DE102017214399A1

DE102017214399A1 - Beleuchtungssystem und scheinwerfer

Info

Publication number: DE102017214399A1
Application number: DE102017214399.1A
Authority: DE
Inventors: Ricarda Schoemer; Stephan SCHWAIGER; Jasmin Muster; Andreas Schramm
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Offenbart ist eine Beleuchtungssystem mit einer Lichtquelleneinheit und einer Lichtleitereinheit zum Transportieren von von der Lichtquelleneinheit abgestrahltem Licht, wobei die Lichtquelleneinheit eine lichtleitereinheitsseitige Anordnungsfläche zum Abstrahlen von Licht und die Lichtleitereinheit eine lichtquelleneinheitsseitige Anordnungsfläche zum Empfangen von von der Lichtquelleneinheit abgestrahltem Licht aufweisen, wobei die Lichtquelleneinheit und die Lichtleitereinheit in einer zu einer Strahlungsrichtung des Lichts senkrechten Richtung relativ zueinander verstellbar sind. Offenbart ist ferner ein Scheinwerfer mit einem solchen Beleuchtungssystem.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Beleuchtungssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem derartigen Beleuchtungssystem.
In Fahrzeugen werden immer häufiger intelligente Scheinwerfersysteme eingesetzt, bei denen das Scheinwerferlicht und insbesondere das Fernlicht aktiv gesteuert werden kann, um beispielsweise ein Blenden des Fahrers eines entgegenkommenden Fahrzeugs zu verhindern oder Objekte neben der Straße anzuleuchten. Solch ein blendfreies und intelligentes Fernlicht wird auch als ADB (Adaptive Driving Beam oder Advanced Driving Beam) bezeichnet. Mechanisch verstellbare Beleuchtungssysteme mit klassischen Halogen- und Entladungslampen und drehbaren Blenden sowie Beleuchtungssysteme mit in einer Matrix angeordneten lichtemittierenden Dioden (LEDs), bei denen mehrere Spalten/Reihen oder Pixel dimmbar sind, werden bereits eingesetzt. Jedoch sollen die Beleuchtungssysteme häufig zusätzliche, anspruchsvollere Funktionen ausführen können. Solche zusätzlichen Funktionen sind beispielsweise ein statisches oder dynamisches Kurvenlicht, ein Abbiegelicht, ein sich an Umgebungslichtverhältnisse anpassendes Licht (auch Schlechtwetterlicht genannt), eine geschwindigkeitsmäßige Anpassung der Lichtstärke, ein sich an eine Verkehrssituation wie beispielsweise eine Kreuzung anpassendes Licht (sogenanntes Kreuzungslicht), etc. Scheinwerfersysteme mit derartigen adaptiven Beleuchtungsfunktionen werden auch als adaptive Lichtsysteme (AFS - Adaptive Front Lighting Systems) bezeichnet.
Mit den im Stand der Technik bekannten LED-Matrix-Beleuchtungssystemen können diese zusätzlichen adaptiven Beleuchtungsfunktionen nur dadurch erzielt werden, dass bei einem LED-Matrix-System einzelne LED-Pixel gedimmt werden. Ist beispielsweise der Winkelbereich FOV (Field of View) eines Scheinwerfers mit LED-Matrix-System in horizontaler Richtung auf ±12° beschränkt und soll der Scheinwerfer nicht mechanisch geschwenkt werden, so kann mit einem üblichen LED-Matrix-System kein sinnvolles Kurvenlicht oder Abbiegelicht realisiert werden. Die einzige Möglichkeit ein Kurvenlicht und ein Abbiegelicht mit einem üblichen LED-Matrix-System zu realisieren, wäre, das LED-Matrix-System für einen sehr großen Winkelbereich von beispielsweise FOV = ±25° auszulegen. Das heißt, es müsste in horizontaler Richtung eine sehr hohe Anzahl LEDs verbaut werden, um im Falle einer Kurvenfahrt bzw. eines Abbiegens die benötigten Lichtstärken bereitstellen zu können. Da jedoch im Betrieb in der Regel nur eine relativ geringe Anzahl der gesamten LEDs gleichzeitig benötigt wird, zeichnet sich ein solcher Lösungsansatz niedrige Effizienz bei hohen Kosten und hohem Bauteilbedarf aus.
1 zeigt schematisch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Beleuchtungssystem 1 mit einer Lichtquelleneinheit in Form eines LED-Matrix-Systems 2. Das LED-Matrix-System 2 umfasst eine Vielzahl von LEDs 4, welche in Form einer Matrix auf einer Leiterplatte 6 angeordnet sind. Ferner umfasst das Beleuchtungssystem 1 eine Primäroptik in Form einer Lichtleitereinheit 8 mit einer Vielzahl von Lichtleitern in Form von konisch verlaufenden Tapern 10 und eine Sekundäroptik 12 in Form einer Linse bzw. eines Linsensystems. Jeder LED 4 des LED-Matrix-Systems 2 ist ein Lichtleiter 10 der Lichtleitereinheit 8 zugeordnet. D.h. die Anzahl der LEDs 4 entspricht beim Stand der Technik der Anzahl der Lichtleiter 10. Mit Hilfe der Primäroptik 8 wird das von den LEDs 4 abgestrahlte Licht eingesammelt und die Verteilung des Lichts beim Verlassen des Beleuchtungssystems 1 geformt. Die Sekundäroptik 12 dient dazu, das von der Lichtleitereinheit 8 abgegebene Licht ins Fernfeld abzubilden. Dabei bezeichnet das Fernfeld typischerweise einen Bereich, der weit von der Lichtquelle entfernt ist. Auf ihrer von der Lichtleitereinheit 8 abgewandten, nicht näher bezeichneten Abschlussfläche kann die Sekundäroptik 12 eine Mikrostrukturierung aufweisen. Eine mehrlinsige Ausgestaltung der Sekundäroptik 12 beispielsweise als Achromat kann vorgesehen sein, um eine homogene Ausleuchtung einer Verkehrssituation ohne Farbfehler zu ermöglichen.
1b) zeigt eine Lichtintensitätsverteilung der einzelnen LEDs 4 (auch LED-Pixel genannt) der Lichtquelleneinheit 2 im Fernfeld bei einem Schnitt durch einen Vertikalwinkel V von 0° für den Fall, dass sämtliche LEDs 4 mit dem maximal möglichen Strom versorgt werden. 1c) zeigt die Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld bei einem Vertikalwinkel V von 0° für das gesamte LED-Matrix-System 2, d.h. für sämtliche LEDs 4, zusammengenommen. Soll nun die Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld variiert werden, so besteht bei dem bekannten Beleuchtungssystem 1 nur die Möglichkeit, die Höhe des Stroms, mit welchem die einzelnen LEDs 4 jeweils betrieben werden, zu variieren, sodass bei jedem von einer LED 4 gebildeten Pixel die Leuchtstärke durch Verändern der Stromstärke individuell verändert wird, beispielsweise durch Dimmen einzelner LEDs 4 für diese reduziert wird. So kann beispielsweise durch Dimmen von an den seitlichen Rändern des LED-Matrix-Systems 2 angeordneter Spalten von LEDs 4 der Winkelbereich FOV der Lichtverteilung verkleinert werden. Es besteht jedoch keine Möglichkeit den ausgeleuchteten Winkelbereich, wie er in den 1b) und 1c) dargestellt ist, zu verschieben, um beispielsweise ein Abbiegelicht zu realisieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem und einen Scheinwerfer zu schaffen, mit welchen sich auf effiziente, vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise intelligente und insbesondere adaptive Beleuchtungsfunktionen realisieren lassen.
Diese Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem umfasst eine Lichtquelleneinheit und eine Lichtleitereinheit zum Transportieren von von der Lichtquelleneinheit abgestrahltem Licht. Die Lichtquelleneinheit weist eine Strahlungsfläche, also die Summe aller Einzelemissionsflächen der einzelnen Lichtquellen, zum Abstrahlen von Licht auf, und die Lichtleitereinheit weist eine Einkoppelfläche zum Empfangen bzw. Einkoppeln von von der Lichtquelleneinheit abgestrahltem Licht auf. Die Einzelemissionsflächen der Lichtquellen liegen auf einer (virtuellen) lichtleitereinheitsseitigen Anordnungsfläche. Die Einkoppelfläche der Lichtleitereinheit ergibt sich als Summe aller individuellen Einzeleinkoppelflächen der einzelnen Lichtleiter. Die Einzeleinkoppelflächen sind auf einer (virtuellen) lichtquelleneinheitsseitigen Anordnungsfläche angeordnet, die sich vorzugsweise parallel zur lichtleitereinheitsseitigen Anordnungsfläche der Lichtquelleneinheit erstreckt. Es ist aber auch denkbar, dass die jeweiligen Anordnungsflächen konvex, konkav oder freiförmig ausgebildet sind. Die Einzeleinkoppelflächen der Lichtleiter können dabei gleich zu den oder kleiner oder größer als die Einzelemissionsflächen der ihnen zugeordneten Lichtquellen sein. Außerdem kann der Abstand der Einzeleinkoppelflächen der Lichtleiter zu den Einzelemissionsflächen der ihnen jeweils zugeordneten Lichtleiter unterschiedlich sein.
Das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelleneinheit und/oder die Lichtleitereinheit in einer zu einer Strahlungsrichtung des Lichts senkrechten Richtung relativ zueinander verstellbar sind. Die Strahlungsrichtung ist, bei planparallel beabstandeten Anordnungsflächen, senkrecht zur Strahlungsfläche der Lichtquelleneinheit und senkrecht zur Einkoppelfläche der Lichtleitereinheit. Unter einer Verstellbarkeit wird auch eine Verschiebbarkeit bzw. eine Beweglichkeit bzw. Verdrehbarkeit bzw. Verkippbarkeit verstanden.
Die Lichtleitereinheit bildet eine Optik, insbesondere eine Primäroptik. Ferner kann das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem eine Sekundäroptik mit Linsen und beispielsweise Blenden umfassen, wie sie eingangs beschrieben ist, um das von der Lichtleitereinheit abgegebene Licht ins Fernfeld abzubilden.
Zur relativen Verstellung von Lichtleitereinheit und Lichtquelleneinheit weist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem vorzugsweise einen Aktuator auf, der als Elektromotor, insbesondere als Schrittmotor, ausgebildet sein kann. Für eine rotatorische Verstellung der Lichtleitereinheit zur Lichtquelleneinheit und/oder vice versa ist der Elektromotor insbesondere als Rotationsmotor ausgestaltet. Für eine translatorische bzw. lineare Verstellung der Lichtleitereinheit zur Lichtquelleneinheit und/oder vice versa ist der Elektromotor insbesondere als mit einer Zahnstange und einem Zahnrad oder mit einer Gewindespindel gekoppelter Rotationsmotor oder als Linearmotor ausgestaltet. Grundsätzlich kann jeder Aktuator eingesetzt werden, der den Verstellweg/Verfahrweg realisieren kann. So kann als Aktuator beispielsweise ein sich durch seine vorteilhafte geringe Größe auszeichnender Piezoaktuator oder auch eine hydraulischer oder pneumatischer Aktuator eingesetzt werden.
Die Lichtleitereinheit weist vorzugsweise eine Vielzahl von Lichtleitern auf, die in wenigstens einer Reihe in einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei die erste Richtung senkrecht zur Strahlungsrichtung verläuft. Selbstverständlich können auch mehrere Reihen von Lichtleitern vorgesehen sein, sodass die Lichtleiter der Lichtleitereinheit in Form einer Matrix angeordnet sind. Die Matrix kann also 1-dimensional, 2-dimensional oder sogar 3-dimensional (also gekrümmt) ausgestaltet sein Bei den Lichtleitern handelt es sich bevorzugt um sogenannte Taper, d.h. um in Strahlungsrichtung gezogene und insbesondere konisch verlaufende Glasfasern. Bei einem Taper handelt es sich um eine Faseroptik, die eine vom 1:1-Maßstab abweichende Verkleinerung bzw. Vergrößerung ermöglicht. Die Taper können aus Silikon gebildet werden, insbesondere durch ein 1- oder 2-Komponenten Spritzgussverfahren, allerdings sind auch andere transparente Materialien wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Glas oder optisch thermoplastische Materialien denkbar.
Die Lichtquelleneinheit weist vorzugsweise eine Vielzahl von Lichtquellen auf, die in wenigstens einer Reihe senkrecht zur Strahlungsrichtung angeordnet sind. Die Anzahl der Lichtleiter der Lichtleitereinheit und die Anzahl der Lichtquellen der Lichtquelleneinheit ist bevorzugterweise unterschiedlich. Die Anzahl der Lichtquellen, die in einer Reihe angeordnet sind, kann im Bereich von 5 bis 200 Lichtquellen oder mehr liegen.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung erstreckt sich die Vielzahl von Lichtquellen der Lichtquelleneinheit in wenigstens einer Reihe entlang der ersten Richtung, und die Lichtquelleneinheit oder/und die Lichtleitereinheit ist entlang der ersten Richtung verstellbar. Eine Verstellung der Lichtleitereinheit, also der Primäroptik, umfasst dabei vorzugsweise eine (Mit-)Verstellung der Sekundäroptik. Bei der ersten Richtung handelt es sich insbesondere um eine horizontale Richtung, die senkrecht zur Strahlungsrichtung verläuft. Selbstverständlich kann es sich bei der ersten Richtung auch um eine vertikale Richtung handeln, die senkrecht zur Strahlungsrichtung verläuft. Auch Drehrichtungen um eine vertikale Achse sind möglich.
Aufgrund der relativen Beweglichkeit von Lichtquelleneinheit und Lichtleitereinheit zueinander brauchen bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem vorteilhafterweise nur so viele Lichtquellen (oder Lichtleiter) vorgesehen sein, wie unter Berücksichtigung sämtlicher gewünschter Licht- bzw. Beleuchtungsfunktionen maximal zeitgleich benötigt werden. Wird beispielsweise Kurvenlicht oder Abbiegelicht benötigt, so kann bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem einfach die Lichtquelleneinheit und/oder die Lichtleitereinheit seitlich verschoben werden, um den entsprechenden Winkelbereich auszuleuchten. Ist es die Lichtquelleneinheit, welche gegenüber der Lichtleitereinheit verschoben wird, so können vorteilhafterweise weniger Lichtquellen als Lichtleiter vorgesehen sein. Ist es dagegen die Lichtleitereinheit, welche gegenüber der Lichtquelleneinheit verschoben wird, so können weniger Lichtleiter (d.h. weniger Optikkomponenten) als Lichtquellen vorgesehen sein. Wird nur die Lichtleitereinheit verschoben und ist die Lichtleiteranzahl bzw. die Taperanzahl kleiner als die Lichtquellenanzahl, so kann vorteilhafterweise stets eine gewisse Anzahl an Lichtquellen, bevorzugt LEDs, die für die momentane Lichtverteilung nicht benötigt wird, komplett ausgeschaltet werden.
Anders als beim eingangs beschriebenen Stand der Technik ist es bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem nicht erforderlich, eine höhere Anzahl an Lichtquellen vorzusehen, um auch den beispielsweise für Kurvenlicht und Abbiegelicht erforderlichen Winkelbereich auszuleuchten. Bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem wird das Kurvenlicht und das Abbiegelicht vorzugsweise mit denselben Lichtquellen erzeugt, mit welchen beispielsweise ein Abblendlicht erzeugt wird, nur dass die Lichtquellen zur Erzeugung von zum Beispiel Kurvenlicht und Abbiegelicht seitlich verschoben sind.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem hat somit den Vorteil, dass weniger Lichtquellen oder weniger Lichtleiter als bei bekannten Beleuchtungssystemen benötigt werden, um eine flexibel einsetzbare Beleuchtung zu erzielen, während Fehleranfälligkeit und Kosten reduziert werden.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist die Vielzahl der Lichtquellen in einer Matrix angeordnet, die sich in der ersten Richtung und in einer zweiten Richtung, welche zu der ersten Richtung und der Strahlungsrichtung senkrecht ist, erstreckt. Das heißt, die Lichtquelleneinheit ist als Lichtquellenmatrixanordnung ausgestaltet. Zusätzlich dazu, dass die Lichtquelleneinheit oder/und die Lichtleitereinheit in der ersten Richtung verstellbar ist, ist die Lichtquelleneinheit oder/und die Lichtleitereinheit entlang der zweiten Richtung verstellbar. Wird die erste Richtung durch eine horizontale, zu der Strahlungsrichtung senkrechte Richtung gebildet, wird die zweite Richtung durch eine vertikale, zu der Strahlungsrichtung senkrechte Richtung gebildet. Wird die erste Richtung durch eine vertikale, zu der Strahlungsrichtung senkrechte Richtung gebildet, wird die zweite Richtung entsprechend durch eine horizontale, zu der Strahlungsrichtung senkrechte Richtung gebildet. Sind die erste Richtung und die zweite Richtung als Drehrichtungen ausgestaltet, so verlaufen deren Drehachsen senkrecht zueinander.
Je nach Anwendungsgebiet und gewünschten Beleuchtungsfunktionen können einzelne Positionen einer Lichtquellenreihe bzw. der Lichtquellenmatrix nicht mit einer Lichtquelle besetzt/bestückt sein.
Durch die relative Beweglichkeit in zwei Richtungen wird die Flexibilität des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems bezüglich erzielbarer Beleuchtungsfunktionen bei möglichst wenig Beleuchtungs- und/oder Optikkomponenten weiter erhöht.
Die Lichtquelleneinheit des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems weist vorzugweise eine Halterung auf, auf welcher die Vielzahl von Lichtquellen der Lichtquelleneinheit angeordnet ist. Hierzu ist die Halterung bevorzugt rechteckig ausgestaltet. Sind die Lichtquellen in Form einer Matrix mit gleicher Reihen- und Spaltenanzahl angeordnet, so ist die Halterung vorzugsweise quadratisch ausgebildet, wobei ein Quadrat als eine Unterform eines Rechtecks angesehen wird. Im allgemeinen kann die Anzahl an Zeilen und Spalten unterschiedlich sein. Auch muss die Gesamtkonfiguration nicht symmetrisch zu einer Symmetrieachse ausgebildet sein, sondern kann eine asymmetrische Anordnung von Lichtquellen und/oder Lichtleitern sein.
Durch Versetzen der Halterung kann die Lichtquelleneinheit bzw. können deren Lichtquellen gegenüber der Lichtleitereinheit versetzt werden. Sind die Lichtquellen der Lichtquelleneinheit als Matrix angeordnet, so können anstelle von einer durchgehenden Halterung voneinander getrennte Halterung vorgesehen sein, die jeweils eine oder mehrere benachbarte Reihen der Lichtquellen in der ersten Richtung oder eine oder mehrere Spalten der Lichtquellen in der zweiten Richtung aufnehmen. Die voneinander getrennten Halterungen sind bevorzugterweise unabhängig voneinander relativ zur Lichtleitereinheit verstellbar. Dies hat den Vorteil, dass nur eine Teilmenge der Lichtquellen verschoben werden kann. Ferner können Lichtquellen unterschiedlicher Größen effizient eingesetzt werden, indem zum Beispiel auf einer ersten Halterung, die sich in der zweiten Richtung (insbesondere der vertikalen Richtung) erstreckt und z.B. mittig der Lichtquelleneinheit bzw. von dessen Lichtverteilung angeordnet ist, erste Lichtquellen von relativ kleiner Größe montiert sind und auf einer zweiten, sich ebenfalls in der zweiten Richtung erstreckenden Halterung, die z.B. am Rand der Lichtquelleneinheit bzw. von dessen Lichtverteilung angeordnet ist, zweite Lichtquellen von relativ großer Größe, die größer als die der ersten Lichtquellen sind, montiert sind, wobei die erste und die zweite Halterung insbesondere in der zweiten Richtung (d.h. vorzugsweise der vertikalen Richtung) unabhängig voneinander verschoben werden können.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist die Lichtquelleneinheit des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems wenigstens zwei Reihen von Lichtquellen auf, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die Lichtquelleneinheit und/oder die Lichtleitereinheit drehbeweglich verstellbar ist, sodass jeweils eine Reihe der Lichtquellen in Strahlungsrichtung auf wenigstens eine Reihe der Lichtleiter ausgerichtet werden kann. Vorzugsweise weist die Lichtquelleneinheit mehr als zwei Reihen von Lichtquellen auf, die strahlenförmig um eine Drehachse der Lichtquelleneinheit angeordnet sind. Die einzelnen in einem Winkel und vorzugsweise strahlenförmig angeordneten Reihen können dabei als Doppelreihen oder Mehrfachreichen ausgeführt sein. Dementsprechend wird unter einer Reihe im Sinne der Erfindung eine linienförmige Matrix verstanden (d.h. eine Matrix mit mehr Spalten als Reihen).
Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Lichtquelleneinheit vorzugsweise eine Halterung mit polygonaler oder runder Grundfläche, auf welcher die Lichtquellen bzw. die aus diesen geformten Reihen strahlenförmig angeordnet sind. Die Halterung kann in kreisabschnittförmige oder polygonabschnittförmige Segmente aufgeteilt sein, die unabhängig voneinander relativ zur Lichtleitereinheit bewegt werden können, um beispielsweise Lichtquellen unterschiedlicher Größe effizient einsetzen zu können.
Alternativ oder zusätzlich können es die Lichtleiter der Lichtleitereinheit sein, die strahlenförmig oder zumindest in einem Winkel und drehbeweglich angeordnet sind, sodass eine Reihe von Lichtleitern durch Drehbewegung auf eine Reihe von Lichtquellen ausgerichtet werden kann.
Die Lichtquellen der Lichtquelleneinheit sind vorzugsweise als lichtemittierende Dioden (LEDs) ausgebildet, können aber auch als Laser, als Lichtquellen gemäß der Laser-Activated-Remote-Phosphor-(LARP-)Technologie, als Mikro-LEDs oder als organische Leuchtdioden (OLEDs - Organic Light Emitting Diodes), etc. ausgestaltet sein. Dabei können die unterschiedlichen Arten von Lichtquellen gemischt in einer Lichtquelleneinheit verwendet werden.
Bei als LEDs ausgebildeten Lichtquellen kann die LED in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Wie oben erwähnt können anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) eingesetzt werden. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann als lichtemittierende Komponente ein Laser in Form einer Laserdiode oder einer Laserdiodenanordnung eingesetzt werden. Denkbar ist auch, eine OLED-Anordnung in Form von einer OLED-Leuchtschicht oder mehreren OLED-Leuchtschichten oder einem OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten der Lichtquellen können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
Bei der zusätzlich oder alternativ eingesetzten LARP-Technologie weist die Lichtquelle ein beabstandet von der eigentlichen Strahlungsquelle angeordnetes Konversionselement oder einen Konverter auf, das bzw. der einen Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht und mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl oder Pumpstrahl oder Pumplaserstrahl, bestrahlt wird, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung oder in ein Konversionslicht umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue Anregungsstrahlung, insbesondere blaues Laserlicht, in rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung konvertiert werden. Bei einer teilweisen Konversion ergibt dann beispielsweise eine Überlagerung von nichtkonvertiertem blauen Anregungslicht und gelbem Konversionslicht weißes Nutzlicht.
Bei der Halterung zur Aufnahme der Lichtquellen handelt es sich insbesondere um eine Leiterplatte (auch Platine genannt), auf welcher die Lichtquellen montiert sind und welche mit Anschlüssen und Leitungen zur Stromversorgung der Lichtquellen versehen ist.
Bei der Lichtleitereinheit des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems können ein oder mehrere Lichtleiter derart ausgestaltet sein, dass einem lichtquellenfernen Lichtleiterausgang am in der Strahlungsrichtung entgegengesetzten Ende des jeweiligen Lichtleiters zwei oder mehrere unterschiedliche Lichtleitereingänge zugeordnet sind, sodass mit diesen unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugt werden können. Durch das Versetzen bzw. den Wechsel von einer Lichtquelle, insbesondere einer LED, von einem Eingang auf den anderen Eingang des Lichtleiters lässt sich die Lichtverteilung ändern.
Ferner kann das Beleuchtungssystem zusätzlich derart ausgestaltet sein, dass einzelne oder mehrere Lichtquellen in ihrer Lichtintensität verändert (d.h. gedimmt) werden können, indem sie mit niedrigerem oder keinem Strom mehr versorgt werden bzw. bei einer Ansteuerung mittels Pulsweitenmodulation derart angesteuert werden, dass sich eine Dimmung ergibt.
Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer mit einem Beleuchtungssystem gemäß einem der vorhergehenden Aspekte bereitgestellt. Der Scheinwerfer wird vorzugsweise bei einem Fahrzeug eingesetzt. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug, ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, ein Schienenfahrzeug oder auch ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes, teilautonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein. Wird der Scheinwerfer für ein Fahrzeug eingesetzt, so handelt es sich bei dem Scheinwerfer vorzugsweise um einen Frontscheinwerfer.
Neben Scheinwerfern kann das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem auch bei anderen Beleuchtungsanwendungen wie beispielsweise für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) etc. eingesetzt werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Beleuchtungssystem gemäß dem Stand der Technik (1a)), eine Lichtverteilung der einzelnen LEDs des in 1a) dargestellten Beleuchtungssystems (1b)) und eine Lichtverteilung des gesamten LED-Matrix-Systems des in 1a) dargestellten Beleuchtungssystems (1c)),
2 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Beleuchtungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebszustand (2a)) und eine Lichtverteilung der einzelnen Lichtquellen der in 2a) dargestellten ersten Ausführungsform,
3 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Beleuchtungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Betriebszustand (2a)) und eine Lichtverteilung der einzelnen Lichtquellen der in 3a) dargestellten ersten Ausführungsform und
4 eine perspektivische Ansicht eines schematisch dargestellten Beleuchtungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

1 ist bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben und es wird auf die dortigen Textstellen verwiesen.
2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines Beleuchtungssystems 20 gemäß der Erfindung in einem ersten Betriebszustand (2) und in einem zweiten Betriebszustand (3).
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem 20 umfasst eine Lichtquelleneinheit 22 und eine Lichtleitereinheit 24. Die Lichtquelleneinheit 22 weist eine lichtleitereinheitsseitige Anordnungsfläche 26 auf, entlang derer die einzelnen Lichtquellen zum Abstrahlen von Licht angeordnet sind. Die Lichtleitereinheit 24 weist eine lichtquelleneinheitsseitige Anordnungsfläche 28 auf, entlang derer die Einzeleinkoppelflächen zum Empfangen von von der Lichtquelleneinheit 22 abgestrahltem Licht auf. Die lichtleitereinheitsseitige Anordnungsfläche 26 und die lichtquelleneinheitsseitige Anordnungsfläche 28 verlaufen bevorzugt parallel zueinander und senkrecht zur Strahlungsrichtung 30. Allerdings ist es auch denkbar, dass die jeweiligen Anordnungsflächen 26, 28 konvex, konkav oder freiförmig ausgebildet sind. Die Lichtleitereinheit 24 bildet eine Primäroptik. Ferner weist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem 20 vorzugsweise eine Sekundäroptik 32 auf, die das von der Lichtleitereinheit 24 abgegebene Licht ins Fernfeld abbildet und hierzu entsprechende Linsen und/oder Blenden umfasst. Die Sekundäroptik 32 kann wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben ausgestaltet sein. Die individuellen Lichtquellen 34 der Lichtquelleneinheit 22 können äquidistant zueinander angeordnet sein, müssen es aber nicht. Entsprechendes gilt für die korrespondierenden Lichtleiter 38.
Die Lichtquelleneinheit 22 umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen 34, die vorzugsweise in Form einer senkrecht zur Strahlungsrichtung 30 positionierten Matrix angeordnet sind. In der Draufsicht der 2 und 3 ist die oberste Reihe dieser Matrix erkennbar. Die Matrix aus Lichtquellen 34 ist auf einer relativ zur Lichtleitereinheit 24 verstellbaren Halterung 36 angeordnet. Die Lichtquellen 34 sind vorzugsweise durch LEDs gebildet, die auf einer Leiterplatte als Halterung 36 angeordnet sind. Die Lichtleitereinheit 24 umfasst mehrere vorzugsweise als konusförmige Taper ausgestaltete Lichtleiter 38, die sich in Strahlungsrichtung 30 erstrecken.
Bei der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 20 weist die Lichtquelleneinheit 22 vorteilhafterweise weniger Lichtquellen 34 auf, als die durch die Lichtleitereinheit 24 gebildete Primäroptik Lichtleiter 38 aufweist. Insbesondere sind in einer ersten Richtung, die vorzugsweise senkrecht zur Strahlungsrichtung und horizontal verläuft, weniger Lichtquellen 34 als Lichtleiter 38 vorgesehen, wie in den 2 und 3 ohne weiteres erkennbar. Die Differenz zwischen der jeweiligen Anzahl von Lichtquellen 34 und Lichtleitern 38 kann dabei im Bereich 5 bis 30 liegen, oder auch größer sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 20 ist die Lichtquelleneinheit 22 in einer zu der Strahlungsrichtung 30 senkrechten horizontalen Richtung relativ, insbesondere gegenläufig, zu der Lichtleitereinheit 24 verstellbar. Die Verstellung der Lichtquelleneinheit 22 erfolgt über Verstellung der als Leiterplatte ausgestalteten Halterung 36. Für die Verstellung umfasst das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem 20 vorzugsweise einen Aktuator in Form eines Elektromotors, der insbesondere als Schrittmotor ausgestaltet ist. Alternativ kann der Aktuator auf einem piezoelektrischen Prinzip beruhen. Derartige Piezoaktuatoren haben den Vorteil, wenig Bauraum zu benötigen. Bevorzugt wird zusammen mit der Lichtquelleneinheit 22 ein vorzugsweise vorgesehenes, nicht dargestelltes Kühlsystem verstellt.
In 2 ist die mit den vorzugsweise als LEDs ausgestalteten Lichtquellen 34 versehene Leiterplatte 36 in eine horizontale Position verstellt, in welcher eine Lichtverteilung erzeugt wird, die über die Sekundäroptik 32 nur den rechten Bereich des Fernfeldes ausleuchtet (siehe 2b): rechts von einem Horizontalwinkel H von 0°). Eine solche Lichtverteilung kann zum Beispiel beim Durchfahren einer Rechtskurve oder vor dem Rechtsabbiegen gewünscht sein.
Befindet sich ein mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 20 versehenes Fahrzeug auf einer geraden Strecke in Geradeausfahrt, so wird die Leiterplatte bzw. die Halterung 36 in die horizontale Mitte der Lichtleitereinheit 24 verschoben (nicht dargestellt), sodass die Lichtquelleneinheit 22 und die Lichtleitereinheit 24 in Strahlungsrichtung exakt aufeinander ausgerichtet/zentriert sind und eine Lichtverteilung um einen (an und beidseitig von einem) Horizontalwinkel H von 0° erzeugt wird.
3 zeigt den Zustand, in welchem die Leiterplatte 36 an das in Bezug auf den in 2 gezeigten Zustand in horizontaler Richtung (senkrecht zur Strahlungsrichtung 30) entgegengesetzte Ende der Lichtleitereinheit 24 verschoben ist, sodass beispielsweise ein Kurvenlicht für eine Linkskurve realisiert werden kann. Wie in dem in 2 gezeigten Zustand wird auch in dem in 3 gezeigten Zustand nur eine Teilmenge (in dem dargestellten Beispiel: die Hälfte) der vorzugsweise als Taper ausgestalteten Lichtleiter 38 der Lichtleitereinheit 24 gleichzeitig zur Lichtverteilung verwendet.
Sind sowohl bei der Lichtquelleneinheit 22 die Lichtquellen 34 als auch bei der Lichtleitereinheit 24 die Lichtleiter 38 in Form einer Matrix angeordnet, wobei bevorzugt die Lichtquellenmatrix weniger Reihen und weniger Spalten als die Lichtleitermatrix aufweist, so ist vorzugweise neben einer Verschiebbarkeit der Lichtquelleneinheit 22 in seitlicher Richtung, wie sie in 2 und 3 gezeigt ist, eine Verschiebbarkeit in vertikaler Richtung vorgesehen. Auf diese Weise kann die Lichtverteilung auf der Fahrbahn sowohl horizontal (z.B. für eine Abbiegung oder Kurve) als auch vertikal (z.B. für ein Autobahnlicht, ein sogenanntes Levelling (Höhenverstellung) in Abhängigkeit vom Beladezustand und/oder bei hügeligem Gelände) verstellt werden.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform 40 des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit einer Lichtquelleneinheit 42. Die bevorzugt als LEDs ausgebildeten Lichtquellen 44 der Lichtquelleneinheit 42 sind als Reihen strahlenförmig und vorzugsweise in spitzen Winkeln auf einer insbesondere als Leiterplatte ausgebildeten Halterung 46 angeordnet. Zur Aufnahme der strahlenförmig angeordneten Lichtquellen 34 weist die Leiterplatte 46 vorzugsweise eine polygonale Grundfläche auf, wie in 4 dargestellt. Alternativ kann die Leiterplatte 46 eine runde/kreisförmige Grundfläche aufweisen. Alternative Grundflächenformen sind denkbar, solange die strahlenförmig angeordneten Lichtquellen 44 aufgenommen werden können. Die Leiterplatte 46 ist um deren Mittelachse 48 (Drehachse) drehbar, die parallel zur Strahlungsrichtung 30 verläuft.
Das Beleuchtungssystem 40 weist ferner eine Lichtleitereinheit 50 auf, welche mehrere in einer Reihe angeordnete Lichtleiter 52 umfasst, die vorzugsweise als Taper ausgebildet sind. Die Anzahl der in einer Reihe angeordneten Lichtleiter 52 ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt gleich zu oder größer als die Anzahl der Lichtquellen 44 derjenigen Reihe der Lichtquelleneinheit 40 mit der maximalen Anzahl an Lichtquellen 44. Die Lichtleitereinheit 50 ist seitlich versetzt zur Drehachse 48 der Lichtquelleneinheit 40 derart angeordnet, dass durch Drehbewegung der Lichtquelleneinheit 40 bzw. von dessen Halterung 46 eine von deren Lichtquellenreihen in der Strahlungsrichtung 30 auf die Lichtleiterreihe ausgerichtet werden kann, sodass die Lichtquellen 44 dieser Lichtquellenreihe ihr Licht in die Lichtleiter 52 einkoppeln können. Das heißt, die Abstände und Größen der in einer Reihe angeordneten Lichtquellen 44 sind derart in Abhängigkeit der Abstände und Durchmesser der Lichtleiter 52 gewählt, dass das von den in einer Reihe angeordneten Lichtquellen 44 abgegebene Licht bei entsprechend gedrehter Stellung der Leiterplatte 46 in die Lichtleiter 52 eingekoppelt wird.
Abgesehen davon können sich die in verschiedenen der strahlenförmig angeordneten Reihen vorgesehenen Lichtquellen 44 hinsichtlich Anzahl, Lichtfarbe, Wellenlängenspektrum, Leuchtdichte, für die Lichtemittierung benötigtem Strom, etc. unterscheiden, sodass sich ein äußerst flexibel einsetzbares Beleuchtungssystem ergibt. Auch kann ein Lichtleiter mehrere Eingänge aufweisen, zum Beispiels in Form eine Y-artigen Anordnung mit zwei Einkoppel- und einer Auskoppelseite, wobei der Einkoppelseite einer Lichtquelle zugeordnet ist. Auch ist es möglich, bei der zeilenförmigen Bestückung mit Lichtquellen 44 Lücken zu lassen, so dass nicht jede Position besetzt sein muss. Dadurch lässt sich ein noch größere Vielfalt an Beleuchtungsmustern erzeugen.
Bezugszeichenliste

Beleuchtungssystem	1; 20; 40
Lichtquelleneinheit	2; 22; 42
Lichtquelle, LED	4; 34; 44
Halterung, Leiterplatte	6; 36; 46
Lichtleitereinheit	8; 24; 50
Lichtleiter, Taper	10; 38; 52
Sekundäroptik	12; 32
lichtleitereinheitsseitige Anordnungsfläche	26
lichtquelleneinheitsseitige Anordnungsfläche	28
Strahlungsrichtung	30
Drehachse	48

Claims

Beleuchtungssystem mit einer Lichtquelleneinheit (22; 42) und einer Lichtleitereinheit (24; 50) zum Transportieren von von der Lichtquelleneinheit (22; 42) abgestrahltem Licht, wobei die Lichtquelleneinheit (22; 42) eine lichtleitereinheitsseitige Anordnungsfläche (26) zum Abstrahlen von Licht aufweist und die Lichtleitereinheit (24; 50) eine lichtquelleneinheitsseitige Anordnungsfläche (28) zum Empfangen von von der Lichtquelleneinheit (22; 42) abgestrahltem Licht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit (22; 42) und die Lichtleitereinheit (24; 50) in einer zu einer Strahlungsrichtung (30) des Lichts senkrechten Richtung relativ zueinander verstellbar sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die lichtleitereinheitsseitige Anordnungsfläche (26) der Lichtquelleneinheit (22; 42) und die lichtquelleneinheitsseitige Anordnungsfläche (28) der Lichtleitereinheit (24; 50) planparallel zueinander ausgerichtet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtleitereinheit (24; 50) eine Vielzahl von Lichtleitern (38; 52) umfasst, die in wenigstens einer Reihe in einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei die erste Richtung senkrecht zur Strahlungsrichtung (30) verläuft, und die Lichtquelleneinheit (22; 42) eine Vielzahl von Lichtquellen (34; 44) aufweist, die in wenigstens einer Reihe senkrecht zur Strahlungsrichtung (30) angeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Lichtquellen (34) der Lichtquelleneinheit (22) sich in wenigstens einer Reihe entlang der ersten Richtung erstreckt und die Lichtquelleneinheit (22) und/oder die Lichtleitereinheit (24) entlang der ersten Richtung verstellbar ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Vielzahl der Lichtquellen (34) in einer Matrix angeordnet ist, die sich in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung, welche zu der ersten Richtung und der Strahlungsrichtung senkrecht ist, erstreckt und die Lichtquelleneinheit (22) und/oder die Lichtleitereinheit (24) entlang der zweiten Richtung verstellbar ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, wobei die Lichtquelleneinheit (42) wenigstens zwei Reihen von Lichtquellen (44) aufweist, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die Lichtquelleneinheit (42) und/oder die Lichtleitereinheit (50) drehbeweglich verstellbar ist, sodass jeweils eine Reihe der Lichtquellen (44) auf die wenigstens eine Reihe der Lichtleiter (52) ausgerichtet werden kann.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, wobei die Lichtquelleneinheit (42) mehr als zwei Reihen von Lichtquellen (44) aufweist, die strahlenförmig angeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die wenigstens zwei Reihen als Doppelreihen oder Mehrfachreichen ausgeführt sein können.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei die Lichtquelleneinheit (22) eine rechteckige Halterung (36) aufweist, auf welcher die Vielzahl von Lichtquellen (34) der Lichtquelleneinheit (22) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei die Lichtquelleneinheit (22) separate Halterungen aufweist, auf denen jeweils eine oder mehrere Spalten der Lichtquellen (34) angeordnet sind, wobei eine oder mehrere separate Halterungen unabhängig voneinander relativ zur Lichtleitereinheit (24) verstellbar sind.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Lichtquelleneinheit (42) eine Halterung (46) für die Lichtquellen (44) umfasst, die eine polygonale oder runde Grundfläche aufweist.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die jeweilige Halterung (36; 46) als Leiterplatte ausgestaltet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen (34; 44) als Licht emittierende Dioden (LEDs) ausgebildet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtleiter (38; 52) als Taper ausgebildet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer oder mehrere Lichtleiter (38; 52) der Lichtleitereinheit wenigstens zwei Lichtleitereingänge und einen Lichtleiterausgang aufweisen, wobei die zwei Lichtleitereingänge dem einen Lichtleiterausgang zugeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zur relativen Verstellung der Lichtquelleneinheit (22; 42) und der Lichtleitereinheit (24; 50) ein Aktuator vorgesehen ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 16, wobei der Aktuator als Elektromotor, piezoelektrischer Aktuator, hydraulischer Aktuator und/oder pneumatischer Aktuator ausgestaltet ist.
Scheinwerfer mit einem Beleuchtungssystem (20; 40) nach einem der vorherigen Ansprüche.