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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrzeugscheinwerfer.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeugscheinwerfer bekannt, die mittels einer Strahlformungsoptik Lichtstrahlen des Fahrzeugscheinwerfers derart ablenken, dass ein Gegenverkehr nicht geblendet wird. Die bisher bekannten Strahlformungsoptiken sind jedoch aufgrund der Vielzahl der benötigten optischen Elemente teuer und benötigen einen erhöhten Bedarf an Bauraum.
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Aus der
DE 10 2017 200 709 A1 ist eine optische Anordnung zur Strahlzusammenführung bekannt, die Licht von wenigstens zwei Emittern durch eine Strahlzusammenführungsoptik auf eine Kollimationsoptik lenken kann. Die Strahlzusammenführungsoptik ist dabei als ein holografisch-optisches Element ausgebildet.
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Aus der
DE 10 2017 203 889 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, das eine vorgegebene Symbolik durch eine Phasenmodulation von Laserlicht erzeugen kann.
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Aus der
DE 10 2017 203 891 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Aktorik zur Bewegung zumindest eines Teils eines Lichtmoduls umfasst, mit dem eine von Laserlicht erzeugte Symbolik relativ zum Kraftfahrzeug verändert werden kann.
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Aus der
DE 101 29 743 A1 ist ein Fahrzeugscheinwerfer bekannt, der ein zweidimensionales Array aus einer Vielzahl von elektronischen Leuchtelementen, eine Sammellinse, die im Abstand ihrer Brennweite zu dem Array angeordnet ist, und eine Ansteuerelektronik für die Leuchtelemente, die Leuchtelemente einzeln oder gruppenweise selektiv leuchten lässt, aufweist.
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Aus der
DE 10 2014 117 883 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Hologrammelement zur Brechung des Lichtbündels entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilungscharakteristik bekannt, wobei das Hologrammelement derart ausgebildet ist, dass es die Lichtverteilungscharakteristik einer Linse aufweist.
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Aus der
US 2011/0222265 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die zumindest eine lichtemittierende Vorrichtung und zumindest ein optisches Element in einem optischen Pfad der lichtemittierenden Vorrichtung aufweist, um eine Ausgangsbeleuchtung mit zumindest einer Richtcharakteristik zu erzeugen.
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Aus der
DE 10 2016 117 557 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, mit einer Lichtquelleneinheit zur Abstrahlung von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge und/oder einer vorgegebenen Phasenlage, mit einer Hologrammeinheit und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Hologrammeinheit angeordneten Wellenlängenkonvertereinheit zum Konvertieren des von der Lichtquelleneinheit abgestrahlten Lichtes in ein Weißlicht, wobei die Hologrammeinheit ein passives Hologrammelement aufweist, in dem unterschiedliche Lichtverteilungsinformationen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes und/oder unterschiedlicher Phasenwinkel des Lichtes eingeschrieben sind.
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Aus der
DE 10 2016 107 307 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, mit einer Lichtquelleneinheit und mit einer Hologrammeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobewi die Hologrammeinheit ein Hologramm aufweist auf Basis eines photosensitiven Materials, in das holographische Informationen mittels eines Belichtungsverfahrens eingebracht sind. Das Hologramm ist durch eine Mehrzahl von Hologrammsegmenten gebildet, wobei den Hologrammsegmenten jeweils eine gesonderte Lichtquelle der Lichtquelleneinheit zugeordnet ist und wobei die Hologrammsegmente zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung dienen. Dabei sind in den Hologrammsegmenten holographische Informationen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Wellenlängen und unterschiedlichen Winkeln der jeweils den Hologrammsegmenten zugeordneten Lichtquelle eingeschrieben.
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Aus der
US 2017/0341565 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, umfassend eine kohärente Lichtquelle, die einen ersten kohärenten Lichtstrahl und einen zweiten kohärenten Lichtstrahl emittiert, eine optische Vorrichtung, die den ersten kohärenten Lichtstrahl beugt, um eine erste Beleuchtungszone zu beleuchten, und eine Welle des zweiten kohärenten Lichtstrahls beugt, um eine zweite Beleuchtungszone zu beleuchten, und eine Zeitsteuereinheit, die die Einfallszeit des ersten kohärenten Lichtstrahls und des zweiten kohärenten Lichtstrahls auf der optischen Vorrichtung oder die Beleuchtungszeit der ersten Beleuchtungszone und der zweiten Beleuchtungszone individuell steuert, wobei die optische Vorrichtung einen ersten Beugungsbereich, auf den der erste kohärente Lichtstrahl einfällt, und einen zweiten Beugungsbereich, auf den der zweite kohärente Lichtstrahl einfällt, umfasst, wobei der erste Beugungsbereich in der Lage ist, die erste Beleuchtungszone durch Beugung des einfallenden ersten kohärenten Lichtstrahls zu beleuchten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, durch den ein Blenden des Gegenverkehrs und ein Platzbedarf für die dazu benötigte Strahlformungsoptik verringert werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figur offenbart.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass man einem Transmissionshologramm eine vorgegebene Ablenkcharakteristik aufprägen kann, die Lichtstrahlen zu einem vorgegebenen Lichtprofil ablenkt. Da ein Transmissionshologramm wenig Platz benötigt, können optische Komponenten der Strahlformungsoptik durch Transmissionshologramme ersetzt werden, wodurch weniger Bauraum benötigt wird und Kosten eingespart werden können.
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Durch die Erfindung ist ein Fahrzeugscheinwerfer mit einer Lichtquelle und einer Strahlformungsoptik bereitgestellt. Die Lichtquelle ist dazu ausgebildet, Lichtstrahlen auf die Strahlformungsoptik abzustrahlen, wobei die Strahlformungsoptik ein holografisches Element mit einer Ablenkstruktur aufweist, die als Transmissionshologramm mit einer Linsenfunktion ausgebildet ist und wobei die Ablenkstruktur dazu ausgebildet ist, die Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle auf die Ablenkstruktur fallen, in Abhängigkeit von einem Einfallsort und einem Einfallswinkel der Lichtstrahlen auf die Ablenkstruktur entsprechend einer durch das Transmissionshologramm vorgegebenen Ablenkcharakteristik zur Erzeugung eines vorgegebenen Lichtprofils abzulenken, wobei wenigstens eine Kante des Lichtprofils mit einem vorgegebenen Muster begrenzt ist.
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Mit anderen Worten kann ein Transmissionshologramm als eine optische Linse, vorzugsweise als mehrere optische Linsen, wirken, die Licht von der Lichtquelle entsprechend dem Einfallsort und dem Einfallswinkel auf das Transmissionshologramm mit einer vorgegebenen Ablenkcharakteristik ablenkt, sodass ein vorgegebenes Lichtprofil erzeugt wird. Das vorgegebene Lichtprofil kann dabei wenigstens eine Kante mit einem vorgegebenen Muster besitzen, das heißt, dass eine Hell-Dunkel-Abgrenzung des Lichtprofils vorgegeben werden kann, insbesondere kann das vorgegebene Muster eine gerade Kante umfassen.
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Das Transmissionshologramm kann dabei nach Art einer Fresnellinse aufgebaut sein, das heißt, dass in unterschiedlichen Bereichen vorgegebene Brechungsindizes und/oder Spiegeleigenschaften ausgebildet sein können, die für jeden Einfallsort und jeden Einfallswinkel eine vorgegebene Ablenkcharakteristik aufweisen. Dadurch kann jeder Lichtstrahl entsprechend dem vorgegebenen Lichtprofil abgelenkt werden kann.
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Ein holographisches Element, das auch als holographisch-optisches Element (HOE) bezeichnet wird, ist ein optisches Element, dessen Funktionsprinzip auf Holographie beruht und das mittels holographischer Verfahren, das heißt holographischer Belichtung, hergestellt werden kann. Dafür kann ein Interferenzmuster, das bei der Überlagerung von zwei kohärenten Wellen gleicher Wellenlänge entsteht, auf einer lichtempfindlichen Schicht aufgezeichnet werden. Auf diese Weise lassen sich holographische Elemente, wie beispielsweise Gitter, Linsen, Spiegel und Strahlteiler herstellen, die ähnliche Eigenschaften wie die konventionellen optischen Komponenten besitzen. Ein holographisches Element kann insbesondere als optisches Gitter beziehungsweise Beugungsgitter ausgebildet sein.
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Das vorgegebene Lichtprofil kann eine Lichtverteilung sein, die der Fahrzeugscheinwerfer abstrahlt. Vorzugsweise kann das vorgegebene Lichtprofil eine Fahrbahnseite des Kraftfahrzeugs ausleuchten und von einer geraden Kante als vorgegebenes Muster zu der Gegenfahrbahn begrenzt werden, um entgegenkommende Fahrzeuge nicht zu blenden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lichtquelle als eine LED oder ein Halogenlicht oder ein Xenonlicht ausgebildet ist.
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Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Verkehrssicherheit für entgegenkommende Fahrzeuge erhöht werden kann und durch die Ausgestaltung als holografisches Element ein Platzbedarf für die Strahlformungsoptik eingespart werden kann, wodurch auch Gewicht eingespart wird. Zusätzlich können auch Abbildungsfehler, wie sie beispielsweise bei Linsensystemen auftreten können, durch die Verwendung eines Transmissionshologramms verringert werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Strahlformungsoptik ferner eine optische Linse aufweist und die Ablenkstruktur in die optische Linse eingearbeitet ist, wobei die optische Linse aus zwei konvexen Körpern zusammengesetzt ist und das holographische Element zwischen den beiden konvexen Körpern eingebracht ist. Mit anderen Worten kann die Strahlformungsoptik zusätzlich zu dem Transmissionshologramm eine optische Linse aufweisen, die die Lichtstrahlen zusätzlich oder unterstützend ablenken kann und wobei die Ablenkstruktur des Transmissionshologramms in die optische Linse eingearbeitet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Ablenkstruktur auf eine Oberfläche der optischen Linse aufgebracht sein, beispielsweise kann die Ablenkstruktur auf die Oberfläche geklebt oder gefräst sein. Vorzugsweise kann das holografische Element mit der Ablenkstruktur in die Linse eingearbeitet sein, beispielsweise indem in eine Mittelachse der optischen Linse das holografische Element als eine Zwischenebene eingebracht ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Ablenkstruktur unterstützend zu der optischen Linse Lichtstrahlen ablenken kann und insbesondere Linsenfehler, wie beispielsweise eine chromatische Aberration und/oder Seidel-Aberrationen korrigieren kann.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Ablenkstruktur als eine Multiplex-Beugungsstruktur ausgebildet ist, wobei die Multiplex-Beugungsstruktur dazu ausgelegt ist, Licht von zumindest zwei vorgegebenen Wellenlängen in einen vorbestimmten Winkel zu beugen. Eine Beugungsstruktur, zum Beispiel ein optisches Gitter, ist in der Regel frequenzselektiv. Es sind jedoch auch optische Gitter bekannt, die polychromatisches Licht beugen können. Diese werden als holografische Mehrvolumenfachgitter (multiplexed volume holografic gratings, kurz: MVHG) bezeichnet und können beispielsweise durch Verändern der Periodizität der Gitterstruktur eines optischen Gitters oder durch Anordnen mehrerer holografisches Volumengitter hintereinander hergestellt werden, wodurch eine Multiplex-Beugungsstruktur entsteht. Die Erfindung umfasst auch die Verwendung eines solchen MVHG.
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Die Multiplex-Beugungsstruktur weist mehrere Schichten von holographischen Elementen hintereinander auf, die für verschiedene Wellenlängen sensitiv sind und diese jeweils in einem vorbestimmten Winkel beugen, um Linsenfehler der Strahlformungsoptik auszugleichen.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch sie sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Ablenkstruktur mit zumindest einem optischen Gitter ausgebildet ist, insbesondere ein holografisches Oberflächengitter oder ein holografisches Volumengitter.
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Optische Gitter, auch Beugungsgitter genannt, sowie deren Wirkungsweise und Herstellungsverfahren sind dabei allgemein bekannt. Grundsätzlich können optische Gitter als zumindest abschnittsweise periodische Strukturen, sogenannte Gitterstrukturen, in einem Substrat ausgebildet sein, die durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen können. Fällt Licht, d.h. fallen Lichtstrahlen auf das optische Gitter, wobei die einfallenden Lichtstrahlen insbesondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen durch das optische Gitter gebeugt oder abgelenkt. Die Lichtlenkung kann somit insbesondere durch Interferenzerscheinungen der durch das optische Gitter gebeugten Lichtstrahlen erfolgen. Die Ablenkstruktur kann entsprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden. Ein holographisches Oberflächengitter und ein holographisches Volumengitter sind holographische Elemente, die insbesondere durch ein Holographieverfahren hergestellt werden können.
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Vorzugsweise kann ein optisches Gitter gegenüber dem einfallenden Licht winkel- beziehungsweise richtungsselektiv und/oder wellenlängen- beziehungsweise frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, das aus einer vorbestimmten Einfallsrichtung, zum Beispiel in einem vorbestimmten Winkel, auf ein optisches Gitter fällt, abgelenkt werden. Licht, das aus einer anderen Richtung auf das optische Gitter fällt, wird vorzugsweise nicht abgelenkt oder umso weniger, je größer der Unterschied zur vorbestimmten Einfallsrichtung ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch nur Licht einer Wellenlänge oder Licht, welches höchstens um einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von der vorbestimmten Wellenlänge abweicht, von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt werden. Anders formuliert kann beispielsweise eine Optimalwellenlänge vorgegeben sein, bei der nur ein Anteil des Lichts in einem bestimmten Wellenlängen- oder Frequenzbereich um die Optimalwellenlänge von dem optischen Gitter abgelenkt wird (beispielsweise eine zentrale Optimalwellenlänge und ein Bereich mit Wellenlängenwerten bis +/- 10 Prozent der Optimalwellenlänge), der übrige Anteil des Lichts kann hingegen ohne abgelenkt zu werden durch das Gitter propagieren. Von polychromatischem Licht, welches auf das optische Gitter trifft, kann somit wenigstens ein monochromatischer Lichtanteil abgespaltet werden. Der Ablenkeffekt ergibt sich somit frequenzselektiv und/oder winkelselektiv, wobei der Ablenkeffekt für ein Optimalwellenlänge maximal ist und zu längeren und kürzeren Wellenlängen hin abfällt oder schwächer wird, beispielsweise gemäß einer Gaußglocke abfällt. Insbesondere wirkt der Ablenkeffekt nur auf einen Bruchteil des sichtbaren Lichtspektrums und/oder in einem Winkelbereich kleiner als 90 Grad.
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Besonders bevorzugt können optische Gitter mittels Belichtung eines Substrats, also beispielsweise fotolithografisch oder holografisch, hergestellt werden. In diesem Zusammenhang können die optischen Gitter dann auch als holografische oder holografisch-optische Gitter bezeichnet werden. Es sind zwei Arten von holografisch-optischen Gittern bekannt: holografische Oberflächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) und holografische Volumengitter (volume holografic gratings, kurz: VHG). Bei holografischen Oberflächengittern kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die veränderte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind sogenannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruktur bei holografischen Volumengittern in das ganze Volumen oder einen Teilbereich des Volumens des Substrats eingearbeitet sein. Holografische Oberflächengitter und holografische Volumengitter sind in der Regel frequenzselektiv.
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Als Material für ein Substrat zum Einarbeiten eines optischen Gitters eignet sich zum Beispiel besonders Glas, vorzugsweise Quarzglas. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Polymer, insbesondere Fotopolymer, oder eine Folie, insbesondere eine fotosensitive Folie, zum Beispiel aus Kunststoff oder einem organischen Stoff verwendet werden. Zur Verwendung derartiger Substrate, sollte zusätzlich beachtet werden, dass das Material, insbesondere in Substratform, flexible und lichtwellenleitende Eigenschaften aufweist. Substrate die eine Ablenkstruktur zum Beugen von Licht, beispielsweise in Form eines optischen Gitters aufweisen, können auch als holografisch-optische Elemente (HOE) bezeichnet werden.
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Durch diese Ausführungsformen ergibt sich der Vorteil, dass eine Dicke der optischen Elemente reduziert werden kann, wodurch ein Platzbedarf für den Fahrzeugscheinwerfer eingespart werden kann.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das vorgegebene Muster der wenigstens einen Kante des Lichtprofils eine Gerade ist. Mit anderen Worten werden durch die Ablenkstruktur die Lichtstrahlen derart abgelenkt, dass das somit vorgegebene Lichtprofil auf wenigstens einer Seite durch eine gerade Linie zu einem nicht beleuchteten Bereich abgegrenzt wird. Das bedeutet, dass ein scharfer Kontrast zwischen einer beleuchteten und einer nicht beleuchteten Fläche durch eine gerade Linie definiert wird. Insbesondere kann durch die gerade Kante die eigene Straßenseite von der Straßenseite des Gegenverkehrs abgegrenzt werden. Aus dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die eigene Straßenseite ausgeleuchtet wird, ohne dabei einen Gegenverkehr zu blenden, wodurch eine Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Lichtquelle die Lichtstrahlen in einem kegelförmigen Bereich abstrahlt und das vorgegebene Lichtprofil ein rechteckiger Bereich ist, in den die Lichtstrahlen abgelenkt werden. Mit anderen Worten kann die Lichtquelle ein kegelförmiges Abstrahlprofil aufweisen, die durch die Strahlformungsoptik mit dem Transmissionshologramm in eine rechteckige Projektion umgeformt werden kann. Das heißt, dass eine ursprünglich kreisförmige Projektion in eine rechteckige Projektion umgewandelt werden kann. Unter einem kegelförmigen und rechteckigen Bereich ist eine Grundform des Bereichs zu verstehen, die unter Berücksichtigung von Toleranzen von dieser Form abweichen können. Beispielsweise kann eine Fläche des rechteckigen Bereichs des Lichtprofils und eine Fläche einer rechteckigen mathematischen Figur fünf bis zehn Prozent voneinander abweichen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Lichtstrahlen in eine für die Straßenoberfläche günstige Form gebracht werden kann, ohne eine aufwendige Strahlformungsoptik zu benötigen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lichtprofil innerhalb des rechteckigen Bereichs auf einer Referenzfläche senkrecht zur optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers eine vorgegebene Lichtintensität aufweist. Mit anderen Worten kann das Lichtprofil innerhalb des rechteckigen Bereichs eine homogene Lichtintensität aufweisen, die beispielsweise durch gesetzliche Bestimmungen vorgegeben ist. Die vorgegebene Lichtintensität kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass auf einer Referenzfläche, die senkrecht zu der optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers steht oder anders formuliert planparallel zu einem Scheinwerferglas des Fahrzeugscheinwerfers ist, die Lichtintensität um weniger als 5 Prozent von einem Mittelwert der Lichtintensität abweicht. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Lichtintensität gleichmäßig über einen Bereich verteilt werden kann und somit gesetzliche Vorgaben zur Lichtintensität eingehalten werden können.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Fahrzeugscheinwerfer ein Scheinwerferglas aufweist, wobei das holografische Element mit der Ablenkstruktur in das Scheinwerferglas eingearbeitet ist. Mit einem Scheinwerferglas ist das Glas gemeint, das den Fahrzeugscheinwerfer in Abstrahlrichtung des Lichts nach außen abgrenzt und vor äußeren Umwelteinflüssen schützt. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Abstrahlcharakteristik der Ablenkstruktur unabhängig von der Lichtquelle nachgerüstet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugscheinwerfer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgesehen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung einer Strahlformungsoptik mit und ohne holographisches Element;
- 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers mit einem holographischen Element in einem Scheinwerferglas.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Fahrzeugscheinwerfer 10 weist eine Lichtquelle 12 auf, die insbesondere als eine LED-Lichtquelle, ein Halogenlicht oder ein Xenonlicht ausgebildet ist. Des Weiteren kann die Lichtquelle 12 dazu ausgebildet sein, Lichtstrahlen in einen kegelförmigen Bereich auf eine Strahlformungsoptik 14 abzustrahlen.
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Die Strahlformungsoptik 14 kann bevorzugt ein holografisches Element 16 mit einer Ablenkstruktur aufweisen, die als Transmissionshologramm mit einer Linsenfunktion ausgebildet ist. Hierzu kann das holografische Element 16 zur Herstellung des Transmissionshologramms derart belichtet worden sein, dass sich in verschiedenen Bereichen des Transmissionshologramms unterschiedliche Ablenkstrukturen bilden, die in Abhängigkeit des Einfallsortes und des Einfallswinkels der Lichtstrahlen auf das holografische Element 16 die Lichtstrahlen mit einer vorgegebenen Ablenkcharakteristik beugen können. Das Transmissionshologramm kann dabei bevorzugt als holografisches Volumengitter ausgebildet sein.
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Mittels der vorgegebenen Ablenkcharakteristik kann somit ein vorgegebenes Lichtprofil 18 erzeugt werden, wobei zumindest eine Kante des Lichtprofils 20 mit einem vorgegebenen Muster begrenzt wird. Vorzugsweise kann die wenigstens eine Kante 20 des Lichtprofils eine Gerade sein, das heißt, dass der ehemals kegelförmige Abstrahlbereich der Lichtquelle zu einer Seite des Lichtprofils 18 abgegrenzt beziehungsweise abgeschnitten werden kann. Vorzugsweise können die kegelförmig ausgestrahlten Lichtstrahlen somit durch die Strahlformungsoptik 14 in einen rechteckigen Bereich als vorgegebenes Lichtprofil 18 abgelenkt werden.
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In 1 wird dies beispielsweise mithilfe der Leinwand 22 veranschaulicht, die als eine Referenzfläche 22 dient. Die Referenzfläche 22 kann eine Ebene sein, die senkrecht zu einer optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers angeordnet ist. Bei einer Abstrahlung des Lichts von der Lichtquelle ohne Strahlformungsoptik 14 können die Lichtstrahlen beispielsweise einen kreisförmigen Bereich 24 auf der Referenzfläche 22 ausleuchten. Durch die Strahlformungsoptik 14 mit dem holografischen Element 16 können die von der Lichtquelle 12 divergierenden Lichtstrahlen entsprechend des Einfallsortes auf das holografische Element 16 in das vorgegebene Lichtprofil 18 abgelenkt werden, das einen rechteckigen Bereich aufweist. Somit können scharfe Kanten erzeugt werden, die beispielsweise dafür verwendet werden können, eine Fahrbahnseite eines Kraftfahrzeugs auszuleuchten, ohne einen Gegenverkehr zu blenden. Besonders bevorzugt kann eine Lichtintensität in der Referenzfläche 22 eine vorgegebene Lichtintensität aufweisen, die innerhalb des rechteckigen Bereichs auf der Leinwand homogen ist. Eine homogene Lichtintensität kann dann gegeben sein, wenn die Lichtintensität auf der Referenzfläche innerhalb des rechteckigen Bereichs um weniger als fünf Prozent von der vorgegebenen Lichtintensität abweicht.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Strahlformungsoptik 14 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Die Strahlformungsoptik 14 kann hier eine optische Linse 26 aufweisen, die aus zwei konvexen Körpern 26 zusammengesetzt ist. Die Achse A bezeichnet in dieser Fig. die optische Achse der optischen Linse 26.
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Zusätzlich zu den konvexen Körpern 26 der optischen Linse kann zwischen den beiden konvexen Körpern 26 ein holografisches Element 16 eingebracht sein, beispielsweise eine belichtete Folie, wobei das holografische Element 16 die Ablenkstruktur zur Erzeugung des vorgegebenen Lichtprofils 18 aufweisen kann.
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Zur Veranschaulichung des Effekts des holografischen Elements 16 wird im Nachfolgenden angenommen, dass der Bereich A1 über der optischen Achse A ein holografisches Element 16 aufweist und der Bereich A0 unterhalb der optischen Achse A kein holografisches Element 16 aufweist. Beispielsweise können in beiden Bereichen A1 und A0 drei Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge auf die Strahlformungsoptik 14 abgestrahlt werden. Dabei kann beispielsweise ein Lichtstrahl in einem blauen Wellenlängenbereich 28, ein Lichtstrahl in einem grünen Wellenlängenbereich 29 und ein Lichtstrahl in einem roten Wellenlängenbereich 30 auf die optische Linse 26 abgestrahlt werden. In dem Bereich A0, in dem kein holografisches Element 16 vorgesehen ist, können die Lichtstrahlen aufgrund der chromatischen Aberration je nach Wellenlänge unterschiedlich stark abgelenkt werden, das heißt die Lichtstrahlen 28, 29, 30 schneiden sich in dem Bereich A0 in unterschiedlichen Brennpunkten.
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In dem Bereich A1 mit dem holografischen Element 16 können die Lichtstrahlen 28, 29, 30 nach Eintritt in die optische Linse 26 von dem holografischen Element 16, das insbesondere eine Multiplex-Beugungsstruktur aufweisen kann, entsprechend ihrer Wellenlänge unterschiedlich stark abgelenkt werden, wodurch die chromatische Aberration ausgeglichen werden kann und sich die Lichtstrahlen in einem Brennpunkt hinter der optischen Linse treffen. Die Multiplex-Beugungsstruktur kann hierbei beispielsweise mehrere Schichten von holografischen Elementen hintereinander aufweisen, die für verschiedene Wellenlängen des Lichts sensitiv sind und diese jeweils in einem vorbestimmten Winkel beugen. Somit kann das holografische Element 16 zusätzlich verwendet werden, um Linsenfehler der Strahlformungsoptik 14 auszugleichen.
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Alternativ oder zusätzlich kann das holografische Element 16 auch auf einer Oberfläche der optischen Linse aufgebracht sein oder vor der Linse oder hinter der Linse angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können somit auch weitere Abbildungsfehler, wie eine sphärische Aberration, ein Astigmatismus, ein Koma, eine Bildfeldwölbung und/oder eine Verzeichnung korrigiert werden.
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In 3 ist ein Fahrzeugscheinwerfer 10 mit der Lichtquelle 12 dargestellt, die zu einer Außenseite von einem Scheinwerferglas 32 geschützt sein kann. Insbesondere kann das Scheinwerferglas 32 die Lichtquelle 12 vor äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit und Verschmutzung, schützen.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann das holografische Element 16 in das Scheinwerferglas 32 eingearbeitet sein, wodurch das Scheinwerferglas 32 als Strahlformungsoptik 14 dient. Insbesondere können die Lichtstrahlen von der Lichtquelle 12 durch das holografische Element 16, das in das Scheinwerferglas 32 eingebaut oder aufgeklebt ist, mit der vorgegebenen Ablenkcharakteristik abgelenkt werden, um somit das vorgegebene Lichtprofil 18 zu erzeugen. Somit ergibt sich der Vorteil, dass Gewicht und Bauraum eingespart werden kann.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Strahlformungsoptik 14 auch für einen Projektor, wie beispielsweise einem Dia- oder Videoprojektor, und für eine Taschenlampe verwendet werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Scheinwerferlinse durch ein holografisches Element bereitgestellt werden kann.
