DE102017209265A1 - Adaptive lighting device and method of using an adaptive lighting device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft eine adaptive Beleuchtungsvorrichtung (1) und ein Verfahren zur Verwendung einer adaptiven Beleuchtungsvorrichtung (1). Die adaptive Beleuchtungsvorrichtung (1) umfasst eine Lichtaussendeeinrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, mindestens einen Laserstrahl (5) auszusenden, eine Konversionseinrichtung (3), welche diamantoide Clustermoleküle umfasst und dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Laserstrahl (5) in einen mindestens einen entsprechenden Weißlichtstrahl (6) zu konvertieren, wobei eine Strahlbreite des mindestens einen Weißlichtstrahls (6) im Wesentlichen einer Strahlbreite des entsprechenden Laserstrahls (5) entspricht, und mindestens eine schaltbaren optischen Einrichtung (4), welche im Strahlengang der Lichtaussendeeinrichtung (2) hinter der Konversionseinrichtung (3) und/oder zwischen der Lichtquelle (21) und der Konversionseinrichtung (3) eingebracht ist und dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Laserstrahl (5) und/oder den mindestens einen Weißlichtstrahl (6) zu fokussieren und/oder abzulenken. The present invention provides an adaptive lighting device (1) and a method of using an adaptive lighting device (1). The adaptive illumination device (1) comprises a light emitting device (2), which is designed to emit at least one laser beam (5), a conversion device (3), which comprises diamondoid cluster molecules and is adapted to the at least one laser beam (5) in a at least one corresponding white light beam (6) to be converted, wherein a beam width of the at least one white light beam (6) substantially corresponds to a beam width of the corresponding laser beam (5), and at least one switchable optical device (4) which in the beam path of the light emitting device (2) behind the conversion device (3) and / or between the light source (21) and the conversion device (3) is introduced and is adapted to focus the at least one laser beam (5) and / or the at least one white light beam (6) and / or distract.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine adaptive Beleuchtungsvorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung einer adaptiven Beleuchtungsvorrichtung.The present invention relates to an adaptive lighting device and a method of using an adaptive lighting device.
Stand der TechnikState of the art
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von Lasern, LEDs und Linsen erläutert.Although applicable to any micromechanical components, the present invention and the underlying problems are explained with reference to lasers, LEDs and lenses.
Bekannt waren zuvor Leuchtstoffe, die angeregt durch kurzwelliges Licht (blau oder UV) Weißlichtemission zeigen. Solche Leuchtstoffe konvertieren in weißen Leuchtdioden oder Leuchtstoffröhren das durch Halbleitereffekte oder Gasentladungen emittierte UV-Licht, zum Beispiel in
Prinzipbedingtes Merkmal dieser Stoffe ist, dass die anregenden Photonen eine höhere Energie haben als die emittierten, und dass die Abstrahlung des Weißlichtes isotrop erfolgt, also nicht durch die Richtung des anregenden Lichtes beeinflusst wird.The principle-governed feature of these substances is that the exciting photons have a higher energy than those emitted, and that the emission of the white light is isotropic, that is, not influenced by the direction of the exciting light.
Bekannt waren außerdem sogenannte Superkontinuum-Quellen, bei denen unter Ausnutzung nichtlinearer optischer Effekte aus monochromatischem Laserlicht gerichtete, weiße Lichtstrahlen erzeugt werden können.Also known were so-called supercontinuum sources in which directed by utilizing non-linear optical effects of monochromatic laser light, directed white light rays can be generated.
Nach dem aktuellen Stand der Technik werden diese z.B. durch eine Matrix von Weißlicht-LEDs oder einer laserbasierten Lichtquelle realisiert. In beiden Fällen wird eine schmalbandige Lichtquelle (LED-Chip, Laser) genutzt, um ein oder mehrere Phosphorelemente zur Fluoreszenz anzuregen. Ein Fluoreszenzlicht-Strahlungsfluss kann im nächsten Schritt über eine geeignete Optik in eine gewünschte räumliche Lichtverteilung umgewandelt werden.In the current state of the art, these are e.g. realized by a matrix of white light LEDs or a laser-based light source. In both cases, a narrowband light source (LED chip, laser) is used to excite one or more phosphor elements to fluoresce. In the next step, a fluorescent light radiation flux can be converted into a desired spatial light distribution via suitable optics.
Dies kann zu einer breiten Winkelverteilung des emittierten Lichts führen, was Optiken mit entsprechend großen Aperturen notwendig macht.This can lead to a broad angular distribution of the emitted light, which makes optics with correspondingly large apertures necessary.
Des Weiteren emittieren insbesondere Weißlicht-LEDs aus einer relativ großen Fläche heraus und besitzen eine relativ hohe Etendue. Die Etendue spielt in der Beleuchtungstechnik eine fundamentale Rolle und besagt anschaulich, dass eine Bündelung von Licht aus einer Quelle mit hoher Etendue ohne Intensitätsverlust nur durch vergleichsweise große Optiken möglich ist.Furthermore, in particular, white light LEDs emit from a relatively large area and have a relatively high etendue. The etendue plays a fundamental role in the lighting technology and clearly shows that a bundling of light from a source with high etendue without loss of intensity is only possible by comparatively large optics.
Das präzise Bündeln und auch die zeitliche Steuerung des Lichts ist jedoch in Anwendungen wie dem adaptiven Fernlicht wünschenswert, wo z.B. Personen am Fahrbahnrand angeleuchtet aber nicht geblendet werden sollen (Aussparen der Gesichtspartie) oder Bewegungen des Fahrzeugs in Echtzeit ausgeglichen werden müssen.However, precise bundling and timing of light is desirable in applications such as adaptive high beam where e.g. People on the edge of the road should be lit but not blinded (avoiding the face) or movements of the vehicle in real time must be compensated.
Diese Verfahren finden auch im wissenschaftlichen Bereich in High-Tech-Produkten Anwendung, benötigen aber leistungsfähige und teure, gewöhnlich gepulste Laserquellen.These methods are also used in the scientific field in high-tech products, but require powerful and expensive, usually pulsed laser sources.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine adaptive Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Verwendung einer adaptiven Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10.The present invention provides an adaptive lighting device according to claim 1 and a method of using an adaptive lighting device according to claim 10.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine adaptive Beleuchtungsvorrichtung welche eine Lichtaussendeeinrichtung ist, welche dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl auszusenden, eine Konversionseinrichtung, welche diamantoide Clustermoleküle umfasst und dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl in einen Weißlichtstrahl zu konvertieren, wobei eine Strahlbreite des Weißlichtstrahls im Wesentlichen einer Strahlbreite des Laserstrahls entspricht, und mindestens eine schaltbaren optischen Einrichtung, welche im Strahlengang der Lichtaussendeeinrichtung hinter der Konversionsschicht und/oder zwischen der Lichtquelle und der Konversionsschicht eingebracht ist und dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl und/oder den Weißlichtstrahl zu fokussieren und/oder abzulenken.According to a first aspect, the invention therefore relates to an adaptive illumination device which is a light emitting device, which is designed to emit a laser beam, a conversion device, which comprises diamondoid cluster molecules and is adapted to convert the laser beam into a white light beam, wherein a beam width of the white light beam substantially corresponds to a beam width of the laser beam, and at least one switchable optical device, which is introduced in the beam path of the light emitting device behind the conversion layer and / or between the light source and the conversion layer and is adapted to focus the laser beam and / or the white light beam and / / or distract.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the respective subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung stellt eine adaptive Beleuchtungsvorrichtung und ein entsprechendes Verwendungsverfahren bereit, umfassend neuartige Materialien, die unter Anregung mit sichtbarem, vorzugsweise nahinfrarotem Laserlicht ihrerseits Licht mit einem breitbandigen Spektrum im sichtbaren Bereich („Weißlicht“) emittieren. Das Weißlicht wird dabei in der gleichen Richtung wie der anregende Laserstrahl ausgestrahlt, der seinerseits durch eine handelsübliche Laserdiode erzeugt werden kann. Dies war nach früherem Stand der Technik in dieser Effizienz nicht möglich.The invention provides an adaptive illumination device and corresponding method of use comprising novel materials which emit light having a broadband spectrum in the visible region ("white light") upon excitation with visible, preferably near-infrared laser light. The white light is emitted in the same direction as the exciting laser beam, which in turn can be generated by a commercially available laser diode. This was after Previous technology in this efficiency is not possible.
Die Erfindung ermöglicht somit die Erzeugung laserähnlicher, gerichteter Weißlichtstrahlen mit kostengünstigen Laserdioden.The invention thus enables the generation of laser-like, directed white light beams with inexpensive laser diodes.
Dadurch lässt sich aus einer breitbandigen Lichtquelle in einer bestimmten Entfernung eine zeitlich und räumlich kontrolliert variable, präzise definierbare Lichtverteilung erzeugen.As a result, a temporally and spatially controlled variable, precisely definable light distribution can be generated from a broadband light source at a specific distance.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung sind die diamantoiden Clustermoleküle amorph und symmetriefrei, wodurch die vorteilhafte Konversion von Laserlicht zu Weißlicht wobei die Strahlbreite des Weißlichtstrahls im Wesentlichen der Strahlbreite des Laserstrahls entsprichtAccording to a preferred embodiment of the adaptive illumination device according to the invention, the diamondoid cluster molecules are amorphous and symmetry-free, whereby the advantageous conversion of laser light to white light wherein the beam width of the white light beam substantially corresponds to the beam width of the laser beam
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Lichtaussendeeinrichtung mindestens eine Flüssigkeitslinse und/oder Flüssigkristalllinse. Hierdurch wird ein Erzeugen einer steuerbaren, variablen Lichtverteilung bei gleichzeitiger Maximierung der Lichteffizienz und Minimierung des Bauraums ermöglicht.According to a preferred embodiment of the adaptive illumination device according to the invention, the light emitting device comprises at least one liquid lens and / or liquid crystal lens. This makes it possible to generate a controllable, variable light distribution while at the same time maximizing the light efficiency and minimizing the installation space.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung ist die schaltbare Optik durch elektrische Signale steuerbar. Hierdurch lässt sich eine präzise und zeitlich definierte Steuerung der Fokussierung und der Intensitätsverteilung des resultierenden Weißlichtes erreichen.According to a preferred development of the adaptive illumination device according to the invention, the switchable optics can be controlled by electrical signals. As a result, a precise and temporally defined control of the focusing and the intensity distribution of the resulting white light can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Lichtaussendeeinrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen, welche jeweils einen Laserstrahl aussenden, und die schaltbare optische Einrichtung weist eine den Laserstrahlen entsprechende Vielzahl von optischen Elementen auf, welche dazu ausgebildet sind, den entsprechenden Laserstrahl und/oder den entsprechenden Weißlichtstrahl zu fokussieren und/oder abzulenken. Dadurch kann auch Weißlicht mit komplexer Intensitätsverteilung erzeugt werden.According to a preferred embodiment of the adaptive illumination device according to the invention, the light emitting device comprises a plurality of light sources, each emitting a laser beam, and the switchable optical device has a plurality of optical elements corresponding to the laser beams, which are adapted to the corresponding laser beam and / or the to focus and / or distract the corresponding white light beam. As a result, white light with a complex intensity distribution can be generated.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung sind die optischen Elemente unabhängig voneinander ansteuerbar, um die Laserstrahlen und/oder den entsprechenden Weißlichtstrahlen derart abzulenken, dass eine vorgegebene Lichtverteilung erzeugt wird. Auch dies führt zu einer präzischen Steuermöglichkeit der Intensitätsverteilung des erzeugten Weißlichtes.According to a preferred development of the adaptive illumination device according to the invention, the optical elements can be controlled independently of one another in order to deflect the laser beams and / or the corresponding white light beams in such a way that a predetermined light distribution is generated. This also leads to a precise control of the intensity distribution of the generated white light.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung umfassen die optischen Elemente Mikrospiegel. Mikrospiegel ermöglichen durch ihre kompakte Bauart eine Verringerung der Größe der gesamten Beleuchtungsvorrichtung.According to a preferred development of the adaptive illumination device according to the invention, the optical elements comprise micromirrors. Due to their compact design, micromirrors make it possible to reduce the size of the entire lighting device.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung sind die Laserquellen und die optischen Elemente jeweils arrayförmig angeordnet. Hierdurch kann eine Verringerung der Größe der gesamten Beleuchtungsvorrichtung erreicht werden.According to a preferred development of the adaptive illumination device according to the invention, the laser sources and the optical elements are each arranged in an array. As a result, a reduction in the size of the entire lighting device can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen adaptiven Beleuchtungsvorrichtung ist die Konversionseinrichtung in Form einer Beschichtung auf die optischen Elemente aufgebracht ist. Durch den Wegfall eines extra Bauteils als Konversionseinrichtung können Kosten und Platz gespart werden.According to a preferred development of the adaptive illumination device according to the invention, the conversion device is applied in the form of a coating to the optical elements. By eliminating an extra component as a conversion device costs and space can be saved.
Figurenlistelist of figures
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und dem räumlich erzeugten Intensitätsverhältnis I1 entlang der Achse X; -
2 : eine schematische Darstellung eines Arrays aus Beleuchtungsvorrichtungen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und dem räumlich erzeugten Intensitätsverhältnis I2 entlang der Achse X; -
3 : eine schematische Darstellung eines Arrays aus Beleuchtungsvorrichtungen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und dem räumlich erzeugten Intensitätsverhältnis I3 entlang der Achse X; und -
4 : eine schematische Darstellung eines Arrays aus Beleuchtungsvorrichtungen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und dem räumlich erzeugten Intensitätsverhältnis I4 entlang der Achse X.
-
1 : a schematic representation of a lighting device according to a first embodiment of the present invention, and the spatially generated intensity ratio I1 along the axis X; -
2 a schematic representation of an array of illumination devices according to a first embodiment of the present invention, and the spatially generated intensity ratio I2 along the axis X; -
3 : a schematic representation of an array of illumination devices according to a first embodiment of the present invention, and the spatially generated intensity ratio I3 along the axis X; and -
4 : A schematic representation of an array of illumination devices according to a first embodiment of the present invention, and the spatially generated intensity ratio I4 along the axis X.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.
Gezeigt ist eine Realisierungsmöglichkeit der Erfindung, die eine Lichtaussendeeinrichtung
Die diamantoiden Clustermoleküle der Konversionseinrichtung
In Frage kommen hier etwa Zinnsulfid basierte Moleküle in einer Adamantanstruktur, also mit einem diamantoiden [Sn2S6] Gerüst, wobei organische Liganden wie (CH2=CH)-C6H4- eingeführt werden. Der sterische Einfluss der organischen Liganden bestimmt die molekulare Struktur der Cluster und die nonkristallinen Eigenschaften der Verbindung. Des Weiteren verhindern die organischen Liganden eine Polymerisation der anorganischen Cluster in den binären SnS2 Feststoff.For example, tin sulfide-based molecules can be used in an adamantane structure, that is, with a diamondoid [Sn 2 S 6 ] framework, whereby organic ligands such as (CH 2 = CH) -C 6 H 4 - are introduced. The steric influence of the organic ligands determines the molecular structure of the clusters and the noncrystalline properties of the compound. Furthermore, the organic ligands prevent polymerization of the inorganic clusters into the binary SnS 2 solid.
Das Laserlicht
In
Gezeigt ist eine Realisierungsmöglichkeit der Erfindung, wobei Licht
In
Gezeigt ist eine Realisierungsmöglichkeit der Erfindung, wobei Licht
Gezeigt ist eine Realisierungsmöglichkeit der Erfindung, wobei Licht
Hier ist die das Konversionselement
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto. In particular, the materials and topologies mentioned are only examples and not limited to the illustrated examples.
Obwohl in den obigen Ausführungsformen vier Anordnungsmöglichkeiten mit unterschiedlichen erzeugten Intensitätsverhältnissen dargestellt und beschrieben sind, ist selbstverständlich eine Vielzahl von Anordnungsmöglichkeiten, Kombinationen und erzeugten Intensitätsverhältnissen möglich.Although in the above embodiments, four arrangement possibilities with different generated intensity ratios are shown and described, of course, a variety of arrangement options, combinations and intensity ratios generated possible.
Besonders bevorzugte weitere Anwendungen für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung sind beispielsweise Fahrzeugscheinwerfer für blendfreies Fernlicht oder adaptive Beleuchtungssysteme zur Unterstützung von Kamerasystemen insbesondere in der Fertigungskontrolle. Auch Anwendungsfälle bei der Beleuchtung von Innenräumen oder Flächen, Erzeugung von strukturierten Lichtverteilungen oder einer Vielzahl sonstiger Anwendungsfälle, bei der eine präzise Lichtlenkung von Vorteil ist, sind denkbar.Particularly preferred further applications for the lighting device according to the invention are, for example, vehicle headlights for glare-free high beam or adaptive lighting systems for supporting camera systems, in particular in production control. Also, applications in the lighting of interiors or surfaces, generation of structured light distributions or a variety of other applications, in which a precise light control is advantageous, are conceivable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009027493 A1 [0003]DE 102009027493 A1 [0003]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Aus N.W. Rosemann et al., SCIENCE Vol. 352, 6291, (2016) 1301 sind neuartige Materialien bekannt, die unter Anregung mit sichtbarem, vorzugsweise nahinfrarotem Laserlicht ihrerseits Licht mit einem breitbandigen Spektrum im sichtbaren Bereich („Weißlicht“) emittieren [0007]From N.W. Rosemann et al., SCIENCE Vol. 352, 6291, (2016) 1301 discloses novel materials which emit light with a broadband visible spectrum ("white light") upon excitation with visible, preferably near-infrared laser light [0007]
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- 2017-06-01 DE DE102017209265.3A patent/DE102017209265A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) |