DE102013200521A1 - Primary optical device for headlight (claimed) of motor vehicle, guides mixed light distribution to light exit surface via converging reflection surface of light guide portion to form primary light distribution - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Primäroptikeinrichtung für KFZ-Scheinwerfer mit Laserlichtquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen KFZ-Scheinwerfer mit Laserlichtquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a primary optics device for motor vehicle headlights with laser light source according to the preamble of
Laserlichtquellen, insbesondere Halbleiterlaser, bieten eine Reihe von potentiell vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. eine vergleichsweise kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten Lichtbündeln. Optische Systeme für Laserlicht lassen sich daher mit geringem Bauraum realisieren, z.B. da kleinere Brennweiten gewählt werden können, als für optische Systeme für weniger stark kollimierte Lichtbündel von zum Beispiel Glühlampen oder konventionelle Leuchtdioden (LEDs). Der Einsatz von Laserlichtquelle kann daher eine kompakte Bauweise für KFZ-Scheinwerfer ermöglichen.Laser light sources, in particular semiconductor lasers, offer a number of potentially advantageous properties, such as e.g. a comparatively small light-emitting surface, high radiation intensities, and the emission of largely collimated light bundles. Optical systems for laser light can therefore be realized with a small installation space, e.g. because smaller focal lengths can be selected than for optical systems for less collimated light beams of, for example, incandescent or conventional light emitting diodes (LEDs). The use of laser light source can therefore allow a compact design for motor vehicle headlights.
Probleme bei der Nutzung von Laserlichtquellen für Kfz-Schweinwerfer ergeben sich jedoch daraus, dass Laser im Wesentlichen kohärentes, monochromatisches Licht oder Licht in einem engen Wellenlängenbereich ausstrahlen. Für das abgestrahlte Licht eines Kfz-Scheinwerfers ist jedoch meist weißes Mischlicht erwünscht oder gesetzlich vorgeschrieben. Außerdem soll die Abstrahllichtverteilung meist bestimmte, teilweise gesetzlich vorgegebene Intensitätsverläufe aufweisen. Es sind daher Maßnahmen zur Umwandlung in geeignetes Licht zu treffen.However, problems with the use of laser light sources for automotive headlights result from the fact that lasers emit substantially coherent, monochromatic light or light in a narrow wavelength range. For the radiated light of a motor vehicle headlamp but usually white mixed light is desired or required by law. In addition, the emission light distribution should usually have certain, sometimes prescribed by law intensity gradients. It is therefore necessary to take measures for the conversion into suitable light.
Zur Umwandlung von monochromatischem Licht in z.B. weißes Mischlicht ist im Bereich der weißen Leuchtdioden (LEDs) oder Lumineszenzkonversions-LEDs die Verwendung von Photolumineszenzkonvertern oder Photolumineszenzelementen bekannt. Diese weisen z.B. einen Photolumineszenzfarbstoff in einem beispielsweise semitransparenten Substrat auf und sind unmittelbar an dem lichtaussendenden Abschnitt der LED angeordnet. Das Licht einer farbiges (z.B. blaues) Licht ausstrahlenden LED regt den Photolumineszenzfarbstoff zur Photolumineszenz an, wodurch der Photolumineszenzfarbstoff selbst Licht einer anderen Wellenlänge (z.B. gelb) abgibt. So kann zumindest ein Teil des eingestrahlten Lichts eines Wellenlängenbereichs in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt werden. In der Regel wird ein weiterer Anteil des eingestrahlten Lichts durch das Photolumineszenzelement gestreut. Das gestreute Licht und das durch Photolumineszenz ausgestrahlte Licht können sich dann additiv überlagern und das gewünschte, z.B. weiße Mischlicht erzielen.For converting monochromatic light into e.g. White mixed light is known in the field of white light-emitting diodes (LEDs) or luminescence conversion LEDs, the use of photoluminescent converters or photoluminescent elements. These have e.g. a photoluminescent dye in, for example, a semi-transparent substrate, and are disposed directly on the light-emitting portion of the LED. The light of a colored (e.g., blue) light emitting LED excites the photoluminescent dye for photoluminescence, whereby the photoluminescent dye itself emits light of a different wavelength (e.g., yellow). Thus, at least part of the irradiated light of one wavelength range can be converted into light of another wavelength range. As a rule, a further portion of the incident light is scattered by the photoluminescent element. The scattered light and the light emitted by photoluminescence can then be additively superimposed and the desired, e.g. achieve white mixed light.
Bei Verwendung des Prinzips der Photolumineszenz-Konversion für Kfz-Scheinwerfer mit Laserlichtquelle ist das von dem Photolumineszenzelement abgegebene Mischlicht im Vergleich zu dem eingestrahlten Laserlichtbündel in der Regel nicht kollimiert, stärker diffus und homogen. Durch das Photolumineszenzelement wird die Energie der Laserlichtquelle daher über einen großen Raumwinkelbereich verteilt. Somit besteht die Möglichkeit, dass ein Teil der Lichtenergie der Laserlichtquelle nach der Konversion in Mischlicht verloren geht und die vorteilhaften Eigenschaften der Laserlichtquelle nicht vollständig nutzbar sind und die Effizienz verringert ist.When using the principle of photoluminescence conversion for motor vehicle headlamps with laser light source, the mixed light emitted by the photoluminescent element is generally not collimated, more diffuse and homogeneous in comparison to the incident laser beam. The photoluminescence element therefore distributes the energy of the laser light source over a large solid angle range. Thus, there is the possibility that a part of the light energy of the laser light source is lost after the conversion into mixed light and the advantageous characteristics of the laser light source are not fully usable and the efficiency is lowered.
In der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen KFZ-Scheinwerfer eine effiziente Konversion des Lichts von Laserlichtquellen in Mischlicht zu gewährleisten und außerdem das Mischlicht möglichst effizient nutzbar zu machen.The invention has for its object to ensure efficient conversion of the light of laser light sources in mixed light and also to make the mixed light as efficient as possible for a motor vehicle headlight.
Diese Aufgabe wird durch eine Primäroptikeinrichtung nach Anspruch 1, sowie durch einen KFZ-Scheinwerfer nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by a primary optics device according to
Die Primäroptikeinrichtung gemäß Anspruch 1 dient zur Erzielung einer Primärlichtverteilung aus dem Licht wenigstens einer Lichtquelle und umfasst ein Photolumineszenzelement, welches derart ausgebildet ist, dass durch Auftreffen der Laserstrahlung eine Mischlichtverteilung unter Ausnutzung von Photolumineszenz ausstrahlbar ist. Die Ausstrahlung des Mischlichts erfolgt insbesondere durch teilweise Umwandlung des eingestrahlten Laserlichts über Photolumineszenz und durch teilweise (insbesondere diffuse und/oder inkohärente) Streuung des Laserlichts am Photolumineszenzelement. Es können auch im Wesentlichen unbeeinflusste Anteile des eingestrahlten Lichts (oder z.B. lediglich umgelenkte oder an Grenzflächen reflektierte Anteile) zur Bildung des Mischlichts beitragen. Das umgewandelte Licht weist hierbei eine von der Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichts abweichende Wellenlänge auf und kann sich mit dem am Photolumineszenzelement gestreuten Licht additiv zu beispielsweise weißem Licht mischen. Das Photolumineszenzelement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, aus dem Licht der Laserlichtquelle eine weiße Mischlichtverteilung zu erzeugen. The primary optics device according to
Die Primäroptikeinrichtung umfasst ferner einen Einstrahlabschnitt, durch welchen Laserlicht auf das Photolumineszenzelement eingestrahlt werden kann. Außerdem ist ein Lichtleitkörper zum Leiten des Lichts der Mischlichtverteilung vorgesehen, wobei der Lichtleitkörper wenigstens eine Lichtaustrittsfläche aufweist, durch welche Licht zur Ausbildung einer Primärlichtverteilung der Primäroptikeinrichtung austreten kann. Der Lichtleitkörper wird von wenigstens einer Sammelreflexionsfläche derart begrenzt, dass durch die Sammelreflexionsfläche zumindest Anteile des Lichts der Mischlichtverteilung, welches in dem Lichtleitkörper verläuft, zu der Lichtaustrittsfläche umgelenkt werden.The primary optics device further comprises a Einstrahlabschnitt, by which laser light can be irradiated to the photoluminescent element. In addition, a light guide body is provided for guiding the light of the mixed light distribution, wherein the light guide body has at least one light exit surface through which light can emerge to form a primary light distribution of the primary optics device. The light guide body is delimited by at least one collective reflection surface such that at least portions of the light of the mixed light distribution which runs in the light guide body are deflected to the light exit surface by the collecting reflection surface.
Erfindungsgemäß weist die Primäroptikeinrichtung eine Umlenkreflexionsfläche auf, welche derart ausgebildet ist und derart angeordnet ist, dass Licht der von dem Photolumineszenzelement ausstrahlbaren Mischlichtverteilung mittels der Umlenkreflexionsfläche zu der Sammelreflexionsfläche umgelenkt wird.According to the invention, the primary optics device has a deflecting reflection surface which is embodied and arranged such that light of the mixed light distribution that can be emitted by the photoluminescence element is deflected by means of the deflecting reflection surface to the collecting reflection surface.
Die Umlenkreflexionsfläche ist derart angeordnet, dass zumindest ein Anteil der von dem Photolumineszenzelement (durch Umwandlung und/oder Transmission und/oder Streuung der eingestrahlten Laserstrahlen) abgestrahlten Mischlichtverteilung vor Auftreffen auf die Sammelreflexionsfläche zunächst die Umlenkreflexionsfläche trifft. Zumindest für diesen Anteil der Mischlichtverteilung wirken zunächst die Umlenkreflexionsfläche und dann die Sammelreflexionsfläche nacheinander. Die Sammelreflexionsfläche kann dabei derart ausgebildet sein, insbesondere derart ausgeformt sein, dass durch die Lichtaustrittsfläche eine Primärlichtverteilung mit den gewünschten Eigenschaften austreten kann. Durch geeignete Ausgestaltung der Sammelreflexionsfläche kann der Primärlichtverteilung beispielsweise ein bestimmter Intensitätsverlauf oder eine bestimmte Begrenzungsform gegeben werden (z.B. ovale Spot-Lichtverteilung oder Hell-Dunkel-Grenze).The deflecting reflection surface is arranged such that at least a portion of the mixed light distribution emitted by the photoluminescent element (by conversion and / or transmission and / or scattering of the irradiated laser beams) strikes the deflecting reflection surface before impinging on the collecting reflection surface. At least for this proportion of the mixed light distribution, first the deflecting reflection surface and then the collective reflection surface act successively. In this case, the collective reflection surface can be designed in such a way, in particular in such a way that a primary light distribution with the desired properties can emerge through the light exit surface. By suitable design of the collective reflection surface, the primary light distribution can be given, for example, a specific intensity profile or a specific boundary shape (for example, oval spot light distribution or light-dark boundary).
Vorzugsweise ist der Lichtleitkörper und/oder die Sammelreflexionsfläche derart ausgebildet, dass die Primärlichtverteilung ausgehend von der Lichtaustrittsfläche entlang einer Abstrahlrichtung kollimiert ist, oder konvergiert. Für bestimmte Anwendungen können jedoch auch divergierende Eigenschaften vorteilhaft sein. Die Primärlichtverteilung kann dann in einem Kfz-Scheinwerfer z.B. mittels einer im Strahlengang nachfolgenden Sekundäroptikeinrichtung in die gewünschte Abstrahllichtverteilung beispielsweise in das Fahrzeugvorfeld umgelenkt oder projiziert werden. Insofern kann die Sammelreflexionsfläche strahlformende Eigenschaften aufweisen. Die Sammelreflexionsfläche überdeckt vorzugsweise im Wesentlichen einen vollständigen Halbraum um das Photolumineszenzelement, um die abgegebene Strahlung effizient zu nutzen.Preferably, the light guide body and / or the collective reflection surface is formed such that the primary light distribution is collimated starting from the light exit surface along a radiation direction, or converges. For certain applications, however, diverging properties may also be advantageous. The primary light distribution may then be in a motor vehicle headlight, e.g. be deflected or projected by means of a subsequent in the beam path secondary optics in the desired emission light distribution, for example, in the vehicle apron. In this respect, the collective reflection surface can have jet-forming properties. The collective reflection surface preferably substantially covers a complete half space around the photoluminescent element to efficiently utilize the emitted radiation.
Die Umlenkreflexionsfläche kann derart ausgestaltet sein, dass die von dem Photolumineszenzelement ausgestrahlte Mischlichtverteilung möglichst vollständig zu der Sammelreflexionsfläche gelangt und von dieser in die Primärlichtverteilung umgelenkt werden kann. Insbesondere können solche Lichtstrahlen, welche sich ausgehend von dem Photolumineszenzelement in eine Richtung von der Sammelreflexionsfläche weg ausbreiten, mittels der Umlenkreflexionsfläche zu der Sammelreflexionsfläche umgelenkt werden. Dadurch kann die Effizienz des Scheinwerfers erhöht werden. The deflecting reflection surface can be configured such that the mixed light distribution emitted by the photoluminescent element reaches the collecting reflection surface as completely as possible and can be deflected by the latter into the primary light distribution. In particular, such light beams, which propagate away from the photoluminescence element in a direction away from the collective reflection surface, can be deflected by means of the deflection reflection surface to the collecting reflection surface. This can increase the efficiency of the headlamp.
Auch die Umlenkreflexionsfläche kann zusätzlich strahlformende Eigenschaften aufweisen. Denkbar ist beispielsweise, dass die Umlenkreflexionsfläche eine vorzugsweise gerade verlaufende Begrenzungskante aufweist. Diese kann z.B. einen reflektierend ausgebildeten Bereich und einen lichtabsorbierend ausgebildeten Bereich voneinander trennen. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Photolumineszenzelement von einer Begrenzungskante begrenzt sein, welche vorzugsweise gerade verläuft. Die Begrenzungskante der Umlenkreflexionsfläche und/oder des Photolumineszenzelements kann bei Einstrahlung von Laserlicht auf das Photolumineszenzelement über die Sammelreflexionsfläche als Hell-Dunkel-Grenze abgebildet werden. The deflecting reflection surface can additionally have beam-shaping properties. It is conceivable, for example, that the deflecting reflection surface has a preferably straight boundary edge. This can e.g. a reflective trained area and a light absorbing area separated from each other. Additionally or alternatively, the photoluminescent element may also be delimited by a boundary edge, which preferably runs straight. The boundary edge of the deflecting reflection surface and / or of the photoluminescent element can be imaged on irradiation of laser light onto the photoluminescent element via the collecting reflection surface as a light-dark boundary.
Zur Formung der Primärlichtverteilung kann die Primäroptikeinrichtung auch Blendenmittel aufweisen, welche im Strahlengang z.B. zwischen der Umlenkreflexionsfläche und der Sammelreflexionsfläche oder der Sammelreflexionsfläche und der Lichtaustrittsfläche angeordnet sind. Es kann auch wenigstens eine Filterschicht (im Sinne eines optischen Filters) vorgesehen sein, welche z.B. an der Umlenkreflexionsfläche und/oder an dem Photolumineszenzelement und/oder an eine weitere Begrenzungsfläche des Lichtleitkörpers anschließend angeordnet ist.In order to form the primary light distribution, the primary optics device can also have diaphragm means which are arranged in the beam path, for example, between the deflection reflection surface and the collective reflection surface or the collective reflection surface and the light exit surface. It can also at least one filter layer (in the sense of an optical filter) may be provided which is subsequently arranged, for example, on the deflecting reflection surface and / or on the photoluminescent element and / or on a further boundary surface of the optical waveguide.
Für den Anteil der von dem Photolumineszenzelement ausstrahlbaren Mischlichtverteilung, welcher auf die Umlenkreflexionsfläche trifft, ist die Umlenkreflexionsfläche daher im Strahlengang nach dem Photolumineszenzelement und vor der Sammelreflexionsfläche angeordnet. Das Licht der von dem Photolumineszenzelement ausgestrahlten Mischlichtverteilung kann nach Umlenkung durch die Umlenkreflexionsfläche erneut auf das Photolumineszenzelement treffen oder dieses durchstrahlen. Die Umlenkreflexionsfläche lenkt Licht vorzugsweise derart um, dass es in dem Lichtleitkörper zu der Sammelreflexionsfläche verläuft. For the proportion of the mixed light distribution that can be emitted by the photoluminescent element, which impinges on the deflecting reflection surface, the deflecting reflection surface is therefore arranged in the beam path after the photoluminescent element and in front of the collecting reflection surface. The light of the mixed light distribution emitted by the photoluminescent element can, after being deflected by the deflecting reflection surface, hit the photoluminescent element again or can be transmitted through it. The deflection reflecting surface preferably deflects light such that it extends in the light guide body to the collecting reflection surface.
Das Photolumineszenzelement wirkt bei Speisung der Primäroptikeinrichtung mit einer Laserlichtquelle insofern als die eigentliche Lichtquelle, welche die Mischlichtverteilung abgibt und welche die Primärlichtverteilung speist. Um eine effiziente Nutzung zu erreichen und eine präzise Gestaltung der Primärlichtverteilung durch die Sammelreflexionsfläche zu ermöglichen, kann z.B. die wirksame Oberfläche des Photolumineszenzelements möglichst klein im Vergleich zur Oberfläche der Sammelreflexionsfläche bemessen sein.When the primary optics device is supplied with a laser light source, the photoluminescence element acts insofar as the actual light source which emits the mixed light distribution and which feeds the primary light distribution. In order to achieve efficient use and to allow precise shaping of the primary light distribution through the collective reflection surface, e.g. the effective surface of the photoluminescent element should be sized as small as possible in comparison to the surface of the collective reflection surface.
Denkbar ist, dass der Lichtleitkörper insbesondere im Strahlengang nach der Sammelreflexionsfläche wenigstens einen Lichtleitabschnitt umfasst, welcher von Seitenflächen derart begrenzt ist, dass in dem Lichtleitabschnitt verlaufende Lichtstrahlen unter interner Totalreflexion zu der Lichtaustrittsfläche geleitet werden können. Interne Totalreflexion tritt an einer Seitenfläche dann auf, wenn ein auf die Seitenfläche treffender Lichtstrahl zum Lot auf die Seitenfläche in dem Reflexionspunkt einen Winkel bildet, welcher den Grenzwinkel der Totalreflexion überschreitet, so dass das Brechungsgesetz (Snellius-Gesetz) keine reelle Lösung für den Brechungswinkel ergibt. Der wenigstens eine Lichtleitabschnitt kann derart ausgestaltet sein, dass die von der Sammelreflexionsfläche umgelenkte Mischlichtverteilung den (z.B. gesetzlichen) Anforderungen entsprechend umgeformt wird. Beispielsweise kann der Lichtleitabschnitt dazu eingerichtet sein, die ihn durchstrahlende Mischlichtverteilung zu kollimieren oder einzuengen. Zu diesem Zweck kann der Lichtleitabschnitt einen sich entlang seines Verlaufes von der Sammelreflexionsfläche zur Lichtaustrittsfläche erweiternden Querschnitt aufweisen, d.h. er kann von auseinanderlaufenden Seitenflächen begrenzt sein. It is conceivable that the light guide body comprises in particular in the beam path after the collective reflection surface at least one Lichtleitabschnitt which is bounded by side surfaces such that extending in the Lichtleitabschnitt light beams can be passed under total internal reflection to the light exit surface. Total internal reflection occurs at a side surface when a light beam striking the side surface forms an angle to the perpendicular on the side surface at the reflection point exceeding the critical angle of total reflection, so that the law of refraction (Snellius law) is not a real solution to the angle of refraction results. The at least one light guide section may be configured such that the mixed light distribution deflected by the collective reflection surface is transformed according to the (e.g., legal) requirements. By way of example, the light-guiding section can be set up to collimate or narrow the mixed light distribution radiating through it. For this purpose, the light guide section may have a cross-section widening along its course from the collective reflection surface to the light exit surface, i. it can be limited by diverging side surfaces.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Lichtleitkörper eine Lichteinkoppelfläche auf, welche den Einstrahlabschnitt der Primäroptikeinrichtung bildet. Das durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppelte Licht einer Laserlichtquelle verläuft nach Einkopplung derart in dem Lichtleitkörper, dass es auf das Photolumineszenzelement treffen kann.According to an advantageous embodiment, the light guide body has a light coupling surface which forms the irradiation section of the primary optics device. The coupled by the light incidence surface light of a laser light source extends after coupling such in the light guide that it can meet the photoluminescent.
Vorzugsweise ist das Photolumineszenzelement an der Lichteinkoppelfläche angeordnet. Das Photolumineszenzelement ist dann insbesondere teilweise transparent oder semitransparent ausgebildet, so dass das transmittierte, gegebenenfalls gestreute Licht sich additiv mit dem über Photolumineszenz umgewandelten Licht zu einem insbesondere weißen Mischlicht mischen kann. Preferably, the photoluminescent element is arranged on the light input surface. The photoluminescent element is then in particular partially transparent or semitransparent, so that the transmitted, possibly scattered light can additively mix with the converted via photoluminescence light to a particular white mixed light.
Der Laserlichtstrahl muss vor Auftreffen auf das Photolumineszenzelement jedoch nicht zwingend in dem Lichtleitkörper verlaufen. Denkbar ist auch, dass der Lichtleitkörper eine Durchstrahlöffnung oder Durchstrahlausnehmung aufweist, welche den Einstrahlabschnitt der Primäroptikeinrichtung bildet. Das Photolumineszenzelement ist dann vorzugsweise derart nach der Durchstrahlöffnung angeordnet, dass Laserlicht durch die Durchstrahlöffnung hindurch auf das Photolumineszenzelement eingestrahlt werden kann. Derartige Ausgestaltungen ermöglichen es, das Photolumineszenzelement unabhängig von dem Lichtleitkörper zu kühlen und so seine Lebensdauer zu verlängern. Beispielsweise kann ein Kühlkörper nach der Durchstrahlöffnung angeordnet sein, wobei das Photolumineszenzelement an dem Kühlkörper angeordnet ist. Der Lichtleitkörper begrenzt vorzugsweise die Durchstrahlöffnung torusartig. Denkbar ist jedoch auch, dass der Lichtleitkörper mehrere beabstandete, beispielsweise sektorartige Körperabschnitte aufweist, welche um eine Durchstrahlöffnung angeordnet sind. However, the laser light beam does not necessarily have to run in the optical waveguide before it hits the photoluminescent element. It is also conceivable that the light guide body has a transmission opening or Durchstrahlausnehmung, which forms the Einstrahlabschnitt the primary optics device. The photoluminescent element is then preferably arranged after the transmission opening in such a way that laser light can be radiated through the transmission opening onto the photoluminescent element. Such embodiments make it possible to cool the photoluminescent element independently of the light guide and thus to extend its life. For example, a heat sink can be arranged after the transmission opening, wherein the photo-light-emitting element is arranged on the heat sink. The light guide body preferably limits the transmission opening in a toroidal manner. However, it is also conceivable that the light guide body has a plurality of spaced-apart, for example sector-like body sections, which are arranged around a transmission opening.
Für sämtliche Ausgestaltungen der Erfindung ist vorzugsweise die Sammelreflexionsfläche an einem im Betrieb der Primäroptikeinrichtung der Laserlichtquelle zugewandten Abschnitt des Lichtleitkörpers angeordnet, und die Umlenkreflexionsfläche auf einer im Betrieb der Primäroptikeinrichtung der Laserlichtquelle abgewandten Seite des Lichtleitkörpers (an dem Lichtleitkörper oder von diesem beabstandet) angeordnet. Die Sammelreflexionsfläche kann z.B. neben dem Einstrahlabschnitt oder diesen umgebend angeordnet sein, und die Umlenkreflexionsfläche z.B. dem Einstrahlabschnitt gegenüberliegend. Denkbar ist insbesondere, dass die Sammelreflexionsfläche der Umlenkreflexionsfläche bezüglich einer von dem Einstrahlabschnitt zu dem Photolumineszenzelement verlaufenden Haupteinstrahlrichtung gegenüberliegend angeordnet ist (gegebenenfalls nach radial außen in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung versetzt). Durch die genannten Ausgestaltungen wird ein eingestrahlter Laserlichtstrahl, gegebenenfalls nach Konversion am Photolumineszenzelement, durch die Umlenkreflexionsfläche einmal in eine im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung zur Haupteinstrahlrichtung zurückgeworfen und danach mittels der Sammelreflexionsfläche zur Lichtaustrittsfläche gelenkt. Dieser Strahlverlauf ermöglicht es, durch geeignete Ausgestaltung der Umlenkreflexionsfläche und/oder der Sammelreflexionsfläche und/oder des Lichtleitkörpers eine gewünschte Intensitätsverteilung der Primärlichtverteilung zu realisieren. For all embodiments of the invention, the collective reflection surface is preferably arranged on a section of the light guide body facing the laser light source during operation of the primary optics device, and the deflection reflection surface is arranged on a side of the light guide body remote from the primary optics device of the laser light source (at the light guide body or at a distance therefrom). The collective reflection surface can be arranged, for example, next to the irradiation section or surrounding it, and the deflecting reflection surface, for example, opposite the irradiation section. It is conceivable, in particular, that the collective reflection surface of the deflecting reflection surface is arranged opposite to a main irradiation direction extending from the irradiation section to the photoluminescent element (optionally offset radially outward with respect to the main emission direction). Due to the embodiments mentioned, an irradiated laser light beam, optionally after conversion at the photoluminescent element, thrown back once by the deflecting reflection surface in a substantially opposite direction to the main direction of irradiation and then directed by the collecting reflection surface to the light exit surface. This beam path makes it possible to realize a desired intensity distribution of the primary light distribution by suitably designing the deflecting reflection surface and / or the collective reflection surface and / or the light guide body.
Die Umlenkreflexionsfläche kann an dem Lichtleitkörper angeordnet sein und diesen zumindest abschnittsweise begrenzen, was zu einem kompakten Gesamtaufbau führt. Die Umlenkreflexionsfläche kann beispielsweise als verspiegelte Begrenzungsfläche des Lichtleitkörpers ausgebildet sein. Denkbar ist jedoch auch, dass die Umlenkreflexionsfläche an einem von dem Lichtleitkörper separaten Bauteil angeordnet ist, wie unten noch beispielhaft erläutert.The deflecting reflection surface can be arranged on the light guide body and limit it at least in sections, which leads to a compact overall structure. The deflecting reflection surface can be formed for example as a mirrored boundary surface of the light guide. It is also conceivable, however, for the deflecting reflection surface to be arranged on a component separate from the light guide body, as explained below by way of example.
Das Photolumineszenzelement kann unmittelbar an die Umlenkreflexionsfläche angrenzend, insbesondere spaltfrei, angeordnet sein. Vorzugsweise liegt das Photolumineszenzelement eben an der Umlenkreflexionsfläche an. Damit ist die Umlenkreflexionsfläche für einen transmittierten Anteil des auf das Photolumineszenzelement einstrahlbare Laserlicht im Strahlengang unmittelbar nachfolgend zum Photolumineszenzelement angeordnet. Ist beispielsweise die Umlenkreflexionsfläche an dem Lichtleitkörper selbst angeordnet, so kann das Photolumineszenzelement an der Umlenkreflexionsfläche angeordnet und in dem Lichtleitkörper integriert sein. Beispielsweise kann das Photolumineszenzelement dann dadurch realisiert werden, dass ein Photolumineszenzfarbstoff in eine an die Umlenkreflexionsfläche anschließende Schicht des Lichtleitkörpers eingebracht ist. Denkbar ist jedoch auch, dass das Photolumineszenzelement auf die Umlenkreflexionsfläche aufgetragen ist, beispielsweise in der Art einer Beschichtung. Abweichend von Vorstehendem kann die Umlenkreflexionsfläche jedoch auch als reflektierende Fläche eines von dem Lichtleitkörper separaten Bauteils, beispielsweise Kühlkörper, ausgebildet sein. The photoluminescent element can be arranged directly adjacent to the deflecting reflection surface, in particular gap-free. Preferably, the photoluminescent element lies flat against the deflecting reflection surface. Thus, the deflecting reflection surface for a transmitted portion of the laser light which can be irradiated onto the photoluminescent element is arranged in the beam path immediately following the photoluminescence element. If, for example, the deflecting reflection surface is arranged on the light guide body itself, then the photoluminescence element can be arranged on the deflecting reflection surface and integrated in the light guide body. For example, the photoluminescent element can then be realized by introducing a photoluminescent dye into a layer of the optical waveguide adjoining the deflecting reflection surface. However, it is also conceivable that the photoluminescent element is applied to the deflecting reflection surface, for example in the manner of a coating. Deviating from the above, however, the deflecting reflection surface can also be designed as a reflecting surface of a component separate from the light guide body, for example a heat sink.
Die Umlenkreflexionsfläche kann derart ausgebildet sein, dass sie sich insbesondere wannenförmig um das Photolumineszenzelement wölbt. Vorzugsweise ist die Umlenkreflexionsfläche derart bemessen und angeordnet, dass sie von dem Photolumineszenzelement aus gesehen im Wesentlichen einen Halbraum (d.h. Raumwinkelelement der Größe nahezu 2·Pi) überdeckt. Dadurch kann ein Großteil des von dem Photolumineszenzelement abgestrahlten Lichts umgelenkt werden und die Effizienz erhöht werden.The deflecting reflection surface can be designed in such a way that it bulges around the photoluminescent element, in particular in a trough-shaped manner. Preferably, the deflection reflecting surface is sized and arranged so as to substantially overlap a half-space (i.e., solid angle element of size nearly 2 x Pi) as viewed from the photoluminescent element. As a result, a large part of the light emitted by the photoluminescent element can be deflected and the efficiency can be increased.
Das Photolumineszenzelement kann eine plattenartige Form haben. Denkbar ist jedoch auch eine kompakte Form, z.B. halbkugelförmig, zapfenförmig, zylinderförmig, kegelstumpfförmig oder prismenartig. Bei derartigen Formen kann eine sich um das gedrungene Photolumineszenzelement wölbende Umlenkreflexionsfläche besonders vorteilhaft sein. Die gesamte Primäroptikeinrichtung ist vorzugsweise einstückig als Baueinheit ausgebildet. Insbesondere ist denkbar, dass die Umlenkreflexionsfläche und das Photolumineszenzelement an dem Lichtleitkörper angeordnet sind, insbesondere in diesen integriert sind. Diese Ausgestaltung als zusammenhängendes Bauteil kann eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglichen und zur Konstruktion einer kompakten Scheinwerfer-Einheit beitragen.The photoluminescent element may have a plate-like shape. However, a compact form, e.g. hemispherical, peg-shaped, cylindrical, frusto-conical or prism-like. In such forms, a deflecting reflection surface bulging around the squat photoluminescent element can be particularly advantageous. The entire primary optics device is preferably formed in one piece as a structural unit. In particular, it is conceivable that the deflecting reflection surface and the photoluminescent element are arranged on the light guide body, in particular in these are integrated. This configuration as a coherent component can enable a simple and cost-effective production and contribute to the construction of a compact headlamp unit.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Kühlkörper vorgesehen, welcher in wärmeleitfähigem Kontakt mit der Umlenkreflexionsfläche angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Photolumineszenzelement unmittelbar an die Umlenkreflexionsfläche anschließend angeordnet ist. Dadurch kann vermieden werden, dass sich das Photolumineszenzelement und/oder die Umlenkreflexionsfläche im Betrieb der Primäroptikeinrichtung durch die auftreffende Laserstrahlung stark erwärmt, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer dieser Bauteile führen kann. Ist die Umlenkreflexionsfläche an dem Lichtleitkörper angeordnet und begrenzt diesen, so kann der Kühlkörper beispielsweise einstückig mit dem Lichtleitkörper verbunden sein oder formschlüssig an diesen anliegen.According to an advantageous embodiment, a heat sink is provided, which is arranged in thermally conductive contact with the deflecting reflection surface. This is particularly advantageous when the photoluminescent element is arranged directly adjacent to the deflecting reflection surface. As a result, it can be avoided that the photoluminescence element and / or the deflecting reflection surface strongly heat up during operation of the primary optics device due to the incident laser radiation, which can lead to a shortening of the service life of these components. If the deflecting reflection surface is arranged on the light guide body and delimits it, then the heat sink may, for example, be integrally connected to the light guide body or may rest against it in a form-fitting manner.
Der Kühlkörper kann die Umlenkreflexionsfläche aufweisen, welche beispielsweise durch eine reflektierend ausgebildete Begrenzungsfläche des Kühlkörpers bereitgestellt ist. Das Photolumineszenzelement kann dann unmittelbar an der Umlenkreflexionsfläche des Kühlkörpers angeordnet sein. Dadurch wird eine ungewollte Erwärmung des Photolumineszenzelements durch die eingestrahlte Laserstrahlung effizient vermieden und so die Lebensdauer des Photolumineszenzelements erhöht. The heat sink can have the deflecting reflection surface, which is provided, for example, by a reflective boundary surface of the heat sink. The photoluminescent element can then be arranged directly on the deflecting reflection surface of the heat sink. As a result, unwanted heating of the photoluminescent element is effectively avoided by the incident laser radiation and thus increases the life of the photoluminescent element.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch einen Kfz-Scheinwerfer gelöst, welcher wenigstens eine Laserlichtquelle, insbesondere Laserdiode, zur Abgabe von Laserstrahlung aufweist. Der Scheinwerfer umfasst außerdem wenigstens ein Photolumineszenzelement, welches derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die von der Laserlichtquelle abgebbare Laserstrahlung auf das Photolumineszenzelement trifft und hierdurch eine Mischlichtverteilung unter Ausnutzung von Photolumineszenz wie oben geschildert ausstrahlbar ist. Der Kfz-Scheinwerfer kann außerdem eine Sekundäroptikeinrichtung zur Umformung einer von der Mischlichtverteilung gespeisten Primärlichtverteilung in eine Abstrahllichtverteilung des Scheinwerfers umfassen. Die Sekundäroptikeinrichtung kann beispielsweise als Sammelreflektor und/oder Projektionslinse und/oder Kombination aus derartigen Bauteilen ausgebildet sein. Wenigstens ein Photolumineszenzelement des Scheinwerfers ist dabei in einer erfindungsgemäßen Primäroptikeinrichtung enthalten. Im Betrieb des Scheinwerfers tritt durch die Lichtaustrittsfläche der Primäroptikeinrichtung die Primärlichtverteilung aus, welche gegebenenfalls mit einer Sekundäroptikeinrichtung in die Abstrahllichtverteilung umgeformt wird.The object stated in the introduction is also achieved by a motor vehicle headlamp which has at least one laser light source, in particular a laser diode, for emitting laser radiation. The headlamp further comprises at least one photoluminescent element which is designed and arranged in such a way that the laser radiation which can be emitted by the laser light source strikes the photoluminescent element and thus a mixed light distribution utilizing photoluminescence as described above can be emitted. The motor vehicle headlamp may also have a secondary optics device for converting a primary light distribution fed by the mixed light distribution into comprise a light beam distribution of the headlamp. The secondary optics device can be designed, for example, as a collective reflector and / or projection lens and / or combination of such components. At least one photoluminescent element of the headlamp is contained in a primary optics device according to the invention. During operation of the headlamp, the primary light distribution passes through the light exit surface of the primary optics device, which is optionally converted into the emission light distribution by means of a secondary optics device.
Die mit dem Kfz-Scheinwerfer zu erzeugende Abstrahllichtverteilung soll je nach Anwendungsgebiet bestimmte, in der Regel gesetzlich vorgegebene, charakteristische Intensitätsverläufe aufweisen. Beispielsweise kann eine abgeblendete Lichtverteilung (Abblendlicht, Nebellicht) mit einer charakteristischen Hell-Dunkel-Grenze oder aber eine Fernlicht-Lichtverteilung mit spotartig ausgeleuchteten Bereichen erwünscht sein. Die gewünschte Abstrahllichtverteilung wird bei dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer dadurch erzielt, dass die Primärlichtverteilung mittels der Sekundäroptikeinrichtung in die Abstrahllichtverteilung umgeformt wird. Dabei kann die Primärlichtverteilung bereits einen gewünschten Intensitätsverlauf, beispielsweise Hell-Dunkel-Grenze, aufweisen, wobei dieser Intensitätsverlauf über die Sekundäroptikeinrichtung in die Abstrahllichtverteilung umgelenkt wird. Depending on the field of application, the emission light distribution to be generated by the motor vehicle headlight should have certain characteristic intensity characteristics, which are generally prescribed by law. For example, a dimmed light distribution (dipped beam, fog light) with a characteristic light-dark boundary or a high-beam light distribution with spot-like illuminated areas may be desired. The desired emission light distribution is achieved in the headlight according to the invention in that the primary light distribution is converted into the emission light distribution by means of the secondary optics device. In this case, the primary light distribution may already have a desired intensity profile, for example a light-dark boundary, wherein this intensity profile is deflected via the secondary optics device into the emission light distribution.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lässt sich ein kompakter, von Laserlichtquellen gespeister Kfz-Scheinwerfer realisieren. Aufgrund der Primäroptikeinrichtung kann das Licht der wenigstens einen Laserlichtquelle effizient zur Erzeugung der Primärlichtverteilung genutzt werden. With the embodiment according to the invention, a compact, powered by laser light sources vehicle headlights can be realized. Due to the primary optics device, the light of the at least one laser light source can be used efficiently to generate the primary light distribution.
Vorzugsweise umfasst der Kfz-Scheinwerfer eine Mehrzahl von Laserlichtquellen. Denkbar ist, dass mehrere Laserlichtquellen zur Einstrahlung von Laserlicht in eine gemeinsame Primäroptikeinrichtung angeordnet sind, d. h. derart, dass sie in einen gemeinsamen Einstrahlabschnitt einer gemeinsamen Primäroptikeinrichtung einstrahlen.Preferably, the motor vehicle headlamp comprises a plurality of laser light sources. It is conceivable that a plurality of laser light sources for irradiating laser light are arranged in a common primary optics device, d. H. such that they radiate into a common Einstrahlabschnitt a common primary optics device.
Zur weiteren Ausgestaltung kann der Scheinwerfer auch eine Mehrzahl von Laserlichtquellen, sowie eine Mehrzahl von Primäroptikeinrichtungen aufweisen, wobei je eine Primäroptikeinrichtung jeweils wenigstens einer Laserlichtquelle derart zugeordnet ist, dass ihr Laserlicht in den Einstrahlabschnitt einstrahlbar ist. Ein kompakter und leistungsstarker Scheinwerfer lässt sich dann insbesondere dadurch realisieren, dass eine gemeinsame Sekundäroptikeinrichtung für die mehreren Primäroptikeinrichtungen vorgesehen ist. Die Primärlichtverteilungen der verschiedenen Primäroptikeinrichtungen werden dann durch die gemeinsame Sekundäroptikeinrichtung in eine Abstrahllichtverteilung des Scheinwerfers umgeformt.For a further embodiment, the headlight may also have a plurality of laser light sources, as well as a plurality of primary optics devices, wherein each primary optics device is assigned in each case at least one laser light source such that its laser light can be irradiated into the irradiation section. A compact and powerful headlamp can then be realized in particular by providing a common secondary optical device for the plurality of primary optics devices. The primary light distributions of the various primary optics devices are then converted by the common secondary optics device into a light beam distribution of the headlamp.
Andererseits ist denkbar, dass eine Primäroptikeinrichtung des Scheinwerfers wenigstens zwei unterschiedliche Lichtaustrittsflächen aufweist, durch welche wenigstens zwei unterschiedliche Bereiche der Primärlichtverteilung austreten können. Diese separaten Bereiche der Primärlichtverteilung können dann von verschiedenen Sekundäroptikeinrichtungen in die Abstrahllichtverteilung des Scheinwerfers umgelenkt werden.On the other hand, it is conceivable that a primary optics device of the headlamp has at least two different light exit surfaces through which at least two different regions of the primary light distribution can emerge. These separate areas of the primary light distribution can then be deflected by different secondary optics into the emission light distribution of the headlamp.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind. Further details and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description, with reference to which the embodiments of the invention shown in the figures are described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following description and in the figures, the same reference numerals are used for identical or corresponding features.
Die
Der Lichtleitkörper
Im dargestellten Beispiel begrenzt der Lichtleitkörper
Die Primäroptikeinrichtung
Die Umlenkreflexionsfläche
Der Lichtleitkörper
Die Mischlichteintrittsfläche
Über die Sammelreflexionsfläche
Bei Verwendung in einem Kfz-Scheinwerfer kann die Primärlichtverteilung
Der Einstrahlabschnitt
Der Lichtleitkörper
Auf seiner der Lichteinkoppelfläche
Der Lichtleitkörper
Die Umlenkreflexionsfläche
Durch die Lichteinkoppelfläche
Da das in dem Lichtleitkörper
Die Mischlichtverteilung
Von außen betrachtet weist der Lichtleitkörper
Die
Bei der Primäroptikeinrichtung
Andererseits ist denkbar, dass das Photolumineszenzelement
In jedem Fall ist das Photolumineszenzelement
Das Photolumineszenzelement
Ist das Photolumineszenzelement
Zur weiteren Ausgestaltung ist das Photolumineszenzelement
Zur weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Primäroptikeinrichtung kann sich im Strahlengang nach der Sammelreflexionsfläche
Denkbar ist jedoch auch eine Ausgestaltung wie für den Lichtleitabschnitt
Die
Bei dem Kfz-Scheinwerfer
Die erste Primäroptikeinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R018 | Grant decision by examination section/examining division |