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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug (Kfz), gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Laser-Strahlungsquellen (z. B. Halbleiterlaser, Laserdioden) können für Beleuchtungsanwendungen vorteilhafte Eigenschaften bieten, wie z. B. eine kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten Lichtbündeln. Bei Laserlichtquellen kann das Produkt aus Strahlquerschnitt und durchstrahlten Raumwinkel (bzw. die Etendue der abgegebenen Strahlung) vergleichsweise klein sein. Diese Größe kann beim Durchgang durch optische Systeme als Erhaltungsgröße betrachtet werden. Daher können für Laserlicht optische Systeme mit vergleichsweise kleinen Brennweiten, Reflektordurchmessern und Linsendurchmessern aufgebaut werden. Beleuchtungseinrichtungen mit Laserlichtquellen können somit auf vergleichsweise geringem Bauraum realisiert werden.
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Bei der Verwendung von Laserlichtquellen in Beleuchtungseinrichtungen ist jedoch zu beachten, dass Laser in der Regel monochromatisches Licht (z. B. UV-Licht) oder Licht in einem sehr engen Wellenlängenbereich ausstrahlen. Speziell im Kraftfahrzeugbereich muss das abgestrahlte Licht jedoch eine zum Teil gesetzlich vorgeschriebene Farbverteilung und/oder Farbtemperatur aufweisen. Für das ausgesandte Licht eines Kfz-Scheinwerfers ist z. B. weißes Mischlicht erwünscht.
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Grundsätzlich kann monochromatisches Licht mittels Wellenlängenkonvertern in polychromatisches oder weißes Licht umgewandelt werden. Solche Wellenlängenkonverter geben aufgrund einer Bestrahlung mit (z. B. im Wesentlichen monochromatischem) Laserlicht eine Lichtverteilung mit den gewünschten spektralen Eigenschaften ab. Entsprechende Wellenlängenkonverter nutzen beispielsweise Umwandlungsmechanismen wie Photolumineszenz, Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aus. Sie enthalten hierzu z. B. einen Lumineszenzfarbstoff, wobei das auf den Lumineszenzkonverter eingestrahlte Primärlicht (z. B. einer blaues Licht ausstrahlenden LED oder eines Lasers) den Konverter zur Abgabe von Licht mit wenigstens einer anderen, in der Regel längeren, Wellenlänge (z. B. gelb) anregt. Dieses Licht kann sich mit in dem Wellenlängenkonverter gestreuten Anteilen des Primärlichts additiv überlagern, so dass insgesamt Licht in einem vergrößerten Spektralbereich abgegeben wird. Denkbar ist auch, dass der Wellenlängenkonverter aufgrund von komplexen Prozessen aufgrund von Anregung mit Primärlicht direkt als Mischlichtquelle wirkt.
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Im Bereich der Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge (Kfz) werden verschiedene Arten der ausgestrahlten Lichtverteilungen unterschieden, die sich im Intensitätsverlauf unterscheiden und deren Eigenschaften weitgehend gesetzlich geregelt sind. Beispiele sind eine abgeblendete Lichtverteilung, eine Fernlichtverteilung, oder auch Zusatzlichtverteilungen wie Seitenausleuchtung oder Nebellicht.
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Die Integration der die verschiedenen Lichtverteilungen ausstrahlenden Einheiten in ein Kraftfahrzeug ist jedoch aufgrund von Bauraumvorgaben oder Designwünschen oftmals problematisch. Ein Ansatz ist beispielsweis in der
EP 2 318 752 B1 beschrieben. Hier kann das Licht einer Laserlichtquelle mit einem optischen Schalter wahlweise auf verschiedene Leuchtstoffelemente zur Lichtumwandlung gelenkt werden, welchen jeweils ein optisches Element zur Umlenkung des erzeugten Lichts in einen Lichtausgangsstrahl individuell zugeordnet ist. Insofern sind hier mehrere verschiedene Lichtausgangsmodule vorgesehen, die jeweils Bauraum beanspruchen und für einen zuverlässigen Betrieb aufeinander abgestimmt werden müssen.
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Bekannt sind außerdem verschiedene Arten von adaptiven Lichtsystemen (z. B. adaptive Frontscheinwerfer), bei welchen gezielt Bereiche in der abgestrahlten Lichtverteilung ausgeblendet bzw. abgedunkelt werden. Dadurch kann z. B. bei Kurvenfahrt eine zuverlässige Ausleuchtung gewährleistet werden oder bei vorausfahrendem oder entgegenkommendem Verkehr die Blendung von Verkehrsteilnehmern vermieden werden. Dies kann beispielsweise mit matrixartig angeordneten, individuell ansteuerbaren Lichtquellen und zugeordneten Optikelementen realisiert werden. Ein anderer Ansatz ist z. B. in der
US 20110249460 A1 und der
US 20130058114 A1 beschrieben. Hierbei wird ein Fokusbereich des Laserstrahls mittels einer Strahllenkungseinrichtung in der Art eines dynamischen Abtastvorgangs über eine Oberfläche eines plattenartigen Wellenlängenkonverters geführt. Der jeweils von dem Laserstrahl angeregte Fokusbereich wirkt dann auf dem Wellenlängenkonverter als lokale Lichtquelle für das Nutzlicht mit den gewünschten spektralen Eigenschaften. Durch eine entsprechend schnelle Strahlführung des Laserstrahls können im zeitlichen Mittel eine Vielzahl verschiedener Leuchtmuster erzielt werden. Diese können mittels einer Abstrahloptikeinrichtung in eine Vielzahl verschiedener Lichtverteilungen umgelenkt werden. Hierbei besteht jedoch ein Problem darin, dass es aufgrund der lokalen Einstrahlung des Lasers auf dem Wellenlängenkonverter zu lokalen Übersättigungserscheinungen und Degradation, sowie in der Folge zu Störfällen kommen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verschiedene Lichtfunktionen und/oder ein adaptives Lichtsystem auf geringem Bauraum in einer Einrichtung zu integrieren, und dabei die vorteilhaften Eigenschaften von Laserlichtquellen zuverlässig und dauerhaft nutzbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lichtmodul gemäß Anspruch 1 gelöst, wie es für eine Beleuchtungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug (Kfz) Verwendung finden kann. Das Lichtmodul umfasst wenigstens eine Laserlichtquelle, beispielsweise Halbleiterlaser oder Laserdiode, mittels welcher ein Primärlichtbündel von Laserlicht ausgestrahlt werden kann, welches zumindest eine erste Wellenlänge bzw. einen ersten Wellenlängenbereich umfasst. Ferner ist ein Wellenlängenkonverter vorgesehen, welcher derart angeordnet ist, dass das Primärlichtbündel auf den Wellenlängenkonverter eingestrahlt wird. Der Wellenlängenkonverter ist dazu ausgebildet, dass aufgrund des eingestrahlten Primärlichtbündels eine Sekundärlichtverteilung mit den für die Zwecke der Beleuchtungseinrichtung nutzbaren spektralen Eigenschaften ausstrahlbar ist. Die Sekundärlichtverteilung umfasst insofern zumindest eine weitere Wellenlänge oder einen weiteren Wellenlängenbereich im Vergleich zu dem Primärlichtbündel aus Laserlicht.
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Im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle und dem Wellenlängenkonverter ist ein Lichtmodulator angeordnet. Dieser weist eine Vielzahl von Modulationszonen auf, welche unabhängig voneinander in eine für das auf den Lichtmodulator eingestrahlte Primärlicht transparente und in eine zumindest weitgehend opake Konfiguration schaltbar sind, so dass nach Durchgang durch den Lichtmodulator ein gewünschtes Primärlichtmuster erzeugbar ist.
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Der Wellenlängenkonverter ist derart auf den Lichtmodulator folgend im Strahlengang angeordnet, dass das Primärlichtmuster auf eine Beleuchtungsfläche des Wellenlängenkonverters trifft und dort ein entsprechendes Bestrahlungsmuster erzeugt. Dies führt aufgrund der Wirkung des Wellenlängenkonverters (z. B. Fotolumineszenz) zu einem entsprechenden Leuchtmuster auf dem Wellenlängenkonverter, welches die Sekundärlichtverteilung abgibt.
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Durch geeignete Ansteuerung des Lichtmodulators können gewünschte Modulationszonen jeweils in die transparente oder opake Konfiguration geschaltet werden. So kann ein gewünschtes Leuchtmuster auf dem Wellenlängenkonverter erzeugt werden. Dieses gibt die für die Zwecke der Kfz-Beleuchtung nutzbare Sekundärlichtverteilung ab. Insofern können mittels der Modulationszonen je nach ihrer Konfiguration einzeln ansteuerbare, als lokale Lichtquellen für die nutzbare Sekundärlichtverteilung wirkende, leuchtende Zonen auf dem Wellenlängenkonverter erzeugt werden. Anders als bei den eingangs erläuterten Systemen mit zeitabhängig geführten Laserstrahlen wird kein Fokusbereich des Primärlichtbündels verwendet. Dadurch kann eine lokale Übersättigung des Wellenlängenkonverters vermieden werden.
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Der Lichtmodulator wirkt insbesondere nicht auf die eigentlich genutzte Sekundärlichtverteilung, sondern bereits vorher auf das Primärlichtbündel der Laserlichtquelle, bevor dieses auf den Wellenlängenkonverter trifft. Somit erfolgt die Lichtmodulation auf kleinem Strahlquerschnitt, wobei für das Nutzlicht dennoch große Intensität bereitgestellt werden kann. Ferner nutzen Lichtmodulatoren oftmals Wirkungsprinzipien aus, deren Effizienz von der Polarisation des zu modulierenden Lichts abhängt. Da Laserlichtquellen bei entsprechender Ausgestaltung prinzipbedingt polarisiertes Licht ausstrahlen, kann die Laserlichtquelle derart eingerichtet sein, dass die Polarisation des Primärlichtbündels zu einem optimalen Wirkungsgrad und einer optimalen optischen Effizienz der Lichtmodulation führt.
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Das Lichtmodul bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang eine das eigentliche Nutzlicht abgebende Einrichtung der Beleuchtungseinrichtung. Das Lichtmodul kann modulartig im Sinne einer Baueinheit zusammengefasst sein, welche innerhalb der Beleuchtungseinrichtung eingesetzt wird und z. B. ein eigenes Modulgehäuse aufweisen kann. Diese modulartige Zusammenfassung der Komponenten ist jedoch nicht zwingend. Das Lichtmodul kann auch als System von einzelnen, zusammenwirkenden Komponenten einer Beleuchtungseinrichtung ausgebildet sein. Die Komponenten sind z. B. zugunsten einer vorteilhaften Bauraumnutzung in der jeweiligen Beleuchtungseinrichtung räumlich verteilt angeordnet, und das Lichtmodul ist in diesem Sinne lediglich durch funktionale Zuordnung der Komponenten zueinander gebildet.
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Um das Leuchtmuster der Sekundärlichtverteilung in eine abgestrahlte Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung umzuformen oder abzubilden, kann das Lichtmodul oder die Beleuchtungseinrichtung eine entsprechende Sekundäroptikeinrichtung umfassen. Die Sekundäroptikeinrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass ein Brennbereich (z. B. Brennpunkt oder Brennlinie) definiert ist, wobei der Brennbereich in einer Lichtabgabefläche des Wellenlängenkonverters liegt. Dadurch kann das Leuchtmuster auf dem Wellenlängenkonverter als abgestrahlte Lichtverteilung in das Vorfeld des Kfz projiziert werden. Die Sekundäroptikeinrichtung kann z. B. als Projektionslinse oder Sammellinse ausgebildet sein. Denkbar sind jedoch auch Reflektoren. Die Sekundäroptikeinrichtung kann einstufig oder mehrstufig ausgestaltet sein. Aufgrund der kleinen Etendue (siehe oben), d. h. aufgrund des typischerweise kleinen Strahlquerschnitts und der kleinen Raumwinkelausleuchtung der Laserlichtquelle, können die Sekundäroptikeinrichtungen kleinere Abmessungen (z. B. Aperturen, Reflektordurchmessern) aufweisen, als für konventionelle Lichtquellen vergleichbarer Leistung.
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Der Lichtmodulator ist grundsätzlich zur Durchstrahlung mit dem Primärlichtbündel ausgebildet. Insbesondere erstreckt sich der Lichtmodulator bzw. eine Lichtabgabefläche des Lichtmodulators flächig. Er ist beispielsweise plattenartig ausgebildet. Die Modulationszonen liegen vorzugsweise in der Erstreckungsfläche des Lichtmodulators nebeneinander. Insbesondere grenzen die Modulationszonen unmittelbar aneinander an.
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Die Modulationszonen sind vorzugsweise regelmäßig, insbesondere in der Art eines Arrays oder einer Matrix von Pixeln auf dem Lichtmodulator angeordnet. Dadurch lassen sich viele verschiedene Lichtmuster erzielen. Als Lichtmodulatoren können grundsätzlich bekannte Vorrichtungen Verwendung finden, wie sie beispielsweise in digitalen Projektoren oder Beamern eingesetzt werden. Der Lichtmodulator kann als Flüssigkristallmodulator ausgebildet sein. Denkbar ist beispielsweise eine Ausgestaltung als LCoS (Liquid Crystal an Silicon) Modulator (z. B. in transmittierender oder reflektierender Ausgestaltung), oder als transmittierender Flüssigkristallmodulator (LC Modulator).
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Zur unabhängigen Ansteuerung der verschiedenen Modulationszonen, insbesondere zum kontrollierten Schalten in die transparente oder die opake Konfiguration, kann das Lichtmodul eine dem Lichtmodulator zugeordnete Steuereinrichtung aufweisen.
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In der Praxis lässt sich eine Transmission von exakt Null durch eine in die opake Konfiguration geschaltete Modulationszone oftmals nicht realisieren. Insofern sind u. U. die Modulationsbereiche bei Vorliegen der opaken Konfiguration nicht völlig undurchsichtig für das Primärlicht. Der Lichtmodulator kann aber derart ausgebildet sein, dass dunkle Bereiche (opake Modulationszonen) nicht blenden. Hierfür kann beispielsweise ein Intensitätsverhältnis von 0,7 zu 120 bis 0,7 zu 30 zwischen nebeneinander liegenden hellen und dunklen Zonen genügen. Ein solcher Kontrast ist in der Regel ausreichend.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt sind die Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators und der insbesondere plattenartige Wellenlängenkonverter derart angeordnet, dass sie sich parallel zueinander erstrecken. Die Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators ist vorzugsweise eben. Der Lichtmodulator weist grundsätzlich eine der Laserlichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche und eine dieser gegenüberliegende, dem Wellenlängenkonverter zugewandte Lichtaustrittsfläche auf, wobei durch die Lichtaustrittsfläche die mittels der Modulationszonen modulierte Lichtverteilung des Primärlichtbündels austritt. Insbesondere sind Wellenlängenkonverter und Lichtmodulator beide plattenartig und sich parallel zueinander erstreckend ausgebildet. Durch die parallele Anordnung wird das durch die Modulationszonen erzeugte Primärlichtmuster formerhaltend auf den Wellenlängenkonverter übertragen und führt dort zu dem entsprechenden Leuchtmuster.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellenlängenkonverter unmittelbar an der Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators angeordnet. Vorzugsweise steht der Wellenlängenkonverter in direktem Kontakt mit der Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators. Durch eine solche spaltfreie Anordnung wird das durch die Modulationszonen erzeugte Primärlichtmuster scharf und kontrastreich auf den Wellenlängenkonverter übertragen. Der Wellenlängenkonverter kann beispielsweise durch eine Beschichtung einer Oberfläche des Lichtmodulators mit einem Wellenlängenkonversions-Material realisiert sein.
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Denkbar ist jedoch auch, dass zwischen der Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators und dem Wellenlängenkonverter ein Abstandsspalt vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine verbesserte Kühlung des Wellenlängenkonverters und/oder des Lichtmodulators.
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Der Wellenlängenkonverter kann auf einem Träger bzw. an einem Trägerrahmen befestigt sein. Denkbar ist auch, dass der Wellenlängenkonverter auf einem insbesondere transparenten Substrat (z. B. Plättchen) angeordnet ist, welches in einem Abstand zur Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators positioniert ist.
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Zur weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Wellenlängenkonverter relativ zum Lichtmodulator beweglich ist, vorzugsweise derart, dass bei einer Bewegung der beiden Teile relativ zueinander der senkrecht zur Erstreckungsfläche von Wellenlängenkonverter und Lichtmodulator gemessene Abstand konstant bleibt. Hierzu kann beispielsweise der Wellenlängenkonverter an einem entsprechend bewegbaren Träger angeordnet sein. Insbesondere ist ein plattenartiger Wellenlängenkonverter im Wesentlichen parallel zu der Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators angeordnet, wobei der Wellenlängenkonverter um eine Achse drehbar ist, die sich senkrecht zu der Erstreckungsfläche des Wellenlängenkonverters bzw. der Lichtaustrittsfläche des Lichtmodulators erstreckt (”rotierender Wellenlängenkonverter”). Dies ermöglicht es, den Wellenlängenkonverter zu gegebenen Zeitpunkten zu verdrehen, so dass das Leuchtmuster in einem anderen Bereich des Wellenlängenkonverters entsteht. Dadurch kann ein lokales Einbrennen oder Übersättigen des Wellenlängenkonverters vermieden werden und so die Lebensdauer der Einrichtung erhöht werden.
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Der Wellenlängenkonverter ist vorzugsweise als Transmissionselement ausgebildet. Auf eine Beleuchtungsfläche des Wellenlängenkonverters wird das mittels der Modulationszonen erzeugte Primärlichtmuster eingestrahlt, so dass auf der entgegengesetzten Abstrahlfläche bzw. Lichtabgabefläche des Wellenlängenkonverters die modulierte Sekundärlichtverteilung abgegeben wird. Grundsätzlich kann der Wellenlängenkonverter auch als rückstreuender oder reflektierender Wellenlängenkonverter ausgebildet sein, bei welchem auf dieselbe Fläche eingestrahlt wird, von der auch die Sekundärlichtverteilung abgegeben wird.
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Der Wellenlängenkonverter weist vorzugsweise an seiner Beleuchtungsfläche und/oder seiner Lichtabgabefläche und/oder in dem Materialinnern des Wellenlängenkonverters eine Vielzahl von Streuzentren bzw. Streupartikeln auf. Die Streuung an diesen Streuzentren bzw. Streupartikeln führt dazu, dass die Schärfe von Kontrastübergängen und die Begrenzungen zwischen verschiedenen Zonen des Leuchtmusters weicher gezeichnet sind. Wenn beispielsweise der Lichtmodulator mit Modulationszonen in der Art eines Pixel-Arrays bzw. Pixel-Matrix ausgebildet ist, dann kann durch geeignete Abstimmung der Streuzentren erreicht werden, dass die zugeordneten Zonen im Leuchtmuster fließend ineinander übergehen oder überlappen.
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Grundsätzlich kann durch die Wahl der Dicke des Wellenlängenkonverters und/oder der Dichte der Streuzentren bzw. Streupartikel einerseits die Schärfe der Leuchtzonen, andererseits die Homogenität der Lichtverteilung abgestimmt werden. Ein Überlappen oder eine unscharfe Begrenzung von hellen und dunklen Zonen auf dem Wellenlängenkonverter kann je nach Einsatzzweck erwünscht sein, beispielsweise um störend scharfe Kontraste in einem Scheinwerferlicht zu vermeiden.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist im Strahlengang zwischen Laserlichtquelle und Lichtmodulator eine Laserprimäroptik vorgesehen. Diese ist insbesondere dazu ausgebildet, das Primärlichtbündel in geeigneter Form auf den Lichtmodulator zu führen und das Primärlichtbündel dabei ggf. umzuformen.
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Die Laserprimäroptik ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Primärlichtbündel die Lichteintrittsfläche des Lichtmodulators möglichst vollständig ausleuchtet. Insbesondere ist die Laserprimäroptik dazu ausgebildet, dass das Primärlichtbündel vollständig auf die Lichteintrittsfläche gelenkt wird und kein Licht verloren geht. Denkbar ist beispielsweise, dass das Primärlichtbündel vor Auftreffen auf die Lichteintrittsfläche durch die Laserprimäroptik derart aufgeweitet wird, dass eine optimale und insbesondere vollständige Ausleuchtung erzielt wird.
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Grundsätzlich kann die Laserprimäroptik derart ausgebildet sein, dass die Lichteintrittsfläche des Lichtmodulators homogen und/oder mit konstantem Intensitätsprofil bestrahlt wird. Denkbar ist jedoch auch, dass mittels der Laserprimäroptik ein auf die gewünschte Sekundärlichtverteilung abgestimmtes Intensitätsprofil des Primärlichtbündels auf dem Lichtmodulator erzeugt wird. Insgesamt wird die Lichtstärke der verschiedenen Bereiche des auf dem Wellenlängenkonverter erzeugten Leuchtmusters durch eine Kombination aus der Ansteuerung des Lichtmodulators und der Wirkung der Laserprimäroptik bestimmt.
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Die Laserprimäroptik kann beispielsweise als Linsenmittel, insbesondere Sammellinse oder Zerstreuungslinse, ausgebildet sein. Die Laserprimäroptik kann auch eine Linsenmittelanordnung mit mehreren Linsenmitteln umfassen.
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Die Laserprimäroptik kann derart ausgebildet sein, dass Leuchtbereiche mit lokal erhöhter Intensität auf dem Wellenlängenkonverter erzielt werden. So kann beispielsweise ein Bereich auf dem Wellenlängenkonverter besonders stark ausgeleuchtet werden, welcher bei einem Fernlicht als Spot-Lichtverteilung, insbesondere in einem mittigen Bereich der Lichtverteilung wirkt. Denkbar sind selbstverständlich auch außermittige Konzentrationen. Hierzu kann die Laserprimäroptik als Freiformlinse ausgebildet sein.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Laserprimäroptik als Optik-Array oder Optik-Matrix mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Optikelementen ausgebildet, wobei je ein Optikelement einer Modulationszone auch dem Lichtmodulator derart zugeordnet ist, dass der durch das jeweilige Optikelement geführte Anteil des Primärlichtbündels auf die zugeordnete Modulationszone trifft. Beispielsweise kann das Optik-Array als Mikrolinsen-Array bzw. Mikrolinsen-Matrix ausgebildet sein, wobei je eine Mikrolinse einem Pixel auf dem Lichtmodulator zugeordnet ist. Durch die Zuordnung von Optikelementen und Modulationszonen kann die optische Effizienz erhöht werden.
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Zur weiteren Ausformung der Sekundärlichtverteilung kann im Strahlengang nach dem Wellenlängenkonverter eine bewegbare Blende vorgesehen sein, welche in eine erste Blendenkonfiguration und in eine zweite Blendenkonfiguration bewegbar ist, insbesondere derart, dass in wenigstens einer Blendenkonfiguration ein Bereich der Sekundärlichtverteilung abgeschattet wird. Beispielsweise kann eine Art ein- und ausschiebbare oder klappbare oder ein- und ausschwenkbare Blende vorgesehen sein. Mittels einer geeigneten Blende kann beispielsweise eine Lichtverteilung mit ausgedehnter Hell-Dunkel-Grenze erzielt werden, wie sie insbesondere für Abblendlicht im Kfz-Bereich erwünscht ist.
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Um die Lebensdauer weiter zu erhöhen, kann eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Wellenlängenkonverters und/oder des Lichtmodulators vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Wellenlängenkonverter an einem Träger und/oder Substrat angeordnet sein, wobei an dem Träger und/oder dem Substrat zusätzlich Kühlelemente (z. B. Kühlrippen) angeordnet sind. Es kann auch ein aktiver Lüfter vorgesehen sein.
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Grundsätzlich wird die eingangs beschriebene Aufgabe auch durch eine Beleuchtungseinrichtung gelöst, in welcher die Komponenten des vorstehend beschriebenen Lichtmoduls enthalten sind. Denkbar ist auch eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtmodul der vorstehend beschriebenen Art.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtmodul gemäß der Erfindung in skizzierter Darstellung;
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2 skizzierte Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung zur Erläuterung weiterer Ausgestaltungen;
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3 skizzierte Darstellung zur Erläuterung weiterer Ausgestaltungen.
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In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt in skizzierter Darstellung eine Beleuchtungseinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die gezeigten Bauteile der Beleuchtungseinrichtung 10 können zu einem Lichtmodul 12 zusammengefasst sein, beispielsweise in einem eigenen Lichtmodulgehäuse (nicht dargestellt).
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Das Lichtmodul umfasst eine Laserlichtquelle 14, mittels welcher ein Primärlichtbündel 16 von Laserlicht abgestrahlt wird. Das Laserlicht kann beispielsweise nahezu monochromatisch mit Licht in einem ersten Wellenlängenbereich sein. Das Primärlichtbündel 16 wird mittels einer Laserprimäroptik 18 auf einen Lichtmodulator 20 gelenkt. Hierbei kann das Primärlichtbündel 16 vorgeformt werden, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Der Lichtmodulator 20 weist eine im dargestellten Beispiel nahezu ebene Lichteintrittsfläche 22 auf, auf welche das Primärlichtbündel 16 (Laserlicht) auftrifft. Der Lichtmodulator 20 ist dazu ausgebildet, die Transmission des auf die Lichteintrittsfläche 22 auftreffenden Lichtstromes räumlich aufgelöst zu verändern, so dass durch eine der Lichteintrittsfläche 22 entgegengesetzte Lichtaustrittsfläche 24 ein Primärlichtmuster mit hellen und dunklen Zonen austritt. Hierzu weist der Lichtmodulator 20 (insbesondere in Betrachtung auf die Lichtaustrittsfläche 24) eine Mehrzahl von Modulationszonen 44 auf, welche unabhängig voneinander in eine transparente Konfiguration und in eine lichtundurchlässige (opake) Konfiguration schaltbar sind. Diese Modulationszonen 44 sind in der 1 nur skizziert und werden weiter unten zu 3 noch näher beispielhaft erläutert. Zur Ansteuerung der einzelnen Modulationszonen ist eine Steuereinrichtung 26 vorgesehen.
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Im Strahlengang auf die Lichtaustrittsfläche 24 folgend ist ein Wellenlängenkonverter 28 vorgesehen, welcher das Laserlicht des Primärlichtbündels 16 beispielsweise unter Ausnutzung von Fotolumineszenz in eine Sekundärlichtverteilung 30 umwandelt, welche die für die Zwecke der Beleuchtungseinrichtung nutzbaren spektralen Eigenschaften aufweist (z. B. polychromatisches oder weißes Licht). Da der Wellenlängenkonverter 28 mit dem durch den Lichtmodulator 20 modulierten Primärlichtmuster bestrahlt wird, kann auf einer Lichtabgabefläche 32 des Wellenlängenkonverters 28 ein gewünschtes Leuchtmuster erzielt werden. Hierzu können entsprechende Modulationszonen 44 des Lichtmodulators 20 in ihre transparente oder opake Konfiguration geschaltet werden.
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Im dargestellten Beispiel ist der Wellenlängenkonverter plättchenartig ausgebildet. Er weist eine im Wesentlichen ebene Lichtabgabefläche 32 auf und eine im Wesentlichen ebene Beleuchtungsfläche, die dem Lichtmodulator 20 zugewandt ist. Selbstverständlich sind auch gewölbte oder anders geformte Ausgestaltungen denkbar.
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Bei der in der 1 gezeigten Ausgestaltung bilden der Lichtmodulator 20 und der Wellenlängenkonverter 28 eine Baugruppe, wobei der Wellenlängenkonverter 28 unmittelbar an die Lichtaustrittsfläche 24 des Lichtmodulators 20 anliegend angeordnet ist. Insbesondere erstrecken sich die Lichtaustrittsfläche 24 und der Wellenlängenkonverter 28 beide im Wesentlichen eben und sind parallel zueinander. Die von dem Lichtmodulator 20 erzeugte Modulation des Primärlichtbündels 16 wird somit direkt auf den Wellenlängenkonverter 28 übertragen.
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Die in der 1 dargestellte sandwichartige Zusammenfassung von Lichtmodulator 20 und Wellenlängenkonverter 28 ist grundsätzlich nicht zwingend. Denkbar ist auch, dass zwischen Wellenlängenkonverter 28 und Lichtmodulator 20 ein Abstandsspalt vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise eine effektive Kühlung der Bauteile gewährleistet werden.
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Im Strahlengang auf den Wellenlängenkonverter 28 folgend ist eine Sekundäroptikeinrichtung 34 vorgesehen. Diese kann beispielsweise als Projektionslinse ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Sekundäroptikeinrichtung 34 einen Brennpunkt 36 auf, welcher insbesondere im Bereich der Lichtabgabefläche 32 des Wellenlängenkonverters 28 liegt. Dadurch kann das auf der Lichtabgabefläche 32 erzeugte Leuchtmuster in eine abgestrahlte Nutzlichtverteilung 11 beispielsweise in das Fahrzeugvorfeld des Kfz abgebildet werden.
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Im Strahlengang der Sekundärlichtverteilung 30 ist im dargestellten Beispiel eine bewegbare Blende 38 vorgesehen. Diese kann beispielsweise mit einer Schwenkeinrichtung 40 in eine erste und eine zweite Blendenkonfiguration bewegt werden. Vorzugsweise wird in einer der beiden Blendenkonfigurationen ein Anteil der Sekundärlichtverteilung abgeschattet, so dass die abgestrahlte Nutzlichtverteilung 11 einen entsprechenden Dunkelbereich aufweist. Dadurch kann beispielsweise eine abgeblendete Lichtverteilung mit ausgedehnter Hell-Dunkel-Grenze erzielt werden.
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Vor Auftreffen auf den Lichtmodulator 20 kann, wie bereits vorstehend angesprochen, das Primärlichtbündel 16 mittels der Laserprimäroptik 18 vorgeformt werden. In 1 ist die Ausgestaltung der Laserprimäroptik als Linsenmittel angedeutet. Denkbar ist auch, dass die Laserprimäroptik das Primärlichtbündel 16 derart aufweitet, dass die gesamte Lichteintrittsfläche 22 vollständig ausgeleuchtet ist, jedoch kein Licht des Primärlichtbündels 16 an der Lichteintrittsfläche 22 vorbei strahlt.
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Grundsätzlich muss die Ausleuchtung der Lichteintrittsfläche 22 des Lichtmodulators 20 jedoch nicht homogen und gleichmäßig sein. Es kann auch erwünscht sein, dass bestimmte Bereiche der Lichteintrittsfläche 22 verstärkt bestrahlt werden, so dass in diesem Bereich besonders starke Intensitäten erzielt werden können. Hierzu kann die Laserprimäroptik 18 als Freiformlinse ausgebildet sein, wie beispielsweise in der 2 angedeutet. Eine solche Ausgestaltung kann erwünscht sein, wenn beispielsweise die Nutzlichtverteilung 11 Zonen mit Intensitätsmaxima aufweisen soll, wie beispielsweise bei einem Fernlicht in der Art eines mittigen Reichweite-Spots erwünscht.
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Die Modulationszonen des Lichtmodulators 20 sind vorzugsweise in der Art eines Arrays oder einer Matrix von Pixeln 44 auf dem Lichtmodulator 20 angeordnet. Dies ist in der 3 angedeutet. Grundsätzlich können die Modulationszonen des Lichtmodulators 20 jedoch verschiedene Formen aufweisen und sind nicht auf die Pixelform 44 eingeschränkt. In den 1 und 2 sind die Modulationszonen 44 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur angedeutet.
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Zur weiteren Ausgestaltung kann ein Optikarray 19 oder eine Optikmatrix im Strahlengang zwischen Laserlichtquelle 14 und Lichtmodulator 20 angeordnet sein. Das Optikarray 19 kann ein Bestandteil einer Laserprimäroptik 18 sein, oder diese bilden. Das Optikarray 19 umfasst eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Optikelementen 42. Beispielsweise können die Optikelemente 42 Mikrolinsen sein, die zu einem Mikrolinsenarray als Optikarray zusammengefasst sind.
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Vorzugsweise ist je ein Optikelement 42 gerade einer Modulationszone 44 derart zugeordnet, dass der von dem jeweiligen Optikelement 42 erfasste Anteil des Primärlichtbündels 16 vollständig auf die jeweils zugeordnete Modulationszone 44 gelenkt wird. Die Optikelemente 42 können beispielsweise den ihnen zugeordneten Anteil des Primärlichtbündels 16 zusätzlich auf die zugeordnete Modulationszone 44 fokussieren. So kann die optische Effizienz des Systems erhöht werden.
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Bei sämtlichen Ausgestaltungen kann zur Kühlung des Wellenlängenkonverters 28 und/oder des Lichtmodulators 20 eine Kühleinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise mit Kühlelementen an einem Träger und/oder Substrat des Wellenlängenkonverters 28. Die Wärme kann z. B. an separate Kühlelemente abgeführt werden, wozu entsprechende Wärmeleiter vorgesehen sein können. Diese können z. B. in den Träger oder das Substrat des Wellenlängenkonverters 28 integriert sein.
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Die in der 1 angedeuteten weiteren Ausgestaltungen (z. B. Blende 28, Steuergerät 26) können auch bei den in den 2 und 3 skizzierten Einrichtungen vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2318752 B1 [0006]
- US 20110249460 A1 [0007]
- US 20130058114 A1 [0007]
