laserbeleuchtungsvorrichtung.

Weiters betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit zumindest einem solchen Scheinwerfer.

Scheinwerfer, 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, auf die Fahrbahn projiziert. Der Mikroscanner ist im Allgemeinen ein Strahlablenkmittel, beispielsweise ein Mikrospiegel, 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, die einerseits gesetzlichen Vorgaben für das projizierte Lichtbild entsprechen muss und andererseits der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden kann.

Die Verwendung des Mikroscanners 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 Mikrospiegel verwenden, die als MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) ausgebildet sind. Im

Gegensatz zu solchen Systemen, die oft in der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden, müssen jedoch bei Scheinwerfern deutlich höhere Laserleistungen eingebracht werden. Dabei ist es allerdings nicht nötig, eine farbige Lichtverteilung darzustellen. Wie oben erwähnt, wird üblicherweise mit blauen 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 Scheinwerfer installierte Laserleistung bestmöglich zu nützen.

Insbesondere finden die sogenannten lD-Mikroscanner-Systeme ihre Anwendung in den Scheinwerfern. Dabei sind mehrere blaue Laserdioden so angeordnet, dass die von ihnen erzeugten Laserstrahlen über einen einzelnen lD-Mikroscanner auf den Phosphor gelenkt sind. Unter einem „lD-Mikroscanner" wird hierbei ein um eine einzige Achse bewegbarer Mikroscanners verstanden. Jede Laserdiode beleuchtet dabei einen eigenen Bereich am Phosphor, sodass voneinander getrennte Zeilen „geschrieben" werden.

Soll die Höhe der Zeilen im Fernfeld unterschiedlich sein (beispielsweise um eine Lichtverteilung möglichst effizient auf einzelne Zeilen aufzuteilen), muss der Spotdurchmesser der Laserdioden, d.h. der Durchmesser eines von der entsprechenden Laserdiode durch die Fluoreszenz erzeugten Leuchtflecks, am Phosphor entsprechend unterschiedlich sein. Je nach Einsatzfall können diese Werte stark schwanken, z.B. wenn auf einem Phosphor Zeilenhöhen zwischen 0.2 mm und 0.9 mm realisiert werden sollen.

Dabei weist die Lichtintensität in einem solchen Spots üblicherweise einen gaußförmigen Verlauf auf, und nimmt zu Spotsrändern exponentiell ab.

Darüber hinaus weisen die von den herkömmlichen Laserdioden erzeugten Laserstrahlen räumliche Asymmetrien auf, weswegen der Spot im Wesentlichen ellipsenförmig ist, wobei sich die Länge der Ellipsenhauptachse von der Länge der Ellipsennebenachse stark unterscheiden kann. Als Grenze des Spots wird üblicherweise die Stelle angenommen, bei der die Intensität auf 1/e beziehungsweise auf 1/e2 abgefallen ist. Der angenommene Wert definiert sodann die Grenze zur nächsten Zeile im Leuchtbild.

Dabei tritt das Problem auf, dass die Breite der Gauß'sehen Verteilung eine scharfe Abgrenzung zwischen den Zeilen nicht möglich macht.

Eine Möglichkeit diesem Problem zumindest teilweise zu begegnen liegt darin, den für die Bestimmung der Zeilengrenze angenommenen Intensitätswert zu variieren. Dabei tritt allerdings ein weiteres Problem auf, dass bei zu niedrig angesetzten Werten dunkle Streifen zwischen den Zeilen im Leuchtbild und folglich auch im Lichtbild entstehen.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Laserbeleuchtungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher ein Lichtbild mit verbesserten lichttechnischen Eigenschaften realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Laserbeleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher jeder primäre Laserlichtstrahl ein erstes Intensitätsprofil aufweist, jeder sekundäre Laserlichtstrahl ein zweites, von dem ersten Intensitätsprofil unterschiedliches Intensitätsprofil aufweist, und jeder sekundäre Laserlichtstrahl über einen Mikroscanner auf das Lichtkonversionsmittel gelenkt ist.

Bei einer hinsichtlich des steuerungstechnischen Aufwands zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Mikroscanner um genau eine Achse verschwenkbar ist. Mit einem solchen lD-Mikroscanner kann auch EMV-Problemen (EMV steht für elektromagnetische Verträglichkeit) begegnet werden. Im Vergleich zu den 1D-Mikroscannern muss bei den um zwei Achsen verschwenkbaren Mikroscannern - kurz 2D-Mikroscannern - das Strahlablenkmittel (beispielsweise ein Mikrospiegel) um einiges schneller oszillieren, damit ein einheitlich leuchtendes Lichtbild realisiert werden kann, da der Weg durch den das Bild abgescannt wird wesentlich länger ist. Infolgedessen muss man die Laserlichtquellen selbst sehr schnell ein und ausschalten können. Somit sind extrem kurze Schaltzeiten und auch extrem steile Schaltflanken der Laserlichtquellen realisiert werden müssen, um Laserlichtquellen effizient zu modulieren. Dies ist vor allem bei Ausblendszenarien wichtig, d.h. wenn vorgegebene Bereiche der Fahrbahn aufgrund beispielswese des entgegenkommenden oder des nah vorausfahrenden Verkehrs oder der Gegenstände an einem Straßenrand ausgeblendet werden sollen.

Hinsichtlich der Reduzierung der Lichtverluste beim Einkoppeln der primären Laserstrahlen in die Lichtleiter ist es vorteilhaft, wenn jeder Laserlichtquelle eine Vorsatzoptik nachgeordnet ist, welche den primären Laserlichtstrahl in das erste Ende des dieser Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiters einkoppelt.

Hinsichtlich eines kompakten Aufbaus und einer gut beherrschbaren Wärmeabfuhr ist es zweckmäßig, wenn die sekundären Laserlichtstrahlen in zwei oder mehrere Laserlichtstrahlen-Gruppen unterteilt sind, wobei jede Laserlichtstrahlen-Gruppe über je einen Mikroscanner gelenkt ist.

Hinsichtlich der Divergenz des Laserstrahls kann es vorteilhaft sein, wenn die Lichtleiter zumindest einer Teilmenge der Lichtleiter als ein in Lichtausbreitungsrichtung zulaufender Konus angeordnet sind. Dabei können die Lichtleiter (beispielsweise Glasstäbe) ungekrümmt verwendet werden. Verwendung von gekrümmten Lichtleitern (beispielsweise Fasern) kann zur Vergrößerung der Divergenz des Laserstrahls in einer oder in beiden seiner Achsen (Ellipsenhauptachse, Ellipsennebenachse) beitragen und die Abstimmung der Laserstrahlprofilgröße auf die Größe des Mikroscanners beeinträchtigen.

Hinsichtlich der Kollimation der sekundären Lichtstrahlen kann es vorteilhaft sein, die zweiten Enden derart angeordnet und / oder ausgebildet sind, dass die sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

Um ein in Zeilen unterteiltes Leuchtbild zu erzeugen, ist es zweckdienlich, wenn die zweiten Enden aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet sind.

Hinsichtlich Fokussierung bzw. Kollimation kann es vorteilhaft sein, wenn jedem Mikroscanner ein optisches Abbildungssystem vorgelagert ist.

Es ist zweckdienlich, wenn das optische Abbildungssystem eine, zwei oder mehr Linsen und / oder ein, zwei oder mehr Blenden und / oder ein, zwei oder mehr Reflektoren aufweist.

Hinsichtlich der kompakten Anordnung von den Lichtleitern kann es vorgesehen sein, dass die primären Laserlichtstrahlen zumindest einer Teilmenge der primären Laserlichtstrahlen über zumindest ein Strahlumlenkmittel, beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma, in die ersten Enden einkoppeln.

Hinsichtlich einer effizienten Formung des Intensitätsprofils der Lichtstrahlen ist es zweckmäßig, wenn die Lichtleiter einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Um die Leuchtfleckgröße zu variieren, kann es vorteilhaft sein, wenn die Lichtleiter einen unterschiedlich großen Querschnitt aufweisen.

Hinsichtlich der Qualität und der Auflösung des Lichtbildes ist es vom besonderen Vorteil, wenn das erste Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Gauß'sc he Form und das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat-Top-Form (auch unter Top-Hat-Form bzw. Top-Hat-Intensitätsprofil bekannt) aufweist.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat-Top-Form aufweist und der Strahlenquerschnitt der sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 die für die Erfindung wesentlichen Komponenten einer Laserbeleuchtungsvorrichtung herkömmlicher Art (AT 514834 A2) und deren Zusammenhang in schematischer Darstellung,

Fig. la zwei überlagernde durch die Laserbeleuchtungsvorrichtung herkömmlicher Art erzeugte Leuchtflecken und ihre Intensitätsprofile,

Fig. 2 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Laserbeleuchtungsvorrichtung und deren Zusammenhang in schematischer Darstellung,

Fig. 2a die erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung mit konusförmig angeordneten starren Lichtleitern und einem schematisch dargestellten Abbildungssystem,

Fig. 2b die erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung mit gekrümmten Lichtleitern und einem schematisch dargestellten Abbildungssystem,

Fig. 2c zwei durch die erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung erzeugte Leuchtflecken und ihre Intensitätsprofile,

Fig. 3 ein stationäres durch die Laserbeleuchtungsvorrichtung erzeugte Leuchtbild,

Fig. 4 eine beispielhafte Anordnung der Lichtleiterenden aus der Fig. 2a, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Einkoppelung der primären Strahlen in die Lichtleiter über Umlenkspiegel.

Anhand von Fig. 1 und Fig. la wird nun das mit der vorliegenden Erfindung zu lösendes Problem erläutert. Lichttechnischer Ausgangspunkt der hier dargestellten Laserbeleuchtungsvorrichtung sind zwei, hier übereinander liegende Gruppen 1 und 2 von je vier Laserlichtquellen 11, 12, 13, 14 bzw. 21, 22, 23, 24, 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 gepulst, 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 sl ... 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 auf der Fahrbahn erfassen und beispielsweise bestimmte Bereiche im Leuchtbild 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 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.

Bei den stillgehaltenen, d.h. nicht in eine Schwingung versetzten, Mikroscannern erzeugen die gebündelten Laserstrahlen 11p bis 18p auf dem Lichtkonversionsmittel 60, nämlich der Leuchtfläche, die im Allgemeinen eben ist, jedoch nicht eben sein muss, Leuchtflecken, die je eine Lichtstromverteilung aufweisen, die dem Intensitätsprofil des einschlägigen Laserlichtstrahls entsprechen. In Fig. la sind zwei Leuchtflecken 71p und 72p schematisch gezeigt, die durch eine Laserbeleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 erzeugt werden. Dabei ist jede Lichtstromverteilung im Wesentlichen Gauß'sch und entspricht dem Intensitätsprofil der zwei „benachbarten" Laserstrahlen, beispielsweise 11p und 12p. Ein Schnitt entlang der Linie AA stellt einen Lichtstromverlauf 73 dar und ist für das auf die Fahrbahn mittels eines Projektionssystems PS abzubildende Leuchtbild von hoher Relevanz. Der hier beschriebene Lichtstromverlauf 73 ermöglicht keine scharfe Abgrenzung zwischen den Leuchtflecken und führt zu großen Lichtintensitätsschwankungen im Lichtbild.

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, die sich auf die KFZ-Beleuchtungstechnik beziehen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch Formung des Strahlprofils der Laserlichtstrahlen gelöst. Die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Laserbeleuchtungsvorrichtung, die technische Mittel aufweist, mit welchen die Lösung umgesetzt wird, sind anhand eines nichteinschränkenden Ausführungsbeispiels in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird der Einfachheit halber nur eine der beiden Laserlichtquellen Gruppen der Fig. 1 in Betracht gezogen. Jeder Laserlichtquelle 11 bis 14 ist eine eigene Vorsatzoptik 81 bis 84 nachgeordnet, welche den zunächst stark divergenten primären Laserstrahl 11p bis 18p bündelt und anschließend auf die ersten Enden 91e bis 94e der Lichtleiter 91 bis 94 so fokussiert, dass die primären Laserlichtstrahlen im Wesentlichen ohne Verluste in die Lichtleiter einkoppeln. Die Laserlichtstrahlen werden dabei vorteilhafterweise derart in die Lichtleiter eingekoppelt, dass beispielsweise bei einem rechteckförmigen Lichtleiter die Längsachse des, von der Laserlichtquelle emittierten, typischer Weise elliptischen Strahlquerschnitt aufweisenden, Laserstrahls, parallel zur Querschnittslängsachse des rechteckförmigen Lichtleiters verläuft. Im Allgemeinen hängt die Art der Einkoppelung davon ab, in welcher Achse (Ellipsenhauptachse oder Ellipsennebenachse) die Laserlichtstrahlen beim Auskoppeln (die sekundären Laserlichtstrahlen) eine geringere Divergenz aufweisen sollen.

Es sei an dieser Stelle vermerkt, dass unter dem Begriff „Lichtleiter" auch alle technischen Mittel subsumiert sind, die sich zur Formung des Strahlprofils (Intensitätsprofils und des Querschnitts der Laserstrahlen) eignen. Es sind also alle „Strahlprofilformer" bei einer konkreten technischen Ausführung der vorliegenden Erfindung anwendbar. Beispielsweise können Multimodefaser oder Glasstäbe verschiedener Typen verwendet werden. Dabei bezieht sich der Typ eines Strahlprofilformers auf das Verhalten seines Brechungsindexes. Man unterscheidet zwischen z.B. Stufenindexfasern, Gradientenindexfasern oder homogenen Strahlprofilformern (mit einem konstanten Brechungsindex). Darüber hinaus können die Strahlprofilformer unterschiedliche Querschnittsgrößen (von einigen über hunderte von Mikrometern bis einige Millimeter) aufweisen. Dadurch kann die Größe der Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel und infolgedessen die Auflösung des Lichtbilds variiert werden. Des Weiteren kann ein solcher Strahlprofilformer beispielsweise als eine Anordnung von Optiken, z.B. Linsen, Spiegeln und Blenden, realisiert werden.

Unter dem Begriff „Vorsatzoptik" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein optisches System verstanden, das sich dazu eignet, die ursprünglich divergierenden primären Laserlichtstrahlen 11p bis 14p auf die dazugehörigen ersten Enden 91e bis 94e zu fokussieren. Diese Vorsatzoptik kann, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, eine Kollimatorlinse und eine Sammellinse aufweisen, kann aber auch alternativ andere dem Fachmann zur Verfügung stehende optische Mittel umfassen, die sich zur Fokussierung der primären Laserlichtstrahlen eignen.

Bei der Ausbreitung der primären Laserlichtstrahlen 11p bis 14p in den Lichtleitern 91 bis 94 werden diese mehrfach totalreflektiert. Dies führt dazu, dass das Licht den gesamten Querschnitt des Lichtleiters „ausfüllt". Dabei nimmt das Strahlprofil der aus den Lichtleitern als sekundären Lichtstrahlen 11s bis 14s austretenden Lichtstrahlen im Wesentlichen die Form des Querschnittes der Lichtleiter an. Die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtleiter weisen eine im Wesentlichen rechteckige Form des Querschnittes auf. Demensprechend weisen die sekundären Lichtstrahlen 11s bis 14s ein im Wesentlichen rechteckiges Intensitätsprofil auf. In der Fig. 2c sind zwei auf dem Lichtkonversionsmittel 60 durch zwei der sekundären Lichtstrahlen, beispielsweise durch 11s und 12s, erzeugte rechteckige Leuchtflecken 71s und 72s gezeigt, die einem im Wesentlichen rechteckförmigen Strahlquerschnitt und einem im Wesentlichen rechteckförmigen Intensitätsprofil, in der Fachliteratur auch als Flat-Top- oder Top-Hat-Form oder einfach Top-Hat genannt, der sekundären Laserstrahlen entsprechen und einen im Wesentlichen rechteckigen Lichtstromverlauf 73a und 73b entlang des Schnittes BB aufweisen. Die Größe des Querschnitts kann von Lichtleiter zu Lichtleiter variieren und als Folge zu unterschiedlich großen Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel 60 führen. Dadurch kann auch der Lichtstromdichte (Beleuchtungsstärke) in einem Leuchtfleck und infolgedessen die Lichtstärke dieses Leuchtflecks angepasst werden. Dies ist in der Fig. 3 thematisiert, welche acht unterschiedlich große und unterschiedlich stark leuchtende Leuchtflecken 100 bis 107 zeigt. Solche Leuchtflecken entstehen wenn die Mikroscanner 51,52 nicht schwingen. Werden diese von der Mikroscanneransteuerung 5 in Schwingung versetzt, sodass die Mikroscanner 51, 52 um eine Achse verschwenkt werden, entstehen auf dem Lichtkonversionsmittel Leuchtbänder zO bis z8.

Wenngleich das bevorzugte Ausführungsbeispiel 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, direkt aneinander anliegende Lichtbänder erzeugt. Auch sind Ausführungen mit lediglich einem einzigen Mikroscanner denkbar, bei welchen beispielsweise die sekundären Laserstrahlen entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers direkt auf den Mikroscanner auftreffen, der dann die Laserstrahlen auf einen durchleuchteten Phosphor lenkt.

Fig. 2a und Fig. 2b zeigen zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei den die sekundären Laserlichtstrahlen 11s bis 14s über ein optisches Abbildungssystem 6 auf den Mikroscanner 51 gelangen. Das Abbildungssystem 6 ist dabei schematisch als eine Sammellinse dargestellt. Im Allgemeinen handelt es sich um ein optisches System, das eine, zwei oder mehr Linsen, welche hintereinander angeordnet und / oder je einem Lichtleiter zugeordnet sind, und / oder Reflektoren umfasst, und welches optische System die sekundären Lichtstrahlen 11s bis 14s über den Mikroscanner 51 auf das Lichtkonversionsmittel 60 kollimiert / fokussiert.

Dabei zeigt Fig. 2a Lichtleiter 91 bis 94, die als ein in Lichtausbreitungsrichtung zulaufender Konus angeordnet sind. Bei dieser Anordnung können die Lichtleiter 91 bis 94 „starr" verlaufen.

Fig. 2b zeigt eine Lichtleiteranordnung, welche sich insbesondere für als Multimodefaser ausgebildete Lichtleiter 91 bis 94 eignet. Dabei können die Lichtleiter gekrümmt und derart angeordnet werden, dass die zweiten Enden 91z bis 94z aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet sind. Infolgedessen verlaufen die sekundären Laserlichtstrahlen 11s bis 14s im Wesentlichen parallel, wobei der Abstand zwischen der Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel 60 durch das optische Abbildungssystem 6 minimiert werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Lichtleiterenden aus der Fig. 2a. Obgleich die Lichtleiter 91 bis 94 konusförmig unter einem Öffnungswinkel α aufeinander zulaufen, sind die zweiten Enden 91z bis 94z dergestalt, z.B. durch Schleifen, ausgebildet, dass die sekundären Lichtstrahlen 11s bis 14s im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dabei darf der Öffnungswinkel α nicht beliebig groß werden, da dies das entsprechende Schleifen der zweiten Enden 91z bis 94z erfordern und zu unerwünschten Verzerrungen im Leucht- und folglich im Lichtbild führen würde.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung um einen Spezialfall handelt. In der Praxis kann es durchaus Vorkommen, dass sich die zweiten Enden 91z bis 94z nicht in einer Ebene befinden. Dabei wird der Schliffwinkel durch das Brechungsgesetz und durch den Öffnungswinkel α vorgegeben. Die Gestaltung der zweiten Enden 91z bis 94z (durch Schleifen) dient als technisches Mittel dazu, dass die sekundären Laserlichtstrahlen, die die Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel erzeugen, in einem vorgegebenen Winkel, bevorzugter Weise parallel zueinander, auf das Lichtkonversionsmittel treffen.

Bei einer in Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsform koppeln die primären Laserlichtstrahlen über Spiegel 200 bis 207 (über eine sogenannte „Spiegeltreppe") in die ersten Enden ein. Dadurch kann sowohl der Öffnungswinkel α verkleinert als auch eine optimierte Kühlung der Laserdioden realisiert werden, da diese in einer Ebene angeordnet werden können und sich dadurch eine einfachere Anbindung an einen gemeinsamen Kühlkörper realisieren lässt. Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine Spiegeltreppe verwendet wurde, kann diese durch andere technische Mittel - im Allgemeinen Strahlumlenkmittel - ersetzt werden, die sich zur Umlenkung von Licht eignen. So können z.B. die Spiegel 200 bis 207 teilweise oder ganz durch Prismen ersetzt werden. Genauso sind Anordnungen denkbar, bei welchen zwei oder mehr primäre Laserstrahlen über ein und dasselbe Strahlumlenkmittel umgelenkt werden.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung findet das Überlappen der Lichtbänder auf einer Leuchtfläche bzw. einem Lichtkonversionsmittel nicht statt und das solchermaßen erzeugte Leuchtbild wird auf die Fahrbahn projiziert. Es ist jedoch auch möglich, dass in einem Scheinwerfer zwei oder mehr getrennte erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtungen vorgesehen sind, wobei diese so zueinander ausgerichtet sind, dass das Überlappen der Lichtbilder stattfindet. Wenngleich bei den gezeigten Ausführungsbeispielen eine bzw. zwei Gruppen mit je vier Laserlichtquellen beschrieben sind, sollte es dem Fachmann klar sein, dass auch mehrere Gruppen mit anderer und unterschiedlicher Anzahl von Laserlichtquellen dem jeweiligen Einsatzzweck entsprechend denkbar sind.

Claims (16)

1. Patentansprüche

   1. LaserbeleuchtungsVorrichtung für Fahrzeuge mit - zwei oder mehreren Laserlichtquellen (11 bis 18), wobei jede zur Erzeugung eines primären Laserlichtstrahls (11p bis 18p) eingerichtet sind, - einem jeder Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiter (91 bis 94), wobei jeder primäre Laserlichtstrahl in sein erstes Ende (91e bis 94e) einkoppelt und aus seinem zweiten Ende (91z bis 94z) als sekundärer Laserlichtstrahl (11s bis 14s) auskoppelt und jeder sekundäre Laserlichtstrahl auf ein Lichtkonversionsmittel (60) gelenkt ist, um an diesem ein vorgegebenes Leuchtbild zu erzeugen, welches über ein dem Lichtkonversionsmittel zugeordnetes Projektionssystem (PS) als Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - jeder primäre Laserlichtstrahl ein erstes Intensitätsprofil (71p, 72p) aufweist, - jeder sekundäre Laserlichtstrahl ein zweites, von dem ersten Intensitätsprofil unterschiedliches Intensitätsprofil (73a, 73b) aufweist, und - jeder sekundäre Laserlichtstrahl über einen Mikroscanner (51, 52) auf das Lichtkonversionsmittel gelenkt ist.
2. 2. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroscanner (51, 52) um genau eine Achse verschwenkbar ist.
3. 3. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Laserlichtquelle eine Vorsatzoptik (81 bis 84) nachgeordnet ist, welche den primären Laserlichtstrahl in das erste Ende (91e bis 94e) des dieser Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiters (91 bis 94) einkoppelt.
4. 4. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Laserlichtstrahlen in zwei oder mehrere Laserlichtstrahlen-Gruppen unterteilt sind, wobei jede Laserlichtstrahlen-Gruppe über je einen Mikroscanner (51,52) gelenkt ist.
5. 5. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (91 bis 94) zumindest einer Teilmenge der Lichtleiter als ein in Lichtausbreitungsrichtung zulaufender Konus angeordnet sind.
6. 6. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden derart angeordnet und / oder ausgebildet sind, dass die sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
7. 7. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden (91z bis 94z) aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet sind.
8. 8. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Mikroscanner ein optisches Abbildungssystem (6) vorgelagert ist.
9. 9. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Abbildungssystem (6) eine, zwei oder mehr Linsen und / oder ein, zwei oder mehr Blenden und / oder ein, zwei oder mehr Reflektoren aufweist.
10. 10. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Laserlichtstrahlen zumindest einer Teilmenge der primären Laserlichtstrahlen über zumindest ein Strahlumlenkmittel (200 bis 207), beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma, in die ersten Enden einkoppeln.
11. 11. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
12. 12. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter einen unterschiedlich großen Querschnitt aufweisen.
13. 13. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Gauß'sehe Form und das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat-Top-Form (73a, 73b) aufweist.
14. 14. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat-Top-Form (73a, 73b) aufweist und der Strahlenquerschnitt der sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen rechteckförmig (71s, 72s) ausgebildet ist.
15. 15. Scheinwerfer mit zumindest einer Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. 16. Fahrzeug mit zumindest einem Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15.