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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer derartigen Spiegelanordnung.
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Stand der Technik
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Eine derartige Spiegelanordnung und eine Beleuchtungseinrichtung mit derartiger Spiegelanordnung sind beispielsweise in der
WO 2011/141377 A1 offenbart.
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Die
WO 2011/141377 A1 beschreibt ein Scheinwerfermodul mit blaues Licht emittierenden Laserdioden, das mittels mindestens einer Spiegelanordnung auf mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkt wird.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Spiegelanordnung mit verbesserter Justierung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spiegelanordnung mit den Merkmalen aus dem Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Spiegelanordnung besitzt mindestens ein, um mindestens eine Achse schwenkbares Spiegelelement und weist erfindungsgemäß ein erstes Justierungsteil sowie ein zweites Justierungsteil auf, wobei das erste Justierungsteil zur Justierung der Lage des mindestens einen Spiegelelements bezüglich einer Trägeroberfläche in Raumrichtungen parallel zur Trägeroberfläche dient, und wobei das zweite Justierungsteil zumindest zur Justierung mindestens eines Neigungswinkels des mindestens einen Spiegelelements bezüglich der Trägeroberfläche dient.
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Die Kombination von erstem und zweitem Justierungsteil der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung ermöglicht eine genaue Justierung der räumlichen Lage und Orientierung des mindestens einen Spiegelelements bezüglich einer Trägeroberfläche für die Spiegelanordnung. Insbesondere wird die genaue Justierung der räumlichen Lage und Orientierung einer Spiegelfläche des mindestens einen Spiegelelements bezüglich der Trägeroberfläche ermöglicht.
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Vorteilhafterweise besitzt das erste Justierungsteil der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung einen rotationsymmetrischen Justierungsteilabschnitt. Der rotationsymmetrische Justierungsteilabschnitt ermöglicht eine Verbindung mit dem zweiten Justierungsteil der Spiegelanordnung, wobei das zweite Justierungsteil während der Justierung und vor seiner Befestigung am ersten Justierungsteil um eine Rotationsachse des rotationssymmetrischen Justierungsteilabschnitts des ersten Justierungsteils gedreht werden kann. Die Rotationsachse des rotationssymmetrischen Justierungsteilabschnitts ist vorzugsweise senkrecht zur Trägeroberfläche orientiert. Vorzugsweise ist der rotationssymmetrische Justierungsteilabschnitt des ersten Justierungsteils als zylindrischer Endabschnitt des ersten Justierungsteils ausgebildet. Alternativ kann der rotationssymmetrische Justierungsteilabschnitt des ersten Justierungsteils beispielsweise aber auch als Endabschnitt ausgebildet sein, dessen Oberfläche ein Segment einer Kugeloberfläche formt.
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Das zweite Justierungsteil der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung weist vorteilhafterweise einen haubenartigen Abschnitt auf, der mit dem ersten Justierungsteil verbunden ist. Der haubenartige Abschnitt ermöglicht während der Justierung und vor seiner Befestigung am ersten Justierungsteil eine Festlegung der Neigung einer Spiegelfläche des mindestens einen Spiegelelements gegenüber der Trägeroberfläche. Insbesondere wird eine Justierung der Neigungswinkel der Spiegelfläche des mindestens einen Spiegelelements um zwei senkrecht zueinander und parallel zur Trägeroberfläche verlaufende Achsen ermöglicht.
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Vorzugsweise ist der haubenartige Justierungsteilabschnitt des zweiten Justierungsteils mit dem rotationssymmetrischen Justierungsteilabschnitt des ersten Justierungsteils verbunden, um die vorgenannten Vorteile der beiden Justierungsteile der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung optimal nutzen zu können. Der haubenartige Justierungsteilabschnitt hat insbesondere den Vorteil, dass er weitgehend unabhängig von seiner räumlichen Orientierung auf dem rotationssymmetrischen Justierungsteilabschnitts des ersten Justierungsteils befestigt werden kann. Besonders bevorzugt weist der haubenartige Justierungsteilabschnitt des zweiten Justierungsteils einen rotationssymmetrischen Bereich mit einem Innendurchmesser auf, der auf einen Außendurchmesser des rotationssymmetrischen Justierungsteilabschnitts des ersten Justierungsteils abgestimmt ist. Dadurch können der rotationssymmetrische Justierungsteilabschnitt des ersten Justierungsteils und der rotationssymmetrische Bereich des haubenartigen Justierungsteilabschnitts des zweiten Justierungsteils nach der Justierung entlang des Umfangs des rotationssymmetrischen Bereichs mittels mehrerer Laserschweißpunkte in der justierten Lage fixiert werden. Der rotationssymmetrische Bereich des haubenartigen Justierungsteilabschnitts des zweiten Justierungsteil kann beispielsweise vorteilhaft als Kugelschalensegment ausgebildet sein, um eine besonders gute Verbindung mit dem ersten Justierungsteil zu ermöglichen.
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Das mindestens eine Spiegelelement der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung ist vorteilhafterweise am zweiten Justierungsteil befestigt. Die Kombination von erstem und zweitem Justierungsteil ermöglicht bereits eine ausreichend genaue Justierung des mindestens einen Spiegelelements bezüglich der Trägeroberfläche.
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Vorzugsweise ist der haubenartige Justierungsabschnitt des zweiten Justierungsteils mit mindestens einem Steg ausgestattet, an dem das mindestens eine Spiegelelement fixiert ist. Der mindestens eine Steg ermöglicht eine Befestigung des mindestens einen Spiegelelements am zweiten Justierungsteil mittels Laserpunktschweißung. Außerdem ermöglicht der mindestens eine Steg eine Vergrößerung oder Verringerung des Abstands des mindestens einen Spiegelelements zur Trägeroberfläche.
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Die erfindungsgemäße Spiegelanordnung ist zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, um Licht von mindestens einer Halbleiterlichtquelle auf mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement zu lenken. Beim Einsatz in der Beleuchtungseinrichtung ermöglichen das erste und zweite Justierungsteil der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung eine exakte Ausrichtung der Spiegelfläche des mindestens einen, um mindestens eine Achse schwenkbaren Spiegelelements der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung bezüglich des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements. Insbesondere kann bei der Montage der Spiegelanordnung in der Beleuchtungseinrichtung während eines Justierungsprozesses mittels des ersten und zweiten Justierungsteils die Ausrichtung der Spiegelfläche des mindestens einen Spiegelelements der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung bezüglich einer Trägeroberfläche für die Spiegelanordnung derart festgelegt werden, dass Licht von einer Halbleiterlichtquelle der Beleuchtungseinrichtung auf eine Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements trifft und durch eine Schwenkbewegung der Spiegelfläche das Licht von der Halbleiterlichtquelle zeilenweise oder spaltenweise über die Oberfläche oder einen Oberflächenabschnitt des Lichtwellenlängenkonversionselements geführt wird. Das mindestens eine Spiegelelement der erfindungsgemäße Spiegelanordnung ist vorteilhafterweise als elektrisch ansteuerbarer Mikrospiegel ausgebildet, der um mindestens eine Achse oder um zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar angeordnet ist, so dass Schwenkbewegungen des Mikrospiegels um mindestens eine Schwenkachse mittels Steuersignalen von einer Steuervorrichtung kontrolliert und ausgeführt werden können.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindestens eine Spiegelanordnung mit mindestens einem, um mindestens eine Achse schwenkbaren Spiegelelement, wobei die mindestens eine Spiegelanordnung ein erstes Justierungsteil aufweist, das zur Justierung der Lage mindestens eines Spiegelelements bezüglich einer Trägeroberfläche in Raumrichtungen parallel zur Trägeroberfläche dient, und wobei die mindestens eine Spiegelanordnung ein zweites Justierungsteil aufweist, das zumindest zur Justierung mindestens eines Neigungswinkels des mindestens einen Spiegelelements bezüglich der Trägeroberfläche dient.
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Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung zusätzlich zu der vorstehenden, mindestens einen Spiegelanordnung mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement derart angeordnet sind, das Licht von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mittels der mindestens einen Spiegelanordnung auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkt wird. Das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement dient dazu, Licht von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle teilweise oder vollständig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren und das konvertierte Licht oder eine Mischung aus konvertiertem Licht und nicht konvertiertem Licht über eine Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements zu emittieren. Mit Hilfe der mindestens einen Spiegelanordnung wird von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittiertes Licht vorzugsweise zeilenweise oder spaltenweise über eine Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements, um den Leuchtstoff anzuregen.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt vorteilhafterweise einen gemeinsamen Träger für die mindestens eine Spiegelanordnung und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement. Dadurch ist die Lage und Orientierung der mindestens einen Spiegelanordnung nach der Justierung ihres mindestens einen Spiegelelements bezüglich einer Trägeroberfläche automatisch auch bereits gegenüber dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement festgelegt, so dass keine zusätzlichen Verfahrensschritte zur Justierung der mindestens einen Spiegelanordnung bezüglich des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements erforderlich sind. Vorzugsweise ist der gemeinsame Träger als ein Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet und die mindestens eine Spiegelanordnung sowie das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement sind an einer Wand oder an unterschiedlichen Wänden des Gehäuses befestigt.
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Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Schwenkbewegung des mindestens einen Spiegelelements der mindestens einen Spiegelanordnung ausgestattet, um eine punktweise Abtastung einer Oberfläche oder eines Oberflächenabschnitts des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements mit dem von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittierten und am mindestens einen Spiegelelement reflektierten Licht zu ermöglichen. Die Steuervorrichtung und die mindestens eine Spiegelanordnung sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Oberfläche oder ein Oberflächenabschnitt des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements mit Licht von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle in bestimmten, vorzugsweise regelmäßigen Zeitintervallen abtastbar ist, um das Lichtwellenlängenkonversionselement im Bereich des bestrahlten Oberflächenabschnitts zur Lichtemission anzuregen.
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Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Laserdiode, die während ihres Betriebs blaues Licht emittiert, das mit Hilfe der mindestens einen Spiegelanordnung auf eine Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements gelenkt wird, das vorzugsweise Leuchtstoff aufweist, der blaues Licht anteilig in gelbes Licht konvertiert, um weißes Licht mit hoher Leuchtdichte zu generieren, das eine Mischung aus blauem Laserlicht und vom Leuchtstoff konvertiertem gelbem Licht ist. Mittels des um mindestens eine Achse schwenkbaren Spiegelelements der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung kann ein bestimmter Oberflächenabschnitt des Lichtwellenlängenkonversionselements mit Laserlicht abgetastet und zum Emittieren von weißem Licht angeregt werden und so eine gewünschte Lichtverteilung erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise als Lichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet, um beispielsweise Abblendlicht, Fernlicht oder andere Beleuchtungsfunktionen im Frontbereich des Kraftfahrzeugs zu erzeugen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine Spiegelanordnung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der in 1 abgebildeten Spiegelanordnung
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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In 1 ist in schematischer Darstellung eine Spiegelanordnung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet.
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Die Spiegelanordnung 1 besitzt ein erstes Justierungsteil 11, ein zweites Justierungsteil 12 und ein um eine Achse schwenkbares Spiegelelement 13 mit einer Spiegelfläche 130.
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Das erste Justierungsteil 11 dient zur Justierung der Spiegelfläche 130 des Spiegelelements 13 der Spiegelanordnung 1 in Raumrichtungen parallel zu einer Trägeroberfläche 200 für die Spiegelanordnung 1 und zur Fixierung der Spiegelanordnung 1 auf der Trägeroberfläche 200. Das erste Justierungsteil 11 besitzt einen kreisscheibenförmigen Justierungsteilabschnitt 110 und einen kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitt 111, der an eine erste, nachstehend auch als Oberseite bezeichnete Seite, des kreisscheibenförmigen Justierungsteilabschnitts 110 angeformt ist. Die Rotationssymmetrieachsen des kreisscheibenförmigen Justierungsteilabschnitts 110 und des kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 111 sind identisch. Das erste Justierungsteil 11 ist daher rotationssymmetrisch um die gemeinsame Rotationssymmetrieachse ihres kreisscheibenförmigen Justierungsteilabschnitts 110 und ihres kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 111 ausgebildet.
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Das zweite Justierungsteil 12 dient zur Justierung der Neigungswinkel der Spiegelfläche 130 des Spiegelelements 13 der Spiegelanordnung 1 gegenüber der Trägeroberfläche 200 bezüglich zweier Neigungsachsen, die senkrecht zueinander und parallel zur Trägeroberfläche 200 angeordnet sind. Außerdem dient das zweite Justierungsteil 12 zur Festlegung der Orientierung der Spiegelfläche 130 im Raum. Das zweite Justierungsteil 12 besitzt einen haubenartigen Justierungsteilabschnitt 120 und zwei stegförmige Abschnitte 121, 122, die an dem haubenartigen Justierungsteilabschnitt 120 angeformt sind. Der haubenartige Justierungsteilabschnitt 120 weist einen rotationssymmetrischen Bereich 1201 mit einem Innendurchmesser auf, dessen Wert auf den Wert des Außendurchmessers des kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 111 des ersten Justierungsteils 11 abgestimmt ist. Der vorgenannte rotationssymmetrische Bereich 1201 ist beispielsweise als Kugelschalensegment ausgebildet, wobei der Innendurchmesser des rotationssymmetrischen Bereichs 1201 an einem Ende des rotationssymmetrischen Bereichs 1201 auf den Außendurchmesser des kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 111 des ersten Justierungsteils abgestimmt ist. Die beiden stegförmige Abschnitte 121, 122 des zweiten Justierungsteils 12 erstrecken sich jeweils parallel zur Rotationssymmetrieachse des rotationssymmetrischen Bereichs 1201 des haubenartigen Justierungsteilabschnitts 120 des zweiten Justierungsteils 12. An den beiden stegförmigen Abschnitten 121, 122 ist das Spiegelelement 13 mittels Laserschweißen durch mehrere Schweißpunkte 125 befestigt. Die stegförmigen Abschnitte 121, 122 erlauben eine Justierung des Abstands des Spiegelelements 13 zur Trägeroberfläche 200.
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Der rotationssymmetrische Bereich 1201 des haubenartigen Justierungsteilabschnitts 120 des zweiten Justierungsteils 12 ist mittels Laserschweißen durch mindestens drei Laserschweißpunkte 124, die entlang des Außenumfangs des rotationssymmetrischen Bereichs 1201 verteilt sind, mit dem kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitt 111 des ersten Justierungsteils 11 verbunden. Die Laserschweißpunkte 124 werden nach Abschluss der Justierung des zweiten Justierungsteils 12 ausgeführt.
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Vorzugsweise werden das erste Justierungsteil 11 und das zweite Justierungsteil 12 nach der Justierung mittels einer ringförmig umlaufenden Schweißnaht 126 miteinander verbunden, um eine gute thermische Kopplung zu erzielen. Aus demselben Grund werden das erste Justierungsteil 11 und die Trägeroberfläche 200 nach der Justierung des ersten Justierungsteils 11 durch drei Laserschweißpunkte 123 und zusätzlich durch eine ringförmig umlaufende Schweißnaht 127 miteinander verbunden.
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Das erste Justierungsteil 11 und das zweite Justierungsteil 12 bestehen aus Aluminium. Alternativ können diese Teile aber auch aus anderen Materialien mit ähnlich guter Wärmeleitfähigkeit bestehen.
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Das Spiegelelement 13 ist als elektromechanisch steuerbarer Mikrospiegel, insbesondere als sogenannter MEMS-Spiegel ausgebildet. Das Spiegelelement 13 besitzt eine ebene Spiegelfläche 130, die in einem Winkelbereich von ±6 Grad um eine Ruhelage um eine Achse 132 schwenkbar ist, und eine Steuervorrichtung 131 zur Steuerung der Schwenkbewegung der Spiegelfläche 130. Die Schwenkachse 132 verläuft parallel zur Rotationssymmetrieachse des rotationssymmetrischen Bereichs 1201 des haubenartigen Justierungsteilabschnitts 120 des zweiten Justierungsteils 12 und in der Spiegelfläche 130 oder parallel zur Spiegelfläche 130. Sie ist senkrecht zur Trägeroberfläche 200 ausgerichtet. Die Steuervorrichtung 131 umfasst einen Elektromagneten zur elektrischen Steuerung der Schwenkbewegung. In 1 ist das Spiegelelement 13 nur schematisch dargestellt. Details des Schwenkmechanismus und der Steuervorrichtung des Spiegelelements 13 sind nicht abgebildet.
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Zur Justierung der Spiegelanordnung 1 wird das erste Justierungsteil 11 am gewünschten Ort auf einer Trägeroberfläche 200 platziert und der kreisscheibenförmigen Justierungsteilabschnitt 110 wird mittels dreier Laserschweißpunkte 123 auf der Trägeroberfläche 200 an diesem Ort fixiert. Anschließend wird mit Hilfe eines Greifwerkzeugs das zweite Justierungsteil 12, an dem zuvor das Spiegelelement 13 mittels Laserschweißen befestigt wurde, auf das erste Justierungsteil 11 aufgesetzt, so dass sich der rotationssymmetrische Bereich 1201 des haubenartigen Justierungsteilabschnitts 120 des zweiten Justierungsteils 12 im Kontakt mit dem kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitt 111 des ersten Justierungsteils 11 befindet. Mit Hilfe des Greifwerkzeugs wird das zweite Justierungsteil 12 um die Zylinderachse des kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 111 gedreht bis sich das Spiegelelement 13 am gewünschten Ort befindet und die Spiegelfläche 130 die gewünschte Orientierung aufweist. Zusätzlich wird mit Hilfe des Greifwerkzeugs die Neigung der Spiegelfläche 130 bezüglich zweier Achsen, die senkrecht zueinander und parallel zur Trägeroberfläche 200 verlaufen, eingestellt und anschließend wird das zweite Justierungsteil 12 auf dem ersten Justierungsteil 11 mittels dreier Laserschweißpunkte 124 in der justierten Stellung fixiert. Zur Justierung wird ein zur Trägerfläche 200 paralleler Lichtstrahl auf die Spiegelfläche 130 gelenkt und die Orientierung der Spiegelfläche 130 mit Hilfe des Greifwerkzeugs verändert bis der Lichtstrahl an der Spiegelfläche 130 in sich selbst zurück reflektiert wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2 ist schematisch in 2 abgebildet. Diese Beleuchtungseinrichtung 2 dient als Lichtquelle in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen von Abblendlicht oder Fernlicht oder weiterer Beleuchtungsfunktionen.
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Die Beleuchtungseinrichtung 2 besitzt ein quaderförmiges Gehäuse 20, eine Laserdiodenanordnung 3, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 4, zwei Umlenkspiegel 5, 6 und eine Spiegelanordnung 1 wie sie vorstehend beschrieben und in 1 gezeigt ist. Die Spiegelanordnung 1 in 2 unterscheidet sich von der Spiegelanordnung in 1 nur dadurch, dass die Spiegelanordnung in 2 statt der beiden stegförmigen Abschnitte 121, 122 nur einen mittig auf dem haubenartigen Justierungsteilabschnitt des zweiten Justierungsteils 12 angeordneten stegförmigen Abschnitt zur Fixierung des Spiegelelements 13 besitzt.
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Das Gehäuse 20 der Beleuchtungseinrichtung 2 besteht aus Metall, vorzugsweise Aluminium, und besitzt einen Boden 200 und vier Seitenwände 201, 202, 203 und 204 sowie einen Deckel, der in 2 nicht gezeigt ist. Das Gehäuse 20 dient als gemeinsamer Träger für die Spiegelanordnung 1 und das Lichtwellenlängenkonversionselement 4.
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Die Laserdiodenanordnung 3 ist an einer ersten Seitenwand 201 im Innenraum des Gehäuses 20 angeordnet und umfasst fünf gleichartige Laserdioden, die während ihres Betriebs blaues Licht emittieren. Außerdem weist die Laserdiodenanordnung eine Optik zur Kollimation und Umlenkung des Laserlichts auf. Die Laserdiodenanordnung 3 ist derart ausgebildet, dass während ihres Betriebs fünf Laserlichtbündel 30 parallel zur ersten Seitenwand 201 und parallel zum Boden 200 und des Gehäuses 20 in unterschiedlicher Höhe über dem Boden 200 emittiert werden.
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Das Lichtwellenlängenkonversionselement 4 ist in einem rechteckigen Fenster 7 an einer der ersten Seitenwand 201 gegenüberliegenden dritten Seitenwand 203 des Gehäuses 20 angeordnet. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 4 besteht aus einem lichtdurchlässigen Saphirplättchen, das mit Leuchtstoff beschichtet ist. Als Leuchtstoff dient mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce), der blaues Licht in gelbes Licht konvertiert.
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Die Spiegelanordnung 1 ist mittig im Innenraum auf dem Boden 200 des Gehäuses 20 angeordnet. Der Boden 200 bildet eine Trägeroberfläche 200 für die Spiegelanordnung 1. Die Spiegelanordnung 1 ist, abgesehen vom oben beschriebenen Unterschied, identisch zur in 1 abgebildeten Spiegelanordnung 1. Daher werden in den 1 und 2 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. Insbesondere ist die Spiegelfläche 130 um die senkrecht zum Boden 200 angeordnete Schwenkachse 132 in einem Winkelbereich von ±6 Grad um eine Ruhelage schwenkbar.
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Ein erster Umlenkspiegel 5 ist in der Ecke zwischen der ersten 201 und zweiten Seitenwand 202 angebracht, so dass die von der Laserdiodenanordnung 3 emittierten Laserlichtbündel mittels des ersten Umlenkspiegels 5 um einen Winkel von 90 Grad umgelenkt werden und parallel zur zweiten Seitenwand 202 und zum Boden 200 verlaufen.
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Ein zweiter Umlenkspiegel 6 ist in der Ecke zwischen der zweiten 202 und dritten Seitenwand 203 des Gehäuses angebracht. Der zweite Umlenkspiegel 6 ist derart ausgerichtet, dass die parallel zur zweiten Seitenwand 202 verlaufenden, fünf Laserlichtbündel 30 auf die Spiegelfläche 130 des Spiegelelements 13 der Spiegelanordnung 1 gelenkt werden.
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Die Laserdiodenanordnung 3 und die Umlenkspiegel 5, 6 sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass die von der Laserdiodenanordnung 3 emittierten fünf Laserlichtbündel 30 mit unterschiedlichem Abstand zum Boden 200 im Bereich der Schwenkachse 132 auf die Spiegelfläche 130 auftreffen, und zwar derart, dass die fünf Laserlichtbündeln 30 die Spiegelfläche 130 in ihrer gesamten Höhe ausleuchten und beim Auftreffen auf der Spiegelfläche 130 Lichtflecken bilden, die auf der Spiegelfläche 130 im Wesentlichen entlang der Schwenkachse 132 aufgereiht sind, wobei sich vorzugsweise benachbarte Lichtflecken überlappen.
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Die Spiegelfläche 130 vollführt während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 2 eine periodische Schwenkbewegung um ihre Schwenkachse 132 und nutzt dabei den gesamten Winkelbereich von ±6 Grad aus. Durch diese periodische Schwenkbewegung werden die fünf Laserlichtbündel 30 mittels der Spiegelanordnung 1 jeweils zeilenweise über die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 geführt. Die Laserlichtbündel 30 werden somit aufgrund ihres unterschiedlichem Abstands zum Boden 200 in fünf unterschiedlichen Zeilen über die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 geführt, so dass vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 von den Laserlichtlichtbündeln 30 abgetastet und der Leuchtstoff des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 angeregt wird. Die periodische Schwenkbewegung der Spiegelfläche 130 und das dadurch verursachte zeilenweise Abtasten der Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 erfolgen mit so hoher Frequenz, beispielsweise mit einer Frequenz von 200 Hz, dass sie für das menschliche Auge nicht auflösbar ist und das menschliche Auge daher eine gleichmäßig mit Laserlicht beleuchtete Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 wahrnimmt. In 2 ist der Winkelbereich, der von den fünf Laserlichtbündeln 30 überstrichen wird mit Hilfe von gestrichelten Linien 31, 32 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber wurden in 2 von den fünf Laserlichtbündeln 30 im Bereich zwischen dem zweiten Umlenkspiegel 6 und der Spiegelfläche 130 sowie im Bereich zwischen der Spiegelfläche 130 und dem Lichtwellenlängenkonversionselement 4 nur eines schematisch dargestellt.
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Das im Fenster 7 platzierte Lichtwellenlängenkonversionselement 4 emittiert während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 2 weißes Licht, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem Laserlicht und in gelbes Licht konvertiertem Laserlicht ist. Das Licht tritt durch das Fenster 7 aus dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 2 aus. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 4 wird in Transmission betrieben. Das heißt, ein Teil des blauen Laserlichts der fünf Laserlichtbündel 30 wird nach Reflexion an der Spiegelfläche 130 von dem Lichtwellenlängenkonversionselement 4 ohne Wellenlängenkonversion durchgelassen, während ein anderer Teil vom Leuchtstoff des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 in gelbes Licht konvertiert wird, das von der außen liegenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 emittiert wird.
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Insgesamt kann daher das im Fenster 7 angeordnete Lichtwellenlängenkonversionselement 4 bzw. seine außen liegende Oberfläche als Lichtquelle angesehen werden, die weißes Licht mit hoher Leuchtdichte emittiert. Die Spiegelfläche 130 und die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 haben eine Größe von nur wenigen Quadratmillimetern, beispielsweise 2 mm2 bis 100 mm2, so dass die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 als Lichtquelle für die Abbildung in einer nachgeordneten Kraftfahrzeugscheinwerferoptik (nicht abgebildet) dienen kann. Je nach Applikation können die Spiegelfläche 130 oder die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 auch deutlich größere Abmessungen besitzen.
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Zur Justierung der optischen Komponenten der Beleuchtungseinrichtung 2 wird das erste Justierungsteil 11 der Spiegelanordnung 1 zentral im Innenraum des Gehäuses 20 auf dem Boden 200 platziert und am gewünschten Ort mittels dreier Laserschweißpunkte 123 am Boden 200, der als Trägeroberfläche dient, fixiert. Anschließend wird das zweite Justierungsteil 12 mit dem daran befestigten Spiegelelement 13 mit Hilfe eines Greifwerkzeugs (nicht abgebildet) auf das erste Justierungsteil 11 aufgesetzt, so dass sich der zylindrische Justierungsteilabschnitt 110 des Justierungsteils 11 und um der rotationssymmetrische Bereich 1201 des haubenartigen Justierungsteilabschnitts 120 des zweiten Justierungsteils berühren, und um die Zylinderachse des kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 110 gedreht bis die Spiegelfläche 130 des Spiegelelements 13 dem Fenster 7 in der dritten Seitenwand 203 des Gehäuses 20 zugewandt ist.
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Mit Hilfe einer zusätzlichen Laserlichtquelle, die nur während der Justierung der Spiegelanordnung 1 verwendet wird, wird ein Laserlichtstrahl generiert, der von außen mittig durch das noch offene Fenster 7 in den Innenraum des Gehäuses 20 auf die Mitte der Spiegelfläche 130 gerichtet ist. Dieser Laserlichtstrahl verläuft parallel zum Boden 200 des Gehäuses 20. Mit Hilfe des Greifwerkzeugs (nicht abgebildet) wird das zweite Justierungsteil 12 derart um die Zylinderachse des kreiszylindrischen Justierungsteilabschnitts 111 gedreht und seine Neigung gegenüber dem Boden 200 derart verändert, dass der von der zusätzlichen Laserlichtquelle generierte Laserlichtstrahl an der Spiegelfläche 130 in sich selbst zurückreflektiert wird. Während eines nachfolgenden Justierungsschritts wird der Winkel, den die Spiegelfläche 130 des Spiegelelements 13 in seiner Ruhelage mit dem zweiten Umlenkspiegels 6 bildet derart eingestellt, dass die am zweiten Umlenkspiegel 6 reflektierten Laserlichtbündel 30 entlang einer senkrecht zum Boden 200 verlaufenden Mittelachse des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 auftreffen. Anschließend wird das zweite Justierungsteil 12 in dieser Lage und Ausrichtung am ersten Justierungsteil 11 durch drei Laserschweißpunkte 124 fixiert. Um eine bessere thermische Kopplung zu gewährleisten, ist das erste Justierungsteil 11 zusätzlich jeweils durch eine ringförmig umlaufende Schweißnaht 126 bzw. 127 mit dem zweiten Justierungsteil 12 und dem Boden 200 verbunden. Dadurch wird eine gute Wärmeableitung vom Spiegelelement 13 zum Boden 200 des Gehäuses 20 ermöglicht.
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Nach der Justierung und Montage der Spiegelanordnung 1 wird die optische Achse der Laserdiodenanordnung 3 mit Hilfe der Umlenkspiegel 5, 6 gegenüber der Spiegelfläche 130 der Spiegelanordnung 1 justiert und in der justierten Ausrichtung fixiert. Nach Abschluss der Justierung wird das Lichtwellenlängenkonversionselement 4 im Fenster 7 der Beleuchtungseinrichtung 2 montiert.
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An der Außenseite der zweiten 202 und vierten Seitenwand 204 des Gehäuses 20 der Beleuchtungseinrichtung 2 sind jeweils Schraubvorrichtungen 205, 206 angeordnet, die eine Befestigung der Beleuchtungseinrichtung 2 im Kraftfahrzeugscheinwerfer erlauben.
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Die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung 2 verläuft senkrecht zur in Bezug auf das Gehäuse 20 außen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 und mittig durch das Lichtwellenlängenkonversionselement 4. Die in Bezug auf das Gehäuse 20 innen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 wird mittels des Spiegelelements 13 mit schwenkbarer Spiegelfläche 130 mit den Laserlichtbündeln 30 beleuchtet, die zeilenweise über die innen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 geführt werden. Die außen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 emittiert während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 2 weißes Licht, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem Laserlicht und vom Leuchtstoff in gelbes Licht konvertiertem Laserlicht ist.
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Die in Bezug auf das Gehäuse 20 außen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 dient als Lichtquelle in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer, in den die Beleuchtungseinrichtung 2 eingesetzt ist. Die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung 2 wird bei der Montage der Beleuchtungseinrichtung 2 in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer gegenüber der optischen Achse der Scheinwerferoptik (nicht abgebildet) ausgerichtet.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann das Spiegelelement 13 bzw. seine Spiegelfläche 130 auch um zwei Achsen schwenkbar sein, die zueinander senkrecht sind. Alternativ kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung auch zwei Spiegelanordnungen besitzen, deren Spiegelelemente jeweils um eine Achse schwenkbar sind, wobei die Schwenkachsen der beiden Spiegelelemente senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Außerdem kann die Beleuchtungseinrichtung 2 mehrere Spiegelanordnungen 1 aufweisen, um mehrere Lichtwellenlängenkonversionselemente 4 der Beleuchtungseinrichtung 2 zeilenweise oder zeilenweise und spaltenweise mit Laserlicht abzutasten. Ferner kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mehrere Spiegelanordnungen besitzen, so dass Laserlichtbündel auf Spiegelanordnungen treffen, welche die Laserlichtbündel jeweils mit unterschiedlicher bzw. eigener Abtastfrequenz über die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements führen. Anstelle von fünf Laserdioden in der Laserdiodenanordnung 3 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2 kann auch eine andere Anzahl von Laserdioden verwendet werden. Beispielsweise kann die Laserdiodenanordnung 3 auch sechs Laserdioden oder eine noch höhere Anzahl von Laserdioden aufweisen. Außerdem ist auch möglich, weniger als fünf Laserdioden in der Laserdiodenanordnung 3 zu verwenden. Die Laserdioden der Laserdiodenanordnung 3 können simultan betrieben werden, um beispielsweise eine gleichmäßige Ausleuchtung der kompletten, bezüglich des Gehäuses 20 innen liegenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 zu gewährleisten, oder auch einzeln und separat voneinander angesteuert bzw. betrieben werden, um beispielsweise einen bestimmten Oberflächenabschnitt der bezüglich des Gehäuses 20 innen liegenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 auszuleuchten und so eine gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen. Die Laserdiodenanordnung 3 ist gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung 2 derart ausgebildet, dass sich jeweils benachbarte Laserlichtflecken auf der in Bezug auf das Gehäuse 20 innen liegenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 überlappen. Alternativ kann die Laserdiodenanordnung 3 auch derart ausgebildet sein, dass sich benachbarte Laserlichtflecken auf der bezüglich des Gehäuses 20 innen liegenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 4 nicht überlappen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/141377 A1 [0002, 0003]
