DE102021123642A1

DE102021123642A1 - Holographische Signlightfunktion für Projektionsscheinwerfer

Info

Publication number: DE102021123642A1
Application number: DE102021123642.8A
Authority: DE
Inventors: Siemen Kühl
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-03-16

Abstract

Ein Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle und ein lichtformendes Element, wobei das lichtformende Element eine holographische Struktur aufweist, und wobei basierend auf Lichtbrechung oder Lichtreflexion durch das lichtformende Element und basierend auf holographischer Ablenkung durch die holographische Struktur eine Lichtverteilung des Scheinwerfers erzeugt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele betreffen einen Scheinwerfer, insbesondere einen Projektionsscheinwerfer für ein Fahrzeug, welcher durch ein oder mehrere holographische Elemente einer optischen Linse eine Lichtverteilung für ein Signlight erzeugt.
HINTERGRUND
Signlightfunktionen werden bei Projektionsscheinwerfern häufig durch Prismen auf der Scheinwerferlinse realisiert. Es besteht vermehrt der Wunsch, diese Signlightfunktion innerhalb eines Scheinwerfers zu realisieren, um das Erscheinungsbild der Linse nicht zu stören.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, Scheinwerfer bereitzustellen, welche ein verstecktes Signlight ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Ein Scheinwerfer, insbesondere ein Projektionsscheinwerfer, für ein Fahrzeug, wird bereitgestellt.
Der Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle und mindestens ein lichtformendes Element, welches basierend auf Lichtbrechung und/oder Lichtreflektion eine Lichtstärkeverteilung, d.h. eine Abstrahlcharakteristik, des Scheinwerfers erzeugt, wobei das lichtformende Element zusätzlich eine holographische Struktur aufweist, welche einen Teil der Lichtverteilung des lichtformenden Elements beeinflusst, indem sie einen Teil des Lichts ablenkt. Weiter können beispielsweise ein Reflektor, eine Blende, und/oder weitere lichtformende Elemente in des Scheinwerfers enthalten sein.
Eine Lichtquelle kann vorzugsweise eine oder mehrere LEDs, oder eine Halogenlampe, Gasentladungslampe, Laser oder vergleichbare Lichtquellen umfassen.
Ein lichtformendes Element, welches eine Lichtstärkeverteilung im Strahlengang des Scheinwerfers ändert, kann beispielsweise eine Linse oder Reflektor sein. Ein lichtformendes Element kann zumindest teilweise transparent und/oder an einer internen und/oder externen Oberfläche reflektierend ausgebildet sein, und eine Lichtverteilung, d.h. eine Lichtstärkeverteilung über Winkel/Raumwinkel, oder in anderen Worten eine Abstrahlcharakteristik, welche durch der Scheinwerfer erzeugt wird, erzeugen oder beeinflussen. Das lichtformende Element kann beispielsweise auch monolithisch eine Linse und einen Reflektor umfassen. Somit kann die Lichtformung des lichtformenden Elements kann auf einem oder einer Kombination von Lichtbrechung, Lichtbeugung oder Lichtreflexion basieren.
Das lichtformende Element kann somit eine Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle ändern bzw. formen zu einer Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfers. Das lichtformende Element kann basierend auf einer gekrümmten Grenzfläche eines materialspezifischen Brechungsindex, beispielsweise einer gekrümmten Oberfläche auf der Vorder- und/oder Rückseite, in Bezug auf einen Strahlengang in des Scheinwerfers, eine Lichtverteilung erzeugen, und somit auf Lichtbrechung basieren. Das lichtformende Element kann beispielsweise eine Lichtverteilung basierend auf Lichtbeugung durch Grenzflächen mit unterschiedlichen Brechungsindizes oder basierend auf Lichtreflektion erzeugen. Das lichtformende Element kann basierend auf einer gekrümmten Oberfläche, von welchen Lichtstrahlen teilweise oder vollständig reflektiert werden, eine Lichtverteilung erzeugen. Eine gekrümmte Oberfläche des lichtformenden Elements kann eine Freiformoberfläche umfassen. Das lichtformende Element kann Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfers hauptsächlich oder überwiegend erzeugen. Beispielsweise kann eine Lichtstärkeverteilung des Scheinwerfers zu 80% oder 90%, oder 95% oder 98% auf dem einem oder mehreren lichtformende Elementen basieren, insbesondere auf einem oder einer Kombination von Lichtbrechung, Lichtbeugung, und Lichtreflektion basieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das lichtformende Element mehr als 90% des Lichts der Lichtquelle zu einer vorbestimmten Lichtverteilung ablenken, wobei die holographische Struktur aus der vorgegebenen Lichtverteilung nicht mehr als 5% des Lichts zusätzlich ablenkt.
Das lichtformende Element kann basierend auf Lichtbrechung oder Lichtreflektion einen Hellbereich in der Lichtverteilung erzeugen. Der Hellbereich kann beispielsweise zur Vorfeldbeleuchtung eines Fahrzeugs ausgebildet sein, und beispielsweise einen horizontalen Winkelbereich von -40 Grad bis +40 Grad in Bezug auf eine zentrale optische Achse umfassen. Die zentrale optische Achse kann beispielsweise eine horizontale zentrale Achse des Scheinwerfers sein, oder kann durch einen zentralen Knickpunkt in der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) definiert sein, und kann somit eine Mittellinie in der Lichtverteilung definieren. Der Hellbereich kann einen vertikalen Winkelbereich von 5 Grad, oder 10° bezüglich der HDG umfassen. Das lichtformende Element kann ausgebildet sein, um basierend auf Lichtbrechung und/oder Lichtreflektion, eine Lichtstärke > 10³ Candela im Hellbereich zu erzeugen, und eine Lichtstärke > 10⁴ Candela in Hotspots der Lichtstärkeverteilung zu erzeugen.
Das lichtformende Element kann basierend auf Lichtbrechung oder Lichtreflektion einen Dunkelbereich in der Lichtverteilung erzeugen. Ein Dunkelbereich kann dadurch gekennzeichnet sein, dass er eine Lichtstärke von < 1000 Candela, bevorzugt < 625 Candela, weiter bevorzugt < 300 Candela, insbesondere < 100 Candela umfasst.
Der Hellbereich kann von dem Dunkelbereich durch eine HDG abgegrenzt sein. Die HDG kann einen Übergang zwischen dem Hell- und dem Dunkelbereich darstellen.
Der Übergang kann mittels eines Gradienten definiert sein. Dieser wird bestimmt, indem in einem vertikalen Schnitt bei H = -2.5° von V = -2° bis +2° die Lichtstärke gemessen und anschließend folgende Größe ausgewertet wird: $G = {{log E}_{β} - {log E}_{(β + {0.1}^{\circ})}}$

G bezeichnet den Gradienten und E die Lichtstärke bei der vertikalen Winkelposition β.
Der Gradientenverlauf sollte dabei ein eindeutiges Maximum bei einem β aufweisen,
welches die Lage der HDG definiert und somit den Hellbereich von dem Dunkelbereich abgrenzt. Definiert ist dies zum Beispiel in dem Standard ECE Addendum 111: Regulation No. 112 Revision 2.
Eine Blende kann den Hellbereich bzw. Dunkelbereich, bzw. eine Grenze zwischen dem Hellbereich und dem Dunkelbereich, zumindest teilweise erzeugen, und kann somit insbesondere ein steileren Übergang und/oder eine Kontur der Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung des Scheinwerfers bewirken. Die Hell-Dunkel-Grenze kann einer im wesentlichen horizontalen Linie entsprechen. Die holographische Struktur kann zumindest teilweise in einem Bereich der Linse liegen, welcher durch die Blende nicht abgeschattet ist, und Licht aus diesem beleuchteten Bereich in den von der Blende erzeugten Dunkelbereich ablenken.
Das holographische Element kann einen Teil des auf die holographische Struktur einfallenden Lichtes in einen vorbestimmten Winkelbereich, z.B. einen Signlightbereich eines Projektionsscheinwerfers, ablenken. Der Signlightbereich kann in dem Dunkelbereich liegen, und kann in Bezug auf die HDG in einem (vertikalen) Winkelbereich von 2 Grad bis 4 Grad liegen, und in Bezug auf die zentrale optische Achse in einem (horizontalen) Winkelbereich von, -8 Grad bis +8 Grad, insbesondere -4 Grad bis +4 Grad liegen. Der Signlightbereich kann somit getrennt von dem Hellbereich im Dunkelbereich liegen. Das holographische Element kann ausgebildet sein, um eine Lichtstärke in einem Bereich von 300 Candela bis 1200 Candela, vorzugsweise 600 Candela bis 1000 Candela, in dem Signlightbereich zu erzeugen. Das holographische Element kann ausgebildet sein, Licht aus dem von der Blende erzeugten Hellbereich in den von der Blende erzeugten Dunkelbereich abzulenken. In einigen Ausführungsbeispielen umfasst ein Scheinwerfer eine Lichtquelle und ein lichtformendes Element, welches basierend auf Lichtbrechung und/oder Lichtreflexion an zumindest einer gekrümmten Oberfläche oder Grenzfläche, und durch eine holographische Struktur, welche in dem lichtformenden Element enthalten ist, aus dem Licht der Lichtquelle eine Lichtverteilung des Scheinwerfers erzeugt. Somit kann eine Lichtformung teils durch Lichtbrechung an einer gekrümmten Oberfläche und teils durch holographische Ablenkung mittels eines einzigen lichtformenden Elementes bereitgestellt werden. Eine Beeinflussung der Lichtstärkeverteilung des Scheinwerfers wird durch Kombination von Lichtbrechung und holographischer Ablenkung in einem einstückigen optischen Element bereitgestellt. Ein einstückig ausgebildetes optisches Element zur Lichtformung kann somit eine Kombination von Lichtbrechung und einer Lichtablenkung durch ein holographisches Element bewirken.
Insbesondere kann das lichtformende Element eine Linse mit zumindest einer gekrümmten Vorderseite oder Rückseite, in Bezug auf einen Strahlengang in des Scheinwerfers, sein.
Die holographische Struktur ist auf dem lichtformenden Element angeordnet, und kann einen Teil des Lichts, welches auf die holographische Struktur fällt, ablenken, und somit die Lichtverteilung des Scheinwerfers modifizieren. Beispielsweise kann maximal 0,1% oder 0,5% oder 1% oder 2% oder 5% des Lichts, welches auf die holographische Struktur fällt, durch die holographische Struktur in den Signlightbereich abgelenkt werden, wobei das abgelenkte Licht einer ersten Beugungsordnung des holographischen Elements entsprechen kann, und wobei das nicht durch die holographische Struktur abgelenkte Licht einer nullten Beugungsordnung entsprechen kann, und in der Lichtverteilung des lichtformenden Elements verbleiben kann. Die holographische Struktur kann in dem auf Lichtbrechung, Lichtbeugung und/oder Lichtreflexion beruhenden lichtformenden Element ausgebildet sein, und kann in einer sich flächig zumindest teilweise über eine Oberfläche des lichtformenden Elements erstreckenden Schicht des lichtformenden Elements ausgebildet sein. Das holographische Element kann in einer ebenen Oberfläche des lichtformenden Elements enthalten sein. Das holographische Element kann in einer gekrümmten Oberfläche des lichtformenden Elements enthalten sein. Somit kann sich das holographische Element entlang zumindest eines Teils, welcher nicht mehr als 1%, oder 3% oder 5% der Oberfläche entspricht, entlang der Oberfläche erstrecken.
Somit wird ermöglicht, dass ein lichtformendes Element eine Kombination von Lichtbrechung an Grenzflächen und Beugung an holographischen Elementen zur Lichtformung kombiniert.
Die holographische Struktur kann ein Volumen-Transmissionshologramm umfassen, beispielweise in in einer transparenten Schicht, welche auf eine Oberfläche des lichtformenden Elements aufgebracht ist. Die holographische Struktur kann ein Reflexionshologramm umfassen, beispielsweise in einer Schicht, welche auf eine Oberfläche des lichtformenden Elements aufgebracht ist. Die holographische Struktur kann zwei Reflexionshologramme umfassen, wobei insbesondere ein erstes Reflexionshologramm der zwei Reflexionshologramme zumindest einen Teil des Lichts zu einem zweiten Reflexionshologramm der zwei Reflexionshologramme lenkt. Die holographische Struktur kann beispielsweise auf einer Oberfläche des lichtformenden Elements ausgebildet sein.
Es ist zu verstehen, dass eine oder mehrere holographische Strukturen von dem lichtformenden Elements umfasst sein können. Beispielsweise können mehrere holographische Strukturen auf dem lichtformenden Element, oder an verschiedenen lichtformenden Elementen verteilt sein. Beispielsweise können die mehreren holographischen Strukturen einzelne monochrome holographische Strukturen für unterschiedliche Wellenlängen umfassen, beispielsweise können eine oder mehrere der holographischen Strukturen jeweils holographische Informationen für verschiedene Wellenlängen umfassen.
Insbesondere kann das holographische Element auf auf einer Vorder- oder Rückseite, in Bezug auf einen Strahlengang in des Scheinwerfers, beispielsweise einer gekrümmten oder ebenen Oberfläche, des lichtformenden Elements, aufgebracht sein. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass ein lichtformendes Element eine oder mehrere Schichten oder Layer aus unterschiedlichen Materialien umfasst, wobei eine holographische Struktur in einer äußeren oder inneren Schicht des lichtformenden Elements umfasst sein kann.
Der Scheinwerfer kann weiter eine Blende umfassen, welche im Strahlengang des Scheinwerfers angeordnet ist, und welche eine Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung erzeugt. Die holographische Struktur kann sich in einem hellen Bereich der Lichtverteilung befinden und einen Teil des Lichts in einen dunklen Bereich der Lichtverteilung ablenken.
Der Scheinwerfer kann ein Scheinwerfer für ein Fahrzeug sein, und das lichtformende Element kann eine Projektionslinse des Scheinwerfers sein.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Scheinwerfers umfasst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt wird eine Lichtquelle bereitgestellt, die eingerichtet ist, das Licht entlang eines Strahlengangs zu einem lichtformenden Element auszusenden. In einem weiteren Schritt wird mindestens ein lichtformendes Element bereitgestellt, das eingerichtet ist, um eine vorgegebene Lichtverteilung des Scheinwerfers basierend auf gekrümmten Grenzflächen von Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes und/oder Totalreflektion aus der Lichtverteilung der Lichtquelle zu erzeugen. In einem weiteren Schritt wird eine holographische Struktur an oder in dem dem lichtformenden Element bereitgestellt, welche die Lichtverteilung des lichtformenden Elements modifiziert. Somit wird ein Strahlengang innerhalb des Scheinwerfers durch ein optisches Element modifiziert, wobei in dem lichtformenden Element eine auf Holographie basierende Ablenkung und eine Ablenkung basierend auf Lichtbrechung an Übergängen an externen Grenzflächen miteinander kombiniert sind.
Ein holographisches Element kann beispielsweise in einer transparenten Schicht enthalten sein, beispielsweise einer Fotoschicht, welche gespeicherte holographische Information umfassen kann, die mittels einer Einstrahlung von Licht geeigneter Wellenlänge und Richtung rekonstruiert werden kann.
Ein Bereitstellen einer holographischen Struktur an dem lichtformenden Element kann ein flächiges Aufbringen einer transparenten Schicht auf einer Oberfläche des lichtformenden Elements umfassen, und wobei die transparente Schicht die holographische Struktur umfasst.
In einigen Beispielen kann das holographische Element auf dem im Strahlengang zuletzt angeordneten lichtformenden Element, zum Beispiel einer einer Projektionslinse oder einer Abdeckscheibe des Scheinwerfers, welche der Scheinwerfer zu einer Aussenumgebung, d.h. einen Betrachter des Scheinwerfers, abschließt, angeordnet sein.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst ein Scheinwerfer eine Lichtquelle und ein lichtformendes Element, wobei das lichtformende Element eine holographische Struktur aufweist, wobei basierend auf Lichtbrechung oder Lichtreflexion durch das lichtformende Element und basierend auf holographischer Ablenkung durch die holographische Struktur eine Lichtverteilung des Scheinwerfers erzeugt wird.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Scheinwerfer mit Merkmalen verbessert werden, welche in Bezug auf die Verfahren zur Herstellung der Scheinwerfer beschrieben wurden, und umgekehrt.
Figurenliste

1 zeigt eine Lichtverteilung eines Projektionsscheinwerfers eines Fahrzeugs ohne Signlight-Funktion.
2 zeigt schematisch einen Signlight-Bereich eines Projektionsscheinwerfers eines Fahrzeugs, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
3 ist eine schematische Ansicht eines Scheinwerfers, welche eine holographische Struktur an einer gekrümmten Rückseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
4 ist eine schematische Ansicht eines Scheinwerfers, welche eine holographische Struktur an einer ebenen Vorderseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Scheinwerfers, welche eine Blende und eine holographische Struktur an einer ebenen Vorderseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Scheinwerfers, welche eine Blende und mehrere holographische Struktur an einer ebenen Vorderseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Scheinwerfers, welche eine Blende und eine holographische Struktur an einer gekrümmten Rückseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
8 zeigt eine Lichtstärkeverteilung eines Scheinwerfers ohne holographische Signlightfunktion.
9 zeigt eine Lichtstärkeverteilung mit holographischer Signlightfunktion, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird.
Herkömmlicherweise wird für eine Signlight-Funktion bei Autoscheinwerfern die Strahlumlenkung in Richtung Overhead-Signlight-Bereich auf den Linsen durch Prismen erreicht. Diese können als Element am Rand, als breitgezogener Streifen oder Streifenelemente im zentralen Bereich auf der Linse, oder in Form von Zylindern auf der Linsenoberfläche verteilt angeordnet sein.
Scheinwerferherstellerhaben zunehmend den Wunsch, diese Signlightfunktion in der Linse zu verstecken, damit die Prismen auf der Linse nicht das Erscheinungsbild der Linse stören, und damit die Erscheinungsform eines Autoscheinwerfers nach außen beeinträchtigen.
Beispielsweise werden Mikrozylinder auf der Vorderseite eines Scheinwerfers angebracht, oder schmalen Prismen auf der Rückseite einer Projektionslinse. Die Miniaturisierung dieser Prismen bringt allerdings fertigungstechnisch große Schwierigkeiten mit sich, zudem sind diese immer noch als sichtbares Element auf der Linse erkennbar.
Nachfolgend werden Techniken für Beleuchtungsvorrichtungen beschrieben, die es ermöglichen, eine Signlightfunktion bei Projektionsscheinwerfern in der Linse zu „verstecken“, um das Erscheinungsbild der Linse nicht zu stören. Die Idee besteht darin, eine oder mehrere holographische Strukturen für die Strahlumlenkung in einem lichtformenden Element, beispielsweise einer Linse, zu verwenden und so ein verstecktes Signlight zu ermöglichen. Holographische Strukturen können insbesondere auf einer Vorder- oder Rückseite der Linse angebracht sein. Dadurch ist die Signlightfunktion nicht direkt auf der Linse sichtbar.
1 zeigt eine Lichtverteilung eines Projektionsscheinwerfers eines Fahrzeugs ohne Signlight-Funktion. In 1 ist eine Verteilung einer Lichtstärke über Winkel zu einer zentralen optischen Achse aufgetragen, wobei die Abblendlichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze (HDG) umfasst, die einen Hellbereich 7 unterhalb der HDG mit hoher Lichtstärke von einem Dunkelbereich 8 oberhalb der HDG mit geringerer Lichtstärke trennt. Der Hellbereich 7 umfasst eine horizontal breite und vertikal schmale Vorfeldausleuchtung und einen Hotspot direkt unter der HDG.
2 zeigt schematisch einen Overhead Signlight-Bereich eines Projektionsscheinwerfers eines Fahrzeugs mit einem Hellbereich 7 und einem Dunkelbereich 8, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Wie in 2 zu sehen, muss ein kleiner Teil des Lichts über die HDG in den Dunkelbereich 8 gelenkt werden, um Straßenschilder anzuleuchten. Dieser Signlightbereich 9 kann beispielsweise näherungsweise die horizontale Ausdehnung H = -8° bis 8°, insbesondere -4° bis +4°, und vertikal V = 2° bis 4° relativ zur zentralen optischen Achse aufweisen, und kann durch lichttechnischen Regulierungen definiert sein.
Eine derartige Lichtverteilung kann durch Elemente an verschiedene Positionen im Scheinwerfermodul erreicht werden, wobei Teile des Lichts nach oben abgelenkt werden. Mögliche Positionen für sind beispielsweise am Reflektor, an der Blende, oder an der Linse.
Wie folgend in 3 und 4 dargestellt, können beispielsweise holographische Strukturen 6 auf Linsen für die Strahlumlenkung verwendet werden, um eine Signlightfunktion zu realisieren.
3 ist eine schematische Ansicht eines Scheinwerfers 1, welche eine holographische Struktur 6 an einer gekrümmten Rückseite einer Linse 5 umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Wie in 3 zu sehen, umfasst der Scheinwerfer 1 eine Lichtquelle 2, welche von einem Reflektor 3 teilweise umgeben ist. Durch eine Blende 4 wird eine Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung erzeugt. Eine Projektionslinse 5 projiziert das Licht entlang einer optischen Achse nach vorne. Auf einer Rückseite der Linse 5 ist eine holographische Struktur 6 aufgebracht, welche Licht aus dem Hellbereich 7 in den Dunkelbereich 8 ablenkt.
4 ist eine schematische Ansicht eines Scheinwerfers 1, welche eine holographische Struktur 6 an einer ebenen Vorderseite einer Linse 5 umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Der Scheinwerfer der 4 entspricht des Scheinwerfers in 3, wobei die holographische Struktur 6 auf der ebenen Vorderseite der Linse 5 aufgebracht ist, um einen Teil des Lichts über die Hell-Dunkel-Grenze in den Dunkelbereich 8 zu lenken.
5 ist eine perspektivische Ansicht des Scheinwerfers 1 der 3, welche eine Blende 4 und eine holographische Struktur 6 an einer ebenen Vorderseite einer Linse 5 umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Scheinwerfers 1, welche eine Blende 4 und mehrere holographische Strukturen 6 an einer ebenen Vorderseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Wie in 6 zu sehen, lenken die holographischen Strukturen 6 einen Teil des Lichts in den Signlightbereich 9 des Projektionsscheinwerfers ab.
7 ist eine schematische Ansicht eines Scheinwerfers, welche eine Blende und eine holographische Struktur an einer gekrümmten Rückseite einer Linse umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Allgemein gilt, dass eine holographische Struktur 6, in anderen Worten ein Hologrammbereich, oder Hologramm, als Volumen-Transmissionshologramm, als Reflexionshologramm oder als ein z-Hologramm (zwei Reflexionshologramme) gestaltet sein kann, um Farbeffekte besser kompensieren zu können. Die Größe und Position des Hologrammbereichs auf der Linse kann als Parameter bzw. Freiheitsgrad benutzt werden, um die Menge des durch die holographische Struktur abgelenkten Lichts festzulegen. Mehrere aktive Hologrammbereiche können auch verteilt über die Linse vorliegen.
Die Hologramme brauchen nur eine sehr geringe Effizienz von wenigen Prozent, da das Licht in dem Signlightbereich in der Größenordnung 10² Candela liegt, im Vorfeld bei ca. > 10³ Candela, und in Hotspots bei ca. > 10⁴ Candela. Ist das Hologramm wenig effizient, geht der Großteil in die nullte Ordnung und kann weiterhin für die eigentliche Abblendlichtverteilung genutzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen fehlt bei der Verwendung von Prismen dieses Licht im Hotspot oder Vorfeld.
Auftretende Dispersions-bzw. Farbeffekte können deutlicher ausfallen als bei Prismen, sind aber im Signlightbereich tolerierbar, da die Helligkeit sehr gering ist. Farbeffekte können durch eine Position des Hologrammbereichs und den Hologrammparametern modifiziert werden.
8 zeigt eine Lichtstärkeverteilung ohne holographisches Element. Der Hellbereich 7 ist von dem Dunkelbereich 8 durch eine HDG getrennt.
9 zeigt eine Lichtstärkeverteilung mit Signlightfunktion basierend auf einem holographischen Element, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Wie in 9 zu sehen, ist in einem Signlight-Bereich 9 der Lichtverteilung eine erhöhte Lichtstärke vorhanden, welche durch eine holographische Struktur in diesen Bereich gelenkt wurde.
Der Hellbereich zur Vorfeldbeleuchtung eines Fahrzeugs umfasst einen horizontalen Winkelbereich von -40 Grad bis +40 Grad in Bezug auf eine zentrale optische Achse umfassen. Die zentrale optische Achse ist durch den zentralen Knickpunkt in der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) definiert. Der Hellbereich hat eine Lichtstärke > 10³ Candela, und eine Lichtstärke > 10⁴ Candela in Hotspots. Das holographische Element lenkt Licht in einen Signlightbereich innerhalb des Dunkelbereichs, und liegt in Bezug auf die HDG in einem vertikalen Winkelbereich von 2 Grad bis 4 Grad, und in Bezug auf die zentrale optische Achse in einem horizontalen Winkelbereich von -4 Grad bis +4 Grad. Das holographische Element erzeugt eine Lichtstärke in einem Bereich von 800 Candela bis 1200 Candela in dem Signlightbereich.
10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren beginnt in Schritt S10. In Schritt S20 wird eine Lichtquelle bereitgestellt. In Schritt S30 wird ein lichtformendes Element, beispielsweise eine Linse, bereitgestellt. In Schritt S40 wird eine holographische Struktur auf das lichtformende Element aufgebracht. Das Aufbringen der holographischen Struktur kann beispielsweise durch ein auf Laminieren einer zusätzlichen transparenten Schicht auf die Linse durchgeführt werden, wobei das Hologramme in der transparenten Schicht enthalten ist. In einigen Bespielen kann das Hologramm-Linsen-Element im Hinterspritzverfahren erstellt werden. In Schritt S50 endet das Verfahren.
In einigen Beispielen kann die holographische Struktur als Transmissions-HOE oder als Reflexions-HOE oder als Kombination von beiden implementiert sein. Allgemein kann eine holographische Struktur, in anderen Worten ein holographisches Element (HOE), als Volumen-HOE implementiert sein, das heißt eine Variation des Brechungsindex in 3-D aufweisen. Ein entsprechender Brechungsindex modulierter Bereich weist eine 3-D Ausdehnung auf. Diese Variation des Brechungsindex bricht das Licht mit einem Diffraktionsmuster, wodurch das Hologramm ausgebildet wird. Das Volumen-HOE ist abgegrenzt gegenüber einem Oberflächen-HOE, bei welchem eine Modulation oder eine Absorptionsvariation der Oberfläche eines Substrats das Diffraktionsmuster hervorruft. Zum Beispiel könnte die Oberfläche wellenförmig ausgebildet sein, beispielsweise bei einem Phasenhologramm, oder unterschiedliche lichtdurchlässige oder lichtundurchlässige Bereiche aufweisen, beispielsweise bei einem Amplitudenhologramm. Weiterhin weist ein Volumenhologramm eine nullte und erste Beugungsordnung auf.
Bei einem Transmissions-HOE wird der Brechungsindex-modulierte Bereich von einer Seite beleuchtet und das Hologramm wird in einem der gegenüberliegenden Seite zugewendeten Halbraum erzeugt. Bei Reflexions-HOE wird der Brechungsindex-modulierte Bereich von einer Seite beleuchtet und das Hologramm wird in einem derselben Seite zugewendeten Halbraum erzeugt.
Die Lichtquelle kann vorzugsweise Licht im sichtbaren Spektrum emittieren, insbesondere zwischen 380 nm und 780 nm.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können ein oder mehrere Leuchtdioden als Lichtquelle verwendet werden. Leuchtdioden sind besonders einfach, langlebig und kostengünstig und weisen bezüglich einer Vielzahl von Leuchtfunktionen, insbesondere holographischer Leuchtfunktion, ausreichende optische Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Kohärenz und der spektralen Eigenschaften des ausgesendeten Lichts auf. Leuchtdioden sind besonders effizient.
Zum Beispiel könnte eine Leuchtdiode einen Lichtemitter (aktive Fläche, die Photonen emittiert) aufweisen, der Abmessungen zwischen 0,5 × 0,5 mm² und 1 × 1 mm² aufweist. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, für die genannten Anwendungen kleine Emitter Flächen zu verwenden. Die LED kann ein breitbandiges weißes Licht im Bandbereich von 400 bis 900 nm ausstrahlen, welches von einem Reflektor mit einer Effizienz größer 95% in eine Abstrahlrichtung des Scheinwerfers, und in Richtung einer Projektionslinse gelenkt werden kann. Somit kann durch die LED Lichtquelle und den Reflektor eine hohe Effizienz, jedoch mit einem Strahlfeld mit einer heterogenen Wellenfront und mit heterogenen Strahlrichtungen erzeugt werden.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Rekonstruktionswelle - d.h. die Wellenfront des Lichts bei Beleuchtung - möglichst übereinstimmt mit der Referenzwelle bei der Aufnahme des Hologramms- d.h. mit der Wellenfront des Lichts bei Belichtung. Die Belichtung erfolgt mit Lasern, die im Prinzip eine Punktlichtquelle darstellen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn die zur Rekonstruktion verwendeten LEDs möglichst kleine Emitterflächen besitzen und so der Annahme einer Punktlichtquelle besser gerecht werden.
Scheinwerfer können ausgebildet sein, um verschiedene Lichtverteilungen aus einer Lichtquelle zu erzeugen. Insbesondere können in Scheinwerfern von Fahrzeugen vorbestimmte Verteilungen umfassend eine Hell-Dunkel-Grenze, in anderen Worten eine Lichtverteilung, welche Dunkelbereiche, in welchen wenig Licht, und Hellbereiche, in welchen viel Licht, relativ zueinander, umfassen. Beispielsweise können in einem vom lichtformenden Element erzeugten Hellbereich mehr als 80% oder 90% oder 95 % des vom des Scheinwerfers emittierten Lichts enthalten sein, und in einem Dunkelbereich weniger als 20% oder 10% oder 5% des vom des Scheinwerfers emittierten Lichts enthalten sein. Der Hellbereich kann getrennt sein von dem Dunkelbereich durch einen Übergangsbereich, welcher als Hell-Dunkel-Grenze wahrgenommen wird. Derartige Lichtverteilungen können bei Scheinwerfern von Fahrzeugen als Abblendlichtverteilungen bezeichnet werden. In einigen Beispielen können die Hellbereiche und/oder Dunkelbereiche bezüglich der Hell-Dunkel-Grenze von dem einem oder mehreren basierenden lichtformenden Elementen erzeugt werden, welche durch Lichtbrechung, Lichtbeugung, und Lichtreflexion die Lichtverteilung formen. Ein Teil des Lichtes wird durch eine holographische Struktur in einer Linse aus einem Hellbereich in einen Dunkelbereich, beispielsweise in einen Signlight-Bereich, welcher im Dunkelbereich liegt, abgelenkt. Zusammenfassend wird ein Scheinwerfer bereitgestellt, umfassend eine Linse mit einem holographischen Element zur Erzeugung einer Signlightfunktion in einem Dunkelbereich einer vorgegebenen Lichtstärkenverteilung, d.h. Abblendlichtcharakteristik eines Projektionsscheinwerfers.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims

Scheinwerfer, umfassend: - eine Lichtquelle, die eingerichtet ist, Licht entlang eines Strahlengangs zu einem lichtformenden Element auszusenden; - ein lichtformendes Element, welches basierend auf Lichtbrechung und/oder Lichtreflexion aus dem Licht der Lichtquelle eine Lichtverteilung des Scheinwerfers erzeugt, wobei das lichtformende Element eine holographische Struktur umfasst, welche einen Teil des Lichts ablenkt.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, wobei das lichtformende Element zumindest eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lichtformende Element eine Linse, insbesondere ein Projektionslinse des Scheinwerfers, ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das holographische Element auf einer Oberfläche des lichtformenden Elements aufgebracht ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die holographische Struktur Licht entsprechend einer ersten Beugungsordnung des abgelenkten Lichtes in einen vorbestimmten Winkelbereich ablenkt.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Blende, welche im Strahlengang des Scheinwerfers vor dem lichtformenden Element angeordnet ist, und welche eine Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung erzeugt, wobei die holographische Struktur in einem beleuchteten Bereich des lichtformenden Elements angebracht ist, und einen Teil des Lichts in einen Dunkelbereich der Lichtverteilung ablenkt.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die holographische Struktur ein Transmissionshologramm in einer Schicht umfasst, welche auf eine Oberfläche des lichtformenden Elements aufgebracht ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die holographische Struktur ein Reflexionshologramm in einer Schicht umfasst, welche auf eine Oberfläche des lichtformenden Elements aufgebracht ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die holographische Struktur zwei Reflexionshologramme umfasst, wobei insbesondere ein erstes Reflexionshologramm der zwei Reflexionshologramme zumindest einen Teil des Lichts zu einem zweiten Reflexionshologramm der zwei Reflexionshologramme lenkt.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lichtformende Element mehr als 95% des Lichts der Lichtquelle zu einer vorgegebenen Lichtverteilung ablenkt, und wobei die holographische Struktur weniger als 5% des Lichts der Lichtquelle ablenkt.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Scheinwerfer ein Projektionsscheinwerfer für ein Fahrzeug ist, und das lichtformende Element eine Projektionslinse ist.
Verfahren zur Herstellung eines Scheinwerfers, wobei das Verfahren umfasst: - Bereitstellen einer Lichtquelle, die eingerichtet ist, das Licht entlang eines Strahlengangs zu einem lichtformenden Element auszusenden; - Bereitstellen eines lichtformenden Elements, das eingerichtet ist, um eine vorgegebene Lichtverteilung des Scheinwerfers teilweise zu erzeugen; - Bereitstellen einer holographischen Struktur an dem lichtformenden Element, welche eingerichtet ist, die vorgegebene Lichtverteilung des Scheinwerfers teilweise zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen einer holographischen Struktur an dem lichtformenden Element ein Aufbringen einer transparenten Schicht auf einer Oberfläche des lichtformenden Elements umfasst, wobei die transparente Schicht die holographische Struktur umfasst.