DE102014118378A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle und mit einer der Laserlichtquelle zugeordneten Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei zwischen der Laserlichtquelle und der Optikeinheit ein Streuelement zur Reduzierung und/oder zur Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle und mit einer der Laserlichtquelle zugeordneten Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung.
  • Aus der DE 197 46 025 B4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der als Lichtquelle eine Laserlichtquelle eingesetzt wird. Der Laserlichtquelle ist eine Optikeinheit zugeordnet, mittels derer das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Licht so umgelenkt wird, dass es in gewünschter Richtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung abgestrahlt wird. Wenn die Beleuchtungsvorrichtung zur Bereitstellung einer Signalfunktion im Heckbereich des Fahrzeugs eine Lichtscheibe der Heckleuchte ausleuchten soll, entsteht aufgrund eines Speckle-Effekts eine fleckige Ausleuchtung mit einer kontrastreichen körnigen Struktur. Dieses Specklemuster in der Ausleuchtung einer Signalfunktion wird für den Betrachter von außen als störend empfunden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle derart weiterzubilden, dass eine vorgegebene Lichtverteilung mit einer gleichmäßigen bzw. homogenen Struktur verwirklicht wird, wobei insbesondere das Auftreten eines Specklemusters verringert bzw. vermieden wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserlichtquelle und der Optikeinheit ein Streuelement zur Reduzierung und/oder zur Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung vorgesehen ist.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Einbringen eines zusätzlichen Bauteils, nämlich eines Streuelementes zur Reduzierung bzw. Vermeidung eines Specklemusters, auf einfache Weise eine homogene Ausleuchtung verwirklicht wird. Zum einen kann bei einer Signalfunktion die lichtabgebende Fläche homogenisiert werden. Zum anderen kann eine beleuchtete Fläche außerhalb des Fahrzeugs homogenisiert werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Streuelement unmittelbar in Abstrahlrichtung vor der Laserlichtquelle angeordnet, so dass der Platzbedarf der Beleuchtungsvorrichtung nicht erhöht wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Streuelement als eine streuende Lichtscheibe oder als eine Diffusorfolie ausgebildet. Vorteilhaft wird hierdurch das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Licht aufgeweitet und vorzugsweise unregelmäßig gestreut, so dass der Speckle-Effekt mittels der nachgelagerten Optikeinheit erzeugten Lichtverteilung verringert ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Streuelement als eine elastische Membran ausgebildet, die mittels einer elektrischen Spannungsquelle in ihrer Erstreckungsebene eine Dehn-/Stauchbewegung entsprechend einer vorgegebenen Frequenz ausführt. Das Streuelement ist als ein aktives Bauteil ausgebildet, das mit Strom versorgt werden muss. Die elastische Membran kann aus einem Polymermaterial bestehen. Die Dehn-/Stauchbewegung kann mit einer Frequenz im Bereich von 150 bis 350 Hz betrieben werden. Die Frequenz ist abhängig von der verwendeten Laserlichtquelle bzw. von der zu erzeugenden Lichtfunktion.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die elastische Membran zeitversetzt zu einem Einschalt- oder Ausschaltzeitpunkt der Laserlichtquelle mit der Dehn-/Stauchbewegung beaufschlagt, so dass der Betrachter einen Wechsel zwischen einem homogenen und einem fleckigen Ausleuchtmuster wahrnimmt. Hierdurch kann zusätzlich die Aufmerksamkeit des Betrachters auf die Signalfunktion gelenkt werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Streuelement als ein Lichtleitelement ausgebildet, so dass aufgrund der mehrfachen Totalreflexion des Lichtes an einer Mantelfläche des Lichtleitelementes eine solche Streuung erzeugt wird, so dass bei Lichtabstrahlung an der Lichtauskoppelseite des Lichtleitelementes eine Ausleuchtung mit einem verringerten Specklemuster erfolgen kann. Der Lichtleiter weist eine solche Länge auf, dass das austretende Licht eine gleichmäßige Lichtverteilung aufweist. Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Lichtleitelement mehrere Lichteinkoppelzweige aufweisen, denen jeweils eine Laserlichtquelle zugeordnet ist. Die hierdurch erfolgte Überlagerung der Strahlungsintensitäten mehrerer Laserlichtquellen führt zu einer Minderung des Speckle-Effektes.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Streuelement als ein diffraktives Optikelement oder als ein holographisches Optikelement ausgebildet sein, das derart ausgelegt bzw. berechnet ist, dass eine gewünschte Streuung bzw. Phasenverschiebung erzielt wird, mittels dessen der Speckle-Effekt vermindert bzw. entfernt wird. Das holographische Optikelement weist eine solche Hologrammstruktur auf, dass das auf sie treffende Lichtbündel gestreut wird.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung und/oder zur Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung mehrere Laserlichtquellen vorgesehen sind, so dass die Lichtverteilung durch Überlagern von mehreren Ausleuchtmustern gebildet ist.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung gemäß Anspruch 9 besteht darin, dass die Mehrzahl von Laserlichtquellen nicht nur zur Reduzierung des Specklemusters, sondern auch zur Erhöhung der Lichtintensität genutzt werden kann. Alternativ können auch mehrere weniger lichtstarke Laserlichtquellen Verwendung finden, so dass die Herstellkosten verringert sind.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform,
  • 4 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform,
  • 5 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer fünften Ausführungsform,
  • 6 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform und
  • 7 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung nach einer siebten Ausführungsform.
  • Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann im Bug- und Heckbereich zur Erzeugung von Signalfunktionen, beispielsweise Tagfahrlicht, Schluss-, Brems-, Abbiegelicht verwendet werden. Im Bugbereich kann die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Abblend-/Fernlichtverteilung dienen. Die Beleuchtungsvorrichtung dient somit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, bei der eine Fläche außerhalb des Fahrzeugs beleuchtet wird oder bei der eine lichtabgebende Fläche der Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen ist. Die lichtabgebende Fläche ist vorzugsweise eine Lichtscheibe der Beleuchtungsvorrichtung, die ein nicht dargestelltes Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung abdeckt bzw. verschließt.
  • Nach einer ersten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1 weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Laserlichtquelle 1, ein in Abstrahlrichtung A der Laserlichtquelle 1 vor derselben angeordnetes Streuelement 2 zur Reduzierung und/oder Vermeidung eines Specklemusters in einer durch die Beleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichtverteilung sowie eine in Abstrahlrichtung A vor diesem Streuelement 2 angeordnete Optikeinheit 3 auf. Die Optikeinheit 3 umfasst eine Linse 4, mittels derer von der Laserlichtquelle 1 abgestrahltes Licht 5 entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung abgebildet wird. Ferner weist die Optikeinheit 3 eine in Abstrahlrichtung A vor der Linse 4 angeordnete Lichtscheibe 6 auf, die vorzugsweise – wie die Linse 4 – transparent ausgebildet ist. Handelt es sich bei der Beleuchtungsvorrichtung um eine Heckleuchte mit Signalfunktion, bewirkt das Streuelement 2 ein homogenes und gleichmäßiges Ausleuchtmuster auf der Lichtscheibe 6.
  • Das Streuelement 2 ist als ein aktives Bauteil ausgebildet, das eine elastische Membran vorsieht, die zwischen zwei an einer elektrischen Spannungsquelle angeschlossenen Elektroden positioniert ist. Bei Einschalten des Streuelementes 2 und Beaufschlagung desselben mit einer Spannung in einem vorgegebenen Frequenzbereich, beispielsweise 150 bis 350 Hz, erfolgt eine Dehn-/Stauchbewegung der elastischen Membrane in ihrer Erstreckungsebene, die senkrecht zur Abstrahlrichtung A verläuft. Hierdurch wird eine Streuung des Lichtes 5 ermöglicht, was zu dem homogenen Ausleuchtmuster führt.
  • Vorzugsweise ist das Streuelement 2 unmittelbar in Abstrahlrichtung A vor der Laserlichtquelle 1 angeordnet. 1 zeigt lediglich eine schematische Darstellung des Aufbaus dieser Beleuchtungsvorrichtung.
  • Beispielsweise kann das Streuelement 2 zeitversetzt zu der Laserlichtquelle 1 einund/oder ausgeschaltet werden. Durch das nicht zeitsynchrone Ein- und/oder Ausschalten der Laserlichtquelle 1 und des Streuelementes 2 wird bewirkt, dass der Betrachter zweitweise das homogene Ausleuchtmuster (eingeschaltetes Streuelement) und zeitweise das inhomogene Ausleuchtmuster (ausgeschaltetes Streuelement) wahrnimmt. Hierdurch kann die Aufmerksamkeit der Signalfunktion weiter erhöht werden, wenn beispielsweise das Streuelement 2 um eine Zeitdifferenz nach der Laserlichtquelle 1 eingeschaltet wird.
  • Vorzugsweise ist die Laserlichtquelle 1 als eine rotes Licht abstrahlende Laserlichtquelle ausgebildet, so dass keine Konvertierung des Lichtes in beispielsweise weißer Lichtfarbe erforderlich ist. Zur Erzeugung der Schluss- oder Bremslichtfunktion können die Bestandteile der Optikeinheit 3 somit transparent ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 kann als Streuelement 7 zur Reduzierung und/oder Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung eine Diffusorfolie oder eine streuende Lichtscheibe vorgesehen sein. Es handelt sich hierbei um ein passives Bauteil, das nicht mit elektrischem Strom versorgt wird, sondern aufgrund ihrer Ausgestaltung zu einer Streuung des Lichtes 5 führen. Dieses Streuelement 7 bewirkt eine Aufweitung des Laserstrahls 5. Insbesondere wird das Laserlicht 5 unregelmäßig gestreut, so dass auf der nachgelagerten Lichtscheibe 6 eine homogene Ausleuchtfläche mit einem reduzierten Specklemuster oder ohne Specklemuster auftritt.
  • Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 ist das Streuelement zur Reduzierung und/oder Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung bzw. in einer Ausleuchtfläche als ein Lichtleitelement 8 ausgebildet. Das Lichtleitelement 8 weist eine der Laserlichtquelle 1 zugewandte Lichteinkoppelfläche 9 und eine der Laserlichtquelle 1 abgewandte Lichtauskoppelfläche 10 auf, zwischen denen sich eine zylinderförmige Mantelfläche 11 erstreckt. Das über die Lichteinkoppelfläche 9 eingekoppelte Licht 5 wird an der Mantelfläche 11 innerhalb des Lichtleitelementes 8 mehrfach total reflektiert, bis es an der Lichtauskoppelseite über die Lichtauskoppelfläche 10 in Richtung der Lichtscheibe 6 abgestrahlt wird. Die mehrfache Totalreflexion ermöglicht eine Streuung zur Verhinderung bzw. Reduzierung des Specklemuster, beispielsweise auf der Lichtscheibe 6. Vorzugsweise weist das Lichtleitelement 8 eine Länge l auf, die größer ist als eine Kohärenzlänge der Laserlichtquelle 1 bzw. des Laserlichts 5. Das austretende Licht 5 weist hierbei eine gleichmäßige Lichtverteilung auf. Das Lichtleitelement 8 kann aus einem transparenten Material oder aus einer Materialmischung mit einer geringen Diffusität bestehen. Das Lichtleitelement 8 kann starr oder flexibel, beispielsweise als Glasfaser- oder als Silikonlichtleitelement ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 kann im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3 zwischen dem Lichtleitelement 8 und der Lichtscheibe 6 eine Linse 4 angeordnet sein.
  • Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Optikeinheit 3 als Linse 4 auch eine Fresnellinse, asphärische Linsen oder Freiformlinsen aufweisen. Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Optikeinheit 3 statt der Linse 4 auch einen Reflektor aufweisen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 5 kann im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3 ein Lichtleitelement 12 vorgesehen sein, das über eine Mehrzahl von Lichteinkoppelzweigen 13 verfügt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Lichtleitelement 12 zwei Lichteinkoppelzweige 13 auf, denen jeweils eine Laserlichtquelle 1 zugeordnet ist. Das Lichtleitelement 12 weist somit zwei Lichteinkoppelflächen 9 auf, mittels derer das von den unterschiedlichen Laserlichtquellen 1 abgestrahlte Licht in einem Hauptbereich 14 des Lichtleitelementes 12 zusammengeführt und dann an der gemeinsamen Lichtauskoppelfläche 10 in Richtung der Lichtscheibe 6 ausgekoppelt wird. Im Hauptbereich 14 des Lichtleitelementes 12 erfolgt eine Überlagerung der Strahlungsintensitäten der beiden Laserlichtquellen 1, was zu einer Verminderung des Speckle-Effektes führt.
  • Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann das Streuelement zur Verringerung und/oder Vermeidung des Specklemusters auch durch ein diffraktives Optikelement und/oder durch ein holographisches Optikelement ausgebildet sein. Die Hologrammstruktur des holographischen Optikelementes ist derart berechnet, dass eine gewünschte Streuung bzw. Phasenverschiebung des Laserlichtes 5 erzielt wird, so dass der Speckle-Effekt bzw. das Specklemuster vermindert bzw. vermieden wird.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 6 sind zur Reduzierung und/oder Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung mehrere Laserlichtquellen 1, im vorliegenden Fall zwei Laserlichtquellen 1, vorgesehen, die Laserlicht 5 in Richtung der Lichtscheibe 6 abstrahlen. Hierdurch erfolgen eine Überlagerung der durch die unterschiedlichen Laserlichtquellen 1 erzeugten Laserstrahlen und damit eine Überlagerung der einzelnen Ausleuchtmuster. Hierdurch lässt sich der Speckle-Effekt reduzieren.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 7 kann im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 6 zwischen den Laserlichtquellen 1 und der Lichtscheibe 6 eine den Laserlichtquellen 1 jeweils zugeordnete Linse 4 angeordnet sein. Hierdurch kann eine vorgegebene Lichtverteilung bzw. Ausleuchtmuster vorzugsweise außerhalb des Fahrzeugs erzeugt werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Verwendung finden können. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Laserlichtquelle
    2
    Streuelement
    3
    Optikeinheit
    4
    Linse
    5
    Licht
    6
    Lichtscheibe
    7
    Diffusorfolie
    8
    Lichtleitelement
    9
    Lichteinkoppelfläche
    10
    Lichtauskoppelfläche
    11
    Mantelfläche
    12
    Lichtleitelement
    13
    Lichteinkoppelzweige
    14
    Hauptbereich
    A
    Abstrahlrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19746025 B4 [0002]

Claims (10)

  1. Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle und mit einer der Laserlichtquelle zugeordneten Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserlichtquelle (1) und der Optikeinheit (3) ein Streuelement (2, 7, 8, 12) zur Reduzierung und/oder zur Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung vorgesehen ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (2, 7, 8, 12) in Abstrahlrichtung (A) unmittelbar vor der Laserlichtquelle (1) positioniert ist.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (7) als eine streuende Lichtscheibe oder als eine Diffusorfolie ausgebildet ist.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (2) als eine elastische Membran ausgebildet ist, die mittels einer elektrischen Spannungsquelle eine Dehn-/Stauchbewegung in seiner Erstreckungsebene entsprechend einer vorgegebenen Frequenz ausführt.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (2) zeitversetzt zu der Laserlichtquelle (1) einschaltbarund/oder ausschaltbar ist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (8) als ein Lichtleitelement (8, 12) ausgebildet ist, das eine Länge (l) aufweist, die so groß ist, dass das austretende Licht (5) eine gleichmäßige Lichtverteilung besitzt.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (12) mehrere Lichteinkoppelzweige (13) aufweist, denen jeweils eine Laserlichtquelle (1) zugeordnet ist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement als ein diffraktives Optikelement oder als ein holographisches Optikelement ausgebildet ist.
  9. Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle und mit einer der Laserlichtquelle zugeordneten Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung und/oder zur Vermeidung eines Specklemusters in der Lichtverteilung mehrere Laserlichtquellen (1) vorgesehen sind, so dass die Lichtverteilung durch Überlagern von mehreren Ausleuchtmustern gebildet ist.
  10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (1) als eine rotes Licht abstrahlende Laserlichtquelle ausgebildet ist.
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