DE102016207761A1

DE102016207761A1 - Optische Einrichtung und Fahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE102016207761A1
Application number: DE102016207761.9A
Authority: DE
Inventors: Ricarda Schömer; Jürgen Hager; Oliver Hering; Stephan SCHWAIGER; Norbert Haas
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09
Also published as: WO2017191031A1

Abstract

Offenbart ist eine optische Einrichtung mit zumindest einer Strahlungsquelle zur Emission einer Anregungsstrahlung für ein Konversionselement. Das Konversionselement ist der Strahlungsquelle nachgeschaltet und konvertiert zumindest teilweise die Anregungsstrahlung in eine Konversionsstrahlung. Es ist eine weitere Strahlungsquelle vorgesehen, die eine Lichtstrahlung, insbesondere eine Infrarot-Strahlung, emittiert. Das Konversionselement ist dabei derart ausgestaltet, dass die Lichtstrahlung im Wesentlichen durch dieses hindurch treten kann, ohne konvertiert zu werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einer optischen Einrichtung, die eine Laser-Activated-Remote-Phosphor(LARP)-Technologie aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer derartigen optischen Einrichtung und ein Fahrzeug.
Bei dieser LARP-Technologie wird ein von einer Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement, das Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, mit Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl (Pumpstrahl, Pumplaserstrahl) bestrahlt, insbesondere mit einem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung des Anregungsstrahls wird vom Leuchtstoff absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung (Emissionsstrahlung) umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue Anregungsstrahlung (blaues Laserlicht) in rote oder grüne oder gelbe Konversionsstrahlung (Konversionslicht, Beleuchtungslicht) konvertiert werden.
Konversionslicht und gegebenenfalls unkonvertiertes Anregungslicht bilden ein Nutzlicht. Beispielsweise im Falle der Verwendung einer blauen Laserdiode, mit einer Anregungsstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 440 bis 470 nm, und eines gelben Leuchtstoffkonverters, beispielsweise aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat, also Ce:YAG, ergibt sich mit abnehmenden Zumischungsanteil einer unkonvertierten Laserstrahlung zum Konversionslicht ein bläuliches, weiß-bläuliches, weißes, weißgelbliches oder gelbes Nutzlicht. Gelbes Konversionslicht weist üblicherweise einen spektral gesehen relativ breiten „Peak“ bei ca. 570 nm auf, der auch Grün und Rot enthält.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, die eine Infrarot(IR)-Strahlungsquelle, beispielsweise für eine Nachtsichtfunktion (sog. aktives IR) aufweisen. Hierdurch kann eine Fahrzeugumgebung durch zurückreflektierte IR-Strahlung durch geeignete Sensoren, wie beispielsweise Wärmebild-Kameras, detektiert werden. Denkbar ist auch, dass das Fahrzeug über die Sensoren IR-Strahlung von externen Signalgebern zur Detektion der Fahrzeugumgebung erfasst. Durch die zusätzliche IR-Strahlungsquelle ist es notwendig, neben den Hauptlichtquellen des Fahrzeugs oder neben den Fahrzeugscheinwerfern einen zusätzlichen optischen Strahlengang für die IR-Strahlung vorzusehen. Dies führt nachteilig zu zusätzlich benötigtem Bauraum und zum Einsatz zusätzlicher optischer Einrichtungen. Dies führt insbesondere in der Fahrzeugherstellung und der Fahrzeugentwicklung zu Kosten. Die IR-Strahlungsquellen sind beispielsweise bei einem Fahrzeug auf dessen Armaturenbrett oder im Stoßstangenbereich separat angeordnet. Die IR-Strahlung wird dann üblicherweise in einem breiten Raumwinkelberiech in einen in Vorwärtsfahrt liegenden Halbraum abgestrahlt. Außerdem stimmt die Lichtführung einer separat angeordneten IR-Lichtquelle nicht mit der von den Schweinwerfern abgebenden Lichtverteilung überein.
Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Einrichtung zu schaffen, bei der auf vorrichtungstechnisch einfache Weise zwei unterschiedliche Strahlungsquellen kombinierbar sind. Außerdem soll ein Fahrzeugscheinwerfer mit einer derartigen optischen Einrichtung und ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugscheinwerfer geschaffen werden.
Die Aufgabe hinsichtlich der optischen Einrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Fahrzeugscheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 und hinsichtlich des Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine optische Einrichtung mit zumindest einer Strahlungsquelle zur Emission einer Anregungsstrahlung vorgesehen. Die Strahlungsquelle mit ihrer Anregungsstrahlung strahlt auf ein der Strahlungsquelle nachgeschaltetes Konversionselement. Über das Konversionselement ist die Anregungsstrahlung zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung umwandelbar. Vorzugsweise ist zumindest eine weitere, sich insbesondere von der zumindest einen ersten Strahlungsquelle unterscheidende, Strahlungsquelle vorgesehen. Die weitere Strahlungsquelle emittiert eine Lichtstrahlung, die vorteilhafterweise zumindest teilweise durch das Konversionselement strahlt.
Das Konversionselement ist dabei vorteilhafterweise zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig oder vollständig transmissiv oder durchlässig für die Lichtstrahlung ausgebildet. Somit ist das Konversionselement für die Lichtstrahlung optisch durchlässig und/oder nicht absorbierend ausgebildet, wobei denkbar ist, dass eine Streuung der Lichtstrahlung auftreten kann. Die Strahlung dieser weiteren Strahlungsquelle kann im Ultravioletten, im Sichtbaren und im Infraroten liegen.
Bevorzugt wird das Leuchtstoffelement in Transmission betrieben. Es sind also die Einstrahlfläche, hier zur Einkopplung des Anregungslichts einer Anregungslichtquelle (Laserdiode) sowie für das Infrarot-Licht einer weiteren Lichtquelle, und die Abstrahlfläche, hier also für die Auskopplung des Konversionslichts und für unkonvertiertes Anregungslicht und für die transmittierte Infrarot-Strahlung, einander gegenüberliegend. Grundsätzlich ist aber auch ein Betrieb in Reflexion möglich, bei dem die Einstrahl- und Abstrahlfläche zusammenfallen.
Bei der Verwendung eines reflektiven Konversionselementes ist darauf zu achten, dass sich im Konversionselement auf der von den Strahlungsquellen abgewandten Seite eine breitbandige Reflektionsschicht befindet, die sowohl die Strahlung der Anregungsquelle als auch die konvertierte Strahlung und das Licht der zusätzlichen (IR-)Strahlungsquelle in die darauffolgende Optik reflektiert.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Anregungsstrahlung und die Lichtstrahlung einen gemeinsamen Strahlengang durch das Konversionselement aufweisen, wodurch die optische Einrichtung vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltbar ist. So kann die Strahlungsquelle mit der Anregungsstrahlung beispielsweise für eine Beleuchtungsfunktion oder eine Signallichtfunktion eingesetzt sein, und die weitere Strahlungsquelle mit der Lichtstrahlung beispielsweise für eine Nachtsichtfunktion. Die optische Einrichtung benötigt hierfür vorteilhafterweise keine separierten optischen Strahlengänge. Außerdem kann die Lichtführung der separat angeordneten weitere Strahlungsquelle auf einfache Weise mit der Lichtverteilung der Strahlungsquelle der Anregungsstrahlung übereinstimmen.
Dem Konversionselement ist vorzugsweise ein optisches Element für ein aus dem Konversionselement austretendes Nutzlicht und für die Lichtstrahlung nachgeschaltet, wobei das Nutzlicht insbesondere die Konversionsstrahlung und möglicherweise nicht konvertierte Anregungsstrahlung aufweist. Somit können kostengünstig das Nutzlicht und die Lichtstrahlung von derselben Optik oder demselben optischen Element verarbeitet werden. Bei dem optischen Element handelt es sich beispielsweise um einen Reflektor.
Als Strahlungsquelle für die Anregungsstrahlung ist vorzugsweise ein Laser oder eine, insbesondere blaue, Laserdiode vorgesehen, der oder die die Anregungsstrahlung in Form von, insbesondere blauem, Laserlicht emittiert. Alternativ oder zusätzlich emittiert die Strahlungsquelle eine vergleichsweise kurzwellig Anregungsstrahlung.
Bei der weiteren Strahlungsquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Infrarot(IR)-Strahlungsquelle, insbesondere um einen IR-Laser oder um eine IR-Laserdiode. Die IR-Strahlungsquelle emittiert dann Lichtstrahlung in Form von Infrarotstrahlung. Somit kann die optische Einrichtung einen teilweise transmissiven Konverter aufweisen, der beispielsweise gelbe Konversionsstrahlung emittiert und transparent für IR-Strahlung ist, wobei dann zusätzlich zur kurzwelligen, insbesondere blauen, Strahlung, bei der es sich bevorzugt um Laser-Strahlung handelt, auch die IR-Strahlung durch den Konverter tritt und von derselben Optik verarbeitet werden kann.
Bei dem Konversionselement der LARP-Technologie handelt es sich vorzugsweise, insbesondere wegen der hohen thermischen Belastung, um einen Keramik-Konverter, insbesondere um einen YAG:Cer:Gd Keramik-Konverter oder um einen Yag:Ce Keramik-Konverter. Dieser kann bei Bedarf mit einem weiteren Material kombiniert werden, um unterschiedliche Konversionsstrahlung zu emittieren, womit das Konversionselement mit einem „second face“ Material kombinierbar ist. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Keramik-Konverter im Infrarotbereich in einem Wellenlängenbereich von etwa 780nm bis zu einigen μm im Wesentlichen optisch durchlässig ist. Deshalb kann vorteilhafterweise, üblicherweise mit einem gewissen Absorptionsverlust, IR-Strahlung durch den Keramik-Konverter durchstrahlen. Somit kann beispielsweise weißes Nutzlicht für die Beleuchtungs- und Signallichtfunktion und IR-Strahlung für eine Infrarot-Beleuchtungsfunktion mit demselben Konversionselement, insbesondere an dessen Ortslage, zur Verfügung gestellt werden.
Denkbar ist auch, dass die Strahlungsquelle Anregungsstrahlung in Form von ultraviolettem(UV)-Licht emittiert.
Blaues Licht könnte hierbei dann zusätzlich erzeugt werden, beispielsweise von einer weiteren Strahlungsquelle.
Das Nutzlicht weist vorzugsweise eine an einen vorgesehenen Einsatzzweck angepasste Farbe auf. Somit sind grundsätzlich auch andere Farbstoffe oder Konversionselemente denkbar, so dass beispielsweise auch rotes und/oder grünes und/oder blaues Konversionslicht erzeugt werden kann. Somit muss nicht zwangsweise weißes Nutzlicht vorhanden sein. Wird die optische Einrichtung beispielsweise für einen Fahrzeugblinker eingesetzt, so könnte das Nutzlicht gelb sein, bei Einsatz in einer Fahrzeugrückleuchte könnte das Nutzlicht rot sein und bei sog. Sonderrechten oder Sonderfunktionen könnte es blau sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die weitere Strahlungsquelle für die Lichtstrahlung unabhängig von der Strahlungsquelle für die Konversionsstrahlung steuerbar sein. Beispielsweise weist die weitere Strahlungsquelle eine von der Strahlungsquelle für die Konversionsstrahlung abweichende Modulationsfrequenz und/oder unterschiedliche Ein/Aus-Zyklen auf. Mit anderen Worten kann die IR-Strahlung durch die separate Erzeugung eine andere Modulationsfrequenz oder On/Off-Zyklen als das weiße Nutzlicht aufweisen.
Vorzugsweise ist ein Sensor oder eine Wärmebildkamera vorgesehen, mit dem oder mit der die Lichtstrahlung, insbesondere die Lichtstrahlung, die an einem oder mehreren Objekten reflektiert ist, erfassbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Reflektor oder ein Umlenkreflektor vorgesehen, der die Anregungsstrahlung zusammen mit der Lichtstrahlung zu dem Konversionselement lenkt. Mit anderen Worten kann die IR-Strahlung zusammen mit der blauen Laserstrahlung über einen Umlenkreflektor auf das Phosphor-Element gerichtet werden und durch dieses hindurch treten. Im Anschluss kann dann die IR-Strahlung, wie auch das Nutzlicht, von einer nachfolgenden Optik, beispielsweise einem Scheinwerfer-Reflektor, auf die Straße geworfen werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle zur Detektion von Eigenschaften des Konversionselements und/oder zur Emission in ein Fernfeld eingesetzt. Mit dem ersten Einsatzzweck kann insbesondere eine Defektfreiheit des Konversionselements überwacht werden. Üblicherweise sind Konversionselemente nicht vollständig transparent. Eine Änderung im Absorptions- oder Transmissionsverhalten, wie beispielsweise eine Erhöhung der Lichtstrahlung oder der IR-Strahlung, die aus dem Konversionselement austritt, in einem gewissen Winkelbereich, kann auf eine Änderung des Konversionselements, wie beispielsweise einen Riss oder ein Loch oder einen Defekt, zurückzuführen sein. In weiterer Ausgestaltung kann ein optisches Element, insbesondere ein dichroitisches Bauteil, vorgesehen sein, mit dem die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle nach dem Konversionselement lenkbar ist. Insbesondere ist die Lichtstrahlung hierbei aus dem Strahlengang der Konversionsstrahlung und der ggf. nicht konvertierten Anregungsstrahlung lenkbar. Somit kann die IR-Strahlung aus dem Strahlengang des sichtbaren Lichts heraus gelenkt werden. Somit kann auch einfache Weise die Lichtstrahlung zur Überwachung des Konversionselements abgezweigt werden.
Vorzugsweise sind die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle und die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle gemeinsam in einem Strahlengang zum Konversionselement geführt. Hierdurch können die Strahlungsquellen gemeinsam, beispielsweise benachbart, angeordnet werden.
Es ist denkbar, dass die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle in den Strahlengang der Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle über ein optisches Element, insbesondere seitlich, eingekoppelt ist. Hierdurch können die Strahlungsquellen flexibel zueinander angeordnet werden. Es ist natürlich auch denkbar, umgekehrt eine Einkopplung der Anregungsstrahlung in den Strahlengang der Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle vorzusehen. Zum Einkoppeln ist vorzugsweise ein dichroitisches Bauteil, insbesondere ein dichroitischer Spiegel, vorgesehen. Dieser kann beispielsweise für die Anregungsstrahlung transmissiv und für die Lichtstrahlung reflektierend sein. Das optische Element ist somit vorzugsweise im Strahlengang der Anregungsstrahlung angeordnet.
Vorzugsweise ist im gemeinsamen Strahlengang oder im Strahlengang nach der Einkopplung der Lichtstrahlung ein Digital Micromirror Device (DMD) oder eine digitale Mikrospiegeleinheit angeordnet, die beispielsweise Teil eines Digital Light Processing (DLP) ist. Auch eine Umlenkung durch einen dynamisch schwingenden MEMS-Spiegel ist möglich. Hierdurch kann somit auf vorrichtungstechnisch einfache Weise sowohl die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle als auch die Anregungsstrahlung relativ zum Konversionselement gelenkt werden, bzw. das Konversionselement abgescannt werden.
Vorzugsweise ist das Konversionselement auf einem für die Lichtstrahlung transmissiven Substrat, insbesondere einem Saphir-Substrat angeordnet. Des Weiteren kann das Substrat und/oder das Konversionselement eine einkoppelseitige dichroitische Beschichtung oder eine Antireflex-Beschichtung aufweisen, die durchlässig für die Lichtstrahlung und die Anregungsstrahlung, und reflektiv für Konversionsstrahlung ist.
Vorzugsweise ist ein DMD im Nachgang des Konversionselements angeordnet. Hierdurch kann somit auf vorrichtungstechnisch einfache Weise das Nutzlicht und die Lichtstrahlung über das DMD gesteuert werden. Beispielsweise wird das Nutzlicht und die Lichtstrahlung über das DMD moduliert. Somit kann beispielsweise sichtbares Licht und IR-Licht auf vorrichtungstechnisch einfache Weise moduliert werden. Vorzugsweise ist ein optisches Element, insbesondere ein primäres optisches Element, im Nachgang zum Konversionselement und vor dem DMD vorgesehen. Somit können die Lichtstrahlung und das Nutzlicht über das optische Element oder die Optik auf das DMD gerichtet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein optisches Element, insbesondere ein sekundäres optisches Element, im Nachgang zum DMD angeordnet sein, wodurch auf einfache Weise die Lichtstrahlung und das Nutzlicht durch das optische Element gemeinsam weiter verarbeitet werden können. Mit den primären und sekundären optischen Elementen und dem DMD erfolgt eine gleiche optische Bearbeitung der Lichtstrahlung, wie beispielsweise der IR-Strahlung, und des Nutzlichts, insbesondere des weißen Nutzlichts, da die Lichtstrahlung und das Nutzlicht einen gleichen optischen Pfad haben. Aus diesem Grund steht die Lichtstrahlung bei einem Einsatz der optischen Einrichtung in einem Fahrzeugscheinwerfer beispielsweise sowohl im Abblendlicht als auch im Fernlicht oder in einer blendfreien Fernlichtfunktion (Glare free High Beam), siehe beispielsweise ECE-R 123 ADB (für adaptive Frontbeleuchtungssystem), zur Verfügung und kann für eine Objekterkennung, insbesondere für eine IR-Objekterkennung, verwendet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Lichtstrahlung oder die IR-Strahlung zusätzlich pulsweitenmoduliert (PWM) sein (MHz, GHz). Hierdurch kann bei einer Detektion durch geeignete Sensoren oder Wärmebildkameras durch eine PWM-Korrelation ein Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber anderen Störquellen oder IR-Störquellen verbessert werden. Vorzugsweise ist eine Frequenz der PWM einstellbar, insbesondere veränderbar einstellbar. Somit können unterschiedliche Fahrzeuge, die eine optische Einrichtung aufweisen, eine unterschiedlich modulierte Lichtstrahlung haben. Die Einstellung der Frequenz er folgt beispielsweise stochastisch. Des Weiteren erfolgt die Einstellung der PWM-Frequenz vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 100kHz oder einigen 100kHz bis in den MHz- oder GHz-Bereich.
Vorzugsweise ist die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle polarisiert. Somit kann die Lichtstrahlung oder die IR-Strahlung polarisiert abgestrahlt und mit einem dafür eingerichteten Sensor detektiert werden. Die Polarisation kann auch im Strahlengang nach der Strahlungsquelle erfolgen.
Das DMD, das dem Konversionselement vor- oder nachgeschaltet ist, ist beispielsweise nicht vollflächig von dem Nutzlicht und/oder der Lichtstrahlung und/oder der Konversionsstrahlung bestrahlt. Denkbar ist, dass nur ein Teilbereich oder mehrere Teilbereiche des DMD, insbesondere von der Lichtstrahlung, bestrahlt ist/sind. Des Weiteren ist denkbar, dass nur ein Teilbereich oder mehrere Teilbereiche des DMD, insbesondere von der Lichtstrahlung, bestrahlt wird/werden, die nicht vom Nutzlicht oder vom Konversionslicht bestrahlt sind. Somit werden nur Teilbereiche, insbesondere von der Lichtstrahlung, bestrahlt, die für reguläre optische Funktionen, insbesondere des sichtbaren Lichts, nicht genutzt werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Eckbereiche und/oder Randbereiche und/oder Randzeilen und/oder Randspalten des DMD. Vorzugsweise kann ein Teil der Lichtstrahlung oder die gesamte Lichtstrahlung der weiteren Lichtquelle vom Strahlungspfad des Nutzlichts abgetrennt und beispielsweise für andere Beleuchtungsfunktionen und/oder zur Detektion, wie vorstehend bereits erläutert, des Konverterzustands verwendet werden. Die Abtrennung der Lichtstrahlung erfolgt hierbei vorzugsweise nach dem DMD (Digital Mirror Device) oder einer DLP(Digital Light Processing)-Projektionsoptik. Mit anderen Worten kann ein Teil der IR-Strahlung nach dem DMD oder der DLP-Projektionsoptik vom regulären Lichtpfad abgetrennt werden.
Vorzugsweise ist ein Teil oder sind mehrere Teile des Konversionselements derart abgeschattet, dass ein entsprechendes Teil oder entsprechende Teile des nachgeschalteten DMDs oder DLPs, wie beispielsweise die Ecken, nicht vom Nutzlicht, sondern nur von der Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle beleuchtet sind.
Im Nachgang zum Konversionselement sind vorzugsweise zumindest zwei, insbesondere sekundäre, optische Elemente vorgesehen. Hierbei kann ein Element für die Lichtstrahlung und ein Element für das Nutzlicht eingesetzt sein. Eines der optischen Elemente oder beide optische Elemente sind hierbei beispielsweise ein dichroitisches Bauteil, wie beispielsweise ein dichroitischer Spiegel. Mit anderen Worten kann eine Auskoppeloptik doppelt angelegt sein, einmal mit einem dichroitischen Bauteil für die IR-Strahlung und einmal mit einem dichroitischen Bauteil für das Nutzlicht oder Licht im sichtbaren Spektralbereich, so dass unterschiedliche Lichtverteilungen für zwei Funktionen, wie beispielsweise Beleuchtung oder sichtbares Licht und Night Vision oder Abstandserkennung ermöglicht sind. Hierdurch sind trotz zwei verschiedener Sekundäroptiken völlig unterschiedliche Funktionen mit einer einzigen Primäroptik und/oder Lichtquelle und/oder DMD nutzbar. Die dichroitischen Bauteile sind beispielsweise als Beschichtung ausgebildet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das optische Element, insbesondere das dem Konversionselement nachgeschaltete, für die Lichtstrahlung und für das Nutzlicht ausgelegt oder angepasst sein. Die Anpassung erfolgt hier beispielsweise über den Brechungsindex. Insbesondere erfolgt die Anpassung vorzugsweise derart, dass die Lichtstrahlung im Vergleich zum Nutzlicht einen größeren Ausleuchtbereich aufweist, wobei die Auflösung der Lichtstrahlung dann entsprechend geringer sein kann. Hierdurch ist ein gezieltes Defokussieren der Lichtstrahlung ermöglicht.
Mit Vorteil erfolgt eine Abstrahlung oder eine Einspeisung der Anregungsstrahlung und der Lichtstrahlung sequenziell. Die sequenzielle Abstrahlung kann beispielsweise mit einem bestimmten Taktverhältnis vorgegeben sein, wobei das Taktverhältnis 1:10 oder 1:100 oder 1:1000 beträgt.
Die Abstrahlung der Lichtstrahlung oder der IR-Strahlung ausgangsseitig des optischen Bauelements ist hierbei vorzugsweise derart, dass ein Gitternetz oder ein IR-Gitternetz oder Gitter-/Referenzpunkte oder Gitter-Referenzlinien in eine Umgebung, beispielsweise auf eine Straße, projizierbar sind. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Abstands- und/oder Winkel- und/oder Ortserkennung angestrahlter Objekte ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeugscheinwerfer oder eine Fahrzeugleuchte vorgesehen, die eine optische Einrichtung gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte aufweist. Ein derartiger Fahrzeugscheinwerfer kann kompakt und bauraumsparend ausgestaltet werden und zugleich neben einer Beleuchtungs-/ oder Signallichtfunktion eine Funktion aufweisen, bei der die Lichtstrahlung eingesetzt wird.
Weiter vorzugsweise ist ein Fahrzeug mit zumindest zwei Fahrzeugscheinwerfern gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Die Lichtstrahlung einer jeweiligen weiteren Strahlungsquelle der zumindest zwei Fahrzeugscheinwerfer kann hierbei eine eigene PWM-Frequenz aufweisen. Hierbei unterscheiden sich somit die Frequenzen und können somit messtechnisch differenziert werden. Die Fahrzeugscheinwerfer sind somit voneinander unterscheidbar.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 in einem Längsschnitt eine optische Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
2 in einem Achsendiagramm eine Höhe einer Transmission eines Konversionselements in Abhängigkeit von einer Wellenlänge einer das Konversionselement durchstrahlenden Strahlung
3 in einer Seitenansicht eine optische Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
4 in einem Achsendiagramm eine Höhe einer Transmission durch ein Saphir-Bauteil in Abhängigkeit von einer Wellenlänge einer das Bauteil durchstrahlenden Strahlung
5 in einer perspektivischen Darstellung eine optische Einrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
Gemäß 1 ist eine optische Einrichtung 1 dargestellt mit einer Strahlungsquelle 2 zur Emission einer Anregungsstrahlung, bei der es sich beispielsweise um eine Laserdiode handelt. Neben der Strahlungsquelle 2 ist eine weitere Strahlungsquelle 4 vorgesehen, bei der es sich um einen Infrarotlaser handelt. Die Strahlungsquelle 2 emittiert eine Anregungsstrahlung in Form einer blauen Laserstrahlung und die Strahlungsquelle 4 eine Lichtstrahlung in Form einer IR-Strahlung, die in einem gemeinsamen Strahlengang 6, z.B. einen Integratorstab, emittiert sind. Die IR-Strahlung und die Anregungsstrahlung sind über einen Reflektor 8 auf ein Konversionselement 10 gelenkt. Dieses ist auf einem Substrat 12 befestigt, das transparent ausgestaltet ist. Im Nachgang zum Konversionselement 10 sind optische Elemente 14 vorgesehen. Das Konversionselement 10 konvertiert die blaue Laserstrahlung teilweise in gelbes sichtbares Licht, das zusammen mit nicht konvertiertem Laserlicht ein weißes Nutzlicht ergibt. Des Weiteren ist das Konversionselement 10 hinsichtlich der IR-Strahlung transmissiv, womit aus dem Konversionselement 10 somit die IR-Strahlung und das Nutzlicht hin zu den optischen Elementen 14 emittiert werden. Das optische Element 14 kann eine Auskoppeloptik sein, welcher ein weiterer Reflektor (nicht dargestellt) nachgeordnet ist, der dann sowohl das Nutzlicht als auch die Lichtstrahlung auf die Straße bzw. Umgebung projiziert. Somit hat die optische Einrichtung 1 äußerst kompakt zwei unterschiedliche Strahlungsquellen, die einen gemeinsamen Strahlengang aufweisen, obwohl die optische Einrichtung 1 die LARP-Technologie einsetzt.
Bei dem Konversionselement 10 handelt es sich beispielsweise um einen Yag:Ce Keramik-Konverter. Gemäß 2 ist für diesen ein Achsendiagramm dargestellt, das auf seiner Ordinate eine Transmission in % und auf seiner Abszisse eine Wellenlänge in μm vorsieht. Hierbei ist erkennbar, dass ein Transmissionsverlauf 16 über die Wellenlänge für den Yag:Ce Keramik-Konverter eine über 80%ige Transmission für eine Infrarot-Strahlung hat. Zum Vergleich ist auch ein Transmissionsverlauf 18 für einen YAG Kristall-Konverter aufgezeigt.
Die optische Einrichtung 1 ist hierbei Teil eines Fahrzeugscheinwerfers 19, der mit einer gestrichelten Linie schematisch angedeutet ist. Zum Erfassen einer von einer Umgebung der optischen Einrichtung 1 reflektierten Lichtstrahlung oder IR-Strahlung ist ein Sensor 21 vorgesehen, der im Fahrzeugscheinwerfer 19 oder separat zum Fahrzeugscheinwerfer 19 vorgesehen sein kann.
In 3 ist eine optische Einrichtung 20 im Unterschied zur 1 nicht statisch ausgebildet, sondern dynamisch. Hierbei ist eine Baugruppe 22 vorgesehen, in der die Strahlungsquelle für die Anregungsstrahlung (blaue Laserstrahlung) und die weitere Strahlungsquelle für die Lichtstrahlung (IR-Strahlung) emittiert wird. Ausgangsseitig der Baugruppe 22 ist ein gemeinsamer Strahlengang 24 für die Anregungsstrahlung und die Lichtstrahlung vorgesehen. Im Nachgang zur Baugruppe 22 ist dann ein Digital Micromirror Device (DMD) 26 angeordnet, über den die Strahlungen im Strahlengang 24 auf unterschiedliche Bereiche eines Konversionselements 28 lenkbar sind, das dem DMD nachgeschaltet ist. Das Konversionselement 28 ist auf einem Substrat 30 aus Saphir angeordnet. Auf dem Substrat 30 wiederum ist auf der vom Konversionselement 28 wegweisenden Seite ein dichroitisches Bauteil in Form einer dichroitischen Beschichtung 32 angeordnet. Diese ist sowohl für die Anregungsstrahlung als auch für die Lichtstrahlung durchlässig. Entsprechend wie bei der Ausführungsform in 1 werden aus dem Konversionselement 28 Nutzlicht und die Lichtstrahlung emittiert und treffen auf ein optisches Element 34 in Form einer Linse.
Die dichroitische Beschichtung 32 ist für das Konversionslicht reflektiv.
Das Saphir-Substrat 30 aus 3 ist, wie vorstehend bereits erläutert, für die Lichtstrahlung in Form der IR-Strahlung transmissiv, was in 4 gezeigt ist. Hierbei ist die Transmission in % des Saphir-Substrats 30 in Abhängigkeit einer Wellenlänge der durch das Saphir-Substrat 30 hindurchtretenden Strahlung aufgezeigt. Es ist erkennbar, dass etwa bis zu einer Wellenlänge von 4,5 μm eine Transmission zwischen 80% und 90% beträgt.
In 5 ist eine optische Einrichtung 36 dargestellt, bei der eine Einheit 38 vorgesehen ist, in der die Strahlungsquelle zur Emission der Anregungsstrahlung, bei der es sich um eine blaue Laser-Anordnung handeln kann, und die weitere Strahlungsquelle für die Lichtstrahlung, bei der ein oder mehrere IR-Laser vorgesehen sein können, angeordnet sind. Die Anregungsstrahlung und die Lichtstrahlung strahlen hierbei vorzugsweise vollflächig durch ein Konversionselement der Einheit 38 hindurch. Über ein geeignetes primäres optisches Element werden dann das Nutzlicht und die Lichtstrahlung der Einheit 38 auf ein DMD 40 gelenkt. Die Strahlungen werden dann über das DMD, also über die kippbaren DMD-Spiegelelemente, moduliert und über ein weiteres geeignetes optisches Element 42 (Auskoppeloptik im ON-State der DMD-Spiegel)) oder 44 (Strahlungsabsorber im OFF-State der DMD-Spiegel) weiter verarbeitet.
Offenbart ist eine optische Einrichtung mit zumindest einer Strahlungsquelle zur Emission einer Anregungsstrahlung für ein Konversionselement. Das Konversionselement ist der Strahlungsquelle nachgeschaltet und konvertiert zumindest teilweise die Anregungsstrahlung in eine Konversionsstrahlung. Es ist eine weitere Strahlungsquelle vorgesehen, die eine Lichtstrahlung, insbesondere eine Infrarot-Strahlung, emittiert. Das Konversionselement ist dabei derart ausgestaltet, dass die Lichtstrahlung im Wesentlichen durch dieses hindurch treten kann, ohne konvertiert zu werden.
Bezugszeichenliste

1: Optische Einrichtung
2: Strahlungsquelle
4: Strahlungsquelle
6: Strahlengang
8: Reflektor
10: Konversionselement
12: Substrat
14: Optische Elemente
16: Transmissionsverlauf
18: Transmissionsverlauf
19: Fahrzeugscheinwerfer
20: Optische Einrichtung
21: Sensor
22: Baugruppe
24: Strahlengang
26: Digital Micromirror Device (DMD)
28: Konversionselement
30: Substrat
32: Dichroitische Beschichtung
34: Optisches Element
36: Optische Einrichtung
38: Einheit
40: Digital Micromirror Device (DMD)
42: Optisches Element
44: Optisches Element

Claims

Optische Einrichtung mit zumindest einer Strahlungsquelle (2, 38) zur Emission einer Anregungsstrahlung, die auf ein der Strahlungsquelle (2) nachgeschaltetes Konversionselement (10) strahlt, mit dem die Anregungsstrahlung zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung umgewandelt ist, wobei zumindest eine weitere Strahlungsquelle (4) vorgesehen ist, die mit einer Lichtstrahlung zumindest teilweise durch das Konversionselement (10) strahlt, das zumindest teilweise durchlässig für die Lichtstrahlung ausgebildet ist.
Optische Einrichtung nach Anspruch 1, wobei dem Konversionselement (10) ein optisches Element (14, 34, 40, 42) für ein aus dem Konversionselement (10) austretendes Nutzlicht und für die Lichtstrahlung nachgeschaltet ist.
Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsquelle (2) für die Anregungsstrahlung ein Laser oder eine Laserdiode ist, die Anregungsstrahlung in Form von Laserlicht emittiert, und/oder wobei die weitere Strahlungsquelle eine Infrarot(IR)-Strahlungsquelle ist, die Lichtstrahlung in Form von IR-Strahlung emittiert.
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die weitere Strahlungsquelle (4) für die Lichtstrahlung unabhängig von der Strahlungsquelle (2) für die Konversionsstrahlung steuerbar ist.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Reflektor vorgesehen ist, der die Anregungsstrahlung gemeinsam mit der Lichtstrahlung zum Konversionselement (10) lenkt.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle (4) zur Detektion von Eigenschaften des Konversionselements (10) und/oder zur Emission in einem Fernfeld eingesetzt ist.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein optisches Element vorgesehen ist, mit dem die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle (4) nach dem Konversionselement (10) aus dem Strahlengang eines Nutzlichts lenkbar ist.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle (4) in den Strahlengang der Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle (2) über ein optisches Element eingekoppelt ist.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem gemeinsamen Strahlengang der Lichtstrahlung und der Anregungsstrahlung oder im Strahlengang vor der Einkopplung der Lichtstrahlung in die Anregungsstrahlung ein Digital Micro Mirror Device (DMD) (26) und/oder eine MEMS-Spiegelanordnung angeordnet ist.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Digital Micromirror Device (DMD) (40) im Nachgang zum Konversionselement (10) angeordnet ist.
Optische Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei nur ein Teilbereich oder mehrere Teilbereiche des DMD (40) von der Lichtstrahlung bestrahlt ist/sind, das oder die nicht von dem Nutzlicht bestrahlt sind.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle (4) pulsweitenmoduliert ist.
Optische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtstrahlung der weiteren Strahlungsquelle (4) polarisiert ist.
Fahrzeugscheinwerfer mit einer optischen Einrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug mit zumindest zwei Fahrzeugscheinwerfern (19) gemäß Anspruch 14, wobei die Lichtstrahlung einer jeweiligen weiteren Strahlungsquelle (4) der zumindest zwei Fahrzeugscheinwerfer (19) mit einer eigenen Frequenz pulsweitenmoduliert ist.