DE102016208953A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Lichtquelle (8a; 22), welche dazu ausgebildet ist, einen ersten Lichtstrahl (3a) auszusenden; mindestens einer Konversionseinrichtung (8b; 24), welche durch den ausgesendeten ersten Lichtstrahl (3a) zum Aussenden eines zweiten Lichtstrahls (3b) anregbar ist; und einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung (9; 14), welche dazu ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl (3b) abzulenken, wobei die Lichtablenkeinrichtung (9; 14) dazu ausgebildet ist, einen Umgebungsbereich (16) des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl (3b) partiell auszuleuchten und/oder flächig abzurastern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtaussendevorrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Adaptive Scheinwerfersysteme für Fahrzeuge erlauben die gezielte Aussendung von Licht auf die Straße, um eine möglichst gute Ausleuchtung zu gewährleisten, ohne jedoch den Gegenverkehr zu blenden. So kann mittels einer LED-Matrix, welche aus einer Vielzahl von LEDs aufgebaut ist, durch segmentweises An- und Ausschalten der LEDs ein strukturiertes Licht generiert werden. Die Strukturierungsmöglichkeiten werden jedoch durch die Anzahl der LEDs begrenzt.
  • Genauere Anpassungsmöglichkeiten bieten Laserscannersysteme, welche Licht gezielt ablenken. Aus der WO 2011/141377 A1 ist etwa ein Scheinwerfermodul bekannt, wobei blaues Laserlicht auf einen Mikrospiegel abgelenkt wird und anschließend durch eine Konversionseinrichtung konvertiert und auf die Fahrbahn abgelenkt wird. In der AT 513909 B1 wird in Weiterbildung dieser Idee eine Vielzahl von blauen Laserdioden verwendet, welche Laserlicht auf einen gemeinsamen Mikrospiegel aussenden, welcher das Laserlicht auf eine Konversionseinrichtung umlenkt. Das konvertierte Licht wird anschließend mittels einer Sekundäroptik auf die Fahrbahn projiziert.
  • Da die Konversionseinrichtung die durch den Mikrospiegel abgelenkten Lichtstrahlen jedoch aufweitet, können Übersprecher zwischen den Lichtstrahlen auftreten, wodurch der Kontrast eingeschränkt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft eine Lichtaussendevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
  • Die Erfindung schafft demnach eine Lichtaussendevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche mindestens eine Lichtquelle aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen ersten Lichtstrahl auszusenden. Weiter umfasst die Lichtaussendevorrichtung mindestens eine Konversionseinrichtung, welche durch den ausgesendeten ersten Lichtstrahl zum Aussenden eines zweiten Lichtstrahls anregbar ist. Die Lichtaussendevorrichtung weist weiter eine schwenkbare Lichtablenkeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl abzulenken. Die Lichtablenkeinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl partiell auszuleuchten und/oder flächig abzurastern.
  • Die Erfindung schafft weiter ein Verfahren zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug, wobei ein erster Lichtstrahl ausgesendet wird und der ausgesendete erste Lichtstrahl in einen zweiten Lichtstrahl konvertiert wird. Der zweite Lichtstrahl wird abgelenkt, so dass ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl partiell ausgeleuchtet und/oder flächig abgerastert wird.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Lichtaussendevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Konversionseinrichtung zwischen der mindestens einen Lichtquelle und der schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung eingebracht ist. Das konvertierte Licht kann somit bereits vor der Ablenkung fokussiert werden, wodurch ein Übersprechen von abgelenktem Licht aus verschiedenen Lichtquellen verhindert wird. Somit wird eine Kontrastreduktion durch Lichtstreuung in der Konversionseinrichtung verringert und somit ein sehr hoher Kontrast zwischen ausgeblendeten und ausgeleuchteten Bereichen erzielt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung ist die Lichtablenkeinrichtung als Mikroscanner ausgebildet. Aufgrund des guten Kontrasts ist die Lichtaussendevorrichtung demnach geeignet, das von der Lichtaussendevorrichtung ausgesendete Licht gezielt zu strukturieren. Somit kann verhindert werden, dass der Gegenverkehr geblendet wird. Vorzugsweise ist die Lichtaussendevorrichtung mit einer hohen Frequenz schwenkbar, welche mindestens so gewählt ist, dass die Ablenkung bzw. Abrasterung für das menschliche Auge nicht nachvollziehbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung umfasst die mindestens eine Lichtquelle eine Laserquelle. Die Laserquelle ermöglicht eine genauere Fokussierung des Lichtstrahls.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Lichtaussendevorrichtung mindestens eine Leuchtdiode, welche die Lichtquelle und die Konversionseinrichtung umfasst. Die Lichtaussendevorrichtung kann demnach einfach und kostengünstig hergestellt werden, da standardisierte Leuchtdioden verwendet werden können, welche mit entsprechenden schwenkbaren Lichtablenkeinrichtungen kombiniert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Konversionseinrichtung einen Konversionsphosphor zum Konvertieren von Licht auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung ist zwischen der Konversionseinrichtung und der Lichtablenkeinrichtung eine optische Einrichtung zum Umlenken des zweiten Lichtstrahls angeordnet. Der konvertierte Lichtstrahl kann dadurch genau fokussiert werden und der Kontrast zusätzlich erhöht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung weist die optische Einrichtung mindestens eine Linse auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Lichtaussendevorrichtung eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Lichtaussendevorrichtung. Im Gegensatz zu einem zweidimensionalen LED-Array können die Lichtquellen der Lichtaussendevorrichtung vorzugsweise eindimensional in einer Reihe angeordnet sein, so dass die Lichtaussendevorrichtung effizienter gekühlt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung ist die schwenkbare Lichtablenkeinrichtung um eine Schwenkachse schwenkbar. Die mindestens eine Lichtquelle umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen, welche reihenförmig und parallel zu der Schwenkachse angeordnet sind und unabhängig voneinander zum Aussenden des ersten Lichtstrahls ansteuerbar sind. Die Lichtablenkeinrichtung ist einerseits gut zu kühlen, da sie nach drei Seiten hin offen ausgebildet sein kann. Außerdem erlaubt sie es, Licht in verschiedenen parallelen Bändern auszusenden. Das Licht kann sehr fein maskiert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Lichtaussendevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Lichtaussendemoduls gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 3 eine schematische Schrägansicht des Lichtaussendemoduls gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 4 eine schematische Ansicht einer Leuchtdiode gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 5 eine schematische Querschnittsansicht einer Lichtaussendevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Lichtaussendevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 7 eine schematische Querschnittsansicht einer Lichtaussendevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform; und
  • 8 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Verschiedene Ausführungsformen können, soweit nichts anderes angegeben ist, beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Lichtaussendevorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter einem Kraftfahrzeug sind alle Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, Motorräder, Lastkraftwagen, Scooter, Fahrräder, Boote, Schiffe oder Flugzeuge zu verstehen.
  • Die Lichtaussendevorrichtung 1 ist vorzugsweise Bestandteil eines Fahrzeugscheinwerfers, insbesondere eines Frontscheinwerfers, welcher zum Ausleuchten eines Umgebungsbereichs des Fahrzeugs ausgebildet ist. Die Lichtaussendevorrichtung kann zu einem adaptiven Scheinwerfersystem gehören.
  • Die Lichtaussendevorrichtung 1 umfasst ein Lichtaussendemodul 4, welches in 2 in einer Querschnittsansicht und in 3 in einer Schrägansicht illustriert ist. Das Lichtaussendemodul 4 weist eine in 4 im Querschnitt gezeigte Leuchtdiode 8 auf, welche eine Lichtquelle 8a und eine Konversionseinrichtung 8b umfasst. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 8a eine LED, welche zum Aussenden von einem ersten Lichtstrahl 3a ausgebildet ist. Der erste Lichtstrahl 3a weist ein erstes charakteristisches Lichtspektrum auf. Vorzugsweise liegt der erste Lichtstrahl 3a im blauen Bereich.
  • Die Konversionseinrichtung 8b weist einen Konversionsphosphor zum Konvertieren von Licht auf, welche durch den ersten Lichtstrahl 3a zum Aussenden eines zweiten Lichtstrahls 3b anregbar ist. Die Konversionseinrichtung 8b konvertiert somit den ersten Lichtstrahl 3a in den zweiten Lichtstrahl 3b mit einem zweiten charakteristischen Lichtspektrum. Der zweite Lichtstrahl 3b entspricht vorzugsweise weißem Licht. Die Leuchtdiode 8 kann somit als eine weiße LED ausgebildet sein.
  • Das Lichtaussendemodul 4 umfasst weiter eine Primäroptik 5, welche mindestens eine Linse aufweist und zum Umlenken und/oder Modulieren und/oder Fokussieren des zweiten Lichtstrahls 3b ausgebildet ist. Der zweite Lichtstrahl 3b tritt durch die Primäroptik 5 hindurch und trifft auf eine schwenkbare Lichtablenkeinrichtung 9, welche dazu ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl 3b abzulenken. Die Lichtablenkeinrichtung 9 ist beispielsweise ein Mikrospiegel. Vorzugsweise ist die Lichtablenkeinrichtung 9 ein Mikroscanner, welcher um eine oder zwei Achsen geschwenkt werden kann und somit dazu ausgebildet ist, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl 3b partiell beleuchtet und/oder flächig abzurastern. „Flächig“ bedeutet hierbei, dass die Lichtablenkeinrichtung 9 derart geschwenkt werden kann, dass ein vorgegebener Umgebungsbereich bzw. Raumwinkelbereich mit beliebiger Form abgerastert wird.
  • Der zweite Lichtstrahl 3b tritt hierbei durch ein transparentes Fenster 6, welches in einem Gehäuse 7 des Lichtaussendemoduls 4 angeordnet ist, und wird anschließend durch eine Sekundäroptik 2, welche eine Vielzahl von optischen Einrichtungen 2a, 2b, 2c, wie Linsen oder Spiegel, umfasst, auf die Straße projiziert. Anstelle von Linsen kann die Sekundär-Optik auch aus einem Reflektor-System oder eine Kombination aus Linsen und Reflektoren aufgebaut sein, welche den Lichtstrahl 3b nach der Ablenkung durch die Lichtablenkeinrichtung 9 auf die Straße projizieren.
  • An dem Gehäuse 7 des Lichtaussendemoduls 4 ist eine Kühleinrichtung 10 zum Kühlen der Lichtaussendevorrichtung 1 angeordnet, welche Kühlrippen aufweist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Lichtaussendevorrichtung 1 jedoch auch aktiv gekühlt werden, beispielsweise mittels eines Lüfters.
  • In 5 ist eine Lichtaussendevorrichtung 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung illustriert. Die Lichtaussendevorrichtung 11 umfasst eine Vielzahl von bereits oben beschriebenen Leuchtdioden 8, welche in einer Reihe auf einem Träger 12 angeordnet sind und durch eine an dem Träger 12 angeordnete Kühleinrichtung 10 gekühlt werden.
  • Die Lichtaussendevorrichtung 11 umfasst eine schwenkbare Lichtablenkeinrichtung 14, welche als ein länglicher Mikrospiegel ausgebildet ist, und um eine Schwenkachse 17 herum schwenkbar ist. Die Schwenkachse 17 verläuft parallel zu der Reihe der Leuchtdioden 8.
  • Die Leuchtdioden 8 umfassen jeweils Lichtquellen 8a, welche dazu ausgebildet sind, unabhängig voneinander jeweils einen ersten Lichtstrahl 3a auszusenden, welcher durch eine Konversionseinrichtung 8b der jeweiligen Leuchtdiode 8 in einen zweiten Lichtstrahl 3b konvertiert wird und durch eine zwischen den Leuchtdioden 8 und der schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung 14 befindliche Primäroptik 13 umgelenkt bzw. fokussiert wird. Die Primäroptik 13 umfasst vorzugsweise mindestens eine Linse. Der zweite Lichtstrahl 3b wird von der schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung 14 abgelenkt und durch eine Sekundäroptik 15 mit mindestens einer Linse auf einen Umgebungsbereich 16 des Kraftfahrzeugs projiziert. Die Lichtablenkeinrichtung 14 ist somit dazu ausgebildet, den Umgebungsbereich 16 des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl 3b abzurastern, wobei die einzelnen Leuchtdioden 8 unabhängig voneinander angesteuert werden können.
  • 6 zeigt eine Lichtaussendevorrichtung 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Anstelle einer gemeinsamen Linse der Primäroptik 13, wie in der zweiten Ausführungsform, weist die Lichtaussendevorrichtung 20 ein Mikrolinsenarray 19 auf, welches eine Vielzahl von Mikrolinsen 18 umfasst. Jede der Mikrolinsen 18 ist dazu ausgelegt, den zweiten Lichtstrahl 3b einer jeweiligen Leuchtdiode 8 zu modulieren und/oder abzulenken und/oder zu fokussieren. Vorzugsweise wird der zweite Lichtstrahl 3b durch eine jeweilige Mikrolinse 18 auf einen definierten Punkt bzw. Bereich auf der Lichtablenkeinrichtung 14 fokussiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden anstelle des Mikrolinsenarrays 19 einzelne Linsen verwendet. Somit ist ein sehr kompakter Aufbau möglich. Vorzugsweise werden die Linsen auf die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiode 8 angepasst.
  • In 7 ist eine Lichtaussendevorrichtung 21 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Lichtaussendevorrichtung 21 umfasst eine Vielzahl von Laserquellen 22, welche zum Aussenden eines ersten Lichtstrahls 3a mit einem ersten charakteristischen Lichtspektrum ausgebildet sind. Durch die Verwendung von Lasern wird eine hohe Strahldichte erzielt.
  • Der erste Lichtstrahl 3a wird durch jeweilige Primäroptiken 23, welche insbesondere Spiegel und/oder Linsen aufweisen, auf eine jeweilige Konversionseinrichtung 24 fokussiert, wobei die Konversionseinrichtung 24 dazu ausgebildet ist, den ausgesendeten ersten Lichtstrahl 3a in einen zweiten Lichtstrahl 3b mit einem zweiten charakteristischen Lichtspektrum zu konvertieren. Die Konversionseinrichtung 24 umfasst vorzugsweise einen Konversionsphosphor zum Konvertieren von Licht.
  • Wie in den obigen Ausführungsformen wird der zweite Lichtstrahl 3b auf eine Lichtablenkeinrichtung 14, welche um eine Schwenkachse 17 schwenkbar ist, gerichtet, wobei die Lichtablenkeinrichtung 14 dazu ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl 3b abzulenken und einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl 3b abzurastern, wobei dieser durch eine Sekundäroptik 15 moduliert und/oder fokussiert wird.
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein erster Lichtstrahl 3a mit einem ersten charakteristischen Lichtspektrum, beispielsweise blaues Licht, ausgesendet.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird der ausgesendete erste Lichtstrahl 3a in einen zweiten Lichtstrahl 3b mit einem zweiten charakteristischen Lichtspektrum, vorzugsweise weißes Licht, konvertiert. Vorzugsweise wird hierzu eine Konversionseinrichtung verwendet, welche durch den ersten Lichtstrahl 3a zum Aussenden des zweiten Lichtstrahls 3b angeregt wird.
  • In einem dritten Schritt S3 wird der zweite Lichtstrahl 3b abgelenkt, so dass ein Umgebungsbereich 16 des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl 3b abgerastert wird.
  • Das Verfahren wird vorzugsweise mit einer erfindungsgemäßen Lichtaussendevorrichtung, insbesondere gemäß einer der oben illustrierten Ausführungsformen, durchgeführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011/141377 A1 [0003]
    • AT 513909 B1 [0003]

Claims (10)

  1. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Lichtquelle (8a; 22), welche dazu ausgebildet ist, einen ersten Lichtstrahl (3a) auszusenden; mindestens einer Konversionseinrichtung (8b; 24), welche durch den ausgesendeten ersten Lichtstrahl (3a) zum Aussenden eines zweiten Lichtstrahls (3b) anregbar ist; und einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung (9; 14), welche dazu ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl (3b) abzulenken, wobei die Lichtablenkeinrichtung (9; 14) dazu ausgebildet ist, einen Umgebungsbereich (16) des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl (3b) partiell auszuleuchten und/oder flächig abzurastern.
  2. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach Anspruch 1, wobei die Lichtablenkeinrichtung (9; 14) als Mikroscanner ausgebildet ist.
  3. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die mindestens eine Lichtquelle (8a; 22) eine Laserquelle (22) umfasst.
  4. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einer Leuchtdiode (8), welche die Lichtquelle (8a) und die Konversionseinrichtung (8b) umfasst.
  5. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konversionseinrichtung (8b; 24) einen Konversionsphosphor zum Konvertieren von Licht aufweist.
  6. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer zwischen der Konversionseinrichtung (8b; 24) und der Lichtablenkeinrichtung (9; 14) angeordneten optischen Einrichtung (5; 13; 19) zum Umlenken des zweiten Lichtstrahls (3b).
  7. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach Anspruch 6, wobei die optische Einrichtung (5; 13; 19) mindestens eine Linse aufweist.
  8. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Kühleinrichtung (10) zum Kühlen der Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21).
  9. Lichtaussendevorrichtung (1; 11, 20, 21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die schwenkbare Lichtablenkeinrichtung (9; 14) um eine Schwenkachse (17) schwenkbar ist, und wobei die mindestens eine Lichtquelle (8a; 22) eine Vielzahl von Lichtquellen (8a; 22) umfasst, welche in einer Reihe parallel zu der Schwenkachse (17) angeordnet sind und unabhängig voneinander zum Aussenden des ersten Lichtstrahls (3a) ansteuerbar sind.
  10. Verfahren zum Aussenden von Licht aus einem Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Aussenden (S1) eines ersten Lichtstrahls (3a); Konvertieren (S2) des ausgesendeten ersten Lichtstrahls (3a) in einen zweiten Lichtstrahl (3b); und Ablenken (S3) des zweiten Lichtstrahls (3b), sodass ein Umgebungsbereich (16) des Kraftfahrzeugs mit dem abgelenkten zweiten Lichtstrahl (3b) partiell ausgeleuchtet und/oder flächig abgerastert wird.
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